本申请要求于2017年4月10日提交至韩国知识产权局的韩国专利申请No.10-2017-0046298的优先权，该申请的公开内容以引用其全部的方式并入本文中。
技术领域
本发明构思涉及一种图像传感器，更具体地，涉及一种可以减少数字变焦期间的噪声并且可以减少功耗的图像传感器。
背景技术：
图像传感器可以将包括物体的图像信息的光信号转换为电信号。广泛使用的图像传感器包括电荷耦合器件(CCD)图像传感器和互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。随着计算机行业和电信行业的发展，对于各种电子设备(诸如数码相机、便携式摄像机、个人通信系统(PCS)、游戏机、监控摄像机、医疗微型摄像机和/或移动电话)中的具有改善性能的图像传感器的需求已经增加。
为了放大图像传感器的图像，可以使用通过调节透镜之间的距离来放大图像的光学变焦以及通过在拍摄期间切掉一部分图像来放大图像的数字变焦。在数字变焦中，在执行变焦功能时，使用现有图像值来插入新的像素值，并且由于这些特性，与光学变焦所示出的图像相比，数字变焦示出稍逊精美的图像。因此，正在进行各种研究来减少数字变焦期间图像的劣化。
技术实现要素：
本发明构思提供一种图像传感器和包括图像传感器的图像处理装置，其可以减少数字变焦期间的噪声，并且防止图像劣化。
本发明构思提供一种图像传感器和包括图像传感器的图像处理装置，其可以减少数字变焦期间的功耗。
根据本发明构思的示例性实施例，提供一种图像传感器，包括：像素阵列，其包括以行和列布置的多个像素并且构造为从所述多个像素产生像素信号；时间计算器，其构造为接收与数字变焦相对应的变焦信息并且构造为基于变焦信息来计算适用于处理来自包括在单个行中的多个像素的像素信号的行处理时间；时序发生器，其构造为基于行处理时间来产生至少一个控制信号；以及模数转换器(ADC)，其构造为根据所述至少一个控制信号通过对像素信号执行采样来产生像素数据。
根据本发明构思的示例性实施例，提供一种图像处理装置，包括：图像处理器，其构造为基于与数字变焦相对应的变焦信息来计算适用于处理来自包括在单个行中的多个像素的像素信号的行处理时间；以及图像传感器，其包括时序发生器和ADC，所述时序发生器构造为基于行处理时间来产生至少一个控制信号，所述ADC构造为根据所述至少一个控制信号通过对像素信号执行采样来产生像素数据。
根据本发明构思的示例性实施例，提供一种计算机系统，包括：图像处理器，其构造为响应于接收到数字变焦命令来适应性地调节行处理时间；以及图像传感器，其构造为根据调节后的行处理时间对图像采样。
附图说明
通过以下结合附图的详细描述将更加清楚地理解本发明构思的示例性实施例，在附图中：
图1是根据本发明构思的示例性实施例的图像处理装置的框图。
图2是根据本发明构思的示例性实施例的操作时间计算器的方法的流程图。
图3是根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器的框图。
图4是根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器的框图。
图5是根据本发明构思的示例性实施例的原始图像以及通过对原始图像执行数字变焦获得的数字变焦图像的视图。
图6是根据本发明构思的示例性实施例的针对数字变焦放大率的行处理时间的图表。
图7是根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器的框图。
图8是根据本发明构思的示例性实施例的操作图像传感器的方法的流程图。
图9A是根据本发明构思的示例性实施例的多重采样操作的时序图。
图9B是根据本发明构思的示例性实施例的多重采样操作的时序图。
图10A和图10B是根据本发明构思的示例性实施例的确定采样次数的方法的视图。
图11是根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器的框图。
图12是根据本发明构思的示例性实施例的操作电容调节单元的方法的流程图。
图13是根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器的框图。
图14是根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器的框图。
图15是根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器的框图。
图16是根据本发明构思的示例性实施例的图像处理装置的框图。
图17是根据本发明构思的示例性实施例的包括图像传感器的计算系统的框图。
具体实施方式
图1是根据本发明构思的示例性实施例的图像处理装置10的框图。
参照图1，图像处理装置10可以包括图像处理器100和图像传感器200。
图像处理器100可以处理由图像传感器200感测和输出的图像数据，并且将经处理的图像数据输出至显示设备。图像处理器100可以处理图像数据以适合人眼。显示设备可以包括能够输出图像的设备(例如，具有照相机的计算机、移动电话或电子设备)。例如，图像处理器100可以实现为数字信号处理器(DSP)、图像信号处理器(ISP)和/或应用处理器(AP)。
图像处理器100可以从用户或主机接收数字变焦命令CMD_DZ。数字变焦命令CMD_DZ可以包括根据数字变焦的变焦信息ZI。图像处理器100可以从接收到的数字变焦命令CMD_DZ提取变焦信息ZI，并且将提取的变焦信息ZI输出至时间计算器210。
