圖像傳感器及圖像處理系統(tǒng)榮譽(yù)表彰

2018年12月20日，《圖像傳感器及圖像處理系統(tǒng)》獲得第二十屆中國(guó)專利優(yōu)秀獎(jiǎng)。

如專利背景中所述，CCD圖像傳感器和CMOS圖像傳感器的制作工藝和基本架構(gòu)都不相同，因此，通常只能從整體上由CMOS圖像傳感器來(lái)替代CCD圖像傳感器，而不能實(shí)現(xiàn)兼容性的替代。

然而，在某些場(chǎng)合，例如監(jiān)控系統(tǒng)里卻大多采用CCD圖像傳感器，并且由于CCD圖像傳感器采用互補(bǔ)色技術(shù)使得其具有了比CMOS圖像傳感器更好的靈敏度。如果用CMOS圖像傳感器整體替代CCD圖像傳感器時(shí)，就會(huì)使得CCD圖像傳感器的優(yōu)勢(shì)喪失。而若仍采用CCD圖像傳感器時(shí)，又會(huì)受到工藝等其他因素的限制使得其具有較高的成本。

《圖像傳感器及圖像處理系統(tǒng)》技術(shù)方案中可以采用CMOS圖像傳感器作為內(nèi)核，由控制信號(hào)轉(zhuǎn)換電路將CCD圖像傳感器的各類驅(qū)動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)化為適應(yīng)CMOS圖像傳感器的時(shí)序控制信號(hào)，而其他的控制，如模擬增益、電流電壓偏置等依舊可以由CMOS圖像傳感器的附屬電路中的寄存器控制?！秷D像傳感器及圖像處理系統(tǒng)》技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)了CCD圖像傳感器和CMOS圖像傳感器的兼容性替代，使得應(yīng)用更加靈活，在提高了實(shí)用性的同時(shí)，還有效地降低了成本。

為使《圖像傳感器及圖像處理系統(tǒng)》的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)《圖像傳感器及圖像處理系統(tǒng)》的具體實(shí)施方式做詳細(xì)的說(shuō)明。

在以下描述中闡述了具體細(xì)節(jié)以便于充分理解《圖像傳感器及圖像處理系統(tǒng)》。但是《圖像傳感器及圖像處理系統(tǒng)》能夠以多種不同于在此描述的其它方式來(lái)實(shí)施，該領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背《圖像傳感器及圖像處理系統(tǒng)》內(nèi)涵的情況下做類似推廣。因此《圖像傳感器及圖像處理系統(tǒng)》不受下面公開的具體實(shí)施方式的限制。

圖8示出了《圖像傳感器及圖像處理系統(tǒng)》圖像傳感器的一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。參考圖8，所述圖像傳感器包括：CMOS感光陣列100、控制信號(hào)轉(zhuǎn)換電路200、行選電路300和列選電路400。

所述CMOS感光陣列100，用于將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。在該實(shí)施方式中，所述CMOS感光陣列與2012年8之前技術(shù)中CMOS圖像傳感器中的感光陣列相類似，其既可以采用2012年8之前技術(shù)中四管的像素陣列，也可以采用其他形式的CMOS感光陣列，《圖像傳感器及圖像處理系統(tǒng)》對(duì)此不做限制。

所述控制信號(hào)轉(zhuǎn)換電路200，用于將第一控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為第二控制信號(hào)。所述第一控制信號(hào)用于驅(qū)動(dòng)CCD感光陣列的操作，其至少包括：垂直轉(zhuǎn)移信號(hào)XV1~XV4、水平轉(zhuǎn)移信號(hào)XH1~XH2、電子快門信號(hào)XSUB和讀出時(shí)鐘信號(hào)XSG。所述第二控制信號(hào)至少包括：行復(fù)位控制信號(hào)Ai、行讀出控制信號(hào)和列地址信號(hào)Aj。

所述行選電路300連接所述控制信號(hào)轉(zhuǎn)換電路200，用于根據(jù)所述行復(fù)位控制信號(hào)Ai產(chǎn)生行復(fù)位信號(hào)RSTi、TXi和Xi；根據(jù)所述行讀出控制信號(hào)Ak產(chǎn)生行讀出信號(hào)RSTk、TXk和Xk。所述行復(fù)位信號(hào)RSTi、TXi和Xi用于控制CMOS感光陣列100中各行的復(fù)位操作；所述行讀出信號(hào)RSTk、TXk和Xk用于控制CMOS感光陣列100中各行的讀出操作。

需要說(shuō)明的是，在該實(shí)施方式中，所述垂直轉(zhuǎn)移信號(hào)包括了CCD圖像傳感器中比較常用的四相的垂直轉(zhuǎn)移信號(hào)（XV1~XV4），所述水平轉(zhuǎn)換信號(hào)包括了兩相水平轉(zhuǎn)換信號(hào)（XH1~XH2），但是其不應(yīng)限制《圖像傳感器及圖像處理系統(tǒng)》的包括范圍，《圖像傳感器及圖像處理系統(tǒng)》同樣適用于其他的CCD控制信號(hào)，如三相垂直轉(zhuǎn)換信號(hào)或四相水平轉(zhuǎn)換信號(hào)。

繼續(xù)參考圖8，所述列選電路400連接所述控制信號(hào)轉(zhuǎn)換電路200，并通過(guò)檢測(cè)位線BL0~BLj連接至所述CMOS感光陣列100。所述列選電路400用于接收第二控制信號(hào)中的列地址信號(hào)Aj，在所述列地址信號(hào)Aj的控制下對(duì)CMOS感光陣列100進(jìn)行列選通并輸出列讀出信號(hào)。

該實(shí)施方式中的行選電路300可以采用行譯碼器或移位寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)行操作；所述列選電路400可以采用列譯碼器或移位寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)列操作。

另外，在該實(shí)施方式中，所述圖像傳感器輸出的讀出信號(hào)可以是經(jīng)過(guò)模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號(hào)，也可以是未經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換的模擬信號(hào)，《圖像傳感器及圖像處理系統(tǒng)》對(duì)此不做限制。較佳地，由于在CMOS的工藝上較容易將A/D轉(zhuǎn)換器集成在同一芯片上，所以，所述圖像傳感器輸出數(shù)字信號(hào)對(duì)系統(tǒng)集成更為方便。

當(dāng)然，該實(shí)施方式中的圖像傳感器還可以包括附屬電路，如包括參考電壓電流源、電荷泵和電壓調(diào)節(jié)器等，還可以包括用于控制的寄存器和寄存器通信用的接口（如通常使用的串行接口I2C和SPI等等），以及其他控制邏輯、圖像預(yù)處理電路等。這些附屬電路與2012年8月之前的CMOS圖像傳感器中的相應(yīng)電路相類似，故在此不再贅述。

由前述內(nèi)容可知，傳統(tǒng)的CMOS圖像傳感器是一個(gè)主動(dòng)器件，其曝光時(shí)間、模擬增益等參數(shù)存放在其中的控制寄存器中。CMOS感光陣列經(jīng)過(guò)曝光時(shí)間之后，各行依次被讀出，在讀每行時(shí)，行中各像素被依次讀出。當(dāng)前讀出行和當(dāng)前讀出像素由行選電路和列選電路決定。行選擇和列選擇的地址或移位寄存器由內(nèi)部時(shí)序控制邏輯決定。

