JP3710274B2 - 撮像装置、信号処理方法及び記憶媒体 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像装置、信号処理方法及び記憶媒体に関し、特に、奇数番目の画素と偶数番目の画素とを分離して出力するCCDセンサ等の撮像素子を有する撮像装置に用いて好適なものである。
【0002】
【従来の技術】
一般に、ファクシミリ、デジタル複写機及びイメージスキャナ等のような画像を処理する装置の画像入力部分には、図6に示すようなBILINEAR構造のCCDラインセンサが広く利用されている。
【0003】
そして、このようなラインセンサには、偶数画素と奇数画素の信号電荷を別々に読み出して転送し、奇数画素信号(以下ODD信号と略す)及び偶数画素信号(以下EVEN信号と略す)として撮像信号を分離出力するものが実用化されている。そして、前述のようなラインセンサの後段にはCCD転送時に生じたリセットノイズ成分を除去するためのCDS(相関二重サンプリング)回路54、55を有している。
【0004】
前記ラインセンサを構成するCCD(電荷結合素子)は、1ライン上の受光素子の電荷を、奇数番目、偶数番目のシフトゲートをそれぞれ開いてODD信号用、EVEN信号用のCCDシフトレジスタ50、51に1画素ごとに交互に振り分けて、転送パルスに応じて電荷を出力部のフローティングキャパシタにそれぞれ転送するようにしている。
【0005】
そして、1画素の信号がフローティングキャパシタから出力バッファ52、53に与えられて、前記出力バッファ52、53によって所定の電圧レベルに変換されて1画素単位の映像信号がそれぞれ出力されるようになされている。前記フローティングキャパシタは、1画素の信号を出力するごとにリセットパルスによりクリアされる。
【0006】
したがって、CCD出力信号は、1画素ごとに、フローティングキャパシタのリセット動作により発生するリセット成分とリセットパルスの相関ノイズが重畳するフィールドスルー部分と映像信号部分とから成る。前記CDS回路54、55は、CCD出力信号のうちフィールドスルー部分のリセットレベルと映像信号部分の画素レベルとの差分を求め、これによって相関ノイズ成分を映像信号から排除するノイズ除去回路である。
【0007】
図7に、CDSの基本回路の構成を示し、図8に入力するラインセンサと前記リセットレベルと画素レベルのそれぞれを抽出するためのS/H回路の制御タイミングを示す。
【0008】
CDS回路54、55を介して出力された撮像信号は、増幅器56、57を介して後段のAD変換器58、59の入力レンジに合わせて所望の信号レベルにそれぞれ増幅された後に、AD変換器58、59によってデジタル信号に変換されて、後段のデジタル画像処理回路(不図示)ヘとそれぞれ伝送される。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、前記ラインセンサの出力は、ODD信号とEVEN信号とに分離して出力されるために、従来はODD信号とEVEN信号とでほぼ同様の信号処理を行っている。このため、同じような構成の処理回路が2重に必要となり、その分だけ回路の部品点数も多くなり、とりわけ、AD変換器を含めたアナログ回路部分でのコストが割高になる問題があった。
【0010】
ところで、アナログ回路部分でのコストが割高になる一方で、近年、ゲートアレイなどのASICをはじめとするデジタルICの高速化・集積化技術の向上が目覚しく、またこれに合わせてデジタル信号処理のローコスト化が急速に進んでいる。
【0011】
本発明は前述の問題点に鑑みてなされたものであり、AD変換器を含めたアナログ回路部分の回路の簡素化およびローコスト化を達成できるようにすることを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明の撮像装置は、撮像ライン上の奇数番目画素の信号電荷を出力する第1の出力端子と、偶数番目画素の信号電荷を出力する第2の出力端子とを有する撮像装置において、前記第1の出力端子より出力される画素信号を4分の1画素周期ごとにサンプルホールドし、第1の出力信号を出力する第1のサンプルホールド手段と、前記第2の出力端子より出力される画素信号を4分の1画素周期ごとにサンプルホールドし、前記第1の出力信号に対して4分の1画素周期だけ時間差を生じた第2の出力信号を出力する第2のサンプルホールド手段と、前記第1のサンプルホールド手段から出力される前記第1の出力信号と、前記第2のサンプルホールド手段から出力される前記第2の出力信号との間の差分を求めて、第3の出力信号を出力する第1の差分検出手段と、前記第1の差分検出手段から出力される前記第3の出力信号に対して、4分の1画素周期ごとにサンプルホールドし、前記第1の出力端子及び前記第2の出力端子から出力される各信号電荷のリセットレベルと各信号電荷の画素信号レベルの双方の組み合わせを第4の出力信号として出力する第3のサンプルホールド手段と、前記第1の差分検出手段から出力される前記第3の出力信号に対して、4分の1画素周期ごとにサンプルホールドし、前記第1の出力端子及び前記第2の出力端子から出力される各信号電荷のリセットレベルと各信号電荷の画素信号レベルの双方の組み合わせを、前記第4の出力信号に対して4分の1画素周期だけ時間差を生じた第5の出力信号として出力する第4のサンプルホールド手段と、前記第3のサンプルホールド手段から出力される前記第4の出力信号と、前記第4のサンプルホールド手段から出力される前記第5の出力信号との差分を求めて、第6の出力信号を出力する第2の差分検出手段とを具備する。
