自动相位调整装置的制作方法

专利名称：自动相位调整装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种自动相位调整装置，其调整用于在数字摄像机中成像的 脉冲的相位(时序)，还涉及一种内嵌该自动相位调整装置的数字摄像机。
背景技术：
数字摄像机(数字静态摄像机、数字视频摄像机、附装摄像机的移动电
话等)是如此配置的摄像机，它使得从诸如CCD或MOS传感器之类的成像 元件获取的模拟成像信号转换为数字成像信号，并且将获得的数字成像信号 经过预定的处理后记录下来。为使用成像元件拍摄被摄主体，需要用于驱动 该成像元件的脉沖、用于检测信号电平的脉沖等。在设计硬件时，由于制造 过程中的某种离散性，使得很难调整这些脉冲的相位(时序)。因此，常规 上采用制造过程后由工程师执行相位调整，且将指示调整后的相位的信息存 储在存储区域中，以便设置所调整的相位。
专利文件1陈述了与本发明相关的常规技术。根据专利文件l,以最小 曝光时间获取图像，并调整其相位使噪声分量最小化，换句话说，使高频分 量最小化。
专利文件1:日本专利申请特开2005-15108
发明内容
本发明要解决的问题
采用常规方法制造数字摄像机时，成像元件的脉冲的相位是在其被制造 后调整的，从该调整获得的信息设置在所有用相同的制造方法制造的数字摄 像机中。然而，该调整方法不能灵活地响应成像元件的特有离散性。因此， 该特有离散性导致了图像信号的离散性，产生了从最优点的一些偏移。因此，存在不能获得最大信号电平以及使S/N比率恶化这种可能的缺点。在医用摄像机领域，在数字摄像机制造完成后，可能需要换成像元件。 当成像元件被另 一成像元件替换时，驱动新的成像元件的脉冲的相位不可避 免地被改变。因此，需要再次执行相位调整。另外，在将成像元件连接到信 号处理器的电缆内会产生信号延迟。在由于换电缆等导致的延迟量改变的情 况下，需要重新调整相位。由于需要由工程师重新调整相位，替换成像元件 或替换连接电缆通常是非常勉强的。根据专利文件1所述的方法，没有考虑所要调整的脉冲的特性，而且多 个脉冲的最优相位是通过相同的方法获得的。因此，相位调整不会很精确。创造本发明是为了解决上述问题，本发明的主要目的是不用任何人工调 整而是自动地和精确地调整用在成像操作中的脉冲的相位。解决该问题的手段为解决上述问题，根据本发明的自动相位调整装置是这样一种自动相位 调整装置，输入通过将成像元件所成像的图像数据按照每个像素转换为数字 值而获取的数字成像信号，根据所述输入的数字成像信号，对用于成像的脉冲的相位进行调整，所述自动相位调整装置包括亮度级检测器，用于对于第 一像素区域内的多个像素计算所述数字成像 信号的亮度级；离散性计算器，用于对于第二像素区域内的多个像素计算表示所述数字 成像信号的每个像素的信号离散性的离散性值；和时序调整器，用于根据所述亮度级检测器和所述离散性计算器的计算结 果调整所述脉沖的相位。根据本发明的自动相位调整方法为这样一种自动相位调整方法， 一种相 位调整方法，用于调整第一脉冲、第二脉冲和输入到AD转换器的AD时钟信 号中的至少一个的相位，其中所述第一脉冲用于检测从成4象元件输出的成像信 号的电平，所述第二脉冲用于检测在相关双采样中用作基准的信号电平，所述 相位调整方法包括在将所述第二脉冲和所述AD时钟信号固定在初始值的状态下，改变所述
第一脉沖的相位，检测亮度最大的第一相位的步骤；和
将检测到的第 一相位设置为所述第 一脉冲的相位的步骤。 本发明的效果
根据本发明，能够自动调整用在成像操作中的从TG (时序产生器)输 出的脉沖(DS1、 DS2和ADCLK)的相位。因此，由于成像元件本身^皮更 换、成像元件受到一些外部因素(温度变化、电压变化等)或成像元件随时 间恶化而使得成像元件的特性改变以及从成像元件到信号处理器的信号延 迟量改变的情况下，能够自动地调整从TG输出的脉冲的信号。另外，在制 造过程中，脉冲的相位能够根据成像元件的各自的离散性被自动调整为最 优。
进 一 步，因为脉沖的相位是根据考虑了各个脉沖的特性而采用的独立方 法分别调整的，因此自动调整能够达到高精确度。


图1是示出了根据本发明优选实施例的数字摄像机的总体构造的框图。
图2是按时间顺序示出了从成像元件输出的信号分量的图。
图3A是示出了根据本发明的总体相位调整操作的流程图。
图3B示出了根据本发明的当脉沖被调整时脉沖的设定值的表。
图4是根据本发明的用于DS2的相位调整的信号分量的时序图。
图5是示出了根据本发明的DS2的相位调整的细节的流程图。
图6是根据本发明的用于DS1的相位调整的信号分量的时序图。
图7是示出了根据本发明的DS1的相位调整的细节的流程图。
图8A是根据本发明用于ADCLK的相位调整的信号分量的时序图。
图8B是图8A所示S部分的放大视图。
图9是示出了根据本发明的ADCLK的相位调整的细节的流程图。
图IO是示出了根据本发明修改实施例1的数字摄像机的总体构造的框图。图11A是按时间顺序示出了在信号质量较差的情况下从成像元件输出的 信号分量的图。
图IIB是图11A所示F部分的放大视图。
图12是在脉冲调整中的调整范围的示意图。
图13是示出了由DS2预测DS1和ADCLK的最优位置的图。
图14是示出了根据本发明修改的实施例的数字摄像机的总体构造的框图。
