CN100373919C - 图像信号处理装置以及图像信号处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可以得到良好画质图像的图像信号处理装置。该图像信号处理装置，其中对包括：含有垂直光学黑体信号的无效图像信号期间；含有水平光学黑体信号以及有效图像信号，并接续在所述无效图像信号期间之后的有效图像信号期间的图像信号进行处理，具备：以任意的增益放大所述图像信号的AGC电路(70)；和对放大过的图像信号的基准电平进行钳位的钳位电路(72)，钳位电路(72)在对所述垂直光学黑体信号进行钳位时与对所述水平光学黑体信号进行钳位时，以不同的钳位时间常数进行钳位。

Description

图像信号处理装置以及图像信号处理方法

技术领域

本发明涉及处理图像信号的图像处理装置以及图像信号处理方法。更详细地，涉及对图像信号的直流电平进行控制的图像信号处理装置以及图像信号处理方法。

背景技术

由摄像元件得到的图像信号的直流电平，根据其元件的受光强度而变动。因此，如果是CCD(电荷耦合器件)固体摄像元件时，则设置被摄像部的有效像素区域的边缘部分遮光的像素区域，即光学黑体(OpticalBlack:OPB)区域，并根据对应该OPB而得到的光学黑体信号(OPB信号)对表示图像的黑电平的基准电平进行钳位处理。而且，在设于其后段的AGC(自动增益控制)电路的输出中，对应其增益，图像信号的黑电平即直流电平可以变动。因此，在AGC电路的后段设置控制直流电平的钳位电路。

现有的图像处理装置，如图5所示，构成为包含：模拟信号处理电路2、模拟/数字(A/D)转换电路4、数字信号处理电路6、增益设定电路8。在模拟信号处理电路2中，包含AGC电路20、钳位电路22以及数字/模拟(D/A)转换电路24。AGC电路20用增益设定电路8设定的增益将来自CCD固体摄像元件的图像信号进行放大。由钳位电路22对该放大了的输出进行钳位。在A/D转换电路4中，将从模拟信号处理电路2输出的信号由模拟信号转换为数字信号，并输入到数字信号处理电路6。在数字信号处理电路6中包含积分电路30以及判定电路32。积分电路30对一个画面的图像信号进行积分。判定电路32将积分电路30的积分结果与规定的基准值进行比较，并将其比较结果输出到增益设定电路8中。增益设定电路8，根据判定电路32的比较结果对增益G进行增减。这样，就可以进行控制，以使来自CCD固定摄像元件的凸现信号的画面单位的平均电平收纳在规定的动态范围之内。

钳位电路22，与伴随图像信号的水平同步信号HD同步，在OPB信号期间中将信号线连接到基准电压源。于是，图像信号的直流电平就被钳位到规定电位，将黑电平设定为恒定电平。钳位电路22的时间常数，即钳位时间常数，由钳位脉冲生成电路28中生成的钳位脉冲CL来决定。具体地，钳位脉冲生成电路28，在每次的钳位动作中调整从基准电压源向信号线供给的电流供给量。例如，一次的钳位动作的电流供给量越大，钳位时间常数越小，直流电平被迅速地收束到基准电源的电压。

但是，在OPB信号中重叠有来自外部的噪音。如果根据重叠了噪音成分的OPB信号来钳位直流电平，则钳位后的直流电平会受到噪音成分的影响。即，接受噪音成分的变动，钳位后的直流电平会在图像信号的每个水平行变动。其结果，在最终再生的图像中出现向水平行方向延伸的噪音。

直流电平的钳位中的向噪音的随动程度，依赖于钳位时间常数。具体地，若时间常数减小，则钳位后的直流电平就容易追从噪音成分的变动。因此，为了减轻向水平行方向延伸的横拉状的噪音，优选将钳位时间常数设定得大，并使直流电平的钳位处理跨越更多的水平行来进行。另一方面，从将图像信号的黑电平维持恒定的观点来看，优选将钳位时间常数设定得小，并使直流电平的钳位处理更快地进行。考虑到这些条件，将钳位时间常数设定为可以得到更合适的再生图像的恒定值。

但是，在直流电平的钳位处理中，向噪音成分的变动的随动影响也依赖于噪音成分的大小。包含于从AGC电路20输出的图像信号的噪音成分的大小，直接依赖于AGC电路20的增益。

