CN1595956A

CN1595956A - 数字钳位电路

Info

Publication number: CN1595956A
Application number: CNA2004100577104A
Authority: CN
Inventors: 中茎俊朗
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2003-09-11
Filing date: 2004-08-11
Publication date: 2005-03-16
Anticipated expiration: 2024-08-11
Also published as: US20050057693A1; KR20050027007A; KR100589572B1; TW200511840A; CN100346634C; TWI251437B; JP2005086784A

Abstract

本发明涉及的数字钳位电路(30)由钳位电路(20)以及钳位电平生成电路(10)所构成。钳位电平生成电路(10)由比较电路(11)、更新电路(12)、钳位电平存储器(13)以及帧计数器(14)构成。比较器(11)对信号(Y0)的各帧的平均基准黑电平(BL)以及钳位电平(CL)进行比较。更新电路在保存比较结果的同时，在每个给定的多个帧分别根据比较结果更新钳位电平存储器(13)中所保存的钳位电平(CL)。该数字钳位电路能够防止各帧的数字钳位电路中的钳位电平的变动所引起的闪烁(hunting)症状，使固体摄像器件的输出信号的显示稳定化。

Description

数字钳位电路

技术领域

本发明涉及一种钳位数字信号的数字钳位电路。

背景技术

CCD固体摄像器件所输出的信号，经相关双重抽样(CDS)使断续的输出信号被变换成连续信号，又经自动增益控制(AGC)被变换成增益受到自动控制的信号。然后，将基准黑信号模拟钳位成能够被包括在后述的A/D变换电路的动作点内的直流电位后，经A/D变换电路被变换成数字视频信号。该数字视频信号经数字钳位电路被黑电平校正(数字钳位)之后，再施以数字增益以及γ校正等给定的数字信号处理。

图4为CCD固体摄像器件的像素排列的模式图。如图4所示，CCD固体摄像器件100中的有效像素区域110的周围的设有光学黑(OPB)区域120，OPB区域120内的摄像部的左部(也即，从CCD固体摄像器件100的输出信号的一个水平周期的开头处所读出的部分)设置有基准黑区域121。由于基准黑区域121被遮光了，所以基准黑信号被CCD固体摄像器件100输出，CCD固体摄像器件100根据来自有效像素区域的受光像素所积蓄的信息电荷，输出被摄物体信息。

图5为对CCD固体摄像器件100的输出信号所实施的各个信号处理部中的波形图，横轴表示时间，纵轴表示亮度。CCD固体摄像器件100的输出信号被模拟钳位之后，如图5(a)所示，由各周期大致相同电平的基准黑信号和紧跟其后的被摄物体信号构成1水平周期1H，进一步使这些水平周期1H周期性连续而构成1帧，也即作为1个画面的1个垂直周期1V。这样，通过使1个垂直周期1V的信号周期性连续而形成画面连续的模拟视频信号。

模拟视频信号在A/D变换电路中被变换成数字信号，成为如图5(b)所示的数字视频信号Y0。图5(b)中所显示的是8位(数字编码的值为“0”～“255”)数字编码化的例子。此时，由于基准黑信号的电平随着温度变化等的影响而变动，为了使基准黑信号被准确的数字编码化而设定A/D变换电路的动作范围。也即，设定余裕使基准黑信号的数字编码值一定比数字码值“0”大。

接下来，计算出作为基准黑信号的数字编码值的各帧的分别平均值的平均基准黑电平BL，将其作为钳位电平CL。该平均基准黑电平BL是，在每帧分别平均基准黑区域的输出信号，使其为和被摄物体信号保持同一精度的8位的数字码的值。

