KR102512941B1 - 이미지 센서 및 이미지 센싱 방법 - Google Patents

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Abstract

실시 예는 액티브 픽셀들을 포함하는 액티브 픽셀 영역, 상기 액티브 픽셀 영역의 칼럼 방향의 적어도 일 측에 위치하고 제1 다크 픽셀들을 포함하는 제1 다크 영역, 및 상기 액티브 픽셀 영역의 로우 방향의 적어도 일 측에 위치하고 제2 다크 픽셀들을 포함하는 제2 다크 영역을 포함하는 픽셀 어레이부, 최종 다크 오프셋 값을 추출하는 오프셋 추출부, 및 상기 최종 다크 오프셋 값에 기초하여, 상기 액티브 픽셀들의 픽셀 데이터 값을 보정하는 보정부를 포함하며, 상기 오프셋 추출부는 칼럼별 다크 오프셋 값, 글로벌 다크 오프셋 값, 로우별 평균치, 및 로우별 노이즈 값을 추출하고, 추출된 상기 칼럼별 다크 오프셋 값 및 글로벌 다크 오프셋 값 중 어느 하나를 선택하고, 선택된 결과와 상기 로우별 노이즈 값을 합한 결과에 따라 상기 최종 다크 오프셋 값을 추출하고, 상기 칼럼별 다크 오프셋 값은 상기 제1 다크 영역의 각 칼럼에 속하는 제1 다크 픽셀들의 칼럼별 평균치이고, 상기 글로벌 다크 오프셋 값은 상기 제1 다크 픽셀들 전체의 평균치이고, 상기 로우별 평균치는 상기 제2 다크 영역의 각 로우에 속하는 제2 다크 픽셀들의 로우별 평균치이고, 상기 로우별 노이즈 값은 상기 로우별 평균치에서 상기 글로벌 다크 오프셋 값을 뺀 값이다.

Description

이미지 센서 및 이미지 센싱 방법{IMAGE SENSOR AND METHOD OF SENSING A IMAGE}
실시 예는 이미지 센서 및 이미지 센싱 방법에 관한 것이다.
이미지 센서는 광학적 영상을 전기적 신호로 변환시키는 반도체 소자로서, 디지털 카메라, 이동 통신 단말기 등에 많이 사용되고 있다. 이러한 이미지 센서는 복수의 단위 픽셀들을 포함할 수 있다.
이미지 센서의 고픽셀, 소형화로 인해 픽셀 사이즈가 작아짐에 따라 암전류, 암전류에 의해 발생하는 암전류 노이즈, 포톤 샷 노이즈(photon shot noise), 또는 MOS 디바이스 노이즈 등의 영향이 커지고 있다.
CMOS 타입의 이미지 센서는 능동 소자의 특성, 예컨대, 문턱 전압(Vth) 등의 편차가 영상 신호 상에 중첩되어 나타날 수 있다. 이러한 능동 소자의 특성의 편차는 각 픽셀에 대하여 고정된 값을 가질 수 있고, 화면상의 영상에 고정 패턴 잡음(Fixed Pattern Noise, FPN)을 유발시킬 수 있다. 특히 인접 픽셀들 간의 거리가 가까워짐에 따라 칼럼별로 배치된 픽셀들 또는 회로에서 가지는 옵셋(offset)에 기인하여 이미지를 구현할 때 생기는 노이즈인 칼럼 고정 패턴 노이즈(Column Fixed Pattern Noise, CFPN)에 의하여 비정상적인 출력 이미지가 발생할 수 있다.
실시 예는 칼럼 고정 패턴 노이즈 및 로우 노이즈를 동시에 제거할 수 있고, 화질 열화를 방지할 수 있고, 인식율 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있는 이미지 센서를 제공한다.
실시 예에 따른 이미지 센서는 액티브 픽셀들을 포함하는 액티브 픽셀 영역, 상기 액티브 픽셀 영역의 칼럼 방향의 적어도 일 측에 위치하고 제1 다크 픽셀들을 포함하는 제1 다크 영역, 및 상기 액티브 픽셀 영역의 로우 방향의 적어도 일 측에 위치하고 제2 다크 픽셀들을 포함하는 제2 다크 영역을 포함하는 픽셀 어레이부; 최종 다크 오프셋 값을 추출하는 오프셋 추출부; 및 상기 최종 다크 오프셋 값에 기초하여, 상기 액티브 픽셀들의 픽셀 데이터 값을 보정하는 보정부를 포함하며, 상기 오프셋 추출부는 칼럼별 다크 오프셋 값, 글로벌 다크 오프셋 값, 로우별 평균치, 및 로우별 노이즈 값을 추출하고, 추출된 상기 칼럼별 다크 오프셋 값 및 글로벌 다크 오프셋 값 중 어느 하나를 선택하고, 선택된 결과와 상기 로우별 노이즈 값을 합한 결과에 따라 상기 최종 다크 오프셋 값을 추출하고, 상기 칼럼별 다크 오프셋 값은 상기 제1 다크 영역의 각 칼럼에 속하는 제1 다크 픽셀들의 칼럼별 평균치이고, 상기 글로벌 다크 오프셋 값은 상기 제1 다크 픽셀들 전체의 평균치이고, 상기 로우별 평균치는 상기 제2 다크 영역의 각 로우에 속하는 제2 다크 픽셀들의 로우별 평균치이고, 상기 로우별 노이즈 값은 상기 로우별 평균치에서 상기 글로벌 다크 오프셋 값을 뺀 값이다.
상기 오프셋 추출부는 상기 칼럼별 다크 오프셋 값, 및 상기 글로벌 다크 오프셋 값을 추출하고, 추출된 상기 칼럼별 다크 오프셋 값 및 상기 글로벌 다크 오프셋 값 중 어느 하나를 선택하여 출력하는 제1 오프셋 추출부; 상기 로우별 평균치를 추출하고, 추출된 상기 로우별 평균치에서 상기 글로벌 다크 오프셋 값을 뺀 결과에 따라 상기 로우별 노이즈 값을 추출하는 제2 오프셋 추출부; 및 상기 제1 오프셋 추출부의 출력 및 상기 로우별 노이즈 값을 합한 결과에 따라 상기 최종 다크 오프셋 값을 추출하는 연산부를 포함한다.
상기 제1 오프셋 추출부는 상기 제1 다크 픽셀들의 출력들을 이용하여 상기 제1 다크 영역의 각 칼럼에 속하는 제1 다크 픽셀들의 출력들의 평균치를 추출하여 상기 칼럼별 다크 오프셋 값으로 출력하는 제1 평균치 추출부; 상기 제1 다크 픽셀들의 출력을 이용하여 상기 제1 다크 영역에 속하는 제1 다크 픽셀들의 출력들 전체의 평균치를 추출하여 상기 글로벌 다크 오프셋 값으로 출력하는 제2 평균치 추출부; 및 상기 칼럼별 다크 오프셋 값 및 상기 글로벌 다크 오프셋 값 중 어느 하나를 선택하여 출력하는 선택부를 포함할 수 있다.
상기 제1 오프셋 추출부는 상기 제1 다크 픽셀들의 출력들에서 기설정된 이상치를 제거하고, 이상치가 제거된 상기 제1 다크 픽셀들의 출력을 상기 제1 및 제2 평균치 추출부들로 제공하는 제1 필터를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 평균치 추출부는 각 칼럼에 속하는 제1 다크 픽셀들의 출력들을 가중 평균한 결과에 따라 상기 칼럼별 다크 오프셋 값을 추출할 수 있다.
상기 제1 평균치 추출부는 각 칼럼에 속하는 제k-1(1<k<n인 자연수) 로우(row)의 제1 다크 픽셀에 대한 가중 평균치와 제k 로우의 제1 다크 픽셀의 출력을 가중 평균한 결과에 따라 제k 로우의 제1 다크 픽셀의 가중 평균치를 추출할 수 있다.
제1 로우의 제1 다크 픽셀의 가중 평균치는 이전 프레임의 각 칼럼의 마지막 로우의 제1 다크 픽셀의 가중 평균치일 수 있다.
제k 로우의 제1 다크 픽셀의 출력보다 제k-1(1<k<n인 자연수) 로우(row)의 제1 다크 픽셀에 대한 가중 평균치에 더 큰 가중치를 줄 수 있다.
상기 제1 평균치 추출부는 상기 각 칼럼에 속하는 제k-1(1<k<n인 자연수) 번째의 제1 다크 픽셀에 대한 가중 평균치를 저장하는 데이터 저장부를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 오프셋 추출부는 상기 제2 다크 영역의 각 로우에 속하는 제2 다크 픽셀들의 출력들의 평균치를 추출하여 상기 로우별 평균치를 출력하는 제3 평균치 추출부; 및 상기 로우별 평균치에서 상기 글로벌 다크 오프셋 값을 뺀 결과에 따른 상기 로우별 노이즈 값을 출력하는 감산부를 포함할 수 있다.
