影像信號處理電路、拍攝裝置和影像信號處理方法
2023-06-20 03:23:41
專利名稱：影像信號處理電路、拍攝裝置和影像信號處理方法
技術領域：
本發明涉及影像信號處理電路、拍攝裝置和影像信號處理方法。
背景技術：
作為現有技術，數位相機等拍攝裝置中搭載有模擬信號處理部，進行模擬信號處 理，將從以CCD (電荷耦合器件，Charge Coupled Device)或MOS (金屬氧化物半導體，Metal Oxide Semiconductor)傳感器為代表的拍攝元件輸出的模擬影像信號轉換為數字影像信號。JP2008-289136號公報中公開了第1技術，涉及現有的模擬信號處理部，在消隱 (blanking)期間依然持續對模擬信號處理部供電，通過停止對模擬信號處理部的時鐘信號 而停止模擬信號處理。另外，在JP2008-289136號公報中，公開了第2技術，在消隱期間通過截斷對模擬 信號處理部的一部分的供電，而停止模擬信號處理。基於這些第1技術和第2技術使消隱期間的模擬信號處理部的功能停止，可以降 低裝置的功耗。然而，上述專利文獻的第1技術中，因為在消隱期間停止對模擬信號處理部的時 鍾信號而停止模擬信號處理，所以可以降低功耗，但在實施模擬信號處理時，無法降低功 耗。另外，上述專利文獻的第2技術中，因為在消隱期間通過截斷對模擬信號處理部的一部 分的供電而停止模擬信號處理，所以可以降低功耗，但在實施模擬信號處理時，無法降低功
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發明內容
本發明目的在於提供一種影像信號處理電路、拍攝裝置和影像信號處理方法，即 使在實施模擬信號處理時也能降低功耗。為達到上述目的，本發明的第1觀點所涉及的影像信號處理電路，其特徵在於，包 括放大單元，放大模擬影像信號，該模擬影像信號根據驅動期間按像素單位從該拍 攝元件依次輸出，且根據像素中所積蓄的電荷量而電平改變；定時發生單元，在不同的定時 輸出第1脈衝信號和第2脈衝信號；第1採樣保持電路，在給與所述第1脈衝信號的定時對 所述放大單元輸出的模擬影像信號採樣，並保持該模擬影像信號的電平；第2採樣保持電 路，在給與所述第2脈衝信號的定時對所述放大單元輸出的模擬影像信號採樣，並保持該 模擬影像信號的電平；獲取單元，獲取由所述第1採樣保持電路所保持的模擬影像信號的 電平與所述第2採樣保持電路所保持的模擬影像信號的電平的差分；模擬數字轉換單元， 基於所述獲取單元所求出的差，求出所述模擬影像信號所對應的數字影像信號；和變更單 元，根據所述驅動期間，使對所述第1採樣保持電路給與所述第1脈衝信號的定時、對所述 第2採樣保持電路給與所述第2脈衝信號的定時和所述偏置電流變更。
為達到上述目的，本發明的第2觀點所涉及的拍攝裝置，其特徵在於，包括本發明的第1觀點所涉及的影像信號處理電路；和記錄單元，對由模擬數字轉換 單元所得到的數字影像信號實施規定的處理，將其處理結果所得的數據記錄至記錄介質。為達到上述目的，本發明的第3觀點所涉及的影像信號處理方法，其特徵在於，包 括放大步驟，放大模擬影像信號，該模擬影像信號根據驅動期間按像素單位從該拍 攝元件依次輸出，且根據像素中所積蓄的電荷量而電平改變；定時發生步驟，在不同的定時 輸出第1脈衝信號和第2脈衝信號；第1採樣保持步驟，在給與所述第1脈衝信號的定時 對所述放大步驟輸出的模擬影像信號採樣，並保持該模擬影像信號的電平；第2採樣保持 步驟，在給與所述第2脈衝信號的定時對所述放大步驟輸出的模擬影像信號採樣，並保持 該模擬影像信號的電平；獲取步驟，獲取由所述第1採樣保持步驟所保持的模擬影像信號 的電平與所述第2採樣保持步驟所保持的模擬影像信號的電平的差分；和模擬數字轉換步 驟，基於所述獲取步驟所求出的差，求出所述模擬影像信號所對應的數字影像信號；根據所 述驅動期間，使生成所述第1脈衝信號的定時、生成所述第2脈衝信號的定時和所述偏置電 流改變。
