本發(fā)明涉及圖像傳感器領(lǐng)域，尤其涉及一種像素感光值的輸出方法。

背景技術(shù)：

目前，圖像傳感器主要有CCD圖像傳感器（Charged Coupled Device）和CMOS圖像傳感器（CMOS Imaging Sensor，CIS）兩類。相比CDD圖像傳感器，CMOS圖像傳感器具有低功耗、低噪聲、寬動態(tài)范圍、體積小、成本低等優(yōu)勢，因此CMOS圖像傳感器已逐漸成為本技術(shù)領(lǐng)域的研發(fā)熱點。

模數(shù)轉(zhuǎn)換器（Analog-to-Digital Convert，ADC）是CMOS圖像傳感器的重要組成部分，用于將每個像素單元產(chǎn)生的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，是模擬電路與數(shù)字電路的接口。

現(xiàn)有的CMOS圖像傳感器主用使用3種ADC，分別是：芯片級ADC、列并行ADC和像素級ADC。芯片級ADC即整個芯片只有一個ADC，每個像素產(chǎn)生的模擬輸出都要依次順序經(jīng)過這個ADC進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，所以，這種ADC占用面積較小，但同時轉(zhuǎn)換速度較慢，僅適用于像素陣列較小、對CIS速度要求不高的應(yīng)用場合。像素級ADC是指每個像素或者每幾個像素共用一個ADC。這種ADC信噪比較高、功耗低、對ADC的速度要求也低，但像素的填充因子低、版圖設(shè)計復(fù)雜，目前還無法實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。而列并行ADC是對芯片級ADC和像素級ADC的折中，它采用每列像素共用一個ADC，每列的ADC只負(fù)責(zé)處理本列數(shù)據(jù)，各列的ADC同時工作，這種半并行處理兼采芯片級ADC和像素級ADC之所長，可大大提高轉(zhuǎn)換效率，在未來CIS的發(fā)展中具有很廣泛的應(yīng)用前景。

高像素圖像傳感器的廣泛應(yīng)用對圖像質(zhì)量提出了更高的要求，固定模式噪聲（Fixed Pattern Noise，F(xiàn)PN）是影響圖像質(zhì)量的主要因素。為了消除像素感光單元的讀出電路引入的FPN，對于應(yīng)用列并行ADC作為讀出電路的圖像傳感器，相關(guān)雙采樣（Correlated Double Sampling，CDS）技術(shù)被廣泛采用，具體包括模擬相關(guān)雙采樣和數(shù)字相關(guān)雙采樣。

其中，模擬相關(guān)雙采樣是通過兩個電容分別對像素單元的復(fù)位電壓和感光電壓進(jìn)行采樣，通過模擬電路ADC實現(xiàn)像素感光電壓和復(fù)位電壓差值的數(shù)字化。然而，為了達(dá)到足夠高的精度，通常需要很大的采樣電容值，因此設(shè)計成本較高。

公開號為CN 103686004A的中國專利申請公開了一種采用數(shù)字相關(guān)雙采樣的像素感光值輸出方法，通過復(fù)位和正常曝光操作，分別采集像素單元的復(fù)位電壓和感光電壓，采用兩次斜坡信號分別與復(fù)位電壓以及感光電壓比較，在數(shù)字系統(tǒng)中實現(xiàn)像素感光電壓和復(fù)位電壓的差值運(yùn)算，從而得到像素感光值。然而，該方法雖然能夠消除讀出電路引入的FPN，但仍不能有效消除時序引入的FPN。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種像素感光值的輸出方法，消除像素單元讀出電路及時序引入的固定模式噪聲，進(jìn)一步提高圖像質(zhì)量。

