CN104038711A - 图像传感器及包括它的监视系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及图像传感器及包括该图像传感器的监视系统，更详细地，涉及能够减少图像传感器和记录装置的连接线路的技术。上述的本发明包括：图像处理部，将拍摄到的影像信号转换为数字信号，并输出影像数据；GPIO（通用输入/输出）处理部，对通过GPIO销施加的GPIO数据进行处理；组合部，将影像数据和GPIO数据进行组合；编码器，对从组合部施加的信号进行编码；以及数字模拟转换器，将上述编码器的输出转换为模拟信号，并通过一个布线输出由GPIO数据和影像数据组合而成的组合信号。

Description

图像传感器及包括它的监视系统

技术领域

本发明涉及图像传感器及包括它的监视系统，尤其涉及将外部的光学影像信号转换为电影像信号的图像传感器的技术。

背景技术

一般来说，图像传感器是将外部的光学影像信号转换为电影像信号的装置。尤其，CMOS（互补金属氧化物半导体）图像传感器是利用CMOS制造技术而制成的图像传感器。在CMOS图像传感器中，各像素（Pixel）使用如下方式，即：利用光电二极管将由被拍摄体的对应部分辐射的光信号转换为电子之后，进行存储，并将与所积累的电子的数量成正比地呈现的电荷量转换为电压信号并输出。

图像传感器大致分为使用互补MOS（CMOS,互补金属氧化物半导体）技术的CMOS图像传感器和使用电荷耦合器件（CCD；Charge Coupled Device）技术的CCD图像传感器，而这些都使用半导体技术来制作。

这些CMOS图像传感器为广泛使用于例如移动电话（Mobile Phone）、个人计算机（Personal Computer）用摄像头（Camera）、摄像机及数码照相机等各种电子产品的设备（Device）。

由于CMOS图像传感器与以往用作图像传感器的CCD相比，具有驱动方式简便，且能够集成于具有信号处理电路（Signal Processing Circuit）的芯片的优点，因而能够形成片上系统（SoC，System On Chip），由此使模块的小型化成为可能。另外，由于能够互换性地使用以往建立（Set-up）的CMOS技术，因而具有能够降低制造成本等很多优点，需求也正与日俱增。

通常，如数码照相机、便携式摄像机以及安装了照相机功能的便携式终端等那样包括图像传感器的拍摄装置利用图像传感器拍摄通过镜头而摄入的影像，并获得影像信号。另外，将上述影像信号转换为数字影像数据，并以预览（preview）画面的方式显示于液晶画面。在显示了预览影像的状态下，若用户按压快门键（shutter key），则影像数据会被影像压缩而存储为照片数据。

图1为现有的包括图像传感器的监视系统的结构图。

现有的监视系统包括照相机模块10、电机控制部20、热电型红外传感器（Pyroelectric Infrared Sensor，PIR）模块30以及记录装置40。在此，照相机模块10包括图像传感器11和MCU（Micro Control Unit；微控制部）12。

照相机模块10对被拍摄体进行拍摄，并向监视装置20输出模拟声音信号、模拟影像信号。此时，照相机模块10向记录装置40输出由影像信号和声音信号组合成的组合信号CVBS（Composite Video Baseband Signal；复合视频基带信号）。

另外，图像传感器11对被拍摄体进行拍摄，并将视频影像信号输入。另外，照相机模块10的MCU12经由GPIO（General Purpose Input/Output；通用输入/输出）端口与电机控制部20连接。另外，照相机模块10的MCU12经由GPIO（General PurposeInput/Output；通用输入/输出）端口与PIR模块30连接。

PIR模块30根据PIR传感器驱动部的控制来检测是否有人存在，并经由GPIO（General Purpose Input/Output；通用输入/输出）端口向MCU12输出移动检测信号。

微控制部12从PIR模块30接收移动检测信号，并通过RS485等接口向远距离处的记录装置40传输检测信号。

电机控制部20根据经由GPIO（General Purpose Input/Output；通用输入/输出）端口从MCU12施加的控制信号，来控制外部设备的动作。

图像传感器11和MCU12可以使用依据I2S（Inter IC Sound；集成电路内置音频总线）规定的通信方式，来交换数据。在此，I2S为使用与上拉电阻相连接的被称为串行数据和串行时钟的两个双向集电极开路线路的、由飞利浦公司研发的串行计算机总线，是用于在主板、嵌入式系统、移动电话等上连接低速的周边设备的通信方法。

