專利名稱：圖像拾取設備及其噪聲減少方法
技術領域：
本發(fā)明涉及具有電荷耦合器件的諸如電視攝像機之類的圖像拾取設備；并且更具 體地涉及用于減少包括在從電子倍增電荷耦合器件輸出的圖像信號中的噪聲(例如，拖影 等)的方法。
背景技術：
具有電荷耦合器件的傳統(tǒng)的圖像拾取設備獲得從其中像素被遮光的光學黑體區(qū) 域中輸出的拖影(smear)信號，通過對行(line)的每一列的拖影信號進行平均來計算每一 行的拖影信號的平均值，并且從電荷耦合器件的預定像素輸出的圖像信號中減去平均值， 由此減少包括在從電荷耦合器件輸出的圖像信號中的噪聲，例如拖影等。此外，控制控制電荷耦合器件不發(fā)送在其圖像拾取區(qū)域中的預定行的圖像信 號，并且輸出用于允許非發(fā)送的行用作黑電平的信號行的拖影信號，由此減少噪聲，例 如拖影等(例如，參見日本專利申請公開No. 2008-177709,以及由TI于2005年5月 出品的 C246CYMB0 680X500 PIXELIMPACTRONTM COMPLEMENTARY COLOR CCD IMAGE SENS0RS0CS089)。然而，在上述現(xiàn)有技術中，從被遮光的光學黑體區(qū)域獲得拖影信號。因此，由于潛 在地包括在被遮光的光學黑體區(qū)域中的像素缺陷，當針對行的每一列對輸出的拖影信號進 行平均時，很難準確地計算平均值。因此，準確地校正拖影變得困難。此外，因為圖像拾取區(qū)域的一部分變成準光學黑體區(qū)域，所以減少了圖像拾取區(qū) 域。此外，在電荷耦合器件具有大量的被遮光的光學黑體區(qū)域的情況下，這限制了產(chǎn)生準光 學黑體。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到上述問題，本發(fā)明提供了一種圖像拾取設備，其能夠在不使用專門的光量 調節(jié)設備的情況下不考慮像素缺陷，通過獲得來自在電荷耦合器件中沒有像素缺陷的區(qū)域 的拖影信號來減少噪聲，例如從電荷耦合器件輸出的拖影等。本發(fā)明的圖像拾取設備包括電荷耦合器件，其具有圖像拾取區(qū)域和存儲區(qū)域； 控制單元，其用于在垂直消隱(blanking)時段，垂直傳輸不具有來自所述存儲區(qū)域的垂直 傳輸寄存器的像素信號的預定行數(shù)量的信號，并且將比所述圖像拾取區(qū)域的垂直傳輸寄存 器的行數(shù)量多所述預定行數(shù)量的行垂直傳輸?shù)剿龃鎯^(qū)域的所述垂直傳輸寄存器；圖像 信號獲得單元，其用于獲得從所述電荷耦合器件的預定像素輸出的圖像信號作為第一圖像 信號；獲得單元，其用于獲得不具有所述存儲區(qū)域的像素信號的所述預定行數(shù)量的信號作 為第二圖像信號；以及校正單元，其用于從由所述圖像信號獲得單元獲得的所述第一圖像 信號減去與由所述獲得單元獲得的所述第二圖像信號相對應的值。圖像拾取設備還可以包括計算單元，其用于計算由所述獲得單元獲得的所述第二 圖像信號的行間平均值或行間中間值；抑制單元，其用于對由所述計算單元計算的信號執(zhí)行高電平抑制；以及減法器，其用于從由所述圖像信號獲得單元獲得的所述第一圖像信號 中減去由所述抑制單元抑制的信號。圖像拾取設備還可以包括比較單元，其用于將由所述計算單元計算的所述第二圖 像信號與預定電平進行比較；以及切換單元，其用于根據(jù)所述比較單元的比較結果來切斷 所述抑制單元的輸出。根據(jù)本發(fā)明，包括具有圖像拾取區(qū)域和存儲區(qū)域的電荷耦合器件的圖像拾取設備 的噪聲減少方法包括在垂直消隱時段期間，垂直傳輸不具有來自所述存儲區(qū)域的垂直傳 輸寄存器的像素信號的預定行數(shù)量的信號，并且將比所述圖像拾取區(qū)域的垂直傳輸寄存器 的行數(shù)量多所述預定行數(shù)量的行垂直傳輸?shù)剿龃鎯^(qū)域的所述垂直傳輸寄存器；獲得從 所述電荷耦合器件的預定像素輸出的圖像信號作為第一圖像信號；獲得不具有所述存儲區(qū) 域的像素信號的所述預定行數(shù)量的所述信號作為第二圖像信號；以及從由所述圖像信號獲 得單元獲得的所述第一圖像信號減去與由所述獲得單元獲得的所述第二圖像信號相對應 的值。噪聲減少方法可以包括對獲得的信號執(zhí)行行間平均處理；以及基于電子倍增因子 對平均的信號執(zhí)行高電平抑制；獲得從電子倍增電荷耦合器件的像素而非預定像素輸出的 圖像信號；以及從獲得的圖像信號減去抑制的信號。噪聲減少方法可以包括將平均的信號的電平與指定的電平相比較；以及根據(jù)比較 結果從圖像信號減去抑制的信號。根據(jù)本發(fā)明，通過正常地(普通速度)垂直傳輸電荷耦合器件的存儲區(qū)域中的預 定行；高速垂直傳輸比圖像拾取區(qū)域中的行數(shù)量多預定行數(shù)量的行；以及正常地垂直傳輸 比圖像拾取區(qū)域中的行數(shù)量少預定行數(shù)量的行，獲得不具有來自作為準光學黑體區(qū)域的電 荷耦合器件的圖像拾取區(qū)域的像素的圖像信號的拖影信號。此外，根據(jù)預定區(qū)域中的像素 的圖像信號電平對所獲得的拖影信號執(zhí)行抑制，并且從圖像信號電平減去抑制的拖影信 號。因此，可以獲得帶有減少的噪聲(例如拖影等)的圖像信號而不考慮潛在地包括在被 遮光的光學黑體中的像素缺陷。


