(57)【要約】【課題】ＣＣＤのＳＮ改善効果と、低域通過フィルタによる欠陥信号の広がりの影響を受けない欠陥信号の補正を両立する。【解決手段】ＤＤＳ回路２の出力信号の周波数帯域を所定帯域以下に制限する低域通過フィルタ３と、低域通過フィルタ３から出力される信号をディジタル信号に変換するＡＤ変換器４と、ＤＤＳ回路２の出力信号をディジタル信号に変換するＡＤ変換器６と、ＡＤ変換器６から出力される信号を基に欠陥画素に対応する補正データを生成する欠陥補正データ生成回路７と、ＡＤ変換器４とＡＤ変換器６と欠陥補正データ生成回路７の出力を切り替えて出力する出力する切り替え回路８とで構成され、切り替え回路８はＡＤ変換器４の出力信号のうち欠陥画素に対応した信号およびこの欠陥画素の前後に位置する画素に対応した信号をそれぞれ欠陥補正データ生成回路７およびＡＤ変換６から出力される信号に切り替えるよう制御される。【選択図】　図１
2004129144.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体撮像素子から出力される映像信号の周波数帯域を所定の帯域以下に制限する低域通過フィルタと、
前記低域通過フィルタから出力される信号をディジタル信号に変換する第１のＡＤ変換器と、
前記映像信号をディジタル信号に変換する第２のＡＤ変換器と、
前記第２のＡＤ変換器から出力される信号を基に前記欠陥画素に対応する補正データを生成する欠陥補正データ生成回路と、
前記第１のＡＤ変換器の出力信号のうち前記欠陥画素に対応した信号およびこの欠陥画素の前後に位置する画素に対応した信号をそれぞれ前記欠陥補正データ生成回路および前記第２のＡＤ変換から出力される信号に置換して出力する切り替え回路と、
を具備することを特徴とする欠陥信号補正装置。
【請求項２】
固体撮像素子から出力される画素信号に対して１画素に対応した信号期間のうち所定の期間のみ取り出し前記画素信号に含まれるリセットノイズを除去するＣＣＤノイズ除去回路と、
前記ＣＣＤノイズ除去回路から出力される映像信号の周波数帯域を所定の帯域以下に制限する低域通過フィルタと、
この低域通過フィルタから出力される信号をディジタル信号に変換する第１のＡＤ変換器と、
前記映像信号をディジタル信号に変換する第２のＡＤ変換器と、
前記第２のＡＤ変換器から出力される信号を基に前記欠陥画素に対応する補正データを生成する欠陥補正データ生成回路と、
前記第１のＡＤ変換器の出力信号のうち前記欠陥画素に対応した信号およびこの欠陥画素の前後に位置する画素に対応した信号をそれぞれ前記欠陥補正データ生成回路および前記第２のＡＤ変換から出力される信号に置換して出力する切り替え回路と、
を具備することを特徴とする欠陥信号補正装置。
【請求項３】
前記切り替え回路は、前記欠陥画素に対しては欠陥画素の前後に位置する画素に対応した前記第２のＡＤ変換の出力の加算平均値、あるいは前記加算平均値に所定の係数を掛けた値を、
前記欠陥画素の前後に位置する画素に対しては欠陥画素の前後に位置する画素に対応した前記第２のＡＤ変換の出力値を、
それ以外の画素に対しては前記第１のＡＤ変換の出力値に、
それぞれ切り替えることを特徴とする請求項１乃至２記載の欠陥信号補正装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は例えばビデオカメラやディジタルスチルカメラなど固体撮像素子を用いて映像信号を得る装置において、固体撮像素子の欠陥画素に対応した信号を補正する欠陥信号補正装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ＿Ｃｏｕｐｌｅｄ＿Ｄｅｖｉｃｅ）などの固体撮像素子では製造時あるいは製造後に様々な原因により、多数の画素のうち入射光量とは無関係な特異なレベルの信号を出力する欠陥画素がしばしば発生することがある。これらの固体撮像素子を用いたビデオカメラでは欠陥画素の出力が大きな画質を招くためこれを補正する欠陥信号補正装置が用いられる。
【０００３】
以下、図面を参照しながら従来の欠陥信号補正装置について説明する。
【０００４】
