CN102833497A - 图像传感器及图像处理系统 - Google Patents

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Abstract

一种图像传感器及图像处理系统。所述图像传感器包括:CMOS感光阵列,用于将光信号转换为电信号;控制信号转换电路,用于将驱动CCD感光阵列操作的第一控制信号转换为第二控制信号;所述第一控制信号至少包括垂直转移信号、水平转移信号、电子快门信号和读出时钟信号;所述第二控制信号至少包括列地址信号、行复位控制信号和行读出控制信号;行选电路,用于根据所述行复位控制信号生成行复位信号,根据所述行读出控制信号生成行读出信号;列选电路,用于在所述列地址信号的控制下对CMOS感光阵列进行列选通并输出列读出信号。本发明技术方案实现了CCD图像传感器与CMOS图像传感器的兼容性替代。

Description

图像传感器及图像处理系统
技术领域
本发明涉图像传感器技术领域,特别涉及一种图像传感器及图像处理系统。
背景技术
图像传感器是将光信号转换成电信号的半导体器件。目前,传统的图像传感器包括电荷耦合器件(Charge Coupled Devices,CCD)图像传感器、互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)图像传感器。
虽然CCD图像传感器和CMOS图像传感器均是以感光二极管来实现光电转换的,但是它们具有不同的制作工艺和架构。完成光电转换之后,CCD图像传感器使用交变电压施加到相邻电极,形成移动的电势阱,从而将各个像素上的光电荷分别移动到末端检测。而CMOS则是在每一个像素上将感光电荷转化为电压,通过放大驱动以及译码选择,分别对各个像素上的光电荷进行检测。
从接口信号方面来说,通常的CCD图像传感器是一个被动器件,外部提供横向和竖向CCD驱动信号以及电子快门信号,然后在CCD信号输出端接收图像信号。而通常的CMOS图像传感器是一个主动器件,外部只要通过串行接口(通常为I2C或者SPI)设定曝光时间、放大器增益等参数,CMOS图像传感器就会在曝光时间完成后输出图像信号,伴随图像信号有指示图像信号开始和结束的同步信号,使得下游的芯片可以正确的接收和理解图像。
CCD图像传感器可分为线阵CCD和面阵CCD,其中面阵CCD的应用更为广泛。图1示出了现有技术中面阵CCD图像传感器的结构示意图。
参考图1,面阵CCD图像传感器包括摄影区域10,在摄影区域10中包括多个成行列排布的像素单元20,各像素单元20包括光电二极管23和电极24组成。
图2~图4示出了图1所示面阵CCD图像传感器工作时所需的各类驱动信号;具体地,图2示出CCD垂直驱动信号,图3示出了CCD水平驱动信号,图4示出了CCD读出驱动信号。
图1所示面阵CCD图像传感器的工作过程为:
(1)曝光:在光电二极管23中进行光电转换,将光转化为光电荷(e)并进行储存。具体地可参考图1中所示的S1,S1指的是光电转换电荷的储存。其中,光电荷的多少正比于光强。
(2)转移:首先参考图1中的S21(垂直转移),在图2所示的CCD垂直驱动信号的控制下,光电荷转移到相邻的垂直CCD21中以完成垂直转移;然后参考图1中的S22(水平转移),即在图3所示的CCD水平驱动信号
Figure BDA00001974028200022
的控制下,光电荷被转移到水平CCD22中。电荷包在垂直CCD21和水平CCD22中进行转移,依赖于CCD电极上所加的交变脉冲电压(
Figure BDA00001974028200023
Figure BDA00001974028200024
),这些交变脉冲电压形成相互隔离的移动电势阱,对光电荷进行移动。
(3)读出:水平CCD22的末端连接检测电路,把水平CCD22传输过来的电荷包转换成电压信号并进行CDS读出(参考图1中的S3,此处S3指的是电荷检测)。参考图1,所述检测电路可包括放大器Amp,用于在驱动信号
Figure BDA00001974028200025
的控制下读出信号Vout。具体地,如图4所示,CCD信号输出电压波形如VFD所示,其中,A为基准电压,B为信号电压,这两者之间的差值即为该像素的亮度信息。
