專利名稱：成像裝置及其驅(qū)動(dòng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種成像裝置及其驅(qū)動(dòng)方法，所述成像裝置包括像素 區(qū)，該像素區(qū)包括多個(gè)像素元件并將對(duì)象的入射光成像為圖像。
背景技術(shù)：
作為能夠利用較低的分辨率對(duì)較寬的成像區(qū)域進(jìn)行成像并利用 較高的分辨率對(duì)預(yù)定的局部成像區(qū)域進(jìn)行成像的傳統(tǒng)成像裝置，存在以下專利，例如，第H09-214836號(hào)特許公開(kāi)的曰本專利申請(qǐng)以及第 2000-032318號(hào)特許>>開(kāi)的日本專利申請(qǐng)。在第H09-214836號(hào)特許公開(kāi)的日本專利申請(qǐng)中，使用能夠讀取 預(yù)定像素元件的數(shù)據(jù)的成像裝置。在所有像素元件中僅讀取預(yù)定塊的 像素元件的塊模式以及以預(yù)定稀疏率讀取所有像素元件的跳躍模式 被切換以進(jìn)行驅(qū)動(dòng)、寫入存儲(chǔ)器以及顯示。因此，提供一種能夠在成 像之前實(shí)現(xiàn)視角調(diào)整以及實(shí)現(xiàn)用于快速準(zhǔn)確地聚焦的圖像顯示的成 像裝置，此外，提供能夠使得以短循環(huán)周期在一顯示器上完全顯示的 圖像和按照局部放大的方式顯示的圖像同時(shí)可見(jiàn)的成像裝置。此外，在第2000-032318號(hào)特許公開(kāi)的日本專利申請(qǐng)中，公開(kāi)一 種包括具有二維像素陣列的固態(tài)成像裝置并被用來(lái)以多種掃描模式 進(jìn)行掃描的成像裝置。所述成像裝置在固態(tài)成像裝置的像素陣列中僅 掃描連續(xù)的預(yù)定區(qū)的像素組的所有像素元件。此外，所述成像裝置包 括掃描控制單元，以稀疏化(thin out)方式在像素陣列的剩余區(qū)域 中掃描像素組；視頻信號(hào)分離單元，將來(lái)自整個(gè)像素掃描區(qū)的視頻信 號(hào)與來(lái)自稀疏化掃描區(qū)的視頻信號(hào)彼此分離。因此，提供一種成像裝 置，其能夠同時(shí)從相同幀通過(guò)稀疏化掃描來(lái)獲得整個(gè)圖像信息并通過(guò) 整個(gè)像素掃描來(lái)獲得高分辨率的局部圖像信息。然而，上述兩個(gè)專利文檔分別包括以下問(wèn)題。首先，在第H09-214836號(hào)特許公開(kāi)的日本專利申請(qǐng)中描述的成像裝置在讀取低 分辨率的圖像和讀取高分辨率的圖像的時(shí)候使用相同的像素元件。因 此，同樣在交替地讀取低分辨率的幀和高分辨率的幀的情況下，必須 對(duì)于每一幀按照先后順序來(lái)執(zhí)行累加和像素讀取，這產(chǎn)生問(wèn)題。此外，在第2000-032318號(hào)特許乂>開(kāi)的日本專利申請(qǐng)中描述的成 像裝置將從相同幀獲得低分辨率的圖像和高分辨率的圖像。因此，必 須對(duì)于每個(gè)圖像調(diào)整每個(gè)像素元件的膝光控制或增益，從而傳感器的 驅(qū)動(dòng)時(shí)序的改變變得復(fù)雜，這產(chǎn)生問(wèn)題。此外，對(duì)于在圖像讀取時(shí)的驅(qū)動(dòng)頻率，上述兩種成像裝置均不作考慮；在讀取多個(gè)高分辨率的圖像的情況下，每個(gè)圖像的幀率將改變， 這產(chǎn)生問(wèn)題。發(fā)明內(nèi)容考慮到上述問(wèn)題而實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，因此，本發(fā)明的目的在于提供一 種成像裝置并提供所述成像裝置的驅(qū)動(dòng)方法，所述成像裝置能夠在不 會(huì)使讀取低分辨率的圖像和高分辨率的圖像變得復(fù)雜的情況下防止 幀率的下降。本發(fā)明的成像裝置包括像素區(qū)，其包括多個(gè)像素元件并將對(duì)象 的入射光成像為圖像；以及讀取單元，用于對(duì)來(lái)自像素區(qū)的像素元件 進(jìn)行稀疏化處理以讀取低分辨率的稀疏化圖像，并從像素區(qū)的局部區(qū) 讀取分辨率高于稀疏化圖像的分辨率的局部圖像，其中，讀取單元從 互相不同的像素元件讀取稀疏化圖像和局部圖像，并將稀疏化圖像和 局部圖像讀取為互相不同的成像幀。此外，本發(fā)明的成像裝置包括 像素區(qū)，其包括多個(gè)像素元件并將入射光成像為圖像；以及讀取單元，疏化圖像，并從像素區(qū)的局部區(qū)讀取分辨率高于稀疏化圖像的分辨率 的局部圖像，其中，讀取單元從互相不同的像素元件讀取稀疏化圖像 和局部圖像，并在互相不同的累加時(shí)間段中進(jìn)行讀取。