CN117615241A - 一种图像传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种图像传感器，包括全局曝光电路、区域曝光电路、路径选择电路和电荷转移读出电路，全局曝光电路上设置有一个PMOS作为开关，区域曝光电路上设置有一个PMOS作为开关；全局曝光电路和区域曝光电路上的PMOS由行选通信号Rm和列选通信号Cn通过与门和非门驱动，用于使能全局曝光和区域曝光功能；全局曝光由PD控制；区域曝光由PDm控制，每个像元的PDm连接在一起；全局曝光控制信号PD和区域曝光控制信号PDm默认处于低电平状态，曝光时长受PD和PDm高电平持续时间影响。上述图像传感器可以对选择的特定区域进行单独曝光调节，提高了图像传感器的动态范围。

Description

一种图像传感器

技术领域

本发明涉及图像传感器技术领域，尤其涉及一种图像传感器。

背景技术

目前，图像传感器的曝光是由曝光开关控制的，在传感器芯片die内，所有像元的曝光开关信号都是连接在一起的，形成一个对外的曝光控制引脚，由处理器控制该曝光控制引脚，就能达到传感器所有像元同步曝光的目的，但所有像元的曝光参数是一致的。

但当拍摄一个明暗反差较大的场景时，现有技术的图像传感器会出现有些区域过曝光或欠曝光的情况，尤其科研或军工领域，比如拍摄爆炸、雷击放电等场景。

发明内容

本发明的目的是提供一种图像传感器，该图像传感器可以对选择的特定区域进行单独曝光调节，提高了图像传感器的动态范围。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种图像传感器，所述图像传感器包括全局曝光电路、区域曝光电路、路径选择电路、电荷转移读出电路，其中：

所述全局曝光电路上设置有一个PMOS作为开关，所述区域曝光电路上设置有一个PMOS作为开关，这两个PMOS开关的状态成互补关系；

全局曝光电路和区域曝光电路上的PMOS由行选通信号Rm和列选通信号Cn通过与门和非门驱动，用于使能全局曝光和区域曝光功能；

全局曝光由全局曝光控制信号PD控制，所有像元的全局曝光控制信号PD连接在一起；区域曝光由区域曝光控制信号PDm控制，每个像元的区域曝光控制信号PDm连接在一起；其中，m为划分的区域总行数；

全局曝光控制信号PD和区域曝光控制信号PDm默认处于低电平状态，曝光时长受PD和PDm高电平持续时间影响，一般由脉冲方波信号控制，高电平时间可调；

路径选择电路由与门和非门构成，与门的输入是行选通信号Rm和列选通信号Cn，与门输出驱动区域曝光路径上的PMOS；与门输出还驱动非门，非门输出驱动全局曝光路径上的PMOS；

电荷转移读出电路包括转移读出控制TX、复位控制RST和存储控制SF；当曝光后，光电二极管中会存储一定的曝光电荷，转移读出控制TX打开后，电荷会移动到存储控制SF端，激活存储控制SF，将电荷转化为电压Volts供ADC采样；复位控制RST用于清除转移的电荷，电荷转移为电压后，清理转移电荷，等待下次曝光；

图像传感器的像元被划分为m*n个区域，其中m为划分的区域总行数，n为区域总列数；对单个划分区域而言，区域内各个像元的列选通信号Cn连接在一起，各个像元的行选通信号Rm连接在一起，当行选通信号Rm和列选通信号Cn都为高电平，使能区域内所有像元的区域曝光功能，并禁止区域内所有像元的全局曝光功能，此时区域内像元的曝光由区域曝光控制信号PDm控制，全局曝光控制信号PD失效。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，上述图像传感器可以对选择的特定区域进行单独曝光调节，提高了图像传感器的动态范围。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的图像传感器像元结构示意图；

图2为本发明实施例所述图像传感器单个区域内像元连接关系示意图；

图3为本发明实施例所述图像传感器区域曝光控制示意图；

图4为本发明实施例所述图像传感器像元区域划分示意图；

图5为本发明实施例所述图像传感器的曝光控制流程图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，这并不构成对本发明的限制。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

