CN101674399B

CN101674399B - 成像设备和黑色电平的调整方法

Info

Publication number: CN101674399B
Application number: CN2009101614993A
Authority: CN
Inventors: 浮田真二; 喜多光昭
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2008-09-08
Filing date: 2009-08-06
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2029-08-06
Also published as: CN101674399A; US20100060768A1; JP2010068056A; US8120677B2; JP4743243B2

Abstract

本发明提供一种成像设备、黑色电平的调整方法和程序。根据本发明的成像设备设置有OB电平差校正单元，所述OB电平差校正单元通过下述方式来执行处理：将垂直前置级OB单元划分为位于沿垂直传送方向与有效像素单元相对的一侧上的第一区域、和位于有效像素单元一侧上并在第一区域之后被读出的第二区域，并且使用与从第一区域获得的暗电流相对应的信号和校正表格计算用于校正OB电平差的校正量，所述校正表格被描述有与在垂直前置级OB单元中产生的暗电流相对应的信号和OB电平差的关系，所述OB电平差是垂直前置级OB单元中的黑色电平和图像信号的黑色电平之间的差。

Description

成像设备和黑色电平的调整方法

技术领域

本发明涉及成像设备、黑色电平的调整方法和程序。

背景技术

近年来，CCD(电荷耦合器件)、CMOS(互补金属氧化物半导体)等已经被广泛用作数字静止照相机和数字摄像机的成像元件。在这样的成像元件中，已知被称为光学黑色电平差(下文中也称作OB电平差)的黑色电平(black level)的改变是由于诸如长时间曝光、增益提升(gain up)和温度升高的因素引起的。

为了校正这样的OB电平差并实现合适的黑色电平，日本专利申请公开No.2000-152098提出了一种在AD(模数)转换箝位后的图像信号之后检测OB电平差的方法。

发明内容

在日本专利申请公开No.2000-152098中描述的方法中，由于箝位处理，在输出值处产生负分量。然而，当输入具有负分量的信号时，设置在普通照相机中的AD转换器仅处理具有正分量的部分，因此可能不能准确地掌握暗电流的量值。

为了解决这样的问题，不仅考虑对正分量执行AD转换，还考虑对负分量执行AD转换。然而，在该情况下，AD转换电路和检测电路的位长变长了一位，因此出现了电路规模变成二倍的新问题。

还考虑了不执行箝位处理的方法，从而不产生具有负分量的信号。然而，由于图像信号的频率超过最大输出值而出现的动态范围的损失变大。

本发明解决上述问题和与传统方法和设备相关联的其它问题，并且希望提供能够准确地校正成像元件中出现的光学黑色电平差，而不涉及进一步添加传感器等和增大电路规模的新的、改进的成像设备、黑色电平的调整方法和程序。

根据本发明的一个实施例，提供一种成像设备，该成像设备包括：成像元件，包括用于将进入像素的光转换成信号电荷并将其作为有效像素信号输出的有效像素单元、和沿垂直传送方向设置在有效像素单元的前置级处的垂直前置级光学黑色单元(vertical pre-stageoptical black unit)，从遮光像素获得的信号被用作黑色电平的基准；存储单元，用于存储校正表格，所述校正表格被描述有与在垂直前置级光学黑色单元中产生的暗电流相对应的信号和光学黑色电平差的关系，所述光学黑色电平差是垂直前置级光学黑色单元中的黑色电平和图像信号的黑色电平之间的差；以及光学黑色电平差校正单元，用于通过下述方式来执行处理：将垂直前置级光学黑色单元划分为位于沿垂直传送方向与有效像素单元相对的一侧上的第一区域、和位于有效像素单元一侧上并在第一区域之后被读出的第二区域，并且使用与从第一区域获得的暗电流相对应的信号和校正表格计算用于校正光学黑色电平差的校正量。

根据这样的配置，有效像素单元将进入像素的光转换为信号电荷并将其作为有效像素信号输出；并且垂直前置级光学黑色单元沿垂直传送方向被设置在有效像素单元的前置级处，从遮光像素获得的信号被用作黑色电平的基准。存储单元存储校正表格，所述校正表格被描述有与在垂直前置级光学黑色单元中产生的暗电流相对应的信号和光学黑色电平差的关系，所述光学黑色电平差是垂直前置级光学黑色单元中的黑色电平和图像信号的黑色电平之间的差。光学黑色电平差校正单元通过下述方式执行处理：将垂直前置级光学黑色单元划分为位于沿垂直传送方向与有效像素单元相对的一侧上的第一区域、和位于有效像素单元一侧上并在第一区域之后被读出的第二区域，并且使用与从第一区域获得的暗电流相对应的信号和校正表格计算用于校正光学黑色电平差的校正量。

优选地，成像元件还包括沿垂直前置级光学黑色单元的垂直传送方向设置在前置级处的假像素(dummy pixel)单元，并且，光学黑色电平差校正单元基于与从第一区域获得的暗电流相对应的信号的量值和与从假像素单元获得的暗电流相对应的信号的量值之间的差参考校正表格，并计算对应于这样的差的光学黑色电平差的校正量。

优选地，基于与校正表格中描述的暗电流相对应的信号的量值和光学黑色电平差的量值、以及与从第一区域获得的暗电流相对应的信号的量值和与从假像素单元获得的暗电流相对应的信号的量值之间的差，光学黑色电平差校正单元通过线性插值计算校正量。

