CN219812216U - 一种10亿像素图像传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种10亿像素图像传感器，包括图像传感器像素阵列和数据输出接口，所述图像传感器像素阵列的两侧均设置有240列的假像素，所述图像传感器像素阵列的有效像素阵列大小为30720x34048，所述图像传感器像素阵列包括八个像素子阵列，八个像素子阵列分别对应八个MIPI接口。本实用新型的10亿像素图像传感器将图像传感器的像素阵列分为八个像素子阵列，并在可以在实现10亿像素并通过mipi接口输出48Gbps高清图像的高质量、高性能10亿像素图像传感器。

Description

一种10亿像素图像传感器

技术领域

本实用新型涉及一种10亿像素图像传感器。

背景技术

VPS4114A是一款高质量、高性能10亿像素图像传感器芯片。该芯片背后的技术涉及到以下方面：

1、高像素传感器技术：VPS4114A采用了先进的10亿像素传感器技术，可以捕捉到极其丰富的图像细节，并通过MIPI接口以高带宽输出。

2、MIPI接口技术：MIPI接口是一种专门用于移动设备和嵌入式系统的高速串行接口技术。VPS4114A采用了MIPI接口技术，可以以高速、稳定的方式输出高清图像。

3、图像处理技术：VPS4114A内部集成了多种先进的图像处理技术，包括噪声滤波、颜色校正、锐化、白平衡、智能补光等。这些技术可以帮助用户快速、准确地处理和分析图像数据。

4、高速数据传输技术：VPS4114A的输出速率高达48Gbps，需要采用高速、稳定的数据传输技术，以确保数据能够在短时间内准确地传输到目标设备。

综合这些技术，VPS4114A可以实现高质量、高性能的图像采集与处理，广泛应用于高端摄像头、工业视觉、医疗影像等领域。

但是现有VPS4114A芯片只能进口，价格较高，而且有泄密风险。

因此，需要一种新的10亿像素图像传感器以解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种10亿像素图像传感器。

本实用新型的10亿像素图像传感器，包括图像传感器像素阵列和数据输出接口，所述图像传感器像素阵列包括像素子阵列Subarray_0、像素子阵列Subarray_1、像素子阵列Subarray_2、像素子阵列Subarray_3、像素子阵列Subarray_4、像素子阵列Subarray_5、像素子阵列Subarray_6和像素子阵列Subarray_7，所述像素子阵列Subarray_0、像素子阵列Subarray_1、像素子阵列Subarray_2、像素子阵列Subarray_3、像素子阵列Subarray_4、像素子阵列Subarray_5、像素子阵列Subarray_6和像素子阵列Subarray_7均包括7800x17024个像素，所述数据输出接口包括MIPI接口MIPI0、MIPI接口MIPI1、MIPI接口MIPI2、MIPI接口MIPI3、MIPI接口MIPI4、MIPI接口MIPI5、MIPI接口MIPI6和MIPI接口MIPI7，所述MIPI接口MIPI0对应所述像素子阵列Subarray_0,所述MIPI接口MIPI1对应所述像素子阵列Subarray_1, 所述MIPI接口MIPI2对应所述像素子阵列Subarray_2, 所述MIPI接口MIPI3对应所述像素子阵列Subarray_3，所述MIPI接口MIPI4对应所述像素子阵列Subarray_4，所述MIPI接口MIPI5对应所述像素子阵列Subarray_5，所述MIPI接口MIPI6对应所述像素子阵列Subarray_6，所述MIPI接口MIPI7对应所述像素子阵列Subarray_7。

更进一步的，所述像素子阵列Subarray_2和像素子阵列Subarray_0上下镜像对称，所述像素子阵列Subarray_3和像素子阵列Subarray_1上下镜像对称，所述像素子阵列Subarray_6和像素子阵列Subarray_4上下镜像对称，所述像素子阵列Subarray_7和像素子阵列Subarray_5上下镜像对称。

更进一步的，所述像素子阵列Subarray_0、像素子阵列Subarray_1、像素子阵列Subarray_4和像素子阵列Subarray_5的像素读取顺序一致，所述像素子阵列Subarray_2、像素子阵列Subarray_3、像素子阵列Subarray_6和像素子阵列Subarray_7的像素读取顺序一致。

