CN100438581C

CN100438581C - 自动增益控制电路

Info

Publication number: CN100438581C
Application number: CNB2004800422120A
Authority: CN
Inventors: 小久保朝生; 大工博; 武田豊; 吉田典弘
Original assignee: Fujitsu Semiconductor Ltd
Current assignee: Socionext Inc
Priority date: 2004-03-17
Filing date: 2004-03-17
Publication date: 2008-11-26
Anticipated expiration: 2024-03-17
Also published as: WO2005091624A1; JP4364903B2; JPWO2005091624A1; EP1727360A4; EP1727360B1; US20060256207A1; US7626616B2; CN1922867A; EP1727360A1

Abstract

本发明提供一种自动增益控制电路。自动增益控制电路(29)根据从图像传感器按每帧输出的亮度数据的平均亮度(Y1)与目标亮度(T)的比较，生成调整将图像传感器曝光的积分时间的积分时间调整信号(A2)、调整将图像传感器的输出信号放大的放大器的增益的增益调整信号(A1)以及用于变更帧速的帧速调整信号。自动增益控制电路具有曝光控制电路(35)，该曝光控制电路(35)调整各帧的消隐时间(BR)，将切换图像传感器的最大积分时间(MAX-EXP)的最大积分时间调整信号(A4)作为帧速调整信号来生成。

Description

自动增益控制电路

技术领域

本发明涉及自动增益控制(AGC：Auto Gain Control)电路，其在装配在数字静止照相机或数字视频摄像机等图像设备上的图像传感器的曝光控制中使用。

背景技术

在使用了图像传感器(CCD或CMOS)的照相机系统中，大多具备针对所拍摄的被摄体的亮度，自动校正曝光的AGC功能。该AGC功能是，计算所拍摄的画面的亮度，根据计算的亮度与目标亮度之差，进行曝光校正。为了调整曝光，通过调整用于放大摄像元件的输出信号的放大器的增益、或调整曝光时间来进行。在这样的AGC功能中，需要使曝光调整动作的平滑化，扩大曝光调整范围。

在装配于数字静止照相机或数字视频摄像机等图像设备上的AGC电路中，为了应对从高亮度到低亮度的广范围的亮度的摄像对象，根据各摄像对象的亮度，动态地调整帧速(frame rate)。这种帧速的变更，通过变更用于控制图像传感器的时钟信号来进行。即，图像传感器的时钟信号是通过将基准时钟信号分频来生成的，通过变更该分频比而进行时钟信号的变更。

图10中示出根据基准时钟信号的分频信号来变更帧速的AGC电路的现有例。

在该图中，图像传感器模块1包括元件阵列2、放大器3、AD转换器4、定时控制电路5以及分频电路6，其中该元件阵列2由CMOS图像传感器等多个光电转换元件构成。

分频电路6将基准时钟信号SCLK分频，生成内部时钟信号CLK，提供给定时控制电路5。定时控制电路5根据内部时钟信号CLK，生成水平/垂直同步信号HV，并且向元件阵列2输出复位信号和读出信号等。

元件阵列2根据复位信号和读出信号，对各光电转换元件，按每行进行复位动作和读出动作，将该读出数据依次提供给放大器3。放大器3将读出数据放大，AD转换器4将放大器3的输出信号转换成数字值，生成亮度数据BD。

AGC电路7包括加法器8、双稳态多谐振荡电路9、除法器10以及曝光控制电路11。

从AD转换器4提供的亮度数据BD输入到加法器8。然后，通过加法器8、双稳态多谐振荡电路9以及除法器10的动作，计算1帧的平均亮度Y1。该动作根据从图像传感器模块1提供的水平/垂直同步信号HV，与图像传感器模块1的动作同步地进行。

对曝光控制电路11输入从除法器11提供的平均亮度Y1和预先设定在寄存器等存储装置中的目标亮度T。然后，曝光控制电路11根据目标亮度T和平均亮度Y1之差，对放大器3提供增益调整信号A1，对定时控制电路5提供积分(曝光)时间调整信号A2，对分频电路6提供分频比设定信号A3。

放大器3根据增益调整信号A1调整增益，定时控制电路5根据积分(曝光)时间调整信号A2调整提供给各元件的复位信号和读出信号之间的时间间隔即积分时间，分频电路6根据分频比设定信号A3设定分频比。

在输入到曝光控制电路11的平均亮度Y1与目标亮度T之间存在差的情况下，按上述构成的AGC电路根据从曝光控制电路11提供的增益调整信号A1、积分时间调整信号A2和分频比设定信号A3，进行控制，使得平均亮度Y1与目标亮度T一致。

即，通过总增益的调整来调整平均亮度Y1，该总增益的调整是以基于增益调整信号A1的放大器3的增益的调整、基于积分时间调整信号A2的积分时间的调整以及基于分频比设定信号A3的帧速的变更的组合为基础。

