(57)【要約】【課題】ＣＣＤの暗電流と高輝度信号の圧縮を補正する。【解決手段】ＣＣＤを用いた撮像装置において、１４ｂｉｔのＡ／Ｄと１２ｂｉｔの映像信号処理回路とを有し、固体撮像素子の有効画素から出力される映像信号の高レベルを伸長してからＶＯＢから算出したスミアと有効画素の暗電流を減算し、１４ｂｉｔの映像信号を１２ｂｉｔに圧縮してから信号処理する。または、ＣＤＳと１０ｂｉｔのＡ／Ｄと映像信号処理回路とを有し、ＶＯＢから算出したスミアと有効画素の暗電流分ＣＤＳの基準電圧を画素単位で可変して、等価的にＣＤＳ以降では有効画素から出力される映像信号からスミアと有効画素の暗電流を減算し、スミアと有効画素の暗電流の高輝度圧縮を考慮してスミアと有効画素の暗電流を基準に高レベルを伸長し信号処理する。【選択図】図１Ａ
2010171958.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体撮像素子と該固体撮像素子の受光面の有効画素から出力される映像信号を取得する第１の取得部と前記固体撮像素子の受光面の上部または下部の遮光した画素から出力される信号を取得する第２の取得部とを有する固体撮像装置において、前記第１の取得部で取得した有効画素から出力される映像信号の高レベルを伸長した信号と、上部または下部の遮光した画素の信号を用いて算出した近似暗電流信号またはスミア信号または上記近似暗電流信号とスミア信号の合計信号の高レベルを伸長した信号と、前記伸長した２信号の差分信号との少なくとも一つの前記信号を前記固体撮像装置の出力映像信号の制御に用いることを特徴とする撮像方法。
【請求項２】
請求項１の固体撮像装置の撮像方法において、
前記第２の取得部で取得した遮光した画素から出力される信号の複数ラインの各垂直画素信号の最小値からＮ（Ｎは自然数）番目の値、最大値からＭ（Ｍは自然数）番目の値以下の値の平均値、または他の最大値からＭ番目の値以下の値から算出される代表値信号の少なくとも１つをスミア信号を含む近似暗電流信号として算出するか、または、
遮光時の前記第1の取得部で取得した有効画素から出力される信号と遮光時の前記第２の取得部で取得した遮光した画素から出力される信号とを記憶する第一の手段と前記第２の取得部で取得した遮光した画素から出力される信号の複数ラインの上部及び下部の遮光した画素の平均値を算出する手段とを有し、前記記憶第一手段に暗電流の基準値を記憶し前記第２の取得部で取得した遮光した画素から出力される信号の複数ラインの上部及び下部の遮光した画素の平均値を算出し上部及び下部の遮光した画素の基準値との比を前記記憶第一手段の暗電流の基準値にかけて近似暗電流信号を算出するか、または、
遮光時の前記第1の取得部で取得した有効画素から出力される信号と遮光時の前記第２の取得部で取得した遮光した画素から出力される信号とを記憶する第一の手段を有し、全画素メモリに暗電流の基準値を記憶し前記第２の取得部で取得した遮光した画素から出力される信号の最小値を算出し前記記憶第一手段の遮光した画素の基準値の最小値との比を全画素メモリの暗電流の基準値にかけて近似暗電流信号を算出するかの少なくとも一方を算出し、
該算出した信号を前記固体撮像装置の出力映像信号の制御に用いることを特徴とする撮像方法。
【請求項３】
光学系と固体撮像素子と該固体撮像素子の受光面の有効画素から出力される映像信号を取得する第１の取得部と前記固体撮像素子の受光面の上部または下部の遮光した画素から出力される信号を取得する第２の取得部とを有する固体撮像装置において、前記第２の取得部で取得した遮光した画素から出力される信号の高レベルを伸長した信号の複数ラインの各垂直画素信号の最小値からＮ（Ｎは自然数）番目の値、最大値からＭ（Ｍは自然数）番目の値以下の値の平均値、または他の最大値からＭ番目の値以下の値から算出される代表値信号の少なくとも１つを算出し、該代表値信号が所定以上のレベルになったら前記光学系に備えた（光学絞りや可変ＮＤフィルタ等の）光学減衰手段で入射光を光学減衰することと固体撮像素子のフォトダイオードの信号電荷電子をオーバーフロードレインに掃き捨てる（電子シャッタを行う）こととの少なくとも一方を行うことを特徴とする撮像方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子を有する撮像装置の映像信号を改善する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤ（Charge-Coupled-Device）撮像素子は固体撮像素子の中でも感度が高く、暗電流レベルが異常に高い白キズと呼ばれる画素が少ないが、高温度時や高感度撮像時や蓄積時は白キズが多い。また、ＣＣＤ撮像素子はスポット光のような高輝度被写体を撮像した場合に、スポット光を撮像した画素のフォトダイオードから垂直転送路に過剰電荷が漏れ込み、高輝度被写体を撮像した画素と同じ垂直方向の画素すべてにスポット光の照度に比例した映像信号が重畳されて、垂直スミアとよばれる白い縦線が発生する。ＣＣＤ撮像素子に撮像面の外側に蓄積面を設けて、垂直転送を高速化すれば、垂直スミアは低減する。しかし、蓄積面を設ければ、ＣＣＤ撮像素子面積が倍増し、高価格化する。垂直転送を高速化すれば、消費電力も倍増し、白キズが増加する。さらにＣＣＤ撮像素子の近赤外感度を高くすると、フォトダイオードが深くなり白キズが増加する。ＣＣＤ撮像素子のフォトダイオードの信号電荷電子をオーバーフロードレインに掃き捨てる（電子シャッタを行う）ことにより感度を低下させると垂直スミアは一定のレベルのまま感度を低下させることとなり、相対的に垂直スミアは増加する。
そこで、従来、光学的黒画素部分の暗電流レベルが異常に高い白キズと呼ばれる画素の影響を低減するため、ＣＣＤ撮像素子の垂直方向の光学的黒画素（Vertical-Optical Black以下Ｖ−ＯＢ）部分の１２ラインの出力の各垂直画素信号を平均し、１ライン分の信号として記憶し、この固体撮像素子の有効画素部分の出力信号よりこの記憶した信号を減算していた。（特許文献１参照）
【０００３】
また、デジタル信号処理回路の集積化が進み、複数ラインの出力信号を記憶し算術処理することが、映像専用のメモリ集積ＤＳＰだけでなく、安価な汎用のＦＰＧＡ(Field Programmable Gate Array)でも容易に実現できる様になった。但し、信号処理諧調をなるべく減らさないと回路規模が増大する。諧調１２ビットまでなら画素単位で高輝度部分と低輝度部分と別の階調補正を行い映像の階調範囲を拡大するＩＣも映像信号処理ＩＣも市販されている。出力映像信号の諧調は一般に送用１０ｂｉｔで産業用８ｂｉｔである。
さらに、ＣＣＤから出力された信号から雑音を除去するＣＤＳ（Correlated Double Sampling）と暗電流補正と利得可変増幅回路（Automatic
Gain Control以下ＡＧＣ）とデジタル映像信号Ｖｉに変換するＡＤＣ（Analog Digital Converter）とを内蔵したＦＥＰ（Front End Processor）が普及し、ＦＥＰのＡＤＣ階調は従来１０ビットだったが、１２ビットや１４ビットが一般化し、１６ビットも製品化された。ＡＤＣを２２ビットとし、ＡＧＣをＡＤＣの後に配置したＦＥＰも製品化された。
【０００４】
さらに、電子増倍型ＣＣＤ撮像素子（Electron Multiplying-Charge Coupled Device以下ＥＭ−ＣＣＤと略す）は、電子冷却部と組み合わせて感度を高くできるため、可視光と近赤外光の夜間の撮影用の照明なしの準動画監視が可能となった。また、ＥＭ−ＣＣＤは、電子増倍を行う電極のＣＭＧの電圧振幅が高い高電子増倍時は、０．１Ｖで１．４倍感度が変化し、１１℃で１．８倍感度が変化する。ＣＭＧ電圧振幅が低い低電子増倍時は垂直転送後に信号が増倍されるため、フォトダイオードや垂直転送路の転送容量不足が補われ、暗電流を低減する電子冷却と組み合わせれば映像の階調範囲が拡大する。さらにフォトダイオードの蓄積容量のばらつきで画面内で不均一だった映像の階調範囲が、画面内で均一になる。しかし、ＣＭＧ電圧振幅が中程度の中電子増倍時は暗電流も電子増倍され暗電流が高レベルになり映像信号成分が飽和して映像の階調範囲が低下する。暗電流を低減する電子冷却と組み合わせれば約6度で半分と改善されるがそれでも暗電流が高レベルになり映像信号成分が飽和して映像の階調範囲が低下する。さらにＣＭＧ電圧振幅が高い高電子増倍時は水平変調度も低下し高輝度信号が圧縮されるので、ＥＭ−ＣＣＤを特に強く電子冷却して暗電流も最小限にし、ＣＭＧ電圧振幅も最小限にしても暗電流が高レベルに及び映像信号成分が飽和して映像の階調範囲が低下する（非特許文献１と非特許文献２参照）。しかも、ＥＭ−ＣＣＤの電子冷却は、放熱が困難である。
【０００５】
さらにＥＭ−ＣＣＤは垂直スミア成分が多い映像信号を生成する。暗電流に加えて垂直スミア成分が高レベルに及び、暗電流と垂直スミア成分を含む映像信号が高レベルに及ぶため、ＣＭＧだけでなくＥＭ−ＣＣＤ外部の信号回路でも飽和し易い。そのＥＭ−ＣＣＤを電子冷却しても、高感度動作時は、暗電流に加えて白キズや垂直スミアのレベルが大きいだけでなく暗電流と垂直スミア成分を含む映像信号が飽和してしまう。その結果、暗電流に加えて垂直スミア補正の過不足の誤差分が増加して、白い縦筋が残り黒い縦筋が発生して映像の階調範囲が低下してしまう。その結果、高輝度の外部照明光が直接画面に入る夜間監視の障害となっている。
