Cmos圖像傳感器自動曝光方法及裝置的制造方法
【專利說明】CMOS圖像傳感器自動曝光方法及裝置
[0001]
發明領域
[0002]本發明涉及CMOS圖像傳感器設計技術，尤其涉及一種適用于CMOS圖像傳感器的自動曝光裝置及其算法。
【背景技術】
[0003]隨著CMOS圖像傳感器(CMOS image sensor，簡稱為CIS)標準工藝的不斷進步，CIS的成像質量在不斷的提升之后，已經可以與CCD媲美，同時憑借其高集成度、低功耗、低成本等優勢，已在許多領域得以大范圍應用。在CIS成像中，曝光是指在一定的時間內，將一定強度和數量的光信號轉換成電信號的過程。曝光對圖像質量的影響非常明顯，曝光過度，會使得圖像過亮，看起來像漂白過；而曝光不足，則會導致圖像太暗，曝光不足與曝光過度均會引起圖像細節的損失。曝光量是指影響圖像亮度的光圈大小、曝光時間、模擬增益和數字增益的一個綜合統計值。目標亮度是指圖像最適合人眼要求的理想亮度。
[0004]CIS的自動曝光技術是指傳感器計算當前圖像的曝光量，通過調整像素單元的曝光時間、模擬增益和數字增益，從而調整傳感器的曝光量，使得圖像的亮度能夠逐漸接近并達到目標亮度，從而滿足人眼的視覺要求。其中，所述模擬增益是指前端模擬電路中可編程增益放大器的模擬增益，所述數字增益是指圖像處理部分的數字增益。曝光時間的長短與圖像亮度直接相關，在拍攝靜止物體時，長曝光時間可增加圖像曝光量，得到高亮度的圖像。但是，在拍攝運動物體時，若曝光時間過長，且物體的運動速度較快，則會在一幀的曝光時間之內，由于物體的運動而形成陰影，降低圖像質量。因此，為保證運動物體的拍攝質量，需要曝光時間盡可能短，即優先保證曝光時間，在此基礎上，通過優先調整模擬增益從而調整曝光量(模擬增益調整到最大之后，圖像亮度仍不夠則再調整曝光時間)，這種方法被稱之為CMOS圖像傳感器自動曝光技術中快門優先的自動曝光模式。然而，調整可編程增益放大器的模擬增益，會帶來一定的噪聲，且增益越大噪聲越大。因此，為了降低噪聲，需要模擬增益盡可能低，即優先保證模擬增益，通過優先調整曝光時間從而調整曝光量(曝光時間調整到最大之后，圖像亮度仍不夠則再調整模擬增益)，這種方法被稱之為CMOS圖像傳感器自動曝光技術中增益優先的自動曝光模式。無論是快門優先自動曝光模式，或者是增益優先自動曝光模式，當曝光時間與模擬增益均調整到最大，但圖像亮度仍然不能達到目標亮度時，則調整數字增益達到目標亮度。
[0005]現有技術CMOS圖像傳感器自動曝光方法，無論是快門優先自動曝光模式，還是增益優先自動曝光模式，均無法同時兼顧運動物體拍攝與低噪聲水平。顯然，現有技術CMOS圖像傳感器自動曝光方法存在著不能同時兼顧運動物體拍攝與低噪聲水平的問題。
【發明內容】
[0006]為解決現有技術CMOS圖像傳感器自動曝光方法存在的不能同時兼顧運動物體拍攝與低噪聲水平的問題，本發明提出一種CMOS圖像傳感器自動曝光方法及裝置。本發明CMOS圖像傳感器自動曝光方法，在獲取當前拍攝的圖像后，計算圖像的當前曝光量和目標亮度閾值，計算當前曝光量到目標亮度閾值之間需要調整的傳感器曝光量并將其劃分為2n+l個曝光量分段；依據每個分段的曝光量及該分段的奇偶性采用曝光時間和模擬增益交替調整的方式調整曝光量直至曝光量達到目標亮度閾值；如曝光時間和模擬增益均調整到最大值，曝光量仍未達到目標亮度閾值，則調整數字增益；其中，η為大于I的自然數，所述目標亮度閾值是指當前曝光條件下圖像達到最適合人眼要求的理想亮度所需的最佳曝光量。
[0007]進一步的，本發明CMOS圖像傳感器自動曝光方法，依據每個分段的曝光量及該分段的奇偶性采用曝光時間和模擬增益交替調整的方式調整曝光量直至曝光量達到目標亮度閾值，包括，在奇數分段，即第1，3，5，…2n+l分段調整時，采用調整曝光時間的方式調整一個分段的曝光量，在偶數分段，即第2，4，6，…2n分段調整時，采用調整模擬增益的方式調整一個分段的曝光量；并在每次調整后拍攝圖像，計算拍攝圖像的曝光量并與目標亮度閾值進行比較，如果曝光量達到了目標亮度閾值，則停止調整；如果曝光量未達到目標亮度閾值，則進行下一次調整；直至曝光時間和模擬增益均調整到最大值。
