JPH04167791A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は、固体撮像素子の出力の黒レベルを定常的に一
定に設定する固体撮像装置に関する。

（ロ）従来の技術 テレビカメラの如き固体撮像装置に用いられる映像信号
処理回路においては、固体撮像素子から得られる映像出
力の黒レベルを基準として各信号処理が施されるために
、固体撮像素子の映像出力において、常に安定した黒レ
ベルを出力させる必要がある。このため、固体撮像素子
には、光学的に遮光されたＯＰＢ領域（オプティカルブ
ラック）が設けられており、従って第２図に示すように
、基準の黒レベル信号（Ｔ２）が、映像信号（Ｔ１）と
共に出力され、通常このレベルを基準にして、信号処理
が行なわれる。

従来のアナログ信号処理について第３図に従って説明す
る。ＣＣＤ　（１）は例えはイエロー（Ｙｅ）。

グリーン（Ｃ）及びシアン（Ｃｙ）のストライプ状の色
分離フィルタが形成された単板カラーカメラ用である。

このＣＯＤ　（１）から出力された信号は、まず、１／
ｆノイズやりセラトノイスを除去し、かつ、映像信号成
分を取り出すためのＣＤ５（相関二重サンプリング）回
路（２）を通り、次に、映像信号レベルを一定に保つた
めのＡＧＣ回路（３）に入力される。ＡＧＣ回路（３）
の出力信号に対しては、ＣＣＤの暗電流成分を除去し、
黒レベルを設定するため、ＯＰＢクランプ回路（４）で
黒レベルのクランプが行なわれる。その後、サンプリン
グボールド回路（５ａ）（５ｂ）（５ｃ）により時系列
的に繰り返し出力されるＹｅ、Ｇ及びＣｙの成分が成分
毎に分離され、さらに演算回路（６ａ）（６ｂ）により
、レッド（Ｒ）、グリーン（Ｇ、）及びブルー（Ｂ）の
各成分が算出される。そして、ＯＰＢクランプ回路（７
ａ）（７ｂ）（７ｃ）により、黒レベルを設定し、プロ
セス回路（８ａ）（８ｂ）（８ｃ＞により、ホワイトノ
スランス、ガンマ補正、ホワイＩ〜クリップブランキン
グ、ペデスタル設定などの各信号処理が施された後に、
Ｒ，Ｇ。

Ｂの各成分の映像信号が出力される。

次に、ディジタル信号処理の場合について第４図で説明
する。

現状においては、Ａ、／Ｄ変換器（９）の性能上、ＣＤ
Ｓ回路（２）、ＡＧＣ回路（３）及びＯＰＢクランプ回
路（１２）は、アナログ回路で構成し、それ以後の処理
でディジタル処理を行なうのが普通である。従って、Ｃ
ＤＳ回路（２）、ＡＧＣ回路（３）、ＯＰＢクランプ回
路（４）は、第３図で示したものと、全く同一のもので
ある。たたし、ＯＰＢクランプ回路（１２）においては
、そこで設定きれる黒レベル電圧と、次のＡ／Ｄ変換器
（９〉のリファレンス電圧を正確に適合させ、ティシク
ル信号においても、基準の黒レベルを保つ必要がある。

そして、デジタル値に変換された映像信号は、色分離用
のマトリックス回路（１０）で色成分毎に分離きれた後
に、プロセス回路（１１）に入力きれ、ガンマ補正、ブ
ランキングなどの信号処理が施されて所定−３＝ のフォーマットに従うＲＧＢ信号として出力される。

（ハ）発明が解決しようとする課題 まず、第３図の如き構成においては、アナログ系で黒レ
ベルを設定していたため、次のような問題が生じる。ひ
とつは、各回路での温度ドリフトが発生し、各チ〜ンネ
ル間の特性バラツキにより、Ｒ，Ｇ、Ｈの各成分の信号
において、黒バランスがずれる。あるいは、ＡＧＣ回路
（３）においては、通常、広範囲のゲイン特性を持って
いるため、通常ゲイン状態と最大ゲイン状態とにおいて
、ＡＧＣ回路（３）自身の周波数特性の変化、あるいは
、ＣＤＳ回路（２）におけるサンプリングノイズの影響
などにより、黒レベルがずれ、黒バランスやセットアツ
プの変動などが発生しやすい。

