CN102547158B - 具有采样控制功能的图像传感器、多图像传感器系统及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具有能够实现缩小图像数据量并提高帧速率的采样控制功能的图像传感器，包括像素阵列、行译码器、列译码器及控制模块、模数转换电路、时序控制模块、寄存器模块、选择模块和I²C总线；其中，选择模块分别与寄存器模块、时序控制模块和行译码器连接，用于控制图像传感器根据外部输入的特定采样像素编码信息进行特定采样。本发明通过外部写入不同的特定采样像素编码信息，随时根据图像传感器的应用方式改变其采样像素行位置及数量，这将极大的提高传感器的应用灵活性和易控性，降低设备成本。本发明的图像传感器可特别应用于医疗设备、指纹识别、触摸传感、光学触控等对图像传感器安装位置有特殊要求的精密仪器中。

Description

具有采样控制功能的图像传感器、多图像传感器系统及工作方法

技术领域

本发明涉及对像素阵列进行采样控制的图像传感器、多图像传感器系统、其采样方法，属于图像传感器及图像处理领域。

背景技术

图像传感器设备在近年来不断深入用户的生活，也不断取得新的发展，特别是在提升像素分辨率方面，图像传感器的像素阵列中包含的像素值越来越高。较高的分辨率将为用户带来更清晰的画面，但同时也会产生过大的图像数据量和较低的帧速率，特别是在高分辨率图像传感器集成到各类产品中后，很多时候并不需要包含全帧图像数据信息的高清晰图像，而需要为设备提供较小数据量的下采样图像。现有技术中的采样功能通常采用，从每若干个相邻的像素中提取一个像素点作为采样值，将全帧图像的所有采样像素点得到的采样值进行组合后再输出，这将得要一个数据量要远小于全帧图像的图像信息。

上述技术方案存在的缺陷是：

现有技术尽管解决了降低图像大小的技术问题，但由于这种采样方法仍需要完成对整帧图像的处理，是数字裁剪窗口的方式，这种方法并不能提高图像输出的帧速率。如图1所示，是现有技术的整帧图像输出和采样图像输出的时序图。由图1可以看出，现有技术的下采样时序图显示，尽管采样图像输出有效图像(高电平)的时间缩短了，但其仍需占用和整帧图像输出相同的时间长度后，才能进行下一帧图像的读取，其并不能实现提高帧速率的效果。

发明内容

本发明提供了一种具有能够实现缩小图像数据量并提高帧速率的采样控制功能的图像传感器，本发明的图像传感器直接对像素阵列采样读出进行控制，对于不感兴趣的像素行将不进行地址编码，这样在输出采样行时，随着采样行数的减少，帧速率将得到提高。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种具有采样控制功能的图像传感器，包括像素阵列、行译码器、列译码器及控制模块、模数转换电路、时序控制模块、寄存器模块和I²C总线，I²C总线的信号输出端与寄存器模块的信号输入端连接，寄存器模块的时序控制信号输出端与时序控制模块的时序控制信号输入端连接，时序控制模块的列译码信号输出端与列译码器及控制模块的列译码信号输入端连接，列译码器及控制模块的列译码信号输出端与像素阵列的列译码信号输入端连接，行译码器的行译码信号输出端与像素阵列的行译码信号输入端连接，像素阵列的信号输出端与模数转换电路的信号输入端连接，所述图像传感器还包括：

选择模块，用于通过两个时序控制输入端口与时序控制模块连接，分别用于接收时序控制模块发送的全部采样像素编码信息和特定采样像素编码信息。

一种具有采样控制功能的多图像传感器系统，包括具有采样控制功能的图像传感器和至少一个外部主控芯片；所述具有采样控制功能的图像传感器的数量为两个或者两个以上。

一种具有采样控制功能的多图像传感器工作方法，包括：

A、I²C总线接收特定采样像素编码信息，并写入寄存器模块；

B、寄存器模块将特定采样像素编码信息写入时序控制模块；

C、寄存器模块将特定采样使能信号写入选择模块；

D、当特定采样使能信号为有效时，时序控制模块通过选择模块向行译码器输入行地址信息，所述行地址信息包括特定采样像素行的起始行值和特定采样行数值；当特定采样使能信号为无效时，时序控制模块通过选择模块向行译码器输入行地址信息，所述行地址信息包括全部采样像素信息；

