專利名稱：帶有降低的暗電流的cmos成像器的讀出方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種設(shè)備和方法，尤其涉及用于捕獲電子圖像的設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
CMOS圖像傳感器可以使用巻簾式快門(rolling shutter),其中像 素陣列中的像素逐行被電子快門開閉(shuttering)。術(shù)語(yǔ)"電子快門開 閉"涉及像素的電子控制，以便定義一個(gè)曝光期，在該曝光期期間像素 被曝光(exposed to light)以捕獲圖像。曝光期的結(jié)束可以通過(guò)像素的讀 出來(lái)定義?；蛘撸毓馄诳梢韵扔谧x出而結(jié)束。從曝光期的開始到讀出 結(jié)束的總時(shí)間-故稱為積分時(shí)間(integration time)。
使用巻簾式快門的傳感器將使移動(dòng)物體的圖像失真，因?yàn)樵谶B續(xù)的 行被電子快門開閉的時(shí)間之間物體在移動(dòng)。這種失真可以表現(xiàn)為人為時(shí) 間位移現(xiàn)象，如圖1和圖2所示。
機(jī)械快門可用于克服這個(gè)問(wèn)題，但是增加了圖像捕獲設(shè)備的成本、 復(fù)雜度和尺寸。
避免該問(wèn)題的另 一種方法是使用全局快門，其中所有的像素同時(shí)被 電子快門開閉。這其后通常跟隨一個(gè)讀出階段，其中像素被逐行讀出。 同時(shí)讀出是不經(jīng)濟(jì)的，因?yàn)閺拿總€(gè)像素到輸出或存儲(chǔ)器都需要單獨(dú)的讀 出結(jié)構(gòu)和線路。
全局快門方法還要遭受暗電流誤差的增大。暗電流是當(dāng)沒有光線入 射到像素上時(shí)像素中產(chǎn)生的電流。當(dāng)曝光期開始時(shí)，依賴于觸發(fā) (striking)像素的光的量將以某一速率開始產(chǎn)生電荷。該電荷僅在曝光 期期間產(chǎn)生。然而，還可以由于暗電流而積累電荷，導(dǎo)致不精確的讀取。 電荷的積累是由于在整個(gè)積分時(shí)間內(nèi)都出現(xiàn)了暗電流的緣故，即，其將而且直到像素的積分值被讀出之前都不會(huì) 結(jié)束。隨著像素被逐行讀出，最后一個(gè)像素的積分時(shí)間要比第一像素的 積分時(shí)間要長(zhǎng)，因此從圖像的一端到另一端的暗電流誤差逐漸增大。這 與其中每個(gè)像素具有一致的積分時(shí)間的巻簾式快門不同。此外，當(dāng)使用
全局快門時(shí)的積分時(shí)間可能要高于當(dāng)使用巻簾式快門的積分時(shí)間，導(dǎo)致 更為顯著的暗電流誤差。
即該文獻(xiàn)是現(xiàn)有技術(shù)的 一部分或公知常識(shí)。

發(fā)明內(nèi)容
一種用于捕獲電子圖像的設(shè)備，可包括
像素陣列，包括被設(shè)置成被曝光以捕獲電子圖像的多個(gè)光敏像素； 讀出電路，被設(shè)置用于在不同的時(shí)間，從該像素陣列中的第一和第
二像素組中讀出光強(qiáng)度值以捕獲該圖像的光強(qiáng)度值，每個(gè)像素組包括一
個(gè)或多個(gè)像素；
其中該設(shè)備包括噪聲補(bǔ)償電路，該噪聲補(bǔ)償電路被設(shè)置成通過(guò)利用 在不同的時(shí)間分別從第 一和第二像素組獲得的光強(qiáng)度值，補(bǔ)償該像素陣 列的像素中的暗電流。
像素組可以包括單個(gè)像素、陣列中的一行像素(即一行或一列的整 個(gè)或部分)、多于一行、或像素的任何其它的集合。
在任何實(shí)施例中，像素可以在整個(gè)像素陣列之上同時(shí)被電子快門開 閉以實(shí)現(xiàn)一個(gè)全局快門，或者可以按組(例如，逐行)#>電子快門開閉 以實(shí)現(xiàn)一個(gè)巻簾式快門。然而，當(dāng)實(shí)現(xiàn)為全局快門時(shí)該設(shè)備提供更多的 優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)楸苊饬巳藶闀r(shí)間位移現(xiàn)象。
在第 一 實(shí)施例中，讀出電路可以被設(shè)置用于在第 一讀取中以第 一預(yù) 定組順序從所述第一和第二像素組中讀出所述光強(qiáng)度值，隨后在第二讀 取中以第二預(yù)定組順序從所述第一和第二像素組中重新讀取光強(qiáng)度值， 該第二預(yù)定組順序與該第一預(yù)定組順序相反。
雖然僅提及了兩個(gè)組，應(yīng)理解的是，本發(fā)明可適用于兩個(gè)或更多個(gè)
7的任何數(shù)量的組。例如，讀出電路可以被設(shè)置用于在第一讀取中以第一 預(yù)定組順序從多個(gè)像素組中讀出所述光強(qiáng)度值，隨后在第二讀取中以第 二預(yù)定組順序從多個(gè)像素組中重新讀取光強(qiáng)度值，該第二預(yù)定組順序與 該第一預(yù)定組順序相反。
在一個(gè)組包括一個(gè)以上的像素的情況下，該組中的像素是同時(shí)被讀 出的，例如利用移位寄存器以逐行方式讀出。在此情況下，組順序就是 各組被讀出的順序。在一個(gè)組包括單個(gè)像素的情況下，組順序就是單個(gè) 像素被讀出的順序。可以以從像素陣列的一端移動(dòng)到另 一端的連續(xù)順序 或者以任何其它的順序而讀出各組。