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種像素感光值的輸出方法，包括以下步驟：

A．第一次復(fù)位后，像素陣列中各列像素單元第一次曝光，第一次曝光時間為正常曝光時間，輸出各列像素單元的第一感光電壓；

通過斜坡產(chǎn)生電路產(chǎn)生斜坡信號，通過比較器比較斜坡信號與第一感光電壓，通過計數(shù)器得到各列像素單元的第一感光計數(shù)值；

B．第二次復(fù)位后，像素陣列中各列像素單元第二次曝光，第二次曝光時間小于正常曝光時間，輸出各列像素單元的第二感光電壓；

通過斜坡產(chǎn)生電路產(chǎn)生斜坡信號，通過比較器比較斜坡信號與第二感光電壓，通過計數(shù)器得到各列像素單元的第二感光計數(shù)值；

C．分別對各列像素單元的第一感光計數(shù)值與第二感光計數(shù)值求差，獲得各列像素單元的像素感光值。

優(yōu)選地，所述像素感光值的輸出方法，包括以下步驟：

A1．第一次復(fù)位后，像素陣列中各列像素單元第一次曝光，第一次曝光時間為正常曝光時間，輸出各列像素單元的第一感光電壓；

斜坡產(chǎn)生電路產(chǎn)生第一斜坡信號，計數(shù)器開始從零計數(shù)；

比較器比較所述第一斜坡信號電壓和各列像素單元的第一感光電壓，當(dāng)所述第一斜坡信號電壓超過各列像素單元的第一感光電壓時，計數(shù)器得到各列像素單元的第一感光計數(shù)值VSN；

B1．第二次復(fù)位后，像素陣列中各列像素單元第二次曝光，第二次曝光時間小于正常曝光時間，輸出各列像素單元的第二感光電壓；

斜坡產(chǎn)生電路產(chǎn)生第二斜坡信號，計數(shù)器重新開始從零計數(shù)；

比較器比較所述第二斜坡信號電壓和各列像素單元的第二感光電壓，當(dāng)所述第二斜坡信號電壓超過各列像素單元的第二感光電壓時，計數(shù)器得到各列像素單元的第二感光計數(shù)值VSZ；

C1．分別對各列像素單元的第一感光計數(shù)值VSN與第二感光計數(shù)值VSZ求差，獲得各列像素單元的像素感光值VSN-VSZ。

優(yōu)選地，所述像素感光值的輸出方法，包括以下步驟：

A2．第一次復(fù)位，產(chǎn)生各列像素單元的第一復(fù)位電壓；

斜坡產(chǎn)生電路產(chǎn)生第一斜坡信號，計數(shù)器開始從零計數(shù)；

比較器比較所述第一斜坡信號電壓和各列像素單元的第一復(fù)位電壓，當(dāng)所述第一斜坡信號電壓超過各列像素單元的第一復(fù)位電壓時，計數(shù)器得到各列像素單元的第一復(fù)位計數(shù)值VRN；

各列像素單元第一次曝光，第一次曝光時間為正常曝光時間，輸出各列像素單元的第一感光電壓；

斜坡產(chǎn)生電路產(chǎn)生第二斜坡信號，計數(shù)器重新開始從零計數(shù)；

比較器比較所述第二斜坡信號電壓和各列像素單元的第一感光電壓，當(dāng)所述第二斜坡信號電壓超過各列像素單元的第一感光電壓時，計數(shù)器得到各列像素單元的第一感光計數(shù)值VSN；

B2．第二次復(fù)位，產(chǎn)生各列像素單元的第二復(fù)位電壓；

斜坡產(chǎn)生電路產(chǎn)生第三斜坡信號，計數(shù)器重新開始從零計數(shù)；

比較器比較所述第三斜坡信號電壓和各列像素單元的第二復(fù)位電壓，當(dāng)所述第三斜坡信號電壓超過各列像素單元的第二復(fù)位電壓時，計數(shù)器得到各列像素單元的第二復(fù)位計數(shù)值VRZ；

各列像素單元第二次曝光，第二次曝光時間小于正常曝光時間，輸出各列像素單元的第二感光電壓；

斜坡產(chǎn)生電路產(chǎn)生第四斜坡信號，計數(shù)器重新開始從零計數(shù)；

比較器比較所述第四斜坡信號電壓和各列像素單元的第二感光電壓，當(dāng)所述第四斜坡信號電壓超過各列像素單元的第二感光電壓時，計數(shù)器得到各列像素單元的第二感光計數(shù)值VSZ；