图15A是示出了根据修改的实施例5的直方图输出结果。
图15B是示出了根据修改的实施例5的直方图输出结果。
图15C是示出了根据修改的实施例5的直方图输出结果。
图16是示出了根据本发明修改的实施例6的数字摄像机的总体构造的框图。
图17是示出根据修改的实施例6的在块存储器中的计算区域的图。
图18是示出了根据本发明修改的实施例7的数字摄像机的总体构造的框图。
图19A是示出了根据修改的实施例7的阈值检测器的计算区域的图。 图19B是示出了根据修改的实施例7的阈值检测器的输出结果的图。 图20是示出了根据本发明修改实施例8的数字摄像机的总体构造的框图。
参考符号说明 101成^象元件
102 CDS
103 AGC
104 ADC ( AD转换器) 105垂直驱动器
106 TG
107 ^莫拟前端
108色散(dispersion)计算器(离散性(variability)计算器) 109亮度级(brightness level)检测器110时序调整器111 DSP112光学镜头113缺陷像素检测器114存储器115缺陷像素寻址U6直方图计算器117直方图计算结果118块存储器电路119块存储器输出结果120阈值检测器121阈值检测结果122AF频率分量检测器(频率检测器) 123频率分量具体实施方式
以下参见附图描述本发明的优选实施例。以下描述的优选实施例仅仅是 实例，而且该优选实施例及其修改的实施例可以进行各种修改。 设备配置图1为示出了根据本发明的数字摄像机的总体构造的框图。根据本发明 的数字摄像机包括光学镜头112,其将目标图像的光收集到成像元件101上， 成像元件101，其将光学镜头112 (在下面的描述中以CCD作为例子)获得 的目标图像成像，模拟前端107，其通过对从成像元件101输出的成像信号 (图像数据)进行预定处理，将其转换成数字成像信号，以及DSPlll，其 通过对从模拟前端107输出的数字成像信号进行预定处理(颜色校正、YC 处理等)来产生视频信号。成像元件101有多个像素，并且用于获取目标图 像的有效像素区域和在光阻断状态下呈现在有效像素区域的外围的且用于检测OB (光学黑体)电平的OB像素区域构成了该多个像素。
才莫拟前端107包括4丸行相关双采样以确定从成〗象元件101输出的才莫拟成 像信号的信号电平的CDS (相关双采样)102,通过可调整增益放大从CDS 102输出的信号的AGC (自动增益控制)103,将由AGC 103放大的信号转 换成数字成像信号的AD转换器(模数转换器)104,产生用于获取图像的 脉冲的TG(时序产生器)106，以及将由TG 106产生的脉沖输出到成像元 件101的垂直驱动器105。
DSP 111包括本发明特有的组成元件，它们是色散计算器108,作为 具备计算像素特定信号电平的色散的能力的离散性计算器；亮度级检测器 109，通过获取预定区域内的像素的信号电平的平均值来检测亮度级；以及 时序调整器110,基于从色散计算器108和亮度级检测器109获取的计算和 检测结果调整由TG 106产生的脉冲的相位(时序)。从成像元件101输出 的信号存储在未示出的存储器(SDRAM)中。色散计算器108和亮度级检 测器109从SDRAM中读取每个像素的数据，并基于获得的信号进行计算。 从成像元件输出的信号分量
图2中按时间顺序示出了从成像元件101输出的信号分量。如图2中所 示，重置期201、基准期202和信号期203组成模拟成像信号。
重置期是在其期间对成像元件101进行重置的时期。基准期202是在其 期间从成像元件101输出基准电压的时期，并且在其期间检测在CDS 102 中执行相关双采样时用作基准的信号。信号期203是在其期间输出信号电压 的时期。对在信号期203期间达到峰值电平的信号电压和在基准期202期间 的基准电压进行采样，并获得二者的差值，从而，能够获得模拟成像信号的 信号电平204。在图2中，图中向下的方向定义为信号分量的正方向。
总体操作的流程
图3A为示出了根据本优选实施例的针对每个脉冲的总体相位调整操作 的流程图。相位调整主要是由色散计算器108、亮度级检测器109及时序调 整器110执行。要调整的脉沖为DS2、 DS1及ADCLK。 DS2是对在信号期203期间达到峰值的信号分量进行采样的脉冲。因此，期望对DS2进行相位 调整以便其正边缘与从成像元件101输出的信号达到峰值的时间一致。DS1 是对在相关双采样中作为基准的信号分量进行采样的脉冲。因此，期望对 DS1进行相位调整以便其正边缘与基准期的中心一致。这里，由CDS 102 获得的信号电平只是在DS2的正边缘达到其峰值的信号分量与在由DS1的 正边缘确定的基准期内的信号分量的差值。ADCLK是提供给ADC 104的时 钟信号，其为确定从ADC输出的信号的输出的时序的脉冲。因此，当ADCLK 的相位不合适时，不仅会产生有关模拟的不利影响，还会引起AD转换结果 的离散性。因此，期望调整ADCLK的相位以便AD传换结果不发生离散性。 尽管ADCLK可以表示AD转换的时序信号，但在本发明中假定没有必要调 整AD转换的时序。
