(57)【要約】      （修正有）【課題】高速ビデオカメラの黒レベルを制御する。【解決手段】装置１０は、黒レベルを有する画像信号を撮像デバイス２２から受け取るための画像信号チャンネル３０と、黒レベル信号を生成するための黒レベル感知デバイス２４と、画像信号チャンネルとは独立した黒レベル信号チャンネル４０であって、黒レベル感知デバイスから黒レベル信号を受け取るための黒レベル信号チャンネル４０と、黒レベル信号に基づいた入力信号を受け取り、その入力信号と基準信号との間の差を測り、その差に基づいた制御信号を生成し、画像信号の黒レベルを調整するために制御信号を画像信号チャンネルへ出力し、入力信号が黒レベル信号および制御信号に基づくように制御信号を黒レベル信号チャンネルへフィードバックする、ための黒レベル制御部６０と、を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像デバイスからの画像信号の黒レベルを制御する黒レベル制御装置であって、
黒レベルを有する画像信号を撮像デバイスから受け取るための画像信号チャンネルと、
黒レベル信号を生成するための黒レベル感知デバイスと、
前記画像信号チャンネルとは独立した黒レベル信号チャンネルであって、前記黒レベル感知デバイスから前記黒レベル信号を受け取るための黒レベル信号チャンネルと、
前記黒レベル信号に基づいた入力信号を受け取り、その入力信号と基準信号との間の差を測り、その差に基づいた制御信号を生成し、前記画像信号の黒レベルを調整するために前記制御信号を前記画像信号チャンネルへ出力し、前記入力信号が前記黒レベル信号および前記制御信号に基づくように前記制御信号を前記黒レベル信号チャンネルへフィードバックする、ための黒レベル制御部と、を備えることを特徴とする黒レベル制御装置。
【請求項２】
前記黒レベル感知デバイスは、撮像デバイスとは独立して前記黒レベル感知デバイスをリセットするためのリセット制御部を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記黒レベル制御部はさらに、前記画像信号チャンネルまたは前記黒レベル信号チャンネルもしくはその両方に前記制御信号をアナログ信号として与えるための黒レベル制御部であることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記画像信号チャンネルまたは前記黒レベル信号チャンネルもしくはその両方は、それらに対応する差動伝送チャンネルを含むことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の装置。
【請求項５】
前記画像信号チャンネルまたは前記黒レベル信号チャンネルもしくはその両方はさらに、それらに対応する前記画像信号または前記黒レベル信号を増幅するための計装増幅器を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の装置。
【請求項６】
較正を行う条件のもとで前記画像信号を較正制御信号で較正するために、前記画像信号チャンネルは前記黒レベル制御部に接続され、
前記黒レベル信号に足し合わされる前記制御信号が前記較正制御信号であるときに前記黒レベル制御部によって受け取られる前記入力信号が前記基準信号となることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の装置。
【請求項７】
それぞれが対応する撮像デバイスを有する複数の画像センサ、または複数の撮像デバイスを有する画像センサのいずれか一方と、
撮像デバイスのそれぞれに対応する、請求項１から６のいずれかに記載の黒レベル制御装置と、を備えることを特徴とするシステム。
【請求項８】
請求項１から６のいずれかに記載の装置または請求項７に記載のシステムを備える電動カメラ。
【請求項９】
請求項１から６のいずれかに記載の装置または請求項７に記載のシステムを備える高速ビデオカメラ。
【請求項１０】
撮像デバイスからの画像信号の黒レベルを制御する方法であって、
前記撮像デバイスとは独立した黒レベル感知デバイスからの黒レベル信号に基づく黒レベル入力信号を黒レベル制御部において監視するステップと、
前記黒レベル入力信号と基準信号との間の差に基づく制御信号を前記黒レベル制御部において生成するステップと、
前記画像信号の黒レベルを調整するために前記画像信号に前記制御信号を足し合わせるステップと、
