自動相位調整裝置的制作方法

專利名稱：自動相位調整裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種自動相位調整裝置，其調整用于在數字攝像機中成像的 脈沖的相位(時序)，還涉及一種內嵌該自動相位調整裝置的數字攝像機。
背景技術：
數字攝像機(數字靜態攝像機、數字視頻攝像機、附裝攝像機的移動電
話等)是如此配置的攝像機，它使得從諸如CCD或MOS傳感器之類的成像 元件獲取的模擬成像信號轉換為數字成像信號，并且將獲得的數字成像信號 經過預定的處理后記錄下來。為使用成像元件拍攝被攝主體，需要用于驅動 該成像元件的脈沖、用于檢測信號電平的脈沖等。在設計硬件時，由于制造 過程中的某種離散性，使得很難調整這些脈沖的相位(時序)。因此，常規 上采用制造過程后由工程師執行相位調整，且將指示調整后的相位的信息存 儲在存儲區域中，以便設置所調整的相位。
專利文件1陳述了與本發明相關的常規技術。根據專利文件l,以最小 曝光時間獲取圖像，并調整其相位使噪聲分量最小化，換句話說，使高頻分 量最小化。
專利文件1:日本專利申請特開2005-15108
發明內容
本發明要解決的問題
采用常規方法制造數字攝像機時，成像元件的脈沖的相位是在其被制造 后調整的，從該調整獲得的信息設置在所有用相同的制造方法制造的數字攝 像機中。然而，該調整方法不能靈活地響應成像元件的特有離散性。因此， 該特有離散性導致了圖像信號的離散性，產生了從最優點的一些偏移。因此，存在不能獲得最大信號電平以及使S/N比率惡化這種可能的缺點。在醫用攝像機領域，在數字攝像機制造完成后，可能需要換成像元件。 當成像元件被另 一成像元件替換時，驅動新的成像元件的脈沖的相位不可避 免地被改變。因此，需要再次執行相位調整。另外，在將成像元件連接到信 號處理器的電纜內會產生信號延遲。在由于換電纜等導致的延遲量改變的情 況下，需要重新調整相位。由于需要由工程師重新調整相位，替換成像元件 或替換連接電纜通常是非常勉強的。根據專利文件1所述的方法，沒有考慮所要調整的脈沖的特性，而且多 個脈沖的最優相位是通過相同的方法獲得的。因此，相位調整不會很精確。創造本發明是為了解決上述問題，本發明的主要目的是不用任何人工調 整而是自動地和精確地調整用在成像操作中的脈沖的相位。解決該問題的手段為解決上述問題，根據本發明的自動相位調整裝置是這樣一種自動相位 調整裝置，輸入通過將成像元件所成像的圖像數據按照每個像素轉換為數字 值而獲取的數字成像信號，根據所述輸入的數字成像信號，對用于成像的脈沖的相位進行調整，所述自動相位調整裝置包括亮度級檢測器，用于對于第 一像素區域內的多個像素計算所述數字成像 信號的亮度級；離散性計算器，用于對于第二像素區域內的多個像素計算表示所述數字 成像信號的每個像素的信號離散性的離散性值；和時序調整器，用于根據所述亮度級檢測器和所述離散性計算器的計算結 果調整所述脈沖的相位。根據本發明的自動相位調整方法為這樣一種自動相位調整方法， 一種相 位調整方法，用于調整第一脈沖、第二脈沖和輸入到AD轉換器的AD時鐘信 號中的至少一個的相位，其中所述第一脈沖用于檢測從成4象元件輸出的成像信 號的電平，所述第二脈沖用于檢測在相關雙采樣中用作基準的信號電平，所述 相位調整方法包括在將所述第二脈沖和所述AD時鐘信號固定在初始值的狀態下，改變所述
第一脈沖的相位，檢測亮度最大的第一相位的步驟；和
將檢測到的第 一相位設置為所述第 一脈沖的相位的步驟。 本發明的效果
根據本發明，能夠自動調整用在成像操作中的從TG (時序產生器)輸 出的脈沖(DS1、 DS2和ADCLK)的相位。因此，由于成像元件本身^皮更 換、成像元件受到一些外部因素(溫度變化、電壓變化等)或成像元件隨時 間惡化而使得成像元件的特性改變以及從成像元件到信號處理器的信號延 遲量改變的情況下，能夠自動地調整從TG輸出的脈沖的信號。另外，在制 造過程中，脈沖的相位能夠根據成像元件的各自的離散性被自動調整為最 優。
進 一 步，因為脈沖的相位是根據考慮了各個脈沖的特性而采用的獨立方 法分別調整的，因此自動調整能夠達到高精確度。


圖1是示出了根據本發明優選實施例的數字攝像機的總體構造的框圖。
圖2是按時間順序示出了從成像元件輸出的信號分量的圖。
圖3A是示出了根據本發明的總體相位調整操作的流程圖。
圖3B示出了根據本發明的當脈沖被調整時脈沖的設定值的表。
圖4是根據本發明的用于DS2的相位調整的信號分量的時序圖。
圖5是示出了根據本發明的DS2的相位調整的細節的流程圖。
圖6是根據本發明的用于DS1的相位調整的信號分量的時序圖。
圖7是示出了根據本發明的DS1的相位調整的細節的流程圖。
圖8A是根據本發明用于ADCLK的相位調整的信號分量的時序圖。
圖8B是圖8A所示S部分的放大視圖。
圖9是示出了根據本發明的ADCLK的相位調整的細節的流程圖。
圖IO是示出了根據本發明修改實施例1的數字攝像機的總體構造的框圖。圖11A是按時間順序示出了在信號質量較差的情況下從成像元件輸出的 信號分量的圖。
圖IIB是圖11A所示F部分的放大視圖。
圖12是在脈沖調整中的調整范圍的示意圖。
圖13是示出了由DS2預測DS1和ADCLK的最優位置的圖。
圖14是示出了根據本發明修改的實施例的數字攝像機的總體構造的框圖。
