专利名称：控制照相机系统的方法以及使用该方法的照相机系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高灵敏三板彩色照相机系统，更特别地涉及一种控制同时满足高灵敏度和高分辨率的照相机系统的方法、以及使用该方法的照相机系统。
背景技术：
相关申请的交叉参考本发明包含与2006年3月1日在日本专利局提交的日本专利申请JP2006-055143相关的主题，该申请的全部内容被结合于此以作参考。
相关技术的描述在相关技术中已知一种具有多个固态成像器件的彩色照相机系统，该彩色照相机系统同时满足高灵敏度和高分辨率。
在图11的框图中示出了在JP-B-7-075409中所公开的已知高灵敏彩色照相机系统300。
高灵敏彩色照相机系统300被配置成包括固态成像器件302到304、相位控制电路307、像素相加控制电路308、采样保持电路310B、310G和310R、以及同步信号发生电路311。在该照相机系统中，布置在固态成像器件302到304的水平方向上的像素相互相加，从而实现高灵敏度特性。在像素相加过程中，从像素相加控制电路308输出的像素相加控制信号被提供给B(蓝色)固态成像器件302和R(红色)固态成像器件304，以及具有由相位控制电路307所控制的相位的像素相加控制信号被提供给G(绿色)固态成像器件303。
图12A示出了在对像素没有执行在水平方向上的像素相加过程的正常操作中像素的布置。图12B示出了在下述情形中像素的空间布置，即在高灵敏彩色照相机系统300中沿水平方向上的两个像素彼此相加。在该照相机系统300中，提供给G固态成像器件303的像素相加控制信号从提供给B固态成像器件302和R固态成像器件304被偏移对应于一个像素的量，以使G像素和B与R像素被依次交替布置。结果，减小了亮度信号分量的水平分辨率的恶化(参见图12B)。
图13是示出在JP-A-2002-034049中所公开的已知彩色照相机系统中像素的空间布置的示意图。在该布置中，G像素沿水平和垂直方向从B和R像素分别被偏移对应于半个像素的量。如公式1中所示，计算亮度信号Y(例如Y121、Y122、Y211和Y212)，并且进行插值以产生增大量多达布置在G固态成像器件上像素数的4倍的亮度信号。
Y121＝0.3*R21+0.59*G21+0.11*B21Y122＝0.3*R22+0.59*G21+0.11*B22Y211＝0.3*R21+0.59*G11+0.11*B21Y212＝0.3*R22+0.59*G11+0.11*B22(符号“*”表示乘号。)代替通过插值产生增大量多达G像素数的4倍的亮度信号，通过将布置在固态成像器件上的像素数减少到1/4并增大一个像素的光接收面积来实现高灵敏度特性。
发明内容
在JP-B-7-075409中所公开的高灵敏彩色照相机系统300中，通过控制分别提供给G固态成像器件303和B与R固态成像器件302与304的像素相加控制信号，以使G像素和B与R像素被依次交替布置，来减小亮度信号分量的水平分辨率的恶化。
然而，由于亮度信号主要由G信号组成，如图12B所示，所以在高灵敏彩色照相机系统300中，G像素在水平两像素相加过程后沿水平方向被相互分开对应于2δ(δ对应于固态成像器件中相邻像素之间的间隙)的间隙，从而与不执行像素相加过程的情况相比，大大恶化了水平分辨率。
在JP-A-2002-034049中所公开的高灵敏彩色照相机系统中，需要布置G像素沿水平和垂直方向从B与R像素分别偏移对应于半个像素的量。
图14B示出了在G像素以理想方式相互偏移的情形中像素的布置。当在这种像素布置中对亮度信号进行插值时，可以实现最大的有效分辨率。然而，位置的不规则性在固态成像器件的定位过程中相对较大，如图14C所示。当G像素被偏移到G’像素的位置时，随着G’像素移动更靠近B与R像素，通过插值获得的亮度信号Y向B与R像素的附近偏移，从而减小了有效分辨率。
鉴于上述情况，需要产生具有高灵敏度和高分辨率的图像。
根据本发明的第一实施例，提供一种控制具有多个固态成像器件的照相机系统的方法，该方法包括给所述多个固态成像器件提供其相位受控的水平相加控制信号和垂直相加控制信号；根据水平相加控制信号和垂直控制信号来选择所述多个固态成像器件的像素列和行；相互相加多个像素信号，所述多个像素信号在所选的像素列和行的水平方向、垂直方向或者水平与垂直二方向上彼此相邻；以及使用相加的像素信号来处理亮度信号和色彩信号，并给亮度信号和色彩信号加上同步信号，以便输出彩色图像信号。
根据本发明的第二实施例，提供一种照相机系统，该照相机系统包括多个固态成像器件；控制电路，其给所述多个固态成像器件提供其相位受控的水平相加控制信号和垂直相加控制信号，其中水平相加控制信号和垂直相加控制信号用于相互相加多个像素信号，所述多个像素信号在水平方向、垂直方向或者水平与垂直二方向上彼此相邻；以及信号处理电路，其中根据从控制电路输出的水平相加控制信号和垂直相加控制信号，从所述多个固态成像器件输出在水平方向、垂直方向或者水平与垂直二方向上彼此相邻的所述多个像素信号的相加的像素信号，使用相加的像素信号来处理亮度信号和色彩信号，并给亮度信号和色彩信号加上同步信号，从而输出彩色图像信号。