具體地，一幀讀出時(shí)，幀同步信號(hào)（FRAME_VALID）變?yōu)楦唠娖?，直到這一幀的讀出完全結(jié)束時(shí)變?yōu)榈碗娖健Ｃ恳恍凶x出時(shí)，一行的有效數(shù)據(jù)輸出期間，行同步信號(hào)（LINE_VALID）變?yōu)楦唠娖?，下游的接收端根?jù)幀同步和行同步信號(hào)正確地接受圖像數(shù)據(jù)。

在傳統(tǒng)的CMOS圖像傳感器的使用中，控制寄存器由外部經(jīng)過(guò)串口寫入。CMOS圖像傳感器一旦開始工作，其控制、時(shí)序及地址產(chǎn)生順序都是由內(nèi)部的控制機(jī)產(chǎn)生。

而在《圖像傳感器及圖像處理系統(tǒng)》技術(shù)方案的圖像傳感器結(jié)構(gòu)中，傳統(tǒng)的CMOS圖像傳感器作為其內(nèi)核，CMOS感光陣列的時(shí)序控制由控制信號(hào)轉(zhuǎn)換電路根據(jù)CCD垂直轉(zhuǎn)移信號(hào)XV1~XV4、水平轉(zhuǎn)移信號(hào)XH1~XH2、電子快門信號(hào)XSUB和讀出時(shí)鐘信號(hào)XSG轉(zhuǎn)化而來(lái)，而其他的控制如模擬增益、電流電壓偏置等依舊可以由附屬電路中的寄存器控制，從而實(shí)現(xiàn)了CCD圖像傳感器與CMOS圖像傳感器的兼容性替代。

圖9示出了《圖像傳感器及圖像處理系統(tǒng)》第一控制信號(hào)的一種時(shí)序示意圖。參考圖9，讀出時(shí)鐘信號(hào)XSG中相鄰兩個(gè)讀出脈沖之間的時(shí)間間隔即為一幀（或場(chǎng)）讀出時(shí)間。在一幀內(nèi)可能存在著1個(gè)、2個(gè)或者2個(gè)以上的多個(gè)電子快門信號(hào)XSUB。在CCD中，啟動(dòng)所述電子快門信號(hào)XSUB使得感光二極管中的電子電荷進(jìn)行垂直溢出。讀出時(shí)鐘信號(hào)XSG啟動(dòng)感光二極管到垂直CCD的轉(zhuǎn)移，同時(shí)也使得感光二極管被復(fù)位。

經(jīng)過(guò)控制信號(hào)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換之后，電子快門信號(hào)XSUB中的每個(gè)復(fù)位脈沖都將啟動(dòng)CMOS感光陣列第1行的復(fù)位，若存在多個(gè)復(fù)位脈沖時(shí)，最后一個(gè)復(fù)位脈沖為有效脈沖，即最后一個(gè)復(fù)位脈沖將使得之前的復(fù)位操作無(wú)效，并重新對(duì)第1行進(jìn)行復(fù)位。當(dāng)復(fù)位脈沖對(duì)CMOS感光陣列的第1行進(jìn)行復(fù)位后，CMOS的行選電路將根據(jù)每一行時(shí)間的推移，進(jìn)行后續(xù)的行復(fù)位。

經(jīng)過(guò)控制信號(hào)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換之后，讀出時(shí)鐘信號(hào)XSG中的讀出脈沖啟動(dòng)第一行的讀出操作，然后根據(jù)每一行時(shí)間的推移，進(jìn)行后續(xù)的行讀出。

其中，上述的每一行時(shí)間由CCD的垂直轉(zhuǎn)移信號(hào)決定。繼續(xù)參考圖9，在CCD中，垂直轉(zhuǎn)移信號(hào)XV1~XV4周期性運(yùn)作，將每一行的信號(hào)逐次轉(zhuǎn)移到水平CCD進(jìn)行讀出。并且由于四相垂直轉(zhuǎn)移信號(hào)在一幀內(nèi)的垂直轉(zhuǎn)移脈沖數(shù)相同，因此，在《圖像傳感器及圖像處理系統(tǒng)》技術(shù)方案的控制信號(hào)轉(zhuǎn)換電路中，可以對(duì)其中一相垂直轉(zhuǎn)移信號(hào)的脈沖數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)值用以確定選擇復(fù)位行、轉(zhuǎn)移行和讀出行，由CMOS行選電路進(jìn)行行選擇。

在CCD中，水平轉(zhuǎn)移信號(hào)XH1~XH2周期性運(yùn)作，將每一像素的信號(hào)逐次轉(zhuǎn)移到檢測(cè)端進(jìn)行檢測(cè)。與垂直轉(zhuǎn)移信號(hào)相類似地，CCD中的兩相水平轉(zhuǎn)移信號(hào)在一幀內(nèi)的水平轉(zhuǎn)移脈沖數(shù)也相同。因此，《圖像傳感器及圖像處理系統(tǒng)》技術(shù)方案的控制信號(hào)轉(zhuǎn)移電路對(duì)其中一相水平轉(zhuǎn)移信號(hào)的脈沖數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)值用以確定選擇讀出像素，因而通過(guò)列選電路（如列譯碼器或移位寄存器）譯碼進(jìn)行列選擇并讀出。

為實(shí)現(xiàn)上述控制信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換，圖10示出了圖8中控制信號(hào)轉(zhuǎn)換電路實(shí)施例一的示意圖。參考圖10，所述控制信號(hào)轉(zhuǎn)換電路可以包括第一檢測(cè)單元201、第二檢測(cè)單元203、第一計(jì)數(shù)單元205、第二計(jì)數(shù)單元207、行地址獲取單元209、第三計(jì)數(shù)單元211和列地址獲取單元213。

所述第一檢測(cè)單元201用于檢測(cè)第一控制信號(hào)中的電子快門信號(hào)XSUB，并輸出復(fù)位啟動(dòng)信號(hào)。

所述第二檢測(cè)單元203用于檢測(cè)第一控制信號(hào)中的讀出時(shí)鐘信號(hào)XSG，并輸出讀出啟動(dòng)信號(hào)。

所述第一計(jì)數(shù)單元205連接所述第一檢測(cè)單元201和第二檢測(cè)單元203，用于接收所述復(fù)位啟動(dòng)信號(hào)和讀出啟動(dòng)信號(hào)，在接收到所述復(fù)位啟動(dòng)信號(hào)之后對(duì)垂直轉(zhuǎn)移信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)以得出第一計(jì)數(shù)值，并在接收到所述讀出啟動(dòng)信號(hào)后對(duì)所述垂直轉(zhuǎn)移信號(hào)重新計(jì)數(shù)。此處重新計(jì)數(shù)指的是：在另一幀時(shí)間內(nèi)將上一幀時(shí)間內(nèi)的計(jì)數(shù)值歸零，并重新開始計(jì)數(shù)。

具體地，每一幀時(shí)間由相鄰的兩個(gè)讀出時(shí)鐘信號(hào)XSG決定，在另一幀時(shí)間內(nèi)所述垂直轉(zhuǎn)移信號(hào)被重新計(jì)數(shù)。在該實(shí)施例中，所述第一計(jì)數(shù)單元205僅為其中一相垂直轉(zhuǎn)移信號(hào)（如XV1）進(jìn)行計(jì)數(shù)。當(dāng)然，在其他實(shí)施例中，也可以對(duì)其他垂直轉(zhuǎn)移信號(hào)（如XV2~XV4）中的一相進(jìn)行計(jì)數(shù)，《圖像傳感器及圖像處理系統(tǒng)》對(duì)此不做限制。

