(57)【要約】  複数の撮像素子を同期させる機能を有するビデオカメラ装置又は方法であって、一実施の形態では、ビデオ同期信号を発生し、各撮像素子の少なくとも１つの内部クロック分周器を、各ビデオフレームの最初の部分で、ビデオ同期信号に同期してリセットする方法である。他の実施の形態では、ビデオカメラ装置内の複数の撮像素子は、各撮像素子の少なくとも１つの内部クロック分周器の信号のシステムビデオ同期信号発生器に対する位相状態を検出し、少なくとも１つの内部クロック分周器の検出された位相状態に基づいてビデオ出力信号を選択する方法である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビデオ同期信号を発生するシステムビデオ同期信号発生器と、
少なくとも１つの内部クロック分周器をそれぞれ有する複数の撮像素子とを備え、
上記ビデオ同期信号は、上記複数の撮像素子に供給され、該ビデオ同期信号に同期して、各撮像素子の上記少なくとも１つの内部クロック分周器を、各ビデオフレームの最初の部分でリセットすることを特徴とするビデオカメラ装置。
【請求項２】
上記ビデオ同期信号は、水平同期信号と垂直同期信号とのうちの１つであることを特徴とする請求項１記載のビデオカメラ装置。
【請求項３】
上記ビデオ同期信号は、水平同期信号と垂直同期信号とからなることを特徴とする請求項１記載のビデオカメラ装置。
【請求項４】
上記ビデオ同期信号は、各ビデオフレームの各ラインの最初の部分で供給されることを特徴とする請求項１記載のビデオカメラ装置。
【請求項５】
上記少なくとも１つの内部クロック分周器の信号の位相状態を検出する位相状態検出回路と、
上記位相状態検出回路によって検出された位相状態に基づいて、１つの撮像素子からビデオ出力信号を選択するビデオ出力信号選択回路とをさらに備える請求項１記載のビデオカメラ装置。
【請求項６】
ビデオカメラ装置内の複数の撮像素子を同期させる同期方法において、
ビデオ同期信号を発生するステップと、
上記ビデオ同期信号に同期して、各撮像素子の少なくとも１つの内部クロック分周器を、各ビデオフレームの最初の部分でリセットするステップとを有する同期方法。
【請求項７】
上記ビデオ同期信号は、水平同期信号と垂直同期信号とのうちの１つであることを特徴とする請求項６記載の同期方法。
【請求項８】
上記ビデオ同期信号は、水平同期信号と垂直同期信号とからなることを特徴とする請求項６記載の同期方法。
【請求項９】
上記ビデオ同期信号は、各ビデオフレームの各ラインの最初の部分で供給されることを特徴とする請求項６記載の同期方法。
【請求項１０】
各撮像素子の少なくとも１つの内部クロック分周器の信号の位相状態を検出するステップと、
上記少なくとも１つの内部クロック分周器の検出された位相状態に基づいて、各撮像素子からのビデオ出力信号を選択するステップとをさらに有する請求項６記載の同期方法。
【請求項１１】
ビデオカメラ装置内の複数の撮像素子を同期させる同期方法において、
システム同期信号に対する、各撮像素子の少なくとも１つの内部クロック分周器の信号の位相状態を検出するステップと、
上記少なくとも１つの内部クロック分周器の検出された位相状態に基づいて、各撮像素子のビデオ出力信号を選択するステップと有する同期方法。
【請求項１２】
ビデオカメラ装置内の複数の撮像素子を同期させる同期方法において、
非同期リセット信号をアサート（assert）するステップと、
上記ビデオカメラ装置のシステムクロックを停止するステップと、
上記システムクロックが停止されている間、上記非同期リセット信号をネゲート（de-assert）するステップと、
上記システムクロックを再開するステップとを有する同期方法。
【請求項１３】
ビデオ同期信号を発生するステップと、
上記ビデオ同期信号に同期して、各撮像素子の少なくとも１つの内部クロック分周器を、各ビデオフレームの最初の部分でリセットするステップとをさらに有する請求項１２記載の同期方法。
【請求項１４】
上記ビデオ同期信号は、水平同期信号と垂直同期信号とのうちの１つであることを特徴とする請求項１３記載の同期方法。
【請求項１５】
上記ビデオ同期信号は、水平同期信号と垂直同期信号とからなることを特徴とする請求項１３記載の同期方法。
【請求項１６】
上記ビデオ同期信号は、各ビデオフレームの各ラインの最初の部分で供給されることを特徴とする請求項１３記載の同期方法。
【請求項１７】
上記ビデオ同期信号に対する、各撮像素子の上記少なくとも１つの内部クロック分周器の信号の位相状態を検出するステップと、
上記少なくとも１つの内部クロック分周器の検出された位相状態に基づいて、各撮像素子のビデオ出力信号を選択するステップとをさらに有する請求項１３記載の同期方法。
【請求項１８】
