(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＣＤ撮像素子と、該ＣＣＤ撮像素子の受光面の有効画素から出力される第１の画像信号を取得する第１の取得部と、前記ＣＣＤ撮像素子の受光面の上部若しくは下部の遮光した画素（Ｖ−ＯＢ）または前記受光面の左若しくは右の遮光した画素（Ｈ−ＯＢ）の少なくとも一方の遮光した画素から出力される第２の画像信号を取得する第２の取得部とを有する撮像装置において、ＡＧＣ部と、前記第２の画像信号の代表値を算出する手段と、前記第１の画像信号を記憶するラインメモリと、前記第１の画像信号の暗電流成分を記憶する画面メモリと、前記記憶した暗電流成分を利得可変増幅し前記第１の画像信号から減算する手段と、を有し、前記第２の画像信号の代表値の最大値削除平均、最大値最小値削除平均、若しくは最大値最小値２ケ削除平均のいずれか１つの値の１画面以上の平均に正に相関して１画面以上の垂直周期毎に前記第１の画像信号の増幅率を変化させ、前記Ｈ−ＯＢから出力される画像信号の最小値と、前の画面の前の走査線の画像信号をＥ２Ｖ２Ｈ、現画面の現走査線の画像信号をＥ１Ｖ１Ｈ、１画面の水平画素数をｎ、１〜ｎ番目の水平画素をｔとして、
【数１】
0005520833.tif 000006
によって前の画面の上下３走査線の画像信号Ｅ２Ｖ２Ｈ、Ｅ２Ｖ１Ｈ及びＥ２Ｖ０Ｈの和と現画面の上下３走査線の画像信号Ｅ１Ｖ２Ｈ、Ｅ１Ｖ１Ｈ及びＥ１Ｖ０Ｈの和との和の比の自乗の加算平均Ｙ１を求め、
【数２】
0005520833.tif 000007
によって前記前の画面の上下３走査線の画像信号Ｅ２Ｖ２Ｈ、Ｅ２Ｖ１Ｈ及びＥ２Ｖ０Ｈの和と前記現画面の上下３走査線の画像信号Ｅ１Ｖ２Ｈ、Ｅ１Ｖ１Ｈ及びＥ１Ｖ０Ｈの和との和の差の自乗の加算平均Ｙ２を求め、前記加算平均Ｙ１と前記加算平均Ｙ２の和Ｙ（Ｙ＝Ｙ１＋Ｙ２）を電子増倍揺らぎの総計Ｙとして求め、該求めた電子増倍揺らぎ総計Ｙに負に相関して水平周期毎に前記第１の画像信号の増幅率を変化させる事を特徴とする撮像方法。
【請求項２】
ＣＣＤ撮像素子と、該ＣＣＤ撮像素子の受光面の有効画素から出力される第１の画像信号を取得する第１の取得部と、前記ＣＣＤ撮像素子の受光面の上部若しくは下部の遮光した画素（Ｖ−ＯＢ）または前記受光面の左若しくは右の遮光した画素（Ｈ−ＯＢ）の少なくとも一方の遮光した画素から出力される第２の画像信号を取得する第２の取得部とを有する撮像装置において、ＡＧＣ部と、前記第２の画像信号の代表値を算出する手段と、前記第１の画像信号を記憶するラインメモリと、前記第１の画像信号の暗電流成分を記憶する画面メモリと、前記記憶した暗電流成分を利得可変増幅し前記第１の画像信号から減算する手段と、を有し、前記第２の画像信号の代表値の垂直周期毎に前記暗電流成分の垂直周期の増幅率を変化させて前記第１の画像信号から減算し、前記第２の画像信号の代表値の現画面の現走査線の画像信号Ｅ１Ｖ１Ｈと相関の高い前の画面の走査線の画像信号Ｅ２Ｖ１Ｈと現画面の現走査線の画像信号Ｅ１Ｖ１Ｈとの相関の高い画素同士の画像信号の差の自乗の加算平均Ｚを
【数３】
0005520833.tif 000008
によって求め、該求めたＺに正に相関して前記第１の画像信号の利得可変増幅を制御することを特徴とする撮像方法。
【請求項３】
ＣＣＤ撮像素子と、該ＣＣＤ撮像素子の受光面の有効画素から出力される第１の画像信号を取得する第１の取得部と、前記ＣＣＤ撮像素子の受光面の上部若しくは下部の遮光した画素（Ｖ−ＯＢ）または前記受光面の左若しくは右の遮光した画素（Ｈ−ＯＢ）の少なくとも一方の遮光した画素から出力される第２の画像信号を取得する第２の取得部とを有する撮像装置において、ＡＧＣ部と、前記第２の画像信号の代表値を算出する手段と、前記第１の画像信号を記憶するラインメモリと、前記第１の画像信号の暗電流成分を記憶する画面メモリと、前記記憶した暗電流成分を利得可変増幅し前記第１の画像信号から減算する手段と、を有し、前記撮像装置が電子増倍型ＣＣＤ撮像素子と可変電圧電子増倍電極駆動部とを有し、前記代表値の垂直周期毎に前記暗電流成分の垂直周期の増幅率を変化させて前記第１の画像信号から減算すること、または、前記Ｈ−ＯＢから出力される画像信号の最小値と、前の画面の前の走査線の画像信号をＥ２Ｖ２Ｈ、現画面の現走査線の画像信号をＥ１Ｖ１Ｈ、１画面の水平画素数をｎ、１〜ｎ番目の水平画素をｔとして、
【数４】
0005520833.tif 000009
によって前の画面の上下３走査線の画像信号Ｅ２Ｖ２Ｈ、Ｅ２Ｖ１Ｈ及びＥ２Ｖ０Ｈの和と現画面の上下３走査線の画像信号Ｅ１Ｖ２Ｈ、Ｅ１Ｖ１Ｈ及びＥ１Ｖ０Ｈの和との和の比の自乗の加算平均Ｙ１を求め、
【数５】
0005520833.tif 000010
によって前記前の画面の上下３走査線の画像信号Ｅ２Ｖ２Ｈ、Ｅ２Ｖ１Ｈ及びＥ２Ｖ０Ｈの和と前記現画面の上下３走査線の画像信号Ｅ１Ｖ２Ｈ、Ｅ１Ｖ１Ｈ及びＥ１Ｖ０Ｈの和との和の差の自乗の加算平均Ｙ２を求め、前記加算平均Ｙ１と前記加算平均Ｙ２の和Ｙ（Ｙ＝Ｙ１＋Ｙ２）を電子増倍揺らぎの総計Ｙとして求め、該求めた電子増倍揺らぎ総計Ｙに負に相関して水平周期毎に前記第１の画像信号の増幅率を変化させること、の少なくとも一方を行い、
前記第２の画像信号の代表値の現在値と電子増倍しないように低い電子増倍電極電圧時に記憶しておいた前記第２の画像信号の代表値を撮像素子測定温度で補正した暗電流成分の想定値との比を、非電子増倍時に記憶しておいた前記第１の画像信号の基準の暗電流成分に乗算し、前記第１の画像信号から減算する事を特徴とする撮像方法。
【請求項４】
請求項３の撮像方法において、前記撮像装置が前記撮像素子測定温度を測定するための温度測定手段を有し、
前記Ｖ−ＯＢの暗電流成分の現在の代表値と非電子増倍時に記憶しておいた前記第１の画像信号のＶ−ＯＢの基準の暗電流成分の代表値を前記撮像素子測定温度で補正した暗電流成分の想定値との比を、非電子増倍時に記憶しておいた画面メモリの各前記第１の画像信号の基準の暗電流成分に乗算し、前記第１の画像信号から減算する事と、現在のＶ−ＯＢの垂直画素間の代表値の最小値と最大値との差を垂直スミアとして垂直スミアが所定値以下なら前記Ｈ−ＯＢの暗電流成分の現在の代表値と非電子増倍時に記憶しておいた前記Ｈ−ＯＢの暗電流成分の代表値を前記撮像素子測定温度で補正した暗電流成分の想定値との比を、前記非電子増倍時に記憶しておいた画面メモリの前記第１の画像信号の基準の暗電流成分に、乗算し、前記第１の画像信号から減算する事と、の少なくとも一方を行うことを特徴とする撮像方法。
【請求項５】
請求項１、請求項２、または請求項３の撮像方法において、前記撮像装置が電子増倍型ＣＣＤ撮像素子と可変電圧電子増倍電極駆動部とを有し、
前記算出した前記第２の画像信号の代表値と走査線信号間の相関部分の平均の比の自乗積分と走査線信号間の相関部分の平均の差の自乗積分との合計の走査線信号間の相関部分の平均の誤差の自乗積分と走査線信号間の相関部分の差の自乗積分を比較し、
前記走査線信号間の相関部分の差の自乗積分が前記走査線信号間の相関部分の平均の誤差の２倍になるように１画面以上の利得可変増幅を高く制御する事を特徴とする撮像方法。
【請求項６】
請求項５の撮像方法において、前記撮像装置が撮像素子測定温度を測定するための温度測定手段を有し、
所定以下のレベルの画像信号を走査線内で平均し、所定以下のレベルの画像信号を画面内で平均し、所定以下のレベルの画像信号を画面間で平均し、画像信号の画面間の相関と動きベクトルとを検出し、所定以上の相関で所定以下の動きベクトルの画像信号は相関の高い部分同士を画面間で平均する、撮像装置の撮像方法であって、Ｖ−ＯＢの画像信号の暗電流成分の現在の代表値と非電子増倍時に記憶しておいたＶ−ＯＢの画像信号の暗電流成分の代表値を撮像素子測定温度で補正した暗電流成分の想定値との比を前記第１の画像信号の平均の基準の暗電流成分に乗算し、前記第１の画像信号から減算する事を特徴とする撮像方法。
【請求項７】
請求項５の撮像方法において、前記撮像装置が撮像素子測定温度を測定するための温度測定手段を有し、
前記Ｖ−ＯＢの画像信号の暗電流成分の現在の代表値と非電子増倍時に記憶しておいた前記Ｖ−ＯＢの画像信号の暗電流の代表値を前記撮像素子測定温度で補正した暗電流成分の想定値との比（各垂直周期の電子増倍率）で電子増倍電極振幅値を制御し、画像信号の平均値またはスポットを除くピーク値またはピーク値のレベルを一定にする事を特徴とする撮像方法。
【請求項８】
ＣＣＤ撮像素子と、該ＣＣＤ撮像素子の受光面の有効画素から出力される第１の画像信号を取得する第１の取得部と、前記ＣＣＤ撮像素子の受光面の左または右の遮光した画素（Ｈ−ＯＢ）の少なくとも一方の遮光した画素から出力される第２の画像信号を取得する第２の取得部とを有する撮像装置において、ＡＧＣ部と、前記第２の画像信号の代表値を算出する手段と、前記第１の画像信号を記憶するラインメモリと、前記第１の画像信号の暗電流成分を記憶する画面メモリと、前記記憶した暗電流成分を利得可変増幅し前記第１の画像信号から減算する手段と、前記ＣＣＤ撮像素子から出力された信号から雑音を除去するＣＤＳ、前記信号の利得を調整するＡＧＣ部及び前記信号をデジタル画像信号Ｖｉに変換するＡＤＣからなるＦＥＰと、デジタル映像信号処理回路とを有し、前記デジタル映像信号処理回路で前記Ｈ−ＯＢのＭケの上位Ｎケを除いたＭ−Ｎケの平均を前記Ｈ−ＯＢの代表値として、前記Ｈ−ＯＢの前記代表値と前記第２の画像信号の代表値の現画面の現走査線の画像信号Ｅ１Ｖ１Ｈと相関の高い前の画面の走査線の画像信号Ｅ２Ｖ１Ｈと現画面の現走査線の画像信号Ｅ１Ｖ１Ｈとの相関の高い画素同士の画像信号の差の自乗の加算平均Ｚを
【数６】
0005520833.tif 000011
によって求め、該求めたＺに正に相関して前記第１の画像信号の利得可変増幅を制御することを特徴とする撮像方法。
【請求項９】
ＣＣＤ撮像素子と、該ＣＣＤ撮像素子の受光面の有効画素から出力される第１の画像信号を取得する第１の取得部と、前記ＣＣＤ撮像素子の受光面の上部若しくは下部の遮光した画素（Ｖ−ＯＢ）または前記受光面の左若しくは右の遮光した画素（Ｈ−ＯＢ）の少なくとも一方の遮光した画素から出力される第２の画像信号を取得する第２の取得部とを有する撮像装置において、ＡＧＣ部と、前記第２の画像信号の代表値を算出する手段と、前記第１の画像信号を記憶するラインメモリと、前記第１の画像信号の暗電流成分を記憶する画面メモリと、前記記憶した暗電流成分を利得可変増幅し前記第１の画像信号から減算する手段と、を有し、前記第２の画像信号の代表値の最大値削除平均、最大値最小値削除平均、若しくは最大値最小値２ケ削除平均のいずれか１つの値の１画面以上の平均に正に相関して１画面以上の垂直周期毎に前記第１の画像信号の増幅率を変化させ、前記Ｈ−ＯＢから出力される画像信号の最小値と、前の画面の前の走査線の画像信号をＥ２Ｖ２Ｈ、現画面の現走査線の画像信号をＥ１Ｖ１Ｈ、１画面の水平画素数をｎ、１〜ｎ番目の水平画素をｔとして、
【数７】
0005520833.tif 000012
によって前の画面の上下３走査線の画像信号Ｅ２Ｖ２Ｈ、Ｅ２Ｖ１Ｈ及びＥ２Ｖ０Ｈの和と現画面の上下３走査線の画像信号Ｅ１Ｖ２Ｈ、Ｅ１Ｖ１Ｈ及びＥ１Ｖ０Ｈの和との和の比の自乗の加算平均Ｙ１を求め、
【数８】
0005520833.tif 000013
によって前記前の画面の上下３走査線の画像信号Ｅ２Ｖ２Ｈ、Ｅ２Ｖ１Ｈ及びＥ２Ｖ０Ｈの和と前記現画面の上下３走査線の画像信号Ｅ１Ｖ２Ｈ、Ｅ１Ｖ１Ｈ及びＥ１Ｖ０Ｈの和との和の差の自乗の加算平均Ｙ２を求め、前記加算平均Ｙ１と前記加算平均Ｙ２の和Ｙ（Ｙ＝Ｙ１＋Ｙ２）を電子増倍揺らぎの総計Ｙとして求め、該求めた電子増倍揺らぎ総計Ｙに負に相関して水平周期毎に前記第１の画像信号の増幅率を変化させる手段を有する事を特徴とする撮像装置。
【請求項１０】
ＣＣＤ撮像素子と、該ＣＣＤ撮像素子の受光面の有効画素から出力される第１の画像信号を取得する第１の取得部と、前記ＣＣＤ撮像素子の受光面の上部若しくは下部の遮光した画素（Ｖ−ＯＢ）または前記受光面の左若しくは右の遮光した画素（Ｈ−ＯＢ）の少なくとも一方の遮光した画素から出力される第２の画像信号を取得する第２の取得部とを有する撮像装置において、ＡＧＣ部と、前記第２の画像信号の代表値を算出する手段と、前記第１の画像信号を記憶するラインメモリと、前記第１の画像信号の暗電流成分を記憶する画面メモリと、前記記憶した暗電流成分を利得可変増幅し前記第１の画像信号から減算する手段と、を有し、前記第２の画像信号の代表値の垂直周期毎に前記暗電流成分の垂直周期の増幅率を変化させて前記第１の画像信号から減算し、前記第２の画像信号の代表値の現画面の現走査線の画像信号Ｅ１Ｖ１Ｈと相関の高い前の画面の走査線の画像信号Ｅ２Ｖ１Ｈと現画面の現走査線の画像信号Ｅ１Ｖ１Ｈとの相関の高い画素同士の画像信号の差の自乗の加算平均Ｚを
【数９】
0005520833.tif 000014
によって求め、該求めたＺに正に相関して前記第１の画像信号の利得可変増幅を制御する手段を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項１１】
