感光像素电路、图像传感器和电子设备

技术领域

本申请属于图像技术领域，具体涉及一种感光像素电路、图像传感器和电子设备。

背景技术

单光子雪崩晶体管(Single-Photon Avalanche Diode，SPAD)相比于常规互补金属氧化物半导体(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，CMOS)图像传感器(CMOSImage Sensor，CIS)中的钳位感光二极管(Pinned Photodiode，PPD)，有着极高的敏感度，每一个光子(Photon)照射在SPAD上均会激发出相应的电学信号，经过整流后形成方波脉冲信号，再经计数器计数后输出为像素信号。近年来，研究人员开始研究将SPAD替代PPD作为普通可见光RGB相机的CIS的像素感光元件，以充分利用SPAD单光子感应级别的超高敏感度，在极夜场景中发挥超越人眼的成像能力。

但是现有基于SPAD的CIS存在如图1所示的问题，在低光照环境下，由于环境中的光子数目较少，可以准确记录感应到的光子；在高光照环境下，由于环境中的光子数目众多，大量光子依次入射至SPAD像素上时，会产生一个连续的方波信号，因此造成入射的光子数远大于像素内计数器的计数。当拍摄光影变化复杂的图像时，某些低光照部分的像素输出的计数器计数和某些高光照部分的像素输出的计数器计数相同或相近，导致后端图像处理软件无法准确识别高光照像素和低光照像素，进而影响图像拍摄效果。

发明内容

本申请实施例的目的是提供一种感光像素电路、图像传感器和电子设备，能够解决现有基于SPAD的CIS无法准确感光的问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种感光像素电路，包括：开关元件、单光子雪崩晶体管、敏感度调节模块和计数模块；

其中，所述开关元件的第一端用于连接第一电压，所述开关元件的第二端用于接入开关控制信号，所述开关元件的第三端连接所述单光子雪崩晶体管的第一端，所述单光子雪崩晶体管的第二端用于连接第二电压，所述第二电压小于所述第一电压；

所述敏感度调节模块的第一输入端连接所述单光子雪崩晶体管的第一端以在所述开关控制信号控制所述开关元件断开的情况下获取初始光感应信号，所述敏感度调节模块的第二输入端用于接入敏感度控制信号，所述敏感度调节模块的输出端连接所述计数模块的输入端，所述计数模块的输出端用于输出像素感光信号；

所述敏感度控制信号用于控制所述敏感度调节模块在第一工作状态和第二工作状态之间切换；所述感光像素电路在所述敏感度调节模块处于所述第一工作状态的情况下具有第一光敏感度，所述感光像素电路在所述敏感度调节模块处于所述第二工作状态的情况下具有第二光敏感度，所述第一光敏感度大于所述第二光敏感度。

第二方面，本申请实施例提供了一种图像传感器，包括第一方面所述的感光像素电路。

第三方面，本申请实施例提供了一种电子设备，包括第二方面所述的图像传感器。

在本申请实施例中，感光像素电路包括：开关元件、单光子雪崩晶体管、敏感度调节模块和计数模块；其中，所述开关元件的第一端用于连接第一电压，所述开关元件的第二端用于接入开关控制信号，所述开关元件的第三端连接所述单光子雪崩晶体管的第一端，所述单光子雪崩晶体管的第二端用于连接第二电压，所述第二电压小于所述第一电压；所述敏感度调节模块的第一输入端连接所述单光子雪崩晶体管的第一端以在所述开关控制信号控制所述开关元件断开的情况下获取初始光感应信号，所述敏感度调节模块的第二输入端用于接入敏感度控制信号，所述敏感度调节模块的输出端连接所述计数模块的输入端，所述计数模块的输出端用于输出像素感光信号；所述敏感度控制信号用于控制所述敏感度调节模块在第一工作状态和第二工作状态之间切换；所述感光像素电路在所述敏感度调节模块处于所述第一工作状态的情况下具有第一光敏感度，所述感光像素电路在所述敏感度调节模块处于所述第二工作状态的情况下具有第二光敏感度，所述第一光敏感度大于所述第二光敏感度。这样，通过在基于单光子雪崩晶体管的感光像素电路中增加可通过敏感度控制信号控制工作状态的敏感度调节模块，可实现感光像素电路的光敏感度可调节，从而在实际应用中，能够根据实际环境入射的光子数控制敏感度控制信号的工作状态以调节光敏感度，保证感光像素电路能够准确识别高光照像素和低光照像素，进而提高图像拍摄效果。

