RU2378791C2 - Device for image perception and image grabber system - Google Patents

Device for image perception and image grabber system Download PDF

Info

Publication number
RU2378791C2
RU2378791C2 RU2008112755/09A RU2008112755A RU2378791C2 RU 2378791 C2 RU2378791 C2 RU 2378791C2 RU 2008112755/09 A RU2008112755/09 A RU 2008112755/09A RU 2008112755 A RU2008112755 A RU 2008112755A RU 2378791 C2 RU2378791 C2 RU 2378791C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pixels
pixel
signals
addition
amplifier
Prior art date
Application number
RU2008112755/09A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2008112755A (en
Inventor
Сейдзи ХАСИМОТО (JP)
Сейдзи ХАСИМОТО
Original Assignee
Кэнон Кабусики Кайся
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Кэнон Кабусики Кайся filed Critical Кэнон Кабусики Кайся
Publication of RU2008112755A publication Critical patent/RU2008112755A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2378791C2 publication Critical patent/RU2378791C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: physics, video hardware.
SUBSTANCE: invention relates image grabbers. Proposed device comprises pixel unit with an array consisting of multiple groups each including multiple pixels arranged along line and column, and adding unit configured to allow addition of one-colour-pixel signals from pixel signals generated from multiple pixels located in aforesaid groups. The said adding unit incorporates pixel amplifier, common for every group and connected with all one-colour pixels to add pixel signals corresponding to one-colour pixels in logical part of the aforesaid pixel amplifier so that spatial centres of gravity of added pixels are regularly spaced apart in, at least, one direction of line and column.
EFFECT: high-resolution image brought about by image processing including adding.
7 cl, 22 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Настоящее изобретение относится к устройству для восприятия изображений и системе для захвата изображений, которая захватывает изображение объекта.The present invention relates to an image pickup apparatus and an image capturing system that captures an image of an object.

Описание предшествующего уровень техникиDescription of the Related Art

В современном цифровом фотоаппарате, основным назначением которого является съемка фотографических изображений, используются захватывающие изображение элементы, соответствующие более чем 10000000 пикселям. В кинокамере, основным назначением которой является съемка движущегося изображения, также используются захватывающие изображение элементы, соответствующие миллионам пикселей. Если разрешение может быть низким, то съемку проводят с использованием малого количества пикселей. При съемке с высоким разрешением сигналы считываются из почти всех пикселей захватывающих изображение элементов. При съемке с низким разрешением считывание производится при осуществлении возбуждения прореживания пикселей или сложения сигналов пикселей, что позволяет предотвратить расход энергии батарейки в фотоаппарате или кинокамере, увеличить количество отснятых изображений и провести высокоскоростную съемку движущихся изображений (японские выложенные патенты №№ 9-46596 и 2001-36920).The modern digital camera, the main purpose of which is the shooting of photographic images, uses image-capturing elements corresponding to more than 10,000,000 pixels. The movie camera, whose main purpose is to capture a moving image, also uses image-capturing elements corresponding to millions of pixels. If the resolution can be low, then shooting is carried out using a small number of pixels. When shooting with high resolution, signals are read from almost all pixels of image-capturing elements. When shooting with low resolution, reading is carried out when driving thinning pixels or adding pixel signals, which helps to prevent battery consumption in the camera or movie camera, increase the number of captured images and conduct high-speed shooting of moving images (Japanese Patents Laid-Open Nos. 9-46596 and 2001- 36920).

В японском выложенном патенте № 9-46596 описан способ сложения сигналов разных цветов в общем усилителе пикселей.Japanese Patent Laid-Open No. 9-46596 describes a method for adding signals of different colors to a common pixel amplifier.

В японском выложенном патенте № 2001-36920 описан способ сложения одноцветных сигналов таким образом, что пространственная цветовая компоновка цветов после сложения совпадает с пространственной цветовой компоновкой цветов перед сложением в каждом блоке размером 4×4 пикселя.Japanese Patent Laid-Open No. 2001-36920 describes a method for adding monochromatic signals so that the spatial color composition of the colors after addition is the same as the spatial color composition of the colors before addition in each 4x4 pixel block.

Способ согласно японскому выложенному патенту № 9-46596 не предусматривает одноцветное сложение и не позволяет получать сигналы соответствующих цветов. Поэтому получение изображения с высоким разрешением оказывается невозможным.The method according to Japanese Patent Laid-Open No. 9-46596 does not provide for monochrome addition and does not allow receiving signals of the corresponding colors. Therefore, obtaining a high-resolution image is not possible.

В японском выложенном патенте № 2001-36920, поскольку пространственные центры тяжести пикселей после сложения не располагаются через равные шаги, создается муар.In Japanese Patent Laid-Open No. 2001-36920, since the spatial centers of gravity of the pixels after addition are not arranged in equal steps, moire is created.

Как описано выше, обычными способами очень трудно получить изображение высокого разрешения путем обработки, предусматривающей сложение.As described above, by conventional methods it is very difficult to obtain a high resolution image by processing involving addition.

Краткое изложение сущности изобретенияSummary of the invention

Настоящее изобретение сделано с учетом вышеописанной проблемы и позволяет создать устройство для восприятия изображений и систему для захвата изображений, которые имеют пиксели уменьшенных размеров и могут обеспечивать получение изображения с высоким разрешением путем обработки, предусматривающей сложение.The present invention is made taking into account the above-described problem and allows to create a device for image perception and a system for capturing images that have pixels of reduced size and can provide high-resolution images by processing involving addition.

В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предложено устройство для восприятия изображений, содержащее пиксельный блок, который имеет массив, состоящий из множества групп, каждая из которых включает в себя множество пикселей, расположенных в направлении строки и направлении столбца, и блок сложения, cконфигурированный для сложения сигналов одноцветных пикселей среди сигналов пикселей, выдаваемых из множества пикселей, расположенных в группах, причем блок сложения имеет для каждой группы общий усилитель пикселей, соединенный со всеми одноцветными пикселями, и складывает сигналы пикселей, соответствующие одноцветным пикселям, в логической части общего усилителя пикселей таким образом, что пространственные центры тяжести складываемых пикселей в группе располагаются через одинаковые шаги, по меньшей мере, в одном из направления строки и направления столбца.According to a first aspect of the present invention, there is provided an image pickup apparatus comprising a pixel unit that has an array of a plurality of groups, each of which includes a plurality of pixels arranged in a row direction and a column direction, and an addition unit configured to add single-color pixel signals among pixel signals output from a plurality of pixels arranged in groups, the addition unit having a common pixel amplifier for each group, connected with all single-color pixels, and adds the pixel signals corresponding to single-color pixels in the logical part of the common pixel amplifier so that the spatial centers of gravity of the added pixels in the group are located at the same steps in at least one of the row direction and column direction.

В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения предложена система для захвата изображений, содержащая устройство для восприятия изображений, соответствующее первому аспекту настоящего изобретения, оптическую систему, сконфигурированную для формирования светового изображения в устройстве для восприятия изображений, записывающую систему, сконфигурированную для записи сигнала, выдаваемого из устройства для восприятия изображений, и системную схему управления, сконфигурированную для управления всей системой.According to a second aspect of the present invention, there is provided an image pickup system comprising an image pickup apparatus according to a first aspect of the present invention, an optical system configured to generate a light image in an image pickup apparatus, a recording system configured to record a signal output from the device for the perception of images, and a system control circuit configured to control the entire system.

Настоящее изобретение может обеспечить устройство для восприятия изображений и систему для захвата изображений, которые имеют пиксели уменьшенных размеров и могут дать возможность получения изображения с высоким разрешением путем обработки сигналов пикселей, предусматривающей сложение и прореживание.The present invention can provide an image pickup apparatus and a system for capturing images that have reduced-sized pixels and can provide high resolution images by processing pixel signals involving addition and decimation.

Дополнительные признаки настоящего изобретения станут ясны из нижеследующего описания возможных вариантов осуществления (приводимого со ссылками на прилагаемые чертежи).Additional features of the present invention will become apparent from the following description of possible embodiments (given with reference to the accompanying drawings).

