一种带有光度测定和实时报告能力的图像传感元件或阵列的系统与方法

专利名称：一种带有光度测定和实时报告能力的图像传感元件或阵列的系统与方法
技术领域：
本发明通常涉及电子成像领域，特别是涉及到一种使用光度测量和报告 来增强图像拍摄的方法和装置。
背景技术：
摄像是依靠光的作用成像的过程。通常使用的光，其电磁辐射中的频率 是为在人眼可见的范围内。从物体反射或者发出的光型经过一定时间的曝光 由一个图像传感器记录。图像传感器在性质上可是化学的、例如照相底片； 也可是固态的、例如数码相机和摄像机使用的CCD和CMOS图像传感器。
数字相机有一系列能聚焦光线从而生成一个场景的图像的透镜。但不像 传统照相机那样把光聚焦在底片上而是把光聚焦在能把光的电磁辐射转换 成电荷的固态图像传感器上。该图像传感器的原子元素称为图像元素，即"像 素"，并且数码摄像的实际图像传感器典型地拥有大量的像素。电荷表示被 图像传感器感知到的电磁辐射的相对强度，并且一般用来把光强值与像素联 系起来。
摄像的一个目的是提供一个能将人眼看到的图像准确地显现出的图像。 然而，人眼对光的所有波长具有不同的感光度。因此，图像传感器对入射到 图像传感器上的电磁辐射的响应必须被调整到与人类视觉感光度相一致。这 种调节通常要通过调整图像传感器对电磁辐射的曝光以补偿人类对不同波 长的感光度来进行的。
然而，常常很难确定一个准确的曝光量以提供给图像传感器；对图像传
感器的感光成分未能确定和施加准确的电磁辐射曝光量将导致对所拍摄图 像的劣化。这些劣化就是经常提到的"曝光过量"或"曝光不足"。当感光 成分被曝光的电磁辐射量大于该光波长最佳量时，发生曝光过量。曝光过量 常常导致在所拍摄图像中缺失了高亮层次部分。
图1A说明了一个图像传感器曝光过量的响应曲线。横坐标表示电磁辐 射入射到传感器上的光强。纵坐标表示图像传感器相应的输出电压。对于低 光强辐射，图像感光成分的电压随着电磁辐射光强的增长而线性的增长。然 而，当电磁辐射的光强增长超过了阈值To (如图1A中虚线所指出的)，图
像感光成分输出电压将不相应地作变化，而是与其最大电压相平。因此，图 像感光装置不能精确地显示电磁辐射光强量超过阈值To的图像，而把所记
录的图像被称为曝光过量。
图1B说明了一个图像传感器曝光不足的响应曲线。曝光不足发生在当 图像感光成分被放在电磁辐射下曝光时的量低于最佳量时。曝光不足常常导 致在所拍摄图像中缺失了阴影层次部分。如图1B所示，对于低光强值，图 像感光成分的电压并不随电磁辐射光强变化而发生变化。仅在光强超过最小 光强量阈值Tu后才使得图像感光成分的电压随着电磁辐射的强度而线性增 高。因此，图像感光装置不能精确地显示电磁辐射光强量未超过阈值Tu的 图像的层次部分或颜色，而把所记录的图像称为曝光不足。
图1C说明了一个反映了图像传感器对电磁辐射的准确曝光的转换函 数。准确曝光发生在当一个图像被最佳拍摄时，不仅在电磁辐射高的光强量 段中，而且在电磁辐射低的光强量段中都有所有层次部分。准确曝光允许原 始图像的强光部分和阴影部分两者都能被精确地表示在被拍摄图像的电子 图像中。
图2A-2C说明了已曝光图像的像素光强的直方图，其中被曝光图像都有 一个从0到255潜在的像素光强范围。图2A是一个曝光过量图像的像素光 强的直方图，例如一个用如图1A说明的转换函数曝光过程。图2B是一个
曝光不足图像的像素光强的直方图，例如一个用具有如图1B的转换函数所 拍摄到的图像。图2C是一个准确曝光图像的像素光强的直方图，例如用图 1C的转换函数。图2C的直方图说明像素光强标准化的分布情况，图2A说 明一个曝光过量的图像具有被压縮在最大图像传感器输出值("255")的像 素光强，而一个曝光不足的图像具有被压縮在最小图像传感器输出值("0") 的像素光强。
一个到达像素阵列的图像包含了在光强上彻底不相同的暗部和亮部区 域，并因此导致图像具有宽动态范围。尽管图像的动态范围在像素阵列动态 范围之内，但曝光的计算仍须非常精确。实际像素阵列的有限动态范围与典 型图像的宽动态范围结合使得要精确地作出曝光计算成为一个非常困难的 任务。