E、时序控制模块向列译码器及控制模块输出列地址信息；

F、行译码器和列译码器及控制模块控制像素阵列工作，并通过模数转换电路输出图像信息。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明的图像传感器增加选择模块，通过外部向寄存器写入特定采样像素编码信息和特定采样使能信号，控制图像传感器对特定像素行进行采样或者对全部像素行进行采样。可通过寄存器向采样控制模块写入不同的特定采样像素编码信息，改变对特定采样起始行值和特定采样行数值的设置，随时根据图像传感器的应用方式改变其采样像素行位置及数量，这将极大的提高传感器的应用灵活性和易控性，降低设备成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1为现有技术的采样方式的时序图；

图2为本发明实施例一的具有采样控制功能的图像传感器模块示意图；

图3为本发明实施例一的具有采样控制功能的图像传感器工作时序图；

图4为本发明实施例一的具有采样控制功能图像传感器的采样工作方式的步骤说明图；

图5为本发明实施例二的具有采样控制功能的多图像传感器系统模块示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明的具体实施方式提供的具有采样控制功能的图像传感器至少包括像素阵列、行译码器、列译码器及控制模块、模数转换电路、时序控制模块、寄存器模块和I²C总线，I²C总线的信号输出端与寄存器模块的信号输入端连接，寄存器模块的时序控制信号输出端与时序控制模块的时序控制信号输入端连接，时序控制模块的列译码信号输出端与列译码器及控制模块的列译码信号输入端连接，列译码器及控制模块的列译码信号输出端与像素阵列的列译码信号输入端连接，行译码器的行译码信号输出端与像素阵列的行译码信号输入端连接，像素阵列的信号输出端与模数转换电路的信号输入端连接，所述图像传感器还包括：选择模块，用于通过两个时序控制输入端口与时序控制模块连接，分别用于接收时序控制模块发送的全部采样像素编码信息和特定采样像素编码信息。

本具体实施方式提供的具有采样控制功能的图像传感器，通过外部向寄存器写入特定采样像素编码信息和特定采样使能信号，控制图像传感器对特定像素行进行采样或者对全部像素行进行采样。可通过寄存器向采样控制模块写入不同的特定采样像素编码信息，改变对特定采样起始行值和特定采样行数值的设置，随时根据图像传感器的应用方式改变其采样像素行位置及数量。本发明的图像传感器对于非特定采样像素行将不进行地址编码，从而减小总采样行数，实现缩小图像数据量和提高图像帧速率的目的。

本具体实施方式还提供了一种具有采样控制功能的多图像传感器系统，包括具有采样控制功能的图像传感器和至少一个外部主控芯片；所述具有采样控制功能的图像传感器的数量为两个或者两个以上。通过外部主控芯片对多个具有采样控制功能的图像传感器进行采样控制，可同时控制多个图像传感器的特定采样像素编码信息，并可控制其进行同步或者异步采样，该系统可特别适用于大屏幕光学触控类设备，以及其他应用多个摄像头进行光学感应的设备。

本具体实施方式提供的具有采样控制功能的图像传感器可以应用于各类高分辨率图像传感器设备，如手机摄像头，电脑摄像头等，还可特别应用于对精密测量有特殊要求的具有电子光学系统的设备，例如医疗设备、指纹识别、触摸传感、光学触控等精密仪器中。在此类设备中需要为图像传感器的安装位置进行精密的设定，通过本发明的图像传感器对采样起始行和采样行数进行设置改变，可以由改变特定采样像素行实现改变安装位置的效果，达到精密设定的要求。

下面将结合附图对具体实施方式作进一步地详细描述，具体如下：

实施例一

如图2所示，是本实施例的具有采样控制功能的图像传感器，包括像素阵列1、行译码器2、列译码器及控制模块3、模数转换电路4、时序控制模块5、寄存器模块6、选择模块7和I²C总线8。

I²C总线8的输入端连接外部主控芯片，用于接收特定采样像素编码信息，由外部主控芯片输入的特定采样像素编码信息包括特定采样像素行的起始行值和特定采样行数值，特定采样像素行的起始行值控制图像传感器在进行特定采样时的起始像素行行号，特定采样行数值控制图像传感器在进行特定采样时采样总像素行数。该起始行值范围在图像传感器像素阵列有效行号范围内，采样行数值范围在图像传感器像素阵列有效行范围内，且大于等于1。以分辨率为30万像素的VGA格式CMOS图像传感器为例，该图像传感器的像素阵列排布为640x480，其有效的像素行为480行，行号为0至479。因此，有效的可选择像素编码信息中包含的采样起始行值范围应为0至479，采样行数值范围应为1至480。