在許多實(shí)現(xiàn)中，每個(gè)像素中的暗電流誤差跨越像素陣列以恒定的速 率增大。關(guān)于在所述第 一讀取中最后被讀取的像素組的暗電流誤差將高 于關(guān)于在所述第一讀取中首先被讀取的像素組的暗電流誤差。如上所 述，在第一讀取之后，這將導(dǎo)致暗電流誤差從圖像的一端到另一端逐漸 增大。然而，通過(guò)以相反的順序從像素組中重新讀取光強(qiáng)度值，由所述 第二讀取導(dǎo)致的暗電流誤差以與所述第 一讀取相反的方向增大。這使得 易于執(zhí)行各種各樣的操作以便均勻化該暗電流誤差和/或?qū)⑵湎?br> 所述噪聲補(bǔ)償電路可以被設(shè)置用于根據(jù)在所述第 一 和第二讀取中 獲得的像素的各個(gè)光強(qiáng)度值，計(jì)算各個(gè)組中的像素的平均光強(qiáng)度值。這 種操作的結(jié)果導(dǎo)致暗電流誤差在整個(gè)圖像上是均勻的。盡管暗電流誤差 仍然存在，但由于其被均勻化而不是逐漸增大而更為可取。
所述噪聲補(bǔ)償電路可以被設(shè)置用于從像素的所述平均光強(qiáng)度值中 減去暗電流誤差，以獲得該像素的噪聲補(bǔ)償光強(qiáng)度值。
所述像素陣列可以包括一個(gè)或多個(gè)光學(xué)屏蔽的光敏像素(或"黑" 像素)。所述讀出電路可以被設(shè)置用于從所述第一和第二讀取中的該黑 像素或每個(gè)黑像素中讀出值。所述噪聲補(bǔ)償電路可以被設(shè)置用于根據(jù)從 所述第一和第二讀取中的該黑像素或每個(gè)黑像素獲得的值，計(jì)算平均 值，該平均值代表暗電流誤差。
或者，所述設(shè)備可以包括一個(gè)機(jī)械快門，在此情況下可以捕獲并從
原始圖像中消除暗幀(darkframe)。在第二實(shí)施例中，所述讀出電路可以被設(shè)置用于獲得與從所述第一 像素組中讀取所述光強(qiáng)度值相關(guān)的第 一暗電流誤差，以及用于獲得與從 所述第二像素組中讀取所述光強(qiáng)度值相關(guān)的第二暗電流誤差，所述第一 和第二像素組與其它中間像素組相分隔。所述噪聲補(bǔ)償電路可以被設(shè)置 用于內(nèi)插所述第一和第二暗電流誤差，以計(jì)算該中間像素組的一個(gè)或多 個(gè)暗電流誤差。
以這種方式，可以容易地計(jì)算每一組的暗電流誤差以便允許執(zhí)行將
其消除的操作。
所述噪聲補(bǔ)償電路可以被設(shè)置用于從像素的所述光強(qiáng)度值中減去 所述暗電流誤差，以獲得像素的噪聲補(bǔ)償光強(qiáng)度值。
所述像素陣列可以包括一個(gè)或多個(gè)光學(xué)屏蔽的光敏像素，該一個(gè)或 多個(gè)光學(xué)屏蔽的光敏像素被設(shè)置成由所述讀出電路使用以獲得所述第 一和第二暗電流誤差。
所述設(shè)備可以被設(shè)置成使得所述第 一和第二像素組能夠被同時(shí)曝 光。另外地或者可選地，所述設(shè)備可以被設(shè)置成使得所述第一和第二像 素組能夠在不同的時(shí)間被曝光。所述設(shè)備可以被設(shè)置成使得像素組可以 被曝光，而且在后續(xù)像素組被曝光之前其光強(qiáng)度值被所述讀出電路讀取。
所述設(shè)備可以包括數(shù)字?jǐn)z像機(jī)。或者，所述設(shè)備可以包括數(shù)字?jǐn)z像 機(jī)的模塊或功能部件。
一種捕獲電子圖像的方法，可包括 曝光像素陣列中的多個(gè)光敏像素以捕獲電子圖像；
在不同的時(shí)間從該像素陣列中的第 一和第二像素組中讀取光強(qiáng)度
值，以捕獲該圖像的光強(qiáng)度值，每個(gè)像素組包括一個(gè)或多個(gè)像素； 通過(guò)利用在不同的時(shí)間分別從第 一和第二像素組獲得的光強(qiáng)度值，
以補(bǔ)償該像素陣列的像素中的暗電流。
所述方法可以包括在第一讀取中以第一預(yù)定組順序從所述第一和
第二像素組中讀取所述光強(qiáng)度值，隨后在第二讀取中以第二預(yù)定組順序
從所述第一和第二像素組中重新讀取光強(qiáng)度值，該第二預(yù)定組順序與該第一預(yù)定組順序相反。
所述方法可以包括根據(jù)在所述第 一 和第二讀取中獲得的像素的各 個(gè)光強(qiáng)度值，計(jì)算各個(gè)組中的像素的平均光強(qiáng)度值。
所述方法可以包括從像素的所述平均光強(qiáng)度值中減去暗電流誤差， 以荻得該像素的噪聲補(bǔ)償光強(qiáng)度值。
所述方法可以包括獲得與從所述第一像素組中讀取所述光強(qiáng)度值 相關(guān)的第 一暗電流誤差，以及獲得與從所述第二像素組中讀取所述光強(qiáng) 度值相關(guān)的第二暗電流誤差，所述第 一和第二像素組與其它中間像素組
相分隔；以及
內(nèi)插所述第一和第二暗電流誤差，以計(jì)算該中間像素組的一個(gè)或多 個(gè)暗電流誤差。
所述方法可以包括從像素的所述光強(qiáng)度值中減去所述暗電流誤差， 以獲得像素的噪聲補(bǔ)償光強(qiáng)度值。
一種用于捕獲電子圖像的設(shè)備，可包括
像素陣列，包括被設(shè)置成被曝光以捕獲電子圖像的多個(gè)光敏像素； 讀出電路，被設(shè)置用于在第一讀取中以第一預(yù)定組順序從像素陣列 中的多個(gè)像素組中讀出光強(qiáng)度值，隨后在第二讀取中以第二預(yù)定組順序 從多個(gè)像素組中重新讀取光強(qiáng)度值，該讀出電路被設(shè)置用于在該第一和 第二讀取的每一個(gè)中，在與其它組不同的時(shí)間讀取每一組，每個(gè)像素組 包括一個(gè)或多個(gè)像素，該第二預(yù)定組順序與該第一預(yù)定組順序相反。 一種用于捕獲電子圖像的設(shè)備，可包括
