[发明专利]CMOS图像传感器读出电路及读出方法

说明书

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，尤其涉及互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器读出电路及读出方法。

背景技术

CMOS图像传感器是将光学图像转换为电信号的半导体装置。基本转换过程是：CMOS图像传感器中的像素进行曝光，在一定的曝光时间内，像素上的电压随不同光线强度产生线性电压，随后的读出电路将此电压转换成数字信号输出。

通常情况下，CMOS图像传感器采用10位模数转换器，因此其数字输出为10位的输出数据范围。而人眼可以看到的动态范围约为10⁶～10⁸流明。虽然人不能同时看到这整个范围的光线，但人眼能同时感觉到的最大敏感度约为10,000:1。且人眼对光线强度的敏感度成对数变化，而并非像图像传感器接收到的信号那样成线性变化。随着光线强度的增加，人眼对亮度的变化越不敏感。

参照图1，为现有技术中CMOS图像传感器读出电路结构示意图，像素11对光线进行曝光后，其电压先通过一个采样保持电路12保存起来，然后通过一个流水线模数转换器13输出。

本发明的发明人发现，这种读出电路的结构在不同的光线强度下始终线性输出曝光后像素上的电压值，因此强光和暗光的输出值差别大，经过模数转换器转换后，强光输出值可以达到1000，而暗光输出值可能只有几十，所以暗光下图像细节损失很大，无法满足人眼对图像质量的要求。

发明内容

本发明要解决的问题是，提供CMOS图像传感器读出电路及读出方法，可以提高图像传感器输出图像的质量。

为解决上述问题，本发明提供一种CMOS图像传感器读出电路，包括模数转换器；还包括：

可变增益放大器，适于接收图像传感器像素曝光电压并调整，并输出到模数转换器；

比较器，适于对所述像素曝光电压进行判断；

增益调节器，适于接收所述比较器所输出的判断结果，根据所述曝光电压所处的曝光电压区间调整可变增益放大器的放大倍数。

可选的，还包括数字信号处理器，适于根据所述比较器生成的判断结果，对所述模数转换器输出的数字信号进行处理，形成曝光值。

可选的，所述增益调节器与所述可变增益放大器集成为可编程增益放大器。

可选的，所述增益调节器与所述比较器集成为控制器。

可选的，所述模数转换器具体为流水线模数转换器。

可选的，所述流水线模数转换器具体为10位流水线模数转换器。

可选的，所述比较器包括第一比较器、第二比较器和第三比较器，每个比较器设置不同的参考电压。

本发明还提供了一种CMOS图像传感器，包括像素，还包括以上任意一项技术方案中所介绍的读出电路。

可选的，上述CMOS图像传感器中还包括数字信号处理器，适于根据所述的读出电路中比较器生成的判断结果，对所述读出电路中的模数转换器输出的数字信号进行处理，并形成曝光值。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种CMOS图像传感器从像素读出数字信号的方法，该方法包括：

将像素曝光电压通过可变增益放大器进行调整；

将可变增益放大器输出的模拟电压信号转变为数字信号输出；

判断像素曝光电压；

根据所述像素曝光电压所处的曝光电压区间，调节可变增益放大器的放大倍数。

可选的，上述方法还包括：根据曝光电压所处的曝光电压区间，对输出的数字信号进行处理，形成曝光值。

与现有技术相比，上述技术方案采用比较器对像素曝光电压进行判断，并根据所述曝光电压区间调节可变增益放大器的放大倍数，这样可以使图像传感器在不同的光强下，都可以让模数转换器工作在最佳的输入电压范围，因此可以使图像传感器读出电路输出数据的动态范围更大，并降低噪声，从而使得在不同的光强下，均可获得清晰的图像，满足人眼对图像质量的要求。

附图说明

图1是现有技术中CMOS图像传感器读出电路结构示意图；

图2是本发明实施例一中CMOS图像传感器读出电路结构示意图；

图3是本发明实施例二中CMOS图像传感器读出电路结构示意图；

图4是本发明实施例三中CMOS图像传感器读出电路结构图；

图5是本发明实施例四中CMOS图像传感器读出电路结构图；

图6是本发明实施例五中CMOS图像传感器读出像素信号的方法流程图。

具体实施方式