CN1691747A - 光学黑色电平控制电路 - Google Patents

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Abstract

一种光学黑色电平控制电路，包含：数字黑色电平调整电路，用于当光学黑色电平和参考光学黑色电平信号之间的输出误差处于预定范围内时，使用给定的时间常数，通过数字处理，产生黑色电平校正信号，以使误差变得小于预定值；和模拟黑色电平调整电路，用于当所述误差超过所述预定范围时，补偿所述误差。

Description

光学黑色电平控制电路
本发明包含于2004年4月23日在日本专利局递交的No.2004-129071号日本专利申请相关的主题，通过引用，该申请的全部内容被包含于此。
技术领域
本发明涉及用于调整固态图像拾取器件以及使用该器件的装置的光学黑色电平的电路。
背景技术
图5中示出了CCD、CMOS传感器或其他的图像传感器的光学黑色电平补偿电路(OB补偿电路或光学黑色补偿电路)的一个例子。光学黑色电平补偿电路是用于校正图像传感器的黑色电平信号输出区域的黑色电平，以便与光学黑色码匹配的电路。图5的光学黑色电平补偿电路示出了在信号被从图像传感器等输出之后的信号处理电路部分。为其配备了低通滤波器(low passfilter，LPF)2，包括：采样/保持(sample/hold，S/H)电路81、模数转换器(analog-digital converter，ADC)82、减法器83、解码器84、电流输出型数模转换器(current-output type digital-to-analog converter，I-ADC)85、外接电容器87和88，以及放大器86。
来自图像传感器(未示出)的信号SIN被提供给输入端T1。这个输入端T1被连接到采样/保持电路81的输入，而采样/保持电路81的输出被连接到接下来的模数转换器82。
模数转换器82的输出被连接到OB补偿电路的输出端T2和减法器83的一个输入端。减法器83的另一个输入端被连接到光学黑色码电路的输出，并被提供以数字化的光学黑色电平校正信号。此外，减法器83的输出被连接到解码器84的输入，而解码器84的输出被连接到电流型模数转换器85的输入。电流型模数转换器85把输入数字信号转换为模拟信号。输出被连接到形成了低通滤波器2的一部分的放大器86的输入和外接电容器88。该放大器86的输出被连接到外接电容器87和采样/保持电路的另一输入。
这里，为了校正光学黑色电平，形成低通滤波器2的一部分的电容器必须被设置为较大的电容。因为电容较大，0.1微法左右，所以在IC中形成很困难。因此，这些电容器被作为外接电容器87和88连接在IC的外部。
从图像传感器等输出的模拟视频信号SIN被输入采样/保持电路81，在采样/保持电路81，它被以预定的周期采样。被保持的信号被提供给接下来的模数转换器82。被提供的模拟视频信号被模数转换器82转换为数字信号，并且变成例如12到16位的数字信号，该数字信号被从输出端提供给接下来的数字信号处理电路。这个数字信号被提供给减法器83，在减法器83，使用这个数字信号和被从输入端T3提供的数字光学黑色码(光学黑色电平校正码)执行减法。作为结果获得的误差信号(数字信号)被输出到解码器84。
根据被提供给解码器(DEC)的数据，产生了用于选择位数的码。这个被产生的码被用来控制电流输出型数模转换器85。结果，来自电流输出型数模转换器85的数字化误差信号被作为模拟电流(信号)输出。接着，这个模拟电流(信号)被提供给低通滤波器2，并被转换为电压。此时，电容器的充电/放电时间由电流输出型数模转换器85的恒流电路的电流提供能力(capacity)确定。在电容器上出现的电压信号被提供给上面的采样/保持电路的另一输入。采样/保持电路81把其与输入信号相加或相减，以校正采样/保持电81的输出信号。但是，当电容器的充电/放电时间较长时，电容器电压在采样时钟周期内将达不到目标值，误差电压将被产生。据此，电流输出型数模转换器85的电流提供能力和电容器的电容必须被设置成不产生误差电压。输入模拟视频信号被黑色电平的校正值的OB码校正。
但是，由于上述光学黑色电平补偿电路具有配备了外接电容器87和88的低通滤波器2，所以存在由于湿度变化所致的静电容量的波动、湿度所致的漏电、性能随着老化而恶化所致的漏电等，黑色电平的校正值最终偏移的问题。
发明内容
期望在本发明中使用两个调整电路，即，粗调电路和细调电路来提高光学黑色电平调整的精度。还期望数字化地处理光学黑色电平调整(校正)误差信号，以便能够不用电容而设置任意的调整时间。还期望切换接收输入到图像传感器等的状态的时间常数，以便能够应对输入视频信号条件的各种形式的波动。
