CN109831632A - 图像传感器的成像方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种图像传感器的成像方法，包括：确定图像传感器中像素阵列的兴趣区域，所述兴趣区域为一个或者多个；以第一曝光参数对所述像素阵列进行第一次全局曝光；读取各个所述兴趣区域，存储各个所述兴趣区域的图像数据；以第二曝光参数对所述像素阵列进行第二次全局曝光；读取所述像素阵列，在读至各个所述兴趣区域的像素时，将所存储的该像素的图像数据与所读取的图像数据进行数据合成，输出所述像素阵列的图像数据。该成像方法能够在保证场景正常拍摄的同时，使得场景中局部更亮或者更暗区域的图像得到正常采集，提高图像传感器的动态范围。

Description

图像传感器的成像方法
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成像方法。
背景技术
图像传感器是将光信号转换成电信号的半导体装置。图像传感器包括电荷耦合器件(Charge Coupled Device，简称为CCD)与互补金属氧化物半导体(ComplementaryMetal-Oxide-Semiconductor，简称为CMOS)图像传感器(CMOS Image Sensor，简称CIS)。
CMOS图像传感器是将光学图像转变为数字图像输出的半导体装置。为了实现能与CCD转换器相媲美的噪声指标和灵敏度水平，CMOS图像传感器应用了有源像素。同时，CMOS图像传感器采用CMOS集成电路工艺，将像素阵列光敏结构和其他CMOS模拟、数字电路集成到同一块芯片上，高度集成不但减少整机芯片数量，降低整机功耗和封装成本，而且芯片内部直接信号连接还有利于信号传输的质量和速度，从而提高图像转换的质量。近年来，CMOS图像传感器一方面进一步向着“更快、更小、更轻、更便宜”的发展方向不断发展，另一方面，消费者对图像质量的要求也越来越高。
决定CMOS图像传感器的图像质量的两个关键因素为暗电流和动态范围。动态范围为图像传感器的最大可检测照明强度与最小可检测照明强度的比率。由于CMOS图像传感器的动态范围有限，易出现局部过曝或者欠曝的问题，即无法表达出场景中局部更亮或者更暗区域的细节。例如，在一些交通摄像的应用场合，交通信号灯开启后的亮度相对于环境比较亮，在拍摄含交通信号灯的场景时，场景中交通信号灯区域的图像容易出现阴天红灯偏色(除红色外，其他颜色通道有过曝问题)，以及晚上红绿灯过曝的情况。
因此，如何提高图像传感器的动态范围，在保证场景正常拍摄的同时，使得场景中局部更亮或者更暗区域的图像得到正常采集，提高图像传感器的成像质量，是目前业界急需解决的技术难题。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种图像传感器的成像方法。该图像传感器的成像方法能够在保证场景正常拍摄的同时，使得场景中局部更亮或者更暗区域的图像得到正常采集，提高图像传感器的成像质量。
为了达到前述目的，本发明提供一种图像传感器的成像方法，其包括：
确定图像传感器中像素阵列的兴趣区域，所述兴趣区域为一个或者多个；
以第一曝光参数对所述像素阵列进行第一次全局曝光；
读取各个所述兴趣区域，存储各个所述兴趣区域的图像数据；
以第二曝光参数对所述像素阵列进行第二次全局曝光；
读取所述像素阵列，在读至各个所述兴趣区域的像素时，将所存储的该像素的图像数据与所读取的图像数据进行数据合成，输出所述像素阵列的图像数据。
进一步地，在读至各个所述兴趣区域的像素时，将所存储的该像素的图像数据与所读取的图像数据进行数据合成，包括：
