KR101110909B1 - 감소된 암전류를 이용한 ｃｍｏｓ 이미저의 판독 방법 및 장치와 컴퓨터 판독가능 저장 매체 - Google Patents

감소된 암전류를 이용한 ｃｍｏｓ 이미저의 판독 방법 및 장치와 컴퓨터 판독가능 저장 매체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전자 셔터 및 이미지 출력 신호에 감소된 암전류 성분을 갖는 CMOS 이미저(imager)를 사용하여 전자 이미지를 포착하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 암전류는 CMOS 이미저의 각 라인을 통상의 순서 및 반대의 순서로 판독한 후 후속 처리함으로써 감소된다.

Description

감소된 암전류를 이용한 ＣＭＯＳ 이미저의 판독 방법 및 장치와 컴퓨터 판독가능 저장 매체{READ OUT METHOD FOR A CMOS IMAGER WITH REDUCED DARK CURRENT}
본 발명은 장치 및 방법에 관한 것이며, 특히 전자 이미지(electronic image)를 포착(capture)하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
CMOS 이미지 센서는 화소 어레이의 화소가 라인마다 전자적으로 셔터링되는 롤링 셔터(rolling shutter)를 사용할 수 있다. "전자 셔터링(electronic shuttering)"이라는 용어는, 화소가 이미지 포착을 위해 광에 노출되는 노출 기간을 규정하기 위한 화소의 전자 제어에 관한 것이다. 노출 기간의 종료는 화소의 판독에 의해 규정할 수 있다. 또는, 노출 기간은 화소의 판독 이전에 종료될 수 있다. 노출 기간의 개시부터 판독의 종료까지의 총 시간은 인티그레이션 타임(integration time)으로 알려져 있다.
롤링 셔터를 사용하는 센서는, 연속되는 라인이 전자적으로 셔터링되는 사이에 대상물이 움직이기 때문에, 움직이는 대상물의 이미지를 왜곡시킨다. 왜곡은 도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이 시간-변위 아티팩트(artefact)의 형태로 나타 날 수 있다.
이 문제를 해결하기 위해 기계식 셔터(mechanical shutter)를 사용할 수 있지만, 이것은 화상 캡쳐 장치의 비용, 복잡도 및 크기를 증가시킨다.
이 문제를 피하기 위한 다른 방법은, 모든 화소가 동시에 전자적으로 셔터링되는 글로벌 셔터(global shutter)를 사용하는 것이다. 이 이후에 통상, 화소가 라인 단위로 판독되는 판독 스테이지가 뒤따른다. 동시 판독은, 각 화소로부터 출력 또는 메모리로의 개별적인 판독 구조 및 라인을 요구하기 때문에, 경제적이지 않다.
글로벌 셔터법은 암전류(dark-current) 에러의 증가로 인해 어려움을 겪는다. 암전류는 화소에 광이 입사하지 않을 때 화소에 생성된 전류이다. 노출 기간이 시작되면, 화소에 충돌하는 광의 양에 따른 비율로 전하가 생성되기 시작한다. 이 전하는 노출 기간 동안에만 생성된다. 그러나, 전하는 암전류에 의해서도 축적되어 부정확한 판독을 초래한다. 암전류로 인한 전하의 축적은 인티그레이션 타임 내내 발생한다. 즉, 노출 기간 동안 및 그 이후에 계속되고 화소의 인티그레이션 값이 판독될 때까지 끝나지 않는다. 화소가 라인 단위로 판독되기 때문에, 마지막 화소에 대한 인티그레이션 타임은 첫번째 화소에 대한 것보다 더 길어서, 암전류 에러는 이미지의 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝으로 점점 증가한다. 이것은 모든 화소가 동일한 인티그레이션 타임을 갖는 롤링 셔터와 다른 점이다. 또한, 글로벌 셔터를 사용할 때의 인티그레이션 타임은 롤링 셔터를 사용할 때보다 더 높아질 수 있어, 더 현저한 암전류 에러를 일으키게 된다.
본 명세서에서 이전에 공개된 문헌의 리스팅 혹은 논의는, 당해 문헌이 종래기술의 일부이거나 또는 일반 상식인 지식임을 확인하는 용도로서 반드시 해야 하는 것은 아니다.
전자 이미지를 포착하는 장치는, 전자 이미지를 포착하기 위해 광에 노출되도록 마련된 복수의 광감성 화소(light-sensitive pixels)를 포함하는 화소 어레이와, 이미지에 대한 광 강도값을 포착하기 위해 서로 다른 시간에 화소 어레이의 제 1 및 제 2 화소 그룹 - 각 화소 그룹은 하나 또는 그 이상의 화소를 포함함 - 으로부터 광 강도값을 판독하도록 마련된 판독 회로와, 각각의 제 1 및 제 2 화소 그룹으로부터 서로 다른 시간에 얻어진 광 강도값을 이용하여 화소 어레이의 화소에서의 암전류를 보상하기 위해 마련된 노이즈 보상 회로를 구비할 수 있다.
화소 그룹은 단일 화소, 어레이 내에서의 화소의 1 라인(즉, 전체 또는 행 또는 열 중 일부), 2 라인 이상, 또는 화소의 임의의 다른 구성을 포함할 수 있다.
임의의 실시예에서, 화소는 화소 어레이 전체에 걸쳐 동시에 전자 셔터링하여 글로벌 셔터를 구현할 수 있고, 또는 그룹 단위로(예컨대, 라인 단위로) 전자적으로 셔터링하여 롤링 셔터를 구현할 수도 있다. 그러나, 글로벌 셔터가 구현되는 경우, 시간-변위 아티팩트를 피하기 때문에, 장치는 더 많은 이점을 제공할 수 있다.
실시예 1에서, 판독 회로는 제 1 판독에서 제 1 사전 결정된 그룹 순서로 제 1 및 제 2 화소 그룹으로부터 광 강도값을 판독하고, 이어서 제 2 판독에서 제 2 사전 결정된 그룹 순서로 제 1 및 제 2 화소 그룹으로부터 광 강도값을 다시 판독하며, 제 2 사전 결정된 그룹 순서는 제 1 사전 결정된 그룹 순서의 반대로 되도록 마련할 수 있다.
