專利名稱：攝像設(shè)備和用于攝像結(jié)果的處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及攝像設(shè)備和用于攝像結(jié)果的處理方法并且可以應(yīng)用
于例如使用CMOS固態(tài)攝像元件的攝像設(shè)備。就通過將屏幕圖像分成 多個塊、實施運動檢測并且為每個塊控制曝光時間來用電子快門控 制曝光時間而言，與常規(guī)可得到的畫面質(zhì)量相比，本發(fā)明能夠進(jìn)一 步增強(qiáng)畫面質(zhì)量。
背景技術(shù)：
常規(guī)地，這樣配置攝像設(shè)備以便通過電子快門控制曝光時間來控 制攝像元件的電荷累積時間，以便還在為迅速移動的攝像物體攝像 時的情況下，能夠獲得沒有圖像晃動的攝像結(jié)果。關(guān)于剛剛描述的 這種通過電子快門的控制，例如在日本專利/〉開物No. Hei 6-165047和日本專利公開物No. Hei 6 - 261256中提出了 一種方法， 其中通過系統(tǒng)控制器檢測攝像物體的運動，并且根據(jù)運動檢測結(jié)果 以及AGC (自動增益控制)的增益控制和ALC (自動光控制)的控制 的執(zhí)行來控制曝光時間。
然而，這樣通過電子快門對曝光時間的常規(guī)控制使得在對于形成 一個屏幕圖像以根據(jù)該屏幕圖像的一部分的運動改變曝光時間的所 有像素同等地改變曝光時間的情況下，還考慮屏幕圖像的靜止部分 例如背景等減少曝光時間。因此，在剛剛描述的這種情況下，存在 的問題是，如剛剛所描述的在靜止部分處的S/N比率退化并且畫面 質(zhì)量也同樣地退化。
相反地，存在另一種情況，其中對于小物體不能檢測到任何運 動。在該情況下，因為難以適當(dāng)?shù)乜刂破毓鈺r間，因此小物體的圖 像被攝成模糊狀態(tài)。因此，在該例子中也存在畫面質(zhì)量退化的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明已經(jīng)考慮了前述并且提出一種攝像設(shè)備和用于攝像結(jié)果 的處理方法，就通過電子快門控制膝光時間而言，當(dāng)與常規(guī)畫面質(zhì)
量相比時，通過該方法可以大大增強(qiáng)畫面質(zhì)量。
為了解決上述的問題，本發(fā)明被應(yīng)用于攝像設(shè)備，其包括攝像 裝置，其具有由以矩陣排列的像素在其上形成的攝像表面，用來輸 出形成在該攝像表面上的光學(xué)圖像的攝像結(jié)果；運動檢測裝置，用 來為攝像表面沿水平方向和/或垂直方向被分成的塊中的每一個檢 測攝像結(jié)果中的運動量；控制裝置，用來根據(jù)通過運動檢測裝置檢 測的結(jié)果為這些塊中的每一個控制攝像裝置的曝光時間使得該曝光 時間隨著運動量的增加而減少；以及信號電平校正裝置，用來為這 些塊中的每一個校正和輸出與對曝光時間的控制一致變化的攝像結(jié) 果的信號電平。
根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，在它被應(yīng)用到攝像設(shè)備的情況下，該攝像設(shè) 備包括攝像裝置，其具有由以矩陣排列的像素在其上形成的攝像 表面，用來輸出形成在該攝像表面上的光學(xué)圖像的攝像結(jié)果；運動 檢測裝置，用來為攝像表面沿水平方向和/或垂直方向被分成的塊中 的每一個檢測攝像結(jié)果中的運動量；以及控制裝置，用來根據(jù)通過 運動檢測裝置檢測的結(jié)果為這些塊中的每一個控制攝像裝置的曝光 時間使得該膝光時間隨著運動量的增加而減少，可以響應(yīng)于運動為 這些塊中的每一個控制曝光時間。因此，關(guān)于靜止背景，可以將曝 光時間設(shè)置得長以防止S/N比率的退化，但是對于涉及某一運動的 部分，可以將曝光時間設(shè)置得短以防止模糊狀態(tài)。另外，通過為這 些塊中的每一個檢測運動，還可以從小物體檢測到運動，并且因此 對于上述的這種小物體還可以防止模糊狀態(tài)。因此，對于通過電子 快門控制曝光時間，與常規(guī)可得到的畫面質(zhì)量相比，該畫面質(zhì)量被 大大增強(qiáng)。另外，因為提供了用來為這些塊中的每一個校正和輸出 與對曝光時間的控制一致變化的攝像結(jié)果的信號電平的信號電平校 正裝置，所以可以以這種方式防止與對這些塊中的每一個的曝光時 間控制 一 致變化的這些塊之間的信號電平的變化。
