相位調節裝置、相位調節方法和數碼相機的制作方法

專利名稱：相位調節裝置、相位調節方法和數碼相機的制作方法
技術領域：
本發明涉及相位調節裝置和相位調節方法，用于調節在數碼相機獲取圖 像時所使用的脈沖的相位(時序)，還涉及包含所述相位調節裝置的數碼相機。
背景技術：
在數碼相機(數碼靜態相機、數碼攝像機、帶有相機的移動電話等)中，
由諸如CCD或者MOS傳感器之類的成像元件獲取的模擬圖像信號轉換為數 字圖像信號，然后以預定的方式進行處理，并且記錄。為了使用成像元件獲 取拍攝對象的圖像，需要用于驅動所述成像元件的脈沖、用于檢測信號電平 的脈沖等；然而，由于制造過程中所產生的變化，難以在硬件設計階段調節 這些脈沖的相位。因此，在制造過程之后由技術員調節所述相位；表示調節 后相位的信息存儲在存儲器區域中，并且在產品實際使用時從存儲器區域中 讀出，從而使得最優地設置所述相位。
在已知的傳統技術中，以最小曝光時間來只獲取噪聲成分，并在高頻分 量(噪聲成分)最小的條件下調節相位。這種技術的一個例子記載在未審曰 本專利申請No. 2005-151081中。
在數碼相機領域，可以對包含相位調節裝置的系統進行多種改變。在數 碼相機用作醫用相機的情況下，可以在數碼相機制造之后調換成像元件。在 對帶有數碼相機或成像元件的系統進行改變的情況下，驅動改變后元件的脈 沖的相位必然有所變化，從而需要重新調節相位。然而，在技術員手動地重 新調節相位時，難以快速和簡易地改變系統或者替換成像元件。
在上述文獻中，雖然需要調節的脈沖的種類繁多，但是卻忽視了每個脈
沖的特性，而是以相同的方法優化所有脈沖的相位。因此，難以期望高準確 度的相位調節。

發明內容
因此，本發明的主要目的在于更加精確地調節用于驅動成像元件的脈沖 的相位。
為了實現上述目的，根據本發明的一種相位調節裝置包括
預期用途判決器，用于判斷所輸入的數字成像信號的預期用途；
選擇器，用于根據預期用途判決器的判斷結果，從構成所述數字成像信 號的信號組中選擇一個以上的待檢視信號；和
相位調節器，用于基于所述待檢視信號的輸出狀態，調節在拾取所述數 字成像信號時所使用的脈沖的相位。
在如此構造的相位調節裝置中，由預期用途判決器判斷所輸入數字成像 信號的預期用途，然后將判斷結果給予選擇器。從預期用途判決器接收判斷 結果的選擇器根據判斷結果選擇待檢視信號。相位調節器基于待檢視信號的 輸出狀態，調節用于成像所述數字成像信號的脈沖的相位。脈沖的相位調節 適合于，例如，用于對信號時段中的波峰信號分量進行采樣的波峰采樣脈沖 的相位調節，或者用于對用作相關雙重采樣基準的信號分量進行采樣的基準 采樣脈沖的相位調節。
作為本發明的優選模式，離散度計算器計算離散度，所述離散度示出所 述待檢視信號的第二像素區域中的多個像素之間的信號差異，并且將離散度 信息給予時序調節器。所述時序調節器基于所接收的離散度信息調節脈沖的 相位。基于離散度信息對脈沖進行的相位調節適合于AD時鐘信號的相位調 節，所述AD時鐘信號是在將模擬成像信號AD轉換成數字成像信號時的操 作時鐘。
以上描述的相位調節由預期用途判決器、選擇器、亮度級別檢測器、離 散度計算器和時序調節器以合作的方式自動實施。進一步，當改變用途時(改變安裝相位調節裝置的系統或者調換成像元件等)，脈沖的相位被調節，此 時亮度級別檢測器測量多個像素的數字成像信號的亮度級別，并且離散度計 算器計算表示像素間的信號差異的離散度。然后，以將亮度和離散度因素包 括在調節內的方式調節脈沖的相位，從而增加用于驅動成像元件的脈沖的相 位調節的準確度。進一步，較之技術員手動調節脈沖相位的情況，因為用于 驅動成像元件的各脈沖的相位是自動調節的，所以減少了調節所必需的時間 量。
選擇器可以選擇顏色信號作為所述待檢視信號，這通常應用于醫用照相 機系統。
作為本發明的另 一優選模式，所述相位調節裝置進一 步包括采樣方法判 決器，用于基于預期用途判決器判斷出的用途所必需的圖像尺寸、幀率和分 辨率，計算所述采樣的周期和相位調節量，作為所述相位調節的標準。采樣 周期由相位相對于周期初始值延長/減小的程度來確定。采樣的相位調節量 是計算最優相位時的相位步長調節量。
采樣方法判決器計算滿足預期用途判決器判斷出的用途所需要的圖像 尺寸、幀率和分辨率等條件的周期和相位調節量，并且將計算結果給予亮度
級別檢測器、離散度計算器和時序調節器，作為采樣方法。時序調節器基于 所接收的周期和相位調節量以前述模式調節相位。當圖像尺寸大且分辨率高 時，圖像質量比處理速度更重要，其中延長周期，并且精細地設置相位調節 量。當圖像尺寸小且分辨率低時，處理速度比圖像質量更重要，其中減小周 期，并且粗略地設置相位調節量。因此，在帶有所迷相位調節裝置的系統改
