CN108886590A - 具有动态像素分仓的图像传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明呈现用于动态像素分仓的方法、系统、计算机可读媒体和设备。在一个实例中，一种图像传感器系统包含多个传感器元件；多个浮动扩散区，其与所述多个传感器元件通信，所述多个浮动扩散区中的每一浮动扩散区经配置以选择性地启用；以及至少一个比较电路，其耦合到所述多个浮动扩散区中的至少两个浮动扩散区，所述比较电路经配置以：接收来自所述两个浮动扩散区的输入信号，比较所述输入信号，并基于所述输入信号的所述比较来输出比较信号。

Description

具有动态像素分仓的图像传感器
背景技术
图像传感器用于各种应用(交通工具内、监测、医疗等等)中，且高品质图像传感器可为合意的。可产生高品质图像的一种图像传感器是光敏层材料(例如有机光导膜(“OPF”)或量子点膜(“QDF”))层压CMOS传感器。
发明内容
描述具有动态像素分仓的图像传感器的各种实例。举例来说，用于动态像素分仓的一个实例图像传感器系统包含：多个传感器元件；多个浮动扩散区，其与所述多个传感器元件通信，所述多个浮动扩散区中的每一浮动扩散区经配置以选择性地启用；以及至少一个比较电路，其耦合到所述多个浮动扩散区中的至少两个浮动扩散区，所述比较电路经配置以：接收来自所述两个浮动扩散区的输入信号，比较所述输入信号，基于所述输入信号的比较来输出比较信号。
一种用于动态像素分仓的实例方法包含：启用图像传感器系统中的第一分仓配置，以使用第一扩散区来建立第一像素配置，所述第一像素配置包括多个传感器元件；从所述第一浮动扩散区读取第一像素值；启用所述图像传感器系统中的第二分仓配置，所述第二分仓配置使用第二浮动扩散区来维持所述第一像素配置，所述第二浮动扩散区不同于所述第一浮动扩散区；从所述第二浮动扩散区读取第二像素值，比较所述第一和第二像素值，且输出指示所述比较的结果的比较信号。
另一实例系统包含：像素元件的二维阵列；多个浮动扩散区，每一浮动扩散区对应于所述像素元件中的不同一者，每一浮动扩散区经配置以个别地且选择性地启用；多个比较电路，每一比较电路耦合到两个浮动扩散区的输出，其中无浮动扩散区耦合到两个比较电路，所述比较电路中的每一者经配置以：接收来自相应两个浮动扩散区的输入信号，比较所述输入信号，且基于所述输入信号的比较输出比较信号。
用于动态像素分仓的另一实例方法包含在第一帧周期期间将第一启用信号发射到图像传感器系统，所述图像传感器系统包括：像素元件的二维阵列；多个浮动扩散区，每一浮动扩散区对应于所述像素元件中的不同一者，每一浮动扩散区经配置以个别地且选择性地启用；多个比较电路，每一比较电路耦合到两个浮动扩散区的输出，其中无浮动扩散区耦合到两个比较电路，所述比较电路中的每一者经配置以接收来自相应两个浮动扩散区的输入信号，比较所述输入信号，且基于输入信号的比较来输出比较信号；第一启用信号，其经配置以启用第一浮动扩散区群组；在第二帧周期期间将第二启用信号发射到所述图像传感器系统，所述第二启用经配置以启用第二浮动扩散区群组，所述第二浮动扩散区群组中的浮动扩散区不同于所述第一浮动扩散区群组中的浮动扩散区；接收来自所述图像传感器系统的传感器信号，所述传感器信号包括基于比较信号的比较值；以及基于传感器信号来检测运动。
提到这些说明性实例并非是限制或限定本公开的范围，而是实际上提供辅助本公开的理解的实例。在具体实施方式中论述说明性实例，说明性实例提供进一步的描述。各种实例所提供的优点可通过查阅本说明书来进一步理解。
附图说明
并入到本说明书中且构成本说明书的一部分的附图说明了一或多个特定实例，并且与实例的描述一起用于阐释特定实例的原理和实施方案。
图1A到1D示出实例OPF或QDF层压CMOS传感器；
图2A到2H示出具有动态像素分仓的实例图像传感器；
图3示出具有动态像素分仓的实例图像传感器；
图4示出用于动态像素分仓的实例系统；
图5示出包含具有动态像素分仓的图像传感器的实例移动无线装置；
图6示出用于动态像素分仓的实例方法；
图7A和7B示出像素分仓的实例；
图8到10示出具有动态像素分仓的实例图像传感器；以及
图11示出用于动态像素分仓的实例方法。
具体实施方式
本文在具有动态像素分仓的图像传感器的上下文中描述实例。所属领域的一般技术人员将认识到以下描述仅是说明性的且无意以任何方式进行限制。现在将详细参考在附图中说明的实例的实施方案。相同参考指示符将贯穿图式使用并且以下描述是指相同或相似项。
为了清楚起见，并未示出和描述本文中所描述的实例的全部常规特征。当然，将了解，在任何此类实际实施方案的开发中，必须作出众多实施方案特定的决策以便实现开发人员的特定目标，例如符合应用和企业相关约束，并且这些特定目标在实施方案之间以及开发人员之间将是不同的。
一些图像传感器使用响应于入射光子产生电子的材料。所产生的电荷可累积(具有或不具有相乘步骤)，且接着可读取指示累积电荷的量的信号。例如OPF和QDF等材料可用以检测入射光并产生电荷。电荷可累积在例如浮动扩散区等电荷储存硅区中。接着可使用取样和模/数转换电路来读取储存在这些浮动扩散区中的电荷，以获得指示在所述传感器上的对应位置接收到的光的量的数字值。
许多图像传感器排列成传感器元件的行和列，其中每一传感器元件覆盖图像传感器的特定区域，例如像素。传感器元件或像素可包含光学元件组，例如排布在产生电荷的感光层(例如OPF或QDF层)顶部的光学通道中的微透镜和/或彩色滤光片。
在一个设计中，每一传感器元件可与电荷累积区相关联，例如硅上，且所述电荷累积区中的电子的后续读取将提供指示对应传感器元件上的入射光强度的信息。下文描述的技术允许与一个传感器元件相关联的电荷累积区累积来自多个传感器元件的电荷，而与所述多个传感器元件中的其它传感器元件相关联的电荷累积区停用。因此，多个传感器光电检测元件共享单个电荷累积区。另外，下文公开用于使共享的电荷累积区交错的技术。
