CN100358344C - 图像摄取装置和信号处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种在校正包含于有效像素区的像素信号中的列噪声的同时，能够精确地调节有效像素区的黑色电平值的图像摄取装置。该图像摄取装置包括：固态图像摄取元件，它具有像素部、垂直扫描电路、水平扫描电路、和输出电路；遮光部，用于遮挡照射在有效像素区上的光；黑色电平值检测器，用于根据从固态图像摄取元件的输出电路输出的像素信号，检测垂直遮光像素区、水平遮光像素区、以及有效像素区的黑色电平值；比较器，用于比较黑色电平值；噪声分量检测器，用于检测噪声分量；噪声校正器，用于根据由噪声分量检测器检测到的噪声分量，校正在有效像素区域中产生的噪声；以及控制器，基于比较器的比较结果控制噪声分量检测器和噪声校正器。
Description
相关申请的交叉参考
本发明包含的主题涉及于2004年7月7日向日本专利局提交的日本专利申请JP2004-201015，其全部内容在此并入作为参考。
技术领域
本发明涉及一种通过使用XY地址型固态图像摄取元件来拍摄对象的图像的图像摄取装置，和一种用于该图像摄取装置的信号处理方法。
背景技术
在以CMOS(互补型金属氧化物半导体)传感器为代表的XY地址型固态图像摄取元件中，大量像素排列在如图1所示的由行和列构成的矩阵中。该元件包括：垂直扫描电路54，用于依次选择像素部52的各行；水平扫描电路60，用于依次选择像素部52的各列；以及输出电路61，用于输出信号。
垂直扫描电路54和水平扫描电路60由例如移位寄存器构成，并且分别为每一行和每一列产生一个垂直扫描脉冲和一个水平扫描脉冲。
当读取储存在各个像素中的图像信号时，通过垂直扫描电路54将脉冲信号加到一条垂直选择线53上，使同一行中的所有像素晶体管51电导通。图像信号从各感光部50被读取到垂直信号线55上。将读取到垂直信号线55上的图像信号提供给相关双重取样电路(CDS)56等电路，以清除每一个像素的偏移信号(offset signal，或叫偏差信号)。
水平扫描电路60通过水平选择线59将脉冲信号加到与各垂直信号线55连接的晶体管57上，使晶体管57处于通电状态。已通过CDS 56清除了偏移信号的列的像素信号被读取到水平信号线58。该像素信号通过输入电路61转换成电压信号后，向外部输出。
在这种X-Y地址型固态图像摄取元件中，各列分别具有不同的(或者是他们自身的)垂直信号线55。因此，如果CDS 56和晶体管57具有不同的特性，从输出电路61提供的像素信号便会在各列间产生不同的偏移。分别对应各列的不同的偏移会作为条纹状的固定模式噪声(下文称之为列噪声)显现在显示屏幕上，造成画质不好。
现有一种防止画质变差的方法。在该方法中，从固态图像摄取元件中仅提取列噪声分量，提取出的列噪声分量被作为用于校正的基准信号保存。在通常的图像摄取操作时，从固态图像摄取元件的信号输出中减去基准信号，以此来校正列噪声。
然而，当用光照射像素部52时，基于入射光的信号分量会被加到列噪声分量中。因此，该输出信号不能被用作用于校正的基准信号。因此，根据日本专利申请公开第10-126697号出版物，如图2所示，像素部52由有效像素区A、垂直光学黑体区B(下文称之为VOPB)、及水平光学黑体区C(下文称之为HOPB)构成，用于执行列噪声的检测/校正。有效像素区A被光照射。在垂直光学黑体区B和水平光学黑体区C中，光的照射在数行到数十行的范围内被诸如铝薄膜等遮光板遮挡。
同时，导致产生列噪声的各列的偏移不仅出现在位于有效像素区A中的像素的输出中，还出现在位于VOPB区B中作为屏蔽的黑色电平基准的像素的输出中。因此，可以通过使用来自VOPB区B中的像素的信号检测出列噪声分量、并从来自有效像素区A的像素的信号中减去列噪声分量的方式完成校正。
发明内容
然而，在通过使用从排列在VOPB区B中的像素中输出的信号来获得用于校正列噪声的基准信号的情况下，存在明显的问题，即来自暗电流分量(以下称作随机噪声)的影响，该暗电流分量由VOPB区B中的各个像素输出并且不断变化。特别是，由于VOPB区B覆盖了几行到几十行，因而包括少量的像素。因此，即使当执行平均化处理时，也无法充分抑制从各个像素输出的信号中所包含的随机噪声。
因此，假设从排列在HOPB区C中的像素中输出的像素信号的黑色电平与从排列在有效像素区A中的像素中输出的像素信号的黑色电平相等，基于该假设，提出一种方法。在该假设基础上，HOPB区C的黑色电平被持续检测，并从有效像素区A的像素信号中减去HOPB区C的黑色电平。使有效像素区A的黑色电平与HOPB区C的黑色电平相等，从而将有效像素区A的黑色电平调节为0。