判断所读取的该像素的图像数据是否大于第一阈值；
若是，根据所述第一曝光参数、第二曝光参数和所存储的该像素的图像数据，确定所述像素输出的图像数据；
否则，输出所读取的该像素的图像数据；
其中，所述第一阈值为图像传感器的灰度值上限乘以第一阈值系数，所述第一阈值系数大于或者等于0.9且小于或者等于1。
进一步地，在读至各个所述兴趣区域的像素时，将所存储的该像素的图像数据与所读取的图像数据进行数据合成，包括：
判断所读取的该像素的图像数据是否小于第二阈值；
若是，根据第一曝光参数、第二曝光参数和所存储的该像素的图像数据，确定所述像素输出的图像数据；
否则，输出所读取的该像素的图像数据；
其中，所述第二阈值为图像传感器的灰度值上限乘以第二阈值系数，所述第二阈值系数大于或者等于0且小于或者等于0.1。
进一步地，根据第一曝光参数、第二曝光参数和所存储的该像素的图像数据，确定所述像素输出的图像数据，包括：
根据第一曝光参数、第二曝光参数和所存储的该像素的图像数据计算所述像素的图像数据折算值；
对所述像素的图像数据折算值进行全局映射，获取所述像素输出的图像数据。
进一步地，所述第一曝光参数为第一次全局曝光的曝光时间与增益的积，所述第二曝光参数为第二次全局曝光的曝光时间与增益的积；所述像素的图像数据折算值为：P2＝P1*E2/E1，其中，E1为第一曝光参数，E2为第二曝光参数，P1为所存储的该像素的图像数据中的灰度值，P2为所述像素的图像数据折算值。
进一步地，采用伽马曲线对所述像素的图像数据折算值进行全局映射。
进一步地，在存储各个所述兴趣区域的图像数据的同时，所述图像传感器的成像方法包括：计算并存储各个所述兴趣区域的R分量、G分量和B分量的灰度值的均值。
进一步地，所述图像传感器的成像方法包括：输出各个所述兴趣区域的R分量、G分量和B分量的灰度值的均值。
与现有技术相比，本发明提供的图像传感器的成像方法，通过将像素阵列中与场景中过亮位置或者过暗位置对应的局部区域设置为兴趣区域，对像素阵列进行两次全局曝光，在以第一曝光参数进行第一次全局曝光之后，仅仅读取并存储像素阵列中各个兴趣区域的图像数据，在以第二曝光参数进行第二次全局曝光之后，读取像素阵列，在读至各个所述兴趣区域的像素时，将所存储的该像素的图像数据与所读取的图像数据进行数据合成，输出所述像素阵列的图像数据。在保证场景得到正常拍摄的同时，使场景中局部过亮或者过暗位置的图像得到正常采集，提高图像传感器中兴趣区域的动态范围，进而提高图像传感器的动态范围，使得图像传感器的成像质量更佳。
而且，本发明中图像传感器的成像方法在第一次全局曝光之后，仅仅读取像素阵列中各个兴趣区域所在的行，存储各个兴趣区域的图像数据，减少了图像数据读取量和存储量，进而减少了两次全局曝光之间的时间间隔，提高了图像传感器的成像效率。
附图说明
下面，将结合附图对本发明的优选实施方式进行进一步详细的说明，其中：
图1为本发明一个实施例中图像传感器的成像方法的流程图；
图2为图1实施例中图像传感器中像素阵列的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合说明书实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明一个实施例中图像传感器的成像方法的流程图。如图1所示，本实施例中图像传感器的成像方法100包括：
步骤S101，确定图像传感器中像素阵列的兴趣区域，所述兴趣区域为一个或者多个；
步骤S102，以第一曝光参数对所述像素阵列进行第一次全局曝光；
步骤S103，读取各个所述兴趣区域，存储各个所述兴趣区域的图像数据；