本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)成像裝置的方法是驅(qū)動(dòng)如下成像裝置的方法，所述 成像裝置包括像素區(qū)，所述像素區(qū)包括多個(gè)像素元件并將對(duì)象的入射光成像為圖像，其中，所述方法包括以下步驟通過(guò)對(duì)來(lái)自像素區(qū)的 像素元件進(jìn)行稀疏化處理來(lái)讀出低分辨率的稀疏化圖像；從像素區(qū)的 局部區(qū)讀出分辨率高于稀疏化圖像的分辨率的局部圖像。在所述兩個(gè) 讀取步驟期間，從各不相同的像素元件以及從各不相同的成像幀讀出 稀疏化圖像和局部圖像。根據(jù)本發(fā)明，可在不會(huì)使讀取低分辨率的圖像和高分辨率的圖像 變得復(fù)雜的情況下防止幀率的下降。通過(guò)以下參照附圖進(jìn)行的對(duì)示例性實(shí)施例的描述，本發(fā)明的其它特點(diǎn)將變得清楚。


圖1是示出關(guān)于本發(fā)明實(shí)施例的成像裝置的示意性配置的示例 的示圖。圖2是由關(guān)于本發(fā)明實(shí)施例的成像裝置實(shí)現(xiàn)的圖像的示例的示意圖。圖3是示出由關(guān)于本發(fā)明實(shí)施例的成像裝置實(shí)現(xiàn)的圖像的示例 的像素區(qū)的示意圖。圖4是示出由關(guān)于本發(fā)明實(shí)施例的成像裝置實(shí)現(xiàn)的圖像的示例 的像素區(qū)的示意圖。圖5是示出由關(guān)于本發(fā)明實(shí)施例的成像裝置實(shí)現(xiàn)的圖像的示例 的像素區(qū)的示意圖。圖6是示出使得能夠進(jìn)行隨機(jī)存取的像素區(qū)的單位像素元件中 的電路的示例的示圖。圖7是示出像素區(qū)的單位像素元件中的電路的示例的示圖。圖8是示出像素區(qū)中的電路的另一示例的示圖。閨9是示出關(guān)于本發(fā)明實(shí)施例的成像裝置的傳感器單元(成像裝 置)的示意性配置的示例的示圖。圖IO是示出關(guān)于本發(fā)明實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)成像裝置的方法的示例的時(shí)序圖。圖IIA和圖11B是示出用于確定行l(wèi)中的像素元件的累加時(shí)間 段的設(shè)置的復(fù)位脈沖的輸入時(shí)序的示例的時(shí)序圖。圖12是示出本發(fā)明實(shí)施例并示出改變用于讀取低分辨率的稀疏 化圖像和讀取高分辨率的局部圖像的驅(qū)動(dòng)頻率的示例的時(shí)序圖。
具體實(shí)施方式
以下，將參照附圖來(lái)描述本發(fā)明的實(shí)施例。圖1是示出關(guān)于本發(fā)明實(shí)施例的成像裝置的示意性配置的示例 的示圖。例如，成像裝置100包括光學(xué)單元110、傳感器單元(成 像裝置)120、信號(hào)處理電路單元130、記錄和發(fā)送單元140、時(shí)序控 制電路單元150、系統(tǒng)控制電路單元160以及再現(xiàn)和顯示單元170。通過(guò)光學(xué)單元110的對(duì)象入射光被聚焦到傳感器單元(成像裝 置)120以形成圖像。傳感器單元(成像裝置)120包括例如，像 素區(qū)，其中，按照二維矩陣來(lái)排列像素元件。當(dāng)對(duì)象的入射光在像素 區(qū)中被聚焦以形成圖像時(shí)，通過(guò)像素區(qū)的每個(gè)像素元件將對(duì)象的光轉(zhuǎn) 換為電信號(hào)(圖像信號(hào))，圖像被成像。在傳感器單元(成像裝置)120的每個(gè)像素元件中轉(zhuǎn)換的圖像信 號(hào)在信號(hào)處理電路單元130中按照預(yù)定方法經(jīng)歷信號(hào)轉(zhuǎn)換處理。此外， 通過(guò)記錄介質(zhì)來(lái)記錄由信號(hào)處理電路單元130進(jìn)行信號(hào)處理的圖像信 號(hào)，所述圖像信號(hào)被記錄和發(fā)送單元140發(fā)送到外部設(shè)備，或被直接 發(fā)送到再現(xiàn)和顯示單元170，并被再現(xiàn)和顯示。此外，由記錄和發(fā)送 單元140記錄在記錄介質(zhì)中的圖像信號(hào)在必要的情況下被發(fā)送到再現(xiàn) 和顯示單元170，并被再現(xiàn)和顯示。時(shí)序控制電路單元150基于系統(tǒng)控制電路單元160的控制來(lái)控制 用于傳感器單元(成像裝置)120和信號(hào)處理電路單元130的驅(qū)動(dòng)時(shí) 序。系統(tǒng)控制電路單元160綜合地控制成像裝置的操作,并控制光學(xué) 單元110、記錄和發(fā)送單元140、時(shí)序控制電路單元150以及再現(xiàn)和顯示單元170的各組件單元。