像素陣列，包括被設(shè)置成被曝光以捕獲電子圖像的多個(gè)光敏像素； 讀出電路，被設(shè)置用于從該像素陣列中的一個(gè)或多個(gè)像素組中讀出 光強(qiáng)度值，以捕獲該圖像的光強(qiáng)度值，該像素組或每個(gè)像素組包括一個(gè) 或多個(gè)像素，該讀出電路被設(shè)置用于在讀取該光強(qiáng)度值之前獲得第一暗 電流誤差，以及用于在讀取該光強(qiáng)度值之后獲得第二暗電流誤差；以及 噪聲補(bǔ)償電路，被設(shè)置用于內(nèi)插所述第一和第二暗電流誤差，以計(jì)
算該像素組或每個(gè)像素組的暗電流誤差。
所述設(shè)備可以包括多個(gè)像素組，所述讀出電路被設(shè)置成在與其它組
10不同的時(shí)間讀取每一組。
一種捕獲電子圖像的方法，可包括
在第 一讀取中以第 一預(yù)定組順序從像素陣列中的多個(gè)像素組中讀 出光強(qiáng)度值，隨后在第二讀取中以第二預(yù)定組順序從該多個(gè)像素組中重 新讀取光強(qiáng)度值，該方法包括在該第一和第二讀取的每一個(gè)中，在與其 它組不同的時(shí)間讀取每一組，每個(gè)像素組包括一個(gè)或多個(gè)像素，該第二 預(yù)定組順序與該第 一預(yù)定組順序相反。
一種捕獲電子圖像的方法，可包括
從該像素陣列中的一個(gè)或多個(gè)像素組中讀出光強(qiáng)度值，以捕獲圖像 的光強(qiáng)度值，該像素組或每個(gè)像素組包括一個(gè)或多個(gè)像素，在讀取該光 強(qiáng)度值之前獲得第一暗電流誤差，在讀取該光強(qiáng)度值之后獲得第二暗電 流誤差；以及內(nèi)插所述第一和第二暗電流誤差，以計(jì)算該像素組或每個(gè) 像素組的暗電流誤差。
一種用于捕獲電子圖像的設(shè)備，可包括
包括被設(shè)置成被曝光以捕獲電子圖像的多個(gè)光敏裝置的陣列；
用于在不同的時(shí)間從該陣列中的光敏裝置的第 一和第二組中讀出 光強(qiáng)度值以捕獲該圖像的光強(qiáng)度值的裝置，每一組包括一個(gè)或多個(gè)光敏
裝置；
用于通過(guò)利用在不同的時(shí)間分別從第 一和第二組獲得的光強(qiáng)度值， 補(bǔ)償該陣列的光敏裝置中的暗電流的裝置。
所述用于讀出光強(qiáng)度值的裝置可以被設(shè)置用于在第一讀取中以第 一預(yù)定組順序從所述第一和第二組中讀出所述光強(qiáng)度值，隨后在第二讀 取中以第二預(yù)定組順序從所述第一和第二組中重新讀取光強(qiáng)度值，該第 二預(yù)定組順序與該第一預(yù)定組順序相反。
所述用于讀出光強(qiáng)度值的裝置可以被設(shè)置用于獲得與從所述第一 組中讀取所述光強(qiáng)度值相關(guān)的第一暗電流誤差，以及用于獲得與從所述 第二組中讀取所述光強(qiáng)度值相關(guān)的第二暗電流誤差，所述第一和第二組 與其它中間組相分隔。所述用于補(bǔ)償暗電流的裝置可以被設(shè)置用于內(nèi)插 所述第 一 和第二暗電流誤差，以計(jì)算該中間組的 一 個(gè)或多個(gè)暗電流誤
ii差。
一種用于捕獲電子圖像的設(shè)備，可包括
包括被設(shè)置成被曝光以捕獲電子圖像的多個(gè)光敏裝置的陣列； 用于在第一讀取中以第一預(yù)定組順序從該陣列中的多個(gè)光敏裝置 組中讀出光強(qiáng)度值，隨后在第二讀取中以第二預(yù)定組順序從該多個(gè)組中 重新讀取光強(qiáng)度值的裝置，該用于讀出光強(qiáng)度值的裝置被設(shè)置用于在該 第一和第二讀取的每一個(gè)中，在與其它組不同的時(shí)間讀取每一組，每一
組包括一個(gè)或多個(gè)光^:裝置，該第二預(yù)定組順序與該第一預(yù)定組順序相反。
一種用于捕獲電子圖像的設(shè)備，可包括 包括被設(shè)置成被曝光以捕獲電子圖像的多個(gè)光敏裝置的陣列； 用于從該像素陣列中的一個(gè)或多個(gè)光敏裝置組中讀出光強(qiáng)度值以 捕獲圖像的光強(qiáng)度值的裝置，該組或每一組包括一個(gè)或多個(gè)光敏裝置， 該用于讀出光強(qiáng)度值的裝置被設(shè)置用于在讀取該光強(qiáng)度值之前獲得第 一暗電流誤差，以及用于在讀取該光強(qiáng)度值之后獲得第二暗電流誤差； 以及
用于內(nèi)插所述第一和第二暗電流誤差以計(jì)算該組或每一組的暗電
流誤差的裝置。
一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，可包括計(jì)算機(jī)可執(zhí)行代碼，當(dāng)其在計(jì)算機(jī)上 運(yùn)行時(shí)使得所述計(jì)算機(jī)
曝光像素陣列中的多個(gè)光敏像素以捕獲電子圖像；
在不同時(shí)間從該像素陣列中的第 一和第二像素組中讀取光強(qiáng)度值，
以捕獲該圖像的光強(qiáng)度值，每個(gè)像素組包括一個(gè)或多個(gè)像素；
通過(guò)利用在不同的時(shí)間分別從第 一和第二像素組獲得的光強(qiáng)度值，
補(bǔ)償該像素陣列的像素中的暗電流。
