CN205864591U - 一种图像传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施方案提供了一种图像传感器，包括：基底、多组感光单元和多个数字加法器，其中，多组感光单元和多个数字加法器设置于基底上，每组感光单元唯一对应一个数字加法器，每组感光单元包括位置相邻的至少两个感光子单元；每组感光单元中的感光子单元分别与所对应数字加法器的输入端连接。本实用新型中，通过增加数字加法器，将每组感光单元中的感光子单元的电荷量进行叠加，提升了每个感光子单元对应的像素点的亮度，从而提升了图像整体的亮度，达到了大幅度提升在低照度情况下的图像亮度的效果。

Description

一种图像传感器

技术领域

本实用新型涉及图像传感器领域，特别涉及一种图像传感器。

背景技术

目前图像传感器技术已经较之前有了大幅度的提升，如图1所示，现有的图像传感器包括：基底70和设置于所述基座70上的多个感光子单元80，其中，感光子单元80用于感光。

该图像传感器在较低光照度即低照度情况下，每个感光子单元80进光量较少，导致每个感光子单元80产生的电荷量较少，使得每个感光子单元21对应的像素点的亮度较低，使得图像的亮度较低，因此，提升图像的亮度是图像传感器最主要的目标。

目前在低照度情况下提升图像亮度的方法为：将图像传感器上移，使图像传感器上的感光子单元距离光源更近，由此增加每个感光子单元的进光量，进一步增加每个感光子单元的电荷量以提升图像亮度。

由于图像传感器上移的距离有限，因此，该方法可提升图像的亮度有限，导致提升图像亮度的效果较差。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型实施例公开了一种图像传感器，用于大幅度提升在低照度情况下的图像亮度。技术方案如下：

一种图像传感器，所述图像传感器包括：

基底1、多组感光单元2和多个数字加法器3，其中，所述多组感光单元2和所述多个数字加法器3设置于所述基底1上，每组感光单元2唯一对应一个数字加法器3，每组感光单元2包括位置相邻的至少两个感光子单元21；

每组感光单元2中的感光子单元21分别与所对应数字加法器3的输入端连接。

可选的，所述感光子单元21包括光电二极管211、第一开关212、第二开关214、第三开关215和模拟数字转换器216；

所述图像传感器还包括设置在所述基底1上的复位线、行扫描线以及电源输出端213；

所述光电二极管211的负极分别与所述第一开关212的第二端及所述第二开关214的第一端连接，所述第一开关212的第一端与复位线连接，所述第一开关212的第三端与所述电源输出端213连接，所述第二开关214的第二端与所述电源输出端213连接，所述第二开关214的第三端与所述第三开关215的第二端连接，所述第三开关215的第一端与行扫描线连接，所述第三开关215的第三端与所述模拟数字转换器216的第一输入端连接，所述模拟数字转换器216的第二输入端与模拟数字转换基准电压供应端连接，所述模拟数字转换器216的输出端与所述感光子单元21所在的感光单元2对应的数字加法器3的输入端连接。

可选的，所述感光子单元21还包括数字减法器217；

所述模拟数字转换器216的输出端与所述数字减法器217的输入端连接，所述数字减法器217的输出端与所述感光子单元21所在的感光单元2对应的数字加法器3的输入端连接。

可选的，所述每组感光单元2包括位置相邻的四个感光子单元21。

本实用新型提供了一种摄像机，包括图像传感器、控制单元、亮度检测单元和显示单元，所述图像传感器通过所述控制单元与所述显示单元连接，所述亮度检测单元与所述控制单元连接，所述图像传感器具体为上述任一所述的图像传感器。

可选的，所述图像传感器还包括：

多个单刀双掷开关4，所述单刀双掷开关4的数量与感光子单元21的数量相同；

各个感光子单元21分别通过一个单刀双掷开关4与所对应的数字加法器3的输入端相连接，其中，各个单刀双掷开关4的动端与相应感光子单元21相连接，第一不动端与相应数字加法器3的输入端相连接；

