圖像傳感器的直方圖均衡化模數轉換電路及方法
【專利說明】圖像傳感器的直方圖均衡化模數轉換電路及方法
[0001]
技術領域
[0002]本發明涉及一種圖像傳感器模數轉換集成電路技術領域，具體涉及一種圖像傳感器的直方圖均衡化模數轉換電路及方法。
【背景技術】
[0003]隨著集成電路技術的發展，具有集成度高、尺寸小、成本低、功耗低等特點單芯片信號處理電路取代傳統多芯片圖像處理方案，廣泛應用于保安相機、手機、計算機網絡視頻會議系統、無線手持式視頻會議系統、條形碼掃描器、傳真機、玩具、生物顯微計數、某些車用攝像系統等大量商用領域。
[0004]將多種功能的信號處理電路集成在一個芯片上是現有圖像傳感器處理電路最顯著的優點。模數轉換器電路是信號處理電路的常用處理電路。模數轉換器電路的基本思想是對圖像的電學信號進行線性轉換，量化圖像的數字值，將量化后的數字值輸入后續圖像處理電路后，生成數字圖像。
[0005]采用線性模數轉換器電路的圖像傳感器對光線適度的環境有較好的圖像采集性能，但是在光線過明或者過暗環境下，對光強的敏感度較低，導致物體細節無法采集，圖像失真嚴重。
[0006]直方圖均衡化方法的基本思想是，對在圖像中像素個數多的灰度級進行展寬，而對像素個數少的灰度級進行縮減，從而達到清晰圖像的目的。
【發明內容】
[0007]本發明針對【背景技術】中存在的不足，要解決的技術問題是:提供一種在光線過明或者過暗環境下，能夠保存圖像的小信號細節，提高圖像質量的圖像傳感器的直方圖均衡化模數轉換電路及方法。
[0008]本發明為解決上述技術問題，采用的技術方案為:一種圖像傳感器的直方圖均衡化模數轉換電路，包括像素陣列、后續圖像處理電路和直方圖估算電路，其改進在于:還包括電壓接入優化電路和可優化模數轉換內核，像素陣列輸出的模擬信號輸入到可優化模數轉換內核進行數模轉換處理，可優化模數轉換內核輸出的數字信號一路反饋到直方圖估算電路，直方圖估算電路計算當前圖像的亮度平均值；
亮度平均值輸入到電壓接入優化電路，電壓接入優化電路根據當前圖像的亮度平均值的變化，輸出變化的模擬電壓值，該模擬電壓值自動調整可優化模數轉換內核的非線性模數轉換特性；
可優化模數轉換內核輸出的數字信號另外一路輸入到后續圖像處理電路。
[0009]進一步，所述電壓接入優化電路由電阻陣列和開關陣列組成，開關陣列的開關數目與亮度平均值的取值范圍相對應。
[0010]進一步，所述可優化模數轉換內核含電壓優化節點、緩沖器和電阻陣列型模數轉換器，電壓優化節點接收電壓接入優化電路輸出的模擬電壓值，模擬電壓值通過緩沖器的驅動后，輸送到電阻陣列型模數轉換器的電阻陣列中值節點處。
[0011]一種圖像傳感器的直方圖均衡化模數轉換方法，包括像素陣列、后續圖像處理電路和直方圖估算電路，其特征在于:還包括電壓接入優化電路和可優化模數轉換內核，
a.首先像素陣列輸出的模擬信號輸入到可優化模數轉換內核進行數模轉換處理，然后可優化模數轉換內核輸出的數字信號一路反饋到直方圖估算電路，直方圖估算電路計算當前圖像的亮度平均值；
b.接下來亮度平均值輸入到電壓接入優化電路，電壓接入優化電路根據當前圖像的亮度平均值的變化，輸出變化的模擬電壓值，該模擬電壓值自動調整可優化模數轉換內核的非線性模數轉換特性；
c.可優化模數轉換內核輸出的數字信號從另外一路輸入到后續圖像處理電路。
[0012]本發明與現有技術相比，有益效果在于:直方圖均衡化模數轉換器對圖像信號進行非線性拉伸，重新分配圖像的像素值，使一定灰度范圍內的像素數量大致相同，在光線過明或者過暗環境下，能夠最大限度的保存圖像的小信號細節，提高圖像質量。同時，集成電路減小了電路規模，節約電路成本。
【附圖說明】
[0013]圖1是現有圖像傳感器電路的結構框圖；
圖2是本發明實施方式之一的圖像傳感器電路的結構框圖；
圖3是本發明的電壓接入優化電路的結構框圖；
圖4是本發明的可優化模數轉換器內核的結構框圖；
圖5是本發明的可優化模數轉換器內核中的緩沖器的電路結構示意圖。
[0014]
【具體實施方式】
下面結合附圖對本發明的實施方式作進一步詳細說明，但本發明的保護范圍并不限于具體實施例。
[0015]見圖1至圖5所示，一種圖像傳感器的直方圖均衡化模數轉換電路，包括像素陣列、后續圖像處理電路和直方圖估算電路，其特征在于:還包括電壓接入優化電路和可優化模數轉換內核，像素陣列輸出的模擬信號輸入到可優化模數轉換內核進行數模轉換處理，可優化模數轉換內核輸出的數字信號一路反饋到直方圖估算電路，直方圖估算電路計算當前圖像的亮度平均值；亮度平均值輸入到電壓接入優化電路，電壓接入優化電路根據當前圖像的亮度平均值的變化，輸出變化的模擬電壓值，該模擬電壓值自動調整可優化模數轉換內核的非線性模數轉換特性；可優化模數轉換內核輸出的數字信號另外一路輸入到后續圖像處理電路。
[0016]本發明的基本思想是對圖像信號進行非線性拉伸，重新分配圖像的像素值，使一定灰度范圍內的像素數量大致相同。通過直方圖均衡化模數轉換器后，轉換特性可以根據環境明暗的不同自動調整，圖像在光線過明或者過暗環境下，能夠最大限度的保存圖像的小信號細節，提高圖像質量。
[0017]直方圖平均值估算方法為直方圖評估方法的一種，其原理為:估算圖像的亮度平均值，做為直方圖的特征值，直方圖平均值估算方法的計算公式如下:
圖像的亮度平均值=Σ圖像各像素亮度/圖像像素數，平均值只取整數部分。
[0018]具體實例中，采用Sbits精度的電阻陣列型模數轉換器，圖像的亮度平均值的取值范圍為0~255。電壓接入優化電路由電阻陣列和開關陣列組成，開關陣列的開關數目與亮度平均值的取值范圍相對應。電阻陣列的基準電平和可優化模數轉換內核的基準電平相同，為:高電平VrefH，低電平VrefL。假設當前圖像的亮度平均值為X，則開關Sx導通，輸出對應的電壓Vx。
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