JP2000298464A - Digital imaging control having luminance resolution selectively enhanced - Google Patents

Digital imaging control having luminance resolution selectively enhanced

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JP2000298464A
JP2000298464A JP2000070735A JP2000070735A JP2000298464A JP 2000298464 A JP2000298464 A JP 2000298464A JP 2000070735 A JP2000070735 A JP 2000070735A JP 2000070735 A JP2000070735 A JP 2000070735A JP 2000298464 A JP2000298464 A JP 2000298464A
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digital
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gain
adc
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JP2000070735A
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Japanese (ja)
Inventor
Jurian Chen Jiiriangu
ジュリアン チェン ジィリアング
G Deierusheku Eugene
ジー、ディエルシェク ユージン
Derek Krines Steven
デレク クリネス スティーブン
Ryu Anri
リュ アンリ
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Texas Instruments Inc
Original Assignee
Texas Instruments Inc
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an adjusting method for digital imaging which improves the resolution of an image. SOLUTION: An image is automatically enhanced by correcting the reference voltage (VREF), gain, and integration period of a differential amplifier 24 so that an input using the whole dynamic range of a differential analog-digital converter(ADC) 32 is supplied to the ADC. When it is used together with a CMOS array, imaging logic 8 is manufactured on a single chip 20 together with the array by using fast and inexpensive combination logic for correction. The digital resolution of an image of a part of interest in spectrum is increased by enlarging a desired part (176-178) of the luminance spectrum of the image.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は一般にディジタルイ
メージング装置に関するものであり、特に、ディジタル
画像の自動的で選択的な輝度解像度の増強(enhan
cement)に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates generally to digital imaging devices and, more particularly, to automatic and selective brightness resolution enhancement of digital images.
).

【0002】[0002]

【従来の技術】ディジタルイメージング装置は、ディジ
タルカメラ、指紋認識、ディジタルスキャナ、複写機等
を含むさまざまな用途でますます普及しつつある。従来
の代表的なディジタルイメージング装置は電荷結合素子
(CCD:charge coupled devic
e)テクノロジーに基づいている。CCD素子はCCD
セルのアレーをそなえており、各セルは画素を構成す
る。各CCD画素はセルに突き当たる光の強度に比例し
た電圧信号を出力する。このアナログ電圧信号はディジ
タル信号に変換して、更に処理、ディジタルフィルタリ
ング、記憶等を行うことができる。当業者には周知のよ
うに、一般にセンサアレーと呼ばれるCCDセルの二次
元アレーからの電圧信号出力から二次元ディジタル画像
を構成することができる。
2. Description of the Related Art Digital imaging devices are becoming increasingly popular for a variety of applications, including digital cameras, fingerprint recognition, digital scanners, copiers, and the like. A typical digital imaging device in the related art is a charge-coupled device (CCD).
e) Based on technology. CCD device is CCD
It has an array of cells, each cell constituting a pixel. Each CCD pixel outputs a voltage signal proportional to the intensity of the light striking the cell. This analog voltage signal can be converted to a digital signal for further processing, digital filtering, storage and the like. As is well known to those skilled in the art, a two-dimensional digital image can be constructed from a voltage signal output from a two-dimensional array of CCD cells, commonly referred to as a sensor array.

【0003】温度と照明のような周囲条件、およびCC
Dアレーの特性に応じて、結果として得られる画像は解
像度が貧弱になることがある。貧弱な画像解像度は、セ
ンサアレーに当たる非常に明るい光から生じ得る。この
場合には、結果として得られる画像は洗い落とされたよ
うに見えるかも知れない。または、貧弱な画像解像度は
低い光状態から生じ得る。この場合には、結果として得
られる画像は暗く、ぼんやりしたように見えるかも知れ
ない。貧弱な画像品質のもう一つの要因は明るい画素と
暗い画素との間の不充分なコントラストによるかも知れ
ず、画像がぼやけたり、薄れたりする。ディジタル信号
処理を用いて、ある種の画像品質問題を補償してもよい
が、センサアレーから到来するアナログ電圧信号をアナ
ログ−ディジタル変換器に入力する前にどのように取り
扱うか調整することにより、かなり画像を改善すること
ができる。
[0003] Ambient conditions such as temperature and lighting, and CC
Depending on the characteristics of the D-array, the resulting image may have poor resolution. Poor image resolution can result from very bright light striking the sensor array. In this case, the resulting image may appear to have been washed out. Or, poor image resolution may result from low light conditions. In this case, the resulting image may appear dark and hazy. Another factor in poor image quality may be due to insufficient contrast between bright and dark pixels, resulting in blurred or faint images. Digital signal processing may be used to compensate for certain image quality issues, but by adjusting how analog voltage signals coming from the sensor array are handled before entering the analog-to-digital converter. Can significantly improve the image.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】したがって、ディジタ
ルイメージングを調整するための方法に対して、画像の
解像度を改善するための共通の技術としてコントラスト
照明状態を増大することが求められている。
Accordingly, there is a need for a method for adjusting digital imaging that increases contrast illumination as a common technique for improving image resolution.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】一つの側面では、本発明
は、基準電圧入力と、信号入力と、プログラマブル利得
値と、アナログ−ディジタル変換器(ADC)に結合さ
れた差動出力とをそなえたプログラマブル増幅器と、プ
ログラマブル増幅器の出力に対応するディジタル符号を
出力するアナログ−ディジタル変換器とをそなえた画像
プロセッサの自動利得制御方法であって、輝度データの
フレームを読出すステップと、フレームの平均輝度値と
平均輝度値に対応するADCから出力されるディジタル
符号とを判定するステップとを含む自動利得制御方法を
提供する。この方法は更に、プログラマブル増幅器の入
力が平均輝度値に設定されたときADCから出力される
ディジタル符号が目標値になるようにする基準電圧と、
プログラマブル増幅器の入力が平均輝度値に設定された
ときADCから出力されるディジタル符号が前記目標値
になるようにする利得を計算するステップとを含む。こ
の方法は、基準電圧と利得を計算された値に設定し、次
のフレームを読出すステップをも含む。
SUMMARY OF THE INVENTION In one aspect, the present invention comprises a reference voltage input, a signal input, a programmable gain value, and a differential output coupled to an analog-to-digital converter (ADC). An automatic gain control method for an image processor comprising a programmable amplifier and an analog-to-digital converter for outputting a digital code corresponding to the output of the programmable amplifier, comprising: reading a frame of luminance data; Determining a luminance value and a digital code output from the ADC corresponding to the average luminance value. The method further includes: a reference voltage that causes the digital code output from the ADC to be a target value when the input of the programmable amplifier is set to the average luminance value;
Calculating a gain that causes the digital code output from the ADC to be at the target value when the input of the programmable amplifier is set to the average luminance value. The method also includes the steps of setting the reference voltage and gain to the calculated values and reading out the next frame.

【0006】もう一つの側面では、本発明は、画像プロ
セッサであって、入力として輝度信号と基準電圧信号を
受け、増幅された差動信号を出力する差動増幅器と、前
記増幅された差動信号を入力として受け、前記増幅され
た差動信号に対応するディジタル信号を出力する差動ア
ナログ−ディジタル変換器(ADC)と、前記基準電圧
信号を出力するプログラマブル電圧源と、前記ディジタ
ル信号を受けて、平均輝度値を出力するディジタル平均
器と、前記平均輝度値を受けて、利得制御信号を前記差
動増幅器に出力し、基準電圧制御信号を前記プログラマ
ブル電圧源に出力するディジタル信号制御器であって、
(1)輝度入力が平均輝度値にあるときのアナログ−デ
ィジタル変換器のディジタル信号と(2)所望のディジ
タル信号との差から前記利得制御信号と前記基準電圧制
御信号とが決められるディジタル信号制御器とを具備す
る画像プロセッサを提供する。
In another aspect, the present invention is an image processor, comprising: a differential amplifier for receiving a luminance signal and a reference voltage signal as inputs and outputting an amplified differential signal; A differential analog-to-digital converter (ADC) for receiving a signal as an input and outputting a digital signal corresponding to the amplified differential signal; a programmable voltage source for outputting the reference voltage signal; A digital averager that outputs an average luminance value, a digital signal controller that receives the average luminance value, outputs a gain control signal to the differential amplifier, and outputs a reference voltage control signal to the programmable voltage source. So,
(1) Digital signal control in which the gain control signal and the reference voltage control signal are determined from the difference between the digital signal of the analog-digital converter when the luminance input is at the average luminance value and (2) the desired digital signal. An image processor comprising:

【0007】もう一つの側面では、本発明は、入力とし
て輝度信号のフレームと基準電圧信号を受け、輝度信号
と基準電圧信号との差に対応する差動信号を出力する増
幅器を具備する自動利得制御回路を提供する。増幅器は
利得制御信号の制御のもとで差を増幅する。自動利得制
御回路は、増幅器から出力される信号を受け、増幅器の
差動出力に対応するディジタル信号を出力する差動アナ
ログ−ディジタル変換器(ADC)と、フレームに対す
る平均輝度値を計算するための手段と、増幅器の輝度信
号入力が平均輝度値になっているときADCから出力さ
れるディジタル信号を所望のディジタル出力と比較し
て、差信号を発生するための手段と、差信号に応答して
基準電圧信号を調整するための手段と、差信号に応答し
て利得制御信号を調整するための手段をも具備する。
In another aspect, the present invention comprises an automatic gain amplifier having an amplifier that receives as input a frame of a luminance signal and a reference voltage signal and outputs a differential signal corresponding to the difference between the luminance signal and the reference voltage signal. A control circuit is provided. The amplifier amplifies the difference under the control of the gain control signal. The automatic gain control circuit receives a signal output from the amplifier and outputs a digital signal corresponding to a differential output of the amplifier, and calculates an average luminance value for the frame. Means for comparing a digital signal output from the ADC with a desired digital output when the luminance signal input of the amplifier is at the average luminance value, and generating a difference signal; and responsive to the difference signal. A means for adjusting the reference voltage signal and a means for adjusting the gain control signal in response to the difference signal are also provided.

【0008】本発明の上記の特徴は、付図による以下の
説明により、より明らかに理解される。
The above features of the present invention will be more clearly understood from the following description with reference to the accompanying drawings.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】次に、種々の実施例の実施と使用
について説明する。しかし、さまざまな特定の背景で実
施できる多数の応用可能な発明的概念を本発明が提供す
ることは理解されるはずである。ここに説明する特定の
実施例は本発明の実施と使用のための特定の仕方を示す
に過ぎず、本発明の範囲を限定するものではない。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The implementation and use of various embodiments will now be described. However, it should be understood that the invention provides a number of applicable inventive concepts that can be implemented in various specific contexts. The specific embodiments described herein are merely illustrative of specific ways to make and use the invention, and do not limit the scope of the invention.

