TWI276992B - Method and apparatus for reducing effects of dark current and defective pixels in an imaging device - Google Patents

Description

1276992 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於成像裝置内暗電流及缺陷像素之影響的識 別及補償。 a ° 【先前技術】 暗電流指即使在無光信號時亦會由成像裝置之像素產生 的不需要彳§唬。暗電流的一個來源係由熱產生的電子及電

洞。CMOS主動像素成像裝置内之熱產生的暗電流造成許I 成像應用中的問題。隨溫度升高，暗電流亦增加。熱能量 在像素内產生不需要的自由電子。該等不需要的自由電子 改變入射光子產生之電子所生成的期望信號。此外，一些 數位靜態相機需要較長整合（曝光）時間，其提供較高的影像 敏感度。然而，整合時間越長，對熱產生暗電流的敏感度 越南。 像素陣列内最大部分之不需要自由電子出現於覆蓋基板 之氧化矽層與磊晶或晶片（像素裝置形成於其上）上其他矽 基板層之間的介面。甚至在理想無缺陷程序中，由於用作 像素光敏元杯之光二極體的空泛區域内之產生/重新組合 中心，亦存在暗電流。對光敏性施加限制的暗電流具有熱 力下限。隨著像素技術的規模縮小以用於單一晶片數位相 機之高密度百萬像素陣列，次微米CM0S技術程序引起的缺 陷急劇增加。應力、延伸缺陷及金屬雜質及其他因素全部 可造成不合需要的暗電流。 例如，通常用於四個電晶體（4T)像素内的傳輸、重設、 9420〇.d〇c 1276992 源極隨耦器電晶體必須縮小，以實現較高像素密度。若無 摻雜劑位準（例如P型井、vt調整及暈植入）之對應增加及用 於電晶體之閘極氧化物厚度的減小，則此一縮放不可能。 此導致較咼位準的接面洩漏，閘極引發汲極洩漏（gate induced drain leakage ; GIDL)、汲極引發阻障衰退 (drain-induced barrier lowering ; DIBL)及其他缺點。上述 項目王α卩‘致不需要的暗電流位準。此外，場隔離區域間 距亦必須縮小’其導致增加的應力位準及光二極體場邊緣 附近的電子洩漏。 給定像素之暗電流實際上具有兩個組件，即靜態部分及 可變部分。可變部分係由於散粒雜訊並遵循菌松統計學， 其中均方根（root mean square ; rms)暗電流雜訊等於暗電流 之平方根。 補償暗電流的一種方法係識別平均像素暗電流並從每個 像素信號減去該平均值。，然而，此方法不能提供精確及真 實影像並忽略從影像區域外部產生的暗電流雜訊。此技術 不可重複且對大多數CMOS影像感測器效果不好。

特定言之，隨著整合時間增加， I壞之跡象的像素。壞點偵 3考X光月景的影像而完成。 ’期望表現良好之（即良好） 94200.doc 1276992 像素產生與增加整合時間成函數關係而線性增加之信號。 以非線性形式（例如以亂真值回應線性增加整合時間）行動 的像素識別為壞點。死點係未正確回應光輸入的像素。根 據失敗機制該等像素可作為影像上的彩色亮點或暗點出 現。死點具有三種形式；暗死點、白色死點及飽和死點。 製&像素陣列後可藉由硬體或藉由軟體偵測死點。在無光 狀況下暗臨限值高於正常像素平均值時偵測暗死點。在（例 如）大約28 Lux光狀況下白色臨限值高於或低於用於正常像 素之平均值時偵測白色死點。在（例如）大約1〇〇 Lux光狀況 下飽和臨限值低於用於正常像素之平均值時偵測飽和死 點。 缺像素，例如在製造程序中產生的雜點、死點及壞點， 可在包含像素陣列之成像裝置的整個壽命中出現。產量考 慮及用於像素陣列之替代成本指示可提供放棄像素陣列或 取代相機或成像裝置之像素陣列的替代方案。 【發明内容】 本發明提供一種在成像裝置中減少暗電流及缺陷像素的 影響之方法及裝置。本發明使用與像素感測器陣列相關聯 的板上可用記憶體，以便在成像裝置出廠裝運前藉由捕獲 及儲存不同增益狀況下及具有不同曝光時間（整合時間）= 暗參考影像及白色參考影像來減少暗電流及缺陷像素的影 響。使用者亦可捕獲除製造時捕獲的參考影像外或代替^ 造時捕獲的參考影像之不同增益狀況及曝光時間下的額外 暗電流參考影像及白色參考影像。當像素陣列獲得實際影 94200.doc 1276992 像時，減的暗電流及白色參考影像用於產生暗電流及缺 陷像素之校正。 