【0013】
本発明の撮像装置における他の態様は、前記第2の差分検出手段から出力された前記第6の出力信号をデジタル信号に変換するAD変換手段と、前記AD変換手段により変換されたデジタル信号から、前記奇数番目画素の信号成分と前記偶数番目画素の信号成分とを分離して抽出する画素信号抽出手段とを更に具備する。
【0014】
また、本発明の撮像装置におけるその他の態様は、前記画素信号抽出手段は、前記AD変換手段により変換されたデジタル信号から、前記奇数番目画素の信号成分と前記偶数番目画素の信号成分とのそれぞれに対して、注目画素の前記画素信号レベルとその画素信号レベルの直前の前記リセット信号レベルによるCDS成分、及び前記注目画素の画素信号レベルとその画素信号レベルの直後の前記リセット信号レベルによるCDS成分の2種類のCDS信号を抽出し、前記2種類のCDS信号を加算して平均処理を施す信号演算手段を含む。
【0015】
本発明の信号処理方法は、撮像ライン上の奇数番目画素の信号電荷を出力する第1の出力端子と、偶数番目画素の信号電荷を出力する第2の出力端子とを有する撮像装置に用いる信号処理方法において、前記第1の出力端子より出力される画素信号を4分の1画素周期ごとにサンプルホールドし、第1の出力信号を出力する第1のサンプルホールド処理と、前記第2の出力端子より出力される画素信号を4分の1画素周期ごとにサンプルホールドし、前記第1の出力信号に対して4分の1画素周期だけ時間差を生じた第2の出力信号を出力する第2のサンプルホールド処理と、前記第1のサンプルホールド処理により出力された前記第1の出力信号と、前記第2のサンプルホールド処理により出力された前記第2の出力信号との間の差分を求めて、第3の出力信号を出力する第1の差分検出処理と、前記第1の差分検出処理により出力された前記第3の出力信号に対して、4分の1画素周期ごとにサンプルホールドし、前記第1の出力端子及び前記第2の出力端子から出力される各信号電荷のリセットレベルと各信号電荷の画素信号レベルの双方の組み合わせを第4の出力信号として出力する第3のサンプルホールド処理と、前記第1の差分検出処理により出力された前記第3の出力信号に対して、4分の1画素周期ごとにサンプルホールドし、前記第1の出力端子及び前記第2の出力端子から出力される各信号電荷のリセットレベルと各信号電荷の画素信号レベルの双方の組み合わせを、前記第4の出力信号に対して4分の1画素周期だけ時間差を生じた第5の出力信号として出力する第4のサンプルホールド処理と、前記第3のサンプルホールド処理により出力された前記第4の出力信号と、前記第4のサンプルホールド処理により出力された前記第5の出力信号の差分を求めて、第6の出力信号を出力する第2の差分検出処理とを含む。
【0016】
本発明の信号処理方法における他の態様は、前記第2の差分検出処理から出力された前記第6の出力信号をデジタル信号に変換するAD変換処理と、前記AD変換処理により変換されたデジタル信号から、前記奇数番目画素の信号成分と前記偶数番目画素の信号成分とを分離して抽出する画素信号抽出処理とを更に含む。
【0017】
また、本発明の信号処理方法におけるその他の態様は、前記画素信号抽出処理は、前記AD変換処理により変換されたデジタル信号から、前記奇数番目画素の信号成分と前記偶数番目画素の信号成分とのそれぞれに対して、注目画素の前記画素信号レベルとその画素信号レベルの直前の前記リセット信号レベルによるCDS成分、及び前記注目画素の画素信号レベルとその画素信号レベルの直後の前記リセット信号レベルによるCDS成分の2種類のCDS信号を抽出し、前記2種類のCDS信号を加算して平均処理を施す信号演算処理を含む。
【0018】
本発明の記憶媒体は、前記撮像装置の各手段としてコンピュータを機能させるためのプログラムを格納する。
【0019】
本発明の記憶媒体における他の態様は、前記信号処理方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを格納する。
【0030】
本発明は前記技術手段よりなるので、ライン上の奇数番目画素と偶数番目画素とが、それぞれ別々の出力として分離出力したODD信号とEVEN信号を、同一のCDS処理回路で同時に処理することができ、しかも、マルチプレクスすることもなく、そのまま1つの増幅バッファ回路及びAD変換器でデジタル信号に変換することが可能となる。
【0031】
