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TWI805358B - 影像感測器晶片及其感測方法 - Google Patents

影像感測器晶片及其感測方法 Download PDF

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TWI805358B
TWI805358B TW111117632A TW111117632A TWI805358B TW I805358 B TWI805358 B TW I805358B TW 111117632 A TW111117632 A TW 111117632A TW 111117632 A TW111117632 A TW 111117632A TW I805358 B TWI805358 B TW I805358B
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TW111117632A
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Inventor
謝志成
邱岷洋
Original Assignee
國立清華大學
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Publication date
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Abstract

本發明提供一種影像感測器晶片及其感測方法。影像感測器晶片包括像素單元。每一個像素單元包括重置開關、取樣開關、光感測元件、電容以及輸出電路。取樣開關耦接於重置開關與光感測元件之間。電容耦接於取樣開關與輸出電路之間。輸出電路將光感測元件不同幀期間中的多個感測結果之間的差異所對應的差異資訊輸出至對應讀出線。取樣開關在曝光期間中具有導通時間長，以及在讀出與清除期間中具有截止時間長。導通時間長與截止時間長的比例相關於光感測元件的電容值與電容的電容值的比例。

Description

影像感測器晶片及其感測方法
本發明是有關於一種影像感測電路，且特別是有關於一種影像感測器晶片及其感測方法。
動態視覺影像感測技術的實現方式可分為兩大方式：基於事件(event-based)偵測型與基於幀(frame-based)運算型。無論如何，現有影像感測器的像素陣列不會對感測結果(在一個幀期間中所產生的感測資料幀)進行處理(例如幀差異運算)。現有影像感測器將多個資料幀(原始影像幀)輸出給處理器，然後運行於處理器的軟體/韌體再對這些資料幀進行影像處理(例如連續幀差異運算)。一般而言，處理器的運算負擔很大。所述連續幀差異運算可能加重處理器的運算負擔而使幀率下降。再者，為了進行所述連續幀差異運算，處理器需要一個幀緩衝器用以放置一個先前幀。
本發明提供一種影像感測器晶片及其感測方法，以提供 在第一幀期間中的第一感測結果與在第二幀期間中的第二感測結果之間的差異。
在本發明的一實施例中，上述的影像感測器晶片包括像素陣列，其中所述像素陣列包括多個像素單元。這些像素單元的每一個包括第一重置開關、取樣開關、光感測元件、第一電容以及輸出電路。第一重置開關的第一端耦接至重置電壓。取樣開關的第一端耦接至第一重置開關的第二端。光感測元件耦接至取樣開關的第二端。第一電容的第一端耦接至取樣開關的第一端。輸出電路耦接於第一電容的第二端與像素陣列的多個讀出線中的一個對應讀出線之間。當該像素陣列操作於幀差模式時，輸出電路將光感測元件在第一幀期間中的第一感測結果與在第一幀期間後的第二幀期間中的第二感測結果之間的差異所對應的差異資訊輸出至對應讀出線。其中，在曝光期間中取樣開關具有導通時間長，在曝光期間後的讀出與清除期間中取樣開關具有截止時間長。導通時間長與截止時間長的比例相關於光感測元件的電容值與第一電容的電容值的比例。
在本發明的一實施例中，上述的感測方法包括：當該像素陣列操作於一幀差模式時，在曝光期間中導通取樣開關，其中在曝光期間中取樣開關具有導通時間長；當該像素陣列操作於幀差模式時，在曝光期間後的讀出與清除期間中截止取樣開關，其中在讀出與清除期間中取樣開關具有截止時間長，以及導通時間長與截止時間長的比例相關於光感測元件的電容值與第一電容的電容值 的比例；以及當像素陣列操作於幀差模式時，在像素單元中的輸出電路將光感測元件在第一幀期間中的第一感測結果與在第一幀期間後的第二幀期間中的第二感測結果之間的差異所對應的差異資訊輸出至對應讀出線。
基於上述，本發明諸實施例所述影像感測器晶片可以進行連續幀差異運算。所述影像感測器晶片可以儲存在第一幀期間(先前幀)中的第一感測結果。在第一幀期間後的第二幀期間(目前幀)中，所述影像感測器晶片可以產生先前幀的第一感測結果與目前幀的第二感測結果之間的差異，並且所述影像感測器晶片可以儲存目前幀的感測結果以便於在下一幀期間再一次進行連續幀差異運算。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
100:影像感測器晶片
110:數位控制電路
120:列控制電路
140:像素陣列
141、200、PC、PN1、PN2、PN3、PN4、PN5、PN6、PN7、PN8: 像素單元
150:讀出電路
210:光感測元件
220:取樣開關
230:重置開關
240、1350:電容
250:輸出電路
251:比較器
252:重置開關
253、1330:電流源
400、M51、M52:電晶體
810、1220:局部二元樣式(LBP)電路
820:計數器
830:注意區域(ROI)電路
840:多工器(MUX)
850:遮蔽電路
860:閂鎖器
1210:重排序電路
1221、1222、1228:單元電路
1310、1360:反閘
1320:及閘
1340:開關
A:重置期間
B:曝光期間
C:讀出與清除期間
C1、C3:讀出期間
C2:清除期間
C21:第一子期間
C22:第二子期間
CN:計數值
COL<j>:對應讀出線
C<n>、C<n-1>、C<n+1>:像素單元行
D:再取樣期間
Dout:影像串流
EN:開關訊號
F1:第一幀期間
F2:第二幀期間
F3:幀期間
LBP<N1>:LBP位元值
PW9:脈寬
RAMP:斜坡訊號
RSTfd、RSTpd:重置訊號
RT:列時間
RT1:第一子期間
RT2:第二子期間
S310~S380:步驟
TX:取樣訊號
VBias:偏壓電壓
VDD:系統電壓
Vfd:電容的第二端電壓
Vpd:光感測元件的電壓
Vrst:重置準位
VRST:重置電壓
Vth_H:第一閾準位
Vth_L:第二閾準位
Vx:電容的第一端電壓
