(57)【要約】【課題】撮影タイミングとは無関係に常に黒レベルの補正を高精度に行うこと。【解決手段】撮像素子１は、撮像面において、常時遮光されている第１領域と、遮光されない第２領域とが設けられている。オフセット調整部３は、撮像素子１で得られた映像信号に対して所望のオフセット量を付加する。ゲインアップ部４は、オフセット調整部３により得られた映像信号Ｓ３に対してゲインを付加し、信号レベルを増幅する。黒映像信号レベル検出部６は、ゲインアップ部４によって増幅された映像信号のうち第１領域に対応する映像信号のレベルとして、黒映像信号レベルを検出する。オフセット量制御部７は、ゲインアップ部４のゲインが低ゲインである場合、および、高ゲインである場合の黒映像信号レベルに基づいて、オフセット調整部３に指示するオフセット量を制御する。【選択図】図１
2008277976.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像面において、常時遮光されている第１領域と、遮光されない第２領域とが設けられた撮像素子と、
前記撮像素子で得られた映像信号に対して所望のオフセット量を付加するオフセット付加部と、
前記オフセット付加部により得られた映像信号に対してゲインを付加し、信号レベルを増幅する信号増幅部と、
前記信号増幅部によって増幅された映像信号のうち前記第１領域に対応する映像信号のレベルとして、黒映像信号レベルを検出するレベル検出部と、
前記信号増幅部のゲインが第１ゲインである場合、および、前記第１ゲインよりも大きい第２ゲインである場合の前記黒映像信号レベルに基づいて、前記オフセット量を制御するオフセット量制御部と、
を備えた撮像装置。
【請求項２】
前記オフセット量制御部は、前記第１ゲインである場合の黒映像信号レベルと、前記第２ゲインである場合の黒映像信号レベルとが等しくなるように、前記オフセット量を決定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】
前記信号増幅部により増幅された映像信号を映像デジタルデータに変換するＡＤ変換回路を備え、
前記レベル検出部は、前記映像デジタルデータに基づいて前記黒映像信号レベルを検出することを特徴とする、
請求項１記載の撮像装置。
【請求項４】
撮像面において、常時遮光されている第１領域と、遮光されない第２領域とが設けられた撮像素子を備えた撮像装置における黒レベル補正方法であって、
前記撮像素子で得られた映像信号に対して所望のオフセット量を付加するステップと、
前記オフセット量が付加された映像信号に対してゲインを付加し、信号レベルを増幅するステップと、
前記増幅された映像信号のうち前記第１領域に対応する映像信号のレベルとして、黒映像信号レベルを検出するステップと、
前記増幅におけるゲインが第１ゲインである場合、および、前記第１ゲインよりも大きい第２ゲインである場合の前記黒映像信号レベルに基づいて、前記オフセット量を制御するステップと、
を備えた黒レベル補正方法。
【請求項５】
撮像面において、常時遮光されている第１領域と、遮光されない第２領域とが設けられた撮像素子、を有する撮像装置に搭載された集積回路であって、
前記撮像素子で得られた映像信号に対して所望のオフセット量を付加するオフセット付加部と、
前記オフセット付加部により得られた映像信号に対してゲインを付加し、信号レベルを増幅する信号増幅部と、
前記信号増幅部によって増幅された映像信号のうち前記第１領域に対応する映像信号のレベルとして、黒映像信号レベルを検出するレベル検出部と、
前記信号増幅部のゲインが第１ゲインである場合、および、前記第１ゲインよりも大きい第２ゲインである場合の前記黒映像信号レベルに基づいて、前記オフセット量を制御するオフセット量制御部と、
