一种非制冷红外图像传感器及其校正方法技术

本申请披露了一种非制冷红外图像传感器，包括：行选逻辑；像素电路；校正码读写模块；失调校正DAC；差分电流产生电路；跨阻放大；动态比较器；k‑bit逐次逼近逻辑和积分器。本申请的优势在于：通过将校正存储置于像素内，节约了外部的存储空间，减少了传统片上校正时向探测器发送校正码流的通信功耗；将宏观失调调节、校正范围调节及像素级失调非均匀性校正统一集成在片内，可以获得残余固定背景噪声更小、成像动态范围更大的校正后读出性能；在失调标定过程中，该架构使用列级集成的逐次逼近逻辑，直接用于更新像素阵列内对应校正存储，故省去了输出的缓存阵列，节省了芯片面积；等等。

Uncooled infrared image sensor and its correction method

【技术实现步骤摘要】
一种非制冷红外图像传感器及其校正方法
本专利技术涉及一种读出电路。具体的，涉及一种片上自动校正的读出电路、包括该片上自动校正的读出电路的图像传感器及其校正方法。
技术介绍
非制冷红外焦平面探测器芯片主要由MEMS微测辐射热计阵列、读出电路及真空封装三部分构成。探测器工作时，MEMS微测辐射热计阵列将辐射能量转换为热敏电阻阻值变化，进而被读出电路放大并依次读出到片外，实现了对目标辐射的阵列级成像。对于微测辐射热计而言，目标辐射是有效信号，而工艺偏差引起的阻值非均匀性、环境温度波动及热敏电阻温度系数的非均匀性引起的温漂噪声、还有工艺失效引起的像素电阻损坏，都属于无效的信号，会导致输出原始图像上下饱和或引入固定模式噪声，因此需要被校正、补偿或剔除。对于非制冷红外探测器，最常用的校正方法为基于均匀面源黑体的标定校正。标定校正的目的是提取探测器的非均匀性参数及盲像素位置，从而在数字图像处理端进行校正和补偿处理。例如，挡片校正就是一种基于温度近似均匀的挡片成像的失调标定校正方法。探测器面对挡片成像的输出中，包含了失调的非均匀性信息，基于该信息可以对失调非均匀性进行校正。失调非均匀性校正可以有效提升成像质量，操作如果在数字图像处理域进行，会消耗一定的逻辑运算单元及存储单元代价。而且对于原始非均匀性较大、温漂较严重的探测器，就需要更高精度的复杂算法进行校正补偿，增加了成像系统的开发难度，增加了数字图像处理端的硬件成本及功耗开销。另一方面，针对非均匀性引起原始输出信号易饱和的探测器，通常采用片上粗校正的方法，在芯片内完成非均匀性的初步粗校正。片上非均匀性校正相对于单纯后端的数字校正可以获得更好的成像动态范围，但也需要标定、校正表存储、实时向探测器发送校正码流的操作步骤，一定程度增加了探测器的使用难度。
技术实现思路
针对现有技术中读出电路的失调非均匀性校正的功耗、算法开销、硬件代价等问题，本申请提出了一种非制冷红外图像传感器。本申请的第一方面披露了第一种非制冷红外图像传感器，所述非制冷红外图像传感器包括：行选逻辑，所述行选逻辑用于产生行选信号RSELi；像素电路，所述像素电路中的每个像素单元包含一个校正码存储单元RAMi，j和一个像素电阻Rsi，j，所述像素电路中的每个像素单元还包括一个行选开关，所述行选开关基于行选信号RSELi对像素电路进行逐行选通；校正码读写模块，用于像素内存储单元的行级并行位线读写，并产生校正码；失调校正DAC，用于基于校正码和阵列外产生的模拟偏压Vbias，产生调节列读出前端失调的模拟偏压Vb；差分电流产生电路，其一端输入模拟偏压Vb，另一端连接像素阵列的行选开关；跨阻放大，用于基于差分电流产生电路产生的差分电流Idiff，产生电压输出Vagc；动态比较器，用于基于电压输出Vagc和阈值信号Vth，产生信号CMP；k-bit逐次逼近逻辑，用于基于信号CMP，确定待写入的校正码值，并反馈给所述行级校正码读写模块；积分器，所述积分器基于电压输出Vagc，产生电压Vint；列ADC，所述ADC基于电压Vint，产生模数转换码值ADBUS。