專利名稱：數(shù)字圖像傳感器中的白/黑像素校正的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及圖像傳感器，尤其是，但并非唯一地，涉及圖像傳感器中的白/ 黑像素缺陷校正。
背景技術(shù)：
現(xiàn)今半導(dǎo)體處理的生產(chǎn)進步已經(jīng)使出現(xiàn)在任意給定半導(dǎo)體器件中的缺陷的數(shù)量顯著減少了，但是每個生產(chǎn)過程的固有限制造成不可能完全消除缺陷。因此，不管生產(chǎn)過程 多么好，完成的半導(dǎo)體器件中還繼續(xù)存在缺陷。如果缺陷十分嚴重，得到的器件經(jīng)常必須被 扔掉，導(dǎo)致產(chǎn)量下降和成本增長。但是，如果缺陷輕微，其通常可通過運行于半導(dǎo)體器件自 身的電路或邏輯或通過半導(dǎo)體器件信號的后端處理來補償。對于圖像傳感器，一種常見類型的生產(chǎn)缺陷稱為白/黑像素缺陷。圖像傳感器通 常包括各個像素的陣列，這些像素因光入射到像素而聚集電荷。當(dāng)一個具體像素輸出了一 個與周圍其他像素輸出的信號顯著不同的信號時，發(fā)生了白/黑像素缺陷。因此，如果一個 具體像素輸出了對應(yīng)于黑色(即，一個強度非常低的信號)的一個信號，但是一些或所有周 圍像素都輸出了對應(yīng)于白色(即，一個強度非常高的信號)的信號，則這很可能是由于輸出 了低強度信號的那個像素中存在某種缺陷。幸運的是，除非有大群連續(xù)的有缺陷的像素，白/黑像素缺陷是可以被補償?shù)摹５?是，現(xiàn)存的補償白/黑像素缺陷的方法都慢、低效，并消耗計算資源，因此減緩了圖像傳感 器捕捉圖像并降低了其性能。


通過參考下述附圖描述了非限制性并且非窮盡的本發(fā)明實施例，其中，除非明確 說明，貫穿各個視圖中，相似的標(biāo)號指相似的部件。圖1是白/黑像素校正裝置的一個實施例的示意框圖。圖2是用于校準(zhǔn)如圖1所示的白/黑像素校正裝置的過程的一個實施例的流程 圖。圖3是用于操作如圖1所示的白/黑像素校正裝置的過程的一個實施例的流程 圖。圖4是使用如圖1所示的白/黑像素校正裝置的圖像系統(tǒng)的一個實施例的示意框 圖。
具體實施例方式此處說明了在圖像傳感器中用于白/黑像素校正的設(shè)備，系統(tǒng)和流程的實施例。 在下列描述中，描述了眾多具體細節(jié)以提供對本發(fā)明實施例的完整理解。但是，本領(lǐng)域技術(shù) 人員將認識到，本發(fā)明可無需一個或多個具體細節(jié)而被實現(xiàn)，或通過其他方法，部件，材料 等實現(xiàn)。在其他示例中，已知的結(jié)構(gòu)，材料或操作并未被具體顯示或描述，但是其也包含在本發(fā)明范圍內(nèi)。貫穿本發(fā)明的參考“實施例”或“一個實施例”意思是與該實施例一同描述的特定 特性，結(jié)構(gòu)或特征被包括在本發(fā)明的至少一個實施例中。因此，本發(fā)明中出現(xiàn)的短語“在實 施例中”或“在一個實施例中”并不必要完全指同一實施例。另外，特定特性，結(jié)果或特征可 通過任意合適的方式組合在一個或多個實施例中。
圖1示出了用于白/黑像素校正的設(shè)備100的實施例。設(shè)備100包括圖像傳感器 102，其包含像素陣列104和動態(tài)像素校正電路110。像素陣列104是二維的，并包括多個分 布在行106和列108中的像素。在像素陣列104捕捉圖像的操作中，陣列中的每個像素在 一定曝光周期捕捉入射光(即，光子)，并將收集到的光子轉(zhuǎn)換成電荷。每個像素生成的電 荷可被讀出為模擬信號，該模擬信號的諸如電量，電壓或電流的特征可代表在曝光周期期 間入射到像素的光的強度。示出的像素陣列104是被常規(guī)整形的，但是在其他實施例中，陣列可以具有與所 示不同的常規(guī)或非常規(guī)排列，并可以包括比所示更多或更少的像素、行或列。另外，在不同 的實施例中，像素陣列104可以是彩色圖像傳感器，其包括設(shè)計用于捕捉在光譜可見區(qū)域 的圖像的紅色、綠色和藍色像素，或可以是黑白圖像傳感器和/或設(shè)計用于捕捉在諸如紅 外或紫外的不可見光譜區(qū)域的圖像的傳感器。當(dāng)應(yīng)用像素陣列104捕捉圖像后，陣列中的一個或多個像素可能表現(xiàn)出潛在的白 /黑像素缺陷。給定像素是否表現(xiàn)出潛在的白/黑缺陷是通過將該像素的信號強度與至少 一個其周圍的像素的信號強度相對比而確定的。因此，在像素陣列104中，如果像素D的強 度與其周圍像素1-8中的一個或多個像素顯著不同，則像素D有潛在白/黑像素缺陷。像 素D被認為具有潛在白/黑像素缺陷，因為在某些情況下，像素D和其周圍像素1-8的強度 差異可能實際上并非是個缺陷，而是被像素陣列104捕捉的圖像的真實特征。