读出电路、图像传感器及摄像系统技术方案

技术编号：40920131 阅读：3 留言：0更新日期：2024-04-18 14:45

本发明专利技术提供了一种图像传感器的读出电路、图像传感器及摄像系统。读出电路包括与图像传感器的M×N的像素阵列耦接的驱动电路，以及P1×N的采样电路阵列、P1×P2的斜坡产生器阵列、P1×N的模数转换电路阵列以及图像帧数据产生电路。采样电路阵列分别耦接像素阵列和模数转换电路阵列，模数转换电路阵列耦接斜坡产生器阵列和图像帧数据产生电路。读出电路能够采集像素阵列产生的电荷并根据卷积核以及预设卷积步长对模拟域的电信号图像数据进行卷积处理生成大小为P3×P4的第二电信号图像数据。本发明专利技术能够在保证图像传感器的识别准确度和鲁棒性的同时，减少数字电路的运算量，降低相关数字电路的功耗和面积。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及成像，尤其涉及一种读出电路、图像传感器及摄像系统。

技术介绍

1、请参见图1，图1示意性地给出了相关技术中图像传感器的结构框图。从图1可以看出，相关技术中的图像传感器主要包括像素阵列100、时序控制逻辑电路200、第一行驱动电路311、第一读出电路410以及第一图像处理器510。相关技术中的图像传感器的工作原理大致如下：外界光照射像素阵列100，像素阵列100的像素单元110发生光电效应产生相应的电荷；在时序控制逻辑电路200的控制下，第一行驱动电路311选择相应行的像素单元110，然后对应行的像素单元110通过第一读出电路410将电信号输出到模数转换器411；接着模数转换器411根据第一斜坡产生器412提供的增益参数对电信号进行调整并转换成数字图像信号输出至第一图像处理器510；最后，第一图像处理器510对接收到的数字图像信号进行处理以得到相应的结果（例如人脸识别，物体识别等等）。为了提高识别的准确度和鲁棒性，相关技术中通常选用具有神经网络处理功能的第一图像处理器510对数字图像信号进行计算，以得到相应的结果。

2、然而，具有神经网络功能的第一图像处理器510需要处理大量数据，计算量较大，导致功耗和电路面积都很大，不仅不利于边缘计算的应用，而且对相关元器件的要求及散热要求都比较高，导致图像传感器的成本较高。

3、需要说明的是，公开于该专利技术
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部分的信息仅仅旨在加深对本专利技术一般
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的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

1、本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术中具有神经网络处理功能的图像处理器因计算量大导致图像传感器的功耗和面积均较大的技术问题，提供一种读出电路、图像传感器及摄像系统，本专利技术通过对模拟域的图像信号进行矩阵卷积计算，能够在不影响图像传感器的识别准确度和鲁棒性的情况下，减少数字电路（比如图像处理器）的运算量，显著降低相关数字电路的功耗和面积，不仅使得采用本专利技术提供的读出电路的图像传感器更加小型化和轻量化，而且具有电路结构简单且成本低、易于实施的优点。

2、为实现上述目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种图像传感器的读出电路，所述图像传感器包括大小为m×n的像素阵列以及图像处理器；所述读出电路包括与所述像素阵列耦接的驱动电路，以及大小为p1×n的采样电路阵列、大小为p1×p2的斜坡产生器阵列、大小为p1×n的模数转换电路阵列以及图像帧数据产生电路；m和n分别为所述像素阵列的行数和列数，p1和p2分别为用于对模拟信号进行卷积运算的卷积核的高度和宽度；

3、所述采样电路阵列的第一端耦接所述像素阵列的输出端，所述采样电路阵列的第二端耦接所述模数转换电路阵列的第一端，所述模数转换电路阵列的第二端耦接所述斜坡产生器阵列，所述模数转换电路阵列的第三端耦接所述图像帧数据产生电路的第一端，所述图像帧数据产生电路的第二端被配置为耦接所述图像处理器；

4、所述读出电路，被配置为采集所述像素阵列产生的电荷得到第一电信号图像数据，并根据所述卷积核以及预设卷积步长对所述第一电信号图像数据进行卷积处理生成大小为p3×p4的第二电信号图像数据，以及将所述第二电信号图像数据发送至所述图像处理器；其中，p3大于或等于p1且p3小于或等于m；p4大于或等于p2且p4小于或等于n。

