具有黑电平校正的图像传感器的制作方法

1.本发明整体涉及成像系统，并且更具体地讲，涉及具有黑电平校正能力的图像传感器。


背景技术：

2.典型的图像传感器包括响应于入射光而生成图像信号的有源图像传感器像素。为了补偿生成图像信号的过程中的非理想因素诸如暗电流，图像传感器可包括光学黑色像素(在本文中有时称为暗像素)。光学黑色像素生成黑电平信号，该黑电平信号用于补偿或校正图像信号中的非理想因素，诸如暗电流。
3.然而，在一些应用中，跨阵列的不同有源像素可在不同条件下操作。由于通常生成典型的黑电平信号，因此它们无法考虑不同有源像素的操作条件的差异。因此，由不同有源像素在不同操作条件下生成的图像信号使用同一组黑电平信号以相同方式补偿。这导致至少对于图像信号中的一些而言不准确的黑电平校正，并且可导致所生成的图像中的可见伪影(例如，图像中的条带或不连续部分)。
4.本文的实施方案就是在这种背景下出现的。
附图说明
5.图1是根据一些实施方案的具有图像传感器和处理电路的例示性成像系统的示意图。
6.图2是根据一些实施方案的具有像素阵列和对应的控制和读出电路的例示性图像传感器的示意图。
7.图3是根据一些实施方案的例示性图像传感器像素的电路图。
8.图4是根据一些实施方案的用于对图像帧执行图像信号读出操作的例示性时间段的时序图。
9.图5是根据一些实施方案的用于对应组有源像素行的光学黑色像素的例示性部分的示意图。
10.图6是根据一些实施方案的具有光学黑色像素的分开部分的例示性像素阵列的示意图。
11.图7是根据一些实施方案的用于有源像素阵列的对应部分的光学黑色像素的例示性部分的示意图。
12.图8是根据一些实施方案的利用用于不同组有源像素的一组共享的光学黑色像素来实现的例示性像素阵列的示意图。
13.图9是根据一些实施方案的用于针对不同组有源像素自适应地执行黑电平校正操作的例示性步骤的流程图。
具体实施方式
14.诸如数码相机、计算机、蜂窝电话和其他电子设备的电子设备可包括图像传感器，该图像传感器收集传入的光以捕获图像(例如，图像帧)。图像传感器可包括图像传感器像素阵列。图像传感器中的像素可包括光敏元件，诸如将传入的光转换成图像信号的光敏元件。图像传感器可具有任何数量(例如，数百或数千或更多)的像素。典型的图像传感器可例如具有数十万或数百万像素(例如，数兆像素)。图像传感器可包括控制电路(诸如，用于操作图像像素的电路)和用于读出图像信号的读出电路，该图像信号与光敏元件所生成的电荷相对应。
15.图1是例示性成像系统(诸如，电子设备)的示意图，该成像系统使用图像传感器捕获图像。图1的成像系统10可为便捷式电子设备，诸如相机、蜂窝电话、平板计算机、网络摄像头、摄像机、视频监控系统、机动车成像系统、具有成像能力的视频游戏系统、增强现实和/或虚拟现实系统、无人机系统(例如，无人机)、工业系统或捕获数字图像数据的任何其他期望的成像系统或设备。相机模块12(有时称为成像模块)可用于将入射光转换成数字图像数据。相机模块12可包括一个或多个透镜14以及一个或多个对应图像传感器16。在图像捕获操作期间，可通过透镜14将来自场景的光聚焦到图像传感器16上。图像传感器16可包括用于将模拟像素图像信号转换成提供给存储和处理电路18的对应数字图像数据的电路。
16.存储和处理电路18可包括一个或多个集成电路(例如，图像处理电路、微处理器、诸如随机存取存储器和非易失性存储器的存储设备等)，并且可使用与相机模块分开和/或形成相机模块的一部分的部件(例如，形成包括图像传感器16的集成电路或者与图像传感器16相关联的模块内的集成电路的一部分的电路)来实施。当不同于图像传感器16的集成电路的集成电路上包括存储和处理电路18时，可相对于具有图像传感器16的集成电路竖直地堆叠或封装具有电路18的集成电路。可使用处理电路18处理和存储已被相机模块捕获的图像数据(例如，使用处理电路18上的图像处理引擎、使用处理电路18上的成像模式选择引擎等)。可根据需要使用耦接到处理电路18的有线通信路径和/或无线通信路径将处理后的图像数据提供给外部设备(例如，计算机、外部显示器或其他设备)。
17.如图2所示，图像传感器16可包括含有被布置成行和列的图像传感器像素22(有时在本文称为图像像素或像素)的像素阵列20以及控制和处理电路24。阵列20可包含例如数百或数千行以及数百或数千列的图像传感器像素22。控制电路24可耦接到行控制电路26(有时称为行驱动器电路)和列读出和控制电路28(有时称为列读出电路或列控制电路、读出电路或列解码器电路)。行控制电路26可从控制电路24接收行地址并且通过行控制路径30将对应的行控制信号(诸如复位控制信号、抗光晕控制信、行选择控制信号、电荷转移控制信号、双转换增益模式控制信号和读出控制信号)提供给像素22。可将一根或多根导线(诸如，列线32)耦接到阵列20中的像素22的每一列。列线32可用于从像素22读出图像信号以及用于将偏置信号(例如，偏置电流或偏置电压)提供给像素22。如果需要，在像素读出操作期间，可使用行控制电路26选择阵列20中的像素行，并且可沿相应列线32读出由该像素行中的每个对应图像像素22生成的图像信号。
18.列读出电路28可通过列线32接收图像信号(例如，由像素22生成的模拟像素值)。列读出电路28可包括用于临时存储从阵列20读出的校准信号(例如，复位电平信号、参考电平信号)和/或图像信号(例如，图像电平信号)的存储器电路、放大器电路或乘法器电路、模
