【技术实现步骤摘要】
本申请涉及图像处理，尤其涉及一种图像传感器及其控制方法。
技术介绍
1、对于单次曝光的图像传感器，为了获得高动态范围的图像，需要改变图像传感器中像素单元的悬浮扩散电位处的电容值，使同样的电子数(即光电二极管中产生的电子的数量)在悬浮扩散电位处产生不同的电压变化，也即使转换增益(即每个电子所引起的悬浮扩散电位处的电压变化量)变化。
2、对于上述单次曝光方案，为了获得高动态范围的图像，通常采用两种转换增益。具体来讲，在低照度环境下，采用高转换增益模式(high conversion gain mode，hcg)，此时悬浮扩散电位处的电容值较小；在高照度环境下，采用低转换增益模式(low conversiongain mode，lcg)，此时悬浮扩散电位处的电容值较大。
3、目前，主要是基于图1所示的图像传感器采用两种转换增益的方式，去获取高动态范围的图像。如图1所示，图像传感器包括光电二极管pd、复位管rst、电荷传输门tg、源级跟随器sf、行选通器rs和开关管dcg，其中，rst的源级、sf的栅极、tg管的源级以及dcg的漏极连接在一个悬浮扩散电位fd。在pd开始曝光后，图像传感器中的dcg关断，此时悬浮扩散电位fd处的电容cfd＝cpar(即fd处的寄生电容)，图像传感器进入hcg模式，通过后续电路(如图像信号处理电路)处理，输出一帧图像。之后，dcg导通，此时cfd＝cpar+cs，图像传感器进入lcg模式，通过后续电路处理，输出另一帧图像。最后，经过图像信号处理，将上述两帧图像合成为一张图像输出，作为
4、但是，上述方案在每次曝光时不论入射光的强弱，图像传感器均是先进入hcg模式，后进入lcg模式，这两种模式下的像素输出电压，均需要被图像传感器中的模拟-数字转换器(analog-to-digital converter，adc)进行量化处理。所以，对于一帧高动态范围的图像，adc需要工作两次，会导致图像传感器的运算成本和功耗增大，以及帧率降低。
技术实现思路
1、本申请提供了一种图像传感器及其控制方法，可降低图像传感器的运算成本和功耗，以及提高帧率，适用性强。
2、第一方面，本申请提供了一种图像传感器，该图像传感器包括光电转换单元、信号读出单元和转换增益判断单元，光电转换单元包括光电二极管，信号读出单元包括浮动扩散节点、转换增益开关和第一电容。其中，浮动扩散节点用于存储光电二极管将入射光转换得到的电信号所对应的电荷。转换增益开关用于导通或者断开浮动扩散节点与第一电容之间的连接。转换增益判断单元比较光电二极管的阴极电压与参考电压的大小，并根据比较结果输出控制电压，该控制电压用于控制转换增益开关导通或者关断。从而使第一电容接入或者不接入浮动扩散节点，进而使图像传感器能够根据光电二极管接收到的入射光强自动选择转换增益模式(即hcg模式或者lcg模式)，以保证图像传感器只需采集一次复位电压和信号电压，从而保证adc只需工作一次即可，进而降低图像传感器的运算成本和功耗，以及提高帧率，适用性强。
3、结合第一方面，在第一种可能的实施方式中，光电二极管的阴极和转换增益开关的第一端均连接浮动扩散节点，转换增益开关的第二端连接第一电容的一端，光电二极管的阳极和第一电容的另一端均连接参考地。转换增益判断单元的输入端和输出端分别连接光电二极管的阴极和转换增益开关的控制端。
4、结合第一方面第一种可能的实施方式，在第二种可能的实施方式中，转换增益判断单元包括比较器和锁存器，比较器的输入端连接光电二极管的阴极，比较器的输出端通过锁存器连接转换增益开关的控制端。比较器比较光电二极管的阴极电压与参考电压的大小，并根据比较结果向锁存器输出控制电压。锁存器根据比较器输出的控制电压输出控制电压，以使转换增益判断单元的输出电压保持在控制电压。可以理解的，图像传感器还可以通过锁存器保证在转换增益模式选定后，控制电压不随外界光线的改变而发生波动，以使控制电压能够稳定输出，从而提高图像传感器的稳定性，适用性强。
5、结合第一方面第二种可能的实施方式，在第三种可能的实施方式中，图像传感器还包括第一开关和控制器，锁存器的输出端通过第一开关连接信号线。在锁存器输出控制电压后，控制器控制第一开关导通。并在图像传感器通过信号线输出控制电压后，控制第一开关关断，该控制电压用于表征浮动扩散节点处的电容。可以理解的，图像传感器可以通过向图像处理器输出表征浮动扩散节点处的电容的控制电压，向图像处理器传递后续采集到的电压(即复位电压和信号电压)是在浮动扩散节点处的电容对应的转换增益模式下采集到的，从而便于后续的图像处理,提高最终图像的准确度。
