本發(fā)明涉及一種攝像設(shè)備、攝像系統(tǒng)和該攝像設(shè)備的驅(qū)動(dòng)方法。

背景技術(shù)：

近年來，已經(jīng)廣泛使用包括適于低功耗和高速讀出的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器的數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、數(shù)字照相機(jī)和其他攝像裝置。當(dāng)被攝體正相對于攝像裝置移動(dòng)時(shí)，如果沒有在同一定時(shí)執(zhí)行攝像區(qū)域內(nèi)的曝光，則電荷累積時(shí)間對于各條掃描線不同，并且被記錄的被攝體可能會包含失真。已經(jīng)提出了這樣一種構(gòu)造，其中，在同一定時(shí)針對所有像素控制曝光的開始和結(jié)束(稱為全局電子快門)，以確保電荷累積的同步性(參見國際未審專利申請第11/043432號)。

盡管用于交通信號燈和電子公告牌的一些發(fā)光二極管(LED)光源和熒光光源似乎以對于人眼恒定的亮度而照亮，但是這些光源實(shí)際上正與商用電源的頻率同步地高頻閃爍。此外，在以直流(DC)電力操作的一些光源中，基于諸如脈沖寬度調(diào)制(PWM)的脈沖驅(qū)動(dòng)方法來控制輝度，以抑制電流消耗并控制亮度。

當(dāng)在這樣的光源下以短曝光時(shí)間拍攝圖像時(shí)，靜止圖像可能被拍攝得如同光源未點(diǎn)亮，并且由于改變幀間圖像的輝度值，運(yùn)動(dòng)圖像可能被拍攝得如同光源頻繁閃爍。當(dāng)在與光源的點(diǎn)亮周期相比較短的曝光時(shí)間中拍攝圖像時(shí)，可能出現(xiàn)諸如畫面閃爍(其中，在具有均勻的亮度的攝像場景中輝度針對各幀而改變)和線閃爍(其中，明暗部分周期性地出現(xiàn)在攝像畫面中)的現(xiàn)象。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明涉及一種能夠在確保電荷累積的同步性的同時(shí)、在抑制光源的閃爍狀態(tài)的影響的情況下拍攝圖像的攝像設(shè)備，并且還涉及一種攝像系統(tǒng)和該攝像設(shè)備的驅(qū)動(dòng)方法。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，一種攝像設(shè)備包括：多個(gè)像素，所述多個(gè)像素中的各個(gè)像素包括被構(gòu)造為累積由入射光生成的電荷的光電轉(zhuǎn)換單元、被構(gòu)造為保持電荷的保持單元、被構(gòu)造為輸出基于電荷的信號的放大單元、被構(gòu)造為將電荷從所述光電轉(zhuǎn)換單元傳輸?shù)剿霰３謫卧牡谝粋鬏旈_關(guān)、以及被構(gòu)造為將電荷從所述保持單元傳輸?shù)剿龇糯髥卧牡诙鬏旈_關(guān)；輸出線，其被構(gòu)造為輸出來自所述多個(gè)像素的所述放大單元的信號；以及控制單元，其被構(gòu)造為針對按多行布置的所述多個(gè)像素中的各個(gè)像素，執(zhí)行控制以在相同的定時(shí)多次間歇地接通所述第一傳輸開關(guān)，來將電荷從所述光電轉(zhuǎn)換單元多次傳輸?shù)剿霰３謫卧⑶覉?zhí)行控制以按行依次接通所述第二傳輸開關(guān)，來針對各行將多次傳輸?shù)挠伤霰３謫卧３值碾姾蓚鬏數(shù)剿龇糯髥卧?，其中，針對要傳輸?shù)剿龇糯髥卧碾姾?，各行的累積時(shí)段不同。

根據(jù)下面參照附圖對示例性實(shí)施例的描述，本發(fā)明的其他特征將變得清楚。

附圖說明

圖1是例示根據(jù)第一示例性實(shí)施例的攝像設(shè)備的驅(qū)動(dòng)的時(shí)序圖。

圖2是例示根據(jù)第一示例性實(shí)施例的攝像設(shè)備的驅(qū)動(dòng)的時(shí)序圖。

圖3是例示根據(jù)第一示例性實(shí)施例的攝像設(shè)備的框圖。

圖4例示了根據(jù)第一示例性實(shí)施例的攝像設(shè)備中的像素的等效電路。

圖5例示了根據(jù)第二示例性實(shí)施例的攝像設(shè)備中的像素的等效電路。

圖6是例示根據(jù)第二示例性實(shí)施例的攝像設(shè)備的驅(qū)動(dòng)的時(shí)序圖。

圖7是例示根據(jù)第二示例性實(shí)施例的攝像系統(tǒng)的框圖。

圖8A和圖8B例示了根據(jù)第二示例性實(shí)施例的攝像系統(tǒng)。

圖9是例示根據(jù)第三示例性實(shí)施例的攝像設(shè)備的驅(qū)動(dòng)的時(shí)序圖。

圖10是例示根據(jù)第四示例性實(shí)施例的攝像設(shè)備的驅(qū)動(dòng)的時(shí)序圖。

具體實(shí)施方式

下面將參照附圖描述根據(jù)本發(fā)明的攝像設(shè)備的示例性實(shí)施例。在下面的描述和附圖中，相同的元件被賦予相同的附圖標(biāo)記，因此將適當(dāng)?shù)厥÷灾貜?fù)的描述。

下面將參照圖1至圖4描述根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實(shí)施例的攝像設(shè)備的構(gòu)造和該攝像設(shè)備的驅(qū)動(dòng)方法。

<整體框圖>

圖3是示出根據(jù)本示例性實(shí)施例的攝像設(shè)備的整體框圖。攝像設(shè)備101可以由使用半導(dǎo)體基板的一個(gè)芯片構(gòu)成。攝像設(shè)備101包括布置在攝像區(qū)域102中的多個(gè)像素。攝像設(shè)備101還包括控制單元103。控制單元103將控制信號和電源電壓供給到垂直掃描單元104、信號處理單元105和輸出單元106。垂直掃描單元104將驅(qū)動(dòng)信號供給到布置在攝像區(qū)域102中的多個(gè)像素。垂直掃描單元104將驅(qū)動(dòng)信號供給到各像素行或多個(gè)像素行的各組。垂直掃描單元104可以由移位寄存器或地址解碼器構(gòu)成。信號處理單元105包括列電路、水平掃描電路和水平輸出線。各列電路可以包括多個(gè)電路塊。電路塊包括信號保持單元、列放大器電路、噪聲去除單元和模數(shù)(AD)轉(zhuǎn)換單元。水平掃描電路可以由移位寄存器或地址解碼器構(gòu)成。模擬信號或數(shù)字信號可以被輸出到水平輸出線。輸出單元106將經(jīng)由水平輸出線發(fā)送的信號輸出到攝像設(shè)備101的外部。輸出單元106包括緩沖器或放大器電路。垂直掃描單元104、信號處理單元105和輸出單元106布置在攝像區(qū)域102的外部。

