JP4656832B2 - 画像処理システムにおける自動位相調整装置 - Google Patents

Description

本発明は、デジタルビデオカメラやデジタルスチルカメラ等の画像処理システムにおける自動位相調整装置に関する。

従来の画像処理システムにおける自動位相調整について、図１１ないし図１３に基づいて説明する。図１１は画像処理システムのブロック図、図１２はタイミングチャート、図１３はタイミング調整のフローチャートである。

図１１において、１０は被写体からの入射光が入る光学レンズであり、ズーム機構やピント調整用のＡＦ（自動焦点）調節機構等が含まれている。

１１は撮像面を光学レンズ１０の光軸に対し直交するように配置されたセンサであり、ＣＣＤ撮像デバイスやＭＯＳ型撮像デバイス等が挙げられる。

１２はセンサ１１の出力信号３０が入力されるＣＤＳ／ＡＧＣ／ＡＤＣ部である。ここで、ＣＤＳは相関二重サンプリング、ＡＧＣは自動利得制御、ＡＤＣはＡＤコンバータを示している（以下、同様）。センサ１１の出力信号３０はＣＤＳに入力され、Ｓ／Ｈ（サンプル／ホールド）されてノイズ成分が除去された後、ＡＧＣにて利得が調整され、さらにＡＤＣにてＡ／Ｄ変換されて、当該デジタル信号３１が信号処理回路１３に送信される。

１３は信号処理回路であり、ＣＤＳ／ＡＧＣ／ＡＤＣ部１２からのデジタル信号３１が入力されるＹＣ信号処理部１４、ＣＤＳ／ＡＧＣ／ＡＤＣ部１２に対しタイミング信号３２を出力するセンサ駆動信号生成部１５、ＳＤＲＡＭ１６に画像データを格納３３または読出３４を行うメモリコントローラ１７等が含まれている。

センサ駆動信号生成部１５から出力されるタイミング信号３２について、図１２を用いて説明する。図１２において、センサ信号は、センサ１１の出力信号３０を表しており、３０ａはフィードスルーレベル、３０ｂは信号レベルを示している。ＣＤＳにおけるノイズの除去は、フィードスルーに含まれるノイズと信号に含まれるノイズが同じ相関を持っていることを利用して、フィードスルーレベル３０ａをクランプし、信号レベル３０ｂをサンプルホールドすることにより行っている。すなわち、サンプルパルス１，サンプルパルス２はタイミング信号３２であって、サンプルパルス１によってフィードスルーレベル３０ａをクランプし、サンプルパルス２によって信号レベル３０ｂをサンプルホールドする。

さらに、センサ駆動信号生成部１５から出力されるタイミング信号３２には、デジタル変換するためのデータをサンプル／ホールドするためのタイミングを決定するＡ／Ｄクロック信号も含まれている。

すなわち、図１２において、サンプル後のアナログ信号とは、センサ１１の出力信号３０をサンプルパルス１，２によってサンプルした後のアナログ信号であり、サンプルパルス２にてサンプル／ホールドした後、ゲイン増幅が始まる。アナログ信号のゲイン増幅動作が完了後、Ａ／Ｄクロック信号の立ち上がりのタイミングにて、ＡＤＣがデータをサンプルホールドする。すなわち、アナログ信号のゲイン増幅動作が十分に上がっていない状態にて、ＡＤＣがデータをサンプルホールドすると、十分な信号振幅を得ることができない。

図１２のタイミングチャートは、センサ信号に対する理想的なサンプルパルス１，２ならびにＡ／Ｄクロック信号の波形を示している。画質は、Ｓ／Ｈのタイミングにより大きく変化してしまうため、サンプルパルス１，２およびＡ／Ｄクロック等のタイミング信号３２は、その位相を自動調整する機能を有している。

