图像传感器中光信号的采集方法、电路、设备和介质

技术领域

本公开涉及图像传感器技术，尤其是一种图像传感器中光信号的采集方法、电路、设备和介质。

背景技术

图像传感器已经被广泛地应用在数码相机、移动手机、医疗、汽车、无人机和机器识别等领域，特别是制造互补型金属氧化物半导体(Complementary Metal OxideSemiconductor，CMOS)图像传感器技术的快速发展，使人们对图像传感器的输出图像品质有了更高的要求。

发明内容

根据本公开实施例的一个方面，提供了一种图像传感器中光信号的采集方法、电路、设备和介质。

根据本公开实施例的一个方面，提供了一种图像传感器中光信号的采集方法，包括：

根据上一帧信号对应的评估结果，确定用于对当前帧信号进行采集的采集电路的器件组中控制开关的状态；

响应于所述控制开关处于闭合状态，通过所述采集电路的器件组中多个电容收集所述当前帧信号所产生的光电电荷；其中，所述器件组中包括光电二极管、至少一个电容和所述控制开关；

基于所述多个电容的收集所述光电电荷产生的电势变化，输出所述当前帧信号的目标信号。

可选地，还包括：

通过量化电路和评估电路对所述目标信号进行处理，确定所述当前帧信号的评估结果；

基于所述当前帧信号的评估结果，确定下一帧信号进行采集时所述采集电路的器件组中所述控制开关的状态。

可选地，所述根据上一帧信号对应的评估结果，确定用于对当前帧信号进行采集的采集电路的器件组中控制开关的状态，包括：

响应于所述评估结果为量化值过低，确定所述控制开关断开，结束所述上一帧信号的量化处理；

响应于所述评估结果为量化值过高，确定所述控制开关闭合，结束所述上一帧信号的量化处理；

响应于所述评估结果为所述量化值在预设范围内，不变更所述控制开关的状态，并继续处理上一帧信号传输的量化值。

可选地，所述器件组还包括复位晶体管，所述器件组中的至少一个电容包括：辅助电容，以及所述辅助晶体管与所述复位晶体管的公共有源区；

所述光电二极管的阳极接地，阴极与配置为所述控制开关的辅助晶体管连接；

所述辅助晶体管的源极与所述光电二极管的阴极连接，漏极与所述复位晶体管的源极连接；

所述辅助电容的一端接地，另一端与所述公共有源区连接；

所述通过所述采集电路的器件组中多个电容收集所述当前帧信号所产生的光电电荷，包括：

通过所述光电二极管将光信号转换为光电电荷；

利用所述光电二极管、所述辅助晶体管、所述辅助电容和所述公共有源区存储所述光电电荷。

可选地，所述采集电路还包括栅极与所述光电二极管和所述辅助晶体管的源极连接的源跟随晶体管，以及漏极与所述源跟随晶体管的源极连接、源极为所述采集电路输出端的像素选择晶体管；所述源跟随晶体管的漏极与电源连接；

所述基于所述多个电容的收集所述光电电荷产生的电势变化，输出所述当前帧信号的目标信号，包括：

根据所述器件组收集的所述光电电荷，确定所述器件组中光电二极管的电势变化；

通过所述源跟随晶体管根据探测到的所述器件组的电势变化，得到电势信号；

通过所述像素选择晶体管根据外部控制信号的控制，输出所述目标信号。

可选地，所述通过量化电路和评估电路对所述目标信号进行处理，确定所述当前帧信号的评估结果，包括：

通过所述量化电路对所述目标信号进行量化处理，得到所述当前帧信号对应的量化值；

通过所述评估电路对所述量化值进行评估，确定所述量化值是否在预设范围内。

可选地，所述目标信号包括如下信号中的至少一种：脉冲信号、电势信号和具有限位的数值。

根据本公开实施例的另一方面，提供了一种图像传感器中光信号的采集电路，包括：包含控制开关的器件组和辅助电路；

所述器件组，用于根据上一帧信号对应的评估结果，确定用于对当前帧信号进行采集的所述器件组中的所述控制开关的状态；响应于所述控制开关处于闭合状态，通过所述器件组中的多个电容收集所述当前帧信号所产生的光电电荷；

