图象信号处理系统 【技术领域】
本发明涉及一种图象信号处理系统，特别是涉及一种图象信号处理系统，该系统可利用分辨率的模/数转换器实现高分辨率。
本申请相关的交叉参考文献：本申请主张2002年12月23日申请的韩国专利申请号2002-82889的优先权，它们的公开文件在这里全文并入作为参考。
背景技术
图1是表示普通图象信号处理系统内部结构的方块图。
请参阅图1所示，普通的图象信号处理系统包括一个图象传感器器110、一个模/数转换器120、一个图象数据处理器130和一个快门控制器140。
图象传感器110具有多个象素，当快门打开时，每个象素响应一个快门控制信号CSHT产生一个与输入光量成正比的电压。然后，当快门关闭后，图象传感器110输出多个模拟信号IMO，每个信号具有一个象素的生成电压。
模/数转换器120接收图象传感器110的所有模拟信号IMO，并将接收到的模拟信号转换成多个N-位数字信号ADCO。
图象数据处理器130接收模/数转换器120输出地多个N-位数字信号ADCO，利用接收到的N-位数字信号ADCO计算出移动值，并将计算出的移动值输出。
还有，图象数据处理器130利用接收到的N-位数字信号ADCO决定图象传感器110的曝光时间，使输入图象传感器110的光量维持在一个预定范围内，对应确定的曝光时间，生成具有m-位代码值的第一快门控制信号CSHT1，并为快门控制器140提供生成结果。
快门控制器140接收由图象数据处理器130提供的第一快门控制信号CSHT1，生成第二快门控制信号CSHT2，其脉冲宽度与第一快门控制信号CSHT1对应，并将生成的第二快门控制信号提供给置于图象传感器10内电子快门(图中未示出)，电子快门由CMOS(互补金属氧化物半导体)晶体管构成。
在上述结构中，图象数据处理器130在功能与快门控制器140相互独立，但是如果有必要，图象数据处理器130可以包括快门控制器140的功能。
图2是说明图1的图象数据处理器的图象传感器确定曝光时间的方法的示意图。
如图2所示，图中主线代表图象传感器110的每个单元象素所生成的电压PS1-PS2，X轴代表图象传感器110的曝光时间，Y轴代表对应生成的电压的编码。
在此，图象信号处理系统包括具有一个范围为“0-15”的编码值的4-位模/数转换器120和一个中心编码值“7”和具有三个象素的图象传感器110。
现在请参阅图2，在此假定情况下，图象数据处理器130选择一个曝光时间TS，使图象传感器110输出的生成电压PS1至PS3的平均值分布在作为模/数转换器120的中心编码值为“7”上。
换言之，图象数据处理器130选择曝光时间，使电压值最小的生成电压PS1与电压值最大的生成电压PS3之间的平均值在时间相同的基础上分布于模/数转换器120的中心编码值“7”上。
还有，图象数据处理器130生成第一快门控制信号CSHT1，其具有一个与被选曝光时间TS对应的编码值。
事实上，图象传感器110可以具有百万以上的象素，而所有的象素都被具有相同值的快门控制信号CSHT2控制。
这样，当输入图象传感器110的光线极强或极弱时，图象传感器110提供的模拟信号IMO的平均值被极端地置于模/数转换器的上限CODE10-CODE15或下限CODE0-CODE5。
这种情况下，模/数转换器不能正常识别这些信号，从而不能正常进行模-数转换。换言之，模/和转换器不能生成图象信号处理系统所要求的数字信号。
由此，普通的图象信号处理系统设置有图象数据处理器130，用于控制图象传感器110的曝光时间，从而使图象传感器110生成的模拟信号IMO总是分布在模/数传感器120的中心编码上。
图3显示了图1的模/数转换器的电路图的实施例，其中模/数转换器120包括一个比较电压生成器310和一个N-位比较器320。
比较电压生成器310接收来自第一和第二参考电压Vref1和Vref2的固定参考电压值，并确定一个划分为N个的比较电压范围。该N个比较电压中的每一个都成为模/数转换器120提供的N个编码的参考，被生成并输出。这样，比较电压生成器310生成的比较电压之间的电压差在任何时间都保持一致。
N-位比较器320将比较电压生成器310传输的N个比较电压与图象传感器110传输的模拟信号IMO进行比较，并以N-位数字信号的形式将比较结果值输出。
由此，当输入模/数转换器的模拟信号的电压差大到足够被N个比较电压识别时，模/数转换器识别出模拟信号IMO的电压差并对应每个电压值生成N-位数字信号。