また、有効画素のＣＣＤ出力が過飽和レベルになるのより更に強い飽和入射光ではフォトダイオードで発生し垂直転送路にあふれたた過剰な電荷で垂直転送路が過飽和状態となり、強い入射光の映像の画面下端が垂直スミアより高い過飽和レベルのブルーミングとよばれる白状態になる。さらに過飽和し制限レベルに達したＣＣＤ出力映像信号となる異常に強い過飽和入射光では入射光の強度が高くなるに従い強い過飽和入射光の映像の画面下方から順々に、垂直スミアより高い過飽和レベルの白状態になり異常に強い過飽和入射光で水平転送路も過飽和状態となり、逆に画面上部の垂直スミアは沈み、水平方向にも白いすじ状の水平スミアが明らかになり、映像の階調範囲が低下する。異常に強い過飽和入射光の強度が更に高くなると、白が画面全体に広がる。スミアやブルーミングの源となる入射光を以下光源とする。
【０００６】
また、ＣＣＤ撮像素子を用いた固体撮像装置において、白キズ等のＣＣＤ撮像素子の暗電流の影響や高レベル圧縮の影響を受けない様に、垂直スミアを低減するため、垂直遮光映像４ラインの各垂直画素信号の平均信号を算出し水平信号も平均し、低レベルと高レベルを圧縮しＣＣＤ撮像素子の受光面の有効画素から出力される映像信号から減算している（特許文献２参照）。
さらに、ＣＣＤ撮像素子を用いた固体撮像装置において、白キズ等のＣＣＤ撮像素子の暗電流の影響を受けない様に垂直スミアを低減するため、ＣＣＤ撮像素子の受光面の有効画素より先に読み出す４ラインの垂直遮光画素から取得した信号の画面垂直方向の暗電流むらを補正してから、垂直遮光映像４ラインの各垂直画素信号の最小値から２番目の値を算出し、垂直スミア補正信号として記憶し、映像ＡＧＣに合わせて利得を可変して固体撮像素子の受光面の有効画素から出力されるＡＧＣ後の映像信号から減算する。また、前記固体撮像素子から出力される信号を１４ビットにＡ／Ｄ変換して前記代表値信号を算出して１５／１６に減衰して、ＣＣＤ撮像素子の受光面の有効画素から出力される映像信号から減算している（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０７−０６７０３８号公報
【特許文献２】特開２００７−１５０７７０
【特許文献３】特開２００８−１０９６３９
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】ＴＩ製TC246RGB-B0680 x 500 PIXEL IMPACTRON TM PRIMARY COLOR CCD IMAGE SENSOR SOCS087 - DECEMBER2004 - REVISED MARCH 2005
【非特許文献２】DesertStar Systems製 Night and Low-Light Imaging with FrogEye TM and SharkEyeTM Digital Cameras Application Note 2nd Edition October 28 2005
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、ＣＣＤ撮像素子から出力される映像信号の白つぶれまたは黒レベル付近の偽信号または黒レベル以下への沈みこみまたは過飽和レベルの白を低減するなどの映像信号の階調範囲を拡大することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するため、固体撮像素子と該固体撮像素子の受光面の有効画素から出力される映像信号を取得する第１の取得部と前記固体撮像素子の受光面の上部または下部の遮光した画素から出力される信号を取得する第２の取得部とを有する固体撮像装置において、前記第１の取得部で取得した有効画素から出力される映像信号の高レベルを伸長した信号と、上部または下部の遮光した画素の信号を用いて算出した近似暗電流信号またはスミア信号または上記近似暗電流信号とスミア信号の合計信号の高レベルを伸長した信号と、前記伸長した２信号の差分信号との少なくとも一つの前記信号を前記固体撮像装置の出力映像信号の制御に用いることを特徴とする撮像方法である。
【００１１】
また、固体撮像素子と該固体撮像素子の受光面の有効画素から出力される映像信号を取得する第１の取得部と前記固体撮像素子の受光面の上部または下部の遮光した画素から出力される信号を取得する第２の取得部とを有する固体撮像装置において、前記第１の取得部で取得した有効画素から出力される映像信号の高レベルを伸長した信号と、上部または下部の遮光した画素の信号を用いて算出した近似暗電流信号またはスミア信号または上記近似暗電流信号とスミア信号の合計信号の高レベルを伸長した信号と、の差分を算出し、該算出した信号を前記固体撮像装置の出力映像信号の制御に用いることを特徴とする撮像方法である。
【００１２】
さらに、固体撮像素子と該固体撮像素子の受光面の有効画素から出力される映像信号を取得する第１の取得部と前記固体撮像素子の受光面の上部または下部の遮光した画素から出力される信号を取得する第２の取得部とを有する固体撮像装置において、上部または下部の遮光した画素の信号を用いて算出した近似暗電流信号またはスミア信号または上記近似暗電流信号とスミア信号の合計信号の高レベルを伸長した信号を前記第１の取得部で取得した有効画素から出力される映像信号の高レベルを伸長した信号から減算するか、または上記近似暗電流信号またはスミア信号または上記近似暗電流信号とスミア信号の合計信号を減算してから減算した上記近似暗電流信号またはスミア信号または上記近似暗電流信号とスミア信号の合計信号を基準に減算した前記第１の取得部で取得した有効画素から出力される映像信号の高レベルを伸長するかのどちらかの信号を信号処理して出力映像信号とすることを特徴とする撮像方法である。
【００１３】
また、上記において、前記第２の取得部で取得した遮光した画素から出力される信号の複数ラインの各垂直画素信号の最小値からＮ（Ｎは自然数）番目の値、最大値からＭ（Ｍは自然数）番目の値以下の値の平均値、または他の最大値からＭ番目の値以下の値から算出される代表値信号の少なくとも１つをスミア信号を含む近似暗電流信号として算出するか、または、遮光時の前記第1の取得部で取得した有効画素から出力される信号と遮光時の前記第２の取得部で取得した遮光した画素から出力される信号とを記憶する第一の手段（全画素メモリ）と前記第２の取得部で取得した遮光した画素から出力される信号の複数ラインの上部及び下部の遮光した画素の平均値を算出する手段とを有し、前記記憶第一手段に暗電流の基準値を記憶し前記第２の取得部で取得した遮光した画素から出力される信号の複数ラインの上部及び下部の遮光した画素の平均値を算出し上部及び下部の遮光した画素の基準値との比を前記記憶第一手段の暗電流の基準値にかけて近似暗電流信号を算出するか、または、遮光時の前記第1の取得部で取得した有効画素から出力される信号と遮光時の前記第２の取得部で取得した遮光した画素から出力される信号とを記憶する第一の手段（全画素メモリ）を有し、前記記憶第一手段に暗電流の基準値を記憶し前記第２の取得部で取得した遮光した画素から出力される信号の最小値を算出し前記記憶第一手段の遮光した画素の基準値の最小値との比を前記記憶第一手段の暗電流の基準値にかけて近似暗電流信号を算出するかの少なくとも一方を算出し、該算出した信号を前記固体撮像装置の出力映像信号の制御に用いることを特徴とする撮像方法である。
【００１４】
さらに上記において、前記固体撮像素子と、１２ｂｉｔ以上のＡ／Ｄと１０ｂｉｔ以上の映像信号処理回路と１４ｂｉｔ以上の全画素メモリとを有し、該全画素メモリに暗電流の基準値を記憶し、ＶＯＢの暗電流の現在の総量と基準ＶＯＢの暗電流の総量との比を暗電流増倍の近似値とし、前記第１の取得部で取得した有効画素から出力される映像信号の高レベルを伸長してから前記代表値信号から前記代表値信号と画面メモリの基準の有効画素の暗電流と基準ＶＯＢの暗電流との差分に暗電流増倍の近似値を乗算した値を減算し、白圧縮した１０ｂｉｔの映像信号を前記映像信号処理回路で信号処理することを特徴とする撮像装置である。
【００１５】
また、上記において、前記固体撮像素子と雑音低減回路と雑音低減回路の基準電圧をオフセットさせる手段と、１０ｂｉｔ以上のＡ／Ｄと１０ｂｉｔ以上の映像信号処理回路と１３＋Ｎｂｉｔの全画素メモリとを有し、該全画素メモリに暗電流の基準値を記憶し、ＶＯＢの暗電流の現在の代表値と基準ＶＯＢの暗電流の代表値との比を暗電流増倍の近似値とし、ＶＯＢの暗電流の現在の代表値分、雑音低減回路の基準電圧をオフセットさせ（て映像信号からＶＯＢの暗電流の現在の総量を減算し）、ＶＯＢの暗電流の現在の総量分の高輝度圧縮も考慮してＶＯＢの暗電流の現在の総量分の基準電圧のオフセットを基準に映像信号の高輝度を伸長し、信号処理することを特徴とする撮像装置である。
【００１６】
また、雑音低減回路と雑音低減回路の基準電圧を画素単位で可変オフセットさせる手段と、１０ｂｉｔ以上のＡ／Ｄと映像信号処理回路と１４ｂｉｔ以上の全画素メモリとを有し、該全画素メモリに暗電流の基準値を記憶し、ＶＯＢの暗電流の現在の代表値と基準ＶＯＢの暗電流の代表値との比を暗電流増倍の近似値とし、前記雑音低減回路の基準電圧を全画素の暗電流の現在の近似値分オフセットさせて（映像信号から全画素の暗電流の現在の近似値分を減算し）、全画素の暗電流の現在の近似値の高輝度圧縮も考慮して全画素の暗電流の現在の近似値を基準に映像信号の高輝度を伸長し、信号処理することを特徴とする撮像装置である。
