CN116349240A

CN116349240A - 具有减少的量化操作的数字像素传感器

Info

Publication number: CN116349240A
Application number: CN202180069472.0A
Authority: CN
Inventors: 蔡宗勋; 刘新桥; 陈松
Original assignee: Meta Platforms Technologies LLC
Current assignee: Meta Platforms Technologies LLC
Priority date: 2020-10-09
Filing date: 2021-10-09
Publication date: 2023-06-27
Also published as: EP4226606A1; WO2022076929A1; US11956560B2; JP2023545370A; US20220116565A1

Abstract

在一些示例中，传感器装置包括：像素单元、集成电路、模数转换器(ADC)以及存储器。像素单元被配置为产生电压，像素单元包括光电二极管和电荷存储器件，光电二极管被配置为响应于入射光而产生电荷，电荷存储器件将电荷转换为电压。集成电路被被配置为：确定在第一时间段期间由电荷存储器件转换的第一捕获电压；将第一捕获电压与阈值电压值进行比较；以及响应于确定第一捕获电压满足或超过阈值电压值：确定与第一时间段相对应的第一时间数据；以及防止电荷存储器件另外生成电荷。模数转换器(ADC)被配置为基于第一捕获电压产生数字像素值。存储器用于存储数字像素值和第一时间数据。

Description

具有减少的量化操作的数字像素传感器

背景

本申请要求于2020年10月9日提交的、名称为“具有减少的量化操作的数字像素传感器”的申请号为63/089,704的美国临时专利申请的优先权，该美国临时专利申请通过引用全部明确地结合于此。

背景技术

典型的图像传感器包括像素单元阵列。每个像素单元可以包括光电二极管，以通过将光子转换成电荷(例如，电子或空穴)来感测光。图像传感器还可以包括集成电路，该集成电路被配置为存储所生成的电荷，并且将该电荷发送到模/数转换器(analog-to-digital converter，ADC)。ADC将所存储的电荷转换成数字值(即，“量化”电荷)，作为数字图像生成过程的一部分。为了准确地表示像素单元从其接收到光的环境，像素单元必须在曝光时间段内从光子生成、存储和转换足够的电荷。

发明内容

因此，本发明公开了根据所附权利要求的图像传感器和方法。更具体地，且不限于，本公开涉及结合有像素单元的数字图像传感器，该数字图像传感器包括集成电路，该集成电路被配置为在量化电荷时减少功率消耗，同时保留数字图像传感器的动态范围(即，传感器可以生成并输出的光值的范围)。

在一些示例中，提供了一种装置。该装置包括像素单元、集成电路、模数转换器(ADC)以及存储器。像素单元被配置为生成电压，像素单元包括光电二极管和电荷存储器件，光电二极管被配置为响应于入射光而生成电荷，电荷存储器件将电荷转换为电压；集成电路被配置为：确定在第一时间段期间由电荷存储器件转换的第一捕获电压；将第一捕获电压与阈值电压值进行比较；以及响应于确定第一捕获电压满足或超过阈值电压值：确定与第一时间段相对应的第一时间数据；以及防止电荷存储器件另外(further)生成电荷；并且模数转换器被配置为基于第一捕获电压生成数字像素值，并且存储器用于存储数字像素值和第一时间数据。

在一些方面中，集成电路可以包括锁存器，像素单元的光电二极管可以经由锁存器耦接到像素单元的电荷存储器件。在一些另外方面，在锁存器闭合时，锁存器可以使电荷存储器件能够积累电荷，并且在锁存器断开时，锁存器可以防止电荷存储器件积累电荷。在一些另外方面，集成电路还可以包括比较器，该比较器被配置为从电荷存储器件接收第一捕获电压，并且将第一捕获电压与阈值电压值进行比较。

在一些另外方面，运算放大器还可以被配置为向锁存器输出比较信号，其中，锁存器响应于从运算放大器接收到指示来自电荷存储器件的第一捕获电压满足或超过阈值电压值的信号而被断开。在一些方面，所述装置还可以包括一个或多个感测放大器，该一个或多个感测放大器被配置为在将所存储的像素值从该装置导出之前，放大所存储的数字像素值。

在一些方面，第一时间数据可以为二进制标志字段，该二进制标志字段被配置为表示多个时间段，该多个时间段包括第一时间段和至少第二时间段，集成电路还可以被配置为存储二进制标志值和第一捕获电压。在一些另外的实施例中，该多个时间段可以是基于光电二极管的类型来确定的，该光电二极管的类型基于入射光强度，指示电荷生成速率。在一些另外方面，该多个时间段可以是基于传感器装置的目标动态范围来确定的。

除此之外，在一些方面，第二时间段可以在第一时间段之前发生，集成电路还可以被配置为确定由电荷存储器件在第二时间段转换的第二捕获电压。在一些另外方面，集成电路还可以被配置为将由电荷存储器件在第二时间段转换的第二所捕获电压与阈值电压值进行比较。在一些另外方面，集成电路还可以被配置为响应于确定第二捕获电压不满足或未超过阈值电压值，更新二进制标志字段。在一些另外方面，二进制标志可以是与第一时间段和第二时间段相对应的一位二进制标志。在一些另外方面，二进制标志可以是与第一时间段和第二时间段以及第三时间段和第四时间段相对应的两位二进制标志，第三时间段和第四时间段在第一时间段之后发生。

在一些方面，集成电路还可以被配置为在将第一所捕获电压与阈值电压值进行比较之前，接收阈值电压值。在一些另外方面，集成电路可以从ADC斜坡发生器接收阈值电压值。在一些另外方面，传感器装置还可以包括集成电路外围设备，该集成电路外围设备耦接到集成电路，集成电路外围设备包括ADC斜坡发生器，ADC斜坡发生器被配置为基于在ADC斜坡发生器处接收的斜坡输入，来确定阈值电压值。在一些另外方面，集成电路外围设备还可以耦接到应用实例，该应用实例被配置为基于场景的一个或多个特征来确定斜坡输入，以及将斜坡输入发送到ADC斜坡发生器。在一些另外方面，场景的一个或多个特征可以是基于环境传感器、运动传感器和生成式模型中的一者或多者来生成的。

在一些示例中，一种方法包括：通过基于在光电二极管处接收到的入射光对电荷进行转换，来生成电压；确定在第一时间段期间生成的第一捕获电压；将第一捕获电压与阈值电压值进行比较；响应于确定第一捕获电压满足或超过阈值电压值：确定与第一时间段相对应的第一时间数据；以及防止另外积累电荷；以及将第一捕获电压转换为数字像素数据，该数字像素数据包括一个或多个数字像素值。

附图说明

参照以下附图描述来描述示例性实施例。

图1是包括近眼显示器的系统的实施例的框图。

图2A、图2B、图2C、图2D、图2E和图2F示出了图像传感器及其操作的示例。

图3示出了像素阵列的像素单元的示例内部部件。

图4A、图4B和图4C示出了图像传感器的外围设备电路和像素单元阵列的示例部件。

图5示出了具有减少的量化操作的像素单元、集成电路和外围设备的示例。

图6示出了具有减少的量化操作的像素单元、集成电路和外围设备的示例，上述部件包括静态随机存取存储器。

图7示出了描绘在捕获时间段期间的部件活动的时间序列的时序图。

图8示出了电荷捕获图，该电荷捕获图描绘了针对在光电二极管中生成电荷的光的各种阴影的一系列基于时间的饱和度阈值。

图9示出了用于使用基于时间数据和饱和像素电荷的单次量化对数字像素数据进行量化的示例过程。

附图仅出于例示的目的描绘了本公开的实施例。本领域技术人员从下面的描述中将容易地认识到，在不脱离本公开的原理和所推崇的益处的情况下，可以采用所例示的结构和方法的替代实施例。

在附图中，相似的部件和/或特征可以具有相同的参考标记。此外，可以通过在参考标记之后用短划线和在相似部件之间进行区分的第二标记来区分相同类型的各个部件。如果说明书中仅使用第一参考标记，则该描述适用于具有相同第一参考标记的相似部件中的任一者，而与第二参考标记无关。

具体实施方式

在以下描述中，出于解释的目的，阐述了具体细节以便提供对某些发明实施例的透彻理解。然而，显而易见的是，各种实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。附图和说明书并不旨在是限制性的。

典型的图像传感器包括像素单元阵列。每个像素单元包括光电二极管，以通过将光子转换成电荷(例如，电子或空穴)来感测光。然后，由像素单元阵列的光电二极管生成的电荷可以由模数转换器(ADC)量化为数字值。ADC可以通过例如使用比较器将表示电荷的电压与一个或多个量化电平进行比较来量化电荷，并且可以基于比较结果生成数字值。然后，数字值可以被存储在存储器中并且然后用于生成数字图像。

数字图像数据可以支持各种可穿戴应用，例如对象识别和跟踪、位置跟踪、增强现实(augmented reality，AR)、虚拟现实(virtual reality，VR)等。这些和其他应用可以利用提取技术来从数字图像的像素子集中提取数字图像的多个方面(即，亮度级、风景、语义区域)和/或数字图像的特征(即，数字图像中描绘的对象和实体)。例如，应用可以识别所反射的结构光(例如，点)的像素，将从像素提取的图案与所发送的结构光进行比较，并且基于比较结果执行深度计算。

该应用还可以识别来自相同像素单元的2D像素数据，所述2D像素数据提供所提取的结构光图案以执行2D和3D感测的融合。为了执行对象识别和跟踪，应用还可以识别对象的图像特征的像素，从像素中提取图像特征，并基于提取结果执行识别和跟踪。这些应用通常在主机处理器上执行，主机处理器可以与图像传感器电连接，并经由互连接件接收像素数据。主机处理器、图像传感器和互连接件可以是可穿戴设备的一部分。