步骤S104，以第二曝光参数对所述像素阵列进行第二次全局曝光；
步骤S105，读取所述像素阵列，在读至各个所述兴趣区域的像素时，将所存储的该像素的图像数据与所读取的图像数据进行数据合成，输出所述像素阵列的图像数据。
图2为图1实施例中图像传感器中像素阵列的结构示意图。图2中像素阵列200包括兴趣区域201(图中阴影部分)。
在步骤S101中，确定图像传感器中像素阵列的兴趣区域时，可以通过预先设定像素阵列中某一个或者多个局部区域作为兴趣区域。兴趣区域的形状可为矩形(如图2中兴趣区域201)，也可为其他形状，如圆形、菱形等等；本发明对此不做限制。在确定兴趣区域的位置时，以矩形的兴趣区域为例，可以通过兴趣区域起始点的坐标，以及兴趣区域的长和宽来确定，但本发明不限于此。
本实施例中，将像素阵列200中与场景中过亮位置对应的局部区域设置为兴趣区域201。例如，对于设置于十字路口的图像传感器，晚上图像传感器获取的图像中，交通信号灯区域的亮度范围显著大于周围环境的亮度范围。此时，将像素阵列200中与交通信号灯附近区域对应的局部区域确定为兴趣区域201。
在本实施例的步骤S105中，在读至各个所述兴趣区域的像素时，将所存储的该像素的图像数据与所读取的图像数据进行数据合成，包括：
判断所读取的该像素的图像数据是否大于第一阈值；
若是，根据所述第一曝光参数、第二曝光参数和所存储的该像素的图像数据，确定所述像素输出的图像数据；
否则，输出所读取的该像素的图像数据。
其中，所述第一阈值为图像传感器的灰度值上限乘以第一阈值系数，所述第一阈值系数大于或者等于0.9且小于或者等于1。以包括8bit像素的图像传感器为例，其灰度值上限为255。
具体的，根据第一曝光参数、第二曝光参数和所存储的该像素的图像数据，确定所述像素输出的图像数据，包括：根据第一曝光参数、第二曝光参数和所存储的该像素的图像数据计算所述像素的图像数据折算值；对所述像素的图像数据折算值进行全局映射，获取所述像素输出的图像数据。
本实施例中，所述第一曝光参数为第一次全局曝光的曝光时间与增益的积，所述第二曝光参数为第二次全局曝光的曝光时间与增益的积；所述像素的图像数据折算值为：P2＝P1*E2/E1，其中，E1为第一曝光参数，E2为第二曝光参数，P1为所存储的该像素的图像数据中的灰度值，P2为所述像素的图像数据折算值。本实施例中，第一次全局曝光的曝光时间小于第二次全局曝光的曝光时间，以防止在第一次全局曝光过程中，在兴趣区域的像素中累积过量的电荷，防止过曝，保证兴趣区域的图像能够正常采集。
具体的，第一次全局曝光的增益可为模拟增益，也可为数字增益；第二次全局曝光的增益可为模拟增益，也可为数字增益。
本实施例中，通过对兴趣区域中所述像素的图像数据折算值进行全局映射，将图像数据折算值的数值范围转换到第二次全局曝光的图像数据的最大值范围内。即，使输出的兴趣区域中像素的图像数据在第二次全局曝光的图像数据的最大值范围内。具体的，可以采用伽马曲线对所述像素的图像数据折算值进行全局映射。
本实施例中，在执行步骤S103的同时，所述图像传感器的成像方法包括：计算并存储各个所述兴趣区域的R分量、G分量和B分量的灰度值的均值Ar、Ag和Ab。使得与图像传感器连接的其他硬件设备能够根据需要获取兴趣区域的R分量、G分量和B分量的灰度值的均值Ar、Ag和Ab，以在不同场景中应用图像传感器时，根据上述均值确定图像传感器的第一曝光参数设置的是否合理，以及参考上述均值设置图像传感器的第一曝光参数。
本实施例中，所述图像传感器的成像方法包括：输出各个所述兴趣区域的R分量、G分量和B分量的灰度值的均值Ar、Ag和Ab。
