JPH04238473A - Picture signal processing circuit - Google Patents

Picture signal processing circuit

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JPH04238473A
JPH04238473A JP3006313A JP631391A JPH04238473A JP H04238473 A JPH04238473 A JP H04238473A JP 3006313 A JP3006313 A JP 3006313A JP 631391 A JP631391 A JP 631391A JP H04238473 A JPH04238473 A JP H04238473A
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JP
Japan
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circuit
sample
clamp
gain control
noise
Prior art date
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JP3006313A
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Japanese (ja)
Inventor
Masahiro Hirasawa
平澤 正啓
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To reduce the deterioration of S/N owing to reference voltage fluctuation noise and sampling noise by receiving the output signals of respective output terminals in first and second sample and hold circuits in a gain control circuit by a differential system. CONSTITUTION:The same fluctuation noise and sampling noise of reference voltage of field clamping generating in two CCD image sensor output signal sample-and-hold circuits 39 are outputted from the terminals 2 and 3. Noises become an in-phase component by receiving it as a differential input in the gain control circuit 4 composed of a differential amplifier circuit in which the constant current of a next stage is set to be an operation current, and the in-phase removing capacity of the differential input is large since the differential amplifier circuit is used in a constant current source. Thus, a gain control output signal obtained by considerably reducing noise and sampling noise owing to the fluctuation of feed through clamping reference voltage can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明はCCDイメージセンサを
使用したビデオカメラにおいて、CCDイメージセンサ
からの出力信号を、ビデオコンポジット信号に変換する
画像信号処理回路に関し、特にCCDイメージセンサ出
力信号用サンプルホールド回路と低照度時に画像信号レ
ベルを一定に保つための利得制御回路に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image signal processing circuit for converting an output signal from a CCD image sensor into a video composite signal in a video camera using a CCD image sensor. The present invention relates to a circuit and a gain control circuit for keeping an image signal level constant during low illumination.

【0002】0002

【従来の技術】従来のフィードスルークランプ回路と映
像信号サンプルホールド回路とが直列に接続されたCC
D出力信号サンプルホールド回路と、低照度時の画像信
号レベルを一定に保つ利得制御回路の接続構成は、図2
に示すようになっている。また、CCDイメージセンサ
からの画像出力信号は図3のようになっている。
[Prior Art] A CC in which a conventional feed-through clamp circuit and a video signal sample-hold circuit are connected in series.
The connection configuration of the D output signal sample hold circuit and the gain control circuit that keeps the image signal level constant during low illumination is shown in Figure 2.
It is shown in the figure below. Further, the image output signal from the CCD image sensor is as shown in FIG.