k結合附圖的以下本發明之較佳具體實施例的詳細說明 可更清楚地明白本發明之該等及其他特徵。 【實施方式】 白色及暗電流參考影像在數位相機使用中可遇到的增益 及曝光之大多數（若非全部）可能組合下被捕獲。白色及暗參 考影像接著用於產生儲存於識別$素之資料結構(例如表 才σ歹】表陣列、矩陣等等）中的資料，其需要校正及可用 於數位相機制過程巾的每個增益及曝光組合所需校正之 種類。資料結構儲存於_發性記憶體巾。在用於實際捕 獲影像之數位相機的使㈣程巾，相關聯增益及曝光組合 用於存取及擷取取匹配實際捕獲影像之增益及曝光組合的 識別/位置貝料。識別需要校正的像素及所需校正之類型並 將/、用於修正實際影像之像素。所需校正之種類或類型包 括資訊，例如缺陷像素是否係暗死點、白色死點、飽和死 點或壞點。 在不同增益狀況及曝光時間下捕獲暗電流及白色參考影 像低〜皿狀况下的兩暗電流表示白色點缺陷。高增益狀 况下的暗電流提供像素茂漏之相對大小。此資訊用於建立 :品質像素之座標列表。明確地說，前者(低增益狀況下的 间暗電旬係無法容易地修正之程序缺陷的結果。後者（茂漏' 糸知序變更_。由於程序變更，例如料未對準、微透 鏡未對準等等，後者在較小大小像素㈣更重要的問題， 94200.doc 1276992 並且越來越受到關注。本發明提供執行校正從而補償程序 變更及在用於高密度、小尺寸像素設計之陣列内建立更均 勻品質像素之能力。 每種類型之校正具有其本身之資料集。即，受暗電流（包 括雜點）及缺陷像素影響之像素具有個別像素位置資料。此 資料分別識別並定位已受暗電流影響或係雜點及缺陷像素 (包括暗死點、白色死點、飽和死點及壞點）的像素。使用者 在某些點捕獲實際影冑。因此匕，使肖需要校正之像素的位 置及關於所需校正類型之資料，可修正實際影像之像素的 信號值。例如，使用暗電流像素位置資料（用於給定增益及 曝光組合），針對在暗電流像素位置資料内識別的暗^流像 素計算平均信號值。此值儲存於記憶體中。使用暗死點位 置資料，識別在無光狀況下具有高於正常像素值 使用下述平滑或縮放來修正如此識 ”主忍，可建立並使用單一整合像素位置資 結構。然而，像辛可為夕翩相， 务I徂置貝枓 素了又夕個類型之缺陷的影 需要多個校正，因此單一敕人徜主 伙而了月匕 择多维η人 “像素位置資料結構可能需要 示。以下心w 冑中所4正之類型的指 用單-像素办P 诼素位置貝科結構，但亦可使 早像素位置賢料結構。單一儍去Μ要一 係多維戋包人& 像素位置貪料結構可必須 :類型或所需校正類型的指示。 “位置貧料結構或資料結 示範性具體實施例中，户”筹有數種方法。在一項 蓋於另部，^ Λ 參考影像可為一個覆 、 仃邏輯運算（例如and及/或互斥 94200.doc 1276992 OR:’以便將像素位置關人像素位置資料結射。邏輯運算 ^供具有高心的—組像素。可制現有列及行解碼器 1找該等像素㈣確列騎位置。在替代㈣性具體實 施例中，可分離使用暗電流及白色參考影像。低增益狀況 下捕獲的影像穿過調譜至特定鴻漏位準的遽波器。調譜表 數係傳遞至滤波器(其可實施成硬體或軟體)之變數。將不同 t属=準用作標準，可建立像素箱（直方圖），其代表具有特 疋相乾圍内之洩漏位準的像素。此資訊儲存於可用緩衝器 内並提供對不同像素内茂漏之相對大小的快速參考，並且 可進一步用於處理不同增益狀況、曝光時間及光狀況下所 獲得之影像。 圖u係數位相機系統100之部分的示範性具體實施例，其 用，5V像處理H UG並具有根據本發明的暗電流及缺陷像 素補償電路145。圖㈣在—積體電路中整合在—起或者可 用離散組件實施。搞合至像素陣列115之列解碼器ι〇5及行 解碼器㈣用於選擇像素陣列115内的像素。每個像素輸出 -像素重設信號Vrst及一像素影像信號、。陣列控制器12〇 輕合至列解碼ϋ1()5及行解MUG並決定啟動哪—列及行 以產生像素陣列115之已選定列及行線路的vrst及Vsig信 號。樣本/保持電路125透過行解碼器110選擇電路依順序從 行線路接收像素信號^樣本/保持電路125提供Vm及u象 素信號至將其減去的減法器13〇。類比轉數位 (Anal〇g-to-digital; A/D)轉換器135接受來自減法器13〇之信 號並向影像處理器140輸出代表已減去之uvsig像素信 94200.doc -10- 1276992 號的數位信號。