CN101370082A - 扩展动态范围图像传感器 - Google Patents

扩展动态范围图像传感器 Download PDF

Info

Publication number
CN101370082A
CN101370082A CNA2008101497228A CN200810149722A CN101370082A CN 101370082 A CN101370082 A CN 101370082A CN A2008101497228 A CNA2008101497228 A CN A2008101497228A CN 200810149722 A CN200810149722 A CN 200810149722A CN 101370082 A CN101370082 A CN 101370082A
Authority
CN
China
Prior art keywords
charge capacity
curve
pixel
charge
photodiode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CNA2008101497228A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101370082B (zh
Inventor
C·帕克斯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Semiconductor Components Industries LLC
Original Assignee
Eastman Kodak Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Eastman Kodak Co filed Critical Eastman Kodak Co
Publication of CN101370082A publication Critical patent/CN101370082A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101370082B publication Critical patent/CN101370082B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/50—Control of the SSIS exposure
    • H04N25/57—Control of the dynamic range
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/60—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise
    • H04N25/67—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise applied to fixed-pattern noise, e.g. non-uniformity of response
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/50—Control of the SSIS exposure
    • H04N25/57—Control of the dynamic range
    • H04N25/571—Control of the dynamic range involving a non-linear response
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/50—Control of the SSIS exposure
    • H04N25/57—Control of the dynamic range
    • H04N25/571—Control of the dynamic range involving a non-linear response
    • H04N25/575—Control of the dynamic range involving a non-linear response with a response composed of multiple slopes
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/50—Control of the SSIS exposure
    • H04N25/57—Control of the dynamic range
    • H04N25/59—Control of the dynamic range by controlling the amount of charge storable in the pixel, e.g. modification of the charge conversion ratio of the floating node capacitance
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/60—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/60—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise
    • H04N25/62—Detection or reduction of noise due to excess charges produced by the exposure, e.g. smear, blooming, ghost image, crosstalk or leakage between pixels
    • H04N25/621—Detection or reduction of noise due to excess charges produced by the exposure, e.g. smear, blooming, ghost image, crosstalk or leakage between pixels for the control of blooming
    • H04N25/622—Detection or reduction of noise due to excess charges produced by the exposure, e.g. smear, blooming, ghost image, crosstalk or leakage between pixels for the control of blooming by controlling anti-blooming drains
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/71—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/71—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
    • H04N25/73—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors using interline transfer [IT]

Abstract

一种图像传感器，包括：多个像素，其中至少两个或更多像素具有用于在积累时间期间改变电荷容量的电荷控制结构；其中在基本上曝光时间开始时通过电荷控制结构或读出机构将电荷容量变为基本为零，在曝光时间期间通过电荷控制结构改变电荷容量，从而使得该像素光响应曲线基本上没有线性部分。