所述控制单元通过各个单刀双掷开关4的第二不动端与相应感光子单元21相连接。

本实用新型方案所提供的一种图像传感器，包括：基底、多组感光单元和多个数字加法器，其中，多组感光单元和多个数字加法器设置于基底上，每组感光单元唯一对应一个数字加法器，每组感光单元包括位置相邻的至少两个感光子单元，每组感光单元中的感光子单元分别与所对应数字加法器的输入端连接。本实用新型中，通过增加数字加法器，将每组感光单元中的感光子单元的电荷量进行叠加，提升了每个感光子单元对应的像素点的亮度，从而提升了图像整体的亮度，达到了大幅度提升在低照度情况下的图像亮度的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。

图1为现有技术中的图像传感器的图像传感器的结构示意图；

图2为本实用新型提供的一种图像传感器的结构示意图；

图3(a)为现有技术中像素点排列示意图；

图3(b)为本实用新型提供的对感光子单元的电荷量进行叠加后的像素点排列示意图；

图4为本实用新型提供的感光子单元的第一种结构示意图；

图5为本实用新型提供的感光子单元的第二种结构示意图；

图6为本实用新型提供的一种摄像机的结构示意图；

图7为本实用新型提供的单刀双掷开关的动端连接到第一不动端上时的感光单元与数字加法器的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

为了大幅度提升在低照度情况下的图像的亮度，本实用新型提供了一种图像传感器。

需要说明的是，该图像传感器可以设置于摄像机中，或者，其他具有图像采集功能的设备中。

参见图2，图中示出了本实用新型实施例提供的一种图像传感器的结构示意图，该图像传感器可以包括：

基底1、多组感光单元2和多个数字加法器3，其中，多组感光单元2和多个数字加法器3设置于基底1上，每组感光单元2唯一对应一个数字加法器3，每组感光单元2包括位置相邻的至少两个感光子单元21；

每组感光单元2中的感光子单元21分别与所对应数字加法器3的输入端连接。

由于一般图像传感器基底1上的感光子单元21为纵横排列，因此，按照感光位置将基底1上的多个感光子单元21划分到不同的感光单元2中，使得每组感光单元2包括位置相邻的至少两个感光子单元21。

由于在低照度的情况下，每个感光子单元21产生的电荷量较少，使得在显示器中显示的每个感光子单元21对应的像素点的亮度较低，使得显示器中图像的亮度较低，为了提升在低照度情况下的图像亮度，可以按照感光位置将感光系统图像传感器中包含的多个感光子单元21划分到不同的感光单元2中，每组感光单元2包括位置相邻的至少两个感光子单元21，并为每组感光单元2配置一个数字加法器3，且数字加法器3设置于基底1上，即每组感光单元2唯一对应一个数字加法器3，每组感光单元2中的感光子单元21分别与所对应数字加法器3的输入端连接。

需要强调的是，感光子单元21为现有技术中的用于感光的器件，其感光原理在此不做介绍。举例而言，感光子单元21可以为：CCD(电荷耦合)元件，或者，CMOS(互补金属氧化物导体)器件等。

针对每组感光单元2，通过其对应的数字加法器3对自身所包含的感光子单元21的数字信号进行叠加以实现对自身所包含的感光子单元21的电荷量的叠加，使得该感光单元2对应的像素点的亮度即为叠加后的电荷量所具有的亮度，其中，该感光单元2对应的像素点包括该感光单元2包含的感光子单元21对应的像素点，由此，提升了每个像素点的亮度，从而提升了图像的亮度。

本实用新型中，通过增加数字加法器，将每组感光单元中的感光子单元的电荷量进行叠加，提升了每个感光子单元对应的像素点的亮度，从而提升了图像整体的亮度，达到了大幅度提升在低照度情况下的图像亮度的效果。