现有的技术认可许多计算曝光时间的方法。 一个己知的方法是用一个预 估的曝光时间设定来拍摄图像，观察像素输出的直方图，到达一个新的曝光 时间估计值并且用这个新的曝光时间估计值拍摄图像。由于这个方法要对每 个图像拍摄两次，所以很浪费能量。尽管第二次的曝光时间估计值要比第一 次的好，但它还是不精确的，仍是一个近似值，并且许多在像素动态范围之 外的像素将被光强曝光。
另外一种方法是研究整个图像，测量图像光强度的平均值并且计算一个 建立在该值基础之上的曝光时间。然而，这样的方法是不精确的，由于它并 没有考虑到图像中光强的实际分布。这样有太多在像素动态范围之外的像素 将被光强所曝光。
通过光度测量来确定准确的曝光量更为复杂。光度测量学是一种可见 光，尤其是其强度的量度科学，并且根据人类视觉察觉到的亮度能用它来描 述图像光强。用一个作为眼睛在一波长处有多少敏感度的函数因子，通过加 权于该光波已被测定的光强，光度测量能被用来说明人类视觉对光波的不同 的感光度。 通过使用被设计来作为特殊的光度测量功能的电磁辐射感光装置，有代 表性的做了光度测量并提出了报告。电磁感光装置可以是，例如， 一个电荷
耦合装置(CCD)或一个互补金属氧化物半导体(CMOS)装置。图3说明 了一个像素阵列10，其包括了像素结构组例如像素结构12，和光度测量结 构组例如光度测量结构14。使用这样的光度测量装置的典型像素结构将光度 测量用在一个或者多个被拍摄图像的子区域内。于是众多子图像的测量是被 处理成来确定该图像感光材料应受电磁辐射的曝光量。图像经过了第二次处 理阶段，其中图像通过把固态图像传感装置放于入射电磁辐射下曝光，经过 预先-计算好的曝光时间而被拍摄。
然而，因为光度测量通常取自拍摄到的图像点中的一小部分提出，它经 常不是最佳的;取样点中任何一种视觉属性和/或伪影是被用于计算一个被施 加到整个图像的曝光量。因此，从这样测量得来的曝光时间经常是不精确的， 并且被处理得到的图像通常是受损坏的。上述方法的另外一个缺点是没有考 虑到图像传感器的性能。举例来说，图像传感器对不同光强的电磁辐射可能 产生不同的响应。盲目地对图像传感器应用一个加权因子是没有考虑到图像 传感器的增益特性可能使提供一个理想输出图像的问题恶化。

发明内容
本发明中的一个固态像素结构包括了一个图像传感器，用于测量图像传 感器对接受到的电磁辐射的响应的装置和用于把图像传感器响应的状态报 告给曝光控制器的装置。
020按照本发明的另一个方面， 一个像素阵列包括了一个曝光控制器和 至少一组与曝光控制器相连的像素结构组。每组像素结构组包括至少一个像 素结构。像素结构包括一个图像传感器，用于测量图像传感器对接受到的电 磁辐射响应的装置和用于向曝光控制器报告其响应状态的装置。曝光控制器 分析该响应状态(或多个状态)以确定响应状态(或多个状态)是否指示曝
光终止触发事件已经发生。
021按照本发明的另一个方面，提供了一种控制像素结构组在电磁辐射 下的曝光方法。像素结构组由至少一个像素结构组成，并且每个像素结构有 一个图像传感器。该方法包括在该像素组中至少一个像素结构测量一个相关 联的图像传感器对接受到电磁辐射的响应的步骤，并分析从组中至少一个像 素结构接收到的状态，该状态与至少一个像素结构的图像传感器已测到的响 应有关的步骤、分析以确定响应状态是否指示曝光终止触发事件己经发生、 并根据曝光终止事件终止像素结构组在电磁辐射下的曝光的步骤。
022具有这样的^种配置，像素结构曝光可以被实时控制以便于最佳图 像拍摄。本发明的其它优点将在阅读后面的说明中结合所示附图体现出来。


图1A-1C所示，像素结构分别对曝光过量，曝光不足和准确曝光情况响 应的传递函数。
图2A-2C所示，对拍摄图像分别对曝光过量，曝光不足，准确曝光的像 素光强分布的直方图。