所述計(jì)算機(jī)可執(zhí)行代碼在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行時(shí)還使得所述計(jì)算機(jī) 在第一讀取中以第一預(yù)定組順序從所述第一和第二像素組中讀取
所述光強(qiáng)度值，隨后在第二讀取中以第二預(yù)定組順序從所述第 一和第二 像素組中重新讀取光強(qiáng)度值，該第二預(yù)定組順序與該第一預(yù)定組順序相
12反￡
獲得與從所述第 一像素組中讀取所述光強(qiáng)度值相關(guān)的第 一暗電流 誤差，以及獲得與從所述第二像素組中讀取所述光強(qiáng)度值相關(guān)的第二暗 電流誤差，所述第一和第二像素組與其它中間像素組相分隔；以及
內(nèi)插所述第 一和第二暗電流誤差以計(jì)算該中間像素組的 一個(gè)或多 個(gè)暗電流誤差。
一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，可包括計(jì)算機(jī)可執(zhí)行代碼，當(dāng)其在計(jì)算機(jī)上
運(yùn)行時(shí)使得所述計(jì)算機(jī)
在第 一讀取中以第 一預(yù)定組順序從像素陣列中的多個(gè)像素組中讀 出光強(qiáng)度值，隨后在第二讀取中以第二預(yù)定組順序從該多個(gè)像素組中重 新讀取光強(qiáng)度值，在該第一和第二讀取的每一個(gè)中在與其它組不同的時(shí) 間讀取每一組，每個(gè)像素組包括一個(gè)或多個(gè)像素，該第二預(yù)定組順序與
該第一預(yù)定組順序相反。
一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，可包括計(jì)算機(jī)可執(zhí)行代碼，當(dāng)在計(jì)算機(jī)上運(yùn)
行時(shí)使得所述計(jì)算機(jī)
從像素陣列中的一個(gè)或多個(gè)像素組中讀出光強(qiáng)度值以捕獲圖像的
光強(qiáng)度值，該像素組或每個(gè)像素組包括一個(gè)或多個(gè)像素，在讀取該光強(qiáng) 度值之前獲得第 一暗電流誤差，在讀取該光強(qiáng)度值之后獲得第二暗電流 誤差；以及內(nèi)插該第 一和第二暗電流誤差以計(jì)算該像素組或每個(gè)像素組 的暗電流i吳差。
一種設(shè)備，包括
用于利用光敏元件陣列捕獲電子圖像的裝置，該光敏元件陣列被設(shè) 置成被曝光以捕獲電子圖像；
用于在不同時(shí)間從該光敏元件的第 一和第二組中讀出光強(qiáng)度值以 捕獲該圖像的光強(qiáng)度值的裝置，每個(gè)光敏元件組包括一個(gè)或多個(gè)光敏元 件；
其中該設(shè)備包括被設(shè)置成通過(guò)利用在不同的時(shí)間分別從第 一和第 二光敏元件組荻得的光強(qiáng)度值來(lái)補(bǔ)償該光敏元件中的暗電流的噪聲補(bǔ)償裝置。
本發(fā)明的任何電路都可能包含一個(gè)或多個(gè)處理器、存儲(chǔ)器和總線。 所描述的一個(gè)或多個(gè)電路可能共享電路元件。
本發(fā)明包括以分離和/或各種組合形式的 一個(gè)或多個(gè)方面、實(shí)施例和 /或所述各方面和/或?qū)嵤├奶卣鳎鵁o(wú)論它們是否以該組合或分離方 式被具體說(shuō)明(包括要求保護(hù))。


現(xiàn)在參考附圖僅以示例方式給出本發(fā)明的說(shuō)明，附圖中
圖1示出了由于人為時(shí)間位移現(xiàn)象而失真的移動(dòng)物體的圖片；
圖2示出了由于人為時(shí)間位移現(xiàn)象而失真的移動(dòng)物體的圖片；
圖3是根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的示意圖4是從圖像中消除暗電流誤差的示意圖；以及
圖5示意了示例性像素陣列的讀出方法。
具體實(shí)施例方式
圖3是用于捕獲電子圖像的設(shè)備100的示意圖。設(shè)備100可形成數(shù) 字?jǐn)z像機(jī)的一部分，或者期望圖像捕獲能力的任何其他電子器件，例如 移動(dòng)電話或個(gè)人數(shù)字助理。
設(shè)備100包括像素陣列102，像素陣列102包括多個(gè)光敏像素和多 個(gè)光學(xué)屏蔽的或"黑"像素，光敏像素例如為由附圖標(biāo)記104nl-104n7 所指示的那些像素，它們被設(shè)置成被曝光以捕獲電子圖像；光學(xué)屏蔽的 或"黑"像素例如為由附圖標(biāo)記104n8所指示的那些像素。數(shù)字"n" 指示圖3中所示的從"a，，到"h，，的其中一行。設(shè)備100還包括讀出電 路106,噪聲補(bǔ)償電路108，行解碼器110,移位寄存器112和電子快門 開閉電路116。每個(gè)組件經(jīng)由總線114與其它組件連接。盡管示出了每 一組件都通過(guò)總線114與每個(gè)其它組件連接，應(yīng)當(dāng)理解的是也可以以不 同方式連接各組件，例如當(dāng)需要耦合時(shí)僅將各組件耦合在一起。此外， 各組件可以包括單個(gè)處理單元的各部分或功能。
14黑像素104n8與用于曝光其它像素104nl-104n7的光屏蔽開，但是 在其它方面黑像素104n8與其它的像素104nl-104n7—致。由此，黑像 素104n8的輸出可以用于確定像素104nl-104n7中的暗電流誤差。
行解碼器IIO用于定址像素陣列102中的像素104nl-104n8。移位 寄存器112被設(shè)置成使得可以從像素104nl-104n8中逐行，即以巻簾順 序，讀出光強(qiáng)度值。