此外，系統(tǒng)控制電路單元160通過(guò)時(shí)序 控制電路單元150來(lái)控制傳感器單元(成像裝置)120和信號(hào)處理電 路單元130的驅(qū)動(dòng)。接下來(lái)將首先簡(jiǎn)要描述本發(fā)明。圖2是由關(guān)于本發(fā)明實(shí)施例的成 像裝置實(shí)現(xiàn)的圖像的示例的示意圖。這里，圖2示意性示出在傳感器 單元(成像裝置)120中提供的像素區(qū)121與從像素區(qū)121的每個(gè)像 素元件讀取之后的局部圖像A和B以及稀疏化圖像C之間的關(guān)系。 也就是說(shuō)，圖2示出包括在像素區(qū)121中的像素元件中稀疏化圖像(C) 的像素以及局部圖像(A,B)的像素。如圖2所示，基于從稀疏化圖像(C)的像素讀取的較小數(shù)量的 像素信號(hào)來(lái)形成像素區(qū)121中的整個(gè)圖像。這里，整個(gè)圖像被進(jìn)行稀 疏化處理并從整個(gè)像素區(qū)121讀取，因此，整個(gè)圖像將變成低分辨率 的圖像。例如，系統(tǒng)控制電路單元160控制所述整個(gè)圖像的記錄并監(jiān) 視所述整個(gè)圖像，從其監(jiān)視的結(jié)果確定將被關(guān)注的受關(guān)注圖像。例如， 系統(tǒng)控制電路單元160讀取所述受關(guān)注圖像區(qū)中的較少數(shù)量的像素信 號(hào)，并使所述像素信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理，從而高分辨率的局部圖像A和 局部圖像B被形成，并經(jīng)歷相應(yīng)于監(jiān)視的對(duì)象的處理。在本發(fā)明中，用于局部圖像(A， B)的像素元件將不用作用于 稀疏化圖像(C)的像素元件。也就是說(shuō)，在圖2所示的情況下，在 局部圖像(A， B)的像素區(qū)域中，在讀取相關(guān)局部圖像(A, B)的 時(shí)間將不讀取來(lái)自稀疏化圖像(C)的像素的像素信號(hào)。時(shí)序控制電路單元150驅(qū)動(dòng)稀疏化圖像(C)的像素和局部圖像 (A, B)的像素，作為相互不同的成像幀。因此，在像素區(qū)121的像 素元件被復(fù)位之后實(shí)施曝光?？梢詫?duì)于每個(gè)成像幀來(lái)切換直到下次被 讀取之前對(duì)像素元件的曝光控制和驅(qū)動(dòng)控制，因此，可大大簡(jiǎn)化相關(guān) 控制。此外，時(shí)序控制電路單元150基于系統(tǒng)控制電路單元160的控制 選擇通過(guò)稀疏化讀取的關(guān)于整個(gè)固像的低分辨率讀取模式以及通過(guò) 局部圖像讀取的高分辨率讀取模式。在這種情況下，通過(guò)稀疏化讀取8的關(guān)于整個(gè)圖像的低分辨率讀取模式和通過(guò)局部圖像讀取的高分辨 率讀取模式在水平驅(qū)動(dòng)脈沖和垂直驅(qū)動(dòng)脈沖方面是不同的。因此，對(duì)于每種讀取模式需要改變傳感器單元(成像裝置)120的驅(qū)動(dòng)時(shí)序、 信號(hào)處理電路單元130的分辨率處理以及在記錄和發(fā)送單元140中記 錄和處理的記錄像素?cái)?shù)量。通過(guò)系統(tǒng)控制電路單元160來(lái)相應(yīng)于每種 讀取模式進(jìn)行所述控制。此外，根據(jù)讀取模式，進(jìn)行控制，使得傳感器單元(成像裝置) 120的敏感度不同。具體說(shuō)來(lái)，系統(tǒng)控制電路單元160控制光學(xué)單元 110的光團(tuán)(附圖中沒(méi)有示出)。此外，作為另一種方法，還考慮傳 感器單元(成像裝置)120內(nèi)部的放大電路(放大器)的增益變?yōu)橥?過(guò)來(lái)自時(shí)序控制電路單元150的控制脈沖來(lái)增加，從而獲得適當(dāng)?shù)男?號(hào)。接下來(lái)，將描述圖2所示的本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的圖像的示例，以便更容 易地理解像素區(qū)121的像素級(jí)別。圖3、圖4和圖5是示出由關(guān)于本發(fā)明實(shí)施例的成像裝置實(shí)現(xiàn)的 圖像的示例的像素區(qū)121的示意圖。在圖3、圖4和圖5中，通過(guò)方 塊來(lái)示出一個(gè)像素元件(單位像素元件)121a。在圖3、圖4和圖5 中，涂有黑色的方塊(■)指示稀疏化圖像的像素，空白方塊(□)指 示局部圖像的像素。在圖3所示的示例中，水平方向以及垂直方向上的稀疏化圖像的 像素被看作點(diǎn)。通過(guò)讀取所述稀疏化圖像的像素，可使驅(qū)動(dòng)頻率成為 最低頻率，并能夠節(jié)省功率和減少信號(hào)處理電路單元130的存儲(chǔ)器容 量。