黑階補償電路、影像傳感器及相關方法
2023-04-28 01:44:06 2
專利名稱：黑階補償電路、影像傳感器及相關方法
技術領域：
本發明涉及一種黑階補償電路及其相關方法，尤其涉及一種同時利用數字及模擬電路以對影像感測信號進行黑階補償的黑階補償電路、影像傳感器及其相關方法。
背景技術：
半導體影像傳感器(例如電荷耦合元件(CXD)或互補金屬氧化半導體(CMOS)傳感器)普遍使用於照相機或攝影機中，用以將可見光的影像轉換為電子信號，便於後續的儲存、傳輸或顯示。由於電子電路的非完美性質，使得影像傳感器在未接收任何光線的情形下仍然會具有漏電流，因此使得影像傳感器所產生的影像感測信號會包含有此漏電流的成分，而無法真實反應所感測到的影像亮度值。為了克服此問題，通常會讀取多行的光學黑(optical black)像素(或光遮(light-shielded)像素)，經平均後作為一黑階補償值，此黑階補償值即用來表示影像傳感器在未接收任何光線下仍具有的漏電流。請參考圖1，圖I為公知黑階補償電路100的示意圖。如圖I所示，黑階補償電路100包含有一加法器102、一模擬放大器104、一模擬數字轉換器106、一數字放大器108、一黑階校正單元110以及一數字模擬轉換器112。在黑階補償電路100的操作上，黑階補償電路100會讀取影像感測信號Vin中的黑像素感測信號，並藉由模擬放大器104、模擬數字轉換器106以及數字放大器108的處理後，輸入至黑階校正單元110中。而黑階校正單元110將所接收的黑像素感測值進行平均計算，以得到一黑階補償值，之後該黑階補償值經由數字模擬轉換器122回到加法器102以補償影像感測信號Vin，以使得影像處理單元120所接收到的影像感測信號可以真實反應出所感測到的影像亮度值。然而，上述黑階補償電路100的模擬數字轉換器106以及黑階校正單元110會具有較大的時間延遲，且數字模擬轉換器112會產生量化誤差，因此，傳統的黑階補償電路100的速度及準確度都無法提高。另外，若是利用模擬電路來進行黑階補償，則會有無法有效率進行熱像素濾除的問題，而無法準確的進行黑階補償。
發明內容
因此，本發明的目的之一在於提供一種同時利用數字及模擬電路以對影像感測信號進行黑階補償的黑階補償電路及其相關方法，以解決上述的問題。依據本發明一實施例，一種黑階補償電路包含有一第一處理單元、一第二處理單元以及一補償單元。該第一處理單元依據一第一臨界值以對所接收的一第一數字黑像素感測信號進行熱像素濾除操作，以產生一濾除後第一黑像素感測信號，並依據該濾除後第一黑像素感測信號以產生一第二臨界值；該第二處理單元依據該第二臨界值以對所接收的一第二數字黑像素感測信號進行熱像素濾除操作，以產生一濾除後第二黑像素感測信號，並依據該濾除後第二黑像素感測信號以產生一黑階補償值；該補償單元依據該黑階補償值以對所接收的影像感測信號進行黑階補償以得到ー輸出信號。依據本發明另ー實施例，ー種黑階補償方法，包含有依據ー第一臨界值以對ー第一數字黑像素感測信號進行熱像素濾除操作，以產生一濾除後第一黑像素感測信號，並依據該濾除後第一黑像素感測信號以產生一第二臨界值；依據該第二臨界值以對ー第二數字黑像素感測信號進行熱像素濾除操作，以產生一濾除後第二黑像素感測信號，並依據該濾除後第二黑像素感測信號以產生一黑階補償值；以及依據該黑階補償值以對所接收之影像感測信號進行黑階補償以得到ー輸出信號。依據本發明另ー實施例，ー種影像傳感器包含有一影像感測單元以及ー黑階補償電路，其中該影像感測單元包括多個感測像素及多個黑像素。該黑階補償電路包含有一第一處理單元、一第二處理單元以及ー補償單元。該第一處理單元耦接至該些黑像素，用以依據ー第一臨界值以對所接收的該些黑像素的感測信號進行熱像素濾除操作，以產生ー濾除後第一黑像素感測信號，並依據該濾除後第一黑像素感測信號以產生一第二臨界值；該第ニ處理單元耦接至該些黑像素，用以依據該第二臨界值以對所接收的該些黑像素的感測信 號進行熱像素濾除操作，以產生一濾除後第二黑像素感測信號，並依據該濾除後第二黑像素感測信號以產生一黑階補償值；該補償單元耦接於該些感測像素，用來依據該黑階補償值以對該些感測像素的影像感測信號進行黑階補償以得到ー輸出信號。
