本發(fā)明涉及成像系統(tǒng)，以及相關的方法。

背景技術：

單光子雪崩二極管(SPAD)是一種對單光子敏感的固態(tài)光檢測器。入射到SPAD的單一光子可以產(chǎn)生光誘導的載體，如電子。由于橫跨SPAD的相對高的電壓偏壓，這光所誘導載體會觸發(fā)二次載體的雪崩而產(chǎn)生雪崩電流脈沖。經(jīng)由檢測雪崩電流脈沖就可檢測到入射到SPAD的單一光子。SPAD能確定單光子的到達時間的精度約10-100皮秒。入射到SPAD的光的強度可以從在一段時間檢測到的雪崩電流脈沖的速率或雪崩電流脈沖的數(shù)目而得到。SPADs對光的敏感通常大于傳統(tǒng)的圖像傳感器，例如電荷耦合裝置(CCD)傳感器和互補金屬氧化物半導體(CMOS)圖像傳感器?；赟PAD的圖像傳感器也有突現(xiàn)噪音的限制且即使在高幀率下有良好的信號對噪音比。因此，基于SPAD的圖像傳感器可以操作于比CCD和CMOS圖像傳感器更高的幀率下。

超分辨率成像是提高成像系統(tǒng)的分辨率的技藝。在幾何超分辨率成像中，圖像傳感器的分辨率被提高。例如，圖像傳感器的分辨率可被增強超過圖像傳感器的實際像素的分辨率。在一種方法中，場景的單一的低分辨率的圖像是被后處理，以產(chǎn)生超分辨率圖像。這種方法利用個別像素之間的內(nèi)插值并以大于像素分辨率的分辨率來產(chǎn)生信息。在另一種方法中，場景的幾個空間移位的低分辨率圖像被組合以產(chǎn)生超分辨率圖像。

技術實現(xiàn)要素：

在實施例中，成像系統(tǒng)具有單光子雪崩二極管和傳感器平移，用于捕捉多個第一圖像，促使場景的增強的分辨率的圖像的生成。成像系統(tǒng)包括具有像素陣列的圖像傳感器，該像素陣列包括單光子雪崩二極管像素，其用于分別在圖像傳感器的多個空間上移動的位置上捕獲多個場景的第一圖像。該成像系統(tǒng)還包括致動器，其用于將圖像傳感器沿著圖像傳感器的光接收面的平行方向平移，以便將圖像傳感器放置在多個空間上移位的位置上。

在實施例中，用于捕獲多個可組合場景的增強的分辨率的圖像的第一圖像的方法，其包括：(a)沿著圖像傳感器的光接收面的平行方向將圖像傳感器平移，使圖像傳感器放置在多個空間上移位的位置上；和(b)利用圖像傳感器的像素陣列的單光子雪崩二極管的像素，分別在多個空間移位的位置上捕獲多個場景的第一圖像。

附圖說明

圖1顯示根據(jù)實施例的具有單光子雪崩二極管(SPADs)和傳感器平移的成像系統(tǒng)。

圖2顯示根據(jù)實施例的用于捕獲可組合場景的增強的分辨率的圖像的方法。

圖3顯示根據(jù)實施例的包括SPAD像素的陣列的SPAD像素陣列。

圖4A和4B顯示圖3的SPAD像素陣列的示例性的平移，以產(chǎn)生多個圖像，從中可以產(chǎn)生增強的分辨率的圖像。

圖5顯示根據(jù)實施例的包括多個SPAD像素和多個彩色像素組的混合像素陣列。

圖6A和6B顯示圖5的混合像素陣列的示例性的平移，以使用SPAD像素來產(chǎn)生多個圖像，從中可以產(chǎn)生增強的分辨率的圖像。

圖7顯示根據(jù)實施例的另一種包括多個SPAD像素和多個彩色像素組的混合像素陣列。

圖8A和8B顯示圖7的混合像素陣列的示例性的平移，以使用SPAD像素來產(chǎn)生多個圖像，從中可以產(chǎn)生增強的分辨率的圖像。

圖8C顯示彩色像素組的示例性的空間位置，其與圖8A和8B所示的圖7的混合型的像素陣列的平移相關聯(lián)。

圖9顯示根據(jù)實施例的包括混合像素陣列的混合圖像傳感器。

圖10顯示根據(jù)實施例的混合圖像傳感器，其具有混合的像素陣列且其SPAD像素和彩色像素組可分別讀取。

圖11顯示根據(jù)實施例的用于捕獲圖像的方法，其能執(zhí)行增強的分辨率的圖像和完整的彩色圖像兩者的組合。

圖12顯示根據(jù)實施例的對彩色敏感的SPAD像素陣列。

圖13A和13B顯示圖12的對彩色敏感的SPAD像素陣列的示例性的平移，以使用SPAD彩色像素組來生成多個彩色圖像，從其中可以產(chǎn)生增強的分辨率的圖像。

圖14顯示根據(jù)實施例的用于捕獲圖像的方法，其能執(zhí)行增強的分辨率的紅外線圖像和可見的彩色圖像兩者的組合。

圖15顯示根據(jù)實施例的具有傳感器平移功能的成像系統(tǒng)。

圖16顯示根據(jù)實施例的具有傳感器平移功能的另一個成像系統(tǒng)。

圖17顯示根據(jù)實施例的具有傳感器平移功能的又另一個成像系統(tǒng)。

圖18顯示根據(jù)實施例的具有凸輪致動的傳感器平移的成像系統(tǒng)。

具體實施方式

圖1顯示具有單光子雪崩二極管(SPADs)和傳感器平移的示例性的成像系統(tǒng)100。成像系統(tǒng)100結合SPADs與傳感器平移來提供傳統(tǒng)的圖像傳感器無法實現(xiàn)的成像能力，該傳統(tǒng)的圖像傳感器有如傳統(tǒng)的電荷耦合裝置(CCD)傳感器和傳統(tǒng)的互補金屬氧化物半導體(CMOS)圖像傳感器。

成像系統(tǒng)100包括圖像傳感器110和致動器130，該致動器130可平移圖像傳感器110而使圖像傳感器110放置在多個空間上移位的位置上。圖像傳感器110包括具有多個感光像素122的感光像素陣列120，至少一些像素122是SPAD像素。此處，“SPAD像素”指包括用于檢測光的SPAD的圖像傳感器像素。為了說明的清楚起見，不是所有的像素122被標記在圖1中。在圖中所示的情形，圖像傳感器110從場景190捕獲入射在圖像傳感器110的光接收面112的光的圖像。選擇性地，成像系統(tǒng)100包括成像物鏡150，其可使場景190成像到光接收表面112。雖然圖1顯示的是一個單一的透鏡，成像物鏡150可以包括多個透鏡和/或一個或多個其它光學組件，如本領域中已知的，或者成像物鏡150可以是無透鏡的成像物鏡，其不脫離本發(fā)明的范圍。在一個實施例中，圖像傳感器110包括與像素陣列120耦合的電路140，用以從像素陣列120讀取信號，以便輸出圖像180。

致動器130被配置用來將圖像傳感器110平行于光接收表面112平移。圖1顯示圖像傳感器110沿方向135的平移。然而，致動器130可以被配置用來在其它方向平移圖像傳感器110。該方向為平行于光接收表面112，并具有正交于圖1的平面的分量。在一個實施例中，致動器130被配置用來平移圖像傳感器110，其沿著(a)方向135和(b)平行于光接收表面112且垂直于方向135的方向。在另一個實施例中，致動器130被配置用來平移圖像傳感器110，其沿著兩個非平行方向，這兩者都平行于光接收表面112。

