JP2004187203A - Signal processing circuit and signal processing method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve a problem wherein a subtracted value resulting from directly subtracting a signal level of a certain pixel and a signal level of a pixel just after the above pixel becomes a total value of a crosstalk component and a random noise differential when random noise is superimposed on both signal levels, to thereby increase the noise. <P>SOLUTION: In the signal processing circuit for processing a signal having cyclicity resulting from sampling/holding and then digitizing an output signal of a color solid-state imaging device, a subtractor 13 subtracts an output signal B of a low-pass filter 11 with a position of a signal inputted after a signal A of a concerned pixel for one pixel as centroid from a signal level of the signal A, the result of multiplying a positive correction coefficient by a subtracted output (A-B) in a multiplier 14 is defined as a correction quantity (correction value), the correction quantity is added to the signal A by an adder 15 and outputted, such that without increasing the noise, crosstalk caused by sampling/holding is corrected. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サンプルホールド回路を経た周期性を持つ信号の処理回路および処理方法に関し、特にカラー固体撮像素子の出力信号をサンプルホールドし、しかる後ディジタル化して得られる周期性を持つ信号を処理する信号処理回路および信号処理方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
カラーCCD(Charge Coupled Device)型撮像素子などの固体撮像素子を使用するシステムでは、通常、図6に示すように、固体撮像素子101の出力信号を、CDS(Correlated Double Sampling;相関二重サンプリング)回路102を通すことによってリセットノイズを低減し、さらに波形整形を行う。その後に、適正な値になるように、増幅回路103で適当な増幅率で増幅する。
【0003】
この増幅された信号は、増幅回路103を通ることによってその波形が崩れるため、再度サンプルホールド(S/H)回路104で波形整形され、しかる後A/D変換器105でディジタル化されてDSP(Digital Signal Processor;ディジタル信号処理)回路106に送られる。このDSP106回路では、種々の信号処理がディジタル的に行われる。
【0004】
一般的に、カラーCCD固体撮像素子101の出力信号を、サンプルホールド回路104を通すことで、当該サンプルホールド回路104で連続する2画素の信号が干渉して本来の信号レベルとは異なってしまうことがある。その原因となるサンプルホールド回路104の回路構成の一例を図7に示す。
【0005】
図7において、入力される信号は、MOSトランジスタQ1を介してMOSトランジスタQ2のゲートに印加される。MOSトランジスタQ1は、そのゲートにクロックClkが印加されたときにオン状態となる。MOSトランジスタQ2のドレインは電源Vddに接続され、そのソースは抵抗R1を介してグランドGndに接続されている。また、MOSトランジスタQ2のゲートとグランドの間には、コンデンサC1が接続されている。
【0006】
上記構成のサンプルホールド回路104において、当該回路に入力される2画素の信号を時間の順に信号1/信号2とすると、信号1が入力され、この信号1がオン状態のMOSトランジスタQ1を介してMOSトランジスタQ2のゲートに印加される。そして、MOSトランジスタQ2のゲート電圧が信号1の信号レベルに達した後、クロックClkが低レベルになることによってMOSトランジスタQ1がオフ状態となる。
【0007】
信号1の次に信号2が入力される。このとき、MOSトランジスタQ1の前後では信号レベルは異なっている。すなわち、図7には示していないが、MOSトランジスタQ1のソース−ドレイン間には寄生容量が存在するため、信号2の入力によりMOSトランジスタQ2のゲート電圧は若干ではあるが変化し、実際の信号レベルとは異なった値となる。この変化は、信号1と信号2のレベル差にほぼ比例する。この現象をクロストーク(または、混色)と呼ぶ。
【0008】
図8は、クロストーク現象を示す波形図である。同図において、実線が入力信号であり、それがクロストークにより変化したものを点線で示している。Δ1およびΔ2は入力信号の信号ごとのレベル差であり、Δ1およびΔ2に混色率を掛け合わせたものが入力信号と出力信号の変化分となる。ここに、混色率とは、信号1と信号2のレベル差に対して実際に信号1が変化する割合であり、サンプルホールド回路ごとに変わる値である。換言すれば、混色率はサンプルホールド回路の特性によって決まる。
【0009】