圖I為公知黑階補償電路的示意圖。圖2為依據本發明ー實施例的黑階補償電路的示意圖。的3圖為圖2所示的第一處理單元的操作示意圖。圖4為依據本發明ー實施例的影像傳感器的示意圖。主要元件符號說明100,200,460黑階補償電路102、203、222、250、450 加法器104、204模擬放大器106、208、408模擬數字轉換器108數字放大器110黑階校正單元112數字模擬轉換器120影像處理單元202模擬黑階校正單元206黑階值計算單元210、410第一處理單元220第一多エ器224乘法器230、430第二處理單元240第二多エ器400影像傳感器
420影像感測單元
具體實施例方式請參考圖2，圖2為依據本發明ー實施例的黑階補償電路200的示意圖。如圖2所示，黑階補償電路200包含有ー模擬黑階校正單元202、ー模擬數字轉換器208、一第一處理單兀210、一第一多エ器220、一加法器222、一乘法器224、一第二處理單兀230、一第二多エ器240以及ー補償單元(在本實施例中，該補償單元為一加法器250)，其中模擬黑階校正單元202包含有一加法器203、一模擬放大器204以及ー黑階值計算單元206。在黑階補償電路200的操作上，首先，模擬黑階校正單元202接收來自影像傳感器(未示出)的模擬黑像素感測信號Vin，並對模擬黑像素感測信號Vin進行黑階調整操作以產生ー調整後模擬黑像素感測信號。詳細來說，模擬黑像素感測信號Vin經過加法器203以及模擬放大器204之後輸入至黑階值計算單元206，接著，黑階值計算單元206將所接收的模擬黑像素感測信號Vin作平均操作(例如，低通濾波操作)以產生一校正值VBLC至加法器203，以使得模擬黑像素感測信號Vin在經過加法器203之後會儘可能的接近一代表全黑的灰階值。在其他實施例中，模擬黑階校正単元202可以使用減法器或是混合器來代替 加法器203。然而，由於影像傳感器在製作過程上的瑕疵，有少部分的黑像素會有所謂的「熱像素」現象，亦即在某些情形下，該些黑像素所輸出的感測信號會具有很大的電流/電壓。因此，黑階值計算單元206所計算出的校正值VBLC至很可能會因為少部分的黑像素的「熱像素」現象而有所誤差，進而造成模擬黑階校正単元202的輸出並不會接近一代表全黑的灰階值，亦即，模擬數字轉換器208接收黑階校正単元202的輸出以產生的數字黑像素感測信號Din可能無法達到一接近幹「0」或一很低的數字值。因此，接著，第一處理單元210接收數字黑像素感測信號Din中的一第一數字黑像素感測信號，並依據一第一臨界值THl以對該第一數字黑像素感測信號進行熱像素濾除操作以產生一濾除後第一黑像素感測信號，其中第一數字黑像素感測信號可以是包含有多個黑像素(例如一整行黑像素)的感測信號，且熱像素濾除操作即是將該第一數字黑像素感測信號中大於第一臨界值THl的數字值去除。接著，第一處理單元210繼續將該濾除後第ー黑像素感測信號中多個數字值作平均操作，以產生一第二臨界值TH2。接著，第一多エ器220依據ー第一選擇信號SELl以選擇性地輸出第一臨界值THl或是第二臨界值TH2，之後，第一多エ器220的輸出經由加法器222以及乘法器224的調整之後輸入至第二處理單元230。需注意的是，加法器222以及乘法器224系用來對第一臨界值THl或是第二臨界值TH2作數值上的調整，且均為非必須(optional)的元件，亦即加法器222以及乘法器224可以自黑階補償電路200移除而不影響到黑階補償電路200的操作。