相位调整装置和数码相机的制作方法

专利名称：相位调整装置和数码相机的制作方法
技术领域：
本发明涉及在数码相机中执行用于成像的脉冲相位(时序)调整的相位 调整装置，以及包含该相位调整装置的数码相机。
背景技术：
在数码相机中(数字静态相机、数字摄相机、内置相机的移动电话等)，将由诸如CCD和MOS传感器之类的成像元件成像的模拟成像信号转换为数 字成像信号，且该数字成像信号经过预定的信号处理然后被记录下来。需要 用于驱动成像元件的脉冲、用于检测信号电平的脉冲等，以便利用成像元件 对物体成像。由于这种脉沖的相位具有源于制造时的偏差，所以在设计硬件 时很难调整脉冲相位。这样，在制造出来后，技术人员执行相位调整，将表 示调整后相位的信息存储于存储区域，之后，在实际应用中从存储区域读出 相位信息以用于设置最优相位。利用最小曝光时间充分获取噪声成分及在高频成分(噪声成分)变为最 小的情况下调整相位的技术在常规下为已知(参见例如，日本特许公开专利 申请No.2005-151081 )。在数码相机领域，用于包含相位调整装置的系统有时是变化的。特别是 在医用相机等的领域中，数码相机制造出来之后，有时会替换成像元件。如 果包含系统或成像元件不同，用于驱动包含系统或成像元件的脉冲的相位不 同，则必须重新调整相位。然而，如果技术人员手动重新调整相位，则很难 快速且容易地改变包含系统及替换成像元件。尽管待调整的脉冲以多种形式存在，但在以上提到的日本特许公开专利 申请中，对所有脉冲使用相同的方法来获得对应的最优相位，而没有考虑各脉冲的特性，因此准确性不是很高。此外，近年来车载相机等也得到了广泛使用，且最优相位可能会由于温 度特性而有很大的变化。发明内容因此，本发明的主要目的是即使在包含系统被改变或成像元件被替换 时，与技术人员进行手工调整的情形相比，不论数码相机周围的摄影条件(温 度、电压等)的变化如何，都能更快速且容易地调整用于驱动成像元件的脉 沖的相位，且还提高了相位调整的精度。为了实现上述目的，本发明的相位调整装置涉及基于数字成像信号对成 像装置中成像时所使用的脉冲的相位进行调整的相位调整装置，所述数字成 像信号通过针对每个像素将来自所述成像装置的模拟成像信号转换为数字值而获得；所述相位调整装置包括亮度级检测单元，用于检测所述成像装 置的第 一像素区域之内多个像素的所述数字成像信号的亮度级；方差计算单 元，用于计算所述成像装置的第二像素区域之内多个像素的所述数字成像信 号中表示像素之间的信号变化的方差；以及时序调整单元，用于向所述成像 装置提供所述脉沖的相位调整指令，从而收敛到基于所述亮度级检测单元和 所述方差计算单元的计算结果所设置的所述脉冲的最优相位，并用于控制所 述成像装置，以使所述模拟成像信号的曝光状态适合于所述亮度级检测单元 的亮度级检测处理和所述方差计算单元的方差计算处理。依据这种配置，亮度级检测单元检测第一像素区域之内多个像素中的数 字成像信号的亮度级，并给时序调整单元提供所获得的亮度信息。时序调整 单元基于所接收的亮度信息获得脉冲相位的最优相位，并指示将该最优相位 设置到时序生成器等。基于这种亮度信息的脉沖相位调整适用于，例如用于 对在信号期变为峰值的信号成分进行釆样的峰值采样脉沖的相位调整，或用 于对在相关双采样中变为基准的信号成分进行采样的基准采样脉冲的相位 调整。方差计算单元计算待计算的第二像素区域之内多个像素中表示像素之间信号变化的方差，并将获得的方差信息提供给时序调整单元。时序调整单 元基于所接收的方差信息调整脉冲的相位。基于这种方差信息的脉沖相位调整适用于AD时钟信号的相位调整，该AD时钟信息是将模拟成像信号AD 转换为数字成像信号时的操作时钟。以上相位调整的处理是通过亮度级检测 单元、方差计算单元和时序调整单元的协力操作而自动执行的。在从成像元 件获得的模拟成像信号中，由于亮度检测单元实际上测量了亮度，方差计算 单元计算了表示像素之间信号变化的方差，且根据该亮度和方差调整了脉冲 的相位，所以提高了用于驱动成像元件的脉沖的相位调整的精度。也就是说， 实现了依据当前成像元件的状态的相位调整。由于用于驱动成像元件的脉沖 的各个相位是自动调整的，所以与技术人员手工调整脉冲相位的情形相比， 减少了调整处理所需的时间。此外，当时序调整单元控制成像元件，使得模拟成像信号的曝光状态适 合于所述亮度级检测单元的亮度级检测处理和所述方差计算单元的方差计 算处理时，表现出以下效果。