【0003】図3のように、CCDイメージセンサ1画
素ごとの出力信号は、CCD内部の前画素の電荷をクリ
アするために与えるリセットパルスが出力にもれるため
に出るリセットノイズ、そしてフィードスルー、映像信
号の3期間に分けられるが、映像信号レベルとして必要
な信号は、フィードスルー期間電圧と映像信号期間電圧
の差電圧Aである。このうちリセットノイズは映像信号
レベルにまったく関係ないものであり、映像信号レベル
が小さいときはリセットノイズに信号が埋もれてしまい
S/Nが劣化する。また、CCDイメージセンサ出力信
号には通常低周波1/fノイズが重畳しており、この低
周波1/fノイズを除去しないと映像がふわついた感じ
になり画質的に劣化する。これらのリセットノイズと低
周波1/fノイズを除去するために、図2の39のよう
なCCDイメージセンサ出力信号用サンプルホールド回
路が提案されている。入力端子31から入力された信号
は、クランプコンデンサ32とクランプスイッチ33に
よって入力信号のフィードスルー期間電圧をクランプ基
準電圧VREFに合わせるフィードスルークランプによ
り1画素ごとにクランプされ、低周波1/fノイズが除
去される。次にバッファアンプ34、サンプルホールド
スイッチ35、ホールドコンデンサ36によって図3の
映像信号期間の最大振幅レベルの信号電圧がサンプルホ
ールドされ、バッファアンプ37を通って出力端子38
より出力される。以上の回路を通ったCCDイメージセ
ンサ出力信号電圧は、低周波1/fノイズが除去される
とともに、リセットノイズ、フィードスルー期間が除去
されたフィードスルー電圧基準の映像信号となる。
As shown in FIG. 3, the output signal for each pixel of a CCD image sensor is affected by reset noise produced when a reset pulse applied to clear the charge of the previous pixel inside the CCD leaks into the output, and feedthrough. Although the video signal is divided into three periods, the signal required as the video signal level is the difference voltage A between the feed-through period voltage and the video signal period voltage. Of these, reset noise is completely unrelated to the video signal level, and when the video signal level is low, the signal is buried in the reset noise and the S/N deteriorates. Further, low frequency 1/f noise is usually superimposed on the CCD image sensor output signal, and unless this low frequency 1/f noise is removed, the image will appear fluffy and deteriorate in image quality. In order to remove these reset noises and low frequency 1/f noises, a sample and hold circuit for CCD image sensor output signals, such as 39 in FIG. 2, has been proposed. The signal input from the input terminal 31 is clamped pixel by pixel by a feedthrough clamp that adjusts the feedthrough period voltage of the input signal to the clamp reference voltage VREF by a clamp capacitor 32 and a clamp switch 33, thereby eliminating low frequency 1/f noise. removed. Next, the buffer amplifier 34, sample hold switch 35, and hold capacitor 36 sample and hold the signal voltage at the maximum amplitude level during the video signal period in FIG.
It is output from The CCD image sensor output signal voltage that has passed through the above circuit becomes a video signal based on the feed-through voltage from which low-frequency 1/f noise, reset noise, and feed-through period have been removed.

【0004】CCD出力信号サンプルホールド回路から
の出力信号は出力バッファ37を通る時直流電圧オフセ
ットが発生するので端子43から与えた基準電圧VRE
Fを基準とする事ができない。このため利得制御回路4
の前に基準電圧VGにCCD出力信号サンプルホールド
回路からの出力信号の実際の黒レベルであるオプチカル
ブラック期間電位を合わせ込むクランプ回路が必要であ
り、図2においてこのクランプ回路を構成するのがクラ
ンプコンデンサ51とクランプスイッチ54である。ク
ランプスイッチ54は、制御端子53から与えられるオ
プチカルブラッククランプ制御信号によって動作する。 オプチカルブラッククランプをされた信号は、基準電圧
VGとの差動信号として、利得制御回路4に入力される
。利得制御回路4は、利得制御端子57から与えられる
利得制御信号により、利得を可変して画像信号レベルを
制御して出力端子58から出力される。出力端子58か
ら出力された画像信号は、カラーCCDカメラならば各
画素ごとに信号を分離する色分離回路、またはγ補正回
路に入力される。
When the output signal from the CCD output signal sample and hold circuit passes through the output buffer 37, a DC voltage offset occurs, so the reference voltage VRE applied from the terminal 43
It is not possible to use F as a standard. Therefore, the gain control circuit 4
Before this, a clamp circuit is required to match the optical black period potential, which is the actual black level of the output signal from the CCD output signal sample and hold circuit, to the reference voltage VG. They are a capacitor 51 and a clamp switch 54. The clamp switch 54 is operated by an optical black clamp control signal applied from the control terminal 53. The optical black clamped signal is input to the gain control circuit 4 as a differential signal with respect to the reference voltage VG. The gain control circuit 4 varies the gain using a gain control signal applied from a gain control terminal 57 to control the image signal level, and outputs the image signal level from an output terminal 58 . In the case of a color CCD camera, the image signal output from the output terminal 58 is input to a color separation circuit that separates signals for each pixel, or to a γ correction circuit.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】前述した従来のCCD
イメージセンサ用のサンプルホールド回路、および利得
制御回路の接続構成では以下のような不具合点がある。
[Problem to be solved by the invention] The above-mentioned conventional CCD
The connection configuration of a sample hold circuit and a gain control circuit for an image sensor has the following problems.

