CN101257581A - 感光传感器及图像捕捉装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种感光传感器，包括：感光模块，用于进行光电信号转换，其至少包括第一感光单元和第二感光单元，第一感光单元用于捕捉图像，第二感光单元用于检测图像的运动或感光传感器的运动；控制与处理模块，用于控制感光模块输出电信号，对电信号进行处理以生成运动信号和图像信号并输出。本发明还公开了一种采用该感光传感器的图像捕捉装置。通过增设用于检测图像的运动或感光传感器的运动的第二感光单元，感光传感器能同时输出运动信号和图像信号，由此能达到更高的检测精度，且结构较简单、制造成本低。

Description

感光传感器及图像捕捉装置
技术领域
本发明涉及光传感领域，具体涉及一种感光传感器及图像捕捉装置。
背景技术
光传感技术的发展日新月异，在影像拍摄领域的应用尤其活跃。现有实现运动检测的感光设备，如美国专利：US 7209601B2披露了一种感光装置，其中的感光传感器只包含一个用于检测的感光像素阵列(PixelArray)，另一美国专利：US 7271830601B2披露了一种运动检测方案，其将当前图像帧与一个或多个过往图像帧进行比较，确定当前帧与过往帧的运动差异是否已低于设定阈值，若低于设定阈值则视当前图像为稳定状态，并存储当前帧作为最终所摄图像。然而，以上方案是用软件的方法对同一个像素阵列的输出图像进行比较，属于软件防抖范畴。又如美国专利：US2007/0103555A1披露了一种移动电话机的摄像装置，其通过安装一个或多个陀螺仪来实现运动检测。此方案需设置陀螺仪，故产品的结构复杂，成本较高。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种能实现精确的帧间运动检测的感光传感器。本发明另外要解决技术问题在于，提供能实现精确的帧间运动检测图像捕捉装置，且其结构简单，成本较低。
为实现上述目的，本发明提供一种感光传感器，其特征在于，包括：
感光模块，用于进行光电信号转换，其至少包括第一感光单元和第二感光单元，所述第二感光单元用于检测图像的运动或感光传感器的运动，所述第一感光单元用于捕捉图像；
控制与处理模块，用于控制所述感光模块输出电信号，对所述电信号进行处理以生成运动信号和图像信号并输出。
所述第一感光单元包括一个用于捕捉图像信号的感光像素阵列，所述第二感光单元包括至少一个或一个以上感光像素阵列，所述感光像素阵列均为用于捕捉运动信号的感光像素阵列，或者，均为用于同时捕捉运动信号和图像信号的感光像素阵列，或者，既包含用于捕捉运动信号的感光像素阵列又包含用于同时捕捉运动信号和图像信号的感光像素阵列。
所述第一感光单元和所述第二感光单元在同一感光像素阵列上实现，所述感光像素阵列划分为多个区域，其中一个区域用于捕捉图像信号，其它区域均为用于捕捉运动信号的区域，或者，均为同时用于捕捉运动信号和图像信号的区域，或者，既包含用于捕捉运动信号的区域又包含用于同时捕捉运动信号和图像信号的区域。
所述控制与处理模块包括：图像处理单元，用于处理所述第一感光单元输出的电信号以生成所述图像信号；运动检测单元，用于处理所述第二感光单元输出的电信号以生成所述图像信号；控制电路，用于控制所述第一、二感光单元及所述图像处理单元和所述运动检测单元协同工作。
所述第一感光单元与所述第二感光单元相紧靠地设置在同一感光芯片表面。
所述第二感光单元的采样帧率高于所述第一感光单元的采样帧率。
所述第一感光单元与所述第二感光单元所含感光像素的像素大小、像素数目可以相同或不同。
本发明还提供一种上述感光传感器的图像捕捉装置，一种图像捕捉装置，其特征在于，包括：
感光模块，用于进行光电信号转换，其至少包括第二感光单元和第一感光单元，所述第二感光单元用于检测图像的运动或感光传感器的运动，所述第一感光单元用于捕捉图像；
