(57)【要約】【課題】本発明は、撮像部の出力信号を信号処理する技術に関して、シェーディング補正に起因して発生するノイズを改善することを目的とする。【解決手段】本発明は、撮像部の出力信号に対して、水平シェーディング補正、ＯＢクランプの順番に信号処理を行う。このとき、水平シェーディング補正では、ＯＢクランプの基準とする側部ＯＢ信号に対しても、シェーディング補正が予め実施される。このシェーディング補正済みの側部ＯＢ信号を基準にＯＢクランプを実施することにより、シェーディング補正に起因して発生するノイズを劇的に改善することが可能になる。【選択図】        図１
2004350105.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体像を光電変換する有効画素領域と、前記有効画素領域の水平方向に沿って配置された遮光状態の上部オプチカルブラック領域と、前記有効画素領域の垂直方向に沿って配置された遮光状態の側部オプチカルブラック領域とを備えた撮像部の出力信号に対して、信号処理を施す信号処理装置であって、
前記上部オプチカルブラック領域の出力信号に基づいて水平シェーディングを求め、前記有効画素領域および前記側部オプチカルブラック領域の出力信号から前記水平シェーディングを減算する水平シェーディング補正部と、
水平シェーディング補正済みの『前記側部オプチカルブラック領域の出力信号』に基づいて、水平ライン毎の光学的黒レベルを求め、前記水平ライン毎の前記光学的黒レベルを一定に揃えるように、水平シェーディング補正済みの『前記有効画素領域の出力信号』をクランプするＯＢクランプ部と
を備えたことを特徴とする信号処理装置。
【請求項２】
被写体像を光電変換する有効画素領域と、遮光状態のオプチカルブラック領域とを備えた撮像部の出力信号に対して、信号処理を施す信号処理装置であって、
前記オプチカルブラック領域の出力信号（以下『ＯＢ信号』という）に基づいてシェーディングを求め、前記ＯＢ信号から前記シェーディングを減算してシェーディング補正済みのＯＢ信号を得るＯＢシェーディング補正部と、
前記シェーディング補正済みのＯＢ信号を平均化して前記撮像部の暗電流レベルを求め、前記暗電流レベルに基づいて前記有効画素領域の出力信号に生じる暗電流オフセットを除去する暗電流オフセット部と
を備えたことを特徴とする信号処理装置。
【請求項３】
被写体像を光電変換する有効画素領域と、遮光状態のオプチカルブラック領域とを備えた撮像部と、
請求項１または請求項２に記載の信号処理装置と
を備えたことを特徴とする電子カメラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像信号の信号処理技術に関する。特に、本発明は、撮像部のオプチカルブラック出力を用いて、有効画素領域の出力信号を補正する信号処理技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、下記の特許文献１に記載される撮像装置が知られている。この撮像装置には、ＯＢクランプ部、およびシェーディング補正部が設けられる。
このＯＢクランプ部は、オプチカルブラック領域の出力信号（以下『ＯＢ信号』という）を黒の基準レベルとして、有効画素領域の出力信号をクランプ補正する。
【０００３】
一方、シェーディング補正処理部は、予め用意された補正係数（固定値）を有効画素領域の出力信号に乗じることによって、有効画素領域のシェーディング（陰影）の歪みを補正する。
この特許文献１では、ＯＢクランプ、シェーディング補正の順番に信号処理を実施する。
【特許文献１】
特開２００２−３３５４５４号公報（図１，段落００３８，段落００８４）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来例のように、ＯＢクランプおよびシェーディング補正の順番に信号処理を行った場合、画像に黒潰れノイズが発生しやすいという問題があった。
そこで、本発明では、このようなシェーディング補正に起因するノイズを低減することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
