(57)【要約】【課題】  ＯＢレベル異常が検出された場合は、その期間のＯＢ部の信号をクランプ処理対象から除外するので、ＯＢレベルが異常な場合であってもより正確な黒レベルで、かつより簡便な方法でクランプを行い、ＯＢレベル異常による画質劣化を可能な限り低減することを可能とする撮像装置の提供。【解決手段】  光電変換手段を設けその一部が遮光された遮光領域を有する撮像素子と、この撮像素子を制御する制御手段と、前記撮像素子が出力する撮像信号が入力される信号処理手段と、前記撮像素子が出力する撮像信号のうち遮光領域に対応する期間の信号レベルの異常を検出する検出手段とを備えた撮像装置であって、前記信号処理手段は、前記検出手段の検出結果が異常である期間は前記撮像素子が出力する撮像信号の一部を信号処理対象から除外することを特徴としている。【選択図】        図１
2006165709.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換手段を設けその一部が遮光された遮光領域を有する撮像素子と、
この撮像素子を制御する制御手段と、
前記撮像素子が出力する撮像信号が入力される信号処理手段と、
前記撮像素子が出力する撮像信号のうち遮光領域に対応する期間の信号レベルの異常を検出する検出手段とを備えた撮像装置であって、
前記信号処理手段は、前記検出手段の検出結果が異常である期間は前記撮像素子が出力する撮像信号の一部を信号処理対象から除外することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記信号処理手段は、前記撮像素子の遮光領域に対応する期間の信号レベルに基づいてクランプ処理を行うクランプ手段を備え、
前記信号処理手段は、前記検出手段の検出結果が異常である期間は前記撮像素子の遮光領域に対応する期間の信号をクランプ処理対象から除外することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記信号処理手段は、前記撮像素子が出力する撮像信号に基づいて被写体の白い部分を求める白検出手段と、前記白検出手段の結果からホワイトバランスをとるためのゲインを決定するホワイトバランスゲイン制御手段を備え、
前記信号処理手段は、前記検出手段の検出結果が異常である期間は前記撮像素子の映像領域に対応する期間の信号を白検出対象から除外することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子を用いた撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来よりＣＣＤなどの固体撮像素子では全画素の一部を遮光することにより、入射光の強弱によらず光電変換が行われないオプティカルブラック部（以下ＯＢ部という）を設けている。撮像素子の出力信号のうち、このＯＢ部に対応する信号レベルは光学的な黒レベルとして、後段のクランプ回路の基準として用いられるのが一般的である。
【０００３】
ところが、太陽などの高輝度被写体が存在する場合には、その光の一部がＯＢ部に漏れ込み光電変換されてしまったり、あるいはブルーミングにより溢れた電荷がＯＢ部にも流れ込んでしまうことがある。このような場合にはＯＢ部の信号レベルはもはや黒レベルとはかけ離れたものとなり、これを基準としてクランプが行われると正常な画像が得られないことになる。
【０００４】
これを回避する手段として、例えばクランプ回路の時定数を短くすることにより異常なＯＢレベルを保持している時間を短縮する手法が示されている（特許文献１参照）。また別の手段として、ＯＢレベルの異常を検出し、異常時は水平ブランキング期間をクランプする手法が示されている（特許文献２参照）。この手法によればＯＢレベル異常時は高輝度被写体による過剰光量の入射の影響を受けない水平ブランキング期間をクランプすることになるので、ＯＢレベル異常による画質劣化を回避することが出来る。更に別の手段として、ＯＢレベルの異常を検出し、異常時はクランプの基準レベルを補正する手法が示されている（特許文献３参照）。この手法によればＯＢレベル異常時は、空間的あるいは時間的にＯＢ異常の発生していないＯＢレベルをクランプの基準レベルとするので、画像の表示品質の悪化を防止することが出来る。
