[发明专利]带有降低的暗电流的CMOS成像器的读出方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种设备和方法，尤其涉及用于捕获电子图像的设备和 方法。

背景技术

CMOS图像传感器可以使用卷帘式快门(rolling shutter)，其中像 素阵列中的像素逐行被电子快门开闭(shuttering)。术语“电子快门开 闭”涉及像素的电子控制，以便定义一个曝光期，在该曝光期期间像素 被曝光(exposed to light)以捕获图像。曝光期的结束可以通过像素的读 出来定义。或者，曝光期可以先于读出而结束。从曝光期的开始到读出 结束的总时间被称为积分时间(integration time)。

使用卷帘式快门的传感器将使移动物体的图像失真，因为在连续的 行被电子快门开闭的时间之间物体在移动。这种失真可以表现为人为时 间位移现象，如图1和图2所示。

机械快门可用于克服这个问题，但是增加了图像捕获设备的成本、 复杂度和尺寸。

避免该问题的另一种方法是使用全局快门，其中所有的像素同时被 电子快门开闭。这其后通常跟随一个读出阶段，其中像素被逐行读出。 同时读出是不经济的，因为从每个像素到输出或存储器都需要单独的读 出结构和线路。

全局快门方法还要遭受暗电流误差的增大。暗电流是当没有光线入 射到像素上时像素中产生的电流。当曝光期开始时，依赖于触发 (striking)像素的光的量将以某一速率开始产生电荷。该电荷仅在曝光 期期间产生。然而，还可以由于暗电流而积累电荷，导致不精确的读取。 电荷的积累是由于在整个积分时间内都出现了暗电流的缘故，即，其将 在曝光期期间以及之后持续，而且直到像素的积分值被读出之前都不会 结束。随着像素被逐行读出，最后一个像素的积分时间要比第一像素的 积分时间要长，因此从图像的一端到另一端的暗电流误差逐渐增大。这 与其中每个像素具有一致的积分时间的卷帘式快门不同。此外，当使用 全局快门时的积分时间可能要高于当使用卷帘式快门的积分时间，导致 更为显著的暗电流误差。

在本说明书中列出或讨论的在先公开文献未必作为这样一种认识， 即该文献是现有技术的一部分或公知常识。

发明内容

一种用于捕获电子图像的设备，可包括：

像素阵列，包括被设置成被曝光以捕获电子图像的多个光敏像素；

读出电路，被设置用于在不同的时间，从该像素阵列中的第一和第 二像素组中读出光强度值以捕获该图像的光强度值，每个像素组包括一 个或多个像素；

其中该设备包括噪声补偿电路，该噪声补偿电路被设置成通过利用 在不同的时间分别从第一和第二像素组获得的光强度值，补偿该像素阵 列的像素中的暗电流。

像素组可以包括单个像素、阵列中的一行像素(即一行或一列的整 个或部分)、多于一行、或像素的任何其它的集合。

在任何实施例中，像素可以在整个像素阵列之上同时被电子快门开 闭以实现一个全局快门，或者可以按组(例如，逐行)被电子快门开闭 以实现一个卷帘式快门。然而，当实现为全局快门时该设备提供更多的 优点，因为避免了人为时间位移现象。

在第一实施例中，读出电路可以被设置用于在第一读取中以第一预 定组顺序从所述第一和第二像素组中读出所述光强度值，随后在第二读 取中以第二预定组顺序从所述第一和第二像素组中重新读取光强度值， 该第二预定组顺序与该第一预定组顺序相反。

虽然仅提及了两个组，应理解的是，本发明可适用于两个或更多个 的任何数量的组。例如，读出电路可以被设置用于在第一读取中以第一 预定组顺序从多个像素组中读出所述光强度值，随后在第二读取中以第 二预定组顺序从多个像素组中重新读取光强度值，该第二预定组顺序与 该第一预定组顺序相反。

在一个组包括一个以上的像素的情况下，该组中的像素是同时被读 出的，例如利用移位寄存器以逐行方式读出。在此情况下，组顺序就是 各组被读出的顺序。在一个组包括单个像素的情况下，组顺序就是单个 像素被读出的顺序。可以以从像素阵列的一端移动到另一端的连续顺序 或者以任何其它的顺序而读出各组。