(57)【要約】【課題】撮像信号に対するノイズ除去処理時間を短縮する。【解決手段】撮像素子の遮光状態において、撮像素子により撮影時の電荷蓄積時間ＴＳより短い所定蓄積時間ＴＤでの撮像と読み出しを繰り返し行い、撮像素子から読み出された遮光状態の出力信号を暗信号として複数個記憶する。また、撮影時の電荷蓄積時間ＴＳと暗信号の撮像に用いた所定蓄積時間ＴＤとに基づいて使用する暗信号の個数Ｎを決定し、記憶されている複数の暗信号の内の決定個数Ｎの暗信号を加算する。さらに、撮像素子の遮光を解除して電荷蓄積時間で撮像素子による撮像を行い、撮像素子から撮像信号を読み出すとともに、加算後の暗信号により撮像信号を補正する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学系により結像された像を撮像する撮像素子と、
前記撮像素子を遮光する遮光手段と、
前記撮像素子の出力信号を記憶する記憶手段と、
前記撮像素子の撮影時の電荷蓄積時間を決定する蓄積時間決定手段と、
前記遮光手段による遮光状態において、前記撮像素子により前記電荷蓄積時間より短い所定蓄積時間での撮像と読み出しを繰り返し行い、該撮像素子から読み出された遮光状態の出力信号を暗信号として前記記憶手段に複数個記憶する暗信号記憶手段と、
前記蓄積時間決定手段により決定された前記電荷蓄積時間と、前記暗信号の撮像に用いた前記所定蓄積時間とに基づいて、使用する前記暗信号の個数を決定する個数決定手段と、
前記記憶手段に記憶されている複数の前記暗信号の内、前記個数決定手段により決定された個数の前記暗信号を加算する暗信号加算手段と、
前記遮光手段による遮光を解除して前記電荷蓄積時間で前記撮像素子による撮像を行い、前記撮像素子から撮像信号を読み出す撮影手段と、
前記暗信号加算手段による加算後の暗信号により前記撮像信号を補正する補正手段とを備えることを特徴とするディジタルカメラ。
【請求項２】
請求項１に記載のディジタルカメラにおいて、
前記暗信号加算手段は、前記記憶手段に記憶されている前記暗信号の内の最新のものから順に前記電荷蓄積時間に相当する個数の前記暗信号を加算することを特徴とするディジタルカメラ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のディジタルカメラにおいて、
前記補正手段は、前記撮像信号から前記暗信号加算手段による加算結果の暗信号を減算して補正することを特徴とするディジタルカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はディジタルカメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
露出値に応じた電荷蓄積時間だけ撮像素子を露光して撮像を行い、撮像素子から撮像信号を読み出した後、撮像素子を遮光状態にして上記蓄積時間の電荷蓄積を複数回行い、各回ごとの暗信号を読み出す。そして、（撮像信号−暗信号／暗信号の蓄積回数）の演算を行って撮像信号に含まれるノイズを除去するようにした撮像装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この出願の発明に関連する先行技術文献としては次のものがある。
【特許文献１】特開２００３−１１６０６４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、上述した従来の撮像装置では、暗信号に含まれるランダムノイズを低減しながら撮像信号に含まれる固定パターンノイズを除去できるが、撮影後に遮光状態で複数回の電荷蓄積を行って固定パターンノイズを除去するための補正信号を生成する必要があり、ノイズ除去のために多くの時間がかかるという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（１）  請求項１の発明は、撮像素子の遮光状態において、撮像素子により撮影時の電荷蓄積時間より短い所定蓄積時間での撮像と読み出しを繰り返し行い、撮像素子から読み出された遮光状態の出力信号を暗信号として複数個記憶する。また、撮影時の電荷蓄積時間と暗信号の撮像に用いた所定蓄積時間とに基づいて使用する暗信号の個数を決定し、記憶されている複数の暗信号の内の決定個数の暗信号を加算する。さらに、撮像素子の遮光を解除して電荷蓄積時間で撮像素子による撮像を行い、撮像素子から撮像信号を読み出すとともに、加算後の暗信号により撮像信号を補正する。
（２）  請求項２のディジタルカメラは、記憶されている暗信号の内の最新のものから順に撮影時の電荷蓄積時間に相当する個数の暗信号を加算するようにしたものである。
