JP2006135726A - Image signal processor and image signal processing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば携帯電話向けのカメラのDSP(デジタル信号処理プロセッサ)などに適用され、光学的黒レベル補正やシステムオフセット補正機能を有するアナログ・フロント・エンドなどと称される画像信号処理装置および画像信号処理方法に関するものである。 The present invention is applied to, for example, a DSP (digital signal processing processor) of a camera for a mobile phone, and an image signal processing apparatus called an analog front end having an optical black level correction function and a system offset correction function. The present invention relates to an image signal processing method.
従来のCDD用アナログ・フロント・エンドなどと称される画像信号処理装置には、画面内の黒レベルの補正のために外付け積分容量素子(コンデンサー)を用いている。(例えば、特許文献1参照。)。すなわち、センサー(CCD等)からの光学的黒レベル出力(以下「OB」と呼ぶ。)期間の間、差分(エラー)信号による電荷をコンデンサーに積分し、画像信号出力期間に、蓄積された電荷に応じた電圧を入力にフィードバックして、システムオフセットおよび光学的黒レベルのオフセットを相殺するシステムになっている。上記コンデンサーとしては、画面の黒レベルの安定化のため、例えば0.1μF程度のものが用いられる。 A conventional image signal processing apparatus called an analog front end for CDD uses an external integration capacitance element (capacitor) for correcting a black level in a screen. (For example, refer to Patent Document 1). That is, during an optical black level output (hereinafter referred to as “OB”) period from a sensor (CCD or the like), the charge due to the difference (error) signal is integrated into a capacitor, and the accumulated charge is accumulated during the image signal output period. Is fed back to the input to cancel the system offset and the optical black level offset. As the capacitor, for example, a capacitor of about 0.1 μF is used for stabilizing the black level of the screen.
また、図2に示すように、CDS(Correlated Double Sampling)回路部501、加算回路502、アナログOB補正回路503、コンデンサー504、およびゲイン可変アンプ505によって、アナログ的に黒レベル補正を行い、加算回路506、A/Dコンバータ507、デジタルOB補正回路508、およびD/Aコンバータ509を用いて、さらにオフセット補正を行っているものもある。
しかしながら、上記従来の画像信号処理装置では、比較的大きな容量のコンデンサーに電荷が蓄積されて適切な電圧が発生されるようになるまでに時間がかかるため、黒レベル補正に要する時間が長く、装置の起動時間も長くなるという問題点を有していた。 However, in the above-described conventional image signal processing apparatus, it takes time until charges are accumulated in a capacitor having a relatively large capacity and an appropriate voltage is generated. Had a problem that the start-up time of the system becomes longer.
特に、近年、例えば携帯電話へのカメラモジュールの搭載が一般化しつつあるが、カメラモジュールに搭載されるカメラ信号処理LSIや内臓されるアナログ・フロント・エンドの電源は、通常、携帯電話の電源が入っている場合でもスタンバイ状態にされるのではなく実際に使用される時点で投入されるため、例えば1秒以内程度のより短い時間で、黒レベル補正をできることが要望されている。 In particular, in recent years, for example, mounting of a camera module on a mobile phone has become common, but the power of the mobile phone is usually the power source of the camera signal processing LSI mounted in the camera module and the built-in analog front end. Even if it is turned on, it is turned on when it is actually used instead of being put into a standby state, so that it is desired that black level correction can be performed in a shorter time, for example, within about 1 second.
本発明は、上記の点に鑑み、短い時間で黒レベル補正やシステムオフセットの補正を行うことができ、装置の起動時間を短くできるようにすることを目的としている。 An object of the present invention is to make it possible to perform black level correction and system offset correction in a short time, and to shorten the startup time of the apparatus.
上記の課題を解決するため、本発明は、
光学的センサーからのセンサー出力信号を受け取ってデジタルの画像信号を出力する画像信号処理装置であって、
上記センサー出力信号をサンプリングする相間2重サンプル回路などのサンプリング回路と、
上記サンプリング回路の出力信号を増幅するゲイン可変増幅回路と、
上記ゲイン可変増幅回路の出力信号をデジタル信号に変換して変換デジタル信号を出力するアナログ・デジタル変換器と、
画像信号処理装置の特性補正時に、上記センサー出力信号を遮断して、所定の基準電圧を上記サンプリング回路に入力する入力信号制御回路と、
上記特性補正時における上記変換デジタル信号に基づいて、上記ゲイン可変増幅回路に入力される信号に対するフィードバック制御を行い、上記変換デジタル信号におけるオフセットを補正するオフセット補正回路と、
を備えたことを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention provides:
An image signal processing apparatus that receives a sensor output signal from an optical sensor and outputs a digital image signal,
A sampling circuit such as an interphase double sampling circuit for sampling the sensor output signal;
A gain variable amplification circuit for amplifying the output signal of the sampling circuit;
An analog / digital converter that converts the output signal of the variable gain amplifier circuit into a digital signal and outputs a converted digital signal; and
An input signal control circuit that shuts off the sensor output signal and inputs a predetermined reference voltage to the sampling circuit when correcting the characteristics of the image signal processing device;
An offset correction circuit that performs feedback control on a signal input to the variable gain amplifier circuit based on the converted digital signal at the time of the characteristic correction, and corrects an offset in the converted digital signal;
It is provided with.
