[发明专利]图像传感器和图像信号处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及图像处理技术和系统，特别是用于降低CMOS图像传感器暗电流噪声的图像传感器和图像信号处理方法。

背景技术

图像传感器被广泛应用于各种领域，例如，消费电子、机器人技术、基于卫星的仪器、交通、导航和制导。其中，图像传感器的感光部分由像素阵列构成，每个像素包含一个与其相对应的光电检测单元，这些光电检测单元对所形成的电荷进行检测。

电荷耦合器件(CCD)图像传感器和互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器是两种典型的图像传感器。相较于CCD图像传感器，CMOS图像传感器由于具有更高的兼容性和集成度，并且具有极低的功耗，因而被大规模地制造和使用。但是，暗电流噪声极大的影响了CMOS图像传感器的图像质量。

理论上，只有在曝光情况下，光子与像素中的光电检测单元发生碰撞，才会产生自由载荷子并且被光检测单元收集，接着，所收集的载荷子被读出，并被转移到输出电路，形成与光强成正比的光电流，进而经过处理形成了数字图像。因而在全黑的条件下，理想的图像传感器像素，并不会产生电流。

然而，由于工艺缺陷，实际的图像传感器像素即便在全黑的条件下，也会由于漏电而形成电流，称为暗电流。暗电流噪声随曝光时间的变化，与图像信号的变化相同，难以区分，而且暗电流噪声对温度有极强的敏感性，难于量化确定。

现有技术中，申请号为200610057745.7、名称为“估计暗噪声比例因子来从图像中减去暗噪声的系统和方法”的中国专利申请中公开了一种基于暗噪声比例因子从图像中减去暗噪声的图像信号处理方法。其中，以在没有光照射图像传感器的情况下所捕捉的图像作为参考暗噪声图像，以及以在光照情况下所捕捉的图像作为当前图像，并根据同样像素在参考暗噪声图像和当前图像中的像素值，计算暗噪声比例因子；然后根据所述比例因子对所述参考暗噪声图像进行缩放，并将缩放的结果从当前图像中减去，进而实现从图像中减去暗噪声。

上述专利所公开的方法中，考虑到光照与非光照时的温度存在差异，且暗电流会由于温度的变化而发生变化，通过相同位置的像素在参考暗噪声图像和当前图像中的像素值，计算暗噪声比例因子。然而在光照条件下，所述相同位置像素的像素值包括光电流产生部分和暗电流产生部分。由于光电流受温度的影响与暗电流随温度的变化并不相同，因此上述专利所公开的方法中采用所得到的暗噪声比例因子对当前图像进行缩放，并不能消除图像中的暗噪声。

另外，正如该专利文件中也有提及，由于采用线性回归过程计算所述暗噪声比例因子，所得到的暗噪声比例因子受到在参考暗噪声图像和当前图像中分别所选取的像素数目的影响。此外，由于需要对包含多个像素的参考暗噪声图像进行存储和计算，对系统得数据容量和数据处理能力的要求也比较高。

发明内容

本发明解决的问题是，提供一种图像传感器和图像信号处理方法，消除图像传感器暗电流噪声，提高图像质量。

为解决上述问题，本发明提供了一种图像传感器，包括：感光阵列，包括：至少一行的全黑像素行，用于提供全黑参考像素值和感光参考像素值；有效像素，用于提供有效像素值和感光有效像素值；

数据处理单元，用于根据所述全黑参考像素值和所述全黑有效像素值，获得暗电流因子；根据所述暗电流因子和所述感光参考像素值，对所述感光有效像素值进行校正，获得校正后的感光有效像素值；

存储单元，用于存储所述暗电流因子。

可选的，所述全黑像素行包括不进行曝光的像素。

可选的，所述全黑像素行在所述图像传感器内的位置，保证所述全黑像素先于所述有效像素之前被读出。

可选的，所述感光阵列还包括遮光部分，位于所述全黑像素周围，并且所述遮光部分大于所述全黑像素。

可选的，所述遮光部分为金属。

可选的，所述全黑参考像素值包括在没有光照射的条件下，参考像素中光电检测单元的重置电压值和第一暗电流所形成的电压的差值；所述全黑有效像素值包括在没有光照射的条件下，有效像素中光电检测单元上的重置电压与暗电流所形成的电压的差值；所述感光参考像素值包括在正常工作的光照条件下，参考像素中光电检测单元的重置电压值和第二暗电流所形成的电压的差值；所述感光有效像素值包括在正常工作的光照条件下，有效像素中光电检测单元上的重置电压与经曝光后其具有的电荷所转换成的电压的差值；所述校正后的感光有效像素值包括经过了暗电流校正的感光有效像素值。