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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5655137
(24)【登録日】2014年11月28日
(45)【発行日】2015年1月14日
(54)【発明の名称】ＣＭＯＳ画像センサーの露光方法
(51)【国際特許分類】
H04N 5/353 20110101AFI20141218BHJP
H04N 5/341 20110101ALI20141218BHJP
H04N 5/345 20110101ALI20141218BHJP
H04N 5/374 20110101ALI20141218BHJP
【ＦＩ】
H04N5/335 530
H04N5/335 410
H04N5/335 450
H04N5/335 740
【請求項の数】6
【全頁数】26
(21)【出願番号】特願2013-512719(P2013-512719)
(86)(22)【出願日】2010年6月4日
(65)【公表番号】特表2013-531420(P2013-531420A)
(43)【公表日】2013年8月1日
(86)【国際出願番号】CN2010073543
(87)【国際公開番号】WO2011150574
(87)【国際公開日】20111208
【審査請求日】2012年12月5日
【前置審査】
(73)【特許権者】
【識別番号】512288754
【氏名又は名称】深▲せん▼泰山在線科技有限公司
【氏名又は名称原語表記】ＳＨＥＮＺＨＥＮ ＴＡＩＳＨＡＮ ＯＮＬＩＮＥ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＣＯ．， ＬＴＤ．
(74)【代理人】
【識別番号】100147485
【弁理士】
【氏名又は名称】杉村 憲司
(74)【代理人】
【識別番号】100164471
【弁理士】
【氏名又は名称】岡野 大和
(72)【発明者】
【氏名】師丹▲い▼
(72)【発明者】
【氏名】周▲こん▼
(72)【発明者】
【氏名】▲うー▼ 迪
【審査官】
松永 隆志
(56)【参考文献】
【文献】
特開２００７−０２８３３７（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００９−１８８６５０（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００９−０８１８０８（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０４Ｎ ５／３５３
Ｈ０４Ｎ ５／３４１
Ｈ０４Ｎ ５／３４５
Ｈ０４Ｎ ５／３７４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第一光源状態と第二光源状態でそれぞれ目標画像を撮影して第一フレームバッファーと第二フレームバッファーに出力して目標検出を行なうための、CMOS画像センサーの露光方法であって、
前記CMOS画像センサーは、
複数の画素行からなる画素アレイと、前記画素アレイを制御するための制御チップとを備え、
前記制御チップは、各画素行の1つの露光期間内に、前記画素行を露光時間（T1）内に露光させるように制御し、その後、前記画素行に露光時間（T1）後の所定待ち時間（T2）を待たせてデータを出力するように制御し、
前記制御チップは、前記画素アレイにおけるすべての画素行の露光時間（T1）を同期させるよう制御し、その後、前記制御チップは、すべての画素行に露光終了後異なる所定待ち時間（T2）をそれぞれ待たせてデータの出力を始めるように制御し、且つ前記画素アレイにおける各画素行の所定待ち時間は順に逓増であり、逓増の差値は単一の画素行がデータを出力することに必要な時間以上であることを特徴とし、
A0、前記CMOS画像センサーを数が同じである画素行からなる複数のサブアレイに区画するステップと、
A1、第一サブアレイを現在の露光サブアレイとするステップと、
A2、それぞれ第一光源状態と第二光源状態で、現在の露光サブアレイにおける各画素行が同期に露光してデータを出力するように制御するステップと、
A3、現在の露光サブアレイが最後のサブアレイであるかどうかを判定し、判定結果が肯定であると終了し、否定であるとステップA4に移行するステップと、
A4、現在の露光サブアレイの次のサブアレイを現在の露光サブアレイとしてステップA2に移行するステップとを含み、
前記ステップA2は、さらに以下の順で実行する、
A21、第一光源状態で、現在の露光サブアレイにおける各画素行が第一回同期露光を行なうように制御し、且つ、現在の露光サブアレイにおけるすべての画素行のデータの出力が完了するまでに、前記各画素行が順にデータを第一フレームバッファーに出力するように制御するステップと、
A22、第二光源状態で、現在の露光サブアレイにおける各画素行が第二回同期露光を行なうように制御し、且つ現在の露光サブアレイにおけるすべての画素行のデータの出力が完了するまでに、前記各画素行が順にデータを第二フレームバッファーに出力するように制御するステップとを含むことを特徴とする、CMOS画像センサーの露光方法。
前記CMOS画像センサーは、
複数の画素行からなる画素アレイと、前記画素アレイを制御するための制御チップとを備え、
前記制御チップは、各画素行の1つの露光期間内に、前記画素行を露光時間（T1）内に露光させるように制御し、その後、前記画素行に露光時間（T1）後の所定待ち時間（T2）を待たせてデータを出力するように制御し、
前記制御チップは、前記画素アレイにおけるすべての画素行の露光時間（T1）を同期させるよう制御し、その後、前記制御チップは、すべての画素行に露光終了後異なる所定待ち時間（T2）をそれぞれ待たせてデータの出力を始めるように制御し、且つ前記画素アレイにおける各画素行の所定待ち時間は順に逓増であり、逓増の差値は単一の画素行がデータを出力することに必要な時間以上であることを特徴とし、
A0、前記CMOS画像センサーを数が同じである画素行からなる複数のサブアレイに区画するステップと、
A1、第一サブアレイを現在の露光サブアレイとするステップと、
A2、それぞれ第一光源状態と第二光源状態で、現在の露光サブアレイにおける各画素行が同期に露光してデータを出力するように制御するステップと、
A3、現在の露光サブアレイが最後のサブアレイであるかどうかを判定し、判定結果が肯定であると終了し、否定であるとステップA4に移行するステップと、
A4、現在の露光サブアレイの次のサブアレイを現在の露光サブアレイとしてステップA2に移行するステップとを含み、
前記ステップA2は、さらに以下の順で実行する、
A21、第一光源状態で、現在の露光サブアレイにおける各画素行が第一回同期露光を行なうように制御し、且つ、現在の露光サブアレイにおけるすべての画素行のデータの出力が完了するまでに、前記各画素行が順にデータを第一フレームバッファーに出力するように制御するステップと、
A22、第二光源状態で、現在の露光サブアレイにおける各画素行が第二回同期露光を行なうように制御し、且つ現在の露光サブアレイにおけるすべての画素行のデータの出力が完了するまでに、前記各画素行が順にデータを第二フレームバッファーに出力するように制御するステップとを含むことを特徴とする、CMOS画像センサーの露光方法。
【請求項2】
第一光源状態と第二光源状態でそれぞれ目標画像を撮影して第一フレームバッファーと第二フレームバッファーに出力して目標検出を行なうためのCMOS画像センサーの露光方法であって、
前記CMOS画像センサーは、
複数の画素行からなる画素アレイと、前記画素アレイを制御するための制御チップとを備え、
前記制御チップは、各画素行の1つの露光期間内に、前記画素行を露光時間（T1）内に露光させるように制御し、その後、前記画素行に露光時間（T1）後の所定待ち時間（T2）を待たせてデータを出力するように制御し、
前記制御チップは、前記画素アレイにおけるすべての画素行の露光時間（T1）を同期させるよう制御し、その後、前記制御チップは、すべての画素行に露光終了後異なる所定待ち時間（T2）をそれぞれ待たせてデータの出力を始めるように制御し、且つ前記画素アレイにおける各画素行の所定待ち時間は順に逓増であり、逓増の差値は単一の画素行がデータを出力することに必要な時間以上であることを特徴とし、
B0、前記CMOS画像センサーを数が同じである画素行からなる複数のサブアレイに区画するステップと、
B1、第一サブアレイを現在の露光サブアレイとするステップと、
B2、第一光源状態で、現在の露光サブアレイにおける各画素行が第一回同期露光を行なうように制御し、その後、まず現在の露光サブアレイにおける下半分の画素行のデータを第一フレームバッファーに出力し、次に、現在の露光サブアレイにおける上半分の画素行のデータを第一フレームバッファーに出力するステップと、
B3、前記現在の露光サブアレイにおける下半分の画素行のデータの出力が完了した際に、現在の露光サブアレイが最後のサブアレイであるかどうかを判定し、判定結果が肯定であると終了し、否定であると現在の露光サブアレイを半分のサブアレイの位置に相当する距離だけ下方へ移動するステップと、