参看图1A，图1A示出经OPF涂覆的CMOS传感器100的实例。传感器100包含抵接传感器元件的阵列，所述传感器元件包含位于平坦化层130上方的微透镜110a-c和彩色滤光片120a-c。这些组件安置于OPF层140上，各自连接到电荷累积区150a-c，其可为(例如)浮动扩散区，其表示硅层中可用来自OPF层的电子充电的电容器。并且虽然此实例参考OPF层，但还可使用其它合适的传感器光敏层压材料技术，例如可层压在图像传感器中的QDF。光敏层接收到的光子产生光敏层(例如OPF层140)中的电子的释放，其接着行进到浮动扩散区150a-c中，电子电荷在此累积。接着可读取每一传感器元件的累积电荷，以确定对应的光强度值。此过程可在图1B-1D中更详细地看到。
在图1B中，将OPF层140充电到预定电压，例如10伏。在此之后，将光投影到传感器100的像素元件上将导致可从浮动扩散区150a-c读取以获得图像信息的输出信号。更具体地说，投影到像素元件上的光子，穿过微透镜110a-c和对应的彩色滤光片120a-c，集中在OPF层140上。在OPF层140内，接收到的光子导致电子的释放，其行进到存在于硅基极层中的对应于以上相应微透镜110a-c和彩色滤光片120a-c的浮动扩散区150a-c。电子在浮动扩散区150a-c中的累积，其与投影在对应像素元件上的光线性相关，产生对应于与累积于每一浮动扩散区150a-c中的电子的数目成比例的电压的电荷电平。
参看图1C，随时间过去，电子的累积增加了每一浮动扩散区150a-c内的电荷，其基于每一浮动扩散区150a-c中的着色量而示出。举例来说，最右浮动扩散区150c的电荷仅部分饱和，最左浮动扩散区150a的电荷几乎饱和，且中心浮动扩散区150b的电荷过饱和。如上文所论述，累积电荷的相应量与累积电子的相应数目成比例，累积电子的相应数目又与撞击传感器100的光子的数目成比例。
参看图1D，将使用取样电路来读取来自每一浮动扩散区的累积电荷，所述取样电路包含放大器，以获得和放大来自相应浮动扩散区的电荷，以确定累积电荷，其指示在传感器上的特定位置(例如像素元件)处接收到的光子的量。接着可对此累积电荷进行取样，从模拟信号转换为数字值，且用以产生对应的像素值，例如光强度或色彩值。
可用可在不同情形中具有价值的额外特征来增强图1A-1D中所示的基本光敏层(例如OPF或QDF)层压CMOS传感器。一个此类特征被称作“像素分仓”。再次参看图1B，如在OPF传感器100中可看出，在每一像素元件内，每一微透镜110a-c和彩色滤光片120a-c的下面具有对应的浮动扩散区150a-c。因此，撞击最左微透镜110a的光子通常继续穿过对应的彩色滤光片120a，集中到像素元件内的光敏层上，且释放的电子主要行进到对应的浮动扩散区150a中。相比之下，像素分仓停用一或多个浮动扩散区150a-c，从而将释放的电子从相邻像素元件分流到共同的作用中浮动扩散区。举例来说，图1B中示出的图像传感器100可经配置以使得通过停用浮动扩散区150a和150c，基于撞击那些像素元件的微透镜110a-c和彩色滤光片120a-c中的任一者的光子而释放的电子行进到中心浮动扩散区150b中。通过这样做，图像传感器的分辨率减小，因为浮动扩散区的数目减少，且电子汇聚到共享像素元件的相同作用中浮动扩散中，然而，一些应用，例如运动检测，可不需要高分辨率图像，且一些应用减小分辨率产生系统操作的功率节省益处。
现参看图2A-2C，图式2A-2C示出实例图像传感器200。图像传感器包含微透镜210a、b；平坦化层230；光敏层240，以及浮动扩散区250a-d，如上文相对于图1A-1D中所示的图像传感器100所论述。在此实例传感器200中，不同于图1A-D中所示的实例，传感器元件包含微透镜210a，b，但不包含彩色滤光片。应了解，基于相应实例传感器的所要光学特性，根据不同实例的传感器元件可包含各种组件，包含透镜或微透镜、滤波器等。除上文所论述的组件之外，，图像传感器200包含桥接器252a-c，其在下文将更详细地论述。
图2A-2C中所示的图像传感器200经配置以提供动态像素分仓。使用加阴影区220a-d来示出经分仓的像素。因此，在图2A中，将电子分仓到浮动扩散区250b和250d中。在此实例中，停用两个浮动扩散区250a和250c。
举例来说，如在图2C中可看出，光敏层240可经由可选择性地门控接通或断开的晶体管254a-d电连接到多个浮动扩散区250a-d。因此，通过停用晶体管254a和254c且启用晶体管254b和254d，光敏层中释放的电子无法(直接)流到浮动扩散区250a和250c，而是必须流到浮动扩散区250b和250d。图2D示出说明停用晶体管254a和254c(以及停用桥接器252a-c中的每一者)的效应的概念电路图。如图2D中可看出，到浮动扩散区250a和250c的电连接已停用，且因此它们不可用于累积电荷(且因此未图示)。下文将更详细地论述在此实例中部分地由晶体管256a-d实施的桥接器252a-c。
在图2B中示出的配置中，通过门控接通晶体管254a和254c，浮动扩散区250a、250c已重新激活，而通过门控断开晶体管254b和254d，浮动扩散区250b、250d已停用。因此，来自光敏层240的电子移动到浮动扩散区250a和250c中。图2E示出说明停用晶体管254b和254d(且停用桥接器252a-c中的每一者)，同时启用晶体管254a和254c的效应的概念电路图。在此实例中，图像传感器200经配置以基于从处理器或其它合适的控制器接收到的一或多个命令，来动态地重新配置或消除分仓配置。