图3所示， 一个应用现有技术的像素阵列结构。
图4所示， 一个后面有ADC (数模转换器)和DSP (数字信号系统)
的典型像素结构的功能等效框图。
图5所示， 一个典型像素结构的功能等效电路图。
图6所示，本发明中一个带有集成的曝光控制的固态像素阵列的图。
图7所示， 一个说明本发明中的固态像素结构也可能包括的元件和传递
通路流程的框图。
图8所示， 一个如图7表示的固态像素结构的一个实施例的电路和方框 电路图。
图9所示， 一个说明能被用在本发明中曝光控制过程的步骤的功能流程 图。
图io所示，本发明中，结合集成的曝光控制的固态像素阵列第二个实 施例。
图11所示，本发明中，结合集成的曝光控制的固态像素阵列第三个实 施例。
图12所示，本发明中，结合集成的曝光控制的固态像素阵列第四个实 施例。
赌雄力《
按照本发明的一个方面， 一种固态像素结构或像素阵列包括设置在像素 结构和/或像素阵列中的集成曝光控制。包括在像素结构和/或阵列之内的曝 光控制能在实时获得最佳曝光。通过测量像素结构对接受到的电磁辐射的响 应。并且用该响应信息，结合关于像素结构的能力和光度测量的阈值知识， 以确定在何时像素结构运作最佳就可获得最佳曝光。
在一个实施例中，每个固态像素结构能够进行光度测量。这种测量表示 了像素结构对电磁辐射响应的特征。通过在固态像素结构之内，包含光度测 量能力在图像拍摄期间，像素曝光是被监控和被紧紧控制着的。该固态像素 结构包含了报告逻辑电路，该逻辑电路用于把曝光响应特性曲线报告给曝光 控制器。当曝光响应特性显示最佳曝光的图像已被拍摄时，曝光控制器就会 停止曝光。考虑到像素结构的实时响应，这个固态像素结构的测量和报告逻 辑电路向曝光控制逻辑电路提供了动态反馈，用来确保像素结构被电磁辐射 的最佳曝光。由于曝光测量能被控制在图像拍摄过程中而不是作为一个单独 的过程，这样会减少曝光的复杂性和能量消耗。
本发明的优点可以通过与图4， 5所示典型的像素结构运作相比较，而 被最好的表现出来。举例来说，图4说明包括在典型数字图像拍摄装置中各 部件的框图。 一个信号源20被连接到包含了积分器21，模数转换器(ADC)
22和数字信号处理器(DSP) 23的信号处理链。信号源20是一个产生响应 电磁辐射的电响应的光强传感器，就像光从典型CMOS像素结构的核心照 射到它上面，然后传感器20和积分器21。传感器20可被使用在时控场合、 例如数字相机应用中，此时传感器在通常称为曝光时间的一特定时间中受光 的照射。积分器21对曝光时间内接收到的所有光子造成的传感器20的响应 进行积分成为一值，例如电压值，在曝光时间结束后读出。
图5所示， 一个更为详细的典型图像传感器组件电路。信号源30是一 个光传感器，为了作为例子可以说它是一个光电二极管。电容器34是一个 简单的积分器。积分器的输入为信号源-30的输出。电容器由在积分过程开 始前处在闭合状态下的开关35复位。在积分过程开始时，开关35打开并且 在电容器34两端的电压响应源于信号源30的输入信号开始变化。在积分过 程结束时开关33闭合并且对积分器输出36的Vout取样。
积分器输出36， Vout，通常不能超过所施加可用电源电压的上限。电源 电压在现有技术装置中由于必须遵守的能量消耗需求而下降。积分器输出36 不能超过电源电压，并且如果积分器输出信号在达到电源电压电平后继续升 高会饱和。当输出电压达到可用电源电压时发生饱和现象并且无法响应输入 信号的进一步变化。
作为受积分器限制的像素动态范围，在设定曝光时间时要谨慎考虑。一 个太短的曝光时间将阻止一个或更多像素的输出上升到足够高，并在最低噪 声之上的。 一个太长的曝光时间将导致一个或更多像素的输出饱和。
关于图1C和2C所提及的，当所有阵列像素在他们线性输出范围内(非 饱和)运作并且产生一个在最低电噪声上的输出电压时，可以获得最佳的阵 列运转。为了要产生在最低电噪声面之上的输出电压，当由指定的电磁辐射 光强工作范围的最小值照亮时，像素结构的增益应该足够高以产生一个足够 的输出电压。这决定了像素结构的感光度。为了像素结构总能在其线性区域 内运作并且当被结构运作范围内具有最大值的电磁辐射光强照射时，它的输
