能耗與圖像質(zhì)量成比例的圖像傳感器的制造方法
【專利說明】能耗與圖像質(zhì)量成比例的圖像傳感器 睛川宜量
[0002] 有時(shí)不必捕捉高分辨率的圖像和/或高帖率的圖像序列，即使在相機(jī)/圖像傳感 器能夠捕捉比所需要的每圖像和/或每次像素更多的像素時(shí)。例如，一些應(yīng)用僅需要讓圖 像或圖像序列的要素（諸如顯著特征）被捕捉W供處理等，而不是捕捉大量像素。一個(gè)運(yùn) 樣的應(yīng)用是連續(xù)移動(dòng)視覺，其一般設(shè)及實(shí)時(shí)地捕捉及處理進(jìn)行中的用戶視覺體驗(yàn)。
[0003] 在移動(dòng)系統(tǒng)中廣泛使用的當(dāng)代圖像傳感器和個(gè)人計(jì)算機(jī)是能量不成比例的；即， 當(dāng)帖率、分辨率和/或每像素的位數(shù)被降低時(shí)，能耗并不成比例地減少，并且事實(shí)上，每像 素的能量通常與圖像質(zhì)量成反比地顯著增加。運(yùn)導(dǎo)致低效操作，即使在圖像傳感器W低輸 出圖像質(zhì)量進(jìn)行操作時(shí)。例如，諸如計(jì)算機(jī)視覺的相機(jī)應(yīng)用和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用不能W質(zhì)量來 換取改善的電池壽命。
[0004] SM
[0005] 提供本概述W便W簡(jiǎn)化形式介紹將在W下的詳細(xì)描述中進(jìn)一步描述的一些代表 性概念的選集。本概述不旨在標(biāo)識(shí)出所要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵特征或必要特征，也不旨在 W限制所要求保護(hù)的主題的范圍的任何方式來使用。
[0006] 簡(jiǎn)而言之，本文中所述的主題的各方面設(shè)及將策略數(shù)據(jù)與可變圖像質(zhì)量數(shù)據(jù)匹配 W使得圖像傳感器電路的能耗與輸出圖像質(zhì)量更成比例的技術(shù)。運(yùn)包括控制圖像傳感器電 路的一個(gè)或多個(gè)可控節(jié)電機(jī)制的操作?？蒞基于圖像質(zhì)量數(shù)據(jù)而采用的節(jié)電機(jī)制可W包 括：時(shí)鐘、關(guān)斷不需要的組件的能力、在捕捉各順序帖之間將圖像傳感器電路置于待機(jī)模式 的帖間待機(jī)模式、具有不同能量使用屬性的可選擇的并行模擬鏈，和/或允許關(guān)斷與傳感 器陣列中不需要的列對(duì)應(yīng)的電路的列電路。
[0007] 在一個(gè)方面，圖像傳感器電路包括傳感器控制邏輯，其被配置成處理圖像質(zhì)量參 數(shù)集W節(jié)省圖像傳感器電路產(chǎn)生的能耗?？刂七壿嫽趨?shù)集來控制圖像傳感器電路的一 個(gè)或多個(gè)節(jié)能機(jī)制。
[0008] 在一個(gè)方面，描述了接收包括一個(gè)或多個(gè)圖像質(zhì)量相關(guān)參數(shù)的參數(shù)集。參數(shù)集可 W被用來確定使圖像傳感器電路進(jìn)入待機(jī)模式W及在下一帖之前從待機(jī)模式喚醒圖像傳 感器電路的定時(shí)。在捕捉帖之際，基于該定時(shí)進(jìn)入待機(jī)模式；圖像傳感器電路基于該定時(shí)被 喚醒并且另一個(gè)帖被捕捉。
[0009] 結(jié)合附圖閱讀W下【具體實(shí)施方式】，本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)會(huì)變得顯而易見。 W10]附圖簡(jiǎn)沐
[0011] 作為示例而非限制，在附圖中示出了本發(fā)明，附圖中相同的附圖標(biāo)記指示相同或 相似的元素，附圖中：
