(57)【要約】【課題】黒レベル基準情報を得てから長時間後に被写体光像の撮像を行っても、撮像素子の暗電流による黒レベルのばらつきのない撮像画像が得られる撮像装置を提供する。【解決手段】撮像素子１２は、中央受光領域を除く外周受光領域が遮光部に覆われており、撮像素子１２に入射光を入射させない時に、外周領域で生成される暗電流の第１平均値レベル値及び中央受光領域で生成される暗電流のレベル値を求める第１測定部３１と、撮像素子に入射光を入射させた時に、遮光部で覆われている外周領域で生成される暗電流の第２平均レベル値及び中央受光領域で生成される撮像信号のレベル値を求める第２測定部３２と、第２平均レベル値を第１平均レベル値で除算した結果を中央受光領域で生成される暗電流のレベル値に乗算する演算部２７と、演算部２７で乗算した結果を中央受光領域で生成された撮像信号のレベル値から減算する減算部２８と、を備える。【選択図】図１
2008054010.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光領域を有する撮像素子に入射光を入射させることにより、前記撮像素子で光電変換して撮像信号を生成した後、前記撮像信号のレベル値を求め、この求められた前記撮像信号のレベル値から予め求められている前記撮像素子の暗電流を減算して前記暗電流の影響を除去した撮像信号を得る撮像装置において、
前記撮像素子は、中央受光領域を除く外周受光領域が遮光部に覆われており、
前記撮像素子に入射する入射光を遮光状態とした時に、前記外周領域で生成される暗電流の第１平均値レベル値及び前記中央受光領域で生成される暗電流のレベル値を求める第１測定部と、
前記撮像素子に入射する入射光を開放状態で入射させた時に、前記遮光部で覆われている前記外周領域で生成される暗電流の第２平均レベル値及び前記中央受光領域で生成される撮像信号のレベル値を求める第２測定部と、
前記第２平均レベル値を前記第１平均レベル値で除算した結果を前記中央受光領域で生成される暗電流のレベル値に乗算する演算部と、
前記演算部で乗算した結果を前記中央受光領域で生成された撮像信号のレベル値から減算する減算部と、
を備えたことを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサなどの光感応素子からなる撮像素子を用いた撮像装置に関し、特に暗電流ノイズの補正手段を備えた撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤ撮像素子、若しくはＣＭＯＳ撮像素子を使用したビデオカメラやデジタルカメラなどの撮像装置においては、暗電流の影響により黒レベルにばらつきが生じ、画質劣化の要因となっている。これを解決するためこれまでに様々な工夫が擬らされてきている。
【０００３】
例えば特許文献１では、ＣＣＤ撮像装置において遮光した状態で映像信号を取得し、黒レベル基準情報を得る方法、得られた黒レベル基準情報をフレームメモリに記憶させる方法、及び黒レベル基準情報をもとに映像信号から減算する方法で暗電流補正を行う手段が述べられている。
【特許文献１】特開平６−５４２６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１で述べられているように、黒レベル基準情報を精度よく得て撮像素子の暗電流による黒レベルのばらつきを補正するためには、画像の撮像の直前に撮像装置のレンズのシャッタを閉じて撮像素子を遮光した状態で、黒レベル基準情報を得てすぐにレンズのシャッタを開けて数分以内に画像の撮像を行う必要があった。
このため、黒レベル基準情報を得てから電源ＯＮのまま画像の撮像を継続して行うと、数分後に撮像した画像は、経時変化と周辺の温度変化で撮像素子の温度変動による暗電流変化から黒レベルのばらつきを生じてしまい、画質が劣化してしまうと言う問題点があった。