（３）  請求項３のディジタルカメラは、撮像信号から加算結果の暗信号を減算して補正するようにしたものである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、ランダムノイズの少ないノイズ除去用補正信号を撮影前に短時間で生成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明を一眼レフレックスカメラに適用した一実施の形態を説明する。なお、本発明は一眼レフレックスカメラに限定されず、コンパクトカメラなどのあらゆる種類のディジタルカメラに適用することができる。図１は一実施の形態の構成を示す。なお、本発明と直接関係のないカメラの機器および回路の図示と説明を省略する。
【０００８】
撮影レンズ（撮影光学系）１はフォーカシングレンズ（不図示）を有し、その予定結像面に配置された撮像素子２の受光面上に被写体像を結像させる。この一実施の形態では撮像素子２にＣＭＯＳを用いた例を示すが、ＣＭＯＳに限定されずＣＣＤなどを用いることができる。シャッター３は非撮影時に撮像素子２へ光が入射するのを阻止する。Ａ／Ｄコンバーター４は撮像素子２から出力される撮像信号をＡ／Ｄ変換し、バス５を介して画像処理回路６へ出力する。
【０００９】
画像処理回路６は、被写体像データに対してホワイトバランス調整、シャープネス調整、ガンマ補正、階調調整などの画像処理を行うとともに、ノイズ除去演算を行う。詳細を後述するが、このノイズ除去演算は、シャッター３を開放して撮像素子２を露光したときの撮像素子２の出力信号（この明細書では撮像信号という）から、シャッター３を閉じた状態で撮像素子２の電荷蓄積を行ったときの撮像素子２の出力信号（この明細書では暗信号という）を減算し、撮像素子２の出力信号に含まれる固定パターンノイズを除去するものである。
【００１０】
なお、撮像素子２の出力信号には、暗信号のような固定パターンノイズの他に、撮像素子２の出力信号の読み出しに際してランダムに発生するランダムノイズが含まれる。この一実施の形態では、暗信号を検出して撮像信号に含まれる固定パターンノイズを除去するための補正信号を生成するが、暗信号の読み出しにともなって補正信号に混入するランダムノイズを低減しながら、撮影前の短い時間で補正信号を生成する。
【００１１】
タイミングジェネレーター７は、撮像素子２の電荷の蓄積と転送タイミングおよびＡ／Ｄコンバーター４の変換タイミングを制御する。バッファー８は上述した撮像信号や暗信号を一時的に記憶する。モニター９は、撮像素子２の撮像画像や撮影に関する各種情報を表示するＬＣＤである。撮像素子２の撮像画像はインタフェース１０を介してメモリカード１１に記録される。制御回路１２はＣＰＵとメモリなどの周辺部品を備え、ディジタルカメラにおける各種演算やシーケンス制御を行うとともに、後述する制御プログラムを実行して撮像信号に対するノイズ除去処理を行う。
【００１２】
操作部材１３はカメラを操作するための各種スイッチやコマンドダイヤルである。操作部材１３には、シャッターボタンの半押し操作時にオンするレリーズ半押しスイッチ、シャッターボタンの全押し操作時にオンするレリーズ全押しスイッチなどが含まれる。
【００１３】
図２は一実施の形態のノイズ除去処理を示すタイミングチャートであり、(ａ)はタイミングジェネレーター７から撮像素子２へ出力される蓄積指令信号ＶＤ、(ｂ)はシャッター３の開閉状態、(ｃ)は撮像素子２の出力、(ｄ)はノイズ除去処理後の画像出力をそれぞれ示す。撮像素子２は、撮影（本露光）が行われるまではシャッター３により遮光されている。撮影前の遮光状態において、撮像素子２による全画素の電荷蓄積と蓄積した暗信号の読み出しを周期的に行い、読み出した順にバッファー８に記憶する。この一実施の形態では、撮影前の電荷蓄積と暗信号の読み出し周期ＴＤ(sec)を例えば１／６０秒とする。
【００１４】
撮影前の遮光状態においてシャッターボタンの半押し操作が行われると、不図示の測光回路により被写体輝度が検出され、被写体輝度に基づいて露出演算により撮影時の電荷蓄積時間ＴＳ(sec)（撮影時のシャッター秒時（露出時間）に相当）が決定される。この一実施の形態では、撮影時の電荷蓄積時間ＴＳに基づいて次式により暗信号の加算個数Ｎを決定する。
Ｎ＝ＴＳ／ＴＤ  ・・・（１）
そして、バッファー８から撮影前の最新のＮ個分の暗信号を読み出し（図２(ｃ)に１，２，３，・・，Ｎで示す）、それらを画素ごとに加算する。
【００１５】
（１）式により演算される加算個数Ｎが正の整数（１，２，３，・・）とならず、端数を生じる場合には、四捨五入により正整数に丸める。なお、切り上げまたは切り下げにより正整数に丸めてもよい。加算されたＮ個の暗信号の合計電荷蓄積時間（Ｎ×ＴＤ）は、撮影時の電荷蓄積時間ＴＳと等しい。加算個数Ｎを四捨五入、切り上げ、切り下げにより求めた場合には、最大暗信号１個分の誤差を生じる。この誤差を少なくするには、画素ごとに、取得した暗信号の平均値を求め、その平均値に端数を含む加算個数Ｎを乗じたものを暗信号とすればよい。一方、撮影前に取得した暗信号の個数が加算個数Ｎに満たない場合にも同様に、画素ごとに、取得した暗信号の平均値を求め、その平均値に加算個数Ｎを乗じたものを暗信号とする。
【００１６】