圖15A是示出了根據修改的實施例5的直方圖輸出結果。
圖15B是示出了根據修改的實施例5的直方圖輸出結果。
圖15C是示出了根據修改的實施例5的直方圖輸出結果。
圖16是示出了根據本發明修改的實施例6的數字攝像機的總體構造的框圖。
圖17是示出根據修改的實施例6的在塊存儲器中的計算區域的圖。
圖18是示出了根據本發明修改的實施例7的數字攝像機的總體構造的框圖。
圖19A是示出了根據修改的實施例7的閾值檢測器的計算區域的圖。 圖19B是示出了根據修改的實施例7的閾值檢測器的輸出結果的圖。 圖20是示出了根據本發明修改實施例8的數字攝像機的總體構造的框圖。
參考符號說明 101成^象元件
102 CDS
103 AGC
104 ADC ( AD轉換器) 105垂直驅動器
106 TG
107 ^莫擬前端
108色散(dispersion)計算器(離散性(variability)計算器) 109亮度級(brightness level)檢測器110時序調整器111 DSP112光學鏡頭113缺陷像素檢測器114存儲器115缺陷像素尋址U6直方圖計算器117直方圖計算結果118塊存儲器電路119塊存儲器輸出結果120閾值檢測器121閾值檢測結果122AF頻率分量檢測器(頻率檢測器) 123頻率分量具體實施方式
以下參見附圖描述本發明的優選實施例。以下描述的優選實施例僅僅是 實例，而且該優選實施例及其修改的實施例可以進行各種修改。 設備配置圖1為示出了根據本發明的數字攝像機的總體構造的框圖。根據本發明 的數字攝像機包括光學鏡頭112,其將目標圖像的光收集到成像元件101上， 成像元件101，其將光學鏡頭112 (在下面的描述中以CCD作為例子)獲得 的目標圖像成像，模擬前端107，其通過對從成像元件101輸出的成像信號 (圖像數據)進行預定處理，將其轉換成數字成像信號，以及DSPlll，其 通過對從模擬前端107輸出的數字成像信號進行預定處理(顏色校正、YC 處理等)來產生視頻信號。成像元件101有多個像素，并且用于獲取目標圖 像的有效像素區域和在光阻斷狀態下呈現在有效像素區域的外圍的且用于檢測OB (光學黑體)電平的OB像素區域構成了該多個像素。
才莫擬前端107包括4丸行相關雙采樣以確定從成〗象元件101輸出的才莫擬成 像信號的信號電平的CDS (相關雙采樣)102,通過可調整增益放大從CDS 102輸出的信號的AGC (自動增益控制)103,將由AGC 103放大的信號轉 換成數字成像信號的AD轉換器(模數轉換器)104,產生用于獲取圖像的 脈沖的TG(時序產生器)106，以及將由TG 106產生的脈沖輸出到成像元 件101的垂直驅動器105。
DSP 111包括本發明特有的組成元件，它們是色散計算器108,作為 具備計算像素特定信號電平的色散的能力的離散性計算器；亮度級檢測器 109，通過獲取預定區域內的像素的信號電平的平均值來檢測亮度級；以及 時序調整器110,基于從色散計算器108和亮度級檢測器109獲取的計算和 檢測結果調整由TG 106產生的脈沖的相位(時序)。從成像元件101輸出 的信號存儲在未示出的存儲器(SDRAM)中。色散計算器108和亮度級檢 測器109從SDRAM中讀取每個像素的數據，并基于獲得的信號進行計算。 從成像元件輸出的信號分量
圖2中按時間順序示出了從成像元件101輸出的信號分量。如圖2中所 示，重置期201、基準期202和信號期203組成模擬成像信號。
重置期是在其期間對成像元件101進行重置的時期。基準期202是在其 期間從成像元件101輸出基準電壓的時期，并且在其期間檢測在CDS 102 中執行相關雙采樣時用作基準的信號。信號期203是在其期間輸出信號電壓 的時期。對在信號期203期間達到峰值電平的信號電壓和在基準期202期間 的基準電壓進行采樣，并獲得二者的差值，從而，能夠獲得模擬成像信號的 信號電平204。在圖2中，圖中向下的方向定義為信號分量的正方向。
總體操作的流程
圖3A為示出了根據本優選實施例的針對每個脈沖的總體相位調整操作 的流程圖。相位調整主要是由色散計算器108、亮度級檢測器109及時序調 整器110執行。要調整的脈沖為DS2、 DS1及ADCLK。 DS2是對在信號期203期間達到峰值的信號分量進行采樣的脈沖。因此，期望對DS2進行相位 調整以便其正邊緣與從成像元件101輸出的信號達到峰值的時間一致。DS1 是對在相關雙采樣中作為基準的信號分量進行采樣的脈沖。因此，期望對 DS1進行相位調整以便其正邊緣與基準期的中心一致。這里，由CDS 102 獲得的信號電平只是在DS2的正邊緣達到其峰值的信號分量與在由DS1的 正邊緣確定的基準期內的信號分量的差值。ADCLK是提供給ADC 104的時 鐘信號，其為確定從ADC輸出的信號的輸出的時序的脈沖。因此，當ADCLK 的相位不合適時，不僅會產生有關模擬的不利影響，還會引起AD轉換結果 的離散性。因此，期望調整ADCLK的相位以便AD傳換結果不發生離散性。 盡管ADCLK可以表示AD轉換的時序信號，但在本發明中假定沒有必要調 整AD轉換的時序。