如图1为本发明实施例提供的图像传感器像元结构示意图，所述图像传感器像元包括全局曝光电路、区域曝光电路、路径选择电路、电荷转移读出电路，其中：

所述全局曝光电路上设置有一个PMOS作为开关，所述区域曝光电路上设置有一个PMOS作为开关，这两个PMOS开关的状态成互补关系；

全局曝光电路和区域曝光电路上的PMOS由行选通信号Rm和列选通信号Cn通过与门和非门驱动，用于使能全局曝光和区域曝光功能；

全局曝光由全局曝光控制信号PD控制，所有像元的全局曝光控制信号PD连接在一起；区域曝光由区域曝光控制信号PDm控制，每个像元的区域曝光控制信号PDm连接在一起；其中，m为划分的区域总行数；

全局曝光控制信号PD和区域曝光控制信号PDm默认处于低电平状态，曝光时长受PD和PDm高电平持续时间影响，一般由脉冲方波信号控制，高电平时间可调；

路径选择电路由与门和非门构成，与门的输入是行选通信号Rm和列选通信号Cn，与门输出驱动区域曝光路径上的PMOS，与门输出还驱动非门，非门输出驱动全局曝光路径上的PMOS；

所述电荷转移读出电路包括转移读出控制TX、复位控制RST和存储控制SF，此部分电路架构与传统传感器无差异；当曝光后(无论全局曝光还是区域曝光)，光电二极管中都会存储一定的曝光电荷，转移读出控制TX打开后，电荷会移动到存储控制SF端，激活存储控制SF，将电荷转化为电压Volts供ADC采样；复位控制RST用于清除转移的电荷，电荷转移为电压后，清理转移电荷，等待下次曝光；

图像传感器的像元被划分为m*n个区域，其中m为划分的区域总行数，n为区域总列数；对单个划分区域而言，如图2所示为本发明实施例所述图像传感器单个区域内像元连接关系示意图，区域内各个像元的列选通信号Cn连接在一起，各个像元的行选通信号Rm连接在一起，当行选通信号Rm和列选通信号Cn都为高电平，使能区域内所有像元的区域曝光功能，并禁止区域内所有像元的全局曝光功能，此时区域内像元的曝光由区域曝光控制信号PDm控制，全局曝光控制信号PD失效。

具体实现中，如图3所示为本发明实施例所述图像传感器区域曝光控制示意图，即传感器内部完整架构，图像传感器内还包括曝光控制模块，曝光控制模块包括I2C总线、寄存器Register、行解码器Row Decoder、列解码器Column Decoder、曝光选择器ExposeSelector，其中：

I2C总线接收行选通信号Rm、列选通信号Cn以及曝光选择信息；再由对应的寄存器Register控制行解码器Row Decoder、列解码器Column Decoder和曝光选择器ExposeSelector动作；选通行选通信号Rm和列选通信号Cn对应的区域，区域曝光路径打开，全局曝光路径关闭；由曝光选择器Expose Selector选通对应的曝光通道，曝光受区域曝光控制信号PDm控制，全局曝光控制信号PD对已选通的区域无效。

具体实现中，如图4所示为本发明实施例所述图像传感器像元区域划分示意图，在对图像传感器的像元进行划分时，假设图像传感器像元个数为X*Y个，其中X为图像传感器像元总行数，Y为图像传感器像元总列数；图4中，(0,0)为第一个像元坐标；(X,Y)为最后一个像元坐标；

图像传感器的像元被划分为m*n个区域，其中m为区域总行数，n为区域总列数，把像元等间隔划分，则所有区域内像元个数为(X/m)*(Y/n)。

对图像传感器的整个画幅而言，将整个画幅划分成多个区域，同一列区域的列选通信号Cn连接在一起；同一行区域的行选通信号Rm连接器在一起；同一行区域的区域曝光控制信号PDm连接在一起，不需要每个区域引出一个PDm引脚。

如图5所示为本发明实施例所述图像传感器的曝光控制流程图，结合图3和图5，上述图像传感器的工作过程具体为：

图像传感器默认处于全局曝光状态，整个画幅所有像元受全局曝光控制信号PD控制(PD高电平时长)；当需要单独对某个区域进行曝光调节时，首先使能区域曝光功能，选择需要单独调节曝光的区域，输入需要单独调节曝光区域的曝光参数，例如曝光时长；

将区域曝光参数和对应的区域信息(行选通信号Rm、列选通信号Cn)通过I2C总线下发给图像传感器；由行解码器Row Decoder和列解码器Column Decoder根据行选通信号Rm和列选通信号Cn选择具体区域；由曝光选择器Expose Selector选通对应的曝光通道，曝光受区域曝光控制信号PDm控制，其他非选定区域仍然处于全局曝光状态，受全局曝光控制信号PD控制。

