CN114449187B - 图像传感器以及图像感测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种图像传感器以及图像感测方法。图像传感器包括光电二极管、第一存储电路、第一读出电路、第二存储电路以及第二读出电路。当图像传感器操作在动态视觉感测模式中，第一存储电路存储光电二极管在第一图框期间的第一曝光期间中所提供的第一动态视觉感测信号，第二存储电路存储光电二极管在第一图框期间的第二曝光期间中所提供的第二动态视觉感测信号。第一读出电路以及第二读出电路同时根据第一动态视觉感测信号以及第二动态视觉感测信号输出第一读出信号以及第二读出信号至差动放大器的第一输入端以及第二输入端。

Description

图像传感器以及图像感测方法
技术领域
本发明涉及一种传感器，尤其涉及一种图像传感器以及图像感测方法。
背景技术
目前的图像传感器如要实现动态视觉感测以及图像感测，则必须通过两组感测阵列或两组读出电路来实现，而具有较高的硬体成本以及复杂的电路设计。此外，目前的图像传感器所取得动态视觉感测结果往往具有较高的失真(distortion)，而使得动态视觉感测效果不佳。因此，如何使图像传感器可采用较低硬体成本来实现，并且可取得具有较低失真的动态视觉感测结果以及图像感测结果，以下将提出几个实施例的解决方案。
发明内容
本发明是针对一种图像传感器以及图像感测方法，可有效地对高速移动物体进行感测而不会有图像失真的情况。
根据本发明的实施例，本发明的图像传感器包括光电二极管、第一存储电路、第一读出电路、第二存储电路以及第二读出电路。第一存储电路，耦接光电二极管。第一读出电路耦接第一存储电路以及前一级感测像素的另一第二存储电路。第二存储电路耦接光电二极管。第二读出电路耦接第二存储电路以及下一级感测像素的另一第一存储电路。当图像传感器操作在动态视觉感测模式中，第一存储电路存储光电二极管在第一图框期间的第一曝光期间中所提供的第一动态视觉感测信号。第二存储电路存储光电二极管在第一图框期间的第二曝光期间中所提供的第二动态视觉感测信号。第一读出电路以及第二读出电路同时根据第一动态视觉感测信号以及第二动态视觉感测信号输出第一读出信号以及第二读出信号至差动放大器的第一输入端以及第二输入端。
根据本发明的实施例，本发明的图像感测方法包括以下步骤：当一图像传感器操作在一动态视觉感测模式中，通过第一存储电路存储光电二极管在第一图框期间的第一曝光期间中所提供的第一动态视觉感测信号；通过第二存储电路存储光电二极管在第一图框期间的第二曝光期间中所提供的第二动态视觉感测信号；以及通过第一读出电路以及第二读出电路同时根据第一动态视觉感测信号以及第二动态视觉感测信号输出第一读出信号以及第二读出信号至差动放大器的第一输入端以及第二输入端。第一读出电路耦接第一存储电路以及前一级感测像素的另一第二存储电路。第二读出电路耦接第二存储电路以及下一级感测像素的另一第一存储电路。
基于上述，本发明的图像传感器以及图像感测方法可通过两个存储电路来存储光电二极管在一个图框期间的连续两次感测结果的第一动态视觉感测信号以及第二动态视觉感测信号，并且将第一动态视觉感测信号以及第二动态视觉感测信号形成以差动信号的方式读出，以有效地取得动态视觉感测信息。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1是本发明的一实施例的图像传感器的示意图；
图2是本发明的一实施例的感测像素的示意图；
图3是本发明的一实施例的多个感测像素的电路示意图；
图4是本发明的第一实施例的图像感测方法的流程图；
图5是本发明的第一实施例的多个信号的信号时序图；
图6是本发明的第二实施例的图像感测方法的流程图；
图7是本发明的第二实施例的信号时序图；
图8是本发明的第二实施例的另一信号时序图。
附图标记说明
100:图像传感器；
110:感测阵列；
111_1～111_N:感测像素；
120:信号处理电路；
200、300:感测像素电路；
210～240:感测像素；
211～241:光电二极管；
212、213、222、223、232、233、242、243、312、313、322、323、332、333、342、343:存储电路；
214、215、224、234、244、314、315、324、334:读出电路；
201、301:多路复用器电路；
202、302:差动放大器；
SN11、SN12、SN21、SN22、SN31、SN32、SN41、SN42:存储单元；
PD1～PD4:光电二极管；
rst11、rst12、rst13、rst21、rst22、rst23、rst31、rst41:重置开关；
gtx11、gtx12、gtx21、gtx22、gtx31、gtx32、gtx41、gtx42、rtx11、rtx12、rtx13、rtx21、rtx22、rtx31、rtx32:输出开关；
rout11、rout12、rout21、rout22:读出开关；
se11、se12、se21、se22:选择开关；
Cr11、Cr12、Cr21、Cr22:斜坡电容；
Vramp11、Vramp12、Vramp21、Vramp22:斜坡信号；
S_rst11、S_rst12、S_rst13、S_rst22、S_rst23、S_gtx11、S_rtx11、S_rtx12、S_rtx13、S_rtx21、S_rtx22、S_rtx32、S_se11、S_se12、S_se21、S_se22:时序；
t0～t17:时间；
S410、S420、S430、S610、S620、S630:步骤。
具体实施方式
现将详细地参考本发明的示范性实施例，示范性实施例的实例说明于附图中。只要有可能，相同元件符号在附图和描述中用来表示相同或相似部分。
