CN115278122B - 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目标信号时，图像传感器工作频率高、功耗大以及动态范围较小的问题，实现降低工作频率、提高动态范围的技术效果。信号产生电路产生光电信号和复位信号，信号保持电路先保存光电信号，再基于复位信号和保存的光电信号生成目标信号，且该目标信号的电压是光电信号的电压与复位信号的电压之差Vreset‑Vsignal，信号读取电路读取目标信号。本申请实施例用于读出图像传感器产生的目标信号的过程中。
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阵列。目前，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阵列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。
在使用全局曝光模式读出图像传感器产生的图像信号时，读出电路需要读出两次才能计算出图像传感器产生的图像信号，导致工作频率高，功耗大，并且图像传感器的动态范围较小，限制了图像传感器的工作范围。
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，可以在读出图像传感器产生的目标信号时，降低读出电路的工作频率，提高图像传感器的动态范围，同时简化像素单元电路结构。
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，像素单元电路包括信号产生电路、信号保持电路和信号读取电路；信号保持电路包括第一开关和第一电容；信号产生电路与第一电容的第一端耦合，第一电容的第二端与第一开关的第一端耦合，第一开关的第二端接地，第一电容的第二端还与信号读取电路耦合，该方法包括：通过信号产生电路生成光电信号；其中，光电信号是像素单元电路接收到的光信号转换成的电信号；通过信号保持电路接收并存储光电信号；通过信号产生电路生成复位信号；其中，复位信号用于向像素单元电路提供固定电压；通过信号保持电路接收复位信号并基于所存储的光电信号和复位信号，生成目标信号；目标信号的电压是光电信号与复位信号的电压之差；通过信号读取电路读取目标信号。。
由此，本申请提供的信号采集方法，应用于像素单元电路，通过对该像素单元电路的优化，使得只通过一次读取便得到目标信号的电压，且目标信号的电压为光电信号的电压与复位信号的电压之差。相比于现有技术中需要两次读取并做相减计算才能得到目标信号的电压，且目标信号的电压为本申请得到的目标信号的电压的一半的信号采集方法，本申请的信号采集方法能够有效降低图像传感器的工作频率，降低图像传感器的功耗，并且有效提高了图像传感器的动态范围，使得图像传感器的工作范围更广泛。并且本申请提供的信号采集方法对像素单元电路进行了优化，从而减小了像素单元电路的面积，简化了电路结构。
在一种可能的设计中，像素单元电路还包括控制器；该方法还包括：在信号保持电路存储光电信号之前，通过控制器控制第一开关导通，以使信号保持电路存储光电信号之后，电容两端的电压为光电信号的电压；在信号保持电路存储光电信号之后，通过控制器控制第一开关不导通，以使信号保持电路接收到复位信号之后，电容输出的信号是目标信号。由此，本申请提供的信号采集方法，能够通过控制第一开关的导通状态从而控制信号保持电路接收信号的顺序，控制信号保持电路先接收光电信号再接收复位信号，使得第一电容先存储光电信号，再接收复位信号，最终输出目标信号。相比于现有技术中先接收复位信号，再接收光电信号，且使用两个电容的像素单元电路，需要读出两次才能得到目标信号的方法，本申请的信号采集方法能够仅通过第一电容直接输出目标信号，有效降低了图像传感器的工作频率，减少了电路面积，简化了电路结构。
在一种可能的设计中，信号保持电路还包括第二开关，该方法还包括：在信号保持电路接收复位信号之后，通过控制器控制第二开关不导通，以使电容输出的信号保持为目标信号。由此，本申请提供的信号采集方法，能够通过控制第二开关的导通状态使得电容的第二端输出的信号保持为目标信号不变，以便于信号读取电路读取正确的目标信号。
在一种可能的设计中，第一开关还包括控制端，用于接收第一控制信号，第一控制信号用于控制第一开关的导通状态，第二开关还包括控制端，用于接收第二控制信号，第二控制信号用于控制第二开关的导通状态，其中，导通状态包括导通或不导通。
在一种可能的设计中，第一开关和第二开关均包括晶体管。第二方面，本申请实施例提供一种像素单元电路，包括信号产生电路、信号保持电路和信号读取电路；信号保持电路包括第一开关和第一电容；信号产生电路与第一电容的第一端耦合，第一电容的第二端与第一开关的第一端耦合，第一开关的第二端接地，第一电容的第二端还与信号读取电路耦合。
由此，本申请提供的像素单元电路，能够通过优化像素单元电路中信号产生电路的电路结构，将第一电容的第二端与第一开关的第一端耦合，第一开关的第二端接地，从而使像素单元电路可以通过第一电容直接输出目标信号。相比于现有技术中通过两次输出信号才能确定目标信号，且包括两个电容的像素单元电路，本申请的像素单元电路仅通过第一电容即能够输出目标信号，因此减少了电路面积，简化了电路架构，且降低了图像传感器的工作频率。
在一种可能的设计中，信号产生电路，用于生成光电信号和复位信号；其中，光电信号是像素单元接收到的光信号转换成的电信号，复位信号用于向像素单元电路提供固定电压；信号保持电路，用于接收并存储光电信号，再接收复位信号并基于所存储的光电信号和复位信号，生成目标信号；其中，复位信号用于向像素单元电路提供固定电压，目标信号的电压是光电信号与复位信号的电压之差；信号读取电路，用于读取目标信号。由此，本申请提供的像素单元电路，能够通过信号保持电路先接收光电信号，再接收复位信号，基于光电信号和复位信号生成目标信号，并由信号读取电路直接读出目标信号。相比现有技术中需要两次读取才能确定目标信号，且目标信号的电压为本申请得到的目标信号的电压的一半的像素单元电路，本申请的像素单元电路能够一次读取便得到目标信号，有效降低了图像传感器的工作频率，且提高了图像传感器的动态范围，使得图像传感器的工作范围更广泛。
在一种可能的设计中，像素单元电路还包括控制器，控制器用于控制第一电容两端的电压为光电信号的电压；以及，控制第一电容的第二端输出的信号是目标信号。由此，本申请提供的像素单元电路，能够通过控制器控制第一开关的导通状态从而控制第一电容两端的电压，使得第一电容能够直接输出目标信号，相比于现有技术中需要两次输出信号，且在后端电路确定目标信号的像素单元电路，本申请的像素单元电路能够有效降低图像传感器的工作频率。