本实施例中图像传感器的成像方法，将像素阵列中与场景中局部过亮位置对应的局部区域设置为兴趣区域，其能够在保证像素阵列的兴趣区域外的场景得到正常拍摄的同时，使场景中局部过亮位置的图像得到正常采集，提高图像传感器的动态范围，以及提高图像传感器的成像质量。且由于图像传感器的成像方法在第一次全局曝光之后，仅仅读取像素阵列中各个兴趣区域所在的行，存储各个兴趣区域的图像数据，减少了图像数据读取量和存储量，进而减少两次全局曝光之间的时间间隔，提高了图像传感器的成像效率。
在另一个实施例中，将图2像素阵列200中与场景中局部过暗位置对应的局部区域设置为兴趣区域201。例如，对于设置于街角的图像传感器，晚上图像传感器获取的图像中，远离路灯的街角处的亮度范围显著小于周围环境的亮度范围。此时，将图像传感器的像素阵列200中对应于街角附近的局部区域确定为兴趣区域201。
在本实施例的步骤S105中，在读至各个所述兴趣区域的像素时，将所存储的该像素的图像数据与所读取的图像数据进行数据合成，包括：
判断所读取的该像素的图像数据是否小于第二阈值；
若是，根据第一曝光参数、第二曝光参数和所存储的该像素的图像数据，确定所述像素输出的图像数据；
否则，输出所读取的该像素的图像数据。
其中，所述第二阈值为图像传感器的灰度值上限乘以第二阈值系数，所述第二阈值系数大于或者等于0且小于或者等于0.1。以包括8bit像素的图像传感器为例，其灰度值上限为255。
具体的，根据第一曝光参数、第二曝光参数和所存储的该像素的图像数据，确定所述像素输出的图像数据，包括：根据第一曝光参数、第二曝光参数和所存储的该像素的图像数据计算所述像素的图像数据折算值；对所述像素的图像数据折算值进行全局映射，获取所述像素输出的图像数据。
本实施例中，所述第一曝光参数为第一次全局曝光的曝光时间与增益的积，所述第二曝光参数为第二次全局曝光的曝光时间与增益的积；所述像素的图像数据折算值为：P2＝P1*E2/E1，其中，E1为第一曝光参数，E2为第二曝光参数，P1为所存储的该像素的图像数据中的灰度值，P2为所述像素的图像数据折算值。本实施例中，第一次全局曝光的曝光时间大于第二次全局曝光的曝光时间，以在第一次全局曝光过程中，在兴趣区域的像素中累积足够的电荷，防止欠曝，保证兴趣区域的图像能够正常采集。
具体的，第一次全局曝光的增益可为模拟增益，也可为数字增益；第二次全局曝光的增益可为模拟增益，也可为数字增益。
本实施例中，通过对兴趣区域中所述像素的图像数据折算值进行全局映射，将图像数据折算值的数值范围转换到第二次全局曝光的图像数据的最大值范围内。即，使输出的兴趣区域中像素的图像数据在第二次全局曝光的图像数据的最大值范围内。具体的，可以采用伽马曲线对所述像素的图像数据折算值进行全局映射。
本实施例中，在执行步骤S103的同时，所述图像传感器的成像方法包括：计算并存储各个所述兴趣区域的R分量、G分量和B分量的灰度值的均值Ar、Ag和Ab；输出各个所述兴趣区域中像素的R分量、G分量和B分量的灰度值的均值Ar、Ag和Ab。使得与图像传感器连接的其他硬件设备能够根据需要获取兴趣区域中像素的R分量、G分量和B分量的灰度值的均值Ar、Ag和Ab，以在不同场景中应用图像传感器时，根据上述均值确定图像传感器的第一曝光参数设置的是否合理，以及参考上述均值设置图像传感器的第一曝光参数。