Перечень чертежейList of drawings

Фиг.1 - блок-схема устройства для восприятия изображений в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения;1 is a block diagram of an image pickup apparatus in accordance with a preferred embodiment of the present invention;

фиг.2 - вид, иллюстрирующий компоновку цветов пиксельных блоков в области восприятия изображений согласно фиг.1;figure 2 is a view illustrating the arrangement of colors of pixel blocks in the field of perception of images according to figure 1;

фиг.3 - вид, иллюстрирующий пример компоновки пиксельного блока в области восприятия изображений в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения;3 is a view illustrating an example of a layout of a pixel block in an image sensing region in accordance with a preferred embodiment of the present invention;

фиг.4 - вид, иллюстрирующий другой пример компоновки пиксельного блока в области восприятия изображений в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения;4 is a view illustrating another example of a layout of a pixel block in an image sensing region in accordance with a preferred embodiment of the present invention;

фиг.5 - вид, иллюстрирующий еще один пример компоновки пиксельного блока в области восприятия изображений в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения;5 is a view illustrating another example of a layout of a pixel block in an image sensing region in accordance with a preferred embodiment of the present invention;

фиг.6 - вид, иллюстрирующий способ сложения в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения;6 is a view illustrating a folding method in accordance with a preferred embodiment of the present invention;

фиг.7 - вид, иллюстрирующий другой способ сложения в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения;7 is a view illustrating another method of addition in accordance with a preferred embodiment of the present invention;

фиг.8 - вид, иллюстрирующий еще один способ сложения в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения;Fig. 8 is a view illustrating yet another addition method in accordance with a preferred embodiment of the present invention;

фиг.9 - вид, иллюстрирующий еще один способ сложения в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения;Fig.9 is a view illustrating another method of addition in accordance with a preferred embodiment of the present invention;

фиг.10 - вид, иллюстрирующий еще один способ сложения в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения;10 is a view illustrating yet another addition method in accordance with a preferred embodiment of the present invention;

фиг.11 - вид, иллюстрирующий еще один способ сложения в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения;11 is a view illustrating another method of addition in accordance with a preferred embodiment of the present invention;

фиг.12 - вид, иллюстрирующий еще один способ сложения в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения;12 is a view illustrating yet another addition method in accordance with a preferred embodiment of the present invention;

фиг.13 - вид, иллюстрирующий другой пример компоновки пиксельного блока в области восприятия изображений в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения;13 is a view illustrating another example of a layout of a pixel block in an image sensing region in accordance with a preferred embodiment of the present invention;

фиг.14 - вид, иллюстрирующий способ сложения в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения;14 is a view illustrating a folding method in accordance with a preferred embodiment of the present invention;

фиг.15 - вид, иллюстрирующий другой способ сложения в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения;15 is a view illustrating another addition method in accordance with a preferred embodiment of the present invention;

фиг.16 - вид, иллюстрирующий еще один способ сложения в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения;FIG. 16 is a view illustrating yet another addition method in accordance with a preferred embodiment of the present invention; FIG.

фиг.17 - вид, иллюстрирующий еще один способ сложения в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения;17 is a view illustrating yet another addition method in accordance with a preferred embodiment of the present invention;

фиг.18 - принципиальная схема, иллюстрирующая часть схемы обработки считываемых сигналов, предназначенной для обработки сигналов пикселей, считываемых из области восприятия изображений усилителя одиночных пикселей, в соответствии с вариантом осуществления, показанным на фиг.1;FIG. 18 is a circuit diagram illustrating a portion of a read signal processing circuit for processing pixel signals read from a image sensing region of a single pixel amplifier in accordance with the embodiment shown in FIG.

фиг.19 - пояснительный вид для случая использования механического затвора;Fig. 19 is an explanatory view for a case of using a mechanical shutter;

фиг.20 - временная диаграмма сложения сигналов пикселей;FIG. 20 is a timing chart of addition of pixel signals; FIG.

фиг.21 - временная диаграмма считывания всех сигналов пикселей; и21 is a timing chart for reading all pixel signals; and

фиг.22 - блок-схема, иллюстрирующая условную компоновку системы для захвата изображений, в которой используется устройство для восприятия изображений в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения.FIG. 22 is a block diagram illustrating a conditional arrangement of an image capturing system using an image pickup apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.

Описание предпочтительных вариантов осуществленияDescription of Preferred Embodiments

Теперь, со ссылками на прилагаемые чертежи, будет приведено описание вариантов осуществления настоящего изобретения.Now, with reference to the accompanying drawings, a description will be given of embodiments of the present invention.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства для восприятия изображений в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения. Обращаясь к фиг.1, отмечаем, что область восприятия изображений имеет множество пиксельных блоков (называемых также пикселями), расположенных в направлениях строки и столбца, и усилитель пикселей, показанный на фиг.3 и 4, описываемых ниже. Возбуждающий импульс, выдаваемый из схемы вертикальной развертки (СВР, V.SR) 10, управляет пиксельными блоками в области восприятия изображений. Нечетные вертикальные сигнальные шины V2n-1 (n: целое число; n≥1) в области восприятия изображений соединены со схемой 20-1 считывания, включающей в себя схемы системы цветного отображения (СЦИ, CDS), усилительные схемы и запоминающие средства. Четные вертикальные сигнальные шины V2n соединены со схемой 20-2 считывания, включающей в себя схемы СЦИ, усилительные схемы и запоминающие средства. Согласно нижеследующему описанию сигналы красного и зеленого цвета (К- и З-сигналы) нечетных столбцов (см. фиг.2) последовательно передаются в схемы на верхней стороне области восприятия изображений, показанной на фиг.1. Сигналы зеленого и синего цвета (З- и С-сигналы) четных столбцов (фиг.2) последовательно передаются в схемы на нижней стороне области восприятия изображений, показанной на фиг.1. Эти схемы имеют аналогичные компоновки. Здесь будут описаны только схемы на нижней стороне области восприятия изображений, а описание аналогичных схем на верхней стороне области восприятия изображений приведено не будет.1 is a block diagram of an image pickup apparatus according to a preferred embodiment of the present invention. Turning to FIG. 1, it is noted that the image sensing region has a plurality of pixel blocks (also called pixels) arranged in row and column directions, and a pixel amplifier shown in FIGS. 3 and 4, described below. An excitation pulse generated from a vertical scanning circuit (CBP, V.SR) 10 controls the pixel blocks in the image sensing region. The odd vertical signal lines V2n-1 (n: integer; n≥1) in the image sensing region are connected to a readout circuit 20-1 including color display system circuits (SDHs, CDS), amplification circuits, and storage means. The even vertical signal lines V2n are connected to a readout circuit 20-2 including SDH circuits, amplifier circuits, and storage means. According to the following description, red and green signals (K- and 3-signals) of odd columns (see FIG. 2) are sequentially transmitted to circuits on the upper side of the image sensing region shown in FIG. 1. The green and blue signals (3- and C-signals) of even columns (Fig. 2) are sequentially transmitted to the circuits on the lower side of the image sensing region shown in Fig. 1. These circuits have similar layouts. Only circuits on the lower side of the image sensing region will be described here, and similar circuits on the upper side of the image sensing region will not be described.

Схемы СЦИ в схеме 20-1 считывания удаляют шум из сигналов (сигналов пикселей), выдаваемых из пиксельных блоков в области восприятия отображений, а усилительные схемы усиливают только компоненты сигналов. Эти сигналы временно сохраняются в запоминающих средствах схемы 20-1 считывания. В этом варианте осуществления можно предусмотреть схему коррекции (не показана), устраняющую вариации смещения между усилительными схемами. Ниже будет описано устройство для восприятия изображений, которое работает не в режиме считывания, предусматривающем суммирование, а в режиме прогрессивной развертки. В этом случае, сигналы, хранящиеся в запоминающих средствах схемы 20-1 считывания, считываются в выходные сигнальные шины в соответствии с импульсами ϕhn (ϕhn(1), ϕhn(3), ϕhn(5) и ϕhn(7)) развертки из схемы горизонтальной развертки (СГР, М.SR). В режиме считывания, предусматривающем сложение, сигналы, хранящиеся в запоминающих средствах схемы 20-1 считывания, направляются в схему 30-1 сложения. Схема 30-1 сложения складывает сигналы одноцветных пикселей, хранящиеся в запоминающих средствах схемы 20-1 считывания. Сигналы пикселей, складываемые схемой 30-1 сложения, считываются в выходные сигнальные шины в соответствии с импульсами ϕhn (ϕhn(а1) и ϕhn(а2) развертки из схемы горизонтальной развертки (СГР).The SDH circuits in the reading circuit 20-1 remove noise from signals (pixel signals) output from the pixel blocks in the display perception area, and amplification circuits amplify only signal components. These signals are temporarily stored in the storage means of the reading circuit 20-1. In this embodiment, a correction circuit (not shown) can be provided to eliminate bias variations between amplification circuits. Below will be described a device for image perception, which does not work in the read mode, providing for the summation, but in progressive scan mode. In this case, the signals stored in the storage means of the readout circuit 20-1 are read into the output signal lines in accordance with the pulses ϕhn (ϕhn (1), ϕhn (3), ϕhn (5) and ϕhn (7)) of the scan horizontal scan (СГ, М.SR). In a read mode involving addition, signals stored in the storage means of the read circuit 20-1 are sent to the add circuit 30-1. The addition circuit 30-1 adds the signals of the single-color pixels stored in the storage means of the read circuit 20-1. The pixel signals added by the addition circuit 30-1 are read into the output signal lines in accordance with the pulses ϕhn (ϕhn (a1) and ϕhn (a2) of the scan from the horizontal scan (CGR).

