相位调节装置、相位调节方法和数码相机的制作方法

专利名称：相位调节装置、相位调节方法和数码相机的制作方法
技术领域：
本发明涉及相位调节装置和相位调节方法，用于调节在数码相机获取图 像时所使用的脉冲的相位(时序)，还涉及包含所述相位调节装置的数码相机。
背景技术：
在数码相机(数码静态相机、数码摄像机、带有相机的移动电话等)中，
由诸如CCD或者MOS传感器之类的成像元件获取的模拟图像信号转换为数 字图像信号，然后以预定的方式进行处理，并且记录。为了使用成像元件获 取拍摄对象的图像，需要用于驱动所述成像元件的脉沖、用于检测信号电平 的脉沖等；然而，由于制造过程中所产生的变化，难以在硬件设计阶段调节 这些脉沖的相位。因此，在制造过程之后由技术员调节所述相位；表示调节 后相位的信息存储在存储器区域中，并且在产品实际使用时从存储器区域中 读出，从而使得最优地设置所述相位。
在已知的传统技术中，以最小曝光时间来只获取噪声成分，并在高频分 量(噪声成分)最小的条件下调节相位。这种技术的一个例子记载在未审曰 本专利申请No. 2005-151081中。
在数码相机领域，可以对包含相位调节装置的系统进行多种改变。在数 码相机用作医用相机的情况下，可以在数码相机制造之后调换成像元件。在 对带有数码相机或成像元件的系统进行改变的情况下，驱动改变后元件的脉 冲的相位必然有所变化，从而需要重新调节相位。然而，在技术员手动地重 新调节相位时，难以快速和简易地改变系统或者替换成像元件。
在上述文献中，虽然需要调节的脉冲的种类繁多，但是却忽视了每个脉
沖的特性，而是以相同的方法优化所有脉冲的相位。因此，难以期望高准确 度的相位调节。

发明内容
因此，本发明的主要目的在于更加精确地调节用于驱动成像元件的脉沖 的相位。
为了实现上述目的，根据本发明的一种相位调节装置包括
预期用途判决器，用于判断所输入的数字成像信号的预期用途；
选择器，用于根据预期用途判决器的判断结果，从构成所述数字成像信 号的信号组中选择一个以上的待检视信号；和
相位调节器，用于基于所述待检视信号的输出状态，调节在拾取所述数 字成像信号时所使用的脉冲的相位。
在如此构造的相位调节装置中，由预期用途判决器判断所输入数字成像 信号的预期用途，然后将判断结果给予选择器。从预期用途判决器接收判断 结果的选择器根据判断结果选择待检视信号。相位调节器基于待检视信号的 输出状态，调节用于成像所述数字成像信号的脉冲的相位。脉冲的相位调节 适合于，例如，用于对信号时段中的波峰信号分量进行采样的波峰采样脉沖 的相位调节，或者用于对用作相关双重采样基准的信号分量进行采样的基准 采样脉沖的相位调节。
作为本发明的优选模式，离散度计算器计算离散度，所述离散度示出所 述待检视信号的第二像素区域中的多个像素之间的信号差异，并且将离散度 信息给予时序调节器。所述时序调节器基于所接收的离散度信息调节脉沖的 相位。基于离散度信息对脉沖进行的相位调节适合于AD时钟信号的相位调 节，所述AD时钟信号是在将模拟成像信号AD转换成数字成像信号时的操 作时钟。
以上描述的相位调节由预期用途判决器、选择器、亮度级别检测器、离 散度计算器和时序调节器以合作的方式自动实施。进一步，当改变用途时(改变安装相位调节装置的系统或者调换成像元件等)，脉冲的相位被调节，此 时亮度级别检测器测量多个像素的数字成像信号的亮度级别，并且离散度计 算器计算表示像素间的信号差异的离散度。然后，以将亮度和离散度因素包 括在调节内的方式调节脉冲的相位，从而增加用于驱动成像元件的脉冲的相 位调节的准确度。进一步，较之技术员手动调节脉冲相位的情况，因为用于 驱动成像元件的各脉沖的相位是自动调节的，所以减少了调节所必需的时间 量。
选择器可以选择颜色信号作为所述待检视信号，这通常应用于医用照相 机系统。
作为本发明的另 一优选模式，所述相位调节装置进一 步包括采样方法判 决器，用于基于预期用途判决器判断出的用途所必需的图像尺寸、帧率和分 辨率，计算所述采样的周期和相位调节量，作为所述相位调节的标准。采样 周期由相位相对于周期初始值延长/减小的程度来确定。采样的相位调节量 是计算最优相位时的相位步长调节量。
采样方法判决器计算满足预期用途判决器判断出的用途所需要的图像 尺寸、帧率和分辨率等条件的周期和相位调节量，并且将计算结果给予亮度
级别检测器、离散度计算器和时序调节器，作为采样方法。时序调节器基于 所接收的周期和相位调节量以前述模式调节相位。当图像尺寸大且分辨率高 时，图像质量比处理速度更重要，其中延长周期，并且精细地设置相位调节 量。当图像尺寸小且分辨率低时，处理速度比图像质量更重要，其中减小周 期，并且粗略地设置相位调节量。因此，在带有所迷相位调节装置的系统改