图1是本发明的一实施例的图像传感器的示意图。参考图1，图像传感器(传感器)100包括像素阵列110以及信号处理电路120。像素阵列110耦接信号处理电路120。像素阵列110包括多个感测像素111_1～111_N，其中N为正整数。感测像素111_1～111_N的每一个可作为像素或子像素。在本实施例中，图像传感器100可进行动态视觉感测模式以及进行(彩色)图像感测模式。
图2是本发明的一实施例的感测像素的示意图。参考图2，上述图1的感测像素111_1～111_N可包括如图2所示的感测像素电路200，并且上述图1的信号处理电路120可包括如图2所示的多路复用器电路201以及差动放大器202。在本实施例中，感测像素210(例如图1的感测像素111_1)包括光电二极管211、存储电路212、存储电路213、读出电路214以及读出电路215。光电二极管211耦接存储电路212以及存储电路213。存储电路212耦接读出电路214。存储电路213耦接读出电路215。在本实施例中，感测像素220(例如图1的感测像素111_2)包括光电二极管221、存储电路222、存储电路223、读出电路215以及读出电路224。光电二极管221耦接存储电路222以及存储电路223。存储电路222耦接读出电路215。存储电路223耦接读出电路224。值得注意的是，感测像素210(例如图1的感测像素111_1)与感测像素220(例如图1的感测像素111_2)共同使用(分享)同一个读出电路215。在本实施例中，感测像素230(例如图1的感测像素111_3)包括光电二极管231、存储电路232、存储电路233、读出电路224以及读出电路234。光电二极管231耦接存储电路232以及存储电路233。存储电路232耦接读出电路224。存储电路233耦接读出电路234。值得注意的是，感测像素220(例如图1的感测像素111_2)与感测像素230(例如图1的感测像素111_3)共同使用(分享)同一个读出电路224。感测像素240(例如图1的感测像素111_4)包括光电二极管241、存储电路242、存储电路243、读出电路234以及读出电路244。以此类推，感测像素240与上述感测像素220、230有相同电路特征与操作方式。也就是说，除了图1的感测像素111_1～111_N中的每一个行(column)的第一个的感测像素以及每一个行的最后一个的感测像素所使用的两个读出电路中可包括一个属于单独使用的读出电路(例如读出电路214)，而其余的感测像素所分别使用的两个读出电路为分别与上一级感测像素以及下一级感测像素共同使用。换言之，对于感测像素220、230、240而言，感测像素220、230、240的读出电路215、224、234耦接感测像素220、230、240的存储电路222、232、242以及前一级感测像素210、220、230的存储电路213、223、233。感测像素220、230、240的读出电路224、234、244耦接感测像素220、230、240的存储电路223、233、243以及下一级感测像素230、240的存储电路232、242。
值得注意的是，读出电路214、读出电路224以及读出电路244耦接至多路复用器电路201的第一输入端，并且读出电路215以及读出电路234耦接至多路复用器电路201的第二输入端。多路复用器电路201的第一输出端耦接差动放大器202的第一输入端，并且多路复用器电路201的第二输出端耦接差动放大器202的第二输入端。多路复用器电路201可选择性地将读出电路214、读出电路224或读出电路244输出的读出信号提供至差动放大器202的第一输入端或第二输入端，并且多路复用器电路201可选择性地将读出电路215或读出电路234输出的读出信号提供至差动放大器202的第二输入端或第一输入端。
在本实施例中，当图像传感器操作动态视觉感测模式时，感测像素210可利用存储电路212以及存储电路213来存储光电二极管211在短时间内的两次曝光操作所产生的两个动态视觉感测信号(传感信号)。具体而言，存储电路212、222、232、242可存储光电二极管211、221、231、241在图框期间的第一曝光期间中所提供的第一动态视觉感测信号，并且存储电路213、223、233、243可存储光电二极管211、221、231、241在图框期间的第二曝光期间中所提供的第二动态视觉感测信号。在一第一读出期间中，感测像素210的读出电路214以及读出电路215可同时根据存储电路212所存储的第一动态视觉感测信号以及存储电路213所存储的第二动态视觉感测信号(并且搭配上、下斜坡信号)输出第一读出信号以及第二读出信号至差动放大器202(经由多路复用器电路201)的第一输入端以及第二输入端。接着，在下一第一读出期间中，感测像素220通过读出电路215以及读出电路224可同时根据存储电路222所存储的另一第一动态视觉感测信号以及存储电路223所存储的另一第二动态视觉感测信号(并且搭配上、下斜坡信号)输出另一第一读出信号以及另一第二读出信号至差动放大器202(经由多路复用器电路201交换)的第二输入端以及第一输入端。以此类推，搭配多路复用器电路201的切换，感测像素230以及感测像素240分别存储的第一动态视觉感测信号以及第二动态视觉感测信号可由共用的多个读出电路(并且搭配上、下斜坡信号)来依续读出至差动放大器202。
