CN104243864A - 图像传感器的图像数据读取方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种图像传感器的图像数据读取方法，所述图像传感器包括多行的像素单元，该方法包括下列步骤：在奇图像帧期间对像素单元行进行隔行读取获得第一图像数据，在与奇图像帧期间相邻的偶图像帧期间对像素单元行进行隔行读取获得第二图像数据，奇图像帧期间读取的像素单元行与偶图像帧期间读取的像素单元行是交错的；根据第一图像数据和第二图像数据恢复出一幅完整分辨率的图像。本发明的图像传感器的图像数据读取方法通过分多帧交错输出图像传感器的图像数据，使得单位时间内传输的帧的数量增加，从而在不提高传输频率和增加传输通道数的情况下提高帧率。

Description

图像传感器的图像数据读取方法

技术领域

本发明涉及图像传感器技术领域，尤其涉及一种图像传感器的图像数据读取方法。

背景技术

随着半导体技术的发展，图像传感器技术发展速度日新月异，使得图像传感器所含像素数量的提升达到5M、8M乃至更大尺寸以提高图像质量，但这同时也带来了数据传输的问题。假定以30帧每秒传输5M的RAW数据，每秒传输的数据量将达到5M*10bit*30fps，即每秒钟需要传输1.5Gbit的数据，加上其他的一些传输代价，所需带宽更大。随着3D和高动态范围需求的兴起，所需的帧率可能还会达到60帧，所需带宽将进一步增大。

现有的解决该问题的方法中图像传感器仍旧逐行输出，即，将图像传感器中的多行像素单元逐行输出为一帧，图1示出了通过现有技术的图像传感器的图像数据读取方法所获得的帧的示意图。仅通过提高电路性能，使其能正常运行在近2倍的频率上，然而增加传输频率，则内部包括模拟电路在内的电路都需要更高的运行频率，对电路的性能和功耗等造成设计压力，且在系统级上需要支持更高速率的传输，增加难度，降低了可靠性；或者在以MIPI等传输方式的情况下，不增加传输所用频率，而是通过增加通道数来增加传输的数据量，但是通道数越大，所需芯片的输出管脚越多，有可能成为制约芯片面积、成本的因素；或者在带宽一定的情况下，通过有损或无损压缩的方式传输数据，但不能解决帧率问题。

因此，需要一种图像数据读取方法，能够在不需要提高传输频率和增加传输通道数的情况下提高帧率。

公开于该发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种图像传感器的图像数据读取方法，能够有效提高帧率，减少传输带宽。

为了达到上述目的，本发明提供了一种图像传感器的图像数据读取方法，所述图像传感器包括多行的像素单元，该方法包括下列步骤：在奇图像帧期间对像素单元行进行隔行读取获得第一图像数据，在与奇图像帧期间相邻的偶图像帧期间对像素单元行进行隔行读取获得第二图像数据，奇图像帧期间读取的像素单元行与偶图像帧期间读取的像素单元行是交错的；根据第一图像数据和第二图像数据恢复出一幅完整分辨率的图像。

优选地，所述隔行读取包括隔一行读取或隔多行读取。

优选地，所述隔一行读取包括：在奇图像帧期间读取像素单元行中的奇数像素单元行或偶像素单元行作为第一图像数据，在与奇图像帧期间相邻的偶图像帧期间读取像素单元行中的偶数像素单元行或奇数像素单元行作为第二图像数据。

优选地，所述隔多行读取包括：在奇图像帧期间读取所述多行的像素单元行中的第1～m行，……，第2Nm+1～（2N+1）m行，或者第m+1～2m行，……，第（2N+1）m+1～2（N+1）m行，作为第一图像数据，在与奇图像帧期间相邻的偶图像帧期间读取所述多行的像素单元行中第m+1～2m行，……，第（2N+1）m+1～2（N+1）m行，或者第1～m行，……，第2Nm+1～（2N+1）m行，作为第二图像数据，其中，N表示自然数，m表示扫描间隔行数。

