圖像拾取設備及其噪聲減少方法

2023-06-04 02:45:56

專利名稱：圖像拾取設備及其噪聲減少方法
技術領域：
本發明涉及具有電荷耦合器件的諸如電視攝像機之類的圖像拾取設備；並且更具 體地涉及用於減少包括在從電子倍增電荷耦合器件輸出的圖像信號中的噪聲(例如，拖影 等)的方法。
背景技術：
具有電荷耦合器件的傳統的圖像拾取設備獲得從其中像素被遮光的光學黑體區 域中輸出的拖影(smear)信號，通過對行(line)的每一列的拖影信號進行平均來計算每一 行的拖影信號的平均值，並且從電荷耦合器件的預定像素輸出的圖像信號中減去平均值， 由此減少包括在從電荷耦合器件輸出的圖像信號中的噪聲，例如拖影等。此外，控制控制電荷耦合器件不發送在其圖像拾取區域中的預定行的圖像信 號，並且輸出用於允許非發送的行用作黑電平的信號行的拖影信號，由此減少噪聲，例 如拖影等(例如，參見日本專利申請公開No. 2008-177709,以及由TI於2005年5月 出品的 C246CYMB0 680X500 PIXELIMPACTRONTM COMPLEMENTARY COLOR CCD IMAGE SENS0RS0CS089)。然而，在上述現有技術中，從被遮光的光學黑體區域獲得拖影信號。因此，由於潛 在地包括在被遮光的光學黑體區域中的像素缺陷，當針對行的每一列對輸出的拖影信號進 行平均時，很難準確地計算平均值。因此，準確地校正拖影變得困難。此外，因為圖像拾取區域的一部分變成準光學黑體區域，所以減少了圖像拾取區 域。此外，在電荷耦合器件具有大量的被遮光的光學黑體區域的情況下，這限制了產生準光 學黑體。

發明內容
考慮到上述問題，本發明提供了一種圖像拾取設備，其能夠在不使用專門的光量 調節設備的情況下不考慮像素缺陷，通過獲得來自在電荷耦合器件中沒有像素缺陷的區域 的拖影信號來減少噪聲，例如從電荷耦合器件輸出的拖影等。本發明的圖像拾取設備包括電荷耦合器件，其具有圖像拾取區域和存儲區域； 控制單元，其用於在垂直消隱(blanking)時段，垂直傳輸不具有來自所述存儲區域的垂直 傳輸寄存器的像素信號的預定行數量的信號，並且將比所述圖像拾取區域的垂直傳輸寄存 器的行數量多所述預定行數量的行垂直傳輸到所述存儲區域的所述垂直傳輸寄存器；圖像 信號獲得單元，其用於獲得從所述電荷耦合器件的預定像素輸出的圖像信號作為第一圖像 信號；獲得單元，其用於獲得不具有所述存儲區域的像素信號的所述預定行數量的信號作 為第二圖像信號；以及校正單元，其用於從由所述圖像信號獲得單元獲得的所述第一圖像 信號減去與由所述獲得單元獲得的所述第二圖像信號相對應的值。圖像拾取設備還可以包括計算單元，其用於計算由所述獲得單元獲得的所述第二 圖像信號的行間平均值或行間中間值；抑制單元，其用於對由所述計算單元計算的信號執行高電平抑制；以及減法器，其用於從由所述圖像信號獲得單元獲得的所述第一圖像信號 中減去由所述抑制單元抑制的信號。圖像拾取設備還可以包括比較單元，其用於將由所述計算單元計算的所述第二圖 像信號與預定電平進行比較；以及切換單元，其用於根據所述比較單元的比較結果來切斷 所述抑制單元的輸出。根據本發明，包括具有圖像拾取區域和存儲區域的電荷耦合器件的圖像拾取設備 的噪聲減少方法包括在垂直消隱時段期間，垂直傳輸不具有來自所述存儲區域的垂直傳 輸寄存器的像素信號的預定行數量的信號，並且將比所述圖像拾取區域的垂直傳輸寄存器 的行數量多所述預定行數量的行垂直傳輸到所述存儲區域的所述垂直傳輸寄存器；獲得從 所述電荷耦合器件的預定像素輸出的圖像信號作為第一圖像信號；獲得不具有所述存儲區 域的像素信號的所述預定行數量的所述信號作為第二圖像信號；以及從由所述圖像信號獲 得單元獲得的所述第一圖像信號減去與由所述獲得單元獲得的所述第二圖像信號相對應 的值。噪聲減少方法可以包括對獲得的信號執行行間平均處理；以及基於電子倍增因子 對平均的信號執行高電平抑制；獲得從電子倍增電荷耦合器件的像素而非預定像素輸出的 圖像信號；以及從獲得的圖像信號減去抑制的信號。噪聲減少方法可以包括將平均的信號的電平與指定的電平相比較；以及根據比較 結果從圖像信號減去抑制的信號。根據本發明，通過正常地(普通速度)垂直傳輸電荷耦合器件的存儲區域中的預 定行；高速垂直傳輸比圖像拾取區域中的行數量多預定行數量的行；以及正常地垂直傳輸 比圖像拾取區域中的行數量少預定行數量的行，獲得不具有來自作為準光學黑體區域的電 荷耦合器件的圖像拾取區域的像素的圖像信號的拖影信號。此外，根據預定區域中的像素 的圖像信號電平對所獲得的拖影信號執行抑制，並且從圖像信號電平減去抑制的拖影信 號。因此，可以獲得帶有減少的噪聲(例如拖影等)的圖像信號而不考慮潛在地包括在被 遮光的光學黑體中的像素缺陷。