所述辅助电路，用于基于所述器件组的收集所述光电电荷产生的电势变化，输出所述当前帧信号的目标信号。

可选地，所述器件组包括：光电二极管PD、配置为所述控制开关的辅助晶体管DCG、复位晶体管RX和辅助电容Cap；

所述光电二极管PD的阳极接地，阴极与所述辅助晶体管DCG的源极连接；

所述辅助晶体管DCG的源极与所述光电二极管PD的阴极连接，漏极与所述复位晶体管RX的源极连接；

所述辅助电容Cap的一端接地，另一端与所述辅助晶体管DCG和所述复位晶体管RX的公共有源区PD2连接；

所述复位晶体管RX与所述辅助晶体管DCG具有公共有源区PD2，并且通过所述公共有源区PD2与所述辅助电容Cap相连接，所述复位晶体管RX的漏极与供电电源连接。

可选地，所述光电二极管PD，配置为接收光信号以产生光电电荷；

所述复位晶体管RX，漏极连接供电电源，配置为根据外部控制信号，对所述光电二极管PD和所述辅助电容Cap进行复位操作；

所述器件组在所述控制开关处于闭合状态时，基于所述光电二极管PD、所述辅助晶体管DCG、所述辅助电容Cap和所述公共有源区PD2收集所述光电电荷；在所述控制开关处于断开状态时，基于所述光电二极管PD收集所述光电电荷。

可选地，所述辅助电路包括：栅极与所述光电二极管PD和所述辅助晶体管DCG的源极连接的源跟随晶体管SF，以及漏极与所述源跟随晶体管SF的源极连接、源极为所述采集电路输出端的像素选择晶体管SX；所述源跟随晶体管SF的漏极与电源连接。

可选地，所述器件组根据收集所述光电电荷产生电势变化；

所述源跟随晶体管SF探测并跟随所述器件组中所述光电二极管PD的电势变化，得到电势信号；

所述像素选择晶体管SX根据外部控制信号的控制，输出所述目标信号。

可选地，所述目标信号包括如下信号中的至少一种：脉冲信号、电势信号和具有限位的数值。

根据本公开实施例的又一方面，提供了一种电子设备，包括：处理器，以及与所述处理器通信连接的存储器，还包括上述任一实施例所述的图像传感器中光信号的采集电路；

所述存储器存储计算机执行指令；

所述处理器执行所述存储器存储的计算机执行指令，以控制所述图像传感器中光信号的采集电路实现上述任一实施例所述的方法。

可选地，所述电子设备包括以下任意一项：相机、摄像头、音/视频播放器、导航设备、固定位置终端、娱乐设备、智能手机、通信设备、移动设备、交通工具或设施、工业设备、医疗设备、安防设备、飞行设备、家电设备。

根据本公开实施例的还一方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，当所述指令被执行时，使得计算机执行上述任一实施例所述的方法。

根据本公开实施例的再一方面，提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，其中，所述计算机程序在被处理器执行时实现上述任一实施例所述的方法。

基于本公开上述实施例提供的一种图像传感器中光信号的采集方法、电路、设备和介质，通过根据评估结果确定控制开关的状态，根据控制开关控制器件组中的一个电容或多个电容进行电荷采集，在通过多个电容进行电荷采集时，增大了电荷采集能力，适用于较强光图像信号的采集工作，提高了像素的感光动态范围；解决了不同光环境图像信号采集的问题。

下面通过附图和实施例，对本公开的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同描述一起用于解释本公开的原理。

