高速灵活采样图像传感器及其采样控制方法

摘要

本发明涉及一种高速灵活采样图像传感器，该传感器的图像反馈单元接收读取电路输出的图像数据并定位需要次采样或者开窗的行或列像素，把选择数据指令传递给编码逻辑单元；编码逻辑单元根据选择指令进行编码；行选译码器、列选译码器分别对编码逻辑单元输出的行编码信号和列编码信号进行译码，在开窗模式或者次采样模式下，行选译码器根据译码结果控制驱动控制电路，选择相应行像素进行扫描，同时列选译码器控制读取电路选择相应列像素数据进行读取。本发明有效数据读取速度高，操控性强，开窗效率高，同时不额外增加传感器体积。

说明书

技术领域

本发明属于图像传感器技术领域，具体涉及一种可以选择特定像素区域工作的高速灵活采样图像传感器及其采样控制方法。

背景技术

CMOS图像传感器是一种被广泛应用于机器视觉、目标侦察、安防监控和医疗检测的光电成像器件，由于具有成本低，集成度高的优势，图像传感器芯片能够集成更多相机系统功能，从而减少相机的外围电路，实现了相机体积微型化和功能多样化。

工业检测中，为了实现快速成像和重点目标监视，相机先进行次采样模式，其原理如图1所示，待传感器发现目标后进入开窗扫描模式，只对特殊区域所有像素扫描，其原理如图2所示。次采样模式为图像传感器按照预置程序，只对像元中固定的行、列像素进行扫描，捕获物景粗率信息图像；开窗扫描模式是发现观测目标后，图像传感器只对开窗区域内的所有像素进行扫描，捕获物景部分精确的图像。由于这两种扫描模式下，传感器只对部分像素进行信号采集和处理，因此合理分配像素的驱动和读出，可以有效提高图像传感器的帧率。

为实现上述功能，一般都在相机外围电路中添加功能模块，从系统的附加功能实现开窗功能，开窗方式包括对传感器某连续行像素开窗，如只对图像传感器上半部分像素数据进行读取，实现传感器半开窗，这些控制方法存在对传感器像素操控性不强，开窗效率差等缺点，同时额外的外围电路使相机体积增大而不利于携带。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种操控性强，开窗效率高，同时不额外增加传感器体积的高速灵活采样图像传感器。

为了解决上述技术问题，本发明的高速灵活采样图像传感器包括集成于图像传感器芯片上的像素阵列、驱动控制电路，读取电路；其特征在于还包括集成在图像传感器芯片上的行选译码器、列选译码器、图像反馈单元和编码逻辑单元；其中图像反馈单元和编码逻辑单元由可编程逻辑电路组成，图像反馈单元接收读取电路输出的图像数据并定位需要次采样或者开窗的行或列像素，把选择数据指令传递给编码逻辑单元；编码逻辑单元根据选择指令进行编码；行选译码器、列选译码器分别对编码逻辑单元输出的行编码信号和列编码信号进行译码，在开窗模式或者次采样模式下，行选译码器根据译码结果控制驱动控制电路，选择相应行像素进行扫描，同时列选译码器控制读取电路选择相应列像素数据进行读取.

本发明要解决的另一个技术问题是提供一种上述高速灵活采样图像传感器的采样控制方法。

为了解决上述技术问题，本发明的高速灵活采样图像传感器的采样控制方法包括下述步骤：

步骤一、图像反馈单元接收读取电路输出的图像数据并进行处理，根据处理结果定位次采样区域的行、列像素，并把选择数据指令传递给编码逻辑单元；编码逻辑单元根据选择指令进行编码，得到次采样模式下的行编码信号和列编码信号；

步骤二、行选译码器对编码逻辑单元输出的行编码信号进行译码，得到次采样模式下各帧所要扫描的像素行号；列选译码器对编码逻辑单元输出的列编码信号进行译码，得到次采样模式下各帧所要读取的像素列号；

步骤三、行选译码器根据步骤二译码得到的各帧所要扫描的像素行号控制驱动控制电路中的行选开关，在各帧只对相应行的像素进行曝光；同时根据步骤二译码得到的各帧所要读取的像素列号控制读取电路列选开关，在各帧只对相应列的像素数据进行读取；

步骤四、图像反馈单元接收次采样模式下读取电路输出的图像数据并进行处理，根据处理结果定位开窗区域，并把选择数据指令传递给编码逻辑单元；编码逻辑单元根据选择指令进行编码，得到开窗模式下的行编码信号和列编码信号；

步骤五、行选译码器、列选译码器分别对编码逻辑单元输出的开窗区域像素的行编码信号和列编码信号进行译码，并根据译码结果控制驱动控制电路，对开窗区域所有行像素进行扫描，同时控制读取电路选择开窗区域的所有列像素进行数据读取。

所述步骤三中，在第一帧只对次采样区域奇数行像素进行曝光，对次采样区域奇数列像素数据进行读取；在第二帧只对次采样区域偶数行像素进行曝光，对次采样区域偶数列像素数据进行读取。

所述步骤三中，还可以在第一帧只对次采样区域偶数行像素进行曝光，对次采样区域偶数列像素数据进行读取；在第二帧只对次采样区域奇数行像素进行曝光，对次采样区域奇数列像素数据进行读取。

所述步骤三中，还可以在第一帧只对次采样区域奇数行像素进行曝光，对次采样区域偶数列像素数据进行读取；在第二帧只对次采样区域偶数行像素进行曝光，对次采样区域奇数列像素数据进行读取。

