CN112640440A - 一种成像方法、成像装置、可移动平台和电子设备 - Google Patents

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Abstract

一种成像方法、成像装置、可移动平台和电子设备。成像方法利用图像传感器进行成像；所述图像传感器包括：多个像素单元，所述像素单元包括：光电二极管和像素读取电路；所述成像方法包括：所述像素读取电路复位所述光电二极管；所述像素读取电路控制所述光电二极管曝光，使所述光电二极管在曝光过程中，在第一光强范围产生的电荷累积于所述光电二极管，在第二光强范围产生的一部分电荷累积于所述光电二极管，另一部分电荷传输至所述像素读取电路；其中，所述第二光强范围的光强值大于所述第一光强范围的光强值；所述像素读取电路将累积于所述光电二极管的所述电荷转换为电压；根据所述像素读取电路转换的所述电压得到所述曝光的信号电压。

Description

一种成像方法、成像装置、可移动平台和电子设备
技术领域
本公开涉及图像处理领域，尤其涉及一种成像方法、成像装置、可移动平台和电子设备。
背景技术
图像传感器是成像装置的重要部件，其包括用于感光的像素单元阵列。当成像装置对目标成像时，通过一曝光过程，像素单元响应于光信号而生成电荷，将电荷转换为电压，并输出给后端电路处理。
现有的图像传感器，对明暗对比强烈的场景成像时，存在场景亮处的图像细节丢失，图像传感器的动态范围受限的问题，从而影响成像效果。
发明内容
本公开提供了一种成像方法，利用图像传感器进行成像；所述图像传感器包括：多个像素单元，所述像素单元包括：光电二极管和像素读取电路；所述成像方法包括：
所述像素读取电路复位所述光电二极管；
所述像素读取电路控制所述光电二极管曝光，使所述光电二极管在曝光过程中，在第一光强范围产生的电荷累积于所述光电二极管，在第二光强范围产生的一部分电荷累积于所述光电二极管，另一部分电荷传输至所述像素读取电路；其中，所述第二光强范围的光强值大于所述第一光强范围的光强值；
所述像素读取电路将累积于所述光电二极管的所述电荷转换为电压；
根据所述像素读取电路转换的所述电压得到所述曝光的信号电压。
本公开还提供了一种成像装置，所述成像装置包括：图像传感器和图像处理器；所述图像传感器包括：多个像素单元和行控制电路，所述像素单元包括：光电二极管和像素读取电路；
所述行控制电路用于控制所述像素读取电路复位所述光电二极管；
所述行控制电路还用于控制所述光电二极管曝光，使所述光电二极管在曝光过程中，在第一光强范围产生的电荷累积于所述光电二极管，在第二光强范围产生的一部分电荷累积于所述光电二极管，另一部分电荷传输至所述像素读取电路；其中，所述第二光强范围的光强值大于所述第一光强范围的光强值；
所述行控制电路还用于控制所述像素读取电路将累积于所述光电二极管的所述电荷转换为电压；
所述图像处理器用于根据所述像素读取电路转换的所述电压得到所述曝光的信号电压。
本公开还提供了一种可移动平台，包括上述成像装置。
本公开还提供了一种电子设备，包括上述成像装置。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
图1为现有技术的光强与光电二极管累积的光生电荷的关系图。
图2为图像传感器的结构示意图。
图3为像素单元的结构示意图。
图4为像素单元的另一结构示意图。
图5为像素单元阵列的结构示意图。
图6为本公开实施例的成像方法的流程图。
图7为本公开实施例的成像方法的时序图。
图8为本公开实施例的光强与光电二极管累积的光生电荷的关系图。
图9为本公开另一实施例的成像方法的流程图。
图10为不同像素单元的光强与光电二极管累积的光生电荷的关系图。
图11为本公开另一实施例的成像方法的时序图。
图12校准后的为不同像素单元的光强与光电二极管累积的光生电荷的关系图。
图13为本公开另一实施例的成像方法的另一时序图。
图14为本公开实施例的成像装置的结构示意图。
图15为本公开实施例的可移动平台的结构示意图。
图16为本公开实施例的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
CMOS图像传感器通常包括用于感光的像素单元阵列、用来控制像素单元区和处理像素单元区输出信号的外围电路。像素单元阵列包括阵列排布的像素单元，像素单元包括：光电二极管(PD)和像素读取电路。像素读取电路一般包括三个或四个金属氧化物半导体场效应管(MOS管)。在曝光过程中，PD生成光生电荷，像素读取电路将光生电荷转换为电压，电压经外围电路读出后发送给后端的图像处理器。
