CN102271216A - 图像传感器的信号处理方法及图像传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种图像传感器的信号处理方法及图像传感器，包括步骤：采集环境光强和曝光后的图像信息，判断环境光强是否小于预定光强；若环境光强小于预定光强，则串行对图像信息进行模拟处理和数字处理，具体包括：在模拟处理获得一行的图像数据后，暂停模拟处理，开始对最后获得的一行图像数据进行数字处理。从而提高了图像传感器显示图像的质量。

Description

图像传感器的信号处理方法及图像传感器

技术领域

本发明涉及图像处理领域，特别涉及一种图像传感器的信号处理方法及图像传感器。

背景技术

目前，随着半导体技术的发展，图像传感器已经被广泛的应用到各类的数码产品中，例如数码相机、数码摄像机等等，在申请号“200710101004.9”的中国专利文献中公开了一种用于图像传感器的信号处理设备和信号处理方法。

现有的图像传感器通常具有图1所示的结构，包括像素阵列10、与像素阵列10相连的模拟处理电路20、与模拟处理电路20相连的数字处理电路40。其中像素阵列10是由若干个像素(感光单元)构成，像素可以感知到一个极小区域的光强。当光源对像素阵列10进行曝光，模拟处理电路20可以获得曝光的光信号，并对该光信号进行模拟处理，并转换为数字信号，接着传送给数字处理电路40进行数字处理，这样因为电路上存在延迟，数字处理会比模拟处理延迟一些时间，例如图2所示的模拟处理电路和数字处理电路的工作时序图。

但是，采用上述模拟处理电路和数字处理电路的工作时序，发明人发现，最终输出的图像不同部分亮度之间具有差别，这种差别，在比较亮的环境光线下由于信号比较强，并不容易表现出来，但在比较暗的环境光线下或者有较大增益的情况下表现的十分严重。

因此，需要一种新的图像传感器及其信号处理方法，以避免输出的图像出现亮度不一致。

发明内容

本发明解决的技术问题提供一种图像传感器及其信号处理方法，从而提高图像传感器显示图像的质量。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种图像传感器的信号处理方法，包括步骤：

采集环境光强和曝光后的图像信息，判断环境光强是否小于预定光强；

若环境光强小于预定光强，则串行对图像信息进行模拟处理和数字处理，具体包括：

在模拟处理获得一行的图像数据后，暂停模拟处理，开始对最后获得的一行图像数据进行数字处理。

优选的，所述串行对图像信息进行模拟处理和数字处理还包括：在进行数字处理的同时，采集后续图像信息及环境光强。

优选的，还包括：在模拟处理获得一行的图像数据后均进行环境光强的采集以及环境光强与预定光强大小的判断步骤。

优选的，还包括，在模拟处理和数字处理获得一帧的图像数据后均进行环境光强与预定光强大小的判断步骤。

优选的，如果环境光强小于预定光强，所述串行对图像信息进行模拟处理和数字处理还包括：对所述模拟处理后的图像数据进行存储，当完成一行图像数据存储后，将存储的该行图像数据进行数字处理。

优选的，如果环境光强小于预定光强，所述串行对图像信息进行模拟处理和数字处理还包括：对所述模拟处理后的图像数据进行延迟，将延迟之后的图像数据进行数字处理，所述延迟时间大于模拟处理一行图像信息的处理时间。

优选的，所述暂停模拟处理的时间大于数字处理一行图像数据的时间。

另外还提供了一种图像传感器，包括：

图像采集模块，用于采集曝光后的图像信息和环境光强；

模拟处理模块，用于对图像信息进行模拟处理得到图像数据；

数字处理模块，用于对模拟处理后的图像数据进行数字处理；

控制模块，用于判断环境光强，如果环境光强小于预定光强时，在模拟处理模块完成图像信息处理获得一行图像数据之后，控制模拟处理模块暂停处理，控制数字处理模块对模拟处理模块最后发送的一行图像数据进行数字处理。

