单通道cmos图像传感器及其数据传输方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及图像传感器领域，特别涉及一种单通道CMOS图像传感器及其数据传输方法。
【背景技术】
[0002]图像传感器是组成数字摄像头的重要组成部分。根据元件的不同，可分为(XD和CMOS两大类。CMOS传感器获得广泛应用的一个前提是其所拥有的较高灵敏度、较短曝光时间和日渐缩小的像素尺寸。
[0003]通常来说，一个CMOS图像传感器的帧率取决于后方数字信号处理器(DSP)的能力，目前来看，通常的数字信号处理器具备1080p全高清视频流下每秒钟30帧(30fps)或60帧(fps)的处理能力，这一帧率足以达到高清视频流所需的帧率能力。
[0004]但是对于某些特殊应用来说，每秒钟30帧或60帧的视频流帧率却远远不能满足其要求。例如，对于某些科学应用相机来说，通常需要拍摄超高速运动的物体，比如拍摄超高速运动的子弹、百米运动员冲刺等，因此要求其图像传感器能够具备高帧率的图像采集能力。一般来说，超高帧率的图像传感器需要具备1080p全高清视频流下每秒钟200帧以上的数据流能力。
[0005]由于CMOS工艺具备高度集成的特点，可以在一颗芯片上集成像素部分和数字处理电路部分，因此非常适用于有效提高图像传感器的帧率。所以，高帧率的CMOS图像传感器是目前高帧率传感器技术领域研究的重点。有的高帧率的CMOS图像传感器通常是采用单通道数据输出架构，然而，对于有效像素在1600万像素以上的大像素CMOS图像传感器来说，如果要满足全高清视频流所要求的数据流能力，数据接口的数据流也是很可观的，将会对高速数据接口带来极大的压力。
【发明内容】
[0006]本发明的主要目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种大幅减小单通道数据流，提高帧率的CMOS图像传感器及其数据传输方法。
[0007]为达成上述目的，本发明提供一种单通道CMOS图像传感器，包括:由多个像素单元组成的像素阵列，所述像素单元用于将光信号转换为模拟电信号；数据处理单元，其包括:模数转换模块，用于响应第一控制信号以将所述像素阵列全部所述像素单元所输出的模拟电信号转换为数字信号或响应第二控制信号以仅将所述像素阵列中局部区域的像素单元输出的模拟电信号转换为数字信号；在片图像处理模块，用于对所述模数转换模块所输出的数字信号进行图像处理并输出图像信号；控制模块，用于发出所述第一控制信号和所述第二控制信号，其中所述第二控制信号指定所述局部区域；其中，所述控制模块在第l+ηΤ和第2+ηΤ帧开始前发出所述第一控制信号至所述模数转换模块使所述模数转换模块在第1+ηΤ和第2+ηΤ帧时将所述像素阵列全部所述像素单元所输出的模拟电信号转换为数字信号，η为整数，在其余帧开始之前，所述控制模块判断当前帧及前一帧所述模数转换模块是否均将所述像素阵列输出的全部模拟电信号转换为数字信号，若判断结果为是则对当前帧及前一帧所述在片图像处理模块所输出的图像信号进行比较，若比较结果为存在一图像变化区域，则将该图像变化区域确定为所述像素阵列中的局部区域并在下一帧开始之前发出所述第二控制信号使得所述模数转换模块仅将该局部区域的所述像素单元的模拟电信号转换为数字信号，若比较结果为不存在所述图像变化区域，则在下一帧开始前发出所述第一控制信号至所述模数转换模块使得所述模数转换模块将所述像素阵列全部的所述像素单元的模拟电信号转换为数字信号；若判断结果为否，则在下一帧开始之前发出与当前帧相同的控制信号至所述模数转换模块使得所述模数转换模块将与当前帧相同范围的所述像素单元的模拟电信号转换为数字信号；其中τ为大于1的正整数。
[0008]优选地，所述单通道CMOS图像传感器还包括高速数据接口，用于将所述在片图像处理模块输出的图像信号传输至外部；所述控制模块包括寄存器，用于将所述模数转换模块连续两次响应所述第一控制信号所输出的数字信号经图像处理后的图像信号暂存以进行比较。
[0009]优选地，在除了第l+ηΤ和第2+ηΤ帧的其它帧中，若所述控制模块判断第k帧和第k帧之前连续m帧均不存在所述图像变化区域，则所述控制模块在第k+Ι帧之前发出所述第一控制信号至所述模数转换模块，使得所述模数转换模块在第k+Ι帧时将所述像素阵列全部的所述像素单元的模拟电信号转换为数字信号，m为大于等于2的整数，且k-m Φ 1+ηΤ，k-m 幸 2+nTo