在本发明中，首先，将DS1和ADCLK固定到预定初始值，并在将DS2 的相位从初始值逐步移位时，测量确定DS2需要的数据(S301)。之后， 评价测量的数据以便确定DS2的最优相位(S302 )。在确定DS2的最优相 位后，DS2的相位保持固定到所确定的最优值，且ADCLK仍然保持固定到 其初始值，之后，在将DS1的相位从初始值逐步移位时，测量确定DS1需 要的数据(S303 )。随后评价所测量的数据以便确定DS1的最优相位(S304)。 在确定DS1和DS2的最优相位后，将它们保持固定到所确定的最优相位， 然后，在将ADCLK的相位A/v初始值逐步移位时，测量确定ADCLK所需的 数据(S305)。评价所测量的数据，以便确定ADCLK的最优相位(S306 )。 在确定DS1、 DS2及ADCLK的最优相位后，将与所确定的最优相位相关的 信息设置在TG 106中的寄存器内(S307 )。因此，产生了具有最优相位的 脉沖。
在调整期间每个脉冲的相位的转变在图3B的表中示出。在调整步骤 S302中，将DS1和ADCLK固定到预定初始值，只有待调整的DS2改变。 在调整步骤S304中，DS2保持固定到步骤S303所确定的最优值，ADCLK 仍然保持固定到其初始值，然后，只有DS1改变。在调整步骤S306中，将已经确定的最优值设置在DS1和DS2中，并且只有ADCLK改变。在调整 步骤S307中，在所有的脉沖中设置最优值。
以下详细描述各个步骤。
DS2的调整
参考图4和图5，描述DS2的相位调整。图4是示出了用于DS2的相 位调整的信号分量的时序图。图5是示出了 DS2的相位调整的具体流程图。 这些图对应于图3A所示的S301和S302。
图4中，401表示成像元件输出信号，403表示亮度信号。DS2的相位 调整中的亮度定义为成像元件101的有效像素区域的部分区域或全部区域 (称为DS2检测区域)中各像素的信号电平的平均值。当成像元件输出信 号401如图中所示时，亮度信号403为凸起形状，当DS2 ^^如图中402所 示移位而DS1和ADCLK保持固定时，每个凸起具有一个峰值。亮度信号 403标出其最高电平时的所示的相位被确定为DS2的最优相位。如前所述的 图像数据中的每个像素的信号电平是由DS2确定的信号分量的峰值与由 DS1确定并作为基准的信号分量的差值。因此，该差值在DS2的信号分量 与DS1的信号分量的关系相反的任何部分都为负值。在该例子中，由于在 信号电平中没有定义负值，在图中示出"0"。
以下参考图5给出更详细的描述。在S501中，定义亮度级的最大初始 值。将设置这样的小值作为亮度级的最大初始值，其在任何具有一定大小以 上的信号分量出现时都能够迅速更新。在S502中，将DS1和ADCLK设置 为初始值，将在时间顺序上稍微落后于DS1的初始值的点设置为DS2的初 始值。然后，取出由成像元件101获取的图像数据。在S503,计算取出的 图像数据在DS2检测区域内的亮度。换句话说，计算在DS2检测区域内各 像素的信号电平的平均值。信号电平示出为预定值以上的任何像素均被认为 已饱和。因此，在执行采样时应排除这种像素。S503由亮度级检测器109 来实现。在S504，将计算出的亮度与当前亮度的最大值进行比较。当比较 的结果是计算出的亮度较大时，将计算出的亮度设置为当前亮度的最大值。最大值较大时，不更新亮度的最大值。S504和 S505由时序调整器110实现。在S506中，DS1和ADCLK保持固定，时序 调整器110发送将DS2的相位向后移一步的指令到TG 106。将相位移一步 后，再次执行S502-S506，且比较亮度的最大值。该操作重复一个周期，当 亮度最大时的相位^C确定为DS2的最优相位。 DS1的调整
参见图6和图7，描述DS1的相位调整。图6是示出了用于DS1的相 位调整的信号分量的时序图。图7是示出了 DS1的相位调整的具体流程图。 这些图对应于图3A示出的S303和S304。
图6中，601表示成像元件输出信号，603表示亮度信号。DS1的相位 调整中的亮度也定义为成像元件101的有效像素区域的部分区域或全部区 域(称为DS1检测区域)中各像素的信号电平的平均值。当成像元件输出 信号601如图中所示时，DS2和ADCLK固定，并且只有DS1如图中示出的 602从其初始值移位。随后，亮度信号603示出明显的下降，并在基准期内 变为基本恒定，然后再次下降，最后在DS1与DS2 —致的点达到0。确定 DS1的相位的最优值，以便其正边缘与亮度信号603基本恒定的这段时间(称 为稳定区域)的中心一致。
以下参见图7给出更详细的描述。在S701，将DS1和ADCLK固定到 初始值，将DS2设置为根据前面所述的调整方法确定的最优值，然后取出 由成像元件101获取的图像数据。在S702,计算取出的DS1检测区域中的 图像数据的亮度。换句话说，计算DS1检测区域的各像素的信号电平的平 均值。信号电平达到预定值以上的任何像素均被认为已饱和。因此，在执行 采样时应排除这种像素。S702由亮度级检测器109来实现。在S703, DS2 和ADCLK保持固定，将DS1的相位向后移一步。在S704,取出成像元件 101获取的图像数据。在S705,计算取出的DS1检测区域中的图像数据的 亮度。在S706中，获取从DS1的相位早一步时取出的图像数据计算出的亮 度与从在当前相位检测到的图像数据计算出的亮度的差值，然后判断该差值