也就是说，基准采样脉冲和峰值采样脉冲的最 优相位是基于亮度级来确定的。AD时钟信号的最优相位是基于方差而确定 的。方差是表示各像素信号电平的变化范围的值，其在成像元件被光屏蔽的 理想状态下应该是常数。因此，必须设置AD时钟信号的相位，使方差变为 最小。被摄物曝光量越大，亮度级的检测就越准确。被摄物曝光量越小，方 差的计算就越准确。所以期望对曝光量大的亮部分数据进行亮度级的检测， 并期望对曝光量小的暗部分数据进行方差的计算。所以，例如，本发明的时 序调整单元被配置为控制被摄物照射单元的光发射模式。当在亮度级检测单元中检测数字成像信号的亮度级，且在时序调整单元 中基于该亮度级计算峰值采样脉冲和基准采样脉冲的最优相位时，时序调整 单元控制成像装置使得曝光最变大。当在方差计算单元中计算表示数字成像 信号中像素之间信号变化的方差，且在时序调整单元中基于该方差计算AD 时钟信号的最优相位时，时序调整单元控制成像装置，使得曝光量变小(理想情况下，曝光量为零)。通过控制成像装置中的曝光量，可以以高精度计算亮度级和方差。从而以高精度设置峰值采样脉冲、基准采样脉沖和AD时钟信号的最优相位。本发明包括一种模式，其中所述成像装置包括用于将摄影辅助光照射到正在摄影的被摄物上的被摄物照射单元；并且所述时序调整单元通过控制所 述被摄物照射单元的摄影辅助光的光发射模式来调整所述模拟成像信号的 曝光状态。本发明包括一种模式，其中所述时序调整单元控制所述模拟成像信号的 曝光状态，从而在一帧中同时获得用于亮度级检测的亮部分数据和用于方差 计算的暗部分数据。依据这种配置，在一帧中创建多个曝光模式，从而从一 个图像数据中同时获得用于亮度级计算的亮部分数据和用于方差计算的暗 部分数据，由此减少了获取数据所需的时间，且实现了更高速的相位调整。 在这种配置中，MOS图像传感器用作成像元件，且期望使用MOS图像传感 器的行曝光。本发明包括一种模式，其中所述成像装置包括用于向各行提供重置脉冲 的重置移位寄存器，以及用于控制每行的重置脉冲的提供的重置掩蔽控制单 元；并且所述时序调整单元控制所述重置掩蔽控制单元，以在一帧中同时获 得用于亮度级检测的亮部分数据和用于方差计算的暗部分数据。依据这种配 置，易于实现在一帧中获得曝光时间长的那一行的亮部分数据和曝光时间短 的那一行的暗部分数据，且大大减少了用于获取在相位调整中所使用的数据 的时间。 一帧包括大量的奇数行和偶数行。这样，如果在奇数行和偶数行中 分别获得亮部分数据和暗部分数据，则有大量机会在一帧内获得亮部分数据 和暗部分数据，由此提高了亮度级和方差的精度。本发明包括一种模式，其中所述成像装置包括拜耳阵列式彩色滤光器； 并且所述时序调整单元控制所述重置掩蔽控制单元，从而使所述成像装置的 最终输出信号经过所述重置脉冲以2n (n为正整数)行为单位进行的掩蔽/ 非掩蔽设置。依据这种配置，可以使用九像素混合的图像处理模式进行响应。本发明包括一种模式，其中所述成像装置包括垂直移位寄存器；以及所述时序调整单元任意调整所述垂直移位寄存器的移位速度。在这种配置中， 对垂直移位寄存器的移位操作进行正常读出与高速读出之间的切换，在正常 读出中仅读出相位调整所需像素部分的数据，而以高速读出其它数据并丢 弃。所以，减少了有效垂直时期，并实现高速的相位调整。本发明包括一种模式，其中进一步设置用于选择所述数字成像信号中一帧的任意一部分的读出选择单元；其中所述时序调整单元正常读出所述读出 选择单元所选择的一部分，并在相位调整中使用这一部分。在使用一帧的数 据获取亮部分数据和暗部分数据的配置中，在使用像素数目足够大的具有高 像素的成像元件时，用于获取数据的时间变得很大。这样，受限于读出选择 单元的一部分，在相应的一部分中获取暗部分数据和亮部分数据，并用于相 位调整。这样就减少了用于获取数据的时间，并实现了高速的相位调整。本发明包括一种模式，其中进一步设置用于检测所述成像装置中的缺陷 像素的缺陷像素检测单元；其中所述读出选择单元选择不包括所述缺陷像素 检测单元所检测的缺陷像素的一部分。在缺陷像素中，信号电平固定在最大 值或最小值附近，而与入射光量无关。所以，在缺陷像素检测单元中检测缺 陷像素，且读出选择单元执行控制，从而不选择缺陷像素，由此预先防止在 相位调整中使用缺陷像素，并提高相位调整的精度。