[发明专利]一种CMOS图像传感器的模拟图像信号处理方法及其电路

说明书

技术领域

本发明涉及通用图像数据处理，尤其是涉及一种在低端图像和视频信息产品中占据主导地位的CMOS图像传感器的模拟图像信号处理方法及其电路。

背景技术

现有互补型金属氧化物半导体图像传感器(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor Transistor Image Sensor，简称CMOS图像传感器)的信号处理电路包括前端的模拟图像信号处理电路和后端的数字图像信号处理电路。前端的模拟图像信号处理电路包括可以消除电路固定模式噪声(FixedPattern Noise，简称FPN)的相关双采样(Correlate Doubled Sampling，简称CDS)电路、色彩增益控制电路、曝光控制电路和暗光背景控制电路；后端的数字图像信号处理电路包括模数转换器和数字图像信号处理器。现有CMOS图像传感器的前端图像信号处理电路是采用多个电路模块或多级电路分别对像素矩阵提供的红色、绿1色、绿2色、蓝色(简称R、G1、G2、B)信号进行曝光增益控制、色彩增益控制和暗光背景控制，处理电路功能单一，电路复杂，增大了芯片面积，提高了制造成本，制约了产品小型化，尤其是不能完全消除由采样电路及其后级电路器件差异所带来的FPN噪声。

发明内容

本发明所要解决的一个技术问题是弥补上述现有技术的缺陷，提出一种能更好的去除图像噪声、简化电路，缩小芯片面积、降低成本的CMOS图像传感器的模拟图像信号处理方法。

本发明所要解决的另一个技术问题是弥补上述现有技术的缺陷，提出一种能更好的去除图像噪声、简化电路，缩小芯片面积、降低成本的CMOS图像传感器的模拟图像信号处理电路。

对于本发明的CMOS图像传感器的模拟图像信号处理方法来说，其技术问题通过以下技术方案予以解决。

这种CMOS图像传感器的模拟图像信号处理方法的特点是：

将像素矩阵分为奇数列像素和偶数列像素的对称两路，并通过相应的时序控制，将每一像素信号的相关双采样值在列时钟的正半周和负半周先后直接分别送至相应的两路对称、且仅由一级开关电容差分运算放大电路组成的奇、偶数列像素模拟图像信号处理电路中分别进行减法运算，运算结果在列时钟的负半周结束前取得，以完全消除由不同列中的采样电路及其列驱动电路器件差异所产生的动态噪声和电路固定模式噪声。

对于本发明的CMOS图像传感器的模拟图像信号处理方法来说，其技术问题通过以下进一步的技术方案予以解决。

通过所述开关电容差分运算放大电路的两组参数完全对称配置且容量由数字图像信号处理器输出的二进制的奇偶行增益值即色彩增益值控制同步调节的可调/固定色彩增益控制正、反相输入开关电容阵列，以及两组参数完全对称配置且容量由数字图像信号处理器输出的二进制的曝光增益值控制同步调节的曝光增益控制正、反相反馈开关电容阵列，分别对像素矩阵提供的R、G1、G2、B信号实现色彩增益控制和曝光增益控制。

还可以通过所述开关电容差分运算放大电路的两组参数完全对称配置且容量由数字图像信号处理器输出的二进制的曝光增益值控制同步调节的暗光背景控制正、反相输入开关电容阵列，以及设置在暗光背景控制正、反相输入开关电容阵列输入端将暗光背景控制电路输出的二进制的暗光背景值转换为偏移电压的正、负向暗光背景数模转换电路，分别对像素矩阵提供的R、G1、G2、B信号实现不受曝光增益控制影响的暗光背景控制。

对于本发明的CMOS图像传感器的模拟图像信号处理方法来说，其技术问题通过以下再进一步的技术方案予以解决。

所述同步调节的色彩增益控制输入开关电容阵列、曝光增益控制反馈开关电容阵列以及暗光背景控制输入开关电容阵列，是在二进制的控制值控制下由数量为3～8、容量成公比为2的等比数列电容依次接入并联所组成的开关电容阵列，其同步调节通过内部或者外部数字图像信号处理器自动反馈控制。

所述奇偶行增益值即色彩增益值、曝光增益值控制的调节级数为23～28即8～256，通过内部或者外部数字图像信号处理器自动反馈控制色彩增益控制输入开关电容阵列、曝光增益控制反馈开关电容阵列的容量实现同步调节。

所述暗光背景值控制的调节级数为2³～2⁸即8～256，通过内部暗光背景控制电路自动反馈同步调节其输出的3～8位的二进制的正、负向暗光背景值，即相应的暗光背景正、反相输入开关电容阵列的输入端的正、负向偏移电压值实现。