<像素單元的等效電路>

圖4例示了根據(jù)本示例性實(shí)施例的攝像區(qū)域102中的像素部分的等效電路的構(gòu)造的示例。圖4示出四個(gè)像素300作為示例。像素300包括光電轉(zhuǎn)換單元301、電荷保持單元302、第一傳輸開關(guān)304(也稱為“TX1”)和第二傳輸開關(guān)305(也稱為“TX2”)。像素300還包括放大單元310、復(fù)位晶體管309、選擇晶體管307和輸入節(jié)點(diǎn)303。

光電轉(zhuǎn)換單元301累積由入射光生成的電荷。例如，使用光電二極管作為光電轉(zhuǎn)換單元301。第一傳輸開關(guān)304將由光電轉(zhuǎn)換單元301生成的電荷傳輸?shù)诫姾杀３謫卧?02。電荷保持單元302保持由于入射光而由光電轉(zhuǎn)換單元301生成的電荷。第二傳輸開關(guān)305將由電荷保持單元302保持的電荷傳輸?shù)椒糯髥卧?10的輸入節(jié)點(diǎn)303。例如，使用金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)晶體管作為第一傳輸開關(guān)304和第二傳輸開關(guān)305。第一傳輸開關(guān)304的操作由經(jīng)由控制線321供給的控制信號(驅(qū)動(dòng)脈沖)控制。第二傳輸開關(guān)305的操作由經(jīng)由控制線322供給的控制信號控制。雖然像素300被布置為矩陣的形式，但是，公共控制線與包括在同一行中的像素300連接。

選擇晶體管307選擇向輸出線308輸出信號的像素300。被選擇的像素300的放大單元310將基于由入射光生成的電荷的信號輸出到輸出線308。

放大單元310例如構(gòu)成了源極跟隨器電路。復(fù)位晶體管309通過控制線325的信號將放大單元310的輸入節(jié)點(diǎn)303的電壓復(fù)位到復(fù)位線326的電位。

像素300包括放電開關(guān)318(也稱為“溢出漏極(OFD)”)。

放電開關(guān)318將光電轉(zhuǎn)換單元301的電荷排出到諸如溢出漏極的電源節(jié)點(diǎn)324，并且使由光電轉(zhuǎn)換單元301的電荷引起的電位復(fù)位。放電開關(guān)318的操作由經(jīng)由控制線323供給的控制信號控制。

這些構(gòu)造使得光電轉(zhuǎn)換單元301能夠在電荷保持單元302保持電荷的同時(shí)累積所生成的電荷。因此，在攝像設(shè)備101中，電荷累積時(shí)段的開始和結(jié)束可以在多個(gè)像素300的光電轉(zhuǎn)換單元301之間同步，從而確保電荷累積的同步性。例如，可以通過將多個(gè)像素300的放電開關(guān)318從ON(接通)控制為OFF(斷開)來開始電荷累積時(shí)段。

放電開關(guān)318不總是必需的，并且，可以采用稱為垂直溢出漏極的構(gòu)造，其中，來自光電轉(zhuǎn)換單元301的電荷被排出到半導(dǎo)體基板。還可以單獨(dú)地配設(shè)用于使電荷保持單元302的電位復(fù)位的開關(guān)(未示出)。在將第二傳輸開關(guān)305從接通斷開之后并且在將電荷從光電轉(zhuǎn)換單元301傳輸?shù)诫姾杀３謫卧?02之前，該復(fù)位開關(guān)可以被接通以使電荷保持單元302的電位復(fù)位。

<時(shí)序圖>

圖1是例示根據(jù)本示例性實(shí)施例的攝像設(shè)備101的操作的時(shí)序圖。

波形201示意性地指示交流(AC)電源的全波整流波形。AC電源是具有例如50或60Hz的頻率的電源。參照圖1，時(shí)段T211等同于交流電源的周期，例如，1/50或1/60秒。

波形202指示使用波形201的電源的光源的點(diǎn)亮狀態(tài)。H電平指示接通狀態(tài)，并且，L電平指示斷開狀態(tài)。在AC電源上操作的光源的示例包括用于交通信號燈的LED光源。當(dāng)電源的全波整流波形201等于或高于閾值時(shí)，波形202變?yōu)橹甘窘油顟B(tài)的H電平。另一方面，當(dāng)波形201低于閾值時(shí)，波形202變?yōu)橹甘緮嚅_狀態(tài)的L電平。

時(shí)段T212指示光源的閃爍周期，其是作為交流電源的周期的時(shí)段T211的一半。時(shí)段T213指示光源的接通期，并且，時(shí)段T214指示光源的斷開期。

信號波形203指示放電開關(guān)318的控制線323的脈沖信號的波形。當(dāng)該脈沖信號從L電平被控制為H電平時(shí)，放電開關(guān)318接通，并且電荷被從光電轉(zhuǎn)換單元301排出到電源節(jié)點(diǎn)324。根據(jù)本示例性實(shí)施例，信號波形203從H電平變?yōu)長電平，并且放電開關(guān)318對于所有的像素在相同的定時(shí)從ON變?yōu)镺FF。因此，對于所有的像素在相同的定時(shí)開始光電轉(zhuǎn)換單元301中的電荷累積。根據(jù)本說明書，“相同的定時(shí)”不一定意味著精確的同步性，而是意味著基本上相同的時(shí)間。

信號波形204指示第一傳輸開關(guān)304的控制線321的脈沖信號的波形。當(dāng)該脈沖信號從L電平變?yōu)镠電平時(shí)，第一傳輸開關(guān)304從OFF變?yōu)镺N，并且由光電轉(zhuǎn)換單元301生成的電荷被傳輸?shù)诫姾杀３謫卧?02。根據(jù)本示例性實(shí)施例，對于所有的像素，信號波形204從L電平變?yōu)镠電平。因此，對于所有的像素，由光電轉(zhuǎn)換單元301生成的電荷被同時(shí)傳輸?shù)诫姾杀３謫卧?02，并且對于所有的像素，第一次電荷累積在相同的定時(shí)結(jié)束。

時(shí)段T215指示從一次電荷累積的開始到結(jié)束的時(shí)段(采樣期)。本示例性實(shí)施例的特征在于多次執(zhí)行的短時(shí)采樣。更具體地，對于所有的像素，當(dāng)?shù)谝粋鬏旈_關(guān)304在相同的定時(shí)多次間歇地接通時(shí)，電荷間歇地從光電轉(zhuǎn)換單元301多次傳輸?shù)诫姾杀３謫卧?02。重復(fù)間歇地接通和斷開放電開關(guān)318的操作，使得當(dāng)?shù)谝粋鬏旈_關(guān)304接通時(shí)，放電開關(guān)318對于所有的像素?cái)嚅_。