更进一步的，所述图像传感器像素阵列的两侧均设置有240列的假像素。

更进一步的，所述像素子阵列Subarray_0、像素子阵列Subarray_1、像素子阵列Subarray_2、像素子阵列Subarray_3、像素子阵列Subarray_4、像素子阵列Subarray_5、像素子阵列Subarray_6和像素子阵列Subarray_7的阵列大小为为7800x17024。

更进一步的，所述图像传感器像素阵列的有效像素阵列大小为30720x34048。

有益效果：本实用新型的10亿像素图像传感器将图像传感器的像素阵列分为八个像素子阵列，并在可以在实现10亿像素并通过mipi接口输出48Gbps高清图像的高质量、高性能10亿像素图像传感器。

附图说明

图1为10亿像素图像传感器的芯片功能框图；

图2为图像传感器像素阵列的结构图；

图3为有效像素阵列和假像素列的示意图；

图4为数据字并串转换示意图；

图5为包含25个像素数据的数据字示意图；

图6为包含少于25个像素数据的数据字示意图；

图7为帧结构-全采样模式示意图；

图8为帧结构-2倍抽采样示意图；

图9为开窗示意图；

图10开窗数据分布示意图；

图11为开窗模式下mipi0输出数据帧格式；

图12为开窗模式下mipi1输出数据帧格式

图13为开窗模式下mipi2输出数据帧格式；

图14为开窗模式下mipi3输出数据帧格式；

图15为开窗模式下mipi4输出数据帧格式；

图16为开窗模式下mipi5输出数据帧格式；

图17为开窗模式下mipi6输出数据帧格式；

图18为开窗模式下mipi7输出数据帧格式。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。

实施例1：

请参阅图1所示，本实用新型的10亿像素图像传感器，包括图像传感器像素阵列和数据输出接口。

还包括与之配套的外围模拟电路和数字控制电路。数字控制电路包括时序控制模块、数据读取模块、数据传输模块、数据处理模块、数据存储模块和通信接口。模拟电路包括像素测量与数据生成模块、开关物理实现模块、温度检测模块、电压转换模块和时钟生成模块。

请参阅图1所示，芯片功能框图：芯片主要包括三个部分：图像传感器像素阵列，外围模拟电路，数字控制电路以及数据输出接口。数字电路负责时序控制、数据读取、数据传输、数据处理、数据存储，接口通信等；模拟电路负责像素测量与数据生成、开关物理实现、温度检测、电压转换、时钟生成等。

图像传感器像素阵列结构：

请参阅图2所示，像素阵列由34048行组成，每一行有31200个像素，整个阵列的大小为31200x34048。整个像素阵列被划分为八个子阵列（Subarray），每个子阵列的大小为7800x17024。图中p_xx表示每行的第xx个像素。如下图2所示。

请参与图3所示，每个像素输出的数据为10bit。整个像素阵列的数据通过8个MIPI接口输出，每个MIPI接口对应一个像素子阵列。例如MIPI0对应Subarray_0，MIPI1对应Subarray_1，以此类推。在像素阵列左右两边各有240列的假像素，如图2-3所示。它们不是真实的图像数据，需要从最后的图片中丢弃掉。所以最终的有效像素阵列大小为30720x34048。

请参与图4所示，由于芯片内部MIPI接口的数据位宽是64位，而芯片的内部数据字（WORD）的位宽是256位。因此数据字需要从256位转换成4个64位串行才能通过MIPI发送。其中最高的64位最先发送，最低的64位最后发送。

请参阅图5-图6所示，每一帧由若干个数据字（WORD）构成，每一个数据字为256bit。每个数据字最多可存储25个像素，每个像素是10bit，一共是250bit，存储在数据字的低250bit。若不足25个像素，则每个像素从数据字最低位开始依次排列，高位补0。

每个数据字的高6bit用来存储一些控制信息，控制字定义如下：

uBit[252:250]：帧标识（Frame_ID）。当该数据字为这一帧的第一个数据字时，这三bit数据为该帧的Frame_ID。否则为全0。帧标识从0开始，每多一帧加1，不断循环。

uBit[254:253]：保留位，全0。

uBit[255]：数据满标识（Full_flag），指示该数据字中是否包含25个像素数据。

0：该数据字中包含25个像素数据（图5）。

1：该数据字中包含少于25个像素数据（图6）。

若Full_flag为1，则该数据字的Bit [249:245]表示该数据字中有多少个像素值。

在不同工作模式下，每个图像的数据量会由于采样和开窗的不同而不同，所以数据帧的大小也是不同的。在全采样模式和抽采样模式下，8个子阵列同时工作，同时输出8个数据帧，通过8个MIPI接口同时输出到芯片外部。每个数据帧的大小和格式都是相同的，每幅图像由这8帧构成。在开窗模式下，由于窗的位置是随机的，所以每个子阵列对应的数据量也不是固定的，造成每个MIPI的帧的大小也是不同的。