在根据第一实施例控制照相机系统的方法中，多个像素沿水平方向、垂直方向或者水平与垂直二方向被相互电偏移任意间隙。因此，有可能在暗处以高灵敏度和高分辨率来照相。
在根据第二实施例的照相机系统中，固态成像器件的像素通过使用控制信号沿水平方向、垂直方向或者水平与垂直二方向被相互电偏移任意间隙。因此，有可能以高精度布置像素。
图1是示出CCD型固态成像器件的配置的框图。
图2示出用于解释控制CCD型照相机系统的一种方法的时序图。
图3A和图3B是示出CCD型照相机系统中像素的一种示例性布置的图。
图4示出用于解释控制CCD型照相机系统的另一种方法的时序图。
图5A和图5B是示出CCD型照相机系统中像素的另一种示例性布置的图。
图6是示出CMOS型固态成像器件的配置的框图。
图7示出用于解释控制CMOS型照相机系统的一种方法的时序图。
图8示出用于解释控制CMOS型照相机系统的另一种方法的时序图。
图9是示出CCD型照相机的配置的示意性框图。
图10是示出CMOS型照相机的配置的示意性框图。
图11是示出在相关技术中已知的高灵敏彩色照相机系统的配置的框图。
图12A和图12B是示出用于解释图11中所示的高灵敏彩色照相机系统的操作的像素的一种示例性布置的图。
图13是示出用于用于解释高灵敏彩色照相机系统的操作的像素的另一种示例性布置的图。
图14A到图14C是示出用于解释高灵敏彩色照相机系统的操作的像素的又一种示例性布置的图。
具体实施例方式
CCD(电荷耦合器件)型成像器和CMOS(互补金属氧化物半导体)型成像器被称为固态成像器件，并且本发明的实施例可以应用于任一类型的成像器。
首先将参考图1到图5描述一种控制使用CCD型成像器(固态成像器件)的照相机系统的方法。在该实施例中，多板型固态成像器件，例如三板型彩色照相机系统，将被用作照相机系统的实例。
在下文将参考图1到图5描述根据本发明实施例的控制CCD型照相机系统的方法。在该三板型CCD照相机系统中，固态成像器件11被配置成具有三个固态成像器件，也就是，R固态成像器件11R、B固态成像器件11B、以及G固态成像器件11G。
在图1中为方便起见仅说明一个固态成像器件11。在图1中所说明的固态成像器件11的R、B和G固态成像器件11R、11B和11G(未示出)中，像素12以矩阵布置，垂直寄存器13沿列方向被交替布置在像素列上；以及水平寄存器14被耦合到垂直寄存器13的输出端。水平寄存器14的输出端被耦合到浮动扩散放大器(FD放大器)17，以及从FD放大器17输出像素信号。
水平传送时钟(H传送时钟)15从定时发生器(未示出)被提供给R、B和G固态成像器件11R、11B和11G的每个水平寄存器14，以及垂直传送时钟(V传送时钟)16被提供给每个垂直寄存器13。
当通常在亮处照相时，在每个像素12中接收和产生的电荷被传送到垂直寄存器13，以及在垂直寄存器13中的电荷与V传送时钟16同步被输出到水平寄存器14。水平寄存器14的像素信号与H传送时钟被顺序地传送到固态成像器件11R(11B和11G)的FD放大器17，然后输出到下一级中的S/H(采样保持)电路。图3A示出了在未执行像素相加过程的情形中像素的布置。
另一方面，当在暗处照相时，从后面要描述的定时发生器207输出的控制信号被提供给R、B和G固态成像器件11R、11B和11G中的每个。
在下文将参考图1和图2描述水平像素相加的实例。沿像素的水平方向布置的像素列按照列的垂直方向的顺序将由线1、线2、线3等来表示。由线和行所限定的像素的每个位置由像素地址来表示。
当H传送时钟15在t1，t2，...，t8，...等处被提供给水平寄存器14时，复位脉冲与H传送时钟同步在t1，t3，t5，t7，...等处被提供给R和B固态成像器件11R和11B的线1，以及在t2，t4，t6，t8，...等处被提供给G固态成像器件11G的线1(参见图2的时序图(a)到(c))。
类似地，复位脉冲在t2，t4，t6，t8，...等处被提供给R和B固态成像器件11R和11B的线2，以及在t1，t3，t5，t7，...等处被提供给G固态成像器件11G的线2(参见图2的时序图(d)到(e))。
以这种方式，R和B像素与G像素沿水平方向在线1中的每个H传送时钟处依次被交替选择。同时，R和B像素与G像素彼此被相移了在线1和线2之间的H传送时钟的一个时钟(图2的时序图(a))，因而在垂直奇数线和垂直偶数线之间被相位调制。
结果，在R和B固态成像器件11R和11B的线1(在下文简单地称为“线1(R和B)”)中，在t1处选择地址1(在下文简单地称为“像素地址1”)的像素，以及在t2处选择像素地址1和像素地址2。在t2处，像素地址2在G固态成像器件11G的线1(在下文简单地称为“线1(G)”)中被选择并从其输出。在t3处，像素地址3在线1(R和B)中被选择。在t4处，像素地址3和4在线1(R和B)中被选择，以及像素地址4在线1(G)中被选择。随后的像素地址以与上述相同的方式被选择。像素在线1中进行地址选择、然后进行相加过程并从FD放大器17输出的情况在图2的时序图(f)和(g)中被示出。
