(57)【要約】【課題】ダーク減算処理を行なっても電源変動などで生じる縞状のパターンノイズを軽減する。【解決手段】画像処理装置は、撮像の際に光学像に応じて撮像素子から得られる本画像から撮像素子を遮光した状態で撮像素子から得られるダーク画像を減算処理して画像データを生成する。タイミング発生部３１３は撮像素子を駆動制御して撮像素子から本画像およびダーク画像を読み出し、タイミング制御部５０１はタイミング発生部による撮像素子の駆動タイミングを制御して、本画像を撮像素子から読み出す際にノイズ源から本画像に加わるノイズとダーク画像を撮像素子から読み出す際にノイズ源からダーク画像に加わるノイズとの位相差を所定の位相差とする。【選択図】図５
2015126367.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像の際に光学像に応じて撮像素子から得られる本画像から前記撮像素子を遮光した状態で前記撮像素子から得られるダーク画像を減算処理して画像データを生成する画像処理装置であって、
前記撮像素子を駆動制御して前記撮像素子から前記本画像および前記ダーク画像を読み出す駆動手段と、
前記本画像から前記ダーク画像を減算処理して処理済み画像データを得る画像処理手段と、
前記駆動手段による前記撮像素子の駆動タイミングを制御して、前記本画像を前記撮像素子から読み出す際にノイズ源から前記本画像に加わるノイズと前記ダーク画像を前記撮像素子から読み出す際に前記ノイズ源から前記ダーク画像に加わるノイズとの位相差を所定の位相差とする制御手段と、
を有することを特徴とする画像処理装置。
【請求項２】
前記所定の位相差はゼロであることを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項３】
前記ノイズ源は、前記撮像素子を除く前記画像処理装置に備えられた１つの回路ブロックであり、
前記制御手段は、前記回路ブロックを駆動する第１の駆動信号を生成する第１の生成手段と、
前記駆動手段を駆動する第２の駆動信号を生成する第２の生成手段と、
前記撮像素子の読み出しを開始する際、前記第１の駆動信号と前記第２の駆動信号とを同期させて前記第１の駆動信号と前記第２の駆動信号との位相差を前記所定の位相差とするタイミング手段とを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の画像処理装置。
【請求項４】
前記タイミング手段は、前記第１の生成手段を制御して前記第１の駆動信号をリセットし当該第１の駆動信号の位相を確定するとともに、前記第２の生成手段を制御して前記第２の駆動信号を前記駆動手段に与えて前記撮像素子の読み出しを開始することを特徴とする請求項３に記載の画像処理装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記ノイズ源のノイズ周波数に応じて、前記ダーク画像の読み出し開始タイミングから前記本画像の読み出し開始タイミングまでの時間差を決定して、前記ノイズ源から前記本画像に加わるノイズと前記ノイズ源から前記ダーク画像に加わるノイズとの位相差を所定の位相差とすることを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記ダーク画像の読み出し開始タイミングから前記本画像の読み出し開始タイミングとの時間差を前記ノイズ周波数の逆数の整数倍とすることを特徴とする請求項５に記載の画像処理装置。
【請求項７】
撮像光学系を介して光学像が結像されて前記光学像に応じた画像信号を得る撮像素子と、
前記光学像を選択的に遮光する遮光手段と、
請求項１〜６のいずれか１項に記載の画像処理装置と、
を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項８】
撮像の際に光学像に応じて撮像素子から得られる本画像から前記撮像素子を遮光した状態で前記撮像素子から得られるダーク画像を減算処理して画像データを生成する画像処理装置の制御方法であって、
前記撮像素子を駆動制御して前記撮像素子から前記本画像および前記ダーク画像を読み出す駆動ステップと、
前記本画像から前記ダーク画像を減算処理して処理済み画像データを得る画像処理ステップと、
前記駆動ステップによる前記撮像素子の駆動タイミングを制御して、前記本画像を前記撮像素子から読み出す際にノイズ源から前記本画像に加わるノイズと前記ダーク画像を前記撮像素子から読み出す際に前記ノイズ源から前記ダーク画像に加わるノイズとの位相差を所定の位相差とする制御ステップと、
を有することを特徴とする制御方法。
【請求項９】
撮像の際に光学像に応じて撮像素子から得られる本画像から前記撮像素子を遮光した状態で前記撮像素子から得られるダーク画像を減算処理して画像データを生成する画像処理装置で用いられる制御プログラムであって、
前記画像処理装置が備えるコンピュータに、
前記撮像素子を駆動制御して前記撮像素子から前記本画像および前記ダーク画像を読み出す駆動ステップと、
前記本画像から前記ダーク画像を減算処理して処理済み画像データを得る画像処理ステップと、
