CN102007760A

CN102007760A - 图像拾取设备及其噪声减少方法

Info

Publication number: CN102007760A
Application number: CN2010800012475A
Authority: CN
Inventors: 柴崎哲也
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2009-01-30
Filing date: 2010-01-14
Publication date: 2011-04-06
Anticipated expiration: 2030-01-14
Also published as: WO2010087116A1; US20110013068A1; JP2010178125A; US8564694B2; JP5301302B2; CN102007760B

Abstract

提供了一种图像拾取设备，其能够在不使用专门的光量调节设备的情况下不考虑像素缺陷而减少噪声，例如从CCD输出的拖影。图像拾取设备包括CCD，其具有图像拾取区域和存储区域；控制单元，其用于垂直传输不具有来自存储区域的垂直传输寄存器的像素信号的行数量的信号，并且在一定时段期间，将比图像拾取区域的垂直传输寄存器的行数量多一定行数量的行垂直传输到存储区域的垂直传输寄存器；图像信号获得单元，其用于获得从CCD的预定像素输出的第一图像信号；获得单元，其用于获得不具有存储区域的像素信号的行数量的第二图像信号；以及校正单元，其用于从第一图像信号中减去第二图像信号。

Description

图像拾取设备及其噪声减少方法

技术领域

本发明涉及具有电荷耦合器件的诸如电视摄像机之类的图像拾取设备；并且更具体地涉及用于减少包括在从电子倍增电荷耦合器件输出的图像信号中的噪声(例如，拖影等)的方法。

背景技术

具有电荷耦合器件的传统的图像拾取设备获得从其中像素被遮光的光学黑体区域中输出的拖影(smear)信号，通过对行(line)的每一列的拖影信号进行平均来计算每一行的拖影信号的平均值，并且从电荷耦合器件的预定像素输出的图像信号中减去平均值，由此减少包括在从电荷耦合器件输出的图像信号中的噪声，例如拖影等。

此外，控制控制电荷耦合器件不发送在其图像拾取区域中的预定行的图像信号，并且输出用于允许非发送的行用作黑电平的信号行的拖影信号，由此减少噪声，例如拖影等(例如，参见日本专利申请公开No.2008-177709，以及由TI于2005年5月出品的C246CYMB0 680×500 PIXELIMPACTRONTM COMPLEMENTARY COLOR CCD IMAGE SENSORSOCS089)。

然而，在上述现有技术中，从被遮光的光学黑体区域获得拖影信号。因此，由于潜在地包括在被遮光的光学黑体区域中的像素缺陷，当针对行的每一列对输出的拖影信号进行平均时，很难准确地计算平均值。因此，准确地校正拖影变得困难。

此外，因为图像拾取区域的一部分变成准光学黑体区域，所以减少了图像拾取区域。此外，在电荷耦合器件具有大量的被遮光的光学黑体区域的情况下，这限制了产生准光学黑体。

发明内容

考虑到上述问题，本发明提供了一种图像拾取设备，其能够在不使用专门的光量调节设备的情况下不考虑像素缺陷，通过获得来自在电荷耦合器件中没有像素缺陷的区域的拖影信号来减少噪声，例如从电荷耦合器件输出的拖影等。

本发明的图像拾取设备包括：电荷耦合器件，其具有图像拾取区域和存储区域；控制单元，其用于在垂直消隐(blanking)时段，垂直传输不具有来自所述存储区域的垂直传输寄存器的像素信号的预定行数量的信号，并且将比所述图像拾取区域的垂直传输寄存器的行数量多所述预定行数量的行垂直传输到所述存储区域的所述垂直传输寄存器；图像信号获得单元，其用于获得从所述电荷耦合器件的预定像素输出的图像信号作为第一图像信号；获得单元，其用于获得不具有所述存储区域的像素信号的所述预定行数量的信号作为第二图像信号；以及校正单元，其用于从由所述图像信号获得单元获得的所述第一图像信号减去与由所述获得单元获得的所述第二图像信号相对应的值。

图像拾取设备还可以包括计算单元，其用于计算由所述获得单元获得的所述第二图像信号的行间平均值或行间中间值；抑制单元，其用于对由所述计算单元计算的信号执行高电平抑制；以及减法器，其用于从由所述图像信号获得单元获得的所述第一图像信号中减去由所述抑制单元抑制的信号。

图像拾取设备还可以包括比较单元，其用于将由所述计算单元计算的所述第二图像信号与预定电平进行比较；以及切换单元，其用于根据所述比较单元的比较结果来切断所述抑制单元的输出。