变或者成像元件本身被替换的情况下，可以在依据诸如图像尺寸、帧率和分 辨率之类的条件来精细设置图像质量或者处理速度的重要程度的状态下，自
动调节用于驱动成像元件的脉沖的相位。
与如此构造的相位调节装置相关的一种根据本发明的数码相机包括 成像元件；
相关双重采样单元，用于对所述成像元件获取的模拟成像信号进行相关
双重采样，并且按照每个像素确定信号电平；
自动增益控制器，用于对信号电平由所述相关双重采样单元确定的所述 模拟成像信号的振幅进行调节；
AD转换器，用于将振幅由所述自动增益控制器调节的所述模拟成像信 号转换成数字成像信号；
时序发生器，用于生成拾取所述模拟成像信号时所使用的脉冲；和
根据本发明的相位调节装置，用于调节由所述时序发生器生成的所述脉 冲的相位。
没有必要描述作为本发明结构部件的成像元件、相关双重采样单元、自 动增益控制器和AD转换器以及时序发生器，因为它们都是数码相机常规带置。
根据本发明的一种相位调节方法，包括
判断步骤，用于判断所输入的数字成像信号的预期用途；
选择步骤，用于根据预期用途判决器的判断结果，从构成所述数字成像
信号的信号组中选择一个以上的待检视信号；和
调节步骤，用于基于所述待检视信号的输出状态，调节在拾取所述数字
成像信号时所使用的脉冲的相位。
在根据本发明的相位调节方法中，所述脉冲优选地包括用于检测从成像
元件输出的模拟成像信号波峰电平的波峰采样脉沖、用于检测在对所述模拟
成像信号进行相关双重采样时作为基准的信号电平的基准采样脉冲，和AD
转换所述模拟成像信号所必需的AD时钟信号，其中 所述调节步骤包括
通过在所述基准采样脉冲的相位和所述AD时钟信号的相位固定为初 始值的状态下，改变所述波峰采样脉冲的相位来检测使亮度级别最大的第一 相位的步骤，该步骤进一步将检测到的第 一相位设置为所述波峰采样脉沖的 最优相位；
通过在所述波峰采样脉沖的相位固定为所述第一相位并且所述AD时 钟信号的相位固定为所述初始值的状态下，改变所述基准采样脉沖的相位来 检测使所述亮度级别变化小的稳定区的步骤，该步骤进一步将作为所述稳定 区中心的第二相位设置为所述基准采样脉沖的最优相位；和
将所述波峰采样脉沖的相位固定为所述第一相位，将所述基准采样脉沖 的相位固定为所述第二相位，并且通过在阻挡入射光的状态下，改变所述 AD时钟信号的相位来检测使离散度最小的第三相位的步骤，该步骤进一步
将所检测的第三相位设置为所述AD时钟信号的最优相位。
在前述相位调节方法中，当在数字成像信号的用途改变或者成像元件被 替换的情况下调节脉冲的相位时，亮度级别检测器测量多个像素中每 一 个的 亮度级别，且离散度计算器计算示出像素间信号差异的离散度，从而以将亮 度和离散度因素包括在调节内的方式调节脉沖的相位。因此，可以以高的准 确度调节用于驱动成像元件的脉冲的相位，并且可以自动调节用于驱动成像 元件的脉冲的相位。结果是，较之技术员手动调节脉冲相位的情况，减少了 相位调节所必需的时间量。
调节步骤进一步优选地包括如下步骤基于在所述判断步骤中判断出的
用途所需要的图像尺寸、帧率和分辨率，计算所述采样的周期和相位调节量， 作为所述波峰采样脉沖、所述基准采样脉冲和所述AD时钟信号的相位调节 标准。结果是，可以在依据诸如图像尺寸、帧率和分辨率之类的条件来精细 设置图像质量或者处理速度的重要程度的状态下，自动调节用于驱动成像元 件的脉冲的相位。
根据本发明，虽然用途可能改变或者成像元件可能被替换，但是用于驱 动成像元件的脉沖的相位可以被自动调节。结果是，较之技术员手动对脉冲 进行相位调节的情况，减少了相位调节所需的时间，并且可以高准确度地调 节脉冲的相位。可以以合作的方式进行亮度级别的检测和离散度的计算，从 而可以提高脉冲相位调节的准确度。
进一步，可以在依据诸如图像尺寸、帧率和分辨率之类的条件来精细设
置图像质量或者处理速度的重要程度的状态下，自动调节用于驱动成像元件 的脉冲的相位。
本发明适用于需要对成像操作中所使用的脉冲进行时序调节的数码相机。


本发明的这些和其它目的以及优点将通过下文对本发明优选实施例的 描述而变得清晰。本领域的技术人员 一旦执行本发明就将体会到本说明书未 记载的多种益处。
图1是描述根据本发明优选实施例的带有相位调节装置的数码相机的 整体构造的框图。
图2是按时间顺序示出从成像元件输出的信号分量的附图。 图3A是示出根据优选实施例的相位调节的整体操作的流程图。 图3B示出当根据优选实施例调节相位时每个脉沖的设定值。 图4是根据优选实施例的用于对波峰采样脉沖进行相位调节的信号分 量的时序图。
