CN103370930A - 成像设备、成像元件、成像控制方法和程序 - Google Patents

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Abstract

提供了一种执行像素组单元间不同的曝光控制的成像设备及其方法。估算通过划分成像元件的成像表面上的多个像素限定的像素组单元的亮度，并且根据估算结果计算每个像素组单元的曝光控制值。成像元件向像素组的每个组成像素输出与计算的像素组单元的曝光控制值对应的控制信号，以便执行每个像素组单元的曝光控制。对于控制信号，例如，具有同一模式的曝光控制信号以时间序列顺序输出至像素组中的多个像素，以便逐像素组单元执行曝光控制，以使得对于属于一个像素组的多个像素曝光时间相等。

Description

成像设备、成像元件、成像控制方法和程序
技术领域
本发明涉及一种成像设备、图像传感器、成像控制方法和程序。更具体地，本发明涉及控制区域单元中的曝光的成像设备、图像传感器、图像拍摄方法和程序。 
背景技术
作为获取图像数据的成像设备的图像传感器，广泛使用作为利用半导体比如CMOS（互补金属氧化物半导体）的光电转换元件的区域图像传感器装置。 
图像传感器的性能特性之一是动态范围。动态范围指的是可以转换为有效图像信号的入射光的亮度的范围。大的动态范围表示暗光和亮光两者均可以转换为图像信号，以及表示图像传感器具有好的性能。虽然已经提出了用于扩展图像传感器的动态范围的多个装置，但是存在在这些装置之间执行各像素不同的曝光控制的方法。 
为普通图像传感器的每个像素设置光电二极管（PD），并且入射到与每个像素相关联的光电二极管上的光被光电转换为电荷。每个像素的PD具有能够累积的固定电荷量，从而使得在接收到强入射光时产生电荷的过量并且被置于不能再累积信号的饱和状态，结果，不能提取等于或高于饱和电平的信号。此外，像素和读取电路产生的噪声抵消了太弱的入射光产生的电荷，从而不能提取信号。 
为了获得有效的图像信号，需要调整曝光以使得足够强度的光入射到图像传感器的每一个像素上。通过使用根据每个场景的光强度逐像素调整该曝光的机制，可以扩展图像传感器的动态范围。 
基于该想法的技术例如是专利文献1（PCT申请公开第2003-527775号的日译文）中公开的技术。该技术采用如下配置：将曝光周期划分为多个子周期，并且通过行方向和列方向上的编程（Prg）信号线向每个像素分发关于是否对各个子周期的曝光信号进行积分的二进制信号。根据该配 置，逐像素地控制曝光。 
此外，非专利文献1（Hamamoto Takayuki和Aizawa Kiyoharu）在2001年2月的Journal of the Institute of Image Information and Television Engineers:Image Information Media,卷55(2)，第271至278页的“Design and Implementation of Adaptive-integration-time Image Sensor”）公开了如下配置：通过假定每个像素均处于非破坏状态来逐像素检查正被曝光的累积电荷并且立即复位被判断为饱和的像素的电荷来逐像素控制曝光。 
此外，专利文献2（日本专利申请公开第2010-136205号）公开了通过如下装置来逐像素控制曝光的配置：该装置基于图像传感器和能控制定时以逐像素复位和传递电荷的像素电路的输出，来逐像素确定长曝光时间或短曝光时间的两种类型之一。 
引用列表 
专利文献 
专利文献1：PCT申请公开第2003-527775号的日译文 
专利文献2：日本专利申请公开第2010-136205号 
非专利文献 
非专利文献1：Hamamoto Takayuki和Aizawa Kiyoharu在2001年2月的Journal of the Institute of Image Information and Television Engineers:Image Information Media,卷55(2)，第271至278页的“Design and Implementation of Adaptive-integration-time Image Sensor” 
发明内容
本发明要解决的问题 
以上传统技术具有如下所述的布线困难的共同问题。与曝光控制有关的信息需要逐像素单独地传输以执行各像素不同的曝光控制，因此，用于传输信号的布线的数量增加。虽然具有较少数量的像素的传统图像传感器可以采用这样的增加与像素相关联的布线的配置，当前具有显著增加的像素数量的近来的图像传感器采用该配置具有极大的困难。 
例如，专利文献1中公开的技术需要增加多条在普通图像传感器中没 有设置的特殊控制信号线来逐像素控制电荷累积。具体地，需要使用行方向和列方向上的编程（Prg）信号线的配置来提供在一个子曝光周期的很短时间内向所有像素传输下一个子曝光周期内的控制信号的高速信号传输性能。 
此外，虽然根据专利文献1的技术原则上可以以多个阶段控制曝光，但是需要如下配置：该配置在传感器中逐帧生成通过以与对曝光控制编码的传感器的像素数相同数量的时间序列位图（bitmap）对行方向和列方向编程（Prg）信号编码获得的信号，或从传感器外逐帧提供同一时间序列。在短时间内生成或提供信号在具有较高数量的像素的传感器中几乎是不可能的。 
此外，非专利文献1中公开的技术公开了如下配置：通过并行执行每列中每个像素的饱和判断和复位控制来减少布线的数量。但是，当像素数量增加时，即使并行控制多个列，也预期到控制跟不上。 
此外，专利文献2中公开的配置比专利文献1的技术具有较低的自由度，因此可以通过较简单的像素控制结构实现逐像素的曝光控制。因此，可以相对简单地执行在整个成像区域中每个像素的两阶段（长/短时间曝光的两个阶段）控制。 
但是，当专利文献2的技术也试图以多个阶段执行控制时，类似于专利文献1的技术，需要复位行和列方向上的所有像素的曝光时间信息，并且从定时生成器提供在传输信号时间序列中编码的信号。将该数据量是每帧像素数×2的总量以及曝光控制要求比信号读出的并行性的更大必要性考虑在内，向传感器提供这样的信号非常困难。 
如上所述，执行逐像素不同的曝光控制以提高图像传感器的动态范围的传统技术在向每个像素可靠地传输控制信号的布线或控制配置方面有困难，因此不适合应用于具有较高数量的像素的新近的图像传感器。 
考虑到这样的情形，因此，本发明的目的是提供一种也能够应用于具有较大数量的像素的新近的图像传感器并且实现区域单元的曝光控制的成像设备、图像传感器、成像控制方法和程序。 
问题的解决方案 
本发明的第一方面是具有如下的成像设备：亮度估算单元，估算由多个像素形成的像素组单元中的亮度；曝光控制值计算单元，根据所述亮度 估算单元的估算结果计算像素组单元中的曝光控制值；以及图像传感器，向每个像素组组成像素输出与曝光控制值计算单元计算的像素组单元中的曝光控制值匹配的控制信号，从而控制像素组单元中的曝光。 
此外，根据本发明的成像设备的一个实施例，图像传感器执行向像素组中的多个像素顺序输出包括同一模式的曝光控制信号作为控制信号的处理，从而执行为属于一个像素组的多个像素设置同一曝光时间的曝光控制。 
此外，根据本发明的成像设备的一个实施例，图像传感器将行单元中的控制信号和列单元中的控制信号组合作为控制信号，从而执行指定控制目标像素的控制处理。 
此外，根据本发明的成像设备的一个实施例，图像传感器在像素组单元中设置指示曝光处理的开始定时的曝光开始控制信号和指示读取处理的开始定时的读取开始控制信号，从而控制像素组单元中的曝光。 
此外，根据本发明的成像设备的一个实施例，图像传感器采用如下的层级结构：针对在行方向上设置的像素组输出曝光控制信号的多个行线选择器；以及输出指定多个行线选择器的控制信号输出定时的控制信号的行组选择器。 
此外，根据本发明的成像设备的一个实施例，行线选择器根据来自行组选择器的指定控制信号输出定时的控制信号，来输出控制目标像素组单元的控制信号。 
此外，根据本发明的成像设备的一个实施例，行线选择器包括：快门控制信号生成单元，输出用于执行每个像素的曝光处理的曝光模式信号；以及读取控制信号生成单元，输出用于执行每个像素的读取处理的读取模式信号，并且根据来自行组选择器的指定控制信号输出定时的控制信号的类型，行线选择器执行选择性地输出由快门控制信号生成单元或读取控制信号生成单元生成的控制信号的处理。 
此外，根据本发明的成像设备的一个实施例，图像传感器包括：列模数转换器，对图像传感器的行中的像素信号进行并行模数转换；以及列选择器，包括如下的层级结构：生成像素组单元的控制信号的列组选择器；以及响应于像素组单元中的控制信号生成像素组中的控制信号的多个列线选择器。 
此外，根据本发明的成像设备的一个实施例，像素组是包括相邻像素 的集合的像素组。 
此外，根据本发明的成像设备的一个实施例，像素组是包括多个分隔的区域中的像素的集合的像素组。 
