CN112788262B - 图像信号检测电路、控制方法以及运动检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种图像信号检测电路、控制方法以及运动检测方法，其中，所述图像信号检测电路包括差异采集模块，所述差异采集模块包括差异采集子模块，所述差异采集子模块包括电容器，所述差异采集子模块在所述控制方法的控制下，利用电容器电荷耦合现象获取以一基准电压为原点的连续两帧的像素信号的差值。如此配置，一方面，所述图像信号检测电路以及在此基础上扩展得到的运动检测电路能够和现有的CIS读出电路架构结合，复用部分现有架构读出电路，结构简单易于实现，同时增加的面积和成本较少。另一方面，本发明所述的运动检测方法实现运动检测时，不需要对各像素的读出信号进行模数转化，能大大提高差异检测速度，实现运动检测。

Description

图像信号检测电路、控制方法以及运动检测方法

技术领域

本发明涉及CMOS集成电路设计领域，特别涉及一种图像信号检测电路、控制方法以及运动检测方法。

背景技术

随着CMOS集成电路工艺的发展，电子产品在日常生活中的应用越来越广泛，成为各个领域不可缺少的一部分。而随着AI人工智能算法的飞速发展，目前电子产品的智能化应用迅速推广实现，与此同时将图像传感器和算法结合的新型智能图像传感器使用需求越来越广泛。在智能图像传感器中，很重要的一个应用需求就是对图像的运动状态进行检测，从而进行运动模型分析、运动物体行为预判和采取相应应急措施等一系列智能应用。这使得利用图像传感器实现运动检测有着极其重要的研究价值和产品价值。在目前图像传感器技术领域，对于运动物体的检测通过对图像传感器的两帧图像数据进行对比，检测两帧数据是否存在差异判定物体是否处于运动状态。在当前的图像传感器运动检测方法中，一般对两帧图像输出的数字信号进行比较，但这样每次每帧图像的所有像素数据都必须经过模数转化器，电路的读出时间受限于模数转化器的转化时间，减小了图像传感器的可实现的最大帧率，使得运动检测所需的时间较长。同时当前运动检测对数字信号比较的方法中，无论是在片内实现还是片外通过增加ISP(Image Signal Processing，图像信号处理)实现，都需要额外的面积和功耗资源开销，系统成本增加。

总之，现有技术中，实现运动检测时需要经过模数转换，并需要额外的软件辅助，处理速度慢、开发成本高。

发明内容

本发明提供了一种图像信号检测电路、控制方法以及运动检测方法，解决了现有技术中实现运动检测时需要经过模数转换，并需要额外的软件辅助，处理速度慢、开发成本高的问题。

为了解决上述技术问题，根据本发明的第一个方面，提供了一种图像信号检测电路，其特征在于，所述图像信号检测电路包括差异采集模块，所述差异采集模块包括差异采集子模块，所述差异采集子模块包括第一开关元件、第二开关元件以及电容器，所述第一开关元件的一端被设置为所述差异采集子模块的输入端并用于连接像素信号源，所述第一开关元件的另一端与所述电容器的第一端连接；所述电容器的第二端被设置为所述差异采集子模块的输出端，所述电容器的第二端还与所述第二开关元件的一端连接；所述第二开关元件的另一端与参考电压源连接。

可选的，所述差异采集模块包括至少两个所述差异采集子模块，同一个差异采集模块内的所有所述差异采集子模块用于连接相同的所述像素信号源。

可选的，所述差异采集模块包括两个所述差异采集子模块。

可选的，所述图像信号检测电路还包括至少一个差异比较模块，所述差异比较模块包括比较器、逻辑单元、第三开关元件、第四开关元件以及第五开关元件，每个所述差异采集子模块的输出端与任意一个所述比较器的第一输入端连接，所述差异采集子模块分别通过不同的所述第三开关元件与所述比较器连接；所述比较器的第二输入端通过所述第四开关元件与下限电压源连接，所述比较器的第二输入端通过所述第五开关元件与上限电压源连接；所述比较器被配置为，当第一输入端的信号大于第二输入端的信号时，输出第一信号，当第一输入端的信号小于第二输入端的信号时，输出第二信号；所述逻辑单元被配置为，用于接收所述比较器输出的信号，并根据预设逻辑输出信号。

可选的，所述预设逻辑包括，若接收到的第三信号和第四信号相同，输出第一预设信号；以及，若接收到的所述第三信号和所述第四信号不同，输出第二预设信号或者不输出信号；所述第三开关元件与所述第四开关元件同时闭合时输出的信号被设置为所述第三信号，所述第三开关元件与所述第五开关元件同时闭合时输出的信号被设置为所述第四信号。

可选的，所述逻辑单元被配置为，当所述第三信号可以预测所述第四信号时，不等待所述第四信号的输入就进行所述预设逻辑的判断，以及，当所述第四信号可以预测所述第三信号时，不等待所述第三信号的输入就进行所述预设逻辑的判断。

可选的，所述下限电压源提供的电压等于所述参考电压源提供的电压减去允许误差电压，所述上限电压提供的电压等于所述参考电压源提供的电压加上所述允许误差电压。

为了解决上述技术问题，根据本发明的第二个方面，提供了一种控制方法，所述控制方法用于控制上述的图像信号检测电路检测连续两帧的像素信号并输出检测结果，所述控制方法包括，在每个所述差异采集子模块的第一帧信号中，同时闭合这个所述差异采集子模块的所述第一开关以及所述第二开关，闭合时长大于或者等于第一预设时长；在每个所述差异采集子模块的第一帧信号结束之前，断开这个所述差异采集子模块的所述第一开关以及所述第二开关；在每个所述差异采集子模块的第二帧信号中，闭合这个所述差异采集子模块的所述第一开关，闭合时长大于或者等于第二预设时长；所述第一帧信号为这个所述差异采集子模块的负责检测的连续两帧的像素信号中的第一帧的像素信号，所述第二帧信号为这个所述差异采集子模块的负责检测的连续两帧的像素信号中的第二帧的像素信号。