[0010]根据本发明的另一方面，提供了一种单通道CMOS图像传感器，包括:由多个像素单元组成的像素阵列，所述像素单元用于将光信号转换为模拟电信号；数据处理单元，其包括:模数转换模块，用于响应第一控制信号以将所述像素阵列输出的全部模拟电信号转换为数字信号或响应第二控制信号以仅将所述像素阵列中局部区域的像素单元输出的模拟电信号转换为数字信号；在片图像处理模块，用于对所述模数转换模块所输出的数字信号进行图像处理并输出图像信号；控制模块，用于发出所述第一控制信号和所述第二控制信号，其中所述第二控制信号指定所述局部区域；其中，所述控制模块在第l+ηΤ和第2+ηΤ帧开始前发出所述第一控制信号至所述模数转换模块使所述模数转换模块在第l+ηΤ和第2+ηΤ帧时将所述像素阵列全部所述像素单元所输出的模拟电信号转换为数字信号，η为整数，在其余帧开始前，所述控制模块判断当前帧及前一帧所述模数转换模块进行处理的像素单元的范围是否相同，若相同则对当前帧及前一帧所述在片图像处理模块所输出的图像信号进行比较，若比较结果为存在一图像变化区域，则将该图像变化区域确定为所述像素阵列中的局部区域并在下一帧开始前发出所述第二控制信号使得所述模数转换模块仅将该局部区域的所述像素单元的模拟电信号转换为数字信号，若比较结果为不存在所述图像变化区域，则在下一帧开始前发出与当前帧相同的控制信号至所述模数转换模块使得所述模数转换模块将与当前帧相同范围的所述像素单元的模拟电信号转换为数字信号；若当前帧及前一帧所述模数转换模块进行处理的像素单元的范围不同，则在下一帧开始前发出与当前帧相同的控制信号至所述模数转换模块使得所述模数转换模块将与当前帧相同范围的所述像素单元的模拟电信号转换为数字信号；其中Τ为大于1的正整数。
[0011]优选地，所述单通道CMOS图像传感器还包括高速数据接口，用于将所述在片图像处理模块输出的图像信号传输至外部；所述控制模块包括寄存器，用于将所述模数转换模块连续两次响应所述第一控制信号或连续两次响应相同的所述第二控制信号所输出的数字信号经图像处理后的图像信号暂存以进行比较。
[0012]优选地，在除了第l+ηΤ和第2+ηΤ帧的其它帧中，若所述控制模块判断第k帧和第k帧之前连续m帧的模数转换处理的像素单元范围均相同且均不存在所述图像变化区域，则所述控制模块在第k+Ι帧之前发出新的控制信号，该新的控制信号所指定的像素单元范围与第k-m-Ι帧时模数转换模块所处理的像素单元的范围一致，m为大于等于2的整数，且k-m 幸 l+ηΤ，k-m 幸 2+nT0
[0013]根据本发明的另一方面，还提供了一种单通道CMOS图像传感器的数据传输方法，所述单通道CMOS图像传感器包括由多个像素单元组成的像素阵列，所述数据传输方法包括以下步骤:将所述像素单元的模拟电信号转换为数字信号；对所述数字信号进行图像处理并输出图像信号；其中，在第l+ηΤ和第2+ηΤ帧时将所述像素阵列输出的全部模拟电信号转换为数字信号，η为整数，在其余帧开始前，判断当前帧及前一帧是否均将所述像素阵列全部像素单元输出的模拟电信号转换为数字信号，若判断结果为是则对当前帧及前一帧所输出的图像信号进行比较，若比较结果为存在一图像变化区域，则将该图像变化区域确定为局部区域并在下一帧时仅将该局部区域的所述像素单元的模拟电信号转换为数字信号，若比较结果为不存在所述图像变化区域，则下一帧时仍将所述像素阵列输出的全部模拟电信号转换为数字信号；若判断结果为否则在下一帧时将与当前帧相同范围的所述像素单元的模拟电信号转换为数字信号，其中Τ为大于1的正整数。
[0014]优选地，在除了第l+ηΤ和第2+ηΤ帧的其它帧中，若第k帧和第k帧之前连续m帧均不存在所述图像变化区域，则在第k+Ι帧时将所述像素阵列全部的所述像素单元的模拟电信号转换为数字信号，m为大于等于2的整数，且k-m幸l+ηΤ，k-m幸2+ηΤ。
[0015]根据本发明的另一方面，还提供了一种单通道CMOS图像传感器的数据传输方法，所述单通道CMOS图像传感器包括由多个像素单元组成的像素阵列，所述数据传输方法包括以下步骤:将所述像素单元的模拟电信号转换为数字信号；对所述数字信号进行图像处理并输出图像信号；其中，在第l+ηΤ和第2+ηΤ帧时将所述像素阵列输出的全部模拟电信号转换为数字信号，η为整数，在其余帧开始前，判断当前帧及前一帧进行模数转换处理的像素单元的范围是否相同，若判断为相同则对当前帧及前一帧所输出的图像信号进行比较，若比较结果为存在