CN101931754B - 影像信号处理电路、拍摄装置和影像信号处理方法 - Google Patents
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Abstract
一种影像信号处理电路、拍摄装置和影像信号处理方法。放大电路(51)放大根据驱动期间按像素单位从拍摄元件依次输出且电平根据像素中积蓄的电荷量改变的模拟影像信号。定时发生器(56)在不同定时输出第1脉冲信号和第2脉冲信号。采样保持电路(53a、53b)分别在给与第1、第2脉冲信号的定时对放大电路输出的模拟影像信号采样并保持模拟影像信号电平。差动放大器(53c)求出分别在采样保持电路中保持的模拟影像信号的电平之差。模拟数字转换电路(55)基于该差，求出与模拟影像信号对应的数字影像信号。控制部根据驱动期间，使给与第1采样保持电路第1脉冲信号的定时、给与第2采样保持电路第2脉冲信号的定时和偏置电流变更。
Description
技术领域
本发明涉及影像信号处理电路、拍摄装置和影像信号处理方法。
背景技术
作为现有技术，数码相机等拍摄装置中搭载有模拟信号处理部，进行模拟信号处理，将从以CCD(电荷耦合器件，Charge Coupled Device)或MOS(金属氧化物半导体，Metal Oxide Semiconductor)传感器为代表的拍摄元件输出的模拟影像信号转换为数字影像信号。
JP2008-289136号公报中公开了第1技术，涉及现有的模拟信号处理部，在消隐(blanking)期间依然持续对模拟信号处理部供电，通过停止对模拟信号处理部的时钟信号而停止模拟信号处理。
另外，在JP2008-289136号公报中，公开了第2技术，在消隐期间通过截断对模拟信号处理部的一部分的供电，而停止模拟信号处理。
基于这些第1技术和第2技术使消隐期间的模拟信号处理部的功能停止，可以降低装置的功耗。
然而，上述专利文献的第1技术中，因为在消隐期间停止对模拟信号处理部的时钟信号而停止模拟信号处理，所以可以降低功耗，但在实施模拟信号处理时，无法降低功耗。另外，上述专利文献的第2技术中，因为在消隐期间通过截断对模拟信号处理部的一部分的供电而停止模拟信号处理，所以可以降低功耗，但在实施模拟信号处理时，无法降低功耗。
发明内容
本发明目的在于提供一种影像信号处理电路、拍摄装置和影像信号处理方法，即使在实施模拟信号处理时也能降低功耗。
为达到上述目的，本发明的第1观点所涉及的影像信号处理电路，其特征在于，包括：
放大单元，放大模拟影像信号，该模拟影像信号根据驱动期间按像素单位从该拍摄元件依次输出，且根据像素中所积蓄的电荷量而电平改变；定时发生单元，在不同的定时输出第1脉冲信号和第2脉冲信号；第1采样保持电路，在给与所述第1脉冲信号的定时对所述放大单元输出的模拟影像信号采样，并保持该模拟影像信号的电平；第2采样保持电路，在给与所述第2脉冲信号的定时对所述放大单元输出的模拟影像信号采样，并保持该模拟影像信号的电平；获取单元，获取由所述第1采样保持电路所保持的模拟影像信号的电平与所述第2采样保持电路所保持的模拟影像信号的电平的差分；模拟数字转换单元，基于所述获取单元所求出的差，求出所述模拟影像信号所对应的数字影像信号；和变更单元，根据所述驱动期间，使对所述第1采样保持电路给与所述第1脉冲信号的定时、对所述第2采样保持电路给与所述第2脉冲信号的定时和所述偏置电流变更。
为达到上述目的，本发明的第2观点所涉及的拍摄装置，其特征在于，包括：
