專利名稱：一種圖像傳感器中圖像信號的讀出方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為一種圖像傳感器圖像信號的讀出方法及其電路，屬于互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(以下簡稱CMOS)圖像傳感器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
CMOS圖像傳感器是通過對每個像素的亮度信息進(jìn)行掃描讀出來獲得完整圖像的。在現(xiàn)有CMOS圖像傳感器中圖像信號是利用通過對像素進(jìn)行行列掃描，然后將掃描選通的像素信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的方法得到圖像信號的。隨著CMOS圖像傳感器的分辨率和圖像獲取速度的提高，采用傳統(tǒng)的讀出方法需要很高頻率的模數(shù)轉(zhuǎn)換，即電路實(shí)現(xiàn)時需要采樣頻率很高的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。為了降低模數(shù)轉(zhuǎn)換頻率，有許多方法通過使用多路模數(shù)轉(zhuǎn)換同時對多個像素進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。采用多模數(shù)轉(zhuǎn)換的方法在電路實(shí)現(xiàn)時需要很多模數(shù)轉(zhuǎn)換器，這樣不僅增加了電路的功耗和面積，而且也增加了成本。同時由于電路的其它面積增加，必然減小每個像素的受光面積，使CMOS圖像傳感器的靈敏度大大的降低，影響的圖像的獲取質(zhì)量。顯然這種方法的缺點(diǎn)不適應(yīng)現(xiàn)代CMOS大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路向高速低功耗方向發(fā)展的要求，尤其是對于各種移動的電子設(shè)備，比如可視通信手機(jī)，各種攝像機(jī)等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對已有CMOS圖像傳感器在高分辨率和高圖像獲取速度的情況下，需要很多路模數(shù)轉(zhuǎn)換同時進(jìn)行所帶來的各種弊端，提出一種圖像傳感器中圖像信號的讀出方法，以便在電路實(shí)現(xiàn)時可以用低速的模數(shù)轉(zhuǎn)換完成快速圖像獲取。
本發(fā)明提出的圖像傳感器中圖像信號的讀出方法，包括以下各個步驟(1)依次從圖像中選定掃描行，對選定的掃描行依次按列掃描頻率掃描各列像素；(2)對上述各列象素信號進(jìn)行截止頻率為Wn的低通濾波；(3)將低通濾波后的信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，得到數(shù)字圖像信號。
本發(fā)明提出的一種圖像傳感器中圖像信號的讀出方法，首先對每行圖像像素信號進(jìn)行截止頻率為Wn的低通濾波，然后用采樣時鐘頻率為2Wn的模數(shù)轉(zhuǎn)換對濾波后像素信號進(jìn)行采樣。由于在圖像的每行或每列信號中，信號的高頻成分很少，所以截止頻率Wn可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于列掃描頻率。由于Wn遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于列掃描頻率，所以模數(shù)轉(zhuǎn)換的頻率也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于列掃描頻率，從而在電路實(shí)現(xiàn)時可以用一個低速的模數(shù)轉(zhuǎn)換完成快速圖像獲取。本方法不僅可以只使用一路模數(shù)轉(zhuǎn)換完成快速圖像獲取，而且模數(shù)轉(zhuǎn)換的頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于列掃描的頻率。由于采用本發(fā)明的方法實(shí)現(xiàn)的電路只使用了一個采樣頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于列掃描頻率的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所以電路的面積和功耗性能比已有的多模數(shù)轉(zhuǎn)換器的CMOS圖像傳感器都好；又因?yàn)槟?shù)轉(zhuǎn)換的速率低，所以產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量小，給后端的圖像處理帶來了方便。


圖1至圖6是對本發(fā)明效果的說明。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提出的圖像傳感器中圖像信號的讀出方法，首先依次從圖像中選定掃描行，對選定的掃描行依次按列掃描頻率掃描各列像素；對各列象素信號進(jìn)行截止頻率為Wn的低通濾波；將低通濾波后的信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，得到數(shù)字圖像信號。
