一种CMOS图像传感器包含图像像素阵列、暗像素阵列、数据位线、参考位线、驱动器、比较器和模/数转换器ADC电路。所述图像像素阵列响应于入射光产生模拟图像信号。所述暗像素阵列产生模拟黑色参考信号以用于对所述模拟图像信号的模拟黑色电平校准。在一个实施例中，所述数据位线每一者耦合到所述图像像素阵列内的不同列的图像像素，且所述参考位线每一者耦合到所述暗像素阵列内的不同列的黑色参考像素。所述驱动器耦合到所述参考位线以驱动模拟黑色参考信号。所述比较器每一者耦合到所述数据位线中的一者且每一者耦合到所述驱动器的输出，且在模拟域中使所述模拟图像信号与所述模拟黑色参考信号偏移。所述ADC电路每一者耦合到比较器的输出。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术大体涉及图像传感器，且特定来说(但非排他地)涉及用于CMOS图像传感器的黑色电平校准(black level calibration)。
技术介绍
互补金属氧化物半导体(“CMOS”)图像传感器(“CIS”)可归因于像素本身中的暗电流和像素间的暗电流电平而产生不准确的图像数据。CIS阵列的每一像素提供随入射在像素上的光而变化的输出电压。不幸的是，暗电流增加输出电压且使成像系统提供的图片降级。为了产生准确的图像数据，需要估计暗电流且对其进行电平校正。大多数图像传感器在使用之前需要某一形式的校准使得从图像传感器获得的数据可用于产生忠实地再现所俘获场景或物体的光学特性(强度、颜色等)的数字图像。一些校准可实行一次且保持对于图像传感器的每次后续使用有效，但其它校准必须针对图像传感器的每一单次使用实行。黑色电平校准是通常针对图像传感器的每一单次使用执行的校准之一。正如其名称所暗示，黑色电平校准的目的是确定图像传感器的黑色电平。黑色电平校准有效地设定阈值，在所述阈值之下，从图像传感器获得的数字数据值将被认为表示颜色黑色，或换句话说，表示不存在或大体不存在光。所述阈值接着用于调整从阵列中的其它像素获得的值。准确的黑色电平校准有助于实现具有暗阴影区中的完全对比度和精细细节的数字图片。如果黑色电平过低，那么暗区域中的信息可能丢失；如果黑色电平过高，那么可能牺牲单一范围。黑色电平校准传统上以当前帧进行逐帧减法到全局暗行信号而进行。此方法移除暗电流以及读出的信道偏移，从而仅留下图像数据。然而，在暗电流在整个像素阵列上不均匀的情形中，此方法在实现黑色电平校准方面不太有效。在帧曝光模式中，在整个像素阵列上同时进行像素阵列的遮光和积分。然而，读出一次进行一行，因此像素阵列的顶部到底部存在积分时间差。帧曝光模式中的暗电流的不均匀性可导致垂直阴影。垂直阴影的其它原因包含温度梯度、工艺梯度和像素输出稳定。常规黑色电平校准技术在数字域执行。数字黑色电平校正的一个缺点是，图像数据在数字减法操作之后损失其动态范围。
技术实现思路
本专利技术的一个实施例涉及一种图像传感器。所述图像传感器包括以下组件图像像素阵列，其用以响应于入射光产生模拟图像信号；暗像素阵列，其用以产生模拟黑色参考信号以用于对所述模拟图像信号的模拟黑色电平校准；数据位线，其耦合到所述图像像素阵列内的一排图像像素以从所述排图像像素中转移出所述模拟图像信号；参考位线，其耦合到所述暗像素阵列内的一排黑色参考像素以从所述排黑色参考像素中转移出所述模拟黑色参考信号；驱动器，其耦合到所述参考位线以接收所述模拟黑色参考信号；比较器，其经耦合以从所述数据位线接收所述模拟图像信号，且经耦合以从所述驱动器接收所述模拟黑色参考信号，所述比较器经耦合以在模拟域中使所述模拟图像信号与所述模拟黑色参考信号偏移；以及模/数转换器(“ADC”)电路，其耦合到所述比较器的输出。本专利技术的另一实施例涉及一种CMOS图像传感器。所述传感器包括以下组件图像像素阵列，其用以响应于入射光产生模拟图像信号；暗像素阵列，其安置在邻近于所述图像像素阵列处以产生模拟黑色参考信号以用于对所述模拟图像信号的模拟黑色电平校准；多条数据位线，其每一者耦合到所述图像像素阵列内的不同列的图像像素以转移出所述模拟图像信号；多条参考位线，其每一者耦合到所述暗像素阵列内的 不同列的黑色参考像素以转移出所述模拟黑色参考信号，其中所述参考位线短路在一起；驱动器，其耦合到所述参考位线以产生平均模拟黑色参考信号；多个比较器，其每一者耦合到所述数据位线中的一者且每一者耦合到所述驱动器的输出，所述比较器经耦合以在模拟域中使所述模拟图像信号与所述平均模拟黑色参考信号偏移；以及多个模/数转换器(“ADC”)电路，其每一者耦合到所述比较器中的对应一者的输出。附图说明参看以下图式描述本专利技术的非限制性和非详尽实施例，图式中，除非另外规定，否则相同参考数字在各图中表示相同零件。图I是说明根据本专利技术的一实施例的图像传感器的功能框图。图2是说明像素阵列的一实施例内的两个四晶体管(“4T”)像素的像素电路的电路图。图3是说明根据本专利技术的一实施例的执行模拟黑色电平校准的读出电路的功能框图。图4是说明根据本专利技术的一实施例的执行模拟黑色电平校准同时省略列放大器的读出电路的功能框图。图5是说明根据本专利技术的实施例的执行模拟黑色电平校准且包含芯片外黑色参考读出电路的读出电路的功能框图。图6是说明根据本专利技术的一实施例的执行模拟黑色电平校准且具有减少数目的列放大器的读出电路的功能框图。图7是说明根据本专利技术的一实施例的执行模拟黑色电平校准且具有减少数目的列放大器和芯片外黑色参考读出电路的读出电路的功能框图。图8是说明根据本专利技术的一实施例的斜坡比较器(ramp comparator)的功能框图。具体实施例方式本文描述用于图像传感器的模拟黑色电平校准的系统和方法的实施例。在以下描述中，陈述众多特定细节以提供对实施例的彻底理解。然而，相关领域的技术人员将认识至IJ，本文描述的技术可在无特定细节中的一者或一者以上的情况下实践，或以其它方法、组件、材料等来实践。在其它例子中，未详细展示或描述众所周知的结构、材料或操作以避免混淆某些方面。整个本说明书中对“一个实施例”或“一实施例”的参考意味着结合实施例描述的特定特征、结构或特性包含在本专利技术的至少一个实施例中。因此，短语“在一个实施例中”或“在一实施例中”在整个本说明书中各个地方的出现不一定全部指代同一实施例。此外，所述特定特征、结构或特性可以任何适宜的方式在一个或一个以上实施例中组合。图I是说明根据本专利技术的一实施例的互补金属氧化物半导体(“CMOS”)图像传感器100的功能框图。CMOS图像传感器100的所说明的实施例包含像素阵列105、读出电路110、功能逻辑115和控制电路120。像素阵列105的所说明的实施例包含二维(“2D”)图像像素阵列106和暗像素阵列107。图像像素阵列106包含用于俘获图像信号的像素单元(AP1、AP2、…、APn)，且暗像素阵列107包含用于俘获黑色电平信号的黑色参考像素单元(例如，BPO、BPU…、BPn)。在一个实施例中，每一像素单元为一有源像素传感器(“APS”)，例如CMOS成像像素。在一个实施例中，黑色参考像素包含与其有源像素对等物类似或相同的结构，至少一个例外是其被光阻挡层(例如，以金属覆盖的光敏区)遮蔽而不能接收光。当然，黑色参考像素可使用其它技术实施。 如所说明，每一有源像素以行(例如，行Rl到Ry)和列(例如，列Cl到Cx)布置以获取人、地点或物体的图像数据，所述图像数据可接着用于渲染所述人、地点或物体的图像。像素阵列105包含用于输出模拟黑色参考信号的(暗像素阵列107的)一个或一个以上黑色参考像素，所述模拟黑色参考信号可用于校准图像像素阵列106的像素的黑色电平设定点。在所说明的实施例中，像素阵列105包含在图像像素阵列106的边缘处布置在两列中的黑色参考像素BPO到BPn。当然，暗像素阵列107可包含显著更大数目的列。图像像素阵列106与暗像素阵列107可共享共同的行。在当前实施例中，暗像素阵列107包含沿着图像像素阵列106的一侧形成的两列黑色参考像素。在其它实施例中，暗像素阵列1本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
2011.02.17 US 13/029,9051.一种图像传感器，其包括 图像像素阵列，其用以响应于入射光产生模拟图像信号； 暗像素阵列，其用以产生模拟黑色参考信号以用于对所述模拟图像信号的模拟黑色电平校准； 数据位线，其耦合到所述图像像素阵列内的一排图像像素以从所述排图像像素中转移出所述模拟图像信号； 参考位线，其耦合到所述暗像素阵列内的一排黑色参考像素以从所述排黑色参考像素中转移出所述模拟黑色参考信号； 驱动器，其耦合到所述参考位线以接收所述模拟黑色参考信号； 比较器，其经耦合以从所述数据位线接收所述模拟图像信号，且经耦合以接收从所述驱动器输出的所述模拟黑色参考信号，所述比较器经耦合以在模拟域中使所述模拟图像信号与所述模拟黑色参考信号偏移；以及 模/数转换器ADC电路，其耦合到所述比较器的输出。2.根据权利要求I所述的图像传感器，其进一步包括 多条数据位线，其耦合到所述图像像素阵列内的对应多排图像像素； 多条参考位线，其耦合到所述暗像素阵列内的对应多排黑色参考像素；以及多个比较器和对应的ADC电路，其每一者耦合到所述数据位线中的至少一者且耦合到所述驱动器以接收从所述驱动器输出的所述模拟黑色参考信号。3.根据权利要求2所述的图像传感器，其中所述图像像素在所述图像像素阵列内布置为列和行，且所述黑色参考像素在所述暗像素阵列内布置为列和行，其中所述暗像素阵列的所述行与所述图像像素阵列的所述行对准。4.根据权利要求2所述的图像传感器，其中所述多条参考位线短路在一起且耦合到所述驱动器的输入。5.根据权利要求4所述的图像传感器，其中所述驱动器包括单位增益缓冲器，所述单位增益缓冲器包含 非反相输入，其耦合到所述参考位线； 反相输入；以及 反馈路径，其将所述单位增益缓冲器的输出耦合到所述反相输入。6.根据权利要求2所述的图像传感器，其进一步包括 多路复用器，其每一者经耦合以将所述数据位线中的两者或两者以上多路复用到所述比较器中的单一者上。7.根据权利要求6所述的图像传感器，其进一步包括 多个第一线放大器，其每一者耦合在所述多路复用器中的每一者与所述比较器中的对应者之间。8.根据权利要求7所述的图像传感器，其进一步包括 多个第二线放大器，其每一者耦合在所述驱动器的所述输出与所述比较器中的对应一者之间。9.根据权利要求2所述的图像传感器，其进一步包括 多个线放大器，其每一者耦合在所述参考位线与所述驱动器之间，其中所述线放大器装箱在一起使得其输入和输出短路在一起，且所述线放大器的每一者内的至少一个共同内部节点短路在一起。10.根据权利要求2所述的图像传感器，其进一步包括 芯片外黑色参考读出电路，其经耦合以将所述模拟黑色参考信号转换为数字黑色参考信号，且以每列的方式从所述暗像素阵列选择性地输出所述数字黑色参考信号。11.根据权利要求I所述的图像传感器，其中所述比较器包括模拟差分放大器，所述模拟差分放大器具有经耦合以接收所述模拟图像信号 的非反相输入和经耦合以接收所述模拟黑色参考信号的反相输入。12.根据权利要求11所述的图像传感器，其中所述比较器进一步包括单端输出比较器，所述单端输出比较器具有耦合到所述模拟差分放大器的差分输出的两...
【专利技术属性】
技术研发人员：莫耀武，许晨，
申请(专利权)人：全视科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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