CN110178366B - 摄像装置和摄像装置控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明能够在不减少对像素信号进行AD转换的固态摄像元件中的像素信号的数量的情况下减小功耗。根据本发明，像素阵列单元包括多条线，每条线具有沿着预定方向布置的多个像素。扫描电路在非相加模式下顺序地选择所述多条线，然后进行控制以从选择的线内的各像素输出模拟信号，并且扫描电路在像素相加模式下同时选择所述多条线，且进行控制以将沿着与所述预定方向垂直的方向布置的各像素的模拟信号相加并输出相加后的信号。模数转换单元将各模拟信号转换成数字信号。控制单元基于数字信号进行将像素相加模式和非相加模式中的一者切换到另一者的控制。

Description

摄像装置和摄像装置控制方法
技术领域
本技术涉及摄像装置和摄像装置控制方法。更具体地，本发明涉及将模拟像素信号转换成数字信号的摄像装置和用于控制该摄像装置的方法。
背景技术
通常，具有摄像功能的装置使用固态摄像元件来拍摄图像数据。例如，固态摄像元件包括：像素阵列，其包括以二维格子图案布置的像素；扫描电路，其顺序地选择像素行，且进行控制以输出模拟像素信号；和列模数转换器(ADC：analog-to-digital converter)，其针对每个像素行将像素信号转换成数字信号。在该构造中，特别地，列ADC的功耗大于其他电路的功耗。因此，为了减小功耗，已提出了包括如下固态摄像元件的摄像装置：该固态摄像元件部分地驱动像素阵列的切出区域(cutout region)内的像素并且进行控制以从像素输出像素信号(例如，参照专利文献1)。
引用列表
专利文献
专利文献1：日本专利申请特开第2012-165168号
发明内容
本发明要解决的技术问题
在上述的常规技术中，列ADC对来自像素阵列中的一部分像素的像素信号部分地进行模数(AD：analog-to-digital)转换，从而与对所有像素进行AD转换的情况相比，可以减小功耗。然而，上述的常规技术不是从切出区域以外的像素读取像素信号。因此，摄像装置可能无法对拍摄的图像数据进行适当的图像处理。例如，当摄像装置进行分析图像数据且检测物体运动的处理时，难以检测切出区域以外的部分的运动。鉴于此，期望不要减少待读取的像素信号的数量。以此方式，上述的常规技术具有如下问题：只能在减少像素信号的数量的情况下减小功耗。
本技术是鉴于上述情况而被研发的，并且本技术的目的是在对像素信号进行AD转换的固态摄像元件中，在不减少像素信号的数量的情况下减小功耗。
解决技术问题的技术方案
本技术是为了解决上述的问题而提供的，且本技术的第一方面是摄像装置及其控制方法，所述摄像装置包括：像素阵列单元，所述像素阵列单元包括多条线，所述多条线中的每条线具有沿着预定方向布置的多个像素；扫描电路，所述扫描电路在非相加模式下顺序地选择所述多条线且进行控制以从选择的所述线内的各个所述像素输出模拟信号，而且所述扫描电路在像素相加模式下进行控制以将沿着与所述预定方向垂直的方向布置的各个所述像素的所述模拟信号相加且输出相加后的所述信号；模数转换单元，所述模数转换单元将各个所述模拟信号转换成数字信号；以及控制单元，所述控制单元基于所述数字信号进行将所述像素相加模式和所述非相加模式中的一者切换到所述像素相加模式和所述非相加模式中的另一者的控制。这将产生如下效果：能够基于数字信号将模式切换到像素相加模式或非相加模式。
此外，在第一方面中，所述模数转换单元可以在所述像素相加模式下将所述数字信号作为像素相加数据输出，并且所述控制单元可以基于所述像素相加数据从所述非相加模式切换到所述像素相加模式。这将产生如下效果：能够基于像素相加数据将非相加模式切换到像素相加模式。
此外，在第一方面中，所述控制单元可以根据所述像素相加数据测量物体的速度，且在所述速度超过预定速度的情况下，所述控制单元可以从所述非相加模式切换到所述像素相加模式。这将产生如下效果：能够在测量出超过预定速度的速度的情况下将非相加模式切换到像素相加模式。
此外，在第一方面中，所述控制单元可以测量沿着所述预定方向的所述速度。这将产生如下效果：能够在预定方向上测量出超过预定速度的速度的情况下将非相加模式切换到像素相加模式。
此外，在第一方面中，所述控制单元可以测量沿着深度方向的所述速度。这将产生如下效果：能够在深度方向上测量出超过预定速度的速度的情况下将非相加模式切换到像素相加模式。
此外，在第一方面中，所述像素阵列单元可以包括：所述多个像素；以及像素相加单元，所述像素相加单元在所述像素相加模式下将沿着所述与所述预定方向垂直的方向布置的各个所述像素的所述模拟信号相加且输出相加后的所述模拟信号。这将产生如下效果：在像素相加模式下将沿着与预定方向垂直的方向布置的各个像素的模拟信号相加。
此外，在第一方面中，所述摄像装置还可以包括数字信号处理单元，所述数字信号处理单元在所述非相加模式下对所述数字信号执行预定处理。这将产生如下效果：能够在非相加模式下对数字信号执行预定处理。
此外，在第一方面中，在切换到所述非相加模式之后经过预定的时间时，所述控制单元可以切换到所述像素相加模式。这将产生如下效果：当经过预定的时间时，能够将非相加模式切换到像素相加模式。