为了达到上述要求，根据本发明的一个方面，提供了一种光学黑色电平控制电路，它具有数字黑色电平调整电路和模拟黑色电平调整电路，数字黑色电平调整电路使用给定的时间常数，通过数字处理，产生黑色电平校正信号，以便当光学黑色电平和参考光学黑色电平信号的输出误差处于预定的范围内时，把误差降低到零；当输出误差超过了预定的范围时，模拟黑色电平调整电路用于补偿误差。
根据本发明的另一个方面，提供了一种光学黑色电平控制电路，它配备有：相关双采样器(correlated double sampler)，用于以光学黑色电平进行钳位，并采样和保持一个模拟信号；模数转换器，用于把来自相关双采样器的模拟信号转换为数字信号；第一处理器，用于处理从模数转换器输出的数字信号；第二处理器，用于使用从第一处理器输出的数据和存储第二处理器的处理结果的数据进行处理，并把结果提供给第一处理器；和数模转换器，用于把来自第二处理器的输出数据转换为模拟电压，并提供这个被转换的输出电压，作为相关双采样器的被钳位信号。
根据本发明的又一个方面，提供了一种光学黑色电平控制电路，它配备有：模拟调整电路，用于使用光学黑色电平的模拟信号粗调；数字细调电路，用于处理这个被粗调而后被转换为数字信号的模拟信号，以调整光学黑色电平；和处理器，用于在依据水平扫描线数，用处理条件设置数字调整电路的同时，处理所述光学黑色电平。
根据本发明的又一个方面，提供了一种光学黑色电平控制电路，它配备有：光电检测器；模拟调整电路，用于使用模拟信号，粗调在这个光电检测器处产生的光学黑色电平；和数字细调电路，用于数字地处理这个光学黑色电平被粗调，而后被转换为数字信号的模拟信号，以调整光学黑色电平。
像上面所说明的那样，根据本发明，通过依据线数来切换时间常数，黑色电平校正操作在几条线之内收敛变得可能，而采用模拟系统是不可能的。此外，当在观看监视器的同时捕获图像时，即使依据亮度的改变来切换增益，也实现了操作的快速收敛，所以有可能防止帧的不自然着色。
此外，在模拟系统的情况下，在高湿度的环境中，用于低通滤波器等的电容器的泄漏电流导致黑色电平的校正电平变化，所以出现了在帧的顶部和底部之间的黑色电平变化的问题。在本发明的结构中，不出现这样的问题。此外，在本发明中，误差限制功能使得由于像素缺陷所致的黑色电平波动能够被防止。此外，通过提供误差锁存功能，可以使得黑色电平在帧中恒定，所以可以防止线噪声的发生。此外，当改变条件时，例如当使得增益可变时，有可能暂时转到快速收敛模式，以实现在几条线之内收敛，并从帧的开始输出正常的图像。
附图说明
从下面参考附图所给出的优选实施例的描述，本发明的这些以及其他要求和特征将变得更加清晰，其中：
图1是CCD传感器的系统结构视图，该CCD传感器包括根据本发明的实施例的光学黑色电平控制电路；
图2是根据本发明的实施例的光学黑色电平控制电路的结构的电路图；
图3是根据本发明的实施例的光学黑色电平控制电路的工作状态的视图；
图4是根据本发明的实施例的光学黑色电平控制电路的另一种结构的电路图；
图5是有关的光学黑色电平补偿电路的结构视图。
具体实施方式
下面将参考附图，详细地描述本发明的优选实施例。
图1是根据本发明的实施例的光学黑色电平控制电路的CCD系统10的结构视图。
如图所示，本实施例的光学黑色电平控制电路的CCD系统10包括：由CCD(或CMOS)传感器等形成的图像传感器1；水平方向驱动器2，用于在水平方向上驱动图像传感器1，图像传感器1包括矩阵阵列中的像素；垂直驱动器3，用于在垂直方向上驱动图像传感器1；定时发生器4，用于产生定时时钟；和模拟前端(analog front end，AFE)7，模拟前端7包括线计数器6和光学黑色电平控制电路5，把模拟输入信号转换为数字信号，并校正其电平。
注意，本实施例的光学黑色电平控制电路使得能够实现具有波动黑色电平的图像信号处理装置，例如，使用图像传感器的图像接收器。具体讲，它使得能够实现CCD(或CMOS)照相机、装备有照相机的移动电话、8毫米摄像机、存储型播放器(storage-type player)等。
当图像传感器1是例如CCD类型时，多个CCD单元被排列在m行、n列的矩阵中。n个CCD单元被排列在列方向上，即，水平方向上。传感器被划分为有源区和非有源区。有源区从外部接收光，并产生光电流的信号电荷。光电流(电荷)由所接收到的光的数量和时间确定。另一方面，非有源区使用例如铝薄膜层来屏蔽CCD单元，以防止光从外部进入。因此，在非有源区，从CCD单元不产生和信号电平对应的光电流。只产生了暗电流。在所有时间，此暗电流都被叠加在输出信号电流上，所以作为电流不需要它，并且它必须被从信号电流中去除。
即，给CCD传感器1配备了n个在列方向上(X方向)排列的单元和m个在行方向上(Y方向)排列的单元，即，总共配备了m×n个元件。此外，在列方向上，垂直寄存器被紧邻CCD单元安置。它们发挥作用，从CCD单元获取信号电荷，并把它们传递到垂直方向。此外，还有可能提供水平寄存器，用于从垂直寄存器的输出取出信号电荷，并把它们传递到水平方向。
