CN117544864A - 图像传感器及其控制方法 - Google Patents

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CN117544864A
CN117544864A CN202210912459.3A CN202210912459A CN117544864A CN 117544864 A CN117544864 A CN 117544864A CN 202210912459 A CN202210912459 A CN 202210912459A CN 117544864 A CN117544864 A CN 117544864A
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邓志鹏
李杨
胡慧
赵晓锦
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Abstract

本申请提供了一种图像传感器及其控制方法，该图像传感器包括光电转换单元、信号读出单元和转换增益判断单元，光电转换单元包括光电二极管，信号读出单元包括浮动扩散节点、转换增益开关和第一电容。浮动扩散节点用于存储光电二极管将入射光转换得到的电信号所对应的电荷；转换增益开关导通或者断开浮动扩散节点与第一电容之间的连接；转换增益判断单元用于比较光电二极管的阴极电压与参考电压的大小，并根据比较结果输出控制电压，控制电压用于控制转换增益开关导通或者关断。采用本申请，可降低图像传感器的运算成本和功耗，以及提高帧率。

Description

图像传感器及其控制方法
技术领域
本申请涉及图像处理技术领域，尤其涉及一种图像传感器及其控制方法。
背景技术
对于单次曝光的图像传感器，为了获得高动态范围的图像，需要改变图像传感器中像素单元的悬浮扩散电位处的电容值，使同样的电子数(即光电二极管中产生的电子的数量)在悬浮扩散电位处产生不同的电压变化，也即使转换增益(即每个电子所引起的悬浮扩散电位处的电压变化量)变化。
对于上述单次曝光方案，为了获得高动态范围的图像，通常采用两种转换增益。具体来讲，在低照度环境下，采用高转换增益模式(High Conversion Gain Mode，HCG)，此时悬浮扩散电位处的电容值较小；在高照度环境下，采用低转换增益模式(Low ConversionGain Mode，LCG)，此时悬浮扩散电位处的电容值较大。
目前，主要是基于图1所示的图像传感器采用两种转换增益的方式，去获取高动态范围的图像。如图1所示，图像传感器包括光电二极管PD、复位管RST、电荷传输门TG、源级跟随器SF、行选通器RS和开关管DCG，其中，RST的源级、SF的栅极、TG管的源级以及DCG的漏极连接在一个悬浮扩散电位FD。在PD开始曝光后，图像传感器中的DCG关断，此时悬浮扩散电位FD处的电容CFD＝Cpar(即FD处的寄生电容)，图像传感器进入HCG模式，通过后续电路(如图像信号处理电路)处理，输出一帧图像。之后，DCG导通，此时CFD＝Cpar+Cs，图像传感器进入LCG模式，通过后续电路处理，输出另一帧图像。最后，经过图像信号处理，将上述两帧图像合成为一张图像输出，作为高动态范围的图像。
但是，上述方案在每次曝光时不论入射光的强弱，图像传感器均是先进入HCG模式，后进入LCG模式，这两种模式下的像素输出电压，均需要被图像传感器中的模拟-数字转换器(Analog-to-Digital Converter，ADC)进行量化处理。所以，对于一帧高动态范围的图像，ADC需要工作两次，会导致图像传感器的运算成本和功耗增大，以及帧率降低。
发明内容
本申请提供了一种图像传感器及其控制方法，可降低图像传感器的运算成本和功耗，以及提高帧率，适用性强。
第一方面，本申请提供了一种图像传感器，该图像传感器包括光电转换单元、信号读出单元和转换增益判断单元，光电转换单元包括光电二极管，信号读出单元包括浮动扩散节点、转换增益开关和第一电容。其中，浮动扩散节点用于存储光电二极管将入射光转换得到的电信号所对应的电荷。转换增益开关用于导通或者断开浮动扩散节点与第一电容之间的连接。转换增益判断单元比较光电二极管的阴极电压与参考电压的大小，并根据比较结果输出控制电压，该控制电压用于控制转换增益开关导通或者关断。从而使第一电容接入或者不接入浮动扩散节点，进而使图像传感器能够根据光电二极管接收到的入射光强自动选择转换增益模式(即HCG模式或者LCG模式)，以保证图像传感器只需采集一次复位电压和信号电压，从而保证ADC只需工作一次即可，进而降低图像传感器的运算成本和功耗，以及提高帧率，适用性强。
结合第一方面，在第一种可能的实施方式中，光电二极管的阴极和转换增益开关的第一端均连接浮动扩散节点，转换增益开关的第二端连接第一电容的一端，光电二极管的阳极和第一电容的另一端均连接参考地。转换增益判断单元的输入端和输出端分别连接光电二极管的阴极和转换增益开关的控制端。
结合第一方面第一种可能的实施方式，在第二种可能的实施方式中，转换增益判断单元包括比较器和锁存器，比较器的输入端连接光电二极管的阴极，比较器的输出端通过锁存器连接转换增益开关的控制端。比较器比较光电二极管的阴极电压与参考电压的大小，并根据比较结果向锁存器输出控制电压。锁存器根据比较器输出的控制电压输出控制电压，以使转换增益判断单元的输出电压保持在控制电压。可以理解的，图像传感器还可以通过锁存器保证在转换增益模式选定后，控制电压不随外界光线的改变而发生波动，以使控制电压能够稳定输出，从而提高图像传感器的稳定性，适用性强。
结合第一方面第二种可能的实施方式，在第三种可能的实施方式中，图像传感器还包括第一开关和控制器，锁存器的输出端通过第一开关连接信号线。在锁存器输出控制电压后，控制器控制第一开关导通。并在图像传感器通过信号线输出控制电压后，控制第一开关关断，该控制电压用于表征浮动扩散节点处的电容。可以理解的，图像传感器可以通过向图像处理器输出表征浮动扩散节点处的电容的控制电压，向图像处理器传递后续采集到的电压(即复位电压和信号电压)是在浮动扩散节点处的电容对应的转换增益模式下采集到的，从而便于后续的图像处理,提高最终图像的准确度。
结合第一方面第二种可能的实施方式或者第三种可能的实施方式，在第四种可能的实施方式中，光电转换单元还包括第一电荷传输门，其中，光电二极管的阴极通过第一电荷传输门连接比较器的输入端。控制器还在对光电二极管曝光第一预设时长后，控制第一电荷传输门导通；并在获取到信号电压后，控制第一电荷传输门关断。比较器还包括使能端，使能端用于接收控制器输出的第一控制信号，第一控制信号用于控制比较器的工作状态。锁存器包括使能端，使能端用于接收控制器输出的第二控制信号，第二控制信号用于控制锁存器的工作状态。控制器还在第一电荷传输门导通第二预设时长后，分别向比较器的使能端和锁存器的使能端输出第一控制信号和第二控制信号，以使比较器和锁存器均开始工作。并在比较器工作第三预设时长后，停止向比较器的使能端输出第一控制信号，以使比较器停止工作。在获取到信号电压后，停止向锁存器的使能端输出第二控制信号，以使锁存器停止工作。可以理解的，锁存器是在获取到信号电压后才停止工作的，可保证图像传感器在采集电压过程中不受外界光线变化的影响，可进一步提高采集到的电压(即复位电压和信号电压)的准确性，适用性强。
结合第一方面第四种可能的实施方式，在第五种可能的实施方式中，光电转换单元还包括第二电荷传输门，其中，光电二极管的阴极通过第二电荷传输门连接浮动扩散节点。控制器还在比较器停止工作后，也即图像传感器选择好入射光线的强度对应的转换增益模式后，控制第二电荷传输门导通第四预设时长后关断。并在第二电荷传输门关断后，控制器获取浮动扩散节点的电压得到信号电压。可以理解的，由于在第二电荷传输门在导通前，图像传感器就已经选择好入射光线的强度对应的转换增益模式，可保证浮动扩散节点有与入射光线对应的电容容量来存储光电二极管中导出的所有光生电子，所以在采集信号电压时第二电荷传输门只需要导通一次即可，从而防止第二电荷传输门第2次导通而引入非线性的问题，进而提高图像传感器的稳定性。
结合第一方面第五种可能的实施方式，在第六种可能的实施方式中，光电二极管的阴极和第二电荷传输门的第一端通过第一电荷传输门连接比较器的输入端，或者光电二极管的阴极通过第一电荷传输门连接第二电荷传输门的第一端和比较器的输入端。可以理解的，第一电荷传输门即可以位于光电二极管的阴极与第二电荷传输门的第一端之间，也可以位于第二电荷传输门的第一端和光电二极管的左侧，光电转换单元的结构多样，灵活性高。
结合第一方面第五种可能的实施方式或者第六种可能的实施方式，在第七种可能的实施方式中，信号读出单元还包括复位管，复位管的第一端和第二端分别连接电源和浮动扩散节点。控制器还在比较器停止工作后，控制复位管导通第五预设时长后关断；在复位管关断后，获取浮动扩散节点的电压得到复位电压；在获取到复位电压后，控制第二电荷传输门导通。并在第二电荷传输门导通第四预设时长后，控制第二电荷传输门关断。在第二电荷传输门关断后，控制器获取浮动扩散节点的电压得到信号电压。可以理解的，在采集复位电压和信号电压后，图像传感器还可对复位电压和信号电压做差分处理，差分的结果可有效降低复位管导通时带来的KTC噪声，从而提高图像传感器的准确度，进而提升图像质量；在第二电荷传输门关断后采集信号电压，可避免第二电荷传输门导通的情况下信号电压随着接收到的光强一直下降而不稳定的情况，从而提高采集到的信号电压的准确性，进而提高图像传感器的准确性。
结合第一方面第七种可能的实施方式，在第八种可能的实施方式中，信号读出单元还包括第一源极跟随器和行选通器，图像传感器还包括相关双采样电路，第一源极跟随器的第一端、第二端和控制端分别连接电源、行选通器的第一端和浮动扩散节点，行选通器的第二端连接相关双采样电路。控制器在复位管关断后，控制行选通器导通，并控制相关双采样电路获取行选通器的第二端电压得到复位电压。在获取到复位电压后，控制器控制第二电荷传输门导通。并在第二电荷传输门导通第四预设时长后，控制第二电荷传输门关断。在第二电荷传输门关断后，控制器控制相关双采样电路获取行选通器的第二端电压得到信号电压。在获取到信号电压后，控制器控制行选通器关断。可以理解的，本实施方式的图像传感器支持卷帘曝光模式。并且，在采集复位电压和信号电压后，图像传感器还可通过相关双采样电路对复位电压和信号电压做差分处理，差分的结果可有效降低复位管导通时带来的KTC噪声，从而提高图像传感器的准确度，进而提升图像质量；在第二电荷传输门关断后采集信号电压，可避免第二电荷传输门导通的情况下信号电压随着接收到的光强一直下降而不稳定的情况，从而提高采集到的信号电压的准确性，进而提高图像传感器的准确性。
