CN102695009B - 图像传感器的增益转换映射方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种图像传感器的增益转换映射方法和装置，所述图像传感器包括自动增益控制电路和放大电路，所述方法包括下列步骤：接收自动增益控制电路发送的相对增益；根据函数关系将所述相对增益转换为绝对增益，所述函数关系能够基于工艺偏差进行调节；将所述绝对增益映射到放大电路，形成相应的放大电路增益。所述装置包括：增益转换电路，与所述自动增益控制电路相连，用于接收自动增益控制电路发送的相对增益；根据函数关系将所述相对增益转换为绝对增益，所述函数关系能够基于工艺偏差进行调节；增益映射电路，与所述增益转换电路相连，用于将所述绝对增益映射为各放大电路的增益。本发明能减小工艺偏差所造成的增益转换映射过程的误差。

Description

图像传感器的增益转换映射方法和装置

技术领域

本发明涉及图像传感器领域，尤其涉及一种图像传感器的增益转换映射方法和装置。

背景技术

图像传感器属于光电产业里的光电元件类，随着数码技术、半导体制造技术以及网络的迅速发展，目前市场和业界都面临着跨越各平台的视讯、影音、通讯大整合时代的到来，勾划着未来人类的日常生活的美景。因此，图像传感器的相关产品成为当前以及未来业界关注的对象，吸引着众多厂商投入。

以CMOS图像传感器（互补型金属氧化物图像传感器）为例，CMOS图像传感器包括矩阵式排布的多个像素以及与多个像素均相连的电路单元。其中，像素用于将接收到的光信号转换为输出电压；电路单元，用于对所述输出电压进行调整和处理，基于所述输出电压形成图像。

需要说明的是，每个像素的输出电压和所述像素点对应的曝光亮度和曝光时间成正比，而所述输出电压经过电路单元中若干级放大电路的放大，之后由模数转换（ADC）电路转换成数字信号，在形成数字信号之后，在数字电路中还可以乘上一系数以微调图像的亮度，以获得亮度稳定的图像。

具体地，CMOS图像传感器在输出图像之前，信号会经过三级放大。其中，第一级放大电路为可变增益放大器（Programmable Gain Amplifier，PGA），对应的增益称为PGA增益，其优点是能够提供比较大的增益，但是精度比较差，误差也可能比较大。第二级放大电路为模数转换器（Analog to DigitalConverter，ADC），通过调整ADC的满幅值电压也可以达到放大的功能，对应的增益称为ADC增益，其优点是精度较高，但是能够提供的增益比较小，并且增益的计算比较复杂。最后一级为数字增益，即在模数转换完成后，在数字电路中用乘法器乘上一个系数，其数字增益的好处的精度高，误差小，但是如果增益越大输出的图像质量越差，所以只适用于增益比较小的情况。

在所述电路单元中还包括自动增益控制电路（Automatic GenerationControl，AGC），用于根据输出图像亮度调整增益的大小来保持输出图像的稳定。如果AGC电路集成于图像传感器芯片，那增益调整实现起来就比较容易，但是对于有些图像传感器产品，AGC电路设置于另一数字信号处理器（DigitalSignal Processing，DSP）芯片上。为了实现DSP芯片与CMOS图像传感器芯片的配合使用，DSP芯片中的AGC电路在需要调整增益大小时，通常会输出一数值，所述数值越小，表示增益越小，所述数值越大，表示增益越大。例如，如果输出的数值为8位，那么0就表示最小的增益，255就表示最大的增益。至于0或者255表示多少倍的增益，则由CMOS图像传感器芯片来决定，所述代表增益的数值称为相对增益。

当位于DSP芯片中的AGC电路需要调整增益大小时，将表示相对增益的数值传送至CMOS图像传感器芯片，CMOS图像传感器芯片中的增益映射电路根据这个数值的大小，形成相应的放大电路增益：PGA增益，ADC增益和数字增益，这个过程称为增益的映射。在增益的映射过程中，需保证所述PGA增益、ADC增益和数字增益的乘积与AGC电路的相对增益相匹配。

需要说明的是，增益的映射过程中必须保证增益的单调性，也就是说，AGC电路传送来的数值越大，那么三级增益的乘积必须越大，否则就会导致AGC电路无法正常工作，输出的图像很可能会出现忽明忽暗的震荡。然而，由于集成电路的制造中存在工艺偏差，PGA增益和ADC增益的实际值和理论值均会有一定的误差。所述工艺偏差容易影响增益的映射过程，无法保证增益的映射过程中增益的单调性，从而降低图像亮度的稳定性。

在公告号为CN1910903B的中国专利中公开了一种具有放大电路的图像传感器，但是所述中国专利中也没能解决上述问题。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种图像传感器的增益转换映射方法和装置，用于提高图像亮度的稳定性。

