專利名稱：數字鉗位電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種鉗位數字信號的數字鉗位電路。
背景技術：
CCD固體攝像器件所輸出的信號，經相關雙重抽樣(CDS)使斷續的輸出信號被變換成連續信號，又經自動增益控制(AGC)被變換成增益受到自動控制的信號。然后，將基準黑信號模擬鉗位成能夠被包括在后述的A/D變換電路的動作點內的直流電位后，經A/D變換電路被變換成數字視頻信號。該數字視頻信號經數字鉗位電路被黑電平校正(數字鉗位)之后，再施以數字增益以及γ校正等給定的數字信號處理。
圖4為CCD固體攝像器件的像素排列的模式圖。如圖4所示，CCD固體攝像器件100中的有效像素區域110的周圍的設有光學黑(OPB)區域120，OPB區域120內的攝像部的左部(也即，從CCD固體攝像器件100的輸出信號的一個水平周期的開頭處所讀出的部分)設置有基準黑區域121。由于基準黑區域121被遮光了，所以基準黑信號被CCD固體攝像器件100輸出，CCD固體攝像器件100根據來自有效像素區域的受光像素所積蓄的信息電荷，輸出被攝物體信息。
圖5為對CCD固體攝像器件100的輸出信號所實施的各個信號處理部中的波形圖，橫軸表示時間，縱軸表示亮度。CCD固體攝像器件100的輸出信號被模擬鉗位之后，如圖5(a)所示，由各周期大致相同電平的基準黑信號和緊跟其后的被攝物體信號構成1水平周期1H，進一步使這些水平周期1H周期性連續而構成1幀，也即作為1個畫面的1個垂直周期1V。這樣，通過使1個垂直周期1V的信號周期性連續而形成畫面連續的模擬視頻信號。
模擬視頻信號在A/D變換電路中被變換成數字信號，成為如圖5(b)所示的數字視頻信號Y0。圖5(b)中所顯示的是8位(數字編碼的值為“0”～“255”)數字編碼化的例子。此時，由于基準黑信號的電平隨著溫度變化等的影響而變動，為了使基準黑信號被準確的數字編碼化而設定A/D變換電路的動作范圍。也即，設定余裕使基準黑信號的數字編碼值一定比數字碼值“0”大。
接下來，計算出作為基準黑信號的數字編碼值的各幀的分別平均值的平均基準黑電平BL，將其作為鉗位電平CL。該平均基準黑電平BL是，在每幀分別平均基準黑區域的輸出信號，使其為和被攝物體信號保持同一精度的8位的數字碼的值。
數字鉗位電路中，通過減去鉗位電平CL而使數字視頻信號Y0被鉗位，變成如圖5(c)所示的數字視頻信號Y1。這樣，將各幀所分別計算出來的平均基準黑電平BL，作為該幀的鉗位電平CL。例如，將幀T1中的平均基準黑電平BL(1)作為幀T1的鉗位電平CL，將幀T2中的平均基準黑電平BL(2)作為幀T2的鉗位電平CL。另外，在要求視頻信號的高速處理時，還能夠將各幀所分別計算出來的平均基準黑電平BL作為其下一幀的鉗位電平CL。例如，將幀T1中的平均基準黑電平BL(1)作為幀T2的鉗位電平CL，將幀T2中的平均基準黑電平BL(2)作為幀T3的鉗位電平CL。
圖6為只將圖5(b)中被數字編碼化的基準黑信號部分模式顯示的圖。平均基準黑電平BL，由于將1幀內的基準黑信號平均化所以能夠抑制基準黑信號自身的變動。然而，由于原本的基準黑信號中含有噪聲成分，所以即使是平均基準黑電平BL也不能夠完全抑制該變動。特別是，當基準黑信號是在A/D變換時接近數字編碼的邊界時的模擬值的情況下，數字編碼化的基準黑信號很容易變動，結果導致各幀各自的平均基準黑電平BL變動。例如，當基準黑信號的模擬值在數字編碼值“11”和“12”變換的界線附近的情況下，由于基準黑信號的數字編碼值有時是“11”，有時是“12”，所以平均基準黑電平也有時是“11”，有時是“12”。