另外，记录装置40由数字录像机（DVR，Digital Video Recorder）组成。这种记录装置40经由RS485等接口执行与照相机模块10的远程通信。由此，MCU12可以执行与记录装置40的远程通信，来控制电机控制部20的动作。

记录装置40将从照相机模块10施加的声音信号和影像信号转换为数字信号，并记录于存储部。即，记录装置40若通过照相机模块10检测出是否存在人或动物等被拍摄体，则将通过图像传感器11拍摄到的影像信号存储于内部的存储部。另外，记录装置40若确认了人或动物等被拍摄体的存在，则通过扬声器或影像装置向外部发出警告音。

这种现有的监视装置为了控制外部的电机控制部20并执行与记录装置40的通信而使用MCU12。在照相机模块10内置MCU12的情况下，会增加系统的体积，并增加监视系统的实现费用。

另外，现有的监视装置必需具有两个线路的复合（Composite）线缆，这两个线路即组合信号CVBS（复合视频基带信号）线路和通信线路，上述组合信号CVBS线路在用于检测是否存在人或动物的照相机模块10和记录装置40之间传输影像信号，上述通信线路用于实现接口（interface）。由此，不仅增加监视系统的实现成本，还存在因多个线路的增加而无法方便地实现拍摄系统的问题。

尤其，照相机模块10和记录装置40隔开平均10M以上的距离而安装。在这样的通过两个布线连接照相机模块10和记录装置40之间的情况下，线缆的购买费用会增加为两倍，设置费用也会增加。

发明内容

本发明为了解决上述的现有问题而提出，因而具有如下目的。

第一，减少在图像传感器和记录装置之间用于传输影像信号及GPIO信号的通信线路。

第二，在图像传感器内组合影像信号和GPIO信号，并向记录装置传输，据此能够减少图像传感器和记录装置之间的连接线。

第三，在图像传感器的内部内置GPIO功能，并在照相机模块中去除微控制部，据此能够节约成本节，并使板设计简化。

本发明实施例的图像传感器的特征在于，包括：图像处理部，将拍摄到的影像信号转换为数字信号，并输出影像数据；GPIO（通用输入/输出）处理部，将通过GPIO销施加的GPIO数据与影像数据进行组合；编码器，对从GPIO处理部施加的信号进行编码；以及数字模拟转换器，将上述编码器的输出转换为模拟信号，并通过一个布线输出由GPIO数据和影像数据组合而成的组合信号。

另外，本发明实施例的包括图像传感器的监视系统的特征在于，包括：图像传感器，对影像数据和通过GPIO销施加的GPIO数据进行组合，并通过一个布线输出组合信号；以及记录装置，将通过上述一个布线施加的组合信号分离为影像数据和GPIO数据并进行存储。

本发明提供如下效果。

第一，减少在图像传感器和记录装置之间用于传输影像信号和GPIO信号的通信线路，并减少布线费用及设置时间，据此能够减少监视系统的成本。

第二，通过一个线路传输影像信号和GPIO信号，使得监视系统的板设计简化。

第三，通过一个线路同时传输影像信号和GPIO信号，据此提供能够减少声音数据的噪声及失真而传送优质的声信号的效果。

另外，本发明的优选实施例用于例示的目的，所属领域的技术人员能够通过发明要求保护的范围的技术思想及范围进行多种修改、变更、代替以及附加，而此类修改、变更等应视为属于发明要求保护的范围。

附图说明

图1为现有的包括图像传感器的监视系统的结构图。

图2为本发明的实施例的包括图像传感器的监视系统的结构图。

图3为图2的图像传感器的详细结构图。

图4及图5为用于说明图3的组合部的图。

图6为图2的记录装置的详细结构图。

（附图标记的说明）

100：图像传感器；200：电机控制部；300：热电型红外传感器模块；400：外部传感器部；500：记录装置

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施例进行详细说明。

图2是本发明实施例的包括图像传感器的监视系统的结构图。

本发明实施例的监视系统包括图像传感器100、电机控制部200、热电型红外传感器（PIR，Pyroelectric Infrared Sensor）模块300、外部传感部400及记录装置500。