自動位相調整については、図１３のタイミング調整のフローチャートに示すように、まずサンプルパルスの粗調整を行い（Ｓ３０）、次にサンプルパルスの微調整を行い（Ｓ３１）、その後ＳＤＲＡＭ１６のアクセスタイミングの位相をサンプルパルスの位相に対してずらすＤＲＡＭＣＫの調整を行い（Ｓ３２）、サンプルパルスの位相を決定する（Ｓ３３）。このようにして、画像処理システム毎に位相が調整され、調整後の位相は変更されることなく固定して使用される。

なお、ＳＤＲＡＭ１６ならびにメモリコントローラ１７を備えない画像処理システムであってもよく、この場合には自動位相調整にてＤＲＡＭＣＫの調整は不要となる。

また、サンプリング位置を調整する機能を備えた画像処理システムとして、例えば、１フィールドに含まれる画素全体のクロマ信号を積分し、積分値が最大になるようにサンプリング位置を１フィールドごとに制御することにより、個々の撮像素子のバラツキ等を考慮にいれたものがある（特許文献１参照）。
特開平６−２２５２２２号

従来の画像処理システムにおける自動位相調整のように、サンプルパルスが固定して使用される場合、製品間のばらつきや温度特性により、サンプリングタイミングに変動が発生するという問題がある。

すなわち、高温時にはサンプリングタイミングの変動が大きくなり、サンプルパルスを固定して使用したのでは当該変動に対応できず、また、より高精度な位相調整が望まれる際にも、対応できなかった。特に、低照度時等、Ｓ／Ｎを最大限に出したい時は、１〜２ｎｓ単位の調整が必要となるが、サンプルパルスを固定して使用していたのでは、１００％の特性を得ることはできなかった。すなわち、低照度時には、Ｓ／Ｎが悪くなり、良好な映像を得るためには、最も良い状態のＳ／Ｎを作り出す必要が生じる。

本発明は、高温時等においてサンプリングタイミングに変動が発生したり、低照度時等における高精度な位相調整が望まれる際に対応できる画像処理システムにおける自動位相調整装置を提供することを目的とする。

本発明の画像処理システムにおける自動位相調整装置は、センサからの画像信号を相関二重サンプリングするＣＤＳと、相関二重サンプリングされた画像信号をアナログ／デジタル変換するＡＤＣと、前記ＡＤＣでデジタル変換された画像信号が入力されて輝度信号が生成されるＹＣ信号処理部と、このＹＣ信号処理部で生成された輝度信号が入力されて輝度が検出される輝度レベル検出部と、前記ＹＣ信号処理部で生成された輝度信号が入力されて高周波成分が検出される高周波成分検出部とを有する信号処理回路とを備えた画像処理システムにおける自動位相調整装置であって、画像を取込み、前記高周波成分検出部にて検出した高周波成分が閾値以上で、かつ、前記輝度レベル検出部にて検出した輝度が最大となる時の位相を前記ＣＤＳのサンプルパルスの位相とし、サンプルパルスの位相のタイミングずれを粗調整する粗調整手段を有し、露光時間を複数設定可能である中の最小として画像を取込み、前記高周波成分検出部にて検出した高周波成分が最小となる時の位相を前記ＣＤＳのサンプルパルスの位相とし、サンプルパルスの位相のタイミングずれを微調整する微調整手段を有したものである。

本発明の画像処理システムにおける自動位相調整装置によると、露光時間を最小として画像を取込むことで主にノイズ成分が取込まれ、ノイズ成分が最小となる、すなわち高周波成分が最小となる時の位相をＣＤＳのサンプルパルスの位相として決定し、タイミングずれを微調整することができる。

本発明の画像処理システムにおける自動位相調整装置によれば、高温時等においてサンプリングタイミングに変動が発生したり、低照度時等における高精度な位相調整が望まれる際に対応できるという効果が得られる。

（実施例１）
本発明の実施例１を図１ないし図５に基づいて説明する。

図１は画像処理システムのブロック図、図２はセンサ駆動信号生成回路図、図３，４はタイミング調整のフローチャート、図５はタイミングチャートである。

なお、図１１ないし図１３に示した従来例と同一部分は、同一符号を付して、その説明を省略する。

図１において、信号処理回路１３には、ＹＣ信号処理部１４、センサ駆動信号生成部１５に加え、輝度レベル検出部１８、高周波成分検出部１９、タイミング調整部２０を含んでいる。

