专利名称：相连电荷耦合器件元件间泄漏的校正算法的制作方法
技术领域：
本发明涉及及光学信息的传感，更准确地说，涉及用以减少由于单一光传感元件与其相邻及相近位置上的元件间的泄漏而引起视频信息拖影的电路和处理。
如果仅是CCD元件一维阵列，由电荷耦合器件(CCD)图象传感器接收的总能量只能在水平方向引起泄漏或沾染。当将CCD元件排列成行和列时，泄漏将在水平和垂直两个方向发生。作为本文中所用的“泄漏”(“Leakage”)一词意指在电荷转移到移位寄存器期间，由于亮长波长信号的水平传播或来自邻近元件的电荷混合，响应从邻近CCD传送到这些CCD元件的能量引起的该CCD上的能量冲击，而对由一个CCD元件产生的电信号沾染所起的作用。直接来自毗连相邻元件的泄漏最大，而随着被读元件与对泄漏有影响相邻元件之间的距离增大相当迅速地减小。
目前用以增强CCD阵列光学成像的现有的电路一般都是致力于改进阵列的性能，但它们通常只将信号处理局限于CCD元件的单独各列。例如，可参见授予Pines等人的美国专利第4，345，148号。早期为减少在行间电荷转移期间生成的拖影而作的努力包括生成表示出现有一场的一行中的拖影电荷信号模式的信号模式，并且接着从被读电荷信号行减去该信号模式，如由Levine在美国专利第4，010，319号中所述。更近一些的尝试例如由May所提出的美国专利第4，736，439号用预处理电路以获得一行或多行预定象素邻近阵列的中值，然后从单独象素中减去该读出中值，而Nagumo的美国专利第4，558，366号包括从图象读出阵列的“N”条水平行的信号中导出“n”条水平行的信号，此处“n”大于“N”，由于所拾取的成象光仅相当于在电荷的垂直转移期间混入的不希望有的信号分量，因此，“n”条水平行的信号缺乏信号分量的固有累积。一种补偿电路用以减少由不希望有的寄生的信号分量引起的不合乎需要的信号。然而，这样的电路通常仅对低和高频寄生信号分量的补偿是有效的。
在电荷注入式器件(CID)成像装置中，一部分注入的电荷移动到四周邻近象素，这种现象随着CID成像装置的象素密度增大而加强。美国专利第4，768，098号中Vogelsong提出在二维象素阵列中，通过顺序地从一行中每一象素所读出的电荷存储作为第一视频信号，存储从第二行中每一象素所读出的电荷，存储作为第一视频信号的电荷注入第一行的全部象素中，然后顺序地从第一行的每一象素中重读所存储的电荷作为第二视频信号来减少交叉干扰。从第一视频信号中减去第二视频信号，从而提供一种从外部效果来看基本上没有注入交叉干扰的输出信号。Vogelsong′098贬低那些“借助数学方法实现交扰逆转的减弱交扰效应技术”，其缺点是，要求知道“每个位置上的确切交扰量”(Vogelsong，′098，栏1(Columnl)，36行开始)。
新近的其他电路例如Ozawa等人的美国专利第4，543，610号中，交错地读取图象元件的奇数和偶数水平行并通过随即做减法运算，力图消除归因于固态成像元件的垂直拖影。Powell的美国专利第4，442，454号中，在整个图象范围内用一种在行或列上逐象素方式移动的窗口的多阶段过程，并结合信息组重叠变换，再通过对每个重叠窗口中导出值求均值而获得每一象素的终象值。Powell的美国专利第4，805，031号中，主张将相应于沿预定方向对齐的各象素的象素图象值分组，用变换算法和阀值操作处理象素图象值组以便图象分量和每个象素图象值组的噪声分量分开，以及不断地累积并在每组中对象值分量求均值。然而，相继各步骤总共达到的校正，是由较早的各校正不良地叠加而成的，因而前面所做的错误校正受到沾染，因为一旦对数据进行初始处理，沾染就开始在从其他成象元件读出的数据附加单元中扩展。在初始处理之后对沾染的校正和补偿是困难的，而就当前可用的技术来说，也仅能达到近似而已。此外，在处理时沾染的扩散有碍于对图象信号顺序拖影沾染的可靠校正。