B4、第二光源状態で、現在の露光サブアレイにおける各画素行が第二回同期露光を行なうように制御し、その後、まず現在の露光サブアレイにおける下半分の画素行のデータを第二フレームバッファーに出力し、次に、現在の露光サブアレイにおける上半分の画素行のデータを第二フレームバッファーに出力するステップと、
B5、前記現在の露光サブアレイにおける下半分の画素行のデータの出力が完了した際に、現在の露光サブアレイを半分のサブアレイの位置に相当する距離だけ下方へ移動し、ステップB2に移行するステップとを含むことを特徴とするCMOS画像センサーの露光方法。
前記CMOS画像センサーは、
複数の画素行からなる画素アレイと、前記画素アレイを制御するための制御チップとを備え、
前記制御チップは、各画素行の1つの露光期間内に、前記画素行を露光時間（T1）内に露光させるように制御し、その後、前記画素行に露光時間（T1）後の所定待ち時間（T2）を待たせてデータを出力するように制御し、
前記制御チップは、前記画素アレイにおけるすべての画素行の露光時間（T1）を同期させるよう制御し、その後、前記制御チップは、すべての画素行に露光終了後異なる所定待ち時間（T2）をそれぞれ待たせてデータの出力を始めるように制御し、且つ前記画素アレイにおける各画素行の所定待ち時間は順に逓増であり、逓増の差値は単一の画素行がデータを出力することに必要な時間以上であることを特徴とし、
B0、前記CMOS画像センサーを数が同じである画素行からなる複数のサブアレイに区画するステップと、
B1、第一サブアレイを現在の露光サブアレイとするステップと、
B2、第一光源状態で、現在の露光サブアレイにおける各画素行が第一回同期露光を行なうように制御し、その後、まず現在の露光サブアレイにおける下半分の画素行のデータを第一フレームバッファーに出力し、次に、現在の露光サブアレイにおける上半分の画素行のデータを第一フレームバッファーに出力するステップと、
B3、前記現在の露光サブアレイにおける下半分の画素行のデータの出力が完了した際に、現在の露光サブアレイが最後のサブアレイであるかどうかを判定し、判定結果が肯定であると終了し、否定であると現在の露光サブアレイを半分のサブアレイの位置に相当する距離だけ下方へ移動するステップと、
B4、第二光源状態で、現在の露光サブアレイにおける各画素行が第二回同期露光を行なうように制御し、その後、まず現在の露光サブアレイにおける下半分の画素行のデータを第二フレームバッファーに出力し、次に、現在の露光サブアレイにおける上半分の画素行のデータを第二フレームバッファーに出力するステップと、
B5、前記現在の露光サブアレイにおける下半分の画素行のデータの出力が完了した際に、現在の露光サブアレイを半分のサブアレイの位置に相当する距離だけ下方へ移動し、ステップB2に移行するステップとを含むことを特徴とするCMOS画像センサーの露光方法。
【請求項3】
前記ステップB2は、第一回同期露光を行なった後、下から上へ順に現在の露光サブアレイにおける各画素行のデータを第一フレームバッファーに出力することを含み、
前記ステップB4は、第二次同期露光を行なった後、下から上へ順に現在の露光サブアレイにおける各画素行のデータを第二フレームバッファーに出力することを含むことを特徴とする請求項２に記載のCMOS画像センサーの露光方法。
前記ステップB4は、第二次同期露光を行なった後、下から上へ順に現在の露光サブアレイにおける各画素行のデータを第二フレームバッファーに出力することを含むことを特徴とする請求項２に記載のCMOS画像センサーの露光方法。
【請求項4】
第一光源状態と第二光源状態でそれぞれ目標画像を撮影して第一フレームバッファーと第二フレームバッファーに出力して目標検出を行なうための、CMOS画像センサーの露光方法であって、
前記CMOS画像センサーは、
複数の画素行からなる画素アレイと、前記画素アレイを制御するための制御チップとを備え、
前記制御チップは、各画素行の1つの露光期間内に、前記画素行を露光時間（T1）内に露光させるように制御し、その後、前記画素行に露光時間（T1）後の所定待ち時間（T2）を待たせてデータを出力するように制御し、
前記制御チップは、前記画素アレイにおけるすべての画素行の露光時間（T1）を同期させるよう制御し、その後、前記制御チップは、すべての画素行に露光終了後異なる所定待ち時間（T2）をそれぞれ待たせてデータの出力を始めるように制御し、且つ前記画素アレイにおける各画素行の所定待ち時間は順に逓増であり、逓増の差値は単一の画素行がデータを出力することに必要な時間以上であることを特徴とし、
B'0、前記CMOS画像センサーを数が同じである画素行からなる複数のサブアレイに区画するステップと、
B'1、最後のサブアレイを現在の露光サブアレイとするステップと、
B'2、第一光源状態で、現在の露光サブアレイにおける各画素行が第一回同期露光を行なうように制御し、その後、まず現在の露光サブアレイにおける上半分の画素行のデータを第一フレームバッファーに出力し、次に現在の露光サブアレイにおける下半分の画素行のデータを第一フレームバッファーに出力するステップと、
B'3、前記現在の露光サブアレイにおける上半分の画素行のデータの出力が完了した際に、現在の露光サブアレイが第一のサブアレイであるかどうかを判定し、判定結果は肯定であると終了し、否定であると現在の露光サブアレイを半分のサブアレイの位置に相当する距離だけ上方へ移動するステップと、
B'4、第二光源状態で、現在の露光サブアレイにおける各画素行が第二回同期露光を行なうように制御し、その後、まず現在の露光サブアレイにおける上半分の画素行のデータを第二フレームバッファーに出力し、次に現在の露光サブアレイにおける下半分の画素行のデータを第二フレームバッファーに出力するステップと、
B'5、前記現在の露光サブアレイにおける上半分の画素行のデータの出力が完了した際に、現在の露光サブアレイを半分のサブアレイの位置に相当する距離だけ上方へ移動し、ステップB'2に移行するステップとを含むことを特徴とするCMOS画像センサーの露光方法。
前記CMOS画像センサーは、
複数の画素行からなる画素アレイと、前記画素アレイを制御するための制御チップとを備え、
前記制御チップは、各画素行の1つの露光期間内に、前記画素行を露光時間（T1）内に露光させるように制御し、その後、前記画素行に露光時間（T1）後の所定待ち時間（T2）を待たせてデータを出力するように制御し、
前記制御チップは、前記画素アレイにおけるすべての画素行の露光時間（T1）を同期させるよう制御し、その後、前記制御チップは、すべての画素行に露光終了後異なる所定待ち時間（T2）をそれぞれ待たせてデータの出力を始めるように制御し、且つ前記画素アレイにおける各画素行の所定待ち時間は順に逓増であり、逓増の差値は単一の画素行がデータを出力することに必要な時間以上であることを特徴とし、
B'0、前記CMOS画像センサーを数が同じである画素行からなる複数のサブアレイに区画するステップと、
B'1、最後のサブアレイを現在の露光サブアレイとするステップと、
B'2、第一光源状態で、現在の露光サブアレイにおける各画素行が第一回同期露光を行なうように制御し、その後、まず現在の露光サブアレイにおける上半分の画素行のデータを第一フレームバッファーに出力し、次に現在の露光サブアレイにおける下半分の画素行のデータを第一フレームバッファーに出力するステップと、
B'3、前記現在の露光サブアレイにおける上半分の画素行のデータの出力が完了した際に、現在の露光サブアレイが第一のサブアレイであるかどうかを判定し、判定結果は肯定であると終了し、否定であると現在の露光サブアレイを半分のサブアレイの位置に相当する距離だけ上方へ移動するステップと、
B'4、第二光源状態で、現在の露光サブアレイにおける各画素行が第二回同期露光を行なうように制御し、その後、まず現在の露光サブアレイにおける上半分の画素行のデータを第二フレームバッファーに出力し、次に現在の露光サブアレイにおける下半分の画素行のデータを第二フレームバッファーに出力するステップと、
B'5、前記現在の露光サブアレイにおける上半分の画素行のデータの出力が完了した際に、現在の露光サブアレイを半分のサブアレイの位置に相当する距離だけ上方へ移動し、ステップB'2に移行するステップとを含むことを特徴とするCMOS画像センサーの露光方法。
【請求項5】
前記ステップB'2は、第一回同期露光を行なった後、上から下へ順に現在の露光サブアレイにおける各画素行のデータを第一フレームバッファーに出力することを含み、
前記ステップB'4は、第二次同期露光を行なった後、上から下へ順に現在の露光サブアレイにおける各画素行のデータを第二フレームバッファーに出力することを含むことを特徴とする請求項４に記載のCMOS画像センサーの露光方法。
前記ステップB'4は、第二次同期露光を行なった後、上から下へ順に現在の露光サブアレイにおける各画素行のデータを第二フレームバッファーに出力することを含むことを特徴とする請求項４に記載のCMOS画像センサーの露光方法。
【請求項6】