然而，在XY地址型的固态图像摄取元件中，由于某些结构上的原因会产生列噪声。因此，如果HOPB区C中列的数量不足以抑制列噪声的影响，那么，如图3所示，在HOPB区C中检测到的黑色电平将与有效像素区的黑色电平产生偏移。如上所述的假设不再被满足。即使从来自有效像素区A的信号中减去HOPB区C的黑色电平，有效像素区A的黑色电平也无法被完全调节到0。图3B示出了对应图3A中的线段AA(线)的HOPB区C和有效像素区A之间的差值ΔBL。
另外，存在这样的情况：即使HOPB区C的黑色电平与有效像素区A的黑色电平彼此相等，但由于固态图像摄取元件的一些结构上的原因，VOPB区B的黑色电平与有效像素区A的黑色电平之间存在偏差。在这种情况下，当校正列噪声时，在VOPB区B中检测到的列噪声分量被直接用于列噪声校正，因此，有效像素区A的黑色电平发生偏移。这种黑色电平的偏移导致图像中黑颜色的变暗或变亮，并导致图像质量的劣化。
因此本发明旨在提供一种图像摄取装置和一种信号处理方法，即使当HOPB区、VOPB区、和有效像素区的黑色电平彼此不一致时，也能通过使用VOPB区检测出不一致的量(差值)从而进行列噪声校正，并在校正有效像素区的图像信号的同时消除列噪声。
根据本发明的图像摄取装置包括：固态图像摄取元件，该固态图像摄取元件包括：包括均匀排列在行列矩阵中的多个像素的像素部，该像素部包括被光照射的有效像素区和光的照射被遮挡的垂直遮光像素区和水平遮光像素区；垂直扫描电路，用于控制排列在同一行中并通过垂直选择线共同连接的像素的控制电极；水平扫描电路，用于控制共同连接到排列在同一列中的像素的主电极上的垂直信号线的控制电极，从而以行为单位向水平信号线依次输出像素信号，该像素信号经由垂直信号线输出；以及输出电路，用于输出来自水平信号线的像素信号；遮光装置，用于遮挡照射在有效像素区上的光；黑色电平值检测装置，用于根据从固态图像摄取元件的输出电路输出的像素信号检测垂直遮光像素区、水平遮光像素区、和光线被遮光装置遮挡的有效像素区的黑色电平值；比较装置，用于比较由黑色电平值检测装置检测到的各个区域的黑色电平值；噪声分量检测装置，用于检测包含于从排列在垂直遮光像素区中的像素输出的像素信号中的噪声分量；噪声校正装置，用于根据由噪声分量检测装置检测出的噪声分量，校正包含于从排列在有效像素区中的像素输出的像素信号中的噪声；以及控制装置，用于根据比较装置的比较结果，控制噪声分量检测装置和噪声校正装置。
根据本发明的信号处理方法是一种用于图像摄取装置的信号处理方法，该图像摄取装置包括：包括均匀排列在行列矩阵中的多个像素的像素部，该像素部包括被光照射的有效像素区和光的照射被遮挡的垂直遮光像素区和水平遮光像素区；垂直扫描电路，该垂直扫描电路控制排列在同一行中并通过垂直选择线共同连接的像素的控制电极；水平扫描电路，该水平扫描电路控制共同连接到排列在同一列中的像素的主电极上的垂直信号线的控制电极，从而以行为单位向水平信号线依次输出像素信号，该像素信号经由垂直信号线输出；以及输出电路，该输出电路输出来自水平信号线的像素信号，所说信号处理方法包括：遮光步骤，遮挡照射在有效像素区上的光；黑色电平值检测步骤，基于从固态图像摄取元件的输出电路输出的像素信号，检测垂直遮光像素区、水平遮光像素区、和光线在遮光步骤中被遮挡的有效像素区的黑色电平值；比较步骤，比较在黑色电平值检测步骤检测到的各个区域的黑色电平值；噪声分量检测步骤，检测包含于从排列在垂直遮光像素区中的像素输出的像素信号中的噪声分量；噪声校正步骤，基于由噪声分量检测步骤检测的噪声分量，校正包含于从排列在有效像素区中的像素输出的像素信号中的噪声；以及控制步骤，基于比较步骤的比较结果，控制噪声分量检测步骤和噪声校正步骤。
在本发明中，分别检测固态图像摄取元件的被遮光的有效像素区A、VOPB区B、及HOPB区C的黑色电平值。根据四种模式控制列噪声校正器：VOPB区B和有效像素区A的黑色电平值彼此相等时；VOPB区B的黑色电平值相比于HOPB区C的电平值更接近有效像素区A的黑色电平值，但是或多或少存在不同；HOPB区C的电平值与有效像素区A的黑色电平值彼此相等；以及HOPB区C的黑色电平值相比于VOPB区B的电平值更接近有效像素区A的黑色电平值，但是或多或少存在不同。因此，当校正包括在有效像素区A的像素信号中的列噪声时，有效像素区A的黑色电平值可以被精确调节(至0)。
附图说明
图1示出了固态图像摄取元件的结构；
图2示出了通过将像素部分成有效像素区、VOPB区、和HOPB区来构造固态图像摄取元件的像素部的状态；
图3A和图3B以一条预定线示出了有效像素区和HOPB区之间的黑色电平差值ΔBL；
图4示出了根据本发明的图像摄取装置的结构；
图5示出了通过将像素部分成有效像素区、VOPB区、和HOPB区来构造固态图像摄取元件的像素部的状态；
图6示出了固态图像摄取元件的结构；
图7示出了信号处理器的结构的框图；
图8示出了用于说明将有效像素区的黑色电平值调节为零并执行列噪声校正处理的信号处理器的操作的流程图；
图9示出了对第一列噪声校正处理进行说明的示意图；