これらの現象を、実用上問題ないレベルに押えるために
は、基板パターンにおけるノイズ対策、温度補償回路、
各種補正回路などが必要となり、カメラ設計において、
１つの課題になっていた。

一方、第４図の如きディジタル信号処理の構成において
もＡ／Ｄ変換部でリファレンス電圧上、黒レベル電圧が
ずれると、重大な画質劣化を引き起こすことになる。

（ニ）課題を解決するための手段 本発明は上述の課題を解決するためになされたもので、
その特徴とするところは、撮像領域の一部に遮光領域が
設けられ、受光した映像を光電変換することで黒レベル
信号と映像信号とを時分割で出力する固体撮像素子と、
この固体撮像素子の出力の上記映像信号成分を除去する
ブランキング回路と、上記映像信号成分が除去された上
記出力のレベルを所定の範囲内に設定するクリップ回路
と、このクリップ回路の出力に対して水平走査期間の適
数ビット毎に統計処理を施す第１の統計処理回路と、き
らに垂直走査期間の適数ライン毎に上記第１の統計処理
回路の出力に対して統計処理を施す第２の統計処理回路
と、を備え、上記第２の統計処理回路の出力に基づいて
上記固体撮像素子の出力の黒レベルを設定することにあ
る。

（ホ〉作用 本発明によれは、安定した黒レベルの設定が可能になり
、黒バランスのズレなどの画質劣化を容易に防げるよう
になる。きらに、ディジタル信号処理においては、初段
で安定した黒レベル設定ができると共に、その値を一定
に設定することができるため、後段の処理において再び
各色成分間での黒レベル設定を行なう必要がなく、回路
構成の簡略も実現できる。

（へ）実施例 本発明の実施例を第１図に従って説明する。

ＣＣＤ（１）から出力される映像信号は、アナログ系の
ＣＤＳ回路（２〉、ＡＧＣ回路（３）、クランプ回路（
１２）において所定の処理が施された後に、Ａ／Ｄ変換
器（９）に入力詐れる。このクランプ回路（１２）は、
第３図と同様のＯＰＢクランプ回路（４）でもよいし、
また、Ａ／Ｄ変換器（９）のリファレンス電圧に対する
入力信号のレベルを補償するためだけのクランプでもよ
い。次に、デジタル値に変換された映像信号は、ＢＬＫ
回路（１３）で、ＯＰＢ領域からの黒レベル信号（Ｔ２
）以外の信号がカットされ、標準的な疑似黒レベル信号
に置きかえられる。これらの回路は、１段のゲート回路
により構成できる。

次に疑似黒レベル信号は、クリップ回路（１４）に入力
され、このクリップ回路（１４）で、あらかじめ設定さ
れた範囲のレベル以上あるいは以下の信号に対して設定
レベルの最大値あるいは最ノ」λ値への置換処理が行な
われる。これは、たとえは、ノイズ成分が疑似黒レベル
信号に重畳されてきた場合、あるいは、ＣＣＤ　（１）
でのＯＰＢ領域への光もれこみ、ＯＰＢ領域用の遮光領
域のビット単位での欠損なとの影響を避けるための処理
である。

