CN104125421A - Cmos图像传感器及其行噪声校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种CMOS图像传感器及其行噪声校正方法，其中，所述CMOS影像传感器包括：读出电路、像素阵列和参考阵列；所述像素阵列和参考阵列分别由多个有效像素单元和多个参考像素单元组成，所述多个有效像素单元和多个参考像素单元均与电源和读出电路电连接；其中，所述参考像素单元的感光度为零。在本发明提供的CMOS图像传感器及其行噪声校正方法中，所述CMOS图像传感器在像素阵列的基础上增设了参考阵列，以所述参考阵列的每个像素单元作为参考像素单元，通过读取所述参考像素单元的输出值能够计算出行噪声，从而实现行噪声的消减，使得所述CMOS图像传感器的图像质量得以提高。

Description

CMOS图像传感器及其行噪声校正方法

技术领域

本发明涉及图像传感器技术领域，特别涉及一种CMOS图像传感器及其行噪声校正方法。

背景技术

CMOS图像传感器是一种利用光电效应将光学图像转换成电信号的半导体装置，所述CMOS图像传感器结构简单而且可靠性高，因此在众多领域都得到了广泛的应用。

请参考图1，其为现有技术的CMOS图像传感器的结构示意图。如图1所示，现有的CMOS图像传感器100包括像素阵列110和读出电路(图中未示出)，所述像素阵列110的每个像素单元分别与电源和读出电路电连接。

外界光照射到所述CMOS图像传感器100的像素阵列110上，所述像素阵列110的像素单元发生光电效应，在像素单元内产生相应的电荷。所述CMOS图像传感器100通常是以行为单位读出像素的，在读出过程中根据实际需要选通相应的行，选通的一行像素单元将图像信号转换成数字图像信号进行输出。所述CMOS图像传感器100通过读出电路进行读出时必须使用共模参考电平(common mode reference voltage)，所述共模参考电平能够避免像素单元输出的信号因噪声或其他因素而发生偏移。

然而，所述CMOS图像传感器100的像素阵列110、读出电路、电源及地的共模参考电平存在随机的噪声，因此读出过程中会引入瞬态噪声。所述CMOS图像传感器100若采用逐行读出，则同一时刻读出的一行像素的该瞬间噪声相同，而不同行之间的该瞬态噪声不同，不同帧之间的同一行的该瞬态噪声也不相同，所以采用所述CMOS图像传感器100在观看连续图像时图像中出现水平条纹，此现象称为行噪声(row noise)。行噪声的存在会严重影响图像质量，其在低光状态下尤为明显。

因此，如何去除CMOS图像传感器的行噪声成了本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种CMOS图像传感器及其行噪声校正方法，以解决现有技术中CMOS图像传感器的存在行噪声的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种CMOS图像传感器，所述CMOS图像传感器包括：读出电路、像素阵列和参考阵列；所述像素阵列和参考阵列分别由多个有效像素单元和多个参考像素单元组成，所述多个有效像素单元和多个参考像素单元均与电源和读出电路电连接；其中，所述参考像素单元的感光度为零。

可选的，在所述的CMOS图像传感器中，每行有效像素单元之前均设置有一行参考像素单元。

可选的，在所述的CMOS图像传感器中，所述像素阵列和参考阵列的行数相同。

可选的，在所述的CMOS图像传感器中，所述参考阵列的列数大于等于25。

本发明还提供一种CMOS图像传感器的行噪声校正方法，所述CMOS图像传感器的行噪声校正方法包括：

提供一CMOS图像传感器，所述CMOS图像传感器包括由感光度均为零的参考像素单元所组成的参考阵列；

计算所述CMOS图像传感器的行噪声；

根据行噪声的计算结果消除所述CMOS图像传感器的行噪声。

可选的，在所述的CMOS图像传感器的行噪声校正方法中，计算所述行噪声的过程包括：

读取每个参考像素单元的输出值；

分别计算每行参考像素单元的输出值之和及每行参考像素单元中两个最大值及两个最小值之和；

读取所述CMOS图像传感器的暗电流值；

根据每行参考像素单元的输出值之和、每行参考像素单元中两个最大值及两个最小值之和及所述暗电流值计算行噪声。

可选的，在所述的CMOS图像传感器的行噪声校正方法中，所述行噪声的计算公式为：

row_noise＝average(Psum-Pmax_min_sum)-Poffset；

其中，row_noise表示行噪声，Psum表示每行参考像素单元的输出值之和，Pmax_min_sum表示每行参考像素单元中两个最大值及两个最小值之和，Poffset表示所述CMOS图像传感器的暗电流值。