结合第一方面第五种可能的实施方式或者第六种可能的实施方式，在第九种可能的实施方式中，信号读出单元还包括复位管，复位管的第一端和第二端分别连接电源和浮动扩散节点。控制器还在比较器停止工作后，控制复位管导通第五预设时长后关断。在复位管关断后，控制第二电荷传输门导通。并在第二电荷传输门导通第四预设时长后，控制第二电荷传输门关断。在第二电荷传输门关断后，控制器获取浮动扩散节点的电压得到复位电压。并在获取到复位电压后，控制器获取浮动扩散节点的电压得到信号电压。
结合第一方面第九种可能的实施方式，在第十种可能的实施方式中，信号读出单元还包括第一源极跟随器、第二开关、第三开关、第四开关、第二电容、第三电容、第二源极跟随器和行选通器。图像传感器还包括相关双采样电路。第一源极跟随器的第一端、第二端和控制端分别连接电源、第二开关的第一端和浮动扩散节点，第二开关的第二端连接第二源极跟随器的控制端，第二源极跟随器的第一端和第二端分别连接电源和行选通器的第一端，行选通器的第二端连接相关双采样电路。第三开关与第二电容串联后连接至第二开关的第二端与参考地之间，第四开关与第三电容串联后连接至第二开关的第二端与参考地之间。控制器还在比较器停止工作后，控制复位管、第二开关和第三开关导通。并在复位管导通第五预设时长后，控制复位管关断。在第三开关导通第六预设时长后，也即从复位管导通开始经过第六预设时长后，控制第三开关关断，其中，第六预设时长大于第五预设时长。在第三开关关断后，控制器控制第二电荷传输门和第四开关导通。在第二电荷传输门导通第四预设时长后，控制器控制第二电荷传输门关断。并在第四开关导通第七预设时长后，也即从第二电荷传输门导通开始经过第七预设时长后，控制器控制第四开关和第二开关关断，第七预设时长大于第四预设时长。在第四开关关断后，控制器控制行选通器和第三开关导通，并控制相关双采样电路获取行选通器的第二端电压得到复位电压。在获取到复位电压后，控制第三开关关断。在第三开关关断后，控制第四开关导通，并控制相关双采样电路获取行选通器的第二端电压得到信号电压。并在获取到信号电压后，控制器控制行选通器和第四开关关断。可以理解的，本实施方式的图像传感器支持全局曝光模式。并且，在采集复位电压和信号电压后，图像传感器还可通过相关双采样电路对复位电压和信号电压做差分处理，差分的结果可有效降低复位管导通时带来的KTC噪声，从而提高图像传感器的准确度，进而提升图像质量；在第二电荷传输门关断后采集信号电压，可避免第二电荷传输门导通的情况下信号电压随着接收到的光强一直下降而不稳定的情况，从而提高采集到的信号电压的准确性，进而提高图像传感器的准确性。
结合第一方面第七种可能的实施方式至第十种可能的实施方式中的任一种，在第十一种可能的实施方式中，控制器还在对光电二极管曝光前，控制复位管和第二电荷传输门导通第八预设时长后关断。从而保证在采集复位电压和信号电压前完成对浮动扩散节点的电压和光电二极管的阴极电压的复位，进而提高采集到的复位电压和信号电压的准确性。
结合第一方面第八种可能的实施方式或第十种可能的实施方式，在第十二种可能的实施方式中，浮动扩散节点为第二电荷传输门的第二端、复位管的第二端和第一源极跟随器的控制端的连接点。
结合第一方面第一种可能的实施方式至第十二种可能的实施方式，在第十三种可能的实施方式中，图像传感器包括至少两个光电转换单元。浮动扩散节点用于存储至少两个光电转换单元中至少两个光电二极管转换得到的电信号所对应的电荷。转换增益判断单元的输入端连接至少两个光电二极管的阴极，转换增益判断单元的输出端连接转换增益开关的控制端，转换增益判断单元具体用于比较至少两个光电二极管并联后的电压与参考电压之间的大小。可以理解的，图像传感器同样适用于多像素的Binning模式，支持自适应转换增益判断机制(即根据入射光强自动确定入射光强对应的转换增益模式的方式)在小尺寸像素中的应用,适用性更强。
第二方面，本申请提供了一种图像传感器的控制方法，图像传感器包括光电转换单元、信号读出单元和转换增益判断单元，光电转换单元包括光电二极管，信号读出单元包括浮动扩散节点、转换增益开关和第一电容，其中：浮动扩散节点用于存储光电二极管将入射光转换得到的电信号所对应的电荷；转换增益开关用于导通或者断开浮动扩散节点与第一电容之间的连接。该述方法包括：转换增益判断单元比较光电二极管的阴极电压与参考电压的大小，并根据比较结果输出控制电压，控制电压用于控制转换增益开关导通或者关断。
结合第二方面，在第一种可能的实施方式中，光电二极管的阴极和转换增益开关的第一端均连接FD节点，转换增益开关的第二端连接第一电容的一端，光电二极管的阳极和第一电容的另一端均连接参考地；转换增益判断单元的输入端和输出端分别连接光电二极管的阴极和转换增益开关的控制端。
结合第二方面第一种可能的实施方式，在第二种可能的实施方式中，转换增益判断单元包括比较器和锁存器，比较器的输入端连接光电二极管的阴极，比较器的输出端通过锁存器连接转换增益开关的控制端。转换增益判断单元通过比较器比较光电二极管的阴极电压与参考电压的大小，并根据比较结果向锁存器输出控制电压。转换增益判断单元通过锁存器输出控制电压，以使转换增益判断单元的输出电压保持在控制电压。
结合第二方面第二种可能的实施方式，在第三种可能的实施方式中，图像传感器还包括第一开关和控制器，锁存器的输出端通过第一开关连接信号线。控制器在锁存器输出控制电压后，控制第一开关导通。并在图像传感器通过信号线输出控制电压后，控制器控制第一开关关断，控制电压用于表征浮动扩散节点处的电容。
结合第二方面第二种可能的实施方式或者第三种可能的实施方式，在第四种可能的实施方式中，光电转换单元还包括第一电荷传输门，其中，光电二极管的阴极通过第一电荷传输门连接比较器的输入端。控制器在对光电二极管曝光第一预设时长后，控制第一电荷传输门导通；并在获取到信号电压后，控制器控制第一电荷传输门关断。
比较器还包括使能端，使能端用于接收控制器输出的第一控制信号，第一控制信号用于控制比较器的工作状态；锁存器包括使能端，使能端用于接收控制器输出的第二控制信号，第二控制信号用于控制锁存器的工作状态。控制器在第一电荷传输门导通第二预设时长后，分别向比较器的使能端和锁存器的使能端输出第一控制信号和第二控制信号，以使比较器和锁存器均开始工作。控制器在比较器工作第三预设时长后，停止向比较器的使能端输出第一控制信号，以使比较器停止工作。控制器在获取到信号电压后，停止向锁存器的使能端输出第二控制信号，以使锁存器停止工作。
结合第二方面第四种可能的实施方式，在第五种可能的实施方式中，光电转换单元还包括第二电荷传输门，其中，光电二极管的阴极通过第二电荷传输门连接浮动扩散节点。控制器在比较器停止工作后，控制第二电荷传输门导通第四预设时长后关断；并在第二电荷传输门关断后，控制器获取浮动扩散节点的电压得到信号电压。
结合第二方面第五种可能的实施方式，在第六种可能的实施方式中，光电二极管的阴极和第二电荷传输门的第一端通过第一电荷传输门连接比较器的输入端，或者光电二极管的阴极通过第一电荷传输门连接第二电荷传输门的第一端和比较器的输入端。
结合第二方面第五种可能的实施方式或者第六种可能的实施方式，在第七种可能的实施方式中，信号读出单元还包括复位管，复位管的第一端和第二端分别连接电源和浮动扩散节点。控制器在比较器停止工作后，控制复位管导通第五预设时长后关断。控制器在复位管关断后，获取浮动扩散节点的电压得到复位电压。控制器在获取到复位电压后，控制第二电荷传输门导通。并在第二电荷传输门导通第四预设时长后，控制第二电荷传输门关断；控制器在第二电荷传输门关断后，获取浮动扩散节点的电压得到信号电压。
结合第二方面第七种可能的实施方式，在第八种可能的实施方式中，信号读出单元还包括第一源极跟随器和行选通器，图像传感器还包括相关双采样电路，第一源极跟随器的第一端、第二端和控制端分别连接电源、行选通器的第一端和浮动扩散节点，行选通器的第二端连接相关双采样电路。控制器在复位管关断后，控制行选通器导通，并控制相关双采样电路获取行选通器的第二端电压得到复位电压。在获取到复位电压后，控制器控制第二电荷传输门导通，并在第二电荷传输门导通第四预设时长后，控制第二电荷传输门关断。在第二电荷传输门关断后，控制器控制相关双采样电路获取行选通器的第二端电压得到信号电压。控制器在获取到信号电压后，控制行选通器关断。
结合第二方面第五种可能的实施方式或者第六种可能的实施方式，在第九种可能的实施方式中，信号读出单元还包括复位管，复位管的第一端和第二端分别连接电源和浮动扩散节点。控制器在比较器停止工作后，控制复位管导通第五预设时长后关断；在复位管关断后，控制第二电荷传输门导通。在第二电荷传输门导通第四预设时长后，控制第二电荷传输门关断。在第二电荷传输门关断后，控制器获取浮动扩散节点的电压得到复位电压。在获取到复位电压后，控制器获取浮动扩散节点的电压得到信号电压。
结合第二方面第九种可能的实施方式，在第十种可能的实施方式中，信号读出单元还包括第一源极跟随器、第二开关、第三开关、第四开关、第二电容、第三电容、第二源极跟随器和行选通器，图像传感器还包括相关双采样电路。第一源极跟随器的第一端、第二端和控制端分别连接电源、第二开关的第一端和浮动扩散节点，第二开关的第二端连接第二源极跟随器的控制端，第二源极跟随器的第一端和第二端分别连接电源和行选通器的第一端，行选通器的第二端连接相关双采样电路。第三开关与第二电容串联后连接至第二开关的第二端与参考地之间，第四开关与第三电容串联后连接至第二开关的第二端与参考地之间。
控制器还在比较器停止工作后，控制复位管、第二开关和第三开关导通。并在复位管导通第五预设时长后，控制复位管关断。在第三开关导通第六预设时长后，也即从复位管导通开始经过第六预设时长后，控制第三开关关断，其中，第六预设时长大于第五预设时长。在第三开关关断后，控制器控制第二电荷传输门和第四开关导通。在第二电荷传输门导通第四预设时长后，控制器控制第二电荷传输门关断。并在第四开关导通第七预设时长后，也即从第二电荷传输门导通开始经过第七预设时长后，控制器控制第四开关和第二开关关断，第七预设时长大于第四预设时长。在第四开关关断后，控制器控制行选通器和第三开关导通，并控制相关双采样电路获取行选通器的第二端电压得到复位电压。在获取到复位电压后，控制第三开关关断。在第三开关关断后，控制第四开关导通，并控制相关双采样电路获取行选通器的第二端电压得到信号电压。并在获取到信号电压后，控制器控制行选通器和第四开关关断。