例如，如果像 素陣列104被用于捕捉一個物體的圖像，該物體在亮暗區(qū)域間有突變和/或高頻率變化，則 可能是像素D和其周圍像素的差異是對情景特征的準(zhǔn)確捕捉，而非缺陷導(dǎo)致的結(jié)果。缺陷像素檢測電路109與像素陣列104耦合，并包括電路系統(tǒng)和相關(guān)聯(lián)的邏輯以 從像素陣列104中每個像素接收輸出。缺陷像素檢測電路109分析來自像素陣列104的模 擬輸入，以檢測潛在白/黑像素缺陷。缺陷像素檢測電路109通過對比像素信號的強度和 其周圍至少一個像素的強度來確定潛在白/黑像素的存在。因此，在像素陣列104中，如果 像素D的強度比其周圍像素1-8中的一個或多個像素的強度顯著不同，則像素D具有潛在 白/黑像素缺陷。動態(tài)像素校正電路110與缺陷像素檢測電路109耦合，并使用這里出現(xiàn)的電路系 統(tǒng)和邏輯來試圖校正由缺陷像素檢測電路109識別出的潛在的白/黑像素缺陷。動態(tài)像素 校正電路110應(yīng)用的校正可在不同實施例中被以不同方式實現(xiàn)。在一個實施例中，像素D 的值通過將其替換為周圍像素1-8中的一個的值而被校正。其他實施例可以有更復(fù)雜的校 正機制。例如，在一個實施例中，像素D的值可通過線性插值法或一些高階插值法，從周圍 像素1-8中的一些或所有像素中插值。在另一示例中，像素D的值可被替換為周圍像素1-8 的均值或加權(quán)均值。在另一些實施例中，像素D可以基于不是像素1-8的其他像素被校正， 或通過像素1-8及其他像素一起被校正。在一些實施例中，動態(tài)像素校正電路110無法知 道給出的像素D是否真正存在缺陷。因此，在一個實施例中，不管是否真的存在缺陷，動態(tài)像素校正電路110對每個潛在缺陷像素D執(zhí)行校正。動態(tài)像素校正電路雖然在圖中顯示為獨立于像素陣列104的元件，但是，在一些實施例中，動態(tài)像素校正電路可以與像素陣列104集成在同一基底上，或可以包括像素陣 列中的電路系統(tǒng)和邏輯。但是，在其他實施例中，如圖所示，動態(tài)像素校正電路110可以是 位于像素陣列104之外的元件。在其他一些實施例中，動態(tài)像素校正電路不僅可以是位于 像素陣列104之外的元件，還可以是位于圖像傳感器102之外的元件。信號調(diào)整器112與圖像傳感器102相耦合以從像素陣列104和動態(tài)像素校正電路 110接收并調(diào)整模擬信號。在不同實施例中，信號調(diào)整器112可以包括各種用于調(diào)整模擬信 號的部件。可在信號調(diào)整器中找到的組件示例包括濾波器、放大器、偏移電路、自動增益控 制等。模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 114與信號調(diào)整器耦合以從信號調(diào)整器112接收對應(yīng)于像素陣 列202中的每個像素的調(diào)整后的模擬信號，并將這些模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字值。數(shù)字信號處理器(DSP)與模數(shù)轉(zhuǎn)換器耦合以從ADC 114接收數(shù)字化的像素數(shù)據(jù)， 并處理該數(shù)字數(shù)據(jù)來產(chǎn)生一個最終的數(shù)字圖像。DSP116包括處理器117，處理器117可以 在存儲器118中存儲并檢索數(shù)據(jù)，存儲器中可存儲包括像素陣列104中已知有缺陷的像素 的信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)120。在示出的實施例中，存儲器118集成在DSP 116內(nèi)，但是，在其他實 施例中，存儲器118可作為與DSP 116耦合的獨立元件。處理器117可以執(zhí)行各種功能，包 括處理像素、對照其標(biāo)識符在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)120中的像素來對像素進行交叉核對，等等。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)120可以是任何種類的能夠保存所需像素數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；使用的數(shù)據(jù) 結(jié)構(gòu)的確切類型將依賴于為設(shè)備100設(shè)置的操作要求。在一個實施例中，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)120可 以是一個查找表，但是在另一實施例中，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)120可以是更復(fù)雜的某種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，例如 數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)120中所列缺陷像素由缺陷像素在像素陣列104中的位置來標(biāo)識。