在一种可能的设计中，信号保持电路还包括第二开关，第二开关的第一端与第一电容的第一端耦合，第二开关的第二端与信号产生电路耦合；控制器还用于控制第一电容的第二端输出的信号保持为目标信号。由此，本申请提供的像素单元电路，能够通过控制器控制第二开关的导通状态使得电容的第二端输出的信号保持为目标信号不变，以便于信号读取电路读取正确的目标信号。
在一种可能的设计中，第一开关还包括控制端，用于接收第一控制信号，第一控制信号用于控制第一开关的导通状态；第二开关还包括控制端，用于接收第二控制信号，第二控制信号用于控制第二开关的导通状态；其中，导通状态包括导通或不导通。
在一种可能的设计中，信号产生电路包括：光电二极管、第三开关、第四开关、第五开关以及第六开关；光电二极管的第一端与第三开关的第二端耦合，光电二极管的第二端接地，第三开关的第一端与第四开关的第二端耦合，第四开关的第一端与电源耦合，第五开关的第一端与电源耦合，第五开关的第二端与第六开关的第一端耦合，第六开关的第二端接地，第五开关的第二端与第一电容的第一端耦合；其中，第五开关的控制端或者第六开关的控制端与第四开关的第二端耦合；和/或，信号读取电路包括：第七开关以及第八开关；第七开关的控制端与第一电容的第二端耦合，第七开关的第一端与电源耦合，第七开关的第二端与第八开关的第二端耦合，第八开关的第一端与像素电路单元的输出端耦合。在一种可能的设计中，第一开关和第二开关均包括晶体管。
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，本申请实施例提供一种成像方法，该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；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为本申请提供的一种像素单元电路的结构示意图；
图3为本申请提供的一种图像传感器的结构示意图；
图4为本申请提供的一种电子设备的结构示意图；
图5为本申请提供的一种信号采集方法的流程示意图；
图6为本申请提供的一种像素单元电路的示意图；
图7为本申请提供的一种像素单元电路的时序示意图；
图8为本申请提供的另一种像素单元电路的示意图；
图9为本申请提供的另一种像素单元电路的时序示意图；
图10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。
动态范围：读出电路所能够读出的图像信号的电压的最大值与最小值的差值，由图像传感器的信号处理能力和噪声决定,反映了图像传感器的工作范围。
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(光电流)，光电流与光强成正比，光的照度越大，光电流越大。
金属-氧化物-半导体场效应晶体(metal oxide semiconductor，MOS)管，晶体管分为负(negative，N)型晶体管(NMOS)和正(positive，P)型晶体管(PMOS)两种类型。晶体管包括源极(source)、漏极(drain)以及栅极(gate)，通过控制输入晶体管栅极的电平可以控制晶体管的导通与不导通。在本申请的实施例中，晶体管的栅极也被称为控制端，源极被称为第一端，漏极被称为第二端；或者，栅极被称为控制端，漏极被称为第一端，源极被称为第二端。其中，NMOS向控制端输入高电平来控制NMOS导通，控制器通过向控制端输入低电平来控制NMOS不导通；PMOS向控制端输入低电平来控制PMOS导通，控制器通过向控制端输入高电平来控制PMOS不导通。
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。
目前，图像传感器使用全局曝光模式读出信号时，像素单元电路为如图1所示的8T2C全局快门像素单元电路，包括一个光电二极管(photodiode，PD)、八个金属-氧化物-半导体场效应晶体(metal oxide semiconductor，MOS)管以及两个电容。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。八个MOS管分别为M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7和M8，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、M6和M8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电路提供固定电压，M3和M7具有源跟随特性，M4相当于一个电流源，能够提供固定的电流，M5和M6分别用于控制电容C1和C2保存信号，M8用于控制向输出端输出信号，相当于用于控制读出电路。两个电容分别为C1和C2，用于保存光电信号和复位信号。
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时间段，控制器控制M1和M2导通。
M1和M2导通，从而M2控制输出的复位信号能够对光电二极管以及M3的栅极进行复位，复位信号的电压为Vreset，相当于电源电压VDD。并且电源电压VDD能够对光电二极管进行反向加压，相当于给光电二极管充电。
步骤2、t2时间段，控制器控制M1和M2不导通。
M1关闭时相当于打开了图像传感器的电子快门，从而光电二极管能够接收光信号，开始处于曝光状态。
步骤3、t3时间段，控制器控制M4、M5和M6导通。
M4、M5和M6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的栅极的复位信号，并将复位信号传输到M5、C1、M6和C2处，使得电容C1和C2保存复位信号，可以理解为电容C1两端的电位差以及电容C2两端的电位差均为Vreset。
步骤4、t4时间段，控制器控制M5和M6不导通。
M5和M6不导通使得电容C1和C2中保持存储复位信号的电压Vreset。
步骤5、t5时间段，控制器控制M1导通。
M1导通后，光电二极管处于曝光状态时产生的光电信号会向M3的栅极处传输，光电信号的电压为Vsignal，用于反映光电二极管所接收到的光强度的大小。
步骤6、t6时间段，控制器控制M5导通。
