本發(fā)明涉及一種圖像傳感器及其控制方法，尤其涉及一種CMOS圖像傳感器及其控制方法。

背景技術(shù)：

CMOS圖像傳感器是一種互補金屬氧化物半導(dǎo)體，是一種將光敏元件、放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、存儲器、數(shù)字信號處理器和計算機(jī)接口電路集成在一塊硅片上的圖像傳感器。該傳感器不需要復(fù)雜的處理過程，直接將圖像半導(dǎo)體產(chǎn)生的電子轉(zhuǎn)變成電壓信號，速度非常快。這個優(yōu)點使得CMOS傳感器對于高頻成像十分有效。

然而，多數(shù)CMOS傳感器只具備推掃或推幀的單一工作模式，生成單幅圖像且像元陣列中某一點損壞不可替換。能夠兼具可切換的推掃和推幀功能、高頻生成有規(guī)律的圖像序列、能夠有效避開損壞像元的高可靠性CMOS尚未出現(xiàn)。為此，我們提出一種具有推掃和推幀成像模式的多功能傳感器。

推掃式成像儀有時也稱為沿著軌道掃描儀(along track scanners),使用的傳感器安置在垂直于航天器的飛行方向，飛行器向前飛行時，一次可以收集一行的圖像。推幀式成像是沿著航天器的飛行方向收集一序列的面陣圖像。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提出一種能夠分區(qū)實現(xiàn)獨立圖像采集并且能夠?qū)崿F(xiàn)多種模式的多模式CMOS圖像傳感器及其控制方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種多模式CMOS圖像傳感器，該傳感器包括：獨立控制區(qū)域組，組中各個獨立控制區(qū)域包括像敏單元行及其獨立控制電路；外圍控制電路，用于對各個像敏單元行進(jìn)行行選驅(qū)動和提供工作時序；區(qū)段模式設(shè)置部件，用于對多個獨立控制區(qū)域進(jìn)行區(qū)段劃分并對劃分的區(qū)段進(jìn)行模式設(shè)置；以及與區(qū)段模式設(shè)置部件、外圍控制電路和各個獨立控制電路相連的區(qū)段模式配置部件，用于根據(jù)區(qū)段模式設(shè)置單元所設(shè)置的模式為相應(yīng)區(qū)段配置外圍控制電路和獨立控制電路的控制模式。

進(jìn)一步，所述模式是如下任一種：推掃、推幀、以及停用模式。

進(jìn)一步，該傳感器還包括與各個獨立控制區(qū)域的信號輸出端相連的損壞像元檢測部件以及與損壞像元檢測部件相連的損壞像元報告部件，其中，損壞像元檢測部件用于根據(jù)傳感器輸出的數(shù)據(jù)檢測像敏單元陣列中是否存在損壞的像敏單元以及損壞的像敏單元在像敏陣列中的位置；損壞像元報告部件用于向操作人員報告像敏單元陣列上存在損壞像元以及損壞的像敏單元所在的位置。

進(jìn)一步，區(qū)段模式配置部件將區(qū)段配置為推掃模式時，指示行選控制電路順序選通該區(qū)段內(nèi)各個像敏單元行，將該區(qū)段的全部像敏單元行配置為掃描頻率一致，并且選取該區(qū)段中一個獨立控制區(qū)域的輸出電路作為整個區(qū)段的輸出電路。

進(jìn)一步，區(qū)段模式配置部件將區(qū)段配置為推幀模式時，指示行選控制電路同時選通該區(qū)段內(nèi)全部像敏單元行，將該區(qū)段的全部像敏單元行配置為采樣時間相同，頻率一致，并且選取該區(qū)段中一個獨立控制區(qū)域的輸出電路作為整個區(qū)段的輸出電路。

進(jìn)一步，區(qū)段模式配置部件將區(qū)段配置為停用模式時，不再指示行選控制電路選通該獨立控制區(qū)域中所有像敏單元行。

進(jìn)一步，獨立控制區(qū)域組沿著列的方向分為第一區(qū)段、第二區(qū)段和第三區(qū)段三個區(qū)段，其中，第一區(qū)段和第三區(qū)段為推掃模式并且第二區(qū)段為推幀模式。

一種多模式CMOS圖像傳感器的控制方法，該方法包括步驟：將傳感器上獨立控制區(qū)域組劃分區(qū)段；為所劃分的各個區(qū)段設(shè)置模式；根據(jù)所設(shè)置的模式為相應(yīng)的區(qū)段配置外圍控制電路的控制模式。