此外，本发明的第二方面是一种图像传感器，向每个像素组组成像素输出与在将成像区域上的多个像素划分而获得的像素组单元中设置的曝光控制信号匹配的控制信号，从而控制像素组单元中的曝光。 
此外，根据本发明的图像传感器的一个实施例，图像传感器执行向像素组中的多个像素顺序输出包括同一模式的曝光控制信号作为所述控制信号的处理，从而执行为属于一个像素组的多个像素设置同一曝光时间的曝光控制。 
此外，根据本发明的图像传感器的一个实施例，图像传感器将行单元中的控制信号和列单元中的控制信号组合作为控制信号，从而执行指定控制目标像素的控制处理。 
此外，根据本发明的图像传感器的一个实施例，图像传感器在像素组单元中设置指示曝光处理的开始定时的曝光开始控制信号和指示读取处理的开始定时的读取开始控制信号，从而控制像素组单元中的曝光。 
此外，本发明的第三方面是一种在成像设备中执行的成像控制方法，包括：在亮度估算单元中估算由多个像素形成的像素组单元中的亮度的亮度估算步骤；在曝光控制值计算单元中根据在亮度估算步骤中的估算结果计算像素组单元中的曝光控制值的曝光控制值计算步骤；以及在图像传感器中向每个像素组组成像素输出与在曝光控制值计算步骤中计算的像素组单元中的曝光控制值匹配的控制信号从而控制像素组单元中的曝光的图像拍摄步骤。 
此外，本发明的第四方面是一种使成像设备执行图像拍摄控制处理的程序，使成像设备执行：使亮度估算单元估算由多个像素形成的像素组单元中的亮度的亮度估算步骤；使曝光控制值计算单元根据在亮度估算步骤中的估算结果计算像素组单元中的曝光控制值的曝光控制值计算步骤；以及使图像传感器向每个像素组组成像素输出与在曝光控制值计算步骤中计算的像素组单元中的曝光控制值匹配的控制信号并且控制像素组单元中的曝光的图像拍摄步骤。 
此外，根据本发明的程序是可以以计算机可读的格式提供给可以通过存储器介质或通信介质执行各种程序代码的图像处理设备或计算机系统 的程序。通过以计算机可读的格式提供这样的程序，在图像处理设备或计算机系统上实现与程序匹配的处理。 
通过基于下述本发明的实施例和附图将使本发明的其他目的、特性和优点明显。此外，该描述中的系统是多个设备的逻辑集合配置，并不限于每个配置的设备设置在单个外壳中的系统。 
本发明的效果 
根据本发明的一个实施例的配置，实现了通过划分图像传感器的成像区域的多个像素获得的像素组单元中的不同的曝光控制的配置。 
在由多个像素形成的像素组单元中执行亮度估算，并且根据估算结果计算像素组单元曝光控制值。图像传感器向每个像素组组成像素输出与计算的像素组单元曝光控制值匹配的控制信号，从而控制像素组单元的曝光。例如，包括同一模式的曝光控制信号以时间序列顺序输出至像素组中的多个像素，从而实现针对属于一个像素组的多个像素设置同一曝光时间的曝光控制。 
附图说明
图1是说明成像设备的整体配置示例的视图。 
图2是说明成像设备执行的执行曝光控制处理的配置的视图。 
图3是说明图像传感器的配置示例的视图。 
图4是示出了用于说明图像传感器中一个像素的配置示例的等效电路的视图。 
图5是说明在（a）基于曝光处理“快门（SHUTTER）”的电荷累积处理和（b）基于读取处理“读取（READ）”的累积电荷输出处理的两个处理的操作时的控制信号模式的视图。 
图6是说明行选择器的内部配置和设置到图像传感器103的块（像素组）之间的对应关系的示例的视图。 
图7是说明图6中示出的一个行线选择器124的内部配置的框图。 
图8是说明当输入指示代表曝光处理开始的快门控制开始的控制信号SHy时行线选择器的操作的定时图。 
图9是说明当输入指示命令读取处理开始的读取控制开始的控制信号RDy时行线选择器的操作的视图。 
图10是说明当通过执行完全和均一曝光时间的正常曝光控制（快门控制）拍摄图像时行组选择器的控制的定时图。 
图11是说明当通过执行逐像素组不同的曝光时间的曝光控制（快门控制）拍摄图像时行组选择器的控制的定时图。 
图12是说明作为图11中示出的控制的结果的设置到整个成像区域的快门时间的示例的视图。 
图13是说明使用列ADC（模数转换器）的图像传感器的配置的视图。 
图14是说明根据第二实施例的列选择器的配置示例的视图。 
图15是说明当向图13中的行选择器132内的一个行线选择器输入指示命令曝光处理开始的快门控制开始的控制信号SHy时行线选择器的操作的定时图。 
图16是说明当向图13中的行选择器132内的一个行线选择器输入指示命令读取处理开始的读取控制开始的控制信号RDy时行线选择器的操作的定时图。 
图17是说明形成其区域彼此重叠的像素组的行选择器的层级结构的视图。 
图18是说明形成其区域彼此重叠的像素组的行选择器的层级结构的视图。 
具体实施方式
以下，将参照附图描述根据本发明的成像设备、图像传感器、成像控制方法和程序的细节。将根据以下项目描述细节。 
1．成像设备的配置示例 
2．曝光估算和曝光控制值计算处理 
3．图像传感器和曝光控制机构的配置 
4．曝光控制操作示例1：正常均一快门操作 
5．曝光控制操作示例2：逐像素组不同的快门操作 
6．第二实施例：与列ADC的共存 
7．第三实施例：设置像素组的配置和像素组位置的重叠配置 
8．根据本发明的配置和效果的总结 
[1．成像设备的配置示例] 
下文中，将描述本发明的实施例。将描述数字视频摄像机的示例作为本发明的一个实施例。 
将首先描述摄像机的配置和操作，然后将描述图像传感器装置的配置示例和使用图像传感器的曝光控制的细节。 
首先，将参照图1描述成像设备（数字视频摄像机）的配置。如图1中所示，成像设备具有镜头101、光圈102、图像传感器103、DSP（数字信号处理）模块104、LCD（液晶显示器）驱动器105、LCD106、CODEC（多媒体数字信号编解码器）107、存储器108、CPU（中央处理单元）109和输入装置110。 
同时，输入装置110包括操作按钮比如摄像机主体的快门按钮。此外，DSP模块104是具有信号处理处理器和暂时存储从图像传感器103输出的拍摄的图像的图像RAM（随机存取存储器）的模块。在DSP模块104中，信号处理处理器执行对存储在图像RAM中的图像数据的预编程图像处理。以下DSP模块将被简称为“DSP”。 
已经穿过光学系统并且到达图像传感器103的入射光由图像传感器103转换为图像数据，并且暂时存储在DSP104中的图像存储器中。在图像拍摄期间的状态中，图像传感器103被控制为以固定帧速率输出图像数据。图像数据以固定速率输出至DSP104，在此执行充分的图像处理，然后图像数据输出至LCD驱动器105和CODEC107中的一个或输出至两者。 
LCD驱动器105将从DSP104输出的图像数据转换为模拟信号，并将该模拟信号输出至LCD106以显示在上面。该LCD106在本实施例中起到摄像机取景器的作用。此外，CODEC107对从DSP104输出的图像数据进行编码，并且编码的图像数据记录在存储器108中。同时，存储器108是使用例如半导体、磁记录介质、磁光介质和光学记录介质的记录设备。 
此外，CPU109和DSP104可以根据例如预先记录在存储器108中的 程序执行各种处理，并且下面描述的处理也是可以根据程序执行的处理。[2．曝光估算和曝光控制值计算处理] 
图像传感器103可以通过对图像传感器中设置的像素的逐个区域设置不同的曝光，即按区域单元不同的曝光时间来拍摄图像。例如，向在一个要拍摄的场景中其中有暗对象的区域设置亮曝光、即长时间曝光区域，同时向其中有亮对象的区域设置暗曝光、即短时间曝光区域，以拍摄图像并输出图像数据。 
通过按照匹配每个区域单元中的对象的亮度的最优曝光来拍摄图像，可以生成几乎没有噪声或饱和的图像数据。 
下文中，将描述在图像传感器的各区域单元中执行不同的曝光控制的具体配置和处理。 
图2是说明根据本实施例的估算曝光和计算曝光控制值的处理配置的框图。 
此外，在图2中，由平行的两条水平线指示的图形比如块平均亮度114、曝光控制值116和曝光控制值117指示数据或存储数据的存储器。此外，矩形指示的图形比如图像传感器103代表处理执行单元或处理。 
此外，由图2示出的配置执行的曝光估算处理和曝光控制值计算处理是图1中示出的DSP104执行的处理，并且图2中示出的配置是DSP104中设置的配置。 
从图像传感器103输出的图像数据是按照各区域不同的曝光拍摄的。 
因此，从图1中示出的图像传感器103输出的图像数据处于信号基于逐区域不同的曝光时间的设置来输出的状态，因此，需要补偿各个曝光时间的差并且设置最终输出值。此外，在从图像传感器103输出的图像数据被捕获时的时间点处的曝光控制值存储在DSP104中的存储器中作为曝光控制值117。 
从图像传感器103输出的图像数据由曝光补偿乘法器111进行基于存储在存储器中的曝光控制值117逐像素计算为最终像素值的输出值的补偿处理。随后，图像数据输出至信号处理单元112，在信号处理单元112中进行摄像机信号处理比如白平衡调整、去马赛克、线性矩阵、伽马校正和光圈校正，并且变为可以作为摄像机拍摄的图像输出的数据。 