前記複数の画素行における各行は、数が同じな画像セルを備え、且つ各画像セルは光電池（B）とリセットトランジスタ（R）と電荷オーバーフロートランジスタ（T）と行選択トランジスタ（X）とソースフォロアー(FD)とを備え、且つ、各画像セルは、データを出力するように所在する画素列の第一信号出力トランジスタ(SH1)と第二信号出力トランジスタ(SH2)に接続され、前記制御チップは、各画素行の1つの露光期間内に下記Ｓ１−Ｓ５の制御信号を送信して、それぞれ前記画素行における各画像セルの対応素子を制御することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のCMOS画像センサーの露光方法。ただし、
S1、露光時間（T1）開始の際に、それぞれ高レベルパルスを送信してリセットトランジスタ（R）と電荷オーバーフロートランジスタ（T）をオンし、
S2、露光時間（T1）終了の際に、高レベルパルスを送信して電荷オーバーフロートランジスタ（T）をオンし、
S3、露光時間（T1）終了後、所定待ち時間（T2）が終了した際に、それぞれ高レベルパルスを送信して行選択トランジスタ（X）と該画像セルの所在する画素列の第一信号出力トランジスタ(SH1)をオンし、信号レベルをサンプリングし、
S4、高レベルパルスを送信してリセットトランジスタ（R）をオンし、
S5、それぞれ高レベルパルスを送信して行選択トランジスタ(X)と該画像セルの所在する画素列の第二信号出力トランジスタ（SH2）をオンして、基準レベルをサンプリングする。
S1、露光時間（T1）開始の際に、それぞれ高レベルパルスを送信してリセットトランジスタ（R）と電荷オーバーフロートランジスタ（T）をオンし、
S2、露光時間（T1）終了の際に、高レベルパルスを送信して電荷オーバーフロートランジスタ（T）をオンし、
S3、露光時間（T1）終了後、所定待ち時間（T2）が終了した際に、それぞれ高レベルパルスを送信して行選択トランジスタ（X）と該画像セルの所在する画素列の第一信号出力トランジスタ(SH1)をオンし、信号レベルをサンプリングし、
S4、高レベルパルスを送信してリセットトランジスタ（R）をオンし、
S5、それぞれ高レベルパルスを送信して行選択トランジスタ(X)と該画像セルの所在する画素列の第二信号出力トランジスタ（SH2）をオンして、基準レベルをサンプリングする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、画像センサー分野に関し、より詳しくは、リアルタイムの目標検出システムに適用できるCMOS画像センサー及びそのタイミング制御方法並びに露光方法に関する。
【背景技術】
【0002】
主動光源の照明を使用して目標の検出を行なうことは、常用の技術である。図1を参照して、図1は従来の目標検出方法の過程の模式図である。図1に示すように、一般的に光源、画像センサー、同期機制及び画像処理器等のいくつの主なモジュールが備えられる。これらのモジュールによりリアルタイムに目標物体の位置、形状、速度、色、テックス等の特徴を検出することができる。その動作原理は、光源が光線を射出し、目標物体に照射することである。同時に、同期機制の制御で、画像センサーは、シーン全体の画像を撮影する。シーンの画像は目標物体と後方の背景物体を含む。目標物体は普通の乱反射表面を有する物体であってもよく、予め製造する特殊物体（その表面は、光線に対する反射が方向性を有し、光源が射出する光線を画像センサーに反射できる）であってもよい。目標物体は光源から近い、或いは特殊反射表面を有するため、画像において目標物体の輝度が背景の輝度よりも遥かに高い。画像処理器は、画像を受信して画像分割を行い、輝度がある閾値より高い部分は目標物体と見られ、輝度が閾値より低い部分は背景と見られる。それにより、目標領域の区画に従って後続の演算、例えば位置情報の抽出を行なう。
【0003】
従来採用されている前記検出方法の欠点は、目標の抽出が環境光の干渉を受けやすいことにある。環境光の照射は、背景におけるある領域が目標物体輝度よりも高くなると、前記方法は失効になります。
【0004】
従来の技術において、環境光の干渉に対して、普通の解決方法は、光源を特定の波長λ(目の観察に影響を与えないため、普通、可視光波長範囲の外を選択する)に変調し、出力パワーを増大し、画像センサーと目標物体との間に相応する波長λのバンドパスフィルターを取り付け、波長λの光線の通過しか許さない。この方法は、ある程度で環境光の影響を抑え、目標物体と背景のコントラストを向上させる。しかし、環境光は通常全波長(例えば、日光及び白熱灯)であり、そのλ波長での光照強度は光源が放射する光線より遥かに大きい可能性があるため、特定した波長を選択して使用する方法は失効する可能性もある。
【0005】
現在、前記問題を解決できる新しい方法が提案されている。該方法は、普通のCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor,相補型金属酸化物半導体)画像センサーを使用し、同一シーン中に連続して2フレームの画像I1とI2(全過程において、目標物体と背景物体の位置はほとんど変化しないことを想定する)を撮影する。その中、I1の撮影の時に、光源は発光するが、I2の撮影の時に、光源は、発光しない。目標物体は、光源から近い、或いは特殊反射表面を有するため、I1画像における目標物体の輝度をI2画像における目標物体の輝度より遥かに高くさせ、背景物体が光源から遠くて特殊反射表面を有していなく、I1画像とI2画像における背景物体の輝度の差はあまり大きくない。画像処理器は、画像I1とI2を受信して差値演算し、その結果、画像Iとなる。Iにおける目標物体の輝度は、背景物体の輝度より遥かに大きい。Iに対して画像分割を行い、輝度がある閾値より高い部分は目標物体と見られ、輝度が閾値より低い部分は背景と見られる。従って、目標領域の区画に従って後続の演算、例えば位置情報の抽出等を行う。
【0006】
この新規方法は、環境光照の問題を解決し、その欠点はシステム全体のリアルタイム性と光源のエネルギーの利用効率にある。これはCMOS画像センサーの動作モードに関わる。
【0007】
図2は従来のCMOS画像センサーの動作模式図である。多数のCMOS画像センサーにとって、その各行の露光時間が同時ではない。図2における横軸は時間軸である。図2に示すように、第一行L1は露光し始めてからある期間を経た後、第二行L2は露光し始め、その後、順に各行の露光を始める。露光終了時間も順に終了する。
【0008】
この露光方式で、各行が受信した光源から放射された光線の量を等しくするには、選択可能な光源フラッシュ時間は、図2における「フラッシュ1」と「フラッシュ2」の2種類しかない。フラッシュ1の案は最後の1行の露光の開始時刻にフラッシュを始め、第1行の露光終了の時刻にフラッシュを終了する。フラッシュ2の案は第1行露光の開始時刻にフラッシュを始め、最後の1行の露光終了の時刻にフラッシュを終了する。この2種の案はいずれも時間と效率の最適化に達していない。フラッシュ1の案において、光源のフラッシュ時間はCMOS画像センサーの露光時間より小さく、露光時間を十分に利用して目標物体の輝度を向上させていない。フラッシュ2の案において、光源のフラッシュ時間がCMOS画像センサーの露光時間より大きく、光源のエネルギーを十分に利用していない。
【0009】
また、露光時間を増大すると、フラッシュ時間と露光時間との差が露光時間全体に占める割合はしだいに小さくなる。極限の場合、フラッシュ時間は露光時間にほぼ等しい。しかし、これも好ましくない。該案はリアルタイムの目標検出システムに応用されるため、目標は一定の移動速度を有する。前に提出した新方法の理論は「連続して撮影した2フレーム画像において目標位置はほとんど移動しない」の想定の上に構成される。露光時間を増大すれば、このような想定が成立できなくなり、それによりこの案を失効させる。
【0010】
従って、各行の露光を同時に行なうことを保証できると、前記問題を解決することができる。図3を参照して、図3は各画素行の露光時間が同期である場合のCMOS画像センサーの動作模式図である。フラッシュ時間が露光時間と同期になるように設置することにより、各行が受信した光源から放射された光線の量を等しくすることができる。
【0011】
ところが、従来のCMOS画像センサーは各行の露光同期を実現することは難しい。以下、具体的にCMOSセンサーにおける画像セルの回路の動作原理を参照して説明する。図4は従来のCMOSセンサーの画像セルの回路原理図である。CMOSセンサーは若干のこのような画像セルからなるアレイである。図4に示すように、画像セルは光電池B、リセットトランジスタR、電荷オーバーフロートランジスタT、ソースフォロアーFD及び行選択トランジスタXを備える。また、各列画像セルが共通に一対の信号出力トランジスタ、即ち、第一信号出力トランジスタSH1と第二信号出力トランジスタSH2に接続する。その中、リセットトランジスタR、電荷オーバーフロートランジスタT及び光電池Bは順に主動電源とグランドとの間に直列連結する。ソースフォロアーFDは、一端が主動電源に接続し、他端が行選択トランジスタXに接続し、且つ前記ソースフォロアーFDのゲート電極はリセットトランジスタRと電荷オーバーフロートランジスタTとの間のノードに接続する。電荷オーバーフロートランジスタTの他端はそれぞれ該画像セルの所在する画素列の第一信号出力トランジスタSH1と第二信号出力トランジスタSH2の一端に接続する。
