生成噪声校正的像素值的电子设备、减小噪声信号的电子设备和成像系统的制作方法
【专利说明】生成噪声校正的像素值的电子设备、减小噪声信号的电子设备和成像系统
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求在2014年4月29日提交的美国专利申请N0.14/264，984的优先权，该专利申请N0.14/264，984通过引用的方式全文并入本文。
技术领域
[0003]本实用新型一般地涉及成像设备，并且更特别地涉及具有信噪消减电路的成像设备。
【背景技术】
[0004]图像传感器通常用于诸如移动电话、相机和计算机之类的电子设备中，用于采集图像。在典型的布局中，电子设备设置有按照像素行和像素列来布置的图像像素阵列。电路通常耦接至用于从图像像素中读出图像信号(即，多个像素值)的每个像素列。
[0005]在成像操作中，由图像传感器像素生成的图像信号通常包含噪声，例如，行相关噪声，其中在图像信号中的噪声跨越图像像素阵列的给定行很好地相关。行相关噪声的一个实例是时间行噪声(temporal row noise)。当时间行噪声出现于图像信号中时，在像素值的帧的每个行中的像素值可以包含相对于阵列中的其他行的噪声偏移量(即，一些行的像素值可以比其他行的像素值更亮或更暗，与正被成像的场景无关)。在后续帧的像素值中，每个行都可以具有不同的噪声偏移量，从而随时间流逝而在所采集的图像中产生难看的逐行闪烁。
【实用新型内容】
[0006]因此，希望的是能够提供具有用于减小图像噪声的改进手段的成像设备。
[0007]根据本实用新型一个方面的实施例，一种用于生成噪声校正的像素值的电子设备，其特征在于包括:图像传感器像素阵列，其中所述图像传感器像素阵列包含第一像素分组以及与所述第一像素分组不同的的第二像素分组；和读出电路，其中所述读出电路包括:从所述第一像素分组中获得第一像素值集的子电路；从所述第二像素分组中获得第二像素值集的子电路；基于所述第二像素值集来生成抖动的校正值的子电路；以及从所述第一像素值集中减去所述抖动的校正值以生成噪声校正的像素值的子电路，其中在所述第二像素值集中的每个像素值都具有第一位宽度，并且其中基于所述第二像素值集而生成所述抖动的校正值的子电路包括:对所述第二像素值集执行精度扩展操作以生成具有比所述第一位宽度大的第二位宽度的扩展精度像素值的子电路；将所述扩展精度像素值乘以比例因子以生成缩放的扩展精度像素值的子电路；以及使所述缩放的扩展精度像素值的至少一个位随机化以生成所述抖动的校正值的子电路，并且其中通过:生成伪随机数；以及将所述伪随机数的至少一个最低有效位加上所述缩放的扩展精度像素值来生成所述抖动的校正值。
[0008]根据上述电子设备的一个实施例，其特征在于包括成像系统，所述成像系统包括:像素值校正电路；多个图像像素；及至少一个参考像素，其中所述像素值校正电路包括:从所述多个图像像素中获得第一像素值并且从所述至少一个参考像素中获得第二像素值的子电路；生成二进制位随机序列的子电路；将所述二进制位随机序列的至少一个位加上所述第二像素值以生成像素校正值的子电路；以及从所述第一像素值中减去所述像素校正值的子电路，其中获得所述第二像素值的子电路包括:接收来自所述至少一个参考像素的多个数字暗像素值的子电路，其中所述多个数字暗像素值的每个数字暗像素值都具有第一位宽度；对所述多个数字暗像素值求和以生成具有比所述第一位宽度大的第二位宽度的扩展精度暗像素值的子电路；以及将所述扩展精度暗像素值乘以比例因子以生成所述第二像素值的子电路，其中将所述二进制位随机序列的所述至少一个位加上所述第二像素值以生成所述像素校正值的子电路包括:将所述二进制位随机序列的至少一个最低有效位加上所述第二像素值以生成所述像素校正值的子电路。
[0009]根据上述电子设备的一个实施例，其中所述像素值校正电路还包括:从所述多个图像像素中获得第三像素值的子电路；生成与所述二进制位随机序列不同的附加的二进制位随机序列的子电路；将所述附加的二进制位随机序列的至少一个位加上所述第二像素值以生成附加的像素校正值的子电路；以及从所述第三像素值中减去所述附加的像素校正值的子电路。
