(57)【要約】【課題】マルチアンプ読み出し型の固体撮像素子では、アンプ特性のばらつきが画質の劣化原因となる。【解決手段】水平方向に並ぶ複数のブロックに分割された撮像部と、各ブロック毎の読み出しアンプとを有する撮像素子（１０）を用いる。水平方向では入射光量が一定でありかつ垂直方向では入射光量が一定の割合で変化するようなグラデーションパターンを有する補正用被写体（２０）を撮像し、該撮像の結果のうち少なくとも撮像部の各ブロック境界に隣接する画素列の階調データを用いて階調別のイベント数に関する累積ヒストグラムを各ブロック別に作成（４５，５５）し、これら累積ヒストグラムの差異を低減するように補正対象ブロックに係る補正前後の階調の対応関係を表す補正データを作成（４６，５６）し、この補正データを用いて任意の被写体の撮像結果を補正（４７，５７）する。【選択図】　　　　図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平方向に並ぶ複数のブロックに分割された撮像部と、各ブロック毎の読み出しアンプとを有する並列出力固体撮像素子を用いたカメラシステムの補正方法であって、
水平方向では入射光量が一定であり、かつ垂直方向では入射光量が一定の割合で変化するようなグラデーションパターンを有する補正用被写体を前記並列出力固体撮像素子により撮像するステップと、
前記撮像の結果のうち少なくとも前記撮像部の各ブロック境界に隣接する画素列の階調データを用いて階調別のイベント数に関する累積ヒストグラムを各ブロック別に作成するステップと、
前記作成した累積ヒストグラムの差異を低減するように補正対象ブロックに係る補正前後の階調の対応関係を表す補正データを作成するステップと、
前記作成した補正データを用いて前記並列出力固体撮像素子による任意の被写体の撮像結果を補正することにより、前記ブロック毎の読み出しアンプの特性を補正するステップとを備えたことを特徴とするカメラシステムの補正方法。
【請求項２】
請求項１記載のカメラシステムの補正方法において、
前記ブロック毎の読み出しアンプの出力をデジタル値に変換するための変換器の入力レンジより広い範囲で前記垂直方向の入射光量が変化するような補正用被写体を採用するステップを更に備えたことを特徴とするカメラシステムの補正方法。
【請求項３】
水平方向に並ぶ複数のブロックに分割された撮像部と、各ブロック毎の読み出しアンプとを有する並列出力固体撮像素子を用いたカメラシステムであって、
水平方向では入射光量が一定であり、かつ垂直方向では入射光量が一定の割合で変化するようなグラデーションパターンを有する補正用被写体と、
前記並列出力固体撮像素子による前記補正用被写体の撮像結果のうち少なくとも前記撮像部の各ブロック境界に隣接する画素列の階調データを用いて階調別のイベント数に関する累積ヒストグラムを各ブロック別に作成するための手段と、前記作成した累積ヒストグラムの差異を低減するように補正対象ブロックに係る補正前後の階調の対応関係を表す補正データを作成するための手段と、
前記作成した補正データを用いて前記並列出力固体撮像素子による任意の被写体の撮像結果を補正することにより、前記ブロック毎の読み出しアンプの特性を補正するための手段とを備えたことを特徴とするカメラシステム。
【請求項４】
請求項３記載のカメラシステムにおいて、
前記作成した補正データを保持するためのメモリを更に備えたことを特徴とするカメラシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、並列出力固体撮像素子を用いたカメラシステムとその補正方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高精細な動画の撮影やデジタルスチルカメラの連写等を実現することを目的として、固体撮像素子の読み出しアンプを複数設けることで読み出しの高速化を図る手法がある。すなわち、複数のブロックに分割された撮像部と、各ブロック毎の読み出しアンプとを有する並列出力固体撮像素子をカメラシステムに採用するのである。この並列出力固体撮像素子を用いる場合には、複数の読み出しアンプの出力における階調レベルのばらつきを補正する必要がある。しかも、非線形のレベル補正が必要である。
【０００３】
ある従来技術によれば、ＣＣＤ型の固体撮像素子において白色の被写体を撮像し、そのときのアンプ出力レベルが等しくなるように増幅回路の利得を調整する（特開平１−１１４１７４号公報）。
【０００４】
ところが、この従来技術では線形補正を実現できるものの、非線形のレベル補正を達成できない。
【０００５】