本发明的数码相机涉及包括成像装置和本发明相位调整装置的数码相 机，本发明的相位调整装置用于给出成像装置在成像中所使用脉冲的相位调 整指令；其中所述成像装置包括时序生成器，用于生成所述脉冲；成像元 件，用于基于所述脉冲生成模拟成像信号；相关双采样单元，用于对所述模 拟成像信号执行相关双采样，并确定每个像素的信号电平；自动增益控制器， 用于调整从所述相关双采样单元输出的成像信号的振幅；以及A/D转换器， 用于将从所述自动增益控制器输出的成像信号转换为数字值。以上所述的成像元件、相关双采样单元、自动增益控制器、A/D转换器 和时序生成器为数码相^L的通用部件，因此不再具体描述。然而，应该注意所述数码相机配置有本发明的相位调整装置。本发明的数码相机包括一种模式，其中所述时序调整单元控制所述成像 元件的曝光状态，从而在一帧中同时获得用于亮度级检测的亮部分数据和用 于方差计算的暗部分数据。本发明的数码相机包括一种模式，其中所述成像装置包括用于将摄影辅 助光照射到正在摄影的被摄物上的被摄物照射单元；以及所述时序调整单元 通过控制所述被摄物照射单元的摄影辅助光的光发射模式来调整所述模拟 成像信号的曝光状态。本发明的数码相机包括一种模式，其中所述成像装置包括用于给各行提 供重置脉冲的重置移位寄存器，以及用于控制每行的重置脉冲的提供的重置掩蔽控制单元；并且所述时序调整单元控制所述重置掩蔽控制单元，以在一 帧中同时获得用于亮度级检测的亮部分数据和用于方差计算的暗部分数据。本发明的数码相机包括一种模式，其中所述成像元件包括用于给各行提 供重置脉沖的重置移位寄存器，以及用于控制每行的重置脉冲的提供的重置 掩蔽控制单元；所述时序调整单元控制所述重置掩蔽控制单元，以在一帧中 同时获得用于亮度级检测的亮部分数据和用于方差计算的暗部分数据；并且 所述自动增益控制器在亮部分数据和暗部分数据之间切换增益。依据这种配 置，可以对亮部分数据和暗部分数据施加不同的增益，其中对暗部分数据施 加大的增益，以使方差的检测精度变高。本发明的数码相机进一步包括一种模式，其中进一步设置用于显示所述 数字成像信号的显示单元，其中所述自动增益控制器调整暗部分数据的增益 和亮部分数据的增益中的至少一个，从而使得当所述显示单元显示所述数字 成像信号时，暗部分数据的输出电平和亮部分数据的输出电平相等。如果在 一帧中存在亮部分数据和暗部分数据，当在相位调整过程中显示 图像时，在亮部分数据和暗部分数据之间产生亮度差。在这种情况下，在增 益切换控制单元中，向亮部分数据和暗部分数据分别施加合适的增益，从而 使增益调整之后输出数据的电平变为常数，且即使在相位调整过程中，也可以在显示单元上显示无亮度差的图像。依据本发明，实际上计算从成像元件获得的模拟成像信号中的亮度，且 基于该亮度来调整脉沖的相位，从而实现了依据当前成像元件状态的相位调 整，并实现了脉冲相位调整的高精度。此外，由于自动调整脉冲的各相位， 所以与技术人员手工执行调整的情形相比，减少了调整处理所需的时间。同 样，在速度方面，由于从一帧图像数据中获取用于检测亮度级的亮部分数据 和用于计算方差的暗部分数据，所以可以计算高精度的亮度级和方差，且可以以高精度设置各脉冲(峰值采样脉冲、基准采样脉冲、AD时钟信号等) 的最优相位。此外，可以减少用于获取数据的时间，并实现更高速的相位调 整处理。这在实时性极其重要的场合，例如车载数据相机中尤其有效。依据本发明，可以自动执行数码相机成像中所使用脉冲的时序调整，从 而至少在数据相机中具有实用性。具体地，由于可以减少用于获取数据的时 间，并实现更高速度，所以本发明在实时性极其重要的场合，例如车载数码 相机中尤其有效。


通过理解以下描述的和在所附权利要求中详细说明的实施例，本发明的 其它目的将变得清晰。本发明的实施会提醒本领域技术人员本说明书中没有 描述的很多优点。