CN106375686B - 在数位域降低影像传感器之固定图案噪声的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种在数位域降低影像传感器之固定图案噪声的方法，该方法包含：在一测试环境中，存取至少一张测试画面的像素资料；以及计算至少一测试画面在每一行的至少一部分像素资料之平均值；其中每一行的平均值系用以在一正常光源环境下作为校正每一行之影像资料的校正值，以降低影像传感器的固定图案噪声。本发明还提供一种在数位域降低影像传感器之固定图案噪声的装置。采用本发明，可降低影像传感器的固定图案噪声。

Description

在数位域降低影像传感器之固定图案噪声的方法及装置

技术领域

本发明涉及影像感测领域之噪声消除机制，尤其涉及一种降低影像传感器之固定图案噪声的方法及装置。

背景技术

一般而言，一个传统的影像传感器，存在有类比电路的非理想效应，造成在影像感测画面上常见有噪声的存在。举例来说，类比电路的非理想效应之噪声可能包含画面上的固定图案噪声，亦即感测画面上出现直纹现象，此肇因于传统传感器阵列会在每一条直行的电路上造成不同程度的漏电流，导致每一条直行的电路之讯号特性不一致，使得最后感测画面上出现直纹现象，此外，传统影像传感器中的杂散电容在类比讯号切换时也易使得每一条直行的电路受到干扰，导致每一条直行电路之讯号特性也不一致，而此亦为固定图案噪声的成因之一。再者，传统影像传感器的类比电路也存在有其他噪声(例如随机噪声)，也会对影像感测画面造成影响。目前的现有技术为了降低类比电路的非理想效应之噪声，通常是将噪声消除电路实现在类比域以降低噪声，然而这样的电路设计将过于复杂，并且电路成本也较高。

上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种在数位域调校像素值以降低/消除一影像传感器之固定图案噪声的方法及装置，解决现有技术所遇到的难题。

根据本发明的实施例，其系揭露了一种降低一影像传感器之固定图案噪声的方法。该方法包含有：在一测试环境中，存取至少一张测试画面的像素资料；以及计算该至少一张测试画面在每一行之至少一部分像素资料的一平均值；其中该每一行的平均值系用以在一正常光源环境下作为校正该每一行之影像资料的校正值，以降低该影像传感器的固定图案噪声。

根据本发明的实施例，其揭露了一种使用于一影像传感器之用以降低固定图案噪声的装置。该装置包含有一储存电路与一控制电路，储存电路具有一对照表，该对照表储存有在一测试环境中所计算之至少一张测试画面在每一行之至少一部分像素资料的平均值，以及控制电路耦接至储存电路并用以存取该每一行之该平均值，于一正常光源环境下，使用该每一行之该平均值来调校该每一行之影像资料，以降低该影像传感器的固定图案噪声。

根据本发明的实施例，其揭露了一种使用于一影像传感器之用以降低固定图案噪声的装置。该装置包含有一储存电路与一控制电路，控制电路系耦接至储存电路，并用以于一测试环境中，存取至少一张测试画面的像素资料、计算该至少一测试画面在每一行之至少一部分像素资料的一平均值、将该每一行的该平均值储存于该储存电路之对照表中，以及控制电路系用以于一正常光源环境下，存取该对照表以取得该每一行之该平均值，使用该每一行之该平均值来调校该每一行之影像资料，以降低该影像传感器的固定图案噪声。

根据本发明之实施例，本发明之机制与方法系通过在测试环境中产生用以校正类比电路非理想效应噪声的校正值、并在数位域中将正常感测画面的像素值与校正值相扣以降低或消除正常感测画面中之类比电路非理想效应的噪声，好处是可避免在类比域进行噪声消除所花费的过多讯号处理时间以及高昂的电路成本，此外，本案之发明亦可适用于不同的影像传感器中，例如是安防监控领域的影像传感器，或是其他技术领域(例如投影感测、鼠标感测、指纹感测等领域)的影像传感器。