【０００５】
また、一般的な撮像装置の信号処理の一つとして、ホワイトバランス制御はよく知られているものである。外部センサーを必要としない画像積分型のホワイトバランス制御において、従来は画面全体の色信号成分を積分すると無彩色になるという考え方が基本となってホワイトバランス制御をしていた。この考え方は、各種の色がランダムに混入した一般の風景を撮影した時には通用するが、赤や青など偏った色の多い被写体を撮影する場合にはいわゆるカラーフェリアを引き起こしてしまう。
【０００６】
これを回避する手段として、例えば特許文献４のように被写体の中で白色と思われる部分を検出し、その検出結果を元にホワイトバランス制御をする手法が示されている。この手法によればホワイトバランス制御の誤動作を少なくすることが出来る（特許文献４）。
【特許文献１】特開平５−１３０４５０号公報
【特許文献２】特開平９−２４７５５２号公報
【特許文献３】特開２００３−１４３４８８号公報
【特許文献４】特開平１１−２７５５９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に示される手法では、クランプ回路の時定数を短くすることにより異常なＯＢレベルを保持している時間を短縮することが出来るが、たとえ短い時間であっても破綻した画像が出力されるのはやはり好ましくない。また同特許文献ではクランプ動作を停止する手法も示されているが、そのために余分な回路が必要となっている。
【０００８】
特許文献２に示される手法では、水平ブランキング期間をクランプすることによりＯＢレベル異常による画質劣化を回避することが出来るが、本来の黒レベルであるＯＢと水平ブランキング期間とではやはりレベル差が有るため、正しい黒レベルが再現されることにはならない。例えば、温度変化により黒レベルが変動するような場合にはこのレベル差はより顕著に現れることになる。
【０００９】
特許文献３に示される手法では、水平方向の１ラインごとに得られるＯＢレベルを同一フレーム内で比較し、その最大値と最小値を比較することによりＯＢレベル異常を検出する。この手法では１フレーム内全てに渡ってＯＢレベルが異常である場合には、ＯＢレベル異常を検出出来ずに、異常なＯＢレベルでクランプを行ってしまう。またＯＢレベル異常を検出した場合には１フレーム内のＯＢレベルの最小値でクランプを行うが、１フレーム全てのデータを取り込んだ後でなければ最小値を探すことが出来ないため、リアルタイムでの処理が難しい。もちろん、ＯＢレベルの最大値、最小値を探すための演算時間も必要となる。
【００１０】
さらに同特許文献では、過去における一定期間のフレームのＯＢレベル平均値と現在のフレームのＯＢレベルを比較してＯＢレベル異常を検出する手法も示されているが、そのためには過去における一定期間のフレームのＯＢレベルを記憶しておくための余分なメモリが必要であり、また過去のＯＢレベル平均値算出とＯＢレベル比較の演算を毎フレーム行う必要がある。
【００１１】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、ＯＢレベルが異常な場合であってもより正確な黒レベルで、かつより簡便な方法でクランプを行い、ＯＢレベル異常による画質劣化を可能な限り低減することを可能とする撮像装置を提供することを目的とする。
【００１２】
また、ＯＢレベル異常を引き起こすような高輝度被写体が存在する場合には、ホワイトバランス制御にも悪影響を及ぼすことが考えられる。撮像信号のうち高輝度被写体に相当する部分は輝度レベルが飽和しているか、あるいはそれに近いレベルとなっているため、色信号はおのずと無彩色に近いものとなる。特許文献４に示されるような、被写体の中で白色と思われる部分を検出し、その検出結果を元にホワイトバランス制御をする手法を用いる場合は、逆に誤動作の原因となってしまう可能性が高い。
【００１３】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、ＯＢレベル異常を引き起こすような高輝度被写体が存在する場合であってもより正確な白検出を行い、正常なホワイトバランス制御を可能とする撮像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】