影像處理器140亦耦合至暗電流及缺陷像素 補償電路14 5 ’以及至輸出序列化器15 〇。 圖lb係暗電流及缺陷像素補償電路145之示範性實施方 案的方塊圖。CPU 147或其他類型之處理器執行影像補償。 CPU 147耦合至局域匯流排155以控制CPU 147與其他記惊 體組件之間的通信。非揮發性快閃記憶體緩衝器165餘存在 各種增益狀況下獲得並具有各種曝光時間的複數個暗電流 及白色參考像素陣列影像。該等影像在製造時及/或稍後由 使用者輸入獲取並藉由CPU 147從影像處理器14〇接收。非 揮發性快閃記憶體緩衝器170可用於儲存複數個實際影 像。緩衝器160可用於儲存任何其他需要的資料。儘管暗電 流及缺陷像素補償電路145在圖la中顯示成分離組件，其可 與作為影像處理器140之CPU 147—起實施。 暗電流及缺陷像素補償電路145可嵌入數位固態相機 (digital solid state camera ; DSC)，其可為電腦系統之輸入。 或者，暗電流及缺陷像素補償電路145可作為分離電腦系統 之部分提供在DSC外側。如上所述，暗電流及缺陷像素補 侦亦可在儲存並運行於影像處理器i 4〇内的軟體中實施。 不同曝光及增益狀況下的白色及暗電流參考影像可在裝 運前獲取及/或可由使用者獲取。 圖2係製造及測試時用於暗電流及白色參考影像捕獲之 不範性方法200的流程圖。步驟2〇5處，在各種增益及曝光 狀況/組合下獲取暗電流參考影像。該等影像與用於每個影 像之增益及曝光資訊一起儲存於非揮發性快閃記憶體内， 94200.doc 11 1276992 例如記憶體165。 步驟210中，處理暗電流灸 >考衫像。此會產生像素識別/ 位置貧料。從暗電流參考 亏〜像產生之身料用於識別並定位 又暗電流及雜點影響之像辛。 I所有貝枓（例如儲存於資料結 =4表格）儲存於記憶財，例如記憶體緩衝器⑽。 影像感測器之像素的映射。明確地說，像素之 二象素位置資料結構(用於特定增益及曝光組幻具有 ::，其具！指示像素是否受暗電流影像或係雜點的「〇」 供户=為母個增益及曝光組合之每個暗電流參考影像提 i、暗電流及雜點位置資料結構。 J樣，在步驟215捕獲及儲存各種增益狀況及曝光時間下 ^白色參考影像。所有資料（例如儲存於資料結構中，如表 格)健存於記憶體中，例如記憶體緩衝器16〇 像在各種光狀況下捕獲，包括盔、卜/考〜 …、先、（例如）弟一光位準（例 ^ Lux)及（例如）第二光位準（例如i 〇〇 l㈣之光。從白色 參考影像產生的資料用於識別並定位缺陷像素。缺陷像素 包括暗死點、白色死點、合以 、 •巴死點飽和死點及壞點。 步驟220中，處理白色來考爭 换^办 像。此會產生如下用於缺陷 像素的各種資料結構。藉由映 常像素平均值的暗臨限值之像素位置下具有南於正 素位置為各種增益狀況及曝 光％間產生暗死點位置資料結構。藉由映射在（例如作一光 位準（例如28 Lux)之光狀況下具有高於或低於正常像素平 均值的白色臨限值之像素的位置為各種增益狀況及曝光時 間產生白色死點位置資料結構。藉由映射在（例如）第二光位 94200.doc -12 - 1276992 準（例如100 Lux)之光狀況下具低於正常像素平均值的飽和 臨限值之像素的位置為各種增益狀況及曝光時間產生飽和 死點位置資料結構。在具有不同整合時間的均勻發光背景 下捕獲壞點之白色參考影像。藉由映射像素（不隨整合時間 增加而線性回應）之位置產生壞點位置表袼。 可用淬多方法來完成映射。一個示範性映射方案可為具 有對應每個像素之項目的陣列或矩陣，其中每個項目指示 對應於該像素之像素是否係（例如）暗死點。可為每種類型之 缺像素或至少三維（其中第三維對應於缺陷像素之類型） 之單一矩陣提供陣列或矩陣。用於每個增益狀況之每種類 型缺陷像素的複數個陣列或矩陣可具有一指示，其指示像 素是否係缺陷及像素係缺陷的增益狀況及曝光時間組合及 光狀況。替代方案中，為節省儲存器，特別係僅一些像素 係缺陷時，可使用列表型資料結構，其中每個項目係指示 缺陷像素位置及缺陷性質的記錄。 圖3_a係用於暗電流及缺陷像素補償之示範性方法则的 流程圖。圖3-b係圖3_a之接續部分。首先參考圖3_a，在步 驟305詢問使用者以決定他/她是否需要在相機操作中產： 用於暗電流及缺陷像素補償之資料；即，使用者具有在合 爾環境狀況下獲得用於暗電流及缺陷像素補償之額外暗電 流及白色參考影像的選擇權。