本發(fā)明涉及信號(hào)處理設(shè)備、攝像設(shè)備、控制設(shè)備、信號(hào)處理方法和控制方法，并且特別涉及用于進(jìn)行模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換的信號(hào)處理設(shè)備、攝像設(shè)備、控制設(shè)備、信號(hào)處理方法和控制方法。

背景技術(shù)：

近來，常見的電視標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)從被稱為“全高清”的電視標(biāo)準(zhǔn)改變成被稱為“4k2k”的電視標(biāo)準(zhǔn)，其中，在“全高清”中，存在1920個(gè)水平像素以及1080個(gè)垂直像素，以及在“4k2k”中，存在3840個(gè)水平像素以及2160個(gè)垂直像素，這是被稱為“高清”的電視標(biāo)準(zhǔn)的像素的4倍多。在將來，期待進(jìn)一步轉(zhuǎn)變成被稱為“8k4k”(“超高清”)的下一代電視標(biāo)準(zhǔn)，其中，在“8k4k”中，存在7680個(gè)水平像素以及4320個(gè)垂直像素。隨著像素?cái)?shù)量增多，幀頻同樣會(huì)繼續(xù)增大。

在用于拍攝電視的視頻的攝像設(shè)備中，向這種電視標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)變導(dǎo)致對(duì)更多像素和更高幀頻的需求增大，并且為了滿足這種需求，增大用于將光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的圖像傳感器讀出這種視頻的速度成為問題。為了增大讀出速度，當(dāng)然需要增大圖像傳感器中所設(shè)置的ad轉(zhuǎn)換器的處理速度。

日本特開2011-211535公開了如下內(nèi)容：將像素信號(hào)和參考電平相比較，并且使用具有不同斜率的斜坡信號(hào)來對(duì)像素信號(hào)進(jìn)行模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換。更具體地，在像素信號(hào)大于參考電平的情況下，使用具有第一斜率的斜坡信號(hào)來對(duì)像素信號(hào)進(jìn)行模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換，并且在像素信號(hào)等于或小于參考電平的情況下，使用具有比第一斜率平緩的第二斜率的斜坡信號(hào)來對(duì)像素信號(hào)進(jìn)行模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換。這樣，縮短了用以進(jìn)行模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換的時(shí)間。

然而，如日本特開2011-211535所述，需要使用具有不同斜率的斜坡信號(hào)對(duì)模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換后的信號(hào)進(jìn)行位移動(dòng)操作，以使得轉(zhuǎn)換后的信號(hào)處在同一增益水平。然而，根據(jù)斜率之間的差，針對(duì)如下像素，可能在視頻中可以看到由于位移動(dòng)操作而引起的位間隙(bitgap)：該像素的在位移動(dòng)操作之前的信號(hào)具有在表示斜坡信號(hào)的改變點(diǎn)的參考電平附近的信號(hào)電平。為了避免這種位間隙，考慮通過攝像設(shè)備的圖像處理單元來對(duì)具有參考電平附近的信號(hào)電平的像素信號(hào)疊加隨機(jī)噪聲(抖動(dòng))，以使得針對(duì)具有斜坡信號(hào)的改變點(diǎn)附近的信號(hào)電平的像素降低視頻中的不自然。

然而，在這種方法中，如果視頻的許多像素信號(hào)具有參考電平附近的信號(hào)電平，則疊加隨機(jī)噪聲的像素信號(hào)的數(shù)量大，因此可能導(dǎo)致與通常相比具有更多噪聲的視頻。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是考慮到上述情形而做出的，并且在使用具有不同斜率的多個(gè)斜坡信號(hào)來進(jìn)行模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換的情況下，針對(duì)具有斜坡信號(hào)的改變點(diǎn)附近的信號(hào)電平的像素降低視頻中的不自然。

根據(jù)本發(fā)明，提供一種信號(hào)處理設(shè)備，包括：模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，用于使用具有彼此不同的斜率的多個(gè)參考信號(hào)來進(jìn)行從圖像傳感器的像素部所輸出的模擬信號(hào)向數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換；以及確定單元，用于基于轉(zhuǎn)換出的數(shù)字信號(hào)的分布來確定所述多個(gè)參考信號(hào)進(jìn)行改變的信號(hào)電平，其中，與所述模擬信號(hào)小于所述信號(hào)電平的情況相比，所述模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器在所述模擬信號(hào)等于或大于所述信號(hào)電平的情況下使用具有更陡的斜率的參考信號(hào)來進(jìn)行所述轉(zhuǎn)換。

此外，根據(jù)本發(fā)明，提供一種攝像設(shè)備，包括：圖像傳感器；模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，用于使用具有彼此不同的斜率的多個(gè)參考信號(hào)來進(jìn)行從所述圖像傳感器的像素部所輸出的模擬信號(hào)向數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換；以及確定單元，用于基于轉(zhuǎn)換出的數(shù)字信號(hào)的分布來確定所述多個(gè)參考信號(hào)進(jìn)行改變的信號(hào)電平，其中，與所述模擬信號(hào)小于所述信號(hào)電平的情況相比，所述模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器在所述模擬信號(hào)等于或大于所述信號(hào)電平的情況下使用具有更陡的斜率的參考信號(hào)來進(jìn)行所述轉(zhuǎn)換。