上記ビデオ同期信号に対する、各撮像素子の上記少なくとも１つの内部クロック分周器の信号の位相状態を検出するステップと、
上記少なくとも１つの内部クロック分周器の検出された位相状態に基づいて、各撮像素子のビデオ出力信号を選択するステップとをさらに有する請求項１２記載の同期方法。
【請求項１９】
ビデオ同期信号を発生するシステムビデオ同期信号発生器と、
少なくとも１つの内部クロック分周器をそれぞれ有する複数の撮像素子と、
ビデオ同期信号に対する、上記少なくとも１つの内部クロック分周器の信号の位相状態を検出する位相状態検出回路と、
上記位相状態検出回路によって検出された位相状態に基づいて、１つの撮像素子からビデオ出力信号を選択するビデオ出力信号選択回路とを備えるビデオカメラ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には、ＣＭＯＳ撮像素子（CMOS image sensor）に関し、特に、複数の撮像素子を同期させ、同期を回復させるビデオカメラ装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＭＯＳ撮像素子を用いて実現された可視撮像装置は、分解能（resolution）を高め、雑音を低減するとともに、カメラのコスト及び消費電力を大幅に低減している。最新のカメラは、ＣＭＯＳのｉＳｏＣ撮像素子（CMOS iSoC sensor）を用いて、低雑音の画像検出及び処理部（low-noise image detection and processing）を、シングルチップ上のサポートブロックであるホストに効率良く接続している。
【０００３】
現在、高性能ビデオカメラは、１つのカメラ装置で複数のＣＭＯＳ撮像素子を用いて、製造されている。たとえば、最新のビデオカメラでは、赤（Red）、緑（Green）及び青（Blue）の光をそれぞれ別々の撮像素子を用いて補足し、処理している。このようなマルチセンサ方式（multiple sensors systems）では、シングルセンサ方式（single sensor systems）と比較して、優れた画質を実現することができるが、３つの別々の撮像素子を利用することにより、特に起動時及びリセット時において撮像素子間で同期がとれなくなる（lack of synchronization）ために問題を生ずる。
【０００４】
マルチセンサ方式では、クロック、リセット及びあらゆる内部クロックの分周器の状態が同じであるという取り決めにより、リセットシーケンス又は電源投入シーケンスの後に、撮像素子を起動させなければならない。これらの撮像素子は、ビデオ出力を、決定論的手法（deterministic manner）で撮像素子の下流にある電子部品、たとえばＤＳＰ、バックエンドプロセッサ、ディスプレイに供給しなければならないので、このような撮像素子の起動のしかたが必要である。
【０００５】
一部のビデオカメラ装置においては、リセット信号は、クロック信号のように非常に注意深く分配されている場合がある。しかしながら、このようなリセット信号の分配は、実現することが困難であり、特にリセット信号が、たとえばプロセッサによって生成される場合には、もともとプロセッサと撮像素子とは非同期で動作するので、常に実現可能とは限らない。
【０００６】
この方法に伴うもう１つの問題は、各撮像素子からリセット信号を無くすためには、各撮像素子を、供給するクロック信号で同期させなければならないことである。リセット信号を無くしてこの必要とされる同期は、最初から、非同期リセット信号を用いる利点を否定することである。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施の形態において、ビデオカメラ装置は、ビデオ同期信号を発生するシステムビデオ同期信号発生器と、少なくとも１つの内部クロック分周器をそれぞれ有する複数の撮像素子とを備え、ビデオ同期信号は、複数の撮像素子に供給され、ビデオ同期信号に同期して、各撮像素子の少なくとも１つの内部クロック分周器を、各ビデオフレームの最初の部分でリセットする。ビデオ同期信号は、水平同期信号でもよく、垂直同期信号でもよく、また、これらの組合せであってもよい。ビデオ同期信号は、各ビデオフレームの各ラインの最初の部分で供給される。
【０００８】
本発明に係るビデオカメラ装置は、少なくとも１つの内部クロック分周器の信号の位相状態を検出する位相状態検出回路と、位相状態検出回路により検出される位相状態に基づいて撮像素子からのビデオ出力信号を選択するビデオ出力信号選択回路とをさらに備えている。
【０００９】