CMOS图像传感器对光的响应接近线性，在曝光过程中，当光强较小时，光生电荷的数量与光强基本呈线性关系。当光强增大到一定程度之后，PD达到饱和，光生电荷的数量便不再增加，如图1所示。现有技术的图像传感器对明暗对比十分强烈的场景曝光时，对场景的暗处可以获得理想的光生电荷数量；但对场景的亮处，由于光强较大导致PD饱和，光生电荷数量达到满量程，因此场景亮处的不同光强生成的光生电荷数量却基本一致，导致场景亮处的图像细节丢失，CMOS图像传感器的动态范围受到限制，从而影响拍摄效果。
本公开提供了一种成像方法、成像装置、可移动平台和电子设备。本公开的可以克服现有技术存在的场景亮处的图像细节丢失，CMOS图像传感器的动态范围受限的问题，从而改善拍摄效果。
下面将结合实施例和实施例中的附图，对本公开技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，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，都属于本公开保护的范围。
本公开一实施例提供了一种成像方法，该成像方法应用于成像装置，成像装置包括图像传感器。首先对图像传感器进行介绍。图像传感器为CMOS图像传感器，可广泛应用于相机、摄像机、移动设备、医疗用摄像装置等领域。如图2所示，图像传感器包括：像素单元阵列和外围电路。像素单元阵列由多个像素单元按照阵列形式排列而成。外围电路包括：行控制电路、读出电路和数字时钟。
如图3和图4所示，像素单元阵列中的每个像素单元包括：光电二极管(PD)、以及四个MOS管：传输管(TX管)、浮置扩散区(FD)、复位管(RST管)、源跟随器(SF)和行选通管(SEL管)；其中，TX管、FD、RST管、SF和SEL管组成像素读取电路。参见图5所示，TX管的漏极接PD，其源极接FD，其栅极接行控制电路输出的TX控制信号。RST管的漏极接行控制电路输出的RSG信号，其源极接FD，其栅极接行控制电路输出的RST控制信号。SF管的漏极接电源VDD，其栅极接FD，其源极接SEL管的漏极。SEL管的漏极接SF的源极，其源极连接读出电路，其栅极接行控制电路的SEL控制信号。
本实施例的成像方法包括：
步骤S601：像素读取电路复位光电二极管。
步骤S602：像素读取电路控制光电二极管曝光，使光电二极管在曝光过程中，在第一光强范围产生的电荷累积于所述光电二极管，在第二光强范围产生的一部分电荷累积于所述光电二极管，另一部分电荷传输至像素读取电路；其中，所述第二光强范围的光强值大于所述第一光强范围的光强值。
步骤S603：像素读取电路将累积于光电二极管的电荷转换为电压。
步骤S604：根据像素读取电路转换的电压得到曝光的信号电压。
以下参照图7对本实施例的成像方法进行说明，图7为本实施例成像方法的控制信号时序图。
在图像传感器进行曝光成像前，首先需要对图像传感器进行复位。复位的目的为了清空PD中的残留电荷，这样可避免PD中的残留电荷对光生电荷的影响，保证信号电压的准确性。同时，复位还为了将FD置于高电平，使FD的电压值保持稳定状态，保证参考电压的准确性。
在步骤S601中，如图7所示，行控制电路输出的SEL控制信号为低电平，使SEL管关断。行控制电路输出的RSG信号为高电平的复位电压，复位电压施加在RST管的漏极。行控制电路输出的RST控制信号为高电平，使RST管导通。在RST管导通的情况下，行控制电路输出的TX控制信号由低电平V1变为栅极阈值电压Vh，栅极阈值电压Vh为MOS管的开启电压VT，使TX管导通，在复位电压的作用下，PD内的电荷和FD的电荷被清空，PD和FD复位。复位后，行控制电路输出的RST控制信号由高电平变为低电平，使RST管关断。
PD和FD复位后，开始曝光过程。在步骤S602中，行控制电路输出的TX控制信号由栅极阈值电压Vh变为第一栅极电压Vm，该第一栅极电压Vh小于MOS管的开启电压VT。具体来说，该第一栅极电压Vm为MOS管的亚阈值电压。由于对TX管的栅极施加亚阈值电压，所以TX管处于亚阈值导通状态，使PD在曝光过程中，在第一光强范围产生的电荷累积于在PD中，而在第二光强范围产生的光生电荷，其中一部分累积于PD，另一部分传输至像素读取电路。第二光强范围的光强值大于第一光强范围的光强值。
本实施例中，第一光强范围对应成像画面中的场景暗处，第二光强范围对应成像画面中的场景亮度。如图8所示，在曝光过程中，对于场景暗处，曝光产生的光生电荷数量与光强基本呈线性关系，PD处于第一响应阶段S1，第一响应阶段S1的曲线具有较大的斜率，并且曝光产生的光生电荷全部累积在PD中，也就是说，PD累积的光生电荷数量与光强按照第一响应阶段S1的曲线分布。对于场景亮处，曝光过程分为两个阶段。首先PD处于第一响应阶段S1。第一响应阶段S1的光强处于第一光强范围，曝光产生的光生电荷数量与光强基本呈线性关系，光生电荷数量按第一响应阶段S1的曲线快速增加，并全部累积在PD中。由于场景亮处的光强大于第一光强范围，之后曝光过程进入第二响应阶段S2。此时PD接近饱和，由于TX管处于亚阈值导通状态，所以在第二响应阶段S2中，只有一部分光生电荷会累积在PD中，而另一部分光生电荷会经过TX管传输至FD。因此，第二响应阶段S2的光生电荷数量和光强的关系与第一响应阶段S1不同，PD中累积的光生电荷数量按照第二响应阶段S2的曲线增加，并且第二响应阶段S2的曲线斜率小于第一响应阶段S1的曲线斜率，其光生电荷数量的增加速率较第一响应阶段S1小。之后行控制电路输出的TX控制信号由第一栅极电压Vm变为低电压，使TX管关断，曝光过程完成。
