一种图像传感器及图像传感器的帧率调节方法与流程

本发明涉及传感器，特别涉及一种图像传感器及图像传感器的帧率调节方法。

背景技术：

1、图像传感器广泛应用于各种消费类产品，例如，手机摄像机、安防监控摄像机等，随着各种产品的用户需求不断提高，对图像传感器的成像质量的要求也随之提高。

2、图像传感器通常由像素阵列、时序发生器、水平移位寄存器、垂直移位寄存器以及模数转换器(analog-to-digital converter，adc)组成，由于工艺制程的限制，目前的图像传感器通常采用单组驱动的驱动方式，即一个图像传感器中包括一组驱动信号，且包括一个模数转换器。

3、上述单组驱动的图像传感器，在同一时刻只能存在一种帧率，当该图像传感器被用于拍摄慢速移动的目标，或者光线较暗的目标时，通常采用较低的帧率，以增加最大曝光时间；当该图像传感器被用于拍摄快速移动的目标时，通常采用较高的帧率，以减少拍摄目标的畸变和果冻效应。

4、然而，当一帧图像中既有快速移动的目标，又有光线较暗的目标时，上述图像传感器的成像效果较差。

技术实现思路

1、本发明提供一种图像传感器及图像传感器的帧率调节方法，用以解决现有技术中的图像传感器，在采集既包含快速移动的目标，又包含光线较暗的目标的图像时，成像效果较差的问题。

2、第一方面，本发明实施例提供一种图像传感器，包括时序发生器和由多个像素单元组成的像素阵列，其中：

3、所述时序发生器包括多组输出端，所述多组输出端与所述像素阵列的行像素对应，针对每组输出端和行像素，所述每组输出端中的多个输出端与所述行像素中的多个像素单元的控制端对应电连接；

4、所述时序发生器，用于执行以下操作：

5、根据目标控制指令，确定与所述多组输出端对应的多个控制信号组，其中，所述目标控制指令是根据指定帧图像的像素数据确定的，至少一个控制信号组中包括具有至少两种频率的多个控制信号；

6、针对任意一个控制信号组，将所述控制信号组中的多个控制信号，通过与所述控制信号组对应的一组输出端中的多个输出端，分别传输至与每个输出端电连接的像素单元，以使接收到所述控制信号的像素单元，在所述控制信号的控制下，生成具有不同帧率的像素信号；

7、其中，所述像素信号的帧率是根据所述控制信号的频率确定的。

8、本发明实施例提供的图像传感器中，时序发生器根据接收到的目标控制指令确定多个控制信号组，由于至少一个控制信号组中的多个控制信号的频率不同，因此，通过多组输出端将多个控制信号组传输至对应的像素单元后，不同像素单元生成像素信号的速率不同，从而使得一帧图像对应多个帧率，实现了将该帧图像中对应运动目标的多个像素单元的帧率调大，以及将对应低亮度目标的多个像素单元的帧率调小，在图像传感器中实现了局部帧率的调节，进而改善了图像传感器对既包含运动目标，又包含低亮度目标的图像的成像效果；此外，由于只提高帧图像中的局部帧率，相比于提高帧图像的整体帧率的方式，通过上述图像传感器生成的像素信息的数据量较小，从而降低后端数字处理单元的处理压力，提高图像传感器的成像效率。

9、在一种可选的实施例中，所述目标控制指令包括与每个像素单元对应的帧率，其中，所述帧率包括至少两种取值的帧率；

10、所述时序发生器具体用于：

11、根据所述与每个像素单元对应的帧率，在预设的帧率与控制信号的对应关系中，确定与所述帧率对应的一个控制信号；

12、在确定的多个控制信号中，选择根据同一行像素中的像素单元对应的帧率确定的控制信号，将被选择的控制信号作为一个控制信号组，其中，所述一个控制信号组和与所述同一行像素中的像素单元电连接的一组输出端对应。

13、上述图像传感器，通过目标控制指令中携带的像素单元对应的帧率，确定用于控制相应像素单元的控制信号，并将用于控制同一行像素中的像素单元的多个控制信号作为一个控制信号组。由于该图像传感器采用行驱动的方式，因此，时序发生器同时发送一个控制信号组中的多个控制信号至对应的像素单元，以控制像素单元生成像素信息。由于像素单元生成像素信息的速率是由控制信号对应的帧率确定的，且目标控制指令包括至少两种取值的帧率，因此，在图像传感器中实现了局部帧率的调节，从而改善了图像传感器的成像效果。