图1为示出依据本发明第一实施例的数码相机总体配置的框图； 图2为示出从成像元件输出的信号成分的视图； 图3A为示出本发明实施例中相位调整的总体操作的流程图； 图3B为示出调整时在各脉沖的设置值处的调整过程的视图； 图4为示出本发明第 一 实施例中成像元件的配置的视图； 图5为示出本发明第一实施例中当被摄物照射单元被脉冲光激发时成 像元件曝光的视图；图6为示出依据本发明第二实施例的包括重置掩蔽控制单元的成像元件的^L图；图7为示出本发明第二实施例中当将重置脉冲设置为掩蔽/非掩蔽时曝 光的^L图；图8为示出当在本发明第二实施例中使用包括拜耳阵列式彩色滤光器 的成像元件时，彩色滤光器的重复单元与重置脉冲的掩蔽/非掩蔽状态设置 的关系的视图；图9为示出本发明第二实施例中当以2n行为单位将重置脉冲i殳置为掩 蔽/非掩蔽时的曝光的视图；图10为示出在本发明第二实施例中包括拜耳阵列式彩色滤光器的成像 元件中，九像素混合的混合像素的视图；图11为在本发明第二实施例中九像素混合中重置脉沖的掩蔽/非掩蔽状 态的例子；图12为示出通过依据本发明第三实施例高速读出相位调整不需要的数据，来实现垂直时期的减少和高速调整的性能的视图；图13为示出本发明第三实施例中由于曝光方法和读出范围的差异带来的垂直时期和读出时间的差异的视图；图14为示出依据本发明第四实施例的数码相机的总体配置的框图； 图15为示出依据本发明第五实施例的模拟前端的配置的框图；以及 图16为示出依据本发明第六实施例配置有显示单元的数码相机的总体配置的框图。
具体实施方式
以下参考附图详细描述安装有依据本发明的相位调整装置的数码相机 的实施例。 (第一实施例)图1为示出根据本发明第一实施例的数码相机的总体配置的框图。本实 施例的数码相机包括光学镜头1,用于将被摄物图像采集到成像元件2上；成像元件2(MOS图像传感器)，用于对光学镜头1采集到的被摄物图像进 行成像；模拟前端10，用于对从成像元件2输出的模拟成像信号Sa执行预 定处理，以便将该模拟成像信号Sa转换为数字成像信号Sd;以及DSP(数 字信号处理器)20,用于对从模拟前端IO输出的数字成像信号Sd执行预定 处理(颜色校正、YC处理等)，并生成图像信号。在本实施例中，DSP20 形成相位调整装置。成像元件2包括多个像素，其中多个像素均包括用于对被摄物进行成像 的有效像素区域，以及在有效像素区域周围被设置在光屏蔽状态且用于检测 OB ( Optical Black,暗光)水平的OB像素区域。模拟前端10包括相关双采样(CDS)单元3，用于执行相关双采样 以确定从成像元件2输出的模拟成像信号Sa的信号电平；自动增益控制器 (AGC) 4，用于采用可调增益放大从相关双采样单元3输出的信号；AD 转换器(模拟数字转换器)5,用于将经自动增益控制器4放大后的信号转 换为数字成像信号Sd;时序生成器(TG)6,用于生成成像所使用的脉沖； 以及垂直驱动器7,用于将时序生成器6生成的脉冲输出到成像元件2。DSP 20包括亮度级检测单元11,用于通过计算预定区域内所选像素 的信号电平的平均值来检测亮度级；方差计算单元12,用于计算所选像素 之间信号电平的方差；以及时序调整单元13，用于基于亮度级检测单元11 和方差计算单元12的检测/计算结果，执行时序生成器6所生成的基准采样 脉冲DS1、峰值采样脉沖DS2和AD时钟信号ACK的相位(时序)调整。 附图标记14是被摄物照射单元，用于基于时序生成器6所控制的脉冲，执 行脉冲光发射。在本实施例中，光学镜头1、成像元件2、被摄物照射单元 14以及模拟前端IO构成成像装置。图2为示出以时间顺序从成像元件2输出的模拟成像信号Sa的视图。 如图2所示，模拟成像信号Sa由基准期Tl和信号期T2组成。基准期Tl是从成像元件2输出基准电压的时期，是用于检测相关双釆 样单元3工作时变为基准的信号的时期。信号期T2是输出信号电压的时期，其中对在信号期T2变为峰值的信号电压和基准期Tl的基准电压进行采样， 所采样的电压之间的差值用于获取模拟成像信号Sa的信号电平Vs。在图2 中，将图中向下的方向定义为信号成分为正的方向。图3A示出本实施例中各脉冲的相位调整的总体流程，图3B示出调整 时在各脉冲的设置值处的调整过程。相位调整过程主要由亮度级检测单元 11、方差计算单元12和时序调整单元13执行。在本实施例中，基准采样脉冲DS1、峰值采样脉冲DS2和AD时钟信 号ACK是待调整的脉冲。基准采样脉冲DS1是用于在相关双采样中对变为 基准的信号成分进行采样的脉冲。因此期望执行相位调整，以使上升沿出现 在基准期的中间。峰值采样脉冲DS2是用于在信号期T2对变为峰值的信号 成分进行采样的脉沖。因此期望执行相位调整，以使从成像元件2输出的信 号成分(模拟成像信号)变为峰值时出现上升沿。由相关双采样单元3计算 的信号电平Vs只是在峰值采样脉冲DS2上升时峰值信号成分与在基准期由 基准采样脉沖DS1上升时限定的信号成分之间的差值。