(57)【要約】【課題】従来は、白キズ検出時に温度、回路定数の変動により検出漏れの可能性があり、画素欠陥補正性能に問題がある。また、固体撮像装置の内部温度、回路系の利得に応じて検出レベルを可変とするために用いるテーブルは固定であるため、白キズの検出精度はこのテーブル精度に依存して低下する。【解決手段】白キズ検出時は、緑色用固体撮像素子１Ｇ、青色用固体撮像素子１Ｂ及び赤色用固体撮像素子１Ｒへの入射光を遮断した状態で、ＣＰＵ５はマスターブラックレベルを段階的に変化させる回数ｎ、検出個数の最大値ｍの値を初期設定すると共にマスターブラックレベルを所定の値に増加させる。続いて、ＣＰＵ５は白キズ検出部８Ｇ、８Ｂ、８Ｒからの白キズ検出信号に基づいて、１フレームあたりの白キズの数がｍ個未満、またはｎの値が０になるまでマスターブラックレベルを段階的に減少させる動作を繰り返して、白キズを検出する。【選択図】            図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光量に応じたレベルの撮像信号を出力する固体撮像素子と、
前記撮像信号のマスターブラックレベルを外部制御信号に基づき可変する機能を少なくとも有するアナログ処理手段と、
前記アナログ処理手段の出力撮像信号に対して補間処理する補間処理手段と、
前記補間処理手段の出力信号から白キズを検出する検出手段と、
白キズ検出時は、前記補間処理手段をオフとし、かつ、前記固体撮像素子に入射する光を遮断した状態で、前記外部制御信号を前記アナログ処理手段に供給して前記マスターブラックレベルを段階的に変化させ、前記検出手段により検出されるノイズレベルを含む検出数が設定値以下となった時の白キズの座標を算出する演算手段と、
前記演算手段により算出された前記白キズの座標をメモリに記憶する記憶手段と、
前記メモリに記憶された白キズの座標を読み出し、その座標位置の画素を欠陥画素として周辺の画素を用いて前記補間処理手段により補間処理させる制御手段と
を有することを特徴とする画素欠陥補正機能を備えた固体撮像装置。
【請求項２】
前記演算手段は、前記設定値として前記固体撮像素子の白キズ不良数として許容できる上限の数を設定し、前記検出手段により検出されるノイズレベルを含む検出数が該設定値以下となった時点で、前記マスターブラックレベルを段階的に変化させる白キズ検出動作を終了することを特徴とする請求項１記載の画素欠陥補正機能を備えた固体撮像装置。
【請求項３】
前記記憶手段は、前記白キズの座標を、予め設定した上限の数以内で、かつ、所定の優先順位で前記メモリに記憶することを特徴とする請求項１又は２記載の画素欠陥補正機能を備えた固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は画素欠陥補正機能を備えた固体撮像装置に係り、特に固体撮像素子の画素欠陥を信号処理で補正する機能を有する画素欠陥補正機能を備えた固体撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、画像撮像用のデバイスとして、ＣＣＤ（電荷転送素子）等の固体撮像素子を用いたビデオカメラ（固体撮像装置）が商品化されている。このビデオカメラに利用される固体撮像素子において、良好な画質の映像信号を得るためには、固体撮像素子上のすべての画素に関して欠陥や不良が無いことが重要となる。
【０００３】
これは、固体撮像素子上の画素に欠陥や不良があった場合、被写体の種類や明るさによらず、その画素が常に白点になる、いわゆる白キズと呼ばれる現象が発生し、映像の品質を大きく低下させる原因となるためである。
【０００４】