参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，其中：

图1为本公开一实施例中图像传感器中光信号的采集电路示意图；

图2为本公开一实施例中采集电路的势阱示意图；

图3为本公开一实施例中采集电路输出的电势信号的响应曲线；

图4是本公开一示例性实施例提供的图像传感器中光信号的采集方法的流程示意图；

图5是本公开一示例性实施例提供的图像传感器中光信号的采集电路的结构示意图；

图6是本公开另一示例性实施例提供的图像传感器中光信号的采集电路的结构示意图；

图7是本公开一示例性实施例提供的一可选示例中光信号采集过程中的时序状态变化示意图；

图8a是本公开一示例性实施例提供的控制开关断开时采集电路的势阱示意图；

图8b是本公开一示例性实施例提供的控制开关闭合时采集电路的势阱示意图；

图9是本公开一示例性实施例提供的采集电路输出的电势信号在不同光强环境下的响应曲线；

图10图示了根据本公开实施例的电子设备的框图。

具体实施方式

下面，将参考附图详细地描述根据本公开的示例实施例。显然，所描述的实施例仅仅是本公开的一部分实施例，而不是本公开的全部实施例，应理解，本公开不受这里描述的示例实施例的限制。

应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。

本领域技术人员可以理解，本公开实施例中的“第一”、“第二”等术语仅用于区别不同步骤、设备或模块等，既不代表任何特定技术含义，也不表示它们之间的必然逻辑顺序。

还应理解，在本公开实施例中，“多个”可以指两个或两个以上，“至少一个”可以指一个、两个或两个以上。

还应理解，对于本公开实施例中提及的任一部件、数据或结构，在没有明确限定或者在前后文给出相反启示的情况下，一般可以理解为一个或多个。

另外，本公开中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本公开中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。本公开中所指数据可以包括文本、图像、视频等非结构化数据，也可以是结构化数据。

还应理解，本公开对各个实施例的描述着重强调各个实施例之间的不同之处，其相同或相似之处可以相互参考，为了简洁，不再一一赘述。

同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

CMOS图像传感器依据信号采集方式，可分为两种类别：一种方式是，对像素设定曝光时长进而测量电压信号变化量的方式；第二种方式是，对像素设定电压变化量进而测量曝光时长的方式，此种图像传感器称为脉冲序列式图像传感器。在本申请一实施例中，脉冲序列式图像传感器的光信号采集，采用三晶体管结构，采集电路示意图如图1所示。PD0为光电二极管，RX0为复位晶体管，SF0为源跟随晶体管，SX0为像素选择晶体管。图1所示，Vdd为电源端，Vpix0为像素信号输出端，外接信号处理电路进行信号处理；GND为器件衬底电势0V；其中100标记PD0和RX0器件组。脉冲序列式图像传感器像素的工作原理是，通过开启RX0，对PD0进行复位，而后关闭RX0，PD0开始曝光并收集光电电荷，PD0电势下降；开启SX0像素被选定，外接信号处理电路探测到Vpix0端电势，如未达到预设值Vth，则PD0继续曝光，如达到预设值Vth，则开启RX0对PD0进行复位，而后关闭RX0，PD0开始曝光，进行下一帧工作。该脉冲序列式图像传感器像素工作器件组100的势阱示意图，如图2所示。图2中，200为电源Vdd的势阱示意图，201为PD0的势阱示意图，Vpd0_reset为PD0的复位电势，PD0曝光，201内收集到光电电荷，电势从Vpd0_reset降低到Vpd0，Cpd0标记为PD0的电容。图3为图1和图2所示像素结构量化信号脉冲操作，像素信号输出端Vpix0所输出电势与时间t的关系示意图。图3所示，其中202曲线，表征在弱光环境下像素工作状态，预设值为Vth01的Vpix0端电势随时间t的响应曲线。203曲线，表征在强光环境下像素工作状态，预设值为Vth02的Vpix0端电势随时间t的响应曲线，并且Vth01大于Vth02。从图3可知，该脉冲序列式图像传感器像素所能探测最强光的响应曲线为203曲线，即每个量化信号脉冲所量化的值均为1。该脉冲序列式图像传感器像素所能探测最强光的能力，与图2所示的Cpd0成正比。由此可见，该脉冲序列式图像传感器像素所能探测最强光的能力，即像素感光采集光信号的动态范围受到PD0的电容大小约束，很难探测到更强光，例如夏季正午太阳光下的更多图像细节。

