校正不均匀暗电流的图像传感器制造技术

本申请案涉及一种校正不均匀暗电流的图像传感器。一种成像系统包括图像像素阵列、暗像素阵列及控制器。所述图像像素阵列包含适于产生图像信号的多个像素群集。所述暗像素阵列适于产生与所述成像系统的全局黑阶值对应的一或多个黑色参考信号。所述控制器包含逻辑，所述逻辑在由所述控制器执行时使得所述系统执行包含以下各项的操作：确定所述像素群集中的每一者的局部黑阶值；及至少部分地基于所述全局黑阶及所述局部黑阶值中所包含的第一局部黑阶值来校正所述图像信号中所包含的第一图像信号。

【技术实现步骤摘要】
校正不均匀暗电流的图像传感器
本专利技术大体来说涉及图像传感器，且确切来说但不仅仅涉及对图像传感器进行黑阶校准。
技术介绍
图像传感器已经普及且现在广泛用于数字相机、蜂窝式电话、安全摄像机以及医学、汽车及其它应用中。随着图像传感器集成到各种各样的电子装置中且其功能不断扩展，期望通过装置架构设计且通过后图像获取处理来在尽可能多的方面(例如，分辨率、功耗、动态范围等)增强图像传感器的性能指标。典型的图像传感器响应于从外部场景入射在图像传感器上的图像光而操作。图像传感器包含具有光敏元件(例如，光电二极管)的像素阵列，所述光敏元件吸收入射图像光的一部分並在吸收图像光之后立即产生图像电荷。可测量像素中的每一者的图像电荷来作为每一像素的输出电压，所述输出电压随着入射图像光而变化。换句话说，所产生的图像电荷量与图像光的强度成比例，利用这一点来生成表示外部场景的数字图像(即，图像数据)。然而，图像传感器可因暗电流而产生外部场景的不准确表示，所述暗电流会影响从图像传感器的个别像素测量到的图像电荷(例如，添加到输出电压)，这可妨碍图像传感器生成忠实再现外部场景的光学特性(例如，强度、色彩等)的数字图像。
技术实现思路
本专利技术的一个方面提供一种成像系统，所述成像系统包括：图像像素阵列，其包含适于响应于入射光而产生图像信号的多个像素群集，其中所述图像信号的群组与所述像素群集中的相应像素群集相关联，且其中所述图像信号的所述群组中的每一者包含多个彩色信号及一个全色信号；暗像素阵列，其适于产生与所述成像系统的全局黑阶值对应的一或多个黑色参考信号；及控制器，其耦合到所述图像像素阵列及所述暗像素阵列，其中所述控制器包含逻辑，所述逻辑在由所述控制器执行时使得所述系统执行包含以下各项的操作：基于所述像素群集中的相应像素群集的所述彩色信号及所述全色信号来确定所述像素群集中的每一者的局部黑阶值；及至少部分地基于所述全局黑阶值及所述局部黑阶值中所包含的与所述像素群集中所包含的第一像素群集相关联的第一局部黑阶值来校正所述图像信号中所包含的与所述第一像素群集相关联的第一图像信号。本专利技术的另一方面提供一种对图像传感器进行黑阶校正的方法，所述方法包括：接收由像素群集阵列响应于入射光而产生的多个图像信号，其中所述图像信号的群组与所述像素群集中的相应像素群集相关联，且其中所述图像信号的所述群组中的每一者包含多个彩色信号及一个全色信号；经由从暗像素阵列接收到的一或多个黑色参考信号来确定所述像素群集阵列的全局黑阶值；确定所述像素群集中的每一者的局部黑阶值，其中所述局部黑阶值中的每一者是基于所述像素群集中的对应像素群集的所述色彩图像信号及所述全色信号；及至少部分地基于所述全局黑阶值及所述局部黑阶值中所包含的第一局部黑阶值来校正所述像素群集中所包含的第一像素群集的所述图像信号中所包含的第一图像信号，其中所述第一局部黑阶值表示所述第一像素群集。附图说明参考以下各图描述本专利技术的非限制性及非穷尽性实施例，其中除非另有规定，否则遍及各个视图，相似参考编号指代相似部件。在适当情况下，不必标记元件的所有例子以免图式变混乱。图式未必成比例，而是重点放在图解说明所描述的原理。图1A是图解说明根据本专利技术的教示包含图像像素阵列的成像系统的功能框图，所述图像像素阵列以光学方式耦合到彩色滤波器阵列以捕获外部场景的数字图像或视频。图1是根据本专利技术的教示的成像系统的功能框图。图2是图解说明根据本专利技术的教示的两个四晶体管型像素的像素电路系统的电路图，所述像素电路系统可包含于图1A至1B中的成像系统中。图3是图解说明根据本专利技术的教示的包含图像像素阵列的像素阵列的功能框图，所述图像像素阵列划分成可各自独立地被校准以实现黑阶校正的不同子区段。