图10示出了对第二列噪声校正处理进行说明的示意图；
图11示出了对第三列噪声校正处理进行说明的示意图；
图12示出了对第四列噪声校正处理进行说明的示意图；以及
图13A和图13B示出了说明在黑色电平值根据内部温度上升或下降而变化的情况下对列噪声校正的曲线图。
具体实施方式
下面将描述根据本发明实施例的拍摄对象的图像的图像摄取装置及信号处理方法。
如图4所示，图像摄取装置1包括：透镜10，用于汇聚入射光；快门11，用于在规定时间内使由透镜10汇聚的光通过；固态图像摄取元件12，用于摄取作为光线经过透镜10和快门11进入的对象的图像；控制器13，用于控制快门11和固态图像摄取元件12；以及信号处理器14，用于对通过固态图像摄取元件12摄取的像素信号进行预定的信号处理。
物体发出的光经由包括透镜10和快门11的光学系统入射到固态图像摄取元件12。固态图像摄取元件12包括对物体的图像进行拍摄的像素部。如图5所示，该像素部由被光照射的有效像素区A、利用诸如铝薄膜等遮光板在数行到数十行的范围内遮挡光的照射的垂直光学黑体(下文称之为VOPB)区B、和利用诸如铝薄膜等遮光板在数列到数十列的范围内遮挡光的照射的水平光学黑体(下文称之为HOPB)区C构成。
控制器13控制快门11的开关操作。控制器13还控制固态图像摄取元件12，以使信号处理器14输出从排列在有效像素区A、VOPB区B、和HOPB区C中的像素选择性输出的像素信号S1。
参照图6对固态图像摄取元件12进行描述。固态图像摄取元件12包括：例如X-Y地址型的感光部15，如图6所示，该感光部根据光的照射存储电荷；像素部17，由输出存储在感光部15中的电荷、并排列成行列矩阵的像素晶体管16构成；垂直扫描电路19，向垂直选择线18施加脉冲信号，其中，每一条垂直选择线都与排列在像素部17的矩阵的每一行中的像素连接；相关双重取样电路(CDS)21，通过从垂直扫描电路19施加脉冲信号，从提供给垂直信号线20的信号中清除偏移信号，其中，每条垂直信号线20都与排列在像素部17的矩阵的每一列中的像素连接；晶体管23，用于向水平信号线22提供已通过CDS 21清除了偏移信号的信号；水平扫描电路25，通过水平选择线24将脉冲信号提供给晶体管23，以此向水平信号线22提供已通过CDS 21清除了偏移信号的信号；以及输出电路26，将提供给水平扫描电路25的信号提供给信号处理器14。
在这种X-Y地址型固态图像摄取元件12中，垂直信号线20在所排列的像素的每一列间都互不相同。因此，如果CDS 21和晶体管23间具有不同的特性，从输出电路26输出的像素信号会受到各列间不同的偏移的影响。每列的偏移会作为条纹状的固定模式噪声(下文称之为列噪声)显现在显示屏幕上，造成画质不好。位于固态图像摄取元件12后段的信号处理器14能够清除这种噪声。
接着，就信号处理器14的结构进行描述。如图7所示，信号处理器14包括：AFE(模拟前端)部30，用于将固态图像摄取元件12的输出信号转换成数字信号；数字箝位器(clamp)31，用于对从AFE部30提供的像素信号的HOPB区C的黑色电平值执行相减处理；列噪声分量检测器32，用于从自数字箝位器31输出的、对应于VOPB区B的像素信号中检测固定模式噪声(以下称作列噪声分量)，并检测出有效像素区A和VOPB区B的黑色电平值；行存储器33，用于存储通过列噪声分量检测器32检测出的列噪声分量；列噪声校正器34，根据保存在行存储器33中的列噪声分量，校正由AFE部30提供的有效像素区A的像素信号的列噪声分量；像机信号处理器35，对列噪声校正器34的输出信号执行预定的像机处理；以及控制器36，基于由列噪声分量检测器32检测出的有效像素区A和VOPB区B的黑色电平值生成预定控制信号，并将该预定的控制信号提供给列噪声校正器34。
AFE部30将自固态图像摄取元件12提供的像素信号转换成数字信号，并输出经过转换的像素信号。
数字箝位器31从自AFE部30提供的像素信号中检测出HOPB区C的黑色电平值，并从有效像素区A和VOPB区B的像素信号中减去HOPB区C的黑色电平值。数字箝位器31将通过从VOPB区B的像素信号中减去HOPB区C的黑色电平值而获得的信号和通过从有效像素区A的像素信号中减去HOPB区C的黑色电平值而获得的信号提供给列噪声分量检测器32。另一方面，数字箝位器31将通过从有效像素区A的像素信号中减去HOPB区C的黑色电平值而获得的信号提供给列噪声校正器34。
考虑到同一列中的每个像素具有相同的列噪声量，列噪声分量检测器32从提供给数字箝位器31的信号中检测出列噪声分量，并将检测结果保存到行存储器33中。同样，列噪声分量检测器32检测有效像素区A和VOPB区B的黑色电平值，并将VOPB区B和HOPB区C之间的黑色电平差值和有效像素区A和HOPB区C之间的黑色电平差值输出到控制器36。