在一個實施例中，成像系統(tǒng)100包括控制模塊160，其控制著(a)經(jīng)由致動器130的圖像傳感器110的平移，和(b)經(jīng)由圖像傳感器110的圖像采集或圖像讀取?？刂颇K160可以與電路140合作來控制圖像的采集或經(jīng)由傳感器110的讀取。選擇性地，控制模塊160，或至少其一部分，被實施于圖像傳感器110內(nèi)，例如，與電路140集成制成。在一個實施例中，成像系統(tǒng)100包括處理模塊170，其可處理圖像180以組合增強的分辨率的圖像185。處理模塊170可以利用本領域中已知的方法。在一個實施中，處理模塊170被實施于圖像傳感器110內(nèi)，例如，與電路140集成制成。在另一個實施中，處理模塊170被實施于處理模塊170在圖像傳感器110的外部的計算器系統(tǒng)中。

本文中，“分辨率”(“resolution”)指像素陣列或圖像的像素的分辨率。在一個實例中，像素陣列以及由像素陣列所捕獲的圖像180的分辨率，是800×600，而從多個這樣的圖像180所組成的增強的分辨率的圖像185可具有分辨率1600×1200。

SPADs對光很敏感，其操作于光子計數(shù)體系而不同于光集成方式，且至少接近突現(xiàn)噪音限制。SPAD的讀取比傳統(tǒng)的CCD或CMOS圖像傳感器的像素的讀取快得多。在示例性的比較中，傳統(tǒng)的CCD或CMOS圖像傳感器操作于每秒約30至60幀的幀率，而在相同的條件下，基于SPAD的圖像傳感器可操作于每秒超過10000幀的幀率。因此，相對于傳統(tǒng)的CCD和CMOS的圖像傳感器，SPADs更適合在高的幀率的低光成像和/或圖像捕獲。SPADs還提供光檢測的精確的定時，因此，非常適用于飛行時間成像，例如，如利用基于飛行時間的三維成像。

在低光的情況下或在成像運動物體時，與傳統(tǒng)的CCD和CMOS圖像傳感器有關的相對較低的幀率排除了多圖像組成超分辨率圖像的捕獲。然而，由于成像系統(tǒng)100利用SPADs，即使在相對低光的條件，成像系統(tǒng)100可以以高的幀率捕獲圖像180。因此，成像系統(tǒng)100可應用超高分辨率成像于低光的情況及移動的物體上。

SPAD像素往往比傳統(tǒng)的CCD或CMOS圖像傳感器的像素大。由于這個原因，基于SPAD的飛行時間的圖像傳感器(例如那些用于基于飛行時間的三維成像)一般具有比傳統(tǒng)的CCD和CMOS圖像傳感器較低的分辨率。成像系統(tǒng)100利用基于傳感器平移的超分辨率成像來克服這個問題，并由此促使高空間分辨率的飛行時間成像。

圖2顯示用于捕獲圖像的一個示例性的方法200，其能組合場景的增強的分辨率的圖像。方法200由例如成像系統(tǒng)100所執(zhí)行。

在步驟210中，方法200使用具有SPAD像素的圖像傳感器捕獲場景的多個圖像。步驟210包括步驟212和214。在步驟212中，方法200平移圖像傳感器，將圖像傳感器放置在多個空間上移位的位置上。在一個實施例中，空間上移位的位置包括彼此的相對移動小于圖像傳感器的相鄰像素之間的中心到中心的距離。在步驟214中，方法200捕獲在步驟212中所達到的空間上移位的各個位置的場景的第一圖像。在步驟212和214的一個例子中，致動器130在平行于光接收面112的一個或多個方向上平移圖像傳感器110，以便將圖像傳感器110放置在多個空間上移位的位置上。在各個這些空間上移位的位置上，圖像傳感器110捕捉場景190的圖像180。選擇性地，控制模塊160控制致動器130的平移和圖像傳感器110的圖像捕獲，如上面參考圖1的討論。

在某些實施例中，方法200還包括步驟220，其從在步驟214中所捕獲的第一圖像組合增強的分辨率的圖像，其中增強的分辨率的圖像具有的分辨率大于各個第一圖像的分辨率。在步驟220的一個例子中，處理模塊170處理在步驟214中所捕獲的場景190的多個圖像180，以組合場景190的增強的高分辨率的圖像185。

在一個實施例中，方法200包括重復包含步驟210和220的步驟230，以產(chǎn)生增強的高分辨率圖像流，例如場景190的增強的分辨率的圖像185流。在替代的實施例中，步驟230省略步驟220，并產(chǎn)生在步驟214中所捕獲的場景的第一圖像流，由此場景的第一圖像流可生成增強的分辨率的圖像流。在圖1中所示的情形，場景190是沿方向195移動的手。步驟230可以產(chǎn)生或使能產(chǎn)生，移動的手的增強的分辨率的圖像185流，以促進手勢識別。

圖3顯示一個示例性的包括SPAD像素310的SPAD像素陣列300。SPAD像素陣列300是像素陣列120的實施例，并且每一個SPAD像素310是像素122的實施例。每一個SPAD像素310例如對紅外光敏感。當SPAD像素陣列300被實施于傳感器110中作為像素陣列120，圖3顯示從場景190來看的SPAD像素陣列300。在不脫離本發(fā)明的范圍下，SPAD像素陣列300可以包括比圖3所顯示的更多或更少的SPAD像素310。

圖4A和4B顯示SPAD像素陣列300的示例性的平移，以生成多個場景190的圖像180，從中可以產(chǎn)生增強的分辨率的圖像185。圖4A和4B顯示方法200的步驟212所執(zhí)行的平移的實施例。圖4A顯示具有3×3SPAD像素陣列310的像素陣列300。各個SPAD像素310由它的輪廓及其中心的黑點來表示。為了說明的清楚起見，不是所有的SPAD像素310被標記在圖4A中。SPAD像素310被放置在具有網(wǎng)格的間隔450的規(guī)則的網(wǎng)格上，網(wǎng)格間距450是在，例如，1至20微米之間的范圍。雖然顯示在圖3和圖4A為正方形，SPAD像素310可以具有不是方形的其它形狀而不脫離本發(fā)明的范圍。例如，每一個SPAD像素310可以是非正方形的矩形。一個SPAD像素310(i)在中心位置410上。圖4B顯示，在致動器130平移具有像素陣列120的圖像傳感器110時，所得到的SPAD像素陣列300的3×3的部分的示例性空間移位的位置，該像素陣列120被實施作為SPAD像素陣列300。圖4A和4B最好被一起參閱。

在圖4B中所示的示例性的平移中，SPAD像素陣列300被放置在四個不同的位置上。初始位置的特征在于SPAD像素310(i)位在位置410上。第二位置被移動到第一位置的右邊一段距離460，并用虛線圓表示。第二位置的特征在于SPAD像素310(i)位于位置410'上。第三位置被移動到第二位置的上面一段距離460，并用陰影圓表示。第三位置的特征在于SPAD像素310(i)位于位置410″上。第四位置被移動到第三位置的左邊一段距離460，并用實線圓表示。第四位置的特征在于SPAD像素310(i)位于位置410″'上。在一個例子中，距離460小于網(wǎng)格間距450，如此使得增強的分辨率的圖像185的分辨率大于SPAD像素陣列300的分辨率。在另一個例子中，距離460是網(wǎng)格的間隔450的一半，如此使得在這四個位置上所捕獲的圖像180可以經(jīng)由例如處理模塊170來處理，以組合成增強的分辨率的圖像185，該圖像185的個別圖像180的每一個圖像像素具有四個均勻分布的圖像像素。在此例子中，相比于個別的圖像180，增強的分辨率的圖像185的分辨率在增強的分辨率的圖像185的每一個正交尺寸中被加倍。

