信號(hào)處理單元、固態(tài)攝像單元、電子裝置、信號(hào)處理方法和記錄媒介的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了信號(hào)處理單元、固態(tài)攝像單元、電子裝置、信號(hào)處理方法和記錄媒介。所述信號(hào)處理單元包括：提取部，其被構(gòu)造用來提取多個(gè)采樣值之間的變化量，所述多個(gè)采樣值是通過對(duì)在第一狀態(tài)和第二狀態(tài)的一者或兩者中的信號(hào)電平的多個(gè)采樣操作而獲得的，所述第一狀態(tài)是浮動(dòng)擴(kuò)散部被復(fù)位的狀態(tài)，所述浮動(dòng)擴(kuò)散部臨時(shí)累積從進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的光電二極管傳輸來的電荷，且所述第二狀態(tài)是所述光電二極管中生成的電荷累積在所述浮動(dòng)擴(kuò)散部中的狀態(tài)；和比較部，其被構(gòu)造用來將所述提取部提取的所述變化量與預(yù)定的基準(zhǔn)值進(jìn)行比較，并且被構(gòu)造用來根據(jù)比較的結(jié)果切換將被輸出至后級(jí)的處理部的信號(hào)。根據(jù)本發(fā)明，能夠獲取更加適于降噪處理的信號(hào)。
【專利說明】信號(hào)處理單元、固態(tài)攝像單元、電子裝置、信號(hào)處理方法和記錄媒介
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及信號(hào)處理單元、固態(tài)攝像單元、電子裝置、信號(hào)處理方法和記錄媒介，特別是涉及能夠獲取適于降噪處理的信號(hào)的信號(hào)處理單元、固態(tài)攝像單元、電子裝置、信號(hào)處理方法和記錄媒介。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)有的具有攝像功能的諸如數(shù)碼相機(jī)和視頻攝像機(jī)等電子裝置中，例如已經(jīng)使用了諸如電子耦合器件(CCD)圖像傳感器或互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器等固態(tài)攝像器件。所述固態(tài)攝像器件具有含有進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的光電二極管與多個(gè)晶體管的組合的像素。在模擬電路或存儲(chǔ)器LSI (大規(guī)模集成電路)中對(duì)從像素輸出的信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理。
[0003]例如，可以對(duì)從像素輸出的信號(hào)進(jìn)行相關(guān)雙采樣(CDS)處理作為用于獲取低噪聲信號(hào)的信號(hào)處理。在CDS方法中,對(duì)數(shù)據(jù)輸入之前(沒有信號(hào))的狀態(tài)(P相)下的信號(hào)電平和數(shù)據(jù)輸入之后的狀態(tài)(D相)下的信號(hào)電平進(jìn)行采樣，并且通過差分放大器或AD轉(zhuǎn)換后的數(shù)字計(jì)算來獲得這樣的信號(hào)電平采樣值之間的差值以去除噪聲。這樣的CDS處理廣泛地用于實(shí)現(xiàn)高靈敏度傳感器。 [0004]例如，日本待審查專利申請(qǐng)?zhí)亻_平H10-191169 (JP-A-H10-191169)號(hào)公報(bào)公開了通過在P相和D相中分別進(jìn)行兩次采樣將噪聲降至原來的υ4?的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在上述JP-A-H10-191169的方法中，利用P相中的采樣值的平均值與D相中的采樣值的平均值之間的差值來進(jìn)行CDS處理。然而，據(jù)估計(jì)，當(dāng)信號(hào)周期相對(duì)長(zhǎng)的時(shí)候，通過簡(jiǎn)單地利用平均值可能無法最佳地減小噪聲。具體地，在這樣的進(jìn)行多個(gè)采樣操作的方法中，由于增長(zhǎng)的采樣期間，可能獲取不適于⑶S處理的信號(hào)。這導(dǎo)致了由⑶S處理獲得的像素值不利地偏離了真實(shí)值。