そこで、従来より画素欠陥補正機能をもつ固体撮像装置が各種提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。特許文献１記載の従来の固体撮像装置では、固体撮像素子で得られた画像信号をディジタル化した後、画素欠陥による画像の異常信号（白キズ）を補正するものであり、輪郭補正回路を用いて、輪郭補正信号の絶対値のレベルが所定値以上かどうかを判定することで、欠陥画素かどうかを自動的に判定するようにしている。
【０００５】
また、特許文献２記載の従来の固体撮像装置では、白キズの検出時にアイリスを閉じ、撮像信号を処理するアナログ信号処理部の自動利得制御回路（ＡＧＣ回路）の利得を上昇させて、スレッショルドレベル以上の信号が存在する画素を欠陥として判定すると共に、固体撮像素子若しくはその周辺の温度を検出する温度検出手段を設けて、その検出温度に応じて、固体撮像素子の欠陥画素を検出するための上記のスレッショルドレベルを可変する構成が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平３−２３６６８９号公報（第２−３頁）
【特許文献２】
特開平６−３５０９２６号公報（第３頁、図２、図１５）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、特許文献１記載の従来の固体撮像装置では、白キズ検出時に固体撮像素子とＡＧＣ回路などのばらつきなどに対応した処理がなされていないので、温度、回路定数の変動により検出漏れの可能性があり、画素欠陥補正性能に問題がある。
【０００８】
また、特許文献２記載の従来の固体撮像装置では、白キズの検出時にアイリスを閉じ、ＡＧＣ回路の利得を上昇させて、検出レベル以上の信号が存在する画素を欠陥と判定するが、この検出レベル（スレッショルドレベル）は撮像装置の内部温度、回路系の利得に応じ可変とするものである。しかし、固体撮像装置の内部温度、回路系の利得に応じて検出レベルを可変とするために用いるテーブルは固定であるため、白キズの検出精度はこのテーブル精度に依存して低下する。また、温度検出回路が必要となるという問題もある。
【０００９】
本発明は以上の点に鑑みなされたもので、白キズ検出時の固体撮像素子の特性、温度、回路定数のばらつきによる検出漏れを低減し得る画素欠陥補正機能を備えた固体撮像装置を提供することを目的とする。
【００１０】
また、本発明の他の目的は、画素欠陥の検出時間を短縮し得る画素欠陥補正機能を備えた固体撮像装置を提供することにある。
【００１１】
更に、また、本発明の他の目的は、温度検出回路が不要で、しかも検出された画素欠陥位置座標を書き込むメモリの容量を小さくし得る安価な構成の画素欠陥補正機能を備えた固体撮像装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、第１の発明は、入射光量に応じたレベルの撮像信号を出力する固体撮像素子と、撮像信号のマスターブラックレベルを外部制御信号に基づき可変する機能を少なくとも有するアナログ処理手段と、アナログ処理手段の出力撮像信号に対して補間処理する補間処理手段と、補間処理手段の出力信号から白キズを検出する検出手段と、白キズ検出時は、補間処理手段をオフとし、かつ、固体撮像素子に入射する光を遮断した状態で、外部制御信号をアナログ処理手段に供給してマスターブラックレベルを段階的に変化させ、検出手段により検出されるノイズレベルを含む検出数が設定値以下となった時の白キズの座標を算出する演算手段と、演算手段により算出された白キズの座標をメモリに記憶する記憶手段と、メモリに記憶された白キズの座標を読み出し、その座標位置の画素を欠陥画素として周辺の画素を用いて補間処理手段により補間処理させる制御手段とを有する構成としたものである。
【００１３】