図３は従来の欠陥信号補正装置の構成図であり、１は固体撮像素子であるＣＣＤ、１３はＣＣＤ出力に含まれる、ＣＣＤ特有のリセットノイズを除去するためのＣＤＳ（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ＿Ｄｏｕｂｌｅ＿Ｓａｍｐｌｉｎｇ）回路であり、その詳細な構成は例えばテレビジョン学会技術報告（ＩＴＥＪ＿Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ＿Ｒｅｐｏｒｔ、Ｖｏｌ．１３，Ｎｏ．６４，ＰＰ．２５〜３０、Ｄｅｃ．１９８９）「ＣＣＤ反射型遅延差雑音除去回路」で説明されているのでここでは説明を省略する。３は、ＡＤ変換前のいわゆるプリフィルタであり、例えばＣＣＤの水平駆動周波数ｆｓを２７ＭＨｚとしたとき、ナイキスト周波数ｆｓ／２＝１３．５ＭＨｚ以下を周波数帯域としこれより高い周波数成分を除去する低域通過フィルタ（ＬＰＦ）である。４は低域通過フィルタ３で帯域制限されたＣＣＤ出力波形をサンプリング周波数ｆｓでディジタル信号に変換するＡＤ変換器、９はディジタルに変換されたＣＣＤ出力信号に対し、映像信号に必要な処理をディジタルで高精度に行う信号処理回路であり、欠陥画素周辺、通常は最も相関の高い両隣の正常画素の信号値を演算して生成した補正データで欠陥信号を置換することにより欠陥信号の補正を行うなどの処理を含んでいる。
【０００５】
次に、上記のように構成された従来の欠陥信号補正装置の動作について以下図面を用いて説明する。図５は、従来の欠陥信号補正装置の動作を説明するタイミングチャートであり、横軸は時間、縦方向は信号レベルを示す。
【０００６】
（１）から（５）は図３の各回路ブロックの出力波形に対応しており、説明を簡単化するため、これら各回路ブロックの内部遅延時間はないものとする。
【０００７】
この図の（１）はＣＣＤ１から出力されるＣＣＤ出力波形であり、各画素に対応した信号がそれぞれ時間Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅの順に周期Ｔｓ＝１／ｆｓ毎に出力される様子を示す。この図で、欠陥画素に対応した信号が時間Ｃに出力されているとし、本来、欠陥画素がなかった場合の時間Ｃにおける出力レベルを点線で示す。このように、欠陥画素が白キズと呼ばれるものであった場合、これに対応した出力レベルは撮像した被写体によらず、つまり周囲の画素の信号とは独立に一定の値となる。（２）はＣＤＳ回路１３の最終段に設けられたサンプル・ホールド回路のサンプリングパルスの波形であり、ここでは、このパルスの立ち上がりのタイミングで各画素の信号をサンプリングし、次の立ち上がりが現れるまではホールド動作をするものとする。（３）はＣＤＳ回路１３の出力信号の波形であり、リセットノイズ除去後、（１）とほぼ同じ信号レベルが画素毎に出力される様子を示す。（４）は低域通過フィルタ３の出力波形、（５）はこれをＡＤ変換器４で黒丸のタイミングで画素毎にサンプリングした出力波形であり、本来、欠陥画素がなければ点線のようになる波形が、欠陥画素の影響で時間Ｂ、Ｄの信号レベルＶ’Ｂ、Ｖ’Ｄは（５）の矢印で示すような量の誤差を含んだ値になる。これは低域通過フィルタ３のフィルタ効果により欠陥信号がその両隣の画素の信号に広がるためであり、このように、欠陥画素の影響を受けた周囲の画素信号を用いて生成した補正データもまた誤差を含んだものとなり、補正が不完全なものとなる。特に、欠陥画素の出力レベルが大きいときには周囲画素への影響量、すなわち補正誤差も大きくなる。
【０００８】
そこで、この対策として例えば、特開平５−２９２４０７などに示されているものがあり、その構成はほぼ図３と同じである。図４はその動作を説明するタイミングチャートであり、（１）〜（５）は先の図５の（１）〜（５）に対応する。図４の（２）に示すように、この例では欠陥画素に対応した信号が出力される時間ＣにおいてＣＤＳ回路１３に供給するサンプリングパルスをオフすることで欠陥画素より１つ手前の画素の信号を２画素期間に渡ってホールドさせる。この結果、低域通過フィルタ３に入力される信号波形は、図４の（３）に示すように、予め欠陥画素に対応した信号が１つ前の信号に置換されたものとなり、（５）に示すように欠陥信号は両隣の信号へ広がらない。こうして時間Ｂ、Ｄの信号レベルはほぼ、欠陥画素がない場合の出力レベルＶＢ、ＶＤとなるので信号処理回路９では欠陥画素の影響を受けていない正常画素のデータのみを使用して精度の高い補正が実現できる。
【０００９】
【特許文献１】