ＣＣＤ撮像素子と、該ＣＣＤ撮像素子の受光面の有効画素から出力される第１の画像信号を取得する第１の取得部と、前記ＣＣＤ撮像素子の受光面の上部若しくは下部の遮光した画素（Ｖ−ＯＢ）または前記受光面の左若しくは右の遮光した画素（Ｈ−ＯＢ）の少なくとも一方の遮光した画素から出力される第２の画像信号を取得する第２の取得部とを有する撮像装置において、
ＡＧＣ部と、前記第２の画像信号の代表値を算出する手段と、前記第１の画像信号を記憶するラインメモリと、前記第１の画像信号の暗電流成分を記憶する画面メモリと、前記記憶した暗電流成分を利得可変増幅し前記第１の画像信号から減算する手段と、を有し、前記撮像装置が電子増倍型ＣＣＤ撮像素子と可変電圧電子増倍電極駆動部とを有し、前記代表値の垂直周期毎に前記暗電流成分の垂直周期の増幅率を変化させて前記第１の画像信号から減算すること、または、前記Ｈ−ＯＢから出力される画像信号の最小値と、前の画面の前の走査線の画像信号をＥ２Ｖ２Ｈ、現画面の現走査線の画像信号をＥ１Ｖ１Ｈ、１画面の水平画素数をｎ、１〜ｎ番目の水平画素をｔとして、
【数１０】
0005520833.tif 000015
によって前の画面の上下３走査線の画像信号Ｅ２Ｖ２Ｈ、Ｅ２Ｖ１Ｈ及びＥ２Ｖ０Ｈの和と現画面の上下３走査線の画像信号Ｅ１Ｖ２Ｈ、Ｅ１Ｖ１Ｈ及びＥ１Ｖ０Ｈの和との和の比の自乗の加算平均Ｙ１を求め、
【数１１】
0005520833.tif 000016
によって前記前の画面の上下３走査線の画像信号Ｅ２Ｖ２Ｈ、Ｅ２Ｖ１Ｈ及びＥ２Ｖ０Ｈの和と前記現画面の上下３走査線の画像信号Ｅ１Ｖ２Ｈ、Ｅ１Ｖ１Ｈ及びＥ１Ｖ０Ｈの和との和の差の自乗の加算平均Ｙ２を求め、前記加算平均Ｙ１と前記加算平均Ｙ２の和Ｙ（Ｙ＝Ｙ１＋Ｙ２）を電子増倍揺らぎの総計Ｙとして求め、該求めた電子増倍揺らぎ総計Ｙに負に相関して水平周期毎に前記第１の画像信号の増幅率を変化させること、の少なくとも一方を行い、
前記第２の画像信号の代表値の現在値と電子増倍しないように低い電子増倍電極電圧時に記憶しておいた前記第２の画像信号の代表値を撮像素子測定温度で補正した暗電流成分の想定値との比を、非電子増倍時に記憶しておいた前記第１の画像信号の基準の暗電流成分に乗算し、前記第１の画像信号から減算する手段とを有する撮像装置であるか、または、
ＡＧＣ部と、前記第２の画像信号の代表値を算出する手段と、前記第１の画像信号を記憶するラインメモリと、前記第１の画像信号の暗電流成分を記憶する画面メモリと、前記記憶した暗電流成分を利得可変増幅し前記第１の画像信号から減算する手段と、前記ＣＣＤ撮像素子から出力された信号から雑音を除去するＣＤＳ、前記信号の利得を調整するＡＧＣ部及び前記信号をデジタル画像信号Ｖｉに変換するＡＤＣからなるＦＥＰと、デジタル映像信号処理回路とを有し、前記デジタル映像信号処理回路で前記Ｈ−ＯＢのＭケの上位Ｎケを除いたＭ−Ｎケの平均を前記Ｈ−ＯＢの代表値として、前記Ｈ−ＯＢの前記代表値と前記第２の画像信号の代表値の現画面の現走査線の画像信号Ｅ１Ｖ１Ｈと相関の高い前の画面の走査線の画像信号Ｅ２Ｖ１Ｈと現画面の現走査線の画像信号Ｅ１Ｖ１Ｈとの相関の高い画素同士の画像信号の差の自乗の加算平均Ｚを
【数１２】
0005520833.tif 000017
によって求め、該求めたＺに正に相関して前記第１の画像信号の利得可変増幅を制御する手段と有する撮像装置であるか、
のいずれか１つの撮像装置である事を特徴とする撮像装置。
【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に関し、撮像素子から出力される画像信号の偽信号の低減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、白キズが少ない。しかし、高温度時、高感度撮像時、及び蓄積時には、白キズが多い。
そこで、従来、暗電流が異常に大きい画素欠陥（いわゆる、白キズ）は少ない。しかし、暗電流は６℃のＣＣＤ撮像素子の温度上昇でおおよそ２倍となる。さらに、暗電流は電子増倍と蓄積時間とに比例して増加する。そのため、高温度時や高感度撮像時や蓄積時は暗電流が大きくなる。即ち、白キズが目立つ。光学的黒画素部分の白キズ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：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）。
また、ＣＣＤ撮像素子を用いた固体撮像装置においては、白キズ等の画素欠陥の発生に起因するＣＣＤ撮像素子の暗電流への影響や高レベル圧縮の影響を受けない様に、垂直スミアの低減を図っている。このため、以下の（１）若しくは（２）を実施することがある。
（１）垂直遮光画像４ラインの各垂直画素（Ｖ−ＯＢ）信号の平均信号を算出しその水平信号も平均し、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画像信号から減算する（特許文献２参照）。
（２）垂直遮光画素（Ｖ−ＯＢ）信号４ラインの画面垂直方向の暗電流むらを補正する。次に、垂直遮光画像（Ｖ−ＯＢ）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、ＣＣＤ撮像素子の受光面の有効画素についてＡＧＣ処理後の画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画像信号から減算する（特許文献３参照）。
【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（ Digital Signal Processor ）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、信号処理の階調（ビット数）をなるべく減らさないと回路規模が増大する。
さらに、ＣＣＤ撮像素子から出力された信号から雑音を除去するＣＤＳ（ Correlated Double Sampling ）、暗電流補正及び利得を可変する利得可変増幅（ Automatic Gain Control ：ＡＧＣ）部、並びに、デジタル映像信号Ｖｉに変換するＡＤＣ（ Analog to Digital Converter ）を内蔵したＦＥＰ（ Front End Processor ）が普及してきている。ＦＥＰのＡＤＣ階調は、従来、１０ビットだった。しかし、近年、ＦＥＰのＡＤＣ階調は、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。また、ＡＤＣ階調を２２ビットとし、ＡＧＣ部をＡＤＣの後に配置したＦＥＰも製品化された。１２ビット階調のＦＥＰでは、ダイナミックレンジの広いＮＴＳＣ（ National Television System Committee ）用２／３型ＣＣＤ撮像素子と組み合わせると低域雑音が目立つ。
１４ビット階調のＦＥＰでは、ダイナミックレンジの広いＮＴＳＣ用２／３型ＣＣＤ撮像素子の出力信号と組み合わせても、低域雑音は目立たない。しかし、１４ビット階調のＦＥＰといえども、タイミング余裕の少なくなる７４ＭＨｚでは、ＨＤＴＶ（ High Definition Tele-Vision ）用２／３型ＣＣＤ撮像素子と組み合わせると、例えば５５ケのＨ−ＯＢ（ Horizontal-Optical Black：Ｈ−ＯＢ）の内の３６ケをクランプしても低域雑音が目立つ。
さらに、フレームメモリを内蔵したＤＮＲＩＣ（ Digital Noise Reduction Integrated Circuit ）も低価格で発売された。
また、手ぶれ電子補正では、動き検出信号を元に画像メモリに書き込まれている映像信号を水平と垂直方向に手ぶれによって移動した後の位置から読み出し、元の被写体の同一の点が重ね合わされるように合成する処理方法が使われている。
【０００４】
また、有効信号の一部を繰り返すガードバンド付き直交周波数分割多重（ Orthogonal Frequency Division Multiplexing ：ＯＦＤＭ）映像伝送では、ＦＰＧＡを用い、受信したＯＦＤＭ信号と該ＯＦＤＭ信号を有効シンボル遅延した信号と複素乗算し加算して、ガード相関のＩ成分の絶対値とＱ成分の絶対値を加算し、ピーク値の二乗値から上記受信信号のレベルを算出するか、または、二乗値の平方根値の平均値から上記受信信号のレベルを算出する（特許文献４参照）。
また、ＯＦＤＭ伝送では、受信したＯＦＤＭ信号と該ＯＦＤＭ信号を有効シンボル遅延した信号と複素乗算し加算することにより、相関演算を行い、当該相関演算の結果得られる信号の絶対値のピーク位置を検出し、当該検出したピーク位置における相関信号のＩ成分の絶対値とＱ成分の絶対値を算出し加算し、ピーク値を算出し、当該ピーク値の二乗値または二乗値の平方根値の何れかの値の加算平均値から上記受信信号のレベルを算出していた（特許文献５参照）。
【０００５】
さらに、電子増倍型ＣＣＤ撮像素子（ Electron Multiplying-ＣＣＤ：ＥＭ−ＣＣＤ）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。
ＥＭ−ＣＣＤは、電子冷却と組み合わせて感度を高くできる。例えば、ＥＭ−ＣＣＤの電子増倍電極（以下、ＣＭＧと称する）の振幅電圧が０．１Ｖ高くなると１．４倍増倍率が高くなり、ＥＭ−ＣＣＤの温度が１１℃低くなると１．８倍電子増倍率が高くなる。このため、駆動波形の電圧振幅確保と高安定性と発熱低減、つまり消費電力の低減が求められる。
さらに電子増倍率は、ＣＭＧの振幅電圧に強く相関して、ＣＭＧ一段当たり０〜２％の確率で発生し、例えば、一段当たり１％とすると、ＣＭＧが６４０段では、ＥＭ−ＣＣＤとしては、“１．０１”の６４９乗で、５８３倍の電子増倍率となる。そのため、ＣＭＧの振幅電圧が０．１Ｖ高くなると、ＥＭ−ＣＣＤの電子増倍率が１．４倍高くなる。このため、非常に低い周波数で、電子増倍率の変動が不規則に揺らぎ、画像信号が不規則に変調され、偽信号が発生する。また、電子増倍の低入射光量レベル側の増倍感度を高くすると、画面の目視上でも非常に目立つ雑音となり、実効感度が大幅劣化する。さらに高電子増倍時は、高電子増倍率と入射光量との積の累積で電子増倍率が低下する。そのため、ＥＭ−ＣＣＤを特に強く電子冷却してＣＭＧ電圧の振幅を最小限にする必要がある（非特許文献１と非特許文献２と非特許文献３参照）。しかし、ＥＭ−ＣＣＤは、密閉状態で使用する必要があり、熱発生部を電子冷却し、撮像装置自体を密閉された空間内に収納し、冷却ファンで空気を対流循環させている。このため、放熱が困難で、電子冷却の冷却効果が小さい。
【０００６】
ところで、ＥＭ−ＣＣＤを用いたテレビジョンカメラ等の撮像装置において、ＥＭ−ＣＣＤに取り付けてある冷却部が周囲温度の影響で冷却または加熱の能力を超えた場合でもＥＭ−ＣＣＤの感度を一定に保つため、ＥＭ−ＣＣＤの温度を検出し、検出した温度に基づきＥＭ−ＣＣＤの電子増倍率を制御することも検討されている（特許文献６参照）。
【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号公報
【特許文献３】特開２００８−１０９６３９号公報
【特許文献４】特開２００３−１１５７８７号公報
【特許文献５】特許第４１０７８２４号公報
【特許文献６】特開２００７−３１８７３５号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】ＴＩ製TC246RGB-B0 680 x 500 PIXEL IMPACTRONTM PRIMARY COLOR CCD IMAGE SENSOR  SOCS087 - DECEMBER 2004 - REVISED MARCH 2005
【非特許文献２】浜松ホトニクス  高感度カメラの原理と技術  Cat No.SCAS0020J01  DEC/2006  （電子増倍率の概要説明）
【非特許文献３】ANDOR  Technical Note  Longevity in EMCCD and ICCD  Part Ｉ−ＥＭＣＣＤ  14−Mar−06  （電子増倍率の経時劣化の対策）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述の技術では、電子増倍率と入射光量との積の累積で電子増倍率が経時的に低下するので、実効感度がさらに低下するだけでなく、電子増倍率に比例する暗電流の検出が困難である。
また上述したように、ＥＭ−ＣＣＤのＣＭＧの振幅電圧が０．１Ｖ高くなると１．４倍増幅率が高くなり、ＥＭ−ＣＣＤの温度が１１℃低くなると１．８倍電子増倍率が高くなる。このため、ＥＭ−ＣＣＤを用いた撮像装置では、駆動波形の電圧振幅の確保と高安定性、及び発熱の抑制（つまり、消費電力の低減）が求められる。また、暗電流も電子増倍されるため、画面内の暗電流むらがすりガラスの様に目立つ上に、高電子増倍時は、電子増倍率と入射光量との積の累積で電子増倍率が低下する。このため、暗電流むらの補正が困難である。
