(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体の撮像光を画像信号に変換する光電変換手段と、
前記光電変換手段の入射光量を制御する光量制御手段と、
前記光量制御手段の入射光量の制御値を記憶する第１の記憶手段と、
前記光量制御手段の制御値を前記第１の記憶手段に記憶した後、前記光電変換手段で発生するノイズを記憶する第２の記憶手段と、
前記光電変換手段により変換された画像信号と第２の記憶手段に記憶されたノイズとを演算し、ノイズを除去した画像信号を記憶する第３の記憶手段と、
前記光量制御手段により前記光電変換手段への入射光を遮光した状態で、前記光電変換手段で発生するノイズを前記第２の記憶手段に記憶している期間中に前記第３の記憶手段に記憶された画像信号を出力するように制御する制御手段と、を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
請求項１において、前記制御手段は、所定時間ごとにノイズの記憶を行うことを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
請求項１において、前記制御手段は、温度に応じてノイズの記憶を行うことを特徴とする撮像装置。
【請求項４】
請求項１において、前記光量制御手段は、絞りであり、前記第１の記憶手段は絞り値を記憶することを特徴とする撮像装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項において、前記画像信号の撮像を行う第１のモードと、前記ノイズを記憶する第２のモードとを切り換える切換手段と、を更に有することを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ＣＣＤ等の撮像素子を使用したビデオカメラ等の撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＣＣＤ等の撮像素子を使用した撮像装置においては、撮像する際に入射光量に応じた画像信号だけではなく、撮像素子内部よりノイズ（暗電流）が発生していた。このノイズは露光時間や温度などによりそのレベルが変わり、撮像した画像を劣化させる大きな要因となっている。このため、撮像素子自身でこの暗電流を低減するような工夫がなされている。また、シャッター機構を持ったスチルカメラにおいては、シャッターが閉じている時に上記の暗電流を記憶し、そのノイズ分を撮像した画像信号より減算することで該ノイズ分を除去し、Ｓ／Ｎを向上させている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の動画を撮像するためのカメラにおいては、光を遮光するためのシャッター機構を有していないので、撮像素子内部より発生するノイズ分を検出することができず、Ｓ／Ｎを向上させることができないという問題点があった。
【０００４】
また、動画を撮像しているために、一瞬足りとも撮像を休止することができず、ノイズ分だけを取り出すことができないという問題点があった。
【０００５】
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたもので、動画用のものでもダークノイズの補正ができ、Ｓ／Ｎの良い撮像装置を提供することを目的としている。
【０００６】
また、動画を撮像している場合でもビデオ信号が欠落することのない撮像装置を得ることを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明では、撮像装置において、被写体の撮像光を画像信号に変換する光電変換手段と、前記光電変換手段の入射光量を制御する光量制御手段と、前記光量制御手段の入射光量の制御値を記憶する第１の記憶手段と、前記光量制御手段の制御値を前記第１の記憶手段に記憶した後、前記光電変換手段で発生するノイズを記憶する第２の記憶手段と、前記光電変換手段により変換された画像信号と第２の記憶手段に記憶されたノイズとを演算し、ノイズを除去した画像信号を記憶する第３の記憶手段と、前記光量制御手段により前記光電変換手段への入射光を遮光した状態で、前記光電変換手段で発生するノイズを前記第２の記憶手段に記憶している期間中に前記第３の記憶手段に記憶された画像信号を出力するように制御する制御手段と、を有することを特徴とするものである。
【０００８】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、前記制御手段は、所定時間ごとにノイズの記憶を行うことを特徴とするものである。
【０００９】
請求項３に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、前記制御手段は、温度に応じてノイズの記憶を行うことを特徴とするものである。
