(57)【要約】【課題】  画素密度の高い撮像装置で、画素信号駆動の高速化による転送特性のバラツキに起因して生ずる色むらに対する補正が可能で、高品位な画像再現性を発現する撮像装置を提供する。【解決手段】  被写体光像を画像信号に光電変換する撮像手段、撮像手段の駆動を制御する制御信号を生成する駆動制御信号生成手段、駆動制御信号生成手段で使用する基準信号を生成する基準信号生成手段、画像信号に所定処理を行う画像信号処理手段、画像信号に基づいて形成される画像の出力状態を検知する検知手段を有し、画像信号処理手段は、検知手段の検知結果に基づき、基準信号生成手段で生成する基準信号の周波数を変動させるように制御する撮像装置。【選択図】        図３
2006109046.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体光像を画像信号に光電変換して画像取込みを行う撮像手段と、
前記撮像手段の駆動を制御する制御信号を生成する駆動制御信号生成手段と、
前記駆動制御信号生成手段で使用される基準信号を生成する基準信号生成手段と、
前記画像信号に所定の処理を行う画像信号処理手段と、
前記画像信号に基づいて形成される画像の出力状態を検知する検知手段と、を有し、
前記画像信号処理手段は、
前記検知手段の検知結果に基づいて、
前記基準信号生成手段より生成される基準信号の周波数が変動する様に前記基準信号生成手段の作動を制御することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記画像信号処理手段は、前記基準信号の周波数が低速化する様に、前記基準信号生成手段の作動を制御することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記検知手段は、前記画像信号で発生した色むらを検知するものであることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記撮像装置は、前記撮像手段で取り込まれた画像信号をサンプリングするＣＤＳ回路を有し、
該ＣＤＳ回路で使用されるサンプリング信号は、前記駆動制御信号生成手段により生成、供給されるものであり、
前記駆動制御信号生成手段は、前記検知手段の検知結果に基づき位相を変動させたサンプリング信号を該ＣＤＳ回路に供給することを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記撮像手段で取り込まれた画像信号を輝度信号と色差信号に変換する変換手段を有し、
前記画像信号処理手段は、設定された撮影感度に基づいて前記変換手段で使用される変換条件に補正を行って色差信号を形成させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記検知手段による検知は、前記撮像装置の調整時に行われるものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルカメラなどの撮像装置に関し、特に、画素密度の高い撮像素子で発生する転送特性に起因する色むらの補正が可能な撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子カメラ、スキャナ、デジタルビデオカメラなどの撮像装置では、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）に代表される半導体集積回路により、光学像のデジタル画像信号化が行われている。
【０００３】
これらの撮像装置では、レンズの球面収差等の光学系の収差や、撮像素子で生ずる暗電流に起因して、撮像素子により出力される画像信号に色むらが発生することがある。色むらは、画像再現性や画質に大きな影響を与え高品位な画像形成に支障を来すものなので、補正等の操作によりその影響を除去しなくてはならない。そして、色むら補正技術がこれまでも種々検討されてきた。
【０００４】
ここで、一般的な色むらの補正方法について説明する。先ず、撮像素子に設けられている画素群を水平方向（Ｈ方向）と垂直方向（Ｖ方向）とにブロック化する。各ブロックには、それぞれ所定数の画素が含まれている。各ブロック毎の色むらの平均値を測定し、その色むら量に応じて各ブロック毎の色むら補正係数を算出し、これを撮像装置の記憶部に記憶しておく。そして、撮像時に記憶部から色むら補正係数を読み出し、撮像した画像信号に色むら補正係数を用いて演算処理を行うことにより、色むらの補正を行う。
【０００５】
また、シュミレーションにより色むら補正係数を求めて色むら補正を行う方法もあり、光学系の収差に起因する色むら補正を行うために、シュミレーションにより色むら補正用のゲイン関数を設定して色むら補正を行う方法や、撮像素子の暗電流に起因する色むら補正を行うために、シュミレーションにより色むら補正用のオフセット関数を設定して色むら補正を行う方法が開示されている。（例えば、特許文献１参照）
【特許文献１】特開２００２−１８５９７１号公報（段落００１２等参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、デジタルカメラの高性能化が進展するに伴い、撮像素子の性能も高解像度、高精細なものが求められる様になってきた。例えば、電子カメラが最初に商品化された頃の撮像素子は、ＶＧＡ（Ｖｉｄｅｏ  Ｇｒａｐｈｉｃｓ  Ａｒｒａｙ；画素数＝６４０×４８０画素）のものが主流だったが、最近では、ＳＸＧＡ（Ｓｕｐｅｒ  Ｅｘｔｅｎｄｅｄ  Ｇｒａｐｈｉｃｓ  Ａｒｒａｙ；画素数＝１２８０×９６０画素）や５００万画素クラスの撮像素子が普及するまでに至っている。