而且，摄像对象为高亮度的情况下，仅根据积分时间的调整，进行总增益的变更；摄像对象为中亮度或低亮度的情况下，根据积分时间的调整、帧速的变更、放大器3的增益的调整，来进行总增益的变更。

图11示出在上述的AGC电路中，各帧的平均亮度Y1低于目标亮度T时，根据放大器3的增益G1的调整和帧速FL的变更来调整平均亮度Y1的动作。

例如，以帧速FL 30fps动作的状态下，若平均亮度Y1低于目标亮度，则根据增益调整信号A1，放大器3的增益G1提高，伴随于此，平均亮度Y1上升。

若即使放大器3的增益G1达到预先设定的预定水平也未达到目标亮度T，则帧速FL从30fps变更为15fps。这样，由于积分时间变为2倍，所以平均亮度Y1在瞬时上升到2倍。

若平均亮度Y1超过目标亮度T，则放大器3的增益G1下降，平均亮度Y1降低。而且，若经过预定时间后，平均亮度Y1高于目标亮度T，则帧速FL再次从15fps变更为30fps，放大器3的增益G1提高。

接着，若在预定时间后，平均亮度Y1没有达到目标亮度T，则帧速FL再次从30fps变更为15fps。

通过这样的动作，当平均亮度Y1与目标亮度T一致时，放大器3的增益G1和平均亮度Y1收敛在固定水平。

并且，摄像对象为高亮度时，总增益的调整仅根据积分时间调整信号来进行。图12示出仅根据积分时间调整信号A2来调整总增益时的曝光时间的变化。根据从分频电路提供的时钟信号的脉冲数来控制该曝光时间，因此，曝光时间与总增益值成比例。

如上所述，在将基准时钟信号SCLK分频，变更输入到定时控制电路5的内部时钟信号CLK，从而变更帧速的结构中，以2的整数倍之比来变更帧速。这样，在帧速对应于低亮度的摄像对象而下降时，存在如下问题：对于摄像对象的动作的响应性降低导致图像产生模糊等，图像的平滑性受损。

而且，如图11所示，切换了帧速时，总增益瞬间变化，因此所拍摄的图像的平均亮度Y1的变动增大，不能够平滑地进行曝光控制，并且，收敛到平均亮度Y1的时间增长。

并且，由于根据帧速的变更来改变内部时钟信号CLK，所以伴随该内部时钟信号CLK的变动，图像的输出定时也动态地变动。因此，用于在收发图像的系统之间取得同步的结构变复杂。

并且，如图12所示，在总增益最小的区域中，在将总增益从1变更为2，仅根据积分时间调整信号A2来调整曝光时间时，该曝光时间也从1变更为2。将该曝光时间设定为1意味着，将曝光时间设定为内部时钟信号CLK的1个脉冲所对应的值，将复位信号与读出信号之间的间隔设定为内部时钟信号CLK的1个脉冲所对应的值。

因此，当从最短的曝光时间1变化为下一个曝光时间2时，若平均亮度的变化不在1/2以上，则不进行曝光控制。即，当从以最短曝光时间动作的状态起，平均亮度下降，且变化为下一个曝光时间时，所拍摄的图像的亮度瞬间变化，因此不能够进行平滑的曝光控制。

这样，构成元件阵列2的光电转换元件的容许曝光时间范围之中，不使用最短曝光时间附近的曝光时间值。因此，在高亮度侧的曝光控制中，存在不能充分使用图像传感器的性能，曝光控制范围受限的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种AGC电路，其能够使对所拍摄的图像的亮度变动的曝光控制平滑化，且扩大对摄像对象的亮度的曝光控制范围。

本发明的第一方面，提供一种自动增益控制电路，该自动增益控制电路根据从图像传感器以帧为单位输出的亮度数据的平均亮度与目标亮度的比较，输出：调整将图像传感器曝光的积分时间的积分时间调整信号、调整将图像传感器的输出信号放大的放大器的增益的增益调整信号以及用于变更帧速的帧速调整信号，该自动增益控制电路具有：曝光控制电路，该曝光控制电路调整各帧的消隐时间，将用于切换所述图像传感器的最大积分时间的最大积分时间调整信号作为所述帧速调整信号而输出，其中所述曝光控制电路包括：总增益计算电路，其根据所述平均亮度和目标亮度，计算总增益；解码电路，其根据所述总增益和所述最大积分时间调整信号，生成所述积分时间调整信号和增益调整信号；最大积分时间切换电路，其根据利用所述增益调整信号而设定的增益值与基准增益值的比较，生成最大积分时间调整信号以切换所述最大积分时间，并生成与所述最大积分时间的切换有关的选择信号；以及总增益校正电路，其连接在所述总增益计算电路与所述解码电路之间，根据来自所述最大积分时间切换电路的所述选择信号，校正所述总增益，以抹消所述最大积分时间的变化。

