單通道cmos圖像傳感器及其數(shù)據(jù)傳輸方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及圖像傳感器領(lǐng)域，特別涉及一種單通道CMOS圖像傳感器及其數(shù)據(jù)傳輸方法。
【背景技術(shù)】
[0002]圖像傳感器是組成數(shù)字?jǐn)z像頭的重要組成部分。根據(jù)元件的不同，可分為(XD和CMOS兩大類。CMOS傳感器獲得廣泛應(yīng)用的一個(gè)前提是其所擁有的較高靈敏度、較短曝光時(shí)間和日漸縮小的像素尺寸。
[0003]通常來說，一個(gè)CMOS圖像傳感器的幀率取決于后方數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)的能力，目前來看，通常的數(shù)字信號(hào)處理器具備1080p全高清視頻流下每秒鐘30幀(30fps)或60幀(fps)的處理能力，這一幀率足以達(dá)到高清視頻流所需的幀率能力。
[0004]但是對(duì)于某些特殊應(yīng)用來說，每秒鐘30幀或60幀的視頻流幀率卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足其要求。例如，對(duì)于某些科學(xué)應(yīng)用相機(jī)來說，通常需要拍攝超高速運(yùn)動(dòng)的物體，比如拍攝超高速運(yùn)動(dòng)的子彈、百米運(yùn)動(dòng)員沖刺等，因此要求其圖像傳感器能夠具備高幀率的圖像采集能力。一般來說，超高幀率的圖像傳感器需要具備1080p全高清視頻流下每秒鐘200幀以上的數(shù)據(jù)流能力。
[0005]由于CMOS工藝具備高度集成的特點(diǎn)，可以在一顆芯片上集成像素部分和數(shù)字處理電路部分，因此非常適用于有效提高圖像傳感器的幀率。所以，高幀率的CMOS圖像傳感器是目前高幀率傳感器技術(shù)領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。有的高幀率的CMOS圖像傳感器通常是采用單通道數(shù)據(jù)輸出架構(gòu)，然而，對(duì)于有效像素在1600萬像素以上的大像素CMOS圖像傳感器來說，如果要滿足全高清視頻流所要求的數(shù)據(jù)流能力，數(shù)據(jù)接口的數(shù)據(jù)流也是很可觀的，將會(huì)對(duì)高速數(shù)據(jù)接口帶來極大的壓力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種大幅減小單通道數(shù)據(jù)流，提高幀率的CMOS圖像傳感器及其數(shù)據(jù)傳輸方法。
[0007]為達(dá)成上述目的，本發(fā)明提供一種單通道CMOS圖像傳感器，包括:由多個(gè)像素單元組成的像素陣列，所述像素單元用于將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬電信號(hào)；數(shù)據(jù)處理單元，其包括:模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，用于響應(yīng)第一控制信號(hào)以將所述像素陣列全部所述像素單元所輸出的模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)或響應(yīng)第二控制信號(hào)以僅將所述像素陣列中局部區(qū)域的像素單元輸出的模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；在片圖像處理模塊，用于對(duì)所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊所輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行圖像處理并輸出圖像信號(hào)；控制模塊，用于發(fā)出所述第一控制信號(hào)和所述第二控制信號(hào)，其中所述第二控制信號(hào)指定所述局部區(qū)域；其中，所述控制模塊在第l+ηΤ和第2+ηΤ幀開始前發(fā)出所述第一控制信號(hào)至所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊使所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊在第1+ηΤ和第2+ηΤ幀時(shí)將所述像素陣列全部所述像素單元所輸出的模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，η為整數(shù)，在其余幀開始之前，所述控制模塊判斷當(dāng)前幀及前一幀所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊是否均將所述像素陣列輸出的全部模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，若判斷結(jié)果為是則對(duì)當(dāng)前幀及前一幀所述在片圖像處理模塊所輸出的圖像信號(hào)進(jìn)行比較，若比較結(jié)果為存在一圖像變化區(qū)域，則將該圖像變化區(qū)域確定為所述像素陣列中的局部區(qū)域并在下一幀開始之前發(fā)出所述第二控制信號(hào)使得所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊僅將該局部區(qū)域的所述像素單元的模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，若比較結(jié)果為不存在所述圖像變化區(qū)域，則在下一幀開始前發(fā)出所述第一控制信號(hào)至所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊使得所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊將所述像素陣列全部的所述像素單元的模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；若判斷結(jié)果為否，則在下一幀開始之前發(fā)出與當(dāng)前幀相同的控制信號(hào)至所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊使得所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊將與當(dāng)前幀相同范圍的所述像素單元的模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；其中τ為大于1的正整數(shù)。
[0008]優(yōu)選地，所述單通道CMOS圖像傳感器還包括高速數(shù)據(jù)接口，用于將所述在片圖像處理模塊輸出的圖像信號(hào)傳輸至外部；所述控制模塊包括寄存器，用于將所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊連續(xù)兩次響應(yīng)所述第一控制信號(hào)所輸出的數(shù)字信號(hào)經(jīng)圖像處理后的圖像信號(hào)暫存以進(jìn)行比較。
[0009]優(yōu)選地，在除了第l+ηΤ和第2+ηΤ幀的其它幀中，若所述控制模塊判斷第k幀和第k幀之前連續(xù)m幀均不存在所述圖像變化區(qū)域，則所述控制模塊在第k+Ι幀之前發(fā)出所述第一控制信號(hào)至所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，使得所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊在第k+Ι幀時(shí)將所述像素陣列全部的所述像素單元的模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，m為大于等于2的整數(shù)，且k-m Φ 1+ηΤ，k-m 幸 2+nTo