数转换(adc)电路、偏置电路、用于选择性启用或禁用列电路的锁存电路或耦接到阵列20中的一个或多个像素列以用于操作像素22和用于从像素22读出图像信号的其他电路。读出电路28中的adc电路可将从阵列20所接收的模拟像素值转换成对应数字像素值(有时称为数字图像数据或数字像素数据)。列读出电路28可针对一个或多个像素列中的像素将数字像素数据提供给控制和处理电路24和/或处理器18(图1)。
19.图像阵列20还可设置有具有多个(颜色)过滤元件(每个过滤元件对应于相应像素)的过滤器阵列，该过滤器阵列允许单个图像传感器对不同颜色或不同波长组的光进行采样。例如，图像传感器像素诸如阵列20中的图像像素可设置有具有红色、绿色和蓝色过滤元件的滤色器阵列，该滤色器阵列允许单个图像传感器使用被布置成拜耳马赛克图案的对应红色、绿色和蓝色图像传感器像素对红光、绿光和蓝光(rgb)进行采样。
20.在其他合适的示例中，拜耳图案中的绿色像素可被替换为具有宽带滤色器元件(例如，透明滤色器元件、黄色滤色器元件等)的宽带图像像素，或者拜耳图案中的绿色像素中的一个绿色像素可被替换为在ir滤色器元件下方形成的红外(ir)图像像素，并且/或者剩余的红色图像像素、绿色图像像素和蓝色图像像素也可对ir光敏感(例如，可在除其相应颜色的光之外还使ir光穿过的过滤元件下方形成)。这些示例仅仅是例示性的，一般来讲，可在任何期望数量的图像像素22上方形成任何期望颜色和/或波长以及任何期望图案的过滤元件。
21.图像传感器16可包括一个或多个图像像素22阵列20。可使用互补金属氧化物半导体(cmos)技术或电荷耦接器件(ccd)技术或任何其他合适的光敏设备技术在半导体衬底中形成图像像素22。图像像素22可为前照式(fsi)图像像素或背照式(bsi)图像像素。如果需要，图像传感器16可包括集成电路封装或其中多个集成电路衬底层或芯片相对于彼此垂直堆叠的其他结构。
22.在本文中描述为例示性示例的一些配置中，图像传感器16可被配置为支持全局快门操作(例如，像素22可在全局快门模式下进行操作)。例如，阵列20中的图像像素22各自可至少包括光电二极管、浮动扩散区和对应的局部电荷存储区。采用全局快门控制方案，图像传感器中的全部像素被同时复位以开始积聚时间段。在积聚时间段结束时，然后使用电荷转移操作将在积聚时间段期间收集在每个图像像素的光电二极管中的电荷同时转移到光电二极管的对应局部电荷存储区。例如，然后可将来自每个局部电荷存储区的数据传输到对应的浮动扩散区并逐行读出。
23.图3为示例性图像传感器像素22的电路图。像素22可以包括光敏元件40(例如，光电二极管40)。光电二极管40可在一段时间(例如，积聚时间段或暴露时间段)内接收入射光，并且可基于入射光生成电荷。光电二极管40的第一端子可耦接到电压端子50(诸如接地电压源)。抗光晕晶体管42可将光电二极管40(例如，光电二极管40的第二端子)耦接到电压端子52(诸如供电电压源)。晶体管42可被配置为防止光电二极管40处的光晕和/或可用于将光电二极管40保持在复位电压电平(例如，供电电压电平)。作为示例，当控制信号ab1生效(例如，处于逻辑高以导通晶体管42)时，光电二极管50可被复位到供电电压电平。当控制信号ab1失效时(例如，处于逻辑低处以使晶体管42截止)，光电二极管40可响应于入射光而开始聚积电荷。
24.像素22可包括(局部)电荷存储区，诸如耦接到光电二极管40(例如，光电二极管40
的第二端子)的存储门44。例如，存储门44可以包括对应的电荷转移晶体管和对应的电荷存储区。控制信号sg1可以经调整以控制电荷从光电二极管40到与存储门44相关联的电荷存储区中的流动。例如，存储门44可以在将在光电二极管40处生成的图像电荷转移到浮动扩散区以进行读出(例如，按照全局快门操作模式)之前暂时存储所述图像电荷。像素22中的存储门44的使用仅仅是例示性的。如果需要，可以使用其他(类型的)电荷存储区来代替存储门44或除存储门44之外还使用其他(类型的)电荷存储区。
25.像素22可包括具有相关联的电荷存储容量(电容)的浮动扩散区48。例如，浮动扩散区48可实施为掺杂半导体区(例如，硅衬底中的通过离子注入、杂质扩散或其他掺杂工艺掺杂的区)。转移晶体管46可将存储门44耦接到浮动扩散区48。在读出操作期间，转移晶体管46可将图像电荷从存储门44转移到浮动扩散区48以用于读出。复位晶体管54可将浮动扩散区48耦接到电压端子52(诸如供电电压源)。作为示例，当控制信号rst生效时，浮动扩散区48可被复位为复位电压电平(例如，供电电压电平)。如果需要，晶体管54(与其他晶体管组合)可用于将像素22的其他部分(例如，存储门44、存储门64、溢出电容器(如果实现)、光电二极管40等)复位到复位电压电平。
26.像素22可包括源极跟随器晶体管56和行选择晶体管58(有时在本文中统称为像素读出电路)。源极跟随器晶体管56具有耦接到浮动扩散区48的栅极端子、耦接到电压端子52的第一源极-漏极端子(例如，源极端子或漏极端子中的一者)和耦接到行选择晶体管58的第二源极-漏极端子(例如，源极端子或漏极端子中的另一者)。晶体管58可具有栅极端子，该栅极端子受行选择控制信号rs控制。当控制信号rs生效时(例如，在像素行读出操作期间，当来自包括像素22的给定行中的像素的复位和/或图像电平信号正被读出时)，像素输出信号vout可被传递到路径70(例如，图2中的列线32)上。像素输出信号vout可以是具有与浮动扩散区48处的电荷量成比例的量值的输出信号。