图5是示出根据优选实施例对波峰采样脉沖进行相位调节的具体操作 的流程图。
图6是根据优选实施例的用于对基准采样脉冲进行相位调节的信号分 量的时序图。
图7是示出根据优选实施例对基准采样脉冲进行相位调节的具体操作 的流程图。
图8A是根据优选实施例的用于对AD时钟信号进行相位调节的信号分 量的时序图。
图8B是图8A中所示的一部分的放大视图。
图9是示出根据优选实施例对AD时钟信号进行相位调节的具体操作的 流程图。
具体实施例方式
以下，将参照附图，详细描述根据本发明的带有相位调节装置的数码相 机的优选实施例。图1是示出根据优选实施例的带有相位调节装置的数码相
机的整体构造的框图。根据本优选实施例的数码相机包括光学透镜l，用 于将拍摄对象的图像汇聚到成像元件2;成像元件2，用于获取由光学透镜 1汇聚到成像元件2上的拍摄对象的图像(以下将CCD作为成像元件2的 例子进行描述)；模拟前端10,用于对成像元件2输出的模拟成像信号Sa 进行预定的处理，并且将所得到的信号转换成数字成像信号Sd; DSP(数字 信号处理器)20，用于通过对模拟前端IO所输出的数字成像信号Sd进行预 定的处理(颜色校正、YC处理等)来生成视频信号。成像元件2包括多个 像素，所述多个像素包括用于获取拍摄对象图像的有效像素区域，以及以阻 光(light-blocking )方式设置在所述有效像素区域周围、并用于检测OB(光 学黑体，optical black )电平的OB像素区域。
模拟前端10包括CDS (相关双重采样,Correlated Double Sampling ) 单元3，用于执行CDS从而识别从成像元件2输出的模拟成像信号Sa的信 号电平；AGC (自动增益控制器)4,用于使用可调节的增益放大从CDS单 元3输出的信号；ADC (模拟数字转换器)5,用于将经AGC 4放大的信号 转换成数字成像信号Sd;时序发生器6,用于生成获取图像时所使用的脉沖； 和竖直驱动器7，用于将时序发生器6生成的脉冲输出到成像元件2.
DSP 20包括预期用途判决器11、选择器12、采样方法判决器13、亮度 级别检测器14、离散度计算器15和时序调节器6，它们都是根据本发明的 构件。
预期用途判决器11判断相位调节的预期用途。选择器12根据预期用途 判决器11的判断结果选择任意颜色信号作为待检视信号。采样方法判决器 13计算周期和相位调节量，作为与基准采样脉冲DS1、波峰采样脉冲DS2 和AD时钟信号ACK相关的相位调节标准，从而使得由预期用途判决器11
判断的用途所要求的条件，例如图像尺寸、帧率和分辨率，得到满足。亮度
级别检测器14计算预定区域中所选像素的信号电平的平均值，从而检测亮 度级别。离散度计算器15计算所选像素中信号电平的离散度。时序调节器 16基于亮度级别检测器14和离散度计算器15的检测结果和计算结果，对 时序发生器6生成的基准采样脉沖DS1、波峰采样脉沖DS2和AD时钟信 号ACK的相位(时序)进行调节。
图2是按时间顺序示出从成像元件2输出的信号分量的附图。如图2所 示，模拟成像信号Sa包括重置时段T1、基准时段T2和信号时段T3。重置 时段Tl是重置成像元件2的时段。基准时段T2是从成像元件2输出基准 电压的时段，并且在该时段中检测相关双重采样单元3操作中的基准信号。 信号时段3是输出信号电压的时段。当对信号时段T3中标志波峰的信号电 平和基准时段T2中的基准电压进行采样从而获取其差值时，模拟成像信号 Sa的信号电平Vs被获取。在图2中，图中向下的方向被定义为正向的信号 分量。
在前迷构造中，预期用途判决器11判断从数码相机输出的数字成像信 号的用途(包括安装有该数码相机的相机系统的用途)。在本申请文件中记 载的相机系统的例子包括数字静态相机的相机系统、数码摄像机的相机系 统、带相机的移动电话的相机系统、医用相机的相机系统、车用相机的相机 系统、门禁电话(entry phone)的相机系统、网络相机的相机系统等。
预期用途判决器11如下这样来判断用途。预期用途判决器ll从包含所 述相位调节装置的数码相机系统取得示出该数码相机系统中成像模式(活动 图片模式/静态图像模式)状态的信息，从而识别数字成像信号的用途。进 一步，预期用途判决器11取得示出包含所述相位调节装置的数码相机系统 的系统配置的信息，从而识别数字成像信号的用途。进一步，预期用途判决 器11可以取得示出该数码相机系统中数码相机系统的成像元件是否能被替 换的信息，并且以与示出改变后用途的信息相似的方式，处理所取得的示出 成像元件替换的信息。
选择器12基于预期用途判决器11所作的关于用途的判断结果，选择一