这些垂直寄存器和水平寄存器由水平方向驱动器2和垂直方向驱动器3驱动。它们和从定时发生器4提供的定时信号同步工作，并传递信号电荷。
定时发生器4产生定时信号，用于提供给水平方向驱动器2和垂直方向驱动器3，并产生多个相位错开的时钟。
此外，用于处理从CCD传感器取出的信号的模拟前端7包括：采样/保持电路、模数转换器、减法电路、解码器、数模转换器、线计数器等，形成了光学黑色电平控制电路，其中：采样/保持电路，用于采样和保持从CCD传感器输出的模拟信号；模数转换器，用于把这个被采样和保持的信号转换为数字信号；减法电路，用于从来自模数转换器的数字信号中减去光学黑色电平调整(补偿)信号；解码器，用于使用包括这个减法电路的处理器的处理结果来控制数模转换器；数模转换器，用于按照来自解码器的控制信号，把数字信号转换为模拟信号，并把该模拟信号作为校正信号提供给采样/保持电路；线计数器，用于和从定时发生器提供的定时信号同步地对CCD传感器水平方向上的线计数。稍后将详细说明光学黑色电平控制电路(光学黑色补偿电路)5及其工作。
图2是OB补偿电路5的工作状态视图。光学黑色补偿电路5是用于把CCD传感器1的光学上被屏蔽部分的信号校正到参考黑色电平信号的电路，CCD传感器1的光学上被屏蔽部分的信号被从输入端T1输入，即，黑色电平信号SIN，参考黑色电平信号即光学黑色电平基准值OB-PD。当输入黑色电平信号SIN和光学黑色电平基准值OB-PD之间的误差处于预定范围内时，数字光学黑色电平细调电路30数字地执行校正，并从输出端T2输出校正黑色电平信号Sout。这个校正误差值被保持在第一寄存器34中。
当保持在第一寄存器34中的校正误差值超过一个阈值时，模拟光学黑色电平粗调整器20中的解码器14工作，校正电压型数模转换器(voltage-typedigital-to-analog converter，V-ADC)15的输出，并急剧地改变从电压型数模转换器15输出到相关双采样器(CDS)11的参考信号的值。此时，解码器14对保持在第一寄存器34中的值做与电压型数模转换器15的改变恰好相等的改变。
以这种方式，光学黑色电平细调整器30在误差小于阈值的周期内工作，而当误差超过阈值时，光学黑色电平粗调整器20工作，以便急剧地改变输入到相关双采样器11的参考信号。
模拟光学黑色电平粗调整器20具有相关双采样器11、模数转换器12、第一减法器13、解码器14，和电压型数模转换器15。数字光学黑色电平细调整器30具有第二减法器31、取整电路32、加法器33、处理器35、寄存器34，和用于保持时间常数K2和光学黑色基准码42的寄存器40。下面将详细地说明这些部件。
接着将说明模拟光学黑色电平粗调整器20。相关双采样器11配备有高速钳位电路和采样电路。这里，和钳位对应的黑色电平的校正电压(参考信号)被从稍后说明的电压型数模转换器15提供，并被输入到相关双采样器11。给出示出输入到输入端T1的黑色电平的模拟信号和参考信号之间的差的信号(模拟信号)被取出。模数转换器12是用于把模拟信号转换为数字信号的电路。在其输入为它提供了从相关双采样器输出的保持信号，并和从定时发生器提供的定时信号(CLK)同步地把其转换为数字信号。输出数字信号的精度最好至少是12位，12到16位更佳。第一减法器13是数字处理电路，用于在CCD传感器在光学上被从在模数转换器12处数字化的数据屏蔽的状态下，减去光学黑色电平基准码(值)。基准值是数字化的。
解码器14从第一寄存器34接收校正误差信号作为输入，并执行预定的处理，以控制电压型数模转换器15的输出模拟信号。例如，当校正误差信号的位数是14位时，电压型数模转换器15的输入信号的位数是6位，并且校正误差信号位于±256的范围之外，它用128去除校正误差信号，对结果取整，并把电压型数模转换器15的输入值恰好改变那个被找到的值那么多。即，当校正误差信号不处于预定的范围内时，它急剧地改变从电压型数模转换器15输出的参考信号。此时，解码器14改变电压型数模转换器15的改变量，即寄存器34的值，改变的量是该值与128相乘。在这个例子中，使得校正误差信号和电压型数模转换器15的输入信号的分辨率不同，但是，当使得这两者分辨率相同时，乘128的处理变得不必要了。电压型数模转换器15是电压输出型高速数模转换器。因为它是电压输出型的，所以不需要使用常规的电流输出型数模转换器。
接着，将说明数字光学黑色电平细调整器30的结构。第二减法器31的操作与在前端中提供并在上面说明的的第一减法器13基本上相同。向此第二减法器31提供从前面的第一减法器13输出的数字校正数据D和来自第一寄存器34的数据(校正误差信号)A，减法器31对它们进行处理，并输出差D1。取整电路32对从减法器31提供的数据D1取整。例如，它把28位二进制数据处理为例如15位二进制数据。这通过保留从输入数据的最高位(mostsignificant bit，MSB)开始的所需位并丢弃不太重要的非必需位以减少位数，获得了稍后的数据处理实际需要的位数。