16是否为一阈值以下。当该差值为一阈值以下时，在S707判定当前相位在稳 定区域内。在S708, DS2和ADCLK保持固定，将DS1的相位向后移一步。 将相位移一步后，再次执行S704-S708,并判断移位后的相位是否在稳定区 域内。该操作重复一个周期，且判定出在稳定区域内的相位的范围。最后， 在S709,将判定为在稳定区域内的这些相位的中心值确定为DS1的最优相 位。在稳定区域的最后判断中发现在至少两个不连续的时间间隔内存在被判 定为在稳定区域内的相位的情况下，较小的时间间隔可以被忽略，或者被判 定为在稳定区域内的相位的连续最长的时间间隔可以被判断为稳定区域。
在存在很大噪声分量的情况下，稳定区域可能被错误地检测，或者如果 仅使用两个像素之间的差值，则可能根本检测不到。在这种情况下，可以采 用例如过滤计算以便计算至少三个相位的亮度级的平均值与当前相位的亮 度级的平均值的差值，并将其与阈值比较。可替代地，可以计算至少三个相 位的信号电平的散度并将其与阔值比较。
用于DS1调整流程和DS2调整流程的DS1的初始值可以彼此相同或不 同。例如，在DS2调整流程中，DS1的初始值可以设置为从设计规范预测 出的基准期附近的值；在DS1调整流程中取出第一个图像数据时所使用的 DS1的初始值可以设置为基准期内的值，以检测亮度信号的大幅波动。
ADCLK的调整
参见图8和图9，描述ADCLK的相位调整。图8是示出了用于ADCLK 的相位调整的信号分量的时序图。图9是示出了 ADCLK的相位调整的具体 流程图。这些附图对应于图3A示出的S305和S306。
图8中，801表示成像元件输出信号，803表示色散。这个例子中的色 散定义为在对成像元件101进行光阻断状态下有效像素区域和/或OB像素区 域内的部分区域或全部区域(称为ADCLK检测区域)内的各像素的信号电 平的色散。换句话说，色散表示指示各像素内的信号的离散性的程度的值， 且使用处于恒定光阻断状态的信号作为理想情况是有效的。因此，需要设置 ADCLK以便减少色散。亮度和色散可以在相同像素区域或不同像素区域内计算。当成^象元件输出信号801如图中所示时，当ADCLK #皮如图中802所 示从初始值移位而DS1和DS2固定到最优值时，色散示出如图中803所示 的凹形状。应当确定ADCLK的相位，以便色散803达到最小值；但由于某 种因素，色散可能在错误的位置被最小化。因此，将ADCLK检测区域内的 亮度与色散803被发现为最小时的相位处的预定期望值进行比较。由于对 OB像素区域进行光阻断，所以存在作为设计规范中的DC偏移量的期望值。 当ADCLK检测区域内的亮度与期望值差别很大时，就不能说ADCLK是最 优的。因此，在色散803被判定为达到最小值的相位处亮度与预定期望值之 间的差值为一定阈值以下的情况下，该相位被确定为ADCLK的最优值。在 亮度与预定期望值之间的差值为一定阈值以上的情况下，判断在色散803达 到第二最小值的相位处的亮度与预定期望值之间的差值是否为该阈值以下。 重复执行上述操作，以确定ADCLK的最小值。
一种光阻断成像元件101的可能方法是通过关闭机械快门来阻断入射 光。在将已经进行光阻断的OB像素区域用作ADCLK检测区域的情况下， 不需要关闭机械快门。
以下参考图9给出进一步详细描述。在步骤S901，将机械快门关闭以 便阻断入射光。在将OB像素区域用作ADCLK检测区域的情况下省略该步 骤。在步骤S902,为了只放大噪声分量，增加模拟增益。在步骤S卯3，将 DS1和DS2设置为所确定的最优值，将ADCLK设置为初始值，之后，取出 由成像元件101获得的图像数据。在S904,计算取出的ADCLK检测区域 中的图像数据的亮度，即，计算ADCLK检测区域内的各像素的信号电平的 平均值。S904是由亮度级检测器109来实现的。在S905, DS1和DS2保持 不变，ADCLK的相位向后移一步。相位移一步后，再次执行S903-S904。 该操作重复一个周期以便计算出每个相位的亮度。将计算出的亮度暂时存在 存储器中。在S卯6，将DS1和DS2设置为所确定的最优值，将ADCLK设 置为初始值，之后，再次取出由成像元件101获得的图像数据。在S卯7， 计算取出的ADCLK检测区域中的图像数据的色散(J (n) 。 n为任意正数，表示一个周期内可以设置的相位状态的个数。换句话说，计算出ADCLK冲企 测区域内的各像素的信号电平的色散。在S908， DS1和DS2保持不变， ADCLK的相位向后移一步。相位移一步后，再次执行S906-S卯7。该操作 重复一个周期以便计算出每个相位的色散。将计算出的色散暂存在存储器 中。在到目前为止的描述中，使用分别取出的图像数据计算出亮度分布和色 散分布；但也可以使用相同的图像数据计算出亮度分布和色散分布。
相应地，将每个相位的亮度分布和色散分布存储在存储器中。接下来， 将存储在存储器中的数据用于获取最优ADCLK。在步骤S909,将第一相位 的色散cj ( 1 )设置为最小值cj (min)。在步骤S910,将a (n)设置为第 二相位及之后的相位的色散，并与cj (min)比较。当cj (n)较小时，在步 骤S911，将a (n)设置为新的最小值o (min)。重复S910直至最后相位， 因此能够获得色散最小处的相位。在步骤S912，判断色散最小的相位处的 亮度与由设计规范确定的其期望值之间的差值是否为预定阔值以下。当该差 值为该预定阈值以下时，在S914,将此时的相位确定为ADCLK的最优相 位。当该差值大于该预定阈值时，对在cj(min)的相位之后色散达到最小 值的相位^L行S913。重复S912和S913直至确定最优相位。