个或多个颜色信号(RGB)作为待检视的信号。
采样方法判决器13判断相机系统中所要求的条件，例如图像尺寸、帧 率和分辨率。然后，采样方法判决器13计算采样的周期和相位调节量，作 为与基准采样脉沖DS1、波峰采样脉沖DS2和AD时钟信号ACK相关的相 位调节标准，以便使得上述条件都得到满足，并且向亮度级別检测器14、 离散度计算器15和时序调节器6输出所计算的值。
以下描述作为相位调节标准的采样周期和采样相位调节量。基于相位从 周期的初始值延长/减小的次数确定采样周期。采样的相位调节量是计算最 优相位时相位的步长调节量。例如，在为了强调图像质量而调节相位的情况 下，需要延长周期并精细地调节相位调节量。在为了强调处理速度而调节相 位的情况下，需要减小周期，并粗略地调节相位调节量。
图3A示出根据本优选实施例对每个脉沖进行相位调节的整体流程。图 3B示出调节待调节脉冲的方法的细节。预期用途判决器11主要判断相机的 用途。基于预期用途判决器〗1所判断的用途，选择器12指令将特定的信号 (颜色信号等)作为待检视信号。同时，采样方法判决器13计算采样的周 期和相位调节量。亮度级别检测器14、离散度计算器15和时序调节器16 基于采样方法判决器13的计算结果调节相位。
由根据本优选实施例的相位调节装置调节的相位是基准采样脉沖DS1、 波峰采样脉沖DS2和AD时钟信号ACK。基准采样脉沖DS1是用于对用作 相关双重采样中的基准的信号分量进行采样的脉冲。因此，基准采样脉沖的 相位期望被调节成使得上升沿出现在基准时段的中间。波峰采样脉沖DS2 是用于对作为信号时段T3中的波峰的信号分量进行采样的脉沖。因此，波 峰采样脉冲DS2的相位期望被调节成使得上升沿出现在从成像元件2输出 的信号分量标志其波峰的时候。由相关双重采样单元3计算出的信号电平 Vs是，波峰采样脉冲DS2上升中处于波峰的信号分量与由基准采样脉冲DS1 的上升所定义的基准时段中的信号分量之间的差。AD时钟信号ACK是用
于操作AD转换器5的时钟信号。因此，在AD时钟信号ACK中，相位期 望被调节成避免AD转换结果中的易变性。
在本优选实施例中，预期用途判决器11判断数码相机的用途(步骤Sl ). 接下来，选择器12选择并且指令待检视信号(颜色信号等)(步骤S2)。 同时，采样方法判决器13计算采样的周期和相位调节量，并且基于计算出 的值将基准采样脉冲DS1和AD时钟信号ACK的相位固定为预定的初始值 (步骤S3 )。然后，确定波峰采样脉冲DS2的相位所必需的数据以这样的 方式测量波峰采样脉沖DS2的相位从初始值逐渐移动(步骤S4)。接下 来，对步骤S4中测得的数据进行评估从而确定波峰采样脉冲DS2的最优相 位(步骤S5 )。当波峰采样脉冲DS2的相位确定后，将波峰采样脉冲DS2 的相位固定于该最优值。进一步，确定基准采样脉沖DS1的相位所必需的 数据以这样的方式测量基准采样脉冲DS1的相位从初始值逐渐移动，同 时AD时钟信号ACK的相位固定在初始值(步骤S6)。接下来，对步骤S6 中测得的数据进行评估从而确定基准采样脉沖DS1的最优相位(步骤S7)。 在基准采样脉冲DS1和波峰采样脉冲DS2的相位确定后，确定AD时钟信 号ACK的相位所必需的数据以这样的方式测量AD时钟信号ACK的相位 从初始值逐渐移动，同时基准采样脉沖DS1和波峰采样脉冲DS2的相位固 定在最优值(步骤S8)。接下来，对步骤S8中测得的数据进行评估从而确 定AD时钟信号ACK的最优相位(步骤S9 )。在基准采样脉沖DS1、波峰 采样脉冲DS2和AD时钟信号ACK的最优相位均确定后，与所确定的最优 相位有关的信息被设置到时序发生器6的寄存器中(步骤SIO)。这样就生 成了具有最优相位的脉冲。
接下来，将参照作为示例的数码相机，描述预期用途判决器11和采样 方法判决器13的处理细节。采样方法判决器13依据包含相位调节装置的相 机系统判断采用何种采样方法。以下描述在包含相位调节装置的相机系统是 数字静态相机系统的情况下和在包含相位调节装置的相机系统是医用相机 的情况下，所要采用的特定采样方法。
a) 数字"l争态相机系统
当预期用途判决器11判断出包含相位调节装置的相机系统(用途)是 数字静态相机系统时，选择器12指令将R、 G和B信号采样为待检视信号。 以下描述假设数码相机系统所要求的条件如下
图像尺寸全尺寸
帧率30fps
分辨率高
采样方法判决器13计算满足时序发生器6的规范所给出的所有条件的 周期和相位调节量，以便采样基准采样脉冲DS1、波峰采样脉沖DS2和AD 时钟信号ACK，并且将计算出的值确定为最终确定的周期和相位调节量。 在图像尺寸是全尺寸并且分辨率高的条件下，图像质量比处理速度更重要。