在示例性实施例中，变焦信息ZI可以包括关于与待输出至显示设备的图像相对应的图像尺寸的信息、关于形成待输出图像所在的像素地址的信息、以及关于数字变焦放大率的信息中的至少一种信息，其中，关于图像尺寸的信息可以包括待输出图像的数据被输入至的多个像素的行数。之后以下将参照图5对其进行描述。
在图像处理器100的控制下，图像传感器200可以感测通过透镜捕获的物体的光的强度，并且可以将感测到的光的强度转换成数字图像数据。图像传感器200可以将数字图像数据输出至图像处理器100。图像传感器200可以包括时间计算器210、时序发生器220和模数转换器(ADC)230。
时间计算器210可以基于从图像处理器100接收到的变焦信息ZI来计算行处理时间RPT，并且将计算的行处理时间PRT输出至时序发生器220。行处理时间RPT可以是图像传感器处理单个行所花费的时间，且RPT＝1/(FPS×RN)(其中，RPT是行处理时间，FPS是每秒帧率，RN是行数，在下文中称为行处理时间计算公式)。行处理时间RPT还可以被称为一个水平时间(1H-time)。根据本发明构思的示例性实施例，时间计算器210在计算行处理时间RPT时可以使用根据数字变焦而改变的行数RN。
根据本发明构思的示例性实施例，当时间计算器210计算行处理时间RPT时，可以使用参考行处理时间。参考行处理时间可以表示着或者可以对应于在不执行数字变焦时(例如，在放大率为1x时)的行处理时间RPT。在示例中，时间计算器210可以计算通过将参考行处理时间与放大率相乘而获得的值作为行处理时间RPT。
时序发生器220可以基于接收到的行处理时间RPT来将采样控制信号Cont_SP输出至ADC 230。ADC 230可以基于接收到的采样控制信号Cont_SP来对包括待观察物体的图像数据的像素信号执行采样。虽然图1图示了时间计算器210与时序发生器220分离，但是本发明构思不限于此。根据示例性实施例，时序发生器220可以用作时间计算器210。
图2是根据本发明构思的示例性实施例的操作时间计算器210的方法的流程图。
参照图2，在操作S110中，时间计算器210可以从图像处理器100接收变焦信息ZI。接收到的变焦信息ZI可以包括关于与待输出至显示设备的图像相对应的图像尺寸的信息、关于待输出图像的数据被输入的像素地址的信息、和/或关于数字变焦放大率的信息中的至少一种信息，其中，关于图像尺寸的信息可以包括待输出图像的数据被输入的多个像素的行数。
在操作S120中，时间计算器210可以基于接收到的变焦信息ZI来计算行处理时间RPT。在示例中，当接收到的变焦信息ZI包括关于已经根据数字变焦而改变的行数的信息时，时间计算器210可以将改变后的行数替换至行处理时间计算公式来计算行处理时间RPT。在示例中，当接收到的变焦信息ZI包括关于像素地址的信息时，时间计算器210可以通过接收到的像素地址来计算改变后的行数，并且通过将改变后的行数替换至行处理时间计算公式来计算行处理时间RPT。在示例中，当接收到的变焦信息ZI包括关于放大率的信息时，时间计算器210可以计算通过将参考行处理时间与放大率相乘而获得的值来作为行处理时间RPT。
在操作S130中，时间计算器210可以将计算的行处理时间RPT输出至时序发生器220。时序发生器220可以基于接收到的行处理时间RPT来调节ADC 230和/或类似项的操作时序。
图3是根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器200的框图。在图3中，与图1中相同的附图标记表示相同的元件，因此，在本文中将不给出其重复描述。
参照图3，图像传感200可以包括时间计算器210、时序发生器220、ADC 230、像素阵列240、行驱动器250、斜坡发生器260和读出电路280。
时间计算器210可以接收变焦信息ZI并且将行处理时间RPT输出至时序发生器220。基于接收到的行处理时间RPT，时序发生器220可以将行驱动器控制信号Cont_RD输出至行驱动器250，可以将采样控制信号Cont_SP输出至ADC 230和读出电路280，并且可以将斜坡控制信号Cont_RP输出至斜坡发生器260。因此，时序发生器220可以基于行处理时间RPT来调节行驱动器250、ADC 230、读出电路280和斜坡发生器260的操作时序。
行驱动器250可以以行为单位来驱动像素阵列240。例如，行驱动器250可以产生用于控制构成像素阵列240的每个单位像素的传输晶体管的传输控制信号、用于控制复位晶体管的复位控制信号、用于控制选择晶体管的选择控制信号等。根据本发明构思的示例性实施例，在数字变焦期间响应于时序发生器220的行驱动器控制信号Cont_RD，行驱动器250可以驱动像素阵列240的至少一些行。
像素阵列240可以包括多个光电转换元件，诸如光电二极管和/或钉扎光电二极管，并且还可以包括以行和列布置的多个像素。像素阵列240可以使用多个光电转换元件来感测光，并且将光转换成电信号以产生像素信号VPixel。像素阵列240可以将包括复位信号和视频信号的像素信号VPixel从由行驱动器250提供的行选择信号所选中的行线输出至ADC 230。
ADC 230可以将从像素阵列240接收到的模拟域中的像素信号VPixel转换成数字域中的像素数据PD。为此，ADC 230可以包括比较器231和计数器232。