【0010】図1は本発明の好適実施例を利用するディ
ジタルイメージング装置2を示す。ディジタルイメージ
ング装置にはレンズ機構4が含まれる。レンズ機構4は
イメージング対象から出てくる、すなわちそれから反射
される光を受けて、入射光をアレーセンサ6に集束す
る。アレーセンサ6は好ましくは、同時係属特許出願0
9/223,166、「集積化された相関二重サンプリ
ングシステムをそなえたアレーセンサのための高速フレ
ーム読出しアーキテクチャ」(Fast Frame
Readout Architecture for
Array Sensors with Integr
ated Correlated Double Sa
mpling System)に充分に説明されている
型のCMOSセンサアレーである。この出願は引用する
ことにより本明細書の一部として組み入れられる。当業
者に知られているように、センサアレー6はCMOSセ
ンサの二次元アレーで構成される。各センサはアナログ
電圧信号を出力する。この信号は特定のセンサに当たる
光の強度に比例する。当業者には周知のように、各セン
サからの電圧信号はラスタ形式で走査して、アナログ画
像信号を作成することができる。このアナログ画像信号
はイメージング論理8に与えられる。イメージング論理
8では、アナログ信号はバッファリングされ、増幅され
た後、ディジタル信号に変換される。ディジタル信号は
フィルタリングまたは更に処理した後、画素輝度データ
の形式で入力/出力(I/O)ポート10に送られる。
代わりに、付加的な信号処理で、ディジタル信号はビッ
トマップの形式または他の周知のディジタル画面フォー
マットで出力することができる。
FIG. 1 shows a digital imaging device 2 utilizing a preferred embodiment of the present invention. The digital imaging device includes a lens mechanism 4. The lens mechanism 4 receives light coming out of the object to be imaged, that is, reflected from the object, and focuses incident light on the array sensor 6. Array sensor 6 is preferably a co-pending patent application 0
9 / 223,166, "Fast Frame Readout Architecture for Array Sensors with Integrated Correlated Double Sampling System" (Fast Frame)
Readout Architecture for
Array Sensors with Integr
added Correlated Double Sa
a CMOS sensor array of the type well described in US Pat. This application is incorporated herein by reference. As known to those skilled in the art, the sensor array 6 comprises a two-dimensional array of CMOS sensors. Each sensor outputs an analog voltage signal. This signal is proportional to the intensity of light falling on a particular sensor. As is well known to those skilled in the art, the voltage signal from each sensor can be scanned in a raster format to create an analog image signal. This analog image signal is provided to the imaging logic 8. In the imaging logic 8, the analog signal is buffered, amplified and then converted to a digital signal. After filtering or further processing, the digital signal is sent to an input / output (I / O) port 10 in the form of pixel luminance data.
Alternatively, with additional signal processing, the digital signal can be output in the form of a bitmap or other well-known digital screen format.

【0011】代わりに、ディジタル信号をメモリ12に
送って、記憶することができる。メモリ12は好ましく
は、ランダムアクセスメモリまたはスタティックRAM
である。代わりに、メモリ12は磁気ディスケット装
置、CD−ROM、または他の記憶装置のような、磁気
または光の記憶装置とすることができる。このような場
合には、適切な装置制御器とインタフェース(図示しな
い)がメモリ12とともに含まれる。イメージング論理
8、メモリ12、およびI/Oポート10は好ましくは
マイクロプロセッサ14の制御下にある。マイクロプロ
セッサ14は好ましくは、メモリ12またはROM16
に記憶された命令のもとで動作する汎用ディジタルマイ
クロプロセッサである。記憶される命令はI/Oポート
10を介して直接マイクロプロセッサ14に与えるか、
もしくはメモリ12またはROM16に記憶することが
できる。
Alternatively, the digital signal can be sent to memory 12 for storage. The memory 12 is preferably a random access memory or a static RAM
It is. Alternatively, memory 12 may be a magnetic or optical storage device, such as a magnetic diskette device, CD-ROM, or other storage device. In such a case, a suitable device controller and interface (not shown) are included with the memory 12. Imaging logic 8, memory 12, and I / O port 10 are preferably under the control of microprocessor 14. Microprocessor 14 preferably has memory 12 or ROM 16
Is a general-purpose digital microprocessor that operates under the instructions stored in. The stored instructions may be provided directly to microprocessor 14 via I / O port 10 or
Alternatively, it can be stored in the memory 12 or the ROM 16.

【0012】好適実施例では、センサアレー6はCMO
Sセンサセルのアレーで構成されるので、イメージング
論理8はCMOSプロセスを使用してセンサアレー6と
一緒に単一集積回路上に形成することができる。図2は
単一の集積回路(IC)20を示す。このIC20上に
は、本発明の好適実施例によるセンサアレー6とイメー
ジング論理8がともに実現される。内部制御レジスタ、
マイクロプロセッサインタフェース論理、メモリインタ
フェース論理等を含むIC20の中に他の機能および回
路を含めてもよい。これらの機能は、本発明の理解に必
要でないので、図示しなかった。
In the preferred embodiment, the sensor array 6 is a CMO
Being composed of an array of S sensor cells, the imaging logic 8 can be formed together with the sensor array 6 on a single integrated circuit using a CMOS process. FIG. 2 shows a single integrated circuit (IC) 20. On this IC 20, both the sensor array 6 and the imaging logic 8 according to the preferred embodiment of the present invention are implemented. Internal control registers,
Other functions and circuits may be included in the IC 20, including microprocessor interface logic, memory interface logic, and the like. These features are not shown as they are not necessary for an understanding of the present invention.

【0013】次に、イメージング論理8の詳細を図2を
参照して説明する。イメージング信号に対する主要経路
が太い矢印で示されている。センサアレー6からのアナ
ログ信号はバッファ22に送られ、そこで信号は強めら
れ、固定パターン雑音が除去される。バッファリングさ
れたアナログ信号はバッファ22からプログラマブル利
得差動増幅器24の第一の入力に送られる。増幅器24
の第二の入力は基準電圧を受ける。基準電圧は、ディジ
タル信号制御器28の制御のもとに基準制御ブロック2
6から与えられる。増幅器は利得制御ブロック30から
の利得制御信号も受ける。利得制御ブロック30はディ
ジタル信号制御器28の制御のもとに動作する。
Next, the details of the imaging logic 8 will be described with reference to FIG. The main path for the imaging signal is indicated by the thick arrow. The analog signal from the sensor array 6 is sent to a buffer 22, where the signal is strengthened and fixed pattern noise is removed. The buffered analog signal is sent from buffer 22 to a first input of a programmable gain differential amplifier 24. Amplifier 24
Receives a reference voltage. The reference voltage is controlled by the reference control block 2 under the control of the digital signal controller 28.
Given from 6. The amplifier also receives a gain control signal from gain control block 30. The gain control block 30 operates under the control of the digital signal controller 28.

【0014】増幅器24は二つの入力を完全な差動出力
25、27に写像する。換言すれば、出力25および2
7は、二つの入力信号(すなわち、アナログ画像信号と
基準電圧VREF)の値の差に増幅器24の利得を乗算し
たもので、共通モード電圧レベルを中心としたものに対
応する。次に、この完全差動出力25、27は差動アナ
ログ−ディジタル変換器(ADC)32の入力に与えら
れる。差動アナログ−ディジタル変換器(ADC)32
では、差動値(すなわち、信号25と27の差)がディ
ジタル値に変換される。その結果得られるディジタル画
像信号は次に、不良画素フィルタ34に送られる。不良
画素フィルタ34で、同時係属特許出願09/223,
165、「CMOS領域アレーセンサのための順次相関
二重サンプリング手法」(Sequential Co
rrelated DoubleSampling T
echnique for CMOS Area Ar
ray Sensors)に詳細に説明されているよう
に、画像誤差が検出され、補正される。この出願は引用
することにより本明細書の一部として組み入れられる。
Amplifier 24 maps the two inputs to fully differential outputs 25,27. In other words, outputs 25 and 2
Numeral 7 is a value obtained by multiplying the difference between the values of the two input signals (that is, the analog image signal and the reference voltage V REF ) by the gain of the amplifier 24, and corresponds to a signal centered on the common mode voltage level. The fully differential outputs 25, 27 are then provided to the inputs of a differential analog-to-digital converter (ADC) 32. Differential analog-to-digital converter (ADC) 32
The differential value (ie, the difference between signals 25 and 27) is converted to a digital value. The resulting digital image signal is then sent to defective pixel filter. In the defective pixel filter 34, co-pending patent application Ser.
165, "Sequentially correlated double sampling method for CMOS area array sensor" (Sequential Co.)
related DoubleSampling T
etch for CMOS Area Ar
image errors are detected and corrected, as described in more detail in (Ray Sensors). This application is incorporated herein by reference.

【0015】次に、補正されたディジタル画像信号はデ
ィジタルマイクロインタフェース36に送られる。ディ
ジタルマイクロインタフェース36は、IC20と、メ
モリ12、マイクロプロセッサ14、またはI/Oポー
ト10のようなディジタルイメージャ(imeger)
2の他の構成要素との間のインタフェースを提供する。
Next, the corrected digital image signal is sent to the digital micro interface 36. The digital micro interface 36 includes an IC 20 and a digital imager such as the memory 12, the microprocessor 14, or the I / O port 10.
Provides an interface between two other components.

【0016】図2にはディジタルタイミング発生器42
も示されている。ディジタルタイミング発生器42は、
CMOSセンサの固定パターン雑音を抑圧するために、
順次相関二重サンプリングブロック44の動作のための
タイミング信号を供給する。行/列情報レジスタ46は
ディジタル信号制御器28およびディジタル平均器38
に、現在処理されている信号がセンサアレー上のどこで
生じたかに関する情報を供給する(すなわち、各画素に
対する行と列の情報を供給する)。
FIG. 2 shows a digital timing generator 42.
Are also shown. The digital timing generator 42
In order to suppress the fixed pattern noise of the CMOS sensor,
It provides timing signals for the operation of the sequentially correlated double sampling block 44. The row / column information register 46 includes a digital signal controller 28 and a digital averager 38.
Provide information about where the signal currently being processed occurred on the sensor array (ie, provide row and column information for each pixel).

【0017】イメージング論理8にはディジタル信号帰
還ループも含まれる。ディジタル信号帰還ループは、デ
ィジタル平均計算器38、ディジタル信号制御器28、
基準制御ブロック26、利得制御ブロック30、および
照射時間制御器40を含む。帰還ループを用いることに
より、アナログ−ディジタル変換器(ADC)32のダ
イナミックレンジ全体を利用するように増幅器24の出
力が最適化される。これは、増幅器24の利得、基準電
圧VREF入力の一方または両方を調整することにより、
行われる。画像の二つの別個の側面が最適化される。光
学的な黒の校正により、確実に光学的に黒い画素につい
てADC32から零に近い値が出力され、ADC32の
ダイナミックレンジ全体が利用される。解像度増強は画
像の最適コントラストに配慮している。
The imaging logic 8 also includes a digital signal feedback loop. The digital signal feedback loop includes a digital average calculator 38, a digital signal controller 28,
It includes a reference control block 26, a gain control block 30, and an irradiation time controller 40. The use of a feedback loop optimizes the output of amplifier 24 to utilize the entire dynamic range of analog-to-digital converter (ADC) 32. This is accomplished by adjusting the gain of amplifier 24, one or both of the reference voltage V REF inputs.
Done. Two distinct aspects of the image are optimized. The calibration of the optical black ensures that the ADC 32 outputs a value close to zero for the optically black pixel and uses the entire dynamic range of the ADC 32. The resolution enhancement takes into account the optimal contrast of the image.