상기 제2 오프셋 추출부는 상기 제2 다크 영역의 각 로우에 속하는 제2 다크 픽셀들의 출력들을 중간값으로 필터링하고, 필더링된 출력을 상기 제3 평균치 추출부에 제공하는 제2 필터를 더 포함할 수 있다.
상기 보정부는 상기 액티브 픽셀들의 픽셀 데이터 값에서 상기 최종 다크 오프셋 값을 뺀 결과에 따른 보정 픽셀 데이터 값을 출력할 수 있다.
다른 실시 예에 따른 이미지 센서는 액티브 픽셀들을 포함하는 액티브 픽셀 영역, 상기 액티브 픽셀 영역의 칼럼 방향의 적어도 일 측에 위치하고 제1 다크 픽셀들을 포함하는 제1 다크 영역, 및 상기 액티브 픽셀 영역의 로우 방향의 적어도 일 측에 위치하고 제2 다크 픽셀들을 포함하는 제2 다크 영역을 포함하는 픽셀 어레이부; 상기 제1 다크 픽셀들의 출력들에서 기설정된 이상치를 제거하고, 상기 이상치가 제거된 상기 제1 다크 픽셀들의 출력들을 이용하여 상기 제1 다크 영역의 각 칼럼에 속하는 제1 다크 픽셀들의 출력들의 평균치를 추출한 결과에 따른 칼럼별 다크 오프셋 값으로 출력하는 제1 평균치 추출부; 상기 이상치가 제거된 상기 제1 다크 픽셀들의 출력들을 이용하여 상기 제1 다크 영역에 속하는 제1 다크 픽셀들의 출력들 전체의 평균치를 추출한 결과에 따른 글로벌 다크 오프셋 값으로 출력하는 제2 평균치 추출부; 칼럼별 다크 오프셋 값, 및 상기 글로벌 다크 오프셋 값 중 어느 하나를 선택하여 출력하는 선택부; 상기 제2 다크 영역의 각 로우에 속하는 제2 다크 픽셀들의 출력들의 로우별 평균치를 추출하고, 상기 로우별 평균치에서 상기 글로벌 다크 오프셋 값을 뺀 결과에 따른 로우별 노이즈 값을 출력하는 로우 오프셋 추출부; 및 상기 선택부의 출력과 상기 로우별 노이즈 값을 합한 결과에 따른 최종 다크 오프셋 값을 추출하는 연산부; 및 상기 액티브 픽셀들의 픽셀 데이터 값에서 상기 최종 다크 오프셋 값을 뺀 결과에 따른 보정 픽셀 데이터 값을 출력하는 보정부를 포함한다.
실시 예는 액티브 픽셀들을 포함하는 액티브 픽셀 영역, 상기 액티브 픽셀 영역의 칼럼 방향의 적어도 일 측에 위치하고 제1 다크 픽셀들을 포함하는 제1 다크 영역, 및 상기 액티브 픽셀 영역의 로우 방향의 적어도 일 측에 위치하고 제2 다크 픽셀들을 포함하는 제2 다크 영역을 포함하는 픽셀 어레이부를 포함하는 이미지 센서의 센싱 방법에 관한 것으로 상기 제1 다크 픽셀들을 구동하여 획득한 상기 제1 다크 픽셀들의 출력들을 이용하여 상기 제1 다크 영역의 각 칼럼에 속하는 제1 다크 픽셀들의 출력들의 평균치를 추출하여 칼럼별 다크 오프셋 값을 획득하는 단계; 상기 제1 다크 픽셀들의 출력을 이용하여 상기 제1 다크 픽셀들의 출력들 전체의 평균치를 추출하여 글로벌 다크 오프셋 값을 획득하는 단계; 기설정된 동작 조건에 기초하여, 상기 칼럼별 다크 오프셋 값 및 상기 글로벌 다크 오프셋 값 중 어느 하나를 선택하는 단계; 상기 제2 다크 픽셀들을 구동하여 획득한 상기 제2 다크 픽셀들의 출력들을 이용하여 상기 제2 다크 영역의 각 로우에 속하는 제2 다크 픽셀들의 출력들의 평균치를 추출한 결과에 따른 로우별 평균치를 획득하는 단계; 상기 로우별 평균치에서 상기 글로벌 다크 오프셋 값을 뺀 결과에 따른 로우별 노이즈를 추출하는 단계; 상기 기설정된 동작 조건에 기초하여 선택된 결과와 상기 로우별 노이즈를 합한 결과에 따른 최종 다크 오프셋 값을 획득하는 단계; 및 상기 최종 다크 오프셋 값에 기초하여, 상기 액티브 픽셀 영역들을 구동하여 획득한 픽셀 데이터를 보정하는 단계를 포함한다.
상기 이미지 센싱 방법은 상기 칼럼별 다크 오프셋 값 획득 단계 및 상기 글로벌 다크 오프셋 값을 획득하는 단계 이전에, 상기 제1 다크 픽셀들의 출력들에서 기설정된 이상치를 제거하는 단계를 더 포함하며, 상기 칼럼별 다크 오프셋 값 및 상기 글로벌 다크 오프셋 값은 상기 이상치가 제거된 상기 제1 다크 픽셀들의 출력에 기초하여 획득될 수 있다.
상기 칼럼별 다크 오프셋 값을 획득하는 단계는, 상기 제1 다크 영역의 각 칼럼에 속하는 제1 다크 픽셀들의 출력들을 가중 평균한 결과에 따라 상기 칼럼별 다크 오프셋 값을 추출할 수 있다.
상기 칼럼별 다크 오프셋 값을 획득하는 단계는 각 칼럼에 속하는 제k-1(1<k<n인 자연수) 로우(row)의 제1 다크 픽셀에 대한 가중 평균치와 제k 로우의 제1 다크 픽셀의 출력을 가중 평균한 결과에 따라 제k 로우의 제1 다크 픽셀의 가중 평균치를 추출할 수 있다.
상기 이미지 센싱 방법은 상기 제2 다크 영역의 각 로우에 속하는 제2 다크 픽셀들의 출력들을 중간값으로 필터링하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 필더링된 출력을 상기 로우별 평균치를 획득할 수 있다.
실시 예는 칼럼 고정 패턴 노이즈 및 로우 노이즈를 동시에 제거할 수 있고, 이로 인하여 화질 열화를 방지할 수 있고, 인식율 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
또한 실시 예는 주위 환경의 온도 또는 조도 등의 동작 조건에 따라, 최종 다크 오프셋 값을 조정함으로써, 파워 소모를 줄일 수 있고, 노이즈를 제거하기 위한 액티브 픽셀 영역의 액티브 로-데이터값의 보정의 정확성을 높일 수 있다.
도 1은 실시 예에 따른 이미지 센서의 구성도를 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 픽셀 어레이부의 일 실시 예를 나타낸다.
도 3은 도 1에 도시된 픽셀 어레이부의 다른 실시 예를 나타낸다.
도 4는 도 1에 도시된 제어부의 일 실시 예에 따른 구성도이다.
도 5는 도 4에 도시된 오프셋 추출부의 일 실시 예를 나타낸다.
도 6a 내지 도 6d는 제1 평균치 추출부의 평균치 추출 방법의 일 실시 예를 나타낸다.
도 7a는 최종 다크 오프셋 값을 추출하는 일 실시 예를 나타낸다.
도 7b는 최종 다크 오프셋 값을 추출하는 다른 실시 예를 나타낸다.
도 8은 액티브 픽셀 영역의 보정 픽셀 데이터 값을 추출하는 일 실시 예를 나타낸다.
도 9는 실시 예에 따른 이미지 센서의 센싱 방법을 나타내는 플로차트이다.
이하, 실시 예들은 첨부된 도면 및 실시 예들에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다. 실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on)"에 또는 "하/아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on)"와 "하/아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 또한 동일한 참조번호는 도면의 설명을 통하여 동일한 요소를 나타낸다.
도 1은 실시 예에 따른 이미지 센서(100)의 구성도를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 이미지 센서(100)는 제어부(110), 픽셀 어레이부(120), 아날로그 디지털 변환부, 130), 메모리부(140), 및 칼럼 스캐너(150)를 포함한다.
제어부(110)는 픽셀 어레이부(120)를 제어하기 위한 제1 제어 신호(Sd), 아날로그-디지털 변환부를 제어하는 제2 제어 신호(SC), 및 칼럼 스캐너(170)를 제어하는 제2 제어 신호(CS)를 출력한다.
