圖像感測器及其運作方法
【技術領域】
[0001]本發明關于一種圖像感測器，特別關于一種運用模擬差分以消除環境光干擾的圖像感測器及其運作方法。
【背景技術】
[0002]已知圖像感測器通常具有多個陣列排列的感測像素，其中所述圖像感測器的一種運作方法可使用滾動快門(Rolling Shutter),例如以控制信號依次啟動所述圖像感測器中每一列的所述感測像素以獲取圖像。由于每一列的所述感測像素為依次啟動而非同時啟動(也即每一列的所述感測像素開始曝光的時間不同)，獲取快速移動的物件圖像時，使用滾動快門所獲取的圖像可能會有失真(distort1n)的問題。
[0003]另一種圖像感測器的運作方法可使用全域快門(Global Shutter),例如以控制信號同時啟動所述圖像感測器中全部感測像素以至于每一列的所述感測像素可在同一時間開始曝光以獲取圖像，因此，使用全域快門的圖像感測器可避免所述圖像失真的問題。
[0004]然而，使用全域快門的圖像感測器在獲取圖像時，為了消除環境光的干擾或降低圖像噪聲，已知一種解決方式是通過圖像后處理的方式將兩張數字圖像幀直接相減以獲得差分圖像幀。例如，請參照圖1A和1B，圖1A為已知使用全域快門的圖像感測器91的圖像獲取的時序圖。假設所述圖像感測器91具有4個感測像素列R1-R4，在第一期間P1，光源開啟預設時間且所述感測像素列R1-R4同時曝光，接著關閉所述光源并依次讀取所述感測像素列R1至R4以輸出第一圖像信號；在第二期間P2，所述光源關閉并以所述預設時間同時曝光所述感測像素列R1-R4并依次讀取所述感測像素列R1至R4以輸出第二圖像信號。
[0005]接著，請參照圖1B，所述圖像感測器91所輸出的所述第一圖像信號先通過模擬數字轉換器93轉換成第一數字信號9a并儲存在數字緩沖區95。接著，將所述第二圖像信號通過所述模擬數字轉換器93轉換成第二數字信號％。最后，再將所述第一數字信號9a減去所述第二數字信號9b以獲得消除環境光的第三數字信號9c。然而，此種方法中，包含所述圖像感測器91的系統需設置所述數字緩沖區95且所述圖像感測器91必須連續輸出兩張圖像幀(例如根據所述第一數字信號9a和所述第二數字信號9b所形成的圖像幀)才能獲得一張處理后的圖像幀(例如根據所述第三數字信號9c所形成的圖像幀)。
【發明內容】
[0006]有鑒于此，本發明提出一種運用模擬差分以消除環境光干擾的方法及使用該方法的圖像感測器。
[0007]本發明的目的在提供一種圖像感測器，其所輸出的每一張模擬圖像已消除環境光的干擾。
[0008]本發明另一目的在提供一種圖像感測器，其可降低接近一倍的功率消耗且不需使用數字緩沖器用以儲存圖像幀供進行兩張數字圖像幀的差分運算。
[0009]為達上述目的，本發明提供一種圖像感測器。所述圖像感測器包含光電轉換電路和輸出電路。所述光電轉換電路用以相對高電平信號期間儲存第一電荷量和相對低電平信號期間儲存第二電荷量。所述輸出電路包含第一儲存電路和第二儲存電路分別用以儲存轉移自所述光電轉換電路的所述第一電荷量和所述第二電荷量，并用以比較所述第一儲存電路中的所述第一電荷量和所述第二儲存電路中的所述第二電荷量以輸出模擬圖像信號，其中，所述高電平信號和所述低電平信號分別用以驅動光源的啟閉，所述光電轉換電路相對所述低電平信號期間依次轉移所述第一電荷量至所述第一儲存電路、儲存所述第二電荷量和轉移所述第二電荷量至所述第二儲存電路。
[0010]本發明還提供一種圖像感測器的運作方法。所述圖像感測器包含光電元件、像素緩沖電路、第一儲存電路、第二儲存電路和差分單元。所述第一儲存電路和所述第二儲存電路分別耦接在所述差分單元的兩輸入端。所述光電元件用以相對高電平信號和低電平信號產生光電流儲存至所述像素緩沖電路，其中所述高電平信號和所述低電平信號用以驅動光源的啟閉。所述運作方法包含:在所述高電平信號期間從所述光電元件儲存第一電荷量至所述像素緩沖電路；在所述低電平信號期間將所述像素緩沖電路的所述第一電荷量轉移至所述第一儲存電路；所述第一電荷量轉移后，在所述低電平信號期間從所述光電元件儲存第二電荷量至所述像素緩沖電路；將所述像素緩沖電路的所述第二電荷量轉移至所述第二儲存電路；以及以所述差分單元比較所述第一儲存電路和所述第二儲存電路中的儲存電荷量以輸出模擬圖像信號。
