应用于CMOS图像传感器的多级RTS噪声自动实时重建方法

摘要

本发明公开了一种应用于CMOS图像传感器的多级RTS噪声自动实时重建方法，用于解决现有自动提取CMOS图像传感器中多级RTS噪声算法噪声信号探测与重建可信度差的技术问题。技术方案是首先将噪声信号全部转换为等振幅的三角形脉冲，对所有脉冲进行下降沿检测，对计算的标准差幅值进行采样，然后将滤波后的三角脉冲通过增益与采集到的标准差做比较，每当检测到一次RTS噪声跳变时，对平均值计算清零，重新计算，采样到的平均值信号即为该段RTS噪声跳变的幅值。本发明方法根据实时的高斯噪声的标准差作为判定RTS噪声的阈值，自动采集阈值并且重建RTS噪声信号，提高了整个RTS噪声信号探测与重建的可信度。

说明书

技术领域

本发明涉及一种多级RTS噪声自动实时重建方法，特别涉及一种应用于CMOS图像传感器的多级RTS噪声自动实时重建方法。

背景技术

文献“V.Goiffon,G.R.Hopkinson,P.Magnan,F.Bernard,G.Rolland,and O.Saint-Pé,"Multilevel RTS in Proton Irradiated CMOS Image Sensors Manufactured in a DeepSubmicron Technology",IEEE Trans.Nucl.Sci.,vol.56,no.4,pp.2132–2141,Aug.2009.”公开了一种自动提取CMOS图像传感器中多级RTS噪声的算法。通过公式

$>H\left(z\right)=\frac{2}{L}(-\underset{i=0}{\overset{L/2-1}{\Sigma }}{z}^{-i}+\underset{j=L/2}{\overset{L-1}{\Sigma }}{z}^{-i})$>

对原始的图像信号(包含RTS噪声)进行滤波处理，将原始信号中的所有跳变处理为三角形脉冲的形式，该滤波函数可以实现滤波后的三角形脉冲高度与原始信号中对应的跳变幅值相等，包括RTS噪声信号的跳变以及背景高斯噪声的微弱跳变，其中L表示滤波长度。计算整个原始信号的噪声幅值的标准差，将整个原始信号的标准差σ_sig，作为判断RTS噪声的阈值，当滤波后信号中的最大跳变幅值大于阈值σ_sig,表示原始信号中存在RTS噪声，否则表示该原始信号中不存在RTS噪声。

通过将滤波后所有三角形脉冲与阈值σ_sig判断出具体的RTS噪声跳变，这些三角形脉冲对应的原始信号中的幅值变化即代表RTS噪声，其他的跳变即可视为高斯噪声跳变。每一次RTS跳变的三角形脉冲将原始信号分为N_seg段，这样的每一段原始信号都不包含RTS噪声跳变，将每一段的标准差差σ_seg(i)进行平均，得到整个信号高斯噪声的标准差差平均值σ_gn。将每一段的幅值的平均值M_seg(i)进行比较，如果两者之间差距大于高斯噪声标准差的平均值σ_gn，则视为两个RTS噪声级，否则视为同一级RTS噪声。将每一段处理后的幅值连接起来实现了RTS噪声信号的重建。

这种算法存在下述缺点：

1.该算法需要等所有原始信号结束才能开始处理，需要等待计算所有原始信号中每一段的标准差和平均值。

2.该算法提出采用整个信号的标准差σ_sig作为判断RTS信号存在的阈值。CMOS图像传感器在工作的过程中随着工作时间的增加整个器件的温度会上升，引起高斯噪声幅值的变化，甚至于在面对极端条件时(如辐射环境等)会引起器件内部缺陷，引起RTS噪声幅值的大幅变化，而这种变化会引起整个高斯信号标准差的改变，采用整个信号的标准差作为阈值显然不准确。