本发明的第1观点所涉及的影像信号处理电路；和记录单元，对由模拟数字转换单元所得到的数字影像信号实施规定的处理，将其处理结果所得的数据记录至记录介质。
为达到上述目的，本发明的第3观点所涉及的影像信号处理方法，其特征在于，包括：
放大步骤，放大模拟影像信号，该模拟影像信号根据驱动期间按像素单位从该拍摄元件依次输出，且根据像素中所积蓄的电荷量而电平改变；定时发生步骤，在不同的定时输出第1脉冲信号和第2脉冲信号；第1采样保持步骤，在给与所述第1脉冲信号的定时对所述放大步骤输出的模拟影像信号采样，并保持该模拟影像信号的电平；第2采样保持步骤，在给与所述第2脉冲信号的定时对所述放大步骤输出的模拟影像信号采样，并保持该模拟影像信号的电平；获取步骤，获取由所述第1采样保持步骤所保持的模拟影像信号的电平与所述第2采样保持步骤所保持的模拟影像信号的电平的差分；和模拟数字转换步骤，基于所述获取步骤所求出的差，求出所述模拟影像信号所对应的数字影像信号；根据所述驱动期间，使生成所述第1脉冲信号的定时、生成所述第2脉冲信号的定时和所述偏置电流改变。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式所涉及的数码相机的结构图。
图2是表示模拟信号处理电路的概要的结构图。
图3是表示一般的CCD的像素构造的图。
图4是表示1场的定时的概要的图。
图5是CCD所输出的模拟影像信号的波形与脉冲信号的定时的说明图。
具体实施方式
以下基于附图，对本发明的实施方式进行详细说明。
图1是表示本发明的实施方式所涉及的数码相机的结构图。
作为拍摄装置的数码相机，具有：控制装置整体的控制部10；透镜20；作为拍摄元件的CCD(电荷耦合器件，Charge Coupled Device)30；透镜驱动器40；作为影像信号处理电路的模拟信号处理电路50；操作部60；和显示部70。
操作部60由与控制部10连接的快门按钮、开关等构成，使用者可以输入。
显示部70由液晶显示器等而构成，进行显示已拍摄图像、辅助使用者的操作的显示等。
控制部10由CPU(中央处理器，Central Processing Unit)而构成。控制部10连接了用于进行各种处理而使用的DRAM(动态随机存取存储器，Dynamic Random Access Memory)11、和存储图像数据等的闪速存储器12。另外，控制部10也可以连接MD(迷你磁盘，Mini Disc)、CD-R(可录光盘，Compact Disc Recordable)等其它的可移动存储介质13，具有与闪速存储器12同样的功能。
透镜20在CCD30的传感器面聚光，使图像成像。对于CCD30的透镜20的位置调整，由透镜驱动器40基于来自控制部10的指示而进行。
CCD30对通过透镜20所给与的拍摄图像作光电转换，对每个像素积蓄与接收光量相应量的电荷，依次输出每个像素的模拟影像信号。
CCD30的输出端与模拟信号处理电路50连接。
图2是表示模拟信号处理电路50的概要的结构图。
模拟信号处理电路50是将从CCD30所给与的模拟影像信号转换为数字影像信号的电路。模拟信号处理电路50具有：放大电路51，与CCD30连接；OB(光学黑，optical black)钳位(clamp)电路52，与放大电路51的输出端连接；相关双采样电路(CDS)53；自动增益控制电路(AGC)54；模拟数字转换电路(ADC)55；和定时发生器56。
放大电路51通过从电源给与的偏置电流，放大从CCD30所给与的模拟影像信号。放大电路51的输出电流根据偏置电流的电流值而变化。
OB钳位电路52对放大电路51的输出信号，以后述的光学黑(OB)区域的值作为黑的基准值而钳位。