[0010]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種單通道CMOS圖像傳感器，包括:由多個(gè)像素單元組成的像素陣列，所述像素單元用于將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬電信號(hào)；數(shù)據(jù)處理單元，其包括:模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，用于響應(yīng)第一控制信號(hào)以將所述像素陣列輸出的全部模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)或響應(yīng)第二控制信號(hào)以僅將所述像素陣列中局部區(qū)域的像素單元輸出的模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；在片圖像處理模塊，用于對(duì)所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊所輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行圖像處理并輸出圖像信號(hào)；控制模塊，用于發(fā)出所述第一控制信號(hào)和所述第二控制信號(hào)，其中所述第二控制信號(hào)指定所述局部區(qū)域；其中，所述控制模塊在第l+ηΤ和第2+ηΤ幀開始前發(fā)出所述第一控制信號(hào)至所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊使所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊在第l+ηΤ和第2+ηΤ幀時(shí)將所述像素陣列全部所述像素單元所輸出的模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，η為整數(shù)，在其余幀開始前，所述控制模塊判斷當(dāng)前幀及前一幀所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行處理的像素單元的范圍是否相同，若相同則對(duì)當(dāng)前幀及前一幀所述在片圖像處理模塊所輸出的圖像信號(hào)進(jìn)行比較，若比較結(jié)果為存在一圖像變化區(qū)域，則將該圖像變化區(qū)域確定為所述像素陣列中的局部區(qū)域并在下一幀開始前發(fā)出所述第二控制信號(hào)使得所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊僅將該局部區(qū)域的所述像素單元的模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，若比較結(jié)果為不存在所述圖像變化區(qū)域，則在下一幀開始前發(fā)出與當(dāng)前幀相同的控制信號(hào)至所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊使得所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊將與當(dāng)前幀相同范圍的所述像素單元的模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；若當(dāng)前幀及前一幀所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行處理的像素單元的范圍不同，則在下一幀開始前發(fā)出與當(dāng)前幀相同的控制信號(hào)至所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊使得所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊將與當(dāng)前幀相同范圍的所述像素單元的模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；其中Τ為大于1的正整數(shù)。
[0011]優(yōu)選地，所述單通道CMOS圖像傳感器還包括高速數(shù)據(jù)接口，用于將所述在片圖像處理模塊輸出的圖像信號(hào)傳輸至外部；所述控制模塊包括寄存器，用于將所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊連續(xù)兩次響應(yīng)所述第一控制信號(hào)或連續(xù)兩次響應(yīng)相同的所述第二控制信號(hào)所輸出的數(shù)字信號(hào)經(jīng)圖像處理后的圖像信號(hào)暫存以進(jìn)行比較。
[0012]優(yōu)選地，在除了第l+ηΤ和第2+ηΤ幀的其它幀中，若所述控制模塊判斷第k幀和第k幀之前連續(xù)m幀的模數(shù)轉(zhuǎn)換處理的像素單元范圍均相同且均不存在所述圖像變化區(qū)域，則所述控制模塊在第k+Ι幀之前發(fā)出新的控制信號(hào)，該新的控制信號(hào)所指定的像素單元范圍與第k-m-Ι幀時(shí)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊所處理的像素單元的范圍一致，m為大于等于2的整數(shù)，且k-m 幸 l+ηΤ，k-m 幸 2+nT0
[0013]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種單通道CMOS圖像傳感器的數(shù)據(jù)傳輸方法，所述單通道CMOS圖像傳感器包括由多個(gè)像素單元組成的像素陣列，所述數(shù)據(jù)傳輸方法包括以下步驟:將所述像素單元的模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；對(duì)所述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行圖像處理并輸出圖像信號(hào)；其中，在第l+ηΤ和第2+ηΤ幀時(shí)將所述像素陣列輸出的全部模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，η為整數(shù)，在其余幀開始前，判斷當(dāng)前幀及前一幀是否均將所述像素陣列全部像素單元輸出的模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，若判斷結(jié)果為是則對(duì)當(dāng)前幀及前一幀所輸出的圖像信號(hào)進(jìn)行比較，若比較結(jié)果為存在一圖像變化區(qū)域，則將該圖像變化區(qū)域確定為局部區(qū)域并在下一幀時(shí)僅將該局部區(qū)域的所述像素單元的模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，若比較結(jié)果為不存在所述圖像變化區(qū)域，則下一幀時(shí)仍將所述像素陣列輸出的全部模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；若判斷結(jié)果為否則在下一幀時(shí)將與當(dāng)前幀相同范圍的所述像素單元的模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，其中Τ為大于1的正整數(shù)。
[0014]優(yōu)選地，在除了第l+ηΤ和第2+ηΤ幀的其它幀中，若第k幀和第k幀之前連續(xù)m幀均不存在所述圖像變化區(qū)域，則在第k+Ι幀時(shí)將所述像素陣列全部的所述像素單元的模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，m為大于等于2的整數(shù)，且k-m幸l+ηΤ，k-m幸2+ηΤ。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種單通道CMOS圖像傳感器的數(shù)據(jù)傳輸方法，所述單通道CMOS圖像傳感器包括由多個(gè)像素單元組成的像素陣列，所述數(shù)據(jù)傳輸方法包括以下步驟:將所述像素單元的模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；對(duì)所述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行圖像處理并輸出圖像信號(hào)；其中，在第l+ηΤ和第2+ηΤ幀時(shí)將所述像素陣列輸出的全部模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，η為整數(shù)，在其余幀開始前，判斷當(dāng)前幀及前一幀進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換處理的像素單元的范圍是否相同，若判斷為相同則對(duì)當(dāng)前幀及前一幀所輸出的圖像信號(hào)進(jìn)行比較，若比較結(jié)果為存在