圖像攝取裝置和信號處理方法
2023-08-08 17:41:51
專利名稱：圖像攝取裝置和信號處理方法
技術領域：
本發明涉及一種通過使用XY地址型固態圖像攝取元件來拍攝對象的圖像的圖像攝取裝置，和一種用於該圖像攝取裝置的信號處理方法。
背景技術：
在以CMOS(互補型金屬氧化物半導體)傳感器為代表的XY地址型固態圖像攝取元件中，大量像素排列在如圖1所示的由行和列構成的矩陣中。該元件包括垂直掃描電路54，用於依次選擇像素部52的各行；水平掃描電路60，用於依次選擇像素部52的各列；以及輸出電路61，用於輸出信號。
垂直掃描電路54和水平掃描電路60由例如移位寄存器構成，並且分別為每一行和每一列產生一個垂直掃描脈衝和一個水平掃描脈衝。
當讀取儲存在各個像素中的圖像信號時，通過垂直掃描電路54將脈衝信號加到一條垂直選擇線53上，使同一行中的所有像素電晶體51電導通。圖像信號從各感光部50被讀取到垂直信號線55上。將讀取到垂直信號線55上的圖像信號提供給相關雙重取樣電路(CDS)56等電路，以清除每一個像素的偏移信號(offset signal，或叫偏差信號)。
水平掃描電路60通過水平選擇線59將脈衝信號加到與各垂直信號線55連接的電晶體57上，使電晶體57處於通電狀態。已通過CDS 56清除了偏移信號的列的像素信號被讀取到水平信號線58。該像素信號通過輸入電路61轉換成電壓信號後，向外部輸出。
在這種X-Y地址型固態圖像攝取元件中，各列分別具有不同的(或者是他們自身的)垂直信號線55。因此，如果CDS 56和電晶體57具有不同的特性，從輸出電路61提供的像素信號便會在各列間產生不同的偏移。分別對應各列的不同的偏移會作為條紋狀的固定模式噪聲(下文稱之為列噪聲)顯現在顯示屏幕上，造成畫質不好。
現有一種防止畫質變差的方法。在該方法中，從固態圖像攝取元件中僅提取列噪聲分量，提取出的列噪聲分量被作為用於校正的基準信號保存。在通常的圖像攝取操作時，從固態圖像攝取元件的信號輸出中減去基準信號，以此來校正列噪聲。
然而，當用光照射像素部52時，基於入射光的信號分量會被加到列噪聲分量中。因此，該輸出信號不能被用作用於校正的基準信號。因此，根據日本專利申請公開第10-126697號出版物，如圖2所示，像素部52由有效像素區A、垂直光學黑體區B(下文稱之為VOPB)、及水平光學黑體區C(下文稱之為HOPB)構成，用於執行列噪聲的檢測/校正。有效像素區A被光照射。在垂直光學黑體區B和水平光學黑體區C中，光的照射在數行到數十行的範圍內被諸如鋁薄膜等遮光板遮擋。
同時，導致產生列噪聲的各列的偏移不僅出現在位於有效像素區A中的像素的輸出中，還出現在位於VOPB區B中作為屏蔽的黑色電平基準的像素的輸出中。因此，可以通過使用來自VOPB區B中的像素的信號檢測出列噪聲分量、並從來自有效像素區A的像素的信號中減去列噪聲分量的方式完成校正。
發明內容
然而，在通過使用從排列在VOPB區B中的像素中輸出的信號來獲得用於校正列噪聲的基準信號的情況下，存在明顯的問題，即來自暗電流分量(以下稱作隨機噪聲)的影響，該暗電流分量由VOPB區B中的各個像素輸出並且不斷變化。特別是，由於VOPB區B覆蓋了幾行到幾十行，因而包括少量的像素。因此，即使當執行平均化處理時，也無法充分抑制從各個像素輸出的信號中所包含的隨機噪聲。在上述公開文獻10-126697中，通過對多個幀反覆執行加法平均來提高列噪聲的檢測精度。然而，該方法需要很長時間來提高檢測精度。
因此，本發明提供了一種圖像攝取裝置及其信號處理方法，利用該裝置和方法，即使當VOPB區B只包括少量行時，也能不受各種隨機噪聲的影響在短時間內檢測出列噪聲分量，並且基於所檢測出的列噪聲分量，校正來自有效像素區A的像素信號。