【0006】CCDイメージセンサ用のサンプルホール
ド回路では、フィードスルークランプのクランプ基準電
圧VREFに変動があった場合、その変動成分を取り除
く事ができない。この変動成分が以降の信号処理回路で
行われる1水平期間ごとのオプチカルブラッククランプ
で取り除けないものである場合、最終出力信号までこの
変動成分が現れるので画質を劣化させる事になる。
In the sample-and-hold circuit for a CCD image sensor, if there is a fluctuation in the clamp reference voltage VREF of the feed-through clamp, the fluctuation component cannot be removed. If this fluctuating component cannot be removed by optical black clamping performed every horizontal period in the subsequent signal processing circuit, this fluctuating component will appear up to the final output signal, degrading the image quality.

【0007】また、サンプルホールド回路では高速サン
プリングを行うために、そのサンプリング動作、非動作
の切り替えの際にひげと呼ばれるサンプリングノイズが
発生しS/N(信号対雑音比)の面で悪影響が生じる。 このサンプリングノイズは信号経路の周波数帯域を低周
波側に狭くすれば減衰させることができるが、特にカラ
ーイメージセンサを使用した場合、次段に色分離用サン
プルホールド回路が必要となるので周波数帯域を狭くす
ると信号波形がなまるため、色分離用サンプルホールド
のタイミング調整がきびしくなりサンプルタイミングの
調整が難しくなったり、場合によっては色分離が正確に
行われなくなるおそれがある。
[0007] Furthermore, since the sample-and-hold circuit performs high-speed sampling, sampling noise called whisker occurs when switching between sampling operation and non-operation, which adversely affects the S/N (signal-to-noise ratio). . This sampling noise can be attenuated by narrowing the frequency band of the signal path to the low frequency side, but especially when using a color image sensor, a sample and hold circuit for color separation is required in the next stage, so the frequency band can be reduced. If it is narrowed, the signal waveform becomes dull, which makes it difficult to adjust the timing of the sample hold for color separation, making it difficult to adjust the sample timing, and in some cases, there is a risk that color separation will not be performed accurately.

【0008】CCD出力信号サンプルホールド回路出力
38にクランプ用コンデンサ51、クランプスイッチ5
4からなるオプチカルブラッククランプ回路が接続され
ているが、このクランプ回路では画像信号の水平期間周
期でのクランプが行われるため、水平方向でのサグ、ま
た垂直帰線期間でクランプ信号がない場合では、垂直方
向でのサグが生じて画質が劣化する恐れがある。さらに
、このオプチカルブラッククランプはハードクランプの
ため、画像信号のオプチカルブラック期間に傷をつけて
しまう可能性があり、この場合、次段の利得制御回路の
増幅部で傷を増幅して、利得制御回路以降でオプチカル
ブラッククランプを使用する場合、正確なクランプがで
きなくなり、画像信号の基準レベルが正確につかめない
ためにγ補正のずれ、ブランキング回路での黒レベル付
近の欠落などが生じて画質が劣化する恐れがある。
A clamp capacitor 51 and a clamp switch 5 are connected to the CCD output signal sample hold circuit output 38.
An optical black clamp circuit consisting of 4 is connected, but since this clamp circuit clamps the image signal at the horizontal interval period, there is a sag in the horizontal direction, and when there is no clamp signal during the vertical retrace interval, , sag in the vertical direction may occur and the image quality may deteriorate. Furthermore, since this optical black clamp is a hard clamp, there is a possibility that it will scratch the optical black period of the image signal. In this case, the scratches will be amplified in the amplification section of the gain control circuit in the next stage, and the gain control will be performed. When using an optical black clamp after the circuit, accurate clamping becomes impossible, and the reference level of the image signal cannot be accurately grasped, resulting in deviations in gamma correction and omissions near the black level in the blanking circuit, resulting in poor image quality. may deteriorate.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明の画像信号処理回
路は、CCDイメージセンサにより得られた画像信号を
処理する画像信号処理回路であって、入力部にクランプ
回路を備える同一形式の第1のサンプルホールド回路と
第2のサンプルホールド回路、及び差動入力形式で定電
流源により動作電流が与えられる差動増幅器を備える第
1の利得制御回路により構成され、第1及び第2のサン
プルホールド回路に与える少なくともクランプ回路のク
ランプ基準電圧及びクランプ回路のクランプ動作制御信
号、サンプルホールド回路のサンプリング動作制御信号
それぞれは、第1のサンプルホールド回路と第2のサン
プルホールド回路で同一の電圧または信号を与え、第1
のサンプルホールド回路の入力と第2のサンプルホール
ド回路の入力のいずれか一方だけにCCDイメージセン
サよりの画像信号を与え、第1のサンプルホールド回路
と第2のサンプルホールド回路の出力信号を差動形式と
して第1の利得制御回路の差動入力に与えた。
[Means for Solving the Problems] The image signal processing circuit of the present invention is an image signal processing circuit that processes an image signal obtained by a CCD image sensor, and includes a first circuit of the same type that has a clamp circuit at its input section. The first and second sample and hold circuits each include a sample and hold circuit, a second sample and hold circuit, and a first gain control circuit that has a differential input type differential amplifier to which an operating current is supplied by a constant current source. At least the clamp reference voltage of the clamp circuit, the clamp operation control signal of the clamp circuit, and the sampling operation control signal of the sample-and-hold circuit to be applied to the circuit are such that the same voltage or signal is applied to the first sample-and-hold circuit and the second sample-and-hold circuit. give, first
The image signal from the CCD image sensor is applied to only one of the inputs of the sample-and-hold circuit and the input of the second sample-and-hold circuit, and the output signals of the first sample-and-hold circuit and the second sample-and-hold circuit are differentiated. As a format, it was applied to the differential input of the first gain control circuit.