を備えた集積回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビデオカメラなどの撮像装置において、黒レベル（ペデスタルレベルともいう）を補正する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のビデオカメラなどの撮像装置において、黒レベルの補正は、撮影前に撮影者自身の操作に応じて行われるオートブラックバランス調整の実行時に行われていた。この黒レベル補正方法は、映像信号を増幅するためのゲインアップ回路におけるゲインの値を切り替えることによって、映像信号に対するオフセット調整を行う方法である。この方法によれば、撮影前にレンズをクローズした状態で、例えばＲチャンネル，Ｇチャンネル，Ｂチャンネルの黒レベルを合わせるブラックバランス調整を撮影者によるスイッチ操作に応じて実行しており、その際にゲインアップ回路でのオフセット量も決定される（オフセット調整が行われる）。オフセット調整が適正に行わない場合には、ゲインの値を切替えた場合に、ゲインアップ回路出力での黒レベルに大きな変動が発生し、その結果、撮像装置全体としても大きな黒レベル変動となり映像品質を著しく損なってしまう。そのため、撮像装置において、オフセット調整は非常に重要な要素である。調整されるオフセット量は、温度や電源電圧などの影響により時間が経過すると変化するため、いったんオートブラックバランス調整を行ったとしても、撮影前に再びオートブラックバランス調整を行う必要があった。
【０００３】
特許文献１には、ハイゲイン時の黒レベルおよび黒レベルバランスの安定性を向上した高感度撮像装置が開示されている。この撮像装置では、利得調整回路と、黒レベルを検出する黒レベル検出回路と、黒レベルを直流クランプする黒レベル調整回路とが閉ループに構成され、黒レベル検出回路で検出された信号により直流クランプが行われる。この撮像装置では、利得が大きい状態の黒レベルの検出精度が向上するため、黒レベルを安定させることができる。
【特許文献１】特開平８−３２１９７０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、従来の黒レベル補正方法では、撮影者がレンズをクローズさせてオートブラックバランス調整を行うスイッチを押すという操作が必要であり、黒レベルの補正が突然の撮影チャンスに間に合わない場合がある。
また、従来の黒レベル補正方法では、ゲインアップ回路のオフセット調整をオートブラックバランス調整時に実施するため、オートブラックバランス調整の実施時間が長くなってしまっていた。
また従来の撮像装置（特に特許文献１に開示された撮像装置）では、利得調整回路と黒レベルを直流クランプする黒レベル調整回路とが閉ループ構成されているため、利得が小さい値から大きい値に変化した直後において、黒レベルの検出精度が異なり、定常的には黒レベルの変動がないのにもかかわらず瞬間的な黒レベルの変動が発生し、黒レベルが誤補正される場合もあった。
【０００５】
本発明は上記従来の問題点を解決するもので、撮影タイミングとは無関係に常に黒レベルの補正を高精度に行うことが可能な撮像装置、黒レベル補正方法、集積回路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】
本発明の第１の観点は、撮像面において、常時遮光されている第１領域と、遮光されない第２領域とが設けられた撮像素子と、撮像素子で得られた映像信号に対して所望のオフセット量を付加するオフセット調整部と、オフセット調整部により得られた映像信号に対してゲインを付加し、信号レベルを増幅する信号増幅部と、信号増幅部によって増幅された映像信号のうち第１領域に対応する映像信号のレベルとして、黒映像信号レベルを検出するレベル検出部と、信号増幅部のゲインが第１ゲインである場合、および、第１ゲインよりも大きい第２ゲインである場合の黒映像信号レベルに基づいて、オフセット量を制御するオフセット量制御部と、を備えた撮像装置である。
本発明の第２の観点は、撮像面において、常時遮光されている第１領域と、遮光されない第２領域とが設けられた撮像素子を備えた撮像装置における黒レベル補正方法であって、撮像素子で得られた映像信号に対して所望のオフセット量を付加するステップと、オフセット量が付加された映像信号に対してゲインを付加し、信号レベルを増幅するステップと、増幅された映像信号のうち第１領域に対応する映像信号のレベルとして、黒映像信号レベルを検出するステップと、増幅におけるゲインが第１ゲインである場合、および、第１ゲインよりも大きい第２ゲインである場合の黒映像信号レベルに基づいて、オフセット量を制御するステップと、を備える。
【０００７】