所述步骤三中，还可以在第一帧只对次采样区域第3n+1行像素进行曝光，对次采样区域第3n+1列像素数据进行读取；在第二帧只对次采样区域第3n+2行像素进行曝光，对次采样区域第3n+2列像素数据进行读取；在第三帧只对次采样区域第3n+3行像素进行曝光，对次采样区域第3n+3列像素数据进行读取，其中n＝0、1、2……。

所述步骤四中，开窗区域为一个或多个包含目标区域的矩形。

本发明结合CMOS图像传感器集成度高的特点，将次扫描功能和开窗功能同时集成到CMOS图像传感器芯片上，通过次采样模式可以灵活选择要扫描的行、列，从而得到物体所成像的粗略数据信息；发现目标后，在开窗扫描模式下读取开窗区域所有行和列的数据信息，从而得到物体所成像的精确数据信息，从而使相机兼备高速灵活扫描功能和体积微型化两种特性。本发明能够实现图像传感器图像采集的高帧率和对感兴趣区域的精确扫描，有效数据读取速度高，操控性强，开窗效率高，同时不额外增加传感器体积。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是现有技术快速次采样模式示意图。

图2是现有技术局部开窗模式示意图。

图3是本发明的高速灵活采样图像传感器结构示意图。图4是本发明的高速灵活采样图像传感器局部电路结构示意图。

图5a是正常行选信号示意图，图5b是本发明实施例1经行选译码器干预后的行选信号示意图。

图6是本发明实施例1的奇偶行列交换采样示意图。

图7是开窗方法1示意图。

图8a、图8b、图8c是开窗方法2示意图。

图9是开窗方法3示意图。

具体实施方式

如图2、3所示，图像传感器芯片上一般集成有像素阵列、时钟电路PLL，时序产生电路、驱动控制电路、串行外设接口SPI、读取电路等。本发明的高速灵活采样图像传感器将行选译码器、列选译码器、编码逻辑单元和图像反馈单元集成于图像传感器芯片上；图像反馈单元的输入通过数据通道与读取电路连接，输出与编码逻辑单元的输入连接，编码逻辑单元的输出与行选译码器和列选译码器的输入连接；行选译码器和列选译码器的输出分别与驱动控制电路和读取电路连接。

实施例1

本发明的高速灵活采样图像传感器的采样控制方法具体如下：

如图5b、图6所示，在次采样模式下，图像反馈单元接收读取电路输出的图像数据并进行处理，根据处理结果定位次采样区域的行或列像素，并把选择数据指令传递给编码逻辑单元；编码逻辑单元根据选择指令进行编码，得到次采样模式下的行编码信号和列编码信号。

行选译码器对编码逻辑单元输出的行编码信号进行译码，根据译码结果控制驱动控制电路中的行选开关，在第一帧只接通次采样区域奇数行行选开关，对奇数行像素进行曝光；同时列选译码器对编码逻辑单元输出的列编码信号进行译码，根据译码结果只接通读取电路中次采样区域的奇数列列选开关，读取奇数行偶数列像素数据。由于采用奇数/偶数点像素采样这种方式，每帧只需采集次采样区域原来像素的四分之一，因此图像传感器的帧率可以提高四倍。为了保证有效数据不被遗漏，在第二帧只读取偶数行偶数列像素数据。通过前后两帧图像的处理，确定对像素阵列中感兴趣区域(开窗区域)。

本实施例中，还可以在第一帧读取次采样区域偶数行奇数列像素数据，在第二帧读取次采样区域奇数行偶数列像素数据，或者第一帧读取次采样区域奇数行偶数列像素数据，在第二帧读取次采样区域偶数行奇数列像素数据，或者第一帧读取次采样区域偶数行偶数列像素数据，在第二帧读取次采样区域奇数行奇数列像素数据。

次采样区域可以是整个像素矩阵，也可以是部分像素矩阵。

实施例2

本发明的高速灵活采样图像传感器的采样控制方法具体如下：

如图5b、图6所示，在次采样模式下，图像反馈单元接收读取电路输出的图像数据并进行处理，根据处理结果定位次采样区域的行或列像素，并把选择数据指令传递给编码逻辑单元；编码逻辑单元根据选择指令进行编码，得到次采样模式下的行编码信号和列编码信号。

行选译码器对编码逻辑单元输出的行编码信号进行译码，根据译码结果控制驱动控制电路中的行选开关，在第一帧只接通次采样区域第3n+1行行选开关，对次采样区域第3n+1行像素进行曝光；同时列选译码器对编码逻辑单元输出的列编码信号进行译码，根据译码结果只接通读取电路中次采样区域的第3n+1列列选开关，读取次采样区域第3n+1列像素数据，在第二帧只对次采样区域第3n+2行像素进行曝光，对次采样区域第3n+2列像素数据进行读取；在第三帧只对次采样区域第3n+3行像素进行曝光，对次采样区域第3n+3列像素数据进行读取，其中n＝0、1、2……。由于采用这种方式，每帧只需采集次采样区域原来像素的九分之一，因此图像传感器的帧率可以提高九倍。通过前后三帧图像的处理，确定对像素阵列中感兴趣区域(开窗区域)。

确定开窗区域的方法具体如下。

开窗方法1：如图7所示，根据次采样模式采集的图像数据，图像反馈单元选中包含目标的方形区域作为开窗区域

开窗方法2：如图8a、8b、8c所示，对多个物体开多个窗口。根据次采样模式采集的图像数据，图像反馈单元选中包含目标的方形区域作为开窗区域。

由于多个目标所占行或列像素存在不连续，传感器可以对处于不同行像素或列像素的多个目标物体开多个对应的窗口。

开窗方法3：如图9所示，多个交叠物体开最大窗口：根据次采样模式采集的图像数据，图像反馈单元选中包含多个目标的矩形区域作为开窗区域。