ところで、色配列が例えば原色R(赤)G(緑)B(青)ベイヤ配列のカラーフィルタを持つカラー固体撮像素子を使用した場合を考えると、1ラインごとにG信号/B信号が出力するライン(以下、Rラインと称す)とR信号/B信号が出力するライン(以下、Bラインと称す)が入れ替わる。赤い被写体を撮像した場合では、G信号/B信号がほとんど0に近いにもかかわらず、R信号はかなり大きくなる。
【0010】
そのため、RラインのG信号はR信号の影響を受けて信号レベルが大きくなるが、G信号とB信号とがほぼ等しいため、BラインのG信号はほとんど変化しない。この結果、RラインのG信号とBラインのG信号では信号レベルが異なり、結果として、これらの信号に基づいて信号処理を行っても良好な画像が再現されないことになる。
【0011】
このような不具合を解消するために、従来は、カラー固体撮像素子の出力信号をサンプルホールドした後、ディジタル化した信号を処理する信号処理回路において、1ビット先に入力された信号の信号レベルから、次に入力される1ビット後の信号の信号レベルを減算し、その減算出力に正の補正係数を掛け合わせた結果を補正量(補正値)とし、この補正量を1ビット先に入力された周期性を持つ信号に加算して出力することにより、サンプルホールドで発生したクロストーク(混色)を補正するようにしていた(例えば、特許文献1参照)。
【0012】
【特許文献1】
特開平11−177998号公報
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来例に係る信号処理回路および信号処理方法では、画像信号中にノイズ成分が混在していない場合には良好な処理結果が得られる。しかしながら、通常、画像信号には1画素単位でレベルが変化するノイズ成分が混在している。このノイズ成分は、大きく、固定パターンノイズとランダムノイズとに分類される。そして、この2種類のノイズ成分のうち、画像信号中に混在するノイズ成分としてはランダムノイズが支配的である。
【0014】
固定パターンノイズは、主に、画素を構成する例えばフォトダイオードの暗電流、画素の開口バラツキや開口ムラに起因して発生するノイズ成分である。これに対して、ランダムノイズは、入射光のフォトン数の揺らぎ、フォトダイオードや垂直転送部の暗電流の揺らぎ、FD(フローティングディフュージョン)をリセットするときに発生するkTCノイズ、FDに接続されたアンプのノイズなどである。すなわち、ランダムノイズは画素単位でレベル差が生ずるものであり、隣接画素間には相関性を認めるのが難しい。
【0015】
したがって、ある画素の信号レベルと直後の画素の信号レベルとを直接減算処理すると、両者にランダムノイズが重畳している場合、その減算値はクロストーク分とランダムノイズの差分の合算値になってしまう。このランダムノイズの差分は、隣接画素間には相関性を認めるのが難しいことから、当該差分の減算値への影響が無視できない。そのため、ランダムノイズの差分をそのまま補正値演算して補正処理を行うと、クロストーク成分の除去以上にノイズを増長させてしまう可能性がある。
【0016】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ランダムノイズ成分を増長させることなく、サンプルホールドで発生したクロストーク(混色)を良好に補正して、クロストークのない原信号を得ることが可能な信号処理回路および信号処理方法を提供することにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、サンプルホールド回路を経た周期性を持つ信号を処理する信号処理回路において、先ず、周期性を持つ信号に含まれるランダムノイズ成分をノイズ低減手段で低減する。そして、そのノイズ低減後の信号の信号レベルを1ビット先に入力された周期性を持つ信号の信号レベルから減算し、その減算出力に正の補正係数を掛け合わせた結果を、1ビット先に入力された周期性を持つ信号に加算して出力する。
【0018】
上記構成の信号処理回路において、回路入力となる周期性を持つ信号は、サンプルホールド回路で発生するクロストーク成分を含んでいる。この信号を先ずノイズ低減手段を通すことで、当該信号に含まれているランダムノイズ成分を低減する。次に、このランダムノイズ成分が低減された信号の信号レベルを、1ビット先に入力された周期性を持つ信号の信号レベルから減算することで、ランダムノイズの差分が減算出力へ及ぼす影響をほぼ無視できる程度まで低減される。そして、この減算出力に正の補正係数を掛け合わせたものが補正量となる。したがって、この補正量を1ビット前の信号に加算することで、クロストーク成分がキャンセルされる。その結果、ランダムノイズ成分を増長させることなく、サンプルホールドで発生したクロストーク(混色)を良好に補正できる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る信号処理回路の構成例を示すブロック図である。
【0020】
本実施形態に係る信号処理回路は、例えばカラーCCD固体撮像素子の出力信号をサンプルホールドし、しかる後ディジタル化した信号を処理対象とする。また、カラーCCD固体撮像素子は、色配列として例えば図2に示す如き原色RGBベイヤ配列のカラーフィルタを受光面上に有するものとする。
【0021】
なお、色配列は原色ベイヤ配列に限定されるものではない。また、カラーフィルタについても、RGBの原色の色配列に限られるものではなく、他の原色の色配列の場合でも、あるいは補色を使用した色配列(例えば、Ye(イエロー)/Cy(シアン)/Mg(マゼンタ)/G(グリーン))の場合でも同様に適応可能である。
【0022】
図1から明らかなように、本実施形態に係る信号処理回路は、入力信号に含まれるランダムノイズ成分を低減するノイズ低減手段、例えばローパスフィルタ11と、入力信号をローパスフィルタ11のレイテンシー(遅延時間)+1ビット分の遅延時間だけ遅延する遅延手段であるレジスタ12と、このレジスタ12の出力信号Aからローパスフィルタ11の出力信号Bを減算する減算器13と、外部で設定された正の補正係数を減算器13の減算出力(A−B)に掛け合わせる乗算器14と、レジスタ12の出力信号Aに乗算器14の乗算結果を加算する加算器15とを有する構成となっている。
【0023】