本发明的有益效果
根据本技术，可以实现这样的极好效果：在不减少对像素信号进行AD转换的固态摄像元件中的像素信号的数量的情况下减小功耗。需要注意，本文中所述的效果是非限制性的。效果可以是本发明中所述的任一效果。
附图说明
图1是图示了根据本技术的第一实施例的摄像装置的构造示例的框图。
图2是图示了根据本技术的第一实施例的固态摄像元件的构造示例的框图。
图3是图示了本技术的第一实施例中的像素阵列单元和列信号处理单元的构造示例的框图。
图4是图示了根据本技术的第一实施例的像素阵列单元的构造示例的电路图。
图5是图示了根据本技术的第一实施例的控制单元的构造示例的框图。
图6是根据本技术的第一实施例的摄像装置的状态转变图的示例。
图7是图示了根据本技术的第一实施例的固态摄像元件在像素相加模式下的操作示例的时序图。
图8是图示了根据本技术的第一实施例的固态摄像元件在非相加模式下的操作示例的时序图。
图9是图示了根据本技术的第一实施例的过去帧和过去相加数据的示例的视图。
图10是图示了根据本技术的第一实施例的当前帧和当前相加数据的示例的视图。
图11是图示了根据本技术的第一实施例的摄像装置的操作示例的流程图。
图12是图示了本技术的第二实施例中的针对每个水平地址的过去相加数据和当前相加数据的轨迹示例的曲线图。
图13是图示了根据本技术的第二实施例的摄像装置的操作示例的流程图。
图14是图示了根据本技术的第二实施例的测速处理示例的流程图。
图15是图示了根据本技术的第二实施例的过去相加数据边沿检测处理的示例的流程图。
图16是图示了根据本技术的第二实施例的当前相加数据边沿检测处理的示例的流程图。
图17是图示了根据本技术的第三实施例的过去帧的示例的视图。
图18是图示了根据本技术的第三实施例的当前帧的示例的视图。
图19是图示了本技术的第三实施例中的针对每个水平地址的过去相加数据和当前相加数据的轨迹示例的曲线图。
图20是图示了根据本技术的第三实施例的测速处理示例的流程图。
具体实施方式
在下文中，将说明用于实施本技术的方式(在下文中称为实施例)。将按照下面的顺序给予说明。
1.第一实施例(当存在运动时从像素相加模式切换到非相加模式的示例)
2.第二实施例(当存在沿着行方向的物体移动时从像素相加模式切换到非相加模式的示例)
3.第三实施例(当存在沿着深度方向的物体移动时从像素相加模式切换到非相加模式的示例)
<1.第一实施例>
[摄像装置的构造示例]
图1是图示了根据本技术的实施例的摄像装置100的构造示例的框图。摄像装置100是具有摄像功能的装置，且包括摄像透镜110、固态摄像元件200、数字信号处理单元120、控制单元130和图像输出单元140。摄像装置100的假定示例包括数码相机、智能手机和个人计算机等。数码相机的示例包括监控相机、智能交通系统(ITS：IntelligentTransport System)相机、家用相机、动作相机和物联网(IoT：Internet of Thing)相机等。
摄像透镜收集来自对象的光，并将光引导到固态摄像元件200。
固态摄像元件200根据来自控制单元130的控制信号来拍摄图像数据。这里，例如，控制信号包括垂直同步信号和模式信号。垂直同步信号是表示摄像时序的时序信号。例如，30赫兹(Hz)或60赫兹(Hz)的周期信号被用作垂直同步信号。
此外，模式信号是指示进行像素相加的像素相加模式和不进行像素相加的非相加模式中的任一者作为操作模式的信号。在非相加模式下，固态摄像元件200与垂直同步信号同步地拍摄图像数据，并经由信号线209将图像数据供应到数字信号处理单元120。相反，在像素相加模式下，固态摄像元件200进行像素相加，并经由信号线139将相加后的数据作为像素相加数据供应到控制单元130。
数字信号处理单元120对图像数据执行预定的信号处理。例如，将去马赛克处理、白平衡处理或物体检测处理等作为信号处理执行。数字信号处理单元120经由信号线129将处理后的图像数据供应到图像输出单元140。
控制单元130控制整个摄像装置100。当接通电源时，控制单元130首先将操作模式设定为像素相加模式，然后经由信号线138将模式信号和垂直同步信号供应到固态摄像元件200。接着，控制单元130基于像素相加数据将操作模式从像素相加模式切换到非相加模式。
图像输出单元140通过有线或无线链接将图像数据输出到外部设备。
需要注意，在摄像装置100将图像数据输出到外部的同时，图像数据可以被记录在存储器等中。此外，摄像装置100还可以输出图像数据以外的数据。例如，摄像装置100可以输出物体检测结果或通知已经切换了模式的数据。
[固态摄像元件的构造示例]
图2是图示了根据本技术的第一实施例的固态摄像元件200的构造示例的框图。固态摄像元件200包括扫描电路210、像素阵列单元300、列信号处理单元220、时序控制单元230和开关240。
像素阵列单元300包括以二维格子图案布置的多个像素。在下文中，将沿着预定方向布置的像素集合称为“行”，且将沿着与行垂直的方向布置的像素集合称为“列”。此外，将行的数量定义为M(M是整数)，且将列的数量定义为N(N是整数)。需要注意，行是权利要求中所述的线的示例。