利用設(shè)備100捕獲電子圖像包括至少兩個(gè)階段電子快門開閉階段， 緊隨其后是讀出階段。在電子快門開閉階段，電子快門開閉電路116同 時(shí)復(fù)位陣列102中的每一個(gè)像素104nl-104n8，并且將像素104nl-104n8 曝光。在緊隨復(fù)位之后的預(yù)定曝光期結(jié)束，電子快門開閉電路116同時(shí) 結(jié)束陣列102中的每個(gè)〗象素104nl-104n8的曝光。由此實(shí)現(xiàn)了一種全局 快門。在曝光期期間，像素被曝光以捕獲圖像。在此沒有描述光借以被 傳送到像素的方案，而且可以使用任何一種適當(dāng)?shù)囊阎桨?或者未來(lái) 的發(fā)展)。在讀出階段，積分值(或者光強(qiáng)度值)被傳送出像素陣列102 并且被傳送到存儲(chǔ)器。該設(shè)備可包括采樣電路、放大電路、和/或模數(shù)轉(zhuǎn) 換電路以便從像素陣列102中提取出光強(qiáng)度值。然而，在此沒有描述這 些電路的細(xì)節(jié)，而是可以使用任何適當(dāng)?shù)囊阎娐?或未來(lái)的發(fā)展)。 現(xiàn)在關(guān)于第 一 和第二實(shí)施例描述讀出階段的細(xì)節(jié)。
在第一實(shí)施例中，讀出電路106被設(shè)置用于對(duì)像素陣列102中的像 素104nl-104n8的光強(qiáng)度值執(zhí)行兩次讀取第一讀取和第二讀取。
在第一讀取中，讀出電路106通過(guò)將像素行1(Ma, 1(Mb, l(Mc,…， 104h的值連續(xù)移動(dòng)到移位寄存器112中，讀出連續(xù)的像素行104a, 104b， 104c, ..,， 104h,該讀出是以像素陣列102—端的行(104a， 104h)開 始的，而以另一端的行(104h, 104a)結(jié)束。在讀出每一行之后，這些 值逐個(gè)地從移位寄存器112被移位到讀出電路106中，并且被存儲(chǔ)在讀 出電路106的存儲(chǔ)器(未示出)中。在一種變型中，存儲(chǔ)器是與讀出電 路106分離的設(shè)備100的附加組件。
接下來(lái)，在第二讀取中，讀出電路106以與在第一讀取中行被讀出 的相反順序從像素行104a, 104b， 104c, ...， 104h中再次讀取光強(qiáng)度值。
15由此，在第一讀取中最后被讀出的行在第二讀取中首先被讀出，而在第 一讀取中最先被讀出的行在第二讀取中最后被讀出。所以，例如，如果
在第一讀取中行104a被首先讀取而行104h被最后讀取，則在第二讀取 中行104h將被首先讀取而行104a將被最后讀取。這些值被再一次移位 到存儲(chǔ)器中。在這個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)將所有像素行104nl-104n8的值同 時(shí)移位到移位寄存器112中，可以同時(shí)讀出在任一行中的像素。
在一種變型中，將像素104al, 104a2， 104a3...， 104a8, 104M, 104b2， ...104hl, 104h8逐個(gè)從陣列102中單獨(dú)地讀出。在此情況下， 像素在第二讀取中以與它們?cè)诘?一讀取中被讀出的相反順序被單獨(dú)讀 出。例如，在第一讀取中為104al， 104a2， 104a3， ...104a8, 104bl，...， 104b8，…，104hl， ...， 104h8,而在第二讀取中為104h8, 104h7， ...104hl, 104g8， ...104gl, ...104a8,…104al。在另一個(gè)實(shí)施例中，可以利用序 列104al, 104a2， 104a3， ...104a8, 104b8， ...， 104bl,…，104cl，...， 104c8， ...， 104gl， ...， 104g8, 104h8， ...， 104hl進(jìn)行第一讀取，而 利用序列104hl, ...104h8, 104g8, ...， 104gl,…，104c8， ...， 104cl， 104bl， ...， 104b8, 104a8, ...， 104al進(jìn)行第二讀取。
噪聲補(bǔ)償電路108與讀出電路106相連。(在一種變型中，讀出電 路106和噪聲補(bǔ)償電路形成單個(gè)處理部件的一部分。)噪聲補(bǔ)償電路108 被設(shè)置用于接收由讀出電路106從像素陣列102中讀出的光強(qiáng)度值，并 且用于根據(jù)在第一和第二讀取中獲得的像素104nl-104n8的光強(qiáng)度值， 計(jì)算每個(gè)像素104nl-104n8的第一/第二平均光強(qiáng)度值。由于在第二讀取 中以與第一讀取的相反方向讀出像素的緣故，通過(guò)這一平均處理，跨越 像素陣列102均勻化光強(qiáng)度值中的暗電流誤差。噪聲補(bǔ)償電路108還被 設(shè)置用于利用從黑像素104n8獲得的平均值計(jì)算暗電流誤差，并且用于 從每個(gè)像素104nl-104n7的平均光強(qiáng)度值中減去該暗電流誤差，以獲得 每個(gè)像素104nl-104n7的噪聲補(bǔ)償光強(qiáng)度值。這將參照?qǐng)D4進(jìn)一步解釋。
圖4示出了利用第一實(shí)施例的設(shè)備均勻化(平均)并從圖像中消除 暗電流誤差。橫軸代表像素陣列102中的像素104。橫軸的左手端表示 在第一讀取中首先讀出以及在第二讀取中最后讀出的像素，而右手端表示在第 一讀取中最后讀出以及在第二讀取中首先讀出的像素。縱軸代表