可选的，所述差异采集模块包括至少两个所述差异采集子模块，同一个所述差异采集模块内的所有所述差异采集模块用于连接相同的所述像素信号源，所述控制方法包括，为同一个所述差异采集模块中的不同的差异采集子模块设定负责检测不同的连续两帧的像素信号，使得所述差异采集模块能够检测所有的连续两帧的像素信号。

可选的，所述差异采集模块包括两个所述差异采集子模块，所述控制方法包括，为同一个所述差异采集模块中的一个所述差异采集子模块设定负责检测所述第一帧信号为奇数帧的所有连续两帧的像素信号，为同一个所述差异采集模块中的另一个所述差异采集子模块设定负责检测所述第一帧信号为偶数帧的所有连续两帧的像素信号，两个差异采集子模块依次交替连续工作检测所有的连续两帧的像素信号。

可选的，所述图像信号检测电路包括差异比较模块，所述差异比较模块包括比较器、逻辑单元、第三开关元件、第四开关元件以及第五开关元件，所述差异比较模块的逻辑单元依据第三信号以及第四信号进行逻辑判断，所述控制方法包括，在每个所述差异采集子模块的第二帧信号中，在这个所述差异采集子模块的这个所述差异采集子模块的所述第一开关元件闭合后，至少经过所述第二预设时长，闭合这个所述差异采集子模块所对应的所述第三开关元件；在每个所述差异采集子模块的第二帧信号结束之前，断开这个所述差异采集子模块的所述第一开关元件以及所述第三开关元件；在每个所述差异比较模块的任意一个所述第三开关元件闭合时长内，闭合所述第四开关元件以驱使所述比较器输出所述第三信号，然后断开所述第四开关元件，然后闭合所述第五开关元件以驱使所述比较器输出所述第四信号，然后断开所述第五开关元件；或者闭合所述第五开关元件以驱使所述比较器输出所述第四信号，然后断开所述第五开关元件，然后闭合所述第四开关元件以驱使所述比较器输出所述第三信号，然后断开所述第四开关元件。

为了解决上述技术问题，根据本发明的第三个方面，提供了一种运动检测电路，所述运动检测电路包括上述的图像信号检测电路，所述摄像模块用于输出被拍摄区域的图像信号流，每个所述差异采集模块的输入端分别与所述图像信号流中的一个像素信号流的输出源连接。

为了解决上述技术问题，根据本发明的第四个方面，提供了一种运动检测方法，其特征在于，所述运动检测方法包括：使用上述的控制方法对上述的运动检测电路的所述图像信号检测电路进行控制；根据所述图像信号检测电路的输出信号判断被拍摄区域中是否存在运动的物体。

与现有技术相比，本发明提供的一种图像信号检测电路、控制方法以及运动检测方法中，所述图像信号检测电路包括差异采集子模块，所述差异采集模块包括差异采集子模块，所述差异采集子模块包括电容器，所述差异采集子模块在所述控制方法的控制下，获取连续两帧的像素信号并输出差异信号，当所述电容器的第一端在获取第一帧的像素信号时，所述电容器的第二端获取基准电压；当所述电容器的第一端在获取第二帧的像素信号时，所述电容器的第二端与所述基准电压的输出源断开。如此配置，利用电容器电荷耦合现象，可以在所述电容器的第二端获得以所述基准电压为原点的连续两帧的像素信号的差值。一方面，本发明的所述图像信号检测电路以及运动检测电路能够和现有的CIS读出电路架构结合，复用部分现有架构读出电路，结构简单易于实现，同时增加的面积和成本较少。另一方面，本发明所述的运动检测方法实现运动检测时，不需要对各像素的读出信号进行模数转化，能大大提高差异检测速度，实现运动检测。

附图说明

本领域的普通技术人员将会理解，提供的附图用于更好地理解本发明，而不对本发明的范围构成任何限定。其中：

图1是本发明一实施例的图像信号检测电路的电路示意图；

图2a是本发明一实施例的差异采集子模块交替工作的流程示意图；

图2b是本发明一实施例的差异采集子模块从N帧到N+3帧交替工作的流程示意图；

图3是本发明一实施例的图像信号检测电路在一工况下的波形示意图。

附图中：

1-差异采集子模块；2-差异比较模块；3-像素结构；10-电容器；11-第一开关元件；12-第二开关元件；13-第三开关元件；14-第四开关元件；15-第五开关元件；21-比较器；22-逻辑单元。

具体实施方式

为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且未按比例绘制，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。

如在本发明中所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象，术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，术语“若干”通常是以包括“至少一个”的含义而进行使用的，术语“至少两个”通常是以包括“两个或两个以上”的含义而进行使用的，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者至少两个该特征，术语“近端”通常是靠近操作者的一端，术语“远端”通常是靠近患者的一端，“一端”与“另一端”以及“近端”与“远端”通常是指相对应的两部分，其不仅包括端点，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。此外，如在本发明中所使用的，一元件设置于另一元件，通常仅表示两元件之间存在连接、耦合、配合或传动关系，且两元件之间可以是直接的或通过中间元件间接的连接、耦合、配合或传动，而不能理解为指示或暗示两元件之间的空间位置关系，即一元件可以在另一元件的内部、外部、上方、下方或一侧等任意方位，除非内容另外明确指出外。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的核心思想在于提供一种图像信号检测电路、控制方法以及运动检测方法，以解决现有技术中实现运动检测需要经过模数转换，并需要额外的软件辅助，处理速度慢、开发成本高的问题。

以下参考附图进行描述。

请参考图1至图3，其中，图1是本发明一实施例的图像信号检测电路的电路示意图；图2a是本发明一实施例的差异采集子模块交替工作的流程示意图；图2b是本发明一实施例的差异采集子模块从N帧到N+3帧交替工作的流程示意图；图3是本发明一实施例的图像信号检测电路在一工况下的波形示意图。

如图1所示，本实施例提供了一种图像信号检测电路，所述图像信号检测电路包括差异采集模块，所述差异采集模块包括差异采集子模块1，所述差异采集子模块1包括第一开关元件11、第二开关元件12以及电容器10，所述第一开关元件11的一端被设置为所述差异采集子模块1的输入端并用于连接像素信号源，所述第一开关元件11的另一端与所述电容器10的第一端连接，所述电容器10的第二端被设置为所述差异采集子模块1的输出端，所述电容器10的第二端还与所述第二开关元件12的一端连接，所述第二开关元件12的另一端与参考电压源连接，所述基准电压源用于提供基准电压Vx。

