(57)【要約】【課題】容易に暗電流の量を高い精度で求めることができる撮像装置及びその制御方法を提供する。【解決手段】コンパレータ２０７、２０８、２０９、２１０は、夫々に対して設けられたレジスタ２０３、２０４、２０５、２０６に設定されている判定値Ｔｈ１、Ｔｈ２、Ｔｈ３、Ｔｈ４と対象画素出力とを比較する。ここで、判定値Ｔｈ１〜Ｔｈ４の間には、「Ｔｈ１＜Ｔｈ２＜Ｔｈ３＜Ｔｈ４」の関係が成立している。なお、判定値Ｔｈ１〜Ｔｈ４は、撮影前に各レジスタ２０３〜２０６に設定される。また、コンパレータ２０７〜２１０の後段には夫々計数カウンタ２１１、２１２、２１３、２１４が接続されており、演算領域５０３内で各判定値Ｔｈ１、Ｔｈ２、Ｔｈ３、Ｔｈ４を超える出力を示した画素数を計数し、記憶する。計数カウンタ２１１〜２１４の出力信号は読み出し可能となっており、計数カウンタ２１１〜２１４の出力信号を用いて暗電流の量が求められる。【選択図】図３
2008022486.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
遮光画素領域を含む撮像素子と、
前記遮光画素領域の少なくとも一部から出力された遮光画素出力値と予め設定されている複数の判定値とを比較する比較手段と、
前記比較手段による比較の結果を前記複数の判定値毎に計数する計数手段と、
前記計数手段による計数の結果に基づいて、前記撮像素子において生じる暗電流の量を求める演算手段と、
を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記比較手段が前記複数の判定値との比較の対象とする遮光画素出力値を出力する前記遮光画素領域内の一部の領域を指定する領域指定手段を有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】
前記複数の判定値を記憶した判定値記憶手段を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記演算手段は、前記暗電流の量を求める際に、前記撮像素子における露光時間及び感度をも考慮することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記撮像素子の特定の欠陥画素レベルを有する欠陥画素出力と前記撮像素子の正常画素の平均暗電流成分出力との比に関する情報を記憶する記憶手段を有し、
前記演算手段は、前記暗電流の量を求める際に、前記記憶手段に記憶された情報をも考慮することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記演算手段により求められた暗電流の量を、予め設定されている基準値と比較する暗電流比較手段と、
前記暗電流比較手段による比較の結果、前記暗電流の量が前記基準値以上である場合に、前記撮像素子から得られた画像データに対して、暗電流成分を除去する補正動作を実行する画像データ補正手段と、
を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項７】
遮光画素領域を含む撮像素子を有する撮像装置の制御方法であって、
前記遮光画素領域の少なくとも一部から出力された遮光画素出力値と予め設定されている複数の判定値とを比較する比較ステップと、
前記比較ステップにおける比較の結果を前記複数の判定値毎に計数する計数ステップと、
前記計数ステップにおける計数の結果に基づいて、前記撮像素子において生じる暗電流の量を求める演算ステップと、
を有することを特徴とする撮像装置の制御方法。
【請求項８】
前記比較ステップにおいて前記複数の判定値との比較の対象とする遮光画素出力値を出力する前記遮光画素領域内の一部の領域を指定する領域指定ステップを有することを特徴とする請求項７に記載の撮像装置の制御方法。
【請求項９】
前記演算ステップにおいて、前記暗電流の量を求める際に、前記撮像素子における露光時間及び感度をも考慮することを特徴とする請求項７又は８に記載の撮像装置の制御方法。
【請求項１０】
前記撮像装置は、前記撮像素子の特定の欠陥画素レベルを有する欠陥画素出力と前記撮像素子の正常画素の平均暗電流成分出力との比に関する情報を記憶する記憶手段を有し、
前記演算ステップにおいて、前記暗電流の量を求める際に、前記記憶手段に記憶された情報をも考慮することを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の撮像装置の制御方法。
【請求項１１】
前記演算手段において求めた暗電流の量を、予め設定されている基準値と比較する暗電流比較ステップと、
前記暗電流比較ステップにおける比較の結果、前記暗電流の量が前記基準値以上である場合に、前記撮像素子から得られた画像データに対して、暗電流成分を除去する補正動作を実行する画像データ補正ステップと、
を有することを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか１項に記載の撮像装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像素子を備えた撮像装置及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像素子を用いて長時間露光を行う場合、高ＩＳＯ感度での撮影を行う場合、及び高温度下で撮影を行う場合等には撮像素子が暗電流を生じることが知られている。暗電流の発生は、固体撮像素子が光エネルギーを電気信号に変換するだけでなく、熱エネルギーをも電気信号に変換する性質を有することによる。そして、暗電流は温度依存性が高く、温度が８〜１０℃上昇すると、その出力はおよそ２倍になることが知られている。固体撮像素子では、暗電流が画質に悪影響を与えるため、その成分を小さくするよう、製造上数々の工夫がなされている。