從像素104中讀出的光強(qiáng)度值。跡線41代表設(shè)備100捕獲的理想圖像 信號(hào)。在第一讀取期間，陣列102中的每個(gè)像素104中以相同的速率累 積暗電流誤差，并且由跡線42表示。隨著在朝向圖形的右手端方向以 巻簾順序讀出像素，跡線42在該方向上以線性方式增大。第一讀取結(jié) 束后，暗電流誤差增大到e^的水平。在第一讀取期間讀出的光強(qiáng)度值 由跡線43表示，除了暗電流誤差之外該值還包含理想圖像信號(hào)。跡線 43類似于理想跡線41，除了其偏離了橫軸由跡線42代表的暗電流誤差。 在第二讀取期間，暗電流誤差繼續(xù)在每個(gè)像素中以相同的速率累積，由 跡線44表示。在第二讀取結(jié)束后，暗電流誤差增大到ede2的水平。在此 情況下，在第一讀取完成后立即開始第二讀取，以便暗電流誤差ew基 本上是暗電流誤差e^的兩倍。在第二讀取期間讀出的光強(qiáng)度值由跡線 45表示。跡線45類似于理想跡線41，除了其偏離橫軸由跡線42代表 的以及另外地由跡線44代表的暗電流誤差。由噪聲補(bǔ)償電路108執(zhí)行 的平均處理的結(jié)果是跡線46所示的值。如可以由跡線46看出的，由于 暗電流誤差的緣故仍然存在一個(gè)偏移，但該偏移在像素陣列102上被均 勻化了，而不像跡線43和45那樣偏移從一端到另一端增大。跡線46 中的偏移在整個(gè)像素陣列上為edel。跡線43和45中的變化偏移代表上 面描述的逐漸增大的暗電流誤差。跡線47代表已經(jīng)由噪聲補(bǔ)償電路108 減去了暗電流誤差之后的平均光強(qiáng)度值。如可以看出的，跡線47類似 于理想跡線41。
在第二實(shí)施例中，讀出電路106被設(shè)置用于在讀出其它像素 104nl-104n7之前，從一個(gè)或多個(gè)黑像素104n8中獲得第一暗電流誤差。 在讀出全部陣列102之后通過(guò)第二次讀出一個(gè)或多個(gè)黑像素104n8以獲 得第二暗電流誤差之前，讀出電路接著從像素104nl-104n7中逐行(如 之前所描述的，也可以是逐像素地)讀出值。噪聲補(bǔ)償電路108被設(shè)置 用于內(nèi)插第一和第二暗電流誤差，以計(jì)算每個(gè)像素104nl-104n7的暗電 流誤差，并從每個(gè)像素104nl-104n7的光強(qiáng)度值中減去該暗電流誤差， 以獲得每個(gè)像素104nl-104n7的噪聲補(bǔ)償光強(qiáng)度值。圖5示意了包括指定的三個(gè)像素行104al-104a7、 104bl-104b7、 104cl-104c7以及一個(gè)或多個(gè)黑像素104n8的示例性像素陣列的第二實(shí) 施例的讀出方法?？v軸代表暗電流誤差而橫軸代表該陣列中的像素行 104al-104a7、 104bl畫104b7、 104cl-104c7和黑像素104n8。黑像素104n8 被首先讀出。接著，在第二次讀出黑像素104n8之前以連續(xù)順序讀出行 104al-104a7、 104bl-104b7、 104cl-104c7。從黑像素104n8獲得的兩次 讀取代表第一和第二暗電流誤差edcdpedc2。如圖5所示，通過(guò)內(nèi)插該第 一和第二暗電流誤差可以容易地計(jì)算行104al-104a7到104cl-104c7的暗 電流誤差。
本申請(qǐng)人據(jù)此單獨(dú)公開了于此描述的每個(gè)單個(gè)特征以及兩個(gè)或更 多個(gè)這種特征的任意組合，在這個(gè)意義上，根據(jù)本領(lǐng)域的技術(shù)人員的普 通常識(shí)，這種特征或組合能夠基于本說(shuō)明書作為一個(gè)整體來(lái)實(shí)施，而不 管這種特征或特征的組合是否解決了于此公開的任何問(wèn)題，并且不會(huì)限 制權(quán)利要求書的范圍。權(quán)利要求書的所有可能的變更和組合都在本公開 的范圍之內(nèi)，無(wú)論是否在該組合或變更中被具體公開。本申請(qǐng)人指出本 發(fā)明的各方面可能包括任何的這種單個(gè)特征或特征的組合。鑒于之前的 描述，對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)很顯然的是，可以在本發(fā)明的范圍之內(nèi) 作出各種各樣的修改。
應(yīng)理解的是，上述的讀出電路、噪聲補(bǔ)償電路等可能具有除所提及 的功能(在這些情況下為讀出和噪聲補(bǔ)償)之外的其它功能，而且這些 功能可以由同樣的電路來(lái)執(zhí)行。
雖然已經(jīng)示出和描述并且指出了應(yīng)用于本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的本 發(fā)明的基本新特征，應(yīng)理解的是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的設(shè) 備和方法作各種各樣的省略和替代以及形式和細(xì)節(jié)上的改變，而不會(huì)偏 離本發(fā)明的精神。例如，特別是預(yù)期以基本上相同的方式執(zhí)行基本上相 同的功能以實(shí)現(xiàn)同樣的結(jié)果的那些元件和/或方法步驟的所有組合都在 本發(fā)明的范圍之內(nèi)。此外，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到的是，作為一個(gè)通常的設(shè)計(jì)選擇 問(wèn)題，結(jié)合本發(fā)明的任何公開的形式或?qū)嵤├境龊?或描述的結(jié)構(gòu)和/ 或元件和/或方法步驟，可以結(jié)合到任何其它公開的或描述的或建議的形