所述图像信号检测电路在一控制方法下工作，所述控制方法包括，在每个所述差异采集子模块1的第一帧信号中，同时闭合这个所述差异采集子模块的所述第一开关11以及所述第二开关12，闭合时长大于或者等于第一预设时长；在每个所述差异采集子模块1的第一帧信号结束之前，断开这个所述差异采集子模块1的所述第一开关以及所述第二开关12；在每个所述差异采集子模块1的第二帧信号中，闭合这个所述差异采集子模块1的所述第一开关11，闭合时长大于或者等于第二预设时长；所述第一帧信号为这个所述差异采集子模块1的负责检测的连续两帧的像素信号中的第一帧的像素信号，所述第二帧信号为这个所述差异采集子模块1的负责检测的连续两帧的像素信号中的第二帧的像素信号。需理解，所述第一预设时长和所述第二预设时长为所述电容器10与连接的信号源进行充分的电荷交换并达到稳态的最短时间，当所述图像信号检测电路的所有元件及参数都固定后，所述第一预设时长和所述第二预设时长为述图像信号检测电路的固有属性，其具体值可通过理论计算或者实验方法获得，在此不进行详细地展开描述。

需理解，所述像素信号应当广义地理解为包含了原始的像素信号信息的信号，由原始的像素信号通过放大、缩小、叠加电压以及翻转操作中的一个或者多个得到的新的信号，也应当理解为所述像素信号。例如，在图1所示的实施例中，所述像素结构3输出的第一帧的原始像素信号应该是Vrst1-Vsig1，但是Vsig1也包含了第一帧的原始像素信号的信息，也可以理解为是所述像素信号。关于Vrst1、Vsig1的具体含义及所述像素结构3的工作原理请参考本说明书的后续内容。

请参考图3中的V2和V3波形进行理解(V2和V3的测量点请参考图1进行理解)，V2即所述电容器10的第一端的电压，V3即所述电容器10的第二端的电压，在第一帧中，所述电容器10的第一端的电压与所述像素结构3输出的Vsig1相等，所述电容器10的第二端的电压与所述基准电压Vx相等。在第二帧中，所述电容器10的第一端的电压变为了Vsig2，变化范围为(Vsig2-Visg1)，由于所述电容器10的第二端与所述基准电压源断开，因此，根据电容器两端电荷的耦合作用，所述电容器10的第二端的电压变化为了Vx+Vsig2-Visg1，为了方便描述，将此时的电压称为所述差异信号，可见，所述差异信号就是以所述基准电压Vx为原点的连续两帧的像素信号的差值。通过对所述差异信号进行合理的逻辑判断，就可以知道所述像素结构3输出的连续两帧的像素信号有没有发生突变。进一步地，若要判断一个物体是否处于运动状态，需要通过对一图像信号流进行判断实现。而对于图像信号流的处理，本质上就是对每个像素点进行处理，因此，以所述图像信号检测电路为基础，就可以构造一运动检测电路，并以此解决现有技术中判断物体是否处于运动状态需要经过模数转换，并需要额外的软件辅助，处理速度慢、开发成本高的问题。同时，以所述图像信号检测电路能够和现有的CIS读出电路架构结合，复用部分现有架构读出电路，因此所述图像信号检测电路还具有结构简单易于实现，增加的面积和成本较少的优点。

在本实施例中，所述像素结构3选择了较常见的4T结构，其主要工作原理为如下：当SEL为高电平时，所述像素结构3进行信号输出，RX为高电平时所述像素结构3输出复位信号Vrst，TX为高电平时所述像素结构3输出传输信号Vsig，实际上，原始的所述像素信号为Vrst-Vsig，由于Vrst为一恒值，而所述图像信号检测电路所关心的是两个所述像素信号的差值，因此在本实施例中，将Vsig视为所述像素信号。

如图1所示，在一个较优的实施例中，每个所述差异采集模块用于检测图像信号流中的一个像素信号流，所述差异采集模块包括至少两个所述差异采集子模块1，同一个差异采集模块内的所有所述差异采集子模块1用于连接相同的所述像素信号源。在实际工作中，所述差异采集模块的数量应当与所述图像信号流的分辨率相等。相应地，所述控制方法包括为同一个所述差异采集模块中的不同的差异采集子模块设定负责检测不同的连续两帧的像素信号，使得所述差异采集模块能够检测所有的连续两帧的像素信号。

所述差异采集模块包括的所述差异采集子模块1的数量选择可以是多种的，例如，选择只包括一个所述差异采集子模块1的方案，如此配置，所述图像信号检测电路可以间隔一帧地判断像素信号是否发生了突变，结合实际情况中，不大可能出现某个物体正好只在一帧中发生了移动，这样配置也能以较高的准确度(但不是100％)判断物体是否处于运动状态(尽管较优的实施例已经排除了每个差异采集模块包括一个所述差异采集子模块的方案，但是这样的方案实际上也是能够工作的，只是效果较差)。又例如，每个差异采集模块包括四个所述差异采集子模块1的方案，第一个所述差异采集子模块1用于输出所有的第一帧的帧数为4的整数倍的连续两帧的像素信号对应的所述差异信号，第二个所述差异采集子模块1用于输出所有的第一帧的帧数为4的整数倍加1的连续两帧的像素信号对应的所述差异信号，第三个所述差异采集子模块1用于输出所有的第一帧的帧数为4的整数倍加2的连续两帧的像素信号对应的所述差异信号，第四个所述差异采集子模块1用于输出所有的第一帧的帧数为4的整数倍加3的连续两帧的像素信号对应的所述差异信号。如此配置，也能判断物体是否处于运动状态，但是这样的方案，对各元件的利用率不高。