控制与处理模块，用于控制所述感光模块输出电信号，对所述电信号进行处理以生成运动信号和图像信号并输出；
光学镜头，用于使被拍摄物体成像于所述感光模块上；以及
执行模块，用于响应所述运动信号和图像信号以对所述光学镜头执行相应的动作。
所述执行模块包括执行控制单元和三维执行机构，所述执行控制单元用于根据所述运动信号和图像信号发出运动控制指令，所述三维执行机构用于根据所述运动控制指令带动被执行对象进行三维运动。
所述运动控制指令为控制所述光学镜头运动以实现防抖调整的控制指令。
所述第一感光单元与所述第二感光单元相紧靠地设置在同一感光芯片表面。
所述第二感光单元的采样帧率高于所述第一感光单元的采样帧率。
所述第一感光单元与所述第二感光单元所含感光像素的像素大小、像素数目可以相同或不同。
本发明的有益效果是：
1、本发明的感光模块至少包括第一感光单元和第二感光单元，第一感光单元捕捉图像，第二感光单元检测图像的运动或感光传感器的运动，控制与处理模块则对第一、二感光单元输出的电信号进行处理以生成运动信号和图像信号，执行模块对该运动信号和图像信号作出响应，执行相应的动作来调整被执行元件的执行状态。对于应用该感光传感器的图像捕捉装置，被执行元件为光学镜头，图像捕捉装置通过感光模块进行了运动检测后，可由执行机构带动透镜实现防抖调整。相比于以往的方案，本发明不仅仅只设置了用于捕捉图像的第一感光单元，还增加了用于检测运动的第二感光单元，因此能更准确地反映运动检测结果，可实现精确的帧间运动检测(Sub-Frame Motion Detection)的功能，从而提高运动检测的精度。
2、本发明的感光模块较现有感光器只多了一个或多个感光像素阵列，每个像素阵列的结构与普通感光器是基本一致的，或者根本不增加感光像素阵列，而是在单个阵列上划分出作用不同的感光区域，所以完全可以利用生产普通感光器的工艺、技术、材料等来生产本发明的感光传感器。
3、本发明较现有采用其他运动感应器件如陀螺仪、加速度检测仪的方案，能够实现设备结构的简化，降低了产品的成本。
【附图说明】
图1至图3为本发明感光传感器的三种实施例的功能框图；
图4为本发明图像处理装置及图像捕捉装置一种实施例的功能框图；
图5a和图5b为本发明帧间运动检测的功能示意图。
【具体实施方式】
本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。
本发明的感光传感器包括感光模块和控制与处理模块，感光模块至少包括第一感光单元和第二感光单元，第一感光单元用于捕捉图像，第二感光单元用于检测图像的运动或感光传感器的运动。其中，被检测的运动信息包括运动的方向、位移等。第一、二感光单元将采集的光信号转换成相应的电信号，控制与处理模块控制第一、二感光单元输出电信号，并对其进行处理以生成运动信号(Motion signal)和图像信号(Image signal)。该运动信号反映运动检测处理结果，用于控制执行模块执行相应动作，从而对被执行元件的状态进行调控。
第一感光单元包括一个用于捕捉图像信号的感光像素阵列，第二感光单元则可以包括至少一个或一个以上感光像素阵列，具体在不同的实施例中，第二感光单元的感光像素阵列均为用于捕捉运动信号的感光像素阵列，或者，均为用于同时捕捉运动信号和图像信号的感光像素阵列，或者，既包含用于捕捉运动信号的感光像素阵列又包含用于同时捕捉运动信号和图像信号的感光像素阵列。
作为一种改进，第一感光单元和第二感光单元在同一感光像素阵列上实现，该感光像素阵列被划分为多个区域，具体在不同的实施例中，其中一个区域用于捕捉图像信号，其它区域均为用于捕捉运动信号的区域，或者，均为同时用于捕捉运动信号和图像信号的区域，或者，既包含用于捕捉运动信号的区域又包含用于同时捕捉运动信号和图像信号的区域。
