使用并行输入算术平均模块减少成像器噪声的方法和设备的制作方法

专利名称：使用并行输入算术平均模块减少成像器噪声的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明大体上涉及半导体成像器。更具体地说，本发明涉及半导体成像器中的噪声 校正。
技术背景目前使用各种类型的成像器或图像传感器，包含电荷耦合装置(CCD)图像传感器 和互补金属-氧化物半导体(CMOS)图像传感器。与CCD图像传感器相比，CMOS技术 有许多益处，例如成本较低、制造容易且整合程度较高。然而，CMOS图像传感器技术 的缺点是存在固定图案噪声(fixed-pattern noise， FPN)。固定图案噪声是由由于集成电 路的制造工艺的变化而导致的电路结构的失配产生的。固定图案噪声在CMOS图像传感 器中的影响是像素组(通常是传感器阵列中的每个列)响应于均匀输入光而呈现出相对 不同的强度。图1示范固定图案噪声对图像的影响。在图1中，CMOS图像传感器120 经由传感器阵列130感测图像110。传感器阵列130包含像素单元矩阵132。由于传感器 阵列130中的噪声的缘故，CMOS图像传感器120产生被噪声破坏的图像140。固定图 案噪声很大程度上是造成被噪声破坏的图像140中表现的列式(column-wise)失真的原 因。固定图案噪声不是CMOS图像传感器屮存在的唯一噪声源。也可能存在行噪声，即 对给定行中的所有像素共同的噪声。在图2中，CMOS图像传感器220经由传感器阵列 230感测图像210。传感器阵列230包含像素单元矩阵232。由于传感器阵列230中的噪 声的缘故，CMOS图像传感器220产生被噪声破坏的图像240。行式(row-wise)噪声很 大程度上是造成被噪声破坏的图像240中表现的行式失真的原因。即使在校正列式固定 图案噪声之后，在经校正的图像中行噪声仍可能是明显的。为了去除固定图案噪声的影响，常规校准过程涉及基于己知光学输入测量输出，以 及将所述输出与预期值进行比较。在CMOS图像传感器中，通常将已知强度和频率的光 照射到传感器上，且用作输入校准信号。在一些情况下，还可在校准期间使用来自非现 用暗像素传感器的输出，以将传感器的输出与预期暗输出进行比较。原则上，如果传感 器装置中没有失配，那么来自每个像素单元的电压信号输出应该是相同的。然而，实际 上，即使在将均匀输入光刺激施加到阵列时，也会在传感器阵列的像素列之间读出信号输出值的相当大的差异。像素信号输出值与预期像素信号输出值之间的差异通常被称为 像素偏移。计算像素偏移并接着存储所述像素偏移以在校准整个传感器阵列的过程中使 用。在使用偏移减少程序的常规传感器阵列校准程序中，在正常图像传感器操作期间， 将所计算的各自偏移施加到每个像素的输出。未经校准的输出高于预期的像素的信号输 出值将减少其相应的縮放偏移值的量。类似地，未经校准的输出低于预期的像素的信号 输出值将增加其相应的缩放偏移值的量。会影响偏移值的操作模式的任何变化都将导致 有必要重新计算每个像素的偏移值。产生和存储准确的像素偏移值需要计算时间和额外的存储器资源。图3展示常规 CMOS图像传感器300。图像传感器300包含组织成N个像素列和R个像素行的像素阵 列310。读出行后，将来自每个列的并行像素输出(或N个像素输出)发送到一组模拟-数字转换器(ADC) 320。接着，将来自每个像素列的数字化输出发送到一组读出缓冲器 330。在典型的图像传感器300中，将数字化像素输出处理成串行数据流340。以逐行方 式读出阵列行中的每一者。通常，对串行数据流340应用例如列式偏移校准和行噪声校 正(框350)的操作。换句话说，循序地对串行数据流340中的每个像素输出应用噪声 减少过程。结果是噪声减少过程给N乘以R个像素信号的总读出增添了相当大的延迟。 另外，偏移值是在校准期间根据预期参考值测量的，从而需要大量的位(且因此需要大 量的存储器容量)来表示所述偏移值。因此，需要且期望一种用于有效地产生噪声校正值并将其施加到CMOS成像器的像 素输出同时减少所需的存储器容量的方法和设备。 发明内容本发明提供一种有效地产生噪声校正值并将其施加到CMOS成像器的像素输出的方 法和设备。在本发明的一个示范性实施例中，在校准程序期间，通过计算像素偏移值和平均像 素输出值来产生噪声校正值。对于每个读取校准行，确定来自所述行的相应多个像素列 的多个像素输出值的平均像素输出值。进一步通过找出所述多个像素输出的每一者与计 算出的平均像素输出值之间的差异来产生所述多个像素输出中的每一者的偏移值。以类 似方式找出其它校准行上的像素的偏移值。接着，对每个列中的偏移值求平均，以确定 每个列的单个偏移值。在本发明的另一示范性实施例中，可通过找出成像器行中的多个光学黑色像素的平均像素输出值，来计算整行像素输出的偏移值。可通过丢弃位于阈值窗之外的像素值， 并代入所述平均像素输出值且计算新的平均像素值，来改进所述光学黑色像素值的平均 像素输出值。因为来自光学黑色像素的输出表示与信号无关的噪声，所以可将负平均像 素输出视为偏移值。在成像器进行图像获取期间，可通过使数字化像素输出值与其相应的偏移值相加， 来减少所获取的图像中的噪声。可通过使用并行输入算术平均模块来促进平均值和像素 偏移值的计算。


