DE102011100350A1 - Image sensor with adjustable resolution - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Bildsensor (1) sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Bildsenors (1), wobei der Bildsensor (1) eine Matrix aus Sensorelementen (2) aufweist, denen Farbfilter (R; G; B) zugeordnet und die in Gruppen (3) eingeteilt sind. Der Bildsensor (1) wird derart betrieben, dass im Normalfall mit einer gegenüber der Anzahl an Sensorelementen (2) verringerten Auflösung und nur bei Bedarf mit einer erhöhten bis maximalen räumlichen Auflösung des Bildsensors (1) gearbeitet wird.The invention relates to an image sensor (1) and a method for operating an image sensor (1), the image sensor (1) having a matrix of sensor elements (2) to which color filters (R; G; B) are assigned and which are grouped (3 ) are divided. The image sensor (1) is operated in such a way that it normally works with a resolution that is lower than the number of sensor elements (2) and only when required with an increased to maximum spatial resolution of the image sensor (1).
Description
Die Erfindung betrifft einen Bildsensor sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Bildsensors, wobei der Bildsensor eine Vielzahl von matrixförmig angeordneten Sensorelementen aufweist, denen Farbfilter zugeordnet und die in Gruppen eingeteilt sind.The invention relates to an image sensor and to a method for operating an image sensor, wherein the image sensor has a multiplicity of sensor elements arranged in matrix form, to which color filters are assigned and which are divided into groups.
In Fahrzeugen werden heutzutage vermehrt Fahrerassistenzsysteme mit Sensorvorrichtungen eingesetzt. Die Fahrerassistenzsysteme verwenden dabei häufig ein Kamerasystem als Umfeldsensor, beispielsweise zur Erkennung verschiedenster Objekte im Umfeld des Fahrzeugs. Bei den eingesetzten Kamerasystemen wird dabei in der Regel ein Bildsensor (z. B. ein CMOS- oder CCD-Bildchip) verwendet, der in einem Kameragehäuse hinter einem Abbildungssystem, z. B. einem Objektiv angeordnet ist.In vehicles, driver assistance systems with sensor devices are increasingly being used today. The driver assistance systems often use a camera system as environment sensor, for example, to detect a variety of objects in the environment of the vehicle. In the case of the camera systems used, an image sensor (for example a CMOS or CCD image chip) is usually used in a camera housing behind an imaging system, for example a camera. B. a lens is arranged.
Ein Kamerasystem dieser Art ist beispielsweise aus der
Darüber hinaus sind bereits Bildsensoren bekannt die in der Lage sind Farben zu erkennen, z. B. mittels Demosaicking/Demosaicing bei einem mit einer Mosaik-Farbfilter überlagerten Bildsensors. Ein solcher Bildsensor wird beispielsweise in der
Um zukünftigen Anforderungen für Anwendungen von Kamerasystemen, insbesondere für Fahrerassistenzfunktionen, gerecht zu werden – z. B. zur Erkennung von Verkehrszeichen bzw. Verkehrszusatzzeichen –, werden zunehmend Bildsensoren mit Farberkennung (Farbimager) und mit einer Auflösung (Pixelanzahl) von deutlich größer als ein Megapixel benötigt.In order to meet future requirements for applications of camera systems, especially for driver assistance functions - z. As for the detection of traffic signs or traffic signs - are increasingly image sensors with color detection (colorimager) and with a resolution (number of pixels) of significantly larger than one megapixel needed.
Für die Bildverarbeitung sind jedoch Bildgrößen von größer als einem Megapixel derzeit schwer handhabbar, da einerseits, insbesondere bei der Parallelverarbeitung für mehrere Anwendungen, die hierfür erforderliche Rechenleistung nicht zur Verfügung steht und andererseits die erzeugte Verlustwärme das Kamerasystem unzulässig aufheizt.For image processing, however, image sizes of more than one megapixel are currently difficult to handle because, on the one hand, in particular in parallel processing for several applications, the required computational power is not available and, on the other hand, the generated heat loss unduly heats the camera system.