另外，本發(fā)明被應(yīng)用到用于攝像結(jié)果的處理方法，該方法包括 通過攝像裝置為攝像裝置的攝像表面沿水平方向和/或垂直方向被 分成的塊中的每一個檢測借助攝像裝置的攝像結(jié)果中的運動量的運 動檢測步驟；根據(jù)在運動檢測步驟檢測的結(jié)果為這些塊中的每一個 控制攝像裝置的啄光時間的控制步驟；以及為這些塊中的每一個校正和輸出與對曝光時間的控制一致變化的攝像結(jié)果的信號電平的信 號電平校正步驟。
因此，根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，可以提供用于攝像結(jié)果的處理方法， 通過該方法，對于通過電子快門控制曝光時間，當(dāng)與常規(guī)可得到的 畫面質(zhì)量相比時，可以大大增強(qiáng)畫面質(zhì)量。
根據(jù)本發(fā)明，對于通過電子快門控制曝光時間，當(dāng)與常規(guī)可得到 的畫面質(zhì)量相比時，可以大大增強(qiáng)畫面質(zhì)量。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的集成電路的普通結(jié)構(gòu)的方塊圖。
圖2是圖1中的集成電路的傳感器芯片的截面圖。
圖3是示出傳感器芯片和邏輯芯片的層狀結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。
圖4是示出圖1的集成電路的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的方塊圖。
圖5是示出圖4的像素塊的運行的時序圖。
圖6是示出像素的曝光時間的控制的時序圖。
圖7是示出控制塊的曝光時間的概念的圖。
圖8是示出根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的攝像設(shè)備的方塊圖。
圖9是示出根據(jù)本發(fā)明的笫三實施例的攝像設(shè)備的方塊圖。
具體實施例方式
在下文中，參考附圖適當(dāng)?shù)卦敿?xì)描述了本發(fā)明的實施例。 (1)第一實施例的結(jié)構(gòu)
圖1是示出應(yīng)用到根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的攝像設(shè)備的集成 電路的方塊圖。根據(jù)本實施例的攝像設(shè)備借助使用了未示出的透鏡 的控制器通過自動光圈控制和自動聚焦控制在集成電路1的攝像表 面上形成期望的光學(xué)圖像并且輸出該光學(xué)圖像的攝像結(jié)果。
在此，集成電路1是包括攝像元件的集成電路并且通過封裝傳感 器芯片2和邏輯芯片3的層疊物體來形成。
在此，傳感器芯片2是根據(jù)XY尋址方法輸出攝像結(jié)果的攝像元 件的半導(dǎo)體芯片，并且，在本實施例中，用CMOS固態(tài)攝像元件作為 攝像元件。傳感器芯片2包括攝像部分4和用來控制攝像部分4的 運行的控制部分5。
在此，攝像部分4具有通過以矩陣排列像素形成的攝像表面并且 輸出形成在該攝像表面上的光學(xué)圖像的攝像結(jié)果。在攝像部分4中， 以矩陣排列的像素沿水平方向和垂直方向被等分，由此攝像表面被 分成多個像素塊6。為像素塊6 —個一個單獨地提供涉及屬于像素塊 6的每一個的像素的外圍電路，并且一個一個單獨地形成像素塊6以 便其攝像結(jié)果被輸出。因此，傳感器2通過該多個像素塊6同時并 且并行地輸出攝像結(jié)果。
如圖2中的截面部分地示出的，在傳感器芯片2中，元件層12 由具有大約10到20 [nm]厚度的硅(Si)層形成，并且光接收元件 13形成在元件層12上。另外，連續(xù)地層疊二氧化硅(SiOO膜14、 光阻塞膜15、氮化硅膜(SiN)16、濾色器17、以及微透鏡18作為 相對于與光接收元件13相對應(yīng)的部分的上層，并且由此形成像素 19。另外，形成像素塊6的外圍電路、控制部分5以及用來對外圍 電路和控制部分5布線的布線層20作為相對于元件層12的下層， 并且用來支撐整體的襯底支撐元件21設(shè)置在布線層20的下層側(cè) 上。因此，在傳感器芯片2中，布線層20設(shè)置在與攝像表面的側(cè)相 反的側(cè)上，并且提供外圍電路、控制部分5等。因此，傳感器芯片2 被這樣配置使得在為像素塊6 —個一個單獨地提供外圍電路等的情 況下也能有效避免數(shù)值孔徑的減小。另外，傳感器芯片2被這樣形 成使得布線層20形成在攝像表面?zhèn)壬系母鞣N約束被消除并且可以大 大增加布線的自由度。