另外，當(dāng)存在多個(gè)電子快門信號(hào)XSUB時(shí)，所述第一檢測(cè)單元201將輸出多個(gè)復(fù)位啟動(dòng)信號(hào)，那么所述第一計(jì)數(shù)單元205將在多個(gè)復(fù)位啟動(dòng)信號(hào)的控制下進(jìn)行多次計(jì)數(shù)，直至在最后一個(gè)復(fù)位啟動(dòng)信號(hào)下輸出有效的第一計(jì)數(shù)值。

以一幀時(shí)間內(nèi)存在三個(gè)電子快門信號(hào)XSUB為例，所述第一檢測(cè)單元201依次輸出第一次復(fù)位啟動(dòng)信號(hào)、第二次復(fù)位啟動(dòng)信號(hào)和第三次復(fù)位啟動(dòng)信號(hào)。所述第一計(jì)數(shù)單元205在接收到第一次復(fù)位啟動(dòng)信號(hào)時(shí)，對(duì)垂直轉(zhuǎn)移信號(hào)XV1進(jìn)行計(jì)數(shù)，得出第一次的第一計(jì)數(shù)值“1”、“2”、“3”；在得出第一計(jì)數(shù)值“3”時(shí)，所述第一計(jì)數(shù)單元205又接收到第二次復(fù)位信號(hào)，那么所述第一計(jì)數(shù)單元205將重新對(duì)垂直轉(zhuǎn)移信號(hào)XV1進(jìn)行計(jì)數(shù)，得出第二次的第一計(jì)數(shù)值“1”、“2”、“3”、“4”、“5”；此時(shí)所述第一計(jì)數(shù)單元205接收到第三次復(fù)位信號(hào)，那么所述第一計(jì)數(shù)單元205再次重新對(duì)垂直轉(zhuǎn)移信號(hào)XV1進(jìn)行計(jì)數(shù)，得出第三次的第一計(jì)數(shù)值“1”、“2”、“3”、“4”、“5”、“6”……。由于在該幀時(shí)間內(nèi)沒有接收到另外一個(gè)復(fù)位啟動(dòng)信號(hào)，因此所述第一計(jì)數(shù)單元205得出的第三次的第一計(jì)數(shù)值為有效的第一計(jì)數(shù)值，前面兩個(gè)計(jì)數(shù)值無(wú)效。

上述第一計(jì)數(shù)值“1”、“2”、“3”、“4”、“5”、“6”……被行地址獲取單元209接收后分別對(duì)應(yīng)形成第一行的行復(fù)位控制信號(hào)、第二行的行復(fù)位控制信號(hào)、第三行的行復(fù)位控制信號(hào)、第四行的行復(fù)位控制信號(hào)、第五行的行復(fù)位控制信號(hào)、第六行的行復(fù)位控制信號(hào)……。上述各行的行復(fù)位控制信號(hào)構(gòu)成了行復(fù)位控制信號(hào)Ai，其中，i=1、2、3、4，……，換句話說(shuō)，所述行復(fù)位控制信號(hào)Ai對(duì)應(yīng)于CMOS感光陣列100中第一行至最后一行的行地址。

所述第二計(jì)數(shù)單元207連接所述第二檢測(cè)單元203，用于接收所述讀出啟動(dòng)信號(hào)，并在接收到所述讀出啟動(dòng)信號(hào)之后對(duì)垂直轉(zhuǎn)移信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，并得出第二計(jì)數(shù)值，在接收到下一個(gè)讀出啟動(dòng)信號(hào)之后對(duì)垂直轉(zhuǎn)移信號(hào)重新進(jìn)行計(jì)數(shù)。

與第一計(jì)數(shù)單元205相類似地，所述第二計(jì)數(shù)單元207也僅對(duì)一幀時(shí)間內(nèi)的一相垂直轉(zhuǎn)移信號(hào)（如XV1）進(jìn)行計(jì)數(shù)，且每一幀重新計(jì)數(shù)。需要說(shuō)明的是，所述第一計(jì)數(shù)單元205和第二計(jì)數(shù)單元207可以對(duì)同一相垂直轉(zhuǎn)移信號(hào)（如XV1）進(jìn)行計(jì)數(shù)，也可以對(duì)不同相的垂直轉(zhuǎn)移信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，其不應(yīng)限制《圖像傳感器及圖像處理系統(tǒng)》的保護(hù)范圍。另外，與所述第一計(jì)數(shù)值類似地，所述第二計(jì)數(shù)單元207生成的第二計(jì)數(shù)值分別對(duì)應(yīng)于各行的行讀出控制信號(hào)。

所述行地址獲取單元209連接所述第一計(jì)數(shù)單元205和第二計(jì)數(shù)單元207，用于接收所述第一計(jì)數(shù)值和第二計(jì)數(shù)值，并在接收到第一計(jì)數(shù)值時(shí)輸出行復(fù)位控制信號(hào)Ai，在接收到第二計(jì)數(shù)值時(shí)輸出行讀出控制信號(hào)Ak，其中，k=1、2、3、4、……。

與行復(fù)位控制信號(hào)Ai類似地，所述行讀出控制信號(hào)Ak也包括了CMOS感光陣列100中第一行至最后一行的行讀出控制信號(hào)。

所述行選電路300連接所述行地址獲取單元209，用于接收所述行復(fù)位控制信號(hào)Ai和行讀出控制信號(hào)Ak，并根據(jù)所述行復(fù)位控制信號(hào)Ai輸出行復(fù)位信號(hào)（如圖10中的RSTi、TXi和Xi），根據(jù)所述行讀出控制信號(hào)Ak生成行讀出信號(hào)（如圖10中的RSTk、TXk和Xk）。

其中，所述行復(fù)位信號(hào)用于控制CMOS感光陣列每一行（從第一行至最后一行）的復(fù)位操作，所述行讀出信號(hào)用于控制CMOS感光陣列每一行（從第一行至最后一行）的讀出操作。

所述行復(fù)位信號(hào)的時(shí)序如圖11所示，所述行讀出信號(hào)的時(shí)序如圖12所示。具體地，CMOS感光陣列的每一行首先在所述行復(fù)位信號(hào)控制下逐次進(jìn)行復(fù)位，然后在行讀出信號(hào)之前完成曝光操作，最后在所述行讀出信號(hào)的控制下完成每一行的讀出操作。

繼續(xù)參考圖10，所述第三計(jì)數(shù)單元211用于對(duì)一幀時(shí)間內(nèi)的水平轉(zhuǎn)移信號(hào)（如XH1）進(jìn)行計(jì)數(shù)并得出第三計(jì)數(shù)值。所述第三計(jì)數(shù)值被發(fā)送至列地址獲取單元213。

所述列地址獲取單元213，用于根據(jù)接收到的第三計(jì)數(shù)值得出對(duì)CMOS感光陣列100進(jìn)行操作的列地址信號(hào)Aj。所述列地址信號(hào)Aj被送至列選電路400進(jìn)行譯碼，以實(shí)現(xiàn)對(duì)CMOS感光陣列100中對(duì)應(yīng)的像素的讀出。

具體地，所述第三計(jì)數(shù)單元211連接所述第二檢測(cè)單元203，用于接收所述讀出啟動(dòng)信號(hào)，并在接收到所述讀出啟動(dòng)信號(hào)后對(duì)水平轉(zhuǎn)移信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，并在接收到下一個(gè)讀出啟動(dòng)信號(hào)后對(duì)水平轉(zhuǎn)移信號(hào)重新計(jì)數(shù)。

