CN115278100B - 一种像素单元电路、信号采集装置和信号采集方法 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供一种像素单元电路、信号采集装置和信号采集方法，涉及图像传感器领域，用于解决在读出图像传感器产生的图像信号时，图像传感器的曝光时间较短，成像质量较差的问题，实现提高图像传感器的曝光时间以及成像质量的技术效果。通过信号保存及读出电路保存第一像素单元产生的第一复位信号，在保存第一复位信号之后，通过信号保存及读出电路保存第二像素单元产生的第二复位信号，在保存第二复位信号之后，通过信号保存及读出电路保存第一像素单元产生的第一光电信号，通过信号保存及读出电路输出第一复位信号和第一光电信号。本申请实施例用于读出图像传感器产生的图像信号的过程中。
Description
技术领域
本申请实施例涉及图像传感器领域，尤其涉及一种像素单元电路、信号采集装置和信号采集方法。
背景技术
图像传感器是一种将光学图像转换成电子信号的设备，被广泛应用在数码相机和其他电子光学设备中。图像传感器中包括由多个光敏像素单元组成的像素单元电路，图像传感器的成像质量与像素单元电路的受光面积、入射光的光强以及曝光时间(即入射光的时间)等因素有关。
图像传感器在暗态环境下感光灵敏度较低，成像的对比度较差，因此图像传感器在暗态环境下的成像质量较差。想要提高图像传感器的成像质量，就需要增加图像传感器的曝光时间，但增加图像传感器的曝光时间会导致图像传感器的感测帧率降低，使得图像传感器无法快速感知物体的高速运动，从而导致图像传感器的显示效果降低。
发明内容
本申请实施例提供一种像素单元电路、信号采集装置和信号采集方法，应用于电子设备，可以在图像传感器工作时，在不改变图像传感器的感测帧率的情况下，增加图像传感器的曝光时间，从而提高了图像传感器的成像质量。
为达到上述目的，本申请实施例采用如下技术方案：
第一方面，本申请实施例提供一种信号采集方法，该方法应用于像素单元电路，像素单元电路包括第一像素单元、第二像素单元和信号保存及读出电路；第一像素单元和第二像素单元位于像素单元电路的不同行，第一像素单元和第二像素单元位于像素单元电路的同一列；信号保存及读出电路包括第一电容、第二电容和第三电容，第一电容的第一端与第二电容的第一端耦合，第二电容的第一端与第三电容的第一端耦合；该方法包括：通过信号保存及读出电路保存第一像素单元产生的第一复位信号，第一复位信号用于向第一像素单元提供固定电压；在保存第一复位信号之后，通过信号保存及读出电路保存第二像素单元产生的第二复位信号，第二复位信号用于向第二像素单元提供固定电压，第二复位信号用于确定第二像素单元接收到的光强；在保存第二复位信号之后，通过信号保存及读出电路保存第一像素单元产生的第一光电信号，第一光电信号是第一像素单元接收到的光信号转换成的电信号；通过信号保存及读出电路输出第一复位信号和第一光电信号，其中，第一复位信号和第一光电信号用于确定第一像素单元接收到的光强。由此，本申请提供的信号采集方法，应用于像素单元电路，该像素单元电路通过增加电容的方式，能够在保存第一像素单元的第一光电信号之前，先保存第二像素单元的第二复位信号，使得不同行的像素单元产生的复位信号和光电信号交替保存并输出，从而延长了图像传感器的曝光时间，延长了第一像素单元产生第一光电信号的时间。相比于现有技术中使用两个电容保存并传输一行像素单元产生的复位信号和光电信号之后，再保存并传输下一行像素单元产生的复位信号和光电信号，导致图像传感器的曝光时间较短，本申请能够有效延长图像传感器的曝光时间，提高图像传感器的成像质量，特别是提高了图像传感器在暗态环境下的成像对比度。
在一种可能的设计中，该方法还包括：在保存第一光电信号之后，通过信号保存及读出电路保存第二像素单元产生的第二光电信号，第二光电信号用于将第二像素单元接收到的光信号转换成电信号；通过信号保存及读出电路输出第二复位信号和第二光电信号。由此，本申请提供的信号采集方法，应用于像素单元电路，该像素单元电路通过增加电容的方式，在工作时，能够使不同行的像素单元产生的复位信号和光电信号交替保存并输出，从而延长了图像传感器的曝光时间，提高了图像传感器的成像质量。
在一种可能的设计中，第一电容，用于保存第一像素单元产生的第一复位信号，第三电容，用于保存第二像素单元产生的第二复位信号，第二电容，用于先保存第一像素单元产生的第一光电信号，再保存第二像素单元产生的第二光电信号。由此，本申请提供的信号采集方法，应用于像素单元电路，该像素单元电路通过增加一个电容的方式，使不同行的像素单元(即第一像素单元和第二像素单元)可以使用不同的电容(即第一电容和第三电容)保存复位信号(即第一复位信号和第二复位信号)，从而使不同行的像素单元产生的复位信号和光电信号交替保存并输出，延长了图像传感器的曝光时间，提高了图像传感器的成像质量。
在一种可能的设计中，像素单元电路包括由N行M列的像素单元组成的像素单元电路，其中，N为大于零的整数，M为大于零的整数；信号保存及读出电路，用于保存第M列的像素单元产生的光电信号和复位信号，其中，第M列的像素单元包括第一像素单元和第二像素单元。由此，本申请的信号采集方法，应用于像素单元电路，该像素单元电路包括多个像素单元。
在一种可能的设计中，像素单元电路还包括：控制器，控制器包括第一时序电路和第二时序电路，第一时序电路用于控制第一像素单元的第一开关，第二时序电路用于控制第二像素单元的第二开关，第一开关用于控制第一像素单元产生第一光电信号，第二开关用于控制第二像素单元向信号保存及读出电路输出第二复位信号和第二光电信号；第一时序电路和第二时序电路产生的波形相同。由此，本申请的信号采集方法能够使第一像素单元的第一开关和第二像素单元的第二开关复用相同的时序电路，只需要改变该时序电路产生的波的相位差即可，从而方便了对开关的控制以及对时序电路的设计。
第二方面，本申请实施例提供一种像素单元电路，包括第一像素单元、第二像素单元和信号保存及读出电路；第一像素单元和第二像素单元位于像素单元电路的不同行，第一像素单元和第二像素单元位于像素单元电路的同一列；信号保存及读出电路包括第一电容、第二电容和第三电容，第一电容的第一端与第二电容的第一端耦合，第二电容的第一端与第三电容的第一端耦合。
由此，本申请提供的像素单元电路，通过增加电容的方式，能够使不同行的像素单元可以使用不同的电容保存复位信号，从而使不同行的像素单元产生的复位信号和光电信号交替保存并输出。相比于现有技术中使用两个电容保存并传输一行像素单元产生的复位信号和光电信号之后，再保存并传输下一行像素单元产生的复位信号和光电信号，导致图像传感器的曝光时间较短，本申请的像素单元电路能够延长图像传感器的曝光时间，提高图像传感器的成像质量。
在一种可能的设计中，信号保存及读出电路，用于执行以下步骤：保存第一像素单元产生的第一复位信号，第一复位信号用于向第一像素单元提供固定电压；在保存第一复位信号之后，保存第二像素单元产生的第二复位信号，第二复位信号用于向第二像素单元提供固定电压，第二复位信号用于确定第二像素单元接收到的光强；在保存第二复位信号之后，保存第一像素单元产生的第一光电信号，第一光电信号是第一像素单元接收到的光信号转换成的电信号；输出第一复位信号和第一光电信号，其中，第一复位信号和第一光电信号用于确定第一像素单元接收到的光强。由此，本申请提供的像素单元电路，能够在保存第一像素单元的第一光电信号之前，先保存第二像素单元的第二复位信号，使得不同行的像素单元产生的复位信号和光电信号交替保存并输出，从而延长了图像传感器的曝光时间，延长了第一像素单元产生第一光电信号的时间。相比于现有技术中使用两个电容保存并传输一行像素单元产生的复位信号和光电信号之后，再保存并传输下一行像素单元产生的复位信号和光电信号，导致图像传感器的曝光时间较短，本申请能够有效延长图像传感器的曝光时间，提高图像传感器的成像质量。