处理器35使用从时间常数电路41设置的时间常数K2、从减法器31输出的当前差D1，以及保持在第一寄存器34中的先前校正误差信号A来执行下列过滤(filtering)：
A+D1×K2。
可以使得时间常数K2对于CCD传感器1的每条线不同。因此，在本实施例中，时间常数电路41被设计成能够依据CCD传感器1的线数保持时间常数K2。时间常数K2被输出到处理器35，在处理器35，依照从线计数器44输出的线数执行误差处理。注意，使得时间常数K2对于每条线不同，以便能够使得误差收敛时间对于每条线不同。稍后将说明一个具体例子。
第一寄存器34存储从处理器35提供的已往数据(校正误差信号)A，并依据来自处理器35的输出数据，对其进行顺序更新，并暂时存储结果。来自第一寄存器34的输出数据不仅被反馈回处理器35，还被提供给第二减法电路31和光学模拟黑色电平粗调整器20的解码器14。如上面所说明的那样，时间常数电路(K2)41产生相乘因子(数字数据)，用于在处理器35对光学黑色电平校正的处理中，把任何值与来自第二减法器31的输出数据D1相乘。这个相乘因子，即时间常数被形成得能够针对水平扫描线数可变地设置，并被依据从线计数器(line counter，LC)44提供的控制信号设置。线计数器44是用于使用帧信号作为起始参考来检测CCD传感器中的线的电路。控制信号被根据帧信号、水平同步信号或其他计算结果产生。
光学黑色基准码是数字地给出光学黑色状态下的基准值的信号。它被从外部或内部系统(未示出)作为串行数据输入到串行接口电路(serial interface，S/I)50，并被从这个串行接口电路50传递。此被传递的数据，即和接收光学黑色状态时的基准对应的数据，被提供给上面的加法器33。
串行接口电路50向上面的时间常数电路41和光学黑色基准码寄存器42提供用于光学黑色电平校正的系数值(时间常数)和用于形成被校正的黑色电平数字视频信号(亮度信号)的基准值。
接着，将说明模拟前端50的操作。
从CCD传感器取出的信号的光学黑色电平被模拟光学黑色电平粗调整器20粗略地调整。模拟信号电压被输入到相关双采样器11的一个输入端，而来自电压型数模转换器15的光学黑色电平调整电压被提供给相关双采样器11的另一个输入端，在相关双采样器11处执行相关双采样操作。在另一方面，存储在后面的数字光学黑色电平细调整器30的第一寄存器34中的光学黑色电平调整信号(校正误差信号)被输入到解码器14。在那里产生了提供给电压型数模转换器15的控制信号。接着，黑色电平被相关双采样器11调整的模拟信号被提供给接下来的模数转换器12。在那里，它被从模拟信号转换为12到16位分辨率的数字信号。在模数转换器12处被转换为数字格式的信号被提供给接下来的第一减法器13的一个输入端，光学黑色基准码(光学黑色接收状态的基准信号：例如10位分辨率的数字信号)被从数字黑色电平细调整器30提供给减法器13的另一输入端，并且导出差信号D。
接着，从第一减法器13取出的信号D被提供给第二减法器31的一个输入端，存储在第一寄存器34中的用于光学黑色电平调整的数据A被提供给减法器31的另一输入端，并且执行减法以导出差信号D1。结果，从第二减法器31获得了光学黑色电平被调整(补偿)的信号。
例如，假设模数转换器12的输出电平是520，并且黑色电平(OB基准码)的目标电平是512。这里假设存储在第一寄存器34中的值是“0”，第二减法器31的输出信号D1(＝D-A)变成520-512-0＝8。这个值被提供给接下来的处理器35。给这个处理器35提供存储在第一寄存器34中的数据“0”(在这个例子中，A＝0)和来自时间常数电路41的系数K2。这些数据被用于处理。具体讲，像上面所说明的那样，按照A+D1×K2的加法和乘法处理，0+8×K2。这里，K2＝1/K。K值是2的n次方。当n＝1时，即K＝2，K2＝1/2，所以处理的结果变成4。这里，D1×K2的处理将被称为“过滤”。因此，在处理器35处过滤的结果值4和第一寄存器34的值0的值，即值4被存储在第一寄存器34中。
接着，以这种方式，第二次执行光学黑色电平校正。当模数转换器12的输出值和以前相同时，即为520时，减法器13的输出数据D是8。因为存储在第一寄存器34中的值A是4，所以减法器31的输出数据D1变成4。如果现在考虑固定K值的情况，因为K＝2，K2＝1/2并且处理器35过滤的结果变成4/2＝2。该结果被和存储在第一寄存器34中的值4相加以获得值6。因此，从处理器35获得的处理结果的值6被存储在第一寄存器34中。