根據本發明的圖像攝取裝置包括固態圖像攝取元件，該固態圖像攝取元件包括包括均勻排列在行列矩陣中的多個像素的像素部，該像素部包括被光照射的有效像素區和光的照射被遮擋的遮光像素區；垂直掃描電路，用於控制排列在同一行中並通過垂直選擇線共同連接的像素的控制電極；水平掃描電路，用於控制共同連接到排列在同一列中的像素的主電極上的垂直信號線的控制電極，從而以行為單位向水平信號線依次輸出像素信號，該像素信號經由垂直信號線輸出；以及輸出電路，用於輸出來自水平信號線的像素信號；控制器，用於控制固態圖像攝取元件，以使從排列在遮光像素區中的像素輸出的像素信號或從排列在有效像素區中的像素輸出的像素信號從輸出電路輸出；控制信號發生器，用於產生預定的控制信號；噪聲分量檢測器，用於根據由控制信號發生器產生的控制信號，檢測包含於來自遮光像素區的像素信號中的噪聲，該像素信號是在控制器的控制下從輸出電路輸出的；以及噪聲校正器，用於根據由噪聲分量檢測器檢測到的噪聲分量，校正包含於來自有效像素區的像素信號中的噪聲，該像素信號是在控制器的控制下從輸出電路輸出的，並且控制信號發生器在預定的定時(timing，或稱為時刻)產生不同的控制信號。
根據本發明的信號處理方法是一種用於包括固態圖像攝取元件的圖像攝取裝置的信號處理方法，其中，該固態圖像攝取元件包括包括均勻排列在行列矩陣中的多個像素的像素部，該像素部包括被光照射的有效像素區和光的照射被遮擋的遮光像素區；垂直掃描電路，用於控制排列在同一行中並通過垂直選擇線共同連接的像素的控制電極；水平掃描電路，用於控制共同連接到排列在同一列中的像素的主電極上的垂直信號線的控制電極，從而以行為單位向水平信號線依次輸出像素信號，該像素信號經由垂直信號線輸出；以及輸出電路，用於輸出來自水平信號線的像素信號；所說信號處理方法包括以下步驟控制信號發生步驟，產生預定的控制信號；噪聲分量檢測步驟，基於在控制信號發生步驟中產生的控制信號，檢測包含於來自遮光像素區的像素信號中的噪聲，該像素信號是在控制器的控制下從輸出電路輸出的；以及噪聲校正步驟，基於在噪聲分量檢測步驟中檢測到的噪聲分量，校正包含於來自有效像素區的像素信號中的噪聲，該像素信號是在控制器的控制下從輸出電路輸出的，並且在控制信號發生步驟中，在預定定時產生不同的控制信號。
在本發明中，隨機噪聲的影響得到抑制，並且選擇結合了使積分值收斂於列噪聲的反饋係數。此外，計算出所選擇的反饋係數彼此切換的點，並基於該計算結果檢測出列噪聲分量。因此，可藉助少量行在短時間內高精度地檢測出列噪聲分量。進而，使用這種高精度的列噪聲分量，可校正像素信號中的列噪聲。從而，可提供高畫質的圖像。
圖1示出了固態圖像攝取元件的結構；圖2示出了通過將像素部分成有效像素區、VOPB區、和HOPB區來構造固態圖像攝取元件的像素部的狀態；圖3示出了根據本發明的圖像攝取裝置的結構的框圖；圖4示出了通過將像素部分成有效像素區和VOPB區來構造固態圖像攝取元件的像素部的狀態；圖5示出了固態圖像攝取元件的結構的示意圖；圖6示出了信號處理器的結構的框圖；圖7示出了列噪聲分量檢測器的結構的框圖；圖8示出了列噪聲特性相對於當計算反饋係數的切換點時使用的積分行數的曲線圖；圖9示出了計算切換點的步驟的流程圖；圖10示出了用於說明將有效像素區用於列噪聲分量檢測時的示意圖；
圖11示出了用於說明多次讀取VOPB區以執行列噪聲分量檢測時的示意圖；以及圖12A和圖12B示出了用於說明固態圖像攝取元件在靜止圖像模式中和在監控模式中的操作的示意圖。
具體實施例方式
以下將描述根據本發明的實施例的圖像攝取裝置和信號處理方法。
如圖3所示，圖像攝取裝置1包括透鏡10，用於會聚入射光；快門11，用於在規定時間內使由透鏡10會聚的光通過；固態圖像攝取元件12，用於攝取作為光線經過透鏡10和快門11進入的對象的圖像；控制器13，用於控制快門11和固態圖像攝取元件12；以及信號處理器14，用於對通過固態圖像攝取元件12攝取的像素信號進行預定的信號處理。
物體發出的光經由包括透鏡10和快門11的光學系統入射到固態圖像攝取元件12。固態圖像攝取元件12包括對物體的圖像進行拍攝的像素部。如圖4所示，該像素部由被光照射的有效像素區A和利用諸如鋁薄膜等遮光板在數行到數十行的範圍內遮擋光的照射的垂直光學黑體(下文稱之為VOPB)區B構成。
控制器13控制快門11的開關操作。控制器13還控制固態圖像攝取元件12，以使信號處理部14輸出從排列在有效像素區A和VOPB區B中的像素選擇性輸出的像素信號S1。