当代数字图像传感器是将光转换成数字图像数据的复杂装置。数字图像传感器的效率和功率是将数字图像传感器集成到各种设备和应用中的重要因素。例如，对于嵌入在消费者设备(尤其是在功率可用性有限的情况下运行的无线、电池供电的设备(例如，可穿戴设备))中的数字图像传感器，高效的传感器功能(例如，在该传感器的常规操作期间消耗尽可能少的功率)是非常期望的特征。同时，强大的数字图像传感器(例如，可以对在光电二极管处捕获的更宽动态范围的颜色进行输出的传感器)也期望用于宽范围的应用(例如，更准确和视觉上令人愉悦的AR/VR应用)。

数字图像传感器必须在功率与效率之间取得平衡，因为传感器捕获能力的更高动态范围需要额外的功率来维持。例如，具有可表示光强度的更高动态范围的传感器将通常以每捕获的一帧的间隔，对所捕获的电荷执行多次量化操作。这在每处理一帧时就会消耗更多的功率，并且需要在传感器的每个像素内有更多嵌入的晶体管才能工作。尽管多次量化操作可以提供更准确和更高范围的颜色捕获，但与其他像素单元功能相比，每次量化操作消耗的功率量相对较高。还需要额外的功率来存储和处理在光电二极管处生成的电荷。因此，为促进高动态范围(high dynamic range，HDR)传感器，在典型像素单元中的各个附加部件和操作都需要集成传感器电路上的更多空间并消耗附加功率，从而使传感器效率更低。相反，低动态范围传感器可能需要更少能量来运行(即，执行更少次量化操作)，但是传感器可以实现的所得动态范围是有限的。

本公开涉及一种利用单次量化操作和基于时间的像素电荷阈值处理操作的数字图像传感器。更具体地，数字图像传感器可以包括集成处理电路，该集成处理电路用于确定在帧捕获的多个时间段期间，与期望的电荷阈值相比，电荷存储器件是否已经产生了足够的电荷。一旦电荷存储器件已经充分转换电荷(即，由电荷存储器件存储的电荷高于期望的存储电荷阈值)，则逻辑电路可以防止另外的(further)电荷存储，并且可以记录已经捕获足够的电荷的时间段。因为当电荷存储器件存储从光电二极管转换而来的电荷时会消耗电能，因此所存储的超过期望阈值的任何电荷都会导致不必要的功率消耗。超过期望阈值的持续功率消耗还导致像素的光饱和，这可能导致由图像传感器生成的最终数字图像中的失真。因此，期望仅捕获满足期望阈值的电荷并且防止捕获超过该点。

基于时间的标志字段可以表示电荷存储器件正在转换和存储来自光电二极管的电荷的时间段。因为光的不同波长和强度将以不同速率生成电荷，所以基于时间的标志字段可以用于指示由像素单元捕获的光已经被转换成足够的电荷的时间，以在数字图像中准确地表示光强度。例如，所捕获的更高强度的光将使得电荷存储器件比更低强度的光更快地达到阈值电荷。然后，可以将该基于时间的标志字段用作单次量化操作的一部分，以提高由ADC输出的数字数据的动态范围。例如，如果基于时间的标志字段指示在帧捕获的早期测量的电荷是足够的，则下游应用程序可以利用存储的电荷值和标志来更改在下游应用程序中表示像素值的方式。这允许数字图像传感器执行单次量化操作以减少功率消耗，同时在下游应用处保留更高动态范围的操作。

在一些示例中，一种传感器装置包括像素单元，该像素单元被配置为生成电压，像素单元包括一个或多个光电二极管和电荷存储器件，光电二极管被配置为响应于光而生成电荷，电荷存储器件将该电荷转换为电压。像素单元可以被配置成片上系统(system onchip，SOC)像素的一部分，并且可以是像素单元阵列中的一个像素单元。像素单元包括其自身的个体(individual)电路，该电路具有一个或多个光电二极管，该光电二极管将响应于接收光而生成电荷。所产生和存储的电荷量可以基于入射光的强度和光电二极管暴露在光中的时间量而变化。如下文所述，电荷存储器件(例如，电容器)将在一个或多个光电二极管处生成的电荷转换成可用于生成像素值的模拟电压信号。

在一些示例中，传感器装置还包括集成电路，该集成电路内置于耦接到SOC像素的专用集成电路(application-specific integrated circuit，ASIC)层中。集成电路包括诸如比较器和逻辑状态锁存器等部件，以与由电荷存储器件捕获的模拟电压信号交互并对其进行处理。例如，集成电路可以被配置为确定由电荷存储器件在第一时间段转换的捕获电压，将第一捕获电压与阈值电压值进行比较，以及响应于确定第一捕获电压满足或超过阈值电压值而确定与第一时间段相对应的第一时间数据，并且防止电荷存储器件另外生成电荷。

可以以这种方式利用集成电路，以允许电荷存储器件捕获模拟电压信号，直到该电压等于或超过提供对来自光电二极管的转换光的足够准确表示所需的阈值电压。换句话说，由具有满足或超过期望阈值电压值的电压值的电荷所表示的模拟电压信号是“具有足够电荷(sufficiently charged)”。换句话说，任何小于阈值的电荷都具有不期望的低信噪比，并且任何捕获的超过阈值水平的电荷都可能导致像素的不期望饱和。

因此，当一个或多个光电二极管接收暗光时，电荷存储器件可能需要在更长的时间段内对由一个或多个光电二极管生成的电荷进行转换，以获得足够的电荷。另一方面，在电荷已经达到足够水平之后继续转换和存储亮光的电荷将不仅消耗不必要的功率，而且像素可能由于强光而变得饱和，从而导致噪声或伪影出现在最终的数字图像中。一旦电荷存储器件已经达到阈值电荷量，则电荷存储器件就可以与光电二极管分离，以防止另外的电荷积累，并因此防止不必要的功率消耗。可以确定实现饱和的时间，并且该时间可以用于存储与电荷相对应的二进制标志位，以实现可表示的更高动态范围的值。例如，计算机存储器可以存储作为第一值接收的电荷值和基于时间的二进制标志位，该基于时间的二进制标记位是基于信号超过阈值的时间的。这些值随后可以用于表示更高动态范围中的新像素值。例如，如果两个像素各自具有量化值150，但是第一像素具有对应的标志字段值“10”，而第二像素具有标志字段值“01”，则第一像素可以在输出图像中以不同于第二像素的方式表示。

在一些示例中，传感器装置还包括一个或多个模数转换器(analog-to-digitalconverter，ADC)，该模数转换器被配置为将捕获的电压转换为数字像素数据，该数字像素数据包括一个或多个数字像素值。具体地，ADC可以将存储在电荷存储器件中的模拟电压信号转换为数字数据，该数字数据包括表示在像素单元处的所捕获的入射光的强度的数字像素值(称为“量化”模拟电压信号)。第一时间数据也被存储，以促进比数字像素数据可以表示的更高的动态范围的值。例如，第一时间数据可以指示在捕获时光的强度更高，该第一时间数据指示像素单元在用于帧捕获的时间段很早就存储了足够的电荷。通过存储像素值和第一时间数据两者，所述像素值和第一时间数据可以用于生成高动态范围像素值。

在一些示例中，集成电路包括状态锁存器，该状态锁存器可以控制电荷存储器件是否在特定时间耦接到相邻电路中的光电二极管。状态锁存器可以是包括1位状态锁存器的逻辑锁存器，该1位状态锁存器被配置为响应于信号而断开或闭合锁存器。例如，当锁存器处于闭合状态时，电荷存储器件可以转换由一个或多个光电二极管生成的电荷。这可以在电荷存储器件在曝光期间继续收集到了足够水平的电压电荷时发生。一旦电荷存储器件已经存储了足够的电荷，锁存器就可以断开，从而断开电荷存储器件与光电二极管之间的连接，并且防止电荷存储器件另外收集电荷。因此，像素单元已经生成了足够的电荷以提供准确的像素值，但将防止像素单元的进一步不必要的功率消耗和不期望的饱和。状态锁存器还可以被配置为将标志数据的指示发送到集成电路上的存储器以便于标志数据的存储。

集成电路还可以包括比较器，以确定电荷存储器件是否包含等于或高于阈值电压值的电压电荷。因此，比较器将确定在给定时间段所捕获的电荷的电压水平是否满足或超过阈值电荷的电压水平(即，电荷存储器件已存储足够的电荷以用于量化)。比较器可以包括运算放大器，该运算放大器可以接收来自电荷存储器件的所捕获的电压和阈值电压值。然后，比较器可以确定所捕获的电压是否大于或等于阈值电压值。如果比较器确定所捕获的电压不满足或未超过阈值电压值，则比较器可以不输出信号以节省功率，或者可以输出电荷还未处于足够水平的简单信号。如果比较器确定所捕获的电压满足或超过阈值电压值，则比较器可以向锁存器输出信号，以指示锁存器应当被断开以防止继续存储电荷，并且存储当时的标志数据。

