TWI251437B - Digital clamping circuit - Google Patents

Description

1251437 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明有關一種鉗位數位信號的數位式鉗位電路。 【先前技術】 CCD固體攝像元件所輸出的信號，經相關雙重抽樣 (CDS)使斷續的輸出信號變換成連續信號，又經自動增益 控制（AGC)變換成自動增益控制的信號。然後，將具^ 信號類比钳位成能夠包括在後述的趟變換電路的^作點 内的直流電位後，經A/D變換電路變換成數位影像传號。 該數位影像信號經數位式鉗位電料㈣準位校正後位 式钳位）之後，再施以數位增益以及^交正等預定的數 號處理。 μ第4圖為CCD固體攝像元件的像素排列的模式圖。如 弟4圖所示’CCD固體攝像元件1〇〇中在有效像素區域I】。 的周圍設有光學黑（0ΡΒ)區域12〇,〇ΡΒ區域12〇内於 部的左部（亦即，從CCD固體攝像元件_的輪出信號於 -個水平周期的開頭處所讀出的部分）設置有基 基:黑區域121被遮光，所以基準黑信號由CCD 口-攝像兀件100輸出，CCD固體攝像元件ι〇〇根 ^像素區域的受光像素所積蓄的資訊電荷，輪出被攝體 第5圖為對CCD固體攝像元件1〇 的各個信號處理部中的波形圖，橫轴表示時間， 亮度。C⑶固體攝像Μ _的輸出信號被類比鉗位^ 316201 5 1251437 如弟5圖⑷所*，在各周期由大致相同準位的基準里 仏虎和緊跟其後的被攝體信號構成 半、 :Α這些水平周期-周期性連續而構成心二: 乍為1個晝面的i個垂直周期lv。而且，藉由们個垂直 tlv的信號周期性連續而形成晝面連續的類比影像信 ，比影像信號係由A / D變換電路變換成數位信號，成 :，5圖（b)所示的數位影像信號γ〇。第$圖⑻ 不的疋以8位元（數位編碼值為“” ”、、 仆66如2 ~ U主255 )數位編碼 等的影響而變動，故設定A/D變換二度·交化 準黑信號準確的數位編碼化。的，^ σ. αα ^ 刀即充裕地設定基準里仿 5虎的數位編碼值俾使務必比數位編碼值“0”大。 接下來，計算出作為基準里 的平均值的平均值的各幢 CL。該平均基準黑準位机是 賴將、，、作為钳位準位 域的輸出信號，使其為和被;體別平均基準黑區( 元的數位編碼值。 精度的8位 =式钳位電路中’藉由減去甜位準位a而將數位 ;以鉗位’變成如第5圖⑷所示的數位影像 ° m貞所分別計算出來的平均基準黑準位 BL ’作為该幀的鉗位準位cl。例 黑準位扯⑴作為㈣的鉗位的平均基準 均基準黑準位BL(2)作_ τ 亚且幢T2中的平 J甜位準位CL。另外，在 31620】 6 1251437 影像信號要求高速處理時，還能夠將各t貞所分別計算出來 的平均基準黑準位BL作為其下一鳩的甜位準& π。例 如’將幢τι中的平均基準黑準位bl⑴作為巾貞的甜位 準位CL $後將巾貞Τ2中的平均基準黑準位肌⑺作為幢 丁3的钳位準位cl。 、 ^第6圖為只將第5_)中經數位編碼化的基準黑信號 部分模式顯示的圖。平均基準黑準位BL，由於將每i賴内 的基準黑信號平均化所以能夠抑制基準黑信號自身的變 動。然而，由於原本的基準黑信號中含有雜訊成分，所以 P ,疋平均基準黑準位BL也不能夠完全抑制該變動。