由此，普通模/数转换器能够将反应对象形状的图象精确地提供给图象数据处理器。
相反，当输入模/数转换器的模拟信号IMO的电压差小到不足以被N个比较电压识别时，模/数转换器不能识别出模拟信号IMO的电压差，导致模/数转换器不能够将反应对象形状的图象精确地提供给图象数据处理器。
一般来说，图象信号处理系统的目标是精确识别对象的图象。因此在普通情况下，这一目标是通过能够识别非常微小电压差的高精度模/数转换器实现的。
但是，采用高精度模/数转换器存在的问题是，图象信号处理系统的尺寸和能耗都将不可避免地增加。
例如，假如模/数转换器的电路的位数每增加一位，模/数转换器的芯片尺寸就增大一倍，且模/数转换器的能耗就增加两倍。
由此可见，上述现有的图象信号处理系统仍存在有诸多的缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决现有的图象信号处理系统的缺陷，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但是长久以来一直未见适用的设计被发展完成，此显然是相关业者急欲解决的问题。
有鉴于上述现有的图象信号处理系统存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及其专业知识，积极加以研究创新，以期创设一种新的图象信号处理系统，能够改进一般现有的图象信号处理系统，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。
【发明内容】
本发明的目的在于，克服现有的图象信号处理系统存在的缺陷，而提供一种新的图象信号处理系统，所要解决的技术问题是使其能够使用低精度的模/数转换器实现高分辨力，从而更加适于实用，且具有产业上的利用价值。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种图象信号处理系统，其包括：一个图象传感器，在一个快门控制信号的控制下接收光的形式的对象的图象并生成模拟信号；一个模/数转换器，根据快门控制信号改变一个比较电压范围并根据改变的比较电压范围将图象传感器的模拟信号转换为数字信号；以及一个图象数据处理器，接收模/数转换器的输出信号以获得移动值并生成控制图象传感器曝光时间的快门控制信号。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
前述的图象信号处理系统，其中所述的快门控制信号具有一个预定位数的编码值。
前述的图象信号处理系统，其中所述的模/数转换器包括：一个控制信号发生器，生成一个快门控制信号的电压值；一个可变比较电压生成器，根据电压值改变比较电压范围，并生成和输出多个比较电压，其与改变的比较电压范围对应；以及一个比较器，利用可变比较电压生成器的多个比较电压，将模拟信号转换为数字信号。
前述的图象信号处理系统，其中所述的可变比较电压生成器包括：一个比较电压范围调节器，根据快门控制信号连续地改变比较电压范围；以及一个比较电压生成器，对应改变的比较电压范围生成和输出多个比较电压。
前述的图象信号处理系统，其中所述的比较电压范围调节器是一个可变电阻器。
前述的图象信号处理系统，其中所述的可变比较电压生成器包括：一个比较电压范围调节器，为多个比较电压设定一个范围，并根据快门控制信号为多个比较电压选择一个特定范围；以及一个比较电压生成器，对应为多个比较电压选定的范围生成和输出多个比较电压。
前述的图象信号处理系统，其中所述的比较电压范围调节器包括：预定数目的开关，在其一侧与一个电源相连接，并响应快门控制信号受到控制；以及预定数目的电阻，连接于开关的另一侧和比较电压生成器之间。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案可知，为了达到前述发明目的，本发明的主要技术内容如下：
本发明提出一种图象信号处理系统，更为优选的是，快门控制信号具有一个预定位数编码值。
进一步地，模/数转换器包括：一个控制信号发生器，生成一个快门控制信号的电压值；一个可变比较电压生成器，根据电压值改变比较电压范围并生成和输出多个比较电压，其与改变的比较电压范围对应。