通過結合附圖給出的實施例的以下描述，本發(fā)明的目的和特征將會變得清楚，在 附圖中圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的圖像拾取設備的框圖；圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的拖影校正單元的框圖；圖3是用于解釋根據(jù)本發(fā)明的實施例的電荷耦合器件的像素陣列的視圖；圖4是用于解釋驅動電荷耦合器件的方法的時序圖；圖5示出了在圖像拾取區(qū)域和存儲區(qū)域中如何垂直地傳輸電荷耦合器件的拖影 信號和圖像信號；圖6是用于解釋從電荷耦合器件輸出的拖影信號和圖像信號之間的關系的視圖；圖7是用于解釋從電子倍增電荷耦合器件輸出的拖影信號和圖像信號之間的關 系的視圖；圖8是用于解釋根據(jù)本發(fā)明的實施例的拖影校正信號的低電平和高電平抑制的
5視圖；圖9是用于解釋根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的針對圖像信號電平的拖影校正的低 電平和高電平抑制的視圖；以及圖10是用于解釋根據(jù)本發(fā)明的又一實施例的拖影信號檢測和拖影校正的操作的 流程圖。
具體實施例方式現(xiàn)在將參考形成說明書的一部分的附圖來描述本發(fā)明的實施例。首先，將參考圖1和圖2描述根據(jù)本發(fā)明的實施例的圖像拾取設備。圖1是示出 根據(jù)本發(fā)明的實施例的圖像拾取設備的框圖。圖1中，附圖標記1指示圖像拾取設備，附圖標記2表示用于形成入射光的圖像的 透鏡單元，附圖標記3是電子倍增電荷耦合器件(EM-CCD)，該EM-CCD用于將從透鏡單元2 引入的光轉換成電信號，并且附圖標記4表示相關雙采樣(CDS)單元，該CDS單元用于消除 來自從EM-CCD 3輸出的信號中的噪聲。此外，附圖標記5指示放大器單元，其用于調節(jié)從⑶S單元4輸出的信號的增益， 附圖標記6是A/D轉換器(模擬數(shù)字轉換器)，其用于將從放大器單元5輸出的模擬信號 轉換成數(shù)字信號A，而附圖標記7表示拖影校正單元，該拖影校正單元用于檢測和校正從 EM-CCD 3中輸出的噪聲信號，例如拖影等。附圖標記8是圖像信號處理單元，該圖像信號處理單元用于對從拖影校正單元7 輸出的信號L執(zhí)行各種圖像處理，附圖標記9表示圖像信號輸出單元，該圖像信號輸出單元 用于將從圖像信號處理單元8輸出的信號轉換成預定類型的圖像信號以輸出圖像信號，附 圖標記10指示CXD驅動單元，該CXD驅動單元用于驅動EM-CXD 3和執(zhí)行電子倍增的增益 控制，以及附圖標記11表示CPU(中央處理單元)，該CPU用于控制圖像拾取設備1的每一 個單元。此外，CPU 11通過信號H控制拖影校正單元7。從圖像信號輸出單元9輸出的預定類型的圖像信號是例如美國國家電視系統(tǒng)委 員會(NTSC)類型、逐行倒相(PAL)類型、高清晰度電視(HDTV)類型等的動態(tài)圖像或靜態(tài)圖像。圖2是示出了圖1中的拖影校正單元7的詳細的框圖。在圖2中，附圖標記701-1到701-n(n是自然數(shù))表示存儲器單元，該存儲器單元 每一個用于存儲與單個掃描行(IH)相對應的數(shù)字信號。附圖標記702指示加法器，該加 法器用于將來自存儲器單元701-1到701-n的輸出信號相加，并且附圖標記703是1/n單 元，該1/n單元用于將來自加法器702的輸出信號乘以1/n。附圖標記704和705表示延 遲單元，該延遲單元中的每一個將輸入信號延遲與單個像素相對應的延遲時間，附圖標記 706-708是乘法器單元，該乘法器單元中的每一個用于將輸入信號乘以預定倍增因子，并且 附圖標記709表示加法器，該加法器用于將來自乘法器單元706-708的輸出信號相加。附 圖標記710指示高電平抑制單元，該高電平抑制單元用于應用預定抑制到等于或高于預定 電平的信號，所述信號是從加法器709輸出的，以及附圖標記711表示低電平抑制單元，該 低電平抑制單元用于應用預定抑制到等于或低于預定電平的信號，所述信號是從高電平抑 制單元710輸出的。