【００１０】
請求項４に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、前記光量制御手段は、絞りであることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項６に記載の発明では、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置において、前記画像信号の撮像を行う第１のモードと、前記ノイズを記憶する第２のモードとを切り換える切換手段と、を更に有することを特徴とするものである。
【００２３】
【実施例】
図１は本発明の一実施例による撮像装置の構成を示すブロック図である。図１において、１は撮像用のレンズ、２はレンズ１を通過した撮像光の入射光量を調整する光量制御手段である絞り兼用シャッタ、４は装置全体を制御する制御手段であるシステムコントローラ（Ｓｙｓｔｅｍ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）  で、絞り兼用シャッタ２を制御する絞り制御部を兼ねており、内部にＲＡＭを有している。
【００２４】
５は操作パネル（Ｋｅｙ  Ｐａｎｅｌ）  、１０は被写体からの上記撮像光を光電変換する光電変換手段である撮像センサ（Ｓｅｎｓｏｒ：撮像素子），１１は同期信号を出力する同期信号発生器（ＳＳＧ）、１２はセンサ１０を駆動するためのタイミングパルスを出力するタイミングジェネレータ（ＴＧ）、１３はセンサ１０から出力された画像信号をサンプルホールドして自動利得制御を行うＳＨ，ＡＧＣ回路、１４はＳＨ，ＡＧＣ回路のアナログ出力信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器、１５はＡ／Ｄ変換器１４の出力を切り換えるための切換手段であるスイッチで、システムコントローラ４により制御される。
【００２５】
１６はセンサ１０からのノイズを記憶する第１の記憶手段としての第１のメモリで、ここではセンサ１０のノイズ成分を記憶するノイズ用メモリとして用いられる。１７はこのメモリ１６を制御するための第１のメモリコントローラ、１８はセンサ１０からの画像信号からメモリ１６へ記憶されたノイズ成分を減算して除去する演算手段としての演算器、１９は画像信号の色処理などを行う信号処理部、２０は画像信号を記憶する第２の記憶手段としての第２のメモリで、ここでは上記信号処理されたビデオ信号を記憶するビデオメモリとして用いられる。
【００２６】
２１は上記第２のメモリ２０を制御するための第２のメモリコントローラ、２２は信号処理されたビデオ信号をアナログ信号に戻すＤ／Ａ変換器、２３はアナログ変換されたビデオ信号を所定のビデオ信号２４として出力するエンコーダ（Ｅｎｃｏｄｅｒ）  である。
【００２７】
次に動作について説明する。センサ１０はＣＣＤ等の固体撮像素子であり、補色（Ｃｙ，Ｍｇ，Ｙｅ，Ｇｒ）モザイクのカラーフィルタをチップ上に貼り付けた単板カラーセンサとなっている。そして、同期信号発生器１１から出力された同期信号に従って、タイミングジェネレータ１２により該センサ１０の駆動パルスが発生され、センサ１０が駆動される。このセンサ１０より出力された映像信号は、ＳＨ，ＡＧＣ回路１３によりスイッチングノイズを除去し信号成分を取り出すためのサンプルホールドとＡＧＣ（自動利得制御）が行われ、１０ビットのＡ／Ｄ変換器１４によりディジタルデータに変換される。
【００２８】
上記Ａ／Ｄ変換器１４によりディジタルデータに変換された映像信号は、デマルチプレクサからなるスイッチ１５によりメモリ１６または加算器１８のどちらかに振り分けられる。スイッチ１５では、絞り２を全閉状態にしてセンサ１０のノイズ成分を信号として取り出したときには、映像信号をメモリ１６に記憶し、通常状態で撮影された場合には、映像信号を演算器１８に入力し、メモリ１６に記憶されたノイズデータとの差分が取られる。
【００２９】
上記ノイズ成分が補正された映像信号は、信号処理部１９にて色変換が行われ、輝度２色差（ＹＵＶ）データに変換される。そして、この信号処理部１９でオートホワイトバランス用のデータを抽出し、システムコントローラ４により演算を行って各色のゲイン設定を行い、ホワイトバランスを設定する。同様に、オートフォーカス用のデータ、オートアイリス用のデータを抽出し、システムコントローラ４により演算を行い、レンズ１及び絞り２の調節を行う。
【００３０】