該等額外暗電流及白色^考 影像更精確，以及包括製造及測試相機成像器時於二廠 獲得之該等暗電流及白色參考影像更多的當前環境狀況， 且亦儲存於非揮發性快閃記憶體中。根據對此詢問的回 94200.doc -13 - 1276992 ’設定(步驟310)或清徐(步驟325) 一旗#。若旗標已設 疋則除工廢裝運前已獲得者以外的暗電流及白色表考影 像在步驟315獲得及儲存並在步驟32〇處理。在步驟33〇初始 化影像計數器。影像計數器用於決定使用在工座產生之儲 存貧料結構或在當前環境狀況下產生之儲存資料結構來捕 獲及補償的實際影像之數量。在步驟335，使用者操作相機 以捕獲並储存需要的實際影像/信號，以及在步驟34〇遞辦 影像計數器。與捕獲及儲存的實際影像一起捕獲及儲存^ 外貧訊，例如增益及曝光/整合時間。 根據製造料中職之資料結構㈣存的資料或根據步 驟320所產生之資料結構内儲存的新產生資料，來識別並定 位受暗電流（包括雜點）影響的像素以及缺陷像素。 圖3韻圖3.a之接續部分。在步驟奶執行數位 内部的詢問’以決定實際影像之影像捕獲是否已完成。若 使用者關閉數位相機系統或者若内部計時器超過時間臨限 值（其間未捕獲實際影像），則假定影像捕獲完成。若 獲未完成，則料_在步驟335_。可首先為缺陷像素 執行補償’接著係暗電流及雜點，反之亦然。順序並不重 要。亦可在相機閒置的任何時 獲，則在步㈣5,數位相償。… 知 相钺糸統存取實際影像並使用白色 ，考影像來識別並定位缺陷像素。例如，使用基於可用相 ㈣素之信號值的平滑功能或縮放實際影像之缺陷像辛的 W值，以補償信號值取代識別為一或多個 結構中之缺陷的實際影像之像素信號值。縮放因子的^ 94200.doc -14· 1276992 範例係平均白色死點信號值除以當前白色死點信號值。缺 陷像素補償順序並不重要。 作為特定範例，考慮暗死點。使用暗死點位置資料結構， 定位暗死點。此步驟中僅像素補償識別為暗死點之像素。 暗死點之位置用作進入實際影像之索引，以及擷取用於此 像素之信號值。檢視相鄰像素之信號值。若相鄰像素信號 值可用，則使用相鄰像素信號值為此像素計算新（補償）信號 值，例如藉由平均相鄰像素之像素信號值。此程序係平滑Υ 若相鄰像素亦已標記為需要補償，則相鄰像素信號值不可 用。若相鄰像素信號值不可用，則使用縮放。藉由將用於 最匹配貫際影像（具有需要補償之像素）的增益及曝光組合 之平均暗死點信號值除以尋求補償之像素的暗死點信號 值，計算縮放因子。術語「最匹配」意味著在兩個或更多 增益及曝光組合間，其中一個組合比其他組合更接近實際 影像者。決定可基於增益或曝光或兩者。藉由將尋求補償 之暗死點乘以縮放因子為識別的暗死點計算新像素信號 值。可同樣地完成白色死點、飽和死點及壞點之補償。 在步驟380，在最匹配受暗電流及雜點影響的實際影像者 之增益及曝光狀況下對從暗電流參考影像識別的像素執行 補償。首先，從受像素暗電流（在暗電流像素位置資料結構 内識別）影響之像素信號減去平均暗電流信號值，然後執行 補償，例如平滑（使用相鄰可用像素）。可為整個像素陣列叶 算用於洩漏位準之平均值。此可從全部影像減去，因為其 係始終存在的「基線信號」。在完美像素之理想情形中，、 94200.doc •15- 1276992 漏位準將為零。接下來，若重要像素標記為高暗電流像素， 來自此像素之信號值藉由加權因子縮小。例如，補償暗電 流信號值較為等於舊/原始暗電流信號值乘以平均暗電 流信號值除以像素暗電流信號值。若識別新缺陷像素，曰其 位址與用於相機之編碼初始狀況（例如曝光、孔徑、辦兴等 等匕起記錄於暗電流像素位置資料結構内。補償像^號 值接耆寫回至非揮發性記憶體中，取代用於實際影像中該 像素之原始信號值。為受暗電流及每個雜點影響之實^ 像内的每個像素重複該程序。 、 用於捕獲的實際影像之影像計數器在步驟w遞減，步驟 別中執行一測試’以決定是否已藉由測試影像計㈣是否 實際影像完成影像補償。若已完成影像補 :r庠：成。右已為全部實際影像完成影像補償， 在私序序列為使用者獲得的下一 影像補償。 -際-像返回步驟375之 如圖3-c所示完成暗電流及雜點補償，其係圖3 綱之展開圖的流程圖並且為受暗電流及需要補償之2 雜點影響的每個像素執行。為每個實際影像捕獲並儲 外貧Λ ’其包括增益及曝光值。為具有最匹配 實際影像者的增益及曝光組合：署8“中 〜喷冤/瓜像素位置資粗纟士 搜尋暗電流像素位置資料結構。―旦定位絲取最^ 暗電流像素位置資料結構，已選定㈣電流像素位== =詩蚊必須補償哪些像素。將㈣必 像 分別定位於實際影像中。若需要藉由步驟則 94200.doc -16 - 1276992 暗電流及雜點補償，相機以每個像素為基礎執行決策。假 定若暗電流及雜點補償並非藉由平滑執行，則暗電流及雜 點補償將藉由縮放執行。用於平滑對縮放之選擇的標準如 以上關於暗死點補償所述由相機執行。 徵之信號偏移值 此操作為影像每個列或行執行且可根攄