【０００５】
本発明はこの点に着目してなされたものであり、電源ＯＮ時に撮像装置のレンズのシャッタを閉じて黒レベル基準情報を得てから、電源ＯＮのまま画像の撮像を継続して行っても、撮像素子の暗電流による黒レベルのばらつきによる画質劣化がない画像を得ることが出来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】
【０００６】
本願発明における第１の発明は、受光領域を有する撮像素子に入射光を入射させることにより、前記撮像素子で光電変換して撮像信号を生成した後、前記撮像信号のレベル値を求め、この求められた前記撮像信号のレベル値から予め求められている前記撮像素子の暗電流を減算して前記暗電流の影響を除去した撮像信号を得る撮像装置において、前記撮像素子は、中央受光領域を除く外周受光領域が遮光部に覆われており、前記撮像素子に入射する入射光を遮光状態とした時に、前記外周領域で生成される暗電流の第１平均値レベル値及び前記中央受光領域で生成される暗電流のレベル値を求める第１測定部と、前記撮像素子に入射する入射光を開放状態で入射させた時に、前記遮光部で覆われている前記外周領域で生成される暗電流の第２平均レベル値及び前記中央受光領域で生成される撮像信号のレベル値を求める第２測定部と、前記第２平均レベル値を前記第１平均レベル値で除算した結果を前記中央受光領域で生成される暗電流のレベル値に乗算する演算部と、前記演算部で乗算した結果を前記中央受光領域で生成された撮像信号のレベル値から減算する減算部と、を備えたことを特徴とする撮像装置を提供するものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の撮像装置によれば、受光領域を有する撮像素子に入射光を入射させることにより、撮像素子で光電変換して撮像信号を生成した後、撮像信号のレベル値を求め、この求められた撮像信号のレベル値から予め求められている撮像素子の暗電流を減算して暗電流の影響を除去した撮像信号を得る撮像装置において、撮像素子は、中央受光領域を除く外周受光領域が遮光部に覆われており、撮像素子に入射する入射光を遮光状態とした時に、外周領域で生成される暗電流の第１平均値レベル値及び前記中央受光領域で生成される暗電流のレベル値を求める第１測定部と、撮像素子に入射する入射光を開放状態で入射させた時に、遮光部で覆われている外周領域で生成される暗電流の第２平均レベル値及び中央受光領域で生成される撮像信号のレベル値を求める第２測定部と、第２平均レベル値を第１平均レベル値で除算した結果を中央受光領域で生成される暗電流のレベル値に乗算する演算部と、演算部で乗算した結果を中央受光領域で生成された撮像信号のレベル値から減算する減算部と、を備えることにより、電源ＯＮ時に撮像装置のレンズのシャッタを閉じて黒レベル基準情報を得てから、電源ＯＮのまま画像の撮像を継続して行っても、撮像素子の暗電流による黒レベルのばらつきによる画質の劣化ない画像を得ることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る撮像装置の要部の構成を示すブロック図である。    
図２は、黒レベル基準データ取得の処理手順を示すフローチャートである。
図３は、暗電流補正の処理手順を示すフローチャートである。
図４は、本発明の撮像装置の動作のタイミングを示す図である。
【０００９】
本発明の実施の形態の撮像装置は、被写体光像を撮像して得られた被写体映像をデジタル変換して出力する撮像部１と、撮像部１で生じる暗電流による黒レベル変化を補正する処理部２と、処理部２で行う複数の補正用データを格納する記憶部３と、各部を制御する制御部４と、を有して構成されている。
【００１０】