在一种可能的设计中，信号保存及读出电路，还用于执行以下步骤：在保存第一光电信号之后，保存第二像素单元产生的第二光电信号，第二光电信号用于将第二像素单元接收到的光信号转换成电信号；输出第二复位信号和第二光电信号。由此，本申请提供的像素单元电路在工作时，能够使不同行的像素单元产生的复位信号和光电信号交替保存并输出，从而延长了图像传感器的曝光时间，提高了图像传感器的成像质量。
在一种可能的设计中，第一电容，用于保存第一像素单元产生的第一复位信号；第三电容，用于保存第二像素单元产生的第二复位信号；第二电容，用于先保存第一像素单元产生的第一光电信号，再保存第二像素单元产生的第二光电信号。由此，本申请提供的像素单元电路通过增加一个电容的方式，使不同行的像素单元(即第一像素单元和第二像素单元)可以使用不同的电容(即第一电容和第三电容)保存复位信号(即第一复位信号和第二复位信号)，从而使不同行的像素单元产生的复位信号和光电信号交替保存并输出，延长了图像传感器的曝光时间，提高了图像传感器的成像质量。
在一种可能的设计中，像素单元电路包括由N行M列的像素单元组成的像素单元电路，其中，N为大于零的整数，M为大于零的整数；信号保存及读出电路，用于保存第M列的像素单元产生的光电信号和复位信号，其中，第M列的像素单元包括第一像素单元和第二像素单元。由此，本申请的像素单元电路包括多个像素单元。
在一种可能的设计中，像素单元电路还包括：控制器，控制器包括第一时序电路和第二时序电路，第一时序电路用于控制第一像素单元的第一开关，第二时序电路用于控制第二像素单元的第二开关，第一开关用于控制第一像素单元产生第一光电信号，第二开关用于控制第二像素单元向信号保存及读出电路输出第二复位信号和第二光电信号；第一时序电路和第二时序电路产生的波形相同。由此，本申请的像素单元电路能够使第一像素单元的第一开关和第二像素单元的第二开关复用相同的时序电路，只需要改变该时序电路产生的波的相位差即可，从而方便了对开关的控制以及对时序电路的设计。
第三方面，本申请实施例提供一种图像传感器，包括如第二方面所述的像素单元电路。
第四方面，提供了一种成像方法，成像方法应用于如第三方面所述的图像传感器，图像传感器包括模数转换器，以及如第二方面所述的像素单元电路；该成像方法包括：通过像素单元电路生成目标信号；通过模数转换器将目标信号转换成数字信号。
第五方面，本申请实施例提供一种电子设备，包括如第三方面所述的图像传感器。
第六方面，本申请实施例提供一种芯片，该芯片包括如第二方面所述的像素单元电路。
第七方面，本申请实施例提供一种信号采集装置，该信号采集装置包括如第二方面所述的像素单元电路、如第三方面所述的图像传感器和如第五方面所述的电子设备。
上述其他方面对应的有益效果，可以参见关于第一方面的有益效果的描述，此处不予赘述。
附图说明
图1为一种像素单元电路的示意图；
图2为一种像素单元电路的时序示意图；
图3为本申请提供的一种像素单元电路的结构示意图；
图4为本申请提供的一种图像传感器的结构示意图；
图5为本申请提供的一种电子设备的结构示意图；
图6为本申请提供的一种信号采集方法的流程示意图；
图7为本申请提供的一种像素单元电路的示意图；
图8为本申请提供的一种像素单元电路的时序示意图；
图9为本申请提供的一种电子设备的结构组成示意图。
具体实施方式
为了便于理解，示例性地给出了部分与本申请实施例相关概念的说明以供参考。如下所示：
图像传感器：能够利用光电器件的光电转换功能将感光面上的光像分成许多小单元，将其转换为与光像成相应比例关系的可用的电信号的一种功能器件。
光电二极管：光电二极管具有正向导通反向截止的特性，当在光电二极管上加反向偏置电压时，就会给光电二极管充电，当光电二极管充满电之后，光子的射入会导致光电二极管内部激发出新的电子-空穴对，与原来充电形成的电子-空穴对进行配对放电，形成光生电流。因此，光电二极管能够利用光子引起的电子跃迁将光信号(光强)转变成电信号(光生电流)，光生电流与光强成正比，光的照度越大，光生电流越大。
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。其中，在本申请实施例的描述中，除非另有说明，“/”表示或的意思，例如，A/B可以表示A或B；本文中的“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，在本实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
以下，术语“第一”、“第二”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”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实施例的描述中，除非另有说明，“耦合”的含义指两个或两个以上的电路元件直接连接或间接连接的意思，例如，A与B耦合可以表示A直接与B连接，或A通过C与B连接。
读出图像传感器产生的图像信号的方法有滚动曝光模式和全局曝光模式两种，其中，滚动曝光模式是对图像传感器中的像素单元电路逐行曝光并逐行读出，全局曝光模式是对所有光敏像素单元同时曝光并同时读出。图像传感器使用滚动曝光模式读出图像信号时，像素单元电路如图1所示，图1中只示出了像素单元电路中的一列。像素单元电路可以理解为由N行M列的像素单元组成的像素矩阵，N和M均为大于0的整数，其中每列共用一个列总线，像素单元电路中位于同一列不同行的像素单元耦合在同一个列总线上，每个像素单元包括一个光电二极管(photodiode，PD)和四个金属-氧化物-半导体场效应晶体(metaloxide semiconductor，MOS)管。位于同一列的像素单元除了耦合在同一个列总线之外，还与同一个读出电路耦合，即共用同一个读出电路，读出电路包括两个MOS管和两个电容。
其中，光电二极管用于将接收到的光信号转换成电信号，光电二极管产生的光电信号(即为像素单元接收到的光信号转换成的电信号)能够控制部分MOS管的导通状态，MOS管导通可以理解为MOS管中有电流通过，MOS管不导通可以理解为MOS管中没有电流通过。每个像素单元中包括的四个MOS管分别为M1、M2、M3和M4，读出电路中包括的两个MOS管分别为M5和M6，均可以理解为开关，用于控制像素单元电路的导通状态。其中，控制器(图1中未示出)能够控制M1、M2、M4、M5和M6的导通状态，具体是向MOS管的控制端输入高电平，使MOS管导通，或者向MOS管的控制端输入低电平，使MOS管不导通。M1的导通状态用于控制光电二极管的曝光时间，即控制光电二极管产生光电信号，M2的导通状态用于提供复位信号，复位信号能够向像素单元提供固定电压，M3具有源跟随特性，M4用于控制像素单元电路的行选择，M5和M6分别用于控制电容C1和C2保存信号。两个电容分别为C1和C2，用于保存光电信号和复位信号。
如图2所示，为图1所示的像素单元电路的工作时序图，图1所示的像素单元电路在工作时，包括以下几个步骤：
步骤1、t1时刻，控制器控制第N行的M1和M2导通。
第N行的M1和M2导通，从而第N行的M2控制输出的第N行的复位信号能够对第N行的光电二极管以及第N行的M3的栅极进行复位，第N行的复位信号的电压为Vreset，相当于电源电压VDD。并且电源电压VDD能够对第N行的光电二极管进行反向加压，相当于给第N行的光电二极管充电。
