TW448682B - Apparatus and method for automatically controlling exposure time in CMOS image sensor - Google Patents

Description

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 448 682 Α7 Β7 五、發明說明（） 發明昔鲁 發明領域 本發明有翻一種C Μ 0 S影像感測器，且更特別的是有關 一種利用依預定範圍計數錄色畫素以自動控制曝光時間 的裝置及方法，而減低了硬體和軟體的負擔並改良了 CMOS影像感潮器的性能。 相Μ枝術說明 習知影像感測器係利用軟體以控制影像的照度。軟體 會利用已抓取的影像數值計算出新近的照度。然後，若 計算得的照度判定為非常亮或是非常暗時，則外部控制 器會諏整影像的照度β之後，再次讀取已諏整影像的照 度以判定影像的照度。 不過在這種透過軟體用於控制照度的習知方法中，在 處理至少兩痼來自影像威測器的影像之後便完成了對照 度的實際判定。所以，可能發生問題且軟體會負撸了量 額漸增的計算《另外，隳該透過一個程式規割界面再次 對計算結果進行程式規Μ,並將已作程式規劏的結果應 用到影像抓取上，以致需要相當可觀的延遲時間。此外 ，在像CCTV(閉路電視）之類使用影像感測器而很難以軟 體控制照度的例子裡，可能無法應付初始設定情況的變 化。 琎明瓶怵 所以，本發明的目的在於提供一種利用依預定範圍計 數緣色畫素以自動控制曝光時間的裝置及方法，而滅低 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） -------------裝--------訂-------線 (請先閱讀背面之注意事項再贫寫本頁) . 448682 A7 B7 五、發明說明（> ) 了硬體和軟體的負擔並改善了 CMOS影像感測器的性能。 (請先閱讀背面之注意事項寫本頁) 根據本發明中一觀念，提供有一種在CMOS影像感測器 中用於自動控制曝光時間的裝置，包括：一資料估計機 制，用於根據艏別的預定範圍估計緣色畫素以産生計數 控制信號；一計數機制，用於執行計數作業以回應所對 應的各計數控制信號，其中該計數機制包含一用於計數 其盡素值落在預定參考範圍内之緣色畫素的第一計數器 ，一用於根據摘別的預定範圍計數其盡素值大於預定參 考範圍之綠色盡素.的第二計數器，及一用於根據傾別的 預定範圍計數其衋素值小於預定參考範圍之錄色畫素的 第三計數器；一第一機制，用於叠加並比較來自許多第 二計數器的各計數值以産生一第一總計數值及一第一最 大計數值；一第二機制，用於叠加並比較來自許多第三 計數器的各計數值以産生一第二總計數值及一第二最大 計數值；一控制機制，用於比較第一計數器、許多第二 計數器、及許多第三計數器中的各計數值以産生一更新 控制信號及一曝光控制速率；以及一曝光時間控制倍號 産生機制，以回應一曝光控制模式信號及該更新控制信 號用於産生下一曝光時間控制倍號。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 根據本發明中另一觀念，提供有一種在CMOS影像感測 器中用於自動控制曝光時間的方法，包括的步驟有：a) 估計各錄色畫素值並根據值別的預定範圍計數綠色畫素 ;b)為其軎素值大於預定參考範圍之緣色盡素計算一第 一總計數值及一第一最大計數值，並為其塞素值小於預 本紙張尺度適用ΐ國國家標準（CNS)A4規格（210x297公釐） 448682 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 _B7_ 五、發明說明（4 ) 定參考範圍之緣色畫素計算一第二總計數值及一第二最 大計數值；c>比較第一總計數值與第二總計數值；d)若 第一缠計數值大於第二绾計數值時，則將其畫素值落在 預定參考範圍内之線色盡素的第三總計數值與第一最大 計數值作比較，若第二總計數值大於第一總計數值時， 則將第三總計數值與第二最大計數值作比較；e)若第三 總計數值比較大時，則根據一新近曝光時間控制信號抓 取下一影像，且若第三總計數值比較小時，則計算出下 一曝光時間控制信號並根據下一曝光時間控制信號抓取 下一影像；f)重複步驟a)到e)直到最後完成抓取影像為 止。 _式之簡菌說明 本發明的這些及其他目的及特性將從下文參照所附圖 示對顯示用實施例的說明而呈更明顯。 