同时，从图像传感器103输出的图像数据还输入至块亮度估算单元 113。块亮度估算单元113逐块区域估算亮度平均值，块区域通过将图像划分为矩形形状获得。估算的逐块的亮度平均值存储在存储器中作为块平均亮度114。 
此外，虽然将使用以下其中定义为曝光控制单元的块（像素组）是矩形形状的实施例描述示例，但是块不限于矩形形状。 
曝光控制值计算单元115基于块平均亮度114计算要输入至图像传感器103的曝光控制值。曝光控制值基于每个块的平均亮度和预先设置的目标亮度值计算。目标亮度值是根据曝光控制期望从图像传感器103的输出亮度值，通常设置为白色水平的大约18%至20%的亮度水平。 
因此，图像传感器103逐块执行曝光控制，块是通过将成像区域分割为矩形形状获得的区域。曝光控制值计算单元115计算完全匹配块区域的曝光控制值，并且将计算的曝光控制值存储在存储器中作为曝光控制值116。 
图像传感器103基于存储在存储器中的与块匹配的曝光控制值116拍摄下一帧的图像数据。此外，图2中示出的另一个曝光控制值117是曝光控制值116的复制数据，并且用作用于执行对接下来要从图像传感器103输出的图像数据的曝光补偿的信息。 
将描述在曝光控制值计算单元115处逐块计算曝光控制值的具体方法。 
图像传感器103的每个组成像素的输出亮度值是I。 
输出亮度值I与入射光量L、光圈直径的平方A2、快门时间T和传感器灵敏度S成比例。 
因此，可以根据以下计算公式（式1）计算图像传感器103的每个组成像素的输出亮度值I。 
I=k·L·A2·T·S            （式1） 
以上（式1），k是比例系数。 
从上式可以明显看出，当入射光量L、光圈A和灵敏度S固定时，输出亮度值I与快门时间T成比例。此外，快门时间对应于曝光时间。 
因此，可以根据以下（式2）使用当前输出亮度值I和快门时间T计算用于获取想要的目标亮度值It的快门时间Tt。 
Tt=T(It/I)             （式2） 
虽然以上（式1）和（式2）是图像传感器103的每个组成像素的像素单元的输出亮度值I和用于获得想要的目标亮度值It的快门时间Tt的计算公式，但是根据本发明的配置在由多个像素形成的块（像素组）单元中执行处理。 
即，通过采用计算当前块（像素组）的平均亮度作为I和每个块（像素组）的当前快门时间作为这样的块（像素组）单元中的T的配置，根据以上（式2）逐块（像素组）计算Tt（用于获得想要的目标亮度值It的快门时间Tt），并将Tt用作各块（像素组）的曝光时间，即作为曝光控制值。 
因此，根据本发明的配置，代替基于像素单元中的亮度执行像素单元的曝光控制，基于多个像素形成的块（像素组）单元中的平均亮度执行块单元的曝光控制。 
[3．图像传感器和曝光控制机构的配置] 
接下来，将描述该配置内图像传感器103和曝光控制机构的配置。 
图3是说明根据本实施例的图像传感器的配置的视图。图3中的每个小方块代表以二维网格图案布置在成像区域上的像素。即，每个方块代表具有光电转换元件的像素。每个像素通过沿水平方向延伸的三种类型的控制线接收控制信号RSr、TRr和SLr的输入，并且通过沿竖直方向延伸的一种类型的控制信号接收控制信号RSTRc的输入。 
此外，每个像素通过在竖直方向上延伸的信号线输出像素信号SIGc，即，每个像素根据入射光累积的电荷。 
水平方向上的所有传输三种类型的控制信号（RSr、TRr和SLr）的控制线连接至行选择器119，并且控制信号从行选择器119传输至每个像素。 
此外，竖直方向上的所有控制线连接至列选择器120，并且控制信号从列选择器120传输至每个像素。 
行选择器119和列选择器120连接至定时生成器（TG）118，并且定时生成器（TG）118为图像传感器103从外部接收曝光控制信号的输入。 
同时，从外部输入的曝光控制信号指的是参照图2描述的曝光控制值116，即块单元曝光控制值。 
定时生成器（TG）118将块单元曝光控制值转换为块单元快门控制的定时信息，并且将定时信息传输至行选择器119和列选择器120。当接收到定时信息时，行选择器119和列选择器120逐行和逐列地生成控制信号，并且将控制信号RSr、TRr、SLr和RSTRc传输至每个像素。 
从每个像素输出的输出像素信号SIGc通过执行列单元中的选择的开关。开关根据列选择器120的列选择信号SLc断开和闭合。来自根据列选择信号SLc选择的列的每个像素的像素信号SIGc输入至CDS（相关双采样电路）121，抑制了复位噪声，接下来输入至ADC（模数转换器电路），从模拟信号转换为数字信号，然后从图像传感器输出作为图像输出。 
图4是示出了用于说明根据本实施例的图像传感器中的一个像素的配置示例的等效电路的视图。图4中由虚线四方形围绕的部分是对应于一个像素的配置。一个像素从三种类型的水平延伸的控制线接收控制信号RSr、TRr和SLr的输入。 
属于同一行的像素从同一控制线接收这些控制信号RSr、TRr和SLr的输入。此外，一个像素通过竖直延伸的控制线接收控制信号RSTRc的输入。属于同一列的所有像素从同一控制线接收该控制信号RSTRc的输入。 
当光入射到像素上时，与光量匹配的电荷由光电二极管PD中的光电转换产生。光电二极管PD中累积的电荷通过晶体管M2传递至浮动扩散（floating diffusion）FD。晶体管M2的栅极根据控制信号TRr和RSTRc通过晶体管M1控制。当由电荷激励时，晶体管M4执行复位浮动扩散FD中累积的电荷的操作。晶体管M4的栅极根据控制信号RSr和RSTRc通过晶体管M3控制。浮动扩散FD中累积的电荷由晶体管M5放大，并且输出像素信号SIGc通过晶体管M6输出。晶体管M6的栅极根据控制信号SLr控制。 
在本实施例中，像素执行两个模式的操作，即，（a）基于曝光处理“快门”的电荷累积处理和（b）基于读取处理“读取”的累积电荷输出处理。 
当既不执行（a）也不执行（b）时，保持曝光电荷的累积状态。 
图5示出了说明在（a）基于曝光处理“快门”的电荷累积处理和（b）基于读取处理“读取”的累积电荷输出处理的操作时的控制信号模式的定时图。 
水平轴是时间。 
通过在列的像素处于像素控制周期中时保持活动状态，列方向上的控制信号RSTRc生成其中该像素可以控制的状态。 
此外，在曝光处理“快门”操作时，在RSTRc为活动的同时行方向上的控制信号RSr和TRr同时变为活动。通过这种方式，图4中的晶体管M2和M4同时置于断开状态，光电二极管PD和浮动扩散FD中累积的电荷复位，即，执行通过电子快门起动曝光的操作。 
此外，在读取“读取”操作中，控制信号RSTRc和行方向上的控制信号SLr在像素控制周期中同时保持活动状态。此外，执行操作以使得在像素控制周期期间，顺序地，控制信号RSr首先变为活动然后控制信号TRr变为活动。当控制信号RSr变为活动时，晶体管M4置于断开状态，浮动扩散FD中的电荷复位，同时晶体管M6根据控制信号SLr置于断开状态，以使得输出复位状态的输出像素信号SIGc。 
此外，当控制信号TRr变为活动时，晶体管M2置于断开状态，光电二极管PD中累积的电荷传递至浮动扩散FD。在该时间点处，晶体管M4处于闭合状态，并且晶体管M6继续处于断开状态，以使得与传递的电荷匹配的输出像素信号SIGc通过信号线输出。处于复位和累积状态中的并且通过读取操作顺序输出的信号保存在CDS中，并且生成通过CDS中的差分检测操作从其消除了复位噪声的信号。 
将参照图6描述行选择器的内部配置和设置到图像传感器103的块（像素组）之间的对应关系的示例。 
实现本发明的图像传感器103的特性之一包括执行控制以使得曝光时间（快门时间）逐像素组不同，像素组由多个像素形成。 
这里描述的实施例是如下示例：其中，通过将图像传感器103的成像区域划分为矩形块形状获得的每一个区域形成块（像素组），以执行控制以使得每一个块（像素组）曝光时间（快门时间）不同。 
图6示出了作为虚线四方形的设置到图像传感器103的矩形块（像素组）。 
图6示出了一个块由P行和Q列像素形成的示例。此外，块设置的各种设置是可能的。 
整个图像传感器的像素列的总数是W。 
在块（像素组）中，水平方向是x方向，竖直方向是y方向，例如图 6中的左上块（像素组）的块标识符（地址）是（x1,yi）。 
块（x1,yi）的右边的块是块（x2,yi）。 
与块（x1,yi）相邻并且在其之下的块是块（x1,yi+1）。 
在（x1,yi）的水平方向的右端处的块是块（xN,yi），并且N个块（x1,yi）至（xN,yi）设置在一个块的水平方向上。 
为了控制块（像素组）单元曝光时间，即为了实现快门控制，根据本实施例的行选择器119的内部配置采用图6中示出的配置。 