【0010】0010

【実施例】次に本発明について図面を参照して説明する
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, the present invention will be explained with reference to the drawings.

【0011】本発明の一実施例の構成を図1に示す。従
来例と同じ機能部分については同じ番号を付した。サン
プルホールド回路1は、図2で説明した同一形式のCC
Dイメージセンサ出力信号サンプルホールド回路39を
2つ備え、その2つのCCDイメージセンサ出力信号サ
ンプルホールド回路39それぞれには、フィードスルー
クランプのクランプ基準電圧VREFおよびクランプ動
作のためのクランプパルス、サンプルホールド動作のた
めのサンプリングパルスなどの制御信号はまったく同じ
ものを与える。一方のCCDイメージセンサ出力信号サ
ンプルホールド回路39の入力端子5にはCCDイメー
ジセンサ40からの出力信号を入力し、他方のCCDイ
メージセンサ出力信号サンプルホールド回路39の入力
端子6には何の信号も与えない。本発明のサンプルホー
ルド回路の出力は、端子2と端子3の差動出力となる。 端子2にはCCDイメージセンサ40からの出力信号を
CCDイメージセンサ出力信号サンプルホールド回路3
9によりサンプルホールドされた映像信号が出力され、
端子3にはCCDイメージセンサ40よりの出力が入力
されないCCDイメージセンサ出力信号サンプルホール
ド回路39の出力を得る。この端子2および端子3から
得られる差動形式信号は次段の利得制御回路4の入力端
子61,62にそれぞれ接続される。この利得制御回路
4は図4に示すような定電流源を動作電流とする差動増
幅回路によって構成される。図4の例では、利得制御端
子57に与える直流電位によって動作電流が変化して、
総合コンダクタンスが変化することを利用している。
FIG. 1 shows the configuration of an embodiment of the present invention. Functional parts that are the same as those in the conventional example are given the same numbers. The sample hold circuit 1 is a CC of the same type as explained in FIG.
Two D image sensor output signal sample and hold circuits 39 are provided, and each of the two CCD image sensor output signal sample and hold circuits 39 has a clamp reference voltage VREF of the feedthrough clamp, a clamp pulse for clamp operation, and a sample and hold operation. The control signals, such as sampling pulses, give exactly the same thing. The output signal from the CCD image sensor 40 is input to the input terminal 5 of one CCD image sensor output signal sample and hold circuit 39, and no signal is input to the input terminal 6 of the other CCD image sensor output signal sample and hold circuit 39. I won't give it. The output of the sample hold circuit of the present invention is a differential output between terminals 2 and 3. The output signal from the CCD image sensor 40 is connected to the terminal 2 by the CCD image sensor output signal sample hold circuit 3.
9 outputs the sampled and held video signal,
The terminal 3 receives the output of a CCD image sensor output signal sample and hold circuit 39 to which the output from the CCD image sensor 40 is not input. Differential format signals obtained from these terminals 2 and 3 are connected to input terminals 61 and 62 of the next stage gain control circuit 4, respectively. The gain control circuit 4 is constituted by a differential amplifier circuit whose operating current is a constant current source as shown in FIG. In the example of FIG. 4, the operating current changes depending on the DC potential applied to the gain control terminal 57,
It takes advantage of the fact that the overall conductance changes.