第1圖顯示的是一將各盡素配置成檫準貝爾（Bayer) 圖案形式而由MX N悔單位構成的盡素陣列； 第2 _用以顯示第1圖蜜素陣列中所含某一金素的簡 略圖示； 第3 _用以顯示一畫素陣列與一控制倍號産生器之間 交互連接關傜的方塊圔； 第4圖用以顯示一根據本發明之自動曝光控制器的方 塊圖：以及 第5A和5B圖用以顯示根據本發明計算出下一曝光時間 的流程圖β 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -------------農-------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再審窝本頁) 五、發明說明（4 是 的 示由 顯而 圔式 1 形 第案 圖

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} 圖 Γ Θ 1 ay第 nD T3I f 照 爾參 貝 〇 準列 標陣 成素 置盡 配的 素成 衋構 各位 將單一 0 N 型表於 RG代用 G t β -τ 只 有ΓΕ是 具，的 由裡表 與這代 内 0 J 排合Γ6 數結 ， 偶置素 與配畫 排複色 數重紅 奇的的 在式色 別型紅 分GB_ 列eBIE 陣有於 素具用 盡及只 此以是 -式的 素 S 色 綠 的 〇 色素 緣畫 潮色 威藍 的 色 藍 0 威 於 用 只 是 的 表 代 兩琪 的影 素的 畫大 色棰 藍有 或度 素照 耋對 色色 紅顔 是緣 素 一7K 畫所 色 1 綠式 ，程 中方 案.如 圖是 爾由 貝理 於的 倍 值 素 B i 1 蹙 .1色 +0& G 是 9 5 R 0 4-0 + 度值 OR照素 .3是垂 o Y色 γ=中藍 其是 式 程 方 值 素 3 色 緣 是 (請先閱讀背面之注意事項再Vef本頁) 裝 . 式需 程是 方都 據部 根全 ，值 過素 不畫 色 第 是 的 示 顯 圖。 2 _ 第結 準 要 1 藍目 、數 色的 綠序 、程 色算 红 計 1 了 度加 照增 算致 計導 了 ， 為的 標 的 素 1 2 一 某 含 所 中 列 释 素 整 3 臛 含 包 素 1 2 此 圖 2 第 照 參 體 槿二 光 於 用 線_ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

體测 晶感 電一 输到 傳輸 一 傳 ; 荷 荷電 電電 電光 光將 生TX 産號 並信 光制 的控 件輸 物傳 一 應 某回 自以 來用 收 ， 接HT 將輸 X 一 R I 號及 信以 制 ·’ 控上 設 ο lg-l ο 3 2 應體 回極 以二 目 -EE 月 質 ，光 HR該 體到 晶輸 電傳 設準 重位 一 壓 f - ; 上設 Na重 結一 號 信 制 控 徨 緩20 應體 回極 以二 用電 ，光 ο 該 21及 器準 衝位 缓壓 出電 號 信 出 輸 的 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 設 8 1 出 輪 而 4 48682 A7 B7 五、發明說明（r ) 以下將參照第2圖說明此畫素的操作。 首先，使重設電晶_MR和傳输電晶體MT同時開啓，因 此於光電二極釀2G0形成一完全空乏的區域。接下來， 關閉傳輸電晶體MT並使重設電晶體MK保持在開啓狀態， 使得光電二掻體200會産生光電電荷》 然後，在開啓傳輸電晶體Η之後，輸出缓衝器210會 將光電電荷當作一蛮素值輸出到—外部電路上以回應緩 衝控制信號Βχβ如同標準的記億體裝置一般，衋素陣列 中所含的毎一畫素都會一排接一排地共用此緩衝控制信 號。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 其間，将要累積於光電二棰體200内的光電踅荷量額 是正比於一個時間遇期，亦即，將傳輸電晶髅ΜΤ保持在 親閉狀態以回應傳輸控制信號Tx的時間週期。所以，在 暗處抓取影像的例子裡，應該在一段很長的時間内將傳 輸電晶醴HT保持在關閉狀態，但是在亮處抓取影像的例 子裡，應該在一段很短的時間内將傳輸電晶醭MT保持在 關閉狀態。此時，將傳输電晶體MT保持在蘭閉狀態以回 應傳输控制信號ΤΧ的時間週期是稱為曝光時間或是積分 時間。