要注意的是，以這種方式形成傳感器芯片2使得，因為布線層 20形成在與攝像表面的側(cè)相反的側(cè)上，因此從布線層20側(cè)加工具有 小厚度的半導(dǎo)體襯底以形成光接收元件和外圍電路的電路元件，并 且然后在該半導(dǎo)體襯底上連續(xù)地形成布線層20和襯底支撐元件21， 并且其后，利用CMP通過翻轉(zhuǎn)和拋光半導(dǎo)體襯底來完成元件層12， 并且連續(xù)形成光阻塞膜15、氮化硅膜(SiN)16、濾色器17和微透 鏡18。
如圖3中所示，在傳感器芯片2中，邏輯芯片3被分配給襯底支 撐元件21,并且傳感器芯片2通過形成在布線層20側(cè)上的精細(xì)凸出 電極31和形成在邏輯芯片3上的精細(xì)凸出電極32電連接到邏輯芯
片3并且被支撐在該邏輯芯片3上。該精細(xì)凸出電極32下文中被稱 作微凸點(micro bu邁p)。
在此，邏輯芯片3是包括用來處理來自傳感器芯片2的攝像結(jié)果 的信號處理電路的集成電路，并且，在本實施例中，該信號處理電 路由用來控制設(shè)置在傳感器芯片2上的攝像部分4的曝光時間的脈 沖產(chǎn)生部分41和用來將各種時序信號輸出到脈沖產(chǎn)生部分41的控 制部分42形成。
在此，在脈沖產(chǎn)生部分41中，提供一個一個單獨對應(yīng)于傳感器 芯片2的像素塊6的脈沖產(chǎn)生塊43。脈沖產(chǎn)生塊43被一個一個單獨 連接到對應(yīng)于微凸點31和32的像素塊6以便控制相應(yīng)的像素塊6 的曝光時間。因此，集成電路1被這樣形成以便可以同時并且并行 地從該多個像素塊6輸出攝像結(jié)果，并且可以通過脈沖產(chǎn)生塊43 — 個一個單獨地控制像素塊6的曝光時間周期。
圖4是示出像素塊6和脈沖產(chǎn)生塊43的方塊圖。在此，在像素 塊6中，沿水平方向連續(xù)設(shè)置的像素19A和19B通過公共柵極線連 接到復(fù)位控制電路52。另外，沿水平方向連續(xù)設(shè)置的像素19A和19B 通過公共信號線彼此連接并且被連接到水平驅(qū)動控制電路53。像素 19A和19B執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換過程，用來引入光以積累電荷并且然后根據(jù) 從復(fù)位控制電路52輸出的復(fù)位脈沖RST1和RST2釋放已累積的電 荷。另外，像素19A和19B根據(jù)從復(fù)位控制電路52輸出的讀出脈沖 R0UT1和R0UT2將累積的電荷轉(zhuǎn)換成電壓并且將所得到的電壓輸出到 信號線。因此，在像素塊6中，通過復(fù)位控制電路52的控制，改變 電荷累積時間以改變曝光時間，并且攝像結(jié)果以線為單位輸出到水 平驅(qū)動控制電路53。
復(fù)位控制電路52根據(jù)從如圖5的(A)和圖6的(A)所示的控 制部分5輸出的垂直同步信號VD復(fù)位操作。然后，復(fù)位控制電路52 使復(fù)位脈沖RST1在從脈沖產(chǎn)生塊43輸出的快門脈沖SHT (參考圖5 的(B)和圖6的(B))的上升沿的時序處上升(參考圖5的(Cl) 和圖6的(C1))，并且使讀出脈沖R0UT1在快門脈沖SHT的下降 沿的時序處上升(參考圖5的(Dl)和圖6的(Dl))。
復(fù)位控制電路52將根據(jù)快門脈沖SHT產(chǎn)生的復(fù)位脈沖RST1和讀 出脈沖R0UT1輸出到在頂線上的像素19A。另外，復(fù)位控制電路52
將復(fù)位脈沖RST1和讀出脈沖0UT1連續(xù)延遲了延遲時間At,該延遲 時間At與形成像素塊6的線的數(shù)目相對應(yīng)，以連續(xù)產(chǎn)生涉及其余線
的4象素19B.......的復(fù)位脈沖RST2........和RSTn以及讀出脈沖
畫T2........和R0UTn(參考圖5的(C2 )和(D2 )以及圖6的(C2 )、
(D2)、 (Cn)和(Dn))并且將復(fù)位脈沖RST2和讀出脈沖R0UT2.......
