DE19818975A1 - Verfahren zum Korrigieren des Dunkelstroms in CMOS-Bilderzeugungssensoren - Google Patents

Verfahren zum Korrigieren des Dunkelstroms in CMOS-Bilderzeugungssensoren

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Description

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf Festkörperlicht­ bilderzeugungspixelzellen. Insbesondere bezieht sich die Er­ findung auf ein Verfahren zum Korrigieren von Dunkelstrom­ fehlern bei der CMOS-Lichtbilderzeugung.
Ein elektronisches Bild wird allgemein durch Aussetzen eines Arrays von lichtempfindlichen Pixelzellen gegenüber einem Lichtbild erfaßt. Jede lichtempfindliche Pixelzelle sammelt eine Ladung proportional zu der Intensität des Lichts, das durch die lichtempfindliche Pixelzelle empfangen wird. Das elektronische Abtasten der Spannung, die durch die Ladung erzeugt wird, die durch jede der lichtempfindlichen Pixel­ zellen gesammelt wird, ergibt ein Array von Abtastungen, die das Bild darstellen. Ein Lichtbilderzeugungssensor ist ein Array von lichtempfindlichen Pixelzellen.
Fig. 1 zeigt ein Array 10 von lichtempfindlichen Pixelzel­ len. Die lichtempfindlichen Pixelzellen können entweder la­ dungsgekoppelte Bauelemente (CCDS; CCD = Charge Coupled De­ vice) oder lichtempfindliche CMOS-Halbleiterbilderzeugungs­ bauelemente sein. Ursprünglich waren CCDS die lichtempfind­ lichen Pixelzellen, die typischerweise in Festkörperbilder­ zeugungsbauelementanwendungen für sichtbares Licht verwendet wurden. CMOS-Bauelemente, die Photo-Gate- oder Photo-Dio­ den-Strukturen mit Signalverstärkungsschaltungen innerhalb einer lichtempfindlichen Pixelzelle umfassen, bieten mehrere Vorteile gegenüber CCDs. Die CMOS-Bauelemente dissipieren weniger Leistung, können kostengünstiger hergestellt werden, erfordern niedrigere Leistungsversorgungsspannungen und dieselben sind leichter in hochintegrierten Schaltungen als CCDS integrierbar. Zusätzlich können CMOS-Bauelemente in kostengünstigen CMOS-Massenherstellungsprozessen für anwen­ dungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs; ASIC = Application Specific Integrated Circuit) hergestellt werden. Daher können ASIC-Hersteller lichtempfindliche Pixelzellen entwickeln. Die ASIC-Hersteller können weiter die Herstel­ lungskosten reduzieren, und dieselben können zusätzliche Leistungsvorteile schaffen, sowie sich die CMOS-Technologie verbessert.
CMOS-Bauelemente sammeln jedoch sogar dann eine gewisse La­ dungsmenge an, wenn sie keinem Licht ausgesetzt sind. Das heißt CMOS-Bauelemente sammeln sogar Ladung an, wenn die Bauelemente von jeglichem Licht abgeschirmt werden. Die Dun­ kelladung einer lichtempfindlichen Pixelzelle ist die La­ dung, die durch die lichtempfindliche Pixelzelle angesammelt wird, wenn die lichtempfindliche Pixelzelle von jeglichem Licht abgeschirmt ist. Der Dunkelstrom einer lichtempfind­ lichen Pixelzelle wird aus der Dunkelladung und der Inte­ grationszeit berechnet. Der Dunkelstrom variiert zwischen lichtempfindlichen Pixelzellen eines Arrays von lichtemp­ findlichen Pixelzellen. Außerdem variiert der Dunkelstrom, der durch jede lichtempfindliche Pixelzelle geleitet wird, mit Variationen der Temperatur der lichtempfindlichen Pixel­ zelle. Die Abhängigkeit des Dunkelstroms von der Temperatur der lichtempfindlichen Pixelzelle kann allgemein durch Be-A/T charakterisiert werden, worin A eine Konstante ist, die von der Prozeßtechnologie abhängt, die verwendet wird, um die lichtempfindliche Pixelzelle herzustellen, T die Tem­ peratur (Kelvin) der lichtempfindlichen Pixelzelle ist, und B eine Konstante ist, die von lichtempfindlicher Pixelzelle zu lichtempfindlicher Pixelzelle variiert. Der Dunkelstrom, der durch CMOS-Bauelemente geleitet wird, ist etwa 100 mal dem Dunkelstrom, der durch CCD-Sensoren geleitet wird.