前記駆動ステップによる前記撮像素子の駆動タイミングを制御して、前記本画像を前記撮像素子から読み出す際にノイズ源から前記本画像に加わるノイズと前記ダーク画像を前記撮像素子から読み出す際に前記ノイズ源から前記ダーク画像に加わるノイズとの位相差を所定の位相差とする制御ステップと、
を実行させることを特徴とする制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像処理装置、その制御方法、および制御プログラム、並びに撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電子カメラなどの撮像装置においては、ＣＣＤ又はＣＭＯＳセンサーなどの固体撮像素子（以下単に撮像素子と呼ぶ）が用いられている。このような撮像装置では、撮像素子において光学像を電気信号（アナログ信号）に変換する過程で画像の画質劣化の原因となる様々なノイズが発生する。代表的なノイズとして、画素毎の製造バラツキに起因して発生する画素欠陥によるノイズ、そして、読み出し回路を構成するアンプなどの部品の製造バラツキに起因する固定パターンノイズなどがある。
【０００３】
さらに、画素および読み出し回路のリセットノイズ、画素領域において発生する暗電流などの撮像動作を行う度に変動するランダムノイズも代表的なノイズとして知られている。
【０００４】
このような画質劣化のゲインとなるノイズについて、従来の撮像装置においては、暗電流およびキズに起因するノイズ成分と撮像素子を露光して得られた信号成分とを減算するダーク減算処理によって、高品位な画像を得るようにしている。例えば、撮像素子を露光しない状態で電荷蓄積を行って得られたダーク画像と撮像素子を露光した状態で電荷蓄積を行って得られた画像（本画像）とを用いて高品位な画像を得ている。
【０００５】
ところで、所謂暗電流ノイズは、電荷蓄積時間および撮像素子の温度上昇に応じて増大するので、長秒時の露光又は高温時に露光を行う場合、上述のダーク減算処理を用いれば、画質の改善効果が大きくなる。
【０００６】
ところが、上述のダーク減算処理には一般に次のような問題がある。
【０００７】
本画像からダーク画像を減算処理すると、本画像およびダーク画像において同様に発生する固定パターンノイズ以外のノイズが増大してしまい、画質の低下を避けることが困難となる。例えば、電源などの変動で生じる横縞状のノイズについて、本画像およびダーク画像においてその発生位置が一致しない。このため、ダーク減算処理を行うと、横縞状のノイズが増大してしまう。
【０００８】
このような問題に対処するため、例えば、撮影条件を判別に応じて本撮影の際の暗電流成分を検出して、当該暗電流成分が所定の閾値以上の際にダーク減算処理を行うようにした画像処理装置がある（特許文献１参照）。これによって、暗電流成分に起因するノイズが軽微な場合にはダーク減算処理が行われないことなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−１４２８２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところが、上述の特許文献１に記載の画像処理装置では、暗電流成分におけるノイズが大きくダーク減算処理が行われると、電源などの変動で生じるランダムな縞状のパターンノイズが増大してしまうことを避けることが困難である。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、ダーク減算処理を行なっても電源変動などで生じる縞状のパターンノイズを軽減することのできる画像処理装置、その制御方法、および制御プログラム、並びに撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するため、本発明による画像処理装置は、撮像の際に光学像に応じて撮像素子から得られる本画像から前記撮像素子を遮光した状態で前記撮像素子から得られるダーク画像を減算処理して画像データを生成する画像処理装置であって、前記撮像素子を駆動制御して前記撮像素子から前記本画像および前記ダーク画像を読み出す駆動手段と、前記本画像から前記ダーク画像を減算処理して処理済み画像データを得る画像処理手段と、前記駆動手段による前記撮像素子の駆動タイミングを制御して、前記本画像を前記撮像素子から読み出す際にノイズ源から前記本画像に加わるノイズと前記ダーク画像を前記撮像素子から読み出す際に前記ノイズ源から前記ダーク画像に加わるノイズとの位相差を所定の位相差とする制御手段と、を有することを特徴とする。
【００１３】
本発明による撮像装置は、撮像光学系を介して光学像が結像されて前記光学像に応じた画像信号を得る撮像素子と、前記光学像を選択的に遮光する遮光手段と、上記の画像処理装置と、を有することを特徴とする。
【００１４】
