JPH09190699A - 相関二重サンプリング装置 - Google Patents
相関二重サンプリング装置Info
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Abstract
成分に及ぶ影響を排除してそのハードウェアの実装面積
を減らしうる相関二重サンプリング装置を提供する。 【解決手段】 イメージセンサー手段2から出力された
映像信号をDCクランピングしてサンプル/ホールド回
路部12、14に印加するクランピング回路部60と、
サンプル/ホールド回路部12、14から出力される信
号を再びサンプル/ホールドする再度サンプル/ホール
ド回路部30、32と、その出力信号を各々レベル補正
する信号を出力するレベル補正部26、28と、再度サ
ンプル/ホールド回路部とレベル補正部での出力信号を
各々入力され所定の信号に応じて再度サンプル/ホール
ド回路部の出力信号とレベル補正部の出力信号とを交代
で通過させ所定のサンプリングノイズを除去するノイズ
除去手段36、38とを含む。
Description
グ装置に係り、特にノイズ除去量をさらに大きくでき、
映像信号成分に及ぶ影響を排除してそのハードウェアの
実装面積を減らしうる相関二重サンプリング装置に関す
る。
ARGE COUPLED DEVICE)イメージセンサーを用いたカメ
ラの信号処理技術で相関二重サンプリング(CORRELATIV
E DOUBLE SAMPLING:以下CDSと称する)は撮像され
たCCDの出力信号処理過程で最も先に行うべきサンプ
リング方法であって、これはCCDの出力信号に含まれ
ているノイズを除去して純粋映像情報のみを得ることで
ある。前記CCDイメージセンサーから出力された信号
の第1処理過程の相関二重サンプリングは一定した周期
を有する所定の信号に同期されるサンプリングパルスを
入力されて行われるが、このようにCCDイメージセン
サーの出力信号を処理する従来の相関二重サンプリング
装置を図1に示し、図1と関連する動作波形を図2に示
した。
二重サンプリング装置はCCDイメージセンサー2から
出力された映像信号(図2A)をDCカップリングする
キャパシタ4と、前記キャパシタ4から出力される信号
をクランピングするDCクランプ部6と、前記クランプ
部6から発生された信号をサンプリング及びホールディ
ングする第1、3サンプル/ホールド回路8、14前記
第1サンプル/ホールド回路8から出力されるデータを
再びサンプリング及びホールディングする第2サンプル
/ホールド回路12を具備する。また、従来の相関二重
サンプリング装置は前記第2、3サンプル/ホールド回
路12、14から出力されたデータを入力され差動増幅
する差動増幅部18と、差動増幅部18と関連して高周
波成分を除去するローパスフィルタ(LPF)20と、
前記第1サンプル/ホールド回路8に所定の第1サンプ
リングパルス(図2B)をバッファリングして提供する
第1バッファ部10、前記第2、3サンプル/ホールド
回路12、14に所定の第2サンプリングパルス(図2
C)を各々バッファリングして提供する第2バッファ部
16を具備する。ここで、前記DCクランプ部6には図
2Dに示されているようなクランプパルスが入力され、
第2、3サンプル/ホールド回路12、14から出力さ
れた信号はDCクランプ部6にフィードバックされ入力
される。
ンプリング装置の作用及び動作を図1及び図2、3に基
づき説明すれば次のようである。
体を撮像すれば、CCDイメージセンサー2は図2Aに
示されているような映像信号を出力する。前記映像信号
はキャパシタ4でDCカップリングされた後DCクラン
プ部6に入力される。クランプ部6は図2Dに示されて
いるようなクランプパルスによりDCカップリングされ
た前記映像信号をDC再生して第1、3サンプル/ホー
ルド回路8、14に入力する。前記DC再生はクランプ
パルス(図2D)がハイの区間、即ちCCDイメージセ
ンサー2の出力がダークレベルに該当される区間を基準
として行われる。
れた信号がDCを保ちながら第1サンプル/ホールド回