예컨대, 제1 제어 신호(Sd)는 픽셀 어레이부(120)의 픽셀들을 제어하는 리셋 신호(RX), 전송 신호(TX), 및 선택 신호(SX)를 포함할 수 있다.
제어부(110)는 타이밍 신호 또는 제어 신호를 발생하는 타이밍 컨트롤러(timing controller), 및 타이밍 컨트롤러로부터 제공되는 타이밍 신호에 기초하여 복수의 단위 화소들을 구동하는 제1 제어 신호(Sd)를 생성하는 로우 드라이버(row driver)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 픽셀 어레이부(120)의 복수의 단위 화소들을 구동할 수 있는 다양한 형태로 구현될 수 있다.
예컨대, 로우 드라이버는 픽셀 어레이부(120)를 구동하는 구동 신호(Sd)를 생성할 수 있고, 생성된 구동 신호를 픽셀 어레이부(120)로 출력할 수 있다.
예컨대, 로우 드라이버는 후술하는 픽셀 어레이부(120)의 액티 픽셀 영역(205), 제1 다크 영역(212, 또는 212a 및 212b), 제2 다크 영역(222, 또는 222a 및 222b)을 구동하기 위한 구동 신호(Sd)를 출력할 수 있다.
픽셀 어레이부(120)는 복수의 단위 화소들(unit pixels)을 포함할 수 있으며, 복수의 단위 화소들은 행(row)과 열(column)로 이루어진 매트릭스(matrix) 형상을 갖도록 배열될 수 있다. 단위 화소들 각각은 빛을 감지하고, 감지한 결과를 전기적 신호로 변환하는 광전 변환 소자일 수 있다.
픽셀 어레이부(120)는 단위 화소들과 연결되는 센싱 라인들(L1 내지 Lm, m>1인 자연수)을 포함하며, 센싱 라인들(L1 내지 Lm)을 통하여 센싱 신호들(a1 내지 am, m>1인 자연수)을 출력할 수 있다. 예컨대, 센싱 라인들(L1 내지 Lm) 각각은 열들 중에서 대응하는 어느 하나에 연결되는 단위 화소들의 출력단들과 연결될 수 있다.
픽셀 어레이부(120)는 액티브 픽셀 영역(Active Pixel Area), 액티브 픽셀 영역의 칼럼 방향(column direction)의 적어도 일 측에 위치하는 제1 다크 영역(Black Area), 및 액티브 픽셀 영역의 로우 방향(Row direction)의 적어도 일 측에 위치하는 제2 다크 영역을 포함할 수 있다.
아날로그-디지털 변환부(130)는 제어부(110)에 의하여 구동된 픽셀 어레이부(120)로부터 센싱 라인들(L1 내지 Lm)을 통하여 출력되는 아날로그 신호인 감지 신호를 디지털 신호를 변환한다.
아날로그-디지털 변환부(130)는 상관 더블 샘플링(Correlated Double Sampling, CDS)을 수행할 수 있다. 상관된 더블 샘플링이란 단위 화소를 리셋(reset)하였을 때의 단위 화소로부터 출력되는 제1 감지 신호를 디지털로 변환한 제1 디지털 데이터에서 외부의 영상 신호에 상응하여 단위 화소로부터 출력되는 제2 감지 신호를 디지털로 변환한 제2 디지털 데이터와의 차를 구하는 것을 의미할 수 있다.
예컨대, 아날로그-디지털 변환부(130)는 상관 더블 샘플링을 수행하는 CDS 처리부, 및 CDS 처리부의 출력을 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환기를 포함할 수 있다.
예컨대, CDS 처리부는 스위치, 커패시터, 및 차동 증폭기를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 형태로 구현될 수 있다.
예컨대, 아날로그-디지털 변환기는 램프 신호 발생기(ramp signal generator), 비교기(comparator) 및 카운터(Counter)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 형태로 구현 가능하다.
메모리부(140)는 아날로그 디지털 변환부(130)의 출력들을 저장하고, 칼럼 스캐너(150)의 제어 신호들(C1 내지 Cm)에 의하여 저장된 아날로그 디지털 변환부(130)의 출력들을 디지털 신호 처리부(180)로 전송한다.
예컨대, 메모리부(140)는 복수의 래치들(Latches) 또는 복수의 커패시터들(capacitors)을 포함하도록 구현될 수 있다.
칼럼 스캐너(150)는 제어부(110)로부터 제공되는 제어 신호(CS)에 기초하여, 메모리부(140)를 제어하는 제어 신호들(C1 내지 Cm)을 출력할 수 있다. 칼럼 스캐너(150)로부터 제공되는 제1 제어 신호들(C1 내지 Cm)에 의하여 메모리부(140)에 저장된 아날로그 디지털 변환부(130)의 출력들은 순차적으로 리드(read)되어 디지털 신호 처리부(160)로 전송될 수 있다.
디지털 신호 처리부(160)는 메모리 저장부(140)로부터 제공되는 아날로그 디지털 변환부(130)의 출력들에 대하여 디지털 신호 처리를 수행한다.
도 1에서 디지털 신호 처리부(160)는 제어부(110)와 별도로 도시되었지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 실시 예에서 제어부(110)는 디지털 신호 처리부(160)를 포함할 수도 있다.
도 2는 도 1에 도시된 픽셀 어레이부(120)의 일 실시 예(120-1)를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 픽셀 어레이부(120-1)는 액티브 픽셀 영역(205), 제1 다크 영역(212), 및 제2 다크 영역(222)을 포함한다.
제1 다크 영역(212)은 액티브 픽셀 영역(205)과 이격하고, 액티브 픽셀 영역(205)의 상측에 위치할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 실시 예에서 제1 다크 영역은 액티브 픽셀 영역(205)과 이격하고, 액티브 픽셀 영역(205)의 하측에 위치할 수도 있다.
제2 다크 영역(222)은 액티브 픽셀 영역(205)과 이격하고, 액티브 픽셀 영역(205)의 좌측에 위치할 수 있으나, 이에 한정되는 아니며, 다른 실시 예에서 제2 다크 영역은 액티브 픽셀 영역(205)과 이격하고, 액티브 픽셀 영역(205)의 우측에 위치할 수도 있다.
액티브 픽셀 영역(205)은 포토 리셉터, 예컨대, 포토 다이오드(photodiode)의 광전변환 특성을 이용하여 입사광을 전기적 신호로 변환하는 복수의 제1 픽셀들을 포함할 수 있으며, 복수의 픽셀들(이하 "액티브 픽셀들"이라 한다)을 매트릭스 형태로 배열될 수 있다.
제1 및 제2 다크 영역들(212, 222) 각각은 빛이 입사되는 것이 차단되는 영역일 수 있다. 예컨대, 제1 및 제2 다크 영역들(212,222) 각각은 금속 또는 반사막 등에 의하여 광이 차단되도록 쉴드되는 영역일 수 있다.
예컨대, 제1 다크 영역(212)은 복수의 픽셀들(이하 "제1 다크 픽셀들(dark pixels)이라 한다)을 포함할 수 있으며, 복수의 제 다크 픽셀들은 매트릭스 형태로 배열될 수 있다. 또한 제2 다크 영역(222)은 복수의 픽셀들(이하 "제2 다크 픽셀들"이라 한다)을 포함할 수 있으며, 제2 다크 픽셀들은 매트릭스 형태로 배열될 수 있다.
제1 다크 영역(212)의 각 칼럼은 액티브 픽셀 영역(205)의 칼럼들 중 대응하는 어느 하나에 대응 또는 정렬될 수 있다. 또한 제2 다크 영역(222)의 각 로우는 제1 다크 영역(212) 및 액티브 픽셀 영역(205)의 로우들 중 대응하는 어느 하나에 정렬될 수 있다.
다른 실시 예에서는 제2 다크 영역의 각 로우는 액티브 픽셀 영역의 로우들 중 대응하는 어느 하나에 정렬될 수 있고, 제1 다크 영역의 각 칼럼은 액티브 픽셀 영역 및 제2 다크 영역의 칼럼들 중 대응하는 어느 하나에 정렬될 수도 있다.
도 3은 도 1에 도시된 픽셀 어레이부(120)의 다른 실시 예(120-2)를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 픽셀 어레이부(120-2)는 액티브 픽셀 영역(205), 액티브 픽셀 영역(205)의 상측 및 하측에 배치되는 제1 다크 영역(212a, 212b), 및 액티브 픽셀 영역(205)의 좌측 및 우측에 배치되는 제2 다크 영역(222a, 222b)을 포함한다.