【００１７】
また、光学系と固体撮像素子と該固体撮像素子の受光面の有効画素から出力される映像信号を取得する第１の取得部と前記固体撮像素子の受光面の上部または下部の遮光した画素から出力される信号を取得する第２の取得部とを有する固体撮像装置において、前記第２の取得部で取得した遮光した画素から出力される信号の複数ラインの各垂直画素信号の最小値からＮ（Ｎは自然数）番目の値、最大値からＭ（Ｍは自然数）番目の値以下の値の平均値、または他の最大値からＭ番目の値以下の値から算出される代表値信号の少なくとも１つを算出し、該代表値信号が所定以上のレベルになったら前記光学系に備えた（光学絞りや可変ＮＤフィルタ等の）光学減衰手段で入射光を光学減衰することと固体撮像素子のフォトダイオードの信号電荷電子をオーバーフロードレインに掃き捨てる（電子シャッタを行う）こととの少なくとも一方を行うことを特徴とする撮像方法である。
【発明の効果】
【００１８】
上記の様に本発明によれば、ＣＣＤ撮像素子から出力される映像信号の白つぶれまたは黒レベル付近の偽信号または黒レベル以下への沈みこみまたは過飽和レベルの白を低減するなどの映像信号の階調範囲を拡大される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１Ａ】有効画素の信号の高輝度の圧縮を伸長してＶ−ＯＢが３ライン以上で最小値から２番目の値（３ラインで中央値）を減算する場合の本発明の一実施例の全体構成の撮像装置を示すブロック図
【図１Ｂ】有効画素の信号の高輝度の圧縮を伸長してＶ−ＯＢが５ライン以上で最小値から３番目の値（５ラインで中央値）を減算する場合の本発明の一実施例の全体構成の撮像装置を示すブロック図
【図１Ｃ】有効画素の信号の高輝度の圧縮を伸長してＶ−ＯＢが２ライン以上で最小値でデジタルＡＧＣ(Digital AGC)）を用いて減算する場合の本発明の一実施例の全体構成の撮像装置を示すブロック図
【図１Ｄ】有効画素の信号の高輝度の圧縮を伸長してＶ−ＯＢが３ライン以上で最大値除く平均値を減算する場合の本発明の一実施例の全体構成の撮像装置を示すブロック図
【図１Ｅ】有効画素の信号の高輝度の圧縮を伸長してＶ−ＯＢが４ライン以上で最大値と最小値除く平均値を減算する場合の本発明の一実施例の全体構成の撮像装置を示すブロック図
【図１Ｆ】有効画素の信号の高輝度の圧縮を伸長してＶ−ＯＢが４ライン以上で最大値と２番目に大きい値除く平均値の場合の本発明の一実施例の全体構成の撮像装置を示すブロック図
【図１Ｇ】有効画素の信号の高輝度の圧縮を伸長してＶ−ＯＢが３ライン以上で最小値から２番目の値（３ラインで中央値）と有効画素暗電流とを減算する場合の本発明の一実施例の全体構成の撮像装置を示すブロック図
【図１Ｈ】有効画素の信号の高輝度の圧縮を伸長してＶ−ＯＢが５ライン以上で最小値から３番目の値（５ラインで中央値）を減算する場合の本発明の一実施例の全体構成の撮像装置を示すブロック図
【図１Ｉ】有効画素の信号の高輝度の圧縮を伸長してＶ−ＯＢが２ライン以上で最小値でデジタルＡＧＣ(Digital AGC)）を用いて減算する場合の本発明の一実施例の全体構成の撮像装置を示すブロック図
【図１Ｊ】有効画素の信号の高輝度の圧縮を伸長してＶ−ＯＢが３ライン以上で最大値除く平均値を減算する場合の本発明の一実施例の全体構成の撮像装置を示すブロック図
【図１Ｋ】有効画素の信号の高輝度の圧縮を伸長してＶ−ＯＢが４ライン以上で最大値と最小値除く平均値を減算する場合の本発明の一実施例の全体構成の撮像装置を示すブロック図
【図１Ｌ】有効画素の信号の高輝度の圧縮を伸長してＶ−ＯＢが４ライン以上で最大値と２番目に大きい値除く平均値を減算する場合の本発明の一実施例の全体構成の撮像装置を示すブロック図
【図１Ｍ】有効画素の信号の高輝度の圧縮を伸長してＶ−ＯＢが２ライン以上で最小値を用いて暗電流増倍の近似値算出し、Ｖ−ＯＢ最小値と有効画素の暗電流とを減算する場合の本発明の一実施例の全体構成の撮像装置を示すブロック図
【図１Ｎ】有効画素の信号のＶ−ＯＢが２ライン以上で最小値を用いて暗電流増倍の近似値算出し、Ｖ−ＯＢ最小値と有効画素の暗電流とを減算し、Ｖ−ＯＢ最小値と有効画素の暗電流に応じて高輝度の圧縮を伸長する場合の本発明の一実施例の全体構成の撮像装置を示すブロック図
【図１Ｏ】有効画素の信号のＶ−ＯＢの最小値から２番目を用いて暗電流増倍の近似値算出し、Ｖ−ＯＢ最小値から２番目と有効画素の暗電流とを減算し、Ｖ−ＯＢ最小値から２番目と有効画素の暗電流に応じて高輝度の圧縮を伸長する場合の本発明の一実施例の全体構成の撮像装置を示すブロック図
【図１Ｐ】有効画素の信号のＶ−ＯＢが２ライン以上で最小値を用いて暗電流増倍の近似値算出し、Ｖ−ＯＢ最小値と有効画素の暗電流とを減算し、Ｖ−ＯＢ最小値と有効画素の暗電流に応じて高輝度の圧縮を伸長する場合の本発明の一実施例の全体構成の撮像装置を示すブロック図
【図１Ｑ】画素信号の高輝度の圧縮を伸長してＶ−ＯＢが３ライン以上で最小値から２番目を用いて過飽和信号を算出する場合の本発明の一実施例の全体構成の撮像装置を示すブロック図
【図１Ｒ】画素信号のＶ−ＯＢが４ライン以上で最大値と２番目に大きい値除く平均値を用いて過飽和信号を算出する場合の本発明の一実施例の全体構成の撮像装置を示すブロック図
【図２Ａ】Ｖ−ＯＢの最小値から２番目の値を代表値として検出する本発明の一実施例のフローチャート
【図２Ｂ】Ｖ−ＯＢの最小値から３番目の値を代表値として検出する本発明の一実施例のフローチャート
【図２Ｃ】Ｖ−ＯＢの最小値を代表値として検出する本発明の一実施例のフローチャート
【図２Ｄ】Ｖ−ＯＢの最大値を除く平均値を代表値として検出する本発明の一実施例のフローチャート
【図２Ｅ】Ｖ−ＯＢの最大値と最小値を除く平均値を代表値として検出する本発明の一実施例のフローチャート
【図２Ｆ】Ｖ−ＯＢの最大値と２番目に大きい値を除く平均値を代表値として検出するフローチャート
【図３】本発明の１実施例や従来技術でのＶ−ＯＢでのスミアを含んだ暗電流値の検出を示す模式表図図３のＡ，図３のＤはＶ−ＯＢが３ラインの場合、図３のＢはＶ−ＯＢが５ラインの場合、図３のＣは、Ｖ−ＯＢが２ラインの場合、図３のＥ、図３のＦはＶ−ＯＢが４ラインの場合
【図４】本発明の１実施例や従来技術でのＶ−ＯＢでのスミアを含んだ暗電流値の検出を示す画面の模式図図４のＡ、図４のＤはＶ−ＯＢが３ラインの場合、図４のＢはＶ−ＯＢが５ラインの場合、図４のＣはＶ−ＯＢが２ラインの場合、図４のＥ、図４のＦはＶ−ＯＢが４ラインの場合
【図５】本発明の１実施例や従来技術での暗電流を含んだ信号値を示すＥＭ−ＣＣＤの入出力の模式図（（ａ）CMG振幅低低増倍時、（b）CMG振幅中中増倍時、（ｃ）CMG振幅高高増倍時、（ｄ）CMG振幅低低増倍時蓄積時）
【図６】本発明の１実施例の暗電流を含んだ信号値の伸長を示す補正途中の入出力の模式図（（ａ）CMG振幅低低増倍時、（b）CMG振幅中中増倍時、（ｃ）CMG振幅高高増倍時、（ｄ）CMG振幅低低増倍時蓄積時）
【図７】本発明の１実施例の伸長後の信号から暗電流を減算した値を示す補正後ＥＭ−ＣＣＤの入出力の模式図（（ａ）CMG振幅低低増倍時、（b）CMG振幅中中増倍時、（ｃ）CMG振幅高高増倍時、（ｄ）CMG振幅低低増倍時蓄積時）
【図８Ａ】本発明の１実施例での有効画素の光源によるＣＣＤ出力レベルと白キズのないＶ−ＯＢスミアレベル比例の補正を示す入射光とＣＣＤ出力レベルの模式図
【図８Ｂ】本発明の１実施例での有効画素の光源によるＣＣＤ出力レベルと白キズのあるＶ−ＯＢスミアレベル比例の破綻を示す入射光とＣＣＤ出力レベルの模式図
【図８Ｃ】本発明の１実施例での有効画素のブルーミング光源によるＣＣＤ出力レベルと白キズのないＶ−ＯＢスミアレベルからの近似を示す入射光とＣＣＤ出力レベルの模式図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明による撮像装置の一実施例の図１Ａ−図１Ｒと特許文献３の特開２００８−１０９６３９の撮像装置の一実施例との相違は、白伸長部の１０１と、ｂｉｔ制限部の１０２と、加算器の１０４と減算器の１０５と除算器の１０６と乗算器の１０７と平均部の１０８と、基準メモリ部の１０９と、画面メモリ部の１１０とがあることである。ｂｉｔ制限部の１０２は、上位bit廃棄または除算部または白再圧縮部であり、映像信号処理回路７の入力ｂｉｔ数に合わせる。そのため、市販されている画素単位で高輝度部分と低輝度部分と別の階調補正を行い映像の階調範囲を拡大するＩＣも映像信号処理ＩＣも映像信号処理部７に用いることができる。映像信号処理部７の内部処理階調数が多ければｂｉｔ制限部の１０２は映像信号処理部７の出力側で、一般に送用１０ｂｉｔで産業用８ｂｉｔの出力映像信号の諧調数に合わせる。圧縮補正部５と暗電流スミア検出部６とｂｉｔ制限部１０２と映像信号処理部７とは、映像専用のメモリ集積ＤＳＰや、ＦＰＧＡに集積することもできる。
【実施例１】
【００２１】