【０００３】
撮像素子全体が置かれた環境による撮像素子全体の温度上昇だけでなく、撮像素子の一部の消費電流が大きい場合、例えば出力段アンプなどの消費電流が多い場合には、撮像素子の部分的な温度上昇が発生することがある。このような場合、その部分のみ暗電流が上昇し出力が大きくなることが見受けられる。例えば高ＩＳＯ長秒時で夜景等を撮影した場合には、本来まったく明かりのない領域にマゼンタに近い色の明かりが見受けられたりする。
【０００４】
そして、撮像素子の暗電流が大きくなると、暗電流に面内の分布ばらつきがある場合、面内の輝度、色バランスがおかしくなることがある。また、暗電流が全面で大きくなると、ダークレベルが上昇し、相対的に光信号のダイナミックレンジが減少してしまう。このように、暗電流の増加は画質に大きな影響を与えるという問題がある。
【０００５】
このような問題を解消するための処理として、暗電流の影響をキャンセルする長秒時のノイズリダクション処理（所謂、ダーク画像減算処理）が知られている。このノイズリダクション処理では、本画像の撮影後に、本画像撮影時とまったく同じ条件で撮像素子を遮光した状態で画像を撮影し（ダーク画像）、本画像からこのダーク画像を減算する。
【０００６】
しかしながら、ダーク画像減算処理には一般に次のような問題がある。第１に、正確に本画像撮影時の暗電流の影響をキャンセルするには、本画像撮影時と同条件でダーク画像を取得することが望ましい。そのため長秒時の露光を行った場合には、更にそれと同じ時間のダーク画像取得時間を要するため、操作性が極めて悪化する。第２に、本画像からダーク画像の減算処理を行うことで、本画像及びダーク画像の持つランダムノイズが本画像の√２倍となってしまい本質的に画質の低下が避けられない。
【０００７】
そこで、特許文献１に、不要な撮影条件であれば、可能な限りノイズリダクション処理を行わないように、本撮影時の暗電流成分を検出し、その値が所定以上のときだけノイズリダクション処理を行う方法が提案されている。
【０００８】
一方で、撮像素子の画素欠陥の一種に白キズとよばれるものが存在する。白キズは、その暗電流が他の画素に比較して異常に多く、温度又は露光時間等の要因によりその出力が非常に大きなものとなり画像となったときに白点として見えてしまう画素である。白キズの暗電流は、主に撮像素子の画素を構成するフォトダイオード部の結晶欠陥に起因する現象で露光時間、撮像素子の温度によって変化することが知られている。従って、高温度環境化、長秒露光時にその影響が多く見られ、撮像素子出力により多くのゲインを乗じられる高ＩＳＯ感度条件下でもそのゲイン分だけ実際の画像としては影響が大きくなってしまう。
【０００９】
このような温度、露光時間に依存するタイプの白キズの特徴として、例えば同一温度下で露光時間とその出力のグラフを作成すると、分布上いくつかの異なる傾きをとることが知られている。
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−１４２８２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
但し、ノイズリダクション処理を行うか否かの判断に際しては、次の２つの点を両立させる必要がある。第１に、ノイズリダクションの悪影響が生じないように、必要がないときにはノイズリダクションを行わない。第２に、自動判定を謳う以上、わずかでも暗電流の影響が見えるようであれば、直ちにノイズリダクション処理を行う。このため、非常に高精度に暗電流量を検出する必要がある。
【００１２】
しかしながら、画像として影響が見えるかどうかという領域で正確に判断することはその精度からして非常に困難ある。特に高ＩＳＯ、長秒時の撮影条件ではそもそも画像のランダムノイズ成分が大きく、このような条件下で正確な暗電流の絶対値を検出するにはランダムノイズ成分を除去した上で測定する必要がある。このため、ファームウェアで処理するにしても、撮像素子の光学的遮光領域画像の一部分を読み出しランダムノイズ対策を行った後に暗電流量の検出を行う必要がある。この結果、演算量としてもかなりのリソースと演算時間を要し、その精度も決して十分であるとはいえない。
【００１３】
また、ダークレベルのクランプ動作を行うＡＦＥを使用するシステムにおいては、そもそも暗電流成分が画像データに現れにくいので、測定そのものが困難である。更に、ダーククランプを行うＡＦＥを使用するシステムにおいて、ＶＯＢ部分の暗電流量を検出するためには、ダークレベルクランプを行う前のダーク出力を読み出す必要がある。これには、限られた面積のオプティカルブラック部の中でクランプ動作を開始するタイミングを遅くしなければならず、大きな暗電流量をアナログ的にクランプするためにはその引き込み時間も必要となるため、非常に厳しいものである。また、このような状況から、クランプ前の出力を読み出すことができる画素数にも限りがあり、この中からノイズの影響をのぞいて正確に暗電流量を求めることも非常に困難である。
