(57)【要約】【課題】  比較的簡単な構成によってシェーディング補正を行うとともに、補正処理にかかる時間を短縮して、撮影時間を抑える。【解決手段】  デジタルカメラ１０は、被写体光を光電変換するＣＣＤイメージセンサ３７と、補正データを作成する補正データ作成回路４２と、演算処理回路４３とを含む。ＣＣＤイメージセンサ３７は、複数の画素が水平転送路に沿って配列されてなる複数の水平ラインのうち幾つかを遮光した遮光部を備えている。補正データ作成回路４２は、ＣＣＤイメージセンサ３７からの撮像信号の読み出し時に、遮光部を水平ラインを分断するように複数に分割した各領域からノイズ信号を取り込んで平均値を算出し、これを線形補間することによって水平ラインに平行な方向の各画素位置に対応した補正データを作成する。演算処理回路４３は、撮像信号から補正データを水平ラインごとに減算する。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素が水平転送路に沿って配列されてなる複数の水平ラインのうち幾つかを遮光した遮光部を有する固体撮像素子と、
前記固体撮像装置からの撮像信号の読み出し時に、前記遮光部を水平ラインを分断するように複数に分割した各領域からノイズ信号を取り込んで平均値を算出し、これを線形補間することによって水平ラインに平行な方向の各画素位置に対応した補正データを作成する補正データ作成手段と、
前記撮像信号から前記補正データを水平ラインごとに減算する演算処理手段とを備えたことを特徴とする撮影装置。
【請求項２】
複数の画素が垂直転送路に沿って配列されてなる複数の垂直ラインのうち幾つかを遮光した遮光部を有する固体撮像素子と、
前記固体撮像装置からの撮像信号の読み出し時に、前記遮光部を垂直ラインを分断するように複数に分割した各領域からノイズ信号を取り込んで平均値を算出し、これを線形補間することによって垂直ラインに平行な方向の各画素位置に対応した補正データを作成する補正データ作成手段と、
前記撮像信号から前記補正データを垂直ラインごとに減算する演算処理手段とを備えたことを特徴とする撮影装置。
【請求項３】
前記遮光部は、被写体光が入射する複数の水平ラインからなる感光部を挟むように分割されており、
前記補正データ作成手段は、水平ラインに平行な方向に加えて水平ラインに垂直な方向に線形補間を行うことによって前記感光部の各画素位置に対応した補正データを作成し、
前記演算処理手段は、前記撮像信号から前記補正データを画素ごとに減算することを特徴とする請求項１記載の撮影装置。
【請求項４】
前記固体撮像素子からの撮像信号の読み出し時に、３フィールド以上の多フィールド読み出しを行う場合において、
第１フィールドでは分割された一方の前記遮光部からノイズ信号の取り込みを行い、第２フィールドでは分割された他方の前記遮光部からノイズ信号の取り込みを行い、第３フィールド以降ではいずれの前記遮光部からもノイズ信号の取り込みを行わないことを特徴とする請求項３記載の撮影装置。
【請求項５】
前記固体撮像素子の信号電荷蓄積時間、または感度の設定値に応じて前記補正データ作成手段および前記演算処理手段を動作させるか否かを判定する制御手段を備えていることを特徴とする請求項１ないし４いずれか記載の撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被写体光を光電変換して撮像信号を得る固体撮像素子を備えた撮影装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
撮影レンズによって結像された被写体光を固体撮像素子（イメージセンサ）で光電変換し、固体撮像素子から出力された撮像信号から画像データを生成することで撮影を行い、得られた画像データをメモリに記録するデジタルカメラが普及している。この固体撮像素子としては、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）型やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）型など構造の半導体素子が用いられている。
【０００３】
このような固体撮像素子を有する撮影装置で撮影を行った場合には、暗電流を起因とするダークノイズや、電源電圧や素子特性のバラツキによる回路ノイズにより、固体撮像素子の水平方向や垂直方向に沿って、画像データにシェーディングと呼ばれる固定パターンノイズが生じ、画質が劣化するといった問題がある。暗電流は、半導体の熱励起による電子−正孔対の発生に起因するものであり、露光時間（信号電荷蓄積時間）が長くなるほど影響が大きくなる。従って、暗所での撮影時や長時間の露光時には、画像データへのダークノイズの影響を無視できないため、このシェーディングを補正するための種々の方法が開示されている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００４】