Bei bekannten Bildsensoren, die gewöhnlich mit einem Bayer-Farbfilter (Bayer-Pattern) versehen sind, können durch sogenanntes „binning” mehrere Pixel – typischerweise 2 oder 4 Pixel –, z. B. mittels Addition der Helligkeitswerte, entweder analog durch Ladungsaddition bzw. Ladungstransport oder digital durch Addition der digitalisierten Werte, zu einem Pixel zusammengeschaltet und somit zusammengefasst ausgewertet werden. Dadurch kann die Lichtempfindlichkeit des Bildsensors erhöht, die Auflösung und gleichzeitig die benötigte Rechenleistung reduziert sowie u. a. das Rauschverhältnis verbessert werden. Derartige Bildsensoren, die eine veränderliche Auflösung erlauben, werden üblicherweise komplett im hochauflösenden Modus (ohne binning) oder im niedrigauflösenden Modus (mit binning) betrieben. Nachteilig ist dabei, dass entweder im hochauflösenden Modus ständig eine stark erhöhte Rechenleistung zur Bildverarbeitung erforderlich ist oder im niedrigauflösenden Modus die Farbinformation verloren geht.In known image sensors, which are usually provided with a Bayer color filter (Bayer pattern), so-called "binning" several pixels - typically 2 or 4 pixels -, z. B. by adding the brightness values, either analogously by charge addition or charge transport or digitally by adding the digitized values, connected together to form a pixel and thus evaluated summarized. As a result, the photosensitivity of the image sensor increases, the resolution and at the same time reduces the required computing power and u. a. the noise ratio can be improved. Such image sensors, which allow a variable resolution, are usually operated completely in high-resolution mode (without binning) or in low-resolution mode (with binning). The disadvantage here is that either in high-resolution mode constantly a greatly increased computing power for image processing is required or in low-resolution mode, the color information is lost.
In einem
Darüber hinaus erlauben heutzutage beispielsweise standardisierte digitale Fotoapparate ebenfalls eine Reduktion der Auflösung, wobei diese jedoch in der Regel durch eine rechnerische Skalierung eines zunächst hochaufgelöst erfassten Bildes erfolgt. Somit ist ebenfalls die Verarbeitung eines hochaufgelösten Bildes erforderlich und es erfolgt somit grundsätzlich keine Reduktion der benötigten Rechenleistung.In addition, today, for example, standardized digital cameras also allow a reduction of the resolution, but this is usually done by a mathematical scaling of an initially high-resolution captured image. Thus, the processing of a high-resolution image is also required and there is thus basically no reduction in the required computing power.
Allen bekannten Systemen ist somit gemeinsam, dass diese bislang keine geeignete Lösung bieten, um sowohl die für zukünftige Anforderungen erforderliche erhöhte Bildauflösung zu erreichen und gleichzeitig Farbinformationen zu liefern, ohne dass dabei für die Bilderfassung und Bildverarbeitung benötigte Rechenleistung und die erforderlichen elektrischen Schaltungen übermäßig hoch bzw. komplex ausfallen.It is thus common to all known systems that they hitherto offer no suitable solution in order to achieve both the increased image resolution required for future requirements and at the same time to provide color information without excessively high or unnecessary computing power and the required electrical circuits required for image acquisition and image processing . complex.
Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, eine Bildsensor sowie ein Verfahren zu dessen Betrieb anzugeben, um den künftigen Anforderungen von Kamerasystemen gerecht zu werden, insbesondere für die Anwendung als Sensorsysteme in Fahrzeugen, wobei die beschrieben Probleme und Nachteile von bekannten Systemen vermieden werden. The invention is therefore an object of the invention to provide an image sensor and a method for its operation to meet the future requirements of camera systems, especially for use as sensor systems in vehicles, the described problems and disadvantages of known systems are avoided.