在一些实施例中，所述行选电路每行包括行选产生逻辑、第一与门和第二与门，其中：行选产生逻辑用于产生第i行的行选信号RSELi；第一与门的输入为RSELi和全局写使能信号WE，输出为第i行的写使能信号WEi，第二与门的输入为RSELi和全局读使能信号RE，输出为第i行的读使能信号REi。在一些实施例中，所述校正码读写模块的一端通过kbit位线BL[k：1]与像素电路中的校正码存储器RAMi，j相连接，另一端输出kbit宽的MEM[k：1]信号与二选一选择器的第一输入端连接，二选一选择器模块的第二输入端与逐次逼近模块的输出端连接，二选一选择器的输出端与失调校正DAC连接，二选一选择器通过信号”NUC提取帧”进行控制选择输出第一或第二输入端的信号。本申请的第二方面披露了第二种非制冷红外图像传感器，所述非制冷红外图像传感器包括：行选逻辑，所述行选逻辑用于产生行选信号RSELi；像素电路，所述像素电路中的每个像素单元包含一个校正码存储单元RAMi，j和一个像素电阻Rsi，j，所述像素电路中的每个像素单元还包括一个行选开关，所述行选开关基于行选信号RSELi对像素电路进行逐行选通；校正码读模块，用于基于RD和REi信号，读取第i行的像素内校正码存储单元RAMi，j内存储的校正码值；移位暂存，用于基于TSF信号，暂时存储校正码读模块中读到的校正码数据，且通过kbit的DCd[k：1]线连接校正码写模块；校正码写模块，用于基于WR和WEi信号，将移位暂存模块内暂存的校正码数据写入第i行的像素内校正码存储单元；失调校正DAC，用于基于校正码和阵列外产生的模拟偏压Vbias，产生调节列读出前端失调的模拟偏压Vb；差分电流产生电路，其一端输入模拟偏压Vb，另一端连接像素阵列的行选开关；跨阻放大，用于基于差分电流产生电路产生的差分电流Idiff，产生电压输出Vagc；积分器，所述积分器基于电压输出Vagc，产生电压Vint；列ADC，所述ADC基于电压Vint，产生模数转换码值ADBUS，并将AD最高位信号AD[MSB]输出给校正码写模块。在一些实施例中，所述校正码写模块还与帧计数器信号FCNT连接。在一些实施例中，所述行选电路每行包括行选产生逻辑、第一与门和第二与门，其中：行选产生逻辑用于产生第i行的行选信号RSELi；第一与门的输入为RSELi+1和全局写使能信号WE，输出为第i行的写使能信号WEi，第二与门的输入为RSELi和全局读使能信号RE，输出为第i行的读使能信号REi。在一些实施例中，所述校正码读模块的一端通过kbit位线BL[k：1]与像素电路中的校正码存储器RAMi，j相连接，另一端输出kbit宽的DC[k：1]信号分别输出到失调校正DAC和移位暂存。本申请的第三方面披露了一种校正方法，应用于第一种非制冷红外图像传感器，包括：步骤1，落下挡片；步骤2，全局失调校正帧有效；步骤3，设置无像素级校正，完成一帧成像，获得宏观帧均值；步骤4，基于宏观帧均值信息与目标值的大小关系，调节全局失调校正；步骤5，重复步骤3和4，A帧后，帧均值与目标值偏差符合要求，完成全局失调校正；步骤6，非均匀性提取帧有效，根据帧输出偏差分布统计，自动设置校正范围；步骤7，逐行读取MEMS像素电阻，基于读出结果产生校正码写入像素内存储单元；步骤8，重复步骤7，B帧后，阵列原始输出粗校正均匀，完成失调非均匀性校正存储更新；步骤9，抬起挡片；步骤10，基于已获取的全局失调校正码、校正范围调节码及逐行从像素存储内读取的像素级失调校正码，进行正常读出帧的读出成像。本申请的第四方面披露了另一种校正方法，应用于第二种非制冷红外图像传感器，包括：步骤1，落下挡片，开始第1帧OCC存储更新，帧计数FCNT＝1，校正码写模块控制{AD[MSB]，DCd[k-1∶1]}写入BL[k：1]；步骤2，第0行起始，在RD及RE0的控制下，读取第0行像素内OCC存储，得到失调校本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非制冷红外图像传感器，其特征在于，包括：/n行选逻辑，所述行选逻辑用于产生行选信号RSEL