优选的，控制模块在数字处理模块进行数字处理的同时，控制图像采集模块采集后续图像信息和环境光强。

优选的，所述控制模块在模拟处理获得一行的图像数据后均进行环境光强与预定光强大小的判断。

优选的，所述控制模块在模拟处理和数字处理获得一帧的图像数据后均进行环境光强与预定光强大小的判断。

优选的，所述控制模块包括存储模块，用于在环境光强小于预定光强时，对所述模拟处理后获得的图像数据进行存储，当完成一行图像数据存储时，将存储的该行图像数据发给数字处理模块进行数字处理。

优选的，所述控制模块包括数字处理延时模块，用于在环境光强小于预定光强时，对所述模拟处理后的图像数据进行延迟，将延迟之后的图像数据进行数字处理，所述延迟时间大于模拟处理一行图像信息的处理时间。

优选的，所述控制模块包括模拟处理延时模块，用于在环境光强小于预定光强时，在模拟处理模块完成图像信息处理获得一行图像数据之后，控制模拟处理模块暂停处理，所述暂停模拟处理的时间大于数字处理一行图像数据的时间。

与现有技术相比，本发明主要具有以下优点：

本发明通过判断曝光的光强，从而在光线比较亮的情况下采用现有的方式处理图像数据，在光线比较暗的情况下在模拟处理获得一行的图像数据后，暂停模拟处理，开始对最后获得的一行图像数据进行数字处理，从而避免了数字处理模块和模拟处理模块串扰的问题，提高了图像传感器显示的图像质量。

附图说明

通过附图中所示的本发明的优选实施例的更具体说明，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1是一种现有的图像传感器的结构示意图；

图2是一种现有的图像传感器的模拟处理电路和数字处理电路的工作时序图；

图3是本发明的图像传感器的信号处理方法的流程图；

图4为本发明的图像传感器的信号处理方法优选实施例的流程图；

图5为本发明的图形传感器的模拟处理电路和数字处理电路在环境光为暗光下的工作时序图；

图6为本发明的图形传感器的模拟处理电路和数字处理电路在环境光为亮光下的工作时序图；

图7为本发明的图像传感器一实施例的结构示意图；

图8为本发明的图像传感器另一实施例的结构示意图。

具体实施方式

针对上述问题，经过研究，发明人发现由于以下原因造成：随着CMOS半导体工艺和集成电路设计技术的发展，芯片的特征尺寸越来越小，集成度越来越高，图像传感器的数字处理电路和模拟处理电路越容易产生互相干扰的现象，尤其是在模拟处理电路和数字处理电路启动有交错的时候，由于功耗的变化使得模拟处理电路的电压在数字处理电路启动前和启动后会有一定的下降，该电压的变化，最终使得数字处理电路启动前经过模拟处理和数字处理输出的图像，和数字处理电路启动后经过模拟处理和数字处理输出的图像会产生微小的差别，导致最后输出的图像上出现一部分图像亮度和另一部分图像的亮度有差别的现象。

进一步研究发现，在比较暗的环境光线下或者有较大增益的情况下表现的尤为严重的原因在于：在比较暗的光线下或者增益较大的情况下，处理图像信息时，模拟处理电路先启动，在模拟处理不暂停的情况下数字处理电路延迟启动，这样在数字处理电路启动的时候由于负载增加，因此使得模拟处理电路造成一定的压降，模拟处理电路输出的图像数据信号的强度因此减小，从而使得最终经过数字处理电路输出的图像亮度减弱。因为图像是一行一行处理的，因此在显示每一行的图像时，在数字处理电路启动后都会存在亮度减弱的问题，从而使得输出的图像在每行的同一位置形成一条亮暗界限。