数字钳位电路中，通过减去钳位电平CL而使数字视频信号Y0被钳位，变成如图5(c)所示的数字视频信号Y1。这样，将各帧所分别计算出来的平均基准黑电平BL，作为该帧的钳位电平CL。例如，将帧T1中的平均基准黑电平BL(1)作为帧T1的钳位电平CL，将帧T2中的平均基准黑电平BL(2)作为帧T2的钳位电平CL。另外，在要求视频信号的高速处理时，还能够将各帧所分别计算出来的平均基准黑电平BL作为其下一帧的钳位电平CL。例如，将帧T1中的平均基准黑电平BL(1)作为帧T2的钳位电平CL，将帧T2中的平均基准黑电平BL(2)作为帧T3的钳位电平CL。

图6为只将图5(b)中被数字编码化的基准黑信号部分模式显示的图。平均基准黑电平BL，由于将1帧内的基准黑信号平均化所以能够抑制基准黑信号自身的变动。然而，由于原本的基准黑信号中含有噪声成分，所以即使是平均基准黑电平BL也不能够完全抑制该变动。特别是，当基准黑信号是在A/D变换时接近数字编码的边界时的模拟值的情况下，数字编码化的基准黑信号很容易变动，结果导致各帧各自的平均基准黑电平BL变动。例如，当基准黑信号的模拟值在数字编码值“11”和“12”变换的界线附近的情况下，由于基准黑信号的数字编码值有时是“11”，有时是“12”，所以平均基准黑电平也有时是“11”，有时是“12”。

平均基准黑电平BL变动之后，数字钳位之后的被摄物体信号的数字编码值也变动，出现了各帧的亮度变动的这种呈现所谓的闪烁(hunting)症状的问题。另外，根据这样被数字钳位之后的数字视频信号Y1，进行数字增益或γ校正等数字信号处理之后，数字编码的“1”码之间的偏差会被放大为若干倍，结果导致闪烁(hunting)症状也被放大。

【专利文献1】特开平6-86095号公报

发明内容

本发明所要解决的问题是防止各帧的数字钳位电路中的钳位电平的变动所引起的闪烁(hunting)症状，使固体摄像器件的输出信号的显示稳定化。

为了解决上述问题，本发明的数字钳位电路，在以帧为单位显示被摄物体图像，对各帧中周期性出现基准黑信号以及被摄物体信号的数字视频信号钳位掉基准黑电平的数字钳位电路中，包括：将上述数字视频信号的上述基准黑信号钳位成给定的电平的钳位电路，以及生成上述钳位电路中钳位的钳位电平的钳位电平生成电路。上述钳位电平生成电路，对多个帧的基准黑信号和既有的钳位电平进行比较，根据该比较结果更新上述钳位电平。

本发明中，由于根据多个帧周期的基准黑信号计算出数字钳位的钳位电平，抑制了噪声的影响所导致的钳位电平的变动，从而改善了闪烁症状。这时，通过使钳位电平只以多个帧为单位进行变更，使得帧单位中的频繁的钳位电平的变动不存在，这样进一步改善了闪烁症状。反之，通过根据过去的多个帧周期的平均基准黑信号而更新各帧的钳位电平，在改善闪烁症状的同时，在温度变换等引起基准黑信号的电平变换的情况下，也能够及早使钳位电平跟上该变化。

附图说明

图1为说明本发明的实施方式1的数字钳位电路的构成的结构图。

图2为本发明的实施方式1中的判断电路的流程图。

图3为说明本发明的实施方式2的数字钳位电路的构成的结构图。

图4为CCD固体摄像器件的像素排列的模式图

图5为对CCD固体摄像器件的输出信号所实施的各信号处理部中的波形图。

图6为基准黑信号以及平均基准黑电平的说明图。

图中：30、60-数字钳位电路；20、50-钳位电路；10、40-钳位电平生成电路；11、41-比较电路；12、42-更新电路；12a-比较结果寄存器；12b-判定电路；42a-比较结果存储器；42b-判定电路；13、43-钳位电平存储器；14-帧计数器；100-CCD固体摄像器件；110-有效像素区域；120-OPB区域；121-基准黑区域。