像素地址1在t1处在线2(G)中被选择。在t2处，像素地址2在线2(R和B)中被选择，以及像素地址1和2在线2(G)中被选择。在t3处，像素地址2和3在线2(R和B)中被选择，以及像素地址3在线2(G)中被选择。在t4处，像素地址4在线2(R和B)中被选择，以及像素地址3和4在线2(G)中被选择。随后的像素地址以与上述相同的方式被选择。像素在线2中进行地址选择、然后进行相加过程并从FD放大器17输出的情况在图2的时序图(h)和(i)中被示出。
以这种方式，沿R、B和G固态成像器件11R、11B和11G的水平方向彼此相邻的两个像素利用复位脉冲来相互相加并进行调制，以使两个像素具有对应于在垂直奇数线和垂直偶数线之间一个水平像素的相移。在这种情况下，复位脉冲被提供给B和R固态成像器件11B和11R，并以对应于一个垂直像素的相移被输出到G固态成像器件11G。
通过沿水平方向相加两个像素所获得的像素信号被输出给R、B和G固态成像器件11R、11B和11G，然后通过S/H电路等被提供给下一级中的信号处理电路。从R、B和G固态成像器件11R、11B和11G输出的像素的布置在图3B中被示出。
因此，相加的G像素和相加的B与R像素沿水平和垂直二方向在空间中依次被交替布置，以及G像素沿水平方向被相互分开对应于δ(δ对应于G固态成像器件的相邻像素之间的间隙)的间隙，从而与图12B的情况相比，在插值过程后大大改善了水平分辨率。
接着将描述另一种控制由CCD构成的CCD型照相机系统的方法以作为本发明的实施例。该CCD型照相机系统具有与图1相同的配置，但是以不同的方式进行控制。图4示出了用于驱动由CCD构成的R、B和G固态成像器件11R、11B和11G的V传送时钟、H传送时钟、复位脉冲等的时序图。
图4的时序图(a)到(e)涉及垂直定时。V传送时钟(R和B)t1a和t1b以及V传送时钟(G)t1c与H同步信号的t1同步被提供给R、B和G固态成像器件11R、11B和11G。在t2处，V传送时钟(R和B)t2a和t2b以及V传送时钟(G)t2c和t2d被提供给R、B和G固态成像器件11R、11B和11G。
随后，在时间t3，t4，...等处，V传送时钟(R和B)和V传送时钟(G)被提供给R、B和G固态成像器件11R、11B和11G，如图4的时序图(a)到(c)所示。
结果，在H同步信号的t1处，沿垂直方向的线1(像素地址线1)和线2(像素地址线2)在输出(R和B)处被选择，以及沿垂直方向的像素地址线1在输出(G)处被选择。在下文，线1，线2，...等将以类似的方式被表示为像素地址线1，像素地址线2，...等。
在t2处，沿垂直方向的像素地址线3和4在输出(R和B)处被选择，以及沿垂直方向的像素地址线2和3在输出(G)处被选择。沿垂直方向选择像素以及从输出(R和B)与输出(G)中输出相加的像素信号的情况在图4的时序图(d)和(e)中被示出。
接着将描述用于在上述垂直定时的每个H同步周期中驱动R、B和G固态成像器件11R、11B和11G的水平定时。图4的时序图(f)示出了H传送时钟t1，t2，...，t8，...等。与H传送时钟同步，复位脉冲(R和B)在t1，t3，t5，...等处被提供给R和B固态成像器件11R和11B，以及复位脉冲(G)在t2，t4，t6，...等处被提供给G固态成像器件11G。
结果，在t1处，像素地址1在输出(R和B)处被选择，以及在t2处，像素地址1和2以及像素地址2分别在输出(R和B)和输出(G)处被选择，如图4的时序图(i)和(j)所示。在t3处，像素地址3在输出(R和B)处被选择，以及像素地址2和3在输出(G)处被选择。沿水平方向的随后像素地址以与上述相同的方式被选择，以及相加的像素信号从输出(R和B)和输出(G)被输出。
以这种方式，在垂直和水平像素相加的实例中，在R、B和G固态成像器件11R、11B和11G中用于相互相加垂直的两个相邻线的V传送时钟和用于相互相加水平的两个相邻线的复位脉冲由定时发生器产生。定时发生器给G固态成像器件11G提供具有对应于一个H周期的相移的V传送时钟以及具有对应于一个垂直像素的相移的复位脉冲。
在R、B和G固态成像器件11R、11B和11G中利用供给这种控制信号而产生的电荷作为像素信号通过S/H电路被输出到下一级中的信号处理电路。
通过水平的两像素和垂直的两像素(线)相加过程而获得的像素的示例性布置在图5B中被示出。
然而，与图5A的情况相比，图5B中所示的像素布置示出了分辨率的显著恶化。因此，在这种情况下另外布置亮度(Y)信号。也就是，根据上述公式1使用G像素和与G像素相邻的B和R像素来计算亮度(Y)信号，并对其插值以布置在G像素和B与R像素之间。利用这种布置，改善了灵敏度特性和有效分辨率。
在本实施例中，G像素和B与R像素被相互电偏移了像素相加控制信号(例如V传送时钟和复位脉冲)的相位差。因为通过这种电相位控制所偏移的像素的精度与机械定位的相比非常高，所以通过亮度信号的插值来大大改善有效分辨率。
接着将参考图6和图7描述一种控制由CMOS构成的CMOS型照相机系统的方法以作为本发明的另一实施例。