附图说明

图1为本发明实施例之使用于一影像传感器中用以调校类比电路非理想效应造成之噪声的装置示意图；

图2为图1所示之影像感测电路的电路范例示意图。

符号说明：

100	影像传感器
		105	装置
110	影像感测电路

115	储存电路
		120	控制电路
1101	感测像素阵列
		1102	二次取样电路
1103	源极随耦器电路
		1104	功率放大器电路
1105	类比数位转换器电路

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请搭配参照图1与图2，图1是本发明实施例之使用于一影像传感器100中用以调校类比电路非理想效应造成之噪声的装置105的示意图，影像传感器100包含一影像感测电路110与用以调校像素资料之噪声的装置105，图2是图1所示之影像感测电路110的电路范例示意图。装置105可被视为一调校装置/电路并包含一储存电路115及一控制电路120，此外，影像感测电路110包含感测像素阵列1101、二次取样电路(Correlated Double Sampling(CDS)Circuit)1102、源极随耦器电路1103、功率放大器电路1104以及类比数位转换器电路1105，需注意的是影像感测电路110可以使用其他不同类型的影像感测电路来实现，上述影像感测电路110所包含的电路单元仅用于说明影像传感器100的操作，并非是本发明的限制。就操作上来说，影像感测电路105是类比电路，用以进行光学感测、类比处理、及类比数位转换等运作来产生并输出多张画面的像素资料，而装置105系用以调校该些画面之像素资料的噪声，透过在数位域调校的方式来调整像素资料的值，以降低类比电路非理想效应在影像传感器100所产生之画面上造成的噪声，例如降低影像画面上的直纹现象(亦即，固定图案噪声，Fixed Pattern Noise)，改善影像质量，此外，透过在 数位域调校的方式来调整像素资料的值，亦可有效降低影像画面的随机噪声，并可节省在类比域进行噪声消除的时间。储存电路115包含一对照表，该对照表系用来储存多张画面之像素资料的数值以及对像素资料执行运算后产生之数值。控制电路120耦接至储存电路115并用以于一测试环境中，控制影像感测电路105开启来感测并产生至少一张测试画面的像素资料、存取至少一张测试画面的像素资料、计算至少一测试画面在每一行之至少一部分像素资料的平均值、以及将每一行的平均值储存于储存电路115的对照表中，以及存取对照表以取得每一行的平均值，于正常光源环境下，使用每一行的平均值来调校每一行之影像资料，以降低类比电路非理想效应在影像传感器100所产生之画面上造成的噪声，例如可消除影像画面上的直纹现象。也就是说，在上述实施例中，装置105具有至少两个模式，在测试环境中(亦即测试模式下)，计算每一行之至少部分像素资料的平均值或每一行之全部像素资料的平均值，将该些平均值储存在对照表中，以作为后续用来降低固定图案噪声的校正值，之后在正常光源环境下(亦即正常使用模式下)，使用该些平均值来分别校正每一行上的像素值，以降低整张画面的固定图案噪声。

