在影像傳感器中進行數(shù)字相關雙倍取樣的系統(tǒng)和方法
【專利說明】
【背景技術】
[0001]影像感測組件一般使用電荷耦合器(CXD)或互補金氧半導體(CMOS)影像傳感器以捕捉一影像場景的影像數(shù)據(jù)。CCD和CMOS組件包括一感光組件或像素的陣列，該陣列于一特定時間內(nèi)曝露在該場景所輻射出的光。此曝光時間使該個別像素得以「充電」或「積累」直到該像素具有一特定訊號電壓值(也就是像素反射值)。這些訊號電壓值接著便與代表該影像場景的數(shù)字影像數(shù)據(jù)相關。
[0002]影像質量很重要并且能依據(jù)復數(shù)個變量來改變。譬如，在該陣列內(nèi)增加像素數(shù)目能提供更多影像數(shù)據(jù)以促進更高質量。此外，盡量移除該影像數(shù)據(jù)中雜訊是符合需要的。特別在CMOS影像傳感器中，一已知降低雜訊(譬如定型雜訊)的方法為相關雙倍取樣(CDS)。相關雙倍取樣能在模擬或數(shù)字范圍中執(zhí)行。
[0003]對于該指定像素，透過計算該訊號電壓值(反射值)和一重設訊號的差，CDS減少該訊號中雜訊。實施CDS能減少該影像數(shù)據(jù)的該定型雜訊和其他時間類雜訊。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在一第一方面，一種用于對具有復數(shù)個像素的影像傳感器進行數(shù)字相關雙倍取樣的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:一模擬對數(shù)字轉換器(ADC)級，其用于將模擬數(shù)據(jù)轉換成數(shù)字影像數(shù)據(jù)且將重設數(shù)據(jù)輸出；一內(nèi)存，其用于儲存(i)該數(shù)字影像數(shù)據(jù)中的最高有效位(MSB)的一或多者和(ii)該重設數(shù)據(jù)中的MSB的一或多者；一LSB影像數(shù)據(jù)儲存鎖存器，其用于儲存該數(shù)字影像數(shù)據(jù)的最低有效位(LSB)的一或多者；一LSB重設數(shù)據(jù)儲存鎖存器，其用于儲存該重設數(shù)據(jù)的LSB的一或多者；一結合影像數(shù)據(jù)鎖存器，其用于儲存再結合數(shù)字影像數(shù)據(jù)，該結合影像數(shù)據(jù)鎖存器是根據(jù)(i)從該至少一 LSB影像數(shù)據(jù)儲存鎖存器而來的一部份LSB和(ii)從該內(nèi)存而來的該數(shù)字影像數(shù)據(jù)的相對應MSB，以用于對該數(shù)字影像數(shù)據(jù)的一選定組進行相關雙倍取樣；一結合重設數(shù)據(jù)鎖存器，其用于儲存再結合重設數(shù)據(jù)，該結合重設數(shù)據(jù)鎖存器是根據(jù)(i)從該至少一 LSB重設數(shù)據(jù)儲存鎖存器而來的一部份LSB和(ii)從該內(nèi)存而來的該重設數(shù)據(jù)的相對應MSB，以用于對該重設數(shù)據(jù)的一選定組進行相關雙倍取樣；以及，一數(shù)字相關雙倍取樣(DCDS)級，其用于根據(jù)該再結合數(shù)字影像數(shù)據(jù)和該再結合重設數(shù)據(jù)，產(chǎn)生數(shù)字相關雙倍取樣影像數(shù)據(jù)。
