使用哑像素消除固定模式噪声的系统及方法技术方案

本发明专利技术揭示了一种用于消除固定模式噪声（ＦＰＮ：Ｆｉｘｅｄ　Ｐａｔｔｅｒｎ　Ｎｏｉｓｅ）的系统。它包括：像素阵列；读取电路，用于读取每一像素单元的像素值；ＰＧＡ算法单元；模数转换单元以及ＦＰＮ消除单元，其使用当前行和当前列的哑像素数值进行补偿。本发明专利技术还揭示了一种消除ＦＰＮ的实现方法，它包括：读出像素阵列；输入读取结果至ＰＧＡ算法单元，对每一像素单元增加一像素偏移量；将运算结果进行模数转换；以及使用当前行和当前列的哑像素数值进行补偿。采用本发明专利技术的系统及其方法，像素阵列中的每一像素不仅利用当前行的哑像素消除列ＦＰＮ，而且也能够利用当前列的哑像素消除行ＦＰＮ。此外，由于像素阵列中哑像素的数据都是实时采集的，因而对基于电源扰动引起的ＦＰＮ也能起到一定的补偿作用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及CMOS图像传感技术，尤其涉及在CMOS图像传感器中消除固定 模式噪声的方法。
技术介绍
在当今的CMOS图像传感器中，FPN ( Fixed Pattern Noise:固定模式噪声) 一直是困扰设计者的一道难题。其中形成FPN的主要因素包括像素电路和相关 的读取放大电路存在不匹配的情形，供电电源的扰动而引入的噪声等。为了消除图像传感器中的FPN，现有技术中通常采用两类解决方案。其一是 CDS ( Correlated Double Sampling:相关双取样)方法。代表该CDS方法的美 国专利文献US 6,538,695 B1揭示了一种用于CMOS图像传感器中校准片上固定 模式噪声的方法。该方法首先从每一位线中读取两个数据值以计算一像素列的偏 移和增益误差，该偏移为第一数据值和该增益误差为所读取的第一和第二数据值 的斜率；然后，通过从取样的偏移和增益误差数值中计算平均偏移和平均增益误 差来生成参考偏移和参考增益误差数值；该位线的校准数据包括偏移的差值和增 益误差的差值，其中偏移的差值包括偏移数值和参考偏移之差，增益误差的差值 包括增益误差和参考增益误差之差。将该位线的校准数据储存于片上的非易失性 存储器中以在正常工作状态下补偿FPN效应。然而，在该方法中只是储存了像素 列中的偏移差值和增益误差的差值以消除列FPN对于CMOS图像传感器的影响， 却对于行FPN无能为力。其二是记录CMOS图像传感器中每一像素的偏移量，并将采集的FPN数据经 压缩后存至片上的非易失性存储器中。该方案以美国专利文献US 6,995,346 B2 为代表，该专利文献公开了一种补偿数字图像的FPN的方法，基于所提供的非易 失性存储器、处理设备、校准结构和图像传感器，该方法使用该校准结构来获取 每个传感器的FPN数据以储存测得的FPN数据；为所拍摄的照片找回该FPN数据；以及利用上述处理设备将该FPN数据用于所拍摄的照片上以补偿固定模式噪 声。由此可见，储存每个传感器的FPN数据需要占用非易失存储器的大量储存空 间，即使所获得的FPN数据经过压缩，其储存空间仍然很大。此外，该方法对基 于电源扰动所引起的噪声的FPN不能够进行实时处理。
技术实现思路
针对现有技术中CMOS图像传感器在消除像素的固定模式噪声上所存在的技 术缺陷，本文提供了一种使用哑像素消除固定模式噪声的方法。该方法既能够消 除像素阵列的列FPN，也能够消除像素阵列的行FPN。按照本专利技术的一个方面，提供了 一种在图像传感器中用于消除固定模式噪声的 系统。该系统包括像素阵列，在像素阵列中不仅具有用于采集图像的原始像素 阵列，还包括用于补偿像素阵列中每一像素单元的哑像素行和哑像素列；读取电 路，用于读取像素阵列中每一像素单元的像素值；PGA(Phase Gradient Autofocus:相位梯度自聚焦)算法单元，用于将来自读取电路的每一像素单元的像 素值与一恒定的像素偏移量相加，并对相加所得的数据进行运算；模数转换单元， 将PGA算法单元的运算结果转换为数字化数据；以及固定模式噪声消除单元，使 用与每一像素单元具有相同行的第一哑像素数值和与该像素单元具有相同列的第二哑像素数值来补偿该像素单元。其中，所述^f象素阵列具有两行哑像素和两列哑像素。进一步，该两行哑像素分 别为像素阵列的第 一行和最后 一行；该两列吸像素分别为像素阵列的第 一列和最 后一列。其中，该像素偏移量与模数转换单元的转换参数相关。此外，该像素偏移量与 哑像素行和哑^象素列的数值相关。其中，第一哑像素数值来自于哑像素行中的任意一行，以及第二哑像素数值来 自于哑像素列中的任意一列。