【0018】第一の実施例では、画像解像度は帰還ルー
プを介して自動的に行われる。代わりの実施例では、後
で更に詳細に説明されるように、画像またはユーザが関
心のある画像のダイナミックレンジの部分を増強するた
めにある値を選択することができる。
In the first embodiment, the image resolution is performed automatically via a feedback loop. In an alternative embodiment, an image or a user may select a value to enhance a portion of the dynamic range of the image of interest, as described in further detail below.

【0019】自動的な動作では、データの各入力フレー
ムに対して三つのステップが行われる。最初に、光学的
に黒いことが知られているフレームの一つ以上の行に対
して、光学的黒の校正が行われる。第二に、フレーム全
体が走査された後、ADC32のダイナミックレンジ全
体にわたってフレーム値を写像するために、増幅器24
の利得およびVREF入力が調整される。最後に、該当す
る場合、ADC32のダイナミックレンジ全体にわたっ
てフレーム値をより綿密に写像するために、後続の各フ
レームの積分時間、すなわちフレーム照射時間が調整さ
れる。これらのステップの各々については、後で更に詳
しく説明する。
In the automatic operation, three steps are performed for each input frame of data. First, an optical black calibration is performed on one or more rows of the frame that are known to be optically black. Second, after the entire frame has been scanned, an amplifier 24 is used to map the frame values over the entire dynamic range of the ADC 32.
Gain and V REF input are adjusted. Finally, if applicable, the integration time of each subsequent frame, i.e., the frame exposure time, is adjusted to more closely map the frame values over the entire dynamic range of the ADC 32. Each of these steps will be described in more detail later.

【0020】光学的黒の校正 「暗い」ことが知られている、すなわちそれに当たる光
を受けない画素(すなわち、CMOSセンサ)からの信
号を検出することにより、光学的黒の校正が行われる。
これは、センサアレー6の一部上に光シールド48を使
用することにより行われる。好適実施例では、光シール
ド48は最初の4行の画素をおおう。ただし、シールド
された画素と行の数は設計選択の問題である。これらの
行は暗いとわかっているので、これらの画素を黒として
取り扱うために、すなわち、それらに対応する最小のデ
ィジタル値をそなえるために、イメージング論理は校正
することができる。明らかとなるであろう理由のため
に、この最小のディジタル値は零に設定するべきではな
い。好適実施例では、完全に黒い、すなわち完全に暗い
画素に対応する最小のディジタル値が64に設定され
る。
Optical Black Calibration Optical black calibration is performed by detecting signals from pixels known to be "dark", ie, receiving no light (ie, CMOS sensors).
This is done by using a light shield 48 on a portion of the sensor array 6. In the preferred embodiment, light shield 48 covers the first four rows of pixels. However, the number of shielded pixels and rows is a matter of design choice. Since these rows are known to be dark, the imaging logic can be calibrated to treat these pixels as black, ie, to have the smallest digital value corresponding to them. For reasons that will become apparent, this minimum digital value should not be set to zero. In the preferred embodiment, the minimum digital value corresponding to a completely black or completely dark pixel is set to 64.

【0021】光学的黒に対する校正を行うために、増幅
器24の基準電圧VREF入力を調整することにより、A
DCの出力をその「黒」の値、好ましくは64に駆動す
る。図3を参照して、VREFとADC32の出力との間
の関係について説明する。図3は増幅器24、ADC3
2、および基準制御ブロック26の間の関係を示す。
By adjusting the reference voltage V REF input of the amplifier 24 to provide a calibration for optical black, A
The DC output is driven to its "black" value, preferably 64. The relationship between V REF and the output of ADC 32 will be described with reference to FIG. FIG. 3 shows the amplifier 24 and the ADC 3
2 and the relationship between the reference control block 26.

【0022】図示するように、増幅器24は入力とし
て、その非反転入力で画素輝度信号V sigを、その反転
入力で基準電圧信号VREFを受ける。次に、増幅器24
は入力の差に利得を乗算したものに等しい差信号を出力
する。差動出力信号25、27の中心が差動ADC32
の共通モードレベル(CML:common mode
level)29となるように増幅器24が構成され
る。換言すれば、増幅器24はその入力信号の差を、C
MLを中心とする差動信号に写像する。ADC32の最
大および最小の動作閾値はそれぞれVTおよびVBと呼ば
れる。CMLレベル29はVTとVBの中央である。
As shown, the amplifier 24 has an input
The pixel luminance signal V sigAnd its inversion
Reference voltage signal V at inputREFReceive. Next, the amplifier 24
Outputs a difference signal equal to the input difference multiplied by the gain
I do. The center of the differential output signals 25 and 27 is the differential ADC 32
Common mode level (CML: common mode)
level) 29.
You. In other words, amplifier 24 determines the difference between its input signals as C
Maps to a differential signal centered on ML. ADC32
The large and minimum operating thresholds are respectively VTAnd VBCalled
It is. CML level 29 is VTAnd VBIt is the center of.

【0023】増幅器24に対する伝達式は次式で与えら
れる。
The transfer equation for the amplifier 24 is given by the following equation.

【数1】 ここで、g=増幅器24の利得である。図示された場合
には、g=1である。増幅器24は好ましくは、2、
4、8、または16の利得値でプログラマブルである。
図3から明らかなように、出力25Vinpと27Vinm
CMLを中心としている。また、ADC32の最大およ
び最小の閾値はCMLを中心としている。したがって、
(Equation 1) Here, g = gain of the amplifier 24. In the case shown, g = 1. Amplifier 24 is preferably 2,
It is programmable with gain values of 4, 8, or 16.
As apparent from FIG. 3, the outputs 25V inp and 27V inm are centered on CML. The maximum and minimum thresholds of the ADC 32 are centered on CML. Therefore,

【数2】 ADC32の入力はCMLに対して対称であるので、A
DC32の出力は入力値の一方だけから得ることができ
る。換言すれば、ADC32の正規化された出力は次式
の通りである。
(Equation 2) Since the input of ADC 32 is symmetric with respect to CML, A
The output of DC 32 can be obtained from only one of the input values. In other words, the normalized output of the ADC 32 is as follows:

【数3】 好ましくは、ADC32の最高基準は(VT−VB)と選
択され、最低基準は零と選択される。したがって、増幅
器24とADC32を含む回路の正規化された伝達関数
である式(3)は、式(1)および(2)からの値を代
入することにより、次式に書き換えることができる。
(Equation 3) Preferably, the highest standards of ADC32 is selected to be (V T -V B), minimum standards is selected as zero. Therefore, equation (3), which is the normalized transfer function of the circuit including the amplifier 24 and the ADC 32, can be rewritten into the following equation by substituting the values from equations (1) and (2).

【数4】 式(4)を用いて、増幅器24の基準電圧入力VREF
調整することにより、値Doutnを与えられた画素信号V
sigおよび一定利得gに対する所望のレベル64とする
ことができる。シールド48の下の画素に対応する既知
の黒い画素が走査されつつあるので、VREFに対する適
切な値が得られる。
(Equation 4) By adjusting the reference voltage input V REF of the amplifier 24 using the equation (4), the pixel signal V given the value D outn is obtained.
The desired level 64 for sig and constant gain g can be achieved. As the known black pixel corresponding to the pixel under shield 48 is being scanned, an appropriate value for VREF is obtained.

【0024】図3に示すように、基準制御ブロック26
は可変電圧源52およびディジタル−アナログ変換器
(DAC)54を含む。DAC54はディジタル信号を
受けて、これをアナログ信号に変換し、このアナログ信
号は可変電圧源52に与えられる。可変電圧源52から
基準電圧入力VREFが生じる。ADC32の正規化され
た出力Doutnと入力Dinmとの間の関係は次のように与
えられる。
As shown in FIG. 3, the reference control block 26
Includes a variable voltage source 52 and a digital-to-analog converter (DAC) 54. The DAC 54 receives the digital signal and converts it into an analog signal. The analog signal is supplied to the variable voltage source 52. A reference voltage input VREF is generated from the variable voltage source 52. The relationship between the normalization of ADC32 has been output D outn the input D inm is given as follows.

【0025】サイズmのDAC54の場合、For a DAC 54 of size m,

【数5】 ここでDinmはDAC54のディジタル入力、VTDAC
DAC54に対する最高基準、VBDACはDAC54に
対する最低基準である。DAC54はADC32に合う
ように設計されるので、VTDAC=(VT−VB)で、V
DAC=0。したがって、
(Equation 5) Here, D inm is the digital input of the DAC 54, VT DAC is the highest reference for the DAC 54, and VB DAC is the lowest reference for the DAC 54. Since DAC54 is designed to fit the ADC 32, VT DAC = In (V T -V B), V
B DAC = 0. Therefore,

【数6】 (Equation 6)

【0026】式(6)は式(4)に代入することができ
る。サイズnのADC32が与えられた場合、Doutn
inmとの間の関係は次式で与えられる。
Equation (6) can be substituted into equation (4). If ADC32 of size n is given, the relationship between the D outn and D inm is given by the following equation.

【数7】 これは簡略化し、DinmをDoutnにより解いて、次式が
得られる。
(Equation 7) This simplifies the D inm solved by D outn, the following equation is obtained.

【数8】 (Equation 8)

【0027】好適実施例では、ADC32は10ビッ
ト、DAC54は8ビットであり、次のように近似され
る。
In the preferred embodiment, ADC 32 is 10 bits and DAC 54 is 8 bits, and is approximated as follows:

【数9】 (Equation 9)

【0028】式(9)の関係により、光学的黒の校正に
対して必要な基準電圧VREFを発生するために必要なD
AC54の入力を素早く演算することができる。
According to the relationship of equation (9), D necessary to generate the reference voltage V REF required for the calibration of the optical black is obtained.
The input of AC54 can be calculated quickly.