此外，對(duì)于局部圖像的分辨率的影響可減小到能夠忽略由于稀疏 化圖像的像素帶來(lái)的惡化的級(jí)別。在圖6中示出用于圖3所示的示例 的最佳單位像素的電路圖的示例。圖6是示出使得能夠進(jìn)行隨機(jī)存取的像素區(qū)的單位像素元件中 的電路的示例的示圖。對(duì)于圖6所示的單位像素元件121a，作為光電 轉(zhuǎn)換單元的光電二極管PD、用于控制光電二極管PD的信號(hào)電荷并將 所述信號(hào)電荷傳送到像素放大器MSFM的柵極部分(浮動(dòng)傳播區(qū))的傳送開(kāi)關(guān)MTX以及傳送開(kāi)關(guān)MVX被連接。通過(guò)利用傳送開(kāi)關(guān)控制和傳送對(duì)相關(guān)像素元件的垂直選擇，對(duì)像素元件的隨機(jī)存取變得 可4亍。通過(guò)使傳送開(kāi)關(guān)MTX、傳送開(kāi)關(guān)MVX和復(fù)位開(kāi)關(guān)MRES同 時(shí)導(dǎo)通，去除光電二極管PD的剩余電荷。由像素放大器MSFM通過(guò) 控制選擇開(kāi)關(guān)MSEL并將其導(dǎo)通來(lái)放大在復(fù)位像素放大器MSFM的 柵極部分或來(lái)自光電二極管PD的信號(hào)電荷之后的復(fù)位信號(hào)，所述復(fù) 位信號(hào)被輸出到垂直信號(hào)線Vh。在像素元件的成像區(qū)外部提供像素 放大器MSFM的電流源開(kāi)關(guān)MRV。去除柵極部分以及像素放大器 MSFM中的擴(kuò)散，以便通過(guò)在后續(xù)階段中利用CDS電路單元(附圖 中未示出)實(shí)現(xiàn)復(fù)位信號(hào)與信號(hào)電荷之間的差來(lái)達(dá)到低噪聲。這里， 在圖6中，控制脈沖pSEL和^TX可共享共同的控制線。此外，圖4所示的示例示出以像素區(qū)121的行單位提供稀疏化圖 像的像素的情況。在圖4所示的示例中，以行單位控制每個(gè)像素元件， 因此，自然以行單位實(shí)施啄光。此外，本示例在認(rèn)為稀疏化圖像的水 平分辨率比較重要的情況下有效。如果在該示例中，稀疏化圖像的像 素如圖3所示被用作點(diǎn)像素元件，則通過(guò)傳感器單元(成像裝置)120 的水平掃描電路單元來(lái)選擇并輸出信號(hào)，或者，可選擇如圖3所示從 傳感器單元(成像裝置)120讀取并從信號(hào)處理電路單元130的存儲(chǔ) 器利用的像素元件。圖7示出用于圖4所示的示例的最佳單位像素元 件的電路圖的示例。圖7是示出在像素區(qū)的單位像素元件中的電路的示例的示圖。在 圖7所示的單位像素元件121a中， 一個(gè)光電二極管PD包括一個(gè)像素 放大器MSFM。然而，在這種情況下，像素元件的隨機(jī)存取掃描不可 行，但是，這并不破壞本發(fā)明的要點(diǎn)。此外，在圖8中示出像素區(qū)121中的電路的另一示例。如圖8 所示， 一個(gè)像素放大器MSFM可包括多個(gè)光電二極管PD。具體說(shuō)來(lái)， 在圖8中，對(duì)于一個(gè)像素放大器MSFM排列多個(gè)光電二極管PD、用 于水平選擇的多個(gè)傳送開(kāi)關(guān)MYX以及一個(gè)復(fù)位開(kāi)關(guān)MRES。按照如圖8所示的配置，用于一個(gè)光電二極管的垂直選擇的傳送開(kāi)關(guān)MVX 的面積以及像素放大器MSFM的面積變得較小，因此，產(chǎn)生改善光 電二極管的孔徑比的效果。圖5所示的示例是以下示例，在該示例中，在涉及稀疏化圖4象的 像素的列和行上的像素元件中，只有點(diǎn)像素信號(hào)被用作稀疏化圖<象， 而其它信號(hào)不用作稀疏化圖像。圖7和圖8所示的電路將成為用于圖 5所示的示例的最佳像素區(qū)的電路圖的示例。作為以下描述的本發(fā)明的代表性特定實(shí)施例，將描述假設(shè)圖5 所示的示例的成像裝置。這里，作為本發(fā)明的特定實(shí)施例，應(yīng)用于假 設(shè)采用圖3所示的示例或圖4所示的示例的成像裝置的模式自然包括 在本發(fā)明中。圖9是示出關(guān)于本發(fā)明實(shí)施例的成像裝置100的傳感器單元(成 像裝置)120的示意性配置的示例的示圖。如圖9所示，傳感器單元 (成像裝置)120包括像素區(qū)121;水平移位寄存器122，用于沿水 平方向(行方向)掃描像素區(qū)121;垂直移位寄存器123，用于沿垂 直方向(列方向)掃描像素區(qū)121。像素區(qū)121包括二維矩陣形式的 多個(gè)單位像素元件(121a)并將對(duì)象的入射光成像為圖像。在圖9所 示的示例中，示出像素區(qū)121包括32行x48列的單位像素元件的示 例，以便理解說(shuō)明書(shū)。