步骤2、t2时刻，控制器控制第N行的M1和M2不导通，控制第N行的M4和读出电路的M5导通。
第N行的M1关闭时相当于打开了第N行的图像传感器的电子快门，从而第N行的光电二极管能够接收光信号，开始处于曝光状态。
第N行的M4和读出电路的M5导通后，由于M3具有源跟随特性，即M3的源极跟随M3的栅极的变化而变化，可以理解为M3的源极的电位与M3的栅极的电位呈线性相关，因此M3的源极会跟随M3的栅极的第N行的复位信号，并将第N行的复位信号传输到M5和C1处，使得电容C1保存第N行的复位信号，可以理解为电容C1两端的电位差为Vreset。
步骤3、t3时刻，控制器控制第N行的M4和读出电路的M5不导通，控制第N行的M1导通。
读出电路的M5不导通使得电容C1中保持存储第N行的复位信号的电压Vreset。
第N行的M1导通后，第N行的光电二极管处于曝光状态时产生的第N行的光电信号会向M3的栅极处传输，第N行的光电信号的电压为Vsignal，用于反映第N行的光电二极管所接收到的光强度的大小。
步骤4、t4时刻，控制器控制第N行的M1不导通，控制第N行的M4和读出电路的M6导通。
第N行的M4和读出电路的M6导通后，由于M3具有源跟随特性，M3的源极会跟随M3的栅极的第N行的光电信号，并将第N行的光电信号传输到M6和C2处，使得电容C2保存第N行的光电信号，可以理解为电容C2两端的电位差为Vsignal。
步骤5、t5时刻，控制器控制第N行的M2导通，控制第N行的M4和读出电路的M6不导通。
控制器控制第N行恢复初始状态，即M1和M4不导通，M2导通的状态。
读出电路的M6不导通使得电容C2中保持存储第N行的光电信号的电压Vsignal。
步骤6、C1中存储的第N行的复位信号和C2中存储的第N行的光电信号传输至后端电路。
C1和C2中分别存储了第N行的复位信号和第N行的光电信号之后，后端电路将对该第N行的复位信号和第N行的光电信号进行减法运算，得到第N行的图像信号的电压Vout＝Vreset-Vsignal。
至此，图1所示的像素单元电路在使用滚动曝光模式读出图像信号时，已完成了第N行的图像信号的读出(图1只示出了像素单元电路的其中一列，实际工作时，像素单元电路的每一列都会执行上述步骤)，接下来会重复上述步骤，完成第N+1行的图像信号的读出等，直至像素单元电路的所有行的图像信号全部读出完毕。
可以看出，图1所示的像素单元电路在工作时，先保存第N行的复位信号，再保存第N行的光电信号，然后将第N行的复位信号和第N行的光电信号在后端电路做减法运算，得到第N行的图像信号。接着会继续保存第N+1行的复位信号，再保存第N+1行的光电信号，然后将第N+1行的复位信号和第N+1行的光电信号在后端电路做减法运算，得到第N+1行的图像信号，以此类推。像素单元的曝光时间为从开关M1关闭到开关M1再次关闭之间的时间，以第N行像素单元的曝光时间为例，即为图2所示的时序图中t2时刻开始到t4时刻之间的时间之和，即该图1所示的像素单元电路所组成图像传感器的曝光时间为t2时刻开始到t4时刻之间的时间之和。
目前，为了增加图像传感器的曝光时间，会通过减小读出电路的读出噪声的方式来提高图像的信噪比的方法，也有在读出噪声不变的情况下，通过增加像素单元电路的受光面积，来提高图像传感器的感光灵敏度的方法。但前者方法需要对读出电路做比较大的调整，或者需要通过改变制造工艺来降低像素单元电路中的源跟随器噪声，导致工作量和成本较大。后者方法则需要通过两个或者四个像素单元共用读出电路的结构，可以理解为使两个或者四个像素单元合成为一个像素单元，在电路版图上来提高受光面积在像素单元电路中占的比例，以此来提高图像传感器在暗态环境下的成像质量。后者方法需要使用至少两根独立的信号线来输出光电信号，由于共用的读出电路需要分别输出各个像素单元上的光电信号，同一读出电路也需要被使用多次，从而增加了电路的复杂性，且增加光电信号的效果并不理想。
因此，本申请提出一种信号采集方法，应用于像素单元电路，该像素单元电路可以应用于图像传感器。考虑到现有技术中图像传感器在暗态环境下感光灵敏度较低且成像质量较差的问题，本申请的像素单元电路包括第一像素单元、第二像素单元和信号保存及读出电路，第一电容的第一端与第二电容的第一端耦合，第二电容的第一端与第三电容的第一端耦合。通过信号保存及读出电路先保存第一像素单元产生的第一复位信号，再保存第二像素单元产生的第二复位信号，再保存第一像素单元产生的第一光电信号，并输出第一复位信号和第一光电信号。本申请的信号采集方法在保存第一像素单元的第一光电信号之前，先保存第二像素单元的第二复位信号，从而延长了图像传感器的曝光时间，延长了第一像素单元产生第一光电信号的时间，但又不会改变信号保存及读出电路的将第一复位信号和第一光电信号传输至输出端的读出时间，即图像传感器的感测帧率不变，因此能够既保证了图像传感器的显示效果，又提高了图像传感器的成像质量，特别是提高了图像传感器在暗态环境下的成像对比度。
本申请提出的像素单元电路可以应用于图像传感器中，例如应用于读出图像传感器产生的复位信号和光电信号的过程中，该图像传感器可以应用于电子设备中，具体可以应用于电子设备拍照的场景中。
如图3所示，其示出了本申请提供的一种像素单元电路的结构示意图，图3中以像素单元电路300示例的像素单元电路。像素单元电路300可以包括第一像素单元301、第二像素单元302和信号保存及读出电路303等，第一像素单元301用于产生第一光电信号和第一复位信号，第二像素单元302用于产生第二光电信号和第二复位信号，其中，第一像素单元301和第二像素单元302位于像素单元电路的同一列不同行。信号保存及读出电路303用于保存第一像素单元301和第二像素单元302产生的第一光电信号、第一复位信号、第二光电信号和第二复位信号，以及将第一光电信号、第一复位信号、第二光电信号和第二复位信号传输至输出端进行处理。
如图4所示，其示出了本申请提供的一种图像传感器的结构示意图，图4中以图像传感器400示例的图像传感器。图像传感器400可以包括像素单元电路300、控制电路402和后端电路403等，像素单元电路300为图3中所示的像素单元电路300，包括阵列分布的多个像素单元，每个像素单元都包括一个光电二极管，每个像素单元中的光电二极管用于将其像素单元电路表面的光信号(光强)转换为电信号(光生电流)。控制电路402包括时序电路、行选择电路和列选择电路等，用于对像素单元电路进行控制，例如可以通过时序电路控制晶体管的导通状态，可以理解为像素单元电路的控制器，通过行选择电路和列选择电路选取希望操作的像素单元，并将像素单元上的电信号读取出来等。后端电路403包括可编程增益放大器(pmgrammable gain amplifier，PGA)、相关双采样(correlated doublesampling，CDS)电路和模数转换器(analog-to-digital converter，ADC)等，用于对读出的电信号进行放大处理，并通过CDS消除干扰信号，提高信噪比，然后通过ADC转换成数字信号输出。
如图5所示，其示出了本申请提供的一种电子设备的结构示意图，图5中以电子设备500示例的电子设备，电子设备500可以为移动终端(如手机等)、平板电脑、笔记本电脑、照相机和摄像机等具有拍照功能的电子设备。电子设备500可以包括处理器501、存储器502和通信接口503等。