【0012】この図1における2つのCCDイメージセ
ンサ出力信号サンプルホールド回路39それぞれで発生
するフィードスルークランプの基準電圧の変動ノイズお
よびサンプリングノイズは、同じ回路、同じ制御信号を
使用しているので、端子2と端子3からは同じものが出
力されるわけであるから、これらのノイズは次段の定電
流源を動作電流とする差動増幅回路で構成される利得制
御回路4で差動入力で受けることにより同相成分となり
、差動増幅回路を定電流源で使用したため差動入力の同
相除去能力が高いので、フィードスルークランプ基準電
圧変動によるノイズやサンプリングノイズを大幅に低減
した利得制御出力信号を得ることができる。さらにCC
Dイメージセンサ用サンプルホールド回路と利得制御回
路の接続が直流的に接続されているので、従来のように
利得制御回路4の前段にオプチカルブラッククランプ回
路が必要ないので、素子数の削減ができると共に、クラ
ンプ回路で発生する水平方向、垂直方向でのサグが発生
することがなく、画質の向上が期待できるとともに、ク
ランプによるオプチカルブラック期間の傷つけと利得制
御回路4での増幅がないため、クランプズレによるγ補
正ズレ、ブランキング回路による黒レベル付近の欠落な
どが起きない。また集積回路化した場合、クランプ用コ
ンデンサ接続端子が必要なくなりピン数の削減、パッケ
ージの小型化ができる。
The reference voltage fluctuation noise and sampling noise of the feed-through clamp generated in each of the two CCD image sensor output signal sample and hold circuits 39 in FIG. 1 use the same circuit and the same control signal, so the terminal Since the same thing is output from terminals 2 and 3, these noises are received by the differential input in the gain control circuit 4, which is composed of a differential amplifier circuit that uses the constant current source in the next stage as the operating current. This results in a common mode component, and since the differential amplifier circuit is used as a constant current source, the common mode rejection ability of the differential input is high, so a gain control output signal with significantly reduced noise and sampling noise caused by feed-through clamp reference voltage fluctuations can be obtained. be able to. Further CC
Since the sample hold circuit for the D image sensor and the gain control circuit are connected in a direct current manner, there is no need for an optical black clamp circuit at the front stage of the gain control circuit 4 as in the conventional case, so the number of elements can be reduced. , there is no sag in the horizontal or vertical direction that occurs in the clamp circuit, and image quality can be expected to be improved.In addition, there is no damage to the optical black period due to the clamp and no amplification in the gain control circuit 4, so the clamp misalignment is eliminated. There are no gamma correction errors caused by the blanking circuit, or omissions near the black level caused by the blanking circuit. Furthermore, when integrated into an integrated circuit, there is no need for a clamp capacitor connection terminal, allowing for a reduction in the number of pins and a smaller package.

【0013】このようにCCDイメージセンサ出力信号
用サンプルホールド回路の出力端子2と出力端子3の出
力信号を次段の利得制御回路4で差動形式で受けること
により、フィードスルークランプの基準電圧の変動によ
るノイズ、さらにサンプリングノイズを低減した出力信
号を得ることができ、利得制御回路前段のオプチカルブ
ラック回路が不必要となり、素子数、集積回路化時のピ
ン数削減もできる。また、利得制御回路前にクランプ回
路がないので、クランプ回路で画像信号の基準電位期間
に傷をつけることも、またそれを増幅することもないの
で、この回路部分での画質劣化が無く、さらに、本発明
の回路は、図1からもわかるように電源電圧変動にも強
いという利点を持っている。
As described above, by receiving the output signals of the output terminals 2 and 3 of the sample and hold circuit for the CCD image sensor output signal in a differential format in the gain control circuit 4 of the next stage, the reference voltage of the feed-through clamp can be adjusted. It is possible to obtain an output signal with reduced noise due to fluctuations and sampling noise, eliminating the need for an optical black circuit before the gain control circuit, and reducing the number of elements and pins when integrated circuits. In addition, since there is no clamp circuit before the gain control circuit, the clamp circuit does not damage or amplify the reference potential period of the image signal, so there is no deterioration in image quality in this circuit part. As can be seen from FIG. 1, the circuit of the present invention has the advantage of being resistant to power supply voltage fluctuations.