通過結合附圖給出的實施例的以下描述，本發明的目的和特徵將會變得清楚，在 附圖中圖1是示出根據本發明的實施例的圖像拾取設備的框圖；圖2是示出根據本發明的實施例的拖影校正單元的框圖；圖3是用於解釋根據本發明的實施例的電荷耦合器件的像素陣列的視圖；圖4是用於解釋驅動電荷耦合器件的方法的時序圖；圖5示出了在圖像拾取區域和存儲區域中如何垂直地傳輸電荷耦合器件的拖影 信號和圖像信號；圖6是用於解釋從電荷耦合器件輸出的拖影信號和圖像信號之間的關係的視圖；圖7是用於解釋從電子倍增電荷耦合器件輸出的拖影信號和圖像信號之間的關 系的視圖；圖8是用於解釋根據本發明的實施例的拖影校正信號的低電平和高電平抑制的
5視圖；圖9是用於解釋根據本發明的另一實施例的針對圖像信號電平的拖影校正的低 電平和高電平抑制的視圖；以及圖10是用於解釋根據本發明的又一實施例的拖影信號檢測和拖影校正的操作的 流程圖。
具體實施例方式現在將參考形成說明書的一部分的附圖來描述本發明的實施例。首先，將參考圖1和圖2描述根據本發明的實施例的圖像拾取設備。圖1是示出 根據本發明的實施例的圖像拾取設備的框圖。圖1中，附圖標記1指示圖像拾取設備，附圖標記2表示用於形成入射光的圖像的 透鏡單元，附圖標記3是電子倍增電荷耦合器件(EM-CCD)，該EM-CCD用於將從透鏡單元2 引入的光轉換成電信號，並且附圖標記4表示相關雙採樣(CDS)單元，該CDS單元用於消除 來自從EM-CCD 3輸出的信號中的噪聲。此外，附圖標記5指示放大器單元，其用於調節從⑶S單元4輸出的信號的增益， 附圖標記6是A/D轉換器(模擬數字轉換器)，其用於將從放大器單元5輸出的模擬信號 轉換成數位訊號A，而附圖標記7表示拖影校正單元，該拖影校正單元用於檢測和校正從 EM-CCD 3中輸出的噪聲信號，例如拖影等。附圖標記8是圖像信號處理單元，該圖像信號處理單元用於對從拖影校正單元7 輸出的信號L執行各種圖像處理，附圖標記9表示圖像信號輸出單元，該圖像信號輸出單元 用於將從圖像信號處理單元8輸出的信號轉換成預定類型的圖像信號以輸出圖像信號，附 圖標記10指示CXD驅動單元，該CXD驅動單元用於驅動EM-CXD 3和執行電子倍增的增益 控制，以及附圖標記11表示CPU(中央處理單元)，該CPU用於控制圖像拾取設備1的每一 個單元。此外，CPU 11通過信號H控制拖影校正單元7。從圖像信號輸出單元9輸出的預定類型的圖像信號是例如美國國家電視系統委 員會(NTSC)類型、逐行倒相(PAL)類型、高清晰度電視(HDTV)類型等的動態圖像或靜態圖像。圖2是示出了圖1中的拖影校正單元7的詳細的框圖。在圖2中，附圖標記701-1到701-n(n是自然數)表示存儲器單元，該存儲器單元 每一個用於存儲與單個掃描行(IH)相對應的數位訊號。附圖標記702指示加法器，該加 法器用於將來自存儲器單元701-1到701-n的輸出信號相加，並且附圖標記703是1/n單 元，該1/n單元用於將來自加法器702的輸出信號乘以1/n。附圖標記704和705表示延 遲單元，該延遲單元中的每一個將輸入信號延遲與單個像素相對應的延遲時間，附圖標記 706-708是乘法器單元，該乘法器單元中的每一個用於將輸入信號乘以預定倍增因子，並且 附圖標記709表示加法器，該加法器用於將來自乘法器單元706-708的輸出信號相加。附 圖標記710指示高電平抑制單元，該高電平抑制單元用於應用預定抑制到等於或高於預定 電平的信號，所述信號是從加法器709輸出的，以及附圖標記711表示低電平抑制單元，該 低電平抑制單元用於應用預定抑制到等於或低於預定電平的信號，所述信號是從高電平抑 制單元710輸出的。