【００１４】
一方、白キズの出力は正常画素の暗電流成分よりも大きいので、ある微小な欠陥画素についてその位置情報が事前にわかっていれば、撮影時にこのような出力を示す画素出力をモニターすることで暗電流よりも大きなゲインの出力を得ることが可能となる。つまり、事前に正常画素の暗電流成分との傾きの差を検出しておくことで、より高精度に暗電流成分を判断することが可能となる。
【００１５】
しかしながら、このような処理を行うためには、カメラの製造工程で個体毎に欠陥画素のレベルの検出、アドレス検出該当アドレスをカメラに記憶させる工程が必要となる。また、もちろん白キズの出力の精度上複数個のアドレスを検出、記憶し、判断する必要があり、現実的には非常に困難である。
【００１６】
本発明は、容易に暗電流の量を高い精度で求めることができる撮像装置及びその制御方法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】
【００１７】
本願発明者は、前記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、以下に示す発明の諸態様に想到した。
【００１８】
本発明に係る撮像装置は、遮光画素領域を含む撮像素子と、前記遮光画素領域の少なくとも一部から出力された遮光画素出力値と予め設定されている複数の判定値とを比較する比較手段と、前記比較手段による比較の結果を前記複数の判定値毎に計数する計数手段と、前記計数手段による計数の結果に基づいて、前記撮像素子において生じる暗電流の量を求める演算手段と、を有することを特徴とする。
【００１９】
本発明に係る撮像装置の制御方法は、遮光画素領域を含む撮像素子を有する撮像装置の制御方法であって、前記遮光画素領域の少なくとも一部から出力された遮光画素出力値と予め設定されている複数の判定値とを比較する比較ステップと、前記比較ステップにおける比較の結果を前記複数の判定値毎に計数する計数ステップと、前記計数ステップにおける計数の結果に基づいて、前記撮像素子において生じる暗電流の量を求める演算ステップと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、製造工程で煩雑な処理を行わずとも、暗電流の量を高い精度で求めることができる。従って、ノイズリダクション処理等の暗電流の補正を容易に行うことが可能となる。即ち、従来必要とされていた、特定の欠陥画素のアドレスの抽出、記憶手段への記憶、撮影時における該アドレスのキズ出力の選択的な読み出し、その出力レベルの検出という煩雑な手順が不要となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。本実施形態では、暗電流による画質の低下を防止するためのノイズリダクション動作を実行する必要があるか否かの判断を、累積ヒストグラムに関する測定値に基づいて実行する。図１は、本発明の実施形態に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。
【００２２】
本実施形態には、撮像素子１０１、ＡＦＥ（アナログフロントエンド）１０２、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、タイミング発生回路１０４及びＣＰＵ１０５が設けられている。本実施形態に係る撮像装置は、例えばデジタルカメラ又はデジタルビデオカメラである。
【００２３】
撮像素子１０１としては、例えばＣＭＯＳセンサが使用され、ＣＭＯＳセンサの内部にＩＳＯ感度に応じてゲインを切り替えるアンプ回路が内蔵されている。ＡＦＥ１０２は撮像素子１０１からの信号をアナログ−デジタル変換するＡ／Ｄ変換器を内蔵しており、ダークオフセットレベルをクランプする機能を具えている。ＤＳＰ１０３は、ＡＦＥ１０２からのデータに対して各種補正処理及び現像処理を行う。また、ＤＳＰ１０３は、ＲＯＭ１０６、ＲＡＭ１０７等の各種メモリの制御を行ったり、記録媒体１０８への画像データの書き込み処理等を行ったりする。ＤＳＰ１０３には、ヒストグラム作成回路（図示せず）が内蔵されている。タイミング発生回路１０４は、撮像素子１０１、ＡＦＥ１０２及びＤＳＰ１０３にクロック信号や制御信号を供給する。ＣＰＵ１０５は、ＤＳＰ１０３及びタイミング発生回路１０４の制御並びに測光・測距等の不図示の各部を使ったカメラ機能の制御を行う。ＣＰＵ１０５には、例えば電源スイッチ１０９、シャッタースイッチ１１０、シャッタースイッチ１１１、モードダイアル１１２及びＩＳＯ感度設定スイッチ１１３が接続されている。ＣＰＵ１０５は、これらのスイッチ及びダイアルの設定状態に応じた処理を実行する。
【００２４】
ＲＯＭ１０６は、撮像装置の制御プログラム（即ちＣＰＵ１０５が実行するプログラム）及び各種補正データ等を記憶している。ＲＡＭ１０７は、ＤＳＰ１０３により処理される画像データ及び補正データ等を一時的に記憶する。ＣＰＵ１０５が処理時に使用する各種補正データはＲＯＭ１０６に記憶されており、撮影時にＲＡＭ１０７に展開されて使用される。また、ＲＡＭ１０７はＲＯＭ１０６より高速のアクセスが可能なように構成されている。記録媒体１０８としては、例えば撮影された画像を保存するメモリカード等が用いられる。記録媒体１０８は、例えば不図示のコネクタを介してＤＳＰ１０３に接続される。