さらに、電子増倍は確率的に発生するため、電子増倍は非常に低い周波数で不規則に揺らぎ、非常に低い周波数で暗電流むらと画像信号が不規則に変調される偽信号が発生し、画面の目視上非常に目立つすだれ状の雑音となり、信号雑音（Ｓ／Ｎ）比が低下し、実効感度が大幅に劣化する。しかし、不規則な１／ｆゆらぎの正確な補正は困難である。
本発明の目的は、上記の問題に鑑み、ＣＣＤ撮像素子を用いた撮像装置において、実効感度を向上することにある。
【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、ＣＣＤ撮像素子と該ＣＣＤ撮像素子の受光面の有効画素から出力される画像信号を取得する第１の取得部と前記ＣＣＤ撮像素子の受光面の上部または下部または左または右の少なくとも一方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撮像装置において、ＡＧＣ部と、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代表値を算出する手段と、前記第１の取得部で取得した有効画素から出力される暗電流成分を記憶する画面メモリと、前記記憶した有効画素信号の暗電流成分を利得可変増幅し有効画素信号から減算する手段と、前記第１の取得部で取得した有効画素から出力される有効画素信号を記憶するラインメモリと、を有し、前記遮光した画素から出力される信号の代表値の垂直周期以上の平均に正に相関して有効画素信号の垂直周期以上の利得可変増幅を制御し、前記遮光した画素から出力される信号の代表値の水平周期の値と前記代表値の垂直周期以上の平均との比または前記遮光した画素から出力される信号の代表値の画面内の循環平均と前記代表値の垂直周期以上の平均との比に負に相関して有効画素信号の水平周期の利得可変増幅を制御する事を特徴とする撮像方法である。
【００１１】
また上記において、ＣＣＤ撮像素子と該ＣＣＤ撮像素子の受光面の有効画素から出力される画像信号を取得する第１の取得部と前記ＣＣＤ撮像素子の受光面の上部または下部または左または右の少なくとも一方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撮像装置において、ＡＧＣ部と、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代表値を算出する手段と、前記第１の取得部で取得した有効画素から出力される暗電流成分を記憶する画面メモリと、前記記憶した有効画素信号の暗電流成分を利得可変増幅し有効画素信号から減算する手段と、前記第１の取得部で取得した有効画素から出力される有効画素信号を記憶するラインメモリと、を有し、前記遮光した画素から出力される信号の代表値の垂直周期に応じて有効画素信号の暗電流成分の垂直周期の利得可変増幅を制御し有効画素信号から減算し、前記遮光した画素から出力される信号の代表値の画面間循環平均に正に相関して前記有効画素信号の利得可変増幅を制御する事を特徴とする撮像方法である。
【００１２】
また上記において、ＣＣＤ撮像素子と該ＣＣＤ撮像素子の受光面の有効画素から出力される画像信号を取得する第１の取得部と前記ＣＣＤ撮像素子の受光面の上部または下部または左または右の少なくとも一方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撮像装置において、ＡＧＣ部と、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代表値を算出する手段と、前記第１の取得部で取得した有効画素から出力される暗電流成分を記憶する画面メモリと、前記記憶した有効画素信号の暗電流成分を利得可変増幅し有効画素信号から減算する手段と、前記第１の取得部で取得した有効画素から出力される有効画素信号を記憶するラインメモリと、を有し、前記撮像装置が電子増倍型ＣＣＤ撮像素子と可変電圧電子増倍電極駆動部とを有し、前記代表値の垂直周期に応じて有効画素信号の暗電流成分の垂直周期の利得可変増幅を制御し有効画素信号から減算することと、前記代表値の水平周期の値または前記代表値の画面内の循環平均と前記代表値の垂直周期以上の平均との比に正に相関して有効画素信号の暗電流成分の有効画素信号の水平周期の利得可変増幅を制御し有効画素信号から減算すること、との少なくとも一方を行い、
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代表値の現在値と電子増倍しないように低い電子増倍電極電圧時に記憶しておいた前記第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代表値を撮像素子測定温度で補正した暗電流の想定値との比を非電子増倍時に記憶しておいた有効画素の基準の暗電流に乗算し、有効画素信号から減算する事を特徴とする撮像方法である。
【００１３】
また上記において、前記撮像装置が温度測定手段を有し、前記撮像素子がＶ−ＯＢとＨ−ＯＢを有し、Ｖ−ＯＢの暗電流の現在の代表値と非電子増倍時に記憶しておいたＶ−ＯＢの暗電流の代表値を撮像素子測定温度で補正した暗電流の想定値との比を非電子増倍時に記憶しておいた画面メモリの各有効画素の基準の暗電流に乗算し、有効画素信号から減算する事と、現在のＶ−ＯＢの垂直画素間の代表値の最小値と最大値との差を垂直スミアとして垂直スミアが所定値以下ならＨ−ＯＢの暗電流の現在の代表値と非電子増倍時に記憶しておいたＨ−ＯＢの暗電流の代表値を撮像素子測定温度で補正した暗電流の想定値との比を非電子増倍時に記憶しておいた画面メモリの有効画素の基準の暗電流に、乗算し、有効画素信号から減算する事と、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。
【００１４】
また上記において、ＣＣＤ撮像素子と該ＣＣＤ撮像素子の受光面の有効画素から出力される画像信号を取得する第１の取得部と前記ＣＣＤ撮像素子の受光面の上部または下部または左または右の少なくとも一方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撮像装置において、ＡＧＣ部と、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代表値を算出する手段と、前記第１の取得部で取得した有効画素から出力される暗電流成分を記憶する画面メモリと、前記記憶した有効画素信号の暗電流成分を利得可変増幅し有効画素信号から減算する手段と、前記第１の取得部で取得した有効画素から出力される有効画素信号を記憶するラインメモリと、を有し、前記撮像装置が、前記第１の取得部で取得した有効画素から出力される有効画素信号を記憶する画面メモリと蓄積時間を制御する手段とを有し、前記遮光した画素から出力される信号の代表値の水平周期の値または前記遮光した画素から出力される信号の代表値の画面内の循環平均と前記遮光した画素から出力される信号の代表値の垂直周期以上の平均との比に正に相関して有効画素信号の暗電流成分の有効画素信号の水平周期の利得可変増幅を制御し有効画素信号から減算し、前記遮光した画素から出力される信号の代表値の画面間循環平均に正に相関して蓄積時間を制御する事を特徴とする撮像方法である。
【００１５】
また上記において、前記撮像装置が電子増倍型ＣＣＤ撮像素子と可変電圧電子増倍電極駆動部とを有し、前記記憶した代表値と走査線信号間の相関部分の平均の比の自乗積分と走査線信号間の相関部分の平均の差の自乗積分との合計等の走査線信号間の相関部分の平均の誤差の自乗積分と走査線信号間の相関部分の差の自乗積分を比較し、走査線信号間の相関部分の差の自乗積分が走査線信号間の相関部分の平均の誤差の２倍になるように垂直周期以上の平均の利得可変増幅を高く制御することと、有効画素信号の垂直周期の利得可変増幅を低く制御することと、有効画素信号の水平周期の利得可変増幅を低く制御することと、垂直周期以上の平均の電子増倍電極振幅値を低く制御すること、との少なくとも一方の前記制御を行う事を特徴とする撮像方法である。
【００１６】
また上記において、前記撮像装置が温度測定手段を有し、前記撮像素子がＶ−ＯＢとＨ−ＯＢを有し、所定以下のレベルの映像信号を走査線内で平均する事と、所定以下のレベルの映像信号を画面内で平均する事と、所定以下のレベルの映像信号を画面間で平均する事と、映像信号の画面間の相関と動きベクトルとをを検出し、所定以上の相関で所定以下の動きベクトルの映像信号は相関の高い部分同士を画面間で平均する事と、の少なくとも一方の前記平均を行う固体撮像装置の撮像方法において、Ｖ−ＯＢの暗電流の現在の代表値と非電子増倍時に記憶しておいたＶ−ＯＢの暗電流の代表値を撮像素子測定温度で補正した暗電流の想定値との比を有効画素の平均の基準の暗電流に乗算し、有効画素信号から減算する事を特徴とする撮像方法である。
【００１７】
また上記において、前記撮像装置が温度測定手段を有し、前記撮像素子がＶ−ＯＢとＨ−ＯＢを有し、Ｖ−ＯＢの暗電流の現在の代表値と非電子増倍時に記憶しておいたＶ−ＯＢの暗電流の代表値を撮像素子測定温度で補正した暗電流の想定値との比（各垂直周期の電子増倍率）、または、前記非増倍時のＶ−ＯＢの暗電流の代表値を算出し温度補正したものを除算し推定した暗電流の増倍率の各Ｖ−ＯＢと前後のＶ−ＯＢの平均との比、または、画面メモリの有効画素の基準の暗電流に前記非増倍時のＶ−ＯＢの暗電流の代表値を算出し温度補正したものを除算して算出した暗電流の増倍率を乗算し有効画素信号から減算して１Ｈラインと前画面の同一ラインと上下のラインと相関を検出し、１Ｈラインと前記検出した最も相関の高いライン間の信号比の二乗積分と１Ｈラインと前記検出した最も相関の高いライン間の信号差分の二乗積分との比、または１Ｈラインと最も相関の高いライン間の信号差分の低周波数成分レベルと高周波数成分レベルとの比、または現在の利得可変増幅の値と前記電子増倍の想定値との比、との少なくとも一方の前記比で電子増倍電極振幅と利得可変増幅の画面内平均値とを制御し、映像信号の所定レベルを一定にする事を特徴とする撮像方法である。
【００１８】
また上記において、前記撮像装置が温度測定手段と雑音除去部と１４ｂｉｔ以上のＡＤＣとを有し、少なくとも電子増倍持に、現在の走査線の映像信号の非循環平均成分を、１画面前の走査線の映像信号の非循環平均成分と１画面前の１Ｈ前走査線の映像信号の非循環平均成分と１画面前の１Ｈ後の走査線の映像信号の非循環平均成分との相関を比較する手段を有し、相関の高い位置同士の非循環平均成分の比の二乗の累積を算出する手段と相関の高い位置同士の非循環平均成分の差の二乗の累積とを算出する手段と比の二乗の累積と差の二乗の累積との比を算出する手段、または、相関の高い位置同士の非循環平均成分の差の二乗の低周波数成分レベルと高周波数成分との比を算出する手段、または、現在の利得可変増幅の値と前記電子増倍の想定値との比を算出する手段、のすくなくとも一方の前記手段を有し、前記比が所定値以上になるように利得可変増幅の画面内平均値と電子増倍電極振幅値とを制御する手段と、映像信号の（平均値またはスポット除くピーク値またはピーク値等の）所定レベルを一定に制御する手段とを有する事を特徴とする撮像装置である。
【００１９】
また上記において、前記ＣＣＤ撮像素子がＨ−ＯＢを有し、前記撮像装置がＣＣＤ撮像素子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部とデジタル映像信号Ｖｉに変換するＡＤＣからなるＦＥＰとデジタル映像信号処理回路とを有し、前記デジタル映像信号処理回路でＨＯＢのＭケの上位Ｎケを除いたＭ−Ｎケの平均をＨ−ＯＢの代表値として、当該ラインの有効画素から前記Ｈ−ＯＢの代表値を減算することと、前記Ｈ−ＯＢの代表値と前記Ｈ−ＯＢの代表値の垂直周期以上の平均との比または前記Ｈ−ＯＢの代表値の垂直周期内の循環平均と前記Ｈ−ＯＢの代表値の垂直周期以上の平均との比に負に相関して前記ＦＥＰの利得可変増幅を制御することを特徴とする撮像方法である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、ＣＣＤ撮像素子を用いた撮像装置において、実効感度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１Ａ】色分離フィルタ付きＣＣＤ撮像素子を用いた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】色分解光学系と３ケのＣＣＤ撮像素子を用いた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】色分離フィルタ付きＣＣＤ撮像素子を用いた場合の本発明の一実施例の増倍むら検出含む映像信号処理部の内部構成を示すブロック図。
【図２Ｂ】色分解光学系と３ケのＣＣＤ撮像素子を用いた場合の本発明の一実施例の増倍むら検出含む映像信号処理部の内部構成を示すブロック図。