本发明的第二方面，提供一种自动增益控制电路，该自动增益控制电路接收从图像传感器以帧为单位输出的亮度数据，调整将图像传感器曝光的积分时间和将图像传感器的输出信号放大的放大器的增益。自动增益控制电路包括：总增益计算电路，其根据平均亮度和目标亮度，计算总增益；解码电路，其根据总增益和最大积分时间调整信号，生成用于调整积分时间的积分时间调整信号和用于调整放大器的增益的增益调整信号；最大积分时间切换电路，其根据利用增益调整信号而设定的增益值和基准增益值的比较，生成用于切换最大积分时间的最大积分时间调整信号，并且生成与最大积分时间的切换相关联的选择信号；以及总增益校正电路，其连接在总增益计算电路与解码电路之间，根据来自最大积分时间切换电路的选择信号，校正总增益，以抹消最大积分时间的变化。

本发明的第三方面，提供一种半导体装置，该半导体装置装配了权利要求1所述的自动增益控制电路。

附图说明

图1是示出本发明的第一实施方式的AGC电路和图像传感器模块的方框图。

图2是示出图1的AGC电路的曝光控制电路的方框图。

图3是示出最大积分时间的调整动作的说明图。

图4是图1的AGC电路的顺序电路的动作的说明图。

图5是图1的AGC电路的顺序电路和第一选择电路的动作的说明图。

图6是图1的AGC电路的第二选择电路的动作的说明图。

图7是示出平均亮度的调整动作的说明图。

图8是根据总增益来调整的放大器增益与曝光时间之间的关系的说明图。

图9是示出本发明的第二实施方式的AGC电路的曝光控制电路的说明图。

图10是示出现有例的AGC电路的方框图。

图11是图10的AGC电路的平均亮度的调整动作的说明图。

图12是在图10的AGC电路中根据总增益来调整的放大器增益与曝光时间之间的关系的说明图。

图13是示出颜色处理器IC的方框图。

具体实施方式

(第一实施方式)

图13示出装配了本发明的AGC电路的颜色处理器IC的概要。图像传感器模块21的输出信号，通过偏移电压校正电路22、镜头黑点校正电路23、不良像素校正电路24、RGB插值处理电路25、颜色校正电路26、轮廓强调电路27、伪色校正电路28，提供给AGC电路29和闪变噪声消除电路30。

并且，伪色校正电路28的输出信号，通过伽马(gamma)校正电路31和分辨率转换电路32，从输出格式转换电路33作为影像数据信号Gout输出。

AGC电路29进行动作，使得从图像传感器模块21输出的输出信号的亮度维持在预定的亮度。根据图1，说明该AGC电路29和图像传感器模块21的结构。另外，在该图中，与图10所示的现有例相同的结构部分，赋予相同符号，进行说明。并且，AGC电路29输入闪变噪声消除电路30的输出信号，为闪变噪声消除动作做贡献，但本发明与闪变噪声消除动作无关，因此，在图1中，省略与AGC电路29中的闪变噪声消除动作相关的部分及其说明。

图像传感器模块21包括元件阵列2、放大器3、AD转换器4以及定时控制电路34。定时控制电路34输入基准时钟信号SCLK，根据该基准时钟信号SCLK，生成水平/垂直同步信号HV，并且，将复位信号和读出信号提供给元件阵列2。

元件阵列2包括按矩阵配置的多个光电转换元件，根据复位信号和读出信号，对各光电转换元件，按每行进行复位动作和读出动作，将该读出数据依次提供给放大器3。放大器3将读出数据(模拟信号)放大，AD转换器4将放大器3的模拟输出信号转换成数字值，生成数字信号。

AGC电路29包括加法器8、双稳态多谐振荡电路9、除法器10以及曝光控制电路35。

加法器8将AD转换器4的输出信号作为亮度数据BD输入。通过加法器8、双稳态多谐振荡电路9以及除法器10的动作，计算出1帧的平均亮度Y1。这样的动作，根据从图像传感器模块21输出的水平/垂直同步信号HV，与图像传感器模块21的动作同步地进行。

向曝光控制电路35输入从除法器11提供的平均亮度Y1和预先设定在寄存器等存储装置中的目标亮度T。然后，曝光控制电路35根据目标亮度T与平均亮度Y1之差，对放大器3提供增益调整信号A1，对定时控制电路34提供积分(曝光)时间调整信号A2和最大积分时间调整信号A4。

因此，放大器3根据增益调整信号A1调整增益。定时控制电路34根据积分(曝光)时间调整信号A2，调整提供给各元件的复位信号与读出信号的时间间隔、即积分时间。并且，定时控制电路34根据最大积分时间调整信号A4和内置计数器电路36的基准时钟信号SCLK的计数值，设定1帧的时间长度。