图2A和2B说明在两个连续帧上使用的针对图像传感器200的两个像素分仓配置。因此，图像传感器200如图2A中所示来配置，且在帧周期之后，读取经启用的浮动扩散区250b，d，图像传感器如所图2B所示重新配置，且在第二帧周期之后，读取经启用的浮动扩散区250a，c。因此，经由一系列连续帧，图像传感器200可在图2A和2B中所示的分仓配置之间交替。分仓配置之间的此交替可被称作“交错”。在一些应用(例如运动检测)中可有利地使用交错来更高效地检测两个连续所捕获图像帧内的运动。虽然图2A和2B中所示的实例在两个配置之间交错，交错不限于两个配置之间的交替，而是可包含两个或更多个不同配置之间的切换。
举例来说，如在图2A和2B中可看到，交错式分仓使用四个邻近浮动扩散区250a-d，使得在任一帧中，两个是作用中的，且两个是停用的(或通过使用桥接器252a-c，操作为上溢，下文更详细地描述)，且作用中和停用的浮动扩散区250a-d在连续帧上交替。因此，所捕获的连续图像提供相同分辨率，且如果所捕获的场景在两个帧之间是静态的，那么捕获大致相同的像素信息。然而，通过使分仓操作交错，可检测两个连续帧之间的运动更高效。举例来说，如图2A到2C中可见，当在交错配置中在替代帧上激活时，浮动扩散区250b和250c接收来自图像传感器200内的类似区的电子。
将来自一个帧的浮动扩散区250b的输出与下一帧中的浮动扩散区250c的输出进行比较可指示图像传感器200所观看的场景内的对象是否正在移动。举例来说，如果在连续帧上，浮动扩散区250b的读出，例如所取样电压，显著低于(或高于)浮动扩散区250c的读出，那么入射光子的数目的改变可归因于传感器所观看的场景中的移动。
除动态地配置像素分仓配置之外，传感器还经配置以提供共享浮动扩散区。在此实例中，图2A示出已激活桥接器252a以允许浮动扩散区250b中的累积电子行进到相邻的浮动扩散区250a，这可增加浮动扩散区250b的视在容量。在此实例中，当桥接器252a启用时，累积在浮动扩散区250b中的电子中的一些能够跨越桥接器252a，并累积在浮动扩散区250a中。类似地，如果桥接器252c启用，那么累积在浮动扩散区250d中的电子中的一些能够跨越桥接器252c，并累积在浮动扩散区250c中。
再次参看图2C，桥接器252a-c分别包括晶体管256a-c。晶体管256d示出图2C中未图示的到另一浮动扩散区的桥接器的一部分。为了激活桥接器，在此实例中，对应晶体管可门控接通。参看图2F，图2F示出图2D的传感器200配置，其中已通过门控接通晶体管254b和254d来启用浮动扩散区250b和250d，且已通过门控断开晶体管254a和254c来停用浮动扩散区250a和250c。然而，已通过门控接通晶体管256a和256c来启用桥接器252a和252c。因此，虽然电子无法直接从光敏层240流到浮动扩散区250a和250c中的任一者，但在首先流入(或朝向)浮动扩散区250b和250d中，且跨越相应桥接器252a、252c之后，电子可间接地流到那些浮动扩散区250a、250c。类似地，图2G说明图2D的配置，其中从光敏层释放的电子分仓到浮动扩散区250a和250c中，且可分别跨越桥接器252a和252c。
在一些实例中，当连接到桥接器的浮动扩散区中的仅一者启用时，桥接器252a-c可启用，从而向经分仓的像素提供额外的电荷累积容量。举例来说，当浮动扩散区250a启用，但浮动扩散区250b停用时，桥接器252a可启用。然而，如果浮动扩散区250a和250b两者均启用，桥接器252a可停用以防止不准确的图像传感器输出。为了启用此类相互独占式操作，电路(例如异或(“XOR”)栅极可耦合到桥接器252a。现参看图2H，其示出传感器200的一部分，“异或”门258耦合到桥接器晶体管256c。在此实例中，到“异或”门208的输入由信号驱动晶体管254a和254b供应，使得当晶体管254a、254b两者均启用(或这两者均停用)时，“异或”门258的输出停用桥接器252a。但当两个晶体管254a、254b中的仅一者启用时，“异或”门258启用桥接器252a。虽然这是在硬件中实施像素分仓和桥接操作的一个实例，但也可使用其它实施方案，例如通过为每一浮动扩散晶体管254a-d且为每一桥接器晶体管256a-d(其各自可独立控制)提供单独的启用线。
通过启用一或多个桥接器，图像传感器200能够有效地增加中间浮动扩散区250b可累积的电荷的量。并且，在像素分仓操作中，一个浮动扩散区累积来自多个光子收集元件(例如微透镜和彩色滤光片)的电荷。在明亮环境中，当使用像素分仓时，归因于传入光子释放电子的速率以及从浮动扩散区读取累积电荷的速率，分仓到单个浮动扩散区中的电子的数目可能超过浮动扩散区的容量。另外，在其中使用像素分仓的情况下，其它浮动扩散区经受闲置，例如当图像传感器200使用像素分仓来将电荷累积在中间浮动扩散区250b中时，浮动扩散区250a和250c闲置，且不会累积电荷。但通过启用桥接器252a和252b中的一者或两者，浮动扩散区250b的容量可有效地增加浮动扩散区250a或250c中的任一者或两者的容量。当之后读取浮动扩散电荷时，可读取来自250b以及250a和250c中的任一者或两者的组合读数，作为用于传感器元件的整个经分仓群组的单个值。在此上下文中，传感器元件是指微透镜，或在一些实例中，微透镜和对应的彩色滤光片，或其它离散元件，穿过所述元件接收光子，并将其提供到OPF或类似层，其中光子用以将电子释放到浮动扩散区。
另外，在图2A到2C中所示的实例中，可动态地启用或停用桥接器252a，b。因此，浮动扩散区250b的有效容量可动态地改变，以便适应对图像传感器200的变化的操作要求。举例来说，在低光设置中，可停用桥接器252a，b，因为将可能累积在中心浮动扩散区250b中的电荷的量充分小，使得浮动扩散区250b的容量对于储存电荷来说充分小，且达到高等级的电压敏感性，直到所述量的电荷下一次被读取为止，例如随着电子的量变小，电压容易地增加。然而，在明亮设置中，桥接器252a，b中的一者或两者可启用，因为归因于大量光子到达传感器，从而与未经分仓设置中的浮动扩散区的容量相比，导致电荷较快地累积在浮动扩散区250b中，中心浮动扩散区250b可快速达到全容量或饱和。
