彩色固体摄像装置制造方法
【专利摘要】本实用新型提供一种彩色固体摄像装置。提高从带单片滤色器的固体摄像元件输出的图像信号的灵敏度且维持颜色和水平析像度。在该彩色固体摄像装置中，具有：具有输入所述IT－CCD摄像元件的信号电荷的钳位功能和采样保持/置位功能和复位功能的相关双采样保持部件；将3以上的奇数的水平像素电荷信号相加的部件；进行模拟－数字变换的部件；将该数字变换后的信号进行水平周期延迟的部件；将该数字变换后的信号以像素单位延迟的部件；将该数字变换后的信号相加的部件；将该数字变换后的信号进行减法运算的部件。
【专利说明】彩色固体摄像装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及提高具有固体摄像元件的彩色固体摄像装置的灵敏度。
【背景技术】
[0002]CO) (Charge — Coupled 一 Device:电荷I禹合器件)摄像元件即使在固体摄像元件中，灵敏度高且暗电流电平异常高的被称作是白痕的像素也少，但在高温度时及高灵敏度摄像时及存储时白痕多。另外，如果提高CCD摄像元件的近红外灵敏度，则光敏二极管变深，白痕增加。因此，在通过存储动作而提高灵敏度时，白痕进一步增加。因此，限制了有效灵敏度提闻。
[0003]因此，目前在使用了一个带单片滤色器(on chip color filter)的固体摄像元件的彩色摄像机中，在进行夜间的闻灵敏度黑白摄像时，为实现闻灵敏度摄像，将水平2个像素相加，降低轮廓强调频率，降低高灵敏度摄像的噪声(参照专利文献I)。
[0004]另外，数字信号处理电路的集成化进步，存储多行的输出信号进行算术处理，这不仅对于影像专用的存储器集成DSP,而且对于廉价的通用的FPGA (Field — Programmable 一Gate — Array:现场可编程门阵列)也能够容易地实现。关于噪声降低的对象像素，根据与周围的像素的关联性来判断是信号成分还是噪声成分，通过对象像素和一定方向的邻接的像素进行信号电平比较，如果信号电平差不足判定基准值，则判定为对象像素的信号电平为信号成分，如果信号电平差为规定值以上，则判定为噪声成分(参照专利文献2)。
[0005]另外，内置有从自CCD输出的信号除去噪声的CDS(Correlated — Double —Sampling)、暗电流补正、增益可变放大电路(Automatic — Gain — Control以下称为AGC)、变换成数字影像信号 Vi 的 ADC (Analog — Digital — Converter)的 AFE (Analog — Front —End)正在普及，AFE的ADC灰度目前为10比特，但通常为12比特或14比特，16比特也被产品化。将ADC设为22比特，将AGC配置于ADC之后的AFE也被产品化。
[0006]Inter LineCXD (行间转移(XD)摄像元件(以下称为IT 一(XD)单价便宜且灵敏度高。特别是最近也发表了比画面对角8_(1/2型)或画面对角6_(1/3型)的水平公称760像素的CXD摄像元件更高灵敏度且饱和信号量也比目前的IOOOmV高为1400mV，且为画面对角6mm(l/3型)画面纵横比4:3的(XD摄像元件,为垂直公称485 (有效494)像素或垂直公称575 (有效582)像素，且水平公称960 (有效972)像素的CXD摄像元件(参照非专利文献I)。另外，也开发了 1/3型用的小型低价格的55倍望远透镜(参照非专利文献2)。
[0007]电子增倍型CCD 摄像兀件(Electron — Multiplying — CCD 以下称为 EM — CCD)由于与电子冷却部组合可以提高灵敏度，所以可进行可视光和近红外光的夜间的摄像用的无照明的准动画监视。但是，无论是高灵敏度的IT - CXD还是EM - (XD，暗电流都多。
[0008]现有技术文献
[0009]专利文献
[0010]专利文献1:日本特开2003 - 102021[0011]专利文献2:日本特开2002 — 247412
[0012]非专利文献1:水平960画素力5 — CCD撮像素子ICX672AKA/ICX673AKA ” 二CX — PAL Vol.852010.07http://www.sony.c0.jp/Products/SC — HP/cx_pal/vol85/pdf/cxd4127_4816gg.pdf
[0013]非专利文献2:夕 Λ 口 > 1/3 型 6 — 33OmmF/1.8 文' 一 A > 文' DFO 14http: //www.tamron.c0.jp/news/release_2010/0510.html
实用新型内容
[0014]实用新型要解决的课题
[0015]本实用新型的目的在于，扩大从CCD摄像元件输出的图像信号的灵敏度的可变范围维持颜色。
[0016]用于解决课题的手段
[0017]为解决上述课题，本实用新型提供一种彩色固体摄像装置，其使用一个通过由Cy以及Ye的水平像素形成的扫描线和由Mg以及G的水平像素形成的扫描线的组合的颜色配置形成的、带单片滤色器的固体摄像元件，该彩色固体摄像装置具备:信号运算部，将3以上的奇数的水平像素信号电荷相加，在各扫描线按照正的顺序改变水平像素信号电荷相加的组合，在进行了模拟一数字变换后，通过像素信号的左右相加来计算伪辉度信号(2Y+G等)，通过像素信号的正的顺序方向的上下的斜向减法运算来计算伪色差信号(2R — G等)；插补部，其至少进行下述的一个处理:用上下扫描线的所述伪辉度信号的高频成分插补所述伪辉度信号的高频成分；通过所述伪辉度信号和所述伪色差信号的运算，计算辉度信号(7.5Y等)和色差信号(2R — 2Y等)，且通过上下扫描线的所述辉度信号的高频成分插补所述辉度信号高频成分。