下面将描述由列噪声分量检测器32检测HOPB区C和VOPB区B的黑色电平值之间的差值的操作。如上所述，在数字箝位器31中，从VOPB区B的像素信号中减去HOPB区C的黑色电平值。因此，如果HOPB区C和VOPB区B的黑色电平值之间没有差别，那么由列噪声分量检测器32检测的VOPB区B的黑色电平值为0。
或者，如果HOPB区C和VOPB区B的黑色电平值不同，则由列噪声分量检测器32检测的VOPB区B的黑色电平值为正值或负值。如果VOPB区B的黑色电平值为正值，意味着VOPB区B的黑色电平值高于HOPB区C的黑色电平值。相反，如果VOPB区B的黑色电平值为负值，意味着VOPB区B的黑色电平值低于HOPB区C的黑色电平值。
因此，为了检测出HOPB区C和VOPB区B的黑色电平值间的差值，因为HOPB区C的黑色电平值为0，所以对于列噪声分量检测器32，只需检测出VOPB区B的黑色电平值。检测VOPB区B的黑色电平值的方法可以采用对整个VOPB区B求积分，也可以采用对部分VOPB区B进行积分。
下面将描述由列噪声分量检测器32检测有效像素区A和VOPB区B的黑色电平值之间的差值的操作。假设该检测操作是在开启图像摄取装置的电源或工厂出货时完成的。为了检测有效像素区A的黑色电平值，应通过设置机械快门模式将快门关闭以实现遮光。
如上所述，在数字箝位器31中，从被机械快门遮光的有效像素区A的像素信号中减去HOPB区C的黑色电平值。因此，如果在有效像素区A和HOPB区C的黑色电平值之间没有不同，那么由列噪声分量检测器32检测的有效像素区A的黑色电平值为0。
不然的话，如果有效像素区A和HOPB区C的黑色电平值不同，则由列噪声分量检测器32检测的有效像素区A的黑色电平值为正值或负值。如果有效像素区A的黑色电平值为正值，意味着有效像素区A的黑色电平值高于HOPB区C的黑色电平值。相反，如果有效像素区A的黑色电平值为负值，意味着有效像素区A的黑色电平值低于HOPB区C的黑色电平值。
因此，为了检测出HOPB区C和有效像素区A的黑色电平值间的差值，因为HOPB区C的黑色电平值为0，所以对于列噪声分量检测器32，只需检测出有效像素区A的黑色电平值。检测有效像素区A的黑色电平值的方法可以采用对整个有效像素区域A求积分，也可以采用对部分有效像素区域A进行积分。
控制器36基于VOPB区B和HOPB区C之间的黑色电平值的差值及有效像素区A和HOPB区C之间的黑色电平值的差值，产生预定的控制信号。控制器36将产生的控制信号提供给列噪声校正器34。
列噪声校正器34根据控制器36产生的控制信号和由列噪声分量检测器32检测出的噪声分量，校正从排列在有效像素区A中的像素输出的像素信号的列噪声。列噪声校正器34向像机信号处理器35提供经过校正的信号。像机信号处理器35对经过列噪声校正器34校正的信号执行预定的像机信号处理。
下面将按照图8中所示的流程图描述信号处理器的操作，在该操作中，有效像素区A的黑色电平值被调节为0，并且执行了列噪声校正。
在步骤ST1中，列噪声分量检测器32检测出有效像素区A和VOPB区B的黑色电平值。列噪声分量检测器32基于由数字箝位器31检测出的有效像素区A、VOPB区B、和HOPB区C的黑色电平值，检测有效像素区A的黑色电平值和HOPB区C的黑色电平值之间的差值，以及有效像素区A的黑色电平值和VOPB区B的黑色电平值之间的差值。列噪声分量检测器32将所检测出的有效像素区A的黑色电平值和HOPB区C的黑色电平值之间的差值，以及有效像素区A的黑色电平值和VOPB区B的黑色电平值之间的差值提供给控制器36。
在步骤ST2中，控制器36确定VOPB区B和HOPB区C中哪个的黑色电平更接近有效像素区A的黑色电平。基于有效像素区A的黑色电平值和VOPB区B的黑色电平值之间的差值以及有效像素区A的黑色电平值和HOPB区C的黑色电平值之间的差值，控制器36将VOPB区B和HOPB区C的黑色电平与有效像素区A的黑色电平相比较，并确定VOPB区B和HOPB区C中哪个的黑色电平更接近有效像素区A的黑色电平。
如果有效像素区A的黑色电平值更接近VOPB区B的黑色电平值，则处理进行到步骤ST3。否则，如果有效像素区A更接近HOPB区C的黑色电平值，那么处理进行到ST6。
在步骤ST3中，控制器36确定VOPB区B和有效像素区A中的黑色电平值是否彼此相等。如果VOPB区B和有效像素区A的黑色电平值相等，那么处理进行到步骤ST4。否则，如果VOPB区B和有效像素区A中的黑色电平值不相等，处理进行到步骤ST5。
在步骤ST4中，控制器36不控制列噪声校正器34。
下面将进一步地描述在VOPB区B和有效像素区A的黑色电平值彼此相等时校正列噪声的操作(第一列噪声校正处理)。