为解决上述问题，本发明提供一种图像传感器的增益转换映射方法，所述图像传感器包括自动增益控制电路和放大电路，包括下列步骤：接收自动增益控制电路发送的相对增益；根据函数关系将所述相对增益转换为绝对增益，所述函数关系能够基于工艺偏差进行调节；将所述绝对增益映射到放大电路，形成相应的放大电路增益。

可选地，所述函数关系包括：直线关系、多段直线相连构成的折线关系或曲线关系。

可选地，所述函数关系为多段直线相连构成的折线关系时，所述多段直线的斜率能够基于工艺偏差进行调节。

可选地，所述多段直线的端点在相对增益方向上的投影呈等间隔排列，基于工艺偏差调节多段直线的端点在绝对增益方向上的投影，以调节各段直线的斜率。

可选地，调节各段直线的斜率的步骤包括：测量各放大电路的增益实际值；比较各放大电路的增益实际值和增益理论值的相对大小；如果各放大电路的增益实际值小于增益理论值，调节多段直线的端点在绝对增益方向上的投影，以提高各段直线的斜率；如果各放大电路的增益实际值大于增益理论值，调节多段直线的端点在绝对增益方向上的投影，以降低各段直线的斜率。

可选地，所述图像传感器包括PGA电路、ADC电路和数字电路三级放大电路，将所述绝对增益映射到放大电路，形成相应的放大电路增益的步骤包括：增加PGA电路的增益，使PGA电路的映射后增益接近但是不超过所述绝对增益；将绝对增益除以PGA电路的映射后增益，得到ADC电路的期望增益；增加ADC电路的增益，使ADC电路的映射后增益接近但是不超过所述ADC电路的期望增益；将绝对增益除以PGA电路的映射后增益与ADC电路的映射后增益的乘积，得到数字电路的期望增益；增加数字电路的增益，使数字电路的映射后增益接近但是不超过所述数字电路的期望增益。

可选地，所述图像传感器包括PGA电路、ADC电路和数字电路三级放大电路，将所述绝对增益映射到放大电路，形成相应的放大电路增益的步骤包括：在进行映射之前，还包括测量PGA电路的增益实际值，并基于增益实际值与增益理论值的比值获得工艺修正系数；所述将所述绝对增益映射为各放大电路的增益的步骤包括：增加PGA电路的增益，使PGA电路的映射后增益接近但是不超过所述绝对增益；基于PGA电路的工艺修正系数修正PGA电路的映射后增益，获得PGA电路的实际增益；将绝对增益除以PGA电路的实际增益，得到ADC电路的期望增益；增加ADC电路的增益，使ADC电路的映射后增益接近但是不超过所述ADC电路的期望增益；将绝对增益除以PGA电路的实际增益与ADC电路的映射后增益的乘积，得到数字电路的期望增益；增加数字电路的增益，使数字电路的映射后增益接近但是不超过所述数字电路的期望增益。

可选地，基于PGA电路的工艺修正系数修正PGA电路的映射后增益，获得PGA电路的实际增益的步骤包括：通过工艺修正系数乘以PGA电路的映射后增益，获得PGA电路的实际增益。

相应地，本发明还提供一种图像传感器的增益转换映射装置，所述图像传感器包括自动增益控制电路和放大电路，所述增益转换映射装置包括：增益转换电路，与所述自动增益控制电路相连，用于接收自动增益控制电路发送的相对增益；根据函数关系将所述相对增益转换为绝对增益，所述函数关系能够基于工艺偏差进行调节；增益映射电路，与所述增益转换电路相连，用于将所述绝对增益映射到放大电路，形成相应的放大电路增益。

可选地，所述增益转换电路包括转换单元、存储单元和调节单元，其中，所述存储单元，用于存储相对增益和绝对增益的函数关系；所述转换单元，与所述自动增益控制电路和存储单元均相连，用于接收所述自动增益控制电路发送的相对增益，根据所述存储单元中的函数关系获取与所述相对增益相对应的绝对增益；所述调节单元，与所述存储单元相连，用于根据工艺偏差调节所述函数关系。

可选地，所述函数关系包括：直线关系、多段直线相连构成的折线关系或曲线关系。

可选地，所述函数关系为多段直线相连构成的折线关系，所述调节单元，用于基于工艺偏差调节多段直线的斜率，以调节所述函数关系。

可选地，所述存储单元包括多个第一可编程寄存器和多个第二可编程寄存器，其中，所述多个第一可编程寄存器，分别用于存储所述多段直线的端点在相对增益方向上的呈等间隔排列的相对增益值；所述多个第二可编程寄存器，分别用于存储所述多段直线的端点在绝对增益方向上的投影所代表的绝对增益值；所述调节单元与所述第二可编程寄存器相连，用于在放大电路的增益实际值小于增益理论值时，调节第二可编程寄存器中的绝对增益值，以提高多段直线的斜率；还用于在增益实际值大于增益理论值时，调节第二可编程寄存器中的绝对增益值，以降低多段直线的斜率。