在此，图像传感器100拍摄被拍摄体，并接收视频影像信号。图像传感器100将模拟影像信号和GPIO信号组合而进行信号处理，并将其向记录装置500输出。

此时，图像传感器100通过一个线路向记录装置500输出由影像信号和GPIO信号组合而成的组合信号CVBS。即，图像传感器100向数字视频记录器等记录装置500提供GPIO信号，上述数字视频记录器等记录装置500将组合信号CVBS记录为数字格式。

本发明的这种实施例对影像信号和GPIO信号进行组合，并通过一个同轴（COAX）通信线缆向记录装置500传输组合信号CVBS，据此使记录装置500和图像传感器100能够通过一个线路执行远程通信。

另外，图像传感器100可通过从记录装置500施加的电机控制信号来控制外部的电机，而这种电机控制部200通过图像传感器100的输出端口GPO（General PurposeOutput；通用输出）来连接。另外，图像传感器100通过输入端口GPI（General PurposeInput；通用输入）来连接PIR模块300、外部传感器部400等。另外，图像传感器100可利用通过输入端口GPI输入的信号，向影像数据中插入警告消息。

PIR模块300根据PIR传感器驱动部的控制来检测是否存在人或被拍摄体，并通过GPIO端口中的输入端口GPI向图像传感器100输出移动检测信号。

电机控制部200根据通过输出端口GPO从图像传感器100施加的控制信号，来控制外部设备的动作。例如，电机控制部200根据图像传感器100的控制，来控制外部设备的摇摄（PEN）、倾斜（TILT）、变焦（Zoom）及对焦（Focus）等动作。

另外，外部传感器部400包括用于检测气体、火灾、漏水等外部环境的状态的多个传感器。即，外部传感器部400可包括用于检测火灾的温度传感器、用于检测气体的气体检测传感器或用于检测漏水等的漏水检测传感器等。

另外，记录装置500可以利用数字视频录像机（DVR，Digital Video Recorder）来组成。记录装置500对从图像传感器100施加的影像信号以及通过输入端口GPI施加的GPIO信号进行分离，使得影像信号转换为数字信号，并记录于存储部，而利用GPIO信号来控制相关驱动设备。

即，记录装置500若通过PIR模块300检测出是否存在人或动物等被拍摄体，则通过图像传感器100接收拍摄到的影像信号和GPIO数据，将影像信号存储于存储部，并利用GPIO数据（例如，PIR信号）执行相关控制功能。另外，记录装置500若确认了人或动物等被拍摄体的存在，则通过扬声器或影像装置向外部发出警告音。

另外，记录装置500向图像传感器100输出用于控制电机控制部200的驱动的动作控制信号。电机控制部200根据通过图像传感器100从记录装置500施加的动作控制信号，来控制外部设备的动作。

图3为图2的图像传感器100的详细结构图。

图像传感器100包括GPIO（通用输入/输出）销110、寄存器120、图像处理部130、GPIO处理部140、组合部145、编码器150、数字模拟转换器（DAC，Digital AnalogConverter）160及模拟数字转换器（ADC，Analog Digital Converter）170。另外，图像处理部130包括像素阵列131、模拟数字转换器（ADC；Analog Digital Converter）132及影像信号处理部（ISP；Image Signal Processor）133。

在此，GPIO销110通过输出端口GPO向电机控制部200输出数据。另外，GPIO销110通过输入端口GPI从PIR模块300、外部传感器部400接收数据。

寄存器120根据GPIO处理部140的控制，来存储使GPIO销110与输出端口GPO相连接还是与输入端口GPI相连接的选择信息。另外，寄存器120存储GPIO处理部140的输入/输出处理数据以及通过GPIO销110从外部输入/输出的信息。例如，寄存器120在使GPIO销110与输出端口GPO相连接的情况下，存储以高电平（HIGH）的方式控制输出端口GPO的状态还是以低电平（LOW）的方式控制输出端口GPO的状态。