前記黒レベル信号に前記制御信号を足し合わせるステップと、を含むことを特徴とする方法。
【請求項１１】
前記黒レベル感知デバイスは前記撮像デバイスと独立してリセットされることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記黒レベル感知デバイスは前記撮像デバイスよりも短いシャッタ期間を有することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記黒レベル制御部に達する前に前記黒レベル信号および前記画像信号を別々に、しかしながら同じ方法で処理するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１０から１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
前記処理ステップの前に、前記制御信号が前記画像信号または前記黒レベル信号もしくはその両方に足し合わされることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記画像信号および前記黒レベル制御信号は、差動伝送モードで処理されることを特徴とする請求項１３または１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記黒レベル制御部に達する前に、前記黒レベル信号を平均化するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１０から１５のいずれかに記載の方法。
【請求項１７】
較正を行う条件のもとで、前記撮像デバイスからの較正画像信号に基づく較正画像入力信号を監視する較正ステップと、
前記較正画像信号が所望の信号になるよう調整するために較正制御信号を生成する較正ステップと、
前記黒レベル信号に前記較正制御信号を足し合わせ、その結果生ずる較正黒レベル入力信号を前記基準信号として格納する較正ステップと、をさらに含むことを特徴とする請求項１０から１６のいずれかに記載の方法。
【請求項１８】
それぞれが対応する撮像デバイスを有する複数の画像センサ、または複数の撮像デバイスを有する画像センサのいずれか一方に含まれる撮像デバイスのそれぞれに適用される場合の、請求項１０から１７のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、黒レベルを制御する装置および方法に関し、特にそれだけではないにしても、電動カメラ、特に高速ビデオカメラのためのそのような装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
「黒レベル」という用語は、i)画像表示デバイスが表示画像において黒色を描画するのに必要な表示用入力信号の振幅（つまりデバイスによって提供される照度がゼロ）、もしくはii)画像センサによって生成されるセンサ出力信号の振幅であって撮影されるシーンの黒色の領域に対応する場合の出力信号の振幅（つまりセンサが受信する照度がゼロ）、を指し示す言葉として使用されうる。本明細書では、そうではないと記載されたり記載内容からそうではないことが明らかである場合を除いて、その用語は原則としてセンサからの黒レベルを指し示す言葉として使用される。
【０００３】
典型的な画像表示デバイスでは、表示用入力信号の振幅がゼロである場合に（もしくはＮＴＦＳの場合は固定された基準電圧である場合に）黒色画像が表示されるように定義されている。この定義は、画像／ビデオの録画デバイスおよびデジタル化システムにおいても典型的に用いられている。しかしながらたいていの画像センサはそのような定義を有していないので、結果としてセンサから全ての光が排除された場合でもセンサからの出力信号の振幅は必ずしもゼロになるとは限らない。センサからの出力信号の振幅はノンゼロでありうる。このノンゼロである度合いは、主にセンサのデザインや、同じデザインのセンサの間でも製造段階における個体差があることや、動作時の温度によって影響を受ける。したがって、センサからの出力信号を画像表示デバイスにつなぐと、表示される画像においてあるシーンにおける黒色の領域が不定の、そしてほぼ確実にゼロでない照度（明るさ）を示すこととなる（たとえば、黒色ではなく灰色として現れる）。このため、電動カメラがセンサからの出力信号を規格化できることが重要である。つまり重要なのは、黒色を表現する際にはカメラからの表示用入力信号の振幅がゼロとなる（もしくは固定された基準電圧となる）ように、カメラが黒レベルを制御し決定することができることである。