此外，根據(jù)本發(fā)明，提供一種控制設(shè)備，用于對(duì)模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器進(jìn)行控制，其中所述模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器用于使用具有彼此不同的斜率的多個(gè)參考信號(hào)來進(jìn)行從圖像傳感器的像素部所輸出的模擬信號(hào)向數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，所述控制設(shè)備包括：確定單元，用于基于轉(zhuǎn)換出的數(shù)字信號(hào)的分布來確定所述多個(gè)參考信號(hào)進(jìn)行改變的信號(hào)電平；以及通知單元，用于向所述模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器通知所確定的信號(hào)電平，其中，與所述模擬信號(hào)小于所述信號(hào)電平的情況相比，所述模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器在所述模擬信號(hào)等于或大于所述信號(hào)電平的情況下使用具有更陡的斜率的參考信號(hào)來進(jìn)行所述轉(zhuǎn)換。

此外，根據(jù)本發(fā)明，提供一種信號(hào)處理方法，包括以下步驟：使用具有彼此不同的斜率的多個(gè)參考信號(hào)來進(jìn)行從圖像傳感器的像素部所輸出的模擬信號(hào)向數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換；以及基于轉(zhuǎn)換出的數(shù)字信號(hào)的分布來確定所述多個(gè)參考信號(hào)進(jìn)行改變的信號(hào)電平，其中，當(dāng)所述模擬信號(hào)向所述數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換時(shí)，與所述模擬信號(hào)小于所述信號(hào)電平的情況相比，在所述模擬信號(hào)等于或大于所述信號(hào)電平的情況下使用具有更陡的斜率的參考信號(hào)來進(jìn)行所述轉(zhuǎn)換。

此外，根據(jù)本發(fā)明，提供一種控制方法，用于對(duì)模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器進(jìn)行控制，其中所述模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器用于使用具有彼此不同的斜率的多個(gè)參考信號(hào)來進(jìn)行從圖像傳感器的像素部所輸出的模擬信號(hào)向數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，所述控制方法包括以下步驟：基于轉(zhuǎn)換出的數(shù)字信號(hào)的分布來確定所述多個(gè)參考信號(hào)進(jìn)行改變的信號(hào)電平；以及向所述模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器通知所確定的信號(hào)電平，其中，對(duì)所述模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器進(jìn)行控制，以使得與所述模擬信號(hào)小于所述信號(hào)電平的情況相比，在所述模擬信號(hào)等于或大于所述信號(hào)電平的情況下使用具有更陡的斜率的參考信號(hào)來進(jìn)行所述轉(zhuǎn)換。

通過以下(參考附圖)對(duì)典型實(shí)施例的說明，本發(fā)明的其它特征將變得明顯。

附圖說明

包含于并且構(gòu)成說明書的一部分的附圖示出本發(fā)明的各實(shí)施例，并且與說明書一起用來解釋本發(fā)明的原理。

圖1是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的攝像設(shè)備中所使用的圖像傳感器的整體結(jié)構(gòu)的框圖；

圖2a和2b是示出圖像傳感器的列amp組的整體結(jié)構(gòu)和操作定時(shí)的圖。

圖3a和3b是示出根據(jù)第一實(shí)施例的ad轉(zhuǎn)換操作的時(shí)序圖；

圖4a和4b是示出在根據(jù)信號(hào)電平使用具有不同斜率的斜坡信號(hào)的情況下輸出電平和ad轉(zhuǎn)換結(jié)果之間的關(guān)系的圖；

圖5是示出根據(jù)第一實(shí)施例的直方圖和ad轉(zhuǎn)換值之間的關(guān)系的圖；

圖6a和6b是示出根據(jù)第一實(shí)施例的在具有與明亮部分相對(duì)應(yīng)的信號(hào)電平的像素的數(shù)量相對(duì)大的情況下直方圖和ad轉(zhuǎn)換值之間的關(guān)系的圖；

圖7a和7b是示出根據(jù)第一實(shí)施例的在具有與黑暗部分相對(duì)應(yīng)的信號(hào)電平的像素的數(shù)量相對(duì)大的情況下直方圖和ad轉(zhuǎn)換值之間的關(guān)系的圖；

圖8a和8b是示出根據(jù)第一實(shí)施例和第二實(shí)施例的改變判斷電平的定時(shí)的圖；

圖9是示出根據(jù)第一實(shí)施例的圖像傳感器的像素部的結(jié)構(gòu)的示例的圖；

圖10a是根據(jù)第一實(shí)施例的在偽像素讀出期間使用第一斜坡信號(hào)vramp(緩斜率)來對(duì)固定電壓v1進(jìn)行ad轉(zhuǎn)換的情況下的時(shí)序圖；

圖10b是根據(jù)第一實(shí)施例的在偽像素讀出期間使用第二斜坡信號(hào)vramp(陡斜率)來對(duì)固定電壓v1進(jìn)行ad轉(zhuǎn)換的情況下的時(shí)序圖；

圖10c是根據(jù)第一實(shí)施例的在偽像素讀出期間使用第一斜坡信號(hào)vramp(緩斜率)來對(duì)固定電壓v2進(jìn)行ad轉(zhuǎn)換的情況下的時(shí)序圖；

圖10d是根據(jù)第一實(shí)施例的在偽像素讀出期間使用第二斜坡信號(hào)vramp(陡斜率)來對(duì)固定電壓v2進(jìn)行ad轉(zhuǎn)換的情況下的時(shí)序圖；