在现有的图像信号处理装置中，若AGC电路20的增益变更，则在被放大的图像信号的直流电平上也引起变动，需要对图像信号的直流电平进行再次钳位。为了消除该增益变更对图像的直流电平的影响，即消除对黑电平的影响，优选将钳位时间常数设定得小，并将图像的直流电平更迅速地钳位到基准电平。另一方面，如上所述，若钳位时间常数减小，则钳位后的直流电平变得容易随动噪音成分。因此，向水平方向延伸的横拉状的噪音容易发生。特别是，在增大增益的情况下，重叠在图像信号上的噪音成分的振幅增大，钳位后的直流电平变得不稳定。其结果，出现容易在沿水平方向上生横拉状噪音的问题。

发明内容

本发明鉴于上述问题，其目的在于提供一种可以对图像信号的直流电平进行适当的钳位，并可以得到良好的画质的图像的图像信号处理装置以及图像信号处理方法。

本发明是一种图像信号处理装置，其对包括无效图像信号期间和有效图像信号期间的图像信号进行处理，其中该无效图像信号期间含有垂直光学黑体信号；该有效图像信号期间含有水平光学黑体信号以及有效图像信号，并接续在所述无效图像信号期间之后，其特征在于，具备：以任意的增益放大所述图像信号的放大电路；对由所述放大电路放大过的所述图像信号的基准电平进行钳位的钳位电路，所述钳位电路，在对所述垂直光学黑体信号进行钳位时与对所述水平光学黑体信号进行钳位时，以不同的钳位时间常数进行钳位。

在本发明的所述钳位电路中，优选对所述垂直光学黑体信号进行钳位时的钳位时间常数比对所述水平光学黑体信号进行钳位时的钳位时间常数还要小。

更具体地，包含钳位脉冲产生电路，其与将所述垂直光学黑体信号以及水平光学黑体信号被输入到所述钳位电路的定时同步，在所述垂直光学黑体信号被输入到所述钳位电路的定时与所述水平光学黑体信号被输入到所述钳位电路的定时中，输出具有不同的脉冲宽度的钳位脉冲，在所述钳位电路中，与从所述钳位脉冲产生电路输出的钳位脉冲响应，可变更设定钳位时间常数。

而且，所述钳位电路包含：输出规定的供给电流的多个缓冲电路；和选择所述多个缓冲电路的任意一个的选择器，可以通过所述选择器选择所述多个缓冲电路的其中一个并使之有效，以便控制为使所述钳位时间常数变更。

本发明的其他形态是一种图像信号处理方法，其对包括无效图像信号期间和有效图像信号期间的图像信号进行处理，其中该无效图像信号期间含有垂直光学黑体信号；该有效图像信号期间含有水平光学黑体信号以及有效图像信号，并接续在所述无效图像信号期间之后，其特征在于，包括：以任意的增益放大所述图像信号的第一工序；和对所述第一工序放大过的所述图像信号的基准电平进行钳位的第二工序，在所述第二工序中，在对所述垂直光学黑体信号进行钳位时与对所述水平光学黑体信号进行钳位时，以不同的钳位时间常数进行图像信号的钳位。

在本发明的第二工序中，优选使对所述垂直光学黑体信号进行钳位时的钳位时间常数比对所述水平光学黑体信号进行钳位时的钳位时间常数还要小。

根据本发明，可以得到适当地设定光学黑体的良好画质的图像。例如可以降低横拉状的噪音。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的图像信号处理装置的构成的框图。

图2是表示本发明的实施方式的图像信号处理方法的时间图的图。

图3是表示包含光学黑体区域以及有效像素区域的摄像元件的构成例的图。

图4是改变供给电流并切换钳位能力的钳位电路的电路构成图。

图5是表示现有的图像信号处理装置的构成的框图。

图中：2-模拟信号处理电路，4-模拟/数字转换电路，6-数字信号处理电路，8-增益设定电路，20-AGC电路，22-钳位电路，24-数字/模拟转换电路，30-积分电路，32-判定电路，28-钳位脉冲生成电路，50-模拟信号处理电路，5-模拟/数字转换电路，54-数字信号处理电路，56-增益设定电路，58-增益时间常数设定电路，70-AGC电路20，72-钳位电路，72b-缓冲电路，72c-开关元件，72d-选择器，74-数字/模拟转换电路，80-积分电路，82-判定电路，100-寄存器，120-计数器，122-钳位脉冲产生电路，160-有效像素区域，162-光学黑体区域(全域)，162v-垂直光学黑体区域(无效图像信号期间)，162h-水平光学黑体区域(有效图像信号期间)。

具体实施方式

本发明的实施方式的图像信号处理装置，如图1所示，构成为包括模拟信号处理电路50、模拟/数字(A/D)转换电路52、数字信号处理电路54、增益设定电路56、钳位时间常数设定电路58而构成。

