JP2007194899A

JP2007194899A - 映像信号クランプ回路

Info

Publication number: JP2007194899A
Application number: JP2006010923A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Tsumura; 敬一津村; Shinji Yamamoto; 真嗣山本
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-01-19
Filing date: 2006-01-19
Publication date: 2007-08-02
Also published as: US20070165122A1

Abstract

【課題】ＯＢレベルが大きく変動したときでも、高速に収束し、かつ高精度なクランプ回路を実現する。
【解決手段】デジタルクランプにおけるＯＢ部フィルタを行ったＯＢデータと目標ＯＢレベルとの減算を行い、得られた差分をＤＡＣによってアナログ信号に再変換してからアナログ部にフィードバックさせてアナログクランプを行う。その結果、アナログクランプによって高速にＯＢレベルを粗調整されると共に、デジタルクランプにより高精度に微調整が行われ、高速収束と高精度を両立できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、映像信号クランプ回路と、この映像信号クランプ回路を用いたデジタルカメラス、テレビ等の映像信号処理装置に関する。

従来、デジタルカメラ（デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、カメラ付き携帯電話等）やテレビといった映像信号処理装置で用いられる映像信号クランプ回路にはアナログクランプのみで構成されるもの、あるいはさらに高精度なものとして、アナログクランプとデジタルクランプで構成されるものがある（特許文献１参照）。

特許文献１に示される従来例について図２に基づいて説明する。まず、アナログ映像信号入力Ｓ２０１がＣＤＳ／ＡＧＣ２０１に入力される。ＣＤＳは相関二重サンプリング回路であり、リセットレベルと画素レベルの差のサンプリングを行うことで、リセットノイズの影響を抑える。ＡＧＣはアナログゲイン制御である。アナログＯＢクランプ信号Ｓ２０８はアナログＯＢクランプをかけたいＯＢ部とそれ以外を区別する信号である。アナログクランプ２０２では、ＣＤＳ／ＡＧＣ出力Ｓ２０２に対して、アナログＯＢクランプ信号Ｓ２０８で判別したＯＢ部のみアナログＯＢレベルを決める容量への充放電をＯＮすることにより、アナログＯＢレベルを合わせる。その後、ＡＤＣ２０３でデジタル値Ｓ２０４に変換される。Ｓ２０４はデジタルクランプに入力される。デジタルクランプは、ＯＢ部フィルタ２０５と減算器２０６と減算器２０７で構成される。デジタルＯＢクランプ信号Ｓ２０９はデジタルＯＢクランプをかけたいＯＢ部とそれ以外を区別する信号である。ＯＢ部フィルタ２０５は、デジタルＯＢクランプ信号Ｓ２０９により判別したＯＢ部のみ、ＡＤＣ２０３出力のＳ２０４をサンプリングしフィルタ演算を行う。フィルタ演算は、ノイズの影響を抑えるために行う。その後、ＯＢレベル目標値Ｓ２１０の減算を行い、現在のＯＢレベルとＯＢレベル目標値の差分Ｓ２０６を求める。差分Ｓ２０６をＡＤＣ２０３後の値Ｓ２０４から減算してデジタル映像信号出力Ｓ２０７を得る。

以上のように、従来、別個に構成され独立に収束するアナログクランプとデジタルクランプとで映像信号クランプ回路を構成するものがあった。
特開２０００−１０６６５４号公報

特許文献１の映像信号クランプ回路では、ＯＢレベルが変動した場合に、デジタルクランプの応答は早い。しかしながら、アナログクランプではアナログ的に全ての処理を行っているために応答が遅く、結果として安定画像が得られるまでに時間がかかるという課題がある。本発明は、高精度と高速収束を両立させた映像信号クランプ回路を提案しようとするものである。

本発明による映像信号クランプ回路は、デジタルクランプにおいてＯＢ部フィルタを行ったＯＢデータをＤＡＣによってアナログ信号に変換し、これをアナログクランプにフィードバックさせて減算を行い、高速にＯＢレベルを粗調整する。さらに、アナログクランプによって粗調整されたデータをデジタルクランプにより微調整することで、高精度の映像信号クランプ回路を実現している。

高精度と高速収束を両立させた映像信号クランプ回路を実現できる。

以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。図１は本発明の映像信号クランプ回路の全体構成を示した図である。