具体的，每组感光单元2可以包括位置相邻的四个感光子单元21。

参见图3(a)，图像按照R:G:B＝1:2:1的方式排列，即红色：绿色：蓝色＝1:2:1，因此，本实用新型可以将位置相邻的四个感光子单元21确定为一组感光单元2，为了方便查看，图3(a)中只示出了一组感光单元2对应的像素点的排列方式。

针对每组感光单元2，通过其对应的数字加法器3对自身感光单元2所包含的四个感光子单元21的数字信号进行叠加，即将四个感光子单元21的电荷量进行叠加，使得该感光单元2对应的像素点的亮度即为叠加后的电荷量所具有的亮度。

为了保持图像按照R:G:B＝1:2:1的方式排列，可以将每个感光单元2对应的像素点的亮度存放在该感光单元2包含的四个感光子单元21中一个像素点中，参见图3(b)，将图3(a)中示出的一组感光单元2对应的像素点的亮度，存放在该感光单元2包含的四个感光子单元21中的“B”像素点中，使得图像中的各个感光单元2对应的像素点仍然按照R:G:B＝1:2:1的方式排列。

如图4所示，在本实用新型的一种实现方式中，感光子单元21可以包括光电二极管211、第一开关212、第二开关214、第三开关215和模拟数字转换器216；

图像传感器还可以包括设置在基底1上的复位线、行扫描线以及电源输出端213；

光电二极管211的负极分别与第一开关212的第二端及第二开关214的第一端连接，第一开关212的第一端与复位线连接，第一开关212的第三端与电源输出端213连接，第二开关214的第二端与电源输出端213连接，第二开关214的第三端与第三开关215的第二端连接，第三开关215的第一端与行扫描线连接，第三开关215的第三端与模拟数字转换器216的第一输入端连接，模拟数字转换器216的第二输入端与模拟数字转换基准电压供应端连接，模拟数字转换器216的输出端通过开关212与模拟数字转换器216连接，模拟数字转换器216的输出端与感光子单元21所在的感光单元2对应的数字加法器3的输入端连接。

其中，第一开关212、第二开关214和第三开关215均包括三端，第一开关212为复位开关，第一开关212的第一端与复位线连接，图像传感器每曝光一次，该第一开关212将开启一次，将复位信号传输至光电二极管211复位光电二极管211。在光电二极管211的电荷积累到预设值时，第二开关214将开启，将电信号传输至模拟数字转换器216。第三开关215为行扫描开关，第三开关215的第一端与行扫描线连接，由于感光子单元21为纵横排列，因此，行扫描到感光子单元21所在行，该感光子单元21中的第三开关215将开启一次，以输出行信号。

为保持图像传感器的正常工作，可在外部芯片上设置电源VCC(Volt CurrentCondenser，电源电压)，在基底1上设置电源输出端213，或者也可以将电源VCC直接设置在基底上(参照图4所示)，电源输出端213分别与第一开关212的第三端及第二开关214的第二端连接，用于为该感光子单元21的电路进行供电。

光电二极管211进行感光并将光信号转换为电信号，并在第二开关214开启时，将电信号传输至模拟数字转换器216，模拟数字转换器216将电信号转换为数字信号并传输至感光单元2对应的数字加法器3以便进行数字信号的叠加即电荷量的叠加。

下面以图像传感器包含四个感光子单元为例，对本实用新型提供的图像传感器与现有技术提供的图像传感器所得到的图像亮度进行对比：

图像传感器包含四个感光子单元，每个感光子单元的电荷量分别为R、G1、B和G2，噪声的电荷量均为X；

如表1所示，现有技术中：四个感光子单元对应的四个像素点的亮度分别为R+X、G1+X、B+X和G2+X；

本实用新型中：将四个感光子单元21确定为感光单元2，通过数字加法器3对该感光单元包含的四个感光子单元21的电荷量进行叠加，得到该感光单元2对应的四个像素点的亮度均为R+G1+G2+B+4X；