比较器231可以从斜坡发生器260接收斜坡信号RP，并且将接收到的斜坡信号RP与像素信号VPixel相比较并将比较结果信号输出至计数器232。计数器232可以对从时序发生器220接收到采样控制信号Cont_SP到从比较器231接收到比较结果信号时的时间进行计数，并产生与其相对应的像素数据PD。计数器232可以将产生的像素数据PD输出至读出电路280。读出电路280可以基于接收到的像素数据PD来产生图像数据ID，并且将图像数据ID输出至(图1的)图像处理器100。
斜坡发生器260可以从时序发生器220接收斜坡控制信号Cont_RP，并且基于接收到的斜坡控制信号Cont_RP来产生斜坡信号RP。此外，斜坡发生器260可以将产生的斜坡信号RP输出至比较器231。
根据本发明构思，在数字变焦期间，时间计算器210可以通过基于变焦信息ZI计算行处理时间RPT来适应性地调节行处理时间RPT，并且时序发生器220可以根据调节后的行处理时间RPT来调节ADC 230、行驱动器250、斜坡发生器260、读出电路280等的操作时序，使得可以延长用于处理单个行的行处理时间RPT。
图4是根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器200的框图。更具体地，图4是图像传感器200中的ADC 230、像素阵列240、行驱动器250、斜坡发生器260和读出电路280的框图。在图4中，与图3中相同的附图标记表示相同的元件，因此，在本文中将不给出其重复描述。
像素阵列240可以包括矩阵形式的多个单位像素PX，所述多个单位像素PX分别连接至多条行线ROW1至ROWm和多条列线COL1至COLn。可以通过层叠(例如垂直层叠)半导体衬底、层间绝缘层、滤色器层和微透镜来形成像素阵列。例如，半导体衬底可以是或者可以包括其上p型外延层形成在p型块硅衬底上的半导体衬底，并且可以通过将n型离子注入(例如，植入)p型外延层中来形成光电二极管。此外，层间绝缘层可以层叠在半导体衬底上。层间绝缘层可以包括单位像素中包括的晶体管的栅极和多个层的导线。根据示例性实施例，用于保护元件的保护层可以层叠在层间绝缘层上。滤色器层可以层叠在层间绝缘层(或保护层)上，并且滤色器层可以包括多个滤色器。在示例性实施例中，贝尔图案技术可以应用于滤色器层。例如，滤色器可以包括至少一个红色滤色器、至少一个绿色滤色器和至少一个蓝色滤色器，或者可以包括至少一个品红滤色器、至少一个青色滤色器和至少一个黄色滤色器。根据示例性实施例，被称为外涂层的平层可以层叠在滤色器层上。微透镜层叠在滤色器层(或平层)上并且可以引导入射光，使得入射光有效地入射在单位像素的光电二极管上。
多个单位像素PX中的每个或至少一些可以包括用于将红色光谱区域中的光转换成电信号的红色像素、用于将绿色光谱区域中的光转换成电信号的绿色像素、用于将蓝色光谱区域中的光转换成电信号的蓝色像素、以及用于使用飞行时间(TOF)方法来将深度信息转换成电信号的深度像素中的至少一个。例如，多个单位像素PX中的每个可以根据入射光的强度来输出具有不同电压电平的像素信号。
行驱动器250可以解码在时序发生器220中产生的行驱动器控制信号Cont_RD，并且可以响应于解码的行驱动器控制信号Cont_RD来选择包括在像素阵列240中的至少一条行线。例如，行驱动器250可以响应于行驱动器控制信号Cont_RD来选择并驱动第一行线ROW1至第m行线ROWm。根据本发明构思的示例性实施例，在数字变焦期间，行驱动器250可以仅选择并驱动第一行线ROW1至第m行线ROWm之中的与行驱动器控制信号Cont_RD相对应的一部分行线。因此，根据本发明构思的图像传感器200可以将行处理时间RPT设置为比参考行处理时间长，这是因为在数字变焦期间，行驱动器250仅驱动一些行，同时保持相对于恒定驱动单个帧的恒定的每秒帧率(fps)。
比较器231中的每个或至少一些可以连接至第一列线COL1至第n列线COLn中的任意一条和斜坡发生器260。第一列线COL1至第n列线COLn中的任意一条可以连接至比较器231的第一输入端子，而斜坡发生器260可以连接至比较器231的第二输入端子。每个比较器231可以接收从第一列线COL1至第n列线COLn中的一条列线接收到的像素信号以及从斜坡发生器260产生的斜坡信号值，将它们彼此比较，并且将比较结果信号输出至每个比较器231的输出端子。根据斜坡信号的斜率，可以拾取并输出从比较器231输出的比较结果信号中的信号样本与复位样本之间的差异。斜坡发生器260可以基于时序发生器220中产生的斜坡控制信号Cont_RP来操作。之后将参照图9A和图9B来对其进行描述。
每个计数器232可以连接至每个比较器231的输出端子。计数器232可以包括递增计数器/递减计数器和逐位反转计数器。如上所述，每个计数器232可以对从时序发生器220接收到采样控制信号Cont_SP到从比较器231接收到比较结果信号时的时间进行计数，并产生与其相对应的数字域中的像素数据PD。
读出电路280可以包括多个存储器281。多个存储器281中的每个可以基于由时序发生器220产生的采样控制信号Cont_SP来储存从ADC 230接收到的像素数据。多个存储器281中的每个可以对应于静态随机存储存储器(SRAM)，但是本发明构思不限于此。存储器281可以将数字域中的图像数据输出至图像处理器100。
图5是根据本发明构思的示例性实施例的原始图像以及通过对原始图像执行数字变焦获得的数字变焦图像的视图。更具体地，图5是原始图像以及对原始图像执行数字变焦产生的数字变焦图像的视图。
参照图5，用户或主机可以将命令输出至图像处理装置来执行数字变焦以放大原始图像的第一区域(区域1)。第一区域的数据可以形成在像素阵列240中所包括的多个像素PX的一些像素中。