应注意，虽然图2A到2C中所示的图像传感器200仅包含两个传感器元件，但根据本公开的实例图像传感器可包含更多的传感器元件。举例来说，根据本公开的一些图像传感器200可包含布置成任何合适的排列(包含二维阵列)的数百、数千或数百万个传感器元件。在一个实例中，图像传感器可包含排列成每行具有1024个传感器元件且具有768个行的二维阵列的若干传感器元件。然而，可使用传感器元件的其它排列和数目。
另外，桥接器可根据可为所要的任何预定排列并入到一或多个实例传感器中。举例来说，在一个实例中，每一传感器元件可通过桥接器耦合每隔一个邻近传感器元件。在另一实例中，每一传感器元件可通过桥接器耦合到同一行或列中的邻近传感器元件。另外，虽然图2中示出的实例仅示出中心浮动扩散区250b耦合到紧邻其的两个浮动扩散区250a，c，在一些实例中，第一浮动扩散区可通过桥接器耦合到邻近的第二浮动扩散区，其又可耦合到邻近于第二浮动扩散区但不邻近于第一浮动扩散区的第三浮动扩散区，使得电荷在第一浮动扩散区中的累积跨越桥接器到第二浮动扩散区，且接着到第三浮动扩散区。在不同实例中，再进一步配置可为可能的。
在动态像素分仓的不同实例中，可使用桥接器252a-c来提供增加的视在浮动扩散容量，如上文所论述；然而，根据本公开的一些实例可不使用桥接器。
现参看图3，图3示出具有动态像素分仓的实例传感器系统300。传感器系统300包含图像传感器层310、像素选择层320、列选择层330和全局事件产生器层340或模拟信号比较器。所述实例中的图像传感器层310使用光敏层314，例如图2A-2C中所示的OPF层压CMOS传感器，但可使用其它合适的分层膜技术，包含QDF层压CMOS图像传感器。图像传感器层310经配置以使用交错式像素分仓，使得两个相邻像素元件的浮动扩散区312a和312b交替地累积每一帧周期可读出的电荷。像素选择层320和列选择层330提供从图像传感器层310选择个别经分仓的像素输出来分析的能力。
在运动检测操作中，全局事件产生器层340确定从经分仓的像素元件的浮动扩散区312a，b读取的值或取样的模拟电压是否相差超过预定阈值，以触发经由比较器344的输出，其指示在此像素元件处检测到改变。阈值的使用，例如滞后作用，可避免归因于像素电路内部的噪声的非所要输出干扰。来自图像传感器层310的对应于相同经分仓的像素元件的浮动扩散区312a，b的两个输出信号传送到差分放大器342，其放大在放大器的输入341a-b处接收到的两个输出信号之间的差异，例如AC信号差异。将差分放大器342的输出传送到比较器344，其将所述输出与预定阈值信号进行比较，以确定检测到的两个信号之间的差异是否充分大。如果是，那么比较器344输出用以指示像素值在两个帧之间的显著变化的信号，例如数字“1”信号，或用以指示值的不显著变化的信号，例如数字“0”信号。在此实例中，当差分放大器342的输出超过到比较器344的阈值输入时，“显著变化”发生。在一个实例中，处理器可使用检测到的变化来检测相机所捕获的场景中发生的运动，且捕获移动对象的轮廓。另外，在包含相当大数目个像素(例如数千或数百万个像素)的图像传感器中，运动的检测可进一步取决于指示在处理器确定已检测到运动之前跨连续帧的变化的阈值像素数目。
图3的传感器系统300和图2A-2C的图像传感器200的一些实施方案允许减少的功耗，且在一些情况下，可这样做而不牺牲空间覆盖度。分仓可降低功耗，因为浮动扩散区的数目减小，且因此来自传感器的像素阵列的信号的数目减小，且模数转换频率也可减小。然而，通过将多个传感器元件的输出组合成单个输出，图像传感器200的有效分辨率减小。另外，通过使用交错式分仓，可用如图3中所示的相对简单的高效电路来执行运动检测，而不是借助硅装置之外的较复杂的软件算法和处理器利用来执行运动检测，这可避免归因于将数据传送离开硅装置的电力使用。另外，在一些实例中，像素元件实施方案可较小，因为光电检测器和信号处理电路是以3维创建的，而不是例如在平面硅晶片中每像素并入一或多个额外电容器，从而导致较低的光电检测器填充因子和较低的光敏感性。
现参看图4，图4示出具有图像传感器的实例系统400，所述图像传感器具有动态像素分仓。系统400包含与传感器系统410通信的处理器420。传感器系统410包含图像传感器412，例如图2中示出的图像传感器200。处理器420经配置以将信号发射到传感器系统410以启用或停用传感器系统410，改变传感器系统410的感测模式，或起始一或多个图像的捕获。传感器系统410经配置以接收来自处理器420的信号，且控制图像传感器412。
在此实例中，传感器系统410经配置以在图像传感器412中启用、停用或交错像素分仓。传感器系统410进一步经配置以接收来自图像传感器412的与和像素元件上以及图像传感器412内的各种浮动扩散区内的光强度有关的累积电荷的读数相关联的一或多个传感器信号，且将传感器信息提供到处理器420。处理器420可并入到与图像传感器系统相同的硅装置上的数字电路实施方案中。举例来说，传感器信息可包含电荷信息，例如在图像传感器412的浮动扩散区中的一些或全部中检测到的电荷、从图像传感器412读取的基于像素元件的电荷信息或光强度的像素信息、指示是否检测到运动的信号，或其它信息。在一些实例中，传感器系统410进一步包含经配置以确定连续帧上的像素读数的差异并将指示此类差异的一或多个信号提供到处理器420的电路，例如图3所示的电路。举例来说，传感器系统410可基于传感器系统的输出来输出双色图像，例如黑色和白色。连续帧中像素值无显著变化的像素在双色图像中表示为黑色，而连续帧中针对其检测到像素值的显著变化的像素表示为白色。因此，分析此图像的处理器可能够快速识别场景中的移动对象。