步驟380-a後及步驟38〇_b前發生。 視需要，在藉由平滑或縮放的暗電流及雜點補償前，可 計算並從實際影像減去特定信號偏移值。例如，對於給定 列或行特徵，例如汲極引發阻障衰退⑴汨“及/或閘極引發 汲極洩漏（GIDL)等等，可從暗電流參考影像獲得資料。藉 由採用用於實際影像内給定特徵的值與用於暗電流參考景; 像内給定特徵的資料間差異計算用於給定特徵之信號偏移 值。接著從用於實際影㈣給定特徵的值減去用於給定特 執行暗電流及雜點補償係藉由 首先從香舟總Φ也

现行暗電流及雜點補償。 受暗電流影響之像素的信號值而 在步驟3 80-f中將補償暗電流信號

9420〇.dOC 1276992 值寫回至儲存系統的非揮發性記憶體中。最後，在步驟 3心執行測試，以決定是否為已選定的實際影像完成暗電 流㈣點補償（已補償全部暗電流及雜點）。若暗電流及雜點 補仏未完成，則在步驟380_b繼續處理。 使用多個技術執行㈣，包括許多數學函數，例如高階 多項式函數、梯度運算子、拉普拉辛運算子及樣線函數。 =㈣及其他特徵會決定哪些函數及/或運算子將用於 補償。高階多項式之範例可為axn+bxn.1+cxn.2+ ···其中&、匕

Γ係[V二關於列或行位置的索引參考。梯度運算可 為，其中梯度向量指向位 數變化之最大速率方向。拉#拉辛運算子可為 &2 。樣線函數可為（例如）立方或二維多項式，其 係片段間具有斷點的分段多項式。

缺陷像素補償可以任何順序執行。本文所述及圖3部 係圖3-b之步驟375的展開圖之流程圖）所示之順序係任意 的’不應解釋為限制。實際影像資料係在步驟375_a中擷 驟3 75 b中4擇並存取具有最匹配受補償實際影像之 增益及曝光組合的暗死點位置資料結構，其用於決定哪些 像素係必須補償之暗死點。將每個必須補償的暗死點分別 定位於實際影像中。步驟3心中藉由以加權因子將每個暗 死點之信號值縮小至無光狀況下正常像素之平均信號值來 執订暗死點補償。藉由將無光狀況下正常像素之平均信號 值除以需要補償之暗死點的信號值計算加權因子。 94200.doc -18 - 1276992 驟5 b中選擇並存取具有最匹配受補償實際影像之 增益及曝光組合的白色死點位置資料結構，其用於決定哪 些像素係必須補償之白色死點。將每個必須補償的白色死 點分別定位於實際影像中。步驟375_d中藉由以加權因子將 母個白色死點之信號值放大或縮小至（例如）大約Μ L似光 狀況下正常像素之平均信號值來執行白色死點補償。藉由 將(2列如）28 Lux光狀況下正常像素之平均信號值除以需要 補償之白色死點的信號值計算加權因子。 v驟75 b中遥擇並存取具有最匹配受補償實際影像之 增盈及曝光組合的飽和死點位置:#料結構，其用於決定哪 些像素係必須補償之飽和死點。將每個必須補償的飽和死 占刀別疋位於貫際影像中。步驟375_e中藉由以加權因子將 每個飽和死點之信號值放大至（例如）大約⑽^光狀況下 正常像素之平均值來執行飽和死點補償。藉由將（例如）大約 1〇〇 Lux光狀況下正常像素之平均信號值除以需要補償之 飽和死點的信號值計算加權因子。 步驟375:f中根據對實際影像之曝光及增益的最接近匹 配從複數個壞點位置資料結構選擇壞點位置資料結構。步 驟375-g中根據已選定的壞點位置資料結構決定哪些像素 係壞點。步驟375_h中藉由分別調整壞實際影像内每個像素 之信號值（藉由將信號值縮放至線性對應整合時間）來完成 壞點補償。最後，壞點的一或多個顏色可有缺陷。例如， 方重要像素係「紅色」像素，使用對來自相鄰像素之紅色 加權更多的公式，例如50%來自相鄰紅色像素而25%各來自 94200.doc -19- 1276992 相鄰藍色或綠色像素。若兩種顏色係壞的，則可使用加權 兩種缺陷顏色的公式。例如，若重要像素在「藍色」及「綠 色」中皆有缺陷，則使用40%加權藍色、40%綠色及20%紅 色的公式。 