AD时钟信号ACK 是AD转换器5工作的时钟信号，其中期望执行相位调整，以使AD转换的 结果不会变化。本实施例中，在将基准采样脉沖DS1和AD时钟信号ACK的相位固定 为各自预先定义的初始值的情况下，从初始值改变峰值采样脉冲DS2的相 位时，测量确定峰值釆样脉冲DS2的相位所需的数据(数字图像信号的特 性数据)(步骤S1)。对该数据进行评估，以便确定峰值采样脉冲DS2的最优相位(步骤S2 )。 在确定峰值采样脉冲DS2的相位之后，在将峰值采样脉冲DS2的相位固定 为所确定的最优值，并将AD时钟信号ACK的相位固定为初始值的情况下， 从初始值改变基准采样脉冲DS1的相位时，测量确定基准采样脉冲DS1的 相位所需的数据(数字图像信号的特性)(步骤S3)。对该数据进行评估，以便确定基准采样脉冲DS1的最优相位(步骤S4)。 在确定基准釆样脉冲DS1和峰值釆样脉冲DS2的相位之后，在将基准采样脉冲DS1和峰值采样脉冲DS2的相位固定为各自的最优值的情况下，从初 始值改变AD时钟信号ACK的相位时，测量确定AD时钟信号ACK的相位 所需的数据(数字图像信号的特性)(步骤S5)。对该数据进行评估，以 便确定AD时钟信号ACK的最优相位(步骤S6 )。在确定基准采样脉冲DS1、峰值采样脉冲DS2和AD时钟信号ACK的 相位之后，将与确定的最优相位相关的信息设置到时序生成器6的寄存器中 (步骤S7)。从而生成位于最优相位的脉冲。图4示出成像元件(MOS图像传感器)2的配置。成像元件2包括区域 传感器(area sensor) 22、信号电荷读出控制单元25、垂直移位寄存器23、 重置移位寄存器24和水平移位寄存器26。区域传感器22具有以矩阵形式布置的多个光电转换元件21 ，用于输出 像素信号。如果输入重置脉冲RTi，则信号电荷读出控制单元25在从重置 脉冲RTi到读出时序信号RDi的啄光时间期间，以行为单位从区域传感器 22读出存储于光电转换元件21中的信号电荷。如果没有输入重置脉冲RTi， 则信号电荷读出控制单元25在从读出时序信号RDi到下一周期的读出时序 信号RDi的曝光时间期间，以行为单位从区域传感器22读出存储于光电转 换元件21中的信号电荷。垂直移位寄存器23以行为单位向信号电荷读出控 制单元25顺序输出读出时序信号RDi。重置移位寄存器24以行为单位向信 号电荷读出控制单元25顺序输出重置脉冲RTi。水平移位寄存器26逐像素 地沿着水平方向传输由信号电荷读出控制单元25从区域传感器22的光电转 换元件21传输的信号电荷，并将所述信号电荷发送到输出放大器(未示出) 以用于转换成电压信号。现在参考图5描述成像元件2的操作。将用于生成成像元件2的信号电 荷的读出基准时序的读出基准信号RDO输入到垂直移位寄存器23，并在顺 序移位时，生成每行的读出时序信号RD1、 RD2、 RD3...。下面详细描述第 一行的读出。由于先前第一读出时序信号RD1的上升，存储的信号电荷被 重置，并在第一行的光电转换元件(像素)21组中重新开始信号电荷的存储。在下一周期的第一读出时序信号RD1上升之前，第一重置脉沖RT1上 升，这里对达到相应点的所存储信号电荷进行重置，且重新开始信号电荷的 存储。在该时间过程中所存储的信号电荷被丢弃。在第一重置脉冲RT1上升之后，下一周期的第一读出时序信号RD1上 升。这在图5中使用三角形示出。三角形的横轴表示时间，纵轴表示曝光量。 由第一行的三角形示出的曝光状态的曝光时间为Tstl。曝光时间Tstl的长 度依赖于第一重置脉沖RT1上升的时序来确定。下面描述使用LED (发光二极管)作为被摄物照射单元14的情形。如 图5所示，当LED在使用光发射脉冲PL表示的帧中发光时，在曝光期间可 以在LED 14发光的行处获得亮部分数据，且在曝光期间，可以在LED 14 关闭的行处获得暗部分数据，由此在一帧中可以获得亮部分数据和暗部分数 据。因此，与在一帧中获得一种类型数据的配置相比，可以大大减少用于获 取相位调整中所使用数据的时间。产生了 LED 14的光发射状态被切换的行， 但是在相位调整中不使用这种行的数据。当由亮度级检测单元11检测数字成像信号Sd的亮度级，并在时序调整 单元13中基于亮度级计算峰值采样脉沖DS2和基准采样脉沖DS1的最优相 位时，时序调整单元13控制被摄物照射单元14的光发射模式，从而使曝光 量变大。