才艮据到目前为止已描述的方式，可以自动调整DS1、 DS2和ADCLK的 相位。相应地，当成像元件本身被更换或成像元件的特性由于外部因素(温 度、恶化等)而改变时，从TG106输出的脉沖的相位也能够自动调整。进 一步，由于脉冲的相位是考虑相关脉冲的特性以独立的方式被调整的，因此 自动调整能够很精确。
本发明特有的组成元件色散计算器108,亮度级检测器109及时序调 整器110能够配置为硬件电路，或者可以作为微型计算机中的软件来实现。 在由硬件电路构成色散计算器108和亮度级检测器109的情况下，本发明可 以实现，而不给CPU增加任何负担。调整流程图不需要与图3所示的步骤 相同，并且可以:故改变。
到目前为止已描述的优选实施例仅仅是实例，除了下面描述的修改的实施例外，不用说还有各种可能的修改。 〈'务改实施例1图10为示出了根据本发明修改实施例1的数字摄像机的总体构造的框 图。其中，任何缺陷像素都不用在脉冲自动调整中。本修改的实施例的特征是提供了缺陷像素检测器113和存储器114。 115表示缺陷像素地址。成像元件101,如CCD或MOS传感器，通常包括由制造过程产生的缺 陷像素。在缺陷像素中，不管入射光的量如何，信号电平通常固定在最大值 或最小值附近。期望这些缺陷像素的值，即使其位于各脉冲的检测区域内， 也不应用作相位调整。在本修改的实施例中，缺陷像素被缺陷像素检测器 113检测到，且缺陷像素的地址被预先存储在存储器114中。通过这种构造， 缺陷像素不能够用作相位调整，因此提高了相位调整的精确度。可以通过各种方式检测缺陷像素。例如，当数字摄像机被激活而机械快 门关闭时，在一定的时间段内存储电荷，并且信号电平为预定阔值以上的像 素被检测为缺陷像素。存储器14能够存储预定数目的缺陷像素的地址，但 其不需要存储所有缺陷像素的地址。 》务改的实施例2当设置DS1时，将与相邻像素比较的差值为预定阈值以下的区域设置 为稳定区域，并且执行相位调整以便DS1的正边缘与该稳定区域的中心一 致。然而，如图11所示，在信号质量差的情况下，与稳定区域对应的相位 时间段可能检测不到。即使在这种情况下，信号分量的倾斜度相对较小的区 域可以被看作是伪稳定区域。因此，在修改的实施例2中，当检测不到稳定 区域时，可以增加阈值使得信号分量以 一定角度倾斜的区域可以被检测为伪 稳定区域。在伪稳定区域持续一定时段的情况下，调整DS1的相位以便其 正边缘与该区域的中心一致。为检测稳定区域，获取与相邻像素相比的差值并不总是必要的。第一稳 定区域和第二稳定区域可以以不同的方式,皮一全测到。例如，在第一4企测期间， 计算出至少三个相位的亮度平均值与当前相位的亮度平均值之间的差值，并与设置为相对较小值的阈值比较；而在第二^^测期间，可以计算出两个相邻像素之间的差值并与设置为相对较大值的阈值比较。本修改的实施例的目的 在于緩和检测的条件，以便能在第二检测中更容易地检测到稳定区域。因此，即使在信号质量差的情况下，也能够设置DS1。 修改的实施例3在优选实施例的描述中，将相位移位一个周期以调整DS1、 DS2和 ADCLK的相位。然而，在事先知道的成像元件的设计规范的情况下，能够 在一定程度上预测各脉冲的目标调整相位。因此，调整范围可以比一个周期 窄，如图12中所示。因此，可以缩短用于相位调整的时间量。在优选实施例中，先调整DS2。当调整DS2的相位时，可以预测DS1 和ADCLK的目标调整相位。在图13中，当从成像元件输出信号1301确定 DS2 ( 1302 )的相位时，可以预测DS1 ( 1303 )和ADCLK ( 1304 )的相位 应当被调整到与根据设计规范的具有最优相位差值的相位相邻的相位。DS1 (1303 )和ADCLK ( 1304 )的相位调整到预定范围内的相位，该预定范围 以该相位为其中心。1305表示DS1的最优相位和DS2的最优相位之间的差 值。1306表示DS2的最优相位和ADCLK的最优相位之间的差值。基于先 前获得的脉冲的相位，预测其他脉沖的相位。因此，调整范围能够被变窄， 并且相位调整所需的时间量也能够被大幅减少。除非对精确度的要求很严格，否则没有必要调整所有脉冲DS1、 DS2 和ADCLK的相位。其他脉冲的相位可以使用固定的相位从获得的第一脉沖 的相位获得，或者，可以从获得的第二脉冲的相位确定第三脉冲的相位。当由于温度变化或随时间恶化等因素导致的相位偏移而需要相位调整 时，例如假定最优相位接近最后一次调整的相位。因此，可以每获得一相位 调整结果就将其存储在存储器中，以便相位在这样调整范围内进行调整，即 该调整范围仅包括最后一次调整的相位附近的相位。修改的实施例4当调整DS1和DS2的相位时，从亮度的大小判断其最优相位。因此，除非获得一定大小以上的亮度级，否则很难进行相位调整。例如，医用数字摄像机通常具有诸如LED这样的辅助光，而且当在普通相位调整中发现其峰值亮度为预定值以下时，优选使用辅助光。》务改的实施例5下面描述本发明中使用的直方图。