当在无数字变焦的情况下处理原始图像时，图像处理装置可以从连接至N条列线和M条行线的多个像素PX获取数据，并且将图像数据输出至显示设备。可替换地，当在数字变焦的情况下处理原始图像时，图像处理装置可以从与第一区域(区域1)相对应的N/a条列线和M/a条行线相连接的多个像素PX获取数据，并且使用获取的数据将图像数据输出至显示设备。因此，即使在执行数字变焦时，当使用相同的行处理时间RPT时，图像处理装置利用与原始图像相比有限的数据来将数字变焦图像输出至显示设备。因此，在插值处理时可能发生因各种噪声导致的图像质量劣化。
根据本发明构思，由于原始图像和数字变焦图像在用于处理单个帧的每秒帧率(fps)上是相同的，因此原始图像的总的帧处理时间与数字变焦图像的总的帧处理时间可以是相同的。因此，如果原始图像具有待处理的较小行数，则数字变焦图像的行处理时间RPT可以被设置为比原始图像的行处理时间(RPT)长。相应地，总的帧处理时间可以被设置为与原始图像的总的帧处理时间相同。根据本发明构思的示例性实施例，可以通过使行处理时间RPT更长来减少导致图像劣化的噪声，从而减少数字变焦图像的图像劣化。
图6是根据本发明构思的示例性实施例的针对数字变焦放大率的行处理时间RPT的图表。
图6中的横轴可以是数字变焦放大率，而纵轴可以是行处理时间RPT。参照图6，在相应于放大率是n1x时不执行数字变焦时，行处理时间RPT可以是第一时间RPT1。此外，在放大率是n2x时的行处理时间RPT可以是第二时间RPT2，以及在放大率是n3x时的行处理时间RPT可以是第三时间RPT3。根据本发明构思的示例性实施例，行处理时间RPT可以与放大率成比例。虽然图6示出行处理时间RPT与线性函数的放大率成比例，但是本发明构思不限于此。
图7是根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器200a的框图。在图7中，与图3中相同的附图标记表示相同的元件，因此，在本文中将不给出其重复描述。
参照图7，图像传感200a可以包括时间计算器210a、时序发生器220a、ADC 230a、斜坡发生器260a和多重采样单元291a。
时间计算器210a可以将基于接收到的变焦信息ZI计算的行处理时间RPT输出至多重采样单元291a。多重采样单元291a可以基于接收到的行处理时间RPT来确定采样次数。多重采样单元291a可以将包括关于已确定的采样次数的信息的多重采样使能信号En_MS输出至时序发生器220a。时序发生器220a可以基于包括在接收到的多重采样使能信号En_MS中的采样次数来将斜坡控制信号Cont_RP输出至斜坡发生器260a，并且将多重采样控制信号Cont_MS输出至ADC 230a。ADC 230a可以基于其接收到的像素信号VPixel执行多重采样，并且将产生的像素数据PD输出至(图3的)读出电路280。之后下面将参照图9A和图9B来描述多重采样。
根据本发明构思的图像传感器可以通过基于行处理时间RPT来确定采样次数以及对像素信号VPixel执行多重采样来改善数字变焦图像的噪声。
图8是根据本发明构思的示例性实施例的操作图像传感器的方法的流程图。在图8中，与图7中相同的附图标记表示相同的元件，因此，在本文中将不给出其重复描述。
参照图7和图8，在操作S210中，多重采样单元291a可以从时间计算器210a接收基于变焦信息ZI计算的行处理时间RPT。在操作S220中，多重采样单元291a可以基于接收到的行处理时间RPT来确定采样次数。在示例中，多重采样单元291a可以基于提前储存的表格来确定采样次数。在示例中，多重采样单元291a可以基于特定公式(或者可替换地，基于预定公式)来确定采样次数。之后将参照图10A和图10B来对其进行描述。
在操作S230中，多重采样单元291a可以将包括关于已确定的采样次数的信息的多重采样使能信号En_MS输出至时序发生器220a。在操作S240中，时序发生器220a可以基于确定的采样次数来将用于多重采样的多重采样控制信号Cont_MS输出至ADC 230a。多重采样控制信号Cont_MS可以包括用于多重复位采样和多重信号采样的时序控制信号。在操作S250中，ADC 230a可以基于多重采样控制信号Cont_MS来对像素信号VPixel执行多重采样。
图9A是根据本发明构思的示例性实施例的多重采样操作的时序图。更具体地，图9A是图7的图像传感器200a执行多重采样操作的时序图，在该操作中，在行处理时间RPT期间执行两次采样来从(图4的)一个单位像素PX中获得(图3的)像素数据PD。
参照图7和图9A，图像传感器200a的多重采样过程可以包括自动归零部分AZ、复位采样部分RESET和/或信号采样部分SIGNAL。在自动归零部分AZ期间，图像传感器200a可以将像素信号VPixel的电平与斜坡信号RP的电平匹配。在复位采样部分RESET期间，图像传感器200a可以测量像素中的剩余电压值作为用于获得(图3的)精确像素数据PD的参考。在复位采样部分RESET期间测量的残余电压值可以因像素而改变。在信号采样部分SIGNAL期间，图像传感器200a可以获取通过将光转换成电信号而得到的(图3的)像素数据PD的信号样本。根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器200a可以通过在复位采样部分RESET期间执行两次或更多次复位采样以及在信号采样部分SIGNAL期间执行两次或更多次信号采样来执行多重采样。图9A示出执行了两次采样的多重采样的时序图。在自动归零部分AZ结束之后，斜坡信号RP可以转变成第一电压电平。