根据本发明，包括具有图像拾取区域和存储区域的电荷耦合器件的图像拾取设备的噪声减少方法包括：在垂直消隐时段期间，垂直传输不具有来自所述存储区域的垂直传输寄存器的像素信号的预定行数量的信号，并且将比所述图像拾取区域的垂直传输寄存器的行数量多所述预定行数量的行垂直传输到所述存储区域的所述垂直传输寄存器；获得从所述电荷耦合器件的预定像素输出的图像信号作为第一图像信号；获得不具有所述存储区域的像素信号的所述预定行数量的所述信号作为第二图像信号；以及从由所述图像信号获得单元获得的所述第一图像信号减去与由所述获得单元获得的所述第二图像信号相对应的值。

噪声减少方法可以包括对获得的信号执行行间平均处理；以及基于电子倍增因子对平均的信号执行高电平抑制；获得从电子倍增电荷耦合器件的像素而非预定像素输出的图像信号；以及从获得的图像信号减去抑制的信号。

噪声减少方法可以包括将平均的信号的电平与指定的电平相比较；以及根据比较结果从图像信号减去抑制的信号。

根据本发明，通过正常地(普通速度)垂直传输电荷耦合器件的存储区域中的预定行；高速垂直传输比图像拾取区域中的行数量多预定行数量的行；以及正常地垂直传输比图像拾取区域中的行数量少预定行数量的行，获得不具有来自作为准光学黑体区域的电荷耦合器件的图像拾取区域的像素的图像信号的拖影信号。此外，根据预定区域中的像素的图像信号电平对所获得的拖影信号执行抑制，并且从图像信号电平减去抑制的拖影信号。因此，可以获得带有减少的噪声(例如拖影等)的图像信号而不考虑潜在地包括在被遮光的光学黑体中的像素缺陷。

附图说明

通过结合附图给出的实施例的以下描述，本发明的目的和特征将会变得清楚，在附图中：

图1是示出根据本发明的实施例的图像拾取设备的框图；

图2是示出根据本发明的实施例的拖影校正单元的框图；

图3是用于解释根据本发明的实施例的电荷耦合器件的像素阵列的视图；

图4是用于解释驱动电荷耦合器件的方法的时序图；

图5示出了在图像拾取区域和存储区域中如何垂直地传输电荷耦合器件的拖影信号和图像信号；

图6是用于解释从电荷耦合器件输出的拖影信号和图像信号之间的关系的视图；

图7是用于解释从电子倍增电荷耦合器件输出的拖影信号和图像信号之间的关系的视图；

图8是用于解释根据本发明的实施例的拖影校正信号的低电平和高电平抑制的视图；

图9是用于解释根据本发明的另一实施例的针对图像信号电平的拖影校正的低电平和高电平抑制的视图；以及

图10是用于解释根据本发明的又一实施例的拖影信号检测和拖影校正的操作的流程图。

具体实施方式

现在将参考形成说明书的一部分的附图来描述本发明的实施例。

首先，将参考图1和图2描述根据本发明的实施例的图像拾取设备。图1是示出根据本发明的实施例的图像拾取设备的框图。

图1中，附图标记1指示图像拾取设备，附图标记2表示用于形成入射光的图像的透镜单元，附图标记3是电子倍增电荷耦合器件(EM-CCD)，该EM-CCD用于将从透镜单元2引入的光转换成电信号，并且附图标记4表示相关双采样(CDS)单元，该CDS单元用于消除来自从EM-CCD 3输出的信号中的噪声。

此外，附图标记5指示放大器单元，其用于调节从CDS单元4输出的信号的增益，附图标记6是A/D转换器(模拟数字转换器)，其用于将从放大器单元5输出的模拟信号转换成数字信号A，而附图标记7表示拖影校正单元，该拖影校正单元用于检测和校正从EM-CCD 3中输出的噪声信号，例如拖影等。

附图标记8是图像信号处理单元，该图像信号处理单元用于对从拖影校正单元7输出的信号L执行各种图像处理，附图标记9表示图像信号输出单元，该图像信号输出单元用于将从图像信号处理单元8输出的信号转换成预定类型的图像信号以输出图像信号，附图标记10指示CCD驱动单元，该CCD驱动单元用于驱动EM-CCD 3和执行电子倍增的增益控制，以及附图标记11表示CPU(中央处理单元)，该CPU用于控制图像拾取设备1的每一个单元。此外，CPU 11通过信号H控制拖影校正单元7。

从图像信号输出单元9输出的预定类型的图像信号是例如美国国家电视***委员会(NTSC)类型、逐行倒相(PAL)类型、高清晰度电视(HDTV)类型等的动态图像或静态图像。