从下文参考附图而提供的对示范性实施例的详细描述中，将更加了解本发明的前述和其它优势及特征，在附图中图1是现有技术成像系统的框图，其展示固定图案噪声对系统所处理的图像的影响；图2是现有技术成像系统的框图，其展示行式噪声对系统所处理的图像的影响；图3是现有技术CMOS成像器的框图；图4是根据本发明示范性实施例的CMOS成像器的框图；图5是根据本发明示范性实施例示范存储像素偏移值的存储器要求的框图；图6A和图6B是根据本发明示范性实施例具有算术平均单元的并行输入算术平均电路的框图；图7是根据本发明示范性实施例示范计算多帧噪声容许平均像素输出值的方法的框图；图8是根据本发明示范性实施例示范图7的方法如何使用并行输入算术平均电路的 框图；图9是根据本发明的所描述的示范性实施例的噪声减少过程的歩骤的流程图；以及 图IO是根据本发明示范性实施例的处理器系统的框图。
具体实施方式
现相对于各个示范性实施例更详细地描述本发明。这仅仅是为了方便起见，且不希 望限制本发明的应用。此外，如所属领域的一般技术人员已知，可使用软件、硬件或其 任一组合来实施本发明。在本发明的一个实施例中，对来自CMOS图像传感器的逐行并行列像素输出应用噪 声减少校准过程。存储噪声减少校准过程的结果以供随后施加到像素输出的串行数据流。现参看图4，根据本发明实施例构造的CMOS成像器400包含像素阵列410、 一组模拟-数字转换器(ADC) 420以及一组读出缓冲器430。将像素阵列410组织成N个像 素列和R个像素行。像素阵列410含有现用区412、列式校准区415和行式校准区417。 来自像素阵列410的N个像素列的像素输出由并行ADC 420数字化，且接着由读出缓冲 器430临时保存。类似于图3的CM0S成像器，阵列行的所有列的数字化像素输出从读 出缓冲器430经由串行数据流440传送，且所有阵列行都以逐行方式被读出。另外，校 准过程期间产生的噪声减少像素偏移存储在存储器460中，且所存储的偏移在组合器455 中与图像获取和读出期间所产生的串行数据流440中的各自像素输出组合。通过在校准 周期期间经由对像素输出的并行分析来产生并存储噪声减少偏移而不是根据串行数据流 440来计算所述噪声减少偏移，在给定时间周期中分析较多的像素输出，且较快地产生 噪声减少偏移。另外，如下文更全面地阐释，存储偏移值需要减少数目的存储器位，从 而减少了偏移存储所需的容量。经由列式偏移校准模块452和行噪声校正模块454来实施噪声减少偏移的产生。由 噪声减少因数产生器(区块450)产生的噪声减少偏移存储在噪声减少存储器区块460 中。在正常成像器操作期间，根据需要施加存储在噪声减少存储器区块460中的噪声减 少偏移，以修改串行数据流440中所运载的像素输出。根据图4中所展示的本发明的示范性实施例，在成像器对像素阵列进行校准期间， 产生列式噪声减少偏移。成像器校准在正常成像器操作之前发生，或在成像器可能需要 校准的任何时候发生。通过将参考光信号或电压信号施加到列式校准区415，来实现噪 声减少偏移的产生。所施加的参考光信号可以是反映任何入射光的缺乏的信号，或所施 加的光的某一其它参考值。或者，所施加的参考电压信号可以是在内部施加到像素阵列 410的已知电压，其模拟光信号的施加。列式校准区415包含像素阵列410的若干行， 所包含的行通常位于像素阵列410的边缘附近。列式偏移校准模块452读取由施加到列 式校准区415的参考光信号或电压信号导致的像素输出。列式偏移校准模块452以n个 像素输出的增量来读取给定像素行的N个像素输出，其中n与到达列式偏移校准模块452 的输入的数目有关。举例来说，如果列式偏移校准模块只具有八个输入(此处，n将等 于八)，那么可以128组八个像素输出的方式来读取含有1024个像素输出(或1024列) 的行。找出每一组n个像素输出(在给定实例中，每一组八个像素输出)的平均像素输 出。接着，根据平均值计算n个像素输出中的每一者的偏移值。所计算的偏移值中的每 一者表示n个像素输出中的一者与各组n个像素输出的相应平均像素输出之间的差异。 这种计算偏移值的方法与典型方法不同，典型方法关于像素输出与预期像素输出(其指代针对给定参考信号的每个像素所预期的像素输出)之间的差异来确定偏移值。通过改 为参考平均像素输出而计算偏移值，可使用较少的存储器来存储偏移值。换句话说，替 代于存储每一者需要大量存储器位的潜在较大像素偏移值(相对于预期像素输出而产 生)，列式偏移校准模块452存储每一者只需要少量存储器位的n个相对较小的像素偏移 值(相对于n个像素输出的平均值而产生)，从而降低了存储器要求。图5和图6A中对 此进行示范。图5示范常规成像器300 (图3)的标准偏移存储器技术(区块510)和本发明的减 少的偏移存储器技术(区块520)两者当应用于一组n个像素输出时所需的位深度。