18式或?qū)嵤├?。因此，本發(fā)明僅受所附權(quán)利要求書指明的范圍的限制。
此外，在權(quán)利要求書中，裝置加功能(means-plus-化nction)語(yǔ)句意欲覆 蓋在此描述作為執(zhí)行所述功能的結(jié)構(gòu)，其不僅是結(jié)構(gòu)等同物，而且是等 同結(jié)構(gòu)。因此，盡管釘子和螺釘可能不是結(jié)構(gòu)等同物，因?yàn)獒斪邮褂昧?一種柱面使得木塊綁在一起，而螺釘使用一種螺旋狀表面，但在固定木 塊的環(huán)境中，釘子和螺釘可以稱為等同結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1、一種設(shè)備，包括像素陣列，包括被設(shè)置成被曝光以捕獲電子圖像的多個(gè)光敏像素；讀出電路，被設(shè)置用于在不同的時(shí)間從所述像素陣列中的第一和第二像素組中讀出光強(qiáng)度值以捕獲所述圖像的光強(qiáng)度值，每個(gè)像素組包括一個(gè)或多個(gè)像素；其中所述設(shè)備包括噪聲補(bǔ)償電路，所述噪聲補(bǔ)償電路被設(shè)置用于通過(guò)利用在不同的時(shí)間分別從第一和第二像素組獲得的光強(qiáng)度值，補(bǔ)償所述像素陣列的像素中的暗電流。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述讀出電路被設(shè)置用于在第一讀取中，以第 一預(yù)定組順序從所述 第一和第二像素組中讀出所述光強(qiáng)度值，隨后在第二讀取中，以第二預(yù) 定組順序從所述第一和第二像素組中重新讀取光強(qiáng)度值，所述第二預(yù)定 組順序與所述第一預(yù)定組順序相反。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中所述噪聲補(bǔ)償電路被設(shè)置用于根據(jù)在所述第一和第二讀取中獲得 的像素的各個(gè)光強(qiáng)度值，計(jì)算各個(gè)組中的像素的平均光強(qiáng)度值。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中所述噪聲補(bǔ)償電路被設(shè)置用于從所述像素的平均光強(qiáng)度值中減去 暗電流誤差，以獲得所述像素的噪聲補(bǔ)償光強(qiáng)度值。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述讀出電路被設(shè)置用于獲得與從所述第一像素組中讀取所述光 強(qiáng)度值相關(guān)的第 一暗電流誤差，以及用于獲得與從所述第二像素組中讀 取所述光強(qiáng)度值相關(guān)的第二暗電流誤差，所述第 一和第二像素組與其它 中間像素組相分隔；以及所述噪聲補(bǔ)償電路被設(shè)置用于內(nèi)插所述第一和第二暗電流誤差，以 計(jì)算所述中間像素組的一個(gè)或多個(gè)暗電流誤差。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中所述噪聲補(bǔ)償電路被設(shè)置用于從像素的所述光強(qiáng)度值中減去所述 暗電流誤差，以獲得像素的噪聲補(bǔ)償光強(qiáng)度值。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的設(shè)備，其中所述像素陣列包括一個(gè)或多個(gè)光學(xué)屏蔽的光敏像素，所述一個(gè)或多 個(gè)光學(xué)屏蔽的光敏像素被設(shè)置成由所述讀出電路使用以獲得所述第一 和第二暗電流誤差。
8、 根據(jù)前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的設(shè)備，所述設(shè)備被設(shè)置成使 得所述第一和第二像素組能夠被同時(shí)曝光。
9、 根據(jù)前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的設(shè)備，所述設(shè)備被設(shè)置成使 得所述第一和第二像素組能夠在不同的時(shí)間被曝光。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，所述設(shè)備被設(shè)置成使得像素組可 以被曝光，而且在后續(xù)像素組被曝光之前其光強(qiáng)度值被所述讀出電路讀 取。
11、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備包括數(shù)字?jǐn)z像機(jī)。
12、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備是數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的模塊。
