TWI251437B - Digital clamping circuit - Google Patents
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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
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