撮像部１は、撮像時に入射する被写体光像からの光量を調節するアイリス１１と、アイリス１１で調節された被写体光像の光量に基づく被写体光像を受光する第１領域部分（中央受光領域）と光が入らないよう遮蔽されている第２領域部分（ＯＢ部：外周受光領域）とに分けられ、被写体光像を受光する第１領域部分のアナログの被写体映像と、光が入らないよう遮蔽されている第２領域部分のアナログのＯＢ部映像とに光電変換するＣＣＤ撮像素子若しくはＣＭＯＳ撮像素子（以下「撮像素子」という）１２と、撮像素子１２で光電変換されたアナログの被写体映像及びＯＢ部映像をデジタル化してそれぞれの映像データとするアナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ）１３と、を備えている。
【００１１】
処理部２は、映像データから被写体映像の黒レベルの基準となる黒レベル基準データ取得時のフレーム数をカウントするカウンタ２１と、黒レベル基準データをフレーム毎に加算する時に用いる黒レベル基準データ加算器２２と、所定のフレーム数加算された黒レベル基準データを平均化するときに用いる黒レベル基準データ除算器２３と、映像データから平均化された黒レベル基準データを減算して暗電流補正を行う暗電流補正部２４と、ＯＢ部（遮蔽部）の画素毎の映像データ加算時に用いるＯＢ部データ加算器２５と、画素毎に加算されたＯＢ部データを平均化するときに用いるＯＢ部データ除算器２６と、平均化された黒レベル基準データと平均化されたＯＢ部データとから黒レベルデータの補正係数を演算するときに用いる黒レベルデータ補正演算器２７（演算部）と、黒レベル基準データ記憶部に記憶されている黒レベル基準データに補正係数を乗算して黒レベル補正データとする黒レベル補正データ生成部２８（減算部）と、を備えている。
【００１２】
記憶部３は、画素毎に映像データ以上のビット深度をもつフレームメモリで構成され、黒レベル基準データ取得時には取得された黒レベル基準データの合計が画素毎に保存される黒レベル基準データ記憶領域３１（第１測定部）と、映像データと同じ画素毎のビット深度を持つフレームメモリで構成され、黒レベル基準データ取得時には新規に取得されたＯＢ部データを含む黒レベル基準データが記憶され、また、通常撮像時にはＯＢ部データを含む映像データが記憶される映像データ記憶領域３２（第２測定部）と、１アドレス分の十分大きなメモリで構成され、黒レベル基準データ取得時及び通常撮像時に画素毎に加算されていくＯＢ部データが保持され、その後ＯＢ部データの平均値が保持されるＯＢ部データ記憶領域３３と、ＯＢ部データ記憶領域３３と同等のメモリで構成され、黒レベル基準データ取得時のＯＢ部データ平均値が保持されるＯＢ部基準データ記憶領域３４と、を備える。
【００１３】
制御部４は、被写体光像を撮像して得られた被写体映像をデジタル変換して出力する撮像部１と、撮像部１で生じる暗電流に基づいて黒レベル基準データを生成する処理部２と、処理部２で生成した黒レベル基準データ及び暗電流のレベルを格納する記憶部３と、に接続され、各部で行なわれる各種処理の制御を行う。
【００１４】
次に、本発明の実施の形態の撮像装置の動作について、図１を用いて説明する。
まず、最初に、アイリス１１の絞りを閉じて撮像素子１２の入射光量が０の時に得られる映像データを黒レベル基準データとし、このときの黒レベル基準データＯＢ部分の平均レベルをアイリス閉状態（以下アイリス閉と略す）時ＯＢ部レベルとする。この黒レベル基準データとアイリス閉時ＯＢ部レベルを記憶部３に記憶して置く。
そして次にアイリス１１の絞りを開けて最適な映像データレベルが得られる位置に絞りを調節する。このときのアイリス開状態（以下アイリス開と略す）時の映像データのＯＢ部分の映像データレベルをアイリス開時ＯＢ部レベルとする。