[0018]另外，在所述彩色固体摄像装置中，具有:处理部，其至少进行下述的一个处理:根据进行水平像素信号电荷相加的像素数+3个以上的扫描线影像信号生成垂直轮廓补正信号，根据进行水平像素信号电荷相加的像素数+3个以上的像素延迟影像信号生成水平轮廓补正信号，将所述垂直轮廓信号和所述水平轮廓信号与影像信号相加；补正全部像素的暗电流后相加水平像素信号电荷，或者相加水平像素信号电荷后相加全部像素的暗电流来进行补正；补正全部像素从与固体摄像元件时钟同步的逻辑电路的跳入后相加水平像素电荷信号，或者相加水平像素电荷信号后补正全部像素从与固体摄像元件时钟同步的逻辑电路的跳入；在所述固体摄像元件中使用饱和信号量为IOOOmV以上高的CCD，使用带复位的⑶S和12比特以上的AFE和数字增益放大部件，将通过所述带复位的⑶S对所述3以上的奇数的水平像素信号电荷实施相加，相对于所述带复位的CDS的采样保持开关的导通电阻增大带复位的CDS的积分电容的电容值、缩短采样保持周期的频率下的积分电容的阻抗、所述12比特以上的AFE内的AGC放大、数字增益放大部件的数字增益放大进行组合；使(向所述固体摄像元件的入射光量和)所述固体摄像元件的输出的信号电荷的平均值和输入所述固体摄像元件的信号电荷的带复位的CDS的CDS复位脉冲的相位的超前相(進相)成比例。
[0019]另外，提供一种彩色固体摄像装置，使用一个带单片滤色器的(水平有效约972等)水平公称约960像素以上的IT 一 C⑶摄像元件，其特征在于，具有:具有输入所述IT 一CCD摄像元件的信号电荷的钳位功能和采样保持(置位)功能和复位功能的相关双采样保持部件(Correlated Double Sampling — hold:Q)S);将3以上的奇数的水平像素电荷信号相加的部件；进行模拟一数字变换的部件；将该数字变换后的信号进行水平周期延迟的部件；将该数字变换后的信号以像素单位延迟的部件；将该数字变换后的信号相加的部件；将该数字变换后的信号进行减法运算的部件，在所述CDS中将3以上的奇数的水平像素信号电荷相加，在所述模拟一数字变换的部件中进行模拟一数字变换后，使用所述进行水平周期延迟的部件、以所述像素单位延迟的部件、所述相加的部件、所述减法运算的部件，通过该数字变换后的像素信号的左右相加来计算伪辉度信号，且相对于通过该数字变换后的像素信号的顺序方向为正负的斜向减法运算来计算伪色差信号。
[0020]或者，提供一种彩色固体摄像装置，使用一个带单片滤色器的固体摄像元件，其特征在于，具有:具有输入所述IT - CCD摄像元件的信号电荷的钳位功能和采样保持功能和复位功能的相关双采样保持部件(Correlated Double Sampling — hold:CDS);进行模拟一数字变换的部件；进行水平周期延迟的部件；以像素单位延迟的部件；提取上下扫描线的辉度信号的高频成分的部件，且进行下述动作的至少一方:在所述CDS中将3以上的奇数的水平像素电荷信号相加，在各扫描线顺序地改变水平像素电荷信号相加的组合，在进行了模拟一数字变换后，通过左右相加计算伪辉度信号(2Y+G等)，且通过相对于使组合成为顺序的方向成正负的斜向减法运算来计算伪色差信号(2R — G等)，用上下扫描线的所述伪辉度信号的高频成分插补所述伪辉度信号的高频成分；
[0021]通过所述伪辉度信号和所述伪色差信号的运算，计算辉度信号(7.5Y等)和色差信号(2R — 2Y等)，用上下扫描线的所述辉度信号的高频成分插补所述辉度信号的高频成分。
[0022]另外，上述中，彩色固体摄像装置的特征在于，具有:进行水平像素电荷信号相加的像素数+2以上的2N个水平周期延迟部件；当为进行水平像素电荷信号相加的像素数+2以上的2M个时，将像素周期延迟部件设为2NX2M个；根据未延迟的影像和2N个水平周期延迟的影像信号生成垂直轮廓信号的部件；根据进行N水平周期延迟后的影像信号和使N水平周期延迟后的影像信号进行像素周期延迟的2M个影像信号生成水平轮廓信号的部件；将垂直轮廓信号和水平轮廓信号与影像信号相加的部件，且进行下述动作的至少一方:在将至少3以上的奇数的水平像素电荷信号相加的情况下，将所述垂直轮廓信号和所述水平轮廓信号与进行了 N水平周期和M像素延迟后的影像信号相加；补正全部像素的暗电流，在进行水平像素电荷信号相加或进行水平像素电荷信号相加后，将全部像素的暗电流相加并进行补正。
[0023]另外，上述中，彩色固体摄像装置的特征在于，具有摄像元件的温度检测部件，且具有:使CPU的动作时钟(约12MHz)与CXD时钟(以960H为约18MHz)为整数K:整数L之比并与CXD时钟同步，存储(以6°C上升为约2倍)全部像素的暗电流的画面存储器和存储从与所述CCD时钟同步的CPU和本来与CCD时钟同步的逻辑电路的(温度下的变化少)跳入的画面存储器的、存储与温度下的变化相对应多个固定噪声的画面存储器，进行下述动作的至少一方:与检测的摄像元件温度对应地，将全部像素的暗电流的补正值和全部像素从与所述CCD时钟同步的CPU和与本来与所述CCD时钟同步的逻辑电路的跳入的补正值相加后，与像素电荷相加，补正全部像素的暗电流和全部像素从与所述CCD时钟同步的CPU和本来与所述CCD时钟同步的逻辑电路的跳入；在所述固体摄像元件中使用饱和信号量也高达大致HOOmV以上的(XD，且使用带复位的⑶S和12比特以上的AFE和数字增益放大部件，将通过所述带复位的CDS对所述3以上的奇数的水平像素信号电荷实施相加，相对于所述带复位的CDS的采样保持开关的导通电阻增大带复位的CDS的积分电容的电容值或缩短采样保持时间而减小采样保持时间的频率下的积分电容的阻抗、所述12比特以上的AFE内的AGC放大和数字增益放大部件的数字增益放大进行组合。