此后，执行类似的处理。在第三次处理过滤的值变为1，处理器35的输出结果，即存储在第一寄存器34中的值，变成7，并且，第四次处理中的值变成0.5和7.5。
结果，被过滤的值被按照2的幂降低到4、2、1、0.5、…。此外，存储在第一寄存器34中的值增加到0、4、6、7、7.5、…。表1中示出了这些处理的结果。
这里，使得目标值为512，并且，使得模数转换器输出为520。
                         表1
  目标值  ADC输出  ADC输出-OB基准码(D)   寄存器34(A)   D-A   过滤D1×K2
  512   520   8   0   8   4
  512   520   8   4   4   2
  512   520   8   6   2   1
  512   520   8   7   1   0.5
  512   520   8   7.5   0.5   0.25
解码器14通过控制信号设置加法/减法的上限和限制值。当输入信号处于这些限制内时，即处于上限和下限的范围中时，从解码器14输出到电压型数模转换器15的数据不被更新。在另一方面，当从第一寄存器34提供给解码器14的值A增加，并且该值A超过了解码器14的上限或下限值时，提供给电压型数模转换器15的数据被更新，被更新的数字数据被转换为模拟电压，并且该模拟电压被作为光学黑色电平调整值提供给相关双采样器11。相关双采样器11调整输入模拟信号的光学黑色电平。此外，在后一种情况中，解码器14把存储在寄存器34中的值A更新恰好和电压型数模转换器15的更新数据相同的量。
从上面的操作中，当提供给解码器14的值A处于在解码器14处设置的上限或下限的范围中时，数字光学黑色电平细调整器30重复上面的工作，用于细调光学黑色电平。当值A位于所设置的上限和下限的范围之外时，模拟光学黑色电平粗调整器20执行对光学黑色电平的粗调。
图3中示出了这一系列操作。当寄存器34的输出，即校正误差信号A，处于解码器14以OB基准为中心的限制(参考值)范围中时，它被在数字光学黑色电平精细校正电路30处校正。当校正误差信号A超过限制时，被校正的数据被从解码器14传递到电压型数模转换器15。
电压型数模转换器15的输出电压被提供给相关双采样器11，在相关双采样器11，校正处理被重复。当校正误差信号A是14位，并且电压型数模转换器15的输入信号是6位，±256可以被用作限制的例子。例如，当校正误差信号A是300时，因为它处于限制的范围之外，这个300被以电压型数模转换器15的更新单位(unit of updating)，即128相除，并且余数被取整，从而获得2。解码器14把电压型数模转换器15的当前输入信号32减去2的值30作为新的输入信号，提供给电压型数模转换器15。此外，它设置通过从300中减去2×128＝256获得的44作为寄存器34的新的校正误差信号。以这种方式，通过使得电压型数模转换器15的输入信号的分辨率比存储在寄存器34中的校正误差信号更粗，不再需要使用优良精度的电压型数模转换器15，并且IC芯片的成本可以被降低。当然，也有可能使得校正误差信号和电压型数模转换器15位数相同，并使得两者的分辨率相同。保持在解码器14中的电压型数模转换器15的输入信号值可以通过串行接口电路50被提供。
接着，将参考附图2说明第二实施例。
首先将说明根据线数切换时间常数的模式。
在图2的第一实施例的说明中，在恒定时间常数K2的条件下给出了说明。此外，也有可能依据水平扫描线数来切换(改变)时间常数。由线计数器44对水平扫描线数进行计数。依据这个计数，K，即K2＝1/K被设置为各种值。具体讲，K值使用内部或外部系统(这里未示出)，通过串行接口电路50改变时间常数电路41的时间常数数据。
帧信号被用来重置线计数器44。从线1到A1，时间常数可以被设置为K2＝1/2，接着，从线A1+1到A2，时间常数可以被设置为K2＝1/2，然后，从线A2开始，时间常数可以被设置为例如K2＝1/128。在这种情况中，从线1到线A1的操作和在第一实施例中所说明的操作的说明相同。
从线A1+1到A2，K2＝1/4，所以，如果模数转换器12的输出值和以前相同，即为520，则当第一寄存器34的初始值是0时，第二减法器31的输出数据是8。这个数据被提供给处理器35。还提供已被存储在第一寄存器34中的值0。因为K值仍为K＝4，K2＝1/4，并且，在这个处理器35处过滤的结果是8/4＝2。该结果和存储在第一寄存器34中的值0相加，结果为2。处理器35处的处理结果的值2被存储在第一寄存器34中。
此后，执行类似的处理。作为第二次处理过滤的结果，D-A＝8-2＝6，并且过滤的结果变成6/4。这个过滤的结果，即6/4，与2相加。值6/4+2是处理器35的输出结果。这个值被存储在第一寄存器34中。