图2是示出了图1中的拖影校正单元7的详细的框图。

在图2中，附图标记701-1到701-n(n是自然数)表示存储器单元，该存储器单元每一个用于存储与单个扫描行(1H)相对应的数字信号。附图标记702指示加法器，该加法器用于将来自存储器单元701-1到701-n的输出信号相加，并且附图标记703是1/n单元，该1/n单元用于将来自加法器702的输出信号乘以1/n。附图标记704和705表示延迟单元，该延迟单元中的每一个将输入信号延迟与单个像素相对应的延迟时间，附图标记706-708是乘法器单元，该乘法器单元中的每一个用于将输入信号乘以预定倍增因子，并且附图标记709表示加法器，该加法器用于将来自乘法器单元706-708的输出信号相加。附图标记710指示高电平抑制单元，该高电平抑制单元用于应用预定抑制到等于或高于预定电平的信号，所述信号是从加法器709输出的，以及附图标记711表示低电平抑制单元，该低电平抑制单元用于应用预定抑制到等于或低于预定电平的信号，所述信号是从高电平抑制单元710输出的。

此外，附图标记713指示比较单元，该比较单元用于将从加法器709输出的信号电平与预定信号电平相比较，附图标记712表示切换单元，该切换单元用于根据从比较单元713输出的比较结果来切换输出信号，并且附图标记714是减法器，该减法器用于从信号A中减去信号g。附图标记715表示控制单元，该控制单元用于根据输入信号H输出信号a、b、c、d、e和f。附图标记716是图像信号电平检测器，该图像信号电平检测器用于从信号A检测，例如从图像拾取区域而非拖影信号检测区域的像素中输出的图像信号的单个帧或场的平均电平，稍后将对其进行描述。

现在将参考图1描述根据本发明的实施例的操作。

图像拾取设备1的EM-CCD 3将由透镜单元2在光电转换单元上成像的入射光光电地转换成电信号，并且将转换的电信号输出到CDS单元4。CDS单元4去除从EM-CCD 3输出的信号中的噪声，并且将得到的信号输出到放大器单元5。放大器单元5根据从CPU 11中输出的增益控制信号放大从CDS单元4输出的信号，并且将放大的信号输出到A/D转换器6。A/D转换器6将从放大器单元5中输出的模拟信号转换为例如10比特的数字信号，并且将数字信号A输出到拖影校正单元7。

拖影校正单元7检测和校正源自EM-CCD 3的拖影信号，并且将信号L输出到图像信号处理单元8。此外，图像信号处理单元8对从拖影校正单元7输出的信号L执行各种图像处理，并且将得到的信号输出到图像信号输出单元9。图像信号输出单元9将从图像信号处理单元8输出的信号转换为预定类型的图像信号，然后输出它们。CCD驱动单元10基于从CPU 11输出的控制信号输出用于驱动EM-CCD 3的信号。此外，CPU 11输出用于控制拖影校正单元7的信号H。

CCD驱动单元10将由EM-CCD 3读出的像素的位置信息传输给CPU11。可替代地，CPU 11可以命令CCD驱动单元10读取从EM-CCD 3输出的信号的开始点。根据从图像信号处理单元8输出的图像信号，CPU 11将用于控制放大因子的信号输出给放大器单元5，并且将用于对EM-CCD 3中的电子倍增执行增益控制的信号输出给CCD驱动单元10。此外，CPU 11将带有由EM-CCD 3读出的像素的位置信息和关于EM-CCD 3中的电子倍增的增益比信息的信号H发送给控制单元715，并且由此将信号a、b、c、d、e、和f从控制单元715输出。

接着，将描述拖影。拖影是指当由电荷耦合器件对点光(即，高照度对象)进行成像时出现在点光上方和下方的光的模糊现象。即使光照度等于或低于电荷耦合器件的饱和光照度，拖影也会发生。此外，拖影与成像光的光照度成比例。拖影影响了穿过对点光进行成像的像素的、以垂直方向布置的所有像素。

图6示出了用于解释从电荷耦合器件输出的拖影信号和图像信号之间的关系的示例。电荷耦合器件的图像信号在100lux的入射光光照度下饱和并且电荷耦合器件的输出饱和电平为1.0V。拖影信号是图像信号的10％，但是即使在图像信号饱和后它仍然增加。

图7示出了解释当图6中示出的电荷耦合器件是电子倍增类型并且电子倍增因子被设置为1000倍时从电子倍增电荷耦合器件输出的拖影信号和图像信号之间的关系的示例。电子倍增电荷耦合器件的图像信号在0.1lux的入射光光照度下饱和并且饱和电平为1.0V。此外，拖影信号是图像信号的10％，但是即使图像信号饱和后拖影信号仍然增加。然而，在1.0lux下拖影信号也饱和。

在本实施例中，基于拖影的这些特征，通过检测来自准光学黑体区域的拖影信号执行拖影信号校正，其中所述准光学黑体区域等价于像素被遮光的区域；并且，将拖影信号从通过光电地转换入射光而获得的图像信号中减去。

现在将参考图2-8描述根据本发明的实施例的从EM-CCD 3中输出的拖影信号的检测和校正的操作。图8是用于解释根据本发明的实施例的拖影校正信号的低电平和高电平抑制的视图。