【0012】
図5は従来のCMOS画像センサーにおける画像セルの制御タイミング図である。 図5に示すように、各行画素の露光開始の前、リセットトランジスタRと電荷オーバーフロートランジスタTをオンすることによって、ソースフォロアーFDと光電池Bにおける電荷を取り除く。その後、リセットトランジスタRと電荷オーバーフロートランジスタTをオフし、露光が開始する。光電池Bは電荷を蓄積し始める。露光時間T1が終了する前に、行選択トランジスタXと第一信号出力トランジスタSH1をオンし、ソースフォロアーFDの基準レベルをサンプリングし、その後、直ちにオフする。露光終了の際、電荷オーバーフロートランジスタTはオンされ、光電池Bの電荷をソースフォロアーFDに移し、その後、電荷オーバーフロートランジスタTは直ちにオフされる。行選択トランジスタXと第二信号出力トランジスタSH2はオンされて、ソースフォロアーFDの信号レベルをサンプリングする。なお、第二信号出力トランジスタSH2と第一信号出力トランジスタSH1からの信号は、比較を経てデジタル信号に転換する。ただし、これはCMOS画像センサーにおけるある画像セルに含まれる回路の露光制御タイミングにすぎず、CMOS図像センサーはデータを直列に出力する必要があるため、CMOS画像センサー全体において、同一行の画像セルの露光制御タイミングは同期であり、異なる行の間の画像セルの露光制御タイミングは、各行データ出力の時間が衝突しないように時間の順番で順に実行される。
【0013】
図2〜図5を参照して、露光時間が終了する前に、行選択トランジスタXはレベルのサンプリングを始め、即ち、該行のデータの出力を始めることが分かる。従って、従来の技術において、このタイミング制御方法は露光の直後にデータを出力しなければならない。しかしながら、CMOS画像センサーはデータをシリアル出力する必要があるため、各行を順に露光し始めさせなければ、各行が露光終了の際に順にデータを出力することができない。各行の露光時間を同期にする時、各行データ出力の時間も同期であり、画像データを正常に出力することができなくなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0014】
本発明が解決しようとする問題は、従来のCMOS画像センサーの各画素行が露光した後必ず直ちにデータを出力して同期に露光できないという欠点に対して、画素行が露光した後、所定時間を待ってデータを出力することができるCMOS画像センサー及びそのタイミング制御方法を提供し、それにより該CMOS画像センサーの任意の2行が同期に露光可能にすることである。
【0015】
本発明が解決しようとする他の問題は、従来の目標検出システムにおいて画像センサーの異なる画素行が順次露光しかできず、光源エネルギーの利用効率が低く、画像サンプリングのリアルタイム性が悪いという欠点に対して、前記各行が所定時間を待ってデータを出力することができるCMOS画像センサーを利用して、2種類のCMOS画像センサーの露光方法を提供し、それにより異なる画素行が同時に露光可能で効率的に目標画像を撮影して目標検出を行なうことである。
【課題を解決するための手段】
【0016】
従って、本発明がその技術問題を解決するには採用する技術案は、若干の画素行からなる画素アレイと、前記画素アレイを制御するための制御チップとを備えたCMOS画像センサーにおいて、前記制御チップは、各画素行の1つの露光期間内に、前記画素行を露光時間内に露光させるように制御し、その後、前記画素行に露光時間の後所定待ち時間を待たせてデータを出力するように制御する。
【0017】
本発明の前記CMOS画像センサーにおいて、前記若干画素行における各行は、数が同じな画像セルを備え、且つ各画像セルは光電池とリセットトランジスタと電荷オーバーフロートランジスタと行選択トランジスタとソースフォロアーとを備え、且つ、各画像セルは、データを出力するように所在する画素列の第一信号出力トランジスタと第二信号出力トランジスタに接続され、前記制御チップは、各画素行の1つの露光期間内に下記Ｓ１−Ｓ５の制御信号を送信するように、それぞれ前記画素行における各画像セルの対応素子を制御する。ただし、S1、露光時間開始の際に、それぞれ高レベルパルスを送信してリセットトランジスタと電荷オーバーフロートランジスタをオンし、
S2、露光時間終了の際に、高レベルパルスを送信して電荷オーバーフロートランジスタをオンし、
S3、露光時間終了後、所定待ち時間が終了した際に、それぞれ高レベルパルスを送信して行選択トランジスタと該画像セルの所在する画素列の第一信号出力トランジスタをオンして、信号レベルをサンプリングし、
S4、高レベルパルスを送信してリセットトランジスタをオンし、
S5、それぞれ高レベルパルスを送信して行選択トランジスタと該画像セルの所在する画素列の第二信号出力トランジスタをオンして、基準レベルをサンプリングする。
【0018】
本発明の前記CMOS画像センサーにおいて、前記制御チップは、さらに前記画素アレイにおける少なくとも2つの画素行の露光時間を同期させるように制御し、その後、前記制御チップは、前記少なくとも2つの画素行に露光終了後異なる所定待ち時間をそれぞれ待たせてデータの出力を始めるように制御し、前記少なくとも2つの画素行の所定待ち時間の差値は単一画素行がデータを出力することに必要な時間の以上である。
【0019】
本発明の前記CMOS画像センサーにおいて、前記制御チップは、さらに前記画素アレイにおけるすべての画素行の露光時間を同期させるように制御し、その後、前記制御チップは、すべての画素行に露光終了後異なる所定待ち時間をそれぞれ待たせてからデータの出力を始めるように制御し、且つ前記画素アレイにおける各画素行の所定待ち時間は順に逓増であり、逓増の差値は単一の画素行がデータを出力することに必要な時間の以上である。
【0020】
本発明は、更に、若干の画素行からなる画素アレイと前記画素アレイを制御するための制御チップとを備えたCMOS画像センサーのタイミング制御方法を提供し、前記タイミング制御方法は、各画素行の1つの露光期間内に、前記制御チップによって前記画素行を露光時間内に露光させるように制御する露光ステップと、
前記制御チップによって前記画素行に露光時間の後所定待ち時間を待たせてから、データを出力するデータ出力ステップとを実行することを含む。
【0021】
本発明はさらに、第一光源状態と第二光源状態でそれぞれ目標画像を撮影して第一フレームバッファーと第二フレームバッファーに出力して目標検出を行なうためのCMOS画像センサーの露光方法を提供し、前記CMOS画像センサーは上記のCMOS画像センサーであり、前記露光方法は、A0、前記CMOS画像センサーを数が同じである画素行からなる若干のサブアレイに区画するステップと、
A1、第一サブアレイを現在の露光サブアレイとするステップと、
A2、それぞれ第一光源状態と第二光源状態で、現在の露光サブアレイにおける各画素行が同期に露光してデータを出力するように制御するステップと、
A3、現在の露光サブアレイが最後のサブアレイであるかどうかを判定し、判定結果が肯定であると終了し、否定であるとステップA4に移行するステップと、
A4、現在の露光サブアレイの次のサブアレイを現在の露光サブアレイとしてステップA2に移行するステップとを含む。
【0022】
本発明はさらに第一光源状態と第二光源状態でそれぞれ目標画像を撮影して第一フレームバッファーと第二フレームバッファーに出力して目標検出を行なうためのCMOS画像センサー他の露光方法を提供し、前記CMOS画像センサーは上記のCMOS画像センサーであり、前記露光方法は、B0、前記CMOS画像センサーを数が同じである画素行からなる若干のサブアレイに区画するステップと、
B1、第一サブアレイを現在の露光サブアレイとするステップと、
B2、第一光源状態で、現在の露光サブアレイにおける各画素行が第一回同期露光を行なうように制御し、その後、まず現在の露光サブアレイにおける下半分の画素行のデータを第一フレームバッファーに出力し、現在の露光サブアレイにおける上半分の画素行のデータを第一フレームバッファーに出力するステップと、
B3、前記現在の露光サブアレイにおける下半分の画素行のデータの出力が完了した際に、現在の露光サブアレイが最後のサブアレイであるかどうかを判定し、判定結果が肯定であると終了し、否定でないと現在の露光サブアレイを半分のサブアレイの位置に相当する距離だけ下方へ移動するステップと、
B4、第二光源状態で、現在の露光サブアレイにおける各画素行が第二回同期露光を行なうように制御し、その後、まず現在の露光サブアレイにおける下半分の画素行のデータを第二フレームバッファーに出力し、現在の露光サブアレイにおける上半分の画素行のデータを第二フレームバッファーに出力するステップと、