上記構成の信号処理回路は、先述したように、例えばカラーCCD固体撮像素子の出力信号をサンプルホールドし、しかる後ディジタル化して得られる信号を処理対象とするものである。このとき、カラーCCD固体撮像素子から出力される信号は、各画素に対応した点順次の信号である。したがって、カラーCCD固体撮像素子から出力される信号、即ち本実施形態に係る信号処理回路に入力される信号は周期性を持つ信号となる。
【0024】
そして、本実施形態に係る信号処理回路は、隣り合った画素の信号の影響を受けた際の補正を行うために、即ちサンプルホールドで発生したクロストーク(混色)を補正するために、図6に示すCCD固体撮像素子の出力信号の信号処理系において、DSP回路106の例えば初段回路として用いられる。この場合、本実施形態に係る信号処理回路には、上記信号処理系におけるサンプルホールド回路104で発生したクロストーク成分を含む信号が入力されることになる。
【0025】
入力された信号は、レジスタ12を通った信号Aとローパスフィルタ11を通った信号Bとして減算器13にそれぞれ供給される。ローパスフィルタ11は、同色画素だけを選択的に処理できるような構造、即ち同色画素同士を抜き出して処理するような係数配分がされている。このローパスフィルタ11としては、例えば図3に示すように、5×5タップ構造であって、同色画素部分のみを処理するラプラシアンフィルタが考えられる。
【0026】
ローパスフィルタ11の具体的な構成の一例を図4に示す。ここで、Dは単位遅延量(時間)を表している。この例に係るローパスフィルタ11の場合には、係数が1,0,2,0,1に設定されている。ただし、ローパスフィルタ11の構成はこの限りではなく、同色画素を違った比率で、他のタップ数で処理する構成のものであっても構わない。
【0027】
レジスタ12は、入力された信号をローパスフィルタ11のレイテンシー+1画素に相当する1ビット分(1クロック分)の遅延時間だけ遅延する遅延機能を持つ。これにより、図5に示すように、信号Aはレジスタ12でローパスフィルタ11のレイテンシー+1ビット分の遅延時間だけ遅延されることによって信号Bと同時化される。その結果、信号Bは信号Aの次の画素の信号に対応し、図2の原色RGBベイヤ配列図から明らかなように、例えば信号AがR信号ならば信号BはG信号(Rライン)となる。
【0028】
次に、減算器13において、信号Aから信号Bを引き算する。この減算器13の減算結果(A−B)に外部で設定された正の補正係数を乗算器14を用いて掛け合わせる。この乗算器14の乗算結果、即ち減算出力(A−B)に正の補正係数を掛け合わせた信号が、サンプルホールドで発生したクロストーク成分を補正する際の補正量(補正値)となる。この補正量は、加算器15においてレジスタ12の出力信号Aに加算される。
【0029】
ここで、上述したクロストーク補正の原理について、以下に式をもって説明する。なお、クロストークの発生していないときの信号量を信号1/信号2とし、信号1/信号2に対応する信号がクロストークによってそれぞれ信号1′/信号2′になるものとする。
【0030】
クロストークの発生により、クロストークの起きている信号1′は、
信号1′=信号1−(信号1−信号2)×混色率
と表される。ここに、混色率は、先述したように、CCD型撮像素子の出力信号処理系(図6を参照)におけるサンプルホールド回路104の特性によって決まる値である。
【0031】
このクロストークの起きている信号1′を、本実施形態に係る信号処理回路において補正することにより、その出力信号は、
出力信号=信号1′+(信号1′−信号2′)×補正係数
となる。
【0032】
ここで、補正係数および混色率が共に1に比べて十分に小さい正の値と仮定すれば、
出力信号≒信号1−(信号1−信号2)×混色率+(信号1−信号2)×補正係数
となる。
【0033】
さらに、混色率≒補正係数となるように補正係数を選定すれば、
出力信号≒信号1
となり、クロストークによる信号の変化を補正できることになる。このことから明らかなように、混色率に対応して外部で設定される補正係数も、CCD固体撮像素子の出力信号処理系におけるサンプルホールド回路104の特性によって決まる値である。
【0034】
ところで、既に述べたように、画像信号には通常ノイズ成分が混在している。ノイズには種類があるが、支配的なものとしてランダムノイズが挙げられる。このランダムノイズは、その発生原因からして画素単位でレベル差が生ずるものなので、隣接画素間には相関性を認めるのが難しく、ひどい場合には画質を著しく劣化させる。しかし、ランダムノイズはその性格上、帯域としては画像信号に比較して高域に存在している。したがって、エリア的もしくは時間的に平均化などの高域低減処理を行うことで、ランダムノイズ成分を抑圧することができる。
【0035】
この点に着目し、本実施形態に係る信号処理回路において、信号Bについてはローパスフィルタ11を通してエリア的もしくは時間的に平均化などの高域低減処理を施し、当該信号Bに含まれるランダムノイズ成分を低減させてしまうことにより、ランダムノイズの差分を低減させるようにしている。そのために、ローパスフィルタ11の係数は、ランダムノイズ成分の帯域に基づいて決定されることになる。
【0036】
具体的には、CCD固体撮像素子から出力される信号を先ずローパスフィルタ11を通すことで、当該信号に含まれるランダムノイズ成分が低減される。このランダムノイズ成分が低減された信号Bは、信号Aの1ビット(1画素)後に入力される信号位置を重心とする。そして、この信号Bの信号レベルを、1ビット先に入力された信号Aの信号レベルから減算器13で減算する。このとき、ランダムノイズの差分については、減算器13の減算出力(A−B)への影響をほぼ無視できる程度まで低減されている。
【0037】
この減算器13の減算出力(A−B)に対して正の補正係数を乗算器14で掛け合わせたものが補正量(補正値)となる。したがって、この補正量をレジスタ12を経た1ビット前の信号Aに加算器15で加算することで、着目している画素の信号Aについて、ランダムノイズ成分を増長させることなく、クロストーク成分をキャンセルすることができる。
【0038】
ここで、信号Aについても、信号Bと同様にローパスフィルタを通してランダムノイズ成分を低減させる手法を採ることも考えられる。しかし、この手法を採ると、画像信号の高域帯を落とすことになる。したがって、信号Bについてのみローパスフィルタを通過させる手法を採る方が好ましい。
【0039】