本实施例中图像传感器的成像方法，将像素阵列中与场景中局部过暗位置对应的局部区域设置为兴趣区域，其能够在保证像素阵列的兴趣区域外的场景得到正常拍摄的同时，使场景中局部过暗位置的图像得到正常采集，提高图像传感器的动态范围，以及提高图像传感器的成像质量。且由于图像传感器的成像方法在第一次全局曝光之后，仅仅读取像素阵列中各个兴趣区域所在的行，并存储各个兴趣区域的图像数据，相对于通过两次全局曝光，将像素阵列两次全局曝光获取的图像数据全部进行存储及处理，以提高图像传感器动态范围的技术方案，本实施例中图像传感器的成像方法有效减少了图像数据读取量和存储量，进而减少两次全局曝光之间的时间间隔，提高了图像传感器的成像效率。
以上实施例仅供说明本发明之用，而并非是对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此，所有等同的技术方案也应属于本发明公开的范畴。

Claims (8)

1.一种图像传感器的成像方法，其特征在于，所述图像传感器的成像方法包括：
确定图像传感器中像素阵列的兴趣区域，所述兴趣区域为一个或者多个；
以第一曝光参数对所述像素阵列进行第一次全局曝光；
读取各个所述兴趣区域，存储各个所述兴趣区域的图像数据；
以第二曝光参数对所述像素阵列进行第二次全局曝光；
读取所述像素阵列，在读至各个所述兴趣区域的像素时，将所存储的该像素的图像数据与所读取的图像数据进行数据合成，输出所述像素阵列的图像数据。
2.根据权利要求1所述的图像传感器的成像方法，其特征在于，在读至各个所述兴趣区域的像素时，将所存储的该像素的图像数据与所读取的图像数据进行数据合成，包括：
判断所读取的该像素的图像数据是否大于第一阈值；
若是，根据所述第一曝光参数、第二曝光参数和所存储的该像素的图像数据，确定所述像素输出的图像数据；
否则，输出所读取的该像素的图像数据；
其中，所述第一阈值为图像传感器的灰度值上限乘以第一阈值系数，所述第一阈值系数大于或者等于0.9且小于或者等于1。
3.根据权利要求1所述的图像传感器的成像方法，其特征在于，在读至各个所述兴趣区域的像素时，将所存储的该像素的图像数据与所读取的图像数据进行数据合成，包括：
判断所读取的该像素的图像数据是否小于第二阈值；
若是，根据第一曝光参数、第二曝光参数和所存储的该像素的图像数据，确定所述像素输出的图像数据；
否则，输出所读取的该像素的图像数据；
其中，所述第二阈值为图像传感器的灰度值上限乘以第二阈值系数，所述第二阈值系数大于或者等于0且小于或者等于0.1。
4.根据权利要求2或3所述的图像传感器的成像方法，其特征在于，根据第一曝光参数、第二曝光参数和所存储的该像素的图像数据，确定所述像素输出的图像数据，包括：
根据第一曝光参数、第二曝光参数和所存储的该像素的图像数据计算所述像素的图像数据折算值；
对所述像素的图像数据折算值进行全局映射，获取所述像素输出的图像数据。
5.根据权利要求4所述的图像传感器的成像方法，其特征在于，所述第一曝光参数为第一次全局曝光的曝光时间与增益的积，所述第二曝光参数为第二次全局曝光的曝光时间与增益的积；所述像素的图像数据折算值为：P2＝P1*E2/E1，其中，E1为第一曝光参数，E2为第二曝光参数，P1为所存储的该像素的图像数据中的灰度值，P2为所述像素的图像数据折算值。
6.根据权利要求4所述的图像传感器的成像方法，其特征在于，采用伽马曲线对所述像素的图像数据折算值进行全局映射。
7.根据权利要求1所述的图像传感器的成像方法，其特征在于，在存储各个所述兴趣区域的图像数据的同时，所述图像传感器的成像方法包括：计算并存储各个所述兴趣区域的R分量、G分量和B分量的灰度值的均值。
8.根据权利要求7所述的图像传感器的成像方法，其特征在于，所述图像传感器的成像方法包括：输出各个所述兴趣区域的R分量、G分量和B分量的灰度值的均值。
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