RU2612191C1 - Video-on-chip system with adaptation to plot - Google Patents
Video-on-chip system with adaptation to plot Download PDFInfo
- Publication number
- RU2612191C1 RU2612191C1 RU2016103864A RU2016103864A RU2612191C1 RU 2612191 C1 RU2612191 C1 RU 2612191C1 RU 2016103864 A RU2016103864 A RU 2016103864A RU 2016103864 A RU2016103864 A RU 2016103864A RU 2612191 C1 RU2612191 C1 RU 2612191C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- array
- unit
- output
- binning
- photocells
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
- H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области телевидения и цифровой фотографии, в частности к устройствам регистрации видеоизображений.The invention relates to the field of television and digital photography, in particular to video recording devices.
Известен матричный фотоэлектрический прибор с зарядовой связью ELCM1077, включающий фоточувствительную область из 1160 строк по 1040 элементов, состоящую из двух идентичных секций по 580 строк, образующих единый массив. Каждая секция имеет регистр считывания, в котором расположены два выходных устройства с плавающей диффузионной областью, расположенных на противоположных концах регистра, при этом одно выходное устройство двухкаскадное с частотой считывания 1 МГц и шумом считывания до 20 , второе - однокаскадное малошумящее с частотой считывания 200 кГц и шумом считывания до 10 . Устройство осуществляет преобразование светового потока в электрический заряд и передачу заряда на выбранные выходные устройства регистров считывания.Known matrix photoelectric device with charge-coupled ELCM1077, including a photosensitive area of 1160 rows of 1040 elements, consisting of two identical sections of 580 rows, forming a single array. Each section has a read register, in which there are two output devices with a floating diffusion region located at opposite ends of the register, with one two-stage output device with a read frequency of 1 MHz and read noise up to 20 , the second is a single-stage low noise with a read frequency of 200 kHz and a read noise of up to 10 . The device converts the light flux into an electric charge and transfers the charge to the selected output devices of the read registers.
Недостатками известного устройства являются отсутствие возможности выбора произвольной области считывания и отсутствие режима бинирования.The disadvantages of the known device are the inability to select an arbitrary reading area and the lack of binning mode.
Наиболее близким по своей технической сути к заявляемому устройству является устройство, описанное в статье «А High-Speed CMOS Image Sensor with Column-Parallel Single Capacitor CDSs and Single-slope ADCs» с коллективом авторов LI Quanliang, SHI Cong, WU Nanjian (The State Key Laboratory for Superlattices and Microstructures, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, P.R. China) International Symposium on Photoelectronic Detection and Imaging 2011: Advances in Imaging Detectors and Applications. Устройство содержит фоточувствительный массив размером 256×256 элементов, массив узлов двойной коррелированной выборки, массив программируемых усилителей мощности, массив столбцовых интегрирующих аналого-цифровых преобразователей, блок управления, блок хранения и вывода данных. В фоточувствительном массиве световой поток преобразуется в электрический сигнал, поступающий на массив узлов двойной коррелированной выборки, далее усиливаемый в массиве программируемых усилителей мощности. После усилителей мощности сигнал поступает на массив столбцовых интегрирующих аналого-цифровых преобразователей, после чего цифровой видеосигнал поступает на блок хранения и вывода данных.The closest in technical essence to the claimed device is the device described in the article “A High-Speed CMOS Image Sensor with Column-Parallel Single Capacitor CDSs and Single-slope ADCs” with a team of authors LI Quanliang, SHI Cong, WU Nanjian (The State Key Laboratory for Superlattices and Microstructures, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, PR China) International Symposium on Photoelectronic Detection and Imaging 2011: Advances in Imaging Detectors and Applications. The device contains a photosensitive array of 256 × 256 elements in size, an array of double correlated sample nodes, an array of programmable power amplifiers, an array of column integrating analog-to-digital converters, a control unit, a data storage and output unit. In a photosensitive array, the light flux is converted into an electrical signal fed to an array of double correlated sample nodes, further amplified in an array of programmable power amplifiers. After the power amplifiers, the signal is fed to an array of column integrating analog-to-digital converters, after which the digital video signal is fed to the data storage and output unit.