信號波形205指示第二傳輸開關(guān)305的控制線322的脈沖信號的波形。當(dāng)該脈沖信號從L電平變?yōu)镠電平時(shí)，第二傳輸開關(guān)305接通，并且由電荷保持單元302保持的電荷被傳輸?shù)椒糯髥卧?10。圖1例示了用于控制配設(shè)在第n行至第(n+x)行中的第二傳輸開關(guān)305的信號波形205。如圖1所示，第二傳輸開關(guān)305的控制線322的脈沖信號按行依次從L電平變?yōu)镠電平，因此第二傳輸開關(guān)305也按行依次接通。因此，由電荷保持單元302基于行保持的電荷被傳輸?shù)椒糯髥卧?10。

時(shí)段T217是由第n行中的電荷保持單元302保持電荷的時(shí)段。在時(shí)段T217中，在第n行中，在第二傳輸開關(guān)305維持?jǐn)嚅_的同時(shí)第一傳輸開關(guān)304多次間歇地接通。結(jié)果是，電荷被傳輸?shù)诫姾杀３謫卧?02。因此，時(shí)段T217也是光電轉(zhuǎn)換單元301生成要由電荷保持單元302保持的電荷的時(shí)段。時(shí)段T217等同于從第一采樣操作開始直到多次執(zhí)行的采樣操作中的最后一次采樣操作結(jié)束的時(shí)段。根據(jù)本示例性實(shí)施例，由于這種控制，由電荷保持單元302累積通過多重曝光生成的信號。類似地，時(shí)段T218指示從第(n+1)行中的第一次采樣操作開始直到最后一次采樣操作結(jié)束的時(shí)段。

根據(jù)本示例性實(shí)施例，由于對于所有的像素在相同的定時(shí)控制第一傳輸開關(guān)304，所以在相同的定時(shí)控制第n行中的像素(第一像素)和第(n+1)行中的像素(第二像素)的第一傳輸開關(guān)304。另一方面，在第n行中的像素(第一像素)的第二傳輸開關(guān)305維持為OFF的狀態(tài)下，第(n+1)行中的像素(第二像素)的第二傳輸開關(guān)305被控制為ON。因此，從電荷保持單元302到放大單元310的電荷傳輸按行依次執(zhí)行。

時(shí)段T220指示一幀時(shí)段。在該時(shí)段，將一幀的圖像從電荷保持單元302按行依次輸出到放大單元310。

圖2詳細(xì)例示了圖1所示的信號中的信號波形203,204和205之間的關(guān)系。這些波形分別對應(yīng)于放電開關(guān)318、第一傳輸開關(guān)304和第二傳輸開關(guān)305。

時(shí)段T215表示一個(gè)采樣期。該時(shí)段等同于自從放電開關(guān)318從ON變?yōu)镺FF的時(shí)刻直到第一傳輸開關(guān)304從ON變?yōu)镺FF的時(shí)刻的時(shí)段。在第一傳輸開關(guān)304多次接通時(shí)，放電開關(guān)318斷開。

時(shí)段T221指示一幀時(shí)段，并且，等同于自從第n行中的第二傳輸開關(guān)305從OFF變?yōu)镺N的時(shí)刻直到第n行中的第二傳輸開關(guān)305從OFF再次變?yōu)镺N的時(shí)刻的時(shí)段。

時(shí)段T222指示各行的垂直掃描間隔，并且，例如，等同于自從第n行中的像素的第二傳輸開關(guān)305從OFF變?yōu)镺N的時(shí)刻直到第(n+1)行中的像素的第二傳輸開關(guān)305從OFF變?yōu)镺N的時(shí)刻的時(shí)段。

時(shí)段T215可以是例如等于或短于時(shí)段T212(光源的閃爍周期)的一半的時(shí)段。以這種方式設(shè)置時(shí)段增加了這樣的可能性，即使當(dāng)在斷開狀態(tài)下執(zhí)行多次采樣操作中的任何一次時(shí)，也在接通狀態(tài)下執(zhí)行同一幀中的另一采樣。

根據(jù)本示例性實(shí)施例，多次重復(fù)具有短曝光時(shí)間的采樣，并且，通過電荷保持單元302累加電荷，可以在光源的接通和斷開狀態(tài)下對信號電荷進(jìn)行平均，從而抑制不正確的檢測。此外，相比于以光源的閃爍周期的一半的間隔的采樣，更多次數(shù)的采樣能夠提高被攝體的檢測精度并抑制在閃爍光源下的圖像劣化。例如，時(shí)段T215可以被設(shè)置為時(shí)段T212的1/4以下或1/8以下。

時(shí)段T217只需要比時(shí)段T212(光源的閃爍周期)長。然而，為了提高被攝體的檢測精度并抑制在閃爍光源下的圖像劣化，需要延長時(shí)段T217。例如，時(shí)段T217的長度可以被設(shè)置為光源的閃爍周期的整數(shù)倍。特別是在明確頻率和周期的商用電源的情況下，期望以這種方式將時(shí)段T217的長度設(shè)置為光源的閃爍周期的整數(shù)倍。

根據(jù)本示例性實(shí)施例，每次采樣操作的開始定時(shí)和結(jié)束定時(shí)在所有的像素之間同步。這使得能夠確保各行中的電荷累積的同步性。

攝像設(shè)備101以較短的電荷累積時(shí)段多次間歇地執(zhí)行采樣，并且通過電荷保持單元302對采樣的電荷進(jìn)行相加和多路復(fù)用，以獲取一幀的電荷量。即使當(dāng)光源正在閃爍時(shí)，執(zhí)行上述驅(qū)動(dòng)方法能夠?qū)庠吹淖兓挠绊戇M(jìn)行平均，并提供抑制由于分散采樣操作的多重曝光而導(dǎo)致的閃爍的影響的效果。

另一方面，由于第二傳輸開關(guān)305被按行依次驅(qū)動(dòng)，所以第二傳輸開關(guān)305從OFF變?yōu)镺N的定時(shí)對于各行不同。更具體地，自從用于對要由電荷保持單元302保持的電荷進(jìn)行采樣的第一采樣操作開始直到最后一次采樣操作結(jié)束為止的多路復(fù)用期基于行被區(qū)分。因此，根據(jù)行，要多路復(fù)用的電荷在前一幀和后一幀中分離。然而，由于信息本身存在于前一幀和后一幀中的任何一個(gè)中，所以可以通過在圖像識別時(shí)從前一幀和后一幀獲取信息來抑制信息的丟失。

根據(jù)本示例性實(shí)施例，針對所有的像素共同地控制放電開關(guān)318和第一傳輸開關(guān)304。另一方面，第二傳輸開關(guān)305被按行依次控制。因此，圖3所示的控制單元103可以配設(shè)有兩個(gè)不同的脈沖發(fā)生單元。第一脈沖發(fā)生單元生成用于放電開關(guān)318和第一傳輸開關(guān)304的驅(qū)動(dòng)脈沖。另一方面，第二脈沖發(fā)生單元生成用于第二傳輸開關(guān)305的驅(qū)動(dòng)脈沖。更具體地，第一脈沖生成單元確定采樣周期、采樣長度和采樣時(shí)段。另一方面，第二脈沖生成單元確定采樣的電荷被多路復(fù)用的時(shí)段的長度和某行中占據(jù)一幀的電荷累積時(shí)段的比率。以這種方式提供兩個(gè)不同的脈沖發(fā)生單元使得能夠設(shè)置兩個(gè)單元的獨(dú)立組合。這使得可以控制多路復(fù)用后的曝光量、多路復(fù)用圖像的采樣操作隨著時(shí)間的分散比以及要多路復(fù)用的圖像的比率。因此，可以靈活地設(shè)置用于多重曝光圖像的圖像拍攝條件。

