[发明专利]具有减少的列固定图案噪声的成像传感器

说明书

技术领域

本发明大体上是关于成像传感器，且具体而言但不限于是关于具有列读出电路的成像传感器。

背景技术

图像传感器已变得无处不在。图像传感器广泛用于数字静态相机、蜂窝电话、安全摄像机以及医疗、汽车及其他应用中。用于制造图像传感器(且具体而言互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器)的技术持续快速发展。举例而言，较高分辨率、较高品质图像及较低耗电的需要激发此等图像传感器的进一步小型化及整合。然而，列固定图案噪声(fixedpattern noise，FPN)是CMOS图像传感器的一众所周知问题。FPN是归因于器件及互连件在传感器上不匹配而在均匀照明下的像素输出的空间变动。FPN可在一所得图像中将自己呈现为与在相同温度及曝光的条件下拍摄的图像同时发生的较亮或较暗像素的相同图案。

各种采样方法可用于减少列FPN。举例而言，一方法(例如，相关双重采样)可包含将该CMOS图像传感器的一像素设定为一参考值，接着采样该像素处的该参考值(例如，黑电平信号)。在实际图像获取期间，该像素曝露于光且经充电以产生一光亮信号(例如，光亮电平信号)。接着比较此光亮信号与该经采样的参考值(例如，从该光亮电平信号减去黑电平信号)以到达一最后值处(例如，所得图像)。此过程试图从该最后值(且因此该所得图像)消除噪声。然而，传统图像传感器归因于在采样光亮电平信号及黑电平信号中所涉及的单独元件间的不匹配而引入一新偏移噪声。换言之，该最后值将是该光亮电平信号减该黑电平信号加该偏移噪声。通常，因为各列包含其自己的列采样电路，所以一特定列中的各像素将具有相同偏移。另一列中的像素将具有另一偏移值。因此，当显示一检测的图像时，形成列FPN的垂直线将出现于屏幕上。各垂直线代表一成像传感器中的一列且具有对应于一像素的一宽度。该线的亮度对应于该特定列的偏移值。

此外，举例而言，一方法(例如，三角(delta)双重采样)可包含：检测各列的偏移值；接着从该特定列处的像素的最后值扣除该检测的偏移值。以此方式，可理想地推导出该最后值以具有减少的列FPN。然而，诸如此类的方法涉及信号相减，这些信号相减由于列采样电路的非线性及变动而不可能具有100％准确度。因此，即使在应用诸如相关双重采样及/或三角双重采样方法的方法后，通常仍留有列FPN的一小部分(即，剩余列FPN)。

在一些情况下，一高信号增益施加于CMOS图像传感器，以在低照明条件下“升压(boost)”一图像。在此等情形下，剩余列FPN可变得更加可见。另外，在CMOS图像传感器的大量生产中，制造过程变动对于一些芯片而言可使该列FPN更差。此外，当在诸如非常高或非常低温度、利用一低供应电压及/或利用一具有噪声的电源供应器的差条件下运行该传感器时，该列FPN可变得更加差。因此，图像中的所得列FPN可能是对人眼非常不舒服的一显著假影，且可能限制大量生产中的CMOS图像传感器的成品率。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种成像传感器，包括：配置于一列中的多个成像像素；耦合至所述列的列采样电路；包含于所述列采样电路中的多个采样通道，其中，所述列采样电路从所述多个采样通道中随机选择第一采样通道以采样来自包含于所述多个成像像素中的一像素的第一数据信号，并且其中，所述列采样电路从所述多个采样通道中随机选择第二采样通道以采样来自该像素的第二数据信号。

根据本发明的第二方面，提供了一种方法，包括以下步骤：接收来自包含于成像传感器的成像像素的一列中的第一成像像素的第一数据信号；从耦合至所述列的多个采样通道中随机选择第一采样通道；以及在所述随机选择的第一采样通道上采样所述第一数据信号。

根据本发明的第三方面，提供了一种互补金属氧化物半导体成像传感器，包括：配置于多个行和列中的成像像素的阵列；多个列采样电路，被耦合至所述阵列的各自列以采样来自多个成像像素的黑电平信号和光亮电平信号，其中，每个列采样电路包含多个采样通道，其中，所述多个列采样电路中的每个列采样电路从所述多个采样通道中随机选择至少两个采样通道以采样所述黑电平信号和所述光亮电平信号。