圖1是表示本發明的實施方式所涉及的數位相機的結構圖。圖2是表示模擬信號處理電路的概要的結構圖。圖3是表示一般的C⑶的像素構造的圖。圖4是表示1場的定時的概要的圖。圖5是CCD所輸出的模擬影像信號的波形與脈衝信號的定時的說明圖。
具體實施例方式以下基於附圖，對本發明的實施方式進行詳細說明。圖1是表示本發明的實施方式所涉及的數位相機的結構圖。作為拍攝裝置的數位相機，具有控制裝置整體的控制部10 ；透鏡20 ；作為拍攝元 件的CCD (電荷耦合器件，Charge Coupled Device) 30 ；透鏡驅動器40 ；作為影像信號處理 電路的模擬信號處理電路50 ；操作部60 ；和顯示部70。操作部60由與控制部10連接的快門按鈕、開關等構成，使用者可以輸入。顯示部70由液晶顯示器等而構成，進行顯示已拍攝圖像、輔助使用者的操作的顯 不等。控制部10由CPU(中央處理器，Central Processing Unit)而構成。控制部10 連接了用於進行各種處理而使用的DRAM(動態隨機存取存儲器，Dynamic Random Access Memory) 11、和存儲圖像數據等的閃速存儲器12。另外，控制部10也可以連接MD (迷你磁碟， Mini Disc)、CD_R(可錄光碟，Compact Disc Recordable)等其它的可移動存儲介質13，具 有與閃速存儲器12同樣的功能。透鏡20在(XD30的傳感器面聚光，使圖像成像。對於(XD30的透鏡20的位置調 整，由透鏡驅動器40基於來自控制部10的指示而進行。
(XD30對通過透鏡20所給與的拍攝圖像作光電轉換，對每個像素積蓄與接收光量 相應量的電荷，依次輸出每個像素的模擬影像信號。(XD30的輸出端與模擬信號處理電路50連接。圖2是表示模擬信號處理電路50的概要的結構圖。模擬信號處理電路50是將從CCD30所給與的模擬影像信號轉換為數字影像信 號的電路。模擬信號處理電路50具有放大電路51，與(XD30連接；OB(光學黑，optical black)鉗位(clamp)電路52，與放大電路51的輸出端連接；相關雙採樣電路(CDS) 53 ；自 動增益控制電路(AGC) 54 ；模擬數字轉換電路(ADC) 55 ；和定時發生器56。放大電路51通過從電源給與的偏置電流，放大從(XD30所給與的模擬影像信號。 放大電路51的輸出電流根據偏置電流的電流值而變化。OB鉗位電路52對放大電路51的輸出信號，以後述的光學黑(OB)區域的值作為黑 的基準值而鉗位。相關雙採樣電路53具有對OB鉗位電路52的輸出信號採樣並保持的2個採樣保 持電路(S. H) 53a,53b0採樣保持電路53a具有對OB鉗位電路52的輸出信號的電壓充電並 保持的電容器Ca。採樣保持電路53b具有對OB鉗位電路52的輸出信號的電壓充電並保持 的電容器Cb。電容器Ca、Cb由通過了 OB鉗位電路52的放大電路51的輸出電流充電。採樣保持電路53a、53b的輸出端分別連接差動放大器53c的2個輸入端。差動放 大器53c的輸出端與自動增益控制電路54連接。自動增益控制電路54的輸出端與模擬數 字轉換電路55連接。模擬數字轉換電路55的輸出端與控制部10連接。