假设，如图9所示的情况，有效像素区A的黑色电平值是x，VOPB区B的黑色电平值也是x，以及HOPB区C和有效像素区A的黑色电平值之间的差值为a。在这种情况下，数字箝位器31检测出HOPB区C的像素信号的黑色电平值为x+a。数字箝位器31从VOPB区B的像素信号中减去HOPB区C的黑色电平值x+a，以及从有效像素区A的像素信号中减去HOPB区C的黑色电平值x+a。
因此，在经过数字箝位器31后，VOPB区B和有效像素区A的黑色电平值都是-a。将黑色电平值为-a的有效像素区A的像素信号提供给列噪声校正器34。将黑色电平值为-a的VOPB区B的像素信号提供给列噪声分量检测器32。
列噪声分量检测器32检测出通过对VOPB区B的每一列积分得到的列噪声分量，并将检测得到的列噪声分量保存在行存储器33中。保存在行存储器33中的列噪声分量的黑色电平值为-a。
同样，列噪声分量检测器32将VOPB区B和HOPB区C之间的黑色电平值的差值-a、以及有效像素区A和HOPB区C之间的黑色电平值的差值-a提供给控制器36。
基于从列噪声分量检测器32提供的信号，控制器36确定有效像素区A和VOPB区B的黑色电平值彼此相等。如果确定出有效像素区A和VOPB区B的黑色电平值相等，则控制器36不控制列噪声校正器34。
同样，列噪声校正器34执行从有效像素区A的像素信号中减去保存在行存储器33中的列噪声分量的处理。通过该相减处理，列噪声校正器34执行了对有效区A的像素信号中包含的列噪声的校正，并且其为-a(偏置分量)的黑色电平值被相消为0。因此，如果控制器36根本不控制列噪声校正器34，则有效像素区A的像素信号可以被调节为VOPB区B的黑色电平值。
在步骤ST5中，控制器36对列噪声校正器34执行预定的控制。
下面将进一步描述当VOPB区B的黑色电平比起HOPB区C的黑色电平更接近有效像素区A的黑色电平但或多或少存在偏移时的列噪声校正处理(第二列噪声校正处理)。
假设，如图10所示，有效像素区A的黑色电平值是x，HOPB区C和有效像素区A之间的黑色电平值差值是a，并且VOPB区B和有效像素区A之间的黑色电平值的差是dx(其中dx＜a)。在这种情况下，数字箝位器31检测出VOPB区B的黑色电平值为x+dx，以及HOPB区C的黑色电平值为x+a。数字箝位器31从VOPB区B的像素信号中减去HOPB区C的黑色电平值x+a，以及从有效像素区A的像素信号中减去HOPB区C的黑色电平值x+a。
因此，在经过数字箝位器31后，有效像素区A的像素信号的黑色电平值是-a，VOPB区B的像素信号的黑色电平值是dx-a。将黑色电平值为-a的有效像素区A的像素信号提供给列噪声校正器34。将黑色电平值为dx-a的VOPB区B的像素信号提供给列噪声分量校正器32。
列噪声分量检测器32检测出通过对VOPB区B的每一列积分得到的列噪声分量，并将检测得到的列噪声分量保存在行存储器33中。保存在行存储器33中的列噪声分量的黑色电平值为dx-a。
同样，列噪声分量检测器32将VOPB区B和HOPB区C之间的黑色电平值的差值dx-a，以及有效像素区A和HOPB区C之间的黑色电平值的差值-a提供给控制器36。
基于由列噪声分量检测器32提供的信号，控制器36确定VOPB区B的黑色电平值比起HOPB区C的黑色电平更接近有效像素区A的黑色电平但是或多或少存在偏移。根据该确定结果，控制器36产生预定的控制信号，并将产生的控制信号提供给列噪声校正器34。
响应于由控制器36提供的控制信号，列噪声校正器34从保存在行存储器33中的列噪声分量中减去有效像素区A和VOPB区B之间的黑色电平值的差值。列噪声校正器34执行从有效像素区A的像素信号中减去相减结果的处理。通过该相减处理，列噪声校正器34可以校正包含在有效像素区A的像素信号中的列噪声，并且黑色电平值的偏置分量-a可以被相消为0。
在步骤ST6中，控制器36确定HOPB区C和有效像素区A的黑色电平值是否彼此相等。如果HOPB区C和有效像素区A的黑色电平值相等，则处理进行到步骤ST7。否则，如果HOPB区C和有效像素区A的黑色电平值彼此不相同时，处理进行到步骤ST8。
在步骤ST7中，控制器36对列噪声校正器34执行预定的控制。
以下将更进一步地描述当HOPB区C和有效像素区A的黑色电平值彼此相等时的列噪声校正处理(第三列噪声校正处理)。
假设，如图11所示的情况，有效像素区A的黑色电平值是x，HOPB区C的黑色电平值也是x，以及VOPB区B和有效像素区A的黑色电平值之间的差值为a。在这种情况下，数字箝位器31检测出VOPB区B的像素信号的黑色电平值为x+a。数字箝位器31从VOPB区B的像素信号中减去HOPB区C的黑色电平值x，以及从有效像素区A中减去HOPB区C的黑色电平值x。
因此，在通过数字箝位器31后，有效像素区A的黑色电平值是0，并且VOPB区B的黑色电平值是a。将黑色电平值为0的有效像素区A的像素信号提供给列噪声校正器34。将黑色电平值为a的VOPB区B的像素信号提供给列噪声分量检测器32。