M5导通后，根据M3的源跟随特性，M3的源极会将M3的栅极处的光电信号传输到M5和C1处，从而光电二极管产生的光电信号会将电容C1中存储的复位信号刷新，即光电信号会替换复位信号，使得电容C1中保存光电信号，可以理解为电容C1两端的电位差为Vsignal。
步骤7、t7时间段，控制器控制M5不导通。
M5不导通使得电容C1中保持存储光电信号的电压Vsignal。
步骤8、t8时间段，控制器控制M8导通。
M8导通后，由于电容C2的B端与M7的栅极耦合，因此M7的栅极处的电位与电容C2的B端处的电位相同，即M7的栅极处的电位为复位信号的电压Vreset，且M7也具有源跟随特性，因此M7源极会将复位信号传输到M8处，接着复位信号的电压Vreset从输出端输出到后端电路。
步骤9、t9时间段，控制器控制M6导通。
由于电容C1的A端与M6的源极耦合，因此M6的源极处的电位与电容C1的A端处的电位相同，即M6的源极处的电位为光电信号的电压Vsignal。M6导通后，光电信号的电压Vsignal会通过M6传输到M7的栅极处，同时也传输到电容C2处，使得电容C1中存储的光电信号的电压Vsignal会和电容C2中存储的复位信号的电压Vreset在电容C2处进行混合。根据电荷守恒的原理，混合前后电容C1和C2处的总电荷量不发生改变，且C1和C2的电容值相等，因此根据C1*Vsignal+C2*Vreset＝Vout*(C1+C2)可以计算出电容C1和C2混合之后，电容C2的B端的电位Vout为1/2(Vreset+Vsignal)，且Vout会通过M7和M8从输出端输出到后端电路。
步骤10、后端电路根据两次输出的信号差计算像素单元的图像信号。
根据Vreset-1/2(Vreset+Vsignal)能够计算得到两次输出的复位信号和光电信号的电压差为1/2(Vreset-Vsignal)，即图1所示的像素单元电路在工作时，动态范围只有1/2(Vreset-Vsignal)。可以理解为，当光电二极管接收到的光强超过1/2(Vreset-Vsignal)所对应的光强时，该图1所示的像素单元电路便不能完全反映出所接收到的光强，即图1所示的像素单元电路最多所能反映出的光强只有1/2(Vreset-Vsignal)所对应的光强。
可以看出，如图1所示的8T2C全局快门像素单元电路在工作时，读出电路需要读出两次才能计算出图像传感器产生的图像信号，相当于输出端需要输出两次信号值才能计算出图像传感器产生的图像信号，导致图像传感器的工作频率高，功耗大，并且图像传感器的动态范围较小，限制了图像传感器的工作范围，使图像传感器无法反映出较高光强。此外，图1所示的8T2C全局快门像素单元电路包括两个电容C1和C2，使得电路结构复杂，所占用的电路面积较大。
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工作频率高、功耗大以及动态范围较小的问题，本申请的像素单元电路包括信号产生电路、信号保持电路和信号读取电路，其中，信号保持电路包括第一开关和第一电容，信号产生电路与第一电容的第一端耦合，第一电容的第二端与第一开关的第一端耦合，第一开关的第二端接地，第一电容的第二端还与信号读取电路耦合。本申请的信号采集方法通过信号产生电路生成光电信号，使信号保持电路接收并存储光电信号，通过信号产生电路生成复位信号，使信号保持电路接收复位信号并基于所存储的光电信号和复位信号，生成目标信号，其中，目标信号的电压是光电信号与复位信号的电压之差，再通过信号读取电路读取目标信号。本申请的信号采集方法能够通过一次读取便得到目标信号的电压，从而降低了该图像传感器的工作频率以及功耗，并且动态范围(即本申请目标信号的电压)是现有技术的动态范围的二倍，因此相比现有技术中的图像传感器，本申请的图像传感器的工作范围更广、所能感测到的光强更大、成像效果更好，同时像素单元电路中仅包括第一电容，因此有效减少了电路面积，简化了电路结构。
本申请提出的信号采集方法，应用于像素单元电路，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目标信号的过程中，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2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2中以像素单元电路200示例的像素单元电路。像素单元电路200可以包括信号产生电路201、信号保持电路202和信号读取电路203等，信号产生电路201用于产生光电信号和复位信号，信号保持电路202用于保存信号产生电路产生的光电信号和复位信号，信号读取电路203用于将信号保存电路保存的信号读取出来，并将该信号传输到后续的后端电路中进行处理。
如图3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3中以图像传感器300示例的图像传感器。图像传感器300可以包括像素阵列302、控制电路301和后端电路303等，像素阵列302包括阵列分布的多个像素单元(即图2所示的像素单元电路200)，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阵列表面的光信号(光强)转换为电信号(光电流)。控制电路301包括时序电路、行选择电路和列选择电路等，用于对像素阵列进行控制，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303包括可编程增益放大器(pmgrammablegain amplifier，PGA)、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，提高信噪比，然后通过ADC转换成数字信号输出。
如图4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4中以电子设备400示例的电子设备，电子设备400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400可以包括处理器401、存储器402和通信接口403等。
处理器401可以包括一个或多个处理单元。例如处理器401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400也可以包括一个或多个处理器401。在本申请实施例中，处理器401还包括图像传感器300。
