CN101601278A - 摄像装置及半导体集成电路 - Google Patents

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Abstract

摄像装置包括：固体摄像器件(101)，将光转换为电信号并输出摄像信号；AFE部(107)，处理来自所述固体摄像器件(101)的摄像信号；图像获取部(110)，从所述AFE部(107)获取特定颜色的图像；噪声检测部(112)，检测所述图像获取部(110)获取的特定颜色的图像的噪声；AFE断电控制部(111)，根据所述噪声检测部(112)检测出的噪声量，在水平或垂直消隐期间控制对所述AFE部(107)的供电时间。

Description

摄像装置及半导体集成电路
技术领域
本发明涉及控制对模拟前端(AFE)的供电时间的技术，其中模拟前端是用于将来自固体摄像器件的模拟摄像信号转换为数字信号的模拟处理电路。
背景技术
近年来，在以医疗领域的摄像、摄影为目的的医疗照相设备中，为了减轻用户的负担，胶囊形状的照相机(以下称为胶囊照相机)被实用于如胃镜照相机等。对于胶囊照相机，希望形状尺寸小、低功耗、高画质。为了缩小形状尺寸，需要缩小摄像器件及工艺尺寸。为了抑制功耗，需要切断不使用的部分的供电，经常会采用在消隐期间切断对AFE的供电的方式。通过这种方式，能够不损坏画质而削减功耗。
此外，与本发明相关的现有技术文献有专利文献1、2。专利文献1中公开了一种在有效数据与无效数据混合存在时，利用虚拟数据使得因噪声对模拟电路的影响而造成画质恶化的问题得以减轻的方法。专利文献2中公开了一种在设有CDS功能、AGC功能等的模拟前端IC芯片中，对从电源、外部电路等混入箝位电路的噪声的影响进行抑制的方法，其中箝位电路用于在黑参考信号期间箝位输出信号。这些现有技术文献主要以改善画质为主，没有提及改善功耗。
专利文献1：特开2007-189391号公报
专利文献2：特开2003-163845号公报
但是，在上述方法中，由于在消隐期间中断供电(AFE断电)，因而有时在供电恢复后的启动时会产生波形上的畸变，输入图像中会混入低频噪声(特别是黑图像时影响大)。另外，通过事先调整AFE断电的时间可以应对低频噪声的混入，但是有可能因温度变化等外部干扰导致畸变产生变化，从而在调整后的位置再次产生噪声(无法动态应对)。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够得到噪声少的高画质图像，并能削减功耗的摄像装置。
本发明的摄像装置，其特征在于，包括：固体摄像器件，将光转换为电信号并输出摄像信号；模拟前端(AFE)部，处理来自所述固体摄像器件的摄像信号；图像获取部，从所述AFE部获取特定颜色的图像；噪声检测部，检测所述图像获取部获取的特定颜色的图像的噪声；AFE断电控制部，根据所述噪声检测部检测出的噪声量，在水平或垂直消隐期间控制对所述AFE部的供电时间。
根据上述摄像装置，能够得到噪声少的高画质图像，并能削减功耗。
另外，上述摄像装置中，其特征在于，所述图像获取部，能够以来自所述固体摄像器件的摄像信号的任意帧获取所述特定颜色的图像，按照所述噪声检测部检测出的噪声量，调整获取所述特定颜色的图像的频度。
根据上述摄像装置，能够削减用户得到不出现噪声的图像为止的时间。
另外，上述摄像装置中，其特征在于，所述噪声检测部，根据所述图像获取部获取的特定颜色的图像的亮度的平均值判断噪声量。
另外，上述摄像装置中，其特征在于，所述噪声检测部，根据所述图像获取部获取的特定颜色的图像的亮度的方差值判断噪声量。
另外，上述摄像装置中，其特征在于，所述噪声检测部，根据规定的水平扫描行检测噪声。
根据上述摄像装置，不必使用整个帧的像素数据就可以完成，因此能够实现检测速度的提高。
另外，上述摄像装置中，其特征在于，进一步包括：竖线校正切换部，对竖线校正处理的有效和无效进行切换，所述竖线校正处理是通过竖线校正从而去除来自所述固体摄像器件的摄像信号的噪声的处理。
另外，上述摄像装置中，其特征在于，所述竖线校正切换部，在所述AFE断电控制部对供电时间进行调整的过程中，使所述竖线校正处理有效。