在不脫離本發(fā)明的范圍下，致動器130可以以不同的順序將以SPAD像素陣列300實施的圖像傳感器110平移到位置410、410'、410″及410″'上。也在不脫離本發(fā)明的范圍的前提下，致動器130可以將以SPAD像素陣列300實施的圖像傳感器110放置在空間上更偏移的位置上，以促使產(chǎn)生增強的分辨率的圖像185的分辨率更大于從圖4B所示的例子所得到的分辨率。例如，致動器130可以將以SPAD像素陣列300實施的圖像傳感器110放置在九個不同的位置上，各位置與其近鄰位置分開距離460，距離460是網(wǎng)格的間距450的三分之一。這個例子可促使產(chǎn)生增強的分辨率的圖像185，該圖像185的個別圖像的每一個圖像像素具有九個均勻分布的圖像像素。在此例子中，相比于個別的圖像180，增強的分辨率的圖像185的分辨率在增強的分辨率的圖像185的每一個正交尺寸中被增強了三倍。

圖5顯示一個示例性混合像素陣列500，其包括多個SPAD像素510和多個設置在規(guī)則網(wǎng)格上的彩色像素組520。SPAD像素510均勻地分布在整個混合像素陣列500中，每八個彩色像素組520中有一個SPAD像素510?；旌舷袼仃嚵?00被布置為3×3單元的相鄰區(qū)塊，每一個單元由一個SPAD像素510，或一個彩色像素組520所占據(jù)，其中每一個區(qū)塊包括正好一個SPAD像素510。每一個SPAD像素510對例如紅外光敏感。混合像素陣列500是像素陣列120的實施例。圖5顯示，當混合像素陣列500實施于圖像傳感器110中作為像素陣列120時，從場景190看到的混合像素陣列500。在不脫離本發(fā)明的范圍下，混合像素陣列500可以大于圖5中所示的且包括多于圖5中所示的SPAD像素510，同時維持每八個彩色像素組520有一個SPAD 510像素。

每一個彩色像素組520包括多個彩色像素。在圖5所示的例子中，每一個彩色像素組520包括(a)主要對紅光敏感的紅色彩色像素522，(b))主要對綠光敏感的兩個綠色彩色像素524和526，和(c)主要對藍光敏感的藍色彩色像素528。然而，在不脫離本發(fā)明的范圍的前提下，彩色像素組520可以有不同的配置。例如，每一個彩色像素組520可以根據(jù)RGBE(紅，綠，藍，和翠綠)的圖案，CYGM(青，黃，綠，品紅)的圖案，RGBW(紅，綠，藍，和白)的圖案，或本領域中已知的其它圖案來配置。彩色像素522、524、526和528可以是傳統(tǒng)的像素，諸如CMOS或CCD像素。

當混合像素陣列500被實施于圖像傳感器110中，圖像傳感器110可以使用SPAD像素510來捕獲單色圖像，并使用彩色像素組520來捕獲彩色圖像。用SPAD像素510所捕獲的單色圖像所具有的分辨率低于混合像素陣列500的全分辨率，其中全分辨率系指SPAD像素510和彩色像素組520二者都被考慮進來的分辨率。然而，致動器130可以將以混合像素陣列500執(zhí)行的圖像傳感器110平移而使混合像素陣列500放置到多個空間上移位的位置上，并由此能產(chǎn)生比混合像素陣列500內(nèi)的SPAD像素510的分辨率更高的分辨率的單色圖像。

圖6A和6B顯示混合像素陣列500的示例性的例子，用來使用SPAD像素510以產(chǎn)生場景190的多個的圖像180，從其中可以產(chǎn)生增強的分辨率的圖像185。圖6A和6B顯示在方法200的步驟212中所執(zhí)行的平移的實施例。圖6A顯示具有2×2SPAD像素510的混合像素陣列500。每一個SPAD像素510由它的輪廓及中心黑點來表示。為了說明的清楚起見，不是所有的SPAD像素510被標記在圖6A中。雖然顯示于圖5和圖6A的是正方形，SPAD像素510和彩色像素組520可以具有不是方形的其它形狀而不脫離本發(fā)明的范圍。例如，每一個SPAD像素510和每一個彩色像素組520可以是一個非正方形的矩形。每一個SPAD像素510離開其近鄰SPAD像素510有一距離655。距離655在例如1至20微米之間的范圍內(nèi)。一個SPAD像素510(i)位于中心位置61上。圖6B顯示2×2SPAD像素510在致動器130平移圖像傳感器110時所得到的示例性的空間移位的位置，圖像傳感器110具有實施為混合像素陣列500的像素陣列120。圖6A和6B最好被一起參閱。

在圖6B所示的示例性的平移中，混合像素陣列500被放置在四個不同的位置上。初始位置的特征在于SPAD像素510(i)位在位置610上，第二位置被移動到第一位置的右邊一段距離660，并用虛線圓表示。第二位置的特征在于SPAD像素510(i)位在位置610'上。第三位置被移動到第二位置的上面一段距離660，并用陰影圓表示。第三位置的特征在于SPAD像素510(i)在位置610″上。第四位置被移動到第三位置的左邊一段距離660，并用實線圓表示。第四位置的特征在于SPAD像素510(i)位在位置610″'上。在一個例子中，距離660是距離655的一半。在該例子中，使用SPAD像素510在這四個位置上所捕獲的圖像180，可以經(jīng)由例如處理模塊170來處理，以組合成增強的分辨率的圖像185，該圖像185的混合像素陣列500的每一個SPAD像素510具有四個均勻分布的圖像像素。在該例子中，相比于混合像素陣列500中的SPAD像素510的分辨率，基于SPAD像素510產(chǎn)生的信號所生成的增強的高分辨率圖像185的分辨率，在增強的高分辨率圖像185的每一個正交的維度中被加倍。

在不脫離本發(fā)明的范圍下，致動器130可以以不同的順序將以SPAD像素陣列300實施的圖像傳感器110平移到位置610、610'、610″及610″'上。也在不脫離本發(fā)明的范圍的前提下，致動器130可以將以混合像素陣列500實施的圖像傳感器110放置在空間上更偏移的位置上，以促使產(chǎn)生增強的分辨率的圖像185的分辨率更大于從圖6B所示的例子所得到的分辨率。例如，致動器130可以將以混合像素陣列500實施的圖像傳感器110放置在九個不同的位置上，各位置與其近鄰位置分開距離660，距離660是網(wǎng)格間距655的三分之一。這個例子，可基于SPAD像素510所產(chǎn)生的信號來促使增強的分辨率的圖像185的組合，混合像素陣列500中的各個SPAD像素510具有九個均勻分布的圖像像素。在此例子中，相比于混合像素陣列500中的SPAD像素510的分辨率，基于SPAD像素510所產(chǎn)生的信號的增強的分辨率的圖像185，其分辨率在增強的分辨率的圖像185的每一個正交尺寸中被增強了三倍。這將導致增強的分辨率的圖像185的分辨率可匹配于考慮到SPAD像素510和彩色像素組520時的混合像素陣列500的全分辨率。

圖7顯示一個示例性的包括多個SPAD像素510和多個設置在規(guī)則網(wǎng)格的彩色像素組520的混合像素陣列700?；旌舷袼仃嚵?00類似于混合像素陣列500，不同之處在于混合像素陣列700中每三個彩色像素組520有一個SPAD像素510?；旌舷袼仃嚵?00被布置為2×2單元的相鄰的區(qū)塊。每一個單元由一個SPAD像素510或一個彩色像素組520所占據(jù)，其中每一個區(qū)塊包括正好一個SPAD像素510?；旌舷袼仃嚵?00是像素陣列120的實施例。圖7顯示，當混合像素陣列700被實施于圖像傳感器110中作為像素陣列120時，從場景190所看到的混合像素陣列700。在不脫離本發(fā)明的范圍下，混合像素陣列700可大于圖7所顯示的，且包括的SPAD像素510多于圖7所顯示的，同時維持每三個彩色像素組520有一個SPAD像素510。