另外，图像处理部130通过镜头拍摄被拍摄体，从而将视频影像信号转换为数字影像数据，并向GPIO处理部140输出转换后的影像数据。即，图像处理部130将光转换为电信号，生成数字影像数据，并将其向GPIO处理部140输出。

在此，图像处理部130可以利用电荷耦合器件（Charged Coupled Device：CCD）图像传感器以及互补金属氧化物半导体（Complementary Metal Oxide Semiconductor：CMOS）图像传感器等，但在本发明的实施例中，以由互补金属氧化物半导体图像传感器组成的图像传感器100为例进行说明。

像素阵列131将通过镜头入射的光（颜色的三原色）转换为电信号，并向模拟数字转换器132输出模拟影像信号。即，像素阵列131将借助于镜头接收的影像的光学信号转换为影像处理所需的电原始影像信号。模拟数字转换器132将从像素阵列131施加的模拟影像信号转换为数字信号，并向影像信号处理部133输出。

影像信号处理部133对数字影像信号进行信号处理，并向组合部145输出影像数据。影像信号处理部133修正从模拟数字转换器132施加的数字影像数据，并转换为清晰画质的影像数据。在此，影像信号处理部133以修正所施加的影像数据的亮度和颜色处理为基本，另外，还能支持自动白平衡（AWB）、自动曝光（AE）、伽马修正、颜色修正、插补法、镜像处理（Mirror）、屏幕菜单（On screen display）以及影像格式的确定等特殊处理功能。

GPIO处理部140接收用于通过模拟数字转换器170控制外部的电机控制部200的控制信号，并向GPIO销110输出。即，在使用GPIO销110作为输出端口GPO的情况下，从记录装置500的控制装置560传输来的GPIO控制信息插入于组合信号CVBS，并向图像传感器100输入。

此时，组合信号CVBS通过模拟数字转换器170转换为数字信号，并向GPIO处理部140输入。像这样输入到GPIO处理部140的数据的比特信息存储于寄存器120，并通过GPIO销110的输出端口GPO向电机控制部200输出。由此，根据控制装置560的操作，能够以远程的方式控制电机控制部200的外部设备的动作。

另外，在使用GPIO销110作为输入端口GPI的情况下，GPIO处理部140检测从GPIO销110施加的GPIO数据。在此，GPIO数据意味着输入于GPIO销110的状态信息。另外，通过GPIO销110输入的数据的比特信息存储于寄存器120。另外，GPIO处理部140实时地检查通过GPIO销110的输入端口GPI施加的信号的状态，并根据这种状态信息更新寄存器120的信息。

另外，组合部145将由GPIO处理部140检测出的GPIO数据以及从图像处理部130施加的影像数据进行组合，并向编码器150输出。例如，组合部145通过输入端口GPI、GPIO销110从PIR模块300、外部传感器部400接收与警告信号相关的数据。

另外，组合部145将通过图像处理部130施加的屏幕数据（OSD，On Screen Data）以及与通过GPIO处理部140施加的警告信号相关的数据进行组合，并向记录装置500传输。即，组合部145向从图像处理部130施加的图像数据中插入警告消息，并向记录装置500传输。在此，与警告数据相关的警告消息可存储于寄存器120或存储于GPIO处理部140的内部。

另外，编码器150对从组合部145施加的信号进行编码，并向数字模拟转换器160输出。数字模拟转换器160将从编码器150施加的数字数据转换为模拟信号，并向记录装置500输出由影像信号和GPIO信号组合而成的组合信号CVBS。

另外，模拟数字转换器170将从记录装置500施加的模拟组合信号CVBS转换为数字信号，并向GPIO处理部140输出。GPIO处理部140将转换为数字信号的组合信号CVBS存储于寄存器120。GPIO处理部140可通过ADC170接收从记录装置500施加的信息。

另外，GPIO销110通过输出端口GPO向电机控制部200输出从GPIO处理部140施加的控制信号。由此，电机控制部200根据图像传感器100的控制，来远程控制外部设备的电机的动作。

图4及图5为用于说明图3的GPIO处理部140的图。

在本发明的实施例中，组合部145将从GPIO销110、GPIO处理部140施加的GPIO数据和从图像处理部130施加的数字影像数据进行组合。

这种组合部145在如ITU-R之类的影像标准团体中，使用BT656之类的规格。从ITU-R之类的影像标准团体中的数字视频信号规格来看，以用户向不包括实际影像数据的无效（Inactive）区间插入任意的辅助数据的方法为标准进行标准化。