针对上述原因，本发明通过判断曝光的光强，从而在光线比较亮的情况下可以采用现有的方式处理图像数据，在光线比较暗的情况下在模拟处理获得一行的图像数据后，暂停模拟处理，开始对最后获得的一行图像数据进行数字处理，从而避免了数字处理模块和模拟处理模块串扰造成的输出的图像不同部分之间亮度不一致问题，提高了图像传感器显示的图像质量。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实现方式做详细的说明。

图3是本发明的图像传感器的信号处理方法的流程图，如图3所示，本发明的信号处理方法包括步骤：

S10：采集环境光强和曝光后的图像信息，判断环境光强是否小于预定光强；

S20：若环境光强小于预定光强，则串行对图像信息进行模拟处理和数字处理，具体包括：在模拟处理获得一行的图像数据后，暂停模拟处理，开始对最后获得的一行图像数据进行数字处理。

下面结合本发明的图像传感器的信号处理方法一实施例的流程图对上述各步骤进行详细说明，步骤S10可以包括步骤S11和步骤S12，首先执行步骤S11，采集环境光强，判断环境光强是否小于预定光强，所述预定光强可以为根据出现图像亮度变化时的环境光强设定，例如预定光强可以为50lux。然后执行步骤S12，采集曝光后的一行图像信息(即光强信号)。

在步骤S11中若环境光强小于预定光强，在步骤S12后，执行步骤S21，对图像信息进行串行模拟处理，和步骤S22对获得的一行图像数据进行串行数字处理。所述对图像信息进行串行模拟处理和串行数字处理具体包括：在模拟处理获得一行的图像数据后，暂停模拟处理，开始对最后获得的一行图像数据进行数字处理。而且还可以在进行数字处理的同时，采集后续图像信息及环境光强。

环境光强小于预定光强即为环境光线较暗，由于图像信号比较弱，图像信号的增益较大，因此进行数字处理的模块在启动前后对输出的图像数据的影响会较大(在增益较大的情况下，上述影响的效果同样也会被放大)。由于图像处理通常是一行一行地进行，因此使得在进行一行图像的输出时，进行数字处理的模块启动瞬间会造成负载增加，从而造成进行模拟处理的模块的电源电压下降，因此进行模拟处理的模块输出的图像信息的强度变弱，导致图像亮度会变暗，从而在该瞬间会出现较明显的分界(即分段现象)。针对这种情况，本发明利用预先设定预定光强，例如可以根据实际的情况设定出现较明显的分界时的环境光强为预定光强(具体可以为50lux)。从而大于该预定光强就认为环境光线是亮(即上述数字模拟串扰的问题对其不造成致命影响)，小于该预定光强就认为环境光线是暗(即上述数字模拟串扰的问题对其会造成致命影响)。

具体的，步骤S20可以包括串行模拟处理步骤S21，和串行数字处理步骤S22。模拟处理和数字处理的时序图请参考图5，在模拟处理开始后，先不启动数字处理，直到模拟处理图像信息获得一行图像数据之后，暂停模拟处理，所述模拟处理包括将光强信号(即图像信息)进行放大、滤波、整形等等一系列的处理，之后再经过模数(AD)转换，转换为数字信号，从而得到提供给数字处理模块的图像数据。对模拟处理后得到的该行的图像数据进行自动曝光、自动白平衡、自动增益，伽马等图像的优化处理，即对模拟处理后得到的该行的图像数据进行数字处理。具体的数据处理可以包括自动曝光、自动白平衡、自动增益、伽马等图像的优化处理。

在一具体实施例中，在模拟处理一行的图像信息结束后，在数字处理的同时进行下一行图像信息的采集，由于暗光下图像采集的时间较长，恰好利用了图像的采集时间进行数字处理，故，即使同一行图像信息串行进行模拟处理和数字处理，也不会造成图像显示的延迟。

所述暂停模拟处理的时间大于数字处理一行图像数据的时间。这样如果出现图像采集的时间小于数字处理一行图像数据的时间的情况下，也可以保证在完成上一行的图像数据的数字处理后，才开始对后续图像信息进行模拟处理获取下一行的图像数据。

