【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种状态可调的tdi型图像传感器时序控制方法及电路，属于集成电路设计领域。
技术介绍
1、时间延迟积分(time delay integration，tdi)是一种用于提高图像质量的技术，适用于高速运动场景下的成像系统。tdi技术的核心思想是对像素反复曝光并累计积分，以提高信噪比和动态范围。传统的图像传感器在一次曝光期间只能捕捉到物体瞬间的光强信息，在高速移动的场景，需要较长的曝光时间以捕捉到完整的光信号，但这会导致图像模糊。
2、在tdi中，相机的像素行被分为多个并行的组，每个组只在某个特定时间点接收光信号。当物体或相机移动时，下一个组接收光信号，这一过程不断重复，像素行的输出被串联起来形成最终的图像。tdi的优势在于它可以将多个曝光周期的信号累加起来，从而大大提高了图像的信噪比和动态范围。尤其在低光条件或高速运动的场景下，tdi能够有效地减少噪声，提高图像的细节和清晰度。tdi技术广泛的应用在航空摄影、卫星遥感、医学成像等领域。它能够捕捉到高速运动物体的细节，提供更清晰的图像表达，对于需要高质量、高分辨率的图像成像系统非常重要。
3、在传统的tdi方法中，每个像素行的积分时间是固定的。现有技术实现tdi型图像传感器积分可变时，采用单级寄存器组控制积分时间的长短，只能在一两个数量级调节，而实际应用场景中，可能存在极亮或极暗的使用环境，所以像素矩阵感光速度存在极快或极慢情况，且像素满阱电荷量有限，曝光由us级到ms级存在三个数量级差，因此，积分时间可调的范围有限，这就导致在拍摄光线较强环境下
技术实现思路
1、为了解决以上问题中的一种或多种，本申请提出一种tdi型图像传感器时序控制方法及电路，支持单图片、连续图片以及自检测等不同工作模式。可以实现积分时间可变，这意味着在需要更多信号积累的区域(如低亮度区域)，可以延长像素行的积分时间，而在高亮度区域则可以缩短积分时间，这样可以提高图像的动态范围和细节捕捉能力，增强了图像传感器在不同工作环境的适应性。
2、为保证在不同工作环境下，tdi型图像传感器均能产生高质量图像，本专利技术的目的是提供了一种tdi型图像传感器时序控制方法及电路。
3、首先，本专利技术提供一种tdi型图像传感器时序控制电路，包括：片内接口电路、状态控制电路、行控制电路、列控制电路、时钟模块和片外的时序控制信号；tdi型图像传感器内部的像素器件与成像芯片交互的部分包括像素器件的栅端、漏端和源端，内部还有可配置寄存器；
4、其中，片外的时序控制信号，用以给出图像传感器的使能信号、复位信号、时钟信号，以及通过接口与图像传感器进行数据交互；
5、片内接口电路，用于配置所需的寄存器值，通过改变寄存器的值来控制图像传感器的工作模式以及曝光、复位和转移状态的时间；
6、状态控制电路，用于产生行控制电路和列控制电路不同工作模式下像素阵列所需的使能信号以及与接口电路配置内部可配置寄存器，像素复位时间、像素曝光时间、像素转移时间、tdi级数、工作模式、读出模式信号由内部寄存器配置；
7、行控制电路采用状态机实现，用于产生像素阵列所需的行控制时序控制信号，作用于像素阵列的栅端；
8、列控制电路采用状态机实现，用于产生像素阵列所需的列控制时序控制信号，作用于像素阵列的漏端和源端，还提供模数转换器所需的使能以及时序控制信号；
9、时钟模块，用于提供系统主时钟和分频时钟，还将片外的时序控制信号中异步信号与内部时钟边沿同步释放处理。
10、在一种实施方式中，所述的片外的时序控制信号由现场可编程门阵列(fpga)、单片机、微控制单元(mcu)、上位机产生。
11、在一种实施方式中，所述片内接口电路为从机，与片外的时序控制源进行信息交互，数据位宽与地址位宽均可为自定。
12、在一种实施方式中，时钟模块包括pll(锁相环)以及时钟分频电路。
13、在一种实施方式中，所述的工作模式包括自检模式、单图片模式、连续图片模式；单图即图像传感器拍摄一帧图像后进入待机模式，连续拍摄为图像传感器连帧拍摄直至手动停止，自检模式为debug模式，可检查片内像素阵列以及外围电路工作是否正常。
14、本专利技术还提供一种tdi型图像传感器时序控制方法，采用上述的tdi型图像传感器时序控制电路，所述方法如下：
15、步骤一：时钟模块稳定输出锁定信号，通过计数器进行计数，取较大计数值以消除时钟信号振荡对片内的影响，此时输出的系统主时钟信号为有效信号，锁定信号有效前，系统主时钟信号为无效信号；
16、步骤二：待计数结束，对片内进行全片复位，片内时钟源均来源于系统主时钟或分频时钟，同源同步时钟信号、异步复位信号与系统时钟做同步释放；
17、步骤三：待复位结束，通过接口模块写入寄存器配置值，确定片内工作模式以及曝光、复位和转移各状态时间；
18、步骤四：状态控制电路控制行控制电路逐行依次使能，列控制电路产生读出电路模块所需的时序控制信号，读出电路模块将像素阵列产生的模拟信号转换为数字信号，然后通过并串转换电路将并行数字信号转换为串行数字信号，然后通过io传输至片外处理；
19、步骤五：通过处理输出的图像信息，可通过片外的时序控制信号逐帧对片内曝光、复位、转移等各状态时间进行调整以及自检模式、单图片模式和连续图片模式工作模式的控制。
20、在一种实施方式中，所述自检测模式下，因io速度限制，为保证测试点数据可以通过io传出，系统主时钟采用pll参考时钟所用的慢速时钟；与正常工作模式相比，主频发生变化，片内各分频关系不变，输出测试点寄存器值来判别内部各模块是否正常工作。
21、在一种实施方式中，所述单图片模式下，接口电路配置寄存器单图片模式；状态控制电路工作在单图片模式，控制行控制电路逐行依次使能；因tdi图像传感器采用延时积分，不同行像素存在同时使能，所以行控制电路与像素行数为一一对应关系；列控制电路为全局电路，受到第一行像素对应的行控制电路以及全局的状态控制电路控制；列控制电路产生读出电路模块所需的时序控制信号，读出电路模块将像素阵列产生的模拟信号转换为数字信号，然后通过并串转换电路将并行数字信号转换为串行数字信号，然后通过io传输至片外；单图片模式下，最后一行的行控制电路产生的结束信号有效，反馈至状态控制电路，控制像素阵列逐行曝光读出后即停止工作；输出一帧图像自动停止。