在該實(shí)施例中，所述第三計(jì)數(shù)單元211用于對(duì)水平轉(zhuǎn)移信號(hào)XH1進(jìn)行計(jì)數(shù)，在其他實(shí)施例中，其還可以對(duì)其他相的水平轉(zhuǎn)移信號(hào)如XH2進(jìn)行計(jì)數(shù)，《圖像傳感器及圖像處理系統(tǒng)》對(duì)此不做限制。

下面再結(jié)合圖8~圖12對(duì)《圖像傳感器及圖像處理系統(tǒng)》技術(shù)方案的圖像傳感器的工作原理做進(jìn)一步說(shuō)明。

參考圖10，在第一時(shí)刻t1時(shí)，所述第一檢測(cè)單元201在對(duì)電子快門信號(hào)XSUB進(jìn)行檢測(cè)后輸出有效的復(fù)位啟動(dòng)信號(hào)；所述第一計(jì)數(shù)單元205基于該有效的復(fù)位啟動(dòng)信號(hào)對(duì)垂直轉(zhuǎn)移信號(hào)XV1開始計(jì)數(shù)，并獲得第一計(jì)數(shù)值“1”、“2”、“3”……；

行地址獲取單元209在接收到上述各個(gè)第一計(jì)數(shù)值之后，分別對(duì)應(yīng)形成第一行的行復(fù)位控制信號(hào)、第二行的行復(fù)位控制信號(hào)、第三行的行復(fù)位控制信號(hào)……；

行選電路300根據(jù)上述各行的行復(fù)位控制信號(hào)依次生成第一行的行復(fù)位信號(hào)、第二行的行復(fù)位信號(hào)、第三行的行復(fù)位信號(hào)……；上述各行的行復(fù)位信號(hào)的時(shí)序分別如圖11所示。

參考圖8，CMOS感光陣列100在上述各行的行復(fù)位信號(hào)控制下從第一行開始進(jìn)行逐行復(fù)位。也就是說(shuō)，CMOS感光陣列100中的第一行在第一時(shí)刻t1時(shí)開始復(fù)位，第二行在第一行的基礎(chǔ)上順延一個(gè)行周期進(jìn)行復(fù)位。具體的行周期由相鄰的兩個(gè)垂直轉(zhuǎn)移信號(hào)之間的時(shí)間間隔決定.....依次類推直至CMOS感光陣列中所有行均實(shí)現(xiàn)了復(fù)位。

在第二時(shí)刻t2時(shí)，第二檢測(cè)單元203檢測(cè)到讀出時(shí)鐘信號(hào)XSG，并輸出讀出啟動(dòng)信號(hào)；所述第二計(jì)數(shù)單元207基于該讀出啟動(dòng)信號(hào)對(duì)垂直轉(zhuǎn)移信號(hào)XV1進(jìn)行計(jì)數(shù)，并依次輸出第二計(jì)數(shù)值“1”、“2”、“3”……；

所述行地址獲取單元209在接收到上述各個(gè)第二計(jì)數(shù)值時(shí)輸出對(duì)應(yīng)輸出第一行的行讀出控制信號(hào)、第二行的行讀出控制信號(hào)、第三行的行讀出控制信號(hào)……；

行選電路300根據(jù)上述各行的行讀出控制信號(hào)依次生成第一行的行讀出信號(hào)、第二行的行讀出信號(hào)、第三行的行讀出信號(hào)……；上述各行的行讀出信號(hào)的時(shí)序如圖12所示。

CMOS感光陣列100在上述各行的行讀出信號(hào)控制下從第一行開始進(jìn)行逐行的讀出。換句話說(shuō)，CMOS感光陣列100的第一行在第二時(shí)刻t2時(shí)開始讀出，后續(xù)各行在前一行的基礎(chǔ)上順延一個(gè)行周期實(shí)現(xiàn)讀出操作。

由上述分析可知，CMOS感光陣列100中的第一行在第一時(shí)刻t1時(shí)被施加如圖11所示的行復(fù)位信號(hào)；而在第二時(shí)刻t2時(shí)被施加如圖12所示的行讀出信號(hào)；在第一時(shí)刻t1和第二時(shí)刻t2之間，第一行處于曝光階段。《圖像傳感器及圖像處理系統(tǒng)》中，第一行在復(fù)位、曝光以及讀出階段時(shí)的時(shí)序與圖6所示的時(shí)序相同；依次類推，后續(xù)各行的時(shí)序與圖6中的時(shí)序也相同。

繼續(xù)參考圖10，在第二時(shí)刻t2時(shí)，第三計(jì)數(shù)單元211也接收到讀出啟動(dòng)信號(hào)，因此其開始對(duì)水平轉(zhuǎn)移信號(hào)XH1進(jìn)行計(jì)數(shù)，并依次輸出第三計(jì)數(shù)值“1”、“2”、“3”……；

所述列地址獲取單元213在接收到上述各個(gè)第三計(jì)數(shù)值后依次輸出第一列的列地址信號(hào)、第二列的列地址信號(hào)、第三列的列地址信號(hào)……；

列選電路400根據(jù)上述各列的列地址信號(hào)依次對(duì)CMOS感光陣列100中的各列進(jìn)行選通，并最終輸出列讀出信號(hào)。

至此，圖像傳感器就完成了各行和各列的相關(guān)操作，并最終輸出一幀圖像。

圖13示出了圖8中控制信號(hào)轉(zhuǎn)換電路實(shí)施例二的示意圖。參考圖13，所述控制信號(hào)轉(zhuǎn)換電路包括：第一檢測(cè)單元201、第二檢測(cè)單元203、第一計(jì)時(shí)單元205a、第二計(jì)時(shí)單元207a、行地址獲取單元209a、第三計(jì)時(shí)單元211a和列地址獲取單元213a。該實(shí)施例與實(shí)施例一中的相同之處，在此不再贅述。其與實(shí)施例一的不同之處在于：

所述第一計(jì)時(shí)單元205a連接所述第一檢測(cè)單元201，用于在接收到所述復(fù)位啟動(dòng)信號(hào)之后檢測(cè)垂直轉(zhuǎn)移信號(hào)，在檢測(cè)到第一個(gè)垂直轉(zhuǎn)移信號(hào)時(shí)輸出第一信號(hào)并開始計(jì)時(shí)，在檢測(cè)到第二個(gè)垂直轉(zhuǎn)移信號(hào)時(shí)停止計(jì)時(shí)以得出第一時(shí)間間隔；所述第一信號(hào)和第一時(shí)間間隔被發(fā)送至所述行地址獲取單元209a。

所述第二計(jì)時(shí)單元207a連接所述第二檢測(cè)單元203，用于在接收到所述讀出啟動(dòng)信號(hào)之后檢測(cè)垂直轉(zhuǎn)移信號(hào)，并在檢測(cè)到第一個(gè)垂直轉(zhuǎn)移信號(hào)時(shí)輸出第二信號(hào)；所述第二信號(hào)被發(fā)送至行地址獲取單元209a。

所述行地址獲取單元209a連接所述第一計(jì)時(shí)單元205a和第二計(jì)時(shí)單元207a，用于接收所述第一信號(hào)、第一時(shí)間間隔和第二信號(hào)，并根據(jù)所述第一信號(hào)和所述第一時(shí)間間隔形成行復(fù)位控制信號(hào)Ai，根據(jù)所述第二信號(hào)和所述第一時(shí)間間隔形成行讀出控制信號(hào)Ak。

