像素电路及其控制方法以及全局对比度探测图像传感器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及传感技术领域，尤其涉及一种像素电路及其控制方法以及全局对比度 探测图像传感器。
【背景技术】
[0002] 在机器视觉领域，现有的图像传感器技术已能精确地记录光照强度的大小，并可 达到很高的空间分别率和色彩保真度。对比度分析具有十分重要的作用。然而，环境中的大 部分物体并不会自身发出光线，而是通过对外部光源形成反射光的形式显示自身的形态。 故而，光照强度的探测反映的只是整体光源的信息和光源照射的分布，而环境中物体的轮 廓、表面形貌以及物体的移动则主要由光线的对比度体现。
[0003] 由于现有的图像传感器技术通常只能采集光线的光照强度，因此对比度分析往往 只能应用于后期的图像处理。图像处理中常用的对比度分析技术包括对比度增强和对比度 抽取。通过应用对比度分析能够更佳地显示物体的轮廓和表面形貌、增强色彩反差、物体形 状轮廓识别、运动识别、背景过滤等重要的图像处理功能。另一方面，随着图像传感器分别 率的不断增加，一幅高清的图像数据往往需要消耗大量的存储空间，例如，以1080p分辨率 的图像为例，其中包括1920x1080约等于200万像素，每个像素包括8字节的色彩信息，则 该图像需要1600万字节的存储消耗，因此，处理这样的高清图像信息则需要消耗大量的运 算消耗和系统功耗。并且，难以实现快速、实时的图像处理，使得在实际场景中应用对比度 分析技术进行如物体形状轮廓识别、运动识别、背景过滤等功能时往往具有较大的延时。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于，提供一种像素电路及其控制方法以及全局对比度探测图像传 感器，通过记录光强的对比度信号，直接得到光强的变化，省去了后期处理的运算消耗和系 统功耗。并能够使对比度分析的应用更加快速、实时。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明提供一种像素电路，包括依次连接的感光电路、对比 探测电路和读取电路：所述感光电路进用于曝光产生光电流，并将正比于所述光电流的对 数的电压信号输出到所述对比度探测电路；所述对比度探测电路对所述电压信号进行放 大，并根据所述电压信号随时间的变化得出光强的对比度信号，将所述对比度信号输出所 述读取电路；所述读取电路中存储所述对比度信号，并将所述对比度信号输出列数据线。
[0006] 进一步的，所述感光电路包括感光二极管、第一选通管和第一源跟随晶体管；所述 感光二极管的正极接地端，负极接所述第一选通管的源极，所述第一选通管的漏极连接所 述第一源跟随晶体管的源极，所述第一选通管的栅极连接一曝光控制信号，所述第一源跟 随晶体管的漏极连接电源电压，所述第一源跟随晶体管的栅极连接通过一第一节点连接所 述对比探测电路。
[0007] 进一步的，所述对比探测电路包括放大电路、第一电容以及复位晶体管；所述放大 电路连接在所述第一节点与第二节点之间，所述第二节点连接所述读取电路，所述第一电 容连接在所述第二节点与地端之间，所述复位晶体管的栅极连接一复位控制信号，所述复 位晶体管的源极连接所述第二节点，所述复位晶体管的漏极接地端；
[0008] 进一步的，所述放大电路包括第二电容、第三电容以及阻抗元件，所述第二电容的 连接在所述第一节点与所述电源电压之间，所述第三电容连接在所述第一节点与所述第二 节点之间，所述阻抗元件连接在所述第一节点与所述第二节点之间；所述像素电路中还设 置一偏置电流，所述偏置电流输出到所述对比度探测电路，所述偏置电流输出至所述第二 节点。
[0009] 进一步的，所述读取电路包括第二源跟随晶体管、第二选通管、第三源跟随晶体 管、行选通管以及第四电容；所述第二源跟随晶体管的栅极连接所述第二节点，所述第二源 跟随晶体管的源极连接所述第二选通管的漏极，所述第二源跟随晶体管的漏极连接所述电 源电压，所述第二选通管的栅极连接一读取控制信号，所述第四电容的一端通过第三节点 连接所述第二选通管的源极，所述第四电容的另一端接地端，所述第三源跟随晶体管的栅 极连接所述第三节点，所述第三源跟随晶体管的源极连接所述行选通管的源极，所述第三 源跟随晶体管的漏极连接电源电压，所述行选通管的栅极连接一行选通控制信号，所述行 选通管的漏极连接列数据线。
