像素采集电路、图像传感器及图像采集系统技术方案

本发明专利技术公开了像素采集电路、图像传感器及图像采集系统。其中，像素采集电路包括光电探测单元、滤波放大单元、采样保持单元和激活控制单元。光电探测单元适于实时输出对应照射在其上的光信号的第一电信号。滤波放大单元，其输入端与光电探测器输出端耦接，适于对第一电信号执行放大操作和滤除低于频率阈值信号成分的操作，以输出第二电信号。阈值比较单元，适于判断第二电信号是否大于第一阈值和/或是否小于第二阈值，并在大于第一阈值或小于第二阈值时产生一个激活指示信号。采样保持单元输出端与接口总线耦接。激活控制单元响应于接收到一个激活指示信号，指示采样保持单元采集并缓存第一电信号，并向接口总线发送传输请求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及图像采集
，尤其涉及像素采集电路、图像传感器及图像采集系统。
技术介绍
目前，用于捕捉高速运动的高速相机越来越多应用在工业监测、科学研究和军工设备等领域。高速相机的核心组件是图像传感器。现有的图像传感器通常为有源像素传感器。这种传感器需要一定的曝光时间来积分微弱的光电流，并且按照采集顺序输出图像帧格式数据。为了捕捉高速运动，有源像素传感器需要以非常高的帧速率运行。另外，用户对图像分辨率要求也在不断提高。这就导致有源像素传感器的数据输出量比较大。除了部分有用信息，这些输出的数据通常包含非常高的冗余。其中，冗余信息主要是静态的或者是缓慢变化的视场背景。换言之，大量无用的背景信息被不断的采样、输出并处理。因此，现有的图像传感器需要很高的输出带宽。另外，在对所输出数据进行后续处理时，图像处理设备也需要比较大的资源消耗。为此，本专利技术提出了一种新的图像采集方案。
技术实现思路
为此，本专利技术提供一种新的图像采集的技术方案，有效的解决了上述中至少一个问题。根据本专利技术的一个方面，提供一种图像传感器的像素采集电路，包括光电探测单元、滤波放大单元、采样保持单元和激活控制单元。光电探测单元适于实时输出对应照射在其上的光信号的第一电信号。滤波放大单元，其输入端与光电探测器输出端耦接，适于对第一电信号执行放大操作和滤除低于频率阈值信号成分的操作，以输出第二电信号。阈值比较单元，其输入端与滤波放大单元的输出端耦接，适于判断第二电信号是否大于第一阈值和/或是否小于第二阈值，并在大于第一阈值或小于第二阈值时产生一个激活指示信号。采样保持单元，其输入端与光电探测单元的输出端耦接，其输出端与图像传感器的接口总线耦接。激活控制单元，响应于接收到一个激活指示信号，指示采样保持单元采集并缓存、对应激活指示信号接收时刻的第一电信号，并向接口总线发送对所缓存的第一电信号的传输请求。可选地，根据本专利技术的像素采集电路还包括或逻辑单元和激活信号线。或逻辑单元输入端与阈值比较单元的输出端耦接，其输出端与所述激活控制单元耦接。耦接在该或逻辑单元输入端的激活信号线，适于向或逻辑单元传递来自像素采集电路之外的激活指示信号。可选地，根据本专利技术的像素采集电路还包括与采样保持单元耦接的时间信号线，适于向采样保持电路传输周期信号波形。采样保持单元还适于采集并缓存对应所缓存的第一电信号的时间信号。可选地，在根据本专利技术的像素采集电路中，采样保持单元包括：第一电容C1，其第一端接地，第二端与所述光电探测单元的输出端之间连接有第一开关K1；第一缓存器B1，其输入端与第一电容C1的第二端连接，第二端与所述数据总线之间连接有第二开关K2；第二电容C2，其第一端接地，第二端与所述时间信号线之间连接有第三开关K3，第二缓存器B2，其输入端与第二电容C2的第二端连接，输出端与所述接口总线之间连接有第四开关K4。