本公開涉及傳感器，尤其是一種傳感器像素單元、信號處理裝置和電子設備。

背景技術：

1、圖像傳感器已經被廣泛地應用在數碼相機、移動手機、醫療、汽車、無人機和機器識別等領域，特別是制造互補型金屬氧化物半導體(complementary?metal?oxidesemiconductor，cmos)圖像傳感器技術的快速發展，使人們對圖像傳感器的輸出圖像品質有了更高的要求。cmos圖像傳感器依據信號采集方式，可分為兩種類別：一種方式是，對像素設定曝光時長進而測量電壓信號變化量的方式；第二種方式是，對像素設定電壓變化量進而測量曝光時長的方式，這種圖像傳感器稱為脈沖序列式圖像傳感器。在像素的工作過程中，每次對像素進行復位會帶來隨機的復位噪聲，像素信號從像素讀出至列級電路的傳輸路徑中也會引入噪聲和誤差。

技術實現思路

1、本公開實施例提供一種傳感器像素單元、信號處理裝置和電子設備。

2、本公開實施例的一個方面，提供一種傳感器像素單元，包括：光電二極管、電荷緩存模塊、第一輸出模塊和第二輸出模塊；

3、所述光電二極管，用于在曝光時長內接收光信號以產生光電電荷；

4、所述電荷緩存模塊，用于在達到曝光時長時對所述光電二極管產生的光電電荷進行存儲，并根據行選信號的控制將存儲的所述光電電荷輸入所述第一輸出模塊；

5、所述第一輸出模塊，用于根據從所述電荷緩存模塊接收的光電電荷產生第一信號并輸出；

6、所述第二輸出模塊，用于響應于所述光電二極管中產生的光電電荷量達到曝光閾值，輸出第二信號。

7、可選地，所述電荷緩存模塊包括第一電容、第二電容、第一開關晶體管和第二開關晶體管；

8、所述第一電容通過所述第一開關晶體管與所述光電二極管連接，響應于所述第一開關晶體管根據第一開關信號的控制導通，所述第一電容接收所述光電電荷并存儲；

9、所述第二電容通過所述第二開關晶體管與所述第一電容連接，響應于所述第二開關晶體管根據第二開關信號的控制導通，將所述第一電容中存儲的光電電荷讀取到所述第二電容。

10、可選地，還包括：復位晶體管；

11、所述復位晶體管的源極端和漏極端分別與電源信號和所述第二電容相連接，根據柵極端接收的復位信號控制所述復位晶體管導通時，控制所述光電二極管執行復位。

12、可選地，所述第一輸出模塊包括：源跟隨晶體管和讀出晶體管；

13、所述源跟隨晶體管的源極端與電源信號連接，漏極端與所述讀出晶體管連接，柵極端與所述電荷緩存模塊連接，用于跟隨所述電荷緩存模塊中存儲的光電電荷的變化量得到第一信號；

14、所述讀出晶體管的漏極端與所述源跟隨晶體管的漏極端連接，源極端作為像素單元的第一輸出端，柵極端接收行選信號，響應于所述讀出晶體管根據行選信號的控制導通，通過所述第一輸出端輸出所述第一信號。

15、可選地，所述第二輸出模塊包括模式控制晶體管、比較器和脈沖讀出控制電路；

16、所述模式控制晶體管用于連通所述光電二極管與所述比較器，根據模式控制信號的控制導通；

17、所述比較器用于判斷所述光電電荷量是否達到曝光閾值，響應于所述光電電荷量達到曝光閾值，觸發所述比較器的輸出信號執行翻轉，并將翻轉后的輸出信號輸入所述脈沖讀出控制電路；

18、所述脈沖讀出控制電路根據所述翻轉后的輸出信號向外部仲裁模塊發出脈沖請求信號，響應于所述外部仲裁模塊反饋高電平的允許信號，輸出所述第二信號。

19、可選地，所述脈沖讀出控制電路包括：第一邏輯電路、第二邏輯電路和第三開關晶體管；

20、所述第一邏輯電路，用于接收所述比較器的輸出信號和所述允許信號，輸出第三信號到所述第三開關晶體管和所述第二邏輯電路，控制所述第三開關晶體管是否導通；

21、所述第三開關晶體管的源極端與電源信號連接，漏極端作為請求輸出端，柵極端接收所述第三信號；響應于所述第三信號為低電平，所述第三開關晶體管導通，通過所述請求輸出端輸出高電平的脈沖請求信號；