可选地，所述转换单元，用于在相对增益等于所述第一可编程寄存器中的相对增益值时，直接从所述第二可编程寄存器中获取与所述相对增益对应的绝对增益值；还用于在相对增益不等于第一可编程寄存器中的相对增益值时，基于所述第二可编程寄存器中绝对增益值的插值，获得与所述相对增益对应的绝对增益值。

可选地，所述图像传感器包括PGA电路、ADC电路和数字电路三级放大电路，所述增益映射电路包括与所述PGA电路、ADC电路和数字电路均相连的控制单元，用于增加PGA电路的增益，使PGA电路的映射后增益接近但是不超过所述绝对增益，并且，还将绝对增益除以PGA电路的映射后增益，得到ADC电路的期望增益；还用于增加ADC电路的增益，使ADC电路的映射后增益接近但是不超过所述ADC电路的期望增益，并且，还将绝对增益除以PGA电路的映射后增益与ADC电路的映射后增益的乘积，得到数字电路的期望增益；还用于增加数字电路的增益，使数字电路的映射后增益接近但是不超过所述数字电路的期望增益。

可选地，所述图像传感器包括PGA电路、ADC电路和数字电路三级放大电路，所述增益映射电路包括与所述PGA电路、ADC电路和数字电路均相连的控制单元，还包括与所述控制单元相连的工艺修正系数寄存器，用于存储工艺修正系数，所述工艺修正系数为PGA电路的增益实际值与增益理论值的比值；所述控制单元用于增加PGA电路的增益，使PGA电路的映射后增益接近但是不超过所述绝对增益，并且，还用于从工艺修正系数寄存器中获取所述工艺修正系数，并基于PGA电路的工艺修正系数修正PGA电路的映射后增益，获得PGA电路的实际增益，将绝对增益除以PGA电路的实际增益，得到ADC电路的期望增益；还用于增加ADC电路的增益，使ADC电路的映射后增益接近但是不超过所述ADC电路的期望增益；并将绝对增益除以PGA电路的实际增益与ADC电路的映射后增益的乘积，得到数字电路的期望增益；还用于增加数字电路的增益，使数字电路的映射后增益接近但是不超过所述数字电路的期望增益。

可选地，所述控制单元用于根据工艺修正系数与PGA电路的映射后增益的乘积，获得PGA电路的实际增益。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1.本发明在将增益映射到放大电路之前，基于函数关系将所述相对增益转换为绝对增益，其中，所述函数关系可基于工艺偏差进行调节，以减少工艺偏差对增益的影响，避免出现增益的不单调变化，提高图像亮度的稳定性。

2.可选方案中，在增益的映射过程中，通过设置工艺修正系数得到放大电路的实际增益，再基于所述实际工艺进行其他放大电路的增益映射，从而实现结合工艺偏差进行映射，进而进一步减小了增益误差。

3.可选方案中，相对增益和绝对增益之间的函数关系为多段直线相连的折线关系，关系较为简单，简化了增益转换的过程。

附图说明

图1是本发明图像传感器的增益转换映射方法一实施方式的流程示意图；

图2是本发明图像传感器的增益转换映射方法中增益转换和绝对增益之间函数关系一实施例的示意图；

图3是图1中步骤S2一实施例的示意图；

图4是本发明图像传感器的增益转换映射装置一实施方式的示意图；

图5是本发明图像传感器的增益转换映射装置一实施例的示意图。

具体实施方式

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施方式做详细的说明。

为了解决现有技术的问题，本发明提供一种图像传感器的增益转换映射方法。参考图1，示出了本发明图像传感器的增益转换映射方法一实施方式的流程示意图。

通常，图像传感器包括矩阵式排列的像素，与像素相连的电路单元。其中，所述像素用于将接收到的光信号转换为输出电压；所述电路单元，用于对所述输出电压进行调整和处理，基于所述输出电压输出图像。

所述电路单元包括放大电路和自动增益控制电路（Automatic GainControl，AGC）。其中，

所述放大电路，用于对输出电压对应的信号进行放大。具体地，所述放大电路可以是模拟电路也可以是数字电路。

所述AGC电路与所述放大电路相连，用于根据输出图像的亮度调整放大电路增益的大小，以保持输出图像亮度的稳定。具体地，所述AGC电路在进行增益控制时会输出一数值，所述数值越小，表示增益越小，所述数值越大，表示增益越大。例如，如果输出的数值为8位，那么0就表示最小的增益，255就表示最大的增益，但是不限制0或者255具体表示多少倍增益，也就是说，所述AGC电路输出的是表示增益相对大小的相对增益。