图3是解释图1中示出的EM-CCD 3的主要部分的图。EM-CCD 3主要包括图像拾取区域、存储区域、水平传输寄存器C、电子倍增单元D和输出单元E。因为EM-CCD 3具有图像拾取区域和存储区域，所以EM-CCD3具有被称为FIT类型的帧行间传输类型。

图像拾取区域包括用于接收并且光电地转换入射光的多个像素S11-SNM和M列垂直传输寄存器部分A1-AM，并且由信号IAG1和IAG2执行控制。图3中的图像拾取区域示出了像素阵列，其中一个方块指示一个像素并且写在方块中的数字S_ij指示像素的布局。也就是说，i(i＝1，...，N)指示了行，并且j(j＝1，...，M)指示了列。

将图3中示出的电荷耦合器件的垂直传输寄存器分成图像拾取区域和存储区域。在图像拾取区域中，第一行的像素以S11、S12、S13、S14、S15、……、和S1M的顺序排列，第二行的像素以S21、S22、S23、S24、S25、……、和S2M的顺序排列，第三行的像素以S31、S32、S33、S34、S35、……、和S3M的顺序排列，第N行的像素以SN1、SN2、SN3、SN4、SN5、……、和SNM的顺序排列。这里，N和M都是自然数。此外，以与上述像素阵列相同的顺序读取像素的信号。具体地说，以S11、S12、S13、……、和SNM的顺序读出信号。存储区域由M列垂直传输寄存器部分B1-BM组成，并且由信号SAG1和SAG2执行控制。

水平传输寄存器C基于逐个像素读取从存储区域的垂直传输寄存器部分B1-BM传输的图像信号，并且由信号H1和H2执行控制。电子倍增单元D执行从水平传输寄存器C输出的图像信号的电子倍增，并且由信号EM1到EM4执行控制。输出单元E将图像信号输出到EM-CCD 3的外面，并且信号RG重置输出单元E以产生重置电平。

在本发明的实施例中，由图3中示出的电荷耦合器件基于场或帧单元读出图像信号和拖影信号。当图像拾取区域内的垂直传输寄存器暴露于高光照度的入射光时产生拖影信号。所以，通过驱动电荷耦合器件只读取在垂直传输寄存器中产生的拖影信号，以使得在不使用来自图像拾取区域中获得的像素的信号的情况下，从被提前垂直地传输的存储区域的预定行中读取拖影信号。借助该电荷耦合器件的驱动方法，可以减少从电荷耦合器件输出的噪声(例如，拖影等)，而不考虑潜在地包括在被遮光的光学黑体中的像素缺陷。

接着，将参考图3-5描述驱动电荷耦合器件的方法，所述方法用于垂直地传输图3中示出的存储区域(作为准光学黑体区域)中预定数量的行，并且从中读取拖影信号。图4是用于解释用于驱动电荷耦合器件的方法的时序图，而图5示出了在图像拾取区域和存储区域如何垂直地传输电荷耦合器件的拖影信号和图像信号。在本文中，假定行的总数(扫描的行数量)为525，图像拾取区域中的行数量为500，被遮光的光学黑体区域中的行数量为4(第一到第四行)，并且使用逐行扫描。

EM-CCD 3将在图像拾取区域中获得的像素的信号正常地读出到垂直传输寄存器部分A1-AM，并且通过从垂直传输寄存器部分A1-AM到垂直传输寄存器部分B1-BM的高速垂直传输，将500行的像素的信号发送到存储区域。然后，EM-CCD 3通过正常地垂直传输将信号从垂直传输寄存器部分B1-BM发送到水平传输寄存器C，以从500行的像素中读取信号。

在本实施例中，已提前传输的存储区域(即，准光学黑体区域)中的行变成黑电平的信号行，藉由提前垂直传输脉冲，通过控制正常地垂直传输的存储区域(具有500行)的预定行数量(例如，与在本实施例中被遮光的光学黑体的数量相同的数量4)，由此使得该行不具有像素信号；比图像拾取区域的行数量多预定行数量的行(500+4行)将被高速垂直传输；并且，比存储区域的行数量少预定行数量的行(500-4行：这些是具有来自像素的信号)将被正常地垂直传输。因此，可以只输出当对高光照度的入射光进行成像时产生的拖影信号。也就是说，在不输出来自EM-CCD 3的被遮光的光学黑体的拖影信号的情况下，可以通过控制垂直传输来生成准光学黑体区域。

此外，高速垂直传输比图像拾取区域的行数量多4行的原因是可以通过使用拖影信号来校正图像信号，其中所述拖影信号是通过取消被遮光的光学黑体区域中的行信号(在不使用它们作为图像信号的情况下)并且通过从随后被读出到水平传输寄存器C的行中取得具有像素的信号行，从准光学黑体时段获得的。