具体实施方式

图1为说明本发明的实施方式1的相关数字钳位电路30的构成的结构图。数字钳位电路30，由钳位电路20以及钳位电平生成电路10所构成。钳位电平生成电路10由比较电路11、更新电路12、钳位电平存储器13以及帧计数器14构成。更新电路12由提升寄存器、保持寄存器、降低寄存器以及差分寄存器所构成的比较结果寄存器12a以及判定电路12b所构成。

帧计数器14被输入每帧所分别生成的垂直驱动信号VD，在给定的帧数分别对更新电路12输出更新时钟信号RC，通过这样将比较结果寄存器12a的寄存值重置为“0”。

钳位电平存储器13中，预先保存了整数部分为8位、小数部分为2位共计10位的钳位电平CL，将其作为钳位电平CL输入到钳位电路20，数字视频信号Y0，相应钳位电平CL的量而被数字钳位。另外，钳位电平CL还被输入到比较电路11中。在比较电路11中，还被输入整数部分为8位的数字视频信号Y0。对数字视频信号Y0的基准黑区域的输出信号进行平均，以比被摄物体信号精度更高的具有“0.25”的精度的数字编码值，来表示整数部分为8位、小数部分为2位共计10位的平均基准黑电平BL。接着由比较器11对平均基准黑电平BL和钳位电平CL进行比较。

在比较电路11中比较各帧的平均基准黑电平BL与钳位电平CL的结果，当平均基准黑电平BL与钳位电平CL相比大于给定的设定值的情况下，将提升寄存器的寄存值加1；当平均基准黑电平BL与相比钳位电平CL相比小于给定的设定值的情况下，将降低寄存器的寄存值加1；当平均基准黑电平BL和钳位电平CL之间的差小于给定的设定值的情况下，将保持寄存器的寄存值加1。另外，给差分寄存器中所保存的寄存值加上平均基准黑电平BL和钳位电平CL之间的差值，并更新差分寄存器的寄存值。这样，使得差分寄存器中保存有过去的差值的积累值。

接着由帧计数器14将下一个更新时钟信号RC输入到更新电路12，通过这样使判断电路12b进行判断动作，同时在判断动作之后再度重置比较结果寄存器12a中的寄存值。这时，判断电路12b被输入更新时钟信号RC，根据比较结果寄存器12a的内容，进行判断钳位电平存储器13中所保存的钳位电平CL将进行提升、保持、降低中的某一种的判断动作，将作为判断动作结果的新钳位电平CL写入并保存到钳位电平存储器13中。这样，根据钳位电平存储器13中所保存的钳位电平CL，对后继的数字视频信号Y0进行数字钳位。

以后，同样在帧计数器14的每个更新时钟信号RC，判断电路12b根据比较结果寄存器12a的内容更新钳位电平存储器13中所保存的钳位电平CL。

图2为判断电路12b的判断动作的流程图的一个例子，当帧计数器14的计数值变成给定的帧数时，更新电路12被输入更新时钟信号RC，判断电路12b反复进行判断动作。本实施方式中，给定的帧数为20。

本实施方式的判断动作中，根据安定状态以及过渡状态而对判断动作的方法进行变更。也即，在过渡状态下比较简单的增减钳位电平CL，但一旦判断为安定状态就尽可能的不变更钳位电平CL。判断电路12b中，含有用来显示是安定状态还是过渡状态的标记位，将摄影刚刚开始的初期设定为过渡状态。

首先，在步骤S0中，通过判断电路12b的标记位来判断是过渡状态还是安定状态，在过渡状态时进入步骤S1，在安定状态时跳转到步骤S5。

在判断电路12b的标记位被设定为过渡状态的情况下，步骤S1中在提升寄存器的寄存值超过了给定的帧数的50％，也即为“11”以上的情况下，进入步骤S2，在非上述情况下，跳转到步骤S3。步骤S2中，在差分寄存器的寄存值为“80”以上的情况下，将钳位电平提升“1”，在非上述情况下，将钳位电平提升“0.25”，不管哪一种情况都保持标记位为过渡状态。差分寄存器的寄存值为“80”以上这种情况是因为，各帧的平均基准黑电平BL比钳位电平CL大“4”以上，通过使钳位电平CL的值加“1”而使钳位电平CL迅速接近平均基准黑电平BL。另外，差分寄存器的寄存值为不满“80”这种情况是因为，各帧的平均基准黑电平BL比钳位电平CL大“4”以下，通过使钳位电平CL的值加“0.25”而使钳位电平CL缓慢接近平均基准黑电平BL。

