CN1105449C - 局部自适应光学传感器 - Google Patents

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Abstract

常用图像传感器的动态范围尚不足以处理许多情况下出现的亮度反差，过去公布的增大动态范围的方法在实际应用中出现诸多弊端，按照本专利提供的新方法制作的图像传感器则可综合动态范围大和应用简便的特点。为了防止图像反差较大时出现的像素曝光过分或曝光不足的情况，每个像素都包括一个局部自适应控制器。介助这种控制器，当各像素已积分充足的光电流时便自动地终止积分阶段。使用一个模拟信号表示像素选择的积分期间的时间长短，当与经过积分的像素信号在一起时，则该模拟信号表示的是在动态范围大和单个信号对动态范围要求不高的亮度信息。由于具备局部自适应能力，这种图像传感器适宜应用在所有那些必须对大的亮度反差进行处理的领域，诸如在公路干线上引导机动车辆以及自然景物摄影和天文学领域。

Description

局部自适应光学传感器
本发明涉及根据记录大动态范围景像的“局部自适应法”制备的图像传感器的一种操作方法。
电子图像传感器已为人知并可采用多种工艺技术制作出来。设计出这样的传感器，就可以将许多图像元素(即像素)以适当方式排列起来，通常采用的是单行或以纵行横排构成的矩阵方式。投射到图像传感器上的图像经像素转换成与像素位点处入射光量多少成正比的电信号，各比例系数就叫作传感器的转换灵敏度(灵敏度)。在广为使用的一种图像传感器即“积分图像传感器”中，像素通过将光电流产生的电荷载体对一定的时间间隔(积分时间)积分的方法产生出通向一个电容器的输出信号。此电信号由施于像素和从像素引出的读出线路上的适当控制信号(时钟信号或读出信号)来读出，并以适当方式送往图像分析仪或者如录像设备等图像使用设备。
图像传感器的一个重要特点是它的动态范围。动态范围由像素位点处的最大和最小图像亮度来决定，它可导致产生一个供图像传感器输出端使用的信号。动态范围的下限由输出信号的电噪声限定，即不能使用小于电噪声的像素信号，其上限由用于信号转换和传输的部件的饱和程度限定。
图像传感器的另一个已知问题是它们的动态范围还不足以完全再现出在许多使用输出信号时所出现的亮度反差。因此，或者是图像的黑暗部份被噪声所吸收，或者是图像的明亮部份处于饱和状态，这些都会造成图像模糊不清的不良结果。为了消除动态范围有限所带来的问题，已经知到了几种方法。
在有关应用“对偶读出”原理而增大图像传感器系统的有效动态范围的大量专利和出版物中，美国专利第5168523号颇具代表性。为达到解决以上问题的目的，该专利中的图像传感器系统具备了选择变更已知灵敏度的能力，具体方法是诸如选择积分图像传感器的积分时间，或者更简单的方法是加配可变光阑。然后图像传感器输出两个图像，一个在低灵敏度上，另一个在高灵敏度上，再将这两个图像以适当方法合成为一个完整的图像。由于不仅每个图像，就是多个不同灵敏度的图像也可以进行记录、存储和合成，所以，“多重读出”法也以各种各样的形式进入专利和出版物之中(例如美国专利第5638118号)，并附以“对偶读出”法。这两种方法都有图像传感器系统结构复杂的严重缺陷，除了图像传感器自身以外，还要包括诸如画面抓取器等存储、处理图像数据的装置。
增大传感器的动态范围的第二套方法是在像素产生信号过程中压缩图像信号。使用对数压缩的普通压缩方法，通过利用二极管或金属氧化物半导体(MOS)晶体管的对数电压-电流特性曲线，可在低于阈电压的工作过程中，将取决于光的光电流转换成取决于对数的信号电压。例如，N.Ricqier和B.Dierickx在1995年4月20～22日于加利福尼亚州由电气与电子工程师协会举办的关于电荷耦合器件和先进的图像传感器学术研讨会上发表的“配有在片非均匀修正的有源像素CMOS图像传感器”论文，讨论的就是这种方法。这些及所有其他压缩传感器都因动态范围被压缩而造成图像细节的失真，不仅如此，由于诸如晶体管阈电压或电容量等部份参数的局部起伏变化，使像素和信号线路中出现的固定干扰(又称固定式噪声或FPN)被按指数规律放大，因而必须采取高价措施予以修正。其他方法(知美国专利第5572074号或T.Delbrück和C.A.Mead发表于1994年加利福尼亚技术学院CNS备忘录第30卷的“因连续时间、自适应和对数光接受器电路而引起的模拟式VLSI光放大”)则通过使用复杂的像素电路使像素自身产生输出信号来局部地控制像素的灵敏度，然而，这种方法的使用效果也同压缩方法一样，其自身带来同样的弊端。