ＣＣＤに代表される撮像素子から出力され、あるいはテレビ信号として受信したアナログ映像信号入力Ｓ１０１がＣＤＳ／ＡＧＣ１０１に入力される。ＣＤＳとは相関二重サンプリング回路を示し、リセットレベルと画素レベルの差分についてサンプリングを行うことでリセットノイズの影響を軽減する。ＡＧＣはアナログゲイン制御を示し、入力されたアナログ映像信号の値が所定の範囲に収まるようにゲイン制御を行う。ＣＤＳ／ＡＧＣ１０１によって処理されたアナログ映像信号Ｓ１０２はアナログクランプ２０２へと入力され、ＯＢレベルの粗調整がアナログ的に行われる。ＯＢレベルの粗調整が行われたアナログ映像信号Ｓ２０３はＡＤＣ２０３によってデジタル映像信号Ｓ２０４へと変換され、デジタルクランプ２０４へと入力される。

デジタルクランプ２０４は、ＯＢ部フィルタ１０５と減算器１０６と減算器１０７とを備えている。ＯＢ部フィルタ１０５は、ＯＢ部とそれ以外とを区別する信号であるＯＢクランプ信号Ｓ１０９に基づいてＯＢ部を判別し（通常ＣＣＤであれば有効画素の周囲数画素がＯＢ領域として設定されており、光が当たらないようになっている）、判別されたＯＢ部についてのみデジタル映像信号Ｓ２０４をサンプリングしフィルタ演算を行う。ここでのフィルタ演算は、ノイズの影響を抑えるために行われる処理であり、例えばＩＩＲフィルタで実現される。フィルタ演算を行われたデジタル映像信号Ｓ１０５は減算器１０６で予め定められたＯＢレベル目標値Ｓ１１０を減算される。ＯＢレベル目標値Ｓ１１０は映像信号処理において目標とされるＯＢレベルであり、通常は０より大きな所定値に設定される。減算された後の差分Ｓ１０６はＤＡＣ１０８によってアナログ信号Ｓ１０８へと再変換され、アナログクランプ１０２はアナログ的にアナログ映像信号Ｓ１０２からこのアナログ信号Ｓ１０８を減算することによって、ＯＢレベルがＯＢレベル目標値Ｓ１１０近傍となるように粗調整が行われる。ＯＢレベル目標値の差分Ｓ１０６は減算器１０７へも出力され、デジタル映像信号Ｓ１０４からデジタル的に減算されることによってＯＢレベルがＯＢレベル目標値となるように微調整が行われる。つまり、クランプ処理とはＯＢレベルが目標値となるようにオフセット調整を行う処理であるといえる。

ＯＢ部フィルタ１０５の処理、あるいは減算器１０６、１０７はデジタル処理なので従来のアナログクランプの処理と比較すると高速であり、またＤＡＣ１０８によるアナログ信号への変換もアナログクランプの処理と比較すると高速である。従って、上記の構成によれば、従来よりも高速にアナログクランプへと差分をフィードバックすることが可能とあり、ＯＢレベルの高速な収束が期待できる。

ここで、アナログクランプ部で粗調整、デジタルクランプで微調整を行う理由を説明する。デジタルクランプでは、ノイズの影響を無視すれば、理想的には１ＬＳＢレベルで調整可能なので微調整できる。但し、デジタル信号のビット幅は決まっているので、アナログ映像信号入力のＯＢレベルが大きく変動した場合、ＡＤＣでの有効ダイナミックレンジが減少してしまう。アナログ映像信号入力のＯＢレベルが大きく変動した場合でも、ＡＤＣでの有効ダイナミックレンジを最大限に有効活用するためには、アナログクランプで粗調整を行う必要がある。なお、アナログクランプは粗調整を行うのみであるので、ＤＡＣ１０８の分解能は、ＡＤＣ１０３の分解能よりも低くて良い。

なお、図示しないが、ＯＢ部フィルタ１０５直前にキズやノイズを省くまたは周囲データで補間する手段を備えることで、ＯＢレベルを求める精度を高めることが可能である。

また、映像信号入力がカラーの場合、デジタルクランプ１０４を色の種類数だけ用意し、色毎にフィルタリング処理、デジタルクランプを行うことで、各色の間でＯＢレベル差があった際もＯＢクランプを高精度に行うことが可能である。

また、ＤＡＣ１０８の出力レンジを可変にした場合はアナログクランプ１０２の制御可能な電位範囲を選択することが可能である。クランプ制御の精度を優先する場合は、出力レンジを狭くしてＤＡＣの分解能を高めれば良い。クランプ制御範囲を広くすることを優先する場合は、出力レンジを広くすれば良い。

