图像感测器及其运作方法
【技术领域】
[0001]本发明关于一种图像感测器，特别关于一种运用模拟差分以消除环境光干扰的图像感测器及其运作方法。
【背景技术】
[0002]已知图像感测器通常具有多个阵列排列的感测像素，其中所述图像感测器的一种运作方法可使用滚动快门(Rolling Shutter),例如以控制信号依次启动所述图像感测器中每一列的所述感测像素以获取图像。由于每一列的所述感测像素为依次启动而非同时启动(也即每一列的所述感测像素开始曝光的时间不同)，获取快速移动的物件图像时，使用滚动快门所获取的图像可能会有失真(distort1n)的问题。
[0003]另一种图像感测器的运作方法可使用全域快门(Global Shutter),例如以控制信号同时启动所述图像感测器中全部感测像素以至于每一列的所述感测像素可在同一时间开始曝光以获取图像，因此，使用全域快门的图像感测器可避免所述图像失真的问题。
[0004]然而，使用全域快门的图像感测器在获取图像时，为了消除环境光的干扰或降低图像噪声，已知一种解决方式是通过图像后处理的方式将两张数字图像帧直接相减以获得差分图像帧。例如，请参照图1A和1B，图1A为已知使用全域快门的图像感测器91的图像获取的时序图。假设所述图像感测器91具有4个感测像素列R1-R4，在第一期间P1，光源开启预设时间且所述感测像素列R1-R4同时曝光，接着关闭所述光源并依次读取所述感测像素列R1至R4以输出第一图像信号；在第二期间P2，所述光源关闭并以所述预设时间同时曝光所述感测像素列R1-R4并依次读取所述感测像素列R1至R4以输出第二图像信号。
[0005]接着，请参照图1B，所述图像感测器91所输出的所述第一图像信号先通过模拟数字转换器93转换成第一数字信号9a并储存在数字缓冲区95。接着，将所述第二图像信号通过所述模拟数字转换器93转换成第二数字信号％。最后，再将所述第一数字信号9a减去所述第二数字信号9b以获得消除环境光的第三数字信号9c。然而，此种方法中，包含所述图像感测器91的系统需设置所述数字缓冲区95且所述图像感测器91必须连续输出两张图像帧(例如根据所述第一数字信号9a和所述第二数字信号9b所形成的图像帧)才能获得一张处理后的图像帧(例如根据所述第三数字信号9c所形成的图像帧)。
【发明内容】
[0006]有鉴于此，本发明提出一种运用模拟差分以消除环境光干扰的方法及使用该方法的图像感测器。
[0007]本发明的目的在提供一种图像感测器，其所输出的每一张模拟图像已消除环境光的干扰。
[0008]本发明另一目的在提供一种图像感测器，其可降低接近一倍的功率消耗且不需使用数字缓冲器用以储存图像帧供进行两张数字图像帧的差分运算。
[0009]为达上述目的，本发明提供一种图像感测器。所述图像感测器包含光电转换电路和输出电路。所述光电转换电路用以相对高电平信号期间储存第一电荷量和相对低电平信号期间储存第二电荷量。所述输出电路包含第一储存电路和第二储存电路分别用以储存转移自所述光电转换电路的所述第一电荷量和所述第二电荷量，并用以比较所述第一储存电路中的所述第一电荷量和所述第二储存电路中的所述第二电荷量以输出模拟图像信号，其中，所述高电平信号和所述低电平信号分别用以驱动光源的启闭，所述光电转换电路相对所述低电平信号期间依次转移所述第一电荷量至所述第一储存电路、储存所述第二电荷量和转移所述第二电荷量至所述第二储存电路。
[0010]本发明还提供一种图像感测器的运作方法。所述图像感测器包含光电元件、像素缓冲电路、第一储存电路、第二储存电路和差分单元。所述第一储存电路和所述第二储存电路分别耦接在所述差分单元的两输入端。所述光电元件用以相对高电平信号和低电平信号产生光电流储存至所述像素缓冲电路，其中所述高电平信号和所述低电平信号用以驱动光源的启闭。所述运作方法包含:在所述高电平信号期间从所述光电元件储存第一电荷量至所述像素缓冲电路；在所述低电平信号期间将所述像素缓冲电路的所述第一电荷量转移至所述第一储存电路；所述第一电荷量转移后，在所述低电平信号期间从所述光电元件储存第二电荷量至所述像素缓冲电路；将所述像素缓冲电路的所述第二电荷量转移至所述第二储存电路；以及以所述差分单元比较所述第一储存电路和所述第二储存电路中的储存电荷量以输出模拟图像信号。