图5示出了现有技术中CMOS图像传感器的结构示意图。参考图5,信号ax和ay表示进行操作的行地址和列地址。其中,行地址(ax)有多组,通过行译码器进行译码后,分别得到各行的复位信号(RST0~RSTi),转移信号(TX0~TXi)和读出选通信号(X0~Xi)。像素阵列中的P(i,j)表示第i行、第j列的像素。每一像素中的光电二极管产生光电荷之后,在像素内部转化为电压,并按照行选输出到检测位线(BL0~BLj)。所有列的位线连接到列译码及量化模块,进行量化、列选和依次输出Dout,列选通由列地址ay译码得到。
图6示出了图5所示CMOS图像传感器的工作时序图。通常CMOS图像传感器以行的方式工作,即每一行先进行复位,然后进行曝光,最后进行读出。
参考图6,以第一行为例,R(1)表示曝光开始前的复位,然后经过曝光时间,到Read(1)表示第一行被读出。R(2)表示第二行曝光前的复位,Read(2)表示第二行被读出;R(3)表示第三行曝光前的复位,Read(3)表示第三行被读出。第二行的操作在第一行的基础上整体后移了一个行时间,第三行再在第二行的基础上后移一个行时间。
具体地,当第一行进行复位操作时,其复位信号RST1、转移信号TX1和读出选通信号X1的时序如图6中的1A所示;当第一行进行读出操作时,其复位信号RST1、转移信号TX1和读出选通信号X1的时序如图6中的1B所示。
继续参考图6,第二行的复位信号RST2、转移信号TX2和读出选通信号X2在第二行进行复位操作时的时序如2A所示;在第二行进行读出操作时的时序如2B所示。第三行的复位信号RST3、转移信号TX3和读出选通信号X3在第三行进行复位操作时的时序如3A所示;在第三行进行读出操作时的时序如3B所示。
另外,每一行的读出包括相关双采样(CDS)过程和模数(ADC)转化过程。具体地,参选图7,所述CDS过程包括RST-SHR-TX-SHS四个步骤。RST表示读出前复位,SHR表示检测点复位后采样复位电平,TX表示电荷转移到检测点,SHS表示电荷转移后采样信号电平。两次采样所得电平的差值表示了经过CDS之后的信号。此后是对每一个像素信号的量化读出过程。通过列译码,对一行内像素的信号电平分别进行量化和读出。
由上可以看出,CCD图像传感器与CMOS图像传感器无论在架构上还是在操作方式上都存在很大的差异,因而这两者之间很难做到兼容。由于CMOS图像传感器技术的巨大进步,在很多应用场合,CMOS图像传感器代替了CCD图像传感器,但是这种替代限于整体上的替代,而不是兼容性的替代。然而,在某些场合,CCD图像传感器的应用环境以及CCD图像处理系统得到了充分的优化,目前整体性的替代难以满足其性能上的要求,兼容性的替代更为适宜。但是,目前仍没有能够同CCD电学信号相兼容的CMOS图像传感器。
发明内容
本发明解决的问题是如何在CMOS图像传感器的基础上有效地兼容CCD图像传感器的电学信号。
为解决上述问题,本发明提供一种图像传感器,包括:CMOS感光阵列、行选电路、列选电路和控制信号转换电路;
所述CMOS感光阵列用于将光信号转换为电信号;
所述控制信号转换电路用于将驱动CCD感光阵列操作的第一控制信号转换为第二控制信号;所述第一控制信号至少包括垂直转移信号、水平转移信号、电子快门信号和读出时钟信号;所述第二控制信号至少包括列地址信号、行复位控制信号和行读出控制信号;
所述行选电路用于接收所述行复位控制信号和行读出控制信号,并根据所述行复位控制信号生成行复位信号,根据所述行读出控制信号生成行读出信号;其中,所述行复位信号用于控制CMOS感光阵列中各行的复位操作,所述行读出信号用于控制CMOS感光阵列中各行的读出操作;
所述列选电路用于接收所述列地址信号,在所述列地址信号的控制下对CMOS感光阵列进行列选通并输出列读出信号。
可选地,所述控制信号转换电路包括:第一检测单元、第二检测单元、第一计数单元、第二计数单元、行地址获取单元、第三计数单元和列地址获取单元;
所述第一检测单元用于检测第一控制信号中的电子快门信号,并输出复位启动信号;
所述第二检测单元用于检测第一控制信号中的读出时钟信号,并输出读出启动信号;
所述第一计数单元用于接收所述复位启动信号和读出启动信号,并在接收到复位启动信号之后对垂直转移信号进行计数以得出第一计数值,在接收到读出启动信号后对垂直转移信号重新计数;
所述第二计数单元用于在接收到所述读出启动信号后对垂直转移信号进行计数,并得出第二计数值,在接收到下一个读出启动信号后对垂直转移信号重新计数;
所述行地址获取单元用于接收所述第一计数值和第二计数值,并根据所述第一计数值输出行复位控制信号,根据第二计数值输出行读出控制信号;
所述第三计数单元用于在接收到所述读出启动信号之后,对水平转移信号进行计数并得出第三计数值,并在接收到下一个读出启动信号之后对水平转移信号重新计数;