【００２５】
電源スイッチ１０９は、撮像装置を起動させる際にユーザにより操作される。シャッタースイッチ１１０は、測光処理、測距処理等の動作開始を指示する際にユーザにより操作される。シャッタースイッチ１１１は、不図示のミラー及びシャッターを駆動し、撮像素子１０１から読み出した信号をＡＦＥ１０２及びＤＳＰ１０３を介して記録媒体１０８に書き込む一連の撮像動作の開始を指示する際にユーザにより操作される。モードダイアル１１２は、撮像装置の動作モードを選択する際にユーザにより操作される。ＩＳＯ感度設定スイッチ１１３は、撮像装置の撮影ＩＳＯ感度を設定する際にユーザにより操作される。
【００２６】
ここで、撮像素子１０１について説明する。図２は、撮像素子１０１の構成を示す図である。
【００２７】
画像素子１０１には、オプティカルブラック部（ＯＢ部）５０１及び開口領域５０２が設けられている。ＯＢ部５０１は、光学的に遮光された画素領域であり、画像上部のＶＯＢ部（垂直オプティカルブラック部）５０１ａ及び画像左のＨＯＢ部（水平オプティカルブラック部）５０１ｂに区画されている。そして、本実施形態ではＶＯＢ部領域５０１ａの一部を演算領域５０３として用い、演算領域５０３の暗電流量を後述の処理により予測する。
【００２８】
通常、平均暗電流は，このように遮光されているＯＢ部の出力の平均値を求めることで算出可能である。しかし、本実施形態のようにクランプ機能を有するＡＦＥを用いて、ＶＯＢ部５０１ａでクランプ動作を有効に設定すると、平均暗電流成分も含めてクランプされるため、クランプ動作が終了するとそれ以降の領域では暗電流成分が見えなくなってしまう。その一方で、このように暗電流成分が大きな領域での撮影時には、ＡＦＥのクランプ機能は信号のダイナミックレンジを確保するにあたり、非常に有用である。
【００２９】
また、ＤＳＰ１０３には、図３に示すヒストグラム作成回路が内蔵されている。図３は、ヒストグラム作成回路を示すブロック図である。同図では比較のためのコンパレータが４つの場合を示している。
【００３０】
このヒストグラム作成回路には、画像データが入力される入力ライン２０１が設けられている。さらに、入力ライン２０１に画像データが入力されると、当該画像データが演算領域５０３内のものであるか否かを判定するコントローラ２０２が設けられている。コントローラ２０２には、レジスタ２１５、２１６、２１７及び２１８が接続されている。レジスタ２１５、２１６、２１７、２１８には、夫々、Ｖ方向演算開始位置、Ｖ方向演算終了位置、Ｈ方向演算開始位置、Ｈ方向演算終了位置を示す値が設定される。コントローラ２０２は、レジスタ２１５〜２１８に設定された値を参照し、入力された画像データが演算領域５０３内のものであれば、画素出力を複数のコンパレータ２０７、２０８、２０９及び２１０に出力する。
【００３１】
コンパレータ２０７、２０８、２０９、２１０は、夫々に対して設けられたレジスタ２０３、２０４、２０５、２０６に設定されている判定値Ｔｈ１、Ｔｈ２、Ｔｈ３、Ｔｈ４と対象画素出力とを比較する。ここで、判定値Ｔｈ１〜Ｔｈ４の間には、「Ｔｈ１＜Ｔｈ２＜Ｔｈ３＜Ｔｈ４」の関係が成立している。なお、判定値Ｔｈ１〜Ｔｈ４は、ＲＯＭ１０６又はＲＡＭ１０７に記憶されており、撮影前に各レジスタ２０３〜２０６に設定される。
【００３２】
また、コンパレータ２０７〜２１０の後段には夫々計数カウンタ２１１、２１２、２１３、２１４が接続されており、演算領域５０３内で各判定値Ｔｈ１、Ｔｈ２、Ｔｈ３、Ｔｈ４を超える出力を示した画素数を計数し、記憶する。計数カウンタ２１１〜２１４の出力信号は読み出し可能となっており、ＣＰＵ１０５が計数カウンタ２１１〜２１４の出力信号を用いて判定を行う。つまり、計数カウンタ２１１〜２１４によるカウント値に基づいて暗電流の量が求められる。
【００３３】
従って、レジスタ２１５〜２１８の各々に、演算領域５０３の位置を示す値を設定しておけば、演算領域５０３の読み出しが終了した時点で、計数カウンタ２１１〜２１４には、それぞれの判定値Ｔｈ１〜Ｔｈ４を超える画素の個数が記憶されていることとなる。そして、この個数は累積ヒストグラムを示していることとなる。
【００３４】
ここで、判定値Ｔｈ１〜Ｔｈ４を求める方法について説明する。暗電流の量（レベル）及び白キズの発生については、次のような自然現象が存在する。
（ａ）露光時間が長くなったり、撮像素子の温度が高くなったりすると、暗電流のレベルも大きくなる。
（ｂ）露光時間が長くなったり、撮像素子の温度が高くなったりすると、露光時間が短い時や温度が低い時には見えなかった、微小キズ（白キズ）が目立つようになる。更に、微小キズのレベルも、露光時間や撮像素子の温度によって変化する。
【００３５】
そこで、本実施形態では、これらの自然現象に基づき、微小キズのレベルから暗電流の量を推定することとする。そして、微小キズのレベルの判定に当たり、判定値Ｔｈ１〜Ｔｈ４を使用する。つまり、判定値Ｔｈ１〜Ｔｈ４は微小キズのレベルの判定基準となる値である。図４Ａ乃至図４Ｄは、ダーク画像のヒストグラムを露光時間の順に示す図である。また、図５Ａ乃至図５Ｄは、ダーク画像の累積ヒストグラムを露光時間の順に示す図である。
【００３６】