上述示範性影像信號處理方法可以軟體、硬體、韌體、 特定應用積體電路（application specific integrated circuit ; ASIC)、場可程式化閘極陣列（Held programmable gate array ; FPGA)或上述或其他等效物之任何組合來實施。 圖4大致說明上述包括依據本發明之CMOS成像器裝置的 典型之處理器架構型系統900。處理器架構型系統係具有數 位電路之系統的範例，可包括CMOS成像器裝置910，其細 節參考圖1至圖3d說明。 處理器系統，例如電腦系統，（例如）通常包含中央處理 單元（central processing unit ; CPU)944，其透過匯流排 952 與輸入/輸出（I/O)裝置946通信。CMOS成像器910亦透過匯 流排952與系統通信。電腦系統900亦包括隨機存取記憶體 (random access memory ; RAM)948，在電腦系統情形中可 包括周邊裝置，例如軟碟機954及CD-ROM光碟機956，其 亦透過匯流排952與CPU 944通信。軟體可儲存於軟碟機954 或CD-ROM光碟機956中，以便在影像處理器140或CPU/處 理器147上執行。 另外應注意儘管已特別參考CMOS成像裝置說明本發 明，但本發明具有更廣泛的適用性且可用於任何成像裝置 内。以上說明及圖式說明本發明之較佳具體實施例。本發 94200.doc •20- 1276992 、'不限於所忒明的具體實施例。屬於以 之精神及範心的本發明之任何修改應視為本發日;= 分〇 【圖式簡單說明】 β系一有本發明之暗電流及缺陷像素補償電路的示範 性數位相機系統之方塊圖； 圖lb係數位相機内本發明之暗電流及缺陷像素補償電路 的示範性具體實施例之方塊圖； 圖2係製造及測試時本發明之暗電流及白色參考影像捕 獲的示範性方法之流程圖； 圖3 - a係數位相機由使用者操作前本發明之暗電流及缺 陷像素補償的示範性方法之流程圖； 圖3-b係圖3_a之接續部分； 圖3-c係圖3_b之步驟380的展開圖之流程圖； 圖3-d係圖3-b之步驟375的展開圖之流程圖； 圖3-e係用於參考影像内特徵的信號之範例； 圖3-f係在貫際影像中用於圖3々之特徵的信號之範例； 圖4係具有本發明之暗電流及缺陷像素補償電路的電腦 系統之方塊圖。 【主要元件符號說明】 1〇〇 數位相機系統 105 列解碼器 110 行解碼器 115 像素陣列 94200.doc ^ 陣列控制器 樣本/保持電路 減法器 類比轉數位轉換器 影像處理器

暗電流及缺陷像素補償電路 CPU 輸出序列化器 局域匯流排 記憶體緩衝器 非揮發性快閃記憶體緩衝器 非揮發性快閃記憶體缓衝器 示範性方法 示範性方法 處理器架構型系統 CMOS成像器裝置 中央處理單元 輸入/輸出裝置 隨機存取記憶體 匯流排 軟碟機 CD-ROM光碟機 -22-

Claims (1)

1276.贤，號專利申請案朽年’。月’3日修(更)正本 中文申請專利範圍替換本(95军10月) ---- 十、申請專利範圍： 一種影像處理裝置，其包括： :儲存系統’其用於儲存對應至少—個實際影像之第 一資料以及對應-像料列所捕獲之至少一個暗電流參 考影像與至少一個白色參考影像中至少一參考影像2第 一資料；以及 處理器，其耦合至該儲存系統，用於使用該第二資 料來補償該第一資料， ' 其中該儲存系統儲存與該第一資料相關聯之複數個增 益狀況及複數個曝光時間以及與該第二資料相關聯心 數個增益狀況及複數個曝光時間。 2·如凊求項1之影像處理裝置，其中該處理器使用具有最 匹配與該第一資料相關聯之該增益及曝光時間的一相關 聯增益及曝光時間之該第二資料來執行該補償。 3·如叫求項2之影像處理裝置，其中該處理器對該第一資 料執行暗電流及缺陷像素補償。 4·如請求項2之影像處理裝置，其中該像素陣列在複數個 增益及曝光狀況下捕獲複數個暗電流參考影像，以及對 應於该等複數個捕獲暗電流參考影像之該個別第二資料 係連同母個暗電流參考影像之相關聯增益及曝光狀況資 訊一起儲存於該儲存系統内。 5.如請求項2之影像處理裝置，其中該像素陣列在複數個 增益及曝光狀況下捕獲複數個白色參考影像，以及對應 於該等複數個白色參考影像之該個別第二資料係連同相 94200-951013.doc 1276992 關聯增益及曝光資訊一起儲存於該儲存系統内。 6.