Ein elektronisches Bild wird durch Abtasten der Ladung, die durch jede der lichtempfindlichen Pixelzellen eines Arrays von lichtempfindlichen Pixelzellen angesammelt wird, erfaßt. Die Menge der Ladung, die durch jede lichtempfindliche Pi­ xelzelle angesammelt wird, ist proportional zu der Intensi­ tät des Lichts, das durch den lichtempfindlichen Abschnitt der lichtempfindlichen Pixelzelle empfangen wird. Der Dun­ kelstrom der lichtempfindlichen Pixelzellen reduziert die Korrelation zwischen dem Wert der Ladung, die durch die lichtempfindlichen Pixelzellen geleitet wird, und der In­ tensität des Lichts, das durch die lichtempfindlichen Pixel­ zellen empfangen wird. Die hohen Pegel des Dunkelstroms in CMOS-Bauelementen erhöhen den Rauschpegel der Ausgabe, die durch die CMOS-Bauelemente erzeugt wird, und dieselben redu­ zieren die Brauchbarkeit der CMOS-Bauelemente bei niedrigen Lichtpegeln. Der Dunkelstrom wird, wenn derselbe nicht kor­ rigiert wird, sichtbar das Rauschen erhöhen, das einem elek­ tronischen Bild zugeordnet ist, das durch ein Array von lichtempfindlichen CMOS-Pixelzellen erfaßt wird.
Die Rauscheffekte des Dunkelstroms einer lichtempfindlichen Pixelzelle können durch Subtrahieren eines abgetasteten Werts der Dunkelladung für jede Pixelzelle von einem abge­ tasteten Wert der Ladung, die durch jede Pixelzelle angesam­ melt wird, wenn dieselbe einem Lichtbild ausgesetzt wird, minimiert werden. Dies kann durch zunächst Abtasten der Antwort jeder der lichtempfindlichen Pixelzellen des Arrays von lichtempfindlichen Pixelzellen erreicht werden, wenn die Pixelzellen Licht nicht ausgesetzt sind, was einen abgeta­ steten Dunkelstromwert für jede lichtempfindliche Pixelzelle erzeugt. Die Antwort jeder lichtempfindlichen Pixelzelle des Arrays von Pixelzellen wird dann abgetastet, wenn die Pixel­ zellen einem Lichtbild ausgesetzt werden, das eine abgeta­ stete Antwort eines Lichtbilds für jede lichtempfindliche Pixelzelle erzeugt. Die Dunkelstromkomponenten des abgeta­ steten Lichtbilds können durch Subtrahieren des abgetasteten Dunkelstromwerts jeder Pixelzelle von der abgetasteten Antwort des Lichtbilds jeder lichtempfindlichen Pixelzelle minimiert werden. Wenn die Temperatur des Arrays von Pixel­ zellen gleich ist, wenn die ersten Abtastungen und die zwei­ ten Abtastungen erzeugt werden, können die Dunkelstromfehler minimiert werden. Das zweimalige Abtasten der Antwort jeder Pixelzelle des Arrays von Pixelzellen kann jedoch eine un­ zweckmäßige Zeitmenge erfordern.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, die die Dunkel­ stromfehler eliminieren können, die einem elektronisch abgetasteten Bild, das durch Abtasten der Antwort eines Arrays von lichtempfindlichen CMOS-Halbleiterbauelementen erzeugt wurde, zugeordnet sind, wobei die Vorrichtung und das Verfahren lediglich erfordern, daß die Antwort des Arrays von lichtempfindlichen CMOS-Pixelzellen einmal abgetastet wird, wenn ein Bild erfaßt wird, und wobei die Vorrichtung und das Verfahren mit einem Array von Licht­ pixelzellen betreibbar sind, das unter Verwendung von Standard-CMOS-Prozessen hergestellt wurde.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Korrigieren von Dunkelstromfehlern in elektronischen Lichtbildabtastungen einer Ausgangsantwort jeder lichtempfindlichen Pixelzelle innerhalb eines Arrays von lichtempfindlichen Pixelzellen gemäß Anspruch 1 und durch eine lichtempfindliche Bilder­ zeugungsvorrichtung gemäß Anspruch 5 gelöst.
Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Minimieren der Effekte des Dunkelstroms auf die Ausgangsantwort eines Arrays von lichtempfindlichen CMOS-Pixelzellen. Die Erfindung erfordert lediglich, daß die Ausgangsantwort der Pixelzellen ein einziges Mal abgetastet wird. Daher wird die Zeit, die erforderlich ist, um die Aus­ gangsantwort der Pixelzellen zu verarbeiten, minimiert. Die Erfindung kann mit einem Array von lichtempfindlichen Pixel­ zellen implementiert werden, die unter Verwendung von Stan­ dard-CMOS-Herstellungsprozessen gebildet sind.
Ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung umfaßt ein Ver­ fahren zum Korrigieren von Dunkelstromfehlern in elektroni­ schen Lichtbildabtastungen einer Ausgangsantwort jeder lichtempfindlichen Pixelzelle innerhalb eines Arrays von lichtempfindlichen Pixelzellen. Das Array von lichtemp­ findlichen Pixelzellen umfaßt mehrere verteilte dunkle Pi­ xelzellen. Zunächst wird das Array von lichtempfindlichen Pixelzellen gegenüber einem Lichtbild ausgesetzt. Die La­ dung, die durch jede der lichtempfindlichen Pixelzellen innerhalb des Arrays von lichtempfindlichen Pixelzellen angesammelt wird, wird abgetastet, was einen abgetasteten Bildstromwert für jede lichtempfindliche Pixelzelle erzeugt. Die Ladung, die durch jede der dunklen Pixelzellen innerhalb des Arrays von lichtempfindlichen Pixelzellen angesammelt wird, wird abgetastet, was einen abgetasteten Bilddunkel­ stromwert für jede dunkle Pixelzelle erzeugt. Ein Dunkel­ stromverhältnis für jedes dunkle Pixel wird aus dem abge­ tasteten Bilddunkelstrom des dunklen Pixels berechnet. Der Dunkelstrom jeder der lichtempfindlichen Pixelzellen des Arrays von lichtempfindlichen Pixelzellen wird aus den Dun­ kelstromverhältnissen der dunklen Pixel berechnet. Schließ­ lich wird der berechnete Dunkelstrom jeder lichtempfindliche Pixelzelle von dem abgetasteten Bildstromwert jeder der lichtempfindlichen Pixelzellen abgezogen.
Ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ähnlich zu dem ersten Ausführungsbeispiel. Für das zweite Ausführungs­ beispiel umfaßt der Schritt des Berechnens eines Dunkel­ stromverhältnisses für jedes dunkle Pixel aus dem abgetaste­ ten Bilddunkelstrom des dunklen Pixels die folgenden Schrit­ te. Zunächst wird ein Bezugsdunkelstrom für jedes dunkle Pi­ xel und jedes lichtempfindliche Pixel des Arrays von Bilder­ zeugungspixelzellen bei einer Bezugstemperatur gemessen. Als nächstes wird ein Dunkelstromverhältnis durch Teilen des ab­ getasteten Bilddunkelstroms jedes dunklen Pixels durch den Bezugsdunkelstrom des dunklen Pixels berechnet.
Ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ähnlich zu dem zweiten Ausführungsbeispiel. Das dritte Ausführungsbei­ spiel umfaßt ferner das Abschätzen des Dunkelstroms jeder der lichtempfindlichen Pixelzellen des Arrays von lichtemp­ findlichen Pixelzellen durch Multiplizieren des Bezugsdun­ kelstroms jeder lichtempfindlichen Pixelzelle mit einem Durchschnittsdunkelstromverhältnis oder mit dem Dunkelstrom­ verhältnis des dunklen Pixels, das am nächsten zu der licht­ empfindlichen Pixelzelle liegt.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Array von lichtempfindlichen Pixelzellen;
Fig. 2 die Dunkelstromantwort eines lichtempfindlichen CMOS-Halbleiterbauelements mit Variationen in der Temperatur des Bauelements;
Fig. 3 ein Array von lichtempfindlichen Pixelzellen, das mehrere dunkle Elemente oder dunkle Pixel umfaßt;
Fig. 4 ein Array von lichtempfindlichen Pixelzellen, das mehrere dunkle Elemente oder dunkle Pixel umfaßt, und eine periphere Schaltung nahe dem Array;
Fig. 5 ein Schaltungsschema, das die elektronische Schal­ tungsanordnung umfaßt, die erforderlich ist, um die Antwort einer lichtempfindlichen Pixelzelle abzuta­ sten;
Fig. 6 ein Flußdiagramm der Charakterisierungsschritte der Erfindung, die vor dem Erfassen eines abgetasteten Bilds mit einem Array von lichtempfindlichen CMOS-Pixelzellen und vor dem Mimimieren der Dunkelstrom­ fehler, die dem erfaßten Bild zugeordnet sind, er­ forderlich sind; und
Fig. 7 ein Flußdiagramm der Schritte der Erfindung, die die Dunkelstromfehler minimieren, die der abgeta­ steten Antwort des erfaßten Bilds zugeordnet sind.