数字像素传感器还可以包括一个或多个感测放大器，该一个或多个感测放大器被配置为在将值从数字像素传感器导出之前，放大所存储的数字像素值和标志数据。在一些示例中，所使用的第一时间数据可表示为二进制标志字段数据。二进制标志字段数据可以表示在帧的捕获期间的多个时间段。二进制标志字段数据可以以这种方式表示2的倍数的时间段数量。例如，具有值“11”的二进制“标志位字段”可以指示当前时间段是总共四个时间段中的第一时间段。具有值“101”的另一标志位字段可以指示当前时间段是总共八个时间段中的第六时间段。在该配置中，值“0”、“00”、“000”等指示该时间段是帧捕获结束之前的最终时间段，并且当前存储于电荷存储器件中的模拟电压应当被量化，而不管当前电荷存储的水平如何，尽管可以采用任何合适的惯例。二进制标志位字段随着帧捕获时间段中的每个新时间段而更新，并且可以响应于确定所捕获的电压不满足或未超过阈值电压而更新。此外，不是所有能够被表示的值都可以被使用。例如，系统可以仅采用三个时间段，但是仍然可以采用2位标志字段来表示时间段。另选地，本文描述的系统可以例如基于先前捕获的图像中的所测量光强度，在操作期间动态地改变位场宽度或值的数量。

可以用于帧捕获的时间段的数量和持续时间可以取决于一些传感器配置因素，例如像素单元中的光电二极管的类型、传感器装置的预期动态范围、每帧期望的时间段数量等。例如，对于相比于其他光电二极管对光更不敏感的光电二极管，可能期望增加时间段的数量或时间段的持续时间以尽可能快地增加像素单元已经存储足够电荷的机会。

在一些示例中，集成电路可以耦接到数字图像传感器上的ASIC外围设备电路。外围设备可以包括用于促进传感器的“边缘”处的操作(即，涉及由另一单独的部件或装置在传感器处输入或输出数据的操作)的部件。传感器的外围设备可以包括用于确定阈值电压值以发送到比较器的部件。例如，ADC斜坡发生器本身可以基于当前相对时间段向比较器发送斜坡信号以执行比较。输入阈值电压值可以是基于数字图像传感器的任何因素或环境的。例如，响应于确定数字像素传感器驻留在低光环境中，阈值电压值可以被设定在更低水平以补偿预期的低光环境。在一些实施例中，与外围设备通信的软件应用程序可以确定阈值电压值，并首先将其发送到外围设备然后发送到比较器。

在一些示例中，方法包括以上关于应用系统和传感器装置描述的过程。所公开的技术可以包括人工现实系统，或结合人工现实系统来实现。人工现实是一种在呈现给用户之前已经以某种方式进行了调整的现实形式，其可以包括例如虚拟现实(virtualreality，VR)、增强现实(augmented reality，AR)、混合现实(mixed reality，MR)、混合现实(hybrid reality)、或它们的某种组合和/或衍生物。人工现实内容可以包括完全生成的内容、或者与所捕获的(例如，真实世界)内容组合的生成的内容。人工现实内容可以包括视频、音频、触觉反馈或它们的某种组合，它们中的任何一者都可以在单个通道或多个通道(例如，向观看者产生三维效果的立体视频)中呈现。此外，在一些实施例中，人工现实还可以与应用、产品、附件、服务或它们的某种组合相关联，这些应用、产品、附件、服务或它们的某种组合用于例如在人工现实中创建内容和/或在人工现实中以其他方式使用(例如在人工现实中执行活动)。可以在各种平台上实现提供人工现实内容的人工现实系统，这些平台包括连接到主计算机系统的头戴式显示器(head-mounted displa，HMD)、独立HMD、移动设备或计算系统、或者能够向一个或更多个观看者提供人工现实内容的任何其他硬件平台。

图1是包括近眼显示器100的系统的实施例的框图。该系统包括各自耦接到控制电路170的近眼显示器100、成像设备160、输入/输出接口180、以及图像传感器120a至120d和150a至150b。系统100可以被配置成头戴式设备、可穿戴设备等。

近眼显示器100是向用户呈现媒体的显示器。由近眼显示器100呈现的媒体的示例包括一幅或多幅图像、视频和/或音频。在一些实施例中，音频经由外部设备(例如，扬声器和/或头戴式受话器)呈现，该外部设备从近眼显示器100和/或控制电路170接收音频信息，并且基于该音频信息向用户呈现音频数据。在一些实施例中，近眼显示器100也可以充当AR眼镜。在一些实施例中，近眼显示器100利用计算机生成的元素(例如，图像、视频、声音)来增强物理的、真实世界环境的视图。

近眼显示器100包括波导显示组件110、一个或多个位置传感器130和/或惯性测量单元(inertial measurement unit，IMU)140。波导显示器组件110可以包括源组件、输出波导和控制器。

IMU 140是一种基于从一个或多个位置传感器130接收的测量信号生成快速校准数据的电子设备，该快速校准数据指示相对于近眼显示器100的初始位置的、近眼显示器100的估计位置。

成像设备160可以生成用于各种应用的图像数据。例如，成像设备160可以根据从控制电路170接收的校准参数来生成图像数据，以提供慢速校准数据。成像设备160可以包括例如图像传感器120a至120d，以用于生成用户所在的物理环境的图像数据，用于执行对用户的定位跟踪。成像设备160还可以包括例如图像传感器150a和150b，以用于生成用于确定用户的注视点的图像数据，以识别用户感兴趣的对象。

输入/输出接口180是允许用户向控制电路170发送动作请求的设备。动作请求是执行特定动作的请求。例如，动作请求可以是开始或结束应用，或者是在应用内执行特定动作。

控制电路170根据从成像设备160、近眼显示器100和输入/输出接口180中的一者或多者接收的信息，来向近眼显示器100提供媒体以呈现给用户。在一些示例中，控制电路170可以被容纳在被配置成头戴式设备的系统100内。在一些示例中，控制电路170可以是与系统100的其他部件通信地耦接的独立控制台设备。在图1所示的示例中，控制电路170包括应用程序商店172、跟踪模块174和引擎176。

应用程序商店172存储用于由控制电路170执行的一个或多个应用程序。应用程序是一组指令，该组指令在被处理器执行时生成用于显现给用户的内容。应用程序的示例包括：游戏应用程序、会议应用程序、视频播放应用程序或其他合适的应用程序。

跟踪模块174使用一个或多个校准参数来校准系统100，并且可以调整一个或多个校准参数以减少在确定近眼显示器100的位置时的误差。

跟踪模块174使用来自成像设备160的慢速校准信息，来跟踪近眼显示器100的移动。跟踪模块174还使用来自快速校准信息的位置信息，来确定近眼显示器100的参考点的位置。

引擎176执行系统100内的应用程序，并从跟踪模块174接收近眼显示器100的位置信息、加速度信息、速度信息和/或预测的将来位置。在一些实施例中，引擎176接收的信息可以用于生成向波导显示器组件110的信号(例如，显示指令)，该信号确定呈现给用户的内容的类型。例如，为了提供交互式体验，引擎176可以基于(例如，由跟踪模块174提供的)用户的位置、或(例如，基于由成像设备160提供的图像数据的)用户的注视点、(例如，基于由成像设备160提供的图像数据的)对象与用户之间的距离，来确定要呈现给用户的内容。

图2A、图2B、图2C、图2D、图2E和图2F示出了图像传感器200(即，数字图像传感器)及其操作的示例。如图2A所示，图像传感器200可以包括像素单元阵列(包括像素单元201)，并且可以生成与图像像素相对应的数字强度数据。像素单元201可以为图像传感器200中的像素单元阵列的一部分。如图2A所示，像素单元201可以包括一个或多个光电二极管202、电子快门开关203、转换开关204、复位开关205、电荷存储器件206和量化器207。量化器207可以为像素级ADC，该像素级ADC可以仅由该像素单元201访问。光电二极管202可以包括例如P-N二极管、P-I-N二极管或钉扎二极管(pinned diode)，而电荷存储器件206可以是转换开关204的浮置扩散节点。在曝光周期内，光电二极管202可以在接收到光时产生并积累电荷，并且在曝光周期内生成的电荷量可以与光的强度成比例。

可以基于对电子快门开关203进行控制的AB信号的时序(timing)并且基于对转换开关204进行控制的TX信号的时序，来定义曝光周期，该电子快门开关203在被启用时可以引导光电二极管202生成的电荷离开，该转换开关204在被启用时可以将光电二极管202生成的电荷转移到电荷存储器件206。例如，参考图2B，AB信号可以在时间T0无效，以允许光电二极管202生成电荷，并积累该电荷中的至少一些电荷作为剩余电荷，直到光电二极管202饱和。T0可以标记曝光周期的开始。TX信号可以将转换开关204设定为部分导通状态，以将光电二极管202饱和之后生成的附加电荷(例如，溢出电荷)转移到电荷存储器件206。在时间T1，TG信号可以有效，以将剩余电荷转移到电荷存储器件206，使得电荷存储器件206可以存储从曝光周期在时间T0开始以来由光电二极管202生成的所有电荷。

在时间T2，TX信号可以无效以将电荷存储器件206与光电二极管202隔离，而AB信号可以有效以引导光电二极管202生成的电荷离开。时间T2可以标记曝光周期的结束。在时间T2，跨电荷存储器件206的模拟电压可以表示电荷存储器件206中存储的电荷总量，该电荷总量可以与曝光周期内由光电二极管202生成的电荷总量相对应。TX信号和AB信号两者可以由控制器(图2A中未示出)生成，该控制器可以是像素单元201的一部分。在模拟电压被量化之后，可以通过RST信号启用复位开关205，以移除电荷存储器件206中的电荷，以准备好下一次测量。