此外，附圖標記713指示比較單元，該比較單元用于將從加法器709輸出的信號電 平與預定信號電平相比較，附圖標記712表示切換單元，該切換單元用于根據(jù)從比較單元 713輸出的比較結果來切換輸出信號，并且附圖標記714是減法器，該減法器用于從信號A 中減去信號g。附圖標記715表示控制單元，該控制單元用于根據(jù)輸入信號H輸出信號a、 b、c、d、e和f。附圖標記716是圖像信號電平檢測器，該圖像信號電平檢測器用于從信號A 檢測，例如從圖像拾取區(qū)域而非拖影信號檢測區(qū)域的像素中輸出的圖像信號的單個幀或場 的平均電平，稍后將對其進行描述?，F(xiàn)在將參考圖1描述根據(jù)本發(fā)明的實施例的操作。圖像拾取設備1的EM-CXD 3將由透鏡單元2在光電轉換單元上成像的入射光光 電地轉換成電信號，并且將轉換的電信號輸出到CDS單元4。CDS單元4去除從EM-CCD 3輸 出的信號中的噪聲，并且將得到的信號輸出到放大器單元5。放大器單元5根據(jù)從CPU 11 中輸出的增益控制信號放大從CDS單元4輸出的信號，并且將放大的信號輸出到A/D轉換 器6。A/D轉換器6將從放大器單元5中輸出的模擬信號轉換為例如10比特的數(shù)字信號， 并且將數(shù)字信號A輸出到拖影校正單元7。拖影校正單元7檢測和校正源自EM-C⑶3的拖影信號，并且將信號L輸出到圖像 信號處理單元8。此外，圖像信號處理單元8對從拖影校正單元7輸出的信號L執(zhí)行各種圖 像處理，并且將得到的信號輸出到圖像信號輸出單元9。圖像信號輸出單元9將從圖像信號 處理單元8輸出的信號轉換為預定類型的圖像信號，然后輸出它們。CCD驅動單元10基于 從CPU 11輸出的控制信號輸出用于驅動EM-CXD 3的信號。此外，CPU 11輸出用于控制拖 影校正單元7的信號H。CXD驅動單元10將由EM-CXD 3讀出的像素的位置信息傳輸給CPUl 1?？商娲?， CPU 11可以命令C⑶驅動單元10讀取從EM-CXD 3輸出的信號的開始點。根據(jù)從圖像信號 處理單元8輸出的圖像信號，CPU 11將用于控制放大因子的信號輸出給放大器單元5，并且 將用于對EM-CXD 3中的電子倍增執(zhí)行增益控制的信號輸出給C⑶驅動單元10。此外，CPU 11將帶有由EM-CCD 3讀出的像素的位置信息和關于EM-CCD 3中的電子倍增的增益比信息 的信號H發(fā)送給控制單元715，并且由此將信號a、b、c、d、e、和f從控制單元715輸出。接著，將描述拖影。拖影是指當由電荷耦合器件對點光(即，高照度對象)進行成 像時出現(xiàn)在點光上方和下方的光的模糊現(xiàn)象。即使光照度等于或低于電荷耦合器件的飽和 光照度，拖影也會發(fā)生。此外，拖影與成像光的光照度成比例。拖影影響了穿過對點光進行 成像的像素的、以垂直方向布置的所有像素。圖6示出了用于解釋從電荷耦合器件輸出的拖影信號和圖像信號之間的關系的 示例。電荷耦合器件的圖像信號在1001UX的入射光光照度下飽和并且電荷耦合器件的輸 出飽和電平為1.0V。拖影信號是圖像信號的10%，但是即使在圖像信號飽和后它仍然增 加。圖7示出了解釋當圖6中示出的電荷耦合器件是電子倍增類型并且電子倍增因子 被設置為1000倍時從電子倍增電荷耦合器件輸出的拖影信號和圖像信號之間的關系的示 例。電子倍增電荷耦合器件的圖像信號在0. Ilux的入射光光照度下飽和并且飽和電平為 1. OV0此外，拖影信號是圖像信號的10%，但是即使圖像信號飽和后拖影信號仍然增加。然 而，在1. Olux下拖影信號也飽和。
7
在本實施例中，基于拖影的這些特征，通過檢測來自準光學黑體區(qū)域的拖影信號 執(zhí)行拖影信號校正，其中所述準光學黑體區(qū)域等價于像素被遮光的區(qū)域；并且，將拖影信號 從通過光電地轉換入射光而獲得的圖像信號中減去?，F(xiàn)在將參考圖2-8描述根據(jù)本發(fā)明的實施例的從EM-CCD 3中輸出的拖影信號的 檢測和校正的操作。圖8是用于解釋根據(jù)本發(fā)明的實施例的拖影校正信號的低電平和高電 平抑制的視圖。圖3是解釋圖1中示出的EM-CXD 3的主要部分的圖。EM-CXD 3主要包括圖像拾 取區(qū)域、存儲區(qū)域、水平傳輸寄存器C、電子倍增單元D和輸出單元E。因為EM-CCD 3具有 圖像拾取區(qū)域和存儲區(qū)域，所以EM-CCD3具有被稱為FIT類型的幀行間傳輸類型。圖像拾取區(qū)域包括用于接收并且光電地轉換入射光的多個像素Sll-SNM和M列垂直傳輸寄存器部分A1-AM，并且由信號IAGl和IAG2執(zhí)行控制。圖3中的圖像拾取區(qū)域示出 了像素陣列，其中一個方塊指示一個像素并且寫在方塊中的數(shù)字Sij指示像素的布局。也就 是說，i(i = 1，...，N)指示了行，并且j(j = 1，...，M)指示了列。將圖3中示出的電荷耦合器件的垂直傳輸寄存器分成圖像拾取區(qū)域和存儲區(qū)域。 在圖像拾取區(qū)域中，第一行的像素以Sll、S12、S13、S14、S15、……、和SlM的順序排列，第
二行的像素以S21、S22、S23、S24、S25、......、和S2M的順序排列，第三行的像素以S31、S32、
S33、S34、S35、......、和 S3M 的順序排列，第 N 行的像素以 SNl、SN2、SN3、SN4、SN5、......、