优选地，成像设备还包括用于对垂直前置级光学黑色单元进行箝位的箝位电路单元，并且箝位电路单元在第一区域中不执行箝位，而在第二区域中执行到预定电平的箝位。

根据本发明的另一个实施例，提供了一种黑色电平的调整方法，该调整方法包括下述步骤：从成像元件中的第一区域获取与暗电流相对应的信号，所述成像元件包括用于将进入像素的光转换成信号电荷并将其作为有效像素信号输出的有效像素单元、和沿垂直传送方向设置在有效像素单元的前置级处的垂直前置级光学黑色单元，其中从遮光像素获得的信号被用作黑色电平的基准，该第一区域位于沿垂直前置级光学黑色单元的垂直传送方向与有效像素单元相对的一侧上；以及使用校正表格和与从第一区域获得的暗电流相对应的信号计算要校正的光学黑色电平差的量值，所述校正表格被描述有与在垂直前置级光学黑色单元中产生的暗电流相对应的信号和光学黑色电平差的关系，所述光学黑色电平差是垂直前置级光学黑色单元中的黑色电平和图像信号的黑色电平之间的差。

根据本发明的另一个实施例，提供了一种用于使得计算机实现光学黑色电平差校正功能的程序，所述计算机控制成像元件，所述成像元件包括：用于将进入像素的光转换成信号电荷并将其作为有效像素信号输出的有效像素单元、和沿垂直传送方向设置在有效像素单元的前置级处的垂直前置级光学黑色单元，从遮光像素获得的信号被用作黑色电平的基准；所述光学黑色电平差校正功能包括：通过下述方式执行处理：将垂直前置级光学黑色单元划分为位于沿垂直传送方向与有效像素单元相对的一侧上的第一区域、和位于有效像素单元一侧上并在第一区域之后被读出的第二区域，并且使用与从第一区域获得的暗电流相对应的信号和校正表格计算用于校正光学黑色电平差的校正量，所述校正表格被描述有与在垂直前置级光学黑色单元中产生的暗电流相对应的信号和光学黑色电平差的关系，所述光学黑色电平差是垂直前置级光学黑色单元中的黑色电平和图像信号的黑色电平之间的差。

根据这样的配置，计算机程序存储在设置在计算机中的存储单元中，并且由设置在计算机中的CPU读出和执行，以使得相关计算机充当成像设备。也可以提供记录有计算机程序的计算机可读记录介质。记录介质可以是磁盘、光盘、磁光盘、闪存等。可经由网络分配计算机程序，而不使用记录介质。

根据上述的本发明的实施例，可准确地校正成像元件中产生的光学黑色电平差，而不涉及添加传感器等和增大电路规模。

附图说明

图1是用于描述根据本发明的第一实施例的成像设备的配置的框图；

图2是用于描述根据本实施例的成像单元的配置的框图；

图3是用于描述根据本实施例的成像元件的配置的说明图；

图4是用于描述根据本实施例的第二箝位电路单元的例子的框图；

图5是用于描述根据本实施例的OB电平差校正单元的配置的框图；

图6是用于描述由根据本实施例的OB电平差校正单元使用的校正表格的例子的说明图；

图7是用于描述根据本实施例的OB电平差校正单元的校正单元的例子的框图；

图8是用于描述创建根据本实施例的成像设备的校正表格的方法的说明图；

图9是用于描述由根据本实施例的成像设备执行的黑色电平的调整方法的说明图；

图10是用于描述成像元件的配置的说明图；

图11A是用于描述现有技术的黑色电平的调整方法的说明图；以及

图11B是用于描述现有技术的黑色电平的调整方法的说明图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细地描述本发明的优选实施例。请注意，在本说明书和附图中，用相同的附图标记表示基本上具有相同功能和结构的结构元件，并且省略对这些结构元件的重复说明。

以下述顺序进行描述。

(1)关于现有技术的黑色电平的调整方法

(2)第一实施例

(1-1)关于成像设备的配置

(1-2)关于创建校正表格的方法

(1-3)关于黑色电平的调整方法

(3)总结

<关于现有技术的黑色电平的调整方法>

首先，将参照图10至11B详细地描述现有技术的黑色电平的调整方法。图10是用于描述成像元件的配置的说明图。图11A和11B是用于描述现有技术的黑色电平的调整方法的说明图。

如图10所示，普通成像元件900主要包括假像素单元(也被称为模拟黑色电平像素单元)901、有效像素单元903、垂直前置级光学黑色单元905、垂直后置级光学黑色单元907、水平前置级光学黑色单元909和水平后置级光学黑色单元911。

如图10所示，假像素单元901沿垂直传送方向设置在起始位置附近，没有设置光电二极管，并且仅形成预定配线。由假像素单元901获得的输出信号可被处理为模拟黑色电平信号。

如图10所示，有效像素单元903基本上设置在成像元件900的中央部分，并且将进入像素的光转换为信号电荷，并将其作为有效像素信号输出。如图10所示，在有效像素单元903的外围形成光学黑色单元(black unit)(下文中简称为OB单元)。