上述したように、CCD固体撮像素子に代表されるカラー固体撮像素子の出力信号をサンプルホールドし、しかる後ディジタル化して得られる周期性を持つ信号を処理する信号処理回路において、着目している画素の信号Aの信号レベルから、信号Aの1画素後に入力される信号位置を重心とするローパスフィルタ11の出力信号Bを減算し、その減算出力(A−B)に正の補正係数を掛け合わせた結果を補正量とし、この補正量を信号Aに加算して出力することにより、ランダムノイズ成分を増長させることなく、サンプルホールドで発生したクロストーク(混色)を良好に補正できる。
【0040】
その結果、クロストークのない原信号を得ることができるため、それ以降の信号処理系(図6のDSP回路106)で種々の信号処理が行われた撮像信号を用いることで、良好な画像を再現できる。しかも、図1から明らかなように、補正のための信号処理回路は、ローパスフィルタ11、レジスタ12、減算器13、乗算器14および加算器15からなる極めて簡単な回路であるため、複雑な回路を付加することなしに、所期の目的を達成できる。
【0041】
なお、上記実施形態では、カラー固体撮像素子の出力信号をサンプルホールドし、しかる後ディジタル化して得られる周期性を持つ信号を本実施形態に係る信号処理回路の処理対象とした場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、一般的に、サンプルホールド回路を経た周期性を持つ信号、特に1ビットごとに信号レベルの変化量の大きい周期性を持つ信号全般を処理対象とすることができる。
【0042】
また、上記実施形態においては、ノイズ低減手段としてローパスフィルタを用いるとしたが、ローパスフィルタに限られるものではなく、周期性を持つ信号に含まれるランダムノイズ成分を低減可能な構成のものであれば良い。
【0043】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、サンプルホールド回路を経た周期性を持つ信号を処理する信号処理回路において、1ビット先に入力された信号の信号レベルから次に入力される1ビット後の信号に高域低減処理を施してランダムノイズ成分を低減させた信号の信号レベルを減算し、その減算出力に正の補正係数を掛け合わせた結果を補正量とし、この補正量を1ビット先に入力された信号に加算して出力することにより、ノイズを増長させることなく、サンプルホールドで発生したクロストークを良好に補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る信号処理回路の構成例を示すブロック図である。
【図2】カラーフィルタの原色ベイヤ配列を示す図である。
【図3】信号Bの生成の概念図である。
【図4】ローパスフィルタの具体的な構成の一例を示す回路図である。
【図5】信号Aと信号Bの同時化の概念図である。
【図6】CCD固体撮像素子の出力信号処理系の構成の一例を示すブロック図である。
【図7】サンプルホールド回路の回路構成の一例を示す回路図である。
【図8】クロストーク現象を示す波形図である。
【符号の説明】
11…ローパスフィルタ、12…レジスタ、13…減算器、14…乗算器、15…加算器、101…CCD固体撮像素子、102…CDS(相関二重サンプリング)回路、104…サンプルホールド回路、106…DSP(ディジタル信号処理)回路
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a processing circuit and a processing method for a signal having a periodicity that has passed through a sample-and-hold circuit, and in particular, samples and holds an output signal of a color solid-state imaging device and then processes a signal having a periodicity obtained by digitization. The present invention relates to a signal processing circuit and a signal processing method.
[0002]
[Prior art]
In a system using a solid-state imaging device such as a color CCD (Charge Coupled Device) type imaging device, as shown in FIG. 6, an output signal of the solid-state imaging device 101 is usually converted into a CDS (Correlated Double Sampling). The reset noise is reduced by passing through the circuit 102, and the waveform is shaped. Thereafter, the signal is amplified at an appropriate amplification factor by the amplifier circuit 103 so that the value becomes an appropriate value.
[0003]
The waveform of the amplified signal is destroyed by passing through the amplifier circuit 103, so the waveform is shaped again by the sample / hold (S / H) circuit 104, and then digitized by the A / D converter 105 and the DSP ( Digital Signal Processor (Digital Signal Processing) circuit 106. In this DSP 106 circuit, various signal processes are performed digitally.