また、本発明の他の特徴によれば、注目画素の画素信号レベルとその画素信号レベルの直前のリセット信号レベルによるCDS成分と、注目画素の画素信号レベルとその画素信号レベルの直後のリセット信号レベルによるCDS成分との2種類のCDS信号を抽出し、抽出した2種類のCDS信号に対して加算平均処理を施すようにしたので、画像信号のSNを改善することができ、画質を著しく向上させることができる。
【0032】
【発明の実施の形態】
《第1の実施の形態》
図1は、本発明の撮像装置における第1の実施の形態の特徴を表すブロック図であり、図2は第1の実施の形態の撮像装置の動作を説明するための各信号のタイミングチャートである。図1に示したように、本実施の形態の撮像装置は、前段のアナログ部13と後段のデジタル部14とに大別される。
【0033】
まず、前記ラインセンサの出力信号であるODD信号とEVEN信号とがアナログ部13にそれぞれ供給される。アナログ部13においては、ODD信号がサンプルホールド回路1に入力され、EVEN信号がサンプルホールド回路3に入力される。
【0034】
サンプルホールド回路1のサンプルホールド出力S1は、サンプルホールド回路2に入力されてサンプルホールドされる。そして、前記サンプルホールド回路2のサンプルホールド出力S2が差動増幅器4の正極に入力される。一方、サンプルホールド回路3のサンプルホールド出力S3は、前記差動増幅器4の負極に入力される。サンプルホールド回路1にはサンプルホールドパルスSH1が供給され、サンプルホールド回路2、3にはサンプルホールドパルスSH2が供給されている。
【0035】
前記差動増幅器4の出力S4は、サンプルホールド回路5、6に順次供給され、前記サンプルホールド回路6の出力S5が差動増幅器8の正極に入力される。また、差動増幅器4の出力S4は、サンプルホールド回路7にも供給され、前記サンプルホールド回路7の出力S6が差動増幅器8の負極に入力される。前記サンプルホールド回路5にはサンプルホールドパルスSH3が供給され、サンプルホールド回路6、7にはサンプルホールドパルスSH4が供給される。
【0036】
前記差動増幅器8の出力S7は増幅バッファ回路9に与えられ、前記増幅バッファ回路9において所定の信号レベルに増幅された後、アナログ部13の出力信号としてデジタル部14に供給される。
【0037】
デジタル部14に入力されたアナログ部13の出力信号は、まず、AD変換器10に入力されてディジタル信号に変換される。そして、このAD変換されたデジタル信号D1は、Dフリップフロップ回路12のデータ入力端子Dに入力されるとともに、符号反転回路11を介してDフリップフロップ回路13のデータ入力端子Dにも入力される。
【0038】
Dフリップフロップ回路12の出力データD2は、分離抽出されたODD信号として後段のデジタル信号処理回路(不図示)に供給される。また、Dフリップフロップ回路13の出力データD3は、分離抽出されたEVEN信号として後段のデジタル信号処理回路(不図示)に供給される。
【0039】
次に、本実施の形態の撮像装置の回路動作と信号の流れについて説明する。
図2に、回路の制御タイミングと信号のタイミングとの関係を示す。サンプルホールド回路1に入力されたODD信号は、1画素期間について4分の1画素周期の第1のサンプルホールドタイミング信号SH1(サンプルホールド回路は、すべて“H”レベルでサンプリング動作、“L”レベルでホールド動作を行うものとする)によって、ODD信号のリセットレベルと画素レベルが2回ずつ、計4回のサンプルホールドがなされる。
【0040】
一方、EVEN信号は、同じく1画素期間について4分の1画素周期の第2のサンプルホールドタイミング信号SH2によって、EVEN信号のリセットレベルと画素レベルが2回ずつ、計4回のサンプルホールドがなされる。
【0041】
第2のサンプルホールドタイミング信号SH2は、第1のサンプルホールドタイミング信号SH1に対して8分の1画素期間に相当する時間だけサンプルホールドのタイミングを進ませてある。
【0042】
さらに、サンプルホールド回路2において第2のサンプルホールドタイミング信号SH2によってサンプルホールドされたODD信号S2は、同じくサンプルホールド回路3において第2のサンプルホールドタイミング信号SH2によってサンプルホールドされたEVEN信号S3に対して、結果的にちょうど4分の1画素期間に相当する時間だけサンプリングの時間差が生ずるように設定されている。
【0043】
以降の信号処理のタイミングと信号内容の変遷を表すデータフローを、図3に模式的に示す。
先ず、図3に示すサンプリングデータの表記について補足的に説明する。すでに説明したようにODD信号、EVEN信号それぞれの1画素期間についてリセットレベルと画素レベルで2回ずつ、計4回のサンプルホールドが行われており、これに対応する4つのサンプリング値を、
O1D、O1D、O1S、O1S、
E1D、E1D、E1S、E1S、のように示してある。
【0044】
ここで、頭文字のOがODD信号、EがEVEN信号であることをそれぞれ表し、2番目の番号1が順次読み出される画素の順番を表し、3番目の文字がリセットレベルDか画素レベルSのいずれであるかを表している。
