FR2751823A1

FR2751823A1 - DIGITAL CMOS IMAGE SENSOR WITH PROGRAMMABLE SCAN FUNCTION

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Publication number: FR2751823A1
Application number: FR9609423A
Authority: FR
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-07-26
Filing date: 1996-07-26
Publication date: 1998-01-30
Anticipated expiration: 2016-07-26
Also published as: FR2751823B1

Abstract

La présente invention concerne un capteur d'image CMOS intégré avec une numérisation programmable incorporée. La programmabilité de cette numérisation permet de modifier les niveaux de gris numérisés afin d'avoir une meilleure aisance visuelle. Le capteur comprend, pour chaque ligne de la matrice de photodiodes, un convertisseur analogique-numérique caractérisé d'une loi de numérisation non-linéaire programmable. La programmation de la fonction de conversion se réalise en deux modes: - programmation par un signal électrique analogique (SR) dont la forme caractérise une fonction de numérisation non-linéaire en utilisant une horloge de comptage (HC) uniforme; - programmation par une horloge de comptage (HC) non-uniforme dont la densité caractérise une fonction de numérisation non-linéaire en utilisant un signal de référence (SR) en simple rampe linéaire. Le capteur comprend en outre un générateur d'horloge non-uniforme pour sa programmation. Ce générateur est constitué d'un compteur dont les impulsions de sortie ont une densité programmable, et ceci permet de créer une fonction de numérisation linéarisée par morceaux.The present invention relates to an integrated CMOS image sensor with built-in programmable scanning. The programmability of this digitization makes it possible to modify the digitized gray levels in order to have better visual ease. The sensor comprises, for each row of the array of photodiodes, an analog-to-digital converter characterized by a programmable non-linear digitization law. The programming of the conversion function is carried out in two modes: - programming by an analog electrical signal (SR) whose form characterizes a non-linear digitization function using a uniform counting clock (HC); - programming by a non-uniform counting clock (HC) whose density characterizes a non-linear digitization function using a reference signal (SR) in a simple linear ramp. The sensor further comprises a non-uniform clock generator for its programming. This generator consists of a counter whose output pulses have a programmable density, and this makes it possible to create a piecewise linearized digitization function.

Description

I Introduction
la presente invention concerne un capteur d'image CMOS integre avec une numerisation programmable mcorporee La programmabilite de cette numerisation permet de modifier les @@eau@ de gris atin d'avoir une meilleure aisance visuelle
Les capteurs d'image classiques tels que les capteurs CCD ou CMOS possedent une tonction de conversion photoelectrique linéaire. Récemment certains capteurs d'image en technologie CALOS incorporent une conversion lineaire analogique/numérique à l'intérieur d'un capteur. Mais ces fonctions linéaires ne sont pas toujours adaptées a la perception visuelle de l'être humain ou à des besoins spécifiques de certaines applications visioniques.I Introduction
the present invention relates to a CMOS image sensor integrated with a programmable digitalization mcorporee The programmability of this digitalization makes it possible to modify the @@ eau @ of gray atin to have a better visual ease
Conventional image sensors such as CCD or CMOS sensors have a linear photoelectric conversion tone. Recently, some image sensors in CALOS technology incorporate a linear analog / digital conversion inside a sensor. But these linear functions are not always adapted to the visual perception of the human being or to the specific needs of certain vision applications.

Le capteur d'image CMOS, selon la présente invention pennet d'incorporer à un capteur CCD une conversion analogiqueinumerique dont la fonction de conversion est programmable par un signal électrique a l'extérieur du capteur. Toute fonction monotone peut ètre réalisée par ce dispositif. The CMOS image sensor according to the present invention allows an analog-digital conversion to be incorporated into a CCD sensor, the conversion function of which is programmable by an electrical signal outside the sensor. Any monotonous function can be performed by this device.

7 Réalisation actuelle
La réalisation courante en CMOS se fait, soit avec un convertisseur A/N simple, soit avec une ligne de convertisseurs å simple rampe comme montre la figure 1. La conversion par un convertisseur simple (Figure I A) est souvent limitée par la vitesse de conversion que peut fournir un convertisseur CMOS incorporé dans le capteur, par conséquent elle est valable pour des capteurs a faible résolution. La conversion par une ligne de convertisseurs à simple rampe convertit une ligne a la fois, ce parallélisme compense la lenteur du circuit CMOS. Une lecture à la cadence vidéo classique est possible meme avec une résolution 500x500 pixels.7 Current achievement
The current realization in CMOS is done, either with a simple A / D converter, or with a line of converters with single ramp as shown in figure 1. Conversion by a simple converter (Figure IA) is often limited by the conversion speed that can be provided by a CMOS converter incorporated in the sensor, therefore it is valid for low resolution sensors. Conversion by a line of single ramp converters converts one line at a time, this parallelism compensates for the slowness of the CMOS circuit. Reading at the conventional video rate is possible even with a resolution of 500x500 pixels.

3 Programmation de la fonction de conversion
Comme montre ci-dessus, la conversion analogique/numérique est une conversion linéaire. La présente invention porte sur la conversion analogique/numérique par une ligne de convertisseurs à simple rampe, en introduisant une programmabilité de la fonction de conversion. Cette fonction de conversion peut être toute fonction monotone, et peut modifier les niveaux de gris de l'image numérique de sortie.3 Programming the conversion function
As shown above, the analog / digital conversion is a linear conversion. The present invention relates to analog / digital conversion by a line of single ramp converters, by introducing a programmability of the conversion function. This conversion function can be any monotonic function, and can modify the gray levels of the digital output image.