由此，本实用新型提高了每个像素点的亮度，以提升图像整体的亮度，可见本实用新型可在低照度情况下大幅度提高图像的亮度。

表1

在图4所示结构的基础上，如图5所示，在本实用新型的另一种实现方式中，感光子单元21还可以包括数字减法器217；

模拟数字转换器216的输出端与数字减法器217的输入端连接，数字减法器217的输出端与感光子单元21所在的感光单元2对应的数字加法器3的输入端连接。

由于每个感光子单元21本身会存在固态噪声，因此，本实用新型为了提高信噪比，可以在每个感光子单元21中设置数字减法器217，以滤除固态噪声，使得每个感光子单元21输出的数字信号为降噪之后的数字信号。

其中，数字减法器217包括两个动端和两个不动端，数字减法器217中的一个动端连接到其对应的不动端上时，传输数字信号，数字减法器217中的另一个动端连接到其对应的不动端上时，传输固态噪声信号，通过数字减法器217得到数字信号-固态噪声信号＝降噪之后的数字信号，并传输至该感光子单元21所在的感光单元2对应的数字加法器3。通过数字减法器217将噪声滤除的过程为现有技术，在此不再赘述，通过数字减法器217可以将90％的噪声滤除。

下面以图像传感器包含四个感光子单元为例，对本实用新型提供的图像传感器与现有技术提供的图像传感器所得到的图像的信噪比进行对比：

图像传感器包含四个感光子单元，每个感光子单元的电荷量分别为R、G1、B和G2，噪声的电荷量均为X；

如表2所示，现有技术中：四个感光子单元对应的四个像素点的信噪比分别为R/X、G1/X、B/X和G2/X；

本实用新型中：将四个感光子单元21确定为感光单元2，通过数字减法器217对感光子单元21进行去噪，得到降噪后的每个感光子单元的噪声均为0.1X，再通过数字加法器3对该四个感光子单元的电荷量进行叠加，得到该感光单元2对应的四个像素点的信噪比均为(R+G1+B+G2)/0.4X；

由此，本实用新型中，通过在感光子单元21中设置数字减法器，使得在提升图像亮度的同时，还可以提升图像的信噪比。

此外，本实用新型还提供了一种摄像机，参照图6所示，该图为本实用新型所提供的摄像机的结构示意图。

该摄像机包括图像传感器30、控制单元40、亮度检测单元50和显示单元60，需要说明的是，摄像机具体结构与现有技术完全相同，本领域技术人员基于现有技术完全可以实现，且图像传感器30具体结构如上所述，图像传感器30通过控制单元40与显示单元60连接，亮度检测单元50与控制单元40连接。

其中，该控制单元40可以基于单片机、通用CPU(Central Processing Unit，中央处理器)、PLC(Programmable Logic Controller,可编程逻辑控制器)、DSP(digitalsignal processor,数字信号处理器)或其他可编程控制器平台，具体的，该控制单元40可以为ISP(Imagesignalprocessing，图像处理芯片)，该显示单元60可以为显示器。

该图像传感器30，还可以包括：

多个单刀双掷开关4，单刀双掷开关4的数量与感光子单元21的数量相同；

各个感光子单元21分别通过一个单刀双掷开关4与所对应的数字加法器3的输入端相连接，其中，各个单刀双掷开关4的动端与相应感光子单元21相连接，第一不动端与相应数字加法器3的输入端相连接；

控制单元40通过各个单刀双掷开关4的第二不动端与相应感光子单元21相连接。

当图像传感器30所处的环境亮度较高时，每个感光子单元21的进光量较大，使得图像的亮度较高，此时，无需将每组感光单元2中的感光子单元21的电荷量进行叠加以提升图像的亮度，因此，本实用新型为了实现提升图像亮度的灵活应用，如图7所示，可以在图像传感器30中设置与感光子单元21的数量相同的多个单刀双掷开关4，使得各个感光子单元21分别通过一个单刀双掷开关4与所对应的数字加法器3的输入端相连接，其中，各个单刀双掷开关4的动端与相应感光子单元21相连接，第一不动端与相应数字加法器3的输入端相连接，控制单元40还通过各个单刀双掷开关4的第二不动端与相应感光子单元21相连接。

