JPH0226806B2 - - Google Patents
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- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03G—CONTROL OF AMPLIFICATION
- H03G3/00—Gain control in amplifiers or frequency changers
- H03G3/20—Automatic control
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- Picture Signal Circuits (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
- Control Of Amplification And Gain Control (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
(1) 発明の分野
この発明は、CCD等のイメージセンサの各光
電素子の感度ムラを補正するのに用いて好適な自
動利得制御回路（AGC回路）に関するものであ
る。[Detailed Description of the Invention] (1) Field of the Invention The present invention relates to an automatic gain control circuit (AGC circuit) suitable for use in correcting sensitivity unevenness of each photoelectric element of an image sensor such as a CCD. .
(2) 従来技術
CCD等のイメージセンサは、測定物体の温度
パターン等の測定をする光学的測定装置に用いる
ことができる。(2) Prior Art An image sensor such as a CCD can be used in an optical measurement device that measures the temperature pattern of a measurement object.
しかしながら、イメージセンサの各光電素子に
は、感度のバラツキがあり、この出力は利得の変
化幅が小さいものであるが、これを補正し、一定
の出力とする必要がある。 However, each photoelectric element of an image sensor has variations in sensitivity, and although this output has a small change in gain, it is necessary to correct this and maintain a constant output.
このため、特願昭56−145925において、AGC
回路を用いて光学的測定装置のイメージセンサの
感度ムラを補正するものが提案されている。 For this reason, in patent application No. 56-145925, AGC
A method has been proposed that uses a circuit to correct uneven sensitivity of an image sensor of an optical measuring device.
そして、高精度の補正をするために、さらに改
善を加える必要がある。 Further improvements need to be made in order to perform highly accurate correction.
(3) 発明の目的
この発明の目的は、以上の点に鑑み、利得の変
化幅の小さい利得制御に用いて好適な自動利得制
御回路を提供することである。(3) Purpose of the Invention In view of the above points, the purpose of the present invention is to provide an automatic gain control circuit suitable for use in gain control with a small gain change range.
(4) 発明の原理
CCD等のイメージセンサは、１個の基板に複
数個の光電素子とアドレス用のシフトレジスタが
形成され、各素子の出力を順次ビデオ信号として
線転送、面転送して取り出せるものであるが、各
素子について、第１図ａ，ｂで示すように感度ム
ラがある。(4) Principle of the invention In an image sensor such as a CCD, multiple photoelectric elements and address shift registers are formed on one substrate, and the output of each element can be sequentially output as a video signal by line transfer or surface transfer. However, each element has uneven sensitivity as shown in Figure 1a and b.
このためAGC回路により、各素子の代表出力
をαVoとして、この出力αVoを入力とし、すべて
の素子についてαoVoとなるようにする必要があ
る。（ここで、Voは入射強度、αは各素子の感
度、αoは必要とする所定の感度である。なお後
述するが感度α，αoを利得と考えてもよい。）
この発明のAGC回路の原理は次のようである。 For this reason, it is necessary to use the AGC circuit to set the representative output of each element as αVo, use this output αVo as input, and set αoVo for all elements. (Here, Vo is the incident intensity, α is the sensitivity of each element, and αo is the required predetermined sensitivity.As will be explained later, the sensitivities α and αo may also be considered as gains.) The principle is as follows.
第１図ａ，ｂで示すように所定の感度αのバラ
ツキはある得たい感度であるベース量αoに±△
α分の変動が生じ、この±△α分の補正をするよ
うにすればよい。 As shown in Figure 1 a and b, the variation in the predetermined sensitivity α is ±△ with respect to the base amount αo, which is the desired sensitivity.
A variation by α occurs, and it is only necessary to correct this by ±Δα.
第１図ａ，ｂより感度α，αoの差を△αとす
れば次式が成り立つ。 From FIG. 1a and b, if the difference between the sensitivities α and αo is Δα, the following equation holds true.
αo＝α＋△α ………(1)
α＝αo＋△α ………(2)
入力信号αVoをαoとするには、入力信号αVo
に対しαo/αを乗算すればよい。αo=α+△α ………(1) α=αo+△α ………(2) To set input signal αVo to αo, input signal αVo
It is sufficient to multiply by αo/α.