【0029】光学的黒の校正に対するプロセスステップ
の更に詳しい内容を図4により説明する。プロセスはス
テップ60の新しいフレームの開始で始まる。判定ステ
ップ62で、既知の光学的に黒い画素(すなわち、シー
ルド48によって遮蔽される画素)に対するADC32
の出力Doutを閾値または閾値範囲と比較することによ
り、出力が光学的に黒い画素に対する許容可能な範囲の
中にあるか判定する。好ましくは、ADC32はこのよ
うな画素に対して64の値を出力し、プラスまたはマイ
ナス10の範囲が許容される。出力が許容範囲の中にあ
る場合には、増幅器24の基準電圧VREF入力を調整す
る必要はない。したがって、ステップ64に示すよう
に、VREFに対する値がフリーズされ、処理は判定ステ
ップ68に進む。これに反してADC32の出力が許容
された範囲の中に無い場合には、処理はステップ66に
進む。ステップ66で、式(4)および(9)について
説明したように、VREFに対する値を調整することによ
り、ADC32の出力を値64とする。次に、処理は判
定ステップ68に進み、そこで、走査されつつある行が
まだ光学的な黒の領域の中にあるか判定される。好適実
施例では、シールド48が最初の4行の画素を真っ暗に
し、走査されつつある行が真っ暗にされた行の一つから
のものであるかを行/列情報レジスタ46からの情報が
示す。走査されつつある行が真っ暗にされた行の一つか
らのものである場合には、次の行のためにプロセスはル
ープで判定ステップ62に戻り、真っ暗にされていない
行に走査が進むまでループが繰り返される。走査は真っ
暗にされた行の中にもはや無いと判定ステップ68で判
定された場合には、処理はステップ69に進む。この点
で、VREFはフリーズされ、判定ステップ70で示され
るようにフレームの終わりに達するまで、フレーム行の
残りが走査、分析される。フレームの終わりに達する
と、処理はステップ72に進み、そこでVREFがもう一
度調整される。しかし、今度は、光学的な黒の値を最適
化しようとするのではなくて、今走査されたフレーム全
体の特性に合うようにVREFが調整される。これを行う
ため、(最初の4行を構成する光学的に黒い画素は無視
して)フレームを構成する画素に対する平均輝度値を判
定し、そしてVREFを、ADC32の出力が計算された
平均画素値に対応する入力信号Vsigに対するその中央
値になるような値にする。
A more detailed description of the process steps for the calibration of the optical black will be explained with reference to FIG. The process begins with the start of a new frame in step 60. At decision step 62, the ADC 32 for the known optically black pixel (ie, the pixel shielded by the shield 48).
By comparing the output D out to a threshold value or threshold range to determine whether the output is within an acceptable range for optically black pixels. Preferably, ADC 32 outputs a value of 64 for such a pixel, with a range of plus or minus 10 being allowed. If the output is within the acceptable range, there is no need to adjust the reference voltage V REF input of amplifier 24. Therefore, as shown in step 64, the value for V REF is frozen and the process proceeds to decision step 68. On the other hand, if the output of the ADC 32 is not within the permitted range, the process proceeds to step 66. At step 66, the output of ADC 32 is set to a value of 64 by adjusting the value for V REF as described for equations (4) and (9). Next, the process proceeds to decision step 68, where it is determined whether the row being scanned is still within the optical black area. In the preferred embodiment, shield 48 dims the first four rows of pixels and the information from row / column information register 46 indicates whether the row being scanned is from one of the dimmed rows. . If the row being scanned is from one of the darkened rows, the process loops back to decision step 62 for the next row, until scanning proceeds to the undarkened row. The loop repeats. If it is determined in decision step 68 that the scan is no longer in the darkened row, processing proceeds to step 69. At this point, V REF is frozen and the remainder of the frame row is scanned and analyzed until the end of the frame is reached, as indicated by decision step 70. When the end of the frame is reached, processing proceeds to step 72, where V REF is again adjusted. However, instead of trying to optimize the optical black value, V REF is adjusted to match the characteristics of the entire frame just scanned. To do this, the average luminance value for the pixels that make up the frame (ignoring the optically black pixels that make up the first four rows) is determined, and V REF is calculated as the average pixel from which the output of ADC 32 was calculated. The value is set to be the median value of the input signal V sig corresponding to the value.

【0030】この概念は図5aおよび5bにグラフ的に
示されている。図5aはフレーム経過時間に対する輝度
値をプロットしている。図5bは1フレームの走査の間
のV REFのタイムチャートを示す。図5aのフレームは
説明のためだけのものであり、試験パターンを表す。こ
の試験パターンでは、(輝度曲線76の平坦な部分によ
って示されるように)最初の4行の画素が真っ暗にされ
た後、(輝度曲線76の傾斜部分によって示されるよう
に)走査がフレーム中を進むにつれて残りの行が黒から
明るい白に上昇する。明らかに、代表的な画像では、輝
度強度は広範囲に非直線的に変化するが、ここで説明す
る原理は同様に当てはまる。
This concept is illustrated graphically in FIGS. 5a and 5b.
It is shown. FIG. 5a shows the luminance against the elapsed time of the frame.
The values are plotted. FIG. 5b during one frame scan
V REF3 shows a time chart. The frame in FIG.
For illustrative purposes only and represents a test pattern. This
In the test pattern shown in FIG.
The first four rows of pixels are darkened
After that (as indicated by the sloped portion of the brightness curve 76)
2) As the scan progresses through the frame, the remaining rows
Rise to bright white. Obviously, in the representative image,
Degree intensity varies widely and nonlinearly, but is described here.
The same principle applies as well.

【0031】図5bに示すように、VREFの値は最初、
あるデフォルト値、好ましくはADC32の共通モード
レベルに設定される。最初の4行が走査された後、時点
1のVREFの値の変化によって示されるように、図4の
ステップ66でVREFの新しい値が計算される。代わり
に、真っ暗にされた行の各画素が走査された後、または
真っ暗にされた各行の終わりに、VREFの値を更新する
ことができる。注意すべきことは、真っ暗にされた行の
終わりとVREFに対する値の計算との間の待ち時間は好
ましくは、式(9)によって許容される高速演算の使用
と、センサアレー6と同じチップ上の高速演算論理8の
使用により、最小化される。光学的に黒い画素に対して
REFの値が判定されると、この値はフリーズされ(図
4のステップ64)、時点T1とT2との間に示されるよ
うにフレームの残りが走査される。
As shown in FIG. 5b, the value of V REF is initially
It is set to some default value, preferably to the common mode level of the ADC 32. After being the first four rows scanned, as indicated by the change in the value of V REF at the time T 1, the new value of VREF at step 66 of FIG. 4 is calculated. Alternatively, the value of V REF can be updated after each pixel of the darkened row is scanned, or at the end of each darkened row. It should be noted that the latency between the end of the darkened row and the calculation of the value for V REF is preferably the use of the fast operation allowed by equation (9) and the same chip as the sensor array 6 Minimization is achieved by using the high speed arithmetic logic 8 above. Once the value of V REF has been determined for the optically black pixel, the value is frozen (step 64 in FIG. 4) and the rest of the frame is scanned as shown between times T 1 and T 2. Is done.

【0032】時点T2に、フレーム全体が読出され、実
際のフレームデータに基づいてVREFの新しい値が計算
される。図5aの点78で示されるような、フレームに
対する平均輝度値がまず計算される。この値が式(4)
のVsigの値に代入され、VREFを調整することによりA
DC32の出力をその範囲中央の値とする。好適な10
ビットのADCの場合、この範囲中央の値は512に設
定されるかも知れない。範囲中央のADC出力値Dout
は好ましくは、走査されつつある画像およびユーザの好
みに従って選択することができるプログラマブルな値で
ある。経験的な証拠が示唆するところによれば、最善の
画像増強のため、平均輝度強度78に対応するADC出
力値はADCの範囲の約75%の点(たとえば、10ビ
ットのADCの場合、768)に設定するべきである。
At time T 2 , the entire frame is read and a new value of V REF is calculated based on the actual frame data. The average luminance value for the frame is first calculated, as indicated by point 78 in FIG. 5a. This value is given by equation (4)
Is assigned to the value of V sig, A by adjusting the V REF
The output of the DC 32 is set to a value at the center of the range. Preferred 10
For a bit ADC, the value in the middle of this range may be set to 512. ADC output value D out in the center of the range
Is preferably a programmable value that can be selected according to the image being scanned and user preferences. Empirical evidence suggests that for best image enhancement, the ADC output value corresponding to the average luminance intensity 78 is about 75% of the range of the ADC (eg, 768 for a 10-bit ADC). ) Should be set to

【0033】図5bの時点T2に示すように、フレーム
の終わりにVREFが調整され(図4のステップ72)、
輝度データの次の入力フレームに対して処理が繰り返さ
れる。フレームの終わりのVREFの調整と同時に、増幅
器24の利得を調整することによりADC32のダイナ
ミックレンジも最大にしようとする。これは以下の段落
で更に詳細に説明する。
At the end of the frame, V REF is adjusted (step 72 in FIG. 4), as shown at time T 2 in FIG. 5b,
The process is repeated for the next input frame of the luminance data. At the same time as adjusting V REF at the end of the frame, the dynamic range of ADC 32 is also maximized by adjusting the gain of amplifier 24. This is explained in more detail in the following paragraphs.

【0034】ADCのダイナミックレンジの最適化 増幅器24とADC32との間の関係は更に図6aから
図6dに更に示されている。この場合も、図示された試
験パターンでは、上から下へ(走査の方向)進むにつれ
てフレームが次第に一様に黒から白に変化する。図6a
は1フレーム全体の走査に対する増幅器24の入力を示
す。図6bは増幅器24からの対応する差動出力25、
27を示す。注意すべきことは、VREFは最初の4行の
終わりに光学的な黒の校正について既に調整されたもの
として示されているということである。したがって、注
意すべきことは、差動出力信号の下側成分27は図示さ
れているようにADC32の下側閾値VBにあるか、ま
たはそれに非常に近いということである。しかし、差動
出力信号25、27はADC32の範囲全体を利用して
いないということにも注意すべきである。ADC32の
範囲全体を用いるためには、それの入力(この場合に
は、増幅器24からの差動出力25、27)はその動作
範囲全体にわたって、すなわちVBからVTに変化しなけ
ればならない。このようにして、結果として得られる画
像のコントラストが増強される。
Optimization of ADC Dynamic Range The relationship between the amplifier 24 and the ADC 32 is further illustrated in FIGS. 6a to 6d. Also in this case, in the illustrated test pattern, the frame gradually and uniformly changes from black to white as going from top to bottom (scanning direction). FIG.
Denotes the input of the amplifier 24 for scanning one whole frame. FIG. 6b shows the corresponding differential output 25 from the amplifier 24,
27 is shown. Note that V REF is shown at the end of the first four rows as already adjusted for optical black calibration. Therefore, it should be noted is that the very close some or it below the threshold V B of ADC32 as lower component 27 of the differential output signal is shown. However, it should also be noted that the differential output signals 25, 27 do not utilize the entire range of the ADC 32. To use the entire range of ADC 32, its input (in this case, differential outputs 25, 27 from amplifier 24) must change over its entire operating range, ie, from V B to V T. In this way, the contrast of the resulting image is enhanced.

【0035】更に、平均画像データがADCの範囲中央
またはその近くに与えられるようにシステムを校正する
ことが都合がよい。これらの利点は次のように達成され
る。
Further, it is advantageous to calibrate the system so that the average image data is provided at or near the center of the ADC. These advantages are achieved as follows.