具体地说，EM-CCD 3通过信号IAG1和IAG2将来自图像拾取区域中的像素的图像信号传输到垂直传输寄存器部分A1-AM。EM-CCD 3通过信号SAG1和SAG2，只正常地垂直传输存储区域中的准光学黑体区域的4行。此外，EM-CCD 3通过信号SAG1和SAG2，将来自垂直传输寄存器部分A1-AM的像素的信号高速垂直传输到垂直传输寄存器部分B1-BM。因此，EM-CCD 3高速垂直传输(已经提前传输的存储区域的准光学黑体时段的)增加了4行的504行，并且图像拾取区域的被遮光的光学黑体时段的第一到第四行的信号没有被水平传输寄存器C读取而是被跳过了。通过要被读取的信号SAG1和SAG2，EM-CCD 3将具有来自像素的信号(具有来自第1到第496行的像素的信号的图像信号：第一图像信号)的496行从垂直传输寄存器部分B1-BM传输到水平传输寄存器C。换句话说，将图像拾取区域的第1到第500行的信号正常地传输到要被读取的水平传输寄存器C；然而，在本实施例中，将作为有效像素区域的图像拾取区域的第5行到第500行信号传输到要被读取的水平传输寄存器C，并且被高速垂直传输的504行中不具有信号时段的4行(其是增加了4行的504行中的4行)没有被传输到水平传输寄存器C。因此，将存储区域的预读的4行区域作为准光学黑体区域，从而可以只输出当对高光照度的入射光进行成像时产生的拖影信号(即，只具有拖影信号没有来自像素的信号的准光学黑体区域的信号：第二图像信号)。通过执行垂直传输寄存器部分的这种驱动，可以只获得拖影信号，而不考虑潜在地包括在EM-CCD 3的被遮光的光学黑体中的像素缺陷。此外，在垂直消隐时段期间执行这些处理。

将描述图4中示出的时序图。在脉冲I1中，EM-CCD 3将来自像素的信号读出到垂直传输寄存器部分A。在脉冲S1中，正常地传输垂直传输寄存器部分B的四行。这里，EM-CCD 3将包括在4行中的纯拖影信号输出到拖影校正单元7。在脉冲I2中，EM-CCD 3将来自504行的像素的信号从垂直传输寄存器部分A(A1-AM)高速垂直传输到垂直传输寄存器部分B(B1-BM)。在脉冲S2中，EM-CDD 3将504行的信号从垂直传输寄存器部分B高速地传输到水平传输寄存器C。在此时，不将从存储区域高速垂直传输的信号读出到水平传输寄存器C的尾部。在脉冲I3中，EM-CCD 3将来自496行的像素的信号从垂直传输寄存器部分A正常地垂直传输到垂直传输寄存器部分B。在脉冲S3中，EM-CCD 3将具有来自像素的信号的496行从垂直传输寄存器部分B正常地垂直传输到水平传输寄存器C。

参考图5将描述在图像拾取区域和存储区域中如何垂直地传输EM-CCD 3的拖影信号和图像信号。在图5的(1)中，通过脉冲I1，EM-CCD3从来自图像拾取区域的像素中读出信号，然后，正常地传输存储区域的4行。在图5的(2)中，示出了正常地传输存储区域的4行之后的状态。在图5的(3)中，通过脉冲I2，EM-CCD 3将来自504行的像素的信号从图像拾取区域高速垂直传输到存储区域。在图5的(4)中，通过脉冲S3，EM-CCD 3将来自496行的像素的信号从存储区域正常地垂直传输到水平传输寄存器C。在本实施例中，在(1)和(2)之间，在存储区域的准光学黑体时段读出拖影信号。

虽然在本实施例中将垂直传输寄存器部分A1-AM和B1-BM中的每一个描述为由两相控制信号控制，但是它也可以由四相控制信号等控制。此外，虽然针对逐行扫描描述了本实施例，但是也可以使用隔行扫描。

此外，在本实施例中，提前垂直传输的存储区域的预定行数量被设置为4，其与被遮光的光学黑体时段的数量相同。但是，因为被遮光的光学黑体区域中的行数量随着电荷耦合器件变化，所以行数量不限定于4。如果提前垂直地传输的多于被遮光的光学黑体时段区域的行数量的行，那么增加平均的行数量，由此改善拖影校正的准确度，但是了降低能够成像的有效像素的数量。另一方面，如果提前垂直地传输少于被遮光的光学黑体时段区域的行数量的行，那么降低平均的行数量，其降低了拖影校正的准确性。但是，如果考虑到这些效果，那么行数量可以多于或少于被遮光的光学黑体时段区域的行数量。