與實(shí)施例一中類似地，行選電路300在接收到所述行復(fù)位控制信號(hào)Ai和行讀出控制信號(hào)Ak后，分別對(duì)應(yīng)輸出行復(fù)位信號(hào)RSTi、TXi和Xi和行讀出信號(hào)RSTk、TXk和Xk。所述行復(fù)位信號(hào)的時(shí)序如圖11所示；行讀出信號(hào)的時(shí)序如圖12所示。

具體地，在該實(shí)施例中，所述第一信號(hào)用于啟動(dòng)第一行的復(fù)位操作，因此，其對(duì)應(yīng)于行復(fù)位控制信號(hào)Ai中的第一行的行復(fù)位控制信號(hào)；而后續(xù)第二行的行復(fù)位控制信號(hào)可由第一行的復(fù)位控制信號(hào)順延第一時(shí)間間隔得出，第三行的行復(fù)位控制信號(hào)由第二行的行復(fù)位控制信號(hào)順延第一時(shí)間間隔得出，依次類推即可得出行復(fù)位控制信號(hào)Ai。

與此相類似地，所述第二信號(hào)用于啟動(dòng)第一行的讀出操作，因此，其對(duì)應(yīng)于行讀出控制信號(hào)Ak中的第一行的行讀出控制信號(hào)；行讀出控制信號(hào)Ak中后續(xù)各行的行地址可在其前一行的行讀出控制信號(hào)基礎(chǔ)上依次順延第一時(shí)間間隔得出。

該領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，在其他實(shí)施例中，還可以由所述第二計(jì)時(shí)單元207a得出所述第一時(shí)間間隔，而所述第一計(jì)時(shí)單元205a僅輸出第一信號(hào)，《圖像傳感器及圖像處理系統(tǒng)》對(duì)此不做限制。

所述第三計(jì)時(shí)單元211a連接所述第二檢測(cè)單元203，用于接收到所述讀出啟動(dòng)信號(hào)后檢測(cè)水平轉(zhuǎn)移信號(hào)，在檢測(cè)到第一個(gè)水平轉(zhuǎn)移信號(hào)后輸出第三信號(hào)并開始計(jì)時(shí)，在檢測(cè)到第二個(gè)水平轉(zhuǎn)移信號(hào)后停止計(jì)時(shí)以得出第二時(shí)間間隔。所述第三信號(hào)和第二時(shí)間間隔被發(fā)送至列地址獲取單元213a。

所述列地址獲取單元213a連接所述第三計(jì)時(shí)單元211a，用于根據(jù)所述第三信號(hào)和第二時(shí)間間隔形成列地址信號(hào)Aj。

具體地，所述第三信號(hào)用于啟動(dòng)第一列的讀出操作，因此其對(duì)應(yīng)于第一列的列地址信號(hào)，第二列的列地址信號(hào)可在所述第一列的列地址信號(hào)的基礎(chǔ)上順延第二時(shí)間間隔形成，第三列的列地址信號(hào)又可以第二列的列地址信號(hào)基礎(chǔ)上順延第二時(shí)間間隔，依次類推形成所述列地址信號(hào)Aj。

所述列選電路400的結(jié)構(gòu)與工作原理與實(shí)施例一中的相類似，故在此不再贅述。

《圖像傳感器及圖像處理系統(tǒng)》還提供了一種圖像處理系統(tǒng)，所述圖像處理系統(tǒng)包括上述任意一種圖像傳感器，在此不再贅述。

綜上，《圖像傳感器及圖像處理系統(tǒng)》技術(shù)方案中包括控制信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，所述控制信號(hào)轉(zhuǎn)換電路將控制CCD圖像傳感器的第一控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為第二控制信號(hào)；行選電路根據(jù)第二控制信號(hào)中的行復(fù)位控制信號(hào)和行讀出控制信號(hào)生成行復(fù)位信號(hào)和行讀出信號(hào)，用以控制CMOS感光陣列中各行的復(fù)位和讀出操作；列選電路根據(jù)第一控制信號(hào)中的列地址信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)CMOS感光陣列中各列的選通和讀出操作。通過(guò)上述控制信號(hào)的轉(zhuǎn)換即可使得CMOS圖像傳感器適用于CCD系統(tǒng)中，從而實(shí)現(xiàn)了CCD圖像傳感器和CMOS圖像傳感器的兼容性替代。

在具體應(yīng)用中，例如在CCD占據(jù)多數(shù)份額的監(jiān)控系統(tǒng)中，《圖像傳感器及圖像處理系統(tǒng)》技術(shù)方案的圖像傳感器由于采用了CMOS圖像傳感器的內(nèi)核，因此，可以有效地降低成本，并且由于該圖像傳感器可以與CCD監(jiān)控系統(tǒng)中適應(yīng)（匹配），因此其又具備CCD系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，有效地提高了系統(tǒng)的實(shí)用性。

1.一種圖像傳感器，包括CMOS感光陣列、行選電路和列選電路，其特征在于，還包括控制信號(hào)轉(zhuǎn)換電路；所述CMOS感光陣列用于將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；所述控制信號(hào)轉(zhuǎn)換電路用于將驅(qū)動(dòng)CCD感光陣列操作的第一控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為第二控制信號(hào)；所述第一控制信號(hào)至少包括垂直轉(zhuǎn)移信號(hào)、水平轉(zhuǎn)移信號(hào)、電子快門信號(hào)和讀出時(shí)鐘信號(hào)；所述第二控制信號(hào)至少包括列地址信號(hào)、行復(fù)位控制信號(hào)和行讀出控制信號(hào)；所述行選電路用于接收所述行復(fù)位控制信號(hào)和行讀出控制信號(hào)，并根據(jù)所述行復(fù)位控制信號(hào)生成行復(fù)位信號(hào)，根據(jù)所述行讀出控制信號(hào)生成行讀出信號(hào)；其中，所述行復(fù)位信號(hào)用于控制CMOS感光陣列中各行的復(fù)位操作，所述行讀出信號(hào)用于控制CMOS感光陣列中各行的讀出操作；所述列選電路用于接收所述列地址信號(hào)，在所述列地址信號(hào)的控制下對(duì)CMOS感光陣列進(jìn)行列選通并輸出列讀出信號(hào)。

2.如權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其特征在于，所述CMOS感光陣列為四管像素陣列。

3.如權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其特征在于，所述垂直轉(zhuǎn)移信號(hào)為四相垂直轉(zhuǎn)移信號(hào)，所述水平轉(zhuǎn)移信號(hào)為二相水平轉(zhuǎn)移信號(hào)。

4.如權(quán)利要求3所述的圖像傳感器，其特征在于，所述控制信號(hào)轉(zhuǎn)換電路用于將第一控制信號(hào)中的一相垂直轉(zhuǎn)移信號(hào)、一相水平轉(zhuǎn)移信號(hào)、電子快門信號(hào)和讀出時(shí)鐘信號(hào)轉(zhuǎn)換為第二控制信號(hào)。