存储器402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401可以通过运行存储在存储器402的上述指令，从而控制电子设备400执行本申请所提供的信号采集方法。
通信接口403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200、图像传感器300和电子设备400的具体限定。在本申请另一些实施例中，像素单元电路200、图像传感器300和电子设备400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200、图像传感器300和电子设备400的结构限定。在本申请另一些实施例中，像素单元电路200、图像传感器300和电子设备400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400，下面结合附图对本申请针对电子设备400所提出的像素单元电路200中，在电子设备400运行拍照功能时，通过先保存光电信号，再保存复位信号，使得通过一次读取即获得目标信号，从而降低了图像传感器的工作频率以及功耗，提高了图像传感器的动态范围的过程进行介绍。
如图5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2所示的像素单元电路200，该像素单元电路还可以为图6所示的像素单元电路600。其中，像素单元电路600包括信号产生电路601、信号保持电路602和信号读取电路603，信号保持电路602包括第一开关(图6中M6)和第一电容(图6中C)，信号产生电路601与第一电容的第一端(r)耦合，第一电容的第二端(s)与第一开关的第一端(k)耦合，第一开关的第二端(l)接地，第一电容的第二端还与信号读取电路603耦合。该方法包括：
步骤501、通过信号产生电路生成光电信号。
其中，像素单元包括光电二极管，光电二极管用于将光信号(光强)转变成电信号(光电流)，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，通过像素单元电路600中的信号产生电路601生成光电信号。
步骤502、通过信号保持电路接收并存储光电信号。
示例性的，通过像素单元电路600中的信号保持电路602接收并存储该光电信号。
步骤503、通过信号产生电路生成复位信号。
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，用于向像素单元电路提供固定电压，例如复位信号用于向像素单元电路提供电源电压。
示例性的，通过像素单元电路600中的信号产生电路601生成复位信号。
步骤504、通过信号保持电路接收复位信号并基于所存储的光电信号和复位信号，生成目标信号。其中，电信号的电压可以理解为光电流对应的电压，电信号的电压用于表示像素单元接收到的光强。目标信号的电压是光电信号与复位信号的电压之差，可以理解为目标信号、光电信号和复位信号都属于电信号，复位信号的电压Vreset减去光电信号的电压Vsignal等于目标信号的电压Vout。
示例性的，通过像素单元电路600中的信号保持电路602接收复位信号，并基于该复位信号和存储的光电信号，生成目标信号。其中，目标信号的电压Vout为复位信号的电压Vreset与光电信号的电压Vsignal之差。
步骤505、通过信号读取电路读取目标信号。
其中，图像传感器的动态范围为零到目标信号的最大电压，可以理解为动态范围为目标信号的最大电压。目标信号的最大电压可以表示该像素单元所能反映的最大光强，动态范围越大，图像传感器的工作范围越大，成像质量越好。根据本申请图5中的步骤得到的动态范围为Vreset-Vsignal，而现有技术中的动态范围为1/2(Vreset-Vsignal)，可以看出，本申请提供的方案所得到的动态范围是现有技术的动态范围的二倍。
示例性的，通过像素单元电路600的信号读取电路603读取目标信号，可以理解为信号读取电路603读取目标信号的电压，即信号读取电路603将目标信号的电压输出到后端电路。
在一些可选的实施例中，像素单元电路还包括控制器，在信号保持电路存储光电信号之前，通过控制器控制第一开关导通，以使信号保持电路存储光电信号之后，第一电容两端的电压为光电信号的电压。
示例性的，像素单元电路600还包括控制器(图6中未示出)，在信号保持电路602存储光电信号之前，即在步骤502之前。通过控制器控制第一开关导通,相当于控制第一电容的第二端接地。从而使信号产生电路601产生的光电信号通过第一电容和第一开关后传输到接地端，使得第一电容两端的电压即为光电信号的电压Vsignal，即第一电容存储光电信号。
在一些可选的实施例中，在信号保持电路存储光电信号之后，通过控制器控制第一开关不导通，以使信号保持电路接收到复位信号之后，第一电容输出的信号是目标信号。
示例性的，在信号保持电路602存储光电信号之后，也可以理解为在信号保持电路602接收复位信号之前，即在步骤504之前。通过控制器控制第一开关不导通，相当于第一电容的第二端不接地，处于没有电压控制的悬浮状态。之后信号保持电路602再接收复位信号，此时第一电容的第一端的电位为复位信号的电压Vreset，根据电荷守恒原理C*Vsignal＝C*(Vreset-Vs)，可以计算出第一电容的第二端的电位为Vs＝Vreset-Vsignal，即为目标信号的电压，第一电容输出的信号是目标信号。
在一些可选的实施例中，信号保持电路还包括第二开关，在信号保持电路接收复位信号之后，通过控制器控制第二开关不导通，以使第一电容输出的信号保持为目标信号。
示例性的，信号保持电路602还包括第二开关(图6中M5)，在信号保持电路602接收复位信号之后，通过控制器控制第二开关不导通，使得第一电容两端的电压不再改变，可以理解为第一电容的第一端和第二端的电位不再改变，以使第一电容输出的信号保持为目标信号。
在一些可选的实施例中，第一开关还包括控制端(M6的S1端)，用于接收第一控制信号，第一控制信号用于控制第一开关的导通状态，第二开关还包括控制端(M5的SEL端)，用于接收第二控制信号，第二控制信号用于控制第二开关的导通状态。其中，导通状态包括导通或不导通，第一控制信号和第二控制信号可以理解为高电平或低电平，控制器通过向控制端输入高电平来控制开关导通，控制器通过向控制端输入低电平来控制开关不导通。
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。