На фиг.2 представлен вид, иллюстрирующий компоновку цветов пиксельных блоков в области восприятия изображений согласно фиг.1. Обращаясь к фиг.2, отмечаем, что на фотодиодах пиксельных блоков расположены цветные светофильтры зеленого, красного и синего цвета (З-, К- и С-светофильтры). В этом примере З-пиксели скомпонованы в шахматном порядке, а К-пиксели и С-пиксели скомпонованы линейно-последовательно. То есть 2×2=4 пикселя, соответствующие К-, З-, З-, и С-пикселям, скомпонованы в двух измерениях в форме цветовой компоновки пикселей одного блока.FIG. 2 is a view illustrating the arrangement of colors of pixel blocks in the image sensing region of FIG. 1. Referring to figure 2, we note that the photodiodes of the pixel blocks are colored filters of green, red and blue (Z-, K- and C-filters). In this example, the Z-pixels are staggered, and the K-pixels and C-pixels are arranged linearly-sequentially. That is, 2 × 2 = 4 pixels corresponding to K-, Z-, Z-, and C-pixels are arranged in two dimensions in the form of a color arrangement of the pixels of one block.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения некоторые из пиксельных блоков, расположенных в области восприятия изображения, периодически прореживаются и возбуждаются, а сигналы пикселей из одноцветных пиксельных блоков в области восприятия изображения складываются, вследствие чего получается одноцветная компоновка как на фиг.2. Просуммированные сигналы пикселей сохраняются в запоминающих средствах, а потом считываются из области восприятия изображений. Эти операции иногда поводятся в виде сочетания прореживания и сложения сигналов пикселей вне области восприятия изображений.In a preferred embodiment of the present invention, some of the pixel blocks located in the image sensing region are periodically thinned out and excited, and the pixel signals from the monochrome pixel blocks in the image sensing region are added, resulting in a monochromatic arrangement as in FIG. 2. The summed pixel signals are stored in storage means, and then read from the image sensing area. These operations are sometimes performed in the form of a combination of decimation and addition of pixel signals outside the field of image perception.

На фиг.3 и 4 представлены виды, иллюстрирующие примеры компоновки пиксельного блока в области восприятия изображений в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения. Фиг.3 иллюстрирует пример усилителя одиночного пикселя, включающего в себя фотодиод PD, соответствующий пиксельному блоку, и усилитель пикселя MSF, который усиливает сигнал из фотодиода PD. Фиг.4 иллюстрирует пример общего усилителя пикселей, включающего в себя три фотодиода PD1, PD2 и PD3 и общий усилитель пикселей MSF'. Три фотодиода PD1, PD2 и PD3 на фиг.4 расположены рядом в направлении столбца.FIGS. 3 and 4 are views illustrating examples of arrangement of a pixel block in an image sensing region in accordance with a preferred embodiment of the present invention. FIG. 3 illustrates an example of a single pixel amplifier including a PD photodiode corresponding to a pixel block, and an MSF pixel amplifier that amplifies a signal from a PD photodiode. FIG. 4 illustrates an example of a common pixel amplifier including three photodiodes PD1, PD2 and PD3 and a common pixel amplifier MSF ′. The three photodiodes PD1, PD2 and PD3 in FIG. 4 are arranged side by side in the column direction.

Пиксельный блок, показанный на фиг.3, включает в себя фотодиод PD, переключатель передачи MTX, переключатель сброса MRES и переключатель выбора MSEL. Фотодиод PD функционирует как блок фотоэлектрического преобразования, который преобразует свет в электрические заряды. Переключатель передачи MTX обеспечивает передачу зарядов сигналов, хранящихся в фотодиоде PD, в логическую часть (плавающую диффузионную область) усилителя одиночного пикселя MSF. Переключатель сброса MRES обеспечивает сброс остаточных зарядов в логической части (на входной клемме) усилителя одиночного пикселя MSF. Переключатель выбора MSEL обеспечивает передачу сигнала сброса или сигнала пикселя из фотодиода PD усилителя одиночного пикселя MSF в вертикальную сигнальную шину Vn. Снаружи области восприятия изображений предусмотрен переключатель источника тока MRV.The pixel block shown in FIG. 3 includes a PD photodiode, MTX transmission switch, MRES reset switch, and MSEL selection switch. The PD photodiode functions as a photovoltaic conversion unit that converts light into electrical charges. The MTX transfer switch provides the transfer of the charges of the signals stored in the PD photodiode to the logical part (floating diffusion region) of the MSF single-pixel amplifier. The MRES reset switch resets residual charges in the logic part (at the input terminal) of the MSF single-pixel amplifier. The MSEL selection switch transfers the reset signal or the pixel signal from the photodiode PD of the single-pixel amplifier MSF to the vertical signal bus Vn. Outside of the image sensing area, an MRV current source switch is provided.

Когда в компоновке пикселей, показанной на фиг.3, осуществляют возбуждение прореживания, сигналы пикселей не считываются из пикселей, подлежащих прореживанию. Возбуждение сложения осуществляется снаружи области пикселей.When decimation driving is performed in the pixel arrangement shown in FIG. 3, pixel signals are not read from the pixels to be decimated. Excitation addition is carried out outside the area of pixels.

В пиксельном блоке, показанном на фиг.1, фотодиоды PD1, PD2 и PD3 и переключатели передачи MTX1, MTX2 и MTX3, которые управляют передачей зарядов сигналов из фотодиодов в логическую часть общего усилителя пикселей MSF', обычно соединены с логической частью общего усилителя пикселей MSF'. Когда для одного усилителя пикселей предусмотрено множество фотодиодов, площадь усилителя пикселей в пересчете на один фотодиод уменьшается, и поэтому коэффициент экспозиции фотодиода увеличивается.In the pixel block shown in FIG. 1, the photodiodes PD1, PD2, and PD3 and the transfer switches MTX1, MTX2, and MTX3, which control the transfer of charge signals from the photodiodes to the logical part of the common pixel amplifier MSF ', are usually connected to the logical part of the common pixel amplifier MSF '. When a plurality of photodiodes are provided for a single pixel amplifier, the area of the pixel amplifier in terms of one photodiode decreases, and therefore, the exposure coefficient of the photodiode increases.

Следует отметить, что хотя общий усилитель пикселей, показанный на фиг.4, включает в себя три фотодиода и один усилитель пикселей, настоящее изобретение этим не ограничивается, и общий усилитель пикселей может быть подсоединен в соответствии с 2n+1 (1≤n) фотодиодами (группами). В альтернативном варианте общий усилитель пикселей может быть подсоединен в соответствии с 2n (1≤n) фотодиодами (группами).It should be noted that although the common pixel amplifier shown in FIG. 4 includes three photodiodes and one pixel amplifier, the present invention is not limited to this, and the common pixel amplifier can be connected in accordance with 2n + 1 (1≤n) photodiodes (in groups). Alternatively, a common pixel amplifier may be connected in accordance with 2n (1≤n) photodiodes (groups).

Когда в компоновке пикселей, показанной на фиг.4, осуществляют возбуждение прореживания, заряды не считываются из пикселей, подлежащих прореживанию. При возбуждении сложения заряды из соответствующих пикселей передаются в логическую часть и складываются. Более конкретно, в режиме сложения один из переключателей передачи MTX1, MTX2 и MTX3 переводится во включенное положение для передачи зарядов сигналов из соответствующего одного из фотодиодов PD1, PD2 и PD3 в логическую часть общего усилителя пикселей MSF', что и приводит к осуществлению сложения. Для получения изображения с высоким разрешением переключатель сброса MRES и переключатели передачи MTX1, MTX2 и MTX3 попеременно переводятся во включенное состояние для индивидуального считывания зарядов сигналов. Таким образом, сложение зарядов сигналов из фотодиодов общим усилителем пикселей MSF' можно разрешать и запрещать, управляя переводом переключателей передачи MTX1, MTX2 и MTX3, во включенное и выключенное состояние. Общий усилитель пикселей согласно этому варианту осуществления, показанный на фиг.4, сформирован путем обычного соединения пикселей в вертикальном направлении. Однако общий усилитель пикселей может быть сформирован и путем обычного соединения пикселей в горизонтальном направлении (направлении строки), как показано на фиг.5.When decimation driving is performed in the pixel arrangement shown in FIG. 4, charges are not read from the pixels to be decimated. When the addition is excited, the charges from the corresponding pixels are transferred to the logical part and added up. More specifically, in the addition mode, one of the transfer switches MTX1, MTX2 and MTX3 is turned on to transfer the charges of the signals from the corresponding one of the photodiodes PD1, PD2 and PD3 to the logical part of the common pixel amplifier MSF ', which leads to the addition. To obtain a high-resolution image, the MRES reset switch and MTX1, MTX2, and MTX3 transfer switches are alternately turned on to individually read signal charges. Thus, the addition of the charges of the signals from the photodiodes by a common pixel amplifier MSF 'can be enabled and disabled by controlling the translation of the MTX1, MTX2 and MTX3 transmission switches on and off. The common pixel amplifier according to this embodiment shown in FIG. 4 is formed by conventionally connecting the pixels in the vertical direction. However, a common pixel amplifier can also be formed by conventionally connecting the pixels in the horizontal direction (row direction), as shown in FIG.