可选地，在根据本专利技术的像素采集电路中，采样保持单元包括：数据选择器，其第一输入端连接所述光电探测单元的输出端，第二输入端连接所述时间信号线；第一开关K1，其第一端与数据选择器的输出端连接；第一电容C1，其第一端接地，其第二端与第一开关K1的第二端连接；第一缓存器B1，第一端与第一电容C1的第二端连接；第二开关K2，连接在第一缓存器B1与所述接口总线之间。可选地，在根据本专利技术的像素采集电路中，激活控制单元包括：锁存器，适于响应于接收到的激活指示信号输出采样指示信号，以便采样保持电路根据该采样指示信号采集并缓存当前时刻的第一电信号和时间信号；传输控制器，根据采样指示信号向接口总线发送对采样保持电路所缓存的第一电信号和时间信号的传输请求。可选地，在根据本专利技术的像素采集电路中，光电探测单元为对数式光电探测器。光电探测器包括：阳极接地的光电二极管PD1；第一晶体管T1，其源极与光电二极管PD1阴极连接，其漏极与栅极连接到电源VDD。可选地，在根据本专利技术的像素采集电路中，光电探测器包括：阳极接地的光电二极管PD1；第一晶体管T1，其源极与光电二极管PD1阴极连接，其漏极与电源VDD连接；第一放大器A1，连接在光电二极管PD1的阴极与第一晶体管T1的栅极之间。可选地，在根据本专利技术的像素采集电路中，光电探测器包括：阳极接地的光电二极管PD1；串联的N个晶体管，其中第1个晶体管的源级与光电二极管(PD1)阴极连接，第i个晶体管的漏极与栅极连接到第i+1个晶体管的源级，第N个晶体管的漏极与栅极连接到电源VDD，N≥2，i取值范围为[1,N-1]。可选地，在根据本专利技术的像素采集电路中，光电探测器包括：阳极接地的光电二极管PD1、串联的N个晶体管和第一放大器A1。其中，第1个晶体管的源级与光电二极管PD1阴极连接，漏极连接到第2个晶体管的源级。第i个晶体管的漏极与栅极连接到第i+1个晶体管的源级，第N个晶体管的漏极与栅极连接到电源VDD，N≥2，i取值范围为[2,N-1]。第一放大器A1连接在光电二极管PD1的阴极与第1个晶体管的栅极之间。可选地，在根据本专利技术的像素采集电路中，滤波放大单元包括：第二放大器A2，适于对所述光电探测单元输出的第一电信号执行所述放大操作；连接该第二放大器A2的高通滤波器，滤除经过放大的第一电信号中低于所述频率阈值的信号成分，以生成所述第二电信号。其中，第二放大器A2，其输入正极连接所述光电探测单元输出端，其输入负极连接有下拉的第一电阻(R1)，其输出端与输入负极之间连接有第二电阻R2。可选地，在根据本专利技术的像素采集电路中，滤波放大单元包括：第三电容C3，第一端与所述光电探测单元的输出端连接；第三放大器A3，其输入负极与第三电容C3的第二端连接；第四电容C4、可调电阻R3和第五开关K5，均并联在第三放大器A3的输入负极和输出端之间。可选地，在根据本专利技术的像素采集电路中，阈值比较单元包括第一电压比较器，其反相输入端与提供第一阈值的信号线连接，其同相输入端连接所述滤波放大单元的输出端。可选地，在根据本专利技术的像素采集电路中，阈值比较单元包括第二电压比较器，其同相输入端与提供第二阈值的信号线连接，其反相输入端连接滤波放大单元的输出端。可选地，在根据本专利技术的像素采集电路中，阈值比较单元包括：第一电压比较器，其反相输入端与提供第一阈值的信号线连接，其同相输入端连接滤波放大单元的输出端；第二电压比较器，其正相输入端与提供第二阈值的信号线连接，其反相输入端连接所述滤波放大单元的输出端。可选地，在根据本专利技术的像素采集电路中，阈值比较单元包括：压差检测器，其第一输入端连接有下拉的第五电容C5，第二输入端连接有下拉的第六电容C6，适于输出第一输入端和第二输入端的差值信号；第六开关K6，设置在第五电容C5与所述滤波放大单元的输出端之间；串联在第五电容C5和第六电容C6之间的第三缓存器B3和第七开关K7；第一电压比较器，其反相输入端与提供所述第一阈值的信号线连接；其同相输入端连接压差检测器的输出端；第二电压比较器，其正相输入端与提供所述第二阈值的信号线连接，其反相输入端连接压差检测器的输出端。