本発明による映像信号の圧縮が伸長されてから暗電流や暗電流レベルが異常に高い白キズと呼ばれる画素の暗電流や垂直スミアが減算される動作を本発明の１実施例や従来技術での暗電流を含んだ信号値を示すＥＭ−ＣＣＤの入出力の模式図の図５と、本発明の１実施例の暗電流を含んだ信号値の伸長を示す補正途中の入出力の模式図の図６と、本発明の１実施例の伸長後の信号から暗電流を減算した値を示す補正後ＥＭ−ＣＣＤの入出力の模式図の図７とを用いて説明する。
【００２２】
暗電流を含んだ信号値を示すＥＭ−ＣＣＤの入出力の模式図の図５において、（ａ）CMG振幅低低増倍時はフォトダイオードや垂直転送路の転送容量不足で画面内で不均一に高信号レベルが飽和する。（b）CMG振幅中中増倍時は垂直転送後に信号が増倍されるため、フォトダイオードや垂直転送路の転送容量不足が補われ、暗電流を低減する電子冷却と組み合わせれば映像の階調範囲が拡大する。さらにフォトダイオードの蓄積容量のばらつきで、画面内で不均一だった映像の階調範囲が画面内で均一になるに従い、ＣＣＤ撮像素子から出力される暗電流や映像信号が高レベルになり圧縮されたら圧縮を伸長してから暗電流や暗電流レベルが異常に高い白キズと呼ばれる画素の暗電流や垂直スミアを減算する。（ｃ）CMG振幅高高増倍時でさらに電子増倍が高くなり、暗電流や暗電流レベルが異常に高い白キズと呼ばれる画素の暗電流や垂直スミアまでが高レベルになり圧縮されたら、暗電流や暗電流レベルが異常に高い白キズと呼ばれる画素の暗電流や垂直スミアや映像信号の圧縮を伸長して圧縮を伸長された映像信号から減算する。ちなみに、（ｄ）CMG振幅低低増倍時蓄積時は、画面内で不均一に高信号レベルが飽和する。
【００２３】
本発明の１実施例の暗電流を含んだ信号値の伸長を示す補正途中の入出力の模式図の図６のように、CMG振幅に合わせて、高レベルの信号値を伸長して直線化してから、暗電流を減算すれば、本発明の１実施例の伸長後の信号から暗電流を減算した値を示す補正後ＥＭ−ＣＣＤの入出力の模式図の図７のように、直線化した映像信号が得られる。その後、直線的に除算したり、高レベルを圧縮したりして映像信号処理回路の入力ｂｉｔ数に合わせる。
【００２４】
つぎに、本発明による撮像装置の一実施例の概要を、本発明の一実施例の全体構成の撮像装置を示すブロック図の図１Ａ−図１Ｐと本発明の１実施例や従来技術でのＶ−ＯＢでのスミア値の検出を示す画面の模式図の図４のＡ−図４のＦとを用いて説明する。その後、本発明の幾つかの一実施例の動作を、本発明の一実施例の全体構成の撮像装置を示すブロック図の図１Ａ−図１Ｐをと本発明の一実施例の代表値検出フローチャートの図２Ａ−図２Ｆとを用いて説明する。
【００２５】
電子増倍時は垂直転送後に信号が増倍されるため、フォトダイオードや垂直転送路の転送容量不足が補われ、暗電流を低減する電子冷却と組み合わせれば映像の階調範囲が拡大する。さらにフォトダイオードの蓄積容量のばらつきで、画面内で不均一だった映像の階調範囲が画面内で均一になるに従い、ＣＣＤ撮像素子から出力される暗電流や映像信号が高レベルになり圧縮されたら白伸長部の１０１で圧縮を伸長してから暗電流や暗電流レベルが異常に高い白キズと呼ばれる画素の暗電流や垂直スミアを減算する。さらに電子増倍が高くなり、暗電流や白キズや垂直スミアまでが高レベルになり圧縮されたら、暗電流や白キズや垂直スミアを白伸長部の１０３で圧縮を伸長してから、白伸長部の１０１で圧縮を伸長した映像信号から減算する。
【００２６】
また、Ｖ―ＯＢのＨ―ＯＢ部分には垂直スミアや水平スミアがほとんど混入しない暗電流や暗電流レベルが異常に高い白キズと呼ばれる画素の暗電流成分であることを利用し、Ｖ―ＯＢのＨ―ＯＢ部分の信号を平均部の１０８で加算平均し、遮光した基準状態でＶ―ＯＢのＨ―ＯＢ部分の信号を平均部の１０８で加算平均して基準メモリ部に記憶しておいた信号と比較すれば、温度と電子増倍による暗電流や暗電流レベルが異常に高い白キズと呼ばれる画素の暗電流成分の変化係数がリアルタイムで近似できる。別方法としては、Ｖ−ＯＢの垂直水平の最小値からＮ番目は垂直スミアや水平スミアがほとんど混入しない暗電流成分であることを利用し、Ｖ−ＯＢの垂直水平の最小値からＮ番目を検出し、基準メモリ部のＶ−ＯＢの垂直水平の最小値からＮ番目と比較すれば、温度と電子増倍による暗電流や暗電流レベルが異常に高い白キズと呼ばれる画素の暗電流成分の変化係数がリアルタイムで近似できる。そこで、画面メモリ部の画面有効画素の暗電流や暗電流レベルが異常に高い白キズと呼ばれる画素の暗電流からＶ―ＯＢのＨ―ＯＢ部分の信号の加算平均を減算した有効画素ＯＢ差分基準暗電流信号に温度と電子増倍による暗電流や暗電流レベルが異常に高い白キズと呼ばれる画素の暗電流成分の変化係数をかければ、ＯＢとの差分の画面有効画素の暗電流や暗電流レベルが異常に高い白キズと呼ばれる画素の暗電流成分が近似できる。
つまり、Ｖ―ＯＢの暗電流や暗電流レベルが異常に高い白キズと呼ばれる画素の暗電流や垂直スミア成分と、ＯＢとの差分の画面有効画素の暗電流や暗電流レベルが異常に高い白キズと呼ばれる画素の暗電流成分とを減算し、画面有効画素の映像信号のみを算出できる。
【００２７】
本発明の一実施例の全体構成の撮像装置を示すブロック図の図１Ａ−図１Ｐにおいて、図１Ａ−図１Ｆは有効画素の信号の高輝度の圧縮を伸長してＶ−ＯＢの代表値を減算する場合であり、図１Ｇ−図１Ｍは有効画素の信号の高輝度の圧縮を伸長してＶ−ＯＢの代表値と有効画素の暗電流の近似値とを減算する場合であり、具体的にはスミアを含むＶ−ＯＢの代表値と有効画素の暗電流の近似値の差分と合計の信号の高輝度の圧縮を伸長して減算する。
スミアを含むＶ−ＯＢの代表値として、図１Ａと図１Ｇと図１Ｍと図１Ｎと図１Ｏと図１ＰとはＶ−ＯＢが３ライン以上で最小値から２番目の値（３ラインで中央値）を検出する場合で、図１Ｂと図１ＨとはＶ−ＯＢが５ライン以上で最小値から３番目の値（５ラインで中央値）を検出する場合で、図１Ｃと図１ＩとはＶ−ＯＢが２ライン以上で最小値を検出しデジタルＡＧＣする場合で、図１Ｄと図１ＪとはＶ−ＯＢが３ライン以上で最大値除く平均値を検出する場合で、図１Ｅと図１ＫとはＶ−ＯＢが４ライン以上で最大値と最小値除く平均値を検出する場合で、図１Ｆと図１ＬとはＶ−ＯＢが４ライン以上で最大値と２番目に大きい値除く平均値を検出する場合である。また、ＯＢ暗電流の算出方法として、図１Ａから図１ＭがＶ−ＯＢのＨ−ＯＢの平均を算出し、図１ＮがＶ−ＯＢの最小値を算出し、図１ＯがＶ−ＯＢの最小値から２番目を算出している。スミアの算出方法とＯＢ暗電流の算出方法の組み合わせは、図１Ａから図１Ｐに限らない。
【００２８】
本発明の一実施例の代表値検出フローチャートの図２Ａ−図２Ｆにおいて、図２ＡはＶ−ＯＢ最小値から２番目の値を検出する場合で、図２ＢはＶ−ＯＢ最小値から３番目の値を検出する場合で、図２ＣはＶ−ＯＢ最小値を検出する場合で、図２ＤはＶ−ＯＢが最大値除く平均値を検出する場合で、図２ＥはＶ−ＯＢ最大値と最小値除く平均値を検出する場合で、図２ＦはＶ−ＯＢ最大値と２番目に大きい値を除く平均値を検出する場合である。
本発明の一実施例の全体構成の撮像装置を示すブロック図の図１Ａ―図１Ｍの特徴は、比較部とラインメモリ部とにより、最大値または２番目に大きい値を除きＣＣＤ撮像素子の白キズの影響を削除している事である。
【００２９】
本発明の１実施例や従来技術でのＶ−ＯＢでのスミア値の検出を示す画面の模式図の図４のＡ−図の４Ｆと本発明の１実施例や従来技術でのＶ−ＯＢでのスミア値の検出を示す模式表図の図３のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆがそれぞれ図１Ａ，図１Ｂ，図１Ｃ，図１Ｄ，図１Ｅ，図１Ｆに対応している。図１Ａ、図１ＤはＶ−ＯＢが３ラインで、図１ＢはＶ−ＯＢが５ラインで、図１ＣはＶ−ＯＢが２ラインで、図１Ｅ、図１ＦはＶ−ＯＢが４ラインである。なお、図４のＡ―図４のＦは画面の模式図であり、ＣＣＤ撮像面は、画面と上下左右が反転している。
【００３０】
図３のＣのようにＶ−ＯＢが２ラインの中に信号値２１の暗電流レベルが異常に高い白キズと呼ばれる画素の暗電流があると、平均値は１１．５と特に大きく、スミア補正で誤差が特に大きいことが判る（以下、本実施例では暗電流レベルが異常に高い白キズと呼ばれる画素の暗電流と判定される最大信号値のレベルを２１として説明を続ける）。図３のＡ、図３のＤのようにＶ−ＯＢが３ラインの中に信号値２１の白キズがあると、平均値は９となり、中央値４や最大値を除く平均値３から大きく異なる値である。図３のＥ、図３のＦのように、Ｖ−ＯＢが４ラインの中に信号値２１の暗電流レベルが異常に高い白キズと呼ばれる画素の暗電流があると、平均値は８となり、最大値を除く平均値３．６７から大きく異なる値である。図３のＢのように、Ｖ−ＯＢが５ラインの中に信号値２１の暗電流レベルが異常に高い白キズと呼ばれる画素の暗電流があると、平均値は７となり、中央値４や最大値を除く平均値３．５から大きく異なる値である。よって、平均値はＶ−ＯＢのライン数が少し多くなってもスミア補正で誤差が大きいことが判る。図３のＡ―図３のＦでは、本実施例の最小値は２で、中央値や最大値を除く平均値より１から２小さいが、従来の平均値の７から１１．５ほど大きな誤差がない。最小値はＶ−ＯＢのライン数が２と少ない場合でも従来のＶ−ＯＢが５ラインの平均値よりスミア補正の誤差が少なく、実用的なことが判る。
【００３１】