Diese Aufgabe wird durch einen Bildsensor mit den Merkmalen nach Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand von Unteransprüchen, wobei auch Kombinationen und Weiterbildungen einzelner Merkmale miteinander denkbar sind.This object is achieved by an image sensor having the features of
Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, einen hochauflösenden Bildsensor, d. h. einen Bildsensor der eine Vielzahl von lichtempfindlichen Sensorelementen umfasst, derart mit einem Farbfilter auszugestalten, dass jeweils Arrays von bevorzugt 2 × 2 Sensorelementen mit identischen Farbfiltern nebeneinander liegen. Je nach Bedarf wird der Bildsensor derart betrieben, dass im Normalbetrieb die Sensorelemente nach Gruppen (Arrays aus nebeneinander liegenden Sensorelementen mit jeweils identischen Filtereigenschaften) zusammengeschaltet werden und der Bildsensor damit eine gegenüber der absoluten Anzahl an Sensorelementen reduzierte Auflösung aufweist. Bei Arrays mit 2 × 2 Sensorelementen hat der Bildsensor folglich eine 4-fach reduzierte Auflösung. Dadurch kann mittels Demosaicing eine Farbauflösung wie bei bekannten Bildsensoren erreicht und gleichzeitig Rechenleistung eingespart werden, wenn keine hohe Auflösung erforderlich ist. Ist es hingegen beispielsweise für die Erkennung von Objektdetails erforderlich, z. B. bei der Erkennung von Verkehrszusatzzeichen, dass für den gesamten Bildsensor oder für bestimmte Bereiche eine höhere räumliche Auflösung erreicht wird, werden die Sensorelemente aller Gruppen oder ausgewählter Gruppen einzeln (ohne binning) ausgewertet. Der Bildsensor wird somit insbesondere derart betrieben, dass im Normalfall mit einer gegenüber der Anzahl an Sensorelementen verringerten Auflösung und nur bei Bedarf mit einer erhöhten bis maximalen räumlichen Auflösung des Bildsensors gearbeitet wird. Die Farbinformation bleibt insbesondere in beiden Fällen erhalten.An essential idea of the invention is to provide a high resolution image sensor, i. H. an image sensor comprising a plurality of photosensitive sensor elements to configure with a color filter such that each arrays of preferably 2 × 2 sensor elements with identical color filters are adjacent to each other. Depending on requirements, the image sensor is operated in such a way that in normal operation the sensor elements are interconnected in groups (arrays of adjacent sensor elements with identical filter properties) and the image sensor thus has a reduced resolution compared to the absolute number of sensor elements. For arrays with 2 × 2 sensor elements, the image sensor consequently has a 4-fold reduced resolution. As a result, color resolution can be achieved by means of demosaicing, as in known image sensors, and at the same time computing power can be saved if high resolution is not required. Is it, however, for example, required for the detection of object details, z. As in the detection of additional traffic signs that a higher spatial resolution is achieved for the entire image sensor or for certain areas, the sensor elements of all groups or selected groups are evaluated individually (without binning). The image sensor is thus operated in particular in such a way that, in the normal case, the resolution is reduced compared with the number of sensor elements, and the image sensor is only used if required with an increased to maximum spatial resolution. The color information remains intact in both cases.
Der erfindungsgemäße Bildsensor umfasst eine Vielzahl von Bildpunkte bzw. Pixel bildenden und für elektromagnetische Strahlung sensitiven Sensorelementen, die nebeneinander liegend in Form einer Matrix, insbesondere spalten- und zeilenweise, angeordnet sind. Die Sensorelemente können beispielsweise derart ausgestaltet sein, dass diese elektromagnetische bzw. optische Strahlung in elektrische Energie umwandeln und/oder einen von der einfallenden elektromagentischen Strahlung abhängigen elektrischen Widerstand zeigen. Der Begriff elektromagnetische Strahlung bezieht sich dabei sowohl auf sichtbares Licht, als auch auf unsichtbares Infrarotlicht sowie auf ultraviolette Strahlung. Der Bildsensor kann beispielsweise als CCD-Bildsensor (CCD: Charge-Coupled Device) oder als CMOS-Bildsensor (CMOS: Complementary Metal Oxide Semiconductor), insbesondere als aktiver Pixelsensor (engl. Active Pixel Sensor, APS), ausgestaltet sein, mit lichtempfindlichen Fotodioden als Sensorelemente. Den Sensorelementen des Bildsensors sind Farbfilter zugeordnet, so dass jedes Sensorelement elektromagnetische Strahlung aus einem bestimmten Wellenlängenbereich erfasst. Die Farbfilter können beispielsweise als absorbierende Farbmasken insbesondere in den Grundfarben Rot, Grün und Blau und/oder in den Farben Gelb, Magenta und Cyan ausgestaltet sein, die vorzugsweise direkt über den Sensorelementen des Bildsensors angeordnet sind. Jedes Sensorelement liefert in dem Fall nur Informationen/Signale für eine einzige Farbkomponente des Lichts bzw. für elektromagnetische Strahlung aus dem entsprechenden Wellenlängenbereich. Der Farbfilter kann insbesondere auch als Dünnschichtfarbfilter ausgestaltet sein, mit einem Träger der über den Sensorelementen des Bildsensor angeordnet ist und auf dem ein Farbfilter aufgebracht ist, beispielsweise als Mischung aus organischen Farbpigmenten und anorganischen Materialien, z. B. Halogenide. Der Bildsensor kann auch mit einem Mikrolinsen-Farbfilter-System ausgestaltet sein, wobei zwischen den Sensorelementen und darüber angeordneten Mikrolinsen eine Farbfilterschicht ausgebildet ist. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein System eingesetzt werden, dass die unterschiedliche Eindringtiefen von Licht, insbesondere von rotem und blauem Licht, in Silicium ausnutzt (Foveon-X3-Sensor). Die Sensorelemente des Bildsensors sind in Gruppen eingeteilt. Jede Gruppe umfasst dabei ein Array von n × m Sensorelementen, mit n ≥ 2 und m ≥ 2. Bevorzugt umfasst der Bildsensor mindestens vier Gruppen von Sensorelementen, wobei jede Gruppe mit der gleichen Anzahl und dem gleichen Verhältnis von n × m Sensorelementen ausgestaltet ist. Den Sensorelementen einer Gruppe sind erfindungsgemäß die gleichen oder derselbe Farbfilter zugeordnet, d. h. jede Gruppe liefert nur Informationen bzw. Signale für eine einzige Farbkomponente bzw. für einfallende elektromagnetische Strahlung aus einem bestimmten Wellenlängenbereich. Die Sensorelemente einer Gruppe können dabei entweder mit separaten (d. h. mit dem gleichen) Farbfiltern ausgestaltet sein, die identische Filtereigenschaften aufweisen, oder es kann für alle Sensorelemente einer Gruppe ein gemeinsamer (d. h. derselbe) Farbfilter ausgestaltet sein. Bei der Zusammenschaltung (binning) der Sensorelemente einer Gruppe funktioniert damit der erfindungsgemäße Bildsensor wie bekannte Bildsensoren und die Farberkennung (Demosaicing) kann insbesondere wie bei einem normalen Bildsensor in gewohnter Weise durchgeführt werden. Die räumliche Auflösung sowie die Farbauflösung des Bildsensors sind in diesem Fall gegenüber der gesamten Anzahl an Sensorelementen und damit gegenüber dem maximalen räumlichen Auflösungsvermögen des Bildsensors reduziert.The image sensor according to the invention comprises a multiplicity of sensor elements which form pixels or pixels and are sensitive to electromagnetic radiation, which are arranged next to one another in the form of a matrix, in particular in columns and in rows. By way of example, the sensor elements can be designed in such a way that they convert electromagnetic or optical radiation into electrical energy and / or exhibit an electrical resistance which depends on the incident electromagnetic radiation. The term electromagnetic radiation refers to both visible light, as well as invisible infrared light and ultraviolet radiation. The image sensor can be designed, for example, as a CCD image sensor (CCD: Charge-Coupled Device) or as a CMOS image sensor (CMOS: Complementary Metal Oxide Semiconductor), in particular as an active pixel sensor (Active Pixel Sensor, APS), with light-sensitive photodiodes as sensor elements. The sensor elements of the image sensor are associated with color filters, so that each sensor element detects electromagnetic radiation from a specific wavelength range. The color filters can be designed, for example, as absorbing color masks, in particular in the primary colors red, green and blue and / or in the colors yellow, magenta and cyan, which are preferably arranged directly over the sensor elements of the image sensor. Each sensor element provides in this case only information / signals for a single color component of the light or for electromagnetic radiation from the corresponding wavelength range. The color filter can in particular also be designed as a thin-layer color filter, with a carrier which is arranged above the sensor elements of the image sensor and on which a color filter is applied, for example as a mixture of organic color pigments and inorganic materials, eg. B. halides. The image sensor can also be configured with a microlens color filter system, wherein a color filter layer is formed between the sensor elements and microlenses arranged above them. Alternatively or additionally, it is also possible to use a system that utilizes the different penetration depths of light, in particular of red and blue light, in silicon (Foveon X3 sensor). The sensor elements of the image sensor are divided into groups. Each group comprises an array of n × m sensor elements, with n ≥ 2 and m ≥ 2. The image sensor preferably comprises at least four groups of sensor elements, each group having the same number and the same ratio of n × m sensor elements. According to the invention, the sensor elements of a group are assigned the same or the same color filter, ie each group supplies only information or signals for a single color component or for incident electromagnetic radiation from a specific wavelength range. The sensor elements of a group can be configured either with separate (ie with the same) color filters having identical filter properties, or it can be configured for all sensor elements of a group a common (ie the same) color filter. In the interconnection (binning) of the sensor elements of a group thus the image sensor according to the invention functions as known image sensors and the color detection (demosaicing) can in particular as be performed in a normal manner in a normal image sensor. The spatial resolution and the color resolution of the image sensor are reduced in this case compared to the total number of sensor elements and thus over the maximum spatial resolution of the image sensor.