また、さらに、上記サンプリング回路に上記光学的センサーから所定の光学的黒レベル信号が入力された際に、上記変換デジタル信号に基づいて、所定の黒レベル値を出力する黒レベル補正回路を備えたことを特徴とする。 Further, a black level correction circuit is provided that outputs a predetermined black level value based on the converted digital signal when a predetermined optical black level signal is input from the optical sensor to the sampling circuit. It is characterized by that.
これにより、センサー出力信号が遮断されて、所定の基準電圧が上記サンプリング回路に入力された状態で上記ゲイン可変増幅回路に入力される信号に対するフィードバック制御が行われ、変換デジタル信号におけるオフセットが補正される。また、光学的センサーから所定の光学的黒レベル信号が入力された際に、所定の黒レベル値が出力されるように、出力値の補正が行われる。 As a result, the sensor output signal is interrupted, and feedback control is performed on the signal input to the variable gain amplifier circuit in a state where a predetermined reference voltage is input to the sampling circuit, and the offset in the converted digital signal is corrected. The The output value is corrected so that a predetermined black level value is output when a predetermined optical black level signal is input from the optical sensor.
本発明によれば、短い時間で黒レベル補正やシステムオフセットの補正を行うことができ、装置の起動時間を短くすることができる。 According to the present invention, black level correction and system offset correction can be performed in a short time, and the startup time of the apparatus can be shortened.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
本発明の実施形態の画像信号処理装置は、例えば、LSIの内部コアの一部を構成し、CCDセンサーやMOSセンサーなどの画像センサーとデジタル信号処理装置との間を結合するアナログ・フロント・エンドとして用いられるものである。この画像信号処理装置は、図1に示すように、入力遮断・等価回路101、相間2重サンプル回路(CDS)102、加算回路103、ゲイン可変アンプ(PGA)104、A/Dコンバータ(ADC)105、デジタルOB補正回路106、システムオフセット補正回路107、およびD/Aコンバータ(DAC)108を備えて構成されている。
An image signal processing device according to an embodiment of the present invention is, for example, an analog front end that forms part of an internal core of an LSI and connects between an image sensor such as a CCD sensor or a MOS sensor and a digital signal processing device. It is used as As shown in FIG. 1, the image signal processing apparatus includes an input cutoff /
入力遮断・等価回路101は、例えばトランスファーゲートを備え、システムオフセット補正回路107からの入力遮断信号に応じて、センサーから入力された信号をそのまま出力するか、または所定の基準電圧を出力するようになっている。
The input cutoff /
相間2重サンプル回路102は、センサーからの入力信号(差動入力信号)に含まれる低域ノイズを除去するようになっている。
The interphase
加算回路103は、相間2重サンプル回路102の出力とD/Aコンバータ108の出力とを加算するようになっている。
The
ゲイン可変アンプ104は、図示しない制御信号に応じて、例えば0〜24dB程度の可変範囲のゲインで、加算回路103からの信号をA/Dコンバータ105への最適入力レンジになるように増幅するようになっている。
The
A/Dコンバータ105は、ゲイン可変アンプ104から出力されるアナログ信号をデジタルコードに変換するようになっている。
The A /
デジタルOB補正回路106は、センサーから光学的黒レベル信号が入力されたときに所定の黒レベル値が出力されるように、A/Dコンバータ105からの出力値を補正するようになっている。
The digital
システムオフセット補正回路107は、入力遮断・等価回路101に入力遮断信号を出力して、センサーからの入力信号に係わらず所定の基準電圧を出力させた状態で、A/Dコンバータ105から所定の値が出力されるように、D/Aコンバータ108を介してフィードバック制御するようになっている。
The system
上記のように構成された画像信号処理装置では、次のような動作が行われる。 In the image signal processing apparatus configured as described above, the following operation is performed.
