感光傳感器及圖像捕捉裝置的製作方法

2023-07-06 04:44:26

專利名稱：感光傳感器及圖像捕捉裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及光傳感領域，具體涉及一種感光傳感器及圖像捕捉裝置。
技術背景光傳感技術的發展日新月異，在影像拍攝領域的應用尤其活躍。現有實現運動檢測的感光設備，如美國專利US 7209601B2披露了一種感光裝 置，其中的感光傳感器只包含一個用於檢測的感光像素陣列(Pixel Array),另一美國專利US 7271830601B2披露了一種運動檢測方案，其 將當前圖像幀與一個或多個過往圖像幀進行比較，確定當前幀與過往幀的 運動差異是否已低於設定閾值，若低於設定閾值則視當前圖像為穩定狀態， 並存儲當前幀作為最終所攝圖像。然而，以上方案是用軟體的方法對同一 個像素陣列的輸出圖像進行比較，屬於軟體防抖範疇。又如美國專利US 2007/0103555A1披露了一種行動電話機的攝像裝置，其通過安裝一個或多 個陀螺儀來實現運動檢測。此方案需設置陀螺儀，故產品的結構複雜，成 本較高。 發明內容本發明要解決的技術問題在於，提供一種能實現精確的幀間運動檢測 的感光傳感器。本發明另外要解決技術問題在於，提供能實現精確的幀間 運動檢測圖像捕捉裝置，且其結構簡單，成本較低。為實現上述目的，本發明提供一種感光傳感器，其特徵在於，包括感光模塊，用於進行光電信號轉換，其至少包括第一感光單元和第二 感光單元，所述第二感光單元用於檢測圖像的運動或感光傳感器的運動， 所述第一感光單元用於捕捉圖像；控制與處理模塊，用於控制所述感光模塊輸出電信號，對所述電信號 進行處理以生成運動信號和圖像信號並輸出。所述第一感光單元包括一個用於捕捉圖像信號的感光像素陣列，所述 第二感光單元包括至少一個或一個以上感光像素陣列，所述感光像素陣列 均為用於捕捉運動信號的感光像素陣列，或者，均為用於同時捕捉運動信 號和圖像信號的感光像素陣列，或者，既包含用於捕捉運動信號的感光像素陣列乂包含用於同時捕捉運動信號和圖像信號的感光像素陣列。所述第一感光單元和所述第二感光單元在同一感光像素陣列上實現， 所述感光像素陣列劃分為多個區域，其中一個區域用於捕捉圖像信號，其 它區域均為用於捕捉運動信號的區域，或者，均為同時用於捕捉運動信號 和圖像信號的區域，或者，既包含用於捕捉運動信號的區域又包含用於同 時捕捉運動信號和圖像信號的區域。所述控制與處理模塊包括圖像處理單元，用於處理所述第一感光單 元輸出的電信號以生成所述圖像信號；運動檢測單元，用於處理所述第二 感光單元輸出的電信號以生成所述圖像信號；控制電路，用於控制所述第 一、二感光單元及所述圖像處理單元和所述運動檢測單元協同工作。所述第一感光單元與所述第二感光單元相緊靠地設置在同一感光芯 片表面。所述第二感光單元的採樣幀率高於所述第一感光單元的採樣幀率。所述第一感光單元與所述第二感光單元所含感光像素的像素大小、像 素數目可以相同或不同。本發明還提供一種上述感光傳感器的圖像捕捉裝置， 一種圖像捕捉裝 置，其特徵在於，包括-感光模塊，用於進行光電信號轉換，其至少包括第二感光單元和第一 感光單元，所述第二感光單元用於檢測圖像的運動或感光傳感器的運動， 所述第一感光單元用於捕捉圖像；控制與處理模塊，用於控制所述感光模塊輸出電信號，對所述電信號 進行處理以生成運動信號和圖像信號並輸出；光學鏡頭，用於使被拍攝物體成像於所述感光模塊上；以及執行模塊，用於響應所述運動信號和圖像信號以對所述光學鏡頭執行 相應的動作。所述執行模塊包括執行控制單元和三維執行機構，所述執行控制單元 用於根據所述運動信號和圖像信號發出運動控制指令，所述三維執行機構 用於根據所述運動控制指令帶動被執行對象進行三維運動。所述運動控制指令為控制所述光學鏡頭運動以實現防抖調整的控制 指令。所述第一感光單元與所述第二感光單元相緊靠地設置在同一感光芯 片表面。