B5、前記現在の露光サブアレイにおける下半分の画素行のデータの出力が完了した際に、現在の露光サブアレイを半分のサブアレイの位置に相当する距離だけ下方へ移動し、ステップB2に移行するステップとを含む。
【0023】
本発明は、さらに第一光源状態と第二光源状態でそれぞれ目標画像を撮影して第一フレームバッファーと第二フレームバッファーに出力して目標検出を行なうためのCMOS画像センサー他の露光方法を提供し、前記CMOS画像センサーは前に記載のCMOS画像センサーであり、前記露光方法は、B'0、前記CMOS画像センサーを数が同じである画素行からなる若干のサブアレイに区画するステップと、
B'1、最後のサブアレイを現在の露光サブアレイとするステップと、
B'2、第一光源状態で、現在の露光サブアレイにおける各画素行が第一回同期露光を行なうように制御し、その後、まず現在の露光サブアレイにおける上半分の画素行のデータを第一フレームバッファーに出力し、次に現在の露光サブアレイにおける下半分の画素行のデータを第一フレームバッファーに出力するステップと、
B'3、前記現在の露光サブアレイにおける上半分の画素行のデータの出力が完了した際、現在の露光サブアレイが第一のサブアレイであるかどうかを判定し、判定結果が肯定であると終了し、否定であると現在の露光サブアレイを半分のサブアレイの位置に相当する距離だけ上方へ移動するステップと、
B'4、第二光源状態で、現在の露光サブアレイにおける各画素行が第二回同期露光を行なうように制御し、その後、まず現在の露光サブアレイにおける上半分の画素行のデータを第二フレームバッファーに出力し、次に現在の露光サブアレイにおける下半分の画素行のデータを第二フレームバッファーに出力するステップと、
B'5、前記現在の露光サブアレイにおける上半分の画素行のデータの出力が完了した際に、現在の露光サブアレイを半分のサブアレイの位置に相当する距離だけ上方へ移動し、ステップB'2に移行するステップとを含む。
【発明の効果】
【0024】
本発明のCMOS画像センサー及びそのタイミング制御方法によれば、本発明は制御チップにより各画素行の露光期間内に前記画素行の露光を制御し、その後、該画素行が露光時間の後所定待ち時間を待ってからデータの出力を始めるように制御し、それにより、CMOS画像センサーの露光時間と出力データ時間を分離させ、従って柔軟にCMOS画像センサーにおける各画素行の動作モードを制御でき、該CMOS画像センサーの各形式の露光を便利にし、例えば少なくとも2つの画素行の露光時間を同期させるよう制御し、或いは、すべての画素行の露光時間を同期させるよう制御するという有益な效果を奏している。
【0025】
さらに、本発明のCMOS画像センサーを使用して実施するCMOS画像センサーの露光方法によれば、本発明による露光方法によりCMOS画像センサーを若干のサブアレイに区画し、且つ各サブアレイ中における各画素行を同期に露光させるように制御することにより、光源のフラッシュ時間が単一のサブアレイの露光時間と等しく、光源エネルギーの利用効率を向上にし、且つ同一のサブアレイの第一光源状態と第二光源状態での露光時間の間隔を減少させ、効率的に目標画像を撮影して目標検出を便利にするという有益な效果を奏している。
【0026】
図面及び実施例を参照して本発明をさらに説明する。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【発明を実施するための形態】
【0028】
本発明の目的、技術案及びメリットをより明確にするために、以下、図面及び実施例を参照して、本発明をさらに詳しく説明する。
【0029】
本発明は、画素アレイと制御チップを備えたCMOS画像センサーを提供する。その内、前記画素アレイは若干の画素行からなり、制御チップは、前記若干の画素行が露光してデータを出力するように制御するためのものである。
【0030】
本発明の特徴は、前記制御チップは、各画素行の1つの露光期間内に、前記画素行を露光時間T1内に露光させ、その後、前記画素行に露光時間T1の後所定待ち時間T2を待たせてからデータを出力し始めるように制御することである。該所定待ち時間T2は0以上であってもよい。
【0031】
図6は、本発明の好適な実施例におけるCMOS画像センサーの画像セルの制御タイミング図である。本発明の各画像セルは、光電池BとリセットトランジスタRと電荷オーバーフロートランジスタTと行選択トランジスタXとソースフォロアーFDとを備え、且つ、各画素列の画像セルは共通に使用される信号出力トランジスタに接続し、例えば各画像セルに接続する、所在する画素列の第一信号出力トランジスタSH1と第二信号出力トランジスタSH2に接続してデータを出力する。前記素子の接続関係は、図5における回路の接続関係と同じであり、区別する点は、本発明は制御チップが制御信号を送信するタイミングを変えることにより、異なる露光過程を実現することだけにある。
【0032】
図6に示すように、本発明の制御チップは各画素行の1つの露光期間内に以下の制御信号を送信してそれぞれ前記画素行における各画像セルの対応素子を制御する。
【0033】
まず、ステップS1において、露光時間T1開始の際に、それぞれ高レベルパルスを送信してリセットトランジスタRと電荷オーバーフロートランジスタTをオンする。これにより、光電池BとソースフォロアーFDにおける電荷を取り除く。その後、リセットトランジスタRと電荷オーバーフロートランジスタTをオフし、該画素行は露光し始める。
【0034】
次に、ステップS2において、該画素行の露光時間T1終了の際に、高レベルパルスを送信して電荷オーバーフロートランジスタTをオンし、光電池Bの電荷をソースフォロアーFDに移し、その後、電荷オーバーフロートランジスタTをオフする。
【0035】
次に、ステップS3において、該画素行の露光時間（T1）終了の後、所定待ち時間（T2）が終了した際に、それぞれ高レベルパルスを送信して行選択トランジスタ（X）と該画像セルの所在する画素列の第一信号出力トランジスタ(SH1)をオンし、信号レベルをサンプリングする。その後、行選択トランジスタXと該画像セルの所在する画素列の第一信号出力トランジスタSH1がオフする。
【0036】
次に、ステップS4において、高レベルパルスを送信してリセットトランジスタ（R）をオンし、ソースフォロアーFDにおける電荷を取り除く。その後、リセットトランジスタRがオフする。
【0037】
次に、ステップS5において、それぞれ高レベルパルスを送信して行選択トランジスタ(X)と該画像セルの所在する画素列の第二信号出力トランジスタ（SH2）をオンし、基準レベルをサンプリングする。該画像セルの所在する画素列の第一信号出力トランジスタSH1と第二信号出力トランジスタSH2からの信号は比較を経てデジタル信号出力に変換する。
【0038】
前記タイミング制御方法により、各画素行に露光時間T1の後所定待ち時間T2を待たせてからデータの出力を始めるように制御でき、これにより、CMOS画像センサーの露光時間とデータ出力時間を分離させ、従って柔軟にCMOS画像センサーにおける各画素行の動作モードを制御でき、該CMOS画像センサーの各種類形式の露光を便利にする。
【0039】
本発明が提供するさらなる実施例において、前記CMOS画像センサーに対して、さらに前記制御チップは前記画素アレイにおける少なくとも2つの画素行の露光時間T1を同期させるように制御し、その後、前記制御チップは、前記少なくとも2つの画素行にそれぞれ露光終了後異なる所定待ち時間T2を待たせてからデータの出力を始めるよう制御することを実現することができる。以下、該実施例の制御過程を具体的に説明する。前記少なくとも2つの画素行がL1とL2を含むこととすると、2つの画素行の所定待ち時間は異なり、それぞれT2-1とT2-2である。且つ両者の差値は、単一の画素行がデータを出力することに必要な時間の以上であり、これにより、シリアルに出力することができる。画素行L1と画素行L2の露光時間T1が同期であるため、相応する制御過程は以下の通りである。
【0040】
まず、制御チップは同時に高レベルパルスを送信してL1とL2におけるすべての画像セルのリセットトランジスタRと電荷オーバーフロートランジスタTをオンし、その後、リセットトランジスタRと電荷オーバーフロートランジスタTがオフし、露光を始める。
【0041】
次に、露光時間T1終了の際に、制御チップは同時に高レベルパルスを送信してL1とL2におけるすべての画像セルの電荷オーバーフロートランジスタTをオンし、光電池Bの電荷をソースフォロアーFDに移し、その後、電荷オーバーフロートランジスタTをオフする。
【0042】
次に、制御チップは、それぞれ露光時間T1終了の後における所定待ち時間T2-1と所定待ち時間T2-2の終了の際に、制御信号を送信して画素行L1と画素行L2にデータを出力させる。
【0043】
