具有自测黑电平校正的图像传感器制造技术

本申请涉及具有自测黑电平校正的图像传感器。一种成像系统包括图像传感器和黑电平校正BLC电路。所述图像传感器包含适于响应于入射光而产生图像信号的图像像素阵列及适于产生表示所述图像传感器的黑电平值的黑色参考信号的暗像素阵列。所述BLC电路适于至少部分地基于所述暗像素阵列的所述黑色参考信号而调整所述图像像素阵列的所述图像信号。所述BLC电路包含多个测量电路，用于从所述暗像素阵列读出所述黑色参考信号以确定所述图像传感器的所述黑电平值。所述BLC电路还包含多个计算电路，用于至少部分地基于根据所述多个测量电路确定的所述黑电平值而计算BLC值。

【技术实现步骤摘要】
具有自测黑电平校正的图像传感器
本公开大体上涉及图像传感器，且具体地但非排他性地说，涉及图像传感器的黑电平校准。
技术介绍
图像传感器越来越普遍，现在广泛用于数码相机、蜂窝式电话、安全相机，以及医疗、汽车和其它应用。随着图像传感器被集成到更广泛的电子装置中并且它们的功能不断扩展，希望通过装置架构设计以及通过图像采集后处理以尽可能多的方式增强图像传感器的性能度量(例如分辨率、功耗、动态范围等等)。典型的图像传感器响应于从外部场景入射到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并在吸收图像光时产生图像电荷。可以将每个像素的图像电荷测量为每个像素的输出电压，该输出电压依据入射图像光而变化。换句话说，产生的图像电荷量与图像光的强度成比例，图像光用于产生表示外部场景的数字图像(即，图像数据)。然而，由于暗电流影响从图像传感器的各个像素测量的图像电荷(例如，使输出电压增加)，图像传感器可产生外部场景的不精确表示，这可能会阻碍图像传感器产生忠实再现外部场景的光学特性(例如，强度、颜色等)的数字图像。
技术实现思路
在一个方面，本申请提供一种成像系统，其包括：图像传感器，其包含图像像素阵列和暗像素阵列，其中所述图像像素阵列适于响应于入射光而产生图像信号，其中所述暗像素阵列适于产生表示所述图像传感器的黑电平值的黑色参考信号；以及黑电平校正(BLC)电路，其用于至少部分地基于所述暗像素阵列的所述黑色参考信号而调整所述图像像素阵列的所述图像信号，所述BLC电路包含：多个测量电路，其用于从所述暗像素阵列读出所述黑色参考信号以确定所述图像传感器的所述黑电平值，其中所述多个测量电路的总数大于所述图像传感器的颜色通道总数；以及多个计算电路，其用于至少部分地基于根据所述多个测量电路确定的所述黑电平值而计算BLC值。在另一个方面，本申请提供一种用于在捕获图像帧时进行黑电平校正(BLC)的方法，所述方法包括：采集表示图像传感器针对所述图像帧的黑电平值的黑色参考信号，其中所述黑色参考信号是多通道信号，其中单独通道与包含在所述图像传感器的多个颜色通道中的对应颜色通道相关联，其中采集所述黑色参考信号包含：向包含在多个测量电路中的单独测量电路选择性地指派所述黑色参考信号的所述单独通道，其中所述多个测量电路的总数大于所述多个颜色通道的总数；以及利用所述多个测量电路从所述图像传感器读出所述黑色参考信号以确定与所述图像帧相关联的所述多个颜色通道中的每一个的所述黑电平值，其中在基于所述单独测量电路的所述选择性指派进行的所述读出期间，包含在所述多个测量电路中的一或多个单独测量电路是不活动的。附图说明参考以下图式描述本专利技术的非限制性且非穷尽性的实施例，其中除非另外指定，否则遍布各图的相同参考标号指代相同的部件。在适当时，不一定标记元件的所有例项，以免使图式混乱。图式不必按比例绘制，而是重点在于说明所描述的原理。图1A是根据本公开的教示内容的示出包含图像像素阵列的成像系统的功能框图，所述图像像素阵列光学耦合到彩色滤光片阵列以捕获外部场景的数字图像或视频。图1B是根据本公开的教示内容的具有自测黑电平校正的成像系统的功能框图。图2是根据本公开的教示内容的示出可以包含在图1A-1B的成像系统中的两个四晶体管像素的像素电路的电路图。图3是根据本公开的教示内容的示出执行自测黑电平校正过程的成像系统的功能框图。图4A-4B示出根据本公开的教示内容的用于自测黑电平校正的复位和旋转方案的示例性功能框图。图5示出根据本公开的教示内容的用于在自测黑电平校正时捕获图像帧的方法。