如专利背景中所述，CCD图像传感器和CMOS图像传感器的制作工艺和基本架构都不相同，因此，通常只能从整体上由CMOS图像传感器来替代CCD图像传感器，而不能实现兼容性的替代。
然而，在某些场合，例如监控系统里却大多采用CCD图像传感器，并且由于CCD图像传感器采用互补色技术使得其具有了比CMOS图像传感器更好的灵敏度。如果用CMOS图像传感器整体替代CCD图像传感器时，就会使得CCD图像传感器的优势丧失。而若仍采用CCD图像传感器时，又会受到工艺等其他因素的限制使得其具有较高的成本。
《图像传感器及图像处理系统》技术方案中可以采用CMOS图像传感器作为内核，由控制信号转换电路将CCD图像传感器的各类驱动信号转化为适应CMOS图像传感器的时序控制信号，而其他的控制，如模拟增益、电流电压偏置等依旧可以由CMOS图像传感器的附属电路中的寄存器控制。《图像传感器及图像处理系统》技术方案实现了CCD图像传感器和CMOS图像传感器的兼容性替代，使得应用更加灵活，在提高了实用性的同时，还有效地降低了成本。
为使《图像传感器及图像处理系统》的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对《图像传感器及图像处理系统》的具体实施方式做详细的说明。
在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解《图像传感器及图像处理系统》。但是《图像传感器及图像处理系统》能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，该领域技术人员可以在不违背《图像传感器及图像处理系统》内涵的情况下做类似推广。因此《图像传感器及图像处理系统》不受下面公开的具体实施方式的限制。
图8示出了《图像传感器及图像处理系统》图像传感器的一实施方式的结构示意图。参考图8，所述图像传感器包括：CMOS感光阵列100、控制信号转换电路200、行选电路300和列选电路400。
所述CMOS感光阵列100，用于将光信号转换为电信号。在该实施方式中，所述CMOS感光阵列与2012年8之前技术中CMOS图像传感器中的感光阵列相类似，其既可以采用2012年8之前技术中四管的像素阵列，也可以采用其他形式的CMOS感光阵列，《图像传感器及图像处理系统》对此不做限制。
所述控制信号转换电路200，用于将第一控制信号转换为第二控制信号。所述第一控制信号用于驱动CCD感光阵列的操作，其至少包括：垂直转移信号XV1~XV4、水平转移信号XH1~XH2、电子快门信号XSUB和读出时钟信号XSG。所述第二控制信号至少包括：行复位控制信号Ai、行读出控制信号和列地址信号Aj。
所述行选电路300连接所述控制信号转换电路200，用于根据所述行复位控制信号Ai产生行复位信号RSTi、TXi和Xi；根据所述行读出控制信号Ak产生行读出信号RSTk、TXk和Xk。所述行复位信号RSTi、TXi和Xi用于控制CMOS感光阵列100中各行的复位操作；所述行读出信号RSTk、TXk和Xk用于控制CMOS感光阵列100中各行的读出操作。
需要说明的是，在该实施方式中，所述垂直转移信号包括了CCD图像传感器中比较常用的四相的垂直转移信号（XV1~XV4），所述水平转换信号包括了两相水平转换信号（XH1~XH2），但是其不应限制《图像传感器及图像处理系统》的包括范围，《图像传感器及图像处理系统》同样适用于其他的CCD控制信号，如三相垂直转换信号或四相水平转换信号。
继续参考图8，所述列选电路400连接所述控制信号转换电路200，并通过检测位线BL0~BLj连接至所述CMOS感光阵列100。所述列选电路400用于接收第二控制信号中的列地址信号Aj，在所述列地址信号Aj的控制下对CMOS感光阵列100进行列选通并输出列读出信号。
该实施方式中的行选电路300可以采用行译码器或移位寄存器来实现行操作；所述列选电路400可以采用列译码器或移位寄存器来实现列操作。
