CMOS图像传感器曝光时序控制方法技术

本发明专利技术公开了一种CMOS图像传感器曝光时序控制方法，其创新在于：在单个非初始帧周期的控制中，加入检测阶段，对当前曝光时间和前一帧周期的读出时间的时间大小关系进行检测，根据检测结果，对检测阶段的结束时刻进行调节，从而使得CMOS图像传感器可以根据曝光时间长短对曝光操作的起始时间进行自动调节；本发明专利技术的有益技术效果是：提出了一种CMOS图像传感器曝光时序控制方法，该方法可以通过检测当前曝光时间和前一帧周期的读出时间的时间大小，来对曝光操作的起始时间进行自动调节，保证CMOS图像传感器在各种曝光时间条件下均能正常工作，最终就能使CMOS图像传感器的曝光时间可调性得到大幅扩展。

【技术实现步骤摘要】
CMOS图像传感器曝光时序控制方法
本专利技术涉及一种CMOS图像传感器控制技术，尤其涉及一种CMOS图像传感器曝光时序控制方法。
技术介绍
CMOS图像传感器中的主要电路有像素电路、放大量化处理电路和读出电路，其中，像素电路用于生成光生电荷，放大量化处理电路用于对光生电荷进行放大、量化处理，读出电路用于对放大量化处理电路输出的信号进行读出操作。读出电路正常工作时，只能逐帧对图像信号进行处理，若前一帧图像信号的读出操作还未结束，后一帧图像信号就进入读出电路，将会导致CMOS图像传感器无法正常工作，因此，在设计控制时序时，需要考虑前一帧图像的读出时间和后一帧图像的曝光时间之间的约束关系。实际情况中，曝光时间可调是CMOS图像传感器的一项重要性能指标，曝光时间可调将会导致前述的约束关系更加复杂，具有可调性的曝光时间，其长短具有不确定性，曝光时间既可能大于读出时间，也可能小于读出时间；现有的CMOS图像传感器无法对“约束关系”进行自动调节，因此，现有技术在改变曝光时间时，一般还要同步改变相应的控制时序，而时序设计十分麻烦，对于单个CMOS图像传感器而言，器件上不可能预存大量的控制时序，这就导致单个CMOS图像传感器只能在有限数量的曝光时间种类中进行调节，调节灵活性较差。
技术实现思路
针对
技术介绍
中的问题，本专利技术提出了一种CMOS图像传感器曝光时序控制方法，所述CMOS图像传感器按帧周期连续输出单帧图像数据；第一个帧周期记为初始帧周期，后续帧周期记为非初始帧周期；其创新在于：单个非初始帧周期的处理过程包含如下四个处理阶段：检测阶段、曝光阶段、信号处理阶段和信号读出阶段；当前非初始帧周期所对应的检测阶段、曝光阶段、信号处理阶段和信号读出阶段分别记为当前检测阶段、当前曝光阶段、当前信号处理阶段和当前信号读出阶段；当前曝光阶段的时间长度记为当前曝光时间；所述信号读出阶段的时间长度记为读出时间；当前检测阶段结束时，立即开始当前曝光阶段，当前曝光阶段结束时，立即开始当前信号处理阶段，当前信号处理阶段结束时，立即开始当前信号读出阶段；当前曝光阶段开始时，同步开始后一非初始帧周期的检测阶段；当前检测阶段中，将当前曝光时间与前一帧周期的读出时间进行比较：若当前曝光时间大于前一帧周期的读出时间，则调整当前检测阶段的结束时刻，使当前曝光阶段的起始时刻与前一帧周期的读出阶段的起始时刻同步；若当前曝光时间小于前一帧周期的读出时间，则调整当前检测阶段的结束时刻，使当前曝光阶段的结束时刻与前一帧周期的读出阶段的结束时刻同步；当前曝光阶段中，控制CMOS图像传感器的像素电路进行曝光操作，生成光生电荷；当前信号处理阶段中，控制CMOS图像传感器的放大量化处理电路对像素电路输出的光生电荷进行放大、量化处理；当前信号读出阶段中，控制CMOS图像传感器的读出电路对放大量化处理电路输出的信号进行转移操作。