【0036】フレームが読出された後、フレームの平均
輝度値が計算される。この平均輝度値80は図6cに示
されている。この図6cも増幅器24の差動出力25、
27を示す。平均輝度値すなわちavg_brtが計算
されると、平均輝度値に等しい入力輝度値Vsigに対し
て増幅器24の出力がADC32をその範囲中央に駆動
するように、VREFを調整することができる。これは図
6cに示されている。図6cに示すように、差動出力信
号25、27を上にずらすことにより、平均輝度値はA
DC32の共通モードレベルすなわち範囲中央のレベル
となる(明快にするため、差動出力信号25、27の一
つの成分27だけが図示されている)。好ましくは、差
動出力信号25、27を上にずらすことにより、平均輝
度値をV Tの約75%とする。このようにして、通常、
最も関心のある領域である画像の、より明るい部分が増
強される。他の代替案では、平均輝度値はADC32の
範囲内のどこにもずらすことができる。この可変性はユ
ーザがプログラミングできるレジスタの使用によって達
成される。注意すべきことは、図6cは説明のためだけ
のものであって、増幅器24からの実際の出力信号に対
応しないということである。図は最初のフレームが読出
された後にVREFを調整することの(データの次のフレ
ームに対する)所期の結果を示すに過ぎない。
After the frame has been read, the average of the frame
A luminance value is calculated. This average luminance value 80 is shown in FIG.
Have been. FIG. 6c also shows the differential output 25 of the amplifier 24,
27 is shown. Average brightness value, ie avg_brt is calculated
The input luminance value V equal to the average luminance valuesigAgainst
Output of amplifier 24 drives ADC 32 to the center of its range
VREFCan be adjusted. This is the figure
6c. As shown in FIG.
By shifting the symbols 25 and 27 upward, the average luminance value becomes A
DC32 common mode level, ie the level in the middle of the range
(For clarity, one of the differential output signals 25, 27)
Only one component 27 is shown). Preferably, the difference
By shifting the dynamic output signals 25 and 27 upward, the average brightness
V value TAbout 75% of In this way, usually
The brighter areas of the image, the area of most interest,
Will be strengthened. In another alternative, the average luminance value is
Can be shifted anywhere in the range. This variability is
Reached through the use of user-programmable registers
Is done. Note that Figure 6c is for illustration only
Which corresponds to the actual output signal from the amplifier 24.
It does not respond. Figure shows first frame read
V afterREFAdjusting the next frame of data
It only shows the expected results).

【0037】差動出力信号25、27は、増幅器24の
利得を大きくすることによりADC32の範囲全体(ま
たは実際的な大きさ)にわたるように拡大される。利得
をこのように大きくすることにより、図6dに示される
ように差動出力25、27の傾斜が調整される。図7は
利得調整に関する更に詳しい内容を示す。
The differential output signals 25, 27 are expanded to cover the entire range (or practical size) of the ADC 32 by increasing the gain of the amplifier 24. By increasing the gain in this manner, the slope of the differential outputs 25, 27 is adjusted as shown in FIG. 6d. FIG. 7 shows the details of the gain adjustment.

【0038】図7aは、増幅器24の利得を調整するこ
とにより、その差動出力25、27を最後に走査された
フレームの輝度信号に対するADC32の範囲に合わせ
る方法を示すフローチャートである。次のフレームは輝
度値が同様となるので、直前のフレームに対して計算さ
れた利得を使用することによってそのコントラストが改
善される。第一の判定ステップ90で、チップリセット
が生じたか判定される。そうである場合には、プロセス
はステップ92に進み、そこで利得係数はレジスタまた
は他のメモリ源に記憶された値に設定される。利得係数
は3ビットの値、すなわち0から7である。これは図7
bに示されるように増幅器24の利得に対応する。好適
実施例では、増幅器24は1X、2X,4X、8X、ま
たは16Xの利得を課する。チップリセットが生じなか
った場合には、プロセスはステップ94に進み、そこで
イメージング論理がユーザによって制御されるモードで
動作しているか、すなわち自動画像増強機能がディセー
ブル(disable)されたかが判定される。その場
合、処理はステップ92に進み、そこで利得係数はレジ
スタまたは他のメモリ源に記憶されている値に設定され
る。注意すべきことは、その値は予めプログラミングさ
れたデフォルト値とするか、またはシステムのユーザが
入力した値とすることができるということである。
FIG. 7a is a flowchart illustrating a method of adjusting the differential output 25, 27 to the range of the ADC 32 for the luminance signal of the last scanned frame by adjusting the gain of the amplifier 24. The contrast is improved by using the gain calculated for the previous frame, since the next frame will have similar luminance values. In a first determination step 90, it is determined whether a chip reset has occurred. If so, the process proceeds to step 92, where the gain factor is set to a value stored in a register or other memory source. The gain factor is a 3-bit value, ie, 0 to 7. This is Figure 7
This corresponds to the gain of the amplifier 24 as shown in FIG. In the preferred embodiment, amplifier 24 imposes a 1X, 2X, 4X, 8X, or 16X gain. If a chip reset did not occur, the process proceeds to step 94, where it is determined whether the imaging logic is operating in a user controlled mode, ie, the automatic image intensifier function has been disabled. In that case, processing proceeds to step 92, where the gain factor is set to a value stored in a register or other memory source. Note that the value can be a pre-programmed default value or a value entered by a user of the system.

【0039】ユーザが自動利得をディセーブルしないも
のとして、処理は判定ステップ96に進み、そこで、積
分区間が調整された後にシステム時間が安定化できるよ
うに自動利得制御機能をシステムが一時的にディセーブ
ルしたか判定される。そうである場合には、ブロック9
8に示すように、利得係数は変更されず、処理は中止さ
れる。自動利得制御がイネーブルされている場合には、
処理は判定ステップ100に進み、そこでフレーム全体
が走査されたか判定される。そうでなければ、ステップ
101に示されるように、利得係数は変更されない。行
/列情報レジスタ45からのフレーム信号の終わりによ
って示され得るように、フレームの終わりに達した場合
には、処理は判定ステップ102に進み、そこで平均輝
度値が計算される。次に、この平均輝度値は予め設定さ
れた閾値と比較される。前に説明したように、この予め
設定された閾値はADC32の範囲中央または、より好
ましくは75%の範囲に対応し得る。
Assuming that the user does not disable the automatic gain, the process proceeds to decision step 96, where the system temporarily disables the automatic gain control function so that the system time can be stabilized after the integration interval has been adjusted. It is determined whether it has been disabled. If so, block 9
As shown in FIG. 8, the gain coefficient is not changed, and the process is stopped. If automatic gain control is enabled,
The process proceeds to decision step 100 where it is determined whether the entire frame has been scanned. Otherwise, as shown in step 101, the gain factor is not changed. If the end of the frame has been reached, as indicated by the end of the frame signal from row / column information register 45, the process proceeds to decision step 102 where the average luminance value is calculated. Next, this average luminance value is compared with a preset threshold value. As previously described, this preset threshold may correspond to the center of the ADC 32 range, or more preferably, to a range of 75%.

【0040】平均輝度値が予め設定された閾値より大き
い場合には、これは画像が明る過ぎるということを示
し、利得を下向きに調整するべきである。判定ステップ
104では、利得係数が2Xの最小利得値に対応する2
以下であるか判定される。利得係数が2より大きく、増
幅器24の利得を調整して下げることができることを示
している場合には、処理はステップ108に進み、そこ
で利得係数は1だけ減らされる(デクリメントされ
る)。図7bからわかるように、利得係数を1だけ減ら
すと増幅器24の利得は半減する(利得係数が3、4、
または5であるとした場合)。
If the average luminance value is greater than a preset threshold, this indicates that the image is too bright, and the gain should be adjusted downward. In decision step 104, the gain factor corresponding to the minimum gain value of 2 × 2
It is determined whether: If the gain factor is greater than two, indicating that the gain of the amplifier 24 can be adjusted down, processing proceeds to step 108, where the gain factor is reduced by one (decremented). As can be seen from FIG. 7b, reducing the gain factor by one reduces the gain of amplifier 24 by half (gain factors of 3, 4,.
Or 5).

【0041】これに反して、判定ステップ102で平均
輝度が閾値より低いと判定された場合には、第二の判定
ステップ110に達する。判定ステップ110では、閾
値が平均輝度値の2倍より大きいか判定される。前に説
明したように、増幅器24の利得は2の倍数でしか調整
できない。したがって、閾値輝度値が現在の平均輝度の
2倍以下である場合には、利得を2倍にする理由は無い
ので、ステップ112に示されるように利得係数は変更
されないままとなる。これに反して、利得を2倍にでき
る場合には(すなわち、閾値が現在の平均輝度の2倍よ
り大きい場合には)、処理は判定ステップ114に進
み、そこで利得が既にその最大利得値16に達している
か判定される(前に説明したように、増幅器24は最大
利得16に制限される)。利得が既にその最大値に達し
ているのでない場合には、ステップ118で利得係数は
1だけ増される(インクリメントされる)。利得が既に
その最大値に達している場合には、利得係数は5に設定
される。これにより利得はその最大値に保持されるが、
次のフレーム画像がずっと明るい場合には(すなわち、
次のフレームに対する利得を計算するときプロセスがス
テップ108に進んだ場合には)、1ステップで利得を
半減して8とすることもできる。
On the other hand, if it is determined in the determination step 102 that the average luminance is lower than the threshold value, the process reaches the second determination step 110. In the determination step 110, it is determined whether the threshold value is larger than twice the average luminance value. As previously explained, the gain of amplifier 24 can only be adjusted in multiples of two. Thus, if the threshold luminance value is less than or equal to twice the current average luminance, there is no reason to double the gain, and the gain coefficient remains unchanged as shown in step 112. Conversely, if the gain can be doubled (ie, if the threshold is greater than twice the current average luminance), processing proceeds to decision step 114, where the gain is already at its maximum gain value of 16 (Amplifier 24 is limited to a maximum gain of 16 as previously described). If the gain has not already reached its maximum value, the gain factor is increased by 1 (incremented) at step 118. If the gain has already reached its maximum value, the gain factor is set to five. This keeps the gain at its maximum value,
If the next frame image is much brighter (ie,
The gain can be halved to 8 in one step (if the process goes to step 108 when calculating the gain for the next frame).