進(jìn)一步，所述模式是如下任一種：推掃、推幀、以及停用模式。

進(jìn)一步，將區(qū)段設(shè)置為停用模式之前，該方法包括如下步驟：根據(jù)各個區(qū)段輸出的圖像信號檢測各個區(qū)段內(nèi)是否存在損壞的像敏單元，如果存在損壞的像敏單元則確定損壞的像敏單元所在的位置；檢測到損壞的像敏單元時報告存在損壞的像敏單元以及損壞的像敏單元所在的位置。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案主要的優(yōu)點如下：

一是在推掃模式成像時可高頻生成具有固定像元差的有規(guī)律的序列圖像，通過對所獲圖像進(jìn)行像元解混或積分，可有效提高圖像的分辨率及信噪比；二是由于可以不選取傳感器的某個或某些像元區(qū)域作為掃描區(qū)域，該設(shè)計可以使硬件成像時避開質(zhì)量有問題的像元，增加了器件的可靠性；三是可利用該器件多個通道對同一目標(biāo)極短時間內(nèi)多次成像的特點，實現(xiàn)光學(xué)相機(jī)成像的運動目標(biāo)檢測，為運動目標(biāo)檢測提供了一種新的方法。

附圖說明

通過閱讀下文優(yōu)選實施方式的詳細(xì)描述，各種其他的優(yōu)點和益處對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將變得清楚明了。附圖僅用于示出優(yōu)選實施方式的目的，而并不認(rèn)為是對本發(fā)明的限制。而且在整個附圖中，用相同的參考符號表示相同的部件。在附圖中：

圖1是本發(fā)明一個實施例所述的多模式CMOS圖像傳感器的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2示出圖1中外圍控制電路的具體結(jié)構(gòu)以及與區(qū)段模式配置部件的連接關(guān)系；

圖3示出本發(fā)明一個實施例所述的獨立區(qū)域控制電路的結(jié)構(gòu)；

圖4是圖像信號輸出的原理圖；

圖5是本發(fā)明所述的多模式CMOS圖像傳感器的控制方法的流程圖。

具體實施方式

下面將參照附圖更詳細(xì)地描述本公開的示例性實施例。雖然附圖中顯示了本公開的示例性實施例，然而應(yīng)當(dāng)理解，可以以各種形式實現(xiàn)本公開而不應(yīng)被這里闡述的實施例所限制。相反，提供這些實施例是為了能夠更透徹地理解本公開，并且能夠?qū)⒈竟_的范圍完整的傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。

如圖1所示，本發(fā)明的多模式CMOS圖像傳感器包括由多個獨立控制區(qū)域構(gòu)成的獨立控制區(qū)域組1和外圍控制電路2。

在本發(fā)明一個實施例中，多模式CMOS圖像傳感器上的像敏單元陣列是每n行像敏單元設(shè)有獨立區(qū)域控制電路，這里n為大于或等于1的整數(shù)，即每個獨立控制區(qū)域1包括n行像敏單元及其獨立區(qū)域控制電路?？商鎿Q地，在另一個實施例中像敏單元陣列中存在大小不同的獨立控制區(qū)域，比如前8行像敏單元是每2行設(shè)有獨立區(qū)域控制電路，中間128行像敏單元共用一個獨立區(qū)域控制電路，后16行像敏單元是每1行設(shè)有獨立區(qū)域控制電路。

如圖2所示，外圍控制電路2包括與像敏單元陣列的各行相連的行選控制電路21和時序工作電路22。其中，行選控制電路21用于為整個像敏單元陣列的各行提供工作脈沖，時序工作電路22用于為像敏單元陣列的各行提供獨立的工作時序，包括鎖相環(huán)(PLL)電路和與PLL電路相連的時序信號發(fā)生器。

如圖3所示，獨立區(qū)域控制電路包括行方向的地址譯碼器11和列方向的地址譯碼器12，獨立控制區(qū)域內(nèi)各個像敏單元按照行和列方向排列成陣列，陣列中的每一個像敏單元都有它在行和列方向上的地址，列方向的地址譯碼器12用于將行選控制電路21的地址選取指令轉(zhuǎn)換為對被選取行的驅(qū)動信號，行方向的地址譯碼器11用于將時序工作電路22的選取輸出指令轉(zhuǎn)換為對被選取的像敏單元的輸出驅(qū)動信號。獨立區(qū)域控制電路還包括與獨立控制區(qū)域內(nèi)各個像敏單元列相連的列放大器13、與列放大器13并行連接的多路模擬開關(guān)14、與多路模擬開關(guān)14并行連接的行方向的地址譯碼器11、與多路模擬開關(guān)14的串行輸出端相連的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D轉(zhuǎn)換器)15、與A/D轉(zhuǎn)換器15相連的預(yù)處理電路16、與預(yù)處理電路16相連的接口電路17、與接口電路17相連的時序工作電路22。獨立控制區(qū)域內(nèi)每個像敏單元都由行方向的地址譯碼器11和列方向的地址譯碼器12進(jìn)行選擇。每一列像敏單元都對應(yīng)于一個列放大器13，列放大器13的輸出信號分別連接到由行方向的地址譯碼器11進(jìn)行選擇的模擬多路開關(guān)14，并輸出至輸出放大器；輸出放大器13的輸出信號發(fā)送至A/D轉(zhuǎn)換器15進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，經(jīng)預(yù)處理電路16處理后通過接口電路17輸出。其中，時序工作電路22為整個CMOS圖像傳感器提供各種工作脈沖，這些脈沖均可以受控于接口電路17發(fā)來的同步控制信號。