這裡，曝光時間控制倍號代表的是用來控制曝光 時間的信號》 第3圖傜用以顯示一由MX Ν値單位構成的畫素陣列與 一控制信號産生器之間交互連接關偽的方塊画》控制信 號産生器300會在一曝光時間的控制下産生其數目為H 痼的傳输控制信號Tx、重設控制信號Rx、以及緩衝控制 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 448 682 at Β7 五、發明說明u ) 倍號Bxe Mxfi奎素陣列31G會输出其數目為N個的畫素 值。 第4圖偽用以顯示一根據本發明之自動曝光控制器的 方塊圃。 如第4圖所示，該自動曝光控制器包含：一資料估計 單位400，一計數器單位410, —叠加及比較器單位420, 一控制單位4 5 0 ,以及一曝光時間控制信號産生單位4 6 0。 資料估計單位400會接收一排數、一金素值、一預定 的臨界值、以及一預定的參考值，其中因為奇數排的緣 色畫素資訊是不同於偶數排的緣色畫素資訊，故由排數 會提供各排的資訊·•此時，使用者可以分别對預定的參 考值和預定的臨界值進行程式規制以控制整値照度並有 彈性地調整線色蛊素的分布。此外，資料估計單位400 會估計綠色盡素值而根據已估計的畫素值産生指派到各 預定範圍的計數控制信號INCP(l)到INCP(N)，INCR,以 及 INCH(l)到 INCM(f〇。 這些計數控制信號是根據下列關係而産生的。 若（RV+ (P-1)XCV)S(JV<(RV+ PXCV),則産生對應 的計數控制信號I N C R , I N C P ( P ),和I N C M ( P )，其中R V是 一參考值，GV是一緣色畫素值，CV是一臨界值，而Ρ是 一傺數。此時，若Ρ為零，則産生了一參考計數控制信 號INCR，而若Ρ是全等於或是大於二時，則産生了一計 數控制信號INCP(P),且若Ρ是全等於或是小於負一時 ，則産生了一計數控制信號（I N C M ( Ρ ) β ·* 8 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -----------! --------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 448 682 A7 B7 五、發明說明（7 ) 計數器單位410包含（2N + 1)計數器，亦邸，CntPd)到 CntP(N), CntR，以及 CntH(l)到 CntM(N)❶每一計數器 的計數值都會分別增加一以回應錮別的計數控制倍號 INCP(l)到 INCP(N), INCR，以及 INCH(l)到 INCH(N)e 叠加及比較器單位420包含一第一叠加及比較器430以 及一第二叠加及比較器44G。第一疊加及比較器430會疊 加並比較各計數器CntPU)到CntP(N)的德别計數值以産 生一第一總計數值T0T1以及一第一最大計數值HAX1。依 類似的方式，第二叠加及比較器440會叠加並比較各計 數器CntM(l)到CntM(N)的锢別計數值以産生一第二總計 數值T0T2以及一第二最大計數值MAX2。此時，第1 II加 及比較器430代表的是綠色蹇素的正值分布而第二昼加 及比較器440代表的是緣色畫素的負值分布》也戟是説 ，若第一總計數值T0T1大於第二缌計數值TGT2時，意指 新近的照度是比一參考照度更亮，且若第二结計數值 T0T2大於第一總計數值T0T1時，意指新近的照度是比一 參考照度更暗β 控制單位450會比較第一總計數值Τ0Τ1與第二绝計數 值Τ0Τ2以産生一曝光控制速率RATE»例如，當第一緦計 數值T0T1大於第二總計數值T0T2時，則將參考計數器 CntM的計數值與第一最大計數值MAX1作比較。反之，當 第二结計數值T0T2大於第一總計數值TOT1時，則将參考 計數器CntM的計數值與第二最大計數值MAX 2作比較。疸 些比較作業的結果，若第一或第二最大計數值大於此參 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -------------裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再賞寫本頁) 448682 Α7 Β7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（J) 考值時，則控制單位4 5 0會産生一曝光控制速率R A T E以 及一更新控制倍號UPDATE。曝光控制速率RATE僳定義為 曝光控制速率=參考值/(參考值+ NX臨界值） 其中N是一具有最大計數值之計數器的你數。