5.如權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其特征在于，所述控制信號(hào)轉(zhuǎn)換電路包括：第一檢測(cè)單元、第二檢測(cè)單元、第一計(jì)數(shù)單元、第二計(jì)數(shù)單元、行地址獲取單元、第三計(jì)數(shù)單元和列地址獲取單元；所述第一檢測(cè)單元用于檢測(cè)第一控制信號(hào)中的電子快門信號(hào)，并輸出復(fù)位啟動(dòng)信號(hào)；所述第二檢測(cè)單元用于檢測(cè)第一控制信號(hào)中的讀出時(shí)鐘信號(hào)，并輸出讀出啟動(dòng)信號(hào)；所述第一計(jì)數(shù)單元用于接收所述復(fù)位啟動(dòng)信號(hào)和讀出啟動(dòng)信號(hào)，并在接收到復(fù)位啟動(dòng)信號(hào)之后對(duì)垂直轉(zhuǎn)移信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)以得出第一計(jì)數(shù)值，在接收到讀出啟動(dòng)信號(hào)后對(duì)垂直轉(zhuǎn)移信號(hào)重新計(jì)數(shù)；所述第二計(jì)數(shù)單元用于在接收到所述讀出啟動(dòng)信號(hào)后對(duì)垂直轉(zhuǎn)移信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，并得出第二計(jì)數(shù)值，在接收到下一個(gè)讀出啟動(dòng)信號(hào)后對(duì)垂直轉(zhuǎn)移信號(hào)重新計(jì)數(shù)；所述行地址獲取單元用于接收所述第一計(jì)數(shù)值和第二計(jì)數(shù)值，并根據(jù)所述第一計(jì)數(shù)值輸出行復(fù)位控制信號(hào)，根據(jù)所述第二計(jì)數(shù)值輸出行讀出控制信號(hào)；所述第三計(jì)數(shù)單元用于在接收到所述讀出啟動(dòng)信號(hào)之后，對(duì)水平轉(zhuǎn)移信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)并得出第三計(jì)數(shù)值，并在接收到下一個(gè)讀出啟動(dòng)信號(hào)之后對(duì)水平轉(zhuǎn)移信號(hào)重新計(jì)數(shù)；所述列地址獲取單元用于接收所述第三計(jì)數(shù)值，并根據(jù)所述第三計(jì)數(shù)值輸出列地址信號(hào)。

6.如權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其特征在于，所述行選電路為行譯碼器或移位寄存器。

7.如權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其特征在于，所述列選電路為列譯碼器或移位寄存器。

8.如權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其特征在于，所述控制信號(hào)轉(zhuǎn)換電路包括：第一檢測(cè)單元、第二檢測(cè)單元、第一計(jì)時(shí)單元、第二計(jì)時(shí)單元、行地址獲取單元、第三計(jì)時(shí)單元和列地址獲取單元；所述第一檢測(cè)單元用于檢測(cè)第一控制信號(hào)中的電子快門信號(hào)，并輸出復(fù)位啟動(dòng)信號(hào)；所述第二檢測(cè)單元用于檢測(cè)第一控制信號(hào)中的讀出時(shí)鐘信號(hào)，并輸出讀出啟動(dòng)信號(hào)；所述第一計(jì)時(shí)單元用于在接收到復(fù)位啟動(dòng)信號(hào)之后檢測(cè)垂直轉(zhuǎn)移信號(hào)，在檢測(cè)到第一個(gè)垂直轉(zhuǎn)移信號(hào)時(shí)輸出第一信號(hào)并開始計(jì)時(shí)，在檢測(cè)到第二個(gè)垂直轉(zhuǎn)移信號(hào)時(shí)停止計(jì)時(shí)以得出第一時(shí)間間隔；所述第二計(jì)時(shí)單元用于在接收到所述讀出啟動(dòng)信號(hào)之后檢測(cè)垂直轉(zhuǎn)移信號(hào)，并在檢測(cè)到第一個(gè)垂直轉(zhuǎn)移信號(hào)時(shí)輸出第二信號(hào)；所述行地址獲取單元用于接收所述第一信號(hào)、第一時(shí)間間隔和第二信號(hào)，并根據(jù)所述第一信號(hào)和所述第一時(shí)間間隔形成行復(fù)位控制信號(hào)，根據(jù)第二信號(hào)和第一時(shí)間間隔形成行讀出控制信號(hào)；所述第三計(jì)時(shí)單元用于在接收到所述讀出啟動(dòng)信號(hào)之后檢測(cè)水平轉(zhuǎn)移信號(hào)，在檢測(cè)到第一個(gè)水平轉(zhuǎn)移信號(hào)后輸出第三信號(hào)并開始計(jì)時(shí)，在檢測(cè)到第二個(gè)水平轉(zhuǎn)移信號(hào)后停止計(jì)時(shí)以得出第二時(shí)間間隔；所述列地址獲取單元用于根據(jù)接收到的第三信號(hào)和第二時(shí)間間隔形成列地址信號(hào)。

9.如權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其特征在于，還包括：模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，用于將所述列選電路輸出的讀出信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。

10.一種圖像處理系統(tǒng)，其特征在于，包括權(quán)利要求1～9任一項(xiàng)所述的圖像傳感器。

《圖像傳感器及圖像處理系統(tǒng)》涉圖像傳感器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種圖像傳感器及圖像處理系統(tǒng)。

圖1是2012年8之前技術(shù)中面陣CCD圖像傳感器一實(shí)施例的示意圖；

圖2是圖1所示面陣CCD圖像傳感器的CCD垂直驅(qū)動(dòng)信號(hào)示意圖；

圖3是圖1所示面陣CCD圖像傳感器的CCD水平驅(qū)動(dòng)信號(hào)示意圖；

圖4是圖1所示面陣CCD圖像傳感器的CCD讀出驅(qū)動(dòng)信號(hào)示意圖；

圖5是2012年8之前技術(shù)中CMOS圖像傳感器的一實(shí)施方式的示意圖；

圖6是圖5所示CMOS圖像傳感器的工作時(shí)序圖；

圖7是2012年8之前技術(shù)中CMOS圖像傳感器CDS過(guò)程的示意圖；

圖8是《圖像傳感器及圖像處理系統(tǒng)》圖像傳感器的一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9是《圖像傳感器及圖像處理系統(tǒng)》圖像傳感器中第一控制信號(hào)的一種時(shí)序示意圖；

圖10是《圖像傳感器及圖像處理系統(tǒng)》圖像傳感器中控制信號(hào)轉(zhuǎn)換電路實(shí)施例一的示意圖；

圖11是《圖像傳感器及圖像處理系統(tǒng)》圖像傳感器中行復(fù)位信號(hào)的時(shí)序示意圖；

圖12是《圖像傳感器及圖像處理系統(tǒng)》圖像傳感器中行讀出信號(hào)的時(shí)序示意圖；

圖13是《圖像傳感器及圖像處理系統(tǒng)》圖像傳感器中控制信號(hào)轉(zhuǎn)換電路實(shí)施例二的示意圖。

圖像傳感器及圖像處理系統(tǒng)專利目的

《圖像傳感器及圖像處理系統(tǒng)》解決的問(wèn)題是如何在CMOS圖像傳感器的基礎(chǔ)上有效地兼容CCD圖像傳感器的電學(xué)信號(hào)。

圖像傳感器及圖像處理系統(tǒng)技術(shù)方案

《圖像傳感器及圖像處理系統(tǒng)》提供一種圖像傳感器，包括：CMOS感光陣列、行選電路、列選電路和控制信號(hào)轉(zhuǎn)換電路；

所述CMOS感光陣列用于將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；

所述控制信號(hào)轉(zhuǎn)換電路用于將驅(qū)動(dòng)CCD感光陣列操作的第一控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為第二控制信號(hào)；所述第一控制信號(hào)至少包括垂直轉(zhuǎn)移信號(hào)、水平轉(zhuǎn)移信號(hào)、電子快門信號(hào)和讀出時(shí)鐘信號(hào)；所述第二控制信號(hào)至少包括列地址信號(hào)、行復(fù)位控制信號(hào)和行讀出控制信號(hào)；