处理器501可以包括一个或多个处理单元。例如处理器501可以包括图形处理器(graphics processing unit，GPU)，图像信号处理器(image signal processor，ISP)，控制器，数字信号处理器(digital signal processor，DSP)等。其中，不同的处理单元可以是独立的部件，也可以集成在一个或多个处理器中。在一些实施例中，电子设备500也可以包括一个或多个处理器501。在本申请实施例中，处理器501还包括图像传感器400。
存储器502可以用于存储一个或多个计算机程序，该一个或多个计算机程序包括指令。处理器501可以通过运行存储在存储器502的上述指令，从而控制电子设备500执行本申请所提供的信号采集方法。
通信接口503可以用于与外部设备进行通信，可以是集成至少一个通信处理模块的一个或多个器件。
可以理解的是，本申请示意的结构并不构成对像素单元电路300、图像传感器400和电子设备500的具体限定。在本申请另一些实施例中，像素单元电路300、图像传感器400和电子设备500可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者拆分某些部件，或者不同的部件布置。图示的部件可以以硬件，软件或软件加硬件的组合实现。
本申请实施例示意的各模块间的接口连接关系，只是示意性说明，并不构成对像素单元电路300、图像传感器400和电子设备500的结构限定。在本申请另一些实施例中，像素单元电路300、图像传感器400和电子设备500也可以采用上述实施例中不同的接口连接方式，或多种接口连接方式的组合。
应用上述本申请提供的电子设备500，下面结合附图对本申请针对电子设备500所提出的一种信号采集方法，在电子设备500运行拍照功能时，通过先保存第一像素单元产生的第一复位信号，再保存第二像素单元产生的第二复位信号，之后再保存第一像素单元产生的第一光电信号，并将第一复位信号和第一光电信号传输至输出端，从而既不改变图像传感器的感测帧率，又提高了图像传感器的成像质量过程进行介绍。
如图6所示，为本申请提供的一种信号采集方法的流程示意图，该方法应用于像素单元电路，该像素单元电路可以为图3所示的像素单元电路300，该像素单元电路还可以为图7所示的像素单元电路700。其中，像素单元电路700包括第一像素单元701、第二像素单元702和信号保存及读出电路703，第一像素单元701和第二像素单元702位于像素单元电路700的不同行，第一像素单元701和第二像素单元702位于像素单元电路700的同一列，信号保存及读出电路703包括第一电容(图7中C1)、第二电容(图7中C2)和第三电容(图7中C3)，第一电容的第一端(q)与第二电容的第一端(s)耦合，第二电容的第一端(s)与第三电容的第一端(u)耦合。该方法包括：
步骤601、通过信号保存及读出电路保存第一像素单元产生的第一复位信号。
其中，复位信号是指整个像素单元处于复位状态时被读出的信号，第一复位信号用于向第一像素单元提供固定电压，例如第一复位信号用于向第一像素单元提供电源电压，可以理解为第一复位信号用于将第一像素单元复位到电源电压，第一复位信号属于电信号。
示例性的，第一像素单元701能够产生第一复位信号，像素单元电路700通过信号保存及读出电路703保存第一像素单元701产生的第一复位信号。
步骤602、在保存第一复位信号之后，通过信号保存及读出电路保存第二像素单元产生的第二复位信号。
其中，第二复位信号用于向第二像素单元提供固定电压，第二复位信号还用于确定第二像素单元接收到的光强，具体的，可以在像素单元电路的输出端根据第二复位信号进行计算确定出第二像素单元接收到的光强。像素单元电路可以理解为由N行M列的像素单元组成的像素矩阵，N和M均为大于0的整数，其中每列共用一个列总线，像素单元电路中位于同一列不同行的像素单元耦合在同一个列总线上。
示例性的，第二像素单元702能够产生第二复位信号，在保存第一复位信号之后，像素单元电路700通过信号保存及读出电路703保存第二像素单元702产生的第二复位信号。
步骤603、在保存第二复位信号之后，通过信号保存及读出电路保存第一像素单元产生的第一光电信号。
其中，第一光电信号是第一像素单元接收到的光信号转换成的电信号。像素单元包括光电二极管，光电二极管用于将光信号转变成电信号，可以理解为，光电信号是像素单元接收到的光信号转换成的电信号，即光电信号为电信号。
示例性的，第一像素单元701能够产生第一光电信号，在保存第二复位信号之后，像素单元电路700通过信号保存及读出电路703保存第一像素单元701产生的第一光电信号。
步骤604、通过信号保存及读出电路输出第一复位信号和第一光电信号。
其中，第一复位信号和第一光电信号用于确定第一像素单元701接收到的光强，具体的，可以在像素单元电路的输出端根据第一复位信号和第一光电信号进行计算确定出第一像素单元接收到的光强。第一复位信号和第一光电信号被传输至像素单元电路700的输出端，相当于传输至图像传感器的后端电路。后端电路接收到第一复位信号和第一光电信号之后，会将两者相减，得到第一像素单元701的图像信号，即第一复位信号和第一光电信号之差。
示例性的，像素单元电路700通过信号保存及读出电路703输出第一复位信号和第一光电信号，可以理解为像素单元电路700将第一复位信号和第一光电信号传输至后端电路，从而在后端电路得到第一像素单元701的图像信号。
由于本申请在步骤603生成并保存第一光电信号之前，还存在步骤602生成并保存第二复位信号，因此延长了产生第一光电信号的时间，延长了光入射光电二极管的时间，即延长了光电二极管的曝光时间，从而提高了光电二极管将光信号转换成电信号的效率，提高了图像传感器的成像质量。
在一些可选的实施例中，步骤604之后，还可以存在步骤605和步骤606。
步骤605、在保存第一光电信号之后，通过信号保存及读出电路保存第二像素单元产生的第二光电信号。
其中，第二光电信号是第二像素单元接收到的光信号转换成的电信号。
示例性的，第二像素单元702能够产生第二光电信号，在保存第一光电信号之后，像素单元电路700通过信号保存及读出电路703保存第二像素单元产生的第二光电信号。
步骤606、通过信号保存及读出电路输出第二复位信号和第二光电信号。
其中，第二复位信号和第二光电信号被传输至像素单元电路700的输出端，相当于传输至图像传感器的后端电路。后端电路接收到第二复位信号和第二光电信号之后，会将两者相减，得到第二像素单元702的图像信号，即第二复位信号和第二光电信号之差。
示例性的，像素单元电路700通过信号保存及读出电路703输出第二复位信号和第二光电信号，可以理解为像素单元电路700将第二复位信号和第二光电信号传输至后端电路，从而在后端电路得到第二像素单元702的图像信号。
因此，本申请提供的信号采集方法能够通过在保存第一像素单元的第一光电信号之前，先保存第二像素单元的第二复位信号，从而延长了图像传感器的曝光时间，延长了第一像素单元产生第一光电信号的时间，但又不会改变信号保存及读出电路的将第一复位信号和第一光电信号传输至输出端的读出时间，即图像传感器的感测帧率不变，因此能够既保证了图像传感器的显示效果，又提高了图像传感器的成像质量。本申请提供的信号采集方法具体可以通过图7所示的像素单元电路实现。
如图7所示，为本申请提供的一种像素单元电路的示意图，图7中只示出了像素单元电路中的一列。图7中以像素单元电路700示例的像素单元电路，该像素单元电路700包括第一像素单元701、第二像素单元702和信号保存及读出电路703。其中，第一像素单元701和第二像素单元702位于像素单元电路700的不同行，第一像素单元701和第二像素单元702位于像素单元电路700的同一列。第一像素单元701与第二像素单元702耦合，第二像素单元702与信号保存及读出电路703耦合，信号保存及读出电路703包括第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3，第一电容的第一端(q)与第二电容的第一端(s)耦合，第二电容的第一端(s)与第三电容的第一端(u)耦合。