[0024]或者，在使用一个以上的C⑶摄像元件的彩色固体摄像装置中，特征在于，具有输入所述CCD摄像元件的输出的信号电荷的带复位的CDS和使该带复位的CDS的各CDS复位脉冲相位可变的水平同步发生部，使(所述固体摄像元件向各固体摄像元件的入射光量)所述固体摄像元件的各固体摄像元件的输出的信号电荷的平均值和输入该固体摄像元件的信号电荷的带复位的CDS的CDS复位脉冲的相位的超前相成比例。
[0025]实用新型效果
[0026]如上所述，根据本实用新型，能够扩大从CCD摄像元件输出的图像信号的灵敏度的可变范围，维持色。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1是表示本实用新型一实施例的整体构成的摄像装置的框图；
[0028]图2A是表示本实用新型一实施例的影像信号处理部的奇数像素相加对应的色分离部的框图；
[0029]图2B是表示本实用新型一实施例的影像信号处理部的多像素(多H)轮廓补正部的框图；
[0030]图2C是表示本实用新型一实施例的影像信号处理部的带复位的⑶S的框图；
[0031]图3A是表示本实用新型I实施例的水平3像素相加动作的示意图；
[0032]图3B是表示本实用新型I实施例的水平5像素相加动作的示意图；
[0033]图3C是表示本实用新型I实施例的水平7像素相加动作的示意图；
[0034]图3D_a?图3D_f是表示本实用新型I实施例的多像素(多H)轮廓补正动作的示意图；
[0035]图3E-A?图3E-C是表示本实用新型一实施例的影像信号处理部的带复位的⑶S的动作的示意图；
[0036]图4是表示现有技术的动作的示意图；
[0037]图5是表示现有技术的整体构成的摄像装置的框图。
【具体实施方式】
[0038]实施例1
[0039]使用表示本实用新型一实施例的整体构成的摄像装置的框图的图1说明本实用新型一实施例的整体构成，使用表示本实用新型一实施例的动作的示意图的图3进行说明，使用表示本实用新型一实施例的影像信号处理部的像素插补部的框图的图2说明本实用新型一实施例的细节。
[0040]在表示本实用新型一实施例的整体构成的摄像装置的框图的图1中，I是摄像装置，2是将入射光成像的透镜等光学系统，4是控制摄像装置I内的各部和透镜2的CPU (Central 一 Processing 一 Unit)(从CPU对各部的控制线均未图示)。
[0041]另外，在图1中，6是读出垂直传送驱动部(V —TG)，9是EM —(XD，18是IT —CXD等CXD摄像元件，9和18将从光学系统2入射的光变换成电信号。12是由从自EM — CCD或CCD摄像元件输出的信号中除去噪声的CDS、调整暗电流补正和信号的增益的AGC、变换成数字影像信号Vi的ADC、水平同步发生部(Timing — Generator:TG)构成的AFE (AnalogFront End)。但是，也可以使用AFE中不包含AGC及TG的构成。而且，15是CMG驱动部，16是冷却部，17是冷却驱动部，19是水平传送驱动部(H - TG)，20是带复位的CDS。另外，7是温度传感器，M9是暗电流画面存储器，8是D/A，基于温度传感器7检测出的CCD的温度从暗电流画面存储器M9产生全部像素的暗电流补正值，经由D/A8通过带复位的⑶S20补正暗电流。在进行像素相加时，也基于CCD的温度在通过带复位的CDS20对全部像素的暗电流进行暗电流补正后进行像素相加。
[0042]另外，在图1中，5是包含奇数像素相加色分离部和多像素轮廓补正部的影像信号处理部，是对从12的AFE输出的信号实施各种影像处理，变换成NTSC (National —Television — System — Committee)方式或 PAL (Phase — Alternating — by — Line)方式的复合影像信号(Video — Burst 一 Sync 以下称为 VBS)或 SDI (Serial — Digital 一Interface)影像信号、或HDTV的SDI (HD — SDI)等规定方式的影像信号并输出的影像信号处理部。在未通过带复位的⑶S20补正暗电流的情况下，在影像信号处理部5，基于温度传感器7检测到的CXD的温度产生全部像素的暗电流补正值，在补正AFE12内的AGC成分后，加上像素相加量的暗电流补正值后补正影像信号，由此，进行与在补正全部像素的暗电流后进行像素相加等同的补正。
[0043]在表示本实用新型一实施例的影像信号处理部的带复位的⑶S的框图的图2C中，61是输入缓存器(Bi)，62是钳位耦合电容(Cci)，63是钳位开关(Qq)，64是中间缓存器(Bm)，65是采样保持(置位)开关(Qs)，66是复位开关(Qr)，67是积分电容(Cl)，68是输出缓存器(Bo)。
[0044]表示本实用新型一实施例的整体构成的摄像装置的框图的图1和表示现有技术的整体构成的摄像装置的框图的图5的差异是，追加了水平传送驱动部(H — TG) 19、带复位的⑶S的20、温度传感器7、暗电流画面存储器M9、D/A8，在影像信号处理部5中包含奇数像素相加对应的色分离部25和多像素轮廓补正部26。
[0045]在表示本实用新型一实施例的影像信号处理部的奇数像素相加对应的色分离部的框图的图2A中，M7?M8是行存储器，37?39是奇数像素延迟部，40?41是比特位移部(1/2乘法器)，44是加法器，42?43是减法器。