代替獨(dú)立地組合兩個(gè)脈沖生成單元，使來自第一脈沖生成單元的脈沖和來自第二脈沖生成的脈沖彼此同步是有用的。例如，當(dāng)在所有行的第一傳輸開關(guān)304接通的狀態(tài)下某行的第二傳輸開關(guān)305接通時(shí)，從光電轉(zhuǎn)換單元301傳輸?shù)碾姾刹粫鄯e在電荷保持單元302中，而是被傳輸?shù)椒糯髥卧?10。為了抑制這種操作，來自兩個(gè)脈沖發(fā)生單元的脈沖彼此同步。更具體地，通過基于來自第二脈沖生成單元的脈沖乘以水平掃描頻率(與第二傳輸開關(guān)305按行依次接通的定時(shí)相對應(yīng)的頻率)而獲得的脈沖可以用作來自第一脈沖生成單元的脈沖?？蛇x地，通過除以水平掃描頻率而獲得的脈沖可以用作來自第一脈沖生成單元的脈沖。

正常全局電子快門在所有行的電荷累積時(shí)段完成之后將電荷從電荷保持單元302輸出到放大單元310，在幀之間可能出現(xiàn)不執(zhí)行電荷累積的時(shí)段。這可能會導(dǎo)致奇怪的感覺，例如，當(dāng)雖然螺旋槳飛機(jī)的螺旋槳正以恒定的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)但它看起來正不規(guī)則地旋轉(zhuǎn)時(shí)可能會發(fā)生的奇怪的感覺。在根據(jù)本示例性實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)操作中，由于在多個(gè)幀上以固定間隔恒定地執(zhí)行采樣曝光，所以即使在運(yùn)動(dòng)圖像拍攝的情況下，也可以拍攝圖像而沒有奇怪的感覺。

在上面的描述中，每次采樣操作的開始和結(jié)束在所有的像素之間同步。然而，它不總是需要對于所有的像素同時(shí)開始采樣。采樣操作的開始和結(jié)束只需要在根據(jù)用途適當(dāng)?shù)剡x擇的多個(gè)像素之間進(jìn)行同步。

下面將參照圖5和6描述根據(jù)第二示例性實(shí)施例的用于擴(kuò)大動(dòng)態(tài)范圍的攝像設(shè)備101的構(gòu)造、該攝像設(shè)備101的驅(qū)動(dòng)方法以及具有該攝像設(shè)備101的成像系統(tǒng)。

根據(jù)本示例性實(shí)施例，可以在抑制由于光源的閃爍狀態(tài)而引起的影響的同時(shí)獲取具有短曝光時(shí)間的圖像和具有長曝光時(shí)間的圖像，從而可以獲取具有抑制的閃爍的高質(zhì)量的動(dòng)態(tài)范圍的圖像。可以在確保同步性的同時(shí)獲取圖像。因此，在組合具有擴(kuò)大的動(dòng)態(tài)范圍的圖像時(shí)，在具有短曝光時(shí)間的圖像和具有長曝光時(shí)間的圖像之間不發(fā)生失真，從而實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量的圖像組合。

圖5例示根據(jù)本示例性實(shí)施例的攝像區(qū)域102中的像素部分的等效電路的構(gòu)造的示例。與圖4中所示的像素300相比，像素800具有第一傳輸開關(guān)304、電荷保持單元302和第二傳輸開關(guān)305的兩種不同的組合。在本示例性實(shí)施例中，當(dāng)需要區(qū)別包括在各組中的各組件時(shí)，給各組件的附圖標(biāo)記添加標(biāo)記S和L(例如，電荷保持單元302S)。

如圖5所示，根據(jù)本示例性實(shí)施例，分別配設(shè)用于控制第一傳輸開關(guān)304S和304L的控制線321S和321L。第一傳輸開關(guān)304L可以被表示為第三傳輸開關(guān)304L以與第一傳輸開關(guān)304S區(qū)分開。分別配設(shè)用于控制第二傳輸開關(guān)305S和305L的控制線322S和322L。第二傳輸開關(guān)305L可以被表示為第四傳輸開關(guān)305L以與第二傳輸開關(guān)305S區(qū)分開。其他組件類似于根據(jù)第一示例性實(shí)施例的像素300中的那些組件。

利用這種構(gòu)造，即使在電荷由第一電荷保持單元302S保持的狀態(tài)下，電荷也可以被傳輸?shù)降诙姾杀３謫卧?02L。即使在電荷由第一電荷保持單元302S和第二電荷保持單元302L保持的狀態(tài)下，電荷也可以被傳輸?shù)降谝浑姾杀３謫卧?02S或第二電荷保持單元302L。因此，可在兩個(gè)電荷保持單元中保持具有高同步性的信號。

在像素800中，由光電轉(zhuǎn)換單元301生成的電荷分別根據(jù)為第一傳輸開關(guān)304S和304L選擇的時(shí)間由電荷保持單元302S和302L保持。根據(jù)第一示例性實(shí)施例，攝像設(shè)備101對于各幀執(zhí)行具有相同的曝光時(shí)間的采樣操作，以針對各幀生成具有相同的曝光時(shí)間的圖像。另一方面，本示例性實(shí)施例的特征在于，像素800使用第一電荷保持單元302S和第二電荷保持單元302L來并行地執(zhí)行具有不同的曝光時(shí)間的采樣。

<時(shí)序圖>

圖6是例示根據(jù)本示例性實(shí)施例的攝像設(shè)備101的操作的時(shí)序圖。波形902指示用于顯示電子公告板、汽車中使用的各種照明設(shè)備的模擬調(diào)制的LED光源的照明波形。

波形903指示放電開關(guān)318的控制線323的脈沖信號的波形。當(dāng)該脈沖信號從L電平被控制為H電平時(shí)，放電開關(guān)318接通，并且電荷從光電轉(zhuǎn)換單元301排出到電源節(jié)點(diǎn)324。在本示例性實(shí)施例中，所有的像素在相同的定時(shí)被控制為從L電平到H電平，反之亦然。

信號波形904S是第一傳輸開關(guān)304S的控制線321S的脈沖信號的波形。信號波形904L是第一傳輸開關(guān)304L的控制線321L的脈沖信號的波形。根據(jù)本示例性實(shí)施例，由光電轉(zhuǎn)換單元301生成的電荷對于所有的像素同時(shí)被傳輸?shù)诫姾杀３謫卧?02S或302L。

