本技術涉及圖像傳感器領域，特別是涉及一種圖像傳感器的像素陣列以及圖像傳感器的像素電路。

背景技術：

1、隨著圖像采集在消費、安防、醫療、車載等領域需求的日益增加，對于不同場景下的成像性能也提出了更高的要求。高動態范圍成像可以獲得場景中更多的細節和明暗對比。目前主要的hdr實現方式包括時域多幀合成、行交織、雙轉換增益(dual?conversiongain，dcg)和subpixel技術等。時域多幀合成和行交織hdr在不同采用時間采集不同幀，在快速運動的車載場景中極易造成運動偽影，存在安全隱患。dcg?hdr受限于滿阱容量，無法獲得較大的動態范圍增益。另外，使用高頻閃爍的led光源的物體，如信號燈，需要使曝光時長高于發光周期以避免捕捉到熄燈狀態，subpixel技術中的小型光電二極管通常設置長曝光以抑制led的閃爍。

2、現有的高動態范圍cmos圖像傳感器技術如圖1所示，采用了dcg+subpixel+lofic(橫向溢出集合電容)技術，包括正常光電二極管、單個小型光電二極管和像素內電容。通過切換dcg實現高低增益的轉換，使傳感器可以輸出同一時間采集的不同靈敏度的三張圖片，并在算法合成后獲得高hdr圖像。為了實現led閃爍抑制，小型光電二極管的曝光時長需要覆蓋led發光周期，通常小型光電二極管增加減透層以減少進光量，并將它和lofic組合起來，當電荷超過小型光電二極管的最大滿阱時，多余的電容會溢出到相鄰的lofic電容中以避免過曝。但對于需要短曝光時長的高亮信息，仍無法同時采集，需要采用多重曝光的方法，容易產生運動偽影。因此本實用新型意在設計一種可以同時采集超短曝光和長曝光圖片的超高動態范圍的圖像傳感器。

技術實現思路

1、有鑒于此，本實用新型提供一種圖像傳感器的像素電路，包括：第一感光單元，配置為在第一曝光時長內接收光信號以產生第一圖像信號；第一浮動擴散節點，連接至所述第一感光單元，以接收所述第一圖像信號；第一轉移晶體管，連接于所述第一感光單元與所述第一浮動擴散節點之間，以將所述第一圖像信號從所述第一感光單元轉移至所述第一浮動擴散節點；增益控制電路，連接于第一浮動擴散節點，以采集第二曝光時長下生成的第二圖像信號和采集第三曝光時長下生成的第三圖像信號，其中，第二曝光時長小于第一曝光時長小于第三曝光時長，并且，增益控制電路至少將第三圖像信號存儲于溢出單元后輸出，以使第二圖像信號通過第一轉移路徑輸出，第三圖像信號通過第二轉移路徑輸出；復位電路，連接于所述增益控制電路與第一電源電壓之間，以對所述第一浮動擴散節點、所述第一感光單元以及所述增益控制電路中的至少一者進行復位；讀出電路，連接于所述第一浮動擴散節點，配置為根據所述第一浮動擴散節點當前的電荷信號輸出電信號。

2、可選的，所述增益控制電路包括：增益控制晶體管，連接于所述第一浮動擴散節點，以根據增益控制信號切換不同增益模式；第二浮動擴散節點，連接于所述增益控制晶體管和所述復位電路之間，并通過所述增益控制晶體管耦合至所述第一浮動擴散節點；第一增益支路，連接于所述第二浮動擴散節點，以在所述第二曝光時長內采集所述第二圖像信號，并通過所述第一轉移路徑輸出所述第二圖像信號至所述第二浮動擴散節點；第二增益支路，連接于所述第二浮動擴散節點，以在所述第三曝光時長內采集所述第三圖像信號后存儲于所述溢出單元，并通過所述第二轉移路徑輸出所述第三圖像信號至所述第二浮動擴散節點。