本発明の他の実施の形態において、ビデオカメラ装置は、ビデオ同期信号を発生するシステムビデオ同期信号発生器と、少なくとも１つの内部クロック分周器をそれぞれに有する複数の撮像素子と、ビデオ同期信号に関して少なくとも１つの内部クロック分周器のそれぞれの信号の位相状態を検出する位相状態検出回路と、位相状態検出回路により検出された位相状態に基づいて撮像素子からのビデオ出力信号を選択するビデオ出力信号選択回路とを備えている。
【００１０】
本発明の一実施の形態において、ビデオカメラ装置の複数の撮像素子を同期させる方法は、ビデオ同期信号を発生するステップと、各ビデオフレームの最初の部分でビデオ同期信号と同期する各撮像素子内の少なくとも１つの内部クロック分周器をリセットするステップとを備える。ビデオ同期信号は、水平同期信号であってもよく、垂直同期信号であってもよく、また、これらの組合せであってもよい。ビデオ同期信号は、各ビデオフレームの各ラインの最初の部分で供給される。本発明に係る方法は、さらに各撮像素子内の少なくとも１つの内部クロック分周器の信号の位相状態を検出するステップと、検出された、少なくとも１つの内部クロック分周器の位相状態に基づいて各撮像素子のビデオ出力信号を選択するステップとを備えている。
【００１１】
本発明の他の実施の形態において、ビデオカメラ装置の複数の撮像素子を同期させる方法は、各撮像素子の少なくとも１つの内部クロック分周器の信号の、システム同期信号に対する、位相状態を検出するステップと、検出された少なくとも１つの位相状態に基づいて各撮像素子のビデオ出力信号を選択するステップとを備えている。
【００１２】
さらに本発明の他の実施の形態において、ビデオカメラ装置の複数の撮像素子を同期させる方法は、非同期リセット信号をアサートするステップと、ビデオカメラ装置のシステムクロックを停止するステップと、システムクロックを停止している間は、非同期リセット信号をネゲートするステップと、システムクロックを再起動するステップとを備えている。本発明に係る方法は、さらに、ビデオ同期信号を発生するステップと、各ビデオフレームの最初の部分でビデオ同期信号と同期する各撮像素子内の少なくとも１つの内部クロック分周器をリセットするステップとを備えている。ビデオ同期信号は、水平同期信号でもよく、垂直同期信号でもよく、また、これらの組合せであってもよい。本発明に係る方法は、さらに、ビデオ同期信号に対して各撮像素子内の少なくとも１つの内部クロック分周器の信号の位相状態を検出するステップと、各撮像素子の少なくとも１つの内部クロック分周器の信号の検出された位相状態を検出するステップと、位相状態は、ビデオ同期信号に対して、少なくとも１つの内部クロック分周器の検出された位相状態に基づいて各撮像素子のビデオ出力信号を選択するステップとを備えている。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】各撮像素子へのＶＳＹＮＣ（垂直同期）信号及びＨＳＹＮＣ（水平同期）信号の分配を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施の形態に基づいて、複数の撮像素子を同期させるＨＳＹＮＣ（水平同期）信号を利用するためのプログラムコードの一例である。
【図３】本発明の一実施の形態に基づいて、内部クロック分周器の信号の位相状態を検出する位相状態検出回路及び適切なビデオ出力を選択するビデオ出力選択回路の回路図である。
【図４】図３の回路に対応するタイミングチャートである。
【図５】本発明により、撮像素子のＡ／Ｄコンバータにより提供されるデジタルデータを用いて、どのように列ＦＰＮオフセットを決定するのかを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、当業者が本発明を実施及び利用できるように、並びに本発明の発明者が、本発明を実施するために最良と考える実施の形態を用いて、本発明を説明する。なお、当業者にとっては、様々に変更できることは明らかである。これらの変更、等価物、代替物は、すべて、本発明の思想及び範囲内に含まれる。
【００１５】
マルチセンサ方式のビデオカメラ装置（multi-sensor video camera system）では、各撮像素子が同じ画素の信号を同時に出力するように、すべての撮像素子を同期させることが望ましい。そのようなビデオカメラ装置は、動作中に、たとえば電気的な雑音環境に起因して、同期がとれなくなったときに、同期動作を自動的に回復できることが望ましい。
【００１６】
図１は、本発明の一実施の形態を示すブロック図である。この方式では、システムビデオ同期信号発生器（video timing）からの水平同期信号及び／又は垂直同期信号は、それぞれの撮像素子を同期させるのに用いられる。これらの同期信号は、すでに、注意深く同期されて、ビデオカメラ装置内の様々な回路に分配されなければならないので、ただちに利用することができる。