以下、本発明について説明する。
【０００６】
《請求項１》
請求項１に記載の発明は、撮像部の出力信号を取り込み、この出力信号に対して信号処理を施す信号処理装置である。（ただし、上記の撮像部は、被写体像を光電変換する有効画素領域と、遮光状態のオプチカルブラック領域とを有するものである。なお、このオプチカルブラック領域は、有効画素領域の水平方向に沿って配置された遮光状態の上部オプチカルブラック領域と、有効画素領域の垂直方向に沿って配置された遮光状態の側部オプチカルブラック領域と有する。）
この信号処理装置は、水平シェーディング補正部、およびＯＢクランプ部を備える。すなわち、この水平シェーディング補正部は、上部オプチカルブラック領域の出力信号に基づいて水平シェーディングを求め、求めた水平シェーディングを、有効画素領域および側部オプチカルブラック領域の出力信号から減算する。
一方、ＯＢクランプ部は、水平シェーディング補正済みの『側部オプチカルブラック領域の出力信号』に基づいて、有効画素領域の水平ライン毎の光学的黒レベルを求め、水平ライン毎の光学的黒レベルを一定に揃えるように、水平シェーディング補正済みの『有効画素領域の出力信号』をクランプする。
本願発明者は、シェーディング補正に伴うノイズを解析し、次のような原因を解明した。すなわち、従来例の信号処理の順番では、先にＯＢクランプを実施し、後からシェーディング補正を実施する。この場合、側部オプチカルブラック領域の出力信号（以下『側部ＯＢ信号』という）は、シェーディングの誤差変動を含む。この誤差変動を上乗せした側部ＯＢ信号を用いてＯＢクランプを実施すると、黒側のレベル余裕が無くなり、暗部で黒潰れノイズが発生する。
そこで、本発明では、ＯＢクランプに先立って、側部ＯＢ信号にシェーディング補正を施す。この場合、誤差変動を低減した側部ＯＢ信号を基準レベルにしてＯＢクランプを実施することになり、暗部の黒潰れノイズが明確に減少する。
【０００７】
《請求項２》
請求項２に記載の発明は、撮像部の出力信号を取り込み、この出力信号に対して信号処理を施す信号処理装置である。（ただし、上記の撮像部は、被写体像を光電変換する有効画素領域と、遮光状態のオプチカルブラック領域とを有するものである。）
この信号処理装置は、ＯＢシェーディング補正部、および暗電流オフセット部を備える。すなわち、このＯＢシェーディング補正部は、オプチカルブラック領域の出力信号（以下『ＯＢ信号』という）に基づいてシェーディングを求め、ＯＢ信号からシェーディングを減算してシェーディング補正済みのＯＢ信号を得る。一方、暗電流オフセット部は、シェーディング補正済みのＯＢ信号を平均化して撮像部の暗電流レベルを求め、暗電流レベルに基づいて有効画素領域の出力信号に生じる暗電流オフセットを除去する。
本願発明者は、シェーディング補正に起因するノイズ発生について、もう一つの原因を解明した。すなわち、撮像部の露光時間が長くなるに従って出力信号に含まれる暗電流分が増加する。そのため、長時間露光時には、暗電流分を出力信号から減算することにより、黒レベルの上昇（浮き上がり）を解消することが好ましい。このとき、ＯＢ出力に含まれるシェーディングが大きいと、暗電流分の推定に誤差を生じる。特に、極めて低域にシェーディング分については、シェーディング補正と暗電流オフセットという２回の処理にわたって重複して減算される。そのため、画像の暗部が黒側に沈みやすく、黒潰れノイズを生じる。
そこで、本発明では、ＯＢ出力に対してシェーディング補正を実施し、シェーディング補正済みのＯＢ出力に基づいて、暗電流分を求める。この場合、低域のシェーディング分を重複して出力信号から減算してしまうという現象が改善される。その結果、暗部の黒潰れノイズが明確に減少する。
【０００８】
《請求項３》
請求項３に記載の発明は、『被写体像を光電変換する有効画素領域』および『遮光状態のオプチカルブラック領域』を備えた撮像部と、請求項１または請求項２に記載の信号処理装置とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明にかかる実施形態を説明する。