例如，若 具有最大計數值之計數器為CntP(3),則曝光控制速率 RATE會變成以下形式： R A T E =參考值+ (參考值+ 3 X臨界值） 曝光時間控制信號産生單位460會産生下一代表替將 新沂曝光時間乘上此曝光控制速率RATE得到之數值的曝 光時間控制信號，以回應此更新控制信號U P D A T E以及一 自動曝光控制模式β此外，抓取下一影像以回應計算得 的下一曝光時間控制倍號。 第5 Α和5Β_係用以顯示根據本發明計算出下一曝光時 間的流程圖。 於步驟500,盡素陣列（第3圖中檫示為310)會抓取一 影像以産生各畫素值。然後於步驟501 ，對綠色晝素進 行估計並根據如第4匾所示的預定範圍計數値別的壷素 。然後於步驟502 ,對其衋素值大於一預定參考範圍的 錄色盡素進行*加及比較以産生一第一緦計數值以及一 第一最大計數值，且對其垂素值小於一預定參考範圍的 線色蛮素進行《加及比較以産生一第二缌計數值以及一 第二最大計數值。於步驟5G3 ，令第一總計數值與第二 總計數值作比較。比較的结果，若第二總計數值是大於 第一總計數值，則於步驟504選擇第二最大計數值。若 -1 0 - ---------------------訂--------I (請先閱讀背面之注意事項再本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 448 682 A7 _B7_ 五、發明說明（9 ) 第一總計數值是大於第二總計數值時，則於步揉505選 擇第一最大計數值。 然後在步驟5Q6 ,令參考計數器的計數值與所Μ擇的 最大計數值作比較。若參考計數器的計數值大於所'選擇 的最大計數值時，則於步驟5 0 7得到的下一曝光時間等 於新近的曝光時間。於步驟508 ，若所Μ擇的最大計數 值大於參考計數器的計數值，則計算其曝光控制速率 RATE如下： 曝光控制速率=參考值/(參考值+ NX臨界值） 然後於步驟509 ，判定是否己使自勤曝光控制模式呈 動作。若自動曝光控制模式是呈休止狀態時，則下一曝 光時間控制信號等於新近曝光時間的數值。於步驟510 ,若已使自動曝光控制模式呈動作時，則藉由將新近曝 光時間的數值乘上曝光控制速率而計算出下一曝光時間 的數值β之後，於步驟5 1 1 ^根據計算得的新曝光時間 控制佶號而抓取下一影像。然後重複步驟510和511直到 最後完成抓取影像為止。 雖然本發明是只對某些較佳實施例加以說明，不過吾 -------------裝--------訂---------線 (請先閲讀背面之注意事項再凑贫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 架 及 神 精 之 圍 範 利 專 請 申 附 所器 明 〇 生 發化 體器産 本變 極衝號 離及 二緩倍 偏飾 電出制 不修明光輸控 在他說 ：.... 能其號 ：：： 該作符 Q CD <=! 應下考202130 人構參 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） 448682 A7 _B7_ 五、發明說明（） 310.....HX N輋素陣列 4〇〇.....資料估計單位 410.....計數器單位 4 2 0 .....叠加及比較器箪位 4 3 0 , 4 4 0 .....叠加及比較器 4 5 0 .....控制單位 4 6 0 .....曝光時間控制信號産生單位 B X.....緩衝控制信號

CntM { 1-N) , CntP ( 1-N) , CntR.....計數器 HAX1-2.....第一和第二最大計數值 MR.....重設電晶體 MT.....傳輸電晶體 N a.....戲測結

Rx.....第一和第二重設控制信號 TOT 1-2.....第一和第二總計數值 T X.....傳输控制信號 -------------裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再Vet本頁) - 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 448682 A8 B8 C8 DB 六、申請專利範圍 裝 的 間 時 光 曝 制 控 動 自 於 用 中 器 測 威 像 影 S ο : CH括 在包 種’ 一 置 t 機 計 生 産 以 值 寘素 I 璧 色 緣 計 估. 