在 标准偏移存储器技术(区块510)中，将来自一组n个列(为了方便起见，将假定n为 八)的像素输出每一者与预期像素输出514进行比较，且计算表示n个像素输出中的每 一者与预期像素输出514之间的差异的相应像素偏移。仅举例来说，图5中指示示范性 像素输出值和预期像素输出514。使用区块510中的实例值，计算n个像素中的每一者 的偏移值，并将其存储在存储器区块512中。在给定实例中，由于差异的可能量值的缘 故，存储器区块512需要至少五个位的位深度，以便存储每个偏移值。在所示的实例中， 像素值在二进制值0到255的范围内。将校准参考级514设置成约为值154。相比之下， 区块520示范与本发明相关联的减少的偏移值存储器要求。区块520中所使用的示范性 像素输出值与区块510中所使用的相同。使用示范性像素输出值，产生所述组n个像素 的平均像素输出值526，且接着相对于平均像素输出值526计算n个像素输出的每一者 的偏移值。将所得偏移值存储在存储器区块522中。在给定实例中，因为平均像素值较 接近于实际像素值，所以只需要三个位的位深度来存储像素偏移值。图6A表示可在校准模块452中针对来自读出缓冲器430 (图4)的所述组n个像素 输出中的每一组并行使用的若干列式偏移校准电路605中的一者的框图。在图6A的电路 中，使用多个算术平均单元610，其每一者确定到达所述单元的n个输入中的一对输入 的平均值和与所述平均值的偏移。如图所示，单元610布置有加法器620以形成单个电 路605,其在输出630处提供作为输入信号DIN0-DIN7施加到电路605的n个像素输出 的平均值，以及所施加的信号中的每一者的与所述平均值的像素偏移值，以作为输出 OFST0-OFST7。与之前一样，且仅出于举例的目的，n等于八。因此，只使用算术平均 单元610和加法器620，就将n个输入像素输出转变成平均像素输出630 (展示为信号 DOUT)和n个减少的存储器偏移值(展示为信号OFST0-7)。因为列式偏移校准模块不 含有寄存器，所以无延迟地产生所计算的偏移值OFST0-OFST7。图6B中描绘算术平均单元610的实例。图6B的算术平均单元610只使用加法器614、乘法器616和除法器618 来输出两个输入的平均值和与所述平均值的偏移。使用每组n个像素输出的各自电路605对行内的每组n个像素输出重复图6中所描 述的偏移计算过程。在n等于N的情况下，只一个电路605是必需的。或者，可将行内 的每组n个像素输出多路复用到单个电路605。在任一情况下，在己经处理整行N个像 素输出之后，(图4的)列式偏移校准模块452将已经输出N/n个平均像素输出和N个偏 移值。如果每行的平均像素输出的数目大于一 (如果N/n大于一)，那么必须在进一步的平 均轮回中再次使用电路605，以便解决每组n个像素输出的平均像素输出之间的变化。 在第二平均轮回中，找出每组n个先前计算的平均像素输出的平均像素输出。举例来说， 如上文所阐释，N等于1024且n等于8的像素阵列最初将导致128个平均像素输出。可 在第二平均轮回中使用电路605进一步求这128个平均像素输出的平均值，以找出16个 平均像素输出(128除以n，其中n等于八)。第三轮回将导致两个平均像素输出。在第 四平均轮回期间将找出整行N个像素输出的单个平均像素输出。通过将来自每个平均轮 回的相关偏移相加来计算N个像素输出中的每一者的偏移。以此方式，N个像素中的每 一者的偏移代表行中所有N个像素的像素输出值与平均输出值之间的差异。因为参看图6A而描述的偏移计算过程针对行内的每组n个像素输出而重复，且针对 列式校准区415中的每一行再次重复，所以找出列式校准区415中的每一像素的偏移值。 换句话说，阵列中的每个列与和列式校准区415中存在的行一样多的偏移值相关联。根 据所计算的每个列的偏移找出平均列偏移值，且接着将其存储在存储器460中。由于需 要较少的位来存储参考平均值的偏移值，所以与如果根据固定参考点来确定偏移的情况 相比，存储器460可具有较小的容量。一旦根据上文所述的过程计算了偏移值，就可使用所述偏移值来减少列式噪声。在 读出操作期间，(图4的)串行数据流440中的数字化像素输出含有噪声。可通过在组合 电路455 (图4)中将每个输出像素值与像素的相应平均列偏移值相加，来减少所述噪声。 以此方式，像素输出值的硬件导致的列式变化在像素输出的所有N个列上得以平滑。为了确保来自阵列的不同行的像素被一致地平滑，在本发明的第二实施例中可使用 (图4的)行噪声校正模块454。再次参看图4，行噪声校正模块454用于产生噪声容许 行式偏移值。为了实现此目的，行噪声校正模块454读取源自行式校准区417的像素输 出信号。行式校准区417中的像素是光学黑色像素，意味着行式校准区417中的像素不暴露于光源。因此，来自行式校准区417中的像素的像素输出信号代表与信号无关的噪 声。随着从像素阵列410读出每一行，来自行式校准区417内的像素的像素输出信号以 n个输出信号的增量被输入到行噪声校正模块454。对于每组n个输出信号，计算平均输 出信号。可使用与用于列式校准模块452相同的电路(图6A所示)来完成计算来自行式 校准区417的平均输出信号。