[0006]因而，期望獲取更加適于進(jìn)行降噪處理的信號(hào)。
[0007]本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種信號(hào)處理單元，所述信號(hào)處理單元包括:提取部，所述提取部被構(gòu)造用來提取多個(gè)采樣值之間的變化量，所述多個(gè)采樣值是通過對(duì)在第一狀態(tài)和第二狀態(tài)的一者或兩者中的信號(hào)電平的多個(gè)采樣操作而獲得的，所述第一狀態(tài)是浮動(dòng)擴(kuò)散部被復(fù)位的狀態(tài)，所述浮動(dòng)擴(kuò)散部臨時(shí)累積從進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的光電二極管傳輸來的電荷，且所述第二狀態(tài)是所述光電二極管中生成的電荷累積在所述浮動(dòng)擴(kuò)散部中的狀態(tài)；和比較部，所述比較部被構(gòu)造用來將所述提取部提取的所述變化量與預(yù)定的基準(zhǔn)值進(jìn)行比較，并且被構(gòu)造用來根據(jù)比較的結(jié)果切換將被輸出至后級(jí)的處理部的信號(hào)。
[0008]本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種固態(tài)攝像單元，其包括:像素陣列，所述像素陣列包含以陣列形式排列的像素，每個(gè)所述像素具有進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的光電二極管和臨時(shí)累積從所述光電二極管傳輸來的電荷的浮動(dòng)擴(kuò)散部；采樣部，所述采樣部被構(gòu)造用來對(duì)第一狀態(tài)中的信號(hào)電平和第二狀態(tài)中的信號(hào)電平進(jìn)行采樣，所述第一狀態(tài)是所述浮動(dòng)擴(kuò)散部被復(fù)位的狀態(tài)，且所述第二狀態(tài)是所述光電二極管中生成的電荷累積在所述浮動(dòng)擴(kuò)散部中的狀態(tài)；提取部，所述提取部被構(gòu)造用來提取多個(gè)采樣值之間的變化量，所述多個(gè)采樣值是通過所述第一狀態(tài)和所述第二狀態(tài)的一者或兩者中的所述信號(hào)電平的多個(gè)采樣操作而獲得的；和比較部，所述比較部被構(gòu)造用來將所述提取部提取的所述變化量與預(yù)定的基準(zhǔn)值進(jìn)行比較，并且被構(gòu)造用來根據(jù)比較的結(jié)果切換將被輸出至后級(jí)的處理部的信號(hào)。
[0009]本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種含有固態(tài)攝像單元的電子裝置，所述固態(tài)攝像單元包括:像素陣列，所述像素陣列包含以陣列形式排列的像素，每個(gè)所述像素具有進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的光電二極管和臨時(shí)累積從所述光電二極管傳輸來的電荷的浮動(dòng)擴(kuò)散部；米樣部，所述米樣部被構(gòu)造用來對(duì)第一狀態(tài)中的信號(hào)電平和第二狀態(tài)中的信號(hào)電平進(jìn)行采樣，所述第一狀態(tài)是所述浮動(dòng)擴(kuò)散部被復(fù)位的狀態(tài)，且所述第二狀態(tài)是所述光電二極管中生成的電荷累積在所述浮動(dòng)擴(kuò)散部中的狀態(tài)；提取部，所述提取部被構(gòu)造用來提取多個(gè)采樣值之間的變化量，所述多個(gè)采樣值是通過所述第一狀態(tài)和所述第二狀態(tài)的一者或兩者中的所述信號(hào)電平的多個(gè)采樣操作而獲得的；和比較部，所述比較部被構(gòu)造用來將所述提取部提取的所述變化量與預(yù)定的基準(zhǔn)值進(jìn)行比較，并且被構(gòu)造用來根據(jù)比較的結(jié)果切換將被輸出至后級(jí)的處理部的信號(hào)。