本发明提供的图像传感器的增益转换映射方法的一种具体实施方式，用于根据所述AGC输出的相对增益获得相应的放大电路增益，具体地，大致包括以下步骤：

步骤S1，接收自动增益控制电路发送的相对增益；根据函数关系将所述相对增益转换为绝对增益，所述函数关系能够基于工艺偏差进行调节；

步骤S2，将所述绝对增益映射到放大电路，形成相应的放大电路增益。

本具体实施方式在将增益映射到各放大电路之前，可先基于放大电路的工艺偏差对增益进行调节，以减少工艺偏差对增益的影响，避免出现增益的不单调变化。

下面结合具体实施例和附图对本发明图像传感器的增益转换映射方法的技术方案做进一步说明。

执行步骤S1，接收自动增益控制电路发送的相对增益。

此处AGC电路发送的相对增益为一数值，用于表示增益的相对大小，但不表示增益的具体数值。本实施例中，相对增益为10位，因此相对增益的范围为0~1023，数值越大增益越大，数值越小增益越小，也就是说，0表示的增益最小，1023表示的增益最大。具体地，图像传感器中的增益转换电路与所述AGC电路相连，用于接收所述相对增益。基于函数关系将所述相对增益转换为绝对增益，此处，绝对增益为具体为多少倍的增益，例如，对应于值为200的相对增益，绝对增益为5倍。

本实施例中，所述增益转换和绝对增益之间的函数关系为多段直线相连的折线关系，并且各直线的斜率能够基于放大电路的工艺偏差进行调节。

参考图2，示出了本发明图像传感器的增益转换映射方法中增益转换和绝对增益之间函数关系一实施例的示意图。其中，横坐标为相对增益，纵坐标为绝对增益，相对增益和绝对增益之间为16段直线相连构成的折线关系。本实施例中，AGC电路输出数值为10位，使相对增益的范围位于0~1023的范围内，16段直线在相对增益方向上以64为宽度呈等间隔排列。所述16段相连直线的17个端点在绝对增益方向上的投影表示对应的绝对增益值，例如64对应于g1、128对应于g2……1023对应于g16。其中所述g1、g2……g16为具体为多少倍的增益。

本实施例中，所述相对增益与所述绝对增益为一一对应关系，也就是说对应于0~1023的1024个相对增益，均有一与其对应的绝对增益。实际应用中，AGC电路在进行增益控制时会输出位于0~1023之间的任意一值，例如32、96、128、960等。如果AGC电路输出的相对增益刚好等于图2所示的端点值，例如64、128……960、1023，直接获取与其对应的绝对增益值（g1、g2……g15、g16），如果相对增益不是刚好等于64、128……960、1023等的端点值，可以使用插值的方法得到绝对增益。例如，值为32的相对增益对应于g1/2的绝对增益，值为96的相对增益对应于g1+(g2-g1)/2的绝对增益等等，本领域技术人员可以进行相应地修改、变形和替换。

本实施例中，可基于放大电路的工艺偏差，调节所述多段直线的端点在绝对增益方向上的投影所代表的绝对增益值，以实现对各段直线斜率的调节，进而调节相对增益与绝对增益的函数关系、弥补所述工艺偏差对增益转换映射的影响。

在实际应用中，在进行增益转换和增益映射之前，会测试工艺偏差并基于工艺偏差，设置多段相连直线的端点在绝对增益方向上的投影，以调节各段直线的斜率。具体的调节步骤如下：

测量各放大电路的增益实际值；

比较各放大电路的增益实际值和增益理论值的相对大小；

如果各放大电路的增益实际值小于增益理论值，调节多段直线的端点在绝对增益方向上的投影，以提高各段直线的斜率；

如果各放大电路的增益实际值大于增益理论值，调节多段直线的端点在绝对增益方向上的投影，以降低各段直线的斜率。

以放大电路为模数转换电路（Analog to Digital Converter，ADC）进行举例说明，例如，数值为64的相对增益对应的绝对增益为5倍，而通过测量发现，由于工艺偏差的原因，ADC电路理论增益为5倍时其实际增益仅为4.5倍。通过增大绝对增益的值提高直线的斜率，使对应于64段的相对增益对应的绝对增益改为5.5倍，以防止ADC电路的工艺偏差造成的增益误差，避免电路单元增益的不单调变化。

执行步骤S2，将所述绝对增益映射到放大电路，形成相应的放大电路增益。此处增益映射的意思是将绝对增益分配至放大电路中，具体地，对于电路单元仅包括一级放大电路的情况，增益映射的步骤中直接将绝对增益分配给所述放大电路；对于电路单元包括至少两级放大电路的情况，增益映射的步骤中需保证各放大电路的增益的乘积与绝对增益相等。

图像传感器通常包括可变增益放大器（Programmable Gain Amplifier，PGA）、模数转换器（Analog to Digital Converter，ADC）和数字电路三种具有放大功能的电路。在进行增益映射时先映射PGA电路的增益，再映射ADC电路的增益，最后映射数字电路的增益。具体地，增益映射包括以下分步骤：

