[发明专利]使用开环采样校正放大器的光学传感器的光学暗电平消除

说明书

【技术领域】

本发明涉及图形输入电路，特别涉及光学暗像素(Optical BlackPixel，OBP)消除电路。

【背景技术】

数码相机和其它视觉图像输入设备都使用光传感器，如电荷耦合器件(CCD)和互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器。这些CCD/CMOS光传感器有一个像素传感器阵列，光学图像就聚焦在其上。每个像素传感器可以包括子像素传感器，其感应不同频率或颜色的光，如红色、绿色、和蓝色子像素传感器。或者，红色和蓝色色度传感器(chromatic sensor)可以与光度传感器(luminosity sensor)一起用于YUV像素编码，或者可使用单色像素传感器。

图1显示一个CCD/CMOS光传感器。CCD/CMOS传感器10有一个以行列排列的像素传感器12、14阵列。一个透镜将图像聚焦到CCD/CMOS传感器10的表面上。但是，图像边缘可能因为透镜而变形，或者可能被相机内的框架或其它结构阻挡，或者图像可能被相机剪裁以满足期望的尺寸如640×480像素，或一些其它标准尺寸。相机内的框架可能阻挡光线到一些像素传感器，如暗像素传感器14，但是允许来自透镜的光到达亮像素传感器12。在CCD/CMOS传感器10的阵列里，亮像素传感器12和暗像素传感器14是完全相同的像素传感器，但是数码相机的结构使得一个阴影投射在暗像素传感器14上，同时将图像聚焦到亮像素传感器12上。在顶部和底部也有可能有成行的暗像素传感器14，但未在图中显示。

外部时钟SHP、SHD被施加到CCD/CMOS传感器10上作为移位时钟(shift clock)，以对不同的亮像素传感器12和暗像素传感器14进行采样。当SHP、SHD被施以脉冲时，下一个亮像素传感器12被移位到CCD/CMOS传感器10的CCDIN输出。另一个时钟如BLK信号(图中未显示)也可以被施以脉冲，当前像素从一个水平线移到下一个水平线，并且一个帧信号(图中未显示)可以脉动地移到第一条线上的第一像素以开始对一个新帧进行采样。CCD/CMOS传感器10的制造商可以替换各种不同控制信号。

图2是CCD/CMOS传感器运行的波形示意图。当读取CCD/CMOS传感器10中一行新像素传感器时，首先读取的是暗像素传感器14中的一些像素。接着，读取的是亮像素传感器12中大量的亮像素，随后是该行末端的暗像素传感器14中的一些暗像素。对该行开头的感应如图2所示。

移位像素时钟SHP、SHD交替地脉冲至低。非重叠时钟CLK1、CLK2是由SHP、SHD产生。CCD/CMOS传感器10输出一个固定电压对应SHP，然后是实际像素值作为一个可变电压对应SHD。在CCDIN上由CCD/CMOS传感器10输出的负电压越大，表示被感应颜色的像素越明亮。CCD/CMOS传感器10上的每个像素位置可以有三个像素值在CCDIN上持续输出，如一个像素位置的Y、U、和V分量。

当暗像素值由CCD/CMOS传感器10输出时，光学暗像素(OpticalBlack Pixel)信号OPB被驱动至有效(低位)。OBP信号可以是由一个逻辑电路或状态机(state machine)产生，其同时产生SHP、SHD和其它控制信号。数码相机设计者确定在CCD/CMOS传感器10上哪些像素被相机遮蔽以及哪些像素是被透镜聚焦其上。进一步的剪裁图像可以由数码相机或由其它装置进行。

理想情况下，暗像素传感器14将输出一个恒定的固定电压如0伏特。但是，在暗像素传感器14和其它电路里可能存在小的随机偏移(randomoffsets)，即使在没有光到达暗像素传感器14时也会存在。这些偏移在CCD/CMOS传感器10输出端上会被模拟前端(AFE)电路放大，并且如果偏移不能被恰当地消除，可能会塞满(saturate)输出装置。

图2显示当OBP有效时CCDIN在下降脉冲(low-going pulses)上的最低电平在4个输出暗像素上有某些变化。一旦OBP无效(高位)，亮像素在CCDIN上输出更大的下降脉冲。但是，在亮度区域内的暗像素，如图像的暗色部分，可能没有被准确地表示。在OBP期间它们的电压可能大于或小于暗像素传感器14中暗像素的电压。例如，图2内最后一个像素的电压，比图2开头的四个暗像素的一些电压负得更多。