图2C示出了像素单元201的附加部件。如图2C所示，像素单元201可以包括源极跟随器210，该源极跟随器可以对电荷存储器件206处的电压进行缓冲，并且将该电压输出到量化器207。电荷存储器件206和源极跟随器210可以形成电荷测量电路212。源极跟随器210可以包括由偏置电压V_BIAS控制的电流源211，该电流源设定流经源极跟随器210的电流。量化器207可以包括比较器。电荷测量电路212和量化器207可以一起形成处理电路214。比较器还与存储器216耦接，该存储器用于存储量化输出作为像素值208。存储器216可以包括存储器器件(例如静态随机存取存储器(static random-access memory，SRAM)器件)组，其中，每个存储器器件被配置成位单元。该组中的存储器器件的数量可以基于量化输出的分辨率。如果量化输出具有10位分辨率，则存储器216可以包括十个SRAM位单元的组。在像素单元201包括多个光电二极管以检测不同波长通道的光的情况下，存储器216可以包括多个SRAM位单元组。

量化器207可以被控制器控制，以在时间T2之后对模拟电压进行量化，从而生成像素值208。图2D示出了由量化器207执行的示例量化操作。如图2D所示，量化器207可以将源极跟随器210输出的模拟电压与斜坡参考电压(ramping reference voltage)(在图2C和图2D中被标记为“VREF”)进行比较，以生成比较决定(在图2C和图2D中被标记为“锁存”)。决定跳闸(trip)所花费的时间可以由计数器测量，以表示模拟电压的量化结果。在一些示例中，该时间可以由自运行计数器测量，该自运行计数器在斜坡参考电压处于起始点时开始计数。自运行计数器可以基于时钟信号(在图2D中被标记为“时钟”)并且随着斜坡参考电压上升(或下降)而周期性地更新其计数值。当斜坡参考电压满足模拟电压时，比较器输出跳闸。比较器输出的跳闸可以使计数值存储在存储器216中。计数值可以表示模拟电压的量化输出。返回参考图2C，存储在存储器216中的计数值可以被读出作为像素值208。

在图2A和图2C中，像素单元201被示出为包括处理电路214(包括电荷测量电路212和量化器207)和存储器216。在一些示例中，处理电路214及存储器216可以位于像素单元201的外部。例如，多个像素单元的块可以共享和依次访问处理电路214和存储器216，以对每个像素单元中的光电二极管生成的电荷进行量化并存储量化结果。

图2E示出了图像传感器200的附加部件。如图2E所示，图像传感器200包括以行和列布置的像素单元201，例如像素单元201a0至201a3、201a4至201a7、201b0至201b3或201b4至201b7。每个像素单元可以包括一个或多个光电二极管202。图像传感器200还包括量化电路220(例如，量化电路220a0、220a1、220b0、220b1)，所述量化电路包括处理电路214(例如，电荷测量电路212和比较器/量化器207)和存储器216。在图2E的示例中，四个像素单元的块可以共享块级量化电路220，该块级量化电路可以包括块级ADC(例如，比较器/量化器207)和经由多路复用器(图2E中未示出)的块级存储器216，其中各个像素单元依次访问量化电路220以量化电荷。例如，像素单元201a0至201a3共享量化电路220a0，像素单元201a4至201a7共享量化电路221a1，像素单元201b0至201b3共享量化电路220b0，而像素单元201b4至201b7共享量化电路220b1。在一些示例中，每个像素单元可以包括或具有其专用量化电路。

此外，图像传感器200还包括其他电路，例如计数器240和数模转换器(DAC)242。计数器240可以被配置成数字斜坡电路，以向存储器216供应计数值。计数值还可以被供应给DAC 242以生成模拟斜坡，例如图2C和图2D中的VREF，该模拟斜坡可以被供应给量化器207以执行量化操作。图像传感器200还包括缓冲器网络230，该缓冲器网络包括缓冲器230a、230b、230c、230d等，以将表示计数值的数字斜坡信号、以及模拟斜坡信号分配到不同像素单元块的处理电路214，使得在任何给定时间，各个处理电路214收到相同的模拟斜坡电压和相同的数字斜坡计数值。这是为了确保由不同像素单元输出的数字值中的任何差异是由于由像素单元接收到的光的强度的差异引起的，而不是由于由这些像素单元接收到的数字斜坡信号/计数值和模拟斜坡信号的不匹配引起的。

来自图像传感器200的图像数据可以被传送到主机处理器(图2A至图2E中未示出)，以支持不同的应用，例如针对图2F中所示的图像传感器200，识别和跟踪对象252或执行对象252的深度感测。对于所有这些应用，仅一像素单元子集提供相关信息(例如，对象252的像素数据)，而其余像素单元不提供相关信息。例如，参考图2F，在时间T0，图像传感器200的一组像素单元250接收由对象252反射的光，而在时间T6，对象252可能已经移位(例如，由于对象252的移动、图像传感器200的移动、或对象252和图像传感器200两者的移动)，并且图像传感器200的一组像素单元270接收由对象252反射的光。在时间T0和时间T6处，图像传感器200可以仅将来自一组像素单元260和一组像素单元270的像素数据作为稀疏图像帧发送到主机处理器，以减少发送的像素数据量。这种设置可以允许以更高的帧速率来发送分辨率更高的图像。例如，包括更多个像素单元的更大像素单元阵列可以用于对对象252进行成像以提高图像分辨率，而当仅像素单元子集(包括提供对象252的像素数据的像素单元)将像素数据发送到主机处理器时，可以减少提供改善的图像分辨率所需的带宽和功率。类似地，图像传感器200可以经操作以在更高的帧速率下生成图像，但当每张图像仅包括由像素单元子集输出的像素值时，可以减小带宽及功率的增加。在3D感测的情况下，图像传感器200可以采用类似的技术。

在3D感测的情况下，发送的像素数据量也可减少。例如，照明器可以将结构光的图案投影到对象上。结构光可以在对象的表面上反射，并且反射光的图案可以由图像传感器200捕获以生成图像。主机处理器可以将图案与对象图案进行匹配，并且基于图像中的对象图案的构造来确定对象相对于图像传感器200的深度。对于3D感测，仅像素单元组包含相关信息(例如，图案252的像素数据)。为了减少发送的像素数据量，图像传感器200可以被配置为仅将来自像素单元组的像素数据或图像中的图案的图像定位位置发送到主机处理器。

图3示出了像素单元阵列的像素单元300的示例内部部件，该像素单元阵列可以包括图2A的像素单元201的部件中的至少一些部件。像素单元300可以包括一个或多个光电二极管，该一个或多个光电二极管包括光电二极管310a、310b等，各个光电二极管可以被配置为检测不同频率范围的光。例如，光电二极管310a可以检测可见光(例如，单色，或者红色、绿色或蓝色中的一者)，而光电二极管310b可以检测红外光。像素单元300还包括开关320(例如，晶体管、控制器阻挡层)，以控制哪个光电二极管输出用于生成像素数据的电荷。

此外，像素单元300还包括：如图2A所示的电子快门开关203、转换开关204、电荷存储器件205、缓冲器206、量化器207；以及存储器380。电荷存储器件205可以具有可配置的电容，以设定一电荷到电压转换增益。在一些示例中，可以增加电荷存储器件205的电容，以存储用于中等光强度的FD ADC操作的溢出电荷，以降低由溢出电荷使电荷存储器件205饱和的可能性。也可以减小电荷存储器件205的电容，以增加用于低光强度的PD ADC操作的电荷到电压转换增益。电荷到电压转换增益的增加可以减小量化误差并增大量化分辨率。在一些示例中，电荷存储器件205的电容还可以在FD ADC操作期间减小以增大量化分辨率。缓冲器206包括电流源340以及功率栅极330，电流源的电流可以由偏压信号BIAS1设定，功率栅极可以由PWR_GATE信号控制以打开/关闭缓冲器206。缓冲器206可以作为禁用像素单元300的一部分而关断。

此外，量化器207包括比较器360和输出逻辑370。比较器207可以将缓冲器的输出与参考电压(VREF)进行比较以生成输出。取决于量化操作(例如，TTS、FD ADC和PD ADC操作)，比较器360可以将经缓冲的电压与不同的VREF电压进行比较以生成输出，并且该输出进一步由输出逻辑370处理以使存储器380将来自自运行计数器的值存储作为像素输出。比较器360的偏置电流可以由偏置信号BIAS2控制，该偏置信号可以设定比较器360的带宽，该带宽可以基于像素单元300所支持的帧速率来设定。此外，比较器360的增益可以由增益控制信号GAIN来控制。比较器360的增益可以基于像素单元300所支持的量化分辨率来设定。比较器360还包括功率开关350，该功率开关也可以由PWR_GATE信号控制以启用/关断比较器360。比较器360可以作为禁用像素单元300的一部分而被关断。

另外，输出逻辑370可以选择TTS、FD ADC或PD ADC操作中的一者的输出，并基于该选择来确定是否将比较器360的输出转发到存储器380以存储来自计数器的值。输出逻辑370可以包括内部存储器，以基于比较器360的输出存储这样的指示：剩余电荷是否使光电二极管310(例如，光电二极管310a)饱和以及溢出电荷是否使电荷存储器件205饱和。如果溢出电荷使电荷存储器件205饱和，则输出逻辑370可以选择将TTS输出存储在存储器380中，并防止存储器380通过FD ADC/PD ADC输出重写TTS输出。如果电荷存储器件205不饱和但光电二极管310饱和，则输出逻辑370可以选择将FD ADC输出存储在存储器380中；否则，输出逻辑370可以选择将PD ADC输出存储在存储器380中。在一些示例中，代替计数值，可以将剩余电荷是否使光电二极管310饱和以及溢出电荷是否使电荷存储器件205饱和的指示存储在存储器380中，以提供最低精度像素数据。