特開平５−２９２４０７号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の欠陥信号補正装置では、欠陥信号を前の信号で置換するためにＣＣＤノイズ除去回路としてＣＤＳ回路のようにサンプル・ホールド回路を含んだ構成が不可欠となる。一般に、ＣＣＤノイズ除去回路にはサンプル・ホールド型のものとゲーティング型のものがあり、ノイズ折り返し量の多いＣＤＳ型の方がＳＮ改善量の点で不利であるから、従来の欠陥信号補正装置では必然的にＳＮ劣化を伴うことになる。また、特開昭５７−５４４８１に記述されているように、ＣＣＤノイズ除去回路に供給するサンプリングパルスをある特定のタイミングでのみ停止させると、信号に重畳される回路ノイズがその画素のみ他の画素と異なったレベルとなり、ＣＣＤノイズ除去回路から出力される信号にその差が固定のパターンとして現れるという問題が発生する。
【００１１】
本発明は上記従来の問題点を解決するもので、ＣＣＤノイズ除去回路としてゲーティング型のものを用いた場合でもＡＤ変換前のプリフィルタによる欠陥信号の広がりの影響による補正誤差を伴うことなく高精度な補正をすることができる欠陥信号補正装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明による欠陥信号補正装置は、固体撮像素子から出力される映像信号の周波数帯域を所定の帯域以下に制限する低域通過フィルタと、この低域通過フィルタから出力される信号をディジタル信号に変換する第１のＡＤ変換器と、前記映像信号をディジタル信号に変換する第２のＡＤ変換器と、前記第２のＡＤ変換器から出力される信号を基に前記欠陥画素に対応する補正データを生成する欠陥補正データ生成回路と、前記第１のＡＤ変換器の出力信号のうち前記欠陥画素に対応した信号およびこの欠陥画素の前後に位置する画素に対応した信号をそれぞれ前記欠陥補正データ生成回路および前記第２のＡＤ変換から出力される信号に置換して出力する切り替え回路とを具備することを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図１及び図２を参照しながら説明する。
【００１４】
図１は本発明の実施形態に係る欠陥信号補正装置の構成を示す図であり、図中、従来例と同じ構成要素には同じ符号を与えており、その詳細な説明は省略する。この図で、２はＣＣＤのリセットノイズを除去するためのＤＤＳ（Ｄｅｌａｙｅｄ＿ａｎｄ＿Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ＿Ｎｏｉｓｅ＿Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ）回路であり、その詳細な構成は例えばテレビジョン学会技術報告（ＩＴＥＪ＿Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ＿Ｒｅｐｏｒｔ、Ｖｏｌ．１３，Ｎｏ．１１，ＰＰ．７〜１２、Ｆｅｂ．１９８９）「高解像度ＣＣＤカメラに適した雑音除去方法の検討」で説明されているのでここでは説明を省略する。６はＤＤＳ回路２から周期Ｔｓ＝１／ｆｓ（ｆｓ：ＣＣＤの水平駆動周波数）で出力されるＣＣＤ出力信号をｆｓの周波数でディジタル信号に変換するＡＤ変換器、７はＡＤ変換器６から出力される信号を基に欠陥画素に対応した欠陥補正データを生成する欠陥補正データ生成回路である。５、１０、１１はそれぞれＴｓだけ信号遅延を行うタイミング調整用のフリップフロップ、１２はＡＤ変換器６の出力信号とフリップフロップ１１の出力信号を加算する加算器、１４は加算器１２の出力レベルをｋ倍にする乗算器である。このような構成により、欠陥補正データ生成回路７は、欠陥画素の両隣の信号データの平均値を生成することができる。また、ｋは、ＤＤＳ回路２のゲーティングパルス幅をＴｇとすると、ｋ＝Ｔｇ／Ｔｓ／２となるように構成することで欠陥補正データ生成回路７から出力される補正データのゲインをＡＤ変換器４から出力される信号と合わせることができる。８はフリップフロップ５、フリップフロップ１０、乗算器１４のそれぞれから出力される信号を切り替えて信号処理回路９に出力する切り替え回路である。図示していないが欠陥画素の位置情報は予め所定の場所に格納されており、この情報を基に、フリップフロップ５から出力される信号に欠陥データ及びその前後の信号が出力されるタイミングでそれぞれ乗算器１４及びフリップフロップ１０の出力信号を出力するよう切り替え回路８は制御される。
【００１５】
次に、上記のように構成された本実施形態に係る欠陥信号補正装置の動作について以下、図２を用いて説明する。図２は、本実施形態に係る欠陥信号補正装置の動作を説明するタイミングチャートであり、横軸は時間、縦方向は信号レベルを示す。（１）から（５）は図１の各回路ブロックの出力波形に対応しており、説明を簡単化するため、これら各回路ブロックの内部遅延時間はないものとする。