接著，第二處理單元230接收數字黑像素感測信號Din中的一第二數字黑像素感測信號，並依據第一多エ器220所輸出的第一臨界值THl或是第二臨界值TH2，以對該第二數字黑像素感測信號進行熱像素濾除操作以產生一濾除後第二黑像素感測信號，其中第二數字黑像素感測信號可以是包含有多個黑像素(例如另一整行黑像素)的感測信號，且熱像素濾除操作即是將該第二數字黑像素感測信號中大於第一臨界值THl或是第二臨界值TH2的數字值去除。接著，第二處理單元230繼續將該濾除後第二黑像素感測信號中多個數字值作平均操作，並據以產生一黑階補償值DBLC。舉例說明上述第一處理單元210以及第二處理單元230的操作，請參考圖3，假設圖3所示的黑點為該第一數字黑像素感測信號的數值分布圖，縱軸為數值大小。則第一臨界值THl可以設定為一較高的數字值，例如「100」，以使得第一處理單元210濾除很明顯的「熱像素」值。而圖示的第二臨界值TH2可以是位於第一臨界值THl以下的所有黑像素感測信號的平均，於此例中假設為「55」。因此，假設該第二數字黑像素感測信號與該第一數字黑像素感測信號具有類似的數值分布，則第二處理單元230可以進一步濾除較不明顯的「熱像素」值(亦即數值位於「55」以上的黑像素感測信號)，並將圖示的第二臨界值TH2以下的所有黑像素感測信號的作平均計算，並據以得到黑階補償值DBLC。在決定黑階補償值DBLC的步驟中，在一實施例中，可以將第二臨界值TH2以下的 所有黑像素感測信號的平均值設為黑階補償值DBLC的，亦即，若是圖3所示的第二臨界值TH2以下的所有黑像素感測信號的平均值為「40」，則將黑階補償值DBLC設為「40」以使得黑階補償電路200的輸出信號Dout消除黑像素漏電流的成分；在另一實施例中，若是圖3所示的第二臨界值TH2以下的所有黑像素感測信號的平均值為「40」，則可以依據此平均值，經由運算或調整而設定黑階補償值DBLC，例如為「25」。接著，第二多工器240依據一第二選擇信號SEL2以選擇性地輸出黑階補償值DBLC或是一第三臨界值TH3至加法器250，之後，加法器250依據黑階補償值DBLC或是第三臨界值TH3以對所接收之影像感測信號進行黑階補償以得到一輸出信號Dout至後端的影像處理電路(未示出)。需注意的是，第一多工器220的功能僅是供設計者/使用者選擇是否略過第一處理單元210的輸出，並直接讓第二多工器230使用第一臨界值THl來進行熱像素濾除操作。因此，若是不需要此選擇功能，第一多工器220亦可以自黑階補償電路200中移除，且第一處理單元210所輸出的第二臨界值TH2直接輸入至加法器222。類似地，第二多工器240的功能是供設計者/使用者選擇是否略過第二處理單元230的輸出，並直接讓加法器250使用第三臨界值TH3以對所接收之影像感測信號進行黑階補償。因此，若是不需要此選擇功能，第二多工器240亦可以自黑階補償電路200中移除，且第二處理單元230所輸出的黑階補償值DBLC以直接輸入至加法器250。如上所述，黑階補償電路200中的數字電路可以得到一理想的黑階補償值DBLC，以使得對應至數字黑像素感測信號Din的輸出信號Dout可以接近於「O」或為一很低的數字值。如此一來，黑階補償電路200便可以對後續所接收的影像感測信號進行準確地黑階補償。此外，由於黑階補償電路200先利用模擬電路來進行第一階段的黑階補償，之後再利用數字電路來消除「熱像素」影響後來進行第二階段的黑階補償，因此，可以避免公知技術中數字黑階補償電路的速度及準確度問題，以及避免公知技術中模擬黑階補償電路因為熱像素因素而造成的準確性問題。圖4為依據本發明一實施例之影像傳感器400的示意圖，如圖4所示，影像傳感器400包含有一影像感測單元420以及黑階補償電路460。影像感測單元420包括多個感測像素及多個黑像素，且用來輸出該些黑像素的感測信號以及該些感測像素之影像感測信號Vin至黑階補償電路460。