因此，本申请提供的信号采集方法能够通过一次读取便得到目标信号的电压，从而降低了该图像传感器的工作频率以及功耗，并且动态范围是现有技术的动态范围的二倍，因此本申请的信号采集方法能够使图像传感器的工作范围更广、所能感测到的光强更大、成像效果更好。本申请提供的信号采集方法具体可以通过图6所示的像素单元电路实现。
如图6所示，为本申请提供的一种像素单元电路的示意图，图6中以像素单元电路600示例的像素单元电路，该像素单元电路600包括信号产生电路601、信号保持电路602和信号读取电路603。其中，信号产生电路601与信号保持电路602耦合，信号保持电路602与信号读取电路603耦合。
具体的，以信号保持电路602包括电容(图6中C)、第一开关(图6中M6)以及第二开关(图6中M5)为例，其中，信号产生电路601包括：光电二极管(图6中PD)、第三开关(图6中M1)、第四开关(图6中M2)、第五开关(图6中M3)以及第六开关(图6中M4)；信号读取电路603包括第七开关(图6中M7)以及第八开关(图6中M8)。其中，光电二极管的第一端(q)与M1的第二端(b)耦合，光电二极管的第二端(r)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的第一端(g)耦合，M3的控制端与M2的第二端耦合，M4的第二端(h)接地，M5的第一端(i)与电容的第一端(r)耦合，M5的第二端(j)与M3的第二端耦合，M6的第一端(k)与电容的第二端(s)耦合，M6的第二端(l)接地，M7的第一端(m)与电源耦合，M7的第二端(n)与M8的第二端(p)耦合，M7的控制端与电容的第二端耦合，M8的第一端(o)与该像素单元电路600的输出端耦合。其中，图6示出的八个开关M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7和M8具体是以NMOS管为例，在NMOS管，第一端为漏极，第二端为源极。
在一些可选的实施例中，信号产生电路601用于产生光电信号和复位信号，光电信号是像素单元接收到的光信号(光强)转换成的电信号(光电流)，复位信号用于向像素单元电路提供固定电压，可以理解为，光电信号和复位信号都属于电信号。具体可以参见上述对图5的描述，此处不过多赘述。
信号保持电路602用于接收光电信号，即接收信号产生电路601产生的光电信号，并存储光电信号，再接收复位信号，即接收信号产生电路601产生的复位信号，并基于复位信号和所存储的光电信号生成目标信号。其中，目标信号属于电信号，目标信号的电压是光电信号的电压与复位信号的电压之差。具体可以参见上述对图5的描述，此处不过多赘述。
信号读取电路603用于读取目标信号。具体可以参见上述对图5的描述，此处不过多赘述。
在一些可选的实施例中，像素单元电路600包括控制器(图6中未示出)，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，M8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M8的控制端，可以理解为控制器用于控制开关M1、M2、M4、M5、M6和M8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电路共用的控制器，控制器不仅用于控制一个像素单元电路。
在一些可选的实施例中，信号保持电路602包括电容C和第一开关，第一开关为图6中的开关M6。电容的第一端(r)用于接收光电信号，可以理解为用于接收信号产生电路601产生的光电信号，电容的第二端(s)与第一开关的第一端(k)耦合，第一开关的第二端(l)用于接地，电容的第二端(s)还用于耦合信号读取电路603，可以理解为电容C的第二端与信号读取电路603耦合。
具体的，控制器用于在信号保持电路602接收光电信号之前，控制第一开关导通，以使信号保持电路602接收光电信号之后，电容两端的电压为光电信号的电压，以此实现保存光电信号。
控制器控制第一开关M6导通后，信号保持电路602再接收光电信号，此时光电信号会通过电容C和第一开关M6后传输到接地端，使得电容C两端的电压即为光电信号的电压Vsignal，可以理解为电容C的第一端(r)的电位为光电信号的电压Vsignal，电容C的第二端(s)的电位为0。
控制器还用于在信号保持电路602接收复位信号之前，控制第一开关不导通，以使信号保持电路接收到复位信号之后，电容的第二端输出的信号是目标信号。
在信号保持电路602接收光电信号之后，控制器控制第一开关M6不导通，使电容C的第二端(s)处于悬浮状态，即电容C的第二端(s)不接地，处于没有电压控制的状态。之后信号保持电路602再接收复位信号，此时电容C的第一端(r)的电位为复位信号的电压Vreset，根据电荷守恒原理C*Vsignal＝C*(Vreset-Vs)，可以计算出电容C的第二端(s)的电位为Vs＝Vreset-Vsignal。
在一些可选的实施例中，信号保持电路602还包括第二开关，第二开关为图6中的开关M5。第二开关的第一端(i)用于耦合电容的第一端(r)，可以理解为第二开关的第一端(i)与电容的第一端(r)耦合，第二开关的第二端(j)用于接收光电信号，可以理解为第二开关的第二端(j)用于接收信号产生电路601产生的光电信号。
具体的，控制器用于在信号保持电路602接收复位信号之后，控制第二开关不导通，以使电容的第二端输出的信号保持为目标信号。
在信号保持电路602接收复位信号之后，控制器控制第二开关M5不导通，使得电容C两端的电压不再改变，可以理解为电容C的第一端(r)和第二端(s)的电位不再改变，电容C的第二端(s)的电位即为信号读取电路603待读取出的目标信号的电压。因此在信号保持电路602接收复位信号之后，控制器控制第二开关M5不导通，能够使得电容的第二端(s)输出的信号保持为目标信号。
在一些可选的实施例中，第一开关还包括控制端(S1)，用于接收第一控制信号，第一控制信号用于控制第一开关的导通状态，第二开关还包括控制端(SEL)，用于接收第二控制信号，第二控制信号用于控制第二开关的导通状态。其中，导通状态包括导通或不导通，第一控制信号和第二控制信号可以理解为高电平或低电平，控制器通过向控制端输入高电平来控制开关导通，控制器通过向控制端输入低电平来控制开关不导通，或者，控制器通过向控制端输入低电平来控制开关导通，控制器通过向控制端输入高电平来控制开关不导通。