定時發生器56，使表示採樣保持電路53a的採樣定時的脈衝信號DS1、和表示採樣 保持電路53b的採樣定時的脈衝信號DS2交替產生，並且基於控制部10的控制，生成設定 使來自CCD30的像素單位的圖像數據依次輸出的定時的脈衝信號DS3。接下來，說明將拍攝圖像所對應的模擬影像信號變換為數字影像信號、使拍攝圖 像存儲於閃速存儲器12的工作。通過鬆開電子快門，來自拍攝對象的光通過透鏡20到達(XD30的傳感器面，在 CCD30的傳感器面的每個像素積蓄與光的亮度相對應的量的電荷。圖3是表示一般的CXD的像素構造的圖。(XD30的傳感器面一般為矩形，而其上下左右的邊緣部被Al (鋁)遮光，成為OB區 域。CCD30的傳感器面的中央部成為存在彩色濾鏡的有效像素區域。圖4是表示1場的定時的概要的圖。1場中依次配置垂直回掃期，為了表示該1場的開始，(XD30不輸出像素數據；垂 直OB期(垂直0B)，輸出CCD30的傳感器面的下端部側的OB區域的像素數據；多個水平傳 輸期(1H、2H、…)，向水平方向分別傳輸1線(line)的像素數據；和垂直OB期，(XD30輸 出傳感器面的上端部側的OB區域的像素數據。各水平傳輸期(1H、2H、…)中依次配置水平回掃期、垂直傳輸期、水平OB期(水 平0B)、有效像素數據輸出期(有效像素數據輸出)和水平OB期(水平0B)。水平回掃期，是為了表示水平傳輸期的開始，CCD30不輸出像素數據的期間。垂直 傳輸期是CCD30在垂直方向上傳輸相當於輸出對象的像素數據的電荷、向其CCD30所具有 的未圖示的水平傳輸用CCD移動的期間。
緊接著垂直傳輸期的水平OB期，是(XD30輸出(XD30的傳感器面的左端部側的OB 區域的像素數據的期間。有效像素數據輸出期，是水平方向的有效圖像數據從CCD30依次 輸出的期間。緊接著有效圖像數據輸出期的水平OB期，是CCD30輸出CCD30的傳感器面的 右端部側的OB區域的像素數據的期間。對於這樣的1場的處理，控制部10向定時發生器56給與指示，設定脈衝信號DS1、 DS2、DS3的發生定時。並且，控制部10通過控制從電源流向放大電路51的偏置電流，控制 放大電路51的輸出電流。定時發生器56在垂直回掃期、水平回掃期和垂直傳輸期，基於來自控制部10的指 示，不生成脈衝信號DS3，而只生成脈衝信號DS1、DS2。在其它期間，在規定的定時，生成脈 衝信號DS1、DS2和DS3。因為在垂直回掃期、水平回掃期和垂直傳輸期中不給與脈衝信號DS3，所以(XD30 不輸出每個像素的模擬影像信號。與此相對，因為在垂直OB期、水平OB期、有效像素數據輸出期中給與脈衝信號 DS3，所以(XD30輸出每個像素的模擬影像信號。圖5是(XD30輸出的模擬影像信號的波形與脈衝信號DS1、DS2的定時的說明圖。在CCD30所輸出的每個像素的模擬影像信號中，如圖5所示，每個像素有復位 (reset)期、饋通(feed through)期和信號期。根據(XD30的像素中所積蓄的電荷量，模擬 影像信號的饋通期的電平變為信號期的電平。由此，模擬影像信號的饋通期的電平與信號 期的電平之差，成為表示由來自拍攝對象的光所積蓄的電荷量的電壓，也就是像素數據。控制部10向定時發生器56發出指示，使脈衝信號DSl生成，在饋通期使採樣保持 電路53a對模擬影像信號採樣並保持。另外，控制部10向定時發生器56發出指示，使脈衝 信號DS2生成，在信號期使採樣保持電路53b對模擬影像信號採樣並保持。採樣保持電路53a、53b所保持的各模擬影像信號的電平，在差動放大器53c中求 出差分，成為像素數據。差動放大器53c中求出差分的圖像數據，在自動增益控制電路54維持一定，由模 擬數字轉換電路55變換為數字影像數據。此處，有效像素區域的像素數據的信噪(S/N)比，很大程度上依賴於生成脈衝信 號DS1、DS2的定時。