[0010]本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種信號(hào)處理方法，其包括步驟:提取通過在第一狀態(tài)和第二狀態(tài)的一者或兩者中的信號(hào)電平的多個(gè)采樣操作而獲得的多個(gè)采樣值之間的變化量，所述第一狀態(tài)是浮動(dòng)擴(kuò)散部被復(fù)位的狀態(tài)，所述浮動(dòng)擴(kuò)散部臨時(shí)累積從進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的光電二極管傳輸來的電荷，且所述第二狀態(tài)是所述光電二極管中生成的電荷累積在所述浮動(dòng)擴(kuò)散部中的狀態(tài)；并且將提取的所述變化量與預(yù)定的基準(zhǔn)值進(jìn)行比較，且根據(jù)比較的結(jié)果切換將被輸出至后級(jí)的處理部的信號(hào)。
[0011]本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種具有嵌入式程序的永久性有形記錄媒介，當(dāng)計(jì)算機(jī)執(zhí)行計(jì)算機(jī)可讀的所述程序時(shí)，所述程序使得所述計(jì)算機(jī)能夠執(zhí)行信號(hào)處理，所述信號(hào)處理包括:提取通過在第一狀態(tài)和第二狀態(tài)的一者或兩者中的信號(hào)電平的多個(gè)采樣操作而獲得的多個(gè)采樣值之間的變化量，所述第一狀態(tài)是浮動(dòng)擴(kuò)散部被復(fù)位的狀態(tài)，所述浮動(dòng)擴(kuò)散部臨時(shí)累積從進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的光電二極管傳輸來的電荷，且所述第二狀態(tài)是所述光電二極管中生成的電荷累積在所述浮動(dòng)擴(kuò)散部中的狀態(tài)；并且將提取的所述變化量與預(yù)定的基準(zhǔn)值進(jìn)行比較，且根據(jù)比較的結(jié)果切換將被輸出至后級(jí)的處理部的信號(hào)。
[0012]在本發(fā)明的上述各實(shí)施例中的任意實(shí)施例中，提取通過在第一狀態(tài)和第二狀態(tài)的一者或兩者中的信號(hào)電平的多個(gè)采樣操作而獲得的多個(gè)采樣值之間的變化量，所述第一狀態(tài)是浮動(dòng)擴(kuò)散部被復(fù)位的狀態(tài)，所述浮動(dòng)擴(kuò)散部臨時(shí)累積從進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的光電二極管傳輸來的電荷，且所述第二狀態(tài)是所述光電二極管中生成的電荷累積在所述浮動(dòng)擴(kuò)散部中的狀態(tài)，并且將提取的變化量與預(yù)定的基準(zhǔn)值進(jìn)行比較，且根據(jù)比較的結(jié)果切換將被輸出至后續(xù)階段的處理部的信號(hào)。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的上述各自實(shí)施例的任意一個(gè)實(shí)施例，能夠獲取更加適于進(jìn)行降噪處
理的信號(hào)。
[0014]應(yīng)理解，前面的一般性說明和下面的詳細(xì)說明均是示例性的，且旨在對(duì)如權(quán)利要求書所述的技術(shù)提供進(jìn)一步的說明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]這里所包括的附圖提供了對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，這些附圖被并入本說明書中且構(gòu)成本說明書的一部分。附圖圖示了實(shí)施例，并且與本說明書一起用來解釋本發(fā)明的原理。
[0016]圖1A和圖1B說明了現(xiàn)有的⑶S處理。
[0017]圖2是圖示了應(yīng)用了本發(fā)明的固態(tài)攝像單元的實(shí)施例的構(gòu)造示例的框圖。
[0018]圖3圖示了采樣周期與噪聲周期之間的關(guān)系。