图6示出了CMOS型照相机系统100的框图。CMOS型照相机系统100被配置成具有R、B和G固态成像器件101R、101B和101G，每个固态成像器件被配置成包括像素(光接收元件)102、行选择线103、列选择线104、V(垂直)驱动器105、译码器106、I-V(电流到电压)转换器107、A/D(模数)转换器108、定时发生器109、选择器110、加法器111、输出电路112等。
来自定时发生器109的行选择信号，即行选择计数器输出1和行选择计数器输出2被提供给译码器106并由该译码器106进行译码，以及译码结果被输出到V驱动器105。根据从V驱动器105输出的行选择信号来选择任意行。
来自定时发生器109的列选择信号，即列选择计数器输出1和列选择计数器输出2被提供给选择器110，以及根据列选择信号来选择任意列。从一个或两个选择的列所提取的像素信号被输出到加法器111，并在相互相加后被提供给输出电路112。
当通常在亮处照相时，行选择线103根据从V驱动器105输出的行选择信号被选择，并根据从列选择计数器输出1和2输出的列选择信号来选择任意列。结果，所选的像素信号通过列信号线104被提供给I-V转换器107，然后输出到A/D转换器108。从A/D转换器108输出的像素信号通过加法器111和输出电路112从CMOS型固态成像器件101R、101B和101G被输出到下一级中的信号处理电路。这种情况的像素的电布置与图3A所示的类似。
接着将描述当在暗处照相时水平像素相加过程的实例。首先将参考时序图描述垂直定时。行选择信号与H同步信号的t1，t2，t3，...等同步从定时发生器109的行选择计数器输出1被输出到译码器106。此时，在垂直方向上的线(像素地址线)的行选择信号不从行选择计数器输出2被输出(参见图7的时序图(a)到(c))。
根据行选择计数器输出1，在t1处选择在像素垂直方向上的像素地址线1，在t2处选择像素地址线2，以及类似地，在t3处选择像素地址线3。此时，在垂直方向上的像素地址线的选择信号不从行选择计数器输出2被输出。
接着将参考时序图描述一个水平同步周期中的水平定时。线1(＝n；n是正奇整数)的水平定时在图7的时序图(d)到(h)中被示出。在MCK(主时钟)的t1处，水平方向上的像素地址1在列选择计数器输出1(R和B)处被选择，以及像素地址2在列选择计数器输出2(R和B)处被选择。而且，像素地址不在列选择计数器输出1(G)处被选择，以及像素地址1在列选择计数器输出2(G)处被选择。结果，所选的水平方向上的像素地址1和2由加法器111相互相加，并且相加结果被输出到输出(R和B)。然而，相加结果不被输出到输出(G)。
在t2处，水平方向上的像素地址3在列选择计数器输出1(R和B)处被选择，以及像素地址4在列选择计数器输出2(R和B)处被选择。而且，像素地址2在列选择计数器输出1(G)处被选择，以及像素地址3在列选择计数器输出2(G)处被选择。结果，所选的水平方向上的像素地址3和4由加法器111相互相加，并且相加结果从输出(R和B)被输出。类似地，所选的像素地址2和3由加法器111相互相加，并且相加结果从输出(G)被输出。随后，类似的操作在t3，t4，...等处被重复执行，如图7的时序图(g)和(h)所示。
线2(＝n+1；n是正奇整数)的水平定时在图7的时序图(i)到(m)中被示出。在MCK的t1处，水平方向上的像素地址不在列选择计数器输出1(R和B)处被选择，以及像素地址1在列选择计数器输出2(R和B)处被选择。而且，像素地址1在列选择计数器输出1(G)处被选择，以及像素地址2在列选择计数器输出2(G)处被选择。从加法器111输出的相加结果不从输出(R和B)被输出，以及由加法器111所得的像素地址1和2的相加结果从输出(G)被输出。
在t2处，水平方向上的像素地址2在列选择计数器输出1(R和B)处被选择，以及像素地址3在列选择计数器输出2(R和B)处被选择。而且，像素地址3在列选择计数器输出1(G)处被选择，以及像素地址4在列选择计数器输出2(G)处被选择。结果，水平方向上的像素地址2和3由加法器111相互相加，并且相加结果从输出(R和B)被输出。类似地，像素地址3和4由加法器111相互相加，并且相加结果从输出(G)被输出。随后，类似的操作在t3，t4，...等处被重复执行，如图7的时序图(l)和(m)所示。
以这种方式，在R、G和G固态成像器件101R、101B和101G中，在水平方向上彼此相邻的两个像素被相互相加，然后进行调制，以使两像素具有对应于在垂直奇数线和垂直偶数线之间一个水平像素的相移。沿水平方向相加的像素信号从R、G和G固态成像器件101R、101B和101G的每个中被输出。
然后，在下一级中的信号处理电路中执行预定的信号处理。从CMOS型照相机系统100输出的像素的示例性布置变得与图3B所示的相同。
因此，相加的G像素和相加的B与R像素沿水平和垂直二方向在空间中依次被交替布置，以及G像素沿水平方向被相互分开对应于δ(δ对应于G固态成像器件中相邻像素之间的间隙)的间隙，从而与图12B的情况相比，在插值过程后大大改善了水平分辨率，接着将参考图8描述一种使用垂直和水平加法过程控制由CMOS构成的CMOS型照相机系统的方法以作为本发明的实施例。