13、 一種方法，包括曝光像素陣列中的多個(gè)光敏像素以捕獲電子圖像；在不同的時(shí)間從所述像素陣列中的第 一 和第二像素組中讀取光強(qiáng)度值以捕獲所述圖像的光強(qiáng)度值，每個(gè)像素組包括一個(gè)或多個(gè)像素； 通過(guò)利用在不同的時(shí)間分別從第 一和第二像素組獲得的光強(qiáng)度值，補(bǔ)償所述像素陣列的像素中的暗電流。
14、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，包括在第一讀取中，以第一預(yù)定組順序從所述第一和第二像素組中讀取 所述光強(qiáng)度值，隨后在第二讀取中，以第二預(yù)定組順序從所述第一和第 二像素組中重新讀取光強(qiáng)度值，所述第二預(yù)定組順序與所述第一預(yù)定組順序相反。
15、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，包括根據(jù)在所述第一和第二讀取中獲得的像素的各個(gè)光強(qiáng)度值，計(jì)算各個(gè)組中的像素的平均光強(qiáng)度值。
16、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，包括從像素的所述平均光強(qiáng)度值中減去暗電流誤差，以獲得所述像素的 噪聲補(bǔ)償光強(qiáng)度值。
17、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，包括獲得與從所述第 一像素組中讀取所述光強(qiáng)度值相關(guān)的第 一暗電流 誤差，以及獲得與從所述第二像素組中讀取所述光強(qiáng)度值相關(guān)的第二暗 電流誤差，所述第一和第二像素組與其它中間像素組相分隔；以及內(nèi)插所述第 一和第二暗電流誤差，以計(jì)算所述中間像素組的一個(gè)或 多個(gè)暗電流誤差。
18、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，包括從像素的所述光強(qiáng)度值中減去所述暗電流誤差，以獲得像素的噪聲 補(bǔ)償光強(qiáng)度值。
19、 一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計(jì)算機(jī)可執(zhí)行代碼，當(dāng)其在計(jì)算機(jī) 上運(yùn)行時(shí)使得所述計(jì)算機(jī)曝光像素陣列中的多個(gè)光敏像素以捕獲電子圖像；在不同的時(shí)間，從所述像素陣列中的第 一和第二像素組中讀取光強(qiáng)度值以捕獲所述圖像的光強(qiáng)度值，每個(gè)像素組包括一個(gè)或多個(gè)像素； 通過(guò)利用在不同的時(shí)間分別從第 一和第二像素組獲得的光強(qiáng)度值，補(bǔ)償所述像素陣列的像素中的暗電流。
20、 根據(jù)權(quán)利要求19所述的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其中當(dāng)所述計(jì)算機(jī)在第一讀取中，以第一預(yù)定組順序從所述第一和第二像素組中讀取 所述光強(qiáng)度值，隨后在第二讀取中，以第二預(yù)定組順序從所述第一和第 二像素組中重新讀取光強(qiáng)度值，所述第二預(yù)定組順序與所述第一預(yù)定組順序相反。
21、 根據(jù)權(quán)利要求19所述的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其中當(dāng)所述計(jì)算機(jī) 可執(zhí)行代碼在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行時(shí)還使得所述計(jì)算機(jī)獲得與從所述第 一像素組中讀取所述光強(qiáng)度值相關(guān)的第 一 暗電流誤差，以及獲得與從所述第二像素組中讀取所述光強(qiáng)度值相關(guān)的第二暗電流誤差，所述第一和第二像素組與其它中間像素組相分隔；以及 內(nèi)插所述第 一和第二暗電流誤差，以計(jì)算所述中間像素組的 一個(gè)或多個(gè)暗電流誤差。
22、 一種設(shè)備，包括用于利用光敏元件陣列捕獲電子圖像的裝置，所述光敏元件陣列被 曝光以捕獲所述電子圖像；用于在不同的時(shí)間從所述光敏元件的第 一 和第二組中讀出光強(qiáng)度 值以捕獲所述圖像的光強(qiáng)度值的裝置，每個(gè)光敏元件組包括一個(gè)或多個(gè) 光敏元件；其中所述設(shè)備包括用于噪聲補(bǔ)償?shù)难b置，所述用于噪聲補(bǔ)償?shù)难b置 被設(shè)置用于通過(guò)利用在不同的時(shí)間分別從第 一和第二光敏元件組獲得 的光強(qiáng)度值，補(bǔ)償所述光敏元件中的暗電流。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種設(shè)備和方法，用于利用CMOS成像器來(lái)捕獲電子圖像，其中所述CMOS成像器具有電子快門，并且在其圖像輸出信號(hào)中具有減少的暗電流成分。通過(guò)以正常和相反順序以及后續(xù)的處理讀出CMOS成像器的每一行，降低了暗電流。
文檔編號(hào)H04N5/353GK101513037SQ200680055834
公開日2009年8月19日 申請(qǐng)日期2006年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月28日
發(fā)明者J·阿拉卡爾赫, M·納斯卡利 申請(qǐng)人:諾基亞公司