Далее, со ссылками на фиг.6-12 будут описаны примеры возбуждения прореживания и возбуждения сложения в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения. На фиг. 6-12 пустая ячейка отображает прореженный пиксель, а ячейка, обозначенная цветовым символом (К, З, С), отображает прибавляемый пиксель. На фиг.6-12 показано, что обработка, предусматривающая сложение, осуществляется с помощью общего усилителя пикселей, MSF', соединенного со всеми из множества фотодиодов, как показано на фиг.4 или 5.Next, examples of decimation excitation and addition excitation in accordance with a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In FIG. 6-12, an empty cell displays a thinned pixel, and a cell indicated by a color symbol (K, Z, C) displays the added pixel. FIGS. 6-12 show that the processing involving addition is carried out using a common pixel amplifier, MSF ′, connected to all of the plurality of photodiodes, as shown in FIGS. 4 or 5.

На фиг.6 показано, что три пикселя трех строк образуют группу, а из нее прорежен один пиксель (строка). Это сокращает время возбуждения строк до 2/3. При возбуждении сложения общий усилитель пикселей MSF' складывает два З-сигнала группы 1, а также складывает два К-сигнала группы 2. Общий усилитель пикселей MSF' складывает заряды двух пикселей в пикселе и прореживает один пиксель (строку). Это сокращает время возбуждения строк примерно до 1/3. Поскольку это делается в пикселе, шум после общего усилителя пикселей MSF' можно уменьшить. Кроме того, пространственные центры тяжести (шаги между пикселями в пространстве) суммируемых сигналов (сигналов пикселей) соответствующих цветов располагаются через одинаковые шаги в направлении строки. Это предотвращает образование муара.Figure 6 shows that three pixels of three lines form a group, and one pixel (line) is thinned from it. This reduces the string excitation time to 2/3. When the addition is initiated, the common pixel amplifier MSF 'adds two 3-signals of group 1, and also adds the two K-signals of group 2. The common pixel amplifier MSF' adds the charges of two pixels in a pixel and decimates one pixel (row). This reduces the string excitation time to about 1/3. Since this is done in a pixel, noise after the MSF 'common pixel amplifier can be reduced. In addition, the spatial centers of gravity (steps between pixels in space) of the summed signals (pixel signals) of the corresponding colors are located through the same steps in the direction of the line. This prevents the formation of moire.

На фиг.7 показано, что блоки групп, каждая из которых включает в себя множество пикселей, подвергаются возбуждению прореживания при сложении способом, показанным на фиг.6. Более конкретно, группа 2 прореживается, а общий усилитель пикселей MSF' складывает заряды в каждой из групп 1 и 3. Затем схема 30-1 сложения, показанная на фиг.1, складывает группы 1 и 3. Это уменьшает период возбуждения до 1/2 и увеличивает чувствительность вдвое по сравнению со способом, показанным на фиг.6.In Fig. 7, it is shown that group blocks, each of which includes a plurality of pixels, are subjected to thinning excitation during addition by the method shown in Fig. 6. More specifically, group 2 is thinned out, and the common pixel amplifier MSF ′ adds the charges in each of groups 1 and 3. Then, the addition circuit 30-1 shown in FIG. 1 adds the groups 1 and 3. This reduces the excitation period to 1/2 and doubles the sensitivity compared to the method shown in Fig.6.

На фиг.8 показано, что группы 2 и 3 прореживаются, а общий усилитель пикселей MSF', соединенный с каждой из групп 1 и 4, осуществляет сложение. Это дополнительно сокращает время возбуждения до 1/3 по сравнению со способом, показанным на фиг.6.On Fig shows that groups 2 and 3 are thinned out, and the common pixel amplifier MSF 'connected to each of groups 1 and 4 performs addition. This further reduces the excitation time to 1/3 compared with the method shown in FIG. 6.

На фиг.9 показано, что девять пикселей массива из трех строк и трех столбцов образуют группу, а четыре одноцветных пикселя в каждой группе складываются. Более конкретно, общий усилитель пикселей, MSF', соединенный с пикселями З1,1, З1,3, З3,1 и З3,3 в группе 1, складывает сигналы пикселей, поступающие из упомянутых пикселей. В результате, происходит сложение четырех пикселей. Аналогичным образом, общий усилитель пикселей MSF', соединенный с пикселями К4,1, К4,3, К6,1 и К6,3 в группе 2, или схема 30-1 сложения, складывает сигналы пикселей, поступающие из этих четырех пикселей. В остальных группах 3 и 4 сигналы пикселей, поступающие из четырех пикселей, тоже складываются точно так же. Таким образом, возбуждение прореживания осуществляется в вертикальном и горизонтальном направлениях пикселей, и четыре пикселя складываются. Это увеличивает чувствительность вдвое по сравнению со способом, показанным на фиг.6.Figure 9 shows that nine pixels of an array of three rows and three columns form a group, and four monochrome pixels in each group are added. More specifically, a common pixel amplifier, MSF ', connected to pixels Z1,1, Z1,3, Z3,1 and Z3,3 in group 1, adds up pixel signals coming from said pixels. As a result, four pixels are added. Similarly, a common pixel amplifier MSF 'connected to pixels K4,1, K4,3, K6,1, and K6,3 in group 2, or addition circuit 30-1, adds pixel signals coming from these four pixels. In the remaining groups 3 and 4, the pixel signals coming from four pixels also add up in exactly the same way. Thus, the decimation excitation is carried out in the vertical and horizontal directions of the pixels, and the four pixels are added up. This doubles the sensitivity compared to the method shown in Fig.6.

На фиг.10 показано, что три строки и пять столбцов образуют группу. Некоторая промежуточная строка в каждой группе прореживается, а горизонтальные пиксели, которые перекрываются в пространстве, складываются. Более конкретно, общий усилитель пикселей, MSF', соединенный с пикселями З1,1, З1,3, З1,5, З3,1, З3,3 и З1,5 в группе 1 или аналогичной группе, складывает сигналы пикселей, поступающие из упомянутых пикселей. В результате, происходит сложение шести пикселей. Аналогичным образом, общий усилитель пикселей MSF', соединенный с пикселями С1,4, С1,6, С1,8, С3,4, С3,6 и С6,8 в группе 2 или аналогичной группе, складывает сигналы пикселей, поступающие из этих шести пикселей. В остальных группах сигналы пикселей, поступающие из шести пикселей, тоже складываются точно так же. В этом варианте осуществления, поскольку возбуждение прореживания в горизонтальном направлении не проводится, можно дополнительно увеличить чувствительность. Кроме того, поскольку количество считываемых пикселей в горизонтальном направлении уменьшается за счет сложения, можно дополнительно сократить время возбуждения.Figure 10 shows that three rows and five columns form a group. Some intermediate line in each group is thinned out, and horizontal pixels that overlap in space are added. More specifically, a common pixel amplifier, MSF ', connected to pixels Z1,1, Z1,3, Z1,5, Z3,1, Z3,3 and Z1,5 in group 1 or a similar group, adds the pixel signals coming from the aforementioned pixels. As a result, six pixels are added. Similarly, the common pixel amplifier MSF ', connected to pixels C1,4, C1,6, C1,8, C3,4, C3,6 and C6,8 in group 2 or a similar group, adds the pixel signals coming from these six pixels. In the remaining groups, the pixel signals coming from six pixels also add up in exactly the same way. In this embodiment, since thinning excitation in the horizontal direction is not carried out, sensitivity can be further increased. In addition, since the number of read pixels in the horizontal direction is reduced due to addition, the driving time can be further reduced.

На фиг.11 показано, что 25 пикселей массива из пяти строк и пяти столбцов образуют группу, а общий усилитель пикселей, MSF' складывает сигналы пикселей, поступающие из девяти одноцветных пикселей в каждой группе. Более конкретно, общий усилитель пикселей MSF', соединенный с пикселями К1,1, К1,3, К1,5, К3,1, К3,3, К3,5, К5,1, К5,3 и К5,5 в группе 1, складывает сигналы пикселей, поступающие из упомянутых пикселей. В результате, происходит сложение девяти пикселей. Аналогичным образом, общий усилитель пикселей MSF', соединенный с пикселями З6,1, З6,3, З6,5, З8,1, З8,3, З8,5, З10,1, З10,3 и З10,5 в группе 2, складывает сигналы пикселей, поступающие из упомянутых пикселей. В результате, происходит сложение девяти пикселей. В остальных группах сигналы пикселей, поступающие из девяти пикселей, тоже складываются точно так же. В этом варианте осуществления два пикселя (две строки) прореживаются для каждых пяти пикселей и происходит сложение девяти сигналов пикселей. Общий усилитель пикселей MSF' в случае прореживания для пяти пикселей может сократить время возбуждения строки пикселей примерно до 1/5.11 shows that 25 pixels of an array of five rows and five columns form a group, and a common pixel amplifier, MSF 'adds up pixel signals from nine single-color pixels in each group. More specifically, the common pixel amplifier MSF ', connected to pixels K1,1, K1,3, K1,5, K3,1, K3,3, K3,5, K5,1, K5,3 and K5,5 in group 1 , adds the pixel signals coming from the mentioned pixels. As a result, nine pixels are added. Similarly, the common pixel amplifier MSF ', connected to pixels Z6.1, Z6.3, Z6.5, Z8.1, Z8.3, Z8.5, Z10.1, Z10.3 and Z10.5 in group 2 , adds the pixel signals coming from the mentioned pixels. As a result, nine pixels are added. In the remaining groups, pixel signals coming from nine pixels also add up in exactly the same way. In this embodiment, two pixels (two lines) are thinned out for every five pixels, and nine pixel signals are added. The common pixel amplifier MSF ', in the case of decimation for five pixels, can reduce the excitation time of a row of pixels to about 1/5.