在步骤S603中，像素读取电路将PD累积的光生电荷转换电压。首先，行控制电路输出的SEL控制信号为高电平，使SEL管导通。之后，行控制电路输出的RST控制信号变为高电平，使RST管导通。在复位电压的作用下，FD的电荷被清空、复位。FD复位后，行控制电路输出的RST控制信号由高电平变为低电平，使RST管关断，使SF将FD的电压放大，放大后形成第一参考电压Vref1。第一参考电压Vref1经SF的源极输出给SEL管，SEL管的源极将第一参考电压Vref1输出给外围电路的读出电路。
之后，行控制电路输出的TX控制信号由低电平V1变为栅极阈值电压Vh，使TX管导通，使PD累积的光生电荷经TX管传输至PD。然后，行控制电路输出的TX控制信号由栅极阈值电压Vh变为低电平V1，使TX管关断，使SF将FD的电压放大，放大后形成第一信号电压Vsig1。第一信号电压Vsig1经SF的源极输出给SEL管，SEL管的源极将第一信号电压Vsig1输出给外围电路的读出电路。
得到第一参考电压和第一信号电压后，步骤S604根据像素读取电路转换的电压得到曝光的信号电压。所述成像装置还可以包括：模拟数字转换器、图像处理器。
读出电路将读取的第一参考电压Vref1和第一信号电压Vsig1传输给模拟数字转换器。模拟数字转换器将第一参考电压Vref1和第一信号电压Vsig1转换为数字信号，并将数字信号传输给图像处理器。图像处理器求取第一参考电压Vref1和第一信号电压Vsig1的差值deltaV1，差值delta V1作为此次曝光过程的信号电压。图像处理器还对信号电压进行后处理，得到可以显示的图像信号。
由此可见，通过将TX管的栅极电压设置为小于开启电压VT的第一栅极电压Vm，使得TX管在曝光过程中处于亚阈值导通状态，使像素单元分别有不同的灵敏度S1和S2。场景暗处的灵敏度S1较高、信噪比较强。场景亮处的曝光过程经历第一响应阶段S1和第二响应阶段S2，S2的灵敏度较低，即使光强较大也不会导致PD饱和，使得不同光强可在PD中累积不同的光生电荷数量。例如如图8所示，对于第二光强范围内的光强值1和光强值2，PD累积的光生电荷数量分别为数量1和数量2，从而可以体现场景亮处的图像细节，扩大了图像传感器的动态范围，从而改善了拍摄效果。
本公开的第二光强范围的光强值大于第一光强范围的光强值，但并不限定第一光强范围和第二光强范围的具体数值范围。实际上，如前所述，第一光强范围对应成像画面中的场景暗处，第二光强范围对应成像画面中的场景亮度。第一光强范围和第二光强范围的具体数值范围与图像传感器本身相关，尤其是与图像传感器的PD有关。不同图像传感器之间、统一图像传感器的不同像素之间的第一光强范围和第二光强范围的具体数值范围可能相同，也可能不相同。
本公开另一实施例也提供了一种成像方法，为简要起见，与上一实施例相同或相似的内容，本实施例不再赘述，以下仅描述其不同于上一实施例的内容。
本实施例的成像方法，如图9所示，除上一实施例的步骤外，还包括：
步骤S905：利用像素单元的校准系数对信号电压进行校准；其中，校准系数可通过一校准系数获取过程得到。
图像传感器的像素单元阵列由多个像素单元按照阵列形式排列而成。从理论上来说，当采用上一实施例的成像方法时，各个像素单元应当具有相同的响应阶段曲线。也就是说，所有像素单元都应该具有像图8那样相同的第一响应阶段S1和第一响应阶段S2。但实际上，由于像素单元的制造工艺误差，使得各个像素单元的响应阶段曲线有所差异。像素单元的实际响应阶段曲线可能如图10所示，不同像素单元的第一响应阶段S1和第一响应阶段S2的曲线形状并不相同，并且第一响应阶段S1和第一响应阶段S2之间的拐点位置也不尽相同。例如，像素单元1的拐点为L1，像素单元2的拐点为L2，像素单元1的拐点为L3，L1、L2和L3并不在同一个位置，使得成像装置得到的图像含有固定噪声(Fixed Pattern Noise)。因此，本实施例通过像素单元的校准系数对信号电压进行校准，以避免因各个像素单元的响应阶段曲线有所差异而带来的图像固定噪声。
首先介绍步骤S905中的校准系数获取过程。校准系数获取过程包括：
获取多个像素单元的校准电压，该校准电压包括：第二参考电压和第二信号电压；
根据多个像素单元的校准电压得到像素单元的校准系数。