模拟信号处理电路50具备：AGC电路70、钳位电路72、数字/模拟(D/A)转换电路74。AGC电路70从CCD固体摄像元件等摄像元件接受图像信号，并根据由增益设定电路56提供的增益G对该图像信号进行放大。

钳位电路72是对由AGC电路70放大过的图像信号的直流电平进行钳位的电路。具体地，钳位电路72构成为包括基准电压源以及将其连接到图像信号线上的开关。在钳位电路72中将图像信号的直流电平进行钳位之际的时间常数，即钳位时间常数，由钳位时间常数设定电路58进行设定。

钳位时间常数可以通过根据钳位脉冲的脉冲宽度，控制接通开关的时间宽度来进行变更。如果增长接通开关的时间，则相当于图像信号的黑电平的电位，就会迅速(即以更少的钳位次数)地接近基准电压源的电压。即，越增大钳位脉冲的脉冲宽度，图像信号的直流电平越迅速地被钳位。换言之，越增大钳位脉冲的脉冲宽度，钳位时间常数设定得越小。

另外，钳位时间常数可以通过控制从基准电压源供给的电流供给能力来进行变更。具体地，通过根据钳位脉冲的脉冲宽度来变更基准电压源的电流供给能力，从而利用一次的钳位动作即可变更从基准电压源向图像信号线供给的电流量。若增长接通开关的时间，则相当于图像信号的黑电平的电位迅速地(即以更少的脉冲次数)接近基准电压源的电压。即，越增加从基准电压源供给的电流供给量，越可迅速地对图像信号的直流电平进行钳位。换言之，从基准电压源供给的电流供给能力越大，钳位时间常数设定得越小。

将在钳位电路72中调整过直流电平的图像信号输入到(A/D)转换电路52中。A/D转换电路52，将图像信号从模拟信号转换为数字信号并输出。数字图像信号被输入到数字信号处理电路54中。

数字信号处理电路54可以构成为：接受数字图像信号，除了数字图像信号的亮度信号、色差信号的生成处理以外，还进行各种各样的图像处理。其中，在图1中示出与本图像信号处理装置的增益反馈控制有关的积分电路80以及判定电路82。积分电路80，例如求一个画面的图像信号的积分值。判定电路82，对由积分电路80求得的积分值与规定的目标范围进行比较，并进行：若积分值低于目标范围就提高增益的判定；若积分值高于目标范围就减少增益的判定；或者积分值若在目标范围内增益就维持现状不变的判定。判定电路82中生成的判定结果被传送到增益设定电路56中。

另外，由积分电路80得到的积分值，可以作为上述各种信号处理的一例而应用于自动光圈控制中。

增益设定电路56接受判定结果，进行AGC电路70的增益G的设定。增益设定电路56与伴随图像信号的垂直同步信号VD同步，将增益G输出到D/A转换电路74。由于垂直同步信号VD是表示一个画面的图像信号的切换定时的信号，故每一个画面的图像信号都更新AGC电路70的增益G。

在增益设定电路56中设有寄存器100。寄存器100中可以预先收纳多种相对AGC电路70的增益值，根据所接收的判定结果，从这些增益值中选择任一个并输出。例如，增益设定电路56预先存储保存有上次选择的增益值的寄存器100的地址，当判定结果为增大增益G的判定时，指定保存比保存在该存储的地址中的增益值还大的增益值的地址，并输出保存在其地址中的增益值。相反，当判定结果为减小增益G的判定时，指定保存比保存在其存储的地址中的增益值还小的增益值的地址，并输出保存在其地址中的增益值。而且，当判定结果为维持现状的增益G的判定时，读出保存在存储的地址中的增益值并输出，或不进行读出而维持现状的增益值并输出。

增益G以数字值从增益设定电路56输出。D/A转换电路74接受增益G，将其值从数字值转换为模拟值并输出到AGC电路70中。AGC电路70根据该变换为模拟值的增益G，如上所述地进行图像信号的放大。

钳位时间常数设定电路58构成为包括计数器120与钳位脉冲产生电路122。钳位脉冲产生电路122利用计数器120向钳位电路72输出钳位脉冲。图2中表示钳位时间常数设定电路58使钳位脉冲产生，在钳位电路72中对图像信号的基准电平进行钳位之际的定时图。