附图说明

图1是现有技术中基于SPAD的CIS芯片的感光原理和计数示意图；

图2是现有技术中基于SPAD的CIS芯片的电路图和工作原理图；

图3是本申请实施例提供的感光像素电路的电路结构图；

图4是本申请实施例提供的感光像素电路的具体电路结构图之一；

图5a是本申请实施例提供的图4所示感光像素电路在低光照环境下的感光工作原理图；

图5b是本申请实施例提供的图4所示感光像素电路在高光照环境下的感光工作原理图；

图6是本申请实施例提供的感光像素电路的具体电路结构图之二；

图7是本申请实施例提供的图6所示感光像素电路在高光照环境下的感光工作原理图；

图8是本申请实施例提供的图像传感器的硬件结构图；

图9是本申请实施例提供的电子设备的硬件结构图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

为使本申请实施例更为清楚，下面先对本申请实施例中涉及的相关背景技术知识作如下介绍：

目前，单光子雪崩晶体管SPAD广泛采用在直接飞行时间(direct Time-of-Flight，dToF)图像传感器CIS芯片中，其主要像素(Pixel)电路结构及工作原理如图2所示。

其中，SPAD与常规CIS像素中使用的PPD并无结构上的不同，只是偏置电压(VDD-VSS)较高使得PPD工作在了雪崩效应区(Avalanche Region)。SPAD相比于PPD，有着极高的敏感度，每一个光子(Photon)照射在SPAD上均会激发出相应的电学信号。在图2所示的典型SPAD像素结构中，SPAD收到光子产生脉冲信号Vc，通过反相器(NOT gate，也可叫非门)整流后形成方波脉冲信号Vp；与电源电压VDD相连的PMOS晶体管开关相当于可变电阻，主要是控制流经SPAD的脉冲信号大小防止Vc信号过大或过小；Vp信号连接一个计数器(Counter)，理论上，每一个光子被SPAD接收后计数器会计数一次，N个光子到达SPAD，则计数器计数N次。

在不同种类的CIS中，SPAD目前主要应用在dToF类CIS产品中，作为红外/近红外3D深感相机的接收端芯片。近年来，研究人员开始研究将SPAD取代PPD作为普通可见光RGB相机CIS的像素感光元件。由于SPAD具有单光子感应级别的超高敏感度，基于SPAD的CIS芯片在极夜场景中有着超越人眼的成像能力。

由于SPAD的超高敏感度即单光子响应，在作为传统CIS的感光器件的时候会出现如图1所示的问题：

当在低光照环境下，例如在小于10勒克斯(Lux)照度的暗光下，由于环境中的光子数目较少，因此基于SPAD的CMOS单光子图像传感器像素可以准确记录感应到的光子。例如，当有3个光子依次入射至SPAD像素上时，会产生3个方波信号，像素内的计数器会计数3次。此时传感器像素接收到的光子数等于像素内计数器的计数。如果在高光照环境下，例如在大于500Lux的高光下，由于环境中的光子数目非常多，因此基于SPAD的CMOS单光子图像传感器像素无法准确记录感应到的光子数目；其主要原因是大量光子依次入射至SPAD像素上时，会产生一个连续的方波信号，而像素内的计数器只计数方波的数量，因此此种情形下入射的光子数会远大于像素内计数器的计数。因此，当基于SPAD的CMOS单光子图像传感器拍摄光影变化复杂的图像，如有高光有阴影时，会出现图1右侧所示的问题，即某些低光照部分的像素输出的计数器计数和某些高光照部分的像素输出的计数器计数相同。此问题会导致后端图像处理软件无法识别哪些像素感应的是高光照，哪些像素是感应低光照，从而造成感光成像错误。

本申请实施例针对基于SPAD的CMOS单光子图像传感器像素在高光下产生的计数错误，也叫过饱和错误，提出一种可以调节像素敏感度的感光像素电路方案。通过干预像素敏感度调整，解决基于SPAD的CMOS单光子图像传感器像素在高光下产生的错误计数问题，使得CMOS单光子图像传感器能够在低光照和高光照环境中均能够正确感光。

下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本申请实施例提供的感光像素电路、图像传感器和电子设备进行详细地说明。