[0004]
In general, when the output signal of the color CCD solid-state imaging device 101 passes through the sample-and-hold circuit 104, the signal of two consecutive pixels in the sample-and-hold circuit 104 interferes with each other, and the signal level differs from the original signal level. There is. FIG. 7 shows an example of a circuit configuration of the sample-and-hold circuit 104 that causes the above.
[0005]
In FIG. 7, an input signal is applied to the gate of MOS transistor Q2 via MOS transistor Q1. MOS transistor Q1 is turned on when clock Clk is applied to its gate. The drain of the MOS transistor Q2 is connected to the power supply Vdd, and the source is connected to the ground Gnd via the resistor R1. The capacitor C1 is connected between the gate of the MOS transistor Q2 and the ground.
[0006]
In the sample / hold circuit 104 having the above configuration, if the signals of two pixels input to the circuit are signal 1 / signal 2 in the order of time, the signal 1 is input, and the signal 1 is input via the MOS transistor Q1 in the ON state. It is applied to the gate of MOS transistor Q2. Then, after the gate voltage of the MOS transistor Q2 reaches the signal level of the signal 1, the clock Clk goes low, so that the MOS transistor Q1 is turned off.
[0007]
The signal 2 is input after the signal 1. At this time, the signal levels before and after the MOS transistor Q1 are different. That is, although not shown in FIG. 7, since the parasitic capacitance exists between the source and the drain of the MOS transistor Q1, the gate voltage of the MOS transistor Q2 is slightly changed by the input of the signal 2, and the actual signal is changed. The value is different from the level. This change is substantially proportional to the level difference between signal 1 and signal 2. This phenomenon is called crosstalk (or color mixing).
[0008]
FIG. 8 is a waveform diagram showing the crosstalk phenomenon. In the figure, a solid line is an input signal, and a signal changed by crosstalk is shown by a dotted line. Δ1 and Δ2 are the level differences of the input signals for each signal, and the product of Δ1 and Δ2 multiplied by the color mixture ratio is the change between the input signal and the output signal. Here, the color mixing ratio is a ratio at which the signal 1 actually changes with respect to the level difference between the signal 1 and the signal 2, and is a value that changes for each sample and hold circuit. In other words, the color mixing ratio is determined by the characteristics of the sample and hold circuit.
[0009]
By the way, considering a case where a color solid-state imaging device having a color filter of a primary color R (red), G (green), B (blue) Bayer array is used, a G signal / B signal is output for each line. A line (hereinafter, referred to as an R line) and a line (hereinafter, referred to as a B line) from which an R signal / B signal is output are switched. When a red subject is imaged, the R signal is considerably large even though the G signal / B signal is almost zero.
[0010]
Therefore, the signal level of the G signal on the R line increases due to the influence of the R signal, but since the G signal and the B signal are substantially equal, the G signal on the B line hardly changes. As a result, the signal levels of the G signal of the R line and the G signal of the B line are different. As a result, even if signal processing is performed based on these signals, a good image cannot be reproduced.
[0011]
Conventionally, in order to solve such a problem, in a signal processing circuit that samples and holds an output signal of a color solid-state imaging device and processes a digitized signal, a signal level of a signal input one bit ahead is used. The result of subtracting the signal level of the next input signal one bit later and multiplying the subtracted output by a positive correction coefficient is used as a correction amount (correction value), and this correction amount is input one bit ahead. The crosstalk (color mixture) generated in the sample-and-hold is corrected by adding the signal having the periodicity and outputting the resultant signal (for example, see Patent Document 1).
[0012]
[Patent Document 1]
JP-A-11-177998 [0013]
[Problems to be solved by the invention]
In the signal processing circuit and the signal processing method according to the conventional example described above, a good processing result can be obtained when no noise component is present in the image signal. However, usually, an image signal contains a noise component whose level changes in units of one pixel. This noise component is largely classified into fixed pattern noise and random noise. Of these two types of noise components, random noise is dominant as a noise component mixed in the image signal.
[0014]
The fixed pattern noise is a noise component mainly generated due to, for example, dark current of a photodiode constituting a pixel, variation in aperture of a pixel, or uneven aperture. On the other hand, random noise is caused by fluctuation of the number of photons of incident light, fluctuation of dark current of a photodiode or a vertical transfer unit, kTC noise generated when resetting FD (floating diffusion), and an amplifier connected to FD. Noise. That is, random noise has a level difference in pixel units, and it is difficult to recognize correlation between adjacent pixels.
[0015]
Therefore, when the signal level of a certain pixel and the signal level of the immediately succeeding pixel are directly subtracted, if random noise is superimposed on both, the subtracted value is the sum of the difference between the crosstalk and the random noise. I will. Since it is difficult to recognize the correlation between adjacent pixels in the difference of the random noise, the influence of the difference on the subtraction value cannot be ignored. Therefore, if the correction process is performed by directly calculating the correction value of the difference of the random noise, the noise may be increased more than the removal of the crosstalk component.
