DE10357241B4

DE10357241B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Optimieren eines Bildsensorrauschens und eines Dynamikbereichs

Info

Publication number: DE10357241B4
Application number: DE10357241A
Authority: DE
Inventors: Matthew Michael Albany Borg; Dietrich Werner Los Altos Vook
Original assignee: Micron Technology Inc
Current assignee: Aptina Imaging Corp
Priority date: 2003-04-30
Filing date: 2003-12-08
Publication date: 2009-12-31
Anticipated expiration: 2023-12-09
Also published as: US20040218088A1; GB2401274A; DE10357241A1; JP2004336747A; JP4441703B2; US20090086086A1; US7440012B2; GB2401274B; GB0406232D0

Abstract

System, das folgende Merkmale aufweist:
ein Pixelarray (203) zum Erfassen eines Bildes und Ausgeben eines Bildsignals (211), das dem erfassten Bild entspricht;
eine Schleife mit programmierbarer Verstärkung (301; 303; 305), die das ausgegebene Bildsignal empfängt, als ein analoges Signal, und das analoge Bildsignal verstärkt und digitalisiert, um ein digitales Bildsignal zu erzeugen, wobei die Schleife mit programmierbarer Verstärkung ein Verstärkungssteuerungssignal (209) umfasst, das aus dem digitalen Bildsignal hergeleitet ist, zum Einstellen einer Verstärkungseinstellung (306) der Schleife mit programmierbarer Verstärkung; und
eine Versorgungseinstellvorrichtung (206) zum Einstellen einer Spannungsversorgung (205) des Pixelarrays, um eine Spannung mit einem Wert zu liefern, der an das Pixelarray vor und während eines Intervalls angelegt ist, in dem das Bild erfasst und gelesen wird, wobei der Wert unterschiedlich von und zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert ist und ansprechend auf das Verstärkungssteuerungssignal (209) von der Schleife mit programmierbarer Verstärkung bestimmt wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet von Bildsensoren und insbesondere auf ein Optimieren eines Rauschens und eines Dynamikbereiches bei den Bildsensoren.
Ein Bildsensor verwendet ein Array von Pixeln, um ein Bild zu erfassen, wenn der Bildsensor belichtet wird. 1 zeigt ein Blockdiagramm eines veranschaulichenden bekannten Pixelarrays 103. Das Pixelarray 103 umfaßt Hilfsschaltungen wie z. B. Treiber, Puffer und Multiplexer für die Signale in dem Array. Eine Spannungsversorgung 105 versorgt das Pixelarray 103 mit Leistung. Am Anfang einer Belichtungsperiode wird ein Rücksetzsignal 107 aktiviert, um manche oder alle Pixel in dem Pixelarray 103 zurückzusetzen. Folglich werden alle Pixel auf eine Rücksetzspannung geladen, die typischerweise eine Funktion der Spannungsversorgung 105 ist. Wenn das Pixelarray 103 durch einfallendes Licht 109 belichtet wird, nehmen die Spannungen an jedem Pixel ab.
Am Ende einer Belichtungsperiode wird die Endspannung jedes Pixels mit dessen ursprünglicher Rücksetzspannung verglichen. Diese Spannungsschwankungen repräsentieren das erfaßte Bild und sind proportional zu dem Belichtungsausmaß des Pixelarrays 103. Hohe Spannungsschwankungen zeigen einen hohen Belichtungspegel, was bedeutet, daß das Pixelarray 103 hellem Licht ausgesetzt war oder eine lange Belichtungsperiode aufwies. Umgekehrt bedeuten kleine Spannungsschwankungen einen geringen Belichtungsgrad, was bedeutet, daß das Pixelarray 103 dunklem Licht ausgesetzt war oder eine kurze Belichtungsperiode aufwies. Die Spannungsschwankungen werden als Bildsignale 111 aus dem Pixelarray 103 ausgelesen.