在影像傳感器400的操作上，黑階補償電路460接收該些黑像素的感測信號，並對該些黑像素的感測信號進行處理以產生ー黑階補償值，接著，黑階補償電路460再依據該黑階補償值以對該些感測像素之影像感測信號進行黑階補償以得到輸出信號Dout。黑階補償電路460包括模擬數字轉換器408、第一處理單元410、第二處理單元430以及補償單元(加法器)450。第一處理單元410依據第一臨界值THl以對所接收之黑像素的感測信號進行熱像素濾除操作，以產生濾除後第一黑像素感測信號，並依據該濾除後第ー黑像素感測信號以產生一第二臨界值TH2。第二處理單元430耦接至該些黑像素，依據第ニ臨界值TH2以對所接收的黑像素的感測信號進行熱像素濾除操作，以產生濾除後第二黑像素感測信號，並依據濾除後第二黑像素感測信號以產生黑階補償值DBL C。補償單元450用來依據該黑階補償值DBLC以對感測像素的影像感測信號進行黑階補償以得到一輸出信號Dout。其中，第一處理單元410及第ニ處理單元430所接收的黑像素感測信號可以是直接從影像感測單元420而來的模擬信號或是，如本實施例透過模擬數字轉換器408而來的數位訊號。在一實施例中，第二臨界值TH2小於第一臨界值THl。其中第一處理單元410將濾除後第一黑像素感測信號作平均操作，並據以產生第二臨界值TH2。本實施例黑階補償電路460亦可包括上述其他實施例中的模擬黑階校正單元202。簡要歸納本發明，在本發明的黑階補償電路及相關方法中，是同時利用數字及模擬電路以對影像感測信號進行黑階補償的黑階補償電路及其相關方法，其中黑階補償電路中的數字電路部分可以準確消除熱像素所造成的影響，並進一步對所接收的影像感測信號進行黑階補償，以得到一理想的輸出信號。以上所述僅為本發明的優選實施例，凡依本發明權利要求所作的均等變化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋範圍。
權利要求
1.一種黑階補償電路，包含有 第一處理單元，用來依據第一臨界值以對所接收的第一數字黑像素感測信號進行熱像素濾除操作，以產生濾除後第一黑像素感測信號，並依據所述濾除後第一黑像素感測信號以產生第二臨界值； 第二處理單元，耦接於所述第一處理單元，用來依據所述第二臨界值以對所接收的第二數字黑像素感測信號進行熱像素濾除操作，以產生濾除後第二黑像素感測信號，並依據所述濾除後第二黑像素感測信號以產生黑階補償值；以及 補償單元，耦接於所述第二處理單元，用來依據所述黑階補償值以對所接收的影像感測信號進行黑階補償以得到輸出信號。
2.如權利要求I所述的黑階補償電路，其中所述第二臨界值小於所述第一臨界值。
3.如權利要求I所述的黑階補償電路，其中所述第一處理單元將所述濾除後第一黑像素感測信號中多個數字值作平均操作，並據以產生所述第二臨界值。
4.如權利要求I所述的黑階補償電路，另包含有 第一多工器，耦接於所述第一處理單元與所述第二處理單元之間，用來依據第一選擇信號以選擇性地輸出所述第一臨界值或是所述第二臨界值至所述第二處理單元。
5.如權利要求4所述的黑階補償電路，其中當所述第一多工器輸出所述第二臨界值至所述第二處理單元時，所述第二處理單元依據所述第二臨界值以對所接收的所述第二數字黑像素感測信號進行熱像素濾除操作，以產生所述濾除後第二黑像素感測信號，並依據所述濾除後第二黑像素感測信號以產生所述黑階補償值；以及當所述第一多工器輸出所述第一臨界值至所述第二處理單元時，所述第二處理單元依據所述第一臨界值以對所接收的所述第二數字黑像素感測信號進行熱像素濾除操作，並據以產生另一黑階補償值至所述補償單元。
6.如權利要求I所述的黑階補償電路，另包含有 第二多工器，耦接於所述第二處理單元與所述補償單元之間，用來依據第二選擇信號以選擇性地輸出所述黑階補償值或是第三臨界值至所述第二處理單元。