14、在一种可选的实施例中，所述图像传感器还包括模数转换单元，所述时序发生器还包括第一时钟端，其中：

15、所述模数转换单元的信号输入端与所述多个像素单元的输出端电连接，所述模数转换单元的时钟输入端与所述时序发生器中的第一时钟端电连接；

16、所述时序发生器，还用于执行以下操作：

17、根据所述目标控制指令，确定与每个控制信号对应的采样时钟信号；

18、将所述控制信号组中的多个控制信号传输至多个像素单元后，将所述多个控制信号对应的多个采样时钟信号发送至所述模数转换单元，以使所述模数转换单元根据接收到的采样时钟信号，对所述多个像素单元输出的像素信号进行采样，并将采样到的像素信号转换为像素数据；

19、其中，所述像素数据用于生成帧图像。

20、上述图像传感器，还包括将像素信息转换为像素数据的模数转换单元，时序发生器还根据目标控制指令包含的帧率，确定与每个控制信号对应的采样时钟信号，并将采样时钟信号发送至模数转换单元；模数转换单元根据接收到的采样时钟信号对相应的像素单元输出的像素信号进行采样，从而实现对具有不同帧率的像素单元输出的像素信号的采集，便于后端数字处理单元进行处理。

21、在一种可选的实施例中，若所述模数转换单元包括一个模数转换器，则所述时序发生器包括一个第一时钟端，其中：

22、所述模数转换器的数据输入端作为所述模数转换单元的数据输入端，所述模数转换器的时钟输入端作为所述模数转换单元的时钟输入端；

23、所述时序发生器具体用于：

24、根据所述多个像素单元在所述像素阵列中的顺序，依次将所述多个采样时钟信号发送至所述模数转换器，以使所述模数转换器根据接收到的采样时钟信号的频率，调节对所述像素信号进行采样的采样速率。

25、上述图像传感器，若模数转换单元包括一个模数转换器，则时序发生器在发送一个控制信号组至与其对应的行像素后，将该控制信号组中每个控制信号对应的采样时钟信号，依次发送至模数转换器的时钟输入端；该模数转换器根据当前接收到的采样时钟信号，对相应的像素单元输出的像素信号进行采样，从而在变频的采样时钟信号的控制下，通过一个模数转换器即可实现对具有不同帧率的像素单元输出的像素信号的采集，简化了图像传感器的内部电路结构，节省了图像传感器的生产成本。

26、在一种可选的实施例中，若所述模数转换单元包括并行设置的多个模数转换器，则所述时序发生器包括多个第一时钟端，其中：

27、所述多个模数转换器的信号输入端作为所述模数转换单元的信号输入端，所述多个模数转换器的时钟输入端与所述时序发生器的多个第一时钟端对应电连接；

28、所述时序发生器具体用于：

29、将所述多个采样时钟信号，通过多个第一时钟端，分别发送至与每个第一时钟端电连接的模数转换器，以使所述模数转换器根据接收到的采样时钟信号的频率，确定对所述像素信号进行采样的采样速率。

30、上述图像传感器，若模数转换单元包括多个模数转换器，则时序发生器在发送一个控制信号组至与其对应的行像素后，将该控制信号组中每个控制信号对应的采样时钟信号，分别发送与行像素中每个像素单元电连接的模数转换器的时钟输入端；模数转换器根据当前接收到的采样时钟信号，对相应的像素单元输出的像素信号进行采样，从而在具有不同频率的采样时钟信号的控制下，实现对行像素中的多个像素单元输出的像素信号的并行采集，提高了采样效率，进而提高了图像传感器生成像素数据的效率。

31、在一种可选的实施例中，所述图像传感器还包括数据同步单元，所述时序发生器还包括第二时钟端，其中：

32、所述数据同步单元的输入端与所述模数转换单元的输出端电连接，所述所述数据同步单元的时钟输入端与所述时序发生器的第二时钟端电连接；

33、所述时序发生器，还用于执行以下步骤：

34、将所述目标控制指令中帧率的最大值对应的像素时钟信号，作为目标像素时钟信号；

35、在将所述多个采样时钟信号发送至所述模数转换单元后，将所述目标像素时钟信号发送至所述数据同步单元，以使所述数据同步单元在所述目标像素时钟信号的控制下，对所述像素数据进行采样，并将采样到的像素数据输出。

36、上述图像传感器，还包括对模数转换单元生成的像素数据进行采样的数据同步单元，时序发生器根据目标控制指令包含的帧率，确定与每个控制信号对应的像素时钟信号，并将根据帧率中的最大值确定像素时钟信号作为目标像素时钟信号，将该目标像素时钟信号发送至数据同步单元；数据同步单元根据目标像素时钟信号对像素数据进行采样并输出至后端的数字处理单元，从而实现了对不同帧率的像素数据的采集。

37、在一种可选的实施例中，所述时序发生器还包括第三时钟端，其中：

38、所述时序发生器的第三时钟端与数字处理单元的时钟输入端电连接；

39、所述时序发生器，还用于执行以下步骤：

40、根据所述目标控制指令，确定与每个控制信号对应的像素时钟信号；

41、在将所述多个采样时钟信号发送至所述模数转换单元后，依次发送所述多个控制信号对应的多个像素时钟信号至所述数字处理单元，以使所述数字处理单元根据接收到的像素时钟信号，读取所述像素数据。

