用于微光圖像傳感器的低噪聲信號讀出方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及模擬集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其涉及圖像傳感器在微光條件下工作時， 讀出電路的設(shè)計(jì)。具體講，涉及用于微光圖像傳感器的低噪聲信號讀出方法及裝置。 技術(shù)背景
[0002] CMOS圖像傳感器由微小像素陣列、信號讀出電路、量化電路、數(shù)字圖像處理單元、 控制時序和接口電路組成。其基本的工作過程為像素單元中的光電二極管實(shí)現(xiàn)光信號到 電信號的轉(zhuǎn)化，有源器件將電荷的變化轉(zhuǎn)化為電壓信號，在采樣保持電路中以電荷的形式 存儲在電容中，由讀出電路讀出直流電壓分量，再經(jīng)由量化電路將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信 號便于后續(xù)數(shù)字處理。隨著圖像傳感器應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，CMOS圖像傳感器需要適應(yīng)各種不 同的環(huán)境要求，其中工作在微光條件下的CMOS圖像傳感器對于電路設(shè)計(jì)提出了更高的要 求。微光條件下，受光照強(qiáng)度限制，像素單元曝光所產(chǎn)生的電信號小，受噪聲的影響顯著，不 能達(dá)到較高的信噪比要求，圖像質(zhì)量較差。為了提高信噪比，本發(fā)明提出一種基于多次曝光 和Sigma-deIta ADC結(jié)合應(yīng)用的讀出電路，削弱讀出信號中的隨機(jī)噪聲影響，從而提高信噪 比。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明旨在提出一種圖像傳感器讀出電路，削弱讀出信 號中的隨機(jī)噪聲影響，從而提高信噪比，更好地適用于微光條件下對圖像傳感器的要求。為 此，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，用于微光圖像傳感器的低噪聲信號讀出方法，在微小像素陣 列、信號讀出電路、量化電路、數(shù)字圖像處理單元、控制時序和接口電路組成的CMOS圖像傳 感器中，利用曝光控制電路控制像素進(jìn)行OSR次曝光，利用量化電路中的西格瑪模數(shù)轉(zhuǎn)換 器對每一次曝光所得的信號進(jìn)行一次采樣，經(jīng)過OSR次曝光，西格瑪模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣OSR 次，OSR次采樣信號在西格瑪模數(shù)轉(zhuǎn)換器中完成量化，然后依次經(jīng)數(shù)字圖像處理單元、控制 時序和接口電路進(jìn)行輸出。
[0004]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于微光圖像傳感器的低噪聲信號讀出方法，其特征是，在微小像素陣列、信號 讀出電路、量化電路、數(shù)字圖像處理單元、控制時序和接口電路組成的CMOS圖像傳感器中， 利用曝光控制電路控制像素進(jìn)行0SR次曝光，利用量化電路中的西格瑪模數(shù)轉(zhuǎn)換器對每一 次曝光所得的信號進(jìn)行一次采樣，經(jīng)過0SR次曝光，西格瑪模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣0SR次，0SR次 采樣信號在西格瑪模數(shù)轉(zhuǎn)換器中完成量化，然后依次經(jīng)數(shù)字圖像處理單元、控制時序和接 口電路進(jìn)行輸出。
2. 如權(quán)利要求1所述的用于微光圖像傳感器的低噪聲信號讀出方法，其特征是，
1其中，Xi為每次曝光時像素的輸出信號，rii為相應(yīng)的噪聲分量，s為 信號分量，經(jīng)過西格瑪模數(shù)轉(zhuǎn)換器量化后，得到輸出信號為：
I為西格瑪模數(shù)轉(zhuǎn)換器的量化噪聲。
3. -種用于微光圖像傳感器的低噪聲信號讀出裝置，其特征是，由微小像素陣列、信號 讀出電路、量化電路、數(shù)字圖像處理單元、控制時序和接口電路組成，還包括曝光控制電路， 曝光控制電路用于控制像素進(jìn)行0SR次曝光，曝光結(jié)果輸出到量化電路中的西格瑪模數(shù)轉(zhuǎn) 換器，再依次經(jīng)數(shù)字圖像處理單元、控制時序和接口電路進(jìn)行輸出。
4. 如權(quán)利要求1所述的用于微光圖像傳感器的低噪聲信號讀出裝置，其特征是，曝光 控制電路產(chǎn)生0SR次曝光時序和采樣時序，曝光時序有效時，像素進(jìn)行曝光，采樣時序有效 時，ADC進(jìn)彳丁米樣。
【專利摘要】本發(fā)明涉及模擬集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域，為提出一種圖像傳感器讀出電路，削弱讀出信號中的隨機(jī)噪聲影響，從而提高信噪比，更好地適用于微光條件下對圖像傳感器的要求。為此，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，用于微光圖像傳感器的低噪聲信號讀出方法及裝置，在微小像素陣列、信號讀出電路、量化電路、數(shù)字圖像處理單元、控制時序和接口電路組成的CMOS圖像傳感器中，利用曝光控制電路控制像素進(jìn)行OSR次曝光，利用量化電路中的西格瑪模數(shù)轉(zhuǎn)換器對每一次曝光所得的信號進(jìn)行一次采樣，OSR次采樣信號在西格瑪模數(shù)轉(zhuǎn)換器中完成量化，然后依次經(jīng)數(shù)字圖像處理單元、控制時序和接口電路進(jìn)行輸出。本發(fā)明主要應(yīng)用于模擬集成電路設(shè)計(jì)。
【IPC分類】H04N5-235, H04N5-357, H04N5-378
【公開號】CN104580948
【申請?zhí)枴緾N201410819717
【發(fā)明人】高靜, 楊柳, 聶凱明, 徐江濤, 史再峰, 姚素英, 高志遠(yuǎn)
【申請人】天津大學(xué)
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年12月24日