また、輝度２色差（ＹＵＶ）データに変換された映像信号は、Ｄ／Ａ変換器２２でアナログ信号に変換され、エンコーダ２３にて色差信号がクロマ信号に変調され、ビデオ信号として出力される。ここで、信号処理部１９で輝度２色差（ＹＵＶ）信号にされた後、この輝度２色差（ＹＵＶ）信号を必要であれば、メモリ２０に記憶し、この記憶したビデオデータを読み出してＤ／Ａ変換器２２に送り、ビデオ信号として出力することも可能である。
【００３１】
次に、上述の実施例の動作について、図２のフローチャートにより詳細に説明する。
【００３２】
まず、ダークノイズ抽出モードに入るか否かを判定する（Ｓ１０１）。ダークノイズを抽出しない場合には何もしないが、操作パネル５からのマニュアルによる指示等によりダークノイズ抽出モードに入った場合には、以下のようなシーケンスを実行する。
【００３３】
すなわち、ダークノイズ抽出モードに入る場合、まず、現状の絞り値をシステムコントローラ４の内部にあるＲＡＭに記憶し（Ｓ１０２）、ビデオ信号用のメモリ２０をリードモードにセットし（Ｓ１０３）、ダークノイズ抽出モードに入る直前の記憶画面を読み出し、そのビデオ信号を出力する。次に、絞り兼用シャッタ２を全閉にして（Ｓ１０４）、スイッチ（ＳＷ）１５をメモリ１６側に切り換え、ダークノイズを取り込む用意をする。そして、センサ１０に入る光が完全に遮光されたならば、１フレーム期間のセンサ１０のダークノイズをノイズ用のメモリ１６に取り込む（Ｓ１０６）。
【００３４】
上記１フレーム期間のセンサ１０のダークノイズの取り込みが終了した後、スイッチ１５を演算器１８側に切り換え（Ｓ１０７）、全閉状態にした絞り兼用シャッタ２を記憶した値に開き（Ｓ１０８）、ノイズ用のメモリ１６より今記憶したダークノイズをセンサ１０に同期して読み出し（Ｓ１０９）、演算器１８にてセンサ１０からの信号よりメモリ１６に記憶したダークノイズデータを引き算して、ダークノイズのない純粋な撮像信号のみを取り出す（Ｓ１１０）。
【００３５】
最後に、ビデオ用のメモリ２０をライトモードにセットし（Ｓ１１１）、ダークノイズ抽出モードに入る直前の画像をメモリ２０よりビデオ信号として出力していたのを、センサ１０で撮像した画像をビデオ信号として出力する。これにより、ダークノイズ抽出モードを終了し、通常のモードに戻る。
【００３６】
なお、ダークノイズ抽出モードに入るか否かは、マニュアルによる指示の他、時間，温度などにより自動的に入るようにすることも可能である。
【００３７】
またここでは、補色モザイクフィルタを貼り付けた単板センサを例にして説明を行ってきたが、純色フィルタや、補色，純色のストライプフィルタのセンサであっても、また各色別々のセンサで構成した三板式のカメラにおいても、同様に構成できることは自明である。
【００３８】
図３は本発明の他の実施例の構成を示すブロック図であり、図１と同一符号は同一構成部分を示している。同図において、２５はセンサ１０で撮像したデータを色変換等の処理を行わずに、そのままの形で記憶するフィルタイメージメモリ（第２のメモリ）、２６はこのフィルタイメージメモリ２５を制御するための第３のメモリコントローラである。
【００３９】
本実施例では、センサ１０で撮影した画像信号をフィルタイメージのままで記憶するメモリ２５を持ち、絞り兼用シャッタ２を全閉状態にしてダークノイズをノイズ用のメモリ１６に取り込み際には、フィルタイメージメモリ２５に記憶した画像を読み出し、この信号を信号処理部１９で色変換を行いながら、Ｄ／Ａ変換器２２，エンコーダ２３を介してビデオ信号として出力する。
【００４０】
なお、上述のビデオ信号出力を欠落させずに表示を続けるために設けたメモリ２０，２５は、図１及び図３に示す配置位置に限定されるものではなく、他の場所に配置することも可能である。
【００４１】
このように、絞り機構を全閉状態に制御可能として、またダークノイズ記憶用のメモリ１６及びダークノイズ減算用の演算器１８を備えることにより、センサ１０のダークノイズをメモリ１６に記憶し、これを読み出してセンサ１０からの信号と演算させることにより、動画用のカメラ等においても撮像中にセンサ１０のダークノイズ補正が可能となり、ノイズが少なくＳ／Ｎの良い画像信号を得ることが可能となる。
【００４２】
さらに、絞り兼用シャッタ２を全閉状態にしてダークノイズをノイズ用のメモリ１６に取り込む際にも、ビデオ信号出力を欠落させずに表示を続けるためのメモリ２０，２５が設けられているので、絞り兼用シャッタ２を全閉状態にする直前の撮像信号を記憶させ、またそのメモリ２０，２５からの信号を読み出すことで画像の表示を続けることが可能となり、使用しているユーザに違和感を与えることなくダークノイズの補正を行うことができる。
【００４３】
なお、上述の同期信号発生器（ＳＳＧ）１１に関しては規定の同期クロックを発生するものとしてその動作を説明したが、次のように構成してもよい。
【００４４】
