[发明专利]基于多目标有效识别的可编程像素阵列

说明书

技术领域

本发明涉及半导体物理理论、器件设计和模拟集成电路设计领域，具体讲,涉及基于多目标有效识别的可编程像素阵列。

背景技术

随着图像传感器在分辨率、动态范围、帧频等方面的成像需求不断提高，基于“帧”工作方式的图像传感器需要产生大量图像信息以满足高分辨率、高帧频的要求。这样会增加成像系统的功耗，降低应用系统的续航能力和机动能力，提高对传输带宽和信息处理能力的要求。同时图像传感器固定的性能指标不能满足探测场景变化时对物体的有效识别，导致成像质量下降。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明旨在提出一种可编程像素阵列，根据探测环境的变化实现不同的成像方式，有效识别出视野内特定目标和事件同时降低系统功耗。本发明采用的技术方案是，基于多目标有效识别的可编程像素阵列，子像素单元1、2间共享结构包含浮点复位管RFD1-2、浮点FD1-2、源跟随器SF1-2、行选管SEL1-2；非共享结构包含光电二极管PD1、PD2，二极管复位管RPD1、RPD2，传输栅TX1、TX2，存储二极管SD1，存储二极管复位管RSD1，传输栅TG1，二极管PD1、PD2、SD1分别与各自的复位管相连，浮点复位管RFD1-2与浮点FD1-2相连；PD1中电荷经传输栅TX1存入二极管SD1中，之后存入SD1中的电荷经TG1转入FD1-2；PD2中电荷经TX2直接转入FD1-2，FD1-2中存储电荷经源跟随器SF1-2和行选管SEL1-2传到列总线上，列总线与读出电路的输入端相连，根据光强条件控制像素阵列中的开关，完成二阶电荷累加和传统非累加工作模式的切换，实现随探测环境变化调整成像方式的目的。

微光条件下，像素阵列采用滚筒曝光方式工作，初始时刻子像素单元1中的PD1对某一点曝光，产生光电荷Q₁；下一时刻像素单元2中的PD2对同一点进行曝光产生光电荷Q₂，同时Q₁通过传输栅TX1转移到SD1中；之后传输栅TG1和TX2同时开启将Q₁和Q₂传输到FD1-2，完成像素内电荷二阶累加；强光条件下，PD1一直处于复位状态，SD1和PD2分别作为像素单元1、2的感光部分对目标进行曝光得到光电荷Q₁、Q₂，读出阶段TG1开启将Q₁转移到FD1-2读出，之后浮点FD1-2完成复位，TX2开启将Q₂转移读出，完成像素阵列的非累加式曝光读出。

根据有无意外事件来临控制像素阵列的行选信号，调整窗选读出模式，改变像素单元信号的输出情况，得到不同分辨率的图像。当无意外事件被探测到时，传感器采用等距跳跃隔过若干行的方式执行跳跃隔行曝光操作，然后在一行像素完成曝光后选择输出时间间隔，以同样等距跳跃隔过若干列的方式执行跳跃隔列读出操作，实现跳跃间隔曝光-读出；当探测到意外事件发生时需要快速捕捉图像目标特征，通过对像素阵列重新进行窗选，实现对目标物体的高分辨率高帧频探测，获得最有用的信息，新的窗选方式即选择曝光开始行和结束行的地址，以及选择读出开始列和结束列的地址，根据目标物体的运动情况改变曝光读出的窗口大小和在像素阵列平面上的位置。

本发明的特点及有益效果是：

通过像素单元结构和像素阵列窗选模式的可编程设计实现不同探测场景下不同的成像方式，使传感器能够有效探测特定目标并降低系统功耗。

附图说明：

图1传统四管像素结构。

图2可编程像素结构图。

图3二阶电荷累加模式下像素单元时序图。

图4根据事件来临情况的不同窗选模式图。

具体实施方式

本设计采用每两个子像素单元共享读出的结构，通过开关控制实现像素内部传统非累加模式与二阶电荷累加模式的切换，满足不同探测场景的成像要求。同时采用可编程窗选读出方式实现对特定目标的有效识别。