[发明专利]一种CMOS图像传感器曝光时间的控制方法

说明书

本发明提出一种CMOS图像传感器曝光时间的控制方法。该CMOS图像传感器包含像素矩阵，其曝光方法包含:将像素矩阵的曝光次数N分割成若干段，以分段的曝光且每完成一段曝光后就读取一次电荷信息；若像素累积的电荷量超过设定的阈值，则对该像素点进行标识,当所有像素全部完成信息读取后，开始下一段的曝光,直至所述若干段曝光全部完成后，像素点的标识信息清零，像素点上存储的电荷信息通过读取、放大以及模数转换后变成数字信号输出；进入下一工作周期。该方法通过对每个像素进行标识的方法，在保证像素阵列里每个像素点都不过曝的前提下，有效提高所有像素点的有用信号幅度，进而提高图像传感器的动态范围和信噪比。

技术领域

本发明涉及图像传感器领域，具体涉及一种CMOS图像传感器曝光时间的控制方法。

背景技术

近年来，图像传感器的应用范围变得越来越广。除了望远镜或数码相机等常规应用外，安防监控，人脸识别，三维立体图像建模等很多领域里，也都开始使用图像传感器。相较于传统的CCD图像传感器，由于半导体工艺技术发展越来越成熟，CMOS图像传感器(CIS)低功耗高集成度的优势变得越来越明显。

CMOS图像传感器本质上是由大量单点像素组成的矩阵。单点像素的结构如图1所示。每个像素点的感光元器件(photosensitive element)把该点感知的光信号转换成电信号，然后由读取电路采集和放大后，通过模数转换器(ADC)转换成数字信号。为了提高ADC的输出信噪比，通常会选择较大的信号放大倍数或增加感光元件的曝光时间，从而达到提高ADC输入信号幅度的目的。

CMOS图像传感器是由大量单点像素组成的。不同位置的像素点感知到的光信号幅度也是不同的。目前常规的CMOS像素工作流程如图2所示。每个像素点的感光器件先把原先感应或存储的电荷信息全部清零。然后感光器件通过曝光把感应到的光信号转换成电荷信息，并由读取和放大电路把电荷信息转化成电压信息，最后再进行模/数转换。所有像素点的曝光周期(Texposure)以及曝光次数(N)都是一致的。即现有的CMOS传感器方案中采用固定的放大倍数和曝光时间，牺牲一定的ADC动态范围以达到降低过曝发生概率的目的。这样对于同一个像素点，其感知到的光信号幅度也会随着周围环境光强的变化而改变。所有像素点都采用统一并且固定的放大倍数和曝光时间，很难保证像素矩阵里的每一个像素点在每一个时刻都不会因放大倍数过小造成信号被ADC噪声淹没，也不会因曝光时间过长造成感光元件过曝。若每个像素点的放大倍数或曝光时间都不统一，那么存贮这些信息并实现单点控制所需要的庞大的硬件支撑，矩阵连线的复杂程度也将呈几何级的增长。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种自动调节曝光时间的全新方案。该方法通过对每个像素进行1位数字信号标注的方法，在保证像素阵列里每个像素点都不过曝的前提下，有效提高了所有像素点的有用信号幅度，进而提高了图像传感器的动态范围和信噪比。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案，

一种CMOS图像传感器曝光时间的控制方法，其特征在于，所述图像传感器包含像素矩阵，其包含复数个像素点，所述方法包含:

S1.将像素矩阵的曝光次数N分割成若干段，逐段的曝光且每完成一段曝光后就读取一次电荷信息；

S2.若像素累积的电荷量超过设定的阈值，则对该像素点进行标识,当所有像素全部完成信息读取后，开始下一段的曝光,直至所述若干段曝光全部完成后，像素点的标识信息清零，像素点上存储的电荷信息通过处理转换成数字信号输出。

优选的，该S2中像素被标识后起至其所在段的所有像素全部完成信息读取完成为止的时间内，存储的电荷量不再增加。

优选的，该S2中还包含当被标识的像素点个数超过预设值，则像素点的标识信息全部清零，像素点上存储的电荷信息通过读取、放大、模/数转换变成数字信号输出。