従つて、(1)、(2)式より
αo／α＝α±△α／α＝１±△α／α＝１±α
′
………(3)
が成り立ち、従つて
α′＝αo−α／α、α−αo／α ………(4)
となる。これより出力信号e0は、
e0＝αo／α・αVo＝（１±α′）αVo
＝αVo＋αo−α／α・αVo ………(5)
＝αoVo ………(6)
となり、(5)式のような演算をAGC回路で行えば
よい。 Therefore, from equations (1) and (2), αo/α=α±△α/α=1±△α/α=1±α
′ ………(3) holds, so α′=αo−α/α, α−αo/α ………(4). From this, the output signal e 0 is: e 0 = αo/α・αVo=(1±α′) αVo = αVo+αo−α/α・αVo (5) = αoVo (6), (5 ) can be performed using the AGC circuit.
ところで、AGC回路に用いられる掛算器、
FET等のAGC素子の有効動作範囲は限られてい
るものが多く、また、リニアIC等と比較して誤
差が大きいもので、通常、高精度の演算は困難で
ある。このため、(5)式の補正値α′、つまりAGC
範囲が狭いことに着目し、このAGC範囲を拡大
してAGC動作をさせることにより、最終出力に
及ぼすAGC素子の演算誤差の影響を小さくする
ようにするとよい。つまり、次式のように(5)式を
書き直し、
e0＝αVo＋（αo−α／α・ｍ）・（αVo）１／ｍ
………(7)
とし、AGC素子の有効動作範囲を最大限に使用
するために、AGC範囲をｍ倍に拡大して変更し
た係数αo−α／α・ｍを入力信号αVoに乗算させ、
利得を制御するようにし、次にこれを１／ｍ倍して
入力信号に加算すればよい。 By the way, the multiplier used in the AGC circuit,
The effective operating range of AGC elements such as FETs is often limited, and the errors are larger than those of linear ICs, so high-precision calculations are usually difficult. Therefore, the correction value α′ in equation (5), that is, AGC
Focusing on the narrow range, it is preferable to expand this AGC range and perform AGC operation to reduce the influence of the calculation error of the AGC element on the final output. In other words, rewrite equation (5) as shown below and set e 0 = αVo + (αo − α/α・m)・(αVo) 1/m (7) to maximize the effective operating range of the AGC element. For limited use, the input signal αVo is multiplied by a coefficient αo−α/α・m, which is changed by expanding the AGC range by m times, to control the gain, and then this is multiplied by 1/m. and add it to the input signal.
なお(5)式を変形して
eo＝αVo−α−αo／α・αVo …………(5)′
とし、この(5)′式に基いて演算するようにしても
よい。 Note that the equation (5) may be transformed to eo=αVo−α−αo/α·αVo ……(5)′, and the calculation may be performed based on this equation (5)′.
なお、以上は、イメージセンサの感度補正を例
にとつて説明したが、一般の信号処理において
は、得たい利得をαo、所定の利得をαと考えて、
(5)、(5)′、(7)式のような自動利得制御演算を行う
ようにすればよい。特に、利得の変動幅が小さい
場合に有効である。つまり、次式のような演算を
すればよい。 The above explanation has been given using the sensitivity correction of an image sensor as an example, but in general signal processing, the gain to be obtained is assumed to be αo, the predetermined gain is assumed to be α,
Automatic gain control calculations such as equations (5), (5)′, and (7) may be performed. This is particularly effective when the gain fluctuation range is small. In other words, the following calculation should be performed.
e0＝Aei＋（Ao−Ａ）ei ………(8)
e0＝Aei＋ｍ（Ao−Ａ）・ei・１／ｍ ………(9)
ここで、eiは入力信号、e0は出力信号、Aoは
得たい利得、Ａは所定の利得、ｍはAGC素子の
有効動作範囲について最大限に動作させるため利
得を変える係数である。(8)式においてＡ＝１と考
えれば、
e0＝ei＝（Ao−１）ei＝Ao ei ………(8)′
となり、見やすい形となり演算も容易となる。e 0 = Ae i + (Ao−A) e i ………(8) e 0 = Ae i + m (Ao − A)・e i・1/m……(9) Here, ei is the input signal , e 0 is the output signal, Ao is the desired gain, A is a predetermined gain, and m is a coefficient for changing the gain in order to operate the AGC element to the maximum extent within its effective operating range. If we consider that A=1 in equation (8), then e 0 =e i =(Ao−1)e i =Ao e i (8)′, which makes it easier to see and calculate.