第三次，处理的值变成D-A＝8-(6/4+2)＝4+1/2，并且过滤值变成9/8。这个值被和存储在第一寄存器34中的值6/4+2相加。输出是4+5/8，并被存储在第一寄存器34中。此外，随着线的增加，类似的处理被重复。结果，与K2＝1/2相比，过滤计数快速地下降，并且黑色电平校正变得更快，但是对噪声的敏感性增加了。总的来说，如果使得时间常数K2更大，即，如果使得K值更小，则过滤的结果快速地下降，并且黑色电平校正速度增加，但是，相反地，对噪声的敏感性增加，并且出现其他的矛盾结果。
相反，如果使得K值更大，(使得时间常数K2更小)，则和上面说明的K2＝1/2的情况相比，过滤值下降的速度变得较慢，并且黑色电平校正的速度变得较慢。即，过滤速度变得较慢，并且黑色电平校正变得较慢，但是有对噪声抵抗力较强的益处。
因此，如果采用本发明的结构，并使得时间常数可以依据线数变化，并考虑操作中光学黑色电平调整的速度和噪声的影响，虽然已往要花费几帧来形成漂亮的图像，但是如果使用当前结构的功能，这可以通过较小帧数来实现。
接着，将使用图4，说明本发明的第三实施例，即利用线数检测缺陷像素的模式。
图4中所示的光学黑色电平调整器5A被构建成图2加上线计数器功能和误差指定功能。基本操作和上面的第一和第二实施例相同。给和图2中相同的功能部分分配了相同的参考数字。
图4以和图2的第二实施例相同的方式示出了一种配备有模拟光学黑色电平粗调整器20和数字光学黑色电平细调整器60的结构。前面的模拟光学黑色电平粗调整器20和图2中的相同(这里省去重复的说明)。后面的数字光学黑色电平细调整器60还配备有依据线数切换时间常数的功能，依据线数切换检测缺陷像素的模式的功能和依据线数切换误差锁存的功能，以便允许应对各种模式。
数字光学黑色电平细调整器60除了图2的结构以外，还配备有第三和第四减法器65和67、第三寄存器61、第一比较器62、线计数器63、第二比较器64、开关66和线计数器68，第三和第四减法器65和67并联到第一减法器13的输出。提供了线计数器68，以便能够按照线数切换时间常数。提供了第四减法器67、第三寄存器61和第一比较器62，用于使用其切换误差锁存模式。此外，提供了第三减法器65、第二寄存器36、处理器35、第二比较器64和开关66，用于按照线数切换检测缺陷像素的模式。
接着，将说明按照线数检测缺陷像素的模式的操作。
在图4中，帧信号(未示出)被用来重置线计数器68，然后，开始对线数计数。即使来自第三减法器65的输出数据变成了被指定误差或更多，直到线达到了指定的线，该误差(输出数据)才被用于校正。接着，当线数达到了预定水平，由第二比较器64进行的第三减法器65的输出数据和被指定误差的比较被视作有效。当来自第三减法器65的输出数据变得小于指定误差时，开关66受到从第二比较器64输出的控制信号的控制，并把第三减法器65的输出数据提供给处理器35。当第三减法器65的输出数据变成指定误差或更多时，开关66受到从第二比较器64输出的控制信号的控制，并把0电平信号提供给处理器35。结果，当预定电平或更高电平的像素数据被输入时，有可能执行忽略那些像素的操作。
将使用图4说明本发明的第四实施例，即按照线数切换误差锁存的模式。
首先，在图4中，将说明线计数器63的计数变大并达到指定线的情况。此时，给第三寄存器61提供锁存控制信号。即，第一比较器62给第三寄存器61提供控制信号(锁存信号)。由于这个控制信号，来自处理器35的误差数据，即黑色电平校正值(A+D1×K2)被提供给第三寄存器61，并被锁存。结果，第四减法器67执行第一减法器13的输出数据和被锁存的数据之间的减法，并把结果输出到取整电路32。加法器33将其与OB基准值相加，并将结果输出。
接着，将说明在误差锁存模式中，从帧的开始到线计数器值达到设置值的周期中的操作。在此周期期间的操作被分类成三种模式：正常模式、高速收敛模式，和上电模式。下面将说明不同的模式。
首先，将使用图4说明正常模式。在此正常模式时，首先判断用于帧校正的初始误差值A是否大于或小于上限参考值。依据判断的结果，执行处理器35的过滤。剩下的和上面所说明的一样，所以将省略进一步的说明。为了使操作能被更容易地理解，考虑时间常数K1＞K2＞K3(例如，K1＝1，K2＝1/4，K3＝1/210)。
当帧被提供时，如果初始误差值A超过了上述上限参考值，则解码器14更新电压型数模转换器15的值。此外，它同时从第四寄存器69的误差值A中恰好减去电压型数模转换器15的更新量。从线0到A1，它工作，把时间常数设置为K1(＝1/K，K＝1)。在这种情况下，虽然以高速工作，但是噪声没有影响。接着，从线A1+1到A2，它工作，把时间常数设置为K2。这里，有可能通过使用K2(＝1/K，K＝4)来降低噪声。
此外，从线A2开始，有可能采用时间常数K3(＝1/K；K＝210)完全地消除噪声。