ITU-R、BT656标准为用于对未压缩的标准的影像进行流式传播（streaming）的数字影像协议。一个BT656数据流（data stream）可以根据动作信号，同时并列地传输多个比特（例如，10比特或8比特）。

流（stream）内的视频数据的水平扫描线划分为SAV（Start of Active Video；有效视频起始）码和EAV（End of Active Video；有效视频结束）码。另外，SAV码包括状态比特，上述状态比特指示在视频场（field）或帧（frame）内的行的位置。整个帧内的行的信息可通过追踪SAV的状态比特知晓，以便在接收端与新的流同步化（synchronize）。

由组合部145转换为数字信号的GPIO信号插入于ITU-R、BT656的标准数据表的消隐（Blanking）区。

即，一个特征在于，场（Field）区的相当于包括实际的影像的有效视频区间，而在不包括实际影像的消隐区携带GPIO数据并传送。

例如，GPIO数据插入于ITU-R、BT656视频表的525行（NTSC）或625行（PAL）的每个场的垂直消隐区的行中。此时，每个行可以插入64比特～128比特的GPIO数据。在此，可以根据发送接收的通信协议来对GPIO数据记录于哪一场的第几行进行实现。

由此，如图5所示，本发明的实施例在ITU-R、BT656标准规格中，使影像数据和GPIO数据均包括在数据表中，从而使GPIO数据和影像信号成为一体。如图5所示，将影像数据和GPIO数据组合而成的信号经由编码器150、数字模拟转换器160输出为具有模拟波形的组合信号CVBS。

如上所述，在本发明的实施例中，影像标准规格可以根据标准指定的方式，但并不局限于此，也可以根据用户个别定义的非标准方式。

图6为图2的记录装置500的详细结构图。

记录装置500包括影像装置510、模拟数字转换器520、解码器530、微控制部（MCU；Micro Control Unit）540、存储部550、控制装置560、GPIO数据处理部570及GPIO数据插入部580。

在此，影像装置510根据从图像传感器100施加的组合信号CVBS，将影像信号显示于显示器。

另外，模拟数字转换器520将通过一个线路从图像传感器100施加的模拟组合信号CVBS转换为数字信号，并向解码器530输出。

另外，解码器530对从模拟数字转换器520施加的数字数据进行解码，并向GPIO数据处理部570和微控制部540输出。即，解码器530对转换为数字信号的组合信号CVBS进行解码，从而向GPIO数据处理部570、微控制部540输出GPIO数据，向微控制部540输出影像数据。

微控制部540包括数字信号处理部（DSP，Digital Signal Processor），对被解码的数字数据进行信号处理，并存储于存储部550。微控制部540根据从解码器530施加的GPIO数据执行相关信号处理。即，根据从控制装置560接收的键值对GPIO数据进行信号处理，并向GPIO数据处理部570输出。

另外，微控制部540对被解码的数字影像数据进行压缩，并存储于存储部550。例如，微控制部540可利用H.264或MPEG-4等压缩技术，将被解码的数字数据存储于存储部550。

另外，控制装置560向微控制部540输出用于控制外部设备的动作的动作控制信号。在此，控制装置560包括操纵杆（Joystick）之类的驱动装置，并接收能够使外部设备动作的键值。

另外，GPIO数据处理部570根据微控制部540的控制，来处理从解码器530施加的数字数据中的GPIO数据，并向GPIO数据插入部580输出。另外，微控制部540向GPIO数据处理部570输出从控制装置560施加的驱动控制信号。GPIO数据插入部580向具有模拟波形的组合信号CVBS插入GPIO控制数据，并向图像传感器100输出。

Claims (18)