두 개의 그룹만 언급되었지만, 본 발명이 두 개 이상의 임의의 그룹 수에도 적용될 수 있는 것이 이해될 것이다. 예컨대, 판독 회로는 제 1 판독에서 제 1 사전 결정된 그룹 순서로 복수의 화소 그룹으로부터 광 강도값을 판독하고, 이어서 제 2 판독에서 제 2 사전 결정된 그룹 순서로 복수의 화소 그룹으로부터 광 강도값을 다시 판독하며, 제 2 사전 결정된 그룹 순서는 제 1 사전 결정된 그룹 순서의 반대로 되도록 마련할 수 있다.
그룹이 하나 또는 그 이상의 화소를 포함하는 경우, 그 그룹의 화소는 동시에, 예컨대, 시프트 레지스터를 사용하여 라인 단위로 판독된다. 이 경우, 그룹 순서는 그룹이 판독되는 순서이다. 그룹이 단일 화소를 포함하는 경우에는, 그룹 순서는 개별 화소가 판독되는 순서이다. 그룹은 화소 어레이의 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝으로 이동하는 연속적인 순서, 또는 임의의 다른 순서로 판독될 수 있다.
많은 구현예에서, 암전류 에러는 화소 어레이 전체에 걸쳐 각 화소에서 일정 비율로 증가한다. 제 1 판독에서 마지막으로 판독되는 화소 그룹에 대한 암전류 에러는 제 1 판독에서 처음으로 판독되는 화소 그룹에 대한 암전류 에러보다 커질 것이다. 상술한 바와 같이, 제 1 판독 이후에, 이것은, 암전류 에러가 이미지의 한쪽 끝으로부터 다른 쪽 끝으로 점점 증가하게 할 것이다. 그러나, 그 반대 순서로 화소 그룹으로부터 광 강도값을 다시 판독함으로써, 제 2 판독으로부터 얻어지는 암전류 에러는 제 1 판독의 암전류 에러에 대하여 반대 방향으로 증가한다. 이것은 암전류 에러를 균등하게 하거나 및/또는 제거하기 위해 여러가지 동작을 쉽게 실행할 수 있게 한다.
노이즈 보상 회로는 제 1 및 제 2 판독에서 화소에 대해 얻어지는 각각의 광 강도값으로부터 개개의 그룹의 화소에 대한 평균 광 강도값을 계산하도록 마련될 수 있다. 이 동작은 암전류 에러가 이미지 전체에 걸쳐 균등해지게 한다. 암전류 에러가 여전히 존재하더라도, 점진적 증가보다 균등한 것이 더 바람직하다.
노이즈 보상 회로는 화소에 대한 노이즈 보상 광 강도값을 얻기 위해 화소에 대한 평균 광 강도값으로부터 암전류 에러를 빼도록 마련될 수 있다.
화소 어레이는 하나 또는 그 이상의 차광된 감광성 화소(또는 "블랙" 화소)를 포함할 수 있다. 판독 회로는 제 1 및 제 2 판독에서 해당 블랙 화소 혹은 각각의 블랙 화소로부터 값을 판독하도록 마련될 수 있다. 노이즈 보상 회로는 제 1 및 제 2 판독에서 해당 블랙 화소 혹은 각각의 블랙 화소로부터 얻어진 값으로부터 암전류 에러를 나타내는 평균값을 계산하도록 마련될 수 있다.
또는, 상기 장치는 기계식 셔터를 포함할 수 있고, 이 경우 어두운 프레임(dark frame)을 1차 이미지로부터 포착하여 제거할 수 있다.
실시예 2에서는, 판독 회로가, 제 1 화소 그룹으로부터 광 강도값을 판독하는 것과 관련된 제 1 암전류 에러를 얻고, 제 2 화소 그룹으로부터 광 강도값을 판독하는 것과 관련된 제 2 암전류 에러를 얻도록 마련될 수 있는데, 제 1 및 제 2 화소 그룹은 다른 중간의 화소 그룹으로부터 이격되어 있다. 노이즈 보상 회로는 제 1 및 제 2 암전류 에러를 보간하여 중간 화소 그룹에 대한 하나 또는 그 이상의 암전류 에러를 계산하도록 마련될 수 있다.
이와 같이, 암전류 에러를 제거하는 동작이 실행될 수 있도록, 각 그룹마다 암전류 에러가 즉시 계산될 수 있다.
노이즈 보상 회로는 화소에 대한 노이즈 보상 광 강도값을 얻기 위해 화소에 대한 광 강도값으로부터 암전류 에러를 감산하도록 마련될 수 있다.
화소 어레이는 제 1 및 제 2 암전류 에러를 얻기 위해 판독 회로에 의해 사용되도록 마련된 하나 또는 그 이상의 차광된 감광성 화소를 포함할 수 있다.
상기 장치는 제 1 및 제 2 화소 그룹이 동시에 광에 노출되도록 마련될 수 있다. 부가적으로, 또는 그 대안으로, 상기 장치는 제 1 및 제 2 화소 그룹이 서로 다른 시간에 광에 노출되도록 마련될 수 있다. 상기 장치는 화소 그룹이 광에 노출되고, 당해 화소 그룹의 광 강도값이, 후속의 화소 그룹이 광에 노출되기 전에 판독 회로에 의해 판독될 수 있도록 마련될 수 있다.
상기 장치는 디지털 카메라를 포함할 수 있다. 또는, 상기 장치는 디지털 카메라용 모듈 또는 기능 블럭을 포함할 수 있다.
전자 이미지의 포착 방법은, 화소 어레이의 복수의 감광성 화소를 광에 노출시켜 전자 이미지를 포착하는 단계와, 이미지에 대한 광 강도값을 포착하기 위해 서로 다른 시간에 화소 어레이의 제 1 및 제 2 화소 그룹 - 각 화소 그룹은 하나 또는 그 이상의 화소를 포함함 - 으로부터 광 강도값을 판독하는 단계와, 각각의 제 1 및 제 2 화소 그룹으로부터 서로 다른 시간에 얻어진 광 강도값을 이용하여 화소 어레이의 화소에서의 암전류를 보상하는 단계를 포함한다.