現參照圖5對固態圖像攝取元件12進行描述。固態圖像攝取元件12包括例如XY地址型的感光部15，如圖5所示，該感光部根據光的照射存儲電荷；像素部17，由輸出存儲在感光部15中的電荷、並排列成行列矩陣的像素電晶體16構成；垂直掃描電路19，向垂直選擇線18施加脈衝信號，其中，每一條垂直選擇線都與排列在像素部17的矩陣的每一行中的像素連接；相關雙重取樣電路(CDS)21，通過從垂直掃描電路19施加脈衝信號，從提供給垂直信號線20的信號中清除偏移信號，其中，每條垂直信號線20都與排列在像素部17的矩陣的每一列中的像素連接；電晶體23，用於向水平信號線22提供已通過CDS 21清除了偏移信號的信號；水平掃描電路25，通過水平選擇線24將脈衝信號提供給電晶體23，以此向水平信號線22提供已通過CDS 21清除了偏移信號的信號；以及輸出電路26，將提供給水平掃描電路25的信號提供給信號處理器14。
在這種XY地址型固態圖像攝取元件12中，垂直信號線20在所排列的像素的每一列間都互不相同。因此，如果CDS 21和電晶體23間具有不同的特性，從輸出電路26輸出的圖像信號會受到各列間不同的偏移的影響。每列的偏移會作為條紋狀的固定模式噪聲(下文稱之為列噪聲)顯現在顯示屏幕上。這是造成畫質變差的原因之一。位於固態圖像攝取元件12後段的信號處理器14能夠清除這種列噪聲。
接著，就信號處理器14的結構進行描述。如圖6所示，信號處理器14包括AFE(模擬前端)部30，用於將固態圖像攝取元件12的輸出信號轉換成數位訊號；控制信號發生器31，用於產生預定的控制信號；列噪聲分量檢測器32，基於由控制信號發生器31產生的控制信號，在從AFE部30提供的像素信號中檢測出固定模式噪聲(下文稱之為列噪聲分量)；列噪聲校正器33，基於由列噪聲分量檢測器32檢測出的列噪聲分量，校正從AFE部30提供的像素信號的列噪聲分量；以及像機信號處理器34，對列噪聲校正器33的輸出信號執行預定的像機處理。
AFE部30將從固態圖像攝取元件12提供的像素信號S1轉換成數位訊號，並輸出經過轉換的像素信號。而且，AFE部30將用於列噪聲檢測的信號，即從排列在VOPB區B中的像素輸出的信號S2提供給列噪聲分量檢測器32。然後，AFE部30將從排列在有效像素區A中的像素輸出的信號S3提供給列噪聲校正器33。
控制信號發生器31產生預定的控制信號，並將產生的控制信號輸出到列噪聲分量檢測器32。
考慮到同一列中的像素具有相同的列噪聲量，列噪聲分量檢測器32根據從控制信號發生器31提供的控制信號，從自AFE部30提供的信號S2中檢測出列噪聲分量。列噪聲分量檢測器32將檢測結果存儲到行存儲器42中。
現參照圖7描述列噪聲分量檢測器32的結構。如圖7所示，列噪聲分量檢測器32包括加權部40，利用預定的係數k1加權從AFE部30提供的信號S2；加法處理器41，用於對加權部40的輸出信號和反饋信號執行相加處理；行存儲器42，用於存儲經加法處理器41進行了相加處理的信號；以及加權部43，用於讀取存儲在行存儲器42中且已進行了相加處理的信號，並用反饋係數k2加權所讀取的信號。由此，列噪聲分量檢測器32構成了一個反饋組。基於從控制信號發生器31提供的控制信號而產生的預定係數k1表示如下，例如k1＝1/2n基於從控制信號發生器31提供的控制信號，通過係數發生器(未示出)生成反饋係數，並表示如下，例如k2＝1-1/2n
列噪聲分量檢測器32由IIR(無限衝激響應)濾波器的積分器構成。當反饋係數k2的值發生變化時，向列噪聲量收斂的速度和由隨機噪聲引起的積分結果的差異也發生變化。反饋係數k2的最佳值取決於列噪聲量、隨機噪聲量、和積分樣本數(即，VOPB區B中的行的數量)。當限制積分樣本數時，特別是通過動態地改變反饋係數k2，可以高精度地檢測並校正利用單一反饋係數所無法充分抑制的條紋狀固定模式噪聲(列噪聲)。
