CN1484435A - 图像信号处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种图像信号处理装置，AGC电路(70)对应增益设定电路(56)输出的增益放大图像信号。钳位电路(72)以对应由钳位时间常数设定电路(58)设定的时间常数的钳位能力，执行对AGC电路(70)的输出信号的直流水平的钳位。钳位时间常数设定电路(58)取得钳位设定电路(56)生成的增益。比较电路将取得的增益与基准值比较，当增益超过基准值时，输出相对大的时间常数。对应这个时间常数，控制钳位电路(72)的钳位能力，当增益大时，进行平缓的钳位，从而使得难以跟随在直流水平上重叠的噪音，抑制横锯齿状的噪音。

Description

图像信号处理装置

技术领域

本发明涉及处理从摄像元件输出的图像信号的图像信号处理装置，特别是涉及图像信号的直流水平的控制。

背景技术

由CCD(Charge Coupled Device)图像传感器等摄像元件得到的图像信号，通常由电容耦合的方式被取出。因此，图像信号的直流水平可以由图像信号水平进行变动。所以，要将对应在摄像元件的像素排列的周边部分设置的光学黑区域(Optical Black：OPB)得到的图像信号(OPB图像信号)进行设置规定的黑水平的钳位处理。而且，在其后段设置的AGC(Auto Gain Control)电路的输出中，图像信号的直流水平可以对应AGC电路的增益而变动。因此在AGC电路的后面设置有控制直流水平的钳位电路。

图6是以往的图像信号处理装置的模式的电路图。这个装置由模拟信号处理电路2、数字信号处理电路6、增益设定电路8构成。在模拟信号模拟信号2中，AGC电路20将由增益设定电路8设定的增益提供给从CCD图像传感器而来的图像信号，其输出由钳位电路22进行钳位。在数字信号处理电路6中，积分电路对一个画面的图像信号进行积分。判定电路26将积分结果与规定的基准值进行比较。根据其比较结果，增益设定电路8对增益进行增减，这样，从CCD图像传感器而来的图像信号的画面单位的平均水平可以控制在规定的范围之内那样地进行反馈控制。

钳位电路22与水平同步信号HD同步，在OPB图像信号期间内的一定期间，将信号线连接在基准电源上。由此，图像信号的直流水平被钳制为规定电位、黑水平被设定为一定的水平。钳位电路22的钳位时间常数由在钳位脉冲生成电路28生成的钳位脉冲CL决定。具体地，钳位脉冲生成电路28从每次钳位动作的基准电压源向信号线调节电流供应量。比如，一次钳位动作的电流供应量越大时间常数越小，直流水平向基准电源的电压迅速收敛。

另外，OPB图像信号可以包含噪音成分。如果将噪音成分重叠的直流水平钳位，钳位后的直流水平跟随噪音成分。即受噪音成分的变动的影响，每个水平行钳位后的直流水平成为变动的，这可以作为在再生图像的横割锯状的噪音被观察到。跟随噪音成分的影响依赖钳位的时间常数，具体地讲如果钳位的时间常数变小，钳位后的直流水平容易跟随钳位期间中的噪音成分。即，钳位时间常数，如果从钳位向规定水平跨越比较多的行达成，可以减轻横割锯装的噪音的观点考虑，设定得大是理想的。而另一方面，从尽快实现黑水平的收敛的观点考虑，又应该设定得小。以往，考虑到这些条件，钳位的时间常数，在装置的实际使用状态中，可以得到合适的再生图像那样的设置一个定值。

跟随噪音成分的影响，不只是对钳位常数，而且依赖于噪音成分的大小。这里，放大电路的输出的图像信号中包含的噪音成分的大小依赖于那个放大电路的增益。以往，这个放大电路的输出侧进行的钳位处理中，不考虑对应增益的噪音成分的变动，设定钳位的时间常数。因此，增益变大时，钳位变得不稳定，产生容易出现横割锯状的噪音的问题。

发明内容

本发明为了解决上述的问题，其目的是提供一种图像信号的直流水平的钳位可以适当地进行，又可以得到良好的图像画面质量的图像信号处理装置。

本发明的图像信号处理装置，具备：对一个画面单位的连续的图像信号给予任意的增益的放大电路；将被放大的图像信号的基准水平钳位为规定的水平的钳位电路，所述钳位电路的所述图像信号的钳位时的时间常数对应以前的增益是可变地设定。