圖11a和11b是示出根據(jù)第三實(shí)施例的圖像的示例以及直方圖和ad轉(zhuǎn)換值之間的關(guān)系的圖；以及

圖12是根據(jù)第三實(shí)施例的攝像處理的流程圖。

具體實(shí)施方式

以下將參考附圖來詳細(xì)說明本發(fā)明的典型實(shí)施例。

第一實(shí)施例

圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的攝像設(shè)備中所使用的圖像傳感器1的結(jié)構(gòu)的框圖，并且示出圖像傳感器1和作為通過圖像傳感器1所獲得的圖像數(shù)據(jù)的輸出目的地的圖像處理部2。根據(jù)第一實(shí)施例的圖像傳感器1是設(shè)置有并行型ad轉(zhuǎn)換器的cmos圖像傳感器。圖像處理部2對(duì)圖像傳感器1所輸出的圖像數(shù)據(jù)執(zhí)行諸如白平衡處理和伽馬處理等的顯像處理，并且最終將數(shù)據(jù)記錄到記錄介質(zhì)中。圖像處理部2包括cpu，并且cpu根據(jù)攝像設(shè)備的工作模式來與圖像傳感器1(例如，通過串行通信)進(jìn)行通信并對(duì)圖像傳感器1進(jìn)行控制。

在圖像傳感器1中，定時(shí)控制單元100通過向圖像傳感器1提供操作時(shí)鐘信號(hào)和定時(shí)信號(hào)來對(duì)圖像傳感器1中的各塊的操作進(jìn)行控制。

像素部110包括以二維方式配置的多個(gè)像素，并且將用于執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換的各像素中的光電轉(zhuǎn)換元件根據(jù)入射光量所獲得的電荷轉(zhuǎn)換成電壓并輸出。各像素設(shè)置有顏色濾波器和微透鏡。通常，使用利用如包括r(紅色)、g(綠色)和b(藍(lán)色)的rgb原色濾波器那樣的已知的拜爾陣列循環(huán)結(jié)構(gòu)作為顏色濾波器，但是顏色濾波器不必局限于此。

垂直掃描電路120執(zhí)行用于在一個(gè)幀周期內(nèi)順次讀出從像素部110中的像素所獲得的像素信號(hào)的定時(shí)控制。通常，該讀出是從幀內(nèi)的上部的行開始并且向下部的行移動(dòng)來逐行順次執(zhí)行的。

列amp(放大器)組130包括在各列上設(shè)置有多個(gè)列amp，并且用來以電氣方式對(duì)從像素部110讀出的像素信號(hào)進(jìn)行放大。通過使用列amp組130放大像素信號(hào)，來提高與通過后級(jí)中的斜坡電路140和列模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器組(列adc組)150等所產(chǎn)生的噪聲的s/n比。然而，列amp組130不是必須在如下電路結(jié)構(gòu)中，其中在該電路結(jié)構(gòu)中，通過斜坡電路140和列adc組150等所產(chǎn)生的噪聲相對(duì)于像素部110所產(chǎn)生的噪聲充分低。

固定電壓電路400將固定電壓供給至用于連接像素部110和列amp組130的信號(hào)線。盡管在第一實(shí)施例中使用了固定電壓電路400，但是同樣可以使用能夠應(yīng)用為用于以給定的恒定電壓對(duì)信號(hào)進(jìn)行限幅的限幅電路等的電路。

斜坡電路140是用于產(chǎn)生在時(shí)間方向上具有恒定斜率的斜坡形狀的電壓信號(hào)(斜坡信號(hào))的信號(hào)產(chǎn)生器。列adc組150在各列上具有包括比較單元151和計(jì)數(shù)器/鎖存電路152的列adc。比較單元151將列amp組130所放大的像素信號(hào)(模擬信號(hào))與來自斜坡電路140的斜坡信號(hào)進(jìn)行比較，并且輸出表示信號(hào)之間的大小關(guān)系的信號(hào)。然后，通過根據(jù)來自比較單元151的信號(hào)對(duì)計(jì)數(shù)器值進(jìn)行鎖存的計(jì)數(shù)器/鎖存電路152，執(zhí)行模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換。稍后將給出比較單元151和計(jì)數(shù)器/鎖存電路152所執(zhí)行的操作的詳情。通過水平傳輸電路160按照從行的一端開始的順序來讀出計(jì)數(shù)器/鎖存電路152所保持的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)的一行的值。

將通過水平傳輸電路160所讀出的圖像數(shù)據(jù)輸入到信號(hào)處理電路170中。信號(hào)處理電路170是用于以數(shù)字方式處理信號(hào)的電路，并且可以經(jīng)由數(shù)字處理通過除了加上設(shè)置量的補(bǔ)償值之外、還執(zhí)行移位計(jì)算和相乘等，來容易地執(zhí)行增益計(jì)算。在像素部110中，可以形成被遮光的像素區(qū)域(ob像素部)，并且信號(hào)處理電路170可以使用從ob像素部中的像素所獲得的信號(hào)來執(zhí)行數(shù)字黑電平鉗位操作。此外，如稍后將說明的，信號(hào)處理電路170基于所輸入的圖像數(shù)據(jù)，經(jīng)由定時(shí)控制單元100來對(duì)從斜坡電路140輸出的斜坡信號(hào)進(jìn)行控制。