図４Ａに示すように、露光時間が非常に短い場合、暗電流はほとんど発生しない。このため、ヒストグラムは設定されたダークレベルを中心に分布している。僅かなばらつきはほぼランダムノイズに相当する。この条件では白キズはほとんど存在しない。図５Ａは、このときの累積ヒストグラムを示している。図５Ａに示すように、画素の累積個数は、ダークレベル付近から下降しはじめ、ダークレベルとランダムノイズとの総和の近傍において累積個数がほぼ０となる。ここで、累積ヒストグラムにおいてダークレベルがあるしきい値となる点を「判定値Ｔｈ１」とする。
【００３７】
図４Ｂに示すように、露光時間が若干長くなると、ヒストグラムに、ダークレベルを中心とする分布に加えて、ダークレベルよりも出力が大きいところに小さな分布が出現する。即ち、白キズが発生し始める。以下、この分布を第１の微小キズグループとよぶ。第１の微小キズグループは、撮像素子の全画素中にある割合で同程度の出力を示す結晶欠陥が発生していることを示している。なお、ある撮影条件下で発生するキズグループの分布のレベルは、撮影条件を変えてもほぼ同じような出力となることが知られている。このような露光時間で得られる累積ヒストグラムには、図５Ｂに示すように、平坦部が現れる。この平坦部から第１の微小キズグループに属する白キズの個数Ａ１を特定することができる。
【００３８】
図４Ｃに示すように、更に露光時間が長くなると、ヒストグラムに、ダークレベルを中心とする分布に加えて、ダークレベルよりも出力が大きいところに小さな分布が２つ出現する。出力が大きい方の分布は、図４Ｂにも現れている第１の微小キズグループの出力が更に増加したものであり、出力が小さい方の分布は新しく発生したものである。以下、後者の分布を第２の微小キズグループとよぶ。第２の微小キズグループは、第１の微小キズグループとは異なるが、同じ振る舞いを示す欠陥画素が発生していることを示している。このとき、ダークレベル付近の分布も全体が広がる様子を示している。これは、露光時間の延長により、更にランダムノイズが増加しているためである。このような露光時間で得られる累積ヒストグラムには、図５Ｃに示すように、第２の微小キズグループが出現したことを示す変化として段差が現れる。但し、この時点では、第２の微小キズグループに属する白キズの個数Ａ２を特定することはできない。
【００３９】
図４Ｄに示すように、更に露光時間が長くなると、ヒストグラムに、ダークレベルを中心とする分布に加えて、ダークレベルよりも出力が大きいところに小さな分布が存在している。いずれも、第１の微小キズグループ、第２の微小キズグループの出力が更に増加してことを示している。そして、このような露光時間で得られる累積ヒストグラムには、図５Ｄに示すように、図５Ａの平坦部よりも高い平坦部が現れる。この平坦部から第１の微小キズグループに属する白キズの個数Ａ１と第２の微小キズグループに属する白キズの個数Ａ２との和を特定することができる。従って、第２の微小キズグループに属する白キズの個数Ａ２を特定することができる。更に、第２の微少キズグループのキズが、累積ヒストグラム上で平坦となる範囲の最大の点を「判定値Ｔｈ４」とする。そして、判定値Ｔｈ１から判定値Ｔｈ４までの間を３等分して、夫々を「判定値Ｔｈ２」、「判定値Ｔｈ３」とする。
【００４０】
なお、判定値Ｔｈ１〜Ｔｈ４の設定は、例えば製造段階で行っておくが、自動キャリブレーション又はマニュアルキャリブレーションにより設定されるようにしてもよい。また、図４Ａ〜図４Ｄ、図５Ａ〜図５Ｄ及び図６Ａ〜図６Ｄには、露光時間に応じたヒストグラム及び累積ヒストグラムの変化を表しているが、同様の傾向が温度を変化させた場合にも見られる。従って、温度を変化させながらヒストグラム及び累積ヒストグラムを作成することにより、判定値Ｔｈ１〜Ｔｈ４を決定することも可能である。
【００４１】
これらのヒストグラム及び累積ヒストグラムは、撮像素子毎に相違しているが、同一の工程を経て製造された撮像素子間では、大きな相違は存在しない。そこで、本実施形態では、実際に製造する撮像素子と同一の工程を経て複数のサンプルを予め製造し、これらのサンプルについて累積ヒストグラムを作成する。そして、代表的な累積ヒストグラムから、上述のようにして図６Ａ乃至図６Ｄに示すような判定値Ｔｈ１〜Ｔｈ４を設定する。なお、代表的なヒストグラムとしては、例えば、各累積ヒストグラムの平均をとったもの、最も中間に位置するもの等を用いることができる。
【００４２】
なお、判定値Ｔｈ１〜Ｔｈ４の設定に際して、各サンプルの累積ヒストグラムから上記基準に基づいて判定値Ｔｈ１〜Ｔｈ４を求め、それらの平均値を求めてもよい。
【００４３】
次に、上述のように構成された撮像装置の制御方法について説明する。図７は、本発明の実施形態に係る撮像装置の制御方法を示すフローチャートである。この制御は、主にＣＰＵ１０５により実行される。
【００４４】
先ず、ステップＳ２０１において電源スイッチ１０９がＯＮされているか否かを判定し、ＯＮになっていることを検出するまでこの判定を繰り返す。そして、電源スイッチ１０９がＯＮにされると、ステップＳ２０３へ進む。
【００４５】
ステップＳ２０３では、モードダイアル１１２が撮影モードに設定されているか否かを判定する。撮影モードに設定されていればステップＳ２０５へ進み、その他のモードに設定されていればステップＳ２０４に進む。ステップＳ２０４では、選択されているモードに応じた処理を行い、その終了後にステップＳ２０１へと戻る。
【００４６】
