CN101459785A - 双模式图像传感器及其工作方法和应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双模式图像传感器，包括进行模式切换的寄存器，图像传感器数据读取模块，以及将数据进行整幅压缩的模块，还包括一个存储数据的存储器，数据处理模块对存储器中数据进行处理，得到感应参数并进行存储和输出。本发明双模式图像传感器的工作方法，图像传感器接受光照后将光信号转换为电信号，根据设置选择影像模式或者感应参数模式作为工作模式，在感应参数模式下进行逐行或跳行逐列或跳列的读取和模数转换，对整幅的图像数据进行压缩存储并计算感应参数，该感应参数通过I2C输出。本发明还公开了在手机、监控系统以及电脑中应用该图像传感器的方法。本发明拓宽了影像型图像传感器的应用范围。
Description
技术领域
本发明涉及图像传感器，特别涉及一种双模式图像传感器，本发明还涉及这种双模式图像传感器的工作方法和它的应用方法。
背景技术
在现有技术中，无论是CMOS图像传感器还是CCD图像传感器，按输出信号的特征可以分为两种：一种是感应应用型图像传感器，其特点是在工作状态时帧率非常快，超过100帧/秒，而且只输出感应参数，如相对位移，而不输出图像信号。这种传感器被广泛应用于光电鼠标，用以跟踪鼠标的位置，控制其它应用功能。另一种是以记录静态或动态影像为目的的影像型图像传感器，其特征是只输出无压缩或压缩后的可视图像信号，而不输出感应信号，更不控制其它应用功能。这种传感器在消费类电子产品中工作在低帧率(几十帧/秒)，被应用于拍照，摄影，或监视等。
对于感应应用型图像传感器，为了得到所需的感应参数，必需高速处理多帧图像数据，因而要求每帧图像的数据量不能很大，使得这一类图像传感器的分辨率低，小于100,000像素。而影像型图像传感器，像素阵列一般达到或者超过十万像素，由于图像数据量大，要分析这种图像来获取感应信息，非常困难。如果对影像型传感器的大量图像数据进行分析，得出感应参数，有以下缺点：首先，硬件过于复杂，成本很高，无法应用在消费类电子产品上；其次，帧率或运算速度太慢，无法提供所需的感应信号去控制其它应用功能。在现有技术中，虽然这类图像传感器常常自带图像处理系统，但处理器只是为了复原彩色图像，而不是处理得到感应信号和存储感应信号，并输出感应信号去控制其它应用功能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种双模式图像传感器，能够在影像模式和感应参数模式下工作，为此本发明还提供这种双模式图像传感器的工作方法以及这种双模式图像传感器的应用方法。
为解决上述技术问题，本发明双模式图像传感器的技术方案是，包括：
至少一个寄存器，该寄存器选择双模式图像传感器的工作模式为影像模式或者为感应参数模式；
其中，当双模式图像传感器的工作模式为影像模式时，双模式图像传感器输出可视图像信号；
当双模式图像传感器的工作模式为感应参数模式时，双模式图像传感器提高帧率，压缩数据，存储单帧以上的图像，计算并存储感应参数，输出感应参数。
本发明双模式图像传感器的工作方法的技术方案是，包括以下步骤：
第一步，双模式图像传感器感受光照，将光信号转化成电信号；
第二步，判断双模式图像传感器的工作模式，若工作模式为影像模式，直接输出图像数据，流程结束；若工作模式为感应参数模式，则进行第三步；
第三步，双模式图像传感器对行数据进行跳行或逐行读取，对列数据进行跳列或逐列的模数转换；
第四步，对模数转换后的图像数据进行压缩；
第五步，将压缩后的单帧以上的数据存储在存储器中；
第六步，利用压缩的单帧以上的数据计算感应参数；
第七步，将感应参数存储在寄存器组中；
第八步，输出感应参数。
本发明双模式图像传感器的应用方法为，手机基带芯片通过双线串行通信口读取双模式图像传感器存储的感应参数，操作手机功能。
本发明双模式图像传感器的另一种应用方法为，监控系统通过双线串行通信口读取双模式图像传感器存储的感应参数，控制监控系统的工作状态，提高监控系统的工作效率，减小无效数据量的存储。
本发明双模式图像传感器的又一种应用方法为，游戏主板通过双线串行通信口读取双模式图像传感器存储的感应参数，操纵游戏进程。