將通過信號(hào)處理電路170所處理的圖像數(shù)據(jù)傳遞至外部輸出電路180。外部輸出電路180具有串行器功能，并且將來自信號(hào)處理電路170的多比特的輸入并行信號(hào)轉(zhuǎn)換成串行信號(hào)。將串行信號(hào)例如轉(zhuǎn)換成lvds信號(hào)等，并且輸出至圖像處理部2。

控制器電路300是與圖像處理部2的i/f單元，并且根據(jù)使用串行通信電路等的圖像處理部2的cpu來處理對(duì)圖像傳感器1的控制。

接著，將使用圖2a和2b來說明利用圖像傳感器1的列adc組150的基本ad轉(zhuǎn)換的原理。如上所述，列adc組150在各列上具有比較單元151和計(jì)數(shù)器/鎖存電路152。另一方面，如圖2a所示，比較單元151將從列amp組130輸出的像素信號(hào)vamp與從斜坡電路140輸出的斜坡信號(hào)vramp進(jìn)行比較，并且輸出比較結(jié)果。

如圖2b所示，在開始從像素部110讀出像素信號(hào)vamp之前，開始比較單元151所進(jìn)行的操作(時(shí)刻t1)。在列amp組130的各列amp的操作穩(wěn)定的情況下，在時(shí)刻t2重置計(jì)數(shù)器/鎖存電路152的計(jì)數(shù)值。與計(jì)數(shù)器/鎖存電路152的計(jì)數(shù)重置定時(shí)同步地，從斜坡電路140輸出的斜坡信號(hào)vramp的信號(hào)電平在時(shí)刻t2之后隨著時(shí)間的經(jīng)過而增大。在從斜坡電路140輸出的斜坡信號(hào)vramp的信號(hào)電平超過從列amp組130輸出的像素信號(hào)vamp的信號(hào)電平時(shí)，比較單元151的輸出反轉(zhuǎn)(時(shí)刻t3)。計(jì)數(shù)器/鎖存電路152在從重置計(jì)數(shù)值到比較單元151的輸出反轉(zhuǎn)的時(shí)間段期間(從時(shí)刻t2到時(shí)刻t3)執(zhí)行計(jì)數(shù)操作。經(jīng)由這些操作獲得與列amp組130所放大的像素信號(hào)的輸出電平成比例的計(jì)數(shù)值，從而以這種方式獲得的計(jì)數(shù)值用作ad轉(zhuǎn)換結(jié)果。注意，這里所述的像素信號(hào)和斜坡信號(hào)的比較方法以及計(jì)數(shù)器/鎖存電路所進(jìn)行的計(jì)數(shù)方法等僅是示例，并且可以采用其它方法，只要可以檢測(cè)到從重置計(jì)數(shù)值到比較單元151的輸出反轉(zhuǎn)的時(shí)間段期間即可。

圖3a和3b是示出根據(jù)第一實(shí)施例的斜坡電路140和列adc組150所進(jìn)行的操作的圖。在圖3a和3b中，橫軸表示時(shí)間，圖形的上部的縱軸表示輸出電平，以及圖形的下部表示比較單元151的輸出。將參考圖3a來說明根據(jù)來自列amp組130的像素信號(hào)vamp的信號(hào)電平來改變從斜坡電路140輸出的斜坡信號(hào)vramp的斜率的示例。

通常，在用于從單位像素讀出信號(hào)的處理中，首先讀出n信號(hào)(噪聲電平)并進(jìn)行ad轉(zhuǎn)換，然后讀出s信號(hào)(噪聲電平+信號(hào)電平)并進(jìn)行ad轉(zhuǎn)換。然后，通過求出利用信號(hào)處理電路170轉(zhuǎn)換后的s信號(hào)和n信號(hào)之間的差并且消除噪聲成分來獲得具有良好s/n的信號(hào)。

首先，為了對(duì)n信號(hào)進(jìn)行ad轉(zhuǎn)換，在時(shí)刻t11開始比較單元151的操作，在時(shí)刻t12重置計(jì)數(shù)器/鎖存電路152的計(jì)數(shù)，并且改變從斜坡電路140輸出的斜坡信號(hào)vramp的信號(hào)電平。這里，作為噪聲電平的n信號(hào)的信號(hào)電平低，從而在n信號(hào)的ad轉(zhuǎn)換中使用具有低斜率的第一斜坡信號(hào)vramp(緩斜率)。通過在從重置計(jì)數(shù)器/鎖存電路152的計(jì)數(shù)到比較單元151的輸出反轉(zhuǎn)的時(shí)間段(從時(shí)刻t12到時(shí)刻t13)期間執(zhí)行計(jì)數(shù)操作來對(duì)n信號(hào)進(jìn)行ad轉(zhuǎn)換。