圖1是依照本發明的一實施例的一種影像感測器晶片的電路方塊(circuit block)示意圖。
圖2是依照本發明的一實施例的一種像素單元的電路方塊示意圖。
圖3是依照本發明的一實施例的一種影像感測器晶片的感測方法的流程示意圖。
圖4是依照本發明的一實施例說明圖2所示輸出電路的電路方塊示意圖。
圖5是依照本發明的一實施例說明圖4所示比較器的電路方塊示意圖。
圖6是依照本發明的一實施例說明當圖5所示電路操作於幀差模式時，圖5所示訊號的時序示意圖。
圖7是依照本發明的一實施例說明圖6所示取樣訊號、電容的第一端電壓與光感測元件的電壓在曝光期間以及讀出與清除期間中的時序示意圖。
圖8是依照本發明的一實施例的一種讀出電路的電路方塊示意圖。
圖9是依照本發明的一實施例說明斜坡訊號、電容的第二端電壓與對應讀出線的電壓在讀出期間中的時序示意圖。
圖10是依照本發明的一實施例說明當像素單元200操作於原影像模式時，重置訊號、取樣訊號、斜坡訊號與對應讀出線的電壓的時序示意圖。
圖11A、圖11B與圖11C是依照本發明的一實施例說明當像素單元操作於事件通報模式時，電容的第二端電壓、斜坡訊號與對應讀出線的電壓在不同情境中的時序示意圖。
圖12是依照本發明的一實施例說明影像感測器晶片的電路方塊示意圖。
圖13是依照本發明的一實施例說明圖12所示LBP電路的電 路方塊示意圖。
在本案說明書全文(包括申請專利範圍)中所使用的「耦接(或連接)」一詞可指任何直接或間接的連接手段。舉例而言，若文中描述第一裝置耦接(或連接)於第二裝置，則應該被解釋成該第一裝置可以直接連接於該第二裝置，或者該第一裝置可以透過其他裝置或某種連接手段而間接地連接至該第二裝置。本案說明書全文(包括申請專利範圍)中提及的「第一」、「第二」等用語是用以命名元件(element)的名稱，或區別不同實施例或範圍，而並非用來限制元件數量的上限或下限，亦非用來限制元件的次序。另外，凡可能之處，在圖式及實施方式中使用相同標號的元件/構件/步驟代表相同或類似部分。不同實施例中使用相同標號或使用相同用語的元件/構件/步驟可以相互參照相關說明。
圖1是依照本發明的一實施例的一種影像感測器晶片100的電路方塊(circuit block)示意圖。圖1所示影像感測器晶片100包括數位控制電路110、列控制(row control)電路120、像素陣列140以及讀出電路150。讀出電路150耦接至像素陣列140的多條讀出線。依照系統所設定的操作參數，數位控制電路110可以控制列控制電路120以及讀出電路150，以便輸出影像串流Dout。舉例來說，基於數位控制電路110的控制，影像感測器晶片100可以選擇性地操作在原影像(raw image)模式、幀差(frame difference) 模式、事件通報(event report)模式、局部二元樣式(local binary pattern，LBP)模式以及注意區域(region of interest，ROI)模式其中任一個。
像素陣列140包括多個像素單元141。基於數位控制電路110的控制，列控制電路120可以輸出控制訊號(例如開關的控制訊號與斜坡訊號)給像素陣列140的這些像素單元141。舉例來說，列控制電路120可以在每一個幀期間的重置期間中重置像素陣列140的每一個像素單元141的光感測元件，然後像素陣列140的每一個像素單元141可以在每一個幀期間的曝光期間中感測影像(入射光)。基於數位控制電路110的控制，列控制電路120可以輸出斜坡訊號來掃描這些像素單元141。此外，基於數位控制電路110的控制，讀出電路150可以在每一個幀期間的讀出期間讀出像素陣列140的感測結果，以便輸出影像串流Dout。
依照不同的設計需求，上述數位控制電路110、列控制電路120以及(或是)讀出電路150的實現方式可以是硬體(hardware)、韌體(firmware)、軟體(software，即程式)或是前述三者中的多者的組合形式。以硬體形式而言，上述數位控制電路110、列控制電路120以及(或是)讀出電路150可以實現於積體電路(integrated circuit)上的邏輯電路。上述數位控制電路110、列控制電路120以及(或是)讀出電路150的相關功能可以利用硬體描述語言(hardware description languages，例如Verilog HDL或VHDL)或其他合適的編程語言來實現為硬體。舉例來說，上述數位控制電路 110、列控制電路120以及(或是)讀出電路150的相關功能可以被實現於一或多個控制器、微控制器、微處理器、特殊應用積體電路(Application-specific integrated circuit,ASIC)、數位訊號處理器(digital signal processor,DSP)、場可程式邏輯閘陣列(Field Programmable Gate Array,FPGA)及/或其他處理單元中的各種邏輯區塊、模組和電路。
以軟體形式及/或韌體形式而言，上述數位控制電路110、列控制電路120以及(或是)讀出電路150的相關功能可以被實現為編程碼(programming codes)。例如，利用一般的編程語言(programming languages，例如C、C++或組合語言)或其他合適的編程語言來實現上述數位控制電路110、列控制電路120以及(或是)讀出電路150。所述編程碼可以被記錄/存放在「非臨時的電腦可讀取媒體(non-transitory computer readable medium)」中，包括唯讀記憶體(Read Only Memory，ROM)、硬碟(hard disk drive，HDD)、固態硬碟(Solid-state drive，SSD)或是其他儲存裝置。中央處理器(Central Processing Unit，CPU)、控制器、微控制器或微處理器可以從所述非臨時的電腦可讀取媒體中讀取並執行所述編程碼，從而實現上述數位控制電路110、列控制電路120以及(或是)讀出電路150的相關功能。
圖2是依照本發明的一實施例的一種像素單元200的電路方塊示意圖。圖1所示任何一個像素單元141可以參照圖2所示像素單元200的相關說明，以及(或是)圖2所示像素單元200 可以參照圖1所示像素單元141的相關說明。在圖2所示實施例中，像素單元200包括光感測元件210、取樣開關220、重置開關230、電容240與輸出電路250。依照實際設計，在一些實施例中，光感測元件210可以包括光二極體、光電晶體、光電阻或是其他光敏元件。
請參照圖1與圖2。重置開關230的第一端耦接至重置電壓VRST。重置電壓VRST的準位可以依照實際設計來決定。舉例來說，在一些實施例中，重置電壓VRST可以是系統電壓VDD或是其他電壓。取樣開關220的第一端耦接至重置開關230的第二端。光感測元件210耦接至取樣開關220的第二端。電容240的第一端耦接至取樣開關220的第一端與重置開關230的第二端。輸出電路250耦接於電容240的第二端與像素陣列140的多個讀出線中的一個對應讀出線COL<j>之間。