I²C总线8的输出端连接寄存器模块6的输入端，寄存器模块6的输出端分别连接时序控制模块5和选择模块7的输入端。寄存器模块6将接收到的特定采样像素编码信息传送到时序控制模块5，将特定采样使能信号传送到选择模块7。特定采样使能信号是控制图像传感器是否进行特定采样的使能信号。选择模块7通过两个输入端口分别与时序控制模块5的两个输出端口连接，分别用于接收时序控制模块5发送的全部采样像素编码信息和特定采样像素编码信息。时序控制模块5还连接列译码器及控制模块3，并向其传送列地址信息。选择模块7的输出端口连接行译码器2的输入端口，用于向行译码器2输出行地址信息。行译码器2的输出端口与像素阵列1连接，像素阵列1与模数转换电路4连接，并通过模数转换电路4输出图像信息。

当寄存器模块6传送给选择模块7的特定采样使能信号为有效时，选择模块7接收特定采样像素编码信息，并向外输出特定采样像素行地址，此时图像传感器才进行特定采样工作，其输出的图像帧速率随采样行数值的缩小而增大。当该使能信号为无效时，选择模块7接收全部采样像素编码信息，图像传感器仍然对像素阵列1内的全部有效像素进行曝光，得到帧速率没有改变的正常图像。

本实施例的具有采样控制功能的图像传感器可以输出帧速率不变的全部采样图像，也可以输出帧速率提高的特定采样图像，且特定采样图像的采样位置和图像大小均能够随时进行调节，使其拥有更广泛的应用范围。

以分辨率为30万像素的VGA格式CMOS图像传感器为例，对其进行从行号为10的起始行位置开始进行连续240行像素的采样工作，其工作步骤如图4所示，包括：

步骤1、I²C总线接收外部主控芯片发送的特定采样像素编码信息，特定采样像素编码信息包括特定采样像素行的起始行值10，以及特定采样行数值240，并将该信息并写入寄存器模块。

步骤2、寄存器模块将该特定采样像素编码信息写入时序控制模块。

步骤3、寄存器模块控制将特定采样使能信号写入选择模块。

步骤4、当特定采样使能信号为有效时，选择模块接收特定采样像素编码信息，即特定采样像素行的起始行值10，以及特定采样行数值240。时序控制模块通过选择模块向行译码器输入特定采样行地址信息。

时序控制模块同时向列译码器及控制模块输出列地址信息，行译码器和列译码器及控制模块控制像素阵列工作，并通过模数转换电路输出图像信息。

这种方式通过选择模块直接对像素阵列采样读出进行控制，对于非特定像素行将不进行地址编码，这样在输出采样行时，随着采样行数的减少，其帧速率时序图如图3所示，帧速率将得到提高。

步骤5、当特定采样使能信号为无效时，选择模块接收全部采样像素编码信息，即采样像素行的起始行值0，以及采样行数值为30万像素VGA格式CMOS图像传感器包含的全部480行。时序控制模块通过选择模块向行译码器输入行地址信息，所述行地址信息包括全部采样像素信息。

时序控制模块同时向列译码器及控制模块输出列地址信息，行译码器和列译码器及控制模块控制像素阵列工作，并通过模数转换电路输出图像信息。

实施例二

本实施例的具有采样控制功能的多图像传感器系统，包括主控芯片和具有采样控制功能的图像传感器。具有采样控制功能的多图像传感器系统主要应用于需要通过多个光学系统完成光学触摸感应的装置，例如各类触控设备的光学感应部分，如手机、掌上游戏机和电子书等；可特别应用于大屏幕触控产品，如桌面式电脑的显示器、手持平板电脑和电视屏幕。

具有采样控制的多图像传感器系统中包含的具有采样控制功能的图像传感器数量为两个或者两个以上，图像传感器数量可根据感应装置的需求，和光学感应对图像传感器的视域范围的要求确定，优选的图像传感器数量为两个，如图5所示。

外部主控芯片分别连接多图像传感器系统内的图像传感器的I²C总线，用于向图像传感器输出特定采样像素编码信息，该特定采样像素编码信息包括特定采样像素行的起始行值和特定采样行数值。主控芯片并控制多图像传感器系统内的图像传感器同步工作。

主控芯片可以由用户控制决定具体的特定采样像素编码信息，但该特定采样像素编码信息必须在有效范围内，即该起始行值范围在图像传感器像素阵列有效行号范围内，采样行数值范围在图像传感器像素阵列有效行范围内，且大于等于1。

这种方式可以使用户随时根据需要的图像传感器像素行采样位置和采样数量进行调整采样像素编码信息，从而调整需要的图像大小和帧速率。

本实施例提供的具有采样控制功能的多图像传感器系统还可特别适应对图像传感器安装角度有精密要求的光学触控类设备，例如医疗设备、指纹识别、触摸传感、光学触控等精密仪器。