【０００７】
この様な高い画素密度を有する撮像素子は、駆動信号の周波数を高くして高速駆動に対応できる様にしているが、駆動信号を高速化させると撮像素子内では十分な電位を与えていない状態で画素信号が転送されてしまう。その結果、各画素信号間では転送特性にバラツキが発生し、この画素信号間に生じた転送特性のバラツキが色むらを発生させる要因となる。撮像素子間で生じた転送特性のバラツキに起因する色むらは、撮像面上にランダムに発生するため、光学系の収差や撮像素子の暗電流に起因して発生した色むらの補正に使用されたシュミレーションによる色むら補正を行うことがきわめて困難であった。
【０００８】
また、仮に、転送特性のバラツキに起因する色むらにおいて、色むら補正係数（ゲイン及びオフセット）を各画素毎に予め記憶しておき、撮像時に記憶した色むら補正係数を読み出して画像信号の補正を行うとしても、１００万画素を越える膨大な画素数を有する撮像素子に対して各画素毎にゲイン及びオフセットからなる色むら補正係数を求めることは手間を要するものであり、また、これらを記憶させておくためには膨大な記憶容量が必要となるなど、撮像装置の複雑化と高価格化を招くことになる。
【０００９】
また、前述の特許文献１には、ＳＸＧＡクラス以上の高画素の撮像素子についての記載が全くないので、高画素の撮像素子で発生する画像信号の転送特性のバラツキによって発生する色むらの問題を示唆するものではなかった。この様に、１００万画素を超える様な高画素数の撮像素子で、駆動信号の高速化による画素信号の転送特性バラツキに起因して発生する色むらの問題を解消させる技術は確立されていない。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、１００万画素を超える様な高画素の撮像素子を用いた撮像装置で、撮像装置の複雑化や高価格化を招くことなく、画素信号駆動の高速化により発生する画素信号の転送特性バラツキに起因する色むらの補正が可能な撮像装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的は、下記の請求項１〜５のいずれか１項に記載の発明によって達成される。
【００１２】
（請求項１）
被写体光像を画像信号に光電変換して画像取込みを行う撮像手段と、
前記撮像手段の駆動を制御する制御信号を生成する駆動制御信号生成手段と、
前記駆動制御信号生成手段で使用される基準信号を生成する基準信号生成手段と、
前記画像信号に所定の処理を行う画像信号処理手段と、
前記画像信号に基づいて形成される画像の出力状態を検知する検知手段と、を有し、
前記画像信号処理手段は、
前記検知手段の検知結果に基づいて、
前記基準信号生成手段より生成される基準信号の周波数が変動する様に前記基準信号生成手段の作動を制御することを特徴とする撮像装置。
【００１３】
（請求項２）
前記画像信号処理手段は、前記基準信号の周波数が低速化する様に、前記基準信号生成手段の作動を制御することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【００１４】
（請求項３）
前記検知手段は、前記画像信号で発生した色むらを検知するものであることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
【００１５】
（請求項４）
前記撮像装置は、前記撮像手段で取り込まれた画像信号をサンプリングするＣＤＳ回路を有し、
該ＣＤＳ回路で使用されるサンプリング信号は、前記駆動制御信号生成手段により生成、供給されるものであり、
前記駆動制御信号生成手段は、前記検知手段の検知結果に基づき位相を変動させたサンプリング信号を該ＣＤＳ回路に供給することを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
【００１６】
（請求項５）
前記撮像手段で取り込まれた画像信号を輝度信号と色差信号に変換する変換手段を有し、
前記画像信号処理手段は、設定された撮影感度に基づいて前記変換手段で使用される変換条件に補正を行って色差信号を形成させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【００１７】
（請求項６）
前記検知手段による検知は、前記撮像装置の調整時に行われるものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の撮像装置。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１〜３に記載の発明によれば、撮像手段で取り込まれた画像信号に色むらなどの不具合が発生しても、基準信号生成手段で形成された基準信号の周波数を低速化など変動させることで、駆動制御信号の周波数が制御されて画像信号で生じた不具合を解消させる画像補正を行える。特に、１００万画素を超える高い画素密度を有する撮像装置に対し、ＣＣＤの駆動信号周波数の高速化により懸念されていた色むらを効果的に補正、解消できる様になり、高品位な画像再現が可能な撮像装置の提供を可能にした。
【００１９】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１で発現された効果に加えて、撮像手段で取り込まれた画像信号をサンプリングするＣＤＳ回路のサンプリング信号に対し、位相を変動させて最適化することにより、前述の色むら補正をより効果的に行い、撮像素子の転送特性に起因して生ずる色むらの問題をより確実に解消できる様にした。