Eine höhere Spannungsversorgung erhöht den Dynamikbereich eines Pixelarrays, weil jedes Pixel eine höhere Rücksetzspannung und somit einen größeren Bereich für die Spannungsschwankung hat. Ein größerer Dynamikbereich ermöglicht, daß das Pixelarray ein wahrheitsgetreueres Bild empfängt, wenn der Belichtungsgrad hoch ist. Man stellte fest, daß sowohl Pixeltemporäresrauschen als auch Dunkelstromrauschen (hiernach kollektiv entweder als „Rauschen” oder „Pixelrauschen” bezeichnet) zusammen mit der Spannungsversorgung zunehmen, wenn das Pixelarray mit Hilfe von CMOS-Technologie (Komplementär-Metalloxid-Halbleiter-Technologie) hergestellt ist. Das Rauschen verzerrt das Bild, das durch das Pixelarray erfaßt wird.
Aus der US-A-5,631,705 ist ein System mit einer Videokamera bekannt, die eine digitale Signalverarbeitungsschaltung aufweist, die unter der Steuerung einer MPU arbeitet. Die MPU ist mit zwei Schaltern verbunden, welche durch einen Anwender in Übereinstimmung mit einem Belichtungskompensationswert von Hand ein- und ausgeschaltet werden. Es werden drei Belichtungskompensationswerte in Abhängigkeit von den Zuständen der Schalter erzeugt.
Aus der EP 0 999 514 A1 ist eine Vorrichtung für das Erhalten und automatische Verarbeiten von Daten bekannt, die von optischen Codes erhalten werden. Die Vorrichtung umfasst eine automatische Verstärkungssteuerung für einen Analog/Digital-Wandler mittels einer analogen Verarbeitungseinheit.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System und ein Verfahren zum Optimieren eines Bildsensorrauschens und eines Dynamikbereichs zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch ein System gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 13 gelöst.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Optimieren der Spannungsversorgung eines Bildsensorpixelarrays beschrieben. Die Spannungsversorgung wird ansprechend auf den Belichtungspegel des Pixelarrays, wenn es ein Bild erfaßt, variiert. Die Spannungsversorgung wird erhöht, wenn die Belichtungspegel höher sind, um die Rücksetzspannung zu erhöhen und den Dynamikbereich des Pixelarrays zu erweitern. Wenn die Belichtungspegel niedriger sind und nicht der gesamte Dynamikbereich des Pixelarrays genutzt wird, wird die Spannungsversorgung reduziert, um die Rücksetzspannung zu verringern, wodurch der Rauschpegel reduziert und sein Effekt auf die Bildqualität vermindert wird.
Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird der Belichtungspegel durch Prüfen der Verstärkung eines Verstärkers mit programmierbarer Verstärkung (PGA = programmable gain amplifier) ermittelt, der die Signale aus dem Pixelarray verstärkt, bevor die Signale durch einen Analog/Digital-Wandler (ADC = analog-to-digital converter) digitalisiert werden. Ein Verstärkungssteuerungsblock steuert die Verstärkung des PGA, um den Signalbereich von dem Pixelarray an den Eingangsbereich des ADC anzupassen, um Quantisierungsfehler zu minimieren. Eine hohe PGA-Verstärkung weist auf niedrigere Signalpegel von dem Pixelarray- hin, wohingegen/während eine geringe PGA-Verstärkung auf höhere Signalpegel von dem Pixelarray hinweist. Die Verstärkung des PGA ist folglich ein Indikator des Belichtungspegels.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird der Belichtungspegel durch Vergleichen des Signalmittelwerts von dem Pixelarray mit einem Schwellenwert ermittelt. Wenn der Signalmittelwert oberhalb des Schwellenwerts liegt, dann weist das Pixelarray einen hohen Belichtungspegel auf. Wenn der Signalmittelwert unterhalb des Schwellenwerts liegt, dann weist das Pixelarray einen niedrigen Belichtungspegel auf. Als Alternative kann der Belichtungspegel durch Vergleichen des Medianwerts oder des maximalen Signalwertes von dem Pixelarray mit einem Schwellenwert ermittelt werden.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist das Pixelarray mehr als eine Spannungsversorgung auf. Eine oder mehrere der Spannungsversorgungen werden ansprechend auf den Belichtungspegel des Pixelarrays verändert, um den Rauschpegel und den Dynamikbereich des Pixelarrays zu optimieren.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann das Pixelarray so entworfen sein, daß seine Rücksetzspannung keine Funktion einer Spannungsvorsorgung des Pixelarrays ist. Bei solchen Konfigurationen kann die Rücksetzspannung auch unabhängig von der Spannungsversor gung optimiert werden, um Rauschpegel ansprechend auf den Belichtungspegel des Pixelarrays zu verringern.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Blockdiagramm eines bekannten Pixelarrays.