此外，附圖標記713指示比較單元，該比較單元用於將從加法器709輸出的信號電 平與預定信號電平相比較，附圖標記712表示切換單元，該切換單元用於根據從比較單元 713輸出的比較結果來切換輸出信號，並且附圖標記714是減法器，該減法器用於從信號A 中減去信號g。附圖標記715表示控制單元，該控制單元用於根據輸入信號H輸出信號a、 b、c、d、e和f。附圖標記716是圖像信號電平檢測器，該圖像信號電平檢測器用於從信號A 檢測，例如從圖像拾取區域而非拖影信號檢測區域的像素中輸出的圖像信號的單個幀或場 的平均電平，稍後將對其進行描述。現在將參考圖1描述根據本發明的實施例的操作。圖像拾取設備1的EM-CXD 3將由透鏡單元2在光電轉換單元上成像的入射光光 電地轉換成電信號，並且將轉換的電信號輸出到CDS單元4。CDS單元4去除從EM-CCD 3輸 出的信號中的噪聲，並且將得到的信號輸出到放大器單元5。放大器單元5根據從CPU 11 中輸出的增益控制信號放大從CDS單元4輸出的信號，並且將放大的信號輸出到A/D轉換 器6。A/D轉換器6將從放大器單元5中輸出的模擬信號轉換為例如10比特的數位訊號， 並且將數位訊號A輸出到拖影校正單元7。拖影校正單元7檢測和校正源自EM-C⑶3的拖影信號，並且將信號L輸出到圖像 信號處理單元8。此外，圖像信號處理單元8對從拖影校正單元7輸出的信號L執行各種圖 像處理，並且將得到的信號輸出到圖像信號輸出單元9。圖像信號輸出單元9將從圖像信號 處理單元8輸出的信號轉換為預定類型的圖像信號，然後輸出它們。CCD驅動單元10基於 從CPU 11輸出的控制信號輸出用於驅動EM-CXD 3的信號。此外，CPU 11輸出用於控制拖 影校正單元7的信號H。CXD驅動單元10將由EM-CXD 3讀出的像素的位置信息傳輸給CPUl 1。可替代地， CPU 11可以命令C⑶驅動單元10讀取從EM-CXD 3輸出的信號的開始點。根據從圖像信號 處理單元8輸出的圖像信號，CPU 11將用於控制放大因子的信號輸出給放大器單元5，並且 將用於對EM-CXD 3中的電子倍增執行增益控制的信號輸出給C⑶驅動單元10。此外，CPU 11將帶有由EM-CCD 3讀出的像素的位置信息和關於EM-CCD 3中的電子倍增的增益比信息 的信號H發送給控制單元715，並且由此將信號a、b、c、d、e、和f從控制單元715輸出。接著，將描述拖影。拖影是指當由電荷耦合器件對點光(即，高照度對象)進行成 像時出現在點光上方和下方的光的模糊現象。即使光照度等於或低於電荷耦合器件的飽和 光照度，拖影也會發生。此外，拖影與成像光的光照度成比例。拖影影響了穿過對點光進行 成像的像素的、以垂直方向布置的所有像素。圖6示出了用於解釋從電荷耦合器件輸出的拖影信號和圖像信號之間的關係的 示例。電荷耦合器件的圖像信號在1001UX的入射光光照度下飽和並且電荷耦合器件的輸 出飽和電平為1.0V。拖影信號是圖像信號的10%，但是即使在圖像信號飽和後它仍然增 加。圖7示出了解釋當圖6中示出的電荷耦合器件是電子倍增類型並且電子倍增因子 被設置為1000倍時從電子倍增電荷耦合器件輸出的拖影信號和圖像信號之間的關係的示 例。電子倍增電荷耦合器件的圖像信號在0. Ilux的入射光光照度下飽和並且飽和電平為 1. OV0此外，拖影信號是圖像信號的10%，但是即使圖像信號飽和後拖影信號仍然增加。然 而，在1. Olux下拖影信號也飽和。
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在本實施例中，基於拖影的這些特徵，通過檢測來自準光學黑體區域的拖影信號 執行拖影信號校正，其中所述準光學黑體區域等價於像素被遮光的區域；並且，將拖影信號 從通過光電地轉換入射光而獲得的圖像信號中減去。現在將參考圖2-8描述根據本發明的實施例的從EM-CCD 3中輸出的拖影信號的 檢測和校正的操作。圖8是用於解釋根據本發明的實施例的拖影校正信號的低電平和高電 平抑制的視圖。圖3是解釋圖1中示出的EM-CXD 3的主要部分的圖。EM-CXD 3主要包括圖像拾 取區域、存儲區域、水平傳輸寄存器C、電子倍增單元D和輸出單元E。因為EM-CCD 3具有 圖像拾取區域和存儲區域，所以EM-CCD3具有被稱為FIT類型的幀行間傳輸類型。圖像拾取區域包括用於接收並且光電地轉換入射光的多個像素Sll-SNM和M列垂直傳輸寄存器部分A1-AM，並且由信號IAGl和IAG2執行控制。圖3中的圖像拾取區域示出 了像素陣列，其中一個方塊指示一個像素並且寫在方塊中的數字Sij指示像素的布局。也就 是說，i(i = 1，...，N)指示了行，並且j(j = 1，...，M)指示了列。將圖3中示出的電荷耦合器件的垂直傳輸寄存器分成圖像拾取區域和存儲區域。 在圖像拾取區域中，第一行的像素以Sll、S12、S13、S14、S15、……、和SlM的順序排列，第