すなわち、同期信号発生器１１をプログラマブルに構成し、システムコントローラ４より同期信号発生器１１の内部レジスタの値を変更することにより、例えば、水平／垂直同期信号幅，水平／垂直駆動周期，水平／垂直ブランキング幅，水平／垂直同期信号のフロントポーチ／バックポーチ幅等を可変することができる。
【００４５】
また同時に、上記と同様にしてシステムコントローラ４よりタイミングジェネレータ（ＴＧ）１２の内部レジスタの値を変更することにより、センサ１０の駆動タイミングを変更することが可能となる。
【００４６】
これにより、システムコントローラ４の制御によってセンサ１０の駆動タイミングを変更し、本システム全体の動作タイミングを変更することも可能である。また、これは例えば蓄積時間が１／６０秒より長いスローシャッター時におけるノイズ成分の低減に対応することができるものである。
【００４７】
なお、センサ１０が複数の動作モードを有するセンサである場合には、上記したように、システムコントローラ４より同期信号発生器１１，タイミングジェネレータ１２の内部レジスタの値を変更することにより、センサ１０の動作モードを変更することができる。更に、上記と同様にして、メモリコントローラ１７，メモリコントローラ２１またはメモリコントローラ２６等の内部レジスタの値を変更することにより、システム全体の動作モードを変更し、かつノイズ成分の相殺を複数の動作モードにおいても実現することが可能である。
【００４８】
【発明の効果】
以上のように、請求項１に記載の発明では、撮像装置において、被写体の撮像光を画像信号に変換する光電変換手段と、前記光電変換手段の入射光量を制御する光量制御手段と、前記光量制御手段の入射光量の制御値を記憶する第１の記憶手段と、前記光量制御手段の制御値を前記第１の記憶手段に記憶した後、前記光電変換手段で発生するノイズを記憶する第２の記憶手段と、前記光電変換手段により変換された画像信号と第２の記憶手段に記憶されたノイズとを演算し、ノイズを除去した画像信号を記憶する第３の記憶手段と、前記光量制御手段により前記光電変換手段への入射光を遮光した状態で、前記光電変換手段で発生するノイズを前記第２の記憶手段に記憶している期間中に前記第３の記憶手段に記憶された画像信号を出力するように制御する制御手段と、を有する構成とした。このように構成することにより、画像が途切れることなく、撮像中に光電変換手段で発生するノイズを記憶することができるようになった。また、光量制御手段の入射光量の制御値を記憶することにより、撮像中に、記憶していた入射光量の制御値に戻すことができる。
【００４９】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、前記制御手段は、所定時間ごとにノイズの記憶を行う構成とした。そして、常に高画質な画像を得ることができるようになった。
【００５０】
請求項３に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、前記制御手段は、温度に応じてノイズの記憶を行う構成とした。そして、温度にかかわらず高画質な画像を得ることができるようになった。
【００５１】
請求項４に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、前記光量制御手段は、絞りであるような構成とした。そして、絞りを全閉状態にしたときに光電変換手段で発生するダークノイズを記憶することができるようになった。
【００５４】
請求項６に記載の発明では、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置において、前記画像信号の撮像を行う第１のモードと、前記ノイズを記憶する第２のモードとを切り換える切換手段と、を更に有する構成とした。この構成により、画像が途切れることなく、撮像中に光電変換手段で発生するノイズを必要に応じて記憶することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の構成を示すブロック図である。
【図２】一実施例の動作を示すフローチャートである。
【図３】本発明の他の実施例の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１  レンズ
２  絞り兼用シャッタ
４  システムコントローラ（絞り制御部）
１０  撮像センサ（撮像素子）
１４  Ａ／Ｄ変換器
１５  スイッチ
１６  第１のメモリ
１８  演算器
１９  信号処理部
２０  第２のメモリ
２２  Ｄ／Ａ変換器
２５  フィルタイメージメモリ（第２のメモリ）
【図１】
0003610115.tif 000002
【図２】
0003610115.tif 000003
【図３】
0003610115.tif 000004