当由方差计算单元12计算表示数字成像信号Sd的像素之间信号变 化的方差，且在时序调整单元13中基于方差计算AD时钟信号ACK的最优 相位时，时序调整单元13控制被摄物照射单元14的光发射模式，从而使曝 光量变为零(无光发射)。使用在光发射脉冲PL的时序所获取的亮部分数据中的亮度级来确定基 准采样脉冲DS1和峰值采样脉冲DS2的最优相位。使用在光发射脉沖PL 的时序之外的时序获取的暗部分数据中的方差来确定AD时钟信号ACK的 最优相位。依据本实施例，当成像元件2本身被替换时，或当成像元件2的特性由 于外部因素(温度、电压变化等)和老化而改变时，可以自动调整从时序生成器6输出的峰值采样脉冲DS2、基准采样脉冲DS1和AD时钟信号ACK 的各相位。此外，可以通过控制被摄物照射单元14的光发射模式，计算出 高精度的亮度级和方差，并以高精度设置各脉冲/信号的最优相位。 (第二实施例)图6示出在依据本发明第二实施例的数码相机中成像元件2的配置。在 图6中，与第一实施例中图4相同的附图标记表示相同的元件。附图标记 27为重置掩蔽控制单元。重置掩蔽控制单元27介于重置移位寄存器24与 信号电荷读出控制单元25之间，并配置成以行为单位设置允许重置脉冲RTi 向信号电荷读出控制单元25传输的状态和禁止重置脉沖RTi向信号电荷读 出控制单元25传输的状态。以下参考图7描述当将垂直寄移位寄存器23的重置脉冲设置为掩蔽/非 掩蔽时曝光时间的差异。将奇数行设置为掩蔽，将偶数行设置为非掩蔽。重 置脉冲RTi (i= 1, 2...)被重置掩蔽控制单元27掩蔽的奇数行的曝光时间 (Tlgl、 Tlg3、 Tlg5...)等于一帧的时期。重置脉冲没有被掩蔽的偶数行 的曝光时间为从重置脉冲RTi上升到读出时序信号RDi (i=l, 2...)上升 的时间，如第一实施例所述的那样。这样，可以在同一帧中设置多个曝光时 间。通过使用这种成像元件2，可以在同一帧内获得亮部分数据(长曝光时 间的行)和暗部分数据(短曝光时间的行)，且与在一帧中获得一种类型数 据的情况相比，可以大大减少用于获取相位调整中所使用数据的时间。当图8中的拜耳阵列式彩色滤光器(color filter of Bayer array)用于成 像元件2时，亮度信号Y计算为Y=0.59G+0.3R+0.11B。这样，使用相邻的 R像素、Gr像素、Gb像素和B像素作为彩色滤光器的重复单元U的情况下， 可以以2n(n=l， 2, 3，...)行为单位来实现掩蔽/非掩蔽状态的设置，从 而使得在彩色滤光器重复单元U中的像素具有相同的重置脉冲掩蔽设置。 图9示出当n=l时的重置脉冲掩蔽设置。当在成像元件2中实现像素混合时，可以实现重置脉冲的掩蔽/非掩蔽 状态的设置，以便于根据像素混合之后最后输出处的相同重置脉冲掩蔽设置的像素，生成彩色滤光器重复单元U的输出。以下通过例子来描述九像素 混合的情形。图10示出九像素混合中的像素混合区域。将各像素混合区域设置为2 维，使得当在行方面移位3个像素，且在列方面移位3个像素时，各像素混 合单元顺序交叠。R像素混合区域31包括具有彩色滤光器(R)的像素Rll、 R12、 R13、 R21、 R22、 R23、 R31、 R32和R33,其中置于R像素混合区域 31中心的像素R22的信号和围绕像素R22布置的八个像素的信号被混合， 以输出混合的像素信号R。类似的，在Gr像素混合区域32 、 Gb像素混合区 域3 3和B像素混合区域34中，置于像素混合区域中心的像素的信号和围绕 相应像素布置的八个像素的信号被混合，以输出混合的像素信号Gr22、Gb22 和B22。像素混合之后成像元件2的最后输出具有类似于混合之前拜耳阵列 进行排列的像素混合信号。图11示出九像素混合中的重置脉冲掩蔽设置。 (第三实施例)不一定必须为相位调整获取一帧的数据。当使用像素数目足够大的高像 素成像元件时，只读出需用于相位调整的部分的数据，而以高速读出其它数 据，如图12所示。高速读出是指通过对垂直移位寄存器23进行高速移位操 作来读取并丢弃数据。在本实施例中，进一步将读出选择单元15设置在第 一实施例配置中的DSP20中，如图1中虚线所示。读出选择单元15选择数 字成像信号Sd的帧的一个任意部分，并正常读出所选的数字成像信号Sd 的一个任意部分以用于相位调整。正常读出中的垂直时期为Pl。