図２に、センサ駆動信号生成部１５の回路図を示す。

センサ駆動信号生成回路は、位相調整１／２クロック４０、粗調整用ＤＬＹ（４．８ｎｓＤＬＹ）回路４１、微調整用ＤＬＹ（１．２ｎｓＤＬＹ）回路４２にて構成されており、各セレクタ４３，４４，４５のレジスタＬ_１，Ｌ_２，Ｌ_３を設定することで、タイミング信号３２の位相を調整することができる。

タイミング調整部２０は、輝度レベル検出部１８ならびに高周波成分検出部１９の出力信号を元に、後述するタイミング調整のフローチャートに基づき、センサ駆動信号生成部１５の各セレクタ４３，４４，４５のレジスタＬ_１，Ｌ_２，Ｌ_３を設定するための信号を生成して出力する。

図３，４のタイミング調整のフローチャートに基づいて、自動位相調整について説明する。

まず従来例と同様に、サンプルパルスの粗調整（Ｓ１０）、サンプルパルスの微調整（Ｓ１１）の順に調整を行い、デフォルト値として位相が決定される（Ｓ１２）。

さらに、本発明の特徴である自動調整機能にて再調整する。再調整は、より一層精度を上げたい時や、高温で位相のずれが大きい時などに行われる。

まず、自動調整を要求する（Ｓ１３）。要求は、使用者が自動調整用ボタンを押す手動操作や、温度センサ等の検出値に基づく自動操作にて行われる。

次に、サンプルパルスの粗調整が必要か否かを判断する（Ｓ１４）。粗調整は、位相のずれが大きく、微調整の前に粗調整が必要と判断した場合に行う。判断は、使用者が行ったり、温度センサ等の検出値に基づいて制御手段（図示せず）にて行われる。

Ｓ１４にて、粗調整が不要と判断された場合、サンプルパルスの微調整のステップに進む。

Ｓ１４にて、粗調整が必要と判断された場合、ＡＬＣ（明るさ自動調整機能）の条件を固定し、同じ明るさの条件にて画像が取込めるようにする（Ｓ１５）。

次に、画像を取り込む（Ｓ１６）。

輝度レベル検出部１８の出力信号に基づき輝度を算出し、かつ、高周波成分検出部１９の出力信号に基づき高周波を検出する（Ｓ１７）。

輝度は、センサ信号におけるサンプルパルス１，２のサンプリング位置における差によって表され、かつ、その差が大きくなると輝度も大きくなる。例えば、図５に示すように、フィードスルーレベル３０ａと信号レベル３０ｂとの差ｄが輝度となる。

また、高周波の検出は、フィードスルーレベル３０ａよりリセットレベル３０ｃ側をサンプリングした結果、サンプルパルス１，２のサンプリング位置における差が大きくなり、誤って輝度が大きいと判断されるのを防止するために行われる。すなわち、リセットされると周波数は零となることから、フィードスルーレベル３０ａよりリセットレベル３０ｃ側をサンプリングした場合、周波数はある閾値未満の値とり、当該閾値未満のものは不可と判断できる。

Ｓ１６からＳ１７までのステップを５回繰り返したかを判断する（Ｓ１８）。なお、繰り返す毎に条件を変更する（Ｓ１９）。

すなわち、条件変更とは、サンプリングタイミングの変更のことであり、Ｓ１２にて設定されたデフォルト値に対し、−９．６ｎｓ，−４．８ｎｓ，±０ｎｓ，＋４．８ｎｓ，＋９．６ｎｓの５つの値にてタイミングを変更する。

条件を変更し、Ｓ１６からＳ１７までのステップを５回繰り返して得られた各輝度と高周波の値をメモリ等に記憶しておく。

なお、Ｓ１６からＳ１７までのステップを繰り返す回数は５回に限るものではなく、その場合、繰り返しの都度サンプリングタイミングが変更されるように、適宜タイミング変更の間隔を調整する。