當像素單元200操作於幀差模式時，每一個幀期間包括重置(reset)期間、曝光(exposure)期間、讀出與清除期間與再取樣(resample)期間。列控制電路120可以輸出重置訊號RSTpd給重置開關230的控制端。基於重置訊號RSTpd的控制，重置開關230可以在每一個幀期間的重置期間被導通(turn on)，以重置光感測元件210。在重置期間後的曝光期間以及在曝光期間後的讀出與清除期間中的讀出(readout)期間，重置開關230可以被截止(turn off)。在重置期間結束後，光感測元件210可以持續感測入射光。在讀出與清除期間中的清除(clean up)期間的第一子期 間，重置開關230可以被導通。在清除期間的第二子期間以及第二子期間後的再取樣期間，重置開關230可以被截止。
列控制電路120可以輸出取樣訊號TX給取樣開關220的控制端。基於取樣訊號TX的控制，取樣開關220可以在每一個幀期間的重置期間以及重置期間後的曝光期間被導通。取樣開關220可以在曝光期間後的讀出與清除期間被截止。取樣開關220可以在讀出與清除期間後的再取樣期間被導通。
圖3是依照本發明的一實施例的一種影像感測器晶片的感測方法的流程示意圖。圖2所示像素單元200(圖1所示像素單元141)可以執行圖3所示感測方法。請參照圖1、圖2與圖3。當像素單元200操作於幀差模式時(步驟S310)，重置開關230與取樣開關220可以在第一幀期間的重置期間中被導通，以重置光感測元件210(步驟S320)。在重置期間後的曝光期間中，取樣開關220可以被導通而重置開關230可以被截止(步驟S330)。光感測元件210可以在第一幀期間中產生第一感測結果。
在第一幀期間的曝光期間結束後，取樣開關220可以在第一幀期間的讀出與清除期間被截止(步驟S340)。輸出電路250可以在第一幀期間的讀出與清除期間中的讀出期間讀出電容240(第一電容)的第二端電壓Vfd(亦即先前幀的感測結果與目前幀的第一感測結果之間的差異)，以及將所述差異所對應的差異資訊輸出至對應讀出線COL<j>。然後，輸出電路250可以在讀出與清除期間中的清除期間清除電容240的第二端電壓Vfd(步驟S340)。 在讀出與清除期間後的再取樣期間，取樣開關220可以被導通(步驟S350)，以將第一幀期間的第一感測結果取樣於電容240(第一電容)。
重置開關230與取樣開關220可以在第二幀期間的重置期間中被導通，以重置光感測元件210(步驟S360)。在重置期間後的曝光期間中，取樣開關220可以被導通而重置開關230可以被截止(步驟S370)。光感測元件210可以在第二幀期間中產生第二感測結果，而第二感測結果可以被取樣於電容240(第一電容)的第一端(即電容240的第一端電壓Vx)。此時電容240的第二端電壓Vfd可以表示第一感測結果與第二感測結果之間的差異。亦即，第一感測結果與第二感測結果之間的差異被存放於電容240的第二端的寄生電容(步驟S370)。
在第二幀期間的曝光期間結束後，取樣開關220可以在第二幀期間的讀出與清除期間被截止(步驟S380)。輸出電路250可以在第二幀期間的讀出與清除期間中的讀出期間讀出電容240(第一電容)的第二端電壓Vfd(亦即第一感測結果與第二感測結果之間的差異)，以及將所述差異所對應的差異資訊輸出至對應讀出線COL<j>(步驟S380)。
取樣開關220在曝光期間中被導通的時間長度可以被稱為「導通時間長」(亦即所述曝光期間的時間長度)。取樣開關220在讀出與清除期間中被截止的時間長度可以被稱為「截止時間長」(亦即所述讀出與清除期間的時間長度)。「導通時間長」與「截止 時間長」的比例相關於「光感測元件210的電容值Cpd」與「電容240的電容值Cm」的比例。舉例來說，取樣開關220的「導通時間長」與「截止時間長」的比例約略等於電容值Cpd與電容值Cm的比例。光感測元件210電容值例如是光感測元件210的接面電容(junction capacitance)。
圖4是依照本發明的一實施例說明圖2所示輸出電路250的電路方塊示意圖。圖4所示像素單元200、光感測元件210、取樣開關220、重置開關230、電容240與輸出電路250可以參照圖2所示像素單元200、光感測元件210、取樣開關220、重置開關230、電容240與輸出電路250的相關說明，故不再贅述。在圖4所示實施例中，光感測元件210可以包括光二極體，其中光二極體的陰極耦接至取樣開關220的第二端，而二極體的陽極耦接至參考電壓(例如接地電壓或是其他固定電壓)。
圖4所示輸出電路250包括比較器251、重置開關252以及電流源253。比較器251的第一輸入端耦接至電容240的第二端。列控制電路120可以輸出斜坡訊號RAMP給比較器251的第二輸入端。重置開關252的第一端耦接至電容240的第二端。重置開關252的第二端耦接至比較器251的輸出端。列控制電路120可以輸出重置訊號RSTfd給重置開關252的控制端。電流源253的控制端耦接至比較器251的輸出端。電流源的電流端耦接至對應讀出線COL<j>。在圖4所示實施例中，對應讀出線COL<j>還耦接至電晶體400的汲極。電晶體400的源極耦接至系統電壓VDD。 電晶體400的閘極耦接至偏壓電壓VBias。系統電壓VDD與偏壓電壓VBias的準位可以依照實際設計來決定。
在此說明當像素單元200操作於幀差模式時，重置開關230、取樣開關220與重置開關252的操作。在重置期間，重置開關230與取樣開關220為導通以重置該光感測元件210，而重置開關252為截止以將先前幀感測資訊保留於電容240。斜坡訊號RAMP在重置期間為禁能(disable)準位。在重置期間後的曝光期間，重置開關230與252為截止，取樣開關220為導通，而斜坡訊號RAMP持續保持在禁能準位。
在曝光期間後的讀出與清除期間中的讀出期間，重置開關230、取樣開關220與重置開關252均為截止，而斜坡訊號RAMP為斜坡波形。此時，比較器251可以比較所述斜坡波形與電容240的第二端電壓Vfd，而輸出比較結果至電流源253的控制端。比較器251可以將斜坡訊號RAMP轉換成第一電流訊號，以及將電容240的第二端電壓Vfd轉換成第二電流訊號。比較器251可以比較第一電流訊號與第二電流訊號，而輸出比較結果至電流源253的控制端。當斜坡訊號RAMP所對應的第一電流訊號小於第二端電壓Vfd所對應的第二電流訊號時，電流源253不會對對應讀出線COL<j>汲取電流，因此對應讀出線COL<j>的電壓準位被電晶體400上拉至高邏輯準位。當斜坡訊號RAMP所對應的第一電流訊號大於第二端電壓Vfd所對應的第二電流訊號時，電流源253從對應讀出線COL<j>汲取電流，因此對應讀出線COL<j>的電壓準 位被電流源253下拉至低邏輯準位。