27.像素22还可包括光电二极管60、抗光晕晶体管62、存储门64和转移晶体管66，其以与光电二极管40、抗光晕晶体管42、存储门44和转移晶体管46类似的方式实现并沿着单独的路径(例如，与光电二极管40、抗光晕晶体管42、存储门44和转移晶体管46沿着其耦接的路径分开)耦接到浮动扩散区48。
28.图3中所示的像素22的配置仅仅是例示性的。如果需要，图3中的像素22可包括一个或多个合适的附加元件(例如，用于进行期望的连接的一个或多个溢出电容器、一个或多个光敏元件、一个或多个晶体管等)，可排除一个或多个合适的元件(例如，光电二极管60、抗光晕晶体管62、存储门64、转移晶体管66等)，和/或可替换一个或多个合适的元件(例如，用其他类型的电荷存储结构和晶体管替换存储门44，省略光电二极管60和晶体管62，但将光电二极管40的第二端子耦接到存储门64等)。
29.其中图像传感器像素阵列(诸如图2中的阵列20)包括各自具有图3所示的实施方式的像素22的配置在本文中被描述为例示性示例。如果需要，本文所述的实施方案可类似地应用于具有其他实施方式的像素的阵列(例如，以与图3中的像素22不同的方式实现)。
30.图像像素阵列诸如图2中的阵列20不仅可包括针对一个或多个图像帧生成图像信号的有源像素，还可包括光学黑色像素(在本文中有时称为光学屏蔽像素或暗像素)。该光学黑色像素可具有与阵列中的有源像素相同的像素配置。例如，有源像素和光学黑色像素两者可具有图3中的像素22的像素配置。当有源像素中的光敏元件(例如，图3中的光电二极
管40和60)响应于入射光而生成图像电荷时，光学黑色像素中的所有光敏元件(例如，图3中的光电二极管40和60)均可光学屏蔽入射光(例如，可不接收任何入射光并且因此可基于暗电流生成电荷并且不响应于入射光而生成任何电荷)。光学黑色像素仍然可以与有源像素类似的方式操作，并且可生成用于补偿暗电流(例如，由有源像素生成的图像信号中的暗电流噪声)的对应的黑电平信号(基于所生成的暗电流电荷)，从而为图像信号提供黑电平校正。
31.然而，在一些应用中，图像传感器阵列中的有源像素可能不在相同的操作条件或环境中操作(例如，可能以相同的控制方案接收控制信号)。因此，来自光学黑色像素的通常生成的黑电平信号可能无法正确校正暗电流噪声或特定于由在不同对应条件下操作的多个不同组或区段的图像像素生成的图像信号的其他噪声。图4是用于使用在全局快门模式下操作的图像传感器像素阵列来生成给定图像帧的例示性读出操作的时序图。行控制电路26和列读出电路28(图2)可组合操作以控制图像传感器像素阵列来执行这些读出操作。
32.在图4的示例中，例示性阵列可包括m个有源像素行。在时间段t1期间(从时间t1到时间t3)，可以逐行方式读出来自每行中的对应有源像素的图像信号(例如，读出来自行1中的有源像素的信号，然后读出来自行2中的有源像素的信号，然后读出来自行3中的有源像素的信号，
…
，并且最后读出来自行m中的有源像素的信号)。
33.具体地讲，在时间t1处和/或之前(例如，为时间段t1中针对给定图像帧的读出操作做准备)，行控制电路26(图2)可全局复位跨阵列的有源像素中的浮动扩散区(例如，使所有有源像素的对应控制信号生效和失效，以将所有浮动扩散区复位为复位电压电平，诸如供电电压电平)。使用图3的示例，行控制电路26可使信号rst(例如，控制整个阵列中的每个有源像素22的全局信号rst)生效，以将浮动扩散区48复位到由整个阵列中的每个像素的电压端子52提供的供电电压电平。
34.另外，在时间t1处和/或之前(例如，为时间段t1中针对给定图像帧的读出操作做准备)，行控制电路26可全局复位跨阵列的有源像素中的局部电荷存储区(例如，使所有有源像素的对应控制信号生效和失效，以将所有局部电荷存储区复位为复位电压电平，诸如供电电压电平)。使用图3的示例，行控制电路26可使信号rst、tx1和tx2生效(例如，控制整个阵列中的每个有源像素22的全局信号rst、tx1和tx2)，以将局部电荷存储区44和64复位到由整个阵列中的每个像素的电压端子52提供的供电电压电平。
35.此外，在时间t1处和/或之前(例如，为时间段t1中针对给定图像帧的读出操作做准备)，行控制电路26可将与给定图像帧相关联的图像电荷从对应的光电二极管全局转移到阵列中的每个有源像素中的相应局部电荷存储区(例如，使所有有源像素的对应控制信号生效和失效，以将与给定图像帧相关联的图像电荷从对应光电二极管转移到相应局部电荷存储区)。该电荷转移过程可发生在局部电荷存储区的全局复位之后以及给定图像帧的积聚时间段结束之后。使用图3的示例，行控制电路26可使信号sg1和sg2(例如，控制整个阵列中的每个有源像素22的全局信号sg1和sg2)生效，以将存储在光电二极管40和60处的对应图像电荷转移到整个阵列中的每个像素的局部电荷存储区44和64。在该例示性示例中，由光电二极管40和60生成的信号可用于单个图像帧。
36.在执行上述操作之后，整个阵列中的每个有源像素可将图像电荷存储在一个或多个局部电荷存储区处，并且可具有处于复位电压电平的浮动扩散区。此后，行控制电路26和
列读出电路28(图2)可在时间段t1期间(从时间t1开始)开始执行逐行读出操作。在这些读出操作期间并且当阵列中的光电二极管不生成图像电荷时，可能期望通过使对应的抗光晕晶体管生效(例如，使晶体管42和62生效到光电二极管40和60的高电压)来防止光电二极管的光晕。
