三星像素合并技术促进图像传感器的发展

今年5月三星推出了高达5000万像素的图像传感器 ISOCELL GN1，其采用像素合并技术，将多个像素合并为一个以提高像素捕获和处理更多光的能力。

图像传感器是将照片图像转换成电信号的半导体器件。因此，图像传感器广泛地用于诸如数码相机、手机等的便携式电子设备中。通常，图像传感器可以分类为电荷耦合器件(CCD)图像传感器和互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。与CCD图像传感器相比，CMOS图像传感器具有如低制造成本、低功耗、易于与外围电路集成等优点。

但如何实现极致的像素大小，如何捕获更多的像素，却成了CMOS 图像传感器的一大难题，为此三星申请了一项名为“图像信号处理器、图像处理系统和对像素进行合并的方法”的发明专利（申请号：201810775028.0），申请人为三星电子株式会社。

图1 图像处理系统框图

上图1是此专利提出的一种图像处理系统的框图。从图中可以看到，图像处理系统10包括光学透镜103、CMOS图像传感器100、数字信号处理器(DSP)200和显示器250以及视差处理模块300等。

此系统的主要核心就是图像传感器100，图像传感器100中含有负责对像素合并的合并块130以及合并控制器155。其中合并块130可以对像素阵列110中输出的像素信号进行合并，而合并控制器155可以通过控制寄存器块150来控制合并块130。

图2 合并操作示意图

图2是合并操作执行时的示意图。参照以上两图，在合并模式中，合并块130可以顺序地选择像素阵列110中的多个合并窗口（BWIN1至BWIN4），合并窗口中的每一个包括(2n)*(2m)个像素(2n和2m分别表示第一方向D1和第二方向D2上的像素个数)，这样就使得第二方向D2上的m个像素被重复地选择。而且，在对图像数据的合并操作完成之后，合并块130在第一方向D1上仍保持空间分辨率，同时还能提高图像数据的深度分辨率。

图3 对图像传感器像素进行合并的流程图

图3是对图像传感器的像素进行合并的流程图。在对包括像素阵列110的图像传感器100中的像素进行合并的方法中，合并块130可以顺序地选择像素阵列110中的多个合并窗口，由于合并窗口中所包含的像素个数等特性，使得第二方向D2上的m个像素被重复地选择(S410)。

对于每个合并窗口BWIN，像素的第一半可以与之前选择的合并窗口共享，而像素的第二半可以与随后选择的合并窗口共享。例如，参考图2，合并窗口BWIN2可以与合并窗口BWIN1、BWIN3分别共享第一列和第二列像素，。然后合并块130在每个合并窗口中选择具有相同颜色的像素(S420)。

最后，合并块130通过对与所选择的像素相对应的模拟信号进行平均，进而生成合并模拟信号 (S430)。

上述就是三星此项发明专利的介绍，此发明中的图像传感器可以通过使用移动平均对从像素输出的模拟信号进行合并，提高图像数据的分辨率。如今在智能手机和照相机中，像素合并规则正在悄然改变原有的摄像规则，它不仅减小了存取图片时所占的内存大小，而且还有助于提高像素的捕获能力，进而推进更高像素处理系统的发展。