[0046]在表示本实用新型一实施例的影像信号处理部的奇数像素相加对应的色分离部的框图的图2A和表示本实用新型一实施例的水平3像素相加动作的示意图的图3A中，在将N和m设为O以上的整数，对m — 3和m — 2进行垂直相加的扫描线中，对Ν+1、Ν+2、Ν+3的像素的信号电荷进行水平3像素相加，在对m — I和m进行垂直相加的扫描线中，对N+2、N+3、N+4的像素的/[目号电荷进行水平3像素相加，在对m+1和m+2进行垂直相加的扫描线中，对N+3、N+4、N+5的像素的信号电荷进行水平3像素相加。
[0047]也可以将H — TG设为非相加的通常水平传送驱动之一，通过高速逻辑IC间隔去掉复位脉冲，相加水平3像素的信号电荷。
[0048]由于Cy+Ye+Mg+G = 2Y+G,所以各 3 像素相加为 2YGCyMg = 3YCy、2YGYeMg = 3YYe,2Y2GYe、2Y2GCy。
[0049]在左右相加，成为3YCy+2Y2GYe = 6Y3G，不进行水平像素相加而进行垂直像素相力口，可计算出与左右相加的2YG相同的伪辉度信号。如果将下述色分离的2G — Y设为1.5倍进行减法运算，则也可以计算出7.5Y的辉度信号。
[0050]对于辉度信号，如果插补上下扫描线的信号，则可以维持水平像素相加前的I像素单位的辉度信号析像度，
[0051]与按照每个相加像素的组合的扫描线的依次移动对应，将上和平均与下和平均进一步平均，将相加像素位置的Cy、Ye、Mg、G进行色分离。
[0052]通过斜向相加，成为2Y2GYe+2Y2GCy = 5Y5G。如果进行减法运算，则成为2Y2GYe —3YYe = 2G- Y，可以计算伪色差信号。如果将7.5Y衰减到1/7.5进行减法运算，则成为2G，可以计算色信号。
[0053]如果成为3YYe+2Y2GYe = 5Y2GYe且进行减法运算，则成为2Ye — G — Y — (2G 一Y) = 2Ye - 3G = 2R - G，可以计算伪色差信号。
[0054]进而,如果加上+G — 2Y,则成为2R— 2Y,可以计算色差信号。
[0055]如果成为3YCy+2Y2GCy = 5Y2G2Cy且进行减法运算，则成为2Cy — G — Y —(2G —Y) = 2Cy - 3G = 2B - G，可以计算伪色差信号，
[0056]进而，如果加上+G - 2Y，则成为2B — 2Y，可以计算色差信号。
[0057]如果在各相加像素的位置对减去了进行色分离后的Cy、Ye、Mg、G而得的运算结果的各相加像素的位置的2Y进行上下插补，并设为辉度信号，则水平析像度成为相加前的像素单位。
[0058]S卩，通过相加水平3像素的信号电荷，在噪声的状态下，灵敏度成为3倍(+9dB)。水平析像度也能够确保相加前的水平像素数的量。斜向析像度降低至1/3。也可以进行色分离，可以维持彩色摄像。
[0059]如果将实施例1的水平3像素相加适用于上述的非专利文献I的画面对角6mm(l/3型)画面纵横比4:3的高灵敏度的水平公称960 (有效972)像素的C⑶摄像元件，则成为水平公称320 (有效324)像素。这相比一般的水平公称760像素的现有的2像素相加的水平公称380像素降低约14%，调制度也降低约14%，是可以容许的。另外，CXD时钟为18MHz，即使进行3像素相加并左右平均，时钟也相当于3MHz，色带成为1.5MHz。S卩，能够确保NTSC或PAL的高频带色差信号频带的1.5MHz。另外，如果适用于更多的水平像素的固体摄像元件，则调制度降低在实用上也不成为问题。
[0060]另外，如果是水平公称960 (有效972)以上的像素的C⑶摄像元件，虽然未图示，也具有将3以上的奇数的水平像素电荷信号相加的部件、进行模拟一数字变换的部件、进行水平周期延迟的部件、以像素单位延迟的部件，通过各扫描线将水平像素电荷信号相加的组合固定，相加3以上的奇数的水平像素电荷信号，在进行了模拟一数字变换后，通过左右相加成为3YCy+2Y2GYe = 6Y3G，不进行现有的水平像素相加，而进行垂直像素相加，可以计算与左右相加的2YG相同的伪辉度信号。如果是左右斜向减法运算，则成为2Ye — G —Y — (2G — Y) = 2Ye — 3G = 2R — G、2Cy — G — Y — (2G — Y) = 2Cy — 3G = 2B — G,不进行现有的水平像素相加而进行垂直像素相加，可计算与左右斜向减法运算的2R - G、2B — G相同的伪色差信号。
[0061]S卩，如果是水平公称960 (有效972)以上的像素的C⑶摄像元件，则即使是不在各扫描线依次改变水平像素电荷信号相加的组合的简易方式，也能够降低一般的水平公称760像素的现有的2像素相加的水平公称380像素的约14%，调制度降低也降低约14%，是可以容许的。色带成为1.5MHz，在实用上没有问题。即，可以进行高灵敏度的彩色摄像。
[0062]实施例2
[0063]在表示本实用新型一实施例的水平5像素相加动作的示意图的图3B中，5像素相加成为 5YGCy、5YGYe、4YYe3G、4YCy3G。
[0064]通过斜向相加，成为5YGCy+5YGYe = 10Y3G,即使不进行水平像素相加而进行垂直像素相加，也可以计算与左右相加的2YG相同的伪辉度信号。如果进行减法运算，则成为4YYe3G - 5YGYe = 2G — Y，可以计算伪色差信号。如果将10Y3G衰减至1/10进行减法运算，则成为1.7G，可以计算色信号。