【０００４】
電子画像センサにおける感知素子のアレイは、たいていの場合複雑な電気波形を生成することによって画像を表現する。通常その波形は処理回路によってピクセルクロックと同期してサンプルされる。その目的は、撮影されるシーンに起因しない部分からの信号への寄与を低減することである。したがってその波形はたいてい、センサに落ちる光のパターンおよび強度の変化に応じて変化する電圧を生じる。黒レベル制御を行わなければ、波形は黒色を表現するための固定された電圧レベルを有しないであろう。
【０００５】
黒レベル制御を実現するために最もよく用いられる手法は、感知素子のアレイ中の複数のピクセルをマスクして、これらのピクセルの光に対する感度を大きく低減させることである。これらのピクセルからの信号がアレイから読み出され、画像センサのアクティブ領域にある、光が照射されていないピクセルからの電圧の振幅に対応すると見なされる電圧の振幅が提供される。次に、センサのアクティブ領域から発せられる波形のＤＣ電圧レベルが、センサのマスクされた領域から読み出された電圧の振幅分だけシフトされる。これにより黒色を表現する電圧の振幅がゼロ（または、固定された、ゼロでない値が選択されてもよい）に調整されうる。
【０００６】
ある既知の手法においては、マスクされた領域からの情報は、アレイからの読み出しの任意の適切な段階（つまり、アクティブ領域からの情報の全てもしくは一部を読み出す前もしくは後）において読み出されうる。そのため、両領域からの情報は同じ波形で搬送される。マスクされた領域から発せられる、波形の黒色部分はクランプ回路によって読み出され、波形のＤＣ電圧レベルが調整される。このようにして、波形の残りの部分は固定された黒レベル電圧を基準にすることとなる。
【０００７】
クランプ回路は駆動増幅器とキャパシタを備え、両者はビデオ信号処理ライン上で直列に接続される。クランプ回路はさらにクランプスイッチを備え、そのクランプスイッチは、接地（つまり０Ｖ）されていてもいなくてもよい黒レベル基準電圧源に接続される。クランプスイッチを通過するビデオ信号が波形の黒色部分であるときに、ビデオ信号を基準電圧へ短絡するようクランプスイッチが設定される。このクランプステップの間、黒色部分の電圧レベルに応じてキャパシタがチャージされまたはディスチャージされる。クランプスイッチが切られて短絡が解消すると、キャパシタの端子間電位差が、実際の画像センサからの出力信号の黒レベル振幅と所望の基準振幅との間のＤＣオフセット電圧とされる。クランプ回路が動作する上で、さらに別の増幅器が必要であり、その増幅器は信号処理ライン上でクランプスイッチの下流側に設けられ、ＤＣ電流を全く引かないか引いたとしても少量である。その結果、次のクランプステップに入る前にクランプキャパシタからは無視できる量だけがディスチャージされる。センサの黒レベルの時間および温度による変化を考慮して、典型的には５０Ｈｚから数十ｋＨｚの範囲にあるレート（たとえば、クランプレートが電源周波数である場合はこのレートはＰＡＬで５０Ｈｚ、ＮＴＳＣで６０Ｈｚであり、クランプレートがピクチャ周波数（picture frequency）である場合はこのレートはＰＡＬおよびＮＴＳＣ共通で１５．６２５ｋＨｚである）で、クランプ回路は継続的にセンサからの出力信号のＤＣ電圧レベルを調整する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述の手法は、下記の複数の問題を抱えている。第１に、上述の通りクランプ回路の動作はかなり不正確である。第２に、感知素子のアレイのうちのマスクされた領域の光に対する感度は大きく減衰されてはいるものの、たいていの場合全く光を通さないというわけではない（つまりその領域の感度がゼロであるわけではない）。第３に、ある種の画像センサ仕様では、上述のように黒レベルを制御することは適切でも好ましくもない。特に高速ビデオカメラでは、画像センサは感知素子のアレイの異なる領域に対する複数の出力チャンネルを有しうる。出力チャンネルのそれぞれに対して上述の種類のクランプ回路が設けられると、全体としての読み出し時間のうちのかなりの割合が黒ピクセルを読み出すために使われる。アレイからの情報を早く読み出すことが求められているので、この黒ピクセルを読み出す時間は、アクティブピクセルからの情報を読み出すために使われるほうが都合がよい。