路8に入力されると、第1サンプル/ホールド回路8は
図2Bに示されたような第1サンプリングパルスの周期
に合わせてハイとなる時、該当するCCDイメージセン
サー2の信号をサンプリングし、ロー期間にはホールデ
ィング動作を繰返して図2Eのような波形を出力する。
信号がDCを保ちながら第3サンプル/ホールド回路1
4に入力されると、第3サンプル/ホールド回路14は
図2Cに示されたような第2サンプリングパルスの周期
に合わせてハイとなる時、該当するCCDイメージセン
サー2の信号をサンプリングし、ロー期間にはホールデ
ィング動作を繰返して図3Gのような波形を出力する。
第2サンプリングパルスを入力され第1サンプル/ホー
ルド回路8でサンプリングされた信号を再びサンプリン
グする。こうすれば、第2サンプル/ホールド回路12
から出力される波形は図3Fに示されているように第3
サンプル/ホールド回路14の出力波形(図3G)の周
期と同じ周期を有することになる。
た第2、3サンプル/ホールド回路12、14の出力信
号を差動増幅器18に入力すれば、前記差動増幅器18
は図3Hのような差信号を発生する。差動増幅器18の
出力信号(図3H)がLPF20に入力されると、LP
F20は前記差動増幅器18で除去されない高周波領域
のサンプリングノイズ成分を強制的に抑制して図3Iの
ような波形を出力する。ここで、前記LPF20が高周
波領域のノイズ成分を強制的に抑制することにより映像
情報のエッジ成分も図3Iに示されたように劣化されて
出力される。前述したような従来のCDS装置では信号
に対したサンプリング過程で発生されるノイズ、即ちサ
ンプル/ホールド回路のスイッチング動作時、能動素子
(例えば、トランジスター及びダイオード)の過度現象
とサンプル/ホールド用キャパシタとの相関関係により
発生されるノイズに対した対策として、相関二重サンプ
リングを行って得た両極性(+、−)信号と、同位相の
ノイズ成分を差動増幅器を通して信号成分は出力させ、
ノイズ成分はコモンモード除去比(COMMON MODE REJECT
ION RATIO:CMRR)により抑制する方式であった。
差動増幅器の特性が発生したノイズ量の抑制を支配する
ことになる。即ち、一般的な差動増幅器のコモンモード
除去比(以下、CMRRと称する)の特性が低周波領域
では良好であるが、高周波領域ではその特性が劣化する
ので約10MHz帯域以上に分布するサンプリングノイ
ズを抑制するには適しない問題点があった。
幅器で除去されない高周波帯域に分布するサンプリング
ノイズを減らすための方法として低域通過フィルター
(LOWPASS FILTER:LPF)を使用したりするが、この
方法によれば前述したように所定の映像信号成分にも影
響を与えて高周波帯域に分布するエッジ成分に対した利
得を共に減衰させることにより、前記映像信号の質を評
価する重要要素の1つである解像度の低下をもたらす問
題点があった。
ルター(HPF)を通して高周波帯域に分布するノイズ
成分を抽出した後、これを180°位相反転して原信号
に加算する方法があるが、このような方法も映像信号成
分に影響を与えて解像度の低下をもたらす問題点があっ
た。
問題点を解決するため創出されたものであって、ノイズ
除去量をより大きくし、ノイズ除去効率を向上させうる
相関二重サンプリング装置を提供するにその目的があ
る。
与えられる影響を排除して解像度を向上させ、実質的な
ハードウェアの具現時そのサイズを減らしうる相関二重
サンプリング装置を提供することにある。
の本発明による相関二重サンプリング装置は、所定のイ
メージセンサー手段から出力された映像信号をサンプリ
ング及びホールディングし、所定のDCレベル信号を出
力する少なくとも2つ以上のサンプル/ホールド回路部
と差動増幅手段を含む相関二重サンプリング装置におい
て、前記イメージセンサー手段から出力された映像信号
をDCクランピングして前記サンプル/ホールド回路部
に印加するクランピング回路部と、前記サンプル/ホー
ルド回路部と関連してこれらサンプル/ホールド回路部
から出力される信号を再びサンプリング及びホールディ
