具有黑电平补偿功能的CMOS图像传感器及黑电平补偿方法技术

本发明专利技术提供一种具有黑电平补偿功能的图像传感器，包括：用于生成模拟图像信号的像素主阵列；在所述像素主阵列内的有源像素阵列，成像透镜将入射光聚焦在所述有源像素阵列上；四个角像素子阵列，每个角像素子阵列位于所述有源像素阵列的四个角之一中，不透明屏蔽罩在其光电二极管上方以防止产生与入射光相关的电荷，这些角像素子阵列提供黑电平补偿模拟图像信号；模数转换器电路和黑电平补偿电路，黑电平补偿电路通过算法补偿所述有源像素阵列的像素之间的黑电平变化。本发明专利技术采用黑电平补偿方法解决图像传感器因各种因素引起的图像阴影。本发明专利技术还提供一种图像传感器黑电平补偿方法。方法。方法。

【技术实现步骤摘要】
具有黑电平补偿功能的CMOS图像传感器及黑电平补偿方法


[0001]本专利技术涉及一种图像传感器，尤其涉及一种具有黑电平补偿功能的CMOS图像传感器及黑电平补偿方法。

技术介绍

[0002]图像捕获装置包括图像传感器和成像透镜。成像透镜将光聚焦到图像传感器上以形成图像，图像传感器将光信号转换成电信号。成像透镜几乎总是圆形的，并将圆形的聚焦图像投射到图像传感器的平面上。图像聚焦范围限制了有源像素阵列。由于成像格式通常是矩形，并且必须同时支持4∶3长宽比的静态图像捕获以及16∶9长宽比的视频捕获，这两种矩形成像格式不支持延长，因此成像阵列至少呈现出四个角区域。图像捕获装置输出电信号给主机系统的其他组件。图像捕获装置和主机系统的其他组件形成图像传感器系统或成像系统。图像传感器的应用已经非常普遍，可以应用在各种电子系统中，例如移动设备，数码相机，医疗设备或计算机。
[0003]典型的图像传感器包括二维阵列排列的多个光敏元素(“像素”)。这种图像传感器可以被配置为通过在像素上形成滤色器阵列(CFA)来产生彩色图像。用于制造图像传感器的技术，比如互补金属氧化物半导体(“CMOS”)图像传感器(“CIS”)，可能会由于像素本身的暗电流和来自像素的暗电流水平的变化而产生不准确的图像数据到像素。CIS阵列的每个像素提供作为入射到像素上的光的函数而变化的输出电压。不幸的是，暗电流会增加输出电压并降低成像系统提供的图像质量。为了生成准确的图像数据，需要估计暗电流值并对其进行校正，以进行黑电平补偿。
[0004]大多数图像传感器在使用前需要某种形式的校准，以便从图像传感器获得的数据可用于生成数字图像，忠实地再现捕获场景或物体的光学特性(强度、颜色等)。一些校准可以执行一次并且对于图像传感器的每次后续使用保持有效，但是其他校准对于图像传感器每次后续使用都必须执行。黑电平校准或补偿是通常在每次使用图像传感器时都必须执行的校准之一。顾名思义，黑电平校准的目的是确定图像传感器的黑电平。黑电平校准有效地设置了一个阈值，低于该阈值从图像传感器获得的数字数据值将被认为代表黑色，或者换句话说，代表没有或基本上没有光。然后使用阈值来调整从阵列中的其他像素获得的值。准确的黑电平校准有助于在暗影区域获得具有完整对比度和细微细节的数字图像。如果黑电平太低，暗区的信息可能会丢失；如果黑电平太高，可能会牺牲信号范围。然而，依然存在暗电流在像素阵列上不均匀的情况。例如，在全局或帧曝光模式下，其中像素阵列的快门和积分在整个像素阵列上同时进行，而读出是一次一行完成，因此从上到下垂直穿过像素阵列存在积分时间差。帧曝光模式下暗电流的不均匀性可能是垂直和水平阴影的来源之一。垂直和水平阴影的其他原因包括温度梯度、工艺梯度和像素输出的稳定性。本专利技术解决垂直和水平阴影问题，通过提供修正的像素阵列布置以及调整像素图像数据的方法以补偿空间阴影。本专利技术满足了这些需求，并进一步提供了如下
技术实现思路
所述的优点。