第一种类型的可变比较电压生成器包括：一个比较电压范围调节器，根据快门控制信号连续地改变比较电压范围；以及一个比较电压生成器，对应改变的比较电压范围生成和输出多个比较电压。
更为优选的是，比较电压范围调节器为一个可变电阻器。
第二种类型的可变比较电压生成器包括：一个比较电压范围调节器，为多个比较电压设定一个范围，并根据快门控制信号为多个比较电压选择一个特定范围；以及一个比较电压生成器，对应为多个比较电压选定的范围生成和输出多个比较电压。
更为优选的是，比较电压范围调节器包括：预定数目的开关，在其一侧与一个电源相连接，并响应快门控制信号受到控制；以及预定数目的电阻，连接于开关的另一侧和比较电压生成器之间。
如上所述，根据本发明的图象信号处理系统能够使用低精度模/数转换器实现高分辨力，并且在半导体集成电路中占用空间小、能耗低。
还有，本发明的图象信号处理系统能够使用输入信号的信噪比相对较小的模/数转换器。
综上所述，本发明特殊结构的图象信号处理系统，具有上述诸多的优点及实用价值，并在同类产品中未见有类似的结构设计公开发表或使用而确属创新，其不论在产品的结构或功能上皆有较大的改进，在技术上有较大的进步，并产生了好用及实用的效果，且较现有的普通的图象信号处理系统具有增进的多项功效，从而更加适于实用，而具有产业的广泛利用价值，诚为一新颖、进步、实用的新设计。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
【附图说明】
图1是表示普通图象信号处理系统的方块图。
图2是说明图1的图象数据处理器的图象传感器确定曝光时间的方法的示意图。
图3显示了图1的模/数转换器的方块图的实施例。
图4是说明根据本发明的模/数转换器的方块图。
图5是用于说明本发明的第一实施例的模/数转换器的电路图。
图6是用于说明本发明的第二实施例的模/数转换器的电路图。
【具体实施方式】
以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的图象数据处理器其具体方法、步骤、结构、特征及其功效，详细说明如后。
在下文中本发明将参照附图更全面地进行说明，附图中示出了本发明的优选实施例。但是，本发明可以用不同的形式实现并不被解释为受限于这里提出的实施例。提出这些实施例，从而该公开将是详尽和完备的，并将象本领域技术人员全面传递本发明的范围。整个说明书中相同的附图标记指相同的部件。
图4是说明根据本发明的模/数转换器的方块图。
如图所示，本发明的模/数转换器包括一个可变比较电压生成器410和一个N-位比较器420，并制造图1的图象数据处理器130的第一快门控制信号CHST1。
比较电压生成器410接收来自第一和第二参考电压Vref1和Vref2的固定参考电压值，并响应第一快门控制信号CHST1改变提供给N-位比较器420的比较电压的范围。
然后，改变范围的比较电压被划分为N个。该N个比较电压被生成并输出。
由此，根据第一快门控制信号CHST1，可变比较电压生成器410生成的比较电压的电压差被调节。
由于可变比较电压生成器410，可采用多个再划分的比较器或模拟连续电压控制。
N-位比较器420接收可变比较电压生成器410提供的N个比较电压和图象传感器110提供的模拟信号IMO，对电压大小进行比较，并生成和输出与比较结果对应的N-位数字信号ADCO。
图5是用于说明本发明的第一实施例的模/数转换器的电路图。
请参阅图5所示，可变比较电压生成器410包括：一个可变电阻电路41，接入第一参考电压Vref1并响应比较电压控制信号改变电阻值VR；N个可变比较电压生成电路411-41N，互相串联于可变电阻电路41和第二参考电压Vref2之间；以及一个控制信号生成单元43，生成比较电压控制信号，其电压值响应第一快门控制信号CHST1进行调节。
N-位比较器420由N个比较器421-42N组成，分别与可变比较电压生成电路411-41N连接。
每个第一快门控制信号CHST1都是一个数字信号，其编码值根据曝光时间而改变。这样，控制信号生成单元43生成比较电压控制信号的电压值，第一快门控制信号CHST1的编码值与其对应。可变电阻电路41根据比较电压控制信号的电压值改变其电阻值VR。
以下参考图5对本发明模/数转换器的操作进行详细描述。
在此，假定模/数转换器的所有N个可变比较电压生成电路411-41N的电阻值R均相等。