所述列地址获取单元用于接收所述第三计数值,并根据所述第三计数值输出列地址信号。
可选地,所述控制信号转换电路包括:第一检测单元、第二检测单元、第一计时单元、第二计时单元、行地址获取单元、第三计时单元和列地址获取单元;
所述第一检测单元用于检测第一控制信号中的电子快门信号,并输出复位启动信号;
所述第二检测单元用于检测第一控制信号中的读出时钟信号,并输出读出启动信号;
所述第一计时单元用于在接收到复位启动信号之后检测垂直转移信号,在检测到第一个垂直转移信号时输出第一信号并开始计时,在检测到第二个垂直转移信号时停止计时以得出第一时间间隔;
所述第二计时单元用于在接收到所述读出启动信号之后检测垂直转移信号,并在检测到第一个垂直转移信号时输出第二信号;
所述行地址获取单元用于接收所述第一信号、第一时间间隔和第二信号,并根据所述第一信号和所述第一时间间隔形成行复位控制信号,根据第二信号和第一时间间隔形成行读出控制信号;
所述第三计时单元用于在接收到所述读出启动信号之后检测水平转移信号,在检测到第一个水平转移信号后输出第三信号并开始计时,在检测到第二个水平转移信号后停止计时以得出第二时间间隔;
所述列地址获取单元用于根据接收到的第三信号和第二时间间隔形成列地址信号。
本发明还提供一种图像处理系统,包括上述任一项的图像传感器。
与现有技术相比,本发明技术方案至少具有以下优点:
本发明技术方案的图像传感器以CMOS图像传感器为内核,并通过控制信号转换电路将驱动CCD图像传感器的第一控制信号转换为第二控制信号;行选电路和列选电路根据所述第二控制信号生成用于控制CMOS感光阵列操作的信号。通过上述控制信号的转换使得CMOS图像传感器可以适用于CCD图像处理系统中,因此实现了CCD图像传感器与CMOS图像传感器的兼容性替代。
与CCD图像传感器相比,CMOS图像传感器具有低成本等优势,因此,降低了本发明技术方案中图像传感器和图像处理系统的成本。另外,由于该图像传感器可以直接适用于CCD图像处理系统中,因此,也提高了其实用性。
附图说明
图1是现有技术中面阵CCD图像传感器一实施例的示意图;
图2是图1所示面阵CCD图像传感器的CCD垂直驱动信号示意图;
图3是图1所示面阵CCD图像传感器的CCD水平驱动信号示意图;
图4是图1所示面阵CCD图像传感器的CCD读出驱动信号示意图;
图5是现有技术中CMOS图像传感器的一实施方式的示意图;
图6是图5所示CMOS图像传感器的工作时序图;
图7是现有技术中CMOS图像传感器CDS过程的示意图;
图8是本发明图像传感器的一实施方式的结构示意图;
图9是本发明图像传感器中第一控制信号的一种时序示意图;
图10是本发明图像传感器中控制信号转换电路实施例一的示意图;
图11是本发明图像传感器中行复位信号的时序示意图;
图12是本发明图像传感器中行读出信号的时序示意图;
图13是本发明图像传感器中控制信号转换电路实施例二的示意图。
具体实施方式
正如背景技术中所述,CCD图像传感器和CMOS图像传感器的制作工艺和基本架构都不相同,因此,通常只能从整体上由CMOS图像传感器来替代CCD图像传感器,而不能实现兼容性的替代。
然而,在某些场合,例如监控系统里却大多采用CCD图像传感器,并且由于CCD图像传感器采用互补色技术使得其具有了比CMOS图像传感器更好的灵敏度。如果用CMOS图像传感器整体替代CCD图像传感器时,就会使得CCD图像传感器的优势丧失。而若仍采用CCD图像传感器时,又会受到工艺等其他因素的限制使得其具有较高的成本。
本发明技术方案中可以采用CMOS图像传感器作为内核,由控制信号转换电路将CCD图像传感器的各类驱动信号转化为适应CMOS图像传感器的时序控制信号,而其他的控制,如模拟增益、电流电压偏置等依旧可以由CMOS图像传感器的附属电路中的寄存器控制。本发明技术方案实现了CCD图像传感器和CMOS图像传感器的兼容性替代,使得应用更加灵活,在提高了实用性的同时,还有效地降低了成本。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。
图8示出了本发明图像传感器的一实施方式的结构示意图。参考图8,所述图像传感器包括:CMOS感光阵列100、控制信号转换电路200、行选电路300和列选电路400。
所述CMOS感光阵列100,用于将光信号转换为电信号。在本实施方式中,所述CMOS感光阵列与现有技术中CMOS图像传感器中的感光阵列相类似,其既可以采用现有技术中四管的像素阵列,也可以采用其他形式的CMOS感光阵列,本发明对此不做限制。