本発明による制御方法は、撮像の際に光学像に応じて撮像素子から得られる本画像から前記撮像素子を遮光した状態で前記撮像素子から得られるダーク画像を減算処理して画像データを生成する画像処理装置の制御方法であって、前記撮像素子を駆動制御して前記撮像素子から前記本画像および前記ダーク画像を読み出す駆動ステップと、前記本画像から前記ダーク画像を減算処理して処理済み画像データを得る画像処理ステップと、前記駆動ステップによる前記撮像素子の駆動タイミングを制御して、前記本画像を前記撮像素子から読み出す際にノイズ源から前記本画像に加わるノイズと前記ダーク画像を前記撮像素子から読み出す際に前記ノイズ源から前記ダーク画像に加わるノイズとの位相差を所定の位相差とする制御ステップと、を有することを特徴とする。
【００１５】
本発明による制御プログラムは、撮像の際に光学像に応じて撮像素子から得られる本画像から前記撮像素子を遮光した状態で前記撮像素子から得られるダーク画像を減算処理して画像データを生成する画像処理装置で用いられる制御プログラムであって、前記画像処理装置が備えるコンピュータに、前記撮像素子を駆動制御して前記撮像素子から前記本画像および前記ダーク画像を読み出す駆動ステップと、前記本画像から前記ダーク画像を減算処理して処理済み画像データを得る画像処理ステップと、前記駆動ステップによる前記撮像素子の駆動タイミングを制御して、前記本画像を前記撮像素子から読み出す際にノイズ源から前記本画像に加わるノイズと前記ダーク画像を前記撮像素子から読み出す際に前記ノイズ源から前記ダーク画像に加わるノイズとの位相差を所定の位相差とする制御ステップと、を実行させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、本画像からダーク画像を減算するダーク減算処理を行なっても電源変動などで生じる縞状のパターンノイズを容易に軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施形態による画像処理装置を備える撮像装置の一例についてその構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す撮像素子についてその等価回路を示す図である。
【図３】図２に示す撮像素子における信号読み出し動作を説明するための駆動パターンの一例を示す図である。
【図４】図１に示すカメラで行われるダーク減算処理における横縞状のノイズの影響を説明するための図であり、（ａ）はダーク画像と本画像（撮影画像）とが位相反転状態である場合の影響を示す図、（ｂ）はダーク画像と本画像とが同一位相である場合の影響を示す図である。
【図５】図１に示すカメラで用いられるタイミング制御部の一例についてその構成を示すブロック図である。
【図６】図５に示すタイミング制御部による読み出し制御を説明するためのタイミングチャートである。
【図７】本発明の第２の実施形態による画像処理装置を備えるカメラにおける撮像素子の読み出しタイミングを説明するためのタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態による画像処理装置の一例について図面を参照して説明する。
【００１９】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態による画像処理装置を備える撮像装置の一例についてその構成を示すブロック図である。
【００２０】
図示の撮像装置は、例えば、デジタルカメラ（以下単にカメラと呼ぶ）であり、ＣＭＯＳイメージセンサーなどの固体撮像素子（以下単に撮像素子と呼ぶ）３０４を有している。撮像素子３０４の前側には順にシャッター３０３、絞り３０２、および撮影レンズユニット（以下単にレンズと呼ぶ）３０１が配置されている。これらレンズ３０１、絞り３０２、およびシャッター３０３は撮像光学系を構成する。
【００２１】
レンズ３０１から入射した光学像は絞り３０２およびシャッター３０３でその光量が調整されて撮像素子３０４に結像する。撮像素子３０４は光学像を光電変換によって電気信号（アナログ画像信号）に変換する。撮像素子３０４から出力されたアナログ画像信号（撮像信号ともいう）はアナログフロントエンド回路（ＡＦＥ）３０５に与えられる。ＡＦＥ３０５は撮像信号に対して所定の撮像信号処理を行うとともに、アナログーデジタル（Ａ／Ｄ）変換を行って画像データを出力する。そして、この画像データは信号処理部３０６に送られる。
【００２２】
信号処理部３０６は画像データに対して各種の補正処理を行うとともに、必要に応じてデータ圧縮処理を行って処理済み画像データとする。そして、処理済み画像データはメモリ部３０７に一時的に記憶される。上記の各種の補正処理には、例えば、後述する本画像からダーク画像を減算処理するダーク減算処理が含まれる。
【００２３】
なお、撮像素子３０４、ＡＦＥ３０５、および信号処理部３０６にはタイミング発生部３１３からタイミングパルスが供給される。タイミング発生部３１３は、全体制御・演算部３１２の制御下で後述するクロック信号ＣＬＫ＿ＣＭＯＳに応じてタイミングパルスを生成する。
【００２４】
全体制御・演算部３１２は各種の演算処理を行うとともに、カメラ全体の制御を行う。外部インターフェース（Ｉ／Ｆ）部３１０には、例えば、外部コンピュータ３１１などの外部機器が接続され、外部Ｉ／Ｆ部３１０は当該外部機器と通信を行う。なお、外部Ｉ／Ｆ３１０は、無線ユニット３１８を介して画像データを送信するなど、外部機器との通信を無線で行うこともできる。