所述第二感光單元的採樣幀率高於所述第一感光單元的採樣幀率。所述第一感光單元與所述第二感光單元所含感光像素的像素大小、像 素數目可以相同或不同。本發明的有益效果是1、 本發明的感光模塊至少包括第一感光單元和第二感光單元，第一感 光單元捕捉圖像，第二感光單元檢測圖像的運動或感光傳感器的運動，控 制與處理模塊則對第一、二感光單元輸出的電信號進行處理以生成運動信號和圖像信號，執行模塊對該運動信號和圖像信號作出響應，執行相應的 動作來調整被執行元件的執行狀態。對於應用該感光傳感器的圖像捕捉裝 置，被執行元件為光學鏡頭，圖像捕捉裝置通過感光模塊進行了運動檢測 後，可由執行機構帶動透鏡實現防抖調整。相比於以往的方案，本發明不 僅僅只設置了用於捕捉圖像的第一感光單元，還增加了用於檢測運動的第 二感光單元，因此能更準確地反映運動檢測結果，可實現精確的幀間運動檢測(Sub-Frame Motion Detection)的功能，從而提高運動檢測的精度。2、 本發明的感光模塊較現有感光器只多了一個或多個感光像素陣列， 每個像素陣列的結構與普通感光器是基本一致的，或者根本不增加感光像 素陣列，而是在單個陣列上劃分出作用不同的感光區域，所以完全可以利 用生產普通感光器的工藝、技術、材料等來生產本發明的感光傳感器。3、 本發明較現有採用其他運動感應器件如陀螺儀、加速度檢測儀的方 案，能夠實現設備結構的簡化，降低了產品的成本。
圖1至圖3為本發明感光傳感器的三種實施例的功能框圖； 圖4為本發明圖像處理裝置及圖像捕捉裝置一種實施例的功能框圖； 圖5a和圖5b為本發明幀間運動檢測的功能示意圖。
具體實施方式本發明的特徵及優點將通過實施例結合附圖進行詳細說明。本發明的感光傳感器包括感光模塊和控制與處理模塊，感光模塊至少 包括第一感光單元和第二感光單元，第一感光單元用於捕捉圖像，第二感 光單元用於檢測圖像的運動或感光傳感器的運動。其中，被檢測的運動信 息包括運動的方向、位移等。第一、二感光單元將採集的光信號轉換成相 應的電信號，控制與處理模塊控制第一、二感光單元輸出電信號，並對其 進行處理以生成運動信號(Motion signal)和圖像信號(Image signal)。 該運動信號反映運動檢測處理結果，用於控制執行模塊執行相應動作，從 而對被執行元件的狀態進行調控。第一感光單元包括一個用於捕捉圖像信號的感光像素陣列，第二感光 單元則可以包括至少一個或一個以上感光像素陣列，具體在不同的實施例 中，第二感光單元的感光像素陣列均為用於捕捉運動信號的感光像素陣 列，或者，均為用於同時捕捉運動信號和圖像信號的感光像素陣列，或者， 既包含用於捕捉運動信號的感光像素陣列又包含用於同時捕捉運動信號 和圖像信號的感光像素陣列。作為一種改進，第一感光單元和第二感光單元在同一感光像素陣列上 實現，該感光像素陣列被劃分為多個區域，具體在不同的實施例中，其中 一個區域用於捕捉圖像信號，其它區域均為用於捕捉運動信號的區域，或 者，均為同時用於捕捉運動信號和圖像信號的區域，或者，既包含用於捕 捉運動信號的區域又包含用於同時捕捉運動信號和圖像信號的區域。請參考圖1，在一個實施例的感光傳感器中，控制模塊包括圖像處理 單元、運動檢測單元和控制單元感光模塊包括第一感光單元和第二感光單 元，第一感光單元包括第一感光像素陣列，第二感光單元包括第二感光像 素陣列。第一感光像素陣列的信號輸出端與圖像處理單元連接，第二感光像素陣列的信號輸出端與運動檢測單元連接。控制單元分別與第一、二感 光像素陣列以及圖像處理單元、運動檢測單元連接。圖像處理單元採用圖像信號處理器件(ISP)或現場可編程器件(FPGA)。運動檢測單元採用微 處理器(MCU)或數位訊號處理器(DSP)或現場可編程器件(FPGA),。控 制單元主要用來控制第一、二感光像素陣列、圖像處理單元、運動檢測單 元及其他相關電路(如行、列解碼器等)正常工作，輸出信號和實現各種 附加功能。運動檢測單元對第二感光像素陣列輸出的信號進行分析，計算 和格式轉換等。