記憶させておいた輝度と高周波の値より、高周波成分が閾値以上で、かつ、輝度が最大となる時の条件を粗調整による位相として決定する（Ｓ２０）。

以上、Ｓ１４〜Ｓ２０までの工程が粗調整手段となり、制御装置ならびに当該ステップを格納したＲＯＭ等（図示せず）にて構成されている。

粗調整値が済むと、次に微調整を行う。

まず、ＡＬＣの条件を変更する。すなわち、露光時間を最小とする。メカニカルシャッタが有る場合には、メカニカルシャッタを閉じることにより露光時間を最小とする。このように、露光時間を最小としておいてゲインをアップさせることにより、ノイズ成分のみを増大させる（Ｓ２１）。

次に、画像を取り込み（Ｓ２２）、高周波成分検出部１９の出力信号に基づき高周波を検出する（Ｓ２３）。

Ｓ２２からＳ２３までのステップを５回繰り返したかを判断する（Ｓ２４）。なお、繰り返す毎に条件を変更する（Ｓ２５）。

すなわち、条件変更とは、サンプリングタイミングの変更のことであり、Ｓ２０にて設定された粗調整値に対し、−２．４ｎｓ，−１．２ｎｓ，±０ｎｓ，＋１．２ｎｓ，＋２．４ｎｓの５つの値にてタイミングを変更する。

条件を変更し、Ｓ２２からＳ２３までのステップを５回繰り返して得られた各高周波の値をメモリ等に記憶しておく。

なお、繰り返しの回数は５回に限定されるものではなく、その場合、適宜タイミング変更の間隔を調整する。

記憶させておいた各高周波の値より、高周波成分が最小となる時の条件を微調整による位相として決定する。すなわち、Ｓ２１にてノイズ成分のみを対象としており、本来、ノイズ成分は零となることが好ましいことから、ノイズ成分が最小となる時、すなわち高周波成分が最小となる時の条件を位相として決定する（Ｓ２６）。

このように、微調整による結果、得られた値がサンプルパルス１，２の位相として決定される（Ｓ２７）。

以上、Ｓ２１〜Ｓ２７までの工程が微調整手段となり、制御装置ならびに当該ステップを格納したＲＯＭ等（図示せず）にて構成されている。

また、自動位相調整装置は、センサ駆動信号生成部１５、輝度レベル検出部１８、高周波成分検出部１９、タイミング調整部２０、粗調整手段、微調整手段等にて構成されている。

サンプルパルス１とサンプルパルス２の位相差は、センサ信号に基づき予め所定の値に固定されており、図３，４に示したフローチャートによってサンプルパルス１，２のいずれかの位相が決定されることにより、残りパルスの位相も自動的に決定される。

なお、サンプルパルス１，２の位相の決定手順の変形例として、例えば、Ｓ２０までの手順は上記と同様であり、Ｓ２１以降の微調整の工程にて、サンプルパルス１とサンプルパルス２について、それぞれ別々にＳ２１からＳ２７の工程を実行して位相を決定するようにしてもよい。

図５において、理想的なサンプルパルス１，２の波形を実線で示す。この理想的なサンプルパルス１，２の波形となるように、図４におけるＳ２５にて条件変更して、破線で示す範囲で位相を調整する。

このように構成された画像処理システムにおける自動位相調整装置によると、露光時間を最小として画像を取込むことで主にノイズ成分が取込まれ、ノイズ成分が最小となる、すなわち高周波成分が最小となる時の位相をＣＤＳのサンプルパルス１，２の位相として決定し、タイミングずれを微調整することができ、高温時等においてサンプリングタイミングに変動が発生したり、低照度時等における高精度な位相調整が望まれる際に対応できる。よって、製品のばらつき、温度依存をなくしＣＤＳのＳ／Ｈの機能を最大限に生かした信号処理が可能となる。特に、Ｓ／Ｎを最大限にできる効果があり、低照度時の画質の改善に効果がある。