扫描电路210驱动像素阵列单元300。模式信号MODE被输入到扫描电路210。在模式信号MODE指示像素相加模式的情况下，扫描电路210与垂直同步信号VSYNC同步地选择所有行中的一行，且进行控制以将列方向上的像素信号相加。通过该操作，针对各列输出通过将一列中的所有像素信号相加而获得的像素相加信号。因为列的数量是N，所以在垂直同步信号VSYNC的周期内输出的像素相加信号的数量是N。
相反，在模式信号MODE指示非相加模式的情况下，扫描电路210与垂直同步信号VSYNC同步地顺序选择行，且控制一行内的各像素以输出像素信号。因为行的数量是M且列的数量是N，所以在垂直同步信号VSYNC的周期内输出的像素信号的数量是M×N。
列信号处理单元220对来自所选行的各像素信号执行包括AD转换处理的预定信号处理。在像素相加模式下，列信号处理单元220在垂直同步信号VSYNC的每个周期内将N个像素相加信号中的各者转换成数字像素相加数据。
相反，在非相加模式下，列信号处理单元220在垂直同步信号VSYNC的每个周期内执行M次的将N个像素信号转换成数字像素数据的处理。列信号处理单元220将处理后的数据输出到开关240。需要注意，列信号处理单元220是权利要求中所述的模数转换单元的示例。
通常，在固态摄像元件200的电路中，具有最大功耗的电路是进行AD转换的电路(例如列信号处理单元220)。如上所述，在非相加模式下，每一个垂直同步信号VSYNC的周期都对N×M个像素信号进行AD转换，而在像素相加模式下仅对N个像素相加信号进行AD转换。因此，固态摄像元件200在像素相加模式下的功耗远小于在非相加模式下的功耗。
时序控制单元230与垂直同步信号VSYNC同步地控制扫描电路210和列信号处理单元220中各者的操作时序。
开关240基于模式信号MODE切换来自列信号处理单元220的数据的输出目的地。在模式信号MODE指示像素相加模式的情况下，开关240将来自列信号处理单元220的像素相加数据输出到控制单元130。相反，在模式信号MODE指示非相加模式的情况下，开关240将来自列信号处理单元220的像素数据输出到数字信号处理单元120。
图3是图示了本技术的第一实施例中的像素阵列单元300和列信号处理单元220的构造示例的框图。像素阵列单元300包括多个像素310、多个像素相加单元320和多个信号生成单元330。像素相加单元320是针对各列布置的，且信号生成单元330是针对各像素310布置的。此外，垂直信号线309-nV是针对各列布线的。这里，n是从0至N-1的整数。
像素310在扫描电路210的控制下通过光电转换产生电荷，并且像素310经由像素相加单元320将产生的电荷传输到相应的信号生成单元330。
在扫描电路210的控制下，信号生成单元330产生与传输的电荷量对应的模拟信号(像素信号或像素相加信号)。信号生成单元330经由相应的垂直信号线309-nv将模拟信号输出到列信号处理单元220。
像素相加单元320在扫描电路210的控制下将相应的列内的像素信号相加。
列信号处理单元220包括针对各列的ADC 221和相关双采样(CDS：CorrelatedDouble Sampling)处理单元222。ADC 221将来自相应列的模拟信号转换成数字信号(像素数据或像素相加数据)。CDS处理单元222对相应列的数字信号执行CDS处理。CDS处理单元222将处理后的数据供应到开关240。
[像素阵列单元的构造示例]
图4是图示了根据本技术的第一实施例的像素阵列单元300的构造示例的电路图。各像素310包括光电二极管311和传输晶体管312。此外，各像素相加单元320包括M-1个连接晶体管321。各信号生成单元330包括复位晶体管331、放大晶体管332、浮动扩散层333和选择晶体管334。
光电二极管311通过光电转换产生电荷。传输晶体管312根据来自扫描电路210的传输信号TRG_m将来自光电二极管311的电荷传输到浮动扩散层333。这里，m是从0至M-1的整数。
连接晶体管321根据来自扫描电路210的相加信号FD_m使第m行中的浮动扩散层333和第(m+1)行中的浮动扩散层333短路。通过使第n列中的所有连接晶体管321短路，可以将第n列中的M个浮动扩散层333中的各者的电荷量平均化为大致相同的值。结果，信号生成单元330产生由于列内的像素信号的平均化而产生的信号。
复位晶体管331根据复位信号RST_m使浮动扩散层333的电荷量初始化。浮动扩散层333累积传输的电荷，且产生与累积的电荷量对应的电压。放大晶体管332放大浮动扩散层333的电压。选择晶体管334经由相应的垂直信号线309-nv将放大后的电压的信号作为像素信号或像素相加信号输出到列信号处理单元220。
需要注意，虽然浮动扩散层333是针对各像素310布置的，但是浮动扩散层333可以由多个像素310共享。在这种情况下，例如，信号生成单元330和连接晶体管321由多个像素310共享地连接以作为一个共享单位。
图5是图示了根据本技术的第一实施例的控制单元130的构造示例的框图。控制单元130包括摄像控制单元131和模式控制单元132。此外，模式控制单元132包括线缓冲器133、模式信号生成单元134和定时器135。