상기 방법은, 제 1 판독에서 제 1 사전 결정된 그룹 순서로 제 1 및 제 2 화소 그룹으로부터 광 강도값을 판독하는 단계와, 이어서 제 2 판독에서 제 2 사전 결정된 그룹 순서로 제 1 및 제 2 화소 그룹으로부터 광 강도값을 다시 판독하는 단계를 포함할 수 있고, 제 2 사전 결정된 그룹 순서는 제 1 사전 결정된 그룹 순서의 반대로 된다.
상기 방법은, 제 1 및 제 2 판독에서 화소에 대해 얻어진 각각의 광 강도값으로부터 각 그룹의 화소에 대한 평균 광 강도값을 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은, 화소에 대한 노이즈 보상 광 강도값을 얻기 위해 화소에 대한 평균 광 강도값으로부터 암전류 에러를 감산하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은, 제 1 화소 그룹으로부터 광 강도값을 판독하는 것과 관련된 제 1 암전류 에러를 얻고, 제 2 화소 그룹 - 제 1 및 제 2 화소 그룹은 다른 중간의 화소 그룹으로부터 이격되어 있음 - 으로부터 광 강도값을 판독하는 것과 관련된 제 2 암전류 에러를 얻는 단계와, 제 1 및 제 2 암전류 에러를 보간하여 중간 화소 그룹에 대한 하나 또는 그 이상의 암전류 에러를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은, 화소에 대한 노이즈 보상 광 강도값을 얻기 위해 화소에 대한 광 강도값으로부터 암전류 에러를 감산하는 단계를 포함할 수 있다.
전자 이미지를 포착하는 장치는, 전자 이미지를 포착하기 위해 광에 노출되도록 배열된 복수의 광감성 화소를 포함하는 화소 어레이와, 제 1 판독에서 제 1 사전 결정된 그룹 순서의 화소 어레이에서 복수의 화소 그룹으로부터 광 강도값을 판독하고, 이어서 제 2 판독에서 제 2 사전 결정된 그룹 순서로 복수의 화소 그룹으로부터 광 강도값을 다시 판독하도록 마련된 판독 회로를 포함하고, 판독 회로는, 제 1 및 제 2 판독 각각에서 다른 그룹에 대해 서로 다른 시간에 각 그룹을 판독하고, 각 화소 그룹은 하나 또는 그 이상의 화소를 포함하며, 제 2 사전 결정된 그룹 순서는 제 1 사전 결정된 그룹 순서의 반대로 되게 한다.
전자 이미지를 포착하는 장치는, 전자 이미지를 포착하기 위해 광에 노출되도록 배열된 복수의 광감성 화소를 포함하는 화소 어레이와, 이미지에 대한 광 강도값을 포착하기 위해, 화소 어레이의 하나 또는 그 이상의 화소 그룹 - 그 또는 각 화소 그룹은 하나 또는 그 이상의 화소를 포함함 - 으로부터 광 강도값을 판독하도록 마련되고, 광 강도값을 판독하기 전에 제 1 암전류 에러를 얻고, 광 강도값을 판독한 후에 제 2 암전류 에러를 얻도록 마련된 판독 회로와, 그 또는 각 화소 그룹에 대한 암전류 에러를 계산하기 위해 제 1 및 제 2 암전류 에러를 보간하도록 마련된 노이즈 보상 회로를 구비할 수 있다.
상기 장치는 복수의 화소 그룹과, 다른 그룹에 대해 서로 다른 시간에 각 그룹을 판독하도록 마련된 판독 회로를 구비할 수 있다.
전자 이미지를 포착하는 방법은, 제 1 판독에서 제 1 사전 결정된 그룹 순서로 화소 어레이의 복수의 화소 그룹으로부터 광 강도값을 판독하는 단계와, 이어서 제 2 판독에서 제 2 사전 결정된 그룹 순서로 복수의 화소 그룹으로부터 광 강도값을 다시 판독하는 단계를 포함하고, 제 1 및 제 2 판독 각각에서 다른 그룹에 대해 서로 다른 시간에 각 그룹을 판독하고, 각 화소 그룹은 하나 또는 그 이상의 화소를 포함하며, 제 2 사전 결정된 그룹 순서는 제 1 사전 결정된 그룹 순서의 반대로 될 수 있다.
전자 이미지를 포착하는 방법은, 이미지에 대한 광 강도값을 포착하기 위해, 화소 어레이의 하나 또는 그 이상의 화소 그룹으로부터 광 강도값을 판독하는 단계와, 광 강도값을 판독하기 전에 제 1 암전류 에러를 얻고, 광 강도값을 판독한 후에 제 2 암전류 에러를 얻는 단계와, 그 화소 그룹 또는 각 화소 그룹에 대한 암전류 에러를 계산하기 위해 제 1 및 제 2 암전류 에러를 보간하는 단계를 포함할 수 있고, 그 화소 그룹 또는 각 화소 그룹은 하나 또는 그 이상의 화소를 포함한다.
전자 이미지를 포착하는 장치는, 전자 이미지를 포착하기 위해 광에 노출되도록 마련되는 복수의 감광 수단을 포함하는 어레이와, 이미지에 대한 광 강도값을 포착하기 위해, 서로 다른 시간에 어레이의 감광 수단의 제 1 및 제 2 그룹으로부터 광 강도값을 판독하는 수단과, 각각의 제 1 및 제 2 그룹으로부터 서로 다른 시간에 얻어진 광 강도값을 사용하여 어레이의 감광 수단의 암전류를 보상하는 수단을 구비할 수 있고, 각 그룹은 하나 또는 그 이상의 감광 수단을 포함한다.