現參照圖8描述通過改變反饋係數k2比起使用單一反饋係數更能抑制列噪聲的實例。圖8是表示通過數值計算求得積分的效果的圖表，其中，50行的VOPB區B存在於傳感器上，並且隨機噪聲和列噪聲各具有特定的噪聲量。橫軸表示積分行數，縱軸表示未經過校正的列噪聲分量的大小。曲線A示出了反饋係數k2為如下所示時的結果k2＝1-1/25＝31/32曲線B示出了反饋係數k2為如下所示時的結果k2＝1-1/26＝63/64曲線C示出了改變反饋係數k2時的結果，即從0至25行時，反饋係數k2為31/32(n＝5)，超過25行(26行至50行)時為63/64(n＝6)。
縱軸上的值越小，可校正的列噪聲越多。
因此，如果要看第50行上的列噪聲量，從曲線B給出「67」。從曲線A給出「66」，而曲線C給出「62」。因此明顯看出，當在適當的行數分界處切換反饋係數k2時，可更有效地校正列噪聲。
根據特定的計算，確定係數切換點的最佳行數。該計算可在工廠調節時或在開啟電源時進行。現按照圖9所示的流程圖描述該計算的流程。
通過預定方法求得固態圖像攝取元件12的隨機噪聲量(標準偏差)和列噪聲量(標準偏差)(步驟ST1)。基於所求得的隨機噪聲量和列噪聲量，選擇兩個反饋係數k2值(步驟ST2)。使所選擇的反饋係數k2由小至大發生轉變。
接著，執行初始化，將反饋係數k2進行切換的行i設為1(步驟ST3)。積分到任意行數N，計算出執行列噪聲校正時的剩餘列噪聲量(步驟ST4)。剩餘列噪聲量f也可表示為隨機噪聲量σRN、列噪聲量σCN、反饋係數k2、積分行數N、和切換點i的函數。接著，判定切換點i是否已達到積分行數N。如果已達到積分行數，流程進入步驟ST6。相反，如果未達到積分行數，切換點i加1，並且返回到步驟ST4。
相互比較在步驟ST4中求得的N個列噪聲的剩餘量f，以尋找列噪聲的剩餘量f最小的切換點i(步驟ST6)。並且，確定反饋係數k2是否應該進一步改變為另一反饋係數k2(步驟ST7)。如果應該改變反饋係數k2，則將在最佳切換點的列噪聲的剩餘量f設為像素信號的列噪聲量，並且重複步驟ST2至ST7。
控制信號發生器31基於如上所述求得的切換點i產生控制信號，並將該控制信號提供給列噪聲分量檢測器32。進而，列噪聲分量檢測器32基於該控制信號切換反饋係數，並檢測出從AFE部30提供的像素信號S2的噪聲分量。
列噪聲校正器33基於由列噪聲分量檢測器32檢測出的噪聲分量，對由AFE部30提供的、並從排列在有效像素區A中的像素輸出的信號S3的列噪聲進行校正。然後，列噪聲校正器33將校正後的信號提供給像機信號處理部34。像機信號處理部34對已經由列噪聲校正器33進行過校正處理的信號進行預定的像機處理。
有一種情況，即，在VOPB區B中的行數太少，以致即使動態地改變反饋係數k2，也無法充分校正列噪聲。下面將描述用於在這種情況下檢測出列噪聲分量的方法的實例。
當開啟或切換電源時，控制器13僅控制快門11一幀的時間，並通過插入機械快門遮擋有效像素區A。因為有效像素區A被遮擋，從排列在有效像素區A中的像素輸出的信號與VOPB區B中的像素一樣，可用作用於檢測列噪聲分量的信號。
例如，如圖10所示，如果在VOPB區B中排列720×20(列×行)的像素，在有效像素區A中排列720×480(列×行)的像素，則列噪聲分量檢測器32可使用總計兩幀(2V)相當於20+480+20＝520行的信號，用於檢測列噪聲分量。
此外，由於從固態圖像攝取元件12讀取信號要持續兩幀，因而使處理時間變長。然而，因為用於列噪聲檢測的行數增加，所以能夠以高精度檢測出列噪聲分量。
另外，還存在不包括機械快門的另一種情況或要求相當於一幀的積分行數的情況。下面將描述用於高精度地檢測出列噪聲分量的方法的實例。
如圖11所示，控制器13控制固態圖像攝取元件12多次讀取VOPB區B。通過多次讀取VOPB區B，可使積分行數增加，從而可獲得能夠充分校正列噪聲分量的行數。因此，能夠在短於讀取一幀的信號所需的時間內，獲得足以校正列噪聲分量的行數。