【００２０】
請求項５に記載の発明によれば、請求項１や請求項３で見出された効果に加えて、例えば、ＩＳＯ４００以上の様な高感度条件で撮影を行った時に画像信号に色むらが発生しても、画像信号の色差信号への変換時に補正を行える様にしたので、発生した色むらを目立たなくさせることを可能にした。
【００２１】
さらに、請求項６に記載の発明によれば、撮像手段の転送特性に応じて生ずる画像信号の色むらを撮像装置調整時に、検知手段で検知し調整が行える様にすることにより、高精度、高効率な色むら検知を行える様になった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明に係る撮像装置の具体的な実施形態としては、デジタルカメラが代表的であるが、この他にカメラ付きの携帯電話機やスキャナ、デジタルビデオカメラなども含まれる。
【００２３】
本発明に係る撮像装置の代表的な実施形態の１つであるデジタルカメラの外観を図１と図２を用いて説明する。図１（ａ）は、本発明に係るデジタルカメラ１の正面図、（ｂ）は背面図である。また、図２（ａ）は、デジタルカメラ１の上面図、（ｂ）は側面図である。図に示す様に、デジタルカメラ１は、撮像部２、及び、カメラ本体部３よりなる。
【００２４】
撮像部２は、マクロズームからなる撮影レンズ及びＣＣＤ等の光電変換素子からなる撮像手段を有し、被写体の光学像（被写体光像）を画像信号（ＣＣＤの各画素で光電変換された電荷信号により構成される画像信号）に変換して取り込むものである。
【００２５】
撮像部２の内部には、後述するマクロズームレンズ２０１が配設され、マクロズームレンズ２０１が配設された箇所の後方に後述するＣＣＤエリアセンサ２０２を備えた撮像回路（図示せず）が設けられている。
【００２６】
また、撮像部２内には、適所にフラッシュ光の被写体からの反射光を受光する調光センサを備えた調光回路（図示せず）が設けられている。
【００２７】
カメラ本体部３は、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ；液晶表示素子）からなるＬＣＤ表示部６、ＥＶＦ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｖｉｅｗ  Ｆｉｎｄｅｒ；電子ビューファインダ）７、デジタルカメラ１を図示しないパーソナルコンピュータに接続する外部接続端子１２を有しており、撮像部２で取り込まれた画像信号に所定の信号処理を施し、ＬＣＤ表示部６やＥＶＦ７への画像表示、後述するメモリカード１３などの記録媒体への画像記録、あるいはパーソナルコンピュータへの画像の転送といった処理を行う。
【００２８】
図１（ａ）に示す様に、カメラ本体部３の前面には、上部適所にフラッシュ４が設けられている。また、図１（ｂ）に示す様に、カメラ本体部３の背面には、略中央に撮影画像を表示したり、記録画像を再生表示するＬＣＤ表示部６とＥＶＦ７が設けられている。
【００２９】
カメラ本体部３の上面には、図２（ａ）に示す様に、撮影画像をキャプチャしメモリカード１３に記録するシャッタボタン５と、シャッタボタン５の近くに「記録モード」（図中のＲＥＣ）と「再生モード」（図中のＰＬＡＹ）とを切換設定する撮影モード切換スイッチ１１が設けられている。記録モードは、写真撮影を行うモードであり、再生モードは、メモリカード１３に記録された撮影画像をＬＣＤ表示部６やＥＶＦ７に再生表示するモードである。
【００３０】
また、図２（ａ）に示す様に、カメラ本体部３の上面には、撮影感度を切り換える撮影感度切換スイッチ１０が設けられている。撮影感度切換スイッチ１０は、スイッチを押す度に、例えば、撮影感度をＩＳＯ１００からＩＳＯ８００までサイクリックに切り換え、撮影時の状況に適した感度を選択することが可能である。
【００３１】
カメラ本体部３の背面には、図１（ｂ）に示す様に、再生時に再生画像のコマ送りを行ったり、撮影時にズーム操作を行うための再生コマ送りスイッチ／ズームスイッチ９が設けられている。再生コマ送りスイッチ／ズームスイッチ９における再生画像のコマ送りとは、カメラを再生モードに設定しメモリカード１３に記録された画像をコマ番号とともにＬＣＤ表示部６に順次表示する様にしたものである。なお、ＬＣＤ表示部６への画像表示を昇順方向（撮影順の方向）若しくは降順方向（撮影順と逆の方向）に変更指示することも可能である。また、撮影時のズーム操作は、再生コマ送りスイッチ／ズームスイッチ９を操作することにより、マクロズームレンズ２０１をテレ方向若しくはワイド方向にズーミングすることである。
【００３２】
さらに、カメラ本体部３の背面には、画像表示を行うための表示手段であるＬＣＤ表示部６とＥＶＦ７とを選択するＥＶＦ切換スイッチ８が設けられている。
【００３３】
次に、デジタルカメラ１の制御系について図３を用いて説明する。図３は、デジタルカメラ１の制御系のブロック図である。なお、図３では、図１及び図２に示した部材と同じ部材には同一の番号を付与した。
【００３４】