根据上述摄像装置，即使在AFE断电的时间调整过程中，也能够通过竖线校正处理来减轻噪声。
另外，上述摄像装置中，其特征在于，所述竖线校正切换部，在所述AFE断电控制部对时间的调整达到限度时，使所述竖线校正处理有效。
本发明的半导体集成电路，其特征在于，包括：模拟前端(AFE)部，处理来自固体摄像器件的摄像信号；图像获取部，从所述AFE部获取特定颜色的图像；噪声检测部，检测所述图像获取部获取的特定颜色的图像的噪声；AFE断电控制部，根据所述噪声检测部检测的噪声量，在水平或垂直消隐期间控制对所述AFE部的供电时间。
根据本发明，由于包括减少低频噪声的控制，因而可以期待画质改善的效果。另外，由于在最佳时间(噪声最小)调整对AFE的供电，因而可以期待功耗削减的效果。
附图说明
图1为实施方式1的摄像装置的整体结构；
图2为(a)AFE断电的范围与(b)时序图；
图3为AFE断电导致低频噪声产生的机理；
图4为低频噪声处理方法；
图5为低频噪声处理方法；
图6为实施方式1的摄像装置的流程图；
图7为实施方式2的摄像装置的流程图。
符号的说明
101  图像传感器
107  模拟前端(AFE)
109  竖线校正切换控制部
110  黑图像获取控制部
111  AFE断电控制部
112  噪声检测部
具体实施方式
以下参考附图对用于实施本发明的最佳方式进行说明。
(实施方式1)
[整体结构]
图1示出本发明实施方式1的摄像装置的整体结构。假设该摄像装置被作为医疗用胶囊照相机使用。该摄像装置包括：图像传感器101、LED113和DSP114。
图像传感器101是诸如CCD、CMOS等的固体摄像器件。图像传感器101具有多个像素，这些像素被配置在对被摄物体进行摄像所使用的有效像素区域以及有效像素区域的周边。被配置在有效像素区域周边的像素以被遮光的状态配置。
LED113被设置为用于在体内等处拍摄时进行曝光。
DSP114包括模拟前端(AFE)107、CPU105、定时脉冲发生器(TG，Timing Generator)108、竖线校正切换控制部109、黑图像获取控制部110、AFE断电控制部(AFE_PDWN)111以及噪声检测部112。此外，DSP114可以由半导体集成电路的一个芯片构成，也可以由多个芯片构成。
AFE107对从图像传感器101输出的摄像信号(图像数据)施加规定的处理而转换为数字摄像信号。AFE107包括：相关双采样(CDS，CorrelatedDouble Sampling)102、增益控制幅度(GCA，Gain Control Amplitude)103、模数(AD)转换器(Analog Digital Converter)104以及数模(DA)转换器(Digital Analog Converter)106。CDS102为了去除来自图像传感器101的摄像信号的放大器噪声和复位噪声进行相关双采样。GCA103将从CDS102输出的信号以可调整的增益放大。AD转换器104将经过GCA103放大的信号转换为数字摄像信号。
CPU105控制整个系统。TG108生成用于摄像的脉冲。由TG108生成的脉冲被输出至图像传感器101、LED113。竖线校正切换控制部109对竖线校正的有效/无效进行切换。黑图像获取控制部110获取特定颜色的图像(本实施例中为黑图像)。AFE断电控制部111控制对AFE107供电的时间。
[用于削减功耗的AFE断电]
现有技术中提出了一种为了削减功耗而在垂直或水平消隐期间中停止对AFE供电的方法(AFE断电)。
如图2(a)所示，图像传感器201中构成有效区域、无效区域、光学黑体(OB，Optical Black)区域。将水平方向的无效区域称为水平消隐，将垂直方向的无效区域称为垂直消隐。
图2(b)所示的时序图示出了表示垂直有效像素区域的VD、表示水平有效像素区域的HD、表示对AFE有无供电的AFE_PDWN的时序。在水平消隐期间(VH＝‘L’)与垂直消隐期间(VD＝‘L’)停止对AFE的供电(AFE_PDWN＝‘H’)。
[噪声产生]