结合第二方面第七种可能的实施方式至第十种可能的实施方式中的任一种，在第十一种可能的实施方式中，控制器还在对光电二极管曝光前，控制复位管和第二电荷传输门导通第八预设时长后关断。
结合第二方面第一种可能的实施方式至第十一种可能的实施方式中的任一种，在第十二种可能的实施方式中，图像传感器包括至少两个光电转换单元。浮动扩散节点用于存储至少两个光电转换单元中至少两个光电二极管转换得到的电信号所对应的电荷。转换增益判断单元的输入端连接至少两个光电二极管的阴极，转换增益判断单元的输出端连接转换增益开关的控制端。转换增益判断单元比较至少两个光电二极管并联后的电压与参考电压之间的大小。
第三方面，本申请提供了一种图像传感器，该图像传感器包括光电转换单元、信号读出单元、转换增益判断单元和控制器，光电转换单元包括光电二极管、第一电荷传输门和第二电荷传输门，信号读出单元包括浮动扩散节点、转换增益开关和第一电容，转换增益判断单元包括比较器和锁存器。其中，浮动扩散节点用于存储光电二极管将入射光转换得到的电信号所对应的电荷。第一电荷传输门用于导通或者断开光电二极管的阴极与比较器的输入端之间的连接，第二电荷传输门用于导通或者断开光电二极管的阴极与浮动扩散节点的连接。转换增益开关用于导通或者断开浮动扩散节点与第一电容之间的连接。比较器用于比较光电二极管的阴极电压与参考电压的大小，并根据比较结果输出控制电压，控制电压用于控制转换增益开关导通或者关断。锁存器用于输出控制电压，以使转换增益判断单元的输出电压保持在控制电压。比较器还包括使能端，使能端用于接收控制器输出的第一控制信号，第一控制信号用于控制比较器的工作状态；锁存器包括使能端，使能端用于接收控制器输出的第二控制信号，第二控制信号用于控制锁存器的工作状态。
控制器用于在第一电荷传输门导通第二预设时长后，分别向比较器的使能端和锁存器的使能端输出第一控制信号和第二控制信号，以使比较器和锁存器均开始工作；并在比较器工作第三预设时长后，停止向比较器的使能端输出第一控制信号，以使比较器停止工作；在比较器停止工作后，控制第二电荷传输门导通第四预设时长后关断；在第二电荷传输门关断后，获取浮动扩散节点的电压得到信号电压。
可以理解的，由于在第二电荷传输门在导通前，图像传感器就已经选择好入射光线的强度对应的转换增益模式，可保证浮动扩散节点有与入射光线对应的电容容量来存储光电二极管中导出的所有光生电子，所以在采集信号电压时第二电荷传输门只需要导通一次即可，从而防止第二电荷传输门第2次导通而引入非线性的问题，进而提高图像传感器的稳定性。
结合第三方面，在第一种可能的实施方式中，控制器还用于在获取到信号电压后，停止向锁存器的使能端输出第二控制信号，以使锁存器停止工作。可以理解的，锁存器是在获取到信号电压后才停止工作的，可保证图像传感器在采集电压过程中不受外界光线变化的影响，可进一步提高采集到的电压(即复位电压和信号电压)的准确性，适用性强。
结合第三方面或者第三方面第一种可能的实施方式，在第二种可能的实施方式中，控制器还用于在对光电二极管曝光第一预设时长后，控制第一电荷传输门导通；在获取到信号电压后，控制第一电荷传输门关断。
结合第三方面至第三方面第二种可能的实施方式中的任一种，在第三种可能的实施方式中，光电二极管的阴极通过第二电荷传输门连接浮动扩散节点，浮动扩散节点连接转换增益开关的第一端，转换增益开关的第二端连接第一电容的一端，光电二极管的阳极和第一电容的另一端均连接参考地；光电二极管的阴极通过第一电荷传输门连接比较器的输入端，比较器的输出端通过锁存器连接转换增益开关的控制端。
结合第三方面第三种可能的实施方式，在第四种可能的实施方式中，光电二极管的阴极和第二电荷传输门的第一端通过第一电荷传输门连接比较器的输入端，或者光电二极管的阴极通过第一电荷传输门连接第二电荷传输门的第一端和比较器的输入端。可以理解的，第一电荷传输门即可以位于光电二极管的阴极与第二电荷传输门的第一端之间，也可以位于第二电荷传输门的第一端和光电二极管的左侧，光电转换单元的结构多样，灵活性高。
结合第三方面至第三方面第四种可能的实施方式中的任一种，在第五种可能的实施方式中，图像传感器还包括第一开关，锁存器的输出端通过第一开关连接信号线。控制器还用于在锁存器输出控制电压后，控制第一开关导通；在图像传感器通过信号线输出控制电压后，控制第一开关关断，控制电压用于表征浮动扩散节点处的电容。可以理解的，图像传感器可以通过向图像处理器输出表征浮动扩散节点处的电容的控制电压，向图像处理器传递后续采集到的电压(即复位电压和信号电压)是在浮动扩散节点处的电容对应的转换增益模式下采集到的，从而便于后续的图像处理,提高最终图像的准确度。
结合第三方面至第三方面第五种可能的实施方式中的任一种，在第六种可能的实施方式中，信号读出单元还包括复位管，复位管的第一端和第二端分别连接电源和浮动扩散节点。控制器还用于在比较器停止工作后，控制复位管导通第五预设时长后关断；在复位管关断后，获取浮动扩散节点的电压得到复位电压；在获取到复位电压后，控制第二电荷传输门导通。可以理解的，图像传感器能够根据光电二极管接收到的入射光强自动选择转换增益模式(即HCG模式或者LCG模式)，并在转换增益模式选择后，依次采集复位电压和信号电压，以保证图像传感器只需采集一次复位电压和信号电压，从而保证ADC只需工作一次即可，进而降低图像传感器的运算成本和功耗，以及提高帧率，适用性强。
结合第三方面第六种可能的实施方式，在第七种可能的实施方式中，信号读出单元还包括第一源极跟随器和行选通器，图像传感器还包括相关双采样电路，第一源极跟随器的第一端、第二端和控制端分别连接电源、行选通器的第一端和浮动扩散节点，行选通器的第二端连接相关双采样电路。控制器用于在复位管关断后，控制行选通器导通，并控制相关双采样电路获取行选通器的第二端电压得到复位电压。控制器用于在第二电荷传输门关断后，控制相关双采样电路获取行选通器的第二端电压得到信号电压。控制器还用于在获取到信号电压后，控制行选通器关断。
可以理解的，本实施方式的图像传感器支持卷帘曝光模式。并且，在采集复位电压和信号电压后，图像传感器还可通过相关双采样电路对复位电压和信号电压做差分处理，差分的结果可有效降低复位管导通时带来的KTC噪声，从而提高图像传感器的准确度，进而提升图像质量；在第二电荷传输门关断后采集信号电压，可避免第二电荷传输门导通的情况下信号电压随着接收到的光强一直下降而不稳定的情况，从而提高采集到的信号电压的准确性，进而提高图像传感器的准确性。
结合第三方面至第三方面第五种可能的实施方式，在第八种可能的实施方式中，信号读出单元还包括复位管，复位管的第一端和第二端分别连接电源和浮动扩散节点。控制器还用于在比较器停止工作后，控制复位管导通第五预设时长后关断；在复位管关断后，控制第二电荷传输门导通；控制器还用于在第二电荷传输门关断后且获取信号电压之前，获取浮动扩散节点的电压得到复位电压。
结合第三方面第八种可能的实施方式，在第九种可能的实施方式中，信号读出单元还包括第一源极跟随器、第二开关、第三开关、第四开关、第二电容、第三电容、第二源极跟随器和行选通器，图像传感器还包括相关双采样电路；第一源极跟随器的第一端、第二端和控制端分别连接电源、第二开关的第一端和浮动扩散节点，第二开关的第二端连接第二源极跟随器的控制端，第二源极跟随器的第一端和第二端分别连接电源和行选通器的第一端，行选通器的第二端连接相关双采样电路，第三开关与第二电容串联后连接至第二开关的第二端与参考地之间，第四开关与第三电容串联后连接至第二开关的第二端与参考地之间。
控制器还用于在比较器停止工作后，控制第二开关和第三开关导通；在第三开关导通第六预设时长后，控制第三开关关断，其中，第六预设时长大于第五预设时长。控制器用于在第三开关关断后，控制第二电荷传输门导通。
控制器还用于在第三开关关断后，控制第四开关导通；在第四开关导通第七预设时长后，控制第四开关和第二开关关断，第七预设时长大于第四预设时长。
控制器用于在第四开关关断后，控制行选通器和第三开关导通，并控制相关双采样电路获取行选通器的第二端电压得到复位电压；在获取到复位电压后，控制第三开关关断；在第三开关关断后，控制第四开关导通，并控制相关双采样电路获取行选通器的第二端电压得到信号电压。控制器还用于在获取到信号电压后，控制行选通器和第四开关关断。
可以理解的，本实施方式的图像传感器支持全局曝光模式。并且，在采集复位电压和信号电压后，图像传感器还可通过相关双采样电路对复位电压和信号电压做差分处理，差分的结果可有效降低复位管导通时带来的KTC噪声，从而提高图像传感器的准确度，进而提升图像质量；在第二电荷传输门关断后采集信号电压，可避免第二电荷传输门导通的情况下信号电压随着接收到的光强一直下降而不稳定的情况，从而提高采集到的信号电压的准确性，进而提高图像传感器的准确性。
结合第三方面第二种可能的实施方式至第九种可能的实施方式中的任一种，在第十种可能的实施方式中，控制器还用于在对光电二极管曝光前，控制复位管和第二电荷传输门导通第八预设时长后关断。从而保证在采集复位电压和信号电压前完成对浮动扩散节点的电压和光电二极管的阴极电压的复位，进而提高采集到的复位电压和信号电压的准确性。
结合第三方面至第三方面第十种可能的实施方式中的任一种，在第十一种可能的实施方式中，图像传感器包括至少两个光电转换单元。浮动扩散节点，用于存储至少两个光电转换单元中至少两个光电二极管转换得到的电信号所对应的电荷。转换增益判断单元具体用于比较至少两个光电二极管并联后的电压与参考电压之间的大小。可以理解的，图像传感器同样适用于多像素的Binning模式，支持自适应转换增益判断机制(即根据入射光强自动确定入射光强对应的转换增益模式的方式)在小尺寸像素中的应用,适用性更强。
应理解的是，本申请上述多个方面的实现和有益效果可互相参考。
附图说明
图1是现有技术提供的图像传感器的结构示意图；
图2是本申请提供的图像传感器的应用场景示意图；