举例来说，使用图6A的电路，行噪声校正模块454计算来 自行式校准区417内的一行像素的n个像素输出的平均值。如果行式校准区417内的像 素的数目大于n，那么重复使用图6A的电路，直到己经找出行式校准区417内的整行像 素的平均像素输出值为止。因为所计算的平均值代表与信号无关的噪声，所以可将所计 算的平均像素输出用作各行像素输出的偏移值。在减少噪声的过程中，行中的每个像素 输出减少了来自行式校准区417的相应所计算的平均像素输出或偏移的量。行噪声校正模块454所利用的平均过程确保了在行式偏移计算期间，由行噪声校正 模块454产生的所计算的平均像素输出不会过度受到与平均像素输出显著不同的像素输 出影响。举例来说，当使用平均电路(例如图6A中所示范的平均电路)时，如果n个像 素输出值中的一者与其余n-l个像素输出值显著不同，那么所述组n个像素输出的所计 算的平均像素输出在所述一个有噪声像素输出值的方向上移位。为了避免一组n个像素 的平均像素输出值中的所描述的噪声相关移位，在本发明的第二实施例中使用改进所计 算的平均像素输出值的方法。通过取像素输出的多个平均值来确定经改进的行式平均像 素输出，其中用最新近计算的行式平均像素输出来替换具有显著噪声的像素输出的值。图7根据本发明第二实施例示范由图4的行噪声校正模块454所执行的行噪声校正 方法。在框710中，使用参看图6A描述的电路，根据来自行上的多个像素输出的一组ri 个像素输出计算平均像素输出712。在此情况下，且仅举例来说，n再次等于八个像素输 出(展示为信号D0-7)。展示n个像素输出的各种实例值。举例来说，D0具有值4， Dl 具有值66等等。因为这些像素输出来自光学黑色像素，所以像素输出显著少于列式校准 过程期间产生的输出。使用例如图6A中所示范的电路来产生像素输出D0-7的所计算的 平均像素输出712。通过针对一组n个像素使用框710的实例像素输出值D0-7，将所计 算的平均像素输出712确定为46。在框710中，像素输出DO被识别为与所计算的平均 像素输出712不同超过了预定噪声阈值714。此处，仅举例来说，已经将预定噪声阈值 设置为23，意味着任何不在所计算的平均像素输出712的±23内的像素输出都被识别为 具有过量噪声的像素输出。因此，为了改进平均像素输出，将框720中的像素输出DO 的值设置为等于先前所计算的n组像素的平均像素输出712。也就是说，框720中的信号D0从4变成46。在框720中，计算所述组n个像素的新的平均像素输出722，所计算 的新的实例值是51。第二像素输出D5也被识别成与所计算的新的平均像素输出722显 著不同的像素输出，其中像素输出D5与所计算的平均像素输出722之间的差异超出了预 定噪声阈值724。因此，在框730中，将像素输出DO和D5两者设置为等于先前所计算 的平均像素输出722的值(将两者都设置为等于51，即所计算的平均像素输出722的值)。 使用这些新的值来计算新的平均像素输出732。此过程继续，直到新计算的平均像素输 出的值等于先前所计算的平均像素输出为止。或换句话说，所述过程继续，直到在所述 组n个中不存在超过基于最后计算的平均值的噪声阈值的像素值为止。在图7中，这在 计算框750中的平均像素输出752时发生，平均像素输出752的值等于框740的平均像 素输出742。如果任何其它像素输出均已经超过预定噪声阈值714、 724、 734、 744、 754， 那么其输出也会己经被设置为等于先前所计算的平均像素输出。使用图7中所示的方法，确定(图4的)行噪声校准区417的行中的每一者中的每 组n个像素输出的经改进的噪声容许时间消逝平均像素输出。在行式校准区417中每行 的输出的数目超过n的情况下，使用图7的方法和图6A的电路的多个平均轮回针对每一 行产生单个噪声容许平均像素输出。在计算平均像素输出的过程中不考虑显著噪声，或 超过预定噪声阈值电平的噪声。以此方式，产生行式偏移，且其可存储在存储器460中。 一旦计算了行式偏移值，就可以与使用列式偏移相同的方式(如上文所述)使用所述偏 移值来减少行式噪声。在读出操作期间，可经由组合电路455 (图4)，通过使行中的每 个输出像素值减少像素的相应平均行式偏移值的值，来减少(图4的)串行数据流440 中的数字化像素输出中的噪声。以此方式，像素输出值中的行式变化在所有行的像素输 出上得以平滑。图8示范实施(图4的)行噪声校正模块454的噪声容许时间消逝平均电路800的 框图。噪声容许时间消逝平均电路800接受行式校准区417中的一行的一组n个像素的 数字化像素输出信号810作为输入。存在对应于行式校准区417的每个行中的n个像素 的组的数目的多个电路800。或者，可使用一个电路800，在此情况下，将一行中每组n 个像素多路复用到电路800中并进行处理。另外，如果行式校准区417内每行仅存在n 个像素，那么只必需一个电路800。多个输入选择器820将输入到电路800的数字化像 素输出信号810选择为输入，所述输入选择器820的作用将在下文清楚地说明。接着， 将输入选择器820的输出输入到平均电路830，例如图6A中所表示的电路。