b) 医用照相系统
当预期用途判决器11判断出包含相位调节装置的相机系统(用途)是 医用相机系统时，选择器12指令将R信号采样作为待检视信号。以下描述 假设医用相机系统所要求的条件如下
图像尺寸QVGA
帧率30fps
分辨率4氐
采样方法判决器13计算满足时序发生器6的规范所给出的所有条件的 周期和相位调节量，以便采样基准采样脉冲DS1、波峰采样脉冲DS2和AD 时钟信号ACK,并且将通过把获取的值缩小为1/N倍所获得的周期确定为 相位调节量。在图像尺寸是QVGA并且分辨率低的条件下，处理速度比图 像质量更重要。
接下来，描述波峰采样脉冲DS2、基准采样脉冲DS1和AD时钟信号 ACK的相位调节。
波峰采样脉冲DS2的相位调节
首先，参照附图4和图5描述波峰采样脉冲DS2的相位调节。图4是用于波峰采样脉冲DS2的相位调节的信号分量的时序图。图5是示出对波 峰采样脉沖DS2进行相位调节的细节的流程图。这些图对应于图3中所示 的步骤S4和步骤S5。
在图4中，Wl表示成像元件输出信号，W3表示亮度信号。波峰采样 脉沖DS2的相位调节中的亮度定义为，成像元件2的部分或者全部有效像 素区域(即第一像素区域，以下称为波峰采样脉冲检测区域)中所选择的相 应像素的信号电平的平均值。当成像元件输出信号Wl处于如图4所示的状 态时，基准采样脉冲DS1和AD时钟信号ACK的相位是固定的，然后波峰 采样脉沖DS2的相位如W2所示移动，从而在亮度信号W3中生成突出形状， 即在其信号电平中生成波峰。基于此，在亮度信号W3处于最大电平的状态 (波峰状态)下，波峰采样脉冲DS2的相位被确定为其最优相位。如前所 示，图像数据中所选择的每个像素的信号电平Vs是，由波峰采样脉冲DS2 确定的信号分量峰值与由基准采样脉沖DS1确定的作为基准的信号分量之 间的差值。因此，在波峰采样脉冲DS2中的信号和基准采样脉冲DS1中的 信号分量彼此相反的情况下，所述差值为负值；然而，在该图中信号电平为 零，因为在本示例中，任何负值都不包括在信号电平的定义中。
参照图5给出进一步的详细描述。在步骤Sll中，定义亮度级别的最大 值的初始值。亮度级别的最大值的初始值被设置为这样小的值，即在具有至 少一定电平振幅的信号分量存在时，该值立即被更新。在步骤S12中，基准 采样脉冲DS1和AD时钟信号ACK的相位被设置为初始值，而在时间上稍 微晚于基准采样脉冲DS1相位的初始值的 一 个点被设置为波峰釆样脉冲 DS2的初始值。在步骤S13中，取得由成像元件2获取的图像数据。
在步骤S14中，对所取得的图像数据的波峰采样脉沖检测区域中的亮度 级别进行检测，换句话说，计算所述波峰采样脉冲检测区域中相应像素的信 号电平的平均值。由于假定具有示出至少一预定值的信号电平的任何像素是 饱和的，因此这样的像素期望被排除在采样过程之外。步骤S14的处理在亮 度级别检测器14中进行。
在步骤S15,亮度级别的当前最大值和在步骤S14中计算出的亮度级别 互相比较。当比较结果为步骤S14中计算出的亮度级别较大时，则在步骤 S16中将步骤S14中计算出的亮度级别设置为当前最大值。当步骤S15中亮 度级别的当前最大值较大时，亮度级别的最大值不更新。步骤S15和S16 的处理由时序调节器16进行。
在步骤S17中，时序调节器16向时序发生器6传送指令，从而使得在 基准采样脉冲DS1和AD时钟信号ACK的相位固定的状态下，波峰采样脉 冲DS2的相位向后移动一个步长。在相位于步骤S17中移动一个步长之后， 再次执行步骤S13-S17,从而使得亮度级别的最大值被重置。
以上描述的操作在由采样方法判决器13计算出的一个周期的时段中反 复，从而使得亮度级别最大时的相位被确定为波峰采样脉冲DS2的最优相 位。
基准采样脉沖DS1的相位调节
接下来，参照图6和图7描述基准采样脉冲DS1的相位调节。图6是 用于对基准采样脉冲DS1进行相位调节的信号分量的时序图。图7是示出 对基准采样脉冲DS1进行相位调节的细节的流程图。这两幅图对应于步骤 S6和S7。
在图6中，Wl表示成像元件输出信号，W3表示亮度信号。在对基准 采样脉沖DS1进行相位调节的情况下，亮度定义为成像元件2的部分或者 全部有效像素区域(称为基准采样脉沖检测区域)中所选择的相应像素的信 号电平的平均值。当成像元件输出信号处于如图6所示的状态时，波峰采样 脉冲DS2和AD时钟信号ACK的相位是固定的，然后基准采样脉沖DS1的 相位如W4所示地移动，亮度信号W3显著降低，在基准时段中基本不变， 然后再次降低并且在对应于波峰采样脉冲DS2的点变为零。基于此，确定 基准采样脉冲DS1的相位最优值，从而使得上升沿出现在亮度信号W3基本 不变的这一间隔(称为稳定区)的中心。
