图像传感器列延时导致图像失真恢复方法

摘要

本发明涉及模拟集成电路设计领域，为使线阵型图像传感器能够更好的实现高速高分辨率图像采集的功能，提高线阵型图像传感器的行频，扩大线阵型图像传感器的应用范围，本发明采用的技术方案是，图像传感器列延时导致图像失真恢复方法，包括如下步骤：1)计算沿跨轨方向的最大失真距离L：2)计算被拍摄图像形变失真角度α：形变失真角度α通过阵型图像传感器的线阵长度为W与沿跨轨方向的最大失真距离为L计算出来：

说明书

技术领域

本发明涉及模拟集成电路设计领域，特别涉及高速长线阵图像传感器成像校准电路的设计。具体讲，涉及图像传感器列延时导致图像失真恢复方法。

背景技术

图像传感器可将镜头获得的光信号转换成易于存储、传输和处理的电学信号。根据固态图像传感器芯片中像素排列的结构可以将图像传感器分为面阵型图像传感器和线阵型图像传感器。

面阵型图像传感器通过二维面阵形式排列的像素对物体直接拍摄获取二维图像信息。面阵型图像传感器的每次曝光都可以获得一帧完整的图像，可以很容易获取二维图像信息，但是其像素总数较多而每行含有的像素个数却不能很多，这就限制了其帧频和分辨率。如图1所示，线阵型图像传感器是通过一维线阵排列的像素对物体以扫描的形式进行拍摄，每次曝光获取一行图像信息，将多行扫描曝光的结果拼接获取完整的二维图像信息。线阵型图像传感器虽然不能直接输出二维图像，但是其含有的像素个数很少，因此一行像素的个数可以做得很多，进而可以实现非常高的分辨率。

随着应用领域需求的不断提升，对图像传感器的分辨率要求也更加严格。这势必需要图像传感器拥有更长的线阵以达到这一要求。当线阵过长时，行像素数量庞大，传统的时钟布线方式会导致时钟信号到达第一个像素与最后一个像素的时间不同，如图2。这会导致各个像素进行曝光与信号读出的时间不一致，进而导致图像因列延时发生失真。

对于信号到达各像素时间不一致的现象，传统解决该问题的方法是使用树状布线方式，如图3。对于长线阵的图像传感器，需要与像素个数相同的时钟树通路，这会导致耗费较多的芯片面积，对于采用线阵技术的时间延时积分(Time Delay Integration，TDI)图像传感器，各像素之间间隙十分狭小，此时钟布线是不可实现的。并且金属线之间会产生较大的耦合电容，影响周围电路。

发明内容

为克服现有技术的不足，使线阵型图像传感器能够更好的实现高速高分辨率图像采集的功能，提高线阵型图像传感器的行频，扩大线阵型图像传感器的应用范围，本发明采用的技术方案是，图像传感器列延时导致图像失真恢复方法，包括如下步骤：

1)计算沿跨轨方向的最大失真距离L：最大失真距离可通过数字到时间转换器采集时钟信号到达第一个像素与到达最后一个像素的时间延迟T，以及线阵型图像传感器的渡越时间T_L计算出来，而时钟信号到达第一个像素与最后一个像素的时间延迟T又可以通过线阵长度W与单个时钟信号延迟t表达出来；进而，最大失真距离表示为：

$L=\frac{T}{T_L}=\frac{(W-1)t}{T_L}---\left(1\right)$

2)计算被拍摄图像形变失真角度α：形变失真角度α通过阵型图像传感器的线阵长度为W与沿跨轨方向的最大失真距离为L计算出来，W、L单位为像素个数，形变失真角度α表示为：

$tan\alpha =\frac{L}{W-1}---\left(2\right)$

3)根据形变失真角度α对拍摄图像进行恢复：tanα的数量值与被拍摄图像单位行像素形变失真像素个数相同，根据tanα值，将对应列像素恢复至原有位置，即可将形变失真图像进行恢复。

本发明的特点及有益效果是：

本发明针对高速长线阵图像传感器列延时图像失真的恢复技术在不增加版图布线复杂程度的前提下，对于长线阵型的图像传感器因时钟信号到达时间的不一致性导致的被拍摄图像的形变失真，具有较好的恢复校准效果。本发明可更好的实现高速高分辨率图像的采集功能，提高线阵型图像传感器的行频，扩大线阵型图像传感器的应用范围。

附图说明：

图1是现有技术提供的线阵图像传感器的工作模式示意图。

图2是现有技术提供的时钟布线延时示意图。

图3是现有技术提供的时钟树工作原理示意图。

图4是现有技术提供的线阵型图像传感器中所采用的像素的电路图。

图5是现有技术提供的线阵型图像传感器渡越时间定义方式示意图。

图6是本发明提供的单列像素的电路图。

图7是本发明模拟线阵型图像传感器拍摄的具有列延时失真的图片。

图8是本发明对失真图片进行恢复后的图片。

具体实施方式

在本发明中，受现有时间数字转化器(Time to Digital Converter，TDC)技术的启发，采用传统的时钟信号加载方式，通过计算图像边沿最大失真距离与图像传感器阵列长度的比值，提出一种对失真图像进行恢复的方法。

为方便后面分析，下面将给出线阵型图像传感器中的一些常用参数的定义。线阵型图像传感器的像素阵列是呈一维线阵结构的，如图4所示，像素阵列与被扫描物体的相对移动方向称为沿轨方向(Along-Track-Direction),与相对移动方向垂直的方向称为跨轨方向(Across-Track-Direction)。在CMOS图像传感器中像素的形状一般为正方形，像素中心距为p，假设被拍摄物体发出或反射的光线通过镜头聚焦到像素阵列上形成一个光点，如图5所示，光点与像素阵列上的相对移动速度为v，则光点移动过一个像素中心距的时间为p/v，这个时间即被定义为线阵型图像传感器的渡越时间T_L(Line>

本发明提出的针对高速长线阵图像传感器列延时图像失真的恢复技术具体实现方法如下：

1.计算沿跨轨方向的最大失真距离L。最大失真距离可通过数字到时间转换器采集时钟信号到达第一个像素与到达最后一个像素的时间延迟T，以及线阵型图像传感器的渡越时间T_L计算出来。而时钟信号到达第一个像素与最后一个像素的时间延迟T又可以通过线阵长度W与单个时钟信号延迟t表达出来。进而，最大失真距离可表示为：

$L=\frac{T}{T_L}=\frac{(W-1)t}{T_L}---\left(1\right)$

2.计算被拍摄图像形变失真角度α。如图6所示，形变失真角度α可通过阵型图像传感器的线阵长度为W(单位为像素个数)与沿跨轨方向的最大失真距离为L(单位为像素个数)计算出来，形变失真角度α可表示为：

$tan\alpha =\frac{L}{W-1}---\left(2\right)$

3.根据形变失真角度α对拍摄图像进行恢复。tanα的数量值与被拍摄图像单位行像素形变失真像素个数相同。根据tanα值，将对应列像素恢复至原有位置，即可将形变失真图像进行恢复。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清晰，下面将结合实例给出本发明实施方式的具体描述。该实例中线阵型传感器长度为5184个像素，行频为500kHz，为获得更加直观的效果，设时钟信号传输延时为4ns每个像素。

根据式1，可以得到最大失真距离：

个像素

根据式2，可以得到被拍摄图像图像形变失真角度α：

个像素

形变失真仿真效果如图7所示。根据形变失真角度tanα，对失真图像第n列像素，向上拉伸0.002*(W-1)个像素进行图像恢复，恢复效果如图8。在极高行频的条件下可以对失真图片进行有效的恢复。