摄像控制单元131根据操作信号产生垂直同步信号VSYNC。例如，当接通电源或进行用于开始摄像的启动操作(start-up operation)时，摄像控制单元131开始向固态摄像元件200供应垂直同步信号VSYNC。此外，当进行用于停止摄像的停止操作时，摄像控制单元131停止供应垂直同步信号VSYNC。
需要注意，摄像控制单元131可以在经过预设的摄像开始日期及摄像开始时间时开始供应垂直同步信号VSYNC，且可以在经过预设的摄像终止日期和摄像终止时间时停止供应垂直同步信号VSYNC。可替代地，摄像控制单元131可以根据经由网络的摄像开始信号接收而开始供应垂直同步信号VSYNC，且可以根据经由网络的摄像终止信号接收而停止供应垂直同步信号VSYNC。
线缓冲器133将N个像素相加数据中的各者保存为过去相加数据。
模式信号生成单元134基于像素相加数据产生模式信号MODE。当接通电源或进行启动操作时，模式信号生成单元134产生指示像素相加模式的模式信号MODE，并将产生的模式信号MODE供应到固态摄像元件200。
接着，在像素相加模式下，模式信号生成单元134基于像素相加数据从像素相加模式切换到非相加模式。例如，模式信号生成单元134与垂直同步信号VSYNC同步地从固态摄像元件200获得作为当前相加数据PAn的N个像素相加数据，且从线缓冲器133获得N个过去相加数据PBn。这里，PAn表示第n列的当前相加数据，且PBn表示第n列的过去相加数据。模式信号生成单元134将当前相加数据与过去相加数据进行比较，并判断对象是否存在运动。
例如，模式信号生成单元134通过下面的表达式计算总和值SUM。
[数学表达式1]
Figure GDA0002124849760000101
随后，模式信号生成单元134判断总和值SUM是否超过预定的运动判定阈值。在总和值SUM超过运动判定阈值的情况下，模式信号生成单元134判断存在运动，并将操作模式切换到非相加模式，然后，将指示非相加模式的模式信号MODE供应到固态摄像元件200。
当操作模式切换到非相加模式时，模式信号生成单元134使定时器135的定时器值初始化，并使定时器135开始计时。此外，在非相加模式下，模式信号生成单元134参照定时器135的定时器值，并判断定时器值是否超过一定的值(即，是否经过一定的时间)。在定时器值超过一定的值的情况下，模式信号生成单元134将操作模式从非相加模式切换到像素相加模式。
定时器135在模式信号生成单元134的控制下进行计时。
需要注意，虽然在非相加模式下经过一定的时间时，摄像装置100切换到像素相加模式，但是也可以在满足其他条件时进行切换。例如，在非相加模式下，摄像装置100中的数字信号处理单元120可以分析图像数据且可以检测有无预定物体(汽车、行人等)，且在没有检测到物体时，模式信号生成单元134可以切换到像素相加模式。可替代地，在切换到非相加模式时，摄像装置100可以将其作用通知外部设备(例如智能手机)，且可以开始摄像和传输图像数据。随后，在从该外部设备接收到切换信号时，摄像装置100可以转变到像素相加模式。
此外，摄像装置100将过去相加数据与当前相加数据进行比较，并判断有无运动。可替代地，摄像装置100可以将当前相加数据与从背景图像预先产生的预定像素相加数据进行比较来代替与过去相加数据进行比较，且可以判断有无运动。
图6是根据本技术的第一实施例的摄像装置100的状态转变图的示例。摄像装置100的状态包括像素相加模式610、非相加模式620和摄像停止状态630。
摄像装置100的初始状态是摄像停止状态630。在摄像停止状态630下，摄像装置100停止产生像素数据和像素相加数据。
当接通电源或进行启动操作时，摄像装置100转变到像素相加模式610。在该像素相加模式610下，摄像装置100针对各列进行像素相加，且产生N个像素相加数据。随后，摄像装置100基于像素相加数据判断对象有无运动。
在存在运动的情况下，摄像装置100转变到非相加模式620。接着，在非相加模式620下，摄像装置100拍摄图像数据，且将拍摄到的图像数据输出到外部。随后，当自从模式转变到非相加模式620开始，经过一定的时间时，摄像装置100转变到像素相加模式610。
此外，在像素相加模式610或非相加模式620下进行停止操作的情况下，摄像装置100转变到摄像停止状态630。
如上所述，摄像装置100在直至做出存在运动的判定之前的时段内以非常小的功耗在像素相加模式610下进行操作。因此，与在非相加模式620下一直操作的构造相比，可以极大地减小固态摄像元件200的功耗。例如，在行的数量是1000的情况下，像素相加模式能够将AD转换的功耗减小到非相加模式时的大约1/1000。
此外，非相加模式不涉及将图像数据输入到数字信号处理单元120或图像输出单元140，且不涉及执行图像处理或图像输出。因此，可以极大地减小图像处理等的功耗。特别地，数码相机中的IoT相机需要减小其功耗。为此，根据本发明的技术期望被应用到IoT相机。
图7是图示了根据本技术的第一实施例的固态摄像元件200在像素相加模式下的操作示例的时序图。在时刻T0转变到像素相加模式之后，扫描电路210将复位信号RST_m传输到所有行且使所有行初始化。此外，扫描电路210开始将相加信号FD_m传输到所有行。此外，扫描电路210选择一行(例如，第0行)且将选择信号SEL_m传输到所选行。