そして、処理部２により、記憶部３に記憶してあるアイリス閉時ＯＢ部レベルを読み出してアイリス開時ＯＢ部レベルで除算して補正係数を算出し、この補正係数を黒レベル基準データに乗算し黒レベル補正データとし、この黒レベル補正データをアイリス開時の映像データから減算して黒レベルが平滑となる黒レベル補正映像データとする。
【００１５】
アイリス閉時の黒レベル基準データは、撮像素子１２の暗電流が時間経過や温度上昇により変化しなければアイリス開時の映像データレベルに含まれる黒レベルと同じであるから、撮像素子１２の画素の配置された位置毎に黒レベルが異なっても、アイリス開時の映像データレベルからアイリス閉時の黒レベル基準データを減算すれば、アイリス開時の映像データレベルの黒レベルは画素の配置された位置毎の差は無くなり均一で平滑となるから、アイリス開時の映像データからアイリス閉時の黒レベル基準データを減算したものは、撮像素子１２の暗電流を除去した被写体光像のみの映像データとなる。
【００１６】
一方、撮像素子１２の暗電流が時間経過や温度上昇により変化すると、アイリス開時の映像データレベルに含まれる黒レベルは、暗電流の変化分が重畳される。この時アイリス閉時ＯＢ部レベルとアイリス開時ＯＢ部レベルとの変化分も暗電流の変化分と同じであるから、アイリス閉時ＯＢ部レベルを読み出してアイリス開時ＯＢ部レベルで除算した補正係数を黒レベル基準データに乗算して黒レベル補正データとすれば、アイリス開時の映像データレベルに含まれる黒レベルが得られる。従って、この黒レベル補正データをアイリス開時の映像データから減算すれば映像データレベルに含まれる暗電流を重畳した黒レベルを除去した被写体光像のみの映像データを得ることが出来る。
【００１７】
次に、図２、図３を用いてより詳細に説明する。
＜黒レベル基準データ設定＞
電源投入時または制御部４に設置されている黒レベル基準データ取得開始ボタン（図示せず）が押されると、制御部４は、以下に示す手順で各部を制御し処理を行う。
【００１８】
まず、ステップＳ２０１にてカウンタ２１を０にリセットし、ステップＳ２０２にて黒レベル基準データ記憶領域３１、映像データ記憶領域３２、ＯＢ部データ記憶領域３３をクリア（全画素のデータを０）する。
そして、ステップＳ２０３にてアイリス１１を閉じ、この時の光の入らない状態の映像データをステップＳ２０４にて映像データ記憶領域３２に１画面分記憶させる。この映像データ記憶領域３２に記憶された光の入らない状態の映像データの中から、まず、１画素分のデータａを読み出して制御部４へ出力する（ステップ２０５）。
【００１９】
ステップＳ２０６で制御部４に入力されたデータａがＯＢ部のデータであった（ｙｅｓ）場合、ステップＳ２０７でデータａはＯＢ部データ記憶領域３３に記憶されているデータ（予めクリアされていれば０のデータのまま）読み出して加算し、再びＯＢ部データ記憶領域３３に、この加算されたデータを記憶する。
このステップＳ２０６で制御部４に入力されたデータａがＯＢ部のデータでなかった（ｎ０）場合、ステップＳ２０８にて黒レベル基準データ記憶領域３１よりデータａに対応する該当画素部のデータｂを読み出し、ステップＳ２０９にてデータａとデータｂと、を加算してその結果を黒レベル基準データ記憶領域３１の該当画素部に再び記憶させる。
【００２０】
そして、ステップＳ２１０にて全画素の処理が終わっていなければステップＳ２０５に戻り、次の画素の処理に移る。
全画素について処理が終了すると、ステップＳ２１１にてカウンタ２１を１つ進める。
ステップＳ２１２にてカウンタ２１があらかじめ規定したフレーム数（例えば４〜１６に設定）に達していなければ、ステップＳ２０４に戻り更に黒レベル基準データの取得と加算を行う。
ステップＳ２１２にてカウンタ２１が規定した値に達していれば、次のステップＳ２１３に進む。
【００２１】
