圖像拾取裝置和圖像拾取方法
2023-06-09 21:40:31 1
專利名稱：圖像拾取裝置和圖像拾取方法
技術領域：
本發明涉及一種圖像拾取裝置以及一種圖像拾取方法。
背景技術：
公知的的固態圖像拾取器件是將入射到它的光接收面的光進行光電轉換以產生電荷，並按預先設定的電荷存儲時段累積地存儲該電荷，隨後輸出對應於所存儲的電荷的圖像拾取信號。所述類型的固態圖像拾取器件包括以行和列、即以矩陣排列的象素，以便執行光電轉換。
在固態圖像拾取器件由CMOS傳感器構成時，從各個象素中讀出圖像拾取信號是這樣執行的，即或者是以象素排列在其中的行(線)為單位連續地讀出圖像拾取信號，或者是以焦平面的方式執行，其中以單個象素為單位連續地讀出圖像拾取信號。
附帶提及，如果在從工業電源供電的光源發射出來的光下使用具有諸如如上所述的CMOS傳感器的圖像拾取裝置，那麼當CMOS傳感器的電荷存儲時間不等於光源光亮度的變化周期的整數倍時，噪聲將以在水平方向上擴展的條紋形式出現在由從CMOS傳感器輸出的圖像拾取信號所構成的屏幕(幀)上。
例如，日本專利公開號No.2003-333423已經提出並公開了消除上述這種缺點的圖像拾取裝置。所提及的圖像拾取裝置包括一個光量檢測器，用於檢測光源光亮度的周期變化，以及一個A/D轉換器，用於將光量檢測器的檢測信號轉換成數位訊號。該圖像拾取裝置進一步包括一個糾正電路，用於對從CMOS傳感器輸出的圖像拾取信號進行糾正，並基於從A/D轉換器提供的檢測信號的變化周期、將其轉換成數位訊號。
該糾正電路包括一個增益放大器(乘法器)，並響應於從A/D轉換器提供到那裡的檢測信號來調節該增益放大器的放大因子，以糾正圖像拾取信號的電平。
發明內容
但是，利用上述的圖像拾取裝置，不能避免由於增益放大器的放大而使圖像拾取信號噪聲量的增加和解析度的惡化，並且存在由該圖像拾取信號所構成的圖像的S/N率可能下降或者該圖像等級中的平滑度可能下降的可能性。
此外，為了使用增益放大器來糾正圖像拾取信號，除增益放大器之外，需要提供用於檢測信號的A/D轉換器，以及提供配線線路，用於將已經轉換成數位訊號的檢測信號傳送到糾正電路。因此，部件數量的增加和構造的複雜化是不可避免的，並且這在減少成本方面存在不利。
如上所述的圖像拾取裝置還具有這樣一個問題，當操作用於放大圖像的部分區域的圖像拾取器件中的電子放大功能時，該增益放大器的糾正功能變得複雜，這使糾正變得困難。
此外，在上述的圖像拾取裝置中，在應用了該固態圖像拾取器件以便像CCD單元那樣為每一個幀輸出圖像拾取信號時，每一個幀的放大因子通過增益放大器改變。但是對於具有增加的幀放大因子的幀，由於噪聲量的增加或是解析度的惡化而出現等級平滑度的下降。
因此，期望提供一種圖像拾取裝置，其可以不管圖像拾取信號的讀出方法，從圖像拾取信號中確實消除噪聲，並保證圖像拾取信號的高S/N率和高解析度，同時有利於減少成本。
根據本發明，通過在固態圖像拾取器件的光接收面上提供圖像拾取區域和光量檢測區域，並且相互獨立地設定圖像拾取區域的圖像拾取電荷存儲時段以及光量檢測區域的光量檢測電荷存儲周期來實現上述期望。
特別地，根據本發明，提供了一種圖像拾取裝置，其包括固態圖像拾取器件，用於對入射到它的光接收面的光進行光電轉換以產生電荷，以便響應於預先設定的電荷存儲時段累積存儲該電荷，並輸出對應於所存儲電荷的檢測信號；以及控制部件，用於設定電荷存儲時段，固態圖像拾取器件的光接收面具有圖像拾取區域，其中對應於由入射到該光接收面的光形成的、圖像拾取對象的圖像的檢測信號作為圖像拾取信號輸出；以及光量檢測區域，其中對應於入射到該光接收面的光量的檢測信號作為光量檢測信號輸出，電荷存儲時段包括兩個時段，圖像拾取電荷存儲時段，其是圖像拾取區域的電荷存儲時段，和光量檢測電荷存儲時段，其是光量檢測區域的電荷存儲時段，控制部件相互獨立地設定圖像拾取電荷存儲時段和光量檢測電荷存儲時段。
在圖像拾取裝置中，可以相互獨立地設定固態圖像拾取器件中的圖像拾取區域的圖像拾取電荷存儲時段和光量檢測區域的光量檢測電荷存儲時段。因此，當從光源發射的光的亮度具有固定的變化周期時，將光量檢測電荷存儲時段設定為不同於該變化周期的整數倍的時段，並且判定該光量檢測信號是否在變化周期內周期性地改變。隨後，如果判定該光量檢測信號在變化周期內周期性地改變，那麼將圖像拾取電荷存儲時段設定為等於該變化周期的整數倍的時段。因此，可以使在圖像拾取電荷存儲時段內的光量總和在該圖像拾取區域中的圖像拾取象素當中相等。