Description

扩展动态范围图像传感器
技术领域
本发明涉及图像传感器领域，所述图像传感器具有多个像素，这些像素可以在积累期间改变其电荷量，从而提高扩展动态范围。
背景技术
当人们观察现实世界时，眼睛能够看到很宽范围的亮度级.当观察相同场景的图片时，人们希望会看到相同的范围.但是人们经常会忘掉，当他在观看真实世界时，当他看过亮的区域后再看暗的区域时，眼睛会通过虹膜不断地调整光强度。当外界为明亮的太阳光时，不论眼睛怎样努力，明亮的太阳光都会阻止眼睛使其不能看到处于阴影中的细节.然而，照片却能够表现阴影中的细节.但是，相纸不可能反射出足够的光线来实现由太阳产生的亮度级范围.针对相纸或能够发射光的显示器的有限的显示范围，提出的解决方案就是增强图像较暗部分并减弱较亮部分的强度范围.
当图像传感设备捕捉到一个场景时，它通常会输出一个信号电平，该信号电平与图像场景的亮度级成线性比例关系。在图像显示输出或在图像捕捉和显示之间的某些中间步骤中，图像的较暗部分被增强而图像的较亮部分被减弱。
图像传感器的动态范围被定义为最大信号电平除以暗噪声信号.如果输出必须为线性，则增强动态范围的唯一途径就是增加最大信号电平或减小暗噪声电平。但是这在需要将动态范围增加8倍或更多时会非常困难。而将数字显示器的比特深度再增加3比特却是可以等效的。
另一种方法是在图像传感设备进行图像捕捉时，扩大暗信号并抑制亮信号。例如，在包括例如光敏电容或光电二极管等电荷收集光敏元件阵列的图像传感设备中，当在光敏元件正在积累光产生的电荷的同时改变电荷容量(charge capacity)，可以扩展光敏元件的动态范围.这个技术已经为本领域公知，并在US专利3919587中首先进行了描述，其中表面沟道CCD电荷容量在图像曝光期间被改变.该技术同样可以应用于CMOS成象器上的垂直溢漏(overflow drain)型电荷容量控制结构(US专利4626915)和垂直溢漏行间CCD成像器(US专利4926247)。横向型的溢漏电荷容量控制也可以用于行间和CMOS成像器，其方式与US专利5276520中描述的一样.描述其它变化方式的专利包括US专利4598414，5589880，5602407，6008486，6040570，3953733，4377755，4584606，5295001，5406391，6101294和6188433B1.
为了简明起见，下面仅对垂直溢漏(VOD)类型的电荷容量控制结构进行说明。大家都知道，相同的原理也同样适用于横向电荷容量控制结构。动态范围的根本问题是对应经过硅光电二极管表面的每个光子来说，仅产生一个电子。这是一个线性过程.参照1中的曲线A，长时间曝光可以在较低亮度级时就获得较高的信号电平，但是它在较高的亮度级时上很快就会饱和.为了在较高亮度级时获得良好的图像，必须使用很短的曝光时间(如曲线B所示).曲线B的缺点在于低亮度级。当亮度级为25％时，短曝光曲线B仅有2000个电子，而长曝光曲线A可以产生10000个电子.相对于噪声比曲线B的信号差得多.
具有如曲线C所表示的光响应曲线的图像传感器可能会更好.他在较低的亮度级就可以响应出与长时间曝光情况类似的光.但是如果该像素被曝光到更亮的光，则该像素对高于20000电子以上的光会变得不太敏感。曲线C为长时间曝光和短时间曝光的组合.
如果考虑两种曝光，例如可以将一次10ms的长时间曝光和一次1ms的短时间曝光结合.通过利用1ms图像中的未饱和像素替换10ms图像中的饱和像素，这两次曝光可以产生一个扩展了动态范围的图像.这实际上是具有显著缺点的陈旧技术.在很短的时间段内，不可能从图像传感器中读出两个图像.具有数百万的像素的传感器可能需要200ms或更长时间才能被读取。这会导致两次曝光之间需要太长的时间。图像中的目标在200ms中会移动，从而使这两次曝光在空间中不能重叠。
代替在10ms曝光后再进行第二次1ms的曝光，而是采用在两个步骤中改变电荷容量的同时进行一次曝光。参照图2，在9ms使用结束时，图像传感器的电子快门能力将电荷容量限制为20000电子或更少.通常使用电子快门来完全清空所有电子的光电二极管.不存在任何结构可以防止部分地打开电子快门，从而将任何饱和光电二极管限制为20000电子。该部分的电子快门不会影响任何包含少于20000电子的光电二极管。在将电荷容量限制为20000的时间达到9ms时，将电荷容量增加为40000电子并等待1ms从而在已经在光电二极管中的部分上增加另一次较短的曝光.此时，每个光电二极管都已经被曝光达到10ms。