应了解，根据此公开的任何实例图像传感器可适合用作图4中示出的实例中的图像传感器412。举例来说，可根据各种实例，合适地使用图2A-H、3或8-10中所示的实例图像传感器中的任一者。另外，应了解，根据应用中的特定要求，各种实施方案选项可为可用。举例来说，还可使用硅传感器的同一晶片或裸片中的定制硬件，或可在定制硬件、软件或这两者中实施特定元件，以代替图4中的处理器。
现参看图5，图5示出实例移动装置500。在图5中所示的实例中，移动装置包含处理器510、存储器520、无线收发器512、全球导航卫星系统(例如全球定位系统(GPS))、接收器514、图像传感器系统516、显示器530、用户输入装置540和总线550。在此实例中，移动装置包括蜂窝式智能电话，但可以是任何合适装置，包含蜂窝式电话、膝上型计算机、平板计算机、平板手机、个人数字助理(PDA)、可佩戴装置或增强现实装置。处理器510经配置以使用总线550来执行存储在存储器520中的程序代码，将显示信号输出到显示器530，并接收来自用户输入装置540的输入。合适的用户输入装置540可包含触敏输入装置，例如触摸屏或触摸板；按钮；D垫；滑块；键盘或小键盘；等。
另外，处理器510经配置以从GPS接收器514和无线收发器512接收信息，且将信息发射到无线收发器512。
在此实例中，处理器510包括耦合到处理器的计算机可读媒体，例如随机存取存储器(RAM)。处理器510执行存储在存储器520中的计算机可执行程序指令。合适的实例处理器可包括微处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)和状态机。这些处理器可进一步包括如PLC的可编程电子装置、可编程中断控制器(PIC)、可编程逻辑装置(PLD)、可编程只读存储器(PROM)、电子可编程只读存储器(EPROM或EEPROM)或其它类似裝置。本文根据其结构含义来使用处理器，且不表示软件本身。处理器可包含车载存储器，且可执行存储在车载存储器、单独存储器或组合中的指令。
根据本公开的使用处理器的实例装置可包括媒体(例如计算机可读存储媒体)或可与之通信，所述媒体可存储指令，所述指令在由所述处理器执行时，可致使所述处理器执行本文中描述为由处理器进行或辅助的步骤。计算机可读媒体的实例可包含但不限于能够提供具有计算机可读指令的处理器的电子、光学、磁性或其它存储装置，所述处理器例如为网络服务器中的处理器。媒体的其它实例包括但不限于软性磁盘、CD-ROM、磁盘、存储器芯片、ROM、RAM、ASIC、经配置的处理器、所有光学媒体、所有磁带或其它磁性媒体或计算机处理器可从其读取的任何其它媒体。所描述的处理器和处理可在一或多个结构中，并且可通过一或多个结构分散。处理器可包括用于执行本文中所描述的方法(或方法的部分)中的一或多者的代码。
无线收发器512经配置以使用链路544经由天线542来发射和接收无线信号。举例来说，无线收发器可经配置以通过将信号发射到与蜂窝式基站相关联的天线且从所述天线接收信号，来与蜂窝式基站通信。GPS接收器514经配置以从一或多个GPS卫星接收信号，并向处理器510提供位置信号。在此实例中，图像传感器系统516包括图像传感器系统，例如图3和4中所示的传感器系统300、410；然而，图像传感器系统516可为任何合适的图像传感器系统。在此实例中，移动装置500经配置以使用如本文所述的图像传感器系统516和像素分仓来执行运动检测。
现参看图6，图6示出实例方法。将相对于图4中示出的系统400来论述图6的方法，但所述方法不限于由此系统执行。实际上，可使用根据本公开的任何合适的系统。另外，应注意，虽然下文的方法描述是循序描述的，但在根据本公开的不同实例中，可同时大体上同时，或以不同次序执行一或多个步骤。图6的方法600开始于框610。
在框610处，处理器420将信号发射到传感器系统410，以根据第一配置来配置像素分仓。在此实例中，图像传感器412包含传感器元件的二维阵列，且第一分仓配置产生分仓配置，其将二维阵列分成具有共享单个浮动扩散区的四个邻近像素的像素元件的二维阵列。举例来说，图7A说明传感器元件710的二维阵列，且图7B说明同一阵列，然而，传感器元件710已经分仓来创建较大像素720。每一较大像素720对应于四个传感器元件710。
在框620处，传感器系统410从经分仓像素元件的相应浮动扩散区读取第一组像素值，其中所述第一组经分仓像素值对应于第一帧。来自第一组经分仓像素值接着由传感器系统存储。
在框630处，处理器420将第二信号发射到传感器系统410，以根据第二配置来配置像素分仓。如上文相对于框610所论述，对像素元件的二维阵列进行分仓，以创建对应于四个邻近传感器元件710的较大像素720，如图7B所绘示。第二配置从相同的对应传感器元件710创建像素720的相同排列，然而，选择不同浮动扩散区域作为每一较大像素720的共用浮动扩散区域。因此，如果在框610处，像素元件A和B分仓在一起，那么在框630处，它们保持分仓在一起。因此，像素分仓针对两个像素分仓配置维持相同的像素元件配置。
在框640处，传感器系统410从经分仓的像素元件的相应浮动扩散区读取第二组像素值，其中所述第二组经分仓的像素值对应于第二帧。来自第二组像素值的值接着由传感器系统410存储。
在框650处，传感器系统410将来自对应于同一像素720但来自两个不同帧的第一和第二组像素值的像素值进行比较。因此，将第一帧中的特定像素的值与第二帧中的相同像素的值进行比较。接着对照阈值来比较相应值之间的差。