圖像處理單元對第一感光像素陣列輸出的信號進行格式轉 換(如從RGB格式變換成YUV格式)，自動曝光控制(Auto Exposure Control),自動平衡控制(Auto Balance Control)等。最後由運動檢測 單元輸出運動信號，由圖像處理單元輸出圖像信號。該運動信號和圖像信號 可由執行模塊接收並作出響應，對信號進行處理並控制被執行對象執行相 應的動作。請參考圖2，與上述實施例不同之處在於，感光模塊只包含一個感光 像素陣列，第一感光單元和第二感光單元均設置在該感光像素陣列上，具 體地，由該感光像素陣列劃分出用於捕捉圖像信號的第一感光區域和用於 捕捉圖像的運動信號或傳感器的if動信號的第二區域，圖像處理單元和動檢測單元均與該感光像素陣列的信號輸出端連接，控制單元分別與該感 光像素陣列以及圖像處理單元、運動檢測單元連接。控制該感光像素陣列、 圖像處理單元、運動檢測單元及其他相關電路正常工作。請參考圖3，與第一個實施例不同之處在於，控制模塊只包含一處理 單元，該控制單元分別與第一、二感光像素陣列和處理單元連接，第一、 二感光像素陣列的信號輸出端均與處理單元連接。最終由處理單元輸出運 動信號和圖像信號，執行機構對運動信號和圖像信號進行響應。在對上述實施例的一種改進方案中，第一感光單元的採樣幀率高於第 二感光單元的採樣幀率。在對上述實施例的另一種改進方案中，第一感光單元與第二感光單元 相緊靠地設置在同一感光晶片表面。如圖4所示，圖像處理裝置包括感光傳感器和執行模塊，感光傳感器 包括感光模塊和控制與處理模塊，具體結構可採用前述實施例的形式，執 行模塊包括執行控制單元和三維執行機構，執行控制單元根據控制與處理 模塊產生的運動信號和圖像信號發出運動控制指令，三維執行機構根據運 動控制指令，帶動被執行元件進行三維運動。在採用該圖像處理裝置的一 種圖像捕捉裝置中，被執行元件包括透鏡，三維執行機構相應運動控制指 令，帶動透鏡進行相應的X、 Y、 Z方向的運動，從而實現防抖功能。圖5a和圖5b示意出本發明的幀間運動檢測原理，其中，圖5a展示 一種實施例圖像捕捉裝置的視頻模式，圖5b展示一種實施例圖像捕捉裝 置的靜止圖像快照模式。當圖像處理的感光像素陣列的輸出幀率為15幀， 而運動檢測的感光像素陣列的輸出幀率為60幀時，在第一感光單元輸出 一幀圖像的時間段內，第二感光單元輸出四幀圖像(圖中的方塊代表圖像 幀)，通過對這四幀圖像的分析和處理，就可以得到感光器件或物體的運 動方向及位移等，實現運動檢測，及時的通知被執行元件對像素陣列輸出 的圖像進行補償校正。本發明中，不同感光像素陣列/區域可以擁有不同或相同的陣列大小、 像素點尺寸大小及光譜過濾方法等相關參數，從而可以根據產品實際要求 合適配置第一感光單元和第二感光單元，有效獲取圖像信號和運動信號。相比現有的方案，本發明不只包含用於捕捉圖像的感光單元，還增設 了用於撿測運動的感光單元，由這些感光單元完成光電信號轉換.，感光傳 感器再對所產生的電信號進行處理以獲取運動信號和圖像信號並輸出，從而能較現有技術更準確地反映運動檢測結果，由此而達到更高的檢測精度。 相比採用其他運動感應器件如陀螺儀、加速度檢測儀的方案，能實現設備 結構的簡化，降低了產品例如用於手機的防抖的圖像捕捉設備的成本。以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說 明，不能認定本發明的具體實施只局限於這些說明。對於本發明所屬技術 領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若 幹簡單推演或替換，都應當視為屬於本發明的保護範圍。
權利要求
1. 一種感光傳感器，其特徵在於，包括感光模塊，用於進行光電信號轉換，其至少包括第一感光單元和第二感光單元，所述第一感光單元用於捕捉圖像，所述第二感光單元用於檢測圖像的運動或感光傳感器的運動；控制與處理模塊，用於控制所述感光模塊輸出電信號，對所述電信號進行處理以生成運動信號和圖像信號並輸出。