제1 다크 영역(212a, 212b) 및 제2 다크 영역(222a, 222b) 각각은 액티브 픽셀 영역(205)과 이격하고, 빛이 입사되는 것이 차단되는 영역일 수 있다.
제1 다크 영역(212a, 212b)은 액티브 픽셀 영역(205)의 상측에 위치하는 제1-1 다크 영역(212a), 및 액티브 픽셀 영역(205)의 하측에 위치하는 제1-2 다크 영역(212b)을 포함할 수 있다.
제1 다크 영역(212a, 212b)은 복수의 제1 다크 픽셀들을 포함할 수 있으며, 복수의 제1 다크 픽셀들은 매트릭스 형태로 배열될 수 있다.
또한 제2 다크 영역(212a, 212b)은 액티브 픽셀 영역(205)의 좌측에 위치하는 제2-1 다크 영역(222a), 및 액티브 픽셀 영역(205)의 우측에 위치하는 제2-2 다크 영역(222b)을 포함할 수 있다.
제2 다크 영역(212a, 212b)은 복수의 제2 다크 픽셀들을 포함할 수 있으며, 복수의 제2 다크 픽셀들은 매트릭스 형태로 배열될 수 있다.
예컨대, 제1 다크 영역(212a, 212b)의 각 칼럼은 액티브 픽셀 영역(205)의 칼럼들 중 대응하는 어느 하나에 정렬될 수 있다. 또한 제2 다크 영역(222a, 222b) 의 각 로우는 액티브 픽셀 영역(205) 및 제1 다크 영역(212a, 212b)의 로우들 중 대응하는 어느 하나에 정렬될 수 있다.
예컨대, 다른 실시 예에서는 제2 다크 영역의 각 로우는 액티브 픽셀 영역(205)의 로우들 중 대응하는 어느 하나에 정렬될 수 있고, 제1 다크 영역의 각 칼럼은 액티브 픽셀 영역 및 제2 다크 영역의 칼럼들 중 대응하는 어느 하나에 정렬될 수 있다.
도 4는 도 1에 도시된 디지털 신호 처리부(160)의 일 실시 예에 따른 구성도이다.
도 4를 참조하면, 디지털 신호 처리부(110)는 오프셋 추출부(114), 및 보정부(116)를 포함할 수 있다.
노이즈 추출부(114)는 제1 다크 영역(212, 또는 212a 및 212b)의 제1 출력(SC), 및 제2 다크 영역(222, 또는 222a 및 222b)의 제2 출력(SR)에 기초하여, 다크 레벨 보상을 위한 최종 오프셋 값(SF)을 추출한다.
오프셋 추출부(114)는 광학적 영상과 상관없이 발생하는 픽셀 어레이부(120)의 암전류에 기인한 노이즈 제거를 위한 오프셋을 추출하기 위하여 빛이 차단된 제1 및 제2 다크 영역들의 픽셀 데이터 값들(이하 "다크 픽셀 데이터 값"이라 한다)을 추출하고, 추출된 다크 픽셀 데이터 값을 이용하여 다크 레벨 보상을 위한 최종 오프셋 값(SF)을 추출할 수 있다.
오프셋 추출부(114)는 후술하는 칼럼별 다크 오프셋 값, 글로벌 다크 오프셋 값, 로우별 평균치, 및 로우별 노이즈 값을 추출하고, 추출된 상기 칼럼별 다크 오프셋 값 및 글로벌 다크 오프셋 값 중 어느 하나를 선택하고, 선택된 결과와 상기 로우별 노이즈 값을 합한 결과에 따라 상기 최종 다크 오프셋 값을 추출한다.
보정부(116)는 노이즈 추출부(114)에 의해 추출된 다크 픽셀 데이터 값에 기초하여, 액티브 픽셀 영역(205)의 로_데이터(raw data) 값(S_raw, 이하 "액티브 로 데이터 값(active raw data value)"이라 한다.)을 보정하고, 보정된 결과에 따라 노이즈가 제거된 액티브 픽셀 데이터 값(SM, 이하 "보정 픽셀 데이터 값"이라 한다)를 추출한다. 여기서 다크 픽셀 데이터 값은 제1 및 제2 다크 영역들의 출력들이 아나로그-디지털 변환부(130)에 의하여 아날로그-디지털 변환된 데이터 값일 수 있고, 액티브 로 데이터 값은 액티브 픽셀 영역(205)의 출력들이 아나로그-디지털 변환부(130)에 의하여 아날로그-디지털 변환된 데이터 값일 수 있다.
도 5는 도 4에 도시된 오프셋 추출부(114)의 일 실시 예를 나타낸다.
도 5를 참조하면, 오프셋 추출부(114)는 제1 오프셋 추출부(501), 제2 오프셋 추출부(502), 및 연산부(503)를 포함할 수 있다.
제1 오프셋 추출부(501)는 제1 다크 영역(212, 또는 212a 및 212b)의 제1 출력(SC)에 기초하여, 칼럼별 다크 오프셋 값, 및 글로벌 다크 오프셋 값을 추출하고, 추출된 칼럼별 다크 오프셋 값 및 글로벌 다크 오프셋 값 중 어느 하나를 선택하여 출력할 수 있다.
제1 오프셋 추출부(501)는 제1 필터(210), 제1 평균치 추출부(220), 데이터 저장부(230), 제2 평균치 추출부(240), 및 선택부(250)를 포함할 수 있다.
제1 필터(210)는 제1 다크 영역(212, 또는 212a 및 212b)의 제1 다크 픽셀들의 출력(SC)을 필터링하고, 필터링한 결과에 따라 제1 다크 픽셀들의 출력(SC)에서 이상치를 제거하고, 이상치가 제거된 결과에 따른 출력(SC1)을 출력할 수 있다.
제1 다크 영역(212, 또는 212a 및 212b)은 결함(defect)을 갖는 제1 다크 픽셀을 포함할 수 있으며, 이러한 결함에 의하여 비정상적인 출력, 이상치가 발생할 수 있다. 예컨대, 제1 다크 영역(212, 또는 212a 및 212b)은 결함(예컨대, white defect)으로 인하여 비정상적으로 출력 값이 큰 제1 다크 픽셀, 또는 결함(예컨대, black defect)으로 인하여 비정상적으로 출력 값이 작은 제1 다크 픽셀을 포함할 수 있다. 이러한 결함은 반도체 공정에서 발생하는 불량일 수 있다.
여기서 이상치는 기설정된 범위 밖의 값일 수 있고, 기설정된 범위는 하한치 및 상한치를 가질 수 있다. 예컨대, 제1 필터(210)는 제1 다크 픽셀들의 출력(SC)에서 하한치 미만의 값 또는 상한치 초과의 값을 제거할 수 있다.
제1 필터(210)는 결함에 의한 제1 다크 영역(212, 또는 212a 및 212b)의 비정상적인 출력(예컨대, 이상치)를 제거하는 역할을 할 수 있다. 제1 필터(210)는 이상치 제거 필터(outlier removal filter) 등으로 구현될 수 있다. 제1 필터(210)에 의하여 불량 픽셀의 출력을 제거함으로써 다크 레벨 보상의 정확도를 향상시킬 수 있다. 다른 실시 예에서는 제1 필터(210)가 생략될 수 있다.
제1 평균치 추출부(220)는 제1 필터(210)의 출력(SC1)을 이용하여 제1 다크 영역(212, 또는 212a 및 212b)의 각 칼럼의 제1 다크 픽셀들의 출력들의 평균치(SC2)를 추출한다. 데이터 저장부(230)는 추출된 평균치(SC2)를 저장한다. 제1 필터(210)가 생략될 경우에는 제1 다크 픽셀들의 출력을 이용하여 각 칼럼의 제1 다크 픽셀들의 출력들의 평균치(SC2)를 추출할 수 있다. 이하, 각 칼럼의 제1 다크 픽셀들의 출력들의 평균치(SC2)를 "칼럼별 다크 오프셋 값"이라 한다.
제1 평균치 추출부(220)는 제1 다크 영역(212, 또는 212a 및 212b)의 각 칼럼에 속하는 제1 다크 픽셀들의 출력들을 가중 평균한 결과에 따라 칼럼별 다크 오프셋 값을 추출할 수 있다.
제1 평균치 추출부(2200는 제1 다크 영역(212, 또는 212a 및 212b)의 각 칼럼에 속하는 제k-1(1<k<n인 자연수) 로우(row)의 제1 다크 픽셀에 대한 가중 평균치와 제k 로우의 제1 다크 픽셀의 출력을 가중 평균한 결과에 따라 제k 로우의 제1 다크 픽셀의 가중 평균치를 추출할 수 있다.