全采样模式帧结构

当芯片在全采样模式工作时，芯片对整个阵列全部像素采样，输出全部像素。以第一个子阵列为例（Subarray_0），数据帧的格式如图7所示。

帧长度5311488个数据字（WORD），共包含17024行像素，每行像素由312个数据字（WORD）组成，包含7800个像素。由于整个阵列上下镜像对称，因此第三个子阵列（Subarray_2）输出的帧与上图所示类似，但是最先输出的是第34047行，然后是第34046行，直到第17024行。Subarray_1、Subarray_4和Subarray_5像素数据输出顺序和Subarray_0一致，Subarray_2、Subarray_6和Subarray_7像素数据输出顺序和Subarray_2一致。

抽采样模式帧结构

抽采样模式下，芯片对整个阵列的行和列进行抽采样，只输出抽采样的像素。数据帧的格式和全采样工作模式相似，只是图像数据部分的大小不同。以2倍抽采样为例，两倍抽采样对行和列分别进行2倍的抽采样，图像数据长度是全采样工作模式下的四分之一，第一个子阵列的帧结构如下图8所示。图像数据：长度1327872个数据字（WORD），共包含8512行像素，每行像素由156个数据字（WORD）组成，包含3900个像素。不同抽采样模式下帧的大小如图8所示。

开窗模式帧结构

在开窗模式下，上位机发指令把开窗的位置和开窗的数量发送给芯片，芯片支持在整个像素阵列里随机开1到16个窗，每个窗的大小为512x512像素，窗和窗之间可以重叠。拍摄照片时，每次拍摄前更新坐标；拍摄视频时，帧与帧之间开窗的数目不可以变动，但是开窗的位置可以更新，芯片会在下一帧开始时使用新开窗坐标。

如图9所示，每一帧获取开窗坐标后，蓝色部分为目标窗口有效像素区域，黄色为无效像素区域，mipi会将蓝色有效数据与黄色无效数据一起输出。

芯片数据被分为8个部分，如图10所示，其中，上半部分左边分别输出至mipi0和mipi1，右半部分输出至mipi4和mipi5；下半部分左半部分输出至mipi2和mipi3，右半部分输出至mipi6和mipi7。上半部分读出顺序为从上至下，下半部分读出顺序为从下至上，在每一帧开始获取新的坐标后，上半部分和下半部分的四个mipi读出的行数量分别是一致的，但每个mipi输出的数据量由开窗位置所决定：①若mipi对应的像素区域存在图9中蓝色或黄色数据，则按读出顺序，每一行每25个像素为一组，从左向右顺序输出，最后一组若存在无效像素，则最高位置1，bit[249:245]输出有效像素个数，每一行以同样的方式输出，直至输出至最后一行；②若mipi对应的像素区域不存蓝色或黄色数据，则mipi处于空闲状态，不输出数据。

以四个窗为例，如图10所示，窗口1的起始坐标为（100，7299），窗口2的起始坐标为（17124，15089），窗口3的起始坐标为（300，22889），窗口4的起始坐标为（611，22914），窗3和窗4有重叠。开窗的坐标取值范围为：X坐标：[0:33536],Y坐标：[240:30448]。在开窗模式下，芯片输出为图10中所有蓝色和黄色的像素数据，其中蓝色为目标窗口的有效数据，黄色部分不在目标窗口内为无效数据。像素阵列分为8个子阵列，其中上半部分分别输出至mipi0、mipi1、mipi4和mipi5，下半部分分别输出至mipi2、mipi3、mipi6和mipi7，上下部分对称输出，如图10中箭头所示，8个子阵列会分别同时输出每个子阵列中的有效和无效数据。