特許文献１，２には、撮影ごとに所定の画素（受光素子）を遮光してノイズデータを作成し、このノイズデータに基づいて補正を行う方法が開示されている。特許文献３には、固体撮像素子の画素ごとのノイズデータを予め不揮発性メモリに記憶しておき、このノイズデータに基づいて補正を行う方法が開示されている。
【特許文献１】特開昭６１−２６０７７１号公報
【特許文献２】特開平８−５１５７１号公報
【特許文献３】特開平９−１８７９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１，２の方法の場合には、ノイズデータの取得と画像データの取得を撮影ごとに行うこととなるため、撮影時間はおよそ２倍となり、撮影時間が長くなることが問題である。また、ダークノイズは環境や撮影条件によって異なり、回路ノイズも少なからず同様な影響を受けるため、上記特許文献３の方法の場合には様々な撮影画像に対応できないうえ、ノイズデータ記憶用の大容量の不揮発性メモリを必要としコスト的にも問題である。
【０００６】
本発明は、上記の事情を考慮してなされたものであり、比較的簡単な構成によってシェーディング補正を行うとともに、補正処理にかかる時間を短縮して、撮影時間を抑えることができる撮影装置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】
【０００７】
請求項１記載の発明に係わる撮影装置は、複数の画素が水平転送路に沿って配列されてなる複数の水平ラインのうち幾つかを遮光した遮光部を有する固体撮像素子と、前記固体撮像装置からの撮像信号の読み出し時に、前記遮光部を水平ラインを分断するように複数に分割した各領域からノイズ信号を取り込んで平均値を算出し、これを線形補間することによって水平ラインに平行な方向の各画素位置に対応した補正データを作成する補正データ作成手段と、前記撮像信号から前記補正データを水平ラインごとに減算する演算処理手段とを備えたことを特徴とするものである。
【０００８】
請求項２記載の発明に係わる撮影装置は、複数の画素が垂直転送路に沿って配列されてなる複数の垂直ラインのうち幾つかを遮光した遮光部を有する固体撮像素子と、前記固体撮像装置からの撮像信号の読み出し時に、前記遮光部を垂直ラインを分断するように複数に分割した各領域からノイズ信号を取り込んで平均値を算出し、これを線形補間することによって垂直ラインに平行な方向の各画素位置に対応した補正データを作成する補正データ作成手段と、前記撮像信号から前記補正データを垂直ラインごとに減算する演算処理手段とを備えたことを特徴とするものである。
【０００９】
請求項１記載の発明に係わる撮影装置において、前記遮光部は、被写体光が入射する複数の水平ラインからなる感光部を挟むように分割されており、前記補正データ作成手段は、水平ラインに平行な方向に加えて水平ラインに垂直な方向に線形補間を行うことによって前記感光部の各画素位置に対応した補正データを作成し、前記演算処理手段は、前記撮像信号から前記補正データを画素ごとに減算するようにすることが好ましい。
【００１０】
なお、請求項３記載の発明に係わる撮影装置は、前記固体撮像素子からの撮像信号の読み出し時に、３フィールド以上の多フィールド読み出しを行う場合において、第１フィールドでは分割された一方の前記遮光部からノイズ信号の取り込みを行い、第２フィールドでは分割された他方の前記遮光部からノイズ信号の取り込みを行い、第３フィールド以降ではいずれの前記遮光部からもノイズ信号の取り込みを行わないことが好ましい。
【００１１】
また、上記撮影装置は、前記固体撮像素子の信号電荷蓄積時間、または感度の設定値に応じて前記補正データ作成手段および前記演算処理手段を動作させるか否かを判定する制御手段を備えていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の撮影装置は、ノイズデータの取り込み量が少なくて済むため、大容量の不揮発性メモリを必要とせず、比較的簡単な構成によってシェーディング補正を行うことができ、かつ、補正処理にかかる時間を短縮して、撮影時間を抑えることができる。請求項１記載の発明に係わる撮影装置は、水平方向にシェーディング補正を行うことができる。また、請求項２記載の発明に係わる撮影装置は、垂直方向にシェーディング補正を行うことができる。