因此，當在亮度周期性地改變的光源下執行圖像拾取時，可以確實防止在形成圖像的屏幕上出現水平條紋噪聲。
進而，因為與現有技術不同，沒有涉及通過增益放大器對圖像拾取信號進行糾正，因此構造是簡單的，並且在實現降低成本的方面也是有利的。進而，因為沒有使用以線為單位或是以象素為單位放大圖像拾取信號的增益放大器，即使在應用了固態圖像拾取器件以便通過對每一幀都相同的、曝光時間執行從中讀出圖像拾取信號幀的地方，也可以防止增益放大器的放大因子的增加。
進而，其中在光源亮度周期性地改變的環境下，將圖像拾取電荷存儲時段設定為一個等於變化周期的整數倍的值，當光源環境發生改變並且現在亮度不是周期性地改變時，可以將該圖像拾取電荷存儲時段設定為一個不同於變化周期的整數倍的時段。
通過連同附圖參考說明，將了解本發明的這些和其它方面，其中圖1是示出根據本發明第一實施例的圖像拾取裝置的框圖；圖2是示出如圖1所示的固態圖像拾取器件的光接收面的示意圖；圖3是示出如圖1所示的固態圖像拾取器件的光電轉換部件的原理的電路圖；圖4是說明圖3中的光電轉換部件的電荷存儲時段的圖表；圖5是說明圖1中的圖像拾取裝置的操作的圖表；圖6A、6B和7A、7B是說明在光源亮度變化周期和電荷存儲時段之間的關係的圖表；圖8是示出根據本發明第二實施例的圖像拾取裝置的框圖；圖9是相似的視圖，但是示出了根據本發明第三實施例的圖像拾取裝置；圖10是示出圖9的圖像拾取裝置中的圖像拾取區域和光量檢測區域的電路構造的線路圖；圖11是相似的視圖，但是示出圖9的圖像拾取裝置中的圖像拾取區域和光量檢測區域的另一個電路構造；以及圖12是說明圖像拾取信號和光量檢測信號的讀出定時的圖表，其中圖像拾取信號從如圖11所示的固態圖像拾取器件的圖像拾取區域的限定部分中讀出，以實現放大圖像的電子放大功能。
具體實施例方式
首先參考圖1，這裡示出了根據本發明第一實施例的圖像拾取裝置的結構。所示圖像拾取裝置100包括由CMOS傳感器構成的固態圖像拾取器件10和信號處理部件30。
參見圖2，固態圖像拾取器件10包括光接收面11，由未示出的圖像拾取光學系統引入的圖像拾取對象的光進入其中。光接收面11光電轉換入射光以產生電荷，累積存儲該電荷預先設定的電荷存儲時段，隨後輸出對應於所存儲電荷的檢測信號。
光接收面11包括圖像拾取區域12和光量檢測區域14。圖像拾取區域12輸出對應於由入射到光接收面11的光形成的、圖像拾取對象的圖像的檢測信號，作為圖像拾取信號S1。光量檢測區域14輸出對應於入射到光接收面11的光量的檢測信號，作為光量檢測信號S2。
在本實施例中，圖像拾取區域12和光量檢測區域14中的每一個都具有矩形形狀，而且光量檢測區域14位於鄰近圖像拾取區域12的一個側邊的位置並且具有比圖像拾取區域12更小的面積。此外，彼此獨立地執行分別從圖像拾取區域12和光量檢測區域14讀出圖像拾取信號S1和光量檢測信號S2的操作。
圖像拾取信號S1和光量檢測信號S2在控制電路20的控制下由開關16進行切換，並提供給A/D轉換器18。
A/D轉換器18將從開關16提供到那裡的圖像拾取信號S1或光量檢測信號S2從模擬信號轉換成數位訊號，並將該數位訊號提供到信號處理部件30。
該控制電路20控制開關16的切換，並控制從圖像拾取區域12和光量檢測區域14的讀出。這樣配置控制電路20以便彼此獨立地為在下文中描述的固態圖像拾取器件10的圖像拾取設定電荷存儲時段和為光量檢測設定電荷存儲時段。該控制電路20可以例如由微計算機構成。
在本實施例中，圖像拾取信號S1和光量檢測信號S2根據時間來切斷並分開，並通過開關16的切換，從固態圖像拾取器件10沿著相同的線路連續地輸出。換句話說，圖像拾取信號S1和光量檢測信號S2通過彼此分開的讀出操作，經由相同的線路連續地輸出。
信號處理部件30包括信號處理電路32、檢測電路34以及控制部件36。
信號處理電路32處理由A/D轉換器18提供到那裡、以數位訊號形式的圖像拾取信號S1，以產生一個符合定義的視頻信號。應該注意的是，所述視頻信號的這樣產生是通過使用相關領域的公知技術來執行的，並且與本發明的主題沒有關係。因此，此處省略了它的細節描述。