进一步的，如图4所示，可以在每次串行模拟处理步骤S21获得一行的图像数据后，均返回步骤S11，进行采集环境光强，并判断环境光强是否小于预定光强，这样可以防止环境光强突然变化导致最终输出的图像出现亮度不均情形。

此外也可以在串行模拟处理步骤S21后返回步骤S12，采集曝光后的一行图像信息，而在模拟处理和数字处理获得一帧的图像数据后，才返回步骤S11进行一次环境光强的采集，并对环境光强与预定光强大小的判断，这样可以简化图像处理的步骤。

进一步地，如果环境光强小于预定光强，所述串行对图像信息进行模拟处理和数字处理还包括：对所述模拟处理后的图像数据进行延迟，将延迟之后的图像数据进行数字处理，所述延迟时间大于模拟处理一行图像信息的处理时间，这样通过延迟使得进行模拟处理获得一行图像数据过程中，得到最后一个像素的图像数据之后，才开始对第一个像素的图像数据进行数字处理，从而保证了数字处理和模拟处理的串行进行，所述延迟的具体方法例如可以通过buffer(缓存)实现。至于判断何时一行的模拟处理结束，是现有的图像传感器中已实现的手段，不再赘述。并且还可以在该延迟时间内对下一行的图像信息进行采集，由于暗光下图像采集的时间较长，因此即使串行处理一行图像信息也不会造成图像显示的延迟。

此外，还可以如果环境光强小于预定光强，所述串行对图像信息进行模拟处理和数字处理还包括：对所述模拟处理后的图像数据进行存储，当完成一行图像数据存储后，将存储的该行图像数据进行数字处理。所述存储和上述对所述模拟处理后的图像数据进行延迟的作用相同，不再赘述。

本发明对图像信息串行处理，即对一行图像数据进行数字处理时暂停模拟处理，从而不会存在串扰的问题。使得显示的图像质量大大提高。同时，由于在暗光下感光阵列对图像进行采集所用的时间较长，即暗光下的频率较低，因此不会因为模拟和数字的串行处理而造成延迟的问题。

若环境光强大于预定光强，则对图像信息进行并行模拟处理和数字处理，具体可以利用本领域技术人员熟知的并行对图像信息进行处理的方法。并行对图像信息进行处理为本领域技术人员公知技术，由于对图像信息进行处理时为一行一行的处理，因此在处理图像信息时可以先对图像信息进行模拟处理获得一行图像数据，模拟处理一定时间(即为数字处理的延迟时间，通常为模拟处理几个像素的时间)后，在不暂停模拟处理的同时，对所获得的图像数据进行数字处理。

具体地，并行的模拟处理和数字处理时序请参考图6，即在模拟处理图像信息时，对模拟处理后获得的图像数据进行数字处理，而数字处理和模拟处理之间仅仅间隔一定的延迟时间(因为电路都具有线路上的延迟)，而且数字处理模块是在图像数据经过采集、处理和模数转换处理(即为模拟处理过程)之后启动的，例如在模拟处理开始处理到一行的第40～100个像素的时候，启动数字处理(这种信号处理方式为并行处理)，因此在处理图像信息时模拟处理和数字处理具有同时进行的交叉时间，也就是在模拟开始处理图像信息的时候，继续模拟处理后续图像信息的同时，将前续模拟处理后获得的图像数据进行数字处理，而且在模拟处理完图像信息获取一行图像数据同时，短时间内数字处理电路对该行图像数据也可以完成处理，基本上属于并行处理。

同样，对图像信息进行并行模拟处理和数字处理步骤可以包括并行模拟处理步骤S21’，和并行数字处理步骤S22’，如图4所示，可以在每次并行模拟处理步骤S21’获得一行的图像数据后，均返回步骤S11，进行采集环境光强，并判断环境光强是否小于预定光强，这样可以防止环境光强突然变化导致最终输出的图像出现亮度不均情形。