本発明の一実施例の全体構成の撮像装置を示すブロック図の図１Ａ―図１Ｐにおいて、１は撮像装置、２は入射光を結像するレンズ等の光学系、３は光学系２から入射した光を電気信号に変換するＥＭ−ＣＣＤ等のＣＣＤ撮像素子、４はＣＣＤ撮像素子３から出力された信号から雑音を除去するＣＤＳと暗電流補正と信号の利得を調整するＡＧＣとデジタル映像信号Ｖｉに変換するＡＤＣからなるＦＥＰ（但し、図１Ｃや図１Ｅのように、ＡＧＣが、ＦＥＰに含まれない構成を用いてもよい。）、５はデジタル映像信号ＶｉからのＯＢ代表値信号を減算してスミア成分の補正を行う白圧縮補正部、６はデジタル映像信号ＶｉのＶ−ＯＢの代表値信号の検出を行うＯＢ代表値検出部であり、２１〜２３はデジタル映像信号ＶｉのＶ−ＯＢラインの画素ごとに比較する比較部で、７１〜７６はＯＢ代表値を記憶するラインメモリであり、１１は映像信号から代表値信号を減算する減算器である。７は検出白圧縮補正部５から出力された信号Ｖｍに種々の映像処理を施しＮＴＳＣ（National Television System Committee）方式またはＰＡＬ（Phase Alternating by Line）方式の複合映像信号（Video
Burst Sync以下ＶＢＳ）またはＳＤＩ（Serial Digital Interface）映像信号、あるいはＨＤＴＶのＳＤＩ（ＨＤ−ＳＤＩ）等の所定方式の映像信号に変換して出力する映像信号処理部、８はＥＭ−ＣＣＤ３の駆動および電子増倍の利得制御を行うためのＣＣＤ駆動部（または、ＴＧと標記する）であり、ＥＭ―ＣＣＤを駆動するタイミング信号を生成するタイミングジェネレータ（ＴＧ）と、生成されたタイミング信号を駆動するドライバとを主に備えており、９は撮像装置１内の各部を制御するＣＰＵ（Central Processing Unit）である（ＣＰＵから各部への制御線は図示せず）。１０は、デジタルＡＧＣ（Ｄ．ＡＧＣ）であり、ＯＢ代表値信号をＦＥＰのＡＧＣの増幅度に合わせてＤ．ＡＧＣ自身の増幅度を調節する。１４は冷却部であり、温度を検出する温度センサと冷却するペルチェ素子とペルチェ素子駆動回路と放熱フィンとファンとファン駆動回路であり、ＥＭ−ＣＣＤ３を冷却し温度を調節する。
【００３２】
次に、本発明の一実施例の動作を図１Ａ―図１Ｆを参照しつつ説明する。撮像装置１のＥＭ−ＣＣＤ３（またはＣＣＤ３）は光学系２で受光面に結像された入射光をフォトダイオードで光電変換して信号電荷を生成し、垂直転送したのち水平転送しながら信号電荷を電子増倍してＦＥＰ４に出力する。ＦＥＰ４はＥＭ−ＣＣＤ３から出力された信号から雑音を除去し暗電流成分を補正し補正した信号を増幅してデジタル映像信号Ｖｉに変換して白圧縮補正部５にデジタル映像信号Ｖｉを出力する。デジタル映像信号Ｖｉは、白圧縮補正部５を介してＯＢ代表値検出部６に送られると共に、後述する信号処理を行うために減算器１１にも送られる。ＯＢ代表値検出部６はデジタル映像信号Ｖｉを比較部２１〜２３でＶ−ＯＢラインの垂直画素信号ごとに比較し小さい順にラインメモリ７１〜７６に記憶し、スミア成分としてＯＢ代表値信号を検出する。
あるいは、図１Ｄ−図１Ｆに示す実施例のように、比較部２１，２２とラインメモリ７２，７５，７６とを用いて所定の基準を満たすＶ−ＯＢラインの垂直画素信号を選び、その選ばれた垂直画素信号を加算部１３を用いて加算を行い、加算結果をラインメモリ７１に記憶し、平均化部１２で平均値としてのＯＢ代表値信号を算出するように構成してよい。
【００３３】
白圧縮補正部５はＯＢ代表値信号をＦＥＰのＡＧＣの増幅度に合わせてＤ．ＡＧＣ１０で増幅し、減算器１１はその増幅した信号をデジタル映像信号Ｖｉから減算し、映像信号処理部７にデジタル映像信号Ｖｍを出力する。映像信号処理部７はデジタル映像信号Ｖｍに種々の映像処理を施し所定方式の映像信号Ｖｏに変換して出力する。
さらに、ＣＣＤ駆動部（ＴＧ）８はＣＰＵ９から出力される制御信号（図示せず）に従ってＥＭ−ＣＣＤ３を駆動するための信号を出力する。図１Ｃや図１Ｅに示す実施例ではＦＥＰ４にＡＧＣがないので、白圧縮補正部５でデジタル映像信号ＶｉからＯＢ代表値信号を減算してからのデジタルＡＧＣをおこなうように構成されている。
また、図１Ａ―図１Ｆで示す実施例において、ＦＥＰ内にＡＧＣが含まれていない実施例や、スミア補正部のＤ．ＡＧＣの配置場所が異なる実施例や、デジタル信号ＶｉやＶｍのビット数やＯＢ代表値信号のビット数が異なる実施例や、比較部やラインメモリ部の構成が異なる実施例等があるが、これらは一実施例にすぎず種々の構成が適用されてよい。
【００３４】
次に、図１Ａ−１Ｆと図２Ａ−２Ｆと図３のＡ−図３のＦと図４のＡ−図４のＦとを用いて垂直スミア信号の検出と補正の動作について説明する。
まず、図１Ａ、図２Ａ、図３のＡ、図４のＡに示す実施例について説明する。ＣＰＵ９は、ラインメモリ部７２、７３に最小値信号の上限値、２番目に小さい信号の上限値をそれぞれ設定しておく。ここで、これらの上限値は、例えば、信号の輝度を数値化したものを用いてよい（以下で述べる各値についても、同様の基準で数値化されたものである）。比較部２１は、ラインメモリ部７２に記憶されている上限値とＶ−ＯＢ領域の１ライン目（以下Ｖ−ＯＢ１）の映像信号の画素の値とを各画素間で比較し、値が小さい方の信号（Ｖ−ＯＢ１の映像信号）を各画素の最小値の信号としてラインメモリ部７２に記憶する（ステップ２１，２２）。比較部２１は、Ｖ−ＯＢ２の映像信号の画素の値とラインメモリ部７２に最小値の信号の値とを各画素間で比較し、値が小さい方の信号をラインメモリ部７２に各画素の最小値の信号として記憶する。値が大きい方の信号は比較部２２に送られる。比較部２２は、大きい方の信号の値と２番目に小さい信号としてラインメモリ部７３に記憶されている上限値とを各画素間で比較し、小さい方の信号を各画素の２番目に小さい信号としてラインメモリ部７３に記憶する（ステップ２３）。同様に、比較部２１は、Ｎライン目（Ｎは３以上の自然数）のＶ−ＯＢＮの映像信号の画素の値とメモリ部７２の最小値とを各画素間で比較し、値が小さい方の信号を各画素の最小値の信号としてラインメモリ部７２に記憶する。値が大きい方の信号は各画素の比較1の信号として、比較部２２に送られる（ステップ２４）。比較部２２は、２番目に小さい信号の値と比較1の信号の値とを各画素間で比較し、値が小さい方の信号を各画素の２番目に小さい信号としてラインメモリ部７３に記憶する（ステップ２５）。比較部２２が最後のＶ−ＯＢの比較処理を終了すると、ラインメモリ部７３は、２番目に小さい信号をスミア補正用のＯＢ代表値信号としてスミア補正部５に出力し（ステップ２６）、代表値検出処理が終了する（ステップ２７）。
【００３５】
次に、図１Ｂ、図２Ｂ、図３のＢ、図４のＢに示す実施例について説明する。ＣＰＵ９は、ラインメモリ部７２、７３、７４に最小値信号の上限値、２番目に小さい信号の上限値、３番目に小さい信号の上限値をそれぞれ設定しておく。比較部２１は、ラインメモリ部７２に記憶されている上限値とＶ−ＯＢ１の映像信号の画素の値とを各画素間で比較し、値が小さい方の信号（Ｖ−ＯＢ１の映像信号）を最小値の信号としてラインメモリ部７２に記憶する（ステップ２１，２８）。比較部２１は、最小値の信号の値とＶ−ＯＢ２の映像信号の画素の値とを各画素間で比較し、値が小さい方の信号を各画素の最小値の信号としてラインメモリ部７２に記憶する（ステップ２９）。比較部２２は、大きい方の信号の値と各画素の２番目に小さい信号としてラインメモリ部７３に記憶された上限値とを各画素間で比較し、値が小さい方の信号を2番目に小さい信号としてラインメモリ部７３に記憶する（ステップ２９）。比較部２１は、ラインメモリ部７２に記憶された信号の値とＶ−ＯＢ３の映像信号の値とを各画素間で比較し、値が小さい方の信号を各画素の最小値の信号としてラインメモリ部７２に記憶する。値が大きい方の信号は、比較1の信号として、比較部２３に送られる（ステップ３０）。比較部２２は、ラインメモリ部７３に記憶されている２番目に小さい信号の値と比較1の信号とを各画素間で比較し、値が小さい方の信号を各画素の２番目に小さい信号としてラインメモリ部７３に記憶する。比較部２３は、値が大きい方の信号と３番目に小さい信号としてラインメモリ部７４に記憶された上限値とを各画素間で比較し、値が小さい方の信号を各画素の３番目に小さい信号としてラインメモリ部７４に記憶する（ステップ３１）。同様に、Ｎライン目（Ｎは４以上の自然数）のＶ−ＯＢＮの映像信号の画素の値とラインメモリ部７２の最小値とを各画素間で比較し、値が小さい方の信号を各画素の最小値の信号としてラインメモリ部７２に記憶する。値が大きい方の信号は各画素の比較１の信号として、比較部２２に送られる（ステップ２４）。比較部２２は、２番目に小さい信号の値と比較1の信号の値とを各画素間で比較し、値が小さい方の信号を各画素の２番目に小さい信号としてラインメモリ部７３に記憶する。値が大きい方の信号は、各画素の比較２の信号として比較部２３に送られる（ステップ３２）。比較部２３は、３番目に小さい信号の値と比較２の信号の値とを各画素で比較し、値が小さい方の信号を各画素の３番目に小さい信号としてラインメモリ部７４に記憶する（ステップ３３）。比較部２３で最後のＶ−ＯＢの比較が終了すると、ラインメモリ部７４は、３番目に小さい信号をスミア補正用のＯＢ代表値信号としてスミア補正部５に出力し（ステップ３４）、代表値信号検出処理が終了する（ステップ２７）。