撮像部２内のマクロズームレンズ２０１には開口量が固定された絞り部材（固定絞り）が設けられている。ＣＣＤエリアセンサ２０２（以下、ＣＣＤ２０２と略称する。）は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の原色透過フィルターがピクセル単位（画素単位）で市松模様状に配置したカラーエリア撮像センサで全画素を読み出すタイプであり、マクロズームレンズ２０１により結像された被写体の光像を、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の色成分の画像信号（各画素で受光された画素信号の信号列からなる信号）に光電変換して出力するものである。すなわち、ＣＣＤ２０２は、本発明に係る撮像装置における撮像手段として機能するものである。
【００３５】
撮像部２における撮影待機状態での露出制御は、絞りが絞りドライバ２０８により開放固定絞りとなっているので、ＣＣＤ２０２の露光量、すなわち、シャッタスピードに相当するＣＣＤ２０２の電荷蓄積時間の調節により行われる。電荷蓄積時間の調節は、先ず、ＣＣＤ２０２により測光された光量データより選択された測光エリアに基づいてカメラ制御ＣＰＵ３１１で露出制御データが演算される。そして、算出された露出制御データと予め設定されているプログラム線図により、タイミングジェネレータ２０９よりＣＣＤ２０２への露光時間が適正となるようにフィードバックされて露出制御が行われる。
【００３６】
なお、被写体輝度が低輝度時に適切なシャッタスピードが設定できない場合は、ＣＣＤ２０２から出力される画像信号のレベル調整を行うことにより、露光不足による不適正露出が補正される。すなわち、低輝度時は、シャッタスピードとゲイン調整とを組み合わせて露出制御が行われる。画像信号のレベル調整は、後述する信号処理回路２０３内のＡＧＣ回路２０５のゲイン調整において行われる。
【００３７】
撮影時は、前記露出制御データに基づいて予め設定されたプログラム線図により、絞りドライバ２０８とタイミングジェネレータ２０９でＣＣＤ２０２への露光量を制御する。
【００３８】
タイミングジェネレータ２０９は、後述する基準クロック発生部３０８から送信される基準クロックに基づき、ＣＣＤ２０２の駆動制御信号を生成するものである。タイミングジェネレータ２０９は、例えば積分開始／終了（露出開始／終了）のタイミング信号、各画素の受光信号の読出制御信号（水平同期信号、垂直同期信号、転送信号等）等のクロック信号を生成し、ＣＣＤ２０２に出力することによりＣＣＤ２０２の駆動を制御する。
【００３９】
また、タイミングジェネレータ２０９は、基準クロック発生部３０８から供給された基準クロックに基づいて、後述する信号処理回路２０３内のＣＤＳ回路２０４で使用されるサンプリング信号の位相を変換させて供給することが可能である。この様に、タイミングジェネレータ２０９は、本発明に係る撮像装置における駆動制御信号生成手段として、また、サンプリング信号位相制御手段として機能する。
【００４０】
電荷蓄積が完了すると、光電変換された信号は遮光されたＣＣＤ２０２内の転送路へとシフトされ、ここからバッファを介して読み出される。
【００４１】
信号処理回路２０３は、ＣＣＤ２０２から出力される画像信号（アナログ信号）に所定のアナログ信号処理を施すものである。信号処理回路２０３は、ＣＤＳ（相関二重サンプリング）回路２０４とＡＧＣ（オートゲインコントロール）回路２０５とを有し、ＣＤＳ回路２０４により画像信号のノイズを低減し、ＡＧＣ回路２０５のゲイン調整により画像信号のレベル調整を行う。また、ＡＧＣ回路２０５は、前述の撮影感度切換スイッチ１０により選択された撮影感度に基づき、ゲイン調整を行って撮影感度を制御する。すなわち、撮影感度切換スイッチ１０は、本発明に係る撮像装置における撮影感度選択手段として機能し、また、ＡＧＣ回路２０５は、本発明に係る撮像装置における撮影感度制御手段として機能する。
【００４２】
Ａ／Ｄ変換器２０６は、撮像部２から入力された画像信号の各画素信号を１２ビットのデジタル信号に変換するものである。Ａ／Ｄ変換器２０６は、基準クロック発生部３０８から入力されるＡ／Ｄ変換用クロックに基づいて、アナログ信号である各画素信号を１２ビットのデジタル信号に変換する。
【００４３】
この様にしてデジタル化された画像信号は、次に、画像処理ＣＰＵ３０１に取り込まれ、所定の処理が行われる。画像処理ＣＰＵ３０１は、本発明に係る撮像装置における画像処理手段として機能するものである。画像処理ＣＰＵ３０１は、マイクロコンピュータからなり、上述した撮像部２内及びカメラ本体部３内の各部材の駆動を有機的に制御してデジタルカメラ１の撮影動作を統括制御するものである。
【００４４】
以下、画像処理ＣＰＵ３０１で行われる画像信号への所定の処理について説明する。
【００４５】
最初に、画像処理ＣＰＵ３０１に取り込まれた画像信号は、ＣＣＤ２０２から出力される画像信号の読出しに同期して記憶手段である画像メモリ３１３に書き込まれる。画像処理ＣＰＵ３０１で行われる画像信号への処理は、画像メモリ３１３に書き込まれたデータにアクセスし、画像メモリ３１３に記録されたデータを用いて各ブロックでの処理が行われるものである。
【００４６】
画素補間部３０２は、画像メモリ３１３に記録された画像データを、ＲＧＢ各画素のフィルタパターンでマスキングした後平均補間（画素補間ともいう）するものである。このうち、高帯域にまで画素を持つＧは、メディアン（中間値）フィルタで周辺４画素の中間２値の平均値に置換して平均補間を行い、Ｒ、Ｂは周囲９画素から同色に対して平均補間を行う。
【００４７】
解像度変換部３０３は、画素補間部３０２で画素補間を行った画像信号に、水平方向及び垂直方向に縮小処理を行ったり、あるいは間引き処理を行い、設定された記録画像画素数に対応可能な解像度に変換するものである。同時に、モニタ表示用の画像信号に対しても水平画素の間引き処理を行い、ＬＣＤ表示部６、ＥＶＦ７に表示可能な低解像度の画像信号に変換する。