ングする少なくとも2つ以上の再度サンプル/ホールド
回路部と、前記サンプル/ホールド回路部と関連してそ
の出力信号を各々レベル補正し前記再度サンプル/ホー
ルド回路部の出力と位相同期する信号を出力するレベル
補正部と、前記再度サンプル/ホールド回路部と前記レ
ベル補正部での出力信号を各々入力され所定の信号に応
じて前記再度サンプル/ホールド回路部の出力信号とレ
ベル補正部の出力信号とを交代で通過させ所定のサンプ
リングノイズを除去するノイズ除去手段とを含むことを
特徴とする。
において、前記ノイズ除去手段に用いられる所定の信号
は前記サンプル/ホールド回路部に印加される所定のサ
ンプリングパルスであることを特徴とする。
置において、前記ノイズ除去手段は前記サンプリングパ
ルスがハイの場合、前記レベル補正部の出力を前記差動
増幅手段に入力させ、前記サンプリングパルスがローの
場合は前記再度サンプル/ホールド回路部の出力信号を
入力させることにもその特徴があり、前記サンプル/ホ
ールド回路部に印加される所定のサンプリングパルスは
前記再度サンプル/ホールド回路部にも印加される特徴
がある。
発明による相関二重サンプリング装置の望ましい実施例
を詳しく説明する。
サンプリング装置は映像信号に含まれたノイズを効率的
に除去するため従来のLPFまたはHPFの代りにレベ
ル補正器及びノイズ除去器を採用したものであって、従
来の相関二重サンプリング装置と同様にCCDイメージ
センサー2から出力された映像信号(図5A)をDCカ
ップリングするキャパシタ4と、前記キャパシタ4から
出力される信号をクランピングするDCクランプ部6
と、前記クランプ部6から発生された信号をサンプリン
グ及びホールディングする第1、3サンプル/ホールド
回路8、14、前記第1サンプル/ホールド回路8から
出力される信号を再びサンプリング及びホールディング
する第2サンプル/ホールド回路12、前記第1サンプ
ル/ホールド回路8に所定の第1サンプリングハルス
(図5B)をバッファリングして提供する第1バッファ
部10、前記第2、3サンプル/ホールド回路12、1
4に所定の第2サンプリングパルス(図5C)を各々バ
ッファリングして提供する第2バッファ部16を具備す
る。ここで、本発明による図4の構成要素の中、図1の
ような作用及び動作をする構成要素には図1と同じ部材
番号を与え、その詳細な説明は略する。
3サンプル/ホールド回路12、14から出力される信
号を各々2次または3次にサンプリング及びホールディ
ングする第4、5サンプル/ホールド回路30、32
と、前記第2、3サンプル/ホールド回路12、14か
ら出力される2つの信号が各々入力されこれら信号を交
代で1信号ずつ出力することにより前記第4、5サンプ
ル/ホールド回路30、32の出力信号に含まれたノイ
ズ成分を各々除去させる第1、2ノイズ除去器36、3
8の出力を各々入力され差動増幅する差動増幅器18を
含む。ここで、前記第4、5クランピング30、32と
第1、2ノイズ除去器36、38は第1サンプリングパ
ルス(図5B)をバッファリングする第3バッファ部3
4からパルス信号が提供される。そして、第1、2ノイ
ズ除去器36、38から出力される信号CS、DSはD
Cクランプ部60にフィードバックされ入力される。
いるようにネガティブフィードバック方式のクランプ回
路として電流ミラー及び他の回路を構成する複数のトラ
ンジスターと抵抗及びキャパシタを含んで構成され、前
記サンプル/ホールド回路等と前記レベル補正器及びノ
イズ除去器等も図7、図8、図9に示されているように
複数のトランジスターと抵抗及びキャパシタを含んで各
々構成される。
S装置の作用及び動作を図4乃至図9に基づき詳しく説
明すれば次のようである。
のCDS装置と同様にCCDカメラシステムで被写体を
撮像すれば、CCDイメージセンサー2は図5Aに示さ
れているような映像信号を出力する。前記映像信号はキ
ャパシタ4でDCカップリングされた後DCクランプ部
60に入力される。クランプ部60は図5Dに示されて
いるようなクランプパルスによりDCカップリングされ