另外，在该实施方式中，所述图像传感器输出的读出信号可以是经过模/数（A/D）转换的数字信号，也可以是未经A/D转换的模拟信号，《图像传感器及图像处理系统》对此不做限制。较佳地，由于在CMOS的工艺上较容易将A/D转换器集成在同一芯片上，所以，所述图像传感器输出数字信号对系统集成更为方便。
当然，该实施方式中的图像传感器还可以包括附属电路，如包括参考电压电流源、电荷泵和电压调节器等，还可以包括用于控制的寄存器和寄存器通信用的接口（如通常使用的串行接口I2C和SPI等等），以及其他控制逻辑、图像预处理电路等。这些附属电路与2012年8月之前的CMOS图像传感器中的相应电路相类似，故在此不再赘述。
由前述内容可知，传统的CMOS图像传感器是一个主动器件，其曝光时间、模拟增益等参数存放在其中的控制寄存器中。CMOS感光阵列经过曝光时间之后，各行依次被读出，在读每行时，行中各像素被依次读出。当前读出行和当前读出像素由行选电路和列选电路决定。行选择和列选择的地址或移位寄存器由内部时序控制逻辑决定。
具体地，一帧读出时，帧同步信号（FRAME_VALID）变为高电平，直到这一帧的读出完全结束时变为低电平。每一行读出时，一行的有效数据输出期间，行同步信号（LINE_VALID）变为高电平，下游的接收端根据帧同步和行同步信号正确地接受图像数据。
在传统的CMOS图像传感器的使用中，控制寄存器由外部经过串口写入。CMOS图像传感器一旦开始工作，其控制、时序及地址产生顺序都是由内部的控制机产生。
而在《图像传感器及图像处理系统》技术方案的图像传感器结构中，传统的CMOS图像传感器作为其内核，CMOS感光阵列的时序控制由控制信号转换电路根据CCD垂直转移信号XV1~XV4、水平转移信号XH1~XH2、电子快门信号XSUB和读出时钟信号XSG转化而来，而其他的控制如模拟增益、电流电压偏置等依旧可以由附属电路中的寄存器控制，从而实现了CCD图像传感器与CMOS图像传感器的兼容性替代。
图9示出了《图像传感器及图像处理系统》第一控制信号的一种时序示意图。参考图9，读出时钟信号XSG中相邻两个读出脉冲之间的时间间隔即为一帧（或场）读出时间。在一帧内可能存在着1个、2个或者2个以上的多个电子快门信号XSUB。在CCD中，启动所述电子快门信号XSUB使得感光二极管中的电子电荷进行垂直溢出。读出时钟信号XSG启动感光二极管到垂直CCD的转移，同时也使得感光二极管被复位。
经过控制信号转换电路转换之后，电子快门信号XSUB中的每个复位脉冲都将启动CMOS感光阵列第1行的复位，若存在多个复位脉冲时，最后一个复位脉冲为有效脉冲，即最后一个复位脉冲将使得之前的复位操作无效，并重新对第1行进行复位。当复位脉冲对CMOS感光阵列的第1行进行复位后，CMOS的行选电路将根据每一行时间的推移，进行后续的行复位。
经过控制信号转换电路转换之后，读出时钟信号XSG中的读出脉冲启动第一行的读出操作，然后根据每一行时间的推移，进行后续的行读出。
其中，上述的每一行时间由CCD的垂直转移信号决定。继续参考图9，在CCD中，垂直转移信号XV1~XV4周期性运作，将每一行的信号逐次转移到水平CCD进行读出。并且由于四相垂直转移信号在一帧内的垂直转移脉冲数相同，因此，在《图像传感器及图像处理系统》技术方案的控制信号转换电路中，可以对其中一相垂直转移信号的脉冲数进行计数。计数值用以确定选择复位行、转移行和读出行，由CMOS行选电路进行行选择。
在CCD中，水平转移信号XH1~XH2周期性运作，将每一像素的信号逐次转移到检测端进行检测。与垂直转移信号相类似地，CCD中的两相水平转移信号在一帧内的水平转移脉冲数也相同。因此，《图像传感器及图像处理系统》技术方案的控制信号转移电路对其中一相水平转移信号的脉冲数进行计数。计数值用以确定选择读出像素，因而通过列选电路（如列译码器或移位寄存器）译码进行列选择并读出。
为实现上述控制信号之间的转换，图10示出了图8中控制信号转换电路实施例一的示意图。参考图10，所述控制信号转换电路可以包括第一检测单元201、第二检测单元203、第一计数单元205、第二计数单元207、行地址获取单元209、第三计数单元211和列地址获取单元213。
所述第一检测单元201用于检测第一控制信号中的电子快门信号XSUB，并输出复位启动信号。