【図３Ａ】本発明の一実施例の暗電流とスミアと増倍むらとの検出含むＯＢの代表値を検出する検出部の内部構成を示すブロック図。
【図３Ｂ】本発明の一実施例の暗電流とスミアと増倍むらとの検出含むＯＢの代表値を検出する検出部の内部構成を示すブロック図。
【図３Ｃ】本発明の一実施例の暗電流とスミアと増倍むらとの検出含むＯＢの代表値を検出する検出部の内部構成を示すブロック図。
【図３Ｄ】本発明の一実施例の暗電流とスミアと増倍むらとの検出含むＯＢの代表値を検出する検出部の内部構成を示すブロック図。
【図３Ｅ】本発明の一実施例の暗電流とスミアと増倍むらとの検出含むＯＢの代表値を検出する検出部の内部構成を示すブロック図。
【図４Ａ】本発明の一実施例での電子増倍ゆらぎと熱雑音とを含んだ前後上下の信号値を示すＥＭ−ＣＣＤの出力の模式図。
【図４Ｂ】本発明の一実施例での画面間での電子増倍ゆらぎを示す模式図。
【図４Ｃ】本発明の一実施例の画面間での電子増倍ゆらぎの算出式を示す模式図。
【図５Ａ】本発明の一実施例の電子増倍ゆらぎと熱雑音の総計の比の判定を示す模式図。
【図５Ｂ】本発明の一実施例の電子増倍率と利得増幅率の比の判定を示すフローチャート。
【図５Ｃ】Ｖ−ＯＢの垂直画素の最小値から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５Ｄ】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６】Ｈ−ＯＢクランプレベルへの飛び込みを示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、各図の説明において、共通な機能を有する構成要素には同一の参照番号を付し、できるだけ説明の重複を避ける。
【００２３】
本発明の一実施形態を図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ、図３Ｄ、図３Ｅ、図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ、図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、図５Ｄ、及び図６を用いて説明する。
なお、以下に説明する実施形態は説明のためのものであり、本願発明の範囲を制限するものではない。従って、当業者であればこれらの各要素若しくは全要素をこれと均等なものに置換した実施形態を採用することが可能であり、これらの実施形態も本願発明の範囲に含まれる。
【実施例１】
【００２４】
本発明による撮像装置の一実施例の概要を、図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａ、図３Ｂ、図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ、及び図５Ａによって説明する。図１Ａは、色分離フィルタ付きＣＣＤ撮像素子を用いた場合の本発明の撮像装置の一実施例の全体構成を示すブロック図である。図１Ｂは、色分解光学系と３ケのＣＣＤ撮像素子を用いた場合の本発明の撮像装置の一実施例の全体構成を示すブロック図である。図２Ａは、色分離フィルタ付きＣＣＤ撮像素子を用いた場合の本発明の撮像装置の、増倍むら検出処理を含む映像信号処理部の内部構成の一実施例を示すブロック図である。図２Ｂは、色分解光学系と３ケのＣＣＤ撮像素子を用いた場合の本発明の撮像装置の、増倍むら検出処理を含む映像信号処理部の内部構成の一実施例を示すブロック図である。図３Ａと図３Ｂは、暗電流とスミアと増倍むらとの検出含むＯＢの代表値を検出する、本発明の撮像装置の映像信号処理部内の検出部の内部構成の一実施例を示すブロック図である。なお、図３Ａと図３Ｂにおける平均値部６８及び平均値部６９については、実施例２及び実施例３で説明する。図４Ａは、本発明の撮像方法及び撮像装置の一実施例で電子増倍ゆらぎと熱雑音とを含んだ前後上下の信号値の一実施例を示すＥＭ−ＣＣＤの出力の模式図である。また図４Ｂは、本発明の撮像方法及び撮像装置の一実施例での電子増倍ゆらぎと熱雑音とを含んだ信号値の一例を示すＥＭ−ＣＣＤ出力の模式図である。また図４Ｃは、本発明の撮像方法及び撮像装置の、画面間での電子増倍ゆらぎの一実施例の算出式（式１、式２、及び式３）をまとめて示す図である。図５Ａは、本発明の撮像方法及び撮像装置の、電子増倍ゆらぎと熱雑音の総計の比の判定処理の一実施例の概略を示すフローチャートである。図５Ｂは、本発明の撮像方法及び撮像装置の、電子増倍率と利得増幅率の比の判定処理の一実施例を示すフローチャートである。図５Ｃは、本発明の撮像方法及び撮像装置の、Ｖ−ＯＢの垂直画素の最小値から２番目の値を代表値として検出する処理の一実施例を示すフローチャートである。図５Ｄは、本発明の撮像方法及び撮像装置の、Ｖ−ＯＢの最小値から２番目の値を代表値として検出する処理の一実施例を示すフローチャートである。
なお、図２Ａと図２Ｂは、高域成分検出を含む増倍むら検出処理を行う映像信号処理部の内部構成を示すブロック図である。
【００２５】
図４Ａ及び図４Ｂの縦軸は映像信号量で、図４Ａの横軸は水平画素（水平走査時間相当）、図４Ｂの横軸は垂直画素（垂直走査時間相当）である。図４Ａ（ａ）は前の画面（２Ｖ）、図４Ａ（ｂ）は現画面（１Ｖ）、図４Ａ（ｃ）は後の画面（０Ｖ）である。また、図４Ａ（ａ）、（ｂ）、（ｃ）それぞれにおいて、上段は前の走査線（２Ｈ）、中段は現走査線（１Ｈ）、下段は後の走査線（０Ｈ）である。図４Ａ（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の３画面をメモリに蓄積する。
図４Ａにおいて、現画面（１Ｖ）に対し、前の画面（２Ｖ）とは垂直周期前の画面で、後の画面（０Ｖ）とは垂直周期後の画面である。上下方向は、現走査線（１Ｈ）に対し、前の走査線（２Ｈ）と後の走査線（０Ｈ）である。破線はランダム雑音で実線はランダム雑音を平均化した有効信号成分である。実線のランダム雑音を平均化した有効信号成分同士が類似している場合を、相関有りとしている。
図４Ｂは、実施例１の増倍揺らぎの垂直成分の検出の模式図である。
図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ、及び図５Ａにおいて、電子増倍ゆらぎの総計Ｙ＝Ｙ１＋Ｙ２の近似計算には、増倍分補正した有効画素の暗電流を減算する。そして、さらに熱雑音の影響を減らすため、下記の式１、式２を用いて非循環平均演算をする。
なお、Ｅ2V2H は前の画面の前の走査線の映像信号、Ｅ2V1H は前の画面の現走査線の映像信号、Ｅ2V0H は前の画面の後の走査線の映像信号を示す。また、Ｅ1V2H は、現画面の前の走査線の映像信号、Ｅ1V1H は現画面の現走査線の映像信号、Ｅ1V0H は現画面の後の走査線の映像信号を示す。さらに、Ｅ0V2H は後の画面の前の走査線の映像信号、Ｅ0V1H は後の画面の現走査線の映像信号、Ｅ0V0H は後の画面の後の走査線の映像信号を示す。
【００２６】
【数１】
0005520833.tif 000002
【００２７】
【数２】
0005520833.tif 000003
このように、暗電流雑音は、相関の高い画素の水平非循環平均同士の画面間の比の二乗の総計（Ｙ１）と、相関の高い画素の水平非循環平均同士の画面間の差分の二乗の総計（Ｙ２）で近似する。
【００２８】
図３Ａ、図４Ａ、図５Ａにおいて、熱雑音の総計Ｚの近似計算には、増倍分補正した有効画素の暗電流減算したので、非循環平均は不要となる。即ち、相関の高い画素同士の画面間の差分の二乗の累積であるので、非循環平均しても循環平均しても、水平、垂直、及び画面間いずれかの高周波数成分が減衰する。このため、非循環平均は不要となる。
【００２９】
【数３】
0005520833.tif 000004
このように、熱雑音は、相関の高い画素同士の画面間の差分の二乗の総計（Ｚ）で近似する。
【００３０】
図５Ａのフローチャートは、映像処理部における電子増倍ゆらぎの総計Ｙ＝Ｙ１＋Ｙ２と熱雑音の総計Ｚの比の判定を示す。そのフローチャートの概略としては、現画面の映像ラインの映像信号Ｅ1V2H を、１画面（垂直周期）前の映像ラインの映像信号Ｅ2V0H 、Ｅ2V1H 及びＥ2V2H と相関をとり、最も相関の高い映像ライン（図４Ａ（ａ）では、Ｅ2V2H が最も相関が高い）を探し、相関の高い画素間の映像ライン内時間差（ｔ2 −ｔ1 ）を測定する。次に、映像ラインＥ1V1H と、最も相関の高い映像ラインの最も相関の高い画素Ｅ2V2H について、ｔ2 −ｔ1 間で、電子増倍ゆらぎの総計Ｙ＝Ｙ１＋Ｙ２と熱雑音の総計Ｚを計算する。そして、電子増倍ゆらぎの総計Ｙ＝Ｙ１＋Ｙ２と熱雑音の総計Ｚの比Ｙ／Ｚと係数Ｋとを比較し、その関係が、
Ｙ／Ｚ＞Ｋ
であれば、垂直周期以上の平均のＡＧＣの可変量（ＡＧＣ量）を増加し、垂直周期以上の平均のＣＭＧ振幅量を減少し、垂直周期以上の平均の感度をそのまま変えず、電子増倍ゆらぎの総計Ｙを減少し、熱雑音の総計Ｚを増加させる。
また、
Ｙ／Ｚ≒Ｋ
であれば、垂直周期以上の平均のＡＧＣ量、垂直周期以上の平均のＣＭＧ振幅量、垂直周期以上の平均の感度、電子増倍ゆらぎの総計Ｙ、及び、熱雑音の総計Ｚをそのまま変えない。
また、
Ｙ／Ｚ＜Ｋ
であれば、垂直周期以上の平均のＡＧＣ量を減少し、垂直周期以上の平均のＣＭＧ振幅量を増加し、垂直周期以上の平均の感度をそのまま変えず、電子増倍ゆらぎの総計Ｙを増加し、熱雑音の総計Ｚを減少させる。
【００３１】
次に、映像処理部では、Ｖ−ＯＢライン内のＨ−ＯＢを加算平均した値、またはＶ−ＯＢライン内のＨ−ＯＢの最小値を、Ｖ−ＯＢライン内のＨ−ＯＢの暗電流の代表値とする。Ｖ−ＯＢライン内のＨ−ＯＢには、垂直スミア成分も水平スミア成分もない。従って、現在のＶ−ＯＢライン内のＨ−ＯＢの代表値を、記憶しておいた非増倍時のＶ−ＯＢライン内のＨ−ＯＢの代表値を温度補正したもので除算すれば、各垂直周期のＶ−ＯＢの暗電流の増倍率が検出でき、各垂直周期の増倍率を近似計算によって算出することができる。
次に、推定した暗電流の増倍率と、前後の垂直周期の推定した暗電流の増倍率の平均、との相違が、垂直周期の増倍率の揺らぎ成分であり、現在の暗電流の増倍率と前後の垂直周期の暗電流の増倍率の平均との相違に比例してＡＧＣ量を低減することによって、垂直周期の増倍率の揺らぎ成分を打ち消すことができる。
それに対し、熱雑音は利得に比例する。そのため、暗電流の増倍率Ｂと利得増幅率Ａは、一義的に推測される。
図５Ｂの電子増倍率と利得増幅率Ａの比の判定を示すフローチャートの概略は、上述したように、現在のＶ−ＯＢライン内のＨ−ＯＢの暗電流の代表値を、記憶しておいた非増倍時のＶ−ＯＢライン内のＨ−ＯＢの暗電流の代表値を温度補正したもので除算し、暗電流の各垂直周期の増倍率Ｂを推定するものである。
次に、暗電流の各垂直周期の増倍率Ｂ及び利得増幅率Ａと係数Ｋとを比較し、その関係が、
Ｂ／Ａ＞Ｋ
であれば、垂直周期以上の平均のＡＧＣ量を増加し、垂直周期以上の平均のＣＭＧ振幅量を減少し、垂直周期以上の平均の感度をそのまま変えず、電子増倍ゆらぎの総計Ｙを減少し、熱雑音の総計Ｚを増加させる。
また、
Ｂ／Ａ≒Ｋ
であれば、垂直周期以上の平均のＡＧＣ量、垂直周期以上の平均のＣＭＧ振幅量、垂直周期以上の平均の感度、電子増倍ゆらぎの総計Ｙ、及び、熱雑音の総計Ｚをそのまま変えない。
また、
Ｂ／Ａ＜Ｋ
であれば、垂直周期以上の平均のＡＧＣ量を減少し、垂直周期以上の平均のＣＭＧ振幅量を増加し、垂直周期以上の平均の感度をそのまま変えず、電子増倍ゆらぎの総計Ｙを増加し、熱雑音の総計Ｚを減少させる。
【００３２】
次に、本発明の撮像装置の全体構成の一実施例である図１Ａについて説明する。図１Ａは、色分離フィルタ付きＣＣＤ撮像素子を用いた撮像装置の全体構成を示す図である。
図１Ａ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ＣＣＤ撮像素子、４はＦＥＰ、５は増倍検出処理部を含む映像信号処理部、６は撮像装置１内の各部を制御するＣＰＵ（ Central Processing Unit ）である。１３はタイミング発生部（ Timing Generator：ＴＧ）を含む垂直転送駆動部、１５は電子増倍の利得制御を行うためのＣＭＧ駆動部、８は温度センサ、１７は冷却部である。
なお、ＣＣＤ撮像素子３は、色分離フィルタ付きのＣＣＤ撮像素子であり、例えば、ＥＭ−ＣＣＤである。また、ＦＥＰ４は、少なくとも、ＣＣＤ撮像素子３から出力された信号の雑音を除去するＣＤＳ４０１、ＣＤＳ４０１の出力信号に暗電流補正して利得を調整するＡＧＣ部４０２、及び、ＡＧＣ部４０２からの出力信号をデジタル映像信号Ｖｉに変換する信号処理階調が１４ｂｉｔ以上のＡＤＣ４０３、ＴＧ４０４、メモリ部４０５、Ｄ．ＡＧＣ部４０６、及び、ＤＡＣ部４０７で構成される。なお、図１Ａ及び図１Ｂでは、メモリ部４０５、Ｄ．ＡＧＣ部４０６、及び、ＤＡＣ部４０７は図示していない。また、ＴＧ４０４は、ＣＣＤ撮像素子３に水平転送駆動信号を出力し、ＦＥＰ４中のＣＤＳ４０１、ＡＧＣ部４０２、及びＡＤＣ４０３に、タイミング（ Timing ）信号を出力する信号発生器である。