如图6中所示，行选择器119采用如下层级结构：行组选择器123，生成块（像素组）单元控制信号（SHy和RDy），以及多个行线选择器124，从行组选择器123接收块（像素组）单元控制信号（SHy和RDy）的输入并且生成要输出至块（像素组）中的像素的控制信号。 
行组选择器123选择并向每个行线选择器124传输以上（a）快门控制开始（SHy）和（b）读取控制开始（RDy）两种类型的控制信号。 
（a）快门控制开始（SHy）和（b）读取控制开始（RDy）控制信号包括指定信息，其指示定时的传输以（a）开始曝光或（b）开始读取，并且指示要对一个行线选择器124所负责的在水平方向上排列的多个块（像素组）的哪一个进行控制。行线选择器124从行组选择器123接收控制信号SHy或RDy的输入，并且基于以上参照图5描述的读取处理“读取”，向与输入控制信号中包括的块指定信息对应的块（像素组）中的所有像素传输（a）基于曝光处理“快门”的电荷累积处理和（b）基于读取处理“读取”的累积电荷输出处理的两个处理之一的控制信号模式。 
一个块（像素组）包括若干行和若干列的多个块。例如，采用图6中示出的示例，一个块中包括P×Q个像素。因此，为了完成一个块（像素组）的操作，必须将要给予块中的每个像素的控制信号改变足够的时间，且给出该控制信号。图6中示出的行线选择器124生成控制信号，以使得像素组中的所有像素以足够的定时操作。 
在本实施例中，在列方向上执行用于执行列单元中的顺序扫描的操作，以使得列选择器的层级结构不必要。 
图7是说明图6中示出的一个行线选择器124的内部配置的框图。一个行线选择器具有N个线选择器125、126、……和127、快门控制信号生成器128、读取控制信号生成器129和P行选择开关130。 
同时，对应于线选择器的数量的N是同一行线选择器负责的且在水平方向上排列的块（像素组）的数量。 
此外，对应于行选择开关130的数量的P是同一行线选择器所负责的行的数量。 
每个线选择器125、126、……和127接收作为来自行组选择器123的控制信号的（a）快门控制开始（SHy）或（b）读取控制开始（RDy）控制信号，生成用于当控制信号是针对每个行线选择器负责的块（像素组）的控制信号时向每个像素传输控制信号的定时信号，并且将该定时信号输出至快门控制信号生成器128、读取控制信号生成器129和P行选择开关130来控制。 
即，N个线选择器125、126、……和127的每一个设置到水平方向上的N个块（像素组）的每一个，并且被设置与各个块匹配的控制信号的输出定时。 
快门控制信号生成器128和读取控制信号生成器129是生成图5（a）和5（b）中示出的像素控制模式的电路。 
快门控制信号生成器128是生成图5（a）中示出并且用在（a）作为曝光处理的“快门”处理中的像素控制模式的电路。 
读取控制信号生成器129是生成图5（b）中示出并且用在（b）作为读取处理的“读取”处理中的像素控制模式的电路。 
线选择器125、126、……和127中的一个从工作于活动状态的线选择器接收控制信号（定时信号）的输入，生成以上（a）和（b）、即图5（a）和（b）中的控制信号，并且将输出输出至所有的行。控制信号每行一次通过行选择开关130，行选择开关130根据从N个线选择器125、126、……和127中的一个输出的控制信号（定时信号）置于断开状态中，并且将像素控制信号传输至行。 
图8是说明当向图7中示出的一个行线选择器124输入指示命令曝光处理开始的快门控制开始的控制信号SHy时行线选择器124的操作的定时图。 
图8示出了在输入作为第i个行线选择器（yi）的控制目标块（像素组）的块（x1,yi）至（xN,yi）的最左块（像素组）（x1）的快门开始控制信号（SHy）时的处理示例。 
在图8示出的定时图中，水平轴表示时间，从上开始每条线表示 
（1）至第yi个行线选择器124（见图6）的控制信号SHy， 
（2）由列选择器120（见图3）控制的控制信号RSTRc（从上开始为第c1、第c2、……、第cQ、第c（Q+1）、……、第cW列），以及 
（3）至第yi个行线选择器124（见图6）所负责的（3-1）第r1行的控制信号RSr、TRr和SLr，（3-2）第r2行的控制信号RSr、TRr和SLr，……，（3-P）第rP行的控制信号RSr、TRr和SLr。 
同时，Q指的是属于作为第i个行线选择器（yi）的控制目标块（像素组）（x1,yi）至（xN,yi）的第x1个块（像素组）的块（x1,yi）的列的数量。 
W指的是图像传感器的列的总数。 
P是属于块（x1,yi）的行的数量。 
列选择器120不管曝光控制输入总是重复顺序扫描图像传感器103的列单元的图像传感器的所有列c1至cW的操作。即，列控制信号RSTRc重复其中c1至cW顺序变为活动的循环。其中RSTRc保持一个列的活动状态的周期对应于像素控制周期。 
当行组选择器123向块（x1,yi）的像素组输出控制信号SHy、即用于开始快门操作的信号时，x1是最左的像素组，控制信号SHy与RSTRc1同步地传输至第yi个行线选择器124。 
第x1个线选择器立即进入活动状态，并且已经接收到控制信号SHy的第yi个行线选择器首先将快门控制信号生成器128置于活动状态以开始生成快门控制信号。 
以向每个像素传输控制信号的定时，控制图7示出的每个行选择开关130以使得快门控制信号传输至每行：控制目标块的r1行至rP行。 
结果，如图8中的（3-1）所示，至第r1行（图6中示出的第r1行）的快门控制信号（信号RSyir1和TRyir1）首先与RSTRc1至RSTRcQ同步地传输Q次。 
这些控制信号对应于控制目标块的Q个像素（c1列至cQ列），控制目标块例如是图6中示出的左上块（x1,yi）的第一行（r1行）。 
随后，在RSTRc（Q+1）至RSTRcW的周期中没有列，从而不生成 控制信号。即，与图6中示出的左上端块（x1,yi）的像素组中的列匹配的处理周期还没有来到，从而不生成由图8中的（3-1）指示的至第r1行的控制信号[=快门控制信号（信号RSyir1和TRyir1）]。 
接下来，如图8中的（3-2）所示，至第r2行（图6中示出的r2行）的快门控制信号（信号RSyir2和TRyir2）与RSTRc1至RSTRcQ同步地传输Q次。 
这些控制信号对应于控制目标块的Q个像素（c1列至cQ列），控制目标块例如是图6中示出的左上块（x1,yi）的第二行（r2行）。 
随后，在RSTRc（Q+1）至RSTRcW的周期中没有列，从而不生成控制信号。 
随后，如图8中的（3-1）至（3-P）所示，重复相同的操作直到rP。即，对于图6中示出的左上块（x1,yi）的第P行（rP行）执行相同的处理。通过这种方式，对于控制目标块（像素组）中的所有像素完成快门操作，控制目标块例如是图6中示出的左上块（x1,yi），以使得完成针对控制信号SHy的输入的操作。此外，为了实现该定时控制序列，行线选择器仅需要具有例如由计数器形成的简单的模式生成电路。 
接下来，将参照图9中示出的定时图描述当向图7中示出的一个行线选择器124输入指示命令读取处理开始的读取控制开始的控制信号RDy时行线选择器124的操作。 
类似于上述图8，该图9也示出了在输入作为第i个行线选择器（yi）的控制目标块（像素组）的块（x1,yi）至（xN,yi）的最左块（像素组）（x1）的读取开始控制信号（RDy）时的处理示例。 
在图9示出的定时图中，水平轴表示时间，从上开始每条线表示 
（1）至第yi个行线选择器124（见图6）的控制信号RDy， 
（2）由列选择器120（见图3）控制的控制信号RSTRc（从上开始为第c1、第c2、……、第cQ、第c（Q+1）、……、第cW列），以及 
（3）至第yi个行线选择器124（见图6）所负责的（3-1）第r1行的控制信号RSr、TRr和SLr，（3-2）第r2行的控制信号RSr、TRr和SLr，……，（3-P）第rP行的控制信号RSr、TRr和SLr。 
同时，Q指的是属于作为第i个行线选择器（yi）的控制目标块（像素组）（x1,yi）至（xN,yi）的第x1个块（像素组）的块（x1,yi）的列的 数量。 
W指的是图像传感器的列的总数。 
P是属于块（x1,yi）的行的数量。 
列选择器120不管曝光控制输入总是重复顺序扫描图像传感器103的列单元的图像传感器的所有列c1至cW的操作。即，列控制信号RSTRc重复其中c1至cW顺序变为活动的循环。其中RSTRc保持一个列的活动状态的周期对应于像素控制周期。 
当行组选择器123向块（x1,yi）的像素组输出控制信号RDy、即用于开始读取操作的信号时，x1是最左的像素组，控制信号RDy与RSTRc1同步地传输至第yi个行线选择器124。 
第x1个线选择器立即进入活动状态，并且已经接收到控制信号RDy的第yi个行线选择器首先将读取控制信号生成器129置于活动状态以开始生成读取控制信号。 
以向每个像素传输控制信号的定时，控制图7示出的每个行选择开关130以使得读取控制信号传输至每行：控制目标块的r1行至rP行。 