在时间点T1处，时序发生器220a可以基于从时间计算器210a接收到的行处理时间RPT通过将针对ADC 230a的多重采样控制信号Cont_MS和针对斜坡发生器260a的斜坡控制信号Cont_RP转变成逻辑高来进入复位采样部分RESET。斜坡发生器260a可以响应于转变成逻辑高的斜坡控制信号Cont_RP来以恒定斜率降低斜坡信号RP的电压电平。此外，计数器232a可以响应于多重采样控制信号Cont_MS的上升沿来开始计数CNT。
时间点T2可以指示斜坡信号RP的电压电平与像素信号VPixel的电压电平一致时的时间点。在时间点T2处，比较器231a可以将比较结果信号CR输出至计数器232a，并且计数器232a可以相应地完成计数CNT。计数器232a可以对从多重采样控制信号Cont_MS的上升沿至比较器231a的比较结果信号CR的时间进行计数并且产生计数值作为第一复位样本R1。
在时间点T3处，时序发生器220a可以将针对ADC 230a的多重采样控制信号Cont_MS和针对斜坡发生器260a的斜坡控制信号Cont_RP转变成逻辑低值(“逻辑低”)。斜坡发生器260a可以响应于转变成逻辑低的斜坡控制信号Cont_RP来维持斜坡信号RP的电压电平恒定。
在时间点T4处，时序发生器220a可以将针对ADC 230a的多重采样控制信号Cont_MS和针对斜坡发生器260a的斜坡控制信号Cont_RP转变成逻辑高值(“逻辑高”)。斜坡发生器260a可以响应于转变成逻辑高的斜坡控制信号Cont_RP来以恒定斜率增加斜坡信号RP的电压电平。此外，计数器232a可以响应于多重采样控制信号Cont_MS的上升沿来开始计数CNT。
在像素信号VPixel与斜坡信号RP一致的时间点T5处，比较器231a可以将比较结果信号CR输出至计数器232a，并且计数器232a可以相应地完成计数CNT。计数器232a可以对从多重采样控制信号Cont_MS的上升沿至比较器231a的比较结果信号CR的时间进行计数并且产生计数值作为第二复位样本R2。
在时间点T6处，时序发生器220a可以通过将针对ADC 230a的多重采样控制信号Cont_MS和针对斜坡发生器260a的斜坡控制信号Cont_RP转变成逻辑低来完成复位采样部分RESET。斜坡发生器260a可以响应于转变成逻辑低的斜坡控制信号Cont_RP来维持斜坡信号RP的电压电平恒定。
ADC 230a可以对在复位采样部分RESET期间产生的第一复位样本R1和第二复位样本R2执行合成。复位样本可以包括具有实质信息的复位信息项和不必要的噪声项。由于复位信息项具有相同的相位，因此通过简单操作来合成包括在第一复位样本R1和第二复位样本R2中的每个样本中的复位信息项，而噪声项具有不同的相位并且通过正交操作来合成。通过复位信息项的简单操作而增加的信号质量可以大于通过噪声项的正交操作而增加的信号质量。结果，通过多重采样合成的复位样本的信噪比(SNR)可以小于通过单次采样例子合成的复位样本的信噪比。
在复位采样部分RESET完成之后并且在进入信号采样部分SIGNAL之前，根据(图3的)行驱动器250的控制，(图3的)像素阵列240可以将从物体接收到的光信号转换为电信号。因此，像素信号VPixel的电压电平可以改变。
在时间点T7处，时序发生器220a可以基于从时间计算器210a接收到的行处理时间RPT通过将针对ADC 230a的多重采样控制信号Cont_MS和针对斜坡发生器260a的斜坡控制信号Cont_RP转变成逻辑高来进入信号采样部分SIGNAL。斜坡发生器260a可以响应于转变成逻辑高的斜坡控制信号Cont_RP来以恒定斜率降低斜坡信号RP的电压电平。此外，计数器232a可以响应于多重采样控制信号Cont_MS的上升沿来开始计数CNT。
在像素信号VPixel与斜坡信号RP一致的时间点T8处，比较器231a可以将比较结果信号CR输出至计数器232a，并且计数器232a可以相应地完成计数CNT。计数器232a可以对从多重采样控制信号Cont_MS的上升沿至比较器231a的比较结果信号CR的时间进行计数，并且可以产生计数值作为第一信号样本S1。
在时间点T9处，时序发生器220a可以将针对ADC 230a的多重采样控制信号Cont_MS和针对斜坡发生器260a的斜坡控制信号Cont_RP转变成逻辑低。斜坡发生器260a可以响应于转变成逻辑低的斜坡控制信号Cont_RP来维持斜坡信号RP的电压电平恒定。
在时间点T10处，时序发生器220a可以将针对ADC 230a的多重采样控制信号Cont_MS和针对斜坡发生器260a的斜坡控制信号Cont_RP转变成逻辑高。斜坡发生器260a可以响应于转变成逻辑高的斜坡控制信号Cont_RP来以恒定斜率增加斜坡信号RP的电压电平。此外，计数器232a可以响应于多重采样控制信号Cont_MS的上升沿来开始计数CNT。
在斜坡信号RP的电压电平成为与像素信号VPixel的电压电平相等的时间点T11处，比较器231a可以将比较结果信号CR输出至计数器232a，并且计数器232a可以相应地完成计数CNT。计数器232a可以对从多重采样控制信号Cont_MS的上升沿至比较器231a的比较结果信号CR的时间进行计数，并且产生计数值作为第二信号样本S2。