この発明では、白キズのある欠陥画素を補間処理により補正する撮像装置において、白キズの検出時に補間処理手段をオフとし、かつ、固体撮像素子に入射する光を遮断した状態で、マスターブラックレベルを段階的に変化させ、検出手段により検出されるノイズレベルを含む白キズの検出数が設定値以下となった時の白キズの座標を算出するようにしたため、固体撮像素子の特性、温度、回路定数のばらつきの影響を最小限にできる。
【００１４】
また、第２の発明は上記の目的を達成するため、上記第１の発明の演算手段を、設定値として固体撮像素子の白キズ不良数として許容できる上限の数を設定し、検出手段により検出されるノイズレベルを含む検出数がその設定値以下となった時点で、マスターブラックレベルを段階的に変化させる白キズ検出動作を終了する構成としたことを特徴とする。
【００１５】
この発明では、検出されるノイズレベルを含む検出数が白キズ不良数として許容できる上限の数以下になった時点で、マスターブラックレベルを段階的に変化させる白キズ検出動作を終了することができる。
【００１６】
また、上記の目的を達成するため、第３の発明は、第１の発明の記憶手段を、白キズの座標を、予め設定した上限の数以内で、かつ、所定の優先順位でメモリに記憶することを特徴とする。この発明では、メモリに記憶される白キズの座標数を制限することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明になる画素欠陥補正機能を備えた固体撮像装置の一実施の形態のブロック図を示す。なお、この実施の形態では、Ｇ（緑）、Ｂ（青）及びＲ（赤）の３板の固体撮像素子の撮像装置（ビデオカメラ）の例を示しているが、Ｂ又はＲに替えてＧを使用した３板式の撮像装置にも適用できる。
【００１８】
図１において、各々ＣＣＤ（電荷転送素子）による緑色用固体撮像素子１Ｇ、青色用固体撮像素子１Ｂ及び赤色用固体撮像素子１Ｒは、被写体からの入射光が照射され、その入射光を対応する光波長成分の光量に応じた電気信号にそれぞれ変換して緑色信号（Ｇ信号）、青色信号（Ｂ信号）及び赤色信号（Ｒ信号）として、ＡＧＣ（自動利得制御）などを含むアナログ処理部２Ｇ、２Ｂ及び２Ｒに供給して所定のアナログ信号処理を行わせる。
【００１９】
アナログ処理部２Ｇ、２Ｂ及び２Ｒから取り出されたＧ信号、Ｂ信号及びＲ信号は、ＡＤＣ（Ａ／Ｄ変換器）３Ｇ、３Ｂ及び３Ｒに別々に供給されてディジタル信号に変換された後、補間処理部４Ｇ、４Ｂ及び４Ｒによりそれぞれ所定の補間処理が施され、更にＤＳＰ（ディジタル信号処理部）７Ｇ、７Ｂ及び７Ｒによりディジタル信号処理されると共に、白キズ検出処理部８Ｇ、８Ｂ及び８Ｒにより白キズが検出される。ＤＳＰ７Ｇ、７Ｂ及び７Ｒから出力されたディジタル信号は、ＤＡＣ（Ｄ／Ａ変換器）９Ｇ、９Ｂ及び９Ｒによりそれぞれアナログ信号に変換されて、Ｇ信号、Ｂ信号およびＲ信号として出力される。
【００２０】
また、中央処理装置（ＣＰＵ）５は、白キズ検出部８Ｇ、８Ｂ及び８Ｒからの白キズ検出信号が入力され、それに基づき所定の補正アルゴリズムに従って制御信号を生成してアナログ処理部２Ｇ、２Ｂ及び２Ｒや、補間処理部４Ｇ、４Ｂ及び４Ｒに供給したり、メモリ６との間で白キズ座標値を送受信する。
【００２１】
次に、白キズ検出処理とその補正処理のアルゴリズムについて図２のフローチャート、図３の欠陥画素座標の図、及び図４のマスターブラックレベルを段階的に変化させた時の白キズ検出説明図を併せ参照して説明する。
【００２２】
まず、電源投入後に検出モードにするか否かを選択し（図２のステップＳ１）、検出モードの場合にはＣＰＵ５はアイリスクローズ、ＡＧＣゲインアップを行い（図２のステップＳ２、Ｓ３）、補間処理部４Ｇ、４Ｂ及び４Ｒの動作をオフにする（図２のステップＳ４）。従って、白キズ検出時は、緑色用固体撮像素子１Ｇ、青色用固体撮像素子１Ｂ及び赤色用固体撮像素子１Ｒには、それぞれ入射光は遮断されて入射しない。
【００２３】