图4是本公开一示例性实施例提供的图像传感器中光信号的采集方法的流程示意图。本实施例可应用在电子设备上，如图4所示，包括如下步骤：

步骤410，根据上一帧信号对应的评估结果，确定用于对当前帧信号进行采集的采集电路的器件组中控制开关的状态。

可选地，采集电路中至少包括器件组，器件组用于采集光信号并基于光信产生光电电荷，并存储光电电荷，以达到光信号采集的功能。

步骤420，响应于控制开关处于闭合状态，通过采集电路的器件组中多个电容收集当前帧信号所产生的光电电荷。

其中，器件组中至少包括光电二极管、至少一个电容和控制开关。

可选地，还可以包括，响应于控制开关处于断开状态，通过器件组中的光电二极管收集当前帧信号所产生的光电电荷。

一些可选示例中，通过器件组中的控制开关控制通过器件组中的一个或多个电容对光电电荷进行收集，使光强较强的情况下，通过多个电容存储光电电荷，提升了收集光电电荷的能力，可以探测到更强光，实现在光强较强的情况下体现更多的图像细节。

步骤430，基于多个电容的收集光电电荷产生的电势变化，输出当前帧信号的目标信号。

可选地，目标信号可以包括如下信号中的至少一种：脉冲信号、电势信号和具有限位的数值等。

基于本公开上述实施例提供的一种图像传感器中光信号的采集方法，通过根据评估结果确定控制开关的状态，根据控制开关控制器件组中的一个电容或多个电容进行电荷采集，在通过多个电容进行电荷采集时，增大了电荷采集能力，适用于较强光图像信号的采集工作，提高了像素的感光动态范围；解决了不同光环境图像信号采集的问题。

在一些可选的实施例中，还可以包括：

通过量化电路和评估电路对目标信号进行处理，确定当前帧信号的评估结果；

基于当前帧信号的评估结果，确定下一帧信号进行采集时采集电路的器件组中控制开关的状态。

可选地，通过量化电路和评估电路对目标信号进行处理，确定当前帧信号的评估结果，可以包括：

通过量化电路对目标信号进行量化处理，得到当前帧信号对应的量化值；通过评估电路对量化值进行评估，确定量化值是否在预设范围内。

可选地，本实施例中，量化电路对目标信号进行量化处理，可选地，量化过程可以是按照预设阈值(根据实际场景设置的电势值)确定，达到该预设阈值的电势值量化为1，未达到该预设阈值的电势值量化为0，即，通过量化电路的量化可得到由1和0组成的电势序列，并且，从一个1到另一个1之间表示一帧信号，即，识别到量化值为1时，结束当前帧信号的量化处理；通过评估电路对当前帧信号对应的电势序列中0的数量进行评估，以电势序列中0的数量表示光强的强弱，例如，0的数量越多，说明光强越弱，0的数量越少，说明光强越强；本实施例中，当光强较强时，控制控制开关闭合，当光强较弱时，控制控制开关断开，以解决不同光强下的光电电荷采集问题。