随后，在曝光时间终止的时刻T1，扫描电路210将传输信号TRG_m传输到所有行。通过该构造，输出N个像素相加信号。ADC 221在时刻T0之后立即进行像素相加信号的复位电平转换，且在时刻T1之后立即转换像素相加信号的信号电平。将这些电平的差值作为净像素相加数据输出。
随后，在时刻T2之后，扫描电路210每个1V时段(即，垂直同步信号VSYNC的周期)重复地执行类似的操作。以此方式，每个1V时段对N个像素相加信号进行AD转换。
需要注意，虽然扫描电路210将相加信号FD_m传输到所有行且进行控制以进行像素相加，但是也允许将相加信号FD_m传输到一部分行。这将可以进一步减小功耗。
图8是图示了根据本技术的第一实施例的固态摄像元件200在非相加模式下的操作示例的时序图。当在时刻T10模式已经转变到非相加模式时，扫描电路210选择第0行且传输选择信号SEL_0，然后，传输复位信号RST_0。
随后，在曝光时间已经终止的时刻T11，扫描电路210将传输信号TRG_0传输到第0行。通过该构造，输出N个像素信号。ADC 221在时刻T10之后立即进行像素信号的复位电平转换，且在时刻T11之后立即转换像素信号的信号电平。将这些电平的差值作为净像素数据输出。通过该操作，读取第0行。
接着，从时刻T12开始，以类似的过程顺序地读取第1行至第(M-1)行。通过M次读取，读取了第0帧。在读取第0帧的第(M-1)行的时刻T13，以及此后，每经过1V时段就读取第一帧及随后的帧。以此方式，每个1V时段对M×N个像素信号进行AD转换。
图9是图示了根据本技术的第一实施例的过去帧和过去相加数据的示例的视图。在图中，“a”是过去帧510的示例，且“b”是包括N个过去相加数据的线数据520的示例。这里，过去帧510是在无像素信号相加的情况下而在像素相加模式下的像素信号布置中获得的图像。此外，假设摄像装置100安装在道路一侧，且道路沿着行方向延伸。
如图9的“a”所示，过去帧510例如包括汽车511的图像。如图9的“b”所示，固态摄像元件200对各列进行像素相加，并产生线数据520。线数据520包括与汽车511对应的像素相加数据521。
图10是图示了根据本技术的第一实施例的当前帧和当前相加数据的示例的视图。在图中，“a”是当前帧530的示例，且图中的“b”是包括N个当前相加数据的线数据540的示例。
如图10的“a”所示，当前帧530包括沿着行方向移动的汽车531的图像。如图10的“b”所示，固态摄像元件200对各列进行像素相加，并产生线数据540。线数据540包括与汽车531对应的像素相加数据541。因为汽车531沿着行方向移动，所以像素相加数据541的水平地址位置改变到与过去帧的像素相加数据521不同的位置。因此，通过公式1计算的总和值SUM的值超过运动判定阈值，从而使摄像装置100能够判断对象存在运动。
[摄像装置的操作示例]
图11是图示了根据本技术的第一实施例的摄像装置100的操作示例的流程图。例如，当接通电源时或当进行启动操作时，开始该操作。
摄像装置100将操作模式设定为像素相加模式(步骤S901)。接着，摄像装置100进行像素相加并读取一条线的(N个)像素相加数据(步骤S902)。摄像装置100将过去相加数据与当前相加数据进行比较(步骤S903)。需要注意，当在像素相加模式下，摄像装置100产生第一当前相加数据时，不存在过去相加数据。因此，例如，将当前相加数据与从背景图像预先产生的预定像素相加数据进行比较。
接着，摄像装置100使用公式1判断对象有无运动(步骤S904)。在无运动的情况下(步骤S904：否)，摄像装置100重复执行从步骤S902开始的处理。
相反，在存在运动的情况下(步骤S904：是)，摄像装置100将操作模式切换到非相加模式(步骤S905)，并顺序地读取M行(步骤S906)。接着，摄像装置100处理且输出图像数据(步骤S907)。摄像装置100判断自从模式切换到非相加模式开始，是否已经经过了一定的时段(步骤S908)。在还未经过一定的时间的情况下(步骤S908：否)，摄像装置100重复执行从步骤S906开始的处理。
相反，在已经经过了一定的时间的情况下(步骤S908：是)，摄像装置100将操作模式切换到像素相加模式(步骤S909)且重复执行从步骤S902开始的处理。
以此方式，根据本技术的第一实施例，在像素相加模式下，摄像装置100针对各列进行像素相加，并对N个像素相加信号进行AD转换。因此，与对所有的N×M个像素信号进行AD转换的情况相比，可以减小功耗。此外，摄像装置100在不削减(thinning)信号的情况下读取所有像素信号，并将各列的读取信号相加。因此，可以在不减少待读取的像素信号的数量的情况下减小功耗。
<2.第二实施例>
在上述的第一实施例中，摄像装置100判定对象有无运动，并在存在运动时将操作模式切换到非相加模式。然而，在摄像装置100在非相加模式下用于对以一定速度或更高速度移动的物体(例如汽车)进行摄像的情况下，即使当该物体以外的对象(例如植物)移动时，也可以将模式切换到非相加模式，从而导致可能不能充分减小功耗的问题。因此，在第二实施例中，在像素相加模式下还测量物体速度。即，根据第二实施例的摄像装置100与第一实施例的不同之处在于，在像素相加模式下测量物体的速度。
