[发明专利]获取图像数据的方法、高动态范围成像系统及像素单元

权利要求书

1.一种在高动态范围HDR图像传感器中从单个图像捕获的单个曝光从像素获取图像数据的方法，其包括：

复位所述像素的光电检测器；

积分在所述单个图像捕获的所述单个曝光内入射在所述光电检测器上的光；

执行所述像素的浮动扩散的第一复位；

将所述浮动扩散设定为低转换增益；

从所述浮动扩散取样低转换增益复位信号；

在从所述浮动扩散取样所述低转换增益复位信号之后且在从所述浮动扩散取样高转换增益复位信号之前，执行所述像素的所述浮动扩散的第二复位；

将所述浮动扩散设定为所述高转换增益；

从所述浮动扩散取样所述高转换增益复位信号；

将在所述单个曝光期间光生的电荷载流子从所述光电检测器转移到所述浮动扩散；

从所述浮动扩散取样高转换增益图像信号；

将所述浮动扩散设定为所述低转换增益；

将在所述单个曝光期间光生的额外电荷载流子从所述光电检测器转移到所述浮动扩散；以及

从所述浮动扩散取样低转换增益图像信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括通过发现所述经取样低转换图像信号与所述经取样低转换增益复位信号之间的差异确定所述单个图像捕获的所述单个曝光的低转换增益相关双取样图像信号输出值。

3.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括通过发现所述经取样高转换增益图像信号与所述经取样高转换增益复位信号之间的差异确定所述单个图像捕获的所述单个曝光的高转换增益相关双取样图像信号输出值。

4.根据权利要求1所述的方法，其中复位所述像素的所述光电检测器包括将所述光电 检测器耦合到复位电压。

5.根据权利要求4所述的方法，其进一步包括设定所述像素的所述复位电压同时积分在所述单个图像捕获的所述单个曝光内入射在所述光电检测器上的所述光，以提供从所述光电检测器到所述浮动扩散节点的抗溢流路径。

6.根据权利要求1所述的方法，其中复位所述像素的所述浮动扩散包括将所述浮动扩散耦合到升压电压。

7.根据权利要求1所述的方法，其中将所述浮动扩散设定到低转换增益包括将像素中电容器耦合到所述浮动扩散。

8.根据权利要求7所述的方法，其中将所述浮动扩散设定到高转换增益包括使所述像素中电容器与所述浮动扩散解耦。

9.根据权利要求1所述的方法，其中将在所述单个曝光期间光生的所述电荷载流子从所述光电检测器转移到所述浮动扩散包括在将所述浮动扩散设定到所述高转换增益之后，通过转移晶体管将所述光电二检测器耦合到所述浮动扩散。

10.根据权利要求9所述的方法，其中将在所述单个曝光期间光生的所述额外电荷载流子从所述光电检测器转移到所述浮动扩散包括在将所述浮动扩散设定到所述低转换增益之后，通过所述转移晶体管将所述光电检测器耦合到所述浮动扩散。

11.一种用于高动态范围HDR图像传感器中的像素单元，其包括：

光电检测器，其适于在所述HDR图像传感器的单个图像捕获的单个曝光期间响应于入射光而光生电荷载流子；

浮动扩散，其经耦合以接收在所述光电检测器中光生的所述电荷载流子；

像素中电容器，其通过第一晶体管选择性地耦合到所述浮动扩散，所述第一晶体管耦合在所述浮动扩散与复位晶体管之间，其中响应于所述像素中电容器耦合到所述浮动扩散将所述浮动扩散设定到低转换增益，其中响应于所述像素中电容器与所述浮动扩散解耦将所述浮动扩散设定到高转换增益；以及

转移晶体管，其耦合在所述光电检测器与所述浮动扩散之间，其中所述转移晶体管适于在所述HDR图像传感器的所述单个图像捕获的所述单个曝光期间的第一时间处开启，以将在所述光电检测器中光生的所述电荷载流子转移到设定到所述高转换增益的所述浮动扩散，其中所述转移晶体管适于在所述HDR图像传感器的所述单个图像捕获的所述单个曝光期间的第二时间处开启以将在所述光电检测器中光生的所述电荷载流子转移到设定到所述低转换增益的所述浮动扩散。

12.根据权利要求11所述的像素单元，其进一步包括放大器晶体管，所述放大器晶体管的栅极端子耦合到所述浮动扩散以产生到所述像素单元的输出位线的所述像素单元的输出信号。