[0019]圖4是圖示了數(shù)據(jù)處理部的第一構(gòu)造示例的框圖。
[0020]圖5是說明數(shù)據(jù)處理的流程圖。
[0021]圖6是說明數(shù)據(jù)處理的流程圖。
[0022]圖7說明了噪聲的分布或周期根據(jù)噪聲類型而變化。
[0023]圖8圖示了采樣周期與噪聲周期之間的關(guān)系。
[0024]圖9是圖示了數(shù)據(jù)處理部的第二構(gòu)造示例的框圖。
[0025]圖10是說明數(shù)據(jù)處理的流程圖。
[0026]圖11是圖示了攝像器件的第二構(gòu)造示例的框圖。
[0027]圖12是圖示了攝像器件的第三構(gòu)造示例的框圖。
[0028]圖13是圖示了安裝于電子裝置中的攝像單元的構(gòu)造示例的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]首先，參照?qǐng)D1A和圖1B對(duì)現(xiàn)有的⑶S處理進(jìn)行說明。
[0030]圖1A圖示了具有四個(gè)晶體管的像素的構(gòu)造示例。圖1B圖示了由像素接收到的信號(hào)和從像素輸出的數(shù)據(jù)。
[0031]如圖1A所示，像素11由光電二極管12、傳輸晶體管13、放大晶體管14、選擇晶體管15和復(fù)位晶體管16的組合構(gòu)成。在像素11中，臨時(shí)累積光電二極管12中生成的電荷的浮動(dòng)擴(kuò)散(FD)部17設(shè)置在傳輸晶體管13與放大晶體管14的柵極電極的連接處。
[0032]在CDS處理中，首先，以脈沖的方式導(dǎo)通用來驅(qū)動(dòng)復(fù)位晶體管16的復(fù)位信號(hào)，從而使累積在FD部17中的電荷經(jīng)由復(fù)位晶體管16被排出，以此對(duì)P相中的信號(hào)電平進(jìn)行采樣。隨后，以脈沖的方式導(dǎo)通用來驅(qū)動(dòng)傳輸晶體管13的傳輸信號(hào)，從而使光電二極管12中生成的電荷經(jīng)由傳輸晶體管13傳輸至FD部17,以此對(duì)D相中的信號(hào)電平進(jìn)行米樣。
[0033]在這個(gè)方法中，通過縮短與P相中的信號(hào)電平的采樣時(shí)機(jī)和D相中的信號(hào)電平的采樣時(shí)機(jī)之間的間隔相對(duì)應(yīng)的采樣周期Ts，能夠消除與時(shí)間高度相關(guān)的噪聲。然而，如果隨機(jī)生成的隨機(jī)噪聲的周期Tn長(zhǎng)于采樣周期Ts，那么噪聲相關(guān)性降低，且因此降噪效果減小。
[0034]因此，已經(jīng)提出了如下技術(shù):在P相和D相中分別對(duì)信號(hào)電平采樣兩次或兩次以上，以使噪聲平均化，從而使得采樣值能夠接近于真實(shí)值。多次采樣的噪聲疊加由平方和表示。因此，當(dāng)進(jìn)行兩次采樣且如果第一次采樣中的噪聲由Vl表示、第二次采樣中的噪聲由V2表不時(shí)，疊加噪聲Vn (總噪聲)由下面的公式(I)表不。
[0035][數(shù)值表達(dá)式I][0036]
【權(quán)利要求】
1.一種信號(hào)處理單兀,其包括: 提取部，所述提取部被構(gòu)造用來提取多個(gè)采樣值之間的變化量，所述多個(gè)采樣值是通過對(duì)在第一狀態(tài)和第二狀態(tài)的一者或兩者中的信號(hào)電平的多個(gè)采樣操作而獲得的，所述第一狀態(tài)是浮動(dòng)擴(kuò)散部被復(fù)位的狀態(tài)，所述浮動(dòng)擴(kuò)散部臨時(shí)累積從進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的光電二極管傳輸來的電荷，且所述第二狀態(tài)是所述光電二極管中生成的電荷累積在所述浮動(dòng)擴(kuò)散部中的狀態(tài)；和 比較部，所述比較部被構(gòu)造用來將所述提取部提取的所述變化量與預(yù)定的基準(zhǔn)值進(jìn)行比較，并且被構(gòu)造用來根據(jù)比較的結(jié)果切換將被輸出至后級(jí)的處理部的信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號(hào)處理單元，還包括: 