所述行選電路用于接收所述行復(fù)位控制信號(hào)和行讀出控制信號(hào)，并根據(jù)所述行復(fù)位控制信號(hào)生成行復(fù)位信號(hào)，根據(jù)所述行讀出控制信號(hào)生成行讀出信號(hào)；其中，所述行復(fù)位信號(hào)用于控制CMOS感光陣列中各行的復(fù)位操作，所述行讀出信號(hào)用于控制CMOS感光陣列中各行的讀出操作；

所述列選電路用于接收所述列地址信號(hào)，在所述列地址信號(hào)的控制下對(duì)CMOS感光陣列進(jìn)行列選通并輸出列讀出信號(hào)。

可選地，所述控制信號(hào)轉(zhuǎn)換電路包括：第一檢測(cè)單元、第二檢測(cè)單元、第一計(jì)數(shù)單元、第二計(jì)數(shù)單元、行地址獲取單元、第三計(jì)數(shù)單元和列地址獲取單元；

所述第一檢測(cè)單元用于檢測(cè)第一控制信號(hào)中的電子快門信號(hào)，并輸出復(fù)位啟動(dòng)信號(hào)；

所述第二檢測(cè)單元用于檢測(cè)第一控制信號(hào)中的讀出時(shí)鐘信號(hào)，并輸出讀出啟動(dòng)信號(hào)；

所述第一計(jì)數(shù)單元用于接收所述復(fù)位啟動(dòng)信號(hào)和讀出啟動(dòng)信號(hào)，并在接收到復(fù)位啟動(dòng)信號(hào)之后對(duì)垂直轉(zhuǎn)移信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)以得出第一計(jì)數(shù)值，在接收到讀出啟動(dòng)信號(hào)后對(duì)垂直轉(zhuǎn)移信號(hào)重新計(jì)數(shù)；

所述第二計(jì)數(shù)單元用于在接收到所述讀出啟動(dòng)信號(hào)后對(duì)垂直轉(zhuǎn)移信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，并得出第二計(jì)數(shù)值，在接收到下一個(gè)讀出啟動(dòng)信號(hào)后對(duì)垂直轉(zhuǎn)移信號(hào)重新計(jì)數(shù)；

所述行地址獲取單元用于接收所述第一計(jì)數(shù)值和第二計(jì)數(shù)值，并根據(jù)所述第一計(jì)數(shù)值輸出行復(fù)位控制信號(hào)，根據(jù)第二計(jì)數(shù)值輸出行讀出控制信號(hào)；

所述第三計(jì)數(shù)單元用于在接收到所述讀出啟動(dòng)信號(hào)之后，對(duì)水平轉(zhuǎn)移信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)并得出第三計(jì)數(shù)值，并在接收到下一個(gè)讀出啟動(dòng)信號(hào)之后對(duì)水平轉(zhuǎn)移信號(hào)重新計(jì)數(shù)；

所述列地址獲取單元用于接收所述第三計(jì)數(shù)值，并根據(jù)所述第三計(jì)數(shù)值輸出列地址信號(hào)。

可選地，所述控制信號(hào)轉(zhuǎn)換電路包括：第一檢測(cè)單元、第二檢測(cè)單元、第一計(jì)時(shí)單元、第二計(jì)時(shí)單元、行地址獲取單元、第三計(jì)時(shí)單元和列地址獲取單元；

所述第一檢測(cè)單元用于檢測(cè)第一控制信號(hào)中的電子快門信號(hào)，并輸出復(fù)位啟動(dòng)信號(hào)；

所述第二檢測(cè)單元用于檢測(cè)第一控制信號(hào)中的讀出時(shí)鐘信號(hào)，并輸出讀出啟動(dòng)信號(hào)；

所述第一計(jì)時(shí)單元用于在接收到復(fù)位啟動(dòng)信號(hào)之后檢測(cè)垂直轉(zhuǎn)移信號(hào)，在檢測(cè)到第一個(gè)垂直轉(zhuǎn)移信號(hào)時(shí)輸出第一信號(hào)并開始計(jì)時(shí)，在檢測(cè)到第二個(gè)垂直轉(zhuǎn)移信號(hào)時(shí)停止計(jì)時(shí)以得出第一時(shí)間間隔；

所述第二計(jì)時(shí)單元用于在接收到所述讀出啟動(dòng)信號(hào)之后檢測(cè)垂直轉(zhuǎn)移信號(hào)，并在檢測(cè)到第一個(gè)垂直轉(zhuǎn)移信號(hào)時(shí)輸出第二信號(hào)；

所述行地址獲取單元用于接收所述第一信號(hào)、第一時(shí)間間隔和第二信號(hào)，并根據(jù)所述第一信號(hào)和所述第一時(shí)間間隔形成行復(fù)位控制信號(hào)，根據(jù)第二信號(hào)和第一時(shí)間間隔形成行讀出控制信號(hào)；

所述第三計(jì)時(shí)單元用于在接收到所述讀出啟動(dòng)信號(hào)之后檢測(cè)水平轉(zhuǎn)移信號(hào)，在檢測(cè)到第一個(gè)水平轉(zhuǎn)移信號(hào)后輸出第三信號(hào)并開始計(jì)時(shí)，在檢測(cè)到第二個(gè)水平轉(zhuǎn)移信號(hào)后停止計(jì)時(shí)以得出第二時(shí)間間隔；

所述列地址獲取單元用于根據(jù)接收到的第三信號(hào)和第二時(shí)間間隔形成列地址信號(hào)。

《圖像傳感器及圖像處理系統(tǒng)》還提供一種圖像處理系統(tǒng)，包括上述任一項(xiàng)的圖像傳感器。

圖像傳感器及圖像處理系統(tǒng)專利優(yōu)點(diǎn)

《圖像傳感器及圖像處理系統(tǒng)》技術(shù)方案的圖像傳感器以CMOS圖像傳感器為內(nèi)核，并通過(guò)控制信號(hào)轉(zhuǎn)換電路將驅(qū)動(dòng)CCD圖像傳感器的第一控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為第二控制信號(hào)；行選電路和列選電路根據(jù)所述第二控制信號(hào)生成用于控制CMOS感光陣列操作的信號(hào)。通過(guò)上述控制信號(hào)的轉(zhuǎn)換使得CMOS圖像傳感器可以適用于CCD圖像處理系統(tǒng)中，因此實(shí)現(xiàn)了CCD圖像傳感器與CMOS圖像傳感器的兼容性替代。

與CCD圖像傳感器相比，CMOS圖像傳感器具有低成本等優(yōu)勢(shì)，因此，降低了《圖像傳感器及圖像處理系統(tǒng)》技術(shù)方案中圖像傳感器和圖像處理系統(tǒng)的成本。另外，由于該圖像傳感器可以直接適用于CCD圖像處理系統(tǒng)中，因此，也提高了其實(shí)用性。

圖像傳感器是將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的半導(dǎo)體器件。截至2012年8月，傳統(tǒng)的圖像傳感器包括電荷耦合器件（ChargeCoupledDevices，CCD）圖像傳感器、互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（ComplementaryMetalOxideSemiconductor，CMOS）圖像傳感器。