根据本发明，比如放大电路的增益越大，时间常数被设定得越大。对应增益的时间常数的变化，可以是连续的也可以是阶段的。增益大时，由于时间常数大不容易跟随噪音，可以抑制横锯齿状的噪音，将直流水平变换成规定水平的钳位电路的时间常数依赖于他的钳位能力，将钳位脉冲幅度变小，将钳位电源的供给电流变小而降低钳位能力后，时间常数变大。

本发明的一个理想状态，是所述钳位电路应答钳位脉冲，钳位所述图像信号，所述钳位脉冲的脉冲幅度被伸缩控制，所述钳位时间常数可变地设定的图像信号处理装置。

本发明的更理想的状态，是具有：将表示所述放大电路的增益量的增益值与规定的基准值进行比较的比较电路；对应所述比较电路的比较结果，伸缩控制所述钳位脉冲的脉冲幅度的钳位脉冲生成电路的图像信号处理装置。

另外的本发明的图像信号处理装置，其所述比较电路具有第一基准值和第二基准值，在所述第一基准值以及第二基准值与所述增益值的比较中，具有迟滞特性。

根据本发明，对于增益的时间常数的变化赋予迟滞特性。比如，将第二基准值设定得比第一基准值大。此时，当增益减少时，比如当通过第二基准值时，钳位脉冲的脉冲幅度维持对应比较大的钳位时间常数的此前的值，当通过第一基准值时，切换成对应小的时间常数的脉冲幅度。一方面，当增益增加时，比如当通过第一基准值时，脉冲幅度维持对应小的时间常数的脉冲幅度，当通过第二基准值时，切换成对应大的时间常数的脉冲幅度。由这个迟滞特性，即使增益分别在第一基准值以及第二基准值的附近变动，也可以防止钳位的时间常数的频繁切换，进而可以防止由此引起的图像质量的频繁变化。

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概略的电路构成框图。

图2是说明本装置的动作的一例的时序图。

图3是当钳位能力设定得高的状态的CLP输出信号的波形的放大图。

图4是当钳位能力设定得低的状态的CLP输出信号的波形的放大图。

图5是向本装置输入图像信号的CCD图像传感器的像素排列的模式图。

图6是以往的图像信号处理装置的模式的电路图。

图中：50-模拟信号处理电路，52-A/D转换电路，54-数字信号处理电路，56-增益设定电路，58-钳位时间常数设定电路，70-AGC电路，72-钳位电路，74-D/A变换电路，80-积分电路，82-判定电路，120-比较电路，124-钳位脉冲生成电路

具体实施方式

其次，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。

图1是表示本发明的实施方式的图像信号处理装置的概略的电路构成框图。这个装置，由模拟信号处理电路50、A/D(Analog-to-Digital)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构成。

模拟信号处理电路50具备：AGC电路70、钳位电路72、D/A(Digital-to-Analog)转换电路74。AGC电路70从CCD图像传感器输入图像信号，对应从增益设定电路56给予的增益将那个图像信号放大。钳位电路72是将在AGC电路70上放大的图像信号的直流水平进行钳位的电路，与用于CCD驱动的时序控制电路(图中未式)上生成的水平同步出信号HD同步，在各水平行的OPB图像信号期间中进行钳位动作。这个钳位时间常数由钳位时间常数设定电路58设定。钳位电路72，具体地讲由将基准电压源以及将此连接于图像信号线的开关构成。钳位电路72对应所设定的时间常数，变更钳位能力。

钳位能力，比如通过控制接通开关的钳位脉冲的幅度，控制基准电压源的电流供给能力而变更。具体地，通过增长钳位脉冲的幅度、提高基准电压源的电流供给能力，使一次的钳位动作中，从基准电压源向图像信号线供给的电流量增加而增加钳位能力。

钳位的时间常数基本上与钳位能力呈反比。所以变更·设定钳位时间常数基本上与变更·设定钳位能力是同样的意义。比如，设定的钳位的时间常数越小，钳位能力越强，相当于黑水平的OPB图像信号的电位迅速地(即在更小的钳位次数中)接近基准电压源的电压。