较优的方案是，所述差异采集模块包括两个所述差异采集子模块1，所述控制方法为同一个所述差异采集模块中的一个所述差异采集子模块1设定负责检测所述第一帧信号为奇数帧的所有连续两帧的像素信号，为另一个所述差异采集子模块1设定负责检测所述第一帧信号为偶数帧的所有连续两帧的像素信号，两个差异采集子模块1依次交替连续工作检测所有的连续两帧的像素信号。如此配置，一方面可以无遗漏地检测每一帧的像素信号是否较上一帧发生了变化，另一方面也具有较高的元件利用率。图1示出了所述差异采集模块包括两个所述差异采集子模块1的方案。

本实施例的所述图像信号检测电路的两个所述差异采集子模块1的工作流程如图2a以及图2b所示，为了便于描述，将电容器C1所在的所述差异采集子模块1称为第一差异采集子模块，将电容器C2所在的所述差异采集子模块1称为第二差异采集子模块，两个模块如图2a以及图2b所示地进行交替工作，从而保证了任意的连续两帧信号的差异都被检测。其中，图2b中的N为虚指，代表任意的第奇数帧。需理解，在本实施例中，只有在第1帧时，第二差异采集子模块不采集数据，因为不需要比较“第0帧和第1帧”之间的差异，其余帧中，两个所述差异采集子模块1均采集每一帧的数据。但是在其他的实施例中，出于一些简化控制逻辑等的考虑，也可以设置在第1帧时，所述第二差异采集子模块工作，但是此时采集的像素信号事实上是没有意义的。

所述图像信号检测电路还包括至少一个差异比较模块2，所述差异比较模块包括比较器21、逻辑单元22、第三开关元件13、第四开关元件14以及第五开关元件15，每个所述差异采集子模块1的输出端与任意一个所述比较器21的第一输入端连接，所述差异采集子模块1分别通过不同的所述第三开关元件13与所述比较器21连接，所述比较器21的第二输入端通过所述第四开关元件14与下限电压源连接，所述比较器21的第二输入端通过所述第五开关元件15与上限电压源连接，所述比较器21被配置为，当第一输入端的信号大于第二输入端的信号时，输出第一信号，当第一输入端的信号小于第二输入端的信号时，输出第二信号；所述逻辑单元22被配置为，用于接收所述比较器21输出的信号，并根据预设逻辑输出信号。

由于比较器21的第一输入端可以获取所述差异采集子模块1的输出电压，比较器21的第二输入端可以获取所述上限电压和下限电压，基于上述电路结构，可以通过设置所述逻辑单元22根据所述比较器21输出的信号判断所检测的像素信号是否发生了变化，尽管这个变化可能是物体发生了运动，也可能不是，但是至少可以作为一个判断的依据。所述逻辑单元22可以基于上述逻辑设计预设逻辑，并为后续电路提供判断依据。

具体地，所述预设逻辑包括，若接收到的第三信号和第四信号相同，输出第一预设信号；以及，若接收到的所述第三信号和所述第四信号不同，输出第二预设信号或者不输出信号。所述第三开关元件13与所述第四开关元件14同时闭合时输出的信号被设置为所述第三信号，所述第三开关元件13与所述第五开关元件15同时闭合时输出的信号被设置为所述第四信号。所述第一预设信号为任意的事先约定的信号，例如，高电平、低电平、上升沿、下降沿以及某个预设的电压值等。当后续的其他模块收到该第一预设信号时，就可以判断这个所述差异比较模块2连接的至少一个所述差异采集子模块1所检测的像素发生了变化。所述第二预设信号在与所述第一预设信号区别的前提下，可以任意地设置。后续电路可以根据所述第二预设信号进行其他的功能扩展。

为了便于理解，在一示范性的实施例中，所述比较器21先获取所述下限电压，再获取所述上限电压，所述第一信号为高电平，所述第二信号为低电平。当像素信号未发生变化时，相对应的所述差异采集子模块1的输出电压在所述下限电压和所述上限电压之间。所述逻辑单元22接受到的第三信号的电平为高电平，第四信号的电平为低电平。此时，第三信号和第四信号不同，于是逻辑单元22判断所述像素信号未发生变化，因此输出第二预设信号或者不输出信号。当像素信号发生变化时，相对应的所述差异采集子模块1的输出电压超过了所述上限电压或者低于了所述下限电压，若是前者，则第三信号和第四信号都为高电平，若是后者，则第三信号和第四信号都为低电平。因此两个信号相同，所述逻辑单元22输出所述预设信号。需理解，所述逻辑单元22接收到第三信号和第四信号的时间节点存在多种可能，第一种可能是，实时地接收到所述比较器21输出的信号；第二种可能是，所述比较器21先输出的信号(根据电路结构和控制方法的不同，该信号可能为所述第三信号或者所述第四信号)先经过一延时元件(例如电容器)储存，然后与所述比较器21后输出的信号同时到达所述逻辑单元22的输入端；第三种可能是，所述第三信号和第四信号都被延时，所述比较器21输出信号的时间和所述逻辑单元22接收到信号的时间并不吻合，甚至不处于同一帧中；第四种可能是，所述比较器21输出的信号先被延时，同时还打乱了时序，然后再输入到所述逻辑单元22中；当然，还存在其他的可能。另一方面，所述逻辑单元22需要根据具有对应关系的第三信号和第四信号进行逻辑判断，由同一个所述差异信号触发的第三信号和第四信号具有对应关系。所述差异比较模块2或者所述逻辑单元22可以设置避免不具有对应关系的第三信号和第四信号之间发生相互作用的逻辑。例如，当第三信号和第四信号按照产生的时序(无论它们是实时地还是延后地)输入所述逻辑单元22时，所述逻辑单元22可以先暂存获取的第一个信号，再和获取的第二个信号进行比较，然后清空暂存的内容；当所述比较器21先输出的信号先经过一电容器储存，然后与所述比较器21后输出的信号同时到达所述逻辑单元22的输入端时，所述差异比较模块2可以在所述逻辑单元22完成判断之后，对所述电容器进行放电；当第三信号和第四信号被打乱了时序后输入到所述逻辑单元22时，所述逻辑单元22可以先暂存多个已经获取的信号，当暂存的某一个信号所对应的另一个信号被输入时，所述逻辑单元22进行比较判断，并清空该暂存信号所占据的存储空间，等等。需理解，所述差异比较模块2的设置目的是为了将所述差异采集子模块1发送的信号进行分析，判断其是否处于一个合理的区间内，再根据判断结果输出信号；本实施例不对所述逻辑单元22接受到信号的时间区间做任何形式的限定，本实施例不对所述差异比较模块2或者所述逻辑单元22如何避免不具有对应关系的第三信号和第四信号之间发生相互作用的逻辑做任何形式的限定。