多个像素单元包括像素单元阵列的各个像素单元，本实施例通过对各个像素单元执行一系列操作来生成校准系数。在一个示例中，像素单元阵列的各个像素单元结构可以与上一实施例的像素单元相同。上一实施例的成像方向实现了信号电压的生成，因此，可将上一实施例的步骤S601-S604称为信号电压读取过程。在一个示例中，每个像素单元的校准电压获取过程仅执行一次即可，例如可在像素单元的首次进行上述信号电压读取过程之后继续进行标准电压获取过程，以得到校准系数。之后每次图像传感器曝光成像时，直接利用校准系数对信号电压校准即可。
在一个示例中，对于每个像素单元，像素单元的像素读取电路向其PD传输一校准电荷，校准电荷再由PD传输至像素读取电路，像素读取电路产生第二参考电压和第二信号电压，从而得到多个像素单元的校准电压。
如图11所示，当像素单元执行完信号电压读取过程后，行控制电路输出的SEL控制信号保持高电平，使SEL管保持导通。行控制电路输出的RSG信号由高电平的复位电压变为第一电压，第一电压小于使RST管复位的高电平复位电压。在一个示例中，所述第一电压为1V。第一电压施加在RST管的漏极。行控制电路输出的RST控制信号为高电平，使RST管导通，然后RST控制信号变为低电平，使RST管关断，使FD浮置一个与第一电压对应的第二电压Vfdm。其中，第二电压Vfdm可以大致等于第一电压。
然后行控制电路输出的TX控制信号由低电平V1变为第一栅极电压Vm，该第一栅极电压Vm为MOS管的亚阈值电压，使TX管再次处于亚阈值导通状态。由于TX管处于亚阈值导通状态，使得FD中的电荷会倒灌入至PD，倒灌入PD的电荷作为校准电荷。由于图像传感器的制造工艺偏差，不同像素单元的的校准电荷数量并不完全一致。之后，行控制电路输出的TX控制信号由第一栅极电压Vm变为低电平V1，行控制电路输出的RSG信号由第一电压变为高电平的复位电压。
之后，行控制电路输出的RST控制信号由低电平变为高电平，使RST管导通，并使FD复位。然后RST控制信号变为低电平，使RST管关断，使SF将FD的电压放大，放大后形成第二参考电压Vref2。第二参考电压Vref2经SF的源极输出给SEL管，SEL管的源极将第二参考电压Vref2输出给外围电路的读出电路。
接着，行控制电路输出的TX控制信号由低电平Vl变为栅极阈值电压Vh，使TX管导通，使PD中的校准电荷经TX管传输至PD。然后，行控制电路输出的TX控制信号由栅极阈值电压Vh变为低电平V1，使TX管关断，使SF将FD的电压放大，放大后形成第二信号电压Vsig2。第二信号电压Vsig2经SF的源极输出给SEL管，SEL管的源极将第二信号电压Vsig2输出给外围电路的读出电路。
在一个示例中，图像传感器还包括：存储器。读出电路将第二参考电压Vref2和第二信号电压Vsig2读出后，可将第二参考电压Vref2和第二信号电压Vsig2存储在图像传感器的存储器中。在另一个示例中，读出电路可将读取的第二参考电压Vref2和第二信号电压Vsig2传输给模拟数字转换器。模拟数字转换器将第二参考电压Vref2和第二信号电压Vsig2转换为数字信号，并将数字信号传输给图像处理器。图像处理器将第二参考电压Vref2和第二信号电压Vsig2存储在图像处理器的片外存储器中。
获取到校准电压后，即可根据多个像素单元的校准电压得到校准系数。
首先读出存储的多个像素单元的校准电压。图像处理器可以读出存储在图像传感器的存储器或图像传感器片外存储器中的第二参考电压Vref2和第二信号电压Vsig2。
之后，图像处理器确定每个像素单元的第二参考电压Vref2和第二信号电压Vsig2的差值delta V2，将差值delta V2作为每个像素单元的校准差值，得到多个像素单元的校准差值。
接着，图像处理器对多个像素单元的校准差值delta V2求平均，得到图像传感器的校准均值。
最后，图像处理器计算各个像素单元的校准差值与该校准均值的比值，将该比值作为对应像素单元的校准系数，并将校准系数存储。
得到校准系数后，图像处理器可将上一实施例得到像素单元的信号电压乘以该像素单元对应的校准系数，得到像素单元校准后的信号电压。
本实施例，通过校准系数对信号电压进行校准，相当于使各个像素单元具有基本一致的响应阶段曲线，第一响应阶段S1和第一响应阶段S2之间的拐点位置也基本一致。如图12所示，经过校准系数校准后，包括像素单元1、像素单元2和像素单元3在内所有像素单元的响应阶段曲线一致，拐点均为同一个位置L，从而消除了因制造工艺差异导致的图像固定噪声，进一步增强了图像的质量。
以上以在像素单元的首次进行信号电压读取过程之后执行标准电压获取过程为例，对本实施例的成像方法进行了说明，但本公开并不限于此。在其他示例中，标准电压获取过程也可以单独执行，即单独执行一次标准电压获取过程并得到校准系数，之后图像传感器每次曝光成像时利用校准系数对信号电压校准即可。