现在将参考图2描述拖影信号的检测和校正操作。

首先，从图2中输入到拖影校正单元7的信号A开始，分别地将来自准光学黑体区域的第一行到第四行的像素的信号存储到图2中示出的存储器单元701-1到701-4中，同时将来自准光学黑体的第n行的像素的信号存储到存储区域单元701-n中。在本实施例中，将存储器单元701-1到701-4用作具有4行的准光学黑体区域。

一旦读出来自图像拾取区域中的像素的信号时就输出存储在存储器单元701-1到701-n中的信号。由从控制单元715中输出的信号“a”控制存储器单元701-1到701-n的存储和输出。由加法器702将从存储器单元701-1到701-n输出的信号相加，并且由1/n单元703将其乘以1/4倍。可以由存储器单元701-1到701-n、加法器702和1/n单元703针对预定拖影信号检测区域中的行的每一列执行信号的平均。参考图3，行间平均是指用于将例如行S11的第一列、行S21的第一列、行S31的第一列、行S41的第一列的信号相加，并且将相加后的信号乘以1/n倍的过程。用这种方式，以行S11到S1M的第二列、行S11到S1M的第三列，……、以及行S11到S1M的第M列的顺序执行针对每一行的平均处理。

随后，通过由延迟单元704和705、乘法器单元706到708以及加法器709形成的低通滤波器，将高频分量从行间平均的信号中去除。从控制单元715输出的信号“b”确定低通滤波器的特征。

高电平抑制单元710对图8中示出的预定电平或更高电平的信号执行非线性处理，其中，所述信号从加法器709输出。在本实施例中，假定当从EM-CCD 3输出的图像信号饱和时(在图6中1.0V)，拖影信号的电平是100％(在图6中0.1V)，由高电平抑制单元710对拖影信号电平为90％或更高的输入信号执行非线性处理。此外，对拖影信号电平等于或高于110％的输入信号执行限幅。通过从控制单元715输出的信号“d”控制高电平抑制单元710的非线性处理。即使当图像信号饱和时，也可以通过非线性处理防止拖影校正不被过度校正。

此外，低电平抑制单元711对图8中示出的预定电平或更低电平的信号执行非线性处理，其中，所述信号从高电平抑制单元710输出。在本实施例中，假定当从EM-CCD 3输出的图像信号饱和时(在图6中1.0V)拖影信号的电平是100％(在图6中0.1V)，由低电平抑制单元711对拖影信号电平等于或小于10％的输入信号执行非线性处理。通过从控制单元715输出的信号“e”控制低电平抑制单元711的非线性处理。由于该非线性处理，没有从图像拾取区域中的随机噪声中减去来自光学黑体区域的随机噪声，由此可以自然地执行拖影校正。

将从低电平抑制单元711输出的信号输入到切换单元712。通过从比较单元713输出的信号来控制切换单元712。比较单元713将从加法器709输出的信号电平与从控制单元715输出的信号“c”的电平相比较。如果信号“c”的电平等于或低于从加法器709输出的信号的电平，那么比较单元713控制切换单元712，以使得将从低电平抑制单元711中输出的信号作为信号“g”从切换单元712输出。另一方面，如果信号“c”的电平高于从加法器709输出的信号的电平作为比较单元713的比较结果，那么比较单元713控制切换单元712，以使得将从控制单元715输出的信号“f”作为信号“g”从输切换单元712输出。可以将信号“f”设置为零或预定值。

比较单元713将拖影校正信号的电平与从图像信号输出单元9中输出的比率信号的电平相比较。如果拖影校正信号的电平等于或高于比率信号电平的例如10％，那么从100％的图像信号减去10％或更多的拖影校正信号，以提供90％或更少的图像信号。也就是说，比较单元713和切换单元712防止拖影校正信号对图像信号本身施加影响。

减法器714从信号A减去信号“g”(即，拖影校正信号)，并且将该减法步骤的得到的信号输出为信号L。

下文将参考图2到图9描述根据本发明的另一个实施例的从EM-CCD 3输出的拖影信号的检测和校正的操作。

图9是解释根据本发明的另一个实施例的拖影校正信号的低电平和高电平抑制的视图。参考图2，将省略与上述实施例中相同的操作的描述。

如果将EM-CCD 3的电子倍增因子设置为1000倍并且高亮度的对象(像点光)被成像，拖影信号也会立即饱和，如图7中所示。根据本发明的另一个实施例，基于EM-CCD 3的电子倍增因子和信号A的图像信号电平来修改高电平抑制单元710和低电平抑制单元711的特征。将从加法器709输出的拖影信号的电平设为100％。将信号A的比率图像信号电平设为100％。

在图9中，横轴指示从图像信号电平检测器716输出的图像信号电平(单位：百分比(％))，并且纵轴指示从低电平抑制单元711输出的拖影校正信号电平(单位：百分比(％))。