計(jì)算部，所述計(jì)算部被構(gòu)造用來計(jì)算所述多個(gè)采樣值的平均值， 其中，當(dāng)所述變化量小于所述預(yù)定的基準(zhǔn)值時(shí)，所述比較部輸出所述計(jì)算部獲得的所述平均值作為將被輸出至后級(jí)的所述處理部的所述信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的信號(hào)處理單元，其中，當(dāng)對(duì)所述第一狀態(tài)中的信號(hào)電平進(jìn)行多個(gè)采樣操作且當(dāng)所述第一狀態(tài)中的所述信號(hào)電平的多個(gè)采樣值之間的變化量大于所述預(yù)定的基準(zhǔn)值時(shí)，所述比較部輸出所述第一狀態(tài)中的最后采樣的信號(hào)電平的采樣值作為將被輸出至后級(jí)的所述處理部的所述信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 或2所述的信號(hào)處理單元，其中，當(dāng)對(duì)所述第二狀態(tài)中的信號(hào)電平進(jìn)行多個(gè)采樣操作且當(dāng)所述第二狀態(tài)中的所述信號(hào)電平的多個(gè)采樣值之間的變化量大于所述預(yù)定的基準(zhǔn)值時(shí)，所述比較部輸出所述第二狀態(tài)中的最初采樣的信號(hào)電平的采樣值作為將被輸出至后級(jí)的所述處理部的所述信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號(hào)處理單元，其中，所述提取部求得連續(xù)采樣值之間的狀態(tài)變化的發(fā)生的頻率作為所述多個(gè)采樣值之間的所述變化量，并且， 所述比較部將所述提取部求得的所述狀態(tài)變化的頻率與預(yù)定的規(guī)定頻率進(jìn)行比較，并且根據(jù)比較的結(jié)果切換將被輸出至后級(jí)的所述處理部的所述信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的信號(hào)處理單元，還包括: 計(jì)算部，所述計(jì)算部被構(gòu)造用來計(jì)算所述多個(gè)采樣值的平均值， 其中，當(dāng)所述狀態(tài)變化的頻率等于或高于所述預(yù)定的規(guī)定頻率時(shí)，所述比較部輸出所述計(jì)算部求得的所述平均值作為將被輸出至后級(jí)的所述處理部的所述信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的信號(hào)處理單元，其中，當(dāng)所述狀態(tài)變化的頻率低于所述預(yù)定的規(guī)定頻率時(shí)，所述比較部輸出所述第一狀態(tài)中的最后采樣的信號(hào)電平的采樣值或所述第二狀態(tài)中的最初采樣的信號(hào)電平的采樣值作為將被輸出至后級(jí)的所述處理部的所述信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號(hào)處理單元，其中，所述信號(hào)電平的多個(gè)采樣操作的采樣周期被設(shè)定為充分小于由構(gòu)成具有所述光電二極管的像素的晶體管生成的隨機(jī)電報(bào)信號(hào)噪聲的時(shí)間常數(shù)。
9.一種固態(tài)攝像單元，其包括: 像素陣列，所述像素陣列包含以陣列形式排列的像素，每個(gè)所述像素具有進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的光電二極管和臨時(shí)累積從所述光電二極管傳輸來的電荷的浮動(dòng)擴(kuò)散部； 采樣部，所述采樣部被構(gòu)造用來對(duì)第一狀態(tài)中的信號(hào)電平和第二狀態(tài)中的信號(hào)電平進(jìn)行采樣，所述第一狀態(tài)是所述浮動(dòng)擴(kuò)散部被復(fù)位的狀態(tài)，且所述第二狀態(tài)是所述光電二極管中生成的電荷累積在所述浮動(dòng)擴(kuò)散部中的狀態(tài)； 提取部，所述提取部被構(gòu)造用來提取多個(gè)采樣值之間的變化量，所述多個(gè)采樣值是通過所述第一狀態(tài)和所述第二狀態(tài)的一者或兩者中的所述信號(hào)電平的多個(gè)采樣操作而獲得的；和 比較部，所述比較部被構(gòu)造用來將所述提取部提取的所述變化量與預(yù)定的基準(zhǔn)值進(jìn)行比較，并且被構(gòu)造用來根據(jù)比較的結(jié)果切換將被輸出至后級(jí)的處理部的信號(hào)。