Cette modification des niveaux de gris est efficace et utile pour beaucoup d'applications visioniques. Par exemple une modification logarithmique peut améliorer le confort visuel des images. une modification selon son histogramme peut ameliorer le contraste de l'image La présente invention propose deux méthodes afin de rendre cette fonction de conversion programmable
3 I Par un signal électrique
Selon B de la figure 1. la conversion analogique.' numerique se fait en comparant le signal vidéo a la sortie de l'ampliticateur de charge avec un signal rampe linéaire Cela donne une fonction de conversion lineaire La presente invention propose de remplacer ce signal rampe (SRo lineaire par un signal monotone non-lineaire Lne fonction de conversion non-lineaire resulte de la non-linearite de cette rampe non-lineaire En changeant la forme de cette rampe non-lineaire. on peut programmer la fonction de conversion
Si on note
R(t) le signal rampe non-lineaire (SR) A le signal video analogique a converti@
@c la periode de l'horloge de conversion I
Ua la valeur numenque convertie de \
alors
R(Ta) = A. et Na = [Ta/Tc] = [R-1(A)/Tc];
La programmation de la fonction de conversion ([R-1(A)/Tc]) se fait par un choix judicieux de la rampe
R(t). La figure 3 montre cette procédure de conversion non-linéaire programmable. Le signal rampe non-linéaire peut être généré soit par un montage analogique simple. soit par un convertisseur numérique/analogique à partir d'une fonction tabulée dans une mémoire
3 2 Par une horlooe à période variable
Selon B de la figure 1, la conversion linéaire analogique/numérique résulte de l'utilisation d'une rampe (SR) linéaire et d'une horloge de comptage (HC) uniforme. La présente invention propose de remplacer cette horloge uniforme par une horloge non-uniforme. Cette horloge non-uniforme avec une rampe linéaire peut effectuer une conversion non-linéaire. La programmation de la fonction de conversion se fait par une distribution adéquate de la distribution de la fréquence de l'ttorloge de comptage.This change in gray levels is effective and useful for many vision applications. For example, a logarithmic modification can improve the visual comfort of the images. a modification according to its histogram can improve the contrast of the image The present invention proposes two methods in order to make this conversion function programmable
3 I By an electrical signal
According to B in Figure 1. the analog conversion. ' digital is done by comparing the video signal at the output of the charge amplifier with a linear ramp signal This gives a linear conversion function The present invention proposes to replace this ramp signal (SRo linear by a non-linear monotonic signal Lne function non-linear conversion results from the non-linearity of this non-linear ramp By changing the shape of this non-linear ramp, you can program the conversion function
If we note
R (t) the non-linear ramp signal (SR) A the analog video signal has converted @
@c the period of the conversion clock I
Ua the converted digital value of \
so
R (Ta) = A. and Na = [Ta / Tc] = [R-1 (A) / Tc];
The programming of the conversion function ([R-1 (A) / Tc]) is done by a judicious choice of the ramp
R (t). Figure 3 shows this programmable non-linear conversion procedure. The non-linear ramp signal can be generated either by simple analog mounting. either by a digital / analog converter from a function tabulated in a memory
3 2 By a variable period clock
According to B of FIG. 1, the linear analog / digital conversion results from the use of a linear ramp (SR) and of a uniform counting clock (HC). The present invention proposes to replace this uniform clock with a non-uniform clock. This non-uniform clock with a linear ramp can perform non-linear conversion. The programming of the conversion function is done by an adequate distribution of the frequency distribution of the counting clock.

Supposons que la période de l'horloge de conversion (comptage) est p(t), aiors
Ta =&num;, où K est la pente du signal rampe (SR) linéaire;

Suppose the period of the conversion clock (count) is p (t), aiors
Ta = &num;, where K is the slope of the linear ramp signal (SR);

La figure 3 montre cette conversion non-linéaire programmée. Cette horloge non-uniforme peut être facilement générée par un compteur programmable comme indique la figure 1 Figure 3 shows this programmed non-linear conversion. This non-uniform clock can be easily generated by a programmable counter as shown in Figure 1

Claims

CLAIMS @ CMOS image sensor characterized by incorporation of an analog-digital converter with single ramp in each line of the photodiodes matrix on the noeme circuit 2 CNIOS image sensor of claim I characterized by an analog conversion law - non-linear programmable digital @ Lne non-linear analog, ique-digital conversion of claim 7 characterized by two programming modes Mode I Programming of the conversion function by an analog electrical signal (SR). This electrical signal is used by analog-to-digital converters as a comparison reference. Programming the shape of this electrical signal allows programming the analog-digital conversion law. Mode 2 Programming of the non-linear conversion function by using a non-uniform conversion counting clock (HC) and a single ramp reference signal (SR). The density of this counting clock makes it easy to program the conversion function.

4. A generation of a non-uniform clock of claim 3 by a programmable counter for generating a non-uniform clock by piece. This programmable counter allows the density of the implusions at the input to be divided by a programmable division factor. The output of this counter will provide a nonuniform clock for the analog-to-digital converter of claim 3.

5 CMOS image sensor characterized by the mixed use of the analog-digital conversion modes of claim 3 in a CMOS image sensor.