2 ein Blockdiagramm eines Systems zum Optimieren der Spannungsversorgung eines Pixelarrays ansprechend auf Belichtungspegel, das gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde.
3A eine mögliche Implementierung für die Belichtungsbestimmungseinrichtung in 2.
3B eine alternative Implementierung für die Belichtungsbestimmungseinrichtung in 2.
4 eine mögliche Implementierung für die variable Spannungsquelle.
5 ein Pixelarray mit mehreren Spannungsversorgungen.
6 ein Prozeßflußdiagramm gemäß der vorliegenden Erfindung.
Wenn das Pixelarray einen hohen Belichtungspegel aufweist, ist das Pixelrauschen vernachlässigbar, weil die Bildsignale im Vergleich zu dem Pixelgrundrauschen groß sind. Das große Signal/Rausch-Verhältnis hat bei hohen Belichtungspegeln eine hohe Bildqualität zur Folge. Jedoch können die Spannungsschwankungen des Pixelarrays bei niedrigen Belichtungspegeln relativ klein sein. Das Signal/Rausch-Verhältnis ist unter diesen Umständen niedriger und hat eine niedrigere Bildqualität zur Folge. Daher variiert die Spannungsversorgung des Pixelarrays ansprechend auf dessen Belichtungspegel, um die Rauschpegel und den Dynamikbereich des Pixelarrays zu optimieren.
2 veranschaulicht ein Blockdiagramm eines Systems 201 zum Optimieren der Spannungsversorgung eines Pixelarrays ansprechend auf dessen Belichtungspegel, das gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist. Ein Pixelarray 203 wird verwendet, um ein Bild zu erfassen, das durch Bildsignale 211 dargestellt ist. Eine Belichtungsbestimmungseinrichtung 207 bestimmt den Belichtungspegel der Bildsignale 211 und erzeugt einen Belichtungspegelindikator 209 für die Rückkopplung zur Versorgungseinstellvorrichtung 206. Eine Versorgungseinstellvorrichtung 206 stellt die Spannung von einer Spannungsversorgung 205 ein, um eine optimierte Spannungsversorgung (Array-Vdd 204) an das Pixelarray 203 zu liefern. Array-Vdd 204 ist für das optimale Gleichgewicht zwischen Rauschpegel und Dynamikbereich bei dem Belichtungspegel, der durch den Belichtungspegelindikator 209 angezeigt wird, ausgewählt.
Wenn die Belichtungsbestimmungseinrichtung 207 zum Beispiel anzeigt, daß das Pixelarray 203 einen hohen Belichtungspegel aufweist, erhöht die Versorgungseinstellvorrichtung 206 Array-Vdd 204. Dies ermöglicht einen größeren Dynamikbereich in dem Pixelarray 203. Wenn die Belichtungsbestimmungseinrichtung 207 anzeigt, daß das Pixelarray 203 einen geringen Belichtungspegel aufweist, verringert die Versorgungseinstellvorrichtung 206 Array-Vdd 204. Ein Verringern von Arrays Vdd 204 beeinträchtigt den Dynamikbereich des Pixelarrays 203 bei geringen Belichtungspegeln nicht, da die Spannungsschwankungen bei jedem Pixel geringer sind. Ein Verringern von Arrays-Vdd 204 reduziert auch das Ausmaß des Pixelrauschens, und folglich verbessert sich das Signal/Rausch-Verhältnis und die Qualität der Bilder, die bei geringen Belichtungspegeln erfaßt werden. Die Kriterien zur Unterscheidung niedriger Belichtungspegel von hohen Belichtungspegeln werden von System zu System unterschiedlich sein, je nach Faktoren wie der Länge der Belichtungszeit, der Pixelsensitivität, der Intensität des Umgebungslichts und anderen Systemvariablen. Wenn die Bildsignale 211 größer als ein Referenzwert sind, weist das Pixelarray 203 jedoch allgemein einen hohen Belichtungspegel auf. Wenn die Bildsignale 211 einen niedrigeren Wert als den Referenzwert haben, weist das Pixelarray 203 einen niedrigen Belichtungspegel auf.