また、図１Ａ（図１Ｂ）では、読出及び垂直転送駆動部１３（１３’）が、読出及び垂直転送駆動タイミング信号を出力し、ＣＣＤ撮像素子３（３’、７、９）それぞれの読出垂直転送部に出力している。
また、冷却部１７は、ＣＣＤ撮像素子３を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とから構成される（図示しない）。冷却部１７は、ＣＰＵ６の制御により、温度センサ８が検出する温度に応じてＣＣＤ撮像素子３を冷却し、ＣＣＤ撮像素子３の温度を調節する。なお、図１Ｂでは、冷却部１７及び温度センサ８を図示せず、省略している。
また映像信号処理部５は、デジタル映像信号Ｖｉに種々の画像処理を施し、ＮＴＳＣ方式またはＰＡＬ（ Phase Alternating by Line ）方式の複合映像信号（ Video Burst Sync ：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。
【００３３】
図１Ａにおいて、撮像装置１のＥＭ−ＣＣＤ等のＣＣＤ撮像素子３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（ Photo Diode ）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、ＣＣＤ撮像素子３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、デジタル映像信号Ｖｉに変換して、変換したデジタル映像信号Ｖｉを映像信号処理部５に出力する。映像信号処理部５内において、デジタル映像信号Ｖｉは、検出部１８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１９にも送られる（図２Ａ若しくは図２Ｂ参照）。
図３Ａにおいて、検出部１８はデジタル映像信号Ｖｉを比較部４１〜４２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４３〜４４に記憶し、垂直（以下Ｖ）スミアを含むＯＢ代表値信号を検出する。Ｖスミアを含むＯＢ代表値信号を比較部５５〜５６で比較しＶスミアを含む最大値とＶスミアを含まない最小値の差からＶスミアを算出する。また、図３Ａにおいて、基準温度で非電子増倍時のＶ−ＯＢラインのＨ−ＯＢ信号を平均して基準メモリ４８に記憶しておいた値をＤ．ＡＧＣ５０で温度補正して値で、Ｖ−ＯＢラインのＨ−ＯＢ信号を平均した値を除算すれば、暗電流増倍量が算出できる。そして基準温度で非電子増倍時の有効画素の暗電流から基準温度で非電子増倍時のＶ−ＯＢラインのＨ−ＯＢ信号を平均して基準メモリ４８に記憶しておいた値を減算して画面メモリ４９に記憶しておいた値に暗電流増倍量を乗算器５２で乗算すれば、有効画素とＶ−ＯＢとの差分の暗電流が算出でき、加算器４５でＶスミアを含むＯＢ代表値と加算すれば、各有効画素の暗電流とＶスミアとの合計が算出でき、減算器１９でデジタル映像信号Ｖｉから減算すれば、各有効画素の暗電流とＶスミアとが補正でき、無効信号つまり雑音が低減され、実効感度が向上する。
【００３４】
なお、図１Ｂの本発明の撮像装置の一実施例は、色分解光学系と３ケのＣＣＤ撮像素子を用いた場合であり、図１Ａの撮像装置が、ＣＣＤ撮像素子３、ＦＥＰ４をそれぞれ１ケ使用するのに対し、レンズ系２を介して撮像装置に入射された入射光が、色分離光学系２’を用いて、例えば、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）等の光の３原色（若しくは、それらの補色）に色分離され、分離された３つの色それぞれに対して、ＣＣＤ撮像素子３’、７、９、及び、ＦＥＰ４’、１０、１２を使用するものである。その場合、映像信号処理部（増倍むら検出処理を含む）５’が、それら３色を所定の割合で合成した後に、図１Ａの映像信号処理部５と同様の処理を行うものである（詳細の説明は省略する）。
また、図２Ｂの本発明の撮像装置の一実施例の映像信号処理部も、図１Ｂと同様に、色分解光学系と３ケのＣＣＤ撮像素子を用いた場合であり、図１Ｂの映像信号処理部には、例えば、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）等の光の３原色（若しくは、それらの補色）に色分離された色毎に、ＦＥＰ部４’、１０、及び１２から、映像信号Ｖｉ（例えば、ＲＶｉ、ＧＶｉ、ＢＶｉ）が入力され、映像メモリ部３２’及び相関検出部３３’から各色毎に、３つの信号が出力されるものである。（詳細の説明は省略する）。
【００３５】
図２Ａは、色分離フィルタ付きＣＣＤ撮像素子を用いた場合の増倍むら検出含む映像信号処理部の、本発明の一実施例の内部構成を示すブロック図である。１８は増倍むら検出部、１９は減算器、２２は差分部、２３はＬＰＦ（ Low Pass Filter ）、２４と２５は二乗部、２６と２７は累積部、２８は係数付比較部、３０はデジタルＡＧＣ（Ｄ．ＡＧＣ）部、３１は色分離機能を含む映像信号処理部、３２はラインメモリとフィールドメモリからなる映像メモリ部、３３は相関検出部、３４はＳＤＩ変換機能を含む出力回路である。なお、６は撮像装置１内の各部を制御するＣＰＵである（図１Ａ参照）。Ｄ．ＡＧＣ部３０は、ＯＢ（ Optical Black ）代表値信号をＦＥＰのＡＧＣ部の増幅度に合わせてＤ．ＡＧＣ部自身の増幅度を調節する。なお、ＯＢ代表値信号は、Ｖ−ＯＢの暗電流を含んだスミア成分信号である。
次に、本発明の一実施例の動作を図１Ａと図２Ａを参照しつつ説明する。撮像装置１のＣＣＤ撮像素子３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、電子増倍した信号をＦＥＰ４に出力する。ＦＥＰ４は、ＣＣＤ撮像素子３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た信号（デジタル映像信号Ｖｉ）に変換して、映像信号処理部５に出力する。
【００３６】
さらに、垂直転送駆動部（ｗ／ＴＧ）１３とＣＭＧ駆動部１５は、ＣＰＵ６から出力される制御信号それぞれに従ってＣＣＤ撮像素子３を駆動するための信号を、ＣＣＤ撮像素子３に出力する。ＣＣＤ撮像素子３では、当該入力信号に従って、フォトダイオードから電荷を読出し、ＣＭＧ部に出力する。ＣＭＧ部は、入力された電荷を電圧変換部に水平転送出力する。電圧変換部は、入力された電荷を１４ビット若しくは１４ビット以上の階調の電圧に変換してＦＥＰ４に出力する。
つまり、ＦＥＰ４として、１４ｂｉｔ以上の階調の信号処理を行うことで、電子増倍率の変動要素中のゆらぎ以外の１／ｆ雑音を減衰させておき、ゆらぎの総量に強く相関する検出量とする。そして、このゆらぎの総量に強く相関する検出量と、ゆらぎと熱雑音の合計の総量に強く相関する検出量とを比較し、ゆらぎの１／ｆ雑音の総量と熱雑音の総量とが等しくなるように、利得可変増幅の画面内平均値を高く、電子増倍電極振幅値（ＣＭＧ振幅電圧）を低く制御する。このように制御することによって、映像信号レベルが一定の所定レベルになる。
【００３７】
図３Ａ〜図３Ｅで本発明の暗電流増倍量を検出する機能の一実施例を説明する。図３Ａ〜図３Ｅは、本発明の一実施例の暗電流とスミアと増倍むらとの検出含むＯＢの代表値を検出する検出部の内部構成を示すブロック図である。１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ，１８Ｄ，１８Ｅは検出部、１９，４６，５７は減算器、４５，５９、６３は加算器、５１，５８は除算器、５２は乗算器、４７，６８，６９は平均部、４３，４４はラインメモリ部、４８，６０は基準メモリ部、４１，４２，５３，５４，５５，５６は比較部、４９は画像メモリ部である。
図３Ａ〜図３Ｅと図５Ｃ〜５Ｄ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。
【００３８】
まず、図３Ａ、図５Ｃに示す実施例について説明する。図１Ａと図１ＢのＣＰＵ６は、ラインメモリ部４４、４３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４２は、ラインメモリ部４４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４４に記憶する（ステップ６１，６２）。比較部４２は、Ｖ−ＯＢ２の映像信号の画素の値とラインメモリ部４４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４４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４１に送られる。比較部４１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４３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４３に記憶する（ステップ６３）。同様に、比較部４２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４４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４４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４１に送られる（ステップ６４）。比較部４１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（比較２信号）としてラインメモリ部４３に記憶する（ステップ６５）。比較部４２が最後のＶ−ＯＢの比較処理を終了すると、ラインメモリ部４３は、２番目に小さい信号をスミア補正用のＯＢ代表値信号として出力し（ステップ６６）、代表値検出処理が終了する（ステップ６７）。
水平周期暗電流増倍量または画面内平均暗電流増倍量から平均部６８の循環平均で、画面内平均暗電流増倍量または画面間平均暗電流増倍量を算出し、平均部６９の循環平均で画面間平均暗電流増倍量を算出し、図１Ａと図１ＢのＣＰＵ６に出力する。
【００３９】
次に、図３Ｂ、図５Ｄに示す実施例について説明する。図３Ｂと図３Ａとの相違は、平均部４７の代わりに比較部５３と比較部５４とがあることである。図３Ａと同一部分の動作説明は省略し比較部５３と比較部５４との動作を説明する。ＣＰＵ６は、比較部５３と比較部５４に最小値信号の上限値をリセットしておく。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５４は、リセット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の最小値の信号）を各画素の最小値の信号として比較部５４にセットする（ステップ７１，７２）。比較部５４は、Ｖ−ＯＢ２の映像信号の画素の値と比較部５４の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比較部５４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５３に送られる。比較部５３は、大きい方の信号の値と２番目に小さい信号として比較部５３にリセット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比較部５３に記憶する（ステップ７３）。同様に、比較部５４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比較部５４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比較部５４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５３に送られる（ステップ７４）。比較部５３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比較部５３に記憶する（ステップ７５）。比較部５４が最後のＶ−ＯＢの比較処理を終了すると、比較部５３は、２番目に小さい信号を暗電流測定用のＯＢ代表値信号として出力し（ステップ２６）、代表値検出処理が終了する（ステップ２７）。
【００４０】
次に、図３Ｃに示す実施例について説明する。図３Ｃと図３Ｂとの相違は、比較部５３を省略し、比較部５４で最小値を暗電流測定用のＯＢ代表値信号として出力することである。そこで、詳細動作の説明は省略する。
次に、図３Ｄに示す実施例について説明する。図３Ｄと図３Ｃとの相違は、ＦＥＰ４のＯＢ暗電流粗補正を用い、基準メモリ部６０と除算器５８と加算器５９とを追加し、ＦＥＰ４のｂｉｔ数（階調）が少なくすることである。そこで、詳細動作の説明は省略する。
図１Ａと図１Ｂにおいて、ＣＰＵ６は垂直転送駆動部（ｗ／ＴＧ）１３を制御し蓄積時間を制御する。また、ＣＰＵ６はＦＥＰの４，１０，１２を制御し利得可変増幅を制御する。また、ＣＰＵ６は、増倍検出含む映像信号処理部５を制御し有効画素信号の暗電流成分の利得可変増幅を制御し有効画素信号から減算する。