在时间点T12处，时序发生器220a可以通过将针对ADC 230a的多重采样控制信号Cont_MS和针对斜坡发生器260a的斜坡控制信号Cont_RP转变成逻辑低来完成信号采样部分SIGNAL。斜坡发生器260a可以响应于转变成逻辑低的斜坡控制信号Cont_RP来维持斜坡信号RP的电压电平恒定。
ADC 230a可以对在信号采样部分SIGNAL期间产生的第一信号样本S 1和第二信号样本S2执行合成。与复位样本一样，信号样本可以包括具有实质信息的信号信息项和不必要的噪声项，并且通过信号信息项的简单操作而增加的信号质量可以大于通过噪声项的正交操作而增加的信号质量。因此，通过多重采样合成的信号样本的SNR可以小于通过单次采样例子合成的信号样本。
ADC 230a可以通过一系列上述操作来产生利用合成的复位样本合成的信号样本，并且可以将合成信的号样本和合成的复位样本之间的差异输出至(图3的)读出电路280作为数字域中的像素数据。
图9A示出了这样的示例性实施例，其中在斜坡信号RP开始上升或下降时斜坡控制信号Cont_RP转变成逻辑高，并且在计数CNT开始时多重采样控制信号Cont_MS转变成逻辑高。例如，在斜坡信号RP开始上升或下降时，斜坡控制信号Cont_RP可以转变成逻辑低，并且在计数CNT开始时，多重采样控制信号Cont_MS可以转变成逻辑低。相应地，斜坡控制信号Cont_RP和多重采样控制信号Cont_MS可以按照图9A相反的方式来操作。此外，虽然图9A图示用于多重采样的复位采样和信号采样执行两次的情况，但是本发明构思不限于此。应当理解的是，本发明构思还可以应用至采样执行三次或更多次的情况。
图9B是根据本发明构思的示例性实施例的多重采样操作的时序图。更具体地，图9B是图7的图像传感器200a执行多重采样操作的另一个时序图，在该操作中，在行处理时间RPT期间执行两次采样来从(图4的)一个单位像素PX中获得(图3的)像素数据PD。在图9B中，与图9A中相同的附图标记表示相同的元件，因此，在本文中将不给出其重复描述。
参照图7以及图9A和图9B，在图9B中，在时间点T3和T9处，斜坡信号RP可以转变至自动归零部分AZ结束时的第一电压电平。由于在时间点T3和T9处斜坡信号RP转变至与自动归零部分AZ结束处相同的第一电压电平，因此在除了时间点T1和T7以外的斜坡控制信号Cont_RP的上升沿出现时的时间点T4和T10处，斜坡信号RP的电压电平也可以降低。由于根据图9B操作图像传感器的方法与根据图9A的操作图像传感器的方法类似或相同，因此在本文中将不给出其详细描述。
图10A和图10B是根据本发明构思的示例性实施例的确定采样次数的方法的视图。更具体地，图10A是根据公式和/或图表确定采样次数的方法的视图，而图10B是根据表格确定采样次数的方法的视图。
参照图7和图10A，当多重采样单元291a从时间计算器210a接收行处理时间RPT时，可以根据图10A的图表或公式来确定与接收到的行处理时间RPT相对应的采样次数。在示例中，可以动态地规定(或可替换地，动态地预定)图表和公式。当接收到的行处理时间RPT在第一时间RPT1与第二时间RPT2之间时，多重采样单元291a可以确定采样次数为m1，当接收到的行处理时间RPT在第二时间RPT2与第三时间RPT3之间时，多重采样单元291a可以确定采样次数为m2，当接收到的行处理时间RPT在第三时间RPT3与第四时间RPT4之间时，多重采样单元291a可以确定采样次数为m3，并且当接收到的行处理时间RPT大于第四时间RPT4时，多重采样单元291a可以确定采样次数为m4。
参照图7和图10B，当多重采样单元291a从时间计算器210a接收行处理时间RPT时，采样次数对应于行处理时间表格。行处理时间表格可以被储存在图像传感器200a内部的存储器中，或者可以被储存在图像传感器200a外部的存储器件中。在示例中，当接收到的行处理时间RPT大于或等于第一时间RPT1且小于或等于第二时间RPT2时，多重采样单元291a可以确定采样次数为m1，当接收到的行处理时间RPT大于第二时间RPT2且小于或等于第三时间RPT3时，多重采样单元291a可以确定采样次数为m2，当接收到的行处理时间RPT大于第三时间RPT3且小于或等于第四时间RPT4时，多重采样单元291a可以确定采样次数为m3，并且当接收到的行处理时间RPT大于第四时间RPT4时，多重采样单元291a可以确定采样次数为m4。
图11是根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器200b的框图。在图11中，与图3中相同的附图标记表示相同的元件，因此，在本文中将不给出其重复描述。
参照图3和图11，图像传感200b可以包括时间计算器210b、ADC 230b和电容调节单元292b。另外，ADC 230b可以包括比较器231b和降噪电容器233b。比较器231b可以与图3的比较器231相同或类似，因此在本文中将不给出其描述。
降噪电容器233b可以连接至比较器231b来执行电荷共享，从而减少采样信号中的噪声。此外，降噪电容器233b可以在行处理时间RPT期间执行电荷共享。因此，如果行处理时间RPT更长，则降噪电容器233b可以用更大量的电荷来执行电荷共享。根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器200b可以基于行处理时间RPT来适应性地调节降噪电容器233b的可变电容，从而将因电荷共享导致的噪声降低至较大值(例如，最大值)。