结果，如图9中的（3-1）所示，至第r1行（图6中示出的第r1行）的读取控制信号（信号RSyir1、TRyir1和SLyir1）首先与RSTRc1至RSTRcQ同步地传输Q次。 
这些控制信号对应于控制目标块的Q个像素（c1列至cQ列），控制目标块例如是图6中示出的左上块（x1,yi）的第一行（r1行）。 
随后，在RSTRc（Q+1）至RSTRcW的周期中没有列，从而不生成控制信号。即，与图6中示出的左上端块（x1,yi）的像素组中的列匹配的处理周期还没有来到，从而不生成由图9中的（3-1）指示的至第r1行的控制信号[=读取控制信号（信号RSyir1、TRyir1和SLyir1）]。 
接下来，如图9中的（3-2）所示，至第r2行（图6中示出的r2行）的读取控制信号（信号RSyir2、TRyir2和SLyir2）与RSTRc1至RSTRcQ同步地传输Q次。 
这些控制信号对应于控制目标块的Q个像素（c1列至cQ列），控制目标块例如是图6中示出的左上块（x1,yi）的第二行（r2行）。 
随后，在RSTRc（Q+1）至RSTRcW的周期中没有列，从而不生成控制信号。 
随后，如图9中的（3-1）至（3-P）所示，重复相同的操作直到rP。即，对于图6中示出的左上块（x1,yi）的第P行（rP行）执行相同的处理。通过这种方式，对于控制目标块（像素组）中的所有像素完成读取操作，控制目标块例如是图6中示出的左上块（x1,yi），以使得完成针对控制信号RDy的输入的操作。此外，为了实现该定时控制序列，行线选择器仅需要具有例如由计数器形成的简单的模式生成电路。 
当块单元曝光控制输入提供给采用以上配置的图像传感器时，可以使用逐块不同的快门执行拍摄图像的操作。 
下文中，将描述图像传感器103的整个曝光控制操作示例。 
[4．曝光控制操作示例1：正常均一快门操作] 
首先，将描述曝光控制操作示例1，其中，类似于传统的图像传感器，可以执行向图像传感器的成像区域设置完全的和均一的曝光周期的快门控制图像拍摄。 
此外，为了易于描述，条件如下：图像传感器中的块（像素组）的数量是水平方向上的3（x1至x3）和竖直方向上的3（y1至y3），并且每个块（像素组）包括两行（r1至r2）。 
图10是说明当通过执行完全和均一曝光时间的正常曝光控制拍摄图像时行组选择器的控制的定时图。 
水平轴表示时间，并且竖直虚线指示的部分表示与一个块（一个像素组）的宽度对应的Q个像素控制周期。即，像素组控制周期在该部分中切换，以三种方式绘制的区域设置在图10的上部分处为了便于理解对应像素组（x1、x2和x3中的一个）的控制周期。 
（1）黑色=x1 
（2）对角线=x2 
（3）白色=x3 
这些对应于布置在水平方向上的三个块。 
在图10示出的定时图中，图像传感器中水平方向上的三个块和竖直方向上的三个块，即，如下作为块标识符的九个块是控制目标。 
(x1,y1),(x2,y1),(x3,y1), 
(x1,y2),(x2,y2),(x3,y2), 
(x1,y3),(x2,y3)和(x3,y3) 
条件为水平方向上块（像素组）的数量为三，在三个部分中一行=所有列是真实的。图10中上半部分中示出的6条线指示从行组选择器123输出至每个行线选择器124的控制信号。 
从最上的线开始，这些信号为 
（a1）至第y1个行线选择器的SHy[快门（曝光）开始控制信号]， 
（a2）至第y2个行线选择器的SHy[快门（曝光）开始控制信号]， 
（a3）至第y3个行线选择器的SHy[快门（曝光）开始控制信号]， 
（b1）至第y1个行线选择器的RDy[读取开始控制信号]， 
（b2）至第y2个行线选择器的RDy[读取开始控制信号]，以及 
（b3）至第y3个行线选择器的RDy[读取开始控制信号]。 
通过仅使用（b1）至（b3）表示的读取控制信号RDy而不使用（a1）至（a3）表示的快门控制信号SHy的序列实现正常的完全和均一的快门控制。 
首先，如图10中的（b1）所示，读取开始控制信号（RDy）连续给予第y1个行线选择器的x1、x2和x3的像素组，然后停止一行。 
接下来，如图10中的（b2）所示，读取开始控制信号（RDy）连续给予第y2个行线选择器的x1、x2和x3的像素组，然后停止一行。 
接下来，如图10中的（b3）所示，读取开始控制信号（RDy）连续给予第y3个行线选择器的x1、x2和x3的像素组，然后停止一行。 
随后，重复相同序列。 
通过根据该序列执行控制，每个行线选择器执行以上参照图9描述的操作，以使得按照水平方向的像素的顺序然后按照竖直方向的线的顺序执行像素的读取操作。 
这是通过图10中的下半部分的（c）表示的。 
图10中（c）指示的每条线表示在通过逐行划分块（像素组）获得的单元中像素的操作状态。从最上开始， 
x1y1r1：块(x1,y1)的像素组的第r1行， 
x2y1r1：块(x2,y1)的像素组的第r1行， 
x3y1r1：块(x3,y1)的像素组的第r1行， 
x1y1r2：块(x1,y1)的像素组的第r2行， 
x2y1r2：块(x2,y1)的像素组的第r2行， 
x3y1r2：块(x3,y1)的像素组的第r2行， 
x1y2r1：块(x1,y2)的像素组的第r1行， 
x1y3r2：块(x1,y3)的像素组的第r2行， 
x2y3r2：块(x2,y3)的像素组的第r2行，以及 
x3y3r2：块(x3,y3)的像素组的第r2行，表示逐行划分的单元中的像素的操作状态。 
[实线部分]表示其中执行读取操作（读取）的周期。 
[虚线部分]表示正在进行曝光周期。 
如上参照图5（b）所述，像素的读取操作也复位光电二极管PD中的电荷，以使得当完成读取操作时，周期可以进入下一个曝光周期。 
例如，（c）指示的最上部分处的（x1y1r1）表示块(x1,y1)的第一行（r1）的曝光处理（快门）和读取处理（读取）序列。 
（c）指示的最上部分处的（x1y1r1）的第一实线部分中定义的读取处理（读取）根据（b1）指示的读取开始（RDy1）信号（s1）执行。基于该信号（s1），图5（b）中示出的信号模式提供给块(x1,y1)的第一行（r1）的像素，并且执行信号读出。 
当该信号读出完成时，开始曝光处理（快门）。处理在图10中示出的虚线部分中开始。接下来，进一步地，根据（b1）指示的读取开始（RDy1）信号（s2）读取在曝光处理单元中累积的电荷。 
如图10中的（c）所示，在所有行x1y1r1至x3y3r2的曝光周期中指示的波浪线部分是同样的周期。即，向所有像素设置为前一读取操作到下一读取操作设置的同样的曝光周期，从而所有像素以同样的曝光周期（快门周期）曝光。 
[5．曝光控制操作示例2：逐像素组不同的快门操作] 
接下来，将描述曝光控制操作示例2，其中，可以通过在各块（像素组）单元中设置不同的曝光周期（快门周期）来拍摄图像。 
类似于参照图10描述的通过正常的完全的和均一的快门拍摄图像的示例，条件是图像传感器中的像素组的数量是水平方向上的3（x1至x3）和竖直方向上的3（y1至y3），并且每个块（像素组）包括两行（r1至r2）。 
图11是说明当通过执行逐像素组不同的不同曝光时间的曝光控制拍摄图像时行组选择器的控制的定时图。 
水平轴表示时间，并且竖直虚线指示的部分表示与一个块（一个像素组）的宽度对应的Q个像素控制周期。即，像素组控制周期在该部分中切换，以三种方式绘制的区域设置在图11的上部分处为了便于理解对应像素组（x1、x2和x3中的一个）的控制周期。 
（1）黑色=x1 
（2）对角线=x2 
（3）白色=x3 
这些对应于布置在水平方向上的三个块。 
在图11示出的定时图中，图像传感器中水平方向上的三个块和竖直方向上的三个块，即，如下作为块标识符的九个块是控制目标。 
(x1,y1),(x2,y1),(x3,y1), 
(x1,y2),(x2,y2),(x3,y2), 
(x1,y3),(x2,y3)和(x3,y3) 
条件为水平方向上块（像素组）的数量为三，在三个部分中一行=所有列是真实的。图11中上半部分中示出的6条线指示从行组选择器123输出至每个行线选择器124的控制信号。 
从最上的线开始，这些信号为 
（a1）至第y1个行线选择器的SHy[快门（曝光）开始控制信号]， 
（a2）至第y2个行线选择器的SHy[快门（曝光）开始控制信号]， 
（a3）至第y3个行线选择器的SHy[快门（曝光）开始控制信号]， 
（b1）至第y1个行线选择器的RDy[读取开始控制信号]， 
（b2）至第y2个行线选择器的RDy[读取开始控制信号]，以及 
（b3）至第y3个行线选择器的RDy[读取开始控制信号]。 
按照针对逐块（像素组）不同的曝光时间的曝光控制（快门控制），通过增加类似于完全和均一快门控制向所有像素组以等间隔给予（b1）至（b3）指示的读取控制信号RDy的序列，以及，另外，增加以逐像素组不同的定时给予（a1）至（a3）指示的快门控制信号SHy的序列来拍摄图像。 