由钳位电路72调整的直流水平的图像信号，由A/D转换电路52转换成数字信号，输入到数字信号处理电路54。

数字信号处理电路54，可以是采用数字图像信号进行辉度信号、色差信号的生成出处理以外还可以进行各种图像处理的构成。其中，在图1中，表示了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、判定电路82。积分电路80比如求一个画面的图像信号的积分值。判定电路82将由积分电路得到的积分值与规定的目标范围进行比较，如果积分值在目标范围以下，判定为应该增加增益，如果积分值在目标范围以上，判定为应该减少增益，而如果积分值在目标范围之内的话，则判定为应该维持现状。另外，在积分电路80上得到的积分值，作为上述各种信号处理的一例，可以利用自动光圈控制。

由判定电路82生成的判定结果通知给增益设定电路56。增益设定电路56预先保存多种类对于AGC电路70的增益值于寄存器电路100。对应被通知的判定结果，将这些增益值全部读出并进行输出。比如，增益电路56记忆寄存器100的直接读出的地址，如果判定结果是提高增益的指示时，指定保存比那个记忆的地址中保存的增益值更大的增益值的地址，输出比那个更大的增益值。反之，如果判定结果是下降增益的指示时，输出比现在更小的增益值。而对一维持现状的增益值，不进行读出增益值的新值的处理。

增益值从增益设定电路56以数字值输出，经D/A转换电路74转换成模拟信号。AGC电路70对应这个模拟的增益信号进行图像信号的放大。

另外，从增益设定电路56输出的增益也输入到钳位时间常数设定电路58。钳位时间常数设定电路58具备：比较电路120、保存这个比较电路120上使用的基准值的寄存器122、以及钳位脉冲生成电路124。

比较电路120从寄存器122设定第一以及第二基准值A、B(A＞B)，比较这些基准值和输入的增益值G的大小，根据这个比较的结果，选择两个钳位时间常数τ1，τ2(τ1＜τ2)的任一个。这里B以下的范围用RL、超过B，A以下的范围用RM、超过A的范围用RH来表示。具体地，比较电路120当增益值G属于RH时，选择时间常数τ2并输出。一方面，比较电路120当增益值G属于RL时，选择时间常数τ1并输出。增益值G属于RM时，如果此前属于的范围为范围RL的话，选择时间常数τ1，另一方面，如果是此前属于RH的话，选择时间常数τ2并输出。这样一种情况，比较电路120在对第一以及第二的基准值A、B与增益值G的比较中，具有迟滞特性。

钳位脉冲生成电路124，生成控制钳位电路72的开关元件的通/断的钳位脉冲CL。这个钳位脉冲生成电路124对应比较电路120的比较结果变更钳位脉冲CL的脉冲幅度，因而变更钳位电路72的钳位时间常数。具体地，如果在比较电路120上形成加大钳位时间常数的主旨的判定，钳位脉冲CL的脉冲幅度被变窄那样地动作。由此，钳位电路72内的开关元件导通时间变短，其结果信号线与基准电压源连接的时间变短，钳位电路72的钳位能力被更低地设定。一方面，如果在比较电路120上形成减小钳位时间常数的主旨的判定，钳位脉冲CL的脉冲幅度被加宽那样地动作。由此，钳位电路72内的开关元件导通时间变长，其结果信号线与基准电压源连接的时间变长，钳位电路72的钳位能力被更高地设定。

图2是说明本装置的动作的一例的时序图，表示了在跨越多个垂直扫描期间的各种信号。在图中，信号(a)是垂直同步信号VD、信号(b)是被AGC电路70设定的增益值G、信号(c)是作为AGC电路70的输出信号的AGC输出信号、(d)是作为钳位电路72的输出信号的CLP输出信号、图形(e)表示钳位电路72的钳位能力。另外，如上所述那样，钳位能力与钳位的时间常数的倒数成正比，因此从图形(e)可以观察出由钳位时间常数设定电路58求得的钳位的时间常数的变化。

在垂直同步信号VD中表现的垂直同步脉冲140对应垂直消隐期间(V-BLK)，其间隔相当一个画面的垂直扫描期间。积分电路80在这个垂直扫描期间积分CLP输出。然后，其积分值与得到的垂直扫描期间的结束时序t1～t7同步，在判定电路82的判定以及在增益设定电路56的增益设定动作被执行。比如，基于积分电路80的积分结果，在判定图像比基准更暗的时刻t1、t2、t4中，增加增益值G，一方面，在判定图像比基准更亮的时刻t6、t7中，减少增益值G。对应这个增益值G的变更，AGC输出信号的直流水平也变动。这个在图2中，从基准黑水平的垂直消隐期间的AGC输出信号水平的偏移量被表现在增益值G越大越增加上。然后，在图2的CLP输出信号中，这个直流水平的偏移由钳位电路72补正，垂直消隐期间的信号与基准黑水平被组合一致而被表示。