【０００９】
フランス国特許公開２８４４４１８号（FR-A1-2,844,418）では、画像埋め込み処理は、第１の画像源と第２の画像源を含み、両者は結合されて画像出力となる。第１の画像源は、画像の黒レベルとは異なる黒レベルの生成部を有する。第１画像黒レベル信号が検出される。スイッチは２つの画像と検出された黒レベルとの組み合わせを提供し、さらに黒レベルのない第２の組み合わせを提供する。
【００１０】
米国特許第５０７０４１４号（US 5,070,414）は、画像読み出し器に関する。この画像読み出し器は、光遮蔽信号を出力するための光遮蔽ピクセルと有効ピクセル信号を出力するための遮蔽されていない有効ピクセルとを提供するために選択的に遮蔽された光電変換素子のアレイを有するラインセンサを備える。アナログデジタル変換手段は、光遮蔽信号をデジタル化された光遮蔽信号に変換し、そのデジタル化された信号は保持手段によって保持される。画像信号生成手段は、有効ピクセル信号に対応する第１信号を、保持手段によって保持されるデジタル化された光遮蔽信号に対応する第２信号に基づき補正して画像信号を生成する。
【００１１】
ヨーロッパ特許公開１２３７３５３号（EP-A1-1,237,353 ）は画像センサに関する。この画像センサは、画像を取得するためのアクティブピクセル領域と、そのアクティブピクセル領域から大きな距離離れた所定の位置に設けらたひとつもしくは複数の黒色ピクセル領域と、その黒色ピクセル領域への光の照射を妨げる光シールドと、を含む。
【００１２】
改良された、または代替的な黒レベルの制御手法が必要とされている。本発明は、そのような黒レベルの制御手法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のある態様によると、撮像デバイスからの画像信号の黒レベルを制御する黒レベル制御装置が提供される。この黒レベル制御装置は、黒レベルを有する画像信号を撮像デバイスから受け取るための画像信号チャンネルと、黒レベル信号を生成するための黒レベル感知デバイスと、画像信号チャンネルとは独立した黒レベル信号チャンネルであって、黒レベル感知デバイスから黒レベル信号を受け取るための黒レベル信号チャンネルと、黒レベル信号に基づいた入力信号を受け取り、その入力信号と基準信号との間の差を測り、その差に基づいた制御信号を生成し、画像信号の黒レベルを調整するために制御信号を画像信号チャンネルへ出力し、入力信号が黒レベル信号および制御信号に基づくように制御信号を黒レベル信号チャンネルへフィードバックする、ための黒レベル制御部と、を備える。
【００１４】
専用の黒レベル感知デバイスを設けることにより、黒色部分が読み出される際に画像信号を（接地へ）スイッチすることに依拠する必要はもはやない。かわりに、黒レベル感知デバイスからの黒色部分はいつでも好きなときに読み出されうる。さらには、撮像デバイスからの画像信号の読み出しを中断したり遅らせたりする必要もなくなる。この画像信号は同時に読み出されうるからである。
【００１５】
制御信号は黒レベル信号チャンネルに入力される。その結果黒レベル制御装置は閉ループのフィードバックシステムとして動作し、継続的に制御信号を調整する。
【００１６】
黒レベル感知デバイスは、撮像デバイスとは独立してリセットされるのが望ましい。この場合、黒レベル感知デバイスのシャッタ期間と撮像デバイスのシャッタ期間とを異ならしめる利点がある。特に、黒レベル感知デバイスはより短い積分期間を得るためにより短いシャッタ期間を有してもよく、この場合黒レベル感知デバイスの感度はマスクの不透明さだけによらなくなる。シャッタ期間が短いと、シャッタ期間ごとに意図せず検出される光の影響を軽減できるからである。
【００１７】
制御信号は、どの信号処理段階よりも前に、画像信号チャンネルおよび黒レベル信号チャンネルにアナログ信号として足し合わされるのが望ましい。画像信号チャンネルの処理段階と、黒レベル信号チャンネルの処理段階とは同じであることが望ましい。この場合、システム起因の影響は軽減されるか避けられる。処理段階において差動伝送を使用し、または計装増幅器を使用し、もしくはその両者を実行すれば、ノイズをキャンセルし、または軽減できる。
【００１８】
