[发明专利]将图像稳定数据嵌入图像数据的图像传感器设备和方法

说明书

技术领域

一般而言，本发明涉及图像传感器之图像稳定。更具体地讲，本发 明涉及用于一种图像传感器设备和方法，其能将图像稳定数据嵌入图像 传感器所生成的图像数据中。

背景技术

图像传感器是一类装置，其获取并处理光线，使其成为电子信号， 从而形成静态的图像或视频。其用途已在众多场合下普遍使用，如工业 应用和科学应用，包括数码相机和手提摄像机、手握式移动装置、网络 摄影、医学应用、汽车应用、游戏和玩具、安全和监控、模式识别以及 自动检测等等。用于制造图像传感器的技术一直在持续高速进步。

目前有两种主要的图像传感器类型：电荷耦合器件(Charge-Coupled Device，″CCD″)传感器和互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，″CMOS″)传感器。一直到最近，多数的图像传感 器还是CCD型。早期的CMOS传感器具有低的灵敏度以及高的噪音水 平，这将其使用仅仅局限在少数的廉价和低分辨率的应用场合。CMOS 技术的最近进展，已经能成功开发高性能的CMOS传感器，其在很多其 它应用领域中正快速地取代CCD，特别是在那些速度、能耗、空间大小、 以及芯片功能是重要因素的应用领域中。

在上述两种图像传感器中，采集光线的光位都是形成在衬底上，并 排列成二维阵列。光位(photosite)，通常称为图像元件或者″像素″，能 将入射光线转换成电荷。像素的数量、空间尺寸和间隔决定了传感器所 生成的图像的分辨率。通常，现代的图像传感器包括以像素阵列排列的 数百万的像素，以便提供高分辨率的图像。

为了获得彩色图像，每个像素被一色彩滤波器覆盖。色彩滤波器是 一种仅允许给定光线波长内的特定色彩穿过的光学元件。色彩滤波器阵 列(″CFA″)设置在像素阵列的上方，从而为每个像素分离色彩数据。 最常见的CFA类型叫做“拜耳(Bayer)阵列”，其由红-绿和绿-蓝滤波 器以行交替的形式排列组成。Bayer阵列包括两倍于蓝或红滤波器的绿滤 波器，从而解决人类视觉系统对光谱中绿色部分的峰值灵敏度。

除了CFA之外，图像传感器还包括微透镜阵列。微透镜阵列具有很 多微透镜，每个微透镜用于一个像素。阵列中的每个微透镜将入射光线 聚焦到其相应像素的感光区域，以提高其收集光线的能力，从而改善图 像传感器的整体灵敏度。微透镜阵列还可以改善图像传感器的填充因素 (fill factor)，该填充因素是指像素内的感光区域与全部像素区域的比 值。

通常，图像传感器所获得的代表图像信息的电子信号，会被传输给 图像信号处理器(″ISP″)或者其它的数字信号处理器(″DSP″)，在此它 们被转换成数字信号，并被处理、从而生成数字图像。图像传感器所生 成的数字图像的品质，主要取决于其灵敏度和其它一些因素，如与透镜 相关的因素(闪光、色差)、信号处理因素、与系统控制相关的因素(聚 焦和暴光误差)以及时间和动作因素。

特别地，包括图像传感器的装置的物理运动，如数码相机和手提摄 像机，可以使传感器所生成的图像总体变得模糊。在暴光的持续时间内， 通过简单地保持图像传感器装置的稳定，可以避免相机的运动，如使用 三脚架。另外一个策略是采用更快的快门速度。当这是不可能时，可以 采用图像稳定(″IS″)技术，来补偿图像传感器装置的运动，从而减少 或者避免图像模糊。

目前，主要有三种类型的IS技术：(1)机械的或基于硬件的IS技 术；(2)数字的或基于软件的IS技术；以及(3)将基于硬件的和基于 软件的IS技术相结合的混合IS技术。通常，第一种类型的技术，即基 于硬件的IS，包括用于检测并补偿任何装置运动的内置运动传感器。内 置运动传感器，一般称为回转仪(或称陀螺仪，gyro)，检测图像传感器 装置的回转运动或者任何角加速度，并生成包含运动数据的信号。随后， 来自回转仪的信号用于控制图像传感器装置中光学组件的光学元件，例 如，在装置运动之后，通过移动装置中的透镜，从而改变入射光线的方 向使之朝向与运动之前同样的像素。结果，就可以生成运动补偿的数字 图像。