进一步地，所述逻辑单元22被配置为，当接收到的所述第三信号可以预测所述第四信号时，不等待第四信号的输入就进行所述预设逻辑的判断，以及，当所述第四信号可以预测所述第三信号时，不等待所述第三信号的输入就进行所述预设逻辑的判断。例如在同一个实施例中，当所述第三信号为低电平时，可以推断所述差异采集子模块1的输出电压低于了所述下限电压，那么所述第四信号必定也为低电平，因此所述逻辑单元22可以提前做出判断，增加电路的灵敏性。对于其他顺序的电压获取方式以及其他形式的比较器21，也可以用类似的逻辑进行分析，在此不做详细的说明。

为了正确地获得待比较的第一输入端的电压和第二输入端的电压。在每个所述差异采集子模块2的第二帧信号中，在这个所述差异采集子模块2的这个所述差异采集子模块1的所述第一开关闭合后，至少经过所述第二预设时长，闭合这个所述差异采集子模块1所对应的所述第三开关元件13；在每个所述差异采集子模块1的第二帧信号结束之前，断开这个所述差异采集子模块1的所述第一开关元件11以及所述第三开关元件13；在每个所述差异比较模块2的任意一个所述第三开关13闭合时长内，闭合所述第四开关元件14以驱使所述比较器21输出所述第三信号，然后断开所述第四开关元件14，然后闭合所述第五开关元件15以驱使所述比较器21输出所述第四信号，然后断开所述第五开关元件15；或者闭合所述第五开关元件15以驱使所述比较器21输出所述第四信号，然后断开所述第五开关元件15，然后闭合所述第四开关元件14以驱使所述比较器21输出所述第三信号，然后断开所述第四开关元件14。需理解，至少经过所述第二预设时长，是为了让所述电容器10的第二端的信号处于稳定，从而提高检测的准确度，在第二帧信号结束之前关闭，则是为了防止新的一帧开始时的信号导致所述差异比较模块2错误地动作。

在图1所示的实施例中，所述图像信号检测电路包括一个差异比较模块2，所有的所述差异采集子模块1的输出端均与该差异比较模块2的第一输入端连接。在其他的实施例中所述差异比较模块2的数量可以是多个。所述差异采集子模块1可以任意地与所述差异比较模块2连接，但是较优地，属于相同的所述差异采集模块的所述差异采集子模块1与同一个所述差异比较模块2连接。若想要通过减少所属逻辑梳理模块2的数量而减少电路整体的规模，可以进一步选择如下的优选方案，同一列的或者同一行的像素所对应的所有所述差异采集子模块1与同一个所述差异比较模块2连接。

需理解，所述第三开关元件13的开启时机可以选择在所述第一开关元件11关闭之前或者之后，也就是说，获取所述差异信号的过程可以与获取第二帧的像素信号的过程同步或者异步地进行。但是当两者同步进行时，后续的所述差异信号的读取端须为高阻抗输入端(即所述差异比较模块2的第一输入端)，否则会影响所述差异信号的准确度。

较优地，所述下限电压等于所述参考电压Vx减去允许误差电压Vs，所述上限电压等于所述参考电压Vx加上所述允许误差电压Vs。如此配置，一方面只需要通过调节一个值Vs就可以调节所述图像信号检测电路的灵敏度以及准确率，从而简化了电路；另一方面也符合具体实际，因为所述的第一帧像素信号和第二帧像素信号事实上是等价的，所述两者的差值离开基准值的位置也应当是互相对称的。需理解，用于产生所述下限电压和上限电压的电路可以根据公知常识进行配置，在此不做具体展开说明。

进一步地，所述比较器21为运放电压比较器。采用所述运放电压比较器的好处是，一方面，所述运放电压比较器的输入端处于“虚断”状态，对所述电容器10的第二端的电压不产生影响，从而保证了测量精度。需理解，所述运放电压比较器可以选择单级或多级结构，可以选择有使能信号及相关结构或者没有使能信号，以及可以选择复用或者不复用模数转化电路。

基于上述电路以及控制方法的描述，在一工况下，所述图像信号检测电路的波形示意图如图3所示，图3中的SEL、RX、TX以及V1～V5信号的测量点可参考图1，而S1～S8代表图1中开关元件S1～S8的控制信号，当所述的控制信号处于高电平时，代表相对应的开关元件闭合并导通电路，低电平代表开关元件断开。需理解，图3中第1帧即所述图像信号检测电路刚开始工作时的第1帧，由于此时相关元件尚未开始工作，因此S3、S6、S7、S8以及V4、V5的的波形均为低电平。从第2帧起，任意的奇数帧中，所有的开关元件的控制信号的波形和图3中的第3帧保持一致，其他测量点的波形图和图3中的第3帧保持类似的趋势，任意的偶数帧中，所有的开关元件的控制信号的波形和图3中的第2帧保持一致，其他测量点的波形图和图3中的第2帧保持类似的趋势，

在图3中，第1帧和第2帧的运动检测由第一差异采集子模块实现，第2帧和第3帧的运动检测由第二差异采集子模块实现。对于4T时序，一帧内像素输出1个复位信号Vrst和1个传输信号Vsig。SEL为高电平时，像素信号进行信号输出，RX为高电平时像素结构输出复位信号Vrst，TX为高电平时像素结构输出传输信号Vsig，所述像素信号为Vrst-Vsig。在本实施例中，由于(Vrst1-Vsig1)-(Vrst2-Vsig2)＝-(Vsig1-Vsig2)，因此Vsig也可以被广义地称为所述像素信号，在本实施例的说明中，所述像素信号可以指代Vrst-Vsig，也可以指代Vsig，在不至于引起逻辑错误的前提下，不做具体的区分。