在第一实施例中，在影像传感器100的集成电路芯片出厂前，进行产生用以调校类比电路非理想效应之噪声之校正值的操作，在该测试环境中，对影像传感器100进行遮光，装置105的控制电路120系被安排用以控制影像感测电路105开启来感测并产生至少一张感测画面的像素资料，影像感测电路110系进行光学感测、类比处理、及类比数位转换等运作来产生多张感测画面的像素资料，由于是在测试的遮光环境中，该些感测画面可被视为是测试画面或遮光画面，之后控制电路120存取至少一张测试画面的像素资料、计算至少一张测试画面在每一行之至少一部分像素资料的平均值以及将每一行的平均值储存于储存电路115的对照表中，具体来说，在此测试环境中，控制电路120系存取一张或多张的测试画面之像素资料，计算一张或多张测试画面在每一行的全部或部分像素资料的平均值，亦即，对每一行来说，均计算出一平均值，之后将每一行的平均值储存于储存电路115的对照表，如果是对影像传感器100进行全部遮光，则可计算一张或多张测试画面在每一行的全部像素资料的平均值，分别得到每一行的平均值，如果是多张测试画面，则对每一张测试画面于每一行的至少一部分像素资料进行累计，并根据一累计结果进行平 均计算以产生该行的平均值，此一计算方式的优点在于可准确计算出每一行的平均值，因此可精确得到用以调校类比电路非理想效应之噪声的校正值。反之，如果并未进行全部遮光，则可只计算一张或多张测试画面在每一行在遮光区域内像素的像素资料的平均值，来得到每一行的平均值，优点在于可快速计算每一行的平均值，节省测试的时间。此外，实作上，如果是计算多张测试画面在每一行的平均值，可先分别计算每一张测试画面每一行的像素平均值，再将每一行在不同张测试画面的多个像素平均值做平均，亦可得到每一行的像素平均值。上述每一行的像素平均值系用以作为用来校正画面每一行之类比电路非理想效应噪声的校正值。当影像传感器100位于正常光源环境下时，影像感测电路110进行光学感测、类比处理、及类比数位转换等运作来产生多张正常感测画面的像素资料，而控制电路120则存取上述的对照表的资料，使用每一行的该些平均值来分别调校一或多张正常感测画面上每一行之影像资料，如此可降低类比电路非理想效应的噪声，例如降低影像传感器100的固定图案噪声(所产生之影像画面上的直纹现象)，此外，如果画面中有随机噪声，通过上述的机制，亦可有效消除随机噪声。

另外，在第二实施例中，并不需要在影像传感器100的集成电路芯片出厂前进行遮光。在第二实施例的测试环境中，装置105系关闭影像传感器100在画面每一行之至少一部分像素资料的感测功能，举例来说，当进入该测试环境时，控制电路120系关闭影像感测电路110每一行之全部像素或部分像素的感测功能(关闭像素的感测功能并不等于对像素进行遮光)，如图2所示，控制电路120系被安排用以关闭控制讯号TG或是打开RST，使得后续没有感测资料可通过二次取样电路1102、源极随耦器电路1103、功率放大器电路1104及类比数位转换器电路1105等，此时，由于是在测试环境中，虽然实际上没有感测资料通过上述的电路，然而因为上述电路单元仍然是被开启的，因此仍会收集资料来产生并输出感测画面资料，此时所产生并输出的感测画面资料可被视为是测试画面，装置105的控制电路120系存取至少一张测试画面的像素资料、计算至少一测试画面在每一行之至少一部分像素资料的平均值、以及将每一行的平均值储存于储存电路115的对照表中，具体来说，在此测试环境中，控制电路120系存取一张或多张的测试画面之像素资料，计算一张或多张测试画面在每一行的全部或部分像素资料的平均值，亦即，对每一行来 说，均计算出一平均值，之后将每一行的平均值储存于储存电路115的对照表，如果是关闭影像传感器100画面每一行之全部像素的感测功能，则可计算一张或多张测试画面在每一行的全部像素资料的平均值，来得到每一行的平均值，其优点在于可准确计算出每一行的平均值，反之，如果只是关闭影像传感器100画面每一行之部分像素的感测功能，则可只计算一张或多张测试画面在每一行在该些部分像素的像素资料的平均值，来得到每一行的平均值，优点在于可快速计算每一行的平均值。此外，实作上，如果是计算多张测试画面在每一行的平均值，可先分别计算每一张测试画面每一行的像素平均值，再将每一行在不同张测试画面的多个像素平均值做平均，则可得到每一行的像素平均值。上述每一行的像素平均值系用以作为校正每一行之类比电路非理想效应噪声的校正值。当影像传感器100位于正常光源环境下时，影像感测电路110进行光学感测、类比处理、及类比数位转换等运作来产生多张正常感测画面的像素资料，而控制电路120则存取上述的对照表的资料，使用每一行的平均值来分别调校多张正常感测画面上每一行之影像资料，如此可降低类比电路非理想效应的噪声，例如降低影像传感器100的固定图案噪声(所产生之影像画面上的直纹现象)，此外，如果画面中有随机噪声，通过上述的机制，亦可有效消除随机噪声。