例えば、制御チップは、露光時間T1の終了後、画素行L1の所定待ち時間T2-1が終了した際に、それぞれ高レベルパルスを送信して画素行L1におけるすべての画像セルの行選択トランジスタXと該画像セルの所在する画素列の第一信号出力トランジスタSH1をオンして、信号レベルをサンプリングする。その後、画素行L1におけるすべての画像セルの行選択トランジスタXと該画像セルの所在する画素列の第一信号出力トランジスタSH1がオフする。次に、制御チップは、高レベルパルスを送信して画素行L1におけるすべての画像セルのリセットトランジスタRをオンして、ソースフォロアーFDにおける電荷を取り除く。その後、リセットトランジスタRをオフする。制御チップはそれぞれ高レベルパルスを送信し、画素行L1におけるすべての画像セルの行選択トランジスタXと該画像セルの所在する画素列の第二信号出力トランジスタSH2をオンして、基準レベルをサンプリングする。画素行L1におけるすべての画像セルにそれぞれ対応する第一信号出力トランジスタSH1と第二信号出力トランジスタSH2からの信号は比較を経てデジタル信号に転換し、画素行L1のデータとして出力される。
【0044】
同様に、制御チップは、露光時間T1終了の後、画素行L2の所定待ち時間T2-2が終了した際に、それぞれ高レベルパルスを送信して、画素行L1におけるすべての画像セルの行選択トランジスタXと該画像セルの所在する画素列の第一信号出力トランジスタSH1をオンして、信号レベルをサンプリングする。その後、画素行L2におけるすべての画像セルの行選択トランジスタXと該画像セルの所在する画素列の第一信号出力トランジスタSH1がオフする。その後、制御チップは、高レベルパルスを送信して、画素行L2におけるすべての画像セルのリセットトランジスタRをオンして、ソースフォロアーFDにおける電荷を取り除く。その後、リセットトランジスタRがオフする。制御チップは、それぞれ高レベルパルスを送信して、画素行L2におけるすべての画像セルの行選択トランジスタXと該画像セルの所在する画素列の第二信号出力トランジスタSH2をオンし、基準レベルをサンプリングする。画素行L2におけるすべての画像セルにそれぞれ対応する第一信号出力トランジスタSH1と第二信号出力トランジスタSH2からの信号は比較を経てデジタル信号に変換し、画素行L2のデータとして出力される。
【0045】
本発明のさらなる実施例において、図7を参照し、前記CMOS画像センサーにおけるすべての画素行の露光時間T1が同期である。露光時間T1終了の後、前記制御チップはすべての画素行にそれぞれ露光終了後異なる所定待ち時間T2を待たせてからデータを出力し始めるように制御し、且つ前記画素アレイにおける各画素行の所定待ち時間は逓増であり、逓増の差値は単一の画素行がデータを出力する時間の以上になる時間である。例えば、画素行L1は、露光時間T1の後、直ちにデータを出力でき、即ち、画素行L1の所定待ち時間はT2-1=0であってもよく、画素行L2は露光時間T2の後、画素行L1のデータの出力が完了するまでに待っており、画素行L1のデータの出力が完了してからデータの出力を始めることができ、従って、待ち時間T2-2を予め定め、該T2- 2とT2-1の差値は画素行L1がデータを出力する時間の以上であるべきであり、同理に、画素行L3の所定待ち時間T2-3とT2-2の差値は画素行L2がデータを出力する時間の以上であるべきであり、このように類推すると、画素行Lnの所定待ち時間T2-nと画素行Ln-1の所定待ち時間T2- n -1との差値は画素行Ln-1のデータの出力の時間より大きい。ここで、同一画像センサーにおいて、単一の画素行がデータを出力する時間は等しくてもよい。本実施例が提供する画像センサーが目標検出分野に適用されると、各画素行は同期に露光するため、フラッシュ時間は露光時間と等しくてもよく、従って光源エネルギーの利用効率を向上させる。
【0046】
本発明は相応して前記CMOS画像センサーのタイミング制御方法を提供し、前記タイミング制御方法は各画素行の1つの露光期間内に露光ステップとデータ出力ステップとを実行することを含む。
【0047】
その中、露光ステップは、前記制御チップによって前記画素行を露光時間T1内に露光させるように制御することである。データ出力ステップは、前記制御チップによって前記画素行に露光時間T1の後、所定待ち時間T2を待たせてからデータの出力を始めることである。
【0048】
より具体的な方法ステップは以下の通りである。その中、露光ステップは、前記制御チップにより以下の制御信号を送信してそれぞれ前記画素行における各画像セルの対応素子を制御することが含まれている。
【0049】
まず、ステップS1において、露光時間T1開始の際に、それぞれ高レベルパルスを送信してリセットトランジスタRと電荷オーバーフロートランジスタTをオンする。
【0050】
次に、ステップS2において、露光時間T1が終了した際に、高レベルパルスを送信して電荷オーバーフロートランジスタTをオンする。
【0051】
データ出力ステップは、前記制御チップにより以下の制御信号を送信してそれぞれ前記画素行における各画像セルの対応素子を制御することが含まれている。
【0052】
まず、ステップS3において、露光時間T1が終了した後における所定待ち時間T2が終了した際に、それぞれ高レベルパルスを送信し、行選択トランジスタXと該画像セルの所在する画素列の第一信号出力トランジスタSH1をオンして、信号レベルをサンプリングする。
【0053】
次に、ステップS4において、高レベルパルスを送信してリセットトランジスタRをオンする。
【0054】
最後に、ステップS5において、それぞれ高レベルパルスを送信して行選択トランジスタXと該画像セルの所在する画素列の第一信号出力トランジスタSH2をオンして基準レベルをサンプリングする。
【0055】
本発明は、目標検出システムの必要に応じて、前記露光後、時間を待ってデータを出力できるCMOS画像センサーに基づく露光方法をさらに提供し、該露光方法は、第一光源状態と第二光源状態でそれぞれ目標画像を撮影して第一フレームバッファーと第二フレームバッファーに出力して目標検出を行なうのに用いられ。前記第一光源状態と第二光源状態はそれぞれ目標検出中において、使用される光源フラッシュが必要な状態と必要がない状態を代表してもよく、目標検出の実際の必要に応じて2種類の異なる光源状態を提供することもできる。本発明が提供する前記CMOS画像センサーの長所は、CMOS画像センサーのある行或いはすべての行の露光を同時に開始、終了できることにある。従って、本発明が提供する露光方法において、露光すると同時に光源をフラッシュさせることができ、従ってフラッシュ時間と露光時間を等しくする。このようにして露光時間を十分に利用して目標物体の輝度を向上させるとともに、光源の能量を十分に利用することもできる。
【0056】
本発明が提供する露光方法において、まず、CMOS画像センサーを若干個のサブアレイに区画して、一定の規則に従って露光処理することを便利にし、これらのサブアレイは、通常に数が同じである画素行を有する。目標検出システムがリアルタイム性を有するため、連続して同一のシーンを二回撮影する過程において、目標物体も背景物体もあまり大き過ぎの変位を有さずに、そのため、この2回の撮影時間の間隔をできるだけ小さくすることを要求する。従って、本発明は、CMOS画像センサーの画像セル全体からなるアレイを行に応じてサブアレイに区画する。行数の減少のため、サブアレイの撮影時間は画素アレイ全体より小さく、連続撮影の2つのフレームの間隔時間もそれにつれて減少する。
【0058】
まず、ステップAOにおいて、前記CMOS画像センサーを数が等しい画素行からなる若干のサブアレイに区画する。
【0059】
次に、ステップA1において、第一サブアレイを現在の露光サブアレイとする。
【0060】
次に、ステップA2において、それぞれ第一光源状態と第二光源状態で、現在の露光サブアレイにおける各画素行が同期に露光してデータを出力するように制御する。本発明の実施例中において、ステップA2はさらに、第一光源状態で、現在の露光サブアレイにおける各画素行が第一回同期露光を行なうように制御し、且つ現在の露光サブアレイにおけるすべての画素行のデータの出力が完了するまでに、前記各画素行が順にデータを第一フレームバッファーに出力するように制御するステップとA21、第二光源状態で、現在の露光サブアレイにおける各画素行が第二回の同期露光を行なうように制御し、且つ現在の露光サブアレイにおけるすべての画素行のデータの出力が完了するまでに、前記各画素行が順にデータを第二フレームバッファーに出力するように制御するステップ A22とを含む。
【0061】
次に、ステップA3において、現在の露光サブアレイが最後のサブアレイであるかどうかを判定し、判定結果が肯定であるとステップA5に移行し、否定であるとステップA4に移行する。
【0062】
次に、ステップA4において、現在の露光サブアレイの次のサブアレイを現在の露光サブアレイとしてステップA2に移行する。
【0063】
最後に、ステップA5において終了する。
【0064】
以下、図面を参照して第一実施例の露光過程を具体的に説明する。
【0065】