雖然CCD圖像傳感器和CMOS圖像傳感器均是以感光二極管來(lái)實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的，但是它們具有不同的制作工藝和架構(gòu)。完成光電轉(zhuǎn)換之后，CCD圖像傳感器使用交變電壓施加到相鄰電極，形成移動(dòng)的電勢(shì)阱，從而將各個(gè)像素上的光電荷分別移動(dòng)到末端檢測(cè)。而CMOS則是在每一個(gè)像素上將感光電荷轉(zhuǎn)化為電壓，通過(guò)放大驅(qū)動(dòng)以及譯碼選擇，分別對(duì)各個(gè)像素上的光電荷進(jìn)行檢測(cè)。

從接口信號(hào)方面來(lái)說(shuō)，通常的CCD圖像傳感器是一個(gè)被動(dòng)器件，外部提供橫向和豎向CCD驅(qū)動(dòng)信號(hào)以及電子快門信號(hào)，然后在CCD信號(hào)輸出端接收?qǐng)D像信號(hào)。而通常的CMOS圖像傳感器是一個(gè)主動(dòng)器件，外部只要通過(guò)串行接口（通常為I2C或者SPI）設(shè)定曝光時(shí)間、放大器增益等參數(shù)，CMOS圖像傳感器就會(huì)在曝光時(shí)間完成后輸出圖像信號(hào)，伴隨圖像信號(hào)有指示圖像信號(hào)開始和結(jié)束的同步信號(hào)，使得下游的芯片可以正確的接收和理解圖像。

CCD圖像傳感器可分為線陣CCD和面陣CCD，其中面陣CCD的應(yīng)用更為廣泛。

參考圖1，面陣CCD圖像傳感器包括攝影區(qū)域10，在攝影區(qū)域10中包括多個(gè)成行列排布的像素單元20，各像素單元20包括光電二極管23和電極24組成。

圖2~圖4示出了圖1所示面陣CCD圖像傳感器工作時(shí)所需的各類驅(qū)動(dòng)信號(hào)；具體地，圖2示出CCD垂直驅(qū)動(dòng)信號(hào)，圖3示出了CCD水平驅(qū)動(dòng)信號(hào)，圖4示出了CCD讀出驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

圖1所示面陣CCD圖像傳感器的工作過(guò)程為：

（1）曝光：在光電二極管23中進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，將光轉(zhuǎn)化為光電荷（e）并進(jìn)行儲(chǔ)存。具體地可參考圖1中所示的S1，S1指的是光電轉(zhuǎn)換電荷的儲(chǔ)存。其中，光電荷的多少正比于光強(qiáng)。

（2）轉(zhuǎn)移：首先參考圖1中的S21（垂直轉(zhuǎn)移），在圖2所示的CCD垂直驅(qū)動(dòng)信號(hào)的

（3）讀出：水平CCD22的末端連接檢測(cè)電路，把水平CCD22傳輸過(guò)來(lái)的電荷包轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)并進(jìn)行CDS讀出（參考圖1中的S3，此處S3指的是電荷檢測(cè)）。參考圖1，所述檢測(cè)電路可包括放大器Amp，用于在驅(qū)動(dòng)信號(hào)

參考圖5，信號(hào)ax和ay表示進(jìn)行操作的行地址和列地址。其中，行地址（ax）有多組，通過(guò)行譯碼器進(jìn)行譯碼后，分別得到各行的復(fù)位信號(hào)（RST₀~RST_i），轉(zhuǎn)移信號(hào)（TX₀~TX_i）和讀出選通信號(hào)（X₀~X_i）。像素陣列中的P（i，j）表示第i行、第j列的像素。每一像素中的光電二極管產(chǎn)生光電荷之后，在像素內(nèi)部轉(zhuǎn)化為電壓，并按照行選輸出到檢測(cè)位線（BL₀~BL_j）。所有列的位線連接到列譯碼及量化模塊，進(jìn)行量化、列選和依次輸出Dout，列選通由列地址ay譯碼得到。

圖6示出了圖5所示CMOS圖像傳感器的工作時(shí)序圖。通常CMOS圖像傳感器以行的方式工作，即每一行先進(jìn)行復(fù)位，然后進(jìn)行曝光，最后進(jìn)行讀出。

參考圖6，以第一行為例，R（1）表示曝光開始前的復(fù)位，然后經(jīng)過(guò)曝光時(shí)間，到Read（1）表示第一行被讀出。R（2）表示第二行曝光前的復(fù)位，Read（2）表示第二行被讀出；R（3）表示第三行曝光前的復(fù)位，Read（3）表示第三行被讀出。第二行的操作在第一行的基礎(chǔ)上整體后移了一個(gè)行時(shí)間，第三行再在第二行的基礎(chǔ)上后移一個(gè)行時(shí)間。

具體地，當(dāng)?shù)谝恍羞M(jìn)行復(fù)位操作時(shí)，其復(fù)位信號(hào)RST1、轉(zhuǎn)移信號(hào)TX1和讀出選通信號(hào)X1的時(shí)序如圖6中的1A所示；當(dāng)?shù)谝恍羞M(jìn)行讀出操作時(shí)，其復(fù)位信號(hào)RST1、轉(zhuǎn)移信號(hào)TX1和讀出選通信號(hào)X1的時(shí)序如圖6中的1B所示。

繼續(xù)參考圖6，第二行的復(fù)位信號(hào)RST2、轉(zhuǎn)移信號(hào)TX2和讀出選通信號(hào)X2在第二行進(jìn)行復(fù)位操作時(shí)的時(shí)序如2A所示；在第二行進(jìn)行讀出操作時(shí)的時(shí)序如2B所示。第三行的復(fù)位信號(hào)RST3、轉(zhuǎn)移信號(hào)TX3和讀出選通信號(hào)X3在第三行進(jìn)行復(fù)位操作時(shí)的時(shí)序如3A所示；在第三行進(jìn)行讀出操作時(shí)的時(shí)序如3B所示。

另外，每一行的讀出包括相關(guān)雙采樣（CDS）過(guò)程和模數(shù)（ADC）轉(zhuǎn)化過(guò)程。具體地，參選圖7，所述CDS過(guò)程包括RST-SHR-TX-SHS四個(gè)步驟。RST表示讀出前復(fù)位，SHR表示檢測(cè)點(diǎn)復(fù)位后采樣復(fù)位電平，TX表示電荷轉(zhuǎn)移到檢測(cè)點(diǎn)，SHS表示電荷轉(zhuǎn)移后采樣信號(hào)電平。兩次采樣所得電平的差值表示了經(jīng)過(guò)CDS之后的信號(hào)。此后是對(duì)每一個(gè)像素信號(hào)的量化讀出過(guò)程。通過(guò)列譯碼，對(duì)一行內(nèi)像素的信號(hào)電平分別進(jìn)行量化和讀出。

由上可以看出，CCD圖像傳感器與CMOS圖像傳感器無(wú)論在架構(gòu)上還是在操作方式上都存在很大的差異，因而這兩者之間很難做到兼容。由于CMOS圖像傳感器技術(shù)的巨大進(jìn)步，在很多應(yīng)用場(chǎng)合，CMOS圖像傳感器代替了CCD圖像傳感器，但是這種替代限于整體上的替代，而不是兼容性的替代。然而，在某些場(chǎng)合，CCD圖像傳感器的應(yīng)用環(huán)境以及CCD圖像處理系統(tǒng)得到了充分的優(yōu)化，2012年8月之前整體性的替代難以滿足其性能上的要求，兼容性的替代更為適宜。但是，仍沒有能夠同CCD電學(xué)信號(hào)相兼容的CMOS圖像傳感器。