即，如图3所示，当根据最大积分时间调整信号A4，将最大积分时间MAX-EXP设定为“512”时，定时控制电路34将与基准时钟信号SCLK的512个脉冲相当的时间(相当于15fps)设定为1帧。而且，定时控制电路34在该1帧内的有效(active)期间AC内，根据垂直同步信号，输出复位信号和读出信号。

并且，当根据最大积分时间调整信号A4，将最大积分时间MAX-EXP设定为“1024”时，定时控制电路34将与基准时钟信号SCLK的1024个脉冲相当的时间(相当于7.5fps)设定为1帧。而且，定时控制电路34在该1帧内的有效期间AC内，根据垂直同步信号，输出复位信号和读出信号。

此时，定时控制电路34不根据最大积分时间调整信号A4来改变各帧的有效期间AC，而仅改变消隐时间BR。而且，最大积分时间MAX-EXP被设定为“1024”时，各元件阵列2内的各元件的积分时间，可在为最大积分时间MAX-EXP被设定为“512”时的2倍的时间范围内调整。

在输入到曝光控制电路35的平均亮度Y1与目标亮度T之间存在差的情况下，按上述构成的图像传感器模块21根据从曝光控制电路35输出的增益调整信号A1、积分时间调整信号A2和最大积分时间调整信号A4，进行控制，使得平均亮度Y1与目标亮度T一致。

图2示出曝光控制电路35的具体结构。对顺序电路37提供寄存器(存储装置)38a、38b中存储的第一增益基准值Gs1、第二增益基准值Gs2以及寄存器38c中存储的滞后值HYS。

减法部39a、39b生成使第一增益基准值Gs1和第二增益基准值Gs2分别衰减了6dB的衰减值，将该衰减值提供给顺序电路37。然后，顺序电路37根据利用从后述解码电路45提供的增益调整信号A1而设定的增益值G与各值的比较，按照图4所示的状态转移图动作，生成第一～第三选择信号SEL1～SEL3。

第一选择信号SEL1提供给第一选择电路40。乘法器41a将寄存器38d中存储的基准最大积分时间MAX-EXPS乘以1倍，将基准最大积分时间MAX-EXPS提供给第一选择电路40。乘法器41b将基准最大积分时间MAX-EXPS乘以2倍，将2倍的基准最大积分时间MAX-EXPS提供给第一选择电路40。乘法器41c将基准最大积分时间MAX-EXPS乘以4倍，将4倍的基准最大积分时间MAX-EXPS提供给第一选择电路40。

如图4所示，增益值G小于第一基准增益值Ga1时，顺序电路37被设定成状态S1。从该状态，当增益值G上升，超过第一基准增益值Ga1和滞后值HYS之和时，顺序电路37转移到状态S2。

从该状态，当增益值G进一步上升，超过第二基准增益值Ga2和滞后值HYS之和时，顺序电路37转移到状态S3。

从该状态S3，当增益值G下降，低于从第二基准增益值Ga2下降了6dB和滞后值HYS的值时，顺序电路37转移到状态S2。

从该状态S2，当增益值G进一步下降，低于从第二基准增益值Ga1下降了6dB和滞后值HYS的值时，顺序电路37转移到状态S1。

图5是示出进行上述动作的顺序电路37的动作的一例的顺序图。在帧1、2中顺序电路37为状态1时，第一选择电路40根据第一选择信号SEL1，将最大积分时间MAX-EXP基准最大积分时间MAX-EXPS×1选择为最大积分时间MAX-EXP，输出与MAX-EXPS×1对应的最大积分时间调整信号A4。

接着，当在帧3、4中顺序电路37转移到状态S2时，第一选择电路40根据第一选择信号SEL1，将基准最大积分时间MAX-EXPS×2选择为最大积分时间MAX-EXP，输出与MAX-EXPS×2对应的最大积分时间调整信号A4。

接着，当在帧5、6中顺序电路37转移到状态S3时，第一选择电路40根据第一选择信号SEL1，将基准最大积分时间MAX-EXPS×4选择为最大积分时间MAX-EXP，输出与MAX-EXPS×4对应的最大积分时间调整信号A4。

接着，当在帧7、8中顺序电路37转移到状态S2时，第一选择电路40根据第一选择信号SEL1，将基准最大积分时间MAX-EXPS×2选择为最大积分时间MAX-EXP，输出与MAX-EXPS×2对应的最大积分时间调整信号A4。

因此，通过基于增益值G的变化的3个阶段的状态S1～S3的转移，选择3种最大积分时间MAX-EXP之中的任意一种，输出最大积分时间调整信号A4。

总增益计算电路42输入目标亮度T和每1帧的平均亮度Y1，并且，保持在前一帧中计算出的总增益值。总增益计算电路42根据目标亮度T和平均亮度Y1计算校正值，对前一帧的总增益值乘以该校正值，计算出新的总增益。如图8所示，该总增益被计算到小数点以后的值，具有比图12所示的现有例的总增益高的精度。