平均电路830 的输出信号包含多个偏移信号814和一平均像素输出信号816。比较器840评估偏移信号814的每一者以确定是否已经超过了预定噪声阈值。如果偏移信号814超过所述阈值, 那么设置各自输入选择器820以选择平均像素输出信号816作为输入，以用于噪声减少 过程的将来重复。视情况，如果偏移信号814超过所述阈值，那么还可激活各自加法器 850。视情况激活的加法器850将作为来自电路830的输出的各自偏移信号814与相应的 所存储的偏移信号818相加。以此方式，可视情况计算并存储高噪声像素输出的偏移值， 同时仍使用图7的过程来获得不受高噪声影响的平均像素输出值。在反复的重复过程中 使用噪声减少模块800，直到比较器870发现所存储的平均像素输出819与所计算的平 均像素输出816相等为止。在本发明的第三实施例中，第一实施例的列式校准模块452和第二实施例的行噪声 校正模块454 —起使用，以针对像素阵列410的现用区412中的每个像素提供两个偏移。 除针对每个像素使用两个偏移值从而在像素阵列的两个维度上平滑图像输出之外，本发 明第三实施例的优势还在于(图4的)列式偏移校准模块452和(图4的)行噪声校正 模块454都可利用图6A中所示的相同电路，且因此偏移计算过程所需的电路面积大大减 少。而且，因为偏移计算过程对一组n个并行像素输出起作用，所以总的计算时间縮短。 另外，由于所使用的电路的简单性的缘故，CMOS成像器的操作中所使用的可能的额外 误差校验和故障排除步骤也得以简化。再次参看图4， 一旦根据一组n个像素的经改进的平均值计算了偏移值，行和列偏 移值两者就都存储在存储器460中。在实际图像获取期间，将所存储的偏移值与串行数 据流440中的相应像素输出值相加，以用于噪声减少。图9是概述如上文所述的本发明第三实施例的步骤的流程图。首先，确定是否必需 进行成像器的校准(见框905)。当成像器首次被接通时，当成像器的操作模式已经改变 时，必需进行校准，或可根据需要执行校准。如果确定必需进行校准，那么将参考光或 电压信号施加到像素阵列的列式校准区(框910)。接着数字化所有像素输出，包含来自 列式校准区中的行的像素输出(框915)。在框917中，决定应测量并施加哪一类型的偏 移。如果应确定列式偏移，那么列式校准模块读取来自列式校准区的数字化像素输出中 的n个像素输出(框920)。根据所述n个像素输出，确定所述n个像素输出的平均像素 输出，并计算相关联的像素偏移值。来自列式校准区的同一行的额外数字化像素输出也 被输入到额外列式校准模块，或被多路复用到单个列式校准模块中。通过重复使用列式 校准模块，确定列式校准区415中的每一行像素的平均列信号输出值。还确定列式校准 区415中的每个像素的关于相应平均列信号输出值而测量的个别像素偏移。找出列式校准区内的多个行中的每个列的平均列偏移。因此，确定阵列中每一列的列偏移值。计算 之后存储列偏移(框935)。当读出来自行式校准区的像素时，通过使用在产生列偏移值的过程中所使用的相同 的基本算术平均电路的噪声容许时间消逝平均过程来确定(框925)像素的位于行式校 准区417内的部分的每一行的平均像素输出。每一行的所计算的平均像素输出的负值是 行偏移值，因为行式校准区417中的像素光学上是黑色的。存储所计算的行偏移值(框 935)，且接着将所述行偏移值和所存储的列偏移值两者施加到从相应行读出的像素输出 (框955B)。在将偏移施加到一行像素输出之后，从阵列中读出下一行。再次，计算并 存储行偏移值，且接着将新计算的行偏移和所存储的列偏移两者施加到新读出的行的像 素输出。此过程继续，直到来自像素阵列的所有行都已经被读出且已经计算阵列410的 现用区412中的每一行的行偏移值为止。因为可在校准期间将所计算的偏移施加到所获取的图像，所以可将上述校准过程同 时用于成像器所执行的任何或所有图像获取。或者，存储偏移值，且可在其中获取图像 的非校准模式下使用所述偏移值(框945)，对所得像素信号进行数字化(框950)，且接 着将所存储的行和列偏移两者施加到相应的像素(框955A)。通过将像素偏移值与每个 相应数字化像素输出信号相加来减少所获取的信号中的噪声。在本发明的第一实施例中， 所应用的噪声减少操作将导致所获取图像中的列式平滑。列式平滑是像素偏移值与像素 输出相加的直接结果。在本发明的第二实施例中，所获取的图像将呈现出行式平滑。行 式平滑是确定噪声容许平均行像素输出值的结果，因此使得像素偏移计算的结果在成像 器阵列的行上较均匀。在本发明的第三实施例中，所获取的图像将呈现出行式和列式平 滑两者。尽管已经展示了本发明的示范性实施例，但所属领域的一般技术人员将认识到，本 发明不限于硬件实施方案。本发明可在硬件、软件或其任一组合中实施。图10中说明典型的基于处理器的系统1000，其包含CMOS成像器装置1030, CMOS 成像器装置1030具有根据本发明构造的像素列和行噪声校正系统。基于处理器的系统示 范具有可包含CMOS成像器装置的数字电路的系统。此类系统可包含(不限于)计算机 系统、相机系统、扫描仪、机器视觉系统、车辆导航系统、视频电话、监视系统、自动 聚焦系统、星象跟踪仪系统、运动检测系统、图像稳定系统和其它成像应用。