值得注意的是圖像攝取裝置1不一定總要採用下列結構。即，圖像攝取裝置1讀取用於列噪聲檢測的信號，並檢測出列噪聲分量。之後，圖像攝取裝置1從固態圖像攝取元件12讀取表示對象的圖像信號。基於列噪聲分量，校正表示對象的圖像信號的列噪聲。該結構可按如下構成。即，圖像攝取裝置1從固態圖像攝取元件12讀取表示物體的圖像信號，並將表示物體的圖像信號存儲到預定的存儲器中。圖像攝取裝置1讀取用於列噪聲檢測的信號，並檢測出列噪聲分量。基於該列噪聲分量，校正存儲在存儲器中、表示物體的圖像信號中的列噪聲。
此外，如果不改變操作模式，列噪聲分量檢測器32讀取在相同操作模式中已檢測到的積分結果，並對多個幀或多個場進行積分。因為列噪聲分量檢測器32使用多幀圖像，所以用於積分的行數增加。因此，在抑制暗電流引起的隨機噪聲的同時，還可使其收斂至列噪聲的值。因此，可更加精確地執行列噪聲檢測。
在操作模式發生改變，而用於從固態圖像攝取元件12讀取信號的方法完全不發生變化的情況下，列噪聲分量的大小也不會改變。因此，列噪聲分量檢測器32可與操作模式不發生改變的情況一樣，通過連續執行積分來提高檢測精度。
下面將進一步描述在操作模式發生改變的情況下，用於從固態圖像攝取元件12讀取信號的方法發生變化時，列噪聲分量檢測器32的操作。
如果在固態圖像攝取元件12上執行像素相加等運算，則在產生列噪聲之前(例如在信號輸入到CDS 21中之前)執行像素相加時，與在產生列噪聲之後(例如在信號從CDS 21輸出之後)執行像素相加時，二者之間列噪聲分量的變化量將不同。
此外，根據對從排列在像素部17中的像素輸出的信號求和的方法是垂直相加法還是水平相加法，列噪聲分量的變化量也不同。
然而，在垂直相加法和水平相加法中的任何一種中，存在一種情況，即，列噪聲分量的變化量可由於固態圖像攝取元件12的結構原因而從物理上已知。在這種情況下，例如，執行以預定的係數加權在過去檢測出的列噪聲分量的處理。利用該值進行積分，從而可有效地檢測和校正列噪聲分量。
下面將描述將垂直相加法用作對從排列在像素部17中的像素輸出的信號求和的方法時，列噪聲分量的檢測和列噪聲的校正。在動畫模式中或在監控模式中，固態圖像攝取元件12以基於奇數行和偶數行之間的像素相加的隔行掃描方法讀取信號。在靜止圖像模式中，以逐行(非隔行掃描)方式從奇數行和偶數行讀取信號，而不執行像素相加。可替換地，在監控模式中執行列噪聲分量的檢測。在靜止圖像模式中執行列噪聲的校正。並且，固態圖像攝取元件12具有這樣一種結構，其中，不管相加法是垂直相加法還是水平相加法，列噪聲分量不會發生變化。
如果採用垂直相加法，因為對像素不求和，所以通過列噪聲校正器33進行列噪聲校正所需的信號量接近通過列噪聲分量檢測器32進行列噪聲分量檢測所需的信號量的一半。
因此，為了使列噪聲分量的檢測與列噪聲的校正所需的信號量相等，可在固態圖像攝取元件12側應用雙倍的增益。通過這樣應用增益，來自對象的信號量等於動畫模式中的量。另一方面，列噪聲分量變為兩倍。因此，在動畫模式和監控模式中，通過隔行掃描方法執行檢測，並對存儲在行存儲器中的列噪聲量進行雙倍的增益，使其與在靜止圖像模式中以逐行方式執行處理時的列噪聲量一致。使用兩倍的列噪聲量進行列噪聲分量的檢測和列噪聲的校正。
接著，下面描述將水平相加法用作對從排列在像素部17中的像素輸出的信號求和的方法時，列噪聲分量的檢測和列噪聲的校正。
如圖12所示，在靜止圖像模式中，固態圖像攝取元件12以逐行方式讀取信號，而不執行像素相加。在監控模式中，固態圖像攝取元件12採用通過鄰近的兩個像素的水平相加來讀取信號的方法。在靜止圖像模式中，通過列噪聲分量檢測器32執行列噪聲分量的檢測。在監控模式中，通過列噪聲校正器33執行列噪聲的校正。
如果採用垂直相加法，因為對像素求和，所以通過列噪聲分量校正器33進行列噪聲校正所需的信號量接近通過列噪聲分量檢測器32進行列噪聲分量的檢測所需的信號量的兩倍。然而，根據傳感器上的像素相加，列噪聲分量僅是兩個像素的和。
如圖12A所示，在靜止圖像模式中，列噪聲分量檢測器32已檢測出固態圖像攝取元件12中所有列的列噪聲分量。因此，當通過水平兩像素相加求得變化的列噪聲分量時，可如圖12B所示利用該檢測結果。
因此，在監控模式中，對進行水平相加的每一列都加上在靜止圖像模式中檢測到的列噪聲分量。利用該值進行積分，並將該值用於列噪聲分量的檢測和列噪聲的校正。