出不饱和，像素结构的动态范围应足够大。
本发明认可在像素结构，像素阵列或其组合中的曝光控制的积分值。正 如如下所述，进入像素结构和/或像素阵列的曝光控制积分为拍摄具有最小复 杂性和能量消耗的最佳图像创造了条件。本发明能以许多不同形式，不同像 素集合编组进行实施。诸实施例是本发明中等价实施例中具有代表性的一小 部分，并且本发明不限制于所展示的实施例。
图6示出，本发明中的一个实施例，其中每个像素如像素101结合了当 像素输出达到了特定的可报告状态时能报告的附加逻辑电路。被逻辑电路表 现出来的，该可报告状态只是一种设计选型的问题，-并可能包括，但不局限 于，这样的状态如像素输出电平已经达到最小需求值；像素输出电平己经 达到饱和值；像素输出电平己经达到第一个比最小需求值高但比饱和值低的 特定状态；像素输出电平已经达到第二个比最小需求值高比饱和值低，并不 同于第一个的特定状态；像素输出电平已经达到上述各状态的第一个组合， 和/或像素输出电平已经达到上述各状态的第二个组合。
状态信息进入功能模块102。，功能模块102，通过接口总线103对系统 外部元件到像素阵列100保持通信。功能模块102有利于动态可编程化，尽 管这不是要求。在一个实施例中，功能模块被编程用于侦测曝光终止触发条 件。可把曝光终止触发条件选择在图象拍摄之前，或可适宜地根据来自图像 拍摄过程中引入信息来选择。举例来说，可能的事先调整的曝光终止情况包 括但不受限制先前设定的最长曝光时间已经达到的指示；所有像素报告已 经达到最小输出电压并且一个像素报告其输出电压已经达到饱和值的指示； 像素的预先设定数报告已经达到输出饱和电压值的指示；像素的预先设定数 报告最小输出电压值已经达到的指示；大于第一个预设阈值的若干像素报告 己经达到输出饱和电压，并且大于第二个预设阈值的若干像素报告已经达到 最小输出电压的指示；和曝光终止情况的组合已经发生的指示。
图7所示，本发明中固态像素结构中可能包含部件的框图。如图7所示，
像素结构包含了一个装置，对信号源50和包含了必须产生一个状态报告传 递到功能模块102的积分器51作出响应的装置。状态报告可以取任何种类 的形式，这就取决与在像素和功能模块之间通信的所希望有的信息。例如， 在一个最简单的实施例中，状态报告可能包含一个触发信号当这个信号确定 指出像素已经达到一个特定的状态时，这信号本身又指出曝光终止触发情况 的存在。在一个更为复杂的实施例中，信号可能被编码，在基于先前确定的 通信协议的一系列或多比特总线上。其他在任何阵列两点之间通信数据的技 术可能在不影响本发明的范围时被取代。
图8提供了一个更为详细的本发明中一个固态像素结构62的^个实施 例的框图。结构62与图5所描述的相类似，但包括了本发明中的光度测量 和报告逻辑电路63 。 一个实施例中的光度测量和报告逻辑电路是可动态编程 的，所用功能模块，包括通过外部输入55定制曝光标准结束的性能和逻辑 电路63的曝光触发阈值的能力。该测量和报告逻辑电路63可以专门用于一 个像素或者用于多于一个像素。当测量和报告逻辑电路63用于多于一个像 素时，附加像素状态的附加数据指示通过附加的接口被输入到测量和报告逻 辑电路63中。接口 68和69是具有代表性的接口将附加像素状态数据带入 测量和报告逻辑电路63中。当测量和报告逻辑电路63用于多于一个像素时， 附加接口的数量按照实施例的细节而变化。光度测量和报告逻辑电路63可 以按照预先设置或合适的运算法则运作。当运作的成本和简便成为主要考虑 事项时，测量和报告逻辑电路63的运作可以被预先设置并不受变化的支配。 当优良的图像传感器性能是主要考虑因素时，测量和报告逻辑电路63的运 作可以是自适的并且易受到外部指令的响应而变化。输入端55响应外部命 令起着改变测量和报告逻辑电路63运作的作用。测量和报告逻辑电路63运 作的模式可以通过在许多事先编程好的运作模式之间的选择或通过编写一 个新的运作模式来改变。在一个典型的实施例中，测量和报告逻辑电路63 监控了像素输出信号电压和复位/启动命令中的一个或同时两者。基于两者组合中的其中一个或两者的组合，并且在对结构已编程的触发条件上，测量和