本专利技术的原理是：在单个非初始帧周期的控制中，加入检测阶段，对当前曝光时间和前一帧周期的读出时间的时间大小关系进行检测，根据检测结果，对检测阶段的结束时刻进行调节，从而使得CMOS图像传感器可以根据曝光时间长短对曝光操作的起始时间进行自动调节，保证CMOS图像传感器在各种曝光时间条件下均能正常工作，最终就能使CMOS图像传感器的曝光时间可调性得到大幅扩展。为便于本领域技术人员实施本专利技术，本专利技术还公开了一种基于前述方法的CMOS图像传感器曝光时序控制装置，所述CMOS图像传感器包括互相匹配的像素电路、放大量化处理电路和读出电路；其创新在于：所述CMOS图像传感器曝光时序控制装置包括曝光时间寄存器、曝光时间检测模块、曝光时间计数模块、曝光时序控制模块、FOT时序控制模块、读出时序控制模块、比较模块、曝光起始位置控制模块、控制电路和三个数据选择器；三个数据选择器分别记为数据选择器一、数据选择器二和数据选择器三；所述数据选择器有两个输入端、一个输出端和一个控制端，数据选择器的控制端用于接收控制信号，数据选择器能在控制信号的控制下，将两个输入端中的一者选通至输出端；所述控制电路有四个控制信号输出端、一个使能信号输出端和一个数据传输端口；所述曝光时间寄存器与控制电路的第一控制信号输出端连接，同时，曝光时间寄存器与数据选择器一的第一输入端连接；所述曝光时间检测模块与控制电路的第二控制信号输出端连接，同时，曝光时间检测模块与数据选择器一的第二输入端连接；所述数据选择器一的控制端与控制电路的第三控制信号输出端连接；所述曝光时间计数模块与数据选择器一的输出端连接，同时，曝光时间计数模块与数据选择器二的输出端连接；数据选择器二的控制端与控制电路的第四控制信号输出端连接，数据选择器二的第一输入端与控制电路的使能信号输出端连接，数据选择器二的第二输入端与数据选择器三的输出端连接；所述曝光时序控制模块与曝光时间计数模块连接；所述FOT时序控制模块与曝光时序控制模块连接，同时，FOT时序控制模块与数据选择器三的第一输入端连接；所述读出时序控制模块与FOT时序控制模块连接；所述比较模块与控制电路的数据传输端口连接，比较模块的输出端与数据选择器三的控制端连接；所述曝光起始位置控制模块与数据选择器三的第二输入端连接，同时，曝光起始位置控制模块与曝光时间计数模块连接；所述控制电路能通过第一控制信号输出端对曝光时间寄存器的动作进行控制，并且，控制电路能对预存在曝光时间寄存器内的内部曝光时间进行修改；所述控制电路能通过第二控制信号输出端对曝光时间检测模块的动作进行控制，并且，控制电路能向曝光时间检测模块先后输出触发脉冲和结束脉冲；所述控制电路能通过第三控制信号输出端控制数据选择器一的动作；所述控制电路能通过第四控制信号输出端控制数据选择器二的动作；所述控制电路能通过使能信号输出端向数据选择器二输出使能信号；所述控制电路能通过数据传输端口向比较模块输出曝光控制时间和读出时间；所述读出时间即为读出操作的时长；所述曝光时间检测模块能以计数方式检测出触发脉冲和结束脉冲的时间间隔，所述时间间隔记为外部曝光时间；所述数据选择器一能在控制电路的控制下，将内部曝光时间和外部曝光时间中的一者输出至曝光时间计数模块；数据选择器一的输出信号记为曝光时间；数据选择器二输出的信号记为触发信号；所述曝光时间计数模块能对收到的曝光时间进行缓存；得到曝光时间的同时，曝光时间计数模块将曝光时间传输至曝光起始位置控制模块；