可选的，在所述的CMOS图像传感器的行噪声校正方法中，消除所述CMOS图像传感器的行噪声之前，计算所述CMOS图像传感器的行噪声之后，还包括读取每行有效像素单元的输出值以得到消除行噪声之前的图像信息。

在本发明提供的CMOS图像传感器的行噪声校正方法中，所述CMOS图像传感器在像素阵列的基础上增设了参考阵列，以所述参考阵列的每个像素单元作为参考像素单元，通过读取所述参考像素单元的输出值能够计算出行噪声，从而实现行噪声的消减，使得所述CMOS图像传感器的图像质量得以提高。

附图说明

图1是现有技术的CMOS图像传感器的结构示意图；

图2是本发明实施例的CMOS图像传感器的结构示意图；

图3是本发明实施例的CMOS图像传感器的行噪声校正方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的CMOS图像传感器及其行噪声校正方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

请参考图2，其为本发明实施例的CMOS图像传感器的结构示意图。如图2所示，所述CMOS图像传感器200包括读出电路(图中未示出)、像素阵列210和参考阵列220；所述像素阵列210和参考阵列220分别由多个有效像素单元和多个参考像素单元组成，所述多个有效像素单元和多个参考像素单元均与电源和读出电路电连接；其中，所述参考像素单元的感光度为零。

具体的，所述参考阵列220设置于所述像素阵列210之前，每行有效像素单元的前面均设置有一行参考像素单元。所述CMOS图像传感器200选通某一行时，该行中属于所述参考阵列220中的参考像素单元先输出信号，而后该行中属于所述像素阵列210的有效像素单元才开始输出信号。

其中，所述参考像素单元为黑像素，其感光度为0。所述有效像素单元能够感光，获得图像信息。

优选的，所述像素阵列210和参考阵列220的行数相同。

采用所述CMOS图像传感器200获取的图像中，去除行噪声之后的余留行噪声一般记为rms_row，图像随机噪声均方根一般记为rms_random。通常的，图像中去除行噪声之后的余留行噪声rms_row与图像随机噪声均方根rms_random的比值小于1/5时，人眼观察图像时察觉不到行噪声。

而图像中去除行噪声之后的余留行噪声rms_row与图像随机噪声均方根rms_random的比值可以根据以下公式进行计算：

$\mathrm{rms}\_\mathrm{row}/\mathrm{rms}\_\mathrm{random}=\sqrt{{{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{row}\_\mathrm{pix}\_\mathrm{on}}}^2\left(j\right)/{{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{pix}}}^2},(j=\mathrm{1,2,3},\·\·\·,N)$    公式1；

其中，σ_{row_pix_on}表示行噪声(row noise)，σ_pix表示像素随机噪声(pixelrandom noise)，N为所述参考阵列220的列数。

而行噪声(row noise)与所述参考阵列220的列数N的开方成反比，与像素随机噪声(pixel random noise)成正比，具体计算公式如下：

${{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{row}\_\mathrm{pix}\_\mathrm{on}}}^2\left(j\right)=\frac{{{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{pix}}}^2}{N}$     公式2；

由公式1和公式2可得：

$\mathrm{rms}\_\mathrm{row}/\mathrm{rms}\_\mathrm{random}=1/\sqrt{N}.$

由于rms_row/rms_random要求小于1/5，因此所述参考陈列220的列数N要求在25以上。

考虑到所述参考阵列220的列数N过多会增加芯片面积，从而增加制造成

请参考图3，本发明实施例的CMOS图像传感器的行噪声校正方法的流程图。如图3所示，本发明还提供一种CMOS图像传感器的行噪声校正方法，所述CMOS图像传感器的行噪声校正方法包括以下步骤：

S10：提供一CMOS图像传感器，所述CMOS图像传感器包括由感光度均为零的参考像素单元所组成的参考阵列；

S11：计算所述CMOS图像传感器的行噪声；

S12：根据行噪声的计算结果消除所述CMOS图像传感器的行噪声。

具体的，如图2所示，所述CMOS图像传感器200包括像素阵列210和参考阵列220，其中，所述像素阵列210中的像素单元均为有效像素单元，所述参考阵列220中的像素单元均为参考像素单元，所述参考像素单元为黑像素，其感光度为0。

本实施例中，所述参考阵列220的列数N为36，每行参考像素单元的输出值可以依次标记为p0、p1、p2、…、p35。

首先，根据以下公式计算每行参考像素单元的输出值之和Psum：

Psum＝∑(p0，p1，p2，…，p35)    公式3；

接着，根据以下公式计算每行参考像素单元中两个最大的输出值及两个最小的输出值之和Pmax_min_sum：

Pmax_min_sum＝∑(max1，max2，min1，min2)    公式4；

其中，max1表示参考像素单元中最大的输出值，max2表示参考像素单元中第二大的输出值，min1表示参考像素单元中最小的输出值，min2表示参考黑像素中第二小的输出值。

