[发明专利]图像传感器的图像取样方法及图像处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种图像取样及处理方法，尤其涉及一种通过隔行扫描(interlaced scanning)以及在交替配置列中的锯齿扫描(serrated scanning)取样图像的图像传感器的图像取样方法及图像处理方法。

背景技术

图像传感器用以将聚焦在传感器上的光学图像转译成电子信号。电荷耦合元件(charge-coupled device，简称为：CCD)为一种众所周知的图像传感器。由于需要CCD的特定制造过程，因此包含CCD的集成电路将十分昂贵。另外，CCD也造成大的功率消耗。最近，一种通过CMOS制程生产的主动像素传感器(Active-Pixel Sensor，简称为：APS)得到广泛关注，由于其具有整合电路的能力，例如将控制电路、驱动电路以及信号处理电路整合至单一感应晶片。CMOS APS的好处在于，相较CCD其具有低功率消耗、并与其外围相关的电子晶片的制程具相容性以及较低的生产成本。

然而，CMOS图像传感器的图像品质受到噪声的影响将降低其效能。这些噪声包括热噪声(即KTC噪声)、1/f噪声以及固定图形噪声(fixed patternnoise)。热噪声为有关于图像数据的取样，1/f噪声有关于用于放大图像信号的电路，而固定图形噪声则有关于像素阵列中行之间的不均匀性。这些噪声是造成CMOS APS相较于CCD具有较低的低灵敏度或取样的低动态范围的主要因素。改善灵敏度及动态范围的其中一方法为在固定画面速率下尽可能增加曝光时间。

图1为现有图像传感器的结构示意图。请参照图1，图像传感器100包括排列成列与行的多个像素单元110。像素单元110包括光二极管Pd以及晶体管T1～T3。假设隔行扫描系统符合美国国家电视标准委员会(NationalTelevision Standards Committee，简称为：NTSC)制定的标准，图像可被分为一奇图场(odd field)与一偶图场(even field)来显示，且隔行扫描系统的画面速率为每图场1/60秒。为便于说明，以像素单元110在(X1，Y1)为例，像素单元110的座标标示为(X，Y)。参照图1，在晶体管T1的控制下，光二极管Pd的节点N1最初被重置至参考电压Vref，其中晶体管T1在列线RST1为主动时被开启。在足够的曝光时间后，控制线RD1主动开启晶体管T3，如此在节点N1经由源极跟随晶体管T2转译的光二极管电压可经由行线RT1被读出。然后，光二极管电压将被取样并保持在一接着的相关双重取样(correlateddoubled sampling，简称为：CDS)电路(未示出)。依照上述原理，每列的光二极管被曝光以产生电压信号至相应的行线，以回应列线的状态和相应的控制线状态。

关于图像传感器100，典型的拜耳模型(Bayer pattern)彩色滤光片安排部署在像素单元110上，这样每个像素单元110仅感测红、绿、蓝其中任何一方的图像信息。为了使每个像素显示全彩图像，一种称为色彩内插(colorinterpolation)的算术计算须被使用在像素矩阵上。图2为自图1的图像传感器100取样的像素阵列示意图。请参照图2，以3X3像素矩阵210a为例，三个连续的列数据须进行色彩内插。为了便于说明，像素在(X，Y)的图像数据标示为红数据(R)、绿数据(G)或蓝数据(B)，其中图像数据通过取样图像信息而获得。当像素矩阵210a展示时，像素数据在三列X1～X3与三行Y1～Y3的交叉点为用以插入在(X2，Y2)的像素。例如，在(X2，Y2)的像素的红数据为像素在(X1，Y2)和(X3，Y2)的红数据的平均。在(X2，Y2)的像素的绿数据为在(X1，Y1)，(X1，Y3)，(X2，Y2)，(X3，Y1)和(X3，Y3)的像素的绿数据的平均。在(X2，Y2)的像素的蓝数据为在(X2，Y1)和(X2，Y3)的像素的蓝数据的平均

请同时参照图1及图2，通过光栅扫描(raster scanning)和隔行扫描，像素单元110在奇图场期间依X1，X3，X5，...X511的顺序被扫瞄并被取样，且对应的图像数据可被获得以显示奇图场。接着，像素单元110在偶图场期间依X2，X4，X6，...X512的顺序被扫瞄并被取样，且对应的图像数据可被获得以显示偶图场。只有奇列在奇图场期间被扫瞄，且只有偶列在偶图场期间被扫瞄。明显地，需要额外的画面缓冲器储存奇图场数据或偶图场数据以执行色彩内插，而其占据了显著的成本，且更进一步来说，色彩内插需要至少三个连续列数据，因此色彩内插不能即时被执行。