发明内容

为了克服现有自动提取CMOS图像传感器中多级RTS噪声算法噪声信号探测与重建可信度差的不足，本发明提供一种应用于CMOS图像传感器的多级RTS噪声自动实时重建方法。该方法首先将噪声信号全部转换为等振幅的三角形脉冲，再将所有的负向脉冲转变为正向脉冲，对所有脉冲进行下降沿检测，用检测到的下降沿信号控制对原始噪声信号的标准差计算，对计算的标准差幅值进行采样，然后将滤波后的三角脉冲通过增益与采集到的标准差做比较，将标准差作为判断RTS信号的阈值，确定部分三角形脉冲对应的跳变是RTS噪声信号，每当检测到一次RTS噪声跳变时，对平均值计算清零，重新计算，将检测到的RTS信号经过延时，控制对计算的平均值进行采样和保持，采样到的平均值信号即为该段RTS噪声跳变的幅值。本发明方法根据实时的高斯噪声的标准差作为判定RTS噪声的阈值，自动采集阈值并且重建RTS噪声信号。第一，采用实时自动信号采集与计算，提高了RTS噪声重建的速度和效率，相比与传统了处理算法提高了检测精度和效率；第二，采用实时的高斯信号标准差作为阈值，相比与整个信号的标准差作为阈值更加的精确，可以有效降低温度，空间辐射等外部环境对器件工作环境的影响进而引起的信号噪声幅值的退化引起的信号标准差(即RTS噪声判定阈值)的改变，可以提高整个RTS噪声信号探测与重建的可信度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种应用于CMOS图像传感器的多级RTS噪声自动实时重建方法，其特点是包括以下步骤：

第一步，当外部噪声信号到来，经过公式

$>H\left(z\right)=\underset{i=0}{\overset{L/2-1}{\Sigma }}\left(a_i{z}^{-i}\right)-\underset{j=L/2}{\overset{L-1}{\Sigma }}\left(b_j{z}^{-j}\right)$>

$>\underset{i=0}{\overset{L/2-1}{\Sigma }}{a}_i=1$>

$>\underset{j=L/2}{\overset{L-1}{\Sigma }}{b}_j=1$>

的滤波函数，完成噪声信号的转变，将原始信号中的跳变全部转换为等振幅的三角形脉冲；

式中，L表示整个滤波长度，a_i表示三角形脉冲的上升宽度，b_i表示三角形脉冲的下降宽度。该滤波函数将原始信号中的跳变转换为同方向，等幅值的三角形脉冲，包括背景高斯噪声中的微弱幅值跳变。

第二步，将三角形脉冲通过绝对值计算，将所有的负向脉冲转变为正向脉冲；

第三步，对所有脉冲进行下降沿检测，每当检测到一个下降沿时就表明原始噪声信号中有一次跳变的发生，即使是背景中高斯噪声的微弱的跳变；

第四步，用检测到的下降沿信号来控制对原始噪声信号的标准差计算，每当检测到一个下降沿信号，就对原始噪声信号重新计算标准差；

第五步，对计算的标准差幅值进行采样，因为标准差计算是一直在进行的，所以通过下降沿检测到信号通过一个延时控制采集标准差作为RTS判断阈值，该标准差实时采集记录；

第六步，将滤波后的三角脉冲通过增益与采集到的标准差做比较，将标准差作为判断RTS信号的阈值，确定部分三角形脉冲对应的跳变是RTS噪声信号；

第七步，每当检测到一次RTS噪声跳变时，对平均值计算清零，重新计算；

第八步，将检测到的RTS信号经过延时，控制对计算的平均值进行采样和保持，采样到的平均值信号即为该段RTS噪声跳变的幅值。

本发明的有益效果是：该方法首先将噪声信号全部转换为等振幅的三角形脉冲，再将所有的负向脉冲转变为正向脉冲，对所有脉冲进行下降沿检测，用检测到的下降沿信号控制对原始噪声信号的标准差计算，对计算的标准差幅值进行采样，然后将滤波后的三角脉冲通过增益与采集到的标准差做比较，将标准差作为判断RTS信号的阈值，确定部分三角形脉冲对应的跳变是RTS噪声信号，每当检测到一次RTS噪声跳变时，对平均值计算清零，重新计算，将检测到的RTS信号经过延时，控制对计算的平均值进行采样和保持，采样到的平均值信号即为该段RTS噪声跳变的幅值。本发明方法根据实时的高斯噪声的标准差作为判定RTS噪声的阈值，自动采集阈值并且重建RTS噪声信号。第一，采用实时自动信号采集与计算，提高了RTS噪声重建的速度和效率，相比与传统了处理算法提高了检测精度和效率；第二，采用实时的高斯信号标准差作为阈值，相比与整个信号的标准差作为阈值更加的精确，可以有效降低温度，空间辐射等外部环境对器件工作环境的影响进而引起的信号噪声幅值的退化引起的信号标准差(即RTS噪声判定阈值)的改变，提高了整个RTS噪声信号探测与重建的可信度。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。