【００３６】
さらに、図１Ｃ、図２Ｃ、図３のＣ、図４のＣに示す実施例について説明する。ＣＰＵ９は、ラインメモリ部７２に最小値信号の上限値を設定しておく。比較部２１は、上限値とＶ−ＯＢ１の映像信号の画素の値とを各画素間で比較し、値が小さい方の信号（Ｖ−ＯＢ１の映像信号）を最小値の信号としてラインメモリ部７２に記憶する（ステップ２１，３５）。比較部２１は、最小値の信号の値とＶ−ＯＢ２の映像信号の画素の値とを各画素間で比較し、値が小さい方の信号を最小値の信号としてラインメモリ部７２に記憶する（ステップ３６）。同様に、比較部２１は、Ｎライン目（Ｎは３以上の自然数）のＶ−ＯＢＮの映像信号の画素の値と最小値の信号の値とを各画素間で比較し、値が小さい方の信号を最小値の信号としてラインメモリ部７２に記憶する（ステップ３７）。比較部２１が最後のＶ−ＯＢの比較処理を終了すると、ラインメモリ部７２は、最小値の信号をスミア補正用のＯＢ代表値信号としてスミア補正部５に出力し（ステップ３８）、代表値検出処理が終了する（ステップ２７）。
【００３７】
また、図１Ｄ、図２Ｄ、図３Ｄ、図４Ｄに示す実施例について説明する。ＣＰＵ９は、ラインメモリ部７１の値を０、ラインメモリ部７５の値を信号の下限値に設定しておく。比較部２１は、下限値とＶ−ＯＢ１の映像信号の値とを各画素間で比較し、値が大きい方の信号（Ｖ−ＯＢ１の映像信号）を各画素の最大値の信号としてラインメモリ部７５に記憶する（ステップ２１，３９）。比較部２１は、最大値の信号とＶ−ＯＢ２の映像信号の画素の値とを各画素間で比較し、値が大きい方の信号を最大値の信号としてラインメモリ部７５に記憶する。加算部１３は、値が小さい方の信号を中間値としてラインメモリ部７１に加算記憶する（ステップ４０）。同様に、比較部２１は、Ｎライン目のＶ−ＯＢＮ（Ｎは３以上の自然数）の映像信号の画素の値と最大値の信号とを各画素間で比較し、値が大きい方の信号を最大値の信号としてラインメモリ部７５に記憶する。加算部１３は、値が小さい方の信号を中間値としてラインメモリ部７１に加算記憶する（ステップ４１）。比較部２１が最後のＶ−ＯＢの比較処理を終了すると、ラインメモリ部７１は、平均化部１２に加算記憶した値を出力する。平均化部１２は、中間値の信号を１／（Ｎ−１）に減衰して平均値を算出しスミア補正用のＯＢ代表値信号としてスミア補正部５に出力し（ステップ４２）、代表値検出処理が終了する（ステップ２７）。
【００３８】
また、図１Ｅ、図２Ｅ、図３のＥ、図４のＥに示す実施例について説明する。ＣＰＵ９は、ラインメモリ部７１の値を０、ラインメモリ部７２の値を信号の上限値に設定しておき、ラインメモリ部７５の値を信号の下限値に設定しておく。比較部２１は、下限値とＶ−ＯＢ１の映像信号の画素の値とを各画素間で比較し、値が大きい方の信号（Ｖ−ＯＢ１の映像信号）を各画素の最大値の信号としてラインメモリ部７５に記憶する（ステップ２１，４３）。比較部２１は、最大値の信号とＶ−ＯＢ２の映像信号の画素の値とを各画素間で比較し、値が大きい方の信号を各画素の最大値の信号としてラインメモリ部７５に記憶する。値が小さい方の信号は、各画素の最小値の信号として比較部２２に送られる。比較部２２は、値が小さい方の信号とラインメモリ部７２に記憶された上限値とを各画素間で比較し、値が小さい方の信号を各画素の最小値の信号としてラインメモリ部７２に記憶する（ステップ４４）。比較部２１は、ラインメモリ部７５に記憶されている最大値の信号の値とＶ−ＯＢ３の映像信号の画素の値とを各画素で比較し、値が大きい方の信号を最大値の信号としてラインメモリ部７５に記憶する。比較部２１は、値が小さい方の信号を比較1の信号として比較部２２に送る（ステップ４５）。比較部２２は、最小値の信号の値と比較1の信号の値とを各画素間で比較し、値が小さい方の信号を最小値の信号としてラインメモリ部７２に記憶し、値が大きい方の信号を中間値として加算部１３を介してラインメモリ部７１に加算記憶する（ステップ４６）。同様に、比較部２１は、Ｎライン目（Ｎは４以上の自然数）のＶ−ＯＢＮの映像信号の画素の値と最大値の信号の値とを各画素間で比較し、値が大きい方の信号を最大値の信号としてラインメモリ部７５に記憶し、値が小さい方の信号を比較１の信号として、比較部２２に送る（ステップ４７）。比較部２２は、最小値の信号の値と比較1の信号の値とを各画素間で比較し、値が小さい方の信号を最小値の信号としてラインメモリ部７２に記憶し、値が大きい方の信号を中間値として加算部１３を介してラインメモリ部７１に加算記憶する（ステップ４８）。比較部２２が最後のＶ−ＯＢの比較処理を終了すると、ラインメモリ部７１は、平均化部１２に加算記憶した値を出力する。平均化部１２は、中間値の信号を１／（Ｎ−２）に減衰して平均値を算出しスミア補正用のＯＢ代表値信号としてスミア補正部５に出力し（ステップ４９）、代表値信号処理が終了する（ステップ２７）。
【００３９】
また、図１Ｆ、図２Ｆ、図３のＦ、図４のＦに示す実施例について説明する。ＣＰＵ９は、ラインメモリ部７１の値を０、ラインメモリ部７５，７６の値を信号の下限値にしておく。比較部２１は、下限値とＶ−ＯＢ１の映像信号の画素の値とを各画素間で比較し、値が大きい方の信号（Ｖ−ＯＢ１の映像信号）を最大値の信号としてラインメモリ部７５に記憶する（ステップ２１，５０）。比較部２１は、最大値の信号の値とＶ−ＯＢ２の映像信号の画素の値とを各画素間で比較し、値が大きい方の信号を最大値の信号としてラインメモリ部７５に記憶する。値が小さい方の信号は、各画素の2番目に大きい信号として比較部２２に送られる。比較部２２は、値が小さい方の信号とラインメモリ部７６に記憶された下限値と各画素間で比較し、値が小さい方の信号を各画素の2番目に大きい信号としてラインメモリ部７６に記憶する（ステップ５１）。比較部２１は、ラインメモリ部７５に記憶されている最大値の信号の値とＶ−ＯＢ３の映像信号の画素の値とを各画素間で比較し、値が大きい方の信号を最大値の信号としてラインメモリ部７５に記憶する。比較部２１は、値が小さい方の信号を比較1の信号として比較部２２に送る（ステップ４５）。比較部２２は、２番目に大きい信号の値と比較1の信号の値とを各画素で比較し、値が大きい方の信号を２番目に大きい信号としてラインメモリ部７５に記憶し、値が小さい方の信号を中間値として加算部１３を介してラインメモリ部７１に加算記憶する（ステップ５２）。同様に、比較部２１は、Ｎライン目（Ｎは４以上の自然数）のＶ−ＯＢＮの映像信号の画素の値と最大値の信号の値とを各画素間で比較し、値が大きい方の信号を最大値の信号としてラインメモリ部７５に記憶し、値が小さい方の信号を比較１の信号として比較部２２に送る（ステップ４７）。比較部２２は、２番目に大きい信号の値と比較１の信号の値とを各画素間で比較し、値が大きい方の信号を２番目に大きい信号としてラインメモリ部７５に記憶し、値が小さい方の信号を中間値として加算部１３を介してラインメモリ部７１に加算記憶する（ステップ５３）。比較部２２が最後のＶ−ＯＢの比較処理を終了すると、ラインメモリ部７１は、平均化部１２に加算記憶した値を出力する。平均化部１２は、中間値の信号を１／（Ｎ−２）に減衰して平均値を算出しスミア補正用のＯＢ代表値信号としてスミア部５に出力し（ステップ４９）、代表値信号検出処理が終了（ステップ２７）する。
【００４０】
さらに、図１Ｂ、図２Ｂ、図３のＢ、図４のＢに示す実施例は、各垂直画素信号の最小値から３番目の値を代表値として用いる方法を示しており、暗電流レベルが異常に高い白キズと呼ばれる画素の白キズの影響がないだけでなく、暗電流が極端に少ない画素欠陥である黒キズの影響がほとんどなくなり、厳しく選別した高価なＣＣＤ撮像素子を使用しにくい監視用途特にＥＭ−ＣＣＤに適している。また、白キズと黒キズの影響がほとんどないため、垂直スミア発生の有無を検出する回路を省略できる。垂直スミア誤検出による黒い縦筋を防止する少レベル垂直スミア補正信号の切り捨て処理する回路も省略できる。図１Ｂに示す実施例では、信号ＶｉからＯＢ代表値信号を減算してから映像信号処理部７に入力する信号Ｖｍを１０ｂｉｔにして、監視用途に多く使用される低価格の映像信号処理部７の入力ビット数に合わせている。但し、垂直スミア補正の精度を維持するため、ＦＥＰ４の出力ビット数は１４ビットとしている。
【００４１】
また、図１Ｃ、図２Ｃ、図３のＣ、図４のＣは、本発明の他の一実施例であり、Ｖ−ＯＢ代表値として各垂直画素信号の最小値を算出する方法を示しており、垂直スミア補正信号の記憶が１ライン分で済み集積規模が従来例よりも小型になる。本実施例では、Ｖ−ＯＢライン数が少なく、黒キズも少ないＨＤＴＶのＣＣＤ撮像素子に適している。さらに、ＡＧＣはないが、１６ｂｉｔのＦＥＰを用い、垂直スミア補正が高精度となっている。ここで、図１Ａ、１Ｂで比較部２２、２３とラインメモリ７２、７３とを省略し、図２Ｃの動作をすれば、Ｖ−ＯＢライン数が少なく、黒キズも少ないＨＤＴＶのＣＣＤ撮像素子を用いた高感度用途になる。
さらに、図１Ｄ、図２Ｄ、図３のＤ、図４のＤに示す実施例は、Ｖ−ＯＢが３ライン以上で最大値を除く平均値を算出する方法を示しており、白キズが多くＶ−ＯＢのライン数も多いが黒キズが少ないＣＣＤ撮像素子に適している。