在第1帧复位信号输出过程中，S1的控制信号为低电平，S2的控制信号为高电平，S3和S4的控制信号都是低电平，此时S1打开，S2闭合，S3和S4均打开，只有第一差异采集子模块工作，第二差异采集子模块不工作，此时V1＝Vrst1，V3＝Vx。

在第1帧传输信号传输过程中，S1的控制信号为高，S2的控制信号为高，S3和S4的控制信号都是低电平，此时S1和S2都闭合，S3和S4均打开，只有第一差异采集子模块工作，第二差异采集子模块不工作，V1＝V2＝Vsig1，V3＝Vx，第一差异采集子模块完成第1帧像素信号采集。

在第2帧复位信号输出过程中，S1的控制信号为低电平，S2的控制信号为低电平，S3的控制信号为低电平，S4的控制信号为低电平，此时第一差异采集子模块不工作，第二差异采集子模块工作，此时S1和S2都打开，V1＝Vrst2，V2保持为Vsig1，V3＝Vx，V5＝Vx。

在第2帧传输信号输出过程中，S1的控制信号为高电平，S2的控制信号为低电平，S3的控制信号为高电平，S4的控制信号为高电平，此时S1闭合，S2打开，S3和S4闭合。此时第一差异采集子模块和第二差异采集子模块都工作。V4＝V2＝V1＝Vsig2，V5＝Vx，第二差异采集子模块完成第2帧像素信号采集。由于此时电容器C1和S2之间的端口悬空，C1和S1之间的端口电压变化为Vsig2-Vsig1，在电容两端电荷耦合的作用下，C1和S2之间的端口电压变化也是Vsig2-Vsig1，即此时V3的电压变为：V3＝Vx+Vsig2-Vsig1，第一差异采集子模块完成第1帧和第2帧之间的差异信号采集。

在第1帧和第2帧的差异信号比较过程中，S5的控制信号为高电平，S6的控制信号为低电平，此时S5闭合S6打开，V6＝V3＝Vx+Vsig2-Vsig1。每次差异信号要完成两次比较，分别和上限电压、下限电压进行信号比较。在下限电压比较过程中，S7的控制电平为高电平，S8的控制信号为低电平，此时S7闭合，S8打开，V7＝Vx-Vs，运放电压比较器对V6和V7进行第1次比较即对Vx+Vsig2-Vsig1和Vx-Vs进行比较，通过比较结果可知Vsig2-Vsig1和-Vs之间的大小关系。在上限电压比较过程中，S7的控制电平为低电平，S8的控制信号为高电平，此时S7打开，S8闭合，V7＝Vx+Vs，运放电压比较器对V6和V7进行第1次比较即对Vx+Vsig2-Vsig1和Vx+Vs进行比较，通过比较结果可知Vsig2-Vsig1和Vs之间的大小关系。根据两次比较结果，可知Vsig2-Vsig1和±Vs之间的大小关系。如果-Vs<Vsig2-Vsig1<Vs，可认为第1帧和第2帧几乎没有信号变化，这个极小的差异的物理意义可能是芯片噪声，可认为第1帧和第2帧之间对应像素拍摄物体不存在运动。如果Vsig2-Vsig1<-Vs或者Vsig2-Vsig1>Vs，可认为第1帧和第2帧几乎发生信号变化，对应像素拍摄物体存在运动。

在第3帧复位信号输出过程中，S1的控制信号为低电平，S2的控制信号为高电平，S3的控制信号为低电平，S4的控制信号为低电平，此时第一差异采集子模块工作，第二差异采集子模块不工作，S1、S3和S4都打开，S2闭合，V1＝Vrst3，V3＝Vx，V4保持Vsig2，V5保持Vx。

在第3帧传输信号输出过程中，S1的控制信号为高电平，S2的控制信号为高电平，S3的控制信号为高电平，S4的控制信号为低电平，此时S1闭合，S2闭合，S3闭合，S4打开。此时第一差异采集子模块和第二差异采集子模块都工作。V4＝V2＝V1＝Vsig3，V3＝Vx，第一差异采集子模块完成第3帧像素信号采集。由于此时C2和S4之间的端口悬空，C2和S3之间的端口电压变化为Vsig3-Vsig2，在电容两端电荷耦合的作用下，C2和S4之间的端口电压变化也是Vsig3-Vsig2，即此时V5的电压变为：V5＝Vx+Vsig3-Vsig2，第二差异采集子模块完成第2帧和第3帧之间的差异信号采集。

在第2帧和第3帧的差异信号比较过程中，S5的控制信号为低电平，S6的控制信号为高电平，此时S5打开，S6闭合，V6＝V5＝Vx+Vsig3-Vsig2。在下限电压比较过程中，S7的控制电平为高电平，S8的控制信号为低电平，此时S7闭合，S8打开，V7＝Vx-Vs，运放电压比较器对V6和V7进行第1次比较即对Vx+Vsig3-Vsig2和Vx-Vs进行比较，通过比较结果可知Vsig3-Vsig2和-Vs之间的大小关系。在上限电压比较过程中，S7的控制电平为低电平，S8的控制信号为高电平，此时S7打开，S8闭合，V7＝Vx+Vs，运放电压比较器对V6和V7进行第1次比较即对Vx+Vsig3-Vsig2和Vx+Vs进行比较，通过比较结果可知Vsig3-Vsig2和Vs之间的大小关系。根据两次比较结果，可知Vsig3-Vsig2和±Vs之间的大小关系。如果-Vs<Vsig3-Vsig2<Vs，可认为第2帧和第3帧几乎没有信号变化，这个极小的差异的物理意义可能是芯片噪声，可认为第2帧和第3帧之间对应像素拍摄物体不存在运动。如果Vsig3-Vsig2<-Vs或者Vsig3-Vsig2>Vs，可认为第2帧和第3帧几乎发生信号变化，对应像素拍摄物体存在运动。