當混合像素陣列700被實施于圖像傳感器110中，圖像傳感器110可以使用SPAD像素510捕獲單色圖像，并使用彩色像素組520捕獲彩色圖像。使用SPAD像素510所捕獲的單色圖像的分辨率低于混合像素陣列700的全分辨率，其中全分辨率系指考慮進來SPAD像素510和彩色像素組520二者的分辨率。然而，致動器130可以平移以混合像素陣列700實施的圖像傳感器110，而將混合像素陣列700放置到多個空間上移位的位置上，并由此促使單色圖像的產(chǎn)生，單色圖像的分辨率大于混合像素陣列700中的SPAD像素510的分辨率。

圖8A和8B顯示混合像素陣列700的示例性的平移，用以使用SPAD像素510來產(chǎn)生場景190的多個圖像180，從其中可以產(chǎn)生增強的分辨率的圖像185。圖8A和8B顯示在方法200的步驟212中所執(zhí)行的平移的實施例。圖8A顯示具有2×2SPAD像素510的混合像素陣列700的一部分。每一個SPAD像素510由它的輪廓和其中心黑點來表示。為了說明的清楚起見，不是所有的SPAD像素510被標記在圖8A中。SPAD像素510和彩色像素組520被放置在具有柵格間距850的規(guī)則網(wǎng)格上。柵格間距850在例如1至20微米之間的范圍內(nèi)。一個SPAD像素510(i)位在中心位置810。圖8B顯示2×2SPAD像素510的示例性的空間位移的位置，其在致動器130平移圖像傳感器110時所得到的，傳感器110具有以像素陣列120用作為混合像素陣列700。圖8A和8B最好一起被參閱。

在圖8B中所示的示例性的平移中，混合像素陣列700放置在四個不同的位置上。初始位置的特征在于SPAD像素510(i)位于位置810。第二位置被移動到第一位置的右邊且有網(wǎng)格間隔850，并用虛線圓表示。第二位置的特征在于SPAD像素510(i)位于位置810'上。第三位置被移動到第二位置的上面且有網(wǎng)格間隔850，并用陰影圓表示。第三位置的特征在于SPAD像素510(i)位于位置810″上。第四位置被移動到第三位置的左邊且有網(wǎng)格間隔850，并用實線圓表示。第四位置的特征在于SPAD像素510(i)位于位置810″'上。使用SPAD像素510在這四個位置上所捕獲的圖像180，可通過例如處理模塊170進行處理，以組合成增強的分辨率的圖像185，混合像素陣列700的每一個SPAD像素510具有四個均勻分布的圖像像素。在此例子中，基于SPAD像素510產(chǎn)生的信號所組成的增強的高分辨率的圖像185，其分辨率相匹配于同時考慮到SPAD像素510和彩色像素組520的混合像素陣列700的全分辨率。

在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，致動器130可以以不同的順序來平移以混合像素陣列700執(zhí)行的圖像傳感器110，使其移到以位置810、810'、810″及810″'上。也在不脫離本發(fā)明的范圍的前提下，致動器130可以平移以混合像素陣列700執(zhí)行的圖像傳感器110，將圖像傳感器110放置在空間上更偏移的位置，以促使增強的分辨率的圖像185的產(chǎn)生，圖像185的分辨率大于圖8B從所示的例子的分辨率。

圖8C顯示與圖8A和8B所示的混合像素陣列700的平移相關聯(lián)的彩色像素組520的示例性的空間位置。在圖8C中，彩色像素組的位置以一個黑色方形來表示。在初始情況下，對應于圖8A的SPAD像素510(i)位于中心位置810時，一個示例性的彩色像素組520(i)位于中心位置820上。當混合像素陣列被平移到右邊一個網(wǎng)格間距850(對應于圖8A的SPAD像素510(i)的從位置810到位置810'的平移)，彩色像素組520(i)從位置820被平移到位置810。因此，先前由SPAD像素510(i)所占據(jù)的位置，現(xiàn)在由彩色像素組520(i)所占據(jù)。它遵循圖8A和8B所示的混合像素陣列700的平移確保了，圖8B所示的空間上移位的位置的一個中的SPAD像素510所占據(jù)的各個像素位置，由至少一個的其它的這些空間上移位的位置中的一個中的彩色像素組520所占據(jù)。

該相同的結果可經(jīng)由，將混合像素陣列500向右平移一段距離660來實現(xiàn)，其中，距離660是距離655的三分之一。因此，混合像素陣列500和700的每一個都與平移的方案兼容，其中，被空間上移位的位置中的一個的SPAD像素510所占據(jù)的各個像素的位置，可被在這些空間上移位的位置中的至少一個其它的位置中的彩色像素組520所占據(jù)。在至少一些的這些空間上移位的位置并使用彩色像素組520所捕獲的圖像組，可以組合成場景190的完整的彩色圖像，其沒有與SPAD像素510相關聯(lián)的間隙。

圖9顯示圖像傳感器110的一個實施例的示例性的混合圖像傳感器910。圖像傳感器110包括混合像素陣列920和電路140。混合像素陣列920是像素陣列120的實施例，并包括多個SPAD像素510和多個彩色像素組520。SPAD像素510穿插在彩色像素組520中，雖然圖9顯示混合像素陣列920包括三個SPAD像素510和三個彩色像素組520，混合像素陣列920可以包括不同數(shù)量的SPAD像素510和不同數(shù)量的彩色像素組520，而不脫離本發(fā)明的范圍。在一個實施例中，混合像素陣列920是混合像素陣列500。在另一個實施例中，混合像素陣列920是混合像素陣列700。

混合像素陣列920被如此配置，使得混合像素陣列920可以經(jīng)由致動器130被平移，如參考圖1時所討論的，可將混合像素陣列920放置在(a)捕獲相應的多個圖像180的多個第一空間上移位的位置上，以促使基于SPAD像素510所產(chǎn)生的信號的增強的分辨率的圖像185能夠被組合，和(b)使用彩色像素組520來捕獲相應的多個彩色圖像的多個空間上移位的第二位置上，以促使沒有與SPAD像素510有關聯(lián)的間隙的完整的彩色圖像能夠被組合。多個在空間上移位的第二位置是如此使得被在空間上移位的第二位置中的一個的SPAD像素510所占據(jù)的各個像素位置，由至少一個其它的空間上移位的第二位置中的一個的彩色像素組520所占據(jù)。完整的彩色圖像的組合可以由處理模塊170來執(zhí)行。

在一個實施例中，多個空間上移位的第二位置是多個第一空間上移位的位置中的子集。在本實施例中，電路140可以生成包括來自SPAD像素510的信號和來自彩色像素組520的信號所組合的圖像180，使得處理模塊170可以組合成增強的分辨率的圖像185，及來自這些組合圖像的完整的彩色圖像。在另一個實施例中，多個空間上移位的第二位置相同于多個第一空間上移位的位置。而且，在本實施例中，電路140可以生成包括來自SPAD像素510的信號和來自彩色像素組520的信號所組合成的圖像180，使得處理模塊170可以組合成增強的分辨率的圖像185，及來自這些組合成圖像的完整的彩色圖像。在另一個實施例中，至少一個空間上移位的第二位置不同于第一空間上移位的位置的每一個。在本實施例中，電路140可生成個別的圖像集，用于組合成每一個(a)基于SPAD像素510所產(chǎn)生的信號的增強的分辨率的圖像185，和(b)基于彩色像素組520所產(chǎn)生的信號的完整的彩色圖像。

圖10顯示一個具有混合像素陣列1060以及個別讀取的像素510和彩色像素組520的示例性的混合圖像傳感器1000。圖10顯示混合圖像傳感器1000的橫截面?zhèn)纫晥D，其中橫截面是垂直于混合圖像傳感器1000光接收面的平面?；旌舷袼仃嚵?060是混合像素陣列920的實施例，以及混合圖像傳感器1000是圖像傳感器110的實施例?；旌舷袼仃嚵?060可以是混合像素陣列500或混合像素陣列700。