相关双采样电路53具有对OB钳位电路52的输出信号采样并保持的2个采样保持电路(S.H)53a、53b。采样保持电路53a具有对OB钳位电路52的输出信号的电压充电并保持的电容器Ca。采样保持电路53b具有对OB钳位电路52的输出信号的电压充电并保持的电容器Cb。电容器Ca、Cb由通过了OB钳位电路52的放大电路51的输出电流充电。
采样保持电路53a、53b的输出端分别连接差动放大器53c的2个输入端。差动放大器53c的输出端与自动增益控制电路54连接。自动增益控制电路54的输出端与模拟数字转换电路55连接。模拟数字转换电路55的输出端与控制部10连接。
定时发生器56，使表示采样保持电路53a的采样定时的脉冲信号DS1、和表示采样保持电路53b的采样定时的脉冲信号DS2交替产生，并且基于控制部10的控制，生成设定使来自CCD30的像素单位的图像数据依次输出的定时的脉冲信号DS3。
接下来，说明将拍摄图像所对应的模拟影像信号变换为数字影像信号、使拍摄图像存储于闪速存储器12的工作。
通过松开电子快门，来自拍摄对象的光通过透镜20到达CCD30的传感器面，在CCD30的传感器面的每个像素积蓄与光的亮度相对应的量的电荷。
图3是表示一般的CCD的像素构造的图。
CCD30的传感器面一般为矩形，而其上下左右的边缘部被Al(铝)遮光，成为OB区域。CCD30的传感器面的中央部成为存在彩色滤镜的有效像素区域。
图4是表示1场的定时的概要的图。
1场中依次配置：垂直回扫期，为了表示该1场的开始，CCD30不输出像素数据；垂直OB期(垂直OB)，输出CCD30的传感器面的下端部侧的OB区域的像素数据；多个水平传输期(1H、2H、…)，向水平方向分别传输1线(line)的像素数据；和垂直OB期，CCD30输出传感器面的上端部侧的OB区域的像素数据。
各水平传输期(1H、2H、…)中依次配置水平回扫期、垂直传输期、水平OB期(水平OB)、有效像素数据输出期(有效像素数据输出)和水平OB期(水平OB)。
水平回扫期，是为了表示水平传输期的开始，CCD30不输出像素数据的期间。垂直传输期是CCD30在垂直方向上传输相当于输出对象的像素数据的电荷、向其CCD30所具有的未图示的水平传输用CCD移动的期间。
紧接着垂直传输期的水平OB期，是CCD30输出CCD30的传感器面的左端部侧的OB区域的像素数据的期间。有效像素数据输出期，是水平方向的有效图像数据从CCD30依次输出的期间。紧接着有效图像数据输出期的水平OB期，是CCD30输出CCD30的传感器面的右端部侧的OB区域的像素数据的期间。
对于这样的1场的处理，控制部10向定时发生器56给与指示，设定脉冲信号DS1、DS2、DS3的发生定时。并且，控制部10通过控制从电源流向放大电路51的偏置电流，控制放大电路51的输出电流。
定时发生器56在垂直回扫期、水平回扫期和垂直传输期，基于来自控制部10的指示，不生成脉冲信号DS3，而只生成脉冲信号DS1、DS2。在其它期间，在规定的定时，生成脉冲信号DS1、DS2和DS3。
因为在垂直回扫期、水平回扫期和垂直传输期中不给与脉冲信号DS3，所以CCD30不输出每个像素的模拟影像信号。
与此相对，因为在垂直OB期、水平OB期、有效像素数据输出期中给与脉冲信号DS3，所以CCD30输出每个像素的模拟影像信号。
图5是CCD30输出的模拟影像信号的波形与脉冲信号DS1、DS2的定时的说明图。