接下来在步骤S3中，在降低寄存器的寄存值超过了给定的帧数的50％，也即为“11”以上的情况下，进入步骤S4，在非上述情况下，不更新钳位电平，将标记位从过渡状态变更为安定状态。步骤S4中，在差分寄存器的寄存值为“-80”以下的情况下，将钳位电平降低“1”，在非上述情况下，将钳位电平降低“0.25”，不管哪一种情况都保持标记位为过渡状态。差分寄存器的寄存值为“-80”以上这种情况是因为，各帧的平均基准黑电平BL比钳位电平CL小“4”以上，通过使钳位电平CL的值降低“1”而使钳位电平CL迅速接近平均基准黑电平BL。另外，差分寄存器的寄存值为不满“-80”这种情况是因为，各帧的平均基准黑电平BL比钳位电平CL小“4”以下，通过使钳位电平CL的值降低“0.25”而使钳位电平CL缓慢接近平均基准黑电平BL。

另外，在判断电路12b的标记位被设定为安定状态而非过渡状态的情况下，步骤S5中在提升寄存器的寄存值超过了给定的帧数的50％，也即为“11”以上，且降低寄存器的寄存值为“0”时，进入步骤S6，在非上述情况下，跳转到步骤S7。步骤S6中，在差分寄存器的寄存值为“80”以上的情况下，将钳位电平提升“1”，在非上述情况下，将钳位电平提升“0.25”，不管哪一种情况都将标记位从安定状态变更为过渡状态。

接着，在步骤S7中，在降低寄存器的寄存值超过了给定的帧数的50％，也即为“11”以上的，且提升寄存器的寄存值为“0”时，进入步骤S8，在非上述情况下，不更新钳位电平，保持标记位为安定状态。步骤S8中，在差分寄存器的寄存值为“-80”以下的情况下，将钳位电平降低“1”，在非上述情况下，将钳位电平降低“0.25”，不管哪一种情况都将标记位从安定状态变更为过渡状态。

这样，不但进行差分寄存器的寄存值的判断，还将提升寄存器以及降低寄存器的寄存值作为判断动作的对象，即使基准黑信号的一部分被乘上了较大的噪声，使得差分寄存器的寄存值产生了较大的变动，也不会给提升寄存器以及降低寄存器的寄存值带来很大的影响，因此能够抑制噪声所引起的钳位电平的变动。另外，进行过渡状态与安定状态这两个状态的区分，在安定状态下比在过渡状态下更加不对钳位电平进行增减，一旦变成安定状态，就能够抑制钳位电平的变动。

显示判断动作流程的图2只是一个例子，还可以适当设置来改善闪烁(hunting)症状。例如，可以不区分过渡状态与安定状态而只采用步骤S1～S4或步骤S5～S8的判断流程。图2的判断动作中，利用了提升寄存器、降低寄存器以及差分寄存器，而没有利用保持寄存器，当然保持寄存器也是能够利用的，另外，还可以只通过差分寄存器来进行判断动作。

另外，对步骤S1、S3中作为判断值的提升寄存器的寄存值超过了给定的帧数的50％或降低寄存器的寄存值超过了给定的帧数的50％，或者步骤S5、S7中作为判断值的提升寄存器的寄存值超过了给定的帧数的50％且降低寄存器的寄存值为“0”或降低寄存器的寄存值超过了给定的帧数的50％且提升寄存器的寄存值为“0”，也能够进行适当的设置。