In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst jede Gruppe ein Array von n × n Sensorelementen. Dabei ist jede Gruppe mit der gleichen Anzahl von Sensorelementen mit n ≥ 2 ausgestaltet. Bevorzugt umfasst jede Gruppe genau 2 × 2 Sensorelemente.In a preferred embodiment, each group comprises an array of n × n sensor elements. Each group is designed with the same number of sensor elements with n ≥ 2. Preferably, each group comprises exactly 2 × 2 sensor elements.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind die Gruppen nebeneinander liegend und in Form einer Matrix in Zeilen- und Spaltenrichtung angeordnet.In a further preferred embodiment, the groups are arranged next to each other and arranged in the form of a matrix in the row and column direction.
In einer vorteilhaften Ausführung sind den Sensorelementen von aneinander grenzenden Gruppen unterschiedliche Farbfilter zugeordnet. Bevorzugt wechseln sich dabei in einer Zeile von nebeneinander liegenden Gruppen die Farbfilter der Sensorelemente gruppenweise ab, beispielsweise in der Folge Rot-Grün oder Grün-Blau.In an advantageous embodiment, the sensor elements of adjacent groups are assigned different color filters. Preferably, the color filters of the sensor elements alternate in groups in a row of adjacent groups, for example in the sequence red-green or green-blue.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung sind den Sensorelementen Farbfilter derart zugeordnet, dass der Bildsensor, aufgrund der matrixförmig nebeneinander angeordneten Gruppen, welche wiederum jeweils mindestens 2 × 2 Sensorelemente umfassen, wobei den Sensorelementen einer Gruppe der gleiche oder derselbe Farbfilter zugeordnet ist, eine Bayer-Matrix (Bayer-Pattern) aufweist. Der Bildsensor ist dabei ähnlich einem Schachbrett, mit einem regelmäßigen Farbfilterarray (überzogen, der bevorzugt zu 50% aus Grün und zu je 25% aus Rot und Blau besteht. Die Farbfilter sind bezogen auf die Gruppen beispielsweise in ungeraden Zeilen in der Folge Rot-Grün und in geraden Zeilen in der Folge Grün-Blau angeordnet.In a further advantageous embodiment, color filters are assigned to the sensor elements in such a way that the image sensor, due to the matrix-like juxtaposed groups which in turn each comprise at least 2 × 2 sensor elements, wherein the sensor elements of a group are assigned the same or the same color filter, a Bayer matrix (Bayer pattern). The image sensor is similar to a chess board, with a regular color filter array (coated, which preferably consists of 50% green and 25% red and blue color.) The color filters are based on the groups, for example, in odd rows in the sequence red-green and arranged in straight lines in the sequence green-blue.