На фиг.12 показано, что 25 пикселей массива из пяти строк и пяти столбцов образуют группу, как показано на фиг.11. Общий усилитель пикселей MSF' складывает только сигналы пикселей, поступающие из двух одноцветных пикселей (строк) в каждой группе. Это дополнительно сокращает время возбуждения по сравнению со способом, показанным на фиг.11.On Fig shows that 25 pixels of an array of five rows and five columns form a group, as shown in Fig.11. The MSF 'common pixel amplifier sums up only the pixel signals coming from two single-color pixels (rows) in each group. This further reduces the drive time compared to the method shown in FIG. 11.

В вышеописанных примерах пиксельный блок имеет нечетное количество фотодиодов в общем усилителе пикселей. Далее будет описан другой пример, в котором используется четное количество фотодиодов. В пиксельном блоке, показанном на фиг.13, предусмотрены четыре фотодиода PD1-PD4 для одного общего усилителя пикселей, в отличие от примера, показанного на фиг.4, в котором для одного общего усилителя пикселей предусмотрены три фотодиода. Переключателем передачи, который управляет передачей в логическую часть общего усилителя пикселей, MSF', является MTX4.In the above examples, the pixel block has an odd number of photodiodes in a common pixel amplifier. Next, another example will be described in which an even number of photodiodes is used. In the pixel block shown in FIG. 13, four photodiodes PD1 to PD4 are provided for one common pixel amplifier, in contrast to the example shown in FIG. 4, in which three photodiodes are provided for one common pixel amplifier. The transfer switch, which controls the transfer to the logical part of the common pixel amplifier, MSF ', is MTX4.

Работа пиксельного блока является в основном такой же, как в примере, показанном на фиг.4, и описание сходных моментов не повторяется. Когда для одного общего усилителя пикселей предусмотрены четыре фотодиода, площадь усилителя пикселей в пересчете на один фотодиод уменьшается по сравнению с фиг.4, и вследствие этого коэффициент экспозиции фотодиода увеличивается. Количество фотодиодов задают надлежащим образом в соответствии с потребностью системы (например, в соответствии с чувствительностью, количеством пикселей и скоростью считывания сигналов) устройства для восприятия изображений.The operation of the pixel block is basically the same as in the example shown in FIG. 4, and the description of similar moments is not repeated. When four photodiodes are provided for one common pixel amplifier, the area of the pixel amplifier in terms of one photodiode is reduced compared to FIG. 4, and as a result, the exposure coefficient of the photodiode is increased. The number of photodiodes is set appropriately in accordance with the need of the system (for example, in accordance with the sensitivity, number of pixels and speed of reading signals) of the device for receiving images.

На фиг.14 показано, что четыре строки и пять столбцов образуют группу. Вертикальные пиксели двух одноцветных строк в каждой группе, которые соединены с общим усилителем пикселей, возбуждаются и складываются. Затем складываются сигналы суммы, которые пространственно перекрываются в горизонтальном направлении. Эта обработка, предусматривающая сложение, будет описана в связи с группой 4, показанной на фиг.14. Два одноцветных сигнала в четырех фотодиодах, соединенных с одним общим усилителем пикселей, складываются в логической части общего усилителя пикселей. Схема 30-1 сложения также складывает сигналы суммы в трех одноцветных столбцах. В результате, сложение происходит по двум вертикальным пикселям и трем горизонтальным пикселям, то есть в общей сложности складываются шесть пикселей. В этом варианте осуществления, поскольку возбуждение прореживания в горизонтальном направлении не проводится, то и пиксели в горизонтальном направлении не утрачиваются. Сложение пикселей в общем усилителе пикселей сокращает время вертикального считывания сигнала из усилителя пикселей примерно до 1/4. Сложение сигналов также сокращает время горизонтального считывания сигнала из усилителя пикселей примерно до 1/3.On Fig shows that four rows and five columns form a group. The vertical pixels of two same-color lines in each group, which are connected to a common pixel amplifier, are excited and added. Then sum signals are added, which spatially overlap in the horizontal direction. This addition processing will be described in connection with group 4 shown in FIG. Two single-color signals in four photodiodes connected to one common pixel amplifier are added to the logical part of the common pixel amplifier. The addition circuit 30-1 also adds the sum signals in three single-color columns. As a result, the addition occurs over two vertical pixels and three horizontal pixels, that is, a total of six pixels are added up. In this embodiment, since thinning excitation in the horizontal direction is not carried out, the pixels in the horizontal direction are not lost. The addition of pixels in a common pixel amplifier reduces the vertical reading time of the signal from the pixel amplifier to about 1/4. Signal addition also reduces the horizontal reading time of the signal from the pixel amplifier to about 1/3.

При сложении пикселей трех столбцов в горизонтальном направлении можно использовать другое соотношение сложения. Например, когда для трех столбцов соотношение сложения между центральными пикселями и концевыми пикселями задано равным 2:1, соотношение чувствительности пикселей, которые перекрываются между группами, возрастает. Вследствие этого увеличивается разрешение.When adding the pixels of the three columns in the horizontal direction, you can use a different addition ratio. For example, when for three columns the addition ratio between the center pixels and the end pixels is set to 2: 1, the ratio of the sensitivity of pixels that overlap between groups increases. As a result, the resolution increases.

На фиг.15, 16 и 17 показаны другие примеры способа сложения. На фиг.15-17 не показано сложение в горизонтальном направлении.15, 16, and 17 show other examples of the addition method. On Fig-17 is not shown addition in the horizontal direction.

На фиг.15 показано, что соседние группы в вертикальном направлении подвергаются возбуждению сложения. В результате, время считывания сигнала в вертикальном направлении сокращается примерно до 1/4 по сравнению с прогрессивной разверткой. Кроме того, поскольку интенсифицируется сложение одноцветных сигналов, чувствительность увеличивается.On Fig shown that neighboring groups in the vertical direction are subjected to excitation addition. As a result, the readout time of the signal in the vertical direction is reduced to about 1/4 compared to progressive scan. In addition, since the addition of single-color signals is intensified, sensitivity increases.

На фиг.16 показан пример, в котором возбуждение прореживания групп проводится в вертикальном направлении. Время считывания сигнала в вертикальном направлении сокращается примерно до 1/2 по сравнению с примером, показанным на фиг.15.On Fig shows an example in which the excitation of thinning groups is carried out in the vertical direction. The read time of the signal in the vertical direction is reduced to about 1/2 compared with the example shown in FIG.

На фиг.17 показан пример, в котором один общий усилитель складывает сигналы каждого из двух цветов. В этом примере общий усилитель сначала складывает и считывает К-сигналы. После этого общий усилитель пикселей складывает и считывает З-сигналы. Сложение посредством общего усилителя пикселей сокращает время считывания сигнала в вертикальном направлении примерно до 1/2.On Fig shows an example in which one common amplifier adds the signals of each of two colors. In this example, the common amplifier first adds and reads the K signals. After that, the common pixel amplifier adds and reads 3-signals. Addition by means of a common pixel amplifier reduces the reading time of the signal in the vertical direction to about 1/2.

Как описано выше, когда для одного общего усилителя пикселей предусматриваются четыре фотодиода, этот общий усилитель пикселей может обрабатывать сигналы сумм двух цветов. В случае 3-фотодиодного типа, схема 30-1 сложения должна проводить обработку сложением в направлении строки. Вместе с тем, это препятствует любому увеличению шума, обуславливаемого обработкой сложением в усилителе пикселей.As described above, when four photodiodes are provided for one common pixel amplifier, this common pixel amplifier can process sum signals of two colors. In the case of the 3-photodiode type, the addition circuit 30-1 should carry out the addition processing in the row direction. However, this prevents any increase in noise caused by the addition of pixels in the amplifier.