平均基準黑電平BL變動之后，數字鉗位之后的被攝物體信號的數字編碼值也變動，出現了各幀的亮度變動的這種呈現所謂的閃爍(hunting)癥狀的問題。另外，根據這樣被數字鉗位之后的數字視頻信號Y1，進行數字增益或γ校正等數字信號處理之后，數字編碼的“1”碼之間的偏差會被放大為若干倍，結果導致閃爍(hunting)癥狀也被放大。
專利文獻1特開平6-86095號公報發明內容本發明所要解決的問題是防止各幀的數字鉗位電路中的鉗位電平的變動所引起的閃爍(hunting)癥狀，使固體攝像器件的輸出信號的顯示穩定化。
為了解決上述問題，本發明的數字鉗位電路，在以幀為單位顯示被攝物體圖像，對各幀中周期性出現基準黑信號以及被攝物體信號的數字視頻信號鉗位掉基準黑電平的數字鉗位電路中，包括將上述數字視頻信號的上述基準黑信號鉗位成給定的電平的鉗位電路，以及生成上述鉗位電路中鉗位的鉗位電平的鉗位電平生成電路。上述鉗位電平生成電路，對多個幀的基準黑信號和既有的鉗位電平進行比較，根據該比較結果更新上述鉗位電平。
本發明中，由于根據多個幀周期的基準黑信號計算出數字鉗位的鉗位電平，抑制了噪聲的影響所導致的鉗位電平的變動，從而改善了閃爍癥狀。這時，通過使鉗位電平只以多個幀為單位進行變更，使得幀單位中的頻繁的鉗位電平的變動不存在，這樣進一步改善了閃爍癥狀。反之，通過根據過去的多個幀周期的平均基準黑信號而更新各幀的鉗位電平，在改善閃爍癥狀的同時，在溫度變換等引起基準黑信號的電平變換的情況下，也能夠及早使鉗位電平跟上該變化。


圖1為說明本發明的實施方式1的數字鉗位電路的構成的結構圖。
圖2為本發明的實施方式1中的判斷電路的流程圖。
圖3為說明本發明的實施方式2的數字鉗位電路的構成的結構圖。
圖4為CCD固體攝像器件的像素排列的模式5為對CCD固體攝像器件的輸出信號所實施的各信號處理部中的波形圖。
圖6為基準黑信號以及平均基準黑電平的說明圖。
圖中30、60-數字鉗位電路；20、50-鉗位電路；10、40-鉗位電平生成電路；11、41-比較電路；12、42-更新電路；12a-比較結果寄存器；12b-判定電路；42a-比較結果存儲器；42b-判定電路；13、43-鉗位電平存儲器；14-幀計數器；100-CCD固體攝像器件；110-有效像素區域；120-OPB區域；121-基準黑區域。
具體實施例方式
圖1為說明本發明的實施方式1的相關數字鉗位電路30的構成的結構圖。數字鉗位電路30，由鉗位電路20以及鉗位電平生成電路10所構成。鉗位電平生成電路10由比較電路11、更新電路12、鉗位電平存儲器13以及幀計數器14構成。更新電路12由提升寄存器、保持寄存器、降低寄存器以及差分寄存器所構成的比較結果寄存器12a以及判定電路12b所構成。
幀計數器14被輸入每幀所分別生成的垂直驅動信號VD，在給定的幀數分別對更新電路12輸出更新時鐘信號RC，通過這樣將比較結果寄存器12a的寄存值重置為“0”。
鉗位電平存儲器13中，預先保存了整數部分為8位、小數部分為2位共計10位的鉗位電平CL，將其作為鉗位電平CL輸入到鉗位電路20，數字視頻信號Y0，相應鉗位電平CL的量而被數字鉗位。另外，鉗位電平CL還被輸入到比較電路11中。在比較電路11中，還被輸入整數部分為8位的數字視頻信號Y0。對數字視頻信號Y0的基準黑區域的輸出信號進行平均，以比被攝物體信號精度更高的具有“0.25”的精度的數字編碼值，來表示整數部分為8位、小數部分為2位共計10位的平均基準黑電平BL。接著由比較器11對平均基準黑電平BL和鉗位電平CL進行比較。