광 강도값을 판독하는 수단은, 제 1 판독에서 제 1 사전 결정된 그룹 순서로 제 1 및 제 2 그룹으로부터 광 강도값을 판독하고, 이어서 제 2 판독에서 제 2 사전 결정된 그룹 순서로 제 1 및 제 2 그룹으로부터 광 강도값을 다시 판독하도록 마련되고, 제 2 사전 결정된 그룹 순서는 제 1 사전 결정된 그룹 순서와 반대로 되게 할 수 있다.
광 강도값을 판독하는 수단은, 제 1 그룹으로부터 광 강도값을 판독하는 것과 관련된 제 1 암전류 에러를 얻고, 제 2 그룹으로부터 광 강도값을 판독하는 것과 관련된 제 2 암전류 에러를 얻고, 제 1 및 제 2 그룹은 다른 중간 그룹으로부터 이격되어 있게 마련할 수 있다. 암전류를 보상하는 수단은 제 1 및 제 2 암전류 에러를 보간하여 중간 그룹에 대한 하나 또는 그 이상의 암전류 에러를 계산하도록 마련될 수 있다.
전자 이미지를 포착하는 장치는, 전자 이미지를 포착하기 위해 광에 노출되도록 마련된 복수의 감광 수단을 포함하는 어레이와, 제 1 판독에서 제 1 사전 결정된 그룹 순서로 화소 어레이의 복수의 감광 수단의 그룹으로부터 광 강도값을 판독하고, 이어서 제 2 판독에서 제 2 사전 결정된 그룹 순서로 복수의 그룹으로부터 광 강도값을 다시 판독하는 수단을 포함할 수 있고, 광 강도값 판독 수단은, 제 1 및 제 2 판독 각각에서 다른 그룹에 대해 서로 다른 시간에 각 그룹을 판독하고, 각 그룹은 하나 또는 그 이상의 감광 수단을 포함하고, 제 2 사전 결정된 그룹 순서는 제 1 사전 결정된 그룹 순서의 반대로 된다.
전자 이미지를 포착하는 장치는, 전자 이미지를 포착하기 위해 광에 노출되도록 마련된 복수의 감광 수단을 포함하는 어레이와, 이미지에 대한 광 강도값을 포착하기 위해, 화소 어레이의 하나 또는 그 이상의 감광 수단의 그룹으로부터 광 강도값을 판독하고, 광 강도값을 판독하기 전에 제 1 암전류 에러를 얻고, 광 강도값을 판독한 후에 제 2 암전류 에러를 얻도록 마련된 광 강도값 판독 수단과, 그 또는 각 그룹에 대한 암전류 에러를 계산하기 위해 제 1 및 제 2 암전류 에러를 보간하는 수단을 포함할 수 있고, 그 또는 각 그룹은 하나 또는 그 이상의 감광 수단을 포함한다.
컴퓨터 프로그램 제품은, 컴퓨터로 하여금, 전자 이미지를 포착하기 위해 화소 어레이의 복수의 감광성 화소를 광에 노출시키고, 이미지에 대한 광 강도값을 포착하기 위해, 서로 다른 시간에 화소 어레이의 제 1 및 제 2 화소 그룹 - 각 화소 그룹은 하나 또는 그 이상의 화소를 포함함 - 으로부터 광 강도값을 판독하고, 각각의 제 1 및 제 2 화소 그룹으로부터 서로 다른 시간에 얻어진 광 강도값을 사용하여 화소 어레이의 화소의 암전류를 보상하는 것을 실행하게 하는, 컴퓨터 상에서 실행시킬 때 컴퓨터로 실행 가능한 코드를 포함할 수 있다.
컴퓨터로 실행 가능한 코드는, 컴퓨터 상에서 실행시킬 때, 컴퓨터로 하여금, 제 1 판독에서 제 1 사전 결정된 그룹 순서로 제 1 및 제 2 화소 그룹으로부터 광 강도값을 판독하고, 이어서 제 2 판독에서 제 2 사전 결정된 그룹 순서로 제 1 및 제 2 화소 그룹으로부터 광 강도값을 다시 판독하는 것을 더 실행하게 할 수 있고, 제 2 사전 결정된 그룹 순서는 제 1 사전 결정된 그룹 순서와 반대로 되도록 한다.
컴퓨터로 실행 가능한 코드는, 컴퓨터 상에서 실행시킬 때, 컴퓨터로 하여금, 제 1 화소 그룹으로부터 광 강도값을 판독하는 것과 관련된 제 1 암전류 에러를 얻고, 제 2 화소 그룹 - 제 1 및 제 2 화소 그룹은 다른 중간 화소 그룹으로부터 떨어져 있음 - 으로부터 광 강도값을 판독하는 것과 관련된 제 2 암전류 에러를 얻고, 중간 화소 그룹에 대한 하나 또는 그 이상의 암전류 에러를 계산하기 위해 제 1 및 제 2 암전류 에러를 보간하는 것을 더 실행하게 할 수 있다.
컴퓨터 프로그램 제품은, 컴퓨터로 하여금, 제 1 판독에서 제 1 사전 결정된 그룹 순서로 화소 어레이의 복수의 화소 그룹으로부터 광 강도값을 판독하고, 이어서 제 2 판독에서 제 2 사전 결정된 그룹 순서로 복수의 화소 그룹으로부터 광 강도값을 다시 판독하고, 제 1 및 제 2 판독 각각에서 다른 그룹에 대해 서로 다른 시간에 각 그룹을 판독하는 것을 실행하게 하고, 각 화소 그룹은 하나 또는 그 이상의 화소를 포함하고, 제 2 사전 결정된 그룹 순서는 제 1 사전 결정된 그룹 순서와 반대로 되어 있는, 컴퓨터 상에서 실행시킬 때 컴퓨터로 실행 가능한 코드를 포함할 수 있다.
컴퓨터 프로그램 제품은, 컴퓨터로 하여금, 이미지에 대한 광 강도값을 포착하기 위해 화소 어레이의 하나 또는 그 이상의 화소 그룹 - 그 화소 그룹 또는 각 화소 그룹은 하나 또는 그 이상의 화소를 포함함 - 으로부터 광 강도값을 판독하고, 광 강도값을 판독하기 전에 제 1 암전류 에러를 얻고, 광 강도값을 판독한 후에 제 2 암전류 에러를 얻고, 그 화소 그룹 또는 각 화소 그룹에 대한 암전류 에러를 계산하기 위해 제 1 및 제 2 암전류 에러를 보간하는 것을 실행하게 하는, 컴퓨터 상에서 실행시킬 때 컴퓨터로 실행 가능한 코드를 포함할 수 있다.