基準信号は画像信号を所望の黒レベルに対して較正することによって決定されるのが望ましい。この較正では、制御部からの較正制御信号を使用し、その較正制御信号を黒レベル信号に適用し、その結果得られる制御部によって受け付けられた黒レベル入力信号を基準信号として格納する。この場合、通常動作中は基準信号を用いて黒レベル信号を制御し、制御信号を要求されるように画像信号に適用することで、画像信号の黒レベルは所望の黒レベルに調整されまた保たれうる。
【００１９】
ひとつ以上の撮像デバイスを用いる描画システムもしくは複数の領域に分割された単一の撮像デバイスにおいては、撮像デバイスのそれぞれもしくはその領域のそれぞれに対して対応する黒レベル制御装置が設けられてもよい。
【００２０】
黒レベル制御装置は、電動カメラ、特に高速ビデオカメラに用いられるのが望ましい。
【００２１】
本発明の別の態様は、撮像デバイスからの画像信号の黒レベルを制御する方法である。この方法は、撮像デバイスとは独立した黒レベル感知デバイスからの黒レベル信号に基づく黒レベル入力信号を黒レベル制御部において監視するステップと、黒レベル入力信号と基準信号との間の差に基づく制御信号を黒レベル制御部において生成するステップと、画像信号の黒レベルを調整するために画像信号に制御信号を足し合わせるステップと、黒レベル信号に制御信号を足し合わせるステップと、を含む。
【００２２】
本発明の他の好適な特徴および利点が以下に続く記載および従属請求項において説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明は数多くの方法によって実施されうる。以下の図を参照して、限定的でない例示のみを目的として実施の形態を説明する。
【００２４】
図１を参照すると、本発明の実施の形態に係る電動カメラ８が示される。カメラ８は、光を受け取って画像センサ（不図示）へ集光する光学アセンブリ（不図示）と、その結果得られる画像情報を処理する処理アセンブリと、を有する。カメラは、表示デバイス、録画／記録デバイスもしくは自身のメモリに出力してもよい。
【００２５】
使用中は、カメラ８は撮影されるべきシーンに向けられる。そのシーンにあるひとつもしくは複数の物体からの光は、光学アセンブリによってカメラの画像センサに集光される。これによりシーンの画像がセンサに形成され、センサはその画像を表現する画像信号を生成する。その画像信号は、黒レベル制御を含む種々の画像処理ステップを経てもよい。
【００２６】
図２を参照すると、本発明の実施の形態に係る黒レベル制御装置１０が非常に模式的に示される。センサ２０は、画像センサ部２２と、それとは別の黒レベルセンサ部２４と、を備える。光への感度を下げるために黒レベルセンサ部はマスクされている点を除いては、黒レベルセンサ部２４は、画像センサ部２２と同じ種類の感知素子を用いる。画像センサ部２２は、画像出力信号を受け取るためのチャンネル３０を有し、黒レベルセンサ部２４は、黒レベル出力信号を受け取るための、チャンネル３０とは別で独立したチャンネル４０を有する。
【００２７】
画像信号チャンネル３０は、信号処理部３２を介して、出力ビデオ信号チャンネル５０とのノード３４に接続される。信号処理部３２は画像信号をアナログ処理し、ついでデジタル化された画像信号を生成する。これは後に理解されうるように、典型的には増幅、サンプリングおよびＡ／Ｄ変換を経て達成される。出力ビデオ信号チャンネル５０では、出力信号処理部５２はデジタル化された画像信号をデジタル処理し、ついで表示デバイスもしくは記録デバイスへ供給するためのビデオ出力信号を生成する。黒レベル制御を行わなければ、ビデオ出力信号は表示もしくは記録デバイスに対して画像の黒色領域を正しく示さないであろう。
【００２８】
黒レベル信号チャンネル４０は、信号処理部３２と同等な信号処理部４２を介して、黒レベル制御部６０に接続される。制御部６０は、制御信号チャンネル６２を有する。制御信号チャンネル６２は、画像信号チャンネル３０とのノード６４および黒レベル信号チャンネル４０とのノード６６と接続される。両ノード６４、６６は信号処理部３２、４２の上流に位置する。制御部６０は、Ｄ／Ａ変換器を備えてもよい。またはＤ／Ａ変換器が制御信号チャンネル６２上に設けられてもよい。これは、ノード６４、６６に供給される信号がアナログ信号であることを確実にするためである。
【００２９】
