[发明专利]缓解运动图片的LED频闪

说明书

公开了一种用于拍摄运动图片的设备、一种用于拍摄运动图片的方法、以及新颖的像素传感器阵列。该设备包括矩形成像阵列、多个列处理电路、和控制器。矩形成像阵列的特征在于具有多个行和多个列的UHDR像素传感器、以及多个读出线、和多个行选择线。每个列处理电路连接至多个读出线中的相应一个。控制器使矩形成像阵列测量由脉动光源照明的场景的多个图像，该脉动光源的特征在于具有照明时段和暗时段。每个图像在包括曝光时段和停滞时段的帧时段中生成，该停滞时段小于暗时段。

技术领域

本发明涉及缓解运动图片的LED频闪。

背景技术

功率节能、高亮度和长寿命使LED成为许多应用中的首选光源，包括路灯、刹车灯、汽车前灯、汽车刹车灯、道路标牌、商店标牌等。设置来自LED的光强度的典型方法是用恒定电流驱动LED并调节LED点亮的时间的部分。这称为脉冲宽度调制(PWM)驱动器方案。该方案允许LED以最佳驱动电流工作，并以低功耗提供所需的亮度。脉冲也有助于保持较低的工作温度并延长LED寿命。每个制造商和每个应用趋向于达到不同的最佳频率和占空比。

虽然照明的脉动性质对于人眼来说不是问题，人眼不能以用于控制LED的频率来检测脉冲，但是当使用典型的数字传感器拍摄场景的图像或视频并使用PWM驱动一个或多个LED照明场景时，这些脉冲出现了问题。LED可在很宽的频率和占空比范围内工作。此外，当多个LED工作时，光源通常彼此不同步。因此，当使用典型的数字传感器甚至是具有高动态范围(HDR)的数字传感器拍摄场景的图像或视频时，很有可能特定帧捕获要么错过一个脉冲或错过完全一组脉冲，要么饱和并泛光到相邻像素中，从而破坏信息。在单张照片快照中，图片可能仅仅是错误的或不能代表场景。在视频流中，可以获得稳定光源的随机闪烁，LED标牌的缺失部分使标牌不可读，或者对实际闪烁的信号的解析不正确。

当使用以这种方式操作的LED拍摄场景的数字图像时，通常需要HDR曝光以捕获各种阴影、中间色调、和高光(以及LED的极亮输出)。此HDR图像通常会在较大的帧时段内转换为非常短的曝光，从而不会在图片的LED部分中饱和和泛光。这会导致LED闪烁，其中从一帧到另一帧，短暂曝光会捕获或错过LED源的“开启”时间。这种闪烁在系统(例如自动驾驶汽车系统)夜间运行时表现出显著的问题，因为缺少帧意味着该系统在整个帧时段内都是失明的。

发明内容

本发明包括用于拍摄运动图像的设备、用于拍摄运动图像的方法、以及新颖的像素传感器阵列。根据本发明的设备包括矩形成像阵列、多个列处理电路、和控制器。矩形成像阵列的特征在于具有多个行和多个列的超高动态范围(UHDR)像素传感器、多个读出线、和多个行选择线。每个列处理电路连接至多个读出线中的相应一个。控制器使矩形成像阵列测量场景的多个图像，该场景的多个图像由脉动光源来照明，该脉动光源的特征在于具有照明时段和暗时段。在帧时段中生成的每个图像包括曝光时段和停滞时段，该停滞时段小于暗时段。

在本发明的一方面，曝光时段与照明时段不同步。

在本发明的另一方面，控制器使矩形成像阵列在卷帘快门模式下被读出。

在本发明的另一方面，UHDR像素包括浮动扩散节点、主光电二极管以及与浮动扩散节点相关联的寄生光电二极管。

在本发明的另一方面，控制器使矩形阵列在全局快门模式下被读出。

在本发明的另一方面，UHDR像素包括光电二极管和电容器，该电容器捕获当光电二极管饱和时从光电二极管溢流的电荷。