[0012] 圖1是根據(jù)一個(gè)示例實(shí)施例示出包括可控的節(jié)能組件的圖像傳感器電路的各示 例組件的框圖。
[0013] 圖2是根據(jù)一個(gè)示例實(shí)施例示出如何對(duì)圖像傳感器電路的各示例性組件控制功 率的框圖。
[0014] 圖3是根據(jù)一個(gè)示例實(shí)施例示出被配置用于從具有不同能耗屬性的多個(gè)模擬鏈 中選擇一個(gè)模擬鏈的異構(gòu)模塊的框圖。
[0015] 圖4是根據(jù)一個(gè)示例實(shí)施例對(duì)如何選擇性地每列驅(qū)動(dòng)列電路的表示。
[0016] 圖5是根據(jù)一個(gè)示例實(shí)施例的示出可被采取W使得圖像傳感器電路與圖像質(zhì)量 更加能量成比例的示例步驟的流程圖。
[0017] 圖6是表示可并入本文中所描述的主題的各方面的示例計(jì)算環(huán)境的框圖。 W化]詳細(xì)描沐
[0019] 本文中所述技術(shù)的各方面一般設(shè)及允許在圖像傳感器電路的能耗和輸出圖像質(zhì) 量間進(jìn)行有價(jià)值的折衷一個(gè)或多個(gè)可控機(jī)制。W此方式，由圖像傳感器電路消耗的功率與 輸出圖像質(zhì)量更加成比例（其中"成比例"并不必是線性的）。
[0020] 在一個(gè)方面，給定針對(duì)圖像傳感器的所指定的輸出質(zhì)量，策略數(shù)據(jù)（例如，軟件和 /或硬編碼的策略數(shù)據(jù)）控制一個(gè)或多個(gè)機(jī)制來實(shí)現(xiàn)更低的能耗。策略數(shù)據(jù)可W被實(shí)現(xiàn)為 一般出于節(jié)能/減少功耗的目的基于收到的參數(shù)來確定如何操作圖像傳感器組件的規(guī)則、 數(shù)據(jù)表、邏輯等的任意集合。硬件特征可W被實(shí)現(xiàn)在圖像傳感器電路中，從而使能耗可W按 對(duì)使用該傳感器輸出的程序（例如，應(yīng)用）透明的方式被進(jìn)一步改進(jìn)。
[0021] 應(yīng)當(dāng)理解，本文中的任何示例均是非限制的。例如，本文中所提供的等式等僅僅是 示例，并且其他等式可W提供相同或相近的結(jié)果。因此，本發(fā)明不限制于在此描述的任何具 體的實(shí)施例、方面、概念、結(jié)構(gòu)、功能或示例。相反，本文中所描述的任何一個(gè)實(shí)施例、方面、 概念、結(jié)構(gòu)、功能或示例都是非限制性的，并且一般而言可W在計(jì)算和成像技術(shù)中提供好處 和優(yōu)點(diǎn)的各種方式來使用本發(fā)明。
[0022] 圖1示出示例圖像傳感器電路102(例如，在相機(jī)中），其包括時(shí)鐘104和傳感器 控制邏輯106(例如，順序狀態(tài)機(jī)、微控制器和/或計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中的任意一個(gè)或多個(gè)）。 如本文中所述，在控制接口108處收到的程序性輸入等基于控制圖像傳感器電路102功耗 的策略數(shù)據(jù)來提供各種參數(shù)。手動(dòng)輸入（例如，經(jīng)由按壓相機(jī)上的按鈕）和/或內(nèi)部編程/ 邏輯也可W控制功耗，例如，如果相機(jī)電池電量變低，舉例而言降低的圖像質(zhì)量可W被預(yù)編 程W在下次充電之前延長(zhǎng)剩余的電池電力。
[0023] 傳感器控制邏輯106控制各自禪合到傳感器陣列116的行控制邏輯110和列控制 邏輯112 (禪合至放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器114i-l143 (出于解說目的僅僅示出=個(gè)））。控制邏 輯106還可W控制經(jīng)由數(shù)據(jù)接口 120輸出經(jīng)處理數(shù)據(jù)的圖像傳感器118的操作。