本实施例提供的具有采样控制功能的图像传感器通过接收特定采样像素编码信息，可调节采样像素行起始行位置和采样像素行数量，从而达到调节图像传感器视域的目的。这种调整方法不仅实现方便，也方便为制造商增加可选择使用的图像传感器种类，便于成本控制，使这类产品的选择不再局限于现有产品的线阵列图像传感器。并且，即使选用了大分辨率的图像传感器，由于只选择曝光部分阵列，其图像帧速率和处理速度仍然能够达到实时进行光学触控的要求。

此外本发明提供的图像传感器由于具有了对特定像素行进行采样的功能，还可特别应用于医疗设备、指纹识别、触摸传感、光学触控等精密仪器中。在这些精密设备中，图像传感器采集的信息要非常的准确，然而在图像传感器的安装时，其位置要得到精确的固定。为了达到这一目的，依照现有技术，设备商将会应用到高端的精密定位零件，这将提高生产成本，本发明的图像传感器的采样控制则是一种解决这一问题的低成本，高效率的手段，通过任意改变图像传感器上的特定采样像素行的起始位置和特定采样行数值，达到调整图像传感器视域的目的，从而实现现有技术中，只能通过调整图像传感器位置才能实现的效果。本发明的具有采样控制功能的多图像传感器系统通过集成多个可对特定像素行进行采样的图像传感器，并由外部主控芯片对系统内所有图像传感器的采样进行控制，能够特别适用于光学触控类设备。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种具有采样控制功能的图像传感器，包括像素阵列、行译码器、列译码器及控制模块、模数转换电路、时序控制模块、寄存器模块和I²C总线，I²C总线的信号输出端与寄存器模块的信号输入端连接，寄存器模块的时序控制信号输出端与时序控制模块的时序控制信号输入端连接，时序控制模块的列译码信号输出端与列译码器及控制模块的列译码信号输入端连接，列译码器及控制模块的列译码信号输出端与像素阵列的列译码信号输入端连接，行译码器的行译码信号输出端与像素阵列的行译码信号输入端连接，像素阵列的信号输出端与模数转换电路的信号输入端连接，其特征在于，所述图像传感器还包括：

选择模块，用于通过两个时序控制输入端口与时序控制模块连接，分别用于接收时序控制模块发送的全部采样像素编码信息和特定采样像素编码信息；

所述I²C总线的输入端连接外部主控芯片，用于接收特定采样像素编码信息；所述特定采样像素编码信息包括特定采样像素行的起始行值和特定采样行数值。

2.根据权利要求1所述的具有采样控制功能的图像传感器，其特征在于，所述选择模块的寄存信号输入端与寄存器模块连接，用于接收特定采样使能信号。

3.根据权利要求1所述的具有采样控制功能的图像传感器，其特征在于，所述时序控制模块用于向列译码器及控制模块输出列地址信息。

4.根据权利要求1所述的具有采样控制功能的图像传感器，其特征在于，所述列译码器及控制模块用于根据列地址信息控制像素阵列工作；所述行译码器用于根据行地址信息控制像素阵列工作。

5.根据权利要求1所述的具有采样控制功能的图像传感器，其特征在于，所述像素阵列用于通过模数转换电路的输出端向外输出图像信息。

6.一种具有采样控制功能的多图像传感器系统，其特征在于，包括权利要求1至5中任意一项所述的具有采样控制功能的图像传感器和至少一个外部主控芯片；

所述具有采样控制功能的图像传感器的数量为两个或者两个以上。

7.根据权利要求6所述的具有采样控制功能的多图像传感器系统，其特征在于，所述外部主控芯片分别连接多图像传感器系统内的图像传感器的I²C总线，用于输出特定采样像素编码信息，并控制多图像传感器系统内的图像传感器同步工作。

8.一种具有采样控制功能的多图像传感器工作方法，其特征在于，包括：

A、I²C总线接收特定采样像素编码信息，并写入寄存器模块；

B、寄存器模块将特定采样像素编码信息写入时序控制模块；

C、寄存器模块将特定采样使能信号写入选择模块；

D、当特定采样使能信号为有效时，时序控制模块通过选择模块向行译码器输入行地址信息，所述行地址信息包括特定采样像素行的起始行值和特定采样行数值；当特定采样使能信号为无效时，时序控制模块通过选择模块向行译码器输入行地址信息，所述行地址信息包括全部采样像素信息；

E、时序控制模块向列译码器及控制模块输出列地址信息；

F、行译码器和列译码器及控制模块控制像素阵列工作，并通过模数转换电路输出图像信息；

所述步骤A中的特定采样像素编码信息包括：特定采样像素行的起始行值和特定采样行数值。

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