3A veranschaulicht eine mögliche Implementierung für die Belichtungsbestimmungseinrichtung 207 in 2. Die Eingangssignale in die Belichtungsbestimmungseinrichtung 207 sind die Bildsignale 211. Die Bildsignale 211 werden von dem Pixelarray 203 gelesen und durch einen Verstärker mit programmierbarer Verstärkung (PGA) 301 nach Bedarf verstärkt. Ob eine Verstärkung benötigt wird oder nicht, wird im folgenden weiter erläutert. Als nächstes werden die verstärkten Bildsignale 302 durch einen Analog/Digital-Wandler (ADC) 303 verarbeitet, der die verstärkten Bildsignale 302 in eine digitale Form (digitalisierte Bildsignale 304) umwandelt.
Immer wenn analoge Signale digitalisiert werden, treten Quantisierungsfehler auf, die ein zusätzliches Rauschen zu den digitalisierten Signalen hinzufügen. Falls das Quantisierungsrauschen vergleichbar mit dem oder größer als das Rauschen ist, das auf dem Analogsignal, das digitalisiert wird, vorhanden ist, dann verschlechtert das Quantisierungsrauschen das gesamte Signal/Rausch-Verhältnis. Um die Effekte des Quantisierungsrauschens zu minimieren, kann das analoge Signal verstärkt werden, so daß die Signalamplitude maximiert wird (ohne daß der Eingangsbereich des ADC überschritten wird), bevor das Quantisierungsrauschen zugefügt wird. Dies minimiert den Effekt des hinzugefügten Quantisierungsrauschens auf das Signal/Rausch-Verhältnis. Deswegen verstärkt der Verstärker PGA 301 schwache Bildsignale, so daß sie besser mit dem Bereich des ADC 303 übereinstimmen. Ein Verstärkungssteuerungsblock 305 analysiert die digitalisierten Bildsignale von dem ADC 303, um zu bestimmen, ob eine Verstärkung benötigt wird. Wenn zum Beispiel der mittlere Pegel der digitalisierten Bildsignale 304 nicht einem Zielwert entspricht, stellt der Verstärkungssteuerungsblock 305 die Verstärkungseinstellung 306 des PGA 301 entsprechend ein.
Die Verstärkungseinstellung 306 des PGA 301 ist daher ein Indikator der Belichtungspegel der Bildsignale 211. Eine hohe Verstärkung deutet darauf hin, daß die Bildsignale 211 für die Eingabe in den ADC 303 erheblich verstärkt werden müssen. Deswegen wies das Pixelarray 203 einen niedrigen Belichtungspegel auf. Umgekehrt deutet eine geringe Verstärkung darauf hin, daß für die Bildsignale 211 wenig oder keine Verstärkung benötigt wurde und daß das Pixelarray 203 einen hohen Belichtungspegel aufwies. Der von dem Belichtungsbestimmungseinrichtung 207 ausgegebene Belichtungspegelindikator 209 ist nur die Verstärkungseinstellung 306 des PGA 301.
3B zeigt eine alternative Implementierung für den Belichtungsbestimmungseinrichtung 207. Der Mittelwert der Bildsignale 211 wird durch eine Mittelwertberechnungseinrichtung 311 berechnet. Ein Komparator 307 vergleicht den Signalmittelwert mit einem Schwellenwert 309. Wenn der Signalmittelwert oberhalb des Schwellenwerts 309 liegt, wies das Pixelarray einen hohen Belichtungspegel auf. Wenn der Pixelmittelwert unterhalb eines Schwellenwerts 309 liegt, dann wies das Pixelarray einen geringen Belichtungspegel auf. Als Alternative kann der Komparator 209 den Medianwert oder den maximalen Signalwert von den Bildsignalen 211 mit einem Schwellenwert 309 vergleichen. Der Belichtungspegelindikator 209, der von dieser Belichtungsbestimmungseinrichtung 207 ausgegeben wird, ist einfach das Ausgangssignal des Komparators 207. Es können auch andere Verfahren angewandt werden, um den Belichtungspegel des Pixelarrays zu bestimmen.