當(dāng)信號波形904S從L電平變?yōu)镠電平時(shí)，由光電轉(zhuǎn)換單元301生成的電荷被傳輸?shù)诫姾杀３謫卧?02S。根據(jù)本示例性實(shí)施例，所有像素的第一傳輸開關(guān)304S在相同的定時(shí)被控制為從ON到OFF。類似地，對于所有像素，當(dāng)信號波形904L在相同的定時(shí)從L電平變?yōu)镠電平時(shí)，所有像素的第一傳輸開關(guān)304L從ON變?yōu)镺FF，并且由光電轉(zhuǎn)換單元301生成的電荷被傳輸?shù)诫姾杀３謫卧?02L。

利用該構(gòu)造，在由信號波形903和904S指定的時(shí)段中，由光電轉(zhuǎn)換單元301生成的電荷可以被保持在電荷保持單元302S中。類似地，在由信號波形903和904L指定的時(shí)段中，由光電轉(zhuǎn)換單元301生成的電荷可以被保持在電荷保持單元302L中。更具體地，該構(gòu)造使得能夠在確保同步性的同時(shí)針對電荷保持單元302S和302L以不同長度的電荷累積時(shí)段進(jìn)行采樣。這使得能夠抑制相對于被攝體和照相機(jī)的移動(dòng)而生成的圖像偏移的發(fā)生。為了擴(kuò)大動(dòng)態(tài)范圍，需要由電荷保持單元302S保持的電荷量與由電荷保持單元302L保持的電荷量不同。因此，在各采樣的相同長度(第一傳輸開關(guān)或第三傳輸開關(guān)間歇地接通的各時(shí)段的長度)的前提下，電荷傳輸?shù)诫姾杀３謫卧?02S的次數(shù)可以與電荷傳輸?shù)诫姾杀３謫卧?02L的次數(shù)不同。

時(shí)段T915S是要由電荷保持單元302S保持的電荷被累積的時(shí)段，并且等同于短時(shí)間采樣期。另一方面，時(shí)段T915L是要由電荷保持單元302L保持的電荷被累積的時(shí)段，并且等同于長時(shí)間采樣期。更具體地，從第一傳輸開關(guān)304S被接通的時(shí)刻到其被斷開的時(shí)刻的時(shí)段(時(shí)段T915S)的長度比從第三傳輸開關(guān)304L被接通的時(shí)刻到其被斷開的時(shí)刻的時(shí)段(第二時(shí)段T915L)的長度短。

參照圖6，時(shí)段T915S和T915L在時(shí)間上彼此不重疊或者是彼此不同的定時(shí)。交替地執(zhí)行短時(shí)間采樣操作和長時(shí)間采樣操作使得能夠在同一幀中生成具有不同曝光時(shí)間的多個(gè)圖像。時(shí)段T915S和T915L可以在時(shí)間上彼此部分重疊。在這種情況下，在相同的定時(shí)在電荷保持單元302S和302L二者中執(zhí)行電荷累積。結(jié)果是，因?yàn)殡姾煞e累時(shí)段的長度需要在電荷保持單元302S和302L之間不同，所以可以允許這種構(gòu)造。

信號波形905S是第二傳輸開關(guān)305S的控制線322S的脈沖信號的波形。信號波形905L是第二傳輸開關(guān)305L的控制線322L的脈沖信號的波形。當(dāng)信號波形905S從L電平變?yōu)镠電平時(shí)，第二傳輸開關(guān)305S接通，并且由電荷保持單元302S保持的電荷被按行依次傳輸?shù)捷敵鰡卧?12。類似地，當(dāng)信號波形905L從L電平變?yōu)镠電平時(shí)，第二傳輸開關(guān)305L接通，并且由電荷保持單元302L保持的電荷被按行依次傳輸?shù)捷敵鰡卧?12。

時(shí)段T920指示一幀時(shí)段，并且是一個(gè)畫面的傳輸期。在時(shí)段T920中，從第一行到最后一行的一幀的圖像被按行依次輸出到輸出單元112。

時(shí)段T921S和T921L指示其中多次采樣的電荷分別由第n行中的電荷保持單元302S和302L保持的時(shí)段。類似地，時(shí)段T922S和T922L指示其中電荷分別由第(n+1)行中的電荷保持單元302S和302L保持的時(shí)段，并且，時(shí)段T923S和T923L指示其中電荷分別由第(n+2)行中的電荷保持單元302S和302L保持的時(shí)段。

根據(jù)本示例性實(shí)施例，在時(shí)段T920(即，一幀的時(shí)段)中，攝像設(shè)備101執(zhí)行由時(shí)段T915S指示的短時(shí)間采樣操作三次，以生成多重曝光圖像。此外，在時(shí)段T920中，攝像設(shè)備101執(zhí)行由時(shí)段T915L指示的長時(shí)間采樣操作三次，以生成多重曝光圖像。

根據(jù)本示例性實(shí)施例，提供兩個(gè)不同的電荷保持單元(電荷保持單元302S和302L)并且將適當(dāng)?shù)拿}沖輸入到各個(gè)控制線使得能夠生成具有不同曝光時(shí)間的兩個(gè)圖像。

具有不同曝光時(shí)間的兩個(gè)多重曝光圖像是通過以一定時(shí)間間隔執(zhí)行多次采樣而獲得的圖像。因此，所得到的信息不是光源的點(diǎn)亮狀態(tài)變化的瞬間的信息，而是多次執(zhí)行的多路復(fù)用的采樣曝光的信息。因此，可以抑制在拍攝光源時(shí)發(fā)生的閃爍或閃爍狀波動(dòng)。

此外，由于通過多次執(zhí)行相同的幀時(shí)段的采樣來獲得各多重曝光圖像，所以獲得的圖像是在幾乎相同的時(shí)間以兩個(gè)不同的曝光時(shí)間拍攝的圖像。因此，組合這些讀取的多重曝光圖像使得能夠獲得具有擴(kuò)大的動(dòng)態(tài)范圍的圖像。其細(xì)節(jié)將在下面被描述。

此外，在本示例性實(shí)施例中，如第一示例性實(shí)施例中所述，可以通過提供第一脈沖生成單元和第二脈沖生成單元來靈活地設(shè)置用于多重曝光圖像的圖像拍攝條件。來自第一脈沖生成單元的脈沖可以是通過乘以水平掃描頻率獲得的與水平掃描同步的脈沖，或者通過除以水平掃描頻率獲得的與水平掃描同步的脈沖。

此外，在本示例性實(shí)施例中，攝像設(shè)備101執(zhí)行短時(shí)間采樣操作三次，并且執(zhí)行長時(shí)間采樣操作三次。然而，采樣操作的數(shù)量不限于此。采樣操作可以執(zhí)行兩次或任何更多次數(shù)。此外，在一幀時(shí)段中，執(zhí)行的短時(shí)間采樣操作的次數(shù)可以不同于長時(shí)間采樣操作的次數(shù)。