增加PGA电路的增益，使PGA电路的映射后增益接近但是不超过所述绝对增益；

将绝对增益除以PGA电路的映射后增益，得到ADC电路的期望增益；

增加ADC电路的增益，使ADC电路的映射后增益接近但是不超过所述ADC电路的期望增益；

将绝对增益除以PGA电路的映射后增益与ADC电路的映射后增益的乘积，得到数字电路的期望增益；

增加数字电路的增益，使数字电路的映射后增益接近但是不超过所述数字电路的期望增益。

至此，可以使PGA电路、ADC电路和数字电路均分配到相应的增益。

例如，绝对增益为5倍，而PGA电路的增益为1倍、2倍、4倍、6倍……，增加PGA电路的增益时，增加至4倍时不能再继续增加，以免超过所述绝对增益。这样，绝对增益5倍除以4，得到ADC电路的期望增益为1.25倍，而ADC电路的增益为1.125倍、1.25倍、1.375倍……，ADC电路的映射后增益为1.25倍，数字电路的映射后增益为1倍。这样完成增益映射后，PGA电路、ADC电路和数字电路均获得其相应的增益，可以根据映射后的增益进行放大。

需要说明的是，本实施例中，增益转换和绝对增益之间的函数关系为多段直线相连的折线关系，基于工艺偏差调节各直线的斜率以实现函数关系的调节，但是本发明对所述函数关系不做限制，增益转换和绝对增益之间的函数关系还可以是其他形式，例如直线关系、曲线关系，只要所述函数关系为可基于工艺偏差进行调节即可。

还需要说明的是，本实施例中，多段直线相连的折线中，所述多段直线的端点在相对增益方向上的投影呈等间隔排列，通过调节所述多段直线的端点在绝对增益方向上的投影所代表的绝对增益值，以调节各直线的斜率，进而调节函数关系，这种方式比较容易实现函数关系的调节。但是本发明此不做限制，所述多段直线的端点在相对增益方向上还可以呈不等间隔的排列，或者，还可以通过调节多段相连直线的端点在相对增益方向上的投影来调节所述直线的斜率，本领域技术人员可以根据上述实施例对本发明进行相应的修改、变形和替换。

还需要说明的是，本实施例中增益转换和绝对增益之间的函数关系为16段相连直线的关系，这是因为多段直线的数量过多容易使数据过于庞大，处理过于复杂，而如果多段直线的数量过小又起不到良好的调节作用，但是本发明对所述多段直线的数量不做限制。本领域技术人员可以根据相对增益的位数和调节精度选择合适的直线数量。

上述实施例可以改善ADC电路、PGA电路的工艺偏差带来的增益误差，然而，由于通常PGA电路的工艺偏差较大，上述实施例可能不能完全解决PGA电路工艺偏差带来的问题，因此，本发明还提供了改进的技术方案。

参考图3，示出图1中步骤S2一实施例的示意图。需要说明的是，本实施例在执行步骤S2进行映射之前，还包括测量PGA电路的增益实际值，并基于增益实际值与增益理论值的比值获得工艺修正系数，所述步骤S2大致包括一下分步骤：

步骤S21，增加PGA电路的增益，使PGA电路的映射后增益接近但是不超过所述绝对增益；

步骤S22，基于PGA电路的工艺修正系数修正PGA电路的映射后增益，获得PGA电路的实际增益；

步骤S23，将绝对增益除以PGA电路的实际增益，得到ADC电路的期望增益；

步骤S24，增加ADC电路的增益，使ADC电路的映射后增益接近但是不超过所述ADC电路的期望增益；

步骤S25，将绝对增益除以PGA电路的实际增益与ADC电路的映射后增益的乘积，得到数字电路的期望增益；

步骤S26，增加数字电路的增益，使数字电路的映射后增益接近但是不超过所述数字电路的期望增益。

下面结合具体实例进行说明。

例如：为了获得工艺修正系数，使PGA电路以5倍的增益理论值进行放大，经过测量发现，PGA电路输出的增益实际值仅为4.5，这样获得的工艺修正系数为0.9。

执行步骤S22，基于PGA电路的工艺修正系数修正PGA电路的映射后增益的步骤包括：通过工艺修正系数乘以PGA电路的映射后增益，获得PGA电路的实际增益。例如：工艺修正系数为0.9，执行步骤S21得到的PGA电路的映射后增益为4，那么PGA电路的实际增益为3.6。

本实施例中，基于增益实际值与增益理论值的比值获得工艺修正系数，在进行增益映射时基于所述工艺修正系数获得PGA电路的实际增益。这样，在后续进行ADC电路的增益映射和数字电路的增益映射时，基于所述PGA电路的实际增益计算其他放大电路的期望增益，可以减小PGA电路的工艺偏差造成的增益误差。

需要说明的是，本发明还适用于其他类型的放大器，在上述两个实施例中在进行增益映射时均先映射PGA电路的增益，再映射ADC电路的增益，最后映射数字电路的增益，并且映射时使各放大电路的映射后增益接近但是不超过所述绝对增益，这样增益映射后PGA电路的增益最大。这是基于PGA电路、ADC电路、数字电路的特点进行的。因为PGA电路可提供比较大的增益，而ADC电路能够提供的增益比较小，同样的数字电路也只适用于增益比较小的情况。在对其他类型的放大器进行增益映射时也可基于各放大器的特点，对上述实施例增益映射的步骤进行相应地修改、变形和替换。