图14示出了使用直方图计算器的自 动调整装置的构造。假定输入到直方图计算器116的输入信号是从成像元件101输出的R 像素、Gr像素、B像素和Gb像素信号。还假定直方图计算器116能够指定 用于计算的像素区域、需要计算其直方图的输入信号的范围及分割所述范围 的时间间隔的数目，并且直方图计算器116还能够有选择地改变需要计算其 直方图的信号。直方图计算器116对每个时间间隔中出现的各个信号的次数进行计数， 并在指定像素区域中所有的信号的计算完成后输出每个时间间隔内出现信 号的次数。这对应于图14所示的117。色散计算器10 8和亮度级检测器10 9都能够从信号的范围和信号出现的 次数计算离散性值和亮度级。图15示出使用直方图计算块来计算离散性时的应用。如图15B中所示， 设置计算直方图的大的范围，从直方图输出结果判断输入信号包括在哪个范 围中。如图15C所示，输入信号的范围其后被改变成适于自动调整的值。自 动调整可以以这种方式执行。图15A用表格的形式示出了图15B和图15C 的输出结果。自动调整的精确度依赖于信号范围和时间间隔的组合而不同。因此，合 适的值优选依赖所使用的系统来设置。当前可用的数字摄像机具有在图像处理后显示图像直方图的功能。因 此，当使用相关块时，没有必要额外提供直方图计算器。在使用相关块的情 况下的输入信号不是从成像元件输出的信号，而是经过图像处理的信号。因 此，需要将图像处理中的各个参数改变为适合自动调整的值。直方图计算器116的结构和使用直方图计算器116的构造不限于前面的描述。当直方图计算器116用于自动相位调整时，本发明的构造可以在没有 SDRAM的情况下实现。 》务改的实施例6图16示出了使用块存储器的自动调整装置的构造。块存储器电路18被 提供以在数字静态摄像机中实现曝光调整和自动白平衡等功能。本发明中使 用的输入到块存储器电路118的输入信号为从成像元件101输出的R像素、 Gr像素、B像素和Gb像素信号。在块存储器电路118中，块构成以计算为 目标的像素区域，水平方向nx垂直方向m像素构成一个块。 一个块中的每 个像素颜色的数据被整合，且当一页上的图像被取出时(帧)，水平方向i x垂直方向j块的整合结果被输出。当i块的整合完成后，i块的R像素、 Gr像素、B像素和Gb像素整合值被输出。图17示出了块存储器的实例，其中一个块的大小为2x2，块的数量为 2 x 2。 一个块的大小和块的数量在实际执行自动调整时能够被调整到合适的 值。当一个块的大小被减小时，由此获得的数据可以更精确。在自动相位调整装置中的色散计算器108和亮度级检测器109中，使用 块存储电路118的输出结果119代替从SDRAM获取像素数据。因此，离散 性值和亮度级可以在没有SDRAM的情况下被获得。可以执行自动调整，使得能够针对每帧改变计算区域。^务改的实施例7以下描述的修改的实施例包括阈值检测块，用于对处于第 一 阈值以上和 处于第二阈值以下的指定像素区域内的输入信号电平的个数进行计数。图 18示出了根据修改的实施例7的构造。输入阈值检测器120的信号为成像元件101输出的R像素、Gr像素、B 像素和Gb像素。针对每个像素颜色，阔值检测器120对处于第一阈值以上 和处于第二阈值以下的指定的像素区域内的各个像素的信号电平的各个数目进行计数。当两个阈值被设置为适合自动调整的参数时，阈值检测器120 的输出结果121可以用于代替离散性值。在图19A中，设置像素区域。例如，关注R像素，在指定区域内的R 像素的总数可以通过像素区域的设置获得。如图19B所示，在阔值检测块中 进行检测来看信号电平是在两个阈值设置的范围内还是超出了该范围。当大 量信号电平超出了该范围时，则可以判定离散性大。根据本修改的实施例，自动相位调整装置可以在没有SDRAM的情况下 实现。修改的实施例8以下描述的修改的实施例中，频率检测块用于自动调整。图20示出了 ^奮改的实施例8的构造。假定频率分量检测电路122,其为频率检测器，从成像元件101输出的 R像素、Gr像素、B像素和Gb像素的信号被输入。可以指定以计算为目标 的多个块。在频率分量检测电路122中，输入的信号和相邻像素的信号被提 供给HPF(高通滤波器)，以便获取高频分量的边缘信息并且针对每个计算 块输出合并了边缘峰值的频率分量123。通过光阻断成像元件101来对ADCLK进行调整，以便减小其离散性。 当高频区域的峰值在光阻断状态下大时，可以判定离散性大。因此，当使用 频率分量检测电路122时可以获得离散性。频率分量检测电路122通常安装在DSP 111上，主要是为了实现AF(自 动聚焦)。当使用相关块时，没有必要新增加处理块。当执行自动调整时， 优选设置适合自动调整的参数而不是适合AF的参数。〈务改的实施例9可以使用频率分量检测电路122,以便从像素区域中识别出低频分量区 域，以便计算该区域内的亮度级。在低频分量区域，噪声分量很少。因此，能够根据本优选实施例非常精 确地计算出亮度级。修改的实施例10当在自动相位调整装置中取出图像数据时，供给色散计算器108、亮度级检测器109和时序调整器110的时钟暂停。进一步，除了取出图像数据时，产生成像元件控制信号的垂直传输驱动器的电源暂停。 》务改的实施例11在医用数字摄像机中，成像元件或将该成像元件连接到信号处理器的电缆在数字摄像机制造完成后可以更换。信号处理器包括模拟前端107、TG 106 和DSPlll。由于电缆也会经受信号延迟，当电缆被更换或电缆的长度被改 变时信号延迟量也可能改变。因此，优选每当电缆被更换时都调整相位，以 便在对当前使用的成像元件和电缆来说为最优的相位处产生脉沖。 工业适用性根据本发明，用于在数字摄像机中获得图像的脉冲可以自动进行时序调 整。因此，本发明至少可以应用于数字摄像机。
