[發(fā)明專利]用于高性能CMOS圖像傳感器的算術(shù)計(jì)數(shù)器電路、配置和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210384325.5
• 申請(qǐng)日: 2012-10-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103051850A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-04-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 莫要武;徐辰;瞿旻;代鐵軍;駱曉東;王睿
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 全視科技有限公司
• 主分類號(hào): H04N5/374
• 分類號(hào): H04N5/374;H04N5/3745;H04N5/378
• 代理公司: 北京律盟知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11287
• 代理人: 齊楊

相關(guān)申請(qǐng)案的交叉參考

本申請(qǐng)案根據(jù)35U.S.C.119(e)主張2011年10月11日申請(qǐng)的第61/545,993號(hào)美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)案的優(yōu)先權(quán)，所述申請(qǐng)案特定地以全文引用的方式并入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明的實(shí)施例大體上涉及一種系統(tǒng)、方法和設(shè)備，其實(shí)施用于具有背側(cè)照明的高速CMOS圖像傳感器的多行同時(shí)讀出方案。本發(fā)明的另一實(shí)施例大體上涉及一種系統(tǒng)、方法和設(shè)備，其實(shí)施高動(dòng)態(tài)范圍子取樣架構(gòu)。本發(fā)明的又一實(shí)施例大體上涉及一種系統(tǒng)和設(shè)備，其實(shí)施用于高性能CMOS圖像傳感器的算術(shù)計(jì)數(shù)器電路。

背景技術(shù)

高速圖像傳感器已經(jīng)廣泛用于不同領(lǐng)域中的許多應(yīng)用中，所述領(lǐng)域包含汽車(chē)領(lǐng)域、機(jī)器視覺(jué)領(lǐng)域以及專業(yè)視頻攝影的領(lǐng)域。高速圖像傳感器的發(fā)展進(jìn)一步受到消費(fèi)者市場(chǎng)對(duì)具有減少的滾動(dòng)快門(mén)效應(yīng)的高速慢動(dòng)作視頻和正常高清晰度(HD)視頻的持續(xù)需求所驅(qū)動(dòng)。

具有背側(cè)照明的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(“CMOS”)圖像傳感器在高端CMOS圖像市場(chǎng)中是主導(dǎo)的，因?yàn)槠淇山M合高性能與成熟CMOS圖像傳感器工藝以用于大量生產(chǎn)。具有背側(cè)照明的CMOS圖像傳感器提供了針對(duì)高速下(即，對(duì)于60FPS的16.7ms)的較好低光性能的較高敏感性的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。此優(yōu)點(diǎn)使得具有背側(cè)照明的CMOS圖像傳感器對(duì)于不包含在照相應(yīng)用中可用的閃光燈或頻閃燈的視頻應(yīng)用是需要的。具有背側(cè)照明的CMOS圖像傳感器還提供了像素陣列的前側(cè)上的布線的更大靈活性，且可實(shí)施更復(fù)雜的布線以獲得更好性能。

當(dāng)前CMOS圖像傳感器上的高速架構(gòu)實(shí)施多通道列并行架構(gòu)，其中幀速率受到行時(shí)間限制，所述行時(shí)間界定為傳感器讀出陣列中的一行像素所花的時(shí)間。此行時(shí)間限制產(chǎn)生了高速圖像傳感器設(shè)計(jì)的瓶頸。

此外，許多應(yīng)用需要高動(dòng)態(tài)范圍(HDR)來(lái)俘獲從夜視的10^-1勒克斯到明亮日光或直接頂光的光條件的10⁵勒克斯的場(chǎng)景照明范圍。此高動(dòng)態(tài)范圍對(duì)應(yīng)于至少100dB的動(dòng)態(tài)范圍。當(dāng)前的電荷耦合裝置(CCD)和CMOS傳感器無(wú)法實(shí)現(xiàn)此范圍，原因在于滿阱限制和通常約為60~70dB的噪聲底限限制。需要高動(dòng)態(tài)范圍傳感器設(shè)計(jì)來(lái)將CMOS圖像傳感器的應(yīng)用擴(kuò)展到高動(dòng)態(tài)范圍領(lǐng)域中。

列并行模/數(shù)(ADC)架構(gòu)由于與全局ADC架構(gòu)相比其在速度、功率和結(jié)構(gòu)噪聲減少方面較好的性能而已經(jīng)廣泛使用。列并行ADC結(jié)合較高級(jí)的CMOS技術(shù)提供了較好的功率消耗和面積效率，同時(shí)提供較復(fù)雜的圖像處理能力。

發(fā)明內(nèi)容

本文描述一種實(shí)施用于具有背側(cè)照明的高速CMOS圖像傳感器的多行同時(shí)讀出方案的系統(tǒng)、方法和設(shè)備。在一個(gè)實(shí)施例中，操作圖像傳感器的方法以獲取色彩像素陣列內(nèi)的圖像數(shù)據(jù)開(kāi)始，且隨后同時(shí)讀出來(lái)自所述色彩像素陣列中的第一組多個(gè)行的所述圖像數(shù)據(jù)。在此實(shí)施例中，同時(shí)讀出來(lái)自所述第一組多個(gè)行的所述圖像數(shù)據(jù)包含：同時(shí)地通過(guò)第一讀出電路選擇來(lái)自所述第一組的所述圖像數(shù)據(jù)的第一部分且通過(guò)第二讀出電路選擇來(lái)自所述第一組的所述圖像數(shù)據(jù)的第二部分。在此實(shí)施例中，來(lái)自所述第一組的所述圖像數(shù)據(jù)的所述第一和第二部分不同，且所述第一和第二讀出電路也不同。

本文還描述一種實(shí)施高動(dòng)態(tài)范圍子取樣(“HDR區(qū)間”)架構(gòu)的系統(tǒng)、方法和設(shè)備。在一個(gè)實(shí)施例中，使用包含像素陣列的圖像傳感器，所述像素陣列包含具有第一積分時(shí)間的第一超級(jí)行和具有第二積分時(shí)間的第二超級(jí)行。在此圖像傳感器中實(shí)施高動(dòng)態(tài)范圍(HDR)區(qū)間算法的方法通過(guò)將來(lái)自第一超級(jí)行的圖像數(shù)據(jù)讀出到計(jì)數(shù)器中而開(kāi)始。所述第一超級(jí)行是像素陣列的第一組多個(gè)行。隨后可將來(lái)自第一超級(jí)行的圖像數(shù)據(jù)乘以一因數(shù)以獲得經(jīng)相乘的數(shù)據(jù)。所述因數(shù)是第一積分時(shí)間與第二積分時(shí)間之間的比率。隨后將經(jīng)相乘的數(shù)據(jù)與預(yù)定數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。在此實(shí)施例中，將來(lái)自第二超級(jí)行的圖像數(shù)據(jù)讀出到計(jì)數(shù)器中。第二超級(jí)行是像素陣列的第二組多個(gè)行。如果經(jīng)相乘的數(shù)據(jù)大于預(yù)定數(shù)據(jù)，那么將來(lái)自第一超級(jí)行的經(jīng)相乘的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在計(jì)數(shù)器中。然而，如果經(jīng)相乘的數(shù)據(jù)小于預(yù)定數(shù)據(jù)，那么將來(lái)自第二超級(jí)行的圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在計(jì)數(shù)器中。