总增益计算电路42所计算出的总增益被提供给3个乘法器43a、43b以及43c。乘法器43a将总增益乘以1倍，将该1倍的总增益提供给第二选择电路44。乘法器43b将总增益乘以1/2倍，将该1/2倍的总增益提供给第二选择电路44。乘法器43c将总增益乘以2倍，将该2倍的总增益提供给第二选择电路44。

从顺序电路37对第二选择电路44输入第二选择信号SEL2和第三选择信号SEL3。如图5所示，第二选择信号SEL2和第三选择信号SEL3在状态S1～S3转移的各帧中上升为高(H)电平，在其它帧中下降为低(L)电平。详细讲，在顺序电路37从状态S1转移到状态S2的帧和从状态S2转移到状态S3的帧中，第二选择信号SEL2上升为H电平。在顺序电路37从状态S3转移到状态S2的帧和从状态S2转移到状态S1的帧中，第三选择信号SEL3上升为H电平。

第二选择电路44根据第二选择信号SEL2和第三选择信号SEL3，选择分别从乘法器43a～43c提供的3个总增益中的任意一个，将所选择的总增益提供给解码电路45。

即，如图6所示，在第二选择信号SEL2和第三选择信号SEL3均为低电平时，第二选择电路44选择从总增益计算电路42提供的1倍的总增益，提供给解码电路45。并且，在第二选择信号SEL2为H电平，且第三选择信号SEL3为L电平时，第二选择电路44选择从总增益计算电路42提供的1/2倍的总增益，提供给解码电路45。并且，在第二选择信号SEL2为L电平，且第三选择信号SEL3为H电平时，第二选择电路44选择从总增益计算电路42提供的2倍的总增益，提供给解码电路45。

当顺序电路37从状态S1转移到状态S2时和从状态S2转移到状态S3时，根据从第一选择电路40提供的最大积分时间调整信号A4，帧速实质地增大到2倍，曝光时间瞬间被设定为2倍。但是，该情况下，如上所述，因为选择1/2倍的总增益，因此，能够抹消曝光时间的急剧上升。即，帧速变更时，该变更的变化之比的大致倒数的变化的增益变更被赋予给放大器3。

并且，在顺序电路37从状态S3转移到状态S2时和从状态S2转移到状态S1时，根据从第一选择电路40提供的最大积分时间调整信号A4，帧速实质地减少到1/2倍，曝光时间瞬间被设定为1/2倍。但是，该情况下，如上所述，因为选择2倍的总增益，因此，能够抹消曝光时间的急剧下降。

解码电路45输入从第一选择电路40提供的最大积分时间调整信号A4和从第二选择电路44提供的总增益，根据总增益和最大积分时间调整信号A4，生成增益调整信号A1和积分时间调整信号A2。解码电路45确定曝光时间和放大器增益的组合，以得到总增益＝曝光时间×10^Y(Y＝放大器增益/20)的关系。该式中，曝光时间表示根据积分时间调整信号A2设定的曝光时间，放大器增益表示根据增益调整信号A1通过放大器3所设定的增益值。

图8是利用数值示出提供给解码电路45的总增益、和针对各总增益从解码电路45输出的放大器增益和曝光时间的一例的图，特别示出总增益为最小的区域。

接着，说明AGC电路29和图像传感器模块21的动作。如图7所示，例如，在以15fps的帧速进行动作的状态下，当提供给曝光控制电路35的平均亮度Y1低于目标亮度T时，从总增益计算电路42输出的总增益值上升，根据来自解码电路45的增益调整信号A1，放大器3的增益提高，或者，根据曝光时间调整信号A2，曝光时间延长。其结果，放大器3的输出电平上升，平均亮度Y1上升。

在平均亮度Y1达到目标亮度T之前，当放大器3的增益G例如超过第一基准增益值Ga1与滞后值HYS之和时，顺序电路37从状态S1转移到状态S2，根据第一选择信号SEL1，最大积分时间MAX-EXP提高到2倍。这样，帧速实质地从15fps变更为7.5fps。

此时，根据第二选择信号SEL2，提供给解码电路45的总增益成为1/2，根据图8所示的基于解码电路45的运算动作的增益调整信号A1和曝光时间调整信号A2，放大器3的增益G衰减6dB。因此，能够防止伴随帧速的变更的平均亮度的瞬间变动。

并且，即使在放大器3的增益G超过第二基准增益值Ga2与滞后值HYS之和，顺序电路37从状态S2转移到状态S3的情况下，也与帧速的变更同时地，放大器3的增益G衰减6dB。

接着，若平均亮度Y1还未达到目标亮度T，则从总增益计算电路42输出的总增益值上升，放大器3的增益G上升。通过这样的动作，当总增益值上升直到平均亮度Y1与目标亮度T一致时，放大器3的增益G和平均亮度Y1收敛为固定水平。