所述控制信号转换电路200,用于将第一控制信号转换为第二控制信号。所述第一控制信号用于驱动CCD感光阵列的操作,其至少包括:垂直转移信号XV1~XV4、水平转移信号XH1~XH2、电子快门信号XSUB和读出时钟信号XSG。所述第二控制信号至少包括:行复位控制信号Ai、行读出控制信号和列地址信号Aj。
所述行选电路300连接所述控制信号转换电路200,用于根据所述行复位控制信号Ai产生行复位信号RSTi、TXi和Xi;根据所述行读出控制信号Ak产生行读出信号RSTk、TXk和Xk。所述行复位信号RSTi、TXi和Xi用于控制CMOS感光阵列100中各行的复位操作;所述行读出信号RSTk、TXk和Xk用于控制CMOS感光阵列100中各行的读出操作。
需要说明的是,在本实施方式中,所述垂直转移信号包括了CCD图像传感器中比较常用的四相的垂直转移信号(XV1~XV4),所述水平转换信号包括了两相水平转换信号(XH1~XH2),但是其不应限制本发明的包括范围,本发明同样适用于其他的CCD控制信号,如三相垂直转换信号或四相水平转换信号。
继续参考图8,所述列选电路400连接所述控制信号转换电路200,并通过检测位线BL0~BLj连接至所述CMOS感光阵列100。所述列选电路400用于接收第二控制信号中的列地址信号Aj,在所述列地址信号Aj的控制下对CMOS感光阵列100进行列选通并输出列读出信号。
本实施方式中的行选电路300可以采用行译码器或移位寄存器来实现行操作;所述列选电路400可以采用列译码器或移位寄存器来实现列操作。
另外,在本实施方式中,所述图像传感器输出的读出信号可以是经过模/数(A/D)转换的数字信号,也可以是未经A/D转换的模拟信号,本发明对此不做限制。较佳地,由于在CMOS的工艺上较容易将A/D转换器集成在同一芯片上,所以,所述图像传感器输出数字信号对系统集成更为方便。
当然,本实施方式中的图像传感器还可以包括附属电路,如包括参考电压电流源、电荷泵和电压调节器等,还可以包括用于控制的寄存器和寄存器通信用的接口(如通常使用的串行接口I2C和SPI等等),以及其他控制逻辑、图像预处理电路等。这些附属电路与现有的CMOS图像传感器中的相应电路相类似,故在此不再赘述。
由前述内容可知,传统的CMOS图像传感器是一个主动器件,其曝光时间、模拟增益等参数存放在其中的控制寄存器中。CMOS感光阵列经过曝光时间之后,各行依次被读出,在读每行时,行中各像素被依次读出。当前读出行和当前读出像素由行选电路和列选电路决定。行选择和列选择的地址或移位寄存器由内部时序控制逻辑决定。
具体地,一帧读出时,帧同步信号(FRAME_VALID)变为高电平,直到这一帧的读出完全结束时变为低电平。每一行读出时,一行的有效数据输出期间,行同步信号(LINE_VALID)变为高电平,下游的接收端根据帧同步和行同步信号正确地接受图像数据。
在传统的CMOS图像传感器的使用中,控制寄存器由外部经过串口写入。CMOS图像传感器一旦开始工作,其控制、时序及地址产生顺序都是由内部的控制机产生。
而在本发明技术方案的图像传感器结构中,传统的CMOS图像传感器作为其内核,CMOS感光阵列的时序控制由控制信号转换电路根据CCD垂直转移信号XV1~XV4、水平转移信号XH1~XH2、电子快门信号XSUB和读出时钟信号XSG转化而来,而其他的控制如模拟增益、电流电压偏置等依旧可以由附属电路中的寄存器控制,从而实现了CCD图像传感器与CMOS图像传感器的兼容性替代。
图9示出了本发明第一控制信号的一种时序示意图。参考图9,读出时钟信号XSG中相邻两个读出脉冲之间的时间间隔即为一帧(或场)读出时间。在一帧内可能存在着1个、2个或者2个以上的多个电子快门信号XSUB。在CCD中,启动所述电子快门信号XSUB使得感光二极管中的电子电荷进行垂直溢出。读出时钟信号XSG启动感光二极管到垂直CCD的转移,同时也使得感光二极管被复位。
经过控制信号转换电路转换之后,电子快门信号XSUB中的每个复位脉冲都将启动CMOS感光阵列第1行的复位,若存在多个复位脉冲时,最后一个复位脉冲为有效脉冲,即最后一个复位脉冲将使得之前的复位操作无效,并重新对第1行进行复位。当复位脉冲对CMOS感光阵列的第1行进行复位后,CMOS的行选电路将根据每一行时间的推移,进行后续的行复位。
经过控制信号转换电路转换之后,读出时钟信号XSG中的读出脉冲启动第一行的读出操作,然后根据每一行时间的推移,进行后续的行读出。