优选地，所述m为2、3或4。

优选地，所述图像传感器为拜耳模型，所述像素单元行中的每个像素单元感测红色、绿色、蓝色其中之一的图像信息。

优选地，所述像素阵列中的一个像素单元行中的每两个相邻的像素单元交替地感测红色图像信息和绿色图像信息，其相邻的像素单元行中的每两个相邻的像素单元交替地感测绿色图像信息和蓝色图像信息。

本发明还提供了一种图像传感器的图像数据读取方法，所述图像传感器包括多行的像素单元，该方法包括下列步骤：

设置时间长度相同的K个曝光时间段，将每个曝光时间段分别分配给所述多行的像素单元中数量相等的两行或更多行的K组像素单元；在第i曝光时间段内使得两行或更多行的第i组像素单元曝光，间隔一个或多个曝光时间段读取在第i曝光时间段中所曝光的第i组像素单元中的一行或多行的图像数据，以获得第一图像数据，读取所述第i组像素单元中未读取的一行或多行像素单元中的图像数据以获得第二图像数据，其中i=1～K；当所述图像传感器的所述多行的像素单元都完成一次曝光后，进行下一次滚动曝光循环；所述图像传感器的所述多行的像素单元一次滚动曝光循环中所读取的第一图像数据构成第一帧图像，所读取的第二图像数据构成第二帧图像，通过第一帧图像和第二帧图像恢复出一幅完整分辨率的图像。

优选地，将所述每个曝光时间段分别分配给所述多行的像素单元中间隔的两行，所述两行之间间隔m行。

优选地，所述m为0、1或2。

优选地，将第i曝光时间段分配给所述多行的像素单元中的第i～i+1行；在第i曝光时间段内使得第i～i+1行像素单元曝光，间隔一个或两个曝光时间段读取在第i曝光时间段中所曝光的第i～i+1行像素单元的其中一行像素单元中的图像数据，以获得第一图像数据，读取所述第i～i+1行像素单元中另一行像素单元中的图像数据，以获得第二图像数据，其中i=1～K。

优选地，将第i曝光时间段分配给所述多行的像素单元中的第i和i+m+1行；在第i曝光时间段内使得第i和i+m+1行像素单元曝光，间隔一个或两个曝光时间段读取在第i曝光时间段中所曝光的第i和i+m+1行像素单元的其中一行像素单元中的图像数据，以获得第一图像数据，读取所述第i和i+m+1行像素单元中另一行像素单元中的图像数据，以获得第二图像数据，其中i=1～K。

优选地，所述图像传感器为拜耳模型，所述像素单元行中的每个像素单元感测红色、绿色、蓝色其中之一的图像信息。

优选地，所述像素阵列中的一个像素单元行中的每两个相邻的像素单元交替地感测红色图像信息和绿色图像信息，其相邻的像素单元行中的每两个相邻的像素单元交替地感测绿色图像信息和蓝色图像信息。

与现有技术相比，本发明的图像传感器的图像数据读取方法通过分多帧交错输出图像传感器的图像数据，使得单位时间内传输的帧的数量增加，从而在不提高传输频率和增加传输通道数的情况下提高帧率。

通过纳入本文的附图以及随后与附图一起用于说明本发明的某些原理的具体实施方式，本发明的方法和装置所具有的其它特征和优点将变得清楚或更为具体地得以阐明。

附图说明

图1为通过现有技术的图像传感器的图像数据读取方法所获得的帧的示意图；

图2为通过根据本发明第一实施例的图像传感器的图像数据读取方法所获得的帧的示意图；

图3为通过根据本发明第二实施例的图像传感器的图像数据读取方法所获得的帧的示意图。

应当了解，所附附图并非按比例地显示了本发明的基本原理的图示性的各种特征的略微简化的画法。本文所公开的本发明的具体设计特征包括例如具体尺寸、方向、位置和外形将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。