【００１４】
請求項１記載の撮像装置は、光電変換手段を設けその一部が遮光された遮光領域を有する撮像素子と、この撮像素子を制御する制御手段と、前記撮像素子が出力する撮像信号が入力される信号処理手段と、前記撮像素子が出力する撮像信号のうち遮光領域に対応する期間の信号レベルの異常を検出する検出手段とを備えた撮像装置であって、前記信号処理手段は、前記検出手段の検出結果が異常である期間は前記撮像素子が出力する撮像信号の一部を信号処理対象から除外することを特徴としている。
【００１５】
請求項２記載の撮像装置は、前記信号処理手段は、前記撮像素子の遮光領域に対応する期間の信号レベルに基づいてクランプ処理を行うクランプ手段を備え、前記信号処理手段は、前記検出手段の検出結果が異常である期間は前記撮像素子の遮光領域に対応する期間の信号をクランプ処理対象から除外することを特徴としている。
【００１６】
請求項３記載の撮像装置は、前記信号処理手段は、前記撮像素子が出力する撮像信号に基づいて被写体の白い部分を求める白検出手段と、前記白検出手段の結果からホワイトバランスをとるためのゲインを決定するホワイトバランスゲイン制御手段を備え、前記信号処理手段は、前記検出手段の検出結果が異常である期間は前記撮像素子の映像領域に対応する期間の信号を白検出対象から除外することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ＯＢレベル異常が検出された場合は、その期間のＯＢ部の信号をクランプ処理対象から除外するので、ＯＢレベルが異常な場合であってもより正確な黒レベルで、かつより簡便な方法でクランプを行い、ＯＢレベル異常による画質劣化を可能な限り低減することを可能とする撮像装置を提供することが可能となる。
【００１８】
また、ＯＢレベル異常が検出された場合は、その期間の映像部の信号を白検出対象から除外するので、ＯＢレベル異常を引き起こすような高輝度被写体が存在する場合であってもより正確な白検出を行い、正常なホワイトバランス制御を可能とする撮像装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下本発明を実施するための最良の形態を、実施例により詳しく説明する。
【実施例】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【００２１】
図１は、本発明の撮像装置の一実施例を示す構成ブロック図である。同図を参照して被写体撮影時の動作について説明する。本発明の撮像装置は、レンズユニット１０、撮像素子としてのＣＣＤ１１、ＣＣＤ１１からの出力信号が入力されるアナログ信号処理回路１２、ＣＣＤ１１の駆動およびアナログ信号処理回路１２で必要となるタイミングを供給するためのタイミング発生回路１３、Ａ／Ｄ変換器１４、画像メモリを含み各種信号処理を行うデジタル信号処理回路１５、デジタル信号処理回路１５で処理された画像データを記録するための記録媒体１６、デジタル信号処理回路１５で処理された画像データを表示するための表示装置１７、それぞれの回路あるいはユニットの制御を司るＣＰＵ１８とからなる。
【００２２】
被写体の明るさに応じて、ＣＰＵ１８はレンズユニット１０の絞りを制御することによりＣＣＤ１１に入射する被写体光量を調整し、さらにタイミング発生回路１３を介してＣＣＤ１１の電荷蓄積時間を変化させ露光量を制御する。ＣＣＤ１１は受像面に結像された被写体像をその光量に応じた量の信号電荷に変換し蓄積する。蓄積された信号電荷はタイミング発生回路１３から入力される転送パルスによって転送され、出力回路で信号電圧に変換された後、順次読み出されアナログ信号処理回路１２へ出力される。アナログ信号処理回路１２は主にＣＤＳ（相関二重サンプリング）回路とＧＣＡ（ゲインコントロールアンプ）から成り、ノイズ除去や映像信号の増幅などを行う。アナログ信号処理回路１２の出力はＡ／Ｄ変換器１４へ入力され、デジタル信号に変換される。デジタル信号処理回路１５では目的に応じて必要な信号処理が施される。画像を記録する場合にはデジタル信号処理回路１５で必要な処理を行った後、記録媒体１６へと出力され、画像データが記録される。画像を表示する場合にはデジタル信号処理回路１５で必要な処理を行った後、表示装置１７へと信号が出力される。表示装置１７は撮像装置本体に装着された液晶モニター（ＬＣＤ）や、あるいはＴＶモニターへ出力するための信号出力端子のことである。ＣＰＵ１８はレンズユニット１０、アナログ信号処理回路１２、タイミング発生回路１３、デジタル信号処理回路１５、表示装置１７に対して必要な制御を行う。