报告逻辑电路63提供状态信号给功能模块102以指示在固态结构中某些特 性的存在，其中的特性可以是电压电平，电压电平对饱和电平的比率，等等。 已编程的触发条件在确定触发阈值时要考虑到光度测量的数据。
因此，图8示出，如何使得测量和报告能力被结合进如图5的CMOS 图像传感器。然而，本发明不仅限于使用CMOS图像传感器，或在这方面 不限与数字图像传感器。反而，测量电磁辐射响应的概念，并且使用连同知 识一起的量度，这知识包括关于传感器行为来控制曝光的知识，可以联系着 任何图像感应装置一同使用。在本发明的一个实施例中， 一个像素结构包括-一个包含高分辨率和宽动态范围的传感器装置，正如在专利申请序列号(代 理人案号680-008U)中描述的，题为"一个宽动态范围感光传感器元件或 阵列的系统和方法"属于达维多维奇，在此被结合用作参考。在另一个实施 例中， 一个像素结构包含了一个传感器装置，正如在专利申请序列号(代理 人案号680-010)中公开的，"一个宽动态范围带有增益控制的感光传感器元 件或阵列的系统和方法"属于达维多维奇，归档于同一日期，在此被结合用 作参考。
图9所示，包括一对操作流程图，用以说明不仅可以发生在元件之间的 典型通信，而且还有由功能模块102和像素101的测量和报告逻辑电路可以 执行的步骤。流程70包括了可以被功能模块102执行的步骤，而流程80说 明了可以被测量和报告逻辑电路80执行的步骤。应该注意到，图9的是一 个说明性的例子，不具有限制性，说明可采取许多不同形式的等价方案，并 且拥有被硬件，软件，或两者结合能控制的部分。
当像素结构曝光开始时，功能模块流程于步骤72开始，例如当照相机 快门被按下时。功能模块进行到步骤73,该处集合了来自像素组的状态报告， 每组包括一个或更多像素。
在步骤82，图像传感器运作时，测量和报告模块开始操作。例如，它可
以侦测来自图像传感器的电压。在步骤84，传感器的测量被监控或收集去确 定像素结构何时处在可报告状态。当确定像素结构处在可报告状态时，该状 态被报告到功能模块的步骤88。
功能模块102， 240， 340， 440分析从一个或更多像素结构接收到的状 态报告以确定何时一个曝光终止触发事件已经发生。当触发事件已经发生， 功能模块就于步骤76终止曝光。功能模块可以基于触发条件终止对像素阵 列中一个或更多像素的曝光，并且这就是本发明不限制于任何对像素集合编 组曝光终止。在步骤78，所拍摄的图像被记录在一个存储介质中。
综上所述，关于曝光时间的测定方法有以下主要优点，当图像被拍摄(或 获得)时，曝光时间设定已经完成，因此达到最大精确度。正当图像拍摄过 程进行时，确定曝光终止条件的灵活性，具有使曝光时间与被拍摄图像的特 性相适应以及相匹配的优点。
关于图6所示的实施例，它包括了在每个像素结构中的光度测量和报告， 由于市场上可以买到的像素阵列其中包含了大量的像素，它变得相当复杂。 正如在数字相机照相或摄像机中的情况，有意义的图像通常是图像拍摄的对 象，展示相邻像素间的一个高度相关性。相邻像素间的高度相关性反映出已 报告像素输出的许多数据是过量的。
图10示出，本发明的另外一种实施例，其中一个像素阵列200用少于 报告它们输出状态的所有像素来排列。报告像素例如像素230， 210和220 可以在整个像素阵列以一个规则的或一个随机的模式进行排列。相邻像素的 高度相关性被用于限制带有图像拍摄过程中最小劣化的报告像素的数量。这 样，报告像素数量的下限可以是一个，以及报告像素数量的上限可以等于阵 列的大小。