장치는, 전자 이미지를 포착하기 위해 광에 노출되도록 마련된 감광성 소자의 어레이를 사용하여 전자 이미지를 포착하는 수단과, 이미지에 대한 광 강도값을 포착하기 위해, 서로 다른 시간에 감광성 소자의 제 1 및 제 2 그룹 - 각 감광성 소자 그룹은 하나 또는 그 이상의 감광성 소자를 포함함 - 으로부터 광 강도값을 판독하는 수단과, 감광성 소자의 각각의 제 1 및 제 2 그룹으로부터 서로 다른 시간에 얻어진 광 강도값을 사용하여 감광성 소자의 암전류를 보상하도록 마련된 노이즈 보상 수단을 구비한다.
본 발명의 회로는 하나 또는 그 이상의 프로세서, 메모리 및 버스 라인을 포함할 수 있다. 기술된 하나 또는 그 이상의 회로는 회로 소자를 공유할 수 있다.
본 발명은 하나 또는 그 이상의 관점, 실시예 및/또는 독립적인 상기 관점의 특징 및/또는 실시예 및/또는 (청구범위를 포함하여) 특히 그 조합에서 또는 단독으로 언급되거나 또는 언급되지 않은 여러가지 조합을 포함한다.
예를 들어, 첨부 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 시간-변위 아티팩트에 의해 왜곡된 움직이는 대상물을 나타낸 도면,
도 2는 시간-변위 아티팩트에 의해 왜곡된 움직이는 대상물을 나타낸 도면,
도 3은 본 발명에 따른 장치의 개략도,
도 4는 이미지로부터의 암전류 에러의 제거를 나타내는 그래프,
도 5는 예시적인 화소 어레이의 판독 방법을 나타내는 도면이다.
도 3은 전자 이미지를 포착하는 장치(100)의 개략적 도면이다. 장치(100)는 예를 들면, 디지털 카메라, 또는 이미지 캡쳐 능력이 요구되는 임의의 다른 전자 기기, 예컨대 휴대 전화 또는 개인 휴대 단말기(personal digital assistant)의 일부를 이룰 수 있다.
장치(100)는, 예컨대, 도면부호 104n1~104n7로 나타내고 전자 이미지를 포착하기 위해 광에 노출되도록 마련된 복수의 감광성 화소와, 예컨대 도면부호 104n8로 나타내는 복수의 차광된(optically-shielded) 화소 또는 "블랙(black)" 화소를 포함하는 화소 어레이(102)를 구비한다. "n"은 도 3에서 나타내는 "a" 내지 "h" 라인 중 하나를 가리킨다. 장치(100)는 판독 회로(106), 노이즈 보상 회로(108), 열 디코더(110), 시프트 레지스터(112) 및 전자 셔터링 회로(116)를 더 구비한다. 각 구성요소는 버스(114)를 통해 다른 구성요소와 접속되어 있다. 각 구성요소가 버스(114)에 의해 다른 구성요소의 각각에 접속되어 있는 것을 도시하지만, 구성요소들은 다르게 접속될 수도 있는 것, 예컨대, 필요한 경우에 구성요소들을 서로 결합할 수 있는 것을 이해해야 한다. 또한, 그 구성요소들은 단일 처리 유닛의 일부 또는 기능을 구성할 수 있다.
블랙 화소(104n8)는 다른 화소(104n1~104n7)가 노출되는 광으로부터 마스킹되지만, 다른 점에서는 블랙 화소(104n8)는 다른 화소(104n1~104n7)와 동일하다. 따라서, 블랙 화소(104n8)의 출력은 화소(104n1~104n7)의 암 전류 에러를 결정하는 데 사용될 수 있다.
로우 디코더(110)는 화소 어레이(102)에서 화소(104n1~104n8)를 어드레싱하기 위해 사용된다. 시프트 레지스터(112)는 화소(104n1~104n8)로부터의 광 강도값이 라인 단위로, 즉 롤링 순서(rolling order)로 판독될 수 있도록 마련된다.
장치(100)를 사용하는 전자 이미지의 캡쳐는 적어도 전자 셔터링 단계와 후속하는 판독 단계의 두 단계로 이루어진다. 전자 셔터링 단계에서, 전자 셔터링 회로(116)는 어레이(102)의 모든 화소(104n1~104n8)를 동시에 리셋하고 화소(104n1~104n8)를 광에 노출시킨다. 리셋에 후속하는 사전 결정된 노출 기간의 끝에서, 전자 셔터링 회로(116)는 어레이(102)의 모든 화소(104n1~104n8)의 노출을 동시에 종료한다. 이와 같이, 글로벌 셔터가 구현된다. 노출 기간 동안에, 이미지를 포착하기 위해 화소가 광에 노출된다. 광이 화소에 어떻게 전달되는지에 대한 구성은 여기서 기술하지 않으며, 임의의 적절한 공지의 (또는 장래에 개발되는) 배열이 사용될 수 있다. 판독 단계에서는, 적분값(또는 광 강도값)이 화소 어레이(102)에서 메모리로 전달된다. 상기 장치는 화소 어레이(102)로부터 광 강도값을 추출하기 위해, 샘플링 회로, 증폭 회로 및/또는 아날로그-디지털 변환 회로를 구비할 수 있다. 그러나, 이들 회로의 상세는 여기서 기술하지 않고 임의의 적절한 공지의 (또는 장래에 개발되는) 회로를 사용할 수 있다. 이하에 판독 단계의 상세에 대해 실시예 1 및 2와 관련하여 설명할 것이다.
실시예 1에서, 판독 회로(106)는 화소 어레이(102)의 화소(104n1~104n8)의 광 강도값을 제 1 판독 및 제 2 판독의 두 번에 걸쳐 판독하도록 마련된다.