图12是图示了本技术的第二实施例的针对每个水平地址的过去相加数据和当前相加数据的轨迹示例的曲线图。在图中，纵轴表示过去相加数据和当前相加数据的值，且横轴表示水平地址。固定点划线表示过去相加数据的轨迹，且实线表示当前相加数据的轨迹。
在诸如汽车等物体沿着行方向移动的情况下，过去相加数据的轨迹和当前相加数据的轨迹之间的各个预定特征点(上升沿等)的水平地址的差值DIFF根据移动速度Vh变化。例如，移动速度Vh由下面的公式表达。
Vh＝DIFF×k×(fVSYNC)···公式2
在上式中，k是用于将差值DIFF转换成移动距离的系数。此外，fVSYNC是垂直同步信号VSYNC的频率，例如单位为赫兹(Hz)。移动速度Vh的单位例如是米每秒(m/s)。
使用公式2，摄像装置100能够根据差值DIFF测量移动速度Vh。
图13是图示了根据本技术的第二实施例的摄像装置100的操作示例的流程图。根据第二实施例的摄像装置100的操作与第一实施例的操作的不同之处在于，执行步骤S910和S920来代替执行步骤S903和S904。
在像素相加模式下，摄像装置100读取一条线的像素相加数据(步骤S902)，并执行用于测量沿着行方向的移动速度的测速处理(步骤S920)。接着，摄像装置100判断测量的移动速度是否超过预定的速度阈值(步骤S910)。在移动速度等于或小于速度阈值的情况下(步骤S910：否)，摄像装置100重复执行从步骤S902开始的处理。相反，在移动速度超过预定的速度阈值的情况下(步骤S910：是)，摄像装置100将操作模式切换到非相加模式(步骤S905)。
在非相加模式下，摄像装置100能够执行道路交通系统中的各种类型的处理。例如，摄像装置100识别图像数据中的汽车和行人，并进行单独计算汽车和行人的数量的处理。可替代地，摄像装置100拍摄超过法定速度的汽车的整体图像，并将其保存为证据照片。作为另一替代方案，摄像装置100对超过法定速度的汽车的牌照进行摄像和保存。
图14是图示了根据本技术的第二实施例的测速处理示例的流程图。摄像装置100将变量h初始化为初始值(“0”等)(步骤S921)，并执行用于对过去相加数据的上升沿进行检测的过去帧边沿检测处理(步骤S930)。
接着，摄像装置100使变量h初始化(步骤S922)，并执行用于对当前相加数据的上升沿进行检测的当前帧边沿检测处理(步骤S940)。摄像装置100计算过去相加数据和当前相加数据之间的上升沿的位置(水平地址)的差值DIFF(步骤S923)，并利用公式2根据差值DIFF计算移动速度Vh(步骤S924)。在步骤S924之后，摄像装置100终止测速处理。
图15是图示了根据本技术的第二实施例的过去相加数据边沿检测处理的示例的流程图。摄像装置100计算水平地址为h+1的过去相加数据和水平地址为h的过去相加数据之间的差值(步骤S931)。接着，摄像装置100判断该差值是否大于预定的边沿阈值(步骤S932)。
在该差值等于或小于预定的边沿阈值的情况下(步骤S932：否)，摄像装置100使h递增(步骤S933)，并判断是否已经对所有的水平地址进行了步骤S932中的判定(步骤S934)。在存在还未判定的地址的情况下(步骤S934：否)，摄像装置100重复执行从步骤S931开始的处理。
此外，在该差值大于预定的边沿阈值的情况下(步骤S932：是)，摄像装置100将h保存为过去相加数据的上升沿的水平地址(步骤S935)。
在对所有的水平地址做出判定的情况下(步骤S934：是)，或在执行步骤S935之后，摄像装置100终止过去帧边沿检测处理。
图16是图示了根据本技术的第二实施例的当前相加数据边沿检测处理的示例的流程图。摄像装置100计算水平地址为h+1的当前相加数据和水平地址为h的当前相加数据之间的差值(步骤S941)。接着，摄像装置100判断该差值是否大于预定的边沿阈值(步骤S942)。
在该差值等于或小于预定的边沿阈值的情况下(步骤S942：否)，摄像装置100使h递增(步骤S943)，并判断是否已经对所有的水平地址进行了步骤S942中的判定(步骤S944)。在存在还未判定的地址的情况下(步骤S944：否)，摄像装置100重复执行从步骤S941开始的处理。
此外，在该差值大于预定的边沿阈值的情况下(步骤S942：是)，摄像装置100将h保存为当前相加数据的上升沿的水平地址(步骤S945)。
在对所有的水平地址做出判定的情况下(步骤S944：是)，或在执行步骤S945之后，摄像装置100终止当前帧边沿检测处理。
需要注意，尽管摄像装置100根据过去相加数据的上升沿和当前相加数据的上升沿之间的差值来计算速度，但是速度的计算不限于该构造。例如，摄像装置100能够计算下降沿的差值，然后能够根据该差值来计算速度。此外，摄像装置100能够计算峰值的差值，且根据该差值来计算速度。
以此方式，根据本技术的第二实施例，当对象的移动速度超过速度阈值时，摄像装置100切换到非相加模式。因此，即使在对象以等于或小于速度阈值的速度刚刚发生移动的情况下，也可以继续像素相加模式。这使得可以进一步减小功耗。
<3.第三实施例>