使用中は、黒レベル制御部６０は、基準信号を格納する。この基準信号は黒レベル入力信号に対応し、この黒レベル入力信号は、較正を行う条件のもとでビデオ出力信号が画像の黒色領域を望ましい態様で示す（たとえば０Ｖの信号として）場合に、制御部が黒レベル信号チャンネル４０から受け取る信号である。マスクされている黒レベルセンサ部２４は、黒レベル信号を出力する。その黒レベル信号は、現在の動作条件（たとえば温度）のもとで、照射されていない感知素子によって生成される信号である。黒レベル信号は処理されて、制御部６０に入力されるための黒レベル入力信号が生成される。制御部６０は、この黒レベル入力信号と基準信号とを比較し、その差に基づいて制御信号を生成する。その差の大きさは、黒レベルセンサ部２４からの黒レベル信号が所望の黒レベル値からどれほどずれているかを示し、ひいては画像センサ部２２からの画像信号がどれほどずれているかを示す。制御信号チャンネル６２を通じてノード６４において制御信号は画像信号に足し合わされる。これにより画像信号のＤＣレベルを上下に調整できるので、所望の黒レベルが得られる。
【００３０】
制御信号はノード６６において黒レベル信号にも足し合わされる。これは黒レベル信号のＤＣレベルを同じように上下にシフトさせるためである。これにより閉ループのフィードバックシステムが提供される。その目的は制御信号を実質的に一定の値に保つためである。というのは、黒レベルセンサ部２４は黒レベル信号を生成し続け、その黒レベル信号は時間と共にゆっくりとしか変化しないと期待されているからである。
【００３１】
図３を参照すると、本発明の別の実施の形態に係る黒レベル制御装置１００が模式的に示される。センサ１２０は、それへ投射される光に応じて画像信号を生成するための画像センサ部１２２と、それとは別の、実質的にゼロの照度のもとで黒レベル信号を生成するための黒レベルセンサ部１２４とを備える。黒レベルセンサ部１２４は、画像センサ部１２２と同様の感知素子を用いるが、その感知素子には幾つか相違点がある。
【００３２】
第１に、光への感度を落とすために黒レベルセンサ部１２４はマスクされる。これはいかなる適切な方法によっても実現されうるが、たいていの場合は、黒レベルセンサ部の（シリコン）基板の表面を金属で覆うことによって実現される。センサ１２０上の導電性トラックに用いられる金属と同じ金属が用いられることが望ましい。この場合、被覆処理はフォトリソグラフィ処理における単なる付加的なステップとなる。
【００３３】
第２に、黒レベルセンサ部１２４は、それ自身に専用の出力チャンネル、黒レベル信号チャンネル１４０、を備える。このチャンネルは画像信号チャンネル１３０とは独立している。その結果、黒レベルを制御するためのセンサ１２０からの読み出しに、画像情報の読み出しのための時間をさく必要はない。特に画像信号の読み出しと黒レベル信号の読み出しとは同時に行われてもよい。
【００３４】
第３に、黒レベルセンサ部１２４は、リセット信号１２３を有する。このリセット信号１２３は、画像センサ部１２２に対するリセット信号１２５とは別で独立している。したがって、黒レベルセンサ部１２４は画像センサ部１２２とは異なった、特により短い、シャッタ期間を有してもよい。このように積分期間を比較的短くすることで、黒レベルセンサ部の光への感度をさらに低減することができる。たいていの場合金属被膜は完全に不透明なマスクを提供するわけではないのでこれは有利である。
【００３５】
黒レベル信号チャンネル１４０は画像信号チャンネル１３０と分離されてはいるものの、それらのチャンネルにおけるそれぞれの信号の処理は同じである。チャンネル１３０は、必要な増幅を提供するための増幅器１３３と、アナログ信号をサンプルするためのサンプル部１３４と、信号をデジタル化するためのＡ／Ｄ変換器１３５と、デジタル信号を平均化するための平均化部１３６と、を備える。チャンネル１４０は、必要な増幅を提供するための増幅器１４３と、アナログ信号をサンプルするためのサンプル部１４４と、信号をデジタル化するためのＡ／Ｄ変換器１４５と、デジタル信号を平均化するための平均化部１４６と、を備える。比較的高精度、低ノイズおよび低ドリフトな計装増幅器を用いてチャンネル１３０、１４０における増幅を行うことが望ましい場合もある。加えて／代替的に、チャンネル１３０、１４０のそれぞれにおいて、サンプル部とＡ／Ｄ変換器とを結合してひとつとすることが望ましい場合もある。これによりＰＣＢ上のチップの数を減らすことができ、さらにＡ／Ｄ変換器の入力ピンに対する、駆動に必要な条件が緩和されるからである。さらには、ノイズのキャンセル／低減が問題となる場合は、増幅、サンプリングおよびＡ／Ｄ変換の段階を差動伝送モードで行うことが望ましい。