本発明の第３の観点は、撮像面において、常時遮光されている第１領域と、遮光されない第２領域とが設けられた撮像素子、を有する撮像装置に搭載された集積回路であって、撮像素子で得られた映像信号に対して所望のオフセット量を付加するオフセット調整部と、オフセット調整部により得られた映像信号に対してゲインを付加し、信号レベルを増幅する信号増幅部と、信号増幅部によって増幅された映像信号のうち第１領域に対応する映像信号のレベルとして、黒映像信号レベルを検出するレベル検出部と、信号増幅部のゲインが第１ゲインである場合、および、第１ゲインよりも大きい第２ゲインである場合の黒映像信号レベルに基づいて、オフセット量を制御するオフセット量制御部と、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、特別な操作入力を必要とせずに常に黒レベルの補正を高精度に行うことが可能となるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
［撮像装置の構成］
以下、本発明の一実施形態の撮像装置の構成について図１および図２を参照して説明する。図１は、この実施形態の撮像装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、この撮像装置は、黒レベル検出部を含む撮像素子１と、相関２重サンプリング処理などを行うアナログ回路２と、オフセット調整部３と、ゲインアップ部４（本発明の信号増幅部に相当）と、タイミング制御部５と、黒映像信号レベル検出部６（本発明のレベル検出部に相当）と、オフセット量制御部７とを備える。
図２は、本実施形態の撮像装置の撮像素子１の構成を示す模式図である。図２に示すように、この撮像素子１の撮像面は、被写体像を検出するための遮光されていない左側の領域ＡＲ３（映像検出領域または非遮光領域；本発明の第２領域に相当）と、撮影中に黒レベルを検出可能にするため常時遮光されている右側の領域ＡＲ１，ＡＲ２（黒レベル検出領域または遮光領域；本発明の第１領域に相当）とに区分されている。なお、上側の領域ＡＲ１は、ゲインアップ部４におけるゲインが低い（低ゲイン）のときの黒レベル検出領域であり、下側の領域ＡＲ２は、ゲインアップ部４におけるゲインが高い（高ゲイン）のときの黒レベル検出領域である。
【００１０】
図１において、撮像素子１で得られた映像信号は、アナログ回路２、オフセット調整部３およびゲインアップ部４を経て、後段の信号処理回路へ供給される。タイミング制御部５、黒映像信号レベル検出部６およびオフセット量制御部は、黒レベルを補正するために設けられ、撮像素子１における黒レベル検出領域ＡＲ１，ＡＲ２で得られた黒映像信号を対象として処理を行う。
図１において、ゲインアップ部４は、タイミング制御部５からのタイミング信号Ｓ５に基づいて、映像検出領域ＡＲ３の映像信号、黒レベル検出領域ＡＲ１（低ゲイン時）の黒映像信号、および、黒レベル検出領域ＡＲ２（高ゲイン時）の黒映像信号に付加するゲインを切り替える。このタイミング信号Ｓ５は黒映像信号レベル検出部６にも与えられるので、黒映像信号レベル検出部６は、ゲインアップ部４の出力信号Ｓ４の中から、低ゲイン時の黒映像信号と高ゲイン時の黒映像信号とを区別して検出することができるようになっている。
【００１１】
黒映像信号レベル検出部６は、低ゲイン時の黒映像信号の信号レベルＳ６＿Ｌと、高ゲイン時の黒映像信号レベルＳ６＿Ｈとをオフセット量制御部７に供給する。オフセット量制御部７は、低ゲイン時の黒映像信号の信号レベルＳ６＿Ｌと、高ゲイン時の黒映像信号レベルＳ６＿Ｈとに基づいて、オフセット量を示す信号Ｓ７によって、オフセット調整部３におけるオフセット量を制御する。このオフセット量の制御によって、本実施形態の撮像装置では、黒レベルが補正されるようになっている。
［撮像装置の動作］
次に、図３を参照して、本実施形態の撮像装置の黒レベル補正動作について説明する。図３は、実施形態の撮像装置における黒レベル補正動作を説明するためのゲインアップ回部４の入出力特性を示しており、横軸が入力電圧、縦軸が出力電圧である。
【００１２】