请参见图3，图3为本申请实施例提供的感光像素电路的电路结构图，如图3所示，该感光像素电路包括开关元件、单光子雪崩晶体管SPAD、敏感度调节模块和计数模块；

其中，所述开关元件的第一端用于连接第一电压，所述开关元件的第二端用于接入开关控制信号，所述开关元件的第三端连接所述单光子雪崩晶体管SPAD的第一端，所述单光子雪崩晶体管SPAD的第二端用于连接第二电压，所述第二电压小于所述第一电压；

所述敏感度调节模块的第一输入端连接所述单光子雪崩晶体管SPAD的第一端以在所述开关控制信号控制所述开关元件断开的情况下获取初始光感应信号，所述敏感度调节模块的第二输入端用于接入敏感度控制信号，所述敏感度调节模块的输出端连接所述计数模块的输入端，所述计数模块的输出端用于输出像素感光信号；

所述敏感度控制信号用于控制所述敏感度调节模块在第一工作状态和第二工作状态之间切换；所述感光像素电路在所述敏感度调节模块处于所述第一工作状态的情况下具有第一光敏感度，所述感光像素电路在所述敏感度调节模块处于所述第二工作状态的情况下具有第二光敏感度，所述第一光敏感度大于所述第二光敏感度。

本申请实施例中，为了实现基于单光子雪崩晶体管SPAD的感光像素电路在高光照环境下也能够较准确地计数入射光子数，而不会出现高光照环境下计数与低光照环境下计数相同的问题，在现有SPAD像素架构的基础上增加敏感度调节模块(SensitivityAdjustment Block)，此模块位于SPAD器件输出信号与数字计数器模块之间；且该敏感度调节模块可在外部控制信号即敏感度控制信号的作用下切换工作状态以调节光敏感度，例如，敏感度调节模块可在高光照环境下处于第一工作状态以降低光敏感度，并可在低光照环境下处于第二工作状态以提高光敏感度或保持高光敏感度，从而实现跟随入射光子数，输出相应数量的方波信号，确保计数模块对入射光子数进行较为准确地计数，进而保证后端图像处理软件能够准确识别高光照像素和低光照像素，正确感光成像。

具体地，如图3所示，本申请实施例中提出的基于SPAD的感光像素电路包括开关元件、单光子雪崩晶体管SPAD、敏感度调节模块和计数模块。

其中，所述开关元件可以采用MOS管实现，例如可以是PMOS，也可以是NMOS，当选择PMOS时，PMOS的源极接第一电压，第一电压可以是电源电压VDD，漏极连接SPAD的阴极，栅极则接入开关控制信号φ

所述开关元件可以在所述开关控制信号的控制作用下，处于断开或导通状态，所述单光子雪崩晶体管SPAD则在所述开关元件断开时进行感光，产生初始光感应信号Vc，并输入所述敏感度调节模块，以及在所述开关元件导通时重置，也就是说，所述开关控制信号可以用于控制感光时间，在需要感光时，所述开关控制信号输出为使所述开关元件断开的电压信号，在不需要感光或感光完成时，所述开关控制信号输出为使所述开关元件导通的电压信号。

所述敏感度调节模块位于所述SPAD的输出信号与所述计数模块之间，其第一输入端连接所述SPAD的阳极，第二输入端接入敏感度控制信号Φ

在感光时，所述SPAD的阳极输出初始光感应信号Vc，该初始光感应信号Vc为脉冲电压信号，所述敏感度调节模块用于对初始光感应信号Vc进行整形或比较，输出第二光感应信号Vb，该第二光感应信号Vb为脉冲信号，如为方波信号，并可在所述敏感度控制信号φ

具体地，所述敏感度控制信号Φ

当通过开关控制信号Φ

在实际应用中，所述开关控制信号Φ

通过此种设计，可以有效地调整SPAD像素的光敏感度，通过像素敏感度调整可使得所述感光像素电路在不同的光照环境下均输出正确像素感光信号。

可选地，在所述开关控制信号控制所述开关元件断开的情况下，所述敏感度调节模块根据所述初始光感应信号和所述敏感度控制信号生成第二光感应信号，所述计数模块根据所述第二光感应信号生成所述像素感光信号并通过所述计数模块的输出端输出。

