CN104767909A - 图像传感器的直方图均衡化模数转换电路及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种图像传感器的直方图均衡化模数转换电路及方法；它包括像素阵列、后续图像处理电路和直方图估算电路，改进在于：还包括电压接入优化电路和可优化模数转换内核，像素阵列输出的模拟信号输入到可优化模数转换内核进行数模转换处理，输出的数字信号一路反馈到直方图估算电路，直方图估算电路计算当前图像的亮度平均值；亮度平均值输入到电压接入优化电路，输出变化的模拟电压值，自动调整可优化模数转换内核的非线性模数转换特性；另外一路输入到后续图像处理电路。主要用途及优点：对图像信号进行非线性拉伸，重新分配图像的像素值，能够保存图像的小信号细节，提高图像质量。减小了电路规模，节约电路成本。

Description

图像传感器的直方图均衡化模数转换电路及方法
技术领域
本发明涉及一种图像传感器模数转换集成电路技术领域，具体涉及一种图像传感器的直方图均衡化模数转换电路及方法。
背景技术
随着集成电路技术的发展，具有集成度高、尺寸小、成本低、功耗低等特点单芯片信号处理电路取代传统多芯片图像处理方案，广泛应用于保安相机、手机、计算机网络视频会议系统、无线手持式视频会议系统、条形码扫描器、传真机、玩具、生物显微计数、某些车用摄像系统等大量商用领域。
将多种功能的信号处理电路集成在一个芯片上是现有图像传感器处理电路最显著的优点。模数转换器电路是信号处理电路的常用处理电路。模数转换器电路的基本思想是对图像的电学信号进行线性转换，量化图像的数字值，将量化后的数字值输入后续图像处理电路后，生成数字图像。
采用线性模数转换器电路的图像传感器对光线适度的环境有较好的图像采集性能，但是在光线过明或者过暗环境下，对光强的敏感度较低，导致物体细节无法采集，图像失真严重。
直方图均衡化方法的基本思想是，对在图像中像素个数多的灰度级进行展宽，而对像素个数少的灰度级进行缩减，从而达到清晰图像的目的。
发明内容
本发明针对背景技术中存在的不足，要解决的技术问题是：提供一种在光线过明或者过暗环境下，能够保存图像的小信号细节，提高图像质量的图像传感器的直方图均衡化模数转换电路及方法。
本发明为解决上述技术问题，采用的技术方案为：一种图像传感器的直方图均衡化模数转换电路，包括像素阵列、后续图像处理电路和直方图估算电路，其改进在于：还包括电压接入优化电路和可优化模数转换内核，像素阵列输出的模拟信号输入到可优化模数转换内核进行数模转换处理，可优化模数转换内核输出的数字信号一路反馈到直方图估算电路，直方图估算电路计算当前图像的亮度平均值；
亮度平均值输入到电压接入优化电路，电压接入优化电路根据当前图像的亮度平均值的变化，输出变化的模拟电压值，该模拟电压值自动调整可优化模数转换内核的非线性模数转换特性；
可优化模数转换内核输出的数字信号另外一路输入到后续图像处理电路。
进一步，所述电压接入优化电路由电阻阵列和开关阵列组成，开关阵列的开关数目与亮度平均值的取值范围相对应。
进一步，所述可优化模数转换内核含电压优化节点、缓冲器和电阻阵列型模数转换器，电压优化节点接收电压接入优化电路输出的模拟电压值，模拟电压值通过缓冲器的驱动后，输送到电阻阵列型模数转换器的电阻阵列中值节点处。
一种图像传感器的直方图均衡化模数转换方法，包括像素阵列、后续图像处理电路和直方图估算电路，其特征在于：还包括电压接入优化电路和可优化模数转换内核，
a.首先像素阵列输出的模拟信号输入到可优化模数转换内核进行数模转换处理，然后可优化模数转换内核输出的数字信号一路反馈到直方图估算电路，直方图估算电路计算当前图像的亮度平均值；