在上述讀出方法中，為了簡化后面的圖像壓縮處理過程，要求對于圖像的獲取速度很高，所以每秒中內(nèi)獲取的圖像數(shù)量很大，這樣對于高分辨率CMOS圖像傳感器必然要求很高的行和列掃描速度，其中列掃描速度是行掃描速度的水平分辨率倍。如果對于分辨率為1000×1000的CMOS圖像傳感器每秒獲取1000張圖片，則需要行掃描頻率為1MHz，而列掃描頻率則高達(dá)1000MHz。這樣高的掃描速度在實(shí)際中是非常必要的，而1000MHz的模數(shù)轉(zhuǎn)換器非常難實(shí)現(xiàn)，所以必須采用多個模數(shù)轉(zhuǎn)換器同時對多個像素進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。本發(fā)明為了把模數(shù)轉(zhuǎn)換器的工作速度在滿足畫面質(zhì)量要求的條件下降下來，對圖像每行信號進(jìn)行頻譜了分析，發(fā)現(xiàn)在每行信號中高頻成分所占的比例非常非常小，可以首先對其低通濾波然后再用大于濾波器截止頻率2倍的采樣率對濾波后的信號進(jìn)行采樣，這樣也可以恢復(fù)出滿意的圖像。這里濾波器的截止頻率可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要進(jìn)行優(yōu)化。
以下結(jié)合附圖介紹本發(fā)明方法的工作原理和低通濾波截止頻率與列掃描信號頻率之間的關(guān)系，用MATLAB對一個JPG格式的原始圖片進(jìn)行了低通濾波，濾波器的截止頻率Wn與列掃描信號頻率Fs之比分別為1/50、1/25、1/12.5、1/10和1/8。圖(1)為原始的JPG格式的圖片，圖(2)為Wn/Fs＝1/50的結(jié)果，圖(3)為Wn/Fs＝1/25的結(jié)果，圖(4)為Wn/Fs＝1/12.5的結(jié)果，圖(5)為Wn/Fs＝1/10的結(jié)果，圖(6)為Wn/Fs＝1/8的結(jié)果。通過對這些處理過的圖片觀察可以看出，當(dāng)Wn/Fs≥1/10時，低通濾波后的圖像與原始圖片的差別已經(jīng)很小，用肉眼很難區(qū)分其差別；而當(dāng)Wn/Fs≤1/25時，用肉眼就很容易覺察到圖像的質(zhì)量變差?？梢愿鶕?jù)不同的應(yīng)用選取不同的截止頻率。
權(quán)利要求
1.一種圖像傳感器中圖像信號的讀出方法，其特征在于該方法包括以下步驟(1)依次從圖像中選定掃描行，對選定的掃描行依次按列掃描頻率掃描各列像素；(2)對上述各列象素信號進(jìn)行截止頻率為Wn的低通濾波；(3)將低通濾波后的信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，得到數(shù)字圖像信號。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種圖像傳感器中圖像信號的讀出方法，屬于互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器技術(shù)領(lǐng)域。本方法首先依次從圖像中選定掃描行，對選定的掃描行依次按列掃描頻率掃描各列像素；對各列象素信號進(jìn)行截止頻率為Wn的低通濾波；將低通濾波后的信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，得到數(shù)字圖像信號。本發(fā)明的方法，截止頻率Wn遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于列掃描頻率，模數(shù)轉(zhuǎn)換的頻率也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于列掃描頻率，從而在電路實(shí)現(xiàn)時可以用低速的模數(shù)轉(zhuǎn)換完成快速圖像獲取。本發(fā)明的方法實(shí)現(xiàn)的電路只使用了一個采樣頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于列掃描頻率的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所以電路的面積和功耗性能好于多模數(shù)轉(zhuǎn)換器的圖像傳感器；又因?yàn)槟?shù)轉(zhuǎn)換的速率低，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量小，方便于后端的圖像處理。
文檔編號H04N1/028GK1564579SQ200410008788
公開日2005年1月12日 申請日期2004年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月19日
發(fā)明者李金城, 楊華中, 羅嶸, 汪蕙 申請人:清華大學(xué)