在比較電路11中比較各幀的平均基準黑電平BL與鉗位電平CL的結果，當平均基準黑電平BL與鉗位電平CL相比大于給定的設定值的情況下，將提升寄存器的寄存值加1；當平均基準黑電平BL與相比鉗位電平CL相比小于給定的設定值的情況下，將降低寄存器的寄存值加1；當平均基準黑電平BL和鉗位電平CL之間的差小于給定的設定值的情況下，將保持寄存器的寄存值加1。另外，給差分寄存器中所保存的寄存值加上平均基準黑電平BL和鉗位電平CL之間的差值，并更新差分寄存器的寄存值。這樣，使得差分寄存器中保存有過去的差值的積累值。
接著由幀計數器14將下一個更新時鐘信號RC輸入到更新電路12，通過這樣使判斷電路12b進行判斷動作，同時在判斷動作之后再度重置比較結果寄存器12a中的寄存值。這時，判斷電路12b被輸入更新時鐘信號RC，根據比較結果寄存器12a的內容，進行判斷鉗位電平存儲器13中所保存的鉗位電平CL將進行提升、保持、降低中的某一種的判斷動作，將作為判斷動作結果的新鉗位電平CL寫入并保存到鉗位電平存儲器13中。這樣，根據鉗位電平存儲器13中所保存的鉗位電平CL，對后繼的數字視頻信號Y0進行數字鉗位。
以后，同樣在幀計數器14的每個更新時鐘信號RC，判斷電路12b根據比較結果寄存器12a的內容更新鉗位電平存儲器13中所保存的鉗位電平CL。
圖2為判斷電路12b的判斷動作的流程圖的一個例子，當幀計數器14的計數值變成給定的幀數時，更新電路12被輸入更新時鐘信號RC，判斷電路12b反復進行判斷動作。本實施方式中，給定的幀數為20。
本實施方式的判斷動作中，根據安定狀態以及過渡狀態而對判斷動作的方法進行變更。也即，在過渡狀態下比較簡單的增減鉗位電平CL，但一旦判斷為安定狀態就盡可能的不變更鉗位電平CL。判斷電路12b中，含有用來顯示是安定狀態還是過渡狀態的標記位，將攝影剛剛開始的初期設定為過渡狀態。
首先，在步驟S0中，通過判斷電路12b的標記位來判斷是過渡狀態還是安定狀態，在過渡狀態時進入步驟S1，在安定狀態時跳轉到步驟S5。
在判斷電路12b的標記位被設定為過渡狀態的情況下，步驟S1中在提升寄存器的寄存值超過了給定的幀數的50％，也即為“11”以上的情況下，進入步驟S2，在非上述情況下，跳轉到步驟S3。步驟S2中，在差分寄存器的寄存值為“80”以上的情況下，將鉗位電平提升“1”，在非上述情況下，將鉗位電平提升“0.25”，不管哪一種情況都保持標記位為過渡狀態。差分寄存器的寄存值為“80”以上這種情況是因為，各幀的平均基準黑電平BL比鉗位電平CL大“4”以上，通過使鉗位電平CL的值加“1”而使鉗位電平CL迅速接近平均基準黑電平BL。另外，差分寄存器的寄存值為不滿“80”這種情況是因為，各幀的平均基準黑電平BL比鉗位電平CL大“4”以下，通過使鉗位電平CL的值加“0.25”而使鉗位電平CL緩慢接近平均基準黑電平BL。