具体实施方式本文描述用于自测黑电平校正的设备、系统和方法的实施例。在下面的描述中，阐述了许多具体细节以提供对实施例的透彻理解。然而，本领域技术人员将认识到，在没有一或多个具体细节的情况下，或者在使用其它方法、组件、材料等的情况下，可以实施本文所描述的技术。在其它情况下，未详细示出或描述公知的结构、材料或操作以免使某些方面模糊不清。在整个本说明书中提到“一个实施例”或“一实施例”意味着结合所述实施例描述的特定特征、结构或特性包含在本专利技术的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书在不同位置中出现短语“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必都是指同一个实施例。此外，在一或多个实施例中，特定特征、结构或特性可以任何合适的方式组合。贯穿本说明书，使用若干技术术语。除非在本文中特别定义，或其使用情境明显表明其它情况，否则这些术语将采用其在其所出现的领域中的普通含义。应注意，元件名称和符号在本文中可互换使用(例如Si与硅)；但是，两者具有相同含义。随着时间的推移，图像传感器和/或其基础组件、电路等可能遭受故障、劣化或其它错误，这些错误不一定会阻止图像传感器的操作，但在捕获数字图像或视频时可能会对成像质量产生不利影响。例如，用于形成用于测量图像传感器的黑电平值的暗像素阵列的遮光罩的劣化可导致不准确的暗电流测量。这种劣化或故障可能导致外部场景被不准确地渲染，因为成像时图像传感器的黑电平可依据外部场景的特性(例如，白天和夜晚场景)、图像传感器的操作条件(例如，温度、曝光持续时间等)等等而变化。因此，对于任何图像传感器，尤其是负责在低光条件下提供成像的图像传感器，如汽车和监控图像传感器，理想的是具有清晰和准确的黑电平，使得由图像传感器产生的数字图像或视频忠实再现外部场景的光学特性。在由于低光条件而使曝光时间增加、温度处于图像传感器操作范围的高端的应用中，或者在其它具有低信噪比(例如，关于图像信号和黑电平)的此类状况中，暗电流的影响可变得明显并且应该被准确地确定。否则可能会导致外部场景的不准确表示(例如，图像传感器的动态范围可能减小，从而导致外部场景的细节模糊，例如行人的位置、物体等)。本文中所描述的是可用于提供图像数据(例如，由图像传感器响应于入射光而产生的图像信号)的自测黑电平校正的设备、成像系统和方法的实施例。具体地说，本公开的实施例提供综合检查和冗余，它们可以有利地用于确定所测量的暗电流是否准确地表示图像传感器的黑电平。确切地说，在实施例中，在对各个黑电平测量电路、计算电路以及旋转方案自身的自测故障或劣化进行黑电平校正期间，利用复位和旋转方案。在相同或其它实施例中，额外特征可包含用于确定与图像传感器的不同颜色通道相关联的黑电平值之间的差是否在通道平衡阈值内的通道平衡检查(channelbalancecheck)、用于检查黑电平校正值的帧间一致性的闪烁检查(flickercheck)，以及用于确定黑电平值是否在基于图像传感器的操作参数的预期黑电平范围内的合理性检查(sanitycheck)。有利的是，单独地和/或共同地，本文中所描述的实施例的特征可在利用图像传感器捕获数字图像或视频时实现黑电平校正的连续逐帧自测。图1A示出包含图像像素阵列106的成像系统100的功能框图，所述图像像素阵列106光学耦合到彩色滤光片阵列112以捕获外部本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种成像系统，其包括：/n图像传感器，其包含图像像素阵列和暗像素阵列，其中所述图像像素阵列适于响应于入射光而产生图像信号，其中所述暗像素阵列适于产生表示所述图像传感器的黑电平值的黑色参考信号；以及/n黑电平校正BLC电路，其用于至少部分地基于所述暗像素阵列的所述黑色参考信号而调整所述图像像素阵列的所述图像信号，所述BLC电路包含：/n多个测量电路，其用于从所述暗像素阵列读出所述黑色参考信号以确定所述图像传感器的所述黑电平值，其中所述多个测量电路的总数大于所述图像传感器的颜色通道总数；以及/n多个计算电路，其用于至少部分地基于根据所述多个测量电路确定的所述黑电平值而计算BLC值。/n

