[發(fā)明專利]具有增益補(bǔ)償?shù)腍DR圖像傳感器、讀出電路及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811302811.1
• 申請(qǐng)日: 2018-11-02
• 公開（公告）號(hào): CN109151293B
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 侯金劍;莫要武;徐辰;任冠京
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 思特威（上海）電子科技有限公司
• 主分類號(hào): H04N5/225
• 分類號(hào): H04N5/225;H04N5/235;H04N5/335;H04N5/357;H04N5/355
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明提出一種具有增益補(bǔ)償?shù)腍DR圖像傳感器，其包括像素陣列，控制電路及讀出電路。所述控制電路根據(jù)控制以順序讀取所述像素陣列輸出的低轉(zhuǎn)換增益的復(fù)位信號(hào)、高轉(zhuǎn)換增益的復(fù)位信號(hào)、高轉(zhuǎn)換增益的圖像信號(hào)以及低轉(zhuǎn)換增益的圖像信號(hào)；所述讀出電路包括選擇開關(guān)，低轉(zhuǎn)換增益模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和高轉(zhuǎn)換增益模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，低轉(zhuǎn)換增益模數(shù)轉(zhuǎn)換電路用于量化所述像素陣列在低轉(zhuǎn)換增益下輸出的復(fù)位信號(hào)和圖像信號(hào)；高轉(zhuǎn)換增益模數(shù)轉(zhuǎn)換電路用于量化所述像素陣列在高轉(zhuǎn)換增益下輸出的復(fù)位信號(hào)和圖像信號(hào)。本發(fā)明還提出一種具有增益補(bǔ)償?shù)腍DR圖像傳感器讀出電路及實(shí)現(xiàn)方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及CMOS圖像傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種具有增益補(bǔ)償和高動(dòng)態(tài)范圍的圖像傳感器、讀出電路及實(shí)現(xiàn)方法。

背景技術(shù)

動(dòng)態(tài)范圍是圖像傳感器成像質(zhì)量的關(guān)鍵因素，動(dòng)態(tài)范圍大可輸出更寬光強(qiáng)范圍內(nèi)的場景圖像信息，呈現(xiàn)更豐富的圖像細(xì)節(jié)。通常情況下圖像傳感器輸出的動(dòng)態(tài)范圍大約為60～70db，在一般自然環(huán)境應(yīng)用中為了同時(shí)捕獲高光及陰影部分的圖像信息所需要的動(dòng)態(tài)范圍約為100db。在圖像傳感器設(shè)計(jì)中，提高動(dòng)態(tài)范圍的方式有幾種實(shí)現(xiàn)方式，例如進(jìn)一步提高像素電路的滿阱電荷容量，可獲得更大的動(dòng)態(tài)范圍；或者采用讀取多幀圖像進(jìn)行多幀合成的方式來實(shí)現(xiàn)圖像傳感器高動(dòng)態(tài)范圍(HDR)。

DCG(Dual Conversion Gain)雙轉(zhuǎn)換增益應(yīng)用于圖像傳感器像素電路，在低照度條件下以較小的積分電容提高轉(zhuǎn)換增益，以提高靈敏度；在高照度條件下以較大的積分電容提升存儲(chǔ)電荷，降低轉(zhuǎn)換增益以提高動(dòng)態(tài)范圍。采用多幀合成的高動(dòng)態(tài)范圍實(shí)現(xiàn)方式中多幀讀取過程存在時(shí)間差，最后合成的圖像中會(huì)出現(xiàn)拖尾的現(xiàn)象，電路的讀取噪聲大。如何進(jìn)一步提高圖像傳感器的動(dòng)態(tài)范圍，并同時(shí)降低像素電路的噪聲是當(dāng)前設(shè)計(jì)中面臨的主要問題。

基于上述問題，本發(fā)明旨在提供一種解決方案以有效實(shí)現(xiàn)圖像傳感器高動(dòng)態(tài)范圍。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的提供一種具有增益補(bǔ)償?shù)腍DR圖像傳感器，所述圖像傳感器包括:

像素陣列；

控制電路，連接到所述像素陣列，所述控制電路控制以順序讀取所述像素陣列輸出的低轉(zhuǎn)換增益的復(fù)位信號(hào)、高轉(zhuǎn)換增益的復(fù)位信號(hào)、高轉(zhuǎn)換增益的圖像信號(hào)以及低轉(zhuǎn)換增益的圖像信號(hào)；

讀出電路，包括選擇開關(guān)，低轉(zhuǎn)換增益模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和高轉(zhuǎn)換增益模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，所述低轉(zhuǎn)換增益模數(shù)轉(zhuǎn)換電路用于量化所述像素陣列在低轉(zhuǎn)換增益下輸出的復(fù)位信號(hào)和圖像信號(hào)；所述高轉(zhuǎn)換增益模數(shù)轉(zhuǎn)換電路用于量化所述像素陣列在高轉(zhuǎn)換增益下輸出的復(fù)位信號(hào)和圖像信號(hào)；

進(jìn)一步地，所述選擇開關(guān)對(duì)低轉(zhuǎn)換增益模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和高轉(zhuǎn)換增益模數(shù)轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行切換選擇；

進(jìn)一步地，所述低轉(zhuǎn)換增益模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和高轉(zhuǎn)換增益模數(shù)轉(zhuǎn)換電路分別包括比較器，計(jì)數(shù)器及存儲(chǔ)器；

進(jìn)一步地，所述像素陣列在低轉(zhuǎn)換增益下的像素輸出的復(fù)位信號(hào)或圖像信號(hào)和低轉(zhuǎn)換增益斜坡電壓分別通過電容耦合到所述低轉(zhuǎn)換增益模數(shù)轉(zhuǎn)換電路比較器的兩個(gè)輸入端；所述像素陣列在高轉(zhuǎn)換增益下的像素輸出的復(fù)位信號(hào)或圖像信號(hào)和高轉(zhuǎn)換增益斜坡電壓分別通過電容耦合到所述高轉(zhuǎn)換增益模數(shù)轉(zhuǎn)換電路比較器的兩個(gè)輸入端；所述低轉(zhuǎn)換增益斜坡電壓和高轉(zhuǎn)換增益斜坡電壓的斜率相同或不同；所述低轉(zhuǎn)換增益斜坡電壓和高轉(zhuǎn)換增益斜坡電壓的斜率不同時(shí)，可進(jìn)一步提升電路增益；

進(jìn)一步地，所述低轉(zhuǎn)換增益斜坡電壓通過可變電容耦合到所述低轉(zhuǎn)換增益模數(shù)轉(zhuǎn)換電路比較器的輸入端；所述高轉(zhuǎn)換增益斜坡電壓通過可變電容耦合到所述高轉(zhuǎn)換增益模數(shù)轉(zhuǎn)換電路比較器的輸入端；調(diào)節(jié)所述可變電容可進(jìn)一步提升電路增益；

進(jìn)一步地，所述像素陣列包括多個(gè)按行和列排列的像素單元，每個(gè)所述像素單元包括DCG晶體管及電容，所述DCG晶體管及電容根據(jù)控制實(shí)現(xiàn)所述像素單元的高增益和低增益轉(zhuǎn)換；