た前記映像信号をDC再生して第1、3サンプル/ホー
ルド回路8、14に入力する。前記DC再生はクランプ
パルス(図5D)がハイの区間、即ちCCDイメージセ
ンサー2の出力がダークレベルに該当する区間を基準と
して行われる。また、前記のようにDCクランプ部60
から出力された信号がDCを保ちながら第1サンプル/
ホールド回路8に入力されると、第1サンプル/ホール
ド回路8は図5Bに示されたような第1サンプリングパ
ルスの周期に合わせてハイとなる時、該当されるCCD
イメージセンサー2の信号をサンプリングし、ロー期間
にはホールディング動作を繰返して図5Eのような波形
を出力する。同様に、クランプ部60から出力された信
号がDCを保ちながら第3サンプル/ホールド回路14
に入力されると、第3サンプル/ホールド回路14は図
5Cに示されたような第2サンプリングパルスの周期に
合わせてハイとなる時、該当されるCCDイメージセン
サー2の信号をサンプリングし、ロー期間にはホールデ
ィング動作を繰返して図5Fのような波形を出力する。
また、第2サンプル/ホールド回路12は第2サンプリ
ングパルスを入力され第1サンプル/ホールド回路8で
サンプリングされた信号を再びサンプリングする。こう
すれば、第2サンプル/ホールド回路12から出力され
る波形は図5Eに示されているように第3サンプル/ホ
ールド回路14の出力波形(図5F)の周期と同じ周期
を有することになる。
回路12、14から同一周期の信号波形が出力される
と、第4、5サンプル/ホールド回路30、32は再び
図5Bのサンプリングパルスを用いてサンプリングし、
図5G、図5Hのような信号波形を出力する。また、前
記第2、3サンプル/ホールド回路12、14の出力信
号が図7に示されているような前記各サンプル/ホール
ド回路の入出力間DCレベルを補正するため図8のよう
に構成された第1、2レベル補正器26、28に各々入
力されると、第1レベル補正器26は第2サンプル/ホ
ールド回路12の出力を第4サンプル/ホールド回路3
0のDC出力と一致させ、第2レベル補正器28は第3
サンプル/ホールド回路14の出力を第5サンプル/ホ
ールド回路32のDC出力と一致させた後、その出力信
号を第1、2ノイズ除去器36、38に各々入力する。
6、28及び第4、5サンプル/ホールド回路30、3
2の出力信号が第1、2ノイズ除去器36、38に各々
入力されると、第1ノイズ除去器36は図5Bのサンプ
リングパルスに応じて第1レベル補正器26の出力と第
4サンプル/ホールド回路30の出力を交代で出力して
図5Iに示されたようなサンプリングノイズの出力が除
去された信号を差動増幅器18の−側入力端に入力す
る。同様に、第2ノイズ除去器38は図5Bのサンプリ
ングパルスに応じて第2レベル補正器28の出力と第5
サンプル/ホールド回路32の出力を交代で出力して図
5Jに示されたようなサンプリングノイズの出力が除去
された信号を差動増幅器18の他側入力端に入力する。
前記のようにサンプリングノイズの除去された各信号が
差動増幅器18の両入力端(+、−)に入力されると、
差動増幅器18はその差を出力するが、この場合差動増
幅器のCMRR特性によりノイズがさらに抑制される。
的な一実施例を示した。前記DCクランプ部60は回路
の動作点に符合するDC再生を目的とするネガティブフ
ィードバック方式のクランプ回路として、図5I、図5
Jの第1、2ノイズ除去器36、38の出力がフィード
バック入力されトランジスターQ3とトランジスターQ
4の比較動作により第1、2ノイズ除去器36、38の
出力DC電圧をクランプ電圧と一致させる。前記のよう
なDCクランプ部60の動作はクランプパルス(図5
A)がハイの区間、即ちCCDイメージセンサー2の出
力信号がダークの区間で成されるが、例えば第2ノイズ
除去器38の出力のDC電圧がクランプ電圧より高い時
はトランジスターQ5、Q7、Q9、Q10よりなる電
流ミラーがキャパシタCの充電された電荷を放電させる
ことによりトランジスターQ14のベース電位は降下さ
れ、クランプ出力のDC電圧も降下することによりサン