檢測電路34從由A/D轉換器18提供到那裡的、以數位訊號形式的光量檢測信號S2中，檢測光源亮度的變化周期。
控制部件36控制信號處理電路32，並基於檢測電路34的檢測結果向控制電路20發出指令。控制部件36例如可以由微計算機構成。
在本實施例中，控制電路20、信號處理電路32、檢測電路34和控制部件36協作以起控制部件的作用，而且控制電路20、檢測電路34和控制部件36協作以起設定部件的作用。此外，信號處理電路32起信號處理部件的作用。
現在，參考圖3描述構成固態圖像拾取器件10的圖像拾取區域12的象素。應該注意的是，構成光量檢測區域14的象素與構成圖像拾取區域12的象素相似地構造。
在本實施例中，以行的方向和列的方向在矩陣中形成多個象素10A。按照X-Y尋址方法在行的方向和列的方向掃描象素10A，以讀出存儲在象素10A中的電荷(信號電荷)作為檢測信號(圖像拾取信號S1或光量檢測信號S2)。
每個象素10A包括光電二極體1002、電荷清除開關1004、電荷讀出開關1006和放大器1008。
光電二極體1002接收光並將其光電轉換成電荷。
電荷清除開關1004插入到光電二極體1002的陽極和參考電位(地電平)之間，並將由光電二極體1002產生的電荷(信號電荷)清除到地面，由此將存儲在象素10A中的電荷減少到零。
電荷讀出開關1006與光電二極體1002的陽極連接，並在電荷讀出開關1006接通時輸出由光電二極體1002產生的電荷。因此，作為信號輸出存儲在象素10A中的電荷。
在本實施例中，電荷讀出開關1006包括兩個開關，即，根據X-Y尋址掃描方法在行的方向插入的開關1006A，和根據X-Y尋址掃描方法在列的方向插入的另一個開關1006B。
放大器1008放大通過電荷讀出開關1006讀出的電荷，即，如上所述的信號，以產生並輸出檢測信號。
參見圖4，由時間T1到另一個時間T2的時間間隔Ts給出電荷存儲時段，其中在T1時，接通電荷清除開關1004一次以設定該檢測信號為0，在T2時，接通電荷讀出開關1006以讀出該信號。
在本實施例中，將圖像拾取區域12中的象素的電荷存儲時段稱為圖像拾取電荷存儲時段，並且將光量檢測區域14中的象素的電荷存儲時段稱為光量檢測電荷存儲時段。因此，固態圖像拾取器件10的電荷存儲時段是由圖像拾取電荷存儲時段和光量檢測電荷存儲時段這兩個時段構成的。
通過控制電荷清除開關1004和電荷讀出開關1006的接通和斷開時間來執行由控制電路20對圖像拾取電荷存儲時段的設定以及對光量檢測電荷存儲時段的設定。
將進一步描述由固態圖像拾取器件10產生圖像拾取信號S1和光量檢測信號S2的操作。
參見圖5，附圖標記Tv1、Tv2和Tv3各自表示用於從信號處理電路32輸出視頻信號中的一個幀的時間周期。
幀時段Tv1由用於讀出作為圖像有效的、圖像拾取信號S1的時段Tvd1，以及用於讀出光量檢測信號S2的時段Tfl1組成。類似地，幀時段Tv2由用於讀出作為圖像有效的、圖像拾取信號S1的時段Tvd2，以及用於讀出光量檢測信號S2的時段Tfl2組成。幀時段Tv3由用於讀出作為圖像有效的、圖像拾取信號S1的時段Tvd3，以及用於讀出光量檢測信號S2的時段Tfl3組成。
通過控制時間間隔來執行設定用於讀出圖像拾取信號S1的時段Tvd1、Tvd2、Tvd3...，以及用於讀出光量檢測信號S2的時段Tfl1、Tfl2、Tfl3...，在該時間間隔後，轉換開關16。換句話說，除用於讀出圖像拾取信號S1的時段Tvd1、Tvd2、Tvd3...之外，幀時段Tv1、Tv2、Tv3...的剩餘時間被分配為用於讀出光量檢測信號S2的時段Tfl1、Tfl2、Tfl3...。
附圖標記Tvds表示圖像拾取電荷存儲時段。該電荷存儲時段用於從中獲得有效視頻信號的圖像拾取區域12的象素(在下文中稱為有效區域象素)。在CMOS傳感器的情況下，因為象素的電荷是被連續地讀出，所以該圖像拾取電荷存儲時段Tvds被替換成固定的彼此時間間隔。
如上所述，首先接通電荷清除開關1004以將象素中的電荷減少為零。在圖像拾取電荷存儲時段Tvds過去以後，連續接通電荷讀出開關1006的開關1006A和1006B以讀出象素中的電荷。因此，輸出圖像拾取信號S1。
附圖標記Tfls是如上所述的光量檢測電荷存儲時段。該電荷存儲時段用於光量檢測區域14的象素(在下文中稱為光量檢測象素)。