局部自适应方法是使用动态范围大的图像传感器的较好方法，其中一种方法的特点在于图像传感器的灵敏度不需要针对所有像素同时进行调整(即全部适应)，而只需针对像素小组进行调整即可，针对各像素分别调整(局部适应)则更是理想。根据这种图像传感器的如此特点，就可以在信号线路的不同点实施连接。
美国专利第5532743号(经LCD像素衰减)、第55410705号(经极化器衰减)、第5218485号等介绍了逐个地削减辐射到像素上的光重的方法，然而，所有这些方法都要以更加复杂的光学结构和高价的用于控制衰减部份的外部系统为先决条件。
采用局部自适应法逐个控制各像素的积分时间可以得到动态范围大而结构简单的系统。单个像素装定和IPR等是局部自适应积分时间采用的普通方法。O.Yadid-Pecht、B.Pain、C.Staller、C.Clark和E.Fossum共同撰写的“配有局部电子快门的有源CMOS像素传感器恒星跟踪仪”(见IEEE“固态电路丛刊”1997年2月号、第32卷第2期)和“大动态范围APS恒星跟踪仪”(见SPIE会议录第2654卷(1996年)固态传感器系列和CCD摄像机部份第82-93页)以及S.Chen、R.Ginosar撰写的“自适应灵敏度CCD图像传感器”(见SPIE会议录第2415卷(1995年)第303-309页)等论文都讨论了这种方法。使用这里介绍的传感器，其像素电路是已经过改进的，所以它们的积分电容器可以随时在各像素中被逐个地复位。基于如此情况，在一定限度内，各像素可以得到单独的积分时间，进而使像素灵敏度可自适应于射到各像素位点上的光的灵敏度。这里介绍的方法的特点在于像素电路的额外开支费用较低，同时动态范围较大。
具备了Siegen大学半导体电子工程研究所开发的这种局部自适应图像传感器(LAS)，可在实施积分阶段之前，将各像素的积分时间以模拟电压的形式逐个编程并装入像素(见T.Lule.H.Fischer、S.Benthien、H.Keuer、M.Sommer、J.Schulte、P.Rieve、M.Bohm撰写的“TFA技术中带有各像素可编程灵敏度的图像传感器”和H.Reichl、A.Heuberger编著的《1996年微系统技术》一书的第675页)。
但是，IPR和LAS方法的一个缺点是为了给逐个像素形成下一个积分周期所要求的曝光时间，并从上一次图像读出中得到驱动时钟脉冲，需要增加电路，因此使开支费用大增。IPR方法还有一个缺点，这就是在积分阶段所有像素必须按指定的顺序复位，这将导致在敏感的像素电子器件上会出现碰撞和非决定性时钟脉冲的过度耦合。至此所介绍的所有自适应方法还有一个时间滞后的缺陷，即为积分阶段装入的灵敏度是从上一个积分阶段的像素信号中得到的。因此，不可能确保针对具体情况适当设定像素灵敏度。
具有本专利权利要求1所述特点的发明，是基于这样一个问题而提出的，即使配有最少电路的图像传感器的像素灵敏度也能够毫不延迟地自适应于覆盖像素位点的亮度，从而增大图像传感器的有效动态范围。
这一目的是利用局部自适应像素的电路自身自适应于覆盖在像素位点的亮度来实现的。
局部自适应原理是由O.Yadid-Pecht在“大动态范围的自动传感器”一文(见1993年SID国际研讨会论文摘要汇编第495-498页)中首先提出的。其中，局部自适应是利用像素具备在积分信号超过阈值时自身复位的能力而实现的。从理论上说，这样可以防止像素饱和，但是，积分时间却不能可靠地自适应于射在像素上的光强度，因为可能出现这样情况，例如，弱光照射的像素刚好在积分阶段终止前被再次复位，在余下的非常短暂的积分时间内已不能再对所提及的信号电压进行积分了。