第一像素单元701用于产生第一复位信号和第一光电信号，第一复位信号用于向第一像素单元提供固定电压，第一光电信号是第一像素单元接收到的光信号转换成的电信号，可以理解为第一复位信号和第一光电信号都属于电信号，第一复位信号和第一光电信号用于确定第一像素单元701接收到的光强。具体可以参见上述对图6的描述，此处不过多赘述。
第二像素单元702用于产生第二复位信号和第二光电信号，第二复位信号用于向第二像素单元提供固定电压，第二光电信号是第二像素单元接收到的光信号转换成的电信号，可以理解为，第二复位信号和第二光电信号都属于电信号，第二复位信号和第二光电信号用于确定第二像素单元702接收到的光强。具体可以参见上述对图6的描述，此处不过多赘述。
信号保存及读出电路703用于保存第一像素单元产生的第一复位信号，在保存第一复位信号之后，再保存第二像素单元产生的第二复位信号，在保存所述第二复位信号之后，再保存第一像素单元产生的第一光电信号，并输出第一复位信号和第一光电信号。可以理解为，信号保存及读出电路703接收第一像素单元701产生的第一复位信号并保存第一复位信号，再接收第二像素单元702产生的第二复位信号并保存第二复位信号，再接收第一像素单元701产生的第一光电信号并保存第一光电信号，并输出第一复位信号和第一光电信号至后端电路。具体可以参见上述对图6的描述，此处不过多赘述。
具体的，该像素单元电路700中的第一像素单元701包括一个光电二极管PD和四个开关，四个开关分别为M1、M2、M3和M4，第二像素单元702与第一像素单元701结构相同，第一像素单元701和第二像素单元702都与列总线耦合，第一像素单元701和第二像素单元702还都与信号保存及读出电路703耦合。信号保存及读出电路703包括三个开关和三个电容，三个开关分别为M5、M6和M7，三个电容分别为C1、C2和C3。其中，以第一像素单元701为例，第一像素单元701的光电二极管的第一端(o)与M1的第二端(b)耦合，光电二极管的第二端(p)接地，M1的第一端(a)与M2的第二端(d)耦合，M2的第一端(c)与电源耦合，M3的第一端(e)与电源耦合，M3的第二端(f)与M4的第二端(h)耦合，M3的控制端与M2的第二端(d)耦合，M4的第一端(g)与列总线耦合，列总线与信号保存及读出电路703的M5的第一端(i)耦合，M5的第二端(j)与电容C1的第一端(q)耦合后接地，M5的第一端(i)与M6的第一端(k)耦合，M6的第二端(l)与电容C2的第一端(s)耦合后接地，M6的第一端(k)与M7的第一端(m)耦合，M7的第二端(n)与电容C3的第一端(u)耦合后接地，M5的第二端(j)、M6的第二端(l)和M7的第二端(n)都与输出端耦合。
在一些可选的实施例中，信号保存及读出电路703还用于在保存第一光电信号之后，保存第二像素单元702产生的第二光电信号，输出第二复位信号和第二光电信号。
其中，第二光电信号用于将第二像素单元702接收到的光信号转换成电信号。信号保存及读出电路703接收并保存第二像素单元702产生的第二光电信号之后，会输出第二复位信号和第二光电信号至后端电路，以使后端电路对第二复位信号和第二光电信号相减，得到第二像素单元702的图像信号。
在一些可选的实施例中，信号保存及读出电路703包括第一电容、第二电容和第三电容。
其中，第一电容用于保存第一像素单元701产生的第一复位信号，可以理解为第一像素单元701产生的第一复位信号传输至信号保存及读出电路703中，被信号保存及读出电路703中的第一电容所保存，即第一电容两端的电压之差为第一复位信号的电压。
第三电容用于保存第二像素单元702产生的第二复位信号，可以理解为第二像素单元702产生的第二复位信号传输至信号保存及读出电路703中，被信号保存及读出电路703中的第三电容所保存，即第三电容两端的电压之差为第二复位信号的电压。
第二电容用于先保存第一像素单元701产生的第一光电信号，再保存第二像素单元702产生的第二光电信号，可以理解为第一像素单元701产生的第一光电信号传输至信号保存及读出电路703中，被信号保存及读出电路703中的第二电容所保存，即第二电容两端的电压之差为第一光电信号的电压。之后第二像素单元702产生的第二光电信号传输至信号保存及读出电路703中，被信号保存及读出电路703中的第二电容所保存，即第二电容两端的电压之差被替换为第二光电信号的电压。
在一些可选的实施例中，像素单元电路700中的信号保存及读出电路703可以包括多个电容。
其中，电容的数量越多，即表示在第一像素单元701产生第一光电信号之前，信号保存及读出电路703中的多个电容能够保存多个其他像素单元的复位信号。例如若信号保存及读出电路703有四个电容，分别为第一电容、第二电容、第三电容和第四电容，则先由第一电容保存第N行的第一复位信号，之后由第三电容保存第N+1行的第二复位信号，再之后由第四电容保存第N+2行的第三复位信号，然后再由第二电容保存第N行的第一光电信号，因此第N行的光电二极管的曝光时间被延长。可以理解为电容的数量越多，像素单元中的光电二极管曝光的时间越长。
在一些可选的实施例中，像素单元电路700包括由N行M列的像素单元组成的像素单元电路，信号保存及读出电路703用于保存第M列的像素单元产生的光电信号和复位信号。
其中，像素单元电路700包括由N行M列的像素单元组成的像素单元电路可以理解为像素单元电路700是由N行M列的像素单元组成的像素矩阵，N为大于零的整数，M为大于零的整数。信号保存及读出电路703用于保存像素单元电路700中第M列的像素单元产生的光电信号和复位信号，第M列的像素单元包括第一像素单元和第二像素单元，可以理解为信号保存及读出电路703能够保存多个不同行的像素单元产生的光电信号和复位信号。
在一些可选的实施例中，像素单元电路700还包括控制器(图7中未示出)，控制器包括第一时序电路和第二时序电路。
以第一像素单元701和信号保存及读出电路703为例，M1的控制端与控制器耦合，M2的控制端与控制器耦合，M4的控制端控制器耦合，M5的控制端与控制器耦合，M6的控制端与控制器耦合，M7的控制端与控制器耦合。控制器用于控制开关M1、M2、M4、M5、M6和M7的控制端，可以理解为控制器用于控制开关M1、M2、M4、M5、M6和M7的导通状态，具体为控制器向开关的控制端输入高电平，使开关导通，或者向开关的控制端输入低电平，使开关不导通，开关导通可以理解为开关中有电流通过，开关不导通可以理解为开关中没有电流通过。
可以理解的是，控制器是多个像素单元共用的控制器，控制器不仅用于控制一个像素单元。
具体的，控制器的第一时序电路用于控制第一像素单元的第一开关，第二时序电路用于控制第二像素单元的第二开关。第一开关用于控制第一像素单元701产生第一光电信号，第一开关可以理解为第一像素单元701的M1，第二开关用于控制第二像素单元702向信号保存及读出电路703输出第二复位信号和第二光电信号，第二开关可以理解为第二像素单元702的M4＇。
其中，第一时序电路和第二时序电路产生的波形相同，但存在相位差。可以理解为控制第一像素单元701的M1的波形与控制第二像素单元702的M4＇的波形能够复用，只需要改变相位差即可，因此方便了对开关的控制以及对时序电路的设计。
在一些可选的实施例中，开关包括晶体管或开关电路，晶体管例如为MOS管，即上述第一开关和第二开关均包括晶体管或开关电路。
