图像传感器、图像传感方法、电子设备与流程

本技术涉及图像处理，尤其涉及一种图像传感器、图像传感方法、电子设备。

背景技术：

1、图像传感器拍摄的场景中，有处于静止状态的物体，也有处于运动状态的物体。在某些应用中，静止物体和运动物体同时成像，有助于对场景的分析和理解。在某些应用中，只需要捕捉运动物体。

2、例如，视场中的大部分环境都处于静止状态，只有一个或若干个运动物体在移动。如果使用常规的图像传感器，每个光敏单元逐帧成像，会产生很多重复、冗余的信息，增加无意义的存储、计算和功耗。而且，在这些应用中，运动物体才是更值得关注的信息，静止的背景信息相对次要。

3、因此，既能逐帧成像(包含静止物体和运动物体)，又能输出图像帧内运动物体的图像传感器，成为本领域技术人员研究的方向。

技术实现思路

1、本技术实施例提供一种图像传感器、图像传感方法、电子设备，用于提供一种能同时实现逐帧成像和输出图像帧内运动物体的图像传感器。

2、为达到上述目的，本技术采用如下技术方案：

3、本技术实施例的第一方面，提供一种图像传感器，包括：光敏单元和列线电路。光敏单元被配置为生成曝光信号。列线电路，包括相关双采样器、模数转换器以及比较器。相关双采样器被配置为接收曝光信号，根据曝光信号，向模数转换器输出图像帧的图像信号，向比较器输出图像帧的动态视觉信号。模数转换器被配置为将接收到的图像信号转换为数字信号后输出。比较器和模数转换器并列耦接于相关双采样器，比较器被配置为将动态视觉信号与阈值进行比较。其中，比较结果例如可以包括亮度从亮变暗、从暗变亮、亮度不变。

4、本技术实施例提供的图像处理器，通过在列线电路中设置比较器，比较器将相关双采样器生成的动态视觉信号与设定好的阈值进行比较，即可判断出曝光信号的亮度变化信号。相关双采样器可以输出图像信号和动态视觉信号，而非只能择一输出，能够同时实现逐帧成像和输出图像帧内运物体。若光敏单元将一图像帧中完整的曝光时段划分为多个子曝光时段，将多个子曝光时段产生的光生电子依次输出至列线电路进行处理，得到不同子曝光时段对应的亮度信息，则可实现一图像帧中完整曝光时段内亮度变化的判断。而且，输出的动态视觉信号是一图像帧内的多个子曝光时段之间的动态变化，相当于帧内插帧，而非前/后两帧的动态变化。通过在列线电路中增加与模数转换器并列的比较器，模数转换器可以用来输出该图像帧的图像，比较器可以直接用来输出该多个子曝光时段的动态变化(事件)。事件的判断无需对模数转换器输出的图像进行量化，从而减少存储空间和功耗。再者，本技术中的图像传感器是在传统cis的基础上做出的改进，可以复用成熟的cis工艺制程和图像算法，技术难度低，产品开发周期短。

5、在一种可能的实现方式中，相关双采样器包括第一电容、第二电容、第三电容、第一运算放大器、第一开关、第二开关以及第三开关；第一电容的第一端耦接于光敏单元的输出端，第一电容的第二端耦接于第二电容的第一端和第一运算放大器的第一输入端；第二电容的第二端耦接于第一运算放大器的输出端；第一运算放大器的输出端耦接于相关双采样器的输出端；第一开关与第二电容并联；第二开关的固定端耦接于第一运算放大器的第二输入端，第二开关的两个选择端分别与复位电压端和第一节点耦接；第三开关串联耦接于第一节点和相关双采样器的输出端之间；第三电容的第一端耦接于第一节点，第三电容的第二端耦接于参考地电压端。这是一种结构简单的相关双采样器。

6、在一种可能的实现方式中，第二电容为可变电容。这样一来，相关双采样器还可以具有放大的功能，满足多种需求。

7、在一种可能的实现方式中，相关双采样器还包括缓冲器；缓冲器的第一输入端耦接于缓冲器的输出端，缓冲器的第二输入端耦接于第一运算放大器的输出端，缓冲器的输出端耦接于相关双采样器的输出端。通过在相关双采样器中设置缓冲器，可以提升相关双采样器的驱动能力，使图像传感器更快更稳定。

8、在一种可能的实现方式中，阈值包括上阈值和下阈值；在动态视觉信号大于上阈值的情况下，事件表示图像帧内入射光由暗变亮；在动态视觉信号小于下阈值的情况下，事件表示图像帧内入射光由亮变暗；在动态视觉信号位于上阈值和下阈值之间的情况下，事件表示图像帧内入射光亮度不变。通过设置上阈值和下阈值，使得事件的判断有缓冲区间，可以减少电路噪声和入射光的散粒噪声对判断结果的影响。改善在临界点附近，由于信号中含有的噪声波动，导致事件判断结果出现不稳定的跳变。

9、在一种可能的实现方式中，列线电路还包括阈值器，阈值器包括第二运算放大器、第一电阻、第二电阻以及第三电阻；第二运算放大器的第一输入端耦接于第一电阻的第一端，第二运算放大器的第二输入端耦接于复位电压端，第二运算放大器的输出端耦接于上阈值输出端；第一电阻的第二端耦接于第三电阻的第一端和下阈值输出端；第三电阻的第二端耦接于参考地电压端；第二电阻耦接于第二运算放大器的第一输入端和第二运算放大器的输出端之间。这是一种结构简单的实现方式。