此外，像素所选定的积分时间还必须以适当方法报知给后续的图像分析阶段，以便根据积分时间和经过积分的像素信号这两个参数重新形成像素位点的亮度。O.Yadid-Pecht对此问题基本上未作回答，只是提出了应将积分时间局部地存储于4个触发器上，为此，要花费相当可观的开支用于像素电路和附加的控制线路(见SPIE会议录第1656卷(1992年)第374～382页，高分辨率传感器和二合一系统部份中的“增大图像的动态范围”一文)。为了不使制作像素面积的有效范围过于费钱，作者还提出对每个8×8个像素组成的像素组可只实施一次局部自适应控制，但如此会立即破坏了局部自适应性的优点，因为在这样像素组中的明暗迅速转换将导致出现相同于全部自适应传感器所出现的对动态范围的制约。
根据本发明解决这一问题的方法是使用一个积分的局部自适应像素，该像素甚至可以在许多光生电荷被积分因而输出信号呈饱和状态之前独自自动地终止积分时间。这种方法有别于上述方法，因为像素自身确定的是积分阶段的终止时间而不是起始时间。
终止积分时间的简便方法是使用一个电子开关，将此开关插入自探测器至积分电容器的光电流线路上，便可以切断自探测器至积分电容器的电流线路，从而终止积分时间。另一种类似的方法是使用一个电子开关，此开关将在各像素的积分时间即将结束时在第一个积分电容器和第2保持电容器之间建立连通关系，因此，积分阶段结束之后的保持电容器上的电压与积分阶段即将结束时积分电容器上的电压成正比。第一个积分电容器在整个积分阶段都有与光成正比的光电流通过。带有这种电开关的像素电路已为人熟知，并已在几乎所有的积分图像传感器上用于全面控制积分时间。
以上所述解决方法的明显优点是与廉价的传统传感器相比，以这种方式工作的传感器有更大的动态范围，因此，这种传感器提供的输出信号能以更大的对比度在图像的所有部位进行评定。此外，由于图像亮度范围大为扩大，此输出信号始终处于较高控制范围，这自然会导致信噪比的改善，进而确保图像质量的提高。
这种方法的进一步完善是在像素内存储信息(以下称为积分信号)，这样，像素即可提供出有关像素积分时间长短的信息，此信息连同经过积分的像素信号一并从图像传感器上读出，再根据积分信号和像素信号便可确切地得出覆盖于各像素位点的亮度。
以模拟方式在像素内存储积分信号较为有利，诸如电压、电流和电荷等形式。这些用作电容器或电流电平存储器的模拟信息存储装置已为人所熟知，而且，正如O.Yadid-Pecht所预见的，它们在CMOS、BiCMOS和TFT普通图像传感器上所占用的面积比含有同样信息内容的数字式存储装置还要小。然而，将积分信号以数字形式存储起来也不失为一个良好的选择，因为它具有更强的抗干扰能力。
再者，还有几种选择可用来在像素内独立自主地形成积分信号，或是从外部将积分信号输入像素，或是利用自外部输入像素的信号产生积分信号。信号最好是从外部完整地输入像素，因为这样就不需要为在像素内产生信号而附加任何部件了，像素只要存储外来的信号就行了。即将被输入像素的外部信号最好能施用于所有的像素，或至少能同时施用于大组像素，如整列或在行的像素，这样，为这种信号而必须准备的发生器的数量就可以少于传感器所具有的像素数量。然后，这些发生器将提供一个诸如电压、电流或数字字的信号，这一信号最好是与已经过的积分时间无关的单一信号，如电压斜坡信号。当某一像素的积分时间结束之时，该像素的曝光电容器中存储的不仅仅是至此时经积分的像素信号，在其内部积分信号存储器中还存储有经各发生器从外部提供的积分信号。
上述解决方法的明显优点是亮度信息被分解成两个信号参量，一个是像素信号，另一个是可提供有关积分时间信息的积分信号。具备这两个信号，再生的亮度范围要比单一信号大得多，这是因为积分信号提供的只能说是一个概略的等级信息，而像素信号提供的才是详尽的信息。特别是在商业领域，大量的电子干扰源多限于作用在传输线路上，而动态范围的这种分解看来是处理特大信号动态范围(大于100分贝)图像的唯一可行方法。
对上述方法的进一步改进是可以在像素指定时间之外的几个时间终止积分，这几个时间可以用作用于像素的时钟信号从外部确定。这种时间离散化的优点是可以对能经像素选择的积分阶段进行更精确的控制，特别是在大照度条件下确定的非常短暂的时间，必须由高精度的积分信号来装定和探测，这种高精度是指其精确度要与比积分时间自身短得多的时间阶段相一致，如此高精度可通过积分时间的时钟离散化以特别简便的方式达到。