二行的像素以S21、S22、S23、S24、S25、......、和S2M的順序排列，第三行的像素以S31、S32、
S33、S34、S35、......、和 S3M 的順序排列，第 N 行的像素以 SNl、SN2、SN3、SN4、SN5、......、
和S匪的順序排列。這裡，N和M都是自然數。此外，以與上述像素陣列相同的順序讀取像 素的信號。具體地說，以S11、S12、S13、……、和S匪的順序讀出信號。存儲區域由M列垂 直傳輸寄存器部分Bl-BM組成，並且由信號SAGl和SAG2執行控制。水平傳輸寄存器C基於逐個像素讀取從存儲區域的垂直傳輸寄存器部分Bl-BM傳 輸的圖像信號，並且由信號Hl和H2執行控制。電子倍增單元D執行從水平傳輸寄存器C 輸出的圖像信號的電子倍增，並且由信號EMl到EM4執行控制。輸出單元E將圖像信號輸 出到EM-CXD 3的外面，並且信號RG重置輸出單元E以產生重置電平。在本發明的實施例中，由圖3中示出的電荷耦合器件基於場或幀單元讀出圖像信 號和拖影信號。當圖像拾取區域內的垂直傳輸寄存器暴露於高光照度的入射光時產生拖影 信號。所以，通過驅動電荷耦合器件只讀取在垂直傳輸寄存器中產生的拖影信號，以使得在 不使用來自圖像拾取區域中獲得的像素的信號的情況下，從被提前垂直地傳輸的存儲區域 的預定行中讀取拖影信號。藉助該電荷耦合器件的驅動方法，可以減少從電荷耦合器件輸 出的噪聲(例如，拖影等)，而不考慮潛在地包括在被遮光的光學黑體中的像素缺陷。接著，將參考圖3-5描述驅動電荷耦合器件的方法，所述方法用於垂直地傳輸圖3 中示出的存儲區域(作為準光學黑體區域)中預定數量的行，並且從中讀取拖影信號。圖4 是用於解釋用於驅動電荷耦合器件的方法的時序圖，而圖5示出了在圖像拾取區域和存儲 區域如何垂直地傳輸電荷耦合器件的拖影信號和圖像信號。在本文中，假定行的總數(掃 描的行數量)為525，圖像拾取區域中的行數量為500，被遮光的光學黑體區域中的行數量 為4 (第一到第四行)，並且使用逐行掃描。EM-C⑶3將在圖像拾取區域中獲得的像素的信號正常地讀出到垂直傳輸寄存器 部分A1-AM，並且通過從垂直傳輸寄存器部分Al-AM到垂直傳輸寄存器部分Bl-BM的高速垂 直傳輸，將500行的像素的信號發送到存儲區域。然後，EM-CCD 3通過正常地垂直傳輸將信號從垂直傳輸寄存器部分Bl-BM發送到水平傳輸寄存器C，以從500行的像素中讀取信號。在本實施例中，已提前傳輸的存儲區域(即，準光學黑體區域)中的行變成黑電平 的信號行，藉由提前垂直傳輸脈衝，通過控制正常地垂直傳輸的存儲區域(具有500行)的 預定行數量(例如，與在本實施例中被遮光的光學黑體的數量相同的數量4)，由此使得該 行不具有像素信號；比圖像拾取區域的行數量多預定行數量的行(500+4行)將被高速垂直 傳輸；並且，比存儲區域的行數量少預定行數量的行(500-4行這些是具有來自像素的信 號)將被正常地垂直傳輸。因此，可以只輸出當對高光照度的入射光進行成像時產生的拖 影信號。也就是說，在不輸出來自EM-CCD 3的被遮光的光學黑體的拖影信號的情況下，可 以通過控制垂直傳輸來生成準光學黑體區域。此外，高速垂直傳輸比圖像拾取區域的行數量多4行的原因是可以通過使用拖影 信號來校正圖像信號，其中所述拖影信號是通過取消被遮光的光學黑體區域中的行信號 (在不使用它們作為圖像信號的情況下)並且通過從隨後被讀出到水平傳輸寄存器C的行 中取得具有像素的信號行，從準光學黑體時段獲得的。具體地說，EM-CXD 3通過信號IAGl和IAG2將來自圖像拾取區域中的像素的圖像 信號傳輸到垂直傳輸寄存器部分ΑΙ-AM。EM-CCD 3通過信號SAGl和SAG2，只正常地垂直 傳輸存儲區域中的準光學黑體區域的4行。此外，EM-CXD 3通過信號SAGl和SAG2，將來自 垂直傳輸寄存器部分Al-AM的像素的信號高速垂直傳輸到垂直傳輸寄存器部分B1-BM。因 此，EM-CCD 3高速垂直傳輸(已經提前傳輸的存儲區域的準光學黑體時段的)增加了 4行 的504行，並且圖像拾取區域的被遮光的光學黑體時段的第一到第四行的信號沒有被水平 傳輸寄存器C讀取而是被跳過了。通過要被讀取的信號SAGl和SAG2，EM-CXD 3將具有來 自像素的信號(具有來自第1到第496行的像素的信號的圖像信號第一圖像信號)的496 行從垂直傳輸寄存器部分Bl-BM傳輸到水平傳輸寄存器C。