控制信号生成单元43根据第一快门控制信号CHST1的脉冲宽度，调节比较电压控制信号的电压值，并且可变电阻电路41响应具有调节电压值的比较电压控制信号，改变电阻值VR。
具有调节电阻值VR的可变电阻电路41向第一输出节点N1输出一个比较电压，其值为“Vref1-(Vref1-Vref2)×VR/(VR+N×R)”。
然后，第一比较电压生成电路411向第二输出节点N2输出其值为“Vref1-(Vref1-Vref2)×(VR+R)/(VR+N×R)”的比较电压，且第二比较电压生成电路411向第三输出节点N3输出其值为“Vref1-(Vref1-Vref2)×(VR+2R)/(VR+N×R)”的比较电压。
通过这种方式，第3至第N比较电压生成电路413-41N向第4至第N1输出节点N4-NN输出对应的比较电压。N个比较器421-42N接收对应的比较电压将比较电压的大小与图象传感器输出的模拟信号IM0的电压进行比较，并输出比较值。
N-位比较器420生成并输出N-位数字信号ADCO，对应N个比较器421-42N的N个比较结果的值。
通过这种方式，图5所示的模/数转换器同普通模/数转换器一样，输出N-位数字信号，并根据第一快门控制信号CHST1连续改变比较电压的范围，从而增加其精度。
在上述结构中，可变电阻电路41置于第一参考电压Vref1和第二参考电压生成电路411之间，且模/数转换器提供的邻近的比较电压电压差也被改变。但是，如果有必要，可变电阻电路41可置于第二参考电压Vref2和第N个比较电压生成电路41N之间，且模/数转换器提供的邻近的比较电压电压差也被改变。
进一步地，以同样的方法，第一可变电阻电路可置于第一参考电压Vref1和第一比较电压生成单元411之间，同时第二可变电阻电路可置于第二参考电压Vref2和第N个比较电压生成单元41N之间。模/数转换器通过可变电阻电路提供的比较电压之间的电压差可以改变。
图6是用于说明本发明的第二实施例的模/数转换器的电路图。
图6的模/数转换器在结构上是将图5的可变比较电压生成器410的可变电阻电路41替换为数目为m的电阻电路51a-5ma和数目为m的开关51b-5mb。
图6中结构和操作与图5相同的部分在此省略，不再描述。
m个电阻电路51a-5ma并联接入第一参考电压Vref1，m个开关51b-5mb分别置于m个电阻电路51a-5ma和参考电压Vref1之间。
m个开关51b-6mb响应第一快门控制信号CHST1的m-位编码值，控制m个电阻电路51a-5ma与N个比较电压生成电路411-41N之间的连接。
如果第一快门控制信号CHST1的位数多于m个，m个开关51b-5b可以被设置为由第一快门控制信号CHST1的m个位控制。
这样，可变比较电压生成器510根据第一快门控制信号CHST1的曝光时间，控制某一特定电阻电路与N个比较电压生成电路411-41N之间的连接，改变模/数转换器的比较电压的范围，将比较电压的改变范围划分为N个，并生成和输出N个比较电压，分别成为模/数转换器提供的N个编码的参考。
通过这种方式，图6的模/数转换器根据快门控制信号设定多个比较电压的范围并选择特定比较电压的范围，使模/数转换器提高了精度。
在上述结构中，m个电阻电路51a-5ma和m个开关51b-5mb置于第一参考电压Verf1和第一比较电压生成电路411之间，且模/数转换器提供的比较电压之间的电压差也改变。但是，如果有必要，m个电阻电路51a-5ma和m个开关51b-5mb可置于第二参考电压Vref2和第N个比较电压生成电路41N之间，且模/数转换器提供的比较电压之间的电压差也可以改变。
类似地，第一电阻电路和开关置于第一参考电压Vref1和第一比较电压生成电路411之间，同时第二电阻电路和开关置于第二参考电压Vref2和第N个比较电压生成电路41N之间，且模/数转换器提供的比较电压之间的电压差可以改变。
上述构造是针对N-位比较器的比较电压范围改变的情况而言的，但是即使在输入信号的DC偏置改变的情况下，仍然可以获得类似地效果。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳优选实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但是凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。