1.一种图像传感器，其特征在于，包括：

图像处理部，将拍摄到的影像信号转换为数字信号，并输出影像数据；

通用输入/输出GPIO处理部，对通过GPIO销施加的GPIO数据进行处理；

组合部，将上述影像数据和上述GPIO数据进行组合；

编码器，对从上述组合部施加的信号进行编码；以及

数字模拟转换器，将上述编码器的输出转换为模拟信号，并通过一个布线输出由上述影像数据和上述GPIO数据组合而成的组合信号。

2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，

上述图像处理部包括：

像素阵列，将拍摄到的影像信号转换为电信号并输出；

第一模拟数字转换器，将从上述像素阵列施加的模拟影像信号转换为数字信号并输出；以及

影像信号处理部，将从上述第一模拟数字转换器施加的信号修正并输出。

3.根据权利要求2所述的图像传感器，其特征在于，上述图像处理部包括CMOS图像传感器。

4.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，上述GPIO处理部包括ITU-R、BT656标准表。

5.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，

上述GPIO处理部包括：

场区，记载有上述影像数据；以及

消隐区，记载有上述GPIO数据。

6.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，还包括寄存器，上述寄存器根据上述GPIO处理部的控制，来存储通过上述GPIO销输入/输出的信息。

7.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，还包括第二模拟数字转换器，上述第二模拟数字转换器将从外部的记录装置施加的上述组合信号转换为数字信号。

8.根据权利要求7所述的图像传感器，其特征在于，上述GPIO处理部通过上述GPIO销向外部的电机控制部输出上述第二模拟数字转换器的输出。

9.一种包括图像传感器的监视系统，其特征在于，包括：

图像传感器，对影像数据和通过GPIO销施加的GPIO数据进行组合，并通过一个布线输出组合信号；以及

记录装置，将通过上述一个布线施加的组合信号分离为上述影像数据和上述GPIO数据并存储。

10.根据权利要求9所述的包括图像传感器的监视系统，其特征在于，上述图像传感器包括：

图像处理部，将拍摄到的影像信号转换为数字信号，并输出影像数据；

GPIO处理部，对通过GPIO销施加的GPIO数据进行处理；

组合部，将上述影像数据和上述GPIO数据进行组合；

编码器，对从上述组合部施加的信号进行编码；以及

数字模拟转换器，将上述编码器的输出转换为模拟信号，并通过一个布线输出由上述影像数据和上述GPIO数据组合而成的组合信号。

11.根据权利要求10所述的包括图像传感器的监视系统，其特征在于，上述组合部包括ITU-R、BT656标准表。

12.根据权利要求10所述的包括图像传感器的监视系统，其特征在于，上述GPIO处理部包括：

场区，记载有上述影像数据；以及

消隐区，记载有上述GPIO数据。

13.根据权利要求10所述的包括图像传感器的监视系统，其特征在于，上述图像传感器还包括寄存器，上述寄存器根据上述GPIO处理部的控制，来存储通过上述GPIO销输入/输出的信息。

14.根据权利要求10所述的包括图像传感器的监视系统，其特征在于，还包括第一模拟数字转换器，上述第一模拟数字转换器将从上述记录装置施加的上述组合信号转换为数字信号。

15.根据权利要求10所述的包括图像传感器的监视系统，其特征在于，还包括：

电机控制部，根据通过上述图像传感器从上述记录装置施加的GPIO控制信号，来控制外部设备的动作；

热电型红外传感器模块，检测被拍摄体是否移动，并向上述GPIO销的输入端口输出；以及

外部传感部，检测外部环境的状态，并向上述GPIO销的输入端口输出。

16.根据权利要求9所述的包括图像传感器的监视系统，其特征在于，

上述记录装置包括：

第二模拟数字转换器，将上述组合信号转换为数字信号；

解码器，对上述第二模拟数字转换器的输出进行解码，并分离上述GPIO数据和上述影像数据；

微控制部，对从上述解码器施加的上述影像数据进行压缩；以及

存储部，存储上述微控制部的输出。

17.根据权利要求16所述的包括图像传感器的监视系统，其特征在于，

上述记录装置还包括：

控制装置，向上述微控制部输出用于控制外部设备的GPIO控制信号；

GPIO数据处理部，根据上述微控制部的控制，处理与上述GPIO控制信号相对应的GPIO控制数据；以及

GPIO数据插入部，将上述GPIO数据插入于上述组合信号，并向上述图像传感器传输。

18.根据权利要求16所述的包括图像传感器的监视系统，其特征在于，还包括影像装置，上述影像装置将上述组合信号显示于显示器。