如上所述，首先接通電荷清除開關1004以將象素中的電荷減少為零。在光量檢測電荷存儲時段Tf1s過去之後，連續接通電荷讀出開關1006的開關1006A和1006B以讀出象素中的電荷。因此，輸出光量檢測信號S2。
應該注意的是控制該光量檢測電荷存儲時段以便可以不會使輸入到A/D轉換器18的光量檢測信號S2飽和。
進而，為每個象素中執行圖像拾取信號S1的讀出，即為一個幀中的每個象素執行一次，並且光量檢測信號S2的讀出總是從某個相位延遲固定時間間隔的時間處執行，該相位例如是與每個幀對應的垂直同步信號的開始。
現在描述由檢測電路34對光源亮度的變化周期的檢測。
檢測電路34接收光量檢測信號S2作為到它的輸入，並檢測是否存在光源亮度的變化性。檢測電路34將檢測結果輸出到控制部件36。
光源亮度變化的主要因素是提供給該光源的交流電源(工業電源)的頻率。因為交流電源的電壓在一個周期內出現最大值兩次，所以光源亮度變化的頻率通常等於電源頻率的兩倍。
檢測電路34包括，例如，帶通濾波器(BPF)，其被構成為具有中心頻率等於交流電源兩倍的通帶。控制部件36基於已經通過檢測電路34的信號的變化周期值判定光源是否周期性地改變。應該注意的是檢測電路34不局限於使用BPF的類型，而是可以自然地應用類似這樣的各種公知電路。
圖6A示出了光量和象素的電荷存儲時段之間的關係。圖6B示出了存儲在圖6A所示的象素中的電荷量。圖像拾取電荷存儲時段Tvds不同且不等於光源亮度變化周期TLt的整數倍。換句話說，圖像拾取電荷存儲時段Tvds等於光源亮度變化周期TLt的實數倍，其在小數點後有數字(例如，1.1倍，2.5倍，或是4/3倍)。
即使如圖6A所示，每個象素A、B、C、D...的圖像拾取電荷存儲時段Tvds彼此相等，如圖6B所示，取決於象素A、B、C、D...的電荷讀出時間，圖像拾取電荷存儲時段Tvds內的光量總和也不同，。因此，即使拾取了等光量的圖像拾取對象部分的圖像，從象素A、B、C、D...獲得的圖像拾取信號S1的輸出電平也彼此不同，結果，這樣的差異作為水平條紋噪聲出現在屏幕上。
圖7A示出了光量和象素的電荷存儲時段之間的關係，其中圖像拾取電荷存儲時段Tvds等於光源亮度變化周期TLt的整數倍，例如，一倍、兩倍、三倍...。圖7B示出了存儲在如圖7A所示的象素中的電荷量。
如圖7A所示，象素A、B、C、D...的圖像拾取電荷存儲時段Tvds彼此相等，並且光源亮度與象素A、B、C、D...的讀出時間無關地、在圖像拾取電荷存儲時段Tvds內整數倍地變化。因此，在象素A、B、C、D...當中，在圖像拾取電荷存儲時段Tvds內的光量總和是相等的。
因此，當拾取具有相同光量的圖像拾取對象部分的圖像時，從象素A、B、C、D...中獲得的圖像拾取信號S1具有相同的電平，而且沒有水平條紋噪音出現在屏幕上。
另一方面，僅僅考慮光量檢測區域14中的象素，如果光量檢測電荷存儲時段不等於光源亮度變化周期TLt的整數倍，則光量檢測信號S2按照光源亮度的變化周期進行變化。根據類似於上文參考圖6A到7B所描述的原理，如果光量檢測電荷存儲時段等於光源亮度變化周期TLt的整數倍，則光量檢測信號S2不按照該光源亮度的變化周期進行變化。
現在，描述本實施例中圖像拾取裝置100的操作。
控制部件36向控制電路20發出指令，使得控制電路20設定光量檢測區域14的光量檢測電荷存儲時段，以使其可以變成不等於光源亮度變化周期TLt的整數倍。更特別地，如果交流電源的頻率是50Hz或60Hz，那麼設定該光量檢測電荷存儲時段以使其不等於100Hz或120Hz的整數倍，即交流電源頻率的整數倍。換句話說，該光量檢測電荷存儲時段被設定為不同於等於1/100秒或是1/120秒周期的整數倍的周期。
控制電路20為每一幀切換一次開關16，以通過相同的讀出通路向信號處理部件30提供來自於圖像拾取區域12的圖像拾取信號S1和來自於光量檢測區域14的光量檢測信號S2。
在這種情況下，控制部件36監控從檢測電路34獲得的檢測結果。然後，如果控制部件36判定光源亮度周期性地改變，那麼向控制電路20發出一個指令，以把圖像拾取電荷存儲時段Tvds設定為等於光源亮度變化周期TLt的整數倍的值。特別地，剛剛描述的操作在例如在螢光燈下的環境下執行。