まず、システムオフセット補正回路107は、画像信号処理装置の初期化時や、ゲイン可変アンプ104のゲインが変えられる場合など、所定のタイミングで、入力遮断・等価回路101に入力遮断信号を出力する。そこで、入力遮断・等価回路101は、センサーからの入力信号を遮断し、所定のレベルの信号、好ましくは、光学的黒レベル信号とほぼ等価なレベルの信号を出力する。
First, the system
相間2重サンプル回路102、加算回路103、ゲイン可変アンプ104、およびA/Dコンバータ105は、通常の画像信号が入力される場合と同様に動作し(ゲイン可変アンプ104のゲインは一定に保たれる)、システムオフセット補正回路107は、そのときに、A/Dコンバータ105から所定の基準値が出力されるように、D/Aコンバータ108を介して加算回路103に入力される信号をフィードバック制御する。これによって、上記のように相間2重サンプル回路102に入力された光学的黒レベル信号とほぼ等価なレベルの信号に対して、ゲイン可変アンプ104自身が有するオフセット等によってA/Dコンバータ105から出力されるデジタルコードに生じる所定の値からのずれ(システムオフセット)が補正される。このときにシステムオフセット補正回路107から出力される値が、上記フィードバック制御が終了した後も保持され、上記オフセットが固定的に補正される。ここで、上記のようにセンサーからの入力信号が遮断された状態で上記制御が行われるので、センサーが光学的黒レベル信号を出力するOB期間でなくてもオフセット補正を行うことができる。
The interphase
また、その後、センサーから光学的黒レベル信号が出力されると、デジタルOB補正回路106は、そのときに所定の黒レベル値を出力するように、A/Dコンバータ105から出力される値に対するデジタル差分データを求め、その後にセンサーから画像信号が出力される間、黒レベルのずれを相殺するように補正(微調整)する。
After that, when an optical black level signal is output from the sensor, the digital
ここで、最近のCCD、MOSセンサーの技術的進化は著しく、画面を暗くした場合の暗電流の発生は少なくなっている。特に、MOSセンサーの場合は数mV程度まで低くなっており、画像信号処理装置(AFEシステム)においては、センサーの光学的黒レベルの差分よりも、サンプリング回路やPGAのオフセットすなわちシステムオフセットの方が支配的になってきている。それゆえ、上記のように、まずシステムオフセットを補正し、その後にデジタル的に正確かつ高速な光学的黒レベル補正が行われるようにすることにより、光学的黒レベルを補正するための比較的大容量の(外付け)積分容量素子を必要としない画像信号処理装置を構成することができる。したがって、積分容量素子を充電する場合に比べて、画像信号処理装置の起動時間を大幅に短縮することができる。 Here, the recent technological evolution of CCD and MOS sensors is remarkable, and the generation of dark current when the screen is darkened is reduced. In particular, in the case of a MOS sensor, the voltage is as low as several mV. In an image signal processing apparatus (AFE system), the offset of the sampling circuit or PGA, that is, the system offset is more than the difference of the optical black level of the sensor. It is becoming dominant. Therefore, as described above, the system offset is first corrected, and then digitally accurate and fast optical black level correction is performed. An image signal processing apparatus that does not require a capacitive (external) integrating capacitive element can be configured. Therefore, the start-up time of the image signal processing device can be significantly shortened as compared with the case where the integration capacitor element is charged.
なお、上記のようにA/Dコンバータ105からの出力に基づいてゲイン可変アンプ104への入力が補正される場合、そのシステムオフセット補正はゲインが変更されるごとに行う必要があるが、例えばゲイン可変アンプ104のゲイン設定後、画面の垂直帰線回帰期間にシステムオフセット補正を行い、その後、OB期間に高速な光学的黒レベル補正をデジタル的に行うなどすればよい。
When the input to the
本発明にかかる画像信号処理装置および画像信号処理方法は、短い時間で黒レベル補正やシステムオフセットの補正を行うことができ、装置の起動時間を短くすることができる効果を有し、例えば携帯電話向けのカメラのDSP(デジタル信号処理プロセッサ)などに適用され、光学的黒レベル補正やシステムオフセット補正機能を有するアナログ・フロント・エンドなどと称される画像信号処理装置および画像信号処理方法等として有用である。 The image signal processing apparatus and the image signal processing method according to the present invention can perform black level correction and system offset correction in a short time, and have an effect of shortening the start-up time of the apparatus. It is applied to a digital signal processor (DSP) for cameras, and is useful as an image signal processing apparatus and an image signal processing method called an analog front end having optical black level correction and system offset correction functions. It is.