撮像素子１から出力される映像信号（黒レベル検出領域からの黒映像信号も含む）は、アナログ回路２において相関２重サンプリング処理やクランプ処理などが行われた後、オフセット調整部３に入力される。オフセット調整部では、オフセット量制御部から指示されるオフセット量に従って映像信号のオフセットを調整する（オフセット量を付加する）。オフセット調整後の映像信号Ｓ３は、ゲインアップ部４にて撮像素子１のそれぞれの領域に対応したゲインアップ（ゲイン付加）処理が実施され、後段の信号処理回路および黒映像信号レベル検出部６に出力される。ゲインアップ部４は、撮像素子１の映像検出領域ＡＲ３の映像信号に対しては撮像装置で予め設定されているゲインによるゲインアップ処理を行う。すなわち、ゲインアップ部４は、黒レベル検出領域ＡＲ１の黒映像信号に対しては予め設定されている低ゲインによるゲインアップ処理を行い、黒レベル検出領域ＡＲ２の黒映像信号に対しては予め設定されている高ゲインによるゲインアップ処理を行う。各領域の映像信号または黒映像信号のゲインアップ処理タイミングおよび黒映像信号レベルの検出タイミングは、タイミング制御部５からのタイミング信号Ｓ５によって制御される。
【００１３】
黒映像信号レベル検出部６では、黒レベル検出領域ＡＲ１，ＡＲ２のそれぞれの領域ごとの黒映像信号レベルを検出し、低ゲイン時の黒映像信号の信号レベルＳ６＿Ｌと、高ゲイン時の黒映像信号レベルＳ６＿Ｈとをオフセット量制御部７へ出力する。オフセット量制御部７では、低ゲイン時の黒映像信号の信号レベルＳ６＿Ｌと、高ゲイン時の黒映像信号レベルＳ６＿Ｈとが等しくなるように、オフセット調整部３に指示するオフセット量を制御する。
オフセット量制御部７でのオフセット量の制御方法について、図３を参照してさらに詳しく説明する。図３は、ゲインアップ部４における黒映像信号の入出力特性の一例を示す図であり、（ａ）は高ゲイン時の特性、（ｂ）は低ゲイン時の特性である。
このオフセット量の制御方法は、オフセット調整が適切になされていれば低ゲイン時の黒映像信号の信号レベルＳ６＿Ｌと、高ゲイン時の黒映像信号レベルＳ６＿Ｈとが等しい状態になっているという点に着目して行われる。図３において、オフセット量が適切に設定されている場合には、ゲインアップ部４に対する入力電圧（映像信号Ｓ３の信号レベル）がIn0となっており、そのときの低ゲイン時、高ゲイン時におけるゲインアップ部４の出力電圧がともにOut0となり、等しくなっている。
【００１４】
一方、図３において、オフセット量が適切に設定されていない場合には、ゲインアップ部４に対する入力電圧（映像信号Ｓ３の信号レベル）が例えばIn1となっており、そのときの高ゲイン時の出力電圧はOut1-highとなり、低ゲイン時の出力電圧はOut1-lowとなってそれぞれ異なる。かかる場合に、低ゲインと高ゲインのゲイン切替による黒映像信号（黒レベル）変動がないようにするには、黒レベルがゲインアップ部４の入力電圧がIn0となるように、オフセット調整部３におけるオフセット量を制御する必要がある。具体的には、オフセット量制御部７において、高ゲイン時の黒映像信号レベルＳ６＿Ｈが低ゲイン時の黒映像信号レベルＳ６＿Ｌより大きい場合にはオフセット量を低下させ、逆の場合にはオフセット量を増加させることによって、常に高ゲイン時の黒映像信号レベルＳ６＿Ｈと低ゲイン時の黒映像信号レベルＳ６＿Ｌとが一致するようにオフセット量を制御する。
【００１５】
以上、本実施形態の撮像装置の黒レベル補正動作について説明したが、この撮像装置の特に有利な点は、検出対象である低ゲイン時の黒映像信号レベルと高ゲイン時の黒映像信号レベルを、遮光している黒レベル検出領域から得ているため、黒レベル補正時にレンズが閉じている必要がないということである。したがって、本実施形態の撮像装置では、撮影を行いながら、同時に低ゲイン時の黒映像信号レベルおよび高ゲイン時の黒映像信号レベルを用いてオフセット調整を実施することも可能である。また、本実施形態の撮像装置では、時間の経過に伴い、温度、電源電圧などが緩やかに変化することで仮に補正を行わないとしたならば徐々に黒レベルがずれていく状況であっても、常にその変化に追従した黒レベル補正（オフセット量の調整）が行われる。
以上説明したように、本実施形態の撮像装置は、撮影タイミングと無関係に常にゲインアップ部のオフセット調整を行うため、常に黒レベル変動がない状態に保つことができ、突然の撮影チャンスにおいても黒レベルが補正された映像を得ることが可能である。
【００１６】