另一方面，如果控制部件36判定光源亮度沒有周期性地改變，那麼向控制電路20發出一個指令，以使其有可能也把圖像拾取電荷存儲時段Tvds設定為與不等於該光源亮度變化周期TLt的整數倍的值不同的時段。特別地，剛剛描述的操作在例如在陽光下的環境下執行。
如上所述，根據本發明，可以相互獨立地設定固態圖像拾取器件10的圖像拾取區域12的圖像拾取電荷存儲時段Tvds和光量檢測電荷存儲時段。
因此，當從光源發出的光的亮度變化周期是固定的變化周期TLt時，光量檢測電荷存儲時段被設定為不同於變化周期TLt的整數倍的值，並且判定光量檢測信號S2是否在變化周期TLt內周期性地變化。如果判定光量檢測信號S2在變化周期TLt內周期性地變化，則圖像拾取電荷存儲時段Tvds被設定為一個等於變化周期TLt的整數倍的值。因此，可以使圖像拾取電荷存儲時段Tvds內的光量總和在圖像拾取區域12的圖像拾取象素當中相等。
因此，當在光源亮度周期性改變的情況下執行圖像拾取時，確實可以防止在在其上形成圖像的屏幕上出現水平條紋噪聲。
而且，當如現有技術那樣，改變用於放大圖像拾取信號的增益放大器的放大因子、以糾正光源周期性變化的影響時，如果提供給增益放大器的圖像拾取信號由數位訊號構成，則圖像拾取信號的解析度由增益放大器的放大而惡化。因此，存在在由圖像拾取信號構成的圖像的等級中的平滑度可能退化的可能性。
相反，根據本發明，因為沒有使用增益放大器的放大因子，則不存在圖像拾取信號解析度的惡化，並且這在保證在由圖像拾取信號構成的圖像等級中的平滑度方面是有利的。
此外，因為與現有技術不同，沒有涉及通過增益放大器對圖像拾取信號進行糾正，所以構造是簡單的，並且這在實現成本減少方面是有利的。
此外，在現有技術的圖像拾取裝置中，其中所使用的固態圖像拾取器件是這樣的類型，其通過為每一幀進行同樣的曝光時間獲得圖像拾取信號，因此要為每一幀調整增益放大器的放大因子，所以在用減少的光量獲得的幀中、S/N率的下降或是解析度的下降不可避免的。但是根據本實施例，可以防止圖像拾取信號中的S/N率的下降以及解析度的下降。
此外，根據本實施例，因為圖像拾取區域12和光量檢測區域14都在該固態圖像拾取器件10的光接收面11上提供，所以可以有利地實現固態圖像拾取器件10和用於將光引入到固態圖像拾取器件10的圖像拾取光學系統的小型化。
例如，當形成圖像拾取光學系統的透鏡具有圓形形狀，而且圖像拾取區域12具有矩形形狀時，如果光量檢測區域14被置於由從圖像拾取光學系統引入到光接收面11的光束構成的弓形部分與圖像拾取區域12的一個側邊之間的陰影區，則不需要擴展固態圖像拾取器件10的光接收面11，或者增加圖像拾取光學系統的孔徑。
第二實施例現在描述本發明的第二實施例。
第二實施例是不同於上文參考圖1所描述的第一實施例的變體，其不同之處在於，在第一實施例中，圖像拾取信號S1和光量檢測信號S2是根據時間來切斷和分開的，並由固態圖像拾取器件10提供給信號處理部件30，基於光量檢測信號S2對光源光量變化的檢測是由固態圖像拾取器件10執行的，並且檢測的變化結果在獨立於圖像拾取信號S1的輸出(讀出)時間的時間處提供給信號處理部件30。
圖8示出了根據第二實施例的圖像拾取裝置100A。使用相同的數字表示該第二實施例中、與先前描述的第一實施例中的部件相同的部件。
參見圖8，圖像拾取裝置100A的控制電路20控制圖像拾取區域12和光量檢測區域14的讀出，並相互獨立地設定固態圖像拾取器件10的圖像拾取電荷存儲時段和光量檢測電荷存儲時段。
從圖像拾取區域12中讀出的圖像拾取信號S1通過A/D轉換器和信號線路提供給信號處理電路32。
從光量檢測區域14中讀出的光量檢測信號S2提供給檢測電路22。
檢測電路22包括具有中心頻率例如等於電源頻率的兩倍的通頻帶的帶通濾波器(BPF)。控制電路20產生表示已經通過檢測電路22的信號的周期性變化值的檢測數據，並將該檢測數據提供給控制部件36。通過互連控制電路20和控制部件36的信號線路執行將檢測數據提供給控制部件36。類似於如上所述的第一實施例，檢測電路22並不局限於使用BPF的檢測電路，各種公知的電路也可以應用於檢測電路22。
控制部件36基於檢測數據判定光源是否周期性地變化，並且執行類似於第一實施例的控制。
因此，雖然在第二實施例中，與第一實施例類似，相互獨立地形成圖像拾取區域12和光量檢測區域14，然而與第一實施例不同，按照彼此分開的讀出操作，通過彼此不同的線路輸出圖像拾取信號S1和光量檢測信號S2。