在讀出與清除期間中的清除期間，取樣開關220為截止，重置開關230與重置開關252均為導通，而斜坡訊號RAMP為致能(enable)準位。此時，儲存於電容240的資訊被清除。在清除期間後的再取樣期間，重置開關230為截止，取樣開關220與重置開關252為導通，而斜坡訊號RAMP保持為致能準位。此時，光感測元件210在目前幀期間的感測結果可以被取樣於電容240的第一端(即第一端電壓Vx)。
圖5是依照本發明的一實施例說明圖4所示比較器251的電路方塊示意圖。圖5所示光感測元件210、取樣開關220、重置開關230、電容240、比較器251、重置開關252以及電流源253可以參照圖4所示光感測元件210、取樣開關220、重置開關230、電容240、比較器251、重置開關252以及電流源253的相關說明，故不再贅述。
在圖5所示實施例中，比較器251可以包括電晶體M51與電晶體M52。電晶體M51的控制端(例如閘極)耦接至比較器251的第二輸入端，以接收斜坡訊號RAMP。電晶體M51的第一端(例如源極)接收第一電壓(例如系統電壓VDD)。電晶體M51的第二端(例如汲極)耦接至比較器251的輸出端，亦即耦接至重置開關252的第二端以及電流源253的控制端。電晶體M52的控制端(例如閘極)耦接至比較器251的第一輸入端，亦即耦接至重置開關252的第一端以及電容240的第二端。電晶體M52的第一 端(例如源極)接收不同於第一電壓的第二電壓(參考電壓，例如接地電壓或是其他固定電壓)。電晶體M52的第二端(例如汲極)耦接至比較器251的輸出端。電晶體M51可以將斜坡訊號RAMP轉換成第一電流訊號，而電晶體M52可以將電容240的第二端電壓Vfd轉換成第二電流訊號。比較器251可以比較電晶體M51的第一電流訊號與電晶體M52的第二電流訊號，而輸出比較結果至電流源253的控制端。如果電晶體M52的第二電流訊號較大，則電流源253的控制端為低準位。反之，如果電晶體M51的第一電流訊號較大，則電流源253的控制端為高準位。
圖6是依照本發明的一實施例說明當圖5所示電路操作於幀差模式時，圖5所示訊號的時序示意圖。圖6所示橫軸表示時間。圖6繪示兩個幀期間，分別為第一幀期間F1與第二幀期間F2。每一個幀期間包括重置期間A、曝光期間B、讀出與清除期間C與再取樣期間D。每一個讀出與清除期間C包括讀出期間C1與清除期間C2。每一個清除期間C2包括第一子期間C21與第二子期間C22。圖6繪示了，控制重置開關230的重置訊號RSTpd，控制取樣開關220的取樣訊號TX，控制重置開關252的重置訊號RSTfd，以及控制電晶體M51的斜坡訊號RAMP。
請同時參照圖5與圖6。在第一幀期間F1的重置期間A中，重置開關230與取樣開關220為導通，重置開關252為截止，以及斜坡訊號RAMP為禁能準位(截止電晶體M51)。此時，光感測元件210的電壓Vpd以及電容240的第一端電壓Vx均被重置 至重置電壓VRST的準位。重置開關252在重置期間A為截止，以保留電容240的第二端電壓Vfd(先前幀感測資訊)。
在第一幀期間F1的曝光期間B中，取樣開關220為導通，重置開關230與252為截止，以及斜坡訊號RAMP保持為禁能準位(截止電晶體M51)。此時，光感測元件210的電壓Vpd(感測結果)可以被取樣於電容240的第一端(即電容240的第一端電壓Vx)。第一端電壓Vx的壓降△VF1被耦合至電容240的第二端，使得電容240的第二端電壓Vfd的壓降為α△VF1，其中係數α可以表示為下述等式1。在等式1中，Cm表示電容240的電容值，而Cpar表示電容240的第二端所連接的電性路徑的寄生電容(parasitic capacitance)。
Figure 111117632-A0305-02-0018-1
在第一幀期間F1的讀出期間C1中，重置開關230、取樣開關220與重置開關252均為截止，以及斜坡訊號RAMP為斜坡波形。此時，比較器251可以比較斜坡訊號RAMP所對應的第一電流訊號與電容240的第二端電壓Vfd所對應的第二電流訊號，而輸出比較結果至電流源253的控制端。當斜坡訊號RAMP所對應的第一電流訊號小於第二端電壓Vfd所對應的第二電流訊號時，電流源253不會汲取對應讀出線COL<j>的電流，因此對應讀出線COL<j>為高邏輯準位。當斜坡訊號RAMP所對應的第一電流訊號大於第二端電壓Vfd時，電流源253汲取對應讀出線COL<j>的電流，因此對應讀出線COL<j>為低邏輯準位。在讀出期間C1中， 因為光感測元件210持續曝光使得電壓Vpd持續降低。
在第一幀期間F1的清除期間C2的第一子期間C21中，重置開關230與252均為導通，取樣開關220為截止，以及斜坡訊號RAMP為致能準位(導通電晶體M51)。此時，電容240的第一端電壓Vx會被重置為重置電壓VRST的準位，電容240的第二端電壓Vfd會被重置(清除)為重置準位Vrst。在第一幀期間F1的清除期間C2的第二子期間C22中，重置開關252為導通，重置開關230與取樣開關220均為截止，以及斜坡訊號RAMP為致能準位(導通電晶體M51)。在清除期間C2中，因為光感測元件210持續曝光使得電壓Vpd持續降低。
在第一幀期間F1的再取樣期間D中，重置開關230為截止，取樣開關220與重置開關252均為導通，以及斜坡訊號RAMP為致能準位(導通電晶體M51)。此時，光感測元件210的電壓Vpd(感測結果)可以被取樣於電容240的第一端，使得電容240的第一端電壓Vx下降。第一端電壓Vx的壓降為β△VF1’，其中係數β可以表示為下述等式2。在等式2中，Cm表示電容240的電容值，而Cpd表示光感測元件210的接面電容(junction capacitance)。此時，光感測元件210在目前幀期間的感測結果△VF1’可以被取樣於電容240的第一端(即第一端電壓Vx)。
Figure 111117632-A0305-02-0019-2
在第二幀期間F2的重置期間A中，重置開關230與取樣開關220為導通，重置開關252為截止，以及斜坡訊號RAMP為 禁能準位(截止電晶體M51)。此時，光感測元件210的電壓Vpd以及電容240的第一端電壓Vx均被重置至重置電壓VRST的準位。因為第一端電壓Vx被拉升，使得電容240的第二端電壓Vfd升至Vrst+αβ△VF1’。