本发明双模式图像传感器的工作方法，通过判断图像传感器的工作模式，在不同的工作模式下采用不同的数据处理方法，在同一个图像传感器上实现影像模式和感应参数模式的切换。本发明方法通过对影像型图像传感器普通的庞大原始图像信号进行高效的压缩，提高帧率，能得到感应参数信号。本发明的双模式图像传感器通过一个模式切换寄存器实现其在感应参数模式和影像模式的转换，同时通过数据读取模块提高帧率，数据压缩模块对图像数据进行高效的压缩，在数据处理模块对数据进行处理后得到感应参数，并且通过标准的I2C通信接口输出感应参数，该感应参数能够作为其他应用的输入和控制信号，从而拓宽了影像型图像传感器的应用范围。本发明的应用图像传感器的方法拓宽了影像型图像传感器的应用范围和领域。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明：
图1为本发明双模式图像传感器模块示意图；
图2为本发明双模式图像传感器工作方法流程示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明双模式图像传感器包括至少一个寄存器，该寄存器控制图像传感器在影像模式和感应参数模式之间切换。
当双模式图像传感器感受到光照，将光信号转化成电信号，寄存器选取此时双模式图像传感器的工作模式，若双模式图像传感器的工作模式为影像模式，直接输出可视图像信号，此时的双模式图像传感器输出的是压缩的或者没有经过压缩的图像信号。
若双模式图像传感器的工作模式为感应参数模式，为了获得实时的感应参数，需要双模式图像传感器工作在高帧率状态，此时，双模式图像传感器提高帧率，压缩数据，存储单帧以上的图像，计算并存储感应参数，输出感应参数。
本发明采用提高帧率的行数据读取电路和列数据模数转换电路读取图像数据。双模式图像传感器在读取图像的行数据时进行逐行或跳行的数据读取，在对列数据进行模数转换时逐列或跳列进行模数转换。每进行一次行数据的读取时，可以针对一行数据进行读取，也可以针对多行数据进行读取，当读取多行时，可以对不同颜色通道的数据进行累加。每进行一次列的模数转换时，可以针对一列数据，也可以针对多列数据，当读取多列时，可以对不同颜色通道的数据进行累加。此时的双模式图像传感器在读取数据和对数据进行模数转换时并不局限于只逐行或者跳行读取数据，也不局限于逐列或者跳列的模数转换，最终得到的图像数据不需要符合贝尔(Bayer)模式，不需要能实现颜色插值，也不需要还原图像，模数转换后的数据只用于感应参数的计算。
双模式图像传感器还包括对整幅图像数据进行压缩的数据压缩模块，压缩后的图像数据只用于感应参数的计算，不用于重构原图像。在图像传感器读取了图像数据以及进行了模数转换之后，接着对图像数据进行压缩。为了减少数据量，获得实时的感应参数，在本发明中对整幅的图像数据进行压缩。因此，该压缩后的数据未必能复原得到一副完整的图像，但是压缩数据带有被感应场景的空间特征。
包括存储单帧以上压缩图像数据的存储器，存储压缩后的单帧以上的图像数据，该存储器可以是双模式图像传感器自带的存储器。
包括对存储器中的数据进行处理，得到感应参数的数据处理模块。利用单帧以上的图像数据计算感应参数。可以获取的感应参数包括：X，Y，Z轴的平动位移信号和绕X，Y，Z轴的转动位移信号，以及亮度变化信号。可以通过计算得到的感应参数为：通过对X，Y，Z轴的平动位移信号微分获取X，Y，Z轴的平动速度信号，通过对X，Y，Z轴的平动速度信号微分获得X，Y，Z轴的平动加速度信号，通过对绕X，Y，Z轴的转动位移信号微分获取绕X，Y，Z轴的转动速度信号，通过对绕X，Y，Z轴的转动速度信号微分获得绕X，Y，Z轴的转动加速度信号。分析上述的感应信号，可以得出场景的变化，位置的变化，线速度、角速度等，还可以识别运动模式。
还包括寄存器组，存储获取的感应参数。双模式图像传感器在获得了上述的感应参数之后，将该感应参数存储在寄存器组中，然后通过I2C(Inter—Integrated Circuit，双线串行通信口)通信协议输出感应参数信号。
如图2所示，当双模式图像传感器感受到光照，将光信号转化成电信号，首先寄存器选取此时影像型图像传感器的工作模式，若图像传感器的工作模式为影像模式，直接输出图像数据，此时的图像传感器输出的是压缩的或者没有经过压缩的可视图像信号。