很容易理解，存在一種情況，即，因為求和在列噪聲發生之前的區域中進行，所以即使用於讀取來自固態圖像攝取元件12的信號的方法發生變化時，列噪聲分量也不會變化。在這種情況下，可與操作模式不發生改變的情況一樣，通過連續進行積分來提高檢測精度。
因此，根據本發明的圖像攝取裝置1包括控制信號發生器31，用於產生預定的控制信號；列噪聲分量檢測器32，用於根據由控制信號發生器31產生的控制信號，利用從排列在像素部17中的VOPB區B中排列的像素輸出的信號檢測出列噪聲分量；列噪聲校正器33，用於根據由列噪聲分量檢測器32檢測出的列噪聲分量，校正從像素部17的有效像素區A中排列的像素輸出的信號中的列噪聲。列噪聲分量檢測器32選擇使用一種不受隨機噪聲的影響，將積分值收斂至列噪聲的反饋係數k2。此外，列噪聲分量檢測器32計算出所選擇的反饋係數k2互相切換的點，並且基於該計算結果，檢測出列噪聲分量。因此，可以以少量行在短時間內高精度地檢測出列噪聲分量。此外，可使用這種高精度的列噪聲分量校正像素信號的列噪聲。因此，可提供具有高畫質的圖像。
以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的權利要求範圍之內。
權利要求
1.一種圖像獲取裝置，包括固態圖像獲取元件，所述固態圖像攝取元件包括像素部，所述像素部包括均勻排列在行列矩陣中的多個像素，並且所述像素部包括被光照射的有效像素區和光的照射被遮擋的遮光像素區，垂直掃描電路，用於控制排列在同一行中並通過垂直選擇線共同連接的像素的控制電極，水平掃描電路，用於控制共同連接到排列在同一列中的像素的主電極上的垂直信號線的控制電極，從而以行為單位向水平信號線依次輸出像素信號，所述像素信號經由所述垂直信號線輸出，以及輸出電路，用於輸出來自所述水平信號線的像素信號；控制裝置，用於控制所述固態圖像獲取元件，以使從排列在所述遮光像素區中的像素輸出的所述像素信號或從排列在所述有效像素區中的像素輸出的所述像素信號從所述輸出電路輸出；控制信號發生裝置，用於產生預定的控制信號；噪聲分量檢測裝置，用於根據由所述控制信號發生裝置產生的控制信號，檢測包含於所述遮光像素區的所述像素信號中的噪聲，所述像素信號是在所述控制裝置的控制下從所述輸出電路輸出的；以及噪聲校正裝置，用於根據由所述噪聲分量檢測裝置檢測出的噪聲分量，校正包含於所述有效像素區的所述像素信號中的噪聲，所述像素信號是在所述控制裝置的控制下從所述輸出電路輸出的，其中，所述控制信號發生裝置在預定定時產生不同的控制信號。
2.根據權利要求1所述的圖像獲取裝置，其中，所述噪聲分量檢測裝置包括係數發生裝置，用於根據從所述控制信號發生裝置提供的所述控制信號，產生預定係數和反饋係數；第一加權裝置，用於利用由所述係數發生裝置產生的所述預定係數來加權從所述輸出電路輸出的所述遮光像素區的所述像素信號；相加處理裝置，用於執行對來自所述第一加權裝置的輸出信號與反饋信號求和的相加處理；存儲裝置，用於存儲通過由所述相加處理裝置執行的所述相加處理所獲得的信號；以及第二加權裝置，用於利用由所述係數發生裝置產生的所述反饋係數來加權存儲在所述存儲裝置中的信號，並且所述相加處理裝置執行對來自所述第一加權裝置的所述輸出信號與來自所述第二加權裝置的輸出信號求和的相加處理，以計算包含於所述遮光像素區的所述像素信號中的噪聲分量。
3.根據權利要求1所述的圖像獲取裝置，其中，所述控制裝置控制所述固態圖像獲取元件，以使所述輸出電路多次輸出那些僅從排列在所述遮光像素區中的所述像素輸出的像素信號，以及所述噪聲分量檢測裝置檢測包含於已被多次輸出的所述遮光像素區的所述像素信號中的噪聲分量。
4.根據權利要求1所述的圖像獲取裝置，其中，所述控制裝置控制所述固態圖像獲取元件、遮擋所述有效像素區不受光照、以及使所述輸出電路輸出從排列在被遮擋的所述有效像素區中的所述像素輸出的所述像素信號，以及所述噪聲分量檢測裝置檢測包含於所述遮光像素區和所述有效像素區的所述像素信號中的噪聲分量。