【００２５】
記録媒体制御インターフェース（Ｉ／Ｆ）部３０８には、記録媒体３０９が着脱可能に接続される。記録媒体３０９が記録媒体制御Ｉ／Ｆ３０８に装着されている場合、記録媒体制御Ｉ／Ｆ３０８は記録媒体３０９に画像データを記録し、さらに記録媒体３０９に記録された画像データを読み出す。なお、記録媒体３０９は、例えば、半導体メモリで構成されている。
【００２６】
ストロボ部３１４は、全体制御・演算部３１２の制御下で、ＡＦ（オートフォーカス）補助光の投光およびフラッシュ調光を行う。電源回路３１５は、例えば、電池電圧を所望の電圧に変換するＤＣ／ＤＣ回路を備え、カメラで必要な電圧を必要な期間、記録媒体３０９を含む各部に供給する。ＤＣ／ＤＣ回路は、後述するクロック信号ＣＬＫ＿ＤＣＤＣに基づいて駆動される。
【００２７】
なお、レンズ駆動回路３１８は、全体制御・演算部３１２の制御下でレンズ３０１を駆動制御し、絞り駆動回路３１７は絞り３０２を駆動制御する。同様に、シャッター駆動回路３１６は、全体制御演算部３１２の制御下でシャッター３０３を駆動制御する。
【００２８】
なお、撮像素子３０４に光学像を結像させた状態で蓄積動作を行うことで撮像素子３０４から出力される画像信号を本画像と呼ぶ。また、全体制御・演算部３１２が絞り３０２およびシャッター３０３によって撮像素子３０４を遮光した状態で蓄積動作を行うことで撮像素子３０４から出力される信号をダーク画像と呼ぶ。
【００２９】
図１に示すカメラにおいては、上述のように、ストロボ、電圧変換を行うためのＤＣ／ＤＣ回路、レンズ、絞り、およびシャッターを駆動するためのアクチュエータ駆動回路が備えられている。さらに、カメラには外部機器と通信を行うための通信ユニット（外部Ｉ／Ｆ部３１０および無線ユニット３１８）が備えられている。つまり、図示のカメラは、その内部又は近傍に撮像素子３０４の電源電圧を周期的に変動させるノイズ源となり得る構成要素を有している。
【００３０】
これらノイズ源が撮像素子３０４の信号読み出し中に動作すると、その電源変動および電磁波などによって撮像素子３０４に供給される電源電圧が変動する。これらのノイズ源の各々は、構成要素又は部品毎に特定の周波数のクロック信号で駆動されるので、撮像素子３０４の電源電圧が周期的に変動して、周期的な横縞状のノイズとして画像に現われることになる。
【００３１】
なお、図１に示すノイズ源以外にも、動作によってカメラの電源および撮像素子３０４周辺の磁場を変動させ得る機器および部品はノイズ源となる。
【００３２】
図２は、図１に示す撮像素子３０４についてその等価回路を示す図である。
【００３３】
図２を参照して、撮像素子３０４を構成する各回路素子は、半導体集積回路製造技術によって、例えば、単結晶シリコンなどの半導体基板上に形成される。ここでは、画素アレイの行数及び列数は、ｎ行×ｍ列（ｎおよびｍの各々は２以上の整数である）であるとする。なお、図示の例では、ｎ＝ｍ＝３の３行×３列の画素アレイが示されているが、画素アレイの行数および列数は、図示の例に限定されない。
【００３４】
撮像素子３０４は、２次元マトリックス状に配列された複数の単位画素４００を有しており、これら単位画素４００によって画素部が構成される。単位画素４００はフォトダイオードＰＤを有しており、フォトダイオードＰＤは、光を受けて電気信号である光信号を発生する。図示の例では、フォトダイオードＰＤは、そのアノードが接地されている。
【００３５】
フォトダイオードＰＤのカソードは、フォトダイオードＰＤに蓄積された光信号電荷を転送するための転送ＭＯＳ  Ｍ１を介して、増幅ＭＯＳ  Ｍ３のゲートに接続されている。増幅ＭＯＳ  Ｍ３のゲートには、当該増幅ＭＯＳ  Ｍ３をリセットするためのリセットＭＯＳ  Ｍ２のソースが接続され、リセットＭＯＳ  Ｍ２のドレインはリセット電源に接続されている。また、増幅ＭＯＳ  Ｍ３のドレインは直接電源に接続されている。さらに、転送ＭＯＳ  Ｍ１のドレインおよび増幅ＭＯＳ  Ｍ３のゲートはフローティングディフュージョンＦＤに接続されている。そして、増幅ＭＯＳ  Ｍ３のソースは選択ＭＯＳ  Ｍ４のドレインに接続される。
【００３６】
ｎ行目の単位画素４００の転送ＭＯＳ  Ｍ１のゲートは、図中横方向に延在する行転送線ＰＴＸ＿ｎに接続される。また、ｎ行目の単位画素４００のリセットＭＯＳ  Ｍ２のゲートは、図中横方向に延在する行リセット線ＰＲＥＳ＿ｎに接続される。そして、ｎ行目の単位画素４００の選択ＭＯＳ  Ｍ４のゲートは、図中横方向に延在する行選択線ＰＳＥＬ＿ｎに接続される。
【００３７】
上述の行転送線ＰＴＸ＿ｎ、行リセット線ＰＲＥＳ＿ｎ、および行選択線ＰＳＥＬ＿ｎは、垂直走査回路（ＶＳＲ）ブロック４１１に接続されている。垂直走査回路ブロック４１１は行転送線ＰＴＸ＿ｎに、画素信号の転送を制御するための信号電圧を、後述するタイミングで供給する。さらに、垂直走査回路ブロック４１１は行リセット線ＰＲＥＳ＿ｎに、単位画素４００のリセットを制御するための信号電圧を後述するタイミングで供給する。そして、垂直走査回路ブロック４１１は行選択線ＰＳＥＬ＿ｎに、信号転送を行う画素行を選択するための信号電圧を後述するタイミングで供給する。