[0008]進一步的，本發明CMOS圖像傳感器自動曝光方法，包括以下步驟；
51、獲取當前曝光的圖像；
52、計算圖像的當前曝光量和目標亮度閾值；所述目標亮度閾值是指當前曝光條件下圖像達到最適合人眼要求的理想亮度所需的最佳曝光量；
53、計算當前曝光量到目標亮度閾值之間需要調整的傳感器曝光量并將其劃分為2n+l個曝光量分段；n為大于I的自然數；
54、判斷是否為奇數分段調整，即第是否為1，3，5，…2n+l分段調整，是則執行步驟S5，否則執行步驟S6
55、采用調整曝光時間的方式調整一個分段的曝光量，執行步驟S7;
56、采用調整模擬增益的方式調整一個分段的曝光量；
57、再次曝光拍攝并獲取圖像；
58、計算拍攝圖像的當前曝光量；
59、判斷當前曝光量是否達到目標亮度閾值，是則執行步驟12，否則執行步驟SlO;
510、判斷當前曝光時間和曝光量是否已經達到最大值，是則執行步驟S11，否則往復執行步驟S4 ；
511、調整數字增益，往復執行步驟S7;
512、結束調整。
[0009]本發明CMOS圖像傳感器自動曝光裝置，包括，曝光量分段模塊、曝光計算模塊、閾值比較模塊、調整模塊和控制模塊；其中，
曝光量分段模塊能夠計算當前曝光量到目標亮度閾值之間需要調整的傳感器曝光量并將其劃分為2n+l個曝光量分段；其中，η為大于I的自然數；
曝光計算模塊能夠在獲取曝光的圖像后，計算圖像的當前曝光量和目標亮度閾值；所述目標亮度閾值是指當前曝光條件下圖像達到最適合人眼要求的理想亮度所需的最佳曝光量； 閾值比較模塊能夠將圖像的當前曝光量與目標亮度閾值進行比較，并判斷圖像的當前曝光量是否已經達到目標亮度閾值；
調整模塊能夠根據指令分別采用調整曝光時間、模擬增益或數字增益的方式調整傳感器曝光量；
控制模塊能夠協調各個模塊之間的操作和信息交互；包括，控制曝光量分段模塊計算當前曝光量到目標亮度閾值之間需要調整的傳感器曝光量并將其劃分為2n+l個曝光量分段；對奇數分段的調整，控制調整模塊調整曝光時間；對偶數分段的調整，控制調整模塊調整模擬增益；在每次調整后再次曝光拍攝并獲取圖像，然后，控制曝光計算模塊計算拍攝圖像的拍攝曝光量，控制閾值比較模塊判斷圖像的當前曝光量是否已經達到目標亮度閾值；如未達到，則控制調整模塊再次進行調整；當曝光時間和模擬增益均達到最大值且圖像曝光量未達到目標亮度閾值時，控制調整模塊調整數字增益，直至達到目標亮度閾值。
[0010]本發明CMOS圖像傳感器自動曝光方法及裝置的有益技術效果是整合了快門優先自動曝光模式和增益優先自動曝光模式的優點，同時兼顧運動物體拍攝與低噪聲水平的要求，有效的提高了 CMOS圖像傳感器的拍攝質量。
【附圖說明】
[0011]附圖1為本發明CMOS圖像傳感器自動曝光方法的步驟示意圖；
附圖2為本發明CMOS圖像傳感器自動曝光裝置的結構示意圖。
[0012]下面結合附圖及具體實施例對本發明CMOS圖像傳感器自動曝光方法及裝置作進一步的說明。
【具體實施方式】
[0013]本發明CMOS圖像傳感器自動曝光方法，在獲取當前拍攝的圖像后，計算圖像的當前曝光量和目標亮度閾值，計算當前曝光量到目標亮度閾值之間需要調整的傳感器曝光量并將其劃分為2n+l個曝光量分段；依據每個分段的曝光量及該分段的奇偶性采用曝光時間和模擬增益交替調整的方式調整曝光量直至曝光量達到目標亮度閾值；如曝光時間和模擬增益均調整到最大值，曝光量仍未達到目標亮度閾值，則調整數字增益；其中，η為大于I的自然數，所述目標亮度閾值是指當前曝光條件下圖像達到最適合人眼要求的理想亮度所需的最佳曝光量。
[0014]同時，本發明CMOS圖像傳感器自動曝光方法，依據每個分段的曝光量及該分段的奇偶性采用曝光時間和模擬增益交替調整的方式調整曝光量直至曝光量達到目標亮度閾值，包括，在奇數分段，即第I，3，5，…2n+l分段調整時，采用調整曝光時間的方式調整一個分段的曝光量，在偶數分段，即第2，4，6，…2n分段調整時，采用調整模擬增益的方式調整一個分段的曝光量；并在每次調整后拍攝圖像，計算拍攝圖像的曝光量并與目標亮度