[0010] 相应的，本发明还提供一种上述的像素电路的控制方法，包括第一时间段、第二时 间段、第三时间段、第四时间段以及第五时间段，其中：
[0011] 在所述第一时间段内，所述第一选通信号为高电位，所述第一选通管开启，对所述 感光二极管进行充电复位；
[0012] 在所述第二时间段内，所述第一选通信号为高电位，所述感光二极管曝光产生光 电流，所述第一节点的电压正比于所述感光二极管所产生的光电流的对数，所述放大电路 将所述第一节点的电压进行放大，并输出到所述第二节点，所述第二节点的电压随时间的 变化为对比度信号，所述对比度信号存储于所述第一电容中；所述第二选通信号为高电位， 使所述第二选通管开启，并将所述对比度信号通过第二源跟随晶体管和第二选通管传输并 存储于所述第四电容中；
[0013] 在所述第三时间段内，所述第一选通信号为低电位，使所述第一选通管关闭，所述 第二选通信号为低电位，使所述第二选通管关闭，所述复位控制信号为高电位，所述复位晶 体管开启，使所述第一电容放电复位；
[0014] 在所述第四时间段内，所述复位控制信号为高电位，所述行选择控制信号为高电 位，所述行选通管开启，所述对比度信号通过第三源跟随晶体管和所述行选通管传输到列 数据线，通过所述列数据线输出；
[0015] 在所述第五时间段内，所述复位控制信号为低电位，所述行选通信号为高电位，所 述对比度信号继续输出到所述列数据线。
[0016]进一步的，所述第一节点的电压等于kiXlogG光电流)，其中ki为比例系数，I光电流为 所述感光二极管产生的光电流的大小。
[0017] 进一步的，所述第二节点的电压为A乘以所述第一节点的电压，其中，A为所述放 大电路的增益系数为，A= ((：2+(：3)/(：3，(：2和(： 3分别为所述第二电容和所述第三电容的电容 值的大小；所述第一电容的电流值等于x 其中，k2为另一比例系数，11，为t'时刻 h 的光电流值，I为t时间的光电流值，1f为光强的对比度。
[0018] 进一步的，所述像素电路中还设置一偏置电流，所述偏置电流输出到所述对比度 探测电路，所述偏置电流输出至所述第二节点，所述偏置电流与所述对比度信号同时传输 到所述列数据线。
[0019] 相应的，本发明还提供一种全局对比度探测图像探测器，包括图像传感器和与所 述图像传感器连接的读取控制装置，所述图像传感器包括阵列的上述的像素电路。
[0020] 本发明中，感光电路进行曝光，并产生光电流，产生的光电流通过放大电路进行放 大，并得到光强的对比度信号。对比度探测电路将对比度信号输出到读取电路，并将对比度 信号保存在第四电容中，之后，读取电路中的行选通信号将第四电容中的对比度信号输出 到列数据线，从而可以直接得到光强的强弱变化关系。本发明中，像素电路中直接得到光强 变化的对比度信号，图像传感器依次输出并记录对比度信号，从而省去了后期图像处理中 的运算消耗和系统功耗。并能够使对比度分析的应用更加快速、实时。
【附图说明】
[0021] 图1是本发明一实施例中的全局对比度探测图像传感器的结构示意图；
[0022] 图2是本发明一实施例中像素电路的结构示意图；
[0023] 图3是本发明一实施例中像素电路的电路图；
[0024] 图4是本发明一实施例中的像素电路的控制时序图。
【具体实施方式】
[0025] 以下通过参考附图，对所公开的像素电路及其控制方法以及全局对比度探测图像 传感器的各种特征及功能进行详细描述。附图中，除非上下文中另有解释，相似元件采用相 似符号标示。本说明书所描述的系统，装置及方法的实施例用于说明而非限制目的。对于 本领域技术人员，容易理解的是，所公开的系统，装置及方法的某些方面可配置和组合为各 种不同形式，所有这些形式均处于本说明书的范围之内。
[0026] 本发明中，感光电路中，第一选通信号提供高电平，使第一选通管开启，