37.为了提供快速帧速率，可能期望在当前图像帧的读出操作期间开始后续图像帧的积聚时间段。在后续图像帧的积聚时间段期间，对应的抗光晕晶体管可能必须失效(例如，周期性地或连续地)，以便在对应的光电二极管处适当地聚积电荷。在图4的示例中，后续图像帧的积聚时间段的开始可在时间t3处。
38.在读出操作时间段期间(例如，在时间t3之前和在时间t3之后)抗光晕晶体管的状态的这种差异可导致不同像素(例如，在时间t3之前读出的行中的像素和在时间t3之后读出的行中的像素)之间的操作条件的差异。在图4的示例中，来自行1至n中的任何像素的图像信号可在该像素中的一个或多个对应抗光晕晶体管生效时被读出，并且来自行(n 1)至m中的任何像素的信号可在该像素中的一个或多个对应抗光晕晶体管失效时被读出。在时间t3之前的时间段t2期间读出的有源像素在本文中可被称为在第一操作条件下(例如，利用一个或多个生效的抗光晕晶体管)读出的第一区段中的有源像素。在时间t3之后的时间段t3期间读出的有源像素在本文中可被称为在第二操作条件下(例如，利用一个或多个失效的抗光晕晶体管)读出的第二区段中的有源像素。
39.虽然图像传感器像素阵列可包括生成通常补偿图像信号中的暗电流噪声的黑电平信号的光学黑色像素，但这些黑电平信号无法完全考虑在不同条件下操作以生成这些图像信号的有源像素的不同区段。图5是例示性光学像素的示意图，该光学像素被自适应地配置为灵活地补偿在不同操作条件下从有源像素的不同区段生成(例如，读出)的图像信号。
40.如图5所示，有源像素102可被组织成有源像素行和列。为了不使当前实施方案模糊，在图5中仅描绘并标记了对应的像素行。具体地讲，有源像素102可形成有源像素行1至n(在本文中有时称为有源像素段104或有源像素部分104)和有源像素行(n 1)至m(在本文中有时称为有源像素段106或有源像素部分106)。
41.有源像素的每个区段可与对应的一组光学黑色(ob)像素相关联。如图5所示，ob像素112可类似地组织成ob像素行和列。具体地讲，ob像素112可被组织成ob像素段或部分114和ob像素段或部分116。如果需要，ob像素部分114和116可各自包括一个或多个ob像素行(例如，单行ob像素、两行ob像素等)。如果需要，ob像素行可具有与有源像素行相同数量的列。
42.例如，ob像素部分114可以是单行ob像素112。部分114中的每个ob像素112可生成对应的黑电平信号，该黑电平信号用于补偿由部分104中的有源像素(例如，在与对应的ob像素112相同的列中)生成的一个或多个图像信号中的暗电流噪声。类似地，ob像素部分116可以是单行ob像素112。部分116中的每个ob像素112可生成对应的黑电平信号，该黑电平信号用于补偿由部分106中的有源像素(例如，在与对应的ob像素112相同的列中)生成的一个或多个图像信号中的暗电流噪声。这些示例仅仅是例示性的。如果需要，每个ob部分可包括多于一个像素行、少于一个像素行等。如果需要，每个黑电平信号可用于补偿任何合适的对应图像信号中的暗电流噪声。如果需要，可处理(例如，平均)由多个ob像素生成的黑电平信号以生成用于执行黑电平校正的修改或改善的黑电平信号。
43.有源像素102(在部分104和106中)和ob像素112(在部分114和116中)可各自具有相同的实施方式(例如，可具有图3中的像素22的相同像素配置)。如结合图4所述，虽然每个有源像素102可响应于入射光而生成图像信号，但每个ob像素112可光学屏蔽入射光，并且可生成黑电平信号。具体地讲，每个ob像素112可使用其光学屏蔽的光电二极管来收集暗电流电荷，执行与对应类型的有源像素相同类型的电荷转移操作，并且执行与对应类型的有源像素相同类型的读出操作。
44.虽然在图5的示例中，有源像素部分104与有源像素行1至n相关联并且有源像素部分106是有源像素行(n 1)至m，但是在部分104和106中的相应像素之间可不存在结构差异(例如，像素可具有相同的元件，像素可具有元件之间的相同耦接或连接等)。有源像素部分104和106的分离可由每个部分中的像素如何被控制和操作(例如，由图2中的行控制电路26和/或列读出电路28)的差异来限定。类似地，ob像素部分114和116中的相应像素可在结构上相同(例如，可具有相同的元件，可在元件之间具有相同的耦接或连接性等)，并且可由每个部分中的像素如何被控制和操作(例如，由图2中的行控制电路26和/或列读出电路28)的差异来限定。
45.具体地讲，可以与部分104中的有源像素相同的方式控制和操作部分114中的ob像素。例如，行控制电路26和/或列读出电路28可以通过以特定方式(例如，使用特定控制方案)使部分104中的有源像素的控制信号在时间段内(例如，在生成图像电荷的积聚时间段内、在读出图像电荷的读出时间段内等)生效或失效来控制所述有源像素。在该示例中，行控制电路26和/或列读出电路28还可通过以相同的特定方式使ob像素中的类似控制信号在相同时间段内(在生成暗电流电荷的积聚时间段内、在读出暗电流电荷的读出时间段内等)生效和失效来控制部分114中的对应ob像素(例如，在与该示例中的有源像素相同的列中)。
46.因为有源像素和对应的ob像素在不同的行中，所以对应的读出操作将不会同时发生(例如，在有源像素的读出操作和对应的ob像素的读出操作之间可能存在时间延迟)。相比之下，生成图像电荷和暗电流电荷的积聚时间段可相同(例如，可在全局快门操作模式下跨阵列全局共享)。