換句話說，將圖像拾取區域的第 1到第500行的信號正常地傳輸到要被讀取的水平傳輸寄存器C ；然而，在本實施例中，將作 為有效像素區域的圖像拾取區域的第5行到第500行信號傳輸到要被讀取的水平傳輸寄存 器C，並且被高速垂直傳輸的504行中不具有信號時段的4行(其是增加了 4行的504行中 的4行)沒有被傳輸到水平傳輸寄存器C。因此，將存儲區域的預讀的4行區域作為準光學 黑體區域，從而可以只輸出當對高光照度的入射光進行成像時產生的拖影信號(即，只具 有拖影信號沒有來自像素的信號的準光學黑體區域的信號第二圖像信號)。通過執行垂 直傳輸寄存器部分的這種驅動，可以只獲得拖影信號，而不考慮潛在地包括在EM-CCD 3的 被遮光的光學黑體中的像素缺陷。此外，在垂直消隱時段期間執行這些處理。將描述圖4中示出的時序圖。在脈衝11中，EM-CXD 3將來自像素的信號讀出到 垂直傳輸寄存器部分A。在脈衝Sl中，正常地傳輸垂直傳輸寄存器部分B的四行。這裡， EM-CXD 3將包括在4行中的純拖影信號輸出到拖影校正單元7。在脈衝12中，EM-CXD 3將 來自504行的像素的信號從垂直傳輸寄存器部分A(Al-AM)高速垂直傳輸到垂直傳輸寄存 器部分B(Bl-BM)。在脈衝S2中，EM-⑶D 3將504行的信號從垂直傳輸寄存器部分B高速 地傳輸到水平傳輸寄存器C。在此時，不將從存儲區域高速垂直傳輸的信號讀出到水平傳輸 寄存器C的尾部。在脈衝13中，EM-CXD 3將來自496行的像素的信號從垂直傳輸寄存器 部分A正常地垂直傳輸到垂直傳輸寄存器部分B。在脈衝S3中，EM-CCD 3將具有來自像素 的信號的496行從垂直傳輸寄存器部分B正常地垂直傳輸到水平傳輸寄存器C。
參考圖5將描述在圖像拾取區域和存儲區域中如何垂直地傳輸EM-CXD 3的拖影 信號和圖像信號。在圖5的⑴中，通過脈衝I1，EM-C⑶3從來自圖像拾取區域的像素中讀 出信號，然後，正常地傳輸存儲區域的4行。在圖5的(2)中，示出了正常地傳輸存儲區域 的4行之後的狀態。在圖5的(3)中，通過脈衝12，EM-CXD 3將來自504行的像素的信號 從圖像拾取區域高速垂直傳輸到存儲區域。在圖5的(4)中，通過脈衝S3，EM-CXD 3將來 自496行的像素的信號從存儲區域正常地垂直傳輸到水平傳輸寄存器C。在本實施例中，在 (1)和(2)之間，在存儲區域的準光學黑體時段讀出拖影信號。雖然在本實施例中將垂直傳輸寄存器部分Al-AM和Bl-BM中的每一個描述為由兩 相控制信號控制，但是它也可以由四相控制信號等控制。此外，雖然針對逐行掃描描述了本 實施例，但是也可以使用隔行掃描。此外，在本實施例中，提前垂直傳輸的存儲區域的預定行數量被設置為4，其與被 遮光的光學黑體時段的數量相同。但是，因為被遮光的光學黑體區域中的行數量隨著電荷 耦合器件變化，所以行數量不限定於4。如果提前垂直地傳輸的多於被遮光的光學黑體時段 區域的行數量的行，那麼增加平均的行數量，由此改善拖影校正的準確度，但是了降低能夠 成像的有效像素的數量。另一方面，如果提前垂直地傳輸少於被遮光的光學黑體時段區域 的行數量的行，那麼降低平均的行數量，其降低了拖影校正的準確性。但是，如果考慮到這 些效果，那麼行數量可以多於或少於被遮光的光學黑體時段區域的行數量。現在將參考圖2描述拖影信號的檢測和校正操作。首先，從圖2中輸入到拖影校正單元7的信號A開始，分別地將來自準光學黑體區 域的第一行到第四行的像素的信號存儲到圖2中示出的存儲器單元701-1到701-4中，同 時將來自準光學黑體的第η行的像素的信號存儲到存儲區域單元701-n中。在本實施例中， 將存儲器單元701-1到701-4用作具有4行的準光學黑體區域。一旦讀出來自圖像拾取區域中的像素的信號時就輸出存儲在存儲器單元701-1 到701-n中的信號。由從控制單元715中輸出的信號「a」控制存儲器單元701-1到701_n 的存儲和輸出。由加法器702將從存儲器單元701-1到701-n輸出的信號相加，並且由1/n 單元703將其乘以1/4倍。可以由存儲器單元701-1到701-n、加法器702和1/n單元703 針對預定拖影信號檢測區域中的行的每一列執行信號的平均。參考圖3，行間平均是指用 於將例如行Sll的第一列、行S21的第一列、行S31的第一列、行S41的第一列的信號相加， 並且將相加後的信號乘以1/n倍的過程。用這種方式，以行Sll到SlM的第二列、行Sll到 SlM的第三列，……、以及行Sll到SlM的第M列的順序執行針對每一行的平均處理。