輸出到其它線的像素19B.......。
因此，復(fù)位控制電路52這樣設(shè)置使得從快門脈沖SHT的上升沿 到下降沿的周期T1和T2被設(shè)置為像素19A和19B的曝光時間周期。 另外，復(fù)位控制電路52控制像素19A和19B的運行使得在像素19A 和19B中積累的累積電荷(參考圖5的(El)和(E2))作為攝像 結(jié)果在曝光時間結(jié)束的時序處以線為單位輸出到信號線(參考圖5 的(Fl)和(F2))。
另外，復(fù)位控制電路52根據(jù)基于快門脈沖SHT的曝光時間為放 大電路54輸出增益控制信號G，并且然后校正與基于快門脈沖SHT 對曝光時間的控制一致變化的攝像結(jié)果的信號電平。
因此，沿垂直方向連續(xù)設(shè)置的像素19A、 19B.......的攝像結(jié)果
被連續(xù)分時地輸出到信號線(參考圖6的(E))。水平驅(qū)動控制電 路53時分復(fù)用從像素19A和19B輸出的攝像結(jié)果并且將其以上述這 種方式以線為單位輸出到信號線(參考圖6的(F))。
放大電路54根據(jù)從復(fù)位控制電路52輸出的增益控制信號G改變 增益，并且放大和輸出從水平驅(qū)動控制電路53輸出的攝像結(jié)果。因 此，集成電路1校正與對曝光時間的控制一致變化的攝像結(jié)果的信 號電平并且輸出校正的信號電平的攝像結(jié)果。
模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換電路(ADC ) 55對放大電路54的輸出信號執(zhí)行模 擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換處理并且將根據(jù)處理結(jié)果的圖像數(shù)據(jù)OUT輸出到邏輯芯 片3的相應(yīng)的脈沖產(chǎn)生塊43。因此，在本實施例中，屬于像素塊6 的像素19A和19B的外圍電路由復(fù)位控制電路52、水平驅(qū)動控制電 路53、放大電路54和模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換電路55形成。
因此，集成電路1被這樣配置使得借助像素19A和19B的攝像結(jié) 果OUT同時并且并行地從像素塊6輸出，以這種方式使得攝像結(jié)果 OUT根據(jù)光柵掃描的順序從像素塊6輸出，并且借助電子快門的曝光 時間周期在相應(yīng)的脈沖產(chǎn)生塊43的控制下由像素塊6 —個一個單獨
地改變，并且根據(jù)啄光時間的速度的變化的攝像結(jié)果OUT中的信號 電平的變化在像素塊6中被一個一個單獨地校正。
脈沖產(chǎn)生塊43借助運動量檢測電路61檢測從相應(yīng)的像素塊6 輸出的攝像結(jié)果的運動量，并且根據(jù)運動量檢測的結(jié)果改變和輸出 快門脈沖SHT。
具體地說，在運動量檢測電路61中，平均電路62平均以幀為單 位從相應(yīng)的像素塊6輸出的攝像結(jié)果。具體地說，平均電路62通過 加法電路63和延遲電路64將從相應(yīng)的像素塊6輸出的攝像結(jié)果累 加地相加，并且對于每一幀將該求和結(jié)果輸出到幀間差計算電路 66，并且在設(shè)置在加法電路63的輸出級的開關(guān)電路65的控制下初 始化該求和值。因此，運動量檢測電路61以幀為單位將攝像結(jié)果累 加地相加并且然后計算來自像素塊6的攝像結(jié)果的平均值。
幀間差計算電路66通過延遲電路(IV延遲)67將平均電路62 的輸出值延遲一幀的時間周期。另外，幀間差計算電路66通過減法 電路68從平均電路62的輸出值減去延遲電路67的輸出值以計算幀 間差值A(chǔ)S。因此，運動量檢測電路61根據(jù)該幀間差值A(chǔ)S近似地計 算運動量。
快門脈沖產(chǎn)生電路69根據(jù)通過運動量檢測電路61以上述方式獲 得的運動量檢測結(jié)果產(chǎn)生快門脈沖SHT。具體地說，快門脈沖產(chǎn)生電 路69產(chǎn)生快門脈沖SHT使得如果從運動量檢測電路61輸出的幀間 差值A(chǔ)S增加則快門脈沖SHT的上升沿的時間周期同樣地減小。因 此，產(chǎn)生快門脈沖SHT使得如果運動量增加，則曝光時間同樣地減 少。
在該過程中，如果從運動量檢測電路61輸出的幀間差值A(chǔ)S增 加，則快門脈沖產(chǎn)生電路69同樣地延遲快門脈沖SHT的上升沿的時 序，并且將快門脈沖SHT的下降沿的時序提前上升沿的時序延遲的 量。因此，快門脈沖產(chǎn)生電路69執(zhí)行設(shè)定使得，即使快門速度改變， 在像素塊6中的啄光時間的中心的時序也不會改變以便快門脈沖SHT 的相位在像素塊6中不會有大的改變量。要注意的是，這使得從快 門脈沖SHT的一個上升沿到下一個上升沿的時間是最短的垂直同步 周期的二分之一。因此，復(fù)位控制電路52被這樣配置使得復(fù)位脈沖 RST1和讀出脈沖R0UT1從快門脈沖SHT產(chǎn)生并且被連續(xù)延遲以l更為各條線產(chǎn)生復(fù)位脈沖RST2.......和讀出脈沖R0UT2.......，并且然后
在垂直同步周期的前半周期和后半周期內(nèi)一個一個單獨地輸出復(fù)位 脈沖RST1、 RST2.......和讀出脈沖R0UT1、 R0UT2........