47.以类似的方式，可以与部分106中的有源像素相同的方式控制和操作部分116中的ob像素。例如，行控制电路26和/或列读出电路28可以通过以特定方式(使用特定控制方案)使部分106中的有源像素的控制信号在时间段内(例如，在生成图像电荷的积聚时间段内、在读出图像电荷的读出时间段内等)生效或失效来控制所述有源像素。在该示例中，行控制电路26和/或列读出电路28还可通过以相同的特定方式使ob像素中的类似控制信号在相同时间段内(在生成暗电流电荷的积聚时间段内、在读出暗电流电荷的读出时间段内等)生效和失效来控制部分116中的对应ob像素(例如，在与该示例中的有源像素相同的列中)。
48.因为有源像素和对应的ob像素在不同的行中，所以对应的读出操作将不会同时发生(例如，在有源像素的读出操作和对应的ob像素的读出操作之间可能存在时间延迟)。相比之下，生成图像电荷和暗电流电荷的积聚时间段可相同(例如，可在全局快门操作模式下跨阵列全局共享)。
49.图5中的配置仅仅是例示性的。如果需要，可基于图像传感器的配置以任何合适的方式组织有源像素和/或ob像素。在图像传感器能够以多种操作模式操作和/或具有多路复用设置的配置中，有源像素102可以不同的方式(例如，基于不同组的行)实时地并且响应于
操作模式的切换(例如，不同组的有源像素的操作条件的差异)分成不同的区段。在这些配置中，ob像素112可自适应地分成与相应有源像素段相关联的对应ob像素段，从而提供特别适合于每个对应有源像素段的对应黑电平信号。
50.图6是具有ob像素部分和有源像素部分的例示性放置的阵列20的示意图(例如，结合图5所述)。如图6所示，形成有源像素部分104的有源像素行1至n和形成有源像素部分106的有源像素行(n 1)至m可形成在阵列20的中心(例如，使用阵列20中有源像素部分的更中心的行)。ob像素部分114和116可在有源像素行(例如，阵列20的有源像素部分)的相应侧上分开。具体地讲，用于为有源像素部分104生成黑电平信号的ob像素部分114可在阵列20中的有源像素部分的与有源像素部分104相邻的一侧上。用于为有源像素部分106生成黑电平信号的ob像素部分116可在阵列20中的有源像素部分的与有源像素部分106相邻的一侧上。
51.图6中的阵列20的配置仅仅是例示性的。如果需要，ob像素部分和有源像素部分可放置在阵列20处的任何合适的位置处。作为示例，所有ob像素部分可放置在有源像素行的一侧上(例如，均在有源像素部分104上方，均在有源像素部分106下方等)，一个或多个ob像素部分可插置在有源像素行之间等。如果需要，阵列20可为在不连续阵列的每个连续部分上具有一个或多个对应有源像素部分和/或一个或多个对应ob像素部分的不连续阵列(例如，具有不存在像素的间隙的阵列、形成于多个衬底上的阵列等)。
52.虽然图5和图6示出了各自与一组或多组整个像素行相关联的两个有源像素部分和两个ob像素部分，但这仅仅是例示性的。更一般地，其中阵列具有可在全局快门模式下操作的有源像素(例如，图3的像素22)的配置在本文中被描述为例示性示例，其中像素之间的读出条件不同以形成不同区段。本文所述的实施方案可类似地应用于具有针对图像电荷积聚操作、读出操作或其他操作通常以不同方式操作的像素组的阵列。具体地讲，具有一个或多个平铺的图像传感器阵列的平铺的图像传感器(其中像素的每个图块基于特定图块的图像场景内容不同地或以不同方式处理信息)可包括每个图块的ob像素部分。例如，像素的每个图块可被配置为生成具有不同分辨率、具有不同动态范围等的对应图像部分。对应ob像素部分中的ob像素可模拟有源像素的相应图块中的信息的操作(例如，处理)。作为具体的例示性示例(例如，用于汽车应用)，平铺的图像传感器可包括对较低照明具有较高灵敏度的下部(例如，像素的第一图块)和对较高照明具有较好颜色和串扰性能的上部(例如，像素的第二图块)。
53.如图7的示例所示，有源像素102可被组织成不同的图块，诸如有源阵列部分124、126、128和130。这些图块或部分可在跨像素阵列的任何位置处组织(例如，可跨越整个行，可仅部分跨越行，可跨越整个列，可仅部分跨越列等)。在图7的示例中，有源阵列部分124、126、128、130可各自跨越像素阵列的矩形部分。然而，如果需要，有源阵列部分124、126、128、130中的一个或多个可包括像素阵列中的任何合适的像素(例如，可跨越像素阵列的非矩形部分，可包括非相邻像素等)。
54.ob像素112可被组织成对应的ob像素部分134、136、138和140。虽然在图7的示例中，ob像素部分134、136、138和140被示出为一个或多个完整行，但这仅仅是例示性的。如果需要，每个ob像素部分可仅部分地跨越每个行(例如，像素部分134和136的组合可跨越一个或多个完整行，并且像素部分138和140的组合可跨越一个或多个完整行，类似于有源阵列部分)。如果需要，ob像素部分可包括像素阵列中的任何合适的ob像素(例如，可跨越像素阵
列的非矩形部分，可包括非相邻像素等)。如果需要，ob像素部分136、138和140可以相对于有源像素部分的任何合适的方式设置在像素阵列上(例如，可以是分离的，可以形成ob像素的连续块等)。
55.部分134中的每个ob像素可在结构上与部分124中的每个有源像素相同。部分134中的ob像素可以与部分124中的有源像素相同的方式操作(例如，可接收以与有源像素中的对应控制信号相同的控制方案生效和失效的控制信号，可具有相同的积聚时间以针对有源像素生成图像电荷并针对ob像素生成暗电流电荷，可使用相同的分辨率设置或条件操作，可使用相同的动态范围设置或条件操作等)。以这种方式，由部分134中的ob像素生成的黑电平信号(对应于暗电流电荷)可更准确地校正特定于由部分124中的有源像素生成的图像信号的暗电流噪声。