因此，本发明的目的是为固态图象传感提供一种改进的处理和电路。
另一目的是提供处理和电路以增强最终图象信号的锐度。
再一个目的是提供用以可靠地衰减最终图象信号上电荷泄漏效应的处理和电路。
再一个目的是提供用以补偿来自邻近光敏元件上离子冲击能扩散效应的处理和电路。
再一个目的是提供用以消除来自从固体光敏元件阵列所读出图象电荷信号中“拖影”的处理和电路。
再一个目的是提供用以校正固态光敏元件阵列中归因于对角方向上邻近元件图象电荷信号“拖影”的处理和电路。
再一个目的提供一种便于经过改造使之配合固态光敏元件单独阵列特性的处理和电路。
再一个目的是提供适用于在处理信号从而产生最终图象信号之前、校正图象电荷信号的“拖影”的处理和电路。
这些和其它的目的是通过下列过程来达到紧接在从光敏元件阵列读出图象电荷信号之后，用作为预处理器的有限脉冲响应滤波器，从每个光敏元件的总视频信息中滤出一个相应于在最接近的行和列中相应正交和对角地连接和不连接邻近元件的泄漏因子的值。
通过结合附图参照以下详细说明，随着对本发明的更加了解、将容易地获得对本发明的更加完整的评价及其伴随的许多优点，附图中相同标号表示相同或类似的元件，其中
图1是按照本发明的原理用于校正从二维阵列中相邻的光敏元件所读出的有效信号图象拖影的简图;以及图2是按照本发明的原理构成的用于图象拖影校正的电路的原理图。
下面参照图1，简图说明了电路的一个实施例，该电路从排列成行和列的阵列10光敏元件的相继行中顺序地接收电荷信号“a”。尽管应用这种光敏元件的阵列10的典型装置包括视频摄象机，其中该阵列可以是六百四十行和四百八十列，但为简化说明起见，将阵列10示出为具有四行和四列单独的CCD元件。CCD元件是上述说明中涉及的一种光敏元件。对仅有一行CCD的阵列，每个CCD元件所接收的总能量要受沿水平方向的泄漏和沾染的影响。状似阵列10中每一元件中所存储的数据或视频信息的沾染表现为来自用CCD作为光学信息传感元件视频摄象机数据或视频信息显示的拖影。
当将CCD元件排列在两维阵列的行和列中时，泄漏将来自垂直和对角线方向，以及来自水平方向。对泄漏的贡献首先是其连接相邻元件，为最高值;随着相邻元件的距离加大泄漏下降得相当迅速。
在一线性阵列中由各(分立)CCD元件接收的成象信息(光)受来自阵列中其相应连接近邻CCD元件泄漏沾染(约占15至25%)。该泄漏效应可被认为是阵列中所有周围的元件所共同造成的，而元件离开越远效应就越弱。尽管所公开本发明的原理考虑了对归因于远的以及相连的CCD元件对沾染所起的作用，但为简化说明起见，只考虑了更为贴近的水平、对角和垂直方向上相邻元件的效应。
总的视频信息，亦即，读自阵列10的沾染的CCD数据20，包括直接映在光敏阵列10的敏一元件上的起始视频信息信号12，加上来自连接和不连接相邻元件泄漏的比例或第二视频信息信号14。例如，在“i”行、“j”列的加上圆圈的元件6可有一图象电荷值“a”;假定由4×4元件阵列10成象的，一物件部分对16个元件的阵列恒定、均匀的表面，如图1中信息信号12的矩阵中所示，在行i-1至i+2和列j-1至j+2中的其他相邻元件也有图象电荷值“a”。
然而，除读自元件6的图像电荷之外，元件6对总视频信息的影响包括沾染信号分量矩阵14中示出的具有单位标称值的可归因于本征成像误差的沾染，以及来自阵列中其他每个元件的影响。如图1中矩阵14所示，对于所假定的简化的4×4固态光敏阵列10来说，沾染信号分量值可归因于元件6根据其水平、对角和垂直地安置的邻近元件变化，原因首先是距离，而其次是包括单独一个邻近元件本特征性的其他因素。可将元件6的邻近元件描述为由如下多圈组成第一圈包括来自四个在行j-1、j、j+1和列i-1、i、i+1中水平和垂直地相连的元件，即ai-1，j、ai，j-1、ai，j+1、ai+1，j的信号沾染影响;第二圈包括来自四个对角相连元件即ai-1，j-1、ai-1，j+1、ai+1，j-1、ai+1，j+1、的对信号沾染影响;第三圈包括来自两个不相连垂直和水平地相邻元件，即ai，j+2、ai+2，j的对信号沾染影响;第四圈包括来自四个不相连对角邻近元件，即ai-1，j+2、ai+1，j+2、ai+2，j-1、ai+2，j+1的对信号沾染影响;以及第五环绕包括对来自一个非对角相邻元件，即ai+2，j+2的对信号沾染影响。