在相位调 整中，只通过正常读取读出需用于相位调整的数据，而通过高速读出读取并 丢弃其它数据，从而如图所示，将垂直时期减小为P2,且可以实现更高速 的相位调整。本实施例的建立与第一实施例(光发射模式控制)或第二实施 例(重置脉冲掩蔽控制)无关。图13示出由于曝光方法和读出范围的不同所产生的垂直时期和读出时 间。当正常曝光时使用一帧数据实现相位调整时，获取亮部分数据D1和暗 部分数据D2,且读出范围Al的数据必须被读出。这种情况下，垂直时期变为Tfl，并且需要时间Trl来读出所述读出范围Al。当使用第一实施例的相位调整装置所曝光的数据D3的中央部分来实现 相位调整时，垂直时期变为Tf2,而读出范围A2的读出时间变为Tr2。当使用第二实施例的相位调整装置所曝光的数据D4的上部分来实现相 位调整时，垂直时期变为Tfi,而读出范围A3的读出时间变为Tr3。当^f吏用 相同的成像元件时，如果读出范围A2和A3的大小相同，则垂直时间Tf2 和Tf3相同。然而数据的读出可以通过采用本发明第二实施例中所公开的方 法来更快地终止，这样，可以更早开始计算。这是因为在前者(第一实施例) 的情况下，正常读出之前必须提供用于高速读出的时期，而在后者(第二实 施例)的情况下，不执行高速读出，而立即执行正常读出。所以，依据本实 施例，通过合并本实施例只读出相位调整所需数据的配置，并对第一实施例 或第二实施例的相位调整装置执行相位调整，可以大大减少调整时间。 (第四实施例)图14为示出依据本发明第四实施例的数码相机的总体配置的视图。成 像元件2的像素等有时包括制造所引起的缺陷像素。在这类缺陷像素处，信 号电平趋于固定在最大值或最小值附近，而与入射光量无关。因此，即使缺 陷像素位于各脉冲的检测区域之内，也不期望在相位调整中使用缺陷像素的 值。在本实施例中，由缺陷像素检测单元16来检测缺陷像素，且预先将缺 陷元件的地址存储于存储单元17中，以便读出选择单元15不选择在存储单 元17中存储的地址的像素。因此，在数据的读出范围之内不选择缺陷像素， 在相位调整中不使用缺陷像素，并提高相位调整的精度。 (第五实施例)图15为示出依据本发明第五实施例的模拟前端IO的视图。自动增益控 制器4包括增益切换控制单元4a。关于从相关双采样单元3的输出针对每个 数据采用增益A还是增益B在增益切换控制单元4a中选择并切换，且输出 到AD转换器5。因此，可以对亮部分数据Dl和暗部分数据D2采用不同的 增益，其中较大增益B用于暗部分数据，以易于检测其变化。(第六实施例)图16为示出配置有显示单元的数码相机的总体配置的^L图。由图像处 理单元18对从模拟前端IO输出的数据进行处理，并显示在显示单元30上。 如果在一帧中存在亮部分数据和暗部分数据，则当相位调整过程中显示图像 时，在显示单元30上显示暗部分数据和亮部分之间的亮度差。在这种情况 下，在自动增益控制器4的增益切换控制单元4a中，切换到对亮部分数据 Dl采用增益A，而对暗部分数据采用增益B，从而使增益调整之后输出数 据Do的电平为常数，并在相位调整过程中还在显示单元30上显示出无亮 度差的图像。此外，可以检测显示单元30的显示状态，来确定增益切换控 制单元4a的操作状态。本实施例的建立与第一实施例(光发射模式控制)和第二实施例(重置 脉冲掩蔽控制)无关。尽管已经以最佳形式详细描述了本发明，但应该理解在不超出所主张的 本发明的精神和范围的情况下，可以通过合并和排列部件来改变最佳形式的 公开内容。
权利要求
1、一种基于数字成像信号对成像装置中成像时所使用的脉冲的相位进行调整的相位调整装置，所述数字成像信号通过针对每个像素将来自所述成像装置的模拟成像信号转换为数字值而获得，所述相位调整装置包括亮度级检测单元，用于检测所述成像装置的第一像素区域之内多个像素的所述数字成像信号的亮度级；方差计算单元，用于计算所述成像装置的第二像素区域之内多个像素的所述数字成像信号中表示像素之间的信号变化的方差；以及时序调整单元，用于向所述成像装置提供所述脉冲的相位调整指令，以便收敛到基于所述亮度级检测单元和所述方差计算单元的计算结果所设置的所述脉冲的最优相位，并用于控制所述成像装置，使得所述模拟成像信号的曝光状态适合于所述亮度级检测单元的亮度级检测处理和所述方差计算单元的方差计算处理。
2、 如权利要求1所述的相位调整装置，其中所述成像装置包括用于将摄影辅助光照射到正在摄影的被摄物上的被 才聂物照射单元；以及所述时序调整单元通过控制所述被摄物照射单元的摄影辅助光的光发 射模式来调整所述模拟成像信号的曝光状态。