図9は本発明のCMOS画像センサーの露光方法の第一実施例の過程模式図である。まず、該CMOS画像センサーは、K個のサブアレイに区画され、それぞれはM1、M2、M3……Mkである。その中、各サブアレイに含められる画素行は等しい。例えば、連続する16行あたりを1つのサブアレイとする。それぞれ第一光源状態と第二光源状態での目標画像を撮影するために、ここで毎回同一のサブアレイを使用して、連続して二回撮影し、その内の一回は第一光源状態、即ち光源がフラッシュすることであり、他の一回は第二光源状態、即ち光源がフラッシュしないことである。その後、次のサブアレイで連続して二回撮影し、画素アレイの撮影が完了するまでに行います。例えば、第一時刻t1の期間に、第一サブアレイM1は現在の露光サブアレイであり、第一光源の状態で露光し、その後、各行は順にデータを第一フレームバッファーに出力し、第二時刻t2の期間に、第一サブアレイM1は依然として現在の露光サブアレイであり、第二光源状態で露光し、その後、各行は順にデータを第二フレームバッファーに出力し、第一サブアレイが最後のサブアレイであるかどうかを判定し、従って、現在の露光サブアレイの次のサブアレイである第二サブアレイを現在の露光サブアレイとし、第三時刻t3の期間に、第二サブアレイM2は現在の露光サブアレイであり、第一光源状態で露光し、その後、各行は順にデータを第一フレームバッファーに出力し、第四時刻t4の期間に、第二サブアレイM2は依然として現在の露光サブアレイであり、第二光源状態で露光し、その後、各行は順にデータを第二フレームバッファーに出力し、……第2k-1時刻t2k-1の期間に、第kサブアレイMkは現在の露光サブアレイであり、第一光源状態で露光し、その後、各行は順にデータを第一フレームバッファーに出力し、第2k時刻t2kの期間に、第kサブアレイMkは依然として現在の露光サブアレイであり、第二光源状態で露光し、その後、各行は順にデータを第二フレームバッファーに出力し、第kサブアレイMkが最後のサブアレイであると判定し、従って露光過程は終了する。
【0066】
図10は、本発明のCMOS画像センサーの露光方法の第一実施例における第一サブアレイの動作模式図である。図10に示すように、第一サブアレイM1は第一時刻t1の期間と第二時刻t2の期間にそれぞれ一回の同期露光を行った。例えば第一サブアレイM1の画素行L1〜L16はまず第一光源状態で第一回同期露光を行い、即ち露光時間はT1である。その後、画素行L1〜画素行L16は順にデータを出力する。これは各画素行に対して異なる所定待ち時間を設定することにより、即ち画素行L1の所定待ち時間T2-1が0であってもよく、画素行L2の所定待ち時間T2-2とT2-1との差値が画素行L1がデータを出力する時間の以上であり…このように類推すると、画素行の所定待ち時間は逓増しており、且つ前の画素行との差値は単一の画素行がデータを出力する時間の以上である。画素行L16がデータを出力し完了した後、第二光源状態で第二回同期露光を行い始める。本発明において、前記第一光源状態と第二光源状態は互いに交換してもよく、即ち、先に光源がフラッシュする場合で画像を撮影してもよく、先に光源はフラッシュしない場合で画像を撮影してもよく、両者の順番はさらなる目標検出の結果に影響しない。
【0067】
このようにしてCMOS画像センサーの各画像セルがいずれも二回露光され、その内、一回は光源がフラッシュし、他の一回は光源がフラッシュしない。且つ2回サンプリングした画像の間の時間差は約、単一サブアレイがデータを出力する時間であり、効率的に時間間隔を減少し、画像サンプリングのリアルタイムを保証する。画像処理器はさらに2個のフレームバッファーに記憶している結果を減算し、ある閾値で目標領域と背景領域を区画し、更に目標物体の特徴を計算する。
【0068】
ただし、本発明が提供するCMOS画像センサーの露光方法の第一実施例において、上から下への方式でサブアレイを露光し、ここで、交替原則に従って下から上への方式でサブアレイを露光してもよい。
【0069】
図11は本発明のCMOS画像センサーの露光方法の第二実施例の過程模式図である。まず、ステップA'Oにおいて、前記CMOS画像センサーを数が同じである画素行からなる若干のサブアレイに区画する。
【0070】
その後ステップA'1において、最後のサブアレイを現在の露光サブアレイとする。次に、ステップA'2において、それぞれ第一光源状態と第二光源状態で、現在の露光サブアレイにおける各画素行が同期に露光してデータを出力するように制御する。第三実施例において、ステップA'2はさらに、第一光源状態で、現在の露光サブアレイにおける各画素行が第一回同期露光を行なうように制御し、且つ現在の露光サブアレイにおけるすべての画素行のデータの出力が完了するまでに、前記各画素行が順にデータを第一フレームバッファーに出力するように制御するステップA21と、第二光源状態で、現在の露光サブアレイにおける各画素行が第二回の同期露光を行なうように制御し、且つ現在の露光サブアレイにおけるすべての画素行のデータの出力が完了するまで、前記各画素行が順にデータを第二フレームバッファーに出力するように制御するステップA22とを含む。
【0071】
次に、ステップA'3において、現在の露光サブアレイが第一サブアレイであるかどうかを判定し、判定結果が肯定であると、ステップA'5に移行し、否定であると、ステップA'4に移行する。
【0072】
次に、ステップA'4において、現在の露光サブアレイの前のサブアレイを現在の露光サブアレイとしてステップA'2に移行する。
【0073】
最後に、ステップA'5において終了する。
【0074】
第二実施例の具体的な実現過程は図12に示す。第二実施例中において、第一時刻t1の期間に、第kサブアレイMkは現在の露光サブアレイであり、第一光源状態で露光し、その後、各行は順にデータを第一フレームバッファーに出力し、上から下へ、下から上へデータを出力することができ、第二時刻t2の期間に、第kサブアレイMkは依然として現在の露光サブアレイであり、第二光源状態で露光し、その後、各行は順にデータを第二フレームバッファーに出力し、第kサブアレイMkが第一サブアレイではないと判定し、従って、現在の露光サブアレイの前のサブアレイ第k-1サブアレイMk-1を現在の露光サブアレイとし、…第2k-1時刻t2k-1の期間に、第一サブアレイM1は現在の露光サブアレイであり、第一光源状態で露光し、その後、各行は順にデータを第一フレームバッファーに出力し、第2k時刻t2kの期間に、第一サブアレイM1は依然として現在の露光サブアレイであり、第二光源状態で露光し、その後、各行は順にデータを第二フレームバッファーに出力し、第一サブアレイM1が第一サブアレイであると判定し、従って、露光全過程は終了する。
【0075】
図13は本発明のCMOS画像センサーの露光方法の第三実施例のフロチャートである。該方法は同様にCMOS画像センサーを若干のサブアレイに区画して露光する。図13に示すように、本実施例の露光方法は以下のステップを含む。
【0076】
まず、ステップB0において、前記CMOS画像センサーを数が同じである画素行からなる若干のサブアレイに区画する。
【0077】
次に、ステップB1において、第一サブアレイを現在の露光サブアレイとする。
【0078】
次に、ステップB2を実行し、具体的には、図13におけるステップB21とステップB22を含む。ステップB21において、第一光源状態で、現在の露光サブアレイにおける各画素行が第一回同期露光を行なうように制御し、その後、まず、現在の露光サブアレイにおける下半分の画素行のデータを第一フレームバッファーに出力する。ステップB22において、現在の露光サブアレイにおける上半分の画素行のデータを第一フレームバッファーに出力する。
【0079】
次に、ステップB3を実行し、具体的には図13におけるステップB31とステップB32を含む。ステップB31において、前記現在の露光サブアレイにおける下半分の画素行のデータの出力が完了した際に、現在の露光サブアレイが最後のサブアレイであるかどうかを判定し、判断結果が肯定であるとステップB6に移行し、否定であるとステップB32に移行する。ステップB32において、現在の露光サブアレイを半分のサブアレイの位置に相当する距離だけ下方移動する。
【0080】
次に、ステップB4を実行し、具体的に図13におけるステップB41とステップB42を含む。ステップB41において、第二光源状態で、現在の露光サブアレイにおける各画素行が第二回同期露光を行なうように制御し、その後、まず現在の露光サブアレイにおける下半分の画素行のデータを第二フレームバッファーに出力する。ステップB42において、現在の露光サブアレイにおける上半分の画素行のデータを第二フレームバッファーに出力する。
【0081】
次に、ステップB5において、前記現在の露光サブアレイにおける下半分の画素行のデータの出力が完了した際に、現在の露光サブアレイを半分のサブアレイの位置に相当する距離だけ下方へ移動し、ステップB2に移行する。
【0082】
なお、前記過程において、ステップB21の後、並列にステップB22とステップB31を実行し、即ち、上半分の画素行のデータを出力する同時に、データの出力が完了した下半分の画素行を次回の露光に移行し、2回露光の間の時間差を節約する。同理にステップB41の後、ステップB42とステップB5を並列に実行する。
【0083】