【0014】また、図2の39の様なCCDイメージセ
ンサ出力信号サンプルホールド回路を本発明図1のサン
プルホールド回路に使用する場合、CCDイメージセン
サ出力信号を入力しないCCDイメージセンサ出力信号
サンプルホールド回路の入力端子6は、外部ノイズの飛
び込みを防ぐために、接地電位と接続するのが望ましい
Furthermore, when a CCD image sensor output signal sample and hold circuit such as 39 in FIG. 2 is used in the sample and hold circuit of FIG. 1 of the present invention, the CCD image sensor output signal sample and hold circuit does not input the CCD image sensor output signal. It is desirable that the input terminal 6 is connected to the ground potential to prevent external noise from entering.

【0015】[0015]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の画像信号
処理回路によれば、基準電圧変動ノイズや、サンプリン
グノイズによるS/N劣化を減少させることができると
ともに、素子数削減、高画質化が可能である。
As explained above, according to the image signal processing circuit of the present invention, it is possible to reduce S/N deterioration due to reference voltage fluctuation noise and sampling noise, reduce the number of elements, and improve image quality. is possible.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図1】本発明一実施例のサンプルホールド回路の構成
図である。
FIG. 1 is a configuration diagram of a sample and hold circuit according to an embodiment of the present invention.

【図2】従来のCCDイメージセンサ出力信号サンプル
ホールド回路の構成図である。
FIG. 2 is a configuration diagram of a conventional CCD image sensor output signal sample and hold circuit.

【図3】CCDイメージセンサの出力電圧波形図である
FIG. 3 is an output voltage waveform diagram of a CCD image sensor.

【図4】利得制御回路の構成図である。FIG. 4 is a configuration diagram of a gain control circuit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  CCDイメージセンサにより得られた
画像信号を処理する画像信号処理回路であって、入力部
にクランプ回路を備える同一形式の第1のサンプルホー
ルド回路と第2のサンプルホールド回路、及び差動入力
形式で定電流源により動作電流が与えられる差動増幅器
を備える第1の利得制御回路により構成され、第1及び
第2のサンプルホールド回路に与える少なくともクラン
プ回路のクランプ基準電圧及びクランプ回路のクランプ
動作制御信号、サンプルホールド回路のサンプリング動
作制御信号それぞれは、第1のサンプルホールド回路と
第2のサンプルホールド回路で同一の電圧または信号を
与え、第1のサンプルホールド回路の入力と第2のサン
プルホールド回路の入力のいずれか一方だけにCCDイ
メージセンサからの画像信号を与え、第1のサンプルホ
ールド回路と第2のサンプルホールド回路の出力信号を
差動形式として第1の利得制御回路の差動入力に与える
ことを特徴とする画像信号処理回路。
1. An image signal processing circuit for processing an image signal obtained by a CCD image sensor, the circuit comprising a first sample-hold circuit and a second sample-hold circuit of the same type, each having a clamp circuit at its input section; A first gain control circuit includes a differential amplifier having a differential input type and an operating current supplied by a constant current source, and a clamp reference voltage of at least the clamp circuit and the clamp circuit to be applied to the first and second sample and hold circuits. The clamp operation control signal of the sample-and-hold circuit and the sampling operation control signal of the sample-and-hold circuit give the same voltage or signal to the first sample-and-hold circuit and the second sample-and-hold circuit. The image signal from the CCD image sensor is applied to only one of the inputs of the sample-and-hold circuit, and the output signals of the first sample-and-hold circuit and the second sample-and-hold circuit are made into differential format and output to the first gain control circuit. An image signal processing circuit characterized in that it is applied to differential inputs.
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