プル/ホールド回路を含む全体ループ(LOOP)のD
C電圧も降下し、結局フィードバックされて再び戻った
第2ノイズ除去器38のDC電圧がクランプ電圧と一致
するまで前記DCクランプ部60は反復動作をする。
がクランプ電圧より低い場合にはトランジスターQ6、
Q8よりなる電流ミラーにより前記の場合と逆にキャパ
シタCを充電させる動作を通して前記DCクランプ部6
0は第2ノイズ除去器38のDC電圧とクランプ電圧を
一致させる動作をする。ここで、前記キャパシタCに充
電或は放電される電流量をΔi、フィードバックされる
DC電圧をVfbkとした場合の関係式は次のようであ
る。 Δi=[Vt/(IB1/2)]×(Vfbk−Vcl
amp)
13よりなる補償回路はバッファトランジスターQ14
のベース電流を補償する回路であって、トランジスター
Q11はトランジスターQ14と同じタイプのトランジ
スターであり、IB3=IB2、即ち(IB3/βQ1
4)=(IB2/βQ11)とし、クランプパルスのロ
ーの期間にトランジスターQ14のベース電流によるキ
ャパシタ(C)の充電作用を防止する。
Cクランプ部60へのフィードバックループ動作は前述
した第2ノイズ除去器38の出力の前記DCクランプ部
60へのフィードバックループ動作と同一である。
ルド回路の具体的な一実施例を示した。図7を参照すれ
ば、サンプル/ホールド回路の一実施例の回路は図5の
動作波形図(図5E乃至図5H)に示されたように、サ
ンプリングパルスのハイ/ローの中間値(Vth)とト
ランジスターQ4、Q5の比較動作に応じてサンプリン
グ時はトランジスターQ1、Q2、Q5、Q6がターン
オンされて抵抗R1を通してキャパシタCにサンプリン
グされた入力電圧が出力される。そして、ホールディン
グ時にはトランジスターQ5、Q6がターンオフされキ
ャパシタCは充電された電荷を次のサンプリング期間ま
でホールドする。ここで、トランジスターQ7、Q8、
Q10よりなる回路はバッファトランジスターQ9のベ
ース電流によるキャパシタCの充電作用を防止するため
の補償回路である。
6、28の具体的な一実施例を示した。図8を参照すれ
ば、レベル補正器26、28はサンプル/ホールド回路
の動作時、人出力間発生されるDCレベルのシフトを補
償するためのものであって、ノイズ除去器36、38の
付加回路として作用する。即ち、レベル補正器26、2
8はそのバイアス電流ソースIB1..IB4を図8の
サンプル/ホールド回路のバイアス電流ソースIB1.
IB4と各々一致させ、トランジスターQ1、Q2、
Q6、Q7、Q8、Q9及び抵抗R1..R3を各々同
じタイプの同じ値として前記各トランジスターのベース
−エミッタ間の電圧(Vbe)値によるDCレベルを相
互一致させる。
6、38の具体的な一実施例を示した。図9に示された
各ノイズ除去器36、38はその動作及び構成自体にお
いて同一である。前記のように構成されたノイズ除去器
のうち第2ノイズ除去器38の出力発生動作を図10乃
至図11に基づき説明すれば次のようである。図11
B、図11Cに示されているような第2レベル補正器2
8の出力と第5サンプル/ホールド回路32の出力が第
2ノイズ除去器38に入力されると、前記第2ノイズ除
去器38は図11Dのような第1サンプリングパルスに
より前記第2レベル補正器28の出力と第5サンプル/
ホールド回路32の出力を交代で通過させる。即ち、第
1サンプリングパルスがハイの場合、前記ノイズ除去器
のトランジスターQ14がターンオンされ第2レベル補
正器28の出力のみ通過され、第1サンプリングパルス
がローの場合は前記ノイズ除去器のトランジスターQ1
3がターンオンされ第5サンプル/ホールド回路32の
出力のみ通過されることにより、究極的に図11Bの波
形図に示されたサンプリングノイズが除去される。従っ
て、ノイズ除去器では最終的に図11Eのようなサンプ
リングノイズの除去された波形が出力される。
は所定のレベル補正手段とノイズ除去手段を具備するこ
とによりサンプリングノイズをさらに効率よく除去しう
る。本発明は前記実施例に限定されず、本発明の技術的