光学黑色单元是由遮光像素配置而成的，其中从遮光像素获得的信号被用作成像元件900的黑色电平的基准。如图10所示，光学黑色单元被划分为垂直前置级OB单元905、垂直后置级OB单元907、水平前置级OB单元909和水平后置级OB单元911。

垂直前置级OB单元905是沿垂直传送方向设置在起始位置侧的OB单元，并且垂直后置级OB单元907是相对于有效像素单元903位于垂直前置级OB单元905的相对侧的OB单元。水平前置级OB单元909是沿水平传送方向设置在起始位置侧的OB单元，并且水平后置级OB单元911是相对于有效像素单元903位于水平前置级OB单元909的相对侧的OB单元。

在日本专利申请公开No.2000-152098中描述的方法中，在AD转换箝位后的图像信号之后检测OB电平。如图11A所示，如果在箝位之后的图像信号中暗电流大，则在垂直前置级OB单元905中，也就是说，在图11A的区域d中，电平测量值中的底部变成负值。要检测为暗电流的值是垂直前置级OB单元905(对应于区域d)的平均值D和假像素单元901(对应于区域a)的平均值DM之间的差“D-DM”。然而，可能检测不到暗电流D-DM，因为普通照相机的AD转换器将小于或等于预定基准电压(V_RB(V_{Reference Bottom}))的信号截取(clip)为负分量。换句话说，AD转换器仅使用图11A中所示的0到FS的区域作为处理对象，从而负分量变得难以被准确地检测。

为了解决这样的问题，可考虑下述两种方法。第一种方法是在图 11A中将-FS AD转换为+FS，从而即使通过箝位产生负分量也能保持数据而不截取的方法。此处，从图11A显而易见的是，FS(满刻度)是由V_RT(V_{Reference Top})-V_RB表示的值。

然而，第一种方法有这样的问题：由于AD转换器的AD转换电路和检测电路的位长变长了一位，所以电路规模变为二倍。

第二种方法是不执行箝位处理，从而不产生负分量的方法。如图11B所示，在这种方法中，不出现产生负分量的问题，因为所有的值都为正值。

然而，当超过FS的图像信号的频率增加时，超过FS的部分913保持最大值并且不改变，因此出现动态范围的损失。

本申请的发明人为解决这样的问题进行了全面的研究，并且其结果是，设计了一种能够准确地校正成像元件中出现的OB电平差，而不涉及进一步添加传感器等和增大电路规模的黑色电平的调整方法。

(第一实施例)

<关于成像设备的配置>

下面将参照图1至7详细地描述根据本发明的第一实施例的成像设备的配置。使用数字静止照相机作为成像设备的例子来进行以下描述。

[成像设备的整体配置]

图1是用于描述根据本实施例的成像设备100的配置的框图。如图1所示，根据本实施例的成像设备100主要包括成像单元101、信号处理单元103、显示单元105、缓冲存储器107、操作单元109、控制单元111、存储单元113、存储器控制单元115和可移动存储器附着单元117。

成像单元101包括诸如CCD和CMOS的成像元件、用于将物体图像成像在成像元件的成像平面上的透镜光学系统、用于驱动快门和透镜光学系统的透镜驱动电路等。在成像单元101的成像元件中通过光电转换获得的图像信号被发送至将在下文中描述的信号处理单元103。

下面将详细地描述根据本实施例的成像单元101。

信号处理单元103对从成像单元101发送的图像信号执行诸如同步化、伽马校正、矩阵和白色平衡等的信号处理，以及诸如JPEG压缩的处理。信号处理单元103可以是能够执行这样的处理的专用电路，或者可由CPU(中央处理单元)等执行处理。

显示单元105被配置为包括液晶显示器(LCD)、电子取景器(EVF)等。显示单元105接收在信号处理单元103中已处理的图像信号，并且在LCD或EVF上显示成像的图像。

缓冲存储器107是用作数据缓冲器的诸如SDRAM(同步动态随机存取存储器)的存储器。缓冲存储器107暂时地保持成像单元101产生的图像数据(图像信号)、在信号处理单元103中已处理的图像数据等。

操作单元109包括各种类型的操作按钮，诸如设置在成像设备100上的快门按钮和变焦按钮。操作单元109将从按钮输入的操作信息转换为对应于操作信息的预定信号，并将该信号发送至将在下文中描述的控制单元111。

控制单元111被配置为包括CPU(中央处理单元)、ROM(只读存储器)、RAM(随机存取存储器)等。控制单元111根据预先存储在下文中将要描述的存储单元113中的各种程序执行对根据本实施例的成像设备100的控制，更具体地讲，对配置成像设备100的每一个处理单元的控制。

存储单元113被配置为包括闪存等，并保持下文中将要描述的成像单元101、信号处理单元103、存储器控制单元115中的信号处理所必需的程序、参数、表格等。根据本实施例的成像设备100的每一个处理单元可在存储单元113上自由地读取和写入。

存储器控制单元115基于预定文件系统，在附着至可移动存储器附着单元117的可移动存储器上记录从信号处理单元103发送的图像信号。其结果是：已由信号处理单元103进行了各种类型的处理的图像信号可作为图像文件记录在可移动存储器中。