Wie in den Zeichnungen zum Zweck der Darstellung gezeigt, ist die Erfindung in einer Vorrichtung und einem Verfahren ausgeführt, die die Dunkelstromfehler in einer Lichtbild­ antwort eines Arrays von lichtempfindlichen CMOS-Pixelzellen minimieren. Die Erfindung erfordert lediglich, daß die Ant­ wort des Arrays von CMOS-Bauelementen ein einziges Mal für jedes erfaßte Bild abgetastet wird. Die Effekte des CMOS-Bauelementsdunkelstroms auf den nutzbaren dynamischen Be­ reich der Bildantwort der CMOS-Bauelemente werden ohne jegliche Veränderungen oder Modifikationen der Standard­ prozesse minimiert, die verwendet werden, um die CMOS-Bau­ elemente herzustellen.
Fig. 2 zeigt eine Dunkelstromkurve 20, die den Dunkelstrom darstellt, der durch eine lichtempfindliche CMOS-Halbleiter­ pixelzelle als eine Funktion der Temperatur der Pixelzelle geleitet wird. Die Dunkelstromkurve 20 wird durch Abschirmen der lichtempfindlichen Pixelzellen von jeglichem Licht und Messen der Ladung, die durch die lichtempfindliche Pixelzel­ le angesammelt wird, sowie die Temperatur der lichtempfind­ lichen Pixelzelle variiert wird, erzeugt. Es gibt mehrere Merkmale der lichtempfindlichen CMOS-Halbleiterpixelzellen, die der Dunkelstromkurve 20 zugeordnet sind, die relevant sind.
Die Form der Dunkelstromkurve 20 hängt von dem Prozeß ab, der verwendet wird, um die lichtempfindlichen Halbleiter­ pixelzellen herzustellen. Wenn zwei lichtempfindliche Pixel­ zellen durch den gleichen Herstellungsprozeß gebildet wer­ den, dann wird der Dunkelstrom der zwei lichtempfindlichen Pixelzellen gegen die Temperaturkurve etwa gleich sein. Allgemein sind alle lichtempfindlichen Pixelzellen eines Arrays unter Verwendung des gleichen Prozesses gebildet. Daher wird typischerweise die Form der Dunkelstromkurve gegen die Temperaturkurve für alle lichtempfindlichen Zellen innerhalb eines Arrays typischerweise gleich sein. Der Dunkelstrom für eine lichtempfindliche Pixelzelle variiert mit etwa einem Faktor von 2 für jede Erhöhung der Temperatur 8°C.
Die Dunkelstromkurve 20 von Fig. 2 umfaßt einen Offset I0 22. Der Offset I0 22 ist der Betrag des Dunkelstroms, der durch eine lichtempfindliche Pixelzelle bei einer Bezugs­ temperatur T0 geleitet wird. Der Offset I0 22 hängt von einer Anzahl von Defekten innerhalb jeder lichtempfindlichen Pixelzelle ab. Die Anzahl der Defekte innerhalb einer licht­ empfindlichen Pixelzelle wird zwischen unterschiedlichen Pixelzellen innerhalb eines Arrays von lichtempfindlichen Pixelzellen variieren. Daher ist der Offset I0 22 typischer­ weise für unterschiedliche lichtempfindliche Pixelzellen innerhalb eines Arrays von lichtempfindlichen Pixelzellen unterschiedlich. Der Offset I0 22 kann bis zu 30% von einer lichtempfindlichen Pixelzelle zu einer anderen Pixelzelle innerhalb eines Arrays von lichtempfindlichen Pixelzellen variieren. Das Verhältnis des Dunkelstroms einer lichtemp­ findlichen Pixelzelle bei zwei unterschiedlichen Tempera­ turen ist allgemein lediglich von den Werten der zwei Tempe­ raturen abhängig.