上述方法的一个更有利的实施例，尤其是在结合积分阶段时间离散化和使用模拟式积分信号条件下的实施例，是使用一个幅度离散化的模拟式积分信号，这样，该信号能只用于承担离散的幅度。积分信号实现幅度离散化有以下优点：尔后的图像阶段能通过形成一个阈值来准确重建被选定的积分期间；如果离散阶段之间的间隔充分，那么，诸如噪声和FPN等这些模拟电路中不可避免的干扰就不会影响阈值的形成，因而也不会影响重建的积分时间。
以数字方式存储积分信号自然要包含上述模拟信号幅度离散化所相应的数值的离散化，不仅如此，数字式存储与上述时间离散化并用更为有利，因为这样可以针对每一个积分时间单独地指定一个数字式数值。在当前最新的存储器技术中，从将一个幅度整体离散化的模拟信号用作多极数字信号的观点来看，将一个纯二进制数字信号转换成幅度离散化的模拟信号的方法正在不断改变且不乏实例。
上述方法的一种改进是使用一种离散化积分期间的指数分布。所谓指数分布是指在预定的积分期间中进行选择，而这些期间可由像素选择，使一个积分期间较下一个可选择的较短期间长一个固定比值。这种分布是从其他方面的应用而得来的，例如，摄相机快门的速度可确保均匀收容十的数次幂的光强度。
上述方法的一个实施例，是利用由Bohm教授和他的Siegen大学半导体电子工程研究所的同事们共同开发的TFA(即Thin Film on ASIC)技术制作的局部自适应图像传感器，这种传感器已由Bohm教授本人在印度Roorkee大学的智能传感器专业讲座上所作的题为“应用TFA技术的智能图像传感器系统”讲课中作了介绍(1995年)。光电探测器垂直集成到现有的信号处理ASIC上的优点在局部自适应传感器上尤其得到了证明，这是因为同应用纯CMOS技术一样，像素电子部件与探测器并不相互抢占地盘，已被较广泛的像素电子部件占据的基片区域，同时仍有余地在其上安装探测器，因此这种传感器的灵敏度更高。
上述方法的其他实施例是从后附的各项从属权利要求中演变而来的。
本发明的一个实施例，即实施上述方法的最佳装置，如以下各图所示，并详尽说明如下。该实施例是根据本发明应用TFA技术而制成的一个图像传感器，其动态范围为90分贝。
图1是具备积分自动截止和存储积分信号能力的局部自适应像素电子部件的结构框图。
图2是图1所示像素在积分阶段操作的控制信号。
图3是继积分阶段之后的读出阶段输出的积分信号和像素信号，并标出了这些信号与出现在这一像素上的光强度的函数关系。
图4是在图像传感器基片上配有外设电路的区域传感器的各像素的相互作用示意图。
图1是用TFA技术完成的局部自适应像素的结构框图。像素电路上有用非晶硅制作的光敏探测器(01)。其阴极与像素电路内的探测器电路(02)相连接。探测器电路是TFA技术的具体化，对像素的局部自适应没有重要意义，它将探测器(01)阴极上的电压保持在恒定不变的水平，可防止邻近探测器间TFA技术特有的电路连接。
来自探测器(01)并经过探测器电路(02)中继的光电流(03)，在积分阶段通过闭合的光电流开关(04)被积分至积分电容器(05)之中，在积分电容器(05)上形成的像素电压(06)与从外部输入像素的比较电压(08)进行比较，比较的结果只有在时钟脉冲(09)的时钟信号之后才出现在像素比较器(07)的输出信号中(10)。如果在时钟信号出现时像素电压(06)已超过比较电压(08)，则控制输出信号(10)将断开光电流开关(04)，从而终止电流积分阶段的积分周期。与此同时，由于时钟脉冲(09)上的时钟信号的作用，一个递升步进的电压斜坡信号加到积分信号输入斜坡信号(11)上，并通过闭合的积分信号开关(12)被送往积分信号电容器(13)。在控制输出信号(10)通过开关(04)终止光电流积分时，此控制输出信号(10)还将断开积分信号开关(12)，因此，积分信号电容器(13)上的积分信号电压(14)保持在断开开关时加在积分信号输入斜坡信号(11)上的电压等级。
在尔后的读出阶段，读出输入端(15)的一个读出信号会使像素信号缓冲器(16)和积分信号缓冲器(17)在像素信号单一列线(18)或积分信号单一列线(19)上输出经过积分的像素信号(06)和固定的积分信号(14)。
在下一个积分阶段之前，复位输入端(20)上的复位信号使复位开关(21)闭合，从而清除掉经过积分的像素信号(06)。随着时钟输入端(09)出现下一个时钟信号，光电流开关(04)和积分信号开关(12)再次闭合，即开始下一个积分阶段。