具体地，在所述开关元件为如图3所示的PMOS管的情况下，所述开关控制信号Φ

所述敏感度调节模块则获取所述SPAD产生的所述初始光感应信号Vc，并在所述敏感度控制信号的作用下，生成第二光感应信号Vb，具体地，输入所述敏感度调节模块的初始光感应信号Vc可以在所述敏感度控制信号的干涉作用下，调节输出的第二光感应信号Vb中的方波数量。所述计数模块则根据所述第二光感应信号Vb生成像素感光信号，具体可以是通过对所述第二光感应信号Vb的方波进行计数生成所述像素感光信号，也即所述像素感光信号可以是计数信号，最终通过所述计数模块的输出端输出。

该实施方式中，敏感度调节模块可根据SPAD产生的初始光感应信号和敏感度控制信号生成第二光感应信号，进而通过计数模块输出像素感光信号，实现感光控制逻辑。

可选地，所述敏感度控制信号为脉冲信号，改变所述敏感度控制信号的频率以控制所述敏感度调节模块在所述第一工作状态和所述第二工作状态之间切换。

一种实施方式中，所述敏感度控制信号Φ

例如，如图5a和图5b所示，所述敏感度控制信号φ

在实际应用中，所述敏感度控制信号Φ

其中，所述预设亮度阈值可以是界定低光照环境和高光照环境的阈值，如为200Lux，即高于阈值为高光照环境，低于则为低光照环境，也可以是界定高光照环境和非高光照环境的阈值，如为500Lux，即高于阈值为高光照环境，低于阈值不为高光照环境，具体还可根据实际需要设定区分不同等级的光照环境的阈值。

需说明的是，该实施方式中，在高光照环境下，入射光子的数量众多且连贯性强，如图1和图2所示，非门的输出信Vp在连续的光子入射SPAD器件时会连续保持在高电平，此时通过提高所述敏感度控制信号φ

但需注意的是，在高光照环境下时，所述敏感度控制信号Φ

该实施方式中，SPAD像素的敏感度调节通过脉冲数字信号Φ

可选地，所述敏感度调节模块包括非门和与门；

所述非门的输入端连接所述单光子雪崩晶体管SPAD的第一端，所述非门的输出端连接所述与门的第一输入端，所述与门的第二输入端用于接入所述敏感度控制信号，所述与门的输出端连接所述敏感度调节模块的输出端。

如图4所示，一种实施方式中，所述敏感度调节模块可以由一个非门(NOT Gate)和一个与门(AND Gate)构成。其中，所述非门的输入端接入所述SPAD器件的输出信号，即初始光感应信号Vc，所述非门对所述初始光感应信号Vc反相后输出第一光感应信号Vp，所述第一光感应信号Vp为方波脉冲(Pulse)信号；所述与门的输入信号为所述第一光感应信号Vp和所述敏感度控制信号φ

一些实施例中，所述敏感度控制信号Φ

该实施方式，像素的敏感度调节模块为纯数字电路设计并且放置在SPAD像素电路处理链路中，与SPAD器件制程、光学结构、工作原理无关，不会影响其它像素模块的工作，且只需通过对敏感度控制信号Φ

进一步地，所述敏感度控制信号为第一脉冲信号的情况下，所述敏感度调节模块处于所述第一工作状态；在所述敏感度控制信号为第二脉冲信号的情况下，所述敏感度调节模块处于所述第二工作状态；所述第一脉冲信号的脉冲频率低于所述第二脉冲信号的脉冲频率。

在一些实施例中，对于图4所示的感光像素电路设计方案，所述敏感度控制信号Φ

具体地，在所述敏感度控制信号Φ

例如，在第一光照环境下，可以调节所述敏感度控制信号Φ

该实施方式中，SPAD像素的敏感度调节可通过脉冲信号的频率改变实现，类似于脉冲频率调制PFM达成敏感度的调节，调节原理简单可操作性强。

进一步地，所述敏感度调节模块处于所述第一工作状态的情况下，所述敏感度调节模块在单位时间内接收到的所述敏感度控制信号中包含的脉冲个数为M；所述敏感度调节模块处于所述第二工作状态的情况下，所述敏感度调节模块在单位时间内接收到的所述敏感度控制信号中包含的脉冲个数为N，M和N均为正整数，且M小于N。