[0005]在一第二方面，一種用于對具有復數(shù)個像素的影像傳感器進行數(shù)字相關雙倍取樣的方法，該方法包括:使用一模擬對數(shù)字轉換器(ADC)級將模擬影像數(shù)據(jù)轉換成數(shù)字影像數(shù)據(jù)；直接儲存從該ADC級而來的(i)該數(shù)字影像數(shù)據(jù)和(ii)重設數(shù)據(jù)的至少一最高有效位(MSB)至內(nèi)存；儲存該數(shù)字影像數(shù)據(jù)的至少一最低有效位(LSB)至一 LSB影像數(shù)據(jù)鎖存器；儲存該重設數(shù)據(jù)的至少一最低有效位(LSB)至一 LSB重設數(shù)據(jù)鎖存器；在一再結合影像數(shù)據(jù)鎖存器內(nèi)，利用結合(i)從該LSB數(shù)據(jù)鎖存器而來的該LSB和(ii)從該內(nèi)存而來的該數(shù)字影像數(shù)據(jù)的該相對應MSB，而產(chǎn)生再結合數(shù)字影像數(shù)據(jù)，以用于該數(shù)字影像數(shù)據(jù)的一選定組；在一再結合重設數(shù)據(jù)鎖存器內(nèi)，利用結合(i)從該LSB重設數(shù)據(jù)鎖存器而來的該LSB和(ii)從該內(nèi)存而來的該重設數(shù)據(jù)的該相對應MSB，而產(chǎn)生再結合重設數(shù)據(jù)，以用于該重設數(shù)據(jù)的一選定組；以及根據(jù)該再結合數(shù)字影像數(shù)據(jù)和再結合重設數(shù)據(jù)，而產(chǎn)生相關雙倍取樣影像數(shù)據(jù)。
【附圖說明】
[0006]本公開內(nèi)容的前述和其他特征與優(yōu)點在透過實施例的更特定說明，如伴隨的制圖說明，以明確呈現(xiàn)。該制圖如標號，參照于不同圖示的相同部分。該制圖未必符合比例大小，但其重點在于圖解該公開內(nèi)容的原理。
[0007]圖1說明在內(nèi)存寫入后執(zhí)行⑶S的一系統(tǒng)示范性方塊圖。
[0008]圖2說明在內(nèi)存寫入前執(zhí)行⑶S的一系統(tǒng)示范性方塊圖。
[0009]圖3說明在內(nèi)存讀取和內(nèi)存寫入之間于一影像傳感器內(nèi)執(zhí)行數(shù)字⑶S的一系統(tǒng)實施例。
[0010]圖4說明透過具有十位數(shù)據(jù)大小的圖3該ADC級以產(chǎn)生示范性數(shù)字像素數(shù)據(jù)，該十位包括八個MSB和二個LSB。
[0011]圖5說明一示范圖500以顯示MSB 311和LSB 313兩者的值改變。
[0012]圖6更詳盡說明圖3的該LSB數(shù)據(jù)鎖存器和該全數(shù)據(jù)鎖存器的關系。
[0013]圖7以一實施例說明在一影像傳感器中執(zhí)行數(shù)字相關雙倍取樣的一示范性方法。
【具體實施方式】
[0014]CDS的先前技術范例通常發(fā)生于(i)該反射碼值儲存于內(nèi)存內(nèi)之后或(ii)儲存于內(nèi)存內(nèi)之前。
[0015]圖1說明在內(nèi)存寫入后執(zhí)行⑶S的一系統(tǒng)100示范性方塊圖。系統(tǒng)100包括一像素103陣列102、列向選擇邏輯104、行向選擇邏輯106、個別模擬對數(shù)字轉換器(ADC)級108、內(nèi)存110和處理器116。列向和行向選擇邏輯104、106操控陣列102內(nèi)每一像素103的曝光以產(chǎn)生每一像素的原始模擬影像數(shù)據(jù)107。原始影像數(shù)據(jù)107接著透過ADC級108將模擬轉換成數(shù)字。轉換后數(shù)字影像數(shù)據(jù)接著如同數(shù)字像素影像數(shù)據(jù)112，譬如像每一像素103的一數(shù)字強度值，儲存于內(nèi)存110內(nèi)。內(nèi)存110更儲存像素重設數(shù)據(jù)114，該像素重設數(shù)據(jù)用于(i)重設每一像素103和(ii)執(zhí)行⑶S。處理器116從該重設數(shù)據(jù)114扣除該數(shù)字像素影像數(shù)據(jù)112后產(chǎn)生數(shù)字⑶S (DOTS)影像數(shù)據(jù)118以執(zhí)行⑶S。