图像信号以一个画面为单位连续构成。一个画面的图像信号，如图2(a)所示，构成为包括多个由水平同步信号HD划分的一水平行的图像信号。一个画面的图像信号的前头部分具有垂直同步信号VD，并表示图像信号的各画面的划分。在使其与各垂直同步信号VD同步而进行画面的切换的同时，通过一边使其与各水平同步信号H同步并进行垂直扫描，一边对一个水平行的图像信号进行水平扫描，从而进行图像的再生。

另外，在摄像元件中，如图3所示，设置：以可以来自接受外部的光的方式排列光电转换元件的有效像素区域160；和以不能接受来自外面的光的方式排列遮光的光电转换元件的光学黑体(Optical Black:OPB)区域162。因此，在来自摄像元件来的输出信号中，如图2(a)～(c)所示，在垂直同步信号VD之后，出现了对应作为OPB区域162的一部分的垂直光学黑体区域162v而得到的多个水平行的垂直光学黑体信号的无效图像信号期间。每一个水平行以水平图像信号HD划分各垂直光学黑体信号。然后，出现了对应作为OPB区域162的一部分的水平光学黑体区域162h而得到的水平光学黑体信号以及对应有效像素区域160而得到的有效图像信号，并持续多个水平行的图像信号的有效图像信号期间。在每一个水平行以水平同步信号HD划分水平光学黑体信号以及有效图像信号。对应垂直光学黑体区域162v以及水平光学黑体区域162h而得到的OPB信号，用于决定图像信号的直流电平。

如上所述，增益设定电路56，如图2(d)所示，与伴随图像信号的垂直同步信号VD同步并输出增益G。AGC电路70接受增益G并更新增益G，对图像信号进行放大。其结果，如图2(f)所示，图像信号的直流电平(黑电平)从基准电平偏移。

若钳位脉冲产生电路122接受图像信号的垂直同步信号VD，则将计数器120的值复位为无效图像信号期间内的水平行的数。接着，每当接受图像信号的水平同步信号HD时，计数器的值就只减去1，然后将钳位脉冲输出到钳位电路72。此时，如果计数器120的值为0以上，则如图2(c)所示，向垂直光学黑体信号输出脉冲宽度A的钳位脉冲。另一方面，如果计数器120的值小于0，则向水平光学黑体信号输出比脉冲宽度A更窄的脉冲宽度B的钳位脉冲。即，接受垂直同步信号VD后，只输出包含于出现在图像信号的前头的无效图像信号期间的水平行数的脉冲宽度宽的钳位脉冲，然后，直到接受下一个垂直同步信号VD为止，输出脉冲宽度窄的钳位脉冲。

在图2的图像信号的例子中，在无效图像信号期间传送来4个水平行的垂直光学黑体信号。若钳位脉冲产生电路122接受垂直同步信号VD，则将计数器120的值设定为垂直光学黑体区域162v的水平行数，即4。接着，若接受水平同步信号HD，则计数器120的值减去1而成为3。由于计数器120的值在0以上，故输出脉冲宽度A的钳位脉冲。同样，每接收一个水平同步信号HD，计数器120的值减为2、1、0的同时，只要计数器的值在0以上，都输出脉冲宽度A的钳位脉冲。如果再接收水平同步信号HD，则计数器120的值减至—1，由于计数器120的值小于0，故以后就输出脉冲宽度B的钳位脉冲。

钳位电路72接受来自钳位脉冲产生电路122的钳位脉冲，如上所述地使钳位脉冲的脉冲宽度变化，并一边变更钳位时间常数一边对图像信号的直流电平进行钳位。此时，由于在无效图像信号期间内，钳位脉冲的脉冲宽度宽，钳位时间常数设定得小，故如图2(f)所示，图像信号的直流电平迅速地接近基准电平。另一方面，由于在有效图像信号期间内，钳位脉冲的脉冲宽度窄，钳位时间常数设定得大，故如图2(f)所示，图像信号的直流电平的钳位不会有大的变动。

图4是表示钳位电路的其它构成的电路构成图。钳位电路72作为对从AGC电路70输出的信号进行钳位的构成，具有：开关元件72c、并列配置的两个缓冲电路72b、72b’以及选择这两个缓冲电路72b、72b’的输出并连接到开关元件72c的选择器72d。在这样的构成中，例如，在缓冲电路72b的供给电流比缓冲电路72b’的供给电流更大时，在上述的无效图像信号期间中，选择器72d选择缓冲电路72b，而在有效图像信号期间的通常动作中，选择缓冲电路72b’。例如，作为对选择器72d进行切换控制的选择器信号，能够采用来自钳位脉冲产生电路122的信号。此时，钳位脉冲产生电路122，在计数器120的值为0以上时，作为选择信号输出L电平脉冲，在计数器的值小于0时作为选择信号输出H电平的脉冲。选择器72d构成为在作为选择信号输入L电平脉冲的期间，选择缓冲电路72b，而在输入H电平脉冲的期间，选择缓冲电路72b’。而且，钳位脉冲产生电路122，每当输入水平同步信号HD，就只在规定时间上升控制信号CP，并使开关元件72c关闭。因此，在无效图像信号期间，向电容器C的供给电流增大，图像信号的直流电平迅速地接近基准电平。另一方面，在有效图像信号期间，向电容器的供给电流变小，图像信号的直流电平的钳位没有大的变动。