（a1）至（a3）指示的快门控制信号SHy可以在给出控制信号RDy之后给予同一像素组下一个控制信号RDy的周期中的某一时间点处并且与该块（像素组）的控制周期同步地给出。在图11示出的示例中，竖直方向上的块（像素组）的划分数量为三，一个像素组包括两行，控制信号RDy至下一个控制信号RDy之间的间隔是六个行周期，在一个行周期中有一个对应的像素组控制周期，有五次机会来给出控制信号SHy（曝光周期（快门）的持续时间的变化次数为六，以及一个曝光周期与控制信号RDy的定时重叠，因此，不需要给出控制信号SHy）。即，快门时间设置包括通过将一个帧周期除以图像传感器的行数获得的分辨率，因此，每个像素组可以在该分辨率的范围中基于要输入的曝光控制值选择快门时间。 
当快门控制信号SHy给予每个行线选择器时，根据参照图8描述的操作，该行线选择器执行该行线选择器所负责的像素的快门操作作为曝光处理，然后像素中累积的电荷复位，并且，在该时间点处开始新的曝光周期。 
图11的下半部分中的（c）表示（a）图11的上半部分中指示的控制信号SHy和（b）给予了RDy的各个像素的操作状态。 
图11中的（c）表示的每条线表示通过逐行划分块（像素组）获得的单元中像素的操作状态。从最上开始， 
x1y1r1：块(x1,y1)的像素组的第r1行， 
x2y1r1：块(x2,y1)的像素组的第r1行， 
x3y1r1：块(x3,y1)的像素组的第r1行， 
x1y1r2：块(x1,y1)的像素组的第r2行， 
x2y1r2：块(x2,y1)的像素组的第r2行， 
x3y1r2：块(x3,y1)的像素组的第r2行， 
x1y2r1：块(x1,y2)的像素组的第r1行， 
x1y3r2：块(x1,y3)的像素组的第r2行， 
x2y3r2：块(x2,y3)的像素组的第r2行，以及 
x3y3r2：块(x3,y3)的像素组的第r2行，表示逐行划分的单元中的像素的操作状态。 
实线部分表示其中执行读取操作（读取）的周期。 
虚线部分表示正在进行曝光周期。 
与作为均一曝光处理的示例描述的图10不同，根据控制信号SHy重置曝光周期，以使得在其持续时间逐像素组不同的曝光周期（=虚线部分）中拍摄图像。 
但是，根据行线选择器针对图8中描述的控制信号SHy的操作，执行控制以即使对同一像素组和不同行中的像素也提供相同的曝光时间。 
例如，（c）指示的最上部分处的（x1y1r1）表示块(x1,y1)的第一行（r1）的曝光处理（快门）和读取处理（读取）序列。 
（c）指示的最上部分处的（x1y1r1）的第一实线部分中定义的读取处理（读取）根据（b1）指示的读取开始（RDy1）信号（s1）执行。基于该信号（s1），图5（b）中示出的信号模式提供给块(x1,y1)的第一行（r1）的像素，并且执行信号读出。 
在图11示出的示例中，与作为均一曝光处理的示例描述的图10不同，根据控制信号SHy重置曝光周期，并且在该重置之后开始下一个曝光周期。 
根据（a1）控制信号SHy的输入信号（s2）开始（c）指示的最上部分处的（x1y1r1）的曝光处理。（c）指示的最上部分处的（x1y1r1）的曝光周期被控制为从该（s2）位置到下一个（b1）指示的读取开始（RDy1）信号（s3）的位置的周期。 
因此，通过设置每个块单元中的曝光（快门）控制信号和读取（读取）控制信号，可以按块单元设置随机的曝光周期。 
作为图11中示出的控制的结果，在整个成像区域中，曝光周期被控制为图12所示的曝光时间（快门时间）。图12中示出的9个块表示块(x1,y1)至(x3,y3)的9个块（像素组），其中，水平方向为x，竖直方向为y，左上端块是块(x1,y1)，右下端块是块(x3,y3)。 
块中的数值1至4表示曝光周期（快门周期）的相对值。设置了数值4的块表示与设置了数值1的块相比设置了四倍的曝光周期。 
通过使用根据本实施例的控制机制，即使执行如图12所示的设置了逐块（像素组）不同的曝光周期的快门控制，也以相等的时间间隔从左上传感器开始顺序执行从每个像素的信号读出，以使得不需要提供外部帧存储器或延迟线来对齐一个帧的图像数据。即，沿着图11示出的线201a和201b执行并且以与传统读取处理序列相同的方式执行累积电荷读取处理，以使得不需要比如用于读取处理的新存储器的配置。 
[6．第二实施例：与列ADC的共存] 
以上已经描述了如下示例，其中通过执行设置每一个由多个像素形成的块（像素组）不同的曝光周期的曝光周期控制（快门控制）拍摄图像的图像传感器是顺序读取像素的图像传感器。 
图像传感器的每个像素的累积电荷读取处理采用如上所述的顺序读取像素的配置，以及此外，从像素并行读取信号的列ADC配置。根据本发明的曝光控制配置也可以应用于该列ADC的读取配置。 
下文中，将描述该配置。此外，类似于上述实施例，即使在该实施例中图1中的配置也能够应用于成像设备的整个配置。 
图像传感器103的配置和处理是不同的。 
图13是说明使用列ADC的图像传感器的配置的视图。图13中的每个小方块代表以二维网格图案布置在成像区域上的像素。即，每个方块代表具有光电转换元件的像素。每个像素通过沿水平方向延伸的三种类型的控制线接收控制信号RSr、TRr和SLr的输入，并且通过沿竖直方向延伸的一种类型的控制信号接收控制信号RSTRc的输入。 
此外，每个像素通过在竖直方向上延伸的信号线输出像素信号SIGc， 
水平方向上的所有传输三种类型的控制信号（RSr、TRr和SLr）的控制线连接至行选择器132，并且控制信号从行选择器132传输至每个像素。 
此外，竖直方向上的所有控制线连接至列选择器133，并且控制信号从列选择器133传输至每个像素。 
行选择器132和列选择器133连接至定时生成器（TG）131，并且定时生成器（TG）131为图像传感器103接收从外部的曝光控制信号的输入。 
同时，从外部输入的曝光控制信号指的是参照图2描述的曝光控制值 116，即块单元曝光控制值。 
定时生成器（TG）131将块单元曝光控制值转换为块单元快门控制的定时信息，并且将定时信息传输至行选择器132和列选择器133。当接收到定时信息时，行选择器132和列选择器133逐行和逐列地生成控制信号，并且将控制信号RSr、TRr、SLr和RSTRc传输至每个像素。 
与第一实施例不同，从每个像素输出的输出像素信号SIGc连接至在多个列中并行操作的列ADC134，并且来自像素的信号由ADC134取入。在本实施例中，从每个像素输出的输出像素信号SIGc在块（像素组）单元中并行读取，并保存在列ADC134中。 
列ADC134在获得一行的信号时并行执行A-D转换，并且将一行的模拟像素信号转换为数字值。 
数字化的像素信号在根据列选择控制信号SLc的控制下从图像传感器顺序输出。 
此外，在该第二实施例中，还可以使用与参照图4描述的配置相同的像素配置作为图像传感器中一个像素的配置。类似地，也可以使用相同的模式用于执行参照图5描述的两种像素操作的信号模式，即，用于（a）基于曝光处理“快门”的电荷累积处理和（b）基于读取处理“读取”的累积电荷输出处理的两个处理的信号模式。 
此外，以上参照图6和7描述的配置也可以用于行选择器的层级内部配置和行线选择器的配置。 
但是，在使用该列ADC的第二实施例中，列选择器的配置与以上第一实施例中描述的不同，因此，下面将进行描述。 
在第二实施例中，列ADC可以并行读取多个像素的像素信号（累积电荷）。因此，根据第二实施例的列选择器采用如图14所示的层级结构，并且可以同时逐像素组地控制多个像素。 
如图14中所示，根据本实施例的列选择器133的内部配置采用层级结构：列组选择器135，生成块（像素组）单元控制信号；以及多个列线选择器136，响应于块（像素组）单元控制信号生成块（像素组）中的控制信号。 
列组选择器135根据控制信号SLx向每个列线选择器136传输块（像素组）单元控制周期的开始。列线选择器136响应于来自列组选择器135 的控制信号SLx向列线选择器136所负责的像素组中的所有列并行传输控制信号RSTRc。 
同时，列线选择器136的操作是简单的，并且仅包括将来自列组选择器135的控制信号SLx转换为要传输给像素的控制信号RSTRc以及将控制信号RSTRc并行传输至多个列。 
图15是说明当向图13中的行选择器132内的一个行线选择器输入指示命令曝光处理开始的快门控制开始的控制信号SHy时行线选择器的操作的定时图。 
此外，如上所述，根据第二实施例的行选择器132的配置与上述第一实施例的配置相同，并且采用参照图6和7描述的配置。 
该图15示出了在输入作为第i个行线选择器（yi）的控制目标块（像素组）的块(x1,yi)至块(xN,yi)的最左块（像素组）（x1）的快门开始控制信号（SHy）时的处理示例。 
在图15示出的定时图中，水平轴表示时间，从最上开始每条线表示 