In einer besonderen Ausbildung umfasst der Bildsensor mindestens zwei Betriebsarten bzw. kann der Bildsensor auf zumindest zwei Arten betrieben werden. In einer Betriebsart werden die Sensorelemente bevorzugt nach Gruppen zusammengeschaltet bzw. zusammengefasst ausgewertet. Dieser Vorgang wurde einleitend bereits beschrieben und wird allgemein als binning bezeichnet, insbesondere auch als on-chip-binning, wobei benachbarte Sensorelemente (in diesem Fall alle Sensorelemente einer Gruppe) zusammengefasst bzw. zusammengeschaltet werden und wodurch insbesondere das Auflösungsvermögen verändert wird. Die Zusammenfassung von mehreren Sensorelementen erfolgt beispielsweise durch Addition der erfasst Helligkeitswerte, entweder analog durch Ladungsaddition durch Ladungstransport oder digital durch Addition digitalisierten Helligkeitswerte. In einer weiteren Betriebsart werden die Sensorelemente einzeln ausgewertet, d. h. es erfolgt insbesondere keine Zusammenschaltung von benachbarten Sensorelementen mittels binning. Die Einzelauswertung kann auch nur für ausgewählt Gruppen erfolgen, wobei die Sensorelemente der restlichen Gruppen zusammengefasst oder gar nicht ausgewertet werden. Durch die Einzelauswertung von Sensorelementen ausgewählter Gruppen oder aller Gruppen kann für die betroffenen Bereiche des Bildsensors eine höhere räumliche Auflösung erreicht werden.In a particular embodiment, the image sensor comprises at least two operating modes or the image sensor can be operated in at least two ways. In one operating mode, the sensor elements are preferably interconnected or evaluated in groups. This process has already been described in the introduction and is generally referred to as binning, in particular also as on-chip binning, wherein adjacent sensor elements (in this case all sensor elements of a group) are combined or interconnected and whereby, in particular, the resolution capability is changed. The combination of several sensor elements takes place, for example, by addition of the detected brightness values, either analogously by charge addition by charge transport or digitally by addition of digitized brightness values. In another mode, the sensor elements are evaluated individually, d. H. In particular, there is no interconnection of adjacent sensor elements by means of binning. The individual evaluation can also be made only for selected groups, the sensor elements of the remaining groups are combined or not evaluated. By the individual evaluation of sensor elements of selected groups or of all groups, a higher spatial resolution can be achieved for the affected areas of the image sensor.
Das erfindungsgemäße Verfahren betrifft das Betreiben eines Bildsensors, vorzugsweise eines erfindungsgemäßen Bildsensors, nach einer der vorangegangenen Ausführungen. Das Verfahren betrifft damit insbesondere das Betreiben eines hochauflösenden Bildsensors vor dem bzw. vor dessen für elektromagnetische Strahlung sensitiven Sensorelementen eine Farbfilteranordnung ausgestaltet ist, so dass mehrere nebeneinander liegende Sensorelemente gleiche Filtereigenschaften aufweisen und im Normalbetrieb bzw. in einer Ausgangsbetriebsart gruppenweise zusammengeschaltet ausgewertet werden. Bevorzugt sind die Gruppen von Sensorelementen mit identischen Filtereigenschaften jeweils gleich groß, d. h. umfassen die gleiche Anzahl von n × m bzw. n × n Sensorelementen mit n ≥ 2 und m ≥ 2. Eine Ausgestaltung mit 2 × 2 oder 3 × 3 Sensorelementen je Gruppe wird dabei bevorzugt. Die Gruppen bilden insbesondere ein matrixförmiges Filterarray in Zeilen- und Spaltenrichtung, wobei die Sensorelemente der Gruppen vorzugsweise derart mit Farbfiltern ausgestaltet sind, dass durch die Gruppen eine Bayer-Matrix (Bayer-Pattern) aufgespannt wird. Im Normalbetrieb bzw. in einer Ausgangsbetriebsart hat der Bildsensor somit aufgrund der Gruppierung bzw. durch binning eine gegenüber seiner absoluten Anzahl an Sensorelementen verringerte Auflösung, beispielsweise bei Gruppen von 2 × 2 Sensorelemente eine 4-fach reduzierte Auflösung. Die Reduktion der Auflösung betrifft dabei insbesondere das räumliche Auflösungsvermögen des Bildsensors.The inventive method relates to the operation of an image sensor, preferably an image sensor according to the invention, according to one of the preceding embodiments. The method thus relates in particular to the operation of a high-resolution image sensor before or before its electromagnetic radiation sensitive sensor elements a color filter array is configured so that a plurality of adjacent sensor elements have the same filter characteristics and evaluated in groups in groups in normal operation or in an output mode. Preferably, the groups of sensor elements with identical filter properties are each the same size, d. H. comprise the same number of n × m and n × n sensor elements with n ≥ 2 and m ≥ 2. An embodiment with 2 × 2 or 3 × 3 sensor elements per group is preferred. The groups form in particular a matrix-shaped filter array in the row and column direction, wherein the sensor elements of the groups are preferably configured with color filters such that a Bayer matrix (Bayer pattern) is spanned by the groups. In normal operation or in an output mode, the image sensor thus has due to the grouping or by binning a relation to its absolute number of sensor elements reduced resolution, for example in groups of 2 × 2 sensor elements, a 4-fold reduced resolution. The reduction of the resolution relates in particular to the spatial resolution of the image sensor.