所述第二检测单元203用于检测第一控制信号中的读出时钟信号XSG，并输出读出启动信号。
所述第一计数单元205连接所述第一检测单元201和第二检测单元203，用于接收所述复位启动信号和读出启动信号，在接收到所述复位启动信号之后对垂直转移信号进行计数以得出第一计数值，并在接收到所述读出启动信号后对所述垂直转移信号重新计数。此处重新计数指的是：在另一帧时间内将上一帧时间内的计数值归零，并重新开始计数。
具体地，每一帧时间由相邻的两个读出时钟信号XSG决定，在另一帧时间内所述垂直转移信号被重新计数。在该实施例中，所述第一计数单元205仅为其中一相垂直转移信号（如XV1）进行计数。当然，在其他实施例中，也可以对其他垂直转移信号（如XV2~XV4）中的一相进行计数，《图像传感器及图像处理系统》对此不做限制。
另外，当存在多个电子快门信号XSUB时，所述第一检测单元201将输出多个复位启动信号，那么所述第一计数单元205将在多个复位启动信号的控制下进行多次计数，直至在最后一个复位启动信号下输出有效的第一计数值。
以一帧时间内存在三个电子快门信号XSUB为例，所述第一检测单元201依次输出第一次复位启动信号、第二次复位启动信号和第三次复位启动信号。所述第一计数单元205在接收到第一次复位启动信号时，对垂直转移信号XV1进行计数，得出第一次的第一计数值“1”、“2”、“3”；在得出第一计数值“3”时，所述第一计数单元205又接收到第二次复位信号，那么所述第一计数单元205将重新对垂直转移信号XV1进行计数，得出第二次的第一计数值“1”、“2”、“3”、“4”、“5”；此时所述第一计数单元205接收到第三次复位信号，那么所述第一计数单元205再次重新对垂直转移信号XV1进行计数，得出第三次的第一计数值“1”、“2”、“3”、“4”、“5”、“6”……。由于在该帧时间内没有接收到另外一个复位启动信号，因此所述第一计数单元205得出的第三次的第一计数值为有效的第一计数值，前面两个计数值无效。
上述第一计数值“1”、“2”、“3”、“4”、“5”、“6”……被行地址获取单元209接收后分别对应形成第一行的行复位控制信号、第二行的行复位控制信号、第三行的行复位控制信号、第四行的行复位控制信号、第五行的行复位控制信号、第六行的行复位控制信号……。上述各行的行复位控制信号构成了行复位控制信号Ai，其中，i=1、2、3、4，……，换句话说，所述行复位控制信号Ai对应于CMOS感光阵列100中第一行至最后一行的行地址。
所述第二计数单元207连接所述第二检测单元203，用于接收所述读出启动信号，并在接收到所述读出启动信号之后对垂直转移信号进行计数，并得出第二计数值，在接收到下一个读出启动信号之后对垂直转移信号重新进行计数。
与第一计数单元205相类似地，所述第二计数单元207也仅对一帧时间内的一相垂直转移信号（如XV1）进行计数，且每一帧重新计数。需要说明的是，所述第一计数单元205和第二计数单元207可以对同一相垂直转移信号（如XV1）进行计数，也可以对不同相的垂直转移信号进行计数，其不应限制《图像传感器及图像处理系统》的保护范围。另外，与所述第一计数值类似地，所述第二计数单元207生成的第二计数值分别对应于各行的行读出控制信号。
所述行地址获取单元209连接所述第一计数单元205和第二计数单元207，用于接收所述第一计数值和第二计数值，并在接收到第一计数值时输出行复位控制信号Ai，在接收到第二计数值时输出行读出控制信号Ak，其中，k=1、2、3、4、……。
与行复位控制信号Ai类似地，所述行读出控制信号Ak也包括了CMOS感光阵列100中第一行至最后一行的行读出控制信号。
所述行选电路300连接所述行地址获取单元209，用于接收所述行复位控制信号Ai和行读出控制信号Ak，并根据所述行复位控制信号Ai输出行复位信号（如图10中的RSTi、TXi和Xi），根据所述行读出控制信号Ak生成行读出信号（如图10中的RSTk、TXk和Xk）。
其中，所述行复位信号用于控制CMOS感光阵列每一行（从第一行至最后一行）的复位操作，所述行读出信号用于控制CMOS感光阵列每一行（从第一行至最后一行）的读出操作。