若双模式图像传感器的工作模式为感应参数模式，为了获得实时的感应参数，需要图像传感器工作在高帧率状态。本发明的图像传感器在读取图像的行数据时进行逐行或跳行的数据读取，在对列进行模数转换时逐列或跳列进行模数转换。每进行一次行数据的读取时，可以针对一行数据进行读取，也可以针对多行数据进行读取，当读取多行时，可以对不同颜色通道的数据进行累加。每进行一次列的模数转换时，可以针对一列数据，也可以针对多列数据，当读取多列时，可以对不同颜色通道的数据进行累加。即在本发明中，为了采用影像型图像传感器获得感应参数，因此图像传感器在读取数据和对数据进行模数转换时并不局限于只逐行或者跳行读取数据，也不局限于逐列或者跳列的模数转换，最终得到的图像数据不需要符合贝叶(Bayer)模式，不需要能实现颜色插值，也不需要还原图像。
在图像传感器读取了图像数据以及进行了模数转换之后，接着对图像数据进行压缩。为了减少数据量，获得实时的感应参数，在本发明中对整幅的图像数据进行压缩。而且，该压缩后的数据未必能复原得到一副完整的图像，但是压缩数据带有被感应场景的空间特征。
将压缩后的单帧以上的图像数据存储在图像传感器自带的存储器中，接着利用单帧以上的图像数据计算感应参数。可以获取的感应参数包括：X，Y，Z轴的平动位移信号和绕X，Y，Z轴的转动位移信号，以及亮度变化信号。可以通过计算得到的感应参数为：通过对X，Y，Z轴的平动位移信号微分获取X，Y，Z轴的平动速度信号，通过对X，Y，Z轴的平动速度信号微分获得X，Y，Z轴的平动加速度信号，通过对绕X，Y，Z轴的转动位移信号微分获取绕X，Y，Z轴的转动速度信号，通过对绕X，Y，Z轴的转动速度信号微分获得绕X，Y，Z轴的转动加速度信号。分析上述的感应信号，可以得出场景的变化，位置的变化，线速度、角速度等，还可以识别运动模式。
双模式图像传感器在获得了上述的感应参数之后，将该感应参数存储在寄存器组中，应用程序通过I2C通信协议读取了感应参数信号后，操纵程序的进程。
利用本发明的双模式图像传感器，可以大大扩展影像传感器的应用范围，例如，手机基带芯片可以通过双线串行通信口读取双模式图像传感器存储的感应参数，操作手机功能；监控系统可以通过双线串行通信口读取双模式图像传感器存储的感应参数，控制监控系统的工作状态，提高监控系统的工作效率，减小无效数据量的存储；游戏主板可以通过双线串行通信口读取双模式图像传感器存储的感应参数，操纵游戏进程。
具体来说，在手机中配设有双模式图像传感器，当该双模式传感器为感应参数的工作模式时，通过图像传感器得到感应参数，手机基带芯片通过I2C通信接口读取了感应参数，对手机进行各种操作。包括进行手机中选择菜单的操作、作为手机游戏的输入信号操控手机游戏，还可以通过选择屏幕上显示的文字来编写短信。
在监控系统中配设有双模式图像传感器时，监控系统通过I2C通信接口读取感应参数，当出现监控系统预先设置的信号时，诸如是否有人员(或动态物体)侵入，车辆超速等等立即自动转入音像记录状态，进行拍照或录像等工作，提高监控系统的工作效率，减小无效数据量的存储。
还可以利用本发明的图像传感器控制游戏终端的输入，如MP3、MP4的菜单选择控制，设备开关的控制，如该图像传感器可以感受玩游戏者的手或身体的运动方向和快慢来玩飞碟游戏，使飞碟飞远，飞近，飞左，飞右；它还可以感受运动方向和运动模式来选择音乐，菜单；它能感受偏移量来在驾车游戏中躲开障碍物，或飞越障碍物等。
本发明拓宽了传统的影像型图像传感器的应用范围。随着生活和科技水平的提高，影像型图像传感器被越来越多的应用，如现在的手机上大多配设有图像传感器用于拍照和摄像，但是由于其镜头太小，照片质量不高，实际应用手机拍照或摄像的用户还是不多。而且传统图像传感器的原始图像数据量过于庞大，该图像传感器除了拍照无法实现数据处理与其他功能的结合。而通过本发明，图像传感器除了录影，拍照外，还可以工作在高帧率下，对图像数据进行筛选和压缩，能得到场景变化的感应参数，从而判断图像传感器或者持有该图像传感器的用户的手的运动方向和运动快慢，并将输出这些感应参数作为输入来控制游戏操作、进行手机和电脑的操作，作为监控系统的操作等，从而大大拓展了图像传感器的应用范围。本发明的双模式图像传感器仅仅通过配设一颗芯片就实现了原来需要多颗芯片才能实现的功能，大大降低了电子产品的成本。同时本发明上述双模式图像传感器的多种应用大大扩展了图像传感器的应用范围。
Claims (21)
1.一种双模式图像传感器，其特征在于，包括：
至少一个寄存器，该寄存器选择双模式图像传感器的工作模式为影像模式或者为感应参数模式；
其中，当双模式图像传感器的工作模式为影像模式时，双模式图像传感器输出可视图像信号；
当双模式图像传感器的工作模式为感应参数模式时，双模式图像传感器提高帧率，压缩数据，存储单帧以上的图像，计算并存储感应参数，输出感应参数。
