用于具有相位檢測像素的圖像傳感器的圖像處理方法
【技術領域】
[0001] 本申請一般地涉及成像系統(tǒng)，并且更具體地講，涉及具有相位檢測能力的成像系 統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 現(xiàn)代電子裝置（諸如，蜂窩電話、照相機和計算機）經常使用數(shù)字圖像傳感器。成 像器傳感器（有時被稱為成像器）可由圖像感測像素的二維陣列形成。每個像素接收入 射光子（光）并且將光子轉換成電信號。圖像傳感器有時被設計為使用聯(lián)合圖像專家組 (JPEG)格式將圖像提供給電子裝置。
[0003] 一些應用（諸如，自動聚焦和三維（3D)成像）可能需要電子裝置提供立體和/或 深度感測能力。例如，為了使感興趣的物體聚焦以用于圖像捕捉，電子裝置可能需要識別電 子裝置和感興趣的物體之間的距離。為了識別距離，傳統(tǒng)電子裝置使用復雜布置。一些布 置需要使用從各種視點捕捉圖像的多個圖像傳感器和照相機透鏡。其它布置需要添加將入 射光聚焦在二維像素陣列的子區(qū)域上的雙凸透鏡陣列。由于諸如另外的圖像傳感器或復雜 透鏡陣列的部件的添加，這些布置導致減小的空間分辨率、增加的成本和增加的復雜性。
[0004] 一些電子裝置在單個圖像傳感器中既包括圖像像素又包括相位檢測像素。利用這 種類型的布置，照相機能夠使用片上相位檢測像素聚焦圖像，而不需要單獨的相位檢測傳 感器。在典型布置中，相位檢測像素全都具有相同顏色并且在像素陣列中連續(xù)地布置成線。 當相位檢測像素被以這種方式布置時，光學串擾變成問題。例如，與綠色圖像像素和紅色圖 像像素之間的光學串擾相比，綠色圖像像素和綠色相位檢測像素之間的光學串擾可能更加 難以校正。
[0005] 因此，將會希望能夠提供用于圖像傳感器的改進的相位檢測像素布置和相位檢測 信號處理方法。

【發(fā)明內容】

[0006] 本公開的一個目的是提供具有改進的相位檢測像素布置和相位檢測信號處理的 圖像傳感器。
[0007] 根據(jù)一個實施例，提供了一種用于處理來自包括圖像像素和相位檢測像素的像素 陣列中的相位檢測像素對的像素信號的方法，其中所述相位檢測像素對包括具有不同角度 響應的第一像素和第二像素。所述方法包括：利用第一和第二像素，產生各自的第一和第二 像素信號；利用處理電路，調整第一和第二像素信號以減小第一和第二像素信號之間的偏 差；以及利用處理電路，使用調整的第一和第二像素信號確定與第一和第二像素信號關聯(lián) 的相差。
[0008] 根據(jù)另一個實施例，提供了一種用于處理來自包括圖像像素和相位檢測像素的像 素陣列中的相位檢測像素對的像素信號的方法，其中所述相位檢測像素對包括具有不同角 度響應的第一像素和第二像素。所述方法包括：利用第一和第二像素，產生各自的第一和第 二像素信號；利用處理電路，基于來自鄰近圖像像素的圖像像素信號確定亮度梯度，其中所 述鄰近圖像像素位于第一和第二像素附近；以及使用亮度梯度以內插的圖像像素信號替換 第一和第二像素信號。
[0009] 根據(jù)又一個實施例，提供了一種用于處理來自包括圖像像素和相位檢測像素的像 素陣列中的相位檢測像素對的像素信號的方法，其中所述相位檢測像素對包括具有不同角 度響應的第一像素和第二像素，其中第一像素位于該像素陣列中的第一列和第一行中，并 且第二像素位于該像素陣列中的第二列和第二行中。所述方法包括：利用第一和第二像素， 產生各自的第一和第二像素信號；利用處理電路，基于來自至少一個鄰近相位檢測像素對 的像素信號調整第一和第二像素信號，其中所述至少一個鄰近相位檢測像素對位于所述相 位檢測像素對附近；以及利用處理電路，使用調整的第一和第二像素信號確定與第一和第 二像素信號關聯(lián)的相差。
[0010] 根據(jù)本公開，可以減小相位檢測像素信號之間的任何偏差。
【附圖說明】
[0011] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有可包括相位檢測像素的圖像傳感器的說明性 電子裝置的示意圖。
[0012] 圖2A是根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有有著不同的不對稱角度響應的光敏區(qū)域的說 明性相位檢測像素的剖視圖。
[0013] 圖2B和2C是根據(jù)本發(fā)明的實施例的圖2A的相位檢測像素的剖視圖。
[0014] 圖3是根據(jù)本發(fā)明的實施例的針對以不同入射角撞擊相位檢測像素的入射光的 相位檢測像素的說明性信號輸出的示圖。
[0015] 圖4A是根據(jù)本發(fā)明的實施例的沿水平方向布置的說明性相位檢測像素對的頂視 圖。
[0016] 圖4B是根據(jù)本發(fā)明的實施例的沿垂直方向布置的說明性相位檢測像素對的頂視 圖。
[0017] 圖4C是根據(jù)本發(fā)明的實施例的沿垂直方向布置并且被構造為沿著水平方向檢測 相差的說明性相位檢測像素對的頂視圖。
[0018] 圖5是具有連續(xù)地布置線并且全都具有相同顏色的相位檢測像素的傳統(tǒng)像素陣 列的頂視圖。