所述行复位信号的时序如图11所示，所述行读出信号的时序如图12所示。具体地，CMOS感光阵列的每一行首先在所述行复位信号控制下逐次进行复位，然后在行读出信号之前完成曝光操作，最后在所述行读出信号的控制下完成每一行的读出操作。
继续参考图10，所述第三计数单元211用于对一帧时间内的水平转移信号（如XH1）进行计数并得出第三计数值。所述第三计数值被发送至列地址获取单元213。
所述列地址获取单元213，用于根据接收到的第三计数值得出对CMOS感光阵列100进行操作的列地址信号Aj。所述列地址信号Aj被送至列选电路400进行译码，以实现对CMOS感光阵列100中对应的像素的读出。
具体地，所述第三计数单元211连接所述第二检测单元203，用于接收所述读出启动信号，并在接收到所述读出启动信号后对水平转移信号进行计数，并在接收到下一个读出启动信号后对水平转移信号重新计数。
在该实施例中，所述第三计数单元211用于对水平转移信号XH1进行计数，在其他实施例中，其还可以对其他相的水平转移信号如XH2进行计数，《图像传感器及图像处理系统》对此不做限制。
下面再结合图8~图12对《图像传感器及图像处理系统》技术方案的图像传感器的工作原理做进一步说明。
参考图10，在第一时刻t1时，所述第一检测单元201在对电子快门信号XSUB进行检测后输出有效的复位启动信号；所述第一计数单元205基于该有效的复位启动信号对垂直转移信号XV1开始计数，并获得第一计数值“1”、“2”、“3”……；
行地址获取单元209在接收到上述各个第一计数值之后，分别对应形成第一行的行复位控制信号、第二行的行复位控制信号、第三行的行复位控制信号……；
行选电路300根据上述各行的行复位控制信号依次生成第一行的行复位信号、第二行的行复位信号、第三行的行复位信号……；上述各行的行复位信号的时序分别如图11所示。
参考图8，CMOS感光阵列100在上述各行的行复位信号控制下从第一行开始进行逐行复位。也就是说，CMOS感光阵列100中的第一行在第一时刻t1时开始复位，第二行在第一行的基础上顺延一个行周期进行复位。具体的行周期由相邻的两个垂直转移信号之间的时间间隔决定.....依次类推直至CMOS感光阵列中所有行均实现了复位。
在第二时刻t2时，第二检测单元203检测到读出时钟信号XSG，并输出读出启动信号；所述第二计数单元207基于该读出启动信号对垂直转移信号XV1进行计数，并依次输出第二计数值“1”、“2”、“3”……；
所述行地址获取单元209在接收到上述各个第二计数值时输出对应输出第一行的行读出控制信号、第二行的行读出控制信号、第三行的行读出控制信号……；
行选电路300根据上述各行的行读出控制信号依次生成第一行的行读出信号、第二行的行读出信号、第三行的行读出信号……；上述各行的行读出信号的时序如图12所示。
CMOS感光阵列100在上述各行的行读出信号控制下从第一行开始进行逐行的读出。换句话说，CMOS感光阵列100的第一行在第二时刻t2时开始读出，后续各行在前一行的基础上顺延一个行周期实现读出操作。
由上述分析可知，CMOS感光阵列100中的第一行在第一时刻t1时被施加如图11所示的行复位信号；而在第二时刻t2时被施加如图12所示的行读出信号；在第一时刻t1和第二时刻t2之间，第一行处于曝光阶段。《图像传感器及图像处理系统》中，第一行在复位、曝光以及读出阶段时的时序与图6所示的时序相同；依次类推，后续各行的时序与图6中的时序也相同。
继续参考图10，在第二时刻t2时，第三计数单元211也接收到读出启动信号，因此其开始对水平转移信号XH1进行计数，并依次输出第三计数值“1”、“2”、“3”……；
所述列地址获取单元213在接收到上述各个第三计数值后依次输出第一列的列地址信号、第二列的列地址信号、第三列的列地址信号……；
列选电路400根据上述各列的列地址信号依次对CMOS感光阵列100中的各列进行选通，并最终输出列读出信号。
至此，图像传感器就完成了各行和各列的相关操作，并最终输出一帧图像。