最终的结果是图像传感器将具有光响应曲线C(图1)。该曲线C对于低亮度级的敏感度与长曝光曲线A相同。它对于超出长曝光饱和点之外400％的亮度级同样敏感.这种高出四倍的光敏感度使动态范围增加了2比特。
尽管该文献描述了扩展图像传感器的动态范围，但是本方法并未广泛使用。这是因为该方法存在一个根本缺陷.该控制光敏元件的电荷容量的方法对于一个元件(或像素)与下一个元件是非常不均匀的.一些施加的电压经常会控制电荷容量。对于任何给定的控制电压，各像素的电荷容量可以变化10％或更多.这种变化表明其自身就是图像中令人讨厌的固定图形噪声。参照图3，其中示出了两个独立像素的光响应曲线。在低亮度级，像素对于给定照明具有相同的信号。但是，一旦该曲线变得倾斜，这些像素就不再具有相同的光响应。在较早的例子中，这种现象出现在曝光的第一次9ms中，此时电荷容量被限制为20000电子.该缺点在于，对于给定的电荷容量控制电压，这两个像素并不具有完全相同的电荷容量.在高电平时不同的光响应导致差的图像质量(固定图形噪声)。该固定图形噪声不能被校正，但是它需要数字照相机存储与各像素的光响应相关的详细信息.与该倾斜在哪个亮度级变化、高亮度级偏移、以及两种倾斜之间的过渡区相关的信息都必须被存储.这会占用存储器中很大的一部分容量，因此是该技术不能被广泛使用的主要原因.
综上所述，现有技术都没有提供可以消除该固定图形噪声的简单的方法.
发明内容
本发明的目的是克服上述的一个或多个问题.简单地概括，根据本发明的一个方面，本发明在于一种图像传感器，包括:多个像素，其中至少两个或更多像素具有用于在积累时间期间改变电荷容量的电荷控制结构；其中在所述积累时间开始时通过电荷控制结构或读出机构将电荷容量变为零，在所述积累时间期间通过电荷控制结构改变电荷容量，从而使得该像素光响应曲线没有线性部分；和用于将每个像素与为该像素确定的恒定的值相乘来补偿电荷容量变化，使得所有像素光响应曲线都相等的装置.
本发明还提供一种照相机，包括:图像传感器，它包括多个像素，其中至少两个或更多像素具有用于在积累时间期间改变电荷容量的电荷控制结构；其中在所述积累时间开始时通过电荷控制结构或读出机构将电荷容量变为零，在所述积累时间期间通过电荷控制结构改变电荷容量，从而使得该像素光响应曲线没有线性部分；和用于将每个像素与为该像素确定的恒定的值相乘来补偿电荷容量变化，使得所有像素光响应曲线都相等的装置.
在参照附图的情况下，通过阅读后面的最佳实施例的详细描述和权利要求，可以更清楚理解和正确评价本发明的这些和其它方面、目的、特征和优点。
本发明的优点
本发明的优点在于可以提供一种简单的方法来校正装置的固定图形噪声，从而扩展图像传感器的动态范围.
附图说明
图1为现有技术附图，示出亮度级与信号的关系；
图2为现有技术附图，示出电荷容量与时间的关系；
图3为现有技术附图，示出两个相邻像素的光响应；
图4为本发明图像传感器的顶视图；
图5为图4所示图像传感器的侧视图；
图6a-6d示出从硅光电二极管表面经过垂直溢漏向下延伸并进入衬底的势能轮廓线；
图7示出对应多个曝光时间的亮度级与信号的曲线；
图8示出对于图7中的响应曲线，电荷容量与时间的曲线；
图9示出亮度级与通过改变部分电子快门的幅度而产生的信号之间的曲线；
图10示出对应图9中响应曲线的电荷容量和时间之间的曲线；
图11示出亮度级和信号之间的曲线，其中该信号的代表性部分具有三个斜率；
图12示出对应图11中的响应曲线的电荷容量和时间的曲线；
图13示出对于在积累期间改变后的电荷容量，亮度级与信号之间的曲线；
图14示出对于图13的响应曲线，电荷容量与时间之间的曲线；
图15示出亮度级与信号电平之间的曲线以提高动态范围；
图16示出对于图15中的响应曲线，电荷容量与时间之间的关系；
图17示出利用时间轴上的一系列脉冲模拟连续的电荷容量变化的曲线；
图18示出两个相邻的像素的曲线，其电荷在积累时间期间连续的变化；
图19示出图18中的像素的光响应，其中像素1与像素2相除；