在CCD30所输出的每个像素的模拟影像信号中，如图5所示，每个像素有复位(reset)期、馈通(feed through)期和信号期。根据CCD30的像素中所积蓄的电荷量，模拟影像信号的馈通期的电平变为信号期的电平。由此，模拟影像信号的馈通期的电平与信号期的电平之差，成为表示由来自拍摄对象的光所积蓄的电荷量的电压，也就是像素数据。
控制部10向定时发生器56发出指示，使脉冲信号DS1生成，在馈通期使采样保持电路53a对模拟影像信号采样并保持。另外，控制部10向定时发生器56发出指示，使脉冲信号DS2生成，在信号期使采样保持电路53b对模拟影像信号采样并保持。
采样保持电路53a、53b所保持的各模拟影像信号的电平，在差动放大器53c中求出差分，成为像素数据。
差动放大器53c中求出差分的图像数据，在自动增益控制电路54维持一定，由模拟数字转换电路55变换为数字影像数据。
此处，有效像素区域的像素数据的信噪(S/N)比，很大程度上依赖于生成脉冲信号DS1、DS2的定时。另一方面，生成脉冲信号DS1、DS2的定时，对流过放大电路51的偏置电流和功耗造成影响。
由此，控制部10根据垂直回扫期、水平回扫期以及垂直传输期与其它的期间，而改变生成脉冲信号DS1、DS2的定时。
控制部10设定生成脉冲信号DS1、DS2的定时，使垂直OB期、水平OB期、有效像素数据输出期中，在CCD30的输出信号的馈通期和信号期CCD30的输出信号最为平坦的定时，采样保持电路53a、53b对CCD30的输出信号采样。由此，可以提高垂直OB期、水平OB期、有效像素数据输出期的信噪比。
垂直回扫期、水平回扫期和垂直传输期中，如图5所示，脉冲信号DS1与脉冲信号DS2之间的时间设为T1，该脉冲信号DS2与接下来的脉冲信号DS1之间的时间设为T2时，控制部10设定生成脉冲信号DS1、DS2的定时，使T1∶T2为1∶1。
放大电路51的偏置电流与时间T1成反比。这样的原因是，时间T1变短时，对采样保持电路53b的采样保持的电容器Cb的充电时间也需要变短，所以使放大电路51的偏置电流增加，使成为电容器Cb的充电电流的放大电路51的输出电流增加。
同理，放大电路51的偏置电流也与时间T2成反比。于是，CCD30的输出信号的周期表示为S(＝T1+T2)，放大电路51的偏置电流I表示为T1、T2的函数时，成为：
I(T1，T2)＝K1/T1+K2/T2(K1、K2为比例常数)
＝K1/T1+K2/(S-T1)。
通过将I(T1，T2)微分，可知在T1＝T2＝2/S时，I(T1，T2)取得最小值。
也就是说，通过设定生成脉冲信号DS1、DS2的定时，使T1∶T2＝1∶1，而使偏置电流减少，可降低拍摄装置的功耗。
控制部10将从模拟数字转换电路55给与的数字影像信号积蓄于DRAM11，在进行不需要的数据的去除、压缩、噪声去除等处理之后，存储于闪速存储器12中。
如上，本实施方式的数码相机，可以不停止模拟信号处理电路50的模拟信号处理中的相关双采样处理，而降低功耗。
另外，本实施方式的数码相机，因为不是通过截断从电源提供至模拟信号处理电路50的偏置电流等而实现低功耗的，所以可防止由于偏置电流等的截断和提供的反复而引起的模拟信号处理电路50的工作不稳定。
另外，本发明不限于上述实施方式，还可有各种变形和应用。
(1)上述实施方式中，控制部10设定垂直回扫期、水平回扫期和垂直传输期中生成脉冲信号DS1、DS2的定时，使T1∶T2为1∶1；然而也可以设定生成脉冲信号DS1、DS2的定时，使垂直OB期和水平OB期也是T1∶T2为1∶1。
