CN103024301B

CN103024301B - 浮栅型图像传感器的成像方法

Info

Publication number: CN103024301B
Application number: CN201310011410.1A
Authority: CN
Inventors: 伍冬; 谢南; 刘辉
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2013-01-11
Filing date: 2013-01-11
Publication date: 2015-10-28
Anticipated expiration: 2033-01-11
Also published as: CN103024301A

Abstract

本发明提出一种浮栅型图像传感器的成像方法，包括步骤：将浮栅型图像传感器的各个像素单元复位；读取部分像素单元的初始数据；进行曝光成像；读取所有像素单元的曝光后数据；以及根据部分像素单元的初始数据和所有像素单元的曝光后数据，根据插补法进行数据运算处理，得到最终图像。本发明具有算法简单，运算量小，成像速度快的优点。

Description

浮栅型图像传感器的成像方法

技术领域

本发明属于浮栅型图像传感器应用技术领域，尤其涉及到一种浮栅型图像传感器的成像方法。

背景技术

快闪存储器是一种常见的存储器，在电子数码行业有着广泛的应用，比如智能手机、平板电脑等。快闪存储器是通过其浮栅结构来实现数据的存储，通过编程操作注入电子到浮栅以提高存储单元的阈值电压来实现数据1的存储，通过擦除操作拉出浮栅上的电子以降低存储单元的阈值电压来实现数据0的存储。

浮栅型图像传感器是一种新型的图像传感器，该种图像传感器的像素单元类似快闪存储器，采用了浮栅结构。浮栅型图像传感器的像素单元在一定的加压环境下，通过“编程”操作将光信号产生的光电子注入到浮栅以提高像素单元的阈值电压，来实现光强度信息的记录，并通过“擦除”操作拉出浮栅上的电子以实现像素单元光强度信息的复位。再通过读取电路，可以将像素单元上记录的信息转化成数字信息，输出并处理，最后形成图像。

浮栅型图像传感器的操作步骤如图1所示，“复位”操作是通过擦除和编程等手段，将像素单元阈值恢复到初始状态；“第一次数据读出”操作是利用特殊的读出电路将像素单元上的信息第一次读取出来；“曝光成像”操作是对像素单元进行曝光，再通过变换加压操作将光强信息存储在像素单元里；“第二次数据读出”操作是利用特殊的读出电路将像素单元上的信息第二次读取出来；“数据运算处理”操作将第二次读取得到的数据减去复位后读取的数据作为最终的图像信号。这样，浮栅型图像传感器每成一次像就需要读取两次数据。CMOS和CCD是目前最常见的两种图像传感器，这两种图像传感器在成像的过程中，只需要读取一次数据。相比而言，浮栅型图像传感器一次成像的速度比较慢。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。为此，本发明的目的在于提出一种速度更快的针对上述背景技术中提到的浮栅型图像传感器数据读取速度的问题，本发明提出来一种更快的浮栅型图像传感器的成像方法。

根据本发明实施例的浮栅型图像传感器的成像方法，包括：A.将所述浮栅型图像传感器的各个像素单元复位；B.读取部分像素单元的初始数据；C.进行曝光成像；D.读取所有像素单元的曝光后数据；以及E.根据所述部分像素单元的初始数据和所述所有像素单元的曝光后数据，根据插补法进行数据运算处理，得到最终图像。

在本发明的一个实施例中，所述步骤B包括：每行像素单元中，每相邻k个像素单元为一组，读取该组第一个像素单元的初始数据，其中K为大于1且小于传感器阵列中成像单元的列数目的正整数，以及，所述步骤E包括：E1.定义该组像素单元中未读出的k-1个像素单元的初始数据的取值为该组的第一个像素单元的初始数据和下一组像素单元的第一个像素单元的初始数据的平均值；和E2.各个像素单元的曝光后数据减去各个像素单元的初始数据，得到最终图像。

在本发明中，由于复位后的数据只读取了其中一部分，从而减少了读取时间，提高了成像速度。同时，由于复位后的数据只读取了其中一部分，需要对剩余部分进行插值填补。本发明具有算法简单，计算量小的优点。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为现有的浮栅型图像传感器的成像方法的示意图

图2为本发明的浮栅型图像传感器的成像方法的示意图

图3为m×n像素单元阵列的浮栅型图像传感器的示意图

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

本发明提出了一种新的浮栅型图像传感器的成像方法，能够帮助浮栅型图像传感器实现更快的成像速度。

如图2所示，本发明的成像方法包括如下步骤：

A.对像素单元进行复位，通过擦除和编程等手段，将像素单元阈值恢复到初始状态。

B.进行复位后的数据读取。在这一步骤中，对于一个m×n个像素单元的感光阵列(如图3所示)，每一行像素里，每隔k个像素读取一次数据(其中，k<n)，具体操作为：每k个像素为一组，每组的值中取这一组数据的第一个出来(例如图3中第m-1行的P_m-1,1、P_m-1,2、P_m-1,3、P_m-1,4.,...,P_m-1,k-1、P_m-1,k这k个像素为一组，该组像素的复位后只读取出P_m-1,1的值)。这样一来复位后数据的读取次数将减少到原来的1/k，读取时间也减少到原来的1/k。其中，k的值根据成像精度需要可以在一定范围内调整，k的值越小，成像精度越高但成像速度越慢，反之，k的值越大，成像精度越低但成像速度越快。k为1的时候，即完整读取复位后的数据，此时速度最慢但精度最高。

C.进行曝光成像，将图像信息保存在图像传感器上。

D.将曝光成像后像素上的数据全部读出。

E.将曝光成像后的数据与第二步读出的数据进行处理，得到最后的图像。在“数据运算处理”环节利用插补法，近似还原第二步中每k个数据中未读取出来的那k-1个数据。插补法的具体实现方法为：每一组数据中，未读出的这k-1个像素的值都取与它们所在的这一组读出的值和下一组读出的值这两个值的平均值(例如图3中第m-1行的P_m-1,2、P_m-1,3、P_m-1,4.,...,P_m-1,k这k-1个像素的值都取该组读出值P_m-1,1和下一组读出值P_m-1,k+1的平均值,这一行下一组未读出的k-1个像素P_m-1,k+2、P_m-1,k+3、P_m-1,k+4，...，P_m-1,2k，将取P_m-1,k+1和P_m-1,2k+1的平均值，以此类推)，由于复位操作能够将像素统一还原到初始阈值，所以部分读取复位后数据的方法能够保证数据的精确度。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims

1.一种浮栅型图像传感器的成像方法，其特征在于，包括：

A.将所述浮栅型图像传感器的各个像素单元复位；

B.读取部分像素单元的初始数据，具体包括：每行像素单元中，每相邻k个像素单元为一组，读取该组第一个像素单元的初始数据，其中k为大于1且小于传感器阵列中成像单元的列数目的正整数；

C.进行曝光成像；

D.读取所有像素单元的曝光后数据；以及

E.根据所述部分像素单元的初始数据和所述所有像素单元的曝光后数据，根据插补法进行数据运算处理，得到最终图像，具体包括:

E1.定义该组像素单元中未读出的k-1个像素单元的初始数据的取值为该组的第一个像素单元的初始数据和下一组像素单元的第一个像素单元的初始数据的平均值；

E2.各个像素单元的曝光后数据减去各个像素单元的初始数据，得到最终图像。