如請求項5之影像處理裝置，纟中該像素陣列在複數個 光狀況下進—步捕獲該等複數個白色參考影像，以及對 應於該等複數個白色參考影像之該個別第二資料亦連同 一相關聯光狀況一起被儲存。 7·如請求項6之影像處理裝置，其中該等複數個光狀況包 括一無光狀況、—第―光狀況及具有比該第-光狀況更 高之一Lux值的一第二光狀況。 8· 一種像素補償方法，該方法包括·· 使用一像素陣列來捕獲對應於複數個暗電流參考影像 與複數個白色參考影像之其中—參考影像的第一資料； 將對應於該複數個暗電流參考影像與該複數個白色參 考影像之該其中—參考資料儲存於m统内，該儲 存系統鍺存與該第-資料相關聯之複數個增錄況及複 數個曝光時間； 使用一像素陣列來捕獲至少—個實際影像；

將對應於該至少—個實際影像之第二資料儲存於該儲 系：内。亥儲存系統儲存該第二資料之複數個增益狀 況及複數個曝光時間；以及 9. 使用該參考資料來補償該第二資料 10. 如請求項8之方法，1中兮 〃干4補侦動作係在一數位相機處 於一閒置狀態時執行。 如請求項8之方法，苴由姑$ _ a /、中該補核動作進一步包括·· 使用該等至少一個睥帝 日包 參考資料來識別受暗電流影 94200-951013.doc 1276992 響之像素，· 移翏考資料來補償像素位番 將該等補償第-資料針 第二資料；以及 U.如請求項8之/ 該錯存系統内。 員8之方法’其進-步包括： 資料來識別作為缺陷像素之像素； 5亥參考資料來補償像素位置 將該補償第-資枓性六狄 X弟一貝枓，以及 12 , 弟—貝科儲存於該儲存系統内。 如“項8之方法，其進-步包括： 攻^複數個h狀況及曝光時間下捕獲該複數個暗電 二!：影像，用以建立一個別暗電流參考資料，以及針 举^ !數個〜盈及曝光狀況之每個組合來識別需要補 仞的暗電流像素位置；以及 j該等已捕獲的複數個暗電流參考影像建立該個別暗 電机苓考資料，以及針對增益狀況及曝光時間的每個增 益組合來識別需要補償之雜點位置。 13·如明求項8之方法，其進一步包括在該複數個增益狀況 及曝光時間下捕獲該複數個白色參考影像，用以建立一 個別缺陷像素參考資料，以及針對增益狀況及曝光時間 的每個組合來識別需要補償之缺陷像素的位置。 14.如請求項8之方法，其進一步包括在複數個光狀況下捕 獲該等複數個白色參考影像，用以建立一個別缺陷像素 參考資料’以及針對每個該等複數個光狀況來識別需要 補償之缺陷像素的位置。 15.如請求項14之方法，其中該等複數個光狀況包括—無光 94200-951013.doc 1276992 狀況、-第-光狀況及具有比該第—光狀況更高之 Lux值的一第二光狀況。 16. 一暗死點參考資 組合來識別需要 一白色死點參考 間組合來識別需 一飽和死點參考 間組合來識別需 如請求項15之方法，其進一步包括建立 料’以及針對每個增益狀況及曝光時間 補償之暗死點的位置。 17.如請求項15之方法，其進一步包括建立 負料’以及針對每個增益狀況及曝光時 要補償之白色死點的位置。 18·如請求項15之方法，其進一步包括建立 資料’以及針對每個增益狀況及曝光時 要補償之飽和死點的位置。 包括為每個增益狀況及曝 19·如請求項14之方法，其進一步 光時間組合建立一瓌點I去咨极 ιΜ ^ U參考貝枓，以及識別需要補償之 壞點的位置。 20·如請求項14之方法，其進一步白妊 ^ ^ 芡包括根據最匹配該第二資 料之該增益及#光組合的該增益及#光組合，藉由選擇 δ亥專複數個增益及曝光組合之一 ife ^ 、 σ t 不選擇该暗電流及雜點 參考資料之一。 2 1 ·如請求項20之方法，其進一舟白妊由 ^ ^ 步包栝使用來自可用相鄰像 素之信號值來平滑受暗電流影響的該等像素，使用該已 選定的暗電流及雜點參考眘料决，則為& + ，可貝村來識別文暗電流影響的該 等像素，從該第二資料擷抱姑巧必丨炎& & &丄 θ ιτ领取破識別為文暗電流影響之每 個像素的該信號值。 22.如請求項21之方法 其中該平滑藉由平均該等相鄰像素 94200-951013.doc 1276992 之該等信號值而完成。 月求項2 0之方法，其進一步包括縮小受暗電流影響之 像素的該信號值，使用該已選定的暗電流及雜點參考 貝料來硪別該等受暗電流影響之像素，從該第二資料擷 取被識別為受暗電流影響之每個像素的該信號值。 24·如μ求項23之方法，其中該縮小係藉由將該信號值乘以 S已t疋ig盈及曝光組合之暗電流及雜點的一平均信 諕值並除以需要補償之該等像素的該信號值而完成。 