配置水平移位寄存器122和垂直移位寄存器123，從而可基于系 統(tǒng)控制電路單元160 (見(jiàn)圖1)通過(guò)時(shí)序控制電路單元150 (見(jiàn)圖1) 的控制根據(jù)將被讀取的圖像來(lái)改變用于掃描的方法。也就是說(shuō)，水平 移位寄存器122和垂直移位寄存器123包括"讀取單元"用于對(duì)來(lái)自 像素區(qū)121的像素元件進(jìn)行稀疏化處理，讀取低分辨率的稀疏化圖像， 并從像素區(qū)121的局部區(qū)讀取分辨率高于稀疏化圖像的分辨率的局部 圖像。因此，可進(jìn)行低分辨率讀取和高分辨率讀取，所述低分辨率讀 取用于僅以預(yù)定稀疏率讀取稀疏化圖像的像素元件1213的像素信號(hào)， 所述高分辨率讀取用于局部圖像的笫一像素元件1211的像素信號(hào)和 局部圖像的第二像素元件1212的像素信號(hào)。此外，如圖9所示，相關(guān)讀取單元從像素區(qū)121的像素元件中的 相互不同的像素元件讀取稀疏化圖像和局部圖像，并讀取稀疏化圖像 和局部圖像，作為不同的成像幀。此外，在圖9所示的示例中，作為像素區(qū)121中讀取高分辨率的 局部圖像的局部區(qū)，示出兩個(gè)局部區(qū)，但是在像素區(qū)121中可僅提供 一個(gè)相關(guān)局部區(qū)。此外，在像素區(qū)121中可提供三個(gè)或更多相關(guān)的局 部區(qū)。伏「盡,"ir《田A3払WTF7^/"HT5"微命干7U 、風(fēng)1豕裝直J 120的承取單元的水平移位寄存器122和垂直移位寄存器123的方法。這里， 讀取單元在任意周期對(duì)來(lái)自像素區(qū)121的像素元件進(jìn)行稀疏化處理， 讀取稀疏化圖像，并從像素區(qū)121的上述稀疏化像素元件(除了為稀 疏化圖像讀取的像素元件之外的像素元件)讀取高分辨率的局部圖 像。此外，在本發(fā)明的情況下，在以低分辨率讀取稀疏化圖像的像素 元件1213的像素信號(hào)時(shí)的稀疏率被設(shè)置為1/4像素元件。圖IO是示出驅(qū)動(dòng)關(guān)于本發(fā)明實(shí)施例的成像裝置100的方法的示 例的時(shí)序圖。具體說(shuō)來(lái)，圖10示出在成像裝置100的傳感器單元(成 像裝置)120中讀取每一行上的像素元件的像素信號(hào)的時(shí)序圖。此外， 在圖10中，當(dāng)脈沖位于高時(shí)間段時(shí)讀取行。首先，在讀取圖9所示的低分辨率的稀疏化圖像的像素元件1213 的像素信號(hào)的情況下，垂直移位寄存器123讀取行1，然后每四行來(lái) 讀取，諸如，行5、行9、行13、行17、行21、行25和行29。這里， 盡管沒(méi)有在圖10中示出，但是為了在每一行驅(qū)動(dòng)水平移位寄存器122，列l(wèi)被讀取，然后，每四列(諸如列5、列9.....列45)執(zhí)行稀疏4匕處理和讀取。接著，為了讀取高分辨率的第一局部圖像的像素元件1211的像 素信號(hào)，首先復(fù)位垂直移位寄存器123，處理返回頭行。此外，如果 高分辨率的第一局部圖像的區(qū)是如圖9所示從行2開(kāi)始的區(qū)，則垂直 移位寄存器123讀取行2，然后，讀取行3和行4，接著略過(guò)行5并 讀取行6、行7和行8。接著，寄存器略過(guò)行9，并讀取行10和行11，以讀取高分辨率的第一局部圖像區(qū)1211的像素元件的像素信號(hào)。也 就是說(shuō)，垂直移位寄存器123不讀取經(jīng)過(guò)讀取低分辨率的稀疏化圖像 的像素元件1213的像素信號(hào)的行(諸如行l(wèi)、行5和行9)的相關(guān)1象 素信號(hào)，但是讀取其它必要的行。此外，在讀取有必要讀取的先前行，即，在該示例中最多到達(dá)行 ll之后，垂直移位寄存器123被復(fù)位以返回頭行，并讀取高分辨率的 第二局部圖像的像素元件1212的像素信號(hào)。為了讀取高分辨率的第二局部圖像的像素元件1212，對(duì)于經(jīng)歷 過(guò)讀取低分辨率的稀疏化圖像的像素元件1213、也經(jīng)歷過(guò)讀取高分辨 率的第一局部圖像的像素元件1211的行不進(jìn)行像素信號(hào)的讀取。具 體說(shuō)來(lái)，對(duì)于讀取高分辨率的第二局部圖像的像素元件1212，在本發(fā) 明中，垂直移位寄存器123被驅(qū)動(dòng)，以便讀取行18到行20、行22到 行24、行26和行27。這里，某些時(shí)候，當(dāng)讀取高分辨率的第一局部圖像和第二局部圖像時(shí)，由于省略讀取稀疏化圖像的已經(jīng)讀取的像素元件1213的行引起的圖像不連續(xù)問(wèn)題也被認(rèn)為會(huì)發(fā)生。