时间计算器210b可以从(图1的)图像处理器100接收变焦信息ZI，并且可以基于接收到的变焦信息ZI来计算行处理时间RPT。时间计算器210b可以将计算的行处理时间RPT输出至电容调节单元292b。电容调节单元292b可以基于行处理时间RPT来确定降噪电容器233b的电容值。
在本发明构思的示例中，电容调节单元292b可以基于储存的电容表格T_Cap来确定降噪电容器233b的电容值。另外，电容调节单元292b可以确定与行处理时间RPT成比例的电容值。如上所述，由降噪电容器233b电荷共享的电荷量与行处理时间RPT成比例，并且电荷量和电容值也彼此成比例。因此，电容调节单元292b可以通过确定与行处理时间RPT成比例的电容值来使电荷共享的电荷量最大化。
电容调节单元292b可以通过电容控制信号S_Cap来将降噪电容器233b的可变电容调节至确定的电容值。在示例中，电容调节单元292b可以通过调节降噪电容器233b的电极之间的间距来调节电容值。
图12是根据本发明构思的示例性实施例的操作电容调节单元292b的方法的流程图。
参照图11和图12，在操作S310中，电容调节单元292b可以从时间计算器210接收基于变焦信息ZI计算的行处理时间RPT。在操作S320中，电容调节单元292b可以基于行处理时间RPT来确定降噪电容器233b的可变电容的电容值。在示例中，电容调节单元292b可以基于储存的电容表格T_Cap来确定电容值。在操作S330中，电容调节单元292b可以用确定的电容值来设置降噪电容器233b的可变电容。
图13是根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器200c的框图。在图13中，与图11中相同的附图标记表示相同的元件，因此，在本文中将不给出其重复描述。
参照图13，图像传感200c可以包括时间计算器210c、ADC 230c和电容调节单元292c。另外，ADC 230c可以包括比较器231c、降噪电容器开关234c和降噪电容器电路235c。时间计算器210c、电容调节单元292c和比较器231c可以分别与图11的时间计算器210b、电容调节单元292b和比较器231b相同或类似，因此在本文中将不给出其描述。
电容调节单元292c可以将与确定电容值相对应的电容控制信号S_Cap输出至降噪电容器开关234c。降噪电容器开关234c可以响应于电容控制信号S_Cap来将具有确定电容值的降噪电容器连接至比较器231c。为此，降噪电容器电路235c可以包括具有不同电容C1至C4的多个降噪电容器。
在示例中，电容调节单元292c可以基于从时间计算器210c接收到的行处理时间RPT和电容表格T_Cap来确定第一电容C1作为降噪电容器的可变电容。电容调节单元292c可以将电容控制信号S_Cap输出至降噪电容器开关234c来将降噪电容器设置为第一电容C1。相应地，降噪电容器开关234c可以将具有第一电容C1的降噪电容器连接至比较器231。
图14是根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器200d的框图。在图14中，与图3中相同的附图标记表示相同的元件，因此，在本文中将不给出其重复描述。
参照图14，图像传感器200d可以包括时间计算器210d、ADC 230d和电流调节单元293d，其中，ADC 230d可以包括电流管理器236d。时间计算器210d可以与图3的时间计算器210实质相同或类似，在下文中将不给出其描述。
时间计算器210d可以从(图1的)图像处理器100接收变焦信息ZI，并且可以基于接收到的变焦信息ZI来计算行处理时间RPT。时间计算器210d可以将计算的行处理时间RPT输出至电流调节单元293d。
电流管理器236d可以控制ADC 230d中消耗的电流。虽然图14示出电流管理器236d在ADC 230d中，但是本发明构思不限于此，而电流管理器236d可以在ADC 230d外部控制ADC 230d的电流消耗。
电流调节单元293d可以基于从时间计算器210d接收到的行处理时间RPT和电流表格T_Cur来将电流调节信号S_Cur输出至电流管理器236d。电流管理器236d可以基于接收到的电流调整信号S_Cur来调节ADC 230d的电流。例如，电流调节单元293d可以基于行处理时间RPT来调节ADC 230d的电流消耗。根据本发明构思的示例性实施例，电流调节单元293d可以被设置为使得ADC 230d的电流消耗与行处理时间RPT成反比。更具体地，电流调节单元293d可以将被设置为使得ADC 230d的电流消耗与行处理时间RPT成反比的流调节信号S_Cur输出至电流管理器236d。根据本发明构思的图像传感器200d基于根据数字变焦的行处理时间RPT通过适应性地调节ADC 230d的电流消耗，节省了实际不要求或不需要电流的区域中的电流消耗，从而降低了图像传感器200d的功耗。
图15是根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器200e的框图。
参照图15，图像传感器200e可以包括时间计算器210e、模式选择器215e、时序发生器220e、多重采样单元291e、电容调节单元292e和电流调节单元293e。时间计算器210e、时序发生器220e、多重采样单元291e、电容调节单元292e和电流调节单元293e可以分别与图1至图14的时间计算器210、时序发生器220、多重采样单元291a、电容调节单元292b和292c以及电流调节单元293d相同或类似，因此在本文中将不给出其描述。