因此，在本实施例中，读出电路214以及读出电路215可分别读出存储在存储电路212以及存储电路213中的所述两个动态视觉感测信号，并经由多路复用器电路201提供至差动放大器202，以使差动放大器202可产生对应于此感测像素的动态视觉感测结果。在本实施例中，动态视觉感测结果可以是指对应于所述两个动态视觉感测信号的信号强度差异。如此一来，图像传感器可根据如图1所示的感测阵列110的感测像素111_1～111_N所产生对应于一张感测图像(或对应于一个图框期间)的多个动态视觉感测结果，来取得当前感测对象的动态信息，例如位移信息和/或移动速度信息等，但本发明并不限于此。
值得一提的是，在本实施例中，在连续多个图框期间，图像传感器可以交替操作为动态视觉感测模式与图像感测模式。因此，可以得到关于感测物的完整信息，即感测物的速度与图像。
在本实施例中，当图像传感器操作图像感测模式时，感测像素210可利用存储电路212或存储电路213来存储光电二极管211在一个图框期间的一次曝光操作所产生的图像感测信号。在本实施例中，读出电路214以及读出电路215可分别搭配上、下斜坡信号来读出存储在存储电路212以及第二存储电路213中的两笔感测信号，并提供至差动放大器202，以使差动放大器202可产生对应于此感测像素的图像感测结果。在本实施例中，差动放大器202可根据读出电路214以及读出电路215利用上、下斜坡信号所读出的两笔感测信号来输出去除背景(杂讯)信息的图像感测结果。如此一来，图像传感器可根据如图1所示的感测阵列110的感测像素111_1～111_N产生一张具有低背景杂讯的感测图像。
具体而言，感测像素210通过读出电路214以及读出电路215在一个读出期间中分别读出感测像素210的存储电路212所存储的第一图像感测信号以及参考信号，并且感测像素220通过读出电路215以及读出电路224在下一个第一读出期间分别根据感测像素220的存储电路222所存储的另一第一图像感测信号以及另一参考信号(并且搭配上、下斜坡信号)来输出第三读出信号以及第四读出信号至差动放大器202的第一输入端以及第二输入端。
并且，感测像素210的存储电路213可存储光电二极管211在下一个图框期间中的下一曝光期间所提供的下一第一图像感测信号，并且存储电路212为闲置状态。读出电路214以及读出电路215同时根据下一参考信号以及下一第一图像感测信号(并且搭配上、下斜坡信号)来输出下一第三读出信号以及下一第四读出信号至差动放大器202的第二输入端以及第一输入端(经由多路复用器电路交换)。值得注意的是，下一个图框期间中的下一曝光期间可与当前图框期间中的读出期间未重叠。或者，下一个图框期间中的下一曝光期间可与当前图框期间中的读出期间重叠。
图3是本发明的一实施例的多个感测像素的电路示意图。参考图3，本实施例的感测像素电路300用于说明多个感测像素的感测电路配置。在本实施例中，光电二极管PD1～PD4分别属于邻近的不同感测像素。重置开关rst11的第一端耦接重置信号。光电二极管PD1耦接重置开关rst11的第二端、存储电路312以及存储电路313。重置开关rst21的第一端耦接重置信号。光电二极管PD2耦接重置开关rst21的第二端、存储电路322以及存储电路323。重置开关rst31的第一端耦接重置信号。光电二极管PD3耦接重置开关rst31的第二端、存储电路332以及存储电路333。重置开关rst41的第一端耦接重置信号。光电二极管PD4耦接重置开关rst41的第二端、存储电路342以及存储电路343。存储电路312耦接读出电路314。存储电路313耦接读出电路315。存储电路322耦接读出电路315。存储电路323耦接读出电路324。存储电路332耦接读出电路324。存储电路333耦接读出电路334。存储电路342耦接读出电路334。换言之，读出电路315、324、334分别由邻近的两个存储电路共享，并且像素阵列中的其他感测像素、存储电路及读出电路的配置可以此类推。
在本实施例中，存储电路312包括输出开关gtx11以及存储单元SN11。存储电路313包括输出开关gtx12以及存储单元SN12。存储电路322包括输出开关gtx21以及存储单元SN21。存储电路323包括输出开关gtx22以及存储单元SN22。存储电路332包括输出开关gtx31以及存储单元SN31。存储电路333包括输出开关gtx32以及存储单元SN32。存储电路342包括输出开关gtx41以及存储单元SN41。存储电路343包括输出开关gtx42以及存储单元SN42。在本实施例中，存储电路312的输出开关gtx11的第一端耦接光电二极管PD1。存储电路312的存储单元SN11耦接输出开关GTX11的第二端。在本实施例中，存储电路313、322、323、332、333、342、343的内部元件耦接关系如同存储电路312，因此不多加赘述。在本实施例中，存储单元SN11、SN12、SN21、SN22、SN31、SN32、SN41、SN42可分别为电容或未受光的光电二极管，但本发明并不限于此。
在本实施例中，读出电路314包括输出开关rtx11、读出开关rout11、选择开关se11、重置开关rst12以及斜坡电容Cr11。重置开关rst12的第一端耦接另一重置信号。斜坡电容Cr11的第一端耦接斜坡信号Vramp11。读出电路315包括输出开关rtx12、输出开关rtx13、读出开关rout12、选择开关se12、重置开关rst13以及斜坡电容Cr12。重置开关rst13的第一端耦接另一重置信号。斜坡电容Cr12的第一端耦接斜坡信号Vramp12。读出电路324包括输出开关rtx21、输出开关rtx22、读出开关rout21、选择开关se21、重置开关rst22以及斜坡电容Cr21。重置开关rst22的第一端耦接另一重置信号。斜坡电容Cr21的第一端耦接斜坡信号Vramp21。读出电路334包括输出开关rtx31、输出开关rtx32、读出开关rout22、选择开关se22、重置开关rst23以及斜坡电容Cr22。重置开关rst23的第一端耦接另一重置信号。斜坡电容Cr22的第一端耦接斜坡信号Vramp22。