在這種情況下，后續(xù)階段中的信號(hào)處理電路單元130 (見(jiàn)圖1)可被安排成根據(jù)在較高或較低的高 分辨率的局部圖像中讀取的行而對(duì)略過(guò)的且未讀取的稀疏化圖像的像素元件1213實(shí)施互補(bǔ)處理。此外，對(duì)于在高分辨率的第一局部圖像的像素元件1211和第二 局部圖像的像素元件1212中驅(qū)動(dòng)水平移位寄存器122的方法而言， 可使用以下描述的兩種方法中的任何一種。第一種方法是通過(guò)僅讀取除了經(jīng)歷過(guò)對(duì)低分辨率的稀疏化圖像的讀取的列(即，列1、列5、列9.....列45)之外的必要列的驅(qū)動(dòng)方法。所述驅(qū)動(dòng)方法是圖9所示的情況中的驅(qū)動(dòng)方法。此時(shí)，當(dāng)由 于省略讀取稀疏化圖像的已經(jīng)讀取的列引起的圖像不連續(xù)產(chǎn)生問(wèn)題 時(shí)，后續(xù)階段中的信號(hào)處理電路單元130可按照與行的情況類似的方 式來(lái)實(shí)施互補(bǔ)處理。第二種方法是水平移位寄存器122讀取所有列的驅(qū)動(dòng)方法。在這種情況下，盡管四行中有一行不被讀取，但是列均被讀取。因此，成 像的圖像的寬高比將被改變。相應(yīng)地，后續(xù)階段中的信號(hào)處理電路單元130也對(duì)其實(shí)施互補(bǔ)處理。在涉及該實(shí)施例的傳感器單元(成像裝置)120的驅(qū)動(dòng)中的每個(gè) 像素元件的累加時(shí)間段如下所述。首先，最大累加時(shí)間段是從讀取先 前幀中的行到在下一幀中進(jìn)行讀取的肘間段。例如，如圖10中的箭 頭所指，行l(wèi)從先前幀的讀取覆蓋到下一幀的讀取。在所述時(shí)間段期 間，在另一行中實(shí)施對(duì)高分辨率的局部圖像的兩幀的讀取的同時(shí)，在 行l(wèi)中繼續(xù)進(jìn)行累加操作。在期望設(shè)置短于最大累加時(shí)間段的累加時(shí)間段的情況下，可在完 成先前幀的讀取之后，利用任意時(shí)序從時(shí)序控制電路單元150 (見(jiàn)圖 1)輸入用于復(fù)位累加的脈沖。圖ll示出以上方式。圖ll是示出用于確定行l(wèi)中的像素元件的累加時(shí)間段的設(shè)置的 復(fù)位脈沖的輸入時(shí)序的示例的時(shí)序圖。圖IIA所示的情況是累加時(shí)間 最大化的情況，并為以下示例，其中，在先前幀讀取之后立即輸入復(fù) 位脈沖，以實(shí)施復(fù)位從而開(kāi)始累加運(yùn)算，持續(xù)累加，直到讀取下一幀。 圖11B示出以下示例，其中，在讀取過(guò)程中間輸入復(fù)位脈沖，因此， 實(shí)際累加時(shí)間段在用于讀取下一幀的相關(guān)復(fù)位脈沖完成復(fù)位操作之 后被縮短。經(jīng)常出現(xiàn)以下情況低分辨率的稀疏化圖像的適當(dāng)曝光與高分辨 率的局部圖像的適當(dāng)曝光不相同。例如，當(dāng)城鎮(zhèn)的整個(gè)場(chǎng)景被讀取作為低分辨率的稀疏化圖像并且 在建筑物的陰影中行進(jìn)的人們被同時(shí)讀取作為高分辨率的局部圖像 時(shí)，建筑物的陰影中的部分的輸出級(jí)別將變得較低。因此，在適當(dāng)曝 光對(duì)于每個(gè)讀取的區(qū)均不同的處所的情況下，本發(fā)明實(shí)施例以單獨(dú)或混合的方式實(shí)施下面兩種操作。第一種操作以不同的方式在低分辨率的稀疏化圖像和高分辨率的局部圖像的每個(gè)成像幀中控制累加時(shí)間。如先前所述，在該實(shí)施例 中，低分辨率的稀疏化圖像的像素元件1213不同于高分辨率的局部圖像的像素元件1211和1212。因此，即使利用圖IIB所示的時(shí)序來(lái) 復(fù)位讀取稀疏化圖像的行以縮短累加時(shí)間段，高分辨率的第一局部圖 像和第二局部圖像的累加時(shí)間段也不會(huì)受影響，而對(duì)每個(gè)圖像的膝光 控制是獨(dú)立可行的。因此，在該實(shí)施例中，例如，作為控制單元的系 統(tǒng)控制電路單元160 (見(jiàn)圖1)獨(dú)立地控制低分辨率的稀疏化圖像和 高分辨率的局部圖像的曝光。第二種操在低分辨率的稀疏化圖像和高分辨率的局部圖像的每 一成像幀中改變讀取放大器(例如，圖6到圖8所示的像素放大器 MSFM)的增益。在所述方法的情況下，例如，當(dāng)?shù)头直媛实南∈杌?圖像的讀取結(jié)束并且垂直移位寄存器123被復(fù)位以返回行的頭時(shí)，關(guān) 于讀取放大器的增益的設(shè)置被同時(shí)改變以開(kāi)始讀取下一高分辨率的 局部圖像。如果相同的像素元件被用于低分辨率的稀疏化圖像的像素元件 1213以及高分辨率的局部圖像的像素元件1211和1212，則系統(tǒng)必須 包括兩個(gè)放大器，即，用于稀疏化圖像的放大器和用于局部圖像的放 大器。