当下一帧被提供时，如果误差值A小于参考值，则电压型数模转换器15和保持误差值的第四寄存器69的值被保持原样。从线1到A2，处理采用被设置为例如K2的时间常数来执行。从线A2开始，时间常数作为上述K3工作(这里没有使用K1)。
接着将说明高速收敛模式。在这个模式时，在帧信号的开始，预定值被加到电压型数模转换器15的当前值。和该预定值的值对应的一个值被从保持在第四寄存器69中的误差值A减去，以更新这个值。此时，从线1到A1，时间常数K1被用于操作。从线A1+1到A2，时间常数K2被用于操作。此外，从线A2开始，时间常数K3被用于操作。
具体讲，如果操作使得线1为K1并且线2为K2，则可以获得满意的结果。换句话说，有可能在2条线中实现正常操作，即高速操作变成可能。
如果试图以这种方式依据线来设置时间常数以实现高速操作，则有可能防止在使用照相机等拍摄从明亮位置快速地改变到黑暗位置的图像时，由于增益的改变所致的彩色失真。
接着将说明上电模式。在电源被打开的瞬态，系统整体的工作暂时仍是不稳定的。在这个模式时，在帧信号的开始，电压型数模转换器15的当前值被设置为预定值(例如，用6位数据，32加31或63)，预定值(例如，用14位数据，128×31)被加到误差值A，并且保持在第四寄存器69中的误差值被设置为该预定值加上某个值(128×31)。从线1到A1，时间常数被设置为K1以用于操作，而从线A1+1到A2，时间常数K2被用于操作。而且，从线A2开始，时间常数K3被用于操作。以这种方式，当打开电源时，通过改变时间常数来切换黑色电平校正的过滤，有可能即使在上电时也以高速调整光学黑色电平。
像上面所说明的那样，根据本发明，通过依据线数来切换时间常数，黑色电平校正操作在几条线内收敛变成可能，而在模拟系统中是不可能的。此外，即使在观看监视器的同时拾取图像，高速收敛是可能的，即使依据亮度的变化切换增益，所以有可能防止帧的不自然着色。
此外，在模拟系统的情况下，在高湿度的环境中，用于低通滤波器等的电容器的泄漏电流导致黑色电平的校正电平改变，所以由于在帧等的顶部和底部之间黑色电平的改变等而出现了问题，但是在本发明的结构中，不出现这类问题。
此外，在本发明中，误差限制功能使得能够防止由于像素缺陷所致的黑色电平波动。此外，提供误差锁存功能使得能够使黑色电平在帧中恒定，所以能够防止线噪声的发生。此外，当改变条件时，例如当使得增益可变时候，有可能暂时转到高速收敛模式，以便实现在几条线内收敛，并从帧的开始输出正常图像。
本领域熟练技术人员应当理解，根据设计需要和其他的因素，在所附权利要求及其等效的范围内，可以出现各种修改、组合、再组合和更改。

Claims (18)

1.一种光学黑色电平控制电路，包含：
数字黑色电平调整电路，用于当光学黑色电平和参考光学黑色电平信号之间的输出误差处于预定范围内时，使用给定的时间常数，通过数字处理，产生黑色电平校正信号，以使误差变得小于预定值，和
模拟黑色电平调整电路，用于当所述误差超过预定范围时，补偿所述误差。
2.如权利要求1所述的光学黑色电平控制电路，还包含用于误差处理的处理电路，和用于设置用于所述处理电路的校正的校正系数的时间常数电路。
3.一种光学黑色电平控制电路，包含：
相关双采样器，用于以光学黑色电平进行钳位，并采样和保持模拟信号，以便以模拟方式校正黑色电平，
模数转换器，用于把来自所述相关双采样器的模拟信号转换为数字信号，
第一处理器，用于处理从所述模数转换器输出的数字信号，
第二处理器，用于使用从所述第一处理器输出的数据和存储所述第二处理器的先前处理结果的数据进行处理，并把结果提供给所述第一处理器用于过滤，和
数模转换器，用于使用来自所述第二处理器的输出数据，转换为模拟电压，并提供被转换的输出电压作为所述相关双采样器的被钳位信号。
4.如权利要求3所述的光学黑色电平控制电路，还包含在所述第二处理器的输出处的解码器，并通过所述解码器的输出信号来控制所述数模转换器。
5.如权利要求4所述的光学黑色电平控制电路，其中，所述解码器配备有限制功能，并且所述数模转换器和所述第二处理器被依据所述限制功能的判断结果控制。
6.一种光学黑色电平控制电路，包含：
数字黑色电平调整电路，用于当光学黑色电平和参考光学黑色电平信号之间的输出误差处于预定范围内时，使用给定的时间常数，通过数字处理，产生黑色电平校正信号，以使误差变得小于预定值，
模拟黑色电平调整电路，用于当所述误差超过预定范围时，补偿所述误差，和
处理器，用于在依据所述数字黑色电平调整电路中的水平扫描线数设置处理条件的同时，处理所述光学黑色电平信号。
7.如权利要求6所述的光学黑色电平控制电路，还包含：
处理电路，用于误差处理，和
时间常数电路，用于设置所述处理电路的校正数据的校正系数。
8.一种光学黑色电平控制电路，包含：