接下來在步驟S3中，在降低寄存器的寄存值超過了給定的幀數的50％，也即為“11”以上的情況下，進入步驟S4，在非上述情況下，不更新鉗位電平，將標記位從過渡狀態變更為安定狀態。步驟S4中，在差分寄存器的寄存值為“-80”以下的情況下，將鉗位電平降低“1”，在非上述情況下，將鉗位電平降低“0.25”，不管哪一種情況都保持標記位為過渡狀態。差分寄存器的寄存值為“-80”以上這種情況是因為，各幀的平均基準黑電平BL比鉗位電平CL小“4”以上，通過使鉗位電平CL的值降低“1”而使鉗位電平CL迅速接近平均基準黑電平BL。另外，差分寄存器的寄存值為不滿“-80”這種情況是因為，各幀的平均基準黑電平BL比鉗位電平CL小“4”以下，通過使鉗位電平CL的值降低“0.25”而使鉗位電平CL緩慢接近平均基準黑電平BL。
另外，在判斷電路12b的標記位被設定為安定狀態而非過渡狀態的情況下，步驟S5中在提升寄存器的寄存值超過了給定的幀數的50％，也即為“11”以上，且降低寄存器的寄存值為“0”時，進入步驟S6，在非上述情況下，跳轉到步驟S7。步驟S6中，在差分寄存器的寄存值為“80”以上的情況下，將鉗位電平提升“1”，在非上述情況下，將鉗位電平提升“0.25”，不管哪一種情況都將標記位從安定狀態變更為過渡狀態。
接著，在步驟S7中，在降低寄存器的寄存值超過了給定的幀數的50％，也即為“11”以上的，且提升寄存器的寄存值為“0”時，進入步驟S8，在非上述情況下，不更新鉗位電平，保持標記位為安定狀態。步驟S8中，在差分寄存器的寄存值為“-80”以下的情況下，將鉗位電平降低“1”，在非上述情況下，將鉗位電平降低“0.25”，不管哪一種情況都將標記位從安定狀態變更為過渡狀態。
這樣，不但進行差分寄存器的寄存值的判斷，還將提升寄存器以及降低寄存器的寄存值作為判斷動作的對象，即使基準黑信號的一部分被乘上了較大的噪聲，使得差分寄存器的寄存值產生了較大的變動，也不會給提升寄存器以及降低寄存器的寄存值帶來很大的影響，因此能夠抑制噪聲所引起的鉗位電平的變動。另外，進行過渡狀態與安定狀態這兩個狀態的區分，在安定狀態下比在過渡狀態下更加不對鉗位電平進行增減，一旦變成安定狀態，就能夠抑制鉗位電平的變動。
顯示判斷動作流程的圖2只是一個例子，還可以適當設置來改善閃爍(hunting)癥狀。例如，可以不區分過渡狀態與安定狀態而只采用步驟S1～S4或步驟S5～S8的判斷流程。圖2的判斷動作中，利用了提升寄存器、降低寄存器以及差分寄存器，而沒有利用保持寄存器，當然保持寄存器也是能夠利用的，另外，還可以只通過差分寄存器來進行判斷動作。
另外，對步驟S1、S3中作為判斷值的提升寄存器的寄存值超過了給定的幀數的50％或降低寄存器的寄存值超過了給定的幀數的50％，或者步驟S5、S7中作為判斷值的提升寄存器的寄存值超過了給定的幀數的50％且降低寄存器的寄存值為“0”或降低寄存器的寄存值超過了給定的幀數的50％且提升寄存器的寄存值為“0”，也能夠進行適當的設置。
另外，在差分寄存器的寄存值為“80”以上或“-80”以下的情況下，給鉗位電平增減“1”，然而還可以增減差分寄存器的寄存值除以給定的幀數的值。
圖3為說明本發明的實施方式2的相關數字鉗位電路60的構成的結構圖。數字鉗位電路60由鉗位電路50以及鉗位電平生成電路40所構成。鉗位電平生成電路40由比較電路41、更新電路42、鉗位電平存儲器43構成。更新電路42由比較結果存儲器42a以及判定電路42b所構成。鉗位電路50、比較電路41以及鉗位電平存儲器43，和圖1的鉗位電路20、比較電路11以及鉗位電平存儲器13同樣構成。