图3是本申请提供的图像传感器的一结构示意图；
图4是本申请提供的图像传感器的另一结构示意图；
图5是本申请提供的图像传感器的另一结构示意图；
图6是本申请提供的图像传感器的另一结构示意图；
图7是本申请提供的图像传感器的另一结构示意图；
图8是本申请提供的图像传感器的另一结构示意图；
图9是本申请提供的图像传感器的另一结构示意图；
图10是本申请实施例提供的图像传感器的一控制时序图；
图11是本申请实施例提供的图像传感器的另一控制时序图；
图12是本申请提供的图像传感器的又一结构示意图；
图13是本申请提供的图像传感器的控制方法的流程示意图。
具体实施方式
本申请提供的图像传感器可适用于智能手机、平板电脑、笔记本电脑、照相机、摄像机等具有摄像头的电子设备。下面以电子设备为照相机为例对图像传感器进行说明。
参见图2，图2是本申请提供的图像传感器的应用场景示意图。如图1所示，照相机包括镜头10、图像传感器11、图像信号处理电路12和存储卡13。本申请提供的图像传感器可以为图1中的图像传感器11。当照相机开始曝光后，外界照射的光线或者物体反射的光线经过镜头10照射到图像传感器11，图像传感器11基于照射得到的光线得到电信号，并将该电信号输出至图像信号处理电路12，图像信号处理电路12基于该电信号生成图像，并将生成的图像存入存储卡13。这里，图像传感器11可以基于获取到的光线强弱选择获取到的光线对应的转换增益模式，并在选定的转换增益模式下获取电信号，从而保证ADC只需工作一次即可，进而可有效降低图像传感器的运算成本和功耗，以及提高帧率，适用性强。上述只是对本申请提供的图像传感器的应用场景进行示例，而非穷举，本申请不对应用场景进行限制。
下面结合图3至图12对本申请提供的图像传感器的工作原理进行示例说明。
首先需要说明的是，本申请中所描述的“连接”可以是直接连接，也可以是间接连接。例如，A与B连接，既可以是A与B直接连接，也可以是A与B之间通过一个或多个其它电学元器件间接连接，例如可以是A与C直接连接，C与B直接连接，从而使得A与B之间通过C实现了连接。
参见图3，图3是本申请提供的图像传感器的一结构示意图。如图3所示，图像传感器11包括光电转换单元111、信号读出单元112和转换增益判断单元113，其中，光电转换单元111包括反偏压的光电二极管PD，信号读出单元112包括(Floating Diffusion，FD)浮动扩散节点、转换增益开关DCG和第一电容C1。其中，FD节点用于存储光电二极管将入射光转换得到的电信号所对应的电荷。FD节点的寄生电容为图3所示的Cpar。转换增益开关DCG用于导通或者断开FD节点与第一电容C1之间的连接。
在一可选实施例中，在对光电二极管PD进行曝光后，转换增益判断单元113比较光电二极管PD的阴极电压与参考电压的大小，并根据比较结果输出控制电压，该控制电压用于控制转换增益开关DCG导通或者关断，以导通或者断开FD节点与第一电容C1之间的连接，也即改变FD节点处的电容值，进而使图像传感器11能够根据入射光强自动选择转换增益模式(即HCG模式或者LCG模式)，以保证图像传感器11只需采集一次复位电压和信号电压，从而保证ADC只需要工作一次即可，进而降低图像传感器11的运算成本和功耗，以及提高帧率，适用性强。
参见图4，图4是本申请提供的图像传感器的另一结构示意图。如图4所示，图像传感器10包括光电转换单元111、信号读出单元112和转换增益判断单元113，其中，光电转换单元111包括反偏压的光电二极管PD，信号读出单元112包括FD节点、转换增益开关DCG和第一电容C1，转换增益判断单元113为比较器P1。其中，FD节点用于存储光电二极管将入射光转换得到的电信号所对应的电荷。
这里，转换增益开关DCG可以是金属氧化物半导体场效应晶体管(metaloxidesemiconductor Field Effect Transistor，MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(InsulatedGate Bipolar Transistor，IGBT)或者氮化镓(Gallium Nitride，GaN)晶体管中的任意一种。在本申请实施例中，以MOSFET为例对转换增益开关DCG进行说明。
光电二极管PD的阴极和转换增益开关DCG的漏端均连接FD节点，转换增益开关DCG的源极连接第一电容C1的一端，光电二极管PD的阳极和第一电容C1的另一端均连接参考地。比较器P1的输入端和输出端分别连接光电二极管PD的阴极和转换增益开关DCG的栅极。
在一可选实施例中，在对光电二极管PD进行曝光后，比较器P1比较光电二极管PD的阴极电压VPD与参考电压Vref的大小，并根据比较结果输出控制电压，该控制电压用于控制转换增益开关DCG导通或者关断，从而使第一电容C1接入或者不接入转换增益开关DCG的漏极与参考地之间，也即改变FD节点处的电容值，进而使图像传感器11能够根据入射光强自动选择转换增益模式(即HCG模式或者LCG模式)，以保证图像传感器11只需采集一次复位电压和信号电压，从而保证ADC只需要工作一次即可，进而降低图像传感器11的运算成本和功耗，以及提高帧率，适用性强。
参见图5，图5是本申请提供的图像传感器的另一结构示意图。如图5所示，图像传感器11包括光电转换单元111、信号读出单元112和转换增益判断单元113，光电转换单元111包括光电二极管PD，信号读出单元112包括FD节点、转换增益开关DCG和第一电容C1，转换增益判断单元包括比较器P1和锁存器1131。其中，比较器P1的输入端连接光电二极管PD的阴极，输出端通过锁存器1131连接转换增益开关DCG的栅极。这里，图像传感器11中除了转换增益判断单元113的其他部分的连接关系请参照图4所示的实施例中对应部分的描述。
在一可选实施例中，在对光电二极管PD进行曝光后，比较器P1比较光电二极管PD的阴极电压VPD与参考电压Vref的大小，并根据比较结果向锁存器1131输出控制电压。锁存器1131基于比较器P1输出的控制电压向转换增益开关DCG的栅极输出控制电压，以使DCG的栅极电压保持在控制电压，该控制电压用于控制转换增益开关DCG导通或者关断，从而使第一电容C1接入或者不接入转换增益开关DCG的漏极与参考地之间，也即改变FD节点处的电容值，进而使图像传感器11能够根据入射光强自动选择转换增益模式(即HCG模式或者LCG模式)，以保证图像传感器11只需采集一次复位电压和信号电压，从而保证ADC只需要工作一次即可，进而降低图像传感器11的运算成本和功耗，以及提高帧率。此外，图像传感器11还可以通过锁存器1131保证在转换增益模式选定后，控制电压不随外界光线的改变而发生波动，以使控制电压能够稳定输出，从而提高图像传感器11的稳定性，适用性强。
参见图6，图6是本申请提供的图像传感器的另一结构示意图。如图6所示，图像传感器11包括光电转换单元111、信号读出单元112、转换增益判断单元113和控制器114，光电转换单元111包括光电二极管PD、第一电荷传输门TG1和第二电荷传输门TG2，信号读出单元112包括FD节点、转换增益开关DCG、第一电容C1和复位管RST。图像传感器11还包括第一开关RS_XCG和信号线DCGFlag。这里，转换增益开关DCG、第一电荷传输门TG1、第二电荷传输门TG2和第一开关RS_XCG可以是MOSFET、IGBT或者GaN晶体管中的任意一种。在本申请实施例中，以MOSFET为例对转换增益开关DCG、第一电荷传输门TG1、第二电荷传输门TG2和第一开关RS_XCG进行说明。其中，光电二极管PD的阴极通过第二电荷传输门TG2连接FD节点,光电二极管PD的阴极和第二电荷传输门TG2的漏极通过第一电荷传输门TG1连接比较器P1的输入端，比较器P1的输出端连接锁存器1131的输入端，锁存器1131的输出端连接转换增益开关DCG的栅极和第一开关RS_XCG的漏极，第一开关RS_XCG的源极连接信号线DCGFlag。比较器P1还包括使能端EN1，该使能端EN1用于接收控制器114输出的第一控制信号，该第一控制信号用于控制比较器P1的工作状态；锁存器1131还包括使能端EN2，该使能端EN2用于接收控制器114输出的第二控制信号，该第二控制信号用于控制锁存器1131的工作状态。这里，信号读出单元112中各元件的连接关系请参照图4所示的实施例中对应部分的描述。
在一可选实施方式中，在对光电二极管曝光前，控制器114控制复位管RST和第二电荷传输门TG2导通后关断，以实现对FD节点电压和光电二极管PD的阴极电压的复位，从而可提高后续采集到的复位电压和信号电压的准确性。之后，开始对光电二极管PD进行曝光，在对光电二极管PD进行曝光后，光电二极管PD将接收到的光线转化为光电二极管PD的阴极电压。之后，在对光电二极管PD曝光第一预设时长Δt1后，控制器114控制第一电荷传输门TG1导通。并在第一电荷传输门TG1导通第二预设时长Δt2后，分别向比较器P1的使能端EN1和锁存器1131的使能端EN2输出第一控制信号和第二控制信号，以使比较器P1和锁存器1131均开始工作。
具体来讲，比较器P1在其使能端EN1接收到第一控制信号后，开始比较光电二极管PD的阴极电压VPD与参考电压Vref的大小，并根据比较结果向锁存器1131输出控制电压。锁存器1131在其使能端EN2接收到第二控制信号时，基于其输入端输入的电压(即控制电压)，向转换增益开关DCG的栅极输出控制电压，使得转换增益开关DCG的栅极电压保持在控制电压。此外，在锁存器1131输出控制电压后，控制器114控制第一开关RS_XCG导通，以使控制电压通过信号线DCGFlag输出图像传感器11外的图像处理器。并在图像传感器11通过信号线DCGFlag输出控制电压后，控制器114控制第一开关RS_XCG关断。其中，控制电压用于表征FD节点的电容。具体来讲，该控制电压为“0”时，说明FD节点的电容CFD＝Cpar，从而说明图像传感器11进入HCG模式；该控制电压为“1”时，说明FD节点的电容CFD＝C1+Cpar，从而说明图像传感器11进入LCG模式。