3、 如权利要求1所述的相位调整装置，其中所述时序调整单元控制所 述模拟成像信号的曝光状态，使得在一帧中同时获得用于亮度级检测的亮部 分数据和用于方差计算的暗部分数据。
4、 如权利要求2所述的相位调整装置，其中所述时序调整单元控制所 述被摄物照射单元的光发射模式，使得在一帧中同时获得用于亮度级检测的 亮部分数据和用于方差计算的暗部分数据。
5、 如权利要求3所述的相位调整装置，其中所述成像装置包括用于向各行提供重置脉冲的重置移位寄存器以及用于控制每行的重置脉冲的提供的重置掩蔽控制单元；以及所述时序调整单元控制所述重置掩蔽控制单元，使得在一帧中同时获得 所述用于亮度级检测的亮部分数据和所述用于方差计算的暗部分数据。
6、 如权利要求5所述的相位调整装置，其中 所述成像装置包括拜耳阵列式彩色滤光器；所述时序调整单元控制所述重置掩蔽控制单元，使得所述成像装置的最 终输出信号经过所述重置脉冲以2n (n为正整数)行为单位进行的掩蔽/非 掩蔽设置。
7、 如权利要求1所述的相位调整装置，其中 所述成像装置包括垂直移位寄存器；以及 所述时序调整单元任意调整所述垂直移位寄存器的移位速度。
8、 如权利要求7所述的相位调整装置，进一步包括用于选择所述数字 成像信号中一帧的任意一部分的读出选择单元；其中所述时序调整单元正常读出所述读出选择单元所选择的那一部分，并在 相位调整中使用这一部分。
9、 如权利要求8的所述的相位调整装置，进一步包括用于检测所述成 像装置中的缺陷像素的缺陷像素检测单元；其中所述读出选择单元选择不包括所述缺陷像素检测单元所检测出的缺陷 像素的那一部分。
10、 一种lt码相机，包括 成像装置；以及如权利要求1所述的相位调整装置，用于提供所述成像装置在成像中所 使用脉冲的相位调整指令；其中 所述成像装置包括 时序生成器，用于生成所述脉冲， 成像元件，用于基于所述脉冲生成模拟成像信号， 相关双采样单元，用于对所述模拟成像信号执行相关双采样，并确定每个像素的信号电平，自动增益控制器，用于调整从所述相关双采样单元输出的成像信号的振 幅，以及A/D转换器，用于将从所述自动增益控制器输出的成像信号转换为数字值。
11、 如权利要求10所述的数码相机，其中所述时序调整单元控制所述 成像元件的曝光状态，使得在一帧中同时获得用于亮度级检测的亮部分数据 和用于方差计算的暗部分数据。
12、 如权利要求11所述的数码相机，其中所述成像装置包括用于将摄 影辅助光照射到正在摄影的被摄物上的被摄物照射单元；以及所述时序调整单元通过控制所述被摄物照射单元的摄影辅助光的光发 射模式来调整所述模拟成像信号的曝光状态。
13、 如权利要求11所述的数码相机，其中所述成像装置包括用于向各行提供重置脉沖的重置移位寄存器以及用 于控制每行的重置脉沖的提供的重置掩蔽控制单元；以及所述时序调整单元控制所述重置掩蔽控制单元，使得在一帧中同时获得 所述用于亮度级检测的亮部分数据和所述用于方差计算的暗部分数据。
14、 如权利要求10所述的数码相机，其中所述成像元件包括用于向各行提供重置脉冲的重置移位寄存器以及用 于控制每行的重置脉沖的提供的重置掩蔽控制单元；所述时序调整单元控制所述重置掩蔽控制单元，使得在一帧中同时获得 所述用于亮度级检测的亮部分数据和所述用于方差计算的暗部分数据；以及所述自动增益控制器在所述亮部分数据和所述暗部分数据之间切换增益。
15、 如权利要求14所述的数码相机，进一步包括用于显示所述数字成 像信号的显示单元；其中所述自动增益控制器调整所述暗部分数据的增益和所述亮部分数据的增益中的至少一个，使得在所述显示单元显示所述数字成像信号时，所述暗 部分数据的输出电平和所述亮部分数据的输出电平变得相等。
全文摘要
一种相位调整装置，其中时序调整单元向成像装置提供脉冲的相位调整指令，以便收敛到基于亮度级检测单元和方差计算单元的计算结果所设置的脉冲的最优相位；而且，时序调整单元控制成像装置，使得模拟成像信号的曝光状态适合于亮度级检测单元的亮度级检测处理和方差计算单元的方差计算处理。
文档编号H04N5/376GK101232582SQ20081000022
公开日2008年7月30日 申请日期2008年1月24日 优先权日2007年1月24日
发明者小川雅裕, 田中望美 申请人:松下电器产业株式会社