變或者成像元件本身被替換的情況下，可以在依據諸如圖像尺寸、幀率和分 辨率之類的條件來精細設置圖像質量或者處理速度的重要程度的狀態下，自
動調節用于驅動成像元件的脈沖的相位。
與如此構造的相位調節裝置相關的一種根據本發明的數碼相機包括 成像元件；
相關雙重采樣單元，用于對所述成像元件獲取的模擬成像信號進行相關
雙重采樣，并且按照每個像素確定信號電平；
自動增益控制器，用于對信號電平由所述相關雙重采樣單元確定的所述 模擬成像信號的振幅進行調節；
AD轉換器，用于將振幅由所述自動增益控制器調節的所述模擬成像信 號轉換成數字成像信號；
時序發生器，用于生成拾取所述模擬成像信號時所使用的脈沖；和
根據本發明的相位調節裝置，用于調節由所述時序發生器生成的所述脈 沖的相位。
沒有必要描述作為本發明結構部件的成像元件、相關雙重采樣單元、自 動增益控制器和AD轉換器以及時序發生器，因為它們都是數碼相機常規帶置。
根據本發明的一種相位調節方法，包括
判斷步驟，用于判斷所輸入的數字成像信號的預期用途；
選擇步驟，用于根據預期用途判決器的判斷結果，從構成所述數字成像
信號的信號組中選擇一個以上的待檢視信號；和
調節步驟，用于基于所述待檢視信號的輸出狀態，調節在拾取所述數字
成像信號時所使用的脈沖的相位。
在根據本發明的相位調節方法中，所述脈沖優選地包括用于檢測從成像
元件輸出的模擬成像信號波峰電平的波峰采樣脈沖、用于檢測在對所述模擬
成像信號進行相關雙重采樣時作為基準的信號電平的基準采樣脈沖，和AD
轉換所述模擬成像信號所必需的AD時鐘信號，其中 所述調節步驟包括
通過在所述基準采樣脈沖的相位和所述AD時鐘信號的相位固定為初 始值的狀態下，改變所述波峰采樣脈沖的相位來檢測使亮度級別最大的第一 相位的步驟，該步驟進一步將檢測到的第 一相位設置為所述波峰采樣脈沖的 最優相位；
通過在所述波峰采樣脈沖的相位固定為所述第一相位并且所述AD時 鐘信號的相位固定為所述初始值的狀態下，改變所述基準采樣脈沖的相位來 檢測使所述亮度級別變化小的穩定區的步驟，該步驟進一步將作為所述穩定 區中心的第二相位設置為所述基準采樣脈沖的最優相位；和
將所述波峰采樣脈沖的相位固定為所述第一相位，將所述基準采樣脈沖 的相位固定為所述第二相位，并且通過在阻擋入射光的狀態下，改變所述 AD時鐘信號的相位來檢測使離散度最小的第三相位的步驟，該步驟進一步
將所檢測的第三相位設置為所述AD時鐘信號的最優相位。
在前述相位調節方法中，當在數字成像信號的用途改變或者成像元件被 替換的情況下調節脈沖的相位時，亮度級別檢測器測量多個像素中每 一 個的 亮度級別，且離散度計算器計算示出像素間信號差異的離散度，從而以將亮 度和離散度因素包括在調節內的方式調節脈沖的相位。因此，可以以高的準 確度調節用于驅動成像元件的脈沖的相位，并且可以自動調節用于驅動成像 元件的脈沖的相位。結果是，較之技術員手動調節脈沖相位的情況，減少了 相位調節所必需的時間量。
調節步驟進一步優選地包括如下步驟基于在所述判斷步驟中判斷出的
用途所需要的圖像尺寸、幀率和分辨率，計算所述采樣的周期和相位調節量， 作為所述波峰采樣脈沖、所述基準采樣脈沖和所述AD時鐘信號的相位調節 標準。結果是，可以在依據諸如圖像尺寸、幀率和分辨率之類的條件來精細 設置圖像質量或者處理速度的重要程度的狀態下，自動調節用于驅動成像元 件的脈沖的相位。
根據本發明，雖然用途可能改變或者成像元件可能被替換，但是用于驅 動成像元件的脈沖的相位可以被自動調節。結果是，較之技術員手動對脈沖 進行相位調節的情況，減少了相位調節所需的時間，并且可以高準確度地調 節脈沖的相位。可以以合作的方式進行亮度級別的檢測和離散度的計算，從 而可以提高脈沖相位調節的準確度。
進一步，可以在依據諸如圖像尺寸、幀率和分辨率之類的條件來精細設
置圖像質量或者處理速度的重要程度的狀態下，自動調節用于驅動成像元件 的脈沖的相位。
本發明適用于需要對成像操作中所使用的脈沖進行時序調節的數碼相機。


本發明的這些和其它目的以及優點將通過下文對本發明優選實施例的 描述而變得清晰。本領域的技術人員 一旦執行本發明就將體會到本說明書未 記載的多種益處。
圖1是描述根據本發明優選實施例的帶有相位調節裝置的數碼相機的 整體構造的框圖。
圖2是按時間順序示出從成像元件輸出的信號分量的附圖。 圖3A是示出根據優選實施例的相位調節的整體操作的流程圖。 圖3B示出當根據優選實施例調節相位時每個脈沖的設定值。 圖4是根據優選實施例的用于對波峰采樣脈沖進行相位調節的信號分 量的時序圖。