22、所述第二邏輯電路，用于接收所述第三信號和所述允許信號，響應于所述允許信號為高電平，且所述第三信號為高電平，輸出所述第二信號。

23、可選地，所述第一邏輯電路包括：非門、第一與非門、第二與非門和第三與非門；

24、所述非門的輸入端接收所述允許信號，所述非門的輸出端與所述第二與非門的第二輸入端連接；

25、所述第一與非門的第一輸入端接收所述比較器的輸出信號，所述第一與非門的第二輸入端與所述第二與非門的輸出端連接，所述第一與非門的輸出端與所述第二與非門的第一輸入端以及所述第三與非門的第二輸入端連接；

26、所述第三與非門的第一輸入端接收所述比較器的輸出信號，輸出端輸出所述第三信號。

27、可選地，所述第二邏輯電路包括：第四與非門、第五與非門和第四開關晶體管；

28、所述第四與非門的第一輸入端接收所述第三信號，所述第四與非門的第二輸入端與所述第五與非門的輸出端連接，所述第四與非門的輸出端與所述第五與非門的第一輸入端以及所述第四開關晶體管的漏極端連接；

29、所述第五與非門的第二輸入端接收所述允許信號；

30、所述第四開關晶體管的柵極端接收所述允許信號，所述第四開關晶體管的源極端作為所述第二邏輯電路的輸出端，響應于所述允許信號為高電平，通過所述第四開關晶體管的源極端輸出所述第二信號。

31、可選地，所述光電二極管、所述電荷緩存模塊和所述第一輸出模塊制備在第一芯片上，所述第二輸出模塊制備在第二芯片上；所述第一芯片設置在所述第二芯片上層，所述第一芯片與所述第二芯片之間銅互聯。

32、本公開實施例的另一個方面，提供一種信號處理裝置，包括：由n列m行上述任一項實施例所述的傳感器像素單元組成的像素陣列、定時曝光電路、脈沖編碼電路和雙模數據融合模塊；m、n分別為大于1的整數；

33、所述像素陣列，用于根據所述定時曝光電路的控制逐行輸出第一信號；

34、所述定時曝光電路，用于按照曝光周期，控制所述像素陣列中的所述傳感器像素單元逐行輸出所述第一信號，并將所述第一信號處理為第一編碼信號后輸入所述雙模數據融合模塊；

35、所述脈沖編碼電路，用于在所述曝光周期內，當所述傳感器像素單元中累計的光電電荷達到曝光閾值時，記錄達到曝光閾值的所述傳感器像素單元的行地址信息、列地址信息和曝光時間信息并進行處理，將處理得到的像素地址編碼和脈沖編碼信號輸入所述雙模數據融合模塊；

36、所述雙模數據融合模塊，用于基于所述第一編碼信號、所述像素地址編碼和所述脈沖編碼信號，確定對應所述像素陣列的圖像信息。

37、可選地，所述定時曝光電路設置在第二芯片上的第一位置，所述脈沖編碼電路和所述雙模數據融合模塊設置在第二芯片上的第二位置；所述第一位置與所述第二位置之間的距離大于預設距離。

38、可選地，所述定時曝光電路設置在第二芯片上，所述脈沖編碼電路和所述雙模數據融合模塊設置在第三芯片上。

39、可選地，所述定時曝光電路包括行驅動控制模塊、列讀出模塊和第一編碼模塊；

40、所述行驅動控制模塊，用于為所述像素陣列中的傳感器像素單元逐行提供行選信號、第二開關信號和復位信號，并為所述像素陣列提供第一開關信號和模式控制信號；

41、所述列讀出模塊，用于讀取所述像素陣列逐行輸出的第一信號并進行處理，并將得到的第四信號發送給所述第一編碼模塊；

42、所述第一編碼模塊，用于對所述第四信號進行編碼處理，得到所述第一編碼信號。

43、可選地，所述脈沖編碼電路包括行仲裁模塊、列地址編碼器、行地址編碼器和第二編碼模塊；

44、所述行仲裁模塊接收所述像素陣列中傳感器像素單元逐行發出的脈沖請求信號，并根據所述傳感器像素單元對應的優先級反饋允許信號，所述傳感器像素單元根據所述允許信號輸出第二信號；