また、Ｓ１０６信号から減算器１０７への反映を所定数の水平期間または所定数のフレーム期間に１回更新するようにしても良い。具体的にはＯＢ部フィルタ１０５はフィルタリング処理を行って順次更新を行いつつＯＢレベルを保持しており、所定数の水平期間または所定数のフレーム期間に１回のみ、減算器１０６を介して、保持するＯＢレベルを減算器１０７へと出力するようにする。その場合は、デジタルクランプ変動の影響がこの所定数の水平期間または所定数のフレーム期間ないため出力画像がその期間安定する。ＯＢレベルは減算器１０６で保持しておいても良い
また、Ｓ１０６信号からＤＡＣ１０８への反映を所定数の水平期間または所定数のフレーム期間に１回更新するようにしても良い。具体的にはＯＢ部フィルタ１０５はフィルタリング処理を行って順次更新を行いつつＯＢレベルを保持しており、所定数の水平期間または所定数のフレーム期間に１回のみ、減算器１０６を介して、保持するＯＢレベルをＤＡＣ１０８へと出力するようにする。その場合は、アナログクランプ変動の影響がこの所定数の水平期間または所定数のフレーム期間ないため出力画像がその期間安定する。ＯＢレベルは減算器１０６で保持しておいても良い。

また、ＯＢ部フィルタ１０５の係数を可変にすれば、収束の早さを制御することが可能である。その際、フィルタリングの係数を変えた場合でも、回路を工夫することにより係数変更の直前直後でＯＢ部フィルタ出力Ｓ１０５の値が変動しないようにすることが望ましい。

また、ＯＢ部フィルタ１０５を、画素単位でのフィルタリング処理と水平期間単位のフィルタリング処理を組み合わせても良い。この組み合わせの係数を工夫することにより、ＯＢ変動時に収束するまでのＯＢ部フィルタ出力の振動を抑えることが可能である。ＤＡＣへの入力値Ｓ１０６の絶対値が大きい場合に振動が発生しやすくなるので、その場合に、ＯＢ部フィルタ出力の変動が小さくなるように、Ｓ１０６からＯＢ部フィルタ１０５へフィードバックをかける回路構成とすれば良い。図３に、ＯＢ部フィルタ１０５として単純なＩＩＲフィルタを用いた場合の、時刻０でアナログ映像信号入力ＯＢが変動した時のデジタル映像信号出力のタイミングチャートを示す。図４に、ＯＢ部フィルタ出力の変動が小さくなるように、Ｓ１０６からＯＢ部フィルタ１０５へフィードバックをかける回路構成を用いた場合の、タイミングチャートを示す。図３と比較して、図４では振動を抑えて高速に収束している。

以上示したように、本発明によれば、デジタルクランプによるデジタル的な減算で得られた差分をアナログクランプへとフィードバックして減算量としている。したがって、アナログクランプにおける減算量自体をアナログ的に算出する従来技術と比較すると、高速収束が可能である。さらに、アナログクランプによって粗調整を行った後にデジタルクランプによって微調整を行うので、高精度な映像信号クランプ回路が実現できる。

本発明は、映像信号クランプ回路をデジタルカメラ（デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、カメラ付き携帯電話、等）やテレビといった映像信号処理装置に有用である。

本発明の実施例を示す図従来例を示す図ＯＢ部フィルタ１０５としてＩＩＲフィルタを用いたタイミングチャートＯＢ部フィルタ１０５として画素単位のフィルタリング処理と水平期間単位のフィルタリング処理を組み合わせて用いたタイミングチャート

符号の説明

１０１ＣＤＳ／ＡＧＣ
１０２アナログクランプ
１０３ＡＤＣ
１０４デジタルクランプ
１０５ＯＢ部フィルタ
１０６減算器
１０７減算器
１０８ＤＡＣ
Ｓ１０１アナログ映像信号入力
Ｓ１０２ＣＤＳ／ＡＧＣ出力
Ｓ１０３アナログクランプ出力
Ｓ１０４ＡＤＣ出力
Ｓ１０５ＯＢ部フィルタ出力
Ｓ１０６減算器１０６出力
Ｓ１０７デジタル映像信号出力
Ｓ１０８ＤＡＣ出力
Ｓ１０９ＯＢクランプ信号
Ｓ１１０ＯＢレベル目標値
２０１ＣＤＳ／ＡＧＣ
２０２アナログクランプ
２０３ＡＤＣ
２０４デジタルクランプ
２０５ＯＢ部フィルタ
２０６減算器
２０７減算器
Ｓ２０１アナログ映像信号入力
Ｓ２０２ＣＤＳ／ＡＧＣ出力
Ｓ２０３アナログクランプ出力
Ｓ２０４ＡＤＣ出力
Ｓ２０５ＯＢ部フィルタ出力
Ｓ２０６減算器２０６出力
Ｓ２０７デジタル映像信号出力
Ｓ２０８アナログＯＢクランプ信号
Ｓ２０９デジタルＯＢクランプ信号
Ｓ２１０ＯＢレベル目標値

