CN101917538A - Cmos图像传感器像素采样方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种CMOS图像传感器像素采样方法，首先通过对图像传感器设置采样读出行和读出列，并设置每帧图像总读出行数，其次通过计算公式设置复位行，最后根据计算得出的结果读出当前读出行并复位当前复位行。这种图像传感器像素采样方式根据采样值选择读出行像素和列像素，并同时复位不读出行，实现不规则值像素采样，打破了必须按照1/2ⁿ传统采样值进行采样的限制。可以使CMOS图像传感器的输出图像行像素数和列像素数缩小为原行像素数和列像素数的2m/2ⁿ(m＞1，n＞1)倍的采样方法，能够提高帧率，使得所有读出行都依次被正确曝光并保证输出图像的颜色正确性。

Description

CMOS图像传感器像素采样方法

技术领域

本发明涉及一种像素采样方法，特别涉及一种CMOS图像传感器像素采样方法。

背景技术

受益于半导体工艺的发展和图像处理技术的进步，CMOS图像传感器的图像质量已经有了大幅度的提高。随着信息、通信、互联网及便携式电子设备的发展，目前CMOS图像传感器除了在移动终端及电子手持或图像设备等领域受到广泛的重视，其在移动电话，摄录像机，数码相机包括数码单反相机方面都面对着一个急速成长的市场，CMOS图像传感器已经进入高速发展的时期。

由于用户在将CMOS图像传感器集成到各类设备中时，通常要求其能够输出多种分辨率的缩小图像，并由此随着图像分辨率的缩小，帧速率要有所提高。但是在现有的CMOS图像传感器中，仅能够实现1/2ⁿ(n＞1)的采样，若要实现其他采样值，只能通过图像传感器的数字部分中图像信号处理功能解决。

以上方式至少包含以下缺点：

现有技术中的采样值分子必须为1，分母必须为2的整数次幂，这种采样方法对图像传感器的尺寸要求非常严格。例如在实际应用中需要将尺寸为853行×640列，55万像素的图像传感器分辨率采样为常用的VGA格式，即640行×480列，使用1/2ⁿ(n＞1)的采样方法无法实现。若使用图像信号处理功能能够实现上述要求，但此时对图像进行裁减无法实现在缩小图像尺寸的同时提高帧速率。

在现有技术中的采样计算方法在采样时若应用非1/2ⁿ(n＞1)采样率会造成采样结果出现颜色顺序错误。以现有技术中最常见的1/4采样为例，采用Bayer pattern模式的CMOS图像传感器的颜色顺序图如图2所示，1/4采样在正常情况下实现如图3所示的采样效果。若应用该方法实现3/4采样值，则采样结果如图4所示，最后采样得出的像素颜色出现错误。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够将不规则尺寸的CMOS图像传感器经过2m/2ⁿ的像素采样方法采样并输出为常见的图像分辨率格式，并在缩小图像尺寸的同时提高帧速率。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的CMOS图像传感器像素采样方法，该方法包括以下步骤：

A、设置读出行和读出列；

B、设置每帧图像总读出行数；

C、设置复位行，所述设置复位行的计算公式包括：

复位行1＝当前读出行+变化值1；

复位行3＝当前复位行2+变化值3；

D、读出当前读出行，并对复位行进行复位。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明所述的CMOS图像传感器像素采样方法，由于通过对图像传感器设置采样读出行和读出列，并设置每帧图像总读出行数，其次通过计算公式设置复位行，最后根据计算得出的结果读出当前读出行并复位当前复位行。这种图像传感器像素采样方式根据采样值选择读出行像素和列像素，并同时复位不读出行，实现不规则值像素采样，打破了必须按照1/2ⁿ传统采样值进行采样的限制。