【００３８】
図示のように、ｍ列目の単位画素４００の増幅ＭＯＳ  Ｍ３のソースは、縦方向に延在する垂直信号線Ｖ＿ｍに選択ＭＯＳ  Ｍ４を介して接続される。垂直信号線Ｖ＿ｍは、負荷手段である定電流源Ｉに接続されるととともに、クランプ容量Ｃ０に接続される。また、クランプ容量Ｃ０は、演算増幅器４０１の反転端子に接続される。
【００３９】
演算増幅器４０１の非反転端子はクランプ電圧ＶＣ０Ｒに接続され、演算増幅器４０１の出力端子は、基準信号転送スイッチＭ１１を介して基準信号（撮像信号に対する基準信号）を一時保持するための容量ＣＴＮ＿ｍに接続される。また、演算増幅器４０１の出力端子は、光信号転送スイッチＭ１２を介して光信号（撮像信号）を一時保持するための容量ＣＴＳ＿ｍに接続される。
【００４０】
基準信号保持容量ＣＴＮ＿ｍおよび光信号保持容量ＣＴＳ＿ｍの逆側の端子は接地されている。基準信号転送スイッチＭ１１と基準信号保持容量ＣＴＮ＿ｍとの接続点および光信号転送スイッチＭ１２と光信号保持容量ＣＴＳ＿ｍとの接続点は、それぞれ水平転送スイッチＭ２１および水平転送スイッチＭ２２を介して、光信号と基準信号との差分を得るための差動回路ブロック４３１に接続される。
【００４１】
なお、図２に示す他の垂直信号線Ｖ＿ｍ−１およびＶ＿ｍ＋１についても同様にして読み出し回路が設けられる。
【００４２】
各列の基準信号転送スイッチＭ１１のゲートは、第１の転送信号入力端子ＰＴＮに共通に接続される。また、各列の光信号転送スイッチＭ１２のゲートは、第２の転送信号入力端子ＰＴＳに共通に接続される。第１の転送信号入力端子ＰＴＮおよび第２の転送信号入力端子ＰＴＳには、後述するタイミングでそれぞれ信号電圧が供給される。
【００４３】
ｍ列目の水平転送スイッチＭ２１および水平転送スイッチＭ２２のゲートは、列選択線ＰＨ＿ｍを介して水平走査回路（ＨＳＲ）ブロック４２１に接続される。なお、列選択線ＰＨ＿ｍ−１およびＰＨ＿ｍ＋１についても同様にしてＨＳＲブロックに接続される。
【００４４】
図３は、図２に示す撮像素子３０４における信号読み出し動作を説明するための駆動パターンの一例を示す図である。
【００４５】
撮像素子３０４における信号読み出しを行う際には、その１行目から開始し、２行目、３行目、および４行目と順に行われる。そして、該当行の信号の読み出し動作が終了した後に、次の行の読み出し動作に移る。
【００４６】
ここで、図２および図３を参照して、撮像素子３０４のｎ行目に注目して、その読み出し動作を説明する。
【００４７】
いま、時刻Ｔ０＿ｎで、行選択パルスＰＳＥＬがローレベル（Ｌレベル）となると、直前に読出しを行った行、つまり、（ｎ−１）行目の画素選択ＭＯＳ  Ｍ４がオフとなって、（ｎ−１）行目の単位画素４００の選択が解除される。同時に、クランプパルスＰＣ０Ｒがハイレベル（Ｈレベル）となって、クランプ容量Ｃ０のリセットが開始される。また、転送信号入力パルスＰＴＳおよびＰＴＮがＨレベルとなって、基準信号保持容量ＣＴＮおよび光信号保持容量ＣＴＳのリセットが開始される。
【００４８】
時刻Ｔ１＿ｎで、行送りパルスＰＶが垂直走査回路（ＶＳＲ）ブロック４１１に入力されると、読出しを行う選択行の行送りが行われる。ここでは、選択行が（ｎ−１）行目からｎ行目に送られることになる。
【００４９】
時刻Ｔ２＿ｎで、行リセットパルスＰＲＥＳがＬレベルとなって、フローティングディフュージョンＦＤのリセットが解除され、フローティングディフュージョンＦＤの基準電位が決定される。
【００５０】
時刻Ｔ３＿ｎで、行送りパルスＰＶがＨレベルとなる。また、行選択パルスＰＳＥＬがＨレベルとなって、画素選択ＭＯＳ  Ｍ４がオンとなって、ｎ行目の単位画素４００が選択される。
【００５１】
時刻Ｔ４＿ｎで、転送信号入力パルスＰＴＳおよびＰＴＮがＬレベルとなって、光信号保持容量ＣＴＳおよび基準信号保持容量ＣＴＮのリセットが終了し、光信号保持容量ＣＴＳおよび基準信号保持容量ＣＴＮの基準電位が決定される。
【００５２】
時刻Ｔ５＿ｎで、クランプパルスＰＣ０ＲがＬレベルとなり、容量Ｃ０に基準電位ＶＣ０Ｒが保持される。
【００５３】
時刻Ｔ６＿ｎで、転送信号入力パルスＰＴＮがＨレベルとなり、フローティングディフュージョンＦＤの電位（電圧）が基準信号保持容量ＣＴＮに出力される。
【００５４】
時刻Ｔ７＿ｎで、転送信号入力パルスＰＴＮがＬレベルとなり（保持タイミング）、この時点におけるフローティングディフュージョンＦＤの電位（電圧）が基準信号としてノイズ信号保持容量ＣＴＮに保持される。
【００５５】
時刻Ｔ８＿ｎで、転送信号入力パルスＰＴＳがＨレベルとなり、フローティングディフュージョンＦＤの電位（電圧）が光信号保持容量ＣＴＳに出力される。
【００５６】
時刻Ｔ９＿ｎで、転送信号入力パルスＰＴＳがＨレベルの間に、行転送線ＰＴＸがＨレベルとなり、転送ＭＯＳ  Ｍ１がオンとなって、フォトダイオードＰＤに蓄積されていた電荷がフローティングディフュージョンＦＤに転送される。
【００５７】
時刻Ｔ１０＿ｎで、行転送線ＰＴＸがＬレベルとなり、転送ＭＯＳ  Ｍ１がオフされて、電荷のフローティングディフュージョンＦＤへの転送が終了する。
【００５８】