技术实现思路

[0005]如下内容描述给出了本专利技术所做出的贡献。
[0006]本专利技术通过提供一种具有黑电平补偿功能的CMOS图像传感器及黑电平补偿方法，采用黑电平补偿的方法解决图像传感器的图像阴影。
[0007]本专利技术提供一种具有黑电平补偿功能的图像传感器，包括：
[0008]用于生成模拟图像信号的像素主阵列，其中所述像素主阵列的每个像素包括光电二极管，所述光电二极管响应于入射光以及独立于入射光的暗电流产生电荷，所述像素主阵列的像素按行和列排列；
[0009]在所述像素主阵列内的有源像素阵列，所述有源像素阵列被限制在所述像素主阵列上方的成像透镜的焦场范围内，所述成像透镜将入射光聚焦在所述有源像素阵列上；
[0010]四个角像素子阵列，每个角像素子阵列位于所述有源像素阵列的四个角之一中，其中不透明屏蔽罩在其光电二极管上方以防止产生与入射光相关的电荷，并且其中这些角像素子阵列提供黑电平补偿模拟图像信号；
[0011]模数转换器电路，耦合到图像信号输出电路以数字化所述模拟图像信号；和
[0012]黑电平补偿电路，用于生成来自所述四个角像素子阵列获取的信号对应的算法，其中将该算法应用于来自所述有源像素阵列的数字化图像信号以补偿所述有源像素阵列的像素之间的黑电平变化。
[0013]优选地，其中所述像素主阵列的少数最顶行在其光电二极管上方具有不透明屏蔽罩以防止产生与入射光相关的电荷，并且所述少数最顶行提供产生黑电平补偿模拟图像信号，从而根据所述四个角像素子阵列以及所述少数最顶行获取的信号对应的算法来补偿所述有源像素阵列的像素之间的黑电平变化。
[0014]优选地，其中所述少数最顶行的行数为二。
[0015]优选地，其中所述像素主阵列的少数最顶行和少数最底行在其光电二极管上方具有不透明屏蔽罩以防止产生与入射光相关的电荷，并且所述少数最顶行和少数最底行提供产生黑电平补偿模拟图像信号，根据从所述四个角像素子阵列，所述少数最顶行和少数最底行获取的信号对应的算法来补偿所述有源像素阵列的像素之间的黑电平变化。
[0016]优选地，所述黑电平补偿电路包括随机数加法电路，用于对所述有源像素阵列的每个像素随机调整算法生成值，以减少图像视觉显示异常。
[0017]优选地，其中每个角像素子阵列的宽度等于所述有源像素阵列宽度的0.036倍，高度等于所述有源像素阵列高度的0.055倍。
[0018]优选地，其中所述有源像素阵列为4576像素
×
3168像素，并且以4
×
3的比例划分为4224像素
×
3168像素的阵列用于静态图像捕获，或者以16
×
9的比例划分为4576像素
×
2574像素的阵列用于视频图像捕获。
[0019]优选地，其中每个角像素子阵列为176像素
×
297像素。
[0020]本专利技术还提供一种应用于图像传感器的黑电平补偿方法，包括以下：
[0021]提供像素主阵列以生成模拟图像信号，其中所述像素主阵列的每个像素包括光电二极管，所述光电二极管响应入射光以及独立于入射光的暗电流产生电荷，所述像素主阵列的像素按行和列排列；
[0022]在所述像像素主阵列内提供有源像素阵列，其中所述有源像素阵列被定位在所述
像素主阵列上方的成像透镜的焦场范围内，以将入射光聚焦在所述有源像素阵列上；
[0023]提供位于有源像素阵列的角部的四个角像素子阵列，在其光电二极管上方设置不透明屏蔽罩以防止产生与入射光相关的电荷，所述四个角像素子阵列产生提供黑电平补偿的模拟图像信号；
[0024]提供模数转换器电路，耦合到图像信号输出电路以数字化模拟图像信号；和
[0025]提供黑电平补偿电路，通过以下步骤产生并应用补偿所述有源像素阵列行间黑电平变化的算法：
[0026]读取并数字化以及存储来自所述像素主阵列的所有行包括四个角像素子阵列的一帧图像信号；
