在图象采集中用以优化曝光时间的方法和设备技术

一种在曝光期间优化图象传感器阵列中象素区域的曝光时间的方法，是通过应用由生成数字图象信号的象素构成的图象传感器阵列的时间间隔采样来完成的。从每一数字图象信号萃取发光值，并对其进行分析以判定象素是否已经达到最佳曝光。如果象素已经达到最佳曝光时，将不再记录来自该象素的后继数字图象信号。这样就保持正好在象素已达到其最佳曝光时，由象素所生成的最佳的数字图象信号的记录。上述有选择地根据象素的最佳曝光而终止数字图象信号记录的处理过程，能够按各个别象素加以实现或按象素区域加以实现。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用以将光学图象转换成电信号的图象传感器，确切地说涉及在图象采集中用以优化曝光时间的方法和设备。图象传感器被用来将聚焦在传感器上的光学图象转换成电信号。图象传感器一般包括一组光检测器阵列，当图象被聚焦在所述阵列上时，每个光检测器产生一个与撞击到该光检测器上的光强相应的信号。于是就可以应用这些信号，例如，在一监控器上显示相应的图象，或换句话说用以提供有关上述光学图象的信息。一种非常通用的图象传感器的类型是电荷耦合器件(CCD)。集成电路芯片包含有CCD图象传感器时由于需要特殊的处理工艺，而只有相对低的成品率并且是很昂贵的。所述CCDs还消耗相对较大的功率。存在其他众所周知的种种缺点。一种便宜得多的图象传感器的型式是应用互补金属-氧化物-半导体晶体管(CMOS)工艺所构成的集成电路。在这种CMOS型图象传感器中，将光电二极管或光敏晶体管(或其他适合的器件)用作光检测元件，在这种场合上述元件的电导率相应于撞击到元件上的光强。由光检测元件如此生成的可变信号是一种模拟信号，其大小大致上与撞击在元件上的光量(在某一范围之内)成正比。已知将这些光检测元件构成借助行和列的可寻址的两维核心阵列。一旦某一行元件被寻址，来自该行中每个光检测元件的模拟信号就被耦合到阵列中相应的各列。接着可应用模数(A/D)转换器将各列上的模拟信号转换成数字信号，以便在图象传感器芯片的输出端仅提供数字信号。现有技术仅论述到图象传感器阵列的速度和缩减尺寸。授予Fowler等人的美国专利第5,461,425号公开了象素级A/D转换器的应用，以加速光学图象到数字数据流的转换。授予Fowler等人的美国专利第5,801,657号公开了一种用于同时完成位串行模数转换的方法，它也加速光学图象到数字数据流的转换。然而，现有技术中都未曾论述到在图象传感器阵列的某些区域中的一些光检测器，在图象传感器阵列中的其余光检测器达到饱和之前已达到饱和的问题。这导致图象传感器阵列有过量或不足曝光的种种问题。于是，就有必要提供一种方法和设备，以便在曝光期间优化图象传感器阵列中象素区域的曝光时间。本专利技术的主要目的是提供一种在曝光期间优化图象传感器阵列中象素区域的曝光时间的方法。该方法和现有技术大不相同，它要求二度曝光以便最佳地捕获一图象。首次曝光是确定最佳曝光参数，而第二次曝光则是应用最佳设定进行实际图象的捕获。鉴于上述目的，本专利技术的方法是利用时间间隔的采样以优化图象采集系统的曝光。通过一彩色分选器传送图象传感器阵列中由象素生成的数字信号，以便为每一象素萃取发光值。并将这些发光值加以统计分析，以便判定每一象素的饱和度。在本专利技术中的一个象素包含一光检测器和一模数转换电路。因为数字信号本来就与模拟信号相对的是由象素生成的，所以来自图象传感器阵列的数字信号的读出能够完成得非常迅速。这就使本专利技术的方法在一个曝光周期内能够多次间隔采样。在一个曝光周期内，对图象传感器阵列按多次时间间隔进行采样，以便判定每一象素的饱和度。一旦判定一象素已达到最佳饱和的上限，来自该象素的后继数字图象信号就不再进行记录。这样就保持最佳的数字图象信号，是由象素正好在象素已达到饱和上限时所生成的。上述有选择地根据象素的饱和度终止数字图象信号记录的处理过程，能够按各个别象素加以实现或按象素区域加以实现。本专利技术的上述以及其他目的，特征和优点通过下面对本专利技术最佳实施例的详细介绍，连同参考附图将会一清二楚，附图中相同标号指的是相同部件，其中附图说明图1是说明本专利技术一实施例的方框图；图2是说明本专利技术另一实施例的方框图；图3是说明本专利技术第三实施例的方框图；图4示出在本专利技术中A/D转换器输入和输出关系的图形；图5a是说明本专利技术用峰值统计方法的图形；图5b是说明本专利技术用平均值统计方法的图形；图5c是说明本专利技术用直方图方法的图形；图6是说明本专利技术的时间间隔曝光的图形；图7是说明本专利技术方法的程序方框图；虽然为了举例说明起见，以下详细说明包含有众多细节，但是任何一个熟悉本