Die Dunkelstromkurve 20 wird für ein Array von lichtempfind­ lichen Pixelzellen erzeugt, um zu bestätigen, daß die licht­ empfindlichen Pixelzellen tatsächlich eine Dunkelstromabhän­ gigkeit bezüglich der Temperatur aufweisen, die der vorher erwähnten Beziehung Be-A/T folgt. Der Offset I0 22 wird abgetastet und für jede lichtempfindliche Pixelzelle des Arrays von lichtempfindlichen Pixelzellen für die Bezugstem­ peratur T0 gespeichert. Bei jeder anderen Temperatur T1 wird der Dunkelstrom der dunklen Pixelzellen 34, 36 gemessen. Für jedes dunkle Pixel 34, 36 wird ein Dunkelstromverhältnis durch Teilen des Dunkelstroms, der durch das dunkle Pixel 34, 36 bei der Temperatur T1 geleitet wird, durch den Dun­ kelstrom, der durch das dunkle Pixel 34, 36 bei der Tempe­ ratur T0 geleitet wird, berechnet. Der Dunkelstrom, der durch jede lichtempfindliche Pixelzelle geleitet wird, wird durch Multiplizieren des Offsets I0 22 jeder lichtempfind­ lichen Pixelzelle mit entweder dem Dunkelstromverhältnis des dunklen Pixels, das am nächsten zu der lichtempfindlichen Pixelzelle liegt, oder mit einem Durchschnittswert der Dun­ kelstromverhältnisse von allen dunklen Pixeln des Arrays berechnet.
Fig. 3 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Ein Array von lichtempfindlichen Pixelzellen 30 umfaßt meh­ rere dunkle Pixel 34, 36. Die dunklen Pixel 34, 36 werden durch Abschirmen der lichtempfindlichen Pixelzellen von jeg­ lichem Licht gebildet. Das Abschirmen kann durch Beschichten der lichtempfindlichen Pixelzellen mit einer undurchsichti­ gen Schicht erhalten werden, um zu verhindern, daß jegliches Licht die photoempfindlichen Bereiche der Pixelzellen er­ reicht.
Mehrere dunkle Pixel 34, 36 werden vorgesehen, um zu verhin­ dern, daß irgendwelche defekten dunklen Pixel existieren. Innere dunkle Pixel 36 sind innerhalb des Arrays von Pixel­ zellen 30 vorgesehen. Die inneren dunklen Pixel 36 liefern Temperatur- und Dunkelstrom-Informationen, wobei das Tem­ peraturprofil quer über das Array von Pixelzellen 30 nicht gleichmäßig ist. Aufgrund der Anwesenheit der inneren dunk­ len Pixel 36 gehen Lichtbildinformationen verloren. Diese verlorenen Informationen können bis zu einem gewissen Grad durch Erzeugen von Abtastantworten für die Positionen, die durch die dunklen Pixel eingenommen werden, durch Inter­ polieren zwischen den abgetasteten Antworten der lichtemp­ findlichen Pixelzellen, die nahe den Positionen der inneren dunklen Pixel 36 liegen, wiederhergestellt werden.
Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dieses Ausführungsbeispiel umfaßt periphere Schaltungen 44 in der Nähe der lichtempfindlichen Pixelzellen. Die Nähe der peripheren Schaltungen 44 erhöht die Temperatur der licht­ empfindlichen Pixelzellen, die nahe den peripheren Schaltun­ gen 44 positioniert sind. Innere dunkle Pixel 36, die nahe den peripheren Schaltungen positioniert sind, werden verwen­ det, um den Dunkelstrom der lichtempfindlichen Pixelzellen zu bestimmen, die nahe den peripheren Schaltungen positio­ niert sind. Wie im vorhergehenden beschrieben, können die dunklen Pixel 34, 36 verwendet werden, um den Dunkelstrom der lichtempfindlichen Pixelzellen abzuschätzen.