列噪声分量检测器32检测出通过对VOPB区B的每一列积分得到的列噪声分量，并将检测得到的列噪声分量保存在行存储器33中。保存在行存储器33中的列噪声分量的黑色电平值为a。
同样，列噪声分量检测器32将VOPB区B和HOPB区C之间的黑色电平值的差值a，以及有效像素区A和HOPB区C之间的黑色电平值的差值0提供给控制器36。
基于由列噪声分量检测器32提供的信号，控制器36确定有效像素区A和HOPB区C的黑色电平值彼此相等。根据该确定结果，控制器36产生预定的控制信号，并将产生的控制信号提供给列噪声校正器34。
响应于由控制器36提供的控制信号，列噪声校正器34从保存在行存储器33中的列噪声分量中减去VOPB区B的黑色电平值a(偏移分量)。列噪声校正器34可执行从有效像素区A的像素信号中减去已减去了VOPB区B的黑色电平值a的列噪声分量的处理。通过该相减处理，列噪声校正器34可以校正包含在有效像素区A的像素信号中的列噪声，并且维持有效像素区A的黑色电平值为0。
在步骤ST8中，控制器36对列噪声校正器34执行预定的控制。
下面将进一步描述当HOPB区C的黑色电平比起VOPB区B的黑色电平更接近有效像素区A的黑色电平时的列噪声校正处理(第四列噪声校正处理)。
假设，有效像素区A的黑色电平值是x，VOPB区B和有效像素区A之间的黑色电平差值是a，并且HOPB区C和有效像素区A之间的黑色电平值的差是dx(其中dx＜a)。在这种情况下，数字箝位器31在机械快门关闭情况下，检测并保存HOPB区C和有效像素区A之间的黑色电平差值dx。
尽管数字箝位器31持续地检测HOPB区C的黑色电平值x+dx，但考虑到黑色电平的差值dx，数字箝位器31从VOPB区B和有效像素区A的信号中减去等于x的值。因此，在经过数字箝位器31后，有效像素区A的黑色电平值是0，VOPB区B的黑色电平值为a。将黑色电平值为0的有效像素区A的像素信号提供给列噪声校正器34。将黑色电平值为a的VOPB区B的像素信号提供给列噪声分量检测器32。
列噪声分量检测器32检测出通过对VOPB区B的每一列积分得到的列噪声分量，并将检测得到的列噪声分量保存在行存储器33中。保存在行存储器33中的列噪声分量的黑色电平值为a。
同样，列噪声分量检测器32将VOPB区B和HOPB区C之间的差值a，以及有效像素区A和HOPB区C之间的差值0提供给控制器36。
基于由列噪声分量检测器32提供的信号，控制器36确定HOPB区C的黑色电平值比起VOPB区B的黑色电平值更接近有效像素区A的黑色电平值但是或多或少存在偏差。根据该确定结果，控制器36产生预定的控制信号，并将产生的控制信号提供给列噪声校正器34。
响应于由控制器36提供的控制信号，列噪声校正器34从保存在行存储器33中的列噪声分量中减去VOPB区B的黑色电平值a(偏移分量)。列噪声校正器34执行从有效像素区A的像素信号中减去已减去了VOPB区B的黑色电平值的列噪声分量的处理。通过该相减处理，列噪声校正器34可以校正包含在有效像素区A的像素信号中的列噪声，并且维持有效像素区的黑色电平值为0。
在本实施例中，列噪声分量检测器32对有效像素区A、VOPB区、和HOPB区C的黑色电平值进行检测。然而，在每个区域中检测黑色电平值的位置没有特别的限定。例如，可以采用这样一种结构，如图7中的虚线表示，可以在AFE部30和数字箝位器31之间设置用于检测黑色电平值的黑色电平值检测器37。
在这种情况下，黑色电平值检测器37可根据从AFE部30提供的像素信号检测VOPB区B、HOPB区C、和由机械快门遮光的有效像素区A的黑色电平值。黑色电平值检测器37向数字箝位器31提供HOPB区C的黑色电平值。
如果如上所述那样设置黑色电平值检测器37，列噪声分量检测器32则不检测有效像素区A、VOPB区B、或HOPB区C的黑色电平值。
数字箝位器31执行从由AFE部30提供的有效像素区A和VOPB区B的像素信号中减去由黑色电平值检测器37提供的HOPB区C的黑色电平值的处理。数字箝位器31将从有效像素区A的像素信号中减去HOPB区C的黑色电平值获得的信号提供给列噪声校正器34。同样，数字箝位器31将从VOPB区B的像素信号中减去HOPB区C的黑色电平值获得的信号提供给列噪声分量检测器32。
控制器36计算由黑色电平值检测器37提供的各个区域的黑色电平值之间的差值，并产生对应于差值的控制信号。控制器36将产生的控制信号提供给列噪声校正器34。控制器36和列噪声校正器34的操作与上述的步骤ST4和ST5及步骤ST7和ST8相似。
因此，根据本发明的图像摄取装置1可检测出由固态图像摄取元件12的机械快门遮光的有效像素区A、VOPB区B、和HOPB区C的黑色电平值。根据四种模式控制列噪声校正器34：VOPB区B和有效像素区A的黑色电平值彼此相等时；VOPB区B的黑色电平值相比于HOPB区C的电平值更接近有效像素区A的黑色电平值但是或多或少存在差异；HOPB区C的电平值与有效像素区A的黑色电平值彼此相等；以及HOPB区C的黑色电平值相比于VOPB区B的电平值更接近有效像素区A的黑色电平值但是或多或少存在差异。因此，当校正包括在有效像素区A的像素信号中的列噪声时，有效像素区A的黑色电平值可以被调节为0。