Недостатком прототипа является ограниченный динамический диапазон датчика изображений, т.к. для аналого-цифрового преобразования сигнала используется массив восьмиразрядных столбцовых аналого-цифровых преобразователей.The disadvantage of the prototype is the limited dynamic range of the image sensor, because For analog-to-digital signal conversion, an array of eight-bit column-type analog-to-digital converters is used.
Техническим результатом является увеличение динамического диапазона датчика изображений для обнаружения малоконтрастных объектов.The technical result is to increase the dynamic range of the image sensor to detect low-contrast objects.
Другим техническим результатом заявляемого устройства является повышение кадровой частоты фотоприемной матрицы.Another technical result of the claimed device is to increase the frame frequency of the photodetector.
Это достигается тем, что видеосистема на кристалле с адаптацией к сюжету, включающая массив фотоэлементов, регистр выбора строки, соединенный с массивом фотоэлементов, массив столбцовых аналого-цифровых преобразователей низкой разрядности, соединенный с выходами массива фотоэлементов, горизонтальный выходной регистр, соединенный с массивом столбцовых аналого-цифровых преобразователей низкой разрядности, и выходное устройство, отличается тем, что в видеосистему на кристалле с адаптацией к сюжету дополнительно введены массив столбцовых аналого-цифровых преобразователей высокой разрядности, входы которого соединены с выходами массива фотоэлементов, отдельный горизонтальный выходной регистр, входы которого соединены с выходами массива столбцовых аналого-цифровых преобразователей высокой разрядности, блок коммутации, два входа которого соединены с выходами горизонтальных выходных регистров, блок бинирования, один из входов которого соединен с выходом блока коммутации, блок оценки и усреднения яркости и контраста, вход которого соединен с выходом блока бинирования, блок управления, вход которого соединен с выходом блока оценки и усреднения яркости и контраста, блок выбора режима, выход которого соединен с третьим входом блока коммутации, блок управления бинированием, выход которого соединен с вторым входом блока бинирования, выход блока бинирования соединен с входом выходного устройства.This is achieved by the fact that the video system on a chip with adaptation to the plot, including an array of photocells, a row selection register connected to an array of photocells, an array of low-bit column analog-to-digital converters connected to the outputs of an array of photocells, a horizontal output register connected to an array of columnar analog of low-digit digital converters, and the output device, characterized in that an array of columns is additionally introduced into the video system on a chip with adaptation to the plot high-resolution analog-to-digital converters, the inputs of which are connected to the outputs of an array of photocells, a separate horizontal output register, the inputs of which are connected to the outputs of an array of high-resolution analog-to-digital converters, a switching unit, two inputs of which are connected to the outputs of the horizontal output registers, binning unit , one of the inputs of which is connected to the output of the switching unit, the unit for evaluating and averaging brightness and contrast, the input of which is connected to the output of the binning unit I, a control unit whose input is connected to the output of the unit for estimating and averaging brightness and contrast, a mode selection unit whose output is connected to the third input of the switching unit, a binning control unit whose output is connected to the second input of the binning unit, the output of the binning unit is connected to the input output device.
Такая видеосистема автоматически выбирает цифровой сигнал видеоизображения с массива аналого-цифровых преобразователей необходимой разрядности, в зависимости от сюжета, что позволяет получать видеосигнал высокой кадровой частоты при достаточном контрасте объекта, либо видеосигнал с расширенным динамическим диапазоном при малоконтрастных объектах.Such a video system automatically selects a digital video signal from an array of analog-to-digital converters of the required bit depth, depending on the plot, which allows you to receive a video signal of high frame frequency with sufficient contrast of the object, or a video signal with an extended dynamic range for low-contrast objects.
Представленный чертеж поясняет суть предлагаемого технического решения.The presented drawing explains the essence of the proposed technical solution.