设定生成脉冲信号DS1、DS2的定时，使T1∶T2为1∶1时，采样保持电路53a、53b也不一定在馈通期和信号期中为最平坦的定时对CCD30的输出信号采样。因此，采样保持电路53a、53b的保持电压中有可能含有噪声。然而，因为垂直OB期和水平OB期的CCD30的输出信号不作为有效像素的图像数据而使用，所以即使含有噪声也没有问题。由此，通过设定生成脉冲信号DS1、DS2的定时，使T1∶T2为1∶1，可得到不会受到噪声的影响、能够降低垂直OB期和水平OB期的功耗的效果。
(2)上述实施方式中，降低对已拍摄的图像的从CCD30输出的模拟影像信号转换为数字影像信号的过程中的功耗。与此相对，也可以在强制去除CCD30的垂直传输路中积存的拖尾(smear)分量、或由暗电流所产生的电荷时(高速扫描)，设定生成脉冲信号DS1、DS2的定时，使T1∶T2为1∶1。
设定生成脉冲信号DS1、DS2的定时，使T1∶T2为1∶1时，采样保持电路53a、53b也不一定在馈通期和信号期中为最平坦的定时对CCD30的输出信号采样。因此，采样保持电路53a、53b的保持电压中有可能含有噪声。然而，因为高速扫描时的CCD30的输出信号不作为有效像素的图像数据而使用，所以即使含有噪声也没有问题。由此，高速扫描时通过设定生成脉冲信号DS1、DS2的定时，使T1∶T2为1∶1，可得到不会受到噪声的影响、能够降低高速扫描时的功耗的效果。
(3)也可以在伴随快门按钮按下的曝光期，设定生成脉冲信号DS1、DS2的定时，使T1∶T2为1∶1。
设定生成脉冲信号DS1、DS2的定时，使T1∶T2为1∶1时，采样保持电路53a、53b也不一定在馈通期和信号期中为最平坦的定时对CCD30的输出信号采样。然而，因为在伴随快门按钮按下的曝光期，CCD30不输出每个像素的模拟影像信号，所以即使设定生成脉冲信号DS1、DS2的定时，使T1∶T2为1∶1也没有问题。由此，在伴随快门按钮按下的曝光期，设定生成脉冲信号DS1、DS2的定时，使T1∶T2为1∶1，可得到不会受到噪声的影响、能够降低在伴随快门按钮按下的曝光期的功耗的效果。
(4)一般的数码相机具有连拍模式和自动模式，连拍模式是由于可调焦的被摄体与该数码相机间的距离短，所以其可调焦的范围窄；自动模式是由于可调焦的被摄体与数码相机间的距离长，所以其可调焦的范围宽。例如，将拍摄模式从连拍模式切换至自动模式时，CCD30输出就在切换之前CCD30中积蓄的电荷所对应的模拟影像信号，然而此处输出的模拟影像信号不作为模式切换后的有效像素的图像数据而利用。由此，在将拍摄模式从连拍模式切换至自动模式时，可以设定生成脉冲信号DS1、DS2的定时，使T1∶T2为1∶1。
设定生成脉冲信号DS1、DS2的定时，使T1∶T2为1∶1时，采样保持电路53a、53b也不一定在馈通期和信号期中为最平坦的定时对CCD30的输出信号采样。因此，采样保持电路53a、53b的保持电压中有可能含有噪声。然而，因为使拍摄模式从连拍模式切换至自动模式时的CCD30的输出信号不作为有效像素的图像数据而使用，所以即使含有噪声也没有问题。由此，在伴随快门按下的曝光期间，设定生成脉冲信号DS1、DS2的定时，使T1∶T2为1∶1，可得到不会受到噪声的影响、能够降低使拍摄模式从连拍模式切换时的功耗的效果。
(5)在切换发生脉冲信号DS1、DS2的定时和放大电路51的偏置电流时，在直到相关双采样电路53的工作稳定为止需要时间的情况下，鉴于该时间，也可以控制生成脉冲信号DS1、DS2的定时和切换放大电路51的偏置电流的定时。例如，从水平OB期转移至有效像素数据输出期时，只在相关双采样电路53的工作从不稳定至稳定为止的时间，使偏置电流的切换定时变快。由此，通过切换发生脉冲信号DS1、DS2的定时和放大电路51的偏置电流，可得到能够防止相关双采样电路53的工作变得不稳定的效果。
