[发明专利]固态图像传感器和图像感测方法

说明书

技术领域

本发明总体上涉及半导体领域，更特别地，涉及一种固态图像传感器和图像感测方法，其能够在不牺牲分辨率和帧率的情况下，显著减小数据传输量，因此尤其适合于视频监控、汽车辅助驾驶等领域。

背景技术

固态图像传感器已经广泛应用于人们的日常生活中，包括例如相机、诸如手机之类的便携式电子设备上的摄像头、各种视频监控摄像头、以及例如汽车上安装的用于高级辅助驾驶系统(ADAS)的摄像头等。这里，“固态”是指这些图像传感器是基于半导体工艺制造的。常见的固态图像传感器包括电荷耦合器件(CCD)型和互补金属氧化物半导体(CMOS)型，其均是利用诸如光电二极管之类的光电转换器件将光信号转换成电信号，从而获得图像数据。

固态图像传感器的重要参数包括分辨率和帧率。分辨率体现了图像的精细程度，分辨率越高，越能反映图像的细节。帧率反映了所捕捉的不同图像之间的时间间隔，帧率越高，越能反应不同图像之间的细微变化。因此，在图像识别领域，高的分辨率和帧率是有益的。例如在高级辅助驾驶领域，当车辆高速行驶时，高的分辨率和帧率有助于反映驾驶环境的细节及其高速变化，从而有助于快速形成正确的驾驶策略。

然而，高的分辨率和帧率对数据的传输和处理能力提出了挑战。尤其是在目前，摩尔定律已经快要走到尽头，硬件能力的进一步提升已经非常困难。高的分辨率和帧率会产生海量的数据，并且需要对这些数据进行处理，例如传输、图形识别、以及对象计算(包括距离、速度等的计算)等，这已经超出了目前硬件的计算能力，而仅依靠算法的改进是难以解决该问题的。因此，虽然现有的固态图像传感器已经实现了高的分辨率和帧率，但是在视频监控、汽车高级辅助驾驶等领域，囿于当前的硬件计算能力，仍只能选用中低分辨率和帧率的图像传感器产品。

因此，仍需要一种图像传感器和图像感测方法，其能够以少量的数据实现高的分辨率和帧率，从而降低数据处理的负荷。

发明内容

针对现有技术中的上述和其他问题，本发明的一个方面在于提供一种图像传感器和图像感测方法，其能够以少量的数据实现高的分辨率和帧率，并且降低后续图像处理的运算负荷。

根据一实施例，一种固态图像传感器可包括：像素阵列，具有排列成行和列的多个像素单元，每个像素单元具有将光信号转换成电信号的光电转换器件；模数转换器，配置为将每个像素单元产生的模拟电信号转换成数字信号，从而获得每个像素单元的像素值；以及输出单元，配置为输出当前帧像素值与前一帧像素值之间的差值。

在一些示例中，所述输出单元仅输出非零差值。

在一些示例中，针对每列像素单元设置有一个所述模数转换器，以将该列中的每个像素单元产生的模拟电信号转换成数字信号。

在一些示例中，所述输出单元包括：多个移位寄存器，每个移位寄存器的输入端连接到对应的模数转换器；多个减法器，每个减法器的一个输入端连接到对应的模数转换器，另一输入端连接到对应的移位寄存器的输出端，从而输出来自所述模数转换器的当前帧像素值与来自所述移位寄存器的前一帧像素值之间的差值；以及编码器，连接到所述多个减法器，以将所述差值与其对应的像素地址编码输出。

在一些示例中，所述多个移位寄存器中的每个移位寄存器的移位长度等于对应列的像素单元的数量。

在一些示例中，所述输出单元包括：移位寄存器，其输入端连接到每个所述模数转换器；减法器，其一个输入端连接到每个所述模数转换器，另一输入端连接到所述移位寄存器的输出端，从而输出来自所述模数转换器的当前帧像素值与来自所述移位寄存器的前一帧像素值之间的差值；以及编码器，配置为将所述差值与其对应的像素地址编码输出。

在一些示例中，所述移位寄存器的移位长度等于所述像素阵列中的像素单元的数量。

在一些示例中，所述输出单元包括：针对每列设置的多个寄存器，每个寄存器存储有对应列的像素单元的前一帧像素值；多个减法器，每个减法器的一个输入端连接到对应的模数转换器，另一输入端连接到对应的寄存器，从而输出来自所述模数转换器的当前帧像素值与来自所述移位寄存器的前一帧像素值之间的差值；编码器，连接到所述多个减法器，以将所述差值与其对应的像素地址编码输出；以及多个累加器，连接到对应的减法器和寄存器，将来自所述减法器的所述差值与所述寄存器中的前一帧像素值相加以获得所述当前帧像素值，并且用所述当前帧像素值更新所述寄存器中的前一帧像素值。