シャッターボタンの全押し操作が行われると、暗信号の読み出しと加算動作が停止され、シャッター２を開放して撮影を行う。撮影時の電荷蓄積時間ＴＳが経過するとシャッター３を閉じ、撮影により蓄積された全画素の撮像信号（図２(ｃ)に“Ｆ”で示す）の読み出しを行う。そして、読み出した撮影時の撮像信号から、撮影直前に取得したＮ個の暗信号の加算値を画素ごとに減算し、画像出力を得る（図２(ｄ)参照）。
【００１７】
図３は、撮像信号に対するノイズ除去処理を含む一実施の形態の撮影動作を示すフローチャートである。制御回路１２は、操作部材１３により撮影モードが設定されるとこの撮影動作を開始する。ステップ１において、撮像素子２に蓄積時間ＴＤの電荷蓄積を行わせ、蓄積結果の暗信号を読み出してバッファー８に記憶する。この一連の暗信号記憶処理は後述するレリーズ全押し操作があるまで繰り返し継続する。
【００１８】
ステップ２で操作部材１３のレリーズ半押しスイッチがオンしているか、すなわちレリーズ半押し操作が行われたか否かを確認し、レリーズ半押し操作があるとステップ３へ進み、測光回路（不図示）により測光を行って被写体輝度を検出するとともに、焦点検出回路（不図示）により焦点検出を行って撮影レンズ１の焦点調節状態を検出する。続くステップ４で、被写体輝度と撮像感度に基づいて露出演算を行い、撮影時の電荷蓄積時間ＴＳを算出するとともに、焦点検出結果に基づいて撮影レンズ１の焦点調節を行う。なお、撮影レンズ１の焦点検出と焦点調節については詳細な説明を省略する。
【００１９】
ステップ５において撮影時の電荷蓄積時間ＴＳに基づいて上記（１）式により暗信号の加算個数Ｎを決定し、ステップ６でバッファー８から最新のＮ個の暗信号を読み出して加算し、加算値をバッファー８に記憶する。このとき、すでに暗信号の加算値が記憶されている場合には、古い加算値を消去して新しい加算値を記憶する。ステップ７で操作部材１３のレリーズ全押しスイッチがオンしているか、すなわちレリーズ全押し操作が行われたか否かを確認する。レリーズ全押し操作がない場合はステップ２へ進み、以下上述した処理を繰り返す。
【００２０】
一方、レリーズ全押し操作が行われたときはステップ８へ進み、シャッター３を開放するとともに、撮像素子２による撮影時の電荷蓄積を開始する。ステップ９で撮影時の電荷蓄積時間ＴＳの経過が確認されるとステップ１０へ進み、シャッター３を閉じて撮像素子２から蓄積結果の撮像信号を読み出す。ステップ１１ではバッファー８からＮ個の暗信号の加算値を読み出し、撮影結果の撮像信号からＮ個の暗信号の加算値を減じて画像出力を得る。ステップ１２で画像質をメモリカード１１に記録する。
【００２１】
なお、上述した一実施の形態ではＮ個の暗信号の加算処理を撮影前に行う例を示したが、撮影中もしくは撮影後に行ってもよい。また、上述した一実施の形態では測光結果の被写体輝度に応じて撮影時の電荷蓄積時間ＴＳを決定する例を示したが、撮影者に任意に設定したシャッター速度に相当する電荷蓄積時間ＴＳを設定してもよい。さらに、上述した一実施の形態では撮像信号からノイズ除去用補正信号を減算して補正する例を示したが、撮影前の所定周期ＴＤで検出した複数の暗信号を用いて固定パターンノイズ除去用補正係数を求め、この補正係数を撮影信号に乗じて撮像信号を補正するようにしてもよい。
【００２２】
このように、一実施の形態によれば、撮像素子２の遮光状態において、撮像素子２により撮影時の電荷蓄積時間ＴＳより短い所定蓄積時間ＴＤでの撮像と読み出しを繰り返し行い、撮像素子２から読み出された遮光状態の出力信号を暗信号としてバッファー８に複数個記憶する。また、撮影時の電荷蓄積時間ＴＳと暗信号の撮像に用いた所定蓄積時間ＴＤとに基づいて使用する暗信号の個数を決定し、記憶されている複数の暗信号の内の決定個数の暗信号を加算する。さらに、撮像素子２の遮光を解除して電荷蓄積時間ＴＳで撮像素子２による撮像を行い、撮像素子２から撮像信号を読み出すとともに、加算後の暗信号により撮像信号を補正するようにしたので、ランダムノイズの少ないノイズ除去用補正信号を撮影前に短時間で生成することができる。
【００２３】
また、一実施の形態によれば、バッファー８に記憶されている暗信号の内の最新のものから順に撮影時の電荷蓄積時間ＴＳに相当する個数Ｎの暗信号を加算するようにした。撮像信号に含まれるノイズは、撮像素子２の温度や撮影時の露出時間などの動作環境に大きく依存しているが、撮影時の動作環境に近い動作環境で検出された撮影直前の暗信号をノイズ除去用の補正信号に用いることができ、正確な補正信号を生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】一実施の形態の構成を示す図
【図２】一実施の形態のノイズ除去処理を示すタイミングチャート
【図３】一実施の形態の撮影動作を示すフローチャート
【符号の説明】
【００２５】
２  撮像素子
６  画像処理回路
８  バッファー
１２  制御回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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