图20为一数字照相机，其中示出本发明图像传感器的典型商用实施例。
具体实施方式
参照图4，其中示出行间CCD图像传感器100的基本结构.它包括一个光电二极管的阵列105，垂直CCD移位寄存器110与这些光电二极管105的每个列相邻。通过将光电二极管105中光产生的电荷经过转移区域125转移到垂直CCD110中，图像读出过程开始.然后所有列中的垂直CCD中的电荷都按照一次一行的方式被并行转移到水平CCD115中.然后按照一次一个像素的方式将被转移到水平CCD115中的各行串行转移到输出电荷传感节点120。
图5中示出经过光电二极管105和垂直CCD110的水平延伸的截面图。在最佳实施例中，整个结构都构建在n型硅衬底210上.在衬底210上形成一p阱205以便将该垂直CCDn型沟道200与衬底210隔离。经垂直CCD沟道200的电子的流动由多晶硅栅220来控制。垂直CCD沟道200还被不透明光屏蔽层225覆盖，从而防止在垂直CCD沟道200中直接光产生电子.在光屏蔽层225中有多个开口，从而允许光子穿过硅表面并在光电二极管105中产生电子.该光电二极管105被轻掺杂p型垂直溢漏215与衬底210分隔开。利用p+钉扎层(pinninglayer)230将光电二极管105的表面电势保持为0V，该p+钉扎层还作为光电二极管105与垂直CCD沟道200之间的分隔器。
光电二极管105的电荷容量是由施加到衬底210上的电压来控制的.如图6a-6d所示，衬底210上的控制电压影响光电二极管105和衬底210之间的势能能障。在图6a中，在将表面电势保持为0V的表面钉扎层230中有多个空穴310(正电荷载体).硅中的掺杂级将随着深度而变化，从而在光电二极管105中形成势能阱，光产生的电子300可以收集在这里.图6a示出的情况中的衬底210电压为14V，该电压设定光电二极管105的电荷容量为20000电子或更少.图6b示出当光电二极管中充满电荷时所发生的情况，超出的电子将在垂直溢漏215上溢出并被衬底210收集。如图6c所示，光电二极管的电荷容量可以利用衬底电压来调节，其中衬底电压被降低为9V，从而将光电二极管容量增加到40000电子。图6d示出怎样将衬底电压增加的足够高，从而完全去除垂直溢漏阻挡层和将光电二极管容量降低为零。这些都是公知用于实现行间CCD中电子快门的方式.
现在描述控制光电二极管电荷容量的能力怎样导致一个非线性的光响应.图7中的具有两个斜率的线性曲线C是最容易理解的。调节光电二极管的电荷容量可以定制光响应曲线.较低亮度级处的光响应斜率是由图像传感器的量子效率来决定的。高亮度级处的斜率是由光电二极管电荷容量被重设为20000电子之前和之后的时间比来设定的.
在曝光时间的90％时将光电二极管的电荷容量降低为20000电子可以产生图7中的光响应曲线C。该光响应曲线的斜率比全部100％曝光的斜率(图7中的曲线A)的少90％/10％＝9倍.曲线B和D示出分别在95％和85％的曝光时间处将光电二极管的电荷容量降低为20000电子的情况。图8示出对于图7中的各曲线，光电二极管的电荷容量与时间的关系。
光响应曲线的斜率变化时的信号电平是由光电二极管电荷容量被重置的值来设定的。对于图9中的各曲线，部分电子快门是同时完成的，因此他们在较高亮度级时具有相同的斜率(除了曲线A，其电荷容量在曝光期间不会变化).图10示出对于图9中的各曲线，光电二极管的电荷容量与时间的关系。
图11示出光响应并不仅局限于图7和9中所示的两种斜率。图11中光响应变化斜率的位置是由图12中电荷容量阶变的幅度来决定的(曲线B)，例如曲线B中有三次阶变.电荷容量变化的时序决定了光响应曲线的斜率.
如果进一步增加电荷容量变化，则可能获得如图13中所示的、与曲线A对比的具有连续的光响应变化的曲线B，在曲线A中电荷容量在曝光期间一直是恒定的。图14中的电荷容量变化可能在曝光时间期间内发生很多次或连续的发生，从而可以产生一个平滑的非线性光响应曲线。
图13的非线性光响应曲线看起来有些像用于显示图像的伽马校正.但是它在还是减弱了太多处于低亮度级的信号，并仅使高亮度灵敏度提高了2.5倍(2.5X).该方案不会使用图14中的电荷容量直线线性倾斜.