【００２３】
図２は、アナログ信号処理回路１２の内部回路の詳細を示す図である。アナログ信号処理回路１２は、ＣＤＳ（相関二重サンプリング）回路２０、ＧＣＡ（ゲインコントロールアンプ）回路２１、クランプ回路２２、ＯＢ異常検出回路２３とからなる。ＣＤＳ、ＧＣＡを通った信号はＯＢレベルを基準としてクランプ回路２２でクランプされて出力される。
【００２４】
図３は、デジタル信号処理回路１５の中で、ＯＢ演算に関する部分を示す図である。本発明の撮像装置では、より正確な黒レベルを再現するため、いわゆるアナログクランプとデジタルクランプの２段階でクランプ処理が行われる。ここで言うアナログクランプとはクランプ回路２２のことを示しており、デジタルクランプとはＯＢ演算回路３０のことを示している。アナログ信号処理回路１２から出力される撮像信号は、ＯＢレベルを基準としてクランプ回路２２で所定のレベルにクランプされている。さらにＡ／Ｄ変換器１４でデジタル信号に変換された撮像信号は、ＯＢ演算回路３０およびＯＢ積分回路３１に入力される。
【００２５】
図４はＯＢ演算回路３０およびＯＢ積分回路３１に入力される撮像信号を視覚的に分かりやすく表したイメージ図である。図に示すＯＢ積分領域４０は撮像素子のＯＢ部に対応する部分である。このＯＢ部に対応する撮像信号、すなわちＯＢレベルは前記クランプ回路２２で所定のレベルにクランプされており、ＯＢ積分回路３１は入力された撮像信号のＯＢレベルを積分する。ＯＢ演算回路３０はＯＢ積分回路３１の積分結果を受け取り、その結果に基づいて撮像信号に対する演算、具体的にはＯＢレベルの減算を行う（デジタルクランプ）。例えば、ＯＢ積分回路３１は１フレーム内全てのＯＢレベルを平均し、ＯＢ演算回路３０は１フレームの撮像信号よりそのＯＢレベルを減算する。これにより画像の黒レベルが決定される。
【００２６】
ここで図５に示すように画面の一部に太陽が存在する場合の動作について説明する。太陽の近傍では、その強烈な光量によって光漏れやブルーミングが発生し、図に示すＯＢ異常領域５０のＯＢレベルはもはや黒レベルとはかけはなれたものとなっている。ＯＢ異常検出回路２３は水平ラインの１ラインごとにＯＢレベルを監視し、このＯＢレベルが異常である期間は、その検出信号をクランプ回路２２へ出力する。クランプ回路２２は異常検出信号に基づいて、その水平ラインは過剰光量の入射の影響を受けない水平ブランキング期間をクランプする。これにより黒つぶれのような異常なまでの画質劣化を回避することが出来る。この動作は例えば前記の特許文献２でも説明されているとおりである。クランプ回路２２から出力された撮像信号は、Ａ／Ｄ変換器１４でデジタル信号に変換され、ＯＢ演算回路３０およびＯＢ積分回路３１に入力される。本発明の撮像装置では、より正確な黒レベルを再現するために、ＯＢ演算回路３０でいわゆるデジタルクランプ処理を行う。ＯＢ異常検出回路２３の検出結果はＯＢ積分回路３１にも入力され、ＯＢレベルが異常である期間はそれを除外してＯＢ積分が行われる。具体的なＯＢ積分の方法としては、例えばＯＢレベルが異常である期間はその直前の正常な水平ラインのＯＢレベルを保持する。あるいは、ＯＢレベルが異常である期間は指定の値で置き換えるようにしても良い。さらには、ＯＢレベルが異常である期間を除いて１フレームのＯＢレベル平均値を算出するようにしても良い。以上のように求められたＯＢ積分結果を元にＯＢ演算回路３０では、ＯＢ積分値の減算、いわゆるデジタルクランプ処理が行われる。
【００２７】