图2显示的是时钟(09)和斜坡信号(11)的控制脉冲外加积分信号(14)和像素信号(06)，每个信号表示两个像素，一个是强照射的像素(Pix1 30和Int1 31)，另一个是弱照射的像素(Pix2 34和Int2 35)。其上的信号示意图显示的实施例是带有6个可选择指数分布的积分时间(39～44)，其中的时间轴标有相对时间单位。
积分阶段自时钟脉冲(09)的第一个上升沿(38)开始，其后，经积分的像素电压(Pix1 30和Pix2 34)增大，随着时钟脉冲(09)的各个后续的上升沿，达到足够高像素电压的像素即可终止它的积分阶段。例如，如果位于时钟脉冲沿(39)的像素要终止积分阶段，则积分阶段将持续进行一个时间单位；位于时钟脉冲沿(40)时，持续2个时间单位；位于时钟脉冲沿(41)时，持续4个时间单位；位于时钟脉冲沿(42)时，持续8个时间单位；位于时钟脉冲沿(43)时，持续16个时间单位。如果像素在时钟脉冲沿(44)时要终止它的积分阶段，则积分阶段要持续32个时间单位。本实施例中的可选择的时间单位是以2为底数用指数法选定了。
根据时间单位的如此分布，比较电压Ucomp(08)应设在半个信号幅度(33或37)。如果一个像素信号(05)在一个积分期间中未超过半个信号幅度，则在下一个2倍时间长的较长积分期间，也不会超过整个信号幅度，这时假定像素位点的亮度在后续的积分期间中不发生大的变化，还可对该像素信号进一步积分。然而，如果一个像素信号(06)在一个积分期间内已超过了半个信号幅度，则在下一个2倍时间长的较长积分期间，便会超过整个信号幅度，因此这时必须结束积分期间。由于可选择的积分时间结合了比较电压，因此可确保经积分的像素电压始终在整个信号幅度的上半段。如果选择的是较低的比较电压，则说明积分阶段过程中亮度的起伏变化不大，因而可以在积分过程中将像素亮度提高到一定程度，而像素不致变为饱和状态。
将像素信号(46)和积分信号(47)对图3中相对光强度积分，显示了局部自适应像素的这种极为有利的特性。由于水平轴上的光强度是用对数曲线描绘的，所以像素信号曲线呈弯曲状，而以指数间隔分布的斜坡信号等级(11)是同宽的。
图4所示的框图是像素电路(50)在一个区域传感器中与外设部件(53，55，58)相互作用的示意图。在积分阶段，积分控制器(55)向以行列排列的像素矩阵(51)上的像素(50)提供复位(20)、时钟脉冲(09)、斜坡信号(11)和比较电压(08)等需要的控制信号，而这些控制信号则是由积分控制器根据输入的时钟脉冲CLK(66)所产生的，并且是针对所有像素(50)同时产生的，所以，像素矩阵(51)上的所有像素(50)可以同步地开始各自的积分周期，且如上所述方法各自选择终止积分周期的时间。
在就绪输出端(67)出现一个信号，表明积分阶段的结束由一个作用于基底外部部件电路的信号来实施。这时，这些部件可将一个行地址ZA(64)和行释放信号ZEN(65)输入行解码器(53)，由行解码器(53)控制所希望的行读出线(52)。行读出线(52)与该行内所有像素(50)的像素读出线相连，可以确保被选择行的所有像素(50)在像素信号列线(18)和积分信号列线(19)上输出经过积分的像素信号(06)和固定的积分信号(14)。
在平行输入纵行控制和读出装置(58)的所有像素信号和积分信号列线(56、57)中，纵行控制和读出装置(58)选择的是由外部输入的纵行地址SA(63)所选择的纵行。通过输入的纵行释放信号SEN(62)，被选择的像素信号(06)和被选择的积分信号(14)即被送往像素输出端Pixaus(59)和积分信号输出端Intaus(60)。在所有像素(50)相继被读出后，通过启动器(61)的信号在积分控制器(55)内开始下一个积分阶段。

Claims (13)

1.一种操作积分图象传感器的方法，包括：
a)光转换象素的排列，每个象素包括：
aa)光敏元件(01)，用于将照射到其上的光强度转换成光电流，此光电流取决于光强度的大小；
ab)积分装置(04，05)，用于在积分阶段中将象素信号(06)的上述光电流对一定的积分时间积分；
ac)持续时间控制装置(07-10)，用于决定积分时间的起止时间；