제k 로우의 제1 다크 픽셀의 가중 평균치를 추출할 때, 제k 로우의 제1 다크 픽셀의 출력보다 제k-1(1<k<n인 자연수) 로우(row)의 제1 다크 픽셀에 대한 가중 평균치에 더 큰 가중치를 줄 수 있다.
현재 프레임의 제1 다크 영역(212, 또는 212a 및 212b)의 각 칼럼의 제1 로우의 제1 다크 픽셀의 가중 평균치는 이전 프레임의 각 칼럼의 마지막 로우의 제1 다크 픽셀의 가중 평균치일 수 있다.
데이터 저장부(230)는 각 칼럼에 속하는 제k-1(1<k<n인 자연수) 번째의 제1 다크 픽셀에 대한 가중 평균치를 저장할 수 있다.
도 6a 내지 도 6d는 제1 평균치 추출부(220)의 평균치(SC2) 추출 방법의 일 실시 예를 나타낸다.
도 6a를 참조하면, 제1 평균 추출부(220)는 제1 다크 영역(212, 212a 및 212b)의 첫 번째 프레임의 각 칼럼(DC1 내지 DCm, m>1인 자연수)에 속하는 제1 다크 픽셀들(DP11 내지 DPnm, n,m>1인 자연수)의 칼럼별 평균치(P11 내지 P1m)를 추출하고, 추출된 칼럼별 평균치(P11 내지 P1m)를 데이터 저장부(230)에 저장시킨다.
도 6b를 참조하면, 제1 평균 추출부(220)는 제1 다크 영역(212, 212a 및 212b)의 두 번째 프레임의 첫 번째 로우(DR1)의 제1 다크 픽셀들의 출력들(S11 내지 S1m) 및 데이터 저장부(230)에 저장된 첫 번째 프레임에서 추출된 칼럼별 평균치(P11 내지 P1m)를 가중 평균하여, 첫 번째 로우(DR1)에 관한 칼럼별 가중 평균치(P21 내지 P2m)를 추출하고, 추출된 첫 번째 로우(DR1)에 관한 칼럼별 가중 평균치(P21 내지 P2m)를 데이터 저장부(230)에 저장시킨다.
이때 첫 번째 프레임의 각 칼럼별 평균치(P11 내지 P1m)에 대신하여 업데이트하는 형식으로 두 번째 프레임의 첫 번째 로우(DR1)에 관한 칼럼별 가중 평균치(P21 내지 P2m)가 데이터 저장부(230)에 저장될 수 있다.
예컨대, 가중 평균을 할 때, 두 번째 프레임의 첫 번째 로우(DR1)의 제1 다크 픽셀들(DP11 내지 DP1m)의 출력들(S11 내지 S1m)보다 첫 번째 프레임에서 추출된 칼럼별 평균치(P11 내지 P1m)에 더 큰 가중치를 줄 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 실시 예에서는 그 반대일 수도 있다.
도 6c를 참조하면, 제1 평균 추출부(220)는 제1 다크 영역(212, 212a 및 212b)의 두 번째 프레임의 두 번째 로우(DR2)의 제1 다크 픽셀들(DP21 내지 DP2m)의 출력들(S21 내지 S2m) 및 데이터 저장부(230)에 저장된 두 번째 프레임의 첫 번째 로우(DR1)에 관한 칼럼별 가중 평균치(P21 내지 P2m)를 가중 평균하여, 두 번째 로우(DR2)에 관한 칼럼별 가중 평균치(P31 내지 P3m)를 추출하고, 추출된 두 번째 로우(DR2)에 관한 칼럼별 가중 평균치(P31 내지 P3m)를 데이터 저장부(230)에 저장시킨다.
이때 첫 번째 로우(DR1)에 관한 칼럼별 가중 평균치(P21 내지 P2m)에 대신하여 업데이트하는 형식으로 두 번째 로우(DR2)에 관한 칼럼별 가중 평균치(P31 내지 P3m)가 데이터 저장부(230)에 저장될 수 있다.
예컨대, 가중 평균할 때, 두 번째 프레임의 두 번째 로우(DR2)의 제1 다크 픽셀들의 출력들(S21 내지 S2m)보다 두 번째 프레임의 첫 번째 로우(DR1)에 관한 칼럼별 가중 평균치(P21 내지 P2m)에 더 큰 가중치를 줄 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 실시 예에서는 그 반대일 수 있다.
도 6d를 참조하면, 도 6c에서 상술한 바와 같은 방법으로, 두 번째 프레임의 마지막 번째 로우(DRn)의 제1 다크 픽셀들(DPn1 내지 DPnm)에 관한 칼럼별 가중 평균치(P11' 내지 Pnm')까지 추출할 수 있고, 추출된 칼럼별 가중 평균치((P11' 내지 Pnm')는 데이터 저장부(230)에 저장될 수 있다.
이와 같이 마지막 번째 로우(DRn)의 제1 다크 픽셀들(DPn1 내지 DPnm)에 관한 칼럼별 가중 평균치(P11' 내지 Pnm')가 두 번째 프레임의 제1 다크 영역(212, 또는 212a 및 212b)의 칼럼별 다크 오프셋 값(SC2)이 될 수 있다.
도 6a에서 설명한 칼럼별 평균치(P11 내지 P1m)를 추출하는 것은 FIR(Finite Impulse Response) 필터로 구현될 수 있으며, 도 6b 내지 도 6d에서 설명한 칼럼별 가중 평균치를 추출하는 것은 IIR(Infinite Impulse Response) 필터로 구현될 수 있다.
제2 평균치 추출부(240)는 제1 필터(210)의 출력을 이용하여 제1 다크 영역(212, 또는 212a 및 212b)에 속하는 모든 제1 다크 픽셀들의 출력들의 평균치(SG)를 추출한다. 예컨대, 제2 평균치 추출부(240)는 제1 필터에 의하여 이상치가 제거된 어느 한 프레임의 제1 다크 영역(212, 또는 212a 및 212b)에 속하는 모든 제1 다크 픽셀들의 출력들의 평균치(SG)를 추출할 수 있다. 이하, 제2 평균치 추출부(240)에 의하여 출력된 평균치(SG)를 "글로벌 다크 오프셋 값(Global Dark offset value)이라 한다.
제1 필터(210) 생략될 경우에는 제1 다크 픽셀들의 출력을 이용하여 평균치(SG)를 추출할 수도 있다.
선택부(250)는 기설정된 동작 조건에 기초하여, 칼럼별 다크 오프셋 값(SC2) 및 글로벌 다크 오프셋 값(SG) 중 어느 하나를 선택하여 출력한다.
여기서 기설정된 동작 조건은 이미지 센서의 주위 환경의 조도, 및 주위 환경의 온도일 수 있다.
예컨대, 이미지 센서의 주위 환경의 조도가 기설정된 조도 이상인 고조도일 때에는 선택부(250)는 글로벌 다크 오프셋 값(SG)을 선택하여 출력할 수 있다. 이는 고조도 환경에서는 감지되는 신호 성분이 크기 때문에, 칼럼 고정 패턴 노이즈에 영향이 적을 수 있기 때문이다. 이 경우 적어도 제1 평균치 추출부(220)를 오프시킬 수 있으므로 전력 소모를 줄일 수 있다.
또한 주위 환경의 온도가 기설정된 온도보다 높은 고온일 경우에는 암전류의 변동(variation)이 크고, 이로 인하여 추정된 칼럼 고정 패턴 노이즈의 에러가 커질 수 있기 때문에, 선택부(250)는 글로벌 다크 오프셋 값(SG)을 선택하여 출력할 수 있다.
반면에, 이미지 센서의 주위 환경의 조도가 기설정된 조도를 초과하지 않고, 주위 환경의 온도가 기설정된 온도를 초과하지 않는 경우에는 칼럼 고정 패턴 노이즈를 추정하여 이를 제거하는 효과를 충분히 얻을 수 있기 때문에, 선택부(250)는 칼럼별 다크 오프셋 값(SC2)을 선택하여 출력할 수 있다.
다른 실시 예에 따른 제1 오프셋 추출부는 상술한 제1 필터(210)가 생략될 수 있으며, 제1 평균치 추출부(220)는 제1 필터(210))의 출력(SC1)이 아닌 제1 다크 픽셀들의 출력들(SC)을 이용하여 평균치(SC2)를 추출할 수 있고, 제2 평균치 추출부(240)는 제1 필터(210))의 출력(SC1)이 아닌 제1 다크 픽셀들의 출력들(SC)을 이용하여 글로벌 다크 오프셋 값(SG)을 추출할 수 있다.
제2 오프셋 추출부(502)는 제2 다크 영역(222, 또는 222a 및 222b)의 출력(SR)에 기초하여, 로우별 평균치를 추출하고, 추출된 로우별 평균치에서 글로벌 다크 오프셋 값(SG)을 뺀 결과에 따라 로우별 노이즈 값을 추출한다.