在这些图形中，贯穿附图的多幅图形，附图标记引用本发明的同样的或等同的部分。

具体实施方式

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在一个实施例中，本发明提供一种图像传感器的图像数据读取方法，所述图像传感器包括多行的像素单元，该方法包括下列步骤：在奇图像帧期间对像素单元行进行隔行采集分类后读取获得第一图像数据，在与奇图像帧期间相邻的偶图像帧期间对像素单元行进行隔行采集分类后读取获得第二图像数据，奇图像帧期间读取的像素单元行与偶图像帧期间读取的像素单元行是交错的；根据第一图像数据和第二图像数据恢复出一幅完整分辨率的图像。应当理解，图像传感器的多行像素单元被读取为两帧（在本文中也称为第一图像数据和第二图像数据），其中，所述第一图像数据的读取期间被称为奇图像帧期间，所述第二图像数据的读取期间被称为偶图像帧期间。但本发明不限于此，还可将图像传感器的多行像素单元读取为更多帧。

在本实施例中，所述隔行读取可以为隔一行读取，所述隔一行读取包括：在奇图像帧期间读取像素单元行中的奇数像素单元行或偶像素单元行作为第一图像数据，在与奇图像帧期间相邻的偶图像帧期间读取像素单元行中的偶数像素单元行或奇数像素单元行作为第二图像数据。

替代地，所述隔行读取还可以为隔多行读取，所述隔多行（row）采集分类后读取包括：在奇图像帧期间读取所述多行的像素单元行中的第1～m行，……，第2Nm+1～（2N+1）m行，或者第m+1～2m行，……，第（2N+1）m+1～2（N+1）m行，作为第一图像数据，在与奇图像帧期间相邻的偶图像帧期间读取所述多行的像素单元行中第m+1～2m行，……，第（2N+1）m+1～2（N+1）m行，或者第1～m行，……，第2Nm+1～（2N+1）m行，作为第二图像数据，其中，N表示自然数，m表示扫描间隔行数。在优选的实施例中，所述m为2、3或4。

在另一实施例中，本发明提供一种图像传感器的图像数据读取方法，所述图像传感器包括多行的像素单元，该方法包括下列步骤：

设置时间长度相同的K个曝光时间段，将每个曝光时间段分别分配给所述多行的像素单元中数量相等的两行或更多行的K组像素单元；

在第i曝光时间段内使得两行或更多行的第i组像素单元曝光，间隔一个或多个曝光时间段读取在第i曝光时间段中所曝光的第i组像素单元中的一行或多行像素单元中的图像数据，以获得第一图像数据，读取所述第i组像素单元中未读取的一行或多行像素单元中的图像数据以获得第二图像数据，其中i=1～K；

当所述图像传感器的所述多行的像素单元都完成一次曝光后，进行下一次滚动曝光循环；

所述图像传感器的所述多行的像素单元一次滚动曝光循环中所读取的第一图像数据构成第一帧图像，所读取的第二图像数据构成第二帧图像，通过第一帧图像和第二帧图像恢复出一幅完整分辨率的图像。

在本实施例中，将所述每个曝光时间段分别分配给所述多行的像素单元中间隔的两行，所述两行之间间隔m行，优选地，所述m为0、1或2。

当m为0时，即将曝光时间段分配给所述多行像素单元的相邻两行，也就是说，将第i曝光时间段分配给所述多行的像素单元中的第i～i+1行；其中，在第i曝光时间段内使得第i～i+1行像素单元曝光，然后，间隔一个或两个曝光时间段读取在第i曝光时间段中所曝光的第i～i+1行像素单元的其中一行像素单元中的图像数据，以获得第一图像数据，读取所述第i～i+1行像素单元中另一行像素单元中的图像数据，以获得第二图像数据，其中i=1～K。