在框660处，传感器系统410输出所述差是否大于阈值的指示。在此实例中，如果所述所确定的差异大于阈值，那么传感器系统410输出像素的二进制‘1’，否则传感器系统410输出像素的二进制‘0’。
在框670处，传感器系统410确定是否所有像素的相应值均已比较。如果否，那么方法600返回到框650，否则方法600进行到框680。
在框680处，传感器系统410输出相应像素值的比较的结果。在此实例中，传感器系统410输出图像，其具有基于所述比较对应于二进制‘0’的黑色像素，以及基于所述比较对应于二进制‘1’的白色值。在一些实例中，传感器帧的比较结果的求和可为移动对象的轮廓。然而，在一些实例中，传感器系统410例如通过递增用于每一二进制‘1’的计数器来确定二进制‘1’值的数目是否超过第二阈值，且如果不超过第二阈值，那么输出二进制‘0’，或如果超过第二阈值，那么输出二进制‘1’。在此实例中，传感器系统410将比较的结果输出到处理器420，其接着基于接收到的结果来确定是否已检测到运动，且可输出一或多个移动对象的轮廓。
虽然上文所论述的图6的方法600包含与比较像素值有关的框，但在一些实例中，图6的方法在框640之后结束，而不执行任何比较，且改为可基于从图像传感器412读取的像素值来输出一或多个图像帧。
现参看图8，图8示出实例图像传感器800。在图8所示的实例中，图像传感器800包括光敏层840、多个晶体管854a-d、多个浮动扩散区850a-d以及两个“启用”线860a-b。在此实例中，每一浮动扩散区850a-d经配置以由两个“启用”线860a-b中的一者启用。举例来说，浮动扩散区850a可由线860a选择性地启用。然而，因为多个浮动扩散区耦合到同一“启用”线，所以可同时启用或停用多个浮动扩散区。因此，可将每一浮动扩散区850a-d视为浮动扩散区的两个群组中的一者的一部分。举例来说，浮动扩散区的一个群组可包含耦合到“启用”线860a的所有浮动扩散区，而浮动扩散区的另一群组可包含耦合到“启用”线860b的所有浮动扩散区。因此，可通过改变“启用”线860a-b中的一者的状态，来共同启用或停用浮动扩散区的每个群组。
此排列可实现浮动扩散区跨整个传感器800，或跨传感器800的若干部分(例如每列或每行)的高效交错。举例来说，在第一帧周期中，可启用一个“启用”线，而可停用另一“启用”线，且在下一帧周期，可切换每一“启用”线。对于连续帧，可简单地通过切换两个“启用”线860a-b的状态来交替切换传感器800(或传感器800的一部分)中的所有浮动扩散区。然而，为了实现所有浮动扩散区的使用，可启用“启用”线860a-b两者，或可停用它们两者以停用图像传感器。此类“启用”线可被称为“全局启用”线，以指示多个浮动扩散区耦合到同一“启用”线。
参看图9，图9示出实例图像传感器900。图9的图像传感器900类似于图8的图像传感器800，因为图9的图像传感器900也使用两个全局“启用”线960a-b，其如上文关于图8所描述来操作。另外，图像传感器900包含若干对浮动扩散区之间的桥接器956a-b。在此实例中，每一浮动扩散区950a-d耦合到仅一个桥接器，且每一桥接器耦合到仅两个浮动扩散区。另外，基于“异或”门958的输出来启用或停用每一桥接器。在此情况下，然而，“异或”门提供全局“桥接器启用”信号，因为“异或”门的输出耦合到多个桥接器956a-b。另外，“异或”门的输入耦合到两个全局“启用”线960a-b。因此，虽然两个“启用”线具有不同状态，但“异或”门可输出“桥接器启用”信号来启用桥接器956a-b。然而，如果所有浮动扩散区950a-d均启用(或所有均停用)，那么桥接器956a-b停用。此排列可仅在使用像素分仓的时间期间允许高效桥接。应注意，并非直接将信号从“启用”线提供到“异或”门，其可连同第三输入信号首先投送到其它逻辑，所述第三输入信号可用于选择在像素分仓操作期间是否应启用桥接。
举例来说，如图10中所示，可将两个启用线960a-b投送到“异或”门958，其输出投送到“与”(或“与非”)门1010，而不是直接投送到桥接器956a-b。到“与”门的第二输入可为控制信号1020，其经配置以启用或停用桥接，而与像素分仓操作无关，且可将“与”门1010的输出投送到桥接器956a-b。举例来说，如果将控制信号1020设定成停用桥接，那么“与”门1010的输出将停用桥接，即使两个“启用”线960a-b配置为启用像素分仓(即，它们具有不同状态)，且“异或”门958的输出将以其它方式启用桥接。
现参看图11，图11示出用于像素分仓的实例方法。将相对于图4中所示的系统400来论述图11的方法，但不限于由此系统执行。实际上，可使用根据本公开的任何合适系统。另外，应注意，虽然下文的方法描述是循序描述的，但在根据本公开的不同实例中，可同时大体上同时，或以不同次序执行一或多个步骤。图11的方法1100开始于框1110。
在框1110处，处理器420将信号发射到传感器系统410以启用第一分仓配置。举例来说，处理器420可发射选择第一分仓配置的信号来启用第一多个浮动扩散区且停用第二多个浮动扩散区。然而，在一些实例中，处理器420可发送单独的信号来启用所述第二多个浮动扩散区且停用所述第一多个浮动扩散区。另外，在一些实例中，处理器420可个别地选择浮动扩散区来启用或停用，而在其它实例中，处理器420可发射信号指示要启用或停用的浮动扩散区的预定群组。在此实例中，处理器420在第一帧周期或在第一帧周期之前发射信号。
在框1120处，处理器420将信号发射到传感器系统410以启用第二分仓配置，其中所述第二分仓配置不同于所述第一分仓配置。如上文相对于框1110所论述，可发射此信号。在此实例中，第二分仓经配置以启用所述第二多个浮动扩散区且停用所述第一多个浮动扩散区。然而，在一些实例中，处理器420可发送单独的信号来启用所述第二多个浮动扩散区且停用所述第一多个浮动扩散区。另外，在一些实例中，处理器420可个别地选择浮动扩散区来启用或停用，而在其它实例中，处理器420可发射信号指示要启用或停用的浮动扩散区的预定群组。