由以上方案可知，本发明实施例所述图像传感器能对指定区域像元单独进行曝光调节，把欠曝光的区域曝光时间调长，把过曝的区域曝光时间调短，让整个画幅曝光达到一个合理的范围，增加了图像传感器的动态范围。

值得注意的是，本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

综上所述，本发明实施例所述图像传感器具有如下优点：

1、提高了图像传感器动态范围，比如对过曝区域或欠曝光区域单独进行曝光调节，其他区域的曝光不受影响，对于拍摄明暗反差较大的场景有优势；

2、对图像传感器像元区域划分后，优化电路控制方式，每行区域共用PDm即可，不需要每个区域引出一个PDm引脚，引脚个数也有限，方便后期传感器应用。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明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发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。本文背景技术部分公开的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

Claims (4)

1.一种图像传感器，其特征在于，所述图像传感器包括全局曝光电路、区域曝光电路、路径选择电路、电荷转移读出电路，其中：

所述全局曝光电路上设置有一个PMOS作为开关，所述区域曝光电路上设置有一个PMOS作为开关，这两个PMOS开关的状态成互补关系；

全局曝光电路和区域曝光电路上的PMOS由行选通信号Rm和列选通信号Cn通过与门和非门驱动，用于使能全局曝光和区域曝光功能；

全局曝光由全局曝光控制信号PD控制，所有像元的全局曝光控制信号PD连接在一起；区域曝光由区域曝光控制信号PDm控制，每个像元的区域曝光控制信号PDm连接在一起；其中，m为划分的区域总行数；

全局曝光控制信号PD和区域曝光控制信号PDm默认处于低电平状态，曝光时长受PD和PDm高电平持续时间影响，一般由脉冲方波信号控制，高电平时间可调；

路径选择电路由与门和非门构成，与门的输入是行选通信号Rm和列选通信号Cn，与门输出驱动区域曝光路径上的PMOS；与门输出还驱动非门，非门输出驱动全局曝光路径上的PMOS；

电荷转移读出电路包括转移读出控制TX、复位控制RST和存储控制SF；当曝光后，光电二极管中会存储一定的曝光电荷，转移读出控制TX打开后，电荷会移动到存储控制SF端，激活存储控制SF，将电荷转化为电压Volts供ADC采样；复位控制RST用于清除转移的电荷，电荷转移为电压后，清理转移电荷，等待下次曝光；

图像传感器的像元被划分为m*n个区域，其中m为划分的区域总行数，n为区域总列数；对单个划分区域而言，区域内各个像元的列选通信号Cn连接在一起，各个像元的行选通信号Rm连接在一起，当行选通信号Rm和列选通信号Cn都为高电平，使能区域内所有像元的区域曝光功能，并禁止区域内所有像元的全局曝光功能，此时区域内像元的曝光由区域曝光控制信号PDm控制，全局曝光控制信号PD失效。

2.根据权利要求1所述图像传感器，其特征在于，所述图像传感器内还包括曝光控制模块，曝光控制模块包括I2C总线、寄存器Register、行解码器Row Decoder、列解码器ColumnDecoder、曝光选择器Expose Selector，其中：

I2C总线接收行选通信号Rm、列选通信号Cn以及曝光选择信息；再由对应的寄存器Register控制行解码器Row Decoder、列解码器Column Decoder和曝光选择器ExposeSelector动作；选通行选通信号Rm和列选通信号Cn对应的区域，区域曝光路径打开，全局曝光路径关闭；由曝光选择器Expose Selector选通对应的曝光通道，曝光受区域曝光控制信号PDm控制，全局曝光控制信号PD对已选通的区域无效。

3.根据权利要求1所述图像传感器，其特征在于，在对图像传感器的像元进行划分时，假设图像传感器像元个数为X*Y个，其中X为图像传感器像元总行数，Y为图像传感器像元总列数；

图像传感器的像元被划分为m*n个区域，其中m为区域总行数，n为区域总列数；

把像元等间隔划分，则所有区域内像元个数为(X/m)*(Y/n)。

4.根据权利要求3所述图像传感器，其特征在于，

对图像传感器的整个画幅而言，将整个画幅划分成多个区域，同一列区域的列选通信号Cn连接在一起；同一行区域的行选通信号Rm连接器在一起；同一行区域的区域曝光控制信号PDm连接在一起。