图ll所示，说明本发明的另外一种实施例，同图6和图10相比较起来 降低了复杂性。在图11中， 一个像素阵列300按比例分配像素组以便于把 能够报告它们输出状态的像素集合编组。 一组能够报告输出状态的像素可以
包含少至两个并且多至可与阵列中包含的像素数目一样多，然而所有组包含
相同数目的像素。由像素组330， 310和320作示例的报告像素组包含了四 个像素，它们可以在整个像素阵列以一个规则的或一个随机的模式进行排 列。报告像素数量的下限可以是一个，以及报告像素数量的上限可以等于阵 列大小的一半。
图12所示，说明本发明的还有另外一个实施例，其中把能够报告它们 输出状态的像素集合遍组。 一组能够报告输出状态的像素可以包含少至一个 和多至可与阵列中包含的像素数目一样多。图12中的实施例不同于图11中 的，因为各个组在大小尺寸上可以不同。由像素组430f 410和420作示例 的报告像素组分别包含一个，四个和多于四个的像素，并且可以在整个像素 阵列以一个规则的或一个随机的模式进行排列。报告像素组数量的下限可以 是一个，以及报告像素组数量的上限可以等于阵列的大小。
因此， 一种用具有集成曝光控制的像素结构和阵列用于控制像素阵列曝 光时间的方法和装置已在各种实施例中展示和描述。从而，本发明通过提供 一个包括光度测量和报告能力的改良图像传感器克服了现有技术的难题。测 量和报告能力可以用于控制图像传感器在电磁辐射下的曝光，因此，当图像 传感器已达到最佳曝光量点或某些其他触发阈值电平时能让曝光终止。另 外，它让曝光被控制在实时内，而不是在拍摄后在图像上执行的一个次级过 程。
本发明有许多优点。第一个优点是所描述方法固有的精确度，就是用来 确定像素阵列曝光的数据同时从正拍摄的图像和拍摄过程中取得的。第二个 优点是将光度测量能力结合入像素结构中，这件事本身确保当确定适当曝光 量级时就考虑到任何固态图像传感器的增益特性。减少能量消耗是第三个优 点，这是因为消除了由于在一个通常使用的方法中，为了确定曝光时间而要 求两次拍摄过程。本发明的诸多优点对于本领域普通的技术人员是显而易见 的。
在已经描述众多本发明的实施例中，那是容易理解的，就是上述许多图 例是按照本发明的一个实施例的方法，装置(系统)和电脑程序产品的流程 图说明。每个流程图说明的框图，和流程图说明中框图的结合，可以被电脑 程序指令所执行这些都是容易被理解的。这些电脑程序指令可以装载到电脑 中或其他可编程数据处理装置中以制造一台机器，这样以致于在电脑或其他 可编程数据处理装置中执行的指令建立了用于实现在一个或多个流程框图 中所指定的功能的方法。这些电脑程序指令也可以被储存在电脑可读的储存 器中，可以命令电脑或其他可编程数据处理装置在特定的方式下起作用，这 样以致于储存在电脑可读的储存器中的指令产生一种包含有在一个或多个 流程框图中实现所指定功能的指令方法的制造产品。电脑程序指令也可以被 装载到电脑或其他可编程数据处理装置中导致在电脑或其他可编程装置中 一系列运作的步骤被执行，以产生一个电脑执行过程以致于在电脑或其他可 编程装置中执行的指令提供了在一个或多个流程框图中实现所指定功能的 步骤。
本领域普通的技术人员应该容易理解，本发明中程序限定的功能可以以
多种形式传输进电脑，包括但不限于(a)永久地储存在不可写入的储存媒 介中的信息(例如，电脑中的只读存储器，如通过电脑I/0端口读取的ROM 或CD-ROM光盘)，(b)可修改地被储存在可写储存媒介中的信息(例如， 软盘和硬盘驱动器)或者(c)通过通信媒介传输到电脑的信息，例如使用 基带信号或宽带信号技术，包括了诸如在通过调制解调器的电脑或电话网络 上的载波信号技术。
以上描述和图例已经包括各种处理步骤和部件，以说明本发明所执行的 操作。然而，应该指出的是，尽管已说明了某些部件和步骤，但该说明仅是 具有代表性的，其他功能描述或附加的步骤和部件可以由本领域普通的技术 人员添加，因此本发明不限于所描述的具体诸实施例。另外，应该指出的是， 各种具有代表性的要素可在一台电脑上运行的硬件，软件或者两者的结合中 实现。