5、可选地，所述驱动电路，被配置为根据所述预设卷积步长的高度，以p1行像素单元为单位依序将所述像素阵列的电荷发送至所述采样电路阵列；

6、所述采样电路阵列，被配置为根据所述电荷生成第一电信号图像数据；

7、所述模数转换电路阵列，被配置为每p1×p2个模数转换电路子阵列根据所述预设卷积步长的宽度以及所述斜坡产生器阵列的增益参数对所述第一电信号图像数据进行权重调整，得到第四电信号图像数据；

8、所述图像帧数据产生电路，被配置为对所述第四电信号图像数据进行卷积计算，生成所述第二电信号图像数据。

9、可选地，所述驱动电路包括行驱动电路以及n个列读出电路；所述行驱动电路以及n个所述列读出电路与所述像素阵列耦接，所述像素阵列的每p1行像素单元为一组，且同组内的同一列的p1个所述像素单元分别与所述采样电路阵列相应列的p1个采样电路单元的第一端对应耦接；

10、所述行驱动电路，被配置为以p1行像素单元为单位逐行选通所述像素阵列，所述列读出电路被配置为将当前被选通行的所有列的所述像素单元内的电荷同时发送至对应的所述采样电路单元；

11、所述采样电路阵列，被配置为将所述采样电路单元根据所述电荷生成的模拟像素数据生成第一电信号图像数据，并将所述第一电信号图像数据发送至所述模数转换电路阵列。

12、可选地，所述采样电路阵列的每一列所述采样电路单元的第一端分别与对应列的一组所述列读出电路的第二端耦接，每一个所述采样电路单元的第二端一一对应耦接所述模数转换电路阵列的模数转换电路单元的第一端。

13、可选地，所述采样电路阵列的采样电路单元包括信号重置开关、信号采集开关、第一mos管、第二mos管以及选通开关；所述信号重置开关的第一端以及所述信号采集开关的第一端耦接所述像素单元，所述信号重置开关的第二端耦接所述第一mos管的栅极，所述信号采集开关的第二端耦接所述第二mos管的栅极，所述第一mos管的第一端被配置为耦接第一阈值电压，所述第二mos管的第一端被配置为耦接第二阈值电压，所述第一mos管的第二端以及所述第二mos管的第二端耦接所述选通开关的第一端，所述选通开关的第二端耦接所述采样电路单元对应的所述模数转换电路单元的第一端。

14、可选地，所述斜坡产生器阵列的斜坡产生器被配置为根据所述预设卷积步长的高度和宽度，与生成所述第四电信号图像数据的p1×p2个所述模数转换电路子阵列的模数转换电路单元的第二端一一对应耦接；

15、所述斜坡产生器，被配置为向对应的所述模数转换电路单元提供所述增益参数。

16、可选地，所述模数转换电路阵列的模数转换电路单元包括比较器、计数器以及存储单元；所述比较器的第一输入端耦接所述采样电路阵列的采样电路单元的第二端，所述比较器的第二输入端耦接对应的所述斜坡产生器的第一端，所述比较器的输出端耦接所述存储单元；所述斜坡产生器的第二端耦接所述计数器的输出端；

17、所述计数器，被配置为向所述斜坡产生器输出计数信号，以使得所述斜坡产生器产生所述增益参数；

18、所述比较器，被配置为根据所述增益参数以及与其对应的所述采样电路单元的输出信号，生成所述第四电信号图像数据的像素数据。

19、可选地，所述图像帧数据产生电路的第一端耦接所述存储单元；

20、所述图像帧数据产生电路，被配置为根据所述预设卷积步长，以所述第四电信号图像数据的大小为p1×p2的子图像为单位进行卷积处理，生成大小为p3×p4的第二电信号图像数据。

21、为了实现本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种图像传感器的读出电路，所述图像传感器包括大小为M×N的像素阵列以及图像处理器；其特征在于，所述读出电路包括与所述像素阵列耦接的驱动电路，以及大小为P1×N的采样电路阵列、大小为P1×P2的斜坡产生器阵列、大小为P1×N的模数转换电路阵列以及图像帧数据产生电路；M和N分别为所述像素阵列的行数和列数，P1和P2分别为用于对模拟信号进行卷积运算的卷积核的高度和宽度；

2.根据权利要求1所述的读出电路，其特征在于，所述驱动电路，被配置为根据所述预设卷积步长的高度，以P1行像素单元为单位依序将所述像素阵列的电荷发送至所述采样电路阵列；