在一可选实施例中，在比较器P1的使能端EN1和锁存器1131的使能端EN2分别接收到第一控制信号和第二控制信号后，比较器P1在光电二极管PD的阴极电压VPD大于参考电压Vref的情况下，说明光电二极管PD产生的光生电子较少，也即光电二极管PD接收的光线较弱，此时比较器P1向锁存器1131输出低电压的控制电压“0”，从而使得锁存器1131向转换增益开关DCG的栅极输出低电压的控制电压“0”，则转换增益开关DCG处于关断状态，此时FD节点的电容CFD＝Cpar，从而图像传感器11进入HCG模式。此外，在锁存器1131输出低电压的控制电压“0”后，控制器114控制第一开关RS_XCG导通，以使控制电压“0”通过信号线DCGFlag输出图像传感器11，从而通过向图像传感器11外的图像处理器输出控制电压“0”的方式，向图像处理器传递后续采集到的复位电压和信号电压是在图像传感器11处于HCG模式下采集得到的，从而便于后续的图像处理,提高最终图像的准确度。并在图像传感器11通过信号线DCGFlag输出控制电压“0”后，控制器114控制第一开关RS_XCG关断。
在另一可选实施例中，在比较器P1的使能端EN1和锁存器1131的使能端EN2分别接收到第一控制信号和第二控制信号后，比较器P1在光电二极管PD的阴极电压VPD小于参考电压Vref的情况下，说明光电二极管PD产生的光生电子较多，也即光电二极管PD接收的光线较强，此时比较器P1向锁存器1131输出高电压的控制电压“1”，从而使得锁存器1131向转换增益开关DCG的栅极输出高电压的控制电压“1”，则转换增益开关DCG处于导通状态，此时FD节点的电容CFD＝C1+Cpar，从而图像传感器11进入LCG模式。此外，在锁存器1131输出高电压的控制电压“1”后，控制器114控制第一开关RS_XCG导通，以使控制电压“1”通过信号线DCGFlag输出图像传感器11，从而通过向图像传感器11外的图像处理器输出控制电压“1”的方式，告知图像处理器后续采集到的复位电压和信号电压是在图像传感器11处于LCG模式下采集得到的，从而便于后续的图像处理,提高最终图像的准确度。并在图像传感器11通过信号线DCGFlag输出控制电压“1”后，控制器114控制第一开关RS_XCG关断。
之后，在比较器P1工作第三预设时长Δt3后，控制器114停止向比较器P1的使能端EN1输出第一控制信号，以使比较器P1停止工作。在比较器P1停止工作后，也即图像传感器11在根据入射光线的强度确定对应的转换增益模式(即LCG模式或HCG模式)后，控制器114控制第二电荷传输门TG2导通第四预设时长Δt4后关断。并在第二电荷传输门TG2关断后，控制器113获取FD节点的电压得到信号电压。可以理解的，由于在第二电荷传输门TG2在导通前，图像传感器11就已经选择好入射光线的强度确定对应的转换增益模式，可保证FD节点有与入射光线对应的电容容量来存储光电二极管PD中导出的所有光生电子，所以在采集信号电压时第二电荷传输门TG2只需要导通一次即可，从而防止第二电荷传输门TG2第2次导通而引入非线性的问题，进而提高图像传感器11的稳定性。
控制器114在获取到信号电压后，控制第一电荷传输门TG1关断。同时，在获取到信号电压后，控制器114停止向锁存器1131的使能端EN2输出第二控制信号，以使锁存器1131停止工作。可以理解的，比较器P1在工作时，第一电荷传输门TG1导通。在确定入射光线的强度确定对应的转换增益模式后，第一电荷传输门TG1还处于导通状态，有助于光生电子都尽量进入到FD节点，从而提高采集到的信号电压的准确性。此外，锁存器1131是在获取到信号电压后才停止工作的，可保证图像传感器11在采集电压过程中不受外界光线变化的影响，可进一步提高采集到的电压(即复位电压和信号电压)的准确性，适用性强。
在本申请实施例中，图像传感器11可基于光电二极管PD接收到的光线强度自动确定该光线强度对应的转换增益模式，以保证图像传感器11只需采集一次复位电压和信号电压，从而保证ADC只需要工作一次即可，进而降低图像传感器11的运算成本和功耗，以及提高帧率，适用性强。
参见图7，图7是本申请提供的图像传感器的另一结构示意图。如图7所示，图像传感器11包括光电转换单元111、信号读出单元112和转换增益判断单元113、控制器114、第一开关RS_XCG和信号线DCGFlag，光电转换单元111包括光电二极管PD、第一电荷传输门TG1和第二电荷传输门TG2。这里转换增益开关DCG、第一电荷传输门TG1、第二电荷传输门TG2和第一开关RS_XCG可以是MOSFET、IGBT或者GaN晶体管中的任意一种。在本申请实施例中，以MOSFET为例对转换增益开关DCG、第一电荷传输门TG1、第二电荷传输门TG2和第一开关RS_XCG进行说明。其中，光电二极管PD的阴极通过第一电荷传输门TG1连接第二电荷传输门TG2的漏极和比较器P1的输入端。这里，图像传感器11中除了光电转换单元111之外的其他部分及其内部各元件的连接关系请参照图6所示的实施例中对应部分的描述。
这里，图7所示的图像传感器11的工作原理与图6所示的图像传感器11的工作原理一致，此处不再赘述。
在本申请实施例中，图像传感器11可基于光电二极管PD接收到的光线强度自动确定该光线强度对应的转换增益模式，以保证图像传感器11只需采集一次复位电压和信号电压，从而保证ADC只需要工作一次即可，进而降低图像传感器11的运算成本和功耗，以及提高帧率，适用性强。
由于不论是图6所示的光电转换单元111还是图7所示的光电转换单元111，图像传感器11的工作原理均一致，为了便于介绍，下面以图6所示的光电转换单元111为例分别对卷帘曝光模式下的图像传感器和全局模式下的图像传感器进行介绍。
参见图8，图8是本申请提供的图像传感器的另一结构示意图。如图8所示，图像传感器11包括光电转换单元111、信号读出单元112、转换增益判断单元113和控制器114。光电转换单元111包括光电二极管PD、第一电荷传输门TG1和第二电荷传输门TG2。信号读出单元112包括FD节点、转换增益开关DCG、第一电容C1、复位管RST、第一源极跟随器SF1和行选通器RS。图像传感器11还包括第一开关RS_XCG、信号线DCGFlag、垂直信号列线(VerticalSignal Line，VSL)、相关双采样(Correlated Double Sampling，CDS)电路、可变增益放大器(Programmable Gain Amplifier，PGA)和模拟-数字转换器(Analog-to-DigitalConverter，ADC)。这里，转换增益开关DCG、第一电荷传输门TG1、第二电荷传输门TG2、复位管RST、第一源极跟随器SF1、行选通器RS和第一开关RS_XCG可以是MOSFET、IGBT或者GaN晶体管中的任意一种。在本申请实施例中，以MOSFET为例对上述所有开关管进行说明。
第二电荷传输门TG2的源极、复位管RST的源极、转换增益开关DCG的漏极和第一源极跟随器SF1的栅极连接，且该连接处构成FD节点。第一源极跟随器SF1的漏极和源极分别连接电源和行选通器RS的漏极，选通器RS的源极通过VSL连接CDS电路。这里，图像传感器11中没有描述的连接关系请参见图5所示实施例中对应部分的描述。
在一可选实施方式中，在图像传感器11工作后，开始对光电二极管PD进行曝光，与此同时，光电二极管PD将接收到的光线转化为光电二极管PD的阴极电压。之后，在对光电二极管PD曝光第一预设时长Δt1后，控制器114控制第一电荷传输门TG1导通，并在第一电荷传输门TG1导通第二预设时长Δt2后，分别向比较器P1的使能端EN1和锁存器1131的使能端EN2输出第一控制信号和第二控制信号，以使比较器P1和锁存器1131均开始工作。具体来讲，在比较器P1的使能端EN1和锁存器1131的使能端EN2分别接收到第一控制信号和第二控制信号后，比较器P1比较光电二极管PD的阴极电压VPD与参考电压Vref之间的大小，并根据比较结果向锁存器1131输出控制电压。锁存器1131根据比较器P1输出的控制电压，向转换增益开关DCG的栅极输出控制电压，以使转换增益开关DCG的栅极电压保证在控制电压，从而控制转换增益开关DCG在锁存器1131的使能端EN2接收到第二控制信号的情况下稳定处于导通状态或者关断状态，以使图像传感器11处于HCG模式或者LCG模式。
之后，在比较器P1工作第三预设时长Δt3后，控制器114停止向比较器P1的使能端EN1输出第一控制信号，以使比较器P1停止工作。在比较器P1停止工作后，也即图像传感器11在根据入射光线的强度确定对应的转换增益模式(即LCG模式或HCG模式)后，控制器114控制复位管RST导通第五预设时长Δt5后关断。并在复位管RST关断后，获取FD节点的电压得到复位电压。具体来讲，在复位管RST关断后，控制器114控制行选通器RS导通，并控制CDS电路获取行选通器RS的源极电压，也即VSL上的电压，得到复位电压。
在获取到复位电压后，控制器114控制第二电荷传输门TG2导通。并在第二电荷传输门TG2导通第四预设时长Δt4后，控制器114控制第二电荷传输门TG2关断。并在第二电荷传输门TG2关断后，控制器114获取FD节点的电压得到信号电压。具体来讲，在第二电荷传输门TG2关断后，控制器114控制CDS电路获取行选通器RS的源极电压，也即VSL上的电压，得到信号电压。
在获取到信号电压后，控制器114控制行选通器RS和第一电荷传输门TG1关断。同时，控制器114向锁存器1131的使能端EN2停止输出第二控制信号，以使锁存器1131停止工作。
同时，在获取到信号电压后，CDS电路基于采集到的复位电压和信号电压，计算复位电压与信号电压的差值，从而完成相关双采样。之后，CDS电路将该差值输出至PGA，PGA对该差值进行放大后输出至ADC，ADC将放大后的差值转换为数字信号后输出至图像处理器。
需要说明的是，在对光电二极管PD曝光前，控制器114还控制复位管RST和第二电荷传输门TG2导通第八预设时长Δt6后关断，以保证在采集复位电压和信号电压前完成对FD节点的电压VFD和光电二极管PD的阴极电压VPD的复位，从而提高采集到的复位电压和信号电压的准确性。
在本申请实施例中，图像传感器11适用于卷帘曝光模式，并可基于光电二极管PD接收到的光线强度自动确定该光线强度对应的转换增益模式，以保证图像传感器11只需采集一次复位电压和信号电压，从而保证ADC只需要工作一次即可，进而降低图像传感器11的运算成本和功耗，以及提高帧率，适用性强。
