像素曝光方法技术

本发明专利技术提供一种像素曝光方法，包括如下步骤：S1、采用全局快门曝光方式对图像传感器的全部像素进行第一帧曝光，并将每个像素曝光后产生的第一曝光电荷从光电二极管转移到存储二极管中；S2、对光电二极管进行复位，再次采用全局快门曝光方式对图像传感器的全部像素进行第二帧曝光，并将每个像素曝光后产生的第二曝光电荷从光电二极管转移到存储二极管中；S3、先后将全部的第一曝光电荷和全部的第二曝光电荷从存储二极管转移至浮动扩散节点，并逐行读出。本发明专利技术通过改变像素的控制时序，在不损失时间分辨率及空间分辨率的前提下，拍摄高速运动的物体时，可有效抑制图像的运动伪影。可有效抑制图像的运动伪影。可有效抑制图像的运动伪影。

【技术实现步骤摘要】
像素曝光方法


[0001]本专利技术涉及图像处理
，特别涉及一种实现高动态范围的像素曝光方法。

技术介绍

[0002]人类的眼睛能够探测大于160dB的动态范围，然而如今大部分的图像传感器只能记录大约70dB的动态范围。所以人们对于高动态范围的图像传感器的需求从未停止过。如今有很多方案能够提高成像系统的动态范围。
[0003]常见的提高动态范围的方式是对同一个场景采集两张图像，然后进行合成，这两张图像的曝光时间一长一短，长短曝光时序如图1所示，先进行短曝光读出短曝光结果，再进行长曝光读出长曝光结果。对于短曝光的图像，光信号较弱的像素因读出噪音的原因，导致信息丢失。对于长曝光的图像，光信号比较强的像素因受到饱和满阱的限制，导致其信息丢失。因此，在进行图像合成时，高光照的区域使用短曝光图像中的信息，低光照的区域使用长曝光图像中的信息，合成后的高动态图像将光信号强和弱的像素信息都保留下来。这种方式的问题是两张图像的曝光速度是一张图像曝光速度的一倍，当拍摄高速运动的物体时，由于长短曝光时间间隔较长，易产生运动伪影。
[0004]为了抑制运动伪影，可以采用牺牲分辨率的方式来避免帧频的下降。如：在同一帧图像中对奇偶行像素采用不同的曝光时间，因为其曝光时间在同一帧中，奇偶行长短曝光的时间差比两帧之间进行长短曝光的时间间隔要小很多，对合成图像运动伪影现象的抑制有很大帮助。这种方式可以保持帧频不变，但空间分辨率会下降两倍。
[0005]因此，传统的提升图像传感器动态范围的方法，或损失空间分辨率(有效阵列大小)，或损失时间分辨率(帧频)，无做到两全其美。