【技术特征摘要】
1.一种非制冷红外图像传感器，其特征在于，包括：
行选逻辑，所述行选逻辑用于产生行选信号RSELi；
像素电路，所述像素电路中的每个像素单元包含一个校正码存储单元RAMi,j和一个像素电阻Rsi,j，所述像素电路中的每个像素单元还包括一个行选开关，所述行选开关基于行选信号RSELi对像素电路进行逐行选通；
校正码读写模块，用于像素内存储单元的行级并行位线读写，并产生校正码；
失调校正DAC，用于基于校正码和阵列外产生的模拟偏压Vbias，产生调节列读出前端失调的模拟偏压Vb；
差分电流产生电路，其一端输入模拟偏压Vb，另一端连接像素阵列的行选开关；
跨阻放大，用于基于差分电流产生电路产生的差分电流Idiff，产生电压输出Vagc；
动态比较器，用于基于电压输出Vagc和阈值信号Vth，产生信号CMP；
k-bit逐次逼近逻辑，用于基于信号CMP，确定待写入的校正码值，并反馈给所述行级校正码读写模块；
积分器，所述积分器基于电压输出Vagc，产生电压Vint；
列ADC，所述ADC基于电压Vint，产生模数转换码值ADBUS。


2.如权利要求1所述的非制冷红外图像传感器，其特征在于，所述行选电路每行包括行选产生逻辑、第一与门和第二与门，其中：
行选产生逻辑用于产生第i行的行选信号RSELi；
第一与门的输入为RSELi和全局写使能信号WE，输出为第i行的写使能信号WEi，第二与门的输入为RSELi和全局读使能信号RE,输出为第i行的读使能信号REi。


3.如权利要求1所述的非制冷红外图像传感器，其特征在于，所述校正码读写模块的一端通过kbit位线BL[k:1]与像素电路中的校正码存储器RAMi,j相连接，另一端输出kbit宽的MEM[k:1]信号与二选一选择器的第一输入端连接，二选一选择器模块的第二输入端与逐次逼近模块的输出端连接，二选一选择器的输出端与失调校正DAC连接，二选一选择器通过信号”NUC提取帧”进行控制选择输出第一或第二输入端的信号。


4.一种非制冷红外图像传感器，其特征在于，包括：
行选逻辑，所述行选逻辑用于产生行选信号RSELi；
像素电路，所述像素电路中的每个像素单元包含一个校正码存储单元RAMi,j和一个像素电阻Rsi,j，所述像素电路中的每个像素单元还包括一个行选开关，所述行选开关基于行选信号RSELi对像素电路进行逐行选通；
校正码读模块，用于基于RD和REi信号，读取第i行的像素内校正码存储单元RAMi,j内存储的校正码值；
移位暂存，用于基于TSF信号，暂时存储校正码读模块中读到的校正码数据，且通过kbit的DCd[k:1]线连接校正码写模块；
校正码写模块，用于基于WR和WEi信号，将移位暂存模块内暂存的校正码数据写入第i行的像素内校正码存储单元；
失调校正DAC，用于基于校正码和阵列外产生的模拟偏压Vbias，产生调节列读出前端失调的模拟偏压Vb；
差分电流产生电路，其一端输入模拟偏压Vb，另一端连接像素阵列的行选开关；
跨阻放大，用于基于差分电流产生电路产生的差分电流Idiff，产生电压输出Vagc；
积分器，所述积分器基于电压输出Vagc，产生电压Vint；
列ADC，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘大河，施薛优，陈光毅，李克之，
申请(专利权)人：北京安酷智芯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11