時刻Ｔ１１＿ｎで、転送信号入力パルスＰＴＳがＬレベルとなり、この時点におけるフローティングディフュージョンＦＤの電位が光信号（撮像信号）として光信号保持容量ＣＴＳに保持される。
【００５９】
時刻Ｔ１２＿ｎで、行リセットパルスＰＲＥＳがＨレベルとなって、フローティングディフュージョンＦＤのリセットが開始される。
【００６０】
時刻Ｔ１３＿ｎで、列送りパルスＰＨが水平走査回路（ＨＳＲ）４２１に入力されると、読出し領域の先頭列から末尾の列まで列転送パルスが順に列選択線ＰＨに入力され、時刻Ｔ１４＿ｎで末尾の列までの列送りパルスＰＨの入力が完了する。これによって、光信号保持容量ＣＴＳおよび基準信号保持容量ＣＴＮに保持された信号は、１列分ずつ順番に差動回路ブロック４３１に送られる。そして、差動回路ブロック４３１によって光信号と基準信号との差分増幅信号が画像信号として撮像素子３０４の出力端子から出力される。
【００６１】
以上が、ｎ行目の画素行の信号読み出し動作であり、これを１水平期間（Ｈ）と定義する。ｎ行目の画素信号の読み出しが終了した後は、（ｎ＋１）行目の読み出し動作に移る。なお、ｎ行目以外の画素行の読み出しについても、ｎ行目と同様の読み出し動作を繰り返して、各行の信号読み出しが終了すると、次の行の読み出しに移行する。
【００６２】
上述の動作は、撮像素子３０４に含まれる全ての画素行の信号読み出しが終了するまで繰り返されて、１フレーム分の画像信号が撮像素子３０４から読み出される。
【００６３】
ここで、図示のカメラにおいては、撮像素子３０４の読み出し開始タイミングにおいて周期的に変動するノイズ源の位相が常に所定の位相となるように読み出し制御を行う。なお、以下の説明では、カメラの内部の周期的に変動するノイズ源として電源回路３１５のＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング動作を例に挙げて説明するが、ノイズ源はＤＣ／ＤＣコンバータに限られるものではない。
【００６４】
ＤＣ／ＤＣコンバータを駆動する駆動クロックＣＬＫ＿ＤＣＤＣの駆動周波数をｆ（ＭＨｚ）とする。この場合、ＤＣ／ＤＣコンバータの駆動の影響によって撮像素子３０４の読み出しを行う際に周波数ｆ（ＭＨｚ）のノイズが混入する。すなわち、次の式（１）で示される周波数ｆ、そして、初期位相θの正弦波のノイズｙ（ｔ）が撮像素子３０４から読み出される信号に混入することになる。
【００６５】
【数１】
2015126367.tif 000003
なお、式（１）において、ｔは時刻を示す。
【００６６】
図３において、１水平期間をＨとし、転送信号入力パルスＰＴＮがＬレベルとなり基準信号が保持容量ＣＴＮに保持されるタイミング（時刻）Ｔ７＿ｎと転送信号入力パルスＰＴＳがＬレベルとなって光信号（撮像信号）が保持容量ＣＴＳに保持されるタイミングＴ１１＿ｎとの時間差をΔＴとする。
【００６７】
読み出し動作の際に混入した周波数ｆのノイズについてｎ行目の差分検出における影響をＬ（ｎ）とすると、Ｌ（ｎ）は、次の式（２）で示される。
【００６８】
【数２】
2015126367.tif 000004
式（２）は、三角関数の公式を用いて、式（３）に変形することができる。
【００６９】
【数３】
2015126367.tif 000005
式（３）から、ノイズ周波数ｆでかつ初期位相θのノイズｙ（ｔ）が読み出し動作中に混入した場合に、行毎に出力信号が変動して横縞状のノイズが発生することが分かる。また、撮影画像の画面上における横縞状のノイズの位相は、ノイズ源の駆動クロック信号の初期位相θに応じて決まることが分かる。
【００７０】
図４は、図１に示すカメラで行われるダーク減算処理における横縞状のノイズの影響を説明するための図である。そして、図４（ａ）はダーク画像と本画像（撮影画像）とで横縞状のノイズが位相反転状態である場合の影響を示す図であり、図４（ｂ）はダーク画像と本画像とで横縞状のノイズが同一位相である場合の影響を示す図である。
【００７１】
ここで、ダーク減算処理を行う場合に、ダーク画像撮影の際のノイズ源の駆動クロック信号の初期位相をθ１とし、本画像（撮像画像）撮影の際のノイズ源の駆動クロック信号の初期位相をθ２とする。また、式（３）に応じて得られるダーク画像撮影の際の横縞状のノイズ成分をＬ１（ｎ）とし、本画像撮影の際の横縞状のノイズ成分をＬ２（ｎ）とする。そして、ダーク減算処理後における横縞状のノイズ成分をＭ（ｎ）とする。ここで、Ｍ（ｎ）は、Ｍ（ｎ）＝Ｌ２（ｎ）−Ｌ１（ｎ）で求められる。
【００７２】
図４（ａ）に示す例は、ノイズ源の駆動クロック信号の初期位相θ１およびθ２の位相差がπである。つまり、θ２＝θ１＋πである。この場合には、式（３）により、Ｌ１（ｎ）＝−Ｌ２（ｎ）となって、Ｍ（ｎ）＝２×Ｌ２（ｎ）となる。即ち、ダーク画像および本画像の横縞状のノイズの位相は反転関係にあり、ダーク減算処理を行うと横縞状のノイズは２倍となってしまうことが分かる。
【００７３】
図４（ｂ）に示す例は、ノイズ源の駆動クロックの初期位相θ１およびθ２の位相差がゼロ（０）である。この場合、式（３）により、Ｌ１（ｎ）＝Ｌ２（ｎ）となって、Ｍ（ｎ）＝０となる。つまり、ダーク画像および本画像の横縞状のノイズの位相は一致して、ダーク減算処理を行うと横縞状のノイズが除去される。