[0016]譬如ADC級108包括從陣列102讀出數(shù)據(jù)行間特別一塊的39個ADC。多個ADC級能讀出該整個像素103的陣列102。此外，ADC級108具有一整體或局部計數(shù)器。整體計數(shù)器意指所有ADC分享單一計數(shù)器。另一方面，一局部計數(shù)器意指在ADC級108內(nèi)每一個別ADC根據(jù)自行擁有的計數(shù)器來操作或是意指每一 ADCS 108根據(jù)一個別計數(shù)器來操作。由于耗損較多電力和使用過多空間，局部計數(shù)器并不可取。
[0017]如圖1所示，在內(nèi)存儲存后使用DCDS具有許多缺點。譬如，盡管此法具有最少預先儲存邏輯數(shù)量以及無需暫時鎖存器儲存和加法器邏輯以執(zhí)行該CDS，系統(tǒng)100在內(nèi)存110內(nèi)需兩倍該內(nèi)存以在內(nèi)存寫入前執(zhí)行DCDS。而且，非所有內(nèi)存類型皆能如內(nèi)存110—樣使用。時常使用動態(tài)隨機存取內(nèi)存(DRAM)為內(nèi)存110。然而，ADC級108通常以較DRAM內(nèi)存讀/寫頻率快更多的頻率來操作。譬如，ADC級108以200MHz的頻率輸出，但是DRAM內(nèi)存的讀/寫頻率通常設上限在100MHz。一補償此操作頻率差異的方法是為使用SRAM。然而，SRAM較DRAM昂貴許多，因此通常不適合使用。而且，由上述討論，直接寫入SRAM需使用兩倍內(nèi)存，因其消耗過多面積以致于不適合密集式像機系統(tǒng)。
[0018]圖2說明在內(nèi)存寫入前執(zhí)行⑶S的一系統(tǒng)200示范性方塊圖。系統(tǒng)200包括影像傳感器203的陣列202、列向選擇邏輯204、行向選擇邏輯206、模擬對數(shù)字轉換器(ADC)級208、內(nèi)存210。陣列202、像素203、列向選擇邏輯204、行向選擇邏輯206、ADC 208的每一者相似于圖1的個別陣列102、像素103、列向選擇邏輯104、行向選擇邏輯105和ADC 108。因內(nèi)存210可以是DRAM而非SRAM，內(nèi)存210異于內(nèi)存110。透過DOTS級290此差異是為允許，該級在寫入影像數(shù)據(jù)至內(nèi)存210前執(zhí)行相關雙倍取樣。DCDS級290包括用于儲存像素重設數(shù)據(jù)的重設數(shù)據(jù)鎖存器214和用于暫存影像數(shù)據(jù)的像素數(shù)據(jù)鎖存器212。
[0019]在操作上，原始像素數(shù)據(jù)207透過ADC級208將模擬轉換成數(shù)字。ADC級208為相關雙倍取樣產(chǎn)生一可寫輸出211以用于(i)控制鎖存器212和214內(nèi)的特定鎖存器以儲存該數(shù)字像素影像數(shù)據(jù)和重設數(shù)據(jù)，以及(ii)選擇從像素數(shù)據(jù)鎖存器212而來的影像數(shù)據(jù)和從重設鎖存器214而來的重設數(shù)據(jù)。透過CDS邏輯222以執(zhí)行相關雙倍取樣，該邏輯從儲存于鎖存器214內(nèi)的選定重設數(shù)據(jù)扣除儲存于鎖存器212內(nèi)的選定像素數(shù)據(jù)209。
[0020]所有數(shù)字取樣像素數(shù)據(jù)209皆儲存于像素數(shù)據(jù)鎖存器212。譬如，當ADC級208包括39個個別ADC組件以及每一數(shù)字取樣像素數(shù)據(jù)209為十位，像素數(shù)據(jù)鎖存器212至少必須為39x10。而且，對于該特定像素，每一重設訊號為十位，因此該重設鎖存器也至少必須為39x10。因此，基于該數(shù)字取樣像素數(shù)據(jù)209和重設數(shù)據(jù)的大尺寸(即大量位數(shù))以完成該相關雙倍取樣，像素數(shù)據(jù)和重設鎖存器212，214不幸地必須具有大型面積。此外，繼續(xù)ADC級208內(nèi)39