[發明專利]使用啞像素消除固定模式噪聲的系統及方法

無效

• 申請號: 200810043533.2
• 申請日: 2008-06-20
• 公開（公告）號: CN101309359A
• 公開（公告）日: 2008-11-19
• 發明（設計）人: 李碧洲
• 申請（專利權）人: 埃派克森微電子（上海）有限公司;埃派克森微電子有限公司
• 主分類號: H04N5/217
• 分類號: H04N5/217;G06F3/03;G06F3/033
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及CMOS圖像傳感技術，尤其涉及在CMOS圖像傳感器中消除固定 模式噪聲的方法。

背景技術

在當今的CMOS圖像傳感器中，FPN(Fixed?Pattern?Noise：固定模式噪聲) 一直是困擾設計者的一道難題。其中形成FPN的主要因素包括：像素電路和相關 的讀取放大電路存在不匹配的情形，供電電源的擾動而引入的噪聲等。

為了消除圖像傳感器中的FPN，現有技術中通常采用兩類解決方案。其一是 CDS(Correlated?Double?Sampling：相關雙取樣)方法。代表該CDS方法的美 國專利文獻US?6,538,695B1揭示了一種用于CMOS圖像傳感器中校準片上固定 模式噪聲的方法。該方法首先從每一位線中讀取兩個數據值以計算一像素列的偏 移和增益誤差，該偏移為第一數據值和該增益誤差為所讀取的第一和第二數據值 的斜率；然后，通過從取樣的偏移和增益誤差數值中計算平均偏移和平均增益誤 差來生成參考偏移和參考增益誤差數值；該位線的校準數據包括偏移的差值和增 益誤差的差值，其中偏移的差值包括偏移數值和參考偏移之差，增益誤差的差值 包括增益誤差和參考增益誤差之差。將該位線的校準數據儲存于片上的非易失性 存儲器中以在正常工作狀態下補償FPN效應。然而，在該方法中只是儲存了像素 列中的偏移差值和增益誤差的差值以消除列FPN對于CMOS圖像傳感器的影響， 卻對于行FPN無能為力。

其二是記錄CMOS圖像傳感器中每一像素的偏移量，并將采集的FPN數據經 壓縮后存至片上的非易失性存儲器中。該方案以美國專利文獻US?6,995,346B2 為代表，該專利文獻公開了一種補償數字圖像的FPN的方法，基于所提供的非易 失性存儲器、處理設備、校準結構和圖像傳感器，該方法使用該校準結構來獲取 每個傳感器的FPN數據以儲存測得的FPN數據；為所拍攝的照片找回該FPN數 據；以及利用上述處理設備將該FPN數據用于所拍攝的照片上以補償固定模式噪 聲。由此可見，儲存每個傳感器的FPN數據需要占用非易失存儲器的大量儲存空 間，即使所獲得的FPN數據經過壓縮，其儲存空間仍然很大。此外，該方法對基 于電源擾動所引起的噪聲的FPN不能夠進行實時處理。

發明內容

針對現有技術中CMOS圖像傳感器在消除像素的固定模式噪聲上所存在的技 術缺陷，本文提供了一種使用啞像素消除固定模式噪聲的方法。該方法既能夠消 除像素陣列的列FPN，也能夠消除像素陣列的行FPN。

按照本發明的一個方面，提供了一種在圖像傳感器中用于消除固定模式噪聲的 系統。該系統包括：像素陣列，在像素陣列中不僅具有用于采集圖像的原始像素 陣列，還包括用于補償像素陣列中每一像素單元的啞像素行和啞像素列；讀取電 路，用于讀取像素陣列中每一像素單元的像素值；PGA(Programmable?Gain? Amplifier：可編程增益放大器)單元，用于將來自讀取電路的每一像素單元的像素 值與一恒定的像素偏移量相加，并對相加所得的數據進行運算；模數轉換單元， 將可編程增益放大器單元的運算結果轉換為數字化數據；以及固定模式噪聲消除 單元，使用與每一像素單元具有相同行的第一啞像素數值和與該像素單元具有相 同列的第二啞像素數值來補償該像素單元。

其中，所述像素陣列具有兩行啞像素和兩列啞像素。進一步，該兩行啞像素分 別為像素陣列的第一行和最后一行；該兩列啞像素分別為像素陣列的第一列和最 后一列。

其中，該像素偏移量與模數轉換單元的轉換參數相關。此外，該像素偏移量與 啞像素行和啞像素列的像素值相關。

其中，第一啞像素數值來自于啞像素行中的任意一行，以及第二啞像素數值來 自于啞像素列中的任意一列。

按照本發明的又一個方面，提供了一種在圖像傳感器中用于消除固定模式噪聲 的方法，該方法包括步驟：

讀出像素陣列，該像素陣列不僅具有用于采集圖像的原始像素陣列，還包括用 于補償像素陣列中每一像素單元的啞像素行和啞像素列；

將讀取結果輸入至可編程增益放大器單元，對該可編程增益放大器單元中的每 一像素單元增加一恒定的像素偏移量，并對相加后的結果進行運算；

將來自可編程增益放大器單元的運算結果進行模數轉換；以及

使用與每一像素單元具有相同行的第一啞像素數值和與該像素單元具有相同列 的第二啞像素數值來補償該像素單元。