圖5是示出根據優選實施例對波峰采樣脈沖進行相位調節的具體操作 的流程圖。
圖6是根據優選實施例的用于對基準采樣脈沖進行相位調節的信號分 量的時序圖。
圖7是示出根據優選實施例對基準采樣脈沖進行相位調節的具體操作 的流程圖。
圖8A是根據優選實施例的用于對AD時鐘信號進行相位調節的信號分 量的時序圖。
圖8B是圖8A中所示的一部分的放大視圖。
圖9是示出根據優選實施例對AD時鐘信號進行相位調節的具體操作的 流程圖。
具體實施例方式
以下，將參照附圖，詳細描述根據本發明的帶有相位調節裝置的數碼相 機的優選實施例。圖1是示出根據優選實施例的帶有相位調節裝置的數碼相
機的整體構造的框圖。根據本優選實施例的數碼相機包括光學透鏡l，用 于將拍攝對象的圖像匯聚到成像元件2;成像元件2，用于獲取由光學透鏡 1匯聚到成像元件2上的拍攝對象的圖像(以下將CCD作為成像元件2的 例子進行描述)；模擬前端10,用于對成像元件2輸出的模擬成像信號Sa 進行預定的處理，并且將所得到的信號轉換成數字成像信號Sd; DSP(數字 信號處理器)20，用于通過對模擬前端IO所輸出的數字成像信號Sd進行預 定的處理(顏色校正、YC處理等)來生成視頻信號。成像元件2包括多個 像素，所述多個像素包括用于獲取拍攝對象圖像的有效像素區域，以及以阻 光(light-blocking )方式設置在所述有效像素區域周圍、并用于檢測OB(光 學黑體，optical black )電平的OB像素區域。
模擬前端10包括CDS (相關雙重采樣,Correlated Double Sampling ) 單元3，用于執行CDS從而識別從成像元件2輸出的模擬成像信號Sa的信 號電平；AGC (自動增益控制器)4,用于使用可調節的增益放大從CDS單 元3輸出的信號；ADC (模擬數字轉換器)5,用于將經AGC 4放大的信號 轉換成數字成像信號Sd;時序發生器6,用于生成獲取圖像時所使用的脈沖； 和豎直驅動器7，用于將時序發生器6生成的脈沖輸出到成像元件2.
DSP 20包括預期用途判決器11、選擇器12、采樣方法判決器13、亮度 級別檢測器14、離散度計算器15和時序調節器6，它們都是根據本發明的 構件。
預期用途判決器11判斷相位調節的預期用途。選擇器12根據預期用途 判決器11的判斷結果選擇任意顏色信號作為待檢視信號。采樣方法判決器 13計算周期和相位調節量，作為與基準采樣脈沖DS1、波峰采樣脈沖DS2 和AD時鐘信號ACK相關的相位調節標準，從而使得由預期用途判決器11
判斷的用途所要求的條件，例如圖像尺寸、幀率和分辨率，得到滿足。亮度
級別檢測器14計算預定區域中所選像素的信號電平的平均值，從而檢測亮 度級別。離散度計算器15計算所選像素中信號電平的離散度。時序調節器 16基于亮度級別檢測器14和離散度計算器15的檢測結果和計算結果，對 時序發生器6生成的基準采樣脈沖DS1、波峰采樣脈沖DS2和AD時鐘信 號ACK的相位(時序)進行調節。
圖2是按時間順序示出從成像元件2輸出的信號分量的附圖。如圖2所 示，模擬成像信號Sa包括重置時段T1、基準時段T2和信號時段T3。重置 時段Tl是重置成像元件2的時段。基準時段T2是從成像元件2輸出基準 電壓的時段，并且在該時段中檢測相關雙重采樣單元3操作中的基準信號。 信號時段3是輸出信號電壓的時段。當對信號時段T3中標志波峰的信號電 平和基準時段T2中的基準電壓進行采樣從而獲取其差值時，模擬成像信號 Sa的信號電平Vs被獲取。在圖2中，圖中向下的方向被定義為正向的信號 分量。
在前迷構造中，預期用途判決器11判斷從數碼相機輸出的數字成像信 號的用途(包括安裝有該數碼相機的相機系統的用途)。在本申請文件中記 載的相機系統的例子包括數字靜態相機的相機系統、數碼攝像機的相機系 統、帶相機的移動電話的相機系統、醫用相機的相機系統、車用相機的相機 系統、門禁電話(entry phone)的相機系統、網絡相機的相機系統等。
預期用途判決器11如下這樣來判斷用途。預期用途判決器ll從包含所 述相位調節裝置的數碼相機系統取得示出該數碼相機系統中成像模式(活動 圖片模式/靜態圖像模式)狀態的信息，從而識別數字成像信號的用途。進 一步，預期用途判決器11取得示出包含所述相位調節裝置的數碼相機系統 的系統配置的信息，從而識別數字成像信號的用途。進一步，預期用途判決 器11可以取得示出該數碼相機系統中數碼相機系統的成像元件是否能被替 換的信息，并且以與示出改變后用途的信息相似的方式，處理所取得的示出 成像元件替換的信息。
選擇器12基于預期用途判決器11所作的關于用途的判斷結果，選擇一
