[发明专利]彩色的时间延时积分型CMOS图像传感器

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路领域，尤其涉及一种彩色的时间延时积分(Time Delay Integration，TDI)型CMOS图像传感器。

背景技术

时间延迟积分是一种线阵推扫方式，物体相对于探测器运动，利用其多级光敏单元对同一目标多次曝光的方法获得足够的光电灵敏度和信噪比。通过改变TDI级数改变了可见光的曝光时间，多次曝光可以减少像元间响应不均匀和固定图像噪声的影响。因此，TDI技术在航天、航空等领域有广泛的应用。

图1为4级TDI工作模式，图1中1表示单列像素，Pixel1为第一行的像素，Pixel2为第二行的像素。图1中2表示物体被曝光后的灰度值，t时刻，物体1被Pixel1曝光，灰度值为P_1(t)；t+1时刻，物体1被Pixel2曝光，灰度值为P_1(t+1)，物体2被Pixel1曝光，灰度值为P_2(t+1)；以此类推。则物体1最终的灰度值为各时刻的和值P_1＝(P_1(t)+P_1(t+1)+P_1(t+2)+P_1(t+3))

普通的彩色图像拍摄时需要在像素阵列上按奇数行交替放置红(red，R)、绿(green，G)，偶数行交替放置绿(green，G)、蓝(blue，B)的排列方式(Bayer格式)覆盖透镜，如图2所示，得到相应的色彩分量后，经过颜色插补得到完整的图像信息。而目前已有的彩色TDI技术为分别做R、G、B三层电荷耦合型(CCD)像素阵列。

发明内容

本发明旨在解决克服现有技术的不足，提供一种拍摄彩色图像的CMOS图像传感器，能够提高拍摄质量，并简化结构。为达到上述目的，本发明采取的技术方案是，彩色的时间延时积分型CMOS图像传感器，结构如下：

a)在CMOS有源像素阵列上安放红、绿、蓝三种颜色的透镜，假设一共有N行像素，N是3的倍数，N＝3×n，i为1到n的整数，那么第3×i+1行放置红色滤光片、第3×n+2行放置绿色滤光片、第3×n+3行放置蓝色滤光片，其中每三行为TDI中的一级积分，共有n级积分；

b)像素阵列中的一列，将曝光得到的像素灰度值依次存储在各自相应的存储器中，即：红色分量存入R_mem存储器，绿色分量存入G_mem存储器，蓝色分量存入B_mem存储器；

控制TDI的积分级数并将同一色彩的分量从存储器中取出，送入相应的累加器中累加，即将所有R_mem存储器中存储的红色信号读出并累加，得到∑R；同理将绿色和蓝色信号也按照此方式读出，最终输出累加过后的绿色信号∑G和蓝色信号∑B。

像素阵列大小为1024列、96行，能够实现级数为4、16、32级积分可调；像素阵列外采用存储器阵列保存累加结果，输出R、G、B分量各10bit的RGB模式图像。

本发明的技术特点及效果：

采用TDI技术对同一物体进行多次曝光并取平均值，减少了图像噪声，通过累加直接得到各像素的RGB分量，无需颜色插补，简化了结构。

附图说明

图1 TDI工作原理。

图2 Bayer透镜。

图3 覆盖彩色遮光片的像素阵列。

图4 单列像素的TDI过程。

具体实施方式

本发明是通过如下结构实现的：

c)在CMOS有源像素阵列上安放红、绿、蓝三种颜色的透镜，假设一共有N行像素，N是3的倍数。令N＝3×n，i为1到n的整数，那么第3×i+1行放置红色滤光片、第3×n+2行放置绿色滤光片、第3×n+3行放置蓝色滤光片，如图3所示，其中每三行为TDI中的一级，共有n级。

d)对于其中一列，将曝光得到的像素灰度值依次存储在各自相应的存储器中，如图4中1所示。为了区分，红色分量存入的存储器中命名为R_mem中，绿色分量存入的存储器命名为G_mem，蓝色分量存入的存储器命名为B_mem。

e)通过选通12、48或96行像素阵列控制对应的TDI积分级数为4、16、32级，并将同一色彩的分量从存储器中取出，送入相应的累加器中累加，即将所有R_mem存储器中存储的红色信号读出并累加，得到∑R；同理将绿色和蓝色信号也按照此方式读出，最终输出累加过后的绿色信号∑G和蓝色信号∑B，如图4中2所示。

像素阵列大小为1024列、96行，可实现积分级数为4、16、32级可调。像素阵列外采用存储器阵列保存累加结果，输出R、G、B分量各10bit的RGB模式图像。