其中，

mipi0输出数据帧结构如图11所示。

mipi1输出数据帧结构如图12所示。

mipi2输出数据帧结构如图13所示。

mipi3输出数据帧结构如图14所示。

mipi4输出数据帧结构如图15所示。

mipi5输出数据帧结构如图16所示。

mipi6输出数据帧结构如图17所示。

mipi7输出数据帧结构如图18所示。

MIPI(Mobile Industry Processor Interface)联盟是2003年由ARM、Nokia、ST、TI等公司成立的一个联盟，MIPI（移动行业处理器接口）是MIPI联盟发起的为移动应用处理器制定的开放标准。目的是把手机内部的接口如摄像头、显示屏接口、射频/基带接口等标准化，从而减少手机设计的复杂程度和增加设计灵活性。MIPI并不是一个单一的接口或协议，而是包含了一套协议和标准，以满足各种子系统独特的要求。常见协议包括摄像头接口CSI、显示接口DSI、射频接口DigRF、麦克风/喇叭接口SLIMbus等。目前比较成熟的接口应用有DSI((Display Serial Interface)和CSI（Camera Serial Interface）。DSI定义了一个位于处理器和显示模组之间的高速串行接口；CSI定义了一个位于处理器和摄像模组之间的高速串行接口。

本实用新型的10亿像素图像传感器将图像传感器的像素阵列分为八个像素子阵列，具有10亿像素并通过mipi接口输出48Gbps高清图像的高质量、高性能10亿像素图像传感器。该芯片具有上电自动校准功能，校准完成后快门模式包括全局曝光和正常滚动曝光。采样模式包括全采样、抽采样和开窗模式，芯片内部会根据不同的工作模式对采集的数据采用不同的处理方式。

Claims (6)

1.一种10亿像素图像传感器，包括图像传感器像素阵列和数据输出接口，其特征在于，所述图像传感器像素阵列包括像素子阵列Subarray_0、像素子阵列Subarray_1、像素子阵列Subarray_2、像素子阵列Subarray_3、像素子阵列Subarray_4、像素子阵列Subarray_5、像素子阵列Subarray_6和像素子阵列Subarray_7，所述像素子阵列Subarray_0、像素子阵列Subarray_1、像素子阵列Subarray_2、像素子阵列Subarray_3、像素子阵列Subarray_4、像素子阵列Subarray_5、像素子阵列Subarray_6和像素子阵列Subarray_7均包括7800x17024个像素，所述数据输出接口包括MIPI接口MIPI0、MIPI接口MIPI1、MIPI接口MIPI2、MIPI接口MIPI3、MIPI接口MIPI4、MIPI接口MIPI5、MIPI接口MIPI6和MIPI接口MIPI7，所述MIPI接口MIPI0对应所述像素子阵列Subarray_0,所述MIPI接口MIPI1对应所述像素子阵列Subarray_1, 所述MIPI接口MIPI2对应所述像素子阵列Subarray_2, 所述MIPI接口MIPI3对应所述像素子阵列Subarray_3，所述MIPI接口MIPI4对应所述像素子阵列Subarray_4，所述MIPI接口MIPI5对应所述像素子阵列Subarray_5，所述MIPI接口MIPI6对应所述像素子阵列Subarray_6，所述MIPI接口MIPI7对应所述像素子阵列Subarray_7。

2.如权利要求1所述10亿像素图像传感器，其特征在于，所述像素子阵列Subarray_2和像素子阵列Subarray_0上下镜像对称，所述像素子阵列Subarray_3和像素子阵列Subarray_1上下镜像对称，所述像素子阵列Subarray_6和像素子阵列Subarray_4上下镜像对称，所述像素子阵列Subarray_7和像素子阵列Subarray_5上下镜像对称。

3.如权利要求1所述10亿像素图像传感器，其特征在于，所述像素子阵列Subarray_0、像素子阵列Subarray_1、像素子阵列Subarray_4和像素子阵列Subarray_5的像素读取顺序一致，所述像素子阵列Subarray_2、像素子阵列Subarray_3、像素子阵列Subarray_6和像素子阵列Subarray_7的像素读取顺序一致。

4.如权利要求1所述10亿像素图像传感器，其特征在于，所述图像传感器像素阵列的两侧均设置有240列的假像素。

5.如权利要求1所述10亿像素图像传感器，其特征在于，所述像素子阵列Subarray_0、像素子阵列Subarray_1、像素子阵列Subarray_2、像素子阵列Subarray_3、像素子阵列Subarray_4、像素子阵列Subarray_5、像素子阵列Subarray_6和像素子阵列Subarray_7的阵列大小为为7800x17024。

6.如权利要求1所述10亿像素图像传感器，其特征在于，所述图像传感器像素阵列的有效像素阵列大小为30720x34048。