相应地，本发明还提供一种图像传感器的增益转换映射装置，参考图4，示出了本发明图像传感器的增益转换映射装置一实施例的示意图。

图像传感器包括像素和电路单元，所述电路单元用于处理像素单元输出的电压信号，用于将所述电压信号转换为图像信息，并输出图像。

本实施例中，所述电路单元包括用于进行增益控制的AGC电路2，还包括具有放大功能的电路：PGA电路3、ADC电路4和数字电路5，所述AGC电路2用于调整所述多级放大电路的增益。

本实施例增益转换装置1包括：

增益转换电路11，与所述AGC电路2相连，用于接收AGC电路2发送的相对增益，根据函数关系将所述相对增益转换为绝对增益，所述函数关系能够基于工艺偏差进行调节；

增益映射电路12，与所述增益转换电路相连11、PGA电路3、ADC电路4和数字电路5均相连，用于将所述绝对增益映射为与所述PGA电路3、ADC电路4和数字电路5相对应的放大电路的增益。

本实施例增益转换映射装置中，增益转换电路中的函数关系可以基于工艺偏差进行调节，以防止工艺偏差造成的增益不单调的问题。

参考图5，示出了本发明增益转换装置一实施例的示意图。

所述增益转换电路11包括转换单元112、存储单元111和调节单元113，其中，

所述存储单元111，用于存储相对增益和绝对增益的函数关系；

所述转换单元112，与所述自动增益控制电路2和存储单元111均相连，用于接收所述自动增益控制电路112发送的相对增益，根据所述存储单元111中的函数关系获取与所述相对增益相对应的绝对增益；

所述调节单元113，与所述存储单元111相连，用于根据工艺偏差调节所述函数关系。本实施例中，所述函数关系为多段直线相连构成的折线关系，并且多段直线的斜率能够基于工艺偏差进行调节。

具体地，所述存储单元111包括多个第一可编程寄存器（图未示）和多个第二可编程寄存器（图未示），其中，所述多个第一可编程寄存器，分别用于存储所述多段直线的端点在相对增益方向上的呈等间隔排列的相对增益值；所述多个第二可编程寄存器，分别用于存储所述多段直线的端点在绝对增益方向上的投影所代表的绝对增益值。

所述转换单元112，用于在相对增益等于所述第一可编程寄存器中的相对增益值时，直接从所述第二可编程寄存器中获取与所述相对增益对应的绝对增益值；还用于在相对增益不等于第一可编程寄存器中的相对增益值时，基于所述第二可编程寄存器中绝对增益值的插值，获得与所述相对增益对应的绝对增益值。具体地，所述转换单元112包括比较器和计算器，用于将从AGC电路2接收到的相对增益，与所述第一可编程寄存器中的存储的相对增益进行一一比较，在相对增益等于所述第一可编程寄存器中的相对增益值时获取相应的绝对增益值，在相对增益位于两个相对增益值之间时，分别获取所述两个相对增益值对应的第一绝对增益值和第二绝对增益值，所述计算器用于计算第一绝对增益值和第二绝对增益值的插值，以所述插值作为绝对增益。

所述调节单元113，与所述第二可编程寄存器用于在放大电路的增益实际值小于增益理论值时，调节第二可编程寄存器中的绝对增益值，以提高多段直线的斜率；还用于在增益实际值大于增益理论值时，调节第二可编程寄存器中的绝对增益值，以降低多段直线的斜率。所述调节单元113可以通过在现场可编程门阵列（Field－Programmable Gate Array，FPGA）实现所述功能。

结合参考图2所示的函数关系图，所述多段直线构成的折线关系为16段直线相连构成的折线函数关系，对应地，16段相连直线具有17个端点，相应地，所述增益转换电路11还包括17个第一可编程寄存器和17个第二可编程寄存器，其中，所述17个第一可编程寄存器用于存储呈等间隔排列的相对增益值，例如：0、64、128……960、1023，所述17个第二可编程寄存器，用于存储17个端点在绝对增益方向上的投影所代表的绝对增益值，例如：g0、g1、g2……g15、g16。

所述增益映射电路12包括一控制单元121，与所述PGA电路3、ADC电路4和数字电路5均相连，所述控制单元121用于增加PGA电路3的增益，使PGA电路3的映射后增益接近但是不超过所述绝对增益，并且，还将绝对增益除以PGA电路3的映射后增益，得到ADC电路4的期望增益；还用于增加ADC电路4的增益，使ADC电路4的映射后增益接近但是不超过所述ADC电路4的期望增益，并且，还将绝对增益除以PGA电路3的映射后增益与ADC电路4的映射后增益的乘积，得到数字电路5的期望增益；还用于增加数字电路5的增益，使数字电路5的映射后增益接近但是不超过所述数字电路5的期望增益。