さらに、請求項３記載の発明に係わる撮影装置は、水平方向および垂直方向にシェーディング補正を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１に示すデジタルカメラ１０は、本体１１前面に撮影レンズが組み込まれたレンズ鏡筒１２が設けられており、本体１１上面には電源スイッチ１３及びシャッタボタン１４が設けられている。シャッタボタン１４は、２段階押圧式のスイッチとなっており、シャッタボタン１４が軽く押圧されて１段目のスイッチがオンすると（半押し）、撮影レンズの焦点調整や露出調整などの各種撮影準備処理が行われる。次いで、シャッタボタン１４がさらに深く押し込まれて２段目のスイッチがオンすると（全押し）、ＣＣＤイメージセンサから得られる撮像信号に基づいて得られる画像データをメモリカードに記録する撮影処理が行われる。
【００１４】
本体１１背面には、ファインダ接眼窓１５、モード切り替えスイッチ１６、汎用キー１７、ＬＣＤパネル１８などが設けられている。モード切り替えスイッチ１６は、撮像処理を行う撮影モードと、メモリカードの記録画像をＬＣＤ（Liquid Crystal Display）パネル１８に再生表示する再生モードとを切り替える。ＬＣＤパネル１８は、再生モードの際に再生画像を表示する他、撮影モードの際には被写体確認用のスルー画を表示する電子ビューファインダとしても機能する。また、ＬＣＤパネル１８は、各種設定を行う設定画面を表示する。
【００１５】
図２は、デジタルカメラ１０の電気構成の概略を示す。デジタルカメラ１０の各部は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３０によって制御される。ＲＯＭ（Read Only Memory）３１には、制御プログラムや各種設定データが記憶されている。ＣＰＵ３０は、操作部（電源スイッチ１３、シャッタボタン１４、モード切り替えスイッチ１６、汎用キー１７）２０から入力される操作信号に基づいて、制御プログラムに記述されるステップに従って各部の制御を行う。ＲＡＭ（Random Access Memory）３２は、ＣＰＵ３０が制御プログラムを実行するための作業用のメモリである。
【００１６】
レンズ鏡筒１２内には、被写体光を結像する撮影レンズ３３と、被写体光の光量を制限する絞り機構３４とが組み込まれている。撮影レンズ３３は、ドライバ回路を備えたレンズモータ３５によって光軸方向に沿って移動され、焦点調整が行われる。絞り機構３４は、ドライバ回路を備えたアクチュエータ３６によって駆動され、絞り値が切り換えられる。
【００１７】
絞り機構３４の背後には、撮影レンズ３３及び絞り機構３４を通過して結像した被写体光を光電変換する固体撮像素子としてＣＣＤイメージセンサ３７が配置されている。図３に示すように、ＣＣＤイメージセンサ３７は、２次元マトリクス状に配列されたフォトダイオード（受光素子）からなる画素５０と、画素５０に蓄積された信号電荷を水平ライン５１ごとに垂直方向に転送する垂直転送路（垂直レジスタ）５２と、垂直転送路５２によって転送された１水平ライン分の信号電荷を水平方向に転送する水平転送路（水平レジスタ）５３と、水平転送路５３によって転送された信号電荷を電圧信号に変換してシリアルに外部へ出力するための出力部５４とを備えている。なお、水平ライン５１は、水平転送路５３に沿って配列された複数の画素５０からなる。また、出力部５４には電圧信号を増幅するアンプが含まれ、増幅率（感度）を変更することができる。
【００１８】
複数の画素５０が２次元状に配列された画素領域には、被写体光が入射する複数の水平ライン５１からなる感光部５５と、アルミニウム膜などで覆われ遮光された複数の水平ライン５１からなる遮光部（オプティカルブラック部）５６とが設けられている。垂直転送路５２および水平転送路５３が遮光されていることは言うまでもない。
【００１９】
感光部５５の前面側には、特定の色（赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のいずれか）の光だけを透過させるカラーフィルタが画素５０ごとに設けられている。同図中において、符号Ｒを付した画素５０は赤色の光を受光し、符号Ｇを付した画素５０は緑色の光を受光し、符号Ｂを付した画素５０は青色の光を受光する。このような色の配列は、ベイヤー配列と呼ばれるものである。
【００２０】
図２に戻り、ＣＣＤイメージセンサ３７は、ＣＣＤドライバ３８によって駆動される。ＣＣＤイメージセンサ３７の信号電荷蓄積時間（露光時間）および感度は、ＣＰＵ３０からの指示に基づきＣＣＤドライバ３８によって変更される。ＣＣＤイメージセンサ３７は、ＣＣＤドライバ３８から供給される垂直転送クロック及び水平転送クロックに同期して、撮像信号（ＣＣＤ−ＲＡＷデータ）を出力する。