在一些可选地实施例中，步骤410可以包括：

响应于评估结果为量化值过低，确定控制开关断开，结束上一帧信号的量化处理；

响应于评估结果为量化值过高，确定控制开关闭合，结束上一帧信号的量化处理；

响应于评估结果为量化值在预设范围内，不变更控制开关的状态，并继续处理上一帧信号传输的量化值。

当然，该实施例同样适用于基于当前帧信号的评估结果，确定下一帧信号的控制开关状态。

本实施例中，量化值过低是指量化得到的电势序列中两个1之间的0的数量较多，例如，预设范围表示0的数量在第一阈值到第二阈值(具体第一阈值和第二阈值的取值可根据应用场景进行设置，第一阈值小于第二阈值)之间，那么，当电势序列中0的数量大于第二阈值时，可确定为量化值过低，此时，表示光强较弱，断开控制开关，通过器件组中的光电二极管对当前帧信号进行光电电荷采集；当电势序列中0的数量小于第一阈值时，可确定为量化值过高，此时，表示光强较强，闭合控制开关，通过器件组中的多个电容对当前帧信号进行光电电荷采集；当电势序列中0的数量在预设范围内时，表示当前控制开关的状态是合适的，控制开关的状态不变，继续上一帧信号的量化处理。

在一些可选实施例中，由上一帧信号中控制开关的状态不同，可包括以下两种情况：

第一类情况，控制开关(例如，通过辅助晶体管实现)处于闭合状态。如量化值过低(指在最长曝光时长内，采集电路的输出端输出的目标信号仍没有达到预设阈值，量化值中0的数量过多)，则结束本帧信号量化，断开控制开关，启动下一帧信号量化工作；量化值过高，指两次量化值达到预设阈值(即，量化值为1)的电势值之间较接近(例如，两个1之间没有间隔或只间隔一个或两个0等)，则结束本帧信号量化，启动下帧信号量化工作；量化值符合预期，指量化值过低和量化值过高之外的情况，量化电路继续量化本帧信号，控制开关的状态保持不变。

第二类情况，控制开关处于断开状态。量化值过低，则结束本帧信号量化，启动下帧信号量化工作；量化值过高，闭合控制开关，启动下帧信号量化工作；量化值符合预期，量化电路继续量化本帧信号，控制开关的状态保持不变。

在一些可选的实施例中，器件组还包括复位晶体管，器件组中的至少一个电容包括：辅助电容，以及辅助晶体管与复位晶体管的公共有源区；

光电二极管的阳极接地，阴极与配置为控制开关的辅助晶体管连接；

辅助晶体管的源极与光电二极管的阴极连接，漏极与复位晶体管的源极连接；

辅助电容的一端接地，另一端与公共有源区连接；

步骤420可以包括：

通过光电二极管将光信号转换为光电电荷；

利用光电二极管、辅助晶体管、辅助电容和公共有源区存储光电电荷。

可选地，辅助电容可以为金属-金属电容，也可以是MOS晶体管电容。

本实施例通过辅助晶体管作为控制开关，当辅助晶体管处于关闭状态(控制开关断开)，适用于光强较弱强度的图像光信号采集，像素感光灵敏度与现有技术相比保持不变；辅助晶体管处于开启状态(控制开关闭合)，光电二极管与辅助电容连通，光电二极管将光信号转换为光电电荷，并且因接收光信号而收集光电电荷，得到的光电电荷中的部分电荷得到分流，由辅助电容、辅助晶体管的沟道、以及公共有源区辅助收集并存储，因此辅助晶体管处于开启状态时器件组收集光电电荷的能力得到提升，像素感光灵敏度得到压缩，适用于强度较高的图像光信号采集。

可选地，采集电路还包括栅极与光电二极管和辅助晶体管的源极连接的源跟随晶体管，以及漏极与源跟随晶体管的源极连接、源极为采集电路输出端的像素选择晶体管；源跟随晶体管的漏极与电源连接；

基于多个电容的收集光电电荷产生的电势变化，输出当前帧信号的目标信号，包括：

根据器件组收集的光电电荷，确定器件组中光电二极管的电势变化；

通过源跟随晶体管根据探测到的器件组的电势变化，得到电势信号；

通过像素选择晶体管根据外部控制信号的控制，输出目标信号。

本实施例中，由于光电电荷的累加，器件组的电势会产生变化，源跟随晶体管的栅极端与光电二极管连接，并且跟随光电二极管的电势变化，得到电势信号，像素选择晶体管根据外部控制信号的控制选择是否输出目标信号，外部控制信号可以为外部时钟电路，基于外部时钟电路可以定时发送信号控制像素选择晶体管输出目标信号，目标信号可以是脉冲信号、电势信号和具有限位的数值等中的任意一种或多种信号。