【0045】
各サンプリング値の上部には、対応するサンプリングホールド信号名とそのおおまかなサンプリングタイミングを記した。これ以降は、図3のフローを元に動作説明を行う。
【0046】
差動増幅器4に入力された信号S2および信号S3の差分値は、たとえば、(E1S−O1D)のように表され、これは、EVEN信号の1番目の画素の信号レベルからODD信号の1番目の画素のリセツトレベルを引いた値を表している。実際には、前記差分値の一定倍に増幅された電圧値が差動増幅器4より出力されるが、ここでは、各サンプリング値の信号成分についてのみ表記してある。
【0047】
差動増幅器4に入力されたODD信号S2とEVEN信号S3は、SH回路1、2、3により、ちょうど4分の1画素期間に相当する時間だけサンプリング時間差が生ずるよう設定されたことで、図3に示すように、ODD信号S2とEVEN信号S3のリセツトレベル期間と画素信号レベル期間とが互いに4分の1画素期間分だけオーバーラップする期間が生じ、その差分出力信号S4は、ほぼサンプルホールドパルスSH2のサンプリングタイミングに位相同期して、
E1D‐O1D、E1S‐O1D、E1S‐O1S、E2D‐O1S、…のように、4分の1画素期間ごとに異なる信号成分の連なりになる。
【0048】
SH回路5に供給されるサンプルホールドパルスSH3には、サンプルホールドパルスSH1を所定の時間Δtだけ遅延させたタイミングが設定され、同じくSH回路6、7に供給されるサンプルホールドパルスSH4には、サンプルホールドパルスSH2を所定の時間Δtだけ遅延させたタイミングが設定される。
【0049】
前記所定の時間Δtには、サンプルホールド回路2、3および差動増幅器4の伝播遅延時間分を考慮し、差分出力S4において上記4分の1画素期間ごとの値が安定してサンプルホールド回路5、6、7においてサンプルホールドできるだけの遅延時間が設定されるものとする。
【0050】
差動増幅器4の差分出力S4は、まずサンプルホールド回路5においてサンプルホールドパルスSH3によって(SH1+ΔT)のタイミングでサンプルホールドされる。その後で、サンプルホールド回路6においてサンプルホールドパルスSH4によって(SH2+ΔT)のタイミングで再びサンプルホールドされるので、サンプルホールドパルスSH2に対してほぼ(4分の1画素周期分十Δt)だけ遅延された信号S5となり、差動増幅器8の正極に入力される。
【0051】
また、差分出力S4はサンプルホールド回路6にも与えられ、サンプルホールド回路6においてサンプルホールドパルスSH4によって(SH2+ΔT)のタイミングでサンプルホールドされ、サンプルホールドパルスSH2に対してほぼΔtだけ遅延された信号S6となり、差動増幅器8の負極に入力される。
【0052】
これにより、サンプルホールド出力S5は、サンプルホールド出力S6に対して、ちょうど4分の1画素期間分のデータ単位で、信号成分の連なりが遅れる結果となる。
【0053】
したがって、差動増幅器8の差分出力S7は、図3に示すように、
E1D‐E1S、O1S‐O1D、E1S‐E2D、02D‐O1S、…のごとく、ODD信号、EVEN信号それぞれの画素信号レベルとリセット信号レベルの差信号の成分が交互に繰り返し連なる信号列が得られる。
【0054】
すなわち、ODD信号とEVEN信号のそれぞれについて、CCD信号の中からリセットノイズ成分を排除したCDS(相関2重サンプリング)出力が得られたことになる。
【0055】
さらに処理は進み、差動増幅器7の出力S7は、増幅バッファ回路9により、AD変換器10の入力レンジに合わせて所望の信号レベルに増幅された後に、後段のAD変換器10によりサンプリングパルスP1に同期して、デジタル信号D1(多ビット)ヘと変換される。
【0056】
前記サンプリングパルスP1は、前記4分の1画素周期のCDS信号列に対し、これらを適切にデジタルサンプリングする4分の1画素周期のサンプリングパルスである。
【0057】
デジタルサンプリングされた信号D1は、すでに説明したようにODD信号のCDS成分とEVEN信号のCDS成分とが交互に繰り返し連なる信号列であり、これをDフリップフロップ回路12のデータ端子に入力し、図3に示すように、サンプリングパルスP1の4倍の周期(1画素周期)のサンプリングパルスP2で、ODD信号成分に位相を合わせてラッチすることで、O1S‐O1D、02S‐02D、03S‐03D、…のごとく、ODD信号のCDS成分D2のみを分離抽出することができる。
【0058】
全く同様に、デジタルサンプリングされた信号D1を符号反転器11を介してDフリップフロップ回路13のデータ端子に入力し、図3に示すように、サンプリングパルスP1の4倍の周期(1画素周期)のサンプリングパルスP3で、EVEN信号成分に位相を合わせラッチすることで、E1S‐E1D、E2S‐E2D、E3S‐E3D、…のごとく、EVEN信号のCDS成分D3のみを分離抽出することができる。
【0059】