接著，針對(duì)作為通過讀出與像素部110中所累積的電荷相對(duì)應(yīng)的信號(hào)并且使用列amp組130對(duì)該信號(hào)進(jìn)行放大所獲得的輸出信號(hào)的s信號(hào)，在電平判斷時(shí)間段內(nèi)，斜坡電路140將最大電平被設(shè)置成判斷電平vs的判斷用斜坡信號(hào)輸出至比較單元151。然后，將判斷用斜坡信號(hào)與s信號(hào)相比較。這里，在時(shí)刻t14，將計(jì)數(shù)器/鎖存電路152的計(jì)數(shù)值重置，并且斜坡電路140開始輸出具有預(yù)定判斷電平vs作為最大電平的判斷用斜坡信號(hào)。如果s信號(hào)的信號(hào)電平大于或等于判斷電平vs(s≥vs)，則比較單元151的輸出不反轉(zhuǎn)，從而計(jì)數(shù)值繼續(xù)增大直到在時(shí)刻t16電平判斷時(shí)間段結(jié)束為止。與此相對(duì)，如果s信號(hào)的信號(hào)電平小于判斷電平vs(s<vs)，則比較單元151的輸出在例如時(shí)刻t15反轉(zhuǎn)，從而計(jì)數(shù)值停止增大。這樣，信號(hào)處理電路170可以根據(jù)計(jì)數(shù)器/鎖存電路152的計(jì)數(shù)值來判斷s信號(hào)的信號(hào)電平是低于還是不低于判斷電平vs。注意，可以將計(jì)數(shù)器/鎖存電路152的計(jì)數(shù)值重置的定時(shí)采用為斜坡電路140的輸出穩(wěn)定在判斷電平vs的時(shí)間點(diǎn)，并且在s信號(hào)的信號(hào)電平低于判斷電平vs(s<vs)的情況下，該計(jì)數(shù)值可以被控制成0。

在s信號(hào)的信號(hào)電平低于判斷電平vs的情況下，從時(shí)刻t17起使用與n信號(hào)相同的第一斜坡信號(hào)vramp(緩斜率)來對(duì)s信號(hào)進(jìn)行ad轉(zhuǎn)換。結(jié)果，在圖3a所示的示例中，獲得時(shí)刻t17和時(shí)刻t18之間的計(jì)數(shù)值。另一方面，在s信號(hào)的信號(hào)電平大于或等于判斷電平vs的情況下，使用斜率是第一斜坡信號(hào)vramp(緩斜率)的斜率的α倍的第二斜坡信號(hào)vramp(陡斜率)來對(duì)s信號(hào)進(jìn)行ad轉(zhuǎn)換。結(jié)果，在圖3a所示的示例中，獲得時(shí)刻t17和時(shí)刻t19之間的計(jì)數(shù)值。

圖4a和4b示出在根據(jù)輸出電平來使用具有不同斜率的斜坡信號(hào)的情況下輸出信號(hào)的信號(hào)電平和ad轉(zhuǎn)換結(jié)果之間的關(guān)系的圖。在圖4a和4b中，橫軸表示列amp組130的輸出信號(hào)電平，以及縱軸表示通過對(duì)s信號(hào)進(jìn)行ad轉(zhuǎn)換所獲得的數(shù)字值。實(shí)線表示通過比較單元151和計(jì)數(shù)器/鎖存電路152進(jìn)行ad轉(zhuǎn)換后并且經(jīng)由水平傳輸電路160輸出到信號(hào)處理電路170中的數(shù)字值(ad轉(zhuǎn)換值)。如上所述，使用第一斜坡信號(hào)vramp(緩斜率)來對(duì)信號(hào)電平低于判斷電平vs的s信號(hào)進(jìn)行ad轉(zhuǎn)換，而使用第二斜坡信號(hào)vramp(陡斜率)來對(duì)信號(hào)電平大于或等于判斷電平vs的s信號(hào)進(jìn)行ad轉(zhuǎn)換。因此，如圖4a所示，在判斷電平vs之前和之后，ad轉(zhuǎn)換后的s信號(hào)不一致。

因此，首先，信號(hào)處理電路170將信號(hào)電平高于判斷電平vs的s信號(hào)的ad轉(zhuǎn)換值乘以第一斜坡信號(hào)vramp(緩斜率)和第二斜坡信號(hào)vramp(陡斜率)的斜率之間的比α。此外，為了消除判斷電平vs處的差距，通過加上補(bǔ)償量β，來將與入射光量相對(duì)應(yīng)的像素信號(hào)的信號(hào)電平和ad轉(zhuǎn)換值校正成一次關(guān)系。

如果在沒有執(zhí)行上述校正的狀態(tài)下輸出來自有效像素的視頻，則會(huì)導(dǎo)致在特定亮度處仍然存在差距的不自然的視頻。理想的目標(biāo)校正值根據(jù)圖像傳感器的溫度、圖像傳感器的驅(qū)動(dòng)定時(shí)(列amp組130的增益和工作狀態(tài)等)以及驅(qū)動(dòng)設(shè)置(電源設(shè)置等)而改變，從而需要在緊挨著拍攝圖像之前獲得校正值，或者需要定期獲得校正值。稍后將說明校正值的獲得方法。

接著，將參考圖5～7b來說明根據(jù)第一實(shí)施例的判斷電平vs的設(shè)置方法。在第一實(shí)施例中，圖像處理部2生成表示所獲得圖像的ad轉(zhuǎn)換值的分布的直方圖，并且對(duì)直方圖的形狀進(jìn)行分析。在圖5中，橫軸表示ad轉(zhuǎn)換值，以及縱軸表示具有各ad轉(zhuǎn)換值的像素的數(shù)量并且虛線示出所生成的直方圖。