【００４１】
また、Ｖ―ＯＢのＨ―ＯＢ部分の暗電流や白キズ成分には、垂直スミアや水平スミアがほとんど混入しない。このことを利用し、図３Ａの検出部４５に示すように、基準温度で非電子増倍状態でのＥＭ−ＣＣＤのＶ―ＯＢのＨ―ＯＢ部分の信号を加算平均して記憶しておいた基準メモリ部の信号と比較すれば、温度と電子増倍による暗電流の増倍量がリアルタイムで推定できる。
別方法としては、Ｖ−ＯＢの垂直水平の画素レベルの最小値が、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する。即ち、図３Ｂの検出部４５に示すように、Ｖ−ＯＢの垂直水平の最小値を検出し、基準温度で非電子増倍状態でのＥＭ−ＣＣＤのＶ―ＯＢの垂直水平の最小値の信号を加算平均して記憶しておいた基準メモリ部の信号と比較すれば、温度と電子増倍による暗電流の増倍量がリアルタイムで推定できる。そこで、画面メモリ部４９に記憶された画面有効画素から暗電流を出力しから、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の増倍量をかければ、ＯＢとの差分の画面有効画素の暗電流が推定できる。
つまり、１４ｂｉｔ以上のＦＥＰを使用し、温度測定手段とＶ−ＯＢとを備える電子増倍型ＣＣＤ撮像素子と可変電圧電子増倍電極駆動部と利得可変増幅部とラインメモリと画面メモリとを有する固体撮像装置の撮像方法において、Ｖ−ＯＢの暗電流の現在の代表値と、非電子増倍時に記憶しておいたＶ−ＯＢの暗電流の代表値を撮像素子測定温度で補正した暗電流の想定値と、の比（各垂直周期の電子増倍率の推定値）を非電子増倍時に記憶しておいた画面メモリの各有効画素の基準の暗電流に、乗算し、有効画素信号から減算する。この結果、画面の目視上目立つ暗部のすだれ状の固定雑音の暗電流むらが減算され、電子増倍ゆらぎの１／ｆ雑音の主成分の暗電流のが画面間変動も減算され、Ｖ―ＯＢの暗電流や白キズ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白キズ成分とを減算し、画面有効画素の映像信号のみを算出できる。
【００４２】
非電子増倍時に記憶しておいた各有効画素の基準の暗電流ではなく、非電子増倍時に記憶しておいた有効画素の平均の暗電流に、乗算し、有効画素信号から減算するとすれば、固定雑音の暗電流むらは減算できないが、画面メモリの量は削減できる。
そこで、（１）所定以下のレベルの映像信号を走査線内（水平周期内で、１次元）で平均する事、（２）所定以下のレベルの映像信号を画面内（水平周期間で、２次元）で平均する事、（３）所定以下のレベルの映像信号を画面間（垂直周期間で、３次元）で平均する事、等の（１）、（２）、または（３）のいずれかの固定雑音低減方法と、映像信号の画面（垂直周期）間の相関と動きベクトルとをを検出し、所定以上の相関で所定以下の動きベクトルの映像信号は相関の高い部分同士を画面間で平均する等のランダム雑音低減方法との、２種類の雑音低減方法を併用する場合に適用できる。
また、高輝度映像信号がなければ水平スミアも少ないので、Ｈ―ＯＢ部分の平均が暗電流の１／ｆ雑音成分であることを利用し、高輝度映像信号がない走査線内の所定以下のレベルの映像信号を走査線内で平均し、Ｈ―ＯＢ部分の平均の走査線間の変動分を減算すれば、画面内平均のラインメモリの量は削減できる。また、高輝度映像信号があり、水平スミアがあったとしても、Ｈ―ＯＢ部分の平均が高輝度映像信号がある走査線内の映像信号に共通の水平スミア成分と暗電流の１／ｆ雑音成分との合計であることを利用し、Ｈ―ＯＢ部分の平均の走査線間の変動分を減算すれば、水平スミア成分と暗電流の１／ｆ雑音成分が減衰し、画面内平均のラインメモリの量は削減できる。
【００４３】
次に、図２Ａと、図３Ａと、図５Ｃを用いて、Ｖ−ＯＢの垂直画素間で２番目に小さい信号の検出と、スミア補正用のＯＢ代表値を検出する処理動作について説明する。
図２Ａと図３Ａにおいて、図１Ａと図１ＢのＣＰＵ６は、ラインメモリ部４３，４４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４２は、ラインメモリ部４４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４４に記憶する（開始ステップ６１、最小値記憶ステップ６２）。
比較部４２は、Ｖ−ＯＢ２の映像信号の画素の値とラインメモリ部４４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４４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４１に送られる。比較部４１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４３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４３に記憶する（２番目に小さい値記憶ステップ６３）。
同様に、比較部４２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ラインメモリ部４４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４４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４１に出力する（比較１信号出力ステップ６４）。
比較部４１は、２番目に小さい信号の値と比較１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（比較２信号）としてラインメモリ部４３に記憶する（比較２信号記憶ステップ６５）。
比較部４２が最後のＶ−ＯＢの比較処理を終了すると、ラインメモリ部４３は、比較２信号をスミア補正用のＯＢ代表値信号として加算器４５に出力し（ＯＢ代表値出力ステップ６６）、代表値検出処理を終了する（終了ステップ６７）。
【００４４】
上記図３Ａの説明のように、ＯＢ代表値信号は、比較部５５にも入力されてＯＢ代表値の最大値を算出され、比較部５６にも入力されてＯＢ代表値の最小値が算出され、減算器５７は、ＯＢ代表値の最大値とＯＢ代表値の最小値との差をとり、差分値をＶ−ＯＢの垂直スミアとしてＣＰＵ６に出力する。
スミア量が所定の基準量以上なら、有効画素の横のＨ−ＯＢに漏れ込む水平スミアも−８０ｄＢ程度の垂直スミアと等しいかより大きい。しかし、Ｖ−ＯＢに漏れ込む垂直スミアからＶ−ＯＢのＨ−ＯＢに漏れ込む水平スミアは、−１６０ｄＢ程度で無視できる。
したがって、図３Ａの平均部４７でＶ−ＯＢのＨ−ＯＢを加算平均し、基準メモリ部４８に記憶しておいた基準Ｖ−ＯＢのＨ−ＯＢ加算平均を、Ｄ．ＡＧＣ部５０で温度やＡＦＥ（ Analog Front End ）の増幅度を補正した基準Ｈ−ＯＢと、除算器５１で比をとれば、その垂直周期の暗電流増倍量が算出できる。
基準メモリ部４８に記憶しておいた基準Ｖ−ＯＢのＨ−ＯＢ加算平均と、有効画素の基準暗電流との、減算器４６での差分を、有効画素ＯＢ差分基準暗電流として画面メモリ部４９に記憶しておき、有効画素基準暗電流と暗電流増倍量とを乗算器５２で乗算すれば、その垂直周期の有効画素ＯＢ差分暗電流が算出できる。そして、算出された有効画素ＯＢ差分暗電流とＯＢ代表値とを加算器４５で加算し、減算器１９に出力する。
なお、図３Ａの平均部４７で加算平均を算出するかわりに、図３Ｂの比較部５４を用い、Ｈ−ＯＢの最小値を算出しても良い。
【００４５】
スミア量が所定の基準量未満なら、有効画素の横のＨ−ＯＢに漏れ込む水平スミアも、−８０ｄＢ程度の垂直スミアと等しいか小さく、無視できる。したがって、平均部４７で有効画素の横のＨ−ＯＢを加算平均し、基準メモリ部４８に記憶しておいた基準の有効画素の横のＨ−ＯＢ加算平均を、Ｄ．ＡＧＣ部５０で温度やＡＦＥの増幅度を補正した基準Ｈ−ＯＢと、除算器５１で比をとれば、その水平周期の暗電流増倍量が算出できる。
基準メモリ部４８に記憶しておいた基準Ｈ−ＯＢ加算平均と、有効画素の基準暗電流との差分を、減算器４６で算出し、算出した差分を有効画素ＯＢ差分基準暗電流として画面メモリ４９に記憶しておき、記憶した有効画素ＯＢ差分基準暗電流と暗電流増倍量とを乗算器５２で乗算する。この乗算の結果、その水平周期の有効画素ＯＢ差分暗電流が算出できる。さらに、算出した水平周期の有効画素ＯＢ差分暗電流とＯＢ代表値とを加算器４５で加算し、加算した値を減算器１９に出力する。
なお、図３Ａの平均部４７で加算平均を算出するかわりに、図３Ｃの比較部５４を用い、Ｈ−ＯＢの最小値を算出しＨ−ＯＢの最小値の比をとり、その水平周期の暗電流増倍量を算出しても良い。
【００４６】
同様に、図２Ａと、図３Ｂ、図３Ｃ、及び、図５Ｄを用いて、Ｖ−ＯＢの２番目に小さい信号の検出と、暗電流増倍量算出用のＯＢ代表値を検出する処理動作について説明する。
図２Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ、及び、図５Ｄにおいて、ＣＰＵ６は、比較部５３及び５４に、最小値信号の上限値と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。なお、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５４は、設定されている上限値とＶ−ＯＢ領域の映像信号の各画素の値とを比較し、値が小さい方の信号（Ｖ−ＯＢの映像信号）をＶ−ＯＢの最小値の信号としてラインメモリ部４４に記憶し、設定する。そして、値が大きい方の信号を、比較部５３に出力する（開始ステップ７１、最小値記憶ステップ７２）。
比較部５３は、大きい方の信号の値と、２番目に小さい信号として設定されている上限値とを比較し、小さい方の信号をＶ−ＯＢの２番目に小さい信号としてラインメモリ部４３に記憶し、設定する（２番目に小さい値記憶ステップ７３）。
同様に、比較部５３は、Ｎライン目のＶ−ＯＢＮの映像信号の画素の値と、ラインメモリ部４４の最小値とを各画素間で比較し、値が小さいほうの信号を各画素間最小値の信号としてラインメモリ部４４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４２に出力する（比較１信号出力ステップ７４）。
比較部５４が最後のＶ−ＯＢの比較処理を終了すると、比較部５３は、２番目に小さい信号を暗電流増倍量算出用のＯＢ代表値信号として除算器５１に出力し（ＯＢ代表値出力ステップ７５）、代表値検出処理を終了する（終了ステップ７６）。
【００４７】
上記図３Ｂの説明では、２番目に小さい信号を代表値として検出したが、水平（Ｈ）スミアが少なく黒キズが少ないＥＭ−ＣＣＤを用い、図３Ｃに示す様に、ラインメモリ部４４から最小値を検出し垂直（Ｖ）スミア含むＯＢ代表値とし、比較部５５と比較部５６からＶスミア含むＯＢ代表値の最大値と最小値と差をＶスミア量として検出し、比較部５４からＨ−ＯＢの最小値を検出し、暗電流増倍量を各水平周期信号から検出すれば、暗電流増倍量は、１／ｆ変動とＨスミアとを加算したものとなる。また、Ｈスミアと比例するＶスミアが少ない場合には、Ｈスミアの水平周期内の変動は無視できるので、減算器１９で暗電流とＨスミアを減算することにより、暗電流むら、Ｖスミア、Ｈスミア、及び１／ｆ変動を減算したこととなり、その結果、雑音が低減し、実効的な感度が向上する。
【００４８】
さらに、図３Ｄの実施例の実施例について説明する。図３Ｄは、図３Ｃの構成に、除算器５８と加算器５９と基準メモリ部６０とを追加したものである。そして、図１ＡのＦＥＰ４内部に存在するＯＢメモリ部４０５、及びＤ．ＡＧＣ部４０６から出力され（図１Ａでは図示及び説明をしていない）、ＤＡＣ（ Digital to Analog Converter ）部４０７を介してＣＤＳ４０１に出力し、ＣＤＳ４０１をオフセットさせるためのＯＢ暗電流を、ＯＢ暗電流粗補正として利用し、除算器５８と基準メモリ部６０とでＯＢ暗電流粗補正の暗電流増倍量を検出する。また検出した暗電流増倍量と、除算器５１で検出したＯＢ暗電流詳細補正の暗電流増倍量とを、加算器５９で加算して暗電流増倍量とする。このような動作そのものは複雑となるが、例えば、図１Ａや図１Ｂのような、本発明の撮像装置の全体構成のＦＥＰ４、４’、１０、及び１２、並びに、増倍検出を含む映像信号処理部５の映像信号階調（ｂｉｔ数）は最小限で済む。
つまり、Ｖ−ＯＢライン内のＨ−ＯＢには、有効画素の高輝度信号の垂直スミア成分も水平スミア成分もないので、Ｖ−ＯＢの暗電流の代表値として、Ｖ−ＯＢライン内のＨ−ＯＢを加算平均し、非増倍時の基準温度のＥＭ−ＣＣＤのＶ−ＯＢライン内のＨ−ＯＢを加算平均し、温度補正したものをＶ−ＯＢの暗電流の代表値で除算することで、暗電流の各画面Ｖ−ＯＢ時の増倍率が検出でき、各垂直周期の増倍率が推定できる。