参照图7给出进一步的详细描述。在步骤S21中，初始化基准采样脉沖DS1的相位和AD时钟信号ACK的相位，并且将波峰采样脉冲DS2的相位 设置为由上述调节方法确定的最优值。然后，取得由成像元件2获取的图像 数据(模拟视频信号)。
在步骤S22中，对所取得的图像数据的基准采样脉冲检测区域中的亮度 级别进行检测，换句话说，计算所述基准采样脉沖检测区域中相应像素的信 号电平的平均值。由于假定具有示出至少一预定值的信号电平的像素是饱和 的，因此这样的像素期望被排除在采样过程之外。步骤S22的处理在亮度级 别4企测器14中进行。
在步骤S23，在波峰采样脉冲DS2和AD时钟信号ACK的相位固定的 状态下，基准采样脉沖DS1的相位向后移动一个步长。在步骤S24，设置基 准采样脉冲DS1的一个周期时段内的重复处理。在步骤S25，取得由成像元 件2获取的图像数据。在步骤S26,对所取得的图像数据的基准采样脉冲检 测区域中的亮度级别进行检测。
在步骤S27，计算根据在一个步长以前的基准采样脉冲DS1相位下取得 的图像数据计算出的亮度级别，与根据在当前相位下所检测到的图像数据计 算出的亮度级别之间的差值，并且判断所计算出的差值是否最大为一预定的 阈值。当在步骤S27中判断出该差值最大为所述阈值时，当前相位被判断为 处于稳定区中(步骤S28)。
在步骤S29,在波峰采样脉冲DS2和AD时钟信号ACK的相位固定的 状态下，基准采样脉沖DS1的相位向后移动一个步长。在相位移动一个步 长之后，再次执行步骤S25-S29的处理，从而判断移动后的相位是否位于稳 定区中。该处理在由采样方法判决器13计算出的一个周期的时段中反复执 行，从而判断哪些相位包括在稳定区中。
最后，在步骤S30,将判断为包括在稳定区中的那些相位的中心值确定 为基准采样脉冲DS1的最优相位。在被判断为包括在稳定区中的那些相位 位于至少两个不连续间隔中的情况下，更短的间隔可以被忽略，或者被判断 为包括在稳定区中的相位所持续最长时间长度的那个间隔可以被确定为稳定区。
在噪声分量大的情况下，基于两个像素之间的差值，稳定区域可能被错 误地检测，或者可能根本无法检测。在这种情况下，可以使用例如滤波计算 器等，从而计算至少三个相位中的亮度级别的平均值与当前相位中的亮度级 別的平均值之间的差值，并将其与阈值比较。
在基准采样脉冲DS1的相位调节流程和在波峰采样脉冲DS2的相位调 节流程中所使用的基准采样脉沖DS1的相位初始值可以是相同的，也可以 是不同的。例如，在波峰采样脉冲DS2的相位调节流程中的基准采样脉冲 DS1的相位初始值，可以设置为处于设计规范所预测的基准时段的邻域中。 在基准采样脉冲DS1的相位调节流程中所使用的基准采样脉沖DS1的相位 初始值，可以设置为处于重置时段中，从而减少亮度信号的任何突然降低。
AD时钟信号ACK的相位调节
接下来，参照图8A、图8B和图9描述AD时钟信号ACK的相位调节。 图8A是用于对AD时钟信号ACK进行相位调节的信号分量的时序图。图 8B示出AD时钟信号ACK的相位调节中的离散度过渡。图9中示出的流程 图对应于图3所示的步骤S'8和S9。
在图8中，Wl表示成像元件输出信号，W6表示离散度。本示例中的 离散度定义为，在针对成像元件2阻挡了光线的情况下，有效像素区域和 OB像素区域(第二像素区域，以下称为AD时钟信号检测区域)中至少一 个区域的全部或者部分之中的相应像素的信号电平的离散度。更具体地说， 离散度是这样一个值，其表示由于成像元件2处于阻光状态而导致的在理想 条件下本应为恒定的信号电平所发生的离散程度。因此，需要设置AD时钟 信号ACK的相位以便降低离散度。计算离散度的像素区域可以与检测亮度 级别的像素区域相同，也可以不同。
当成像元件输出信号W处于如图8A所示的状态时，基准采样脉沖DS1 和波峰采样脉沖DS2的相位固定为最优值，然后AD时钟信号ACK的相位 如W5所示从初始值开始移动，在离散中生成如W6所示的凹进形状。应该
将AD时钟信号ACK的相位确定为使得离散度W6的值最小，然而，由于 某些因素，离散度W6可能在错误的位置达到最小值。基于此，在离散度 W6被判断为最小的相位中，将AD时钟信号检测区域的亮度级别与期望值 (预先设置)进行比较。由于OB像素区域被阻挡了光，因此在设计规范中 有作为DC偏移量的期望值。当AD时钟信号检测区域的亮度级别与期望值 相差太多时，无法优化AD时钟信号ACK。因此，在离散度W6被判断为最 小的相位中，判断亮度级别和期望值之间的差值是否最大为 一 阔值(预先设 置)。只要判断结果为该差值最大为所述阂值，那么相关相位就被确定为 AD时钟信号ACK的最优值。当所述差值大于所述阈值时，在离散度W6 被判断为第二小的相位中比较差值和该阈值。上述比较和判断反复进行，从 而确定AD时钟信号ACK的相位的最优值。