隨後，通過由延遲單元704和705、乘法器單元706到708以及加法器709形成的 低通濾波器，將高頻分量從行間平均的信號中去除。從控制單元715輸出的信號「b」確定 低通濾波器的特徵。高電平抑制單元710對圖8中示出的預定電平或更高電平的信號執行非線性處 理，其中，所述信號從加法器709輸出。在本實施例中，假定當從EM-CCD 3輸出的圖像信號 飽和時(在圖6中1. 0V)，拖影信號的電平是100% (在圖6中0. IV)，由高電平抑制單元 710對拖影信號電平為90%或更高的輸入信號執行非線性處理。此外，對拖影信號電平等 於或高於110%的輸入信號執行限幅。通過從控制單元715輸出的信號「d」控制高電平抑 制單元710的非線性處理。即使當圖像信號飽和時，也可以通過非線性處理防止拖影校正
10不被過度校正。此外，低電平抑制單元711對圖8中示出的預定電平或更低電平的信號執行非線 性處理，其中，所述信號從高電平抑制單元710輸出。在本實施例中，假定當從EM-CCD 3輸 出的圖像信號飽和時(在圖6中1. 0V)拖影信號的電平是100% (在圖6中0. IV)，由低電 平抑制單元711對拖影信號電平等於或小於10%的輸入信號執行非線性處理。通過從控制 單元715輸出的信號「e」控制低電平抑制單元711的非線性處理。由於該非線性處理，沒 有從圖像拾取區域中的隨機噪聲中減去來自光學黑體區域的隨機噪聲，由此可以自然地執 行拖影校正。將從低電平抑制單元711輸出的信號輸入到切換單元712。通過從比較單元713 輸出的信號來控制切換單元712。比較單元713將從加法器709輸出的信號電平與從控制 單元715輸出的信號「C」的電平相比較。如果信號「C」的電平等於或低於從加法器709輸 出的信號的電平，那麼比較單元713控制切換單元712，以使得將從低電平抑制單元711中 輸出的信號作為信號「g」從切換單元712輸出。另一方面，如果信號「C」的電平高於從加 法器709輸出的信號的電平作為比較單元713的比較結果，那麼比較單元713控制切換單 元712，以使得將從控制單元715輸出的信號「f」作為信號「g」從輸切換單元712輸出。可 以將信號「f 」設置為零或預定值。比較單元713將拖影校正信號的電平與從圖像信號輸出單元9中輸出的比率信 號的電平相比較。如果拖影校正信號的電平等於或高於比率信號電平的例如10%，那麼從 100%的圖像信號減去10%或更多的拖影校正信號，以提供90%或更少的圖像信號。也就 是說，比較單元713和切換單元712防止拖影校正信號對圖像信號本身施加影響。減法器714從信號A減去信號「g」 (即，拖影校正信號)，並且將該減法步驟的得 到的信號輸出為信號L。下文將參考圖2到圖9描述根據本發明的另一個實施例的從EM-CCD 3輸出的拖 影信號的檢測和校正的操作。圖9是解釋根據本發明的另一個實施例的拖影校正信號的低電平和高電平抑制 的視圖。參考圖2，將省略與上述實施例中相同的操作的描述。如果將EM-CXD 3的電子倍增因子設置為1000倍並且高亮度的對象(像點光)被 成像，拖影信號也會立即飽和，如圖7中所示。根據本發明的另一個實施例，基於EM-C⑶3 的電子倍增因子和信號A的圖像信號電平來修改高電平抑制單元710和低電平抑制單元 711的特徵。將從加法器709輸出的拖影信號的電平設為100%。將信號A的比率圖像信 號電平設為100%。在圖9中，橫軸指示從圖像信號電平檢測器716輸出的圖像信號電平(單位百分 比(％))，並且縱軸指示從低電平抑制單元711輸出的拖影校正信號電平(單位百分比 (%))。現在將描述高電平抑制單元710的操作。在當EM-CXD 3的電子倍增因子是1時 的情況中，如果圖像信號電平達到40%，則從高電平抑制單元710輸出的拖影校正信號的 電平開始減少。當圖像信號電平變得等於或高於100%時，將拖影校正信號電平設置為零或 切斷。如果EM-CXD 3的電子倍增因子是1000，那麼當圖像信號電平達到40%時從高電平 抑制單元710輸出的拖影校正信號的電平開始降低。當圖像信號電平變得等於或高於80 %時，將拖影校正信號電平設置為零或切斷。此外，如果EM-CXD 3的電子倍增因子是2000，那麼當圖像信號電平達到40%時從 高電平抑制單元710輸出的拖影校正信號的電平降低。當圖像信號電平變得等於或高於 70%時，將拖影校正信號電平設置為零或切斷。也就是說，拖影校正信號電平的特徵取決於 EM-CCD 3的電子倍增因子和信號A的圖像信號電平而變化。