На чертеже изображена структурная схема видеосистемы на кристалле с адаптацией к сюжету.The drawing shows a structural diagram of a video system on a chip with adaptation to the plot.
Видеосистема на кристалле с адаптацией к сюжету, изображенная на чертеже, включает в себя массив 1 фотоэлементов, регистр 2 выбора строки, выходы R1…Rn которого подключены к строкам массива 1 фотоэлементов, массив 3 столбцовых аналого-цифровых преобразователей низкой разрядности (8-10 бит), входы A1…An которого подключены к массиву 1 фотоэлементов, массив 4 столбцовых аналого-цифровых преобразователей высокой разрядности (12-16 бит), входы которого В1…Вn также подключены к массиву 1 фотоэлементов, горизонтальный выходной регистр 5, входы DA1…DAn которого подключены к выходам массива 3 аналого-цифровых преобразователей низкой разрядности, горизонтальный выходной регистр 6, входы DB1…DBn которого подключены к выходам массива 4 аналого-цифровых преобразователей высокой разрядности, блок 7 коммутации, входы которого соединены с выходами горизонтальных выходных регистров 5 и 6, блок 8 оценки и усреднения яркости и контраста, блок 9 управления, вход которого соединен с выходом блока 8 оценки и усреднения яркости и контраста, блок 10 выбора режима, вход которого соединен с выходом блока 9 управления, блок 11 управления бинированием, вход которого также соединен с выходом блока 9 управления, блок 12 бинирования, один из входов которого соединен с выходом блока 7 коммутации, другой - с выходом блока 11 управления бинированием, один из выходов блока 12 бинирования соединен с входом блока 8 оценки и усреднения яркости и контраста, выходное устройство 13, вход которого соединен с вторым выходом блока 12 бинирования.The video system on a chip with adaptation to the plot depicted in the drawing includes an array of 1 photocells, a
В видеосистеме на кристалле с адаптацией к сюжету (см. чертеж) световой поток проецируется на массив 1 фотоэлементов. Аналоговый сигнал A1…An с массива 1 фотоэлементов поступает на массив 3 столбцовых аналого-цифровых преобразователей низкой разрядности (8-10 бит), аналоговый сигнал В1…Вn с массива 1 фотоэлементов поступает на массив 4 столбцовых аналого-цифровых преобразователей высокой разрядности (12-16 бит). Регистр 2 выбора строки позволяет выбрать вертикальный размер области изображения, считываемой с массива 1 фотоэлементов. Цифровые сигналы DA1…DAn и DB1…DBn с массивов 3 и 4 столбцовых аналого-цифровых преобразователей низкой и высокой разрядности поступают на горизонтальные выходные регистры 5 и 6 соответственно. Далее сигналы поступают на входы блока 7 коммутации, с выхода которого один из сигналов поступает на блок 12 бинирования. С выходов блока 12 бинирования сигнал поступает на выходное устройство 13 и одновременно на вход блока 8 оценки и усреднения яркости и контраста. Блок 8 оценки и усреднения яркости и контраста производит анализ изображения по заданным яркостно-контрастным параметрам и отправляет необходимую информацию на блок 9 управления. По пришедшей информации блок 9 управления отправляет на блок 10 выбора режима команду переключения блока 7 коммутации на один из горизонтальных выходных регистров (5 или 6). Также блок 9 управления отправляет информацию о режиме бинирования на блок 11 управления бинированием. Блок 12 бинирования переключается в выбранный режим командой от блока 11 управления бинированием. С выхода блока 12 бинирования сигнал видеоизображения поступает на выходное устройство 13.In a video system on a chip with adaptation to the plot (see drawing), the light flux is projected onto an array of 1 photocells. An analog signal A1 ... An from an array of 1 photocells is fed to an array of 3 column low-resolution analog-to-digital converters (8-10 bits), an analog signal B1 ... Bn from an array of 1 photocells is fed to an array of 4 columned high-resolution analog-to-digital converters (12- 16 bit). Register 2 row selection allows you to select the vertical size of the image area read from the