比较电路120比如作为第一基准A设定为‘4’，作为第二基准B设定为‘2’。此时，‘0，1’成为第一范围RL、‘2～4’成为第二范围RM、‘5’成为第三范围RH。增益值G从t1以前的时刻‘1’开始逐段上升，在时刻t4由于增益变更，超过第一基准值A成为属于第三范围RH。比较电路120在这个过程中，到时刻t4为止输出时间常数τ1，在时刻t4以后，输出更大的时间常数τ2。即在时刻t4中，钳位能力从高状态向低状态切换(参照图2(e))。

一方面，增益值G在时刻t6以后，从值‘5’逐段下降，在时刻t7由增益的变更，低于第二基准值B，进入属于第一范围RL内。比较电路120在这个过程中，到时刻t7为止输出时间常数τ2，在时刻t7以后，输出时间常数τ1，即在时刻t7中，钳位能力从低状态向高状态切换，即切换到通常的状态(参照图2(e))。

而，在时刻t1到t2中，增益值G与第二基准值B相等，成为从第一范围RL向第二范围RM转移的阶段。此时，维持时刻t1的时间常数τ1，维持钳位能力的设定。这一点，在从时刻t6到t7的情况也一样，增益值G从第三范围RH向第二范围RM转移的阶段，维持时刻t6的时间常数τ2。

图3是在钳位能力设定得高的状态的CLP的输出信号的波形的放大图，图4是当钳位能力设定得低的状态的CLP输出信号的波形的放大图，而，图5是向本装置输入图像信号的CCD图像传感器的像素排列的模式图。图5，CCD图像传感器的摄像面中，在有效像素区域160的周围设置有OPB区域162，特别是在摄像面的下部(即被一个画面的图像信号的先头读出的部分)，比如设置五行的OPB区域164。图3、图4的5H的OPB期间对应OPB区域164。

图3、图4，分别表示在变更了增益值G的时序ts，AGC输出引起直流水平的变动，CLP输出信号从此前维持的基准黑水平急剧下落，然后，钳位电路72通过在每行进行的钳位动作，CLP输出信号的直流水平在每1个H期间渐渐回归到基准黑水平的样子。另外，在OPB期间持续的波形，是对应有效像素区域160的行的信号波形。

这里，在较高地设定钳位能力的状态，由一次钳位动作形成的复归电位幅度ΔV1比较大，因此以较少的次数(图3所示的例子为2次)就可以迅速地复归到基准黑水平。一方面，在较低地设定钳位能力的状态，由一次钳位动作形成的复归电位幅度ΔV2比较小，因此以较多的次数(图4所示的例子为4次)才可以复归到基准黑水平。

根据本发明的图像信号处理装置，通过对AGC电路等的放大电路的增益的切换而钳位发生在图像信号的直流水平的偏移时，当增益比较大时，比增益比较小时，钳位的时间常数要更大地设定。由此被平缓地钳位，横锯齿状的噪音得到抑制，得到良好画面质量的图像。

Claims (4)

1.一种图像信号处理装置，具备：对一个画面单位的连续的图像信号给予任意的增益的放大电路；将被放大的图像信号的基准水平钳位为规定的水平的钳位电路，其特征在于：

所述钳位电路的所述图像信号的钳位时的时间常数对应以前的增益是可变地设定。

2.如权利要求1所述的图像信号处理装置，其特征在于：所述钳位电路应答钳位脉冲钳位所述图像信号，所述钳位脉冲的脉冲幅度被伸缩控制，所述钳位时间常数可变地设定。

3.如权利要求2所述的图像信号处理装置，其特征在于：具有：将表示所述放大电路的增益量的增益值与规定的基准值进行比较的比较电路；对应所述比较电路的比较结果，伸缩控制所述钳位脉冲的脉冲幅度的钳位脉冲生成电路。

4.如权利要求3所述的图像信号处理装置，其特征在于：所述比较电路具有第一基准值和第二基准值，

在所述第一基准值以及第二基准值与所述增益值的比较中，具有迟滞特性。