和S匪的順序排列。這里，N和M都是自然數(shù)。此外，以與上述像素陣列相同的順序讀取像 素的信號。具體地說，以S11、S12、S13、……、和S匪的順序讀出信號。存儲區(qū)域由M列垂 直傳輸寄存器部分Bl-BM組成，并且由信號SAGl和SAG2執(zhí)行控制。水平傳輸寄存器C基于逐個像素讀取從存儲區(qū)域的垂直傳輸寄存器部分Bl-BM傳 輸?shù)膱D像信號，并且由信號Hl和H2執(zhí)行控制。電子倍增單元D執(zhí)行從水平傳輸寄存器C 輸出的圖像信號的電子倍增，并且由信號EMl到EM4執(zhí)行控制。輸出單元E將圖像信號輸 出到EM-CXD 3的外面，并且信號RG重置輸出單元E以產(chǎn)生重置電平。在本發(fā)明的實施例中，由圖3中示出的電荷耦合器件基于場或幀單元讀出圖像信 號和拖影信號。當圖像拾取區(qū)域內(nèi)的垂直傳輸寄存器暴露于高光照度的入射光時產(chǎn)生拖影 信號。所以，通過驅動電荷耦合器件只讀取在垂直傳輸寄存器中產(chǎn)生的拖影信號，以使得在 不使用來自圖像拾取區(qū)域中獲得的像素的信號的情況下，從被提前垂直地傳輸?shù)拇鎯^(qū)域 的預定行中讀取拖影信號。借助該電荷耦合器件的驅動方法，可以減少從電荷耦合器件輸 出的噪聲(例如，拖影等)，而不考慮潛在地包括在被遮光的光學黑體中的像素缺陷。接著，將參考圖3-5描述驅動電荷耦合器件的方法，所述方法用于垂直地傳輸圖3 中示出的存儲區(qū)域(作為準光學黑體區(qū)域)中預定數(shù)量的行，并且從中讀取拖影信號。圖4 是用于解釋用于驅動電荷耦合器件的方法的時序圖，而圖5示出了在圖像拾取區(qū)域和存儲 區(qū)域如何垂直地傳輸電荷耦合器件的拖影信號和圖像信號。在本文中，假定行的總數(shù)(掃 描的行數(shù)量)為525，圖像拾取區(qū)域中的行數(shù)量為500，被遮光的光學黑體區(qū)域中的行數(shù)量 為4 (第一到第四行)，并且使用逐行掃描。EM-C⑶3將在圖像拾取區(qū)域中獲得的像素的信號正常地讀出到垂直傳輸寄存器 部分A1-AM，并且通過從垂直傳輸寄存器部分Al-AM到垂直傳輸寄存器部分Bl-BM的高速垂 直傳輸，將500行的像素的信號發(fā)送到存儲區(qū)域。然后，EM-CCD 3通過正常地垂直傳輸將信號從垂直傳輸寄存器部分Bl-BM發(fā)送到水平傳輸寄存器C，以從500行的像素中讀取信號。在本實施例中，已提前傳輸?shù)拇鎯^(qū)域(即，準光學黑體區(qū)域)中的行變成黑電平 的信號行，藉由提前垂直傳輸脈沖，通過控制正常地垂直傳輸?shù)拇鎯^(qū)域(具有500行)的 預定行數(shù)量(例如，與在本實施例中被遮光的光學黑體的數(shù)量相同的數(shù)量4)，由此使得該 行不具有像素信號；比圖像拾取區(qū)域的行數(shù)量多預定行數(shù)量的行(500+4行)將被高速垂直 傳輸；并且，比存儲區(qū)域的行數(shù)量少預定行數(shù)量的行(500-4行這些是具有來自像素的信 號)將被正常地垂直傳輸。因此，可以只輸出當對高光照度的入射光進行成像時產(chǎn)生的拖 影信號。也就是說，在不輸出來自EM-CCD 3的被遮光的光學黑體的拖影信號的情況下，可 以通過控制垂直傳輸來生成準光學黑體區(qū)域。此外，高速垂直傳輸比圖像拾取區(qū)域的行數(shù)量多4行的原因是可以通過使用拖影 信號來校正圖像信號，其中所述拖影信號是通過取消被遮光的光學黑體區(qū)域中的行信號 (在不使用它們作為圖像信號的情況下)并且通過從隨后被讀出到水平傳輸寄存器C的行 中取得具有像素的信號行，從準光學黑體時段獲得的。具體地說，EM-CXD 3通過信號IAGl和IAG2將來自圖像拾取區(qū)域中的像素的圖像 信號傳輸?shù)酱怪眰鬏敿拇嫫鞑糠枝ˇ?AM。EM-CCD 3通過信號SAGl和SAG2，只正常地垂直 傳輸存儲區(qū)域中的準光學黑體區(qū)域的4行。此外，EM-CXD 3通過信號SAGl和SAG2，將來自 垂直傳輸寄存器部分Al-AM的像素的信號高速垂直傳輸?shù)酱怪眰鬏敿拇嫫鞑糠諦1-BM。因 此，EM-CCD 3高速垂直傳輸(已經(jīng)提前傳輸?shù)拇鎯^(qū)域的準光學黑體時段的)增加了 4行 的504行，并且圖像拾取區(qū)域的被遮光的光學黑體時段的第一到第四行的信號沒有被水平 傳輸寄存器C讀取而是被跳過了。通過要被讀取的信號SAGl和SAG2，EM-CXD 3將具有來 自像素的信號(具有來自第1到第496行的像素的信號的圖像信號第一圖像信號)的496 行從垂直傳輸寄存器部分Bl-BM傳輸?shù)剿絺鬏敿拇嫫鰿。