5.根據權利要求1所述的圖像獲取裝置，其中，所述控制信號發生裝置能夠預先存儲所述控制信號發生裝置產生所述不同控制信號的所述定時。
6.根據權利要求1所述的圖像獲取裝置，其中，在檢測包含於來自所述有效像素區的所述像素信號中的噪聲分量之前，所述噪聲分量檢測裝置檢測包含於從所述輸出電路輸出的所述遮光像素區的所述像素信號中的噪聲分量。
7.根據權利要求1所述的圖像獲取裝置，其中，在檢測包含於來自所述有效像素區的所述像素信號中的噪聲分量之後，所述噪聲分量檢測裝置檢測包含於從所述輸出電路輸出的所述遮光像素區的所述像素信號中的噪聲分量。
8.根據權利要求2所述的圖像獲取裝置，其中，所述存儲裝置為多個幀或多個場存儲所計算出的噪聲分量。
9.根據權利要求1所述的圖像獲取裝置，其中，所述固態圖像獲取元件具有執行隔行讀取的第一操作模式以及執行逐行讀取的第二操作模式，在隔行讀取中所述像素部中的相鄰行中的像素彼此相加，在逐行讀取中像素不相加，以及基於通過用雙倍增益乘以在所述第一操作模式中檢測到的所述噪聲分量而計算出的第二噪聲分量，所述噪聲分量檢測裝置檢測在所述第二操作模式中包含於所述有效像素區的所述像素信號中的噪聲。
10.根據權利要求1所述的圖像獲取裝置，其中，所述固態圖像獲取元件具有執行隔行讀取的第一操作模式以及執行逐行讀取的第二操作模式，在隔行讀取中所述像素部中的相鄰列中的像素彼此相加，在逐行讀取中像素不相加，以及基於通過使在所述第二操作模式中檢測到的噪聲分量之中相鄰列的那些噪聲分量彼此相加而計算出的第二噪聲分量，所述噪聲分量檢測裝置檢測在所述第一操作模式中包含於所述有效像素區的所述像素信號中的噪聲。
11.一種用於包括固態圖像獲取元件的圖像獲取裝置的信號處理方法，所述固態圖像獲取元件具有像素部，所述像素部包括均勻排列在行列矩陣中的多個像素，並且所述像素部包括被光照射的有效像素區和光的照射被遮擋的遮光像素區，垂直掃描電路，用於控制排列在同一行中並通過垂直選擇線共同連接的像素的控制電極，水平掃描電路，用於控制共同連接到排列在同一列中的像素的主電極上的垂直信號線的控制電極，從而以行為單位向水平信號線依次輸出像素信號，所述像素信號經由所述垂直信號線輸出，以及輸出電路，用於輸出來自所述水平信號線的像素信號；所述方法包括控制信號發生步驟，產生預定的控制信號；噪聲分量檢測步驟，基於在所述控制信號發生步驟中產生的所述控制信號，檢測包含於來自所述遮光像素區的所述像素信號中的噪聲，所述像素信號是在預定控制下從所述輸出電路輸出的；以及噪聲校正步驟，基於在所述噪聲分量檢測步驟中檢測出的噪聲分量，校正包含於來自所述有效像素區的所述像素信號中的噪聲，所述像素信號是在預定控制下從所述輸出電路輸出的，其中，在所述控制信號發生步驟中，在預定定時產生不同的控制信號。
12.根據權利要求11所述的信號處理方法，其中，所述噪聲分量檢測步驟包括係數發生步驟，基於在所述控制信號發生步驟中產生的所述控制信號，產生預定係數和反饋係數；第一加權步驟，利用在所述係數發生步驟中產生的所述預定係數來加權從所述輸出電路輸出的所述遮光像素區的所述像素信號；相加處理步驟，執行對來自所述第一加權步驟的輸出信號與反饋信號求和的相加處理；存儲步驟，存儲通過由所述相加處理步驟執行的所述相加處理所獲得的信號；以及第二加權步驟，利用在所述係數發生步驟中產生的所述反饋係數來加權在所述存儲步驟中存儲的所述信號，並且在所述相加處理步驟中，執行對來自所述第一加權步驟的所述輸出信號與來自所述第二加權步驟的輸出信號求和的相加處理，以計算包含於所述遮光像素區的所述像素信號中的噪聲分量。
13.根據權利要求11所述的信號處理方法，其中，使所述輸出電路多次輸出那些僅從排列在所述固態圖像處理元件的所述遮光像素區中的所述像素輸出的像素信號，以及在所述噪聲分量檢測步驟中，檢測包含於已被多次輸出的所述遮光像素區的所述像素信號中的噪聲分量。
14.根據權利要求11所述的信號處理方法，其中，遮擋所述固態圖像處理元件的所述有效像素區不受光照，以及使所述輸出電路輸出從排列在被遮光的所述有效像素區中的所述像素輸出的所述像素信號，以及在所述噪聲分量檢測步驟中，檢測包含於來自所述遮光像素區和所述有效像素區的所述像素信號中的噪聲分量。