【００４８】
ホワイトバランス制御部３０４は、解像度変換の処理が行われたＲ、Ｇ、Ｂ各色成分の画像信号のレベル変換を行うものである。ホワイトバランス処理は、撮影待機時に画像メモリ３１３より読み出された画像データから本来白色と思われる部分を輝度、彩度データ等から推測し、その部分のＲ、Ｇ、Ｂ各平均値、Ｇ／Ｒ比、Ｇ／Ｂ比を求め、Ｒ、Ｂの補正ゲインとして補正制御を行う。
【００４９】
また、本発明では、ホワイトバランス制御部３０４は色むらの検知を行うことも可能である。具体的には、予め設定された領域の画像データを画像メモリ３１３より読み出し、読み出した画像データに所定の演算処理を行って色むらの量を検知するもので、本発明に係る撮像装置における色むら検知手段として機能するものである。
【００５０】
ここで、色むらの検知方法について解説する。なお、図４は色むらを検知する領域を示す模式図である。
【００５１】
１００万画素以上の高密度画素の撮像素子を有する撮像装置では、前述の様に、画像信号の駆動速度を高速化させると、画素間で転送特性にばらつきが発生し、その結果、色むらが発生することがある。色むらは、画面（ＬＣＤ表示部６またはＥＶＦ７）の左方向から右方向に向けて色がばらついている領域が発生していることから確認できる。色むらを検知する際には、先ず、色むらを検知する領域を設定するが、図４に示す様に、検知領域は画面の左端中央部と右端中央部にそれぞれ配置する。ここで、検知領域を画面上下方向に対して中央部に配置したのは、輝度むらによる測定誤差を極力低減させるためである。左端中央部に設けた検知領域をＣ１、右端中央部に設けた検知領域をＣ２とする。
【００５２】
色むら量は、検知領域におけるＲ、Ｇ、Ｂ光の輝度、彩度を測定することにより得られる。具体的には、検知領域１と検知領域２におけるＲ／Ｇ比とＢ／Ｇ比を比較演算することにより求められる。
【００５３】
また、検知領域で得られたＲ、Ｇ、Ｂ光強度を均等色差色空間座標（Ｌ*，ａ*，ｂ*）に座標変換し、ａ*、ｂ*から色むら量を算出して色むらの量を求めることも可能である。すなわち、検知領域１におけるＲ、Ｇ、Ｂ光強度（Ｒ1，Ｇ1，Ｂ1）を（Ｌ1*，ａ1*，ｂ1*）に、検知領域２におけるＲ、Ｇ、Ｂ光強度（Ｒ2，Ｇ2，Ｂ2）を（Ｌ2*，ａ2*，ｂ2*）に変換し、輝度むらの誤差要因を排除した状況下でａ1*とａ2*、及び、ｂ1*とｂ2*を比較演算することにより色むら量を算出する。ホワイトバランス制御部３０４では、この様にして色むらを検知することが可能である。
【００５４】
本発明に係る撮像装置では、色むら検知手段であるホワイトバランス制御部３０４が色むらを検知した時に、画像処理ＣＰＵ３０１が基準クロック発生部３０８を制御して色むら補正を行うことが可能である。
【００５５】
基準クロック発生部３０８は、デジタルカメラ１の駆動制御に使用される基準クロックを形成し、これを各回路に供給する回路である。本発明における基準クロックの具体例としては、タイミングジェネレータ２０９に使用される基準クロックや、Ａ／Ｄ変換器２０６に使用されるＡ／Ｄ変換用クロックなどが挙げられ、基準クロック発生部３０８でこれらのクロックを生成する。この様に、基準クロック発生部３０８は、本発明に係る撮像装置における基準信号生成手段として機能する。
【００５６】
ここで、本発明に係る撮像装置で行われる色むら補正の方法を図５の駆動信号周波数切換の模式図を用いて説明する。図５（ａ）には通常時の基準クロックによる画素クロックとＣＣＤ２０２の出力信号、及び、サンプリング信号（ベース部；ＳＨＰ、データ部；ＳＨＤ）の各波形を示し、図５（ｂ）には基準クロックを低速化した時に発現される画素クロック、ＣＣＤ出力信号、及び、サンプリング信号の波形を示す。
【００５７】
本発明者は、１００万画素を超える様な高画素の撮像素子を用いた撮像装置で発生する色むらの原因がＣＣＤ２０２の駆動信号周波数の高速化に起因するものであることに着目した。すなわち、図５（ａ）において画素クロックの周波数が非常に高くなると画素クロックの立ち上がり波形と立ち下がり波形がなまってしまい、その結果、ＯＮ／ＯＦＦ時間が短縮化してＣＣＤ２０２の電荷を転送するのに必要な電位（ポテンシャル）が得られなくなってしまう。そのために色むらが発生する。
【００５８】
そこで、本発明者は、色むらの発生を検知した時に、画像処理ＣＰＵ３０１で基準クロック発生部３０８で形成される基準クロックの形成を制御して、図５（ｂ）に示す様に画素クロックの周波数を低速化させることでＣＣＤ２０２の駆動信号周波数（画素クロック）を意図的に低速化させることにより色むらの発生が抑えられるものと考え、検討の末、本発明を見出したのである。
【００５９】
さらに、本発明者はＣＣＤ２０２の画素クロックの低速化した時のＣＤＳ回路２０４におけるサンプリング信号（ＳＨＰ、ＳＨＤ）の周波数にも着目したところ、画素クロックの低速化に伴いサンプリング信号も自動的に低速化されるが、サンプリングに最適なタイミングは依然として非常に狭い範囲にあることに気付いた。そこで、本発明者は周波数が低速化したサンプリング信号に対し、サンプリングに最適なタイミングを得られる方法を検討し、サンプリング信号の位相を変動させるとサンプリングに最適なタイミングが得られる様になることを見出した。そして、この様にサンプリング信号の位相を変動させると色むらの補正がより効果的に行われることを見出し、請求項３に記載の発明に到ったのである。