제 1 판독에서, 판독 회로(106)는, 화소 라인(104a, 104b, 104c, …, 104h) 의 값을 시프트 레지스터(112)로 연속적으로 이동시킴으로써 연속적인 화소 라인(104a, 104b, 104c, …, 104h)을 판독하는데, 화소 어레이(102)의 한쪽 끝의 라인(104a, 104h)에서 시작해서 다른 쪽 끝의 라인(104h, 104a)에서 종료한다. 각 라인의 판독에 후속하여, 그 값은 시프트 레지스터(112)로부터 판독 회로(106)로 하나씩 시프트되어 판독 회로(106)의 메모리(도시하지 않음)에 저장된다. 변형예에서, 메모리는 판독 회로(106)와 별개인 장치(100)의 추가적인 구성요소이다.
다음에, 제 2 판독에서, 판독 회로(106)는 제 1 판독시에 라인을 판독한 순서와 반대의 순서로 화소 라인(104a, 104b, 104c, …, 104h)으로부터 광 강도값을 다시 판독한다. 따라서, 제 1 판독시에 마지막으로 판독된 라인이 제 2 판독시에는 첫번째로 판독되고, 제 1 판독시에 첫번째로 판독된 라인이 제 2 판독시에는 마지막으로 판독된다. 그래서, 예컨대, 제 1 판독에서 라인(104a)이 첫번째로 판독되고 라인(104h)이 마지막으로 판독되면, 제 2 판독에서는 라인(104h)이 첫번째로 판독되고 라인(104a)이 마지막으로 판독될 것이다. 또한, 그 값이 메모리로 시프트된다. 본 실시예에서, 전체 화소 라인(104n1~104n8)의 값을 동시에 시프트 레지스터(112)로 시프트시킴으로써 임의의 하나의 라인의 화소가 동시에 판독된다.
변형예에서, 화소(104a1, 104a2, 104a3, …, 104a8, 104b1, 104b2, …, 104h1, 104h8)가 어레이(102)로부터 하나씩 개별적으로 판독된다. 이 경우에, 화소는 제 1 판독에서 판독된 순서와 반대의 순서로 제 2 판독에서 개별적으로 판독된다. 예컨대, 제 1 판독에서 104a1, 104a2, 104a3, …, 104a8, 104b1, …, 104b8, …, 104h1, …, 104h8, 및 제 2 판독에서 104h8, 104h7, …, 104h1, 104g8, …, 104g1, …, 104a8, …, 104a1이다. 다른 실시예에서는, 제 1 판독은 시퀀스 104a1, 104a2, 104a3, …, 104a8, 104b8, …, 104b1, …, 104c1, …, 104c8, …, 104g1, …, 104g8, 104h8, …, 104h1로, 제 2 판독은 104h1, …, 104h8, …, 104g8, …, 104g1, …, 1048c8, …, 104c1, 104b1, …, 104b8, 104a8, …, 104a1로 할 수 있다.
노이즈 보상 회로(108)는 판독 회로(106)에 접속된다. (변형예에서, 판독 회로(106) 및 노이즈 보상 회로는 단일 처리 유닛의 일부를 형성한다.) 노이즈 보상 회로(108)는 판독 회로(106)에 의해 화소 어레이(102)로부터 판독된 광 강도값을 수신하고, 제 1 및 제 2 판독에서 화소(104n1~104n8)에 대해 얻어지는 광 강도값으로부터 각 화소(104n1~104n8)에 대한 제 1/제 2 평균 광 강도값을 계산하도록 마련된다. 화소가 제 1 판독과 반대 방향으로 제 2 판독에서 판독되므로, 이러한 평균화 처리에 의해, 광 강도값의 암전류 에러는 화소 어레이(102) 전체에 걸쳐 균등해진다. 또한 노이즈 보상 회로(108)는 블랙 화소(104n8)로부터 얻어진 평균값을 사용하여 암전류 에러를 계산하고, 각 화소(104n1~104n7)의 평균 광 강도값으로부터 암전류 에러를 감산해서 각 화소(104n1~104n7)에 대한 노이즈 보상 광 강도값을 구하도록 마련된다. 도 4를 참조하여 이것에 대해 더 설명한다.
도 4는 실시예 1의 장치를 사용하여 이미지로부터의 암전류 에러의 균등화(평균화) 및 제거를 나타내는 그래프이다. 수평축은 화소 어레이(102)의 화소(104)를 나타낸다. 수평축의 왼쪽 끝은 제 1 판독에서 첫번째로 판독되고 제 2 판독에서 마지막으로 판독된 화소를 나타내고, 오른쪽 끝은 제 1 판독에서 마지막으로 판독되고 제 2 판독에서 첫번째로 판독된 화소를 나타낸다. 수직축은 화소(104)로부터 판독된 광 강도값을 나타낸다. 트레이스 41은 장치(100)에 의해 포착된 이상적인 이미지 신호를 나타낸다. 제 1 판독 중에, 암전류 에러가 동일한 비율로 어레이(102)의 각 화소(104)에 축적되고, 이것을 트레이스 42로 나타낸다. 화소가 오른쪽 방향의 롤링 순서로 판독되기 때문에, 트레이스 42는 그래프의 오른쪽 끝을 향해 선형으로 증가한다. 제 1 판독의 끝에서, 암전류 에러는 레벨 edc1로 증가했다. 제 1 판독 중에 판독된 광 강도값은 암전류 에러에 부가하여 이상적인 이미지 신호를 포함하는데, 트레이스 43으로 나타낸다. 트레이스 43은 트레이스 42로 나타낸 암전류 에러만큼 수평축으로부터 오프셋된 것 외에는 이상적인 트레이스 41과 유사하다. 제 2 판독 중에, 암전류 에러는 동일한 비율로 각 화소에 계속 축적되고, 이것을 트레이스 44로 나타낸다. 제 2 판독의 종료시에, 암전류 에러는 레벨 edc2로 증가했다. 이 경우, 제 2 판독은 제 1 판독이 끝난 후에 즉시 시작되어, 암전류 에러 edc2가 실질적으로 암전류 에러 edc1의 2배가 된다. 제 2 판독 중에 판독된 광 강도값을 트레이스 45로 나타낸다. 트레이스 45는 트레이스 42 및 트레이스 44로 나타낸 암전류 에러만큼 수평축으로부터 오프셋된 것 외에는 이상적인 트레이스 41과 유사하다. 노이즈 보상 회로(108)에 의해 실행된 평균화 처리의 결과는 트레이스 46으로 나타내는 값으로 된다. 트레이스 46에서 볼 수 있는 바와 같이, 암전류 에러에 기인하는 오프셋이 아직도 존재하지만, 오프셋이 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝으로 증가하는 트레이스 43 및 45와 달리, 오프셋이 화소 어레이(102) 전체에 걸쳐 균등화된다. 트레이스 46에서의 오프셋은 화소 어레이 전체에 걸쳐 edc1이다. 트레이스 43 및 45에서 변동하는 오프셋은 상술한 바와 같이 점진적으로 증가하는 암전류 에러를 나타낸다. 트레이스 47은 암전류 에러가 노이즈 보상 회로(108)에 의해 감산된 후의 평균화된 광 강도값을 나타낸다. 도시하는 바와 같이, 트레이스 47은 이상적인 트레이스 41과 유사하다.