数字黑色电平调整电路，用于当光学黑色电平和参考光学黑色电平信号之间的输出误差处于预定范围内时，使用给定的时间常数，通过数字处理，产生黑色电平校正信号，以使误差变得小于预定值，
模拟黑色电平调整电路，用于当所述误差超过预定范围时，补偿所述误差，
计数器，用于对水平扫描线计数，
处理器，用于处理光学黑色电平的校正值，
存储器电路，用于依据所述计数器值锁存所述处理器的输出数据，和
控制电路，用于依据所述计数器的计数，导出所述存储器电路的数据。
9.如权利要求8所述的光学黑色电平控制电路，还包含控制信号产生电路，用于产生控制信号，以便当所述计数器的计数是预定值或更多时，输出所述存储器电路的数据。
10.一种光学黑色电平控制电路，包含：
数字黑色电平调整电路，用于当光学黑色电平和参考光学黑色电平信号之间的输出误差处于预定范围内时，使用给定的时间常数，通过数字处理，产生黑色电平校正信号，以使误差变得小于预定值，
模拟黑色电平调整电路，用于当所述误差超过预定范围时，补偿所述误差，
计数器，用于对水平扫描线计数，
处理器，用于找到光学黑色电平的调整值，
系数设置电路，用于设置所述处理器的处理调整系数，和
模式发生器，用于当所述计数器的计数是预定值或更小时，依据系统操作来切换黑色电平控制电路。
11.如权利要求10所述的光学黑色电平控制电路，其中，所述模式发生器配备有判断装置，用于判断在帧信号开始时光学黑色电平误差值的大小。
12.一种光学黑色电平控制电路，包含：
第一光电检测器，
模拟调整电路，用于使用模拟信号，粗调光学黑色电平，所述光学黑色电平在所述第一光电检测器处被产生，和
数字调整电路，用于数字地处理以所述光学黑色电平被粗调、然后被转换为数字信号的模拟信号，以便调整光学黑色电平，
所述第一光电检测器配备有第二光电检测器，用于光电检测器区域外围的光学黑色电平的调整。
13.一种光学黑色电平调整方法，包含步骤：
当光学黑色电平和参考光学黑色电平信号之间的输出误差处于预定范围内时，使用给定的时间常数，通过数字处理，产生黑色电平校正信号，以使误差变得小于预定值，和
当所述误差超过预定范围时，以模拟方式补偿所述误差。
14.一种光学黑色电平调整方法，包含步骤：
以光学黑色电平进行钳位，并采样和保持模拟信号，以便以模拟方式校正黑色电平，
把来自相关双采样步骤的模拟信号转换为数字信号，
第一次处理由所述模数转换步骤输出的数字信号，
使用通过所述第一处理步骤获得的数据和存储第二处理步骤的先前处理结果的数据进行第二次处理，并把结果提供给所述第一处理步骤用于过滤，和
使用来自所述第二处理步骤的输出数据，用于转换为模拟电压，并提供被转换的输出电压，作为所述相关双采样步骤的被钳位信号。
15.一种光学黑色电平调整方法，包含步骤：
使用模拟信号，粗调由用于光学黑色电平调整的光电检测器产生的光学黑色电平，所述光电检测器被配备在光电检测器区域的外围，和
数字地处理以所述光学黑色电平被粗调、然后被转换为数字信号的模拟信号，以便细调光学黑色电平。
16.一种图像信号处理装置，包含用于调整被拾取的图像信号的光学黑色电平的光学黑色电平控制电路，其中，
所述光学黑色电平控制电路配备有：
数字黑色电平调整电路，用于当光学黑色电平和参考光学黑色电平信号之间的输出误差处于预定范围内时，使用给定的时间常数，通过数字处理，产生黑色电平校正信号，以使误差变得小于预定值，和
模拟黑色电平调整电路，用于当所述误差超过预定范围时，补偿所述误差。
17.一种图像信号处理装置，包含用于调整被拾取的图像信号的光学黑色电平的光学黑色电平控制电路，其中，
所述光学黑色电平控制电路配备有：
相关双采样器，用于以以光学黑色电平进行钳位，并采样和保持模拟信号，以便以模拟方式校正黑色电平，
模数转换器，用于把来自所述相关双采样器的模拟信号转换为数字信号，
第一处理器，用于处理从所述模数转换器输出的数字信号，
第二处理器，用于使用从所述第一处理器输出的数据和存储所述第二处理器的先前处理结果的数据进行处理，并把结果提供给所述第一处理器用于过滤，和
数模转换器，用于使用来自所述第二处理器的输出数据，转换为模拟电压，并提供被转换的输出电压作为所述相关双采样器的被钳位信号。
18.一种图像信号处理装置，包含用于调整被拾取的图像信号的光学黑色电平的光学黑色电平控制电路，其中，
所述光学黑色电平控制电路配备有：
第一光电检测器，
模拟调整电路，用于使用模拟信号，粗调光学黑色电平，所述光学黑色电平被所述第一光电检测器产生，和
数字细调整电路，用于数字地处理所述光学黑色电平被粗调，然后被转换为数字信号的模拟信号，以便调整光学黑色电平，
所述第一光电检测器配备有第二光电检测器，用于光电检测器区域外围的光学黑色电平调整。
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