【００６０】
この様に、本発明は、画素密度の高い撮像素子を用いた撮像装置で発生していた画素信号の転送特性のバラツキに起因する色むらの補正を、画素クロックを低速化させてＣＣＤ２０２の転送特性を向上させることで達成させ、さらに、低速化したサンプリング信号の位相を変動させることで、色むらの発生をより高精度に抑制することを可能にした発明である。
【００６１】
本発明では、上記構成により、撮像素子では電荷を転送後、次の電荷を転送するまでに電位ポテンシャルを十分に安定させることができ、各画素信号は十分な電位ポテンシャルを得てから転送される様になり、画素信号間での転送性能にバラツキが発生することはない。したがって、画素信号間での転送特性のバラツキによる濃度むらは解消することが確認された。さらに、タイミングジェネレータ２０９で形成された画素クロックの周波数の低速化に伴い、低速化したＣＤＳ回路２０４に供給されるサンプリング信号の位相を変動させる操作を行うと、色むらの問題がより確実に解消されることを見出した。
【００６２】
また、本発明では、上記の色むら補正方法に加えて、画像処理ＣＰＵ３０１内のマトリクス演算部３０６で使用されるマトリクス係数を補正することにより色むらを目立たなくさせることができることも見出した。
【００６３】
この色むら補正方法は、撮影感度が例えばＩＳＯ４００以上の場合などの様に、ある程度高感度の撮影条件下で有効である。以下、この方法について説明する。
【００６４】
マトリックス演算部３０６は、画像処理ＣＰＵ３０１のガンマ補正部３０５でガンマ補正処理されたＲ、Ｇ、Ｂ光で表される画像信号を、下記式１で表される座標変換式により、Ｙ信号（輝度信号）と色差信号（Ｃｒ（Ｒ−Ｙ）信号とＣｂ（Ｂ−Ｙ）信号）に変換するもので、変換して得られた値は画像メモリ３１３に格納される。
【００６５】
なお、ガンマ補正部３０５は、画像信号のγ特性を補正して、画像信号を出力機器の特性に適した、例えば、８ビットの画像信号に変換するものである。
【００６６】
【数１】
2006109046.tif 000003
【００６７】
式中のａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｉは、座標変換のマトリックス係数である。
【００６８】
マトリクス演算部３０６は、低彩度の画像信号の再現色を抑圧する性質を有するもので、いわゆる低彩度色信号抑圧手段として機能するものである。
【００６９】
本発明では、マトリックス演算部３０６が低彩度の画像信号の再現色を抑圧する性質を有するものであることに着目し、撮影状況に応じて前述したマトリックス係数の値を調整することにより、色むらの補正を行うことを考えたものである。
【００７０】
具体的には、式１の座標変換式で算出された色差信号（Ｃｒ及びＣｂ）の値が予め設定されている任意の値よりも小さくなる場合には、撮影画像の彩度が低いものとみなし、この様な場合には、マトリックス係数ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｉに、０以上１未満の補正係数値を掛けて色差成分を補正することにより、色むらの軽減が行えることを見出した。
【００７１】
なお、色むらは、有彩色の撮影画像では目立ちにくいので色差信号が所定の値より小さくなる場合のみ色差信号を補正する様にした。
【００７２】
この様に、本発明では、高感度での撮影を行う場合、撮像装置内における低彩度色信号抑圧手段として機能するマトリクス演算部３０６の色差信号用のマトリクス係数を補正することで、高感度の撮影条件下で発生した色むらを目立たなくする様に補正が行えることを見出した。
【００７３】
また、画像処理ＣＰＵ３０１は、撮影画像を記録する際に画像記録用の圧縮画像を生成する画像圧縮部３０７を備えている。画像圧縮部３０７は、撮影画像に２次元ＤＣＴ変換、ハフマン符号化等のＪＰＥＧ（Ｊｏｉｎｔ  Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃ  Ｃｏｄｉｎｇ  Ｅｘｐｅｒｔｓ  Ｇｒｏｕｐ）方式による所定の圧縮処理を施して選択された圧縮率Ｋの圧縮画像データを生成し、この圧縮画像データをメモリカード１３に記録する。
【００７４】
次に、デジタルカメラ１の各状態下における画像処理ＣＰＵ３０１での信号処理について説明する。撮影待機状態では、例えば、１／３０秒毎など所定間隔で撮像部２より画像信号が画像処理ＣＰＵ３０１に取り込まれる。取り込まれた画像信号は、画素補間部３０２からマトリクス演算部３０６にかけての所定の信号処理が施され、信号処理の施された画像信号は画像メモリ３１３に記録される。
【００７５】
そして、画像メモリ３１３に記録された画像信号を読み出し、読み出された画像信号をビデオエンコーダ３０９でＮＴＳＣ／ＰＡＬにエンコードし、これをフィールド画像としてＬＣＤ表示部６やＥＶＦ７に画像表示する。
【００７６】
また、画像記録時では、設定された記録解像度の画像とするために画像圧縮部３０７で圧縮処理を行った後、メモリカードドライバ３１０よりメモリカード１３に圧縮画像を記録する。
【００７７】
また、記録された画像を再生する再生モードでは、メモリカード１３から読み出された画像信号に画像処理ＣＰＵ３０１で所定の信号処理を施した後、ビデオエンコーダ３０９を介してＬＣＤ表示部６やＥＶＦ７に表示する。
【００７８】
なお、図３中のスイッチ群３１２は、図１及び図２のシャッタボタン５、ＥＶＦ切換スイッチ８、再生コマ送りスイッチ／ズームスイッチ９、撮影感度切換スイッチ１０、撮影モード切換スイッチ１１、に相当するスイッチである。