[0024] 在一個(gè)方面，通過控制內(nèi)建時(shí)鐘或控制外部施加的時(shí)鐘可W實(shí)現(xiàn)精密時(shí)鐘控制； (注意，圖1將時(shí)鐘示出為圖像傳感器電路102的一部分，并且可W被認(rèn)為是圖像傳感器電 路102或內(nèi)部或外部的一部分）。
[00對(duì)時(shí)鐘104表示主時(shí)鐘和/或像素時(shí)鐘，其可被調(diào)整成在指定的帖率和分辨率下實(shí) 現(xiàn)更低的功耗。注意，在多數(shù)當(dāng)代設(shè)備中，像素時(shí)鐘從主時(shí)鐘推導(dǎo)出其頻率，但是可W被提 供獨(dú)立控制。因此，如本文中所述的"時(shí)鐘"頻率設(shè)及主時(shí)鐘和/或獨(dú)立時(shí)的像素時(shí)鐘，并 且還設(shè)及在通過從主時(shí)鐘頻率推導(dǎo)出像素時(shí)鐘頻率使像素時(shí)鐘頻率取決于主時(shí)鐘頻率時(shí) 的像素時(shí)鐘。
[00%] 例如，各組件可W被外部主時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)，該外部主時(shí)鐘可W被設(shè)置在大的頻率范圍 內(nèi)的任何頻率處，諸如從6MHz到30MHz。主時(shí)鐘控制圖像處理器的數(shù)字邏輯的速度和數(shù)字 控制器。在一個(gè)實(shí)現(xiàn)中，由主時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)的像素時(shí)鐘控制圖像傳感器多快地讀出像素；在每一 個(gè)像素時(shí)鐘周期讀出一個(gè)像素。像素時(shí)鐘可W被設(shè)置成等于主時(shí)鐘；或者可W被設(shè)置成使 得像素時(shí)鐘周期等于主時(shí)鐘周期的倍數(shù)。更高的速度允許傳感器W不同的速度處理帖，但 消耗顯著更多的能量。
[0027] 驅(qū)動(dòng)從傳感器讀出像素的像素時(shí)鐘可W被設(shè)置成是主時(shí)鐘頻率的分?jǐn)?shù)。像素時(shí)鐘 分頻可W通過傳感器寄存器來設(shè)置。像素時(shí)鐘接近主時(shí)鐘的功耗，運(yùn)允許系統(tǒng)設(shè)計(jì)者對(duì)忍 片使用相同的主時(shí)鐘，同時(shí)允許出于曝光目的而降低時(shí)鐘速度。
[0028] 為了確定與能耗相關(guān)的更加理想的時(shí)鐘頻率，本文中所述的是基于包括曝光時(shí) 間、帖率和/或分辨率的（諸）參數(shù)來計(jì)算更優(yōu)時(shí)鐘頻率W降低功耗。為了該計(jì)算可W使 用下面的等式。
[0029]當(dāng)代移動(dòng)系統(tǒng)不改變其圖像傳感器的時(shí)鐘頻率0。然而，因?yàn)闀r(shí)鐘是外部供應(yīng)的， 可能要經(jīng)由附加的硬件（諸如連接至圖像傳感器上的外部時(shí)鐘輸入的可編程振蕩器）對(duì)其 進(jìn)行改變。
[0030] 改變時(shí)鐘頻率對(duì)圖像傳感器的效率具有顯著影響，并且事實(shí)上，測(cè)量顯示1??和P Sgi(分別是處于空閑模式和活躍模式中的圖像傳感器的功耗）兩者隨著幾乎線性地增加。 下面列出了功率狀態(tài)和頻率之間的關(guān)系，其中Bi、曰2、Cl和C2是傳感器相關(guān)常數(shù)。
[003*1] P空巧二日1?f+日2 (1)
[003引