如图13所示，标准电压获取过程的单独执行过程与上述在信号电压读取过程之后执行是类似的。
行控制电路输出的SEL控制信号由低电平变为高电平，使SEL管导通。行控制电路输出的RSG信号由高电平的复位电压变为第一电压，第一电压小于使RST管复位的高电平复位电压。第一电压施加在RST管的漏极。行控制电路输出的RST控制信号由低电平变为高电平，使RST管导通，然后RST控制信号变为低电平，使RST管关断，使FD浮置一个与第一电压对应的第二电压Vfdm。
然后行控制电路输出的TX控制信号由低电平V1变为第一栅极电压Vm，使TX管再次处于亚阈值导通状态。由于TX管处于亚阈值导通状态，使得FD中的电荷会倒灌入至PD，倒灌入PD的电荷作为校准电荷。
之后，行控制电路输出的RST控制信号由低电平变为高电平，使RST管导通，并使FD复位。然后RST控制信号变为低电平，使RST管关断，使SF将FD的电压放大，放大后形成第二参考电压Vref2。第二参考电压Vref2经SF的源极输出给SEL管，SEL管的源极将第二参考电压Vref2输出给外围电路的读出电路。
接着，行控制电路输出的TX控制信号由低电平V1变为栅极阈值电压Vh，使TX管导通，使PD中的校准电荷经TX管传输至PD。然后，行控制电路输出的TX控制信号由栅极阈值电压Vh变为低电平V1，使TX管关断，使SF将FD的电压放大，放大后形成第二信号电压Vsig2。第二信号电压Vsig2经SF的源极输出给SEL管，SEL管的源极将第二信号电压Vsig2输出给外围电路的读出电路。
本公开又一实施例提供了一种成像装置，成像装置包括：图像传感器、模拟数字转换器、图像处理器和显示器。
图像传感器为CMOS图像传感器，可广泛应用于相机、摄像机、移动设备、医疗用摄像装置等领域。图像传感器包括：像素单元阵列和外围电路。像素单元阵列由多个像素单元按照阵列形式排列而成。外围电路包括：行控制电路、读出电路和数字时钟。
像素单元阵列中的每个像素单元包括：光电二极管(PD)、以及四个MOS管：传输管(TX管)、浮置扩散区(FD)、复位管(RST管)、源跟随器(SF)和行选通管(SEL管)；其中，TX管、FD、RST管、SF和SEL管组成像素读取电路。TX管的漏极接PD，其源极接FD，其栅极接行控制电路输出的TX控制信号。RST管的漏极接行控制电路输出的RSG信号，其源极接FD，其栅极接行控制电路输出的RST控制信号。SF管的漏极接电源VDD，其栅极接FD，其源极接SEL管的漏极。SEL管的漏极接SF的源极，其源极连接读出电路，其栅极接行控制电路的SEL控制信号。
行控制电路用于控制像素读取电路复位光电二极管。
行控制电路还用于控制光电二极管曝光，使光电二极管在曝光过程中，在第一光强范围产生的电荷累积于光电二极管，在第二光强范围产生的一部分电荷累积于光电二极管，另一部分电荷传输至像素读取电路；其中，第二光强范围的光强值大于第一光强范围的光强值。
行控制电路还用于控制像素读取电路将累积于光电二极管的电荷转换为电压。
图像处理器用于根据像素读取电路转换的电压得到曝光的信号电压。
在一个示例中，行控制电路还用于向传输管施加第一栅极电压，第一栅极电压小于传输管的栅极阈值电压，使另一部分电荷经传输管传输至浮置扩散区，之后关断传输管。
在一个示例中，行控制电路还用于：向复位管施加一复位电压，并导通复位管，使浮置扩散区复位；在复位管导通的同时，导通传输管，使光电二极管中的电荷被清空，之后关断复位管。
在一个示例中，行控制电路还用于：依次导通行选通管和复位管，使浮置扩散区复位，之后关断复位管，使源跟踪器将浮置扩散区的电压放大为第一参考电压，第一参考电压经行选通管输出；导通传输管，使光电二极管累积的电荷经传输管传输至浮置扩散区，之后关断传输管，使源跟踪器将浮置扩散区的电压放大为第一信号电压，第一信号电压经行选通管输出。
在一个示例中，读出电路用于读出第一参考电压和第一信号电压，将读取的第一参考电压和第一信号电压传输给模拟数字转换器。模拟数字转换器将第一参考电压和第一信号电压转换为数字信号，并将数字信号传输给图像处理器。图像处理器还用于计算第一参考电压和第一信号电压的差值，并将差值作为曝光的信号电压。图像处理器还对信号电压进行后处理，得到可以显示的图像信号。显示器用于显示图像信号。
在一个示例中，图像处理器还用于利用像素单元的校准系数对信号电压进行校准；其中，校准系数可通过一校准系数获取过程得到。
在一个示例中，图像处理器还用于将信号电压乘以校准系数，得到校准后的信号电压。
在一个示例中，行控制电路还用于控制像素读取电路获取多个像素单元的校准电压；图像处理器还用于根据多个像素单元的校准电压得到像素单元的校准系数。