一种针对成像元件2阻挡光线的可能方法是，关闭机械快门从而阻挡入 射光。然而，在本来就处于阻光状态的OB像素区域被用作AD时钟信号检 测区域的情况下，可以不必关闭机械快门。
参照图9给出更详细地描述。在步骤S31，当机械快门关闭的时候，入 射光被阻挡。在OB像素区域被用作AD时钟信号检测区域的情况下，该步 骤是不必要的。在步骤S32,增大模拟增益从而仅仅放大噪声分量。在步骤 S33，基准采样脉沖DS1和波峰采样脉沖DS2的相位被设置为预先确定的最 优值，AD时钟信号ACK的相位被设置为初始值。在步骤S34，取得由成像 元件2所获取的图像数据。在步骤S35，对所取得的图像数据的AD时钟信 号检测区域中的亮度级别进行检测，换句话说，计算所述AD时钟信号检测 区域中相应像素的信号电平的平均值。步骤S35的处理在亮度级别检测器 14中进行。在步骤S36，在基准采样脉沖DS1和波峰采样脉冲DS2的相位 固定的状态下，AD时钟信号ACK的相位向后移动一个步长。在相位移动 一个步长之后，再次进行步骤S34-S36的处理。在由采样方法判决器13计 算出的一个周期的时段中反复进行步骤S34-S36的处理，从而检测每个相位 的亮度级别。计算出的亮度级别暂存于存储器中。
在步骤S37,基准采样脉沖DS1和波峰采样脉沖DS2的相位被设置为 由前述方法确定的最优值，然后，AD时钟信号ACK的相位被设置为初始 值。在步骤S38,再次取得由成像元件2获取的图像数据。在步骤S39,对 所取得的图像数据的AD时钟信号检测区域中的离散度a (n)进行检测，换句 话说，计算所述AD时钟信号检测区域中相应像素的信号电平的离散度。n 是任意的正数，表示在由采样方法判决器13计算的一个周期的时段中可设 置相位的数量。步骤S39的处理在离散度计算器15中进行。在步骤S40, 在基准采样脉冲DS1和波峰采样脉沖DS2的相位固定的状态下，AD时钟 信号ACK的相位向后移动一个步长。在AD时钟信号ACK的相位移动一个 步长之后，进行步骤S38-S40的处理。在由釆样方法判决器13计算出的一 个周期的时段中反复进行上述处理时，计算每个相位的离散度。计算出的离 散度暂存于存储器中。在描述中，当取得图像数据时，亮度级别的分布和离 散度的分布在不同的时刻分开计算，然而，它们也可以在一次取得的图像数 据中在同一时刻进行计算。
这样处理后，亮度级别和离散度的分布按每相位地存储在存储器中。然 后，使用存储在存储器中的数据来计算AD时钟信号ACK的最优相位。以 下给出具体的描述。在步骤S41中，第一相位的离散度a (l)被设置为最 小值cj (min)。在步骤S43中，第二及其后相位的离散度被设置为a (n), 并且将每个(j (n)均与a (min)比较。当cr ( n)在进行比较中较小时， 在步骤S44中将a (n)设置为新的最小值cj ( min )。反复执行步骤S43-S44的处理，直到处理完最后一个相位，从而计算出离散度最小的相位。
在步骤S45，判断离散度最小的相位的亮度级别与由设计规范确定的期 望值之间的差值是否最大为一阈值(预定的)。当在步骤S45的判断中离散 度最小的相位的亮度级别大于阈值时，对离散度小于a (min)的相位进行 步骤S46的处理。然后重复步骤S45和S46直到确定最优相位。当重复步骤 S45和S46的处理之后离散度最小的相位的亮度级别位于所述阈值以内的时 候，此时在步骤S47中将所获取的相位确定为AD时钟信号ACK的最优相位。
根据以上描述的方法，基准采样脉沖DS1、波峰采样脉沖DS2和AD 时钟信号ACK的相位可以自动地调节。因此，在包含相位调节装置的系统 改变、成像元件2本身被替换，或者成像元件2的特性由于外部因素(温度、 随时间的消耗等)而改变的情况下，可以识别用户规范和制造过程中最合适 的信号(颜色)、周期和相位调节量。因此，从时序发生器6输出的脉沖的 相位可以自动调节。进一步，考虑到各脉冲的特性，在针对图像质量和处理 速度的最合适条件下，可以对脉冲的相位做不同的调节；并且可以高速且准 确地自动调节脉沖的相位。
以上描述的优选实施例只是示例，并且可以在本发明的意图目的的范围 之内进行各种修改。