[0011]本发明还提供一种图像感测器。所述图像感测器包含光电转换电路、第储存电路、第二储存电路和差分单元。所述光电转换电路用以在第一期间产生相关光源和环境光的光电流且在第二期间产生相关所述环境光的光电流。所述第一储存电路用以在所述第二期间储存对应所述第一期间的所述光电流的第一电荷量。所述第二储存电路用以在所述第一电荷量被储存后，储存对应所述第二期间的所述光电流的第二电荷量。所述差分单元包含两输入端分别耦接所述第一储存电路和所述第二储存电路，并用以比较所述第一储存电路和所述第二储存电路中的所述第一电荷量和所述第二电荷量以消除所述环境光的干扰。
[0012]为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显，下文将配合所附图示，详细说明如下。此外，在本发明的说明中，相同的构件以相同的符号表示，在此先述明。
【附图说明】
[0013]图1A为已知使用全域快门的图像感测器的图像获取的时序图；
[0014]图1B为已知两张图像帧在数字端进行差分运算的方块图；
[0015]图2为本发明某些实施例的图像感测器的电路图；
[0016]图3为本发明某些实施例的图像感测器的运作方法的流程图；
[0017]图4为对应图2和3的多个开关兀件的时序图；
[0018]图5为本发明某些实施例的图像感测器的方块图；
[0019]图6为本发明某些实施例包含多个感测像素的成像系统的示意图；
[0020]图7为对应图6的时序图。
[0021]附图标记说明
[0022]S1-S5 步骤
【具体实施方式】
[0023]图2为本发明某些实施例的图像感测器1的电路图。所述图像感测器1用以感测光能量并转换成电信号。所述图像感测器1包含至少一光电转换电路10和输出电路20，其中所述光电转换电路10的输出端与所述输出电路20的输入端之间以位元线70连接。图像感测器可具有多个阵列排列的光电转换电路以作为感测像素，且每一行的所述光电转换电路的输出端可通过位元线电性连接至输出电路的输入端。例如，包含Μ X N个像素的图像感测器通常具有MXΝ个光电转换电路以及Μ个或Ν个输出电路和位元线。为简化图式，图2仅例示性地绘示所述图像感测器1中两个光电转换电路10、10’、一个输出电路20和一条位元线70。可以了解的是，所述光电转换电路10和所述光电转换电路10’虽然具有不同标号，但两者具有相同结构，用以表示所述图像感测器1其中一行的两个感测像素(例如第一行第一列的感测像素和第一行第二列的感测像素)。
[0024]必须说明的是，在获取图像帧时，所述图像感测器10可搭配至少一光源(未绘示)用以提供图像获取时所需的光，故所述光源可称为补光灯(例如发光二极体)。所述图像感测器10包含信号产生器或时序控制器(未绘示)用以依次发出高电平信号和低电平信号以驱动所述光源的启闭，但不限在此。其他实施例中，所述高电平信号和所述低电平信号可由包含所述图像感测器10的成像系统提供，例如由所述成像系统的控制电路提供，且被提供至所述图像感测器10。某些实施例中，光源与图像感测器可包含在同一图像感测器封装中而由时序控制器同时控制光源与图像感测器的运作。某些实施例中，光源位于图像感测器外部，而所述图像感测器可产生所述高电平信号和所述低电平信号以控制所述光源。必须说明的是，虽然此处分别以高电平信号和低电平信号进行说明，然上述信号产生器、时序控制器或控制电路可仅产生高电平信号，而所述低电平信号表示未产生信号，例如信号值为零。
[0025]所述光电转换电路10用以相对高电平信号期间储存第一电荷量Qi和相对低电平信号期间储存第二电荷量Q2，其中所述高电平信号驱动所述光源开启而所述低电平信号控制所述光源关闭。也就是说，所述光电转换电路10储存所述第一电荷量Qi的同时所述光源为开启，而所述光电转换电路10储存所述第二电荷量Q2的同时所述光源为关闭。
[0026]所述光电转换电路10包含光电元件101、像素电容102和转移电路103。所述光电元件101例如可为光电二极体(photod1de)用以转换入射光Li为光电流II ;其中，所述光电流与所述入射光Li的强度相关。所述像素电容102则用以储存所述光电流为所述第一电荷量Qi或所述第二电荷量Q2。可以了解的是，当所述光源开启时，所述入射光Li包含所述光源所发出的光和环境光，所述光电元件101转换所述光源所发出的光和所述环境光为所述光电流并据以在所述像素电容102储存电荷量(也即所述第一电荷量QD。当所述光源关闭时，所述入射光Li仅包含所述环境光，所述光电元件101则转换所述环境光为光电流并据以在所述像素电容102储存另一电荷量(也即所述第二电荷量Q2)。必须说明的是，所述转移电路103耦接在所述像素电容102与