特 ^疋3基準黑信號是在A/D變換時接近數位編碼的邊界 ^的力貞比值的況下’經數位編碼化的基準黑信號很容易 又動^果導致各傾各自的平均基準黑準位變動。例 如‘，虽基準黑信號的類比值在變換成數位編碼值“11”和 ‘上”的界線附近時’由於基準黑信號的數位編碼值有時 =η”，有時是M2”，所以平均基準黑準位也有時是 U” ，有時是“12” 。 =均基準黑準位BL㈣之後，數位式钳位之後的被 體信號的數位編碼值也變動，而出現各幀的亮度產生變 動的所謂的擺動(hunting)現象的問題。另夕卜根據如上所 T經2位鉗位之後的數位影像信號γι，進行數位增益或^ 权正等數位信號處理之後，數位編碼碼的偏差被放 大為若干倍，結果導致擺現象也被放大。 (專利文獻1)曰本專利特開平6 — 86095號公報 316201 7 1251437 【發明内容】 本發明所要解決的問題是防止 中的鉗位準位的變動所引起的_^貞的=式鉗位電路 的輪出信號的顯示穩定化。現象，使固體攝像元件 、為了解決上述問題，本發明的數位式甜位電路 以幀早位顯示被攝體影像，對 ，、 =被攝體信號的數位影像信號進行叙位基準里準： 、、特徵為包括：將上述數位影像信號的上述基準里作 成預定的準位的钳位電路，以及用以生 ：: = 加以钳位的钳位準位的鉗位準位生成電：： 路，對多㈣的基準黑信號和既有的‘ 丰位進饤比較’並根據該比較結果更新上述 (發明之效果） 1 本發明中，由於根據多個幢周期的基準黑信號計曾出 準位準位’故可抑制雜訊的影響所導致的純 口以夕^。。亚且改越動現象。此時，藉由使钳位準位 位的變動不存在，藉此進-步改善擺動現象。反之，Ζ 根據過去的多個巾負周期的平均基準黑信號而更新各十貞的鉗 位=位，在改善擺動現象的同時，因溫度變換等引起基準 黑信號的準位變化的情況下，也能夠及早使钳位準位ς上 該變化。 【實施方式】 第1圖為說明本發明第1實施形態的數位式鉗位電路 31620] 8 1251437 30的構成的結構圖。數位式鉗位 20以及钳位準位生成電路1〇所構成。甜位^由鉗位電路 10由比較電路11、更新電路12 準位生成電路 巾貞計數器Η所構成。再者，更斬、，位記憶體13以及 保持暫存器、降低暫存係由提升暫存器、 要斬一 ” 、 I分暫存器所構成的比較結 果曰存為12a以及判斷電路所構成。 幀計數器14輪入有每帕所分別生成的垂直 v；d ,在預定的幀數分別對更新電路12輸出 RC’藉此將比較結果暫存器12a的暫存值重置為^，^虎 =準位記憶體13中，預先儲存有整數部分8位元、 小數U位元共計10位元的鉗位準位cl 钳位準位CL輸入到鉗位電路2()，品紅 /、卜马

將……數位影像信號Y0僅 將钳位準位加㈣位純。料，純準位C =較:Γ1中。在比較電路11中，亦輸入有整數部 的數位影像信號刊，且對自數位影像信號Υ0的 2黑區域的輸出信號進行平均’而以比被攝體信號精度 冋的具冑0.25”的精度的數位編碼值，來表示整數部 刀8位7〇、小數部分2位元共計1()位元的平均基準黑準位 BL。接著由比較器n對平均基準黑準位肌 CL進行比較。 卡值 由比較電路11比較各悄的平均基準黑準位BL鱼甜位 準位CL的、结果，當平均基準黑準位bl比钮位準位CL大 於預定的設定值時，將提升暫存器的暫存值加i ;當平均 基準黑準位BL比钳位準位CL小於預定的設定值時，將降 316201 9 1251437 ==1针子值加1;#平均基_績和鉗位準位 加於職的設定料，龍㈣“的暫存值 準里準二？