【００２１】
ＣＣＤイメージセンサ３７から出力された撮像信号は、Ａ／Ｄ（Analog to Digital）コンバータ３９に入力される。Ａ／Ｄコンバータ３９は、アナログの撮像信号をデジタル信号へ変換して画像データを生成し、これをバッファメモリ４０に入力する。バッファメモリ４０は、入力された画像データを一時的に記憶する。ＬＣＤパネル１８には、バッファメモリ４０に記憶された画像データがＬＣＤドライバ４１を介してスルー画として表示される。
【００２２】
補正データ作成回路４２は、ＣＣＤイメージセンサ３７の遮光部５６に含まれる画素５０からノイズ信号（主に暗電流に起因する信号）を取り込み、バッファメモリ４０に記憶された画像データを補正するための補正データを算出する。なお、このノイズ信号は、ＣＣＤイメージセンサ３７から撮像信号とともに出力される。
【００２３】
具体的には、補正データ作成回路４２は、まず、図４に示すように遮光部５６を水平ライン５１を分断するように複数に分割した各ブロック５７からのノイズ信号を取り込み、これをブロック５７ごとに積算して平均値を算出する。そして、この平均値を、図５（Ａ）に示すように、各ブロック５７の水平方向に関して中央に位置する画素５０のデータとする。また、補正データ作成回路４２は、図５（Ｂ）に示すように、線形補間を行って水平ライン５１に平行な方向の各画素位置に対応した補正データを作成する。このとき、上記平均値の外側に画素位置に対するデータは、線形的に外挿（隣の傾きを延長）して算出する。なお、作成された補正データは、ＲＡＭ３２に記憶される。
【００２４】
図２に戻り、演算処理回路４３は、バッファメモリ４０に記憶された画像データから補正データ作成回路４２によって得られた補正データを水平ラインごとに減算して、水平方向のシェーディングの補正を行う。補正された画像データは、バッファメモリ４０に記憶される。
【００２５】
補正が行われた画像データは、圧縮伸張回路４４へ送られる。圧縮伸張回路４４は、入力された画像データに対して圧縮処理を施し、これをリードライト回路４５に入力する。リードライト回路４５は、圧縮された画像データをメモリカード４６へ書き込む。
【００２６】
ＣＰＵ３０は、シャッタボタン１４が半押しされた時に各部を動作させて焦点調整および露出調整を行い、シャッタボタン１４が全押しされた時に各部を動作させて撮影処理を実行する。また、ＣＰＵ３０は、ＣＣＤイメージセンサ３７の信号電荷蓄積時間または感度の設定値に応じて、補正データ作成回路４２および演算処理回路４３を動作させるか否かを判定する。具体的には、信号電荷蓄積時間が所定値より長く（または感度が所定値より高く）設定されたときには、補正データ作成回路４２および演算処理回路４３を動作させて補正処理を行わせ、信号電荷蓄積時間が所定値より短く（または感度が所定値より低く）設定されたときには、補正データ作成回路４２および演算処理回路４３を動作させずに補正処理を行わないようにする。
【００２７】
以上のように構成されたデジタルカメラ１０の撮影処理手順を図６のフローチャートに基づいて説明する。デジタルカメラ１０が撮影モードに設定された状態において、シャッタボタン１４が半押しされた後に全押しされることにより、シャッタレリーズ操作が行われると、まず、撮像された画像データがバッファメモリ４０に格納される。この後、ＣＰＵ３０によって上記補正処理を行うか否かが判定される。ＣＰＵ３０によって補正処理を行わないと判定されると、バッファメモリ４０の画像データが圧縮処理されてメモリカード４６に記録され、撮影処理が終了する。
【００２８】
一方、ＣＰＵ３０によって補正処理を行うと判定されると、前述のように、補正データ作成回路４２によって遮光部５６が分割されたブロック５７ごとにノイズ信号の平均値が算出され、線形補間によって、図５（Ｂ）のような補正データが作成される。そして、演算処理回路４３によって画像データから補正データが水平ラインごとに減算され、図７に示すように、水平方向のシェーディング補正がなされる。この後、シェーディング補正がなされた画像データが圧縮処理されてメモリカード４６に記録され、撮影処理が終了する。
【００２９】
上記実施形態において、複数の水平ライン５１を遮光するように遮光部５６を設けたが、本発明はこれに限定されず、図８に示すように、画素５０が垂直転送路５２に沿って配置されてなる複数の垂直ラインを遮光するように遮光部５６を設けてもよい。この場合には、補正データ作成回路４２によって、遮光部５６が垂直ラインを分断するように複数のブロック５７に分割され、上記と同様にして各ブロック５７についてノイズ信号の平均値が算出され、線形補間によって垂直ラインに平行な方向の各画素位置に対応した補正データが算出される。そして、演算処理回路４３によって、画像データから補正データを垂直ラインごとに減算して、垂直方向のシェーディング補正がなされる。