[0010]根据本实用新型另一个方面的实施例，一种成像系统，其特征在于包含:中央处理单元；存储器；输入-输出电路；以及成像设备，其中所述成像设备包含:图像像素阵列，具有配置为生成第一像素值的第一像素分组以及配置为生成第二像素值的与所述第一像素分组不同的第二像素分组，其中在所述第二像素值中的每个像素值都具有第一位宽度；用于将光聚焦到所述阵列上的透镜；配置为基于所述第二像素值来生成随机化的校正值的校正值抖动电路，其中所述校正值抖动电路包括:对所述第二像素值集执行精度扩展操作以生成具有比所述第一位宽度大的第二位宽度的扩展精度像素值的子电路；将所述扩展精度像素值乘以比例因子以生成缩放的扩展精度像素值的子电路；以及使所述缩放的扩展精度像素值的至少一个位随机化以生成所述随机化的校正值的子电路，并且其中通过:生成伪随机数；以及将所述伪随机数的至少一个最低有效位加上所述缩放的扩展精度像素值来生成所述随机化的校正值；以及配置为通过从所述第一像素值中减去所述随机化的校正值来生成噪声校正的像素数据的减法电路。
[0011]根据上述系统的一个实施例，还包含:配置为生成随机数的随机数生成电路，其中所述校正值抖动电路还被配置为将所生成的随机数的至少一个最低有效位加上所述第二像素值以生成所述随机化的校正值。
[0012]根据上述系统的一个实施例，其中所述图像像素阵列按多个行和列来布置，其中所述第一像素分组中的每个像素都位于所述阵列的给定行上，并且其中所述减法电路被配置为通过从所述第一像素值中减去所述随机化的校正值来减小与位于所述阵列的所述给定行上的所述第一像素分组关联的行相关噪声。
[0013]根据上述系统的一个实施例，其中所述图像像素阵列按多个行和列来布置，其中所述第一像素分组中的每个像素都位于所述阵列的给定列上，并且其中所述减法电路被配置为通过从所述第一像素值中减去所述随机化的校正值来减小与位于所述阵列的所述给定列上的所述第一像素分组关联的列相关噪声。
【附图说明】
[0014]图1是根据本实用新型的一种实施例的具有图像传感器以及用于减小信号噪声的处理电路的说明性电子设备的示意图。
[0015]图2是根据本实用新型的一种实施例的说明性像素阵列以及用于从图像传感器内的图像像素中读出图像信号的并且用于生成像素校正值以减小图像信号中的噪声的关联的读出电路的不意图。
[0016]图3是根据本实用新型的一种实施例的具有用于生成暗像素值以生成用来减小所采集的图像信号中的噪声的像素校正值的暗像素的说明性图像传感器像素阵列的示意图。
[0017]图4是根据本实用新型的一种实施例的用于生成具有扩展精度的像素校正值并使用该像素校正值来校正像素数据以减小像素数据中的噪声和量化误差的说明性像素值校正电路的示意图。
[0018]图5是根据本实用新型的一种实施例的可以由图4所示的那种类型的像素值校正电路执行的用于减小像素数据中的噪声和量化误差的说明性步骤的流程图。
[0019]图6是采用根据本实用新型的一种实施例的图1-5的实施例的处理器系统的框图。
【具体实施方式】
[0020]诸如数码相机、计算机、移动电话之类的电子设备以及其他电子设备可以包含用于聚集入射光以采集图像的图像传感器。图像传感器可以包含图像像素阵列。在图像传感器中的像素可以包含用于将入射光转换成图像信号的光敏元件，例如，光电二极管。图像传感器可以具有任意数量的像素(例如，数百个、数千个或者更多)。典型的图像传感器可以具有例如数十万个或数百万个像素(例如，百万像素)。图像传感器可以包含控制电路，例如，用于操作图像像素的电路以及用于读出与由光敏元件生成的电荷对应的图像信号的读出电路。
[0021]图1是说明性成像系统，例如，使用图像传感器来采集图像的电子设备的示意图。图1的电子设备10可以是便携式电子设备，例如，相机、移动电话、平板电脑、网络摄像头、视频摄像机、视频监控系统、具有成像能力的视频游戏系统，或者用于采集数字图像数据的任意其他期望的成像系统或设备。相机模块12可以被用来将入射光转换成数字图像数据。相机模块12可以包含一个或多个透镜14以及一个或多个相应的图像传感器16。在图像采集操作期间，来自现场的光可以通过透镜14聚焦于图像传感器16之上。图像传感器16可以包含用于将模拟像素数据转换成相应的数字图像数据以被提供给存储与处理电路18的电路。若需要，相机模块12可以设置有透镜14的阵列以及相应的图像传感器16的阵列。
[0022]处理电路18可以包含一个或多个集成电路，例如，图像处理电路、微处理器、存储设备(例如，随机存取存储器和非易失性存储器)等，并且可以使用与相机模块12分离的和/或形成相机模块12的一部分的构件(例如，用于形成包含图像传感器16的集成电路的或者在与图像传感器16关联的模块12内的集成电路的一部分的电路)来实现。已经由相机模块12采集到的图像数据可以使用处理电路18(例如，使用在处理电路18上的图像处理引擎，使用在处理电路18上的成像模式选择引擎等)来处理和存储。若需要，可以使用与处理电路18耦接的有线和/或