差分暫存器中已儲存的暫存值加上平均基 器的 =;:位:^ 的累積值。 使付Μ暫存11中暫存有過去的差值 更新料數器14將下—個更新時脈信號RC輸入到 _動作之後Π吏判斷電路⑶進行判斷動作，同時在 此Ξ = 較結果暫存器12a中的暫存值。 較:果Ϊ = 二有更新時脈信號虹時，根據比 一種的主丨lid “ 升保持、降低中的某 入牙動作，並將作為判斷結果的新钳位準位CL寫 亚储存於鉗位準位記憶體13中。如此藉由寫人 在 甘位準位記憶體13中的甜位準位CL :子 信號Y 0進行數位式鉗位。 對後繼的數位影像 以後，同樣判斷電路12b依由幀 個更新時脈錢RC，根據比較結果暫二戶斤輸出的每 錯位準位記憶體13中所儲存的鉗位準的内容更新 第=為判斷電路12b的判斷動作的流 子，虽幀計數器14的計數值每變成 鐘信號队即輸入至更新電路數時，更新時 行判斷動作。本實施例中，預定㈣數^〇路1213反復進 本實施例的判斷動作中，根據穩定狀態以及過渡狀能 316201 10 U51437 而對判斷動作的方法進行變更 簡單的增減鉗位準位①作―、^在過渡狀態下比較 的不變更鉗位準位CL。判斷電路^衫狀態就盡可能 穩定狀態還是過渡狀能的 中，含有用來顯示是 定視為過渡狀態。u “ 攝影剛剛開始的初期設 首先，在步驟SO令，蕤山如1 + 斷是過渡狀態還是稃定狀能:她⑬12b的標記來判 在安定狀能H±梦絲〜 心，在過渡狀態時進入步驟S1， 疋狀心移轉到步驟S 5。 在判斷電路12b的標記設 中在提升蕲左哭从私各 疋馮過渡狀悲叶，步驟S1 { “u ”日/°、日存值超過預定的巾貞數的50%，亦即為 驟S3牛 進入步驟S2,在非上述情況下，移轉到^ 步驟S2中，在差分暫存器的暫存值為“;轉]步 日”將钳位準位提升“Γ，，在非上、t、= 上 提升“ο.25，Ή^_靜 H兄Τ，將鉗位準位 差分联在月況都保持標記為過渡狀態。 基二=暫存值為“8。，，以上是因為，在各幢 準位CL的值提升“Γ / Α 4以上，因此使鉗位醤 準黑甜位準位以迅速接近平均基 因為，在夂植、，另外，差分暫存器的暫存值為不滿“80，，是 以；口幀平均中基準黑準位BL比鉗位電平CL大“4” 位clUI甘I立準位CL的值提升“〇.25，，而使甜位準 、、友k接近平均基準黑準位B]L。 預在步驟S3巾，在降低暫存器的暫存值超過了 在：Γ Γ5〇%，亦即為“11’’以上時，進入步驟s4， 心況下，不更新鉗位準位，而將標記的設定從過 316201 11 1251437 變更為穩定狀態。步驟S4中，在差分暫存器的暫 存值為一80以下時，將鉗位準位降低“丨”，在非上、求 降低“〇.25”，不管哪-種情況都: : 。又疋為過渡狀恶。差分暫存器的暫存值為 以上是因為，在各料均中基準黑準位BL比钳位準位π I二二上’因此使甜位準位^的值降低“1”而使鉗 二=二速接近平均基準黑細。另外，差分暫存 1 θ 不滿—80”是因為，在各幀·