其中，在压差检测器输出的差值信号大于第一阈值或者小于第二阈值时，阈值比较单元输出激活指示信号，并且按照时间顺序依次断开第六开关K6、闭合第七开关K7、断开第七开关K7和闭合第六开关K6。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种图像传感器的像素采集电路，包括：光电探测单元，适于实时输出对应照射在其上的光信号的第一电信号；滤波放大单元，其输入端与光电探测器输出端耦接，适于对第一电信号执行放大操作和滤除低于频率阈值信号成分的操作，以输出第二电信号；阈值比较单元，其输入端与滤波放大单元的输出端耦接，适于判断第二电信号是否大于第一阈值和/或是否小于第二阈值，并在大于第一阈值或小于第二阈值时产生一个激活指示信号；采样保持单元，其输入端与光电探测单元的输出端耦接，其输出端与图像传感器的接口总线耦接；激活控制单元，响应于接收到一个激活指示信号，指示采样保持单元采集并缓存、对应激活指示信号接收时刻的第一电信号，并向接口总线发送对所缓存的第一电信号的传输请求。

【技术特征摘要】
1.一种图像传感器的像素采集电路，包括：光电探测单元，适于实时输出对应照射在其上的光信号的第一电信号；滤波放大单元，其输入端与光电探测器输出端耦接，适于对第一电信号执行放大操作和滤除低于频率阈值信号成分的操作，以输出第二电信号；阈值比较单元，其输入端与滤波放大单元的输出端耦接，适于判断第二电信号是否大于第一阈值和/或是否小于第二阈值，并在大于第一阈值或小于第二阈值时产生一个激活指示信号；采样保持单元，其输入端与光电探测单元的输出端耦接，其输出端与图像传感器的接口总线耦接；激活控制单元，响应于接收到一个激活指示信号，指示采样保持单元采集并缓存、对应激活指示信号接收时刻的第一电信号，并向接口总线发送对所缓存的第一电信号的传输请求。2.如权利要求1所述的像素采集电路，还包括：或逻辑单元，其输入端与所述阈值比较单元的输出端耦接，其输出端与所述激活控制单元耦接；耦接在该或逻辑单元输入端的激活信号线，适于向所述或逻辑单元传递来自所述像素采集电路之外的激活指示信号。3.如权利要求1或2所述的像素采集电路，还包括与所述采样保持单元耦接的时间信号线，适于向采样保持电路传输周期信号波形；所述采样保持单元还适于采集并缓存对应所缓存的第一电信号的时间信号。4.如权利要求3所述的像素采集电路，其中，所述采样保持单元包括：第一电容(C1)，其第一端接地，第二端与所述光电探测单元的输出端之间连接有第一开关(K1)；第一缓存器(B1)，其输入端与第一电容(C1)的第二端连接，第二端与所述数据总线之间连接有第二开关(K2)；第二电容(C2)，其第一端接地，第二端与所述时间信号线之间连接有第三开关(K3)，第二缓存器(B2)，其输入端与第二电容(C2)的第二端连接，输出端与所述接口总线之间连接有第四开关(K4)。5.如权利要求3所述的像素采集电路，其中，所述采样保持单元包括：数据选择器，其第一输入端连接所述光电探测单元的输出端，第二输入端连接所述时间信号线；第一开关(K1)，其第一端与数据选择器的输出端连接；第一电容(C1)，其第一端接地，其第二端与第一开关(K1)的第二端连接；第一缓存器(B1)，第一端与...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈守顺，
申请(专利权)人：华堂动芯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：新加坡;SG