在所 示實施例中，缺陷像素在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)120中通過一個像素標(biāo)識符被標(biāo)識，該標(biāo)識符包括一對 數(shù)字I和J，其表示在像素陣列104中缺陷像素的行和列。但是在其他實施例中，可以在數(shù) 據(jù)結(jié)構(gòu)120中應(yīng)用其他方式來標(biāo)識缺陷像素。例如，在一個實施例中，像素陣列104具有各 自可尋址的像素數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)120，其可以包括缺陷像素的地址來代替像素陣列中它們行列的 坐標(biāo)(I，J)。如以下結(jié)合圖2所描述的，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)120中的條目可以在設(shè)備100的初始校 準(zhǔn)中生成。圖2示出一個過程200的實施例，該過程校準(zhǔn)如圖1所示的白/黑像素缺陷校正裝 置100。開始于框202，由圖1的實施例中的動態(tài)像素校正塊110實現(xiàn)的動態(tài)像素校正被關(guān) 閉，因而它將在校準(zhǔn)過程期間不校正或不試圖校正任何潛在缺陷像素。在框204，一個全黑 或全白目標(biāo)被確立，使得該目標(biāo)的圖像可以被圖像傳感器102中的像素陣列104捕獲。在 一個實施例中，整個校準(zhǔn)200可以首先利用白目標(biāo)進行，然后利用黑目標(biāo)重復(fù)進行，或以相 反的次序進行，但在其他實施例中，校準(zhǔn)可以僅通過白目標(biāo)或黑目標(biāo)中的一者來完成。在框 206，目標(biāo)的圖像被圖像像素陣列104捕獲，在框208，來自像素陣列的模擬像素數(shù)據(jù)被數(shù)字 化。在框210，各個像素的數(shù)字值被分析以辨認缺陷像素。在某一實施例中，為了辨認 缺陷像素，每個像素的值與其周圍像素的值進行比較。因為被捕獲了圖像的目標(biāo)不是全黑 就是全白，所以在像素陣列104中的所有像素的數(shù)字值應(yīng)該是一樣的。如果某一像素的數(shù)字值和其周圍像素的數(shù)字值間存在大的差異，那么，所討論的該像素幾乎可以被確定為是有缺陷的。因而，如果某一像素的值顯著高于一個或多個其周圍像素的值(對于使用全黑 目標(biāo)的校準(zhǔn))，或顯著低于一個或多個其周圍像素的值(對于使用全白目標(biāo)的校準(zhǔn))，則該 像素被認為是有缺陷的。在其他實施例中，可以使用其他用于確定像素是否為有缺陷的方 法。如果作為框210的像素分析的結(jié)果，在框212發(fā)現(xiàn)有缺陷像素，那么，在框214，有 缺陷像素的位置被加入到DSP 116中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)120中。在一個實施例中，有缺陷像素的 位置是通過將其像素標(biāo)識符(在一個實施例中是行列坐標(biāo))置入有缺陷像素的查找表中而 被標(biāo)記出的，但是，在其他實施例中，可以用不同于上述描述的方法來實現(xiàn)。當(dāng)在框214把 有缺陷像素的位置加入到數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)120之后，在框216，該過程檢查是否要分析更多像素。 如果有更多的像素需要分析，該過程返回到框210并分析下一個像素；如果沒有更多的像 素需要分析(即，像素陣列104中的所有像素都已被分析)，該過程返回到框218，校準(zhǔn)過程 檢查是否有更多的校準(zhǔn)目標(biāo)要用于校準(zhǔn)；如上文所述，如果初始校準(zhǔn)是利用黑目標(biāo)實施的， 可以利用白目標(biāo)重復(fù)執(zhí)行，或與之相反，來識別更多的缺陷像素。如果在框218另一個目標(biāo)被用于校準(zhǔn)，則該過程返回到框204，其中新的目標(biāo)被確 立并為新目標(biāo)進行框206至216。如果在框218處沒有另外的校準(zhǔn)目標(biāo)，則該過程進行至框 220，其中動態(tài)像素校正被重新開啟，使得可以在操作過程中校正任何潛在缺陷像素。然后 該過程進行到框222，校準(zhǔn)停止。圖3示出了操作白/黑像素校正裝置100 (諸如圖1所示)的過程300的一個實 施例。在框302，圖像傳感器102被用于捕捉某個場景或物體的圖像。在圖像在框302被捕 捉后，在框304，動態(tài)像素校正塊110分析來自像素陣列104中各個像素的模擬信號，以識別 潛在白/黑像素缺陷。