另一方面，生成脈衝信號DSl、DS2的定時，對流過放大電路51的偏置 電流和功耗造成影響。由此，控制部10根據垂直回掃期、水平回掃期以及垂直傳輸期與其它的期間，而 改變生成脈衝信號DS1、DS2的定時。控制部10設定生成脈衝信號DS1、DS2的定時，使垂直OB期、水平OB期、有效像素 數據輸出期中，在CCD30的輸出信號的饋通期和信號期CCD30的輸出信號最為平坦的定時， 採樣保持電路53a、53b對(XD30的輸出信號採樣。由此，可以提高垂直OB期、水平OB期、 有效像素數據輸出期的信噪比。垂直回掃期、水平回掃期和垂直傳輸期中，如圖5所示，脈衝信號DSl與脈衝信號 DS2之間的時間設為Tl，該脈衝信號DS2與接下來的脈衝信號DSl之間的時間設為T2時， 控制部10設定生成脈衝信號DS1、DS2的定時，使Tl T2為1 1。放大電路51的偏置電流與時間Tl成反比。這樣的原因是，時間Tl變短時，對採
7樣保持電路53b的採樣保持的電容器Cb的充電時間也需要變短，所以使放大電路51的偏 置電流增加，使成為電容器Cb的充電電流的放大電路51的輸出電流增加。同理，放大電路51的偏置電流也與時間T2成反比。於是，(XD30的輸出信號的周 期表示為S( = T1+T2)，放大電路51的偏置電流I表示為T1、T2的函數時，成為Ι(Τ1，Τ2) = Κ1/Τ1+Κ2/Τ2(Κ1、Κ2 為比例常數)= Κ1/Τ1+Κ2/(S-Tl)。通過將I (Tl，Τ2)微分，可知在Tl = Τ2 = 2/S時，I (Tl，Τ2)取得最小值。也就是說，通過設定生成脈衝信號DS1、DS2的定時，使Tl T2 = 1 1，而使偏 置電流減少，可降低拍攝裝置的功耗。控制部10將從模擬數字轉換電路55給與的數字影像信號積蓄於DRAMl 1，在進行 不需要的數據的去除、壓縮、噪聲去除等處理之後，存儲於閃速存儲器12中。如上，本實施方式的數位相機，可以不停止模擬信號處理電路50的模擬信號處理 中的相關雙採樣處理，而降低功耗。另外，本實施方式的數位相機，因為不是通過截斷從電源提供至模擬信號處理電 路50的偏置電流等而實現低功耗的，所以可防止由於偏置電流等的截斷和提供的反覆而 引起的模擬信號處理電路50的工作不穩定。另外，本發明不限於上述實施方式，還可有各種變形和應用。(1)上述實施方式中，控制部10設定垂直回掃期、水平回掃期和垂直傳輸期中生 成脈衝信號DS1、DS2的定時，使Tl T2為1 1 ；然而也可以設定生成脈衝信號DS1、DS2 的定時，使垂直OB期和水平OB期也是Tl T2為1 1。設定生成脈衝信號DSl、DS2的定時，使Tl T2為1 1時，採樣保持電路53a、 53b也不一定在饋通期和信號期中為最平坦的定時對CCD30的輸出信號採樣。因此，採樣保 持電路53a、53b的保持電壓中有可能含有噪聲。然而，因為垂直OB期和水平OB期的(XD30 的輸出信號不作為有效像素的圖像數據而使用，所以即使含有噪聲也沒有問題。由此，通過 設定生成脈衝信號DS1、DS2的定時，使Tl T2為1 1，可得到不會受到噪聲的影響、能 夠降低垂直OB期和水平OB期的功耗的效果。(2)上述實施方式中，降低對已拍攝的圖像的從CCD30輸出的模擬影像信號轉換 為數字影像信號的過程中的功耗。與此相對，也可以在強制去除CCD30的垂直傳輸路中積 存的拖尾(smear)分量、或由暗電流所產生的電荷時(高速掃描)，設定生成脈衝信號DS1、 DS2的定時，使Tl T2為1 1。設定生成脈衝信號DSl、DS2的定時，使Tl T2為1 1時，採樣保持電路53a、 53b也不一定在饋通期和信號期中為最平坦的定時對CCD30的輸出信號採樣。