思想内で当分野の通常の知識を有する者により多くの変
形が可能であることは明白である。
成図である。
置の動作波形図である。
置の動作波形図である。
した構成図である。
グ装置の動作波形図である。
である。
を示した回路図である。
図である。
図である。
るための回路図である。
るための説明図である。
Cクランプ部、8 第1サンプル/ホールド回路、10
第1バッファ部、12 第2サンプル/ホールド回
路、14 第3サンプル/ホールド回路、16 第2バ
ッファ部、18 差動増幅部、20 ローパスフィル
タ、26 第1レベル補正器、28 第2レベル補正
器、30 第4サンプル/ホールド回路、32 第5サ
ンプル/ホールド回路、34 第3バッファ部、36
第1ノイズ除去器、38 第2ノイズ除去器、60 D
Cクランプ部
Claims (7)
- 【請求項1】 所定のイメージセンサー手段から出力さ
れた映像信号をサンプリング及びホールディングし、所
定のDCレベル信号を出力する少なくとも2つ以上のサ
ンプル/ホールド回路部と差動増幅手段を含む相関二重
サンプリング装置において、 前記イメージセンサー手段から出力された映像信号をD
Cクランピングして前記サンプル/ホールド回路部に印
加するクランピング回路部と、 前記サンプル/ホールド回路部と関連してこれらサンプ
ル/ホールド回路部から出力される信号を再びサンプリ
ング及びホールディングする少なくとも2つ以上の再度
サンプル/ホールド回路部と、 前記サンプル/ホールド回路部と関連してその出力信号
を各々レベル補正し前記再度サンプル/ホールド回路部
の出力と位相同期される信号を出力するレベル補正部
と、 前記再度サンプル/ホールド回路部と前記レベル補正部
での出力信号を各々入力され所定の信号に応じて前記再
度サンプル/ホールド回路部の出力信号とレベル補正部
の出力信号とを交代で通過させ所定のサンプリングノイ
ズを除去するノイズ除去手段とを含むことを特徴とする
相関二重サンプリング装置。 - 【請求項2】 前記ノイズ除去手段に用いられる所定の
信号は前記サンプル/ホールド回路部に印加される所定
のサンプリングパルスであることを特徴とする請求項1
に記載の相関二重サンプリング装置。 - 【請求項3】 前記ノイズ除去手段は前記サンプリング
パルスがハイの場合、前記レベル補正部の出力を前記差
動増幅手段に入力させ、前記サンプリングパルスがロー
の場合は前記再度サンプル/ホールド回路部の出力信号
を入力させることを特徴とする請求項1または2に記載
の相関二重サンプリング装置。 - 【請求項4】 前記サンプル/ホールド回路部に印加さ
れる所定のサンプリングパルスは前記再度サンプル/ホ
ールド回路部にも印加されることを特徴とする請求項1
または2に記載の相関二重サンプリング装置。 - 【請求項5】 前記クランピング回路部には前記ノイズ
除去手段の出力信号がフィードバック入力されることを
特徴とする請求項1に記載の相関二重サンプリング装
置。 - 【請求項6】 前記クランピング回路部は電流ミラー手
段と充放電手段を含むことを特徴とする請求項1に記載
の相関二重サンプリング装置。 - 【請求項7】 前記サンプル/ホールド回路部及び再度
サンプル/ホールド回路部は所定の入力電圧がサンプリ
ング及びホールディングされるように充放電作用する充
放電手段と、前記充放電手段の充放電によりオン/オフ
されるスイッチング手段、及び前記入力電圧のサンプリ
ング時前記充放電手段の充電を防止する防止手段とを含
むことを特徴とする請求項1に記載の相関二重サンプリ
ング装置。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1995-P-050684 | 1995-12-15 | ||
KR1019950050684A KR100200691B1 (ko) | 1995-12-15 | 1995-12-15 | 상관이중 샘플링 장치 |
Publications (2)
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