附图说明

图1是本发明所述CMOS图像创拿起像素采样方法步骤示意图；

图2是采用Bayer pattern模式的CMOS图像传感器的颜色顺序图；

图3是现有技术中使用1/4采样值的采样方法正确实施结果示意图；

图4是现有技术中使用1/4采样值的采样方法实现3/4采样值的错误结果示意图；

图5是本发明具体实施例一所述在曝光时间为6时的复位行与读出行的对应关系示意图。

图中：R表示红色RED，G表示绿色GREEN，B表示蓝色BLUE。

具体实施方式

本发明的CMOS图像传感器像素采样方法，其较佳的具体实施方式如图1所示：

该方法包括以下步骤：

A、设置读出行和读出列；

B、设置每帧图像总读出行数；

C、设置复位行，所述设置复位行的计算公式包括：

复位行1＝当前读出行+变化值1；

复位行3＝当前复位行2+变化值3；

D、读出当前读出行，并对复位行进行复位。

所述步骤A中，读出行和读出列根据图像传感器色彩模式进行设置，保持采样前与采样后色彩顺序不改变。

所述步骤B中，每帧图像总读出行数小于图像传感器尺寸的最大行数，并且为2的整数次幂的整数倍。

所述步骤C中，复位行1是大于当前读出行的不读出行，复位行2是大于当前行的可读行，复位行3是大于复位行2的不读出行。

该采样方法的采样值为2m/2ⁿ，式中：m＞1，n＞1。

对于CMOS图像传感器，数字部分工作的核心就是在对所有像素进行曝光后，将其数据依次读出。具体方法就是根据CMOS像素阵列的尺寸，确定行数及列数，先对一行中的所有列计数，计满后再开始下一行的计数，当一帧的所有行计满时，则开始下一帧的计数。在每一行的计数中，主要有两方面的工作。其一为操作要读出的行，即先暂存其图像数据，然后再将该行数据串行读出；其二是向要复位的行发出复位信号，清除它们之前曝光积累的电荷，并开始新的曝光过程。在此技术基础上对像素进行采样。

本发明的CMOS图像传感器像素采样方法，对图像传感器输出图像分辨率的减小就是通过减小对CMOS图像传感器像素的采样率，使图像的行像素数和列像素数缩小为原图2m/2ⁿ倍。同时通过降低采样率，提高图像传感器输出的帧速率。

以下通过具体实施例并结合附图，对本发明的进行详细说明：

具体实施例一：

本实施例以尺寸为1216行×1928列的图像传感器为例，行号和列号均从0起算，像素采样值为6/8(2×3/2³)，即3/4采样。

因为彩色CMOS图像传感器大多采用Bayer pattern模式，所以其的颜色顺序如图2所示。为了保持图像的颜色顺序，实现3/4采样只能采用每8行输出6行，每8列输出6列的方式。将所有行和所有列的序号都除以8并取余数，根据此结果可知所有行号及列号均处于8n～8n+7之间。若实现3/4采样，只需读出8n+2～8n+7行的数据，丢掉8n～8n+1行的数据。同理，每个读出行中只读取8n+2～8n+7列的数据。

在每行对列的计数过程中，列计数器在计数过程中将跳过8n和8n+1列。比如，2，3，4，5，6，7，10，11…，1922，1923，1924，1925，1926，1927。本具体实施例的CMOS像素阵列共1928列，每行计数的起点是2，则列计数的终点为小于总列数且最大的8n+7，即1927。

在每帧图像行计数的过程中，当前行计数值即为要读出的行的序号，所以行计数在计数过程中将跳过8n和8n+1行。比如：2，3，4，5，6，7，10，11…1210，1211，1212，1213，1214，1215，2，3…。本设计的CMOS像素阵列共1216行，每帧行计数的起点为2，行计数的终点则为小于总行数且最大的8n+7，即1215。

因为只能采用从8行中取6行的方法，每帧的总行数frame_line_num必须为8的整数倍。

设曝光时间为exposure_time。读出行的序号即为当前行计数值，为描述方便设其为reading_line_num。复位行有3个，复位行1为大于reading_line_num且不需读出的行，设为reset_line1；复位行2为一个可读行，其的产生取决于reading_line_num、曝光时间exposure_time和总行数frame_line_num，设其为reset_line2；复位行3为大于reset_line2且不需读出的行，设其为reset_line3。以曝光时间为6行为例，详细介绍本发明所述像素采样方法。