因此，採樣保 持電路53a、53b的保持電壓中有可能含有噪聲。然而，因為高速掃描時的CCD30的輸出信 號不作為有效像素的圖像數據而使用，所以即使含有噪聲也沒有問題。由此，高速掃描時通 過設定生成脈衝信號DS1、DS2的定時，使Tl T2為1 1，可得到不會受到噪聲的影響、 能夠降低高速掃描時的功耗的效果。(3)也可以在伴隨快門按鈕按下的曝光期，設定生成脈衝信號DS1、DS2的定時，使 Tl T2 為 1 1。設定生成脈衝信號DSl、DS2的定時，使Tl T2為1 1時，採樣保持電路53a、53b也不一定在饋通期和信號期中為最平坦的定時對CCD30的輸出信號採樣。然而，因為在 伴隨快門按鈕按下的曝光期，CCD30不輸出每個像素的模擬影像信號，所以即使設定生成脈 衝信號DS1、DS2的定時，使Tl T2為1 1也沒有問題。由此，在伴隨快門按鈕按下的曝 光期，設定生成脈衝信號DS1、DS2的定時，使Tl T2為1 1，可得到不會受到噪聲的影 響、能夠降低在伴隨快門按鈕按下的曝光期的功耗的效果。(4) 一般的數位相機具有連拍模式和自動模式，連拍模式是由於可調焦的被攝體 與該數位相機間的距離短，所以其可調焦的範圍窄；自動模式是由於可調焦的被攝體與數 碼相機間的距離長，所以其可調焦的範圍寬。例如，將拍攝模式從連拍模式切換至自動模式 時，CCD30輸出就在切換之前CCD30中積蓄的電荷所對應的模擬影像信號，然而此處輸出的 模擬影像信號不作為模式切換後的有效像素的圖像數據而利用。由此，在將拍攝模式從連 拍模式切換至自動模式時，可以設定生成脈衝信號DS1、DS2的定時，使Tl T2為1 1。設定生成脈衝信號DS1、DS2的定時，使Tl T2為1 1時，採樣保持電路53a、53b 也不一定在饋通期和信號期中為最平坦的定時對CCD30的輸出信號採樣。因此，採樣保持 電路53a、53b的保持電壓中有可能含有噪聲。然而，因為使拍攝模式從連拍模式切換至自 動模式時的CCD30的輸出信號不作為有效像素的圖像數據而使用，所以即使含有噪聲也沒 有問題。由此，在伴隨快門按下的曝光期間，設定生成脈衝信號DS1、DS2的定時，使Tl T2 為1 1，可得到不會受到噪聲的影響、能夠降低使拍攝模式從連拍模式切換時的功耗的效
果 ο(5)在切換發生脈衝信號DS1、DS2的定時和放大電路51的偏置電流時，在直到相 關雙採樣電路53的工作穩定為止需要時間的情況下，鑑於該時間，也可以控制生成脈衝信 號DS1、DS2的定時和切換放大電路51的偏置電流的定時。例如，從水平OB期轉移至有效 像素數據輸出期時，只在相關雙採樣電路53的工作從不穩定至穩定為止的時間，使偏置電 流的切換定時變快。由此，通過切換發生脈衝信號DS1、DS2的定時和放大電路51的偏置電 流，可得到能夠防止相關雙採樣電路53的工作變得不穩定的效果。
權利要求
一種影像信號處理電路，其特徵在於，具備放大單元，放大模擬影像信號，該模擬影像信號根據驅動期間按像素單位從該拍攝元件依次輸出，且根據像素中所積蓄的電荷量而電平改變；定時發生單元，在不同的定時輸出第1脈衝信號和第2脈衝信號；第1採樣保持電路，在給與所述第1脈衝信號的定時下對所述放大單元輸出的模擬影像信號採樣，並保持該模擬影像信號的電平；第2採樣保持電路，在給與所述第2脈衝信號的定時下對所述放大單元輸出的模擬影像信號採樣，並保持該模擬影像信號的電平；獲取單元，獲取由所述第1採樣保持電路所保持的模擬影像信號的電平與由所述第2採樣保持電路所保持的模擬影像信號的電平的差分；模擬數字轉換單元，基於所述獲取單元所求出的差，求出所述模擬影像信號所對應的數字影像信號；和變更單元，根據所述驅動期間，使對所述第1採樣保持電路給與所述第1脈衝信號的定時、對所述第2採樣保持電路給與所述第2脈衝信號的定時和所述偏置電流變更。