权利要求
1、一种自动相位调整装置，输入通过将成像元件所成像的图像数据按照每个像素转换为数字值而获取的数字成像信号，根据所述输入的数字成像信号，对用于成像的脉冲的相位进行调整，所述自动相位调整装置包括亮度级检测器，用于对于第一像素区域内的多个像素计算所述数字成像信号的亮度级；离散性计算器，用于对于第二像素区域内的多个像素计算表示所述数字成像信号的每个像素的信号离散性的离散性值；和时序调整器，用于根据所述亮度级检测器和所述离散性计算器的计算结果调整所述脉冲的相位。
2、 根据权利要求1所述的自动相位调整装置，其中由所述亮度级;险测器计 算出的所述亮度级是所述第 一像素区域内的所述数字成像信号的信号电平的平 均值。
3、 根据权利要求2所述的自动相位调整装置，其中所述亮度级检测器获取 所述第 一像素区域内除去具有预定值以上的信号电平的像素外的所述数字成像 信号的平均值。
4、 根据权利要求1所述的自动相位调整装置，其中在由所述亮度级检测器 计算出的亮度级为预定值以下的情况下，辅助光被使用。
5、 根据权利要求1所述的自动相位调整装置，其中所述离散性计算器计算 入射光被阻断状态下的离散性值。
6、 根据权利要求1所述的自动相位调整装置，进一步包括缺陷像素检测器， 用于检测所述成像元件中的缺陷像素，其中所述亮度级检测器计算除去由所述缺陷像素检测器检测到的所述缺陷像素 外的所述亮度；和所述离散性计算器计算除去由所述缺陷像素检测器检测到的所述缺陷像素 外的所述离散性值。
7、 根据权利要求6所述的自动相位调整装置，进一步包括存储器，其中存储所述缺陷像素检测器检测到的所述缺陷像素的位置。
8、 一种数字摄像机，包括 成像元件；CDS,用于通过对从所述成像元件输出的成像信号执行相关双采样来确定每个像素的信号电平；AGC，用于调整从所述CDS输出的所述成像信号的幅度；AD转换器，用于将幅度由所述AGC调整过的成像信号转换成数字值后作为数字成像信号；如权利要求1所述的自动相位调整装置，将由所述AD转换器转换过的数 字成像信号作为输入；和TG,用于基于由如权利要求1所述的自动相位调整装置调整过的相位来产 生用于成像的脉冲。
9、 一种相位调整方法，用于调整第一脉冲、第二脉冲和输入到AD转换器 的AD时钟信号中的至少 一个的相位，其中所述第 一脉冲用于4企测从成像元件 输出的成像信号的电平，所述第二脉沖用于检测在相关双采样中用作基准的信 号电平，所述相位调整方法包括在将所述第二脉冲和所述AD时钟信号固定在初始值的状态下，改变所述 第一脉冲的相位，来检测亮度级最大的第一相位的步骤；和 将检测到的第 一相位设置为所述第 一脉冲的相位的步骤。
10、 根据权利要求9所述的自动相位调整方法，进一步包括 在所述第一脉冲的相位固定到所述设置的第一相位并且所述AD时钟信号固定到所述初始值的状态下，改变所述第二脉冲的相位来检测所述亮度级的离 散性较小的稳定区域的步骤；和将所述检测到的稳定区域的中心设置为第二相位及将所述第二相位设置为 所述第二脉冲的相位的步骤。
11、 根据权利要求IO所述的自动相位调整方法，进一步包括将所述第 一脉沖的相位固定到所述设置的第 一相位，将所述第二脉沖的相 位固定到所述设置的第二相位并且进一步在入射光被阻断的状态下，改变所述AD时钟信号来检测第三相位的步骤；和将所述检测到的第三相位设置为所述AD时钟信号的相位的步骤。
12、 根据权利要求11所述的自动相位调整方法，其中 所述亮度级是预定像素区域内的数字成像信号的信号电平的平均值。
13、 根据权利要求12所述的自动相位调整方法，其中 在检测所述稳定区域的步骤中，在改变所述第二脉冲的相位的同时获取与相邻相位在所述亮度级上的差值，并且在所述差值为第一阈值以下的情况下确 定所述稳定区域。
14、 根据权利要求13所述的自动相位调整方法，其中 在不能检测到所述稳定区域的情况下增加所述第 一 阈值。
15、 根据权利要求11所述的自动相位调整方法，其中 在所述检测所述第三相位的步骤中，在改变所述AD时钟信号的同时计算预定像素区域内的信号电平的色散，并且将所计算出的色散为最小的相位设置 为所述第三相位。
16、 根据权利要求15所述的自动相位调整方法，其中 所述检测第三相位的步骤包括在改变所述AD时钟信号的相位的同时计算所述预定像素区域内的信号电 平的色散的步骤；和在改变所述AD时钟信号的相位的同时计算作为所述预定像素区域内的信 号电平的平均值的亮度级的步骤，和在所述色散为最小的相位中所述亮度级与预定期望值之间的差值为第二阈 值以下的情况下，将所述色散为最小的相位设置为所述第三相位。
17、 根据权利要求16所述的自动相位调整方法，其中 在所述色散为最小的相位中所述亮度级与所述预定期望值之间的差值大于所述第二阈值的情况下，将所述第二阈值与在所述色散为第二最小值的相位中所述亮度级和所述预定期望值之间的差值进行比较，并且当所述差值为所述第二阈值以下时，将所述色散为所迷第二最小值的相位 设置为所述第三相位。