【００１６】
この図の（１）はＣＣＤ１から出力されるＣＣＤ出力波形であり、各画素に対応した信号がそれぞれ時間Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅの順に周期Ｔｓ＝１／ｆｓ毎に出力される様子を示す。この図で、欠陥画素に対応した信号が時間Ｃに出力されているとし、本来、欠陥画素がなかった場合の時間Ｃにおける出力レベルを点線で示す。（２）はＤＤＳ回路２の最終段に設けられたゲーティング回路のゲーティングパルスの波形であり、ここでは、パルス幅をＴｇとしている。（３）はＤＤＳ回路２の出力信号の波形であり、リセットノイズ除去後、（１）に比べて各画素の信号期間がＴｇ／Ｔｓに減少している様子を示す。（４）は低域通過フィルタ３の出力波形であり、（５）はこれをＡＤ変換器４で黒丸のタイミングで画素毎にサンプリングした出力波形であり、点線は欠陥画素がなかった場合の波形を示す。このように従来例の場合と同様、欠陥画素の影響で時間Ｂ、Ｄの信号レベルは誤差を含んだ値になる。一方、（６）はＡＤ変換器６の出力波形であり、（３）のＤＤＳ回路２の出力波形を白丸のタイミングで画素毎にサンプリングしたものであり、各画素の信号期間がＴｓに、すなわち（３）に比べてＴｓ／Ｔｇ倍に増加したものとなる。また、帯域を制限するフィルタを通していないのでＣの時間の欠陥信号は両隣の信号に影響を与えることがない。（７）は切り替え回路８の出力信号の波形であり、この図に示すように、時間Ｂ以前あるいは時間Ｆ以後の時間ではフリップフロップ５の出力信号を、時間Ｃ及び時間Ｅではフリップフロップ１０の出力信号を、時間Ｄでは加算器１４の出力信号を選択することにより得られる。
【００１７】
このように、欠陥画素の両隣の信号を低域通過フィルタに通さずに得た信号に、また、欠陥画素の信号を、低域通過フィルタに通さずに得た信号を用いて生成した欠陥補正データに、それぞれ置換するので、切り替え回路８から出力される信号の中には欠陥画素の影響を受けた信号が含まれなくなる。また、欠陥画素及びその両隣を合わせた３画素以外に対応した信号に対しては、ＡＤ変換前のプリフィルタの効果により、ノイズの折り返し成分の少ない信号が得られる。通常、ＡＤ変換により発生するノイズの折り返し成分は、欠陥画素に対する補正誤差より十分小さいので、欠陥画素及びその両隣を合わせた３画素におけるこれらノイズの折り返し成分の影響は無視できる。
【００１８】
なお、上記実施形態では、欠陥画素の両隣の画素に対応した信号の平均値を欠陥補正データとしたが、欠陥画素の両隣の画素に対応した信号として低域フィルタを通さずＡＤ変換して得られる信号を用いるのであれば、他の演算を施して欠陥補正データを算出してもよい。
【００１９】
【発明の効果】
以上のように、ＤＤＳ回路の出力信号を低域通過フィルタに通さずＡＤ変換して得られる信号から欠陥補正データを生成するので、フィルタ効果による欠陥画素の広がりの影響を受けずに欠陥信号の補正ができ、ＣＣＤノイズ除去による最適なＳＮ改善と高精度な欠陥信号の補正を両立することができる。また、信号をＡＤ変換する前までは欠陥画素に対応した信号にのみ施す処理をせず、すべての画素に対応した信号に一様に同じ処理を施すので回路ノイズによる固定パターン発生の問題を発生せずに済む。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係わる欠陥信号補正装置の構成図
【図２】本発明の実施形態に係わる欠陥信号補正装置の動作を説明するタイミングチャート
【図３】従来技術に係わる欠陥信号補正装置の構成図
【図４】従来技術に係わる欠陥信号補正装置の動作を説明するタイミングチャート
【図５】従来技術に係わる欠陥信号補正装置の動作を説明するタイミングチャート
【符号の説明】
１　ＣＣＤ
２　ＤＤＳ回路
３　低域通過フィルタ
７　欠陥補正データ生成回路
４、６　ＡＤ変換器
１０、１１　フリップフロップ
１２　加算器
１４　乗算器
８　切り替え回路
【図１】
2004129144.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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