個或多個顏色信號(RGB)作為待檢視的信號。
采樣方法判決器13判斷相機系統中所要求的條件，例如圖像尺寸、幀 率和分辨率。然后，采樣方法判決器13計算采樣的周期和相位調節量，作 為與基準采樣脈沖DS1、波峰采樣脈沖DS2和AD時鐘信號ACK相關的相 位調節標準，以便使得上述條件都得到滿足，并且向亮度級別檢測器14、 離散度計算器15和時序調節器6輸出所計算的值。
以下描述作為相位調節標準的采樣周期和采樣相位調節量。基于相位從 周期的初始值延長/減小的次數確定采樣周期。采樣的相位調節量是計算最 優相位時相位的步長調節量。例如，在為了強調圖像質量而調節相位的情況 下，需要延長周期并精細地調節相位調節量。在為了強調處理速度而調節相 位的情況下，需要減小周期，并粗略地調節相位調節量。
圖3A示出根據本優選實施例對每個脈沖進行相位調節的整體流程。圖 3B示出調節待調節脈沖的方法的細節。預期用途判決器11主要判斷相機的 用途。基于預期用途判決器〗1所判斷的用途，選擇器12指令將特定的信號 (顏色信號等)作為待檢視信號。同時，采樣方法判決器13計算采樣的周 期和相位調節量。亮度級別檢測器14、離散度計算器15和時序調節器16 基于采樣方法判決器13的計算結果調節相位。
由根據本優選實施例的相位調節裝置調節的相位是基準采樣脈沖DS1、 波峰采樣脈沖DS2和AD時鐘信號ACK。基準采樣脈沖DS1是用于對用作 相關雙重采樣中的基準的信號分量進行采樣的脈沖。因此，基準采樣脈沖的 相位期望被調節成使得上升沿出現在基準時段的中間。波峰采樣脈沖DS2 是用于對作為信號時段T3中的波峰的信號分量進行采樣的脈沖。因此，波 峰采樣脈沖DS2的相位期望被調節成使得上升沿出現在從成像元件2輸出 的信號分量標志其波峰的時候。由相關雙重采樣單元3計算出的信號電平 Vs是，波峰采樣脈沖DS2上升中處于波峰的信號分量與由基準采樣脈沖DS1 的上升所定義的基準時段中的信號分量之間的差。AD時鐘信號ACK是用
于操作AD轉換器5的時鐘信號。因此，在AD時鐘信號ACK中，相位期 望被調節成避免AD轉換結果中的易變性。
在本優選實施例中，預期用途判決器11判斷數碼相機的用途(步驟Sl ). 接下來，選擇器12選擇并且指令待檢視信號(顏色信號等)(步驟S2)。 同時，采樣方法判決器13計算采樣的周期和相位調節量，并且基于計算出 的值將基準采樣脈沖DS1和AD時鐘信號ACK的相位固定為預定的初始值 (步驟S3 )。然后，確定波峰采樣脈沖DS2的相位所必需的數據以這樣的 方式測量波峰采樣脈沖DS2的相位從初始值逐漸移動(步驟S4)。接下 來，對步驟S4中測得的數據進行評估從而確定波峰采樣脈沖DS2的最優相 位(步驟S5 )。當波峰采樣脈沖DS2的相位確定后，將波峰采樣脈沖DS2 的相位固定于該最優值。進一步，確定基準采樣脈沖DS1的相位所必需的 數據以這樣的方式測量基準采樣脈沖DS1的相位從初始值逐漸移動，同 時AD時鐘信號ACK的相位固定在初始值(步驟S6)。接下來，對步驟S6 中測得的數據進行評估從而確定基準采樣脈沖DS1的最優相位(步驟S7)。 在基準采樣脈沖DS1和波峰采樣脈沖DS2的相位確定后，確定AD時鐘信 號ACK的相位所必需的數據以這樣的方式測量AD時鐘信號ACK的相位 從初始值逐漸移動，同時基準采樣脈沖DS1和波峰采樣脈沖DS2的相位固 定在最優值(步驟S8)。接下來，對步驟S8中測得的數據進行評估從而確 定AD時鐘信號ACK的最優相位(步驟S9 )。在基準采樣脈沖DS1、波峰 采樣脈沖DS2和AD時鐘信號ACK的最優相位均確定后，與所確定的最優 相位有關的信息被設置到時序發生器6的寄存器中(步驟SIO)。這樣就生 成了具有最優相位的脈沖。
接下來，將參照作為示例的數碼相機，描述預期用途判決器11和采樣 方法判決器13的處理細節。采樣方法判決器13依據包含相位調節裝置的相 機系統判斷采用何種采樣方法。以下描述在包含相位調節裝置的相機系統是 數字靜態相機系統的情況下和在包含相位調節裝置的相機系統是醫用相機 的情況下，所要采用的特定采樣方法。
a) 數字"l爭態相機系統
當預期用途判決器11判斷出包含相位調節裝置的相機系統(用途)是 數字靜態相機系統時，選擇器12指令將R、 G和B信號采樣為待檢視信號。 以下描述假設數碼相機系統所要求的條件如下
圖像尺寸全尺寸
幀率30fps
分辨率高
采樣方法判決器13計算滿足時序發生器6的規范所給出的所有條件的 周期和相位調節量，以便采樣基準采樣脈沖DS1、波峰采樣脈沖DS2和AD 時鐘信號ACK，并且將計算出的值確定為最終確定的周期和相位調節量。 在圖像尺寸是全尺寸并且分辨率高的條件下，圖像質量比處理速度更重要。