図１Ｅ、図２Ｅ、図３のＥ、図４のＥに示す実施例は、Ｖ−ＯＢが４ライン以上で最大値と最小値を除く平均値を代表値として用いる方法を示しており、図１Ｅは２２ビットにＡ／Ｄ変換しＣＣＤ撮像素子の暗電流の補正が容易な事と合わせて、白キズも黒キズも多くＶ−ＯＢのライン数も多いＣＣＤ撮像素子を高感度動作させる用途に適している。
図１Ｆ、図２Ｆ、図３のＦ、図４のＦに示す実施例は、Ｖ−ＯＢが４ライン以上で最大値と２番目に大きい値を除く平均値を代表値としており、白キズが特に多くＶ−ＯＢのライン数も多いＣＣＤ撮像素子を高感度動作させる用途に適している。
【００４２】
Ｖ−ＯＢは画面始まりの変動が大きい垂直暗部むらによる補正精度劣化を避けるため、有効画素より後に出力される画面下のＶ−ＯＢ領域画素から出力される映像信号を垂直暗部むら補正してから、代表値を算出した方がスミア補正の精度が良くなる。しかし、スミア補正が１画面（約１７ｍ（１／６０）秒）遅れるので、実用的ではない。そこで、１４ｂｉｔにＡ／Ｄ変換して画面始まりの変動が大きい垂直暗部むら補正を高精度に行い、有効画素より先に出力される画面上のＶ−ＯＢ領域画素から出力される映像信号を垂直暗部むら補正してから、代表値を算出すれば、有効画素出力と同時にスミア補正でき、遅れがない。
【００４３】
また、図１Ｎと図１Ｐとは、Ｖ−ＯＢが２ライン以上で最小値を用いて暗電流増倍の近似値算出し、Ｖ−ＯＢ最小値と有効画素の暗電流とを減算し、Ｖ−ＯＢ最小値と有効画素の暗電流に応じて高輝度の圧縮を伸長する場合の本発明の一実施例の全体構成の撮像装置を示すブロック図である。図１Ｎにおいて、CCD GNDまたはOB CLAMP LOOPまたはBLACK LEVEL CLAMP等CDSの基準電圧をオフセットさせる量をCDS入力信号振幅の半分以上確保し、１２ｂｉｔ以上のＡ／Ｄと１２ｂｉｔ以上の映像信号処理回路と全画素メモリとを有し、該全画素メモリに暗電流の基準値を記憶し、複数ラインのＶＯＢの各垂直画素信号の最小値から２番目の値をスミア信号として算出し、ＶＯＢの暗電流の現在の基準量分をCCD GNDまたはOB CLAMP LOOPまたはBLACK LEVEL CLAMP等CDSの基準電圧をＶＯＢの暗電流の現在の基準量にＡＧＣの増幅度分Ｄ.ＡＧＣで減衰させた分、オフセットさせて映像信号からＶＯＢの暗電流の現在の基準量を減算し、ＶＯＢの暗電流の現在の代表値と基準ＶＯＢの暗電流の代表値との比を暗電流増倍の近似値とし、全画素メモリの有効画素の暗電流と暗電流増倍の近似値とからＯＢとの差分暗電流を算出し、スミア信号と加算したものを映像信号からＶＯＢの暗電流の現在の基準量を減算したものから減算し、減算した暗電流の現在の基準量とＯＢとの差分暗電流とスミアを含むＯＢ代表値とを基準に、映像信号の高輝度を伸長し信号処理する。図６の伸長後の有効ｂｉｔ諧調の映像信号とする。諧調CDSの基準電圧をオフセットさせる応答が画面周期で構わないで、Ａ／Ｄと映像信号処理回路とのｂｉｔ諧調が１２ｂｉｔ以上で済む。ＥＭ−ＣＣＤの暗電流むらが少なくなればｂｉｔ諧調が１０ｂｉｔ以上で済、暗電流や白キズや垂直スミアまでが高レベルになり圧縮されても、映像の階調範囲が拡大する。
【００４４】
図１Ｐと図１Ｎとの違いは、ＯＢからの暗電流の検出と補正とをＦＥＰ１２１の内部とスミア暗電流検出部５と白圧縮補正部６とに分けて、加算器１１２と除算器１１３と基準メモリ部１１４とを追加し、除算器１１３で検出したＯＢ暗電流詳細補正の暗電流増倍量と加算器１１２で加算して暗電流増倍量とすれば、動作は複雑となるが、ＦＥＰ１２１とスミア暗電流検出部５と白圧縮補正部６と映像信号処理回路７との映像信号諧調（ｂｉｔ数）を１０ｂｉｔ以上で済ませたことである。図１Ｏの加算器１１１と１１２と除算器１１３と基準メモリ部１１４とを省略し、ＦＥＰ内部の暗電流の祖補正を無視した有効画素の暗電流減算とＦＥＰ内部の暗電流の祖補正を無視した白伸長とすれば補正精度は低下するが、動作は簡易になる。
【００４５】
また、図１Ｏは、Ｖ−ＯＢの最小値から２番目を用いて暗電流増倍の近似値算出し、Ｖ−ＯＢ最小値から２番目と有効画素の暗電流とを減算し、Ｖ−ＯＢ最小値から２番目と有効画素の暗電流に応じて高輝度の圧縮を伸長する場合の本発明の一実施例の全体構成の撮像装置を示すブロック図である。図１Ｏにおいて、CCD GND等画素単位で可変するCDSの基準電圧をオフセットさせる量をCDS入力信号振幅の半分以上確保し、１０ｂｉｔ以上のＡ／Ｄと１０ｂｉｔ以上の映像信号処理回路と全画素メモリとを有し、該全画素メモリに暗電流の基準値を記憶し、ＶＯＢの暗電流の現在の総量と基準ＶＯＢの暗電流の総量との比を暗電流増倍の近似値とし、CCD GND等画素単位で可変するCDSの基準電圧をオフセットさせて映像信号から全画素の暗電流の現在の近似値とスミアとの総量を減算し、全画素の暗電流の現在の近似値とスミアとの総量の圧縮も考慮して全画素の暗電流の現在の近似値とスミアとの総量を基準に、伸長し映像信号処理回路で信号処理する。図６の伸長後の有効ｂｉｔ諧調の映像信号とする。CDSの基準電圧の応答が画素単位が必要だが、映像の減算が不要になり、Ａ／Ｄと映像信号処理回路とのｂｉｔ諧調が１０ｂｉｔ以上で済み、暗電流や白キズや垂直スミアまでが高レベルになり圧縮されても、映像の階調範囲が拡大する。
さらに、有効画素の各画素の暗電流がＯＢ暗電流から算出され、有効画素の各画素の暗電流が有効画素の各画素の映像信号から減算されるため、暗電流むらがなくなり、高電子増倍時や長時間蓄積時の電流むらによるすだれ状の雑音がなくなり、実効感度が向上し、電子増倍率が低く制御できる。電子増倍率が低くて良いと電子増倍率の経時劣化も少なく、冷却部１４の消費電力も少なくて済む。
【００４６】
電子増倍時は垂直転送後に信号が増倍されるため、フォトダイオードや垂直転送路の転送容量不足が補われ、暗電流を低減する電子冷却と組み合わせれば映像の階調範囲が拡大する。さらにフォトダイオードの蓄積容量のばらつきで、画面内で不均一だった映像の階調範囲が画面内で均一になるに従い、ＣＣＤ撮像素子から出力される暗電流や映像信号が高レベルになり圧縮されたら圧縮を伸長してから暗電流や白キズや垂直スミアを減算するかまたは暗電流や白キズや垂直スミアを減算してから減算した暗電流や白キズや垂直スミアを基準に高レベルを伸長する。さらに電子増倍が高くなり、暗電流や白キズや垂直スミアまでが高レベルになり圧縮されたら、暗電流や白キズや垂直スミアや映像信号の圧縮を伸長して圧縮を伸長された映像信号から減算するかまたは暗電流や白キズや垂直スミアを減算してから減算した暗電流や白キズや垂直スミアの高輝度圧縮も考慮して減算した暗電流や白キズや垂直スミアを基準に高レベルを伸長する。
【００４７】
その結果、暗電流や白キズや垂直スミアが多く、Ｖ−ＯＢ画素部分のライン数が少ないＥＭ−ＣＣＤ撮像素子や、垂直スミアも白キズも多いＥＭ−ＣＣＤを使用しても、安定に映像信号の圧縮が伸長され、ＥＭ−ＣＣＤから出力される映像信号の映像の階調範囲の低下を電子的に補正し、白キズや垂直スミア補正の過不足の誤差分を低減する。つまり、映像信号の映像信号の白つぶれまたは黒レベル付近の偽信号を低減し、実効的に階調範囲が拡大される。
【００４８】
以上ＥＭ−ＣＣＤを用いた撮像装置について詳細に説明したが、本発明は、ここに記載された撮像装置に限定されるものではなく、上記以外のＣＣＤを用いた撮像装置他の撮像装置に広く適用することができることは言うまでもない。
【実施例２】
【００４９】
本発明による他の実施例として、まず背景技術で述べた、異常に強い過飽和入射光により垂直スミアの一部のＣＣＤ出力レベルがブルーミングとよばれる過飽和レベルの白状態になることを説明する。スミアやブルーミングの源となる入射光を以下光源とする。Ｖ−ＯＢスミアレベルとＶ−ＯＢの暗電流または暗電流レベルが異常に高い白キズと呼ばれる画素の暗電流の合計値は、Ｖ−ＯＢの縦の画素（列）の最小値（V-OBmin）で近似検出される、そして、ブルーミングになることを防止する撮像方法を、有効画素の信号の高輝度の圧縮を伸長してＶ−ＯＢの代表値を減算する場合の本発明の一実施例の全体構成の撮像装置を示すブロック図の図１Ｑと図１Ｒと、本発明の１実施例での有効画素の光源によるＣＣＤ出力レベルと白キズのないＶ−ＯＢスミアレベル比例の補正を示す入射光とＣＣＤ出力レベルの模式図の図８Ａと、本発明の１実施例での有効画素の光源によるＣＣＤ出力レベルと白キズのあるＶ−ＯＢスミアレベル比例の破綻を示す入射光とＣＣＤ出力レベルの模式図の図８Ｂと、本発明の１実施例での有効画素のブルーミング光源によるＣＣＤ出力レベルと白キズのないＶ−ＯＢスミアレベルからの近似を示す入射光とＣＣＤ出力レベルの模式図の図８Ｃとを用いて説明する。
【００５０】
背景技術で述べた様に、有効画素のＣＣＤ出力が過飽和レベルになるのより更に強い飽和入射光ではフォトダイオードで発生し垂直転送路にあふれたた過剰な電荷で垂直転送路が過飽和状態となり、強い入射光の映像の画面下端が垂直スミアより高い過飽和レベルのブルーミングとよばれる白状態になる。さらに過飽和し制限レベルに達したＣＣＤ出力映像信号となる異常に強い過飽和入射光では入射光の強度が高くなるに従い強い過飽和入射光の映像の画面下方から順々に、垂直スミアより高い過飽和レベルの白状態になり異常に強い過飽和入射光で水平転送路も過飽和状態となり、逆に画面上部の垂直スミアは沈み、水平方向にも白いすじ状の水平スミアが明らかになり、映像の階調範囲が低下する。異常に強い過飽和入射光の強度が更に高くなると、白が画面全体に広がる。