C2．分別對各列像素單元的第一感光計數(shù)值VSN與第一復(fù)位計數(shù)值VRN求差，得到第一次曝光計數(shù)差值VSN-VRN；

分別對各列像素單元的第二感光計數(shù)值VSZ與第二復(fù)位計數(shù)值VRZ求差，得到第二次曝光計數(shù)差值VSZ-VRZ；

分別對各列像素單元的第一次曝光計數(shù)差值VSN-VRN與第二次曝光計數(shù)差值VSZ-VRZ求差，獲得各列像素單元的像素感光值（VSN-VRN）-（VSZ-VRZ）。

優(yōu)選地，所述像素感光值的輸出方法，還包括：重復(fù)所述步驟B，得到各列像素單元的多個曝光時間小于正常曝光時間的感光計數(shù)值，分別對各列像素單元的第一感光計數(shù)值與多個曝光時間小于正常曝光時間的感光計數(shù)值求差，獲得各列像素單元的像素感光值。

優(yōu)選地，所述像素感光值的輸出方法，還包括：根據(jù)不同的比較器的輸入失調(diào)電壓，調(diào)節(jié)第二次曝光時間。

優(yōu)選地，所述第一斜坡信號、第二斜坡信號、第三斜坡信號、第四斜坡信號為向上的斜坡信號或向下的斜坡信號。

優(yōu)選地，所述像素感光值的輸出方法，還包括：通過存儲器記錄所述第一復(fù)位計數(shù)值、第二復(fù)位計數(shù)值、第一感光計數(shù)值、第二感光計數(shù)值。

本發(fā)明的像素感光值輸出方法，在正常曝光之外增加了曝光時間小于正常曝光時間的短曝光，通過對各列像素單元的正常曝光和短曝光的差值化輸出，有效消除了像素單元讀出電路及時序引入的固定模式噪聲，進(jìn)一步提高了圖像質(zhì)量。

附圖說明

圖1為本發(fā)明像素感光值輸出方法的流程圖；

圖2為根據(jù)本發(fā)明實施例一的像素感光值輸出方法的時序圖；

圖3為根據(jù)本發(fā)明實施例二的像素感光值輸出方法的時序圖。

具體實施方式

在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施的限制。

其次，本發(fā)明利用示意圖進(jìn)行詳細(xì)描述，在詳述本發(fā)明實施例時，為便于說明，所述示意圖只是實例，其在此不應(yīng)限制本發(fā)明保護(hù)的范圍。

如圖1所示，本發(fā)明提供了一種像素感光值的輸出方法，包括以下步驟：

A．第一次復(fù)位后，像素陣列中各列像素單元第一次曝光，第一次曝光時間為正常曝光時間，輸出各列像素單元的第一感光電壓；

通過斜坡產(chǎn)生電路產(chǎn)生斜坡信號，通過比較器比較斜坡信號與第一感光電壓，通過計數(shù)器得到各列像素單元的第一感光計數(shù)值；

B．第二次復(fù)位后，像素陣列中各列像素單元第二次曝光，第二次曝光時間小于正常曝光時間，輸出各列像素單元的第二感光電壓；

通過斜坡產(chǎn)生電路產(chǎn)生斜坡信號，通過比較器比較斜坡信號與第二感光電壓，通過計數(shù)器得到各列像素單元的第二感光計數(shù)值；

C．分別對各列像素單元的第一感光計數(shù)值與第二感光計數(shù)值求差，獲得各列像素單元的像素感光值。

以下結(jié)合具體實施例對本發(fā)明的像素感光值輸出方法具體說明。

實施例一

圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例一的像素感光值輸出方法的時序圖。

如圖2所示，RST信號為像素感光單元的復(fù)位控制信號，TX信號為像素感光單元的曝光傳輸控制信號，ramp為斜坡產(chǎn)生電路產(chǎn)生的斜坡信號。