換句話說，將圖像拾取區(qū)域的第 1到第500行的信號正常地傳輸?shù)揭蛔x取的水平傳輸寄存器C ；然而，在本實施例中，將作 為有效像素區(qū)域的圖像拾取區(qū)域的第5行到第500行信號傳輸?shù)揭蛔x取的水平傳輸寄存 器C，并且被高速垂直傳輸?shù)?04行中不具有信號時段的4行(其是增加了 4行的504行中 的4行)沒有被傳輸?shù)剿絺鬏敿拇嫫鰿。因此，將存儲區(qū)域的預讀的4行區(qū)域作為準光學 黑體區(qū)域，從而可以只輸出當對高光照度的入射光進行成像時產(chǎn)生的拖影信號(即，只具 有拖影信號沒有來自像素的信號的準光學黑體區(qū)域的信號第二圖像信號)。通過執(zhí)行垂 直傳輸寄存器部分的這種驅動，可以只獲得拖影信號，而不考慮潛在地包括在EM-CCD 3的 被遮光的光學黑體中的像素缺陷。此外，在垂直消隱時段期間執(zhí)行這些處理。將描述圖4中示出的時序圖。在脈沖11中，EM-CXD 3將來自像素的信號讀出到 垂直傳輸寄存器部分A。在脈沖Sl中，正常地傳輸垂直傳輸寄存器部分B的四行。這里， EM-CXD 3將包括在4行中的純拖影信號輸出到拖影校正單元7。在脈沖12中，EM-CXD 3將 來自504行的像素的信號從垂直傳輸寄存器部分A(Al-AM)高速垂直傳輸?shù)酱怪眰鬏敿拇?器部分B(Bl-BM)。在脈沖S2中，EM-⑶D 3將504行的信號從垂直傳輸寄存器部分B高速 地傳輸?shù)剿絺鬏敿拇嫫鰿。在此時，不將從存儲區(qū)域高速垂直傳輸?shù)男盘栕x出到水平傳輸 寄存器C的尾部。在脈沖13中，EM-CXD 3將來自496行的像素的信號從垂直傳輸寄存器 部分A正常地垂直傳輸?shù)酱怪眰鬏敿拇嫫鞑糠諦。在脈沖S3中，EM-CCD 3將具有來自像素 的信號的496行從垂直傳輸寄存器部分B正常地垂直傳輸?shù)剿絺鬏敿拇嫫鰿。
參考圖5將描述在圖像拾取區(qū)域和存儲區(qū)域中如何垂直地傳輸EM-CXD 3的拖影 信號和圖像信號。在圖5的⑴中，通過脈沖I1，EM-C⑶3從來自圖像拾取區(qū)域的像素中讀 出信號，然后，正常地傳輸存儲區(qū)域的4行。在圖5的(2)中，示出了正常地傳輸存儲區(qū)域 的4行之后的狀態(tài)。在圖5的(3)中，通過脈沖12，EM-CXD 3將來自504行的像素的信號 從圖像拾取區(qū)域高速垂直傳輸?shù)酱鎯^(qū)域。在圖5的(4)中，通過脈沖S3，EM-CXD 3將來 自496行的像素的信號從存儲區(qū)域正常地垂直傳輸?shù)剿絺鬏敿拇嫫鰿。在本實施例中，在 (1)和(2)之間，在存儲區(qū)域的準光學黑體時段讀出拖影信號。雖然在本實施例中將垂直傳輸寄存器部分Al-AM和Bl-BM中的每一個描述為由兩 相控制信號控制，但是它也可以由四相控制信號等控制。此外，雖然針對逐行掃描描述了本 實施例，但是也可以使用隔行掃描。此外，在本實施例中，提前垂直傳輸?shù)拇鎯^(qū)域的預定行數(shù)量被設置為4，其與被 遮光的光學黑體時段的數(shù)量相同。但是，因為被遮光的光學黑體區(qū)域中的行數(shù)量隨著電荷 耦合器件變化，所以行數(shù)量不限定于4。如果提前垂直地傳輸?shù)亩嘤诒徽诠獾墓鈱W黑體時段 區(qū)域的行數(shù)量的行，那么增加平均的行數(shù)量，由此改善拖影校正的準確度，但是了降低能夠 成像的有效像素的數(shù)量。另一方面，如果提前垂直地傳輸少于被遮光的光學黑體時段區(qū)域 的行數(shù)量的行，那么降低平均的行數(shù)量，其降低了拖影校正的準確性。但是，如果考慮到這 些效果，那么行數(shù)量可以多于或少于被遮光的光學黑體時段區(qū)域的行數(shù)量?，F(xiàn)在將參考圖2描述拖影信號的檢測和校正操作。首先，從圖2中輸入到拖影校正單元7的信號A開始，分別地將來自準光學黑體區(qū) 域的第一行到第四行的像素的信號存儲到圖2中示出的存儲器單元701-1到701-4中，同 時將來自準光學黑體的第η行的像素的信號存儲到存儲區(qū)域單元701-n中。在本實施例中， 將存儲器單元701-1到701-4用作具有4行的準光學黑體區(qū)域。一旦讀出來自圖像拾取區(qū)域中的像素的信號時就輸出存儲在存儲器單元701-1 到701-n中的信號。由從控制單元715中輸出的信號“a”控制存儲器單元701-1到701_n 的存儲和輸出。由加法器702將從存儲器單元701-1到701-n輸出的信號相加，并且由1/n 單元703將其乘以1/4倍?？梢杂纱鎯ζ鲉卧?01-1到701-n、加法器702和1/n單元703 針對預定拖影信號檢測區(qū)域中的行的每一列執(zhí)行信號的平均。參考圖3，行間平均是指用 于將例如行Sll的第一列、行S21的第一列、行S31的第一列、行S41的第一列的信號相加， 并且將相加后的信號乘以1/n倍的過程。用這種方式，以行Sll到SlM的第二列、行Sll到 SlM的第三列，……、以及行Sll到SlM的第M列的順序執(zhí)行針對每一行的平均處理。