【００３６】
画像信号チャンネル１３０は、画像センサ部１２２と黒レベル制御部１６０とを接続し、黒レベル信号チャンネル１４０は黒レベルセンサ部１２４と黒レベル制御部１６０とを接続する。その２つのチャンネル１３０、１４０は、それぞれに対応するセンサ部１２２、１２４と制御部１６０との間で、お互いに別々に維持されている。しかしながらチャンネル１３０、１４０は、制御信号によってＤＣ結合されている。この制御信号は、制御部１６０から制御信号チャンネル１６２を通じて出力される信号で、Ｄ／Ａ変換器１６３によってアナログ信号に変換される。制御信号はノード１６４、１６６においてチャンネルへ足し合わされる。このノード１６４、１６６は、チャンネル１３０、１４０における処理段階の上流に位置する。このノード１６４、１６６においては、画像信号と黒レベル信号とは（まだ）アナログ信号である。同じ制御信号を画像信号チャンネル１２０と黒レベル信号チャンネル１４０の両方に供給するように同じ制御信号チャンネル１６２が設けられている点に注意すべきである。
【００３７】
ノード１３７はデジタル化処理部１３３−１３５と平均化部１３６との間に設けられ、出力ビデオ信号チャンネル１５０に接続される。このチャンネル１５０においては、出力信号処理部１５２はデジタル画像信号に対してデジタル処理を行い出力ビデオ信号を生成する。この出力ビデオ信号は、表示デバイスや記録デバイスやそれと同種のデバイスへ供給される。
【００３８】
使用中は、黒レベルセンサ部１２４は可能な限り短いシャッタ期間を有するよう設定される。これにより、黒レベルセンサ部１２４の光への感度を大きく低減できるので、従来の技術においてマスクの不透明さにのみ頼っていた場合よりも優れている。黒レベルセンサ部１２４は、黒レベル信号を生成する。この黒レベル信号が黒レベル信号チャンネル１４０を通じて処理され、黒レベル信号の平均値が黒レベル入力信号として制御部１６０へ提供される。制御部１６０は、その黒レベル入力信号と所定の基準信号とを比較し、その差に基づき制御信号を生成する。その差の大きさは、黒レベルセンサ部１２４からの黒レベル信号が所望の黒レベル値から（動作温度の違いなどにより）どれほどずれているかを示し、ひいては画像センサ部１２２からの画像信号がどれほどずれているかを示す。
【００３９】
制御信号は制御部１６０から制御信号チャンネル１６２を通じて出力される。制御信号は、Ｄ／Ａ変換器１６３によってアナログ信号に変換され、ノード１６６において黒レベル信号チャンネル１４０にフィードバックされる。これにより閉ループ制御システムが、黒レベル信号の平均値（黒レベル入力信号）と基準信号との間の差を最小化（もしくは低減）するように設定される。
【００４０】
同時に、制御信号はノード１６４において画像信号チャンネル１３０上の画像信号に足し合わされる。これにより画像信号のＤＣレベルは上下にシフトされ、所望の黒レベルを得ることができる。このように装置１００は、訂正信号を開ループの画像信号処理チャンネルへ加えるために閉ループ制御システムを用いる。また、出力ビデオ信号チャンネルを通じて供給される出力ビデオ信号には、たとえば表示デバイスにおいて正しく表示されるための、所望の黒レベルが与えられる。
【００４１】
制御部１６０によって用いられる基準信号は、通常動作に先立つ較正手順によって決定される。この較正手順においては、センサ１２０は完全な暗闇のなかで動作する。画像センサ部１２２によって生成された画像信号は、画像信号チャンネル１３０を通じて処理され、ノード１３７を越えて平均化部１３６に至る。通常動作では、平均化部１３６は動作せず、ノード１３７に至るまでに処理された画像信号は出力ビデオ信号チャンネル１５０に供給され、さらに処理されて表示／記録デバイスへ出力される。スイッチを切ることによって、もしくはアクティブのままにしておくがそこからの出力を単に無視することによって、平均化部１３６は動作しない状態におかれてもよい。平均化部１３６は、制御部１６０への画像入力信号としての画像信号の平均値を提供する。制御部１６０は、較正制御信号を生成する。この較正制御信号は、制御信号チャンネル１６２上のＤＡＣ１６３によってＤ／Ａ変換され、ノード１６４において画像信号チャンネル１３０へフィードバックされる。画像信号が所望の黒レベルを有するまで較正制御信号はこのように変えられる。
【００４２】