2. 如權利要求1所述的感光傳感器，其特徵在於，所述第一感光 單元包括一個用於捕捉圖像信號的感光像素陣列，所述第二感光單元包括 至少一個或一個以上感光像素陣列，所述感光像素陣列均為用於捕捉運動 信號的感光像素陣列，或者，均為用於同時捕捉運動信號和圖像信號的感 光像素陣列，或者，既包含用於捕捉運動信號的感光像素陣列又包含用於 同時捕捉運動信號和圖像信號的感光像素陣列。
3. 如權利要求1所述的感光傳感器，其特徵在於，所述第一感光 單元和所述第二感光單元在同一感光像素陣列上實現，所述感光像素陣列 劃分為多個區域，其中一個區域用於捕捉圖像信號，其它區域均為用於捕 捉運動信號的區域，或者，均為同時用於捕捉運動信號和圖像信號的區域， 或者，既包含用於捕捉運動信號的區域又包含用於同時捕捉運動信號和圖 像信號的區域。
4. 如權利要求1所述的感光傳感器，其特徵在於，所述控制與處 理模塊包括圖像處理單元，用於處理所述第一感光單元輸出的電信號以 生成所述圖像信號；運動檢測單元，用於處理所述第二感光單元輸出的電 信號以生成所述圖像信號；控制電路，用於控制所述第一、二感光單元及 所述圖像處理單元和所述運動檢測單元協同工作。
5. 如權利要求1 4任意一項所述的感光傳感器，其特徵在於所 述第一感光單元與所述第二感光單元相緊靠地設置在同一感光晶片表面。
6. 如權利要求1 4任意一項所述的感光傳感器，其特徵在於所 述第二感光單元的採樣幀率高於所述第一感光單元的採樣幀率。
7. 如權利要求1 4任意一項所述的感光傳感器，其特徵在於，所 述第一感光單元與所述第二感光單元所含感光像素的像素大小、像素數目 可以相同或不同。
8. —種圖像捕捉裝置，其特徵在於，包括感光模塊，用於進行光電信號轉換，其至少包括第二感光單元和第一 感光單元，所述第二感光單元用於檢測圖像的運動或感光傳感器的運動， 所述第一感光單元用於捕捉圖像；控制與處理模塊，用於控制所述感光模塊輸出電信號，對所述電信號 進行處理以生成運動信號和圖像信號並輸出；光學鏡頭，用於使被拍攝物體成像於所述感光模塊上；以及執行模塊，用於響應所述運動信號和圖像信號以對所述光學鏡頭執行 相應的動作。
9. 如權利要求8所述的圖像捕捉裝置，其特徵在於，所述執行模 塊包括執行控制單元和三維執行機構，所述執行控制單元用於根據所述運 動信號和圖像信號發出運動控制指令，所述三維執行機構用於根據所述運 動控制指令帶動被執行對象進行三維運動。
10. 如權利要求9所述的圖像捕捉裝置，其特徵在於，所述運動控 制指令為控制所述光學鏡頭運動以實現防抖調整的控制指令。
11. 如權利要求8 10任意一項所述的圖像捕捉裝置，其特徵在於， 所述第一感光單元與所述第二感光單元相緊靠地設置在同一感光晶片表 面。
12. 如權利要求8 10任意一項所述的圖像捕捉裝置，其特徵在於， 所述第二感光單元的採樣幀率高於所述第一感光單元的採樣幀率。
13. 如權利要求8 10任意一項所述的圖像捕捉裝置，其特徵在於， 所述第一感光單元與所述第二感光單元所含感光像素的像素大小、像素數 目可以相同或不同。
全文摘要
本發明公開了一種感光傳感器，包括感光模塊，用於進行光電信號轉換，其至少包括第一感光單元和第二感光單元，第一感光單元用於捕捉圖像，第二感光單元用於檢測圖像的運動或感光傳感器的運動；控制與處理模塊，用於控制感光模塊輸出電信號，對電信號進行處理以生成運動信號和圖像信號並輸出。本發明還公開了一種採用該感光傳感器的圖像捕捉裝置。通過增設用於檢測圖像的運動或感光傳感器的運動的第二感光單元，感光傳感器能同時輸出運動信號和圖像信號，由此能達到更高的檢測精度，且結構較簡單、製造成本低。
文檔編號H04N5/232GK101257581SQ20081008702
公開日2008年9月3日 申請日期2008年3月26日 優先權日2008年3月26日
發明者劉鐵鋼, 林小軍, 範健明, 範永明, 鄭國星 申請人:香港應用科技研究院有限公司