隨后，通過由延遲單元704和705、乘法器單元706到708以及加法器709形成的 低通濾波器，將高頻分量從行間平均的信號中去除。從控制單元715輸出的信號“b”確定 低通濾波器的特征。高電平抑制單元710對圖8中示出的預定電平或更高電平的信號執(zhí)行非線性處 理，其中，所述信號從加法器709輸出。在本實施例中，假定當從EM-CCD 3輸出的圖像信號 飽和時(在圖6中1. 0V)，拖影信號的電平是100% (在圖6中0. IV)，由高電平抑制單元 710對拖影信號電平為90%或更高的輸入信號執(zhí)行非線性處理。此外，對拖影信號電平等 于或高于110%的輸入信號執(zhí)行限幅。通過從控制單元715輸出的信號“d”控制高電平抑 制單元710的非線性處理。即使當圖像信號飽和時，也可以通過非線性處理防止拖影校正
10不被過度校正。此外，低電平抑制單元711對圖8中示出的預定電平或更低電平的信號執(zhí)行非線 性處理，其中，所述信號從高電平抑制單元710輸出。在本實施例中，假定當從EM-CCD 3輸 出的圖像信號飽和時(在圖6中1. 0V)拖影信號的電平是100% (在圖6中0. IV)，由低電 平抑制單元711對拖影信號電平等于或小于10%的輸入信號執(zhí)行非線性處理。通過從控制 單元715輸出的信號“e”控制低電平抑制單元711的非線性處理。由于該非線性處理，沒 有從圖像拾取區(qū)域中的隨機噪聲中減去來自光學黑體區(qū)域的隨機噪聲，由此可以自然地執(zhí) 行拖影校正。將從低電平抑制單元711輸出的信號輸入到切換單元712。通過從比較單元713 輸出的信號來控制切換單元712。比較單元713將從加法器709輸出的信號電平與從控制 單元715輸出的信號“C”的電平相比較。如果信號“C”的電平等于或低于從加法器709輸 出的信號的電平，那么比較單元713控制切換單元712，以使得將從低電平抑制單元711中 輸出的信號作為信號“g”從切換單元712輸出。另一方面，如果信號“C”的電平高于從加 法器709輸出的信號的電平作為比較單元713的比較結果，那么比較單元713控制切換單 元712，以使得將從控制單元715輸出的信號“f”作為信號“g”從輸切換單元712輸出。可 以將信號“f ”設置為零或預定值。比較單元713將拖影校正信號的電平與從圖像信號輸出單元9中輸出的比率信 號的電平相比較。如果拖影校正信號的電平等于或高于比率信號電平的例如10%，那么從 100%的圖像信號減去10%或更多的拖影校正信號，以提供90%或更少的圖像信號。也就 是說，比較單元713和切換單元712防止拖影校正信號對圖像信號本身施加影響。減法器714從信號A減去信號“g” (即，拖影校正信號)，并且將該減法步驟的得 到的信號輸出為信號L。下文將參考圖2到圖9描述根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的從EM-CCD 3輸出的拖 影信號的檢測和校正的操作。圖9是解釋根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的拖影校正信號的低電平和高電平抑制 的視圖。參考圖2，將省略與上述實施例中相同的操作的描述。如果將EM-CXD 3的電子倍增因子設置為1000倍并且高亮度的對象(像點光)被 成像，拖影信號也會立即飽和，如圖7中所示。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，基于EM-C⑶3 的電子倍增因子和信號A的圖像信號電平來修改高電平抑制單元710和低電平抑制單元 711的特征。將從加法器709輸出的拖影信號的電平設為100%。將信號A的比率圖像信 號電平設為100%。在圖9中，橫軸指示從圖像信號電平檢測器716輸出的圖像信號電平(單位百分 比(％))，并且縱軸指示從低電平抑制單元711輸出的拖影校正信號電平(單位百分比 (%))?，F(xiàn)在將描述高電平抑制單元710的操作。在當EM-CXD 3的電子倍增因子是1時 的情況中，如果圖像信號電平達到40%，則從高電平抑制單元710輸出的拖影校正信號的 電平開始減少。當圖像信號電平變得等于或高于100%時，將拖影校正信號電平設置為零或 切斷。如果EM-CXD 3的電子倍增因子是1000，那么當圖像信號電平達到40%時從高電平 抑制單元710輸出的拖影校正信號的電平開始降低。當圖像信號電平變得等于或高于80 %時，將拖影校正信號電平設置為零或切斷。此外，如果EM-CXD 3的電子倍增因子是2000，那么當圖像信號電平達到40%時從 高電平抑制單元710輸出的拖影校正信號的電平降低。當圖像信號電平變得等于或高于 70%時，將拖影校正信號電平設置為零或切斷。也就是說，拖影校正信號電平的特征取決于 EM-CCD 3的電子倍增因子和信號A的圖像信號電平而變化。通過提供具有這種特征的高電 平抑制單元710，可以基于EM-CCD 3的電子倍增因子和信號A的圖像信號電平來恰當?shù)貓?zhí) 行拖影校正?