作為在框304的像素分析的結(jié)果，如果在框306發(fā)現(xiàn)潛在白/黑缺 陷像素，則在框308，潛在缺陷像素被如上所述的動態(tài)像素校正電路110校正。在框310，從圖像傳感器102接收到的模擬像素數(shù)據(jù)被數(shù)字化。當(dāng)像素數(shù)據(jù)被數(shù)字 化后，在框312，每個像素的像素標(biāo)識符與在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)120中的像素標(biāo)識符進行交叉核對， 以確定其是否被標(biāo)識為缺陷像素。作為在框312對像素交叉核對的結(jié)果，如果在框314發(fā) 現(xiàn)了缺陷像素，則在框316，缺陷像素如上所述地被DSP 116校正。在框318，該過程檢查是 否還有像素未與列出在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)120中的缺陷像素進行交叉核對，并且如果需要的話對其 進行校正。如果在框318還有剩余像素未被交叉核對，該過程返回至框312并對所有剩余 像素進行交叉核對。如果在框318，沒有剩余像素未被交叉核對，則該過程進行到框320，其 中DSP 116的過程被終止。圖4示出一個圖像系統(tǒng)400的實施例，該系統(tǒng)應(yīng)用諸如圖1所示的白/黑像素校 正設(shè)備100的白/黑像素校驗設(shè)備。光學(xué)系統(tǒng)402 (其可以包括折射光學(xué)系統(tǒng)、衍射光學(xué)系 統(tǒng)、反射光學(xué)系統(tǒng)，或其組合)與圖像傳感器102耦合以將圖像聚焦于像素陣列104的像素 上。像素陣列104捕捉圖像，設(shè)備100的剩余部如上面結(jié)合圖1和圖3所述地處理圖像的 像素數(shù)據(jù)。一旦任何缺陷像素數(shù)據(jù)都已經(jīng)被校正，最終的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)可從DSP 118輸出 到顯示單元406和存儲器或存儲單元408，或二者之一。上述對本發(fā)明示出實施例的描述(包括摘要中的描述)，并非意欲窮盡或?qū)⒈景l(fā) 明限制于所公開的具體形式。雖然為示出目的，本發(fā)明的具體實施例和示例在此處被詳盡描述，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認識到，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，各種等同更改是可行的。根據(jù)詳盡的說明，可以做出這些更改。 權(quán)利要求中所應(yīng)用的術(shù)語不應(yīng)被理解為將本發(fā)明限制于公開在說明書和權(quán)利要 求中的具體實施例。更確切的，本發(fā)明的范圍完全由權(quán)利要求確定，權(quán)利要求可以根據(jù)已經(jīng) 確立的權(quán)利要求解釋準(zhǔn)則來理解。
權(quán)利要求
一種裝置，包括圖像傳感器，該圖像傳感器包括包括多個像素的像素陣列，與像素陣列耦合的檢測電路，用以檢測像素陣列中的潛在白/黑像素缺陷，以及與檢測電路耦合的校正電路，用以校正被檢測電路檢測到的潛在白/黑像素缺陷；以及與圖像傳感器耦合的數(shù)字信號處理器，所述數(shù)字信號處理器包括存儲器，其中具有所述像素陣列中的缺陷像素的列表，以及與所述存儲器耦合的處理器，用以將每個像素與所述缺陷像素的列表交叉核對，并校正被發(fā)現(xiàn)在所述缺陷像素的列表中的每個像素的數(shù)字值。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述缺陷像素的列表被保存在所述數(shù)字信號處理 器中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中，所述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是查找表。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，檢測潛在白/黑像素缺陷包括將像素的強度與至少 一個周圍像素的強度相比較。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其中，校正潛在白/黑像素缺陷包括用基于至少一個周圍 像素的模擬值的模擬值來替換潛在缺陷像素的模擬值。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，還包括與所述圖像傳感器和所述數(shù)字信號處理器相耦合 的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，還包括與所述圖像傳感器和所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器相耦合的信 號調(diào)整器。