首先，RST信號控制各列像素單元第一次復(fù)位，之后，TX信號控制各列像素單元第一次曝光，第一次曝光時間T1為正常曝光時間，各列像素單元分別輸出第一感光電壓。斜坡產(chǎn)生電路產(chǎn)生第一斜坡信號，計數(shù)器開始從零計數(shù)，隨著第一斜坡信號的逐漸增大，所述第一斜坡信號與所述第一感光電壓之間的電壓差逐漸縮小，當(dāng)所述第一斜坡信號超過所述第一感光電壓時，觸發(fā)所述比較器發(fā)生翻轉(zhuǎn)，此時計數(shù)器的計數(shù)值為各列像素單元的第一感光計數(shù)值VSN。優(yōu)選地，還可以通過存儲器記錄所述第一感光計數(shù)值VSN。

接著，RST信號控制各列像素單元第二次復(fù)位，之后，TX信號控制各列像素單元第二次曝光，第二次曝光時間T2小于正常曝光時間（也就是說，第二次曝光是曝光時間小于正常曝光時間的“短曝光”），各列像素單元分別輸出第二感光電壓。優(yōu)選地，可以根據(jù)不同的比較器的輸入失調(diào)電壓，調(diào)節(jié)第二次曝光時間T2。斜坡產(chǎn)生電路產(chǎn)生第二斜坡信號，計數(shù)器重新開始從零計數(shù)，隨著第二斜坡信號的逐漸增大，所述第二斜坡信號與所述第二感光電壓之間的電壓差逐漸縮小，當(dāng)所述第二斜坡信號超過所述第二感光電壓時，觸發(fā)所述比較器發(fā)生翻轉(zhuǎn)，此時計數(shù)器的計數(shù)值為各列像素單元的第二感光計數(shù)值VSZ。優(yōu)選地，還可以通過存儲器記錄所述第二感光計數(shù)值VSZ。

最后，分別對各列像素單元的第一感光計數(shù)值VSN與第二感光計數(shù)值VSZ求差，獲得各列像素單元的像素感光值VSN-VSZ，從而消除像素單元讀出電路及時序引入的固定模式噪聲，提高圖像質(zhì)量。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，在本實施例中，第一斜坡信號和第二斜坡信號均為向上的斜坡信號（斜率為正），在未示出的其他實施例中，第一斜坡信號和第二斜坡信號也可以為向下的斜坡信號（斜率為負(fù)），圖例僅為示意圖。

實施例二

圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例二的像素感光值輸出方法的時序圖。

如圖3所示，RST信號為像素感光單元的復(fù)位控制信號，TX信號為像素感光單元的曝光傳輸控制信號，ramp為斜坡產(chǎn)生電路產(chǎn)生的斜坡信號。

首先，RST信號控制各列像素單元第一次復(fù)位，各列像素單元分別輸出第一復(fù)位電壓。斜坡產(chǎn)生電路產(chǎn)生第一斜坡信號，計數(shù)器開始從零計數(shù)，隨著第一斜坡信號的逐漸增大，所述第一斜坡信號與所述第一復(fù)位電壓之間的電壓差逐漸縮小，當(dāng)所述第一斜坡信號超過所述第一復(fù)位電壓時，觸發(fā)所述比較器發(fā)生翻轉(zhuǎn)，此時計數(shù)器的計數(shù)值為各列像素單元的第一復(fù)位計數(shù)值VRN。優(yōu)選地，還可以通過存儲器記錄所述第一復(fù)位計數(shù)值VRN。

之后，TX信號控制各列像素單元第一次曝光，第一次曝光時間T1為正常曝光時間，各列像素單元分別輸出第一感光電壓。斜坡產(chǎn)生電路產(chǎn)生第二斜坡信號，計數(shù)器重新開始從零計數(shù)。隨著第二斜坡信號的逐漸增大，所述第二斜坡信號與所述第一感光電壓之間的電壓差逐漸縮小，當(dāng)所述第二斜坡信號超過所述第一感光電壓時，觸發(fā)所述比較器發(fā)生翻轉(zhuǎn)，此時計數(shù)器的計數(shù)值為各列像素單元的第一感光計數(shù)值VSN。優(yōu)選地，還可以通過存儲器記錄所述第一感光計數(shù)值VSN。

