CN109688354B - 一种模拟增强图像对比度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种模拟增强图像对比度的方法，包括：利用Ramp产生器输出划分区域的Ramp信号，采用模拟电路增加对比度的方式，通过区域划分调节及相应的斜率调节，来实现对信号的放大和缩小；其中，实现对信号的放大包括：通过调节区域的划分和相应的斜率来实现关心信号区域的放大，通过斜率调节来实现非关心信号区域的缩小。该方法采用模拟电路增强对比度的方法，通过分区域调节模拟增益，来实现对信号的放大和缩小，由于该操作是在ADC量化前进行，因此不会损失精度，从而图像的分辨率更高。

Description

一种模拟增强图像对比度的方法
技术领域
本发明涉及CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)图像传感器成像等技术领域，尤其涉及一种模拟增强图像对比度的方法。
背景技术
CMOS图像传感器广泛的应用于电子消费、安防监控、自动控制、医疗以及国防等众多领域。
图1为列Ramp ADC结构的CMOS图像传感器示意图。列Ramp ADC结构的CMOS图像传感器1包含像素阵列100、时序控制及图像处理器101、行译码102、Ramp ADC阵列103、Ramp产生器104、存储器105、列译码106。其中像素阵列100，是由像素单元200(像素单元示例见图2)组成阵列，Ramp ADC阵列103由Ramp ADC 220(Ramp ADC示例见图2)组成阵列，通常情况，每列像素单元200对应一个Ramp ADC 220。行译码102通过控制信号线108控制像素阵列100以行方式曝光和读出；像素阵列100通过像素输出信号线110，将像素阵列100的输出信号输出到Ramp ADC阵列103；Ramp ADC阵列103将像素信号转成数字信号后，通过信号线113存储在存储器105；列译码106通过控制信号线115，将存储在存储器105的信号依次通过信号线112输出到时序控制及图像处理器101中进行图像增强。时序控制及图像处理器101分别通过控制信号线107、109、114控制行译码102、Ramp ADC阵列103、列译码106。Ramp产生器104产生Ramp信号，通过Ramp信号线111输入到Ramp ADC阵列103。
图2是像素单元和现有Ramp ADC结构示例。图1中像素阵列100是由像素单元200组成阵列。像素单元200由光电二极管204、传输管203、清零管201、源跟随管202、选择管205组成。光电二极管204接受光信号，将光信号转换成电信号；传输管203在控制信号TG控制下，将光电二极管204产生的电信号传输到节点206；源跟随管202将节点206上存储的信号读出；清零管201在控制信号RST控制下，对节点206清零；选择管205在控制信号SEL控制下将像素单元200信号输出到像素输出信号线110上。控制信号RST、TG、SEL是由行译码102产生的控制信号线108输出。
Ramp ADC 220由比较器210和计数器211组成，比较器210由电容207、开关208和放大器209组成。比较器210比较像素输出信号110和ramp信号111的大小，输出信号212控制计数器211计数，从而完成模数转换。计算器211完成计数后通过信号线113输出到存储器105中。
图3是传统Ramp ADC结构的控制时序图示例。从T0开始到T1，比较器中的开关208在控制信号S1控制下闭合，比较器完成工作点的自建立，比较器210中节点213的电平与此刻Ramp信号111电平相等；在T2时刻，Ramp信号111增大ΔVramp，使Ramp信号111电平比节点213电平高ΔVramp，比较器210输出高电平；在T3时刻Ramp信号111开始减小，时钟信号CLOCK输出时钟，计数器211开始计数；在T4时刻Ramp信号111电平与节点213电平相等，随着Ramp信号111电平进一步减小，比较器210输出变成低电平，计数器211停止计数，这时计数器211的计数为D0；在T5时刻，Ramp信号111停止减小；在T6时刻，完成像素清零信号模数转换后，Ramp信号111电平重新回到T2时刻的电平；在T6时刻和T7时刻之间，像素输出信号110输出像素单元200将信号从光电二极管204转移到节点206后的信号，像素输出信号110电平变化ΔVpix，在电容207耦合作用下，节点213电平也减小ΔVpix，使Ramp信号111电平比节点213电平高ΔVramp+ΔVpix；在T7时刻Ramp信号111开始减小，时钟信号CLOCK输出时钟，计数器211开始计数；在T8时刻Ramp信号111与节点213电平相等，随着Ramp信号111电平进一步减小，比较器210输出变成低电平，计数器211停止计数，这时计数器211的计数为D1；在T9时刻，Ramp信号111停止减小。因为在T8时刻，节点213电平相对T4时刻减小ΔVpix，T8时刻Ramp信号111电平也比T4时刻Ramp信号111电平减小ΔVpix；因此计数器211在T7到T9时间段的计数D1和在T3到T5时间段的数据D0之差，是像素输出信号ΔVpix的量化值。ADC_RANGE为Ramp ADC的量化量程，其中量化时间T7到T9的时间为2^N*Tclock,N为ADC分辨率，Tclock为计数器的周期。
图4是传统对比度增强曲线，ADC_OUT是指Ramp ADC的输出码值,ISP_OUT是指经过数字对比度增强后的输出码值，曲线401是没有经过数字处理的，曲线402是经过数字图像对比度增强的曲线，其对关心的信号进行了放大，而对其他的信号进行了压缩。但是由于是在数字域进行放大，会存在精度丢失的问题，比如ADC_OUT为100和101，经过数字增强放大4倍后为400和404，显然中间的数字信号401，402，403被损失掉而无法输出。