45、所述列地址編碼器根據接收的所述第二信號，記錄發出所述第二信號的傳感器像素單元的列地址信息并進行編碼，得到列地址編碼；

46、所述行地址編碼器根據所述行仲裁模塊發出的所述允許信號，記錄接收所述允許信號的傳感器像素單元的行地址信息并進行編碼，得到行地址編碼，記錄接收所述允許信號的時間信息并發送給所述第二編碼模塊；

47、所述第二編碼模塊，用于對所述列地址編碼和所述行地址編碼進行處理，得到所述像素地址編碼，并基于所述時間信息得到所述脈沖編碼信號。

48、可選地，所述雙模數據融合模塊在一個所述曝光周期內，響應于所述脈沖編碼電路輸出所述像素地址編碼和所述脈沖編碼信號，將所述像素地址編碼和所述脈沖編碼信號緩存到緩存空間；

49、響應于所述定時曝光電路控制所述像素陣列中第一行傳感器像素單元輸出n個所述第一編碼信號，根據n個所述第一編碼信號對應的行地址信息和所述像素地址編碼，確定第一行所述傳感器像素單元對應的k個所述脈沖編碼信號；通過k個所述脈沖編碼信號替換所述像素地址編碼對應的所述第一信號，基于替換后的所述脈沖編碼信號和未替換的所述第一編碼信號，確定所述像素陣列對應的一行圖像信息。

50、可選地，所述雙模數據融合模塊，還用于在所述定時曝光電路控制所述像素陣列中第一行傳感器像素單元輸出n個所述第一編碼信號后，判斷第一行所述傳感器像素中是否存在輸出第二信號的傳感器像素單元，當存在輸出所述第二信號的傳感器像素單元，將所述傳感器像素單元對應的第一編碼信號替換為脈沖編碼信號；基于替換后的所述脈沖編碼信號和未替換的所述第一編碼信號，確定所述像素陣列對應的一行圖像信息。

51、本公開實施例的又一個方面，提供一種電子設備，包括：處理器，以及與所述處理器通信連接的存儲器，還包括上述任一項實施例所述的傳感器像素單元或上述任一項實施例所述的信號處理裝置；

52、所述存儲器存儲計算機執行指令；

53、所述處理器執行所述存儲器存儲的計算機執行指令，以控制所述傳感器像素單元或所述信號處理裝置。

54、可選地，所述電子設備被納入為以下任意一項：圖像數據采集設備，音/視頻播放器，導航設備，娛樂設備，通信設備，路側交通設施，機動交通工具中的設備，工業檢測設備，飛行設備，醫療設備，安防設備。

55、基于本公開上述實施例提供的傳感器像素單元、信號處理裝置和電子設備，包括：光電二極管、電荷緩存模塊、第一輸出模塊和第二輸出模塊；所述光電二極管，用于在曝光時長內接收光信號以產生光電電荷；所述電荷緩存模塊，用于在達到曝光時長時對所述光電二極管產生的光電電荷進行存儲，并根據外部信號的控制將存儲的所述光電電荷輸入所述第一輸出模塊；所述第一輸出模塊，用于根據從所述電荷緩存模塊接收的光電電荷產生第一信號并輸出；所述第二輸出模塊，用于響應于所述光電二極管中產生的光電電荷量達到曝光閾值，輸出第二信號。本公開實施例提供的傳感器像素單元通過第一輸出模塊輸出第一信號，通過第二輸出模塊輸出第二信號，實現將脈沖序列成像和全局定時曝光成像結合在一個像素單元中，在不增加光電二極管數量的前提下實現拓寬了圖像傳感器動態范圍。

56、下面通過附圖和實施例，對本公開的技術方案做進一步的詳細描述。