図１は、本実施形態における電子カメラ１１を示す図である。
図１において、電子カメラ１１には、撮影レンズ１２が装着される。この撮影レンズ１２の像空間には、撮像素子１３の撮像面が配置される。
【００１０】
この撮像素子１３の撮像面には、図２に示すように、有効画素領域１３Ａ，上部オプチカルブラック領域１３Ｂ，および側部オプチカルブラック領域１３Ｃがそれぞれ設けられる。この有効画素領域１３Ａは、被写体像を光電変換して画像信号を生成する領域である。一方、上部オプチカルブラック領域１３Ｂは、有効画素領域１３Ａの水平方向に沿って上部に配置された領域であり、遮光状態に置かれる。また、側部オプチカルブラック領域１３Ｃは、有効画素領域１３Ａの垂直方向に沿って左右にそれぞれ配置された領域であり、遮光状態に置かれる。
【００１１】
タイミングジェネレータ１４は、撮像素子１３を駆動して、上記の各領域１３Ａ〜１３Ｃからの出力信号を、図２に示す主走査方向Ｈおよび副走査方向Ｖに走査して読み出す。この出力信号は、Ａ／Ｄ変換部１５を介してデジタル化された後、信号処理装置１６に入力される。また、タイミングジェネレータ１４からは、出力信号と同期した水平同期信号ＨＤ，垂直同期信号ＶＤおよび画素クロックＰが出力される。これら信号も、信号処理装置１６に入力される。
この信号処理装置１６の内部には、下記の構成要件が設けられる。
【００１２】
［１］側部ＯＢキズ補正部１８
［２］上部ＯＢキズ補正部１９
［３］シェーディングバッファ２０
［４］水平シェーディング補正部２１
［５］暗電流検出部２２
［６］暗電流オフセット部２３
［７］クランプバッファ２４
［８］ＯＢクランプ部２５
［９］ゲイン補正部２６
これらの構成要件は、図１に示す信号経路に沿って出力信号をパイプライン式に、ほぼリアルタイムで処理する。
【００１３】
信号処理装置１６から出力された有効画素領域１３Ａの出力信号（すなわち画像信号）は、バッファメモリ２７に一時記憶される。
このバッファメモリ２７のデータバスには、画像信号に色補間や輪郭強調などを施す画像処理部２８と、画像信号を画像圧縮する画像圧縮部２９とが接続される。この画像圧縮部２９で生成された画像圧縮ファイルは、記録部３０によって着脱自在な記録媒体に記録される。
さらに、電子カメラ１１には、システムコントロール用のマイクロプロセッサ３１が搭載される。このマイクロプロセッサ３１は、信号処理装置１６の各構成要件に対して、動作設定用のレジスタ値を設定する。
【００１４】
［発明との対応関係］
以下、発明と本実施形態との対応関係について説明する。なお、ここでの対応関係は、参考のために一解釈を例示するものであり、本発明を徒らに限定するものではない。
請求項記載の水平シェーディング補正部は、水平シェーディング補正部２１に対応する。
請求項記載のＯＢクランプ部は、ＯＢクランプ部２５に対応する。
請求項記載のＯＢシェーディング補正部は、水平シェーディング補正部２１に対応する。
請求項記載の暗電流オフセット部は、暗電流オフセット部２３に対応する。
請求項記載の撮像部は、撮像素子１３およびタイミングジェネレータ１４に対応する。
【００１５】
［信号処理装置１６の動作説明］
図３および図４は、信号処理装置１６の信号処理を説明する図である。
以下、本発明の特徴である信号処理装置１６の信号処理について説明する。
まず、図２に示した走査順で撮像素子１３から出力された出力信号は、Ａ／Ｄ変換部１５を介して画素単位にデジタル化された後、側部ＯＢキズ補正部１８に入力される。この側部ＯＢキズ補正部１８は、側部オプチカルブラック領域１３Ｃの出力信号（側部ＯＢ信号）を検出し、この側部ＯＢ信号に対してキズ欠陥補正を行う。
【００１６】
この側部ＯＢキズ補正部１８を通過した出力信号は、上部ＯＢキズ補正部１９に順次入力される。この上部ＯＢキズ補正部１９は、上部オプチカルブラック領域１３Ｂの（上部ＯＢ信号）を検出し、この上部ＯＢ信号に対してキズ欠陥補正を行う。
シェーディングバッファ２０は、上部ＯＢキズ補正部１９を通過した出力信号の内、上部ＯＢ信号の前半の数ライン分を選択的に取り込む（図３［Ａ］参照）。