【００７９】
次に、デジタルカメラ１の駆動信号周波数制御、並びにサンプリング位相制御の調整工程を図６に示すフローチャートに従って説明する。なお、調整工程では反射率が均一な白チャートを撮像することにより調整を行う。
【００８０】
先ず、デジタルカメラ１を調整モードに設定する（ステップＳ１）。ここで、調整モードとは、調整プログラムが格納されているパーソナルコンピュータをデジタルカメラ１に接続し、ＡＥ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｅｘｐｏｓｕｒｅ；自動露光調整）、ＡＷＢ（Ａｕｔｏ  Ｗｈｉｔｅ  Ｂａｌａｎｃｅ；自動のホワイトバランス調整）、ＡＦ（Ａｕｔｏ  ｆｏｃｕｓ；自動焦点調整）等の調整を制御する際の基準となる各種パラメータ設定を行うモードのことである。デジタルカメラ１では、この調整モードの段階で、駆動制御信号生成手段により生成される制御信号の周波数を制御するパラメータや、ＣＤＳ回路に供給されるサンプリング信号の位相を制御するパラメータも設定される。
【００８１】
デジタルカメラ１が調整モードに設定されると、撮影待機状態になり、撮影待機状態時における画像が表示される。（ステップＳ２）。
【００８２】
次に、撮影感度の選択により、ＡＧＣ回路２０５のゲイン設定が行われる。撮影感度の選択は、カメラ本体３の上面に設けられた撮影感度切換スイッチにより、例えば、ＩＳＯ１００、２００、４００、８００の４種類の感度の中から選択される。なお、調整の初期工程ではＩＳＯ１００に設定される。（ステップＳ３）。
【００８３】
次に、ホワイトバランス制御部３０４にて、予め設定された領域の画像データを画像メモリ３１３より読み出し、読み出された画像データに基づき所定の演算を行い、色むら量の検知を行う。（ステップＳ４）。
【００８４】
色むら量を検知した時に、検知された色むら量が予め設定しておいた基準値よりも大きいか否かが判断され（ステップＳ５）、色むらの量が基準値以上の場合（ステップＳ５；Ｙｅｓ）には、画像処理ＣＰＵ３０１が基準クロック発生部３０８の駆動を制御して、タイミングジェネレータ２０９に対する基準クロックの周波数を低速方向に変更する。（ステップＳ６）。
【００８５】
そして、基準クロック発生部３０８では、ＣＤＳ回路２０４のサンプリング信号の位相を、前述のステップＳ６で低速方向に変更された基準クロックの周波数に基づいて変更する。（ステップＳ７）。ステップＳ６及びステップＳ７の処理を実施することにより、色むら量が低減され、その後、再度ステップＳ４に戻り、色むら量が基準値以下になるまで、これらの操作を繰り返す。
【００８６】
色むら量が基準値に満たないことが確認されると（ステップＳ５；Ｎｏ）、撮影感度の設定が全て完了したか否かを確認する。（ステップＳ８）。撮影感度設定が完了していない場合（ステップＳ８；Ｎｏ）は、撮影感度の設定が再度行われ（ステップＳ３）、前述の操作が繰り返される。また、完了している場合（ステップＳ８；Ｙｅｓ）は、設定された撮影感度値とステップＳ６で変更された基準クロックの周波数をメモリに保存し（ステップＳ９）、さらに、ステップＳ７で変更されたＣＤＳ回路２０４のサンプリング信号の位相をメモリに保存する。（ステップＳ１０）。
【００８７】
以上で、調整工程が終了し、撮影時には撮影感度切換スイッチ１０により選択された撮影感度に基づき、メモリに保存されている基準クロックの周波数とＣＤＳ回路２０４のサンプリング信号の位相が読み出され、画像処理ＣＰＵ３０１では読み出された撮影感度設定値、並びにサンプリング位相設定値に基づき、基準クロック発生部３０８の基準クロックの周波数、並びにサンプリング信号の位相を制御して色むら量の補正が行われる。
【００８８】
次に、高感度の撮影条件下で行われる色むらを目立たなくする様に補正する方法を、図７のフローチャートに従って説明する。
【００８９】
最初に、デジタルカメラ１を記録モードにして撮影待機状態にする。（ステップＳ２１）。撮影待機状態にすると、デジタルカメラ１のＬＣＤ表示部６には撮影待機画像が表示される。（ステップＳ２２）。
【００９０】
次に、撮影感度切換スイッチ１０で設定されている撮影感度を確認し（ステップＳ２３）、この値をメモリに記憶しておく。ここでは、色むら補正が必要な場合を撮影感度ＩＳＯ４００以上の場合としておく。そして、撮影感度がＩＳＯ４００以上であるか否かを判定する。（ステップＳ２４）。なお、撮影感度設定を自動設定で実施する場合は、自動設定されている撮影感度を確認し（ステップＳ２３）、この値をメモリに記憶しておく。
【００９１】
撮影感度がＩＳＯ４００未満の場合（ステップＳ２４；Ｙｅｓ）は、色むらが目立ちにくく、マトリクス演算部３０６への補正を行う必要がないと判断し、そのままマトリクスマトリクス変換を行い（ステップＳ２５）、補正を行うことなくＲ、Ｇ、Ｂ信号の輝度信号及び色差信号への変換が完了する。（ステップＳ２８）。
【００９２】
一方、撮影感度がＩＳＯ４００以上の場合（ステップＳ２４；Ｎｏ）は、色むらの補正が必要であると判断し、マトリクス演算部３０６で使用される変換式中の色差信号変換用のマトリクス係数を補正する補正値ｋを設定しておく。（ステップＳ２６）。補正値ｋは、０＜ｋ＜１の範囲の値であり、撮影感度に対応した補正値が予め設定されている。
【００９３】