在本實施例中，控制電路20、檢測電路22、信號處理電路32和控制部件36協作構成控制部件。控制電路20、檢測電路22和控制部件36協作構成設定部件。信號處理電路32構成信號處理部件。
此外，由用於傳送對應於光量檢測信號S2的檢測數據的信號線路構成第一線路，並且由用於傳送圖像拾取信號S1的信號線路構成第二線路。
具有如上文所述構造的第二實施例自然實現了與第一實施例相似的操作和效果。
此外，根據第二實施例，不同與第一實施例，圖像拾取信號S1和光量檢測信號S2並不是由開關16根據時間來切斷和分開以使它們被連續地提供給信號處理部件30。因此，根據第二實施例，與第一實施例相比較，可以除去開關16，並且這有利於構造的簡化。
此外，可以相互獨立地設定向控制部件36提供檢測數據的時間和向信號處理電路32提供圖像拾取信號S1的時間，而且這在執行自由地設定圖像拾取信號S1的讀出時間方面是有利的。此外，例如可以同時地(共同地)將檢測數據和圖像拾取信號S1提供給信號處理部件30，或者可以每一幀提供多個檢測數據，而這在保證設計的自由度方面是有利的。
第三實施例現在，描述本發明的第三實施例。
第三實施例與第一和第二實施例不同之處在於從固態圖像拾取器件10的圖像拾取區域12中讀出圖像拾取信號S1的操作和從固態圖像拾取器件10的光量檢測區域14中讀出光量檢測信號S2的操作是在時間上連續地執行的。
圖9示出了第三實施例中的圖像拾取裝置100B的構造，而且圖10示出了圖像拾取裝置100B的圖像拾取區域12和光量檢測區域14。
首先參見圖9，按照X-Y尋址方法掃描構成固態圖像拾取器件10的圖像拾取區域12和光量檢測區域14。
現在參見圖10，象素排列在固態圖像拾取器件10的四個垂直行上，並且在上面三行的象素用作圖像拾取區域12的有效區域象素，而在下面一行的象素用作光量檢測區域14的光量檢測象素。
固態圖像拾取器件10包括水平讀出控制電路1020、垂直讀出控制電路1022、圖像拾取區域電荷清除控制電路1024和光量檢測區域電荷清除控制電路1026。
水平讀出控制電路1020在圖10中從左向右連續地將水平方向讀出控制信號H1、H2、H3和H4分別設置為接通狀態一個固定時段。
垂直讀出控制電路1022在圖10中從上至下連續地分別設置垂直方向讀出控制信號VS1、VS2、VS3和VSL一個固定時段。
因此，存儲在圖像拾取區域12和光量檢測區域14的象素中的電荷從矩陣的左上部向右下部一行接一行且一列接一列地連續讀出，並作為圖像拾取信號S1和光量檢測信號S2提供到A/D轉換器18。
圖像拾取區域電荷清除控制電路1024輸出用於控制圖像拾取區域12的圖像拾取電荷存儲時段的清除控制信號VR1、VR2和VR3。相對於在垂直方向的讀出控制信號VS1、VS2、VS3被連續地設置為接通狀態的時間，在其之前用於圖像拾取區域12的圖像拾取電荷存儲時段的時間處，圖像拾取區域的圖像拾取區域電荷清除控制電路1024將清除控制信號VR1、VR2和VR3連續地設置為接通狀態。
光量檢測區域電荷清除控制電路1026輸出用於控制光量檢測區域14的光量檢測電荷存儲時段的清除控制信號VRL。相對於在垂直方向的垂直方向讀出控制信號VSL被設置為接通狀態的時間，在其之前用於光量檢測區域14的光量檢測電荷存儲時段的時間處，光量檢測區域電荷清除控制電路1026將垂直方向的讀出控制信號VSL設置為接通狀態。
因此，水平讀出控制電路1020、垂直讀出控制電路1022、圖像拾取區域電荷清除控制電路1024和光量檢測區域電荷清除控制電路1026進行操作以在時間上連續地執行圖像拾取信號S1的讀出操作和光量檢測信號S2的讀出操作。
此外，與圖像拾取信號S1的讀出操作和光量檢測信號S2的讀出操作同步操作信號處理部件30的信號處理電路32和檢測電路34。
同樣在具有如上所述構造的第三實施例中，自然可實現與第一實施例相似的操作和效果。
此外，在第三實施例中，圖像拾取信號S1的讀出操作和光量檢測信號S2的讀出操作並不是相互獨立地執行的。因此該第三實施例在簡化控制電路20的控制方面是有利的。
此外，在圖10的構造中，為每一個象素提供了單個電荷清除開關1004，而且在上下方向相同位置處的所有象素的電荷清除開關1004由相同的清除控制信號VS1、VS2、VS3和VSL接通。因此，在上下方向位於相同位置的所有象素的電荷清除是在相同時間處執行的。