图4展示根据本专利技术的教示的黑阶校准方法，所述方法利用自校准暗图像不均匀性校正来移除黑阶误差。具体实施方式本文中描述对成像系统或图像传感器进行不均匀性校正的设备、系统及方法的实施例。在以下说明中，陈述众多具体细节以提供对实施例的透彻理解。然而，所属领域的技术人员将认识到，本文中所描述的技术可在不具有所述具体细节中的一或多者的情况下实践或者可借助其它方法、组件、材料等来实践。在其它实例中，未详细展示或描述众所周知的结构、材料或操作以避免使某些方面模糊。在本说明书通篇所提及的“一个实施例”或“实施例”意指结合所述实施例描述的特定特征、结构或特性包含于本专利技术的至少一个实施例中。因此，在本说明书通篇各个地方出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”未必全部皆指代同一实施例。此外，特定特征、结构或特性可以任何适合方式组合于一或多个实施例中。在本说明书通篇，使用数个术语。这些术语将具有在其所属领域中的普通含义，除非本文中另外具体定义或其使用的上下文将另外清晰地暗示。应注意，在本文件通篇，元件名称及符号可互换使用(例如，Si与硅)；然而，两者具有相同的含义。对于任何图像传感器而言，但尤其是对于汽车图像传感器、监控图像传感器及天文图像传感器而言，期望具有界限清晰且准确的黑阶以使得由所述图像传感器生成的数字图像或视频忠实地再现外部场景的光学特性。通常，当存在大的信噪比时，在对日光场景进行成像时的黑阶可忽略不计。然而，在由于低光条件而延长曝光时间的应用中，温度处于图像传感器操作范围的高端中或在低信噪比的其它此种条件中，暗电流的效应可变得显而易见。更具体来说，由于跨越图像传感器的温度梯度、过程梯度、像素输出稳定性等等，可出现图像传感器的暗电流的不均匀性。本文中描述可用于对图像数据(例如，由图像传感器响应于入射光而产生的图像信号)进行全面的黑阶校正的设备、成像系统及方法的实施例。确切来说，本专利技术的实施例校正在低光环境中及/或在高温操作条件下捕获图像或视频时可普遍存在的不均匀暗电流(即，暗图像不均匀性)。成像系统的全面黑阶校正藉由在每像素或每像素群集基础上利用局部增益校正因子调整图像像素阵列的全局黑阶值来校正图像像素阵列的不均匀暗电流，所述局部增益校正因子是依据特定像素或像素群集所特有的局部黑阶而确定。图1A图解说明成像系统100的功能框图，所述成像系统100包含图像像素阵列106，图像像素阵列106以光学方式耦合到彩色滤波器阵列112以捕获表示外部场景103的图像或视频的图像信号。成像系统100的所图解说明实施例包含像素阵列105、彩色滤波器阵列112、光屏蔽件114、读出电路系统110及控制器120。像素阵列105包含多个个别像素(例如，光电二极管、光传感器等)，所述多个个别像素包含二维(“2D”)图像像素阵列106及暗像素阵列107。在所图解说明的实施例中，彩色滤波器112与包含像素阵列105的个别像素的一部分以光学方式耦合，此举会形成图像像素阵列106。彩色滤波器阵列112包含各自与图像像素阵列106中所包含的像素中的至少个别像素相关联是多个彩色滤波器(例如，红色、绿色及蓝色)及全色滤波器(例如，无色、透明、非滤波等)。更具体来说，彩色滤波器阵列112的所述多个彩色滤波本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种成像系统，其包括：/n图像像素阵列，其包含适于响应于入射光而产生图像信号的多个像素群集，其中所述图像信号的群组与所述像素群集中的相应像素群集相关联，且其中所述图像信号的所述群组中的每一者包含多个彩色信号及一个全色信号；/n暗像素阵列，其适于产生与所述成像系统的全局黑阶值对应的一或多个黑色参考信号；及/n控制器，其耦合到所述图像像素阵列及所述暗像素阵列，其中所述控制器包含逻辑，所述逻辑在由所述控制器执行时使得所述系统执行包含以下各项的操作：/n基于所述像素群集中的相应像素群集的所述彩色信号及所述全色信号来确定所述像素群集中的每一者的局部黑阶值；及/n至少部分地基于所述全局黑阶值及所述局部黑阶值中所包含的与所述像素群集中所包含的第一像素群集相关联的第一局部黑阶值来校正所述图像信号中所包含的与所述第一像素群集相关联的第一图像信号。/n