技术实现思路

[0006]本专利技术旨在克服现有技术存在的缺陷，提出以一种像素曝光方法，通过改变像素的控制时序，在不损失时间分辨率及空间分辨率的前提下，可有效抑制图像的运动伪影。
[0007]具体地，本专利技术提供的像素曝光方法，包括如下步骤：
[0008]S1、采用全局快门曝光方式对图像传感器的全部像素进行第一帧曝光，并将每个像素曝光后产生的第一曝光电荷从光电二极管转移到存储二极管中；
[0009]S2、对光电二极管进行复位，再次采用全局快门曝光方式对图像传感器的全部像素进行第二帧曝光，并将每个像素曝光后产生的第二曝光电荷从光电二极管转移到存储二极管中；
[0010]S3、先后将全部的第一曝光电荷和全部的第二曝光电荷从存储二极管转移至浮动扩散节点，并逐行读出。
[0011]优选地，在步骤S2中，对光电二极管进行复位的过程如下：
[0012]通过脉冲信号控制像素复位晶体管的高低电平，对光电二极管进行复位。
[0013]优选地，通过寄存器对脉冲信号的脉冲宽度进行调节。
[0014]优选地，步骤S1包括如下步骤：
[0015]分别对光电二极管、浮动扩散节点、存储二极管进行复位，清除各自内部存储的电荷；
[0016]将第一电荷转移晶体管调节为高电平，使光电二极管存储的第一曝光电荷转移到存储二极管中。
[0017]优选地，步骤S2包括如下步骤：
[0018]再次将第一电荷转移晶体管调节为高电平，使光电二极管存储的第二曝光电荷转移到存储二极管中。
[0019]优选地，步骤S3包括如下步骤：
[0020]S310、将第二电荷转移晶体管调节为高电平，使存储二极管内存储的第一曝光电荷转移到浮动扩散节点中；
[0021]S320、控制选择晶体管的高低电平，通过读出电路逐行读出存储在浮动扩散节点的第一曝光电荷所对应的第一曝光结果电压；
[0022]S330、控制复位晶体管的高低电平，对浮动扩散节点进行复位，并通过读数电路读出浮动扩散节点的第一曝光复位电压；
[0023]S340、通过读出电路对第一曝光复位电压与第一曝光结果电压进行相减，将相减后的电压转换为数字信号输出；
[0024]S350、通过控制复位晶体管的高低电平，再次对浮动扩散节点进行复位，并控制选择晶体管的高低电平，通过读出电路逐行读出第二曝光复位电压；
[0025]S360、将第二电荷转移晶体管调节为高电平，使存储二极管内存储的第二曝光电荷转移到浮动扩散节点中；
[0026]S370、控制选择晶体管的高低电平，通过读出电路逐行读出存储在浮动扩散节点的第二曝光电荷所对应的第二曝光结果电压；
[0027]S380、通过读出电路对第二曝光复位电压与第二曝光结果电压进行相减，将相减后的电压转换为数字信号输出。
[0028]优选地，第一帧曝光时间长于或短于第二帧曝光时间。
[0029]优选地，在步骤S310中，第一曝光电荷的转移在第一帧曝光与第二帧曝光的间隔时间中进行或在第二帧曝光的开始阶段进行。
[0030]与现有技术相比，本专利技术能够取得以下技术效果：
[0031]1、采用全局快门曝光的长短曝光方式，未降低图像传感器的时间分辨率和空间分辨率。
[0032]2、通过改变像素的控制时序，在不损失时间分辨率及空间分辨率的前提下，拍摄高速运动的物体时，可有效抑制图像的运动伪影。
附图说明
[0033]图1是传统的长短曝光的时序示意图；
[0034]图2是根据本专利技术一个实施例的全局快门像素的结构示意图；
[0035]图3是根据本专利技术一个实施例的像素曝光方法的时序示意图；
[0036]图4是根据本专利技术一个实施例的像素曝光方法的流程示意图。
[0037]其中的附图标记包括：像素复位晶体管GRST、光电二极管PD、第一电荷转移晶体管TX1、第二电荷转移晶体管TX2、存储二极管MN、复位晶体管RST、浮动扩散节点FD、源极跟随器SF、选择晶体管SEL。像素输出节点A。
具体实施方式
[0038]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，而不构成对本专利技术的限制。
[0039]本专利技术为了在拍摄高速运动的物体时，抑制图像的运动伪影，在不损失图像传感器的时间分辨率及空间分辨率的前提下，通过改变像素的控制时序，在第一帧曝光后，先不读出电荷，而是将电荷存储后，立刻进行第二帧曝光，在第二帧曝光结束后，分别读出两次曝光产生的电荷，这样可以缩短两次曝光的时间间隔，从而抑制图像产生运动伪影。
[0040]本专利技术中，第一帧曝光为长曝光、第二帧曝光为短曝光，或者第一帧曝光为短曝光、第二帧曝光为长曝光。长短曝光是按照曝光时间的长短进行区分，长曝光的曝光时间长于短曝光的曝光时间。
[0041]本专利技术通过在全局快门曝光的基础上采用长短曝光的方式对像素进行曝光，未降低图像传感器的时间分辨率及空间分辨率，相较于一帧中奇偶行像素采用不同的曝光时间而言，在不损失时间分辨率及空间分辨率的情况下，即可实现高动态范围。
[0042]图2示出了根据本专利技术一个实施例的全局快门像素的结构。
[0043本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种像素曝光方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、采用全局快门曝光方式对图像传感器的全部像素进行第一帧曝光，并将每个像素曝光后产生的第一曝光电荷从光电二极管转移到存储二极管中；S2、对所述光电二极管进行复位，再次采用全局快门曝光方式对图像传感器的全部像素进行第二帧曝光，并将每个像素曝光后产生的第二曝光电荷从所述光电二极管转移到所述存储二极管中；S3、先后将全部的第一曝光电荷和全部的第二曝光电荷从所述存储二极管转移至浮动扩散节点，并逐行读出。2.如权利要求1所述的像素曝光方法，其特征在于，在步骤S2中，对所述光电二极管进行复位的过程如下：通过脉冲信号控制像素复位晶体管的高低电平，对所述光电二极管进行复位。3.如权利要求2所述的像素曝光方法，其特征在于，通过寄存器对所述脉冲信号的脉冲宽度进行调节。4.如权利要求1所述的像素曝光方法，其特征在于，步骤S1包括如下步骤：分别对光电二极管、浮动扩散节点、存储二极管进行复位，清除各自内部存储的电荷；将第一电荷转移晶体管调节为高电平，使所述光电二极管存储的第一曝光电荷转移到所述存储二极管中。5.如权利要求1所述的像素曝光方法，其特征在于，步骤S2包括如下步骤：再次将第一电荷转移晶体管调节为高电平，使所述光电二极管存储的第二曝光电荷转移到所述存储二极管中。6.如权利要求1所述的像素曝光方法，其特征在于，所述步骤S3包括如下步骤：S310、将第二电...

【专利技术属性】
技术研发人员：马成，王欣洋，刘洋，李扬，郭杨钰，李卓，谷建超，
申请(专利权)人：长春长光辰芯光电技术有限公司，
类型：发明
国别省市：