また、微調整の前に、必要に応じてサンプルパルスの位相のタイミングずれを粗調整することができ、タイミングずれの調整が円滑に行える。

なお、上記実施例は、フィードスルーレベル３０ａをクランプするタイミング信号であるサンプルパルス１と、信号レベル３０ｂをサンプルホールドするタイミング信号であるサンプルパルス２の位相の微調整を行うものであったが、これらサンプルパルス１，２の微調整に加え、デジタル変換するためのデータをサンプル／ホールドするためのタイミングを決定するＡ／Ｄクロック信号の位相についても、図３，４のフローチャートに示したタイミング調整と同時に調整を行ってもよい。

すなわち、図５に示すように、タイミング調整にて位相が決定されたサンプルパルス２（実線）にてサンプル後、アナログ信号のゲイン増幅が始まる。Ａ／Ｄクロック信号の位相は、ＡＤＣがデータをサンプルホールドした際に十分な信号振幅を得ることができるように、アナログ信号のゲイン増幅動作が完了後、立ち上がることが好ましい。

このように、アナログ信号のゲイン増幅動作が完了後、Ａ／Ｄクロック信号が立ち上がるように、すなわち、Ａ／Ｄクロック信号の実線で示す理想的な波形となるように、破線で示す範囲で位相を調整する。

Ａ／Ｄクロック信号とサンプルパルス１，２の位相差は、予め所定の値に固定されており、タイミング調整にてサンプルパルス１，２の位相が決定されることにより、Ａ／Ｄクロック信号の位相が自動的に最適値に調整される。

（実施例２）
本発明の実施例２を図６に基づいて説明する。

図６は画像処理システムのブロック図である。なお、タイミング調整回路図，タイミング調整のフローチャート，タイミングチャートは、図２ないし図５に示した例と同様である。

本実施例２は、ＢＬＯＣＫメモリ２１にて輝度レベル検出部を兼用し、かつ、ＡＦ２２にて高周波成分検出部を兼用することを特徴とするものである。ＢＬＯＣＫメモリ２１はオート制御を行うために輝度レベルの平均値を算出するものであり、ＡＦ２２はズーム機構やピント調整用の自動焦点調節機構であり、いずれも既存の画像処理システムに組み込まれている。そして、ＢＬＯＣＫメモリ２１にて得た値より輝度を算出し、ＡＦ２２にて高周波を検出する。

画像処理システムの自動位相調整は実施例１と同様であり、実施例１と同様の効果が得られる。さらに、ＢＬＯＣＫメモリ２１にて輝度レベル検出部を兼用し、かつ、ＡＦ２２にて高周波成分検出部を兼用するので、別途、輝度レベル検出部ならびに高周波成分検出部を設ける必要がなく、構造が簡単で安価である。

なお、ＢＬＯＣＫメモリ２１にて輝度レベル検出部のみを兼用し、高周波成分検出部は新たに設けるものや、ＡＦ２２にて高周波成分検出部のみを兼用し、輝度レベル検出部は新たに設けるものであってもよい。

（実施例３）
本発明の実施例３を図７ないし図１０に基づいて説明する。

図７は画像処理システムのブロック図、図８，９はタイミング調整のフローチャート、図１０はタイミングチャートである。なお、タイミング調整回路図は、図２に示した例と同様である。

本実施例３は、画像データを格納３３または読出３４を行うＳＤＲＡＭ１６を備え、信号処理回路１３にＳＤＲＡＭ１６にアクセスするメモリコントローラ１７を含むことを特徴とするものである。

タイミング調整のフローチャートに示すように、デフォルト値位相を決定する際に、ＳＤＲＡＭ１６のアクセスタイミングの位相をサンプルパルスの位相に対してずらすＤＲＡＭＣＫ微調整（Ｓ２８）を行い、再度、タイミング調整を行ってサンプルパルス位相を決定した後、ＳＤＲＡＭ１６のアクセスタイミングの位相をサンプルパルスの位相に対してずらすＤＲＡＭＣＫ微調整（Ｓ２９）を行う。