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，其信号产生电路会产生光电信号，并保存在信号保持电路中，信号产生电路还会产生复位信号，信号保持电路会基于复位信号和保存的光电信号生成目标信号，且该目标信号的电压是光电信号的电压与复位信号的电压之差Vreset-Vsignal，信号读取电路会读取目标信号。本申请提供的像素单元电路仅使用了一个电容，因此有效减小了电路的面积，并且只需要读取一次便可得到目标信号，从而降低了工作频率，减少了功耗，此外，动态范围为Vreset-Vsignal，有效提高了动态范围，提升了成像质量。
如图7所示，为本申请提供的一种信号采集方法的时序示意图，信号采集方法应用于像素单元电路，以图6中所示的像素单元电路600为例，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PC，开关M5的控制端为SEL，开关M6的控制端为S1，开关M8的控制端为RS。控制器通过向开关M1、M2、M4、M5、M6和M8的控制端输入高电平或低电平来控制开关的导通状态。具体是向开关M1、M2、M4、M5、M6和M8的控制端输入高电平来控制开关的导通，输入低电平来控制开关的不导通，图6所示的像素单元电路600在工作时，具体包括以下几个步骤：
步骤a、t1时间段，控制器控制M1和M2导通。
控制器向TG和RST端输入高电平，控制M1和M2导通。从而M2控制输出的复位信号能够对光电二极管以及M3的栅极进行复位，复位信号的电压为Vreset，图6所示相当于Vreset为电源电压VDD。并且电源电压VDD能够对光电二极管进行反向加压，相当于给光电二极管充电。
步骤b、t2时间段，控制器控制M1和M2不导通。
控制器向TG和RST端输入低电平，控制M1和M2不导通。M1关闭时相当于打开了图像传感器的电子快门，从而光电二极管能够接收光信号，开始处于曝光状态。
步骤c、t3时间段，控制器控制M1、M4、M5和M6导通。
控制器向TG、PC、SEL和S1端输入高电平，控制M1、M4、M5和M6导通。M1导通后，光电二极管处于曝光状态时产生的光电信号会向M3的栅极传输。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的栅极的光电信号，并将光电信号传输到M5、C和M6处，使得电容C的第一端(r)的电位为光电信号的电压Vsignal，电容C的第二端(s)接地，即电容C的第二端(s)的电位为0，相当于电容C保存光电信号，电容C两端的电位差为光电信号的电压Vsignal。光电信号的电压为Vsignal用于反映光电二极管所接收到的光强度的大小。
步骤d、t4时间段，控制器控制M1和M6不导通。
控制器向TG和S1端输入低电平，控制M1和M6不导通。M1和M6不导通会使电容C的第二端(s)处于悬浮状态，即处于没有电压控制的状态。
步骤e、t5时间段，控制器控制M2导通。
控制器向RST端输入高电平，控制M2导通。M2导通之后由M2控制输出的复位信号会再次对M3的栅极进行复位，再根据M3的源跟随特性，M3会将复位信号向M5和电容C传输，使得M5以及电容C的第一端(r)被复位，即使得电容C的第一端(r)的电位为复位信号的电压Vreset。
步骤f、t6时间段，控制器控制M2不导通。
控制器向RST端输入低电平，控制M2不导通。电容C的第一端(r)保存复位信号的电压Vreset，根据电荷守恒原理C*Vsignal＝C*(Vreset-Vs)，可以计算出电容C的第二端(s)的电位为Vs＝Vreset-Vsignal，即为目标信号的电压。
步骤g、t7时间段，控制器控制M8导通。
控制器向RS端输入高电平，控制M8导通。由于电容C的第二端(s)与M7的栅极耦合，因此M7的栅极处的电位与电容C的第二端(s)的电位相同，即M7的栅极处的电位为Vreset-Vsignal，且M7具有源跟随特性，因此M7源极会将目标信号的电压Vreset-Vsignal传输到M8处，接着目标信号的电压Vreset-Vsignal从像素单元电路600的输出端输出到后端电路，完成像素单元电路的信号读出。
本申请对任一时间段的时长不予限制，不同时间段的时长可能相同也可能不相同，可以理解为t1时间段和t2时间段的时长可能相同也可能不相同。本申请对同一时间段内多个开关导通状态改变的先后顺序不予限制，例如t3时间段内，M1、M4、M5和M6的导通状态改变的顺序不予限制。本申请提供的像素单元电路可以应用于全局曝光模式或滚动曝光模式，本申请不予限制。
由此，本申请提供的一种信号采集方法，应用于像素单元电路，相比于现有技术中需要两个电容的8T2C全局快门像素单元电路，本申请只需要一个电容即可实现目标信号的读出，因此有效的减少了电路的面积。并且现有技术需要读出两次才能计算出像素单元电路的目标信号，使得图像传感器的工作频率高，功耗高，而本申请只需要读取一次便可得到目标信号，从而降低了工作频率，减少了功耗。此外，现有技术的动态范围为1/2(Vreset-Vsignal)，限制了图像传感器的工作范围，本申请的动态范围为Vreset-Vsignal，是现有技术的二倍，有效提高了动态范围，提升了成像质量。
在一些可选的实施例中，参照图8所示，图8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包括信号产生电路701、信号保持电路702和信号读取电路703。其中，信号产生电路701与信号保持电路702耦合，信号保持电路702与信号读取电路703耦合。具体的，以信号保持电路702包括电容(图8中C)、第一开关(图8中M6)以及第二开关(图8中M5)为例，其中，信号产生电路701包括：光电二极管(图8中PD)、第三开关(图8中M1)、第四开关(图8中M2)、第五开关(图8中M3)以及第六开关(图8中M4)；信号读取电路703包括第七开关(图8中M7)以及第八开关(图8中M8)。其中，光电二极管的第一端(q)与M1的第二端(b)耦合，光电二极管的第二端(r)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的第一端(g)耦合，M4的第二端(h)接地，M4的控制端与M2的第二端耦合，M5的第一端(i)与电容的第一端(r)耦合，M5的第二端(j)与M3的第二端耦合，M6的第一端(k)与电容的第二端(s)耦合，M6的第二端(l)接地，M7的第一端(m)与电源耦合，M7的第二端(n)与M8的第二端(p)耦合，M7的控制端与电容的第二端耦合，M8的第一端(o)与该像素单元电路700的输出端耦合。其中，图8示出的八个开关M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7和M8具体是以PMOS管为例，在PMOS管中，第一端为漏极，第二端为源极。