本発明のさらなる実施例において、ステップB2において、第一回同期露光を行なった後、下から上への順で順に現在の露光サブアレイにおける各画素行のデータを第一フレームバッファーに出力する。ステップB4において、第二回の同期露光を行なった後、下から上へ順に現在の露光サブアレイにおける各画素行のデータを第二フレームバッファーに出力する。
【0084】
図14は本発明のCMOS画像センサーの露光方法の第三実施例の過程模式図である。まず、該CMOS画像センサーはK個のサブアレイに区画され、それぞれM1、M2、M3……Mkである。第一時刻t1の期間に、第一サブアレイM1は現在の露光サブアレイであり、第一光源の状態で露光し、その後、各行は下から上へ順にデータを第一フレームバッファーに出力し、即ち、下半分の画素行MD1のデータの出力が先に完了され、上半分の画素行MU1のデータの出力が後に完了され、第二時刻t2の期間に、即ち、第一サブアレイM1の下半分の画素行MD1のデータの出力が完了された時、第一サブアレイM1が最後のサブアレイではないと判定し、従って、現在の露光サブアレイを半分のサブアレイの位置に相当する距離だけ下方へ移動し、即ち、第一サブアレイM1の下半分の画素行MD1と第二サブアレイM2の上半分の画素行MU2で新しい現在の露光サブアレイを構成し、それにより、第二光源状態で新しい現在の露光サブアレイにおける各画素行が第二回の同期露光を行なうように制御し……第2k-1時刻t2k-1の期間に、第kサブアレイMkは現在の露光サブアレイであり、第一光源状態で露光し、その後、各行は下から上へ順にデータを第一フレームバッファーに出力し、第kサブアレイMkが最後のサブアレイであると判定し、従って、露光過程が終了する。
【0085】
32行あたりを1つのサブアレイとすることを例として説明する。毎回、1つのサブアレイを使用して一回撮影し、出力順番は第32行から第1行まで順に出力する。その後、アレイを16行下方へ移動し、1つの新しいサブアレイを形成し、再び一回撮影する。画素アレイの撮影が完了するまで、サイクルする。その中、第奇数回撮影する時、光源は第一発光状態であり、第偶数回撮影する時、光源は第二発光状態であり、即ち、それぞれ光源がフラッシュすることとフラッシュいしないことである。より具体的に、第一回は第1〜32行を1つのサブアレイとし、撮影する時、光源が発光し、第二回は第17行〜48行を1つのサブアレイとし、撮影する時、光源が発光せず、第三回は第33行〜64行を1つのサブアレイとし、撮影する時、光源が発光し、このように、CMOSセンサーの全部撮影が完了するまで続く。この時、CMOS画像センサーは、第一サブアレイの上半分の画素行16行と最後のサブアレイの下半分の画素行16行の以外、各画像セルが2回露光され、そのうち、一回は、光源が発光し、他の一回は、光源が発光しない。CMOS画像処理器の制御チップはさらに2回の結果を減算し、且つある閾値で目標区域と背景区域を区画し、その上、目標物体の特徴を計算する。
【0086】
図15は本発明のCMOS画像センサーの露光方法の第三実施例における第一サブアレイの動作模式図である。図15に示すように、まず、第一サブアレイM1の画素行L1〜画素行L32は第一時刻t1の期間に、まず、第一光源状態で第一回同期露光を行い、即ち、露光時間はT1である。その後、画素行L32〜画素行L1は順にデータを出力する。これは、各画素行に対して異なる所定待ち時間を設けることにより、即ち、画素行L32の所定待ち時間T2-32は0であってもよく、画素行L31の所定待ち時間T2-31とT2-32との差値は画素行L32がデータを出力する時間より大きく……このように類推すると、下から上へ画素行の所定待ち時間は段々逓増であり、且つ、前の画素行との差値は前の画素行がデータを出力する時間より大きい。画素行L17がデータを出力し完了した後、画素行L17〜L48に対して第二光源状態で第二回の同期露光を始める。且つ前記過程を繰り返す。この方法はCMOS画像センサーの最初の16行と最後の16行を利用できないが、32行のサブアレイにおける16行の出力が完了された後直ちに次のサブアレイの露光を始めることができ、次のサブアレイの露光時間と前のサブアレイの後の16行の出力時間とを重畳させ、時間を節約し、システム全体のフレームレートを向上させ、リアルタイムの目標検出システムの構成に大きな役割を果たす。
【0087】
同理に、本発明が提供するCMOS画像センサーの露光方法の第三実施例においても、上から下への方式でサブアレイを露光し、ここで、交替原則に従って下から上への方式でサブアレイを露光してもよい。
【0088】
図16は本発明のCMOS画像センサーの露光方法の第四実施例の過程模式図。第四実施例において、まず、ステップB'0において、前記CMOS画像センサーを数が同じである画素行からなる若干のサブアレイに区画する。
【0089】
次に、ステップB'1において、最後のサブアレイを現在の露光サブアレイとする。
【0090】
次に、ステップB'2を実行し、具体的にはステップB'21とステップB'22を含む。ステップB'21において、第一光源状態で、現在の露光サブアレイにおける各画素行が第一回同期露光を行なうように制御し、その後、まず、現在の露光サブアレイにおける上半分の画素行のデータを第一フレームバッファーに出力する。ステップB'22において、現在の露光サブアレイにおける下半分の画素行のデータを第一フレームバッファーに出力する。
【0091】
次に、ステップB'3を実行し、具体的には、ステップB'31とステップB'32を含む。ステップB'31において、前記現在の露光サブアレイにおける上半分の画素行のデータの出力が完了された際に、現在の露光サブアレイが第一のサブアレイであるかどうかを判定し、判定結果が肯定であるとステップB'6に移行し、否定であるとステップB'32に移行する。ステップB'32において、現在の露光サブアレイを半分のサブアレイの位置に相当する距離だけ上方へ移動する。
【0092】
次に、ステップB'4を実行し、具体的にはステップB'41とステップB'42を含む。ステップB'41において、第二光源状態で、現在の露光サブアレイにおける各画素行が第二回同期露光を行なうように制御し、その後、まず現在の露光サブアレイにおける上半分の画素行のデータを第二フレームバッファーに出力する。ステップB'42において、現在の露光サブアレイにおける下半分の画素行のデータを第二フレームバッファーに出力する。
【0093】
次に、ステップB'5において、前記現在の露光サブアレイにおける上半分の画素行のデータの出力が完了した際に、現在の露光サブアレイを半分のサブアレイの位置に相当する距離だけ上方へ移動し、ステップB'2に移行する。
【0094】
なお、前記過程において、同様にステップB'21の後、ステップB'22とステップB'31を並列に実行し、即ち、下半分の画素行的データを出力する同時に、データの出力が完了された上半分の画素行を次の露光に移行し、２回の露光の間の時間差を倹約する。同様の理由で、ステップB'41の後、ステップB'42とステップB'5を並列に実行する。
【0095】
本発明のさらなる実施例において、ステップB'2において、第一回同期露光を行なった後、上から下への順で順に現在の露光サブアレイにおける各画素行のデータを第一フレームバッファーに出力する。ステップB'4において、第二次の同期露光を行なった後、上から下へ順に現在の露光サブアレイにおける各画素行のデータを第二フレームバッファーに出力する。
【0096】
図17は第四実施例の具体的な実現過程を示す図である。まず、該CMOS画像センサーはK個のサブアレイに区画され、それぞれはM1、M2、M3……Mkである。第一時刻t1の期間に、第kサブアレイMkは現在の露光サブアレイであり、第一光源状態で露光する。その後、各行は上から下へ順にデータを第一フレームバッファーに出力し、即ち、上半分の画素行MUkのデータの出力は先に完了され、下半分の画素行MDkのデータの出力は後に完了され、第二時刻t2の期間に、即ち、第kサブアレイMkの上半分の画素行MUkのデータの出力が完了された時、第kサブアレイMkが第一サブアレイではないと判定し、従って、現在の露光サブアレイを半分のサブアレイの位置に相当する距離だけ上方へ移動し、即ち、第kサブアレイMkの上半分の画素行MUkと第k-1サブアレイMk-1の下半分の画素行MDk-1から新しい現在の露光サブアレイを構成し、それにより、第二光源状態で新しい現在の露光サブアレイにおける各画素行が第二回の同期露光を行なうように制御し……第2k-1時刻t2k-1の期間に、第一サブアレイM1は現在の露光サブアレイであり、第一光源状態で露光し、その後、各行は上から下へ順にデータを第一フレームバッファーに出力し、第一サブアレイM1が第一サブアレイであると判定し、従って、露光全過程は終了する。
【0097】
本発明は特定の実施例に基づいて説明したが、当業者は、勿論、本発明範囲から脱逸しない場合、各種の修正、同等な変換を実施出来ることがわかる。また、本発明技術の特定したシーンと材料に適応するため、その保護範囲から脱逸しない条件で、本発明に対して様々な変更を行なうことができる。従って、本発明はここに開示された特定の実施例に限らず、請求項の保護範囲に入られたすべての実施例を含む。