参见图9，图9是本申请提供的图像传感器的另一结构示意图。如图9所示，图像传感器11包括光电转换单元111、信号读出单元112、转换增益判断单元113和控制器114。信号读出单元112包括FD节点、转换增益开关DCG、第一电容C1、复位管RST、第一源极跟随器SF1、第二开关SEL、第三开关S1、第四开关S2、第二电容C2、第三电容C3、第二源极跟随器SF2和行选通器RS。图像传感器11还包括第一开关RS_XCG、信号线DCGFlag、VSL、CDS电路、PGA和ADC。这里，转换增益开关DCG、第一电荷传输门TG1、第二电荷传输门TG2、复位管RST、第一源极跟随器SF1、第二源极跟随器SF2、第一开关RS_XCG、第二开关SEL、第三开关S1、第四开关S2和行选通器RS可以是MOSFET、IGBT或者GaN晶体管中的任意一种。在本申请实施例中，以MOSFET为例对上述所有开关管进行说明。
复位管RST的源极、第二电荷传输门TG2的源极、转换增益开关DCG的漏极和第一源极跟随器SF1的栅极连接，且该连接处构成FD节点。复位管RST的漏极、第一源极跟随器SF1的漏极和第二源极跟随器SF2的漏极均连接电源，第一源极跟随器SF1的源极连接第二开关SEL的漏极，第二开关SEL的源极连接第二源极跟随器SF2的漏极，第三二源极跟随器SF3SF2的源极连接行选通器RS的漏极，选通器RS的源极通过VSL连接CDS电路。转换增益开关DCG的源极通过第一电容C1连接参考地，转换增益开关DCG的栅极连接锁存器1131的输出端。第三开关S1的漏极连接第二开关SEL的源极，第三开关S1的源极通过第二电容C2连接参考地，第四开关S2的漏极连接第二开关SEL的源极，第四开关S2的源极通过第三电容C3连接参考地。这里，图像传感器11中除了信号读出单元112之外其他部分的连接关系请参见图8所示实施例中对应部分的描述。
在一可选实施方式中，在图像传感器11开始工作后，控制器114控制复位管RST和第二电荷传输门TG2导通第八预设时长Δt6后关断，以完成对FD节点的电压VFD和光电二极管PD的阴极电压VPD的复位，从而提高采集到的复位电压和信号电压的准确性。之后，开始对光电二极管PD进行曝光，与此同时，光电二极管PD将接收到的光线转化为光电二极管PD的阴极电压。之后，在对光电二极管PD曝光第一预设时长Δt1后，控制器114控制第一电荷传输门TG1导通。并在第一电荷传输门TG1导通第二预设时长Δt2后，控制器114分别向控制比较器P1的使能端EN1和锁存器1131的使能端EN2输出第一控制信号和第二控制信号，使得比较器P1和锁存器1131分别基于接收到的第一控制信号和第二控制信号均开始工作。也即，比较器P1比较光电二极管PD的阴极电压VPD与参考电压Vref之间的大小，并根据比较结果向锁存器1131输出控制电压。锁存器1131基于比较器P1输出的控制电压，向转换增益开关DCG的栅极输出控制电压，以使转换增益开关DCG的栅极电压保证在控制电压，从而控制转换增益开关DCG在锁存器1131的使能端EN2接收到第二控制信号的情况下稳定处于导通状态或者关断状态，以使图像传感器11处于HCG模式或者LCG模式。
之后，在比较器P1工作第三预设时长Δt3后，控制器114停止向比较器P1的使能端EN1输出第一控制信号，以使比较器P1停止工作。在比较器P1停止工作后，也即图像传感器11进入上述光线对应的转换增益模式后，控制器114控制复位管RST导通第五预设时长Δt5后关断。在复位管RST关断后，控制器114控制第二电荷传输门TG2导通，并在第二电荷传输门TG2导通第四预设时长Δt4后，控制第二电荷传输门TG2关断。在第二电荷传输门TG2关断后，控制器114获取FD节点的电压得到复位电压，并在获取到复位电压后，控制器114获取FD节点的电压得到信号电压。在获取到信号电压后，控制器114停止向锁存器1131的使能端输出第二控制信号，以使锁存器1131停止工作，并控制第一电荷传输门TG1关断。
为了方便理解，下面结合图10和图11所示的图像传感器的控制时序图，对全局曝光模式下图像传感器11的工作原理进行介绍。
参见图10，图10是本申请实施例提供的图像传感器的一控制时序图。如图10所示，图像传感器11开始工作后，控制器114在t1时刻向复位管RST的栅极和第二电荷传输门TG2的栅极均输出高电平，以控制复位管RST和第二电荷传输门TG2导通，从而开始对FD节点的电压VFD和光电二极管PD的阴极电压VPD进行复位。
在t2时刻，即在复位管RST和第二电荷传输门TG2导通第八预设时长Δt6后，控制器114向复位管RST的栅极和第一电荷传输门TG1的栅极均输出低电平，以控制复位管RST和第一电荷传输门TG1关断，从而完成对FD节点的电压VFD和光电二极管PD的阴极电压VPD的复位。并且在t2时刻，开始对光电二极管PD进行全局曝光。
在t2至t3时刻内，光电二极管PD的阴极电压VPD开始随着接收到的光强的增大而减小。
在t3时刻，即对光电二极管PD曝光第一预设时长Δt1后，控制器114向第一电荷传输门TG1的栅极输出高电平，以控制第一电荷传输门TG1导通。
在t3至t4时刻内，第一电荷传输门TG1处于导通状态。在该时间段内，光电二极管PD的阴极电压VPD仍随着接收到的光强的增大而减小。
在t4时刻，即第一电荷传输门导通第二预设时长Δt2后，控制器114同时向比较器P1的使能端EN1和锁存器1131的使能端EN2输出高电平，以使比较器P1和锁存器1131开始工作。
在t4至t5时刻内，比较器P1开始比较光电二极管PD的阴极电压VPD与参考电压Vref的大小，显然，此时VPD小于Vref，说明光电二极管PD接收到的光强较强，则比较器P1向锁存器1131输出高电平的控制电压VP1“1”，锁存器基于比较器P1输出的控制电压VP1“1”向转换增益开关DCG的栅极输出控制电压VP1“1”，此时转换增益开关DCG导通，FD节点处的电容CFD＝Cpar+C1，图像传感器11进入LCG模式。与此同时，在锁存器1131输出控制电压VP1“1”后，控制器114控制第一开关RS_XCG导通，以使控制电压VP1“1”通过信号线DCGFlag输出至图像传感器11之外的图像处理器。并在图像传感器11输出控制电压VP1“1”后，控制器114控制第一开关RS_XCG关断。
在t5时刻，控制器114停止向比较器P1的使能端EN1输出高电平，以使比较器P1停止工作。
在t6时刻，控制器114向复位管RST的栅极、第二开关SEL的栅极和第三开关S1的栅极输出高电平，以使复位管RST、第二开关SEL和第三开关S1均导通，从而开始对FD节点的电压VFD的复位。
在t7时刻，即在复位管RST导通第五预设时长Δt5后，控制器114向复位管RST的栅极输出低电平，以使复位管RST关断，从而完成对FD节点的电压VFD的复位。
在t7至t8时刻，复位电压存入第二电容C2内。
在t8时刻，即在复位管RST或者第三开关S1导通第六预设时长Δt6后，控制器114向第三开关S1的栅极输出低电平，以使第三开关S1关断。
在t9时刻，控制器114向第二电荷传输门TG2的栅极和第四开关S2的栅极输出高电平，以使第二电荷传输门TG2和第四开关S2导通。
在t10时刻，即第二电荷传输门TG2导通第四预设时长Δt4后，也即将光电二极管PD中的光生电子导入FD节点后，控制器114向第二电荷传输门TG2的栅极输出低电平，以使第二电荷传输门TG2关断。
在t10至t11时刻内，信号电压存入第三电容C3内。
在t11时刻，即第四开关S2导通第七预设时长Δt8后，控制器114向第二开关SEL的栅极和第四开关S2的栅极输出低电平，以使第二开关SEL和第四开关S2均关断。
在t12时刻，控制器114向行选通器RS的栅极和第三开关S1的栅极输出高电平，以使行选通器RS和第三开关S1导通。同时，控制器114控制CDS电路采集行选通器RS的源极电压，也即VSL上的电压得到复位电压。并在获取到复位电压后，控制器114向第三开关S1的栅极输出低电平，以使第三开关S1关断。
在t13时刻，控制器114向第四开关S2的栅极输出高电平，以使第四开关S2导通。同时，控制器114控制CDS电路采集行选通器RS的源极电压，也即VSL上的电压得到信号电压。
在t14时刻，即获取到信号电压后，控制器114向第一电荷传输门TG1的栅极、第四开关S2的栅极和行选通器RS的栅极输出低电平，以使第一电荷传输门TG1、第四开关S2和行选通器RS均关断。同时，在t14时刻，控制器114停止向锁存器1131的使能端EN2输出高电平，以使锁存器1131停止工作，也即锁存器1131不再输出控制电压VP1“1”。与此同时，CDS电路基于采集到的复位电压和信号电压，计算得到复位电压与信号电压的差值，从而完成LCG模式下的相关双采样。之后，CDS电路将该差值输出至PGA，PGA对该差值进行放大后输出至ADC，ADC将放大后的差值转换为数字信号后输出至图像处理器。之后，图像传感器11进入下一个工作周期，这里的一个工作周期对应图9所示的t1至t14时刻对应部分。
参见图11，图11是本申请实施例提供的图像传感器的另一控制时序图。如图11所示，图像传感器11开始工作后，控制器114在t1至t4时刻的控制逻辑请参见图10所示控制时序图中对应部分的描述一致，此处不再赘述。
在t4至t5时刻内，比较器P1开始比较光电二极管PD的阴极电压VPD与参考电压Vref的大小，显然，此时VPD大于Vref，说明光电二极管PD接收到的光强较弱，则比较器P1向锁存器1131输出低电平的控制电压“0”，锁存器基于比较器P1输出的控制电压“0”向转换增益开关DCG的栅极输出控制电压“0”，此时转换增益开关DCG关断，FD节点处的电容CFD＝Cpar，图像传感器11进入HCG模式。与此同时，在锁存器1131输出控制电压后，控制器114控制第一开关RS_XCG导通，以使控制电压“0”通过信号线DCGFlag输出至图像传感器11之外的图像处理器。并在图像传感器11输出控制电压“0”后，控制器114控制第一开关RS_XCG关断。
之后，控制器114在t5至t14时刻的控制逻辑请参见图10所示控制时序图中对应部分的描述一致，此处不再赘述。
在本申请实施例中，图像传感器11适用于全局曝光模式，并可基于光电二极管PD接收到的光线强度自动确定该光线强度对应的转换增益模式，以保证图像传感器11只需采集一次复位电压和信号电压，从而保证ADC只需要工作一次即可，进而降低图像传感器11的运算成本和功耗，以及提高帧率，适用性强。