ステップＳ２０５では、シャッタースイッチ１１０がＯＮしているか否かを判定し、ＯＮになっていることを検出するまでこの判定を繰り返す。そして、シャッタースイッチ１１０がＯＮにされると、ステップＳ２０６に進む。
【００４７】
ステップＳ２０６では、不図示の測光制御部及び測距制御部を用いて、絞り値及びシャッター速度を決定する測光処理、撮影レンズ焦点を被写体に合わせる測距処理を行う。
【００４８】
次に、ステップＳ２０７において、シャッタースイッチ１１１がＯＮしているか否かを判定し、ＯＮになっていることを検出するまでこの判定を繰り返す。そして、シャッタースイッチ１１１がＯＮにされると、ステップＳ２０８に進む。
【００４９】
ステップＳ２０８では、撮影処理を実行する。この撮影処理の詳細については後述する。
【００５０】
次に、ステップＳ２１０において、ＤＳＰ１０３に撮影した画像データの現像処理を行わせる。続いて、ステップＳ２１１において、ＤＳＰ１０３に現像処理の終了した画像データに対する圧縮処理を行わせ、ＲＡＭ１０７の空き領域に格納させる。
【００５１】
そして、ステップＳ２１２において、ＲＡＭ１０７に格納されている画像データをＤＳＰ１０３に読み出させ、記録媒体１０８への記録処理を実行させる。記録処理終了後に、ステップＳ２０１へ戻り、次の撮影に備える。
【００５２】
次に、ステップＳ２０８の撮影処理の詳細について、図８を参照しながら説明する。図８は、撮影処理の内容を示すフローチャートである。
【００５３】
先ず、ステップＳ３０１において、ミラーをミラーアップ位置に移動させる。次に、ステップＳ３０２において、ステップＳ２０５の測光処理において取得した測光データに基づいて、所定の絞り値まで絞りを駆動する。次いで、ステップＳ３０３において、撮像素子１０１の電荷を消去する（クリア）。その後、ステップＳ３０４において、撮像素子１０１での電荷蓄積を開始する。続いて、ステップＳ３０５において、シャッターを開き、ステップＳ３０６にて撮像素子１０１の露光を開始する。
【００５４】
そして、ステップＳ３０７において、測光データに従って露光終了時間が経過するまで待機し、露光終了時間が経過すると、ステップＳ３０８において、シャッターを閉じる。
【００５５】
次に、ステップＳ３０９において、開放の絞り値まで絞りを駆動する。次いで、ステップＳ３１０において、ミラーダウン位置までミラーを駆動する。その後、ステップＳ３１１において、設定した電荷蓄積時間が経過するまで待機し、電荷蓄積時間が経過すると、ステップＳ３１２において、撮像素子１０１の電荷蓄積を終了する。
【００５６】
続いて、ステップＳ３１３において、撮像素子１０１の信号を読み出す。この処理に際して、撮像子１０１はアンプゲインをＩＳＯ感度設定スイッチ１１３にて設定されているＩＳＯ感度に応じたゲイン値に切り替えておく。また、ダークオフセットレベルをクランプする機能を具えたＡＦＥ１０２は、撮像素子１０１のオプティカルブラック部５０１からの出力を用いて、クランプ動作を行う。
【００５７】
更に、読み出し開始と同時にステップＳ３１４にてＤＳＰ１０３が暗電流の推定行う。暗電流の推定の詳細については後述する。
【００５８】
その後、ステップＳ３１５において、ＣＰＵ１０５が、ステップＳ３１４で検出した暗電流の量を、事前に設定されＲＯＭ１０６又はＲＡＭ１０７に記憶されている基準値と比較する。この基準値は、例えばノイズリダクション処理が必要とされる暗電流量とする。そして、暗電流値が基準値未満であればそのまま終了し、基準値以上であればステップＳ３１６に進む。ステップＳ３１６では、ノイズリダクション処理を行う。ノイズリダクション処理の詳細については後述する。
【００５９】
そして、これらの処理が終了すると、撮影処理が終了し、ステップＳ２１０へと進む。
【００６０】
次に、ステップＳ３１４の暗電流の推定処理について説明する。上述のように、本実施形態では、暗電流の量を微小キズのレベルから推定する。この推定処理は、コンパレータ２０７〜２１０が対象画素出力を判定値Ｔｈ１〜Ｔｈ４と比較し、その結果を計数カウンタ２１１〜２１４が計数することにより、実行される。即ち、計数カウンタ２１１〜２１４のカウント値から微小キズのレベルが特定され、この微小キズのレベルから暗電流の量が推定される。つまり、この暗電流の推定処理はＤＳＰ１０３により実行される。
【００６１】
ここで、計数カウンタ２１１〜２１４のカウント値と、微小キズのレベル及び暗電流量（ダークレベル）との関係について説明する。この関係をまとめると図９のようになる。図９中のダークレベルの「Ｄａｒｋ０」〜「Ｄａｒｋ９」には、予め実測した値があてはめられる。「Ｄａｒｋ０」〜「Ｄａｒｋ９」の順で暗電流量が大きくなっており、「Ｄａｒｋ０」の場合には、ステップＳ３１５において判定値未満としてノイズリダクション処理（ステップＳ３１６）を行わないようにしてもよい。
【００６２】
