[发明专利]高动态范围TDI图像传感器及其成像方法

说明书

本发明公开一种高动态范围TDI图像传感器及其成像方法，其中的方法包括：通过调节两个感光阵列的积分级数改变两个感光阵列累积的电荷总量，采用不同的增益进行读出，电荷总量少的感光阵列通过大增益读出像素输出值，反映弱光信息，而电荷总量多的感光阵列通过小增益读出像素输出值，反映强光信息，然后对两个感光阵列读出的像素输出值进行高动态范围合成。本发明的TDI图像传感器具有不同增益的两个感光阵列，配合高增益感光阵列与低增益感光阵列的电压与积分级数的调节，改变两个感光阵列累积的电荷总量，使电荷总量少的感光阵列采用高增益读出，电荷总量多的感光阵列采用低增益读出，从而实现在保留弱光信噪比的同时，增加TDI图像传感器的动态范围。

技术领域

本发明涉及于TDI图像传感器技术领域，特别涉及一种高动态范围TDI图像传感器及其成像方法。

背景技术

时间延时积分(Time Delay Integration，TDI)图像传感器广泛应用于空间成像、工业检测和医学成像等领域。TDI图像传感器可对运动物体进行成像，具有灵敏度高的优点。但传统的TDI图像传感器只有一个感光阵列，在较高的灵敏度下，弱光信噪比较高，在强光下图像易于饱和，降低了TDI图像传感器的动态范围。

如何在保留弱光信噪比的同时，增加TDI图像传感器的动态范围，是本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种高动态范围TDI图像传感器及其成像方法，以解决传统的TDI图像传感器在保留弱光信噪比的同时，无法增加TDI图像传感器的动态范围的问题。

本发明提供的高动态范围TDI图像传感器，包括：高增益感光阵列、低增益感光阵列、寄存器和读出电路；其中，寄存器用于调节高增益感光阵列、低增益感光阵列的积分级数，以改变高增益感光阵列、低增益感光阵列累积的电荷总量，还用于调节高增益感光阵列、低增益感光阵列的转换增益，使高增益感光阵列的转换增益大于低增益感光阵列的转换增益，以适配高增益感光阵列、低增益感光阵列累积的电荷总量；读出电路用于分别读出高增益感光阵列与低增益感光阵列通过转换增益转换后的模拟信号电压，并模数转换为像素输出值。

优选地，高动态范围TDI图像传感器还包括高增益感光阵列电压控制模块和低增益感光阵列电压控制模块；其中，高增益感光阵列电压控制模块与高增益感光阵列连接，用于调节高增益感光阵列的控制电压，改变高增益感光阵列单级累积的电荷，从而改变高增益感光阵列累积的电荷总量；低增益感光阵列电压控制模块与低增益感光阵列连接，用于调节低增益感光阵列的控制电压，改变低增益感光阵列单级累积的电荷，从而改变低增益感光阵列累积的电荷总量。

本发明提供的TDI图像传感器的高动态范围成像方法，包括如下步骤：

S1、预处理：通过寄存器将高增益感光阵列的积分级数调节为S1，将转换增益调节为G1，高增益感光阵列在弱光下累计积1级的电荷为q1，高增益感光阵列在S1级数下累积的电荷为Q1，高增益感光阵列的模拟信号电压V_sig1＝G1*Q1；

通过寄存器将低增益感光阵列的积分级数调节为S2，S2≤S1，将转换增益调节为G2，G2＜G1，低增益感光阵列在强光下累计1级的电荷为q2，则低增益感光阵列在S2级数下累积的电荷为Q2，低增益感光阵列的模拟信号电压V_sig2＝G2*Q2；

通过上述两步的调节使其满足如下条件：

V_sig1≥V_sig2；

S2、像素读出：通过读出电路分别读出高增益感光阵列的像素输出值和低增益感光阵列的像素输出值；其中，

通过读出电路读出高增益感光阵列的像素输出值的步骤为：

将模拟信号电压V_sig1进行模数转换，获得高增益感光阵列的像素输出值；