[0016]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to improve crosstalk (color mixture) generated in a sample hold without increasing a random noise component, thereby improving crosstalk. It is an object of the present invention to provide a signal processing circuit and a signal processing method capable of obtaining an original signal without noise.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the present invention, in a signal processing circuit for processing a signal having periodicity that has passed through a sample-and-hold circuit, first, a random noise component included in the signal having periodicity is reduced by a noise reduction unit. . Then, the signal level of the signal after noise reduction is subtracted from the signal level of the periodic signal input one bit ahead, and the result of multiplying the subtracted output by a positive correction coefficient is one bit ahead. The signal is added to the input signal having periodicity and output.
[0018]
In the signal processing circuit having the above configuration, a signal having periodicity to be a circuit input includes a crosstalk component generated in the sample and hold circuit. This signal is first passed through noise reduction means to reduce random noise components contained in the signal. Next, by subtracting the signal level of the signal from which the random noise component has been reduced from the signal level of the signal having the periodicity input one bit ahead, the effect of the difference of the random noise on the subtraction output is substantially reduced. It is reduced to a negligible extent. Then, a value obtained by multiplying the subtraction output by a positive correction coefficient is a correction amount. Therefore, by adding this correction amount to the signal one bit earlier, the crosstalk component is canceled. As a result, crosstalk (color mixture) generated in the sample hold can be favorably corrected without increasing the random noise component.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of a signal processing circuit according to an embodiment of the present invention.
[0020]
The signal processing circuit according to the present embodiment samples and holds, for example, an output signal of a color CCD solid-state imaging device, and then processes a digitized signal. Further, the color CCD solid-state imaging device has a color filter having a primary color RGB Bayer array as shown in FIG.
[0021]
Note that the color arrangement is not limited to the primary color Bayer arrangement. Also, the color filters are not limited to the color arrangement of the RGB primary colors, but may be the color arrangement of other primary colors or a color arrangement using complementary colors (for example, Ye (yellow) / Cy (cyan) / Mg (magenta) / G (green)) is also applicable.
[0022]
As is clear from FIG. 1, the signal processing circuit according to the present embodiment includes a noise reduction unit that reduces a random noise component included in an input signal, for example, a low-pass filter 11 and the latency (delay time) of the low-pass filter 11 A) a register 12 for delaying by a delay time of +1 bit, a subtractor 13 for subtracting the output signal B of the low-pass filter 11 from the output signal A of the register 12, and a positive correction coefficient set externally. Is multiplied by the subtraction output (A−B) of the subtractor 13, and an adder 15 that adds the multiplication result of the multiplier 14 to the output signal A of the register 12.
[0023]
As described above, the signal processing circuit configured as described above samples and holds an output signal of, for example, a color CCD solid-state imaging device, and then processes a signal obtained by digitization. At this time, the signal output from the color CCD solid-state imaging device is a dot-sequential signal corresponding to each pixel. Therefore, a signal output from the color CCD solid-state imaging device, that is, a signal input to the signal processing circuit according to the present embodiment is a signal having periodicity.
[0024]
Then, the signal processing circuit according to the present embodiment performs the correction when receiving the influence of the signal of the adjacent pixel, that is, in order to correct the crosstalk (color mixture) generated in the sample hold, FIG. In the signal processing system for the output signal of the CCD solid-state imaging device shown in FIG. In this case, a signal including a crosstalk component generated by the sample and hold circuit 104 in the signal processing system is input to the signal processing circuit according to the present embodiment.
[0025]
The input signal is supplied to the subtractor 13 as a signal A passing through the register 12 and a signal B passing through the low-pass filter 11. The low-pass filter 11 has a structure capable of selectively processing only pixels of the same color, that is, a coefficient distribution for extracting and processing pixels of the same color. As the low-pass filter 11, for example, as shown in FIG. 3, a Laplacian filter having a 5 × 5 tap structure and processing only the same color pixel portion can be considered.
[0026]
FIG. 4 shows an example of a specific configuration of the low-pass filter 11. Here, D represents a unit delay amount (time). In the case of the low-pass filter 11 according to this example, the coefficients are set to 1,0,2,0,1. However, the configuration of the low-pass filter 11 is not limited to this, and the low-pass filter 11 may be configured to process pixels of the same color at a different ratio with another number of taps.
[0027]
The register 12 has a delay function of delaying the input signal by a delay time of one bit (one clock) corresponding to the latency of the low-pass filter 11 plus one pixel. Thereby, as shown in FIG. 5, the signal A is synchronized with the signal B by being delayed by the delay of the low-pass filter 11 plus 1 bit in the register 12. As a result, the signal B corresponds to the signal of the pixel following the signal A. As is clear from the RGB color Bayer arrangement diagram of FIG. 2, for example, if the signal A is an R signal, the signal B becomes a G signal (R line). Become.
[0028]
Next, the signal B is subtracted from the signal A in the subtractor 13. The subtraction result (A−B) of the subtractor 13 is multiplied by a positive correction coefficient set externally using a multiplier 14. The multiplication result of the multiplier 14, that is, a signal obtained by multiplying the subtraction output (A-B) by a positive correction coefficient becomes a correction amount (correction value) when correcting a crosstalk component generated in the sample hold. This correction amount is added to the output signal A of the register 12 by the adder 15.