图8的时序图(a)到(c)涉及垂直定时，并且示出了行选择计数器1和2的定时的特定实例。与H同步信号的t1同步，垂直方向上的像素地址线1在行选择计数器输出1(R和B)处被选择，以及垂直方向上的像素地址线2在行选择计数器输出2(R和B)处被选择。此时，像素地址线不在行选择计数器输出1(G)处被选择，以及像素地址线1在行选择计数器输出2(G)处被选择。
在t2处，像素地址线3在行选择计数器输出1(R和B)处被选择，以及像素地址线4在行选择计数器输出2(G)处被选择。此时，像素地址线2在行选择计数器输出1(G)处被选择，以及像素地址线3在行选择计数器输出2(G)处被选择。在垂直方向上随后的像素地址线以与上述相同的方式被选择。
接着将参考图8的时序图(d)到(f)描述在一个H同步周期中的水平定时。与MCK的t1，t2，t3，...等同步，启动列选择计数器输出1和2(R和B)以及列选择计数器输出1和2(G)，并且选择水平方向上的像素地址。
在t1处，水平方向上的像素地址1在列选择计数器输出1(R和B)处被选择，以及像素地址2在列选择计数器输出2(R和B)处被选择。而且，像素地址不在列选择计数器输出1(G)处被选择，以及像素地址1在列选择计数器输出2(G)处被选择。此时，由加法器111所得的像素地址1和2的相加结果从输出(R和B)被输出。然而，加法结果不从输出(G)被输出。
在t2处，像素地址3在列选择计数器输出1(R和B)处被选择，以及像素地址4在列选择计数器输出2(R和B)处被选择。而且，像素地址2在列选择计数器输出1(G)处被选择，以及像素地址3在列选择计数器输出2(G)处被选择。此时，由加法器111所得的像素地址3和4的相加结果从输出(R和B)被输出，并且由加法器111所得的像素地址2和3的相加结果从输出(G)被输出。随后，类似的操作被重复执行，如图8的时序图(d)到(h)所示。
以这种方式，用于相加垂直两条线并从行选择计数器输出1和2提供的控制信号与用于相加水平两条线并从列选择计数器输出1和2提供的控制信号被提供给R和B固态成像器件101R和101B，然后以对应于水平和垂直方向上一个像素的相移被输出到G固态成像器件101G。
结果，从CMOS型R、B和G固态成像器件101R、101B和101G输出通过相互相加垂直两条线和水平两个像素所获得的像素信号，然后在下一级中的信号处理电路中执行预定的信号处理。像素的布置变得与图5B所示的相同。
因为图5B所示的像素布置与CCD型R、B和G固态成像器件11R、11B和11G的情况相同，所以可以通过使用G像素和与G像素相邻的R和B像素对亮度信号Y进行插值来改善有效分辨率和灵敏度特性。
因此，有可能通过调制在垂直奇数线和垂直偶数线之间的列选择计数器输出1和2的相位来在水平像素相加过程时防止水平分辨率的恶化。
而且，G像素和B与R像素被相互电偏移了列选择计数器输出1和2与行选择计数器输出1和2的相位差。因为通过这种电相位控制所偏移的像素的精度与机械定位的相比非常高，所以通过亮度信号的插值来大大改善有效分辨率。
虽然在上文描述了两个像素相加过程的实例，但是本发明不限于此。任意数量的像素可以沿水平方向、垂直方向或者水平与垂直二方向被相互相加。
接着在图9中示出根据本发明另一实施例的使用CCD型固态成像器件的CCD型照相机系统200的框图。
CCD型照相机系统200是三板型成像器件的实例，并且被配置成具有分色棱镜(未示出)；R CCD型固态成像器件201、B CCD型固态成像器件202、以及G CCD型固态成像器件203；S/H电路204R、204B、以及204G；处理电路205；编码器206；以及定时发生器207。
分色棱镜(未示出)允许输入图像直接从其通过或在其上反射，并将输入图像提供给三个R、B和G CCD型固态成像器件(在下文简单地称为“R、B和G CCD”)201到203。例如，当图像通过透镜被输入时，直接穿过分色棱镜的图像被输入到G CCD 203，以及在分色棱镜上反射的图像被输入到R和BCCD 201和202。
在R、B和G CCD 201到203中，与图1所示的类似，用于垂直传送的V寄存器被布置在像素线之间，H寄存器沿水平方向布置，以及像素信号从FD放大器输出。
S/H电路204R、204B和204G的输入被耦合到R、B和G CCD 201到203的输出和定时发生器207的输出，以及S/H电路204R、204B和204G的输出被耦合到处理电路205。在S/H电路204R、204B和204G中，从R、B和G CCD201到203提供的像素信号与定时发生器207所提供的定时信号同步被采样并保持。所保持的像素信号被输出到下一级中的处理电路205。
定时发生器207给R、B和G CCD 201到203提供V传送时钟、H传送时钟或复位脉冲，并且给S/H电路204R、204B和204G输出采样时钟。定时发生器207被提供用于设置相加模式的控制信号，其中用于水平和垂直像素(线)相加过程的控制信号被输出到R、B和G CCD 201到203。
处理电路205对采样并保持的像素信号执行信号处理。处理电路205被配置成例如具有A/D转换器(未示出)、具有校正处理单元、亮度信号处理单元、以及色彩信号处理单元等的信号处理单元。