其中,上述的每一行时间由CCD的垂直转移信号决定。继续参考图9,在CCD中,垂直转移信号XV1~XV4周期性运作,将每一行的信号逐次转移到水平CCD进行读出。并且由于四相垂直转移信号在一帧内的垂直转移脉冲数相同,因此,在本发明技术方案的控制信号转换电路中,可以对其中一相垂直转移信号的脉冲数进行计数。计数值用以确定选择复位行、转移行和读出行,由CMOS行选电路进行行选择。
在CCD中,水平转移信号XH1~XH2周期性运作,将每一像素的信号逐次转移到检测端进行检测。与垂直转移信号相类似地,CCD中的两相水平转移信号在一帧内的水平转移脉冲数也相同。因此,本发明技术方案的控制信号转移电路对其中一相水平转移信号的脉冲数进行计数。计数值用以确定选择读出像素,因而通过列选电路(如列译码器或移位寄存器)译码进行列选择并读出。
为实现上述控制信号之间的转换,图10示出了图8中控制信号转换电路实施例一的示意图。参考图10,所述控制信号转换电路可以包括第一检测单元201、第二检测单元203、第一计数单元205、第二计数单元207、行地址获取单元209、第三计数单元211和列地址获取单元213。
所述第一检测单元201用于检测第一控制信号中的电子快门信号XSUB,并输出复位启动信号。
所述第二检测单元203用于检测第一控制信号中的读出时钟信号XSG,并输出读出启动信号。
所述第一计数单元205连接所述第一检测单元201和第二检测单元203,用于接收所述复位启动信号和读出启动信号,在接收到所述复位启动信号之后对垂直转移信号进行计数以得出第一计数值,并在接收到所述读出启动信号后对所述垂直转移信号重新计数。此处重新计数指的是:在另一帧时间内将上一帧时间内的计数值归零,并重新开始计数。
具体地,每一帧时间由相邻的两个读出时钟信号XSG决定,在另一帧时间内所述垂直转移信号被重新计数。在本实施例中,所述第一计数单元205仅为其中一相垂直转移信号(如XV1)进行计数。当然,在其他实施例中,也可以对其他垂直转移信号(如XV2~XV4)中的一相进行计数,本发明对此不做限制。
另外,当存在多个电子快门信号XSUB时,所述第一检测单元201将输出多个复位启动信号,那么所述第一计数单元205将在多个复位启动信号的控制下进行多次计数,直至在最后一个复位启动信号下输出有效的第一计数值。
以一帧时间内存在三个电子快门信号XSUB为例,所述第一检测单元201依次输出第一次复位启动信号、第二次复位启动信号和第三次复位启动信号。所述第一计数单元205在接收到第一次复位启动信号时,对垂直转移信号XV1进行计数,得出第一次的第一计数值“1”、“2”、“3”;在得出第一计数值“3”时,所述第一计数单元205又接收到第二次复位信号,那么所述第一计数单元205将重新对垂直转移信号XV1进行计数,得出第二次的第一计数值“1”、“2”、“3”、“4”、“5”;此时所述第一计数单元205接收到第三次复位信号,那么所述第一计数单元205再次重新对垂直转移信号XV1进行计数,得出第三次的第一计数值“1”、“2”、“3”、“4”、“5”、“6”……。由于在该帧时间内没有接收到另外一个复位启动信号,因此所述第一计数单元205得出的第三次的第一计数值为有效的第一计数值,前面两个计数值无效。
上述第一计数值“1”、“2”、“3”、“4”、“5”、“6”……被行地址获取单元209接收后分别对应形成第一行的行复位控制信号、第二行的行复位控制信号、第三行的行复位控制信号、第四行的行复位控制信号、第五行的行复位控制信号、第六行的行复位控制信号……。上述各行的行复位控制信号构成了行复位控制信号Ai,其中,i=1、2、3、4,……,换句话说,所述行复位控制信号Ai对应于CMOS感光阵列100中第一行至最后一行的行地址。
所述第二计数单元207连接所述第二检测单元203,用于接收所述读出启动信号,并在接收到所述读出启动信号之后对垂直转移信号进行计数,并得出第二计数值,在接收到下一个读出启动信号之后对垂直转移信号重新进行计数。
与第一计数单元205相类似地,所述第二计数单元207也仅对一帧时间内的一相垂直转移信号(如XV1)进行计数,且每一帧重新计数。需要说明的是,所述第一计数单元205和第二计数单元207可以对同一相垂直转移信号(如XV1)进行计数,也可以对不同相的垂直转移信号进行计数,其不应限制本发明的保护范围。另外,与所述第一计数值类似地,所述第二计数单元207生成的第二计数值分别对应于各行的行读出控制信号。
所述行地址获取单元209连接所述第一计数单元205和第二计数单元207,用于接收所述第一计数值和第二计数值,并在接收到第一计数值时输出行复位控制信号Ai,在接收到第二计数值时输出行读出控制信号Ak,其中,k=1、2、3、4、……。