ここで、「Ｌ」は、計数カウンタ２１１〜２１４のカウント値が「０〜０＋Ｎ１」であることを示している。また、「Ｍ１」は、計数カウンタ２１１〜２１４のカウント値が「（白キズの個数Ａ１−Ｎ２）〜（白キズの個数Ａ１＋Ｎ２）」であることを示している。また、「Ｍ２」は、計数カウンタ２１１〜２１４のカウント値が「（白キズの個数Ａ１及びＡ２の総和−Ｎ３）〜（白キズの個数Ａ１及びＡ２の総和＋Ｎ３）」であることを示している。また、「Ｍ３」は、計数カウンタ２１１〜２１４のカウント値が「白キズの個数Ａ１及びＡ２の総和＋Ｎ４以上」であることを示している。なお、「Ｎ１」は「判定値Ｔｈ１」を決定する際に参照したダークレベルのしきい値である。また、「Ｎ２」、「Ｎ３」及び「Ｎ４」は、白キズの個数Ａ１及びＡ２のばらつき等を考慮したマージンであり、任意に設定することができる。なお、第１の微小キズグループのレベルと第２の微小キズグループのレベルとの間には比較的大きな差が存在するため、「Ｌ」、「Ｍ１」、「Ｍ２」及び「Ｍ３」が互いに重なり合わない範囲でマージンＮ１〜Ｎ４を大きく設定しても不都合は生じない。
【００６３】
これらの基準値を図示すると、図１０のようになる。図１０には、累積ヒストグラムの一例も記載してある。この例では、計数カウンタ２１１〜２１４のカウント値がいずれも「Ｍ２」に該当するため、ダークレベルは「Ｄａｒｋ８」となる（図９）。そして、「Ｄａｒｋ８」の暗電流量は、予め行われている実測により求められているため、この量に応じたノイズリダクション処理（ステップＳ３１６）を行えばよいことになる。
【００６４】
次に、ノイズリダクション処理について図１１のフローチャートを参照しながら説明する。なお、ここでいうところのノイズリダクション処理とは、本画像から同時間蓄積したダーク画像の減算処理を意味する。
【００６５】
ノイズリダクション処理を開始する以前では、先に撮影した本画像は未だ現像処理に進んでいないので、一時的にＲＡＭ１０７に保存されている。
【００６６】
ノイズリダクション処理が始まると、先ず、ステップＳ４０１にて再度撮像素子の電荷をクリアし、ステップＳ４０２にて電荷蓄積を開始する。このシーケンスではダーク画像の取得を目標としているため、電荷蓄積開始後にシャッターを開くことはない。
【００６７】
ステップＳ４０３にて設定された本画像の露光時間と同じ時間が経過したかどうかを判定する。そして、ステップＳ４０３にて設定時間が経過していれば、ステップＳ４０４にて、撮像素子１０１の電荷蓄積を終了する。
【００６８】
このようにして得られたダーク画像の信号を、ステップＳ４０５にて撮像素子１０１の信号として読み出す。この時、撮像素子１０１はアンプゲインを本画像撮影時と同様に、ＩＳＯ感度設定スイッチ１１３にて設定されているＩＳＯ感度に応じたゲイン値に切り替えておく。
【００６９】
読み出した画像データは一時的にＲＡＭ１０７に保存する。次に、ステップＳ４０７にて本画像からダーク画像の減算処理を行う。この減算処理では、ステップＳ３１４において推定された暗電流量を考慮した上で、ＲＡＭ１０７に保存されている本画像データから、ダーク画像データの各画素毎の減算処理及びダークオフセットの加算処理を行う。
【００７０】
このような処理を行ったデータは一時的にＲＡＭ１０７に保存してもよいし、そのままステップＳ２１０の現像処理に進めてもよい。また、このような減算処理が終了した時点でＲＡＭ１０７上の本画像データ及びダーク画像データは不要となるので、消去してもよい。このようにして、ノイズリダクション処理（ステップＳ３１６）が終了する。
【００７１】
このような本実施形態によれば、図９に示すテーブルから、計数カウンタ２１１〜２１４の計数カウンタ値から微小キズグループの分布を特定し、暗電流量を容易に推定することができる。そして、効果的なノイズリダクション処理を実行することができる。
【００７２】
なお、上述の実施形態では、判定値の判定用に４個のコンパレータを用いているが、判定値をより細かくし、コンパレータ及び計数カウンタの組数を多くすることにより、更に高精度に特定のレベルのキズグループの分布を判定することが可能となる。このようにより多くの判定値を用いた場合には、判定手法もより高精度に行う必要があるが、基本的には、上述のように、ある特定のキズレベルを持つキズ画素のグループがどの判定値付近にいるかを検出できればよい。そして、これを実現する方法としては、連続点の線形近似等の多くの方法が考えられる。
【００７３】
また、あるキズ画素のグループのある条件下での出力値を事前に確認しておけば、その後に得た画像からある特定のキズレベルを持つキズ画素のグループがどの判定値付近にいるか検出すると、その時点で得られた出力値と基準の出力値とを比較することもできる。これらの条件下での出力値の換算を行うことにより、その時点での出力値を想定することが可能となる。
【００７４】
よく知られているように、温度が８℃〜１０℃上昇すると出力が２倍になり、露光時間、ＩＳＯ感度に比例するといった単純な計算のみを用いることで演算可能である。例えば、基準条件としてＩＳＯ８００、２５℃、露光時間１秒で撮影したとき、第１の微小キズグループの分布中心が１０ｍＶ、第２の微小キズグループの分布中心が５ｍＶであったとする。なお、ここでは、画素出力を仮の電圧値で表している。
【００７５】
そして、本画像としてＩＳＯ４００、露光時間８秒で撮影した画像のＶＯＢ部の出力を判定したときに、第１の微小キズグループが上述の判定方法により、６０ｍＶ〜１００ｍＶの間に存在すると判定されたとする。ここで、６０ｍＶ及び１００ｍＶは、判定値Ｔｈ１〜Ｔｈ４のいずれかである。
【００７６】
この場合、撮影条件から換算すると、基準条件と比較し、露光時間が８倍で、ＩＳＯ感度が１／２であるので、撮像素子の温度が２５℃であると仮定すると、第１の微小キズグループの分布中心は４０ｍＶ付近に存在するはずである。これに対し、実測結果では約２倍の６０ｍＶ〜１００ｍＶに存在しているのだから、約２倍の出力であると予測することができ、撮像素子の温度は２５℃よりも約８℃〜１０℃程度高いことと予想することができる。