再者，在第三实施例中，针对不同放大倍率的影像画面，其上述校正值的产生方式可使用线性插补的计算方式来获得，可不需要进入测试环境中进行测试来得到，节省测试时间。举例来说，在测试环境中，控制电路120存取至少一张测试画面系根据第一影像放大倍率(例如32倍)所进行，控制电路120系根据该一第一影像放大倍率，计算该至少一测试画面在每一行之至少一部分像素资料的一第一平均值，该每一行的第一平均值系用以当该影像传感器100操作在一正常光源环境与该第一影像放大倍率下作为调校画面每一行之影像资料的校正值，以降低类比电路非理想效应的噪声。此外，控制电路120根据该一第一影像放大倍率与一第二影像放大倍率(例如1倍)的比例大小，利用所计算出之该每一行的第一平均值来插补计算出该每一行的一第二平均值，该每一行的第二平均值系用以当该影像传感器100操作在正常光源环境与该第二影像放大倍率下作为调校该每一行之影像资料的校正值，以降低类比电路非理想效应的噪声。也就是说，储存电路115的对照表中只需要储存关于32倍影像放大倍率的每一行之校正值，之后当影像传感器100操作在1倍影像放大倍率或其他倍数的影像放大倍率时利用线性插补的计算方式来得到关于1倍影像放大倍率或其他倍数的影像放大倍率的每一行之校正值，如此，对照表只需要储存某一影像放大倍率之用以校正噪声的校正值即可，也不需要在测试环境中感测、产生或计算所有影像放大倍率的测试画面，因此，可节省测试时间。另外，在较佳实施例中，上述第一影像放大倍率可设定为最大之放大倍率(例如32倍)，然而亦可采用不同倍数的放大倍率，此实施例中采用最大倍数之放大倍率并非是本发明的限制。

再者，应注意的是，本案上述实施例中通过在测试环境中产生用以校正类比电路非理想效应噪声的校正值、并在数位域中将正常感测画面的像素值与校正值相扣以降低或消除类比电路非理想效应噪声的方法与机制，可适用于不同的影像传感器中，例如是安防监控领域的影像传感器，或是其他技术领域(例如投影感测、鼠标感测、指纹感测等领域)的影像传感器，此外，亦适用于需要显示出感测画面的影像传感器以及不需要显示出感测画面的影像传感器。再者，如果为了避免不同的操作环境下可能会有不同的校正值，亦可于每一次开机时执行上述产生校正值的操作。再者，本案之发明的实施例系用以降低或消除画面上的固定图案噪声，然而，在其他实施例中，亦可有效消除其他不同原因所造成的影像画面异常的状况，并不限定于仅能处理画面上的固定图案噪声之问题。

此外，在本发明上述实施例中，控制电路120具有在测试环境下产生用以消除固定图案噪声之像素资料之校正值(亦即上述每一行的像素平均值)的操作以及具有在正常感测环境下使用该校正值来调校正常感测画面之像素资料的操作，而在其他实施例中，如果该些校正值已产生并储存于储存电路115中，则控制电路120可仅具有在正常感测环境下使用该校正值来调校正常感测画面之像素资料的操作，此实施方式亦符合本发明的精神。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种在数位域降低影像传感器之固定图案噪声的方法，其特征在于，该方法包括：

在一测试环境中，存取至少一张测试画面的像素资料；以及

计算该至少一测试画面在每一行之至少一部分像素资料的一平均值；其中该每一行之平均值系用以在一正常光源环境下作为校正该每一行之影像资料的校正值，以降低该影像传感器之固定图案噪声；

所述存取该至少一张测试画面的像素资料之步骤包含：存取复数张测试画面的像素资料；以及

计算该至少一测试画面在每一行之至少一部分像素资料的该平均值之步骤包含：对于该每一行，对每一该复数张测试画面于该每一行的至少一部分像素资料进行累计，并根据一累计结果进行平均计算以产生该平均值；