2.根據權利要求1所述的影像信號處理電路，其特徵在於，由所述變更單元，存在低功耗的驅動期間，在所述低功耗的驅動期間所述第1脈衝信 號和所述第2脈衝信號之間的時間、與該第2脈衝信號和其後的第1脈衝信號之間的時間 為 1 1。
3.根據權利要求1所述的影像信號處理電路，其特徵在於，所述拍攝元件，對每個像素存儲對應於拍攝圖像的電荷，將該每個像素的電荷在垂直 方向傳輸，轉移至水平傳輸路，從該水平傳輸路以像素單位作為所述模擬影像信號而輸出。
4.根據權利要求3所述的影像信號處理電路，其特徵在於，在所述低功耗的驅動期間中，包括所述拍攝元件在垂直方向傳輸所述每個像素的電荷 的期間。
5.根據權利要求2所述的影像信號處理電路，其特徵在於，在所述低功耗的驅動期間中，包括拍攝圖像中的光學黑區域的像素的模擬影像信號從 所述拍攝元件輸出的期間。
6.根據權利要求2所述的影像信號處理電路，其特徵在於，在所述低功耗的驅動期間中，包括所述拍攝元件輸出不需要的模擬影像信號的期間。
7.根據權利要求1所述的影像信號處理電路，其特徵在於，將對所述第1採樣保持電路給與所述第1脈衝信號的定時、對所述第2採樣保持電路 給與所述第2脈衝信號的定時和使所述偏置電流改變的變更定時，設為早於所述驅動期間 的切換定時。
8.一種拍攝裝置，具備權利要求1所述的影像信號處理電路；和記錄單元，對由模擬數字轉換單元所得到的數字影像信號實施規定的處理，將其處理 結果所得的數據記錄到記錄介質。
9.一種影像信號處理方法，其特徵在於，包括放大步驟，通過偏置電流放大模擬影像信號，該模擬影像信號根據驅動期間按像素單位從該拍攝元件依次輸出，且根據像素中所積蓄的電荷量而電平改變； 定時發生步驟，在不同的定時生成第1脈衝信號和第2脈衝信號； 第1採樣保持步驟，在給與所述第1脈衝信號的定時下對所述放大步驟輸出的模擬影 像信號採樣，並保持該模擬影像信號的電平；第2採樣保持步驟，在給與所述第2脈衝信號的定時下對所述放大步驟輸出的模擬影 像信號採樣，並保持該模擬影像信號的電平；獲取步驟，獲取由所述第1採樣保持步驟所保持的模擬影像信號的電平與由所述第2 採樣保持步驟所保持的模擬影像信號的電平的差分；和模擬數字轉換步驟，基於所述獲取步驟所求出的差，求出所述模擬影像信號所對應的 數字影像信號；根據所述驅動期間，使生成所述第1脈衝信號的定時、生成所述第2脈衝信號的定時和 所述偏置電流改變。
全文摘要
一種影像信號處理電路、拍攝裝置和影像信號處理方法。放大電路(51)放大根據驅動期間按像素單位從拍攝元件依次輸出且電平根據像素中積蓄的電荷量改變的模擬影像信號。定時發生器(56)在不同定時輸出第1脈衝信號和第2脈衝信號。採樣保持電路(53a、53b)分別在給與第1、第2脈衝信號的定時對放大電路輸出的模擬影像信號採樣並保持模擬影像信號電平。差動放大器(53c)求出分別在採樣保持電路中保持的模擬影像信號的電平之差。模擬數字轉換電路(55)基於該差，求出與模擬影像信號對應的數字影像信號。控制部根據驅動期間，使給與第1採樣保持電路第1脈衝信號的定時、給與第2採樣保持電路第2脈衝信號的定時和偏置電流變更。
文檔編號H04N5/232GK101931754SQ201010213208
公開日2010年12月29日 申請日期2010年6月12日 優先權日2009年6月19日
發明者中田浩之, 伊東孝司, 柏木基志 申請人:卡西歐計算機株式會社