通过上述诸典型实施例所描述的本发明，本领域的普通技术人员应该容 易理解，图例说明中的实施例可在没有偏离所展示的发明概念范围内进行修 改和变更。因此，除了附加权利要求的范围和实质之外，该发明不应该被视 为受限制的。
权利要求
1.一个报告像素结构包含一个图像传感器；用以测量图像传感器对接收到电磁辐射的响应；以及用以提供一个图像传感器对曝光控制器响应的报告。
2. —种像素列阵包含至少一个像素结构报告组，该组包含至少一个像素结构，包括-一个图像传感器，用以测量图像传感器对接收到的电磁辐射的响应的装 置；以及用以对曝.光控制器提供一个响应报告。
3. 按权利要求2所述的方法，其特征在于所述曝光控制器被集成到像素列阵并且处理所述报告确定是否一个曝光终止触发事件已经发生。
4. 按权利要求2所述的方法，其特征在于所述曝光控制器与像素列阵连接在一起并且处理所述报告确定是否一个曝光终止触发事件已经发生。
5. 按权利要求2所述的方法，其特征在于每个像素报告组向该曝光控制器提供一个报告。
6. 按权利要求5所述的像素列阵，其特征在于该曝光控制器处理一个 由一个在该像素列阵中被选择的像素组转送到的报告以确定该像素列阵的 曝光。
7. 按权利要求6所述的像素列阵，其特征在于一个报告是报告了该组 像素中的一个像素的响应。
8. 按权利要求6所述的像素列阵，其特征在于一个报告是报告了该像 素组中多于一个像素的响应。
9. 按权利要求5所述的像素列阵，其特征在于该曝光控制器处理多份 报告以确定该像素列阵的曝光，所述多份报告包含了该像素列阵中许多像素 组中的每一像素组所提供的报告。
10. 按权利要求9所述的像素列阵，其特征在于至少一个报告是报告了 在与该至少一个报告有联系的该像素组中的一个像素的响应。
11. 按权利要求9所述的像素列阵，其特征在于至少一个报告是报告了 在与该至少一个报告有联系的该像素组中的多于一个像素的响应。
12. 按权利要求9所述的像素列阵，其特征在于由一个至少两组的联合 体提供的至少两个报告，报告了来自该至少两组的联合体中不同数目像素的 响应。
13. 按权利要求2所述的像素列阵，其特征在于许多像素报告组中的每 一组可以向该曝光控制器提供一组多份报告。
14. 按权利要求-13所述的像素列阵，其特征在于该曝光控带i器处理一 组多份报告以确定对该像素列阵的曝光。
15. 按权利要求14所述的像素列阵，其特征在于一组多份报告包含了 一个在该相关联的像素组的其中一个像素的响应报告。
16. 按权利要求15所述的像素列阵，其特征在于一组多份报告包含了 一个在该相关联的像素组的多于一个像素的响应报告。
17. 按权利要求13所述的像素列阵，其特征在于该曝光控制器处理多 组的多份报告以确定对该像素列阵的曝光。
18. 按权利要求17所述的像素列阵，其特征在于多份报告中的一个报 告包含了一个在该相关联的像素组的其中一个像素的响应报告。
19. 按权利要求17所述的像素列阵，其特征在于多份报告中的一个报 告包含了一个在该相关联的像素组的多于一个像素的响应报告。
20. 按权利要求17所述的像素列阵，其特征在于由一个至少两组的联 合体提供的至少两个多份报告，报告了来自该至少两组的联合体中不同数目 的像素的报告响应。
21. 按权利要求2所述的像素列阵，其特征在于该曝光终止触发事件包 含了以下指示中至少其中一个已达到一个事先设定的最大曝光时间的指 示；所有在像素列阵中的像素报告了已达到一个最小输出信号的指示；至少 一个像素报告了已达它的到输出饱和值的指示；事先调整好数目的像素报告 了己达到输出信号饱和值的指示；事先调整好数目的像素报告了己达到最小 输出信号的指示； 一定数量的大于第一个事先设定的阈值的像素报告了已达 到输出信号饱和值和一定数量的大于第二个事先设定的阈值的像素报告了 已达到最小输出信号的指示；以及曝光终止条件的组合己经发生的指示。