【００３０】
また、図９に示すように、遮光部５６を複数の領域に分割するようにしてもよい。同図は、遮光部５６を感光部５５の上下に分割して配置した例である。この場合の撮影処理手順を図１０のフローチャートに基づいて説明する。シャッタレリーズ操作後、撮像された画像データがバッファメモリ４０に格納され、ＣＰＵ３０によって補正処理を行うと判定されると、まず、補正データ作成回路４２によって、感光部５５の上側に配設された遮光部５６の各ブロック５７についてノイズ信号の平均値が算出され、線形補間によって補正データが算出される。同様にして、感光部５５の下側に配設された遮光部５６から第２の補正データが算出される。
【００３１】
補正データ作成回路４２によって、さらに、算出された第１および第２の補正データに基づいて、線形補間により感光部５５の各垂直画素位置に関する補正データが算出され、感光部５５の各画素位置に対応した補正データが作成される。そして、演算処理回路４３によって、画像データから各画素位置に対応した補正データを減算することで、水平方向および垂直方向のシェーディング補正がなされる。シェーディング補正がなされた画像データが圧縮処理されてメモリカード４６に記録され、撮影処理が終了する。
【００３２】
次に、図１１は、図９の構成のＣＣＤイメージセンサ３７において、３フィールド以上の多フィールド読み出しを行う場合に好適な遮光部５６からのノイズ信号の読み出し方式を示す。例えば、３フィールド読み出しの場合は、第１水平ライン、第４水平ライン、第７水平ライン、・・・を読み出す第１フィールド読み出しと、第２水平ライン、第５水平ライン、第８水平ライン、・・・を読み出す第２フィールドと、第３水平ライン、第６水平ライン、第９水平ライン、・・・を読み出す第３フィールドとからなる。
【００３３】
図１１に示すように、第１フィールド時には、感光部５５の下側の遮光部５６のみからノイズ信号の取り込みを行い、感光部５５の上側の遮光部５６からはノイズ信号の取り込みは行わない。第２フィールド時には、感光部５５の上側の遮光部５６のみからノイズ信号の取り込みを行い、感光部５５の下側の遮光部５６からはノイズ信号の取り込みは行わない。第３フィールド時以降には、感光部５５の下側および上側のいずれの遮光部５６からもノイズ信号の取り込みは行わない。これにより、画像データの取り込み時に、余計なノイズ信号の取り込みを行わずに済み、読み出しの高速化を図ることができる。また、この方式であれば、第２フィールドまで画像データを読み出した時点で、補正データ作成回路４２によって補正データの作成を行うことができる。
【００３４】
上記実施形態では、固体撮像素子としてＣＣＤイメージセンサを例に挙げて本発明の説明を行ったが、ＣＣＤイメージセンサに代えて、ＣＭＯＳイメージセンサを用いた場合にも本発明を適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】デジタルカメラの外観斜視図である。
【図２】デジタルカメラの電気的構成を示すブロック図である。
【図３】ＣＣＤイメージセンサの構成を示すブロック図である。
【図４】遮光部が水平方向に設けられた例を示す図である。
【図５】（Ａ）は、遮光部のブロックごとに算出されたノイズ信号の平均値を示すグラフであり、（Ｂ）は、線形補間により算出された補正データを示す図である。
【図６】デジタルカメラの撮影処理手順を示すフローチャートである。
【図７】１つの水平ラインにおけるシェーディング補正前後の輝度値を示すグラフである。
【図８】遮光部が垂直方向に設けられた例を示す図である。
【図９】遮光部が感光部の上下に設けられた例を示す図である。
【図１０】図９の構成を有するデジタルカメラの撮影処理手順を示すフローチャートである。
【図１１】図９の構成に好適なノイズ信号の読み出し方式を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３６】
１０  デジタルカメラ
１４  シャッタボタン
３７  イメージセンサ
４０  バッファメモリ
４２  補正データ作成回路
４３  演算処理回路
４６  メモリカード
５０  画素
５１  水平ライン
５２  垂直転送路
５３  水平転送路
５４  出力部
５５  感光部
５６  遮光部
５７  ブロック
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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