2.根据权利要求1所述的双模式图像传感器，其特征在于，包括提高帧率的行数据读取电路和列数据模数转换电路。
3.根据权利要求2所述的双模式图像传感器，其特征在于，双模式图像传感器的行数据读取电路读取一次行数据，为一行或多行，当读取多行时，可以对不同颜色通道的数据进行累加，双模式传感器的列数据模数转换电路进行一次列的模数转换，为一列或多列，当读取多列时，可以对不同颜色通道的数据进行累加。
4.根据权利要求1所述的双模式图像传感器，其特征在于，包括对整幅图像数据进行压缩的数据压缩模块，压缩后的图像数据只用于感应参数的计算。
5.根据权利要求4所述的双模式图像传感器，其特征在于，包括存储单帧以上压缩图像数据的存储器。
6.根据权利要求5所述的双模式图像传感器，其特征在于，包括对存储器中的数据进行处理，得到感应参数的数据处理模块。
7.根据权利要求6所述的双模式图像传感器，其特征在于，感应参数为：X，Y，Z轴的平动位移信号和绕X，Y，Z轴的转动位移信号，以及亮度变化信号；X，Y，Z轴的平动速度信号，和X，Y，Z轴的平动加速度信号；X，Y，Z轴的转动速度信号，和X，Y，Z轴的转动加速度信号。
8.根据权利要求6所述的双模式图像传感器，其特征在于，包括存储感应参数的寄存器组。
9.根据权利要求1所述的双模式图像传感器，其特征在于，包括输出感应参数的输出接口。
10.根据权利要求9所述的双模式图像传感器，其特征在于，所述的输出接口为双线串行通信口。
11.根据和权利要求1所述的一种双模式图像传感器的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，双模式图像传感器感受光照，将光信号转化成电信号；
第二步，判断双模式图像传感器的工作模式，若工作模式为影像模式，直接输出图像数据，流程结束；若工作模式为感应参数模式，则进行第三步；
第三步，双模式图像传感器对行数据进行跳行或逐行读取，对列数据进行跳列或逐列的模数转换；
第四步，对模数转换后的图像数据进行压缩；
第五步，将压缩后的单帧以上的数据存储在存储器中；
第六步，利用压缩的单帧以上的数据计算感应参数；
第七步，将感应参数存储在寄存器组中；
第八步，输出感应参数。
12.根据权利要求11所述的一种双模式图像传感器的工作方式，其特征在于，第二步中通过寄存器选取双模式图像传感器的工作模式。
13.根据权利要求11所述的一种双模式图像传感器的工作方式，其特征在于，第二步中当双模式图像传感器的工作模式为影像模式时，直接输出可视图像数据，流程结束。
14.根据权利要求11所述的一种双模式图像传感器的工作方式，其特征在于，第三步中，双模式图像传感器读取一次行数据，为一行或多行，当读取多行时，可以对不同颜色通道的数据进行累加；双模式图像传感器进行一次列的模数转换，为一列或多列，当读取多列时，可以对不同颜色通道的数据进行累加。
15.根据权利要求11所述的一种双模式图像传感器的工作方式，其特征在于，第四步中对模数转换后的图像数据进行整幅压缩。
16.根据权利要求11所述的一种双模式图像传感器的工作方式，其特征在于，第五步中将压缩后的单帧以上的所有数据同时存储在存储器中。
17.根据权利要求11所述的一种双模式图像传感器的工作方式，其特征在于，第六步中的感应参数可以为：X，Y，Z轴的平动位移信号和绕X，Y，Z轴的转动位移信号，以及亮度变化信号；X，Y，Z轴的平动速度信号，和X，Y，Z轴的平动加速度信号；X，Y，Z轴的转动速度信号，和X，Y，Z轴的转动加速度信号。
18.根据权利要求11所述的一种双模式图像传感器的工作方式，其特征在于，第八步中通过双线串行通信协议输出感应参数。
19.一种根据权利要求1所述的图像传感器的应用方法，其特征在于，手机基带芯片通过双线串行通信口读取双模式图像传感器存储的感应参数，操作手机功能。
20.一种根据权利要求1所述的图像传感器的应用方法，其特征在于，监控系统通过双线串行通信口读取双模式图像传感器存储的感应参数，控制监控系统的工作状态，提高监控系统的工作效率，减小无效数据量的存储。
21.一种根据权利要求1所述的图像传感器的应用方法，其特征在于，游戏主板通过双线串行通信口读取双模式图像传感器存储的感应参数，操纵游戏进程。
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| PB01 | Publication | ||
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