因此，集成電路l僅在以下位置處將快門速度設(shè)置得更短，在這 些位置處，根據(jù)如圖7中所見的攝像結(jié)果0UT1 (Fl) 、 0UT2 ( F2 ) 和OUT3(F3)的幀間差值A(chǔ)S，由通過傳感器芯片2連續(xù)獲得的攝像 結(jié)果0UT1 (Fl) 、 0UT2 (F2)和0UT3 ( F3 )檢測運動。因此，有效 地避免了在靜止部分的S/N比率的退化，由此防止了移動攝像物體 的模糊狀態(tài)。另外，在其中顯示出運動的攝像物體為小物體的情況 下，涉及該小物體的部分的快門速度也被設(shè)置得更短，由此來肯定 地防止模糊狀態(tài)。要注意的是，在圖7中，根據(jù)其中曝光時間根本 沒有被設(shè)置得更短的情況的像素塊的曝光時間用分?jǐn)?shù)表示。
然后，集成電路1累積以上述方式同時并且并行地從像素塊6 輸出到設(shè)置在傳感器芯片2中的圖像存儲器中的攝像結(jié)果OUT，并且 根據(jù)光柵掃描的順序多路復(fù)用該攝像結(jié)果OUT，然后以單一的序列輸 出所述多路復(fù)用的結(jié)果。
因此，在本實施例中，像素19A和19B、復(fù)位控制電路52和水 平驅(qū)動控制電路53形成用來輸出形成在攝像表面上的光學(xué)圖像的攝 像結(jié)果的攝像裝置，并且運動量檢測電路61形成用來為通過沿水平 方向和/或垂直方向劃分?jǐn)z像表面形成的塊中的每一個檢測攝像結(jié) 果的運動量的運動檢測裝置。另外，快門脈沖產(chǎn)生電路69根據(jù)運動 檢測裝置的檢測結(jié)果形成用來為這些塊中的每一個控制攝像裝置的 膝光時間的控制裝置，以便曝光時間隨著該塊的運動量的增加而減 少，并且復(fù)位控制電路52和放大電路54形成用來為這些塊中的每 一個校正和輸出通過控制曝光時間而變化的攝像結(jié)果的信號電平的 信號電平校正裝置。
(2)第一實施例的操作
在具有上述結(jié)構(gòu)的攝像設(shè)備(圖1)中，光學(xué)圖像通過透鏡形成 在集成電路1的攝像表面上，并且光學(xué)圖像的攝像結(jié)果通過集成電 路1獲得并且從該集成電路1輸出。在集成電路1的過程中，在集 成電路1 (圖2和4 )中，通過將光接收元件13的像素19A和19B 設(shè)置成矩陣來形成攝像表面，并且從通過沿水平方向和垂直方向等
分該攝像表面所形成的像素塊6獲得攝像結(jié)果0UT。
具體地說，在像素塊6中，其時序在線上連續(xù)移動的讀出脈沖
R0UT1、 R0UT2.......從復(fù)位控制電路52輸出，并且借助像素19A和
19B的攝像結(jié)果outl、 out2.......根據(jù)讀出脈沖R0UT1、 R0UT2.......
以線為單位被輸入到水平驅(qū)動控制電路53，然后被水平驅(qū)動控制電 路53時分復(fù)用。另外，在攝像結(jié)果的信號電平被隨后的放大電路54 校正后，這些攝像結(jié)果被模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換電路55轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并 且作為數(shù)字信號從該模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換電路55輸出。因此，為通過劃 分?jǐn)z像表面形成的像素塊6中的每一個獲得攝像結(jié)果0UT，并且同時 且并行地輸出這些攝像結(jié)果0UT。
另外，像素塊6的攝像結(jié)果OUT被一個一個單獨地輸入到相應(yīng)的 脈沖產(chǎn)生塊43，通過其確定像素塊6的運動量AS。然后，根據(jù)運動 量AS,控制相應(yīng)的像素塊6的電荷累積時間以便曝光時間隨著像素 塊的運動量的增加而減少。
因此，在本攝像設(shè)備中，可以響應(yīng)于通過劃分一個屏幕圖像形成 的塊中的每一個的運動控制曝光時間，并且關(guān)于靜止背景，爆光時 間可以被設(shè)置得長以防止S/N比率的退化，但是關(guān)于涉及某一運動 的部分，曝光時間可以被設(shè)置得短以防止模糊狀態(tài)。另外，通過為 塊中的每一個檢測運動，也可以從小物體檢測到運動，并且因此對 于上述的這種小物體也可以防止模糊狀態(tài)。因此，關(guān)于通過電子快 門對曝光時間的控制，與常規(guī)可得到的畫面質(zhì)量相比，可以大大增 強(qiáng)畫面質(zhì)量。