(5) 発明の実施例
まず、この発明が適用される光学的測定装置に
ついて第２図について説明する。(5) Embodiments of the Invention First, an optical measuring device to which the present invention is applied will be explained with reference to FIG.
図において、１は測定物体、２は測定物体１か
らの放射エネルギーを集光するレンズ、３は、レ
ンズ２により集光された放射ネルギーを受光し、
その複数個の光電素子の出力を順次ビデオ信号と
して転送する、線転送あるいは面転送のイメージ
センサ、４はイメージセンサ３の出力を増幅する
前置増幅器、５は前置増幅器４の出力eiを増幅す
る自動利得制御機能を有する自動利得制御回路
（AGC回路）、６はAGC回路５の出力e0を出力端
子７より取り出す出力用増幅器、８は前置増幅器
４の出力eiから前述の係数α′を演算する演算回
路、９は演算回路８の出力をデジタル信号に変換
するＡ−Ｄ変換器、SwはＡ−Ｄ変換器９の出力
を取り出すスイツチ、１０はスイツチSωにより
取り出されたＡ−Ｄ変換器９の出力を記憶するメ
モリ、１１はメモリ１０の内容をアナログ信号に
変換し、その出力egによりAGC回路５の利得を
制御するＤ−Ａ変換器、１２はイメージセンサを
駆動するための駆動回路、１３は演算回路８、メ
モリ１０、駆動回路１２等に制御基準クロツクを
与える制御回路である。 In the figure, 1 is a measurement object, 2 is a lens that collects the radiant energy from the measurement object 1, 3 receives the radiant energy collected by the lens 2,
A line transfer or surface transfer image sensor that sequentially transfers the outputs of the plurality of photoelectric elements as video signals; 4 is a preamplifier that amplifies the output of the image sensor 3; 5 is a preamplifier that amplifies the output ei of the preamplifier 4; an automatic gain control circuit (AGC circuit) having an automatic gain control function to 9 is an A-D converter that converts the output of the arithmetic circuit 8 into a digital signal, Sw is a switch that takes out the output of the A-D converter 9, and 10 is an A-D that is taken out by the switch Sω. A memory for storing the output of the converter 9, 11 a D-A converter for converting the contents of the memory 10 into an analog signal and controlling the gain of the AGC circuit 5 using the output e g , and 12 for driving the image sensor. 13 is a control circuit that provides a control reference clock to the arithmetic circuit 8, memory 10, drive circuit 12, etc.
あらかじめ、測定開始前に、次の処理を行う。
スイツチSωを閉とし、放射発散度の均一な面光
源のような参照光源１ａを測定物体１の位置に置
き、この参照光源１ａをイメージセンサ３にて計
測する。イメージセンサ３の各光電素子毎のビデ
オ信号は、前置増幅器４により増幅され、この出
力eiは演算回路８により補正値α′が演算されＡ−
Ｄ変換器９によりデジタル信号に変換され、イメ
ージセンサ３の各光電素子に対応した感度ムラを
補正する補正値がメモリ１０に記憶される。イメ
ージセンサ３の各光電素子の感度ムラは±10％程
度であるから、必要とする得たい感度αoをビデ
オ信号e0の90％に設定しておけば、補正範囲は±
10％になり、メモリ１０の容量は1/10に縮少でき
る。なお、制御回路１３によりイメージセンサ３
の駆動回路１２、メモリ１０、演算回路８のタイ
ミングがとられる。そして、後述するように、メ
モリ１０に記憶されたイメージセンサ３の各光電
素子に対応した補正値は、測定時、Ｄ−Ａ変換器
１１によりAGC回路５のコントロール用の信号
egとして利用される。 In advance, before starting the measurement, perform the following processing.
The switch Sω is closed, a reference light source 1a such as a surface light source with uniform radiation emittance is placed at the position of the measurement object 1, and this reference light source 1a is measured by the image sensor 3. The video signal for each photoelectric element of the image sensor 3 is amplified by a preamplifier 4, and the output e i is converted into a correction value α' by an arithmetic circuit 8.
It is converted into a digital signal by the D converter 9, and a correction value for correcting sensitivity unevenness corresponding to each photoelectric element of the image sensor 3 is stored in the memory 10. Since the sensitivity unevenness of each photoelectric element of the image sensor 3 is about ±10%, if the desired sensitivity αo is set to 90% of the video signal e 0 , the correction range is ±10%.
10%, and the capacity of memory 10 can be reduced to 1/10. Note that the image sensor 3 is controlled by the control circuit 13.