ad)读出装置(15)，用于在读出阶段中继象素信号(06)，读出阶段的时间长短取决于所积分的光电流数量多少，
b)处理装置，用于处理象素所中继的过去的已知信号并提供由其产生的输出信号，
c)象素控制器，用于向所有象素中具有的所有上述装置提供控制信号，使上述输出信号成为能反映出图像传感器拾取的光图像的信号，
d)存储积分持续时间信息的装置，
该方法包括以下步骤：象素的持续时间控制装置以下述方式受所述象素的积分装置的影响，即持续时间控制装置选择的积分时间的终止点作为射到象素上的光强度的函数，即光强度越大则积分时间越短，光强度越小则积分时间越长，在上述积分阶段结束后，每个象素都已存储了有关积分持续时间的信息(14)，即各象素提供出它的积分阶段的时间长短的信息，积分持续时间的信息(14)与上述象素信号(06)一并读出。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于时间阶段控制装置通过电子开关来控制积分时间的终止时间，其中，该电子开关的安装位置有利它切断通往积分装置的光电流进而终止积分阶段。
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于时间阶段控制装置通过一个电子开关来控制积分时间的终止时间，其中，该电子开关的安装位置在过去已知的积分装置和另一个存储装置之间的线路上，这样，电子开关便可在终止时间切断积分装置和存储装置之间的信号路径，在积分阶段终止之后，存储装置便已存储了相关于积分装置发出信号的上述终止时间的信号。
4.根据权利要求3所述方法，其特征在于上述积分持续时间信息是用数字式信号表示的。
5.根据权利要求3所述方法，其特征在于上述积分持续时间信息是模拟式信号表示的。
6.根据权利要求5所述方法，其特征在于上述积分持续时间信息是以幅度离散化的模拟信号表示的。
7.根据权利要求3所述方法，其特征在于上述信号是在象素内自主产生的。
8.根据权利要求3所述方法，其特征在于上述信号是利用从外部施加到象素上的信号而在象素内产生的。
9.根据权利要求3所述方法，其特征在于上述信号是在积分每次终止以适当方式从外部输入给象素的，而且象素必须在适当时间保持该信号。
10.上述权利要求1所述方法，其特征在于上述时间阶段控制装置只能在一个积分阶段的几个离散时间上决定终止象素信号的积分，而这几个离散时间则取决于从外部施加给象素的信号。
11.根据权利要求10所述方法，其特征在于上述外定时间具有指数分布特性，即可通过选择终止时间的方法而选定的积分持续时间比下一个可选择的较短积分持续时间长一个固定的比值。
12.根据权利要求10所述方法，其特征在于上述外定时间具有对偶指数分布特性，即可通过选择终止时间的方法而选定的积分持续时间比下一个可选择的较短积分持续时间长一倍。
13.一种控制图像传感器的装置，包括：
a)光转换象素的排列，每个象素包括：
aa)光敏元件(01)，用于将照射到其上的光强度转换成光电流，此光电流取决于光强度的大小；
ab)积分装置(04，05)，用于在积分阶段中将象素信号(06)的上述光电流对一定的积分时间积分；
ac)持续时间控制装置(07-10)，用于决定积分时间的起止时间；
ad)读出装置(15)，用于在读出阶段中继象素信号(06)，读出阶段的时间长短取决于所积分的光电流数量多少，
b)处理装置，用于处理象素所中继的过去的已知信号并提供由其产生的输出信号，
c)象素控制器，用于向所有象素中具有的所有上述装置提供控制信号，使上述输出信号成为能反映出图像传感器拾取的光图像的信号，
d)存储积分持续时间信息的装置，
象素的持续时间控制装置(07-10)包括一种装置以下述方式受所述象素的积分装置的影响，即持续时间控制装置选择的积分时间的终止点作为射到象素上的光强度的函数，即光强度越大则积分时间越短，光强度越小则积分时间越长，在上述积分阶段结束后，每个象素都已存储了有关积分持续时间的信息(14)，即各象素提供出它的积分阶段的时间长短的信息，积分持续时间的信息(14)与上述象素信号(06)一并读出。
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