101 入力遮断・等価回路
102 相間2重サンプル回路
103 加算回路
104 ゲイン可変アンプ
105 A/Dコンバータ
106 デジタルOB補正回路
107 システムオフセット補正回路
108 D/Aコンバータ
DESCRIPTION OF
Claims (5)
上記センサー出力信号をサンプリングするサンプリング回路と、
上記サンプリング回路の出力信号を増幅するゲイン可変増幅回路と、
上記ゲイン可変増幅回路の出力信号をデジタル信号に変換して変換デジタル信号を出力するアナログ・デジタル変換器と、
画像信号処理装置の特性補正時に、上記センサー出力信号を遮断して、所定の基準電圧を上記サンプリング回路に入力する入力信号制御回路と、
上記特性補正時における上記変換デジタル信号に基づいて、上記ゲイン可変増幅回路に入力される信号に対するフィードバック制御を行い、上記変換デジタル信号におけるオフセットを補正するオフセット補正回路と、
を備えたことを特徴とする画像信号処理装置。 An image signal processing apparatus that receives a sensor output signal from an optical sensor and outputs a digital image signal,
A sampling circuit for sampling the sensor output signal;
A gain variable amplification circuit for amplifying the output signal of the sampling circuit;
An analog / digital converter that converts the output signal of the variable gain amplifier circuit into a digital signal and outputs a converted digital signal; and
An input signal control circuit that shuts off the sensor output signal and inputs a predetermined reference voltage to the sampling circuit when correcting the characteristics of the image signal processing device;
An offset correction circuit that performs feedback control on a signal input to the variable gain amplifier circuit based on the converted digital signal at the time of the characteristic correction, and corrects an offset in the converted digital signal;
An image signal processing apparatus comprising:
上記サンプリング回路が、相間2重サンプル回路であることを特徴とする画像信号処理装置。 The image signal processing apparatus according to claim 1,
An image signal processing apparatus, wherein the sampling circuit is an interphase double sampling circuit.
さらに、上記サンプリング回路に上記光学的センサーから所定の光学的黒レベル信号が入力された際に、上記変換デジタル信号に基づいて、所定の黒レベル値を出力する黒レベル補正回路を備えたことを特徴とする画像信号処理装置。 The image signal processing apparatus according to claim 1,
And a black level correction circuit for outputting a predetermined black level value based on the converted digital signal when a predetermined optical black level signal is input from the optical sensor to the sampling circuit. A characteristic image signal processing apparatus.
上記サンプリング回路の出力信号を増幅するゲイン可変増幅回路と、
上記ゲイン可変増幅回路の出力信号をデジタル信号に変換して変換デジタル信号を出力するアナログ・デジタル変換器と、
上記変換デジタル信号に基づいて、上記ゲイン可変増幅回路に入力される信号に対するフィードバック制御を行うオフセット補正回路と、
を備え、上記センサー出力信号を受け取ってデジタルの画像信号を出力する画像信号処理装置を用いた画像信号処理方法であって、
上記センサー出力信号を遮断し、所定の基準電圧を上記サンプリング回路に入力するとともに、上記オフセット補正回路によって、上記変換デジタル信号におけるオフセットを補正することを特徴とする画像信号処理方法。 A sampling circuit for sampling the sensor output signal from the optical sensor;
A gain variable amplification circuit for amplifying the output signal of the sampling circuit;
An analog / digital converter that converts the output signal of the variable gain amplifier circuit into a digital signal and outputs a converted digital signal; and
An offset correction circuit that performs feedback control on a signal input to the variable gain amplifier circuit based on the converted digital signal;
An image signal processing method using an image signal processing apparatus that receives the sensor output signal and outputs a digital image signal,
An image signal processing method comprising: cutting off the sensor output signal, inputting a predetermined reference voltage to the sampling circuit, and correcting an offset in the converted digital signal by the offset correction circuit.
さらに、上記サンプリング回路に上記光学的センサーから所定の光学的黒レベル信号が入力されたときに、上記変換デジタル信号に基づいて、画像信号処理装置から出力される値が所定の黒レベル値になるように出力値を補正することを特徴とする画像信号処理方法。 The image signal processing method according to claim 4,
Further, when a predetermined optical black level signal is input from the optical sensor to the sampling circuit, a value output from the image signal processing device becomes a predetermined black level value based on the converted digital signal. An image signal processing method characterized by correcting an output value as described above.
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JP2009164913A (en) * | 2008-01-07 | 2009-07-23 | Canon Inc | Imaging system, and control method of imaging system |
US8537254B2 (en) | 2010-12-09 | 2013-09-17 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Image signal processing device and solid-state imaging device |
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