在本發明中，首先，將DS1和ADCLK固定到預定初始值，并在將DS2 的相位從初始值逐步移位時，測量確定DS2需要的數據(S301)。之后， 評價測量的數據以便確定DS2的最優相位(S302 )。在確定DS2的最優相 位后，DS2的相位保持固定到所確定的最優值，且ADCLK仍然保持固定到 其初始值，之后，在將DS1的相位從初始值逐步移位時，測量確定DS1需 要的數據(S303 )。隨后評價所測量的數據以便確定DS1的最優相位(S304)。 在確定DS1和DS2的最優相位后，將它們保持固定到所確定的最優相位， 然后，在將ADCLK的相位A/v初始值逐步移位時，測量確定ADCLK所需的 數據(S305)。評價所測量的數據，以便確定ADCLK的最優相位(S306 )。 在確定DS1、 DS2及ADCLK的最優相位后，將與所確定的最優相位相關的 信息設置在TG 106中的寄存器內(S307 )。因此，產生了具有最優相位的 脈沖。
在調整期間每個脈沖的相位的轉變在圖3B的表中示出。在調整步驟 S302中，將DS1和ADCLK固定到預定初始值，只有待調整的DS2改變。 在調整步驟S304中，DS2保持固定到步驟S303所確定的最優值，ADCLK 仍然保持固定到其初始值，然后，只有DS1改變。在調整步驟S306中，將已經確定的最優值設置在DS1和DS2中，并且只有ADCLK改變。在調整 步驟S307中，在所有的脈沖中設置最優值。
以下詳細描述各個步驟。
DS2的調整
參考圖4和圖5，描述DS2的相位調整。圖4是示出了用于DS2的相 位調整的信號分量的時序圖。圖5是示出了 DS2的相位調整的具體流程圖。 這些圖對應于圖3A所示的S301和S302。
圖4中，401表示成像元件輸出信號，403表示亮度信號。DS2的相位 調整中的亮度定義為成像元件101的有效像素區域的部分區域或全部區域 (稱為DS2檢測區域)中各像素的信號電平的平均值。當成像元件輸出信 號401如圖中所示時，亮度信號403為凸起形狀，當DS2 ^^如圖中402所 示移位而DS1和ADCLK保持固定時，每個凸起具有一個峰值。亮度信號 403標出其最高電平時的所示的相位被確定為DS2的最優相位。如前所述的 圖像數據中的每個像素的信號電平是由DS2確定的信號分量的峰值與由 DS1確定并作為基準的信號分量的差值。因此，該差值在DS2的信號分量 與DS1的信號分量的關系相反的任何部分都為負值。在該例子中，由于在 信號電平中沒有定義負值，在圖中示出"0"。
以下參考圖5給出更詳細的描述。在S501中，定義亮度級的最大初始 值。將設置這樣的小值作為亮度級的最大初始值，其在任何具有一定大小以 上的信號分量出現時都能夠迅速更新。在S502中，將DS1和ADCLK設置 為初始值，將在時間順序上稍微落后于DS1的初始值的點設置為DS2的初 始值。然后，取出由成像元件101獲取的圖像數據。在S503,計算取出的 圖像數據在DS2檢測區域內的亮度。換句話說，計算在DS2檢測區域內各 像素的信號電平的平均值。信號電平示出為預定值以上的任何像素均被認為 已飽和。因此，在執行采樣時應排除這種像素。S503由亮度級檢測器109 來實現。在S504，將計算出的亮度與當前亮度的最大值進行比較。當比較 的結果是計算出的亮度較大時，將計算出的亮度設置為當前亮度的最大值。最大值較大時，不更新亮度的最大值。S504和 S505由時序調整器110實現。在S506中，DS1和ADCLK保持固定，時序 調整器110發送將DS2的相位向后移一步的指令到TG 106。將相位移一步 后，再次執行S502-S506，且比較亮度的最大值。該操作重復一個周期，當 亮度最大時的相位^C確定為DS2的最優相位。 DS1的調整
參見圖6和圖7，描述DS1的相位調整。圖6是示出了用于DS1的相 位調整的信號分量的時序圖。圖7是示出了 DS1的相位調整的具體流程圖。 這些圖對應于圖3A示出的S303和S304。
圖6中，601表示成像元件輸出信號，603表示亮度信號。DS1的相位 調整中的亮度也定義為成像元件101的有效像素區域的部分區域或全部區 域(稱為DS1檢測區域)中各像素的信號電平的平均值。當成像元件輸出 信號601如圖中所示時，DS2和ADCLK固定，并且只有DS1如圖中示出的 602從其初始值移位。隨后，亮度信號603示出明顯的下降，并在基準期內 變為基本恒定，然后再次下降，最后在DS1與DS2 —致的點達到0。確定 DS1的相位的最優值，以便其正邊緣與亮度信號603基本恒定的這段時間(稱 為穩定區域)的中心一致。
以下參見圖7給出更詳細的描述。在S701，將DS1和ADCLK固定到 初始值，將DS2設置為根據前面所述的調整方法確定的最優值，然后取出 由成像元件101獲取的圖像數據。在S702,計算取出的DS1檢測區域中的 圖像數據的亮度。換句話說，計算DS1檢測區域的各像素的信號電平的平 均值。信號電平達到預定值以上的任何像素均被認為已飽和。因此，在執行 采樣時應排除這種像素。S702由亮度級檢測器109來實現。在S703, DS2 和ADCLK保持固定，將DS1的相位向后移一步。在S704,取出成像元件 101獲取的圖像數據。在S705,計算取出的DS1檢測區域中的圖像數據的 亮度。在S706中，獲取從DS1的相位早一步時取出的圖像數據計算出的亮 度與從在當前相位檢測到的圖像數據計算出的亮度的差值，然后判斷該差值