減小信號波形904S和904L的脈沖間隔以增加采樣操作的次數(shù)，提高了抑制閃爍的效果。當(dāng)光源的閃爍頻率為N(Hz)時(shí)，在采樣周期(Hz)超過N(Hz)時(shí)出現(xiàn)抑制閃爍的效果。當(dāng)采樣周期(Hz)超過2N(Hz)時(shí)出現(xiàn)足夠的效果。例如，在使用50Hz商用電源的熒光燈的照明下，當(dāng)以100Hz拍攝圖像時(shí)往往會出現(xiàn)閃爍。在這種情況下，當(dāng)采樣周期(Hz)超過100Hz時(shí)出現(xiàn)抑制閃爍的效果，并且，當(dāng)采樣周期(Hz)超過200Hz時(shí)可以獲得足夠的效果。在光源在50Hz商用電源上操作的情況下，當(dāng)信號波形904S和904L的脈沖間隔被設(shè)置為10毫秒或更短時(shí)，獲得抑制閃爍的效果。此外，為了提高抑制閃爍的效果，信號波形904S和904L的脈沖間隔可以比例如5毫秒短。

為了增加抑制閃爍的效果，可以延長用于電荷多路復(fù)用的曝光時(shí)間的總和。例如，通過將短時(shí)間采樣操作的曝光時(shí)間的和與長時(shí)間采樣操作的曝光時(shí)間的和相加而獲得的總時(shí)間可以等于或大于光源的閃爍周期的一半。

盡管各像素800配設(shè)有兩組電荷保持單元302、第一傳輸開關(guān)304和第二傳輸開關(guān)305，但是其可以配設(shè)有例如至少三組以針對各幀生成具有不同的曝光時(shí)間的至少三個(gè)圖像。

另外，參照圖6，雖然攝像設(shè)備101并行地執(zhí)行短時(shí)間采樣操作和長時(shí)間采樣操作，但是短時(shí)間采樣操作和長時(shí)間采樣操作可以分開地執(zhí)行。例如，在第一傳輸開關(guān)304S間歇地重復(fù)接通多次以執(zhí)行短時(shí)間采樣操作的時(shí)段中，第一傳輸開關(guān)304L維持?jǐn)嚅_。另一方面，在第一傳輸開關(guān)304L間歇地重復(fù)接通多次以執(zhí)行長時(shí)間采樣操作的時(shí)段中，第一傳輸開關(guān)304S維持?jǐn)嚅_。該操作使得能夠在一幀中分離短時(shí)間采樣操作和長時(shí)間采樣操作。另外，攝像設(shè)備101不僅能夠以完全并行的方式或以分開的方式執(zhí)行短時(shí)間采樣操作和長時(shí)間采樣操作，而且還適當(dāng)?shù)剡x擇中間方式。

<攝像系統(tǒng)的構(gòu)造的示例>

下面將參照圖7、圖8A和圖8B描述使用根據(jù)第二示例性實(shí)施例的攝像設(shè)備101能夠擴(kuò)大動(dòng)態(tài)范圍的攝像系統(tǒng)。

圖7例示根據(jù)本示例性實(shí)施例的攝像系統(tǒng)700中的圖像處理裝置710的構(gòu)造的示例。圖像處理裝置710從攝像設(shè)備101接收各幀的圖像信號，組合具有不同曝光時(shí)間的至少兩個(gè)圖像，并且向圖像顯示裝置720輸出顯示信號，并向圖像記錄裝置730輸出記錄信號。前圖像處理單元701對從攝像設(shè)備101輸入的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行諸如黑電平校正處理的圖像處理。

第一圖像臨時(shí)存儲單元702將所獲得的短時(shí)間曝光圖像數(shù)據(jù)臨時(shí)存儲在一幀中的幀存儲器中。第二圖像臨時(shí)存儲單元703將長時(shí)間曝光圖像數(shù)據(jù)臨時(shí)存儲在一幀中的幀存儲器中。圖像組合單元704將從第一圖像臨時(shí)存儲單元702輸入的短時(shí)間曝光圖像和從第二圖像臨時(shí)存儲單元703輸入的長時(shí)間曝光圖像組合，以生成具有擴(kuò)大的動(dòng)態(tài)范圍的組合圖像。后圖像處理單元705將例如拜耳陣列的圖像傳感器的像素陣列信號轉(zhuǎn)換為諸如一般的紅色、綠色和藍(lán)色(RGB)信號和YCbCr信號的視頻信號。后圖像處理單元705可以對組合圖像執(zhí)行諸如白平衡和伽馬校正的圖像質(zhì)量校正。圖像顯示接口(IF)單元706是用于將圖像顯示信號和控制信號發(fā)送到圖像顯示裝置720并從其接收控制信號的接口單元。圖像記錄IF單元707是用于將圖像記錄信號和控制信號發(fā)送到圖像記錄裝置730并從其接收控制信號的接口單元。

圖8A和圖8B例示由根據(jù)本示例性實(shí)施例的攝像系統(tǒng)700的圖像組合單元704生成具有擴(kuò)大的動(dòng)態(tài)范圍的圖像的方法。在本示例性實(shí)施例中，描述了這樣的情況：圖像組合單元704組合短時(shí)間曝光圖像和長時(shí)間曝光圖像，并且將輸出電平的灰度數(shù)從4096增加到65536或等同量，以將動(dòng)態(tài)范圍從72dB或等同量擴(kuò)大到96dB或等同量。

圖8A例示在執(zhí)行圖像組合之前照度和輸出電平之間的關(guān)系。特性501A主要用于拍攝被攝體的暗區(qū)域，并且指示長時(shí)間曝光圖像拍攝時(shí)的照度的輸出電平特性。假設(shè)圖像傳感器輸出12位信號，因此輸出灰度數(shù)4096。特性502A主要用于拍攝被攝體的明區(qū)域，并且指示短時(shí)間曝光圖像拍攝時(shí)的照度的輸出電平特性。具有短曝光時(shí)間的短時(shí)間曝光圖像的特性的傾斜比長時(shí)間曝光圖像的特性的傾斜更緩和。例如，假設(shè)長時(shí)間曝光圖像的曝光時(shí)間為短時(shí)間曝光圖像的曝光時(shí)間的和的16倍。

根據(jù)本示例性實(shí)施例，將長時(shí)間曝光圖像拍攝時(shí)的輸出電平設(shè)置為達(dá)到具有1000lx的照度的4095個(gè)灰度，并且，將短時(shí)間曝光圖像拍攝時(shí)的輸出電平設(shè)置為達(dá)到具有作為10001x的16倍的16000lx的照度的4095個(gè)灰度。為了組合以長時(shí)間曝光拍攝的圖像和以短時(shí)間曝光拍攝的圖像，攝像設(shè)備101通過將通過短時(shí)間曝光而拍攝的圖像數(shù)據(jù)向高位數(shù)字地移位4位來生成圖像。這使得通過短時(shí)間曝光拍攝的圖像數(shù)據(jù)向高位移位4位，以生成具有灰度數(shù)65536的16位數(shù)據(jù)。隨后，攝像設(shè)備101組合長時(shí)間曝光圖像和短時(shí)間曝光圖像。通過使用在輸出電平(灰度數(shù))等于或低于某一閾值輸出電平的情況下通過長時(shí)間曝光拍攝的圖像數(shù)據(jù)，或者通過使用在輸出電平(灰度數(shù))高于該閾值輸出電平的情況下通過短時(shí)間曝光拍攝的圖像數(shù)據(jù)，攝像設(shè)備101生成16位圖像。例如，閾值輸出電平(灰度數(shù))為4095。