Отличие заявленного устройства от прототипа заключается в том, что на одном кристалле, помимо массива фотоэлементов, регистра выбора строки, массива столбцовых аналого-цифровых преобразователей низкой разрядности, горизонтального выходного регистра и выходного устройства, дополнительно размещены массив аналого-цифровых преобразователей высокой разрядности, отдельный горизонтальный выходной регистр, блок коммутации, блок бинирования, блок оценки и усреднения яркости и контраста, блок управления, блок выбора режима и блок управления бинированием. В результате, на одном кристалле размещается полноценная видеосистема, позволяющая автоматически переключать считывание цифрового сигнала видеоизображения необходимой разрядности с одного из горизонтальных выходных регистров, что обеспечивает адаптацию к наблюдаемому сюжету. Наличие автоматического выбора сигнала позволяет получать видеосигнал высокой кадровой частоты при достаточном контрасте объекта, в этом случае блок коммутации подключает к блоку бинирования сигнал, прошедший аналого-цифровой преобразователь низкой разрядности, а при необходимости дополнительного увеличения кадровой частоты производится бинирование изображения в блоке бинирования, при этом размер изображения уменьшается в целое число раз и одновременно повышается кадровая частота. В случае необходимости увеличения динамического диапазона видеоизображения при малоконтрастных объектах блок коммутации подключает к блоку бинирования сигнал, прошедший аналого-цифровой преобразователь высокой разрядности. Для дальнейшего расширения динамического диапазона также служит блок бинирования с переменным целочисленным коэффициентом бинирования.The difference between the claimed device and the prototype is that on the same chip, in addition to an array of photocells, a row selection register, an array of low-bit column analog-to-digital converters, a horizontal output register and an output device, an array of high-resolution analog-to-digital converters is also placed, a separate horizontal output register, switching unit, binning unit, unit for estimating and averaging brightness and contrast, control unit, mode selection unit and control unit binning. As a result, a full-fledged video system is located on one chip, which allows you to automatically switch the reading of a digital video signal of the required bit depth from one of the horizontal output registers, which ensures adaptation to the observed plot. The presence of automatic signal selection allows you to receive a video signal of high frame frequency with sufficient contrast of the object, in this case, the switching unit connects to the binning unit a signal that has passed an analog-to-digital low-bit converter, and, if necessary, an additional increase in the frame frequency, the image is binated in the binning unit, while the image size is reduced by an integer number of times and at the same time the frame rate is increased. If it is necessary to increase the dynamic range of the video image with low-contrast objects, the switching unit connects to the binning unit a signal that has passed an analog-to-digital converter of high resolution. To further expand the dynamic range, a binning unit with a variable integer binning coefficient also serves.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016103864A RU2612191C1 (en) | 2016-02-05 | 2016-02-05 | Video-on-chip system with adaptation to plot |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016103864A RU2612191C1 (en) | 2016-02-05 | 2016-02-05 | Video-on-chip system with adaptation to plot |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2612191C1 true RU2612191C1 (en) | 2017-03-03 |
Family
ID=58459591
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016103864A RU2612191C1 (en) | 2016-02-05 | 2016-02-05 | Video-on-chip system with adaptation to plot |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2612191C1 (en) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1998036557A1 (en) * | 1997-02-12 | 1998-08-20 | Imation Corp. | Pixel array with high and low resolution mode |
RU54478U1 (en) * | 2006-01-10 | 2006-06-27 | Российская Федерация в лице Федерального агентства по атомной энергии (Росатом) | PULSE DIGITAL RADIATION DIGITAL RECORDER |
US7402789B2 (en) * | 2003-12-19 | 2008-07-22 | Micron Technology, Inc. | Methods for pixel binning in an image sensor |