Claims (9)
1.一种影像信号处理电路，其特征在于，具备：
放大单元，放大模拟影像信号，该模拟影像信号根据驱动期间按像素单位从拍摄元件依次输出，且根据像素中所积蓄的电荷量而电平改变；
定时发生单元，在不同的定时输出第1脉冲信号和第2脉冲信号；
第1采样保持电路，在给与所述第1脉冲信号的定时下对所述放大单元输出的模拟影像信号采样，并保持该模拟影像信号的电平；
第2采样保持电路，在给与所述第2脉冲信号的定时下对所述放大单元输出的模拟影像信号采样，并保持该模拟影像信号的电平；
获取单元，获取由所述第1采样保持电路所保持的模拟影像信号的电平与由所述第2采样保持电路所保持的模拟影像信号的电平的差分；
模拟数字转换单元，基于所述获取单元所求出的差，求出所述模拟影像信号所对应的数字影像信号；和
变更单元，根据所述驱动期间，使对所述第1采样保持电路给与所述第1脉冲信号的定时、对所述第2采样保持电路给与所述第2脉冲信号的定时和偏置电流变更。
2.根据权利要求1所述的影像信号处理电路，其特征在于，
由所述变更单元，存在低功耗的驱动期间，在所述低功耗的驱动期间所述第1脉冲信号和所述第2脉冲信号之间的时间、与该第2脉冲信号和其后的第1脉冲信号之间的时间为1∶1。
3.根据权利要求1所述的影像信号处理电路，其特征在于，
所述拍摄元件，对每个像素存储对应于拍摄图像的电荷，将该每个像素的电荷在垂直方向传输，转移至水平传输路，从该水平传输路以像素单位作为所述模拟影像信号而输出。
4.根据权利要求3所述的影像信号处理电路，其特征在于，
在低功耗的驱动期间中，包括所述拍摄元件在垂直方向传输所述每个像素的电荷的期间。
5.根据权利要求2所述的影像信号处理电路，其特征在于，
在所述低功耗的驱动期间中，包括拍摄图像中的光学黑区域的像素的模拟影像信号从所述拍摄元件输出的期间。
6.根据权利要求2所述的影像信号处理电路，其特征在于，
在所述低功耗的驱动期间中，包括所述拍摄元件输出不需要的模拟影像信号的期间。
7.根据权利要求1所述的影像信号处理电路，其特征在于，
将对所述第1采样保持电路给与所述第1脉冲信号的定时、对所述第2采样保持电路给与所述第2脉冲信号的定时和使所述偏置电流改变的变更定时，设为早于所述驱动期间的切换定时。
8.一种拍摄装置，具备：
权利要求1所述的影像信号处理电路；和
记录单元，对由模拟数字转换单元所得到的数字影像信号实施规定的处理，将其处理结果所得的数据记录到记录介质。
9.一种影像信号处理方法，其特征在于，包括：
放大步骤，通过偏置电流放大模拟影像信号，该模拟影像信号根据驱动期间按像素单位从拍摄元件依次输出，且根据像素中所积蓄的电荷量而电平改变；
定时发生步骤，在不同的定时生成第1脉冲信号和第2脉冲信号；
第1采样保持步骤，在给与所述第1脉冲信号的定时下对所述放大步骤输出的模拟影像信号采样，并保持该模拟影像信号的电平；
第2采样保持步骤，在给与所述第2脉冲信号的定时下对所述放大步骤输出的模拟影像信号采样，并保持该模拟影像信号的电平；
获取步骤，获取由所述第1采样保持步骤所保持的模拟影像信号的电平与由所述第2采样保持步骤所保持的模拟影像信号的电平的差分；和
模拟数字转换步骤，基于所述获取步骤所求出的差，求出所述模拟影像信号所对应的数字影像信号；
根据所述驱动期间，使生成所述第1脉冲信号的定时、生成所述第2脉冲信号的定时和所述偏置电流改变。
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