b) 醫用照相系統
當預期用途判決器11判斷出包含相位調節裝置的相機系統(用途)是 醫用相機系統時，選擇器12指令將R信號采樣作為待檢視信號。以下描述 假設醫用相機系統所要求的條件如下
圖像尺寸QVGA
幀率30fps
分辨率4氐
采樣方法判決器13計算滿足時序發生器6的規范所給出的所有條件的 周期和相位調節量，以便采樣基準采樣脈沖DS1、波峰采樣脈沖DS2和AD 時鐘信號ACK,并且將通過把獲取的值縮小為1/N倍所獲得的周期確定為 相位調節量。在圖像尺寸是QVGA并且分辨率低的條件下，處理速度比圖 像質量更重要。
接下來，描述波峰采樣脈沖DS2、基準采樣脈沖DS1和AD時鐘信號 ACK的相位調節。
波峰采樣脈沖DS2的相位調節
首先，參照附圖4和圖5描述波峰采樣脈沖DS2的相位調節。圖4是用于波峰采樣脈沖DS2的相位調節的信號分量的時序圖。圖5是示出對波 峰采樣脈沖DS2進行相位調節的細節的流程圖。這些圖對應于圖3中所示 的步驟S4和步驟S5。
在圖4中，Wl表示成像元件輸出信號，W3表示亮度信號。波峰采樣 脈沖DS2的相位調節中的亮度定義為，成像元件2的部分或者全部有效像 素區域(即第一像素區域，以下稱為波峰采樣脈沖檢測區域)中所選擇的相 應像素的信號電平的平均值。當成像元件輸出信號Wl處于如圖4所示的狀 態時，基準采樣脈沖DS1和AD時鐘信號ACK的相位是固定的，然后波峰 采樣脈沖DS2的相位如W2所示移動，從而在亮度信號W3中生成突出形狀， 即在其信號電平中生成波峰。基于此，在亮度信號W3處于最大電平的狀態 (波峰狀態)下，波峰采樣脈沖DS2的相位被確定為其最優相位。如前所 示，圖像數據中所選擇的每個像素的信號電平Vs是，由波峰采樣脈沖DS2 確定的信號分量峰值與由基準采樣脈沖DS1確定的作為基準的信號分量之 間的差值。因此，在波峰采樣脈沖DS2中的信號和基準采樣脈沖DS1中的 信號分量彼此相反的情況下，所述差值為負值；然而，在該圖中信號電平為 零，因為在本示例中，任何負值都不包括在信號電平的定義中。
參照圖5給出進一步的詳細描述。在步驟Sll中，定義亮度級別的最大 值的初始值。亮度級別的最大值的初始值被設置為這樣小的值，即在具有至 少一定電平振幅的信號分量存在時，該值立即被更新。在步驟S12中，基準 采樣脈沖DS1和AD時鐘信號ACK的相位被設置為初始值，而在時間上稍 微晚于基準采樣脈沖DS1相位的初始值的 一 個點被設置為波峰釆樣脈沖 DS2的初始值。在步驟S13中，取得由成像元件2獲取的圖像數據。
在步驟S14中，對所取得的圖像數據的波峰采樣脈沖檢測區域中的亮度 級別進行檢測，換句話說，計算所述波峰采樣脈沖檢測區域中相應像素的信 號電平的平均值。由于假定具有示出至少一預定值的信號電平的任何像素是 飽和的，因此這樣的像素期望被排除在采樣過程之外。步驟S14的處理在亮 度級別檢測器14中進行。
在步驟S15,亮度級別的當前最大值和在步驟S14中計算出的亮度級別 互相比較。當比較結果為步驟S14中計算出的亮度級別較大時，則在步驟 S16中將步驟S14中計算出的亮度級別設置為當前最大值。當步驟S15中亮 度級別的當前最大值較大時，亮度級別的最大值不更新。步驟S15和S16 的處理由時序調節器16進行。
在步驟S17中，時序調節器16向時序發生器6傳送指令，從而使得在 基準采樣脈沖DS1和AD時鐘信號ACK的相位固定的狀態下，波峰采樣脈 沖DS2的相位向后移動一個步長。在相位于步驟S17中移動一個步長之后， 再次執行步驟S13-S17,從而使得亮度級別的最大值被重置。
以上描述的操作在由采樣方法判決器13計算出的一個周期的時段中反 復，從而使得亮度級別最大時的相位被確定為波峰采樣脈沖DS2的最優相 位。
基準采樣脈沖DS1的相位調節
接下來，參照圖6和圖7描述基準采樣脈沖DS1的相位調節。圖6是 用于對基準采樣脈沖DS1進行相位調節的信號分量的時序圖。圖7是示出 對基準采樣脈沖DS1進行相位調節的細節的流程圖。這兩幅圖對應于步驟 S6和S7。
在圖6中，Wl表示成像元件輸出信號，W3表示亮度信號。在對基準 采樣脈沖DS1進行相位調節的情況下，亮度定義為成像元件2的部分或者 全部有效像素區域(稱為基準采樣脈沖檢測區域)中所選擇的相應像素的信 號電平的平均值。當成像元件輸出信號處于如圖6所示的狀態時，波峰采樣 脈沖DS2和AD時鐘信號ACK的相位是固定的，然后基準采樣脈沖DS1的 相位如W4所示地移動，亮度信號W3顯著降低，在基準時段中基本不變， 然后再次降低并且在對應于波峰采樣脈沖DS2的點變為零。基于此，確定 基準采樣脈沖DS1的相位最優值，從而使得上升沿出現在亮度信號W3基本 不變的這一間隔(稱為穩定區)的中心。