本实施例还提供了一种运动检测电路，所述运动检测电路包括摄像模块和上述的图像信号检测电路，所述摄像模块用于输出被拍摄区域的所述图像信号流，每个所述差异采集模块的输入端分别与所述图像信号流中的一个像素信号流的输出源连接。

本实施例还提供了一种运动检测方法，其特征在于，所述运动检测方法包括：使用上述的控制方法对上述的运动检测电路的所述图像信号检测电路进行控制；根据所述图像信号检测电路的输出信号判断被拍摄区域中是否存在运动的物体。

具体的判断逻辑可以是，根据同一帧内输出的所述第一预设信号的总数进行判断，例如在较为严格的标准下，只要有一个所述图像信号检测电路输出了所述第一预设信号就视为有物体发生了运动。也可以根据所述图像信号检测电路的相对位置关系进行判断，例如同一帧内输出的所述第一预设信号构成了一个特定图案时，视为有物体发生了运动。所述图像信号检测电路的所述差异采集模块的数量与所述图像信号流的分辨率相等，每个所述差异采集模块分别对应一个所述像素信号流，所述差异比较模块2的数量可以等于分辨率，此时，一个所述差异采集模块对应一个所述差异比较模块2；所述差异比较模块2的数量也可以小于分辨率，例如将同一行对应的所述差异采集模块的所有所述差异采集子模块1与一个所述差异比较模块2连接，此时所述差异比较模块2的总数为所述图像信号流的行数，当然也可以按照任意一种规则将每个所述差异采集子模块1与所述差异比较模块2的其中一个对应起来。另外，所述运动检测方法可以和其他原理的运动检测方法配合使用，例如先使用本实施例中的所述运动检测电路进行快速地判断，若发现疑似物体发生了运动的情况出现，则触发另一个装置进行进一步的判断和确认。所述运动检测电路的所述摄像模块的内部结构以及其他的模块，本领域技术人员可以根据公知常识进行设置，在此不做详细的描述。

综上所述，本实施例提供的图像信号检测电路、控制方法以及运动检测方法中，所述图像信号检测电路包括差异采集模块，所述差异采集模块包括差异采集子模块1，所述差异采集子模块1包括电容器10，所述差异采集子模块1在所述控制方法的控制下，获取连续两帧的像素信号并输出差异信号，当所述电容器10的第一端在获取第一帧的像素信号时，所述电容器10的第二端获取基准电压；当所述电容器10的第一端在获取第二帧的像素信号时，所述电容器10的第二端与所述基准电压的输出源断开。如此配置，利用电容器电荷耦合现象，可以在所述电容器10的第二端获得以所述基准电压为原点的连续两帧的像素信号的差值。一方面，本发明的所述图像信号检测电路以及运动检测电路能够和现有的CIS读出电路架构结合，复用部分现有架构读出电路，结构简单易于实现，同时增加的面积和成本较少。另一方面，本发明所述的运动检测方法实现运动检测时，不需要对各像素的读出信号进行模数转化，能大大提高差异检测速度，实现运动检测。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (12)

1.一种图像信号检测电路，其特征在于，所述图像信号检测电路包括差异采集模块，所述差异采集模块包括差异采集子模块，所述差异采集子模块包括第一开关元件、第二开关元件以及电容器，

所述第一开关元件的一端被设置为所述差异采集子模块的输入端并用于连接像素信号源，所述第一开关元件的另一端与所述电容器的第一端连接；

所述电容器的第二端被设置为所述差异采集子模块的输出端，所述电容器的第二端还与所述第二开关元件的一端连接；

所述第二开关元件的另一端与参考电压源连接；

所述图像信号检测电路还包括至少一个差异比较模块，所述差异比较模块包括比较器、逻辑单元、第三开关元件、第四开关元件以及第五开关元件，

每个所述差异采集子模块的输出端与任意一个所述比较器的第一输入端连接，所述差异采集子模块分别通过不同的所述第三开关元件与所述比较器连接；

所述比较器的第二输入端通过所述第四开关元件与下限电压源连接，所述比较器的第二输入端通过所述第五开关元件与上限电压源连接；

所述比较器被配置为，当第一输入端的信号大于第二输入端的信号时，输出第一信号，当第一输入端的信号小于第二输入端的信号时，输出第二信号；

所述逻辑单元被配置为，用于接收所述比较器输出的信号，并根据预设逻辑输出信号；

所述差异采集子模块用于检测连续两帧的像素信号；所述图像信号检测电路用于和如下控制方法配合工作：

在每个所述差异采集子模块的第一帧信号中，同时闭合这个所述差异采集子模块的所述第一开关以及所述第二开关，闭合时长大于或者等于第一预设时长；

在每个所述差异采集子模块的第一帧信号结束之前，断开这个所述差异采集子模块的所述第一开关以及所述第二开关；

在每个所述差异采集子模块的第二帧信号中，闭合这个所述差异采集子模块的所述第一开关，闭合时长大于或者等于第二预设时长；

所述第一帧信号为这个所述差异采集子模块的负责检测的连续两帧的像素信号中的第一帧的像素信号，所述第二帧信号为这个所述差异采集子模块的负责检测的连续两帧的像素信号中的第二帧的像素信号。

2.一种图像信号检测电路，其特征在于，所述图像信号检测电路包括差异采集模块，所述差异采集模块包括差异采集子模块，所述差异采集子模块包括第一开关元件、第二开关元件以及电容器，

