高動(dòng)態(tài)范圍圖像傳感器數(shù)據(jù)輸出方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體圖像感測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高動(dòng)態(tài)范圍圖像傳感器數(shù)據(jù)輸出方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]動(dòng)態(tài)范圍(Dynamic Range，DR)是表征圖像傳感器性能的一個(gè)重要指標(biāo)，對(duì)于傳統(tǒng)的高動(dòng)態(tài)范圍(High Dynamic Range, HDR)圖像傳感器，感光像素輸出的高、低增益原始模擬數(shù)據(jù)直接輸入信號(hào)處理單元，經(jīng)信號(hào)放大與模數(shù)轉(zhuǎn)換等過(guò)程得到高增益數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)(D_HG)與低增益數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)(D_LG)，如圖1所示。
[0003]以上兩組不同增益的數(shù)據(jù)，其輸出響應(yīng)示意圖如I所示，其中高增益數(shù)據(jù)由于具有較高增益，能夠很好的記錄場(chǎng)景暗部細(xì)節(jié)，但容易達(dá)到飽和；而低增益數(shù)據(jù)不容易達(dá)到飽和，可以更好的記錄場(chǎng)景亮部細(xì)節(jié)。
[0004]利用這兩組數(shù)據(jù)合成HDR圖像的方法如下，合成之后的HDR響應(yīng)如圖2所示。
[0005]I)首先選取一個(gè)閾值TH( —般情況下設(shè)定在高增益曲線的線性邊界處，如圖2所示);
[0006]2)然后在傳感器外通過(guò)一個(gè)外部處理器(例如FPGA)判斷高增益數(shù)據(jù)與閾值TH的關(guān)系:
[0007]當(dāng)高增益數(shù)據(jù)小于等于閾值TH時(shí)，高增益數(shù)據(jù)有效；當(dāng)高增益數(shù)據(jù)大于閾值TH時(shí)，高增益數(shù)據(jù)無(wú)效，相應(yīng)曝光量的低增益數(shù)據(jù)有效；
[0008]3)有效的高增益有效數(shù)據(jù)直接用于合成HDR圖像在較低曝光量時(shí)的響應(yīng)曲線，有效的低增益數(shù)據(jù)在外部系統(tǒng)中(例如FPGA)被處理，乘以一個(gè)合成系數(shù)K (K為根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合高低增益曲線得到的統(tǒng)計(jì)值)用于合成HDR圖像在較高曝光量時(shí)的響應(yīng)曲線。得到的HDR響應(yīng)曲線分段表達(dá)式為:
[0009]D_HDR = D_HG (D_HG〈 = TH)
[0010]D_HDR = KxD_LG (D_HG>TH)
[0011]這種合成高動(dòng)態(tài)范圍圖像方法的缺點(diǎn)是需要將片上兩路高、低增益數(shù)據(jù)全部輸出，輸出數(shù)據(jù)不全部有效，降低了傳感器數(shù)據(jù)傳輸效率，增加了系統(tǒng)功耗；同時(shí)需要在外部系統(tǒng)中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷處理，提高了系統(tǒng)復(fù)雜度，占用了系統(tǒng)資源。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明要解決的一個(gè)技術(shù)問(wèn)題是提供一種高動(dòng)態(tài)范圍圖像傳感器數(shù)據(jù)輸出方法，該方法傳感器數(shù)據(jù)處理量和傳輸量少，輸出效率高，功耗低。
[0013]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的高動(dòng)態(tài)范圍圖像傳感器數(shù)據(jù)輸出方法可以采用下述兩種技術(shù)方案:
[0014]技術(shù)方案一
[0015]本發(fā)明的高動(dòng)態(tài)范圍圖像傳感器數(shù)據(jù)輸出方法包括下述步驟:
[0016]—、在圖像傳感器內(nèi)部像素輸出通道末端集成一個(gè)模擬域閾值判斷單元，將接收到的高增益原始模擬數(shù)據(jù)與模擬域閾值TH進(jìn)行比較，如果高增益原始模擬數(shù)據(jù)小于等于模擬域閾值TH，則將高增益原始模擬數(shù)據(jù)直接輸出至圖像傳感器內(nèi)部信號(hào)處理單元；如果高增益原始模擬數(shù)據(jù)大于模擬域閾值TH，則選擇將低增益原始模擬數(shù)據(jù)輸出至圖像傳感器內(nèi)部信號(hào)處理單元，經(jīng)信號(hào)處理單元處理后得到有效高增益數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)或有效低增益數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)；
[0017]二、在圖像傳感器內(nèi)部信號(hào)處理單元后端，將有效高增益數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)或有效低增益數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)增加一個(gè)標(biāo)識(shí)位，或者對(duì)有效高增益數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)和有效低增益數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)增加不同的標(biāo)識(shí)位后再輸出；