需要说明的是，上述至少两个光电转换单元可共用同一个信号读出单元以及同一个转换增益判断单元。由于在光电转换单元的数量大于等于2时，图像传感器11的工作原理均一致，为了方便描述，下面以图像传感器11包括两个光电转换单元为例进行说明。
参见图12，图12是本申请提供的图像传感器的又一结构示意图。如图11所示，图像传感器11包括光电转换单元1111、光电转换单元1112、信号读出单元112、转换增益判断单元113和控制器114。光电转换单元1111包括光电二极管PD1、第一电荷传输门TG11和第二电荷传输门TG12，光电转换单元1112包括光电二极管PD2、第一电荷传输门TG21和第二电荷传输门TG22。信号读出单元112包括FD节点、转换增益开关DCG、第一电容C1、复位管RST、第一源极跟随器SF1和行选通器RS。转换增益判断单元113包括比较器P1和锁存器1131。图像传感器11还包括第一开关RS_XCG、VSL、DCGFlag、CDS电路、PGA和ADC。其中，FD节点用于存储光电二极管PD1将接收到的入射光转换得到的电信号对应的电荷，以及光电二极管PD2光电将接收到的入射光转换得到的电信号对应的电荷。
光电二极管PD1的阴极依次经过第一电荷传输门TG11和第二电荷传输门TG12连接FD节点，光电二极管PD2的阴极依次经过第一电荷传输门TG21和第二电荷传输门TG22连接FD节点，且第二电荷传输门TG12的源极与第二电荷传输门TG22的漏极相连，第二电荷传输门TG12的漏极与第二电荷传输门TG22的源极相连后连接比较器P1的输入端。这里，图像传感器11中除了光电转换单元1111和光电转换单元1112之外的其他部分的连接关系请参照图8所示实施例中对应部分的描述，此处不再赘述。
在一可选实施方式中，图像传感器11应用于多像素的Binning模式：图像传感器11在工作后，控制器114控制复位管RST、第一电荷传输门TG11、第二电荷传输门TG12、第一电荷传输门TG21和第二电荷传输门TG22导通第八预设时长Δt6后关断，以完成对FD节点的电压VFD、光电二极管PD1的阴极电压VPD1和光电二极管PD2的阴极电压VPD2的复位，从而提高采集到的复位电压和信号电压的准确性。之后，开始对光电二极管PD1和光电二极管PD2进行曝光，与此同时，光电二极管PD1和PD2分别将接收到的光线转化为光电二极管PD1的阴极电压VPD1和光电二极管PD2的阴极电压VPD2。之后，在对光电二极管PD1和PD2曝光第一预设时长Δt1后，控制器114控制光电转换单元1111和光电转换单元1112中的各个第一电荷传输门导通，即第一电荷传输门TG11和TG21导通,由于第二电荷传输门TG12和TG22关断，则光电二极管PD1和PD2并联，即图像传感器11工作在Binning模式。在在第一电荷传输门TG11和TG21导通第二预设时长Δt2后，控制器114分别向控制比较器P1的使能端EN1和锁存器1131的使能端EN2输出第一控制信号和第二控制信号，使得比较器P1和锁存器1131分别基于接收到的第一控制信号和第二控制信号均开始工作。也即，比较器P1比较光电二极管PD1与光电二极管PD2并联的电压VPD与参考电压Vref的大小，并根据比较结果向锁存器1131输出控制电压。锁存器1131基于比较器P1输出的控制电压，向转换增益开关DCG的栅极输出控制电压，以使转换增益开关DCG的栅极电压保证在控制电压，从而控制转换增益开关DCG在锁存器1131的使能端EN2接收到第二控制信号的情况下稳定处于导通状态或者关断状态，以使图像传感器11处于HCG模式或者LCG模式。这里，在图像传感器11处于HCG模式或者LCG模式后，图像传感器11的工作原理请参见图8所示实施例中对应部分的描述，此处不再赘述。
在另一可选实施方式中，图12所示的图像传感器11也适用于单像素模式(即只有一个光电转换单元)的图像传感器。示例性的，控制器114可通过控制第一电荷传输门TG21和第二电荷传输门TG22一直处于关断状态，使得光电转换单元1112不工作，只让光电转换单元1111工作。对应的，单像素模式的图像传感器11的工作原理请参见图8所示实施例的描述，此处不再赘述。
在本申请实例中，图像传感器11基于光电二极管PD接收到的光线强度自动确定该光线强度对应的转换增益模式，以保证图像传感器11只需采集一次复位电压和信号电压，从而保证ADC只需要工作一次即可，进而降低图像传感器11的运算成本和功耗，以及提高帧率。此外，图像传感器11同样适用于多像素的Binning模式，支持自适应转换增益判断机制(即根据入射光强自动确定入射光强对应的转换增益模式的方式)在小尺寸像素中的应用,适用性强。
参见图13，图13是本申请提供的图像传感器的控制方法的流程示意图。本申请实施例提供的图像传感器的控制方法适用于图3至图9、图12所示的转换增益判断单元113和控制器114。图像传感器的控制方法可包括步骤：
S101，转换增益判断单元比较光电二极管的阴极电压与参考电压的大小。
在一可选实施方式中，图像传感器开始工作后，对光电二极管开始曝光。之后，转换增益判断单元比较光电二极管的阴极电压与参考电压的大小。
在另一可选实施方式中，转换增益判断单元包括比较器和锁存器，比较器的输入端连接光电二极管的阴极，比较器的输出端通过锁存器连接转换增益开关的控制端。比较器用于比较光电二极管的阴极电压与参考电压的大小，并根据比较结果向锁存器输出控制电压。锁存器用于输出控制电压，以使转换增益判断单元的输出电压保持在控制电压。比较器还包括使能端，使能端用于接收控制器输出的第一控制信号，第一控制信号用于控制比较器的工作状态；锁存器包括使能端，使能端用于接收控制器输出的第二控制信号，第二控制信号用于控制锁存器的工作状态。
图像传感器开始工作后，控制器控制复位管和第二电荷传输门导通第八预设时长后关断，以完成对FD节点的电压和光电二极管的阴极电压的复位，从而提高采集到的复位电压和信号电压的准确性。之后，开始对光电二极管进行曝光，与此同时，光电二极管将接收到的光线转化为光电二极管的阴极电压。之后，在对光电二极管曝光第一预设时长后，控制器控制第一电荷传输门导通。并在第一电荷传输门导通第二预设时长后，控制器分别向控制比较器的使能端和锁存器的使能端输出第一控制信号和第二控制信号，使得比较器和锁存器分别基于接收到的第一控制信号和第二控制信号均开始工作。也即，比较器比较光电二极管的阴极电压与参考电压之间的大小。
S102，转换增益判断单元根据比较结果输出控制电压，控制电压用于控制转换增益开关导通或者关断。
在一可选实施方式中，转换增益判断单元根据光电二极管的阴极电压与参考电压之间的比较结果，向转换增益开关的栅极输出控制电压，从而控制转换增益开关处于导通状态或者关断状态，以使图像传感器处于HCG模式或者LCG模式。
在另一可选实施方式中，比较器根据光电二极管的阴极电压与参考电压之间的比较结果，向锁存器输出控制电压。锁存器基于比较器输出的控制电压，向转换增益开关的栅极输出控制电压，以使转换增益开关的栅极电压保证在控制电压，从而控制转换增益开关在锁存器的使能端接收到第二控制信号的情况下稳定处于导通状态或者关断状态，以使图像传感器处于HCG模式或者LCG模式。
在图像传感器处于HCG模式或者LCG模式后，控制器依次获取复位电压和信号电压。
具体实现中，本申请提供的图像传感器的控制方法中转换增益判断单元和控制器所执行的更多操作可参见图3至图9、图12所示的转换增益判断单元113和控制器114所执行的实现方式，在此不再赘述。
在本申请实施例中，图像传感器可基于光电二极管接收到的光线强度自动确定该光线强度对应的转换增益模式，以保证图像传感器只需采集一次复位电压和信号电压，从而保证ADC只需要工作一次即可，进而降低图像传感器的运算成本和功耗，以及提高帧率，适用性强。
以上，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 (22)

1.一种图像传感器，其特征在于，所述图像传感器包括光电转换单元、信号读出单元和转换增益判断单元，所述光电转换单元包括光电二极管，所述信号读出单元包括浮动扩散节点、转换增益开关和第一电容，其中：
所述浮动扩散节点，用于存储所述光电二极管将入射光转换得到的电信号所对应的电荷；
所述转换增益开关，用于导通或者断开所述浮动扩散节点与所述第一电容之间的连接；
所述转换增益判断单元，用于比较所述光电二极管的阴极电压与参考电压的大小，并根据比较结果输出控制电压，所述控制电压用于控制所述转换增益开关导通或者关断。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述光电二极管的阴极和所述转换增益开关的第一端均连接所述浮动扩散节点，所述转换增益开关的第二端连接所述第一电容的一端，所述光电二极管的阳极和所述第一电容的另一端均连接参考地；
所述转换增益判断单元的输入端和输出端分别连接所述光电二极管的阴极和所述转换增益开关的控制端。
3.根据权利要求2所述的图像传感器，其特征在于，所述转换增益判断单元包括比较器和锁存器，所述比较器的输入端连接所述光电二极管的阴极，所述比较器的输出端通过所述锁存器连接所述转换增益开关的控制端，所述比较器用于比较所述光电二极管的阴极电压与所述参考电压的大小，并根据比较结果向所述锁存器输出所述控制电压；
所述锁存器用于输出所述控制电压，以使所述转换增益判断单元的输出电压保持在所述控制电压。
4.根据权利要求3所述的图像传感器，其特征在于，所述图像传感器还包括第一开关和控制器，所述锁存器的输出端通过所述第一开关连接信号线；
所述控制器用于在所述锁存器输出所述控制电压后，控制所述第一开关导通；在所述图像传感器通过所述信号线输出所述控制电压后，控制所述第一开关关断，所述控制电压用于表征所述浮动扩散节点处的电容。
5.根据权利要求3或4所述的图像传感器，其特征在于，所述光电转换单元还包括第一电荷传输门，其中，所述光电二极管的阴极通过所述第一电荷传输门连接所述比较器的输入端；
所述控制器还用于在对所述光电二极管曝光第一预设时长后，控制所述第一电荷传输门导通；在获取到信号电压后，控制所述第一电荷传输门关断；