而且，在该图4的构成中，在上述的无效图像信号期间中，在比通常动作时还提高钳位能力的情况下，在选择器72d中，能使缓冲电路72b、72b’的输出都作为有效而提高钳位能力。即，通过在多个缓冲电路中有选择地组合作为有效的缓冲电路，从而变更钳位能力。另外，可以将两个缓冲电路72b、72b’的电流供给能力相互等同地设定，也可以相互不等地设定。

如上所述，根据本实施方式，在与实际的图像再生无关的OPB信号期间中，可以以基准电平迅速地将伴随放大增益的变更而从基准电平偏离的图像信号的直流电平进行钳位。而且，一旦被钳位为基准电平后，就难以追从图像信号的直流电平噪音成分的变动。因此，可以抑制向水平行方向延伸的横拉状的噪音的产生。特别是，可以有效地控制由增益变更而增益增大时容易产生的沿水平行的横拉状噪音。

另外，由于伴随增益调整的图像信号的直流电平从基准电平的偏移依赖于增益值，故也优选根据增益值，变更OPB信号期间的钳位脉冲的脉冲宽度。例如，增益设定得越大，OPB信号期间的脉冲宽度也就越大，使钳位时间常数减小是合适的。

再有，本发明并不限定上述实施方式，在不脱离本发明的主要构思的范围内可以增加各种变更。

Claims (6)

1.一种图像信号处理装置，其对包括无效图像信号期间和有效图像信号期间的图像信号进行处理，

其中，该无效图像信号期间含有垂直光学黑体信号；

该有效图像信号期间含有水平光学黑体信号以及有效图像信号，并接续在所述无效图像信号期间之后，其特征在于，具备：

以任意的增益放大所述图像信号的放大电路；和

对由所述放大电路放大过的所述图像信号的基准电平进行钳位的钳位电路，

所述钳位电路在对所述垂直光学黑体信号进行钳位时与对所述水平光学黑体信号进行钳位时，以不同的钳位时间常数进行钳位。

2.如权利要求1所述的图像信号处理装置，其中，

所述钳位电路对所述垂直光学黑体信号进行钳位时的钳位时间常数比对上述水平光学黑体信号进行钳位时的钳位时间常数还要小。

3.如权利要求1或2所述的图像信号处理装置，其中，

包含钳位脉冲产生电路，其与将所述垂直光学黑体信号以及水平光学黑体信号输入到所述钳位电路的定时同步，在所述垂直光学黑体信号被输入到所述钳位电路的定时与所述水平光学黑体信号被输入到所述钳位电路的定时中，输出具有不同的脉冲宽度的钳位脉冲，

在所述钳位电路中，与从所述钳位脉冲产生电路输出的钳位脉冲响应，变更设定钳位时间常数。

4.如权利要求1或2所述的图像信号处理装置，其中，

所述钳位电路包含：

输出规定的供给电流的多个缓冲电路；和

选择所述多个缓冲电路的任意一个的选择器，

通过所述选择器选择所述多个缓冲电路的其中一个并使之有效，以便控制为使所述钳位时间常数变更。

5.一种图像信号处理方法，其对包括无效图像信号期间和有效图像信号期间的图像信号进行处理，

其中该无效图像信号期间含有垂直光学黑体信号；

该有效图像信号期间含有水平光学黑体信号以及有效图像信号，并接续在所述无效图像信号期间之后，其特征在于，包括：

以任意的增益放大所述图像信号的第一工序；和

对所述第一工序放大过的所述图像信号的基准电平进行钳位的第二工序，

在所述第二工序中，在对所述垂直光学黑体信号进行钳位时与对所述水平光学黑体信号进行钳位时，以不同的钳位时间常数进行图像信号的钳位。

6.如权利要求5所述的图像信号处理方法，其中，

在上述第二工序中，使对所述垂直光学黑体信号进行钳位时的钳位时间常数比对所述水平光学黑体信号进行钳位时的钳位时间常数还要小。

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