參照圖7給出進一步的詳細描述。在步驟S21中，初始化基準采樣脈沖DS1的相位和AD時鐘信號ACK的相位，并且將波峰采樣脈沖DS2的相位 設置為由上述調節方法確定的最優值。然后，取得由成像元件2獲取的圖像 數據(模擬視頻信號)。
在步驟S22中，對所取得的圖像數據的基準采樣脈沖檢測區域中的亮度 級別進行檢測，換句話說，計算所述基準采樣脈沖檢測區域中相應像素的信 號電平的平均值。由于假定具有示出至少一預定值的信號電平的像素是飽和 的，因此這樣的像素期望被排除在采樣過程之外。步驟S22的處理在亮度級 別4企測器14中進行。
在步驟S23，在波峰采樣脈沖DS2和AD時鐘信號ACK的相位固定的 狀態下，基準采樣脈沖DS1的相位向后移動一個步長。在步驟S24，設置基 準采樣脈沖DS1的一個周期時段內的重復處理。在步驟S25，取得由成像元 件2獲取的圖像數據。在步驟S26,對所取得的圖像數據的基準采樣脈沖檢 測區域中的亮度級別進行檢測。
在步驟S27，計算根據在一個步長以前的基準采樣脈沖DS1相位下取得 的圖像數據計算出的亮度級別，與根據在當前相位下所檢測到的圖像數據計 算出的亮度級別之間的差值，并且判斷所計算出的差值是否最大為一預定的 閾值。當在步驟S27中判斷出該差值最大為所述閾值時，當前相位被判斷為 處于穩定區中(步驟S28)。
在步驟S29,在波峰采樣脈沖DS2和AD時鐘信號ACK的相位固定的 狀態下，基準采樣脈沖DS1的相位向后移動一個步長。在相位移動一個步 長之后，再次執行步驟S25-S29的處理，從而判斷移動后的相位是否位于穩 定區中。該處理在由采樣方法判決器13計算出的一個周期的時段中反復執 行，從而判斷哪些相位包括在穩定區中。
最后，在步驟S30,將判斷為包括在穩定區中的那些相位的中心值確定 為基準采樣脈沖DS1的最優相位。在被判斷為包括在穩定區中的那些相位 位于至少兩個不連續間隔中的情況下，更短的間隔可以被忽略，或者被判斷 為包括在穩定區中的相位所持續最長時間長度的那個間隔可以被確定為穩定區。
在噪聲分量大的情況下，基于兩個像素之間的差值，穩定區域可能被錯 誤地檢測，或者可能根本無法檢測。在這種情況下，可以使用例如濾波計算 器等，從而計算至少三個相位中的亮度級別的平均值與當前相位中的亮度級 別的平均值之間的差值，并將其與閾值比較。
在基準采樣脈沖DS1的相位調節流程和在波峰采樣脈沖DS2的相位調 節流程中所使用的基準采樣脈沖DS1的相位初始值可以是相同的，也可以 是不同的。例如，在波峰采樣脈沖DS2的相位調節流程中的基準采樣脈沖 DS1的相位初始值，可以設置為處于設計規范所預測的基準時段的鄰域中。 在基準采樣脈沖DS1的相位調節流程中所使用的基準采樣脈沖DS1的相位 初始值，可以設置為處于重置時段中，從而減少亮度信號的任何突然降低。
AD時鐘信號ACK的相位調節
接下來，參照圖8A、圖8B和圖9描述AD時鐘信號ACK的相位調節。 圖8A是用于對AD時鐘信號ACK進行相位調節的信號分量的時序圖。圖 8B示出AD時鐘信號ACK的相位調節中的離散度過渡。圖9中示出的流程 圖對應于圖3所示的步驟S'8和S9。
在圖8中，Wl表示成像元件輸出信號，W6表示離散度。本示例中的 離散度定義為，在針對成像元件2阻擋了光線的情況下，有效像素區域和 OB像素區域(第二像素區域，以下稱為AD時鐘信號檢測區域)中至少一 個區域的全部或者部分之中的相應像素的信號電平的離散度。更具體地說， 離散度是這樣一個值，其表示由于成像元件2處于阻光狀態而導致的在理想 條件下本應為恒定的信號電平所發生的離散程度。因此，需要設置AD時鐘 信號ACK的相位以便降低離散度。計算離散度的像素區域可以與檢測亮度 級別的像素區域相同，也可以不同。
當成像元件輸出信號W處于如圖8A所示的狀態時，基準采樣脈沖DS1 和波峰采樣脈沖DS2的相位固定為最優值，然后AD時鐘信號ACK的相位 如W5所示從初始值開始移動，在離散中生成如W6所示的凹進形狀。應該
將AD時鐘信號ACK的相位確定為使得離散度W6的值最小，然而，由于 某些因素，離散度W6可能在錯誤的位置達到最小值。基于此，在離散度 W6被判斷為最小的相位中，將AD時鐘信號檢測區域的亮度級別與期望值 (預先設置)進行比較。由于OB像素區域被阻擋了光，因此在設計規范中 有作為DC偏移量的期望值。當AD時鐘信號檢測區域的亮度級別與期望值 相差太多時，無法優化AD時鐘信號ACK。因此，在離散度W6被判斷為最 小的相位中，判斷亮度級別和期望值之間的差值是否最大為 一 闊值(預先設 置)。只要判斷結果為該差值最大為所述閡值，那么相關相位就被確定為 AD時鐘信號ACK的最優值。當所述差值大于所述閾值時，在離散度W6 被判斷為第二小的相位中比較差值和該閾值。上述比較和判斷反復進行，從 而確定AD時鐘信號ACK的相位的最優值。