与行复位控制信号Ai类似地,所述行读出控制信号Ak也包括了CMOS感光阵列100中第一行至最后一行的行读出控制信号。
所述行选电路300连接所述行地址获取单元209,用于接收所述行复位控制信号Ai和行读出控制信号Ak,并根据所述行复位控制信号Ai输出行复位信号(如图10中的RSTi、TXi和Xi),根据所述行读出控制信号Ak生成行读出信号(如图10中的RSTk、TXk和Xk)。
其中,所述行复位信号用于控制CMOS感光阵列每一行(从第一行至最后一行)的复位操作,所述行读出信号用于控制CMOS感光阵列每一行(从第一行至最后一行)的读出操作。
所述行复位信号的时序如图11所示,所述行读出信号的时序如图12所示。具体地,CMOS感光阵列的每一行首先在所述行复位信号控制下逐次进行复位,然后在行读出信号之前完成曝光操作,最后在所述行读出信号的控制下完成每一行的读出操作。
继续参考图10,所述第三计数单元211用于对一帧时间内的水平转移信号(如XH1)进行计数并得出第三计数值。所述第三计数值被发送至列地址获取单元213。
所述列地址获取单元213,用于根据接收到的第三计数值得出对CMOS感光阵列100进行操作的列地址信号Aj。所述列地址信号Aj被送至列选电路400进行译码,以实现对CMOS感光阵列100中对应的像素的读出。
具体地,所述第三计数单元211连接所述第二检测单元203,用于接收所述读出启动信号,并在接收到所述读出启动信号后对水平转移信号进行计数,并在接收到下一个读出启动信号后对水平转移信号重新计数。
在本实施例中,所述第三计数单元211用于对水平转移信号XH1进行计数,在其他实施例中,其还可以对其他相的水平转移信号如XH2进行计数,本发明对此不做限制。
下面再结合图8~图12对本发明技术方案的图像传感器的工作原理做进一步说明。
参考图10,在第一时刻t1时,所述第一检测单元201在对电子快门信号XSUB进行检测后输出有效的复位启动信号;所述第一计数单元205基于该有效的复位启动信号对垂直转移信号XV1开始计数,并获得第一计数值“1”、“2”、“3”……;
行地址获取单元209在接收到上述各个第一计数值之后,分别对应形成第一行的行复位控制信号、第二行的行复位控制信号、第三行的行复位控制信号……;
行选电路300根据上述各行的行复位控制信号依次生成第一行的行复位信号、第二行的行复位信号、第三行的行复位信号……;上述各行的行复位信号的时序分别如图11所示。
参考图8,CMOS感光阵列100在上述各行的行复位信号控制下从第一行开始进行逐行复位。也就是说,CMOS感光阵列100中的第一行在第一时刻t1时开始复位,第二行在第一行的基础上顺延一个行周期进行复位。具体的行周期由相邻的两个垂直转移信号之间的时间间隔决定.....依次类推直至CMOS感光阵列中所有行均实现了复位。
在第二时刻t2时,第二检测单元203检测到读出时钟信号XSG,并输出读出启动信号;所述第二计数单元207基于该读出启动信号对垂直转移信号XV1进行计数,并依次输出第二计数值“1”、“2”、“3”……;
所述行地址获取单元209在接收到上述各个第二计数值时输出对应输出第一行的行读出控制信号、第二行的行读出控制信号、第三行的行读出控制信号……;
行选电路300根据上述各行的行读出控制信号依次生成第一行的行读出信号、第二行的行读出信号、第三行的行读出信号……;上述各行的行读出信号的时序如图12所示。
CMOS感光阵列100在上述各行的行读出信号控制下从第一行开始进行逐行的读出。换句话说,CMOS感光阵列100的第一行在第二时刻t2时开始读出,后续各行在前一行的基础上顺延一个行周期实现读出操作。
由上述分析可知,CMOS感光阵列100中的第一行在第一时刻t1时被施加如图11所示的行复位信号;而在第二时刻t2时被施加如图12所示的行读出信号;在第一时刻t1和第二时刻t2之间,第一行处于曝光阶段。本发明中,第一行在复位、曝光以及读出阶段时的时序与图6所示的时序相同;依次类推,后续各行的时序与图6中的时序也相同。
继续参考图10,在第二时刻t2时,第三计数单元211也接收到读出启动信号,因此其开始对水平转移信号XH1进行计数,并依次输出第三计数值“1”、“2”、“3”……;
所述列地址获取单元213在接收到上述各个第三计数值后依次输出第一列的列地址信号、第二列的列地址信号、第三列的列地址信号……;
列选电路400根据上述各列的列地址信号依次对CMOS感光阵列100中的各列进行选通,并最终输出列读出信号。