続いて、ＣＰＵ５はマスターブラックレベルを段階的に変化させる回数ｎ、検出個数の最大値ｍの値を初期設定すると共にマスターブラックレベルを所定の値に増加させる（図２のステップＳ５、Ｓ６）。ここで、マスターブラックレベルは、黒レベルの基準のことであり、例えば、アナログ信号処理部２Ｇ、２Ｂ、２Ｒ内のＤＣセットアップ部のＤＣセットアップ値が、ＣＰＵ５からの制御信号に従って変更されることにより、可変される。
【００２４】
続いて、ＣＰＵ５は白キズ検出部８Ｇ、８Ｂ及び８Ｒから検出レベル以上の白キズ検出信号を入力として受け、１フレームあたりの検出レベル以上の白キズの数がｍ個未満、またはｎの値が０になるまでマスターブラックレベルを段階的に減少させる動作を繰り返す（図２のステップＳ８〜Ｓ１１）。
【００２５】
図４は上記のマスターブラックレベルを段階的に減少させた動作時の様子を示す。マスターブラックレベル減少動作後の検出はディジタル回路で構成されているものであるが、構成や動作の理解を容易にするために、図４に示されているようなアナログ信号による波形図を説明に使用する。
【００２６】
図４はマスターブラックレベルを段階的に変化させる回数ｎを「５」に初期設定した場合の各段階での信号を示し、（ａ）から（ｅ）（ｎ＝５からｎ＝１）の順にはマスターブラックレベル減少動作を行う。図４（ａ）から（ｃ）のｎ≧３では、白キズ以外のノイズレベルも検出しているが、同図（ｄ）、（ｅ）のｎ＜３では、白キズのみを検出している。この時の検出個数の最大値ｍの値は、固体撮像素子の白キズ不良数として許容できる上限の数に設定する。これにより、初期値ｎ＝５の場合でも、上記動作をｎ回行うことなく検出時間を短縮できる。
【００２７】
つまり、図４の例では、図４（ｄ）に示すｎ＝２の場合に白キズ検出数が許容できる上限の数ｍ以下となるので、この段階で白キズ検出動作を終了し（図２のステップＳ１０）、ｎ＝１の段階での白キズ検出動作を行わないので、検出時間が短縮される。上記の検出動作条件が満たされたら検出動作を終了し、ＣＰＵ５は検出された座標をメモリ６に書き込む（図２のステップＳ１２）。
【００２８】
図４の例では（ｄ）のｎ＝２の時の検出座標をメモリ６に書き込むことになるが、このメモリ６に書き込む座標の数には上限を設けてメモリ容量を小さく構成する。この上限の数内で座標データは以下の条件で優先順位をもってメモリ６に書き込まれる。
【００２９】
（Ａ）Ｇ、Ｒ、Ｂの順。および（Ｂ）検出レベルの高い順。
（Ａ）、（Ｂ）の組み合わせや順番は任意であるが、白キズが画面上で目立ちやすい順番に優先するという観点からこの優先条件は設定されている。例えば、（Ａ）のＧ信号、Ｒ信号、Ｂ信号の順に優先する理由は、同じ出力レベルであれば、人間の視覚特性上、この色信号順に感度が高いためである。
【００３０】
以上で検出モードの動作を終了して、検出モードオフ時と共通の動作に入る。すなわち、ＣＰＵ５はメモリ６の検出座標値を読み出し、補間処理部４Ｇ、４Ｂ及び４Ｒにその入力信号と同期したタイミングで補間をするフラグを送信する（図２のステップＳ１３）。これに基づき、補間処理部４Ｇは例えば、図３に示すように補間する欠陥画素座標を（ｘ，ｙ）とすると、その欠陥画素座標の画素Ｇ（ｘ，ｙ）の上下に隣接する２つの画素Ｇ（ｘ，ｙ−１）及びＧ（ｘ，ｙ＋１）と、左右に隣接する２つの画素Ｇ（ｘ−１，ｙ）及びＧ（ｘ＋１，ｙ）の計４画素の平均値で補間する。すなわち、補間処理部４Ｇは下記の欠陥画素補間式
Ｇ（ｘ，ｙ）＝｛Ｇ（ｘ−１，ｙ）＋Ｇ（ｘ＋１，ｙ）＋Ｇ（ｘ，ｙ−１）＋Ｇ（ｘ，ｙ＋１）｝／４
の演算を行って得た値を、欠陥画素座標の画素Ｇ（ｘ，ｙ）の値とする。他の補間処理部４Ｂ及び４Ｒも同様の欠陥画素補間式に基づいて補間処理を行う（図２のステップＳ１４）。最後にＤＳＰ７Ｇ、７Ｂ及び７Ｒで通常の信号処理がなされる（図２のステップＳ１５）。
【００３１】