如图9所示，为本申请提供的一种信号采集方法的时序示意图，信号采集方法应用于像素单元电路，以图8中所示的像素单元电路700为例，开关M1的控制端为TG，开关M2的控制端为RST，开关M3的控制端为PC，开关M5的控制端为SEL，开关M6的控制端为S1，开关M8的控制端为RS。控制器通过向开关M1、M2、M3、M5、M6和M8的控制端输入高电平或低电平来控制开关的导通状态。具体是向开关M1、M2、M3、M5、M6和M8的控制端输入低电平来控制开关的导通，输入高电平来控制开关的不导通，图8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时间段，控制器控制M1和M2导通。
控制器向TG和RST端输入低电平，控制M1和M2导通。从而M2控制输出的复位信号能够对光电二极管以及M4的栅极进行复位，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能够对光电二极管进行反向加压，相当于给光电二极管充电。
步骤b、t2时间段，控制器控制M1和M2不导通。
控制器向TG和RST端输入高电平，控制M1和M2不导通。M1关闭时相当于打开了图像传感器的电子快门，从而光电二极管能够接收光信号，开始处于曝光状态。
步骤c、t3时间段，控制器控制M1、M3、M5和M6导通。
控制器向TG、PC、SEL和S1端输入低电平，控制M1、M3、M5和M6导通。M1导通后，光电二极管处于曝光状态时产生的光电信号会向M4的栅极传输。由于M4具有源跟随特性，即M4的源极跟随M4的栅极的变化而变化，可以理解为M4的源极的电位与M4的栅极的电位呈线性相关，因此M4的源极会跟随M4的栅极的光电信号，并将光电信号传输到M5、C和M6处，使得电容C的第一端(r)的电位为光电信号的电压Vsignal，电容C的第二端(s)接地，即电容C的第二端(s)的电位为0，相当于电容C保存光电信号，电容C两端的电位差为光电信号的电压Vsignal。光电信号的电压为Vsignal用于反映光电二极管所接收到的光强度的大小。
步骤d、t4时间段，控制器控制M1和M6不导通。
控制器向TG和S1端输入高电平，控制M1和M6不导通。M1和M6不导通会使电容C的第二端(s)处于悬浮状态，即处于没有电压控制的状态。
步骤e、t5时间段，控制器控制M2导通。
控制器向RST端输入低电平，控制M2导通。M2导通之后由M2控制输出的复位信号会再次对M4的栅极进行复位，再根据M4的源跟随特性，M4会将复位信号向M5和电容C传输，使得M5以及电容C的第一端(r)被复位，即使得电容C的第一端(r)的电位为复位信号的电压Vreset。
步骤f、t6时间段，控制器控制M2不导通。
控制器向RST端输入高电平，控制M2不导通。电容C的第一端(r)保存复位信号的电压Vreset，根据电荷守恒原理C*Vsignal＝C*(Vreset-Vs)，可以计算出电容C的第二端(s)的电位为Vs＝Vreset-Vsignal，即为目标信号的电压。
步骤g、t7时间段，控制器控制M8导通。
控制器向RS端输入低电平，控制M8导通。由于电容C的第二端(s)与M7的栅极耦合，因此M7的栅极处的电位与电容C的第二端(s)的电位相同，即M7的栅极处的电位为Vreset-Vsignal，且M7具有源跟随特性，因此M7源极会将目标信号的电压Vreset-Vsignal传输到M8处，接着目标信号的电压Vreset-Vsignal从像素单元电路700的输出端输出到后端电路，完成像素单元电路的信号读出。
另外，本申请提供了一种成像方法，成像方法应用于如图3示出的图像传感器，图像传感器包括模数转换器(analog-to-digital converter，ADC)，以及如图6所示或图8示出的像素单元电路；成像方法包括：通过像素单元电路生成目标信号；通过ADC将目标信号转换成数字信号，将数字信号输出实现成像。在一些可选的实施例中，图像传感器中还包括可编程增益放大器(pmgrammable gain amplifier，PGA)，PGA用于对像素单元电路生成的目标信号进行放大处理，提高信噪比，然后通过ADC将目标信号转换成数字信号，将数字信号输出实现成像。
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10所示，本申请实施例公开了一种电子设备800，该电子设备800可以为上述实施例中的电子设备400。电子设备800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800的动作进行控制管理，例如，可以用于支持电子设备800执行上述图5、图6和图7或图8和图9所实现的动作。存储模块可以用于支持电子设备800存储程序代码和数据等。
当然，上述电子设备800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801(如图2所示的像素单元电路200或者如图6所示的像素单元电路600或者如图8所示的像素单元电路700)，存储模块可以为存储器802(如图4所示的存储器402)。本申请实施例所提供的电子设备800可以为图4所示的电子设备400。其中，上述像素单元电路801和存储器802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像素阵列，包括阵列分布的多个像素单元，该像素单元包括像素单元电路，该像素阵列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图像传感器，包括像素阵列，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，本实施例提供的像素阵列、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 on ly 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 (14)