【００１７】
この方式においては、各ビデオフレームの最初の部分（又は有効ビデオフレーム内の各有効ラインの最初の部分）で、各撮像素子の内部クロック分周器は、同期信号に同期してリセットされる。好ましくは、同期信号には、水平同期信号が用いられるが、その代わりに、又はそれに加えて、垂直同期信号を用いることもできる。
【００１８】
各撮像素子の内部クロック分周器を水平同期信号によって同期させることにより、各撮像素子のクロック位相を同時に強制的に開始させる。この手順により、ビデオカメラ装置の有効な起動を保証するとともに、動作中における自己復帰機能を提供するというさらなる副次的な利点を有する。内部クロック分周器の同期がはずれたときは、内部クロック分周器をリセットすることができ、多くても１ライン分の信号データを喪失するだけである。
【００１９】
図２は、ＨＳＹＮＣ（水平同期）信号に基づく同期方式を実現するプログラムコードの一例である。
【００２０】
図３は、本発明の一実施の形態を示す回路図である。内部クロック分周器をリセットする代わりに、同期イベント（例えばライン同期、フレーム同期、あるいはこれらの組合せ）の際に、内部クロック分周器の位相をサンプリングし、必要に応じて、ビデオ出力信号をシフトする。換言すれば、内部クロック分周器の状態が判定される。内部クロック分周器の状態がシステムクロックに同期しないときには、撮像素子のビデオ出力信号の位相を１／２クロックサイクルまで進めたり、遅らせたりすることにより、ビデオ出力信号は、適切に同期する。したがって、全体としてシステムクロックに対して適切に同期した適切なビデオ出力信号を選択することができる。これは、特に、７２０ｐＨＤフォーマットを有し、１ライン当たり奇数のクロックサイクルを利用するビデオカメラ装置において有用である。
【００２１】
図４は、図３に示す論理回路のタイミングを示すタイミングチャートの一例である。この技術を用いることにより、撮像素子のクロックの状態（clock states）が同期していなくても、各撮像素子のビデオ出力信号は同期する。また、このような手順によって、同期動作を回復させる（synchronization recovery）ことができる。
【００２２】
ある状態においては、他の信号を用いる必要がない強制的な起動シーケンス（robust start-up sequence）を保証することが望ましい。したがって、本発明の一実施の形態に基づく複数の撮像素子間で同期をとる方法は、
ステップ１：システムクロックを開始するステップ（任意）と、
ステップ２：非同期リセット信号をアサートするステップと、
ステップ３：システムクロックを停止するステップと、
ステップ４：非同期リセット信号をネゲート（de-assert）するステップと、
ステップ５：システムクロックを開始するステップと、
を有する。これらの手順により、非同期リセット信号がネゲートされているときの臨界的な期間（critical time period）では、システムクロックが動作しないことを保証する。なお、ステップ５（システムクロックを開始するステップ）では、すべてのシステムクロックを、同時に再起動して、各撮像素子間に適切に分配する必要がある。これらのシステムクロックは適切にバランスされて、いずれにせよ適切に分配されるので、この方法は、設計の過大な負荷とはならない。
【００２３】
所定のビデオカメラ装置の正確な必要条件にしたがって、上述のいくつかの手順は、１つの装置の中で組み合わされて、複数の撮像素子間の同期機能を冗長的に提供する。
【００２４】
本発明の一実施の形態におけるいくつかの部分は、本発明の開示に基づいてプログラミングされた従来の汎用若しくは専用のコンピュータ又はマイクロプロセッサを用いて実現することができ、このことは、コンピュータ技術の当業者にとって明らかである。
【００２５】
本発明の開示に基づいて、プログラマは、適切なソフトウェアを簡単にコーディングすることができ、このことは、ソフトウェア技術の当業者にとって明らかである。また、本発明は、特定用途向け集積回路を準備することにより、あるいは既存の部品を接続して適切な回路を構成することにより、実現することができ、このことは、当業者にとって明らかである。
【００２６】
上述の好ましい実施の形態の様々な変更及び修正は、本発明の範囲及び精神を逸脱することなく、行うことができることは、当業者にとっては明らかである。したがって、特許請求の範囲内において、特にここに説明した実施の形態以外の形態で、発明を実施できることは、言うまでもない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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