22. —种控制像素列阵曝光的方法包含了大量的像素结构组，组中至少 一个组包含了至少一个报告像素结构，该方法包含的步骤有处理一个从包 含了一个报告像素结构的像素结构组接收到的报告，以确定是否曝光终止触 发事件己发生，以及响应曝光终止事件的发生，终止像素列阵的曝光。
23. 按权利要求22所述的方法，其特征在于包含了一个报告像素的每 个像素组为处理过程产生一个报告。
24. 按权利要求23所述的方法，其特征在于所述终止曝光的步骤仅对 诸报告中的一个作出响应。
25. 按权利要求24所述的方法，其特征在于一个报告是报告了该像素 组中诸像素中的一个像素的响应。
26. 按权利要求24所述的方法，其特征在于一个报告是报告了该像素 组中诸像素中多于一个像素的响应。
27. 按权利要求23所述的方法，其特征在于该终止曝光的步骤对从包 含一个报告像素结构的诸像素组接收到的多于一个的报告作出响应。
28. 按权利要求27所述的方法，其特征在于至少一个报告是报告了与 该至少一个报告有联系的该像素组中多个像素中的一个的像素的响应。
29. 按权利要求27所述的方法，其特征在于至少一个报告是报告了与 该至少一个报告有联系的该像素组中多个像素中的多于一个的像素的响应。
30. 按权利要求27所述的方法，其特征在于由至少两组的联合体提供 的至少两个报告是报告了来自至少该两组的联合体中不同数目的像素的响 应。
31. 按权利要求22所述的方法，其特征在于诸组中的至少一组包含了 大量报告像素，并且其中该终止曝光的步骤在响应从一组或更多组像素组接 收到的一组或更多组的多份报告而运行。
32. 按权利要求31所述的方法，其特征在于该终止曝光的步骤仅响应 来自一组像素组的一组过份报告而运行。
33. 按权利要求32所述的方法，其特征在于一组多份报告包含了一个 对在该相关联的像素组中的其中一个像素的响应的报告。
34. 按权利要求32所述的方法，其特征在于一组多份报告包含了一个 对在该相关联的像素组中的多于一个像素的响应的报告。
35. 按权利要求30所述的方法，其特征在于该曝光终止的步骤在响应 多组多份报告以确定对该像素列阵的曝光而运行。
36. 按权利要求35所述的方法，其特征在于该多份报告中的一组包含 了一个在该相关联的像素组的其中一个像素的响应的报告。
37. 按权利要求35所述的方法，其特征在于该多份报告中的一组包含 了一个在该相关联的像素组的多于一个像素的响应的报告。
38. 按权利要求35所述的方法，其特征在于由至少两组的联合体所提 供的至少两组多份报告，是报告了来自该至少两组联合体中不同数目的像素 的响应。
39. 按权利要求22所述的方法，其特征在于该曝光终止触发事件包含 了以下指示中至少其中一个已达到一个事先设定的最大曝光时间的指示； 在像素列阵中所有的像素报告了己达到一个最小输出信号的指示；至少一个 像素报告了己达它的到输出饱和值的指示；事先调整好数目的像素报告了已 达到输出信号饱和值的指示；事先调整好数目的像素报告了已达到最小输出 信号的指示； 一定数量的大于第一个事先设定的阈值的像素报告了已达到输 出信号饱和值和一定数量的大于第二个事先设定的阈值的像素报告了已达 到最小输出信号的指示；以及曝光终止条件的组合已经发生的指示。
全文摘要
一种固态像素结构或像素列阵包含了装备在像素结构和/或像素列阵中集成的曝光控制电路。包括在像素结构和/或像素列阵中的曝光控制能在实时获取最佳曝光。最佳曝光是通过测量像素结构对接收到的电磁辐射的响应，并且使用该响应信息，结合关于像素结构的性能和光度测量的阈值知识，以确定何时像素结构作最佳运行获取的。像素结构在电磁辐射下曝光的紧密控制能使像素结构最佳地运行以便提供一个最佳拍摄的图像。
文档编号G01J1/42GK101365930SQ200680042196
公开日2009年2月11日 申请日期2006年9月21日 优先权日2005年9月21日
发明者索林·达维多维奇 申请人:Rjs科技公司