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信号产生电路、信号保持电路和信号读取电路；所述信号保持电路包括第一开关和第一电容；所述信号产生电路与所述第一电容的第一端耦合，所述第一电容的第二端与所述第一开关的第一端耦合，所述第一开关的第二端接地，所述第一电容的第二端还与所述信号读取电路耦合；所述方法包括：
通过所述信号产生电路生成光电信号；其中，所述光电信号是所述像素单元电路接收到的光信号转换成的电信号；
通过所述信号保持电路接收并存储所述光电信号，其中，所述第一开关导通，所述第一电容的第一端的电压为所述光电信号的电压，所述第一电容的第一端与所述第一电容的第二端的电压差为所述光电信号的电压；
通过所述信号产生电路生成复位信号；其中，所述复位信号用于向所述像素单元电路提供固定电压；
通过所述信号保持电路接收所述复位信号并基于所存储的所述光电信号和所述复位信号，生成目标信号；所述目标信号的电压是所述光电信号与所述复位信号的电压之差；其中，所述第一开关不导通，所述第一电容的第一端的电压为所述复位信号的电压，所述第一电容的第二端的电压为所述光电信号的电压与所述复位信号的电压之差；
通过所述信号读取电路读取所述目标信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述像素单元电路还包括控制器；所述方法还包括：
在所述信号保持电路存储所述光电信号之前，通过所述控制器控制所述第一开关导通，以使所述信号保持电路存储所述光电信号之后，所述第一电容两端的电压为所述光电信号的电压；
在所述信号保持电路存储所述光电信号之后，通过所述控制器控制所述第一开关不导通，以使信号保持电路接收到所述复位信号之后，所述第一电容输出的信号是所述目标信号。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述信号保持电路还包括第二开关，所述方法还包括：
在所述信号保持电路接收所述复位信号之后，通过所述控制器控制所述第二开关不导通，以使所述第一电容输出的信号保持为所述目标信号。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，
所述第一开关还包括控制端，用于接收第一控制信号，所述第一控制信号用于控制所述第一开关的导通状态；
所述第二开关还包括控制端，用于接收第二控制信号，所述第二控制信号用于控制所述第二开关的导通状态；
其中，所述导通状态包括导通或不导通。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，
所述第一开关和所述第二开关均包括晶体管。
6.一种像素单元电路，其特征在于，包括信号产生电路、信号保持电路和信号读取电路；所述信号保持电路包括第一开关和第一电容；
所述信号产生电路与所述第一电容的第一端耦合，所述第一电容的第二端与所述第一开关的第一端耦合，所述第一开关的第二端接地，所述第一电容的第二端还与所述信号读取电路耦合；
所述信号产生电路，用于生成光电信号和复位信号；其中，所述光电信号是所述像素单元接收到的光信号转换成的电信号，所述复位信号用于向所述像素单元电路提供固定电压；
所述信号保持电路，用于接收并存储所述光电信号；其中，所述第一开关导通，所述第一电容的第一端的电压为所述光电信号的电压，所述第一电容的第一端与所述第一电容的第二端的电压差为所述光电信号的电压；
所述信号保持电路，用于再接收所述复位信号并基于所存储的所述光电信号和所述复位信号，生成目标信号；所述目标信号的电压是所述光电信号与所述复位信号的电压之差；其中，所述第一开关不导通，所述第一电容的第一端的电压为所述复位信号的电压，所述第一电容的第二端的电压为所述光电信号的电压与所述复位信号的电压之差；
所述信号读取电路，用于读取所述目标信号。
7.根据权利要求6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，所述控制器用于：
控制所述第一电容两端的电压为光电信号的电压；以及，
控制所述第一电容的第二端输出的信号是所述目标信号。
8.根据权利要求7所述的像素单元电路，其特征在于，所述信号保持电路还包括第二开关，所述第二开关的第一端与所述第一电容的第一端耦合，所述第二开关的第二端与所述信号产生电路耦合；
所述控制器还用于，控制所述第一电容的第二端输出的信号保持为所述目标信号。
9.根据权利要求8所述的像素单元电路，其特征在于，
所述第一开关还包括控制端，用于接收第一控制信号，所述第一控制信号用于控制所述第一开关的导通状态；
所述第二开关还包括控制端，用于接收第二控制信号，所述第二控制信号用于控制所述第二开关的导通状态；
其中，所述导通状态包括导通或不导通。
10.根据权利要求8所述的像素单元电路，其特征在于，
所述第一开关和所述第二开关均包括晶体管。
11.根据权利要求6-10任一项所述的像素单元电路，其特征在于，所述信号产生电路包括：光电二极管、第三开关、第四开关、第五开关以及第六开关；
所述光电二极管的第一端与所述第三开关的第二端耦合，所述光电二极管的第二端接地，所述第三开关的第一端与所述第四开关的第二端耦合，所述第四开关的第一端与电源耦合，所述第五开关的第一端与所述电源耦合，所述第五开关的第二端与所述第六开关的第一端耦合，所述第六开关的第二端接地，所述第五开关的第二端与所述第一电容的第一端耦合；其中，所述第五开关的控制端或者所述第六开关的控制端与所述第四开关的第二端耦合；
和/或，所述信号读取电路包括：第七开关以及第八开关；
所述第七开关的控制端与所述第一电容的第二端耦合，所述第七开关的第一端与所述电源耦合，所述第七开关的第二端与所述第八开关的第二端耦合，所述第八开关的第一端与所述像素单元电路的输出端耦合。
12.一种图像传感器，其特征在于，包括如权利要求6-11中任一项所述的像素单元电路。
13.一种成像方法，其特征在于，所述成像方法应用于如权利要求12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6-11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。
14.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求12所述的图像传感器。
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