圖8B例示組合之后的圖像相對于照度的輸出電平(灰度數(shù))。具有長時(shí)間曝光的特性501A是其中原樣地使用閾值輸出電平(灰度數(shù)4095)或更低的數(shù)據(jù)的區(qū)域。特性502B是通過將短時(shí)間曝光圖像的數(shù)據(jù)的特性502A向高位移位4位而生成的特性。特性502B是輸出電平高于閾值輸出電平(灰度數(shù)4095)的區(qū)域。組合后的圖像在暗部分中具有16位灰度精度，并且對于暗部分中的圖像拍攝具有飽和度增加16倍的擴(kuò)大的動(dòng)態(tài)范圍。在本示例性實(shí)施例中，以長時(shí)間曝光的曝光時(shí)間是以短時(shí)間曝光的曝光時(shí)間的16倍。例如，設(shè)置較大的曝光時(shí)間比率使得能夠獲得具有100dB或更高的動(dòng)態(tài)范圍的圖像。

當(dāng)通過使用安裝在隧道中行駛的汽車上的車載照相機(jī)拍攝黑暗隧道外部的亮信號的照明條件的圖像時(shí)，使用上述構(gòu)造和驅(qū)動(dòng)方法降低了經(jīng)過短時(shí)間曝光的亮信號的照明條件被不正確地檢測的可能性。攝像設(shè)備101組合短時(shí)間曝光圖像和長時(shí)間曝光圖像，以使得能夠獲得具有覆蓋從隧道中的暗部分到隧道外部的明部分的寬動(dòng)態(tài)范圍的清晰圖像。

根據(jù)第二示例性實(shí)施例的上述攝像設(shè)備在一個(gè)像素中配設(shè)有兩個(gè)不同的電荷保持單元，以在分開的電荷保持單元中分別保持具有短曝光時(shí)間的累積電荷和具有長曝光時(shí)間的累積電荷來獲取信息，從而擴(kuò)大動(dòng)態(tài)范圍。另一方面，根據(jù)本示例性實(shí)施例的攝像設(shè)備在一幀中提供兩個(gè)不同的時(shí)段：保持具有短曝光時(shí)間的累積電荷的時(shí)段(第一保持期)和保持具有長曝光時(shí)間的累積電荷的時(shí)段(第二保持期)，從而擴(kuò)大動(dòng)態(tài)范圍。本示例性實(shí)施例具有消除在一個(gè)像素中提供兩個(gè)電荷保持單元的需要的優(yōu)點(diǎn)。

根據(jù)本示例性實(shí)施例的攝像設(shè)備101的構(gòu)造類似于圖3所示的構(gòu)造。此外，根據(jù)本示例性實(shí)施例的攝像設(shè)備101的像素部分的等效電路的構(gòu)造類似于圖4所示的構(gòu)造。

圖9是例示根據(jù)本示例性實(shí)施例的攝像設(shè)備101的操作的時(shí)序圖。與第一示例性實(shí)施例類似，信號波形203指示放電開關(guān)318的控制線323的脈沖信號的波形，并且，信號波形204指示第一傳輸開關(guān)304的控制線321的脈沖信號的波形。根據(jù)本示例性實(shí)施例，放電開關(guān)318被接通和斷開，并且第一傳輸開關(guān)304對于所有像素在相同的定時(shí)被接通和斷開。這確保了對于所有像素的采樣曝光的同步性。

信號波形205指示第二傳輸開關(guān)305的控制線322的脈沖信號的波形。圖9例示用于控制配設(shè)在第n行至第(n+x)行中的第二傳輸開關(guān)305的信號波形205。如圖9所示，第二傳輸開關(guān)305的控制線322的脈沖信號按行依次從L電平變?yōu)镠電平。因此，電荷從電荷保持單元302按行依次傳輸?shù)椒糯髥卧?10。

時(shí)段T215指示被執(zhí)行多次的上述采樣操作執(zhí)行一次的時(shí)段。時(shí)段T217M指示由第n行中的電荷保持單元302保持電荷的時(shí)段。在時(shí)段T217M中生成的電荷用作用于形成具有短曝光時(shí)間的圖像的電荷。時(shí)段T217N也指示由第n行中的電荷保持單元302保持電荷的時(shí)段。在時(shí)段T217N中生成的電荷用作用于形成具有長曝光時(shí)間的圖像的電荷。時(shí)段T217M和T217N等同于從第一次采樣操作開始直到最后一次采樣操作結(jié)束的時(shí)段，在該時(shí)段中多次執(zhí)行采樣操作。此外，根據(jù)本示例性實(shí)施例，如圖9所示，在時(shí)段T217M和T217N中執(zhí)行多次采樣操作。

類似地，在其他各行中，如時(shí)段T218M、T218N、T219M、T219N等所示，用于形成具有短曝光時(shí)間的圖像的電荷和用于形成具有長曝光時(shí)間的圖像的電荷由電荷保持單元302保持。在電荷保持單元302中累加的電荷被按行依次傳輸?shù)椒糯髥卧?10，并且圖像數(shù)據(jù)從輸出單元106輸出到圖像處理裝置710。

采用上述構(gòu)造和驅(qū)動(dòng)方法使得能夠獲取通過對由電荷保持單元302多次采樣的電荷執(zhí)行多重曝光而獲得的圖像。具有少次數(shù)的多路復(fù)用的圖像是具有短曝光時(shí)間的圖像，并且具有多次數(shù)的多路復(fù)用的圖像是具有長曝光時(shí)間的圖像。因此，可以獲得兩種不同類型的圖像。從這些圖像獲得具有擴(kuò)大的動(dòng)態(tài)范圍的圖像的構(gòu)造與根據(jù)第二示例性實(shí)施例的構(gòu)造類似。

根據(jù)本示例性實(shí)施例，對于具有短曝光時(shí)間的圖像和具有長曝光時(shí)間的圖像，不能確保如第二示例性實(shí)施例中的同步性。然而，盡管各像素僅包括一個(gè)電荷保持單元，但是上述驅(qū)動(dòng)方法能夠獲取具有不同的一幀累積時(shí)段的圖像。根據(jù)本示例性實(shí)施例，改變采樣曝光操作中的采樣量使得能夠控制一幀累積時(shí)段，同時(shí)維持具有短曝光時(shí)間的圖像的曝光時(shí)間與具有長曝光時(shí)間的圖像的曝光時(shí)間的比率。