【0042】前に説明したように、増幅器24の利得は
2の倍数でしか調整できない。ADC32のダイナミッ
クレンジを合わせる際の、より精密な調整は、各フレー
ムに対する積分時間、すなわち、照射時間を調整するこ
とにより得ることができる。積分時間が増大するにつれ
て、入力画素信号Vsigは比例して増大する。ADC入
力の釣合いから、これは増幅器24の利得を大きくする
ことと同等である。しかし、2倍または半減に比べてず
っと細かいインクリメントで調整することができる。好
適実施例では、0から31の値に対応する5ビットの積
分係数が用いられる。したがって、積分周期はフレーム
周期の1/32のインクリメントで調整することができ
る。フレーム周期は好ましくはプログラマブルな値であ
る。好ましくは、フレーム周期は毎秒3フレームから毎
秒100フレーム以上までプログラマブルである。好適
実施例では、デフォルト値は毎秒30フレームである。
As previously described, the gain of amplifier 24 can only be adjusted in multiples of two. More precise adjustment when adjusting the dynamic range of the ADC 32 can be obtained by adjusting the integration time for each frame, that is, the irradiation time. As the integration time increases, the input pixel signal V sig increases proportionally. From the balance of the ADC input, this is equivalent to increasing the gain of the amplifier 24. However, it can be adjusted in finer increments compared to doubling or halving. In the preferred embodiment, a 5-bit integration coefficient corresponding to a value between 0 and 31 is used. Therefore, the integration cycle can be adjusted in 1/32 increments of the frame cycle. The frame period is preferably a programmable value. Preferably, the frame period is programmable from 3 frames per second to over 100 frames per second. In the preferred embodiment, the default value is 30 frames per second.

【0043】図8は積分期間を調整するための好適プロ
セスを示すフローチャートである。好適実施例では、こ
の調整は図7aに示される利得調整の直後に行われる。
第一の判定ステップ130では、システムがリセットさ
れたか判定される。システムがリセットされた場合に
は、積分期間レジスタから積分係数値が検索される。好
適実施例では、積分期間値はデフォルトにより16に設
定される。同様に、自動積分時間制御をユーザがバイパ
スしたと判定ステップ134で判定された場合には、そ
の値はステップ132により積分期間レジスタから検索
される。
FIG. 8 is a flowchart illustrating a preferred process for adjusting the integration period. In the preferred embodiment, this adjustment is made immediately after the gain adjustment shown in FIG. 7a.
In a first decision step 130, it is determined whether the system has been reset. When the system is reset, the integration coefficient value is retrieved from the integration period register. In the preferred embodiment, the integration period value is set to 16 by default. Similarly, if it is determined in the determination step 134 that the user has bypassed the automatic integration time control, the value is retrieved from the integration period register in step 132.

【0044】判定ステップ136では、自動利得制御が
イネーブルされたか、(すなわち、積分期間が最後に調
整されてから安定化するためのシステム時間を許容する
ために自動利得制御がイネーブルされたか)、そしてフ
レームの終わりに達したか判定される。そうでない場合
には、ステップ138に示されるように積分値が変化し
ないままとなる。そうである場合には、処理は判定ステ
ップ140に進み、そこで平均輝度値は閾値と比較され
る。閾値が平均輝度より大きく、積分期間を増大すべき
であることを示している場合には、処理は判定ステップ
142に進み、そこで積分期間は既にその最大値になっ
ているか判定される。最大値になっていない場合には、
ステップ144によって示されるように積分値が1だけ
インクリメントされるので、次のフレームに対する積分
期間が大きくされる。
At decision step 136, automatic gain control has been enabled (ie, automatic gain control has been enabled to allow system time to stabilize since the integration period was last adjusted), and It is determined whether the end of the frame has been reached. Otherwise, the integral remains unchanged, as shown in step 138. If so, processing proceeds to decision step 140, where the average luminance value is compared to a threshold. If the threshold is greater than the average luminance, indicating that the integration period should be increased, the process proceeds to decision step 142 where it is determined whether the integration period has already reached its maximum value. If not,
Since the integration value is incremented by one, as indicated by step 144, the integration period for the next frame is increased.

【0045】積分値が最大値になっている場合には、判
定ステップ146で増幅器24の利得値がチェックされ
る。利得値が16より小さくて、利得を調整できること
が示されている場合には、ステップ148により積分期
間レジスタからの積分値が復帰させられる。その理由
は、積分期間がその最大値になっているが、利得値は最
大値になっていない場合には、次のフレームの後に利得
値を2倍にできるからである。積分値をその最大値のま
まにしておくと、次のフレームで利得を2倍にすること
により恐らく所望の閾値がオーバシュートする。これに
反して、利得値が既にその最大値になっている場合に
は、処理はステップ150に進み、積分値はその最大値
のままとされる。これは画像がきわめて暗く、システム
が許容する範囲で出来る限り高くなるように積分値が調
整されたという状況を表す。
If the integrated value is at the maximum, the gain value of the amplifier 24 is checked at decision step 146. If the gain value is less than 16, indicating that the gain can be adjusted, step 148 restores the integrated value from the integration period register. The reason is that if the integration period is at its maximum but the gain is not at its maximum, the gain can be doubled after the next frame. Leaving the integral at its maximum value will probably overshoot the desired threshold by doubling the gain in the next frame. Conversely, if the gain value has already reached its maximum value, the process proceeds to step 150, where the integral value remains at that maximum value. This represents a situation where the image is very dark and the integral has been adjusted so that it is as high as the system allows.

【0046】判定ステップ140に戻って、平均輝度値
が閾値以上である場合には、これは積分期間をデクリメ
ントする必要があるかも知れないということを示す。処
理はステップ152に進み、そこで平均輝度が閾値より
大きいか判定される。このステップの結果が否である場
合には、これは平均輝度が閾値に等しい(両方の判定1
40、142の結果が否であるから)ということを示
し、ステップ138で示されるように積分値は変更され
ない。これに反して、平均輝度値が閾値より大きい(積
分期間をデクリメントする必要を示す)場合には、処理
が判定ステップ154に進み、積分期間が既にその最小
値になっているか判定する。最小値になっていない場合
には、ステップ156で積分値がデクリメントされる。
Returning to decision step 140, if the average luminance value is greater than or equal to the threshold, this indicates that the integration period may need to be decremented. Processing proceeds to step 152, where it is determined whether the average luminance is greater than a threshold. If the result of this step is negative, this means that the average luminance is equal to the threshold (both decision 1
40, 142), and the integration value is not changed, as shown in step 138. Conversely, if the average luminance value is greater than the threshold (indicating the need to decrement the integration period), the process proceeds to decision step 154 where it is determined whether the integration period has already reached its minimum value. If not, the integral is decremented at step 156.

【0047】積分期間が既にその最小値になっている場
合には、処理が判定ステップ158に進み、そこで増幅
器24の利得がその最小値になっているか判定される。
ステップ142について前に説明したように、積分値が
既にその端点にある場合には、利得は多分更に調整する
ことができる。しかし、利得も既にその最小値になって
いて、更に調整を行うことができないことを示している
場合には、ステップ160で示されるように積分期間は
変更されない。利得がその最小値より大きくて、更に調
整を行うことができるということを示している場合に
は、次のフレームの終わりに利得値が半分になるという
見込みで、ステップ162で積分期間レジスタに記憶さ
れた積分期間値がロードされる。
If the integration period has already reached its minimum value, the process proceeds to decision step 158 where it is determined whether the gain of amplifier 24 is at its minimum value.
If the integral is already at that endpoint, as described above for step 142, the gain may be further adjusted. However, if the gain has also reached its minimum value, indicating that no further adjustments can be made, the integration period is not changed, as shown in step 160. If the gain is greater than its minimum value, indicating that further adjustments can be made, then at step 162 it is stored in the integration period register, with the expectation that the gain value will be halved at the end of the next frame. The set integration period value is loaded.

【0048】図6dはVREF、増幅器24の利得、およ
び積分期間の調整後の増幅器24の理想的な差動出力2
5、27を示す。実際には、新しい基準電圧、利得、お
よび積分期間が計算されるときまでに、考慮されている
フレームは既にADC32を通過しているであろう。し
かし、ほとんどの場合、次のフレームは類似しているの
で、調整された値は可能な最善の解像度を与えることに
なる。
FIG. 6d shows the ideal differential output 2 of amplifier 24 after adjustment of V REF , the gain of amplifier 24, and the integration period.
5 and 27 are shown. In fact, by the time the new reference voltage, gain, and integration period are calculated, the frame under consideration will have already passed through ADC 32. However, in most cases, the next frame will be similar, so the adjusted value will give the best possible resolution.

【0049】選択的な輝度解像度の増強 図9aおよび9bは好適実施例のもう一つの都合のよい
特徴を示す。選択的な輝度解像度の増強により、エンド
ユーザは増強のための輝度範囲の部分を指定することが
できる。図9aには、システムの代表的な輝度応答が示
されている。光学的に黒い画素170の場合は最小符号
がADC32から出力される(好適実施例ではたとえば
64)のに対して、完全に明るい画素の場合は最大符号
が出力される(10ビットADCの場合は1024)。
最も暗い画素と最も明るい画素との間で、ADC32は
1024インクリメントの輝度変動を与える。
Optional Brightness Resolution Enhancements FIGS. 9a and 9b illustrate another advantageous feature of the preferred embodiment. Selective brightness resolution enhancement allows the end user to specify portions of the brightness range for enhancement. FIG. 9a shows a typical luminance response of the system. For an optically black pixel 170, the minimum code is output from the ADC 32 (eg, 64 in the preferred embodiment), while for a perfectly bright pixel, the maximum code is output (for a 10-bit ADC, for example). 1024).
Between the darkest and lightest pixels, ADC 32 provides 1024 increments of luminance variation.

【0050】しかし、ちょっとの間、ユーザの関心があ
るのは輝度スペクトルのある部分だけであると仮定す
る。一例として、暗い表面上の照明された白熱電球の画
像を考えてみる。最大符号(1023)に符号化される
最も明るい画素の輝度値は最小符号(62)に符号化さ
れる画像の中の最も暗い画素の輝度値に比べて何桁も大
きくなることがあり得る。1024個の値の一つにディ
ジタル化される輝度値の大きな変動のために、画像の細
部の多くは必然的に失われる。
However, for the moment, it is assumed that the user is only interested in certain parts of the luminance spectrum. As an example, consider an image of an illuminated incandescent bulb on a dark surface. The brightness value of the brightest pixel encoded with the maximum code (1023) can be many orders of magnitude higher than the luminance value of the darkest pixel in the image encoded with the minimum code (62). Due to the large variations in the luminance values digitized to one of the 1024 values, much of the image detail is necessarily lost.

【0051】実際の画像の一部分、たとえば白熱電球の
フィラメントだけに関心があるものとする。明らかに、
フィラメントに対応する画素群は、図9aの画素176
と178を境界とするスペクトルの部分のように、輝度
スペクトルの上端を中心としようとしている。スペクト
ルのこの部分は多分500、または300、またはより
少ないディジタルインクリメントで符号化されるかも知
れない。
Assume that only a part of the actual image is of interest, for example the filament of an incandescent lamp. clearly,
The group of pixels corresponding to the filament is the pixel 176 in FIG.
And 178, the center of which is the upper end of the luminance spectrum. This portion of the spectrum may be encoded with perhaps 500, or 300, or less digital increments.