15.根據權利要求11所述的信號處理方法，其中，在所述控制信號發生步驟中，預先存儲所述控制信號發生步驟產生不同的控制信號的所述定時。
16.根據權利要求11所述的信號處理方法，其中，在所述噪聲分量檢測步驟中，在檢測包含於所述有效像素區的所述像素信號中的噪聲分量之前，檢測包含於從所述輸出電路輸出的所述遮光像素區的所述像素信號中的噪聲分量。
17.根據權利要求11所述的信號處理方法，其中，在所述噪聲分量檢測步驟中，在檢測包含於所述有效像素區的所述像素信號中的噪聲分量之後，檢測包含於從所述輸出電路輸出的所述遮光像素區的所述像素信號中的噪聲分量。
18.根據權利要求12所述的信號處理方法，其中，為多個幀或多個場存儲在所述噪聲分量檢測步驟中計算出的噪聲分量。
19.根據權利要求11所述的信號處理方法，其中，所述固態圖像獲取元件具有執行隔行讀取的第一操作模式以及執行逐行讀取的第二操作模式，在隔行讀取中所述像素部中的相鄰行中的像素彼此相加，在逐行讀取中像素不相加，以及基於通過用雙倍增益乘以在所述第一操作模式中檢測到的所述噪聲分量而計算出的第二噪聲分量，在所述噪聲分量檢測步驟中檢測在所述第二操作模式中包含於所述有效像素區的所述像素信號中的噪聲。
20.根據權利要求11所述的信號處理方法，其中，所述固態圖像獲取元件具有執行隔行讀取的第一操作模式以及執行逐行讀取的第二操作模式，在隔行讀取中所述像素部中的相鄰列中的像素彼此相加，在逐行讀取中像素不相加，以及基於通過使在所述第二操作模式中檢測到的噪聲分量之中相鄰列的那些噪聲分量彼此相加而計算出的第二噪聲分量，在所述噪聲分量檢測步驟中檢測在所述第一操作模式中包含於所述有效像素區的所述像素信號中的噪聲。
21.一種圖像獲取裝置，包括固態圖像獲取元件，所述固態圖像攝取元件包括像素部，所述像素部包括均勻排列在行列矩陣中的多個像素，並且所述像素部包括被光照射的有效像素區和光的照射被遮擋的遮光像素區，垂直掃描電路，用於控制排列在同一行中並通過垂直選擇線共同連接的像素的控制電極，水平掃描電路，用於控制共同連接到排列在同一列中的像素的主電極上的垂直信號線的控制電極，從而以行為單位向水平信號線依次輸出像素信號，所述像素信號經由所述垂直信號線輸出，以及輸出電路，用於輸出來自所述水平信號線的像素信號；控制器，用於控制所述固態圖像獲取元件，以使從排列在所述遮光像素區中的像素輸出的所述像素信號或從排列在所述有效像素區中的像素輸出的所述像素信號從所述輸出電路輸出；控制信號發生器，用於產生預定的控制信號；噪聲分量檢測器，用於根據由所述控制信號發生器產生的所述控制信號，檢測包含於來自所述遮光像素區的所述像素信號中的噪聲，所述像素信號是在所述控制器的控制下從所述輸出電路輸出的；以及噪聲校正器，用於根據由所述噪聲分量檢測器檢測出的噪聲分量，校正包含於來自所述有效像素區的所述像素信號中的噪聲，所述像素信號是在所述控制器的控制下從所述輸出電路輸出的，其中，所述控制信號發生器在預定定時產生不同的控制信號。
全文摘要
本發明提供了一種即使在VOPB區B包括少量行的情況下也可在短時間內檢測列噪聲分量而不受各種隨機噪聲的影響、並基於所檢測到的列噪聲分量校正有效像素區A的像素信號的圖像攝取裝置。該圖像攝取裝置包括固態圖像攝取元件，具有像素部、垂直掃描電路、水平掃描電路、和輸出電路；控制器，控制固態圖像攝取元件，以使從排列在遮光區像素中的像素輸出的像素信號或從排列在有效像素區中的像素輸出的像素信號從輸出電路輸出；控制信號發生器，產生預定控制信號；噪聲分量檢測器，用於檢測噪聲；以及噪聲校正器，根據由噪聲分量檢測器檢測的噪聲分量，校正包含於有效像素區的像素信號中的噪聲，其中控制信號發生器在預定定時產生不同的控制信號。
文檔編號H01L27/146GK1719878SQ20051008381
公開日2006年1月11日 申請日期2005年7月7日 優先權日2004年7月7日
發明者稻葉靖二郎, 田中健二, 松井啟, 米田豐 申請人:索尼公司