由行扫描器24从元件6读出信号而引起的相邻元件对受沾染数据20的这些影响，可通过使总视频信息经受旨在衰减泄漏信号分量14的大部分的滤波而减至最小。一种滤除这种泄漏数据的方法是利用适合泄漏因子的有限脉冲响应(FIR)滤波器。FIR滤波器用来滤除，也即，从每一元件的总视频信息中减去相当于相应邻近元件的泄漏因子的量。这样的滤波有效地减弱了上述的拖影效应。为说明该原理，下面参照图1和2加以说明。例如，如元件6是被考虑的元件，FIR滤波器顺序地(以任何顺序)确定元件6的视频数据，并在光敏元件邻近元件6的一个或多个渐渐扩大的圈内减去或滤除各元件的视频数据以调整泄漏因子。
X10%＝0.15～0.3此处X＜1将由行扫描器24从相继行中每一光敏元件电荷中顺序地读出的图象信号A顺序地加到滤波器30的输入端32。使输入信号经过两个τ由元件34、36串行地耦合到输入节点32。该延迟间隔τ表示在从CCD元件“定时”(clock)读出电荷时在一个光敏元件上读出该电荷带来的延迟。间隔H表示在同一列中(即使在相继行中)读出光敏元件上电荷间的延迟。
由延迟元件36传输的信号通过延迟元件38受到等于H-2τ1的第二次延迟，而由延迟元件38传输的信号通过延迟元件40、42受到相继的间隔为τ1的延迟。然后，由延迟元件42传输的信号通过延迟元件44受到间隔H-2τ1的延迟，而由延迟元件44传输的信号通过延迟元件46、48逐次受到间隔τ1的延迟。
通过延迟元件42、46传输的信号由加法器50进行相加以提供一第一中间信号，该中间信号由加法器52加到通过延迟元件34、38传输的信号中，由加法器52产生的总和由第一校正级54进行因子为“X”的衰减以形成第一校正信号。可注意到，由加法器50、52组合并由第一校正级54使之衰减的四个信号对应于顺序从圈元件6中两个水平相连光敏元件和两个垂直相连光敏元件读出的信号，同时，对该第一圈内的四个光敏元件的校正因子“X”可测量或凭经验来确定。
通过延迟元件44、48传输的信号由加法器56相加以提供一第二中间信号，同时由第三加法器58将第二中间信号、由延迟元件36传输的信号和由扫描器24加到输入节点32信号相加;加法器58产生的和在第二滤波级60按因子
予以衰减从而形成第二校正信号。
可注意到由加法器56、58进行相加并在滤波级60衰减的四个信号相当于从与元件6对角相连的四个光敏元件中读出电荷的四个信号。使该四个信号的和得以衰减的倍增因子与那些对角相连元件离开光敏元件6分隔的较大距离相关。由于X的值通常在0.1与0.4之间变化，在第二圈内四个元件对沾染所起的作用比在第一圈中水平和垂直相连元件要略微小些。
由第五加法器62对第一和第二校正信号进行相加以产生累积校正信号。第六加法器64从由第四延迟元件40所传输的信号中减去累积校正信号以便为元件6产生一最终图象信号，该最终图象信号已对归因于第一第二圈内相邻元件的沾染进行了校正。可注意到由延迟元件40传输的信号对应于从光敏元件6的电荷中读出的未予校正的图象信号。
受沾染(CCD)视频数据的滤波最好在对CCD数据作进一步处理之前完成这样更简单。例如，在计算亮度和色度信息(Y、I及Q或R-Y、B-Y)之前完成。而且，数据处理可包括“伽马”(“gamma”)校正。
FIR滤波器通过减弱或基本上消除由“泄漏”带有的拖影效应，在最终图象中恢复了所要求或期望的锐度。