このように、本実施の形態によれば、白キズ不良数として許容できる最大値ｍの値以内のノイズを白キズ検出する可能性はあるが、本物の白キズを検出漏れすることはまずないため、固体撮像素子１Ｇ、１Ｂ、１Ｒの特性、温度、回路定数のばらつきによる検出漏れを減少させることができる。
【００３２】
なお、撮像素子のバラツキ、回路定数のバラツキ、使用環境温度の変化などにより、マスターブラックレベルがかなり低いレベル（図４の横軸のラインよりも下回ってしまうほどの低いレベル）になる使用状況も考えられる。このような状況において、検出レベルを段階的に変化させる方法では、検出できない白キズが発生してしまう。しかし、本発明のようなマスターブラックレベルを変化させる構成では、このような状況下でも目的とする検出が行える。
【００３３】
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、例えば欠陥画素の補間を欠陥画素の周囲の８画素から平均補間するようにしてもよく、それ以上の各画素に基づき欠陥画素からの距離に応じた重み付けを行って補間することもできる。また、マスターブラックレベル、検出レベルの値及びｍの値については、Ｒ信号、Ｇ信号及びＢ信号のそれぞれについて異なる独立制御、異なる値でもよい。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、白キズのある欠陥画素を補間処理により補正する撮像装置において、白キズの検出時にマスターブラックレベルを段階的に変化させて、その都度検出されるノイズレベルを含む白キズの検出数が設定値以下となった時の白キズの座標を算出することにより、固体撮像素子の特性、温度、回路定数のばらつきの影響を最小限にするようにしたため、本物の白キズを検出漏れする可能性を大幅に低減でき、また、従来に比べてテーブル精度に依存せず高精度で白キズ検出ができる。
【００３５】
また、本発明によれば、検出されるノイズレベルを含む検出数が白キズ不良数として許容できる上限の数以下になった時点で、マスターブラックレベルを段階的に変化させる白キズ検出動作を終了するようにしたため、画素欠陥の検出時間を短縮できる。
【００３６】
更に、本発明によれば、メモリに記憶される白キズの座標数を制限するようにしたため、検出された画素欠陥位置座標を書き込むメモリの容量を小さくでき、また、温度検出回路が不要であるため、撮像装置を安価な構成にできる。
【００３７】
更にまた、本発明によれば、撮像素子のバラツキ、回路定数のバラツキ、使用環境温度の変化などにより、マスターブラックレベルがかなり低いレベルになる使用状況においても、マスターブラックレベルを変化させているため、目的とする白キズ検出が行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態のブロック図である。
【図２】図１の白キズ検出処理とその補正処理のアルゴリズムを示すフローチャート、
【図３】欠陥画素座標と欠陥画素補間式の説明図である。
【図４】本発明によりマスターブラックレベルを段階的に変化させた時の白キズ検出説明図である。
【符号の説明】
１Ｇ  緑色用固体撮像素子
１Ｂ  青色用固体撮像素子
１Ｒ  赤色用固体撮像素子
２Ｇ、２Ｂ、２Ｒ  アナログ処理部
３Ｇ、３Ｂ、３Ｒ  ＡＤＣ（Ａ／Ｄ変換器）
４Ｇ、４Ｂ、４Ｒ  補間処理部
５  中央処理装置（ＣＰＵ）
６  メモリ
７Ｇ、７Ｂ、７Ｒ  ディジタル処理プロセッサ（ＤＳＰ）
８Ｇ、８Ｂ、８Ｒ  白キズ検出処理部
９Ｇ、９Ｂ、９Ｒ  ＤＡＣ（Ｄ／Ａ変換器）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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