【0052】図9bでは、スペクトルの所望の部分が拡
大されて、64から1023までのADC出力の範囲全
体を占めている。このとき、境界画素176は最小出力
符号となり、境界画素178は最大出力符号となる。し
たがって、もとの画像では500、または300、また
はより少ないレベルで表されるのに対して、このときス
ペクトル全体のこの部分は1024個のディジタルレベ
ル全体で表される。図9bから明らかなように、画素1
76の輝度値より小さい輝度値のどの画素も黒として現
れ、画素178の輝度値より大きい輝度値のどの画素も
明るい白として現れる。したがって、画素176および
178によって規定される輝度スペクトルの部分の外側
に細部または解像度は現れない。
In FIG. 9b, the desired portion of the spectrum has been expanded to cover the entire range of 64 to 1023 ADC outputs. At this time, the boundary pixel 176 has the minimum output code, and the boundary pixel 178 has the maximum output code. Thus, this portion of the entire spectrum is now represented by 1024 digital levels, while the original image is represented by 500, or 300, or less. As is apparent from FIG.
Any pixel with a luminance value less than the luminance value of 76 appears as black, and any pixel with a luminance value greater than the luminance value of pixel 178 appears as bright white. Thus, no detail or resolution appears outside the portion of the luminance spectrum defined by pixels 176 and 178.

【0053】上記の自動利得制御および光学的な黒の校
正は、都合のよい特徴を実現するためにディセーブルし
なければならない。入力画素信号Vsigが画素値176
をそなえるときADC32が最小符号(たとえば64)
を出力するようにVREFを調整することにより、スペク
トルの所望の部分に対する下側境界を規定することがで
きる。ユーザが次に利得、積分時間、および輝度電圧を
手動調整することにより、画素176と178との間の
輝度範囲がADC32のダイナミックレンジ全体に写像
される。
The automatic gain control and optical black calibration described above must be disabled to achieve advantageous features. The input pixel signal V sig has a pixel value of 176
When the ADC 32 has the minimum code (for example, 64)
By adjusting V REF to output ?, The lower boundary for the desired portion of the spectrum can be defined. The user then manually adjusts the gain, integration time, and luminance voltage so that the luminance range between pixels 176 and 178 is mapped to the entire dynamic range of ADC 32.

【0054】本発明を図示した実施例について説明して
きたが、この説明は限定された意味で解釈すべきではな
い。説明した実施例の種々の変形と組み合わせ、および
本発明の他の実施例が、説明を参照することにより熟練
した当業者には明らかとなるであろう。たとえば、好適
実施例の回路およびシステムはCMOS製造プロセスを
使用する組み合わせ論理で具現されるが、他の製造プロ
セスが明確に考えられる。更に、説明した機能は、メモ
リに記憶された命令を実行する汎用マイクロプロセッサ
またはディジタル信号プロセッサを使用して実現するこ
とができる。熟練した当業者にはわかるように、本明細
書に含まれている教示は白黒とカラーの画像処理、およ
び静止画と動画のイメージングに等しく適用される。説
明した機能はフレーム毎に行うこともでき、または選択
されたフレームに対して、またはすべてのフレームまた
は選択されたフレームの部分に対して行うこともでき
る。他の種々の変形および実施例は熟練した当業者には
明らかであろう。したがって、請求の範囲はこのような
変形または実施例のどれもが包含されるように記載して
ある。
While the invention has been described with reference to illustrative embodiments, this description is not to be construed in a limiting sense. Various modifications and combinations of the illustrative embodiments, as well as other embodiments of the invention, will be apparent to persons skilled in the art upon reference to the description. For example, while the circuits and systems of the preferred embodiment are embodied in combinatorial logic using a CMOS fabrication process, other fabrication processes are explicitly contemplated. Furthermore, the functions described may be implemented using a general-purpose microprocessor or digital signal processor that executes instructions stored in memory. As those skilled in the art will appreciate, the teachings contained herein apply equally to black and white and color image processing, and still and moving image imaging. The functions described may be performed on a frame-by-frame basis, or on selected frames, or on all frames or portions of selected frames. Various other modifications and embodiments will be apparent to those skilled in the art. It is therefore contemplated that the appended claims will cover any such modifications or embodiments.

【0055】本出願は、ここに引用することにより本明
細書の一部として組み入れられる、1999年3月15
日に出願された米国仮特許出願60/124,538の
利益を請求する。
This application is hereby incorporated by reference as of March 15, 1999.
Claim the benefit of U.S. Provisional Patent Application 60 / 124,538, filed on even date.

【0056】本出願は本出願と同時に出願され、ここに
引用することにより本明細書の一部として組み入れら
れ、本出願と同じ譲受け人に譲渡された、同時係属出願
60/124,408号、「ディジタルイメージャのた
めの不良画素フィルタリング」(Defective
Pixel Filtering for Digit
al Imagers)(代理人ファイル番号TI−2
9034)に関連するものである。
This application is filed concurrently with the present application and is hereby incorporated by reference, and is hereby incorporated by reference, and is assigned to the same assignee as co-pending application Ser. No. 60 / 124,408. , “Defective Pixel Filtering for Digital Imagers” (Defective
Pixel Filtering for Digit
al Images) (agent file number TI-2)
9034).

【0057】以上の説明に関して更に以下の項を開示す
る。 (1)基準電圧入力と、信号入力と、プログラマブル利
得値と、アナログ−ディジタル変換器(ADC)に結合
された差動出力とをそなえたプログラマブル増幅器と、
プログラマブル増幅器の出力に対応するディジタル符号
を出力するアナログ−ディジタル変換器とをそなえた画
像プロセッサの自動利得制御方法であって、輝度データ
のフレームを読出すステップと、フレームの平均輝度値
と平均輝度値に対応するADCから出力されるディジタ
ル符号とを判定するステップと、プログラマブル増幅器
の入力が平均輝度値に設定されたときADCから出力さ
れるディジタル符号が目標値になるようにする基準電圧
を計算するステップと、プログラマブル増幅器の入力が
平均輝度値に設定されたときADCから出力されるディ
ジタル符号が前記目標値になるようにする利得を計算す
るステップと、基準電圧と利得を計算された値に設定
し、次のフレームを読出すステップとを含む自動利得制
御方法。
With respect to the above description, the following items are further disclosed. (1) a programmable amplifier having a reference voltage input, a signal input, a programmable gain value, and a differential output coupled to an analog-to-digital converter (ADC);
An automatic gain control method for an image processor having an analog-to-digital converter for outputting a digital code corresponding to an output of a programmable amplifier, comprising: reading a frame of luminance data; Determining the digital code output from the ADC corresponding to the value; and calculating a reference voltage that causes the digital code output from the ADC to reach a target value when the input of the programmable amplifier is set to the average luminance value. Calculating the gain so that the digital code output from the ADC is at the target value when the input of the programmable amplifier is set to the average luminance value; and converting the reference voltage and the gain to the calculated value. Setting and reading out the next frame.

【0058】(2)第1項記載の自動利得制御方法であ
って、更に輝度値が既知の輝度基準値になっているフレ
ームの光学的に黒い部分を読出すステップと、プログラ
マブル増幅器の入力信号が既知の基準値に設定されたと
きに、ADCの出力を所望の最小値に設定する基準電圧
を計算するステップとを含む自動利得制御方法。
(2) The automatic gain control method according to (1), further comprising: reading out an optically black portion of a frame whose luminance value is a known luminance reference value; Calculating a reference voltage that sets the output of the ADC to a desired minimum value when is set to a known reference value.

【0059】(3)第2項記載の自動利得制御方法であ
って、各フレームの初めに前記各ステップが自動的に行
われる自動利得制御方法。 (4)第1項記載の自動利得制御方法であって、各フレ
ームが読出された後に自動的に、平均輝度値を判定する
ステップと、基準電圧を計算するステップと、利得を計
算するステップと、基準電圧と利得を計算された値に設
定するステップとが行われる自動利得制御方法。
(3) The automatic gain control method according to item 2, wherein the steps are automatically performed at the beginning of each frame. (4) The automatic gain control method according to (1), wherein automatically determining an average luminance value after each frame is read, calculating a reference voltage, and calculating a gain. Setting the reference voltage and the gain to the calculated values.

【0060】(5)第1項記載の自動利得制御方法であ
って、(1)プログラマブル増幅器の信号入力が平均輝
度値に設定されたときにADCから出力されるディジタ
ル符号と(2)ADCから出力される所定のディジタル
符号との差から利得が計算される自動利得制御方法。 (6)第1項記載の自動利得制御方法であって、ADC
の所定の出力がADC出力値の範囲の中央である自動利
得制御方法。 (7)第1項記載の自動利得制御方法であって、ADC
の所定の出力が最大ADC出力値の75%である自動利
得制御方法。
(5) The automatic gain control method according to (1), wherein (1) a digital code output from the ADC when the signal input of the programmable amplifier is set to the average luminance value, and (2) a digital code output from the ADC. An automatic gain control method in which a gain is calculated from a difference from an output predetermined digital code. (6) The automatic gain control method according to (1), wherein the ADC
Wherein the predetermined output is the center of the range of ADC output values. (7) The automatic gain control method according to (1), wherein the ADC
Wherein the predetermined output is 75% of the maximum ADC output value.

【0061】(8)第1項記載の自動利得制御方法であ
って、輝度データが輝度値の範囲をカバーし、そして更
に増強のために輝度値の範囲の部分を選択するステップ
であって、前記部分が最小の所望の輝度値と最大の所望
の輝度値とをそなえる選択ステップと、プログラマブル
増幅器の信号入力が最大の所望の輝度値であるときにA
DCから出力されるディジタル符号がその最大値となる
ように、そしてプログラマブル増幅器の信号入力が最小
の所望の輝度値であるときにADCから出力されるディ
ジタル符号がその最小値となるように、基準電圧と利得
とを調整するステップとを含む自動利得制御方法。
(8) The automatic gain control method according to (1), wherein the luminance data covers a range of luminance values, and further selecting a part of the range of luminance values for enhancement. A selection step in which the portion has a minimum desired luminance value and a maximum desired luminance value; and A when the signal input of the programmable amplifier is the maximum desired luminance value.
The reference is set so that the digital code output from the DC has its maximum value, and the digital code output from the ADC has its minimum value when the signal input of the programmable amplifier has the minimum desired luminance value. Adjusting the voltage and the gain.