Fig. 5 ist ein Schaltungsschema, das ein Ausführungsbeispiel der elektronischen Schaltungsanordnung darstellt, die erfor­ derlich ist, um die Antwort einer lichtempfindlichen Pixel­ zelle abzutasten. Für diese Schaltung ist die lichtempfind­ liche Pixelzelle eine Photodiode 80. Ladung wird durch die Photodiode 80 angesammelt, wenn die Photodiode 80 Licht aus­ gesetzt wird. Die Menge der Ladung, die angesammelt wird, ist proportional zu der Intensität des Lichts, dem die Pho­ todiode 80 ausgesetzt wird. Ein Ausgangssignal der Photodio­ de 80 wird mit einer Signalverstärkungs- und Verarbeitungs-Schaltungs­ anordnung 82 gekoppelt. Ein Ausgangssignal der Si­ gnalverstärkungs- und Verarbeitungs-Schaltungsanordnung 82 wird durch einen Analog-zu-Digital-Wandler 84 abgetastet. Der Analog-zu-Digital-Wandler 84 erzeugt eine digitale Dar­ stellung der Ladung, die durch die Photodiode 80 angesammelt wird. Ein Computerprozessor 86 empfängt die digitale Dar­ stellung der angesammelten Ladung. Der Computerprozessor 86 führt das Verfahren der Erfindung aus. Die elektronische Schaltungsanordnung, die erforderlich ist, um das Ausgangs­ signal der Photodiode 80 von Fig. 6 abzutasten, ist in der Technik bekannt.
Fig. 6 ist ein Flußdiagramm der Charakterisierungsschritte der Erfindung, die vor dem Erfassen eines abgetasteten Bilds mit einem Array von lichtempfindlichen CMOS-Pixelzellen und vor dem Mimimieren der Dunkelstromfehler, die dem erfaßten Bild zugeordnet sind, erforderlich sind. Ein erster Schritt 51 umfaßt das Charakterisieren des Arrays von lichtempfind­ lichen CMOS-Pixelzellen, was eine Dunkelstromkurve für das Array erzeugt, die für einen zukünftigen Bezug gespeichert wird. Der erste Schritt 51 ist lediglich für Arrays erfor­ derlich, die durch getrennte Prozesse gebildet werden. Die Dunkelstromkurve für alle Arrays, die durch einen speziellen Prozeß gebildet sind, wird etwa gleich sein. Ein zweiter Schritt 53 umfaßt das Abtasten des Dunkelstroms, der durch jede Pixelzelle (dunkel und hell) innerhalb des Arrays bei einer Bezugstemperatur (typischerweise 25°C) geleitet wird. Der abgetastete Wert des Stroms für jede Pixelzelle wird als der Bezugsdunkelstrom für die Pixelzelle bezeichnet.
Fig. 7 ist ein Flußdiagramm der Schritte der Erfindung, die die Dunkelstromfehler minimieren, die der abgetasteten Ant­ wort des erfaßten Bilds zugeordnet sind. Die Charakterisie­ rungsschritte von Fig. 6 ermöglichen die Dunkelstromminimie­ rungsschritte von Fig. 7. Ein erster Schritt 61 umfaßt das Aussetzen des Arrays von lichtempfindlichen Pixeln gegenüber einem Lichtbild. Ein zweiter Schritt 63 umfaßt das Abtasten des Stroms, der durch jede der lichtempfindlichen Pixel­ zellen innerhalb des Arrays von lichtempfindlichen Pixel­ zellen geleitet wird, was einen abgetasteten Bildstromwert für jede lichtempfindliche Pixelzelle erzeugt. Ein dritter Schritt 65 umfaßt das Abtasten einer Ladung, die durch jede der dunklen Pixel innerhalb des Arrays von lichtempfindli­ chen Pixelzellen angesammelt wird, was einen abgetasteten Bilddunkelstromwert für jedes dunkle Pixel erzeugt. Ein vierter Schritt 67 umfaßt das Berechnen eines Dunkelstrom­ verhältnisses für jedes dunkle Pixel durch Teilen des abge­ tasteten Bilddunkelstromwerts jedes dunklen Pixels durch den Bezugsdunkelstrom des dunklen Pixels. Ein fünfter Schritt 69 umfaßt das Berechnen eines Durchschnittsdunkelstromverhält­ nisses durch Mitteln der Dunkelstromverhältnisse der dunklen Pixel. Ein sechster Schritt 71 umfaßt