または、Ｖ−ＯＢの最小値からＮ番目の値にも、有効画素の高輝度信号の垂直スミア成分も水平スミア成分もないので、Ｖ−ＯＢの暗電流の代表値として、Ｖ−ＯＢの最小値からＮ番目の値を算出し、非増倍時のＶ−ＯＢの最小値からＮ番目の値を算出し温度補正したものを除算しても、暗電流の各画面Ｖ−ＯＢ時の増倍率が検出でき、各垂直周期の増倍率が推定できる。
垂直周期の増倍率の揺らぎ成分とは、非増倍時の基準温度のＥＭ−ＣＣＤのＶ−ＯＢの暗電流の代表値を温度補正したものを、Ｖ−ＯＢの暗電流の代表値で除算し、除算することによって推定した暗電流の増倍率の、各Ｖ−ＯＢと前後のＶ−ＯＢの平均との相違である。増倍率の揺らぎ成分は、増倍率にほぼ比例する。それに対し、熱雑音は、利得に比例する。したがって、簡易には、増倍率の揺らぎ成分にほぼ比例する上記増倍率と、熱雑音に比例する上記利得を、比例増加させれば、ＡＧＣ量の増加による熱雑音も、固体撮像素子の電子増倍ゆらぎによる１／ｆ雑音も、同等に目立たなくなる。これにより、電子増倍度の低下による暗電流のすだれ状の固定雑音との低減と合わせて、より高い実効的な感度を獲得できる。さらに、より高い実効的な感度を獲得することができた結果、蓄積時間が少なくてすむため、動くものの監視が容易になる。
【００４９】
次に、図３Ｅに示す実施例について説明する。図３Ｅと図３Ｂとの相違は、加算器６３が追加されたことである。そこで、加算器６３以外の詳細動作の説明は省略する。図３Ｅは加算器６３が追加されたことにより、基準メモリ４８と除算器５１とに、ＣＣＤ撮像素子のＶ−ＯＢのＨ−ＯＢの２番目に小さい信号ではなく、ＣＣＤ撮像素子のＶ−ＯＢのＨ−ＯＢの２番目に小さい信号と２番目に小さい信号との加算和が基準となり、暗電流増倍量が算出される。この結果、暗電流が異常に少ない画素がないＣＣＤ撮像素子であれば、２番目に小さい信号への雑音の影響が半減し、より高精度な暗電流増倍量が算出できる。
また図３Ｅに図示しないが、比較部５３のＬ出力に比較部５５を追加し、加算器６３の入力を比較部５３のＳ出力と比較部５４のＳ出力ではなく、比較部５３のＳ出力と比較部５５のＳ出力とにする。この結果、ＣＣＤ撮像素子のＶ−ＯＢのＨ−ＯＢに暗電流が異常に少ない画素が１つある場合であっても、ＣＣＤ撮像素子のＶ−ＯＢのＨ−ＯＢの２番目に小さい信号とＶ−ＯＢのＨ−ＯＢの３番目に小さい信号への雑音の影響が半減し、より高精度な暗電流増倍量が算出できる。
【００５０】
以上、ＥＭ−ＣＣＤ等の撮像素子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撮像素子、例えば、ＩＴ（ Interline Transfer ）−ＣＣＤ撮像素子等を用いた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】
【００５１】
ＯＢを備えるＣＣＤ撮像素子と利得可変増幅（ＡＧＣ）部とラインメモリ部と画面メモリ部とを有する固体撮像装置の撮像方法において、暗電流量に強く相関する検出量として、Ｖ−ＯＢの垂直画素の最小値（スミア代表値）の水平方向最小値、またはＶ−ＯＢの最小値、またはＶ−ＯＢのＨ−ＯＢの最小値のいずれかを暗電流量の代表値として、暗電流量の代表値の画面間の循環平均を、暗電流量の平均値とし、（１）画面間の循環平均の暗電流量の平均値に正に相関して、有効画素信号の利得可変増幅量を制御するか、若しくは蓄積時間を制御する。または、（２）各画面の暗電流量に正に相関して、有効画素信号の暗電流成分の利得可変増幅量を制御し有効画素信号から減算する。または、（３）画面間の循環平均の暗電流量の平均値と各画面の暗電流量との比に負に相関して、有効画素信号の利得可変増幅量を制御して、垂直周期より長い周期の増倍揺らぎを補正する。
つまり、垂直周期で利得可変増幅量を低くすることにより、電子増倍率の増加による増倍ゆらぎを抑制する。これにより、映像信号のふらつきの雑音を減衰させる。垂直周期の増倍ゆらぎと暗電流ゆらぎとは抑制されている。
増倍ゆらぎと暗電流ゆらぎ以外の雑音が少ない状態で相関を比例とすれば、増倍ゆらぎと暗電流ゆらぎとは無視できる少なさに抑制されるので、有効画素信号の暗電流成分の減算量は一定でも良い。
具体的には、暗電流量に強く相関する検出量として、スミア代表値として検出している、Ｖ−ＯＢの垂直画素の最小値をの水平方向に最小値を暗電流量の代表値として算出する。またはＶ−ＯＢの最小値を検出し暗電流量の代表値としても良い。またはＶ−ＯＢのＨ−ＯＢの最小値を検出し暗電流量の代表値としても良い。
本発明の実施例１で説明したように、図３Ａから図３Ｄの実施例には、暗電流増倍量を検出する機能がある。そこで、画面内で循環平均するレジスタと加算器と係数器からなる平均部６８と、画面間で循環平均するレジスタと加算器と係数器からなる平均部６９を、実施例１の検出部に追加した図３Ａから図３Ｄの全体の構成にすれば良い。この場合、平均部６８と平均部６９以外の構成と動作は、実施例１と同一なので説明を省略する。
図３Ａから図３Ｄにおいて、検出部１８Ａ〜１８Ｄから出力される水平周期暗電流増倍量または画面内平均暗電流増倍量から、平均部６８の循環平均で、画面内平均暗電流増倍量または画面間平均暗電流増倍量として算出され、外部（図１ＡのＣＰＵ６若しくは図１ＢのＣＰＵ６’）に出力すると共に平均部６９に出力される。そして、平均部６９に入力された電流増倍量は、平均部６９の循環平均で、画面間平均暗電流増倍量として算出され、図１ＡのＣＰＵ６若しくは図１ＢのＣＰＵ６’に出力される。
図１Ａ若しくは図１Ｂにおいて、ＣＰＵ６若しくはＣＰＵ６’は、垂直転送駆動部（ｗ／ＴＧ）１３若しくは１３’を制御し、蓄積時間を制御する。また、ＣＰＵ６（若しくはＣＰＵ６’）はＦＥＰの４（若しくは、４，１０，１２）を制御し、利得可変増幅を制御する。また、ＣＰＵ６（若しくはＣＰＵ６’）は、増倍検出含む映像信号処理部５（若しくは映像信号処理部５’）を制御し、有効画素信号の暗電流成分の利得可変増幅を制御し、有効画素信号から減算し、出力する。
【実施例３】
【００５２】
また、ＯＢを備えるＣＣＤ撮像素子、並びに、ＣＣＤ撮像素子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利得可変増幅（ＡＧＣ）部と、及びデジタル映像信号Ｖｉに変換するＡＤＣと、からなるＦＥＰとを有する固体撮像装置の撮像方法において、ＦＥＰでのＨ−ＯＢクランプを中止して、ＦＰＧＡ等で構成された検出部（図３Ａ−図３Ｅ）で、Ｈ−ＯＢのＭ（Ｍは自然数）ケの上位Ｎ（ＮはＭ未満の自然数）ケ除いた値（Ｍ−Ｎ）ケの平均を（暗電流の増倍揺らぎ成分の）Ｈ−ＯＢ代表値として、当該ラインの有効画素から減算して、各Ｈ−ＯＢのＮケの白キズを除外してペデスタルレベルを安定させる。
また、前記Ｈ−ＯＢの代表値と、前記Ｈ−ＯＢの代表値の、垂直周期以上の平均との比、または前記Ｈ−ＯＢの代表値の垂直周期内の循環平均と前記Ｈ−ＯＢの代表値の垂直周期以上の平均との比に、負に相関して前記ＦＥＰの利得可変増幅を制御して、暗電流の水平周期から垂直周期の間の周期の増倍揺らぎをＡＧＣで補正する。この結果、上位Ｎケを除けば、白キズの影響はほとんどなくなる。ここで、（Ｍ−Ｎ）ケの平均とするので、（Ｍ−Ｎ）ケ以下の短い周期の暗電流の揺らぎ影響はほとんどなくなる。なお、ＳＤＴＶでは、Ｈ−ＯＢは一般に２０ケ程度、Ｍは一般に１７程度、Ｎは一般に４程度である。また、水平有効画素１９２０のＨＤＴＶでは、Ｈ−ＯＢは一般に５５ケ程度、Ｍは一般に３６ケ程度、Ｎは一般に１０程度である。また、白キズの多い撮像素子では、Ｎを増やし、白キズの少ない撮像素子ではＮを減らした方が良い。
つまり、各Ｈ−ＯＢのＮケの白キズを除外してペデスタルレベルを安定させ、水平周期の電子増倍ゆらぎを打ち消して、映像信号の横引き雑音を減衰させる。
例えば、水平スミアにより、Ｈ−ＯＢの最大値のＮ番目から（Ｎ＋４）番目までの平均と、最小値から〜最小値の４番目までの平均とが同一レベル上昇するのに対し、電荷増倍によりＨ−ＯＢの最大値のＮ番目から（Ｎ＋４）番目までの平均 AVmaxn-n+4 と、最小値から最小値の４番目までの平均 AVmin-+4 とが、暗電流と白キズとのレベルに比例して上昇するので、下記式４が電荷増倍率となる。
【００５３】
【数４】
0005520833.tif 000005
【００５４】
そして、ＯＢを備えるＣＣＤ撮像素子と、利得可変増幅（ＡＧＣ）部と、ラインメモリ部と、画面メモリ部とを有する固体撮像装置の撮像方法において、（１）暗電流量に強く相関する検出量のＶ−ＯＢの最小値の循環平均に正に相関して、有効画素信号の利得可変増幅を制御するか、若しくは蓄積時間を制御する。また、（２）暗電流量に強く相関する検出量のＶ−ＯＢの最小値の循環平均に正に相関して、有効画素信号の暗電流成分の利得可変増幅を制御し有効画素信号から減算する。
つまり、利得可変増幅を高くするか、若しくは蓄積時間を長くするか、どちらかの方法によって暗電流成分を多く減算し、これによって電子増倍率の増加による増倍ゆらぎを抑制する、この結果、映像信号の横引き雑音を減衰させることができる。
【００５５】
具体的には、本発明の一実施例の暗電流とスミアと増倍むらとの検出含むＯＢの代表値を検出する検出部の内部構成を示すブロック図の図３Ｄに、実施例１で説明した暗電流増倍量を検出する機能があるので、画面内で循環平均するレジスタと加算器と係数器からなる平均部６８と、画面間で循環平均するレジスタと加算器と係数器からなる平均部６９を、実施例１の検出部に追加した図３Ｄの全体の構成にすれば良い。
平均部６８と平均部６９以外の構成と動作は、実施例１と同一なので説明を省略する。
平均部６８と平均部６９を備えた図３Ｄにおいて、水平周期暗電流増倍量または画面内平均暗電流増倍量から、平均部６８の循環平均によって、画面内平均暗電流増倍量または画面間平均暗電流増倍量を算出し、平均部６９の循環平均によって、画面間平均暗電流増倍量を算出し、図１Ａ（若しくは、図１Ｂ）のＣＰＵ６に出力する。
図１Ａ（若しくは、図１Ｂ）において、ＣＰＵ６は垂直転送駆動部（ｗ／ＴＧ）１３を制御し蓄積時間を制御する。また、ＣＰＵ６は、ＦＥＰの４を制御し利得可変増幅を制御する。また、ＣＰＵ６は、増倍検出処理部を含む映像信号処理部５を制御し、有効画素信号の暗電流成分の利得可変増幅を制御し、有効画素信号から減算する。
そして、（１）水平周期暗電流増倍量または水平周期暗電流増倍量の画面内の循環平均量と、画面間平均暗電流増倍量との比に負に相関して、有効画素信号の利得可変増幅を制御する。つまり、水平周期で利得可変増幅を低くすることにより、電子増倍率の増加による増倍ゆらぎを抑制する。この結果、映像信号の横引き雑音を減衰させる。
このように、水平周期の増倍ゆらぎと暗電流ゆらぎとは抑制されており、増倍ゆらぎと暗電流ゆらぎ以外の雑音が少ない状態で相関を比例とすれば、増倍ゆらぎと暗電流ゆらぎとは無視できる少なさに抑制されるので、有効画素信号の暗電流成分の減算量は一定でも良い。
または、水平周期暗電流増倍量の画面間の循環平均量に正に相関して、有効画素信号の利得可変増幅を制御するか蓄積時間を制御する。つまり、利得可変増幅を高くするか蓄積時間を長くすることにより、電子増倍率の増加による増倍ゆらぎと暗電流ゆらぎを抑制する事により、映像信号の横引き雑音を減衰させる。増倍ゆらぎと暗電流ゆらぎは抑制されている。相関を比例とすれば、増倍ゆらぎと暗電流ゆらぎとは無視できるので、有効画素信号の暗電流成分の減算量は一定で良い。
また、（２）水平周期暗電流増倍量の画面間の循環平均量と、各画面内の水平周期暗電流増倍量の比に負に相関して、有効画素信号の利得可変増幅を制御する。つまり、各画面で利得可変増幅を低くすることにより、電子増倍率の増加による増倍ゆらぎと暗電流ゆらぎとを抑制する。この結果、映像信号の各画面のふらつき雑音を減衰させる。
このように、各画面の増倍ゆらぎと暗電流ゆらぎとは抑制されており、増倍ゆらぎと暗電流ゆらぎ以外の雑音が少ない状態で相関を比例とすれば、増倍ゆらぎと暗電流ゆらぎとは無視できる少なさに抑制されるので、有効画素信号の暗電流成分の減算量は一定でも良い。
【００５６】
さらに、図６はＨ−ＯＢクランプレベルへの飛び込みを示す模式図である。図６は、縦軸がＨ−ＯＢのクランプレベルを示し、横軸の単位はサンプリング周期である。飛び込みは、静電結合または電磁結合、電源またはＧＮＤの電位変動で発生する。図６の様な、Ｈ−ＯＢクランプレベルへの飛び込みを示す模式図の様に、Ｈ−ＯＢが２０ケでＭが１７ケのＨ−ＯＢで、ＡＤＣが１２ｂｉｔの４０９６階調で、暗電流平均（ｄ）を１８０（なお、暗電流の平均値１８０は、ＣＣＤによって異なる。）とした場合に、最大片側振幅６４０の減衰振動の飛び込みの波形変動があっても、単純平均は２１３である。この場合の誤差３３に対し、本発明の一実施例の最大値削除平均は１７５であるから誤差は５（ｄ−５）である。また、本発明の一実施例の最大値最小値削除平均は１８６であるから誤差は６（ｄ＋６）である。また、本発明の一実施例の最大値最小値２ケ削除平均は１８１であるから誤差は１（ｄ＋１）で、誤差が階調分解能まで低減することなる。従って、本発明の一実施例を適用すれば、誤差が著しく減少して事実上無視できるようになる。なお、図６において、破線部では、レベルが（ｄ−３２０）であるが、レンジ不足で、０（ｄ−１８０）となる。