图15中改进的光响应曲线C所具有的动态范围是曲线A的4倍.这是通过修改图16中的电荷容量曲线B的线性直线倾斜而获得的。曲线C开始在曝光时间的前面部分更快地增加电荷容量.这样就改善了低亮度级光响应.然后在近似于曝光时间的中间时，电荷容量增加地更为缓慢，直到在最后5％的曝光时间内快速地增加到40000电子。这样就扩展了高亮度灵敏度.为了调节光响应的低或高亮度灵敏度，可以在曲线C上移动两个节点，其移动方向由箭头E和F表示。
根据下列的约束条件，可以生成任何光响应曲线:
●第一导数为正；
●第二导数小于或等于零；
●光响应小于当电荷容量保持为恒定时的情况.
与图17所示曲线C中不断改变电荷容量不同，应当如图17的曲线B中所示，电荷容量呈脉冲形式。这些脉冲幅度的包络线形成曲线C。对电荷容量的脉冲调制在某些数字照相机设计中具有优点。这是因为改变行间CCD的电荷容量所需的衬底电压需要升到高于15V。高于15V的电压通常是比较难产生的。因此需要在15V或更低的电源基础上使用电荷泵电路来获得更高的电压。最简单的电荷泵电路只能产生持续非常短时间的较高电压。因此需要使用图17中所示的脉冲电荷容量技术。
现在应当考虑光响应均匀性的缺点。至此已经表明如果光电二极管的电荷容量在图像曝光期间被连续地改变，则该光电二极管将具有非线性光响应。图18示出两个相邻像素的光响应曲线。在这种情况下，如图16所示，电荷容量在整个曝光期间都在连续地变化.这两个相邻的像素具有细微不同的光响应.但是，光响应曲线的差别仅是一个恒定的乘数项.图19示出像素1的光响应除以像素2的光响应的比率。该比率在所有的亮度级上基本都是恒定的.这意味着由于溢漏变化导致图像中所有像素的光响应非均匀性可以通过为每个像素存储一个数字而得以校正.这个数字是一个增益校正项.该增益校正对所有的亮度级和所有的曝光时间来说都是恒定的.这极大地简化了数字照相机中的图像处理。
使用连续可变化的电荷容量来实现单项光响应非均匀性的校正在任何设计扩展动态范围的现有技术中都没有教导.
上面已经在行间CCD图像传感器的环境下描述了本发明.当行间CCD在视频模式下工作时，在光电二极管中收集图像，同时前一图像将被从垂直CCD中读出.垂直CCD中出现的电荷信息包将影响与该电荷信息包相邻的光电二极管的电荷容量。电荷容量的调整然后会改变通过改变光电二极管的电荷容量而产生的光响应曲线.对这个问题的解决方法是在光电二极管中不再开始下一图像的积累，直到前一图像已经被读出垂直CCD为止。
图像传感器涉及领域的技术人员应该能够直接认识到，本发明还可应用于具有可控水平或垂直溢漏电荷容量控制结构的全帧CCD类型的图像传感器。而且，很明显使用光电二极管或光电容器的CMOS类型成像器也可以使用垂直或水平溢漏电荷容量控制结构来实现本发明。虽然存在很多种图像传感器，但是他们都包含具有电荷容量控制结构的光产生电荷收集部位的基本结构。
图20示出数字照相机610，其使用了在具有固定图形噪声校正的扩展动态范围模式下操作的图像传感器600。该数字照相机中存储了增益校正项。当将这些增益校正项应用于像素以降低固定图形噪声后，执行进一步的图像处理。如果照相机中的图像传感器具有滤色镜阵列，例如Bayer滤色镜，则通常需要对线性数据进行滤色处理.可以使用内部的查找表将非线性光响应转换为线性光响应曲线.该查找表可以在照相机中产生和存储，从而与非线性光响应曲线匹配.该数字照相机还可选择性地使用配属或可拆卸的闪光照明单元620.
照相机还可以将图像传感器的曝光与闪光灯照明光源620同步.这种闪光灯只有很短的照明时间。为了利用闪光灯获得非线性光响应曲线，在闪光灯发光的时间段，会改变电荷容量。
在数字照相机的情况下，快门用于在图像传感器读出图像的同时阻挡光照到图像传感器上。如果需要闪光灯照明，则该快门还应当与外部闪光灯同步。
部件列表
100 图像传感器
105 光电二极管
110 CCD移位寄存器
115 水平CCD
120 电荷传感节点
125 传输区域
200 垂直CCD n型沟道
205 p阱
210 n型硅衬底
215 p型垂直溢漏
220 多晶硅栅
225 光屏蔽
230 钉扎层
300 光产生的电子
310 空穴(正电荷载流子)
600 图像传感器
610 数字照相机
620 照明单元
A 曲线
B 曲线
C 曲线
D 曲线
E 箭头
F 箭头