校正处理单元采样并保持从R、B和G CCD 201到203输出的像素信号以便提取必需的数据，执行增益控制(AGC)过程以调整成合适的电平，以及执行黑电平调整。来自预处理单元的输出信号被输出到下一级中的A/D转换器。
A/D转换器将从预处理单元提供的输出信号转换成具有10到12位的精度的数字信号，并且将该数字信号输出到下一级中的信号处理单元。
信号处理单元被配置成具有校正处理单元、亮度信号处理单元、色彩处理单元等，并且执行数字信号处理。在校正处理单元中，执行黑色检测过程、数字增益控制过程、透镜阴影校正过程、像素误差校正过程、像素插值过程、亮度信号(数据)和色彩信号(数据)的分离过程等。
亮度信号处理单元执行各种图像处理过程，例如沿垂直和水平方向的亮度信号的边缘校正过程、以及伽马(γ)校正过程。
在色彩信号处理单元中，执行箝位过程、除去色彩信号或色彩错误信号中噪声的过程、RGB矩阵过程、用于改变R、G和B色的每个系数的白平衡调整、伽马(γ)校正过程、R-G或B-G转换过程、色差信号(Cr或Cb)产生过程、色调或增益调整过程等。
编码器206被提供从处理电路205输出的亮度信号Y和色差信号R-Y与B-Y，并且输出加有同步信号的模拟复合信号。除模拟复合信号之外，从编码器206输出诸如模拟分量信号、数字分量信号之类的其他信号。
接着将参考图1到图5以及图9描述由CCD构成的CCD型照相机系统200当通常在亮处和暗处被使用时的操作。
当在亮处照相时执行正常操作。此情况的像素的示例性布置在图3A中被示出，其中不执行通过像素相加过程来改善亮度的过程。另一方面，当在暗处照相时，需要执行具有高灵敏度的照相操作。通过相加垂直两像素或者垂直两像素和水平两像素(线)来获得高灵敏度特性的操作将被描述为特定实例(参见图3B和图5B)。在这种情况下，相加像素的数量不限于此。
当CCD型照相机系统200在暗处操作时，将摄影对象通过光学系统拍摄为进入R、B和G CCD 201到203的图像。
首先将描述在暗处照相时执行水平两像素相加的情况。相加模式设置(信号)被提供给定时发生器207，以及从定时发生器207产生用于水平两像素相加过程的控制信号。然后，V传送脉冲、H传送脉冲、以及复位脉冲从定时发生器207被提供给R、B和G CCD 201到203，选择水平方向上的像素地址，并且水平方向上的相加像素信号从输出线1或2被输出(参见图2的时序图(f)到(i))。
从R、B和G CCD 201到203输出的像素信号被提供给S/H电路204R、204B和204G中的每个，然后与从定时发生器207提供的定时信号同步地被采样并保持。所保持的像素信号被输出到处理电路205。
在处理电路205中，输入的像素信号由A/D转换器转换成数字数据(信号)，并且对转换的数据进行黑电平计算过程和增益控制过程，以便调整亮度。
增益受控的像素数据进行阴影校正过程、误差校正过程、以及像素插值过程，然后被分成色彩数据和亮度数据。
所分开的色彩和亮度数据被分别提供给亮度信号处理单元和色彩信号处理单元。
输入到亮度信号处理单元的亮度信号由LPF(低通滤波器)(未示出)进行滤波，以便除去波带外信号或噪声，并输出在垂直和水平方向上边缘加重的数据。对亮度信号进行伽马(γ)校正过程。
同时，所分开的色彩数据由CLPF(色度LPF)进行滤波以便除去高频分量，并且还从色彩数据中除去噪声和色彩错误信号。R、B和G的三原色信号在RGB矩阵中被确定，并且进行白平衡调整过程和伽马(γ)校正过程。
对伽马(γ)校正的色彩数据进行(R-G)或(B-G)转换以产生色差信号，也就是Cr(＝R-Y)和Cb(＝B-Y).
色差信号(R-Y)和(B-Y)以及亮度信号Y从处理电路205被提供给编码器206。在编码器206中，以与从定时发生器207提供的定时信号同步产生的的水平和垂直同步信号被加到色差信号上，以及从编码器206输出模拟分量信号、模拟复合信号、R、G和B数字分量信号等。
图3B示出了在处理电路的输入端处像素的空间布置。在作为由处理电路的插值过程的结果而获得的像素的空间布置中，亮度信号Y变为具有与图3A所示的相同的分辨率的YCbCr 444或YCbCr 422，或者具有与图3A所示的相同的空间布置的RGB信号。
接着将参考图9描述在暗处照相时水平两像素和垂直两像素(线)相加过程的CCD型照相机系统200的操作。
当水平两像素和垂直两像素(线)相加过程由定时发生器207中的相加模式设置(信号)启动时，与图4的时序图(a)到(c)所示的H同步信号同步的V传送时钟、图4的时序图(f)到(h)所示的H传送时钟、以及复位脉冲根据设置模式被提供给R、B和G CCD 201到203。
结果，图4的时序图(d)和(e)所示的垂直方向上的像素地址线和图4的时序图(i)和(j)所示的水平方向上的像素地址被选择，以及通过沿水平方向或垂直方向相互相加两像素所获得的像素信号从R、B和G CCD 201到203被输出。从R、B和G CCD 201到203输出的像素信号被输出到S/H电路204R、204B和204G，然后进行与上述图像处理相同的过程。
在这种情况下，为了改善分辨率，由处理电路205对亮度信号执行插值过程。布置在G像素和与G像素相邻的R或B像素之间的亮度信号Y通过使用G像素和沿水平和垂直方向从相邻G像素信号偏移半个像素的R或B像素的插值而得到(参见图5B)。