[0065]通过对水平5像素的信号电荷进行相加，在噪声的状态下，灵敏度成为5倍(约+14dB)。水平析像度和斜向析像度降低。也可以进行色分离，且可以进行更高灵敏度的彩色摄像。
[0066]实施例3
[0067]在表示本实用新型I实施例的水平5像素相加动作的示意图的图3C中，7像素相加成为 7Y2GCy、7Y2GYe、6YYe4G、6YCy4G。
[0068]通过斜向相加，成为7Y2GCy+7Y2GYe = 15Y5G，不进行水平像素相加而进行垂直像素相加，可以计算与左右相加的2YG相同的伪辉度信号。如果进行减法运算，则成为6YYe4G - 7Y2GYe = 2G — Y，可以计算伪色差信号。如果将15Y5G衰减至1/15进行减法运算，则成为1.7G，可以计算色信号。
[0069]通过对水平7像素的信号电荷进行相加，在噪声的状态下，灵敏度成为7倍(约+17dB)。水平析像度和斜向析像度降低。也可以进行色分离，可以进行更高灵敏度的彩色摄像。
[0070]实施例4
[0071]在本实用新型一实施例的多像素(多H)轮廓补正部的框图的图2B中，26是多像素(多H)轮廓补正部，27是影像电平判定器，28是像素延迟22个(16个、10个)部，51?58是加法器，59是小振幅大振幅的压缩限制器，60是可变正负和放大率的乘法器，29和30是轮廓信号生成部，Ml?M6是行存储器部，NO?N6是负乘法器，P3是正乘法器。
[0072]补正前信号在Ml?M7的行存储器部中进行扫描线⑶期间延迟，成为OH?6H的合计7H的信号。3H信号进一步在28的像素延迟22个部中经过像素时间即CXD时钟时间，成为合计23组延迟信号。合计7H的信号和合计23组的延迟信号进入29和30的轮廓信号生成部，成为垂直轮廓信号和水平轮廓信号，在加法器57中相加，在小振幅大振幅压缩限制部59中压缩限制小振幅和大振幅，在接受输入了 3H11像素延迟信号的影像电平判定部27的控制的正负乘法器60中成为轮廓补正信号，与3H11像素延迟信号相加，成为补正后信号。如果进行水平3像素相加，则28的像素延迟部可以为10个以上，如果进行水平5像素相加，则28的像素延迟部最低为16个以上,如果进行水平7像素相加,则28的像素延迟部可以为22个以上。3H11像素延迟信号只要选择延迟的中央的信号即可。
[0073]其结果是，本实用新型一实施例的多像素(多H)轮廓补正部的动作图的图3D_a即使如从低频率开始低调制度的补正前信号那样调制度从低频率开始降低，水平(垂直)轮廓也能够将图3D-b轮廓补正7 (7H)像素成分、图3D-C轮廓补正5 (5H)像素成分、图3D_d轮廓补正3(3H)像素成分合成，如图3D-e本实用新型补正后信号那样补正水平(垂直)轮廓。
[0074]S卩，在实施例4中，通过进行多个水平像素(扫描线)成分相加，即使调制度从低频率开始降低，也能够利用图2B的多像素(多H)轮廓补正部如图3D-e本实用新型补正后信号那样再现影像信号的轮廓。另外，即使因透镜的光圈开放或望远端等而调制度从低频率开始降低，也能够补正调制度降低，能够再现影像信号的轮廓。而且，可通过多像素轮廓补正来减少轮廓补正量，可以降低伴随轮廓补正的噪声的增加，通过AFE内的AGC放大或数字增益放大部件进行的数字增益放大，容易提高放大率。即，鲜明的彩色摄像的有效的灵敏度的可变范围进一步扩大，监视用途变广。
[0075]如果将实施例1如上述那样将水平3像素相加适用于非专利文献I的画面对角6mm(l/3型)画面纵横比4:3的高灵敏度的水平公称960 (有效972)像素的C⑶摄像元件，则成为水平公称320 (有效324)像素。这相比一般的水平公称760像素的现有的2像素相加的水平公称380像素降低约14%，调制度降低也降低约14%，是可以容许的。如果水平公称960像素以上，则在实用上没有问题。
[0076]如果将实施例2适用于水平公称约1920像素以上的CXD摄像元件，则成为水平公称约384像素以上。这比通常的水平公称760像素的现有的2像素相加的水平公称380像素多，实用上没有问题。
[0077]如果将实施例3适用于水平公称约2800像素以上的CXD摄像元件，则成为水平公称约400像素以上。这比通常的水平公称760像素的现有2像素相加的水平公称380像素多，实用上没有问题。
[0078]另外，如果对实施例1?实施例3的水平多像素相加实施实施例4的多像素轮廓补正，则也能够补正调制度降低，能够实现高灵敏度且鲜明的彩色摄像，监视用途变广。
[0079]关于实施例1?实施例3的水平多像素相加，通过伪辉度信号和伪色差信号的运算计算辉度信号和色差信号，可以提高在画面上宽面积的色的再现性，但由于轮廓容易带伪色，所以在轮廓部分使色差信号衰减。适用于使用在画面上宽面积的色检测物体的监视。
[0080]关于实施例1?实施例3的水平多像素相加，输出伪辉度信号和伪色差信号，使轮廓难以带伪色。适用于状况变化可能性高的监视。
[0081]实施例5
[0082]如果与上述的水平像素相加组合，则下面将高灵敏度化的效果提高的噪声降低方法和放大率提高作为实施例5进行说明。
[0083]将表示本实用新型一实施例的整体构成的摄像装置的框图的图1的CPU4的动作时钟(约12MHz)设为整数K:整数L之比，与CXD时钟(960H中为约18MHz)同步。包含奇数像素相加对应的色分离部和多像素轮廓补正部的影像信号处理部5和读出垂直传送驱动部(V - TG) 6和D/A8和AFE12和CMG驱动部15和水平传送驱动部(H — TG) 19本来与CXD时钟同步。[0084]于是，关于固定噪声，从与CCD时钟同步的CPU和本来与CCD时钟同步的逻辑电路的跳入、和摄像元件的光敏二极管的暗电流为主要因素。因此，成为残余固定噪声的跳入通过像素电荷相加没有被放大，因此，与像素电荷相加的量对应，信号比降低。但是，在与上下扫描线的平均及画面间的平均方面固定噪声不衰减。