In einer vorteilhaften Ausführung des Verfahrens wird, insbesondere für den Fall, dass eine höhere räumliche Auflösung erreicht werden soll, eine Betriebsart gewählt, bei der alle Sensorelemente des Bildsensors einzeln (ohne binning) ausgewertet werden, d. h. bei der die Einteilung in Gruppen, insbesondere für die räumliche Darstellung, aufgelöst wird.In an advantageous embodiment of the method, in particular in the event that a higher spatial resolution is to be achieved, an operating mode is selected in which all sensor elements of the image sensor are evaluated individually (without binning), ie. H. in which the division into groups, in particular for the spatial representation, is resolved.
Dabei bleibt die Farbauflösung des Bildsensors unverändert, wohingegen sich die räumliche Auflösung gegenüber dem Normalbetrieb/Ausgangsbetrieb vervielfacht, insbesondere auf die Anzahl an insgesamt vorhandenen Sensorelementen.In this case, the color resolution of the image sensor remains unchanged, whereas the spatial resolution with respect to the normal operation / output operation multiplies, in particular to the number of total existing sensor elements.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung des Verfahrens wird, insbesondere für den Fall, dass eine höhere räumliche Auflösung erreicht werden soll, eine Betriebsart gewählt bei der betreffend ausgewählte Gruppen die einzelnen Sensorelemente der ausgewählten Gruppen einzeln (ohne binning) ausgewertet werden. Die Sensorelemente der restlichen, d. h. der nicht ausgewählten Gruppen, werden weiterhin nach Gruppen zusammengefasst (mit binning) ausgewertet. Dadurch wird für den Bereich/für die Bereiche des Bildsensors, in denen die ausgewählten Gruppen liegen, eine höhere räumliche Auflösung gegenüber dem Normalbetrieb/Ausgangsbetrieb sowie gegenüber den restlichen Gruppen erreicht, die weiterhin, insbesondere mittels binning, zusammengeschaltet werden. In a further advantageous embodiment of the method, in particular for the case in which a higher spatial resolution is to be achieved, an operating mode is selected in which the individual sensor elements of the selected groups are evaluated individually (without binning) with regard to selected groups. The sensor elements of the remaining, ie the non-selected groups, are further grouped according to groups (evaluated with binning). As a result, for the area / areas of the image sensor in which the selected groups are located, a higher spatial resolution compared to the normal operation / output operation and compared with the remaining groups is achieved, which are further interconnected, in particular by means of binning.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung des Verfahrens wird, insbesondere für den Fall, dass eine höhere räumliche Auflösung erreicht werden soll, eine Betriebsart gewählt bei der betreffend ausgewählte Gruppen die einzelnen Sensorelemente der ausgewählten Gruppen einzeln (ohne binning) ausgewertet werden und betreffend die Sensorelemente der restlichen, d. h. der nicht ausgewählten Gruppen, gar keine Auswertung erfolgt. Hierdurch wird für den Bereich/für die Bereiche des Bildsensors, in denen die ausgewählten Gruppen liegen, eine höhere räumliche Auflösung gegenüber dem Normalbetrieb/Ausgangsbetrieb erreicht. Besonders vorteilhaft an dieser Ausführungsvariante ist, dass aufgrund der Tatsache, dass die restlichen Gruppen nicht ausgewertet werden, Rechenleistung bei der Bildverarbeitung mit erhöhter Auflösung gespart werden kann.In a further advantageous embodiment of the method, in particular for the case in which a higher spatial resolution is to be achieved, an operating mode is selected in which the individual sensor elements of the selected groups are evaluated individually (without binning) with regard to selected groups and with respect to the sensor elements of the remaining ones , d. H. the non-selected groups, no evaluation at all. As a result, a higher spatial resolution compared to the normal operation / output operation is achieved for the area / areas of the image sensor in which the selected groups are located. Particularly advantageous in this embodiment is that due to the fact that the remaining groups are not evaluated, computing power can be saved in the image processing with increased resolution.