제2 오프셋 추출부(502)는 제2 필터(260), 제3 평균치 추출부(270), 및 감산부(280)를 포함할 수 있다.
제2 필터(260)는 제2 다크 영역(222, 또는 222a 및 222b)의 각 로우(row)에 속하는 제2 다크 픽셀들의 출력들을 중간값으로 필터링한다. 예컨대, 제2 필터(260)는 중간값 필터(Median Filter)일 수 있다.
예컨대, 제2 필터(260)는 각 로우(row)의 어느 한 제2 다크 픽셀에 인접하는 2개 이상의 제2 다크 픽셀들의 출력들 중에서 중간값을 선택하여, 상기 어느 한 제2 다크 픽셀의 출력 값(SR1)으로 출력할 수 있다.
예컨대, 제2 필터(260)는 각 로우(row)의 어느 한 제2 다크 픽셀(예컨대, X[1])의 출력(예컨대, Y1)을 아래와 같이 출력할 수 있다.
예컨대, 상기 어느 한 제2 다크 픽셀(예컨대, X[1]) 및 이에 인접하는 2개의 제2 다크 픽셀들(예컨대, X[2],X[3])의 출력들(X[1]=1, X[2]=2, X[3]=3) 중에서 중간값(예컨대, 2)을 추출하고, 추출된 중간값(예컨대, 2)을 상기 어느 한 다크 픽셀(예컨대, X[1])의 출력으로 변경할 수 있다. 이때 선택되는 인접하는 제2 다크 픽셀들의 개수는 2개 이상일 수 있다.
제2 필터(260)는 제2 다크 영역(222, 또는 222a 및 222b)의 각 로우(row)에 속하는 제2 다크 픽셀들의 출력들 중에서 이상치를 제거함과 동시에 각 로우(row)에 속하는 제2 다크 픽셀들의 출력들의 평균을 보존하는 효과가 있다.
즉 제2 필터(260)는 제2 다크 영역(222, 또는 222a 및 222b)의 각 로우(row)에 속하는 제2 다크 픽셀들의 출력들에 포함되는 무작위 잡음을 제거하는 역할을 할 수 있다.
제3 평균치 추출부(270)는 제2 다크 영역(222, 또는 222a 및 222b)의 각 로우에 속하는 제2 다크 픽셀들에 대한 제2 필터(260)의 출력(SR1)의 로우별 평균치(SR2)를 추출한다.
예컨대, 각 로우에 속하는 제2 다크 픽셀들의 출력들(SR1)은 제2 필터(260)에 의하여 중간값 필터링될 수 있고, 중간값 필터링된 결과에 따라 중간값들(SR1)로 변경될 수 있고, 제3 평균치 추출부(270)는 각 로우에 속하는 제2 다크 픽셀들의 중간값들(SR1)의 로우별 평균치(SR2)를 추출할 수 있다. 따라서 제3 평균치 추출부(270)는 제2 다크 영역(222, 또는 222a 및 222b)의 로우들 각각에 대응하는 로우별 평균치(SR2)를 추출할 수 있다.
다른 실시 예에서 제2 필터(260)는 생략될 수 있다. 제2 필터(260)가 생략된 경우에는 제3 평균치 추출부(270)는 각 로우에 속하는 제2 다크 픽셀들의 출력들(SR1)을 이용하여 로우별 평균치(SR2)를 추출할 수 있다.
감산부(280)는 로우별 평균치(SR2)에서 글로벌 다크 오프셋 값(SG)을 뺀 결과에 따른 로우별 노이즈 값(RN=SR2 - SG)을 추출한다.
연산부(503)는 선택부(250)의 출력(SC2 또는 SG) 및 로우별 노이즈 값(RN)을 연산하고, 연산된 결과에 따른 최종 다크 오프셋 값(SF)을 출력한다.
예컨대, 연산부(503)는 선택부(250)의 출력(SC2 또는 SG) 및 로우별 노이즈 값(RN)을 합산하고, 합산된 결과에 따른 최종 다크 오프셋 값(SF)을 출력할 수 있다.
예컨대, 동작 조건에 따른 선택부(250)의 출력에 따라, 최종 다크 오프셋 값(SF)은 칼럼별 다크 오프셋 값(SC2) 및 로우별 노이즈 값(RN)의 합이거나, 또는 글로벌 다크 오프셋 값(SG) 및 로우별 노이즈 값(RN)의 합일 수 있다.
예컨대, 선택부(250)의 출력이 글로벌 다크 오프셋 값(SG)일 경우에 최종 다크 오프셋 값(SF)은 제3 평균치 추출부(270)의 출력(SR2)이 될 수 있다.
도 7a는 최종 다크 오프셋 값(SF)을 추출하는 일 실시 예를 나타낸다.
도 7a를 참조하면, 연산부(503)는 액티브 픽셀 영역(205)의 칼럼에 대응하는 제1 다크 영역(212, 또는 212a 및 212b)의 칼럼별 다크 오프셋 값(SC2 -1 내지 SC2 -j, j>1인 자연수) 및 액티브 픽셀 영역(205)의 로우에 대응하는 제2 다크 영역(222, 또는 222a 및 222b)의 로우별 노이즈 값(RN-1 내지 RN-i, i>1인 자연수)을 합산하고, 합산된 결과에 따른 액티브 픽셀 영역(205)의 칼럼 및 로우에 대응하는 최종 다크 오프셋 값(SF11 내지 SFij)을 출력할 수 있다.
도 7b는 최종 다크 오프셋 값(SF)을 추출하는 다른 실시 예를 나타낸다.
도 7b를 참조하면, 연산부(503)는 제1 다크 영역(212, 또는 212a 및 212b)의 글로벌 다크 오프셋 값(SG) 및 액티브 픽셀 영역(205)의 로우에 대응하는 제2 다크 영역(222, 또는 222a 및 222b)의 로우별 노이즈 값(RN-1 내지 RN-i, i>1인 자연수)을 합산하고, 합산된 결과에 따른 액티브 픽셀 영역(205)의 칼럼 및 로우에 대응하는 최종 다크 오프셋 값(SF11 내지 SFij)을 출력할 수 있다. 도 7b에서는 액티브 픽셀 영역(205)의 각 로우에 포함되는 액티브 픽셀들에 대응하는 최종 다크 오프셋 값은 서로 동일할 수 있다.
보정부(116)는 최종 다크 오프셋 값(SF)에 기초하여, 액티브 픽셀 영역(205)의 액티브 픽셀들의 액티브 로_데이터값을 보정하고, 보정된 결과에 따른 보정 픽셀 데이터 값(SM)을 출력한다.
예컨대, 보정부(116)는 액티브 픽셀 영역(205)의 액티브 픽셀들의 액티브 로_데이터값(S_raw)에서 최종 다크 오프셋 값(SF)을 뺀 결과에 따른 보정 픽셀 데이터 값(SM)을 출력할 수 있다.
도 8은 액티브 픽셀 영역(205)의 보정 픽셀 데이터 값(SM)을 추출하는 일 실시 예를 나타낸다.
도 8을 참조하면, 액티브 픽셀 영역(205)의 액티브 픽셀들 각각의 보정 픽셀 데이터값(SMij)은 액티브 픽셀 영역(205)의 액티브 픽셀들의 액티브 로_데이터값(S_raw11 내지 S_rawij, i,j>1인 자연수)에서 액티브 픽셀들과 대응하는 최종 다크 오프셋 값(SF11 내지 SFij)을 뺀 값일 수 있다.
도 7a, 도 7b, 및 도 8에서 칼럼 라인들은 액티브 픽셀 영역(205)의 칼럼들에 대응하며, 로우 라인들은 액티브 픽셀 영역(205)의 로우들에 대응할 수 있다.
일반적으로 저전력 구현을 위하여 이미지 센서를 저전압으로 구동할 경우, 칼럼 고정 패턴 노이즈 또는 로우 노이즈(row noise) 성분이 부각되기 때문에, 화질 열화의 원인이 될 수 있다. 특히 비전 센서의 경우 인식율의 성능이 저하될 수 있다.
