[发明专利]摄像设备及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及摄像设备中的噪声校正，尤其涉及条带噪声的校正。

背景技术

近年来，在数字单镜头反光照相机和摄像机中通常使用CMOS图像传感器。针对这种CMOS图像传感器要求像素数的增大、摄像速度的增大和ISO速度的增大(感光度的提高)。

由于像素数的增大，像素大小变得更小，并且这意味着在各像素中累积更少的电荷。同时，为了适应ISO速度的增大，需要对所获得的电荷应用更大的增益。尽管当应用增益时放大了原始光学信号成分，但也放大了电路等所生成的噪声，因此高ISO速度的图像比低ISO速度的图像具有更多的随机噪声。

而且，一种实现高速摄像的方法是多通道化，其中，图像传感器设置有多个输出路径，并且同时针对多个像素进行读出。然而，由于噪声量根据输出路径而变化，因而存在噪声量针对各CH(针对各通道)而不同的问题。

以下说明了CMOS图像传感器的结构和噪声生成的原因。图9示出CMOS图像传感器的整体布置。如图9所示，CMOS图像传感器包括具有开口像素(有效像素)的开口像素区域(有效像素区域)903以及具有遮光像素(基准像素)的垂直光学黑区域(VOB，第一基准像素区域)902和水平光学黑区域(HOB，第二基准像素区域)901。HOB 901被设置为与开口像素区域903的水平方向上的顶端(左侧)相邻，并且是被遮光以使得光不入射的区域。而且，VOB 902被设置为与开口像素区域903的垂直方向上的顶端(上侧)相邻，并且是被遮光以使得光不入射的区域。开口像素区域903以及光学黑区域901和902具有相同的结构，并且不遮光开口像素区域903，而遮光光学黑区域901和902。以下将光学黑区域中的像素称为OB像素。通常，OB像素用于获得信号水平为基准的基准信号，即黑基准信号。开口像素区域903的开口像素各自累积根据入射光所生成的电荷，并输出电荷。

图10示出CMOS图像传感器中的单位像素(与一个像素相对应)的电路的例子。光电二极管(以下称为PD)1001接收由摄像镜头形成的光学图像，生成电荷，并累积电荷。附图标记1002表示由MOS晶体管构成的传送开关。附图标记1004表示浮动扩散(以下称为FD)。经由传送MOS晶体管1002将PD 1001所累积的电荷传送至FD 1004，然后将电荷转换成电压并从源极跟随放大器1005输出。附图标记1006表示将一行像素信号总地输出至垂直输出线1007的选择开关。附图标记1003表示利用电源VDD复位FD 1004的电位并经由传送MOS晶体管1002复位PD1001的电位的复位开关。

图11是示出CMOS图像传感器的典型结构的框图。注意，尽管图11示出3×3的像素结构，但通常像素数很高，例如几百万或几千万。垂直移位寄存器1101将行选择线Pres1、Ptx1和Psel1等的信号输出至像素区域1108。像素区域1108具有图9所示的结构，并具有多个像素单元Pixel。像素单元Pixel的偶数列和奇数列分别将像素信号输出至CH1和CH2的垂直信号线。恒流源1107作为负载连接至垂直信号线。读出电路1102接收来自垂直信号线的像素信号的输入，经由n沟道MOS晶体管1103将像素信号输出至差分放大器1105，并经由n沟道MOS晶体管1104将噪声信号输出至差分放大器1105。水平移位寄存器1106控制晶体管1103和1104的接通/断开，并且差分放大器1105输出像素信号和噪声信号之间的差。注意，尽管图11中的输出路径结构是包括CH1和CH2的两通道结构，但可以通过增加输出路径的数量来进行高速处理。例如，如果设置了总共8条输出路径(换句话说，图像传感器结构中上下各4条输出路径)，则可以在相同的时间处理8个像素。

使用上述差分放大器可以获得移除了CMOS图像传感器固有的噪声的输出信号。然而，如果在CH1和CH2的输出放大器的特性之间存在变化，则在各列中发生基本均匀的电平差。这称为垂直图案噪声。

同时，像素具有共用的电源和GND(接地)。如果电源和GND在读出操作期间波动，则此时读出的像素具有基本均匀的电平差。通常，在画面的左上方开始、从左到右、逐行在图像传感器中进行读出。由于电源和GND的波动而发生的电平差表现为基本上针对每行而不同的电平差。这称为水平图案噪声。

如上所述，存在以下问题：由于CMOS图像传感器的结构而发生条带噪声，并且该条带噪声随着规格的提高变得更加显著。由于垂直图案噪声是由输出放大器的特性所确定的固有图案噪声，因此可以通过校正各输出放大器中的变化来进行校正。另一方面，如果电源和GND的波动是随机的，则水平图案噪声也变得随机。