另一方面，在例如以7.5fps的帧速进行动作的状态下，当提供给曝光控制电路35的平均亮度Y1高于目标亮度T时，从总增益计算电路42输出的总增益值下降，根据来自解码电路45的增益调整信号A1，放大器3的增益G下降，或者，根据曝光时间调整信号A2，曝光时间缩短。其结果，放大器3的输出电平下降，平均亮度Y1下降。

在平均亮度Y1达到目标亮度T之前，当放大器3的增益G下降的值大于等于例如从第二基准增益值Ga2中减去6dB与滞后值HYS之和而得到的值时，顺序电路37从状态S2转移到状态S1，根据第一选择信号SEL1，最大积分时间MAX-EXP下降到1/2倍。这样，帧速实质地从7.5fps变更为15fps。

此时，根据第三选择信号SEL3，总增益值变为2倍，根据图8所示的基于解码电路45的运算动作的增益调整信号A1和曝光时间调整信号A2，放大器3的增益G上升6dB。因此，能够防止伴随帧速的变更的平均亮度的瞬间变动。

并且，即使在放大器3的增益下降的值大于等于从第一基准增益值Ga1减去6dB与滞后值HYS之和而得到的值，顺序电路37从状态S3转移到状态S2的情况下，也与帧速的变更同时地，放大器3的增益G上升6dB。

接着，若平均亮度Y1还未达到目标亮度T，则从总增益计算电路42输出的总增益值下降，放大器3的增益G下降。通过这样的动作，当总增益下降到平均亮度Y1与目标亮度T一致时，放大器3的增益G和平均亮度Y1收敛为固定水平。

说明在进行上述动作的AGC电路29中，尤其是总增益最小的区域(即，摄像对象的亮度较高，可将元件阵列2内的各元件的曝光时间设为容许范围的最短值附近的值的区域)中的放大器3的增益G和曝光时间的调整动作。

如图8所示，总增益以1为最小值，用包括了小数点以后的值来进行精细调整。而且，总增益为1时，放大器3的增益G被设定为0dB，曝光时间被设定为1。将该曝光时间设定为1是指将曝光时间设定为基准时钟信号SCLK的1个脉冲所对应的值，将复位信号与读出信号的间隔设定为基准时钟信号SCLK的1个脉冲所对应的值。

而且，在总增益从1到2期间的调整动作中，在将曝光时间固定在1的状态下，放大器3的增益从1dB增大到6dB。若总增益变为2，则放大器3的增益恢复为0dB，曝光时间被设定为2、即基准时钟信号SCLK的2个脉冲所对应的值。

同样地，在总增益从2到3期间的调整动作中，在将曝光时间固定在2的状态下，放大器3的增益从1dB增大到3dB。若总增益变为3，则放大器3的增益恢复为0dB，曝光时间被设定为3、即基准时钟信号SCLK的3个脉冲所对应的值。

根据这样的动作，在不变更曝光时间的范围内，通过调整放大器3的增益，能够以1以下范围内的精细步骤变更总增益。因此，即使将元件阵列2内的各元件的曝光时间设定在容许范围的最短值附近，与现有例相比，也能够抑制总增益的变更引起的平均亮度Y1的变化。

在本实施方式的AGC电路29中，能够得到如下所示的作用效果。

(1)帧速的变更，不是通过变更定时控制电路34的动作时钟信号，而是通过变更各帧的消隐时间BR来进行的。因此，帧速能够以2的整数倍以外的比例来变更，所以在降低帧速时，能够控制基于帧速的变更的平均亮度Y1的变化，并且能够抑止图像的响应性的下降。并且，能够使从图像传感器模块21输出的摄像数据的输出频率保持恒定，因此，对下一阶段中电路的数据传送动作变容易。

(2)根据放大器3的增益G与预定的第一和第二基准增益值Ga1、Ga2的比较，分3个阶段变更最大积分时间MAX-EXP，从而来进行消隐时间BR的变更。因此，能够不变更定时控制电路34的动作时钟信号，而实质地分3个阶段变更帧速。

(3)在利用顺序电路37来比较放大器3的增益G与第一和第二基准增益值Ga1、Ga2时，对第一和第二基准增益值Ga1、Ga2加上或减去滞后值HYS。因此，当放大器3的增益G在第一和第二基准增益值Ga1、Ga2附近变化时，能够防止最大积分时间MAX-EXP、即帧速的频繁且无用的切换。

(4)当根据从顺序电路37提供的第一选择信号SEL1，使最大积分时间MAX-EXP增长为2倍时，能够根据第二选择信号SEL2，使放大器3的增益衰减为1/2。因此，能够防止伴随帧速的变更的平均亮度Y1的变动，进行平滑的曝光控制。