在另一些实施例中，对于图4所示的感光像素电路设计方案，所述敏感度控制信号Φ

具体地，在所述敏感度调节模块在单位时间内接收到的所述敏感度控制信号Φ

例如，在第一光照环境下，可以调节所述敏感度控制信号Φ

该实施方式中，SPAD像素的敏感度调节可通过脉冲信号单位时间内的脉冲个数改变实现，调节原理简单可操作性强。

可选地，在所述开关控制信号控制所述开关元件断开，且所述敏感度控制信号为持续高电平信号的情况下，所述敏感度调节模块处于所述第一工作状态；

在所述开关控制信号控制所述开关元件断开，且所述敏感度控制信号为包含多个脉冲的脉冲信号的情况下，所述敏感度调节模块处于所述第二工作状态。

即一种实施方式中，所述敏感度控制信号Φ

此情况下SPAD像素的光敏感度的调节原理可如图5a所示。当处于低光照环境下时，SPAD像素接收到的光子数目较少，此时需要调节SPAD像素的光敏感度至高敏感度阶段，具体做法为在单位曝光时间内，如开关控制信号Φ

该实施方式中，所述敏感度控制信号Φ

此情况下SPAD像素敏感度的调节原理可如图5b所示。当处于高光照环境下时，SPAD像素接受到的光子数目非常多，此时需要降低SPAD像素的敏感度，其具体做法可以为改变所述敏感度控制信号Φ

需注意的是，在高光照环境下时，所述敏感度控制信号Φ

图4所示的实施例具有以下优点：基于SPAD的感光像素电路可以进行像素敏感度的调节以针对不同光照下的图像拍摄，在高光照条件下拍摄不会产生明显的计数错误；像素的敏感度调节模块为纯数字电路设计并且放置在SPAD像素电路处理链路中，与SPAD器件制程、光学结构、工作原理无关，不会影响其它像素模块的工作；SPAD像素的敏感度调节通过单一数字信号Φ

可选地，所述敏感度调节模块根据所述初始感光信号和所述敏感度控制信号运算生成第二光感应信号；所述计数模块记录所述第二光感应信号中的脉冲个数以生成所述像素感光信号。

具体地，所述感光像素电路在所述开关元件处于断开状态下开始感光，所述SPAD在光子的照射下产生初始光感应信号Vc，所述敏感度调节模块则获取所述SPAD产生的所述初始光感应信号Vc，并通过与所述敏感度控制信号Φ

该实施方式中，敏感度调节模块可根据SPAD产生的初始光感应信号和敏感度控制信号运算生成第二光感应信号，进而通过计数模块输出像素感光信号，实现感光控制逻辑。

可选地，在环境光亮度低于亮度阈值的情况下，通过所述敏感度控制信号控制所述敏感度调节模块工作于所述第一工作状态；在环境光亮度高于亮度阈值的情况下，通过所述敏感度控制信号控制所述敏感度调节模块工作于所述第二工作状态。

在实际应用中，可根据环境光亮度情况，通过所述敏感度控制信号控制所述敏感度调节模块工作在对应工作状态，以实现所述感光像素电路根据环境光亮度改变光敏感度，进而保证输出的像素感光信号准确，能够反应实际环境光中入射的光子数。

具体地，可在低光照环境下，如环境光亮度低于亮度阈值的情况下，通过所述敏感度控制信号控制所述敏感度调节模块工作于所述第一工作状态，以保证较高的光敏感度；在高光照环境下，如环境光亮度较高高于所述亮度阈值的情况下，通过所述敏感度控制信号控制所述敏感度调节模块工作于所述第二工作状态，以适当降低光敏感度。

其中，所述亮度阈值可以是界定低光照环境和高光照环境的阈值，如为200Lux，即高于阈值为高光照环境，低于阈值则为低光照环境，也可以是界定高光照环境和非高光照环境的阈值，如为500Lux，即高于阈值为高光照环境，低于阈值不为高光照环境，具体还可根据实际需要设定区分不同等级的光照环境的阈值。

可选地，所述敏感度控制信号为模拟信号，改变所述敏感度控制信号的电压大小以控制所述敏感度调节模块在所述第一工作状态和所述第二工作状态之间切换。

另一种实施方式中，所述敏感度控制信号Φ

例如，如图7所示，所述敏感度控制信号Φ

在实际应用中，所述敏感度控制信号Φ

该实施方式中，SPAD像素的敏感度调节通过模拟电压信号Φ

可选地，所述敏感度调节模块包括比较器；

所述比较器的第一输入端连接所述单光子雪崩晶体管SPAD的第一端，所述比较器的第二输入端接入所述敏感度控制信号，所述比较器的输出端连接所述敏感度调节模块的输出端。

如图6所示，另一种实施方式中，所述敏感度调节模块可以采用一个基于运算放大器(Operational Amplifier)的比较器(Comparator，CMP)实现。所述比较器的输入信号为所述SPAD器件输出的初始光感应信号Vc和敏感度控制信号Φ