由此，本申请提供的一种像素单元电路，其第一像素单元会产生第一复位信号，并保存在信号保存及读出电路中，第二像素单元信号会产生第二复位信号，并保存在信号保存及读出电路中，第一像素单元还会产生第一光电信号，并保存在信号保存及读出电路中，信号保存及读出电路会将第一复位信号和第一光电信号输出至输出端。本申请提供的像素单元电路通过在保存第一像素单元的第一光电信号之前，先保存第二像素单元的第二复位信号，从而延长了图像传感器的曝光时间，延长了第一像素单元产生第一光电信号的时间，但又不会改变信号保存及读出电路的将第一复位信号和第一光电信号传输至输出端的读出时间，即图像传感器的感测帧率不变，因此能够既保证了图像传感器的显示效果，又提高了图像传感器的成像质量，特别是提高了图像传感器在暗态环境下的成像对比度。
如图8所示，为本申请提供的一种像素单元电路的时序示意图，以图7中所示的像素单元电路700为例，第一像素单元属于像素单元电路的第N行，第一像素单元的开关M1的控制端为TG，开关M2的控制端为RST，开关M4的控制端为SEL,第二像素单元属于像素单元电路的第N+1行，第二像素单元的开关M1＇的控制端为TG＇，开关M2＇的控制端为RST＇，开关M4＇的控制端为SEL＇，信号保存及读出电路的开关M5的控制端为S1，开关M6的控制端为S2，开关M7的控制端为S3。控制器通过向开关M1、M2、M4、M1＇、M2＇、M4＇、M5、M6和M7的控制端输入高电平或低电平来控制开关的导通状态。图7所示的像素单元电路700在工作时，具体包括以下几个步骤：
步骤a、t1时刻，控制器控制第N行的M1和M2导通。
控制器向第一像素单元的TG和RST端输入高电平，控制第N行的M1和M2导通。从而M2控制输出的第一复位信号能够对光电二极管PD以及M3的栅极进行复位，第一复位信号的电压为Vreset，图7所示相当于Vreset为电源电压VDD。并且电源电压VDD能够对光电二极管PD进行反向加压，相当于给光电二极管PD充电。
步骤b、t2时刻，控制器控制第N行的M1和M2不导通，控制第N行的M4和信号保存及读出电路的M5导通。
控制器向第一像素单元的TG和RST端输入低电平，控制第N行的M1和M2不导通。M1不导通时相当于打开了图像传感器的电子快门，从而光电二极管PD能够接收光信号，开始处于曝光状态。
控制器向第一像素单元的SEL端和信号保存及读出电路的S1端输入高电平，控制第N行的M4和信号保存及读出电路的M5导通。第N行的M4和信号保存及读出电路的M5导通后，由于M3具有源跟随特性，即M3的源极跟随M3的栅极的变化而变化，可以理解为M3的源极的电位与M3的栅极的电位呈线性相关，因此M3的源极会跟随M3的栅极的第N行的第一复位信号，并将第N行的第一复位信号传输到M5和C1处，使得电容C1保存第N行的第一复位信号，可以理解为电容C1两端的电位差为Vreset。
步骤c、t3时刻，控制器控制第N行的M4和信号保存及读出电路的M5不导通，控制器控制第N+1行的M1＇和M2＇导通。
控制器向第一像素单元的SEL端和信号保存及读出电路的S1端输入低电平，控制第N行的M4和信号保存及读出电路的M5不导通，使得电容C1中保持存储第N行的第一复位信号的电压Vreset。
控制器向第二像素单元的TG＇和RST＇端输入高电平，控制第N+1行的M1＇和M2＇导通。从而M2＇控制输出的第二复位信号能够对光电二极管PD＇以及M3＇的栅极进行复位，第二复位信号的电压为Vreset＇，图7所示相当于Vreset＇为电源电压VDD。并且电源电压VDD能够对光电二极管PD＇进行反向加压，相当于给光电二极管PD＇充电。
步骤d、t4时刻，控制器控制第N行的M1导通，控制第N+1行的M1＇和M2＇不导通，控制第N+1行的M4＇和信号保存及读出电路的M7导通。
控制器向第一像素单元的TG端输入高电平，控制第N行的M1导通。第N行的M1导通后，第N行的光电二极管PD处于曝光状态时产生的第N行的第一光电信号会向M3的栅极处传输，第一光电信号的电压为Vsignal，用于反映第N行的光电二极管PD所接收到的光强度的大小。
控制器向第二像素单元的TG＇和RST＇端输入低电平，控制第N+1行的M1＇和M2＇不导通。M1＇不导通时相当于打开了图像传感器的电子快门，从而光电二极管PD＇能够接收光信号，开始处于曝光状态。
控制器向第二像素单元的SEL＇端和信号保存及读出电路的S3端输入高电平，控制第N+1行的M4＇和信号保存及读出电路的M7导通。第N+1行的M4＇和信号保存及读出电路的M7导通后，由于M3具有源跟随特性，即M3的源极跟随M3的栅极的变化而变化，可以理解为M3的源极的电位与M3的栅极的电位呈线性相关，因此M3的源极会跟随M3的栅极的第N+1行的第二复位信号，并将第N+1行的第二复位信号传输到M7和C3处，使得电容C3保存第N+1行的第二复位信号，可以理解为电容C3两端的电位差为Vreset＇。
步骤e、t5时刻，控制器控制第N行的M1不导通，控制第N行的M4和信号保存及读出电路的M6导通，控制器控制第N+1行的M4＇和信号保存及读出电路的M7不导通。
控制器向第一像素单元的TG端输入低电平，控制第N行的M1不导通，向第一像素单元的SEL端和信号保存及读出电路的S2端输入高电平，控制第N行的M4和信号保存及读出电路的M6导通。第N行的M4和信号保存及读出电路的M6导通后，由于M3具有源跟随特性，M3的源极会跟随M3的栅极的第N行的第一光电信号，并将第一光电信号传输到M6和C2处，使得电容C2保存第N行的第一光电信号，可以理解为电容C2两端的电位差为Vsignal。
控制器向第二像素单元的SEL＇端和信号保存及读出电路的S3端输入低电平，控制第N+1行的M4＇和信号保存及读出电路的M7不导通，使得电容C3中保持存储第N+1行的第二复位信号的电压Vreset。
第N行的第一复位信号和第一光电信号分别保存在电容C1和电容C2之后，还存在步骤f、C1中存储的第一复位信号和C2中存储的第一光电信号传输至后端电路。
C1和C2中分别存储了第N行的第一复位信号和第N行的第一光电信号之后，后端电路将对该第一复位信号和第一光电信号进行减法运算，得到第N行的图像信号的电压VN＝Vreset-Vsignal。
步骤g、t6时刻，控制器控制第N行的M2导通，控制第N行的M4不导通，控制第N+1行的M1＇导通，控制信号保存及读出电路的M5导通，控制信号保存及读出电路的M6不导通。
控制器向第一像素单元的RST端输入高电平，控制第N行的M2导通，向第一像素单元的SEL端输入低电平，控制第N行的M4不导通，使得第N行恢复初始状态，即M1和M4不导通，M2导通的状态。
控制器向第二像素单元的TG＇端输入高电平，控制第N+1行的M1＇导通，第N+1行的M1＇导通后，第N+1行的光电二极管PD＇处于曝光状态时产生的第N+1行的第二光电信号会向M3＇的栅极处传输，第二光电信号的电压为Vsignal＇，用于反映第N+1行的光电二极管PD＇所接收到的光强度的大小。
控制器向信号保存及读出电路的S1端输入高电平，控制信号保存及读出电路的M5导通，使得第N+2的复位信号保存在电容C1中(图中未示出第N+2行的时序)。
控制器向信号保存及读出电路的S2端输入低电平，控制信号保存及读出电路的M6不导通，可以理解为将第N行的第一光电信号传输至输出端后即控制M6不导通。
步骤h、t7时刻，控制器控制第N+1行M1＇不导通,控制第N+1行M4＇和信号保存及读出电路的M6导通，控制器控制信号保存及读出电路的M5不导通。