【技术特征摘要】
20180925 US 16/141,0491.一种成像系统，其包括：
图像像素阵列，其包含适于响应于入射光而产生图像信号的多个像素群集，其中所述图像信号的群组与所述像素群集中的相应像素群集相关联，且其中所述图像信号的所述群组中的每一者包含多个彩色信号及一个全色信号；
暗像素阵列，其适于产生与所述成像系统的全局黑阶值对应的一或多个黑色参考信号；及
控制器，其耦合到所述图像像素阵列及所述暗像素阵列，其中所述控制器包含逻辑，所述逻辑在由所述控制器执行时使得所述系统执行包含以下各项的操作：
基于所述像素群集中的相应像素群集的所述彩色信号及所述全色信号来确定所述像素群集中的每一者的局部黑阶值；及
至少部分地基于所述全局黑阶值及所述局部黑阶值中所包含的与所述像素群集中所包含的第一像素群集相关联的第一局部黑阶值来校正所述图像信号中所包含的与所述第一像素群集相关联的第一图像信号。


2.根据权利要求1所述的成像系统，其中所述多个彩色信号表示所述像素群集中的每一者中所包含的红色像素、蓝色像素及绿色像素，且其中所述全色信号表示所述像素群集中的每一者中所包含的无色像素。


3.根据权利要求2所述的成像系统，其中所述控制器包含额外逻辑，所述额外逻辑在由所述控制器执行时使得所述系统执行其它操作，所述其它操作包含：
计算所述多个彩色信号的和与所述全色信号之间的差，以确定所述像素群集中的每一者的所述局部黑阶值，其中所述多个彩色信号及所述全色信号是由所述图像像素阵列的所述像素群集中的对应像素群集中所包含的所述红色像素、所述蓝色像素、所述绿色像素及所述无色像素的相应量子效率来补偿的。


4.根据权利要求1所述的成像系统，其中所述控制器包含额外逻辑，所述额外逻辑在由所述控制器执行时使得所述系统执行其它操作，所述其它操作包含：
将所述局部黑阶值分组成多个局部黑阶值群组，其中所述局部黑阶值群组中的每一者表示所述图像像素阵列的不同子区段；及
基于对所述局部黑阶值的所述分组来确定所述图像像素阵列的所述不同子区段中的每一者的平均黑阶值。


5.根据权利要求4所述的成像系统，其中所述控制器包含额外逻辑，所述额外逻辑在由所述控制器执行时使得所述系统执行其它操作，所述其它操作包含：
基于所述不同子区段中的每一者的所述平均黑阶值相对于所述全局黑阶值的比率来确定所述不同子区段中的每一者的增益因子。


6.根据权利要求5所述的成像系统，其中所述控制器包含额外逻辑，所述额外逻辑在由所述控制器执行时使得所述系统执行其它操作，所述其它操作包含：
对所述不同子区段中的每一者的所述增益因子应用第一滤波器，其中所述第一滤波器至少部分地基于与所述不同子区段中的每一者相关联的所述图像信号相对于所述全局黑阶值的信暗比来动态地调整所述增益因子。


7.根据权利要求6所述的成像系统，其中所述第一滤波器是指数加权移动平均数“EWMA”滤波器，其中所述EWMA滤波器是基于所述不同子区段的先前增益因子的动态滤波器，且其中所述信暗比是基于与所述不同子区段中的相应子区段相关联的平均全色信号。


8.根据权利要求5所述的成像系统，其中所述控制器包含额外逻辑，所述额外逻辑在由所述控制器执行时使得所述系统执行其它操作，所述其它操作包含：
基于所述不同子区段中的每一者的所述增益因子来产生二维“2D”增益阵列，其中所述2D增益阵列表示所述图像像素阵列。


9.根据权利要求8所述的成像系统，其中所述控制器包含额外逻辑，所述额外逻辑在由所述控制器执行时使得所述系统执行其它操作，所述其它操作包含：
通过对所述2D增益阵列进行内插来确定所述多个像素群集中所包含的至少所述第一像素群集的局部增益校正因子。


10.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·麦克斯，
申请(专利权)人：豪威科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US