（1）至第yi个行线选择器124（见图13和6）的控制信号SHy， 
（2）由列选择器133（见图13）控制的控制信号SLx（从上开始为第x1、第x2、……、第x（N-1）和第xN块（像素组））， 
（3）由列选择器133（见图13）控制的控制信号RSTRc（从上开始为第x1、第x2、……、第x（N-1）和第xN块（像素组）），以及 
（3）至第yi个行线选择器124（见图6）所负责的（4-1）第r1行的控制信号RSr、TRr和SLr，（4-2）第r2行的控制信号RSr、TRr和SLr，……，（4-P）第rP行的控制信号RSr、TRr和SLr。 
同时，N是水平方向上块（像素组）的数量。 
P是属于块（x1,yi）的行的数量。 
列选择器133不管曝光控制输入总是重复执行块（像素组）单元的顺序扫描的操作。列组选择器的控制信号SLx重复其中水平方向上的像素组、即块（x1,yi）至（xN,yi）顺序变为活动的循环。列线选择器的控制信号RSTRx重复其中水平方向上的像素组、即块（x1,yi）至（xN,yi）与控制信号SLx同步地顺序变为活动的循环。 
其中RSTRx用图15中的（3）指示的周期是每个块（像素组）的控 制周期，并且还对应于并行的多个像素的控制周期。当行组选择器向第x1yi个像素组输出SHy、即用于开始快门操作的信号时，x1是最左的像素组，并且控制信号SHy与RSTRx1同步地传输至第yi个行线选择器。 
第x1个线选择器立即进入活动状态，并且已经接收到控制信号SHy的第yi个行线选择器首先将快门控制信号生成器（见图7）置于活动状态以开始生成快门控制信号。 
以向每个像素传输控制信号的定时，控制图7示出的每个行选择开关130以使得快门控制信号传输至每行：控制目标块的r1行至rP行。 
结果，如图15中的（4-1）所示，至第r1行（例如，图6中示出的r1行）的快门控制信号（信号RSyir1和TRyir1）与RSTRx1同步地传输一次。 
随后，在RSTRx2至RSTRxN的周期中没有列，从而不生成控制信号。即，与图6中示出的左上端块（x1,yi）匹配的处理周期还没有来到，从而不生成由图15中的（4-1）指示的至第r1行的控制信号[=快门控制信号（信号RSyir1和TRyir1）]。 
接下来，如图15中的（4-2）所示，至第r2行（例如，图6中示出的r2行）的快门控制信号（信号RSyir2和TRyir2）与RSTRx1同步地传输一次。 
随后，在RSTRc2至RSTRxN的周期中没有列，从而停止控制信号。 
随后，如图15中的（4-1）至（4-P）所示，重复相同的操作直到rP。即，对于图6中示出的左上块（x1,yi）的第P行（rP行）执行相同的处理。通过这种方式，对于控制目标块（像素组）中的所有像素完成快门操作，控制目标块例如是图6中示出的左上块（x1,yi），以使得完成针对控制信号SHy的输入的操作。此外，为了实现该定时控制序列，行线选择器仅需要具有例如由计数器形成的简单的模式生成电路。 
接下来，将参照图16中示出的定时图描述当向图13中的行选择器132内的一个行线选择器输入指示命令读取处理开始的读取控制开始的控制信号RDy时行线选择器的操作。 
此外，如上所述，根据第二实施例的行选择器132的配置与上述第一实施例的配置相同，并且采用参照图6和7描述的配置。 
类似于上述图15，该图16也示出了在输入作为第i个行线选择器的 控制目标块（像素组）的块（x1,yi）至（xN,yi）的最左块（像素组）（x1）的读取开始控制信号（RDy）时的处理示例。 
在图16示出的定时图中，水平轴表示时间，从最上开始每条线表示 
（1）至第yi个行线选择器124（见图13和6）的控制信号RDy， 
（2）由列选择器133（见图13）控制的控制信号SLx（从上开始为第x1、第x2、……、第x（N-1）和第xN个块（像素组））， 
（3）由列选择器133（见图13）控制的控制信号RSTRc（从上开始为第x1、第x2、……、第x（N-1）和第xN个块（像素组）），以及 
（3）至第yi个行线选择器124（见图6）所负责的（4-1）第r1行的控制信号RSr、TRr和SLr，（4-2）第r2行的控制信号RSr、TRr和SLr，……，（4-P）第rP行的控制信号RSr、TRr和SLr。 
同时，N是水平方向上块（像素组）的数量。 
P是属于（x1,yi）的行的数量。 
列选择器133不管曝光控制输入总是重复执行图像传感器的块（像素组）单元的顺序扫描的操作。列组选择器的控制信号SLx重复其中水平方向上的像素组、即块（x1,yi）至（xN,yi）顺序变为活动的循环。列线选择器的控制信号RSTRx重复其中水平方向上的像素组、即块（x1,yi）至（xN,yi）与控制信号SLx同步地顺序变为活动的循环。 
其中RSTRx用图16中的（3）指示的周期是每个块（像素组）的控制周期，并且还对应于并行的多个像素的控制周期。当行组选择器向第x1yi个像素组输出RDy、即用于开始读取操作的信号时，x1是最左的像素组，并且控制信号RDy与RSTRx1同步地传输至第yi个行线选择器。 
第x1个线选择器立即进入活动状态，并且已经接收到控制信号SHy的第yi个行线选择器首先将读取控制信号生成器（见图7）置于活动状态以开始生成读取控制信号。 
此外，控制图7中示出的每个行选择开关130以使得读取控制信号传输至每行：控制目标块的r1行至rP行。 
结果，如图16中的（4-1）所示，第r1行（例如，图6中示出的r1行）的读取控制信号（信号RSyir1、TRyir1和SLyir1）与RSTRx1同步地传输一次。 
随后，在RSTRx2至RSTRxN的周期中没有列，从而不生成控制信号。 
接下来，如图16中的（4-2）所示，第r2行（例如，图6中示出的r2行）的读取控制信号（信号RSyir2、TRyir2和SLyir2）与RSTRx1同步地传输一次。随后，在RSTRc2至RSTRxN的周期中没有列，从而停止控制信号。 
随后，如图16中的（4-1）至（4-P）所示，重复相同的操作直到rP。即，对于图6中示出的左上块（x1,yi）的第P行（rP行）执行相同的处理。通过这种方式，对于控制目标块（像素组）中的所有像素完成读取操作，控制目标块例如是图6中示出的左上块（x1,yi），以使得完成针对控制信号RDy的输入的操作。此外，为了实现该定时控制序列，行线选择器仅需要具有例如由计数器形成的简单的模式生成电路。 
通过使用上述根据第二实施例的配置，本发明还可以与列ADC共存。此外，整个图像传感器的曝光控制操作与根据第一实施例描述的图10和11中的操作相同，因此将不再描述。 
[7．第三实施例：设置像素组的配置和像素组位置的重叠配置] 
已经采用以上其中将矩形块（像素组）设置到包括在图像传感器中的多个像素并且按矩形块（像素组）单元控制曝光周期的实施例描述了示例。 
但是，不一定要按这样的矩形块单元控制曝光周期。例如，通过有意地改变行线选择器的计算的控制定时以及改变间隔，可以以在水平方向或竖直方向上的一个至若干个像素间隔形成条形像素组，形成对角凹下的而不是矩形的平行四边形像素组，以及以具有各种形状的像素组为单位设置曝光周期。 
此外，虽然一个像素不能属于多个像素组和不同地控制，但是还可以通过使用具有带有间隔的条形的像素组形状形成多个像素组以使得像素组在成像区域上彼此重叠。该简单示例将参照图17具体描述。 
图17是说明形成其区域彼此重叠的块（像素组）的行选择器的层级结构的视图。行选择器137与根据以上参照图6描述的第一和第二实施例的行选择器相同，具有如下层级结构：行组选择器138，输出像素组单元控制信号；以及多个行线选择器139和140，其与每个像素组相关联并且基于来自行组选择器138的控制信号向各行分发控制信号。 
图17中示出的图像传感器的特性包括一个行线选择器控制隔行。 
例如，行线选择器139将控制线延伸至隔行的像素区域（a-r1）、（a-r2）、（a-r3）以及……的每个像素并且控制这些像素。 
例如，行线选择器140将控制线延伸至隔行的像素区域（b-r1）、（b-r2）、（b-r3）以及……的每个像素并且控制这些像素。 
行线选择器负责的像素间隔布置，以使得可以在宏观上通过行线选择器139的快门和行线选择器140的快门执行区域的两种类型的曝光控制。 
多个快门可以用于一个区域意味着实现了在同一区域中有亮对象和暗对象的图像的有效的曝光控制。 
根据很相似的方法，还可以划分列并且使像素组彼此重叠。 
在这种情况下，如图18中所示，改变列选择器141的结构，以及设置列组选择器142和多个列线选择器143。例如，图18中的列线选择器143和列线选择器144控制间隔的列，并且交替控制列。 
例如，列线选择器143将控制线延伸至隔列的像素区域（a-c1）、（a-c2）、（a-c3）以及……的每个像素并且控制这些像素。 
此外，列线选择器144将控制线延伸至隔列的像素区域（b-c1）、（b-c2）、（b-c3）以及……的每个像素并且控制这些像素 