此外，像素单元300可以包括像素单元控制器390，该像素单元控制器可以包括逻辑电路以生成控制信号，例如AB、TG、BIAS1、BIAS2、GAIN、VREF、PWR_GATE等。像素单元控制器390也可以通过像素级编程信号395进行编程。例如，为了禁用像素单元300，像素单元控制器390可以通过像素级编程信号395进行编程，以将PWR_GATE无效，从而关闭缓冲器206和比较器360。此外，为了增加量化分辨率，像素单元控制器390可以由像素级编程信号395进行编程以减小电荷存储器件205的电容，以经由GAIN信号增加比较器360的增益等。为了增加帧速率，像素单元控制器390可以由像素级编程信号395进行编程，以增加BIAS1信号和BIAS2信号，以分别增加缓冲器206和比较器360的带宽。此外，为了控制由像素单元300输出的像素数据的精度，像素单元控制器390可以通过像素级编程信号395进行编程，以例如仅将计数器的位(例如，最高有效位)的子集连接到存储器380，使得存储器380仅存储位的子集或将存储在输出逻辑370中的指示存储到存储器380作为像素数据。另外，如上文所述，像素单元控制器390可以通过像素级编程信号395进行编程以控制AB和TG信号的序列和定时，以例如调整曝光周期和/或选择特定量化操作(例如，TTS、FD ADC或PD ADC中的一者)，同时基于操作条件跳过其他量化操作。

图4A、图4B和图4C示出了图像传感器(例如，图像传感器200)的外围设备电路和像素单元阵列的示例部件。如图4A所示，图像传感器可以包括编程映射解析器402、列控制电路404、行控制电路406和像素数据输出电路407。编程映射解析器402可以解析像素阵列编程映射400，像素阵列编程映射可以在串行数据流中，以标识用于每个像素单元(或像素单元块)的编程数据。编程数据的标识可以基于例如预定的扫描模式(通过该扫描模式将二维像素阵列编程映射转换成串行格式)、以及编程映射解析器402从串行数据流接收编程数据的顺序。编程映射解析器402可以基于以像素单元为目标的编程数据，在像素单元的行地址、像素单元的列地址以及一个或多个配置信号之间建立映射。基于该映射，编程映射解析器402可以向列控制电路404发送包括列地址和配置信号的控制信号408，并且向行控制电路406发送包括与列地址相映射的行地址和配置信号的控制信号410。在一些示例中，配置信号也可以在控制信号408与控制信号410之间分割，或者作为控制信号410的一部分被发送到行控制电路406。

列控制电路404和行控制电路406被配置为将从编程映射解析器402接收的配置信号转发到像素单元阵列318的各个像素单元的配置存储器。在图4A中，标记为P_ij的每个框(例如，P₀₀、P₀₁、P₁₀、P₁₁)可以表示像素单元或像素单元块(例如，2×2像素单元阵列、4×4像素单元阵列)，且可以包括图2E的量化电路220或可以与图2E的量化电路220相关联，该量化电路220包括处理电路214和存储器216。如图4A所示，列控制电路404驱动多组列总线C0、C1......Ci。每组列总线包括一个或多个总线且可以用于将控制信号发送到一列像素单元，该控制信号可以包括列选择信号和/或其他配置信号。例如，列总线C0可以发送列选择信号408a以选择一列像素单元(或一列像素单元块)p₀₀、p₀₁......p_0j，列总线C1可以发送列选择信号408b以选择一列像素单元(或像素单元块)p₁₀、p₁₁......p_1j等。

此外，行控制电路406驱动多组行总线(标记为R0、R1......Rj)。每组行总线也包括一个或多个总线且可以用于将控制信号发送到一行像素单元或一行像素单元块，该控制信号可以包括行选择信号和/或其他配置信号。例如，行总线R0可以发送行选择信号410a以选择一行像素单元(或像素单元块)p₀₀、p₁₀......p_i0，行总线R1可以发送行选择信号410b以选择一行像素单元(或像素单元块)p₀₁、p₁₁......p_1i等。可以基于行选择信号与列信号的组合，来选择像素单元阵列318内的任何像素单元(或像素单元块)，以接收配置信号。如上所述，基于来自编程映射解析器402的控制信号408和410，行选择信号、列选择信号和配置信号(如果有的话)被同步。每列像素单元可以共享一组输出总线，以将像素数据发送到像素数据输出电路407。例如，一列像素单元(或像素单元块)p₀₀、p₀₁......p_0j可以共享输出总线D₀，一列像素单元(或像素单元块)p₁₀、p₁₁......p_1j可以共享输出总线D₁等。

像素数据输出电路407可以从总线接收像素数据，将像素数据转换成一个或多个串行数据流(例如，使用移位寄存器)，并根据诸如MIPI等预定协议将数据流发送到主机设备435。数据流可以来自量化电路220(例如，处理电路214和存储器216)，该量化电路与作为稀疏图像帧的一部分的各个像素单元(或像素单元块)相关联。另外，像素数据输出电路407还可以从编程映射解析器402接收控制信号408和410，以确定例如哪个像素单元不输出像素数据或由每个像素单元输出的像素数据的位宽，然后相应地调整串行数据流的生成。例如，像素数据输出电路407可以控制移位寄存器在生成串行数据流时跳过一定数量的位，以考虑例如像素单元之间的输出像素数据的可变位宽或在某些像素单元处禁用像素数据输出。

另外，像素单元阵列控制电路还包括全局功率状态控制电路(例如全局功率状态控制电路420)、列功率状态控制电路422、行功率状态控制电路424以及在像素单元的每个像素单元或每个像素单元块(图4A中未示出)处的局部功率状态控制电路430，从而形成层级式功率状态控制电路。全局功率状态控制电路420可以是层级结构中的最高级别，接着是行功率状态控制电路422/列功率状态控制电路424，局部功率状态控制电路430处于层级结构中的最低级别。

层级式功率状态控制电路可以在控制图像传感器(例如，图像传感器200)的功率状态时提供不同粒度。例如，全局功率状态控制电路420可以控制图像传感器中的所有电路的全局功率状态，这些电路包括所有像素单元的处理电路214和存储器216、图2E的DAC 242和计数器240等。行功率状态控制电路424可以单独控制每行像素单元(或像素单元块)的处理电路214和存储器216的功率状态，而列功率状态控制电路422可以单独控制每列像素单元(或像素单元块)的处理电路214和存储器216的功率状态。一些示例可以包括行功率状态控制电路424，但不包括列功率状态控制电路422，或者反之亦然。另外，局部功率状态控制电路430可以是像素单元或像素单元块的一部分，且可以控制该像素单元或像素单元块的处理电路214及存储器216的功率状态。

图4B示出了层级式功率状态控制电路的内部部件及其操作的示例。具体地，全局功率状态控制电路420可以输出全局功率状态信号432，该全局功率状态信号可以是设定图像传感器的全局功率状态的偏置电压、偏置电流、功率电压或编程数据的形式。此外，列功率状态控制电路422(或行功率状态控制电路424)可以输出设定图像传感器的列/行像素单元(或像素单元块)的功率状态的列/行功率状态信号434。列/行功率状态信号434可以作为行信号410和列信号408被发送到像素单元。此外，局部功率状态控制电路430可以输出设定像素单元(或像素单元块)的功率状态的局部功率状态信号436，该像素单元包括相关联的处理电路214和存储器216。局部功率状态信号436可以被输出到像素单元的处理电路214和存储器216以控制其功率状态。

在层级式功率状态控制电路中，上级功率状态信号可以设定下级功率状态信号的上限。例如，全局功率状态信号432可以是列/行功率状态信号434的上级功率状态信号，并且设定列/行功率状态信号434的上限。此外，列/行功率状态信号434可以是局部功率状态信号436的上级功率状态信号，并且设定局部功率状态信号436的上限。例如，如果全局功率状态信号432指示低功率状态，则列/行功率状态信号434和局部功率状态信号436也可以指示低功率状态。

全局功率状态控制电路420、列功率状态控制电路422/行功率状态控制电路424和局部功率状态控制电路430中的每一者可以包括功率状态信号发生器，而列功率状态控制电路422/行功率状态控制电路424和局部功率状态控制电路430可以包括门控逻辑，以执行由上级功率状态信号所施加的上限。具体地，全局功率状态控制电路420可以包括全局功率状态信号发生器421，以生成全局功率状态信号432。全局功率状态信号发生器421可以基于例如外部配置信号440(例如，来自主机设备)或全局功率状态的预定时间序列来生成全局功率状态信号432。

另外，列功率状态控制电路422/行功率状态控制电路424可以包括列/行功率状态信号发生器423和门控逻辑425。列/行功率状态信号发生器423可以基于例如外部配置信号442(例如，来自主机设备)或行/列功率状态的预定时间序列来生成中间列/行功率状态信号433。门控逻辑425可以选择全局功率状态信号432或中间列/行功率状态信号433中表示较低功率状态的一者作为列/行功率状态信号434。

此外，局部功率状态控制电路430可以包括局部功率状态信号发生器427和门控逻辑429。低功率状态信号发生器427可以基于例如外部配置信号444(其可以来自像素阵列编程映射)、行/列功率状态的预定时间序列等来生成中间局部功率状态信号435。门控逻辑429可以选择中间局部功率状态信号435或列/行功率状态信号434中表示较低功率状态的一者作为局部功率状态信号436。