控制器向第二像素单元的TG＇端输入低电平，控制第N+1行的M1＇不导通，向第二像素单元的SEL＇端和信号保存及读出电路的S2端输入高电平，控制第N+1行的M4＇和信号保存及读出电路的M6导通。第N+1行的M4＇和信号保存及读出电路的M6导通后，由于M3具有源跟随特性，M3的源极会跟随M3的栅极的第N+1行的第二光电信号，并将第二光电信号传输到M6和C2处，使得电容C2保存第N+1行的第二光电信号，可以理解为电容C2两端的电位差为Vsignal＇。
第N+1行的第二复位信号和第二光电信号分别保存在电容C3和电容C2之后，还存在步骤i、C3中存储的第二复位信号和C2中存储的第二光电信号传输至后端电路。
C3和C2中分别存储了第N+1行的第二复位信号和第N+1行的第二光电信号之后，后端电路将对该第二复位信号和第二光电信号进行减法运算，得到第N+1行的图像信号的电压VN+1＝Vreset＇-Vsignal＇。
控制器向信号保存及读出电路的S1端输入低电平，控制信号保存及读出电路的M5不导通，使得电容C2保持存储第N+2行的复位信号。
步骤j、t8时刻，控制器控制第N+1行M2＇导通，控制第N+1行M4＇不导通，控制信号保存及读出电路的M6不导通，控制信号保存及读出电路的M7导通。
控制器向第二像素单元的RST＇端输入高电平，控制第N+1行的M2＇导通，向第二像素单元的SEL＇端输入低电平，控制第N+1行的M4＇不导通，使得第N+1行恢复初始状态，即M1＇和M4＇不导通，M2＇导通的状态。
控制器向信号保存及读出电路的S2端输入低电平，控制信号保存及读出电路的M6不导通，可以理解为将第N+1行的第二光电信号传输至输出端后即控制M6不导通。
控制器向信号保存及读出电路的S3端输入高电平，控制信号保存及读出电路的M7导通，使得第N+3的复位信号保存在电容C3中(图中未示出第N+3行的时序)。
图7所示的像素单元电路在上述t6时刻之前，已完成了对第N行的第一像素单元产生的图像信号的读出(图7只示出了像素单元电路的其中一列，实际工作时，像素单元电路的每一列都会执行上述步骤)，在上述t8时刻之前，已完成了对第N+1行的第二像素单元产生的图像信号的读出，接下来会重复上述步骤，完成第N+2行的图像信号的读出等，直至像素单元电路的所有行的图像信号全部读出完毕。
可以看出，图7所示的像素单元电路在工作时，在读出第N行的第一像素单元的图像信号和第N+1行的第二像素单元的图像信号时，先保存第N行的第一像素单元的第一复位信号，再保存第N+1行的第二像素单元的第二复位信号，然后再保存第N行的第一像素单元的第一光电信号，并将第一复位信号和第一光电信号输出至输出端(即后端电路)做减法运算，得到第N行的图像信号，得到第N行的图像信号之后再保存第N+1行的第二像素单元的第二光电信号，并将第二复位信号和第二光电信号输出至输出端(即后端电路)做减法运算，得到第N+1行的图像信号，即在读出第N行的第一像素单元的图像信号和第N+1行的第二像素单元的图像信号时，是交叉着进行读出的，并非像现有技术中先保存第N行的复位信号和光电信号并读出之后，再保存第N+1行的复位信号和光电信号并读出。本申请中像素单元的曝光时间为从开关M1关闭到开关M1再次关闭之间的时间，即为图8所示的时序图中t2时刻开始到t5时刻之间的时间之和，即该图7所示的像素单元电路所组成图像传感器的曝光时间为t2时刻开始到t5时刻之间的时间之和，而现有技术中的图像传感器的曝光时间为t2时刻开始到t4时刻之间的时间之和，因此本申请通过在信号保存及读出电路中新增加一个电容，从而通过不同的时序控制，能够延长图像传感器的曝光时间，提高图像传感器的成像质量。
示例性的，对比图8所示的控制开关M1的控制端的TG信号以及控制开关M4＇的控制端的SEL＇信号，其中TG信号在t1时刻出现第一个高电平，TG信号在t2时刻至t3时刻保持低电平，TG信号在t4时刻出现第二个高电平，TG信号在t5时刻之后保持低电平。SEL＇信号在t4时刻出现第一个高电平，SEL＇信号在t5时刻至t6时刻保持低电平，SEL＇信号在t7时刻出现第二个高电平，SEL＇信号在t8时刻之后保持低电平，可见TG信号与SEL＇信号的波形相同，相位不同。在TG信号延迟0.5个周期以后即是SEL＇信号。也就表示，控制第N行的第一像素单元701的M1的TG信号与控制第N+1行的第二像素单元702的M4＇的SEL＇信号能够复用，只需要改变相位差即可，具体是将控制第N行的第一像素单元701的M1的TG信号延迟0.5个周期以后控制第N+1行的第二像素单元702的M4＇，方便了对开关的控制以及对时序电路的设计。
本申请对相邻时刻之间的时长不予限制，不同相邻时刻之间的时长可能相同也可能不相同，可以理解为t1时刻和t2时刻之间的时长与t2时刻和t3时刻之间的时长可能相同也可能不相同。
由此，本申请提供的一种像素单元电路，相比于现有技术中先保存第N行的复位信号，再保存第N行的光电信号，然后将第N行的复位信号和第N行的光电信号在输出端做减法运算，得到第N行的图像信号，像素单元曝光时间较短，成像质量较差的方法。本申请提供的像素单元电路通过在保存第一像素单元的第一光电信号之前，先保存第二像素单元的第二复位信号，从而延长了图像传感器的曝光时间，延长了第一像素单元产生第一光电信号的时间，但又不会改变信号保存及读出电路的将第一复位信号和第一光电信号传输至输出端的读出时间，即图像传感器的感测帧率不变，因此能够既保证了图像传感器的显示效果，又提高了图像传感器的成像质量，特别是提高了图像传感器在暗态环境下的成像对比度。
可以理解的是，上述电子设备为了实现上述功能，其包含了执行各个功能相应的硬件结构和/或软件模块。本领域技术人员应该很容易意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，本申请实施例能够以硬件或硬件和计算机软件的结合形式来实现。某个功能究竟以硬件还是计算机软件驱动硬件的方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请实施例的范围。
本申请实施例可以根据上述方法示例对上述电子设备进行功能模块的划分，例如，可以对应各个功能划分各个功能模块，也可以将两个或两个以上的功能集成在一个处理模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。需要说明的是，本申请实施例中对模块的划分是示意性的，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。
在采用集成的单元的情况下，如图9所示，本申请实施例公开了一种电子设备900，该电子设备900可以为上述实施例中的电子设备500。电子设备900可以包括电路模块和存储模块。其中，电路模块可以用于对电子设备900的动作进行控制管理，例如，可以用于支持电子设备900执行上述图6、图7和图8所实现的动作。存储模块可以用于支持电子设备900存储程序代码和数据等。
当然，上述电子设备900中的单元模块包括但不限于上述电路模块和存储模块。
其中，电路模块可以包括像素单元电路和控制器，其可以实现或执行结合本申请公开内容所描述的各种示例性的逻辑方框，模块和电路。控制器也可以是实现计算功能的组合，例如包含一个或多个微处理器组合，数字信号处理(digital signal processing，DSP)和微处理器的组合等等。存储模块可以是存储器。
例如，电路模块为像素单元电路901(如图3所示的像素单元电路300)，存储模块可以为存储器902(如图5所示的存储器502)。本申请实施例所提供的电子设备900可以为图5所示的电子设备500。其中，上述像素单元电路901和存储器902可以连接在一起，例如通过连接线连接。