本公开实施例提供的任一种图像处理方法可以由任意适当的具有数据处理能力的设备执行，包括但不限于：终端设备和服务器等。或者，本公开实施例提供的任一种图像处理方法可以由处理器执行，如处理器通过调用存储器存储的相应指令来执行本公开实施例提及的任一种图像处理方法。下文不再赘述。

图5是本公开一示例性实施例提供的图像传感器中光信号的采集电路的结构示意图。如图5所示，本实施例提供的电路包括：包含控制开关的器件组51和辅助电路52；

器件组51，用于根据上一帧信号对应的评估结果，确定用于对当前帧信号进行采集的器件组中的控制开关的状态；响应于控制开关处于闭合状态，通过器件组中的多个电容收集当前帧信号所产生的光电电荷。

辅助电路52，用于基于器件组的收集光电电荷产生的电势变化，输出当前帧信号的目标信号。

基于本公开上述实施例提供的一种图像传感器中光信号的采集电路，通过根据评估结果确定控制开关的状态，根据控制开关控制器件组中的一个电容或多个电容进行电荷采集，在通过多个电容进行电荷采集时，增大了电荷采集能力，适用于较强光图像信号的采集工作，提高了像素的感光动态范围；解决了不同光环境图像信号采集的问题。

图6是本公开另一示例性实施例提供的图像传感器中光信号的采集电路的结构示意图。如图6所示，在该实施例中，器件组51包括：光电二极管PD、配置为控制开关的辅助晶体管DCG、复位晶体管RX和辅助电容Cap；

光电二极管PD的阳极接地，阴极与辅助晶体管DCG的源极连接；

辅助晶体管DCG的源极与光电二极管PD的阴极连接，漏极与复位晶体管RX的源极连接；可选地，辅助晶体管DCG的源极与光电二极管PD连接，漏极与复位晶体管RX的源极连接，栅极接评估电路根据评估结果输出的控制信号控制自身的开启和闭合。

辅助电容Cap的一端接地，另一端与辅助晶体管DCG和复位晶体管RX的公共有源区PD2连接；在硬件设置时，辅助晶体管DCG的漏极端和复位晶体管RX源极端连接构成公共有源区PD2，公共有源区PD2的反向PN结可视为电容，用于存储光电电荷。

复位晶体管RX与辅助晶体管DCG具有公共有源区PD2，并且通过公共有源区PD2与辅助电容Cap相连接，复位晶体管RX的另一端(漏极)与供电电源连接。

复位晶体管RX的源极与辅助晶体管DCG的漏极连接，栅极可以与外部时钟控制信号连接，根据外部时钟控制信号实现对光电二极管PD和辅助电容Cap进行复位。

辅助电路52包括：栅极与光电二极管PD和辅助晶体管DCG的源极连接的源跟随晶体管SF，以及漏极与源跟随晶体管SF的源极连接、源极为采集电路输出端Vpix的像素选择晶体管SX；源跟随晶体管SF的漏极与电源连接。

可选地，光电二极管PD，配置为接收光信号以产生光电电荷；

复位晶体管RX，漏极连接供电电源，配置为根据外部控制信号，对光电二极管PD和辅助电容Cap进行复位操作；

器件组51在控制开关处于闭合状态时，基于光电二极管PD、辅助晶体管DCG、辅助电容Cap和公共有源区PD2收集光电电荷；在控制开关处于断开状态时，基于光电二极管收集光电电荷。