(5)当根据从顺序电路37提供的第一选择信号SEL1，使最大积分时间MAX-EXP变为1/2倍时，能够根据第二选择信号SEL2，使放大器3的增益G增大至2倍。因此，能够防止伴随帧速的变更的平均亮度Y1的变动，进行平滑的曝光控制。

(6)当顺序电路37从状态S3转移到状态S2时，或从状态S2转移到状态S1时，即将最大积分时间MAX-EXP缩短至1/2时，根据第三选择信号SEL3，总增益被变更至2倍。这样，放大器3的增益增大6dB，所以这就意味着在第二基准增益值Ga2或第一基准增益值Ga1上相加了6dB。通过这样的动作，能够根据放大器3的增益的变动，校正第一和第二基准增益值Ga1、Ga2。

(7)以1以下的精细步骤输出由总增益计算电路42计算出的总增益，通过调整放大器3的增益G，可以进行小于1范围内的总增益的改变。因此，即使将元件阵列2内的各元件的曝光时间设定在容许范围的最短值附近，与现有例相比，也能够控制总增益的变更引起的平均亮度Y1的变化。其结果，能够将曝光时间的调整范围扩大到各元件的曝光时间的容许最短值。

(第二实施方式)

图9示出本发明的第二实施方式的曝光控制电路35。在第一实施方式中构成为从预先就被固定的3个阶段的值中选择最大积分时间MAX-EXP，但在第二实施方式中构成为3个阶段的最大积分时间的值为可变。

在寄存器46a、46b、46c、46d、46e、46f中分别存储有第一基准增益值Ga1、滞后值HYS、第二基准增益值Ga2、基准最大积分时间MAX-EXPS、以及第一和第二运算系数EADJ1、EADJ2。

第一基准增益值Ga1和滞后值HYS被提供给加减电路47a，加减电路47a将第一基准增益值Ga1与滞后值HYS的相加值以及从第一基准增益值Ga1减去滞后值HYS的相减值提供给比较器48。

第二基准增益值Ga2和滞后值HYS被提供给加减电路47b，加减电路47b将第二基准增益值Ga2与滞后值HYS的相加值以及从第二基准增益值Ga2减去滞后值HYS的相减值提供给比较器48。

对选择电路49提供基准最大积分时间MAX-EXPS、从乘法器50a提供的基准最大积分时间MAX-EXPS与第一运算系数EADJ1的相乘值、以及从乘法器50b提供的基准最大积分时间MAX-EXPS与第二运算系数EADJ2的相乘值。然后，选择电路49根据比较器48的输出信号，选择3个值中的任意一个，将选择值作为用于设定最大积分时间MAX-EXP的最大积分时间调整信号A4来输出。

最大积分时间MAX-EXP(最大积分时间调整信号A4)被提供给除法器51和双稳态多谐振荡电路52，该双稳态多谐振荡电路52的输出信号被提供给除法器51和比较器48。双稳态多谐振荡电路52保持各帧的最大积分时间MAX-EXP的同时，输出其前一帧的最大积分时间MAX-EXP。

除法器51计算当前帧的最大积分时间MAX-EXP与前一帧的最大积分时间MAX-EXP之比，将该计算结果提供给乘法器53。

总增益计算电路54根据平均亮度Y1和目标亮度T以及前一帧的总增益，采用与第一实施方式相同的方式计算当前帧的总增益。

总增益计算电路54所计算出的总增益被提供给乘法器53和比较器48。乘法器53将总增益与除法器51的输出信号相乘，将相乘信号提供给解码电路55。该乘法器53的动作，与为了抹消最大积分时间MAX-EXP的变化而进行总增益的校正的动作相对应，相当于第一实施方式的乘法器43a～43c以及第二选择电路44的动作。解码电路55的动作与第一实施方式中相同。

在这样构成的曝光控制电路35中，比较器48和选择电路49进行如下所示的(a)～(d)的4种动作。另外，将第一和第二基准增益值设为Ga1、Ga2，将滞后值设为HYS，将最大积分时间设为MAX-EXP，将基准最大积分时间设为MAX-EXPS，将第一和第二运算系数设为EADJ1、EADJ2。

(a)当Ga1+HYS＜总增益，且前一帧的最大积分时间MAX-EXP＝MAX-EXPS时，选择电路49选择MAX-EXPS×EADJ1，并输出。

(b)当Ga1-HYS＞总增益，且前一帧的最大积分时间MAX-EXP＝MAX-EXPS×EADJ1时，选择电路49选择MAX-EXPS，并输出。

(c)当Ga2+HYS＜总增益，且前一帧的最大积分时间MAX-EXP＝MAX-EXPS×EADJ1时，选择电路49选择MAX-EXPS×EADJ2，并输出。

(d)当Ga2-HYS＞总增益，且前一帧的最大积分时间MAX-EXP＝MAX-EXPS×EADJ2时，选择电路49选择MAX-EXPS×EADJ1，并输出。

通过这样的动作，能够根据总增益的变化，分3个阶段切换最大积分时间MAX-EXPS。而且，通过适当地变更第一和第二运算系数EADJ1、EADJ2，可适当地变更3个阶段的最大积分时间。