[0018]三、根據(jù)標(biāo)識(shí)位區(qū)分有效高增益數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)和有效低增益數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，將有效低增益數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)乘以一個(gè)合成系數(shù)K后與有效高增益數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)共同合成HDR響應(yīng)曲線。
[0019]實(shí)現(xiàn)上述高動(dòng)態(tài)范圍圖像傳感器數(shù)據(jù)輸出方法的裝置包括模擬域閾值判斷單元，信號(hào)處理單元，標(biāo)識(shí)位單元，數(shù)據(jù)合成單元；所述模擬域閾值判斷單元集成在圖像傳感器內(nèi)部像素輸出通道末端，將接收到的高增益原始模擬數(shù)據(jù)與模擬域閾值TH進(jìn)行比較，當(dāng)高增益原始模擬數(shù)據(jù)小于等于模擬域閾值TH時(shí)，將高增益原始模擬數(shù)據(jù)輸出至信號(hào)處理單元；當(dāng)高增益原始模擬數(shù)據(jù)大于模擬域閾值TH時(shí)，將低增益原始模擬數(shù)據(jù)輸出至信號(hào)處理單元；標(biāo)識(shí)位單元集成于圖像傳感器內(nèi)部信號(hào)處理單元后端，將信號(hào)處理單元輸出的有效高增益數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)或有效低增益數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)增加一個(gè)標(biāo)識(shí)位，或者將有效高增益數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)和有效低增益數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)增加不同的標(biāo)識(shí)位后再輸出給數(shù)據(jù)合成單元；數(shù)據(jù)合成單元將有效低增益數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)乘以一個(gè)合成系數(shù)K后與有效高增益數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)共同合成HDR響應(yīng)曲線。
[0020]所述模擬域閾值判斷單元包括模擬比較器，模擬存儲(chǔ)電路，模擬雙路選擇器；模擬比較器將接收到的高增益原始模擬數(shù)據(jù)與模擬域閾值TH進(jìn)行比較，并將比較結(jié)果輸出至模擬存儲(chǔ)電路和模擬雙路選擇器；模擬雙路選擇器接收高增益原始模擬數(shù)據(jù)和低增益原始模擬數(shù)據(jù)，并根據(jù)比較結(jié)果選擇輸出高增益原始模擬數(shù)據(jù)或低增益原始模擬數(shù)據(jù)至信號(hào)處理單元。
[0021]所述標(biāo)識(shí)位單元采用邏輯電路，邏輯電路讀取模擬存儲(chǔ)電路的存儲(chǔ)值并根據(jù)該存儲(chǔ)值區(qū)分信號(hào)處理單元輸出的有效數(shù)據(jù)；將有效高增益數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)或有效低增益數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)增加一個(gè)標(biāo)識(shí)位，或者將有效高增益數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)和有效低增益數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)增加不同的標(biāo)識(shí)位后再輸出給數(shù)據(jù)合成單元。
[0022]所述數(shù)據(jù)合成單元采用可編程邏輯器件，將有效低增益數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)乘以一個(gè)合成系數(shù)K后與有效高增益數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)共同合成HDR響應(yīng)曲線。
[0023]所述數(shù)據(jù)合成單元可以是集成于圖像傳感器內(nèi)部的計(jì)算單元(例如乘法器)，也可以是圖像傳感器外部的一個(gè)可編程邏輯器件(FPGA)。
[0024]技術(shù)方案二
[0025]本發(fā)明的高動(dòng)態(tài)范圍圖像傳感器數(shù)據(jù)輸出方法包括下述步驟:
[0026]—、在圖像傳感器內(nèi)部，感光像素輸出的高增益原始模擬數(shù)據(jù)、低增益原始模擬數(shù)據(jù)直接送入信號(hào)處理單元進(jìn)行信號(hào)處理，得到高增益數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)和低增益數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)；