混合像素陣列1060包括多個SPAD像素510和多個彩色像素組520。為了清楚地說明，只有關聯(lián)于混合像素陣列1060的一部分的混合圖像傳感器1000的一部分被顯示于圖10中。本特定部分包括兩個屬于兩個不同的彩色像素組520的彩色像素524，兩個屬于兩個不同的彩色像素組520的彩色像素528，以及一個SPAD像素510。兩個彩色像素組520的彩色像素522和526位于圖10所示的橫截面之外。在圖10所示的實施中。每一個彩色像素524包括光電二極管1020，彩色濾光片1022，和選擇性的微透鏡1026；每一個彩色像素528包括光電二極管1020，彩色濾光片1024，和選擇性的微透鏡1026；每一個SPAD像素510包括SPAD 1010和選擇性的彩色濾光片1012和微透鏡1016的一個或兩個。彩色濾光片1012被構造成用來傳導例如紅外光。

混合圖像傳感器1000包括第一晶粒1070和第二晶粒1080。第一晶粒1070包括混合像素陣列1060和電路1030。電路1030被連接到每一個彩色像素組520的彩色像素522、524、526和528，用來讀取彩色像素組520的信號，并輸出基于彩色像素520所產(chǎn)生的信號的彩色圖像。第二晶粒1080包括基板1050，各個SPADs 1010的SPAD讀取電路，及連接層1040。對于各個SPAD 1010，混合圖像傳感器1000還包括連接SPAD 1010到相應的SPAD讀取電路1052的鍵結1014。SPAD讀取電路1052分別讀取SPADs 1010的信號，而連接層1040處理來自SPAD讀取電路1052的讀取信號，以輸出圖像180。電路1030，連接層1040，和SPAD讀取電路1052合作以形成電路140的實施例。

個別的SPAD像素510和彩色像素組520使混合圖像傳感器1000能執(zhí)行SPAD像素510的讀取的幀率大于彩色像素組520的讀取的幀率。由此，個別的SPAD像素510和彩色像素組520的讀取能夠利用SPADS 1010的高的幀率能力，而不被與彩色像素組520的讀取相關聯(lián)的較慢的幀率所限制。

圖11顯示一個示例性方法1100，其用于捕獲能夠組合場景的增強的分辨率的圖像和完整的彩色圖像兩者的圖像。方法1100是方法200的延伸。方法1100可以以混合像素陣列920實施的成像系統(tǒng)100來執(zhí)行。

在步驟1110中，方法1100使用具有SPAD像素和彩色像素組兩者的混合圖像傳感器來捕獲場景的多個圖像。步驟1110包括步驟212和214，其中步驟214使用混合圖像傳感器的SPAD像素來執(zhí)行。在步驟212和214的一個例子中，如在方法1100中所實施的，致動器130平移以混合像素陣列920實施的圖像傳感器110，以將混合像素陣列920放置在多個空間上移位的第一位置上。在各個這些空間移位的第一位置上，圖像傳感器110使用混合像素陣列920的SPAD像素510來捕獲場景190的圖像180。在該例子中，混合像素陣列920可以是混合像素陣列500且步驟212可以包括如圖6A和6B所示的平移，或混合像素陣列920可以是混合像素陣列700且步驟212可以包括如圖8A和8B所示的平移。

步驟1110還包括步驟1112，其使用混合圖像傳感器的彩色圖像組來捕獲至少一個彩色圖像。步驟1110可以使用混合像素陣列500或混合像素陣列700來執(zhí)行。

在一個實施例中，步驟1112以單一的第二位置的圖像傳感器來捕獲單一的彩色圖像。第二位置可以是步驟212中的多個空間移位的第一位置中的一個，或第二位置可以不同于多個空間上移位的第一位置中的每一個。在此步驟1112的實施例的一個例子中，以混合像素陣列920實施的圖像傳感器110使用彩色像素組520來捕獲場景190的彩色圖像。

在另一個實施例中，步驟1112包括步驟1114，其平移混合圖像傳感器，其平移的方向平行于混合圖像傳感器的光接收表面，用來將混合圖像傳感器放置在多個空間移位的第二位置上，使得步驟1112在多個空間移位的第二位置上分別捕獲多個彩色圖像。單一個的第二位置可以是步驟212中的多個空間移位的第一位置中的一個。多個空間上移位的第二位置可以如上面參考圖9所討論的有關于多個空間上移位的第一位置。在本實施例的一個例子中，致動器130平移以混合像素陣列920實施的圖像傳感器110，以便將混合像素陣列920放置在多個空間上移位的第二位置上。在各個這些空間移位的第二位置上，圖像傳感器110使用混合像素陣列920的彩色像素組520來捕獲場景190的彩色圖像。在本例中，混合像素陣列920可以是混合像素陣列500。另外，在本例中，步驟1114可以包括平移，其確保在多個空間移位的第二位置中的一個的SPAD像素510所占據(jù)的各個像素的位置，是由在至少一個其它的多個空間移位的第二位置中的一個的彩色像素組520所占據(jù)，例如，如圖9的所示。

在一個實施例中，步驟1110使用具有個別讀取的SPAD像素和彩色像素組的圖像傳感器，使得方法1100可以在步驟214中執(zhí)行圖像的捕獲，其幀率大于在步驟1112中執(zhí)行的圖像捕獲的幀率。在本實例的一個例子中，步驟1110使用混合圖像傳感器1000。

在某些實施例中，方法1100包括步驟220，用以組合成基于在多個空間移位的第一位置的SPAD像素所產(chǎn)生的信號的增強的分辨率的圖像185。在步驟220的一個例子中，處理模塊170組合成增強的分辨率的圖像185。

選擇性地，方法1100包括步驟1112，其從在步驟1112中所捕獲的至少一個彩色圖像來組合成場景的完整的彩色圖像。此完整的彩色圖像沒有與SPAD像素510相關聯(lián)的間隙。步驟1120由例如處理模塊170來執(zhí)行。在一個實施例中，步驟1120包括步驟1112，其使用分別在多個空間移位的第二位置上所獲取的彩色圖像，以組合成完整的彩色圖像。在本實施例中，空間移位的第二位置是如此，使得被多個空間移位的第二位置中的一個的SPAD像素所占據(jù)的各個像素位置，被至少一個其它的多個空間移位的第二位置中的一個的彩色像素組所占據(jù)。在另一個實施例中，步驟1120包括步驟1124，其組合成僅基于在步驟1112中所捕獲的單個彩色圖像的完整的彩色圖像。步驟1124使用對應于彩色像素組的彩色圖像像素之間的內(nèi)插值以決定對應于SPAD像素的彩色圖像像素的值。

在實施例中，方法1100包括步驟1130，其輸出在步驟1112中所捕獲的彩色圖像。在步驟1130的一個例子中，以混合像素陣列920實施的圖像傳感器110輸出使用彩色像素組520所捕獲的彩色圖像。

盡管在圖11中未顯示出，方法1100可重復進行，以產(chǎn)生或促使產(chǎn)生增強的分辨率的圖像流，完整的彩色圖像，和/或捕獲的彩色圖像，而不脫離本發(fā)明的范圍。

圖12顯示一個示例性的對彩色敏感的SPAD像素陣列1200，其是像素陣列120的一個實施例。對彩色敏感的SPAD像素陣列1200包括多個SPAD彩色像素組1210。各個SPAD彩色像素組1210包括多個對相應的多個顏色敏感的顏色特定的SPAD像素1212、1214、1216和1218。在圖12所示的例子中，顏色特定的SPAD像素1212、1214、1216和1218主要分別對紅、綠、藍和紅外光敏感。然而，特定顏色的SPAD像素1212、1214、1216和1218可以具有其它顏色的敏感性而不脫離本發(fā)明的范圍。同樣地，顏色敏感的SPAD像素陣列1200可以包括比圖12所示更少或更多的SPAD彩色像素組1210。