另外，在差分寄存器的寄存值为“80”以上或“-80”以下的情况下，给钳位电平增减“1”，然而还可以增减差分寄存器的寄存值除以给定的帧数的值。

图3为说明本发明的实施方式2的相关数字钳位电路60的构成的结构图。数字钳位电路60由钳位电路50以及钳位电平生成电路40所构成。钳位电平生成电路40由比较电路41、更新电路42、钳位电平存储器43构成。更新电路42由比较结果存储器42a以及判定电路42b所构成。钳位电路50、比较电路41以及钳位电平存储器43，和图1的钳位电路20、比较电路11以及钳位电平存储器13同样构成。

比较结果存储器42a，将给定的帧数份的平均基准黑电平BL和钳位电平CL之间的差值作为顺次差分数据保存。例如使用触发器所构成的移位寄存器或连接缓存存储器作为比较结果存储器42a。判断电路42a，分别在每帧根据比较结果存储器42a中所保存的该帧以前的给定帧数份的差分数据，变更钳位电平存储器43中所保存的钳位电平CL。这时的判断电路42b的动作，可以适用如图2所示的流程图，还可以根据去掉最大值和最小值的差分数据的平均值来判断钳位电平的更新。必要时还可以采用通过对能够抑制噪声的影响所引起的基准黑信号的变动的多个帧的平均基准黑信号BL以及钳位电平CL之间进行比较来更新钳位电平的判断方法。

这样，通过在每个帧变化时根据过去的给定帧数份的比较结果来进行判断，在能够抑制噪声的影响所引起的钳位电平CL的变动且改善闪烁症状的同时，还能够在温度变化等基准黑信号的电平变化时使得钳位电平尽早跟上该变化。

另外，本发明的实施方式1以及实施方式2中，比较电路11或比较电路41对平均基准黑电平BL以及钳位电平CL进行比较，还可以不限定于此，逐次比较基准黑信号和钳位电平再取平均值，将该结果以帧为单位传送给更新电路12或更新电路42。

另外，本发明中，根据多个帧的比较结果使钳位电平CL尽可能和平均基准黑电平BL相等，然而并不需要一定相等。也即，虽然本发明中使得数字钳位之后的基准黑信号的数字值为“0”，但也可以是“0”以外的值。

Claims

1.一种数字钳位电路，以帧为单位显示被摄物体图像，对各帧中周期性出现基准黑信号以及被摄物体信号的数字视频信号进行基准黑电平钳位，其特征在于：包括：

将上述数字视频信号的上述基准黑信号钳位成给定的电平的钳位电路；和

生成在上述钳位电路中进行钳位的钳位电平的钳位电平生成电路，

上述钳位电平生成电路，对多个帧的基准黑信号与既有的钳位电平进行比较，并根据该比较结果更新上述钳位电平。

2.如权利要求1所述的数字钳位电路，其特征在于，

上述钳位电平生成电路包括：

记录上述钳位电平的钳位电平存储器；

对上述基准黑信号与上述钳位电平存储器中所保存的上述钳位电平进行比较的比较电路；以及

根据上述比较电路的比较结果，更新上述钳位电平存储器中所保存的上述钳位电平的更新电路。

3.如权利要求2所述的数字钳位电路，其特征在于，

上述更新电路包括：

将上述比较电路的比较结果作为寄存值积蓄的比较结果寄存器；

根据上述比较结果寄存器的寄存值，更新上述钳位电平存储器中所保存的上述钳位电平的判断电路；以及

以上述多个帧为单位，使上述判断电路动作，同时输出用来重置上述比较结果寄存器的更新时钟信号的帧计数器。

4.如权利要求2所述的数字钳位电路，其特征在于，

上述更新电路包括：

保存多帧份上述比较电路的比较结果的比较结果存储器；和

根据上述比较结果存储器的内容，更新上述钳位电平存储器中所保存的钳位电平的判断电路。