ステップＳ２１３では、まず、黒レベル基準データ記憶領域３１より１画素分のデータｃを読み込み、ステップＳ２１４で取得したフレーム数（規定数）で除算を行い、その除算結果のデータｄを該当画素の黒レベル基準データとして黒レベル基準データ記憶領域３１の該当部に記憶させる。
そして、ステップＳ２１５にて全画素についての処理が終わっていなければステップＳ２１３に戻り次の画素の処理に移る。
全画素についての処理が終了したら、ステップＳ２１６にてＯＢ部データ記憶領域３３のデータａのＯＢ部データ分の合計値をＯＢ部の総画素数で除算を行い、その結果をＯＢ部基準データであるデータｅとしてＯＢ部基準データ記憶領域３４に記憶する。
そして、ステップＳ２１７にてアイリス１１を所定の絞り値Ｆに開けて、通常撮像が行える状態として撮像装置を設定する。
【００２２】
このようにして、黒レベル基準データとＯＢ部基準データを所定のフレーム数分の平均値とすることにより、精度の高いデータとする。
電源投入時にはアイリスを閉じておき、黒レベル基準データ設定を行うよう予め設定しておいても良いのはもちろんである。
【００２３】
＜被写体撮像時動作＞
次に、撮像装置でアイリスを所定の絞り値Ｆに開けて被写体光像を撮像するときの暗電流補正の動作について説明する。
撮像が開始されると、制御部４は、以下に述べる手順で各部を制御し、処理を行う。
【００２４】
ステップＳ３０１にてＯＢ部データ記憶領域３３に記憶されているＯＢ部データｅを制御部４に読み込み、その後ステップＳ３０２にてＯＢ部データ記憶領域３３をクリアする。
そして、ステップＳ３０３にてＯＢ部基準データ記憶領域３４よりＯＢ部基準データｆを制御部４に読み込む。
さらに、ステップＳ３０４にて映像データ記憶領域３２に被写体光像を撮像した映像データｇを記憶させる。
【００２５】
ステップＳ３０５にて映像データ記憶領域３２より１画素分の映像データｇを制御部４に読み込む。
ステップＳ３０６にて映像データｇがＯＢ部の画素データである場合（ｙｅｓ）は、ステップＳ３０７にてＯＢ部データ記憶領域３３に映像データｇをＯＢ部データｅとして加算平均値化する。
ステップＳ３０６にて映像データｇがＯＢ部データｅでない場合は、ステップＳ３０８にて黒レベル基準データ記憶領域３１から対応する画素の黒レベル基準データｈを読み込み、ステップＳ３０９にてＯＢ部データｅをＯＢ部基準データｆで除算したもの（基準データ取得時からの暗電流増加率）を黒レベル基準データｈに乗じて補正値ｋとする。
【００２６】
そして、ステップＳ３１０にて映像データｇより補正値ｋを減算することにより、暗電流の時間経過による変化分を含めて暗電流成分を補正した映像データとして映像データ記憶領域３２の該当部に再び記憶させる。
次にステップＳ３１１にて全画素についての処理が終わっていなければステップＳ３０５に戻り、次の画素の処理に移る。
全画素についての処理が終了したらステップＳ３１２にてＯＢ部データ記憶領域３３のデータをＯＢ部の総画素数で除算を行うことで平均化し、現在のデータとする。
ステップＳ３１３にて映像データ記憶領域３２の暗電流補正後の映像データを出力する。その後、ステップＳ３０１に戻り次のフレームの撮像を開始する。
【００２７】
この被写体光像を撮像する時の暗電流補正の動作は、例えば１フレーム期間で行うようにして、リアルタイムでの暗電流補正が可能となる。
【００２８】
次に図４を用いて黒レベル基準データ設定、被写体光像撮像時動作のタイミングについて説明する。
図４（Ａ）に示すように、撮像装置の電源をＴ０〜Ｔ１の期間はＯＦＦでＴ１以降の期間をＯＮとする。
図４（Ｂ）に示すようにアイリス１１は撮像装置の電源がＴ１でＯＮになってもＴ２の期間まで閉じた状態とし、Ｔ２以降を開状態の所定の絞り値Ｆとする。
図４（Ｃ）に示すように、黒レベル基準データ設定はあらかじめ規定したフレーム数（例えば４〜１６に設定）であるＴ１〜Ｔ２の期間に行われる。そして、黒レベル基準データは黒レベル基準データ記憶領域３１にデータｇとして保存される。