在第二幀期間F2的曝光期間B中，取樣開關220為導通，重置開關230與252為截止，以及斜坡訊號RAMP保持為禁能準位(截止電晶體M51)。此時，光感測元件210的電壓Vpd(第二感測結果)可以被取樣於電容240的第一端(即電容240的第一端電壓Vx)。第一端電壓Vx的壓降△VF2被耦合至電容240的第二端，使得電容240的第二端電壓Vfd的壓降為α△VF2。亦即，電容240的第二端電壓Vfd為Vrst+αβ△VF1’-α△VF2=Vrst+α(β△VF1’-△VF2)。
在第二幀期間F2的讀出期間C1中，重置開關230、取樣開關220與重置開關252均為截止，以及斜坡訊號RAMP為斜坡波形。比較器251可以比較所述斜坡波形與電容240的第二端電壓Vfd，而產生/輸出比較結果至電流源253的控制端。此時，第二端電壓Vfd相當於光感測元件210在第一幀期間F1中的第一感測結果與在第二幀期間F2中的第二感測結果之間的差異。輸出電路250將比較結果作為差異資訊而通過對應讀出線COL<j>輸出至讀出電路150。讀出電路150計數比較結果在讀出期間C1中的脈寬，以產生光感測元件210在第一幀期間F1與第二幀期間F2之間的光感測差異資料。在第二幀期間F2中的清除期間C2與再 取樣期間D可以參照在第一幀期間F1中的清除期間C2與再取樣期間D的相關說明並且加以類推，故不再贅述。
圖7是依照本發明的一實施例說明圖6所示取樣訊號TX、電容240的第一端電壓Vx與光感測元件210的電壓Vpd在曝光期間B以及讀出與清除期間C中的時序示意圖。圖7所示橫軸表示時間。圖7所示壓降△VFn可以參考圖6所示壓降△VF1的相關說明，而圖7所示壓降△VFn’可以參考圖6所示壓降△VF1’的相關說明。請參照圖6與圖7。在第二幀期間F2的讀出期間C1中，電容240的第二端電壓Vfd為Vrst+α(β△VF1’-△VF2)。當△VF1’(圖7所示△VFn’)等於△VF1(圖7所示△VFn)除以β時，電容240的第二端電壓Vfd為Vrst+α(△VF1-△VF2)。「△VF1-△VF2」恰為在第一幀期間F1中的第一感測結果△VF1與在第二幀期間F2中的第二感測結果△VF2之間的差異。
在曝光期間B中取樣開關220具有導通時間長，在曝光期間B後的讀出與清除期間C中取樣開關220具有截止時間長。由圖7所示三角幾何可以看出，要滿足條件「△VF1’=△VF1/β」，亦即「△VFn’=△VFn/β」，則曝光期間B長度(取樣開關220的導通時間長)與讀出與清除期間C長度(取樣開關220的截止時間長)的比例約略等於β與1-β的比例。基於上述等式2，β與1-β的比例等於電容值Cpd與電容值Cm的比例。因此，期間B長度與期間C長度的比例約略等於電容值Cpd與電容值Cm的比例。
圖8是依照本發明的一實施例的一種讀出電路150的電 路方塊示意圖。圖8所示像素單元200可以參照圖4所示像素單元200的相關說明，故不再贅述。圖8所示讀出電路150可以作為圖1或圖2所示讀出電路150的諸多實施例之一。在圖8所示實施例中，讀出電路150包括局部二元樣式(local binary pattern，LBP)電路810、計數器820、注意區域(region of interest，ROI)電路830、多工器(multiplexer，MUX)840、遮蔽電路850以及閂鎖器860。
計數器820的輸入端耦接至對應讀出線COL<j>。像素單元200可以產生在第一幀期間F1中的第一感測結果與在第二幀期間F2中的第二感測結果之間的差異，以及比較斜坡訊號RAMP的斜坡波形與所述差異。像素單元200可以將比較結果輸出至對應讀出線COL<j>。計數器820可以計數比較結果在讀出期間C1中的脈寬，以產生光感測元件210在第一幀期間F1與第二幀期間F2之間的光感測差異資料。
舉例來說，圖9是依照本發明的一實施例說明斜坡訊號RAMP、電容240的第二端電壓Vfd與對應讀出線COL<j>的電壓在讀出期間C1中的時序示意圖。圖9所示橫軸表示時間。圖9所示讀出期間C1、斜坡訊號RAMP、電容240的第二端電壓Vfd與對應讀出線COL<j>可以參照圖4、圖5、圖6或圖7的相關說明。請參照圖4、圖8與圖9。在讀出期間中，比較器251可以比較斜坡訊號RAMP的斜坡波形與電容240的第二端電壓Vfd。當斜坡訊號RAMP大於第二端電壓Vfd時，對應讀出線COL<j>的電壓 準位被電晶體400上拉至高邏輯準位。當斜坡訊號RAMP小於第二端電壓Vfd時，對應讀出線COL<j>的電壓準位被電流源253下拉至低邏輯準位。計數器820可以計數在讀出期間C1中對應讀出線COL<j>的電壓的脈寬PW9，以產生計數值CN(光感測元件210在第一幀期間F1與第二幀期間F2之間的光感測差異資料)。
綜上所述，上述諸實施例所述影像感測器晶片100可以進行連續幀差異運算。影像感測器晶片100可以儲存在先前幀(例如第一幀期間F1)中的第一感測結果。在先前幀後的目前幀(例如第二幀期間F2)中，影像感測器晶片100可以產生先前幀的第一感測結果與目前幀的第二感測結果之間的差異(例如△VF1-△VF2)。此外，影像感測器晶片100可以儲存目前幀的感測結果以便於在下一幀期間再一次進行連續幀差異運算。
在圖8所示實施例中，LBP電路810的輸入端耦接至對應讀出線COL<j>。多工器840的第一輸入端與第二輸入端分別耦接至計數器820的輸出端與LBP電路810的輸出端。閂鎖器860的資料輸入端耦接至多工器840的輸出端。當影像感測器晶片100操作在原影像模式、幀差模式或事件通報模式時，多工器840可以選擇將計數器820的輸出端耦接至閂鎖器860的資料輸入端。當影像感測器晶片100操作在LBP模式或ROI模式時，多工器840可以選擇將LBP電路810的輸出端耦接至閂鎖器860的資料輸入端。ROI電路830的輸入端亦耦接至對應讀出線COL<j>。依照實際操作情境，ROI電路830可以操作於原影像模式、幀差模 式、事件通報模式、LBP模式或ROI模式。遮蔽電路850的輸入端耦接至ROI電路830的輸出端。遮蔽電路850的輸出端耦接至閂鎖器860的致能端，以便選擇性致能/禁能閂鎖器860的閂鎖操作。閂鎖器860的輸出端輸出影像串流Dout。
圖10是依照本發明的一實施例說明當像素單元200操作於原影像模式時，重置訊號RSTpd、取樣訊號TX、重置訊號RSTfd、斜坡訊號RAMP與對應讀出線COL<j>的電壓的時序示意圖。圖10所示橫軸表示時間。圖10繪示幀期間F3，其包括一個重置期間A、一個曝光期間B以及至少一個讀出期間C3。在重置期間A，重置開關230、取樣開關220與重置開關252均為導通，以及斜坡訊號RAMP為致能準位。在重置期間A後的曝光期間B，重置開關230與252為截止，取樣開關220為導通，以及斜坡訊號為禁能準位。圖10所示重置期間A與曝光期間B以參照圖6所示重置期間A與曝光期間B的相關明並且加以類推，故不予贅述。