然后，读取所述CMOS图像传感器200的暗电流值Poffset，其为固定值。

之后，根据以下公式计算行噪声row_noise：

row_noise＝average(Psum-Pmax_min_sum)-Poffset    公式5；

其中，average(Psum-Pmax_min_sum)表示对每行参考像素单元的输出值之和Psum减去每行参考像素单元中两个最大的输出值及两个最小的输出值之和的差值求取均值。

计算所述行噪声row_noise的具体过程包括：首先，每行参考像素单元的输出值之和Psum减去每行参考像素单元中两个最大的输出值及两个最小的输出值之和Pmax_min_sum，得到每行的差值；接着，计算所述差值的平均值；最后，利用所述差值的平均值减去暗电流值Poffset，即可得到行噪声row_noise。

若考虑奇偶通道或者彩色滤光膜(colore filter，简称CF)的影响，行噪声计算还应分为几个通道。例如，双通道的CMOS图像传感器200，行噪声的计算分为奇偶通道，此时所述参考阵列220的列数N的取值应为36×2＝72，每行有效像素单元的前面需要设置72个参考像素单元，72个参考像素单元的输出值分别为p0、p1、p2、…、p71，可以分别用p2m和p2m+1计算出相应通道行噪声，m＝0，1，2，…，35。双通道的行噪声计算方法与单个通道的行噪声计算方法类似，在此不再赘述。

最后，根据行噪声的计算结果消除所述CMOS图像传感器200的行噪声。在此过程中先读取每行有效像素单元的输出值，根据每行有效像素单元的输出值可以得到消除行噪声之前的图像信息，每行有效像素单元的输出值记为Ppiexl，每行有效像素单元的输出值Ppiexl减去该行的行噪声row_noise即可消除行噪声，得到消除行噪声后的图像信息。

综上，在本发明实施例提供的CMOS图像传感器及其行噪声校正方法中，所述CMOS图像传感器在像素阵列的基础上增设了参考阵列，以所述参考阵列的每个像素单元作为参考像素单元，通过读取所述参考像素单元的输出值能够计算出行噪声，实现行噪声的消减，由此，所述CMOS图像传感器的图像质量得以提高。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (8)

1.一种所述CMOS图像传感器，其特征在于，包括：读出电路、像素阵列和参考阵列；所述像素阵列和参考阵列分别由多个有效像素单元和多个参考像素单元组成，所述多个有效像素单元和多个参考像素单元均与电源和读出电路电连接；其中，所述参考像素单元的感光度为零。

2.如权利要求1所述的所述CMOS图像传感器，其特征在于，每行有效像素单元之前均设置有一行参考像素单元。

3.如权利要求1所述的所述CMOS图像传感器，其特征在于，所述像素阵列和参考阵列的行数相同。

4.如权利要求2或3所述的所述CMOS图像传感器，其特征在于，所述参考阵列的列数大于等于25。

5.一种CMOS图像传感器的行噪声校正方法，其特征在于，包括：

提供一CMOS图像传感器，所述CMOS图像传感器包括由感光度均为零的参考像素单元所组成的参考阵列；

计算所述CMOS图像传感器的行噪声；

根据行噪声的计算结果消除所述CMOS图像传感器的行噪声。

6.如权利要求5所述的CMOS图像传感器的行噪声校正方法，其特征在于，计算所述行噪声的过程包括：

读取每个参考像素单元的输出值；

分别计算每行参考像素单元的输出值之和及每行参考像素单元中两个最大值及两个最小值之和；

读取所述CMOS图像传感器的暗电流值；

根据每行参考像素单元的输出值之和、每行参考像素单元中两个最大值及两个最小值之和及所述暗电流值计算行噪声。

7.如权利要求6所述的CMOS图像传感器的行噪声校正方法，其特征在于，所述行噪声的计算公式为：

row_noise＝average(Psum-Pmax_min_sum)-Poffset；

其中，row_noise表示行噪声，Psum表示每行参考像素单元的输出值之和，Pmax_min_sum表示每行参考像素单元中两个最大值及两个最小值之和，Poffset表示所述CMOS图像传感器的暗电流值。

8.如权利要求6或7所述的CMOS图像传感器的行噪声校正方法，其特征在于，消除所述CMOS图像传感器的行噪声之前，计算所述CMOS图像传感器的行噪声之后，还包括读取每行有效像素单元的输出值以得到消除行噪声之前的图像信息。