一些实施例中，所述敏感度控制信号Φ

该实施方式，像素的敏感度调节模块为模拟电路设计并且放置在SPAD像素电路处理链路中，与SPAD器件制程、光学结构、工作原理无关，不会影响其它像素模块的工作，且只需通过对敏感度控制信号Φ

可选地，所述比较器为同相比较器，降低所述敏感度控制信号的电压，使所述敏感度调节模块工作于所述第一工作状态；增大所述敏感度控制信号的电压，使所述敏感度调节模块工作于所述第二工作状态；

所述比较器为反相比较器，增大所述敏感度控制信号的电压，使所述敏感度调节模块工作于所述第一工作状态；降低所述敏感度控制信号的电压，使所述敏感度调节模块工作于所述第二工作状态。

在实际应用中，所述敏感度控制信号Φ

具体实现时，可以鉴于所述比较器的工作原理，根据环境光亮度，调节所述敏感度控制信号Φ

具体地，所述比较器为同相比较器，在所述初始感光信号的电压大于所述敏感度控制信号的电压的情况下，所述比较器输出的第二光感应信号为高电平；在所述初始感光信号的电压小于或等于所述敏感度控制信号的电压的情况下，所述比较器输出的第二光感应信号为低电平；所述计数模块根据所述第二光感应信号生成所述像素感光信号。

或者，所述比较器为反相比较器，在所述初始感光信号的电压小于所述敏感度控制信号的电压的情况下，所述比较器输出的第二光感应信号为高电平；在所述初始感光信号的电压大于或等于所述敏感度控制信号的电压的情况下，所述比较器输出的第二光感应信号为低电平；所述计数模块根据所述第二光感应信号生成所述像素感光信号。

即一种情况下，所述比较器为同相比较器，其工作模式为：当SPAD输出的初始光感应信号Vc大于或等于所述敏感度控制信号Φ

在此情况下，可以通过降低所述敏感度控制信号Φ

例如，当环境光亮度低于所述预设亮度阈值，即在低光照环境下时，可以尽量调低所述敏感度控制信号Φ

当环境光亮度高于所述预设亮度阈值，即在高光照环境下时，可以调高所述敏感度控制信号Φ

此情况下SPAD像素敏感度的调节原理可如图7所示。在此案例中，当所述初始光感应信号Vc大于或等于所述敏感度控制信号Φ

另一种情况下，所述比较器的工作模式为：当SPAD输出的所述初始光感应信号Vc小于所述敏感度控制信号Φ

在此情况下，可以通过增大所述敏感度控制信号Φ

例如，当环境光亮度低于所述预设亮度阈值，即在低光照环境下时，可以尽量调高所述敏感度控制信号Φ

当环境光亮度高于所述预设亮度阈值，即在高光照环境下时，可以调低所述敏感度控制信号Φ

具体地，当所述敏感度控制信号Φ

同图4所示实施方式类似，在高光照环境下时，所述敏感度控制信号Φ

图6所示的实施例具有以下优点：基于SPAD像素的感光像素电路可以进行像素敏感度的调节以针对不同光照下的图像拍摄，在高光照条件下拍照不会产生明显的计数错误；像素的敏感度调节模块为模拟电路设计并且放置在SPAD像素电路处理链路中，与SPAD器件制程、光学结构、工作原理无关，不会影响其它像素模块的工作；SPAD像素的敏感度调节通过单一模拟信号Φ

本申请实施例中的感光像素电路，包括：开关元件、单光子雪崩晶体管、敏感度调节模块和计数模块；其中，所述开关元件的第一端用于连接第一电压，所述开关元件的第二端用于接入开关控制信号，所述开关元件的第三端连接所述单光子雪崩晶体管的第一端，所述单光子雪崩晶体管的第二端用于连接第二电压，所述第二电压小于所述第一电压；所述敏感度调节模块的第一输入端连接所述单光子雪崩晶体管的第一端以在所述开关控制信号控制所述开关元件断开的情况下获取初始光感应信号，所述敏感度调节模块的第二输入端用于接入敏感度控制信号，所述敏感度调节模块的输出端连接所述计数模块的输入端，所述计数模块的输出端用于输出像素感光信号；所述敏感度控制信号用于控制所述敏感度调节模块在第一工作状态和第二工作状态之间切换；所述感光像素电路在所述敏感度调节模块处于所述第一工作状态的情况下具有第一光敏感度，所述感光像素电路在所述敏感度调节模块处于所述第二工作状态的情况下具有第二光敏感度，所述第一光敏感度大于所述第二光敏感度。这样，通过在基于单光子雪崩晶体管的感光像素电路中增加可通过敏感度控制信号控制工作状态的敏感度调节模块，可实现感光像素电路的光敏感度可调节，从而在实际应用中，能够根据实际环境入射的光子数控制敏感度控制信号的工作状态以调节光敏感度，保证感光像素电路能够准确识别高光照像素和低光照像素，进而提高图像拍摄效果。