此外也可以在并行模拟处理步骤S21’后返回步骤S12，采集曝光后的一行图像信息，而在并行模拟处理和并行数字处理获得一帧的图像数据后，才返回步骤S11进行一次环境光强的采集，并对环境光强与预定光强大小的判断，这样可以简化图像处理的步骤。

本发明采用在环境光强大于预定光强时候并行处理图像信息的优点是：图像信号比较强，数字处理模块在启动前后对输出的图像数据的影响不大，而且由于亮光下的增益很小，肉眼看不到分段的存在，图像分段的现象基本可以忽略不计。本发明在环境光强大于预定光强时候，利用现有技术的处理图像信息的时序方法进行处理，即模拟处理的很短时间后，开始对模拟处理获得图像数据进行数字处理，这样可以保持比较高的电路速度和图像的帧率，时间上比较节省。

上述采集光强信号和环境光强，以及模拟处理为本领与技术人员所熟知的技术，因此不再赘述。

相应的，本发明还提供了一种图像传感器，如图7所示，包括图像采集模块110、控制模块120、模拟处理模块130和数字处理模块140。其中，图像采集模块110用于采集曝光后图像数据和环境光强，例如所述图像采集模块110可以为像素阵列，像素阵列可以采集曝光的图像数据，其中包括光强和曝光的位置信息，还可以采集环境光强。控制模块120用于根据图像采集模块110采集到的环境光强进行判断，例如可以和预先存储的预定光强比较，当大于预定光强认为环境光为亮，小于预定光强认为环境光为暗。

当环境光为亮时，在处理一行的图像信息时，在模拟处理模块130启动之后，例如经过电路的延迟之后，在模拟处理模块对该行的图像信息模拟处理还没有结束时(即模拟处理模块处理图像数据的同时)向数据处理模块140发送启动信号，例如在模拟处理电路开始处理到这一行的第40～100个像素的时候，启动数据处理模块140进行数字处理。也就是在模拟开始处理一行图像数据的时候，就直接送给数字处理模块140进行数字处理，而且在模拟处理完一行的图像数据之后，短时间内数字电路也可以完成处理，基本上属于并行处理，时间上比较节省。

当环境光为暗时，在模拟处理模块130完成图像信息处理获得一行图像数据之后，向模拟处理模块130发送停止信号，控制模拟处理模块暂停处理，向数字处理模块140发送启动信号，控制数字处理模块对模拟处理模块最后发送的一行图像数据进行数字处理。

在一具体实现中，控制模块120在数字处理模块进行数字处理的同时，控制图像采集模块采集后续图像信息和环境光强。

在一具体实现中，所述控制模块120在模拟处理获得一行的图像数据后均进行环境光强与预定光强大小的判断。

在一具体实现中，在模拟处理和数字处理获得一帧的图像数据后均进行环境光强与预定光强大小的判断步骤。

在一具体实现中，所述控制模块120包括存储模块(未图示，可以用来替换数字处理延迟模块)，用于在环境光强小于预定光强时，对所述模拟处理后获得的图像数据进行存储，当完成一行图像数据存储时，将存储的该行图像数据发给数字处理模块进行数字处理。

如图8所示，在一具体实现中，所述控制模块120包括可以数字处理延时模块1202，用于在环境光强小于预定光强时，对所述模拟处理后的图像数据进行延迟，将延迟之后的图像数据进行数字处理，所述延迟时间大于模拟处理一行图像信息的处理时间。

在一具体实现中，所述控制模块120可以包括模拟处理延时模块1203，用于在环境光强小于预定光强时，在模拟处理模块完成图像信息处理获得一行图像数据之后，控制模拟处理模块暂停处理，所述暂停模拟处理的时间大于数字处理一行图像数据的时间。