在摄影中，操作信息通过对包括在操作单元109中的快门按钮的操作被输入至控制单元111，并且控制单元111根据预先存储在存储单元113中的程序执行控制。从成像单元101发送的图像信号在信号处理单元103中进行了各种类型的处理。在存储器控制单元115的控制下，已处理的图像信号以符合预先定义的文件系统的格式作为成像图像的数据被记录在可移动存储器中。

具体地讲，从成像单元101发送的图像信号在信号处理单元103中进行了诸如同步化、伽马校正、矩阵和白色平衡的信号处理，并且被转换为诸如YCbCr的图像信号，以创建用于记录文件的图像。在信号处理单元103中的图像处理中，缓冲存储器107根据需要用作缓冲器。

[关于成像单元101的配置]

将参照图2至7详细地描述设置在根据本实施例的成像设备100中的成像单元101。

图2是用于描述根据本实施例的成像单元101的配置的框图。如图2所示，根据本实施例的成像单元101主要包括定时发生器121、驱动控制单元123、成像元件125、第一箝位电路单元127、相关双取样电路单元(correlation double sampling circuit unit)129、AD转换器131、第二箝位电路单元133和OB电平差校正单元135。

定时发生器121产生用于驱动下文中将描述的成像元件125的定时脉冲。定时发生器121产生对于下文中将要描述的第一箝位电路单元127、相关双取样电路单元129、AD转换器131、第二箝位电路单元133和OB电平差校正单元135执行的处理所必需的脉冲。

驱动控制单元123基于定时发生器121产生的定时脉冲执行对下文中将要描述的成像元件125的驱动控制。更具体地讲，驱动控制单元123基于定时发生器121产生的垂直传送脉冲、水平传送脉冲、电荷扫描脉冲等控制成像元件125。

成像元件125对由透镜光学系统(未示出)和快门(未示出)在成像平面上成像的光进行光电转换，并将其作为图像信号输出。成像元件125具有图3所示的配置。

图3是用于描述成像元件125的配置的说明图。如图3所示，成像元件125主要包括假像素单元(也被称为模拟黑色电平像素单元)151、有效像素单元153、垂直前置级光学黑色单元155、垂直后置级光学黑色单元157、水平前置级光学黑色单元159和水平后置级光学黑色单元161。

如图3所示，假像素单元151沿垂直传送方向设置在起始位置附近，没有设置光电二极管，并且仅形成预定配线。由假像素单元151获得的输出信号可被处理为模拟黑色电平信号。

如图3所示，有效像素单元153基本上设置在成像元件125的中央部分，并且将进入像素的光转换为信号电荷，并将其作为有效像素信号输出。如图3所示，在有效像素单元153的外围形成光学黑色单元(OB单元)。

OB单元是由遮光像素配置而成的，其中从遮光像素获得的信号被用作成像元件125的黑色电平的基准。如图3所示，OB单元被划分为垂直前置级OB单元155、垂直后置级OB单元157、水平前置级OB单元159和水平后置级OB单元161。

垂直前置级OB单元155是沿垂直传送方向设置在起始位置侧上的OB单元，并且垂直后置级OB单元157是相对于有效像素单元153位于垂直前置级OB单元155的相对侧上的OB单元。水平前置级OB单元159是沿水平传送方向设置在起始位置侧上的OB单元，并且水平后置级OB单元161是相对于有效像素单元153位于水平前置级OB单元159的相对侧上的OB单元。

从具有图3所示的配置的成像元件125输出的每一个像素单元的信号经由下文将描述的第一箝位电路单元127被发送至相关双取样电路单元129。

下面将详细地描述使用从成像元件125获得的每一个像素单元的信号调整黑色电平的方法。

第一箝位电路单元127基于定时发生器121产生的脉冲，将对应于成像元件125的假像素单元151的时间段的信号，即，从假像素单元151输出的模拟黑色电平信号箝位至第一箝位目标值。可以根据所使用的成像元件125的性能等将第一箝位目标值设定为任意值。

相关双取样电路(CDS)129基于定时发生器121产生的脉冲去除从成像元件125输出的信号中包含的噪声。所述噪声包括由从成像元件125输出的信号中包含的复位电平的波动引起的低频率噪声、以及由包括在成像元件125中的晶体管引起的l/f噪声。CDS 129将与噪声一起去除的各种类型的信号发送至下文中将要描述的AD转换器131。

AD转换器(模数转换器：ADC)131基于由定时发生器121产生的脉冲将输入模拟信号转换为数字信号。输入至ADC 131的模拟信号包括从CDS 129发送的信号、和从下文中将要描述的第二箝位电路单元133发送的模拟信号。ADC 131将作为转换的结果而获得的数字信号发送至将要在下文中描述的OB电平差校正单元135。

第二箝位电路单元133基于由定时发生器121产生的脉冲将对应于成像元件125的预定区域的时间段的信号箝位至第二箝位目标值。在根据本实施例的成像单元101中，垂直前置级OB单元155通过被划化分为位于假像素单元151侧上的第一区域和位于有效像素单元153侧上并在第一区域之后被读取的第二区域而被处理。第二箝位电路单元133将与垂直前置级OB单元155的第一区域相对应的时间段的信号箝位为第二箝位目标值。换句话说，可将第二箝位电路单元133假设为用于对垂直前置级OB单元155进行箝位的箝位电路单元。