另一方面，除電荷清除開關1004以外，也可以為每個象素提供另一個電荷清除開關1005，以便電荷清除開關1005由水平讀出控制電路1020的水平方向讀出控制信號H1、H2、H3和H4接通，然後可以使在水平方向位於相同位置的象素的電荷的清除時間相互一致。
此外，在固態圖像拾取器件也是像CCD單元那樣的、在相同的時間讀出整個屏幕區域的類型時，如果以與圖9所示的相似的方式構造它，以設定清除象素電荷的兩個獨立時間，則可以自然地配置圖像拾取區域12和光量檢測區域14。
圖12示出了圖像拾取信號S1和光量檢測信號S2的讀出時間，其中固態圖像拾取器件10的圖像拾取區域12被局部限定、以從中讀出圖像拾取信號S1，由此實現放大圖像的電子放大功能。
參考圖12，在電子放大功能無效的地方、讀出圖像拾取信號S1的時段由Tvd1、Tvd2、Tvd3...表示，並且在電子放大功能有效的地方、讀出圖像拾取信號S1的時段由Tvd1』、Tvd2』、Tvd3』...表示，如圖12所示，當電子放大功能有效時，圖像拾取信號S1的讀出時間較短。因此，由於光源周期性地變化而產生的水平條紋噪聲的形狀可根據電子放大功能有效還是無效而變化。
但是根據本實施例，因為不管電子放大功能是有效還是無效，光量檢測信號S2的讀出時段Tf11、Tf12、Tf13...是固定的，所以光量檢測信號S2的讀出時間不受其影響。
因此，可以確實防止上述水平條紋的出現，而不管該電子放大功能是有效還是無效的。
應該注意的是，這樣構造上述實施例，以便於當從光源發出的光的亮度變化周期是固定周期時，將光量檢測電荷存儲時段設定為一個與等於該變化周期整數倍的時段所不同的時段，並判定光量檢測信號是否在該變化周期內周期性地改變。然後，如果判定該光量檢測信號在變化周期內周期性地改變，那麼將圖像拾取電荷存儲時段設定為一個等於該變化周期的整數倍的時段。因此，這些實施例的優點在於，當在光源亮度周期性改變的情況下執行圖像拾取時，可以確實防止在所拾取的圖像上出現水平條紋。
但是，根據本發明，設定方式並不局限於上文所述的那些實施例，而圖像拾取信號和光量檢測信號的電平可以通過用不同於上述實施例中的那些的各種方法、相互獨立地設定圖像拾取電荷存儲時段和光量檢測電荷存儲時段來進行糾正。
雖然已經使用特定術語對本發明的優選實施例進行了描述，但是該描述僅僅是用於說明性的目的，而且應該理解在不背離權利要求的精神和範圍的情況下可以做出變化和改變。
權利要求
1.一種圖像拾取裝置，包括固態圖像拾取器件，用於對入射到它的光接收面的光進行光電轉換以產生電荷，以使得響應於預先設定的電荷存儲時段累積存儲該電荷，並輸出一個對應於所存儲的電荷的檢測信號；以及控制部件，用於設定所述電荷存儲時段；所述固態圖像拾取器件的所述光接收面具有圖像拾取區域，其中對應於由入射到所述光接收面的光形成的圖像拾取對象的圖像的、檢測信號作為圖像拾取信號輸出，以及光量檢測區域，其中對應於入射到所述光接收面的光量的檢測信號作為光量檢測信號輸出；所述電荷存儲時段包括兩個時段，圖像拾取電荷存儲時段，其是所述圖像拾取區域的電荷存儲時段，和光量檢測電荷存儲時段，其是所述光量檢測區域的電荷存儲時段；所述控制部件相互獨立地設定所述圖像拾取電荷存儲時段和所述光量檢測電荷存儲時段。
2.根據權利要求1的圖像拾取裝置，其中，當從光源發出的光的亮度具有固定變化周期時，所述控制部件將該光量檢測電荷存儲時段設定為一個不同於該變化周期的整數倍的時段，並判定所述光量檢測信號是否在該變化周期內周期性地改變，然後如果判定所述光量檢測信號在該變化周期內周期性地改變，則所述控制部件將該圖像拾取電荷存儲時段設定為一個等於該變化周期的整數倍的時段。
3.根據權利要求2的圖像拾取裝置，其中，當判定所述光量檢測信號在該變化周期內周期性地改變時，所述控制部件也可以將該圖像拾取電荷存儲時段設定為一個與等於該變化周期的整數倍的時段不同的時段。
4.根據權利要求1的圖像拾取裝置，其中，相互獨立地執行從所述圖像拾取區域讀出該圖像拾取信號的操作和從所述光量檢測區域讀出該光量檢測信號的操作。
