用于产生减少干扰的数字图象感测组件及其方法技术

本发明专利技术公开一种图象感测组件，包含图象传感器和非线性放大器。该非线性放大器按照其所使用的非线性传递函数，从图象传感器所产生的模拟视频信号产生一畸变的模拟视频信号。该畸变的模拟视频信号在一模数转换器中数字化。然后用该非线性放大器所用的非线性传递函数的逆传递函数，在一图象处理系统中校正该畸变模拟视频信号的数字化信号，生成一个近似原始模拟视频信号的数字表示法的数字信号。结果，在所述数字信号中的干扰就会少得多。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及图象感测系统，更具体地说，涉及一种可以产生低干扰数字图象的、改进的图象感测组件。有许多应用场合需要用到成象系统以把一目的物先转换成电子格式然后对它进行分析、打印、分发或归档。此电子格式通常是该目的物的数字图象。该成象系统的一个典型的例子是扫描器，而目的物则是书本或一篇文章一页。通过扫描器就产生出了该纸页的电子或数字图象。成象系统通常包括一个把目的物光学地成象的图象感测组件。把目的物光学地成象的探测组件中的关键部分是图象传感器。该图象传感器包括响应于照射在图象传感器上的光线的光检测器阵列。每一个光检测器产生一个代表从目的物上反射的光的强度的电子信号。读出所有光检测器所产生的电子信号，然后通过模数转换器加以数字化以产生数字信号或目的物的图象。众所周知，图象传感器中的诸电子信号是在被串行读出并经过预处理之后进行数字化的，因此电子信号将经过一些有可能影响其质量的电路。例如，通常有一个信号放大器来放大电子信号，或者有一个增益/补偿调节电路来调节电子信号使其产生适当的数字化信号。虽然电子信号在数字化之前是经过适当处理的，但是来自上述电路的干扰信号不可避免地要加入其中，这些干扰信号会传输进入到其后的数字信号中。因此很有必要找到一种减少后面数字化信号中干扰信号的解决办法。此外，来自模数转换器的量化干扰对所有转换误差都至关重要。虽然高采样率(以高于信号带宽所需的速率采样)结合干扰整形是降低这种转换干扰的一种方法，但是这种模数转换器的设计比较复杂，结果造成高的设计成本。此外，人的视觉系统对图象的暗区的变化是非常敏感的，因此在所形成的数字图象的暗区里，量化干扰可能特别显眼。因此人们还需要一种方法，它能减少干扰在暗区里的影响，而不会降低图象的质量。本专利技术针对上述问题和需要，对诸如扫描器，数字照相机以及计算机视觉系统等成象系统特别适用。根据本专利技术的一个方面，一图象感测组件包括一由多个光检测器组成的图象传感器，一非线性放大器，和一些辅助电路。当图象传感器对一目的物进行探测时，每个光检测器都产生一电荷信号。这些光检测器的电荷信号然后被顺序地读出成为模拟视频信号。所述非线性放大器使用一个非线性传递函数，该传递函数最好是根据人的视觉系统中的灵敏度特性建立的。该非线性放大器在接收到来自图象传感器的模拟视频信号时就会按照非线性传递函数，从模拟视频信号产生一畸变的模拟视频信号。该畸变的模拟视频信号然后在辅助电路中被处理以便为其后的数字化作准备。模数转换器将畸变的模拟视频信号数字化以产生畸变模拟信号的数字化信号。畸变模拟视频信号的数字化信号，最好在一图象处理系统中，被改正或校正，根据从非线性放大器中所用的非线性传递函数的逆函数所导出的传递函数，从而产生与原模拟视频信号非常接近的数字信号，结果，数字信号中的干扰就几乎不会显现出来了。根据本专利技术的另一个方面，在非线性放大器中使用的非线性传递函数是一条非线性曲线，其目的是扩展原始模拟视频信号的低端部分而缩小原始模拟视频信号的高端部分。所述低端部分和高端部分是指信号分别具有低(弱)和高(强)量值的部分。这样做的主要目的有两个一是放大低端部分以在一预定的毕特精度内使数字化相对来说精度更高，二是提供在数字化后待缩小的足够的量值，从而降低随着数字化而带来的干扰。根据本专利技术的再一个方面，所述畸变的模拟视频信号的数字化信号以具有第一毕特精度呈现，例如8毕特格式，而最终的数字信号具有较高的第二毕特精度，例如16毕特格式。这样做的优点和益处是可以使用低成本的模数转换器来产生较高精度的数字信号。已有技术的系统有时候也使用非线性电路，但它们使用的目的与本专利技术的完全不同。本专利技术在图象感测组件中加进的预畸变过程可以产生意想不到的效果，在图象传感器和模数转换器之间所有电路产生的干扰和模数转换器本身产生的干扰都可以得到减少，此外，在最后得到的数字信号的低端部分中的数字分辨率在视觉上得到了提高，因此，可以获得比较悦目的数字图象。