另外，在本攝像設(shè)備中，以上述的這種方式控制曝光時間來增加 放大電路54的增益以將攝像結(jié)果OUT的信號電平校正與曝光時間減 少的量相應(yīng)的量。因此，可以以上述的這種方式為這些塊中的每一 個控制啄光時間以防止在這些塊中信號電平的變化，并且由此可以 防止畫面質(zhì)量的退化。
通過以該方式為這些像素塊中的每一個控制曝光時間，在本攝像 設(shè)備中，為各個像素塊6獲取攝像結(jié)果OUT并且這些攝像結(jié)果OUT 被同時且并行地輸出，檢測像素塊6的運動量AS以通過一個一個單 獨對應(yīng)于像素塊6的脈沖產(chǎn)生塊43控制曝光時間。因此，在本攝像 設(shè)備中，可以通過同時且并行地處理該多個塊為彼此獨立的這些塊
中的每一個控制啄光時間，并且因此，與常規(guī)可得到的畫面質(zhì)量相 比，通過該容易的過程增強(qiáng)了畫面質(zhì)量。
特別地，在本攝像設(shè)備中，通過微凸點31和32連接和層疊傳感 器芯片2和邏輯芯片3使得攝像結(jié)果0UT被傳感器芯片2獲得并且 曝光時間被邏輯芯片3控制以通過以上述的這種方式同時和并行地 處理該多個彼此獨立的塊來為這些塊中的每一個控制曝光時間，這 樣的結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用于上述的傳感器芯片2和邏輯芯片3的這種層疊 結(jié)構(gòu)以簡化一般結(jié)構(gòu)。
另外，在傳感器芯片2中，通過在與攝像表面相對的側(cè)上設(shè)置外 圍電路例如復(fù)位控制電路52、水平驅(qū)動控制電路53等并且將該相對 側(cè)表面上的外圍電路與邏輯芯片3層疊在一起，可以有效避免像素 19A和19B的數(shù)值孔徑的減小，另外還可以減小彼此相鄰的像素19A 和19B等之間的串?dāng)_。另外，可以充分確保像素19A和19B在攝像 表面上占據(jù)的面積，并且因此，可以便于像素的精細(xì)化以便于攝像 設(shè)備的制作。另外，可以大大增強(qiáng)與隨后的邏輯芯片3連接的自由 度，并且同樣可以增強(qiáng)設(shè)計自由度。
通過以這種方式執(zhí)行運動檢測來控制曝光時間，在脈沖產(chǎn)生塊 43中，平均電路62以幀為單位對攝像結(jié)果OUT累加地求和以確定在 每幀中的攝像結(jié)果OUT的平均值。然后，隨后的幀間差計算電路66 確定所述平均值的幀間差以確定運動量AS。另外，快門脈沖產(chǎn)生電 路69由運動量AS產(chǎn)生脈沖SHT,并且復(fù)位控制電路52由快門脈沖
SHT產(chǎn)生復(fù)位脈沖RST1、 RST2、......并且改變讀出脈沖R0UT1、
R0UT2.......的時序來改變曝光時間。因此，在本攝像設(shè)備中，通過
確定幀間差的簡單且容易的過程來計算運動量AS，并且執(zhí)行曝光控 制過程。因此，可以通過簡單且容易的結(jié)構(gòu)對每一個塊執(zhí)行曝光控 制過程。
(3)第一實施例的作用
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，通過將一個屏幕圖像劃分成多個塊并且對這些塊 中的每一個實施運動檢測來為每一個塊控制啄光時間，就通過電子 快門控制啄光時間而言，與常規(guī)可得到的畫面質(zhì)量相比，可以大大 增強(qiáng)畫面質(zhì)量。
另外，這時，通過同時和并行地輸出這些塊的攝像結(jié)果并且處理
這些塊的攝像結(jié)果來為這些塊中的每一個檢測運動量，可以通過彼 此獨立的同時和并行處理為每一個塊控制膝光時間。因此，關(guān)于通 過電子快門控制曝光時間，與常規(guī)可得到的畫面質(zhì)量相比，通過簡 單且容易的過程可以大大增強(qiáng)畫面質(zhì)量。
另外，通過以幀為單位對這些塊中的每一個的攝像結(jié)果累加地求 和來計算平均值并且計算這些平均值的幀間差值來為這些塊中的每 一個檢測運動量，可以借助簡單且容易的結(jié)構(gòu)檢測該運動量，并且 同樣可以簡化一般結(jié)構(gòu)。
另外，通過在彼此不同的半導(dǎo)體芯片上至少形成攝像裝置的像 素、到像素的外圍電路和運動檢測裝置的結(jié)構(gòu)并且通過微凸點連接 它們，可以將整個設(shè)備形成為集成電路以簡化該結(jié)構(gòu)，由此防止像 素的數(shù)值孔徑的減小并且進(jìn)一步充分確保設(shè)計自由度。
(4)第二實施例