【００１７】
シェーディングバッファ２０は、この上部ＯＢ信号の数ライン分を垂直加算して平均化する。さらに、シェーディングバッファ２０は、このように平均化された上部ＯＢ信号から水平方向のレベル変動を抽出し、水平シェーディング分として保持する（図３［Ｂ］参照）。
水平シェーディング補正部２１は、上部ＯＢキズ補正部１９を通過した出力信号を順次に取り込む。水平シェーディング補正部２１は、まず、この出力信号の内から、上部ＯＢ信号の残りの数ライン分を取り込む。水平シェーディング補正部２１は、これら上部ＯＢ信号から、シェーディングバッファ２０に保持される水平シェーディング分をライン単位に減算して、シェーディング補正済みの上部ＯＢ信号を出力する（図３［Ｃ］参照）。
【００１８】
続いて、水平シェーディング補正部２１は、有効画素領域１３Ａおよび側部オプチカルブラック領域１３Ｃの出力信号を、水平同期信号ＨＤに基づいて水平ライン単位に取り出す（図４［Ａ］参照）。
水平シェーディング補正部２１は、この水平ライン単位の出力信号から、シェーディングバッファ２０が保持する水平シェーディングをライン単位に減算して、シェーディング補正済みの側部ＯＢ信号および画像信号を出力する（図４［Ｂ］参照）。
【００１９】
暗電流検出部２２は、水平シェーディング補正部２１を通過した出力信号の内、シェーディング補正済みの上部ＯＢ信号を取り込む。暗電流検出部２２は、このシェーディング補正済みの上部ＯＢ信号を平均化して直流分を抽出し、暗電流分として保持する（図３［Ｄ］参照）。
暗電流オフセット部２３は、水平シェーディング補正部２１を通過した出力信号を取り込む。暗電流オフセット部２３は、長時間露光の場合、この出力信号から、暗電流検出部２２に保持される暗電流分を一様に減算して、暗電流オフセット補正済みの出力信号を出力する（図４［Ｃ］参照）。
【００２０】
クランプバッファ２４は、暗電流オフセット部２３を通過した出力信号の内、側部ＯＢ信号を選択的に取り込む。この側部ＯＢ信号は、上述したシェーディング補正および暗電流補正を既に済ませた信号である。
クランプバッファ２４は、この側部ＯＢ信号を水平ライン単位に平均化し、平均化された側部ＯＢ信号を、後続する当該ラインの光学的黒ラベルとして保持する。
【００２１】
ＯＢクランプ部２５は、暗電流オフセット部２３を通過した出力信号の内、有効画素領域１３Ａの出力信号を取り込む。この出力信号も、上述したシェーディング補正および暗電流補正を既に済ませた信号である。
ＯＢクランプ部２５は、光学的黒レベルを一定値に揃えるように、有効画素領域１３Ａの出力信号をクランプする（図４［Ｄ］参照）。
ＯＢクランプ部２５を通過した出力信号は、ゲイン補正部２６においてゲイン補正された後、信号処理装置１６から出力される。
【００２２】
［本実施形態の効果など］
図５は、従来例の信号処理について説明した図である。
この図５［Ａ］に示す側部ＯＢ信号は、シェーディング補正および暗電流オフセット補正が済んでいない信号である。従来例では、この補正前の側部ＯＢ信号を基準にしてＯＢクランプを実施していた。
【００２３】
通常、撮像素子１３の個体バラツキによっては、この側部ＯＢ信号に含まれるシェーディングが比較的大きくなる。図５［Ａ］は、シェーディング分によって側部ＯＢ信号が有効画素領域（特に暗部）の出力信号よりも大きくなったケースである。この場合、図５［Ｂ］に示すように、ＯＢクランプ後に、暗部に黒潰れノイズが発生してしまう。
【００２４】
一方、上述した本実施形態では、従来例と同一条件の出力信号であるにも拘わらず、図４［Ｄ］に示すようにＯＢクランプ後に黒潰れノイズが発生しない。
これは、ＯＢクランプに先だって、側部ＯＢ信号から水平シェーディング分を除去しているからである。その結果、側部ＯＢ信号は、有効画素領域（特に暗部）の出力信号よりも大きくなることが殆どなく、黒潰れノイズを顕著に低減することが可能になる。
【００２５】
