[发明专利]用于CMOS图像传感器的模拟行黑色电平校准

说明书

技术领域

本发明大体涉及图像传感器，且特定来说(但非排他地)涉及用于CMOS图像传感器的黑色电平校准(black level calibration)。

背景技术

互补金属氧化物半导体(“CMOS”)图像传感器(“CIS”)可归因于像素本身中的暗电流和像素间的暗电流电平而产生不准确的图像数据。CIS阵列的每一像素提供随入射在像素上的光而变化的输出电压。不幸的是，暗电流增加输出电压且使成像系统提供的图片降级。为了产生准确的图像数据，需要估计暗电流且对其进行电平校正。

大多数图像传感器在使用之前需要某一形式的校准使得从图像传感器获得的数据可用于产生忠实地再现所俘获场景或物体的光学特性(强度、颜色等)的数字图像。一些校准可实行一次且保持对于图像传感器的每次后续使用有效，但其它校准必须针对图像传感器的每一单次使用实行。黑色电平校准是通常针对图像传感器的每一单次使用执行的校准之一。正如其名称所暗示，黑色电平校准的目的是确定图像传感器的黑色电平。黑色电平校准有效地设定阈值，在所述阈值之下，从图像传感器获得的数字数据值将被认为表示颜色黑色，或换句话说，表示不存在或大体不存在光。所述阈值接着用于调整从阵列中的其它像素获得的值。准确的黑色电平校准有助于实现具有暗阴影区中的完全对比度和精细细节的数字图片。如果黑色电平过低，那么暗区域中的信息可能丢失；如果黑色电平过高，那么可能牺牲单一范围。

黑色电平校准传统上以当前帧进行逐帧减法到全局暗行信号而进行。此方法移除暗电流以及读出的信道偏移，从而仅留下图像数据。然而，在暗电流在整个像素阵列上不均匀的情形中，此方法在实现黑色电平校准方面不太有效。

在帧曝光模式中，在整个像素阵列上同时进行像素阵列的遮光和积分。然而，读出一次进行一行，因此像素阵列的顶部到底部存在积分时间差。帧曝光模式中的暗电流的不均匀性可导致垂直阴影。垂直阴影的其它原因包含温度梯度、工艺梯度和像素输出稳定。

常规黑色电平校准技术在数字域执行。数字黑色电平校正的一个缺点是，图像数据在数字减法操作之后损失其动态范围。

发明内容

本发明的一个实施例涉及一种图像传感器。所述图像传感器包括以下组件：图像像素阵列，其用以响应于入射光产生模拟图像信号；暗像素阵列，其用以产生模拟黑色参考信号以用于对所述模拟图像信号的模拟黑色电平校准；数据位线，其耦合到所述图像像素阵列内的一排图像像素以从所述排图像像素中转移出所述模拟图像信号；参考位线，其耦合到所述暗像素阵列内的一排黑色参考像素以从所述排黑色参考像素中转移出所述模拟黑色参考信号；驱动器，其耦合到所述参考位线以接收所述模拟黑色参考信号；比较器，其经耦合以从所述数据位线接收所述模拟图像信号，且经耦合以从所述驱动器接收所述模拟黑色参考信号，所述比较器经耦合以在模拟域中使所述模拟图像信号与所述模拟黑色参考信号偏移；以及模/数转换器(“ADC”)电路，其耦合到所述比较器的输出。

本发明的另一实施例涉及一种CMOS图像传感器。所述传感器包括以下组件：图像像素阵列，其用以响应于入射光产生模拟图像信号；暗像素阵列，其安置在邻近于所述图像像素阵列处以产生模拟黑色参考信号以用于对所述模拟图像信号的模拟黑色电平校准；多条数据位线，其每一者耦合到所述图像像素阵列内的不同列的图像像素以转移出所述模拟图像信号；多条参考位线，其每一者耦合到所述暗像素阵列内的不同列的黑色参考像素以转移出所述模拟黑色参考信号，其中所述参考位线短路在一起；驱动器，其耦合到所述参考位线以产生平均模拟黑色参考信号；多个比较器，其每一者耦合到所述数据位线中的一者且每一者耦合到所述驱动器的输出，所述比较器经耦合以在模拟域中使所述模拟图像信号与所述平均模拟黑色参考信号偏移；以及多个模/数转换器(“ADC”)电路，其每一者耦合到所述比较器中的对应一者的输出。

附图说明

参看以下图式描述本发明的非限制性和非详尽实施例，图式中，除非另外规定，否则相同参考数字在各图中表示相同零件。

图1是说明根据本发明的一实施例的图像传感器的功能框图。

图2是说明像素阵列的一实施例内的两个四晶体管(“4T”)像素的像素电路的电路图。

图3是说明根据本发明的一实施例的执行模拟黑色电平校准的读出电路的功能框图。

图4是说明根据本发明的一实施例的执行模拟黑色电平校准同时省略列放大器的读出电路的功能框图。