CN111314635B - 一种高速cmos图像传感器电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高速CMOS图像传感器电路，在像素积分电路中加入比较器电路，用于在电荷累计达到指定阈值时，自动停止积分；同一列像素的比较器电路输出信号经过开关接到一起，当有一个像素达到阈值时，同一列所有像素的积分都会立即停止；通过行选通信号逐行读出各列像素的状态。该电路能够获得更大的动态范围、更短的采集周期，从而获得更高的采集频率。

Description

一种高速CMOS图像传感器电路
技术领域
本发明涉及CMOS图像传感器技术领域，尤其涉及一种高速CMOS图像传感器电路。
背景技术
3D轮廓测量仪是利用线激光器产生激光平面，投射到被测目标表面形成投影线，激光平面沿着被测目标表面起伏，投影线也有相应的起伏；测量仪上的相机拍摄投影线的形状，然后应用图像处理算法依据投影线在图像上的位置得到投影线的空间位置，从而得到被测目标表面的一条轮廓线的空间坐标。
现有技术一般使用CMOS图像传感器采集投影线的图像，而常见的图像处理算法通常会在图像传感器的每一列只保留一个点作为投影线在该列的位置，使得采集效率不高。
发明内容
本发明的目的是提供一种高速CMOS图像传感器电路，该电路能够获得更大的动态范围、更短的采集周期，从而获得更高的采集频率。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种高速CMOS图像传感器电路，所述传感器电路包括像素阵列模块、控制模块、输出模块以及电源模块，其中：
所述像素阵列模块由像素单元电路排列而成，所述像素单元电路包括光电积分电路、比较器电路以及若干开关；
所述比较器电路用于在判断电荷累计达到指定阈值时，自动停止积分；
同一列像素的比较器电路输出经过开关接到一起，当有一个像素达到阈值时，同一列所有像素的积分都会立即停止；然后通过行选通信号逐行读出各列像素的状态；
所述控制模块用于产生RST、PD、TX、TX2、Rsel[1…N]信号，并接受外部的指令产生对应的阈值，提供给所述比较器电路；
输出模块把各列输出的信号组合输出,每列对应1位,每8列组合成一个字节。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，上述电路能够获得更大的动态范围、更短的采集周期，从而获得更高的采集频率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明实施例提供的高速CMOS图像传感器电路的结构示意图；
图2为本发明实施例所述电路的工作过程示意图；
图3为本发明实施例所述电路的像素阵列连线图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述，如图1所示为本发明实施例提供的高速CMOS图像传感器电路的结构示意图，本实施例以分辨率为MxN(N行M列)的传感器为例，该传感器电路包括：像素阵列模块、控制模块、输出模块以及电源模块，其中：
所述像素阵列模块由像素单元电路排列而成，所述像素单元电路包括光电积分电路、比较器电路以及若干开关；
所述比较器电路用于在判断电荷累计达到指定阈值时，自动停止积分；
具体实现中，如图2所示为本发明实施例所述电路的工作过程示意图，如图3所示为本发明实施例所述电路的像素阵列连线图，参考图2、图3：同一列像素的比较器电路输出经过开关SW3接到一起，如图2中的Cut信号，当有一个像素达到阈值时，同一列所有像素的积分都会立即停止；
然后通过行选通信号Rsel逐行读出各列像素的状态；
所述控制模块用于产生RST、PD、TX、TX2、Rsel[1…N]等信号，并接受外部的指令产生对应的阈值，提供给所述比较器电路；
输出模块把各列输出的信号组合输出,每列对应1位,每8列组合成一个字节。
基于上述的电路结构可以获得更大的动态范围，每一列像素的实际积分时间是根据像素接收到的光线强度自动调节的，不会出现过饱和。
同时，数据量更小，在输出图像时每行每列像素只输出1位,因此一个MxN(N行M列)分辨率图像只需要1M字节即可完全表示。例如每行每列像素只输出1位一个4096x2048分辨率的CMOS图像，且每帧图像只需要1M字节。
另外，在CMOS输出的图像中，每列只有一个点是1，其他都是0，后端可以直接读出光点的位置，而不需要进行复杂的图像处理。
下面对上述高速CMOS传感器电路的工作过程进行举例描述：
1、在积分阶段