7.如權利要求6所述的黑階補償電路，其中當所述第二多工器輸出所述黑階補償值至所述補償單元時，所述補償單元依據所述黑階補償值以對所接收的所述影像感測信號進行黑階補償以得到所述輸出信號；以及當所述第二多工器輸出所述第三臨界值至所述補償單元時，所述補償單元依據所述第三臨界值以對所接收的所述影像感測信號進行黑階補償以產生另一輸出信號。
8.如權利要求I所述的黑階補償電路，另包含有 模擬黑階校正單元，用來接收模擬黑像素感測信號，並對所述模擬黑像素感測信號進行黑階調整操作以產生調整後模擬黑像素感測信號；以及 模擬數字轉換器，耦接於所述模擬黑階校正單元，用來將所述調整後模擬黑像素感測信號進行模擬數字轉換，以產生所述第一數字黑像素感測信號以及所述第二數字黑像素感測信號。
9.一種黑階補償方法，包含有 依據第一臨界值以對第一數字黑像素感測信號進行熱像素濾除操作，以產生濾除後第一黑像素感測信號，並依據所述濾除後第一黑像素感測信號以產生第二臨界值；依據所述第二臨界值以對第二數字黑像素感測信號進行熱像素濾除操作，以產生濾除後第二黑像素感測信號，並依據所述濾除後第二黑像素感測信號以產生黑階補償值；以及 依據所述黑階補償值以對所接收的影像感測信號進行黑階補償以得到輸出信號。
10.如權利要求9所述的黑階補償方法，其中所述第二臨界值小於所述第一臨界值。
11.如權利要求9所述的黑階補償方法，其中依據所述濾除後第一黑像素感測信號以產生所述第二臨界值的步驟包含有 將所述濾除後第一黑像素感測信號中多個數字值作平均操作，並據以產生所述第二臨界值。
12.如權利要求9所述的黑階補償方法，另包含有 接收模擬黑像素感測信號，並對所述模擬黑像素感測信號進行黑階調整操作以產生調整後模擬黑像素感測信號；以及 將所述調整後模擬黑像素感測信號進行模擬數字轉換，以產生所述第一數字黑像素感測信號以及所述第二數字黑像素感測信號。
13.一種影像傳感器，包括 影像感測單元，包括多個感測像素及多個黑像素； 黑階補償電路，包括 第一處理單元，耦接至所述多個黑像素，依據第一臨界值以對所接收的所述多個黑像素的感測信號進行熱像素濾除操作，以產生濾除後第一黑像素感測信號，並依據所述濾除後第一黑像素感測信號以產生第二臨界值； 第二處理單元，耦接至所述多個黑像素，依據所述第二臨界值以對所接收的所述多個黑像素的感測信號進行熱像素濾除操作，以產生濾除後第二黑像素感測信號，並依據所述濾除後第二黑像素感測信號以產生黑階補償值；以及 補償單元，耦接於所述多個感測像素，用來依據所述黑階補償值以對所述多個感測像素的影像感測信號進行黑階補償以得到輸出信號。
14.如權利要求13所述的影像傳感器，其中所述多個黑像素的感測信號為數字黑像素感測信號。
15.如權利要求13所述的影像傳感器，其中所述第二臨界值小於所述第一臨界值。
16.如權利要求13所述的影像傳感器，其中所述第一處理單元將所述濾除後第一黑像素感測信號作平均操作，並據以產生所述第二臨界值。
全文摘要
本發明涉及一種黑階補償電路、影像傳感器及相關方法。其中，黑階補償電路包含有第一處理單元、第二處理單元以及補償單元。該第一處理單元依據第一臨界值以對所接收的第一數字黑像素感測信號進行熱像素濾除操作，以產生濾除後第一黑像素感測信號，並依據該濾除後第一黑像素感測信號以產生第二臨界值；該第二處理單元依據該第二臨界值以對所接收的第二數字黑像素感測信號進行熱像素濾除操作，以產生濾除後第二黑像素感測信號，並依據該濾除後第二黑像素感測信號以產生黑階補償值；該補償單元依據該黑階補償值以對所接收的影像感測信號進行黑階補償以得到輸出信號。
文檔編號H04N5/367GK102811320SQ201110147830
公開日2012年12月5日 申請日期2011年5月30日 優先權日2011年5月30日
發明者劉智民, 黃喬逸 申請人:英屬開曼群島商恆景科技股份有限公司