前述のようにして分離抽出されたODD信号のCDS成分D2とEVEN信号のCDS成分D3はそれぞれ、その後、後段のデジタル信号処理回路(不図示)において、黒オフセット補正やシェーディング補正などのスキャナー画像特有の種々の信号処理が施された後に再合成されて画像信号が形成される。
【0060】
このように、本実施の形態においては、ラインセンサより出力されたODD信号とEVEN信号とを、4分の1画素周期の時間差を持たせてサンプルホールドする第1および第2のサンプルホールド手段と、サンプルホールド出力間の差分を求める第1の差動増幅手段を設け、前記差動増幅手段の出力に対して、さらに4分の1画素周期の時間差を持たせて前記リセットレベルと画素信号レベルとを抽出する第3および第4のサンプルホールド手段と、前記第3および第4のサンプルホールド手段によって抽出された信号の差分を求める第2の差動増幅手段により画素信号を生成するようにCDS回路を構成した。
【0061】
これにより、従来はODD信号とEVEN信号とで別々に行っていたCDS処理を前記回路構成で同時に行うことができる。しかも、ODD信号、EVEN信号それぞれのCDS成分が交互に繰り返し連なる信号列の形で抽出できるので、マルチプレクスすることもなく、そのまま1つの増幅バッファ回路およびAD変換器でデジタル信号に変換することが可能である。
【0062】
したがって、本実施の形態の撮像装置によれば、アナログ信号処理を行う回路の規模を略半減することができるとともに、AD変換器も半減させることができる。前記AD変換器は、通常は単品で構成されるので、個数を半減させるとコストも半減させることができる。
【0063】
なお、本実施の形態の場合、デジタル部14においてDFF回路が2個増え、遅延回路が1個増えた構成となっているが、これらの回路は、後段のデジタル信号処理のために設けられているASIC(集積回路)の内部ゲートで実現することができるので、前記ASICの許容ゲート数の範囲内で吸収することができ、装置の規模やコストの増大を来すことなく実現することができる。
【0064】
また、本実施の形態によれば、アナログ回路におけるCDS処理を1本化したので、回路規模を小さくできる上に、1画素2度サンプリングによる加算平均処理となるので、SNを向上させる利点が得られる。
【0065】
《第2の実施の形態》
次に、図4及び図5を参照しながら本発明の第2の実施の形態を説明する。
前記デジタル信号D1は、すでに説明したように、E1D‐E1S、O1S‐O1D、E1S‐IjE2D、02D‐O1S、…のごとく、ODD信号、EVEN信号それぞれの画素信号レベルとリセット信号レベルの差信号の成分が交互に繰り返し連なる信号列により形成される。
【0066】
しかし、ODD信号成分のみに着目すれば、特定注目画素について、例えば(O1S‐O1D)と(O2D‐O1S)なる、2つのCDS成分を含んでいる。(O1S‐O1D)は、注目画素の画素信号レベルとその画素信号の直前のリセット信号レベルによるCDS成分であり、(O2D‐O1S)は、注目画素の画素信号レベルとその画素信号の直後のリセット信号レベルによるCDS成分であり、いずれも同一画素信号である。すなわち、第1の実施の形態においては、いずれか一方のCDS成分だけを利用している。
【0067】
そこで、これら2つのCDS成分の両方を利用して、さらに、CCDセンサで発生するショットノイズやその後段のアナログ部13で発生する熱雑音ノイズ等のランダムノイズ成分を抑圧して画像信号の品位をより高めることを可能にしたのが、この第2の実施の形態の撮像装置である。
【0068】
図4に示すように、この第2の実施の形態のデジタル部41では、アナログ部13の出力信号がまずAD変換器30に入力されてデジタル信号に変換される。そして、前記AD変換器30によって変換されたデジタル信号D1は、Dフリップフロップ回路33に入力される。また、符号反転回路31を経て符号反転された値がDフリップフロップ回路34に入力される。
【0069】
そして、Dフリップフロップ回路33の出力データD2と、Dフリップフロップ回路34の出力デー夕D4はそれぞれ平均加算器37に入力され、平均加算器37の演算出力はDフリップフロップ回路39に入力され、分離抽出されたODD信号D6としてDフリップフロップ回路39から出力され、後段のデジタル信号処理回路(不図示)に供給される。
【0070】
また、AD変換器30によってAD変換されたデジタル信号D1は、Dフリップフロップ回路35にも入力されるとともに、符号反転回路32を経て符号反転された値がDフリップフロップ回路36に入力される。
【0071】
そして、Dフリップフロップ回路35の出力データD5と、Dフリップフロップ回路36の出力データD3は平均加算器37にそれぞれ入力される。また、平均加算器38の演算出力は、Dフリップフロップ回路40に入力されて、分離抽出されたEVEN信号D7としてDフリップフロップ回路40から出力され、後段のデジタル信号処理回路(不図示)に供給される。
【0072】
次に、図5を参照しながら本実施の形態の回路の動作と信号のフローについて説明する。