在本实施例中，读出电路314的输出开关rtx11的第一端耦接存储单元SN11。读出电路314的读出开关rout11的控制端耦接输出开关rtx11的第二端。读出电路314的选择开关se11的第一端耦接读出开关rout11的第一端。读出电路314的重置开关rst12的第二端耦接输出开关rtx11的第二端。斜坡电容Cr11的第二端耦接输出开关rtx11的第二端。在本实施例中，读出电路315的输出开关rtx12的第一端耦接存储单元SN12。读出电路315的输出开关rtx13的第一端耦接存储单元SN21。读出电路315的读出开关rout12的控制端耦接输出开关rtx12的第二端以及输出开关rtx13的第二端。读出电路315的选择开关se12的第一端耦接读出开关rout12的第一端。读出电路315的重置开关rst13的第二端耦接输出开关rtx12的第二端以及输出开关rtx13的第二端。斜坡电容Cr12的第二端耦接输出开关rtx12的第二端以及输出开关rtx13的第二端。
在本实施例中，读出电路315、324、334的内部元件耦接关系如同读出电路314，因此不多加赘述。存储单元SN21、SN22、SN31、SN32、SN41、SN42与读出电路315、324、334的耦接关系可如上述存储单元SN11及存储单元SN12与读出电路314以及读出电路315的耦接方式，因此亦不多加赘述。值得注意的是，选择开关se11以及选择开关se21的第二端耦接至多路复用器电路301的第一输入端，并且选择开关se12以及选择开关se22的第二端耦接至多路复用器电路301的第二输入端。多路复用器电路301的第一输出端耦接差动放大器302的第一输入端，并且多路复用器电路301的第二输出端耦接差动放大器302的第二输入端。多路复用器电路301可选择性地将选择开关se11或选择开关se21输出的读出信号提供至差动放大器302的第一输入端或第二输入端，并且多路复用器电路301可选择性地将选择开关se12以及选择开关se22输出的读出信号提供至差动放大器302的第二输入端或第一输入端。
图4是本发明的第一实施例的图像感测方法的流程图。图5是本发明的第一实施例的多个信号的信号时序图。参考图3至图5，以下说明以光电二极管PD1、存储电路312、存储电路313、读出电路314以及读出电路315的操作为例，并且图像传感器的全部感测像素的操作可以类推。输出开关gtx11、输出开关gtx12、输出开关rtx11、输出开关rtx12、重置开关rst11、重置开关rst12、重置开关rst13、选择开关se11以及选择开关se12可操作如图5所示的时序S_rst11、S_gtx11、S_gtx12、S_rst12、S_rst13、S_rtx11、S_rtx12、S_se11以及S_se12。值得注意的是，图5仅表示图像传感器的部分操作时序，而其他开关的切换信号以及其他信号时序可以类推。本发明的图像传感器的可适用操作时序也不仅限于图5。
在步骤S410，图像传感器可通过存储电路312存储光电二极管PD1在一个图框期间的第一曝光期间中所提供的第一动态视觉感测信号。在步骤S420，图像传感器可通过存储电路313存储光电二极管PD1在此一个图框期间的第二曝光期间中所提供的第二动态视觉感测信号。在步骤S430，图像传感器可通过读出电路314以及读出电路315同时根据第一动态视觉感测信号以及第二动态视觉感测信号输出第一读出信号以及第二读出信号至差动放大器的第一输入端以及第二输入端。值得注意的是，其他感测像素可重复执行如上述步骤S410～S430。
具体而言，在本实施例中，当图像传感器操作在动态视觉感测模式时，根据时序S_rst11、S_gtx11、S_gtx12，光电二极管PD1在时间t1、t3分别进行两次曝光操作(光电二极管PD2～PD4也根据时序S_rst11、S_gtx11、S_gtx12同时曝光两次)，并且光电二极管PD1的两次曝光操作分别在时间t2、t4被读出以存储至存储单元SN11及存储单元SN12。输出开关gtx11、gtx21、gtx31、gtx41可接收相同的切换信号而操作以相同时序S_gtx11。输出开关gtx12、gtx22、gtx32、gtx42可接收相同的切换信号而操作以相同时序S_gtx12。因此，存储电路311的存储单元SN11存储光电二极管PD1在一个图框期间(时间t0至时间t15)的第一曝光期间(时间t1至时间t2)中所提供的第一动态视觉感测信号，并且存储电路312存储光电二极管PD1在此一个图框期间(时间t0至时间t15)的第二曝光期间(时间t3至时间t4)中所提供的第二动态视觉感测信号。接着，根据时序S_rst12、S_rst13、S_rtx11、S_rtx12，读出电路314、315的信号读出路径上的浮动扩散(Floating Diffusion，FD)节点的电位可在时间t7先被重置，并且斜坡信号Vramp11以及斜坡信号Vramp12分别在时间t7至时间t8之间分别具有小的上斜坡波形以及下斜坡波形。接着，存储单元SN11及存储单元SN12所存储的信息可在时间t8开始被读出。对此，根据时序S_se11以及S_se12在时间t6至时间t9为导通状态，因此读出电路314以及读出电路315可同时根据第一动态视觉感测信号以及第二动态视觉感测信号输出第一读出信号以及第二读出信号至差动放大器的第一输入端以及第二输入端。读出电路314可根据上斜坡信号(斜坡信号Vramp11)以及第一动态视觉感测信号输出第一读出信号，并且读出电路315可根据下斜坡信号(斜坡信号Vramp12)以及第二动态视觉感测信号输出第二读出信号。因此，光电二极管PD1所提供的第一动态视觉感测信号以及第二动态视觉感测信号的比较结果可被有效地读出至后段信号处理电路进行分析，以产生对应于光电二极管PD1的感测像素的动态视觉感测信息。