56.类似地，部分136中的每个ob像素可在结构上与部分126中的每个有源像素相同。部分136中的ob像素可以与部分126中的有源像素相同的方式操作。以这种方式，由部分136中的ob像素生成的黑电平信号可更准确地校正特定于由部分126中的有源像素生成的图像信号的暗电流噪声。部分138中的每个ob像素可在结构上与部分128中的每个有源像素相同。部分138中的ob像素可以与部分128中的有源像素相同的方式操作。以这种方式，由部分138中的ob像素生成的黑电平信号可更准确地校正特定于由部分128中的有源像素生成的图像信号的暗电流噪声。部分140中的每个ob像素可在结构上与部分130中的每个有源像素相同。部分140中的ob像素可以与部分130中的有源像素相同的方式操作。以这种方式，由部分140中的ob像素生成的黑电平信号可更准确地校正特定于由部分130中的有源像素生成的图像信号的暗电流噪声。
57.在一些情况下，跨有源像素阵列部分的有源像素102(以及因此跨对应ob像素阵列部分的ob像素112)可具有相同的像素配置(例如，像素可具有相同的元件、相同的耦接或连接性等)。在其他情况下，跨两个或更多个有源像素阵列部分的有源像素102(以及因此跨对应ob像素阵列部分的ob像素112)可具有不同的像素配置(例如，部分124和134可具有与部分128和138不同的像素配置，部分124和134可具有与部分126和136不同的像素配置等)。在这些情况的任一者中，行控制电路26和/或列读出电路28可以不同方式(例如，对于由控制信号的生效和失效限定的不同控制方案，使用不同时序)操作跨有源像素阵列部分的有源像素102(并且因此操作跨对应ob像素阵列部分的ob像素112)。
58.公开了与有源像素部分相同数量的ob像素部分的图5至图7的示例仅仅是例示性的。如果需要，一组或多组ob像素可由多个有源像素部分共享。图8是具有用于两个有源像素部分或区段的共享ob像素部分的例示性像素阵列20的示意图。在图8的示例中，部分150中的共享ob像素可被配置为为有源像素部分104和106两者生成黑电平信号。
59.在该配置中，行控制电路26和/或列读出电路28(图2)可在与部分104中的有源像素相同的条件下(例如，以与之相同的方式)操作部分150中的共享ob像素，以在该第一条件下生成黑电平信号。行控制电路26和/或列读出电路28可以对在第一条件下生成的该第一组黑电平信号执行读出操作，并且使用第一组黑电平信号来对部分104中的有源像素执行黑电平校正。另外，对于相同的图像帧，行控制电路26和/或列读出电路28(图2)还可在与部分106中的有源像素相同的条件下(例如，以与之相同的方式)操作部分150中的共享ob像素，以在该第二条件下生成黑电平信号。行控制电路26和/或列读出电路28可以对在第二条
件下生成的该第二组黑电平信号执行读出操作，并且使用第二组黑电平信号来对部分106中的有源像素执行黑电平校正。
60.通过生成两组不同的黑电平信号(在非重叠时间段期间单独读出)，部分150中的ob像素可由有源像素部分104和106共享。两个单独的读出操作可相对于不同行的有源像素的读出操作在任何合适的时间发生。
61.图8的示例仅是例示性的。如果需要，部分150中的共享ob像素可被放置在阵列20中的任何合适的位置处。如果需要，阵列20可包括一个或多个共享ob像素部分和/或一个或多个专用ob像素部分(例如，具有四个有源阵列部分和三个ob像素部分的阵列，其中一个ob像素部分由两个有源阵列部分共享)。如果需要，每个ob像素部分可由任何合适数量的不同有源像素部分共享(例如，相同的共享ob像素部分可收集暗电流电荷并对不同有源像素部分中的每一者执行对应的读出操作)。
62.图9是用于对像素阵列中的不同有源像素部分(例如，不同图块、不同组的行、不同区段等)执行黑电平校正操作的例示性流程图。一般来讲，用于像素阵列的控制电路(例如，图2中的行控制电路26、列读出电路28和/或控制和处理电路24)可被配置为控制像素阵列中的有源像素和ob像素以执行图9中的例示性步骤。例如，控制电路可包括用于存储控制像素阵列中的像素的(软件/固件)指令的存储电路(例如，非暂态计算机可读介质)，并且可包括用于处理这些指令以执行图9中的例示性步骤的处理电路。
63.如图9所示，在步骤162处，控制电路可控制第一组有源像素以在第一操作条件或环境下(例如，使用第一控制方案)执行读出操作。
64.在步骤164处，控制电路可控制第一组ob像素以在第一操作条件或环境下执行读出操作，从而生成第一组黑电平信号。
65.在步骤166处，控制电路可控制第二组有源像素以在第二操作条件或环境下(例如，使用第二控制方案)执行读出操作。
66.在步骤168处，控制电路可控制第二组ob像素(或共享方案中的相同第一组ob像素)以在第二操作条件或环境下执行读出操作，从而生成第二组黑电平信号。
67.在步骤170处，控制电路(例如，控制电路中的信号处理电路)可以使用第一组黑电平信号对来自第一组有源像素的图像信号执行黑电平校正操作，并且可以使用第二组黑电平信号对来自第二组有源像素的图像信号执行黑电平校正操作。例如，可通过从相应图像信号中减去对应的黑电平信号来实现黑电平校正操作。如果需要，可在减法操作之前处理或修改黑电平信号和/或图像信号。