如圖8中所示，根據(jù)本實施例的攝像設(shè)備71除了包括在上面結(jié) 合第一實施例所描述的集成電路1的結(jié)構(gòu)之外，還包括編碼裝置72 和記錄裝置73。編碼裝置72和記錄裝置73對揭J象結(jié)果OUT實施編 碼處理并且在記錄介質(zhì)上記錄編碼處理的結(jié)果。因此，在根據(jù)本實 施例的攝像設(shè)備71中，攝像系統(tǒng)74由在上面結(jié)合第一實施例所描 述的集成電路1形成，并且從攝像系統(tǒng)74輸出的攝像結(jié)果0UT被多
路復(fù)用并且然后被轉(zhuǎn)換為亮度信號和色差信號并且作為亮度信號和 色差信號被輸入到編碼裝置72。然后，由編碼裝置72進(jìn)行編碼處理
所得到的數(shù)據(jù)被記錄裝置73記錄在記錄介質(zhì)上。
在此，編碼裝置72是涉及使用運動矢量的數(shù)據(jù)壓縮的編碼裝 置，并且利用例如H. 264技術(shù)實施攝像結(jié)果OUT的編碼處理。
另一方面，攝像系統(tǒng)74設(shè)置像素數(shù)來形成像素塊6以便對應(yīng)于 用于通過編碼裝置72檢測運動矢量的宏塊(macro block)。要注 意的是，在這種情況下，可以設(shè)置像素塊以便與亮度信號和色差信 號中的一個的宏塊相對應(yīng)。另外，根據(jù)H. 264，可以由多種不同尺寸 的宏塊實施運動檢測，使得像素塊被設(shè)置以便對應(yīng)于該多種宏塊中 的一種的宏塊。
另外，攝像系統(tǒng)74以該方式設(shè)置像素塊6并且輸出通過像素塊 6檢測的運動量AS。
編碼裝置72利用預(yù)定的閾值確定運動量AS以確定運動的存在或 不存在。然后，如果確定的結(jié)果是包含運動，則通過普通處理檢測 運動矢量并且實施攝像結(jié)果OUT的編碼處理。另一方面，如果確定 的結(jié)果是不包含運動，則中止運動矢量的檢測并且將運動矢量設(shè)置 為零值以為攝像結(jié)果OUT實施編碼處理。
因此，在本實施例中，在曝光時間的控制中使用的運動檢測結(jié)果 在編碼處理中被利用使得為每一個塊實施運動檢測以控制曝光時 間，并且編碼處理的負(fù)荷同樣被減輕。
根據(jù)本實施例，通過將攝像結(jié)果分成具有與編碼處理中的運動矢 量的檢測單元對應(yīng)的尺寸的塊并且為這些塊中的每一個實施運動檢 測來控制每一個塊的曝光時間，然后利用編碼處理中的運動檢測結(jié) 果，對于通過電子快門控制曝光時間，與常規(guī)可得到的畫面質(zhì)量相 比，可以大大增強(qiáng)畫面質(zhì)量。因此，可以減小在編碼處理中涉及的 負(fù)荷。
(5) 第三實施例
對照圖8,如圖9中所見，根據(jù)本實施例的攝像設(shè)備81利用在 上文結(jié)合第二實施例所描述的攝像系統(tǒng)74的運動檢測電路61(參考 圖4)通過檢測運動矢量檢測運動量來替代用幀間差檢測運動量。具 體地說，檢測運動矢量V，并且該運動矢量被轉(zhuǎn)換成絕對值以檢測運 動矢量V的長度，然后由運動矢量V的長度檢測運動的幅度。要注 意的是，為檢測運動矢量V,可以使用多種檢測方法，例如塊匹配方 法和坡度法。
另外，在關(guān)于對應(yīng)于像素塊6的尺寸的塊的運動矢量V的檢測 中，編碼裝置82中止運動矢量的檢測處理，并且利用通過運動檢測 電路61檢測的運動矢量V執(zhí)行編碼處理。要注意的是，除了上述的 涉及運動矢量V的結(jié)構(gòu)外，類似于在上文結(jié)合第二實施例描述的攝 像設(shè)備71來配置攝像設(shè)備81。
根據(jù)本實施例，在利用運動矢量檢測運動以為每一個塊控制曝光 時間的情況下，也可以達(dá)到與第二實施例類似的效果。
(6) 其他的實施例
然而，要注意的是，在上述的實施例中，改變復(fù)位脈沖和讀出脈 沖的時序以控制啄光時間，根據(jù)本發(fā)明，啄光時間的控制并不限于
此，而可以通過僅改變復(fù)位脈沖的時序來控制曝光時間。
另外，盡管在上述實施例中為每一個像素塊輸出并且處理攝像結(jié) 果，但是根據(jù)本發(fā)明，攝像結(jié)果的輸出并不限于此，而可以共同地 輸出一個屏幕圖像的攝像結(jié)果，然后為每一個圖像塊分類和處理所 述攝像結(jié)果以為像素塊中的每一個控制曝光時間。這時，關(guān)于攝像 結(jié)果的輸出即使在使用根據(jù)光柵掃描的順序輸出攝像結(jié)果的常規(guī)結(jié) 構(gòu)的攝像元件的情況下，與上文中描述的實施例類似，對于通過電 子快門控制曝光時間，與常規(guī)可得到的畫面質(zhì)量相比，仍可以大大 增強(qiáng)畫面質(zhì)量。