在一具体实现中，所述模拟处理模块130还包括：

模拟信号处理模块1301，用于对采集的图像信息进行模拟信号处理；

模数转换模块1302，用于对模拟信号处理后的图像信息进行模数转换。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (14)

1.一种图像传感器的信号处理方法，其特征在于，包括步骤：

采集环境光强和曝光后的图像信息，判断环境光强是否小于预定光强；

若环境光强小于预定光强，则串行对图像信息进行模拟处理和数字处理，具体包括：

在模拟处理获得一行的图像数据后，暂停模拟处理，开始对最后获得的一行图像数据进行数字处理。

2.根据权利要求1所述的图像传感器的信号处理方法，其特征在于，所述串行对图像信息进行模拟处理和数字处理还包括：在进行数字处理的同时，采集后续图像信息及环境光强。

3.根据权利要求2所述的图像传感器的信号处理方法，其特征在于，还包括：在模拟处理获得一行的图像数据后均进行环境光强的采集以及环境光强与预定光强大小的判断步骤。

4.根据权利要求2所述的图像传感器的信号处理方法，其特征在于，还包括，在模拟处理和数字处理获得一帧的图像数据后均进行环境光强与预定光强大小的判断步骤。

5.根据权利要求3或4所述的图像传感器的信号处理方法，其特征在于，如果环境光强小于预定光强，所述串行对图像信息进行模拟处理和数字处理还包括：对所述模拟处理后的图像数据进行存储，当完成一行图像数据存储后，将存储的该行图像数据进行数字处理。

6.根据权利要求3和4所述的图像传感器的信号处理方法，其特征在于，如果环境光强小于预定光强，所述串行对图像信息进行模拟处理和数字处理还包括：对所述模拟处理后的图像数据进行延迟，将延迟之后的图像数据进行数字处理，所述延迟时间大于模拟处理一行图像信息的处理时间。

7.根据权利要求3或4所述的图像传感器的信号处理方法，其特征在于，所述暂停模拟处理的时间大于数字处理一行图像数据的时间。

8.一种图像传感器，其特征在于，包括：

图像采集模块，用于采集曝光后的图像信息和环境光强；

模拟处理模块，用于对图像信息进行模拟处理得到图像数据；

数字处理模块，用于对模拟处理后的图像数据进行数字处理；

控制模块，用于判断环境光强，如果环境光强小于预定光强时，在模拟处理模块完成图像信息处理获得一行图像数据之后，控制模拟处理模块暂停处理，控制数字处理模块对模拟处理模块最后发送的一行图像数据进行数字处理。

9.根据权利要求8所述的图像传感器，其特征在于，控制模块在数字处理模块进行数字处理的同时，控制图像采集模块采集后续图像信息和环境光强。

10.根据权利要求8所述的图像传感器，其特征在于，所述控制模块在模拟处理获得一行的图像数据后均进行环境光强与预定光强大小的判断。

11.根据权利要求8所述的图像传感器，其特征在于，所述控制模块在模拟处理和数字处理获得一帧的图像数据后均进行环境光强与预定光强大小的判断。

12.根据权利要求10或11所述的图像传感器，其特征在于，所述控制模块包括存储模块，用于在环境光强小于预定光强时，对所述模拟处理后获得的图像数据进行存储，当完成一行图像数据存储时，将存储的该行图像数据发给数字处理模块进行数字处理。

13.根据权利要求10或11所述的图像传感器，其特征在于，所述控制模块包括数字处理延时模块，用于在环境光强小于预定光强时，对所述模拟处理后的图像数据进行延迟，将延迟之后的图像数据进行数字处理，所述延迟时间大于模拟处理一行图像信息的处理时间。

14.根据权利要求10或11所述的图像传感器，其特征在于，所述控制模块包括模拟处理延时模块，用于在环境光强小于预定光强时，在模拟处理模块完成图像信息处理获得一行图像数据之后，控制模拟处理模块暂停处理，所述暂停模拟处理的时间大于数字处理一行图像数据的时间。

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