16是否為一閾值以下。當該差值為一閾值以下時，在S707判定當前相位在穩 定區域內。在S708, DS2和ADCLK保持固定，將DS1的相位向后移一步。 將相位移一步后，再次執行S704-S708,并判斷移位后的相位是否在穩定區 域內。該操作重復一個周期，且判定出在穩定區域內的相位的范圍。最后， 在S709,將判定為在穩定區域內的這些相位的中心值確定為DS1的最優相 位。在穩定區域的最后判斷中發現在至少兩個不連續的時間間隔內存在被判 定為在穩定區域內的相位的情況下，較小的時間間隔可以被忽略，或者被判 定為在穩定區域內的相位的連續最長的時間間隔可以被判斷為穩定區域。
在存在很大噪聲分量的情況下，穩定區域可能被錯誤地檢測，或者如果 僅使用兩個像素之間的差值，則可能根本檢測不到。在這種情況下，可以采 用例如過濾計算以便計算至少三個相位的亮度級的平均值與當前相位的亮 度級的平均值的差值，并將其與閾值比較。可替代地，可以計算至少三個相 位的信號電平的散度并將其與闊值比較。
用于DS1調整流程和DS2調整流程的DS1的初始值可以彼此相同或不 同。例如，在DS2調整流程中，DS1的初始值可以設置為從設計規范預測 出的基準期附近的值；在DS1調整流程中取出第一個圖像數據時所使用的 DS1的初始值可以設置為基準期內的值，以檢測亮度信號的大幅波動。
ADCLK的調整
參見圖8和圖9，描述ADCLK的相位調整。圖8是示出了用于ADCLK 的相位調整的信號分量的時序圖。圖9是示出了 ADCLK的相位調整的具體 流程圖。這些附圖對應于圖3A示出的S305和S306。
圖8中，801表示成像元件輸出信號，803表示色散。這個例子中的色 散定義為在對成像元件101進行光阻斷狀態下有效像素區域和/或OB像素區 域內的部分區域或全部區域(稱為ADCLK檢測區域)內的各像素的信號電 平的色散。換句話說，色散表示指示各像素內的信號的離散性的程度的值， 且使用處于恒定光阻斷狀態的信號作為理想情況是有效的。因此，需要設置 ADCLK以便減少色散。亮度和色散可以在相同像素區域或不同像素區域內計算。當成^象元件輸出信號801如圖中所示時，當ADCLK #皮如圖中802所 示從初始值移位而DS1和DS2固定到最優值時，色散示出如圖中803所示 的凹形狀。應當確定ADCLK的相位，以便色散803達到最小值；但由于某 種因素，色散可能在錯誤的位置被最小化。因此，將ADCLK檢測區域內的 亮度與色散803被發現為最小時的相位處的預定期望值進行比較。由于對 OB像素區域進行光阻斷，所以存在作為設計規范中的DC偏移量的期望值。 當ADCLK檢測區域內的亮度與期望值差別很大時，就不能說ADCLK是最 優的。因此，在色散803被判定為達到最小值的相位處亮度與預定期望值之 間的差值為一定閾值以下的情況下，該相位被確定為ADCLK的最優值。在 亮度與預定期望值之間的差值為一定閾值以上的情況下，判斷在色散803達 到第二最小值的相位處的亮度與預定期望值之間的差值是否為該閾值以下。 重復執行上述操作，以確定ADCLK的最小值。
一種光阻斷成像元件101的可能方法是通過關閉機械快門來阻斷入射 光。在將已經進行光阻斷的OB像素區域用作ADCLK檢測區域的情況下， 不需要關閉機械快門。
以下參考圖9給出進一步詳細描述。在步驟S901，將機械快門關閉以 便阻斷入射光。在將OB像素區域用作ADCLK檢測區域的情況下省略該步 驟。在步驟S902,為了只放大噪聲分量，增加模擬增益。在步驟S卯3，將 DS1和DS2設置為所確定的最優值，將ADCLK設置為初始值，之后，取出 由成像元件101獲得的圖像數據。在S904,計算取出的ADCLK檢測區域 中的圖像數據的亮度，即，計算ADCLK檢測區域內的各像素的信號電平的 平均值。S904是由亮度級檢測器109來實現的。在S905, DS1和DS2保持 不變，ADCLK的相位向后移一步。相位移一步后，再次執行S903-S904。 該操作重復一個周期以便計算出每個相位的亮度。將計算出的亮度暫時存在 存儲器中。在S卯6，將DS1和DS2設置為所確定的最優值，將ADCLK設 置為初始值，之后，再次取出由成像元件101獲得的圖像數據。在S卯7， 計算取出的ADCLK檢測區域中的圖像數據的色散(J (n) 。 n為任意正數，表示一個周期內可以設置的相位狀態的個數。換句話說，計算出ADCLK沖企 測區域內的各像素的信號電平的色散。在S908， DS1和DS2保持不變， ADCLK的相位向后移一步。相位移一步后，再次執行S906-S卯7。該操作 重復一個周期以便計算出每個相位的色散。將計算出的色散暫存在存儲器 中。在到目前為止的描述中，使用分別取出的圖像數據計算出亮度分布和色 散分布；但也可以使用相同的圖像數據計算出亮度分布和色散分布。
相應地，將每個相位的亮度分布和色散分布存儲在存儲器中。接下來， 將存儲在存儲器中的數據用于獲取最優ADCLK。在步驟S909,將第一相位 的色散cj ( 1 )設置為最小值cj (min)。在步驟S910,將a (n)設置為第 二相位及之后的相位的色散，并與cj (min)比較。當cj (n)較小時，在步 驟S911，將a (n)設置為新的最小值o (min)。重復S910直至最后相位， 因此能夠獲得色散最小處的相位。在步驟S912，判斷色散最小的相位處的 亮度與由設計規范確定的其期望值之間的差值是否為預定闊值以下。當該差 值為該預定閾值以下時，在S914,將此時的相位確定為ADCLK的最優相 位。當該差值大于該預定閾值時，對在cj(min)的相位之后色散達到最小 值的相位^L行S913。重復S912和S913直至確定最優相位。