실시예 2에서, 판독 회로(106)는 다른 화소(104n1~104n7)를 판독하기 전에 하나 또는 그 이상의 블랙 화소(104n8)로부터 제 1 암전류 에러를 얻도록 마련된다. 다음에 판독 회로는, 전체 어레이(102)의 판독에 이어 두번째로, 하나 또는 그 이상의 블랙 화소(104n8)를 판독하는 것에 의해 제 2 암전류 에러를 얻기 전에, 화소(104n1~104n7)로부터의 값을 라인 단위로(앞서 설명한 바와 같이, 가능하게는 화소 단위로) 판독한다. 노이즈 보상 회로(108)는 각 화소(104n1~104n7)에 대한 암전류 에러를 계산하기 위해 제 1 및 제 2 암전류 에러를 보간하고, 각 화소(104n1~104n7)에 대한 노이즈 보상 광 강도값을 얻기 위해 각 화소(104n1~104n7)의 광 강도값으로부터 암전류 에러를 빼도록 마련된다.
도 5는 104a1~104a7, 104b1~104b7, 104c1~104c7로 표시한 세 개의 화소 라인 및 하나 또는 그 이상의 블랙 화소(104n8)를 포함하는 화소 어레이를 예로 든 실시예 2의 판독 방법을 나타낸다. 수직축은 암전류 에러를 나타내고, 수평축은 어레이의 화소 라인 104a1~104a7, 104b1~104b7, 104c1~104c7 및 블랙 화소(104n8)를 나타낸다. 블랙 화소(104n8)가 먼저 판독된다. 다음에, 블랙 화소(104n8)가 두번째 판독되기 전에 라인 104a1~104a7, 104b1~104b7, 104c1~104c7이 연속적인 순서로 판독된다. 블랙 화소(104n8)로부터 얻어진 두번의 판독은 제 1 및 제 2 암전류 에러 edc1 및 edc2를 나타낸다. 도 5에 도시하는 바와 같이, 제 1 및 제 2 암전류 에러를 보간함으로써 라인 104a1~104a7 내지 104c1~104c7에 대한 암전류 에러를 즉시 구할 수 있다.
본 출원인은, 특징 또는 그 조합이 여기에 개시된 어떤 문제를 해결하는지 여부에 상관없이, 또한 청구범위에 제한되지 않고, 여기에 설명한 각각의 개별적인 특징을 단독으로 또는, 그러한 두가지 이상의 특징의 임의의 조합을, 본 명세서에 근거하여 전체적으로 당업자의 일반적인 상식의 관점에서 실시될 수 있는 정도까지 여기에 개시한다. 청구항의 모든 가능한 변경 및 조합은, 그 조합 또는 변경에서 특별히 개시됐든지 아니든지, 현재 개시 범위 내에 있다. 본 출원인은 본 발명이 그러한 개별적인 특징 또는 특징의 조합으로 구성되는 관점을 나타낸다. 상술한 설명의 관점에서, 본 발명의 범위 내에서 여러 가지 변형이 가능한 것은 당업자에게 분명할 것이다.
상술한 판독 회로, 노이즈 보상 회로 등은 상술한 기능(이 경우에 판독 및 노이즈 보상 기능)에 부가하여 다른 기능을 가질 수 있고, 이들 기능은 동일한 회로에 의해 실행될 수 있는 것을 알 수 있을 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 적용됨에 따라 본 발명의 기본적인 새로운 특징이 도시, 설명되고 지적되는 한편, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 당업자에 의 해, 설명된 장치 및 방법의 형태와 세부사항에 다양한 생략, 대체 및 변경이 이루어질 수 있는 것이 이해될 것이다. 예컨대, 본 발명의 범위 내로 되는 동일한 결과를 달성하기 위해, 실질적으로 동일한 방법으로 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 이들 구성요소 및/또는 방법 단계의 모든 조합이 명백히 의도된다. 또한, 본 발명의 임의의 개시된 형태 또는 실시예와 관련하여 도시 및/또는 설명된 구조 및/또는 구성요소 및/또는 방법 단계는, 디자인 선택의 일반적 재료로서 임의의 다른 개시된 또는 설명된 또는 제안된 형태 또는 실시예일 수 있는 것을 이해해야 한다. 따라서, 여기에 첨부된 청구범위에 의해 나타낸 것에만 제한되는 것이 의도된다. 또한, 청구범위에서 수단+기능 조항은, 인용된 기능 및 구조 등가(structure equivalents) 뿐만 아니라 등가 구조(equivalent structures)를 실행함에 따라 여기에 기술된 구조를 커버하기 위해 의도된다. 예컨대, 못은 나무 부분을 함께 고정하기 위해 원통형 표면을 채용하는 반면, 나사는 나사 표면을 채용하는 점에서, 못과 나사가 구조 등가일 수는 없지만, 나무 부분을 결합하는 점에서 못과 나사는 등가 구조일 수 있다.