举例来说，处理器系统(例如相机系统)通常包括中央处理单元(CPU) 1010 (例 如微处理器)，其通过总线1090与输入/输出(I/O)装置1020通信。CMOS成像器1030也通过总线1090与系统组件通信。计算机系统1000还包含随机存取存储器(RAM)1040， 且在成像系统的情况下可包含也通过总线1090与CPU IOIO通信的外围装置(例如可移 除存储器1050)。 CMOS成像器1030优选地构造为集成电路，其包含含有光电传感器(例 如光电门或光电二极管)的像素。CMOS成像器1030可与处理器(例如CPU，数字信号 处理器或微处理器)组合，具有或不具有位于单个集成电路中的存储器存储装置，或者 可与处理器位于不同芯片上。虽然上文已经描述了本发明的各个实施例，但应了解，己经以举例而不是限制的方 式呈现所述实施例。相关领域的技术人员将明了，可在不脱离本发明的精神和范围的情 况下在其中作出形式和细节上的各种改变。因此，本发明不应受上文所述的示范性实施 例中的任一者限制。
权利要求
1.一种确定成像器像素校正值的方法，所述方法包括计算像素行中的像素输出值的平均像素输出值；通过计算所述像素输出中的每一者与所述计算的平均像素输出值之间的差异，产生所述行的所述像素输出中的每一者的偏移值；以及存储所述偏移值。
2. 根据权利要求l所述的方法，其中产生所述偏移值，且使用并行输入算术平均模块 计算所述像素输出值的所述平均像素输出值。
3. 根据权利要求l所述的方法，其中通过计算一成像器行N个像素中的每一组n个像 素的平均像素输出值且接着确定所述组N/n个平均像素输出值的平均像素输出值来 计算所述平均像素输出值。
4. 根据权利要求1所述的方法，其进一步包括通过找出来Q所述行的光学黑色部分的 像素的平均像素输出来确定所述整个行的额外偏移值。
5. 根据权利要求4所述的方法，其中所述确定步骤进一步包括-计算所述光学黑色像素输出值的初始平均像素输出值； 将参考平均像素输出值设置为所述初始平均像素输出值； 识别其值与所述参考平均像素输出值相差预定阈值量的像素输出值；以及 在用所述先前参考平均像素输出值代替所述识别的像素输出值之后，确定新的参 考平均像素输出值。
6. 根据权利要求5所述的方法，其进一步包括查明所述新的平均像素输出值是否等于所述先前参考平均像素输出值； 将所述先前参考平均像素输出值重设为所述新的平均像素输出值；以及 重复所述识别、确定、查明和重设步骤，直到新确定的平均像素输出值等于先前 参考平均像素输出值为止。
7. 根据权利要求6所述的方法，其中重复所述识别、确定、查明和重设步骤，直到不 存在其值与所述参考平均像素输出值相差所述预定阈值量的像素输出值为止。
8. —种校正成像器的像素信号的方法，所述方法包括执行成像器校准，其包括计算像素行中的像素输出值的平均像素输出值；通过计算所述像素输出中的每一者与所述计算的平均像素输出值之间的差异，产生所述行的所述像素输出中的每一者的偏移值；以及存储所述偏移值； 获取图像以及将所述偏移值中的每一者与所述图像的相应像素值组合。
9. 根据权利要求8所述的方法，其中产生所述偏移值，且使用并行输入算术平均模块 计算所述像素输出值的所述平均像素输出值。
10. 根据权利要求8所述的方法，其中通过计算一成像器行N个像素中的每一组n个像 素的平均像素输出值且接着确定所述组N/n个平均像素输出值的平均像素输出值来 计算所述像素输出值。
11. 根据权利要求8所述的方法，其进一步包括通过找出来自所述行的光学黑色部分的 像素的平均像素输出来确定所述整个行的额外偏移值。
12. 根据权利要求ll所述的方法，其中所述计算步骤进一步包括计算所述光学黑色像素输出值的初始平均像素输出值； 将参考平均像素输出值设置为所述初始平均像素输出值； 识别其值与所述参考平均像素输出值相差预定阈值量的像素输出值；以及 在用所述先前参考平均像素输出值代替所述识别的像素输出值之后，确定新的参 考平均像素输出值。
13. 根据权利要求12所述的方法，其进一步包括查明所述新的平均像素输出值是否等于所述先前参考平均像素输出值； 将所述先前参考平均像素输出值重设为所述新的平均像素输出值；以及 重复所述识别、确定、查明和重设步骤，直到新确定的平均像素输出值等于先前 参考平均像素输出值为止。
14. 根据权利要求13所述的方法，其中重复所述识别、确定、查明和重设步骤，直到 不存在其值与所述参考平均像素输出值相差所述预定阈值量的像素输出值为止。
15. —种成像器的噪声减少电路，其包括像素值校正电路，其用于确定与成像器行中的相应多个像素列相关联的多个像素 输出值的平均像素输出值；列式偏移校准模块，其经配置以通过计算所述多个像素输出中的每一者与所述计 算的平均像素输出值之间的差异来产生所述多个像素输出中的每一者的偏移值；存储电路，其用于存储所述偏移值；以及相加电路，其经配置以将每个偏移值与相应的像素输出信号组合 其中使用所述偏移来减少成像器噪声。