当m为1或2时，将第i曝光时间段分配给所述多行的像素单元中的第i和i+m+1行；其中，在第i曝光时间段内使得第i和i+m+1行像素单元曝光，间隔一个或两个曝光时间段读取在第i曝光时间段中所曝光的第i和i+m+1行像素单元的其中一行像素单元中的图像数据，以获得第一图像数据，读取所述第i和i+m+1行像素单元中另一行像素单元中的图像数据，以获得第二图像数据，其中i=1～K。

在上述实施例中，所述图像传感器为拜耳模型，所述像素单元行中的每个像素单元感测红色、绿色、蓝色其中之一的图像信息。所述像素阵列中的一个像素单元行中的每两个相邻的像素单元交替地感测红色图像信息和绿色图像信息，其相邻的像素单元行中的每两个相邻的像素单元交替地感测绿色图像信息和蓝色图像信息。但是本发明不限于此，本发明的图像传感器的图像数据读取方法还可适用于例如CCD或CMOS的任何类型的图像传感器。

在其他实施例中，所述图像传感器的像素单元还可被读取为两帧以上，然后根据这些所读取获得的帧恢复出一幅完整分辨率的图像，当然，还有其他方式，如其他交错方式对图像传感器的像素单元进行读取，具体依据实际运用场景而定。这些变型和扩展均不超出本发明的范围。

下面分别结合附图对本发明的具体实施例作更为详细地说明。

图2为根据本发明第一实施例的图像传感器的图像数据读取方法所获得的帧的示意图。在奇图像帧期间，对图像传感器像素单元行的奇数行，即，第1、3、5、7行（row）进行采集分类后，按照第1、3、5、7行的新组合由按列（column）读取获得第一图像数据2(a)；接着，在偶图像帧期间，对图像传感器的像素单元行的偶数行，即，第2、4、6、8行(row)进行采集分类后，按照第2、4、6、8行的新的组合由按列（Column）读取获得第二图像数据2(b)，即对图像传感器的像素单元行进行隔一行读取，其中，奇图像帧期间读取的第1、3、5、7行像素单元行与偶图像帧期间读取的第2、4、6、8行像素单元行是交错的。

最后，根据由第1、3、5、7行像素单元中的图像数据构成的第一帧图像和由第2、4、6、8行像素单元中的图像数据构成的第二帧图像恢复出一幅完整分辨率的图像。

在上述实施例中，所述传感器为拜耳模型的CMOS图像传感器，但本发明不限于此，还适用于CCD图像传感器。

替代地，设置时间长度相同的4个曝光时间段，将每个曝光时间段分别分配给所述8行的像素单元中第1和2、3和4、5和6、7和8行像素单元的4组像素单元。

在第1曝光时间段内使得第1和2行像素单元的第1组像素单元曝光；间隔一个曝光时间段读取在第1曝光时间段中所曝光的第1组像素单元中的第1行像素单元中的图像数据，以获得第一图像数据，读取所述第1组像素单元的第2行像素单元中的图像数据以获得第二图像数据。

在第2曝光时间段内使得第3和4行像素单元的第2组像素单元曝光；间隔一个曝光时间段读取在第2曝光时间段中所曝光的第2组像素单元中的第1行像素单元中的图像数据，以获得第一图像数据，读取所述第2组像素单元的第2行像素单元中的图像数据以获得第二图像数据。

以此类推，曝光剩下的像素单元，以获得全部的第一图像数据和全部的第二图像数据。

当所述图像传感器的所述多行的像素单元都完成一次曝光后，进行下一次滚动曝光循环。

所述图像传感器的所述8行的像素单元一次滚动曝光循环中所读取的由第1、3、5、7行像素单元中的图像数据构成第一帧图像2(a)，所读取的由第2、4、6、8行像素单元中的图像数据构成第二帧图像2(b)，通过第一帧图像和第二帧图像恢复出一幅完整分辨率的图像。