但是，在水平消隐期间中进行AFE断电有时会产生低频噪声。图3示出AFE断电导致噪声产生的机理。图3(a)示出了1H的有效区域、OB区域、无效区域，图3(b)示出了与图3(a)对应的对AFE供电的情况。按每个1H来进行AFE断电时，也根据AFE的性能，有时如图3(b)所示供电的波形会产生畸变。当产生这样的畸变时，则产生如图3(c)所示的低频噪声。
[处理方法]
在出厂时设置了最佳时间使得噪声不会混入。但是，随着环境的变化，按照初始设置的时间有噪声混入时，就需要对时间进行动态调整的结构。
通过将AFE断电后的供电恢复时间提前，能够降低低频噪声。另外，现有方式中也有利用竖线校正的噪声去除手段。图4示出了获取黑图像并判断噪声，调整AFE断电时间的方法。图4(a)示出了以规定的帧获取黑图像的情况。医疗领域中的胶囊照相机等集成了通过停止LED发光来获取黑图像、调整黑电平的控制。图4(b)示出简单的流程图。在步骤402中以规定的帧获取黑图像，在步骤403中判断是否有低频噪声。低频噪声在黑图像时显著出现。当检测出低频噪声时，在步骤404中调整AFE断电后的供电恢复时间。
获取黑图像的频度可以由用户设置为规定值。另外，也可以判断噪声量，自动调整频度。
图5示出了时间调整与功耗的关系。图5(a)的时序图示出了针对传感器输出(图像传感器101的输出)的AFE断电的时序。Tp表示AFE断电后的供电恢复时间相对于传感器输出的有效区域开始时间(消隐期间结束时间)所具有的裕度。即，在比传感器输出的有效区域开始时间(消隐期间结束时间)提前Tp时间之时，供电被恢复。Tpmax表示上述Tp可取的最大值。当Tp达到Tpmax时，切换至竖线校正处理。AFE断电后的供电恢复时间与功耗处于需要权衡的关系，为图5(b)所示的关系。当检测出低频噪声时，通过错开Tp的位置，能够实现没有噪声、没有浪费的功耗削减。
通过如此判断噪声并进行自动调整，能够吸收AFE的个体差异，灵活应对试制过程中的电路变更等。另外，对于医疗领域的胶囊照相机，可以追随温度变化等环境变化而进行校正。
[流程图]
图6示出整体处理的流程。
摄像开始(步骤601)后，进行时钟设置、传感器、存储器等的初始设置(步骤602)。规定帧率下的摄像开始后，以规定的周期获取黑图像。在步骤603中对是否已获取黑图像进行判断。已获取黑图像时，执行步骤605。否则，执行步骤604，获取下一帧，并再次返回步骤603。
在步骤605中获取黑图像，在步骤606中进行噪声检测。关于噪声检测的详细内容将在后面描述。在步骤607中判断是否有通过噪声检测得到的噪声。检测出噪声时，执行步骤608。否则，返回步骤603。在步骤608中调整AFE断电的时间。通过将AFE断电后的供电恢复时间提前，能够减轻噪声，所以此处的处理是将规定的恢复时间提前。
在调整过程中出现噪声是不理想的。步骤609判断是否使用竖线校正处理。如果竖线校正有效则执行步骤610，否则，返回步骤603。竖线校正有效的情况是通过AFE断电对时间进行调整的过程中以及恢复时间Tp达到Tpmax时。达到最佳时间时，竖线校正处理变为无效。执行步骤610之后返回步骤603。
步骤611至步骤617示出噪声检测(步骤606)的处理流程。通过步骤612选择有效像素区域的规定行。可以选择多行，也可以选择所有行(1帧)。通过步骤613获取亮度的均值或方差，或者将二者一同获取。另外，并不限于亮度，也可以使用高频分量等值。通过步骤614对是否超过规定值进行判断。如果超过规定值，执行步骤615，否则执行步骤616。
[噪声检测]
噪声检测部112从图像获取部110获得特定颜色的图像从而进行检测。低频噪声特别是在黑图像时因乘以增益而显著出现，通过求亮度的方差、均值，并与预先设置的规定值比较来判断有无噪声。
为了加快噪声检测的速度，也可以不使用1帧的所有像素而是根据规定行来检测噪声。
[竖线校正的切换控制]
通过动态调整AFE断电的时间，噪声会逐渐减轻，但在调整过程中有噪声混入是不理想的。另外，调整也有限度，使AFE断电无效而导致功耗增大也是不理想的。
因此，调整AFE断电后的供电恢复时间时，在还在进行噪声检测的情况下，使用现有方式的竖线校正处理来降低噪声。另外，在达到调整限度时(Tp达到Tpmax时)，从AFE断电后的供电恢复时间的调整切换至竖线校正处理。