10.一種含有固態(tài)攝像單元的電子裝置，所述固態(tài)攝像單元包括: 像素陣列，所述像素陣列包含以陣列形式排列的像素，每個(gè)所述像素具有進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的光電二極管和臨時(shí)累積從所述光電二極管傳輸來的電荷的浮動(dòng)擴(kuò)散部； 采樣部，所述采樣部被構(gòu)造用來對(duì)第一狀態(tài)中的信號(hào)電平和第二狀態(tài)中的信號(hào)電平進(jìn)行采樣，所述第一狀態(tài)是所述浮動(dòng)擴(kuò)散部被復(fù)位的狀態(tài)，且所述第二狀態(tài)是所述光電二極管中生成的電荷累積在所述浮動(dòng)擴(kuò)散部中的狀態(tài)； 提取部，所述提取部被構(gòu)造用來提取多個(gè)采樣值之間的變化量，所述多個(gè)采樣值是通過所述第一狀態(tài)和所述第二狀態(tài)的一者或兩者中的所述信號(hào)電平的多個(gè)采樣操作而獲得的；和 比較部，所述比 較部被構(gòu)造用來將所述提取部提取的所述變化量與預(yù)定的基準(zhǔn)值進(jìn)行比較，并且被構(gòu)造用來根據(jù)比較的結(jié)果切換將被輸出至后級(jí)的處理部的信號(hào)。
11.一種信號(hào)處理方法，其包括如下步驟: 提取通過在第一狀態(tài)和第二狀態(tài)的一者或兩者中的信號(hào)電平的多個(gè)采樣操作而獲得的多個(gè)采樣值之間的變化量，所述第一狀態(tài)是浮動(dòng)擴(kuò)散部被復(fù)位的狀態(tài)，所述浮動(dòng)擴(kuò)散部臨時(shí)累積從進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的光電二極管傳輸來的電荷，且所述第二狀態(tài)是所述光電二極管中生成的電荷累積在所述浮動(dòng)擴(kuò)散部中的狀態(tài)；并且 將提取的所述變化量與預(yù)定的基準(zhǔn)值進(jìn)行比較，且根據(jù)比較的結(jié)果切換將被輸出至后級(jí)的處理部的信號(hào)。
12.—種具有嵌入式程序的永久性有形記錄媒介，當(dāng)計(jì)算機(jī)執(zhí)行計(jì)算機(jī)可讀的所述程序時(shí)，所述程序使得所述計(jì)算機(jī)能夠執(zhí)行信號(hào)處理，所述信號(hào)處理包括: 提取通過在第一狀態(tài)和第二狀態(tài)的一者或兩者中的信號(hào)電平的多個(gè)采樣操作而獲得的多個(gè)采樣值之間的變化量，所述第一狀態(tài)是浮動(dòng)擴(kuò)散部被復(fù)位的狀態(tài)，所述浮動(dòng)擴(kuò)散部臨時(shí)累積從進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的光電二極管傳輸來的電荷，且所述第二狀態(tài)是所述光電二極管中生成的電荷累積在所述浮動(dòng)擴(kuò)散部中的狀態(tài)；并且 將提取的所述變化量與預(yù)定的基準(zhǔn)值進(jìn)行比較，且根據(jù)比較的結(jié)果切換將被輸出至后級(jí)的處理部的信號(hào)。
【文檔編號(hào)】H04N5/378GK104038708SQ201410068309
【公開日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年2月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月6日
【發(fā)明者】竹下光明, 野本和生, 西尾研一 申請(qǐng)人:索尼公司