在上述的第二实施例中，摄像装置100测量沿着行方向的移动速度。然而，根据摄像装置100的安装位置，对象可能沿着深度方向移动，从而导致可能在一些情况下不能对移动速度做出准确测量的问题。因此，根据第三实施例的摄像装置100测量沿着深度方向的移动速度。即，根据第三实施例的摄像装置100与第二实施例的不同之处在于，测量沿着深度方向的移动速度。
图17是图示了根据本技术的第三实施例的过去帧550的示例的视图。第三实施例假设：摄像装置100安装在道路的上面，且道路沿着光轴方向(换言之，深度方向)延伸。过去帧550例如包括汽车551的图像。
图18是图示了根据本技术的第三实施例的当前帧560的示例的视图。当前帧560包括汽车561的图像。与过去帧550摄像时的位置相比，该汽车561朝向前面(近侧)移动。这使当前帧560中的汽车561在行方向上的宽度看起来大于汽车551的宽度。
图19是图示了本技术的第三实施例中的针对每个水平地址的过去相加数据和当前相加数据的轨迹示例的曲线图。在图中，纵轴表示过去相加数据和当前相加数据的值，且横轴表示水平地址。固定点划线表示过去相加数据的轨迹，且实线表示当前相加数据的轨迹。
在诸如汽车等物体沿着深度方向移动的情况下，过去相加数据的轨迹的脉冲宽度和当前相加数据的轨迹的脉冲宽度之间的差值是与沿着深度方向的移动速度Vd对应的值。这里，脉冲宽度表示上升沿的水平地址和下降沿的水平地址之间的差值。
图20是图示了根据本技术的第三实施例的测速处理示例的流程图。摄像装置100检测过去相加数据的上升沿的水平地址(步骤S951)。检测上升沿的地址的过程类似于第二实施例中的情况。此外，摄像装置100检测过去相加数据的下降沿的水平地址(步骤S952)。接着，摄像装置计算这两个地址之间的差值作为过去相加数据的脉冲宽度(步骤S953)。
此外，摄像装置100检测当前相加数据的上升沿的水平地址(步骤S954)，且检测当前相加数据的下降沿的水平地址(步骤S955)。接着，摄像装置计算这两个地址之间的差值作为当前相加数据的脉冲宽度(步骤S956)。
接着，摄像装置100计算过去相加数据的轨迹的脉冲宽度和当前相加数据的轨迹的脉冲宽度之间的差值(步骤S957)，并根据该差值测量沿着深度方向的移动速度(步骤S958)。例如，根据已经对系数k进行过调整的公式2计算移动速度。
需要注意，尽管摄像装置100测量沿着深度方向的移动速度，但是摄像装置100可以在测量移动速度之前判定移动方向是深度方向还是行方向。例如，在过去相加数据和当前相加数据之间的脉冲宽度的差值等于或小于预定的方向判定阈值的情况下，摄像装置100判定移动方向是行方向，然后使用与第二实施例的情况类似的过程测量移动速度。相反，在脉冲宽度之间的差值超过方向判定阈值的情况下，摄像装置100判定移动方向是深度方向，然后以图20所示的过程测量移动速度。
以此方式，根据本技术的第三实施例，当沿着深度方向的移动速度超过速度阈值时，摄像装置100切换到非相加模式。因此，即使在对象已经以等于或小于速度阈值的速度沿着深度方向移动时，也可以继续像素相加模式。这使得可以进一步减小功耗。
需要注意，上述的实施例图示了用于实施本技术的示例，且实施例的事项对应于随附权利要求中所包括的发明主题。同样，随附权利要求中所包括的发明主题分别对应于与本技术的实施例中的事项为相同名称的事项。然而，本技术不限于这些实施例，并且能够在不偏离本技术的范围的情况下，通过做出实施例的各种变型例来体现本技术。
此外，上述实施例中的处理过程可以被认为是包括这一系列过程的方法，且可以被认为是用于使计算机执行这一系列过程的程序或被认为是存储该程序的记录介质。例如，该记录介质可以是光盘(CD)、迷你盘(MD)、数字通用盘(DVD)、存储卡、或蓝光(Blu-ray，注册商标)盘等。
需要注意，这里，本说明书中所述的效果仅是为了示例性说明的目的而提供的，而不旨在限制。还可以预期其他效果。
需要注意，本技术还可以被如下地构造。
(1)一种摄像装置，其包括：
像素阵列单元，所述像素阵列单元包括多条线，所述多条线中的每条线具有沿着预定方向布置的多个像素；
扫描电路，所述扫描电路在非相加模式下顺序地选择所述多条线且进行控制以从选择的所述线内的各个所述像素输出模拟信号，而且所述扫描电路在像素相加模式下进行控制以将沿着与所述预定方向垂直的方向布置的各个所述像素的所述模拟信号相加且输出相加后的所述信号；
模数转换单元，所述模数转换单元将各个所述模拟信号转换成数字信号；以及
控制单元，所述控制单元基于所述数字信号进行将所述像素相加模式和所述非相加模式中的一者切换到所述像素相加模式和所述非相加模式中的另一者的控制。
(2)根据(1)所述的摄像装置，
其中，所述模数转换器在所述像素相加模式下将所述数字信号作为像素相加数据输出，并且
所述控制单元基于所述像素相加数据从所述非相加模式切换到所述像素相加模式。
(3)根据(2)所述的摄像装置，
其中，所述控制单元根据所述像素相加数据测量物体的速度，且在所述速度超过预定速度的情况下，所述控制单元从所述非相加模式切换到所述像素相加模式。
(4)根据(3)所述的摄像装置，
其中，所述控制单元测量沿着所述预定方向的所述速度。
(5)根据(3)所述的摄像装置，
其中，所述控制单元测量沿着深度方向的所述速度。