所述存取该至少一测试画面系根据一第一影像放大倍率所进行，以及计算该至少一测试画面在每一行之至少一部分像素资料的该平均值之步骤包含：

根据该一第一影像放大倍率，计算该至少一测试画面在每一行之至少一部分像素资料的一第一平均值，该每一行的第一平均值系用以在该影像传感器操作在一正常光源环境与该第一影像放大倍率下作为校正该每一行之影像资料的校正值，以降低该影像传感器之固定图案噪声；以及

根据该一第一影像放大倍率与一第二影像放大倍率的比例大小，利用所计算出之该每一行的第一平均值来插补计算出该每一行的一第二平均值，该每一行的第二平均值系用以在该影像传感器操作在该正常光源环境与该第二影像放大倍率下作为校正该每一行之影像资料的校正值，以降低该影像传感器之固定图案噪声；其中该第一影像放大倍率系不同于该第二影像放大倍率。

2.如权利要求1所述的在数位域降低影像传感器之固定图案噪声的方法，其特征在于，所述方法还包括：

对该影像传感器进行遮光，以进入至该测试环境。

3.如权利要求1所述的在数位域降低影像传感器之固定图案噪声的方法，其特征在于，所述计算该至少一测试画面在该每一行之该至少一部分像素资料的该平均值之步骤包含：

计算该至少一测试画面在该每一行于一遮光区域内之像素资料，以产生该平均值。

4.如权利要求1所述的在数位域降低影像传感器之固定图案噪声的方法，其特征在于，该方法还包括：

关闭该影像传感器之对应于该至少一测试画面在该每一行之该至少一部分像素资料的感测功能，以进入至该测试环境。

5.如权利要求1所述的在数位域降低影像传感器之固定图案噪声的方法，其特征在于，该方法还包括：

于该正常光源环境下，使用该每一行之平均值来调校该每一行之影像资料，以降低该影像传感器之固定图案噪声。

6.一种使用于一影像传感器之用以降低固定图案噪声的装置，其特征在于，所述装置包括：

一储存电路，具有一对照表，该对照表储存有在一测试环境中所计算之至少一测试画面在每一行之至少一部分像素资料的一平均值；以及

一控制电路，耦接至该储存电路，用以存取该对照表中该每一行之该平均值，于一正常光源环境下，使用该每一行之该平均值来调校该每一行之影像资料，以降低该影像传感器之固定图案噪声；

该控制电路系用以于该测试环境中，存取该至少一张测试画面的像素资料、计算该至少一测试画面在每一行之该至少一部分像素资料的该平均值、将该每一行的该平均值储存于该对照表中；

其中该控制电路于该测试环境下系存取复数张测试画面的像素资料；以及，对于该每一行，该控制电路系对每一该复数张测试画面于该每一行的至少一部分像素资料进行累计，并根据一累计结果进行平均计算以产生该平均值；

其中该控制电路存取该至少一测试画面系根据一第一影像放大倍率所进行，该控制电路系根据该一第一影像放大倍率，计算该至少一测试画面在每一行之至少一部分像素资料的一第一平均值，该每一行的第一平均值系用以当该影像传感器操作在一正常光源环境与该第一影像放大倍率下作为调校该每一行之影像资料的校正值，以降低该影像传感器之固定图案噪声；以及，该控制电路系根据该一第一影像放大倍率与一第二影像放大倍率的比例大小，利用所计算出之该每一行的第一平均值来插补计算出该每一行的一第二平均值，该每一行的第二平均值系用以当该影像传感器操作在该正常光源环境与该第二影像放大倍率下作为调校该每一行之影像资料的校正值，以降低该影像传感器之固定图案噪声；其中该第一影像放大倍率系不同于该第二影像放大倍率。

7.如权利要求6所述的使用于一影像传感器之用以降低固定图案噪声的装置，其特征在于，该测试环境包含以下其中之一：对该影像传感器进行遮光之一测试环境、以及关闭该影像传感器在每一行之该至少一部分像素资料的感测功能之一测试环境。

8.如权利要求6所述的使用于一影像传感器之用以降低固定图案噪声的装置，其特征在于，其中该控制电路系计算该至少一测试画面在该每一行于一遮光区域内之像素资料，以产生该平均值。