才艮據到目前為止已描述的方式，可以自動調整DS1、 DS2和ADCLK的 相位。相應地，當成像元件本身被更換或成像元件的特性由于外部因素(溫 度、惡化等)而改變時，從TG106輸出的脈沖的相位也能夠自動調整。進 一步，由于脈沖的相位是考慮相關脈沖的特性以獨立的方式被調整的，因此 自動調整能夠很精確。
本發明特有的組成元件色散計算器108,亮度級檢測器109及時序調 整器110能夠配置為硬件電路，或者可以作為微型計算機中的軟件來實現。 在由硬件電路構成色散計算器108和亮度級檢測器109的情況下，本發明可 以實現，而不給CPU增加任何負擔。調整流程圖不需要與圖3所示的步驟 相同，并且可以:故改變。
到目前為止已描述的優選實施例僅僅是實例，除了下面描述的修改的實施例外，不用說還有各種可能的修改。 〈'務改實施例1圖10為示出了根據本發明修改實施例1的數字攝像機的總體構造的框 圖。其中，任何缺陷像素都不用在脈沖自動調整中。本修改的實施例的特征是提供了缺陷像素檢測器113和存儲器114。 115表示缺陷像素地址。成像元件101,如CCD或MOS傳感器，通常包括由制造過程產生的缺 陷像素。在缺陷像素中，不管入射光的量如何，信號電平通常固定在最大值 或最小值附近。期望這些缺陷像素的值，即使其位于各脈沖的檢測區域內， 也不應用作相位調整。在本修改的實施例中，缺陷像素被缺陷像素檢測器 113檢測到，且缺陷像素的地址被預先存儲在存儲器114中。通過這種構造， 缺陷像素不能夠用作相位調整，因此提高了相位調整的精確度。可以通過各種方式檢測缺陷像素。例如，當數字攝像機被激活而機械快 門關閉時，在一定的時間段內存儲電荷，并且信號電平為預定闊值以上的像 素被檢測為缺陷像素。存儲器14能夠存儲預定數目的缺陷像素的地址，但 其不需要存儲所有缺陷像素的地址。 》務改的實施例2當設置DS1時，將與相鄰像素比較的差值為預定閾值以下的區域設置 為穩定區域，并且執行相位調整以便DS1的正邊緣與該穩定區域的中心一 致。然而，如圖11所示，在信號質量差的情況下，與穩定區域對應的相位 時間段可能檢測不到。即使在這種情況下，信號分量的傾斜度相對較小的區 域可以被看作是偽穩定區域。因此，在修改的實施例2中，當檢測不到穩定 區域時，可以增加閾值使得信號分量以 一定角度傾斜的區域可以被檢測為偽 穩定區域。在偽穩定區域持續一定時段的情況下，調整DS1的相位以便其 正邊緣與該區域的中心一致。為檢測穩定區域，獲取與相鄰像素相比的差值并不總是必要的。第一穩 定區域和第二穩定區域可以以不同的方式,皮一全測到。例如，在第一4企測期間， 計算出至少三個相位的亮度平均值與當前相位的亮度平均值之間的差值，并與設置為相對較小值的閾值比較；而在第二^^測期間，可以計算出兩個相鄰像素之間的差值并與設置為相對較大值的閾值比較。本修改的實施例的目的 在于緩和檢測的條件，以便能在第二檢測中更容易地檢測到穩定區域。因此，即使在信號質量差的情況下，也能夠設置DS1。 修改的實施例3在優選實施例的描述中，將相位移位一個周期以調整DS1、 DS2和 ADCLK的相位。然而，在事先知道的成像元件的設計規范的情況下，能夠 在一定程度上預測各脈沖的目標調整相位。因此，調整范圍可以比一個周期 窄，如圖12中所示。因此，可以縮短用于相位調整的時間量。在優選實施例中，先調整DS2。當調整DS2的相位時，可以預測DS1 和ADCLK的目標調整相位。在圖13中，當從成像元件輸出信號1301確定 DS2 ( 1302 )的相位時，可以預測DS1 ( 1303 )和ADCLK ( 1304 )的相位 應當被調整到與根據設計規范的具有最優相位差值的相位相鄰的相位。DS1 (1303 )和ADCLK ( 1304 )的相位調整到預定范圍內的相位，該預定范圍 以該相位為其中心。1305表示DS1的最優相位和DS2的最優相位之間的差 值。1306表示DS2的最優相位和ADCLK的最優相位之間的差值。基于先 前獲得的脈沖的相位，預測其他脈沖的相位。因此，調整范圍能夠被變窄， 并且相位調整所需的時間量也能夠被大幅減少。除非對精確度的要求很嚴格，否則沒有必要調整所有脈沖DS1、 DS2 和ADCLK的相位。其他脈沖的相位可以使用固定的相位從獲得的第一脈沖 的相位獲得，或者，可以從獲得的第二脈沖的相位確定第三脈沖的相位。當由于溫度變化或隨時間惡化等因素導致的相位偏移而需要相位調整 時，例如假定最優相位接近最后一次調整的相位。因此，可以每獲得一相位 調整結果就將其存儲在存儲器中，以便相位在這樣調整范圍內進行調整，即 該調整范圍僅包括最后一次調整的相位附近的相位。修改的實施例4當調整DS1和DS2的相位時，從亮度的大小判斷其最優相位。因此，除非獲得一定大小以上的亮度級，否則很難進行相位調整。例如，醫用數字攝像機通常具有諸如LED這樣的輔助光，而且當在普通相位調整中發現其峰值亮度為預定值以下時，優選使用輔助光。》務改的實施例5下面描述本發明中使用的直方圖。