在一个示例中，校准电压包括：第二参考电压和第二信号电压。行控制电路还用于控制每个像素单元，使每个像素单元的像素读取电路向其光电二极管传输一校准电荷，校准电荷再由光电二极管传输至像素读取电路，像素读取电路产生第二参考电压和第二信号电压，从而得到多个像素单元的校准电压。
在一个示例中，行控制电路还用于向复位管施加第一电压，并导通复位管，之后将复位管关断，使浮置扩散区浮置一与第一电压对应的第二电压；其中，第一电压小于复位管的复位电压；向传输管施加第一栅极电压，第一栅极电压小于传输管的栅极阈值电压，浮置扩散区的电荷作为校准电荷传输至光电二极管。
在一个示例中，第一栅极电压为亚阈值电压；栅极阈值电压为导通管的开启电压。
在一个示例中，图像传感器还包括：存储器。成像装置还包括：图像处理器的片外存储器。
行控制电路还用于：依次导通行选通管和复位管，使浮置扩散区复位，之后关断复位管；源跟踪器将浮置扩散区的电压放大为第二参考电压，第二参考电压经行选通管输出；导通传输管，使光电二极管的校准电荷经传输管传输至浮置扩散区，之后关断传输管，源跟踪器将浮置扩散区的电压放大为第二信号电压，第二信号电压经行选通管输出。
存储器和/或图像处理器的片外存储器还用于存储行选通管输出的第二参考电压和第二信号电压。
在一个示例中，图像处理器还用于读出存储的多个像素单元的校准电压；确定每个像素单元的第二参考电压与第二信号电压的差值，将差值作为每个像素单元的校准差值，得到多个像素单元的校准差值；对多个像素单元的校准差值求平均，得到图像传感器的校准均值；确定像素单元的校准差值与校准均值的比值，将比值作为校准系数，并将校准系数存储于片外存储器。
本公开再一实施例，还提供了一种可移动平台，可移动平台包括：机身和云台；所述云台设置有至少一个上述实施例的成像装置。
可移动平台可以是任何可以移动的车辆或载体，例如但不限于：机器人、无人机、无人车、无人船等。以无人机为例，参见图15，无人机的机身设置有动力系统，动力系统可以包括电机、电调和螺旋桨。机身还设置有飞行控制系统，飞行控制系统可以包括飞行控制器和传感系统。云台可挂在于无人机的机身。成像装置可安装在云台上，云台可驱动成像装置绕至少一个轴向旋转。
本公开又一实施例，还提供了一种电子设备，电子设备包括至少一个上述实施例所述的成像装置。
本实施例的电子设备，如图16所示，可以是遥控器，尤其是可移动平台的遥控器。电子设备还可以是任何便携式或非便携式设备，例如但不限于：相机、摄像机、云台式相机、智能电话/手机、平板电脑、个人数字助理(PDA)、膝上计算机、台式计算机、媒体内容播放器、视频游戏站/系统、虚拟现实系统、增强现实系统、可穿戴式装置(例如，手表、眼镜、手套、头饰)、手势识别装置。
本领域技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。上述描述的装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本公开的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本公开进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；在不冲突的情况下，本公开实施例中的特征可以任意组合；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本公开各实施例技术方案的范围。

Claims (28)

1.一种成像方法，其特征在于，利用图像传感器进行成像；所述图像传感器包括：多个像素单元，所述像素单元包括：光电二极管和像素读取电路；所述成像方法包括：
所述像素读取电路复位所述光电二极管；
所述像素读取电路控制所述光电二极管曝光，使所述光电二极管在曝光过程中，在第一光强范围产生的电荷累积于所述光电二极管，在第二光强范围产生的一部分电荷累积于所述光电二极管，另一部分电荷传输至所述像素读取电路；其中，所述第二光强范围的光强值大于所述第一光强范围的光强值；
所述像素读取电路将累积于所述光电二极管的所述电荷转换为电压；
根据所述像素读取电路转换的所述电压得到所述曝光的信号电压。
2.如权利要求1所述的成像方法，其特征在于，所述像素读取电路包括：传输管和浮置扩散区；
所述像素读取电路控制所述光电二极管曝光，包括：
向所述传输管施加第一栅极电压，所述第一栅极电压小于所述传输管的栅极阈值电压，使所述另一部分电荷经所述传输管传输至所述浮置扩散区，之后关断所述传输管。
3.如权利要求2所述的成像方法，其特征在于，所述像素读取电路还包括：复位管；
所述像素读取电路复位所述光电二极管，包括：
向所述复位管施加一复位电压，并导通所述复位管，使所述浮置扩散区复位；
在所述复位管导通的同时，导通所述传输管，使所述光电二极管中的电荷被清空，之后关断所述复位管。