现在将描述高电平抑制单元710的操作。在当EM-CCD 3的电子倍增因子是1时的情况中，如果图像信号电平达到40％，则从高电平抑制单元710输出的拖影校正信号的电平开始减少。当图像信号电平变得等于或高于100％时，将拖影校正信号电平设置为零或切断。如果EM-CCD 3的电子倍增因子是1000，那么当图像信号电平达到40％时从高电平抑制单元710输出的拖影校正信号的电平开始降低。当图像信号电平变得等于或高于80％时，将拖影校正信号电平设置为零或切断。

此外，如果EM-CCD 3的电子倍增因子是2000，那么当图像信号电平达到40％时从高电平抑制单元710输出的拖影校正信号的电平降低。当图像信号电平变得等于或高于70％时，将拖影校正信号电平设置为零或切断。也就是说，拖影校正信号电平的特征取决于EM-CCD 3的电子倍增因子和信号A的图像信号电平而变化。通过提供具有这种特征的高电平抑制单元710，可以基于EM-CCD 3的电子倍增因子和信号A的图像信号电平来恰当地执行拖影校正。

现在将描述低电平抑制711的操作。如果EM-CCD 3的电子倍增因子是1，当图像信号电平为0％时低电平抑制单元711的拖影校正信号的电平开始增加。如果图像信号电平变得等于或高于20％，那么将拖影校正信号电平设置为100％。如果EM-CCD 3的电子倍增因子是1000，那么当图像信号电平为0％时低电平抑制单元711的拖影校正信号的电平开始增加。如果图像信号电平变得等于或高于20％，那么将拖影校正信号的电平设置为100％。

此外，如果EM-CCD 3的电子倍增因子是2000，那么当图像信号电平为0％时低电平抑制单元711的拖影校正信号的电平开始增加。如果图像信号电平变得等于或高于20％，那么将拖影校正信号的电平设置为100％。也就是说，根据EM-CCD 3的电子倍增因子和信号A的图像信号电平来改变拖影校正信号电平。通过提供具有这些特征的低电平抑制单元711，可以基于EM-CCD 3的电子倍增因子和信号A的图像信号电平来执行带有减少的噪声的充分的拖影校正。

虽然用上述实施例中的顺序来布置加法器709、高电平抑制单元710和低电平抑制单元711，但是也可以用这样的顺序来布置加法器709、低电平抑制单元711和高电平抑制单元710。此外，高电平抑制单元710和低电平抑制单元711也可以具有用于电平匹配的放大功能。如果提供放大功能，那么由控制单元715控制放大因子。

根据本发明的又一个实施例，图1中示出的拖影校正单元7可以通过使用例如CPU(中央处理单元)等微处理器检测和校正拖影信号。将参考图10描述根据该实施例的用于检测和校正拖影信号的操作的示例。

图10是用于解释根据本发明的实施例的检测拖影信号和拖影校正的操作的流程图。

在图10中示出的步骤S1，针对EM-CCD 3的图像拾取区域中的拖影信号检测区域进行初始的设置；低通滤波器特征；基于电子倍增因子和图像信号电平的高电平抑制特征；基于电子倍增因子和图像信号电平的低电平抑制特征；以及比较电平。在步骤S2，从CPU 11读出EM-CCD 3的电子倍增因子和放大器单元5的放大因子。在步骤S3，输入信号A。在步骤S4，确定信号A是否是来自拖影检测区域的信号。如果信号A是来自拖影检测区域的信号，处理进行到步骤S5。如果不是，进行到步骤S11。

在步骤S5，执行来自拖影检测区域的信号的行间平均处理并且处理进行到步骤S6。在步骤S6，由低通滤波器消除高频分量，并且随后进入步骤S7。在步骤S7，基于EM-CCD 3的电子倍增因子、放大器单元5的放大因子和图像信号电平来执行高电平抑制处理，并且随后进入步骤S8。在步骤S8，基于EM-CCD 3的电子倍增因子、放大器单元5的放大因子和图像信号电平来执行低电平抑制处理，并且处理进行到步骤S9。

在步骤S9，拖影校正信号“g”(即，直至步骤8中处理的信号)的电平与初始地设置的比较电平相比较。如果它等与或小于比较电平，那么随后进行到步骤S11。如果不是这样，处理进行到步骤S10。在步骤S10，将拖影校正信号“g”设置为零或切断，然后进行到步骤S11。在步骤S11，从信号A减去拖影校正信号“g”，随后进行到步骤S12。在步骤S12，输出信号L。

虽然在上述实施例中使用了通过对获得的拖影信号进行行间平均而计算出的值，但是也可以使用获得的拖影信号的中间值，并且具有相同的效果。

如上面所描述的，根据本发明，通过只提前垂直传输电荷耦合器件的存储区域的预定行数量，从作为准光学黑体区域的预定行中获得拖影信号，并且基于预定像素的图像信号电平对获得的拖影信号执行高电平抑制。此外，从图像信号电平减去抑制的拖影信号。所以，可以减少从电荷耦合器件输出的噪声(例如，拖影等)，而不考虑潜在地包括在被遮光的光学黑体中的像素缺陷。