WO2008106035A1 (en) * | 2007-02-28 | 2008-09-04 | Eastman Kodak Company | Image sensor with variable resolution and sensitivity |
US8089522B2 (en) * | 2007-09-07 | 2012-01-03 | Regents Of The University Of Minnesota | Spatial-temporal multi-resolution image sensor with adaptive frame rates for tracking movement in a region of interest |
US8169517B2 (en) * | 2001-03-26 | 2012-05-01 | Panavision Imaging Llc | Image sensor ADC and CDS per column with oversampling |
US20140098267A1 (en) * | 2009-10-30 | 2014-04-10 | Invisage Technologies, Inc. | Systems and methods for color binning |
-
2016
- 2016-02-05 RU RU2016103864A patent/RU2612191C1/en active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1998036557A1 (en) * | 1997-02-12 | 1998-08-20 | Imation Corp. | Pixel array with high and low resolution mode |
US8169517B2 (en) * | 2001-03-26 | 2012-05-01 | Panavision Imaging Llc | Image sensor ADC and CDS per column with oversampling |
US7402789B2 (en) * | 2003-12-19 | 2008-07-22 | Micron Technology, Inc. | Methods for pixel binning in an image sensor |
RU54478U1 (en) * | 2006-01-10 | 2006-06-27 | Российская Федерация в лице Федерального агентства по атомной энергии (Росатом) | PULSE DIGITAL RADIATION DIGITAL RECORDER |
WO2008106035A1 (en) * | 2007-02-28 | 2008-09-04 | Eastman Kodak Company | Image sensor with variable resolution and sensitivity |
US8089522B2 (en) * | 2007-09-07 | 2012-01-03 | Regents Of The University Of Minnesota | Spatial-temporal multi-resolution image sensor with adaptive frame rates for tracking movement in a region of interest |
US20140098267A1 (en) * | 2009-10-30 | 2014-04-10 | Invisage Technologies, Inc. | Systems and methods for color binning |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10277843B2 (en) | Oversampled image sensor with conditional pixel readout | |
JP5858695B2 (en) | Solid-state imaging device and driving method of solid-state imaging device | |
KR102212100B1 (en) | Split-gate conditional-reset image sensor | |
US9407847B2 (en) | Solid state imaging apparatus and imaging system with writing memory selecting unit and reading memory selecting unit for outputting signals in an order of spatial arrangement | |
US9445029B2 (en) | Solid-state imaging apparatus with plural column circuits arranged separately in upper and lower positions and driving method therefor | |
US11258977B2 (en) | Image sensor readout method and architecture | |
KR101595687B1 (en) | Solid-state image capture device | |
JP4289244B2 (en) | Image processing method, semiconductor device for detecting physical quantity distribution, and electronic apparatus | |
US9521349B2 (en) | Image sensor architecture with power saving readout | |
US10038869B2 (en) | Optical electronic device including enhanced global shutter pixel array and related methods | |
US8094220B2 (en) | Solid-state imaging apparatus and driving method of solid-state imaging apparatus | |
JP5764784B2 (en) | Solid-state imaging device | |
JP2016042650A (en) | Semiconductor photodetection device, radiation counting device, and control method of semiconductor photodetection device | |
US9282270B2 (en) | Photoelectric conversion device, imaging system, and method for driving photoelectric conversion device | |
JP6671715B2 (en) | Light receiving device and signal reading method of light receiving device | |
KR101512810B1 (en) | Image Sensor Driving Circuit and Method for Supporting Binning through Oversampling | |
JPWO2013136610A1 (en) | SIGNAL PROCESSING DEVICE FOR SOLID-STATE IMAGING DEVICE AND SOLID-STATE IMAGING DEVICE | |
RU2612191C1 (en) | Video-on-chip system with adaptation to plot | |
JP2006109117A (en) | Method and device for transmitting reference signal for ad conversion, method and device of ad conversion, and method and device for acquiring physical information | |
US20100188542A1 (en) | Imaging device and image sensor chip | |
US8987647B2 (en) | Low power wide dynamic range CMOS imager output circuit having a threshold detector to set a gain to be applied by a readout circuitry | |
JP7344045B2 (en) | Image sensor | |
JP2010081259A (en) | Solid-state imaging device | |
JP4466359B2 (en) | Infrared detector | |
US11863885B2 (en) | Time delay integration sensor with multiple sensor arrays |