8.一種處理，包括識別像素陣列中具有潛在白/黑像素缺陷的像素； 校正具有潛在白/黑像素缺陷的像素； 將每個像素與缺陷像素列表交叉核對；以及 校正被發(fā)現(xiàn)在所述缺陷像素列表中的每個像素的數(shù)字值。
9.如權(quán)利要求8所述的處理，其中，識別具有潛在白/黑像素缺陷的像素包括將來自每 個像素的模擬信號的強度和來自至少一個周圍像素的模擬信號的強度相比較。
10.如權(quán)利要求8所述的處理，其中，校正潛在白/黑像素缺陷包括用基于至少一個周 圍像素的模擬值的模擬值來替換所述像素的模擬值。
11.如權(quán)利要求1所述的處理，其中，對照驗缺陷像素列表的交叉核對包括在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 中查找像素標(biāo)識符。
12.如權(quán)利要求11所述的處理，其中，所述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是查找表。
13.一種系統(tǒng)，包括 光學(xué)元件；圖像傳感器，所述圖像傳感器包括 包括多個像素的像素陣列，與像素陣列耦合的檢測電路，用以檢測像素陣列中的潛在白/黑像素缺陷，以及 與檢測電路耦合的校正電路，用以校正被檢測電路檢測到的潛在白/黑像素缺陷；以及與圖像傳感器耦合的數(shù)字信號處理器，所述數(shù)字信號處理器包括 存儲器，其中具有所述像素陣列中的缺陷像素的列表，以及與所述存儲器耦合的處理器，用以將每個像素與所述缺陷像素的列表交叉核對，并校 正被發(fā)現(xiàn)在所述缺陷像素的列表中的每個像素的數(shù)字值。與所述數(shù)字信號處理器耦合的顯示單元和存儲單元，或二者之一。
14.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，已知有缺陷的像素的列表被保存在所述數(shù)字信 號處理器中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中。
15.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中，所述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是查找表。
16.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，檢測潛在白/黑像素缺陷包括將像素的強度與至 少一個周圍像素的強度相比較。
17.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，校正潛在白/黑像素缺陷包括用基于至少一個周 圍像素的模擬值的模擬值來替換所述像素的模擬值。
18.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，還包括與所述圖像傳感器和所述數(shù)字信號處理器相耦 合的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
19.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，還包括與所述圖像傳感器和所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器相耦合的信號調(diào)整器。
20.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述光學(xué)元件包括折射光學(xué)元件，衍射光學(xué)元件 或反射光學(xué)元件中的一個或多個。
全文摘要
公開了一種包括圖像傳感器的裝置的實施例，圖像傳感器包括含有多個像素的像素陣列、與所述像素陣列耦合的檢測電路、與檢測電路耦合的校正電路，檢測電路用于檢測像素陣列中的潛在白/黑像素缺陷，校正電路用于校正被檢測電路檢測出的潛在白/黑像素缺陷。裝置還包括與圖像傳感器耦合的數(shù)字信號處理器，該數(shù)字信號處理器包括存儲器以及與存儲器耦合的處理器，存儲器中具有像素陣列中的缺陷像素的列表，處理器用于將每個像素與缺陷像素列表進行交叉核對，并校正被發(fā)現(xiàn)存在于缺陷像素列表中的每個像素的數(shù)字值。他實施例也已被公開和要求保護。
文檔編號G02B5/00GK101843090SQ200880114259
公開日2010年9月22日 申請日期2008年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月30日
發(fā)明者何新平, 李洪軍, 董煜茜 申請人:美商豪威科技股份有限公司