像素布置与在JP-A-2002-034049中所公开的相同，并且因此有可能通过插值来获得增大量多达G像素数的4倍的亮度信号，从而增大敏感度。而且，有可能通过对G像素进行插值来改善有效分辨率，G像素的数量通过像素相加过程被降低到1/4，因此增大了亮度信号中的像素数。
如上所述，G像素和B与R像素被相互电偏移了像素相加控制信号(例如V传送时钟和复位脉冲)的相位差。因为通过这种电相位控制所偏移的像素的精度与机械定位的相比非常高，所以通过亮度信号的插值来大大改善有效分辨率。
接着将描述由CMOS构成的CMOS型照相机系统250以作为本发明的另一实施例。
图10示出了CMOS型照相机系统250的框图。CMOS型照相机系统250被配置成具有R CMOS型固态成像器件251R、B CMOS型固态成像器件251B、以及G CMOS型固态成像器件251G、处理电路253、编码器254等。
R CMOS型固态成像器件251R被形成在与定时发生器(TG)252R以及光检测元件和与像素信号提取相关的电路相同的基板上。类似地，B CMOS型固态成像器件251B和G CMOS型固态成像器件251G分别被形成在与定时发生器(TG)252B和定时发生器(TG)252G相同的基板上。
处理电路253和编码器254具有与图9所示的相同的功能，因而将省略其详细描述。
当在亮处照相时执行正常操作。此情况的像素的示例性布置在图3A和图5A中被示出，其中不执行通过使用像素相加来改善亮度的过程。另一方面，当在暗处照相时，需要执行具有高灵敏度的照相操作。
将描述在暗处照相时通过相加水平两像素或者垂直两像素与水平两像素(线)获得高灵敏度特性的操作以作为实例(参见图3B和图5B)。在这种情况下，相加的像素数不限于此。
当CMOS型照相机系统250在暗处操作时，将摄影对象通过光学系统拍摄为进入R、B和G CMOS型固态成像器件251R、251B和251G的图像。
当在暗处照相时，用于相加模式设置的控制信号和RGB标识ID(信号)被提供给定时发生器252R、252B和252G中的每个。
首先将描述水平两像素相加过程的实例。如图6所示，用于水平两像素相加过程的列选择计数器输出1和2的列选择信号被输出到选择器110，以及行选择计数器输出1和2的行选择信号被输出到译码器106。由译码器106所译码的行选择信号被输出到V驱动器105，以及与水平同步信号同步地顺序选择行(行选择线)103。像素的水平方向上的像素地址根据列选择计数器输出1和2的列选择信号被选择，以及水平方向上相加的像素信号从输出线1或输出线2被输出(参见图7的时序图(g)、(h)、(l)和(m))。
水平方向上相加的像素信号在R、B、G CMOS型固态成像器件251R、251B和251G中的每个进行I-V(电流到电压)转换过程和A/D转换过程，并且转换的信号被输出到处理电路253，然后从编码器254被输出以作为模拟复合信号。
接着将描述用于水平两像素和垂直两像素(线)相加过程的CMOS型照相机系统250的操作以作为本发明的另一实施例。
当在亮处照相时，由CMOS型照相机系统250执行正常操作，并且不执行像素相加过程等。
当在暗处照相时，用于相加模式设置的控制信号和RGB标识ID(信号)被提供给定时发生器252R、252B和252G中的每个。
如图6所示，用于垂直两像素(线)相加过程的行选择计数器输出1和2的行选择信号被输出到译码器106。由译码器106译码的行选择信号被输出到V驱动器105，以及与水平同步信号同步地顺序选择像素的垂直方向上的两行地址。因此，垂直方向上的两像素(线)在每列被相互相加(参见图8的时序图(a)到(c))。
用于水平两像素相加过程的列选择计数器输出1和2的列选择信号被输出到选择器110，从而选择对应于两列的信号线。
因为通过沿垂直方向相加两像素(线)所获得的两列像素信号沿水平方向被选择，然后通过选择器110被提供给加法器111，所以有可能获得这样的像素信号，即水平两像素和垂直两像素(线)沿水平和垂直二方向被相互相加(参见图8的时序图(e)到(h))。
如图5B所示，通过相互相加水平两像素和垂直两像素(线)所获得的G像素被相互分开对应于2δ(δ对应于在像素相加过程之前相邻像素之间的间隙)的间隙，以及B像素(R像素)被布置在沿水平和垂直方向从G像素偏移对应于δ的位置。
因此，G像素沿水平方向被相互分开对应于2δ的量，因而在该状态中恶化了分辨率。因此，除了本领域中已知的上述功能之外，还给处理电路253提供对亮度信号进行插值的功能，例如在JP-A-2002-034049中所公开的。而且，当在暗处照相时，使用G固态成像器件和从G固态成像器件沿水平和垂直方向偏移半个像素的R与B固态成像器件的像素信号执行插值。
通过水平两像素和垂直两像素(线)相加过程所获得的像素信号由处理电路253进行对亮度信号Y的插值过程以及其他信号处理，然后从编码器254被输出以例如作为模拟复合信号。
也就是，当根据在暗处照相时的像素相加模式设置，使用通过水平两像素和垂直两像素(线)相加过程所获得的像素信号来校正亮度信号时，水平分辨率被恶化。因此，布置在G像素和与G像素相邻的R或B像素之间的亮度信号Y通过使用G像素信号和从相邻G像素信号沿水平和垂直方向偏移半个像素的R或B像素信号来插值。