图4是用于描述根据本实施例的第二箝位电路单元133的例子的框图。如图4所示，第二箝位电路单元133主要包括开关电路单元171、减法器173、IIR滤波器175和DA转换器177。

开关电路单元171基于定时发生器121中产生的箝位门脉冲打开和关闭配置第二箝位电路单元133的电路。更具体地讲，当输入对应于垂直前置级OB单元155的第二区域的信号时，箝位门脉冲变为 Hi。开关电路单元171响应于Hi的箝位门脉冲，将开关切换为关闭配置第二箝位电路单元133的电路。

减法器173计算从ADC 131输出的信号和输入至减法器173的第二箝位目标值之间的差。如果从ADC 131输出的信号的电平与第二箝位目标值大大地不同，则从减法器173输出的差取大值。当从ADC 131输出的信号的电平接近第二箝位目标值时，从减法器173输出的差取小值。由减法器173获得的减法结果被发送至下文中将描述的IIR(无限脉冲响应)滤波器175。

IIR滤波器175基于预定时间常数对从减法器173发送的值求平均。IIR滤波器175将平均值发送至下文中将要描述的DA转换器177。

DA转换器(数模转换器：DAC)177基于定时发生器121产生的脉冲将从IIR滤波器175发送的数字信号转换为模拟信号。作为转换的结果获得的模拟信号被添加至从CDS 129发送的模拟信号。

通过采用这样的配置，第二箝位电路单元133可将与垂直前置级OB单元155的第二区域相对应的信号箝位至第二箝位目标值。

在上述例子中，使用IIR滤波器的例子已经被描述为用于对从减法器173发送的值求平均的滤波器，但可使用FIR(有限脉冲响应)滤波器设计第二箝位电路单元133。

OB电平差校正单元135基于定时发生器121产生的脉冲校正成像元件125中产生的OB电平差。更具体地讲，OB电平差校正单元135基于从垂直前置级OB单元155的第一区域获得的暗电流和存储单元133中记录的校正表格计算用于校正OB电平差的校正量。此处，OB电平差被定义为垂直前置级OB单元中的黑色电平和图像信号的黑色电平之间的差。

图5是用于描述根据本实施例的OB电平差校正单元135的例子的框图。如图5所示，OB电平差校正单元135被配置为包括校正值计算单元181和校正单元183。

如图5所示，校正值计算单元181主要包括假像素单元检测单元 185、垂直前置级OB单元检测单元187、有效像素单元检测单元189和校正表格管理单元191。

在与从ADC 131发送的数字信号的成像元件125的假像素单元151相对应的时间段期间，假像素单元检测单元185通过平均值检测等检测与从假像素单元151输出的暗电流相对应的信号电压的平均值。从假像素单元检测单元185获得的信号电压的平均值在下文中被简称为“DM”。假像素单元检测单元185输出所获得的信号电压的平均值“DM”。

在与从ADC 131发送的数字信号的垂直前置级OB单元155的第一区域相对应的时间段期间，垂直前置级OB单元检测单元187通过平均值检测等检测与从第一区域输出的暗电流相对应的信号电压的平均值。从垂直前置级OB单元155的第一区域获得的信号电压的平均值在下文中被简称为“D”。垂直前置级OB单元检测单元187输出所获得的信号电压的平均值“D”。

从垂直前置级OB单元检测单元187输出的平均值“D”和从假像素单元检测单元185输出的平均值“DM”之间的差“D-DM”被发送至下文中将要描述的校正表格管理单元191。

在与从ADC 131发送的数字信号的成像元件125的有效像素单元153相对应的时间段期间，有效像素单元检测单元189通过平均值检测等检测从有效像素单元153输出的信号电压的平均值。与从有效像素单元153获得的有效像素信号的暗电流相对应的信号电压的平均值在下文中被简称为“E”。有效像素单元检测单元189输出所获得的信号电压的平均值“E”。

与从效像素单元检测单元189输出的暗电流相对应的信号电压的平均值“E”和从垂直前置级OB单元检测单元187输出的平均值“D”之间的差“E-D＝DS”被发送至下文中将要描述的校正表格管理单元191。如下文描述的，“DS”对应于成像元件125中产生的OB电平差的量值。

校正表格管理单元191管理当计算用于校正OB电平差的校正量时使用的校正表格。如下文中描述的，校正表格管理单元191具有两个主要功能：创建校正表格的功能和基于校正表格计算校正量的功能。当创建校正表格时，校正表格管理单元191基于被发送的“DS”和“D-DM”的值创建图6所示的校正表格。

图6是用于描述OB电平差校正单元135所使用的校正表格的例子的说明图。如下文描述的，当创建校正表格时，在改变有效像素单元153中产生的暗电流的产生条件的同时记录所产生的OB电平差的值(即，“DS”的值)。改变有效像素单元153中产生的暗电流的产生条件等效于改变“D-DM”的值。因此，在水平轴上取“D-DM”和在垂直轴上取“DS”的曲线图示出了与垂直前置级OB单元155中产生的暗电流相对应的信号和OB电平差的关系。在图6所示的校正表格中，曲线图上的“○”是“D-DM”和“DS”的测量值。

校正表格管理单元191在存储单元113、非易失性存储器等中记录创建的校正表格。图6中示出的曲线图本身可以不被记录，并且可彼此相关联地记录在各个测量点处的“D-DM”和“DS”的实际测量值。