曝光时间计数模块能在触发信号的触发下，向曝光时序控制模块输出开始命令；输出开始命令的同时，曝光时间计数模块开始计数，当计数时长达到曝光时间的时长时，曝光时间计数模块向曝光时序控制模块和曝光起始位置控制模块同步输出结束命令；收到开始命令时，所述曝光时序控制模块向像素电路输出第一驱动信号，控制像素电路进行曝光操作；收到结束命令时，所述曝光时序控制模块向像素电路输出第二驱动信号，控制像素电路结束曝光操作；输出第二驱动信号的同时，曝光时序控制模块向FOT时序控制模块输出第一触发信号；所述FOT时序控制模块内预存有FOT控制时序；收到第一触发信号时，FOT时序控制模块根据FOT控制时序，控制放大量化处理电路对像素电路输出的光生电荷进行放大、量化处理；放大、量化处理结束时，FOT时序控制模块向数据选择器三和读出时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种CMOS图像传感器曝光时序控制方法，所述CMOS图像传感器按帧周期连续输出单帧图像数据；第一个帧周期记为初始帧周期，后续帧周期记为非初始帧周期；其特征在于：单个非初始帧周期的处理过程包含如下四个处理阶段：检测阶段、曝光阶段、信号处理阶段和信号读出阶段；当前非初始帧周期所对应的检测阶段、曝光阶段、信号处理阶段和信号读出阶段分别记为当前检测阶段、当前曝光阶段、当前信号处理阶段和当前信号读出阶段；当前曝光阶段的时间长度记为当前曝光时间；所述信号读出阶段的时间长度记为读出时间；当前检测阶段结束时，立即开始当前曝光阶段，当前曝光阶段结束时，立即开始当前信号处理阶段，当前信号处理阶段结束时，立即开始当前信号读出阶段；当前曝光阶段开始时，同步开始后一非初始帧周期的检测阶段；当前检测阶段中，将当前曝光时间与前一帧周期的读出时间进行比较：若当前曝光时间大于前一帧周期的读出时间，则调整当前检测阶段的结束时刻，使当前曝光阶段的起始时刻与前一帧周期的读出阶段的起始时刻同步；若当前曝光时间小于前一帧周期的读出时间，则调整当前检测阶段的结束时刻，使当前曝光阶段的结束时刻与前一帧周期的读出阶段的结束时刻同步；当前曝光阶段中，控制CMOS图像传感器的像素电路进行曝光操作，生成光生电荷；当前信号处理阶段中，控制CMOS图像传感器的放大量化处理电路对像素电路输出的光生电荷进行放大、量化处理；当前信号读出阶段中，控制CMOS图像传感器的读出电路对放大量化处理电路输出的信号进行转移操作。...

【技术特征摘要】
1.一种CMOS图像传感器曝光时序控制方法，所述CMOS图像传感器按帧周期连续输出单帧图像数据；第一个帧周期记为初始帧周期，后续帧周期记为非初始帧周期；其特征在于：单个非初始帧周期的处理过程包含如下四个处理阶段：检测阶段、曝光阶段、信号处理阶段和信号读出阶段；当前非初始帧周期所对应的检测阶段、曝光阶段、信号处理阶段和信号读出阶段分别记为当前检测阶段、当前曝光阶段、当前信号处理阶段和当前信号读出阶段；当前曝光阶段的时间长度记为当前曝光时间；所述信号读出阶段的时间长度记为读出时间；当前检测阶段结束时，立即开始当前曝光阶段，当前曝光阶段结束时，立即开始当前信号处理阶段，当前信号处理阶段结束时，立即开始当前信号读出阶段；当前曝光阶段开始时...

【专利技术属性】
技术研发人员：任思伟，祝晓笑，刘昌举，李明，刘戈扬，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第四十四研究所，
类型：发明
国别省市：重庆,50