这种不同帧采用一定规律的曝光也可适用于用于合成高动态范围HDR图像。

图3为根据本发明第二实施例的图像传感器的图像数据读取方法所获得的帧的示意图。该实施例的具体实施方式如下：在奇图像帧期间，对图像传感器像素单元行的第1和2、5和6行（row）进行采集分类，并按照第1和2、5和6行的新组合由按列（column）读取获得第一图像数据3(a)；接着，在奇图像帧期间，对图像传感器的像素单元行的第3和4、7和8行(row)进行采集分类，并第3和4、7和8行的新组合由按列（column）读取获得第二图像数据3(b)，即对图像传感器的像素单元行进行隔两行采集分类并读取，其中，奇图像帧期间读取的第1和2、5和6行像素单元行与偶图像帧期间读取的第3和4、7和8行像素单元行是交错的。

最后，根据由第1、2、5、6行像素单元中的图像数据构成的第一帧图像和由第3、4、7、8行像素单元中的图像数据构成的第二帧图像恢复出一幅完整分辨率的图像。

在上述实施例中，所述传感器为拜耳模型的CMOS图像传感器，但本发明不限于此，还适用于CCD图像传感器。

替代地，设置时间长度相同的4个曝光时间段，将每个曝光时间段分别所述8行的像素单元中第1和3、2和4、5和7、6和8行像素单元。

在第1曝光时间段内使得第1和3行像素单元曝光，间隔两个曝光时间段读取在第1曝光时间段中所曝光的第1和3行像素单元中第1行像素单元中的图像数据，以获得第一图像数据，读取所述第1和3行像素单元中第3行像素单元中的图像数据，以获得第二图像数据。

在第2曝光时间段内使得第2和4行像素单元曝光，间隔两个曝光时间段读取在第2曝光时间段中所曝光的第2和4行像素单元中第2行像素单元中的图像数据，以获得第一图像数据，读取所述第2和4行像素单元中第4行像素单元中的图像数据，以获得第二图像数据。

以此类推，曝光剩下的像素单元，以获得全部的第一图像数据和全部的第二图像数据。

当所述图像传感器的所述多行的像素单元都完成一次曝光后，进行下一次滚动曝光循环。

所述图像传感器的所述8行的像素单元一次滚动曝光循环中所读取的由第1、2、5、6行像素单元中的图像数据构成第一帧图像3(a)，所读取的由第3、4、7、8行像素单元中的图像数据构成第二帧图像3(b)，通过第一帧图像和第二帧图像恢复出一幅完整分辨率的图像。

这种不同帧采用一定规律的曝光也可适用于用于合成高动态范围HDR图像。

上述实施例是用于例示性说明本发明的原理及其功效，但是本发明并不限于上述实施方式。本领域的技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，在权利要求保护范围内，对上述实施例进行修改。因此本发明的保护范围，应如本发明的权利要求书覆盖。

Claims (14)

1.一种图像传感器的图像数据读取方法，所述图像传感器包括多行的像素单元，其特征在于，该方法包括下列步骤：

在奇图像帧期间对像素单元行进行隔行读取获得第一图像数据，在与奇图像帧期间相邻的偶图像帧期间对像素单元行进行隔行读取获得第二图像数据，奇图像帧期间读取的像素单元行与偶图像帧期间读取的像素单元行是交错的；

根据第一图像数据和第二图像数据恢复出一幅完整分辨率的图像。

2.如权利要求1所述的图像传感器的图像数据读取方法，其特征在于，所述隔行读取包括隔一行读取或隔多行读取。

3.如权利要求2所述的图像传感器的图像数据读取方法，其特征在于，所述隔一行读取包括：在奇图像帧期间读取像素单元行中的奇数像素单元行或偶像素单元行作为第一图像数据，在与奇图像帧期间相邻的偶图像帧期间读取像素单元行中的偶数像素单元行或奇数像素单元行作为第二图像数据。