因此，在第二实施方式中，除了第一实施方式中得到的作用效果之外，还能够适当地变更分3个阶段切换的最大积分时间MAX-EXP，因此能够灵活地设定最大积分时间MAX-EXP、即帧速。

各实施方式也可进行如下变更。

·在第一和第二实施方式中，最大积分时间的切换也可以为4个阶段以上。

Claims

1.一种自动增益控制电路，该自动增益控制电路根据从图像传感器以帧为单位输出的亮度数据的平均亮度与目标亮度的比较，输出：调整将图像传感器曝光的积分时间的积分时间调整信号、调整将图像传感器的输出信号放大的放大器的增益的增益调整信号以及用于变更帧速的帧速调整信号，该自动增益控制电路具有：

曝光控制电路，该曝光控制电路调整各帧的消隐时间，将用于切换所述图像传感器的最大积分时间的最大积分时间调整信号作为所述帧速调整信号而输出，

其中所述曝光控制电路包括：

总增益计算电路，其根据所述平均亮度和目标亮度，计算总增益；

解码电路，其根据所述总增益和所述最大积分时间调整信号，生成所述积分时间调整信号和增益调整信号；

最大积分时间切换电路，其根据利用所述增益调整信号而设定的增益值与基准增益值的比较，生成最大积分时间调整信号以切换所述最大积分时间，并生成与所述最大积分时间的切换有关的选择信号；以及

总增益校正电路，其连接在所述总增益计算电路与所述解码电路之间，根据来自所述最大积分时间切换电路的所述选择信号，校正所述总增益，以抹消所述最大积分时间的变化。

2.根据权利要求1所述的自动增益控制电路，所述最大积分时间切换电路包括：

顺序电路，其比较根据所述增益调整信号而设定的增益值与多个基准增益值，生成第一选择信号；以及

第一选择电路，其根据所述第一选择信号，从多个最大积分时间之中，选择任意一个。

3.根据权利要求2所述的自动增益控制电路，所述顺序电路把对所述基准增益值加上或减去滞后值后得到的值，与根据所述增益调整信号而设定的增益值进行比较。

4.根据权利要求2或3所述的自动增益控制电路，

所述顺序电路包括基准增益值调整电路，该基准增益值调整电路调整所述基准增益值，以便抹消基于所述最大积分时间的缩短的所述增益调整信号的相对变化。

5.根据权利要求1所述的自动增益控制电路，

所述总增益校正电路包括乘法电路，该乘法电路将所述总增益计算电路计算出的总增益乘以所述最大积分时间的变化之比的倒数。

6.根据权利要求2，3和5中的任意一项所述的自动增益控制电路，

所述最大积分时间切换电路对基准最大积分时间乘以多个固定运算系数，生成所述多个最大积分时间。

7.根据权利要求2，3和5中的任意一项所述的自动增益控制电路，

所述最大积分时间切换电路对基准最大积分时间乘以多个可变运算系数，生成所述多个最大积分时间。

8.根据权利要求2，3和5中的任意一项所述的自动增益控制电路，

所述解码电路在所述图像传感器的最短曝光时间区域中，根据所述总增益，生成所述增益调整信号和积分时间调整信号，以便在固定所述图像传感器的曝光时间的状态下调整所述放大器的增益。

9.根据权利要求8所述的自动增益控制电路，

所述总增益计算电路在所述图像传感器的最短曝光时间区域中，把总增益计算到小数点以后，所述解码电路使所述增益调整信号相对于该总增益的小数点以后的变化而变化。

10.一种自动增益控制电路，该自动增益控制电路接收从图像传感器以帧为单位输出的亮度数据，调整将图像传感器曝光的积分时间和将图像传感器的输出信号放大的放大器的增益，所述自动增益控制电路具备：

总增益计算电路，其根据平均亮度和目标亮度，计算总增益；

解码电路，其根据所述总增益和最大积分时间调整信号，生成调整所述积分时间的积分时间调整信号和调整所述放大器的增益的增益调整信号；

最大积分时间切换电路，其根据利用所述增益调整信号而设定的增益值与基准增益值的比较，生成用于切换最大积分时间的最大积分时间调整信号，并且生成与最大积分时间的切换相关联的选择信号；以及

总增益校正电路，其连接在所述总增益计算电路与所述解码电路之间，根据来自所述最大积分时间切换电路的所述选择信号，校正所述总增益，以便抹消所述最大积分时间的变化。

11.一种半导体装置，该半导体装置装配了权利要求1所述的自动增益控制电路。