尽管本发明的概念是作为实施于视频TV摄像机中的情形加以描述的，但显然应当理解，即上述原理可用于任何传感元件的阵列中而且并不局限于CCD元件，只要该场合在邻近的，更具体地说，在邻接的感测元件之间显示出泄漏。
权利要求
1.一种信息传感装置，它包含排成一顺序阵列的许多元件，每一所述元件产生出反应出入射辐射的特征的合成信号作为对所述入射辐射的响应，以及为接收所述合成信号而接入的装置，该装置用以衰减由于所述辐射入射在第一组邻近于所述元件的，并与所述元件相对应的元件上而对所述合成信号产生的影响，并用以衰减由于所述辐射入射在第二组对角邻近于所述元件的，并与所述元件对应的元件上而对所述合成信号产生的影响，从而提供与各所述元件对应的经过调整了图象信号。
2.如权利要求1的信息传感装置，其特征在于所述衰减装置包含为接收所述合成信号而接入的输入装置，连接到所述输入装置上、用以按第一周期延迟所述合成信号的第一装置，连接到所述第一延迟装置上、用以按所述第一周期延迟所述合成信号的第二装置，连接到所述第二延迟装置上、用以按第二周期延迟所述合成信号的第三装置，连接到所述第三延迟装置上、用以按所述第一周期延迟所述合成信号的第四装置，连接到所述第四延迟装置上、用以按所述第一周期延迟所述合成信号的第五装置，连接到所述第五延迟装置上、用以按所述第二周期延迟所述合成信号的第六装置，连接到所述第六延迟装置上、用以按所述第一周期延迟所述合成信号的第七装置，为对由所述第五和第七延迟装置传输的信号进行相加以形成第一中间信号而接入的第一装置，为把所述第一中间信号加到由所述第一和第三延迟装置传输的信号上以形成第二中间信号而接入的第二装置，用以按第一因子乘以所述第二中间信号从而形成第一校正信号的第一装置，以及为从所述第四延迟装置所传输的信号中减去所述第一校正信号的装置。
3.如权利要求2的信息传感装置，其特征在于所述衰减装置包含连接到所述第七延迟装置上、用以按所述第一周期延迟所述合成信号的第八装置，为对由所述第六和第八延迟装置传输的信号进行相加以形成第三中间信号而接入的第三装置，为把所述第三中间信号加到由所述输入装置所接收的信号和由所述第二延迟装置传输的信号上以形成第四中间信号而接入的第四装置，用以按第二因子乘以所述第四中间信号从而形成第二校正信号的第二装置，以及连接在所述作减法计算的装置与所述第一和第二乘法装置之间、用以对所述第一和第二校正信号进行相加、借此使所述作减法计算装置从所述第四延迟装置传输的所述信号中减去第一和第二校正信号的第五装置。
4.如权利要求1的信息传感装置，其特征在于所述衰减装置包含为接收所述合成信号而接入的输入装置，连接到所述输入装置上、用以按第一周期延迟所述合成信号的第一装置，连接到所述第一延迟装置上、用以按所述第一周期延迟所述合成信号的第二装置，连接到所述第二延迟装置上、用以按第二周期延迟所述合成信号的第三装置，连接到所述第三延迟装置上、用以按所述第一周期延迟所述合成信号的第四装置，连接到所述第四延迟装置上、用以按所述第一周期延迟所述合成信号的第五装置，连接到所述第五延迟装置上、用以按所述第二周期延迟所述合成信号的第六装置，连接到所述第六延迟装置上、用以按所述第一周期延迟所述合成信号的第七装置，连接到所述第七延迟装置上、用以按所述第一周期延迟所述合成信号的第八装置，为对由所述第六和第八延迟传输的信号进行相加以形成第一中间信号而接入的第一装置，为对由所述第五和第七延迟装置传输的信号进行相加以形成第二中间信号而接入的第二装置，为把所述第一中间信号加到所述输入装置接收的信号和所述第二延迟装置传输的信号中以形成第三中间信号而接入的第三装置，为把所述第二中间信号加到所述第一和第三延迟装置传输的信号上以形成第四中间信号而接入的第四装置，用以按第一因子乘以所述第三中间信号从而形成第五中间信号的第一装置，用以按第二因子乘以所述第四中间信号从而形成第六中间信号的第二装置，为对所述第五和第六中间信号进行相加以形成校正信号而接入的第五装置，以及为从所述第四延迟装置所传输的信号中减去所述校正信号的装置。