3.根据权利要求2所述的读出电路，其特征在于，所述驱动电路包括行驱动电路以及N个列读出电路；所述行驱动电路以及N个所述列读出电路与所述像素阵列耦接，所述像素阵列的每P1行像素单元为一组，且同组内的同一列的P1个所述像素单元分别与所述采样电路阵列相应列的P1个采样电路单元的第一端对应耦接；

4.根据权利要求3所述的读出电路，其特征在于，所述采样电路阵列的每一列所述采样电路单元的第一端分别与对应列的一组所述列读出电路的

5.根据权利要求4所述的读出电路，其特征在于，所述采样电路阵列的采样电路单元包括信号重置开关、信号采集开关、第一MOS管、第二MOS管以及选通开关；所述信号重置开关的第一端以及所述信号采集开关的第一端耦接所述像素单元，所述信号重置开关的第二端耦接所述第一MOS管的栅极，所述信号采集开关的第二端耦接所述第二MOS管的栅极，所述第一MOS管的第一端被配置为耦接第一阈值电压，所述第二MOS管的第一端被配置为耦接第二阈值电压，所述第一MOS管的第二端以及所述第二MOS管的第二端耦接所述选通开关的第一端，所述选通开关的第二端耦接所述采样电路单元对应的所述模数转换电路单元的第一端。

6.根据权利要求3所述的读出电路，其特征在于，所述斜坡产生器阵列的斜坡产生器被配置为根据所述预设卷积步长的高度和宽度，与生成所述第四电信号图像数据的P1×P2个所述模数转换电路子阵列的模数转换电路单元的第二端一一对应耦接；

7.根据权利要求2所述的读出电路，其特征在于，所述模数转换电路阵列的模数转换电路单元包括比较器、计数器以及存储单元；所述比较器的第一输入端耦接所述采样电路阵列的采样电路单元的第二端，所述比较器的第二输入端耦接对应的所述斜坡产生器的第一端，所述比较器的输出端耦接所述存储单元；所述斜坡产生器的第二端耦接所述计数器的输出端；

8.根据权利要求7所述的读出电路，其特征在于，所述图像帧数据产生电路的第一端耦接所述存储单元；

9.一种图像传感器，其特征在于，包括像素阵列、如权利要求1至8任一项所述的读出电路以及图像处理器；

10.一种摄像系统，其特征在于，包括如权利要求1至8任一项所述的读出电路或如权利要求9所述的图像传感器。

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【技术特征摘要】

1.一种图像传感器的读出电路，所述图像传感器包括大小为m×n的像素阵列以及图像处理器；其特征在于，所述读出电路包括与所述像素阵列耦接的驱动电路，以及大小为p1×n的采样电路阵列、大小为p1×p2的斜坡产生器阵列、大小为p1×n的模数转换电路阵列以及图像帧数据产生电路；m和n分别为所述像素阵列的行数和列数，p1和p2分别为用于对模拟信号进行卷积运算的卷积核的高度和宽度；

2.根据权利要求1所述的读出电路，其特征在于，所述驱动电路，被配置为根据所述预设卷积步长的高度，以p1行像素单元为单位依序将所述像素阵列的电荷发送至所述采样电路阵列；

3.根据权利要求2所述的读出电路，其特征在于，所述驱动电路包括行驱动电路以及n个列读出电路；所述行驱动电路以及n个所述列读出电路与所述像素阵列耦接，所述像素阵列的每p1行像素单元为一组，且同组内的同一列的p1个所述像素单元分别与所述采样电路阵列相应列的p1个采样电路单元的第一端对应耦接；

4.根据权利要求3所述的读出电路，其特征在于，所述采样电路阵列的每一列所述采样电路单元的第一端分别与对应列的一组所述列读出电路的第二端耦接，每一个所述采样电路单元的第二端一一对应耦接所述模数转换电路阵列的模数转换电路单元的第一端。

5.根据权利要求4所述的读出电路，其特征在于，所述采样电路阵列的采样电路单元包括信号重置开关、信号采集开关、第一mos管、第二mos管以及选通开关；所述信号重置开关的第一端以及所述信号采集...

【专利技术属性】
技术研发人员：左亮，乔文浩，杨征，
申请(专利权)人：珠海燧景科技有限公司，
类型：发明
国别省市：

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