[0085]CPU和影像信号处理和TG等(可统一为FPGA)逻辑电路的CMOS开关的穿透电流存在构成逻辑电路内的CMOS的MOS - FET的栅极阈值电压的温度变化和gm的温度变化、上述逻辑电路的电源的去耦电容器的温度变化等引起的温度变化。但是，与摄像元件的光敏二极管的暗电流的温度变化相比，温度变化少。即，逻辑电路的温度即使由摄像元件的温度代用，精度的劣化也少。另外，由于上述的水平像素相加，从而暗电流也被相加，暗电流不均在画面上显著。
[0086]因此，在表示本实用新型一实施例的整体构成的摄像装置的框图的图1中，具有摄像元件的温度检测部件的温度传感器7，且具有存储通过上升6°C而形成约2倍的全部像素的暗电流的画面存储器M9、存储从与CCD时钟同步的CPU和本来与CCD时钟同步的逻辑电路的跳入的画面存储器MlO的、存储与温度的变化相对应的多个固定噪声的画面存储器，与测定的摄像元件温度对应，将通过上升6°C而形成约2倍的全部像素的暗电流的补正值、和全部像素从与温度的变化少的CCD时钟同步的CPU和本来与CCD时钟同步的逻辑电路的跳入的补正值在加法器50中进行相加后，利用D/A8和带复位的CDS20与像素电荷信号进行相加，补正通过上升6°C而形成约2倍的全部像素的暗电流、和全部像素从与温度的变化少的CCD时钟同步的CPU和本来与CCD时钟同步的逻辑电路的跳入，通过带置位的CDS20将水平像素电荷信号进行相加。即使通过水平像素相加将暗电流也进行相加，暗电流也被补正，从而暗电流不均在画面上不显著。
[0087]另外，虽然未图示，也可以在将水平像素电荷信号相加后，补正全部像素从与CXD时钟同步的CPU和本来与CCD时钟同步的逻辑电路的跳入。
[0088]通过全部像素的暗电流补正和全部像素从逻辑电路的跳入的补正，固定噪声降低，因此，如果将AFE12内的AGC放大和在影像信号处理部5的数字增益放大组合，则高灵敏度化的效果提高。
[0089]从开关电源的跳入的主要原因是，主开关元件的MOS - FET的导通(turn — on)过早，且在二极管或互补开关元件的MOS - FET的截止(turn — off)之前，主开关元件的MOS — FET进行turn — on,主和互补的开关元件同时on,流过穿透电流。因此,使MOS — FET的控制电极电压的偏压位移到off侧，使MOS - FET的控制电极电压的驱动阻抗在turn —on侧比在turn — off高,延迟turn — on,降低穿透电流。
[0090]在CCD水平传送驱动电路、AFE和上述逻辑电路各自的电路的电源端子的附近，与接地的去耦电容器具有B特性等温度特性良好的层叠陶瓷电容器
0.01 μ F?0.1 μ F，降低⑶S动作频率的18x3 = 54MHz的电源阻抗。
[0091]如果是各自的电源或接近配置，则公共的电源的去耦电容器具有B特性等温度特性良好的层叠陶瓷电容器或导电高分子电容器或钽电容器或铌电容器等温度特性良好的低阻抗电容器4.7 μ F以上，如果水平回扫线期间(H.BL)约11 μ S的周期约90kHz的电源阻抗降低，则CDS的脉冲的相位起伏降低，通过CDS使Ι/f噪声大致完全降低。
[0092]在施加电子快门脉冲的CXD的基板(SUB)和基板驱动电路之间串联插入铁氧体磁头(ferrite beats)，限制电子快门脉冲的不需要的高频成分，降低在配线间的跳入噪声，仅使H.BL内的电子快门脉冲的主成分通过，使基板驱动电路的电源的去耦电容器具有B特性层叠陶瓷电容器或导电高分子电容器或钽电容器等温度特性良好的低阻抗电容器
4.7μ F以上，如果H.BL约11 μ S的周期约90kHz的电源阻抗降低，则可以降低经由电子快门的电源和接地的跳入噪声。
[0093]如果将上述电源阻抗降低带来的跳入噪声降低和AFE12内的AGC放大和影像信号处理部5的数字增益放大组合，则高灵敏度化的效果提高。
[0094]表示本实用新型一实施例的影像信号处理部的带复位的⑶S的框图的图2C的带复位的CDS20通常输入缓存器61、中间缓存器64及输出缓存器68是射极跟随器。钳位耦合电容62为47pF左右，积分电容(Cl)67为约33pF左右。钳位开关(Qq)63、采样保持开关(Qs)65及复位开关(Qr)66由MOS — FET构成。如果对驱动复位开关66的复位脉冲进行奇数N周期间取，则成为水平奇数N像素相加。带复位的⑶S20也可以集成于AFE12。
[0095]在表示本实用新型一实施例的影像信号处理部的带复位的CDS的动作的示意图的图3E-A?图3E-C中，如图3E-A采样保持开关Qs的导通时间的积分电容Cl的阻抗与采样保持开关Qs的导通电阻相同的情况、图3E-B采样保持开关Qs的导通时间的积分电容Cl的阻抗为采样保持开关Qs的导通电阻的1/2的情况、图3E-C采样保持开关Qs的导通时间的积分电容Cl的阻抗为采样保持开关Qs的导通电阻的1/4的情况那样，如果相对于采样保持开关65的导通电阻增大积分电容67的电容值或缩小采样保持时间，减小采样保持时间的频率的积分电容67的阻抗，则CDS输出信号振幅减小，AGC放大率O的情况下的灵敏度相对于图3E-A，在图3E-B稍降低约93%，在图3E-C稍降低约60%，但比CDS输出的Ι/f噪声更小，CDS输出的信号噪声比(S/N)提高。因此，由于AFE12内的AGC放大率最大，从而在AFE12内的14比特Α/D后的影像信号处理部5的位移的数字增益放大时的S/N提高，实效灵敏度提高。