請參照圖4、圖8與圖10。在圖10所示讀出期間C3中，重置開關230、取樣開關220與重置開關252均為截止，以及斜坡訊號RAMP為斜坡波形。輸出電路250的比較器251可以比較斜坡訊號RAMP的斜坡波形與電容240的第二端電壓Vfd(目前幀期間中的目前感測結果)，以產生一比較結果。當斜坡訊號RAMP大於第二端電壓Vfd時，對應讀出線COL<j>的電壓準位被電晶體400上拉至高邏輯準位。當斜坡訊號RAMP小於第二端電壓Vfd時，對應讀出線COL<j>的電壓準位被電流源253下拉至低邏輯準 位。亦即，輸出電路250將比較結果通過對應讀出線COL<j>輸出至讀出電路150。讀出電路150可以計數比較結果在讀出期間C3中的脈寬，以產生光感測元件210在目前幀期間中的光感測資料。亦即，計數器820可以計數在讀出期間C3中對應讀出線COL<j>的電壓的脈寬，以產生計數值CN(光感測元件210在幀期間F3的光感測資料)。
圖11A、圖11B與圖11C是依照本發明的一實施例說明當像素單元200操作於事件通報模式時，電容240的第二端電壓Vfd、斜坡訊號RAMP與對應讀出線COL<j>的電壓在不同情境中的時序示意圖。圖11A、圖11B與圖11C所示橫軸表示時間。圖11A、圖11B與圖11C繪示一個列時間(row time)RT，相當於圖6所示讀出期間C1，而且沒有繪示其他期間(例如重置期間A、曝光期間B、清除期間C2與再取樣期間D)。圖11A、圖11B與圖11C沒有繪示的其他期間可以參照圖6所示重置期間A、曝光期間B、清除期間C2與再取樣期間D的相關說明，故在此不予贅述。
在列時間RT(讀出期間)，重置開關230、取樣開關220與重置開關252為截止。此時，電容240的第二端電壓Vfd為Vrst+α(△VFn-△VFn+1)，其中△VFn與△VFn+1分別為相鄰兩個幀期間的兩個感測結果(例如圖6所示△VF1與△VF2)。在列時間RT(讀出期間)的第一子期間RT1，斜坡訊號RAMP為不同於禁能準位的第一閾準位Vth_H。在列時間RT(讀出期間)的第二子期間RT2， 斜坡訊號RAMP為不同於禁能準位與第一閾準位Vth_H的第二閾準位Vth_L。第一閾準位Vth_H與第二閾準位Vth_L可以依據實際設計來決定。
在圖11A所示操作情境，△VFn大於△VFn+1，因此電容240的第二端電壓Vfd大於第一閾準位Vth_H與第二閾準位Vth_L。輸出電路250在第一子期間RT1中的比較結果與在第二子期間RT2中的比較結果均為邏輯「1」，亦即對應讀出線COL<j>的電壓為低準位(邏輯「0」)。對應讀出線COL<j>的電壓在子期間RT1與RT2均為邏輯「0」表示，先前幀的△VFn大於目前幀的△VFn+1，亦即像素單元200感測到入射光由亮變暗。
在圖11B所示操作情境，△VFn約略等於△VFn+1，因此電容240的第二端電壓Vfd在第一子期間RT1中小於第一閾準位Vth_H，以及在第二子期間RT2中大於第二閾準位Vth_L。輸出電路250在第一子期間RT1中的比較結果為邏輯「0」，亦即對應讀出線COL<j>的電壓為高準位(邏輯「1」)。輸出電路250在第二子期間RT2中的比較結果為邏輯「1」，亦即對應讀出線COL<j>的電壓為低準位(邏輯「0」)。對應讀出線COL<j>的電壓在子期間RT1與RT2為邏輯「1」與邏輯「0」表示，先前幀的△VFn約略等於目前幀的△VFn+1，亦即像素單元200感測到入射光沒有明顯變化。
在圖11C所示操作情境，△VFn小於△VFn+1，因此電容240的第二端電壓Vfd小於第一閾準位Vth_H與第二閾準位Vth_L。 輸出電路250在第一子期間RT1中的比較結果與在第二子期間RT2中的比較結果均為邏輯「0」，亦即對應讀出線COL<j>的電壓為高準位(邏輯「1」)。對應讀出線COL<j>的電壓在子期間RT1與RT2均為邏輯「1」表示，先前幀的△VFn小於目前幀的△VFn+1，亦即像素單元200感測到入射光由暗變亮。
圖12是依照本發明的一實施例說明影像感測器晶片的電路方塊示意圖。圖12繪示影像感測器晶片的一個像素陣列中的部份像素單元：PN1、PN2、PN3、PN4、PC、PN5、PN6、PN7與PN8。圖12所示像素單元PC與像素單元PN1~PN8可以參照圖1所示像素單元141的相關說明，或是參照圖2、圖4、圖5或圖8所示像素單元200的相關說明，故不予贅述。圖12所示LBP電路可以作為圖8所示LBP電路810的諸多實施例之一。
每一行(column)像素單元配置有一個重排序電路以及一個LBP電路。舉例來說，像素單元行C<n>配置有重排序電路1210以及LBP電路1220。基於列控制電路120在每一個幀期間對像素陣列的掃描時序，重排序電路1210可以動態配置像素單元行C<n>的三條讀出線對LBP電路1220的連接順序。像素陣列的其他像素單元行(例如圖12所示C<n-1>與C<n+1>)可以參照像素單元行C<n>的相關說明並且加以類推，故不再贅述。
圖13是依照本發明的一實施例說明圖12所示LBP電路1220的電路方塊示意圖。像素陣列的其他像素單元行C<n-1>與C<n+1>的LBP電路可以參照像素單元行C<n>的LBP電路1220 的相關說明並且加以類推，故不再贅述。圖13所示LBP電路1220包括八個單元電路1221、1222、...、1228。這些單元電路1221~1228的第一輸入端通過重排序電路1210以及對應讀出線共同耦接目前像素單元(例如圖12所示像素單元PC)的輸出電路。這些單元電路1221~1228的第二輸入端通過重排序電路以及讀出線以一對一方式耦接至目前像素單元的相鄰像素單元(例如圖12所示像素單元PN1~PN8)的輸出電路。舉例來說，單元電路1221的第二輸入端通過像素單元行C<n-1>的重排序電路以及讀出線耦接至像素單元PN1的輸出電路。
LBP電路1220的其他單元電路1222~1228可以參照單元電路1221的相關說明並且加以類推。單元電路1221包括反閘1310、及閘1320、電流源1330、開關1340、電容1350以及反閘1360。開關1340的第一端耦接至電流源1330。電容1350的第一端與第二端分別耦接至開關1340的第二端與參考電壓(例如接地電壓或是其他固定電壓)。反閘1310的輸入端通過重排序電路1210耦接至對應讀出線。因此反閘1310可以通過重排序電路1210以及對應讀出線耦接至目前像素單元(例如圖12所示像素單元PC)的輸出電路。