在下述专利技术的实施中达到了本专利技术的目的以及以上所述种种结果，同时产生了如附图所示的实施例。本专利技术的种种特点，方面以及优点通过以下的叙述，所附的权利要求以及附图将能得到更好的理解，附图中附图说明图1是一示意图，示出了使用图象传感器的成象系统。图2是从干扰源的角度出发，示出了图1的成象系统的简化的功能方块示意图。图3A分别示出了如果没有任何干扰源时从一模数转换器所可能得到的理想的模拟信号的数字化输出信号；源的实际干扰以及带有干扰的实际数字化输出；图3B示出了一输入通过众所周知的人视觉系统的输入/输出灵敏度曲线后所产生的可见输出。图4A示出了本专利技术图象传感器的一个实施例。图4B示出了根据图4A的实施例的非线性放大器的非线性特性曲线。图5A示出了一来自图象传感器的正在被数字化的线性信号或模拟信号的低端部分。图5B示出了图5A正在被数字化的经放大后的信号。图6是本专利技术的一个实施例的图象感测组件的内部功能示意图。图7是本专利技术的一个实施例的过程流程图。图8A-8C示出了从原始模拟视频信号获得数字化信号的过程。现请参阅附图。在附图中，同样的部件均用同样的编号表示。图1是一本专利技术可用于其中的成象系统100的示意图。成象系统100可以是，但并不一定限于，一扫描器，一数字照相机或者一图象感测系统，其中目的物110被光学地转换成数字图象120。当成象系统100是一个扫描器时，目的物110通常是一被扫描对象例如可能是一张纸。当成象系统100是一数字照相机时，目的物110可以是多种东西例如是一幅图景或一组目标。当成象系统100是一用于机器视觉系统的图象感测器时，目的物110可能是一个被检查的部件。但是，无论是哪一种，从成象系统100得到的总是同样的东西，即目的物110的一个数字(黑白或彩色的)图象120。数字图象120通常是一个象素阵列。如果象素阵列是8毕特格式，每一个象素阵列的值在0和255之间，如果象素阵列是10毕特，12毕特，14毕特，16毕特等其他的毕特格式，则它们具有不同的最大值。更具体地说，当采用的是8毕特格式时，如果象素群集具有值255，则对应于该群集的目的物110中的一点是全白色。反之，如果象素群集的值是0，则对应于该群集的目的物110中的一点是全黑色。可以理解，具有0～255之间的值的任何象素都代表目的物110上的不同的反射光。当成象系统100成的象是彩色图象时，图象120一般由三个灰度等级的图象组成，每一图象是红、绿、蓝强度的图象。换句话说，目的物110中的每一点由一成象系统100所产生的一彩色图象中的三强度值的矢量所代表，例如，。众所周知，不管其实际应用是哪一种，成象系统或图象感测组件100都包括至少一个图象传感器130以及一光学系统132。光学系统132收集来自目的物110的图象光线并把此光线聚焦在图象传感器130上，从而目的物110的象(入射光)照射在图象传感器130上。这里所说的象或入射光是指从被前面的光源照射的不透明目的物110反射的光或从被后面的光源照射的透明目的物透过的光。通常包括多个光检测器的图象传感器130制造成互补金属氧化物半导体(CMOS)或电荷耦合器件(CCD)并安排成一维阵列或两维阵列，前者称为线性传感器，后者称为面传感器。光检测器对光线高度敏感，每一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于产生具有减少干扰的数字图象的方法，其特征是，该方法包括： 从一集成电路芯片中的一图象传感器接收一模拟视频信号； 根据一非线性传递函数将该模拟视频信号在一预放大器进行放大以产生一畸变的模拟视频信号，其中，所述预放大器与该图象传感器相连并集成在该集成电路芯片里； 在该畸变的模拟视频信号经适当处理以准备好数字化后，将该畸变的模拟视频信号数字化以产生一该畸变的模拟信号的数字化信号；以及 相对于在该预放大器中使用的非线传递函数校正该畸变的模拟视频信号的数字化信号以产生一非常接近该模拟视频信号的数字信号。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘东泰，
申请(专利权)人：深圳矽感科技有限公司，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]