通過提供具有這種特徵的高電 平抑制單元710，可以基於EM-CCD 3的電子倍增因子和信號A的圖像信號電平來恰當地執 行拖影校正。現在將描述低電平抑制711的操作。如果EM-CXD 3的電子倍增因子是1，當圖像 信號電平為0%時低電平抑制單元711的拖影校正信號的電平開始增加。如果圖像信號電 平變得等於或高於20%，那麼將拖影校正信號電平設置為100%。如果EM-CXD 3的電子 倍增因子是1000，那麼當圖像信號電平為0%時低電平抑制單元711的拖影校正信號的電 平開始增加。如果圖像信號電平變得等於或高於20%，那麼將拖影校正信號的電平設置為 100%。此外，如果EM-CXD 3的電子倍增因子是2000，那麼當圖像信號電平為0 %時低 電平抑制單元711的拖影校正信號的電平開始增加。如果圖像信號電平變得等於或高於 20%，那麼將拖影校正信號的電平設置為100%。也就是說，根據EM-CXD 3的電子倍增因子 和信號A的圖像信號電平來改變拖影校正信號電平。通過提供具有這些特徵的低電平抑制 單元711，可以基於EM-CCD 3的電子倍增因子和信號A的圖像信號電平來執行帶有減少的 噪聲的充分的拖影校正。雖然用上述實施例中的順序來布置加法器709、高電平抑制單元710和低電平抑 制單元711，但是也可以用這樣的順序來布置加法器709、低電平抑制單元711和高電平抑 制單元710。此外，高電平抑制單元710和低電平抑制單元711也可以具有用於電平匹配的 放大功能。如果提供放大功能，那麼由控制單元715控制放大因子。根據本發明的又一個實施例，圖1中示出的拖影校正單元7可以通過使用例如 CPU(中央處理單元)等微處理器檢測和校正拖影信號。將參考圖10描述根據該實施例的 用於檢測和校正拖影信號的操作的示例。圖10是用於解釋根據本發明的實施例的檢測拖影信號和拖影校正的操作的流程 圖。在圖10中示出的步驟Si，針對EM-CXD 3的圖像拾取區域中的拖影信號檢測區 域進行初始的設置；低通濾波器特徵；基於電子倍增因子和圖像信號電平的高電平抑制特 徵；基於電子倍增因子和圖像信號電平的低電平抑制特徵；以及比較電平。在步驟S2，從 CPU 11讀出EM-CXD 3的電子倍增因子和放大器單元5的放大因子。在步驟S3，輸入信號 A。在步驟S4，確定信號A是否是來自拖影檢測區域的信號。如果信號A是來自拖影檢測區 域的信號，處理進行到步驟S5。如果不是，進行到步驟S11。在步驟S5，執行來自拖影檢測區域的信號的行間平均處理並且處理進行到步驟 S6。在步驟S6，由低通濾波器消除高頻分量，並且隨後進入步驟S7。在步驟S7，基於EM-CCD 3的電子倍增因子、放大器單元5的放大因子和圖像信號電平來執行高電平抑制處理，並且 隨後進入步驟S8。在步驟S8，基於EM-CCD 3的電子倍增因子、放大器單元5的放大因子和 圖像信號電平來執行低電平抑制處理，並且處理進行到步驟S9。
在步驟S9，拖影校正信號「g」 (即，直至步驟8中處理的信號)的電平與初始地設 置的比較電平相比較。如果它等與或小於比較電平，那麼隨後進行到步驟S11。如果不是這 樣，處理進行到步驟S10。在步驟S10，將拖影校正信號「g」設置為零或切斷，然後進行到步 驟S11。在步驟S11，從信號A減去拖影校正信號「g」，隨後進行到步驟S12。在步驟S12，輸 出信號L。雖然在上述實施例中使用了通過對獲得的拖影信號進行行間平均而計算出的值， 但是也可以使用獲得的拖影信號的中間值，並且具有相同的效果。如上面所描述的，根據本發明，通過只提前垂直傳輸電荷耦合器件的存儲區域的 預定行數量，從作為準光學黑體區域的預定行中獲得拖影信號，並且基於預定像素的圖像 信號電平對獲得的拖影信號執行高電平抑制。此外，從圖像信號電平減去抑制的拖影信號。 所以，可以減少從電荷耦合器件輸出的噪聲(例如，拖影等)，而不考慮潛在地包括在被遮 光的光學黑體中的像素缺陷。雖然上文詳細地描述了本發明，但它並不局限於本文公開的圖像拾取設備，而是 可以廣泛地應用到除了上文描述的設備之外的各種圖像拾取設備。雖然以上相關於實施例描述並示出了本發明，但是本領域的技術人員將理解，可 以在不脫離所附權利要求中定義的本發明的範圍的情況下，做出各種變更和修改。
權利要求