5.如权利要求1的信息传感装置，其特征在于所述许多元件排列成行和列顺序阵列，所述衰减装置包含为接收所述合成信号而接入的输入装置，连接到所述输入装置上、用以按第一周期延迟所述合成信号的第一装置，连接到所述第一延迟装置上、用以按所述第一周期延迟所述合成信号的第二装置，连接到所述第二延迟装置上、用以按所述第二周期延迟所述合成信号的第三装置，连接到所述第三延迟装置上、用以按所述第一周期延迟所述合成信号的第四装置，连接到所述第四延迟装置上、用以按所述第一周期延迟所述合成信号的第五装置，连接到所述第五延迟装置上、用以按所述第二周期延迟所述合成信号的第六装置，连接到所述第六延迟装置上、用以按所述第一周期延迟所述合成信号的第七装置，所述各延迟装置按所述第一、第二、第三、第四、第五、第六和第七的顺序逐次加以连接，为对由所述第五和第七延迟装置传输的信号进行相加以形成第一中间信号而接入的第一装置，为把所述第一中间信号加到所述第一和第三延迟装置传输的信号上以形成第二中间信号而接入的第二装置，用以按第一因子乘以所述第二中间信号从而形成第 校正信号的第一装置，以及为从所述第四延迟装置所述第四延迟装置所传输的信号中减法所述第一校正信号而接入的装置。
6.如权利要求5的信息传感装置，其特征在于所述合成信号在等于所述第一周期的时间间隔内被顺序地从每一所述元件中读出，而在等于所述第二周期的时间间隔内所述合成信号从每行中所有元件中加以读出。
7.如权利要求5的信息传感电路，其特征在于所述许多元件排列成按行和列的顺序阵列，所述衰减装置包含串联连接到所述第七延迟装置上、用以按所述第一周期延迟所述合成信号的第八装置，为对由所述第六和第八延迟装置传输的信号进行相加以形成第三中间信号而接入的第三装置，为把所述第三中间信号加到由所述输入装置接收的信号和由所述第二延迟装置传输的信号上以形成第四中间信号的第四装置，用以按第二因子乘以所述第四中间信号从而形成第二校正信号的第二装置，以及连接在所述作减法计算装置与所述第一和第二乘法装置之间、用以对所述第一和第二校正信号进行相加、借此使所述作减法计算装置从所述第四延迟装置传输的所述信号中减去第一和第二校正信号的第五装置。
8.如权利要求7的信息传感装置，其特征在于所述合成信号在等于所述第一周期的时间间隔内被顺序地从每一所述元件中读出，而在等于所述第二周期的时间间隔内所述合成信号从每行中所有元件中加以读出。
9.如权利要求1的信息传感装置，其特征在于所述许多元件排列成按行和列的顺序阵列，所述衰减装置包含为接收所述合成信号而接入的输入装置，连接到所述输入装置上、用以按第一周期延迟所述合成信号的第一装置，连接到所述第一延迟装置上、用以按所述第一周期延迟所述合成信号的第二装置，连接到所述第二延迟装置上、用以按所述第二周期延迟所述合成信号的第三装置，连接到所述第三延迟装置上、用以按所述第一周期延迟所述合成信号的第四装置，连接到所述第四延迟装置上、用以按所述第一周期延迟所述合成信号的第五装置，连接到所述第五延迟装置上、用以按所述第二周期延迟所述合成信号的第六装置，连接到所述第六延迟装置上、用以按所述第一周期延迟所述合成信号的第七装置，连接到所述第七延迟装置上、用以按所述第一周期延迟所述合成信号的第八装置，所述各延迟装置按所述第一、第二、第三、第四、第五、第六和第七和第八的顺序逐个加以连接，为对由所述第六和第八延迟装置传输的信号进行相加以形成第一中间信号而接入的第一装置，为对由所述第五和第七延迟装置传输的信号进行相加以形成第二中间信号而接入的第二装置，为把所述第一中间信号加到由所述输入装置接收的信号和由所述第二延迟装置传输的信号上以形成第三中间信号而接入的第三装置，为把所述第二中间信号加到由所述第一和第三延迟装置传输的信号上以形成第四中间信号而而接入的第四装置，用以按第一因子乘以所述第三中间信号从而形成第五中间信号的第一装置，用以按第二因子乘以所述第四中间信号从而形成第六中间信号的第二装置，为对所述第五和第六中间信号进行相加从而形成校正信号而接入的第五装置，以及为从所述第四延迟装置传输的信号中减去所述校正信号而接入的装置。