比較結果存儲器42a，將給定的幀數份的平均基準黑電平BL和鉗位電平CL之間的差值作為順次差分數據保存。例如使用觸發器所構成的移位寄存器或連接緩存存儲器作為比較結果存儲器42a。判斷電路42a，分別在每幀根據比較結果存儲器42a中所保存的該幀以前的給定幀數份的差分數據，變更鉗位電平存儲器43中所保存的鉗位電平CL。這時的判斷電路42b的動作，可以適用如圖2所示的流程圖，還可以根據去掉最大值和最小值的差分數據的平均值來判斷鉗位電平的更新。必要時還可以采用通過對能夠抑制噪聲的影響所引起的基準黑信號的變動的多個幀的平均基準黑信號BL以及鉗位電平CL之間進行比較來更新鉗位電平的判斷方法。
這樣，通過在每個幀變化時根據過去的給定幀數份的比較結果來進行判斷，在能夠抑制噪聲的影響所引起的鉗位電平CL的變動且改善閃爍癥狀的同時，還能夠在溫度變化等基準黑信號的電平變化時使得鉗位電平盡早跟上該變化。
另外，本發明的實施方式1以及實施方式2中，比較電路11或比較電路41對平均基準黑電平BL以及鉗位電平CL進行比較，還可以不限定于此，逐次比較基準黑信號和鉗位電平再取平均值，將該結果以幀為單位傳送給更新電路12或更新電路42。
另外，本發明中，根據多個幀的比較結果使鉗位電平CL盡可能和平均基準黑電平BL相等，然而并不需要一定相等。也即，雖然本發明中使得數字鉗位之后的基準黑信號的數字值為“0”，但也可以是“0”以外的值。
權利要求
1.一種數字鉗位電路，以幀為單位顯示被攝物體圖像，對各幀中周期性出現基準黑信號以及被攝物體信號的數字視頻信號進行基準黑電平鉗位，其特征在于包括將上述數字視頻信號的上述基準黑信號鉗位成給定的電平的鉗位電路；和生成在上述鉗位電路中進行鉗位的鉗位電平的鉗位電平生成電路，上述鉗位電平生成電路，對多個幀的基準黑信號與既有的鉗位電平進行比較，并根據該比較結果更新上述鉗位電平。
2.如權利要求1所述的數字鉗位電路，其特征在于，上述鉗位電平生成電路包括記錄上述鉗位電平的鉗位電平存儲器；對上述基準黑信號與上述鉗位電平存儲器中所保存的上述鉗位電平進行比較的比較電路；以及根據上述比較電路的比較結果，更新上述鉗位電平存儲器中所保存的上述鉗位電平的更新電路。
3.如權利要求2所述的數字鉗位電路，其特征在于，上述更新電路包括將上述比較電路的比較結果作為寄存值積蓄的比較結果寄存器；根據上述比較結果寄存器的寄存值，更新上述鉗位電平存儲器中所保存的上述鉗位電平的判斷電路；以及以上述多個幀為單位，使上述判斷電路動作，同時輸出用來重置上述比較結果寄存器的更新時鐘信號的幀計數器。
4.如權利要求2所述的數字鉗位電路，其特征在于，上述更新電路包括保存多幀份上述比較電路的比較結果的比較結果存儲器；和根據上述比較結果存儲器的內容，更新上述鉗位電平存儲器中所保存的鉗位電平的判斷電路。
全文摘要
本發明涉及的數字鉗位電路(30)由鉗位電路(20)以及鉗位電平生成電路(10)所構成。鉗位電平生成電路(10)由比較電路(11)、更新電路(12)、鉗位電平存儲器(13)以及幀計數器(14)構成。比較器(11)對信號(Y0)的各幀的平均基準黑電平(BL)以及鉗位電平(CL)進行比較。更新電路在保存比較結果的同時，在每個給定的多個幀分別根據比較結果更新鉗位電平存儲器(13)中所保存的鉗位電平(CL)。該數字鉗位電路能夠防止各幀的數字鉗位電路中的鉗位電平的變動所引起的閃爍(hunting)癥狀，使固體攝像器件的輸出信號的顯示穩定化。
文檔編號H04N5/363GK1595956SQ200410057710
公開日2005年3月16日 申請日期2004年8月11日 優先權日2003年9月11日
發明者中莖俊朗 申請人:三洋電機株式會社