圖14示出了使用直方圖計算器的自 動調整裝置的構造。假定輸入到直方圖計算器116的輸入信號是從成像元件101輸出的R 像素、Gr像素、B像素和Gb像素信號。還假定直方圖計算器116能夠指定 用于計算的像素區域、需要計算其直方圖的輸入信號的范圍及分割所述范圍 的時間間隔的數目，并且直方圖計算器116還能夠有選擇地改變需要計算其 直方圖的信號。直方圖計算器116對每個時間間隔中出現的各個信號的次數進行計數， 并在指定像素區域中所有的信號的計算完成后輸出每個時間間隔內出現信 號的次數。這對應于圖14所示的117。色散計算器10 8和亮度級檢測器10 9都能夠從信號的范圍和信號出現的 次數計算離散性值和亮度級。圖15示出使用直方圖計算塊來計算離散性時的應用。如圖15B中所示， 設置計算直方圖的大的范圍，從直方圖輸出結果判斷輸入信號包括在哪個范 圍中。如圖15C所示，輸入信號的范圍其后被改變成適于自動調整的值。自 動調整可以以這種方式執行。圖15A用表格的形式示出了圖15B和圖15C 的輸出結果。自動調整的精確度依賴于信號范圍和時間間隔的組合而不同。因此，合 適的值優選依賴所使用的系統來設置。當前可用的數字攝像機具有在圖像處理后顯示圖像直方圖的功能。因 此，當使用相關塊時，沒有必要額外提供直方圖計算器。在使用相關塊的情 況下的輸入信號不是從成像元件輸出的信號，而是經過圖像處理的信號。因 此，需要將圖像處理中的各個參數改變為適合自動調整的值。直方圖計算器116的結構和使用直方圖計算器116的構造不限于前面的描述。當直方圖計算器116用于自動相位調整時，本發明的構造可以在沒有 SDRAM的情況下實現。 》務改的實施例6圖16示出了使用塊存儲器的自動調整裝置的構造。塊存儲器電路18被 提供以在數字靜態攝像機中實現曝光調整和自動白平衡等功能。本發明中使 用的輸入到塊存儲器電路118的輸入信號為從成像元件101輸出的R像素、 Gr像素、B像素和Gb像素信號。在塊存儲器電路118中，塊構成以計算為 目標的像素區域，水平方向nx垂直方向m像素構成一個塊。 一個塊中的每 個像素顏色的數據被整合，且當一頁上的圖像被取出時(幀)，水平方向i x垂直方向j塊的整合結果被輸出。當i塊的整合完成后，i塊的R像素、 Gr像素、B像素和Gb像素整合值被輸出。圖17示出了塊存儲器的實例，其中一個塊的大小為2x2，塊的數量為 2 x 2。 一個塊的大小和塊的數量在實際執行自動調整時能夠被調整到合適的 值。當一個塊的大小被減小時，由此獲得的數據可以更精確。在自動相位調整裝置中的色散計算器108和亮度級檢測器109中，使用 塊存儲電路118的輸出結果119代替從SDRAM獲取像素數據。因此，離散 性值和亮度級可以在沒有SDRAM的情況下被獲得。可以執行自動調整，使得能夠針對每幀改變計算區域。^務改的實施例7以下描述的修改的實施例包括閾值檢測塊，用于對處于第 一 閾值以上和 處于第二閾值以下的指定像素區域內的輸入信號電平的個數進行計數。圖 18示出了根據修改的實施例7的構造。輸入閾值檢測器120的信號為成像元件101輸出的R像素、Gr像素、B 像素和Gb像素。針對每個像素顏色，闊值檢測器120對處于第一閾值以上 和處于第二閾值以下的指定的像素區域內的各個像素的信號電平的各個數目進行計數。當兩個閾值被設置為適合自動調整的參數時，閾值檢測器120 的輸出結果121可以用于代替離散性值。在圖19A中，設置像素區域。例如，關注R像素，在指定區域內的R 像素的總數可以通過像素區域的設置獲得。如圖19B所示，在闊值檢測塊中 進行檢測來看信號電平是在兩個閾值設置的范圍內還是超出了該范圍。當大 量信號電平超出了該范圍時，則可以判定離散性大。根據本修改的實施例，自動相位調整裝置可以在沒有SDRAM的情況下 實現。修改的實施例8以下描述的修改的實施例中，頻率檢測塊用于自動調整。圖20示出了 ^奮改的實施例8的構造。假定頻率分量檢測電路122,其為頻率檢測器，從成像元件101輸出的 R像素、Gr像素、B像素和Gb像素的信號被輸入。可以指定以計算為目標 的多個塊。在頻率分量檢測電路122中，輸入的信號和相鄰像素的信號被提 供給HPF(高通濾波器)，以便獲取高頻分量的邊緣信息并且針對每個計算 塊輸出合并了邊緣峰值的頻率分量123。通過光阻斷成像元件101來對ADCLK進行調整，以便減小其離散性。 當高頻區域的峰值在光阻斷狀態下大時，可以判定離散性大。因此，當使用 頻率分量檢測電路122時可以獲得離散性。頻率分量檢測電路122通常安裝在DSP 111上，主要是為了實現AF(自 動聚焦)。當使用相關塊時，沒有必要新增加處理塊。當執行自動調整時， 優選設置適合自動調整的參數而不是適合AF的參數。〈務改的實施例9可以使用頻率分量檢測電路122,以便從像素區域中識別出低頻分量區 域，以便計算該區域內的亮度級。在低頻分量區域，噪聲分量很少。因此，能夠根據本優選實施例非常精 確地計算出亮度級。修改的實施例10當在自動相位調整裝置中取出圖像數據時，供給色散計算器108、亮度級檢測器109和時序調整器110的時鐘暫停。進一步，除了取出圖像數據時，產生成像元件控制信號的垂直傳輸驅動器的電源暫停。 》務改的實施例11在醫用數字攝像機中，成像元件或將該成像元件連接到信號處理器的電纜在數字攝像機制造完成后可以更換。信號處理器包括模擬前端107、TG 106 和DSPlll。由于電纜也會經受信號延遲，當電纜被更換或電纜的長度被改 變時信號延遲量也可能改變。因此，優選每當電纜被更換時都調整相位，以 便在對當前使用的成像元件和電纜來說為最優的相位處產生脈沖。 工業適用性根據本發明，用于在數字攝像機中獲得圖像的脈沖可以自動進行時序調 整。因此，本發明至少可以應用于數字攝像機。