圖像信號的輸出過程可由圖像傳感器陣列原理圖說明。如圖4示，在列方向的地址譯碼器12的控制下，依次序接通每行像敏單元上的模擬開關(guān)14，信號將通過行開關(guān)14傳送到列線上，再通過行方向的地址譯碼器11的控制，傳送到放大器13。由于設(shè)置了行與列的開關(guān)，而它們的選通是由兩個方向的地址譯碼器上所加的數(shù)碼控制的，因此，可以采用行、列兩個方向以移位寄存器的形式工作，實現(xiàn)逐行掃描或隔行掃描的輸出方式。也可以只輸出某一行或某一列的信號，使其按著與線陣式CCD(charge-coupled device，電耦合器件)相類似的方式工作。還可以選中所希望觀測的某些點的信號，如圖4所示的第i行第j列的信號。

為了實現(xiàn)分區(qū)段獨立采集圖像和/或多模式采集圖像，如圖1所示，該多模式CMOS圖像傳感器包括由多個獨立控制區(qū)域組成的獨立控制區(qū)域組1，每個獨立控制區(qū)域包括像敏單元行及其獨立控制電路；外圍控制電路2，用于對各個像敏單元行進(jìn)行行選驅(qū)動和提供工作時序；區(qū)段模式設(shè)置部件3，用于對多個獨立控制區(qū)域進(jìn)行區(qū)段劃分并對劃分的區(qū)段進(jìn)行模式設(shè)置；以及與區(qū)段模式設(shè)置部件3、外圍控制電路2以及獨立控制電路相連的區(qū)段模式配置部件4，用于根據(jù)區(qū)段模式設(shè)置單元3所設(shè)置的模式為相應(yīng)區(qū)段配置外圍控制電路2和獨立控制電路的控制模式。

區(qū)段模式配置部件4將區(qū)段配置為推掃模式時，指示行選控制電路21順序選通該區(qū)段內(nèi)各個像敏單元行，將該區(qū)段的全部像敏單元行配置為掃描頻率一致，并且選取該區(qū)段中一個獨立控制區(qū)域的輸出電路作為整個區(qū)段的輸出電路。區(qū)段模式配置部件4將區(qū)段配置為推幀模式時，指示行選控制電路21同時選通該區(qū)段內(nèi)全部像敏單元行，，將該區(qū)段的全部像敏單元行配置為采樣時間相同，頻率一致，并且選取該區(qū)段中一個獨立控制區(qū)域的輸出電路作為整個區(qū)段的輸出電路。區(qū)段模式配置部件4將區(qū)段配置為停用模式時，不再指示行選控制電路21選取停用的獨立控制區(qū)域。

進(jìn)一步地，該多模式CMOS圖像傳感器還包括與各個獨立控制區(qū)域的信號輸出端相連的損壞像元檢測部件5以及與損壞像元檢測部件5相連的損壞像元報告部件6。損壞像元檢測部件5用于根據(jù)傳感器輸出的信號來檢測像敏單元陣列中是否存在損壞的像敏單元以及損壞的像敏單元在像敏陣列中的位置。損壞像元檢測部件5將檢測結(jié)果發(fā)送給損壞像元報告部件6，損壞像元報告部件6用于向操作人員報告像敏單元陣列上存在損壞的像敏單元以及損壞的像敏單元所在的位置，比如在操作端的顯示屏上彈出文本框向操作人員報告。操作人員在得知損壞的像敏單元位于像敏單元陣列上的位置之后，可以指示區(qū)段模式設(shè)置部件3對像敏單元陣列進(jìn)行重新劃分，將損壞的像敏單元所在的單獨控制區(qū)域劃分為一個區(qū)段并將該區(qū)段設(shè)置為停用模式，則區(qū)段模式配置部件4收到哪個區(qū)段被設(shè)置為停用模式的指示后，將不再指示行選控制電路21選取停用模式區(qū)段中的各個像敏單元行。