[0029]
Here, the principle of the above-described crosstalk correction will be described using equations below. It is assumed that the signal amount when no crosstalk is generated is signal 1 / signal 2, and signals corresponding to signal 1 / signal 2 are signal 1 '/ signal 2' due to crosstalk.
[0030]
Due to the occurrence of crosstalk, the signal 1 'in which crosstalk has occurred is
Signal 1 ′ = Signal 1− (Signal 1−Signal 2) × Color Mixing Ratio Here, the color mixing ratio is a value determined by the characteristics of the sample-and-hold circuit 104 in the output signal processing system (see FIG. 6) of the CCD image sensor as described above.
[0031]
By correcting the signal 1 'in which the crosstalk has occurred in the signal processing circuit according to the present embodiment, the output signal becomes
Output signal = signal 1 '+ (signal 1'-signal 2') × correction coefficient.
[0032]
Here, assuming that both the correction coefficient and the color mixing ratio are positive values sufficiently smaller than 1,
Output signal ≒ signal 1− (signal 1−signal 2) × color mixture rate + (signal 1−signal 2) × correction coefficient.
[0033]
Furthermore, if the correction coefficient is selected so that the color mixing ratio ≒ the correction coefficient,
Output signal ≒ Signal 1
Thus, a change in signal due to crosstalk can be corrected. As is apparent from this, the correction coefficient set externally in accordance with the color mixing ratio is also a value determined by the characteristics of the sample and hold circuit 104 in the output signal processing system of the CCD solid-state imaging device.
[0034]
By the way, as described above, the image signal usually contains a noise component. There are various types of noise, but random noise is dominant. Since this random noise causes a level difference in pixel units due to its cause, it is difficult to recognize the correlation between adjacent pixels, and in severe cases, the image quality is significantly degraded. However, due to its nature, the random noise exists as a band in a higher band than the image signal. Therefore, random noise components can be suppressed by performing high-frequency reduction processing such as averaging in terms of area or time.
[0035]
Focusing on this point, in the signal processing circuit according to the present embodiment, the signal B is subjected to high-frequency reduction processing such as area or time averaging through the low-pass filter 11 and the random noise component included in the signal B is processed. Is reduced, so that the difference between random noises is reduced. Therefore, the coefficient of the low-pass filter 11 is determined based on the band of the random noise component.
[0036]
Specifically, the signal output from the CCD solid-state imaging device is first passed through the low-pass filter 11 to reduce a random noise component included in the signal. The signal B input with one bit (one pixel) after the signal A of the signal B in which the random noise component is reduced has a center of gravity as a signal position. Then, the signal level of the signal B is subtracted by the subtractor 13 from the signal level of the signal A input one bit ahead. At this time, the difference of the random noise is reduced to such an extent that the influence on the subtraction output (A−B) of the subtractor 13 can be almost ignored.
[0037]
A value obtained by multiplying the subtraction output (A−B) of the subtractor 13 by a positive correction coefficient by the multiplier 14 is a correction amount (correction value). Accordingly, the adder 15 adds this correction amount to the signal A one bit before through the register 12 to cancel the crosstalk component of the signal A of the pixel of interest without increasing the random noise component. can do.
[0038]
Here, it is also conceivable to employ a method of reducing the random noise component of the signal A through a low-pass filter as in the case of the signal B. However, if this method is adopted, the high band of the image signal will be dropped. Therefore, it is preferable to adopt a method of passing only the signal B through the low-pass filter.
[0039]
As described above, in a signal processing circuit that samples and holds an output signal of a color solid-state imaging device represented by a CCD solid-state imaging device and then processes a signal having a periodicity obtained by digitization, From the signal level of the signal A, subtracts the output signal B of the low-pass filter 11 whose center of gravity is the signal position input one pixel after the signal A, and multiplies the subtracted output (AB) by a positive correction coefficient. The correction result is used as the correction amount, and the correction amount is added to the signal A and output, whereby the crosstalk (color mixture) generated in the sample and hold can be satisfactorily corrected without increasing the random noise component.
[0040]
As a result, an original signal free of crosstalk can be obtained, and a good image can be obtained by using an image pickup signal that has been subjected to various kinds of signal processing in the subsequent signal processing system (the DSP circuit 106 in FIG. 6). Can be reproduced. Moreover, as is apparent from FIG. 1, the signal processing circuit for correction is an extremely simple circuit including the low-pass filter 11, the register 12, the subtractor 13, the multiplier 14, and the adder 15, so that a complicated circuit is required. The desired objective can be achieved without adding
[0041]
In the above-described embodiment, a case has been described in which the output signal of the color solid-state imaging device is sampled and held, and then a signal having a periodicity obtained by digitization is processed by the signal processing circuit according to the present embodiment. However, the present invention is not limited to this, and generally applies to a signal having a periodicity that has passed through a sample-and-hold circuit, in particular, a signal having a large amount of change in signal level per bit. can do.