Claims (4)

1.一种用于校正与图像传感器相关的固定图形噪声的方法，所述图像传感器具有两个或者更多像素以及用于在积累时间期间改变所述两个或者更多像素的电荷容量的电荷控制结构，包括：
在积累时间开始时将每个像素的电荷容量基本上设置为零；
在整个所述积累时间改变每个像素的电荷容量，使得该像素光响应曲线基本上没有基本线性部分；和
将每个像素与为该像素确定的恒定的值相乘来补偿电荷容量变化，使得所有像素光响应曲线都基本相等.
2.如权利要求1所述的方法，还包括将光响应曲线转换为线性空间。
3.如权利要求1所述的方法，还包括给电荷容量加以脉冲，从而基本上再现光响应曲线.
4.如权利要求1所述的方法，还包括存储所述恒定的值.
CN2008101497228A 2004-03-25 2005-03-22 扩展动态范围图像传感器 Expired - Fee Related CN101370082B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US10/809,073 US20050212936A1 (en) 2004-03-25 2004-03-25 Extended dynamic range image sensor with fixed pattern noise reduction
US10/809073 2004-03-25

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2005800096696A Division CN100438578C (zh) 2004-03-25 2005-03-22 扩展动态范围图像传感器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101370082A true CN101370082A (zh) 2009-02-18
CN101370082B CN101370082B (zh) 2011-05-25

Family

ID=34963428

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2005800096696A Expired - Fee Related CN100438578C (zh) 2004-03-25 2005-03-22 扩展动态范围图像传感器
CN2008101497228A Expired - Fee Related CN101370082B (zh) 2004-03-25 2005-03-22 扩展动态范围图像传感器

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2005800096696A Expired - Fee Related CN100438578C (zh) 2004-03-25 2005-03-22 扩展动态范围图像传感器

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20050212936A1 (zh)
EP (2) EP1728384A1 (zh)
JP (1) JP2007531406A (zh)
KR (1) KR20070014137A (zh)
CN (2) CN100438578C (zh)
WO (1) WO2005096620A1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107306344A (zh) * 2016-04-20 2017-10-31 格科微电子（上海）有限公司 高动态范围图像传感器的实现方法
CN109040608A (zh) * 2018-08-20 2018-12-18 上海晔芯电子科技有限公司 一种单帧高动态范围成像方法及系统

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7402882B2 (en) * 2004-08-23 2008-07-22 Eastman Kodak Company Methods to eliminate amplifier glowing artifact in digital images captured by an image sensor
JP2006108379A (ja) * 2004-10-05 2006-04-20 Sony Corp 固体撮像素子及びその駆動方法
JP2008017176A (ja) * 2006-07-06 2008-01-24 Sony Corp 画像処理装置および方法、並びにプログラム
US8269852B2 (en) * 2007-09-14 2012-09-18 Ricoh Company, Ltd. Imaging apparatus and imaging method
US7920193B2 (en) * 2007-10-23 2011-04-05 Aptina Imaging Corporation Methods, systems and apparatuses using barrier self-calibration for high dynamic range imagers
GB2468668B (en) * 2009-03-17 2014-07-16 E2V Tech Uk Ltd CCD imaging array with extended dynamic range
US8576292B2 (en) * 2010-04-30 2013-11-05 Exelis, Inc. High dynamic range approach for a CMOS imager using a rolling shutter and a gated photocathode
CN110149485B (zh) * 2012-03-30 2022-04-19 株式会社尼康 拍摄单元及拍摄装置

