[发明专利]用于微光图像传感器的低噪声信号读出方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及模拟集成电路设计领域，尤其涉及图像传感器在微光条件下工作时，读出电路的设计。具体讲，涉及用于微光图像传感器的低噪声信号读出方法及装置。

技术背景

CMOS图像传感器由微小像素阵列、信号读出电路、量化电路、数字图像处理单元、控制时序和接口电路组成。其基本的工作过程为像素单元中的光电二极管实现光信号到电信号的转化，有源器件将电荷的变化转化为电压信号，在采样保持电路中以电荷的形式存储在电容中，由读出电路读出直流电压分量，再经由量化电路将模拟信号转换为数字信号便于后续数字处理。随着图像传感器应用领域的扩大，CMOS图像传感器需要适应各种不同的环境要求，其中工作在微光条件下的CMOS图像传感器对于电路设计提出了更高的要求。微光条件下，受光照强度限制，像素单元曝光所产生的电信号小，受噪声的影响显著，不能达到较高的信噪比要求，图像质量较差。为了提高信噪比，本发明提出一种基于多次曝光和Sigma-delta ADC结合应用的读出电路，削弱读出信号中的随机噪声影响，从而提高信噪比。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明旨在提出一种图像传感器读出电路，削弱读出信号中的随机噪声影响，从而提高信噪比，更好地适用于微光条件下对图像传感器的要求。为此，本发明采取的技术方案是，用于微光图像传感器的低噪声信号读出方法，在微小像素阵列、信号读出电路、量化电路、数字图像处理单元、控制时序和接口电路组成的CMOS图像传感器中，利用曝光控制电路控制像素进行OSR次曝光，利用量化电路中的西格玛模数转换器对每一次曝光所得的信号进行一次采样，经过OSR次曝光，西格玛模数转换器采样OSR次，OSR次采样信号在西格玛模数转换器中完成量化，然后依次经数字图像处理单元、控制时序和接口电路进行输出。

其中，x_i为每次曝光时像素的输出信号，n_i为相应的噪声分量，s为信号分量，经过西格玛模数转换器量化后，得到输出信号为：

1OSRΣi=1OSRxi=s+1OSRΣi=1OSRni+ne]]>

n_e为西格玛模数转换器的量化噪声。

用于微光图像传感器的低噪声信号读出装置，由微小像素阵列、信号读出电路、量化电路、数字图像处理单元、控制时序和接口电路组成，还包括曝光控制电路，曝光控制电路用于控制像素进行OSR次曝光，曝光结果输出到量化电路中的西格玛模数转换器，再依次经数字图像处理单元、控制时序和接口电路进行输出。

曝光控制电路产生OSR次曝光时序和采样时序，曝光时序有效时，像素进行曝光，采样时序有效时，ADC进行采样。

与已有技术相比，本发明的技术特点与效果：

本发明针对CMOS图像传感器在微光条件下，读出信号受随机噪声影响严重的问题，采用多次曝光和sigma-delta ADC结合应用的读出电路方案，可以有效降低读出信号中的随机噪声分量，提高信噪比。

本发明在不增加电路设计难度和硬件面积的条件下，降低了读出信号的随机噪声，提升了信噪比，能够有效地应用于微光条件下的CMOS图像传感器读出电路。

附图说明

图1微光条件多次曝光读出电路示意图。

图2像素的输出信号频谱及滤波函数。

具体实施方式

本发明的目的是解决微光读出电路信噪比的问题，提出一种基于多次曝光和Sigma-deltaADC结合应用的读出电路，削弱读出信号中的随机噪声影响，从而提高信噪比。更好地适用于微光条件下对图像传感器的要求。