接着，对于光电二极管PD2的两次曝光结果，根据时序S_se12以及S_se21在时间t10至时间t11为导通状态，因此搭配斜坡信号Vramp12在时间t10至时间t11转换为上斜坡信号，并且搭配斜坡信号Vramp21在时间t10至时间t11为下斜坡信号，读出电路315以及读出电路324可在时间t10至时间t11分别读出光电二极管PD2所提供的第一动态视觉感测信号以及第二动态视觉感测信号，以使产生对应于光电二极管PD2的感测像素的动态视觉感测信息。以此类推，在时间t12至时间t13之间，图像传感器可通过读出电路324以及读出电路334取得对应于光电二极管PD3的感测像素的动态视觉感测信息。在时间t13至时间t14之间，图像传感器可通过读出电路334以及下一级读出电路取得对应于光电二极管PD4的感测像素的动态视觉感测信息。相较于某些动态视觉传感器是使用相邻光电二极管的两个感测信息来进行差动输出，本实施例使用相同光电二极管的两个感测信息来进行差动输出，因此，本实施例的图像传感器可有效地取得具有较低失真的动态视觉感测信息，并且可以通过相邻感测像素共用读出电路的方式来节省电路面积以及传感器成本。
另外，值得注意的是，当本实施例的图像传感器操作在动态视觉感测模式中，图像传感器的多个感测像素的多个光电二极管在此一个图框期间中的第一曝光期间是进行第一全局快门(Global shutter)曝光操作，并且全部光电二极管在此一个图框期间中的第二曝光期间是进行第二全局快门曝光操作。并且，图像传感器还可包括如图3的多个读出电路，并且这些读出电路在此一个图框期间中的多个读出期间中是进行卷帘读出操作(Rolling readout)。
图6是本发明的第二实施例的图像感测方法的流程图。图7是本发明的第二实施例的信号时序图。参考图3、图6至图7，以下说明以光电二极管PD1、存储电路312、存储电路313、读出电路314以及读出电路315的操作为例，并且图像传感器的全部感测像素的操作可以类推。输出开关gtx11、gtx12、rtx11、rtx12、rtx13、rtx21、rtx22、重置开关rst11、rst12、rst13、rst22、rst23、以及选择开关se11、se12、se21、se22可操作如图7所示的时序S_rst11、S_gtx11、S_rst12、S_rst13、S_rst22、S_rst23、S_rtx11、S_rtx12、S_rtx21、S_rtx22、S_rtx13、S_se11、S_se12、S_se21、S_se22。值得注意的是，图7仅表示图像传感器的部分操作时序，而其他开关的切换信号以及其他信号时序可以类推。本发明的图像传感器的可适用操作时序也不仅限于图7。
在步骤S610，图像传感器可通过存储电路312(第一存储电路)存储光电二极管PD1在一个图框期间中的曝光期间所提供的图像感测信号。在步骤S620，图像传感器可操作存储电路313(第二存储电路)在此一个图框期间中为闲置状态。在步骤S630，图像传感器可通过读出电路314以及读出电路315同时根据图像感测信号以及参考信号输出读出信号以及另一读出信号至差动放大器302的第一输入端以及第二输入端。值得注意的是，其他感测像素可重复执行如上述步骤S610～S630。然而，步骤S610～S630的执行顺序不限于上述说明。在一实施例中，图像传感器可同时执行步骤S610以及步骤S620。或者，在另一实施例中，图像传感器可先执行步骤S620，在接着执行步骤S610。
具体而言，在本实施例中，当图像传感器操作在图像感测模式时，根据时序S_rst11、S_gtx11，光电二极管PD1在时间t1进行曝光操作(光电二极管PD2～PD4也根据时序S_rst11、S_gtx11同时进行曝光操作)，并且光电二极管PD1的曝光操作在时间t2被读出以存储至存储单元SN11。存储单元SN12为闲置状态。输出开关gtx11、gtx21、gtx31、gtx41可接收相同的切换信号而操作以相同时序S_gtx11。因此，存储电路312的存储单元SN11存储光电二极管PD1在一个图框期间(时间t0至时间t17)的曝光期间(时间t0至时间t3)中所提供的图像感测信号。接着，根据时序S_rst12、S_rst13、S_rtx11、S_rtx12，读出电路314、315的信号读出路径上的浮动扩散(Floating Diffusion，FD)节点的电位可在时间t5先被重置，并且斜坡信号Vramp11以及斜坡信号Vramp12分别在时间t5至时间t6之间分别具有小的上斜坡波形以及下斜坡波形。接着，存储单元SN11所存储的信息可在时间t6开始被读出。对此，根据时序S_se11以及S_se12在时间t4至时间t7为导通状态，因此读出电路314可根据图像感测信号以输出第一读出信号至差动放大器的第一输入端。并且，读出电路315可根据读出电路的讯号传递路径上的参考信号(线路背景讯号或杂讯)来读出具有背景(或杂讯)信息的第二读出信号至差动放大器302的第二输入端。由于读出电路314取得的图像感测信号亦有相同背景(或杂讯)信息，因此差动放大器302的输出端可输出去背景杂讯的图像感测信号。读出电路314可根据上斜坡信号(斜坡信号Vramp11)以及图像感测信号输出第一读出信号，并且读出电路315可根据下斜坡信号(斜坡信号Vramp12)以及参考信号输出第二读出信号。因此，光电二极管PD1所提供的图像感测信号可被有效地读出至后段信号处理电路进行分析，以产生对应于光电二极管PD1的感测像素的图像感测信息。