附图说明

图1是本发明应用于CMOS图像传感器的多级RTS噪声自动实时重建方法对信号中RTS噪声系统重建后的示意图。

具体实施方式

参照图1。本发明应用于CMOS图像传感器的多级RTS噪声自动实时重建方法具体步骤如下：

第一步，当外部噪声信号到来，经过公式

$>H\left(z\right)=\underset{i=0}{\overset{L/2-1}{\Sigma }}\left(a_i{z}^{-i}\right)-\underset{j=L/2}{\overset{L-1}{\Sigma }}\left(b_j{z}^{-j}\right)$>

$>\underset{i=0}{\overset{L/2-1}{\Sigma }}{a}_i=1$>

$>\underset{j=L/2}{\overset{L-1}{\Sigma }}{b}_j=1$>

的滤波函数，完成噪声信号的转变，将原始信号中的跳变全部转换为等振幅的三角形脉冲；

式中，L表示整个滤波长度，a_i表示三角形脉冲的上升宽度，b_i表示三角形脉冲的下降宽度。该滤波函数将原始信号中的跳变转换为同方向，等幅值的三角形脉冲，包括背景高斯噪声中的微弱幅值跳变。

第二步，将三角形脉冲通过绝对值计算，将所有的负向脉冲转变为正向脉冲；

第三步，对所有脉冲进行下降沿检测，每当检测到一个下降沿时就表明原始噪声信号中有一次跳变的发生，即使是背景中高斯噪声的微弱的跳变；

第四步，用检测到的下降沿信号来控制对原始噪声信号的标准差计算，每当检测到一个下降沿信号，就对原始噪声信号重新计算标准差；

第五步，对计算的标准差幅值进行采样，因为标准差计算是一直在进行的，所以通过下降沿检测到信号通过一个延时控制采集标准差作为RTS判断阈值，该标准差实时采集记录；

第六步，将滤波后的三角脉冲通过一定的增益与采集到的标准差做比较，将标准差作为判断RTS信号的阈值，确定部分三角形脉冲对应的跳变是RTS噪声信号；

第七步，每当检测到一次RTS噪声跳变时，对平均值计算清零，重新计算；

第八步，将检测到的RTS信号经过一定延时，控制对计算的平均值进行采样和保持，采样到的平均值信号即为该段RTS噪声跳变的幅值。

图1是本发明方法应用于CMOS图像传感器的多级RTS噪声自动检测与重建系统。包含滤波部分，阈值电平产生部分和采样保持部分。其中滤波部分包含滤波函数模块和绝对值计算模块；阈值电平产生部分包括增益模块，下降检测模块，标准差计算模块，高电平采样模块以及延时模块；采样保持部分包括比较器模块，平均值计算模块，上升沿采样模块和延时模块。原始信号通过滤波函数模块，将所有跳变过滤为同方向等幅值的三角形脉冲，再通过绝对值模块将所有三角形脉冲整理为向上的脉冲。对滤波后的三角形脉冲信号进行下降沿检测，每检测到一次下降沿就意味着原始信号发生了一次跳变，下降沿相比于上升沿信号的跳变已经完成，幅值相对更加稳定和可靠，检测到下降沿控制后续的标准差计算模块清零重新计算，在高电平有效模块中采集一段时间计算的标准差最为判定RTS跳变信号的阈值。将滤波后的信号与标准差阈值进行比较，超过阈值即认定该次跳变为RTS噪声，产生脉冲控制上升沿采样模块采集相对应的平均值作为该级RTS噪声的对应跳变幅值。否则认定为高斯噪声跳变。其中滤波部分实现将原始信号中跳变过滤为不同幅值的三角形脉冲信号，阈值电平产生部分实现了根据滤波后信号实时计算原始信号中高斯噪声标准差作为阈值，采样保持部分根据滤波后信号与阈值电平的比较判定出RTS跳变并且采集相应的RTS跳变的幅值，完成RTS信号的重建。

本发明方法根据实时的高斯噪声的标准差作为判定RTS噪声的阈值，自动采集阈值并且重建RTS噪声信号。第一，采用实时自动信号采集与计算，提高了RTS噪声重建的速度和效率，相比与传统了处理算法提高了检测精度和效率；第二，采用实时的高斯信号标准差作为阈值，相比与整个信号的标准差作为阈值更加的精确，可以有效降低温度，空间辐射等外部环境对器件工作环境的影响进而引起的信号噪声幅值的退化引起的信号标准差(即RTS噪声判定阈值)的改变，提高了整个RTS噪声信号探测与重建的可信度。