3、可選的，所述第一增益支路包括：第二感光單元，在所述第二曝光時長內采集所述第二圖像信號；第二轉移晶體管，連接于所述第二感光單元與所述第一浮動擴散節點之間，用于將所述第二感光單元生成的所述第二圖像信號輸出至所述第二浮動擴散節點，以構成所述第一轉移路徑。

4、可選的，所述第一增益支路包括第二感光單元、第二轉移晶體管、第一溢出電容和第一量化晶體管；所述第二感光單元在所述第二曝光時長內采集所述第二圖像信號，所述第二轉移晶體管連接于所述第二感光單元，以將所述第二圖像信號輸出；所述第一溢出電容的一端連接于所述第二轉移晶體管與所述第一量化晶體管之間，另一端連接地電位或可變電位，所述第一量化晶體管還連接于第二浮動擴散節點；所述第一溢出電容用于在所述第二曝光時長內將所述第二圖像信號進行存儲，以構成所述溢出單元，所述第一溢出電容還用于通過所述第一量化晶體管將所述第二圖像信號輸出至所述第二浮動擴散節點，以構成所述第一轉移路徑。

5、可選的，第二增益支路包括第三感光單元、第三轉移晶體管、第二溢出電容和第二量化晶體管；所述第三感光單元在所述第三曝光時長內采集所述第三圖像信號，所述第三轉移晶體管連接于所述第三感光單元，以將所述第三圖像信號輸出；所述第二溢出電容的一端連接于所述第三轉移晶體管與所述第二量化晶體管之間，另一端連接地電位或可變電位，所述第二量化晶體管還連接于第二浮動擴散節點；所述第二溢出電容用于在所述第三曝光時長內將所述第三圖像信號進行存儲，以構成所述溢出單元，所述第二溢出電容還用于通過所述第二量化晶體管將所述第三圖像信號輸出至所述第二浮動擴散節點，以構成所述第二轉移路徑。

6、可選的，所述復位電路包括復位晶體管，其控制端接收復位控制信號，第一端連接所述第一電源電壓，第二端連接至所述第一浮動擴散節點；和/或，所述讀出電路至少包括源跟隨晶體管和選擇晶體管，所述源跟隨晶體管的控制端連接至所述第一浮動擴散節點，第一端連接至第二電源電壓，第二端連接所述選擇晶體管的第一端，所述選擇晶體管的控制端接收選控信號，第二端連接至列線。

7、本技術還提供一種圖像傳感器的像素陣列，包括：第一感光單元、第二感光單元和第三感光單元，其中，所述第一感光單元的滿阱容量大于所述第二感光單元的滿阱容量大于等于所述第三感光單元的滿阱容量，且所述第二感光單元的曝光時長小于所述第一感光單元的曝光時長小于所述第三感光單元的曝光時長。

8、可選的，所述第一感光單元沿第一方向和第二方向排列于所述像素陣列中，其中，所述第一方向垂直于所述第二方向；在所述第一方向上，所述第二感光單元與所述第三感光單元位于相鄰的所述第一感光單元之間，在所述第二方向上，所述第二感光單元與所述第三感光單元依次交替排列。

9、可選的，所述第一感光單元按行與列排列于所述像素陣列中，所述第二感光單元位于所述第一感光單元的頂點上，所述第三感光單元位于所述第一感光單元的中心。

10、可選的，每個所述第一感光單元由n2個具有相同濾色器的像素組成，所述第二感光單元位于所述第一感光單元的頂點上，所述第三感光單元位于所述第一感光單元的中心。

11、與現有技術相比，本技術至少具有如下突出的優點：

12、本技術通過增益控制電路獲取短曝光下的圖像信息以及長曝光下的圖像信息，并結合第一感光單元產生的正常曝光下的圖像信息，將多個同時段的信號進行線性化結合，進而獲得信號高動態范圍輸出；同時，當采集到的電荷信號超過小型光電二極管的最大滿阱容量時，容易導致過曝，通過在增益控制電路中設置溢出電容，使得多余的電荷信號會溢出到相鄰的溢出電容中，在避免過曝的基礎上進一步提升動態范圍。