盡管直方圖的形狀根據(jù)所拍攝的被攝體而大大改變，但是圖5所示的具體直方圖包含從小的ad轉(zhuǎn)換值(黑暗)到大的ad轉(zhuǎn)換值(明亮)的處于良好平衡的信號(hào)電平，這表示圖像的對(duì)比度高。在這種情況下，具有在第一斜坡信號(hào)vramp(緩斜率)和第二斜坡信號(hào)vramp(陡斜率)被切換的判斷電平vs附近的ad轉(zhuǎn)換值的像素的數(shù)量不多。

與此相對(duì)，圖6a示出包括相對(duì)大數(shù)量的具有表示明亮部分的高信號(hào)電平的像素的所謂的“高調(diào)(high-key)”圖像的直方圖。在這種情況下，如圖6b所示，通過向黑暗側(cè)移動(dòng)判斷電平vs，可以減少具有判斷電平vs附近要進(jìn)行ad轉(zhuǎn)換的信號(hào)電平的像素的數(shù)量。

與此相對(duì)，圖7a示出包括相對(duì)大數(shù)量的具有表示黑暗部分的低信號(hào)電平的像素的所謂的低亮度圖像的直方圖。在這種情況下，如圖7b所示，通過向明亮側(cè)移動(dòng)判斷電平vs，可以降低具有判斷電平vs附近要進(jìn)行ad轉(zhuǎn)換的信號(hào)電平的像素的數(shù)量。

如上所述，圖像處理部2生成ad轉(zhuǎn)換值的直方圖，并且對(duì)所生成的直方圖進(jìn)行分析以判斷其形狀是否偏向于明亮部分或黑暗部分，并且如果偏向了，則通過預(yù)定的電平量向直方圖的頻數(shù)小的一側(cè)移動(dòng)判斷電平vs。這樣，判斷電平vs根據(jù)圖像的特性來改變。

應(yīng)當(dāng)注意，在判斷電平vs改變的情況下，可以改變第一斜坡信號(hào)vramp(緩斜率)的斜率。圖3b示出在從斜坡電路140輸出的第一斜坡信號(hào)vramp(緩斜率)改變的情況下的圖。與圖3a所示的圖相比，在與判斷電平vs增大的時(shí)刻相同的時(shí)刻，增大第一斜坡信號(hào)vramp(緩斜率)的斜率。使用圖3b所示的第一斜坡信號(hào)vramp(緩斜率)的ad轉(zhuǎn)換值小于使用圖3a所示的第一斜坡信號(hào)vramp(緩斜率)的ad轉(zhuǎn)換值。另外，由于斜率之間的比從圖3a中的α改變成圖3b中的α’，因此需要計(jì)算校正值α’和對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償量β。

接著，將參考圖8a所示的時(shí)序圖來給出對(duì)攝像設(shè)備的操作的說明。這里，將說明諸如數(shù)字單鏡頭反光照相機(jī)和數(shù)字照相機(jī)等的靜止圖像拍攝設(shè)備。在圖8a中，橫軸表示時(shí)間，以及縱軸表示在圖像傳感器1的垂直方向上的像素行的讀出定時(shí)。

近來，存在具有實(shí)時(shí)取景功能的數(shù)字單鏡頭反光照相機(jī)和數(shù)字照相機(jī)。通過在鏡上升的狀態(tài)下使光連續(xù)入射在圖像傳感器1上、以預(yù)定周期輸出一幀的模擬信號(hào)、并且將基于所獲得的圖像信號(hào)的圖像顯示在液晶監(jiān)視器等上來實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)取景功能。用戶可以觀察所顯示的圖像。圖8a中的時(shí)間段t81、t82和t83表示讀出實(shí)時(shí)取景圖像的時(shí)間段。然后，在拍攝靜止圖像(主圖像)時(shí)，攝像設(shè)備驅(qū)動(dòng)前快門和后快門。注意，這些快門不是必須為機(jī)械快門，而可以通過圖像傳感器1內(nèi)所控制的電子快門來實(shí)現(xiàn)。

在進(jìn)行主圖像拍攝之前，根據(jù)緊挨在前快門被驅(qū)動(dòng)之前所獲得的實(shí)時(shí)取景圖像，來確定諸如鏡頭的f值和從前快門被驅(qū)動(dòng)開始直到后快門被驅(qū)動(dòng)為止的時(shí)間(快門速度)等的進(jìn)行主圖像拍攝時(shí)的曝光條件。在時(shí)刻t84，圖像處理部2與圖像傳感器1相通信，以將所確定出的曝光條件反映在圖像傳感器1中。另外，使用在緊挨在前快門被驅(qū)動(dòng)之前的時(shí)間段t83期間讀出的實(shí)時(shí)取景圖像來在圖像處理部2中生成直方圖。然后，基于所生成的實(shí)時(shí)取景圖像的直方圖，圖像處理部2確定判斷電平vs，并且向圖像傳感器1通知判斷電平vs，并且在時(shí)刻t84反映判斷電平vs。此時(shí)，可以如圖3b所示那樣控制斜坡信號(hào)vramp(緩斜率)的斜率。

在時(shí)間段t85內(nèi)，如稍后將要說明的，使用從圖像傳感器1中所包括的偽像素區(qū)域輸出的信號(hào)來計(jì)算ad轉(zhuǎn)換時(shí)的比α以及要加上的補(bǔ)償量β。之后，驅(qū)動(dòng)前快門和后快門，并且讀出主圖像(時(shí)間段t86)。