的人士将很清楚，对以下细节作出的种种变型和变化都是在本专利技术的范围之内的。因此，陈述本专利技术的下列最佳实施例，对申请专利的本专利技术没有任何普遍性的损失同时也没有强加于其上的限制性。图1显示本专利技术的一个实施例。图象传感器阵列100包含数千个象素134，这些象素能够被排列成行和列的两维阵列的形式。每一象素包含一个光检测器和一个模数转换器(ADC)。光检测器可以是具有与撞击在其上的光强成正比的电导率的任何器件。上述器件的实例是电荷耦合器件(CCD)和CMOS光敏晶体管。流经光敏晶体管或光栅的模拟电流与撞击在其基极上的光强成正比。根据在授予Fowler等人的美国专利第5,461,425号和第5,801,657号中所公开的CMOS结构，将完成模数转换的电路连接到每个光检测器的输出上，以便将代表撞击在光检测器上的光强的模拟信号转换成等值的数字信号，后者可通过一数字信号处理器(DSP)加以处理或将其存储在存储器内供稍后计算。与CCD图象传感器相对的，与CMOS图象传感器有关的问题之一是它们的较低的动态范围，也就是，基于CMOS的光检测器趋向于非常快地形成饱和，导致在图象传感器的某些区域中的过量曝光。如果是为了上述过量曝光而调整缩短曝光时间，则某些较弱光强的区域又可能会曝光不足。借助本专利技术解决了这一问题，假如当光检测器首先达到某一预置的饱和上限时，就将来自光检测器或光检测器某一区域的信号存储进存储器，而其余尚未达到预置的饱和上限的光检测器则仍继续进行曝光，并将它们的信号在稍后时间读进存储器内。因为较早地在光检测器达到饱和之前存储信号，这将确保高光强区域不会受到过量曝光，同时确保弱光强区域在将信号存储进存储器之前被曝光一较长的周期时间直到光检测器有充分的饱和度。将图象传感器阵列100连接到监控单元112。监控单元的目的是借助于信号110周期性地读取光检测器的数字图象信号读数，并借助信号114将所述读数发送到彩色分选器116。彩色分选器应用滤色方案，例如RGB或LUV提供给光检测器数字读数，从而为每个光检测器萃取一发光值，后者表明光检测器的饱和度。接着借助信号118将上述发光值发送到曝光控制器120。上述数字图象信号也可以借助信号126被发送到存储控制器128，以存储进存储器单元132内。曝光控制器120通过发光值完成两项解析。第一，它判定光检测器是否已达到某一预先设定的饱和上限。应用上述预先设定的饱和上限来表明该光检测器已接近饱和。例如，在一典型的8-比特发光值刻度上，假设特定光检测器的饱和值是250，而预先设定的饱和上限被设定在245发光值。当所述光检测器已达到该预先设定的饱和上限时，则控制器120将借助信号124对存储控制器128指示，停止把来自上述光检测器的后继数字图象信号写入存储器单元132内。该光检测器将继续进行曝光，直到曝光周期结束为止。该光检测器将被曝光超过其饱和点，但这将不会影响到由图象传感器阵列生成的最终的图象。由该光检测器生成的数字图象信号超过预先设定的饱和上限范围将不被写入存储器单元132内，以便保存先前所存储的信号。第二项解析是曝光控制器120通过发光值来判定每个光检测器接近预先设定的饱和上限的程度。举例来说，假设再次将预先设定本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在图象采集装置中曝光期间用以优化图象传感器曝光时间的方法，它包含以下步骤： ａ）从所述图象传感器的相应数量的象素中获得许多数字图象信号； ｂ）通过从所述许多数字图象信号导出的发光值完成统计分析； ｃ）从所述统计分析导出一或多个控制参数； ｄ）应用所述控制参数为所述图象传感器中的所述各象素改变曝光时间。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：邓中翰，杨晓东，彭希，奥杜托拉奥卢塞耶埃韦戴米，里卡多杨松莫塔，魏一痕，
申请(专利权)人：派克西姆公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]