对于在带复位的⑶S20的奇数N像素相加，S/N为恒定，带复位的⑶S20的输出信号振幅增大。如果与灵敏度高的非专利文献I的IT 一 CCD组合，则可以补偿CDS输出信号振幅减小，AGC放大率O时的灵敏度降低，因此，有效灵敏度变得非常高。特别是，如果将降低Ι/f噪声的带复位的CDS20和降低Ι/f噪声的AFE12串联连接，则有效灵敏度更高。另外，如果与实施例4的多像素轮廓补正组合，则可以减小轮廓补正量，可以补正调制度降低，可以降低噪声增加特别是高频带噪声的增加。另外，在透镜的光圈开放及望远端等，即使调制度从低频率开始降低，也能够补正调制度降低，能够再现影像信号的轮廓。因此，实效灵敏度进一步提高。另外，非专利文献I的IT 一 CXD的饱和信号量也从目前的IOOOmV提高到1400mV，因此，如果降低AFE12内的AGC放大率，则也能够对应约3dB比目前高的入射光量，鲜明的彩色摄像的有效的灵敏度的可变范围进一步扩大，监视用途变广。由于能够与更高的入射光量对应，所以优选饱和信号量高的CCD。
[0096]因此，在摄像装置中使用灵敏度高且饱和信号量也高达约1400mV以上的(XD、带复位的⑶S20、12比特以上的AFE、带数字增益放大功能的影像信号处理部5，将通过带复位的CDS20进行奇数N像素相加，相对于带复位的CDS20的采样保持开关65的导通电阻增大积分电容67的电容值或减小采样保持时间，减小采样保持时间的频率下的积分电容67的阻抗、14比特AFE12内的AGC放大和影像信号处理部5的数字增益放大进行组合，则有效灵敏度变得非常高。数字增益放大功能也可以存在于AFE12内。[0097]S卩，通过将实施例5的技术彼此自由组合来实施，降低固定噪声，降低跳入噪声，降低Ι/f噪声，维持色而有效地提高灵敏度。
[0098]另外，实施例1?实施例5的技术不限于上述说明及图示的组合的例，可以将各技术自由组合应用。通过实施例1?实施例5的技术的组合，不仅可以提高灵敏度，而且可以降低固定噪声，降低Ι/f噪声，维持色，有效地提高灵敏度。
[0099]如果使用非专利文献I的1/3型的960H的CXD将实施例1?实施例3的水平像素相加实现的高灵敏度化和实施例5的固定噪声与Ι/f噪声的降低实现的有效的高灵敏度化组合，则能够通过1/3型维持色而实现超高灵敏度。进而，如果与实施例4的多像素轮廓补正实现的调制度降低的补正组合，则能够容许高倍率望远变焦透镜的望远端的调制度降低及开放口径比降低。因此，如果将非专利文献I的1/3型的960H的(XD、实施例1?实施例3的高灵敏度化、实施例4的调制度降低补正、实施例5的噪声降低、为非专利文献2的1/3型且小型低价格的55倍望远变焦透镜组合，则国境监视所要求的封入氮的云台也成为小型低价格，能够实现综合且小型低价格的超高灵敏度的彩色监视装置。
[0100]实施例6
[0101]将应用上述水平像素相加的构成的灵敏度降低方法作为实施例6在下面进行叙述。
[0102]在表示本实用新型一实施例的整体构成的摄像装置的框图的图1中，具有输入CCD摄像元件的输出的信号电荷的带复位的CDS20和水平同步发生部19。如果使带复位的CDS20的CDS复位脉冲相位可变，则信号噪声比为恒定，带复位的CDS的输出信号振幅可变，灵敏度可变。因此，通过CPU4控制在水平同步发生部19中发生的⑶S复位脉冲相位可变。特别是，如果将带复位的CDS20和AFE12串联连接，则即使使复位脉冲相位可变，也能够通过AFE12再次采样保持，因此，调制度不发生变化。即，鲜明的彩色摄像的有效的灵敏度的可变范围进一步扩大，监视用途变广。
[0103]在覆盖有雪或冰的地面的晴天或夏至的晴天下的摄像等，使输入了入射光量的平均值异常多的CCD摄像元件的输出的平均值异常多的信号电荷的上述带复位的CDS的CDS复位脉冲的相位提前，减小带复位的CDS的输出信号振幅，降低灵敏度。其结果是，即使是EM - CCD等不能使电子快门速度太过高速的摄像元件或非专利文献I的1/3型的960H的CCD等过高灵敏度的摄像元件，也能够容易降低灵敏度，不需要调制度降低或高昂的点ND滤光器或切换色温度变换滤光器或ND滤光器的高昂的远程滤光盘。其结果可以以低价格实现高灵敏度的昼夜兼用的彩色监视装置。
[0104]实施例6不限于表示本实用新型一实施例的整体构成的摄像装置的框图的图1，只要有使CDS复位脉冲相位可变的水平同步发生部、输入CCD摄像元件的输出的信号电荷的带复位的⑶S即可。因此，在使用了色分解光学系统和三个以上的CXD摄像元件和三个以上的带复位的CDS的固体摄像装置中，只要有使CDS复位脉冲相位个别可变的水平同步发生部，则也可以适用。
[0105]在钠光灯等的CCD摄像元件的分光灵敏度高的偏红或绿的照明、或蓝色发光二极管等单色的照明下，使用色分解光学系统和三个以上的CCD摄像元件，具备各色且共用的电子快门驱动电路的固体摄像装置用于摄影的情况下，照明的较多偏的色或单色照明的色的CCD摄像元件的入射光量和CCD摄像元件的输出的平均值相比其它色的CCD摄像元件的入射光量和CCD摄像元件的输出的平均值，异常增多。因此，使平均值大的入射光量的色的复位脉冲的相位提前，减小带复位的CDS的输出信号振幅，降低灵敏度。也可以使平均值小的入射光量的色的复位脉冲的相位延迟，增大带复位的CDS的输出信号振幅，增加灵敏度。即，只要使向各固体摄像元件的入射光量和CCD摄像元件的输出的平均值、输入各固体摄像元件的信号电荷的带复位的CDS的复位脉冲的相位的超前相成比例即可。即使具备各色共用的电子快门驱动电路，也能够使各色的带复位的CDS的输出信号振幅的平均值均等地接近，能够将AGC有效用于灵敏度可变，能够以白平衡对应的色温度范围及能够以AGC对应的入射光量的范围可以扩展。