das Berechnen des Dun­ kelstroms jeder der lichtempfindlichen Pixelzellen des Ar­ rays von lichtempfindlichen Pixelzellen durch Multiplizieren des Bezugsdunkelstroms jeder lichtempfindlichen Pixelzelle mit entweder dem Durchschnittsdunkelstromverhältnis oder mit dem Dunkelstromverhältnis des dunklen Pixels, das am näch­ sten zu der lichtempfindlichen Pixelzelle liegt. Schließlich umfaßt ein siebter Schritt 73 das Subtrahieren des berech­ neten Dunkelstroms jeder lichtempfindlichen Pixelzelle von dem abgetasteten Bildstromwert jeder der lichtempfindlichen Pixelzellen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine ein­ fache Kamera. Die einfache Kamera umfaßt ein Array von lichtempfindlichen Pixelzellen, in dem dunkle Pixel verteilt sind. Ferner umfaßt die einfache Kamera ein übertragbares Speichermedium, in dem digitale Abtastungen des Arrays von lichtempfindlichen Pixelzellen gespeichert sind. Die ein­ fache Kamera erfaßt ein Lichtbild durch Abtasten der Licht­ bildantwort des Arrays von lichtempfindlichen Pixelzellen. Die digitalen Abtastungen des Lichtbilds werden zu einem Computer übertragen. Der Computer umfaßt Nachschlagtabellen, die Dunkelstrominformationen von allen hellen und dunklen Pixeln innerhalb der einfachen Kamera umfassen. Der Computer führt die Schritte aus, die in Fig. 7 gezeigt sind, um die Dunkelstromeffekte der lichtempfindlichen Pixelzellen der einfachen Kamera auf die digitalen Abtastungen des erfaßten Lichtbilds zu minimieren.

Claims (5)

1. Verfahren zum Korrigieren von Dunkelstromfehlern in elektronischen Lichtbildabtastungen einer Ausgangsant­ wort jeder lichtempfindlichen Pixelzelle innerhalb ei­ nes Arrays von lichtempfindlichen Pixelzellen, wobei das Array von lichtempfindlichen Pixelzellen eine Mehr­ zahl von verteilten dunklen Pixeln aufweist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Aussetzen des Arrays von lichtempfindlichen Pixeln ge­ genüber einem Lichtbild (61);
Abtasten der Ladung, die durch jede der lichtempfindli­ chen Pixelzellen innerhalb des Arrays von lichtempfind­ lichen Pixelzellen angesammelt wird, was einen abgeta­ steten Bildstromwert für jede lichtempfindliche Pixel­ zelle (63) erzeugt;
Abtasten der Ladung, die durch jedes der dunklen Pixel innerhalb des Arrays von lichtempfindlichen Pixelzellen angesammelt wird, was einen abgetasteten Bilddunkel­ stromwert für jedes dunkle Pixel (65) erzeugt;
Berechnen eines Dunkelstromverhältnisses für jedes dunkle Pixel aus dem abgetasteten Bilddunkelstrom des dunklen Pixels (67);
Berechnen des Dunkelstroms jeder der lichtempfindlichen Pixelzellen des Arrays von lichtempfindlichen Pixelzel­ len aus den Dunkelstromverhältnissen der dunklen Pixel (71); und
Subtrahieren des berechneten Dunkelstroms jeder licht­ empfindlichen Pixelzelle von dem abgetasteten Bild­ stromwert jeder der lichtempfindlichen Pixelzellen (73).
2. Verfahren zum Korrigieren von Dunkelstromfehlern in elektronischen Lichbildabtastungen einer Ausgangsant­ wort jeder lichtempfindlichen Pixelzelle innerhalb ei­ nes Arrays von lichtempfindlichen Pixelzellen gemäß An­ spruch 1, bei dem das Berechnen eines Dunkelstromver­ hältnisses für jedes dunkle Pixel folgende Schritte aufweist:
Messen eines Bezugsdunkelstroms für jedes dunkle Pixel des Arrays von Bilderzeugungspixelzellen bei einer Be­ zugstemperatur; und
Berechnen eines Dunkelstromverhältnisses durch Teilen des abgetasteten Bilddunkelstroms jedes dunklen Pixels durch den Bezugsdunkelstrom des dunklen Pixels (67).