【技术特征摘要】
20190702 US 16/460,2421.一种成像系统，其包括：
图像传感器，其包含图像像素阵列和暗像素阵列，其中所述图像像素阵列适于响应于入射光而产生图像信号，其中所述暗像素阵列适于产生表示所述图像传感器的黑电平值的黑色参考信号；以及
黑电平校正BLC电路，其用于至少部分地基于所述暗像素阵列的所述黑色参考信号而调整所述图像像素阵列的所述图像信号，所述BLC电路包含：
多个测量电路，其用于从所述暗像素阵列读出所述黑色参考信号以确定所述图像传感器的所述黑电平值，其中所述多个测量电路的总数大于所述图像传感器的颜色通道总数；以及
多个计算电路，其用于至少部分地基于根据所述多个测量电路确定的所述黑电平值而计算BLC值。


2.根据权利要求1所述的成像系统，其中所述图像传感器包含一或多个颜色通道，并且其中所述黑色参考信号包含一或多个单独通道，所述单独通道中的每一个与所述图像传感器的所述一或多个颜色通道中的相应一个相关联。


3.根据权利要求2所述的成像系统，其进一步包括：
路由电路，其耦合到所述图像传感器和所述多个测量电路，以向包含在所述多个测量电路中的单独测量电路选择性地指派所述黑色参考信号的所述一或多个单独通道，从而读出所述黑色参考信号，其中在捕获图像帧时，在所述黑色参考信号的所述读出期间，所述多个测量电路中的至少一个是不活动的。


4.根据权利要求3所述的成像系统，其中在向所述单独测量电路选择性地指派所述黑色参考信号的所述一或多个单独通道时，所述路由电路以预定次序旋转通过所述多个测量电路，从而在捕获包含所述图像帧的图像帧时均匀地分布所述单独测量电路的不活动性。


5.根据权利要求3所述的成像系统，其中由所述路由电路提供的到所述多个测量电路的所述选择性指派是随机的，并且其中连续图像帧之间的所述选择性指派不相同。


6.根据权利要求1所述的成像系统，其进一步包括路由电路，所述路由电路耦合到所述多个计算电路以选择性地指派包含在所述多个计算电路中的单独计算电路以便计算所述BLC值，使得确定连续图像帧的所述BLC值的所述单独计算电路是不同的。


7.根据权利要求1所述的成像系统，其进一步包括：
接口装置，其用于接收警报信号，并在确证所述警报信号时，作为响应，向所述成像系统的用户提供出现错误的指示。


8.根据权利要求7所述的成像系统，其进一步包括：
通道平衡检查逻辑，其耦合到所述接口装置以在与所述图像传感器的图像帧相关联的多个颜色通道中的每一个的所述黑电平值之间的比较在通道平衡阈值之外时确证警报信号。


9.根据权利要求7所述的成像系统，其进一步包括：
闪烁检查逻辑，其耦合到所述接口装置以在连续图像帧之间的所述BLC值的比较产生在闪烁阈值之外的差时确证所述警报信号。


10.根据权利要求7所述的成像系统，其进一步包括：
合理性检查逻辑，其耦合到所述接口装置以在所述黑电平值的平均值在所估计的黑电平范围之外时确证所述警报信号，其中所述所估计的黑电平范围是基于所述图像传感器的一或多个操作参数，所述操作参数包含所述图像传感器的温度、增益或曝光值中的至少一个。


1...

【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