图13示出了图8中控制信号转换电路实施例二的示意图。参考图13，所述控制信号转换电路包括：第一检测单元201、第二检测单元203、第一计时单元205a、第二计时单元207a、行地址获取单元209a、第三计时单元211a和列地址获取单元213a。该实施例与实施例一中的相同之处，在此不再赘述。其与实施例一的不同之处在于：
所述第一计时单元205a连接所述第一检测单元201，用于在接收到所述复位启动信号之后检测垂直转移信号，在检测到第一个垂直转移信号时输出第一信号并开始计时，在检测到第二个垂直转移信号时停止计时以得出第一时间间隔；所述第一信号和第一时间间隔被发送至所述行地址获取单元209a。
所述第二计时单元207a连接所述第二检测单元203，用于在接收到所述读出启动信号之后检测垂直转移信号，并在检测到第一个垂直转移信号时输出第二信号；所述第二信号被发送至行地址获取单元209a。
所述行地址获取单元209a连接所述第一计时单元205a和第二计时单元207a，用于接收所述第一信号、第一时间间隔和第二信号，并根据所述第一信号和所述第一时间间隔形成行复位控制信号Ai，根据所述第二信号和所述第一时间间隔形成行读出控制信号Ak。
与实施例一中类似地，行选电路300在接收到所述行复位控制信号Ai和行读出控制信号Ak后，分别对应输出行复位信号RSTi、TXi和Xi和行读出信号RSTk、TXk和Xk。所述行复位信号的时序如图11所示；行读出信号的时序如图12所示。
具体地，在该实施例中，所述第一信号用于启动第一行的复位操作，因此，其对应于行复位控制信号Ai中的第一行的行复位控制信号；而后续第二行的行复位控制信号可由第一行的复位控制信号顺延第一时间间隔得出，第三行的行复位控制信号由第二行的行复位控制信号顺延第一时间间隔得出，依次类推即可得出行复位控制信号Ai。
与此相类似地，所述第二信号用于启动第一行的读出操作，因此，其对应于行读出控制信号Ak中的第一行的行读出控制信号；行读出控制信号Ak中后续各行的行地址可在其前一行的行读出控制信号基础上依次顺延第一时间间隔得出。
该领域技术人员应当理解的是，在其他实施例中，还可以由所述第二计时单元207a得出所述第一时间间隔，而所述第一计时单元205a仅输出第一信号，《图像传感器及图像处理系统》对此不做限制。
所述第三计时单元211a连接所述第二检测单元203，用于接收到所述读出启动信号后检测水平转移信号，在检测到第一个水平转移信号后输出第三信号并开始计时，在检测到第二个水平转移信号后停止计时以得出第二时间间隔。所述第三信号和第二时间间隔被发送至列地址获取单元213a。
所述列地址获取单元213a连接所述第三计时单元211a，用于根据所述第三信号和第二时间间隔形成列地址信号Aj。
具体地，所述第三信号用于启动第一列的读出操作，因此其对应于第一列的列地址信号，第二列的列地址信号可在所述第一列的列地址信号的基础上顺延第二时间间隔形成，第三列的列地址信号又可以第二列的列地址信号基础上顺延第二时间间隔，依次类推形成所述列地址信号Aj。
所述列选电路400的结构与工作原理与实施例一中的相类似，故在此不再赘述。
《图像传感器及图像处理系统》还提供了一种图像处理系统，所述图像处理系统包括上述任意一种图像传感器，在此不再赘述。
综上，《图像传感器及图像处理系统》技术方案中包括控制信号转换电路，所述控制信号转换电路将控制CCD图像传感器的第一控制信号转换为第二控制信号；行选电路根据第二控制信号中的行复位控制信号和行读出控制信号生成行复位信号和行读出信号，用以控制CMOS感光阵列中各行的复位和读出操作；列选电路根据第一控制信号中的列地址信号实现对CMOS感光阵列中各列的选通和读出操作。通过上述控制信号的转换即可使得CMOS图像传感器适用于CCD系统中，从而实现了CCD图像传感器和CMOS图像传感器的兼容性替代。
在具体应用中，例如在CCD占据多数份额的监控系统中，《图像传感器及图像处理系统》技术方案的图像传感器由于采用了CMOS图像传感器的内核，因此，可以有效地降低成本，并且由于该图像传感器可以与CCD监控系统中适应（匹配），因此其又具备CCD系统的优势，有效地提高了系统的实用性。
基于VC++的图像处理系统设计
用于地铁隧道形变监测的图像处理系统
CMOS图像传感器简介