模式选择器215e可以从外部(例如，(图1的)图像处理器100、主机或用户)接收模式选择信号S_MS，并且可以从时间计算器210e接收行处理时间RPT。模式选择单元215e可以基于接收到的模式选择信号S_MS来将行处理时间RPT输出至时序发生器220e、多重采样单元291e、电容调节单元292e和电流调节单元293e中的至少一个。作为回应，时序发生器220e可以基于接收到的行处理时间RPT来将各种时序控制信号Cont_T输出至(图1的)ADC 230和(图3的)斜坡发生器260，并且多重采样单元291e可以基于接收到的行处理时间RPT来将多重采样使能信号En_MS输出至时序发生器220e。此外，电容调节单元292e可以基于接收到的行处理时间RPT来将电容调节信号S_Cap输出至(图11的)降噪电容器233b，并且电流调节单元293e可以基于接收到的行处理时间RPT来将电流调节信号S_Cur输出至(图14的)电流管理器236d。
图16是根据本发明构思的示例性实施例的图像处理装置10f的框图。
参照图16，图像处理装置10f可以包括图像处理器100f和图像传感器200f。图像处理器100f可以包括时间计算器110f，图像传感器200f可以包括时序发生器220f、多重采样单元291f、电容调节单元292f和电流调节单元293f。在图16中，除了时间计算器110f被包括在图像处理器100f中以外，图像处理装置10f或包括在其中的图像传感器200f可以分别与参照图1至图15所述的图像处理装置10或包括在其中的图像传感器200至200e实质相同或类似。
时间计算器110f可以接收数字变焦命令CMD_DZ并基于其来计算行处理时间RPT。时间计算器110f可以将计算的行处理时间RPT输出至图像传感器200f。更具体地，时间计算器110f可以将计算的行处理时间RPT输出至时序发生器220f、多重采样单元291f、电容调节单元292f和电流调节单元293f中的至少一个。作为回应，时序发生器220f可以基于接收到的行处理时间RPT来调节(图1的)ADC230和(图3的)斜坡发生器260的时序，并且多重采样单元291f可以基于接收到的行处理时间RPT来将多重采样使能信号输出至时序发生器220f。此外，电容调节单元292f可以基于接收到的行处理时间RPT来将电容调节信号输出至(图11的)降噪电容器233b，并且电流调节单元293f可以基于接收到的行处理时间RPT来将电流调节信号输出至电流管理器236d。
图17是根据本发明构思的示例性实施例的包括图像传感器2600的计算系统2000的框图。
参照图17，计算系统2000可以包括图像处理器2100、存储器装置2200、存储设备2300、输入/输出装置2400、电源2500和图像传感器2600。图像传感器2600可以包括以上参照图1至图16描述的根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器。虽然在图17中未示出，但是计算系统2000还可以包括能与视频卡、声卡、存储卡、USB设备或其他电子设备通信的端口。
图像处理器2100可以执行特定计算或任务。图像处理器2100可以包括以上参照图1至图16描述的根据本发明构思的示例性实施例的图像处理器。例如，图像处理器2100可以是或者可以包括微处理器或中央处理单元(CPU)。图像处理器2100可以经由地址总线、控制总线和数据总线与存储器装置2200、存储设备2300和输入/输出装置2400通信。例如，图像处理器2100可以连接至扩展总线，诸如外部组件互连(PCI)总线。在从主机等接收数字变焦命令时，图像处理器2100可以根据数字变焦命令经由总线将变焦信息和/或行处理时间RPT输出至图像传感器2600。
存储器装置2200可以储存计算系统2000的操作所需(例如，必要的)数据。例如，存储器装置2200可以是动态随机存储存储器(DRAM)、移动式DRAM、SRAM或非易失性存储器件。
存储器的芯片可以在存储器装置2200中使用各种类型的封装件或单独或一起来实现。例如，芯片可以被封装为诸如层叠式封装(PoP)、球栅阵列(BGA)、芯片级封装(CSP)、塑料引线芯片载体(PLCC)、塑料双列直插封装(PDIP)、华夫组件芯片、华夫形式芯片、板上芯片(COB)、陶瓷双列直插封装(CERDIP)或塑料公制四方扁平封装(MQFP)的封装件。
存储设备2300可以包括固态盘(SSD)、硬盘驱动器(HDD)、光盘只读存储器(CD-ROM)等。输入/输出装置2400可以包括诸如键盘、小键盘、鼠标等的输入装置以及诸如打印机或显示器的输出单元。电源2500可以施加用于计算系统2000的操作所需的(例如，所要求的)操作电压。
图像传感器2600可以经由总线或其他通信链接而连接至图像处理器2100来执行通信。根据本发明构思的示例性实施例，当从图像处理器2100接收与数字变焦命令相对应的变焦信息时，图像传感器2600可以基于变焦信息来调节行处理时间RPT。因此，根据本发明构思的图像传感器2600可以减少因数字变焦导致的噪声，并且可以减少图像传感器2600的功耗。图像传感器2600和图像处理器2100可以被集成在一个芯片上或者可以被分别集成在不同的芯片上。计算系统2000应当被理解为使用图像传感器的任意的计算系统。例如，计算系统2000可以包括数字相机、移动电话、个人数字助理(PDA)、便携式多媒体播放器(PMP)、智能电话、平板电脑等。
虽然已经参照其示例性实施例来示出和描述了本发明构思，但是将理解的是，在不脱离所附权利要求的精神和范围的情况下，可以做出各种形式和细节上的改变。