6、结合第一方面第二种可能的实施方式或者第三种可能的实施方式，在第四种可能的实施方式中，光电转换单元还包括第一电荷传输门，其中，光电二极管的阴极通过第一电荷传输门连接比较器的输入端。控制器还在对光电二极管曝光第一预设时长后，控制第一电荷传输门导通；并在获取到信号电压后，控制第一电荷传输门关断。比较器还包括使能端，使能端用于接收控制器输出的第一控制信号，第一控制信号用于控制比较器的工作状态。锁存器包括使能端，使能端用于接收控制器输出的第二控制信号，第二控制信号用于控制锁存器的工作状态。控制器还在第一电荷传输门导通第二预设时长后，分别向比较器的使能端和锁存器的使能端输出第一控制信号和第二控制信号，以使比较器和锁存器均开始工作。并在比较器工作第三预设时长后，停止向比较器的使能端输出第一控制信号，以使比较器停止工作。在获取到信号电压后，停止向锁存器的使能端输出第二控制信号，以使锁存器停止工作。可以理解的，锁存器是在获取到信号电压后才停止工作的，可保证图像传感器在采集电压过程中不受外界光线变化的影响，可进一步提高采集到的电压(即复位电压和信号电压)的准确性，适用性强。
7、结合第一方面第四种可能的实施方式，在第五种可能的实施方式中，光电转换单元还包括第二电荷传输门，其中，光电二极管的阴极通过第二电荷传输门连接浮动扩散节点。控制器还在比较器停止工作后，也即图像传感器选择好入射光线的强度对应的转换增益模式后，控制第二电荷传输门导通第四预设时长后关断。并在第二电荷传输门关断后，控制器获取浮动扩散节点的电压得到信号电压。可以理解的，由于在第二电荷传输门在导通前，图像传感器就已经选择好入射光线的强度对应的转换增益模式，可保证浮动扩散节点有与入射光线对应的电容容量来存储光电二极管中导出的所有光生电子，所以在采集信号电压时第二电荷传输门只需要导通一次即可，从而防止第二电荷传输门第2次导通而引入非线性的问题，进而提高图像传感器的稳定性。
8、结合第一方面第五种可能的实施方式，在第六种可能的实施方式中，光电二极管的阴极和第二电荷传输门的第一端通过第一电荷传输门连接比较器的输入端，或者光电二极管的阴极通过第一电荷传输门连接第二电荷传输门的第一端和比较器的输入端。可以理解的，第一电荷传输门即可以位于光电二极管的阴极与第二电荷本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种图像传感器，其特征在于，所述图像传感器包括光电转换单元、信号读出单元和转换增益判断单元，所述光电转换单元包括光电二极管，所述信号读出单元包括浮动扩散节点、转换增益开关和第一电容，其中：
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述光电二极管的阴极和所述转换增益开关的第一端均连接所述浮动扩散节点，所述转换增益开关的第二端连接所述第一电容的一端，所述光电二极管的阳极和所述第一电容的另一端均连接参考地；
3.根据权利要求2所述的图像传感器，其特征在于，所述转换增益判断单元包括比较器和锁存器，所述比较器的输入端连接所述光电二极管的阴极，所述比较器的输出端通过所述锁存器连接所述转换增益开关的控制端，所述比较器用于比较所述光电二极管的阴极电压与所述参考电压的大小，并根据比较结果向所述锁存器输出所述控制电压；
4.根据权利要求3所述的图像传感器，其特征在于，所述图像传感器还包括第一开关和控制器，所述锁存器的输出端通过所述第一开关连接信号线；
5.根据权利要求3或4所述的图像传感器，其特征在于，所述光电转换单元还包括第一电荷传输门，
6.根据权利要求5所述的图像传感器，其特征在于，所述光电转换单元还包括第二电荷传输门，其中，所述光电二极管的阴极通过所述第二电荷传输门连接所述浮动扩散节点；
7.根据权利要求6所述的图像传感器，其特征在于，所述光电二极管的阴极和所述第二电荷传输门的第一端通过所述第一电荷传输门连接所述比较器的输入端，或者所述光电二极管的阴极通过所述第一电荷传输门连接所述第二电荷传输门的第一端和所述比较器的输入端。
8.根据权利要求6或7所述的图像传感器，其特征在于，所述信号读出单元还包括复位管，所述复位管的第一端和第二端分别连接电源和所述浮动扩散节点；
9.根据权利要求8所述的图像传感器，其特征在于，所述信号读出单元还包括第一源极跟随器和行选通器，所述图像传感器还包括相关双采样电路，所述第一源极跟随器的第一端、第二端和控制端分别连接所述电源、所述行选通器的第一端和所述浮动扩散节点，所述行选通器的第二端连接所述相关双采样电路；
10.根据权利要求6或7所述的图像传感器，其特征在于，所述信号读出单元还包括复位管，所述复位管的第一端和第二端分别连接电源和所述浮动扩散节点；
11.根据权利要求10所述的图像传感器，其特征在于，所述信号读出单元还包括第一源极跟随器、第二开关、第三开关、第四开关、第二电容、第三电容、第二源极跟随器和行选通器，所述图像传感器还包括相关双采样电路；所述第一源极跟随器的第一端、第二端和控制端分别连接所述电源、所述第二开关的第一端和所述浮动扩散节点，所述第二开关的第二端连接所述第二源极跟随器的控制端，所述第二源极跟随器的第一端和第二端分别连接所述电源和所述行选通器的第一端，所述行选通器的第二端连接所述相关双采样电路，所述第三开关与所述第二电容串联后连接至所述第二开关的第二端与所述参考地之间，所述第四开关与所述第三电容串联后连接至所述第二开关的第二端与所述参考地之间；