68.图9所示的步骤仅仅是例示性的。如果需要，步骤162、164、166、168和170中的一个或多个可以不同的顺序发生(例如，步骤170的第一部分可以在步骤166之前发生，步骤166可以在步骤164之前发生等)。如果需要，这些步骤162、164、166、168和170的一个或多个部分可以同时发生。如果需要，可对图9的流程图进行任何合适的修改(例如，可针对附加组的有源像素执行对附加组的黑电平信号的附加读出操作和附加黑电平校正操作)。
69.虽然图9的流程图描述了与和执行读出操作(例如，类似于结合图4的描述)相关联的不同条件相关的步骤，但这仅仅是例示性的。如果需要，在一些系统或配置中(例如，在图7的配置中)，步骤162通常可适于在以第一操作条件或模式操作时(例如，使用与第一分辨率、第一动态范围、像素的第一图块、第一积聚时间等相关联的第一控制方案)从第一组有
源像素生成第一组图像信号，步骤164通常可适于在以第一操作条件或模式操作时从第一组ob像素生成第一组黑电平信号，步骤166通常可适于在以第二操作条件或模式操作时(例如，使用与第二分辨率、第二动态范围、像素的第二图块、第二积聚时间等相关联的第二控制方案)从第二组有源像素生成第二组图像信号，并且步骤168通常可适于在以第二操作条件或模式操作时从第二组ob像素(或共享方案中的相同第一组ob像素)生成第二组黑电平信号。
70.已经描述了各种实施方案，示出了用于减少由像素阵列中的不同有源像素部分生成的图像信号中的噪声的系统和方法。
71.例如，图像传感器可包括具有有源像素和暗像素的图像传感器像素阵列、行控制电路和列读出电路。行控制电路(与列读出电路结合)可被配置为：在第一操作条件下控制第一组有源像素以生成第一组图像信号，在第一操作条件下控制第一组暗像素以为第一组图像信号生成第一组黑电平信号，在第二操作条件下控制第二组有源像素以生成第二组图像信号，并且在所述第二操作条件下控制第二组暗像素以为所述第二组图像信号生成第二组黑电平信号。第一组暗像素可形成图像传感器像素阵列中的至少一个像素行，并且第二组暗像素可形成图像传感器像素阵列中的至少一个像素行。第一组有源像素可形成图像传感器像素阵列中的第一组像素行，并且第二组有源像素可形成图像传感器像素阵列中的第二组像素行。
72.如果需要，行控制电路可被配置为通过在所述第一组有源像素中的每一者中和所述第一组暗像素中的每一者中的抗光晕晶体管处于生效状态时对第一组图像信号和第一组黑电平信号执行读出操作而在第一操作条件下控制第一组有源像素和第一组暗像素。如果需要，行控制电路可被配置为通过在所述第二组有源像素中的每一者中和所述第二组暗像素中的每一者中的抗光晕晶体管处于失效状态时对第二组图像信号和第二组黑电平信号执行附加读出操作而在第二操作条件下控制第二组有源像素和第二组暗像素。
73.如果需要，有源像素和暗像素中的每一者可具有相同的像素配置。具体地讲，有源像素和暗像素中的每一者可包括光敏元件、浮动扩散区和局部电荷存储区，并且行控制电路可被配置为以全局快门操作模式操作有源像素和暗像素。
74.如果需要，第一组暗像素和第二组暗像素可形成一组共享的暗像素。如果需要，行控制电路可被配置为在第一操作条件下控制第一组暗像素和第二组暗像素，以在第一时间段期间为第一组图像信号生成第一组黑电平信号，并且可被配置为在第二操作条件下控制第一组暗像素和第二组暗像素，以在第二时间段期间为第二组图像信号生成第二组黑电平信号。
75.又如，用于图像信号的黑电平校正的方法可包括：使用第一控制方案控制第一组有源图像传感器像素以生成第一组图像信号，使用第二控制方案控制第二组有源图像传感器像素以生成第二组图像信号，使用所述第一控制方案控制光学屏蔽的图像传感器像素以生成第一组黑电平信号，使用所述第二控制方案控制所述光学屏蔽的图像传感器像素以生成第二组黑电平信号，使用所述第一组黑电平信号对所述第一组图像信号执行黑电平校正操作；以及使用第二组黑电平信号对第二组图像信号执行附加黑电平校正操作。
76.在一种情况下，可在第一时间段期间生成第一组黑电平信号，并且可在第二时间段期间生成第二组黑电平信号。在另一种情况下，第一组光学屏蔽的图像传感器像素可生
成第一组黑电平信号，并且第二组光学屏蔽的图像传感器像素可生成第二组黑电平信号。
77.如果需要，第一组有源图像传感器像素和第二组有源图像传感器像素可各自跨越跨图像传感器阵列的有源像素部分的整行。如果需要，第一组有源图像传感器像素和第二组有源图像传感器像素可各自仅部分跨越跨图像传感器阵列的有源像素部分的行。
78.又如，用于图像信号的黑电平校正的方法可包括：通过以第一方式处理图像场景来控制第一组有源图像传感器像素以生成第一组图像信号，通过以第二方式处理所述图像场景来控制第二组有源图像传感器像素以生成第二组图像信号，通过模拟以所述第一方式对所述图像场景的所述处理来控制第一组暗图像传感器像素以生成第一组黑电平信号，通过模拟以所述第二方式对所述图像场景的所述处理来控制第二组暗图像传感器像素以生成第二组黑电平信号，使用所述第一组黑电平信号对所述第一组图像信号执行黑电平校正操作，并且使用所述第二组黑电平信号对所述第二组图像信号执行附加黑电平校正操作。
79.如果需要，以第一方式和第二方式处理图像场景与动态范围的差异或分辨率的差异相关联。
80.根据一个实施方案，图像传感器可包括：具有有源像素和暗像素的图像传感器像素阵列；和耦接到有源像素和暗像素的行控制电路。该行控制电路可被配置为：