接着，对于光电二极管PD2的曝光结果，根据时序S_se12以及S_se21在时间t8至时间t11为导通状态，因此搭配斜坡信号Vramp12在时间t8至时间t11转换为上斜坡信号，并且搭配斜坡信号Vramp21在时间t8至时间t11为下斜坡信号，读出电路315以及读出电路324可在时间t8至时间t11分别读出光电二极管PD2所提供的图像感测信号，以使产生对应于光电二极管PD2的感测像素的图像感测信息。以此类推，在时间t12至时间t15之间，搭配斜坡信号Vramp21以及斜坡信号Vramp22，图像传感器可通过读出电路324以及读出电路334取得对应于光电二极管PD3的感测像素的图像感测信息。在时间t15至时间t16之间，图像传感器可通过读出电路334以及下一级读出电路取得对应于光电二极管PD4的感测像素的图像感测信息。换言之，本实施例的图像传感器可有效地取得具有较低失真的图像感测信息，并且可以通过相邻感测像素共用读出电路的方式来节省电路面积以及传感器成本。
另外，值得注意的是，当本实施例的图像传感器操作在图像感测模式时，图像传感器的全部光电二极管在此一个图框期间中的曝光期间是进行全局快门曝光操作。并且，图像传感器还可包括如图3的多个读出电路，并且这些读出电路在此一个图框期间中的多个读出期间中是进行卷帘读出操作。
另外，值得注意的是，当本实施例的图像传感器操作在图像感测模式时，有一半的存储单元为闲置，因此可以在读出电路进行卷帘快门读出操作时，同时进行下一次的全局快门曝光操作，而曝光信息存储于该闲置的存储单元。如此一来，可以提升图像感测的影格率(frame rate)。换言之，当图像传感器执行第一次的图像感测的卷帘快门读出操作时，可同时执行第二次图像感测的全局快门曝光操作。
图8是本发明的第二实施例的另一信号时序图。图8的信号时序可适用于图6的操作流程的另一实施例。参考图3及图8，以下说明以光电二极管PD1、光电二极管PD2、存储电路312、存储电路313、读出电路314以及读出电路315的操作为例，并且图像传感器的全部感测像素的操作可以类推。输出开关gtx11、rtx11、rtx12、rtx13、rtx21、rtx22、rtx32、重置开关rst11、rst12、rst13、rst22、rst23以及选择开关se11、se12、se21、se22可操作如图8所示的时序S_rst11、S_gtx11、S_rst12、S_rst13、S_rst22、S_rst23、S_rtx11、S_rtx12、S_rtx13、S_rtx21、S_rtx22、S_rtx32、S_se11、S_se12、S_se21、S_se22。值得注意的是，图8仅表示图像传感器的部分操作时序，而其他开关的切换信号以及其他信号时序可以类推。本发明的图像传感器的可适用操作时序也不仅限于图8。
具体而言，在本实施例中，当图像传感器操作在图像感测模式时，根据时序S_rst11、S_gtx11，光电二极管PD1在时间t1进行曝光操作(光电二极管PD2～PD4也根据时序S_rst11、S_gtx11，同时进行曝光操作)，并且光电二极管PD1的曝光操作在时间t2被读出以存储至存储单元SN11。存储单元SN12为闲置状态。输出开关gtx11、gtx21、gtx31、gtx41可接收相同的切换信号而操作以相同时序S_gtx11。因此，存储电路312的存储单元SN11存储光电二极管PD1在一个图框期间(时间t0至时间t16)的曝光期间(时间t0至时间t3)中所提供的第一图像感测信号。接着，根据时序S_rst12、S_rst13、S_rtx11、S_rtx12，读出电路314、315的信号读出路径上的浮动扩散节点的电位可在时间t5先被重置，并且斜坡信号Vramp11以及斜坡信号Vramp12分别在时间t5至时间t6之间分别具有小的上斜坡波形以及下斜坡波形。接着，存储单元SN11所存储的信息可在时间t6开始被读出。对此，根据时序S_se11以及S_se12在时间t4至时间t7为导通状态，因此读出电路314可根据第一图像感测信号以输出第一读出信号至差动放大器302的第一输入端。并且，读出电路315可根据读出电路的讯号传递路径上的参考信号(线路背景讯号或杂讯)来读出具有背景(或杂讯)信息的第二读出信号至差动放大器的第二输入端。由于读出电路314取得的图像感测信号亦有相同背景(或杂讯)信息，因此差动放大器302的输出端可输出去背景杂讯的图像感测信号。读出电路314可根据上斜坡信号(斜坡信号Vramp11)以及图像感测信号输出第一读出信号，并且读出电路315可根据下斜坡信号(斜坡信号Vramp12)以及参考信号输出第二读出信号。因此，光电二极管PD1所提供的图像感测信号可被有效地读出至后段信号处理电路进行分析，以产生对应于光电二极管PD1的感测像素的图像感测信息。
接着，光电二极管PD2的曝光结果可被读出以存储至存储单元SN21。存储单元SN22为闲置状态。因此，存储电路322的存储单元SN21存储光电二极管PD2在同一个图框期间(时间t0至时间t16)的曝光期间(时间t0至时间t3)中所提供的第二图像感测信号。接着，根据时序S_rst12、S_rst13、S_rtx11、S_rtx13，读出电路314、315的信号读出路径上的浮动扩散节点的电位可在时间t7先被重置，并且斜坡信号Vramp11以及斜坡信号Vramp12分别在时间t7至时间t8之间分别转换为具有小的下斜坡波形以及上斜坡波形。接着，存储单元SN21所存储的信息可在时间t8开始被读出。先说明的是，此时的多路复用器电路301的状态为将读出电路314耦接至差动放大器302的第二输入端，并且将读出电路315耦接至差动放大器302的第一输入端，以保持正确的极性。对此，根据时序S_se11以及S_se12在时间t7至时间t9保持为导通状态，因此读出电路314可根据读出电路的讯号传递路径上的另一参考信号(线路背景讯号或杂讯)来读出具有背景(或杂讯)信息的另一第一读出信号至差动放大器的第二输入端。并且，读出电路315可根据第二图像感测信号以输出另一第二读出信号至差动放大器302的第一输入端。由于读出电路315取得的图像感测信号亦有相同背景(或杂讯)信息，因此差动放大器的输出端可输出去背景杂讯的第二图像感测信号。读出电路314可根据下斜坡信号(斜坡信号Vramp11)以及另一参考信号输出第二读出信号，并且读出电路315可根据上斜坡信号(斜坡信号Vramp12)以及第二图像感测信号输出第二读出信号。因此，光电二极管PD2所提供的图像感测信号可被有效地读出至后段信号处理电路进行分析，以产生对应于光电二极管PD2的感测像素的图像感测信息。