4.如权利要求2所述的成像方法，其特征在于，所述像素读取电路还包括：复位管、源跟踪器和行选通管；
所述像素读取电路将所述光电二极管累积的所述电荷转换为电压，包括：
依次导通所述行选通管和所述复位管，使所述浮置扩散区复位，之后关断所述复位管，使所述源跟踪器将所述浮置扩散区的电压放大为第一参考电压，所述第一参考电压经所述行选通管输出；
导通所述传输管，使所述光电二极管累积的电荷经所述传输管传输至所述浮置扩散区，之后关断所述传输管，所述源跟踪器将所述浮置扩散区的电压放大为第一信号电压，所述第一信号电压经所述行选通管输出。
5.如权利要求4所述的成像方法，其特征在于，所述根据所述像素读取电路转换的所述电压得到所述曝光的信号电压，包括：
读出所述第一参考电压和所述第一信号电压，将所述第一参考电压和所述第一信号电压的差值作为所述曝光的信号电压。
6.如权利要求1所述的成像方法，其特征在于，所述成像方法还包括：
利用所述像素单元的校准系数对所述信号电压进行校准；其中，所述校准系数可通过一校准系数获取过程得到。
7.如权利要求6所述的成像方法，其特征在于，利用所述像素单元的校准系数对所述信号电压进行校准，包括：
将所述信号电压乘以所述校准系数，得到校准后的信号电压。
8.如权利要求6所述的成像方法，其特征在于，所述校准系数获取过程包括：
获取所述多个像素单元的校准电压；
根据所述多个像素单元的所述校准电压得到所述像素单元的所述校准系数。
9.如权利要求8所述的成像方法，其特征在于，所述校准电压包括：第二参考电压和第二信号电压；
所述多个像素单元的每个像素单元包括：光电二极管和像素读取电路；
获取所述多个像素单元的校准电压，包括：
对于每个像素单元，像素读取电路向光电二极管传输一校准电荷，所述校准电荷再由光电二极管传输至像素读取电路，像素读取电路产生所述第二参考电压和所述第二信号电压，从而得到所述多个像素单元的校准电压。
10.如权利要求9所述的成像方法，其特征在于，每个像素单元的像素读取电路包括：传输管、浮置扩散区和复位管；
所述像素读取电路向所述光电二极管传输一校准电荷，包括：
向所述复位管施加第一电压，并导通所述复位管，之后将所述复位管关断，使所述浮置扩散区浮置一与所述第一电压对应的第二电压；其中，所述第一电压小于所述复位管的复位电压；
向所述传输管施加所述第一栅极电压，所述第一栅极电压小于所述传输管的栅极阈值电压，使所述浮置扩散区的电荷作为所述校准电荷传输至所述光电二极管。
11.如权利要求2或10所述的成像方法，其特征在于，所述第一栅极电压为亚阈值电压；所述栅极阈值电压为所述导通管的开启电压。
12.如权利要求9所述的成像方法，其特征在于，每个像素单元的像素读取电路包括：传输管、浮置扩散区、复位管和行选通管；
所述校准电荷再由光电二极管传输至像素读取电路，像素读取电路产生所述第二参考电压和所述第二信号电压，包括：
依次导通所述行选通管和所述复位管，使所述浮置扩散区复位，之后关断所述复位管，使所述源跟踪器将所述浮置扩散区的电压放大为所述第二参考电压，所述第二参考电压经所述行选通管输出；
导通所述传输管，使所述光电二极管的校准电荷经所述传输管传输至所述浮置扩散区，之后关断所述传输管，使所述源跟踪器将所述浮置扩散区的电压放大为所述第二信号电压，所述第二信号电压经所述行选通管输出；
存储所述行选通管输出的所述第二参考电压和所述第二信号电压。
13.如权利要求9所述的成像方法，其特征在于，所述根据所述多个像素单元的所述校准电压得到所述校准系数，包括：
读出存储的所述多个像素单元的校准电压；
确定每个像素单元的所述第二参考电压与所述第二信号电压的差值，将所述差值作为每个像素单元的校准差值，得到所述多个像素单元的所述校准差值；
对所述多个像素单元的所述校准差值求平均，得到所述图像传感器的校准均值；
确定所述像素单元的校准差值与所述校准均值的比值，将所述比值作为所述校准系数，并将所述校准系数存储。
14.一种成像装置，其特征在于，所述成像装置包括：图像传感器和图像处理器；所述图像传感器包括：多个像素单元和行控制电路，所述像素单元包括：光电二极管和像素读取电路；
所述行控制电路用于控制所述像素读取电路复位所述光电二极管；
所述行控制电路还用于控制所述光电二极管曝光，使所述光电二极管在曝光过程中，在第一光强范围产生的电荷累积于所述光电二极管，在第二光强范围产生的一部分电荷累积于所述光电二极管，另一部分电荷传输至所述像素读取电路；其中，所述第二光强范围的光强值大于所述第一光强范围的光强值；
所述行控制电路还用于控制所述像素读取电路将累积于所述光电二极管的所述电荷转换为电压；
所述图像处理器用于根据所述像素读取电路转换的所述电压得到所述曝光的信号电压。
15.如权利要求14所述的成像装置，其特征在于，所述像素读取电路包括：传输管和浮置扩散区；