[0019] 圖6是根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有有著與像素陣列的濾色器模式匹配的濾色器 的隔離的相位檢測像素對的說明性像素陣列的頂視圖。
[0020] 圖7是根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有有著與像素陣列的濾色器模式匹配的濾色器 的連續(xù)地布置成線的相位檢測像素對的說明性像素陣列的頂視圖。
[0021] 圖8是根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有有著與像素陣列的濾色器模式匹配的濾色器 的隔離的堆疊相位檢測像素對的說明性像素陣列的頂視圖。
[0022] 圖9是根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有有著與像素陣列的濾色器模式匹配的濾色器 的連續(xù)地布置成線的堆疊相位檢測像素對的說明性像素陣列的頂視圖。
[0023] 圖10是根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有有著與像素陣列的濾色器模式匹配的濾色器 的非連續(xù)地布置成線的隔離的相位檢測像素對的說明性像素陣列的頂視圖。
[0024]圖11是根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有有著與像素陣列的濾色器模式匹配的濾色器 的隔離的沿對角線方向布置的相位檢測像素對的說明性像素陣列的頂視圖。
[0025]圖12是根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有布置成線的交替的紅色相位檢測像素對和綠 色相位檢測像素對的說明性像素陣列的頂視圖。
[0026]圖13是根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有沿著兩個或更多像素行分布的綠色相位檢測 像素對的說明性像素陣列的頂視圖。
[0027]圖14是根據(jù)本發(fā)明的實施例的操作具有圖像像素和相位檢測像素的圖像傳感器 所涉及的說明性步驟的流程圖。
[0028]圖15是根據(jù)本發(fā)明的實施例的在自動聚焦操作期間處理相位檢測像素信號所涉 及的說明性步驟的流程圖。
【具體實施方式】
[0029] 本發(fā)明的實施例涉及具有自動聚焦和深度感測能力的圖像傳感器。具有照相機模 塊的電子裝置被示出在圖1中。電子裝置10可以是數(shù)字照相機、計算機、蜂窩電話、醫(yī)學裝 置或其它電子裝置。照相機模塊12(有時被稱為成像裝置）可包括一個或多個圖像傳感器 14和一個或多個透鏡28。在操作期間，透鏡28 (有時被稱為光學器件28)將光聚焦在圖像 傳感器14上。圖像傳感器14包括將光轉換成數(shù)字數(shù)據(jù)的光敏元件（例如，像素）。圖像傳 感器可具有任何數(shù)量的像素（例如，數(shù)百、數(shù)千、數(shù)百萬或更多）。典型圖像傳感器可例如具 有數(shù)百萬的像素（例如，兆像素）。作為例子，圖像傳感器14可包括偏置電路（例如，源極 跟隨器負載電路）、采樣和保持電路、相關雙采樣（CDS)電路、放大器電路、模數(shù)（ADC)轉換 器電路、數(shù)據(jù)輸出電路、存儲器（例如，緩沖器電路）、地址電路等。
[0030] 來自圖像傳感器14的靜止和視頻圖像數(shù)據(jù)可被提供給圖像處理和數(shù)據(jù)格式化電 路16。圖像處理和數(shù)據(jù)格式化電路16可被用于執(zhí)行圖像處理功能（諸如，自動聚焦功能、 深度感測、數(shù)據(jù)格式化、調整白平衡和曝光、實現(xiàn)視頻圖像穩(wěn)定、臉檢測等）。例如，在自動聚 焦操作期間，圖像處理和數(shù)據(jù)格式化電路16可處理由圖像傳感器14中的相位檢測像素搜 集的數(shù)據(jù)以確定使感興趣的物體聚焦所需的透鏡移動（例如，透鏡28的移動）的大小和方 向。
[0031] 圖像處理和數(shù)據(jù)格式化電路16還可被用于根據(jù)需要壓縮原始照相機圖像文件 (例如，壓縮成聯(lián)合圖像專家組或JPEG格式）。在有時被稱為片上系統(tǒng)（S0C)布置的典型布 置中，照相機傳感器14以及圖像處理和數(shù)據(jù)格式化電路16被實現(xiàn)在公共集成電路上。使 用單個集成電路實現(xiàn)照相機傳感器14以及圖像處理和數(shù)據(jù)格式化電路16能夠幫助減少成 本。然而，這僅是說明性的。根據(jù)需要，照相機傳感器14以及圖像處理和數(shù)據(jù)格式化電路 16可被使用分開的集成電路實現(xiàn)。
[0032] 照相機模塊12可經路徑18將獲取的圖像數(shù)據(jù)傳送給主機子系統(tǒng)20 (例如，圖像 處理和數(shù)據(jù)格式化電路16可將圖像數(shù)據(jù)傳送給子系統(tǒng)20)。電子裝置10通常為用戶提供 許多高級功能。在計算機或高級蜂窩電話中，例如，用戶可被提供運行用戶應用的能力。為 了實現(xiàn)這些功能，電子裝置10的主機子系統(tǒng)20可包括存儲和處理電路24以及輸入輸出裝 置22 (諸如，小鍵盤、輸