优选的，读出行的行号设置与要复位的行号设置如下式所列：

reset_line1＝reading_line_num+exp_r1；exp_r1的变化规律为：

$\mathrm{Exp}\_r1=\left\{\begin{array}{cc}6& \mathrm{reading}\_\mathrm{line}\_\mathrm{num}\∈8n+2\\ 5& \mathrm{reading}\_\mathrm{line}\_\mathrm{num}\∈8n+3\\ 4& \mathrm{reading}\_\mathrm{line}\_\mathrm{num}\∈(8n+\mathrm{4,8}n+5)\\ 3& \mathrm{reading}\_\mathrm{line}\_\mathrm{num}\∈8n+6\\ 2& \mathrm{reading}\_\mathrm{line}\_\mathrm{num}\∈8n+7\end{array}\right.$

reset_line2_tmp＝reading_line_num+exp_r2-frame_line_num；

当reset_line2_tmp为负，reset_line2＝reading_line_num+exp_r2；

当reset_line2_tmp为正，reset_line2＝reset_line2_tmp；

exp_r2的逻辑关系为：

if exposure_time为8n+1 then

  if reading_line_num为8n+7 then

    exp_r2＝exposure_time+2；

  else

      exp_r2＝exposure_time；

  else if exposure_time为8n+2 then

  if reading_line_num为8n+6～8n+7 then

    exp_r2＝exposure_time+2；

  else

      exp_r2＝exposure_time；

else if exposure_time为8n+3 then

  if reading_line_num为8n+5～8n+7 then

    exp_r2＝exposure_time+2；

  else

      exp_r2＝exposure_time；

else if exposure_time为8n+4t hen

  if reading_line_num为8n+4～8n+7 then

    exp_r2＝exposure_time+2；

  else

      exp_r2＝exposure_time；

else if exposure_time为8n+5 then

  if reading_line_num为8n+3～8n+7 then

    exp_r2＝exposure_time+2；

  else

      exp_r2＝exposure_time；

else if exposure_time为8n+6～8n+8 then

          exp_r2＝8n+8；

reset_line3＝reset_line2+exp_r3；exp_r3的公式为

$\mathrm{Exp}\_r3=\left\{\begin{array}{cc}6& \mathrm{reset}\_\mathrm{line}2\∈8n+2\\ 5& \mathrm{reset}\_\mathrm{line}2\∈8n+3\\ 4& \mathrm{reset}\_\mathrm{line}2\∈(8n+\mathrm{4,8}n+5)\\ 3& \mathrm{reset}\_\mathrm{line}2\∈8n+6\\ 2& \mathrm{reset}\_\mathrm{line}2\∈8n+7\end{array}\right.$

如图5所示，当行计数计到2时，本具体实施例在读出第2行数据的同时，要复位第8行、第10行和第16行。第8行为第2行之后第一个不可读行。第10行为可读行，从第2行开始被复位后，在读出第2行、第3行、第4行、第5行、第6行、第7行时其一直被曝光。当开始读第10行数据时，其正好被曝光了6行时间。第16行则为第10行之后第一个不可读行。

当行计数计到1210时，本设计在读出第1210行数据的同时，要依次复位第0行、第2行和第8行。行计数为一个循环过程，第0行为第1210行后第一个不可读行。第2行此时被复位后，在读出第1210行、第1211行、第1212行、第1213行、第1214行、第1215行时，其一直被曝光。当开始读出第2行时，其也正好被曝光6行。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种CMOS图像传感器像素采样方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

A、设置读出行和读出列；

B、设置每帧图像总读出行数；

C、设置复位行，所述设置复位行的计算公式包括：

复位行1＝当前读出行+变化值1；

复位行3＝当前复位行2+变化值3；

D、读出当前读出行，并对复位行进行复位。

2.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器像素采样方法，其特征在于，所述步骤A中，读出行和读出列根据图像传感器色彩模式进行设置，保持采样前与采样后色彩顺序不改变。

3.根据权利要求2所述的CMOS图像传感器像素采样方法，其特征在于，所述步骤B中，每帧图像总读出行数小于图像传感器尺寸的最大行数，并且为2的整数次幂的整数倍。

4.根据权利要求3所述的CMOS图像传感器像素采样方法，其特征在于，所述步骤C中，复位行1是大于当前读出行的不读出行，复位行2是大于当前行的可读行，复位行3是大于复位行2的不读出行。

5.根据权利要求1至4任一项所述的CMOS图像传感器像素采样方法，其特征在于，该采样方法的采样值为2m/2ⁿ，式中：m＞1，n＞1。

Images