12.根据权利要求8-11任一项所述的图像传感器，其特征在于，所述控制器还用于在对所述光电二极管曝光前，控制所述复位管和所述第二电荷传输门导通第八预设时长后关断。
13.根据权利要求9或11所述的图像传感器，其特征在于，所述浮动扩散节点为所述第二电荷传输门的第二端、所述复位管的第二端和所述第一源极跟随器的控制端的连接点。
14.根据权利要求2-13任一项所述的图像传感器，其特征在于，所述图像传感器包括至少两个所述光电转换单元；
15.一种图像传感器的控制方法，其特征在于，所述图像传感器包括光电转换单元、信号读出单元和转换增益判断单元，所述光电转换单元包括光电二极管，所述信号读出单元包括浮动扩散节点、转换增益开关和第一电容，其中：所述浮动扩散节点，用于存储所述光电二极管将入射光转换得到的电信号所对应的电荷；所述转换增益开关，用于导通或者断开所述浮动扩散节点与所述第一电容之间的连接；
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述光电二极管的阴极和所述转换增益开关的第一端均连接所述浮动扩散节点，所述转换增益开关的第二端连接所述第一电容的一端，所述光电二极管的阳极和所述第一电容的另一端均连接参考地；所述转换增益判断单元的输入端和输出端分别连接所述光电二极管的阴极和所述转换增益开关的控制端。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述转换增益判断单元包括比较器和锁存器，...
【技术特征摘要】
1.一种图像传感器，其特征在于，所述图像传感器包括光电转换单元、信号读出单元和转换增益判断单元，所述光电转换单元包括光电二极管，所述信号读出单元包括浮动扩散节点、转换增益开关和第一电容，其中：
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述光电二极管的阴极和所述转换增益开关的第一端均连接所述浮动扩散节点，所述转换增益开关的第二端连接所述第一电容的一端，所述光电二极管的阳极和所述第一电容的另一端均连接参考地；
3.根据权利要求2所述的图像传感器，其特征在于，所述转换增益判断单元包括比较器和锁存器，所述比较器的输入端连接所述光电二极管的阴极，所述比较器的输出端通过所述锁存器连接所述转换增益开关的控制端，所述比较器用于比较所述光电二极管的阴极电压与所述参考电压的大小，并根据比较结果向所述锁存器输出所述控制电压；
4.根据权利要求3所述的图像传感器，其特征在于，所述图像传感器还包括第一开关和控制器，所述锁存器的输出端通过所述第一开关连接信号线；
5.根据权利要求3或4所述的图像传感器，其特征在于，所述光电转换单元还包括第一电荷传输门，其中，所述光电二极管的阴极通过所述第一电荷传输门连接所述比较器的输入端；
6.根据权利要求5所述的图像传感器，其特征在于，所述光电转换单元还包括第二电荷传输门，其中，所述光电二极管的阴极通过所述第二电荷传输门连接所述浮动扩散节点；
7.根据权利要求6所述的图像传感器，其特征在于，所述光电二极管的阴极和所述第二电荷传输门的第一端通过所述第一电荷传输门连接所述比较器的输入端，或者所述光电二极管的阴极通过所述第一电荷传输门连接所述第二电荷传输门的第一端和所述比较器的输入端。
8.根据权利要求6或7所述的图像传感器，其特征在于，所述信号读出单元还包括复位管，所述复位管的第一端和第二端分别连接电源和所述浮动扩散节点；
9.根据权利要求8所述的图像传感器，其特征在于，所述信号读出单元还包括第一源极跟随器和行选通器，所述图像传感器还包括相关双采样电路，所述第一源极跟随器的第一端、第二端和控制端分别连接所述电源、所述行选通器的第一端和所述浮动扩散节点，所述行选通器的第二端连接所述相关双采样电路；
10.根据权利要求6或7所述的图像传感器，其特征在于，所述信号读出单元还包括复位管，所述复位管的第一端和第二端分别连接电源和所述浮动扩散节点；
11.根据权利要求10所述的图像传感器，其特征在于，所述信号读出单元还包括第一源极跟随器、第二开关、第三开关、第四开关、第二电容、第三电容、第二源极跟随器和行选通器，所述图像传感器还包括相关双采样电路；所述第一源极跟随器的第一端、第二端和控制端分别连接所述电源、所述第二开关的第一端和所述浮动扩散节点，所述第二开关的第二端连接所述第二源极...
【专利技术属性】
技术研发人员：邓志鹏，李杨，胡慧，赵晓锦，左海彪，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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