その結果、サンプリング位相と減衰振動の飛び込み波形の位相が揺らいでもＨ−ＯＢクランプレベルが変動することがなくなり、水平周期単位の映像のペデスタルレベルの変動つまり低周波数雑音がなくなり、暗部の画質が改善する。さらに、クランプ位相は飛び込みが少ない位相に設定してあるが、位相が揺らいで、飛び込みが増加しても、上述の様に、誤差が低減される。
【００５７】
上記実施例１、２、３によれば、ＣＭＧ駆動波形を改善して水平スミアが無視できるようになったＥＭ−ＣＣＤ及び水平スミアの少ないＩＴ−ＣＣＤのＨＤＴＶの低周波数雑音低減で有効となる。
【００５８】
本発明は、上記課題を解決するため、ＣＣＤ（ Charge Coupled Device ）撮像素子と該ＣＣＤ撮像素子の受光面の有効画素から出力される画像信号を取得する第１の取得部と前記ＣＣＤ撮像素子の受光面の上部または下部または左または右の少なくとも一方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撮像装置において、利得可変増幅（ＡＧＣ）部と、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代表値を算出する手段と、前記第１の取得部で取得した有効画素から出力される暗電流成分を記憶する画面メモリと、前記記憶した有効画素信号の暗電流成分を利得可変増幅し有効画素信号から減算する手段と、前記第１の取得部で取得した有効画素から出力される有効画素信号を記憶するラインメモリと、を有し、前記代表値に相関して有効画素信号の利得可変増幅を制御することと、前記代表値に正に相関して前記記憶した有効画素信号の暗電流成分の利得可変増幅を制御し有効画素信号から減算することと、との少なくとも一方を行う事を特徴とする撮像方法である。
【００５９】
また、上記において、前記代表値信号の垂直周期以上の平均に正に相関して有効画素信号の垂直周期以上の利得可変増幅を制御することと、前記代表値の水平周期の値と前記代表値の垂直周期以上の平均との比または前記代表値信号の画面内の循環平均と前記代表値信号の垂直周期以上の平均との比に負に相関して有効画素信号の水平周期の利得可変増幅を制御することと、前記代表値信号の垂直周期に応じて有効画素信号の暗電流成分の垂直周期の利得可変増幅を制御し有効画素信号から減算することと、前記代表値信号の水平周期の値または前記代表値信号の画面内の循環平均と前記代表値信号の垂直周期以上の平均との比に正に相関して有効画素信号の暗電流成分の有効画素信号の水平周期の利得可変増幅を制御し有効画素信号から減算すること、との少なくとも一方を行う事を特徴とする撮像方法である。
【００６０】
また、上記において、前記撮像装置が電子増倍型ＣＣＤ撮像素子（ＥＭ−ＣＣＤ）と可変電圧電子増倍電極駆動部とを有し、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代表値の現在値と電子増倍しないように低い電子増倍電極電圧時に記憶しておいた前記第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代表値を撮像素子測定温度で補正した暗電流の想定値との比（各周期の電子増倍率の推定値）を非電子増倍時に記憶しておいた有効画素の基準の暗電流に、乗算し、有効画素信号から減算する事を特徴とする撮像方法である。
【００６１】
また、上記において、前記撮像装置が温度測定手段を有し、前記撮像素子が垂直方向の光学的黒画素（ Vertical-Optical Black ：Ｖ−ＯＢ）と水平方向の光学的黒画素（ Horizontal-Optical Black ：Ｈ−ＯＢ）を有し、Ｖ−ＯＢの暗電流の現在の代表値と非電子増倍時に記憶しておいたＶ−ＯＢの暗電流の代表値を撮像素子測定温度で補正した暗電流の想定値との比（垂直スミア量と水平スミア量に関わらない各垂直周期の電子増倍率の推定値）を非電子増倍時に記憶しておいた画面メモリの各有効画素の基準の暗電流に乗算し、有効画素信号から減算する事と、現在のＶ−ＯＢの垂直画素間の代表値の最小値と最大値との差を垂直スミアとして垂直スミアが所定値以下ならＨ−ＯＢの暗電流の現在の代表値と非電子増倍時に記憶しておいたＨ−ＯＢの暗電流の代表値を撮像素子測定温度で補正した暗電流の想定値との比（水平スミアが所定値以下の各水平周期の電子増倍率の推定値）を非電子増倍時に記憶しておいた画面メモリの有効画素の基準の暗電流に、乗算し、有効画素信号から減算する事と、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。
【００６２】
また、上記において、前記撮像装置が、前記第１の取得部で取得した有効画素から出力される有効画素信号を記憶する画面メモリと蓄積時間を制御する手段とを有し、前記代表値信号の画面間循環平均に正に相関して前記有効画素信号の利得可変増幅を制御するか、前記代表値信号の画面間循環平均に正に相関して蓄積時間を制御するかの少なくとも一方を行う事を特徴とする撮像方法である。
つまり、利得可変増幅を高くするか蓄積時間を長くするかにより、電子増倍率の増加による増倍ゆらぎを抑制する事により、映像信号のふらつき雑音を減衰させる事である。
【００６３】
また、上記において、前記撮像装置が電子増倍型ＣＣＤ撮像素子（例えば、ＥＭ−ＣＣＤ）と可変電圧電子増倍電極駆動部とを有し、電子増倍量に強く相関する前記記憶した代表値信号と電子増倍ゆらぎと熱雑音の合計の総量（熱雑音の総計）に強く相関する走査線信号間の相関部分の平均の比の自乗積分と走査線信号間の相関部分の平均の差の自乗積分との合計等の走査線信号間の相関部分の平均の誤差の自乗積分と電子増倍ゆらぎと熱雑音の総計に強く相関する走査線信号間の相関部分の差の自乗積分を比較し、電子増倍ゆらぎの総量と熱雑音の総計とが等しくなるように走査線信号間の相関部分の差の自乗積分が走査線信号間の相関部分の平均の誤差の２倍になるように垂直周期以上の平均の利得可変増幅を高くすることと、有効画素信号の垂直周期の利得可変増幅を低くすることと、有効画素信号の水平周期の利得可変増幅を低くすることと、垂直周期以上の平均の電子増倍電極振幅値を低く制御すること、との少なくとも一方を行う事を特徴とする撮像方法である。
【００６４】
また、上記において、前記撮像装置が温度測定手段を有し、前記撮像素子が垂直方向の光学的黒画素（Ｖ−ＯＢ）と水平方向の光学的黒画素（Ｈ−ＯＢ）を有し、所定以下のレベルの映像信号を走査線内（水平周期内で、１次元）で平均する事と、所定以下のレベルの映像信号を画面内（水平周期間で、２次元）で平均する事と、所定以下のレベルの映像信号を画面間（垂直周期間で、３次元）で平均する事と、映像信号の画面（垂直周期）間の相関と動きベクトルとをを検出し、所定以上の相関で所定以下の動きベクトルの映像信号は相関の高い部分同士を画面間で平均する事と、の少なくとも一方を行う固体撮像装置の撮像方法において、Ｖ−ＯＢの暗電流の現在の代表値と非電子増倍時に記憶しておいたＶ−ＯＢの暗電流の代表値を撮像素子測定温度で補正した暗電流の想定値との比を有効画素の平均の基準の暗電流に乗算し、有効画素信号から減算する事を特徴とする撮像方法である。
【００６５】
また、上記において、前記撮像装置が温度測定手段を有し、前記撮像素子がＶ−ＯＢとＨ−ＯＢを有し、Ｖ−ＯＢの暗電流の現在の代表値と非電子増倍時に記憶しておいたＶ−ＯＢの暗電流の代表値を撮像素子測定温度で補正した暗電流の想定値との比（各垂直周期の電子増倍率）、または、前記非増倍時のＶ−ＯＢの暗電流の代表値を算出し温度補正したものを除算し推定した暗電流の増倍率の各Ｖ−ＯＢと前後のＶ−ＯＢの平均との比（垂直周期の電子増倍率の揺らぎ成分）、または、画面メモリの有効画素の基準の暗電流に、前記非増倍時のＶ−ＯＢの暗電流の代表値を算出し温度補正したものを除算し推定した暗電流の増倍率を乗算し有効画素信号から減算し、１Ｈラインと前画面の同一ラインと上下のラインと相関検出し、１Ｈラインと最も相関の高いライン間の信号比（信号電流の電子増倍揺らぎ）の二乗積分と１Ｈラインと最も相関の高いライン間の信号差分（暗電流の電子増倍揺らぎと熱雑音の総計）の二乗積分との比（過剰電子増倍分）、または１Ｈラインと最も相関の高いライン間の信号差分（暗電流の電子増倍揺らぎと熱雑音の総計）の低周波数成分レベルと高周波数成分レベルとの比（電子増倍ゆらぎ雑音増加分）、または現在の利得可変増幅の値と前記電子増倍の想定値との比との少なくとも一方で電子増倍電極振幅と利得可変増幅の画面内平均値とを制御し、映像信号の所定レベルを一定にする事を特徴とする撮像方法である。
【００６６】
また、上記において、前記撮像装置が温度測定手段と雑音除去部と１４ｂｉｔ以上の ＡＤＣ（とのＦＥＰ）とを有し、少なくとも電子増倍持に、現在の走査線の映像信号の非循環平均成分を、１画面前の走査線の映像信号の非循環平均成分と１画面前の１Ｈ前走査線の映像信号の非循環平均成分と１画面前の１Ｈ後の走査線の映像信号の非循環平均成分との相関を比較する手段を有し、相関の高い位置同士の非循環平均成分の比（増倍むら）の二乗の累積を算出する手段と、相関の高い位置同士の非循環平均成分の差（暗電流の増倍むらと熱雑音の総計）の二乗の累積とを算出する手段と、比の二乗の累積と差の二乗の累積との比を算出する手段または、相関の高い位置同士の非循環平均成分の差の二乗の低周波数成分レベルと高周波数成分との比を算出する手段または現在の利得可変増幅の値と前記電子増倍の想定値との比を算出する手段のすくなくとも一方を有し、前記比が所定値以上になるように利得可変増幅の画面内平均値と電子増倍電極振幅値とを制御する手段と、映像信号の平均値またはスポット除くピーク値またはピーク値等の所定レベルを一定に制御する手段とを有する事を特徴とする撮像装置である。
つまり、１４ｂｉｔ以上のＦＥＰの使用で電子増倍ゆらぎ以外の１／ｆ雑音を減衰させておき、電子増倍ゆらぎの総量に強く相関する検出量と電子増倍ゆらぎと熱雑音の合計の総量（熱雑音の総計）に強く相関する検出量とを比較し、電子増倍ゆらぎの１／ｆ雑音の総量と熱雑音の総計とが等しくなるように利得可変増幅の画面内平均値を高く、電子増倍電極振幅値を低く制御し、映像信号の所定レベルを一定にする事である。
【００６７】
また、上記において、前記ＣＣＤ撮像素子がＨ−ＯＢを有し、前記撮像装置がＣＣＤ撮像素子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部とデジタル映像信号Ｖｉに変換するＡＤＣからなるＦＥＰとデジタル映像信号処理回路とを有し、ＦＥＰでのＨ−ＯＢクランプを中止して、前記デジタル映像信号処理回路でＨ−ＯＢのＭ（Ｍは自然数）ケの上位Ｎ（ＮはＭ未満の自然数）ケを白キズや飛び込み雑音として除いたＭ−Ｎケの平均を、暗電流の増倍揺らぎ成分のＨ−ＯＢの代表値として、当該ラインの有効画素から前記Ｈ−ＯＢの代表値を減算することと、前記Ｈ−ＯＢの代表値と前記Ｈ−ＯＢの代表値の垂直周期以上の平均との比または前記Ｈ−ＯＢの代表値の垂直周期内の循環平均と前記Ｈ−ＯＢの代表値の垂直周期以上の平均との比に負に相関して前記ＦＥＰの利得可変増幅を制御することを特徴とする撮像方法である。
つまり、各ＨＯＢのＮケの白キズを除外してペデスタルレベルを安定させ、水平周期の電子増倍ゆらぎを打ち消して、映像信号の横引き雑音を減衰させる事である。
【符号の説明】
【００６８】
１：撮像装置、  ２：光学系、  ２’：色分解光学系、  ３，３’，７，９：ＣＣＤ撮像素子、  ４，４’，１０，１２：ＦＥＰ、  ５，５’：増倍検出処理部を含む映像信号処理部、  ６：ＣＰＵ、  ８：温度センサ、  １３：垂直転送駆動部（ｗ／ＴＧ）、  １４，１５，１５’，１６：ＣＭＧ駆動部、  １７：冷却部、  １８，１８’，１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ，１８Ｄ，１８Ｅ，３７，３９：検出部、  １９，１９’，３８，４０，４６，４６’，５７：減算器、  ４５，５９，６３：加算器、５１，５８：除算器、５２：乗算器、  ４７，６８，６９：平均部、  ４３，４４：ラインメモリ部、４８，６０：基準メモリ部、  ４９：画像メモリ部、
４１，４２，５３，５４，５５，５６：比較部、  ２２：差分部、  ２３：ＬＰＦ、  ２４，２５：二乗部、  ２６，２７：累積部、  ２８：係数付比較部、  ２９：除算部、  ３０，５０：デジタルＡＧＣ（Ｄ．ＡＧＣ）部、  ３１：映像信号処理部、  ３２：映像メモリ部、  ３３：相関検出部、  ３４：出力回路、
４０１：ＣＤＳ、４０２：ＡＧＣ部、４０３：ＡＤＣ、４０４：ＴＧ。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６】
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