在此实例中，浮动扩散区的不同群组，虽然包含不同的浮动扩散区，但维持相同的像素分仓配置，意味着如果像素元件A和B在框1110处分仓在一起，那么它们在框1120处保持分仓在一起。因此，像素分仓针对两个像素分仓配置维持相同的像素元件配置。
在框1130处，处理器420接收来自传感器系统410的传感器信号，所述传感器信号包含基于比较信号的比较值。如上文相对于各种传感器所论述，可将来自浮动扩散区的输出进行比较，以确定两个连续帧周期之间是否已发生像素强度的显著变化。如果检测到显著变化，那么可输出一个值，而如果未检测到显著变化，那么可输出另一值。
在此实例中，传感器信号包含双色图像，其中第一色彩对应于指示从第一帧周期到第二帧周期无像素值的显著变化的比较值，且第二色彩对应于指示从第一帧周期到第二帧周期像素值显著变化的比较值。举例来说，所述色彩可为黑色和白色，其中黑色指示尚未发生显著变化，且白色指示已发生显著变化。因此，传感器信号包含黑白图像，其指示是否检测到强度变化。
在框1140处，处理器420基于传感器信号来确定是否检测到运动。在此实例中，如上文所论述，传感器信号包括黑白图像，且处理器420基于所述图像中的白色像素的连续数目的大小来确定是否检测到运动。如果连续白色像素的数目超过阈值，那么处理器420确定检测到运动。在一些实例中，如果无白色像素的单个连续分组超过阈值，但最小大小的白色像素的两个或更多个连续群组超过阈值，那么处理器420可检测到已发生运动。
在完成框1140之后，方法1100可返回到框1110以进行方法1100的另一重复，或方法1100可终止。
仅出于说明和描述的目的呈现一些实例的上述描述，且无意是详尽的或将本公开限制于所公开的精确形式。在不脱离本发明的精神和范围的情况下，其许多修改和调适对于所属领域的技术人员来说是显而易见的。
本文中对实例或实施方案的参考意味着结合实例描述的特定特征、结构、操作或其它特性可以包含于本发明的至少一个实施方案中。本公开并不受限于如此描述的特定实例或实施方案。在说明书中“在一个实例中”、“在一实例中”、“在一个实施方案中”或“在一实施方案”中的短语的外在或其在各种位置中的变化不必是指相同实例或实施方案。在本说明书中关于一个实例或实施方案描述的任何特定特征、结构、操作或其它特性可以与对于任何其它实例或实施方案而言描述的其它特征、结构、操作或其它特性组合。
在本文中对词语“或”的使用意在涵盖包含以及异或情况。换句话说，A或B或C在对于特定用途适当时包含以下替代性组合中的任一个或全部：仅A、仅B、仅C、仅A和B、仅A和C、仅B和C、；以及A和B和C。

Claims (28)

1.一种图像传感器系统，其包括：
多个传感器元件；
多个浮动扩散区，其与所述多个传感器元件通信，所述多个浮动扩散区中的每一浮动扩散区经配置以选择性地启用；以及
至少一个比较电路，其耦合到所述多个浮动扩散区中的两个浮动扩散区，所述比较电路经配置以：
接收来自所述两个浮动扩散区的输入信号，
比较所述输入信号，以及
基于所述输入信号的所述比较来输出比较信号。
2.根据权利要求1所述的图像传感器系统，其中所述比较电路包括差分放大器，其中所述差分放大器的第一输入耦合到所述两个浮动扩散区中的第一者的输出，所述差分放大器的第二输入耦合到所述两个浮动扩散区中的第二者的输出。
3.根据权利要求2所述的图像传感器系统，其中所述差分放大器经配置以提供所述比较信号。
4.根据权利要求2所述的图像传感器系统，其中所述比较电路进一步包括比较器，且其中所述差分放大器的所述输出耦合到所述比较器的第一输入，且其中参考信号源耦合到所述比较器的所述第二输入，且其中所述比较器经配置以基于所述差分放大器的所述输出与所述参考信号源发射的参考信号的比较来提供所述比较信号。
5.根据权利要求1所述的图像传感器系统，其中所述多个传感器元件对应于排列成行和列的多个像素，每一像素包含用以接收入射光的透镜，每一透镜与光敏层光学连通，所述光敏层经配置以响应于撞击所述光敏层的光子而产生电子，其中每一像素的每一传感器元件与所述多个浮动扩散区中的所述浮动扩散区中的一者相关联。
6.根据权利要求1所述的图像传感器系统，其进一步包括桥接器，所述桥接器耦合在所述多个扩散区中的两个浮动扩散区之间，所述桥接器经配置以选择性地启用，且在启用时，允许电荷在所述两个浮动扩散区之间转移。
7.根据权利要求6所述的图像传感器系统，其中无浮动扩散区耦合到多于一个桥接器。
8.根据权利要求7所述的图像传感器系统，其进一步包括耦合到所述桥接器的异或(“异或”)门，所述“异或”门经配置以接收与所述两个浮动扩散区相关联的第一和第二启用信号，所述“异或”门经配置以：
当所述两个浮动扩散区中的仅一者启用时，启用所述桥接器，以及
当所述两个浮动扩散区两者均启用或停用时，停用所述桥接器。
9.根据权利要求1所述的图像传感器系统，其进一步包括处理器，所述处理器经配置以接收所述比较信号，且基于所述接收到的比较信号来检测运动。
10.一种用于动态像素分仓的方法，其包括：
在图像传感器系统中启用第一分仓配置，以使用第一浮动扩散区来建立第一像素配置，所述第一像素配置包括多个传感器元件；
从所述第一浮动扩散区读取第一像素值；
在所述图像传感器系统中启用第二分仓配置，所述第二分仓配置使用第二浮动扩散区来维持所述第一像素配置，所述第二浮动扩散区不同于所述第一浮动扩散区；
从所述第二浮动扩散区读取第二像素值，
比较所述第一和第二像素值，以及
输出指示所述比较的结果的比较信号。
11.根据权利要求10所述的方法，其中：
启用所述第一分仓配置包括：