以此类推，对于光电二极管PD3以及光电二极管PD4的曝光结果，根据斜坡信号Vramp21、斜坡信号Vramp22、时序S_rst22以及时序S_rst23，在时间t11至时间t13，光电二极管PD3的感测像素的图像感测信息以及背景(或杂讯)信息可被读出电路324以及读出电路334读出，以使产生对应于光电二极管PD3的感测像素的图像感测信息。在时间t13至时间t15，光电二极管PD4的感测像素的图像感测信息以及背景(或杂讯)信息可被读出电路334以及读出电路324读出，以使产生对应于光电二极管PD4的感测像素的图像感测信息。换言之，本实施例的图像传感器可有效地取得具有较低失真的图像感测信息，并且可以通过相邻感测像素共用读出电路的方式来节省电路面积以及传感器成本。
另外，值得注意的是，当本实施例的图像传感器操作在图像感测模式时，图像传感器的全部光电二极管在此一个图框期间中的曝光期间是进行全局快门曝光操作。并且，图像传感器还可包括如图3的多个读出电路，并且这些读出电路在此一个图框期间中的多个读出期间中是进行卷帘读出操作。
另外，值得注意的是，当本实施例的图像传感器操作在图像感测模式时，有一半的存储单元为闲置，因此可以在读出电路进行卷帘快门读出操作时，同时进行下一次的全局快门曝光操作，而曝光信息存储于该闲置的存储单元。如此一来，可以提升图像感测的影格率。
综上所述，本发明的图像传感器以及图像感测方法，可取得具有较低失真的动态视觉感测结果以及较低背景杂讯的图像感测结果与较高的影格率，并且可使本发明的图像传感器可采用较低硬体成本来实现动态视觉感测功能以及图像感测功能。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (20)

1.一种图像传感器，其特征在于，包括：
感测像素，包括：
光电二极管；
第一存储电路，耦接所述光电二极管；
第一读出电路，耦接所述第一存储电路以及前一级感测像素的另一第二存储电路；
第二存储电路，耦接所述光电二极管；以及
第二读出电路，耦接所述第二存储电路以及下一级感测像素的另一第一存储电路，
其中当所述图像传感器操作在动态视觉感测模式中，所述第一存储电路存储所述光电二极管在第一图框期间的第一曝光期间中所提供的第一动态视觉感测信号，并且所述第二存储电路存储所述光电二极管在所述第一图框期间的第二曝光期间中所提供的第二动态视觉感测信号，
其中所述第一读出电路以及所述第二读出电路同时根据所述第一动态视觉感测信号以及所述第二动态视觉感测信号输出第一读出信号以及第二读出信号至差动放大器的第一输入端以及第二输入端。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述第一读出电路根据第一上斜坡信号以及所述第一动态视觉感测信号输出所述第一读出信号，并且所述第二读出电路根据第一下斜坡信号以及所述第二动态视觉感测信号输出所述第二读出信号。
3.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，还包括多个感测像素，并且所述多个感测像素包括多个光电二极管，其中当所述图像传感器操作在所述动态视觉感测模式中，所述多个光电二极管在所述第一图框期间中的所述第一曝光期间进行第一全局快门曝光操作，并且所述多个光电二极管在所述第一图框期间中的所述第二曝光期间进行第二全局快门曝光操作，
其中所述图像传感器还包括多个第一读出电路以及多个第二读出电路，并且所述多个第一读出电路以及所述多个第二读出电路在所述第一图框期间中的多个第一读出期间中进行第一卷帘读出操作。
4.根据权利要求3所述的图像传感器，其特征在于，所述感测像素通过所述第一读出电路以及所述第二读出电路在所述多个第一读出期间的其中之一个中分别读出所述感测像素的所述第一存储电路以及所述第二存储电路所存储的所述第一动态视觉感测信号以及所述第二动态视觉感测信号，并且在所述多个第一读出期间的其中之下一个中，所述下一级感测像素通过所述第二读出电路以及另一第二读出电路在所述多个第一读出期间的其中之下一个中分别读出所述下一级感测像素的所述另一第一存储电路以及又第二存储电路的另一第一动态视觉感测信号以及另一第二动态视觉感测信号，
其中所述另一第二读出电路还耦接下下一级感测像素的又一第一存储电路。
5.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，当所述图像传感器操作在图像感测模式中，所述第一存储电路存储所述光电二极管在第二图框期间中的第三曝光期间所提供的第一图像感测信号，并且所述第二存储电路为闲置状态，其中所述第一读出电路以及所述第二读出电路同时根据所述第一图像感测信号以及参考信号输出第三读出信号以及第四读出信号至所述差动放大器的所述第一输入端以及所述第二输入端。
6.根据权利要求5所述的图像传感器，其特征在于，所述图像传感器交替操作为所述动态视觉感测模式与所述图像感测模式。