图4C示出了像素单元阵列的附加细节，该像素单元阵列包括每个像素单元(或每个像素单元块)中的局部功率状态控制电路430(例如，在图4C中标记为“PWR”的430a、430b、430c和430d)、以及配置存储器450(例如，在图4C中标记为“Config”的450a、450b、450c和450d)。配置存储器450可以存储第一编程数据以控制像素单元(或像素单元块)的光测量操作(例如，曝光周期持续时间、量化分辨率)。此外，配置存储器450还可以存储第二编程数据，该第二编程数据可以由局部功率状态控制电路430使用以设定处理电路214和存储器216的功率状态。配置存储器450可以实现为静态随机存取存储器(static random-accessmemory，SRAM)。尽管图4C示出了局部功率状态控制电路430和配置存储器450处于每个像素单元内部，但是应当理解，例如当局部功率状态控制电路430和配置存储器450用于像素单元块时，配置存储器450也可以处于每个像素单元外部。

如图4C所示，每个像素单元的配置存储器450经由晶体管S(例如，S₀₀、S₁₀、S₁₀、S₁₁等)与列总线C和行总线R耦接。在一些示例中，每组列总线(例如，C0、C1)和行总线(例如，R0、R1)可以包括多个位。例如，在图4C中，每组列总线和行总线可以携带N+1位。应理解的是，在一些示例中，每组列总线和每组行总线也可以携带单个数据位。每个像素单元还与晶体管T(例如，T₀₀、T₁₀、T₁₀或T₁₁)电连接，以控制将配置信号发送到像素单元(或像素单元块)。每个像素单元中的晶体管S可以被行选择信号和列选择信号驱动，以启用(或禁用)对应的晶体管T将配置信号发送到像素单元。在一些示例中，列控制电路404和行控制电路406可以由单个写入指令(例如，来自主机设备)编程，以同时写入到多个像素单元中的配置存储器450。然后，列控制电路404和行控制电路406可以控制行总线和列总线，以写入到像素单元中的配置存储器。

在一些示例中，局部功率状态控制电路430也可以直接接收来自晶体管T的配置信号，而不用将配置信号存储在配置存储器450中。例如，如上所述，局部功率状态控制电路430可以接收行/列功率状态信号434，以控制像素单元的功率状态和像素单元所使用的处理电路和/或存储器，该行/列功率状态信号可以是诸如电压偏置信号或供给电压等模拟信号。

另外，每个像素单元还包括晶体管O(例如O₀₀、O₁₀、O₁₀或O₁₁)，以控制输出总线D在一列像素单元之间的共享。每行中的晶体管O可以由读取信号(例如，read_R0、read_R1等)控制，以实现对像素数据的逐行读取，使得一行像素单元通过输出总线D0、D1……Di输出像素数据，接着是下一行像素单元。

在一些示例中，可以将像素单元阵列中的电路部件(包括处理电路214和存储器216、计数器240、DAC 242、包括缓冲器230的缓冲器网络等)组织成由层级式功率状态控制电路管理的层级式功率域。层级式功率域可以包括多个功率域及功率子域的层级结构。层级功率状态控制电路可以单独设定每个功率域的功率状态、以及每个功率域下的每个功率子域。这种设置允许对图像传感器304的功率消耗进行细粒度控制，并且支持各种空间和时间的功率状态控制操作，从而进一步提高图像传感器的功率效率。

虽然稀疏图像感测操作可以降低功率和带宽需求，但是使用像素级ADC(例如，如图6C所示)或块级ADC(例如，如图2E所示)来执行用于稀疏图像感测操作的量化操作仍然可能导致功率的低效使用。具体地，虽然禁用了一些像素级或块级ADC，但是仍然可以经由缓冲器网络630将高速控制信号(例如，时钟、模拟斜坡信号或数字斜坡信号)发送到每个像素级或块级ADC，这可能消耗大量功率并且增大用于生成每个像素的平均功率消耗。当图像帧的稀疏性增加(例如，包含更少像素)但高速控制信号仍然发送到每个像素单元时，可以使低效率进一步加剧，使得发送高速控制信号时的功率消耗保持不变，并且用于生成每个像素的平均功率消耗由于生成更少像素而增大。

图5示出了具有减少的量化操作的像素单元、集成电路和外围设备的示例。具体地，图5描绘了用于执行本文所述实施例的数字图像传感器装置的示例。SOC像素500可以是被配置为在光电二极管中生成电荷的像素单元(类似于图2A和图2C中所描绘的像素单元201)。例如，SOC像素500包括像素单元201的部件，例如部件201至206和其他部件。

SOC像素500还包括采样电容器502。采样电容器502可以为电容器或能够将从光电二极管(例如，光电二极管202)生成的电荷转换成模拟电压信号的其他电荷存储器件。如图5中所描绘的，采样电容器502经由ASIC 510层中的开关518耦接到SOC像素500的其余部分。因此，当开关518处于断开状态时，采样电容器502被防止另外生成电荷，并且当开关518处于闭合状态时，采样电容器可以开始或继续生成电荷。

ASIC 510还包括比较器512。比较器512可以是基于运算放大器的比较器，该比较器被配置为对模拟电压值进行比较。例如，如图5所描绘的，比较器512可以从采样电容器502接收信号作为一个输入。在各种实施例中，作为相关双采样过程的一部分，由第二相关电容器(在图5中被描绘为CC)修改从采样电容器502接收的信号，以使共享运算放大器的电荷的增益加倍。运算放大器可以接收阈值电压值信号以与所捕获的电压信号进行比较，以确定由采样电容器502存储的电荷是否足以满足或超过阈值电压值。例如，如图5所描绘的，位于数字图像传感器的ASIC外围设备520中的ADC斜坡发生器522可以将斜坡信号(图5中描绘为VRAMP)发送到比较器512以执行比较。然后，比较器的输出可以被转发到另一逻辑电路。

状态锁存器514被耦接到比较器512的输出。状态锁存器514可以为ASIC 510内的基于锁存器的电路，该基于锁存器的电路被配置为接收比较器512的输出和COMP_CHK信号作为输入，以确定是否已经收集了足够的电荷，并输出一位状态锁存器信号(图5中描绘为SEL)。在确定采样电容器502的捕获的电压信号满足或超过在比较器512处接收到的阈值电压值时，SEL信号用于断开开关518。在一些实施例中，状态锁存器514还被配置为生成、促进和更新与执行所捕获的电压值与阈值电压值之间的比较的时间段相对应的标志位字段。状态锁存器514可以在整个帧捕获时期的特定时间段更新该标志位字段，以跟踪检查采样电容器502是否有足够的电荷用于准确量化的时间段。

比较器512的输出和状态锁存器514的输出被连接到ASIC 510中的存储器，例如存储器516。存储器516可以是嵌入在ASIC 510中的存储器，以用于基于所收集的电荷和对应的标志位字段值来存储像素值。存储器516可以是例如用于促进本文描述的实施例的静态随机存取存储器(static random access memory，SRAM)的集合。存储器516可以从比较器512和状态锁存器514接收转换后的电压值和标志位字段，并且存储这些值用于随后的读出操作。

作为示例，图5中描绘的ROW_SEL信号可以作为开关的控制信号，该开关将切换比较器512的输出与存储器516之间的连接。当电容器上存储的电荷达到阈值电压或曝光周期结束时，SEL开关断开，从而防止电荷的任何另外积累。基本上同时，状态锁存器将标志位值存储在存储器516中。一旦曝光周期达到结束，所存储的电压被量化并存储在存储器516中，使得其对应于所存储的标志位值。因此，量化像素值和标志位值两者被捕获并存储在一起。

图6示出了具有减少的量化操作的像素单元、集成电路和外围设备的示例，上述部件包含静态随机存取存储器。具体地，图6示出了与图5中描绘的数字图像传感器类似的数字图像传感器，并且该数字图像传感器包括作为被实现为图5中所描述的存储器516的部分的数字相关双采样(correlated double sampling，CDS)操作的一部分的、信号的SRAM和复位(RST)值的SRAM。数字CDS操作可以去除像素到像素固定模式噪声(pixel-to-pixelfixed pattern noise，FPN)。如图6中所描绘的，RST的SRAM部件被引入图5中的数字图像传感器，以允许数字CDS处理。该部件在图6中描绘为是RST 610的SRAM。RST 610的SRAM可以存在于被描绘为SIG 600的SRAM的存储器中。SIG 600的SRAM被连接到如图5中描绘的比较器512和状态锁存器514。RST 610的SRAM也可以经由ROW_RST_SEL连接而连接到比较器。RST610的SRAM可以在第一捕获时间段开始之前的时间段内对信号进行脉冲，以捕获像素的噪声水平，该噪声水平可以存储在RST 610的SRAM中。该RST 610部件的SRAM中的噪声值可以用于数字地去除存储在SIG 600部件的SRAM中的值中的对应噪声信号。

图7示出了描绘在捕获时间段期间的部件活动的时间序列的时序图。具体地，图7描绘了本文所述的在单次量化操作期间数字图像传感器的部件的定时信号。图7中示出的时序图描绘了在整个帧捕获时间段期间存在的四个不同时间段上的、数字图像传感器中的电路的定时。例如，图7中的时序图示出了全部具有不同持续时间的四个不同的时间段：T1、T2、T3和T4。如时序图中所描绘的，这些时间段对应于两位二进制标志，该两位二进制标志对应于该时间段的二进制表示。

如图7所示，示出了在每个时间段，基于不同光强度的示例电荷存储水平和定时信息的描绘。图7描绘的时序图在像素到像素采样操作中的电路复位之后开始，其中在前一数字像素值的量化之后且在图7中描绘的新帧捕获之前，SOC像素500和ASIC 510处理电路被复位。