按照本专利技术的又一个方面，提供了一种在图像传感器中用于消除固定模式噪声 的方法，该方法包括步骤读出像素阵列；将读取结果输入至PGA算法单元，对该PGA算法单元中的每一像素单元增加 一恒定的像素偏移量，并对相加后的结果进行运算； 将来自PGA算法单元的运算结果进行模数转换；以及使用与每一像素单元具有相同行的第一哑像素数值和与该像素单元具有相同列 的第二哑像素数值来补偿该像素单元。其中，该像素阵列不仅具有用于采集图像的原始像素阵列，还包括用于补偿像 素阵列中每一像素单元的哑像素行和哑像素列。其中，像素偏移量与模数转换单元的转换参数相关。此外，像素偏移量与哑像 素行和吸像素列的数值相关。其中，为了消除像素阵列中某一目标像素的列固定模式噪声，如果M(m，n)表示 该目标像素的数字数值，M(m，0)表示与该目标^像素处在同一行并处于该像素阵列 首列的哑像素对应的数字数值，则将M(m，n)与M(m，0)相减。其中，为了消除像素阵列中某一目标像素的行固定模式噪声，如果M(m，n)表示 该目标像素的数字数值，M(0,n)表示与该目标像素处在同一列并处于该像素阵列首 行的哑像素对应的数字数值，则将M(m,n)与M(O,n)相减。其中，如果M(0,0)表示像素阵列中位于首行且位于首列的哑像素对应的数字数 值，则该像素阵列的目标像素的真实数字数值为M(m，n)-M(m，0)-M(0,n) + M(O，O)。与现有技术相比较，采用本专利技术的消除固定才莫式噪声的系统及其方法，像素阵 列中的每一像素不仅能够利用当前行的哑像素对应的数字数值消除其列FPN,而 且也能够利用当前列的哑像素对应的数字数值消除其行FPN。此外，由于像素阵 列中的哑像素的数据都是伴随着每一帧图像实时采集的，因而对基于电源扰动引 起的FPN也能起到一定的补偿作用。附图说明读者在参照附图阅读了本专利技术的具体实施方式以后，将会更清楚地了解本专利技术 的各个方面。其中，图1示出依据本专利技术的一个方面用于消除固定模式噪声的以18x 18像素阵列 为例的哑像素的分布示意6图2示出如图1所示的像素阵列中各像素单元的示意性数据表格；图3示出依据本专利技术的 一 个方面用于消除固定模式噪声的方法的示意性流程框图4示出依据本专利技术的另 一个方面用于消除固定模式噪声的系统的结构框图； 图5示出依据本专利技术的另 一个方面用于消除固定模式噪声的系统在第0帧所釆样数据的统计示意图；而图6示出依据本专利技术的另一个方面用于消除固定模式噪声的系统在第1帧所釆样数据的统计示意图。具体实施例方式下面参照附图，对本专利技术的具体实施方式作进一步的详细描述。 图1示出依据本专利技术的一个方面用于消除固定模式噪声的以18x18像素阵列 为例的哑像素的分布示意图。如图1所示，在18x 18的像素阵列中，若我们定义 第1行为"0"行，第1列为"0"歹'j,像素阵列中的任意像素所处的位置表示为 M(m，n),则m、 n的取值范围均为0 ~ 17。而且，本领域的技术人员应当理解， 基于M(m，n)与像素阵列中单个像素之间的——对应关系，我们还可以将M(m，n) 表示为相应像素位置所对应的像素值。参照图1,本专利技术选择将该像素阵列的首末 两行以及首末两列作为哑4象素所在的行和列，即，Row0和Row17,以及ColumnO 和Column17,如图中阴影所示的部分。诚然，本专利技术为了同时消除行FPN和列 FPN,只需在每一帧图像中多采集一行和一列的哑像素的数据，就可以使得该像 素利用当前行和当前列所对应的哑像素的数据进行补偿，以消除行FPN和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在图像传感器中用于消除固定模式噪声的系统，其特征在于，该系统包括：　　　　像素阵列，在所述像素阵列中不仅具有用于采集图像的原始像素阵列，还包括用于补偿所述像素阵列中每一像素单元的哑像素行和哑像素列；　　　　读取电路，用于读取所述像素阵列中每一像素单元的像素值；　　　　ＰＧＡ算法单元，用于将来自所述读取电路的每一像素单元的像素值与一恒定的像素偏移量相加，并对相加所得的数据进行运算；　　　　模数转换单元，将所述ＰＧＡ算法单元的运算结果转换为数字化数据；以及　　　　固定模式噪声消除单元，使用与每一像素单元具有相同行的第一哑像素数值和与所述像素单元具有相同列的第二哑像素数值来补偿所述像素单元。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李碧洲，
申请(专利权)人：埃派克森微电子上海有限公司，埃派克森微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]