及閘1320的第一輸入端耦接至反閘1310的輸出端。及閘1320的第二輸入端通過對應的重排序電路耦接至與像素單元PN1(相鄰像素單元)相耦接的一條相鄰讀出線。及閘1320的輸出端耦接至開關1340的控制端，以提供開關訊號EN。反閘1360的 輸入端耦接至開關1340的第二端。反閘1360的輸出端輸出關於像素單元PN1的LBP位元值LBP<N1>。因此，單元電路1221可以拿目前像素單元(例如圖12所示像素單元PC)的差異資訊分別比較於周圍8個相鄰像素單元(例如圖12所示像素單元PN1~PN8)的差異資訊。以LBP位元值LBP<N1>為例，當像素單元PN1的差異資訊大於像素單元PC的差異資訊時LBP位元值LBP<N1>為1，而當像素單元PN1的差異資訊小於像素單元PC的差異資訊時LBP位元值LBP<N1>為0。如此，LBP電路1220可以輸出關於目前像素單元(例如圖12所示像素單元PC)的一串8位元LBP碼給下一級電路(未繪示)。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
200:像素單元
210:光感測元件
220:取樣開關
230:重置開關
240:電容
250:輸出電路
251:比較器
252:重置開關
253:電流源
400:電晶體
COL<j>:對應讀出線
RAMP:斜坡訊號
RSTfd、RSTpd:重置訊號
TX:取樣訊號
VBias:偏壓電壓
VDD:系統電壓
Vfd:電容的第二端電壓
VRST:重置電壓
Vx:電容的第一端電壓

Claims (27)

  1. 一種影像感測器晶片，包括： 一像素陣列，包括多個像素單元，其中該些像素單元的每一個包括： 一第一重置開關，具有一第一端耦接至一重置電壓； 一取樣開關，具有一第一端耦接至該第一重置開關的一第二端； 一光感測元件，耦接至該取樣開關的一第二端； 一第一電容，具有一第一端耦接至該取樣開關的該第一端；以及 一輸出電路，耦接於該第一電容的一第二端與該像素陣列的多個讀出線中的一個對應讀出線之間，其中， 當該像素陣列操作於一幀差模式時，在該像素單元中的該輸出電路將該光感測元件在一第一幀期間中的一第一感測結果與在該第一幀期間後的一第二幀期間中的一第二感測結果之間的一差異所對應的一差異資訊輸出至該對應讀出線， 其中在一曝光期間中該取樣開關具有一導通時間長，在該曝光期間後的一讀出與清除期間中該取樣開關具有一截止時間長，以及該導通時間長與該截止時間長的比例相關於該光感測元件的一電容值與該第一電容的一電容值的比例。
  2. 如請求項1所述的影像感測器晶片，其中該光感測元件包括一光二極體。
  3. 如請求項1所述的影像感測器晶片，其中當該像素單元操作於該幀差模式時，該第一重置開關在一重置期間為導通，該第一重置開關在該重置期間後的該曝光期間以及該讀出與清除期間中的一讀出期間為截止，該第一重置開關在該讀出與清除期間中的一清除期間的一第一子期間為導通，以及該第一重置開關在該清除期間的一第二子期間以及該第二子期間後的一再取樣期間為截止。
  4. 如請求項1所述的影像感測器晶片，其中當該像素單元操作於該幀差模式時，該取樣開關在一重置期間以及該重置期間後的該曝光期間為導通，該取樣開關在該讀出與清除期間為截止，以及該取樣開關在該讀出與清除期間後的一再取樣期間為導通。
  5. 如請求項1所述的影像感測器晶片，其中該輸出電路包括： 一比較器，具有一第一輸入端耦接至該第一電容的該第二端，其中該比較器的一第二輸入端適於接收一斜坡訊號； 一第二重置開關，具有一第一端與一第二端分別耦接至該第一電容的該第二端與該比較器的一輸出端；以及 一第一電流源，具有一控制端耦接至該比較器的該輸出端，其中該第一電流源的一電流端耦接至該對應讀出線。
  6. 如請求項5所述的影像感測器晶片，其中當該像素單元操作於該幀差模式時，該第一重置開關與該取樣開關在一重置期間為導通以重置該光感測元件，該第二重置開關在該重置期間為截止以將一先前幀感測資訊保留於該第一電容。
  7. 如請求項5所述的影像感測器晶片，其中該斜坡訊號在一重置期間與該重置期間後的該曝光期間為一禁能準位，該斜坡訊號在該讀出與清除期間中的一讀出期間為一斜坡波形，以及該斜坡訊號在該讀出與清除期間中的一清除期間以及在該清除期間後的一再取樣期間為一致能準位。
  8. 如請求項5所述的影像感測器晶片，其中該第二重置開關在一重置期間、該重置期間後的該曝光期間以及該讀出與清除期間中的一讀出期間為截止，以及該第二重置開關在該讀出與清除期間中的一清除期間以及在該清除期間後的一再取樣期間為導通。
  9. 如請求項5所述的影像感測器晶片，其中當該像素單元操作於一原影像模式時： 在一重置期間，該第一重置開關、該取樣開關與該第二重置開關為導通，以及該斜坡訊號為一致能準位； 在該重置期間後的該曝光期間，該第一重置開關與該第二重置開關為截止，該取樣開關為導通，以及該斜坡訊號為一禁能準位；以及 在該曝光期間後的一讀出期間該第一重置開關、該取樣開關與該第二重置開關為截止，以及該斜坡訊號為一斜坡波形。
  10. 如請求項5所述的影像感測器晶片，其中當該像素單元操作於一事件通報模式時： 在一重置期間，該第一重置開關與該取樣開關為導通，該第二重置開關為截止，以及該斜坡訊號為一禁能準位； 在該重置期間後的該曝光期間，該第一重置開關以及該第二重置開關為截止，該取樣開關為導通，以及該斜坡訊號為該禁能準位； 在該曝光期間後的該讀出與清除期間中的一讀出期間的一第一子期間，該第一重置開關、該取樣開關與該第二重置開關為截止，以及該斜坡訊號為不同於該禁能準位的一第一閾準位；以及 在該讀出期間的一第二子期間，該第一重置開關、該取樣開關與該第二重置開關為截止，以及該斜坡訊號為不同於該禁能準位與該第一閾準位的一第二閾準位。
  11. 如請求項5所述的影像感測器晶片，其中該比較器包括： 一第一電晶體，具有一控制端耦接至該比較器的該第二輸入端以接收該斜坡訊號，其中該第一電晶體的一第一端接收一第一電壓，以及該第一電晶體的一第二端耦接至該比較器的該輸出端；以及 一第二電晶體，具有一控制端耦接至該比較器的該第一輸入端，其中該第二電晶體的一第一端接收不同於該第一電壓的一第二電壓，以及該第二電晶體的一第二端耦接至該比較器的該輸出端。
  12. 如請求項1所述的影像感測器晶片，更包括： 一讀出電路，耦接至該像素陣列的該些讀出線，其中， 當該輸出電路操作於該幀差模式時，該輸出電路在該曝光期間後的一讀出期間中將該光感測元件在該第一幀期間中的該第一感測結果與在該第二幀期間中的該第二感測結果之間的該差異相較於一斜坡訊號以產生一比較結果，該輸出電路將該比較結果作為該差異資訊而通過該對應讀出線輸出至該讀出電路，以及該讀出電路計數該比較結果在該讀出期間中的一脈寬以產生該光感測元件在該第一幀期間與該第二幀期間之間的一光感測差異資料。
  13. 如請求項12所述的影像感測器晶片，其中當該輸出電路操作於一原影像模式時： 該輸出電路在該讀出期間中將該光感測元件在一目前幀期間中的一目前感測結果相較於該斜坡訊號以產生一比較結果，該輸出電路將該比較結果通過該對應讀出線輸出至該讀出電路，以及該讀出電路計數該比較結果在該讀出期間中的一脈寬以產生該光感測元件在該目前幀期間中的一光感測資料。