В случае 4-фотодиодного типа вышеописанных примеров, пространственные центры тяжести пикселей сумм в направлении строки не располагаются через одинаковые шаги. В примере, показанном на фиг.13, сигналы сумм предпочтительно имеют пространственный шаг, соответствующий четырем пикселям. Однако пространственный центр тяжести в сигналах сумм в случае четного количества групп фотодиодов сдвинут на один пиксель по сравнению со случаем нечетного количества групп фотодиодов. Когда пространственный сдвиг корректируют, заставляя схему обработки сигналов (описываемую ниже) обрабатывать сигналы четного количества строк, изменяя весовые коэффициенты в направлении строки, можно уменьшить муар.In the case of the 4-photodiode type of the above examples, the spatial centers of gravity of the pixels of the sums in the row direction are not arranged in the same steps. In the example shown in FIG. 13, the sum signals preferably have a spatial step corresponding to four pixels. However, the spatial center of gravity in the sum signals in the case of an even number of photodiode groups is shifted by one pixel compared to the case of an odd number of photodiode groups. When the spatial shift is corrected, causing the signal processing circuit (described below) to process the signals of an even number of rows by changing the weights in the direction of the row, the moire can be reduced.

Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы осуществить сложение или прореживание множества сигналов пикселей в общем усилителе пикселей, а также сложение сигналов пикселей в группах пиксельных блоков или между такими группами, тем самым повышая частоту возбуждения считывания сигналов пикселей. В альтернативном варианте, формируют группы, каждая из которых включает в себя 2n+1 строк пикселей или столбцов пикселей, а эти строки пикселей или столбцы пикселей прореживают или складывают в группах или между группами. Единственное, что необходимо сделать, это получить пространственные шаги (пространственные центры тяжести) пикселей соответствующих цветов при условии одинаковых шагов, по меньшей мере, в направлении строки или направлении столбца. Следовательно, если это осуществимо, то настоящее изобретение не ограничивается вышеописанными способами и применимы любые другие способы. Порядок сложения групп и количество групп в варианте осуществления приведены лишь в качестве примеров, и настоящее изобретение ими не ограничивается.An object of the present invention is to perform addition or decimation of a plurality of pixel signals in a common pixel amplifier, as well as addition of pixel signals in or between groups of pixel blocks, thereby increasing the excitation frequency of reading pixel signals. Alternatively, groups are formed, each of which includes 2n + 1 rows of pixels or columns of pixels, and these rows of pixels or columns of pixels are thinned out or added in groups or between groups. The only thing that needs to be done is to obtain spatial steps (spatial centers of gravity) of pixels of the corresponding colors, provided that the steps are the same, at least in the direction of the row or the direction of the column. Therefore, if practicable, the present invention is not limited to the methods described above, and any other methods are applicable. The order of addition of the groups and the number of groups in the embodiment are given only as examples, and the present invention is not limited to them.

Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы сформировать группы, каждая из которых включает в себя 2n+1 строк пикселей или столбцов пикселей, и провести сложение или прореживание в группах или между ними, тем самым повышая частоту возбуждения считывания сигналов пикселей или чувствительность. Единственное, что необходимо сделать, это получить пространственные шаги (пространственные центры тяжести) пикселей соответствующих цветов при условии одинаковых шагов, по меньшей мере, в направлении строки или направлении столбца. Следовательно, если это осуществимо, то настоящее изобретение не ограничивается вышеописанными способами, и применимы любые другие способы. Порядок сложения групп и количество групп в варианте осуществления приведены лишь в качестве примеров, и настоящее изобретение ими не ограничивается.An object of the present invention is to form groups, each of which includes 2n + 1 rows of pixels or columns of pixels, and to add or thin out in or between groups, thereby increasing the excitation frequency of reading pixel signals or sensitivity. The only thing that needs to be done is to obtain spatial steps (spatial centers of gravity) of pixels of the corresponding colors, provided that the steps are the same, at least in the direction of the row or the direction of the column. Therefore, if practicable, the present invention is not limited to the methods described above, and any other methods are applicable. The order of addition of the groups and the number of groups in the embodiment are given only as examples, and the present invention is not limited to them.

На фиг.18 представлена принципиальная схема, иллюстрирующая часть схемы обработки считываемых сигналов, предназначенной для обработки сигналов пикселей, считываемых из области восприятия изображений усилителя одиночных пикселей, в соответствии с первым вариантом осуществления, показанным на фиг.1. Считывание сигналов из пиксельного блока и сложение сигналов будут описаны со ссылками на фиг.18.FIG. 18 is a schematic diagram illustrating a portion of a read signal processing circuit for processing pixel signals read from the image sensing region of a single pixel amplifier in accordance with a first embodiment shown in FIG. Reading signals from the pixel block and adding signals will be described with reference to FIG.

Будет описан пример, в котором схема обработки считываемых сигналов, показанная на фиг.18, складывает сигналы пикселей четырех одноцветных пикселей в массиве размером три строки на три столбца. Обращаясь к фиг.18, отмечаем, что схема, включающая емкости С1, С3 и С5, соединенные с вертикальными сигнальными шинами V1, V3 и V5, переключатели МС1, МС3 и МС5, источник Vr опорного напряжения и усилители Amp1, Amp3 и Amp5, представляет собой схему системы цветного отображения (СЦИ), которая удаляет шум из сигнала пиксельных блоков (описание работы СЦИ будет опущено). Сигналы К1,1 и К1,3, считываемые из пикселей и подвергаемые воздействию СЦИ, сохраняются в запоминающих емкостях Ct1 и Ct3. Эти сигналы складываются в запоминающей емкости Са1 схемы сложения. Точно так же сигналы К3,1 и К3,3, считываемые из пикселей и подвергаемые воздействию СЦИ, сохраняются в запоминающих емкостях Ct1 и Ct3, а также складываются в запоминающей емкости Са2 схемы сложения. Сигналы сумм в запоминающих емкостях Са1 и Са2 выдаются в горизонтальную сигнальную шину Sout в соответствии с импульсами развертки (ϕhn(a1), ϕhn(a2), …) из схемы горизонтальной развертки. В результате, складываются четыре пикселя (К1,1, К1,3, К3,1 и К3,3). Сложение и прореживание пикселей между группами производится аналогичным образом.An example will be described in which the read signal processing circuit shown in FIG. 18 adds pixel signals of four single-color pixels in an array of three rows to three columns. Turning to FIG. 18, we note that a circuit including capacitances C1, C3, and C5 connected to vertical signal lines V1, V3, and V5, switches MC1, MC3, and MC5, a reference voltage source Vr, and amplifiers Amp1, Amp3, and Amp5 represents a scheme of a color display system (SDH), which removes noise from the signal of pixel blocks (a description of the operation of the SDH will be omitted). The signals K1,1 and K1,3, read from the pixels and exposed to SDH, are stored in storage capacities Ct1 and Ct3. These signals are added to the storage capacitance Ca1 of the addition circuit. Similarly, the K3.1 and K3.3 signals read from the pixels and exposed to the SDH are stored in the storage capacitances Ct1 and Ct3, and are also added to the storage capacitance Ca2 of the addition circuit. The sum signals in the storage capacitances Ca1 and Ca2 are output to the horizontal signal bus Sout in accordance with the scan pulses (ϕhn (a1), ϕhn (a2), ...) from the horizontal scan circuit. As a result, four pixels are added up (K1,1, K1,3, K3,1 and K3,3). Addition and thinning of pixels between groups is done in a similar way.

В варианте осуществления, показанном на фиг.18, описан пиксель усилителя одиночных пикселей. В общем усилителе пикселей, MCF', поскольку в пикселе складываются два вертикальных пикселя, запоминающие емкости Са1 и Са2 оказываются ненужными.In the embodiment shown in FIG. 18, a pixel of a single-pixel amplifier is described. In a common pixel amplifier, MCF ', since two vertical pixels are added to the pixel, the storage capacities Ca1 and Ca2 are unnecessary.

На фиг.19 представлен вид, поясняющий использование механического затвора. В этом случае все пиксели в области восприятия изображений сразу же сбрасываются. После того, как механический затвор завершает экспонирование, блок произвольного сложения складывает сигналы пикселей. Затем сигналы выдаются из запоминающего средства 2 за один период горизонтальной развертки. Использование механического затвора позволяет получать изображение, экспонируя все пиксели в один и тот же момент экспонирования.19 is a view illustrating the use of a mechanical shutter. In this case, all pixels in the image sensing area are immediately reset. After the mechanical shutter completes the exposure, the random addition unit adds up the pixel signals. Then the signals are issued from the storage means 2 for one period of horizontal scanning. Using a mechanical shutter allows you to get an image by exposing all the pixels at the same moment of exposure.

Это будет пояснено в соответствии с временной диаграммой, показанной на фиг.20. Когда период произвольной экспозиции уже истек, остаточные заряды в вентилях пиксельных блоков схемы сбрасываются под управлением каждого импульса. В момент t1 импульс ϕRES сбрасывает логическую часть усилителя пикселей, MSF, импульсы ϕС1 и ϕTS1 сбрасывают запоминающее средство Ct, а импульсы ϕAD1-ϕAD3 и ϕС2 сбрасывают запоминающие емкости Са1 и Са2. В момент t2, фиксирующая емкость С фиксирует шум общего усилителя пикселей в состоянии отключения (OFF) импульса ϕС1, а заряды, присутствующие в фотодиоде, вводятся в фиксирующие емкости С1, С3 и С5 через усилитель пикселей в соответствии с импульсом ϕTX.This will be explained in accordance with the timing chart shown in FIG. When the period of arbitrary exposure has already expired, the residual charges in the valves of the pixel blocks of the circuit are reset under the control of each pulse. At time t1, the pulse ϕRES resets the logical part of the pixel amplifier, MSF, the pulses ϕC1 and ϕTS1 reset the storage means Ct, and the pulses ϕAD1-ϕAD3 and ϕC2 reset the storage capacities Ca1 and Ca2. At time t2, the fixing capacitance C fixes the noise of the common pixel amplifier in the OFF state of the ϕC1 pulse, and the charges present in the photodiode are introduced into the fixing capacitances C1, C3 and C5 through the pixel amplifier in accordance with the ϕTX pulse.