4 veranschaulicht eine mögliche Implementierung für die Versorgungseinstellvorrichtung 206 unter Benutzung eines Spannungssteuerungsblocks 401 und eines Spannungsreglers 403. Ungeachtet dessen, wie die Belichtungsbestimmungseinrichtung 207 implementiert ist (d. h. die Implementierung in 3A, 3B oder jegliche andere Implementierung), stellt der Belichtungspegelindikator 209 den Belichtungspegel dar, bei dem das Bild 211 erfaßt wurde. Der Spannungssteuerungsblock 401 erzeugt eine Spannungsreferenz 405 auf der Basis des Belichtungspegelindikators 209. Der optimale Wert für die Spannungsreferenz 405 ist eine, die ein Pixelrauschen in dem Pixelarray 203 minimiert, ohne seinen Dynamikbereich zu komprimittieren. Diese optimalen Werte können für das System vorab bestimmt werden und in einer Nachschlagtabelle in dem Spannungssteuerungsblock 401 gespeichert werden.
Alternativ kann ein Algorithmus zum berechnen der optimalen Werte für die Spannungsreferenz 405 berechnet, basierend auf dem Belichtungspegelindikator 209 entwickelt werden. Dieser Algorithmus kann in einer Hardwareschaltungsanordnung oder in Software in dem Spannungssteuerungsblock 401 realisiert werden. Ein beispielhafter Algorithmus wäre eine Vergleichsfunktion. Der Spannungssteuerungsblock 401 könnte einen Komparator beinhalten, der den Belichtungspegelindikator 209 mit einem Schwellenwert vergleicht. Falls der Belichtungspegelindikator 209 größer als der Schwellenwert ist, wird die Spannungsreferenz 405 erhöht. Falls der Belichtungspegelindikator 209 geringer ist als der Schwellenwert, wird die Spannungsreferenz 405 verringert.
Der Spannungsregler 403 regelt das Array-Vdd 204, damit es mit der optimalen Spannungsreferenz 405 übereinstimmt. Der Spannungsregler 403 weist einen Operationsverstärker (op-amp) 407 auf, der das Gate eines Transistors 409 treibt. Der negative Eingang des op-amp 407 ist mit dem Drain des Transistors 409 verbunden, die Source des Transistors 409 ist mit der Spannungsversorgung 205 verbunden. Der Spannungsregler 403 ist eine in der Technik sehr bekannte Schaltung, und die Implementierung, die hier veranschaulicht ist, ist einer von vielen möglichen Entwürfen.
Bei manchen Bildsensoren kann die Hilfsschaltungsanordnung für ein Pixelarray (wie z. B. die Treiber, Puffer, Multiplexer usw.) ihre Leistung von einer oder mehreren getrennten Spannungsversorgungen beziehen. Jede dieser Spannungsversorgungen kann ferner optimiert werden, um ansprechend auf den Belichtungspegel des Pixelarrays Rauschpegel zu verringern. 5 veranschaulicht ein Pixelarray 203, das mehrere Spannungsversorgungen 205A, 205B und 205C aufweist. Jede Spannungsversorgung wird durch eine Versorgungseinstellvorrichtung 206A, 206B bzw. 206C eingestellt, um die Spannungsversorgung für den Belichtungspegel, der durch den Belichtungspegelindikator 209 angegeben wird, zu optimieren.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann das Pixelarray so entworfen sein, daß die Rücksetzspannung keine Funktion der Spannungsversorgung des Pixelarrays ist. Jedoch bleibt der Rauschpegel des Pixelarrays abhängig von der Rücksetzspannung – das Rauschen nimmt mit der Rücksetzspannung zu. Bei solchen Konfigurationen kann die Rücksetzspannung auch unabhängig von der Spannungsversorgung optimiert werden, um Rauschpegel zu verringern. Beispielsweise ist die Rücksetzspannung bei manchen Bildsensoren eine Funktion des Zurücksetzsignals 208. Die Rücksetzspannungseinstellvorrichtung kann ähnlich zu der Versorgungseinstellvorrichtung 206 benutzt werden, um das Rücksetzsignal 208 ansprechend auf den Belichtungspegel des Pixelarrays einzustellen.