10、在一种可能的实现方式中，曝光信号包括与第一曝光时段内的入射光对应的第一曝光信号，和，生成与第二曝光时段内的入射光对应的第二曝光信号；第一曝光时段和第二曝光时段为光敏单元在同一图像帧曝光时段内的两个不同时段。通过将光敏单元在一图像帧中完整的曝光时段划分为多个子曝光时段，将多个子曝光时段产生的光生电子依次输出至列线电路进行处理，得到不同子曝光时段对应的亮度信息，实现一图像帧中完整曝光时段内亮度变化的判断。而且，输出的动态视觉信号是一图像帧内的多个子曝光时段之间的动态变化，相当于帧内插帧，而非前/后两帧的动态变化。

11、在一种可能的实现方式中，第二曝光时段等于第一曝光时段加第三曝光时段，第一曝光时段和第三曝光时段为图像帧内相邻的两个时段。由于随着曝光时段的持续，光敏单元中的光生电子增多，所以后一次输出是在前一次输出的电压的基础上进一步减小。与最初的复位电压相比，第二次输出的电压相当于是从曝光开始到第二次输出期间的光生电子。因此，将第二曝光时段选择为是在第一曝光时段基础上的时段累加，可直接与第二次输出的电压相匹配，简化处理过程。

12、在一种可能的实现方式中，光敏单元还被配置为生成复位电压；相关双采样器还被配置为接收复位电压。

13、在一种可能的实现方式中，动态视觉信号表征第三曝光时段内入射光的强度与第一曝光时段内入射光的强度之差。通过对比第三曝光时段内入射光的强度与第一曝光时段内入射光的强度，可以获取图像帧内两个时段的光强变化。

14、在一种可能的实现方式中，动态视觉信号包括(第一曝光信号-第二曝光信号)-(复位电压-第一曝光信号)。这是一种易于实现的处理方式。

15、在一种可能的实现方式中，图像信号表征第三曝光时段内入射光的累积强度。相关双采样器对第一曝光信号与第二曝光信号进行相关双采样，以获取第三曝光时段内入射光的累积强度，可以消除信号噪声(kt/c)。

16、在一种可能的实现方式中，图像信号包括第一曝光信号与第二曝光信号之差。这是一种易于实现的处理方式。

17、在一种可能的实现方式中，图像信号表征第二曝光时段内入射光的累积强度。第二曝光时段持续的时间较长，产生的光生电子数多。因此，将第二曝光信号作为图像信号，图像信号的信噪比较大，闪烁噪声较小，图像质量较好。

18、在一种可能的实现方式中，图像信号包括复位电压与第二曝光信号之差。这是一种易于实现的处理方式。

19、本技术实施例的第二方面，提供一种图像传感方法，图像传感方法包括：生成曝光信号根据曝光信号，生成图像帧的图像信号和图像帧的动态视觉信号；将图像信号转换为数字信号并输出；将动态变化信号与阈值进行比较。本技术实施例提供的图像传感方法的有益效果与图像传感器的有益效果相同，此处不再赘述。

20、在一种可能的实现方式中，生成曝光信号包括：接收第一曝光时段的入射光和第二曝光时段的入射光，生成与第一曝光时段内的入射光对应的第一曝光信号，和，生成与第一曝光时段加第二曝光时段内的入射光对应的第二曝光信号；第一曝光时段和第二曝光时段为同一图像帧曝光时段内的两个不同时段。

21、在一种可能的实现方式中，第二曝光时段等于第一曝光时段加第三曝光时段，第一曝光时段和第三曝光时段为图像帧内相邻的两个时段。

22、在一种可能的实现方式中，图像传感方法还包括：生成复位电压；根据第一曝光信号和第二曝光信号，生成图像帧的图像信号和图像帧的动态视觉信号，包括：根据第一曝光信号、第二曝光信号和复位电压，生成图像帧的图像信号和图像帧的动态视觉信号。

23、在一种可能的实现方式中，动态视觉信号表征第三曝光时段内入射光的强度与第一曝光时段内入射光的强度之差。

24、在一种可能的实现方式中，动态视觉信号包括(第一曝光信号-第二曝光信号)-(复位电压-第一曝光信号)。

25、在一种可能的实现方式中，图像信号表征第三曝光时段内入射光的累积强度。

26、在一种可能的实现方式中，图像信号包括第一曝光信号与第二曝光信号之差。

27、在一种可能的实现方式中，图像信号表征第二曝光时段内入射光的累积强度。

28、在一种可能的实现方式中，图像信号包括第二曝光信号与复位电压之差。

29、在一种可能的实现方式中，阈值包括上阈值和下阈值；在动态视觉信号大于上阈值的情况下，事件表示图像帧内入射光由暗变亮；在动态视觉信号小于下阈值的情况下，事件表示图像帧内入射光由亮变暗；在动态视觉信号位于上阈值和下阈值之间的情况下，事件表示图像帧内入射光亮度不变。

30、本技术实施例的第三方面，提供一种电子设备，包括图像传感器和印刷电路板，图像传感器设置在印刷电路板上，图像传感器包括第一方面任一项的图像传感器。