続いて、平均回路（１５）でｎビット単位で平均化が行
なわれる。通常、疑似黒レベル信号からは、映像帯域の
周波数成分を得る必要はなく、数Ｋｌ（ｚレベルの情報
を得られればよいことから、１水平期間に連続して出力
される数十ビットの平均をとりその水平ラインでのＯＰ
Ｂ情報とする。通常、ＯＰＢ領域の水平ビット数は、３
０ビット前後設けられているので、３２（２’）ビット
の平均を取るようにする。こうずれば、平均回路（１５
）において、ビットをシフトすることによる加算回路で
の構成が可能になるため、回路を簡略化できる。また、
たとえ、ＣＣＤ　（１）のＯＰＢ領域のビット数が、３
２ビツト以下であったとしても、前段の処理、即ち、Ｏ
ＰＢ領域以外の信号の標準的疑似ＯＰＢレベルの変換、
及びクリップ回路（１４）により、３２ビツトの平均を
得るようにすれば問題にはならない。さらに、移動平均
回路（１６）によりｍライン毎の平均化を行なう。これ
は、ｎビット平均出力においては、１ライン周期の周波
数成分を含んでおり、画面上で横引きノイズを発生させ
る原因にもなりえることから、垂直方向にも信号の平均
化をすることによりノイズの発生を防止するために行な
われる。１ラインの３２ビット分の情報は、１ビット分
に平均化されているため、垂直方向の平均も水平方向の
平均回路と同様な規模で構成でさる。このように得られ
た疑似黒レベル信号は、減算回路（１７）でメインの映
像信号より差し引かれる。これにより、その出力におけ
る黒レベルは、常に安定した黒レベルを一定に保つこと
ができる。

そして、黒レベルが設定された映像信号は、色分離マト
リックス回路（１０）で各色成分に分離された後に、パ
ラレル／シリアル変換回路（１８）でシリアルに変換さ
れてガンマ補正回路（１９）に入力きれ、ガンマ補正回
路（１９）が所定の処理を施してＲＧＢ信号として出力
する。

（ト）発明の効果 本発明によれば、アナログ系の温度ドリフト、可変ゲイ
ンによる周波数特性の変化、サンプリングノイズなどの
ノイズ、さらには、ＣＣＤでのＯＰＢへの光もれ込みや
ＯＰＢの欠損などによって発生するセットアツプずれや
黒バランスずれなどの症状を容易に押えることができる
。

そして、信号処理の初段で、黒レベルを一定にすること
ができるため、各種演算を行なうことにより色分離を行
なうマトリックス回路の出力信号においても黒レベルを
Ｒ，Ｇ、Ｂの各成分間で一定に保つことができ、そのま
ま、パラレル−シリアル変換ができる。従って、ガンマ
補正回路を１ブロツクで構成でき、各種処理において回
路を筒布化でき、コストの大幅な削減が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の固体撮像装置のブロック図、第２図
は、映像信号の模式的な波形図、第３図は、従来のアナ
ログ信号処理による固体撮像装置のブロック図、第４図
は、従来のディジタル信号処理によるブロック図である
。 （１）・・・ＣＣＤ、　　（２）・・・ＣＤＳ回路、　
（３）・・・ＡＧＣ回路、　（４）（７ａ）（７ｂ）（
７ｃ）（１２）−クランプ回路、　　（５ａ）（５ｂ）
（５ｃ）・・・ザンプリングボールド回路、　　（６ａ
）（６ｂ）−演算回路、　（８ａ）（８ｂ）（８ｃ）（
１１）・・・プロセス回路、　（９）・・・Ａ／Ｄ変換
回路、　（１０）・・・色分離マトリックス回路、　（
１３）・・・ブランキング回路、　（１４）・・・クリ
ップ回路、　（１５）（１６）・・・平均回路、　（１
７）・・・減算回路、　（１８）・・・パラレル／シリ
アル変換回路、　（１９）・・・ガンマ補正回路。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）撮像領域の一部に遮光領域が設けられ、受光した
   映像を光電変換することで黒レベル信号と映像信号とを
   時分割で出力する固体撮像素子と、この固体撮像素子の
   出力の上記映像信号成分を除去するブランキング回路と
   、 上記映像信号成分が除去された上記出力のレベルを所定
   の範囲内に設定するクリップ回路と、このクリップ回路
   の出力に対して水平走査期間の適数ビット毎に統計処理
   を施す第１の統計処理回路と、 さらに垂直走査期間の適数ライン毎に上記第１の統計処
   理回路の出力に対して統計処理を施す第２の統計処理回
   路と、 を備え、上記第２の統計処理回路の出力に基づいて上記
   固体撮像素子の出力の黒レベルを設定することを特徴と
   する固体撮像装置。
2. （２）上記固体撮像素子の出力に上記第２の統計処理回
   路の出力に基づいて減算処理を施して黒レベルを一定に
   設定することを特徴とする請求項第１項記載の固体撮像
   装置。