具体地，所述控制单元121可以是微控制单元（Micro Control Unit，MCU）。

需要说明的是，由于PGA电路3容易存在较大的工艺偏差，为了进一步弥补所述工艺偏差所造成的增益误差，优选实施例中，所述增益映射电路11还结合PGA电路3的工艺偏差进行增益映射的过程。

继续参考图3，所述增益映射电路12还包括与所述控制单元121相连的工艺修正系数寄存器122，用于存储工艺修正系数，所述工艺修正系数为PGA电路3的增益实际值与增益理论值的比值。

所述控制单元121用于增加PGA电路3的增益，使PGA电路3的映射后增益接近但是不超过所述绝对增益，并且，还用于从工艺修正系数寄存器122中获取所述工艺修正系数，并基于PGA电路3的工艺修正系数修正PGA电路3的映射后增益，获得PGA电路3的实际增益，将绝对增益除以PGA电路3的实际增益，得到ADC电路4的期望增益；还用于增加ADC电路4的增益，使ADC电路4的映射后增益接近但是不超过所述ADC电路4的期望增益；并将绝对增益除以PGA电路3的实际增益与ADC电路4的映射后增益的乘积，得到数字电路5的期望增益；还用于增加数字电路5的增益，使数字电路5的映射后增益接近但是不超过所述数字电路5的期望增益。这样，本实施例可以减小PGA电路3的工艺偏差所带来的增益误差，防止出现增益的不单调现象。

具体地，所述控制单元121通过工艺修正系数与PGA电路的映射后增益的乘积，获得PGA电路的实际增益。例如：工艺修正系数为0.9，得到的PGA电路的映射后增益为4，基于两者的乘积获得PGA电路的实际增益为3.6。

综上，本发明提供一种图像传感器的增益转换映射方法和装置，在进行增益转换时可结合工艺偏差进行调整，以防止工艺偏差造成的增益误差，优选地，在增益映射时也可以结合工艺偏差进行映射，以进一步减小增益误差。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定权利要求，任何本邻域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (11)

1.一种图像传感器的增益转换映射方法，所述图像传感器包括自动增益控制电路和放大电路，其特征在于，包括下列步骤：

接收自动增益控制电路发送的相对增益；

根据函数关系将所述相对增益转换为绝对增益，所述函数关系能够基于工艺偏差进行调节，所述函数关系包括：多段直线相连构成的折线关系，所述多段直线的斜率能够基于工艺偏差进行调节；

所述基于工艺偏差，调节各段直线的斜率的步骤包括：

测量各放大电路的增益实际值；

比较各放大电路的增益实际值和增益理论值的相对大小；

如果各放大电路的增益实际值小于增益理论值，调节多段直线的端点在绝对增益方向上的投影，以提高各段直线的斜率；

如果各放大电路的增益实际值大于增益理论值，调节多段直线的端点在绝对增益方向上的投影，以降低各段直线的斜率；

将所述绝对增益映射到放大电路，形成相应的放大电路增益。

2.如权利要求1所述的增益转换映射方法，其特征在于，所述多段直线的端点在相对增益方向上的投影呈等间隔排列，基于工艺偏差调节多段直线的端点在绝对增益方向上的投影，以调节各段直线的斜率。

3.如权利要求1所述增益转换映射方法，其特征在于，所述放大电路包括PGA电路、ADC电路和数字电路三级放大电路，将所述绝对增益映射到放大电路，形成相应的放大电路增益的步骤包括：

增加PGA电路的增益，使PGA电路的映射后增益接近但是不超过所述绝对增益；

将绝对增益除以PGA电路的映射后增益，得到ADC电路的期望增益；

增加ADC电路的增益，使ADC电路的映射后增益接近但是不超过所述ADC电路的期望增益；

将绝对增益除以PGA电路的映射后增益与ADC电路的映射后增益的乘积，得到数字电路的期望增益；

增加数字电路的增益，使数字电路的映射后增益接近但是不超过所述数字电路的期望增益。

4.如权利要求1所述增益转换映射方法，其特征在于，所述图像传感器包括PGA电路、ADC电路和数字电路三级放大电路，将所述绝对增益映射到放大电路，形成相应的放大电路增益的步骤包括：