7.根据权利要求5所述的图像传感器，其特征在于，所述第一读出电路根据第二上斜坡信号以及所述第一图像感测信号输出所述第三读出信号，并且所述第二读出电路根据第二下斜坡信号以及所述参考信号输出所述第四读出信号。
8.根据权利要求5所述的图像传感器，其特征在于，还包括多个光电二极管，当所述图像传感器操作在所述图像感测模式中，所述多个光电二极管在所述第二图框期间中的所述第三曝光期间进行第三全局快门曝光操作，
其中所述图像传感器还包括多个第一读出电路以及多个第二读出电路，并且所述多个第一读出电路以及所述多个第二读出电路在所述第二图框期间中的多个第二读出期间中进行第二卷帘读出操作。
9.根据权利要求8所述的图像传感器，其特征在于，所述感测像素通过所述第一读出电路以及所述第二读出电路在所述多个第二读出期间的其中之一个中分别读出所述感测像素的所述第一存储电路所存储的所述第一图像感测信号以及所述参考信号，并且所述下一级感测像素通过所述第二读出电路以及另一第二读出电路在所述多个第二读出期间的其中之下一个中分别读出所述下一级感测像素的另一第一存储电路所存储的另一第一图像感测信号以及另一参考信号，
其中所述另一第二读出电路还耦接下下一级感测像素的又一第一存储电路。
10.根据权利要求9所述的图像传感器，其特征在于，当所述图像传感器操作在所述图像感测模式中，所述第二存储电路存储所述光电二极管在下一第二图框期间中的下一第三曝光期间所提供的下一第一图像感测信号，并且所述第一存储电路为闲置状态，其中所述第一读出电路以及所述第二读出电路同时根据下一参考信号以及所述下一第一图像感测信号输出下一第三读出信号以及下一第四读出信号至所述差动放大器的所述第二输入端以及所述第一输入端。
11.根据权利要求10所述的图像传感器，其特征在于，所述下一第三曝光期间与所述多个第二读出期间未重叠。
12.根据权利要求10所述的图像传感器，其特征在于，所述下一第三曝光期间与所述多个第二读出期间重叠。
13.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述感测像素还包括：
第一重置开关，其中所述第一重置开关的第一端耦接第一重置信号，并且所述第一重置开关的第二端耦接所述光电二极管。
14.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述第一存储电路包括：
第一输出开关，其中所述第一输出开关的第一端耦接所述光电二极管；以及
第一存储单元，耦接所述第一输出开关的第二端；
其中所述第二存储电路包括：
第二输出开关，其中所述第二输出开关的第一端耦接所述光电二极管；以及
第二存储单元，耦接所述第二输出开关的第二端。
15.根据权利要求14所述的图像传感器，其特征在于，所述第一存储单元以及所述第二存储单元可分别为电容或未受光的光电二极管。
16.根据权利要求15所述的图像传感器，其特征在于，所述第一读出电路包括：
第三输出开关，其中所述第三输出开关的第一端耦接所述第一存储单元；
第一读出开关，其中所述第一读出开关的控制端耦接所述第三输出开关的第二端；以及
第一选择开关，其中所述第一选择开关的第一端耦接所述第一读出开关的第一端；
其中所述第二读出电路包括：
第四输出开关，其中所述第四输出开关的第一端耦接所述第二存储单元；
第二读出开关，其中所述第二读出开关的控制端耦接所述第四输出开关的一第二端；以及
第二选择开关，其中所述第二选择开关的第一端耦接所述第二读出开关的第一端。
17.根据权利要求16所述的图像传感器，其特征在于，所述第一读出电路还包括：
第二重置开关，其中所述第二重置开关的第一端耦接第二重置信号，并且所述第二重置开关的第二端耦接所述第三输出开关的所述第二端；
其中所述第二读出电路还包括：
第三重置开关，其中所述第三重置开关的第一端耦接第三重置信号，并且所述第三重置开关的第二端耦接所述第四输出开关的所述第二端。
18.根据权利要求16所述的图像传感器，其特征在于，所述第一读出电路还包括：
第一斜坡电容，其中所述第一斜坡电容的第一端耦接第一斜坡信号，并且所述第一斜坡电容的第二端耦接所述第三输出开关的所述第二端；
其中所述第二读出电路还包括：
第二斜坡电容，其中所述第二斜坡电容的第一端耦接第二斜坡信号，并且所述第二斜坡电容的第二端耦接所述第四输出开关的所述第二端。
19.一种图像感测方法，其特征在于，包括：
当图像传感器操作在动态视觉感测模式中，
通过第一存储电路存储光电二极管在第一图框期间的第一曝光期间中所提供的第一动态视觉感测信号；
通过第二存储电路存储所述光电二极管在所述第一图框期间的第二曝光期间中所提供的第二动态视觉感测信号；以及
通过第一读出电路以及第二读出电路同时根据所述第一动态视觉感测信号以及所述第二动态视觉感测信号输出第一读出信号以及第二读出信号至差动放大器的第一输入端以及第二输入端，
其中所述第一读出电路耦接所述第一存储电路以及前一级感测像素的另一第二存储电路，并且所述第二读出电路耦接所述第二存储电路以及下一级感测像素的另一第一存储电路。
20.根据权利要求19所述的图像感测方法，其特征在于，还包括：
当所述图像传感器操作在图像感测模式中，
通过所述第一存储电路存储所述光电二极管在第二图框期间中的第三曝光期间所提供的第一图像感测信号；
操作所述第二存储电路在所述第二图框期间中为闲置状态；以及
通过所述第一读出电路以及所述第二读出电路同时根据所述第一图像感测信号以及参考信号输出第三读出信号以及第四读出信号至所述差动放大器的所述第一输入端以及所述第二输入端。
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