5.根據權利要求1的圖像拾取裝置，其中，相互獨立地執行從所述圖像拾取區域讀出該圖像拾取信號的操作和從所述光量檢測區域讀出該光量檢測信號的操作，而且所述控制部件包括開關，用於選擇該圖像拾取信號和該光量檢測信號之一，設定部件，用於基於通過所述開關輸入到那裡的光量檢測信號、設定圖像拾取電荷存儲時段和光量檢測電荷存儲時段，和信號處理部件，用於處理通過所述開關輸入到那裡的圖像拾取信號以產生視頻信號。
6.根據權利要求1的圖像拾取裝置，其中，相互獨立地執行從所述圖像拾取區域讀出該圖像拾取信號的操作和從所述光量檢測區域讀出該光量檢測信號的操作，而且所述控制部件包括設定部件，用於基於通過第一通路提供到那裡的光量檢測信號、設定圖像拾取電荷存儲時段和光量檢測電荷存儲時段，和信號處理部件，用於處理通過與所述第一通路不同的第二通路提供到那裡的圖像拾取信號以產生視頻信號。
7.根據權利要求1的圖像拾取裝置，其中，在時間上連續地執行從所述圖像拾取區域讀出該圖像拾取信號的操作和從所述光量檢測區域讀出該光量檢測信號的操作。
8.根據權利要求1的圖像拾取裝置，其中，在時間上連續地執行從所述圖像拾取區域讀出該圖像拾取信號的操作和從所述光量檢測區域讀出該光量檢測信號的操作，而且所述控制部件包括設定部件，用於基於光量檢測信號設定圖像拾取電荷存儲時段和光量檢測電荷存儲時段，和信號處理部件，用於處理該圖像拾取信號以產生視頻信號。
9.根據權利要求1的圖像拾取裝置，其中所述變化周期等於工業電源周期的1/2。
10.根據權利要求1的圖像拾取裝置，其中所述固態圖像拾取器件是CMOS傳感器單元或是CCD單元。
11.一種用於圖像拾取裝置的圖像拾取方法，其中該裝置包括固態圖像拾取器件，用於對入射到它的光接收面的光進行光電轉換以產生電荷，以使得響應於預先設定的電荷存儲時段累積存儲該電荷，並輸出對應於所存儲的電荷的檢測信號；以及控制部件，用於設定所述電荷存儲時段，該方法包括相互獨立地設定圖像拾取電荷存儲時段和光量檢測電荷存儲時段的步驟；所述固態圖像拾取器件的所述光接收面具有圖像拾取區域，其中對應於由入射到所述光接收面的光形成的圖像拾取對象的圖像的、檢測信號作為圖像拾取信號輸出，和光量檢測區域，其中對應於入射到所述光接收面的光量的檢測信號作為光量檢測信號輸出；所述電荷存儲時段包括兩個時段，其中一個是圖像拾取電荷存儲時段，其是所述圖像拾取區域的電荷存儲時段，以及其中另一個是光量檢測電荷存儲時段，其是所述光量檢測區域的電荷存儲時段。
12.根據權利要求11的圖像拾取方法，其中，當從光源發出的光的亮度具有固定變化周期時，將該光量檢測電荷存儲時段設定為一個不同於該變化周期的整數倍的時段，並判定該光量檢測信號是否在該變化周期內周期性地改變，然後如果判定該光量檢測信號在該變化周期內周期性地改變，則將該圖像拾取電荷存儲時段設定為一個等於該變化周期的整數倍的時段。
13.根據權利要求12的圖像拾取方法，其中，當判定該光量檢測信號在該變化周期內周期性地改變時，將該圖像拾取電荷存儲時段設定為一個與等於該變化周期的整數倍的時段不同的時段。
14.根據權利要求11的圖像拾取方法，其中，相互獨立地執行從所述圖像拾取區域讀出該圖像拾取信號的操作和從所述光量檢測區域讀出該光量檢測信號的操作。
15.根據權利要求11的圖像拾取方法，其中，在時間上連續地執行從所述圖像拾取區域讀出該圖像拾取信號的操作和從所述光量檢測區域讀出該光量檢測信號的操作。
16.根據權利要求11的圖像拾取方法，其中，所述變化周期等於工業電源周期的1/2。
17.根據權利要求11的圖像拾取方法，其中，所述固態圖像拾取器件是CMOS傳感器單元或是CCD單元。
全文摘要
本發明公開了一種圖像拾取裝置，其可以從圖像拾取信號中確實消除噪聲，並保證該圖像拾取信號的高解析度，而不管該圖像拾取信號的讀出方法，並且可以實現成本降低。固態圖像拾取器件的光接收面具有圖像拾取區域，其中對應於由入射到該光接收面的光形成的、圖像拾取對象的圖像的檢測信號作為圖像拾取信號輸出；以及光量檢測區域，其中對應於入射到該光接收面的光量的檢測信號作為光量檢測信號輸出。信號處理部件的信號處理電路處理該圖像拾取信號以產生視頻信號。檢測電路從該光量檢測信號中檢測光源亮度的周期性變化。控制部件控制該信號處理電路，並響應於該檢測電路的檢測結果向控制電路發出指令。
文檔編號H04N5/374GK1717007SQ200510081759
公開日2006年1月4日 申請日期2005年5月19日 優先權日2004年5月19日
發明者佐藤裕 申請人:索尼株式會社