(6)根据(1)至(5)中任一项所述的摄像装置，
其中，所述像素阵列单元包括：
所述多个像素；以及
像素相加单元，所述像素相加单元在所述像素相加模式下将沿着所述垂直方向布置的各个所述像素的所述模拟信号相加且输出相加后的所述模拟信号。
(7)根据(1)至(6)中任一项所述的摄像装置，其还包括数字信号处理单元，所述数字信号处理单元在所述非相加模式下对所述数字信号执行预定处理。
(8)根据(1)至(7)中任一项所述的摄像装置，
其中，在切换到所述非相加模式之后经过预定的时间时，所述控制单元切换到所述像素相加模式。
(9)一种摄像装置控制方法，其包括：
扫描步骤：在非相加模式下，顺序地选择多条线，所述多条线中的每条线具有沿着预定方向布置的多个像素，然后进行控制以从选择的所述线内的各个所述像素输出模拟信号；而在像素相加模式下，同时选择所述多条线，并且进行控制以将沿着与所述预定方向垂直的方向布置的各个所述像素的所述模拟信号相加且输出相加后的所述信号；
模数转换步骤：将各个所述模拟信号转换成数字信号；以及
控制步骤：基于所述数字信号进行将所述像素相加模式和所述非相加模式中的一者切换到所述像素相加模式和所述非相加模式中的另一者的控制。
附图标记列表
100 摄像装置
110 摄像透镜
120 数字信号处理单元
130 控制单元
131 摄像控制单元
132 模式控制单元
133 线缓冲器
134 模式信号生成单元
135 定时器
140 图像输出单元
200 固态摄像元件
210 扫描电路
220 列信号处理单元
221 ADC
222 CDS处理单元
230 时序控制单元
240 开关
300 像素阵列单元
310 像素
311 光电二极管
312 传输晶体管
320 像素相加单元
321 连接晶体管
330 信号生成单元
331 复位晶体管
332 放大晶体管
333 浮动扩散层
334 选择晶体管

Claims (7)

1.一种摄像装置，其包括：
像素阵列单元，所述像素阵列单元包括多条线，所述多条线中的每条线具有沿着预定方向布置的多个像素；
扫描电路，所述扫描电路在非相加模式下顺序地选择所述多条线且进行控制以从选择的所述线内的各个所述像素输出模拟信号，而且所述扫描电路在像素相加模式下进行控制以将沿着与所述预定方向垂直的方向布置的各个所述像素的所述模拟信号相加且输出相加后的所述信号；
模数转换单元，所述模数转换单元将各个所述模拟信号转换成数字信号；以及
控制单元，所述控制单元基于所述数字信号进行将所述像素相加模式和所述非相加模式中的一者切换到所述像素相加模式和所述非相加模式中的另一者的控制，
其中，所述模数转换单元在所述像素相加模式下将所述数字信号作为像素相加数据输出，
所述控制单元基于所述像素相加数据从所述非相加模式切换到所述像素相加模式，并且
所述摄像装置计算过去所述像素相加数据和当前所述像素相加数据之间的上升沿的位置的差值，并根据所述差值计算物体的速度，且在所述速度超过预定速度的情况下，所述控制单元从所述非相加模式切换到所述像素相加模式。
2.根据权利要求1所述的摄像装置，
其中，所述摄像装置计算沿着所述预定方向的所述速度。
3.根据权利要求1所述的摄像装置，
其中，所述摄像装置计算沿着深度方向的所述速度。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的摄像装置，
其中，所述像素阵列单元包括：
所述多个像素；以及
像素相加单元，所述像素相加单元在所述像素相加模式下将沿着所述与所述预定方向垂直的方向布置的各个所述像素的所述模拟信号相加且输出相加后的所述模拟信号。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的摄像装置，其还包括数字信号处理单元，所述数字信号处理单元在所述非相加模式下对所述数字信号执行预定处理。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的摄像装置，
其中，在切换到所述非相加模式之后经过预定的时间时，所述控制单元切换到所述像素相加模式。
7.一种摄像装置控制方法，其包括：
扫描步骤：在非相加模式下，顺序地选择多条线，所述多条线中的每条线具有沿着预定方向布置的多个像素，并且进行控制以从选择的所述线内的各个所述像素输出模拟信号；而在像素相加模式下，同时选择所述多条线，并且进行控制以将沿着与所述预定方向垂直的方向布置的各个所述像素的所述模拟信号相加且输出相加后的所述信号；
模数转换步骤：将各个所述模拟信号转换成数字信号，并在所述像素相加模式下将所述数字信号作为像素相加数据输出；以及
控制步骤：基于所述数字信号进行将所述像素相加模式和所述非相加模式中的一者切换到所述像素相加模式和所述非相加模式中的另一者的控制，基于所述像素相加数据从所述非相加模式切换到所述像素相加模式，并且计算过去所述像素相加数据和当前所述像素相加数据之间的上升沿的位置的差值，并根据所述差值计算物体的速度，且在所述速度超过预定速度的情况下，从所述非相加模式切换到所述像素相加模式。
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