  14. 如請求項12所述的影像感測器晶片，其中該讀出電路包括： 一計數器，具有一輸入端耦接至該對應讀出線； 一局部二元樣式電路，具有一輸入端耦接至該對應讀出線； 一多工器，具有一第一輸入端與一第二輸入端分別耦接至該計數器的一輸出端與該局部二元樣式電路的一輸出端；以及 一閂鎖器，具有一資料輸入端耦接至該多工器的一輸出端。
  15. 如請求項14所述的影像感測器晶片，其中該局部二元樣式電路包括多個單元電路，其中該些單元電路的每一個包括： 一電流源； 一第一開關，具有一第一端耦接至該電流源； 一第二電容，具有一第一端與一第二端分別耦接至該第一開關的一第二端與一參考電壓； 一第一反閘，具有一輸入端耦接至該對應讀出線，； 一及閘，具有一第一輸入端與一第二輸入端分別耦接至該第一反閘的一輸出端與耦接一相鄰像素單元的一相鄰讀出線，其中該及閘的一輸出端耦接至該第一開關的一控制端；以及 一第二反閘，具有一輸入端耦接至該第一開關的該第二端。
  16. 如請求項14所述的影像感測器晶片，其中該讀出電路更包括： 一注意區域電路，具有一輸入端耦接至該對應讀出線；以及 一遮蔽電路，具有一輸入端耦接至該注意區域電路的一輸出端，其中該遮蔽電路的一輸出端耦接至該閂鎖器的一致能端。
  17. 一種影像感測器晶片的感測方法，該影像感測器晶片包括含有多個像素單元的一像素陣列，該些像素單元的每一個包括一第一重置開關、一取樣開關、一光感測元件、一第一電容以及一輸出電路，所述感測方法包括： 當該像素陣列操作於一幀差模式時，在一曝光期間中導通該取樣開關，其中在該曝光期間中該取樣開關具有一導通時間長，該第一重置開關的一第一端耦接至一重置電壓，該取樣開關的一第一端耦接至該第一重置開關的一第二端，該光感測元件耦接至該取樣開關的一第二端，該第一電容的一第一端耦接至該取樣開關的該第一端，以及該輸出電路耦接於該第一電容的一第二端與該像素陣列的多個讀出線中的一個對應讀出線之間； 當該像素陣列操作於該幀差模式時，在該曝光期間後的一讀出與清除期間中截止該取樣開關，其中在該讀出與清除期間中該取樣開關具有一截止時間長，以及該導通時間長與該截止時間長的比例相關於該光感測元件的一電容值與該第一電容的一電容值的比例；以及 當該像素陣列操作於該幀差模式時，在該像素單元中的該輸出電路將該光感測元件在一第一幀期間中的一第一感測結果與在該第一幀期間後的一第二幀期間中的一第二感測結果之間的一差異所對應的一差異資訊輸出至該對應讀出線。
  18. 如請求項17所述的感測方法，其中該光感測元件包括一光二極體。
  19. 如請求項17所述的感測方法，更包括： 當該像素單元操作於該幀差模式時，在一重置期間導通該第一重置開關，在該重置期間後的該曝光期間以及該讀出與清除期間中的一讀出期間截止該第一重置開關，在該讀出與清除期間中的一清除期間的一第一子期間導通該第一重置開關，以及在該清除期間的一第二子期間以及該第二子期間後的一再取樣期間截止該第一重置開關。
  20. 如請求項17所述的感測方法，更包括： 當該像素單元操作於該幀差模式時，在一重置期間以及該重置期間後的該曝光期間導通該取樣開關，在該讀出與清除期間截止該取樣開關，以及在該讀出與清除期間後的一再取樣期間導通該取樣開關。
  21. 如請求項17所述的感測方法，更包括： 當該像素單元操作於該幀差模式時，在一重置期間導通該第一重置開關與該取樣開關以重置該光感測元件，在該重置期間截止該輸出電路的一第二重置開關以將一先前幀感測資訊保留於該第一電容，其中 該輸出電路的一比較器的一第一輸入端耦接至該第一電容的該第二端，該比較器的一第二輸入端適於接收一斜坡訊號，該第二重置開關的一第一端與一第二端分別耦接至該第一電容的該第二端與該比較器的一輸出端，該輸出電路的一第一電流源的一控制端耦接至該比較器的該輸出端，以及該第一電流源的一電流端耦接至該對應讀出線。
  22. 如請求項21所述的感測方法，其中該斜坡訊號在一重置期間與該重置期間後的該曝光期間為一禁能準位，該斜坡訊號在該讀出與清除期間中的一讀出期間為一斜坡波形，以及該斜坡訊號在該讀出與清除期間中的一清除期間以及在該清除期間後的一再取樣期間為一致能準位。
  23. 如請求項21所述的感測方法，更包括： 在該重置期間、該重置期間後的該曝光期間以及該讀出與清除期間中的一讀出期間截止該第二重置開關；以及 在該讀出與清除期間中的一清除期間以及在該清除期間後的一再取樣期間導通該第二重置開關。
  24. 如請求項21所述的感測方法，更包括當該像素單元操作於一原影像模式時： 在該重置期間，導通該第一重置開關、該取樣開關與該第二重置開關，以及使該斜坡訊號為一致能準位； 在該重置期間後的該曝光期間，截止該第一重置開關與該第二重置開關，導通該取樣開關，以及使該斜坡訊號為一禁能準位；以及 在該曝光期間後的一讀出期間，截止該第一重置開關、該取樣開關與該第二重置開關，以及使該斜坡訊號為一斜坡波形。
  25. 如請求項21所述的感測方法，更包括當該像素單元操作於一事件通報模式時： 在該重置期間，導通該第一重置開關與該取樣開關，截止該第二重置開關，以及使該斜坡訊號為一禁能準位； 在該重置期間後的該曝光期間，截止該第一重置開關以及該第二重置開關，導通該取樣開關，以及使該斜坡訊號為該禁能準位； 在該曝光期間後的該讀出與清除期間中的一讀出期間的一第一子期間，截止該第一重置開關、該取樣開關與該第二重置開關，以及使該斜坡訊號為不同於該禁能準位的一第一閾準位；以及 在該讀出期間的一第二子期間，截止該第一重置開關、該取樣開關與該第二重置開關，以及使該斜坡訊號為不同於該禁能準位與該第一閾準位的一第二閾準位。
  26. 如請求項17所述的感測方法，更包括： 當該輸出電路操作於該幀差模式時，由該輸出電路在該曝光期間後的一讀出期間中將該光感測元件在該第一幀期間中的該第一感測結果與在該第二幀期間中的該第二感測結果之間的該差異相較於一斜坡訊號以產生一比較結果，由該輸出電路將該比較結果作為該差異資訊而通過該對應讀出線輸出至該影像感測器晶片的一讀出電路，以及由該讀出電路計數該比較結果在該讀出期間中的一脈寬以產生該光感測元件在該第一幀期間與該第二幀期間之間的一光感測差異資料。
  27. 如請求項26所述的感測方法，更包括當該輸出電路操作於一原影像模式時： 由該輸出電路在該讀出期間中將該光感測元件在一目前幀期間中的一目前感測結果相較於該斜坡訊號以產生一比較結果； 由該輸出電路將該比較結果通過該對應讀出線輸出至該讀出電路；以及 由該讀出電路計數該比較結果在該讀出期間中的一脈寬，以產生該光感測元件在該目前幀期間中的一光感測資料。
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