本申请实施例还提供一种图像传感器，包括像素单元电路，该图像传感器通过执行上述相关方法步骤能够实现上述实施例中的信号采集方法。
本申请实施例还提供一种电子设备，包括一个或多个处理器以及一个或多个存储器。该一个或多个存储器与一个或多个处理器耦合，一个或多个存储器用于存储计算机程序代码，计算机程序代码包括计算机指令，当一个或多个处理器执行计算机指令时，使得电子设备执行上述相关方法步骤实现上述实施例中的信号采集方法。
其中，本实施例提供的图像传感器和电子设备均包括上文所提供的像素单元电路，因此，其所能达到的有益效果可参考上文所提供的像素单元电路中的有益效果，此处不再赘述。
通过以上实施方式的描述，所属领域的技术人员可以了解到，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。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个设备，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是一个物理单元或多个物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个不同地方。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(read only memory，ROM)、随机存取存储器(random access memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上内容，仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种信号采集方法，其特征在于，所述方法应用于像素单元电路，所述像素单元电路包括第一像素单元、第二像素单元和信号保存及读出电路；所述第一像素单元和所述第二像素单元位于所述像素单元电路的不同行，所述第一像素单元和所述第二像素单元位于所述像素单元电路的同一列；所述信号保存及读出电路包括第一电容、第二电容和第三电容，所述第一电容的第一端与所述第二电容的第一端耦合，所述第二电容的第一端与所述第三电容的第一端耦合；所述方法包括：
通过所述信号保存及读出电路在所述第一电容中保存所述第一像素单元产生的第一复位信号，所述第一复位信号用于向所述第一像素单元提供固定电压；
在保存所述第一复位信号之后，通过所述信号保存及读出电路在所述第三电容中保存所述第二像素单元产生的第二复位信号，所述第二复位信号用于向所述第二像素单元提供固定电压；
在保存所述第二复位信号之后，通过所述信号保存及读出电路在所述第二电容中保存所述第一像素单元产生的第一光电信号，所述第一光电信号是所述第一像素单元接收到的光信号转换成的电信号；
在保存所述第一光电信号之后，通过所述信号保存及读出电路输出所述第一电容中保存的所述第一复位信号和所述第二电容中保存的所述第一光电信号，其中，所述第一复位信号和所述第一光电信号用于确定所述第一像素单元接收到的光强；
在保存所述第一光电信号之后，通过所述信号保存及读出电路在所述第二电容中保存所述第二像素单元产生的第二光电信号，所述第二光电信号是所述第二像素单元接收到的光信号转换成电信号；
在保存所述第二光电信号之后，通过所述信号保存及读出电路输出所述第三电容中保存的所述第二复位信号和所述第二电容中保存的所述第二光电信号，其中，所述第二复位信号与第二光电信号用于确定所述第二像素单元接收到的光强。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述像素单元电路包括由N行M列的像素单元组成的像素单元电路，其中，N为大于零的整数，M为大于零的整数；
所述信号保存及读出电路，用于保存第M列的像素单元产生的光电信号和复位信号，其中，第M列的像素单元包括所述第一像素单元和所述第二像素单元。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述像素单元电路还包括：
控制器，所述控制器包括第一时序电路和第二时序电路，所述第一时序电路用于控制所述第一像素单元的第一开关，所述第二时序电路用于控制所述第二像素单元的第二开关，所述第一开关用于控制所述第一像素单元产生所述第一光电信号，所述第二开关用于控制所述第二像素单元向所述信号保存及读出电路输出所述第二复位信号和所述第二光电信号；
所述第一时序电路和所述第二时序电路产生的波形相同。
4.一种像素单元电路，其特征在于，包括第一像素单元、第二像素单元和信号保存及读出电路；所述第一像素单元和所述第二像素单元位于所述像素单元电路的不同行，所述第一像素单元和所述第二像素单元位于所述像素单元电路的同一列；所述信号保存及读出电路包括第一电容、第二电容和第三电容，所述第一电容的第一端与所述第二电容的第一端耦合，所述第二电容的第一端与所述第三电容的第一端耦合；
所述信号保存及读出电路，用于执行以下步骤：
在所述第一电容中保存所述第一像素单元产生的第一复位信号，所述第一复位信号用于向所述第一像素单元提供固定电压；
在保存所述第一复位信号之后，在所述第三电容中保存所述第二像素单元产生的第二复位信号，所述第二复位信号用于向所述第二像素单元提供固定电压；
在保存所述第二复位信号之后，在所述第二电容中保存所述第一像素单元产生的第一光电信号，所述第一光电信号是所述第一像素单元接收到的光信号转换成的电信号；
在保存所述第一光电信号之后，输出所述第一电容中保存的所述第一复位信号和所述第二电容中保存的所述第一光电信号，其中，所述第一复位信号和所述第一光电信号用于确定所述第一像素单元接收到的光强；
在保存所述第一光电信号之后，在所述第二电容中保存所述第二像素单元产生的第二光电信号，所述第二光电信号用于将所述第二像素单元接收到的光信号转换成电信号；
在保存所述第二光电信号之后，输出所述第三电容中保存的所述第二复位信号和所述第二电容中保存的所述第二光电信号，其中，所述第二复位信号与第二光电信号用于确定所述第二像素单元接收到的光强。
5.根据权利要求4所述的像素单元电路，其特征在于，
所述像素单元电路包括由N行M列的像素单元组成的像素单元电路，其中，N为大于零的整数，M为大于零的整数；
所述信号保存及读出电路，用于保存第M列的像素单元产生的光电信号和复位信号，其中，第M列的像素单元包括所述第一像素单元和所述第二像素单元。
6.根据权利要求4或5所述的像素单元电路，其特征在于，所述像素单元电路还包括：
控制器，所述控制器包括第一时序电路和第二时序电路，所述第一时序电路用于控制所述第一像素单元的第一开关，所述第二时序电路用于控制所述第二像素单元的第二开关，所述第一开关用于控制所述第一像素单元产生所述第一光电信号，所述第二开关用于控制所述第二像素单元向所述信号保存及读出电路输出所述第二复位信号和所述第二光电信号；
所述第一时序电路和所述第二时序电路产生的波形相同。
7.一种图像传感器，其特征在于，包括如权利要求4-6任一项所述的像素单元电路。
8.一种成像方法，其特征在于，所述成像方法应用于如权利要求7所述的图像传感器，所述图像传感器包括模数转换器，以及如权利要求4-6任一项所述的像素单元电路；所述成像方法包括：
通过所述像素单元电路生成目标信号；
通过所述模数转换器将所述目标信号转换成数字信号。
9.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求7所述的图像传感器。
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