请参见图8，本申请实施例还提供一种图像传感器，包括前述实施例中介绍的感光像素电路。

可选地，如图8所示，所述图像传感器包括多个所述感光像素电路，多个所述感光像素电路阵列设置；

所述图像传感器还包括控制器，所述控制器用于生成所述敏感度控制信号，所述控制器与多个所述感光像素电路的所述敏感度调节模块的第二输入端连接。

如图8所示，所述图像传感器中的多个所述感光像素电路阵列设置，构成SPAD像素阵列，所述图像传感器中的控制器包括行控制器和列控制器，且所述图像传感器还可以包括读取电路和端口电路。由SPAD像素组成的像素阵列被行和列控制器控制进行感光、光电转换和信号输出，像素输出的信号由读取电路读取后经由端口电路输出至芯片外。图8中同时展示了一个感光像素电路即SPAD像素结构的设计案例，每个像素包含了控制器(Controller)、11比特数字计数器(11bit Digital Counter)、SPAD器件、敏感度调节模块，以及一个读出电路(Readout)。当激励信号到达控制器后，控制器控制SPAD进行光电转换并由数字计数器进行计数，计数的结果由读出电路读取后输出为像素输出信号。

SPAD像素的光敏感度由一个敏感度控制信号Φ

需说明的是，本实施例作为与图3所示实施例对应的图像传感器的实施方式，其具体实施方式可以参见前述实施例中的相关介绍，且能达到相同的技术效果，为避免重复，此处不再赘述。

请参见图9，本申请实施例还提供一种电子设备，包括图8所示实施例中介绍的图像传感器。

进一步地，所述电子设备包括N个压缩相机模组(Compact Camera Module，CCM)，每个所述CCM中设置有一个所述图像传感器；每个所述图像传感器均连接中央处理器中的图像信号处理ISP模块。

图像传感器CIS芯片作为一个感光元器件，是压缩相机模组CCM的核心组成部件。目前以手机为代表的一个典型移动式通信设备的系统结构如图9所示。其中可以设置有N个CCM模块系统，每一个CCM模块中均配备一个CIS芯片，且CIS芯片均通过端口链接与中央处理器如应用处理器(Application Processor，AP)或系统芯片(System on Chip，SoC)中的ISP模块进行双向通信。AP/SoC向每一个CCM中的CIS芯片发出控制信号，CIS生成图像信号后回传至ISP模块进行后端处理。

需说明的是，本实施例作为与图3所示实施例对应的电子设备的实施方式，其具体实施方式可以参见前述实施例中的相关介绍，且能达到相同的技术效果，为避免重复，此处不再赘述。

上述电子设备可以是终端，也可以为除终端之外的其他设备。示例性的，电子设备可以为手机、平板电脑、笔记本电脑、掌上电脑、车载电子设备、移动上网装置(MobileInternet Device，MID)、增强现实(augmented reality，AR)/虚拟现实(virtual reality，VR)设备、机器人、可穿戴设备、超级移动个人计算机(ultra-mobile personal computer，UMPC)、上网本或者个人数字助理(personal digital assistant，PDA)等，还可以为服务器、网络附属存储器(Network Attached Storage，NAS)、个人计算机(personal computer，PC)、电视机(television，TV)、柜员机或者自助机等，本申请实施例不作具体限定。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。此外，需要指出的是，本申请实施方式中的方法和装置的范围不限按示出或讨论的顺序来执行功能，还可包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序来执行功能，例如，可以按不同于所描述的次序来执行所描述的方法，并且还可以添加、省去、或组合各种步骤。另外，参照某些示例所描述的特征可在其他示例中被组合。

上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。