アナログ部13の出力信号は、AD変換器30によりサンプリングパルスP1に同期して、デジタル信号D1(多ビット)へと変換される。サンプリングパルスP1は、前記4分の1画素周期のCDS信号列に対し、これらを適切にデジタルサンプリングする4分の1画素周期のサンプリングパルスである。
【0073】
デジタルサンプリングされた信号D1は、すでに説明したようにODD信号とEVEN信号のCDS成分とが交互に繰り返し連なる信号列であり、これをDフリップフロップ回路33のデータ端子に入力し、図5に示すように、サンプリングパルスP1の4倍の周期(1画素周期)のサンプリングパルスP2で、ODD信号成分に位相を合わせラッチすることで、O1S‐O1D、02S‐02D、03S‐03D、…のごとく、ODD信号のCDS成分の信号列D2を分離抽出することができる。
【0074】
さらに、信号D1を符号反転器31を介してDフリップフロップ回路34のデータ端子に入力し、図5に示すように、サンプリングパルスP1の4倍の周期(1画素周期)のサンプリングパルスP4で、ODD信号成分に位相を合わせラッチすることで、O1S‐02D、02S‐03D、03S‐04D、…のごとく、ODD信号のもう一方のCDS成分の信号列D4を抽出することもできる。
【0075】
上記D2とD4の信号列に対し、平均加算器37により平均加算演算が行われ、図5に示すようなサンプリングパルスP1の4倍の周期(1画素周期)のサンプリングパルスP3で、同一画素信号期間が時間的にオーバーラップする期間に位相をあわせてラッチすることで、同一画素信号であるODD1(O1S‐O1D)とODD1’(O1S‐02D)との間の加算平均値である(ODD1+ODD1’)/2が、Dフリップフロップ回路39よりODD信号のCDS出力D6として出力される。
【0076】
同様にして、信号D1を、Dフリップフロップ回路35のデータ端子に入力し、図5に示すように、サンプリングパルスP1の4倍の周期(1画素周期)のサンプリングパルスP5で、EVEN信号成分に位相を合わせラッチすることで、E1S‐E2D、E2S‐03D、E3S‐04D、…のごとく、EVEN信号のCDS成分の信号列D5を抽出することができる。
【0077】
さらに、信号D1を符号反転器32を介してDフリップフロップ回路36のデータ端子に入力し、サンプリングパルスP1の4倍の周期(1画素周期)のサンプリングパルスP3で、ODD信号成分に位相を合わせラッチすることで、E1S‐E1D、E2S‐E2D、E3S‐E3D、…のごとく、EVEN信号のもう一方のCDS成分の信号列D3を抽出することもできる。
【0078】
上記D3とD5の信号列に対し、平均加算器38により平均加算演算が行われ、図5に示すようなサンプリングパルスP1の4倍の周期(1画素周期)のサンプリングパルスP4で、同一画素信号期間が時間的にオーバーラップする期間に位相をあわせてラッチすることで、同一画素信号であるEVEN1(E1S‐E1D)とEVEN1’(E1S‐E2D)との間の加算平均値である(EVEN1+EVEN1’)/2が、Dフリップフロップ回路40よりEVEN信号のCDS出力D7として出力される。
【0079】
分離抽出されたODD信号D6とEVEN信号D7とはそれぞれ、この後、後段のデジタル信号処理回路(不図示)において、黒オフセット補正やシェーディング補正などのスキャナー画像特有の種種の信号処理が施された後に再び、再合成されて画像信号が形成される。
【0080】
一般に、CCDセンサで発生するショットノイズやその後段のアナログ増幅器等で発生する熱雑音ノイズ等のランダムノイズ成分は、互いに重畳されると二乗平均で増大する性質を持つために、前述の加算平均演算に対しては、信号成分はそのままで、ノイズ成分だけがルート2分の1倍に略抑圧される結果となり、その分だけ信号のSN比を改善することが可能である。
【0081】
したがって、前述の分離抽出されたODD信号D6とEVEN信号D7についても同様のSN比の改善効果が得られる。しかも、隣接2画素間の加算平均演算とは異なり、同一画素信号に対する加算平均演算であるため、画像信号の空間周波数成分を低減させる心配がなく、著しい画質の向上が期待できる。
【0082】
(本発明の他の実施形態)
本発明は複数の機器(例えば、ホストコンピュータ、インタフェース機器、リーダ、プリンタ等)から構成されるシステムに適用しても良く、1つの機器(例えば、複写機、ファクシミリ装置)からなる装置に適用しても良い。
【0083】
また、前述した実施形態の機能を実現するように各種のデバイスを動作させるように、前記各種デバイスと接続された装置あるいはシステム内のコンピュータに対し、前記実施形態の機能を実現するためのソフトウェアのプログラムコードを供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータ(CPUあるいはMPU)に格納されたプログラムに従って前記各種デバイスを動作させることによって実施したものも、本発明の範疇に含まれる。
【0084】