b.接下来亮度平均值输入到电压接入优化电路，电压接入优化电路根据当前图像的亮度平均值的变化，输出变化的模拟电压值，该模拟电压值自动调整可优化模数转换内核的非线性模数转换特性；
c.可优化模数转换内核输出的数字信号从另外一路输入到后续图像处理电路。
本发明与现有技术相比，有益效果在于：直方图均衡化模数转换器对图像信号进行非线性拉伸，重新分配图像的像素值，使一定灰度范围内的像素数量大致相同，在光线过明或者过暗环境下，能够最大限度的保存图像的小信号细节，提高图像质量。同时，集成电路减小了电路规模，节约电路成本。
附图说明
图1是现有图像传感器电路的结构框图；
图2是本发明实施方式之一的图像传感器电路的结构框图；
图3是本发明的电压接入优化电路的结构框图；
图4是本发明的可优化模数转换器内核的结构框图；
图5是本发明的可优化模数转换器内核中的缓冲器的电路结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于具体实施例。
见图1至图5所示，一种图像传感器的直方图均衡化模数转换电路，包括像素阵列、后续图像处理电路和直方图估算电路，其特征在于：还包括电压接入优化电路和可优化模数转换内核，像素阵列输出的模拟信号输入到可优化模数转换内核进行数模转换处理，可优化模数转换内核输出的数字信号一路反馈到直方图估算电路，直方图估算电路计算当前图像的亮度平均值；亮度平均值输入到电压接入优化电路，电压接入优化电路根据当前图像的亮度平均值的变化，输出变化的模拟电压值，该模拟电压值自动调整可优化模数转换内核的非线性模数转换特性；可优化模数转换内核输出的数字信号另外一路输入到后续图像处理电路。
本发明的基本思想是对图像信号进行非线性拉伸，重新分配图像的像素值，使一定灰度范围内的像素数量大致相同。通过直方图均衡化模数转换器后，转换特性可以根据环境明暗的不同自动调整，图像在光线过明或者过暗环境下，能够最大限度的保存图像的小信号细节，提高图像质量。
直方图平均值估算方法为直方图评估方法的一种，其原理为：估算图像的亮度平均值，做为直方图的特征值，直方图平均值估算方法的计算公式如下：
图像的亮度平均值=Σ图像各像素亮度/图像像素数，平均值只取整数部分。
具体实例中，采用8bits精度的电阻阵列型模数转换器，图像的亮度平均值的取值范围为0~255。电压接入优化电路由电阻阵列和开关阵列组成，开关阵列的开关数目与亮度平均值的取值范围相对应。电阻阵列的基准电平和可优化模数转换内核的基准电平相同，为：高电平VrefH，低电平VrefL。假设当前图像的亮度平均值为X，则开关SX导通，输出对应的电压VX。
可优化模数转换内核含电压优化节点、缓冲器和电阻阵列型模数转换器，电压优化节点接收电压接入优化电路输出的模拟电压值，模拟电压值通过缓冲器的驱动后，输送到电阻阵列型模数转换器的电阻阵列中值节点处。电路优化节点为具体位置，其物理结构为一条金属引线。普通的数模转换器不需要做转换特性调整，所以没有这条引线，同时也没有该引线后的那个缓冲器。当电压优化节点接收电压接入优化电路的输出电压VX，通过缓冲器提高驱动能力后，连接到电阻阵列型模数转换器的电阻阵列中值节点处，即开关S127处。此时，开关S127处的节点电压为VX。
根据直方图均衡化的定义：直方图均衡化的基本思想是对图像进行非线性拉伸，重新分配图像的像素值，使一定灰度范围内的像素数量大致相同。
假设实例中图像像素数目为N，图像的直方图（亮度）平均值为X，平均值X对应的模拟电压VX，则有N/2数目的像素数字化值小于X，所对应的模拟电压小于VX；有N/2数目的像素数字化值大于X，所对应的模拟电压大于VX。
采用传统模数转换器时，若X<127，则在0~127，范围为127的暗灰度区间，像素数目将> N/2，在128~255，范围为127的明灰度区间，像素数目将< N/2，图像灰度值不均衡。