6 veranschaulicht ein Prozeßflußdiagramm gemäß der vorliegenden Erfindung. Erstens wird bei Schritt 601 ein Bild auf einem Pixelarray erfaßt. Als nächstes wird bei Schritt 603 das Bild analysiert, um seinen Belichtungspegel zu bestimmen. Ist der Belichtungspegel niedrig, wird eine Spannungsversorgung des Pixelarrays verringert. Ist der Belichtungspegel relativ hoch, kann die Spannungsversorgung erhöht werden. Nach der Einstellung kann das nächste Bild erfaßt werden, und der Prozeß beginnt wieder bei Schritt 601. Wenn die Rücksetzspannung keine Funktion der Spannungsversorgung ist, kann die Rücksetzspannung auch unabhängig von der Spannungsversorgung eingestellt werden.

Claims

System, das folgende Merkmale aufweist: ein Pixelarray (203) zum Erfassen eines Bildes und Ausgeben eines Bildsignals (211), das dem erfassten Bild entspricht; eine Schleife mit programmierbarer Verstärkung (301; 303; 305), die das ausgegebene Bildsignal empfängt, als ein analoges Signal, und das analoge Bildsignal verstärkt und digitalisiert, um ein digitales Bildsignal zu erzeugen, wobei die Schleife mit programmierbarer Verstärkung ein Verstärkungssteuerungssignal (209) umfasst, das aus dem digitalen Bildsignal hergeleitet ist, zum Einstellen einer Verstärkungseinstellung (306) der Schleife mit programmierbarer Verstärkung; und eine Versorgungseinstellvorrichtung (206) zum Einstellen einer Spannungsversorgung (205) des Pixelarrays, um eine Spannung mit einem Wert zu liefern, der an das Pixelarray vor und während eines Intervalls angelegt ist, in dem das Bild erfasst und gelesen wird, wobei der Wert unterschiedlich von und zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert ist und ansprechend auf das Verstärkungssteuerungssignal (209) von der Schleife mit programmierbarer Verstärkung bestimmt wird.
System gemäß Anspruch 1, bei dem die Schleife mit programmierbarer Verstärkung folgende Merkmale umfaßt: einen Verstärker mit programmierbarer Verstärkung (301) zum Verstärken des Bildsignals (211) von dem Pixelarray (203); einen Analog/Digital-Wandler (303) zum Empfangen des verstärkten Signals (302) und Umwandeln des verstärkten Signals in das digitale Bildsignal (304); und einen Verstärkungssteuerungsblock (305) zum Einstellen der Verstärkungseinstellung (306) des Verstärkers mit programmierbarer Verstärkung, um das Verstärkungssteuerungssignal zu erzeugen.
System gemäß Anspruch 2, bei dem das Pixelarray anhand einer CMOS-Technologie hergestellt ist.
System gemäß Anspruch 2 oder 3, bei dem der Verstärkungssteuerungsblock (305) einen mittleren Pegel des digitalen Bildsignals (304) ermittelt und die Verstärkungseinstellung (306) des Verstärkers mit programmierbarer Verstärkung (301) einstellt, wenn der mittlere Pegel des digitalen Bildsignals nicht einem Zielwert entspricht.
System gemäß Anspruch 4, bei dem der Verstärkungssteuerungsblock (305): die Verstärkungseinstellung (306) des Verstärkers mit programmierbarer Verstärkung (301) erhöht, wenn der mittlere Pegel des digitalen Bildsignals (304) unterhalb des Zielwerts ist, und die Verstärkung des Verstärkers mit programmierbarer Verstärkung verringert, wenn der mittlere Pegel des digitalen Bildsignals oberhalb des Zielwerts liegt.
System gemäß Anspruch 5, bei dem der Verstärkungssteuerungsblock einen Komparator zum Vergleichen des mittleren Pegels des digitalen Bildsignals mit dem Zielwert umfaßt.
System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Schleife mit programmierbarer Verstärkung einen Komparator (307) zum Vergleichen eines Pixelarraywerts mit einem Schwellenwert (309) umfaßt, wobei der Pixelarraywert aus einem Mittel-, einem Median- oder einem Maximalwert des digitalen Bildsignals von dem Pixelarray (203) ausgewählt ist.