至此,图像传感器就完成了各行和各列的相关操作,并最终输出一帧图像。
图13示出了图8中控制信号转换电路实施例二的示意图。参考图13,所述控制信号转换电路包括:第一检测单元201、第二检测单元203、第一计时单元205a、第二计时单元207a、行地址获取单元209a、第三计时单元211a和列地址获取单元213a。本实施例与实施例一中的相同之处,在此不再赘述。其与实施例一的不同之处在于:
所述第一计时单元205a连接所述第一检测单元201,用于在接收到所述复位启动信号之后检测垂直转移信号,在检测到第一个垂直转移信号时输出第一信号并开始计时,在检测到第二个垂直转移信号时停止计时以得出第一时间间隔;所述第一信号和第一时间间隔被发送至所述行地址获取单元209a。
所述第二计时单元207a连接所述第二检测单元203,用于在接收到所述读出启动信号之后检测垂直转移信号,并在检测到第一个垂直转移信号时输出第二信号;所述第二信号被发送至行地址获取单元209a。
所述行地址获取单元209a连接所述第一计时单元205a和第二计时单元207a,用于接收所述第一信号、第一时间间隔和第二信号,并根据所述第一信号和所述第一时间间隔形成行复位控制信号Ai,根据所述第二信号和所述第一时间间隔形成行读出控制信号Ak。
与实施例一中类似地,行选电路300在接收到所述行复位控制信号Ai和行读出控制信号Ak后,分别对应输出行复位信号RSTi、TXi和Xi和行读出信号RSTk、TXk和Xk。所述行复位信号的时序如图11所示;行读出信号的时序如图12所示。
具体地,在本实施例中,所述第一信号用于启动第一行的复位操作,因此,其对应于行复位控制信号Ai中的第一行的行复位控制信号;而后续第二行的行复位控制信号可由第一行的复位控制信号顺延第一时间间隔得出,第三行的行复位控制信号由第二行的行复位控制信号顺延第一时间间隔得出,依次类推即可得出行复位控制信号Ai。
与此相类似地,所述第二信号用于启动第一行的读出操作,因此,其对应于行读出控制信号Ak中的第一行的行读出控制信号;行读出控制信号Ak中后续各行的行地址可在其前一行的行读出控制信号基础上依次顺延第一时间间隔得出。
本领域技术人员应当理解的是,在其他实施例中,还可以由所述第二计时单元207a得出所述第一时间间隔,而所述第一计时单元205a仅输出第一信号,本发明对此不做限制。
所述第三计时单元211a连接所述第二检测单元203,用于接收到所述读出启动信号后检测水平转移信号,在检测到第一个水平转移信号后输出第三信号并开始计时,在检测到第二个水平转移信号后停止计时以得出第二时间间隔。所述第三信号和第二时间间隔被发送至列地址获取单元213a。
所述列地址获取单元213a连接所述第三计时单元211a,用于根据所述第三信号和第二时间间隔形成列地址信号Aj。
具体地,所述第三信号用于启动第一列的读出操作,因此其对应于第一列的列地址信号,第二列的列地址信号可在所述第一列的列地址信号的基础上顺延第二时间间隔形成,第三列的列地址信号又可以第二列的列地址信号基础上顺延第二时间间隔,依次类推形成所述列地址信号Aj。
所述列选电路400的结构与工作原理与实施例一中的相类似,故在此不再赘述。
本发明还提供了一种图像处理系统,所述图像处理系统包括上述任意一种图像传感器,在此不再赘述。
综上,本发明技术方案中包括控制信号转换电路,所述控制信号转换电路将控制CCD图像传感器的第一控制信号转换为第二控制信号;行选电路根据第二控制信号中的行复位控制信号和行读出控制信号生成行复位信号和行读出信号,用以控制CMOS感光阵列中各行的复位和读出操作;列选电路根据第一控制信号中的列地址信号实现对CMOS感光阵列中各列的选通和读出操作。通过上述控制信号的转换即可使得CMOS图像传感器适用于CCD系统中,从而实现了CCD图像传感器和CMOS图像传感器的兼容性替代。
在具体应用中,例如在CCD占据多数份额的监控系统中,本发明技术方案的图像传感器由于采用了CMOS图像传感器的内核,因此,可以有效地降低成本,并且由于该图像传感器可以与CCD监控系统中适应(匹配),因此其又具备CCD系统的优势,有效地提高了系统的实用性。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上,但其并不是用来限定本发明,任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内,都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改,因此,凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰,均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种图像传感器,其特征在于,包括CMOS感光阵列、行选电路、列选电路和控制信号转换电路;