所望の黒レベルおよびそれを達成する方法は、好みに応じてもしくはアプリケーションに応じて選択されてもよい。たとえば、所望の黒レベルはゼロでない電圧であってもよいが、たいていの場合０Ｖである。画像信号の黒レベルは、平均化部１３６から出力される平均値によって示されてもよい。しかしながら、ある照度（この場合照度がゼロ、つまり完全な暗闇の場合も含む）におけるアレイ中の異なる感知素子からの出力はある程度異なる傾向にあるので、所望の黒レベルに最も近い出力信号レベルを有する一部の感知素子を検出し、それらの信号レベルを所望の黒レベルへシフトさせるために較正制御信号を生成してもよい。これは、残りの感知素子の出力信号レベルが同じ量だけ調整されることを意味する。しかしながらこの調整では、その残りの信号レベルを所望の黒レベルにまで至らしめるには十分ではない。この場合、さらなる調整が行われてもよい。最初に、所与の照度のもとでの感知素子からの出力のばらつきの分布が測定される。そしてそのばらつきの分布が全体の画像から差し引かれることで不均一性が取り除かれる。これは固定パターンノイズ補正（fixed-pattern noise correction）と呼ばれる。
【００４３】
原則として較正制御信号を変えることおよびいつ所望の黒レベルが得られたかの判断は手動／視認により行われるが、装置１００が閉ループのフィードバックシステムとして動作できる方がより望ましい。この方法では、まず所望の黒レベルが制御部１６０に入力される。そして制御部が画像信号チャンネル１３０から受け取る信号が所望の黒レベルにマッチするまで較正制御信号が変えられてノード１６４にフィードバックされ画像信号と足し合わされる。
【００４４】
いずれの場合においても、較正を行う条件のもとでいったん画像信号について所望の黒レベルが得られると、較正制御信号は黒レベル信号チャンネル１４０へノード１６６において加えられる。制御部１６０がその結果として受け取る黒レベル入力信号は通常動作における基準信号として格納される。この方法では、黒レベル入力信号が基準信号にマッチすることを確かにし、これを達成するために要求される制御信号を画像信号に足し合わせることで、波形の黒色部分のいずれも表示／記録デバイスへの出力として所望の黒レベルにあるように画像信号を調整する。
【００４５】
いくつかの描画システムでは、タイル状に配列された複数の画像センサ部１２２を備えてもよい。代替的には、単一の画像センサ部１２２は、多くの独立した、もしくは半独立的な画像感知領域に分割されてもよい。そのような構成では、黒レベル信号と種々の部／領域からの画像信号との間の関係は変化しうる。したがって、黒レベル制御ループはそれぞれの部／領域に対して設けられてもよい。この場合、そのそれぞれが独立した基準レベルを有する。全ての部／領域に対する所望の黒レベルが同じ値となることを確実にするような較正が、上述のごとく行われうる。
【００４６】
上述の実施の形態の特徴に対する多くの組み合わせ、変形例または代替例は、当業者であれば容易に導けるであろう。それらは本発明の一部をなすよう意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施の形態に係る電動カメラを示す側面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る黒レベル制御装置を模式的に示す図である。
【図３】本発明の別の実施の形態に係る黒レベル制御装置を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１  カメラ、  １０  黒レベル制御装置、  ２０  センサ、  ２２  画像センサ部、  ２４  黒レベルセンサ部、  ３０  画像信号チャンネル、  ４０  黒レベル信号チャンネル、  ５０  出力ビデオ信号チャンネル、  ６０  黒レベル制御部、  ６２  制御信号チャンネル、  １００  黒レベル制御装置。  
【図２】
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【図３】
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【図１】
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【外国語明細書】
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