当对应于在垂直前置级OB单元155中产生的暗电流的信号和OB电平差的值成比例关系时，可以仅将比例系数记录为校正表格。

在实际摄影中，校正表格管理单元191使用发送至校正表格管理单元191的平均值“D-DM”和上述校正表格计算成像元件125中产生的OB电平差“DS”的值。

例如，如图6所示，考虑这样一种情况，其中被发送至校正表格管理单元191的平均值“D-DM”的值为N。校正表格管理单元191参考记录在存储单元113中的校正表格等，以提取具有小于或等于N的“D-DM”的值的数据L和具有大于或等于N的“D-DM”的值的数据H。可通过参考校正表格获取对应于数据L的“DS”的值DS_L和对应于数据H的“DS”的值DS_H。因此，校正表格管理单元181使用这样的值通过线性插值计算对应于N的“DS”的值DS_N，所述线性插值由下述公式1表示。

{DS}_{N} = {DS}_{L} + \frac{(N - L) \cdot ({DS}_{H} - {DS}_{L})}{H - L}

(公式1)

在选择具有小于或等于N的值“D-DM”的数据L时，可选择任意数据，只要该数据具有小于或等于N的值即可，但优选地选择具有离N最近的值的数据。在选择具有大于或等于N的值“D-DM”的数据H时，可选择任意数据，只要该数据具有大于或等于N的值即可，但优选地选择具有离N最近的值的数据。可通过选择这样的数据计算DS_N的更准确的值。

校正表格管理单元191将以这样的方式计算的值“DS_N”作为校正值发送至将要在下文中描述的校正单元183。

校正单元183基于从ADC 131发送的数字信号和从校正值计算单元181发送的校正值DS_N，校正包含源自成像元件125中产生的OB电平差的信号的数字信号。图7是用于描述根据本实施例的校正单元183的例子的框图。如图7所示，校正单元183主要包括校正执行确定单元193和偏移量加法器(offset adder)195。

校正执行确定单元193确定从ADC 131发送的数字信号是否是与成像元件125的有效像素单元153相对应的区间的数字信号。可使用任意方法确定被发送的数字信号是否是对应于有效像素单元153的区间的，并且，例如，可基于成像元件125的像素的数量和由定时发生器121产生的脉冲确定被发送的数字信号是否是对应于有效像素单元153的区间的。校正执行确定单元193将确定结果发送至下文中将要描述的偏移量加法器195。

校正执行确定单元193确定从ADC 131发送的数字信号是否是与垂直前置级OB单元155的第二区域相对应的区间的。当被发送的数字信号是对应于第二区域的区间的时，校正执行确定单元193指定对应于第二区域的终端部(terminating end)的信号，并将这样的信号的平均值发送至偏移量加法器195。

当从ADC 131发送的数字信号是对应于有效像素单元153的区间的时，偏移量加法器195将从校正表格管理单元191发送的校正值 DS_N与发送的数字信号一律相加。更具体地讲，偏移量加法器195保持第二区域的最终平均值(换句话说，从第二箝位电路单元133发送的最终平均值)。偏移量加法器195从对应于有效像素单元153的区间的信号一律减去其保持的第二区域的最终平均值和第二箝位目标值之间的差。如果在成像元件125中没有产生OB电平差，则黑色电平稳定在这一点处，并确保动态范围。

偏移量加法器195也将从校正表格管理单元191发送的校正值DS_N与减去第二区域的最终平均值和第二箝位目标值的差的结果一律相加。可通过对与有效像素单元153相对应的区间的信号执行这样的偏移量校正来准确地校正OB电平差。

已经在上面描述了根据本实施例的成像设备100的功能的一个例子。可使用通用构件或电路配置上述每一个配置元件，或将上述每一个配置元件配置为包括专用于每一个配置元件的功能的硬件。可由CPU等执行所有配置元件中的每一个配置元件的功能。因此，当实现本实施例时，可根据技术水平适当地改变要使用的配置。

当成像元件125是CMOS时，可将除图1所示的成像元件以外的部分或所有处理单元并入成像元件。

<关于创建校正表格的方法>

将在下面参照图8具体地描述创建根据本实施例的成像设备100的校正表格的方法。图8是用于描述创建根据本实施例的成像设备的校正表格的方法的说明图。

图8示意性地示出了当创建校正表格时成像元件125的像素配置和信号电平的关系。图8的水平轴示出了成像元件125的垂直传送方向，而垂直轴示出了信号电平。

由图8的“a”表示的区间是对应于假像素单元151的区间，由“b+c”表示的区间是对应于垂直前置级OB单元155的区间，而“b+c”之后的区间是对应于有效像素单元153的区间。由“b”表示的区间表示垂直前置级OB单元155的第一区域，而由“c”表示的区间表示垂直前置级OB单元155的第二区域。

由“b+c”表示的区间是沿垂直前置级OB单元155的垂直传送方向的长度，并且因此是恒定的。此外，根据成像元件125的S/N(信噪)比等确定沿“b”区间(即，第一区域)的垂直传送方向的长度。根据将从第二区域获得的信号会聚的程度确定沿“c”区间(即，第二区域)的垂直传送方向的长度。