接著，將說明用于在基于直方圖的分析結(jié)果來控制判斷電平vs以及第一斜坡信號(hào)vramp(緩斜率)和第二斜坡信號(hào)vramp(陡斜率)的斜率之后、計(jì)算斜率之間的比α和補(bǔ)償量β的方法。以下將計(jì)算這些校正值的操作稱為“校正值獲取操作”。

圖9示出像素部110的結(jié)構(gòu)的示例。在該像素結(jié)構(gòu)中，在最上部區(qū)域設(shè)置不具有光電二極管的偽像素區(qū)域，并且在其下按照順序配置被遮光的光學(xué)黑(ob)區(qū)域以及用于輸出經(jīng)由光電轉(zhuǎn)換所獲得的信號(hào)的有效像素區(qū)域。在第一實(shí)施例中，來自偽像素的像素信號(hào)用于計(jì)算補(bǔ)償量β和斜率之間的比α。這里，執(zhí)行控制，以使得在偽像素的像素信號(hào)讀出期間輸入來自固定電壓電路400的固定電壓，并且從列amp組130輸入至比較單元151的電壓達(dá)到給定的固定電壓。注意，在第一實(shí)施例中，使用低于判斷電平vs的電壓v1和v2作為固定電壓。

將參考圖10a～10d來說明偽像素讀出期間所執(zhí)行的ad轉(zhuǎn)換處理。在圖10a中，對(duì)固定電壓v1進(jìn)行ad轉(zhuǎn)換。注意，與參考圖3a和3b所說明的處理不同，不需要設(shè)置用于對(duì)n信號(hào)進(jìn)行ad轉(zhuǎn)換的時(shí)間段。如圖10a所示，通過將從斜坡電路140在電平判斷時(shí)間段期間輸出的斜坡信號(hào)vramp升高成最大值vramp(max)，使用斜率低的第一斜坡信號(hào)vramp(緩斜率)來對(duì)固定電壓v1進(jìn)行ad轉(zhuǎn)換。ad轉(zhuǎn)換的結(jié)果由v1l表示。

接著，如圖10b所示，通過將電平判斷時(shí)間段期間從斜坡電路140輸出的斜坡信號(hào)vramp設(shè)置成最小值vramp(min)，使用斜率高的第二斜坡信號(hào)vramp(陡斜率)來對(duì)固定電壓v1進(jìn)行ad轉(zhuǎn)換。ad轉(zhuǎn)換的結(jié)果由v1h表示。

之后，如圖10c和10d所示，將固定電壓改變成比電壓v1高的電壓v2，并且執(zhí)行與圖10a和10b所示的ad轉(zhuǎn)換相同的ad轉(zhuǎn)換。其結(jié)果分別由v2l和v2h來表示。

這在橫軸表示輸出電平并且縱軸表示ad轉(zhuǎn)換值的情況下如圖4b所示那樣表示。圖4b以放大方式表示輸出電平低于判斷電平vs的圖4a的區(qū)域?？梢愿鶕?jù)這四個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)來求出斜率比α和補(bǔ)償量β。例如，可以根據(jù)以下公式(1)求出斜率比α。

α＝(v2l-v1l)/(v2h-v1h)...(1)

在求出斜率比α之后，可以根據(jù)以下公式(2)求出補(bǔ)償量β，以使得兩條直線在判斷電平vs處相交。

β＝(v2l-v1l)/(v2-v1)×vs-α(v2h-v1h)/(v2-v1)×vs...(2)

可以在圖像傳感器1內(nèi)、或者可以通過圖像處理部2來執(zhí)行校正值α和β的上述計(jì)算。

根據(jù)如上所述的第一實(shí)施例，通過對(duì)ad轉(zhuǎn)換值的分布(直方圖)進(jìn)行分析，可以降低具有判斷電平附近要進(jìn)行ad轉(zhuǎn)換的信號(hào)電平的像素的數(shù)量。結(jié)果，可以降低由于斜坡信號(hào)的切換而導(dǎo)致的圖像中的不自然。

第二實(shí)施例

在如上所述的第一實(shí)施例中，使用在主圖像拍攝操作之前所獲得的實(shí)時(shí)取景圖像來進(jìn)行直方圖的生成和校正值的計(jì)算。與此相對(duì)，在例如沒有在實(shí)時(shí)取景圖像和主圖像之間進(jìn)行區(qū)分的狀態(tài)下、通過攝像機(jī)來獲得圖像的情況下，進(jìn)行如圖8b所示的操作。與圖8a同樣地，圖8b中的橫軸和縱軸分別表示時(shí)間和圖像傳感器1的垂直方向上的像素行的讀出定時(shí)。

在攝像設(shè)備中，如攝像機(jī)所示，以設(shè)置幀頻，拍攝每幀內(nèi)的圖像。在拍攝圖像并且圖像處理部2針對(duì)各幀生成直方圖、然后所生成的直方圖的分布是如使得改變判斷電平的圖6a、6b、7a和7b所示的分布中任意分布那樣的情況下，確定圖像傳感器1的判斷電平vs，并且在時(shí)刻t91將所確定出的判斷電平vs反映在圖像傳感器1中。此時(shí)，如圖3b所示，同樣可以控制第一斜坡信號(hào)vramp(緩斜率)的斜率。