请参考图1，在一个实施例的感光传感器中，控制模块包括图像处理单元、运动检测单元和控制单元感光模块包括第一感光单元和第二感光单元，第一感光单元包括第一感光像素阵列，第二感光单元包括第二感光像素阵列。第一感光像素阵列的信号输出端与图像处理单元连接，第二感光像素阵列的信号输出端与运动检测单元连接。控制单元分别与第一、二感光像素阵列以及图像处理单元、运动检测单元连接。图像处理单元采用图像信号处理器件(ISP)或现场可编程器件(FPGA)。运动检测单元采用微处理器(MCU)或数字信号处理器(DSP)或现场可编程器件(FPGA)，。控制单元主要用来控制第一、二感光像素阵列、图像处理单元、运动检测单元及其他相关电路(如行、列解码器等)正常工作，输出信号和实现各种附加功能。运动检测单元对第二感光像素阵列输出的信号进行分析，计算和格式转换等。图像处理单元对第一感光像素阵列输出的信号进行格式转换(如从RGB格式变换成YUV格式)，自动曝光控制(Auto ExposureControl)，自动平衡控制(Auto Balance Control)等。最后由运动检测单元输出运动信号，由图像处理单元输出图像信号。该运动信号和图像信号可由执行模块接收并作出响应，对信号进行处理并控制被执行对象执行相应的动作。
请参考图2，与上述实施例不同之处在于，感光模块只包含一个感光像素阵列，第一感光单元和第二感光单元均设置在该感光像素阵列上，具体地，由该感光像素阵列划分出用于捕捉图像信号的第一感光区域和用于捕捉图像的运动信号或传感器的运动信号的第二区域，图像处理单元和运动检测单元均与该感光像素阵列的信号输出端连接，控制单元分别与该感光像素阵列以及图像处理单元、运动检测单元连接。控制该感光像素阵列、图像处理单元、运动检测单元及其他相关电路正常工作。
请参考图3，与第一个实施例不同之处在于，控制模块只包含一处理单元，该控制单元分别与第一、二感光像素阵列和处理单元连接，第一、二感光像素阵列的信号输出端均与处理单元连接。最终由处理单元输出运动信号和图像信号，执行机构对运动信号和图像信号进行响应。
在对上述实施例的一种改进方案中，第一感光单元的采样帧率高于第二感光单元的采样帧率。
在对上述实施例的另一种改进方案中，第一感光单元与第二感光单元相紧靠地设置在同一感光芯片表面。
如图4所示，图像处理装置包括感光传感器和执行模块，感光传感器包括感光模块和控制与处理模块，具体结构可采用前述实施例的形式，执行模块包括执行控制单元和三维执行机构，执行控制单元根据控制与处理模块产生的运动信号和图像信号发出运动控制指令，三维执行机构根据运动控制指令，带动被执行元件进行三维运动。在采用该图像处理装置的一种图像捕捉装置中，被执行元件包括透镜，三维执行机构相应运动控制指令，带动透镜进行相应的X、Y、Z方向的运动，从而实现防抖功能。
图5a和图5b示意出本发明的帧间运动检测原理，其中，图5a展示一种实施例图像捕捉装置的视频模式，图5b展示一种实施例图像捕捉装置的静止图像快照模式。当图像处理的感光像素阵列的输出帧率为15帧，而运动检测的感光像素阵列的输出帧率为60帧时，在第一感光单元输出一帧图像的时间段内，第二感光单元输出四帧图像(图中的方块代表图像帧)，通过对这四帧图像的分析和处理，就可以得到感光器件或物体的运动方向及位移等，实现运动检测，及时的通知被执行元件对像素阵列输出的图像进行补偿校正。
本发明中，不同感光像素阵列/区域可以拥有不同或相同的阵列大小、像素点尺寸大小及光谱过滤方法等相关参数，从而可以根据产品实际要求合适配置第一感光单元和第二感光单元，有效获取图像信号和运动信号。