Family Cites Families (43)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS561742B2 (zh) * 1972-12-08 1981-01-14
US3953733A (en) * 1975-05-21 1976-04-27 Rca Corporation Method of operating imagers
US4377755A (en) * 1980-07-15 1983-03-22 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Signal compressor apparatus
US4598414A (en) * 1981-12-18 1986-07-01 Honeywell Inc. Input compression apparatus for charge coupled devices
JPS6020687A (ja) * 1983-07-15 1985-02-01 Nippon Kogaku Kk <Nikon> 電子スチルカメラ
US4584606A (en) * 1983-09-01 1986-04-22 Olympus Optical Co., Ltd. Image pickup means
JPS61253978A (ja) * 1985-05-02 1986-11-11 Fujitsu Ltd 撮像装置
JPS6281183A (ja) * 1985-10-02 1987-04-14 Canon Inc 非線形光電変換装置
JPH0815322B2 (ja) * 1986-05-21 1996-02-14 キヤノン株式会社 固体撮像装置
US4926247A (en) * 1986-10-15 1990-05-15 Olympus Optical Co., Ltd. Color imaging apparatus including a means for electronically non-linearly expanding and compressing dynamic range of an image signal
US4875100A (en) * 1986-10-23 1989-10-17 Sony Corporation Electronic shutter for a CCD image sensor
NL8700282A (nl) * 1987-02-06 1988-09-01 Philips Nv Ladingsgekoppelde inrichting en camera voorzien van een dergelijke inrichting.
US5341220A (en) * 1990-01-08 1994-08-23 Nikon Corporation Still picture imaging apparatus having an improved automatic exposure control and reduction in power consumption
US5055667A (en) * 1990-06-21 1991-10-08 Loral Fairchild Corporation Non-linear photosite response in CCD imagers
US5264940A (en) * 1990-10-08 1993-11-23 Olympus Optical Co., Ltd. Image sensing apparatus having exposure level and dynamic range control circuit
US5295001A (en) * 1990-11-01 1994-03-15 Canon Kabushiki Kaisha Image sensing apparatus having tone control function
US5276520A (en) * 1991-06-07 1994-01-04 Eastman Kodak Company Enhancing exposure latitude of image sensors
US5185666A (en) * 1991-08-05 1993-02-09 Sony Corporation Of America Digitized film image processing system with bordered split screen display
US5283426A (en) * 1993-05-17 1994-02-01 X-Ray Scanner Corporation Methods and apparatus for obtaining nonlinear responses from photodetector arrays
JPH07212645A (ja) * 1994-01-25 1995-08-11 Hitachi Denshi Ltd テレビジョンカメラ
DE19519743A1 (de) * 1994-05-31 1995-12-07 Dalsa Inc Photodetektor mit schaltungsgesteuerten CCD-Elektroden
JP3509448B2 (ja) * 1996-04-12 2004-03-22 ソニー株式会社 ビデオカメラ装置、映像信号処理装置、カラー映像信号のレベル圧縮方法および階調変換方法
CN1209930A (zh) * 1996-10-31 1999-03-03 马库斯·伯姆 用于短期曝光的彩色图象传感器
US6101294A (en) * 1997-06-02 2000-08-08 Sarnoff Corporation Extended dynamic imaging system and method
US6008486A (en) * 1997-12-31 1999-12-28 Gentex Corporation Wide dynamic range optical sensor
US6040570A (en) * 1998-05-29 2000-03-21 Sarnoff Corporation Extended dynamic range image sensor system
JP2000092395A (ja) * 1998-09-11 2000-03-31 Nec Corp 固体撮像装置およびその駆動方法
JP2000134546A (ja) * 1998-10-27 2000-05-12 Sanyo Electric Co Ltd 固体撮像素子の駆動方法
US6249358B1 (en) * 1998-12-23 2001-06-19 Eastman Kodak Company Method of scanning photographic film images using selectively determined system response gain calibration
US6232626B1 (en) * 1999-02-01 2001-05-15 Micron Technology, Inc. Trench photosensor for a CMOS imager
US6188433B1 (en) * 1999-02-02 2001-02-13 Ball Aerospace & Technologies Corp. Method and apparatus for enhancing the dynamic range of a CCD sensor
AU2112701A (en) * 1999-11-29 2001-06-04 Intel Corporation Image sensor bulk current feedback for controlling illumination
US7064781B1 (en) * 1999-12-17 2006-06-20 Xerox Corporation Apparatus and methods of calibrating pixel off set and pixel gain using digitial hardware
US6831684B1 (en) * 2000-05-09 2004-12-14 Pixim, Inc. Circuit and method for pixel rearrangement in a digital pixel sensor readout
US6348681B1 (en) * 2000-06-05 2002-02-19 National Semiconductor Corporation Method and circuit for setting breakpoints for active pixel sensor cell to achieve piecewise linear transfer function
US6600471B2 (en) * 2000-07-28 2003-07-29 Smal Camera Technologies, Inc. Precise MOS imager transfer function control for expanded dynamic range imaging
US7068396B1 (en) * 2000-11-21 2006-06-27 Eastman Kodak Company Method and apparatus for performing tone scale modifications on a sparsely sampled extended dynamic range digital image
US6859230B2 (en) * 2001-11-07 2005-02-22 Omnivision Technologies, Inc. Method of fast automatic exposure or gain control in a MOS image sensor
US6667769B2 (en) * 2001-12-10 2003-12-23 Motorola, Inc. Time integrating pixel sensor
US7133148B2 (en) * 2002-01-25 2006-11-07 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Digital camera for image device calibration
US7443427B2 (en) * 2002-08-23 2008-10-28 Micron Technology, Inc. Wide dynamic range linear-and-log active pixel
JP4207148B2 (ja) * 2003-01-21 2009-01-14 富士フイルム株式会社 デジタルカメラ
US7330208B2 (en) * 2004-03-08 2008-02-12 Eastman Kodak Company Electronic imaging system with adjusted dark floor correction