这样的设置也是可以的。 
[8．根据本发明的配置和效果的总结] 
如在以上多个实施例中所述，根据本发明的成像设备执行每个块（像素组）而不是每个像素设置曝光周期的曝光控制，其中块（像素组）由成像区域上彼此处于接近位置的多个像素形成。根据该配置，在使得图像传感器内的控制电路不过大的情况下，可以实现逐区域的自适应曝光控制。 
此外，通过提供接收其数量对应于像素组的数量的曝光控制值的输入接口（I/F），还可以将曝光控制值输入的频带包含到低频带以及通过低计算量计算曝光控制值。此外，将曝光控制值转换为像素控制信号的机构采用层级结构，并且采用其中生成像素组的控制信号的装置和生成像素组中的像素的控制信号的装置是单独的配置。到像素组的控制信号取决于场景，在控制信号时间序列中具有显著改变的条件并且在低频带中具有小数据量，但是像素组中的控制信号在高频带中具有高数据量，可以以标准形式生成控制信号的时间序列。通过层级地划分控制信号的生成装置，装配变得容易。 
此外，本发明实现了一种使得属于同一像素组的像素的曝光时间在多个行之间均一的控制机制。此外，对于像素信号读出，实现了类似于传统的滚动快门控制的顺序读取行的控制机制。即使当控制每个像素的传统技术的控制机制应用于像素组时，像素组中的所有像素也同步操作，因此，信号读出的速率变得不一致，存在数据不能输出至后续的通过在传感器外设置数据缓冲器以及执行重排处理的管道处理的问题。根据本发明的控制机制总是恒定地读取像素信号，因此不需要重排数据。 
此外，例如，本发明实现了自由地控制例如矩形块（像素组）的曝光的机制。该机制可以延伸至为多个矩形的集合的区域，并且允许区域基本上重叠。通过这种方式，可以针对多个曝光时间拍摄一个区域的图像，并且实现可以支持每个场景的高度实际的曝光控制机制。 
已经参照具体实施例详细描述了本发明。但是，明显的是，本领域的技术人员可以在不偏离本发明的精神的范围内修改或替换实施例。即，已经以说明的方式而不应该认为以限制的方式公开了本发明。应该将权利要求考虑在内来判断本发明的精神。 
此外，该说明书中描述的一系列处理可以通过硬件、软件或两者的复合配置来执行。当通过软件执行处理时，记录处理序列的程序可以通过被安装在实现专用硬件的计算机的存储器中来执行，或者程序可以通过被安装在可以执行各种处理的通用计算机中来执行。例如，程序可以预先记录在记录介质中。可以从记录介质将程序安装在计算机中，另外，可以通过网络比如互联网接收程序并且将程序安装在记录介质比如内置硬盘中。 
此外，说明书中描述的各种处理可以不仅按照根据说明书的时间序列执行，取决于执行处理的设备的处理性能或在必要时，还可以并行或单独执行。此外，该说明书中的系统指的是多个设备的逻辑集合配置，并不限于每个组成设备设置在单个外壳中的系统。 
工业实用性 
如上所述，根据本发明的一个实施例的配置，实现了执行通过将图像传感器的成像区域的多个像素进行划分获得的像素组单元中的不同的曝光控制的配置。 
在由多个像素形成的像素组单元中执行亮度估算，根据估算结果计算像素组单元曝光控制值。图像传感器向每个像素组组成像素输出与计算的像素组单元曝光控制值匹配的控制信号，丛而控制像素组单元中的曝光。 例如，包括同一模式的曝光控制信号以时间序列顺序输出至像素组中的多个像素，丛而实现为属于一个像素组的多个像素设置同一曝光时间的曝光控制。 
参考标号列表 
101 镜头 
102 光圈 
103 图像传感器 
104 DSP模块 
105 LCD驱动器 
106 LCD 
107 CODEC 
108 存储器 
109 CPU 
110 输入装置 
111 曝光补偿乘法器 
112 信号处理单元 
113 块亮度估算值 
115 曝光控制值计算单元 
118 定时生成器（TG） 
119 行选择器 
120 列选择器 
121 CDS 
122 ADC 
123 行组选择器 
124 行线选择器 
125至127 线选择器 
128 快门控制信号生成器 
129 读取控制信号生成器 
130 行选择开关 
131 定时生成器（TG） 
132 行选择器 
133 列选择器 
134 ADC 
135 列组选择器 
136 列线选择器 
137 行选择器 
138 行组选择器 
139 行线选择器 
140 行线选择器 
141 列选择器 
142 列组选择器 
143 列线选择器 
144 列线选择器 。

Claims (16)

1.一种成像设备，包括：
亮度估算单元，估算由多个像素形成的像素组单元中的亮度；
曝光控制值计算单元，根据所述亮度估算单元的估算结果计算所述像素组单元中的曝光控制值；以及
图像传感器，向每个像素组组成像素输出与所述曝光控制值计算单元计算的所述像素组单元中的曝光控制值匹配的控制信号，从而控制所述像素组单元中的曝光。
2.根据权利要求1所述的成像设备，其中，所述图像传感器
执行向所述像素组中的多个像素顺序输出包括同一模式的所述曝光控制信号作为所述控制信号的处理，并且执行为属于一个像素组的多个像素设置同一曝光时间的曝光控制。
3.根据权利要求1所述的成像设备，其中，所述图像传感器
将行单元中的控制信号和列单元中的控制信号组合作为所述控制信号，并且执行指定控制目标像素的控制处理。
4.根据权利要求1所述的成像设备，其中，所述图像传感器
在所述像素组单元中设置指示曝光处理的开始定时的曝光开始控制信号和指示读取处理的开始定时的读取开始控制信号，从而控制所述像素组单元中的曝光。
5.根据权利要求1所述的成像设备，其中，所述图像传感器包括如下的层级结构：
针对在行方向上设置的像素组输出曝光控制信号的多个行线选择器；以及
输出指定所述多个行线选择器的控制信号输出定时的控制信号的行组选择器。
6.根据权利要求5所述的成像设备，其中，所述行线选择器根据来自所述行组选择器的指定所述控制信号输出定时的控制信号，输出控制目标像素组单元中的控制信号。
7.根据权利要求5所述的成像设备，其中，
所述行线选择器包括：
快门控制信号生成单元，输出用于执行每个像素的曝光处理的曝光模式信号；以及
读取控制信号生成单元，输出用于执行每个像素的读取处理的读取模式信号，并且
根据来自所述行组选择器的指定所述控制信号输出定时的控制信号的类型，所述行线选择器执行选择性地输出由所述快门控制信号生成单元或所述读取控制信号生成单元生成的控制信号的处理。
8.根据权利要求1所述的成像设备，其中，所述图像传感器包括：
列模数转换器，对所述图像传感器的行中的像素信号进行并行模数转换；以及
列选择器，包括如下的层级结构：生成所述像素组单元的控制信号的列组选择器；以及
响应于所述像素组单元的所述控制信号生成像素组中的控制信号的多个列线选择器。
9.根据权利要求1所述的成像设备，其中，所述像素组是包括相邻像素的集合的像素组。
10.根据权利要求1所述的成像设备，其中，所述像素组是包括多个分隔的区域中的像素的集合的像素组。
11.一种图像传感器，向每个像素组组成像素输出与在将成像区域上的多个像素划分而获得的像素组单元中设置的曝光控制信号匹配的控制信号，从而控制所述像素组单元中的曝光。
12.根据权利要求11所述的图像传感器，其中，所述图像传感器执行向所述像素组中的多个像素顺序输出包括同一模式的所述曝光控制信号作为所述控制信号的处理，从而执行为属于一个像素组的多个像素设置同一曝光时间的曝光控制。
13.根据权利要求11所述的图像传感器，其中，所述图像传感器将行单元中的控制信号和列单元中的控制信号组合作为所述控制信号，从而执行指定控制目标像素的控制处理。
14.根据权利要求11所述的图像传感器，其中，所述图像传感器在所述像素组单元中设置指示曝光处理的开始定时的曝光开始控制信号和指示读取处理的开始定时的读取开始控制信号，从而控制所述像素组单元中的曝光。
15.一种在成像设备中执行的成像控制方法，包括：
在亮度估算单元中估算由多个像素形成的像素组单元中的亮度的亮度估算步骤；
在曝光控制值计算单元中根据在所述亮度估算步骤中的估算结果计算所述像素组单元中的曝光控制值的曝光控制值计算步骤；以及
在图像传感器中向每个像素组组成像素输出与在所述曝光控制值计算步骤中计算的所述像素组单元中的曝光控制值匹配的控制信号，从而控制所述像素组单元中的曝光的图像拍摄步骤。
16.一种使成像设备执行图像拍摄控制处理的程序，使所述成像设备执行：
使亮度估算单元估算由多个像素形成的像素组单元中的亮度的亮度估算步骤；
使曝光控制值计算单元根据在所述亮度估算步骤中的估算结果计算所述像素组单元中的曝光控制值的曝光控制值计算步骤；以及
使图像传感器向每个像素组组成像素输出与在所述曝光控制值计算步骤中计算的所述像素组单元中的曝光控制值匹配的控制信号，从而控制所述像素组单元中的曝光的图像拍摄步骤。
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