此外，在這種情況下，如果增益的設(shè)置相同，則每個(gè)放大器將 必須包括高精度的互補(bǔ)電路單元以便對(duì)輸出進(jìn)行均衡。然而，涉及該實(shí)施例的成像裝置被各自獨(dú)立地提供有低分辨率的 稀疏化圖像的像素元件1213以及高分辨率的局部圖像的像素元件 1211和1212，因此，可包括一個(gè)放大器。相應(yīng)地，可避免系統(tǒng)的復(fù) 雜性。這里，在這種情況下，作為利用增益控制輸出電平的優(yōu)點(diǎn)，提 供在較少抖動(dòng)的情況下對(duì)運(yùn)動(dòng)對(duì)象進(jìn)行成像的能力。此外，在圖10中，在相同的級(jí)別示出讀取低分辨率的稀疏化圖 像以及讀取高分辨率的局部圖像的驅(qū)動(dòng)頻率。然而，使讀取每個(gè)圖像 的驅(qū)動(dòng)頻率對(duì)于每個(gè)幀而言不同的模式也可被應(yīng)用于該實(shí)施例的成 像裝置。也就是說(shuō)，在該實(shí)施例中，例如，水平移位寄存器122和垂 直移位寄存器123利用用于讀取稀疏化圖像和讀取局部圖像的不同驅(qū) 動(dòng)頻率來(lái)實(shí)施讀取。圖12示出本發(fā)明的實(shí)施例并且是示出改變讀取低分辨率的稀疏化圖像和讀取高分辨率的局部圖像的驅(qū)動(dòng)頻率的示例的時(shí)序圖。圖12 所示的示例具體為讀取高分辨率的局部圖像的驅(qū)動(dòng)頻率是讀取低分 辨率的稀疏化圖像的驅(qū)動(dòng)頻率的兩倍。因此，除了讀取相關(guān)的第一和 第二局部圖像之外，可在與如圖11所示的讀取高分辨率的第一和第 二局部圖像的時(shí)間段相同的時(shí)間段進(jìn)一步添加第三和第四局部圖像 的讀取。這里，該實(shí)施例包括以32行x48列并且具有1/4像素元件的稀 疏率的圖9所示的像素區(qū)121中的像素元件，但是對(duì)于像素區(qū)121的 實(shí)際設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，本實(shí)施例并不受限于此。此外，關(guān)于讀取圖像的區(qū)域， 在該實(shí)施例中，低分辨率的稀疏化圖像的像素元件1213和高分辨率 的局部圖像的像素元件1211和1212的區(qū)已經(jīng)被描述，但是其實(shí)際上 并不受限于這種結(jié)合。此外，為了簡(jiǎn)化對(duì)于在讀取每一圖像時(shí)的驅(qū)動(dòng) 頻率的描述，在圖12所示的示例中，讀取高分辨率的局部圖像的驅(qū) 動(dòng)頻率統(tǒng)一為讀取低分辨率的稀疏化圖像的驅(qū)動(dòng)頻率的兩倍，但是其 并不受限于兩倍大的頻率。此外，可應(yīng)用驅(qū)動(dòng)頻率對(duì)于每一圖像的讀 取而言不同的情況。該實(shí)施例的成像裝置100從相互不同的像素元件讀取低分辨率 的稀疏化圖像和高分辨率的局部圖像，并讀取稀疏化圖像和局部圖 像，作為不同的成像幀。根據(jù)所述配置，消除了讀取低分辨率的圖像 以及讀取高分辨率的圖像的復(fù)雜性，并可防止降低幀率。此外，該實(shí)施例的成像裝置100可讀取多個(gè)局部圖像，這是因?yàn)?讀取低分辨率的稀疏化圖像的驅(qū)動(dòng)頻率和讀取高分辨率的局部圖像 的驅(qū)動(dòng)頻率不同?？赏ㄟ^(guò)使存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)的RAM或ROM中的程序進(jìn)行操作來(lái)實(shí) 現(xiàn)關(guān)于上述實(shí)施例的成像裝置100中包括的圖1中的單元以及示出用 于所述成像裝置100的驅(qū)動(dòng)方法的圖10到圖12中的時(shí)序圖。所迷程 序以及存儲(chǔ)相關(guān)程序的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)包括在本發(fā)明中。具體說(shuō)來(lái)，上述程序存儲(chǔ)在諸如CD-ROM的存儲(chǔ)介質(zhì)中，并以 其它方式通過(guò)各種類型的傳輸介質(zhì)提供給計(jì)算機(jī)。作為用于存儲(chǔ)上述程序的存儲(chǔ)介質(zhì)，可使用除了 CD-ROM之外的介質(zhì)，諸如，軟盤、 硬盤、磁盤、磁光盤、非易失性存儲(chǔ)器卡。另一方面，作為上述程序 的傳輸介質(zhì)，可使用用于傳送并提供程序信息的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)(LAN、 諸如互聯(lián)網(wǎng)的WAN、無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)等)系統(tǒng)中的通信介質(zhì)作為載體。 