接著，RST信號控制各列像素單元第二次復(fù)位，各列像素單元分別輸出第二復(fù)位電壓。斜坡產(chǎn)生電路產(chǎn)生第三斜坡信號，計數(shù)器重新開始從零計數(shù)，隨著第三斜坡信號的逐漸增大，所述第三斜坡信號與所述第二復(fù)位電壓之間的電壓差逐漸縮小，當(dāng)所述第三斜坡信號超過所述第二復(fù)位電壓時，觸發(fā)所述比較器發(fā)生翻轉(zhuǎn)，此時計數(shù)器的計數(shù)值為各列像素單元的第二復(fù)位計數(shù)值VRZ。優(yōu)選地，還可以通過存儲器記錄所述第二復(fù)位計數(shù)值VRZ。

之后，TX信號控制各列像素單元第二次曝光，第二次曝光時間T2小于正常曝光時間（也就是說，第二次曝光是曝光時間小于正常曝光時間的“短曝光”），各列像素單元分別輸出第二感光電壓。優(yōu)選地，可以通過調(diào)節(jié)比較器的輸入失調(diào)電壓，調(diào)節(jié)第二次曝光時間T2。斜坡產(chǎn)生電路產(chǎn)生第四斜坡信號，計數(shù)器重新開始從零計數(shù)。隨著第四斜坡信號的逐漸增大，所述第四斜坡信號與所述第二感光電壓之間的電壓差逐漸縮小，當(dāng)所述第四斜坡信號超過所述第二感光電壓時，觸發(fā)所述比較器發(fā)生翻轉(zhuǎn)，此時計數(shù)器的計數(shù)值為各列像素單元的第二感光計數(shù)值VSZ。優(yōu)選地，還可以通過存儲器記錄所述第二感光計數(shù)值VSZ。

最后，分別對各列像素單元的第一感光計數(shù)值VSN與第一復(fù)位計數(shù)值VRN求差，得到第一次曝光計數(shù)差值VSN-VRN；分別對各列像素單元的第二感光計數(shù)值VSZ與第二復(fù)位計數(shù)值VRZ求差，得到第二次曝光計數(shù)差值VSZ-VRZ；分別對各列像素單元的第一次曝光計數(shù)差值VSN-VRN與第二次曝光計數(shù)差值VSZ-VRZ求差，獲得各列像素單元的像素感光值（VSN-VRN）-（VSZ-VRZ），從而消除像素單元讀出電路及時序引入的固定模式噪聲，提高圖像質(zhì)量。

與實施例一相比，實施例二的方法通過增加對兩次曝光各自的感光計數(shù)值和復(fù)位計數(shù)值求差，將讀出電路引入的固定模式噪聲消除地更加干凈徹底，有利于圖像質(zhì)量的進(jìn)一步提高。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，在本實施例中，第一斜坡信號、第二斜坡信號、第三斜坡信號、第四斜坡信號均為向上的斜坡信號（斜率為正），在未示出的其他實施例中，這些斜坡信號也可以為向下的斜坡信號（斜率為負(fù)），圖例僅為示意圖。

此外，從理論上來講，本發(fā)明的方法還可以通過多次重復(fù)短曝光的步驟，得到各列像素單元的多個曝光時間小于正常曝光時間的感光計數(shù)值，分別對各列像素單元的第一感光計數(shù)值與多個曝光時間小于正常曝光時間的感光計數(shù)值求差，獲得各列像素單元的像素感光值，從而將時序引入的固定模式噪聲消除得更為干凈徹底。然而實際應(yīng)用中，通常需要綜合考慮應(yīng)用幀率、轉(zhuǎn)換效率等需求，對短曝光次數(shù)進(jìn)行合理選擇，實施例一和實施例二僅以一次短曝光的情況作為示例，而非作為限制。

本發(fā)明的像素感光值輸出方法，在正常曝光之外增加了曝光時間小于正常曝光時間的短曝光，通過對各列像素單元的正常曝光和短曝光的差值化輸出，有效消除了像素單元讀出電路及時序引入的固定模式噪聲，進(jìn)一步提高了圖像質(zhì)量。

本發(fā)明雖然已以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。