제1 및 제2 다크 영역들에 존재할 수 있는 결함의 영향을 받지 않으면서 칼럼 고정 패턴 노이즈 및 로우 노이즈의 영향을 동시에 포함하는 최종 다크 오프셋 값(SF)을 추출하고, 추출된 최종 다크 오프셋 값(SF)을 이용하여 액티브 픽셀 영역(205)의 액티브 로_데이터값을 보정함으로써, 실시 예는 칼럼 고정 패턴 노이즈 및 로우 노이즈를 동시에 제거할 수 있고, 이로 인하여 화질 열화를 방지할 수 있고, 비전 센서의 경우 인식율 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
또한 주위 환경의 온도 또는 조도 등의 동작 조건에 따라, 최종 다크 오프셋 값을 조정함으로써, 파워 소모를 줄일 수 있고, 노이즈를 제거하기 위한 액티브 픽셀 영역(205)의 액티브 로-데이터값의 보정의 정확성을 높일 수 있다.
도 5에서는 주위 환경의 온도 또는 조도 등의 동작 조건에 따라 칼럼별 다크 오프셋 값(SC2) 및 글로벌 다크 오프셋 값(SG) 중 어느 하나를 선택한 결과를 반영하여, 최종 다크 오프셋 값(SF)을 결정한다.
다른 실시 예에서는 주위 환경의 온도 또는 조도 등의 기설정된 동작 조건에 따라 로우별 노이즈 값(RN)을 최종 다크 오프셋 값(SF)에 반영하지 않을 수도 있다.
예컨대, 이미지 센서의 주위 환경의 조도가 기설정된 조도 이상인 고조도일 때에는 로우별 노이즈에 의한 영향이 적을 수 있기 때문에, 로우별 노이즈 값(RN)을 추출하지 않고, 칼럼별 다크 오프셋 값(SC2) 또는 글로벌 다크 오프셋 값(SG)만을 반영하여 최종 다크 오프셋 값(SF)을 추출할 수 있다. 이 경우 제2 오프셋 추출부(502)를 오프시킬 수 있으므로 전력 소모를 줄일 수 있다.
또한 예컨대, 주위 환경의 온도가 기설정된 온도보다 높은 고온일 경우에는 암전류의 큰 변동으로 인하여 로우별 노이즈 값과 본래의 로우별 노이즈 간의 오차가 커질 수 있기 때문에, 로우별 노이즈 값(RN)을 추출하지 않고, 칼럼별 다크 오프셋 값(SC2) 또는 글로벌 다크 오프셋 값(SG)만을 반영하여 최종 다크 오프셋 값(SF)을 추출할 수 있다.
예컨대, 상술한 바와 같이 주위 환경이 고조도 또는 고온일 경우에는, 칼럼별 다크 오프셋 값(SC2) 또는 로우별 노이즈 값(RN) 중 적어도 하나를 추출하지 않을 수 있으며, 이로 인하여 소모 전력을 줄일 수 있고, 주위 환경 조건에 기인하는 최종 다크 오프셋(SF)에 대한 에러를 방지할 수 있다. 예컨대, 기설정된 동작 조건에 따라 제2 오프셋 추출부(502) 또는 제1 평균치 추출부(220)를 턴 온 또는 턴 오프시킴에 따라 최종 다크 오프셋 값(SF)에 칼럼별 다크 오프셋 값(SC2) 또는 로우별 노이즈 값(RN)을 선택적으로 반영할 수 있다.
도 9는 실시 예에 따른 이미지 센서의 센싱 방법을 나타내는 플로차트이다.
도 9를 참조하면, 제어부(110)에 의하여 제1 다크 영역(212, 또는 212a 및 212b)의 제1 다크 픽셀들을 구동하고, 구동된 결과에 따라 획득된 제1 다크 픽셀들의 출력들을 이용하여 칼럼별 다크 오프셋 값(SC) 및 글로벌 다크 오프셋 값(SG)을 추출한다(S110). 예컨대, 제1 다크 픽셀들의 출력은 메모리부(140)에서 디지털 신호 처리부(160)로 전송되는 도 1에 도시된 제1 다크 픽셀들에 대응하여 아날로그-디지털 변환부에 의하여 아날로그-디지털 변환된 데이터 값일 수 있다.
예컨대, 제1 필터(210)에 의하여 제1 다크 영역(212, 또는 212a 및 212b)의 제1 다크 픽셀들의 출력들(SC)을 필터링하고, 제1 평균치 추출부(220)에 의하여 필터링된 출력(SC)의 칼럼별 평균치를 추출한 결과에 따라 칼럼별 다크 오프셋 값(SC)을 추출할 수 있다.
또한 제1 필터(210)에 의하여 제1 다크 영역(212, 또는 212a 및 212b)의 제1 다크 픽셀들의 출력들(SC) 전체의 평균치를 추출한 결과에 따라 글로벌 다크 오프셋 값(SG)을 추출할 수 있다.
그리고 조도 또는 온도 등의 동작 조건에 따라 칼럼별 다크 오프셋 값(SC) 및 글로벌 다크 오프셋 값(SG) 중 어느 하나를 선택한다.
다음으로 제1 다크 영역에 대한 구동 완료 후 제어부(110)에 의하여 제2 다크 영역(222, 또는 222a 및 222b)의 제2 다크 픽셀들을 구동하고, 구동된 결과에 따라 획득된 제2 다크 픽셀들의 출력들을 이용하여 로우별 노이즈 값(RN)을 추출한다(S120). 예컨대, 제2 다크 픽셀들의 출력은 메모리부(140)에서 디지털 신호 처리부(160)로 전송되는 도 1에 도시된 제2 다크 픽셀들에 대응하여 아날로그-디지털 변환부에 의하여 아날로그-디지털 변환된 데이터 값일 수 있다.
예컨대, 제2 필터(260)에 의하여 제2 다크 픽셀들의 출력들(SR)을 필터링하고, 필터링된 출력들(SR1)의 로우별 평균치(SR2)를 추출하고, 추출된 로우별 평균치(SR2)에서 글로벌 다크 오프셋 값(SG)을 뺀 결과에 따라 로우별 노이즈 값(RN)을 추출할 수 있다.
칼럼별 다크 오프셋 값(SC), 글로벌 다크 오프셋 값(SG), 및 로우별 노이즈 값(RN)의 추출은 도 5 및 도 6a 내지 도 6d에서 설명한 바가 적용될 수 있다.
다음으로 칼럼별 다크 오프셋 값(SC) 및 글로벌 다크 오프셋 값(SG) 중 선택된 어느 하나와 로우별 노이즈 값(RN)에 기초하여, 최종 다크 오프셋 값(SF)을 추출한다(S130).
예컨대, 조도 또는 온도 등의 동작 조건에 따라 칼럼별 다크 오프셋 값(SC)과 로우별 노이즈 값(RN)의 합을 최종 다크 오프셋 값(SF)으로 하거나, 또는 글로벌 다크 오프셋 값(SG)과 로우별 노이즈 값(RN)의 합을 최종 다크 오프셋 값(SF)으로 할 수 있다.
최종 다크 오프셋 값(SF)은 도 5, 도 7a 및 도 7b에서 설명한 바가 동일하게 적용될 수 있다.
다음으로 제어부(110)에 의하여 액티브 픽셀 영역(205)의 액티브 픽셀들을 구동하고, 최종 다크 오프셋 값(SF)을 이용하여 액티브 픽셀들의 출력에 해당하는 액티브 로_데이터값(S-raw)을 보정하고, 보정된 결과에 따른 보정 픽셀 데이터 값(SM)을 추출한다(S140).
예컨대, 액티브 픽셀들의 출력은 메모리부(140)에서 디지털 신호 처리부(160)로 전송되는 도 1에 도시된 액티브 픽셀들에 대응하여 아날로그-디지털 변환부에 의하여 아날로그-디지털 변환된 데이터 값일 수 있다.
예컨대, 보정 픽셀 데이터 값(SM)은 액티브 픽셀들의 액티브 로_데이터값(S-raw)에서 최종 다크 오프셋 값(SF)을 뺀 값일 수 있다. 보정 픽셀 데이터값(SM)의 추출은 도 5 및 도 8에서 설명한 바가 동일하게 적용될 수 있다.
이상에서 실시 예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시 예에 포함되며, 반드시 하나의 실시 예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시 예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시 예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시 예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110: 제어부 120: 픽셀 어레이부
130: 아날로그-디지털 변환부 140: 메모리부
150: 칼럼 스캐너 160: 디지털 신호 처리부
205: 액티브 픽셀 영역 212: 제1 다크 영역
222: 제2 다크 영역 210: 제1 필터
220: 제1 평균치 추출부 230: 데이터 저장부
240: 제2 평균치 추출부 250: 선택부
260: 제2 필터 270: 제3 평균치 추출부.

