[发明专利]具有自适应曝光的数字像素阵列

权利要求书

1.一种装置，包括：

像素单元阵列，每个像素单元包括：

光电二极管，其被配置成在接收入射光时生成电荷并且累积所述电荷的第一部分作为剩余电荷直到所述光电二极管饱和；以及

电容器，其被配置成累积由所述光电二极管生成的电荷的第二部分作为溢出电荷；以及

控制器，其被配置成：

开始曝光周期，以使所述像素单元阵列的每个像素单元的光电二极管和电容器能够分别累积剩余电荷和溢出电荷；

确定由所述像素单元阵列中的至少一个像素单元的电容器自所述曝光周期开始后累积的溢出电荷量是否超过预定阈值；以及

基于由所述至少一个像素单元的电容器累积的溢出电荷量超过所述预定阈值的确定：

结束所述像素单元阵列的所述曝光周期，

为所述像素单元阵列的每个像素单元生成输出像素值，所述至少一个像素单元的输出像素值是基于测量所述溢出电荷量超过所述预定阈值的持续时间被生成的，所述像素单元阵列的其他像素单元的输出像素值是基于所述曝光周期内在所述其他像素单元的每个像素单元处生成的电荷量被生成的；以及

提供所述输出像素值用于生成图像帧。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述控制器还被配置成：

基于所述曝光周期内在每个像素单元的电容器处累积的电荷，确定所述每个像素单元的中间像素值；

基于结束的曝光周期的持续时间来确定缩放值；以及

使用所述缩放值来缩放所述中间像素值中的每一个，以生成所述输出像素值。

3.根据权利要求1所述的装置，其中，基于使所述至少一个像素单元饱和的入射光的强度范围来设置所述预定阈值。

4.根据权利要求1所述的装置，其中，基于所述至少一个像素单元的用于累积电荷的电容器的容量来设置所述预定阈值。

5.根据权利要求1所述的装置，还包括：

一个或更多个模数转换器ADC，其被配置成基于以下至少一项来生成数字像素值：像素单元的电容器累积等于所述预定阈值的电荷量的时间测量值，或者当所述曝光周期结束时在所述电容器处累积的电荷量的测量值；以及

选择模块，其被配置成将所述像素单元阵列中的每个像素单元顺序地耦合到所述一个或更多个ADC，以基于在所述每个像素单元的光电二极管处累积的电荷来为所述每个像素单元生成数字像素值。

6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述控制器被配置成在多个曝光周期中的每个曝光周期中：

从所述像素单元阵列选择一像素单元作为所述至少一个像素单元；

控制所述选择模块将选定像素单元耦合到所述一个或更多个ADC，以确定在所述选定像素单元处累积的电荷量是否超过所述预定阈值；以及

响应于确定在所述选定像素单元处累积的电荷量超过所述预定阈值，结束所述每个曝光周期。

7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述控制器被配置成在所述多个曝光周期中的每个曝光周期中选择相同的像素单元。

8.根据权利要求6所述的装置，其中，所述控制器被配置成在所述多个曝光周期中的第一曝光周期和第二曝光周期中选择不同的像素单元。

9.根据权利要求6所述的装置，其中，所述控制器被配置成基于所述像素单元的数字像素值在先前曝光周期中超过所述预定阈值，来在当前曝光周期中选择所述像素单元。

10.根据权利要求6所述的装置，其中，所述控制器被配置成基于随机函数来选择所述像素单元。