虽然上文详细地描述了本发明，但它并不局限于本文公开的图像拾取设备，而是可以广泛地应用到除了上文描述的设备之外的各种图像拾取设备。

虽然以上相关于实施例描述并示出了本发明，但是本领域的技术人员将理解，可以在不脱离所附权利要求中定义的本发明的范围的情况下，做出各种变更和修改。

Claims

1.一种图像拾取设备，包括：

电荷耦合器件，其具有图像拾取区域和存储区域；

控制单元，其用于垂直传输不具有来自所述存储区域的垂直传输寄存器的像素信号的预定行数量的信号，并且在垂直消隐时段期间，将比所述图像拾取区域的垂直传输寄存器的行数量多所述预定行数量的行垂直传输到所述存储区域的垂直传输寄存器；

图像信号获得单元，其用于获得从所述电荷耦合器件的预定像素输出的图像信号作为第一图像信号；

获得单元，其用于获得不具有所述存储区域的像素信号的所述预定行数量的信号作为第二图像信号；以及

校正单元，其用于从由所述图像信号获得单元获得的所述第一图像信号中减去与由所述获得单元获得的所述第二图像信号相对应的值。

2.根据权利要求1所述的图像拾取设备，其中，所述控制单元正常地垂直传输不具有像素信号的所述预定行数量的信号。

3.根据权利要求2所述的图像拾取设备，其中，在正常地垂直传输不具有像素信号的所述预定行数量的信号之后，所述控制单元将比所述图像拾取区域的垂直传输寄存器的行数量多所述预定行数量的行垂直传输到所述存储区域的垂直传输寄存器。

4.根据权利要求3所述的图像拾取设备，其中，所述控制单元将比所述图像拾取区域的垂直传输寄存器的行数量多所述预定行数量的行高速垂直传输到所述存储区域的垂直传输寄存器。

5.根据权利要求4所述的图像拾取设备，其中，所述预定行数量与被遮光的光学黑体区域的行数量相同。

6.根据权利要求5所述的图像拾取设备，还包括：

计算单元，其用于计算由所述获得单元获得的所述第二图像信号的行间平均值或行间中间值；

抑制单元，其用于对由所述计算单元计算的信号执行高电平抑制；以及

减法器，其用于从由所述图像信号获得单元获得的所述第一图像信号中减去由所述抑制单元抑制的信号。

7.根据权利要求6所述的图像拾取设备，还包括：

比较单元，其用于将由所述计算单元计算的所述第二图像信号与预定电平进行比较；以及

切换单元，其用于根据所述比较单元的比较结果来切断所述抑制单元的输出。

8.一种用于图像拾取设备的噪声减少方法，所述图像拾取设备包括具有图像拾取区域和存储区域的电荷耦合器件，所述方法包括：

垂直传输不具有来自所述存储区域的垂直传输寄存器的像素信号的预定行数量的信号，并且在垂直消隐时段期间，将比所述图像拾取区域的垂直传输寄存器的行数量多所述预定行数量的行垂直传输到所述存储区域的垂直传输寄存器；

获得从所述电荷耦合器件的预定像素输出的图像信号作为第一图像信号；

获得不具有所述存储区域的像素信号的所述预定行数量的信号作为第二图像信号；以及

从由所述图像信号获得单元获得的所述第一图像信号减去与由所述获得单元获得的所述第二图像信号相对应的值。

9.根据权利要求8所述的噪声减少方法，其中，从所述存储区域的垂直传输寄存器正常地垂直传输不具有像素信号的所述预定行数量的信号。

10.根据权利要求9所述的噪声减少方法，其中，在正常地垂直传输不具有像素信号的所述预定行数量的信号之后，将比所述图像拾取区域的垂直传输寄存器的行数量多所述预定行数量的行垂直传输到所述存储区域的垂直传输寄存器。

11.根据权利要求10所述的噪声减少方法，其中，将比所述图像拾取区域的垂直传输寄存器的行数量多所述预定行数量的行高速垂直传输到所述存储区域的垂直传输寄存器。

12.根据权利要求11所述的噪声减少方法，其中，所述预定行数量与被遮光的光学黑体区域的行数量相同。

13.根据权利要求12所述的噪声减少方法，还包括：

计算所述第二图像信号的行间平均值或行间中间值；

根据所述电荷耦合器件的电子倍增因子对所计算出的信号执行高电平抑制；以及

从所述第一图像信号中减去所抑制的信号。

14.根据权利要求13所述的噪声减少方法，还包括：

将所述第二图像信号与预定电平进行比较；以及

根据所述比较单元的比较结果，从所述第一图像信号中减去所抑制的信号。