在如图13所示的图像摄取装置1中，像素部的内部温度随着装置执行摄取物体等的图像的操作而上升或下降。依照这种上升或下降，从像素部的各个区域(例如，有效像素区A、VOPB区B、和HOPB区C)输出的像素信号的黑色电平值也上升或下降。然而，内部温度上升或下降的量对于像素部分的每个区域都是相同的。因此，根据本发明的图像摄取装置1可以具有如下的结构。例如，当启动电源时，检测出在机械快门模式下的有效像素区A的黑色电平值BL_ef0和HOPB区C的黑色电平值BL_hopb0，并获得黑色电平值的差值(ΔBL＝BL_ef0-BL_hopb0)(其中，黑色电平值的差值ΔBL在被检测到后不会改变)。当校正列噪声时，根据像素部的内部温度的上升或下降，执行预定的校正。
通过采用这种结构，即使由于内部温度的上升或下降而使黑色电平值发生改变时，根据本发明的图像摄取装置1也可以在完成有效像素区A的像素信号中包含的列噪声校正的同时，将有效像素区A的黑色电平值调节为0。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
Claims (14)
1.一种图像摄取装置，包括：
固态图像摄取元件，所述固态图像摄取元件包括：
像素部，所述像素部包括均匀排列在行列矩阵中的多个像素，并且所述像素部包括将被光照射的有效像素区和光的照射被遮挡的垂直遮光像素区和水平遮光像素区，
垂直扫描电路，用于控制排列在同一行中并通过垂直选择线共同连接的像素的控制电极，
水平扫描电路，用于控制共同连接到排列在同一列中的像素的主电极上的垂直信号线的控制电极，从而以行为单位向水平信号线依次输出像素信号，所述像素信号经由所述垂直信号线输出，以及
输出电路，用于输出来自所述水平信号线的像素信号；
遮光装置，用于遮挡照射在所述有效像素区上的光；
黑色电平值检测装置，用于根据从所述固态图像摄取元件的所述输出电路输出的像素信号，检测所述垂直遮光像素区、所述水平遮光像素区、以及光线被所述遮光装置遮挡的所述有效像素区的黑色电平值；
比较装置，用于比较由所述黑色电平值检测装置检测到的各个区域的黑色电平值；
噪声分量检测装置，用于检测包含于从排列在所述垂直遮光像素区的像素中输出的像素信号中的噪声分量；
噪声校正装置，用于根据由所述噪声分量检测装置检测的所述噪声分量，校正包含于从排列在所述有效像素区中的像素输出的像素信号中的噪声；以及
控制装置，用于根据所述比较装置的比较结果，控制所述噪声分量检测装置和所述噪声校正装置。
2.根据权利要求1所述的图像摄取装置，还包括黑色电平值相减装置，用于从由所述固态图像摄取元件的所述输出电路输出的所述垂直遮光像素区的像素信号中减去由所述黑色电平值检测装置检测到的所述水平遮光像素区的黑色电平值，并且从由所述固态图像摄取元件的所述输出电路输出的所述有效像素区的像素信号中减去由所述黑色电值平检测装置检测到的所述水平遮光像素区的黑色电平，其中
所述噪声分量检测装置检测包含于来自所述垂直遮光像素区的、已通过所述黑色电平值相减装置进行了黑色电平值的相减处理的像素信号中的噪声分量，以及
所述噪声校正装置校正包含于来自所述有效像素区的、已通过所述黑色电平值相减装置进行了黑色电平值的相减处理的像素信号中的噪声。
3.根据权利要求1所述的图像摄取装置，其中，如果所述水平遮光像素区和所述有效像素区的黑色电平值彼此相等，则所述控制装置执行从所述噪声分量检测装置检测到的所述噪声分量中减去所述黑色电平值检测装置检测到的所述垂直遮光像素区的黑色电平值的偏移量的处理，并且基于由所述相减处理得到的噪声分量控制所述噪声校正装置校正噪声。
4.根据权利要求2所述的图像摄取装置，其中，如果所述垂直遮光像素区的黑色电平值接近所述有效像素区的黑色电平值，则所述控制装置：控制所述黑色电平值相减装置从所述垂直遮光像素区的像素信号中减去所述水平遮光像素区的黑色电平值，按照所述水平遮光像素区的黑色电平值和所述有效像素区的黑色电平值之间的差值确定减去的量；并控制所述黑色电平值相减装置从所述有效像素区的像素信号中减去所述水平遮光像素区的黑色电平值，按照所述水平遮光像素区的黑色电平值和所述有效像素区的黑色电平值之间的差值确定减去的量；以及控制所述噪声校正装置执行从所述噪声分量检测装置检测到的所述噪声分量中减去所述垂直遮光像素区的黑色电平值的偏移量的处理，并基于由所述相减处理得到的所述噪声分量校正噪声。