【００２９】
図４（Ｄ）に示すように、補正係数（ｅ／ｆ）はアイリス１１を所定の絞り値Ｆに設定したＴ２後の１フレーム分の映像データを用い次の１フレームの映像データの撮像直前のＴ３に生成されて次の１フレーム期間は保存される。以後同様に１フレーム毎に生成されて前の補正係数（ｅ／ｆ）と入れ替えられる。
【００３０】
撮像素子の暗電流変化が少ない場合は、必ずしも補正係数（ｅ／ｆ）を１フレーム毎に算出しなくともよいのはもちろんである。
【００３１】
図４（Ｅ）に示すように、黒レベル補正は、補正係数（ｅ／ｆ）が生成されたＴ３以降に行われる。
図４（Ｆ）に示すように、補正済み映像データは、補正係数（ｅ／ｆ）を得るのに１フレーム分の期間が必要なので、図４（Ｇ）に示す補正前の映像データに対し遅延時間として１フレーム分の期間が必要となる。
【００３２】
尚、電源ＯＮ後のＴ１とＴ２の期間は、外気温度が略摂氏１５度〜摂氏３０度の範囲では規定したフレーム数（例えば４〜１６に設定）とすればよいが、冬のような寒冷時に屋外で使用する場合は、撮像素子が安定した温度となる時間（外気温度により左右されるが略１５分程度）を考慮して、電源ＯＮ後黒レベル基準データ設定を開始するまでの時間を定めることが必要である。
また、電源ＯＮ後、所定時間毎に（例えば略１〜２時間毎）にアイリスを閉じて黒レベル基準データ設定を再度行う構成にしても良く、このようにすれば、基準となる黒レベルと補正される黒レベルの差が少なくなるのでより良好な撮像画像が得られるのはもちろんである。
【００３３】
以上詳述したように本実施形態では、被写体光像を撮像する前に、アイリスを閉じて得られる映像データから黒レベル基準データとＯＢ部基準データからなる黒レベル基準情報を記憶しておき、次に、ＯＢ部基準データをアイリスを開けて被写体光像を撮像するときに得られる映像データのうちのＯＢ部データで除算した後に黒レベル基準データを乗算したものを、アイリスを開けて被写体光像を撮像するときに得られる映像データから減算することにより、映像データの黒レベルを常に平滑にすることが出来るので、黒レベル基準情報を得てから数分以上経過した後に被写体光像の撮像を行っても、黒レベルのばらつきのない良好な撮像画像を得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施形態に係る撮像装置の要部の構成を示すブロック図である。
【図２】黒レベル基準データ取得の処理手順を示すフローチャートである。
【図３】暗電流補正の処理手順を示すフローチャートである。
【図４】本発明の撮像装置の動作のタイミングを示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１・・・撮像部
２・・・処理部
３・・・記憶部
４・・・制御部
１１・・・アイリス
１２・・・撮像素子
１３・・・アナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ）
２１・・・カウンタ
２２・・・黒レベル基準データ加算器
２３・・・黒レベル基準データ除算器
２４・・・暗電流補正部（黒レベル補正部）
２５・・・ＯＢ部データ加算器
２６・・・ＯＢ部データ除算器
２７・・・黒レベルデータ補正演算器（演算部）
２８・・・黒レベル補正データ生成部（減算部）
３１・・・黒レベル基準データ記憶領域（第１測定部）
３２・・・映像データ記憶領域（第２測定部）
３３・・・ＯＢ部データ記憶領域（アイリス開状態時黒レベル記憶部）
３４・・・ＯＢ部基準データ記憶領域（アイリス閉状態時黒レベル記憶部）
【図１】
2008054010.tif 000003
【図２】
2008054010.tif 000004
【図３】
2008054010.tif 000005
【図４】
2008054010.tif 000006