圖13A和13B顯示對彩色敏感的SPAD像素陣列1200的示例性的平移，并使用SPAD彩色像素組1210，用以生成場景190的多個彩色圖像180，從其中可產(chǎn)生增強的分辨率的圖像185。圖13A和13B顯示在方法200的步驟212中所執(zhí)行的平移的一個實施例。圖13A顯示具有對彩色敏感的3×3SPAD彩色像素組1210的SPAD像素陣列1200。各個SPAD彩色像素組1210由其輪廓及在特定顏色的SPAD像素1218的中心黑點來表示。為了清楚地說明，并不是所有的SPAD顏色像素組1210，及不是所有的特定顏色的SPAD像素1212、1214、1216和1218被標記在圖13A中。雖然顯示于圖12和13A中的是正方形，但SPAD彩色像素組1210和特定顏色的SPAD像素1212、1214、1216和1218可以具有不是方形的其它形狀而不脫離本發(fā)明的范圍。例如，各個SPAD彩色像素組1210和各個特定顏色的SPAD像素1212、1214、1216和1218可以是一個非正方形的矩形。各個特定顏色的SPAD像素離開它最近的特定顏色的SPAD像素一段距離1250。距離1250是在例如1至20微米之間的范圍內(nèi)。一個SPAD彩色像素組1210(i)被如此定位，使得相關聯(lián)的特定顏色的SPAD像素1218位在中心位置1228。圖13B顯示3×3SPAD彩色像素組1210的示例性的空間移位的位置，其如在致動器130平移以像素陣列120實施作為對彩色敏感的SPAD像素陣列1200的圖像傳感器110時之所獲得的。圖13A和13B最好被一起參閱。

在圖13B所示的示例性的平移中，對彩色敏感的SPAD像素陣列1200被放置在四個不同的位置上。初始位置的特征在于一個特定顏色的SPAD像素1218(i)位在位置1228上。第二位置被移到第一位置上面一段距離1250，并用虛線圓表示。第二位置的特征在于特定顏色的SPAD像素1218(i)位在位置1228'上。第三位置被移到第二位置左邊一段距離1250，并用陰影圓表示。第三位置的特征在于特定顏色的SPAD像素1218(i)位在位置1228″上。第四位置被移到第三位置下面一段距離1250，并用實線圓表示。第四位置的特征在于特定顏色的SPAD像素1218(i)位在位置1228″'上。

在這四個位置上使用SPAD彩色像素組1210所捕獲的彩色圖像180，可以以例如處理模塊170來進行處理，以組合成增強的分辨率的圖像185，在對彩色敏感的SPAD像素陣列1200中的各個SPAD彩色像素組1210具有四個均勻分布的彩色圖像像素。因此，基于SPAD彩色像素組1210產(chǎn)生的增強的分辨率的圖像185的分辨率，相比于彩色敏感的SPAD像素陣列1200中的SPAD彩色像素組1210的分辨率，在各個正交尺寸的增強的分辨率的圖像185中被加倍?？商娲?，使用SPAD彩色像素組1210在這四個位置上所捕獲的彩色圖像180，可以以處理模塊170來進行處理，以組合成(a)基于特定顏色的SPAD像素1218產(chǎn)生的信號的紅外光圖像，相比于彩色敏感的SPAD像素陣列1200中的彩色敏感的SPAD彩色像素組1210的分辨率，該特定顏色的SPAD像素1218有雙倍的分辨率，及(b)基于特定顏色的SPAD像素1212、1214和1216所產(chǎn)生的信號的可見的彩色圖像。此可見的彩色圖像可以是使用特定顏色的SPAD像素1212、1214和1216所捕獲的單一的可見的彩色圖像，或由使用特定顏色的SPAD像素1212、1214和1216在圖13B中所示的四個空間上移位的位置上所捕獲的圖像所組合成的增強的分辨率的可見的彩色圖像。

在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，致動器130可以以不同的順序將以彩色敏感的SPAD像素陣列1200實施的圖像傳感器110平移到位置1228、1228'、1228″和1228″'上。也在不脫離本發(fā)明的范圍的前提下，致動器130可以將以彩色敏感的SPAD像素陣列1200實施的圖像傳感器110放置在空間上更偏移的位置上，以促使增強的分辨率的圖像185的產(chǎn)生，增強的分辨率的圖像185的分辨率甚至高于從13B所示的例子所得到的分辨率。

圖14顯示用于捕獲圖像的一個示例性的方法1400，這些圖像可促使場景的增強的分辨率的紅外光圖像和可見的彩色圖像兩者的組合。方法1100是方法200的實施例，其使用彩色敏感的SPAD像素陣列。方法1100可以以彩色敏感的SPAD像素陣列1200實施的成像系統(tǒng)100來執(zhí)行。

在步驟1410中，方法1400使用具有彩色敏感的SPAD像素陣列的彩色圖像傳感器來捕獲場景的多個圖像。彩色敏感的SPAD像素陣列包括多個SPAD彩色像素組。各個SPAD彩色像素組具有(a)至少一個對紅外光敏感的SPAD像素，以及(b)對多個不同顏色的可見光敏感的多個SPAD像素。步驟1410包括步驟1412、1414和1416。

在步驟1412中，彩色圖像傳感器被平移而放置在多個空間上移位的位置上。步驟1412是步驟212的一個實施例。步驟1412將圖像傳感器平移，使得在空間上移位的位置中的一個被對可見光敏感的SPAD像素所占用的各個像素位置，在至少一個其它的一個在空間上移位的位置，被對紅外光敏感的SPAD像素所占用。在步驟1412的一個例子中，致動器130平移以彩色敏感的SPAD像素陣列1200實施的圖像傳感器110，以便將彩色敏感的SPAD像素陣列1200放置在多個圖13B所示的空間上移位的位置上。

步驟1414使用對紅外光敏感的SPAD像素來捕獲在步驟1412中達到的各個空間上移位的位置的場景的第一紅外線(IR)的圖像。在步驟1414的一個例子中，以彩色敏感的SPAD像素陣列1200實施的圖像傳感器110，在圖13B所示的各個空間上移位的位置上，使用特定顏色的SPAD像素1218來捕獲場景190的第一紅外線的圖像。

步驟1416使用對可見光敏感的SPAD像素來捕獲在步驟1412中達到的一個或多個空間上移位的位置上的場景的可見的彩色圖像。在步驟1416的一個例子中，以彩色敏感的SPAD像素陣列1200實施的圖像傳感器110，在圖13B所示的一個或多個空間上移位的位置上，使用特定顏色的SPAD像素1212、1214、1216來捕獲場景190的可見的彩色圖像。

在一個實施例中，方法1400同時執(zhí)行步驟1414和1416，使得步驟1410捕獲在步驟1412中達到的各個空間上移位的位置上的彩色圖像，其中各個彩色圖像是使用對紅外光敏感的SPAD像素及對可見光敏感的SPAD像素二者來捕獲。在本實施例中，步驟1410包括處理這些彩色圖像，以產(chǎn)生個別的紅外線圖像和可見的彩色圖像，它們分別被對紅外線敏感的SPAD像素和對可見光敏感的SPAD像素生成的信號所形成。

在某些實施例中，方法1100包括步驟1420，用以組合成基于在步驟1414中捕獲的第一紅外線圖像所生成的信號的增強的分辨率的紅外線圖像185。在步驟1420的一個例子中，處理模塊170組合成增強的分辨率的紅外線圖像185。

在一個實施例中，方法1400包括步驟1430，其輸出在步驟1416中所捕獲的可見的彩色圖像。在步驟1430的一個例子中，以彩色敏感的SPAD像素陣列1200實施的圖像傳感器110，來輸出在步驟1416中所捕獲的可見的彩色圖像。

在另一個實施例中，方法1400包括步驟1440，其組合成基于分別在至少兩個空間上移位的位置上在步驟1416中所捕獲的至少兩個可見的彩色圖像的增強的分辨率的可見的彩色圖像185。在步驟1440的一個例子中，處理模塊170組合成成增強的分辨率的可見的彩色圖像185。