Claims (23)

  1. 전자 이미지를 포착하기 위해 광에 노출되도록 마련된 감광성 소자의 어레이를 이용하여 상기 전자 이미지를 포착하는 수단(102)과,
    적어도 하나의 차광된 감광성 소자를 이용하여 제 1 암전류 에러를 획득하고,
    상기 제 1 암전류 에러를 획득한 이후, 상기 전자 이미지의 광 강도값(light-intensity value)을 포착하기 위해 상기 감광성 소자의 그룹으로부터 광 강도값을 판독하고,
    상기 감광성 소자의 그룹으로부터 상기 광 강도값을 판독한 이후, 적어도 하나의 차광된 감광성 소자를 이용하여 제 2 암전류 에러를 획득하도록 마련된,
    광 강도값 판독 수단(106)과,
    상기 감광성 소자의 그룹으로부터의 적어도 하나의 감광성 소자에 대한 적어도 하나의 암전류 에러를 계산하도록 상기 제 1 암전류 에러와 상기 제 2 암전류 에러를 보간하고,
    상기 적어도 하나의 감광성 소자에 대한 노이즈 보상된 광 강도값을 얻기 위해, 상기 감광성 소자의 그룹으로부터의 적어도 하나의 감광성 소자의 광 강도값으로부터 상기 계산된 적어도 하나의 암전류 에러를 감산하도록 마련된,
    노이즈 보상 수단(108)을 포함하는
    이미지 포착 장치(100).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 감광성 소자의 그룹은 감광성 소자의 행(row)인
    이미지 포착 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 암전류 에러는 감광성 소자의 제 1 그룹으로부터의 광 강도값의 판독과 연관되고, 상기 제 2 암전류 에러는 감광성 소자의 제 2 그룹으로부터의 광 강도값의 판독과 연관되며, 상기 감광성 소자의 그룹은 상기 감광성 소자의 제 1 그룹과 상기 감광성 소자의 제 2 그룹의 중간에 배치된 감광성 소자의 제 3 그룹인
    이미지 포착 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 감광성 소자의 제 1 그룹은 감광성 소자의 제 1 행이고, 상기 감광성 소자의 제 2 그룹은 감광성 소자의 제 2 행이며, 상기 감광성 소자의 제 3 그룹은 상기 감광성 소자의 제 1 행과 상기 감광성 소자의 제 2 행 중간에 배치된 감광성 소자의 제 3 행인
    이미지 포착 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 감광성 소자의 제 1 그룹과 상기 감광성 소자의 제 2 그룹은 광에 동시에 노출되는
    이미지 포착 장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 감광성 소자의 제 1 그룹과 상기 감광성 소자의 제 2 그룹은 다른 시간에 광에 노출되는
    이미지 포착 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 감광성 소자의 제 1 그룹은 광에 노출되고 그의 광 강도 값은 상기 감광성 소자의 제 2 그룹이 광에 노출되기 전에 광 강도값을 판독하는 수단에 의해 판독되는
    이미지 포착 장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    전자 이미지를 포착하는 상기 수단은 화소 어레이이고, 상기 감광성 소자는 감광성 화소이며, 광 강도값을 판독하는 상기 수단은 판독 회로이고, 상기 노이즈 보상 수단은 노이즈 보상 회로인
    이미지 포착 장치.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 장치는 디지털 카메라를 포함하는
    이미지 포착 장치.
  12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 장치는 디지털 카메라용 모듈인
    이미지 포착 장치.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 전자 이미지를 포착하기 위해 감광성 소자의 어레이를 광에 노출시키는 단계와,
    적어도 하나의 차광된 감광성 소자를 이용하여 제 1 암전류 에러를 획득하는 단계와,
    상기 제 1 암전류 에러를 획득한 이후, 상기 전자 이미지의 광 강도값을 포착하기 위해 상기 감광성 소자의 그룹으로부터 광 강도값을 판독하는 단계와,
    상기 감광성 소자의 그룹으로부터 상기 광 강도값을 판독한 이후, 적어도 하나의 차광된 감광성 소자를 이용하여 제 2 암전류 에러를 획득하는 단계와,
    상기 감광성 소자의 그룹으로부터의 적어도 하나의 감광성 소자에 대한 적어도 하나의 암전류 에러를 계산하도록 상기 제 1 암전류 에러와 상기 제 2 암전류 에러를 보간하는 단계와,
    상기 적어도 하나의 감광성 소자에 대한 노이즈 보상된 광 강도값을 얻기 위해, 상기 감광성 소자의 그룹으로부터의 적어도 하나의 감광성 소자의 광 강도값으로부터 상기 계산된 적어도 하나의 암전류 에러를 감산하는 단계를 포함하는
    이미지 포착 방법.
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 감광성 소자의 그룹은 감광성 소자의 행인
    이미지 포착 방법.
  21. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 암전류 에러는 감광성 소자의 제 1 그룹으로부터의 광 강도값의 판독과 연관되고, 상기 제 2 암전류 에러는 감광성 소자의 제 2 그룹으로부터의 광 강도값의 판독과 연관되며, 상기 감광성 소자의 그룹은 상기 감광성 소자의 제 1 그룹과 상기 감광성 소자의 제 2 그룹의 중간에 배치된 감광성 소자의 제 3 그룹인
    이미지 포착 방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 감광성 소자의 제 1 그룹은 감광성 소자의 제 1 행이고, 상기 감광성 소자의 제 2 그룹은 감광성 소자의 제 2 행이며, 상기 감광성 소자의 제 3 그룹은 상기 감광성 소자의 제 1 행과 상기 감광성 소자의 제 2 행 중간에 배치된 감광성 소자의 제 3 행인
    이미지 포착 방법.
  23. 컴퓨터 상에서 실행되는 경우 청구항 제 17 항, 제 20 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 수행하게 하는 컴퓨터 실행가능 코드를 포함하는 컴퓨터 프로그램이 수록된
    컴퓨터 판독가능 저장 매체.
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