1. 一種圖像拾取設備，包括電荷耦合器件，其具有圖像拾取區域和存儲區域；控制單元，其用於垂直傳輸不具有來自所述存儲區域的垂直傳輸寄存器的像素信號的 預定行數量的信號，並且在垂直消隱時段期間，將比所述圖像拾取區域的垂直傳輸寄存器 的行數量多所述預定行數量的行垂直傳輸到所述存儲區域的垂直傳輸寄存器；圖像信號獲得單元，其用於獲得從所述電荷耦合器件的預定像素輸出的圖像信號作為 第一圖像信號；獲得單元，其用於獲得不具有所述存儲區域的像素信號的所述預定行數量的信號作為 第二圖像信號；以及校正單元，其用於從由所述圖像信號獲得單元獲得的所述第一圖像信號中減去與由所 述獲得單元獲得的所述第二圖像信號相對應的值。
2.根據權利要求1所述的圖像拾取設備，其中，所述控制單元正常地垂直傳輸不具有 像素信號的所述預定行數量的信號。
3.根據權利要求2所述的圖像拾取設備，其中，在正常地垂直傳輸不具有像素信號的 所述預定行數量的信號之後，所述控制單元將比所述圖像拾取區域的垂直傳輸寄存器的行 數量多所述預定行數量的行垂直傳輸到所述存儲區域的垂直傳輸寄存器。
4.根據權利要求3所述的圖像拾取設備，其中，所述控制單元將比所述圖像拾取區域 的垂直傳輸寄存器的行數量多所述預定行數量的行高速垂直傳輸到所述存儲區域的垂直 傳輸寄存器。
5.根據權利要求4所述的圖像拾取設備，其中，所述預定行數量與被遮光的光學黑體 區域的行數量相同。
6.根據權利要求5所述的圖像拾取設備，還包括計算單元，其用於計算由所述獲得單元獲得的所述第二圖像信號的行間平均值或行間 中間值；抑制單元，其用於對由所述計算單元計算的信號執行高電平抑制；以及 減法器，其用於從由所述圖像信號獲得單元獲得的所述第一圖像信號中減去由所述抑 制單元抑制的信號。
7.根據權利要求6所述的圖像拾取設備，還包括比較單元，其用於將由所述計算單元計算的所述第二圖像信號與預定電平進行比較；以及切換單元，其用於根據所述比較單元的比較結果來切斷所述抑制單元的輸出。
8. 一種用於圖像拾取設備的噪聲減少方法，所述圖像拾取設備包括具有圖像拾取區域 和存儲區域的電荷耦合器件，所述方法包括垂直傳輸不具有來自所述存儲區域的垂直傳輸寄存器的像素信號的預定行數量的信 號，並且在垂直消隱時段期間，將比所述圖像拾取區域的垂直傳輸寄存器的行數量多所述 預定行數量的行垂直傳輸到所述存儲區域的垂直傳輸寄存器；獲得從所述電荷耦合器件的預定像素輸出的圖像信號作為第一圖像信號； 獲得不具有所述存儲區域的像素信號的所述預定行數量的信號作為第二圖像信號；以及從由所述圖像信號獲得單元獲得的所述第一圖像信號減去與由所述獲得單元獲得的 所述第二圖像信號相對應的值。
9.根據權利要求8所述的噪聲減少方法，其中，從所述存儲區域的垂直傳輸寄存器正 常地垂直傳輸不具有像素信號的所述預定行數量的信號。
10.根據權利要求9所述的噪聲減少方法，其中，在正常地垂直傳輸不具有像素信號的 所述預定行數量的信號之後，將比所述圖像拾取區域的垂直傳輸寄存器的行數量多所述預 定行數量的行垂直傳輸到所述存儲區域的垂直傳輸寄存器。
11.根據權利要求10所述的噪聲減少方法，其中，將比所述圖像拾取區域的垂直傳輸 寄存器的行數量多所述預定行數量的行高速垂直傳輸到所述存儲區域的垂直傳輸寄存器。
12.根據權利要求11所述的噪聲減少方法，其中，所述預定行數量與被遮光的光學黑 體區域的行數量相同。
13.根據權利要求12所述的噪聲減少方法，還包括計算所述第二圖像信號的行間平均值或行間中間值；根據所述電荷耦合器件的電子倍增因子對所計算出的信號執行高電平抑制；以及從所述第一圖像信號中減去所抑制的信號。
14.根據權利要求13所述的噪聲減少方法，還包括將所述第二圖像信號與預定電平進行比較；以及根據所述比較單元的比較結果，從所述第一圖像信號中減去所抑制的信號。
全文摘要
提供了一種圖像拾取設備，其能夠在不使用專門的光量調節設備的情況下不考慮像素缺陷而減少噪聲，例如從CCD輸出的拖影。圖像拾取設備包括CCD，其具有圖像拾取區域和存儲區域；控制單元，其用於垂直傳輸不具有來自存儲區域的垂直傳輸寄存器的像素信號的行數量的信號，並且在一定時段期間，將比圖像拾取區域的垂直傳輸寄存器的行數量多一定行數量的行垂直傳輸到存儲區域的垂直傳輸寄存器；圖像信號獲得單元，其用於獲得從CCD的預定像素輸出的第一圖像信號；獲得單元，其用於獲得不具有存儲區域的像素信號的行數量的第二圖像信號；以及校正單元，其用於從第一圖像信號中減去第二圖像信號。
文檔編號H04N5/335GK102007760SQ20108000124
公開日2011年4月6日 申請日期2010年1月14日 優先權日2009年1月30日
發明者柴崎哲也 申請人:株式會社日立國際電氣