所述比较器还包括使能端，所述使能端用于接收所述控制器输出的第一控制信号，所述第一控制信号用于控制所述比较器的工作状态；所述锁存器包括使能端，所述使能端用于接收所述控制器输出的第二控制信号，所述第二控制信号用于控制所述锁存器的工作状态；
所述控制器还用于在所述第一电荷传输门导通第二预设时长后，分别向所述比较器的使能端和所述锁存器的使能端输出所述第一控制信号和所述第二控制信号，以使所述比较器和所述锁存器均开始工作；并在所述比较器工作第三预设时长后，停止向所述比较器的使能端输出所述第一控制信号，以使所述比较器停止工作；在获取到所述信号电压后，停止向所述锁存器的使能端输出所述第二控制信号，以使所述锁存器停止工作。
6.根据权利要求5所述的图像传感器，其特征在于，所述光电转换单元还包括第二电荷传输门，其中，所述光电二极管的阴极通过所述第二电荷传输门连接所述浮动扩散节点；
所述控制器还用于在所述比较器停止工作后，控制所述第二电荷传输门导通第四预设时长后关断；在所述第二电荷传输门关断后，获取所述浮动扩散节点的电压得到所述信号电压。
7.根据权利要求6所述的图像传感器，其特征在于，所述光电二极管的阴极和所述第二电荷传输门的第一端通过所述第一电荷传输门连接所述比较器的输入端，或者所述光电二极管的阴极通过所述第一电荷传输门连接所述第二电荷传输门的第一端和所述比较器的输入端。
8.根据权利要求6或7所述的图像传感器，其特征在于，所述信号读出单元还包括复位管，所述复位管的第一端和第二端分别连接电源和所述浮动扩散节点；
所述控制器还用于在所述比较器停止工作后，控制所述复位管导通第五预设时长后关断；在所述复位管关断后，获取所述浮动扩散节点的电压得到复位电压；在获取到所述复位电压后，控制所述第二电荷传输门导通。
9.根据权利要求8所述的图像传感器，其特征在于，所述信号读出单元还包括第一源极跟随器和行选通器，所述图像传感器还包括相关双采样电路，所述第一源极跟随器的第一端、第二端和控制端分别连接所述电源、所述行选通器的第一端和所述浮动扩散节点，所述行选通器的第二端连接所述相关双采样电路；
所述控制器用于在所述复位管关断后，控制所述行选通器导通，并控制所述相关双采样电路获取所述行选通器的第二端电压得到所述复位电压；
所述控制器用于在所述第二电荷传输门关断后，控制所述相关双采样电路获取所述行选通器的第二端电压得到所述信号电压；
所述控制器还用于在获取到所述信号电压后，控制所述行选通器关断。
10.根据权利要求6或7所述的图像传感器，其特征在于，所述信号读出单元还包括复位管，所述复位管的第一端和第二端分别连接电源和所述浮动扩散节点；
所述控制器还用于在所述比较器停止工作后，控制所述复位管导通第五预设时长后关断；在所述复位管关断后，控制所述第二电荷传输门导通；
所述控制器还用于在所述第二电荷传输门关断后且获取所述信号电压之前，获取所述浮动扩散节点的电压得到复位电压。
11.根据权利要求10所述的图像传感器，其特征在于，所述信号读出单元还包括第一源极跟随器、第二开关、第三开关、第四开关、第二电容、第三电容、第二源极跟随器和行选通器，所述图像传感器还包括相关双采样电路；所述第一源极跟随器的第一端、第二端和控制端分别连接所述电源、所述第二开关的第一端和所述浮动扩散节点，所述第二开关的第二端连接所述第二源极跟随器的控制端，所述第二源极跟随器的第一端和第二端分别连接所述电源和所述行选通器的第一端，所述行选通器的第二端连接所述相关双采样电路，所述第三开关与所述第二电容串联后连接至所述第二开关的第二端与所述参考地之间，所述第四开关与所述第三电容串联后连接至所述第二开关的第二端与所述参考地之间；
所述控制器还用于在所述比较器停止工作后，控制所述第二开关和所述第三开关导通；在所述第三开关导通第六预设时长后，控制所述第三开关关断，其中，所述第六预设时长大于所述第五预设时长；
所述控制器用于在所述第三开关关断后，控制所述第二电荷传输门导通；
所述控制器还用于在所述第三开关关断后，控制所述第四开关导通；在所述第四开关导通第七预设时长后，控制所述第四开关和所述第二开关关断，所述第七预设时长大于所述第四预设时长；
所述控制器用于在所述第四开关关断后，控制所述行选通器和所述第三开关导通，并控制所述相关双采样电路获取所述行选通器的第二端电压得到所述复位电压；在获取到所述复位电压后，控制所述第三开关关断；在所述第三开关关断后，控制所述第四开关导通，并控制所述相关双采样电路获取所述行选通器的第二端电压得到所述信号电压；
所述控制器还用于在获取到所述信号电压后，控制所述行选通器和所述第四开关关断。
12.根据权利要求8-11任一项所述的图像传感器，其特征在于，所述控制器还用于在对所述光电二极管曝光前，控制所述复位管和所述第二电荷传输门导通第八预设时长后关断。
13.根据权利要求9或11所述的图像传感器，其特征在于，所述浮动扩散节点为所述第二电荷传输门的第二端、所述复位管的第二端和所述第一源极跟随器的控制端的连接点。
14.根据权利要求2-13任一项所述的图像传感器，其特征在于，所述图像传感器包括至少两个所述光电转换单元；
所述浮动扩散节点，用于存储所述至少两个所述光电转换单元中至少两个光电二极管转换得到的电信号所对应的电荷；
所述转换增益判断单元的输入端连接所述至少两个光电二极管的阴极，所述转换增益判断单元的输出端连接所述转换增益开关的控制端，所述转换增益判断单元具体用于比较所述至少两个光电二极管并联后的电压与所述参考电压之间的大小。
15.一种图像传感器的控制方法，其特征在于，所述图像传感器包括光电转换单元、信号读出单元和转换增益判断单元，所述光电转换单元包括光电二极管，所述信号读出单元包括浮动扩散节点、转换增益开关和第一电容，其中：所述浮动扩散节点，用于存储所述光电二极管将入射光转换得到的电信号所对应的电荷；所述转换增益开关，用于导通或者断开所述浮动扩散节点与所述第一电容之间的连接；
所述方法包括：
所述转换增益判断单元比较所述光电二极管的阴极电压与参考电压的大小，并根据比较结果输出控制电压，所述控制电压用于控制所述转换增益开关导通或者关断。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述光电二极管的阴极和所述转换增益开关的第一端均连接所述浮动扩散节点，所述转换增益开关的第二端连接所述第一电容的一端，所述光电二极管的阳极和所述第一电容的另一端均连接参考地；所述转换增益判断单元的输入端和输出端分别连接所述光电二极管的阴极和所述转换增益开关的控制端。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述转换增益判断单元包括比较器和锁存器，所述比较器的输入端连接所述光电二极管的阴极，所述比较器的输出端通过所述锁存器连接所述转换增益开关的控制端；
所述转换增益判断单元比较所述光电二极管的阴极电压与参考电压的大小，并根据比较结果输出控制电压，包括：
所述转换增益判断单元通过所述比较器比较所述光电二极管的阴极电压与所述参考电压的大小，并根据比较结果向所述锁存器输出所述控制电压；
所述转换增益判断单元通过所述锁存器输出所述控制电压，以使所述转换增益判断单元的输出电压保持在所述控制电压。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述图像传感器还包括第一开关和控制器，所述锁存器的输出端通过所述第一开关连接信号线；
所述方法还包括：
所述控制器在所述锁存器输出所述控制电压后，控制所述第一开关导通；
所述控制器在所述图像传感器通过所述信号线输出所述控制电压后，控制所述第一开关关断，所述控制电压用于表征所述浮动扩散节点处的电容。
19.根据权利要求17或18所述的方法，其特征在于，所述光电转换单元还包括第一电荷传输门，其中，所述光电二极管的阴极通过所述第一电荷传输门连接所述比较器的输入端；
所述方法还包括：
所述控制器在对所述光电二极管曝光第一预设时长后，控制所述第一电荷传输门导通；
所述控制器在获取到信号电压后，控制所述第一电荷传输门关断；
所述比较器还包括使能端，所述使能端用于接收所述控制器输出的第一控制信号，所述第一控制信号用于控制所述比较器的工作状态；所述锁存器包括使能端，所述使能端用于接收所述控制器输出的第二控制信号，所述第二控制信号用于控制所述锁存器的工作状态；
所述方法还包括：
所述控制器在所述第一电荷传输门导通第二预设时长后，分别向所述比较器的使能端和所述锁存器的使能端输出所述第一控制信号和所述第二控制信号，以使所述比较器和所述锁存器均开始工作；
所述控制器在所述比较器工作第三预设时长后，停止向所述比较器的使能端输出所述第一控制信号，以使所述比较器停止工作；
所述控制器在获取到所述信号电压后，停止向所述锁存器的使能端输出所述第二控制信号，以使所述锁存器停止工作。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述光电转换单元还包括第二电荷传输门，其中，所述光电二极管的阴极通过所述第二电荷传输门连接所述浮动扩散节点；
所述方法还包括：
所述控制器在所述比较器停止工作后，控制所述第二电荷传输门导通第四预设时长后关断；
所述控制器在所述第二电荷传输门关断后，获取所述浮动扩散节点的电压得到所述信号电压。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述信号读出单元还包括复位管，所述复位管的第一端和第二端分别连接电源和所述浮动扩散节点；
所述方法还包括：
所述控制器在所述比较器停止工作后，控制所述复位管导通第五预设时长后关断；
所述控制器在所述复位管关断后，获取所述浮动扩散节点的电压得到复位电压；
所述控制器在获取到所述复位电压后，控制所述第二电荷传输门导通。
22.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述信号读出单元还包括复位管，所述复位管的第一端和第二端分别连接电源和所述浮动扩散节点；
所述方法还包括：
所述控制器在所述比较器停止工作后，控制所述复位管导通第五预设时长后关断；在所述复位管关断后，控制所述第二电荷传输门导通；
所述方法还包括：
所述控制器在所述第二电荷传输门关断后且获取所述信号电压之前，获取所述浮动扩散节点的电压得到复位电压。
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