雖然在14圖中未顯示出，方法1400可以重復進行，以產(chǎn)生或促使一連串的增強的分辨率的紅外線圖像，增強的分辨率的可見的彩色圖像，和/或捕獲的可見的彩色圖像的生成，而不脫離本發(fā)明的范圍。

圖15說明了一個示例性的具有平移功能的傳感器的成像系統(tǒng)1500。成像系統(tǒng)1500包括圖像傳感器110，致動器1530，和夾具1560。致動器1530是致動器130的一個實施例，成像系統(tǒng)1500是成像系統(tǒng)100的一個實施例。成像系統(tǒng)1500可實施方法200、1100和1400中的一個或多個。

致動器1530被固定到夾具1560和圖像傳感器110上。致動器1530使圖像傳感器110沿著方向135相對于夾具1560平移。在不脫離本發(fā)明的范圍下，成像系統(tǒng)1500可包括也被固定到夾具1560和圖像傳感器110上的第二致動器1530(未顯示出)，其中，該第二致動器1530使圖像傳感器110沿著平行于光接收表面112的方向，而不是平行于方向135平移。

在一個實施例中，致動器1530包括具有電壓控制的厚度的壓電組件，其用來改變圖像傳感器110和夾具1560之間的距離。在另一個實施例中，致動器1530包括微電子機械系統(tǒng)(MEMS)來使圖像傳感器110相對于夾具1560平移。這種MEMS例如是一個電熱致動器，其具有Mallick等人所公開的電熱致動器的某些特性(Mallick等人，“基于三維空間移動的電熱微鏡的MEMS的設計與模擬”，Proceedings of the 2011COMSOL Conference in Bangalore)。在又另一個實施例中，致動器1530包括凸輪，其用來使圖像傳感器110相對于夾具1560平移。

在某些實施例中，控制模塊160和/或處理模塊170與夾具1560集成制成。夾具1560可以是電路板，使得成像系統(tǒng)1500具有片上平移的功能。在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，至少控制模塊160和/或處理模塊170的一部分可以被實施于圖像傳感器110中，例如，作為電路140的一部分。

圖16說明了具有傳感器平移功能的另一個示例性的成像系統(tǒng)1600。成像系統(tǒng)1600包括圖像傳感器110、兩個致動器1530和夾具1660。成像系統(tǒng)1600是成像系統(tǒng)100的實施例。成像系統(tǒng)1700可實施方法200、1100和1400中的一個或多個。

各個致動器1530被固定到夾具1660和圖像傳感器110上。致動器1530使圖像傳感器110沿著方向135相對于夾具1660平移。致動器1530被安裝在圖像傳感器的相對側，使得當一個致動器1530增加了圖像傳感器110和夾具1660之間的距離時，另一個致動器則減少了圖像傳感器110和夾具1660之間的距離。在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，成像系統(tǒng)1600可包括第二個類似配置的致動器1530對(未顯示出)，其也被固定到夾具1660和圖像傳感器110上，其中，該第二對致動器1530使圖像傳感器110沿著平行于光接收表面112的方向但不是平行于方向135平移。

在某些實施例中，控制模塊160和/或處理模塊170與夾具1660集成制成。夾具1660可以是電路板，使得成像系統(tǒng)1600具有片上平移的功能。在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，至少控制模塊160和/或處理模塊170的一部分可以被實施于在圖像傳感器110中，例如，作為電路140的一部分。

圖17說明又另一個示例性的具有傳感器平移功能的成像系統(tǒng)1700。成像系統(tǒng)1700包括圖像傳感器110、致動器1530、支撐組件1730和夾具1660。成像系統(tǒng)1700是成像系統(tǒng)100的實施例。成像系統(tǒng)1700可實施方法200、1100和1400中的一個或多個。

致動器1530被固定到夾具1660且接觸圖像傳感器110。致動器1530使圖像傳感器110沿著方向135相對于夾具1660平移。支撐組件1730被固定到夾具1660和圖像傳感器110上，其在圖像傳感器110的一側而在致動器1530的相對側。支撐組件1730包括彈簧或具有彈簧常數(shù)的材料。當致動器1530增加或減少圖像傳感器110和夾具1660之間的距離時，在與致動器1530相關聯(lián)的圖像傳感器110的一側，支撐組件1730因此延伸或收縮。

在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，成像系統(tǒng)1700可以包括致動器1530的第二組類似配置的致動器1530和支撐組件1730組(未顯示出)，其也被固定到夾具1660和圖像傳感器110上，其中，該第二組的致動器1530和支撐組件1730使圖像傳感器110沿著平行于光接收表面112的方向但是不平行于方向135平移。

在某些實施例中，控制模塊160和/或處理模塊170與夾具1660集成制成。夾具1660可以是電路板，使得成像系統(tǒng)1700具有片上平移的功能。在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，至少控制模塊160和/或處理模塊170的一部分可以被實施于圖像傳感器110中，例如，作為電路140的一部分。

圖18顯示具有凸輪致動傳感器平移的一個示例性的成像系統(tǒng)1800。成像系統(tǒng)1800包括圖像傳感器110、凸輪致動器1830、支撐組件1730和夾具1660。成像系統(tǒng)1800是成像系統(tǒng)1700的實施例。成像系統(tǒng)1800可實施方法200、1100和1400中的一個或多個。

凸輪致動器1830包括馬達1832和被安裝在馬達1832的軸上的凸輪1834。馬達1832被固定到夾具1660上，而凸輪1834壓抵在圖像傳感器110上。馬達1832可被驅動以旋轉凸輪1834，以便改變在與凸輪致動器1830相關聯(lián)的圖像傳感器110的側面的圖像傳感器110和夾具1660之間的距離。其由成像系統(tǒng)1800的兩個狀態(tài)1802和1804所表示。狀態(tài)1802和1804對應于凸輪1834的兩個不同的旋轉狀態(tài)。在狀態(tài)1804中，圖像傳感器110相對于狀態(tài)1802中的圖像傳感器110被移位一段距離1890。當凸輪致動器1830減小或增加圖像傳感器110和夾具1660之間的距離時，支撐組件1730因此延伸或收縮。

在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，成像系統(tǒng)1800可包括第二組類似配置的凸輪致動器1830和支撐組件1730組。其也被固定到夾具1660和圖像傳感器110上，其中第二組凸輪致動器1830和支撐組件1730使圖像傳感器110沿著平行于光接收表面112的方向，但是不平行于方向135平移。

特征的組合

在不脫離本發(fā)明的范圍下，上述的特性以及下面的權利要求的特性可以以各種方式來組合，例如，可以理解到，本文所描述的具有SPADs和傳感器平移的成像系統(tǒng)，或相關聯(lián)的方法，可以與本文所述的具有SPADs和傳感器平移的另一個成像系統(tǒng)，或相關聯(lián)的方法結合或交換。下列例子說明上述實施例的一些可能的，非限制性的組合。應當清楚地，可對本文所述的系統(tǒng)和方法進行許多其它的變化和修改而不脫離本發(fā)明的精神和范圍：

(A1)一種具有單光子雪崩二極管和傳感器平移的成像系統(tǒng)，其用于捕獲多個第一圖像，以促使場景的增強的分辨率的圖像的生成，該成像系統(tǒng)可包括(a)具有單光子雪崩二極管像素的像素陣列的圖像傳感器，用于分別在圖像傳感器的多個空間上移位的位置上捕獲多個場景的第一圖像，和(b)致動器，其使圖像傳感器平行于圖像傳感器的光接收表面平移，以便將圖像傳感器放置在多個空間移位的位置上。

(A2)如(A1)所述的成像系統(tǒng)，其還可以包括處理模塊，用于處理多個第一圖像，以組合成增強的分辨率的圖像。

(A3)如(A1)或(A2)所述的成像系統(tǒng)，其中，單光子雪崩二極管像素可以形成像素陣列的所有像素。

(A4)如(A1)至(A3)中任一項所述的成像系統(tǒng)，其中，空間上移位的位置可包括的位置是彼此相對移位的距離小于單光子雪崩二極管的像素的最鄰近對之間的中心至中心的間距，如此使得增強的分辨率的圖像的分辨率超過像素陣列的分辨率。