The timing of the drive circuit 12, memory 10, and arithmetic circuit 8 is determined. As will be described later, the correction values corresponding to each photoelectric element of the image sensor 3 stored in the memory 10 are used as signals for controlling the AGC circuit 5 by the D-A converter 11 during measurement.
Used as e g .
次に測定時、スイツチSωを開とし、イメージ
センサ３に測定物体１の放射エネルギーを入射さ
せる。イメージセンサ３からは各光電素子に対応
した時系列のビデオ信号が出力されるが、この各
光電素子毎に対応した感度ムラの補正は、あらか
じめメモリ１０に記憶された補正値をＤ−Ａ変換
器１１によりアナログ信号に変換しコントロール
信号egとして、イメージセンサ３の出力が前置増
幅器４により増幅され、その信号eiが入力される
AGC回路に与えて、その利得を制御することに
より行なわれる。この補正は、制御回路１３の制
御クロツクパルスをイメージセンサ３の駆動回路
１２、メモリ１０に与えることにより、イメージ
センサ３の各光電素子毎に自動的に行なわれる。
そして、この補正された信号e0は、出力増幅器６
を介して出力端子７より取り出される。 Next, at the time of measurement, the switch Sω is opened to allow the radiation energy of the measurement object 1 to enter the image sensor 3. The image sensor 3 outputs a time-series video signal corresponding to each photoelectric element, and correction of sensitivity unevenness corresponding to each photoelectric element is performed by D-A conversion of correction values stored in the memory 10 in advance. The output of the image sensor 3 is converted into an analog signal by the device 11 as a control signal e g , and the output of the image sensor 3 is amplified by the preamplifier 4, and the resulting signal e is inputted.
This is done by applying it to the AGC circuit and controlling its gain. This correction is automatically performed for each photoelectric element of the image sensor 3 by applying a control clock pulse from the control circuit 13 to the drive circuit 12 and memory 10 of the image sensor 3.
Then, this corrected signal e 0 is sent to the output amplifier 6
It is taken out from the output terminal 7 via.
次に演算回路８とAGC回路５のより具体的な
構成を第３図について説明する。 Next, a more specific configuration of the arithmetic circuit 8 and AGC circuit 5 will be explained with reference to FIG.
イメージセンサ３が基準光源を測定したときの
信号をαVoとし、このとき演算回路８の減算器８
１により、入力信号αVoと、設定値α0Voとの減
算を行い、その出力（αo−α）Voと入力信号
αVoとは割算器８で割算されるとともにｍ倍され
てｍ・（αo−α）／αとなり、Ａ−Ｄ変換器９に
よりデジタル信号に変換され、スイツチSωを介
して、メモリ１０にイメージセンサ３の各素子毎
の補正値としての係数が記憶される。 The signal when the image sensor 3 measures the reference light source is αVo, and at this time, the subtracter 8 of the arithmetic circuit 8
1, the input signal αVo and the set value α 0 Vo are subtracted, and the output (αo−α)Vo and the input signal αVo are divided by the divider 8 and multiplied by m to obtain m・( αo−α)/α is converted into a digital signal by the A/D converter 9, and a coefficient as a correction value for each element of the image sensor 3 is stored in the memory 10 via the switch Sω.
そして測定時は、メモリ１０の内容をＤ−Ａ変
換器１１によりアナログ信号ｍ・（αo−α）／α
に変換し、AGC回路５のFET、掛算器等のAGC
素子５１により入力信号のαVoとの積をとつて1/
ｍ倍されて（αo−α）Voとなり、加減算器５２
により入力信号αVoに加算されてαoVoとなる所
望の出力が得られる。 During measurement, the contents of the memory 10 are converted into an analog signal m・(αo−α)/α by the DA converter 11.
Convert to AGC circuit 5 FET, multiplier, etc.
The element 51 multiplies the input signal by αVo and calculates 1/
It is multiplied by m and becomes (αo−α)Vo, which is added to the adder/subtractor 52.
Thus, the desired output which is added to the input signal αVo and becomes αoVo is obtained.
このように、前述の(5)、(5)′、(7)式等の演算を
行うようにすればよいわけである。 In this way, it is sufficient to perform calculations such as the above-mentioned equations (5), (5)', and (7).