以上に説明したとおり、本発明によれば、ＯＢレベル異常が検出された場合は、その期間のＯＢ部の信号をクランプ処理対象から除外するので、ＯＢレベルが異常な場合であってもより正確な黒レベルで、かつより簡便な方法でクランプを行い、ＯＢレベル異常による画質劣化を可能な限り低減することを可能とする撮像装置を提供することが可能となる。
【００２８】
また、ＯＢレベル異常検出結果を利用した別の実施例を以下に説明する。
【００２９】
図６は、デジタル信号処理回路１５の中で、ホワイトバランス制御に関する部分を簡単に示した図である。白検出手段７１に入力された撮像信号は、被写体の白い部分を検出するために空間的に細かい幾つかのブロックに分割される（例えば８×８の６４ブロックなど）。白検出手段７１は、各ブロックの色差信号を求め、その値がある範囲内ならばそのブロックは白（無彩色）であると判断する。白であると判断されたブロックの色差信号の情報はホワイトバランス制御手段７０に渡され、ホワイトバランス制御手段７０は、その情報を元にホワイトバランスをとるためのゲインを算出し、ホワイトバランス制御を行う。
【００３０】
ここで図７に示すように画面の一部に太陽が存在する場合の動作について説明する。図５について説明したのと同様に、ＯＢ異常検出回路２３はＯＢレベル異常を検出し、その検出信号をクランプ回路２２へ出力する。クランプ回路２２は異常検出信号に基づいて、その水平ラインは過剰光量の入射の影響を受けない水平ブランキング期間をクランプする。クランプ回路２２から出力された撮像信号は、Ａ／Ｄ変換器１４でデジタル信号に変換され、ホワイトバランス制御手段７０および白検出手段７１に入力される。ＯＢ異常検出回路２３の検出結果は白検出手段７１にも入力される。ＯＢレベル異常を引き起こすような高輝度被写体が存在する場合には、撮像信号のうち高輝度被写体に相当する部分は輝度レベルが飽和しているか、あるいはそれに近いレベルとなっているため、色信号はおのずと無彩色に近いものとなる。それにより、白検出対象となって誤動作を引き起こさないように、ＯＢレベルが異常である期間はその期間を含むブロックを白検出対象から除外する。具体的には、図７に示した６４個のブロックのうち、９〜１６のブロックはＯＢ異常検出領域８０を含んでいるので、そのブロックを無視して白検出を行う。
【００３１】
以上に説明したとおり、本発明によればＯＢレベル異常が検出された場合は、その期間の映像部の信号を白検出対象から除外するので、ＯＢレベル異常を引き起こすような高輝度被写体が存在する場合であってもより正確な白検出を行い、正常なホワイトバランス制御を可能とする撮像装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の撮像装置の一実施例を示す構成ブロック図である。
【図２】本発明の撮像装置のアナログ信号処理回路の詳細を示す図である。
【図３】本発明の撮像装置のＯＢ演算に関する部分を示す図である。
【図４】本発明の撮像装置の撮像信号のイメージ図である。
【図５】ＯＢ異常が検出された場合の撮像信号のイメージ図である。
【図６】本発明の撮像装置のホワイトバランス制御に関する部分を示す図である。
【図７】本発明の撮像装置の白検出におけるブロックの一例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０  レンズユニット
１１  ＣＣＤ
１２  アナログ信号処理回路
１３  タイミング発生回路
１４  Ａ／Ｄ変換器
１５  デジタル信号処理回路
１６  記録媒体
１７  表示装置
１８  ＣＰＵ
２０  ＣＤＳ（相関二重サンプリング）
２１  ＧＣＡ（ゲインコントロールアンプ）
２２  クランプ回路
２３  ＯＢ異常検出回路
３０  ＯＢ演算回路（デジタルクランプ）
３１  ＯＢ積分回路
４０  ＯＢ積分領域
５０  ＯＢ異常領域
６０  ホワイトバランス制御手段
６１  白検出手段
７０  ＯＢ異常検出領域
【図１】
2006165709.tif 000003
【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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