的值降低“0.25”而使甜位準位 ;1^ CL 準位BL。 CL綾杈接近平均基準黑 非過Ϊ狀Si ’ ί判斷電路12b的標記設定為穩定狀態而 的Si: 驟、S5中提升暫存器的暫存值超過預定 值為“〇”日/:’、亦即為“11”以上，且降低暫存器的暫存 驟S7牛寸’進入步驟S6 ’在非上述情況下’移轉到步 驟S7。步驟S6中，a茬八私士 秒将巧艾 時，將射位元準位提升“；曰^的暫存值為“8〇”以上< 準位提并“0^，， ，在非上述情況下，將鉗位元 變更為過渡狀態。’不Η—種情況都將標記從穩定狀態 的巾貞數的5:二即S7為中‘:降低暫存器的暫存值超過預定 存值為“〇，，時，進入 以上的，且提升暫存器的暫 甜位準位，而保二二8:在非上職 存器的暫存值為步驟s8中，差分暫 以下日守，將鈕位準位降低“ 1，，， 316201 12 1251437 不管哪一種 在非上述情況下，將甜位準位降低‘‘ 〇 2 5，， 情況都將標記從穩定狀態變更為過渡狀態。 ^以上所述，不但進行差分暫存器的暫存值的判斷， 避將提升暫存器以及降低暫存器的暫存 對象，係由於基準黑信號的一部分有較大動作的 装八糾— 丨刀頁季乂大的雜訊，且即使 i刀暫存器的暫存值產生大的變動，也 以及降低暫存器的暫存值帶來很大的影塑；：：存-雜訊所引起的钳位準位的變動。另外二因此㈣抑制 定狀態這兩個狀態的區分仃過渡狀恶與穩 恶更加不對射位準位進行增減，一 广渡狀 夠抑制鉗位準位的變動。 &成“狀恶，就能 判斷動作流程的第2圖只是—個例 田攻置來改善擺動現象。例如， 乙了以適 鳩而只採用步驟81…步驟不】：過：狀態與穩 程。第2圖的判斷動作中，利提 的判斷流 器以及差分暫存器，而沒 棱升曰存器、降低暫存 存器也是能夠利用的，另外，還二：：，，當然保持暫 行判斷動作。 ，、糟差分暫存器來進 另外，對步驟S1、S3中作為桌f磨 暫存值超過了 # # ”、、断值的提升暫存器的 過… 的5〇%或降低暫存哭的新〜 過了預疋的悄數的5〇%， 曰存-的暫存值超 的提升暫存器的暫存值超過了預定的、S7中作為判斷值 存器的暫存值為“〇，，或降低暫存哭的=50%且降低暫 的㈣的5〇%且提升暫存器的暫存值為：超::= 门υ 也能夠進 316201 13 1251437 行適當的設置。 料i在差分暫存器的暫存值為“8〇，，以上或“― 1下日t，對钳位元準位增減“ 1，，，铁 η 二 分暫“的暫存值除以預定_數的值Γ—可以增減差 6〇的：3二為說明本發明第2實施形態的數位式钳位電路 以及鉗^ 圖。數位式钳位電路⑹係由鉗位電路5〇

係由比卜位生成電路40所構成。射位準位生成電路4〇 =由=電路41、更新電路42、钳位準位記憶體43所構 電路:b，：新電路42則由比較結果記憶㈣ ^ 構成。鉗位電路50 '比較電路41以及鉗位準 ^己憶體43 ’和第！圖的钳位電路2()、比較電路u以及 鉗位準位記憶體13為同樣構成。 比較結果記憶M 42a，係、將預定的幢數份的平均基準 =準位BL和鉗位準位CL之間的差值作為順次差分數據儲 :。立例如—使用觸發器（flip_fl〇p)所構成的暫存器或連接緩存 。己L體等作為比較結果記憶體42a。判斷電路心，係依每 、根據比啟結果纪憶體42a中所儲存的該幀以前的預定幀 數伤的差分數據’變更鉗位準位記憶體43中所儲存的鉗位 準位CL。這時的判斷電路42b的判斷動作，可以適用如第 1圖所示的流程圖，還可以根據去掉最大值和最小值的差 分數據的平均值來判斷鉗位準位的更新。總之，只要以可 抑制雜訊的影響所引起的基準黑信號的變動之方式，經由 比車父多個幢的平均基準黑信號BL以及鉗位元電平Cl之間 來更新钳位準位的判斷方法即可。 