[發明專利]用于在使用光學黑色像素及束縛像素的成像器中設定黑色電平的方法及設備

有效

• 申請號: 200680051099.1
• 申請日: 2006-12-11
• 公開（公告）號: CN101361360A
• 公開（公告）日: 2009-02-04
• 發明（設計）人: 埃里克·埃斯克路德
• 申請（專利權）人: 美光科技公司
• 主分類號: H04N3/15
• 分類號: H04N3/15;H04N5/217
• 代理公司: 北京律盟知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 王允方

技術領域

本發明大體來說涉及半導體成像器。更具體來說，本發明涉及半導體成像器中的噪聲減小及不需要的假像的抑制。

背景技術

互補金屬氧化物半導體(CMOS)圖像傳感器利用由像素行與像素列組成的傳感器陣列。所述像素對于各種波長的光較敏感。當像素經受所述像素敏感的波長的光時，所述像素產生表示所感測光的強度的電荷。當所述傳感器陣列中的每一像素均基于所述陣列所感測的光而輸出電荷時，組合電荷表示投影在所述陣列上的圖像。因此，CMOS圖像傳感器能夠將光圖像轉化成可用于(例如)形成數字圖像的電信號。

理想上，通過使用CMOS圖像傳感器所形成的數字圖像是投影在傳感器陣列上的光圖像的精確副本。然而，各種噪聲源可影響個別像素輸出，且因此使所產生的數字圖像失真。某些噪聲源可影響整個傳感器陣列，因此需要對來自所述陣列的像素輸出進行幀形式校正。應用于整個傳感器陣列的輸出的一種此類校正措施是設定基線黑色電平(如下所述)。其它噪聲源可僅影響傳感器陣列的特定部分。例如，可能會由于集成電路制造過程變化所引起的圖像傳感器中電路結構的失配而產生行特有噪聲。圖像傳感器中的行特有噪聲的效應在于，行或行群組可響應于均勻輸入光而展現相對不同的輸出。

為設定校正黑色電平并去除行特有噪聲的效應，在圖像傳感器中使用暗行及暗列，如圖1所示。圖1顯示圖像傳感器100，其包含組織成N個像素列及R個像素行的像素陣列110。像素陣列110含有有源區域112、暗行115及暗列117。雖然在圖1中未顯示，但暗行115還可位于有源區域112上方，且暗列117還可位于有源區域112左邊。一旦讀出一行，便對來自每一列(即N個像素輸出)的并行像素輸出進行取樣并將其存儲在一組電容器120上，一次一行。每一像素均在由模擬到數字轉換器140數字化之前依次通過模擬信號處理方塊130發送。然后在將經數字化像素流發送到輸出緩沖器170之前以數字化方式處理所述經數字化像素流(方塊150)。通過監視來自暗行115的經數字化數據，使用反饋環路160來調整逐幀黑色電平。大體來說，在輸出到達模擬到數字轉換器140之前或之后，將噪聲減小過程(方塊150)連續地應用到每一像素輸出。

暗列117及暗行115是在像素陣列110內不接收光或捕捉圖像數據的區域。使用來自暗行115及暗列117的像素輸出來同時為整個像素陣列110設定黑色電平并校正行特有噪聲。

一種校正技術是通過用金屬板覆蓋暗列117及暗行115內的像素來確保暗列117與暗行115中的像素不接收圖像數據。經由金屬板來阻止感測光的像素稱為光學黑色像素。因為理論上光學黑色像素不會感測任何光，所以光學黑色像素所產生的唯一電荷是內部噪聲感應電荷。此電荷通常被稱為暗電流。因此，一種補償噪聲的方法是通過計算平均光學黑色像素輸出值(表示平均噪聲值)，且然后從有源區域112中的像素的輸出中減去這些平均值。例如，可通過為暗行115中的光學黑色像素計算平均光學黑色像素輸出(方塊150)，且然后從有源區域112及暗列117中的每個像素的輸出中減去此平均值來設定適當的黑色電平。還可通過為暗列117中的光學黑色像素的每一行計算平均光學黑色像素輸出來補償像素陣列110中的行特有噪聲(方塊150)。然后從對應像素行中的有源像素中的每一者的值中減去為每一行計算的光學黑色像素平均數。

在實踐中，因為像素陣列110中的每一行像素輸出均被連續讀出，所以首先讀取來自暗行115的像素輸出。從暗行115計算光學黑黑色電平(方塊150)，然后將其施加到來自有源區域112及暗列117的連續像素輸出。然后通過使用來自暗列117的已調整光學黑色像素輸出值來校正行特有噪聲。對用于暗列117中的既定行的光學黑色像素的輸出值求平均值(方塊150)，且然后從有源區域112的相應行內的像素中的每一者的輸出中減去所述平均光學黑色像素輸出。