25·如明求項16之方法，其進一步包括在使用該暗死點參考 資料來定位該等暗死點的該無光狀況下，藉由將識別為 暗死點之像素的信號位準縮小至正f像素的_平均信號 位準而補償暗死點。 °… 6·如^求们7之方法，其進—步包括在使用該 _來定位該等白色死點的該第-光狀況下，藉由: 4別為白色死點之像素的信號位準放大或縮小至正常傷 素的一平均值而補償白色死點。 27. 如請求項18之方法，其進一 ^ ^ ^ , 隹便用该飽和死點參 考貝枓末疋位該等飽和死點的該第二光狀況下 識別為飽和死點之像素的信號位準放大至正常像㈣一 平均值而補償飽和死點。 ’、的 28. 如：：：19之方法，其進一步包括藉由根 盈及曝光時間組合之—來選擇該等壞點=專增 並將識別為壞點之像素的信號位準縮 /之-， 選定的該曝光時間而補償壞點。 ' 對應於已 94200-951013.doc 1276992 29.如請求項28之方法，其進一步包括 七咕 ^匕祜使用一公式根據用於 该專壞點之缺陷顏色之數量對壞點進行顏色補償。 3〇· —種數位相機系統，其包括： 一影像感測器； 一暗電流及缺陷像素補償電路，其用於補償對應於 實際影像的第一資料，包括·· 至少一個處理器； 一匯流排；以及 一儲存系統，其經由該匯流排耦合至該至少一處理 器，用於儲存對應該至少一個實際影像的第一資料以及 對應藉由該影像感測器所捕獲的該複數個暗電流參考影 像及該複數個白色參考影像之一的該第二資料；以及 一影像處理器’其耦合至該暗電流及缺陷像素補償電 路，用於將該第一資料從該影像感測器轉遞至該暗電流 及缺陷像素補償電路。 3 1 ·如請求項30之數位相機系統，其中該儲存系統進一步包 括： 一記憶體裝置，其經由該匯流排耦合至該至少一個處 理器；以及 至少一個非揮發性記憶體裝置，其經由該匯流排耦合 至該至少一個處理器。 3 2 · —種電腦系統，其包括： 一第一處理器； 一記憶體裝置，其經由一匯流排耦合至該處理器； 94200-951013.doc 1276992 至少一個輸入/輪屮 珣出凌置，該至少一個輸入/輪 經·由該周邊匯流排輕人 1置 σ至該處理器，該輸入/輸出货 一成像裝置； 衣置係 該成像裝置進一步包括^ . 一儲存糸統，其用^ a 士 μ 、用於儲存對應至少一個實際$你 第一資料及對應—後本# 〜像之 象素陣列所捕獲的複數個暗 ☆ 考影像及複數個白多夂去旦，你 电％參 曰巳參考影像之一的第二資料； 至少一個第二處 及 处里裔其耦合至該儲存系統， 補償對應該實際影像之該資料。 用於 33. —種影像處理裝置，其包括： 一儲存系統，其用於儲左染丄 一 、儲存對應至少一個實際影 一資料及對應一像素陳而丨Μ #说、 弟 '、歹】所捕獲的複數個暗電流炎去 像及複數個白色參考影像之資料；以及 > 考影 一處理器，其耦合至哕搜六 稠口主該儲存系統，用於使用該 料來補償該第一資料。 #〜資 34. —種影像處理裝置，其包括： -儲存系統，其用於儲存對應至少一個實際 一資料及對應-像素陣列所捕獲的複數個= 像及複數個白色參考影像之第二資料，·以及 夕影 一處理器，其耦合至該儲存 、 仔糸、、充用於使用該第、〜 料來補償該第一資料，豆中兮 〜貧 貝丁寸八节該儲存系統儲存盥嗲繁一 料相關聯之增益狀況及曝光時間，該館存系統=一:資 存與該第二資料相關聯之增益狀況及曝光時間，以： 儲存系統處理器進一步儲存用 該 茨弟一貝枓之光狀況資 94200-951013.doc -7- 1276992 訊。 35. 種暗電流及缺陷像素補償電路 至少一個處理器； 其包括： —進流排；以及 。，储存系統，其經由該匯流排轉合至該至少—個處理 用於儲存對應於該至少-個實際影像的第_資料及 -於该影像感測器所捕獲的該複數個暗電流參考影像 及該複數個白色參考影像的第二資料。 … 36· 一種積體電路，其包括·· —暗電流及缺陷像素補償電路，其用於補償對應於一 實際影像的第一資料，包括： 至少一個處理器； 一匯流排；以及 一儲存系統，其經由該匯流排耦合至該至少一處理 裔，用於儲存對應魅少一個冑際影I的第_資料以及 對應藉由該影像感測器所捕獲的複數個暗電流參考影像 及複數個白色參考影像的該第二資料；以及 一影像處理器’其輕合至該暗電流及缺陷像素補償電 路，用於將該第一資料從該影像感測器轉遞至該暗電流 及缺陷像素補償電路。 94200-951013.doc