一種針對成像元件2阻擋光線的可能方法是，關閉機械快門從而阻擋入 射光。然而，在本來就處于阻光狀態的OB像素區域被用作AD時鐘信號檢 測區域的情況下，可以不必關閉機械快門。
參照圖9給出更詳細地描述。在步驟S31，當機械快門關閉的時候，入 射光被阻擋。在OB像素區域被用作AD時鐘信號檢測區域的情況下，該步 驟是不必要的。在步驟S32,增大模擬增益從而僅僅放大噪聲分量。在步驟 S33，基準采樣脈沖DS1和波峰采樣脈沖DS2的相位被設置為預先確定的最 優值，AD時鐘信號ACK的相位被設置為初始值。在步驟S34，取得由成像 元件2所獲取的圖像數據。在步驟S35，對所取得的圖像數據的AD時鐘信 號檢測區域中的亮度級別進行檢測，換句話說，計算所述AD時鐘信號檢測 區域中相應像素的信號電平的平均值。步驟S35的處理在亮度級別檢測器 14中進行。在步驟S36，在基準采樣脈沖DS1和波峰采樣脈沖DS2的相位 固定的狀態下，AD時鐘信號ACK的相位向后移動一個步長。在相位移動 一個步長之后，再次進行步驟S34-S36的處理。在由采樣方法判決器13計 算出的一個周期的時段中反復進行步驟S34-S36的處理，從而檢測每個相位 的亮度級別。計算出的亮度級別暫存于存儲器中。
在步驟S37,基準采樣脈沖DS1和波峰采樣脈沖DS2的相位被設置為 由前述方法確定的最優值，然后，AD時鐘信號ACK的相位被設置為初始 值。在步驟S38,再次取得由成像元件2獲取的圖像數據。在步驟S39,對 所取得的圖像數據的AD時鐘信號檢測區域中的離散度a (n)進行檢測，換句 話說，計算所述AD時鐘信號檢測區域中相應像素的信號電平的離散度。n 是任意的正數，表示在由采樣方法判決器13計算的一個周期的時段中可設 置相位的數量。步驟S39的處理在離散度計算器15中進行。在步驟S40, 在基準采樣脈沖DS1和波峰采樣脈沖DS2的相位固定的狀態下，AD時鐘 信號ACK的相位向后移動一個步長。在AD時鐘信號ACK的相位移動一個 步長之后，進行步驟S38-S40的處理。在由釆樣方法判決器13計算出的一 個周期的時段中反復進行上述處理時，計算每個相位的離散度。計算出的離 散度暫存于存儲器中。在描述中，當取得圖像數據時，亮度級別的分布和離 散度的分布在不同的時刻分開計算，然而，它們也可以在一次取得的圖像數 據中在同一時刻進行計算。
這樣處理后，亮度級別和離散度的分布按每相位地存儲在存儲器中。然 后，使用存儲在存儲器中的數據來計算AD時鐘信號ACK的最優相位。以 下給出具體的描述。在步驟S41中，第一相位的離散度a (l)被設置為最 小值cj (min)。在步驟S43中，第二及其后相位的離散度被設置為a (n), 并且將每個(j (n)均與a (min)比較。當cr ( n)在進行比較中較小時， 在步驟S44中將a (n)設置為新的最小值cj ( min )。反復執行步驟S43-S44的處理，直到處理完最后一個相位，從而計算出離散度最小的相位。
在步驟S45，判斷離散度最小的相位的亮度級別與由設計規范確定的期 望值之間的差值是否最大為一閾值(預定的)。當在步驟S45的判斷中離散 度最小的相位的亮度級別大于閾值時，對離散度小于a (min)的相位進行 步驟S46的處理。然后重復步驟S45和S46直到確定最優相位。當重復步驟 S45和S46的處理之后離散度最小的相位的亮度級別位于所述閾值以內的時 候，此時在步驟S47中將所獲取的相位確定為AD時鐘信號ACK的最優相位。
根據以上描述的方法，基準采樣脈沖DS1、波峰采樣脈沖DS2和AD 時鐘信號ACK的相位可以自動地調節。因此，在包含相位調節裝置的系統 改變、成像元件2本身被替換，或者成像元件2的特性由于外部因素(溫度、 隨時間的消耗等)而改變的情況下，可以識別用戶規范和制造過程中最合適 的信號(顏色)、周期和相位調節量。因此，從時序發生器6輸出的脈沖的 相位可以自動調節。進一步，考慮到各脈沖的特性，在針對圖像質量和處理 速度的最合適條件下，可以對脈沖的相位做不同的調節；并且可以高速且準 確地自動調節脈沖的相位。
以上描述的優選實施例只是示例，并且可以在本發明的意圖目的的范圍 之內進行各種修改。