次に、撮影感度がＩＳＯ４００未満の場合と同様にマトリクス変換を行い（ステップＳ２５）、得られた色差信号ＣｒとＣｂが基準値よりも大きいか否かを判定する。（ステップＳ２７）。ここで、色差信号の値が基準値よりも大きい場合には色むら補正を行うことなくＲ、Ｇ、Ｂ信号の変換作業が終了する（ステップＳ２８）が、基準値よりも小さい場合（ステップＳ２７のＮｏ）には、得られた色差信号Ｃｒ及びＣｂに前述の補正値ｋを乗じて色差信号の補正を行う。（ステップＳ２９）。以下、これを詳述する。
【００９４】
この操作は、撮影感度が高感度の場合に色差信号変換用のマトリクス係数に補正値ｋを乗じて補正を行っているものである。本発明では、撮影感度がＩＳＯ４００以上の場合を高感度としているが、撮影感度が高感度の場合に色むらが目立ち易くなると判定して、前述の座標変換式（式１）における色差信号変換に使用されるマトリクス係数を補正するための補正値ｋを設定しておく。そして、マトリクス変換により得られた色差信号Ｃｒ及びＣｂの値が基準値に満たないと判定し（ステップＳ２７のＮｏ）、色差信号変換に使用されるマトリックス係数ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｉに補正係数ｋを掛けて補正を行う。本発明では、補正係数ｋの値は予め設定しておき、例えば、ＩＳＯ４００の場合は０．８に、ＩＳＯ８００の場合は０．５に設定しておく。この様に、低彩度色信号抑圧制御を行う場合は、撮影感度が高くなるほど色むらが目立ち易くなる傾向を考慮して、マトリクス係数に掛ける補正係数ｋを設定する。
【００９５】
この様に、本発明では、撮影感度が所定感度よりも高い場合にマトリクス処理部３０６で色差信号変換に使用されるマトリクス係数を補正することにより、色むらを目立たなくさせる様に補正することが可能である。
【００９６】
以上の様に、本発明では、撮像素子の転送特性に起因して生ずる色むらを撮影条件に応じて低減することが可能なので、撮影状況に応じた色むら補正を行うことにより、高品位な撮影画像を得られることが可能になった。特に、本発明では、１００万画素を超える高い画素密度を有する撮像装置における画素信号駆動の高速化により発生していた転送特性のバラツキに起因して生ずる色むらの補正に効果的であることが見出され、高品位な画像再現性の発現を可能にした。
【００９７】
なお、上述した実施例では、調整工程におけるデジタルカメラ１の駆動信号周波数制御、並びにサンプリング位相制御の動作を説明したが、本発明はパーソナルコンピュータを介さず、調整プログラムをデジタルカメラ１に格納し、撮影者自身で調整を行える様にする構成とすることも可能である。
【００９８】
また、駆動信号周波数制御、サンプリング位相制御、並びに低彩度色信号抑圧制御は撮影感度をパラメータとして補正動作を行うようにしたが、撮影シーンに応じて、補正動作を切換えるような構成にしてもよい。例えば、スポーツシーンのように動きの速い被写体を撮影する場合は、撮影感度が高感度に設定されていても、駆動信号周波数制御による低速駆動は行わずにフレームレートは高速を維持し、被写体追従性を重視した動作を行う。一方、風景やポートレートのように静的でかつ高精細な描写性能を求められる被写体を撮影する場合には、撮影感度が低感度に設定されていても、駆動信号周波数制御、サンプリング位相制御、並びに低彩度色信号抑圧制御による色むら補正を行い、高品位な画像再現性を重視した動作を行わせることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】本発明に係るデジタルカメラの正面図及び背面図である。
【図２】本発明に係るデジタルカメラの上面図及び側面図である。
【図３】本発明に係るデジタルカメラにおけるブロック構成図である。
【図４】色むらを検知する領域を示す模式図である。
【図５】駆動信号周波数切換の模式図である。
【図６】駆動信号周波数制御とサンプリング位相制御による色むら補正のフローチャートである。
【図７】画像信号変換用のマトリクス係数補正による色むら補正のフローチャートである。
【符号の説明】
【０１００】
１  デジタルカメラ
２  撮像部
２０１  マクロズームレンズ
２０２  ＣＣＤエリアセンサ
２０３  信号処理回路
２０４  ＣＤＳ回路
２０５  ＡＧＣ回路
２０６  Ａ／Ｄ変換器
２０７  フォーカスモータードライバ
２０８  絞りドライバ
２０９  タイミングジェネレータ
３  カメラ本体部
３０１  画像処理ＣＰＵ
３０２  画素補間部
３０３  解像度変換部
３０４  ホワイトバランス制御部
３０５  ガンマ補正部
３０６  マトリックス演算部
３０７  画像圧縮部
３０８  基準クロック発生部
３０９  ビデオエンコーダ
３１０  メモリカードドライバ
３１１  カメラ制御ＣＰＵ
３１２  スイッチ群
３１３  画像メモリ
４  フラッシュ
５  シャッタボタン
６  ＬＣＤ表示部
７  ＥＶＦ
８  ＥＶＦ切替スイッチ
９  再生コマ送りスイッチ／ズームスイッチ
１０  撮影感度切換スイッチ
１１  撮影モード切換スイッチ
１２  外部接続端子
１３  メモリカード
Ｃ１、Ｃ２  色むら検知領域
【図１】
2006109046.tif 000004
【図２】
2006109046.tif 000005
【図３】
2006109046.tif 000006
【図４】
2006109046.tif 000007
【図５】
2006109046.tif 000008
【図６】
2006109046.tif 000009
【図７】
2006109046.tif 000010