Claims (20)

  1. 액티브 픽셀들을 포함하는 액티브 픽셀 영역, 상기 액티브 픽셀 영역의 칼럼 방향의 적어도 일 측에 위치하고 제1 다크 픽셀들을 포함하는 제1 다크 영역, 및 상기 액티브 픽셀 영역의 로우 방향의 적어도 일 측에 위치하고 제2 다크 픽셀들을 포함하는 제2 다크 영역을 포함하는 픽셀 어레이부;
    상기 제1 다크 픽셀들의 출력들을 이용하여 상기 제1 다크 영역의 각 칼럼에 속하는 제1 다크 픽셀들의 출력들의 평균치를 추출하여 칼럼별 다크 오프셋 값으로 출력하는 제1 평균치 추출부;
    상기 제1 다크 픽셀들의 출력을 이용하여 상기 제1 다크 영역에 속하는 제1 다크 픽셀들의 출력들 전체의 평균치를 추출하여 글로벌 다크 오프셋 값으로 출력하는 제2 평균치 추출부;
    상기 칼럼별 다크 오프셋 값 및 상기 글로벌 다크 오프셋 값 중 어느 하나를 선택하여 출력하는 선택부;
    로우별 평균치를 추출하고, 추출된 상기 로우별 평균치에서 상기 글로벌 다크 오프셋 값을 뺀 결과에 따라 로우별 노이즈 값을 추출하는 제2 오프셋 추출부;
    상기 선택부의 출력 및 상기 로우별 노이즈 값을 합한 결과에 기초하여 최종 다크 오프셋 값을 추출하는 연산부; 및
    상기 최종 다크 오프셋 값에 기초하여, 상기 액티브 픽셀들의 픽셀 데이터 값을 보정하는 보정부를 포함하며,
    상기 제1 평균치 추출부는,
    각 칼럼에 속하는 제1 다크 픽셀들의 출력들을 가중 평균한 결과에 따라 상기 칼럼별 다크 오프셋 값을 추출하고, 각 칼럼에 속하는 제k-1(1<k<n인 자연수) 로우(row)의 제1 다크 픽셀에 대한 가중 평균치와 제k 로우의 제1 다크 픽셀의 출력을 가중 평균한 결과에 따라 제k 로우의 제1 다크 픽셀의 가중 평균치를 추출하고,
    상기 칼럼별 다크 오프셋 값은 상기 제1 다크 영역의 각 칼럼에 속하는 제1 다크 픽셀들의 칼럼별 평균치이고, 상기 글로벌 다크 오프셋 값은 상기 제1 다크 픽셀들 전체의 평균치이고, 상기 로우별 평균치는 상기 제2 다크 영역의 각 로우에 속하는 제2 다크 픽셀들의 로우별 평균치이고, 상기 로우별 노이즈 값은 상기 로우별 평균치에서 상기 글로벌 다크 오프셋 값을 뺀 값인 이미지 센서.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 다크 픽셀들의 출력들에서 기설정된 이상치를 제거하고, 이상치가 제거된 상기 제1 다크 픽셀들의 출력을 상기 제1 및 제2 평균치 추출부들로 제공하는 제1 필터를 더 포함하는 이미지 센서.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    제1 로우의 제1 다크 픽셀의 가중 평균치는 이전 프레임의 각 칼럼의 마지막 로우의 제1 다크 픽셀의 가중 평균치인 이미지 센서.
  8. 제1항에 있어서,
    제k 로우의 제1 다크 픽셀의 출력보다 제k-1(1<k<n인 자연수) 로우(row)의 제1 다크 픽셀에 대한 가중 평균치에 더 큰 가중치를 주는 이미지 센서.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제1 평균치 추출부는,
    상기 각 칼럼에 속하는 제k-1(1<k<n인 자연수) 번째의 제1 다크 픽셀에 대한 가중 평균치를 저장하는 데이터 저장부를 더 포함하는 이미지 센서.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제2 오프셋 추출부는,
    상기 제2 다크 영역의 각 로우에 속하는 제2 다크 픽셀들의 출력들의 평균치를 추출하여 상기 로우별 평균치를 출력하는 제3 평균치 추출부; 및
    상기 로우별 평균치에서 상기 글로벌 다크 오프셋 값을 뺀 결과에 따른 상기 로우별 노이즈 값을 출력하는 감산부를 포함하는 이미지 센서.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제2 오프셋 추출부는,
    상기 제2 다크 영역의 각 로우에 속하는 제2 다크 픽셀들의 출력들을 중간값으로 필터링하고, 필더링된 출력을 상기 제3 평균치 추출부에 제공하는 제2 필터를 더 포함하는 이미지 센서.
  12. 제1항에 있어서, 상기 보정부는,
    상기 액티브 픽셀들의 픽셀 데이터 값에서 상기 최종 다크 오프셋 값을 뺀 결과에 따른 보정 픽셀 데이터 값을 출력하는 이미지 센서.
  13. 삭제
  14. 액티브 픽셀들을 포함하는 액티브 픽셀 영역, 상기 액티브 픽셀 영역의 칼럼 방향의 적어도 일 측에 위치하고 제1 다크 픽셀들을 포함하는 제1 다크 영역, 및 상기 액티브 픽셀 영역의 로우 방향의 적어도 일 측에 위치하고 제2 다크 픽셀들을 포함하는 제2 다크 영역을 포함하는 픽셀 어레이부를 포함하는 이미지 센서의 센싱 방법에 있어서,
    상기 제1 다크 픽셀들을 구동하여 획득한 상기 제1 다크 픽셀들의 출력들을 이용하여 상기 제1 다크 영역의 각 칼럼에 속하는 제1 다크 픽셀들의 출력들의 평균치를 추출하여 칼럼별 다크 오프셋 값을 획득하는 단계;
    상기 제1 다크 픽셀들의 출력을 이용하여 상기 제1 다크 픽셀들의 출력들 전체의 평균치를 추출하여 글로벌 다크 오프셋 값을 획득하는 단계;
    기설정된 동작 조건에 기초하여, 상기 칼럼별 다크 오프셋 값 및 상기 글로벌 다크 오프셋 값 중 어느 하나를 선택하는 단계;
    상기 제2 다크 픽셀들을 구동하여 획득한 상기 제2 다크 픽셀들의 출력들을 이용하여 상기 제2 다크 영역의 각 로우에 속하는 제2 다크 픽셀들의 출력들의 평균치를 추출한 결과에 따른 로우별 평균치를 획득하는 단계
    상기 로우별 평균치에서 상기 글로벌 다크 오프셋 값을 뺀 결과에 따른 로우별 노이즈를 추출하는 단계;
    상기 기설정된 동작 조건에 기초하여 선택된 결과와 상기 로우별 노이즈를 합한 결과에 따른 최종 다크 오프셋 값을 획득하는 단계; 및
    상기 최종 다크 오프셋 값에 기초하여, 상기 액티브 픽셀 영역들을 구동하여 획득한 픽셀 데이터를 보정하는 단계를 포함하고,
    상기 칼럼별 다크 오프셋 값을 획득하는 단계는,
    상기 제1 다크 영역의 각 칼럼에 속하는 제1 다크 픽셀들의 출력들을 가중 평균한 결과에 따라 상기 칼럼별 다크 오프셋 값을 추출하고, 각 칼럼에 속하는 제k-1(1<k<n인 자연수) 로우(row)의 제1 다크 픽셀에 대한 가중 평균치와 제k 로우의 제1 다크 픽셀의 출력을 가중 평균한 결과에 따라 제k 로우의 제1 다크 픽셀의 가중 평균치를 추출하는 이미지 센서의 센싱 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 칼럼별 다크 오프셋 값 획득 단계 및 상기 글로벌 다크 오프셋 값을 획득하는 단계 이전에, 상기 제1 다크 픽셀들의 출력들에서 기설정된 이상치를 제거하는 단계를 더 포함하며,
    상기 칼럼별 다크 오프셋 값 및 상기 글로벌 다크 오프셋 값은 상기 이상치가 제거된 상기 제1 다크 픽셀들의 출력에 기초하여 획득되는 이미지 센서의 센싱 방법.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 제14항에 있어서,
    제1 로우의 제1 다크 픽셀의 가중 평균치는 이전 프레임의 각 칼럼의 마지막 로우의 제1 다크 픽셀의 가중 평균치인 이미지 센서의 센싱 방법.
  19. 제14항에 있어서,
    제k 로우의 제1 다크 픽셀의 출력보다 제k-1(1<k<n인 자연수) 로우(row)의 제1 다크 픽셀에 대한 가중 평균치에 더 큰 가중치를 주는 이미지 센서의 센싱 방법.
  20. 제14항에 있어서,
    상기 제2 다크 영역의 각 로우에 속하는 제2 다크 픽셀들의 출력들을 중간값으로 필터링하는 단계를 더 포함하며,
    상기 필터링된 출력을 상기 로우별 평균치를 획득하는 이미지 센서의 센싱 방법.
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