[0106]如果将相对于实施例5的采样保持开关的导通电阻增大积分电容的电容值或缩小采样保持时间、减小采样保持时间的频率下的积分电容的阻抗，CDS输出信号振幅减小，降低AGC放大率O的情况下的灵敏度的技术、和复位脉冲的相位可变的技术组合，则能够进一步对应的入射光量的范围可以扩展。特别是如果将复位脉冲的相位可变设为使向固体摄像元件的入射光量或固体摄像元件的输出的信号电荷的平均值、和输入上述固体摄像元件的信号电荷的带复位的CDS的CDS复位脉冲的相位的超前相成比例，则可以通过自动控制进行对应的入射光量的范围可以控制。如果将带复位的CDS的CDS复位脉冲的相位的超前相和非专利文献I的灵敏度高且饱和信号量也高达大致HOOmV以上的CCD组合，则可以通过自动控制对应的入射过量的范围可以进一步扩展。
[0107]因此，不需要切换色温度变换滤光器或ND滤光器的高昂的远程滤光盘。另外，扩展了钠光灯或蓝色发光二极管等照明的自由度。而且，即使是EM - CCD等不能使电子快门速度太过高速的摄像元件、非专利文献I的1/3型的960H的CCD等过高灵敏度的摄像元件，也能够容易降低灵敏度，不需要调制度降低或高昂的点ND滤光器。其结果是，在使用了色分解光学系统和三个以上的CXD摄像元件和三个以上的带复位的⑶S的固体摄像装置中，也能够以低价格实现高灵敏度的昼夜兼用的彩色监视装置。
[0108]实施例1?实施例6的技术不限于上述说明或图示的组合的例，可以将各技术自
由组合应用。
[0109]如果将实施例1?实施例3的高灵敏度化、实施例5的噪声降低实现的有效的高灵敏度化、实施例6的灵敏度降低组合，则灵敏度的可变范围扩大，能够扩展照明的自由度，能够维持色。因此，不需要调制度降低或高昂的点ND滤光器或切换色温度变换滤光器或ND滤光器的高昂的远程滤光盘。其结果可以以低价格实现高灵敏度的昼夜兼用的彩色监视装置。而且，如果与实施例4的调制度降低补正组合，则透镜的像差带来的光圈值开放端附近的调制度降低以及透镜的衍射带来的光圈值闭塞端附近的调制度降低均能够容许补正，进而能够扩大灵敏度的可变范围，维持色。
[0110]简单地说，无论是将实施例1?实施例3的高灵敏度化和实施例6的灵敏度降低组合，还是将实施例5的噪声降低实现的有效的高灵敏度化和实施例6的灵敏度降低组合，都能够扩大灵敏度的可变范围，能够维持色。
[0111]实施例1?实施例3的水平多像素相加在输出伪辉度信号和伪色差信号时，难以使轮廓带伪色。因此，关于实施例1?实施例3的水平多像素相加，如果输出伪辉度信号和伪色差信号且将实施例4的调制度降低补正和实施例5的噪声降低实现的有效的高灵敏度化和实施例6的灵敏度降低组合，则可以适用于状况大幅变化的监视。[0112]产业上的可利用性
[0113]本实用新型可以使用低价格的CCD取得高灵敏度的彩色图像，可以扩大灵敏度的可变范围并维持色，可以以低价格实现高灵敏度的昼夜兼用的彩色监视装置。因此，可以适用于发电站、变电站、铁道线路或道路等宽范围的监视。
[0114]符号说明
[0115]1、21、22、23:摄像装置、2:透镜、4:CPU、
[0116]5:包含奇数像素相加对应的色分离部和多像素轮廓补正部的影像信号处理部、
[0117]6:读出垂直传送驱动部(V - TG)、7:温度传感器、8:D/A、
[0118]9:EM — CCD、12:AFE、
[0119]15:CMG驱动部、16:冷却部、17:冷却驱动部、18:1T 一 CCD、
[0120]19:水平传送驱动部(H - TG)、20:带复位的CDS、
[0121]24:影像信号处理部、25:奇数像素相加色分离部、26:多像素轮廓补正部、
[0122]27:影像电平判定部、28:像素延迟22个(16个、10个)部、
[0123]29、30:轮廓信号生成部、
[0124]40?41:比特位移部(1/2乘法器)、44:加法器、42?43:减法器、
[0125]50?58:加法器、
[0126]59:小振幅大振幅的压缩限制器、60:使正负和放大率可变的乘法器、
[0127]Ml?M8:行存储器、M9:暗电流画面存储器、MlO:跳入画面存储器、
[0128]37?39:奇数像素延迟部、NO?N6:负的乘法器、P3:正的乘法器、
[0129]61:输入缓存器(Bi)、62:钳位耦合电容(Cci)、63:钳位开关(Qq)、
[0130]64:中间缓存器(Bm)、65:采样保持(置位)开关(Qs)、
[0131]66:复位开关(Qr) >67:积分电容(Cl) >68:输出缓存器(Bo)
【权利要求】
1.一种彩色固体摄像装置，使用一个带单片滤色器的水平公称960像素以上的IT -CXD摄像元件，其特征在于， 具有:具有输入所述IT - CCD摄像元件的信号电荷的钳位功能和采样保持/置位功能和复位功能的相关双采样保持部件；将3以上的奇数的水平像素电荷信号相加的部件；将该相加后的信号进行模拟一数字变换的部件；将该数字变换后的信号进行水平周期延迟的部件；将该数字变换后的信号以像素单位延迟的部件；将该数字变换后的信号进行左右相加来计算伪辉度信号的部件；通过相对于该数字变换后的像素信号的顺序方向为正负的斜向减法运算来计算伪色差信号的部件。
【文档编号】H04N9/07GK203691551SQ201190000656
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2011年7月31日 优先权日:2010年8月6日
【发明者】福角浩昭, 中村和彦 申请人:株式会社日立国际电气