启用所述第一浮动扩散区，以及
停用所述第二浮动扩散区，且
启用所述第二分仓配置包括：
启用所述第二浮动扩散区，以及
停用所述第一浮动扩散区。
12.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括启用桥接器，所述桥接器耦合在所述第一和第二浮动扩散区之间，所述桥接器经配置以允许电荷在所述第一和第二浮动扩散区之间转移。
13.根据权利要求12所述的方法，其中启用所述桥接器包括：
接收第一和第二启用信号，所述第一和第二启用信号经配置以分别选择性地启用所述第一和第二扩散区；
基于所述第一和第二启用信号来执行异或运算；以及
将异或信号输出到所述桥接器，所述异或信号经配置以在所述第一或第二启用信号中的仅一者启用相应的第一和第二浮动扩散区时启用所述桥接器，且在所述第一和第二启用信号两者均启用或停用所述相应的第一和第二浮动扩散区时停用所述桥接器。
14.根据权利要求10所述的方法，其中比较所述第一和第二像素值包括将所述第一和第二像素值提供到差分放大器的第一和第二输入。
15.根据权利要求14所述的方法，其中输出所述比较信号包括从所述差分放大器发射输出信号。
16.根据权利要求14所述的方法，其中比较所述第一和第二像素值进一步包括：
将输出信号从所述差分放大器发射到比较器的第一输入；
将参考信号发射到所述比较器的第二输入；以及
输出所述比较信号包括从所述比较器发射输出信号，来自所述比较器的所述输出信号是基于来自所述差分放大器的所述输出信号以及所述参考信号。
17.一种图像传感器系统，其包括：
像素元件的二维阵列；
多个浮动扩散区，每一浮动扩散区对应于所述像素元件中的不同一者，每一浮动扩散区经配置以个别地且选择性地启用；
多个比较电路，每一比较电路耦合到两个浮动扩散区的输出，其中无浮动扩散区耦合到两个比较电路，所述比较电路中的每一者经配置以：
接收来自所述相应两个浮动扩散区的输入信号，
比较所述输入信号，以及
基于所述输入信号的所述比较来输出比较信号。
18.根据权利要求17所述的图像传感器系统，其中每一比较电路包括差分放大器，其中所述差分放大器的第一输入耦合到所述相应两个浮动扩散区中的第一者的输出，所述差分放大器的第二输入耦合到所述相应两个浮动扩散区中的第二者的输出。
19.根据权利要求18所述的图像传感器系统，其中所述差分放大器经配置以提供所述比较信号。
20.根据权利要求18所述的图像传感器系统，其中每一比较电路进一步包括比较器，且其中所述差分放大器的所述输出耦合到所述比较器的第一输入，且其中参考信号源耦合到所述比较器的所述第二输入，且其中所述比较器经配置以基于所述差分放大器的所述输出与所述参考信号源发射的参考信号的比较来提供所述比较信号。
21.根据权利要求17所述的图像传感器系统，其进一步包括多个桥接器，每一桥接器耦合在所述多个扩散区中的两个浮动扩散区之间，每一桥接器经配置以选择性地启用，且在启用时，允许电荷在所述两个浮动扩散区之间转移。
22.根据权利要求21所述的图像传感器系统，其中无浮动扩散区耦合到多于一个桥接器。
23.根据权利要求21所述的图像传感器系统，其进一步包括多个异或(“异或”)门，每一“异或”门耦合到所述多个桥接器中的一个桥接器，每一“异或”门经配置以接收与所述两个浮动扩散区相关联的第一和第二启用信号，所述“异或”门经配置以：
当所述两个浮动扩散区中的仅一者启用时，启用所述桥接器，以及
当所述两个浮动扩散区两者均启用或停用时，停用所述桥接器。
24.根据权利要求21所述的图像传感器系统，其中每一浮动扩散区与浮动扩散区的第一群组或第二群组中的一者相关联，其中所述第一群组的浮动扩散区经配置以由共用的第一启用信号同时启用，且所述第二群组的浮动扩散区经配置以由共用的第二启用信号同时启用，且进一步包括异或(“异或”)门，“异或”门的输出耦合到所述桥接器中的每一者，所述“异或”门的输入经配置以接收所述第一和第二共用启用信号，所述“异或”门经配置以：
当所述共用第一或第二启用信号中的仅一者启用时，启用所述桥接器，且
当所述共用第一和第二启用信号两者均启用或停用时，停用所述桥接器。
25.根据权利要求17所述的图像传感器系统，其进一步包括处理器，所述处理器经配置以接收所述比较信号，且基于所述接收到的比较信号来检测运动。
26.一种在图像感测系统中检测运动的方法，所述方法包括：
在第一帧周期期间，将第一启用信号发射到图像传感器系统，所述图像传感器系统包括：
像素元件的二维阵列；
多个浮动扩散区，每一浮动扩散区对应于所述像素元件中的不同一者，每一浮动扩散区经配置以个别地且选择性地启用；
多个比较电路，每一比较电路耦合到两个浮动扩散区的输出，其中无浮动扩散区耦合到两个比较电路，所述比较电路中的每一者经配置以接收来自所述相应两个浮动扩散区的输入信号，比较所述输入信号，并基于所述输入信号的所述比较来输出比较信号；
所述第一启用信号经配置以启用第一浮动扩散区群组；
在第二帧周期期间，将第二启用信号发射到所述图像传感器系统，所述第二启用经配置以启用第二浮动扩散区群组，所述第二浮动扩散区群组中的所述浮动扩散区不同于所述第一浮动扩散区群组中的所述浮动扩散区；
接收来自所述图像传感器系统的传感器信号，所述传感器信号包括基于所述比较信号的比较值；以及
基于所述传感器信号来检测运动。
27.根据权利要求26所述的方法，其中所述传感器信号包括双色图像，其中第一色彩对应于指示从所述第一帧周期到所述第二帧周期像素值无显著变化的比较值，且第二色彩对应于指示从所述第一帧周期到所述第二帧周期像素值显著变化的比较值。
28.根据权利要求27所述的方法，其中基于所述传感器信号来检测运动包括基于所述双色图像来检测运动。
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