所述CMOS感光阵列用于将光信号转换为电信号;
所述控制信号转换电路用于将驱动CCD感光阵列操作的第一控制信号转换为第二控制信号;所述第一控制信号至少包括垂直转移信号、水平转移信号、电子快门信号和读出时钟信号;所述第二控制信号至少包括列地址信号、行复位控制信号和行读出控制信号;
所述行选电路用于接收所述行复位控制信号和行读出控制信号,并根据所述行复位控制信号生成行复位信号,根据所述行读出控制信号生成行读出信号;其中,所述行复位信号用于控制CMOS感光阵列中各行的复位操作,所述行读出信号用于控制CMOS感光阵列中各行的读出操作;
所述列选电路用于接收所述列地址信号,在所述列地址信号的控制下对CMOS感光阵列进行列选通并输出列读出信号。
2.如权利要求1所述的图像传感器,其特征在于,所述CMOS感光阵列为四管像素阵列。
3.如权利要求1所述的图像传感器,其特征在于,所述垂直转移信号为四相垂直转移信号,所述水平转移信号为二相水平转移信号。
4.如权利要求3所述的图像传感器,其特征在于,所述控制信号转换电路用于将第一控制信号中的一相垂直转移信号、一相水平转移信号、电子快门信号和读出时钟信号转换为第二控制信号。
5.如权利要求1所述的图像传感器,其特征在于,所述控制信号转换电路包括:第一检测单元、第二检测单元、第一计数单元、第二计数单元、行地址获取单元、第三计数单元和列地址获取单元;
所述第一检测单元用于检测第一控制信号中的电子快门信号,并输出复位启动信号;
所述第二检测单元用于检测第一控制信号中的读出时钟信号,并输出读出启动信号;
所述第一计数单元用于接收所述复位启动信号和读出启动信号,并在接收到复位启动信号之后对垂直转移信号进行计数以得出第一计数值,在接收到读出启动信号后对垂直转移信号重新计数;
所述第二计数单元用于在接收到所述读出启动信号后对垂直转移信号进行计数,并得出第二计数值,在接收到下一个读出启动信号后对垂直转移信号重新计数;
所述行地址获取单元用于接收所述第一计数值和第二计数值,并根据所述第一计数值输出行复位控制信号,根据所述第二计数值输出行读出控制信号;
所述第三计数单元用于在接收到所述读出启动信号之后,对水平转移信号进行计数并得出第三计数值,并在接收到下一个读出启动信号之后对水平转移信号重新计数;
所述列地址获取单元用于接收所述第三计数值,并根据所述第三计数值输出列地址信号。
6.如权利要求1所述的图像传感器,其特征在于,所述行选电路为行译码器或移位寄存器。
7.如权利要求1所述的图像传感器,其特征在于,所述列选电路为列译码器或移位寄存器。
8.如权利要求1所述的图像传感器,其特征在于,所述控制信号转换电路包括:第一检测单元、第二检测单元、第一计时单元、第二计时单元、行地址获取单元、第三计时单元和列地址获取单元;
所述第一检测单元用于检测第一控制信号中的电子快门信号,并输出复位启动信号;
所述第二检测单元用于检测第一控制信号中的读出时钟信号,并输出读出启动信号;
所述第一计时单元用于在接收到复位启动信号之后检测垂直转移信号,在检测到第一个垂直转移信号时输出第一信号并开始计时,在检测到第二个垂直转移信号时停止计时以得出第一时间间隔;
所述第二计时单元用于在接收到所述读出启动信号之后检测垂直转移信号,并在检测到第一个垂直转移信号时输出第二信号;
所述行地址获取单元用于接收所述第一信号、第一时间间隔和第二信号,并根据所述第一信号和所述第一时间间隔形成行复位控制信号,根据第二信号和第一时间间隔形成行读出控制信号;
所述第三计时单元用于在接收到所述读出启动信号之后检测水平转移信号,在检测到第一个水平转移信号后输出第三信号并开始计时,在检测到第二个水平转移信号后停止计时以得出第二时间间隔;
所述列地址获取单元用于根据接收到的第三信号和第二时间间隔形成列地址信号。
9.如权利要求1所述的图像传感器,其特征在于,还包括:模数转换电路,用于将所述列选电路输出的读出信号转换为数字信号。
10.一种图像处理系统,其特征在于,包括权利要求1~9任一项所述的图像传感器。
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