また、この場合、前記ソフトウェアのプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコード自体、およびそのプログラムコードをコンピュータに供給するための手段、例えばかかるプログラムコードを格納した記憶媒体は本発明を構成する。かかるプログラムコードを記憶する記憶媒体としては、例えばフロッピーディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ROM等を用いることができる。
【0085】
また、コンピュータが供給されたプログラムコードを実行することにより、前述の実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードがコンピュータにおいて稼働しているOS(オペレーティングシステム)あるいは他のアプリケーションソフト等の共同して前述の実施形態の機能が実現される場合にもかかるプログラムコードは本発明の実施形態に含まれることは言うまでもない。
【0086】
さらに、供給されたプログラムコードがコンピュータの機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに格納された後、そのプログラムコードの指示に基づいてその機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるCPU等が実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合にも本発明に含まれることは言うまでもない。
【0087】
【発明の効果】
本発明によれば、ライン上の奇数番目画素の信号電荷(ODD信号)と偶数番目画素の信号電荷(EVEN信号)とが、それぞれ別々の出力として分離出力される撮像装置において、ODD信号とEVEN信号とを同一のアナログ回路(CDS処理回路)で同時に処理することができる。しかも、マルチプレクスすることもなく、そのまま1つの増幅バッファ回路及びAD変換器でデジタル信号に変換できるので、アナログ回路部分を大幅に簡素化することができ、ローコスト化が実現できる。
【0088】
また、本発明の他の特徴によれば、注目画素の画素信号レベルとその画素信号レベルの直前のリセット信号レベルによるCDS成分と、注目画素の画素信号レベルとその画素信号レベルの直後のリセット信号レベルによるCDS成分との2種類のCDS信号を抽出し、抽出した2種類のCDS信号に対して加算平均処理を施すようにしたので、画像信号のSNを改善することができ、画質を著しく向上させることができる。
【0089】
また、本発明のその他の特徴によれば、ライン上の奇数番目画素と偶数番目画素とが、それぞれ別々の出力として分離出力される固体撮像装置であれば、映像信号のみならず、たとえばCCD遅延回路などのような、あらゆる用途に応用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図2】本発明の第1の実施の形態の回路の動作を説明する信号波形図である。
【図3】本発明の第1の実施の形態の信号の処理のタイミングおよび流れを説明する図である。
【図4】本発明の第2の実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図5】本発明の第2の実施の形態の信号の処理のタイミングおよび流れを説明する図である。
【図6】従来のラインセンサの一例を示すブロック図である。
【図7】CDS回路の基本構成を示すブロック図である。
【図8】CDS回路の動作を説明する信号波形図である。
【符号の説明】
1、2、3、5、6、7 S/H回路
4、8 作動増幅器
9 可変増幅器
10 AD変換器
11 符号反転器
12、13 Dフリップフロップ
30 AD変換器
31、32 符号反転器
33、34、35、36、39、40 Dフリップフロップ
37、38 平均加算器
Claims (8)
- 撮像ライン上の奇数番目画素の信号電荷を出力する第1の出力端子と、偶数番目画素の信号電荷を出力する第2の出力端子とを有する撮像装置において、
前記第1の出力端子より出力される画素信号を4分の1画素周期ごとにサンプルホールドし、第1の出力信号を出力する第1のサンプルホールド手段と、
前記第2の出力端子より出力される画素信号を4分の1画素周期ごとにサンプルホールドし、前記第1の出力信号に対して4分の1画素周期だけ時間差を生じた第2の出力信号を出力する第2のサンプルホールド手段と、
前記第1のサンプルホールド手段から出力される前記第1の出力信号と、前記第2のサンプルホールド手段から出力される前記第2の出力信号との間の差分を求めて、第3の出力信号を出力する第1の差分検出手段と、
前記第1の差分検出手段から出力される前記第3の出力信号に対して、4分の1画素周期ごとにサンプルホールドし、前記第1の出力端子及び前記第2の出力端子から出力される各信号電荷のリセットレベルと各信号電荷の画素信号レベルの双方の組み合わせを第4の出力信号として出力する第3のサンプルホールド手段と、