雖然已經描述了在目前被視為本發明的優選實施例的內容，不過可以理 解的是，在此可進行各種不同的修改，并且意欲在所附的權利要求書中覆蓋 所有這些落于本發明的真實精神和范圍中的修改。
權利要求
1、一種相位調節裝置，包括預期用途判決器，用于判斷所輸入的數字成像信號的預期用途；選擇器，用于根據所述預期用途判決器的判斷結果，從構成所述數字成像信號的信號組中選擇一個以上的待檢視信號；和相位調節器，用于基于所述待檢視信號的輸出狀態，調節在拾取所述數字成像信號時所使用的脈沖的相位。
2、 根據權利要求1所述的相位調節裝置，其中 所述相位調節器包括亮度級別檢測器，用于檢測所述待檢視信號的第 一像素區域中的多個像 素中的亮度級別；離散度計算器，用于計算用于表示所述待檢視信號的第二像素區域中的 多個像素之間的信號差異的離散度；時序調節器，用于基于所述亮度級別檢測器的計算結果和所述離散度計 算器的計算結果，對所述脈沖的相位進行調節。
3、 根據權利要求1所述的相位調節裝置，其中 所述數字成像信號包括顏色信號組，并且所述選擇器選擇所述顏色信號組中的至少 一個信號作為所述待檢視信
4、 根據權利要求1所述的相位調節裝置，其中基于從成像元件輸出的模擬成像信號生成所述數字成像信號，并且， 所述脈沖包括用于檢測所述模擬成像信號的波峰電平的波峰采樣脈沖、 用于檢測在對所述模擬成像信號進行相關雙重采樣時作為基準的信號電平 的基準采樣脈沖，和用于將所述模擬成像信號AD轉換成所述數字成像信號 所必需的AD時鐘信號。
5、 根據權利要求4所述的相位調節裝置，進一步包括采樣方法判決器，率，計算所述采樣的周期和相位調節量，作為所述相位調節的標準。
6、 一種數碼相機，包括 成像元件；相關雙重采樣單元，用于對所述成像元件獲取的模擬成像信號進行相關 雙重采樣，并且按照每個像素確定信號電平；自動增益控制器，用于對信號電平由所述相關雙重采樣單元確定的所述 模擬成像信號的振幅進行調節；AD轉換器，用于將振幅由所述自動增益控制器調節的所述模擬成像信 號轉換成數字成像信號；時序發生器，用于生成拾取所述模擬成像信號時所使用的脈沖；和如權利要求1所述的相位調節裝置，該相位調節裝置用于調節由所述時 序發生器生成的所述脈沖的相位。
7、 一種相位調節方法，包括判斷步驟，用于判斷所輸入的數字成像信號的預期用途；選擇步驟，用于根據預期用途判決器的判斷結果，從構成所述數字成像信號的信號組中選擇一個以上的待檢視信號；和調節步驟，用于基于所述待檢視信號的輸出狀態，調節在拾取所述數字成像信號時所使用的脈沖的相位。
8、 根據權利要求7所述的相位調節方法，其中所述脈沖包括用于檢測從成像元件輸出的模擬成像信號的波峰電平的 波峰采樣脈沖、用于檢測在對所述模擬成像信號進行相關雙重采樣時作為基 準的信號電平的基準采樣脈沖，和AD轉換所述模擬成像信號所必需的AD 時鐘信號，其中，所述調節步驟包括通過在所述基準采樣脈沖的相位和所述AD時鐘信號的相位固定為初 始值的狀態下，改變所述波峰采樣脈沖的相位來檢測使亮度級別最大的第一相位的步驟，該步驟進一步將檢測到的第 一相位設置為所述波峰采樣脈沖的 最優相位；通過在所述波峰采樣脈沖的相位固定為所述第一相位并且所述AD時鐘信號的相位固定為所述初始值的狀態下，改變所述基準采樣脈沖的相位來 檢測使所述亮度級別的變化小的穩定區的步驟，該步驟進一步將作為所述穩定區中心的第二相位設置為所述基準采樣脈沖的最優相位；和將所述波峰采樣脈沖的相位固定為所述第一相位，將所述基準采樣脈沖 的相位固定為所述第二相位，并且通過在阻擋入射光的狀態下，改變所述 AD時鐘信號的相位來檢測使離散度最小的第三相位的步驟，該步驟進一步 將所檢測的第三相位設置為所述AD時鐘信號的最優相位。 9、根據權利要求8所述的相位調節方法，其中，所述調節步驟進一步包括如下步驟基于所述判斷步驟中判斷出的用途 所需要的圖像尺寸、幀率和分辨率，計算所述采樣的周期和相位調節量，作 為所述波峰采樣脈沖、所述基準采樣脈沖和所述AD時鐘信號的相位調節標準。
全文摘要
本發明公開相位調節裝置、相位調節方法和數碼相機。在相位調節裝置中，預期用途判決器判斷所輸入的數字成像信號的預期用途，選擇器根據預期用途判決器的判斷結果，從構成所述數字成像信號的一組信號中選擇一個以上的待檢視信號，相位調節器基于所述待檢視信號的輸出狀態，調節在拾取所述數字成像信號時所使用的脈沖的相位。
文檔編號H04N101/00GK101193215SQ20071018739
公開日2008年6月4日 申請日期2007年11月27日 優先權日2006年11月27日
發明者中村研史, 小川真由, 小川雅裕, 森田美智子 申請人:松下電器產業株式會社