在根据本实施例的成像设备100中，沿第一区域和第二区域的垂直传送方向的长度之比被设定为，例如1∶1。根据成像元件125的性能等，第一区域的长度可以被设定为比第二区域的长度更长或更短。第一区域和第二区域的长度可以是恒定的而不管摄影条件等，或可以根据摄影条件等而改变。

例如，校正表格可在成像设备100的工厂出货(factoryshipment)时创建。下面描述的创建校正表格的处理可通过在遮光状态下摄影来执行。通过在遮光状态下执行摄影，来自外部的光不进入成像元件125，并且可以仅关注成像元件125中产生的暗电流。

首先，在“a”时间段期间，成像单元101的第一箝位电路单元127将从假像素单元151输出的信号箝位至第一箝位目标值。第二箝位电路单元133的开关电路单元171被设定为打开。在图8所示的“a”时间段期间，OB电平差校正单元135的假像素单元检测单元185检测从假像素单元151输出的信号的平均值“DM”。在图8所示的“b”时间段期间，OB电平差校正单元135的垂直前置级OB单元检测单元187检测从垂直前置级OB单元155的第一区域输出的信号的平均值“D”。使用从各个检测单元输出的值计算的“D-DM”被发送至校正表格管理单元191。如图8所示，所计算的“D-DM”变为与在垂直前置级OB单元中产生的暗电流相对应的信号的量值。每一个检测单元保持最终输出值。

此后，OB电平差校正单元135的有效像素单元检测单元189检测从有效像素单元153输出的信号的平均值“E”。如图8所示，通过用从有效像素单元检测单元189输出的值减去从假像素单元检测单元185输出的值而获得的“E-DM”具有对应于在有效像素单元153 中产生的暗电流的信号的量值。从图8显而易见的是，通过用从有效像素单元检测单元189输出的值减去从垂直前置级OB单元155的第一区域输出的值而获得的“E-D＝DS”成为OB电平差。

校正表格管理单元191使被发送的值“D-DM”和“DS”彼此相关联，并将其作为一个摄影结果写入校正表格。

可通过在改变暗电流产生条件(即，温度、曝光时间、增益等)的同时执行这样的摄影多次来创建校正表格。

当通过多次测量结果以通过原点的线性关系表示图6所示的曲线图时，可将线的斜率作为校正表格记录，而不记录各个摄影结果；或将各个摄影结果和线的斜率可以作为校正表格记录。如果预先已知各个测量的结果是：暗电流和OB电平差的关系是通过原点的线性关系，则可仅执行上述摄影一次。

可仅在例如工厂出货时执行一次校正表格的创建，或可以根据需要，当成像设备100的用户输入创建校正表格的命令时，执行校正表格的创建。

<关于黑色电平的调整方法>

将参照图9具体地描述由根据本实施例的成像设备100执行的黑色电平的调整方法。图9是用于描述由根据本实施例的成像设备执行的黑色电平的调整方法的说明图。

在用户的正常摄影期间，执行下述黑色电平的调整方法。首先，在“a”时间段期间，成像单元101的第一箝位电路单元127将从假像素单元151输出的信号箝位至第一箝位目标值。第二箝位电路单元133的开关电路单元171被设定为打开。在图9所示的“a”时间段期间，OB电平差校正单元135的假像素单元检测单元185检测从假像素单元151输出的信号的平均值“DM”。在图9所示的“b”时间段期间，OB电平差校正单元135的垂直前置级OB单元检测单元187检测从垂直前置级OB单元155的第一区域输出的信号的平均值“D”。使用从各个检测单元输出的值计算的“D-DM”被发送至校正表格管理单元191。

OB电平差校正单元135的校正表格管理单元191基于被发送的“D-DM”的值和记录在存储单元113中的校正表格等计算成像元件125中产生的OB电平差的量值“DS”(即，校正量DS_N)。具体地讲，校正表格管理单元191参考校正表格以选择具有小于或等于被发送的“D-DM”的值的数据(L，DS_L)和具有大于或等于“D-DM”的值的数据(H，DS_H)。此后，校正表格管理单元191使用所选择的值和被发送的“D-DM”的值从公式1计算校正量DS_N。校正表格管理单元191将所计算的校正量“DS_N”发送至校正单元183。

如图9所示，在图9所示的“c”时间段中，第二箝位电路单元133的开关电路单元171处于接通(ON)状态，而从垂直前置级OB单元155的第二区域输出的信号被箝位至第二箝位目标值。当对应于“c”时间段的到第二箝位电路单元133的信号的输入被终止时，开关电路单元171变为断开(OFF)状态，而“c”时间段中的最终平均值被发送至OB电平差校正单元135的校正单元183。

校正单元183的校正执行确定单元193确定从ADC 131发送的信号是否是从有效像素单元153输出的信号。如果从ADC 131发送的信号不是从有效像素单元153输出的信号，则校正单元183不执行OB电平差的校正处理。如果从ADC 131发送的信号变为从有效像素单元153输出的信号，则校正执行确定单元193将从有效像素单元153输出的信号到达的通知发送至偏移量加法器195。

偏移量加法器195用从ADC 131发送的数字信号(即，从有效像素单元153输出的信号)一律减去其保持的“c”时间段中的最终平均值和第二箝位目标值的差。此外，偏移量加法器195将从校正表格管理单元191发送的校正量“DSN”与对其终止减法处理的信号一律相加。