Claims

外部より入力されたアナログ映像信号についてアナログ的な減算を行うアナログクランプ手段と、
前記アナログクランプ手段から出力されるアナログ映像信号をデジタル映像信号へと変換するＡＤ変換手段と、
前記ＡＤ変換手段から出力されたデジタル映像信号のうちＯＢ期間のみサンプリングしてフィルタリング処理するフィルタ手段と、
前記フィルタ手段の出力値からＯＢデータ目標値を減算する第１の減算手段と、
前記ＡＤ変換手段から出力されるデジタル映像信号から前記第１の減算手段の減算結果に基づく減算量を減算する第２の減算手段と、
前記第１の減算手段の減算結果をアナログ信号へと変換し、前記アナログクランプ手段へと出力するＤＡ変換手段とを備え、
前記アナログ的な減算は、前記ＤＡ変換手段の出力値に基づいて行われることを特徴とする映像信号クランプ回路。
前記ＡＤ変換手段から出力されたデジタル映像信号について、予めキズおよびノイズを周辺データで補間した後に、前記フィルタ手段でフィルタリング処理を行うことを特徴とする請求項１記載の映像信号クランプ回路。
前記アナログ映像信号はカラーに対応しており、前記フィルタ手段におけるフィルタリング処理は色毎に行われ、かつ前記第１の減算手段および前記第２の減算手段における減算も色毎に行われることを特徴とする請求項１記載の映像信号クランプ回路。
前記ＤＡ変換手段の出力レンジが可変であることを特徴とする請求項１記載の映像信号クランプ回路。
前記第２の減算手段における減算量を、所定数の水平期間または所定数のフレームに１回の割合でのみ、前記フィルタ手段の出力値に基づいて、更新することを特徴とする特徴とする請求項１記載の映像信号クランプ回路。
前記ＤＡ変換手段の出力値を、所定数の水平期間または所定数のフレームに１回の割合でのみ、前記フィルタ手段の出力値に基づいて、更新することを特徴とする特徴とする請求項１記載の映像信号クランプ回路。
前記フィルタ手段のフィルタ係数を可変にしたことを特徴とする請求項１記載の映像信号クランプ回路。
フィルタ手段のフィルタ係数を変えた場合にも、その直前直後でその出力値が同じであることを特徴とする請求項１記載の映像信号クランプ回路。
前記フィルタ手段が、画素単位のフィルタリング処理と水平期間単位のフィルタリング処理の組み合わせによってフィルタリング処理を行うことを特徴とする請求項７記載の映像信号クランプ回路。
アナログ的なクランプ処理を行うアナログクランプ手段と、
デジタル的なクランプ処理を行うデジタルクランプ手段と、を備える映像信号クランプ回路であって、
前記デジタルクランプ手段における途中結果を前記アナログクランプ手段へとフィードバック出力し、
前記アナログクランプ手段は前記デジタルクランプ手段からフィードバックされた値に基づいてクランプ処理を行うことを特徴とする映像信号クランプ回路。
前記デジタルクランプ手段は、
デジタル映像信号のうちＯＢ領域のデジタル信号をサンプリングして、所定のフィルタリング処理を行うフィルタと、
前記フィルタリング処理が行われた信号から目標とするＯＢレベルを減算する第１の減算器とを備えており、
前記第１の減算器の出力をアナログ信号へと変換し、前記アナログクランプ手段へのフィードバック信号とすることを特徴とする請求項１０記載の映像信号クランプ回路。
前記デジタルクランプ手段は、さらに第２の減算器を備えており、
前記第２の減算器は、前記デジタル映像信号から、前記第１の減算器の減算結果に基づく減算量を減算することを特徴とする請求項１１記載の映像信号クランプ回路。
請求項１または１０記載の映像信号クランプ回路を有することを特徴とする映像信号処理装置。