在亮度检测单元40检测到环境亮度低于预设阈值时，发送第一信号至控制单元40，如图4所示，控制单元40接收到该第一信号后，控制图像传感器30中每个单刀双掷开关4的动端连接到第一不动端上，使感光子单元21通过数字加法器3与控制单元1相连，数字加法器3将叠加后的数字信号传输至控制单元40，在控制单元40接收到该数字信号后即可确定该感光单元2的电荷量即为叠加后的电荷量，并对该数字信号进行处理并传输至显示单元60显示，此时对每组感光单元2中的感光子单元21的电荷量进行叠加以提升图像的亮度。

在亮度检测单元40检测到环境亮度未低于预设阈值时，发送第二信号至控制单元40，控制单元40接收到该第二信号后，控制图像传感器30中每个单刀双掷开关4的动端连接到第二不动端上，使感光子单元21通过单刀双掷开关4与控制单元40相连，此时，未对每组感光单元2中的感光子单元21的电荷量进行叠加。

由此，实现了对提升图像亮度的灵活应用。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (6)

1.一种图像传感器，其特征在于，所述图像传感器包括：

基底(1)、多组感光单元(2)和多个数字加法器(3)，其中，所述多组感光单元(2)和所述多个数字加法器(3)设置于所述基底(1)上，每组感光单元(2)唯一对应一个数字加法器(3)，每组感光单元(2)包括位置相邻的至少两个感光子单元(21)；

每组感光单元(2)中的感光子单元(21)分别与所对应数字加法器(3)的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述感光子单元(21)包括光电二极管(211)、第一开关(212)、第二开关(214)、第三开关(215)和模拟数字转换器(216)；

所述图像传感器还包括设置在所述基底(1)上的复位线、行扫描线以及电源输出端(213)；

所述光电二极管(211)的负极分别与所述第一开关(212)的第二端及所述第二开关(214)的第一端连接，所述第一开关(212)的第一端与复位线连接，所述第一开关(212)的第三端与所述电源输出端(213)连接，所述第二开关(214)的第二端与所述电源输出端(213)连接，所述第二开关(214)的第三端与所述第三开关(215)的第二端连接，所述第三开关(215)的第一端与行扫描线连接，所述第三开关(215)的第三端与所述模拟数字转换器(216)的第一输入端连接，所述模拟数字转换器(216)的第二输入端与模拟数字转换基准电压供应端连接，所述模拟数字转换器(216)的输出端与所述感光子单元(21)所在的感光单元(2)对应的数字加法器(3)的输入端连接。

3.根据权利要求2所述的图像传感器，其特征在于，所述感光子单元(21)还包括数字减法器(217)；

所述模拟数字转换器(216)的输出端与所述数字减法器(217)的输入端连接，所述数字减法器(217)的输出端与所述感光子单元(21)所在的感光单元(2)对应的数字加法器(3)的输入端连接。

4.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述每组感光单元(2)包括位于位置相邻的四个感光子单元(21)。

5.一种摄像机，其特征在于，包括图像传感器、控制单元、亮度检测单元和显示单元，所述图像传感器通过所述控制单元与所述显示单元连接，所述亮度检测单元与所述控制单元连接，所述图像传感器具体为权利要求1至4任一项所述的图像传感器。

6.根据权利要求5所述的摄像机，其特征在于，所述图像传感器还包括：

多个单刀双掷开关(4)，所述单刀双掷开关(4)的数量与感光子单元(21)的数量相同；

各个感光子单元(21)分别通过一个单刀双掷开关(4)与所对应的数字加法器(3)的输入端相连接，其中，各个单刀双掷开关(4)的动端与相应感光子单元(21)相连接，第一不动端与相应数字加法器(3)的输入端相连接；

所述控制单元通过各个单刀双掷开关(4)的第二不动端与相应感光子单元(21)相连接。