因此，在根据本实施例的黑色电平的调整方法中，垂直前置级OB单元的第一区域没有经历箝位处理，并且执行了暗电流的检测。对垂直前置级OB单元的第二区域执行IIR积分等的箝位处理，以将黑色电平调整为基准电平。源自叠加在从有效像素单元153发送的信号上的OB电平差的影响可以通过使偏移量加法器195执行上述处理而被校正。如图9所示，其结果是：成像设备100可以稳定黑色电平并确保动态范围。

<总结>

如上所述，在根据本发明的每一个实施例的成像设备中，使用从成像元件和普通ADC输出的信号执行箝位操作和暗电流检测，并且使用预先设定的校正表格计算OB电平差的校正量。因此，可以一次调整由成像元件产生的OB电平差，并且可以针对温度变化实时地、准确地校正由成像元件产生的OB电平差，而不涉及添加诸如温度传感器的外部传感器和增大电路规模。其结果是，可实现设置在成像设备中的成像元件的成品率提升，以及图像质量的提升。

如果如现有技术中的黑色电平的调整方法一样箝位从配置光学黑色单元的像素获得的信号，则也可以稳定黑色电平并且可以确保图像信号的动态范围，但是暗电流变得难以被正确地检测。因此，根据本方面的每一个实施例的成像设备都将垂直前置级OB单元划分为第一区域和第二区域，并且不在第一区域中执行箝位，而在第二区域中执行箝位。通过这样的箝位方法，可在确保动态范围的同时准确地检测暗电流。

本申请包含与于2008年9月8日在日本专利局提交的日本在先权专利申请JP2008-230302中公开的主题相关的主题，所述日本在先权专利申请JP2008-230302的全部内容以引用的方式在此并入本文。

本领域技术人员应理解为可基于设计要求和其它因素进行各种变形、组合、子组合和替换，只要它们在本发明的范围内。

例如，在上述实施例中，已描述了使用校正表格的情况，所述校正表格被描述有对应于在垂直前置级OB单元中产生的暗电流的信号和OB电平差的关系。然而，可使用这样的校正表格来校正OB电平差，该校正表格被描述有对应于在垂直前置级OB单元中产生的暗电流的信号和对应于在有效像素单元中产生的暗电流的信号的关系。

Claims

1.一种成像设备，包括：

成像元件，包括，

用于将进入像素的光转换成信号电荷并将其作为有效像素信号输出的有效像素单元，和

沿垂直传送方向设置在有效像素单元的前置级处的垂直前置级光学黑色单元，从遮光像素获得的信号被用作黑色电平的基准；

存储单元，用于存储校正表格，所述校正表格被描述有与在垂直前置级光学黑色单元中产生的暗电流相对应的信号和光学黑色电平差的关系，所述光学黑色电平差是垂直前置级光学黑色单元中的黑色电平和图像信号的黑色电平之间的差；

光学黑色电平差校正单元，用于通过下述方式来执行处理：将垂直前置级光学黑色单元划分为位于沿垂直传送方向与有效像素单元相对的一侧上的第一区域、和位于有效像素单元一侧上并在第一区域之后被读出的第二区域，并且使用与从第一区域获得的暗电流相对应的信号和校正表格计算用于校正光学黑色电平差的校正量；以及

用于对垂直前置级光学黑色单元进行箝位的箝位电路单元，其中箝位电路单元在第一区域中不执行箝位，而在第二区域中执行到预定电平的箝位。

2.根据权利要求1所述的成像设备，其中

成像元件还包括沿垂直前置级光学黑色单元的垂直传送方向设置在前置级处的假像素单元，并且，

光学黑色电平差校正单元基于与从第一区域获得的暗电流相对应的信号的量值和与从假像素单元获得的暗电流相对应的信号的量值之间的差，参考校正表格，并且计算对应于这样的差的光学黑色电平差的校正量。

3.根据权利要求2所述的成像设备，其中，基于校正表格中描述的与暗电流相对应的信号的量值和光学黑色电平差的量值、以及与从第一区域获得的暗电流相对应的信号的量值和与从假像素单元获得的暗电流相对应的信号的量值之间的差，光学黑色电平差校正单元通过线性插值计算校正量。

4.一种黑色电平的调整方法，所述调整方法包括下述步骤：

从成像元件中的第一区域获取与暗电流相对应的信号，所述成像元件包括用于将进入像素的光转换成信号电荷并将其作为有效像素信号输出的有效像素单元、和沿垂直传送方向设置在有效像素单元的前置级处的垂直前置级光学黑色单元，其中从遮光像素获得的信号被用作黑色电平的基准，该第一区域位于沿垂直前置级光学黑色单元的垂直传送方向与有效像素单元相对的一侧上；

使用校正表格和与从第一区域获得的暗电流相对应的信号来计算要校正的光学黑色电平差的量值，所述校正表格被描述有与在垂直前置级光学黑色单元中产生的暗电流相对应的信号和光学黑色电平差的关系，所述光学黑色电平差是垂直前置级光学黑色单元中的黑色电平和图像信号的黑色电平之间的差；以及

利用箝位电路单元，在第一区域中不执行箝位，而在第二区域中执行到预定电平的箝位。