【００７４】
そこで、ここでは、ダーク減算処理の際にダーク画像および本画像における横縞状のパターンノイズの位相が一致するように撮像素子３０４の駆動タイミングを制御する。
【００７５】
図５は、図１に示すカメラで用いられるタイミング制御部の一例についてその構成を示すブロック図である。なお、タイミング制御部５０１は、図１に示した全体制御・演算部３１２に内蔵される。
【００７６】
図５において、タイミング制御部５０１は、ＰＬＬ５０２と第１および第２の分周器５０３および５０４とを有している。ＰＬＬ５０２は基準クロックＣＬＫ＿ＩＮの整数倍の周波数を有するクロック（ＰＬＬクロックと呼ぶ）ＣＬＫを生成する。第１の分周器５０３はＰＬＬクロックＣＬＫを分周して所定の第１の周波数を有するクロック信号（第１のクロック信号又は第１の駆動信号と呼ぶ）ＣＬＫ＿ＤＣＤＣを生成して、当該第１のクロック信号ＣＬＫ＿ＤＣＤＣを電源回路３１５に供給する。
【００７７】
第２の分周器５０４はＰＬＬクロックＣＬＫを分周して所定の第２の周波数を有するクロック信号（第２のクロック信号又は第２の駆動信号と呼ぶ）ＣＬＫ＿ＣＭＯＳを生成する。そして、第２の分周器５０４は当該第２のクロック信号ＣＬＫ＿ＣＭＯＳをタイミング発生部３１３に供給する。
【００７８】
タイミング制御部５０１は第１のクロック信号ＣＬＫ＿ＤＣＤＣの位相を外部信号によって確定することができる。具体的には、外部から与えられるタイミング信号ＶＤ＿ｒｅａｄに応じて、第１の分周器５０３は内蔵するカウンタ回路のカウント値をリセットする。これによって、第１の分周器５０３は、ノイズ源である電源回路３１５のＤＣ／ＤＣコンバータの駆動クロックである第１のクロック信号ＣＬＫ＿ＤＣＤＣの初期位相を確定し、第１のクロック信号ＣＬＫ＿ＤＣＤＣを第２のクロック信号ＣＬＫ＿ＣＭＯＳと同期させる。
【００７９】
タイミング発生部３１３は、タイミング信号ＶＤ＿ｒｅａｄと第２のクロック信号ＣＬＫ＿ＣＭＯＳを受けて、撮像素子３０４を駆動するためのタイミングパルス（制御信号）を生成する。すなわち、タイミング発生部３１３は、図３において説明した撮像素子３０４の読み出しを制御する制御信号（つまり、駆動信号）を出力する。
【００８０】
全体制御・演算部３１２から出力されるタイミング信号ＶＤ＿ｒｅａｄは、撮像素子３０４から読み出しを開始するタイミングを制御するために用いられる。
【００８１】
図６は、図５に示すタイミング制御部による読み出し制御を説明するためのタイミングチャートである。なお、図６に示す例は、ダーク減算処理の際の撮像素子３０４の駆動タイミング制御である。
【００８２】
時刻Ｔ＿ｓｔａｒｔにおいてタイミング信号ＶＤ＿ｒｅａｄが全体制御・演算部３１２から入力されると、時刻Ｔ０＿０において、タイミング発生部３１３は撮像素子３０４の１行目を読み出すための駆動信号を出力する。この際、タイミング信号ＶＤ＿ｒｅａｄによって、第１の分周器５０３は、第１のクロック信号ＣＬＫ＿ＤＣＤＣの位相を初期位相にリセットする。
【００８３】
これによって、１行目の読み出し制御の開始タイミングＴ０＿０において、第１のクロック信号ＣＬＫ＿ＤＣＤＣの位相が常に所定の位相に確定することになる。なお、ここでは、時刻Ｔ０＿０において、第１のクロック信号ＣＬＫ＿ＤＣＤＣの位相が０［ｒａｄ］となるように、全体制御・演算部３１２は第１のクロック信号ＣＬＫ＿ＤＣＤＣのリセットタイミングを制御する。
【００８４】
この結果、ダーク減算処理において、ダーク画像撮影の際のノイズ源の駆動クロック信号の初期位相θ１と本画像撮影の際のノイズ源の駆動クロック信号の初期位相θ２を常に一致させることができ、ダーク減算処理における横縞状のパターンノイズの発生を抑制することができる。
【００８５】
［第２の実施形態］
続いて、本発明の第２の実施形態による画像処理装置を備えるカメラの一例について説明する。なお、第２の実施形態に係るカメラの構成は、図１に示すカメラと同様であるので、ここでは説明を省略する。
【００８６】
前述の第１の実施形態においては、図５に示すタイミング制御部によってダーク画像撮影および本画像撮影の際の読み出しにおけるノイズ源の駆動クロック信号の初期位相を一致させて、ダーク減算処理における横縞状のパターンノイズを抑制している。一方、第２の実施形態では、ダーク画像撮影の際の読み出しスタートタイミングと本画像撮影の際の読み出しスタートタイミングとの時間差を制御して、図５に示すタイミング制御部を用いることなく、ダーク画像撮影および本画像撮影の際の読み出しにおけるノイズ源の駆動クロック信号の初期位相を一致させるようにする。
【００８７】
図７は、本発明の第２の実施形態による画像処理装置を備えるカメラにおける撮像素子の読み出しタイミングを説明するためのタイミングチャートである。
【００８８】