10.如权利要求9的信息传感装置，其特征在于所述合成信号在等于所述第一周期的时间间隔内被顺序地从每一所述元件中读出，而在等于所述第二周期的时间间隔内所述合成信号从每行中所有元件中加以读出。
11.一种信息传感装置，它包含可连接用以接收从排列于一顺序阵列中许多元件中每一元件读出的合成信号、以便响应辐射入射在元件阵列上而产生所述合成信号的装置，连接到所述输入装置上、用以按第一周期延迟所述合成信号的第一装置，连接到所述第一延迟装置上、用以按所述第一周期延迟所述合成信号的第二装置，连接到所述第二延迟装置上、用以按所述第二周期延迟所述合成信号的第三装置，连接到所述第三延迟装置上、用以按所述第一周期延迟所述合成信号的第四装置，连接到所述第四延迟装置上、用以按所述第一周期延迟所述合成信号的第五装置，连接到所述第五延迟装置上、用以按所述第二周期延迟所述合成信号的第六装置，连接到所述第六延迟装置上、用以按所述第一周期延迟所述合成信号的第七装置，为对由所述第五和第七延迟装置传输的信号进行相加以形成第一中间信号而接入的第一装置，为把所述第一中间信号加到由所述第一和第三延迟装置传输的信号上以形成第二中间信号的第二装置，用以按第二因子乘以所述第二中间信号从而形成第一校正信号的第一装置，以及为从由所述第四延迟装置所传输的信号中减去所述第一校正信号而接入的装置。
12.如权利要求11的信息传感装置，其特征在于另外还包含连接到所述第七延迟装置上、用以按所述第一周期延迟所述合成信号的第八装置，为对由所述第六和第八延迟装置传输的信号进行相加以形成第三中间信号而接入的第三装置，为把所述第三中间信号加到由所述输入装置接收的信号和由所述第二延迟装置所传输的信号中以形成第四中间信号而接入的第四装置，用以按第二因子乘以所述第四中间信号从而形成第二校正信号的第二装置，以及连接在所述作减法计算装置与所述第一和第二乘法装置之间、用以对所述第一和第二校正信号进行相加、借此使所述作减法计算装置从由所述第四延迟装置所传输的所述信号中减去第一和第二校正信号的第五装置。
13.如权利要求11的信息传感装置，接收装置包含其特征在于用于顺序地读出所述合成信号的所述装置，该装置在等于所述第一周期的时间间隔内从每一所述元件中读出所述合成信号，而在等于所述第二周期的时间间隔内用以从每行中所有元件中读出所述合成信号。
14.如权利要求12的信息传感装置，接收装置包含其特征在于用于顺序地读出所述合成信号的所述装置，该装置在等于所述第一周期的时间间隔内从每一所述元件中读出所述合成信号，而在等于所述第二周期的时间间隔内用以从每行中所有元件中读出所述合成信号。
全文摘要
行扫描器(24)顺序读出导自呈行和列排列的光敏元件阵列(10)上电荷的信号，并将合成信号串行加到有限脉冲滤波器(30)。在该滤波器中，将串行读出的合成信号相加以形成对应于与所考虑一个光敏元件等距间隔光敏元件的中间信号，并为每个圈内光敏元件，用测量方法或凭经验确定因子来校正那些中间信号而形成多个校正信号。从读自所考虑光敏元件的未经校正的合成图象信号中累积减去各校正信号，从而提供已校正了由于来自增大半径多个光敏元件圈中邻近光敏元件泄漏引起的所不需要的影响的最终图象信号。
文档编号H04N5/359GK1055634SQ9010976
公开日1991年10月23日 申请日期1990年12月3日 优先权日1990年4月6日
发明者钱德拉康特·B·帕特尔 申请人:三星电子株式会社