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有黑电平补偿功能的图像传感器，其特征在于，包括：用于生成模拟图像信号的像素主阵列，其中所述像素主阵列的每个像素包括光电二极管，所述光电二极管响应于入射光以及独立于入射光的暗电流产生电荷，所述像素主阵列的像素按行和列排列；在所述像素主阵列内的有源像素阵列，所述有源像素阵列被限制在所述像素主阵列上方的成像透镜的焦场范围内，所述成像透镜将入射光聚焦在所述有源像素阵列上；四个角像素子阵列，每个角像素子阵列位于所述有源像素阵列的四个角之一中，其中不透明屏蔽罩在其光电二极管上方以防止产生与入射光相关的电荷，并且其中所述角像素子阵列提供黑电平补偿模拟图像信号；模数转换器电路，耦合到图像信号输出电路以数字化所述模拟图像信号；和黑电平补偿电路，用于生成所述四个角像素子阵列获取的信号对应的算法，其中将该算法应用于所述有源像素阵列的数字化图像信号以补偿所述有源像素阵列的像素之间的黑电平变化。2.如权利要求1所述的具有图像黑电平补偿的图像传感器，其特征在于，其中所述像素主阵列的少数最顶行在其光电二极管上方具有不透明屏蔽罩以防止产生与入射光相关的电荷，并且所述少数最顶行提供产生黑电平补偿模拟图像信号，从而根据所述四个角像素子阵列以及所述少数最顶行获取的信号对应的算法来补偿所述有源像素阵列的像素之间的黑电平变化。3.如权利要求2所述的具有图像黑电平补偿的图像传感器，其特征在于，其中所述少数最顶行的行数为二。4.如权利要求1所述的具有图像黑电平补偿的图像传感器，其特征在于，其中所述像素主阵列的少数最顶行和少数最底行在其光电二极管上方具有不透明屏蔽罩以防止产生与入射光相关的电荷，并且所述少数最顶行和少数最底行提供产生黑电平补偿模拟图像信号，从而根据从所述四个角像素子阵列，所述少数最顶行和少数最底行获取的信号对应的算法来补偿所述有源像素阵列的像素之间的黑电平变化。5.如权利要求1所述的具有图像黑电平补偿的图像传感器，其特征在于，所述黑电平补偿电路包括随机数加法电路，用于对所述有源像素阵列的每个像素随机调整算法生成值，以减少图像视觉显示异常。6.如权利要求1所述的具有图像黑电平补偿的图像传感器，其特征在于，其中每个角像素子阵列的宽度等于所述有源像素阵列宽度的0.036倍，高度等于所述有源像素阵列高度的0.055倍。7.根据权利要求1所述的具有图像黑电平补偿的图像传感器，其特征在于，其中所述有源像素阵列为4576像素
×
3168像素，并且以4
×
3的比例划分为4224像素
×
3168像素的阵列用于静态图像捕获，或者以16
×
9的比例划分为4576像素
×
2574像素的阵列用于视频图像捕获。8.如权利要求7所述的具有图像黑电平补偿的图像传感器，其特征在于，其中每个角像素子阵列为176像素
×
297像素。9.一种应用于图像传感器的黑电平补偿方法，其特征在于，包括以下：提供像素主阵列以生成模拟图像信号，其中所述像素主阵列的每个像素包括光电二极
管，所述光电二极管响应入射光以及独立于入射光的暗电流产生电荷，所述像素主阵列的像素按行和列排列；在所述像像素主阵列内提供有源像素阵列，其中所述有源像素阵列被定位在所述像素主阵列上方的成像透镜的焦场范围内，以将入射光聚焦在所述有源像素阵列上；提供位于有源像素阵列的角部的四个角像素子阵列，在其光电二极管上方设置不透明屏蔽罩以防止产生与入射光相关的电荷，所述四个角像素子阵列产生提供黑电平补偿的模拟图像信号；提供模数转换器电路，耦合到图像信号输出电路以数字化模拟图像信号；和提供黑电平补偿电路，通过以下步骤产生并应用补偿所述有源像素阵列行间黑电平变化的算法：读取并数字化以及存储来自所述像素主阵列的所有行包括四个角像素子阵列的一帧图像信号；根据四个角像素子阵列的像素暗电流值的平均值B1、B2、B3、B4生成黑电平补偿...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪小勇，
申请(专利权)人：思特威上海电子科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：