5.根据权利要求2所述的图像摄取装置，其中，如果所述水平遮光像素区的黑色电平值接近所述有效像素区的黑色电平值，则所述控制装置控制所述黑色电平值相减装置从所述噪声分量检测装置检测到的所述噪声分量中减去所述垂直遮光像素区的黑色电平值和所述有效像素区的黑色电平值之间的差值，并且基于由所述相减处理得到的所述噪声分量校正噪声。
6.根据权利要求1所述的图像摄取装置，其中，所述黑色电平值检测装置检测从排列在垂直光学黑体区中作为所述垂直遮光像素区的像素中、排列在水平光学黑体区中作为所述水平遮光像素区的像素中、以及排列在由所述遮光装置将光遮挡的所述有效像素区的像素中输出的像素信号的各个黑色电平值。
7.根据权利要求1所述的图像摄取装置，其中，所述遮光装置通过机械快门遮挡允许进入到所述有效像素区中的光。
8.一种用于包括固态图像摄取元件的图像摄取装置的信号处理方法，所述固态图像摄取元件具有：
像素部，所述像素部包括均匀排列在行列矩阵中的多个像素，并且所述像素部包括将被光照射的有效像素区和光的照射被遮挡的垂直遮光像素区和水平遮光像素区，
垂直扫描电路，用于控制排列在同一行中并通过垂直选择线共同连接的像素的控制电极，
水平扫描电路，用于控制共同连接到排列在同一列中的像素的主电极上的垂直信号线的控制电极，从而以行为单位向水平信号线依次输出像素信号，所述像素信号经由所述垂直信号线输出，以及
输出电路，用于输出来自所述水平信号线的像素信号；所述方法包括：
遮光步骤，遮挡照射在所述有效像素区上的光；
黑色电平值检测步骤，基于从所述固态图像摄取元件的所述输出电路输出的像素信号，检测所述垂直遮光像素区、所述水平遮光像素区、以及已在所述遮光步骤中被遮光的所述有效像素区的黑色电平值；
比较步骤，比较在所述黑色电平值检测步骤中检测到的各个区域的黑色电平值；
噪声分量检测步骤，检测包含于从排列在所述垂直遮光像素区中的像素输出的像素信号中的噪声分量；
噪声校正步骤，基于在所述噪声分量检测步骤中检测到的所述噪声分量，校正包含于从排列在所述有效像素区中的像素输出的像素信号中的噪声；以及
控制步骤，基于所述比较步骤的比较结果，控制所述噪声分量检测步骤和所述噪声校正步骤。
9.根据权利要求8所述的信号处理方法，其中，还包括黑色电平值相减步骤，用于从由所述固态图像摄取元件的所述输出电路输出的所述垂直遮光像素区的像素信号中减去在所述黑色电平值检测步骤中检测到的所述水平遮光像素区的黑色电平值，并从由所述固态图像摄取元件的所述输出电路输出的所述有效像素区的像素信号中减去在所述黑色电平值检测步骤中检测到的所述水平遮光像素区的黑色电平值，其中
在所述噪声分量检测步骤中，检测包含在来自所述垂直遮光像素区的、已在所述黑色电平值相减步骤中进行了黑色电平值的相减处理的所述像素信号中的噪声分量，以及
在所述噪声校正步骤中，校正包含在来自所述有效像素区的、已在所述黑色电平值相减步骤中进行了黑色电平值的相减处理的所述像素信号中的噪声。
10.根据权利要求8所述的信号处理方法，其中，如果所述水平遮光像素区和所述有效像素区的所述黑色电平值彼此相等，则执行从在所述噪声分量检测步骤中检测到的所述噪声分量中减去在所述黑色电平值检测步骤中检测到的所述垂直遮光像素区的黑色电平值的偏移量的处理，并且在所述噪声校正步骤中，基于由所述相减处理得到的噪声分量校正噪声。
11.根据权利要求9所述的信号处理方法，其中，如果所述垂直遮光像素区的黑色电平值接近所述有效像素区的黑色电平值，则在所述黑色电平值相减步骤中：从来自所述垂直遮光像素区的像素信号中减去所述水平遮光像素区的黑色电平值，按照所述水平遮光像素区的黑色电平值和所述有效像素区的黑色电平值之间的差值确定减去的量；并从来自所述有效像素区的像素信号中减去所述水平遮光像素区的黑色电平值，按照所述水平遮光像素区的黑色电平值和所述有效像素区的黑色电平值之间的差值确定减去的量；以及执行从由所述噪声分量检测步骤中检测到的所述噪声分量中减去所述垂直遮光像素区的黑色电平值的偏移量的处理，并在所述噪声校正步骤中，基于由所述相减处理得到的所述噪声分量校正噪声。
12.根据权利要求8所述的信号处理方法，其中，如果所述水平遮光像素区的黑色电平值接近所述有效像素区的黑色电平值，则执行从在所述噪声分量检测步骤中检测到的所述噪声分量中减去所述垂直遮光像素区的黑色电平值和所述有效像素区的黑色电平值之间的差值的处理，并且基于由所述相减处理得到的所述噪声分量校正噪声。
13.根据权利要求8所述的信号处理方法，其中，在所述黑色电平值检测步骤中，检测从排列在垂直光学黑体区中作为所述垂直遮光像素区的像素中、排列在水平光学黑体区中作为所述水平遮光像素区的像素中、以及排列在由所述遮光装置将光遮挡的所述有效像素区的像素中输出的像素信号的各个黑色电平值。
14.根据权利要求8所述的信号处理方法，其中，在所述遮光步骤中，通过机械快门遮挡允许进入到所述有效像素区中的光。
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