System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Versorgungseinstellvorrichtung (206): die Spannungsversorgung (205) verringert, wenn das Verstärkungssteuerungssignal angibt, daß ein Belichtungspegel des Pixelarrays (203) unterhalb eines Schwellenwerts liegt, und die Spannungsversorgung erhöht, wenn das Verstärkungssteuerungssignal angibt, daß der Belichtungspegel des Pixelarrays oberhalb des Schwellenwerts liegt.
System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Versorgungseinstellvorrichtung (206) folgende Merkmale umfaßt: einen Spannungssteuerungsblock (401) zum Erzeugen einer optimalen Spannungsreferenz (405) auf der Basis des Verstärkungssteuerungssignals; und einen Spannungsregler (403) zum Einstellen der Spannungsversorgung (205), so daß sie mit der optimalen Spannungsreferenz übereinstimmt.
System gemäß Anspruch 9, bei dem der Spannungssteuerungsblock (401) eine Nachschlagtabelle zum Erzeugen der optimalen Spannungsreferenz (405) umfaßt.
System gemäß Anspruch 9 oder 10, bei dem der Spannungssteuerungsblock (401) einen Komparator zum Ver gleichen des Verstärkungssteuerungssignals mit einem Schwellenwert umfaßt.
System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, das ferner folgendes Merkmal umfaßt: eine Rücksetzspannungseinstellvorrichtung zum Einstellen der Rücksetzspannung des Pixelarrays (203) ansprechend auf das Verstärkungssteuerungssignal.
Verfahren zum Optimieren der Spannungsversorgung (205) eines Pixelarrays (203), das folgende Schritte aufweist: Versorgen des Pixelarrays mit einer Rücksetzspannung, wobei das Pixelarray ein Komplementär-Metalloxid-Halbleiter-Pixelarray (CMOS-Pixelarray) ist; Erfassen eines Bildes (211) mit dem Pixelarray; Ausgeben des erfassten Bildes als ein ausgegebenes Bildsignal; Verstärken des ausgegebenen Bildsignals in einer Schleife mit programmierbarer Verstärkung; Erzeugen eines Verstärkungssteuerungssignals (209), das aus dem verstärkten Bildsignal hergeleitet ist, zum Einstellen einer Verstärkungseinstellung der Schleife mit programmierbarer Verstärkung; Einstellen, durch einen Spannungssteuerungsblock (401), der gelieferten Spannung mit einem Wert, der an das Pixelarray vor und während eines Intervalls angelegt ist, in dem das Bild erfasst und gelesen wird, wobei der Wert unterschiedlich von und zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert ist und ansprechend auf das Verstärkungssteuerungssignal (209) bestimmt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 13, bei dem das Einstellen der gelieferten Spannung folgende Schritte umfaßt: Verringern der gelieferten Spannung, wenn ein Pegel des Verstärkungssteuerungssignals unterhalb eines Schwellenwerts liegt, und Erhöhen der gelieferten Spannung, wenn der Pegel des Verstärkungssteuerungssignals oberhalb des Schwellenwerts liegt.
Verfahren gemäß Anspruch 13 oder 14, bei dem das Erzeugen des Verstärkungssteuerungssignals folgende Schritte umfaßt: Verstärken des ausgegebenen Bildsignals (211) von dem Pixelarray (203) gemäß der Verstärkungseinstellung (306); Umwandeln des verstärkten Signals (302) in ein digitalisiertes Signal (304); Bestimmen eines mittleren Pegels des digitalisierten Signals; und Einstellen der Verstärkungseinstellung ansprechend auf den mittleren Pegel des digitalisierten Signals, um das Verstärkungssteuerungssignal zu erzeugen.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15, bei dem das Erzeugen des Verstärkungssteuerungssignals das Vergleichen eines Pixelarraywerts mit einem Schwellenwert umfaßt, wobei der Pixelarraywert aus einem Mittel-, Median- oder einem Maximalwert des digitalen Bildsignals von dem Pixelarray ausgewählt ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 16, das ferner folgenden Schritt umfaßt: Einstellen einer Rücksetzspannung des Pixelarrays (203) ansprechend auf den Pegel des Verstärkungssteuerungssignals.