[发明专利]使用并行输入算术平均模块减少成像器噪声的方法和设备

说明书

技术领域

本发明大体上涉及半导体成像器。更具体地说，本发明涉及半导体成像器中的噪声 校正。

背景技术

目前使用各种类型的成像器或图像传感器，包含电荷耦合装置(CCD)图像传感器 和互补金属-氧化物半导体(CMOS)图像传感器。与CCD图像传感器相比，CMOS技术 有许多益处，例如成本较低、制造容易且整合程度较高。然而，CMOS图像传感器技术 的缺点是存在固定图案噪声(fixed-pattern noise，FPN)。固定图案噪声是由由于集成电 路的制造工艺的变化而导致的电路结构的失配产生的。固定图案噪声在CMOS图像传感 器中的影响是像素组(通常是传感器阵列中的每个列)响应于均匀输入光而呈现出相对 不同的强度。图1示范固定图案噪声对图像的影响。在图1中，CMOS图像传感器120 经由传感器阵列130感测图像110。传感器阵列130包含像素单元矩阵132。由于传感器 阵列130中的噪声的缘故，CMOS图像传感器120产生被噪声破坏的图像140。固定图 案噪声很大程度上是造成被噪声破坏的图像140中表现的列式(column-wise)失真的原 因。

固定图案噪声不是CMOS图像传感器中存在的唯一噪声源。也可能存在行噪声，即 对给定行中的所有像素共同的噪声。在图2中，CMOS图像传感器220经由传感器阵列 230感测图像210。传感器阵列230包含像素单元矩阵232。由于传感器阵列230中的噪 声的缘故，CMOS图像传感器220产生被噪声破坏的图像240。行式(row-wise)噪声很 大程度上是造成被噪声破坏的图像240中表现的行式失真的原因。即使在校正列式固定 图案噪声之后，在经校正的图像中行噪声仍可能是明显的。

为了去除固定图案噪声的影响，常规校准过程涉及基于已知光学输入测量输出，以 及将所述输出与预期值进行比较。在CMOS图像传感器中，通常将已知强度和频率的光 照射到传感器上，且用作输入校准信号。在一些情况下，还可在校准期间使用来自非现 用暗像素传感器的输出，以将传感器的输出与预期暗输出进行比较。原则上，如果传感 器装置中没有失配，那么来自每个像素单元的电压信号输出应该是相同的。然而，实际 上，即使在将均匀输入光刺激施加到阵列时，也会在传感器阵列的像素列之间读出信号 输出值的相当大的差异。像素信号输出值与预期像素信号输出值之间的差异通常被称为 像素偏移。计算像素偏移并接着存储所述像素偏移以在校准整个传感器阵列的过程中使 用。

在使用偏移减少程序的常规传感器阵列校准程序中，在正常图像传感器操作期间， 将所计算的各自偏移施加到每个像素的输出。未经校准的输出高于预期的像素的信号输 出值将减少其相应的缩放偏移值的量。类似地，未经校准的输出低于预期的像素的信号 输出值将增加其相应的缩放偏移值的量。会影响偏移值的操作模式的任何变化都将导致 有必要重新计算每个像素的偏移值。

产生和存储准确的像素偏移值需要计算时间和额外的存储器资源。图3展示常规 CMOS图像传感器300。图像传感器300包含组织成N个像素列和R个像素行的像素阵 列310。读出行后，将来自每个列的并行像素输出(或N个像素输出)发送到一组模拟- 数字转换器(ADC)320。接着，将来自每个像素列的数字化输出发送到一组读出缓冲器 330。在典型的图像传感器300中，将数字化像素输出处理成串行数据流340。以逐行方 式读出阵列行中的每一者。通常，对串行数据流340应用例如列式偏移校准和行噪声校 正(框350)的操作。换句话说，循序地对串行数据流340中的每个像素输出应用噪声 减少过程。结果是噪声减少过程给N乘以R个像素信号的总读出增添了相当大的延迟。 另外，偏移值是在校准期间根据预期参考值测量的，从而需要大量的位(且因此需要大 量的存储器容量)来表示所述偏移值。

因此，需要且期望一种用于有效地产生噪声校正值并将其施加到CMOS成像器的像 素输出同时减少所需的存储器容量的方法和设备。

发明内容

本发明提供一种有效地产生噪声校正值并将其施加到CMOS成像器的像素输出的方 法和设备。