22、在一种实施方式中，所述连续图片模式下，其工作逻辑与单图片模式类似；但在连续本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种TDI型图像传感器时序控制电路，其特征在于，所述电路包括：片内接口电路、状态控制电路、行控制电路、列控制电路、时钟模块和片外的时序控制信号；TDI型图像传感器内部的像素器件与成像芯片交互的部分包括像素器件的栅端、漏端和源端，内部还有可配置的寄存器；
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述的片外的时序控制信号由FPGA、单片机、MCU、上位机产生。
3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述片内接口电路为从机，与片外的时序控制源进行信息交互。
4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述的工作模式包括自检模式、单图片模式和连续图片模式；单图片模式即图像传感器拍摄一帧图像后进入待机模式；连续拍摄为图像传感器连帧拍摄直至手动停止；自检模式可检查片内像素器件以及外围电路工作是否正常。
5.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述时钟模块包括锁相环PLL以及分频电路，片外时钟源产生慢速时钟，经IO进入片内，用作PLL输入的参考时钟以及图像传感器工作在自检测模式下的系统时钟；若工作在正常模式，PLL将输入参考时钟倍频作为
6.一种TDI型图像传感器时序控制方法，其特征在于，采用权利要求1-5任一所述的电路，所述方法包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述自检测模式下，系统主时钟采用PLL参考时钟所用的慢速时钟；与正常工作模式相比，主频发生变化，片内各分频关系不变，输出测试点寄存器值来判别内部各模块是否正常工作。
8.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述单图片模式下，接口电路配置寄存器单图片模式；状态控制电路工作在单图片模式，控制行控制电路逐行依次使能；TDI图像传感器采用延时积分，不同行像素存在同时使能，行控制电路与像素行数为一一对应关系；列控制电路为全局电路，受到第一行像素对应的行控制电路以及全局的状态控制电路控制；列控制电路产生读出电路模块所需的时序控制信号，读出电路模块将像素阵列产生的模拟信号转换为数字信号，然后通过并串转换电路将并行数字信号转换为串行数字信号，然后通过IO传输至片外；单图片模式下，最后一行的行控制电路产生的结束信号有效，反馈至状态控制电路，控制像素阵列逐行曝光读出后即停止工作；输出一帧图像自动停止。
9.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述的连续图片模式下，接口电路配置寄存器连续图片模式；状态控制电路工作在连续图片模式，控制行控制电路逐行依次使能；TDI图像传感器采用延时积分，不同行像素存在同时使能，行控制电路与像素行数为一一对应关系；列控制电路为全局电路，受到第一行像素对应的行控制电路以及全局的状态控制电路控制；列控制电路产生读出电路模块所需的时序控制信号，读出电路模块将像素阵列产生的模拟信号转换为数字信号，然后通过并串转换电路将并行数字信号转换为串行数字信号，然后通过IO传输至片外；在连续图片模式下，最后一行的行控制电路产生的结束信号无效，状态控制电路控制像素阵列逐行曝光读出至最后一行后，重新卷帘曝光读出，图像传感器逐帧输出像素信息，实现无间隔连续图像输出。
...【技术特征摘要】
1.一种tdi型图像传感器时序控制电路，其特征在于，所述电路包括：片内接口电路、状态控制电路、行控制电路、列控制电路、时钟模块和片外的时序控制信号；tdi型图像传感器内部的像素器件与成像芯片交互的部分包括像素器件的栅端、漏端和源端，内部还有可配置的寄存器；
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述的片外的时序控制信号由fpga、单片机、mcu、上位机产生。
3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述片内接口电路为从机，与片外的时序控制源进行信息交互。
4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述的工作模式包括自检模式、单图片模式和连续图片模式；单图片模式即图像传感器拍摄一帧图像后进入待机模式；连续拍摄为图像传感器连帧拍摄直至手动停止；自检模式可检查片内像素器件以及外围电路工作是否正常。
5.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述时钟模块包括锁相环pll以及分频电路，片外时钟源产生慢速时钟，经io进入片内，用作pll输入的参考时钟以及图像传感器工作在自检测模式下的系统时钟；若工作在正常模式，pll将输入参考时钟倍频作为系统主时钟；分频电路则将主时钟分频至不同频率的时钟信号，以作为内部不同模块的时钟信号；接口模块用于与片外进行数据交互；行控制电路用于控制像素器件栅极以进入不同的工作状态；状态控制电路与列控制电路时钟用于提供读出电路模块所需的各种控制信号，其时钟信号均为主时钟分频所得。
6.一种tdi型图像传感器时序控制方法，其特征在于，采用权利要求1-5任一所述的电路，所述方法包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述自检测模式下，系统主时钟采用...
【专利技术属性】
技术研发人员：顾晓峰，曹晓阳，钟思锴，钟啸宇，虞致国，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
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