權利要求
1、一種自動相位調整裝置，輸入通過將成像元件所成像的圖像數據按照每個像素轉換為數字值而獲取的數字成像信號，根據所述輸入的數字成像信號，對用于成像的脈沖的相位進行調整，所述自動相位調整裝置包括亮度級檢測器，用于對于第一像素區域內的多個像素計算所述數字成像信號的亮度級；離散性計算器，用于對于第二像素區域內的多個像素計算表示所述數字成像信號的每個像素的信號離散性的離散性值；和時序調整器，用于根據所述亮度級檢測器和所述離散性計算器的計算結果調整所述脈沖的相位。
2、 根據權利要求1所述的自動相位調整裝置，其中由所述亮度級;險測器計 算出的所述亮度級是所述第 一像素區域內的所述數字成像信號的信號電平的平 均值。
3、 根據權利要求2所述的自動相位調整裝置，其中所述亮度級檢測器獲取 所述第 一像素區域內除去具有預定值以上的信號電平的像素外的所述數字成像 信號的平均值。
4、 根據權利要求1所述的自動相位調整裝置，其中在由所述亮度級檢測器 計算出的亮度級為預定值以下的情況下，輔助光被使用。
5、 根據權利要求1所述的自動相位調整裝置，其中所述離散性計算器計算 入射光被阻斷狀態下的離散性值。
6、 根據權利要求1所述的自動相位調整裝置，進一步包括缺陷像素檢測器， 用于檢測所述成像元件中的缺陷像素，其中所述亮度級檢測器計算除去由所述缺陷像素檢測器檢測到的所述缺陷像素 外的所述亮度；和所述離散性計算器計算除去由所述缺陷像素檢測器檢測到的所述缺陷像素 外的所述離散性值。
7、 根據權利要求6所述的自動相位調整裝置，進一步包括存儲器，其中存儲所述缺陷像素檢測器檢測到的所述缺陷像素的位置。
8、 一種數字攝像機，包括 成像元件；CDS,用于通過對從所述成像元件輸出的成像信號執行相關雙采樣來確定每個像素的信號電平；AGC，用于調整從所述CDS輸出的所述成像信號的幅度；AD轉換器，用于將幅度由所述AGC調整過的成像信號轉換成數字值后作為數字成像信號；如權利要求1所述的自動相位調整裝置，將由所述AD轉換器轉換過的數 字成像信號作為輸入；和TG,用于基于由如權利要求1所述的自動相位調整裝置調整過的相位來產 生用于成像的脈沖。
9、 一種相位調整方法，用于調整第一脈沖、第二脈沖和輸入到AD轉換器 的AD時鐘信號中的至少 一個的相位，其中所述第 一脈沖用于4企測從成像元件 輸出的成像信號的電平，所述第二脈沖用于檢測在相關雙采樣中用作基準的信 號電平，所述相位調整方法包括在將所述第二脈沖和所述AD時鐘信號固定在初始值的狀態下，改變所述 第一脈沖的相位，來檢測亮度級最大的第一相位的步驟；和 將檢測到的第 一相位設置為所述第 一脈沖的相位的步驟。
10、 根據權利要求9所述的自動相位調整方法，進一步包括 在所述第一脈沖的相位固定到所述設置的第一相位并且所述AD時鐘信號固定到所述初始值的狀態下，改變所述第二脈沖的相位來檢測所述亮度級的離 散性較小的穩定區域的步驟；和將所述檢測到的穩定區域的中心設置為第二相位及將所述第二相位設置為 所述第二脈沖的相位的步驟。
11、 根據權利要求IO所述的自動相位調整方法，進一步包括將所述第 一脈沖的相位固定到所述設置的第 一相位，將所述第二脈沖的相 位固定到所述設置的第二相位并且進一步在入射光被阻斷的狀態下，改變所述AD時鐘信號來檢測第三相位的步驟；和將所述檢測到的第三相位設置為所述AD時鐘信號的相位的步驟。
12、 根據權利要求11所述的自動相位調整方法，其中 所述亮度級是預定像素區域內的數字成像信號的信號電平的平均值。
13、 根據權利要求12所述的自動相位調整方法，其中 在檢測所述穩定區域的步驟中，在改變所述第二脈沖的相位的同時獲取與相鄰相位在所述亮度級上的差值，并且在所述差值為第一閾值以下的情況下確 定所述穩定區域。
14、 根據權利要求13所述的自動相位調整方法，其中 在不能檢測到所述穩定區域的情況下增加所述第 一 閾值。
15、 根據權利要求11所述的自動相位調整方法，其中 在所述檢測所述第三相位的步驟中，在改變所述AD時鐘信號的同時計算預定像素區域內的信號電平的色散，并且將所計算出的色散為最小的相位設置 為所述第三相位。
16、 根據權利要求15所述的自動相位調整方法，其中 所述檢測第三相位的步驟包括在改變所述AD時鐘信號的相位的同時計算所述預定像素區域內的信號電 平的色散的步驟；和在改變所述AD時鐘信號的相位的同時計算作為所述預定像素區域內的信 號電平的平均值的亮度級的步驟，和在所述色散為最小的相位中所述亮度級與預定期望值之間的差值為第二閾 值以下的情況下，將所述色散為最小的相位設置為所述第三相位。
17、 根據權利要求16所述的自動相位調整方法，其中 在所述色散為最小的相位中所述亮度級與所述預定期望值之間的差值大于所述第二閾值的情況下，將所述第二閾值與在所述色散為第二最小值的相位中所述亮度級和所述預定期望值之間的差值進行比較，并且當所述差值為所述第二閾值以下時，將所述色散為所迷第二最小值的相位 設置為所述第三相位。