【００７７】
更に、事前に測定した温度及び平均暗電流の対応から、撮像素子の暗電流量を予測することも可能となる。例えば、事前に測定した撮像素子において、第１の微小キズグループの分布中心と平均暗電流との間の比例係数Ｃ１、及び第２の微小キズグループの分布中心と平均暗電流との間の比例係数Ｃ２を、ＲＯＭ１０６又はＲＡＭ１０７に事前に記憶させておく。そして、概略値×比例係数から平均暗電流を演算することで予測することができる。例えば、上述の例であれば、第１の微小キズグループの分布中心が６０ｍＶ〜１００ｍＶのとき、予想される平均暗電流は６０ｍＶ×Ｃ１〜１００ｍＶ×Ｃ１と予測できる。
【００７８】
そして、この予測値をノイズリダクション動作を行うか否かを判定する判定値と比較することにより、ノイズに埋もれた平均暗電流を直接測定するよりも高精度に推定することが可能となる。
【００７９】
なお、上述の実施形態では、暗電流量を推定し、その結果からノイズリダクション処理を行うか否かの判定を行っているが、判定後の動作に関してはこれに限定されるものではなく、各種の補正処理、検出処理、警告処理等を行ってもよい。
【００８０】
また、上述の実施形態では、累積ヒストグラムの作成をＤＳＰ１０３の内部に設けたヒストグラム作成回路（図３）に行わせているが、他の箇所で行ってもよいし、ソフトウェアを用いて処理を行ってもよい。
【００８１】
更に、上述の実施形態では、ＶＯＢ部５０１ａの出力を測定し、ノイズリダクション動作を行うか否かの判定を行っているが、出力の測定対象領域は遮光領域であればどこでもよい。例えば、部分的に熱源となりうる撮像素子内のアンプ等の近傍を測定し、アンプ等の発熱の影響があるかないかという判定に用いることも可能である。また、撮像素子の遮光領域だけではなく、遮光時の開口領域における出力を測定するようにしてもよい。
【００８２】
なお、本発明の実施形態は、例えばコンピュータがプログラムを実行することによって実現することができる。また、プログラムをコンピュータに供給するための手段、例えばかかるプログラムを記録したＣＤ−ＲＯＭ等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体又はかかるプログラムを伝送するインターネット等の伝送媒体も本発明の実施形態として適用することができる。また、上記のプログラムも本発明の実施形態として適用することができる。上記のプログラム、記録媒体、伝送媒体及びプログラムプロダクトは、本発明の範疇に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の実施形態に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図２】撮像素子１０１の構成を示す図である。
【図３】ヒストグラム作成回路を示すブロック図である。
【図４Ａ】ダーク画像のヒストグラムを示す図である。
【図４Ｂ】図４Ａより露光時間が長い場合のヒストグラムを示す図である。
【図４Ｃ】図４Ｂより露光時間が長い場合のヒストグラムを示す図である。
【図４Ｄ】図４Ｃより露光時間が長い場合のヒストグラムを示す図である。
【図５Ａ】ダーク画像の累積ヒストグラムを示す図である。
【図５Ｂ】図５Ａより露光時間が長い場合の累積ヒストグラムを示す図である。
【図５Ｃ】図５Ｂより露光時間が長い場合の累積ヒストグラムを示す図である。
【図５Ｄ】図５Ｃより露光時間が長い場合の累積ヒストグラムを示す図である。
【図６Ａ】図５Ａに、判定値Ｔｈ１〜Ｔｈ４を記入した図である。
【図６Ｂ】図５Ｂに、判定値Ｔｈ１〜Ｔｈ４を記入した図である。
【図６Ｃ】図５Ｃに、判定値Ｔｈ１〜Ｔｈ４を記入した図である。
【図６Ｄ】図５Ｄに、判定値Ｔｈ１〜Ｔｈ４を記入した図である。
【図７】本発明の実施形態に係る撮像装置の制御方法を示すフローチャートである。
【図８】撮影処理の内容を示すフローチャートである。
【図９】計数カウンタのカウント値と、微小キズのレベル及び暗電流量との関係を示す図である。
【図１０】累積ヒストグラムと基準値との関係を示す図である。
【図１１】ノイズリダクション処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００８４】
１０１：撮像素子
１０２：ＡＦＥ
１０３：ＤＳＰ
１０４：タイミング発生回路
１０５：ＣＰＵ
１０６：ＲＯＭ
１０７：ＲＡＭ
１０８：記憶媒体
１０９：電源スイッチ
１１０、１１１：シャッタースイッチ
１１２：モードダイアル
１１３：ＩＳＯ感度設定スイッチ
２０１：入力ライン
２０２：コントローラ
２０３〜２０６：レジスタ
２０７〜２１０：コンパレータ
２１１〜２１４：計数カウンタ
２１５〜２１８：レジスタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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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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