В результате, СЦИ удаляет шум пикселей, а запоминающее средство временно сохраняет результирующий сигнал через посредство усилителя Amp.As a result, the SDH removes pixel noise, and the storage medium temporarily stores the resulting signal through an Amp amplifier.

В момент t3 наступает спад импульсов ϕRES и ϕTS1, и передача сигналов фотоэлектрического преобразования пикселей завершается. В момент t4 сигналы, присутствующие в запоминающем средстве, складываются в запоминающем средстве Са1 в соответствии с импульсами ϕTS2 и ϕAD1.At time t3, the pulses ϕRES and ϕTS1 decline, and the transmission of photoelectric conversion of pixels is completed. At time t4, the signals present in the storage medium are added up in the storage medium Ca1 in accordance with the pulses ϕTS2 and ϕAD1.

За счет такой же самой развертки и работы в момент t5 запоминающее средство С2 сохраняет сигналы пикселей следующих складываемых строк. В момент t6 сигналы из запоминающей емкости Са складываются в выходной сигнальной шине Sout и выдаются.Due to the same sweep and operation at time t5, the storage means C2 stores the pixel signals of the next added lines. At time t6, the signals from the storage capacitance Ca are added to the output signal bus Sout and output.

В вышеописанном режиме 4-пиксельного сложения отношение SN (отношение «сигнал - световой дробовый шум») увеличивается вдвое. Следовательно, система управляет количеством экспонирующего света и задает количество экспонирующего света равным примерно 1/4. Это показывает, что сигнал фотоэлектрического преобразования в каждом фотодиоде уменьшается до 1/4. Когда захватывающий изображение элемент представляет собой прибор с зарядовой связью (ПЗС, CCD), величина заряда сигнала после сложения не изменяется из-за 4-пиксельного сложения даже в случае, если количество падающего света составляет 1/4. Это ставит проблему насыщения сигналов, а характеристики чувствительности и насыщения имеют компромиссные соотношения.In the above 4-pixel addition mode, the SN ratio (signal-to-light shot noise ratio) is doubled. Therefore, the system controls the amount of exposure light and sets the amount of exposure light to approximately 1/4. This shows that the photoelectric conversion signal in each photodiode is reduced to 1/4. When the image capturing element is a charge-coupled device (CCD), the signal charge after addition does not change due to 4-pixel addition even if the amount of incident light is 1/4. This poses a problem of signal saturation, and the characteristics of sensitivity and saturation have a compromise ratio.

КМОП-датчик согласно этому варианту осуществления складывает средние значения напряжений сигналов. По этой причине, когда пренебрегают спадом уровня сигнала из-за емкостного деления, уровень сигнала составляет примерно 1/4 даже после сложения сигналов четырех пикселей. Это показывает, что насыщение сигналов увеличивается вчетверо. Вместе с тем, если уровень сигнала низок, то на первый план выходит шум выходного усилителя (не показан на фиг.1), соединенного с горизонтальной выходной шиной. Чтобы предотвратить это, в настоящем изобретении - в режиме считывания при сложении коэффициент усиления усилительной схемы Amp после СЦИ задают примерно в четыре раза большим, чем в режиме прогрессивной развертки. Это снижает шум выходного усилителя. Следовательно, можно увеличить чувствительность путем сложения сигналов пикселей, увеличить скорость считывания путем уменьшения количества считываемых пикселей, поддержать широкий динамический диапазон и достичь маломощной системы.The CMOS sensor according to this embodiment adds the average values of the signal voltages. For this reason, when the drop in signal level due to capacitive division is neglected, the signal level is about 1/4 even after the addition of four pixel signals. This shows that signal saturation is quadrupled. However, if the signal level is low, then the noise of the output amplifier (not shown in FIG. 1) connected to the horizontal output bus comes to the fore. To prevent this, in the present invention, in the reading mode when adding, the gain of the amplification circuit Amp after the SDH is set to about four times greater than in the progressive scan mode. This reduces the noise of the output amplifier. Therefore, it is possible to increase the sensitivity by adding pixel signals, increase the read speed by reducing the number of read pixels, maintain a wide dynamic range and achieve a low-power system.

На фиг.21 представлена временная диаграмма считывания всех сигналов пикселей. В момент t1 сбрасываются усилитель пикселей, блок сложения и запоминающее средство. В момент t2 фиксируется потенциал шума. В момент t3 передача сигналов фотоэлектрического преобразования заканчивается, а сигналы сохраняются в запоминающем средстве Са. С момента t4 сигналы выдаются непосредственно из запоминающего средства Са в горизонтальную выходную сигнальную шину Sout.On Fig presents a timing diagram of the reading of all pixel signals. At time t1, the pixel amplifier, the addition unit, and the storage means are reset. At time t2, the noise potential is fixed. At time t3, the transmission of the photoelectric conversion signals ends, and the signals are stored in the storage means Ca. From time t4, signals are output directly from the storage means Ca to the horizontal output signal bus Sout.

На фиг.22 представлена блок-схема, иллюстрирующая условную компоновку системы для захвата изображений, в которой используется устройство для восприятия изображений. Система для захвата изображений содержит устройство 700 для восприятия изображений, включающее в себя датчик 72, схему 73 обработки сигналов и схему 75 управления хронированием. Как показано на фиг.22, свет от объекта, вводимый через оптическую систему 71, формирует изображение на датчике 72. Пиксели, расположенные на датчике, преобразуют световую информацию в электрический сигнал. Схема 73 обработки сигналов выполняет обработку, предусматривающую преобразование электрического сигнала в соответствии с предварительно определенным способом. Система 74 записи и обмена информацией записывает обработанный сигнал с помощью устройства записи информации или передает этот сигнал. Записанный или переданный сигнал воспроизводится или отображается системой 77 воспроизведения и отображения. Схема 75 управления хронированием управляет датчиком 72 и схемой 73 обработки сигналов. Системная схема 76 управления, предназначенная для управления всей системой для захвата изображений, управляет схемой 75 управления хронированием, системой 74 записи и обмена информацией и системой 77 воспроизведения и отображения. Схема 75 управления хронированием выбирает режим прогрессивной развертки или режим считывания, предусматривающий сложение.On Fig presents a block diagram illustrating the conditional layout of the system for capturing images, which uses a device for perceiving images. The image capturing system comprises an image sensing device 700 including a sensor 72, a signal processing circuit 73, and a timing control circuit 75. As shown in FIG. 22, light from an object introduced through the optical system 71 forms an image on the sensor 72. The pixels located on the sensor convert light information into an electrical signal. The signal processing circuit 73 performs processing involving converting an electrical signal in accordance with a predetermined method. The information recording and exchange system 74 records or transmits the processed signal using the information recorder. The recorded or transmitted signal is reproduced or displayed by the playback and display system 77. The timing control circuit 75 controls the sensor 72 and the signal processing circuit 73. The control system circuitry 76 for controlling the entire image capturing system controls the timing control circuitry 75, the recording and information exchange system 74, and the playback and display system 77. The timing control circuit 75 selects a progressive scan mode or a read mode involving addition.

В вышеописанных режиме прогрессивной развертки или режиме считывания, предусматривающем сложение, используются разные горизонтальные и вертикальные импульсы возбуждения. Поэтому при переходе из одного режима считывания в другой необходимо изменять временные характеристики возбуждения датчика, обработку разрешения, осуществляемую схемой обработки сигналов, и количество пикселей, записываемых системой записи. Это управление осуществляется системной схемой 76 управления в соответствии с режимом считывания. Кроме того, при переходе из одного режима считывания в другой изменяется чувствительность, обуславливаемая сложением. Системная схема управления управляет остановом (не показано). При съемке с высоким разрешением эта система реализует прогрессивную развертку в соответствии с управляющим импульсом (не показан). При съемке с низким разрешением можно проводить высокоскоростное считывание с высокой чувствительностью или высоким качеством изображения, не получая при этом муар, путем осуществления возбуждения прореживания пикселей и сложения сигналов пикселей в группах пикселей или между группами пикселей.In the above progressive scan mode or read mode involving addition, different horizontal and vertical excitation pulses are used. Therefore, when switching from one reading mode to another, it is necessary to change the temporal characteristics of the sensor excitation, the resolution processing carried out by the signal processing circuit, and the number of pixels recorded by the recording system. This control is carried out by the system control circuit 76 in accordance with the reading mode. In addition, when switching from one reading mode to another, the sensitivity caused by addition changes. The system control circuit controls the stop (not shown). When shooting with high resolution, this system implements a progressive scan in accordance with the control pulse (not shown). When shooting with low resolution, it is possible to carry out high-speed reading with high sensitivity or high image quality, without obtaining moire, by driving the decimation of pixels and adding pixel signals in groups of pixels or between groups of pixels.