此外，在這種情況下的通信介質(zhì)包括諸如光纖的有線線路以及無(wú)線線 路。此外，不僅可以考慮通過(guò)促使計(jì)算機(jī)執(zhí)行所提供的程序來(lái)實(shí)現(xiàn)涉 及本實(shí)施例的成像裝置100的功能的情況，還可以考慮以下所述的情 況。一種情況為通過(guò)在計(jì)算機(jī)中操作的程序和OS(操作系統(tǒng))或其 它應(yīng)用軟件的協(xié)作等來(lái)實(shí)現(xiàn)涉及該實(shí)施例的成像裝置100的功能的情 況。另一種情況為通過(guò)促使計(jì)算機(jī)的功能擴(kuò)展板和功能擴(kuò)展單元來(lái)實(shí) 施所提供的程序的全部處理或一部分處理來(lái)實(shí)現(xiàn)涉及該實(shí)施例的成 像裝置100的功能的情況。如上所述的情況中的程序被包括在本發(fā)明 中。盡管已經(jīng)參照示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是應(yīng)理解本發(fā)明 并不受限于這里公開(kāi)的示例性實(shí)施例。權(quán)利要求的范圍與最寬泛的解 釋相一致，從而包括所有的所述變型以及等同的結(jié)構(gòu)和功能。
權(quán)利要求
1、一種成像裝置，包括像素區(qū)，包括多個(gè)像素元件，用于基于入射光成像為圖像；以及讀取單元，通過(guò)對(duì)來(lái)自像素區(qū)的像素元件進(jìn)行稀疏化處理以讀出低分辨率的稀疏化圖像，并從像素區(qū)的局部區(qū)讀出分辨率高于稀疏化圖像的分辨率的局部圖像，其中，讀取單元從各不相同的像素元件，以及從各不相同的成像幀讀出稀疏化圖像和局部圖像。
2、 如權(quán)利要求1所述的成像裝置，其中，在像素區(qū)提供要從其 中讀出局部圖像的一個(gè)或多個(gè)局部區(qū)。
3、 如權(quán)利要求1所述的成像裝置，其中，讀取單元通過(guò)以任意 頻率對(duì)來(lái)自像素區(qū)的像素元件進(jìn)行稀疏化處理來(lái)讀出稀疏化圖像，并 從稀疏化的像素元件讀出局部圖像。
4、 如權(quán)利要求1所述的成像裝置，還包括 控制單元，獨(dú)立地控制稀疏化圖像和局部圖像的曝光。
5、 如權(quán)利要求1所述的成像裝置，其中，讀取單元以不同的驅(qū) 動(dòng)頻率執(zhí)行對(duì)稀疏化圖像的讀取和對(duì)局部圖像的讀取。
6、 一種用于驅(qū)動(dòng)成像裝置的方法，所述成像裝置包括 像素區(qū)，所述像素區(qū)包括多個(gè)像素元件，用于基于入射光成像為圖像，其中，所述方法包括以下步驟通過(guò)對(duì)來(lái)自像素區(qū)的像素元件進(jìn)行稀疏化處理來(lái)讀出低分辨率 的稀疏化圖像；以及從像素區(qū)的局部區(qū)讀出分辨率高于稀疏化圖像的分辨率的局部圖像，其中，在所述兩個(gè)讀取步驟期間，從各不相同的像素元件以及從 各不相同的成像幀讀出稀疏化圖像和局部圖像。
7、 一種讀取單元，包括:像素區(qū)，包括多個(gè)像素元件，用于基于入射光成像為圖像；以及讀取單元，通過(guò)對(duì)來(lái)自像素區(qū)的像素元件進(jìn)行稀疏化處理以讀出 低分辨率的稀疏化圖像，并從像素區(qū)的局部區(qū)讀出分辨率高于稀疏化 圖像的分辨率的局部圖像，其中，讀取單元在各不相同的累加時(shí)間段期間從各不相同的像素元件 讀取稀疏化圖像和局部圖像。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種成像裝置及其驅(qū)動(dòng)方法。提供了一種消除讀取低分辨率的圖像和讀取高分辨率的圖像的復(fù)雜性并避免幀率降低的成像裝置。所述裝置包括像素區(qū)，包括多個(gè)像素元件，并將對(duì)象的入射光成像為圖像；以及讀取單元，對(duì)來(lái)自像素區(qū)的像素元件進(jìn)行稀疏化處理以讀取低分辨率的稀疏化圖像，并從像素區(qū)的局部區(qū)讀取分辨率高于稀疏化圖像的分辨率的局部圖像(水平移位寄存器和垂直移位寄存器)，其中，讀取單元從互相不同的像素元件讀取稀疏化圖像和局部圖像，并將稀疏化圖像和局部圖像讀取為不同的成像幀。
文檔編號(hào)H04N5/341GK101262552SQ20081008521
公開(kāi)日2008年9月10日 申請(qǐng)日期2008年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月6日
發(fā)明者太田徑介, 橋本誠(chéng)二, 繁田和之 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社