若X>127，则在0~127，范围为127的暗灰度区间，像素数目将< N/2，在128~255，范围为127的明灰度区间，像素数目将> N/2，图像灰度值仍然不均衡。
仅X=127时，图像灰度值均衡。
通过本实例的操作步骤后，电阻阵列的中值节点（即节点127）处节点电压为VX，因此，在直方图平均值X控制下转换出来的图像数值，有N/2数目的图像像素值位于0~127，范围为127的暗灰度区间，有N/2数目的图像像素值位于128~255，范围为127亮灰度区间，图像灰度值均衡。可以得出结论：通过本实例的处理后，在明、暗两个127灰度区间的像素数量均为N/2，完成了直方图均衡化。
一种图像传感器的直方图均衡化模数转换方法，包括像素阵列、后续图像处理电路和直方图估算电路，还包括电压接入优化电路和可优化模数转换内核，
a.首先像素阵列输出的模拟信号输入到可优化模数转换内核进行数模转换处理，然后可优化模数转换内核输出的数字信号一路反馈到直方图估算电路，直方图估算电路计算当前图像的亮度平均值；
b.接下来亮度平均值输入到电压接入优化电路，电压接入优化电路根据当前图像的亮度平均值的变化，输出变化的模拟电压值，该模拟电压值自动调整可优化模数转换内核的非线性模数转换特性；
c.可优化模数转换内核输出的数字信号从另外一路输入到后续图像处理电路。
采用本发明后，直方图均衡化模数转换器对图像信号进行非线性拉伸，重新分配图像的像素值，使一定灰度范围内的像素数量大致相同，在光线过明或者过暗环境下，能够最大限度的保存图像的小信号细节，提高图像质量。同时，集成电路减小了电路规模，节约电路成本。

Claims (4)

1.一种图像传感器的直方图均衡化模数转换电路，包括像素阵列、后续图像处理电路和直方图估算电路，其特征在于：还包括电压接入优化电路和可优化模数转换内核，像素阵列输出的模拟信号输入到可优化模数转换内核进行数模转换处理，可优化模数转换内核输出的数字信号一路反馈到直方图估算电路，直方图估算电路计算当前图像的亮度平均值；
亮度平均值输入到电压接入优化电路，电压接入优化电路根据当前图像的亮度平均值的变化，输出变化的模拟电压值，该模拟电压值自动调整可优化模数转换内核的非线性模数转换特性；
可优化模数转换内核输出的数字信号另外一路输入到后续图像处理电路。
2.根据权利要求1所述的图像传感器的直方图均衡化模数转换电路，其特征在于：所述电压接入优化电路由电阻阵列和开关阵列组成，开关阵列的开关数目与亮度平均值的取值范围相对应。
3.根据权利要求1所述的图像传感器的直方图均衡化模数转换电路，其特征在于：所述可优化模数转换内核含电压优化节点、缓冲器和电阻阵列型模数转换器，电压优化节点接收电压接入优化电路输出的模拟电压值，模拟电压值通过缓冲器的驱动后，输送到电阻阵列型模数转换器的电阻阵列中值节点处。
4.一种图像传感器的直方图均衡化模数转换方法，包括像素阵列、后续图像处理电路和直方图估算电路，其特征在于：还包括电压接入优化电路和可优化模数转换内核，
a.首先像素阵列输出的模拟信号输入到可优化模数转换内核进行数模转换处理，然后可优化模数转换内核输出的数字信号一路反馈到直方图估算电路，直方图估算电路计算当前图像的亮度平均值；
b.接下来亮度平均值输入到电压接入优化电路，电压接入优化电路根据当前图像的亮度平均值的变化，输出变化的模拟电压值，该模拟电压值自动调整可优化模数转换内核的非线性模数转换特性；
c.可优化模数转换内核输出的数字信号从另外一路输入到后续图像处理电路。
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