18、 根据权利要求11所述的自动相位调整方法，其中所述第 一脉沖的相位被改变的范围、所述第二脉冲的相位被改变的范围和所述AD时钟信号的相位被改变的范围中的至少一个范围被限制为短于一个周期的范围。
19、 根据权利要求18所述的自动相位调整方法，其中 在所述第一相位被设置时，所述第二脉冲的相位被改变的范围和所述AD时钟信号的相位被改变的范围中的至少一个范围基于所设置的第 一相位被限制 为短于一个周期的范围。
20、 根据权利要求18所述的自动相位调整方法，其中 在相位调整被执行之前，所述调整的第一相位、第二相位和第三相位被存储，并且所述第一脉沖的相位被改变的范围、所述第二脉冲的相位被改变的范 围和所述AD时钟信号的相位被改变的范围中的至少一个范围基于所存储的相 位被限制为短于一个周期的范围。
21、 根据权利要求1所述的自动相位调整装置，其中 所述离散性值为色散。
22、 根据权利要求1所述的自动相位调整装置，进一步包括用于计算预定 信号的分布的直方图计算器。
23、 根据权利要求22所述的自动相位调整装置，其中 从所述成像元件输出的R信号、Gr信号、B信号和Gb信号，从所述Gb信号和Gr信号获取的平均信号，从所述成像元件输出的信号产生的亮度级，所 述成像元件的数据被经过图像处理后获取的亮度级、R分量、G分量和B分量 中的至少 一个能够被选择作为所述预定信号。
24、 根据权利要求23所述的自动相位调整装置，其中所述离散性计算器基于所述直方图计算器输出的分布数据执行所述计算。
25、 根据权利要求23所述的自动相位调整装置，其中 所述亮度级检测器基于所述直方图计算器输出的分布数据执行所述计算。
26、 根据权利要求22所述的自动相位调整装置，其中 所述直方图计算器能够改变所述直方图计算的像素区域。
27、 根据权利要求22所述的自动相位调整装置，其中所述直方图计算器能够改变所述直方图计算的数据范围和分割的时间间隔 的数目。
28、 据权利要求26所述的自动相位调整装置，其中所述离散性计算器和所述亮度级检测器将直方图计算器的参数改变为适合 自动调整的值，以便执行自动调整。
29、 根据权利要求27所述的自动相位调整装置，其中 所述离散性计算器和所述亮度级检测器将直方图计算器的参数改变为适合自动调整的值，以便执行自动调整。
30、 根据权利要求1所述的自动相位调整装置，进一步包括块存储器，用 于输出当指定像素区域内的预定数据被整合或平均时获取的结果。
31、 根据权利要求30所述的自动相位调整装置，其中 所述预定数据表示从成像元件输出的像素的特定颜色数据，且所述数据的至少 一 个能够被有选择地输出。
32、 根据权利要求31所述的自动相位调整装置，其中所述离散性计算器基于所述块存储器的输出结果执行所述计算。
33、 根据权利要求31所述的自动相位调整装置，其中 所述亮度级检测器基于所述块存储器的输出结果执行所述计算。
34、 根据权利要求1所述的自动相位调整装置，进一步包括阈值检测器， 用于对在第 一 阈值以上并且在第二阈值以下的指定像素区域中的像素数据的数 目进行计数并输出，其中所述色散计算器基于从所述阈值检测器输出的计数值执行所述计算。
35、 根据权利要求1所述的自动相位调整装置，进一步包括用于检测所述指定像素区域内的频率分量的频率检测器。
36、 根据权利要求35所述的自动相位调整装置，其中 所述离散性计算器基于所迷频率分量检测器输出的所述频率分量的信息执行所述计算。
37、 根据权利要求35所述的自动相位调整装置，其中图像的低频区域被基于所述频率检测器的输出搜索到，所述低频区域被设 置为所述第一像素区域，并且随后所述相位调整被执行。
38、 根据权利要求1所述的自动相位调整装置，其中 所述离散性计算器被配置为硬件电路。
39、 根据权利要求1所述的自动相位调整装置，其中 当所述图像数据被取出时，供给所述离散性计算器、所述亮度级检测器和所述时序调整器的时钟被暂停。
40、 根据权利要求1所述的自动相位调整装置，其中除了所述图像数据被取出时之外，供给用于产生成像元件控制信号的垂直 传输驱动器的电源被暂停。
41、 根据权利要求11所述的自动相位调整方法，其中 在更换所述成像元件时，调整所述第一脉沖的相位、所述第二脉冲的相位和所述AD时钟信号的相位中的至少一个相位。
全文摘要
自动相位调整装置输入通过将成像元件所成像的图像数据按照每个像素转换为数字值而获取的数字成像信号，根据所述数字成像信号，对用于成像的脉冲的相位进行调整。所述自动相位调整装置包括亮度级检测器，用于对于第一像素区域内的多个像素计算所述数字成像信号的亮度；离散性计算器，用于对于第二像素区域内的多个像素计算表示所述数字成像信号的每个像素的信号离散性的离散性值；和时序调整器，用于根据所述亮度级检测器和所述离散性计算器的计算结果调整所述脉冲的相位。
文档编号H04N5/217GK101411182SQ20078001040
公开日2009年4月15日 申请日期2007年3月22日 优先权日2006年3月23日
发明者中村研史, 古武真晃, 大谷充彦, 小川真由, 小川雅裕, 山本真嗣, 德本顺士, 藤井俊哉, 西垣美香 申请人:松下电器产业株式会社