また、本実施形態の撮像装置は、撮影タイミングと無関係に常にゲインアップ部のオフセット調整を行うため、オートブラックバランス調整時に、ゲインアップ部のオフセット調整を実施する必要がなく、オートブラックバランス調整処理時間を短縮可能である。
また、本実施形態の撮像装置は、撮影タイミングと無関係に常にゲインアップ部のオフセット調整を行うため、ゲインアップ部におけるゲインの切替直後における瞬間的な黒レベルの変動が発生しない。
なお、上述の実施形態では、黒映像信号レベル検出部は、ゲインアップ部の出力直後の映像信号から黒映像信号レベルを検出する場合について説明したが、検出対象は、ゲインアップ部以降の映像信号であればよく、ゲインアップ部の出力直後の映像信号に限られない。たとえば、黒映像信号レベル検出部は、後段のペデスタル調整回路や、ＡＤ(Analog to Digital)変換回路後の映像信号から検出してもよい。
【００１７】
上述の実施形態において、撮像素子の構成（映像検出領域、黒レベル検出領域の配置）は図２に例示したものに限られない。黒レベル検出領域は、撮像素子の撮像面の左側、上側または下側に配置してもよいし、上下左右に複数個所配置してもよい。垂直シェーディングなどの影響を考慮して、図２における黒レベル検出領域ＡＲ１は使用せず、黒レベル検出領域ＡＲ２をさらに低ゲインを適用する領域と高ゲインを適用する領域とに分割してもよい。
上述の実施形態では、撮像素子の黒レベル検出領域中、低ゲインが適用される領域と高ゲインが適用される領域をそれぞれ独立の領域として配置させたが、適用するゲインとは無関係に単一の黒レベル検出領域を設けるようにしてもよい。その場合、その単一の黒レベル検出領域を例えばフィールド単位で低ゲインと高ゲインとを切り替えて適用するようにすればよい。
【００１８】
上述の実施形態において、オフセット調整制御部は、低ゲイン時の黒映像信号レベルと高ゲイン時の黒映像信号レベルとが等しくなるようにオフセット量を制御するようにしたが、フィードバックゲインが所定の閾値よりも小さくなるようにオフセット量を制御してもよく、また、低ゲイン時の黒映像信号レベルと高ゲイン時の黒映像信号レベルの差が小さい場合にはオフセット量を変更しない等の制御を併用してもよい。
（他の実施形態）
なお、上記実施形態で説明した撮像装置において、各ブロックは、ＬＳＩなどの半導体装置により個別に１チップ化されても良いし、一部又は全部を含むように１チップ化されても良い。なお、ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用しても良い。さらには、半導体技術の進歩又は派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適用等が可能性としてあり得る。また、上記実施形態の各処理をハードウェアにより実現してもよいし、ソフトウェアにより実現してもよい。さらに、ソフトウェアおよびハードウェアの混在処理により実現しても良い。なお、本発明の具体的な構成は、前述の実施形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更および修正が可能である。
【００１９】
また、上記実施形態で説明した撮像装置の機能を集積回路によって実現する場合、撮像素子は必ずしもその集積回路に組み込まれる必要はなく、集積回路外部に設けられる撮像素子からの映像信号を集積回路の入力部が入力し、その入力した映像信号に基づいて図１に示したような処理を集積回路が行うようにすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態の撮像装置の構成を示すブロック図。
【図２】本発明の実施形態の撮像装置における撮像素子の構成を示す模式図。
【図３】本発明の実施形態の撮像装置における黒レベル補正動作を説明するためのゲインアップ部の入出力特性を示す図。
【符号の説明】
【００２１】
１  撮像素子
２  アナログ回路
３  オフセット調整部
４  ゲインアップ部
５  タイミング制御部
６  黒映像信号レベル検出部
７  オフセット量制御部
【図１】
2008277976.tif 000003
【図２】
2008277976.tif 000004
【図３】
2008277976.tif 000005