16. 根据权利要求15所述的噪声减少电路，其中产生所述偏移值，且使用并行输入算 术平均模块来产生所述平均像素输出值。
17. 根据权利要求15所述的噪声减少电路，其中所述多个像素输出值与一成像器行N 个像素中的n个像素相关联，且对所述成像器行中的多组n个像素中的每一组应用 所述行噪声校正模块、所述列式偏移校准模块、所述存储电路和所述相加电路。
18. 根据权利要求15所述的噪声减少电路，其进一步包括行式偏移校准模块，用于通 过找出所述成像器行中的多个光学黑色像素的平均像素输出来确定所述多个像素 输出的额外偏移值。
19. 根据权利要求18所述的噪声减少电路，其中所述行式偏移校准模块进一步经配置 以计算所述多个光学黑色像素输出值的初始平均像素输出值，将参考平均像素输出 值设置为所述初始平均像素输出值，识别其值与所述参考平均像素输出值相差预定 阈值量的像素输出值，且在用所述先前参考平均像素输出值代替所述识别的像素输 出值之后确定新的参考平均像素输出值。
20. 根据权利要求19所述的噪声减少电路，其中所述行式偏移校准模块进一步经配置 以査明所述新的平均像素输出值是否等于所述先前参考平均像素输出值，将所述先 前参考平均像素输出值重设为所述新的平均像素输出值，且重复所述识别、确定、 查明和重设步骤直到新确定的平均像素输出值等于先前参考平均像素输出值为止。
21. 根据权利要求20所述的噪声减少电路，其中所述电路经配置以重复所述识别、确 定、査明和重设步骤直到不存在其值与所述参考平均像素输出值相差所述预定阈值 量的像素输出值为止。
22. —种用于为成像器提供像素校正值的设备，所述设备包括一组输入，其用于分别使用来自成像器行中的一组像素的像素值；以及 校正值确定电路，其用于根据施加到所述输入的像素值产生平均像素值，且用于 确定所述施加的像素值中的每一者与所述平均像素值的相应偏移。
23. 根据权利要求22所述的设备，其进一步包括用于存储所述偏移的存储器。
24. 根据权利要求22所述的设备，其中产生所述偏移值，且使用并行输入算术平均模 块来计算所述平均像素值。
25. 根据权利要求22所述的设备，其中所述校正值确定电路产生所述成像器行中的多个连续组的像素的平均像素值和相应偏移。
26. 根据权利要求22所述的设备，其中所述校正值确定电路进一步经配置以通过找出 所述成像器行中的多个光学黑色像素的平均像素输出来确定所述成像器行中的所 有所述像素值的额外偏移值。
27. 根据权利要求26所述的设备，其中所述校正值确定电路进一步经配置以计算所述 组输入的初始平均像素值，将参考平均像素值设置为所述初始平均像素值，识别其 值与所述参考平均像素值相差预定阈值量的像素值，且在用所述先前参考平均像素 值代替所述识别的像素值之后确定新的参考平均像素值。
28. 根据权利要求27所述的设备，其中所述校正值确定电路进一步经配置以查明所述 新的平均像素值是否等于所述先前参考平均像素值，将所述先前参考平均像素值重 设为所述新的平均像素值，且重复所述识别、确定、查明和重设步骤直到新确定的 平均像素值等于先前参考平均像素值为止。
29. 根据权利要求28所述的设备，其中所述校正值确定电路经配置以重复所述识别、 确定、査明和重设步骤直到不存在其值与所述参考平均像素值相差所述预定阈值量 的像素值为止。
30. —种成像器的噪声减少电路，其包括计算构件，用以计算与所述成像器中的相应多个像素列相关联的多个像素输出值 的平均像素输出值；产生构件，用以通过计算所述多个像素输出中的每一者与所述计算的平均像素输 出值之间的差异来产生所述多个像素输出中的每一者的偏移值； 存储构件，用以存储所述偏移值；以及 组合构件，用以将每个偏移值与相应像素输出组合。
31. 根据权利要求30所述的噪声减少电路，其中产生所述偏移值，且使用并行输入算 术平均模块来计算所述平均像素输出值。
32. 根据权利要求30所述的噪声减少电路，其中所述多个像素输出值与一成像器行N 个像素中的n个像素相关联，且对所述成像器行中的多组n个像素中的每一组应用 所述计算构件、所述产生构件、所述存储构件和所述组合构件。
33. 根据权利要求30所述的噪声减少电路，其进一步包括计算构件，用以通过找出来 自所述成像器行的光学黑色部分的像素的平均像素输出来确定所述整个成像器行 的额外偏移值。
34. 根据权利要求33所述的噪声减少电路，其中所述计算构件进一步包括计算构件，用以找出所述光学黑色像素输出值的初始平均像素输出值； 设置构件，用以将参考平均像素输出值设置为所述初始平均像素输出值； 识别构件，用于识别其值与所述参考平均像素输出值相差预定阔值量的像素输出 值以及确定构件，用以在用所述先前参考平均像素输出值代替所述识别的像素输出值之 后确定新的参考平均像素输出值。
35. 根据权利要求34所述的噪声减少电路，其中所述计算构件进一步包括査明构件，用以确定所述新的平均像素输出值是否等于所述先前参考平均像素输 出值；重设构件，用以将所述先前参考平均像素输出值重设为所述新的平均像素输出 值；以及重复构件，用以重复使用所述识别、确定、查明和重设构件直到新确定的平均像 素输出值等于先前参考平均像素输出值为止。