在进行映射之前，还包括测量PGA电路的增益实际值，并基于增益实际值与增益理论值的比值获得工艺修正系数；

所述将所述绝对增益映射为各放大电路的增益的步骤包括：

增加PGA电路的增益，使PGA电路的映射后增益接近但是不超过所述绝对增益；

基于PGA电路的工艺修正系数修正PGA电路的映射后增益，获得PGA电路的实际增益；

将绝对增益除以PGA电路的实际增益，得到ADC电路的期望增益；

增加ADC电路的增益，使ADC电路的映射后增益接近但是不超过所述ADC电路的期望增益；

将绝对增益除以PGA电路的实际增益与ADC电路的映射后增益的乘积，得到数字电路的期望增益；

增加数字电路的增益，使数字电路的映射后增益接近但是不超过所述数字电路的期望增益。

5.如权利要求4所述增益转换映射方法，其特征在于，基于PGA电路的工艺修正系数修正PGA电路的映射后增益，获得PGA电路的实际增益的步骤包括：通过工艺修正系数乘以PGA电路的映射后增益，获得PGA电路的实际增益。

6.一种图像传感器的增益转换映射装置，所述图像传感器包括自动增益控制电路和放大电路，其特征在于，所述增益转换映射装置包括：

增益转换电路，与所述自动增益控制电路相连，用于接收自动增益控制电路发送的相对增益；根据函数关系将所述相对增益转换为绝对增益，所述函数关系能够基于工艺偏差进行调节，所述增益转换电路包括转换单元、存储单元和调节单元，其中，

所述存储单元，用于存储相对增益和绝对增益的函数关系；

所述转换单元，与所述自动增益控制电路和存储单元均相连，用于接收所述自动增益控制电路发送的相对增益，根据所述存储单元中的函数关系获取与所述相对增益相对应的绝对增益；

所述调节单元，与所述存储单元相连，所述函数关系为多段直线相连构成的折线关系，所述调节单元用于基于工艺偏差调节多段直线的斜率，以调节所述函数关系；

增益映射电路，与所述增益转换电路相连，用于将所述绝对增益映射到放大电路，形成相应的放大电路增益。

7.如权利要求6所述增益转换映射装置，其特征在于，所述存储单元包括多个第一可编程寄存器和多个第二可编程寄存器，其中，

所述多个第一可编程寄存器，分别用于存储所述多段直线的端点在相对增益方向上的呈等间隔排列的相对增益值；

所述多个第二可编程寄存器，分别用于存储所述多段直线的端点在绝对增益方向上的投影所代表的绝对增益值；

所述调节单元与所述第二可编程寄存器相连，用于在放大电路的增益实际值小于增益理论值时，调节第二可编程寄存器中的绝对增益值，以提高多段直线的斜率；还用于在增益实际值大于增益理论值时，调节第二可编程寄存器中的绝对增益值，以降低多段直线的斜率。

8.如权利要求7所述增益转换映射装置，其特征在于，所述转换单元，用于在相对增益等于所述第一可编程寄存器中的相对增益值时，直接从所述第二可编程寄存器中获取与所述相对增益对应的绝对增益值；还用于在相对增益不等于第一可编程寄存器中的相对增益值时，基于所述第二可编程寄存器中绝对增益值的插值，获得与所述相对增益对应的绝对增益值。

9.如权利要求6所述增益转换映射装置，其特征在于，

所述放大电路包括PGA电路、ADC电路和数字电路三级放大电路，所述增益映射电路包括与所述PGA电路、ADC电路和数字电路均相连的控制单元，用于增加PGA电路的增益，使PGA电路的映射后增益接近但是不超过所述绝对增益，并且，还将绝对增益除以PGA电路的映射后增益，得到ADC电路的期望增益；

还用于增加ADC电路的增益，使ADC电路的映射后增益接近但是不超过所述ADC电路的期望增益，并且，还将绝对增益除以PGA电路的映射后增益与ADC电路的映射后增益的乘积，得到数字电路的期望增益；

还用于增加数字电路的增益，使数字电路的映射后增益接近但是不超过所述数字电路的期望增益。

10.如权利要求6所述增益转换映射装置，其特征在于，所述图像传感器包括

PGA电路、ADC电路和数字电路三级放大电路；

所述增益映射电路包括与所述PGA电路、ADC电路和数字电路均相连的控制单元，还包括与所述控制单元相连的工艺修正系数寄存器，用于存储工艺修正系数，所述工艺修正系数为PGA电路的增益实际值与增益理论值的比值；

所述控制单元用于增加PGA电路的增益，使PGA电路的映射后增益接近但是不超过所述绝对增益，并且，还用于从工艺修正系数寄存器中获取所述工艺修正系数，并基于PGA电路的工艺修正系数修正PGA电路的映射后增益，获得PGA电路的实际增益，将绝对增益除以PGA电路的实际增益，得到ADC电路的期望增益；

还用于增加ADC电路的增益，使ADC电路的映射后增益接近但是不超过所述ADC电路的期望增益；并将绝对增益除以PGA电路的实际增益与ADC电路的映射后增益的乘积，得到数字电路的期望增益；

还用于增加数字电路的增益，使数字电路的映射后增益接近但是不超过所述数字电路的期望增益。

11.如权利要求10所述增益转换映射装置，其特征在于，所述控制单元用于根据工艺修正系数与PGA电路的映射后增益的乘积，获得PGA电路的实际增益。