虽然已经描述了在目前被视为本发明的优选实施例的内容，不过可以理 解的是，在此可进行各种不同的修改，并且意欲在所附的权利要求书中覆盖 所有这些落于本发明的真实精神和范围中的修改。
权利要求
1、一种相位调节装置，包括预期用途判决器，用于判断所输入的数字成像信号的预期用途；选择器，用于根据所述预期用途判决器的判断结果，从构成所述数字成像信号的信号组中选择一个以上的待检视信号；和相位调节器，用于基于所述待检视信号的输出状态，调节在拾取所述数字成像信号时所使用的脉冲的相位。
2、 根据权利要求1所述的相位调节装置，其中 所述相位调节器包括亮度级别检测器，用于检测所述待检视信号的第 一像素区域中的多个像 素中的亮度级别；离散度计算器，用于计算用于表示所述待检视信号的第二像素区域中的 多个像素之间的信号差异的离散度；时序调节器，用于基于所述亮度级别检测器的计算结果和所述离散度计 算器的计算结果，对所述脉沖的相位进行调节。
3、 根据权利要求1所述的相位调节装置，其中 所述数字成像信号包括颜色信号组，并且所述选择器选择所述颜色信号组中的至少 一个信号作为所述待检视信
4、 根据权利要求1所述的相位调节装置，其中基于从成像元件输出的模拟成像信号生成所述数字成像信号，并且， 所述脉沖包括用于检测所述模拟成像信号的波峰电平的波峰采样脉冲、 用于检测在对所述模拟成像信号进行相关双重采样时作为基准的信号电平 的基准采样脉沖，和用于将所述模拟成像信号AD转换成所述数字成像信号 所必需的AD时钟信号。
5、 根据权利要求4所述的相位调节装置，进一步包括采样方法判决器，率，计算所述采样的周期和相位调节量，作为所述相位调节的标准。
6、 一种数码相机，包括 成像元件；相关双重采样单元，用于对所述成像元件获取的模拟成像信号进行相关 双重采样，并且按照每个像素确定信号电平；自动增益控制器，用于对信号电平由所述相关双重采样单元确定的所述 模拟成像信号的振幅进行调节；AD转换器，用于将振幅由所述自动增益控制器调节的所述模拟成像信 号转换成数字成像信号；时序发生器，用于生成拾取所述模拟成像信号时所使用的脉沖；和如权利要求1所述的相位调节装置，该相位调节装置用于调节由所述时 序发生器生成的所述脉沖的相位。
7、 一种相位调节方法，包括判断步骤，用于判断所输入的数字成像信号的预期用途；选择步骤，用于根据预期用途判决器的判断结果，从构成所述数字成像信号的信号组中选择一个以上的待检视信号；和调节步骤，用于基于所述待检视信号的输出状态，调节在拾取所述数字成像信号时所使用的脉沖的相位。
8、 根据权利要求7所述的相位调节方法，其中所述脉冲包括用于检测从成像元件输出的模拟成像信号的波峰电平的 波峰采样脉冲、用于检测在对所述模拟成像信号进行相关双重采样时作为基 准的信号电平的基准采样脉沖，和AD转换所述模拟成像信号所必需的AD 时钟信号，其中，所述调节步骤包括通过在所述基准采样脉沖的相位和所述AD时钟信号的相位固定为初 始值的状态下，改变所述波峰采样脉冲的相位来检测使亮度级别最大的第一相位的步骤，该步骤进一步将检测到的第 一相位设置为所述波峰采样脉沖的 最优相位；通过在所述波峰采样脉冲的相位固定为所述第一相位并且所述AD时钟信号的相位固定为所述初始值的状态下，改变所述基准采样脉沖的相位来 检测使所述亮度级别的变化小的稳定区的步骤，该步骤进一步将作为所述稳定区中心的第二相位设置为所述基准采样脉冲的最优相位；和将所述波峰采样脉沖的相位固定为所述第一相位，将所述基准采样脉沖 的相位固定为所述第二相位，并且通过在阻挡入射光的状态下，改变所述 AD时钟信号的相位来检测使离散度最小的第三相位的步骤，该步骤进一步 将所检测的第三相位设置为所述AD时钟信号的最优相位。 9、根据权利要求8所述的相位调节方法，其中，所述调节步骤进一步包括如下步骤基于所述判断步骤中判断出的用途 所需要的图像尺寸、帧率和分辨率，计算所述采样的周期和相位调节量，作 为所述波峰采样脉沖、所述基准采样脉沖和所述AD时钟信号的相位调节标准。
全文摘要
本发明公开相位调节装置、相位调节方法和数码相机。在相位调节装置中，预期用途判决器判断所输入的数字成像信号的预期用途，选择器根据预期用途判决器的判断结果，从构成所述数字成像信号的一组信号中选择一个以上的待检视信号，相位调节器基于所述待检视信号的输出状态，调节在拾取所述数字成像信号时所使用的脉冲的相位。
文档编号H04N101/00GK101193215SQ20071018739
公开日2008年6月4日 申请日期2007年11月27日 优先权日2006年11月27日
发明者中村研史, 小川真由, 小川雅裕, 森田美智子 申请人:松下电器产业株式会社