Хотя настоящее изобретение описано со ссылками на возможные варианты его осуществления, следует понять, что это изобретение не ограничивается описанными возможными вариантами его осуществления. Объем притязаний, определяемый нижеследующей формулой изобретения, в соответствии с интерпретацией в самом широком смысле следует считать охватывающим все такие возможные модификации, эквивалентные структуры и функции.Although the present invention is described with reference to possible options for its implementation, it should be understood that this invention is not limited to the described possible options for its implementation. The scope of the claims defined by the following claims, in accordance with the interpretation in the broadest sense, should be considered to cover all such possible modifications, equivalent structures and functions.

Claims (7)

1. Устройство для восприятия изображений, содержащее
пиксельный блок, который имеет массив, состоящий из множества групп, каждая из которых включает в себя множество пикселей, расположенных в направлении строки и направлении столбца, и
блок сложения, сконфигурированный для сложения сигналов одноцветных пикселей среди сигналов пикселей, выдаваемых из множества пикселей, расположенных в группах,
причем блок сложения имеет для каждой группы общий усилитель пикселей, соединенный со всеми одноцветными пикселями, и складывает сигналы пикселей, соответствующие одноцветным пикселям, в логической части общего усилителя пикселей таким образом, что пространственные центры тяжести складываемых пикселей в группе располагаются через одинаковые шаги, по меньшей мере, в одном из направления строки и направления столбца.
1. Device for perceiving images containing
a pixel block, which has an array consisting of many groups, each of which includes many pixels located in the row direction and the column direction, and
an addition unit configured to add monochrome color signals among pixel signals output from a plurality of pixels arranged in groups,
moreover, the addition unit for each group has a common pixel amplifier connected to all the same-color pixels, and adds the pixel signals corresponding to the single-color pixels in the logical part of the common pixel amplifier in such a way that the spatial centers of gravity of the added pixels in the group are located in identical steps, at least at least in one of the row direction and column direction.
2. Устройство по п.1, в котором блок сложения не складывает сигналы пикселей, выдаваемые из совокупности пикселей, по меньшей мере, в одной строке, принадлежащей упомянутому множеству пикселей.2. The device according to claim 1, in which the addition unit does not add pixel signals output from the set of pixels in at least one row belonging to said plurality of pixels. 3. Устройство по п.1, в котором блок сложения не складывает сигналы пикселей, выдаваемых из совокупности пикселей, по меньшей мере, в одном столбце, принадлежащей упомянутому множеству пикселей.3. The device according to claim 1, in which the addition unit does not add pixel signals output from the set of pixels in at least one column belonging to said plurality of pixels. 4. Устройство по п.1, в котором блок сложения дополнительно складывает в пределах множества групп сигналы пикселей, складываемые в логической части общего усилителя пикселей.4. The device according to claim 1, in which the addition unit further adds, within a plurality of groups, pixel signals stacked in the logical part of a common pixel amplifier. 5. Устройство по п.1, в котором некоторые пиксели, по меньшей мере, одной из множества групп пикселей служат также в качестве нескольких пикселей другой группы.5. The device according to claim 1, in which some pixels of at least one of the many groups of pixels also serve as several pixels of another group. 6. Устройство по п.1, в котором каждая из множества групп включает в себя множество пикселей, которые расположены в направлении строки и направлении столбца в блоках по 2n+1 пикселей, где n - целое число, n≥1.6. The device according to claim 1, in which each of the many groups includes many pixels that are located in the row direction and the column direction in blocks of 2n + 1 pixels, where n is an integer, n≥1. 7. Система для захвата изображений, содержащая
устройство для восприятия изображений по п.1,
оптическую систему, сконфигурированную для формирования светового изображения в устройстве для восприятия изображений,
записывающую систему, сконфигурированную для записи сигнала, выдаваемого из устройства для восприятия изображений, и
системную схему управления, сконфигурированную для управления всей системой.
7. A system for capturing images containing
The device for perceiving images according to claim 1,
an optical system configured to form a light image in an image pickup apparatus,
a recording system configured to record a signal output from the image pickup apparatus, and
A system control circuit configured to control the entire system.
RU2008112755/09A 2007-04-03 2008-04-02 Device for image perception and image grabber system RU2378791C2 (en)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007097630 2007-04-03
JP2007-097630 2007-04-03
JP2007309334A JP2008278453A (en) 2007-04-03 2007-11-29 Image sensing apparatus and image capturing system
JP2007-309334 2007-11-29

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2008112755A RU2008112755A (en) 2009-10-10
RU2378791C2 true RU2378791C2 (en) 2010-01-10

Family

ID=40014719

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008112755/09A RU2378791C2 (en) 2007-04-03 2008-04-02 Device for image perception and image grabber system

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP2008278453A (en)
CN (2) CN101282484B (en)
RU (1) RU2378791C2 (en)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5404194B2 (en) * 2009-06-05 2014-01-29 キヤノン株式会社 Solid-state imaging device, imaging system, and solid-state imaging device driving method
JP5475482B2 (en) * 2010-01-26 2014-04-16 キヤノン株式会社 Imaging device and imaging apparatus
JP2012175600A (en) 2011-02-24 2012-09-10 Sony Corp Imaging apparatus, imaging apparatus control method, and program
WO2014103730A1 (en) * 2012-12-25 2014-07-03 ソニー株式会社 Solid state image-sensing element, method of driving same, and electronic device
CN105809153A (en) * 2016-04-18 2016-07-27 成都艾德沃传感技术有限公司 Chip circuit and fingerprint collection system
JP7039221B2 (en) * 2017-09-08 2022-03-22 キヤノン株式会社 Control method of image processing device, image pickup device and image processing device
EP3783884A4 (en) * 2019-06-20 2021-02-24 Shenzhen Goodix Technology Co., Ltd. Readout circuit, image sensor and electronic device
CN110324548B (en) * 2019-06-27 2021-11-09 Oppo广东移动通信有限公司 Pixel unit circuit, signal processing method and storage medium

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3501682B2 (en) * 1999-05-31 2004-03-02 キヤノン株式会社 Color imaging apparatus and imaging system using the same
JP3991543B2 (en) * 2000-01-11 2007-10-17 株式会社日立製作所 Imaging device
JP2005045435A (en) * 2003-07-25 2005-02-17 Minolta Co Ltd Driving method for imaging element, and imaging apparatus
JP4497872B2 (en) * 2003-09-10 2010-07-07 キヤノン株式会社 Imaging device
JP2005092085A (en) * 2003-09-19 2005-04-07 Canon Inc Focus detecting method and focusing method, and focus detecting device and focusing device
JP4677228B2 (en) * 2003-12-25 2011-04-27 キヤノン株式会社 Imaging device
JP4086798B2 (en) * 2004-02-25 2008-05-14 シャープ株式会社 Amplification type solid-state imaging device
JP2006041912A (en) * 2004-07-27 2006-02-09 Canon Inc Color imaging apparatus and color imaging system

Also Published As

Publication number Publication date
JP2008278453A (en) 2008-11-13
CN101282484A (en) 2008-10-08
RU2008112755A (en) 2009-10-10
CN102629994A (en) 2012-08-08
CN102629994B (en) 2015-10-28
CN101282484B (en) 2012-05-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4611296B2 (en) Charge binning image sensor
RU2378791C2 (en) Device for image perception and image grabber system
JP4416753B2 (en) Solid-state imaging device
JP4497872B2 (en) Imaging device
JP4764036B2 (en) Method and circuit for performing correlated double subsampling of pixels in an active pixel sensor array
EP1253776A2 (en) X-Y address type solid-state image pickup device
US8754971B2 (en) Image sensing apparatus and image capturing system
EP1416721A2 (en) Image pickup apparatus
JP5627244B2 (en) Solid-state imaging device, driving method thereof, and imaging apparatus
KR100823376B1 (en) Imaging apparatus and imaging system
JP2015128215A (en) Solid state image pickup device and imaging system using the same
JP5895525B2 (en) Image sensor
US7692704B2 (en) Imaging apparatus for processing noise signal and photoelectric conversion signal
JPH11331713A (en) Image-pickup device and image-pickup system using the same
JP4677228B2 (en) Imaging device
JP2000295530A (en) Solid-state image pickup device
JP3501693B2 (en) Color imaging device and imaging system
JP4228755B2 (en) Solid-state image sensor and driving method of solid-state image sensor
JP4848349B2 (en) Imaging apparatus and solid-state imaging device driving method
JP5511205B2 (en) Imaging apparatus and imaging method
JP5089674B2 (en) Imaging device
KR20160097937A (en) Apparatus for sensing an image

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190403