18、 根據權利要求11所述的自動相位調整方法，其中所述第 一脈沖的相位被改變的范圍、所述第二脈沖的相位被改變的范圍和所述AD時鐘信號的相位被改變的范圍中的至少一個范圍被限制為短于一個周期的范圍。
19、 根據權利要求18所述的自動相位調整方法，其中 在所述第一相位被設置時，所述第二脈沖的相位被改變的范圍和所述AD時鐘信號的相位被改變的范圍中的至少一個范圍基于所設置的第 一相位被限制 為短于一個周期的范圍。
20、 根據權利要求18所述的自動相位調整方法，其中 在相位調整被執行之前，所述調整的第一相位、第二相位和第三相位被存儲，并且所述第一脈沖的相位被改變的范圍、所述第二脈沖的相位被改變的范 圍和所述AD時鐘信號的相位被改變的范圍中的至少一個范圍基于所存儲的相 位被限制為短于一個周期的范圍。
21、 根據權利要求1所述的自動相位調整裝置，其中 所述離散性值為色散。
22、 根據權利要求1所述的自動相位調整裝置，進一步包括用于計算預定 信號的分布的直方圖計算器。
23、 根據權利要求22所述的自動相位調整裝置，其中 從所述成像元件輸出的R信號、Gr信號、B信號和Gb信號，從所述Gb信號和Gr信號獲取的平均信號，從所述成像元件輸出的信號產生的亮度級，所 述成像元件的數據被經過圖像處理后獲取的亮度級、R分量、G分量和B分量 中的至少 一個能夠被選擇作為所述預定信號。
24、 根據權利要求23所述的自動相位調整裝置，其中所述離散性計算器基于所述直方圖計算器輸出的分布數據執行所述計算。
25、 根據權利要求23所述的自動相位調整裝置，其中 所述亮度級檢測器基于所述直方圖計算器輸出的分布數據執行所述計算。
26、 根據權利要求22所述的自動相位調整裝置，其中 所述直方圖計算器能夠改變所述直方圖計算的像素區域。
27、 根據權利要求22所述的自動相位調整裝置，其中所述直方圖計算器能夠改變所述直方圖計算的數據范圍和分割的時間間隔 的數目。
28、 據權利要求26所述的自動相位調整裝置，其中所述離散性計算器和所述亮度級檢測器將直方圖計算器的參數改變為適合 自動調整的值，以便執行自動調整。
29、 根據權利要求27所述的自動相位調整裝置，其中 所述離散性計算器和所述亮度級檢測器將直方圖計算器的參數改變為適合自動調整的值，以便執行自動調整。
30、 根據權利要求1所述的自動相位調整裝置，進一步包括塊存儲器，用 于輸出當指定像素區域內的預定數據被整合或平均時獲取的結果。
31、 根據權利要求30所述的自動相位調整裝置，其中 所述預定數據表示從成像元件輸出的像素的特定顏色數據，且所述數據的至少 一 個能夠被有選擇地輸出。
32、 根據權利要求31所述的自動相位調整裝置，其中所述離散性計算器基于所述塊存儲器的輸出結果執行所述計算。
33、 根據權利要求31所述的自動相位調整裝置，其中 所述亮度級檢測器基于所述塊存儲器的輸出結果執行所述計算。
34、 根據權利要求1所述的自動相位調整裝置，進一步包括閾值檢測器， 用于對在第 一 閾值以上并且在第二閾值以下的指定像素區域中的像素數據的數 目進行計數并輸出，其中所述色散計算器基于從所述閾值檢測器輸出的計數值執行所述計算。
35、 根據權利要求1所述的自動相位調整裝置，進一步包括用于檢測所述指定像素區域內的頻率分量的頻率檢測器。
36、 根據權利要求35所述的自動相位調整裝置，其中 所述離散性計算器基于所迷頻率分量檢測器輸出的所述頻率分量的信息執行所述計算。
37、 根據權利要求35所述的自動相位調整裝置，其中圖像的低頻區域被基于所述頻率檢測器的輸出搜索到，所述低頻區域被設 置為所述第一像素區域，并且隨后所述相位調整被執行。
38、 根據權利要求1所述的自動相位調整裝置，其中 所述離散性計算器被配置為硬件電路。
39、 根據權利要求1所述的自動相位調整裝置，其中 當所述圖像數據被取出時，供給所述離散性計算器、所述亮度級檢測器和所述時序調整器的時鐘被暫停。
40、 根據權利要求1所述的自動相位調整裝置，其中除了所述圖像數據被取出時之外，供給用于產生成像元件控制信號的垂直 傳輸驅動器的電源被暫停。
41、 根據權利要求11所述的自動相位調整方法，其中 在更換所述成像元件時，調整所述第一脈沖的相位、所述第二脈沖的相位和所述AD時鐘信號的相位中的至少一個相位。
全文摘要
自動相位調整裝置輸入通過將成像元件所成像的圖像數據按照每個像素轉換為數字值而獲取的數字成像信號，根據所述數字成像信號，對用于成像的脈沖的相位進行調整。所述自動相位調整裝置包括亮度級檢測器，用于對于第一像素區域內的多個像素計算所述數字成像信號的亮度；離散性計算器，用于對于第二像素區域內的多個像素計算表示所述數字成像信號的每個像素的信號離散性的離散性值；和時序調整器，用于根據所述亮度級檢測器和所述離散性計算器的計算結果調整所述脈沖的相位。
文檔編號H04N5/217GK101411182SQ20078001040
公開日2009年4月15日 申請日期2007年3月22日 優先權日2006年3月23日
發明者中村研史, 古武真晃, 大谷充彥, 小川真由, 小川雅裕, 山本真嗣, 德本順士, 藤井俊哉, 西垣美香 申請人:松下電器產業株式會社