42、上述图像传感器，时序发生器根据目标控制指令包含的帧率，确定与每个控制信号对应的像素时钟信号，在发送一个控制信号组至与其对应的行像素，并发送采样时钟信号至模数转换器后，将该控制信号组中每个控制信号对应的像素时钟信号，依次发送至后端的数字处理单元；数字处理单元根据变频的像素时钟信号，对具有不同帧率的像素数据进行读取并处理，以生成帧图像。

43、在一种可选的实施例中，所述像素信号的帧率与所述控制信号的频率呈正相关。

44、第二方面，本发明实施例提供一种图像处理设备，包括数字处理单元和如上述第一方面中任一实施例所述的图像传感器，其中：

45、所述数字处理单元，用于基于指定的目标检测算法，并根据指定帧图像的像素数据，生成目标控制指令，以及根据所述图像传感器发送的像素数据生成帧图像；

46、所述图像传感器，用于根据目标控制指令，确定与所述时序发生器的多组输出端对应的多个控制信号组，其中，所述目标控制指令是根据指定帧图像的像素数据确定的，至少一个控制信号组中包括具有至少两种频率的多个控制信号；针对任意一个控制信号组，将所述控制信号组中的多个控制信号，通过与所述控制信号组对应的一组输出端中的多个输出端，分别传输至与每个输出端电连接的像素单元；在所述控制信号的控制下，通过所述像素单元生成具有不同帧率的像素信号，其中，所述像素信号的帧率是根据所述控制信号的频率确定的。

47、第三方面，本发明实施例提供一种图像传感器的帧率调节方法，应用于如上述第一方面中任一实施例所述的图像传感器，所述图像传感器包括时序发生器和由多个像素单元组成的像素阵列，所述方法包括：

48、根据目标控制指令，确定与所述时序发生器的多组输出端对应的多个控制信号组，其中，所述目标控制指令是根据指定帧图像的像素数据确定的，至少一个控制信号组中包括具有至少两种频率的多个控制信号；

49、针对任意一个控制信号组，将所述控制信号组中的多个控制信号，通过与所述控制信号组对应的一组输出端中的多个输出端，分别传输至与每个输出端电连接的像素单元；

50、在所述控制信号的控制下，通过所述像素单元生成具有不同帧率的像素信号，其中，所述像素信号的帧率是根据所述控制信号的频率确定的。

51、在一种可选的实施例中，所述目标控制指令包括与每个像素单元对应的帧率，其中，所述帧率包括至少两种取值的帧率；

52、所述根据目标控制指令，确定与所述多组输出端对应的多个控制信号组，包括：

53、根据所述与每个像素单元对应的帧率，在预设的帧率与控制信号的对应关系中，确定与所述帧率对应的一个控制信号；

54、在确定的多个控制信号中，选择根据同一行像素中的像素单元对应的帧率确定的控制信号，将被选择的控制信号作为一个控制信号组；

55、其中，所述一个控制信号组和与所述同一行像素中的像素单元电连接的一组输出端对应。

56、在一种可选的实施例中，所述方法还包括：

57、根据所述目标控制指令，确定与每个控制信号对应的采样时钟信号；

58、将所述控制信号组中的多个控制信号传输至多个像素单元后，通过模数转换单元，根据所述采样时钟信号，对所述多个像素单元输出的像素信号进行采样；

59、通过所述模数转换单元将采样到的像素信号转换为像素数据，其中，所述像素数据用于生成帧图像。

60、在一种可选的实施例中，所述根据所述采样时钟信号，对所述多个像素单元输出的像素信号进行采样，包括：

61、根据所述多个像素单元在所述像素阵列中的顺序，依次根据所述多个采样时钟信号的频率，调节对所述像素信号进行采样的采样速率。

62、在一种可选的实施例中，所述方法还包括：

63、将所述目标控制指令中帧率的最大值对应的像素时钟信号，作为目标像素时钟信号；

64、在将所述多个采样时钟信号发送至所述模数转换单元后，在所述目标像素时钟信号的控制下，对所述像素数据进行采样，并将采样到的像素数据输出。

65、在一种可选的实施例中，还包括：

66、根据所述目标控制指令，确定与每个控制信号对应的像素时钟信号；

67、在将所述多个采样时钟信号发送至所述模数转换单元后，依次根据所述多个控制信号对应的多个像素时钟信号，读取所述像素数据。

68、在一种可选的实施例中，所述像素信号的帧率与所述控制信号的频率呈正相关。

69、上述第二方面公开的图像处理设备以及第三方面公开的图像传感器的帧率调节方法可能达到的技术效果请参照上述针对第一方面或第一方面中的各种可能方案可以达到的技术效果说明，这里不再重复赘述。