36. 根据权利要求37所述的噪声减少电路，其中所述电路经配置以重复所述识别、确 定、查明和重设步骤直到不存在其值与所述参考平均像素输出值相差所述预定阈值 量的像素输出值为止。
37. —种成像器，其包括噪声减少电路，所述噪声减少电路包括像素值校正电路，其经配置以计算与所述成像器中的相应多个像素列相关联的 多个像素输出值的平均像素输出值；列式偏移校准模块，其经配置以通过计算所述多个像素输出中的每一者与所述 计算的平均像素输出值之间的差异来产生所述多个像素输出中的每一者的偏移值；存储电路，用以存储所述偏移值；以及相加电路，其经配置以将每个偏移值与相应的像素输出组合。
38. 根据权利要求37所述的成像器，其中产生所述偏移值，且使用并行输入算术平均 模块来计算所述平均像素输出值。
39. 根据权利要求37所述的成像器，其中所述多个像素输出值与一成像器行N个像素 中的n个像素相关联，且对所述成像器行中的多组n个像素中的每一组应用所述行噪声校正模块、所述列式偏移校准模块、所述存储电路和所述相加电路。
40. 根据权利要求37所述的成像器，其中所述噪声减少电路进一步包括行式偏移校准 模块，用于通过找出所述成像器行中的多个光学黑色像素的平均像素输出来确定所 述多个像素输出的额外偏移值。
41. 根据权利要求40所述的成像器，其中所述行式偏移校准模块进一步经配置以计算 所述多个像素输出值的初始平均像素输出值，将参考平均像素输出值设置为所述初 始平均像素输出值，识别其值与所述参考平均像素输出值相差预定陶值量的像素输 出值，且在用所述先前参考平均像素输出值代替所述识别的像素输出值之后确定新 的参考平均像素输出值。
42. 根据权利要求41所述的成像器，其中所述行式偏移校准模块进一步经配置以査明 所述新的平均像素输出值是否等于所述先前参考平均像素输出值，将所述先前参考 平均像素输出值重设为所述新的平均像素输出值，且重复所述识别、确定、査明和 重设步骤直到新确定的平均像素输出值等于先前参考平均像素输出值为止。
43. 根据权利要求42所述的成像器，其中所述行式偏移校准模块经配置以重复所述识 另U、确定、查明和重设步骤直到不存在其值与所述参考平均像素输出值相差所述预 定阈值量的像素输出值为止。
44. 一种成像系统，其包括成像器，所述成像器包括噪声减少电路，所述噪声减少电路包括像素值校正电路，其经配置以计算与所述成像器中的相应多个像素列相关联的多个像素输出值的平均像素输出值；列式偏移校准模块，其经配置以通过计算所述多个像素输出中的每一者与所 述计算的平均像素输出值之间的差异来产生所述多个像素输出中的每一者的 偏移值；存储电路，其用于存储所述偏移值；以及相加电路，其经配置以将每个偏移值与相应的像素输出组合。
45. 根据权利要求44所述的成像系统，其中产生所述偏移值，且使用并行输入算术平 均模块来计算所述平均像素输出值。
46. 根据权利要求44所述的成像系统，其中所述多个像素输出值与一成像器行N个像 素中的n个像素相关联，且对所述成像器行中的多组n个像素中的每一组应用所述行噪声校正模块、所述列式偏移校准模块、所述存储电路和所述相加电路。
47. 根据权利要求44所述的成像器，其中所述噪声减少电路进一步包括行式偏移校准 模块，用于通过找出所述成像器行中的多个光学黑色像素的平均像素输出来确定所 述多个像素输出的额外偏移值。
48. 根据权利要求47所述的成像系统，其中所述行式偏移校准模块进一步经配置以计 算所述多个像素输出值的初始平均像素输出值，将参考平均像素输出值设置为所述 初始平均像素输出值，识别其值与所述参考平均像素输出值相差预定阈值量的像素 输出值，且在用所述先前参考平均像素输出值代替所述识别的像素输出值之后确定 新的参考平均像素输出值。
49. 根据权利要求48所述的成像系统，其中所述行式偏移校准模块进一步经配置以查 明所述新的平均像素输出值是否等于所述先前参考平均像素输出值，将所述先前参 考平均像素输出值重设为所述新的平均像素输出值，且重复所述识别、确定、査明 和重设步骤直到新确定的平均像素输出值等于先前参考平均像素输出值为止。
50. 根据权利要求49所述的成像系统，其中所述行式偏移校准模块经配置以重复所述 识别、确定、查明和重设步骤直到不存在其值与所述参考平均像素输出值相差所述 预定阈值量的像素输出值为止。
全文摘要
在校准程序期间，通过计算像素偏移值和平均像素输出值来产生噪声校正值。对于每个读取校准行，确定多个像素输出值的平均像素输出值。通过找出所述多个像素输出中的每一者与所述计算出的平均像素输出值之间的差异来产生所述多个像素输出中的每一者的偏移值。还可通过找出成像器行中多个光学黑色像素的平均像素输出值来计算整行像素输出的偏移值。可通过丢弃位于阈值窗之外的像素值并代入所述平均像素输出值且计算新的平均像素值来改进所述光学黑色像素值的平均像素输出值。
文档编号H04N5/378GK101268682SQ200680034149
公开日2008年9月17日 申请日期2006年7月20日 优先权日2005年7月21日
发明者铃木俊树 申请人:美光科技公司