In einer vorteilhaften Ausführung des Verfahrens entspricht der Anteil an ausgewählten Gruppen, die mit erhöhter Auflösung (ohne binning) betrieben werden, höchstens einem Viertel oder einem Neuntel bezogen auf die gesamte Menge/Anzahl an Gruppen des Bildsensors, wobei in diesem Fall die Sensorelemente der restlichen Gruppen nicht ausgewertet werden. Bevorzugt wird dabei genau ein Viertel der Gruppen ausgewählt, insbesondere dann, wenn die Gruppen jeweils 2 × 2 Sensorelemente umfassen. In diesem Fall kann das Auslesetiming gegenüber dem Normalbetrieb/Ausgangsbetrieb beibehalten werden, da jedem Fall, d. h. sowohl im Normalbetrieb als auch im Betrieb mit erhöhter Auflösung, die gleiche Anzahl an Sensorelementen ausgewertet werden muss. Analog wird bei Ausgestaltung des Bildsensors mit Gruppen von 3 × 3 Sensorelementen genau ein Neuntel der Gruppen für die Betriebsart mit erhöhter räumlicher Auflösung ausgewählt, etc.In an advantageous embodiment of the method, the proportion of selected groups which are operated with increased resolution (without binning) corresponds to at most a quarter or a ninth relative to the total quantity / number of groups of the image sensor, in which case the sensor elements of the remaining Groups are not evaluated. Preferably, exactly one fourth of the groups is selected, in particular if the groups each comprise 2 × 2 sensor elements. In this case, the read timing can be maintained from the normal operation / output operation since each case, i. H. both in normal operation and in operation with increased resolution, the same number of sensor elements must be evaluated. Analogously, when configuring the image sensor with groups of 3 × 3 sensor elements, exactly one ninth of the groups are selected for the operating mode with increased spatial resolution, etc.
Das erfindungsgemäße Verfahren sowie der erfindungsgemäße Bildsensor kommen vorzugsweise in Fahrzeugen zum Einsatz, insbesondere in Verbindung mit Kameravorrichtungen und Bildverarbeitungssystemen, beispielsweise zur Erfassung des Innenraums und/oder des Umfeldes des Fahrzeugs. Bevorzugt erfolgt dabei der Einsatz im Rahmen von Funktionen eines oder mehrerer Fahrerassistenzsysteme, die eine bildverarbeitende Sensoreinheit verwenden. Bekannte Fahrerassistenzsysteme sind beispielsweise Antriebsschlupfregelung bzw. Traktionskontrolle wie ABS (Antiblockiersystem), ASR (Antriebs-Schlupf-Regelung), ESP (Elektronisches Stabilitätsprogramm), EDS (Elektronische Differentialsperre), sowie adaptives Kurvenlicht, Auf- und Abblendassistent für das Fahrlicht, Nachtsichtsysteme (englisch: night vision), Tempomat, Einparkhilfe, Bremsassistent, ACC (Adaptive Cruise Control) bzw. Abstandsregeltempomat, Abstandswarner, Abbiegeassistent, Stauassistent, Spurerkennungssystem, Spurhalteassistent, Spurhalteunterstützung, Spurwechselassistent, ISA (Intelligent Speed Adaption), ANB (Automatische Notbremsung), Kurvenassistent, Reifendruckkontrollsystem, Fahrerzustandserkennung, Verkehrszeichenerkennung, Platooning.The inventive method and the image sensor according to the invention are preferably used in vehicles, in particular in conjunction with camera devices and image processing systems, for example for detecting the interior and / or the environment of the vehicle. The use in the context of functions of one or more driver assistance systems which use an image-processing sensor unit preferably takes place here. Known driver assistance systems are, for example, traction control or traction control such as ABS (Antilock Braking System), ESP (Electronic Stability Program), EDS (Electronic Differential Lock), as well as adaptive cornering lights, headlights and dipped beam assist, night vision systems (English : night vision), Cruise Control, Park Assist, Brake Assist, Adaptive Cruise Control (ACC), Distance Alert, Turn-off Assistant, Traffic Jam Assistant, Lane Detection System, Lane Keeping Assist, Lane Keeping Assist, Lane Change Assist, Intelligent Speed Adaptation, ANB (Automatic Braking), Curve Assist, Tire pressure monitoring system, driver condition detection, traffic sign recognition, platooning.
Weitere Vorteile sowie optionale Ausgestaltungen gehen aus der Beschreibung und der Zeichnung hervor. Ausführungsbeispiele sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Further advantages and optional embodiments will become apparent from the description and the drawings. Embodiments are shown in simplified form in the drawing and explained in more detail in the following description.
In
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Bildsensorimage sensor
- 22
- Sensorelementsensor element
- 33
- Gruppegroup
- RR
- Rotred
- GG
- Grüngreen
- BB
- Blaublue
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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