(6) 発明の要約
この発明は、入力信号が供給され、得たい利得
と所定の利得との差に応じて利得を制御する
AGC素子と、このAGC素子の出力と入力信号と
を加減算する加減算器とを備えた自動利得制御回
路である。(6) Summary of the Invention This invention controls the gain according to the difference between a desired gain and a predetermined gain when an input signal is supplied.
This is an automatic gain control circuit that includes an AGC element and an adder/subtracter that adds and subtracts the output of the AGC element and an input signal.
(7) 発明の効果
イメージセンサを用いた光学的測定装置に用
いて、きわめて簡単な回路によりイメージセン
サの各光電素子の感度ムラを補正することがで
き、イメージセンサの分解能を大幅に向上させ
ることができる。(7) Effects of the invention When used in an optical measuring device using an image sensor, sensitivity unevenness of each photoelectric element of the image sensor can be corrected with an extremely simple circuit, and the resolution of the image sensor can be greatly improved. Can be done.
感度差のみをメモリに記憶させればよいので
その容量は小さくて済み、Ａ−Ｄ変換器、Ｄ−
Ａ変換器のbit数は小さくて済み、しかも高精
度の出力が得られる。 Since only the sensitivity difference needs to be stored in the memory, its capacity is small, and the A-D converter, D-
The number of bits of the A converter is small, and high-precision output can be obtained.
AGC素子が故障・誤動作しても、AGC前の
入力がそのまま出力されるので出力への影響は
少ない。 Even if the AGC element fails or malfunctions, the input before AGC is output as is, so there is little effect on the output.
AGC素子のダイナミツクレンジを広くとる
ことができるので、高い演算精度が可能とな
る。 Since the dynamic range of the AGC element can be widened, high calculation accuracy is possible.
第１図ａ，ｂのAGC範囲△α＝20％とすれ
ば、AGC素子に５％の誤差があつても、最終
誤差は20/100×5/100＝1/100より結局誤差は１
％以内におさまり、高精度のものとなる。 If the AGC range △α in Figure 1 a and b is 20%, even if the AGC element has an error of 5%, the final error is 20/100 x 5/100 = 1/100, so the error is 1.
% or less, resulting in high accuracy.
演算回路は、アナログ回路で済み、高精度を
必要とせず、安価で済む。 The arithmetic circuit can be an analog circuit, does not require high precision, and is inexpensive.
第１図は動作説明用波形図、第２図、第３図は
この発明の一実施例を示す構成説明図である。
３…イメージセンサ、５…AGC回路、８…演
算回路、９…Ａ−Ｄ変換器、１０…メモリ、１１
…Ｄ−Ａ変換器、１３…制御回路、８１…減算
器、８２…割算器、５１…AGC素子、５２…加
減算器。
FIG. 1 is a waveform diagram for explaining the operation, and FIGS. 2 and 3 are diagrams for explaining the configuration of an embodiment of the present invention. 3... Image sensor, 5... AGC circuit, 8... Arithmetic circuit, 9... A-D converter, 10... Memory, 11
...D-A converter, 13...control circuit, 81...subtractor, 82...divider, 51...AGC element, 52...addition/subtraction device.
Claims (1)
各素子についてのイメージセンサからの入力信号
と設定値との減算を行いその出力と入力信号との
割算を行つて所定倍する演算回路の出力を記憶す
るメモリと、このメモリの演算回路の出力に相当
する信号と測定時の入力信号との積をとつて所定
倍分の１とするAGC素子と、このAGC素子の出
力と測定時の入力信号との加算または減算を行う
加減算器とを備えたことを特徴とする自動利得制
御回路。1. When the image sensor measures the reference light source, the input signal from the image sensor for each element is subtracted from the set value, the output is divided by the input signal, and the output of the arithmetic circuit is multiplied by a predetermined value. an AGC element that takes the product of a signal corresponding to the output of the arithmetic circuit of this memory and an input signal at the time of measurement and divides the product by a predetermined factor, and the output of this AGC element and the input signal at the time of measurement An automatic gain control circuit comprising: an adder/subtracter that performs addition or subtraction of .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57059870A JPS58177023A (en) | 1982-04-09 | 1982-04-09 | Automatic gain controlling circuit |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP57059870A JPS58177023A (en) | 1982-04-09 | 1982-04-09 | Automatic gain controlling circuit |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58177023A JPS58177023A (en) | 1983-10-17 |
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Family
ID=13125626
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57059870A Granted JPS58177023A (en) | 1982-04-09 | 1982-04-09 | Automatic gain controlling circuit |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JPS58177023A (en) |
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