所述第一开关元件的一端被设置为所述差异采集子模块的输入端并用于连接像素信号源，所述第一开关元件的另一端与所述电容器的第一端连接；

所述电容器的第二端被设置为所述差异采集子模块的输出端，所述电容器的第二端还与所述第二开关元件的一端连接；

所述第二开关元件的另一端与参考电压源连接；

所述图像信号检测电路还包括至少一个差异比较模块，所述差异比较模块包括比较器、逻辑单元、第三开关元件、第四开关元件以及第五开关元件，

每个所述差异采集子模块的输出端与任意一个所述比较器的第一输入端连接，所述差异采集子模块分别通过不同的所述第三开关元件与所述比较器连接；

所述比较器的第二输入端通过所述第四开关元件与下限电压源连接，所述比较器的第二输入端通过所述第五开关元件与上限电压源连接；

所述比较器被配置为，当第一输入端的信号大于第二输入端的信号时，输出第一信号，当第一输入端的信号小于第二输入端的信号时，输出第二信号；

所述逻辑单元被配置为，用于接收所述比较器输出的信号，并根据预设逻辑输出信号；

所述差异采集模块包括至少两个所述差异采集子模块，同一个所述差异采集模块内的所有所述差异采集子模块用于连接相同的所述像素信号源。

3.根据权利要求2所述的图像信号检测电路，其特征在于，所述差异采集模块包括两个所述差异采集子模块。

4.根据权利要求2所述的图像信号检测电路，其特征在于，所述预设逻辑包括，若接收到的第三信号和第四信号相同，输出第一预设信号；以及，若接收到的所述第三信号和所述第四信号不同，输出第二预设信号或者不输出信号；

所述第三开关元件与所述第四开关元件同时闭合时输出的信号被设置为所述第三信号，所述第三开关元件与所述第五开关元件同时闭合时输出的信号被设置为所述第四信号。

5.根据权利要求4所述的图像信号检测电路，其特征在于，所述逻辑单元被配置为，当所述第三信号可以预测所述第四信号时，不等待所述第四信号的输入就进行所述预设逻辑的判断，以及，当所述第四信号可以预测所述第三信号时，不等待所述第三信号的输入就进行所述预设逻辑的判断。

6.根据权利要求2所述的图像信号检测电路，其特征在于，所述下限电压源提供的电压等于所述参考电压源提供的电压减去允许误差电压，所述上限电压提供的电压等于所述参考电压源提供的电压加上所述允许误差电压。

7.一种控制方法，其特征在于，用于控制一种图像信号检测电路检测连续两帧的像素信号并输出检测结果，所述图像信号检测电路包括差异采集模块，所述差异采集模块包括差异采集子模块，所述差异采集子模块包括第一开关元件、第二开关元件以及电容器，

所述第一开关元件的一端被设置为所述差异采集子模块的输入端并用于连接像素信号源，所述第一开关元件的另一端与所述电容器的第一端连接；

所述电容器的第二端被设置为所述差异采集子模块的输出端，所述电容器的第二端还与所述第二开关元件的一端连接；

所述第二开关元件的另一端与参考电压源连接；

所述图像信号检测电路还包括至少一个差异比较模块，所述差异比较模块包括比较器、逻辑单元、第三开关元件、第四开关元件以及第五开关元件，

每个所述差异采集子模块的输出端与任意一个所述比较器的第一输入端连接，所述差异采集子模块分别通过不同的所述第三开关元件与所述比较器连接；

所述比较器的第二输入端通过所述第四开关元件与下限电压源连接，所述比较器的第二输入端通过所述第五开关元件与上限电压源连接；

所述比较器被配置为，当第一输入端的信号大于第二输入端的信号时，输出第一信号，当第一输入端的信号小于第二输入端的信号时，输出第二信号；

所述逻辑单元被配置为，用于接收所述比较器输出的信号，并根据预设逻辑输出信号；

所述控制方法包括，

在每个所述差异采集子模块的第一帧信号中，同时闭合这个所述差异采集子模块的所述第一开关以及所述第二开关，闭合时长大于或者等于第一预设时长；

在每个所述差异采集子模块的第一帧信号结束之前，断开这个所述差异采集子模块的所述第一开关以及所述第二开关；

在每个所述差异采集子模块的第二帧信号中，闭合这个所述差异采集子模块的所述第一开关，闭合时长大于或者等于第二预设时长；

所述第一帧信号为这个所述差异采集子模块的负责检测的连续两帧的像素信号中的第一帧的像素信号，所述第二帧信号为这个所述差异采集子模块的负责检测的连续两帧的像素信号中的第二帧的像素信号。

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述差异采集模块包括至少两个所述差异采集子模块，同一个所述差异采集模块内的所有所述差异采集子模块用于连接相同的所述像素信号源，所述控制方法包括，为同一个所述差异采集模块中的不同的差异采集子模块设定负责检测不同的连续两帧的像素信号，使得所述差异采集模块能够检测所有的连续两帧的像素信号。

9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述差异采集模块包括两个所述差异采集子模块，所述控制方法包括，为同一个所述差异采集模块中的一个所述差异采集子模块设定负责检测所述第一帧信号为奇数帧的所有连续两帧的像素信号，为同一个所述差异采集模块中的另一个所述差异采集子模块设定负责检测所述第一帧信号为偶数帧的所有连续两帧的像素信号，两个差异采集子模块依次交替连续工作检测所有的连续两帧的像素信号。

10.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括，

在每个所述差异采集子模块的第二帧信号中，在这个所述差异采集子模块的所述第一开关元件闭合后，至少经过所述第二预设时长，闭合这个所述差异采集子模块所对应的所述第三开关元件；

在每个所述差异采集子模块的第二帧信号结束之前，断开这个所述差异采集子模块的所述第一开关元件以及所述第三开关元件；

在每个所述差异比较模块的任意一个所述第三开关元件闭合时长内，闭合所述第四开关元件以驱使所述比较器输出第三信号，然后断开所述第四开关元件，然后闭合所述第五开关元件以驱使所述比较器输出第四信号，然后断开所述第五开关元件；或者闭合所述第五开关元件以驱使所述比较器输出第四信号，然后断开所述第五开关元件，然后闭合所述第四开关元件以驱使所述比较器输出第三信号，然后断开所述第四开关元件。

11.一种运动检测电路，其特征在于，所述运动检测电路包括摄像模块和权利要求1~6中任一项所述的图像信号检测电路，所述摄像模块用于输出被拍摄区域的图像信号流，每个所述差异采集模块的输入端分别与所述图像信号流中的一个像素信号流的输出源连接。

12.一种运动检测方法，其特征在于，所述运动检测方法包括：

使用如权利要求7~10中任一项所述的控制方法对如权利要求11中所述的运动检测电路的所述图像信号检测电路进行控制；

根据所述图像信号检测电路的输出信号判断被拍摄区域中是否存在运动的物体。