[0042]
In the above embodiment, the low-pass filter is used as the noise reduction means. However, the present invention is not limited to the low-pass filter, and any other configuration can be used as long as it can reduce the random noise component included in the periodic signal. good.
[0043]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in a signal processing circuit that processes a signal having periodicity that has passed through a sample-and-hold circuit, the signal level of a signal input one bit ahead and one bit after the next input The signal level of the signal in which the random noise component has been reduced by performing high-frequency reduction processing on the signal of No. 1 is subtracted, and the result obtained by multiplying the subtracted output by a positive correction coefficient is used as a correction amount. By adding the signal to the input signal and outputting the signal, it is possible to satisfactorily correct the crosstalk generated in the sample hold without increasing the noise.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of a signal processing circuit according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a primary color Bayer array of a color filter.
FIG. 3 is a conceptual diagram of generation of a signal B.
FIG. 4 is a circuit diagram showing an example of a specific configuration of a low-pass filter.
FIG. 5 is a conceptual diagram of synchronizing a signal A and a signal B;
FIG. 6 is a block diagram illustrating an example of a configuration of an output signal processing system of the CCD solid-state imaging device.
FIG. 7 is a circuit diagram illustrating an example of a circuit configuration of a sample and hold circuit.
FIG. 8 is a waveform diagram showing a crosstalk phenomenon.
[Explanation of symbols]
11: Low-pass filter, 12: Register, 13: Subtractor, 14: Multiplier, 15: Adder, 101: CCD solid-state imaging device, 102: CDS (correlated double sampling) circuit, 104: Sample hold circuit, 106: DSP (digital signal processing) circuit

Claims (6)

サンプルホールド回路を経た周期性を持つ信号の処理回路であって、
前記周期性を持つ信号に含まれるランダムノイズ成分を低減するノイズ低減手段と、
前記周期性を持つ信号を前記ノイズ低減手段の遅延時間+1ビット分だけ遅延する遅延手段と、
前記遅延手段の出力信号の信号レベルから前記ノイズ低減手段の出力信号の信号レベルを減算する減算手段と、
前記減算手段の減算結果に正の補正係数を掛け合わせる乗算手段と、
前記遅延手段の出力信号に前記乗算手段の乗算結果を加算する加算手段と
を備えることを特徴とする信号処理回路。
A signal processing circuit having a periodicity through a sample and hold circuit,
Noise reduction means for reducing a random noise component included in the signal having the periodicity,
Delay means for delaying the signal having the periodicity by a delay time of the noise reduction means + 1 bit,
Subtraction means for subtracting the signal level of the output signal of the noise reduction means from the signal level of the output signal of the delay means,
Multiplication means for multiplying the subtraction result of the subtraction means by a positive correction coefficient,
A signal processing circuit comprising: an adding unit that adds a multiplication result of the multiplying unit to an output signal of the delay unit.
前記ノイズ低減手段は、前記ランダムノイズ成分の帯域に基づいて係数が決定されたローパスフィルタである
ことを特徴とする請求項1記載の信号処理回路。
2. The signal processing circuit according to claim 1, wherein the noise reduction unit is a low-pass filter whose coefficient is determined based on a band of the random noise component.
前記サンプルホールド回路に入力される信号は、所定の色配列のカラーフィルタを受光面上に有する固体撮像素子の出力信号である
ことを特徴とする請求項1記載の信号処理回路。
2. The signal processing circuit according to claim 1, wherein the signal input to the sample and hold circuit is an output signal of a solid-state imaging device having a color filter having a predetermined color arrangement on a light receiving surface.
前記ノイズ低減手段は、同色画素同士を抜き出して処理するような係数配分がされたローパスフィルタである
ことを特徴とする請求項3記載の信号処理回路。
4. The signal processing circuit according to claim 3, wherein the noise reduction unit is a low-pass filter in which coefficients of the same color are extracted and processed.
サンプルホールド回路を経た周期性を持つ信号の処理方法であって、
前記周期性を持つ信号に含まれるランダムノイズ成分を低減し、そのノイズ低減後の信号の信号レベルを1ビット先に入力された周期性を持つ信号の信号レベルから減算し、
その減算出力に正の補正係数を掛け合わせた結果を前記1ビット先に入力された周期性を持つ信号に加算して出力する
ことを特徴とする信号処理方法。
A method for processing a signal having periodicity that has passed through a sample and hold circuit,
Reducing a random noise component included in the signal having the periodicity, and subtracting the signal level of the signal after the noise reduction from the signal level of the signal having the periodicity input one bit ahead;
A signal processing method, wherein a result obtained by multiplying the subtraction output by a positive correction coefficient is added to the signal having the periodicity input one bit ahead and output.
前記サンプルホールド回路に入力される信号は、所定の色配列のカラーフィルタを受光面上に有する固体撮像素子の出力信号である
ことを特徴とする請求項5記載の信号処理方法。
6. The signal processing method according to claim 5, wherein the signal input to the sample and hold circuit is an output signal of a solid-state imaging device having a color filter having a predetermined color arrangement on a light receiving surface.
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