14 316201 1251437 的比2 =由=依每個巾貞變化時根據過去的預定龍份 .1 進仃判斷，因此能夠抑制雜訊的影響所引起 的變動且改善擺動現象的同時，還能夠在 上該變化信號的準位變化時使得鉗位電平儘早跟 夕本發明第1實施形態以及第2實施形態中，比 =路二或比較電路41對平均基準黑準位心及钳位 里"“仃比較，但還可以不限定於此，逐次比較基準 、口更新屯路12或更新電路42。

告另外’本發明中’由多個幢的比較結果使钳位準位CL 平均基準黑準位扯相等，然而並不需要-定相 ,、卩雖然本發明中使得數位鉗位之後的基準黑信梦 的數位值為“G”，但也可以是“『以外的值。”u 【圖式簡單說明】 弟1圖為說明本發明第1實施形態的數位式鉗位電路 的構成的結構圖。 电路 =2圖為本發明第！實施形態中的判斷電路的流程圖。 弟3圖為說明本發明第2實施形態的數 的構成的結構圖。 、彳电路 ，弟4圖為CCD固體攝像元件的像素排列的模式圖 第5圖⑷至第5圖⑷為對⑽固體攝像元 k號所實施的各信號處理部中的波形圖。 Ώ 弟6圖為基準黑信號以及平均基準黑準位的說明圖。 31620】 15 1251437 【主要元件符號說明】 10、 40 钳位準位生成電路 11 > 41 比較電路 12、42 更新電路 12a 比較結果暫存器 12b 判斷電路 13、 43 鉗位準位記憶體 14 幀計數器 20 > 50 鉗位電路 30、60 數位式鉗位電路 42a 比較結果記憶體 42b 判斷電路 100 CCD固體攝像元件 110 有效像素區域 120 OPB區域 121 基準黑區域 BL 平均基準黑準位 CL 钳位準位 RC 更新時脈信號 Y0、 Y1 數位影像信號 16 316201

Claims (1)

1251437 十、申請專利範圍： 1.:種數位式鉗位電路，係㈣單位顯示被攝體影像，對 中周』ϋ出現基準黑信號以及被攝體信號的數位 衫像信號進行基準黑準位鉗位者，其特徵在於包括： :上述數位影像信號的上述基準黑信號钮位成預 疋的準位的鉗位電路；以及 生成在上述钳位電路中進行甜位的甜位準位的鉗 位準位生成電路， 心==位生成電路’係對多個帕的基準黑信號 述::::位準位進行比較’並根據該比較結果更新上 ;•如申請專利範圍第1項之數位式钳位電路，盆中， 上述鉗位準位生成電路包括： /、 儲存上述射位準位的鉗位準位記憶體，· 存的基準黑信號與上述甜位準位記憶體中所儲 、处，甘位準位進行比較的比較電路；以及 根據上述比較電路的比較結果，更新 :己=中所儲存的上述鉗位準位的更新電路。 '清專利範圍第1項之數位式純電路，爱中， 上述更新電路包括： ^ 較結較電路的比較結果作為暫存值積蓄的比 準位;的暫存值，更新上述鉗位 、上述鉗位準位的判斷電路；以及 316201 ]7 1251437 依上述多個幀早位，侈 便上述判断電路動作，同時輪 出用來重置上述比較έ士要起士 J 抑 孕°果暫存器的更新時脈信號的幀 叶數器。 4·如申請專利範圍第2項 ^ 貝爻數位式鉗位電路，其中， 上述更新電路包括： :存多㈣上述_電路的比較結果的比較 吕己憶體；以及 :據上述比較結果記憶體的内容，更新上述鉗位準 位记铖體中所儲存的鉗位準位的判斷電路。 316201 18