下面將集中于可以針對畫面中的各像素行改變一幀累積時(shí)段的示例來描述第四示例性實(shí)施例。根據(jù)本示例性實(shí)施例的攝像設(shè)備101的構(gòu)造類似于圖3所示的構(gòu)造。根據(jù)本示例性實(shí)施例的攝像設(shè)備101的像素部分的等效電路的構(gòu)造的示例類似于圖4所示的構(gòu)造。

圖10是例示根據(jù)本示例性實(shí)施例的攝像設(shè)備101的操作的時(shí)序圖，即，信號波形203、204和205之間的關(guān)系。信號波形203指示放電開關(guān)318的控制線323的脈沖信號的波形。信號波形204指示第一傳輸開關(guān)304的控制線321的脈沖信號的波形。根據(jù)本示例性實(shí)施例，放電開關(guān)318被接通和斷開，并且第一傳輸開關(guān)304對于所有像素在相同的定時(shí)被接通和斷開，確保對于所有像素的采樣曝光的同步性。

信號波形205指示第二傳輸開關(guān)305的控制線322的脈沖信號的波形。圖10例示用于控制配設(shè)在第n行至第(n+x)行中的第二傳輸開關(guān)305的信號波形205。如圖10所示，第二傳輸開關(guān)305的控制線322的脈沖信號按行依次從L電平變?yōu)镠電平。因此，電荷從電荷保持單元302按行依次傳輸?shù)椒糯髥卧?10。

信號波形206指示用于使電荷保持單元302的電位復(fù)位的開關(guān)(未例示)的控制線的脈沖信號的波形。例如，該復(fù)位開關(guān)由金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)晶體管構(gòu)成。當(dāng)該開關(guān)接通時(shí)，電荷保持單元302的電位被復(fù)位到復(fù)位線326的電位。

時(shí)段T215指示從一次電荷累積的開始到結(jié)束的時(shí)段(采樣期)。時(shí)段T216指示在相當(dāng)于一幀的時(shí)段內(nèi)執(zhí)行采樣操作的時(shí)段。根據(jù)本示例性實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)方法與根據(jù)上述示例性實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)方法的不同之處在于，執(zhí)行采樣操作的時(shí)段是相當(dāng)于一幀的時(shí)段的一部分。

時(shí)段T217是從第n行中的像素的電荷保持單元302的電位被復(fù)位的時(shí)刻直到已經(jīng)維持為OFF的第二傳輸開關(guān)305被接通的時(shí)刻的時(shí)段。時(shí)段T217也是累積在電荷保持單元302中經(jīng)過了多重曝光的信號的時(shí)段。

類似地，時(shí)段T218是從第(n+1)行中的像素的電荷保持單元302的電位被復(fù)位的時(shí)刻直到第二傳輸開關(guān)305被接通的時(shí)刻的時(shí)段。此外，時(shí)段T219是從第(n+x)行中的像素的電荷保持單元302的電位被復(fù)位的時(shí)刻直到第二傳輸開關(guān)305被接通的時(shí)刻的時(shí)段。

在根據(jù)本示例性實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)方法中，在第n行中的像素中，在時(shí)段T216和T217彼此重疊的時(shí)段內(nèi)采樣的電荷由電荷保持單元302保持。另一方面，在第(n+x)行中的像素中，在時(shí)段T216和T219彼此重疊的時(shí)段內(nèi)采樣的電荷由電荷保持單元302保持。

更具體地，根據(jù)本示例性實(shí)施例，執(zhí)行采樣操作的時(shí)段是相當(dāng)于一幀的時(shí)段的一部分。使電荷保持單元302復(fù)位的定時(shí)和從電荷保持單元302傳輸電荷到放大單元310的定時(shí)對于各行不同。因此，各像素行具有由電荷保持單元302多路復(fù)用的不同量的電荷。由于通過采樣操作多路復(fù)用的電荷量對于畫面中的各行而不同，因此可以在垂直掃描方向(列方向)上改變畫面中的曝光量。例如，利用車載照相機(jī)，用太陽光照射的期望的攝像區(qū)域的上部可以變成明區(qū)域，而幾乎不被太陽光照射的下部可能會變成暗區(qū)域。因此，由于可以改變曝光量，所以使用根據(jù)本示例性實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)方法使得能夠獲取合適的圖像。此外，即使在僅期望的攝像區(qū)域的下部和中心是明亮的情況下，也可以通過適當(dāng)?shù)卣{(diào)整各開關(guān)的驅(qū)動(dòng)定時(shí)來獲取適當(dāng)?shù)膱D像。

為了在不改變畫面中的垂直掃描方向上的曝光量的變化率的情況下改變曝光量的絕對值，只需要增加或減少在一次采樣操作中要曝光的電荷量。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，需要改變采樣寬度、由信號波形203和204確定的采樣間隔。為了在沒有大幅地改變曝光量的絕對值的情況下改變畫面中的曝光量的變化率，僅需要改變時(shí)段T216和由各像素行中的電荷保持單元保持電荷的時(shí)段(例如，時(shí)段T217)之間的重疊的程度。

以這種方式獨(dú)立于在各行中執(zhí)行的采樣電荷多路復(fù)用控制，執(zhí)行采樣間隔、采樣寬度和采樣次數(shù)的控制，使得可以控制攝像設(shè)備中的畫面中的曝光量。

<其他示例性實(shí)施例>

本發(fā)明不限于上述示例性實(shí)施例，而且可以被適當(dāng)?shù)匦薷暮徒M合。

可以適當(dāng)?shù)馗淖兏鶕?jù)各示例性實(shí)施例的信號波形的H電平或L電平的長度。例如，根據(jù)第二示例性實(shí)施例，對于第一傳輸開關(guān)的驅(qū)動(dòng)脈沖，在獲取具有長曝光時(shí)間的信號時(shí)的H電平的時(shí)段的長度比在獲取具有短曝光時(shí)間的信號時(shí)的H電平的時(shí)段的長度長。然而，在H電平的時(shí)段的相同長度的情況下或在它們之間的反轉(zhuǎn)的長度關(guān)系的情況下，可以通過改變從光電轉(zhuǎn)換單元301傳輸電荷到電荷保持單元的次數(shù)來改變曝光時(shí)段的長度。

根據(jù)第二示例性實(shí)施例的攝像系統(tǒng)還可以通過將根據(jù)各示例性實(shí)施例的攝像設(shè)備與圖像處理裝置組合來構(gòu)成。

另外，根據(jù)本發(fā)明的攝像設(shè)備和攝像系統(tǒng)可以應(yīng)用于小型無人移動(dòng)體、各種類型的機(jī)器人、便攜式裝置、車載照相機(jī)、監(jiān)視照相機(jī)、工業(yè)照相機(jī)以及用于在各種場景中執(zhí)行圖像識別的其他裝置。

雖然針對示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是，應(yīng)該理解，本發(fā)明不限于公開的示例性實(shí)施例。下述權(quán)利要求的范圍應(yīng)當(dāng)被賦予最寬的解釋，以便涵蓋所有這類變型例以及等同的結(jié)構(gòu)和功能。