所述行控制电路还用于向所述传输管施加第一栅极电压，所述第一栅极电压小于所述传输管的栅极阈值电压，使所述另一部分电荷经所述传输管传输至所述浮置扩散区，之后关断所述传输管。
16.如权利要求15所述的成像装置，其特征在于，所述像素读取电路还包括：复位管；
所述行控制电路还用于：
向所述复位管施加一复位电压，并导通所述复位管，使所述浮置扩散区复位；
在所述复位管导通的同时，导通所述传输管，使所述光电二极管中的电荷被清空，之后关断所述复位管。
17.如权利要求15所述的成像装置，其特征在于，所述像素读取电路还包括：复位管、源跟踪器和行选通管；
所述行控制电路还用于：
依次导通所述行选通管和所述复位管，使所述浮置扩散区复位，之后关断所述复位管，使所述源跟踪器将所述浮置扩散区的电压放大为第一参考电压，所述第一参考电压经所述行选通管输出；
导通所述传输管，使所述光电二极管累积的电荷经所述传输管传输至所述浮置扩散区，之后关断所述传输管，使所述源跟踪器将所述浮置扩散区的电压放大为第一信号电压，所述第一信号电压经所述行选通管输出。
18.如权利要求17所述的成像装置，其特征在于，所述图像传感器还包括：读出电路；
所述读出电路用于读出所述第一参考电压和所述第一信号电压，并将所述第一参考电压和所述第一信号电压发送给所述图像处理器；
所述图像处理器还用于计算所述第一参考电压和所述第一信号电压的差值，并将所述差值作为所述曝光的信号电压。
19.如权利要求14所述的成像装置，其特征在于，所述图像处理器还用于利用所述像素单元的校准系数对所述信号电压进行校准；其中，所述校准系数可通过一校准系数获取过程得到。
20.如权利要求19所述的成像装置，其特征在于，所述图像处理器还用于将所述信号电压乘以所述校准系数，得到校准后的信号电压。
21.如权利要求19所述的成像装置，其特征在于，在所述校准系数获取过程中，
所述行控制电路还用于控制所述像素读取电路获取所述多个像素单元的校准电压；
所述图像处理器还用于根据所述多个像素单元的所述校准电压得到所述像素单元的所述校准系数。
22.如权利要求21所述的成像装置，其特征在于，所述校准电压包括：第二参考电压和第二信号电压；
所述多个像素单元的每个像素单元包括：光电二极管和像素读取电路；
所述行控制电路还用于控制每个像素单元，使每个像素单元的像素读取电路向其光电二极管传输一校准电荷，所述校准电荷再由光电二极管传输至像素读取电路，像素读取电路产生所述第二参考电压和所述第二信号电压，从而得到所述多个像素单元的校准电压。
23.如权利要求22所述的成像装置，其特征在于，每个像素单元的像素读取电路包括：传输管、浮置扩散区和复位管；
所述行控制电路还用于：
向所述复位管施加第一电压，并导通所述复位管，之后将所述复位管关断，使所述浮置扩散区浮置一与所述第一电压对应的第二电压；其中，所述第一电压小于所述复位管的复位电压；
向所述传输管施加所述第一栅极电压，所述第一栅极电压小于所述传输管的栅极阈值电压，所述浮置扩散区的电荷作为所述校准电荷传输至所述光电二极管。
24.如权利要求15或23所述的成像装置，其特征在于，所述第一栅极电压为亚阈值电压；所述栅极阈值电压为所述导通管的开启电压。
25.如权利要求22所述的成像装置，其特征在于，所述图像传感器还包括：存储器；每个像素单元的像素读取电路包括：传输管、浮置扩散区、复位管和行选通管；
所述行控制电路还用于：
依次导通所述行选通管和所述复位管，使所述浮置扩散区复位，之后关断所述复位管；所述源跟踪器将所述浮置扩散区的电压放大为所述第二参考电压，所述第二参考电压经所述行选通管输出；
导通所述传输管，使所述光电二极管的校准电荷经所述传输管传输至所述浮置扩散区，之后关断所述传输管，所述源跟踪器将所述浮置扩散区的电压放大为所述第二信号电压，所述第二信号电压经所述行选通管输出。
所述存储器和/或所述图像处理器的片外存储器还用于存储所述行选通管输出的所述第二参考电压和所述第二信号电压。
26.如权利要求22所述的成像装置，其特征在于，：
所述图像处理器还用于：
读出存储的所述多个像素单元的校准电压；
确定每个像素单元的所述第二参考电压与所述第二信号电压的差值，将所述差值作为每个像素单元的校准差值，得到所述多个像素单元的所述校准差值；
对所述多个像素单元的所述校准差值求平均，得到所述图像传感器的校准均值；
确定所述像素单元的校准差值与所述校准均值的比值，将所述比值作为所述校准系数，并将所述校准系数存储于片外存储器。
27.一种可移动平台，其特征在于，包括权利要求14至26任一项所述的成像装置。
28.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求14至26任一项所述的成像装置。
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