這里，在反映上述改變的情況下的幀內(nèi)，尚未計(jì)算斜坡信號(hào)的斜率之間的比α和補(bǔ)償量β，并且輸出具有差距的圖像。在該輸出幀內(nèi)，計(jì)算斜坡信號(hào)的斜率之間的比α和補(bǔ)償量β，并且在時(shí)刻t92反映這些校正值。

從反映這些校正值的一幀接著一幀來獲得正常圖像。這里，在攝像機(jī)中幀頻高(近來，通常為60fps或120fps)，并且一幀圖像內(nèi)的差距不會(huì)影響視頻的呈現(xiàn)。

根據(jù)如上所述的第二實(shí)施例，諸如攝像機(jī)等的連續(xù)地讀出圖像的攝像設(shè)備可以減少具有判斷電平附近要進(jìn)行ad轉(zhuǎn)換的信號(hào)電平的像素的數(shù)量。

第三實(shí)施例

在第一和第二實(shí)施例中，基于輸出圖像整體的ad轉(zhuǎn)換值來生成直方圖。然而，可以針對(duì)圖像的關(guān)注部分區(qū)域來生成直方圖。關(guān)注部分區(qū)域表示主被攝體，其中該主被攝體包括聚焦區(qū)域、檢測(cè)人物的面部的區(qū)域以及在液晶監(jiān)視器的觸摸面板上所指定的區(qū)域等。

圖11a示出來自攝像設(shè)備的輸出圖像。圖11b是圖11a所示的圖像的直方圖。圖像整體的對(duì)比度高，并且似乎需要改變判斷電平vs。然而，如果圖11a所示的圖像內(nèi)的特定區(qū)域(例如，人物的面部)的直方圖表示如圖11b所示那樣的具有判斷電平vs附近的信號(hào)電平的像素的數(shù)量大，則如第一實(shí)施例所述那樣改變判斷電平vs。

圖12是根據(jù)第三實(shí)施例的圖像拍攝處理的流程圖。在步驟s1中用戶在按下攝像設(shè)備的快門按鈕的情況下，開始圖像拍攝操作。

在步驟s2中，在前快門和后快門被驅(qū)動(dòng)之前獲得實(shí)時(shí)取景圖像。然后，在圖像處理部2中對(duì)所獲得的實(shí)時(shí)取景圖像進(jìn)行分析，并且判斷是否存在主被攝體。這里，如上所述，主被攝體可以是聚焦區(qū)域、檢測(cè)人物的面部的區(qū)域以及在液晶監(jiān)視器的觸摸面板上所指定的區(qū)域等。

如果在步驟s3中判斷為主被攝體存在，則在步驟s4中，圖像處理部2在生成主被攝體周圍的區(qū)域的直方圖。另一方面，如果不存在主被攝體，則在步驟s5中，圖像處理部2生成圖像的整個(gè)區(qū)域的直方圖。在步驟s6中，圖像處理部2確定判斷電平vs，并且如果可能，基于所生成的直方圖來確定第一斜坡信號(hào)vramp(緩斜率)的斜率，然后控制圖像傳感器1。

接著，在步驟s7中，進(jìn)行校正值獲取操作，以針對(duì)在步驟s6中所反映的判斷電平vs和斜坡信號(hào)的斜率，獲得斜率之間的比α和補(bǔ)償量β，并且在獲得校正值之后進(jìn)行主圖像拍攝(步驟s8)。

根據(jù)如上所述的第三實(shí)施例，可以通過生成圖像的關(guān)注區(qū)域的直方圖并且改變適用于關(guān)注區(qū)域的判斷電平，來減少在關(guān)注區(qū)域內(nèi)具有判斷電平附近要進(jìn)行ad轉(zhuǎn)換的信號(hào)電平的像素的數(shù)量。結(jié)果，可以降低由于斜坡信號(hào)的切換而導(dǎo)致的圖像內(nèi)關(guān)注區(qū)域中的不自然。

應(yīng)當(dāng)注意，在如上所述的第一實(shí)施例～第三實(shí)施例中，基于一個(gè)判斷電平vs來選擇第一斜坡信號(hào)vramp(緩斜率)或第二斜坡信號(hào)vramp(陡斜率)。然而，本發(fā)明不限于此，并且可以設(shè)置多個(gè)判斷電平，并且可以從三個(gè)或更多不同的斜坡信號(hào)中選擇斜坡信號(hào)。

其它實(shí)施例

本發(fā)明的實(shí)施例還可以通過如下的方法來實(shí)現(xiàn)，即，通過網(wǎng)絡(luò)或者各種存儲(chǔ)介質(zhì)將執(zhí)行上述實(shí)施例的功能的軟件(程序)提供給系統(tǒng)或裝置，該系統(tǒng)或裝置的計(jì)算機(jī)或是中央處理單元(cpu)、微處理單元(mpu)讀出并執(zhí)行程序的方法。

盡管已經(jīng)參考典型實(shí)施例說明了本發(fā)明，但是應(yīng)該理解，本發(fā)明不局限于所公開的典型實(shí)施例。所附權(quán)利要求書的范圍符合最寬的解釋，以包含所有這類修改、等同結(jié)構(gòu)和功能。