時刻Ｔｓｔａｒｔにおいて、ダーク画像撮影の際の読み出し制御が開始され、時刻Ｔｓｔａｒｔ’において本画像撮影の際の読み出し制御が開始される。ここで、時間差ΔＴｓｔａｒｔは時刻Ｔｓｔａｒｔと時刻Ｔｓｔａｒｔ’との時間差を示す。そして、ΔＴｓｔａｒｔ＝ｐ×（１／ｆ）を満足するように、全体制御・演算部３１２は撮像タイミングを制御する。ここで、ｐは正の整数であり、ｆはノイズ源の駆動クロック信号の周波数を表わす。つまり、全体制御・演算部３１２は、ダーク画像撮影の際の読み出し開始タイミングから本画像撮影の際の読み出し開始タイミングの時間差ΔＴｓｔａｒｔがノイズ源の駆動クロック信号の周波数の逆数の整数倍となるように、タイミング発生部３１３によって撮像素子３０４の読み出しを制御する。
【００８９】
ここでは、全体制御・演算部３１２は、タイミング信号ＶＤ＿ｒｅａｄにより時間差ΔＴｓｔａｒｔを制御する。例えば、全体制御・演算部３１２は、時刻Ｔｓｔａｒｔから時刻Ｔ’ｓｔａｒｔまでの時間間隔を内蔵カウンタなどを用いてカウントし、タイミング信号ＶＤ＿ｒｅａｄにより読み出し開始タイミングを制御する。
【００９０】
上述のようにして、時間差ΔＴｓｔａｒｔ＝ｐ×（１／ｆ）を満足するように、撮像タイミングを制御すれば、図５に示すようなタイミング制御部を備えることなく、ダーク画像撮影および本画像撮影の際のノイズ源の駆動クロック信号の初期位相を一致させることができ、横縞状のパターンノイズの発生を抑制することができる。
【００９１】
なお、第１および第２の実施形態では、ノイズ周波数ｆが固定（一定）である場合について説明したが、ノイズ周波数を検出する周波数検出部を備えて、周波数検出部で検出された周波数に応じて、ダーク画像撮影タイミングから本画像撮影タイミングまでの時間間隔を決定するようにしてもよい。ノイズ周波数を検出する周波数検出部として、例えば、全体制御・演算部３１２に周波数カウンタを備えて、ノイズ源のクロックを周波数カウンタに入力してノイズ周波数を検出するようにする。
【００９２】
なお、第１および第２の実施形態では、ノイズ源としてＤＣ／ＤＣコンバータを例に挙げて説明したが、周期的に駆動する他の回路に対しても同様にして適用することができる。
【００９３】
さらに、第１および第２の実施形態では、本画像を１枚、ダーク画像を１枚撮影する際のダーク減算処理については説明したが、複数枚の画像を撮影してダーク減算処理を行う場合においても、上述の読み出しタイミング制御を適用することができる。
【００９４】
上述の説明から明らかなように、図１および図５に示す例においては、全体制御・演算部３１２、タイミング発生部３１３、およびタイミング制御部５０１が駆動手段として機能し、ＡＦＥ３０５および信号処理部３０６が画像処理手段として機能する。そして、全体制御・演算部３１２およびタイミング制御部５０１が制御手段として機能する。
【００９５】
また、ＰＬＬ５０２および第１の分周器５０３は第１の生成手段として機能し、ＰＬＬ５０２および第２の分周器５０４は第２の生成手段として機能する。そして、全体制御・演算部３１２はタイミング手段として機能する。さらに、全体制御・演算部３１２、絞り３０２、シャッター３０３、シャッター駆動回路３１６、および絞り駆動回路３１７は撮像素子３０４を選択的に遮光する遮光手段として機能する。
【００９６】
なお、図１および図５に示す例では、少なくともＡＦＥ３０５、信号処理部３１２、全体制御・演算部３１２、タイミング発生部３１３、およびタイミング制御部５０１が画像処理装置を構成する。
【００９７】
以上、本発明について実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。
【００９８】
例えば、上記の実施の形態の機能を制御方法として、この制御方法を画像処理装置に実行させるようにすればよい。また、上述の実施の形態の機能を有するプログラムを制御プログラムとして、当該制御プログラムを画像処理装置が備えるコンピュータに実行させるようにしてもよい。なお、制御プログラムは、例えば、コンピュータに読み取り可能な記録媒体に記録される。
【００９９】
上記の制御方法および制御プログラムの各々は、少なくとも駆動ステップ、画像処理ステップ、および制御ステップを有している。
【０１００】
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。つまり、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種の記録媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵなど）がプログラムを読み出して実行する処理である。
【符号の説明】
【０１０１】
３０２  絞り
３０３  シャッター
３０４  撮像素子
３０６  信号処理部
３１２  全体制御・演算部
３１３  タイミング発生部
３１５  電源回路
５０１  タイミング制御部
５０２  ＰＬＬ
５０３，５０４  分周器
【図１】
2015126367.tif 000006
【図２】
2015126367.tif 000007
【図３】
2015126367.tif 000008
【図４】
2015126367.tif 000009
【図５】
2015126367.tif 000010
【図６】
2015126367.tif 000011
【図７】
2015126367.tif 000012