从SOC像素500和ASIC 510的复位到时间T1的时间段为数字像素传感器的曝光的第一时间段。在该时间段期间，光电二极管暴露在光中，并且电荷存储器件将所生成的电荷转换成模拟电压信号。在复位发生之后，指示帧捕获的时间段的标志位字段被设定为空值(表示为“X”)，然后被转换为表示该时间段的二进制值。例如，如时序图中所描绘的，将标志位字段值转换成二进制值“11”，二进制值“11”表示十进制值3(可能为3、2、1和0中的值)。如图7所描绘的，标志位字段还被转换成其他对应二进制值，以用于后续时间段。例如，在第二时间段，标志位字段被转换为二进制值“10”，在第三时间段，标志位字段被转换为二进制值“01”，并且在第四时间段，标志位字段被转换为二进制值“00”。然后，可以存储像素值和对应的标志位字段值，并且稍后用于生成最终像素值。

随着时序图进行经过时间段T1至T4，电荷存储器件将积累并转换与由光电二极管生成的电荷相对应的电压信号。由于光电二极管在低光强度的环境中可能不会生成强烈的变化，因此电荷存储器件可能不会存储足够的电荷来准确地被量化，直到光电二极管已经暴露在光中足够长的时间段，这将取决于在光电二极管处接收到的光的强度。例如，部件CS的时序图的虚线表示基于在光电二极管处接收的光的强度而捕获的电荷的不同的示例状态。

例如，如图7所示，当光电二极管从“高”强度光源生成电荷时，在测量的第一时间段(如在T1处测量)之前，电荷存储器件可以存储具有大于阈值电压值(在Q_Threshold处描绘)的值的电荷。例如，如图7中标记为“高”的行中所描绘的，已经存储了由经受高强度光的光电二极管生成的电荷的电荷存储器件(在图7中描绘为存储电荷的井(well))在时间T1之前可能已经存储了足够的电压(或者甚至可能已经饱和)。这在存储井的对应电荷水平中描述，其中所捕获的电压水平超过Q_Threshold线。因为当在T1处测量时(例如，通过比较器512)，在“高”强度示例中的电荷存储器件已经生成了足够的电荷用于量化，所以在T1处对应的标志位字段“11”可以锁存存储在存储器516中。可以断开电路以防止在电荷存储器件中另外生成电荷，从而节省功率并防止电荷存储器件的饱和。在曝光周期结束时，将所存储的电荷发送到ADC以量化为数字值，然后存储在存储器516中。因此，在曝光周期结束时，将标志位值和量化像素值两者一起存储在存储器516中。

在光电二极管处接收的其他强度的光可能意味着电荷存储器件可能需要进一步曝光，以在电荷存储器件中生成足够量的电荷，以用于准确量化。例如，如果光源被改为“中-高”强度光源，则电荷存储器件可以在时间T1转换和存储电压电荷，该电压电荷不满足或未超过阈值电压值(由在T1处存储不满足Q_Threshold线的电荷的井表示)。电荷存储器件稍后可以在时间段T2到达结束时，转换并存储足够的电荷以超过阈值电压值，此时电荷存储器件已经将来自接收光的光电二极管的足够电荷存储为满足或超过Q_Threshold值的电压值。在时间T2，标志位字段是“10”，表示第二时间段，在该第二时间段期间，电荷存储器件已经存储了足够的电荷以在捕获“中-高”强度光时满足或超过阈值。

在光电二极管处接收到的强度更低的光可能需要另外的曝光时间，以通过电荷存储器件转换和存储用于量化的足够电荷。例如，如果光源被改为“中-低”强度的光，则在时间段T1或T2中的任一者之前，所转换和存储的电荷可能不足以量化(如由在那些时间还没有达到Q_Threshold值的电荷存储器件的对应井所表示的)。而是，如图7所示，在时间段T3之前存储足够的电荷。在时间T3，标志位字段当前为“01”，表示在其期间存储的电荷满足或超过阈值的第三时间段。然后，将断开电路以防止在电荷存储器件处另外生成电荷，并且将标志位值存储在SRAM中。如上文所述，在曝光周期结束时，电荷信号将被发送到ADC以用于量化和存储。

在光电二极管处接收到的非常低强度的光可能需要帧捕获的完全曝光时间，以达到足够的转换和存储的电荷。在一些情况下，即使在最后时间段(图7中的T4)之前，像素也可能未达到足够的电荷水平。例如，如果光源是“低”强度的光，则在时间段T3之前转换和存储的电荷可能是不够的，甚至在时间段T4之前可能是足够的或不够的。例如，由光电二极管捕获的暗红光可以使得在时间段T4之前的某个时间但不是在时间段T3之前，转换和存储足够的电荷。在时间T4，标志位字段是“00”，表示第四时间段已经发生。然后，不管该时间段的电荷是否足够，都对存储电荷进行量化，并且将量化的像素值和对应的标志位值两者都存储在存储器516中。例如，即使存储的电荷在时间段T4不足以达到阈值电压(例如，接收的光强度太低，使得所得的像素颜色将非常暗或黑)，电荷仍将被量化，因为在该特定帧捕获期间将没有电荷存储器件的另外的曝光时间。

图8示出了电荷捕获曲线图，该电荷捕获曲线图描绘了针对在光电二极管中生成电荷的各种强度的光的一系列基于时间的饱和度阈值。具体地，图8描绘了对应于图7中所示的四个曝光时间段的信号范围/强度所对应的曲线图。例如，Q_Threshold值继续示出了被设定为期望出现足够电荷的电荷电压阈值。该曲线图的水平轴表示在帧捕获期间的时间段T1至T4及其各自的持续时间。垂直轴示出了光电二极管Q_PD的全容量动态范围。

图9示出了用于使用基于时间数据和满足或超过电荷阈值的足够像素电荷的单次量化对数字像素数据进行量化的示例过程。具体地，图9描述了用于在电荷存储器件处转换电荷，以执行在本文描述的单次量化操作的流程图。过程900可以在902处开始，其中标志数据被设定用于初始时间段(例如，在采用例如图7中所示的两位标志字段配置的示例中，标志数据被设定为“11”)。该标志数据对应于初始时间段，例如图7中的T₀至T₁，在该时间段内将曝光光电二极管。

在一些实施例中，标志数据由状态锁存器(例如，状态锁存器514)捕获。例如，响应于在帧捕获之前复位像素传感器的信号，状态锁存器514可以将当前存在的标志位字段转换为新的二进制标志位字段，新的二进制标志位字段表示曝光的初始时间段。在一些实施例中，首先，在将标志位字段设定为表示第一时间段的第一二进制值之前，状态锁存器514可以将标志位字段设定为空值(例如，如图7中所描绘的“X”)。

在904处，在当前时间段(then-current time period)期间将光电二极管曝光于光中之后，确定当前时间段所捕获的电荷。例如，SOC像素层500的光电二极管202可以接收来自光源的光以开始生成电荷。电荷可以由电荷存储器件(例如，采样电容器502)捕获，并转换为模拟电压信号。电荷存储器件可以耦接到逻辑部件或电路，例如比较器512。比较器512可以被配置为确定所捕获电荷的值作为比较操作的一部分。在各种实施例中，包括比较器512的ASIC 510包括另一电容器或其他电荷存储器件，以获得用于比较的采样电荷。

在906处，确定所捕获的电荷是否大于或等于阈值电荷。例如，ASIC 510的比较器512将在904中所捕获的电荷与从另一部件(例如，ADC斜坡发生器522)接收的阈值电荷进行比较。阈值电荷表示电荷的电压水平足以使用由电荷存储器件转换的电压来提供由光电二极管接收的光的合适信噪比。如果所捕获的电荷不大于或等于阈值电荷，那么电荷存储器件在当前曝光时间期间尚未收集足够的电荷。在这种情况下，方法900进行到框908处。否则，如将在下面讨论的，方法900进行到框910处。

在908处，在确定所捕获的电荷不大于或等于阈值电荷之后，更新标志数据用于下一时间段。例如，响应于从比较器512接收到目前(present)时间段的当前(current)捕获电压不满足或未超过阈值电压值的信号，状态锁存器514可以更新标志位字段以表示下一时间段，在该下一时间段期间比较器512将所捕获的电荷值与阈值进行比较。在一些实施例中，部件(例如，状态锁存器514)可以包括二进制算法电路，该二进制算法电路可以响应于从比较器512接收到信号而递减标志数据。递减操作将通过递减二进制值来更新当前时间段标志，以表示曝光的下一个时间段将要发生。

在另外的实施例中，所捕获的电荷不满足或未超过阈值电压值的指示表示锁存器将保持闭合，使得电荷存储器件可以继续积累来自光电二极管的经转换的电荷，直到电荷存储器件已存储足够的电荷以用于量化为止。例如，状态锁存器514可以向开关518发送或继续信号，锁存器将保持闭合，使得采样电容器502可以继续接收由光电二极管202生成的电荷。在908之后，过程返回到904，其中，在下一时间段期间将光电二极管额外地曝光于光中以及将电荷存储器件中的电荷进行转换之后，再次确定下一时间段的所捕获的电荷。

如果在906处确定所捕获的电荷大于或等于阈值电荷，那么过程前进到910，其中防止另外捕获电荷并且将标志数据存储在存储器中。例如，如果比较器512确定在904中确定的所捕获的电荷大于或等于阈值电压值，则SEL信号可以切换并断开开关518，以防止电荷的另外积累，这可以减少像素的功率消耗。这是因为电荷存储器件已经达到足够的电荷水平或者曝光周期已经结束。此时，电荷存储器件处的电荷的另外曝光和转换将可能使电荷存储器件饱和，或者没有另外的曝光时间可用。因此，当910中的所捕获的电荷足够时，连接电荷存储器件和光电二极管的电路将被断开，以防止功率浪费和不期望的像素饱和。