(实施方式2)
本发明实施方式2的摄像装置假设被作为数码照相机使用。该摄像装置的整体结构是在图1中去掉LED113后的结构。胶囊照相机使用LED113来进行体内曝光，而数码照相机则不需要。用于削减功耗的AFE断电、噪声产生也与实施方式1同样。
数码照相机与医疗用胶囊照相机不同，不希望以规定的帧间隔获取黑图像。可以在拍摄释放时获取黑图像，所以在每次拍摄时确认是否产生了低频噪声。判断产生了噪声时，通知用户噪声产生，在用户做出了是否去除噪声的判断后，如果要去除噪声，则应用噪声去除手段。但是，此时由于暂时获取黑图像，所以无法获取通常的图像。
图7示出实施方式2的流程图。
摄像开始(步骤701)后，进行时钟设置、传感器、存储器等的初始设置(步骤702)。接着，从显示模式到为了摄像而释放快门后，获取黑图像(步骤703)。在步骤704中检测噪声。检测方法与实施方式1同样。在步骤705中判断有无噪声。如果检测出噪声则执行步骤706，否则执行步骤708。在步骤706中获取黑图像，在步骤707中进行AFE断电的时间调整。反复执行步骤705至步骤707，直到噪声消失。噪声消失后执行步骤708，返回显示模式。
数码照相机中的实施具有对用户的通知和暂时无法拍摄通常图像这两个缺点，但是当优先考虑功耗削减和画质提高这两点时，可谓具有优点。
产业上的利用可能性
本发明的摄像装置在医疗用胶囊照相机、数码照相机等方面具有利用可能性。

Claims (9)

1、一种摄像装置，其特征在于，包括：
固体摄像器件，将光转换为电信号并输出摄像信号；
模拟前端AFE部，处理来自所述固体摄像器件的摄像信号；
图像获取部，从所述AFE部获取特定颜色的图像；
噪声检测部，检测所述图像获取部获取的特定颜色的图像的噪声；
AFE断电控制部，根据所述噪声检测部检测出的噪声量，在水平或垂直消隐期间控制对所述AFE部的供电时间。
2、根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，
所述图像获取部，
能够以来自所述固体摄像器件的摄像信号的任意帧获取所述特定颜色的图像，
按照所述噪声检测部检测出的噪声量，调整获取所述特定颜色的图像的频度。
3、根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，
所述噪声检测部，
根据所述图像获取部获取的特定颜色的图像的亮度的平均值判断噪声量。
4、根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，
所述噪声检测部，
根据所述图像获取部获取的特定颜色的图像的亮度的方差值判断噪声量。
5、根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，
所述噪声检测部，
根据规定的水平扫描行检测噪声。
6、根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，进一步包括：
竖线校正切换部，对竖线校正处理的有效和无效进行切换，所述竖线校正处理是通过竖线校正从而去除来自所述固体摄像器件的摄像信号的噪声的处理。
7、根据权利要求6所述的摄像装置，其特征在于，
所述竖线校正切换部，
在所述AFE断电控制部对供电时间进行调整的过程中，使所述竖线校正处理有效。
8、根据权利要求6所述的摄像装置，其特征在于，
所述竖线校正切换部，
在所述AFE断电控制部对时间的调整达到限度时，使所述竖线校正处理有效。
9、一种半导体集成电路，其特征在于，包括：
模拟前端AFE部，处理来自固体摄像器件的摄像信号；
图像获取部，从所述AFE部获取特定颜色的图像；
噪声检测部，检测所述图像获取部获取的特定颜色的图像的噪声；
AFE断电控制部，根据所述噪声检测部检测出的噪声量，在水平或垂直消隐期间控制对所述AFE部的供电时间。
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