なお、本実施形態において特筆すべきは、側部ＯＢ信号をシェーディング補正するために、新たな構成を追加していない点である。すなわち、本実施形態では、図１に示すように、ＯＢクランプ部２５よりも前段に、水平シェーディング補正部２１を移動しただけである。この水平シェーディング補正部２１は、有効画素領域１３Ａのシェーディング補正と合わせて、側部ＯＢ信号のシェーディング補正も一緒に実行する。したがって、この処理順の入れ替えのみという簡単な構成によって、従来解決できなかった黒潰れノイズを合理的に改善している。
【００２６】
さらに、本実施形態では、暗電流分の検出に使用する上部ＯＢ信号に対しても事前にシェーディング補正を実施している（図３［Ｃ］参照）。そのため、暗電流分が水平シェーディングの低域成分だけ高めに検出される不具合が生じない。その結果、暗電流オフセット補正において必要以上に出力信号は低くならず、黒潰れノイズの発生を更に低減することが可能になる。
【００２７】
この場合、更に特筆すべきは、上部ＯＢ信号をシェーディング補正するために、新たな構成を追加していない点である。すなわち、本実施形態では、図１に示すように、暗電流オフセット部２３よりも前段に、水平シェーディング補正部２１を移動しただけである。この水平シェーディング補正部２１は、有効画素領域１３Ａのシェーディング補正と合わせて、上部ＯＢ信号のシェーディング補正を一緒に実行する。したがって、この処理順の入れ替えのみという簡単な構成によって、従来解決できなかった黒潰れノイズを合理的に改善している。
【００２８】
特に、本実施形態では、シェーディング補正、暗電流オフセット（長時間露光のみ実施してもよい）、およびＯＢクランプといった順番に信号処理を行うため、上述した合理的な処理かつ単純な構成で、シェーディング補正に係わるノイズ発生を顕著に改善することに成功してる。
【００２９】
［本実施形態の補足事項］
本実施形態では、図２に示す主走査方向Ｈおよび副走査方向Ｖに対応付けて、撮像面の水平方向および垂直方向を特定している。しかしながら、本発明の水平方向および垂直方向は、これに限定されるものではない。例えば、主走査方向を垂直方向とし、副走査方向を水平方向として本発明を実施してもかまわない。
【００３０】
なお、本実施形態では、上部オプチカルブラック領域を有効画素領域の上辺側に配置している。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。上部オプチカルブラック領域は、有効画素領域の水平方向に沿って配置されていればよい。例えば、上部オプチカルブラック領域を有効画素領域の下辺側に配置してもよい。
【００３１】
【発明の効果】
本発明では、上述したようなシェーディング補正に起因するノイズ発生を顕著に改善することが可能になる。
特に、本発明では、信号処理装置における信号処理の順番を工夫することによって、合理的かつ単純な構成でノイズ発生を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態における電子カメラ１１を示す図である。
【図２】撮像素子１３の撮像面を説明する図である。
【図３】本実施形態の信号処理を説明する図である。
【図４】本実施形態の信号処理を説明する図である。
【図５】従来例の信号処理を説明する図である。
【符号の説明】
１１  電子カメラ
１２  撮影レンズ
１３  撮像素子
１３Ａ  有効画素領域
１３Ｂ  上部オプチカルブラック領域
１３Ｃ  側部オプチカルブラック領域
１４  タイミングジェネレータ
１５  Ａ／Ｄ変換部
１６  信号処理装置
１８  側部ＯＢキズ補正部
１９  上部ＯＢキズ補正部
２０  シェーディングバッファ
２１  水平シェーディング補正部
２２  暗電流検出部
２３  暗電流オフセット部
２４  クランプバッファ
２５  ＯＢクランプ部
２６  ゲイン補正部
２７  バッファメモリ
２８  画像処理部
２９  画像圧縮部
３０  記録部
【図１】
2004350105.tif 000003
【図２】
2004350105.tif 000004
【図３】
2004350105.tif 000005
【図４】
2004350105.tif 000006
【図５】
2004350105.tif 000007