前記第1の差分検出手段から出力される前記第3の出力信号に対して、4分の1画素周期ごとにサンプルホールドし、前記第1の出力端子及び前記第2の出力端子から出力される各信号電荷のリセットレベルと各信号電荷の画素信号レベルの双方の組み合わせを、前記第4の出力信号に対して4分の1画素周期だけ時間差を生じた第5の出力信号として出力する第4のサンプルホールド手段と、
前記第3のサンプルホールド手段から出力される前記第4の出力信号と、前記第4のサンプルホールド手段から出力される前記第5の出力信号との差分を求めて、第6の出力信号を出力する第2の差分検出手段とを具備することを特徴とする撮像装置。 - 前記第2の差分検出手段から出力された前記第6の出力信号をデジタル信号に変換するAD変換手段と、
前記AD変換手段により変換されたデジタル信号から、前記奇数番目画素の信号成分と前記偶数番目画素の信号成分とを分離して抽出する画素信号抽出手段とを更に具備することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 - 前記画素信号抽出手段は、前記AD変換手段により変換されたデジタル信号から、前記奇数番目画素の信号成分と前記偶数番目画素の信号成分とのそれぞれに対して、注目画素の前記画素信号レベルとその画素信号レベルの直前の前記リセット信号レベルによるCDS成分、及び前記注目画素の画素信号レベルとその画素信号レベルの直後の前記リセット信号レベルによるCDS成分の2種類のCDS信号を抽出し、前記2種類のCDS信号を加算して平均処理を施す信号演算手段を含むことを特徴とする請求項2に記載の撮像装置。
- 撮像ライン上の奇数番目画素の信号電荷を出力する第1の出力端子と、偶数番目画素の信号電荷を出力する第2の出力端子とを有する撮像装置に用いる信号処理方法において、
前記第1の出力端子より出力される画素信号を4分の1画素周期ごとにサンプルホールドし、第1の出力信号を出力する第1のサンプルホールド処理と、
前記第2の出力端子より出力される画素信号を4分の1画素周期ごとにサンプルホールドし、前記第1の出力信号に対して4分の1画素周期だけ時間差を生じた第2の出力信号を出力する第2のサンプルホールド処理と、
前記第1のサンプルホールド処理により出力された前記第1の出力信号と、前記第2のサンプルホールド処理により出力された前記第2の出力信号との間の差分を求めて、第3の出力信号を出力する第1の差分検出処理と、
前記第1の差分検出処理により出力された前記第3の出力信号に対して、4分の1画素周期ごとにサンプルホールドし、前記第1の出力端子及び前記第2の出力端子から出力される各信号電荷のリセットレベルと各信号電荷の画素信号レベルの双方の組み合わせを第4の出力信号として出力する第3のサンプルホールド処理と、
前記第1の差分検出処理により出力された前記第3の出力信号に対して、4分の1画素周期ごとにサンプルホールドし、前記第1の出力端子及び前記第2の出力端子から出力される各信号電荷のリセットレベルと各信号電荷の画素信号レベルの双方の組み合わせを、前記第4の出力信号に対して4分の1画素周期だけ時間差を生じた第5の出力信号として出力する第4のサンプルホールド処理と、
前記第3のサンプルホールド処理により出力された前記第4の出力信号と、前記第4のサンプルホールド処理により出力された前記第5の出力信号の差分を求めて、第6の出力信号を出力する第2の差分検出処理とを含むことを特徴とする信号処理方法。 - 前記第2の差分検出処理から出力された前記第6の出力信号をデジタル信号に変換するAD変換処理と、
前記AD変換処理により変換されたデジタル信号から、前記奇数番目画素の信号成分と前記偶数番目画素の信号成分とを分離して抽出する画素信号抽出処理とを更に含むことを特徴とする請求項4に記載の信号処理方法。 - 前記画素信号抽出処理は、前記AD変換処理により変換されたデジタル信号から、前記奇数番目画素の信号成分と前記偶数番目画素の信号成分とのそれぞれに対して、注目画素の前記画素信号レベルとその画素信号レベルの直前の前記リセット信号レベルによるCDS成分、及び前記注目画素の画素信号レベルとその画素信号レベルの直後の前記リセット信号レベルによるCDS成分の2種類のCDS信号を抽出し、前記2種類のCDS信号を加算して平均処理を施す信号演算処理を含むことを特徴とする請求項5に記載の信号処理方法。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載の撮像装置の各手段としてコンピュータを機能させるためのプログラムを格納したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
- 請求項4〜6のいずれか1項に記載の信号処理方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを格納したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
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