在公开实施例中，当控制开关DCG处于闭合状态时，光电二极管PD接收光信号，将光信号转换为光电电荷，并将光电二极管PD转换得到的光电电荷存储在多个电容中，即，光电二极管PD、辅助晶体管DCG、辅助电容Cap和公共有源区PD2中，并在光电二极管PD的两端形成电势信号。在本实施例中，源跟随晶体管SF连接PD的一端，因此，源跟随晶体管SF可以在任意信号读出时刻，均可以从光电二极管PD读出电势信号，生成连续的脉冲信号并输出。相比于现有的非连续的、定帧率信号输出和非连续性的成像，本申请实施例可以读取到任意时刻的电势信号，生成连续的脉冲信号，用于实现图像信号的连续性。

图7是本公开一示例性实施例提供的一可选示例中光信号采集过程中的时序状态变化示意图。如图7所示，包括：电势信号输出端Vpix电势的曲线，复位晶体管RX、辅助晶体管DCG、像素选择晶体管SX及量化信号脉冲的时序示意图，其中RX、DCG、SX时序示意图中的高电平表征相应晶体管处于开启状态，量化信号脉冲的高电平脉冲表示采集像素信号操作。下面将对图7所示时序，进行详细说明。

图7所示，量化电路量化信号脉冲操作与像素选择晶体管SX时序脉冲保持一致，对复位晶体管RX给与高电平脉冲操作，光电二极管PD进行复位，输出端Vpix电势升高；随后，像素选择晶体管SX和量化信号脉冲的高电平脉冲，进行像素信号采集操作，第一个量化信号的脉冲标记为帧首脉冲，表征开始本帧信号量化；随着光电二极管PD不断收集光电电荷，输出端Vpix的电势信号不断降低，电势信号降低到预设阈值Vth时，量化信号脉冲采集到最后一次信号，标记为帧末脉冲，表征结束本帧信号量化。

图8a是本公开一示例性实施例提供的控制开关断开时采集电路的势阱示意图。如图8a所示，电源Vdd势阱200，公共有源区PD2和辅助电容Cap的势阱为302，其电容为Cap+Cpd2，光电二极管PD的势阱301，其电容为Cpd，其中复位晶体管RX和辅助晶体管DCG处于关闭状态(即，控制开关断开)，适用于较弱光图像信号采集和量化工作。势阱301内收集到感光电荷，光电二极管PD电势降低为Vpd。图8a所示势阱结构，所示势阱301的电容Cpd与现有技术的Cpd0保持一致，因此，感光灵敏度两者保持一致。

图8b是本公开一示例性实施例提供的控制开关闭合时采集电路的势阱示意图。如图8b所示，辅助晶体管DCG处于开启状态；光电二极管PD的势阱301与公共有源区PD2和辅助电容Cap的势阱302势阱连通；此时，总电容为Ccap+Cpd2+Cdcg+Cpd，Cdcg为辅助晶体管DCG的沟道电容，由此可见，采集电路的光电电荷收集能力大幅提高，光电电荷同时被收集在PD、DCG、PD2、Cap的电容中，因此适用于光强较强的光图像信号采集和量化工作。

图9是本公开一示例性实施例提供的采集电路输出的电势信号在不同光强环境下的响应曲线。如图9所示，并且在下方示出了量化电路量化信号脉冲的示意图。曲线600为预设阈值为Vth01的响应电势曲线，像素接收到较弱光信号，与现有技术中相同光强下的图3所示的曲线202一致；图3所示曲线203的相同光强下相对应的图9中曲线601(本实施例以更大电容存储光电电荷使曲线展开更宽、更稀疏，即可通过更密集的曲线来采集光强更强的光信号)，预设阈值为Vth02。结合图9，可知曲线602(相对601更密集的曲线)是最强光的像素信号Vpix的曲线，因此本发明像素可探知更高光强的图像信号。

本申请像素探测图像信号的感光动态范围得到提升，相对现有技术，扩大的倍数EHDR如下以下公式(1)所示：

EHDR＝(Ccap+Cpd2+Cdcg+Cpd)/Cpd   公式(1)