因此，在水平两像素和垂直两像素(线)相加过程的上述实例中，有可能通过插值获得增大量多达G像素数量的4倍的亮度信号，从而增大灵敏度。而且，通过经由插值过程增大亮度信号的量，有可能增大通过像素相加过程减少到1/4的像素的数量，从而改善有效水平和垂直分辨率。
如上所述，G像素和B与R像素被相互电偏移了像素相加控制信号(例如V传送时钟和复位脉冲)的相位差。因为通过这种电相位控制所偏移像素的精度与机械定位的相比非常高，所以通过亮度信号的插值来大大改善有效分辨率。
在上文已经描述了通过使用水平两像素相加过程或者水平两像素和垂直两像素(线)相加过程来控制照相机系统的方法以及使用该方法的照相机系统。然而，相加像素的数量可以是4或8，并且不限于这些数字。
如上所述，根据本发明的实施例，因为水平相加控制信号的相位在垂直奇数线和垂直偶数线间被调制，所以有可能防止在水平像素相加过程时水平分辨率的恶化。
当垂直像素(线)相加过程与水平相加过程结合时，将要布置在G像素和R与B像素之间的亮度信号通过控制提供给G固态成像器件的像素相加控制信号的相位以及提供给B与R固态成像器件的像素相加控制信号的相位来插值，从而在尽可能多地抑制有效分辨率恶化的同时实现高灵敏度特性。
因为G像素和B与R像素被相互电偏移了像素相加控制信号的相位差，并且通过这种电相位控制所偏移的像素的精度与机械定位的相比非常高，所以通过亮度信号的插值来大大改善有效分辨率。
因为垂直像素(线)相加过程与水平像素相加过程相结合，并且垂直像素相加过程中相加的像素的数量与水平像素相加过程中的相同，所以有可能实现高灵敏度特性而在相加过程之前和之后不改变宽高比。
在亮处，不用执行像素相加过程就能以高分辨率来照相。甚至在暗处，当通过结合像素相加控制信号的相位控制执行水平和垂直像素相加过程来抑制分辨率恶化时，可以以高灵敏度来照相。
本领域技术人员应该理解，可以根据设计需要和其他因素来进行各种改变、组合、子组合和变化，只要它们在所附权利要求书或其等同物的范围内。
权利要求
1.一种控制具有多个固态成像器件的照相机系统的方法，该方法包括以下步骤给所述多个固态成像器件提供其相位受控的水平相加控制信号和垂直相加控制信号；根据水平相加控制信号和垂直控制信号来选择所述多个固态成像器件的像素列和行；相互相加多个像素信号，所述多个像素信号在所选的像素列和行的水平方向、垂直方向或者水平与垂直二方向上彼此相邻；以及使用相加的像素信号来处理亮度信号和色彩信号，并且给亮度信号和色彩信号加上同步信号以便输出彩色图像信号。
2.根据权利要求1所述的控制照相机系统的方法，其中所述多个固态成像器件中的至少一个被提供有水平相加控制信号和垂直相加控制信号，其相位与其他固态成像器件的相位不同。
3.根据权利要求1所述的控制照相机系统的方法，其中水平相加控制信号的相位在垂直奇数线和垂直偶数线之间被调制。
4.根据权利要求1所述的控制照相机系统的方法，其中通过相加彼此相邻的像素信号或者使用全部像素信号来控制照相机系统，这取决于输入到所述多个固态成像器件的图像的亮度。
5.一种照相机系统，包括多个固态成像器件；控制电路，其给所述多个固态成像器件提供其相位受控的水平相加控制信号和垂直相加控制信号，其中水平相加控制信号和垂直相加控制信号被用来相互相加多个像素信号，所述多个像素信号在水平方向、垂直方向或者水平与垂直二方向上彼此相邻；以及信号处理电路，其中根据从控制电路输出的水平相加控制信号和垂直相加控制信号，从所述多个固态成像器件输出在水平方向、垂直方向或者水平与垂直二方向上彼此相邻的多个像素信号的相加的像素信号，使用相加的像素信号来处理亮度信号和色彩信号，以及给亮度信号和色彩信号加上同步信号，从而输出彩色图像信号。
6.根据权利要求5所述的照相机系统，其中所述多个固态成像器件中的至少一个被提供有水平相加控制信号和垂直相加控制信号，其相位与其他固态成像器件的相位不同。
7.根据权利要求5所述的照相机系统，其中水平相加控制信号的相位在垂直奇数线和垂直偶数线之间被调制。
8.根据权利要求5所述的照相机系统，其中控制电路包括信号转换装置，以及其中该信号转换装置被控制成相加彼此相邻的像素信号或者使用全部像素信号，这取决于输入到所述多个固态成像器件的图像的亮度。
9.根据权利要求5所述的照相机系统，其中信号处理电路通过使用固态成像器件中彼此相邻的像素信号来对亮度信号进行插值。
全文摘要
提供一种控制具有多个固态成像器件的照相机系统的方法。该方法包括给所述多个固态成像器件提供其相位受控的水平相加控制信号和垂直相加控制信号；根据水平相加控制信号和垂直控制信号来选择所述多个固态成像器件中的像素列和行；相互相加多个像素信号，所述多个像素信号在所选的像素列和行的水平方向、垂直方向或者水平与垂直二方向上彼此相邻；以及使用相加的像素信号来处理亮度信号和色彩信号，并给亮度信号和色彩信号加上同步信号以便输出彩色图像信号。
文档编号H04N5/335GK101031089SQ20071009239
公开日2007年9月5日 申请日期2007年3月1日 优先权日2006年3月1日
发明者谷藤敬三 申请人:索尼株式会社