发明内容
本发明的目的是提供一种模拟增强图像对比度的方法，可以很好的保留精度并达到增强对比度的效果。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种模拟增强图像对比度的方法，包括：
利用Ramp产生器输出划分区域的Ramp信号，采用模拟电路增加对比度的方式，通过区域划分调节及相应的斜率调节，来实现对信号的放大和缩小；
其中，实现对信号的放大包括：通过调节区域的划分和相应的斜率来实现关心信号区域的放大，通过斜率调节来实现非关心信号区域的缩小。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，采用模拟电路增强对比度的方法，通过分区域调节模拟增益，来实现对信号的放大和缩小，由于该操作是在ADC量化前进行，因此不会损失精度，从而图像的分辨率更高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明背景技术提供的列Ramp ADC结构的CMOS图像传感器示意图；
图2为本发明背景技术提供的像素单元和现有Ramp ADC结构示意图；
图3为本发明背景技术提供的传统Ramp ADC结构的控制时序示意图；
图4为本发明背景技术提供的传统对比度增强曲线；
图5为本发明实施例提供的分区域调节前后ramp ADC的输出对比示意图；
图6为本发明实施例提供的电流舵DAC结构示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
本发明实施例提供一种模拟增强图像对比度的方法，利用Ramp产生器输出划分区域的Ramp信号，采用模拟电路增加对比度的方式，通过区域划分调节及相应的斜率调节(分区域调节模拟增益)，来实现对信号的放大和缩小。该方法可以应用于图1所示的列rampADC结构的CMOS图像传感器，也可以在其他结构的CMOS图像传感器中使用。
本发明实施例中，分区域改变模拟增益主要通过改变ramp信号来实现，传统的ramp信号在图3中的T7到T9段为单一斜率的直线，本发明中的ramp信号为多斜率的分段直线。
如图5所示为采用本发明实施例方案进行分区域调节前后ramp ADC的输出对比，其中501为未做处理的原ramp波形，502为分区域调节后的ramp波形，波形分成了5个区域，每个区域的斜率都不同，图5只是分区域调节ramp波形的示例，实际ramp波形的区域和每个区域的斜率可以通过需要进行调节，并不需要固定为5个区域。图5中ramp_out为调节前的ramp ADC的输出，ramp_out2为调节后的ramp ADC的输出，T8为原ramp ADC的翻转时刻，T10为调节后ramp ADC的翻转时刻，T10>T8，因此调节后的ramp ADC输出被放大了，通过调节区域的划分和相应的斜率来实现关心信号区域的放大，通过斜率调节来实现非关心信号区域的缩小。通过如图5对ramp信号的调节就可以实现图4的数字域图像对比度增强的效果，但是由于增加的是量化输出时间，计数器还是连续工作，因此不会影响精度。
本发明实施例中，Ramp产生器可以是电流舵DAC结构，也可以是其他结构的DAC，积分器结构DAC等。以电流舵DAC结构为例，其结构如图6所示，电流舵DAC600主要包括：电流源阵列603与电阻605；其中，所述电流源阵列603由若干带开关的电流源单元606组成；所有电流源单元606输出端并联，之后与电阻605连接，输出作为Ramp信号；
电流源单元606由电流源601和开关602组成，电流源601的输出端604与开关602一端连接，开关602另一端作为电流源单元606输出端，开关602由CTL信号(控制信息)控制，通过控制CTL信号选择不同电流源单元中的开关，来实现ramp信号的区域划分和斜率调节。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例可以通过软件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，上述实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
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披露的技术范围内，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。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种模拟增强图像对比度的方法，其特征在于，包括：
在ADC量化前利用Ramp产生器输出划分区域的Ramp信号，采用模拟电路增加对比度的方式，通过区域划分调节及相应的斜率调节，来实现对信号的放大和缩小；
其中，实现对信号的放大与缩小包括：通过调节区域的划分和相应的斜率来实现关心信号区域的放大，通过斜率调节来实现非关心信号区域的缩小。
2.根据权利要求1所述的一种模拟增强图像对比度的方法，其特征在于，所述Ramp产生器包括：
电流源阵列与电阻；其中，所述电流源阵列由若干带开关的电流源单元组成；所有电流源单元输出端并联，之后与电阻连接，输出作为Ramp信号；
电流源单元由电流源和开关组成，电流源的输出端与开关一端连接，开关另一端作为电流源单元输出端，开关由CTL信号控制，通过控制CTL信号选择不同电流源单元中的开关，来实现ramp信号的区域划分和斜率调节。
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