其中，EHDR感光动态范围提升的倍数；Ccap+Cpd2+Cdcg+Cpd为辅助晶体管DCG处于开启状态时，用于采集光电电荷的总电容；Cpd为光电电荷的电容。

可选地，器件组根据收集光电电荷产生电势变化；

源跟随晶体管SF探测并跟随器件组的电势变化，得到电势信号；

像素选择晶体管SX根据外部控制信号的控制，输出目标信号。

下面，参考图10来描述根据本公开实施例的电子设备。该电子设备可以是第一设备和第二设备中的任一个或两者、或与它们独立的单机设备，该单机设备可以与第一设备和第二设备进行通信，以从它们接收所采集到的输入信号。

图10图示了根据本公开实施例的电子设备的框图。

如图10所示，电子设备包括一个或多个处理器和存储器。

处理器可以是中央处理单元(CPU)或者具有数据处理能力和/或指令执行能力的其他形式的处理单元，并且可以控制电子设备中的其他组件以执行期望的功能。

存储器可以存储一个或多个计算机程序产品，所述存储器可以包括各种形式的计算机可读存储介质，例如易失性存储器和/或非易失性存储器。所述易失性存储器例如可以包括随机存取存储器(RAM)和/或高速缓冲存储器(cache)等。所述非易失性存储器例如可以包括只读存储器(ROM)、硬盘、闪存等。在所述计算机可读存储介质上可以存储一个或多个计算机程序产品，处理器可以运行所述计算机程序产品，以实现上文所述的本公开的各个实施例的图像传感器中光信号的采集方法以及/或者其他期望的功能。

在一个示例中，电子装置还可以包括：输入装置和输出装置，这些组件通过总线系统和/或其他形式的连接机构(未示出)互连。

此外，该输入装置还可以包括例如键盘、鼠标等等。

该输出装置可以向外部输出各种信息，包括确定出的距离信息、方向信息等。该输出装置可以包括例如显示器、扬声器、打印机、以及通信网络及其所连接的远程输出装置等等。

当然，为了简化，图10中仅示出了该电子设备中与本公开有关的组件中的一些，省略了诸如总线、输入/输出接口等等的组件。除此之外，根据具体应用情况，电子设备还可以包括任何其他适当的组件。

除了上述方法和设备以外，本公开的实施例还可以是计算机程序产品，其包括计算机程序指令，所述计算机程序指令在被处理器运行时使得所述处理器执行本说明书上述部分中描述的根据本公开各种实施例的图像传感器中光信号的采集方法中的步骤。

所述计算机程序产品可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本公开实施例操作的程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言，诸如Java、C++等，还包括常规的过程式程序设计语言，诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。

此外，本公开的实施例还可以是计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令在被处理器运行时使得所述处理器执行本说明书上述部分中描述的根据本公开各种实施例的图像传感器中光信号的采集方法中的步骤。

所述计算机可读存储介质可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以包括但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。

以上结合具体实施例描述了本公开的基本原理，但是，需要指出的是，在本公开中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本公开的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本公开为必须采用上述具体的细节来实现。

本说明书中各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似的部分相互参见即可。对于系统实施例而言，由于其与方法实施例基本对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

本公开中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。

可能以许多方式来实现本公开的方法和装置。例如，可通过软件、硬件、固件或者软件、硬件、固件的任何组合来实现本公开的方法和装置。用于所述方法的步骤的上述顺序仅是为了进行说明，本公开的方法的步骤不限于以上具体描述的顺序，除非以其它方式特别说明。此外，在一些实施例中，还可将本公开实施为记录在记录介质中的程序，这些程序包括用于实现根据本公开的方法的机器可读指令。因而，本公开还覆盖存储用于执行根据本公开的方法的程序的记录介质。

还需要指出的是，在本公开的装置、设备和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本公开的等效方案。

提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本公开。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本公开的范围。因此，本公开不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。

为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本公开的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。