，F(xiàn)在將描述低電平抑制711的操作。如果EM-CXD 3的電子倍增因子是1，當圖像 信號電平為0%時低電平抑制單元711的拖影校正信號的電平開始增加。如果圖像信號電 平變得等于或高于20%，那么將拖影校正信號電平設置為100%。如果EM-CXD 3的電子 倍增因子是1000，那么當圖像信號電平為0%時低電平抑制單元711的拖影校正信號的電 平開始增加。如果圖像信號電平變得等于或高于20%，那么將拖影校正信號的電平設置為 100%。此外，如果EM-CXD 3的電子倍增因子是2000，那么當圖像信號電平為0 %時低 電平抑制單元711的拖影校正信號的電平開始增加。如果圖像信號電平變得等于或高于 20%，那么將拖影校正信號的電平設置為100%。也就是說，根據(jù)EM-CXD 3的電子倍增因子 和信號A的圖像信號電平來改變拖影校正信號電平。通過提供具有這些特征的低電平抑制 單元711，可以基于EM-CCD 3的電子倍增因子和信號A的圖像信號電平來執(zhí)行帶有減少的 噪聲的充分的拖影校正。雖然用上述實施例中的順序來布置加法器709、高電平抑制單元710和低電平抑 制單元711，但是也可以用這樣的順序來布置加法器709、低電平抑制單元711和高電平抑 制單元710。此外，高電平抑制單元710和低電平抑制單元711也可以具有用于電平匹配的 放大功能。如果提供放大功能，那么由控制單元715控制放大因子。根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例，圖1中示出的拖影校正單元7可以通過使用例如 CPU(中央處理單元)等微處理器檢測和校正拖影信號。將參考圖10描述根據(jù)該實施例的 用于檢測和校正拖影信號的操作的示例。圖10是用于解釋根據(jù)本發(fā)明的實施例的檢測拖影信號和拖影校正的操作的流程 圖。在圖10中示出的步驟Si，針對EM-CXD 3的圖像拾取區(qū)域中的拖影信號檢測區(qū) 域進行初始的設置；低通濾波器特征；基于電子倍增因子和圖像信號電平的高電平抑制特 征；基于電子倍增因子和圖像信號電平的低電平抑制特征；以及比較電平。在步驟S2，從 CPU 11讀出EM-CXD 3的電子倍增因子和放大器單元5的放大因子。在步驟S3，輸入信號 A。在步驟S4，確定信號A是否是來自拖影檢測區(qū)域的信號。如果信號A是來自拖影檢測區(qū) 域的信號，處理進行到步驟S5。如果不是，進行到步驟S11。在步驟S5，執(zhí)行來自拖影檢測區(qū)域的信號的行間平均處理并且處理進行到步驟 S6。在步驟S6，由低通濾波器消除高頻分量，并且隨后進入步驟S7。在步驟S7，基于EM-CCD 3的電子倍增因子、放大器單元5的放大因子和圖像信號電平來執(zhí)行高電平抑制處理，并且 隨后進入步驟S8。在步驟S8，基于EM-CCD 3的電子倍增因子、放大器單元5的放大因子和 圖像信號電平來執(zhí)行低電平抑制處理，并且處理進行到步驟S9。
在步驟S9，拖影校正信號“g” (即，直至步驟8中處理的信號)的電平與初始地設 置的比較電平相比較。如果它等與或小于比較電平，那么隨后進行到步驟S11。如果不是這 樣，處理進行到步驟S10。在步驟S10，將拖影校正信號“g”設置為零或切斷，然后進行到步 驟S11。在步驟S11，從信號A減去拖影校正信號“g”，隨后進行到步驟S12。在步驟S12，輸 出信號L。雖然在上述實施例中使用了通過對獲得的拖影信號進行行間平均而計算出的值， 但是也可以使用獲得的拖影信號的中間值，并且具有相同的效果。如上面所描述的，根據(jù)本發(fā)明，通過只提前垂直傳輸電荷耦合器件的存儲區(qū)域的 預定行數(shù)量，從作為準光學黑體區(qū)域的預定行中獲得拖影信號，并且基于預定像素的圖像 信號電平對獲得的拖影信號執(zhí)行高電平抑制。此外，從圖像信號電平減去抑制的拖影信號。 所以，可以減少從電荷耦合器件輸出的噪聲(例如，拖影等)，而不考慮潛在地包括在被遮 光的光學黑體中的像素缺陷。雖然上文詳細地描述了本發(fā)明，但它并不局限于本文公開的圖像拾取設備，而是 可以廣泛地應用到除了上文描述的設備之外的各種圖像拾取設備。雖然以上相關于實施例描述并示出了本發(fā)明，但是本領域的技術人員將理解，可 以在不脫離所附權利要求中定義的本發(fā)明的范圍的情況下，做出各種變更和修改。
權利要求
1. 一種圖像拾取設備，包括電荷耦合器件，其具有圖像拾取區(qū)域和存儲區(qū)域；控制單元，其用于垂直傳輸不具有來自所述存儲區(qū)域的垂直傳輸寄存器的像素信號的 預定行數(shù)量的信號，并且在垂直消隱時段期間，將比所述圖像拾取區(qū)域的垂直傳輸寄存器 的行數(shù)量多所述預定行數(shù)量的行垂直傳輸?shù)剿龃鎯^(qū)域的垂直傳輸寄存器；圖像信號獲得單元，其用于獲得從所述電荷耦合器件的預定像素輸出的圖像信號作為 第一圖像信號；獲得單元，其用于獲得不具有所述存儲區(qū)域的像素信號的所述預定行數(shù)量的信號作為 第二圖像信號；以及校正單元，其用于從由所述圖像信號獲得單元獲得的所述第一圖像信號中減去與由所 述獲得單元獲得的所述第二圖像信號相對應的值。