4.如权利要求2所述的图像传感器的图像数据读取方法，其特征在于，所述隔多行读取包括：

在奇图像帧期间读取所述多行的像素单元行中的第1～m行，……，第2Nm+1～（2N+1）m行，或者第m+1～2m行，……，第（2N+1）m+1～2（N+1）m行，作为第一图像数据，在与奇图像帧期间相邻的偶图像帧期间读取所述多行的像素单元行中第m+1～2m行，……，第（2N+1）m+1～2（N+1）m行，或者第1～m行，……，第2Nm+1～（2N+1）m行，作为第二图像数据，其中，N表示自然数，m表示扫描间隔行数。

5.如权利要求4所述的图像传感器的图像数据读取方法，其特征在于，所述m为2、3或4。

6.如权利要求1所述的图像传感器的图像数据读取方法，其特征在于，所述图像传感器为拜耳模型，所述像素单元行中的每个像素单元感测红色、绿色、蓝色其中之一的图像信息。

7.如权利要求1所述的图像传感器的图像数据读取方法，其特征在于，所述像素阵列中的一个像素单元行中的每两个相邻的像素单元交替地感测红色图像信息和绿色图像信息，其相邻的像素单元行中的每两个相邻的像素单元交替地感测绿色图像信息和蓝色图像信息。

8.一种图像传感器的图像数据读取方法，所述图像传感器包括多行的像素单元，其特征在于，该方法包括下列步骤：

设置时间长度相同的K个曝光时间段，将每个曝光时间段分别分配给所述多行的像素单元中数量相等的两行或更多行的K组像素单元；

在第i曝光时间段内使得两行或更多行的第i组像素单元曝光，间隔一个或多个曝光时间段读取在第i曝光时间段中所曝光的第i组像素单元中的一行或多行像素单元中的图像数据，以获得第一图像数据，读取所述第i组像素单元中未读取的一行或多行像素单元中的图像数据以获得第二图像数据，其中i=1～K；

当所述图像传感器的所述多行的像素单元都完成一次曝光后，进行下一次滚动曝光循环；

所述图像传感器的所述多行的像素单元一次滚动曝光循环中所读取的第一图像数据构成第一帧图像，所读取的第二图像数据构成第二帧图像，通过第一帧图像和第二帧图像恢复出一幅完整分辨率的图像。

9.如权利要求8所述的图像传感器的图像数据读取方法，其特征在于，将所述每个曝光时间段分别分配给所述多行的像素单元中间隔的两行，所述两行之间间隔m行。

10.如权利要求9所述的图像传感器的图像数据读取方法，其特征在于，所述m为0、1或2。

11.如权利要求8所述的图像传感器的图像数据读取方法，其特征在于，将第i曝光时间段分配给所述多行的像素单元中的第i～i+1行；

在第i曝光时间段内使得第i～i+1行像素单元曝光，间隔一个或两个曝光时间段读取在第i曝光时间段中所曝光的第i～i+1行像素单元的其中一行像素单元中的图像数据，以获得第一图像数据，读取所述第i～i+1行像素单元中另一行像素单元中的图像数据，以获得第二图像数据，其中i=1～K。

12.如权利要求10所述的图像传感器的图像数据读取方法，其特征在于，将第i曝光时间段分配给所述多行的像素单元中的第i和i+m+1行；

在第i曝光时间段内使得第i和i+m+1行像素单元曝光，间隔一个或两个曝光时间段读取在第i曝光时间段中所曝光的第i和i+m+1行像素单元的其中一行像素单元中的图像数据，以获得第一图像数据，读取所述第i和i+m+1行像素单元中另一行像素单元中的图像数据，以获得第二图像数据，其中i=1～K。

13.如权利要求8所述的图像传感器的图像数据读取方法，其特征在于，所述图像传感器为拜耳模型，所述像素单元行中的每个像素单元感测红色、绿色、蓝色其中之一的图像信息。

14.如权利要求8所述的图像传感器的图像数据读取方法，其特征在于，所述像素阵列中的一个像素单元行中的每两个相邻的像素单元交替地感测红色图像信息和绿色图像信息，其相邻的像素单元行中的每两个相邻的像素单元交替地感测绿色图像信息和蓝色图像信息。