在一個優(yōu)選實施例中，根據(jù)推掃模式和推幀模式采集圖像數(shù)據(jù)量的大小，像敏單元陣列沿著列的方向分為第一區(qū)段、第二區(qū)段和第三區(qū)段三個區(qū)段，即n＝3，每個區(qū)段成像時間和輸出可單獨選擇、控制。這種傳感器具備推掃成像模式、推幀成像模式以及停用模式。推掃模式選取第一區(qū)段、第二區(qū)段和第三區(qū)段中的1塊、2塊或3塊作為傳感器進(jìn)行推掃，被選取的區(qū)段的每一行獲取1幅圖像，其掃描頻率一致。推幀模式將第一區(qū)段、第二區(qū)段和第三區(qū)段中的1塊作為整體傳感器，每個區(qū)段獲取1幅圖像，像敏單元陣列感光時間相同，獲取信號逐行輸出。禁用模式選取像敏單元陣列中包含損壞的像敏單元的一個獨立控制區(qū)域停用。第一區(qū)段、第二區(qū)段和第三區(qū)段三個區(qū)段可各自獨立工作也可同時工作。第一區(qū)段和第三區(qū)段以推掃模式為主，第二區(qū)段以推幀模式為主。本發(fā)明的傳感器能夠在需要時重新劃分區(qū)段并設(shè)置模式，因此使用上非常靈活，用途廣泛。第一區(qū)段和第三區(qū)段相當(dāng)于位于同一成像平面上的兩個線陣傳感器，而且這兩個線陣傳感器間隔預(yù)定距離，這樣排布的傳感器尤其適用于運動目標(biāo)檢測，本發(fā)明的技術(shù)方案使得用于運動目標(biāo)檢測的同平臺多傳感器的檢測系統(tǒng)實現(xiàn)起來更加簡單、結(jié)構(gòu)排布尺寸等更加精準(zhǔn)。

區(qū)段模式配置部件4將區(qū)段配置為推掃模式時，指示行選控制電路21哪些獨立控制區(qū)域為一個推掃模式區(qū)段，將該區(qū)段的全部像敏單元行配置為掃描頻率一致，并且選取該區(qū)段中一個獨立控制區(qū)域的輸出電路作為整個區(qū)段的輸出電路。例如，選取第一區(qū)段、第二區(qū)段和第三區(qū)段中的1塊、2塊或3塊作為傳感器進(jìn)行推掃，相關(guān)傳感器的每一行獲取1幅圖像，該成像方式可生成具有固定像元差的圖像序列。區(qū)段模式配置部件4將區(qū)段配置為推幀模式時，指示行選控制電路21哪些獨立控制區(qū)域為一個推幀模式區(qū)段，將該區(qū)段的全部像敏單元行配置為采樣時間相同，頻率一致，并且選取該區(qū)段中一個獨立控制區(qū)域的輸出電路作為整個區(qū)段的輸出電路。例如，將第一區(qū)段、第二區(qū)段和第三區(qū)段中的一個區(qū)段作為整體傳感器進(jìn)行推幀，附加地，還可以再選取一個區(qū)段作為第二個整體傳感器進(jìn)行推幀，再次附加地，還可以選取一個區(qū)段作為第三個推幀傳感器。每個區(qū)段獲取1幅圖像，獲取信號逐行輸出。

第一區(qū)段、第二區(qū)段和第三區(qū)段三個區(qū)段可各自獨立工作也可同時工作。頭區(qū)段、尾區(qū)段以推掃模式為主，身區(qū)段以推幀模式為主。

如圖5示，上述的多模式CMOS圖傳感器的控制方法包括如下步驟：

將傳感器上多個獨立控制區(qū)域劃分區(qū)段；

為所劃分的各個區(qū)段設(shè)置模式，設(shè)置為推掃模式、推幀模式或停用模式；

根據(jù)所設(shè)置的模式為相應(yīng)的區(qū)段配置外圍控制電路的控制模式。

優(yōu)選地，將區(qū)段設(shè)置為停用模式之前，該方法包括如下步驟：

根據(jù)各個區(qū)段輸出的圖像信號檢測各個區(qū)段內(nèi)是否存在損壞的像敏單元，如果存在損壞的像敏單元則確定損壞的像敏單元所在的位置；

檢測到損壞的像敏單元時報告存在損壞的像敏單元以及損壞的像敏單元所在的位置。