另外，盡管在上述實施例中傳感器芯片由CMOS固態(tài)攝像元件形 成，但是本發(fā)明并不限于此，而是可以廣泛應(yīng)用于其中傳感器芯片 由相應(yīng)于XY尋址系統(tǒng)的多種固態(tài)攝像元件形成的情形和其中傳感器 芯片由CCD固態(tài)撮像元件形成的另一種情形。
另外，盡管在上述實施例中攝像表面沿水平方向和垂直方向被分 開以形成像素塊，但是根據(jù)本發(fā)明，像素塊的形成并不限于此，而 可以僅沿水平方向和垂直方向中的一個劃分?jǐn)z像表面來形成像素 塊。
另外，盡管在上述實施例中到像素的外圍電路設(shè)置在傳感器芯片 2的后表面?zhèn)壬喜⑶遗c邏輯芯片層疊在一起，但是本發(fā)明并不限于 此，而是還可以廣泛應(yīng)用于其中到像素的外圍電路設(shè)置在傳感器芯 片2的前表面?zhèn)壬系那樾巍⑵渲羞壿嬓酒恍纬蔀楦綦x元件的另一
種情形等。
工業(yè)實用性
本發(fā)明可以應(yīng)用于其中使用例如CMOS固態(tài)攝像元件的攝像設(shè)備。
權(quán)利要求
1.一種攝像設(shè)備，包括攝像裝置，其具有由以矩陣排列的像素在其上形成的攝像表面，用來輸出形成在該攝像表面上的光學(xué)圖像的攝像結(jié)果；運動檢測裝置，用來為攝像表面沿水平方向和/或垂直方向被分成的塊中的每一個檢測攝像結(jié)果中的運動量；控制裝置，用來根據(jù)通過所述運動檢測裝置檢測的結(jié)果為所述塊中的每一個控制所述攝像裝置的曝光時間；以及信號電平校正裝置，用來為所述塊中的每一個校正和輸出與對曝光時間的控制一致變化的攝像結(jié)果的信號電平。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的攝像設(shè)備，其中所述控制裝置根據(jù)由所述運動檢測裝置檢測的結(jié)果為所述塊中 的每一個控制所述攝像裝置的曝光時間以便曝光時間隨著運動量的 增加而減少。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的攝像設(shè)備，其中所述攝像裝置同時且并行地輸出所述塊的攝像結(jié)果，由此輸出光 學(xué)圖像的攝像結(jié)果，以及所述運動檢測裝置一個一個單獨地處理從所述攝像裝置輸出的 所述塊的攝像結(jié)果以為所述塊中的每一個檢測運動量。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1的攝像設(shè)備，其中所述運動檢測裝置包括 平均值計算電路，其被配置用來以幀為單位將所述塊中的每一個的攝像結(jié)果累加地相加以計算平均值，以及幀間差計算電路，用來為所述塊中的每一個計算由所述平均值計 算電路計算的平均值的幀間差值并且根據(jù)該幀間差值檢測運動量。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1的攝像設(shè)備，其中至少所述攝像裝置和所述運動檢測裝置形成在彼此不同的半導(dǎo) 體芯片中并且通過微凸點彼此連接。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1的攝像設(shè)備，進(jìn)一步包括 編碼裝置，用來根據(jù)由所述運動檢測裝置檢測的結(jié)果利用宏塊為攝像結(jié)果實施編碼處理，其中在所述運動檢測裝置中使用的所述塊被設(shè)置成與所述編碼裝置中使用的宏塊的尺寸相對應(yīng)的尺寸。
7. —種用于攝像結(jié)果的處理方法，包括為攝像裝置的攝像表面沿水平方向和/或垂直方向被分成的塊中 的每一個檢測通過該攝像裝置的攝像結(jié)果中的運動量的運動檢測步 激.根據(jù)在運動檢測步驟檢測的結(jié)果為所述塊中的每一個控制攝像 裝置的啄光時間的控制步驟；以及為所述塊中的每一個校正和輸出與對啄光時間的控制一致變化 的攝像結(jié)果的信號電平的信號電平校正步驟。
全文摘要
本發(fā)明適用于使用例如CMOS固態(tài)攝像元件的攝像設(shè)備。一個屏幕圖像被分成多個塊，并且為所述塊中的每一個檢測運動以控制該塊的曝光時間。
文檔編號H04N5/351GK101099381SQ20058004656
公開日2008年1月2日 申請日期2005年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月13日
發(fā)明者小林誠司 申請人:索尼株式會社