[0011]本發明還提供一種圖像感測器。所述圖像感測器包含光電轉換電路、第儲存電路、第二儲存電路和差分單元。所述光電轉換電路用以在第一期間產生相關光源和環境光的光電流且在第二期間產生相關所述環境光的光電流。所述第一儲存電路用以在所述第二期間儲存對應所述第一期間的所述光電流的第一電荷量。所述第二儲存電路用以在所述第一電荷量被儲存后，儲存對應所述第二期間的所述光電流的第二電荷量。所述差分單元包含兩輸入端分別耦接所述第一儲存電路和所述第二儲存電路，并用以比較所述第一儲存電路和所述第二儲存電路中的所述第一電荷量和所述第二電荷量以消除所述環境光的干擾。
[0012]為了讓本發明的上述和其他目的、特征和優點能更明顯，下文將配合所附圖示，詳細說明如下。此外，在本發明的說明中，相同的構件以相同的符號表示，在此先述明。
【附圖說明】
[0013]圖1A為已知使用全域快門的圖像感測器的圖像獲取的時序圖；
[0014]圖1B為已知兩張圖像幀在數字端進行差分運算的方塊圖；
[0015]圖2為本發明某些實施例的圖像感測器的電路圖；
[0016]圖3為本發明某些實施例的圖像感測器的運作方法的流程圖；
[0017]圖4為對應圖2和3的多個開關兀件的時序圖；
[0018]圖5為本發明某些實施例的圖像感測器的方塊圖；
[0019]圖6為本發明某些實施例包含多個感測像素的成像系統的示意圖；
[0020]圖7為對應圖6的時序圖。
[0021]附圖標記說明
[0022]S1-S5 步驟
【具體實施方式】
[0023]圖2為本發明某些實施例的圖像感測器1的電路圖。所述圖像感測器1用以感測光能量并轉換成電信號。所述圖像感測器1包含至少一光電轉換電路10和輸出電路20，其中所述光電轉換電路10的輸出端與所述輸出電路20的輸入端之間以位元線70連接。圖像感測器可具有多個陣列排列的光電轉換電路以作為感測像素，且每一行的所述光電轉換電路的輸出端可通過位元線電性連接至輸出電路的輸入端。例如，包含Μ X N個像素的圖像感測器通常具有MXΝ個光電轉換電路以及Μ個或Ν個輸出電路和位元線。為簡化圖式，圖2僅例示性地繪示所述圖像感測器1中兩個光電轉換電路10、10’、一個輸出電路20和一條位元線70。可以了解的是，所述光電轉換電路10和所述光電轉換電路10’雖然具有不同標號，但兩者具有相同結構，用以表示所述圖像感測器1其中一行的兩個感測像素(例如第一行第一列的感測像素和第一行第二列的感測像素)。
[0024]必須說明的是，在獲取圖像幀時，所述圖像感測器10可搭配至少一光源(未繪示)用以提供圖像獲取時所需的光，故所述光源可稱為補光燈(例如發光二極體)。所述圖像感測器10包含信號產生器或時序控制器(未繪示)用以依次發出高電平信號和低電平信號以驅動所述光源的啟閉，但不限在此。其他實施例中，所述高電平信號和所述低電平信號可由包含所述圖像感測器10的成像系統提供，例如由所述成像系統的控制電路提供，且被提供至所述圖像感測器10。某些實施例中，光源與圖像感測器可包含在同一圖像感測器封裝中而由時序控制器同時控制光源與圖像感測器的運作。某些實施例中，光源位于圖像感測器外部，而所述圖像感測器可產生所述高電平信號和所述低電平信號以控制所述光源。必須說明的是，雖然此處分別以高電平信號和低電平信號進行說明，然上述信號產生器、時序控制器或控制電路可僅產生高電平信號，而所述低電平信號表示未產生信號，例如信號值為零。
[0025]所述光電轉換電路10用以相對高電平信號期間儲存第一電荷量Qi和相對低電平信號期間儲存第二電荷量Q2，其中所述高電平信號驅動所述光源開啟而所述低電平信號控制所述光源關閉。也就是說，所述光電轉換電路10儲存所述第一電荷量Qi的同時所述光源為開啟，而所述光電轉換電路10儲存所述第二電荷量Q2的同時所述光源為關閉。
[0026]所述光電轉換電路10包含光電元件101、像素電容102和轉移電路103。所述光電元件101例如可為光電二極體(photod1de)用以轉換入射光Li為光電流II ;其中，所述光電流與所述入射光Li的強度相關。所述像素電容102則用以儲存所述光電流為所述第一電荷量Qi或所述第二電荷量Q2。可以了解的是，當所述光源開啟時，所述入射光Li包含所述光源所發出的光和環境光，所述光電元件101轉換所述光源所發出的光和所述環境光為所述光電流并據以在所述像素電容102儲存電荷量(也即所述第一電荷量QD。當所述光源關閉時，所述入射光Li僅包含所述環境光，所述光電元件101則轉換所述環境光為光電流并據以在所述像素電容102儲存另一電荷量(也即所述第二電荷量Q2)。必須說明的是，所述轉移電路103耦接在所述像素電容102與