3. Verfahren zum Korrigieren von Dunkelstromfehlern in elektronischen Lichtbildabtastungen einer Ausgangsant­ wort jeder lichtempfindlichen Pixelzelle innerhalb eines Arrays von lichtempfindlichen Pixelzellen gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem der Schritt des Berechnens des Dunkelstroms jeder der lichtempfindlichen Pixelzel­ len des Arrays von lichtempfindlichen Pixelzellen aus den Dunkelstromverhältnissen der dunklen Pixel folgende Schritte aufweist:
Messen eines Bezugsdunkelstroms für jede lichtemp­ findliche Pixelzelle des Arrays von lichtempfindlichen Pixelzellen bei einer Bezugstemperatur;
Bestimmen, welches dunkle Pixel am nächsten zu jeder der lichtempfindlichen Pixelzellen des Arrays von lichtempfindlichen Pixelzellen liegt; und
Berechnen des Dunkelstroms jeder der lichtempfindlichen Pixelzellen des Arrays von lichtempfindlichen Pixelzel­ len durch Multiplizieren des Bezugdunkelstroms jeder lichtempfindlichen Pixelzelle mit dem Dunkelstromver­ hältnis des dunklen Pixels, das am nächsten zu der lichtempfindlichen Pixelzelle liegt.
4. Verfahren zum Korrigieren von Dunkelstromfehlern in elektronischen Lichtbildabtastungen einer Ausgangs­ antwort jeder lichtempfindlichen Pixelzelle innerhalb eines Arrays von lichtempfindlichen Pixelzellen gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem der Schritt des Berechnens des Dunkelstroms jeder der lichtempfindlichen Pixelzel­ len des Arrays von lichtempfindlichen Pixelzellen aus den Dunkelstromverhältnissen der dunklen Pixel folgende Schritte aufweist:
Messen eines Bezugsdunkelstroms für jede lichtempfind­ liche Pixelzelle des Arrays von lichtempfindlichen Pi­ xelzellen bei einer Bezugstemperatur;
Berechnen eines Durchschnittsdunkelstromverhältnisses durch Mitteln des Dunkelstromverhältnisses von allen dunklen Pixeln; und
Berechnen des Dunkelstroms jeder der lichtempfindlichen Pixelzellen des Arrays von lichtempfindlichen Pixelzel­ len durch Multiplizieren des Bezugdunkelstroms jeder lichtempfindlichen Pixelzelle mit dem Durchschnittsdun­ kelstromverhältnis.
5. Lichtempfindliche Bilderzeugungsvorrichtung mit folgen­ den Merkmalen:
einem Array von lichtempfindlichen Pixelzellen (30), wobei jede lichtempfindliche Pixelzelle einen Strom proportional zu der Intensität des Lichts leitet, das durch die lichtempfindliche Pixelzelle empfangen wird;
einer Mehrzahl von dunklen Pixeln (34, 36), die in dem Array von lichtempfindlichen Pixelzellen verteilt sind;
einer Einrichtung (84) zum Abtasten einer Ladung, die durch die lichtempfindlichen Pixelzellen und die dunk­ len Pixel angesammelt wird, was einen abgetasteten Stromwert für jede lichtempfindliche Pixelzelle und jedes dunkle Pixel erzeugt;
einer Einrichtung zum Berechnen eines Dunkelstromver­ hältnisses jedes dunklen Pixels aus dem entsprechenden abgetasteten Stromwert des dunklen Pixels und einem vorher abgetasteten Stromwert des dunklen Pixels;
einer Einrichtung zum Berechnen des Dunkelstroms jeder der lichtempfindlichen Pixelzellen aus den Dunkelstrom­ verhältnissen der dunklen Pixel; und
einer Einrichtung zum Subtrahieren des Dunkelstroms je­ der lichtempfindlichen Pixelzelle aus dem entsprechen­ den abgetasteten Stromwert jeder lichtempfindlichen Pixelzelle.
DE19818975A 1997-08-12 1998-04-28 Verfahren zum Korrigieren des Dunkelstroms in CMOS-Bilderzeugungssensoren Withdrawn DE19818975A1 (de)

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