【0062】(9)画像プロセッサであって、入力とし
て輝度信号と基準電圧信号を受け、増幅された差動信号
を出力する差動増幅器と、前記増幅された差動信号を入
力として受け、前記増幅された差動信号に対応するディ
ジタル信号を出力する差動アナログ−ディジタル変換器
(ADC)と、前記基準電圧信号を出力するプログラマ
ブル電圧源と、前記ディジタル信号を受けて、平均輝度
値を出力するディジタル平均器と、前記平均輝度値を受
けて、利得制御信号を前記差動増幅器に出力し、基準電
圧制御信号を前記プログラマブル電圧源に出力するディ
ジタル信号制御器であって、(1)輝度入力が平均輝度
値にあるときのアナログ−ディジタル変換器のディジタ
ル信号と(2)所望のディジタル信号との差から前記利
得制御信号と前記基準電圧制御信号とが決められるディ
ジタル信号制御器とを具備する画像プロセッサ。
(9) An image processor, which receives a luminance signal and a reference voltage signal as inputs and outputs an amplified differential signal, and receives the amplified differential signal as inputs, A differential analog-to-digital converter (ADC) for outputting a digital signal corresponding to the amplified differential signal, a programmable voltage source for outputting the reference voltage signal, and receiving the digital signal and outputting an average luminance value A digital averager that receives the average luminance value, outputs a gain control signal to the differential amplifier, and outputs a reference voltage control signal to the programmable voltage source. From the difference between the digital signal of the analog-to-digital converter when the input is at the average luminance value and (2) the desired digital signal, the gain control signal and the Image processor and a digital signal controller and the reference voltage control signal is determined.

【0063】(10)自動利得制御回路であって、入力
として輝度信号のフレームと基準電圧信号を受け、輝度
信号と基準電圧信号との差に対応する差動信号を出力
し、利得制御信号の制御のもとで差を増幅する増幅器
と、増幅器から出力される信号を受け、増幅器の差動出
力に対応するディジタル信号を出力する差動アナログ−
ディジタル変換器(ADC)と、フレームに対する平均
輝度値を計算するための手段と、増幅器の輝度信号入力
が平均輝度値になっているときADCから出力されるデ
ィジタル信号を所望のディジタル出力と比較して、差信
号を発生するための手段と、差信号に応答して基準電圧
信号を調整するための手段と、差信号に応答して利得制
御信号を調整するための手段とを具備する自動利得制御
回路。
(10) An automatic gain control circuit which receives a frame of a luminance signal and a reference voltage signal as inputs, outputs a differential signal corresponding to the difference between the luminance signal and the reference voltage signal, and An amplifier that amplifies the difference under control, and a differential analog that receives a signal output from the amplifier and outputs a digital signal corresponding to the differential output of the amplifier.
A digital converter (ADC), means for calculating an average luminance value for the frame, and comparing the digital signal output from the ADC with a desired digital output when the luminance signal input of the amplifier is at the average luminance value. An automatic gain comprising means for generating a difference signal, means for adjusting a reference voltage signal in response to the difference signal, and means for adjusting a gain control signal in response to the difference signal. Control circuit.

【0064】(11)差動アナログ−ディジタル変換器
(ADC)のダイナミックレンジ全体を利用する入力を
ADCに与えるように差動増幅器の基準電圧および利得
と積分期間とを校正することにより、画像の増強が自動
的に達成される。CMOSアレーと一緒に使用されると
き、高速で安価な校正のための組合わせ論理を使用する
アレーと一緒にシングルチップ上にイメージング論理を
製造することができる。もう一つの都合のよい特徴は、
画像の輝度スペクトルの所望の部分を拡大することによ
り、スペクトルの関心のあるその部分に対する結果とし
て得られる画像のディジタル解像度を増大できることで
ある。
(11) By calibrating the reference voltage and gain of the differential amplifier and the integration period so as to provide the ADC with an input utilizing the entire dynamic range of the differential analog-to-digital converter (ADC), Augmentation is achieved automatically. When used with CMOS arrays, imaging logic can be fabricated on a single chip with arrays that use combinational logic for fast and inexpensive calibration. Another convenient feature is:
By enlarging the desired portion of the luminance spectrum of the image, the digital resolution of the resulting image for that portion of the spectrum of interest can be increased.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の好適実施例を用いることができるディ
ジタルイメージング装置を示す図である。
FIG. 1 is a diagram illustrating a digital imaging device that can use a preferred embodiment of the present invention.

【図2】好適実施例のシングルチップCMOSイメージ
ャのブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram of the single-chip CMOS imager of the preferred embodiment.

【図3】好適実施例の増幅器およびアナログ−ディジタ
ル変換器のブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram of the amplifier and analog-to-digital converter of the preferred embodiment.

【図4】基準電圧調整のためのフローチャートである。FIG. 4 is a flowchart for reference voltage adjustment.

【図5】好適実施例のある概念をグラフ的に示す図であ
って、aは好適実施例の増幅器の出力を示す図、bは基
準電圧に対するタイミング図である。
5 graphically illustrates certain concepts of the preferred embodiment, where a is the output of the preferred embodiment amplifier and b is a timing diagram for a reference voltage. FIG.

【図6】基準電圧と利得を調整したときの好適実施例の
増幅器の入出力を示す図であって、aは1フレーム全体
の走査に対する増幅器の入力を示す図、bは増幅器の対
応する差動出力を示す図、cは平均輝度値を示す図、d
は利得増大で差動出力の傾斜が調整されることを示す図
である。
6 shows the input and output of the amplifier of the preferred embodiment when the reference voltage and gain are adjusted, wherein a shows the input of the amplifier for a scan of an entire frame, and b shows the corresponding difference of the amplifier. FIG. 3C shows a dynamic output, FIG.
FIG. 9 is a diagram showing that the slope of the differential output is adjusted by increasing the gain.

【図7】利得調整に関する更に詳細な内容を示す図であ
って、aは利得調整のためのフローチャート、bは好適
実施例の増幅器の利得係数とプログラマブル利得との間
の関係を示す図である。
FIGS. 7A and 7B are diagrams showing the details of the gain adjustment, wherein a is a flowchart for the gain adjustment, and b is a diagram showing the relationship between the gain coefficient and the programmable gain of the amplifier of the preferred embodiment. .

【図8】積分期間を調整するためのフローチャートであ
る。
FIG. 8 is a flowchart for adjusting an integration period.

【図9】好適実施例の都合のよい特徴を示す図であっ
て、aは画像の輝度スペクトル全体を示す図、bは輝度
スペクトルの関心のある部分を好適実施例のアナログ−
ディジタル変換器のダイナミックレンジ全体に拡大した
状態を示す図である。
FIG. 9 illustrates the advantageous features of the preferred embodiment, wherein a shows the entire luminance spectrum of the image, and b shows the analog of the preferred embodiment,
FIG. 4 is a diagram illustrating a state where the entirety of the dynamic range of the digital converter is expanded.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 ディジタルイメージング装置 6 センサアレー 8 イメージング論理 24 プログラマブル利得差動増幅器 26 基準制御ブロック 28 ディジタル信号制御器 30 利得制御ブロック 32 差動アナログ−ディジタル変換器 38 ディジタル平均器 2 Digital Imaging Apparatus 6 Sensor Array 8 Imaging Logic 24 Programmable Gain Differential Amplifier 26 Reference Control Block 28 Digital Signal Controller 30 Gain Control Block 32 Differential Analog-to-Digital Converter 38 Digital Averaging

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 スティーブン デレク クリネス アメリカ合衆国 テキサス、アレン、アベ ルディーン ドライブ 1222 (72)発明者 アンリ リュ アメリカ合衆国 テキサス、プラノ、ポー トレイト レーン 4804 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing the front page (72) Inventor Stephen Derek Krines Abel Dene Drive, Texas, Allen, USA 1222 (72) Inventor Henri Rhu, USA Texas, Plano, Porte Lane 4804

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基準電圧入力と、信号入力と、プログラ
マブル利得値と、アナログ−ディジタル変換器(AD
C)に結合された差動出力とをそなえたプログラマブル
増幅器と、プログラマブル増幅器の出力に対応するディ
ジタル符号を出力するアナログ−ディジタル変換器とを
そなえた画像プロセッサの自動利得制御方法であって、 輝度データのフレームを読出すステップと、 フレームの平均輝度値と平均輝度値に対応するADCか
ら出力されるディジタル符号とを判定するステップと、 プログラマブル増幅器の入力が平均輝度値に設定された
ときADCから出力されるディジタル符号が目標値にな
るようにする基準電圧を計算するステップと、 プログラマブル増幅器の入力が平均輝度値に設定された
ときADCから出力されるディジタル符号が前記目標値
になるようにする利得を計算するステップと、基準電圧
と利得を計算された値に設定し、次のフレームを読出す
ステップとを含む画像プロセッサの自動利得制御方法。
1. A reference voltage input, a signal input, a programmable gain value, and an analog-to-digital converter (AD).
An automatic gain control method for an image processor comprising: a programmable amplifier having a differential output coupled to C); and an analog-to-digital converter for outputting a digital code corresponding to the output of the programmable amplifier. Reading the frame of data; determining the average luminance value of the frame and the digital code output from the ADC corresponding to the average luminance value; and determining the average luminance value from the ADC when the input of the programmable amplifier is set to the average luminance value. Calculating a reference voltage that causes the output digital code to have the target value; and setting the digital code output from the ADC to the target value when the input of the programmable amplifier is set to the average luminance value. Calculating the gain, setting the reference voltage and gain to the calculated values, Reading out the frames of the image processor.
【請求項2】 画像プロセッサであって、 入力として輝度信号と基準電圧信号を受け、増幅された
差動信号を出力する差動増幅器と、 前記増幅された差動信号を入力として受け、前記増幅さ
れた差動信号に対応するディジタル信号を出力する差動
アナログ−ディジタル変換器(ADC)と、 前記基準電圧信号を出力するプログラマブル電圧源と、 前記ディジタル信号を受けて、平均輝度値を出力するデ
ィジタル平均器と、 前記平均輝度値を受けて、利得制御信号を前記差動増幅
器に出力し、基準電圧制御信号を前記プログラマブル電
圧源に出力するディジタル信号制御器であって、(1)
輝度入力が平均輝度値にあるときのアナログ−ディジタ
ル変換器のディジタル信号と(2)所望のディジタル信
号との差から前記利得制御信号と前記基準電圧制御信号
とが決められるディジタル信号制御器とを具備する画像
プロセッサ。
2. An image processor, comprising: a differential amplifier for receiving a luminance signal and a reference voltage signal as inputs and outputting an amplified differential signal; and receiving the amplified differential signal as an input, A differential analog-to-digital converter (ADC) that outputs a digital signal corresponding to the obtained differential signal, a programmable voltage source that outputs the reference voltage signal, and receives the digital signal and outputs an average luminance value A digital averager, receiving the average luminance value, outputting a gain control signal to the differential amplifier, and outputting a reference voltage control signal to the programmable voltage source, (1)
A digital signal controller for determining the gain control signal and the reference voltage control signal from the difference between the digital signal of the analog-to-digital converter when the luminance input is at the average luminance value and (2) the desired digital signal. Image processor.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111130546A (en) * 2019-12-31 2020-05-08 无锡矽杰微电子有限公司 ADC automatic calibration method based on hardware dichotomy

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111130546A (en) * 2019-12-31 2020-05-08 无锡矽杰微电子有限公司 ADC automatic calibration method based on hardware dichotomy
CN111130546B (en) * 2019-12-31 2023-04-07 无锡矽杰微电子有限公司 ADC automatic calibration method based on hardware dichotomy

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