例如，防止在电荷存储器件处另外捕获电荷可以通过断开如下电路来执行：通过该电路，光电二极管202耦接到采样电容器502或CDS实施例中的另一电容器(例如CC)。在这种情况下，响应于从比较器512接收到的在904中确定的所捕获的电荷大于或等于阈值电荷的输入，状态锁存器514可以更新或生成用于SEL电路的信号，该信号将使开关518断开。当开关518断开时，由光电二极管生成的电荷将不再到达电荷存储器件，并且电荷不再被转换。

一旦已经防止另外捕获电荷，就将标志数据存储在存储器中，作为电路断开并且防止另外积累电荷的时间段的指示。例如，状态锁存器514可以将基于两位二进制标志的值锁存到SRAM计算机存储器中，以表示该时间段。

在912处，对量化的像素值进行存储。在曝光周期结束时，所积累的电荷被量化，然后与标志位值一起存储在SRAM中。然后，这两个值稍后可以被读出并用于构建HDR图像。

在示例性实施例中，在帧捕获期间，像素传感器的光电二极管被复位，并且开始接收中等强度的光。标志位字段被设定为二进制值“11”，其指示帧捕获期间四个不同时间段的第一个时间段。数字时钟测量从像素传感器复位开始已经经过的时间段。当时钟指示时间段T1时，比较器可以从电荷存储器件接收参考电压值和存储的电荷值，该电荷存储器件已经转换和存储了从光电二极管接收的电荷。比较器可以确定在时间段T1存储的电荷不满足或未超过阈值参考电压值。比较器将向锁存器发送信号以继续保持电路闭合，使得电荷存储器件可以继续积累电荷。在时间段T2之前的某个时间，可以将标志位字段递减到值“10”。

当数字时钟指示时间段T2时，比较器可以从电荷存储器件接收参考电压值和存储的电荷值。比较器可以确定在时间段T2存储的电荷现在超过阈值参考电压值。比较器将向锁存器发送信号以断开电荷存储器件与光电二极管之间的电路，从而防止另外积累电荷。因此，电荷存储器件将不再消耗不必要的功率来转换来自光电二极管的电荷，并且将防止电荷存储器件的不期望的饱和。

此外，锁存器将当前标志位字段发送到存储器(例如，SRAM)。但是由于曝光周期还没有结束，所以存储的电荷还没有被量化。相反，曝光周期的剩余时间会流逝，而由于断开的开关而不会发生电荷的另外积累。在曝光周期结束时，存储的电荷也被量化并存储在SRAM中。因此，量化像素值和对应于电荷积累停止时间的标志位值两者都被存储并且可用于随后的读出。

本描述的某些部分在对信息操作的算法和符号表示方面描述了本公开的实施例。这些算法描述和表示通常被数据处理领域的技术人员用来向本领域的其他技术人员有效地传达其工作的实质内容。尽管在功能上、计算上或逻辑上对这些操作进行了描述，但这些操作应当被理解为由计算机程序或等效电路、微代码等实现。此外，已经证明，在不失一般性的情况下，有时将这些布置结构称为模块也很方便。所描述的操作和它们的相关联的模块可以实施在软件、固件和/或硬件中。

所描述的步骤、操作或过程可以使用一个或多个硬件或软件模块单独或者与其他设备结合来执行或实现。在一些实施例中，使用包括计算机可读介质的计算机程序产品实现软件模块，该计算机可读介质包含计算机程序代码，计算机程序代码可以被计算机处理器执行，以执行所描述的任何或全部步骤、操作或过程。

本公开的实施例还可以涉及一种用于执行所描述的操作的装置。该装置可以为所需目的而专门构造，和/或该装置可以包括由存储在计算机中的计算机程序选择性地激活或重新配置的通用计算设备。这种计算机程序可以存储在可以耦接到计算机系统总线的非暂态有形计算机可读存储介质、或者适合于存储电子指令的任何类型的介质中。此外，本说明书中提到的任何计算系统可以包括单个处理器，或者可以是采用多个处理器设计以增加计算能力的架构。

本公开的实施例还可以涉及一种由本文所描述的计算过程产生的产品。这种产品可以包括从计算过程中产生的信息，其中，该信息存储在非暂态有形计算机可读存储介质上并且可以包括计算机程序产品或本文所描述的其他数据组合的任何实施例。

说明书中所使用的语言主要是为了可读性和指导目的而选择的，并且该语言可能不是为了划定或限制本发明主题而选择的。因此，旨在本公开的范围不受该详细描述的限制，而应受基于本文的申请公布的任何权利要求的限制。因此，实施例的公开内容旨在对本公开的范围进行例示而不是限制，本公开的范围在所附权利要求中得到阐述。

Claims

1.一种传感器装置，所述传感器装置包括：

像素单元，所述像素单元被配置为生成电压，所述像素单元包括光电二极管和电荷存储器件，所述光电二极管被配置为响应于入射光而生成电荷，所述电荷存储器件将所述电荷转换为电压；

集成电路，所述集成电路被配置为：

确定在第一时间段期间由所述电荷存储器件转换的第一捕获电压；

将所述第一捕获电压与阈值电压值进行比较；以及

响应于确定所述第一捕获电压满足或超过所述阈值电压值：

确定与所述第一时间段相对应的第一时间数据；以及

防止所述电荷存储器件另外生成电荷；以及

模数转换器(ADC)，所述ADC被配置为基于所述第一捕获电压，生成数字像素值，以及

存储器，所述存储器存储所述数字像素值和所述第一时间数据。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述集成电路包括锁存器，并且所述像素单元的光电二极管经由所述锁存器耦接到所述像素单元的所述电荷存储器件。

3.根据权利要求2所述的装置，其中，当所述锁存器闭合时，所述锁存器使所述电荷存储器件能够积累电荷，并且当所述锁存器断开时，所述锁存器防止所述电荷存储器件积累电荷。

4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述集成电路包括比较器，所述比较器被配置为从所述电荷存储器件接收所述第一捕获电压，并且将所述第一捕获电压与所述阈值电压值进行比较。

5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述比较器还被配置为向所述锁存器输出比较信号，其中，所述锁存器响应于从所述比较器接收到指示来自所述电荷存储器件的所述第一捕获电压满足或超过所述阈值电压值的信号而被断开。

6.根据权利要求1所述的装置，还包括一个或多个感测放大器，所述一个或多个感测放大器被配置为在将放大值从所述装置导出之前，处理所述数字像素值以生成所述放大值。

7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一时间数据为二进制标志字段，所述二进制标志字段被配置为表示多个时间段，所述多个时间段包括所述第一时间段和至少第二时间段。

8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述多个时间段是基于所述光电二极管的类型来确定的，所述光电二极管的类型基于入射光强度指示电荷生成速率。

9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述多个时间段是基于所述传感器装置的目标动态范围来确定的。

10.根据权利要求7所述的装置，其中，

所述第二时间段在所述第一时间段之前发生；

所述集成电路还被配置为确定由所述电荷存储器件在所述第二时间段转换的第二捕获电压。

11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述集成电路还被配置为将由所述电荷存储器件在所述第二时间段转换的第二所捕获电压与所述阈值电压值进行比较。

12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述集成电路被配置为响应于确定所述第二捕获电压不满足或未超过所述阈值电压值，更新所述二进制标志字段。

13.根据权利要求12所述的装置，其中，所述二进制标志字段为与所述第一时间段和所述第二时间段相对应的一位二进制标志。

14.根据权利要求12所述的装置，其中，所述二进制标志字段为与所述第一时间段和所述第二时间段以及第三时间段和第四时间段相对应的两位二进制标志，所述第三时间段和所述第四时间段在所述第一时间段之后发生。

15.根据权利要求1所述的装置，其中，所述集成电路还被配置为：在将所述第一捕获电压与所述阈值电压值进行比较之前，接收所述阈值电压值。

16.根据权利要求15所述的装置，其中，所述集成电路从ADC斜坡发生器接收所述阈值电压值。

17.根据权利要求16所述的装置，其中，

所述传感器装置还包括集成电路外围设备，所述集成电路外围设备耦接到所述集成电路；

所述集成电路外围设备包括所述ADC斜坡发生器；

所述ADC斜坡发生器被配置为基于在所述ADC斜坡发生器处接收的斜坡输入，来确定所述阈值电压值。

18.根据权利要求17所述的装置，其中，所述集成电路外围设备还耦接到应用实例，所述应用实例被配置为：

基于场景的一个或多个特征，来确定所述斜坡输入；以及

将所述斜坡输入发送到所述ADC斜坡发生器。

19.根据权利要求18所述的装置，其中，所述场景的一个或多个特征是基于环境传感器、运动传感器和生成式模型中的一者或多者来生成的。

20.一种方法，包括：

通过基于在光电二极管处接收的入射光对电荷进行转换，来生成电压；

确定在第一时间段期间生成的第一捕获电压；

将所述第一捕获电压与阈值电压值进行比较；

响应于确定所述第一捕获电压满足或超过所述阈值电压值：

确定与所述第一时间段相对应的第一时间数据；

将所述第一时间数据存储在存储器中；以及

防止另外积累电荷；

将所述第一捕获电压转换为数字像素数据，所述数字像素数据包括一个或多个数字像素值；以及

将所述数字像素数据存储在所述存储器中。