圍 範 定 預 的 另 値 據號 根倍 於制 用控 數 各盡 的其 應數 對計 所於 應用 回一 以含 業包 作制 數機 計數 行計 執該 於中 用其 制號 機倍 數制 計控 一 數 ，參 器定 數預 計於 一 大 第值 的素 素晝 鲞其 色數 線計 之圍 内範 圍，定 範預 考的 參別 定傾 預據 在根 落於 值用 素一 別畲 搜色 據緣 根之 於圍 用範 1 考 及參 ，定 器預 數於 計小 二值 第素 Si 3 素其 .， 畫數器 色計數 綠圍計 之範三 圍定第 範預的 考的素 器數 數計 計大 二最 第一 多第 許一 自及 來值 較數 比計 並總 加一 «第 於一 用生 ，産 制以 機值 一 數 第計 一 各 ； 的值 器數 數計 計大 三最 第二 多第 許一 自及 來值 較數 比 ik 並總 加二 β第 於一 用生 ，産 制以 機值 二數 第計 一 各 -的值 (請先閱讀-t面之注意事項再填寫本頁) 士衣 tT- ·. -1線. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 、 及 器號 數信 計制 二控 第新 、更 器一 數生 計産 一 以 第值 較數 比計及 於各以 用的 ； ，中率 制器速 機數制 制計控 控三光 1 第曝 及一 制控 控間 光時 曝光 一 曝 應一 回下 以生 ，産 制於 機用 生號 産信 號制 信控 制新 控更 間該 時及 光號 曝信 一 式 模 圍 範 考 參 定 預 該 中 其 置 裝 之 項 1Χ 第 圍 範 利 。專 號請 信申 制如 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格mo X 297公釐） A8 B8 C8 DB 448682 六、申請專利範圍 是大於參考值與臨界值之間的差異而小於參考值與臨 界值的總和，其中該參考值及該臨界值都是由使用者 輸人到該資料估計機制之内並施行程式規剷。 3. 如申請專利範圍第2項之裝置，該曝光控制速率RATE 偽計算如下： 曝光控制速率=參考值/(參考值+ NX臨界值） 其中N是一具有最大計數值之計數器的係數。 4. 如申請專利範圍第3項之裝置，其中該下一曝光時間 控制信號代表著將新近曝光時間乘上此曝光控制速率 RATE得到的數值。 5. —種在CMOS影像感搜|器中用於自動控制曝光時間的方 法，包括下列步驟： a) 估計各綠色奎素並根據値別的預定範圍計數緣色 盡素； b) 為其畫素值大於預定參考範圍之縴色衋素計算一 第一緦計數值及一第一最大計數值，並為其畫素值小 於預定參考範圍之緣色畫素計算一第二總計數值及一 第二最大計數值； c) 比較第一總計數值與第二總計數值； d) 若第一總計數值大於第二總計數值時，則將其畫 素值落在預定參考範圍内之線色垂素的第三總計數值 與第一最大計數值作比較，若第二總計數值大於第一 總計數值時，則將第三總計數值與第二最大計數值作 比較； -1 4 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -------------裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 448682 A8 B8 CS D8 申請專利範圍 第三绝計數值是比較大時，則根據一新近曝光 制信號抓取下一影像，且若第三總計數值比較 則計算出下一曝光時間控制信號並根據下一曝 控制信號抓取下一影像； 複步驟a)到e)直到最後完成抓取影像為止。 專利範圍第5項之方法，其中該步驟e)尚含下 確定是否已使自動曝光控制模式呈動作； 若自動曝光控制模式呈体止狀態，則，根據新近 間控制佶號抓取下一影像，若已使自動曝光控 制模式呈動作中，則根據下一曝光時間控制倍號抓取 下一影像。 7. 如申請專利範圍第5項之方法，其中該預定參考範圍 大於參考值與臨界值之間的差異而小於參考值與臨界 值的總和，參考值及該臨界值都是由使用者输 入到該_料估計機制)έ内並施行程式規割。 8. 如申請專利範圍第7項之方法，其中該曝光控制速率 RATE係計算如Τ : 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 e)若 時間控 小時， 光時間 f )重 如申請 列步驟 el) e2 ) 曝光時 請 先 閱 讀 .背 面 之 注 意 事 項 再 填 本 頁 曝光控制速率=參考值/(參考值+ NX臨界值） 其中N是一具有最大計數值之計數器的傜數。 9. 如申請專利範圍第8項之方法，其中該下一曝光時間 控制信號代表著將新近曝光時間乘上此曝光控制速率 R A T E得到的數值。 -15-本紙張尺度適用争园國家標準（CNS)A4規格（210x297公釐）