(1)控制模块首先根据外部输入设定参考电压Vref；
(2)控制模块设置RST信号输出低电平，使开关SW1、SW5断开；设置PD信号为高电平，使SW2闭合；设置TX2信号为高电平，使SW3闭合；设置Rsel[1…N]信号为低电平，SW4断开；所有像素开始积分；
(3)当某个像素的电容C1电压低于设定的参考电压Vref时，比较器电路输出低电平；该低电平信号使SW2断开，电容C1与光电二极管D1的连接被断开，从而停止积分；
(4)比较器电路输出的低电平还经过SW3和Cut线路传递，使同一列的其他像素的SW2断开，从而使同一列的其他像素都停止积分。
2、读出阶段
(1)经过预定的时间间隔(最长积分时间)后，控制模块设置PD信号为低电平，使所有像素的开关SW2断开；
(2)逐行输出选通信号Rsel[1…N]，使每列像素中指定行的SW4闭合，比较器电路的输出经过Out[1…N]端口输入到输出模块。
3、复位阶段
控制模块设置RST信号输出高电平，使开关SW1、SW5闭合，实现D1和C1的复位。
值得注意的是，本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种高速CMOS图像传感器电路，其特征在于，所述传感器电路包括像素阵列模块、控制模块、输出模块以及电源模块，其中：
所述像素阵列模块由像素单元电路排列而成，所述像素单元电路包括光电积分电路、比较器电路以及若干开关；
所述比较器电路用于在判断电荷累计达到指定阈值时，自动停止积分；
同一列像素的比较器电路输出经过开关接到一起，当有一个像素达到阈值时，同一列所有像素的积分都会立即停止；然后通过行选通信号逐行读出各列像素的状态；
所述控制模块用于产生RST、PD、TX2、Rsel[1…N]信号，并接受外部的指令产生对应的阈值，提供给所述比较器电路；
其中，RST表示开关SW1和SW5的控制信号,当RST为高电平时,SW1和SW5闭合；当RST为低电平时,SW1和SW5断开；
PD表示开关SW2的控制信号,此信号与比较器U1的输出信号共同控制SW2，当PD和比较器U1的输出同时为高电平时,开关SW2闭合；当PD或U1的输出为低电平时,SW2断开；
TX2表示开关SW3的控制信号,当TX2为高电平时,SW3闭合；当TX2为低电平时,SW3断开；
Rsel表示开关SW4的控制信号,Rsel为高电平时,开关SW4闭合；当Rsel为低电平时,开关SW4断开；
Rsel[1…N]表示Rsel1,Rsel2,…,RselN共N个信号,分别连接第1行、第2行、…、第N行各像素的Rsel信号；
其中，各开关SW1、SW2....、SW5和其他器件的连接关系具体为：
SW1连接复位电源VCC与光电二极管D1,SW1受控于复位信号RST；当RST信号为高电平时,SW1导通；RST信号为低电平时,SW1断开；
SW2连接光电二极管与积分电容C1,SW2受控于PD信号和比较器U1的输出；当PD与比较器U1的输出均为高电平时,SW2导通；当PD或比较器U1的输出为低电平时,SW2断开；
SW3连接比较器的输出与CUT信号，同一列像素的CUT信号连接在一起；SW3受控于TX2,当TX2为高电平时,SW3导通；当TX2为低电平时,SW3断开；当SW3导通时,CUT信号与PD信号、比较器U1的输出一起控制SW2的通断；
SW4连接比较器U1的输出和OUT信号，同一列像素的OUT信号连接在一起；SW4受控于行选通信号Rsel；当Rsel是高电平时,SW4导通；当Rsel为低电平时,Rsel断开；
SW5连接积分电容C1与复位电源VCC，SW5受控于复位信号RST；当RST信号为高电平时,SW5导通；RST信号为低电平时,SW5断开；
输出模块把各列输出的信号逐行输出,每列对应1位,每8列组合成一个字节；
其中，在输出图像时每行每列像素只输出1位,因此一个M×N分辨率图像只需要M×N/8字节即可完全表示。
2.根据权利要求1所述高速CMOS图像传感器电路，其特征在于，
每一列像素的实际积分时间是根据像素接收到的光线强度自动调节的，不会出现过饱和。
3.根据权利要求1所述高速CMOS图像传感器电路，其特征在于，
在CMOS图像输出的数据中，当有一个像素达到阈值时，同一列所有像素的积分都会立即停止，且该达到阈值的像素点为1，其他则为0；
然后通过行选通信号逐行读出各列像素的状态，则每列只有一个点是1，其他都是0；
后端能直接读出光点的位置。
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