81.在第一操作条件下控制第一组有源像素以生成第一组图像信号，在第一操作条件下控制第一组暗像素以为第一组图像信号生成第一组黑电平信号，在第二操作条件下控制第二组有源像素以生成第二组图像信号，并且在所述第二操作条件下控制第二组暗像素以为所述第二组图像信号生成第二组黑电平信号。
82.根据另一个实施方案，第一组暗像素可形成图像传感器像素阵列中的至少一个像素行，并且第二组暗像素可形成图像传感器像素阵列中的至少一个像素行。
83.根据另一个实施方案，第一组有源像素可形成图像传感器像素阵列中的第一组像素行，并且第二组有源像素可形成图像传感器像素阵列中的第二组像素行。
84.根据另一个实施方案，行控制电路可被配置为通过在所述第一组有源像素中的每一者中和所述第一组暗像素中的每一者中的相同类型的晶体管处于第一状态时对第一组图像信号和第一组黑电平信号执行读出操作而在第一操作条件下控制第一组有源像素和第一组暗像素。
85.根据另一个实施方案，行控制电路可被配置为通过在所述第二组有源像素中的每一者中和所述第二组暗像素中的每一者中的相同类型的晶体管处于第二状态时对第二组图像信号和第二组黑电平信号执行附加读出操作而在第二操作条件下控制第二组有源像素和第二组暗像素。
86.根据另一个实施方案，相同类型的晶体管可以是抗光晕晶体管。
87.根据另一个实施方案，第一状态可以是抗光晕晶体管的生效状态，并且第二状态可以是抗光晕晶体管的失效状态。
88.根据另一个实施方案，有源像素和暗像素中的每一者可具有相同的像素配置。
89.根据另一个实施方案，有源像素和暗像素中的每一者包括光敏元件、浮动扩散区和局部电荷存储区，并且行控制电路可被配置为以全局快门操作模式操作有源像素和暗像素。
90.在另一个实施方案中，所述第一组暗像素和所述第二组暗像素可形成一组共享的
暗像素，并且所述行控制电路可被配置为在所述第一操作条件下控制所述第一组所述暗像素和所述第二组所述暗像素以在第一时间段期间为所述第一组图像信号生成所述第一组黑电平信号，并且可被配置为在所述第二操作条件下控制所述第一组所述暗像素和所述第二组所述暗像素以在第二时间段期间为所述第二组图像信号生成所述第二组黑电平信号。
91.根据一个实施方案，用于图像信号的黑电平校正的方法可包括：使用第一控制方案控制第一组有源图像传感器像素以生成第一组图像信号；使用第二控制方案控制第二组有源图像传感器像素以生成第二组图像信号；使用所述第一控制方案控制光学屏蔽的图像传感器像素以生成第一组黑电平信号；使用所述第二控制方案控制所述光学屏蔽的图像传感器像素以生成第二组黑电平信号；使用所述第一组黑电平信号对所述第一组图像信号执行黑电平校正操作；以及使用第二组黑电平信号对第二组图像信号执行附加黑电平校正操作。
92.根据另一个实施方案，使用第一控制方案控制光学屏蔽的图像传感器像素以生成第一组黑电平信号可包括在第一时间段期间生成第一组黑电平信号，并且使用第二控制方案控制光学屏蔽的图像传感器像素以生成第二组黑电平信号可包括在第二时间段期间生成第二组黑电平信号。
93.根据另一个实施方案，使用第一控制方案控制光学屏蔽的图像传感器像素以生成第一组黑电平信号可包括使用第一组光学屏蔽的图像传感器像素生成第一组黑电平信号，并且使用第二控制方案控制光学屏蔽的图像传感器像素以生成第二组黑电平信号可包括使用第二组光学屏蔽的图像传感器像素生成第二组黑电平信号。
94.根据另一个实施方案，使用第一控制方案控制第一组有源图像传感器像素以生成第一组图像信号并且使用第二控制方案控制第二组有源图像传感器像素以生成第二组图像信号可包括以全局快门操作模式操作第一组有源图像传感器像素和第二组有源图像传感器像素。
95.根据另一个实施方案，使用第一控制方案控制第一组有源图像传感器像素以生成第一组图像信号并且使用第一控制方案控制光学屏蔽的图像传感器像素以生成第一组黑电平信号可包括在每个像素中的对应抗光晕晶体管生效时执行每个信号读出操作。
96.根据另一个实施方案，使用所述第二控制方案控制所述第二组有源图像传感器像素以生成所述第二组图像信号并且使用所述第二控制方案控制所述光学屏蔽的图像传感器像素以生成第二组黑电平信号可包括在每个像素中的对应抗光晕晶体管失效时执行每个信号读出操作。
97.根据另一个实施方案，第一组有源图像传感器像素和第二组有源图像传感器像素可各自跨越跨图像传感器阵列的有源像素部分的整行。
98.根据另一个实施方案，第一组有源图像传感器像素和第二组有源图像传感器像素可各自仅部分地跨越跨图像传感器阵列的有源像素部分的行。
99.根据一个实施方案，用于图像信号的黑电平校正的方法可包括：通过以第一方式处理图像场景来控制第一组有源图像传感器像素以生成第一组图像信号；通过以第二方式处理所述图像场景来控制第二组有源图像传感器像素以生成第二组图像信号；通过模拟以所述第一方式对所述图像场景的所述处理来控制第一组暗图像传感器像素以生成第一组黑电平信号；通过模拟以所述第二方式对所述图像场景的所述处理来控制第二组暗图像传
感器像素以生成第二组黑电平信号；使用所述第一组黑电平信号对所述第一组图像信号执行黑电平校正操作；以及使用第二组黑电平信号对第二组图像信号执行附加黑电平校正操作。
100.根据另一个实施方案，以第一方式和第二方式处理图像场景可与动态范围的差异或分辨率的差异相关联。
101.前述内容仅仅是对本发明原理的例示性说明，本领域技术人员可以在不脱离本发明的范围和实质的前提下进行多种修改。上述实施方案可单个实施或以任意组合方式实施。