相比现有的方案，本发明不只包含用于捕捉图像的感光单元，还增设了用于检测运动的感光单元，由这些感光单元完成光电信号转换，感光传感器再对所产生的电信号进行处理以获取运动信号和图像信号并输出，从而能较现有技术更准确地反映运动检测结果，由此而达到更高的检测精度。相比采用其他运动感应器件如陀螺仪、加速度检测仪的方案，能实现设备结构的简化，降低了产品例如用于手机的防抖的图像捕捉设备的成本。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种感光传感器，其特征在于，包括：
感光模块，用于进行光电信号转换，其至少包括第一感光单元和第二感光单元，所述第一感光单元用于捕捉图像，所述第二感光单元用于检测图像的运动或感光传感器的运动；
控制与处理模块，用于控制所述感光模块输出电信号，对所述电信号进行处理以生成运动信号和图像信号并输出。
2.如权利要求1所述的感光传感器，其特征在于，所述第一感光单元包括一个用于捕捉图像信号的感光像素阵列，所述第二感光单元包括至少一个或一个以上感光像素阵列，所述感光像素阵列均为用于捕捉运动信号的感光像素阵列，或者，均为用于同时捕捉运动信号和图像信号的感光像素阵列，或者，既包含用于捕捉运动信号的感光像素阵列又包含用于同时捕捉运动信号和图像信号的感光像素阵列。
3.如权利要求1所述的感光传感器，其特征在于，所述第一感光单元和所述第二感光单元在同一感光像素阵列上实现，所述感光像素阵列划分为多个区域，其中一个区域用于捕捉图像信号，其它区域均为用于捕捉运动信号的区域，或者，均为同时用于捕捉运动信号和图像信号的区域，或者，既包含用于捕捉运动信号的区域又包含用于同时捕捉运动信号和图像信号的区域。
4.如权利要求1所述的感光传感器，其特征在于，所述控制与处理模块包括：图像处理单元，用于处理所述第一感光单元输出的电信号以生成所述图像信号；运动检测单元，用于处理所述第二感光单元输出的电信号以生成所述图像信号；控制电路，用于控制所述第一、二感光单元及所述图像处理单元和所述运动检测单元协同工作。
5.如权利要求1～4任意一项所述的感光传感器，其特征在于：所述第一感光单元与所述第二感光单元相紧靠地设置在同一感光芯片表面。
6.如权利要求1～4任意一项所述的感光传感器，其特征在于：所述第二感光单元的采样帧率高于所述第一感光单元的采样帧率。
7.如权利要求1～4任意一项所述的感光传感器，其特征在于，所述第一感光单元与所述第二感光单元所含感光像素的像素大小、像素数目可以相同或不同。
8.一种图像捕捉装置，其特征在于，包括：
感光模块，用于进行光电信号转换，其至少包括第二感光单元和第一感光单元，所述第二感光单元用于检测图像的运动或感光传感器的运动，所述第一感光单元用于捕捉图像；
控制与处理模块，用于控制所述感光模块输出电信号，对所述电信号进行处理以生成运动信号和图像信号并输出；
光学镜头，用于使被拍摄物体成像于所述感光模块上；以及
执行模块，用于响应所述运动信号和图像信号以对所述光学镜头执行相应的动作。
9.如权利要求8所述的图像捕捉装置，其特征在于，所述执行模块包括执行控制单元和三维执行机构，所述执行控制单元用于根据所述运动信号和图像信号发出运动控制指令，所述三维执行机构用于根据所述运动控制指令带动被执行对象进行三维运动。
10.如权利要求9所述的图像捕捉装置，其特征在于，所述运动控制指令为控制所述光学镜头运动以实现防抖调整的控制指令。
11.如权利要求8～10任意一项所述的图像捕捉装置，其特征在于，所述第一感光单元与所述第二感光单元相紧靠地设置在同一感光芯片表面。
12.如权利要求8～10任意一项所述的图像捕捉装置，其特征在于，所述第二感光单元的采样帧率高于所述第一感光单元的采样帧率。
13.如权利要求8～10任意一项所述的图像捕捉装置，其特征在于，所述第一感光单元与所述第二感光单元所含感光像素的像素大小、像素数目可以相同或不同。
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