用于微光图像传感器的低噪声信号读出方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及模拟集成电路设计领域，尤其涉及图像传感器在微光条件下工作时， 读出电路的设计。具体讲，涉及用于微光图像传感器的低噪声信号读出方法及装置。 技术背景
[0002] CMOS图像传感器由微小像素阵列、信号读出电路、量化电路、数字图像处理单元、 控制时序和接口电路组成。其基本的工作过程为像素单元中的光电二极管实现光信号到 电信号的转化，有源器件将电荷的变化转化为电压信号，在采样保持电路中以电荷的形式 存储在电容中，由读出电路读出直流电压分量，再经由量化电路将模拟信号转换为数字信 号便于后续数字处理。随着图像传感器应用领域的扩大，CMOS图像传感器需要适应各种不 同的环境要求，其中工作在微光条件下的CMOS图像传感器对于电路设计提出了更高的要 求。微光条件下，受光照强度限制，像素单元曝光所产生的电信号小，受噪声的影响显著，不 能达到较高的信噪比要求，图像质量较差。为了提高信噪比，本发明提出一种基于多次曝光 和Sigma-deIta ADC结合应用的读出电路，削弱读出信号中的随机噪声影响，从而提高信噪 比。
【发明内容】
[0003] 为克服现有技术的不足，本发明旨在提出一种图像传感器读出电路，削弱读出信 号中的随机噪声影响，从而提高信噪比，更好地适用于微光条件下对图像传感器的要求。为 此，本发明采取的技术方案是，用于微光图像传感器的低噪声信号读出方法，在微小像素阵 列、信号读出电路、量化电路、数字图像处理单元、控制时序和接口电路组成的CMOS图像传 感器中，利用曝光控制电路控制像素进行OSR次曝光，利用量化电路中的西格玛模数转换 器对每一次曝光所得的信号进行一次采样，经过OSR次曝光，西格玛模数转换器采样OSR 次，OSR次采样信号在西格玛模数转换器中完成量化，然后依次经数字图像处理单元、控制 时序和接口电路进行输出。
[0004]
【主权项】
1. 一种用于微光图像传感器的低噪声信号读出方法，其特征是，在微小像素阵列、信号 读出电路、量化电路、数字图像处理单元、控制时序和接口电路组成的CMOS图像传感器中， 利用曝光控制电路控制像素进行0SR次曝光，利用量化电路中的西格玛模数转换器对每一 次曝光所得的信号进行一次采样，经过0SR次曝光，西格玛模数转换器采样0SR次，0SR次 采样信号在西格玛模数转换器中完成量化，然后依次经数字图像处理单元、控制时序和接 口电路进行输出。
2. 如权利要求1所述的用于微光图像传感器的低噪声信号读出方法，其特征是，
1其中，Xi为每次曝光时像素的输出信号，rii为相应的噪声分量，s为 信号分量，经过西格玛模数转换器量化后，得到输出信号为：
I为西格玛模数转换器的量化噪声。
3. -种用于微光图像传感器的低噪声信号读出装置，其特征是，由微小像素阵列、信号 读出电路、量化电路、数字图像处理单元、控制时序和接口电路组成，还包括曝光控制电路， 曝光控制电路用于控制像素进行0SR次曝光，曝光结果输出到量化电路中的西格玛模数转 换器，再依次经数字图像处理单元、控制时序和接口电路进行输出。
4. 如权利要求1所述的用于微光图像传感器的低噪声信号读出装置，其特征是，曝光 控制电路产生0SR次曝光时序和采样时序，曝光时序有效时，像素进行曝光，采样时序有效 时，ADC进彳丁米样。
【专利摘要】本发明涉及模拟集成电路设计领域，为提出一种图像传感器读出电路，削弱读出信号中的随机噪声影响，从而提高信噪比，更好地适用于微光条件下对图像传感器的要求。为此，本发明采取的技术方案是，用于微光图像传感器的低噪声信号读出方法及装置，在微小像素阵列、信号读出电路、量化电路、数字图像处理单元、控制时序和接口电路组成的CMOS图像传感器中，利用曝光控制电路控制像素进行OSR次曝光，利用量化电路中的西格玛模数转换器对每一次曝光所得的信号进行一次采样，OSR次采样信号在西格玛模数转换器中完成量化，然后依次经数字图像处理单元、控制时序和接口电路进行输出。本发明主要应用于模拟集成电路设计。
【IPC分类】H04N5-235, H04N5-357, H04N5-378
【公开号】CN104580948
【申请号】CN201410819717
【发明人】高静, 杨柳, 聂凯明, 徐江涛, 史再峰, 姚素英, 高志远
【申请人】天津大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月24日