(A5)如(A1)至(A4)中任一項所述的成像系統(tǒng)，其中，像素陣列可以進一步包括彩色像素組，用于捕獲場景的彩色圖像，其各個彩色像素組具有多個對相應的多個不同顏色敏感的特定顏色的像素，其單光子雪崩二極管像素穿插于彩色像素組之間。

(A6)如(A5)所述的成像系統(tǒng)，其中，各個彩色像素組可以具有如各個單光子雪崩二極管像素相同的范圍。

(A7)如(A5)或(A6)所述的成像系統(tǒng)，其中，像素陣列可布置為相鄰的3×3區(qū)塊，其中各個3×3區(qū)塊包括一個單光子雪崩二極管像素和八個彩色像素組。

(A8)如(A5)或(A6)所述的成像系統(tǒng)，其中，像素陣列可布置為相鄰的2×2區(qū)塊，其中，各個2×2區(qū)塊包括一個單光子雪崩二極管像素和三個彩色像素組。

(A9)如(A5)至(A8)中任一項所述的成像系統(tǒng)，其中，空間上移位的位置可包括第一位置，其彼此移位的距離小于單光子雪崩二極管像素的最鄰近對之間的中心至中心的間距，如此使得增強的分辨率的圖像的分辨率超過像素陣列中的單光子雪崩二極管像素的分辨率。

(A10)如(A5)至(A9)中任一項所述的成像系統(tǒng)，其中，致動器可以進一步被配置以便將圖像傳感器放置在多個空間上移位的第二位置上，使得在一個空間上移位的第二位置被一個單光子雪崩二極管像素所占據(jù)的各個像素位置，是由在至少一個其它的空間上移位的第二位置上被一個彩色像素組所占據(jù)，如此以便促使場景的完整的彩色圖像的組合。該彩色圖像沒有與單光子雪崩二極管像素相關的間隙。

(A11)如(A5)至(A10)中任一項所述的成像系統(tǒng)，其中，圖像傳感器可以包括第一電路和第二電路，該第一電路用于以第一幀率讀取單光子雪崩二極管像素，該第二電路用于以第二幀率讀取彩色像素組，第二幀率小于第一幀率。

(A12)如(A1)至(A4)中任一項所述的成像系統(tǒng)，其中，像素陣列將單光子雪崩二極管像素布置在彩色像素組中，各個像素陣列包括對相應的多個不同顏色敏感的多個不同類型的單光子雪崩二極管像素的各個中的至少一個。

(A13)如(A12)所述的成像系統(tǒng)，其中，不同類型的單光子雪崩二極管像素可以是(a)對紅外光敏感的第一類型，及(b)，對相應的可見光的三個不同顏色敏感的三種不同的第二類型，空間上移位的位置包括如此的位置，使得在空間上移位的位置中的一個被對可見光敏感的一個單光子雪崩二極管像素所占據(jù)的各像素位置，被在至少一個其它的空間上移位的位置中的一個對紅外光敏感的單光子雪崩二極管像素所占據(jù)。增強的分辨率的圖像是紅外線圖像，其分辨率大于對紅外光敏感的單光子雪崩二極管像素的分辨率。

(B1)一種用于捕獲多個第一圖像的方法，該多個第一圖像可促使場景的增強的分辨率的圖像的組合，該方法可包括(a)平行于圖像傳感器的光接收表面平移圖像傳感器，使圖像傳感器放置在多個空間上移位的位置上，和(b)分別在多個空間上移位的位置上，使用實施于圖像傳感器的像素陣列中的單光子雪崩二極管像素，來捕獲多個場景的第一圖像。

(B2)如(B1)所述的方法，其還可以包括從第一圖像來組合成增強的分辨率的圖像。

(B3)如(B2)所述的方法，其可進一步包括重復幾次平移的步驟以生成增強的分辨率的圖像流，在幾次平移的步驟的各次步驟中，進行捕獲的步驟用以生成個別的增強的分辨率的圖像，并將增強的分辨率的圖像并入到增強的分辨率的圖像流中。

(B4)如(B1)至(B3)中任一項所述的方法，其中，像素陣列可以由單光子雪崩二極管像素組成。

(B5)如(B4)所述的方法，其中，平移的步驟可以包括將圖像傳感器移位一段距離，該距離小于相鄰的單光子雪崩二極管像素的中心之間的距離，如此使得增強的分辨率的圖像的分辨率大于像素陣列的分辨率。

(B6)如(B1)至(B3)中任一項所述的方法，其中，像素陣列可以由單光子雪崩二極管像素和與單光子雪崩二極管像素相同尺寸的彩色像素所組成，單光子雪崩二極管像素被散布在彩色像素組間。

(B7)如(B6)所述的方法，其中，平移的步驟可以包括將圖像傳感器移位一段距離，該距離小于相鄰的單光子雪崩二極管像素的中心之間的距離，如此使得增強的分辨率的圖像的分辨率大于像素陣列中的單光子雪崩二極管像素的分辨率。

(B8)如(B6)至(B7)中任一項所述的方法，其中，捕獲的步驟可以進一步包括使用彩色像素組來捕獲場景中的至少一個彩色圖像。

(B9)如(B6)至(B8)中任一項所述的方法，其中，平移的步驟可以進一步包括將圖像傳感器放置在多個空間上移位的第二位置上，使得在一個空間上移位的第二位置被一個單光子雪崩二極管像素所占據(jù)的各個像素位置，是由在至少一個其它的空間上移位的第二位置中的一個被彩色像素組中的一個所占據(jù)，以及捕獲的步驟可還包括分別在多個空間上移位的第二位置上使用彩色像素組捕獲多個彩色圖像，以促使場景的完整的彩色圖像的組合，該完整的彩色圖像沒有與單光子雪崩二極管像素相關聯(lián)的間隙。

(B10)如(B6)至(B9)中任一項所述的方法，其中，捕獲的步驟可以包括以大于彩色圖像的幀率來捕獲第一圖像。

(B11)如(B1)至(B5)中任一項所述的方法，其中，像素陣列可以將單光子雪崩二極管像素布置在彩色像素組中，其中，各個彩色像素組包括對相應的多個不同顏色敏感的多個不同類型的單光子雪崩二極管像素中的各個中的至少一個。

(B12)如(B11)所述的方法，其中，捕獲的步驟可以包括捕獲各個作為彩色圖像的第一圖像，以促使場景的增強的分辨率的彩色圖像的組合。

(B13)如(B1)至(B5)和(B11)中任一項所述的方法，其中，像素陣列可以將單光子雪崩二極管像素布置在彩色像素組中，其中各個彩色像素組包括(a)對紅外光敏感的第一類型的單光子雪崩二極管像素，及(b)對三個相應的不同顏色的可見光敏感的三個不同的第二類型的單光子雪崩二極管像素。

(B14)如(B13)所述的方法，其中，平移的步驟可以包括平移圖像傳感器，使得在一個空間上移位的位置被一個對可見光敏感的單光子雪崩二極管像素所占據(jù)的各個像素位置，是由在至少一個其它的空間上移位的位置的對紅外光敏感的單光子雪崩二極管像素所占據(jù)，以促使組合成場景的紅外光的圖像，該紅外光的圖像的分辨率大于對紅外光敏感的單光子雪崩二極管像素的分辨率。

不脫離本發(fā)明的范圍下，可以改變上述的系統(tǒng)和方法。因此應當指出，包含在上述和顯示在附圖中的事項應當被解釋為說明性的而不是限制性的意義。下面的權利要求旨在涵蓋本文中所描述的一般和具體的特征，以及本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的所有陳述，其中，只是因為語言的關系，可以說它們均落入其間。