[0027]二、在圖像傳感器的信號(hào)處理單元后端集成數(shù)字域閾值判斷單元，數(shù)字域閾值判斷單元將信號(hào)處理單元輸出的高增益數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)與數(shù)字域閾值TH進(jìn)行比較，如果高增益數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)小于等于數(shù)字域閾值TH，則選擇將高增益數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)作為有效高增益數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出；如果高增益數(shù)據(jù)大于數(shù)字域閾值TH，則選擇將低增益數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)作為有效低增益數(shù)字?jǐn)?shù)輸出；
[0028]三、將有效高增益數(shù)據(jù)或有效低增益數(shù)據(jù)增加一個(gè)標(biāo)識(shí)位，或者對(duì)有效高增益數(shù)據(jù)和有效低增益數(shù)據(jù)增加不同的標(biāo)識(shí)位后再輸出；
[0029]四、根據(jù)標(biāo)識(shí)位區(qū)分有效高增益數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)和有效低增益數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，將有效低增益數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)乘以一個(gè)合成系數(shù)K后與有效高增益數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)共同合成HDR響應(yīng)曲線。
[0030]實(shí)現(xiàn)上述高動(dòng)態(tài)范圍圖像傳感器數(shù)據(jù)輸出方法的裝置采用下述技術(shù)方案:
[0031]實(shí)現(xiàn)上述高動(dòng)態(tài)范圍圖像傳感器數(shù)據(jù)輸出方法的裝置包括信號(hào)處理單元，數(shù)字域閾值判斷單元，標(biāo)識(shí)位單元，數(shù)據(jù)合成單元；所述數(shù)字域閾值判斷單元和標(biāo)識(shí)位單元集成在圖像傳感器內(nèi)部信號(hào)處理單元后端，將信號(hào)處理單元輸出的高增益數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)與數(shù)字域閾值TH進(jìn)行比較，當(dāng)高增益數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)小于等于數(shù)字域閾值TH時(shí)，選擇高增益數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)作為有效高增益數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出；當(dāng)高增益數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)大于數(shù)字域閾值TH時(shí)，選擇低增益數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)作為有效低增益數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出；標(biāo)識(shí)位單元將高增益數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)或低增益數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)增加一個(gè)標(biāo)識(shí)位，或者將高增益數(shù)據(jù)和低增益數(shù)據(jù)增加不同的標(biāo)識(shí)位后再輸出給數(shù)據(jù)合成單元；數(shù)據(jù)合成單元將低增益數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)乘以一個(gè)合成系數(shù)K后與高增益數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)共同合成HDR響應(yīng)曲線。
[0032]所述數(shù)字域閾值判斷單元包括數(shù)字比較器，數(shù)字存儲(chǔ)電路，數(shù)字雙路選擇器；數(shù)字比較器將接收到的高增益數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)與數(shù)字域閾值TH進(jìn)行比較，并將比較結(jié)果輸出至數(shù)字存儲(chǔ)電路和數(shù)字雙路選擇器；數(shù)字雙路選擇器接收高增益數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)和低增益數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，并根據(jù)比較結(jié)果選擇輸出高增益數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)或低增益數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)至信號(hào)處理單元。
[0033]所述標(biāo)識(shí)位單元采用邏輯電路，邏