[发明专利]一种应用于脉冲式图像传感器的固定模式噪声消除方法

说明书

一种应用于脉冲式图像传感器的固定模式噪声消除方法，通过理论分析得出噪声的存在模式，将光电二极管、晶体管、暗电流引入的噪声分别表示，在复位电压和参考电压固定的情况下，采用均匀光源，使用两组暗光照射得到暗电流系数矩阵，再使用一组强光照射，得到用于矫正光电二极管和晶体管引入噪声的系数矩阵。在真实拍摄复杂场景时，引入这两个系数矩阵可实现噪声的消除，改善传感器的成像质量。

技术领域

本发明涉及CMOS图像传感器测试领域，尤其涉及一种应用于脉冲式图像传感器的固定模式噪声消除方法。

背景技术

近年来，图像传感器发展日益迅猛，在消费电子，汽车电子，智能监控军事侦察等领域的应用越来越广泛。其中，脉冲间隔式图像传感器，可将场景亮度用相邻的脉冲间隔表示，相比于传统基于帧成像的方法，其数据量能降至八分之一，解决高速成像时数据量过大的瓶颈。但脉冲间隔式图像传感器由于其自身架构特点，受噪声影响很大，严重影响成像质量。

由于工艺尺寸的偏差，器件之间会存在失配问题，这将导致像素阵列之间光响应的非一致性以及暗电流响应的非一致性。光响应非一致性，即器件失配，主要来源于光电二极管的偏差和晶体管之间的偏差。暗电流的非一致性是由光电二极管失配引起的。通过分析传感器结构和成像特点，分析噪声产生的原因和方式，并分别予以补偿和消除。在重构的图像中可以看到图像质量得到显著改善，信噪比明显提高。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提出了一种用于脉冲式图像传感器的固定模式噪声消除方法，通过理论分析得出噪声的存在模式，将光电二极管、晶体管、暗电流引入的噪声分别表示，经过均匀光照试验测得校正系数，可实现噪声的消除，改善传感器的成像质量。

脉冲式图像传感器架构如图1所示，每个像素在复位后开始积分光生电荷，当积累量达到所设定的阈值时，像素产生脉冲，脉冲输出后像素复位，重新开始积分光生电荷，像素产生两次脉冲之间的间隔时间由光强度的大小决定，可通过测量两次间隔还原光强信息；通过上述的工作方式可知，光电流I_ph与像素的放电时间t成反比且二者关系可表示为：

由于电容之间的失配，阵列中不同光电二极管实际存储的电荷量是非一致的，这将在公式(1)中的放电时间t上引入一个系数，可表示为：

其中，为包含电容失配的放电时间，为电容的变化值，为引入的系数，其值为；

作为像素的核心部分，当其晶体管出现偏差时，则将在比较器输入端引入一个失调电压，复位管也将引起光电二极管复位电压的偏差，同样可认为在比较器的输入端引入了一个失调电压，将复位管引入的失调电压和比较器引入的失调电压结合在一起，定义为总的失调电压V_OS,tot，这将在公式(1)的放电时间t上引入一个系数：

其中，为引入的系数，为包含失调电压时的曝光时间间隔；

由于器件失配导致的放电时间变化可以一个系数来表示，光电二极管的偏差除了在放电时间t上引入一个系数外，还将导致暗电流I_dark的非一致，暗电流的非一致将引入一个与光强相关的系数，其可以表示为：

为包含暗电流影响的放电时间，为暗电流引入的系数，其值为；