2.根據(jù)權利要求1所述的圖像拾取設備，其中，所述控制單元正常地垂直傳輸不具有 像素信號的所述預定行數(shù)量的信號。
3.根據(jù)權利要求2所述的圖像拾取設備，其中，在正常地垂直傳輸不具有像素信號的 所述預定行數(shù)量的信號之后，所述控制單元將比所述圖像拾取區(qū)域的垂直傳輸寄存器的行 數(shù)量多所述預定行數(shù)量的行垂直傳輸?shù)剿龃鎯^(qū)域的垂直傳輸寄存器。
4.根據(jù)權利要求3所述的圖像拾取設備，其中，所述控制單元將比所述圖像拾取區(qū)域 的垂直傳輸寄存器的行數(shù)量多所述預定行數(shù)量的行高速垂直傳輸?shù)剿龃鎯^(qū)域的垂直 傳輸寄存器。
5.根據(jù)權利要求4所述的圖像拾取設備，其中，所述預定行數(shù)量與被遮光的光學黑體 區(qū)域的行數(shù)量相同。
6.根據(jù)權利要求5所述的圖像拾取設備，還包括計算單元，其用于計算由所述獲得單元獲得的所述第二圖像信號的行間平均值或行間 中間值；抑制單元，其用于對由所述計算單元計算的信號執(zhí)行高電平抑制；以及 減法器，其用于從由所述圖像信號獲得單元獲得的所述第一圖像信號中減去由所述抑 制單元抑制的信號。
7.根據(jù)權利要求6所述的圖像拾取設備，還包括比較單元，其用于將由所述計算單元計算的所述第二圖像信號與預定電平進行比較；以及切換單元，其用于根據(jù)所述比較單元的比較結果來切斷所述抑制單元的輸出。
8. 一種用于圖像拾取設備的噪聲減少方法，所述圖像拾取設備包括具有圖像拾取區(qū)域 和存儲區(qū)域的電荷耦合器件，所述方法包括垂直傳輸不具有來自所述存儲區(qū)域的垂直傳輸寄存器的像素信號的預定行數(shù)量的信 號，并且在垂直消隱時段期間，將比所述圖像拾取區(qū)域的垂直傳輸寄存器的行數(shù)量多所述 預定行數(shù)量的行垂直傳輸?shù)剿龃鎯^(qū)域的垂直傳輸寄存器；獲得從所述電荷耦合器件的預定像素輸出的圖像信號作為第一圖像信號； 獲得不具有所述存儲區(qū)域的像素信號的所述預定行數(shù)量的信號作為第二圖像信號；以及從由所述圖像信號獲得單元獲得的所述第一圖像信號減去與由所述獲得單元獲得的 所述第二圖像信號相對應的值。
9.根據(jù)權利要求8所述的噪聲減少方法，其中，從所述存儲區(qū)域的垂直傳輸寄存器正 常地垂直傳輸不具有像素信號的所述預定行數(shù)量的信號。
10.根據(jù)權利要求9所述的噪聲減少方法，其中，在正常地垂直傳輸不具有像素信號的 所述預定行數(shù)量的信號之后，將比所述圖像拾取區(qū)域的垂直傳輸寄存器的行數(shù)量多所述預 定行數(shù)量的行垂直傳輸?shù)剿龃鎯^(qū)域的垂直傳輸寄存器。
11.根據(jù)權利要求10所述的噪聲減少方法，其中，將比所述圖像拾取區(qū)域的垂直傳輸 寄存器的行數(shù)量多所述預定行數(shù)量的行高速垂直傳輸?shù)剿龃鎯^(qū)域的垂直傳輸寄存器。
12.根據(jù)權利要求11所述的噪聲減少方法，其中，所述預定行數(shù)量與被遮光的光學黑 體區(qū)域的行數(shù)量相同。
13.根據(jù)權利要求12所述的噪聲減少方法，還包括計算所述第二圖像信號的行間平均值或行間中間值；根據(jù)所述電荷耦合器件的電子倍增因子對所計算出的信號執(zhí)行高電平抑制；以及從所述第一圖像信號中減去所抑制的信號。
14.根據(jù)權利要求13所述的噪聲減少方法，還包括將所述第二圖像信號與預定電平進行比較；以及根據(jù)所述比較單元的比較結果，從所述第一圖像信號中減去所抑制的信號。
全文摘要
提供了一種圖像拾取設備，其能夠在不使用專門的光量調節(jié)設備的情況下不考慮像素缺陷而減少噪聲，例如從CCD輸出的拖影。圖像拾取設備包括CCD，其具有圖像拾取區(qū)域和存儲區(qū)域；控制單元，其用于垂直傳輸不具有來自存儲區(qū)域的垂直傳輸寄存器的像素信號的行數(shù)量的信號，并且在一定時段期間，將比圖像拾取區(qū)域的垂直傳輸寄存器的行數(shù)量多一定行數(shù)量的行垂直傳輸?shù)酱鎯^(qū)域的垂直傳輸寄存器；圖像信號獲得單元，其用于獲得從CCD的預定像素輸出的第一圖像信號；獲得單元，其用于獲得不具有存儲區(qū)域的像素信號的行數(shù)量的第二圖像信號；以及校正單元，其用于從第一圖像信號中減去第二圖像信號。
文檔編號H04N5/335GK102007760SQ20108000124
公開日2011年4月6日 申請日期2010年1月14日 優(yōu)先權日2009年1月30日
發(fā)明者柴崎哲也 申請人:株式會社日立國際電氣