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107306344A (zh) * 2016-04-20 2017-10-31 格科微电子（上海）有限公司 高动态范围图像传感器的实现方法
CN109040608A (zh) * 2018-08-20 2018-12-18 上海晔芯电子科技有限公司 一种单帧高动态范围成像方法及系统
CN109040608B (zh) * 2018-08-20 2020-07-03 昆山晔芯电子科技有限公司 一种单帧高动态范围成像方法及系统

Also Published As

Publication number Publication date
US20050212936A1 (en) 2005-09-29
EP1728384A1 (en) 2006-12-06
CN101370082B (zh) 2011-05-25
CN100438578C (zh) 2008-11-26
CN1939049A (zh) 2007-03-28
EP2365691A1 (en) 2011-09-14
JP2007531406A (ja) 2007-11-01
KR20070014137A (ko) 2007-01-31
WO2005096620A1 (en) 2005-10-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101370082B (zh) 扩展动态范围图像传感器
CN204633945U (zh) 图像传感器、成像系统和处理器系统
CN109819184B (zh) 图像传感器及减少图像传感器固定图像噪声的方法
US6233013B1 (en) Color readout system for an active pixel image sensor
KR101867609B1 (ko) 고체 촬상 장치 및 전자 기기
CN101895695B (zh) 固态成像装置,其驱动方法和成像设备
KR102241072B1 (ko) 고체 촬상 소자 및 전자 기기
CN101536485A (zh) 传感器上的多图像存储
CN106559622A (zh) 具有闪烁抑制和高动态范围的成像系统
CN101278549A (zh) 多次曝光光学成像设备
CN102347341A (zh) 固态摄像器件、其驱动方法和电子装置
US20110101420A1 (en) Increasing full well capacity of a photodiode used in digital photography
KR100574959B1 (ko) 자동 노출 조절 기능을 갖는 시모스 이미지 센서
US11212457B2 (en) High dynamic range CMOS image sensor design
US10957725B2 (en) Imaging device and camera system, and driving method of imaging device
US20080018766A1 (en) Solid state image sensing device
US20060082670A1 (en) Interline CCD for still and video photography with extended dynamic range
JP2007013669A (ja) 画像入力装置及びその制御方法
US7098951B2 (en) Image pickup device with high contrast detection capability
JP2010016417A (ja) 撮像装置及び撮像装置の撮影制御方法
Hertel et al. An adaptive multiple-reset CMOS wide dynamic range imager for automotive vision applications
KR101536323B1 (ko) 플리커 노이즈 방지를 위한 씨모스 이미지 센서
Dierickx et al. A rad-hard, global shutter, true HDR, backside illuminated image sensor
JP2018170703A (ja) 撮像素子、撮像装置、及び撮像素子の制御方法
JP2000323747A (ja) 光電変換装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: IMAGE SENSOR TECHNOLOGIES ACQUISITION CORPORATION

Free format text: FORMER OWNER: EASTMAN KODAK COMPANY (US) 343 STATE STREET, ROCHESTER, NEW YORK

Effective date: 20120530

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
C56 Change in the name or address of the patentee

Owner name: CHUSAISI IMAGING CO., LTD.

Free format text: FORMER NAME: IMAGE SENSOR TECHNOLOGIES ACQUISITION CORPORATION

CP03 Change of name, title or address

Address after: American New York

Patentee after: Chu Saisi Imaging Co.,Ltd.

Address before: California, USA

Patentee before: Image sensing technology acquisition group

TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20120530

Address after: California, USA

Patentee after: Image sensing technology acquisition group

Address before: American New York

Patentee before: Eastman Kodak Co.

ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: SEMICONDUCTOR ELEMENT INDUSTRIES, INC.

Free format text: FORMER OWNER: CHUSAISI IMAGING LTD.

Effective date: 20140912

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20140912

Address after: Arizona USA

Patentee after: SEMICONDUCTOR COMPONENTS INDUSTRIES, LLC

Address before: American New York

Patentee before: Chu Saisi Imaging Co.,Ltd.

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20110525

Termination date: 20210322

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee