用于减少CMOS图像传感器的模拟图像数据中的噪声的方法及设备技术

本申请案涉及用于减少CMOS图像传感器的模拟图像数据中的噪声的方法及设备。本发明专利技术揭示一种用于预处理模拟图像数据以减少所述模拟图像数据中的噪声的方法，所述模拟图像数据是在取样时间期间从图像传感器的像素阵列读出的。所述方法包含在所述取样时间期间产生所述模拟图像数据的多个样本且接着将所述多个样本的值限制于上阈值及下阈值。所述方法还包含通过响应于在所述取样时间期间何时产生了所述多个样本中的每一者而对相应样本应用加权因子来预调节所述多个样本。接着确定并输出所述多个样本的中值。

【技术实现步骤摘要】
用于减少CMOS图像传感器的模拟图像数据中的噪声的方法及设备
本专利技术大体来说涉及图像传感器，且特定来说(但非排他性地)涉及包含于互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器中的读出电路。
技术介绍
图像传感器已变得无所不在。其广泛地用于数码静物相机、蜂窝式电话、安全摄像机、医疗装置、汽车、便携式电子装置及其它应用中。用以制造图像传感器且特定来说CMOS图像传感器(“CIS”)的技术已不断快速地进步。现代图像传感器应用提出对较快速处理速度及较佳图像质量的需求，而同时预期图像传感器的物理大小的小型化。随着图像传感器的物理大小变得更小，对使用更小MOS晶体管的需要增加。然而，小MOS晶体管在图像传感器中的使用会随之带来各种噪声源，例如白(约翰逊)噪声、1/f噪声及随机电报信号(RTS)噪声。可使用高级CMOS工艺技术且借助高级晶体管装置(例如掩埋沟道晶体管)来设计及制作常规图像传感器以试图最小化噪声，例如RTS噪声。然而，通常，甚至在实施这些技术时，例如RTS噪声等某一噪声仍可能保留。
技术实现思路
本申请案的一方面涉及一种用于产生图像数据的图像传感器，所述图像传感器包括：像素阵列，其包含布置成若干行及列的多个像素单元以用于产生模拟图像数据；位线，其耦合到所述像素阵列的一列内的所述像素中的至少一者；及读出电路，其耦合到所述位线以在取样时间期间读出所述模拟图像数据，所述读出电路包含：预处理逻辑，其耦合到所述位线以用于预处理所述模拟图像数据以减少噪声，其中对所述模拟图像数据的所述预处理包含，在所述取样时间期间产生所述模拟图像数据的多个样本；通过以下操作限制所述多个样本的值：用可编程上阈值替换具有超过所述可编程上阈值的值的所述多个样本，及用可编程下阈值替换具有小于所述可编程下阈值的值的所述多个样本；通过响应于在所述取样时间期间何时产生了所述多个样本中的每一者而对相应样本应用加权因子来预调节所述多个样本；及确定并输出所述多个样本的中值。本申请案的另一方面提供一种用于预处理模拟图像数据以减少所述模拟图像数据中的噪声的方法，所述模拟图像数据是在取样时间期间从图像传感器的像素阵列读出的，所述方法包括：在所述取样时间期间产生所述模拟图像数据的多个样本；通过以下操作限制所述多个样本的值：用可编程上阈值替换具有超过所述可编程上阈值的值的所述多个样本，及用可编程下阈值替换具有小于所述可编程下阈值的值的所述多个样本；通过响应于在所述取样时间期间何时产生了所述多个样本中的每一者而对相应样本应用加权因子来预调节所述多个样本；及确定并输出所述多个样本的中值。附图说明参考以下各图描述本专利技术的非限制性及非详尽实施例，其中在所有各视图中相似参考编号指代相似部件，除非另有规定。图1图解说明由于小MOSFET的Si/SiO2界面处的个别缺陷所致的电流波动。图2A图解说明理想化随机电报信号(RTS)噪声波形。图2B是图解说明图2A的理想化RTS波形的归一化频率的直方图。图3是图解说明根据本专利技术的实施例的模拟图像数据的相关双取样周期的时序图。图4图解说明根据本专利技术的实施例的对图像数据的多个样本的预调节及中值滤波。图5是图解说明根据本专利技术的实施例的图像传感器的功能框图。图6是图解说明根据本专利技术的实施例的预处理逻辑的功能框图。图7是图解说明根据本专利技术的实施例的多取样电路的功能框图。图8是图解说明根据本专利技术的实施例的读出图像传感器的模拟图像数据的过程的流程图。图9是图解说明根据本专利技术的实施例的预处理模拟图像数据的过程的流程图。具体实施方式本文中描述用于减少CMOS图像传感器的模拟图像数据中的噪声的方法及设备的实施例。在以下描述中，阐述众多特定细节以提供对所述实施例的透彻理解。然而，相关领域的技术人员将认识到，可在无所述特定细节中的一者或一者以上的情况下或借助其它方法、组件、材料等实践本文中所描述的技术。在其它实例中，为避免使某些方面模糊，未详细展示或描述众所周知的结构、材料或操作。在本说明书通篇中对“一个实施例”或“一实施例”的提及意指结合所述实施例所描述的特定特征、结构或特性包含于本专利技术的至少一个实施例中。因此，在本说明书通篇中各个地方短语“在一个实施例中”或“在一实施例中”的出现未必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合方式组合于一个或一个以上实施例中。图1图解说明由于小MOSFET的Si/SiO2界面处的缺陷所致的电流波动100。在一些应用中，例如在CMOS图像传感器中，这些电流波动100可显现为闪烁的像素，随着晶体管大小已缩小，此已变得更普遍。对于小装置，载流子数目变小，且由Si/SiO2界面处的界面缺陷导致的陷获/脱陷事件的影响导致离散漏极电流波动(例如，电流波动100)。在一些实施例中，每一电流波动100可称为随机电报信号(RTS)噪声事件。如图1中所展示，许多RTS事件在持续时间上大于二分之一秒且可能横跨CMOS图像传感器的整个相关双取样(CDS)周期。然而，图2A图解说明使用隐马尔可夫模型(HMM)软件产生的理想化RTS噪声波形，而图2B是图解说明图2A的理想化RTS波形的归一化频率的直方图。如图2B中所展示，根据本文中所揭示的实施例，许多RTS事件为极短的(例如，100ns到1μs)，其可确实比CMOS图像传感器的CDS周期短且可能比CDS周期的复位电平取样时间及/或信号电平取样时间短。因此，本专利技术的实施例可通过滤除或减少具有小于CMOS图像传感器的取样时间的持续时间的RTS事件来减少所述图像传感器中的噪声。下文将更详细地论述这些及其它实施例。图3是图解说明根据本专利技术的实施例的模拟图像数据308的CDS周期302的时序图300。模拟图像数据308可为CMOS图像传感器(下文所论述)的列位线的位线电压且可包含表示复位电平取样时间304的第一部分(时间T0到时间T6)及表示信号电平取样时间306的第二部分(时间T6到时间T12)。模拟图像数据308的复位电平取样时间304可表示紧接在用已知电荷复位之后CMOS图像传感器的有源像素上的电荷电平。模拟图像数据308的信号电平取样时间306表示在图像获取之后同一有源像素上的电荷电平。也就是说，信号电平取样时间306期间的模拟图像数据308表示图像传感器的所获取信号。然而，噪声可在复位电平取样时间304及信号电平取样时间306两者期间显现，从而导致模拟图像数据308从其原本将有的值的变化。举例来说，在复位电平取样时间304期间，噪声311导致模拟图像数据308在时间T3及T4处的减小。类似地，噪声313导致在信号电平取样时间306期间的时间T8及T9处的减小。如所展示，噪声事件311的持续时间小于复位取样时间304，且噪声事件313的持续时间小于信号电平取样时间306。因此，本专利技术的实施例可包含在CDS周期302期间产生模拟图像数据308的多个样本。事实上，如图3中所展示，可在复位电平取样时间304及信号电平取样时间306两者期间取得多个样本。举例来说，图3图解说明在复位电平取样时间304期间分别在时间T1到T5处取得的样本1到5及在信号电平取样时间306期间分别在时间T7到T11处取得的样本6到10。虽然图3图解说明在复位电平取样时间304期间取得的五个样本及在信号电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于产生图像数据的图像传感器，所述图像传感器包括：像素阵列，其包含布置成若干行及列的多个像素单元以用于产生模拟图像数据；位线，其耦合到所述像素阵列的一列内的所述像素中的至少一者；及读出电路，其耦合到所述位线以在取样时间期间读出所述模拟图像数据，所述读出电路包含：预处理逻辑，其耦合到所述位线以用于预处理所述模拟图像数据以减少噪声，其中对所述模拟图像数据的所述预处理包含，在所述取样时间期间产生所述模拟图像数据的多个样本；通过以下操作限制所述多个样本的值：用可编程上阈值替换具有超过所述可编程上阈值的值的所述多个样本，及用可编程下阈值替换具有小于所述可编程下阈值的值的所述多个样本；通过响应于在所述取样时间期间何时产生了所述多个样本中的每一者而对相应样本应用加权因子来预调节所述多个样本；及确定并输出所述多个样本的中值。

【技术特征摘要】
2012.08.30 US 13/599,7601.一种用于产生图像数据的图像传感器，所述图像传感器包括：像素阵列，其包含布置成若干行及列的多个像素以用于产生模拟图像数据；位线，其耦合到所述像素阵列的一列内的所述像素中的至少一者；及读出电路，其耦合到所述位线以在取样时间期间读出所述模拟图像数据，所述读出电路包含：预处理逻辑，其耦合到所述位线以用于预处理所述模拟图像数据以减少噪声，其中对所述模拟图像数据的所述预处理包含，在所述取样时间期间产生所述模拟图像数据的多个样本；通过以下操作限制所述多个样本的值：用可编程上阈值替换具有超过所述可编程上阈值的值的所述多个样本，及用可编程下阈值替换具有小于所述可编程下阈值的值的所述多个样本；通过响应于在所述取样时间期间产生所述多个样本中的每一者而对相应样本应用加权因子来预调节所述多个样本；及确定并输出所述多个样本的中值，其中所述取样时间为相关双取样CDS周期的信号电平取样时间，且其中所述读出电路经配置以在所述信号电平取样时间期间及在所述CDS周期的复位电平取样时间期间读出模拟图像数据，其中对所述模拟图像数据的所述预处理包含预处理复位电平及预处理信号电平。2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述预处理逻辑包含经耦合以接收所述模拟图像数据的ADC，且其中产生所述多个样本包含将所述模拟图像数据转换成数字数据。3.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述取样时间为相关双取样CDS周期的复位电平取样时间。4.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述预处理逻辑进一步包含经耦合以从所述模拟图像数据的所述经预处理的信号电平减去所述经预处理的复位电平的相关双取样CDS电路。5.根据权利要求1所述的图像传感器，其中预调节所述多个样本包含：对在所述复位电平取样时间中较晚取得的样本应用比在所述复位电平取样时间中较早取得的样本高的加权因子；及对在所述信号电平取样时间中较早取得的样本应用比在所述信号电平取样时间中较晚取得的样本高的加权因子。6.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰内斯·索尔胡斯维克，
申请(专利权)人：全视科技有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US