ＤＲＡＭＣＫ微調整（Ｓ２９）の結果、図１０に示すように、画像データを格納３３または読出３４の際におけるＤＲＡＭＣＫのアクセスタイミングの位相が、サンプルパルス１，２の位相に対してずれ、ＳＤＲＡＭ１６のノイズがアナログ映像信号に載るのを回避できる。

このように構成された画像処理システムにおける自動位相調整装置によると、実施例１と同様の効果が得られる。さらに、ＳＤＲＡＭ１６のクロックを微調整後のサンプルパルス１，２の位相を元に変更することにより、定期ノイズを回避することができる。

本発明の画像処理システムにおける自動位相調整装置は、サンプルパルスやＡ／Ｄクロック信号の位相を自動的に調整する装置として有用である。

本発明の実施例１における画像処理システムのブロック図 本発明の実施例１におけるセンサ駆動信号生成回路図 本発明の実施例１におけるタイミング調整のフローチャート 本発明の実施例１におけるタイミング調整のフローチャート 本発明の実施例１におけるタイミングチャート 本発明の実施例２における画像処理システムのブロック図 本発明の実施例３における画像処理システムのブロック図 本発明の実施例３におけるタイミング調整のフローチャート 本発明の実施例３におけるタイミング調整のフローチャート 本発明の実施例３におけるタイミングチャート 従来例における画像処理システムのブロック図 従来例におけるタイミングチャート 従来例におけるタイミング調整のフローチャート

符号の説明

１０ 光学レンズ
１１ センサ
１２ ＣＤＳ／ＡＧＣ／ＡＤＣ部
１３ 信号処理回路
１４ ＹＣ信号処理部
１５ センサ駆動信号生成部
１６ ＳＤＲＡＭ
１７ メモリコントローラ
１８ 輝度レベル検出部
１９ 高周波成分検出部
２０ タイミング調整部
３０ センサの出力信号
３２ タイミング信号

Claims (4)

1. センサからの画像信号を相関二重サンプリングするＣＤＳと、
   相関二重サンプリングされた画像信号をアナログ／デジタル変換するＡＤＣと、
   前記ＡＤＣでデジタル変換された画像信号が入力されて輝度信号が生成されるＹＣ信号処理部と、このＹＣ信号処理部で生成された輝度信号が入力されて輝度が検出される輝度レベル検出部と、前記ＹＣ信号処理部で生成された輝度信号が入力されて高周波成分が検出される高周波成分検出部とを有する信号処理回路と、
   を備えた画像処理システムにおける自動位相調整装置であって、
   画像を取込み、前記高周波成分検出部にて検出した高周波成分が閾値以上で、かつ、前記輝度レベル検出部にて検出した輝度が最大となる時の位相を前記ＣＤＳのサンプルパルスの位相とし、サンプルパルスの位相のタイミングずれを粗調整する粗調整手段を有し、
   露光時間を複数設定可能である中の最小として画像を取込み、前記高周波成分検出部にて検出した高周波成分が最小となる時の位相を前記ＣＤＳのサンプルパルスの位相とし、サンプルパルスの位相のタイミングずれを微調整する微調整手段を有した、ことを特徴とする画像処理システムにおける自動位相調整装置。
2. 前記輝度レベル検出部がＢＬＯＣＫメモリにて兼用されている、ことを特徴とする請求項１に記載の画像処理システムにおける自動位相調整装置。
3. 前記高周波成分検出部がＡＦ調節機構にて兼用されている、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の画像処理システムにおける自動位相調整装置。
4. 画像処理システムがＳＤＲＡＭを備え、前記微調整手段による微調整後のサンプルパルスの位相と、前記ＳＤＲＡＭのアクセスタイミングの位相とをずらすアクセスタイミング調整手段を有した、ことを特徴とする請求項１ないし請求項３に記載の画像処理システムにおける自動位相調整装置。

Images