【００５１】
本発明の一実施例の全体構成の撮像装置を示すブロック図において、図１Ｈと図１Ｑ、図１Ｌと図１Ｒとの違いは、白圧縮補正部５入力に白伸長部１０１が移動したことで，白伸長部１０３が不要となり、比較部１１５を追加し、比較部１１５の最大値を過飽和信号としてＣＰＵ９に供給している。また、白圧縮補正部５入力に白伸長部１０１が移動したことでＦＥＰ４の階調は１０ｂｉｔでもかまわない。図１Ａから図１Ｇと図１Ｉと図１Ｊと図１Ｋと図１Ｍから図１Ｏにおいて上記と同様に、白圧縮補正部５入力に白伸長部１０１を移動し白伸長部１０３を不要とし比較部１１５を追加し比較部１１５の最大値を過飽和信号としてＣＰＵ９に供給しても良い。図示しないが本発明の一実施例の全体構成の撮像装置を示すブロック図においてＣＰＵ９は撮像装置１の各部と光学系２との状態を監視し制御している。
【００５２】
本発明の一実施例の全体構成の撮像装置を示すブロック図の図１Ｑと図１Ｒとにおいて、過飽和信号が所定以上になったら、ＣＰＵ９は光学系２の光学絞りを絞るか光学ＮＤフィルタの減衰率を強くして入射光量を少なくするか、ＣＣＤ駆動部（ＴＧ）８により電子シャッタで実効感度を低下させて垂直転送路と水平転送路との過飽和状態を防止する。そして、ＦＥＰ４のＡＧＣを高くするかＥＭ−ＣＣＤ３のＣＭＧ電圧を高くして電子増倍率を高くして感度を一定に保つ。図１Ｈと図１Ｌと同一部分の構成と動作との説明は省略する。
【００５３】
本発明の１実施例での有効画素の光源によるＣＣＤ出力レベルとＶ−ＯＢスミアレベルとを示す模式図の図８Ａと図８Ｂと図８Ｃとにおいて、(a)はEM-CCDの非増倍時で(b)はEM-CCDの低増倍時やIT-CCDやFT-CCDで、(ｃ)EM-CCDの高増倍時である。
図８Ａと図８Ｂと図８Ｃとにおいて、横軸は入射光で縦軸はＣＣＤ出力で、左下側の直線及び曲線はＶ−ＯＢの縦の画素（列）の最小値（V-OBmin）で近似検出される、Ｖ−ＯＢスミアレベルとＶ−ＯＢの暗電流または暗電流レベルが異常に高い白キズと呼ばれる画素の暗電流の合計値のＣＣＤ出力で、右上側の直線及び曲線は有効画素の垂直列の最大値Amaxつもりスミアやブルーミングの源となる入射光（以下光源）によるＣＣＤ出力である。縦軸との交点は、図８Ａと図８Ｃでは暗電流であり、図８Ｂでは異常に多い暗電流である白キズの異常に多い暗電流である。
【００５４】
本発明の１実施例での有効画素の光源によるＣＣＤ出力とＶ−ＯＢの縦の画素（列）の最小値（V-OBmin）で近似検出される、Ｖ−ＯＢスミアレベルとＶ−ＯＢの暗電流または暗電流レベルが異常に高い白キズと呼ばれる画素の暗電流の合計値とを示す模式図の図８Ａと図８Ｂと図８Ｃとにおいて、有効画素の光源によるＣＣＤ出力レベルと白キズのないＶ−ＯＢスミアレベルの比はＣＣＤ出力の飽和を白伸長して直線化すれば８０ｄＢ等一定である。模式図の図８Ａの（ｃ）の様に、有効画素のＣＣＤ出力が飽和レベルになっても、有効画素のＣＣＤ出力を白伸長すれば、飽和入射光レベルは近似計算できる。
【００５５】
模式図の図８Ｂの（ｂ）（ｃ）の様に、さらに過飽和し制限レベルに達した有効画素のＣＣＤ出力信号となる異常に強い過飽和入射光では有効画素のＣＣＤ出力の変化量が少なくを白伸張しても飽和入射光レベルは近似誤差が多く有効ではない。V-OBminで近似検出される、Ｖ−ＯＢスミアレベルとＶ−ＯＢの暗電流または暗電流レベルが異常に高い白キズと呼ばれる画素の暗電流の合計値から８０ｄＢ等一定の近似計算の方が高精度に有効画素の過飽和入射光レベルは近似計算できる。
模式図の図８Ｃの（ｃ）の様に、V-OBminのＣＣＤ出力信号レベルが飽和レベルになってもV-OBminのＣＣＤ出力信号を白伸張すれば、白伸張したV-OBminのＣＣＤ出力信号から８０ｄＢ等一定の近似計算で有効画素の異常に強い過飽和入射光レベルは近似計算できる。
【００５６】
そこで、過飽和直前レベルの垂直スミアを、白伸長したＶ−ＯＢ信号の垂直画素の最少値V-OBminから近似検出して、比較器で垂直スミアの最大値を検出し、ＡＧＣと電子増倍率とで定まる垂直転送路が過飽和状態となる第一の所定値以上になると、レンズ等の光学系の光学絞りを絞り、ＦＥＰ内のＡＧＣを高くするかＥＭ−ＣＣＤのＣＭＧ電圧を高くして電子増倍率を高くして感度を一定にすれば、過飽和入射光の映像の画面の過飽和レベルの白状態と画面上部の沈みこみと水平スミアが防止できる。最小値V-OBminでなくても、Ｖ−ＯＢの各垂直画素（列）信号の最小値からＮ（Ｎは自然数）番目の値、最大値からＭ（Ｍは自然数）番目の値以下の値の平均値、または他の最大値からＭ番目の値以下の値から算出される代表値信号の少なくとも１つを算出しても良い。レンズ等の光学系の光学絞りが絞り切り側の制限に達し光学絞りで入射光量を低減できない場合で水平転送路も過飽和状態ととなるさらに高い第二の所定値以上になると、電子シャッタで実効感度を低下させ、ＦＥＰ内のＡＧＣを高くすれば、過飽和入射光の映像の画面の過飽和レベルの白状態と画面上部の沈みこみと水平スミアは低減できる。
【００５７】
特にレンズ等の光学系の光学絞りが絞り切り側の制限に達し光学絞りで入射光量を低減できない場合で水平転送路も過飽和状態ととなるさらに高い第二の所定値以上になると、電子シャッタで実効感度を低下させ、ＦＥＰ内のＶＧＡを高くすれば、過飽和入射光による垂直転送路と水平転送路の過飽和レベルの映像の白状態と画面上部の沈みこみと水平スミアとは低減できる。ＣＣＤ撮像素子のフォトダイオードの信号電荷電子をオーバーフロードレインに掃き捨てる（電子シャッタを行う）ことにより感度を低下させると垂直スミアは一定のレベルのまま感度を低下させることとなり、相対的に垂直スミアは増加する。しかし、垂直スミアは白圧縮補正部５の減算器１１で減算しているので目立たない。
ＡＧＣを高くするか電子増倍率を高くすると、雑音は増加するが、画面上部の垂直スミアは沈み、水平方向にも白いすじ状の水平スミアが明らかになることを防止できる。異常に強い過飽和入射光の強度が更に高くなると、過飽和レベルの白が画面全体に広がることは確実に防止できる。
【００５８】
つまり、黒レベル以下への沈みこみまたは過飽和レベルの白を低減するなどの映像信号の階調範囲が実効的に拡大できる。過飽和入射光の検出はＶ−ＯＢの画素の中で暗電流が異常に少ない黒キズと称される画素を含んでもかまわない。つまり、Ｖ−ＯＢの複数ラインの各垂直画素（列）信号の最小値を含む信号から過飽和入射光の検出をしても良い。
【００５９】
以上ＥＭ−ＣＣＤを用いた撮像装置について詳細に説明したが、本発明は、ここに記載された撮像装置に限定されるものではなく、上記以外のＣＣＤを用いた撮像装置他の撮像装置に広く適用することができることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００６０】
１：撮像装置、２：光学系、３：ＥＭ−ＣＣＤ、４：ＦＥＰ、
５：白圧縮補正部、６：暗電流スミア検出部、７：映像信号処理部、
８：ＣＣＤ駆動部（ＴＧ）、９：ＣＰＵ、１０：利得可変部（Ｄ．ＡＧＣ）
１１，１０５：減算器、１２：係数部、１３，１０４，１１１，１１２：加算器、
１４：冷却部、２１，２２，２３，１１５：比較部、７１〜７６：ラインメモリ部、
１０１，１０３：白伸長部、
１０２：ｂｉｔ制限部（上位bit廃棄〜除算部〜白再圧縮部）
１０６，１１３：除算器、１０７：乗算器、１０８：平均部、
１０９，１１４：基準メモリ部、１１０：画面メモリ部
【図１Ａ】
2010171958.tif 000003
【図１Ｂ】
2010171958.tif 000004
【図１Ｃ】
2010171958.tif 000005
【図１Ｄ】
2010171958.tif 000006
【図１Ｅ】
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【図１Ｆ】
2010171958.tif 000008
【図１Ｇ】
2010171958.tif 000009
【図１Ｈ】
2010171958.tif 000010
【図１Ｉ】
2010171958.tif 000011
【図１Ｊ】
2010171958.tif 000012
【図１Ｋ】
2010171958.tif 000013
【図１Ｌ】
2010171958.tif 000014
【図１Ｍ】
2010171958.tif 000015
【図１Ｎ】
2010171958.tif 000016
【図１Ｏ】
2010171958.tif 000017
【図１Ｐ】
2010171958.tif 000018
【図１Ｑ】
2010171958.tif 000019
【図１Ｒ】
2010171958.tif 000020
【図２Ａ】
2010171958.tif 000021
【図２Ｂ】
2010171958.tif 000022
【図２Ｃ】
2010171958.tif 000023
【図２Ｄ】
2010171958.tif 000024
【図２Ｅ】
2010171958.tif 000025
【図２Ｆ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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