そこで、水平方向に並ぶ複数のブロックに分割された撮像部と、各ブロック毎の読み出しアンプとを有する並列出力固体撮像素子を用いたカメラシステムにおいて、撮像部の各ブロック境界に隣接する画素列の階調データを用いて階調別のイベント数（画素数）に関する累積ヒストグラムを各ブロック別に作成したうえ、これら累積ヒストグラムの差異を低減するように階調別の非線形補正処理を施す技術が提案された（特願２００２−１１３０４１）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記累積ヒストグラムを用いたアンプ補正技術によれば、自然画像を撮る場合には隣接ブロック間で境界画素の階調データに大きい差異が存在することもあり、これが累積ヒストグラムに誤差を生じる原因ともなるので、隣接ブロック間で所定値より大きい差異を持つ階調データを累積ヒストグラムの作成に用いないようにしたり、補正データを作成する間はピント位置を固体撮像素子から強制的に外すようにフォーカス制御を行ったり、複数回の撮像で得られた階調データを累積して利用したり、広範囲の階調データを利用できるように複数回の撮像の各々に際して絞り又は電子シャッタを制御したりすることが、適切な累積ヒストグラムの作成にとって必要であった。
【０００７】
本発明の目的は、補正用の被写体を工夫することにより、適切な累積ヒストグラムを効率良く作成し、以てアンプ特性の非線形補正を実現することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、水平方向では入射光量が一定であり、かつ垂直方向では入射光量が一定の割合で変化するようなグラデーションパターンを有する補正用被写体を採用することとしたものである。
【０００９】
具体的に説明すると、本発明は、水平方向に並ぶ複数のブロックに分割された撮像部と、各ブロック毎の読み出しアンプとを有する並列出力固体撮像素子を用いたカメラシステムにおいて、水平方向では入射光量が一定でありかつ垂直方向では入射光量が一定の割合で変化するようなグラデーションパターンを有する補正用被写体を並列出力固体撮像素子により撮像し、該撮像の結果のうち少なくとも撮像部の各ブロック境界に隣接する画素列の階調データを用いて階調別のイベント数に関する累積ヒストグラムを各ブロック別に作成し、該作成した累積ヒストグラムの差異を低減するように補正対象ブロックに係る補正前後の階調の対応関係を表す補正データを作成し、該作成した補正データを用いて並列出力固体撮像素子による任意の被写体の撮像結果を補正することによりブロック毎の読み出しアンプの特性を補正することとしたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１１】
図１は、複数のアンプで読み出しを行うＣＣＤ型固体撮像素子の一例である。図１の並列出力固体撮像素子１０は、水平方向に並ぶ３つのブロックに分割された撮像部１１，１４，１７と、各ブロック毎の水平ＣＣＤ１２，１５，１８と、各ブロック毎のアンプ１３，１６，１９とを有する。つまり、図１において点線で分割された３つの領域が、それぞれ別々のアンプ（チャンネル）で読み出される。なお、撮像部１１，１４，１７は、それぞれ２次元状に配列された光検出器（フォトダイオード）と、各列毎の垂直ＣＣＤとを有するものである。
【００１２】
図２は、補正用の被写体の例である。図２の補正用被写体２０では、下から上に向かって一定の割合で徐々に光強度が明るくなっている。点線は便宜上引いたもので、図１で示した固体撮像素子１０の別々のアンプで読み出しを行う撮像部１１，１４，１７に対して、図２中に点線で分割した部分がそれぞれ対応して照射される。この補正用被写体２０を撮像して１画面分のデータを読み出すことにより、アンプに応じて分割した撮像部１１，１４，１７の水平画素数分は同じ出力を持ち、垂直方向に徐々に光量の変化する階調データを各チャンネルにおいて得ることができる。
【００１３】
図３に、図２の補正用被写体２０を撮像することにより得られる階調データから、アンプ特性の補正を行う原理を示す。図２の補正用被写体２０は水平方向に均一な光量分布を持っており、図３（ａ）でＮ０と記したものが、分割したブロックの水平画素数に相当する。図３（ｂ）には異なる特性を持った３つのアンプが示してある。図３（ｂ）のＡ、Ｂ、Ｃの特性を持つアンプに対して、図３（ａ）の被写体を撮像した場合、ぞれぞれ図３（ｃ）で示したヒストグラムが得られる。図３（ｃ）に対して累積ヒストグラムを取ると、図３（ｄ）のように単調増加のグラフが得られる。このグラフにおいて、縦軸と横軸を交換して得られたものが図３（ｅ）のグラフであり、これは図３（ｂ）で示したアンプ特性を反映したグラフとなっている。これをより単純に理解するならば、図３（ａ）を光量Ｌで積分して得られるグラフは、累積のイベント数（Ｌ以下の光量を持つイベント数）Ｎと、光量Ｌとが比例関係にあり、図３（ｂ）のグラフのＬをＮで置き換えてやれば、図３（ｅ）のグラフが得られる。
【００１４】
図３に示した原理に従い、図２の補正用被写体２０を撮像し、読み出した階調データから累積ヒストグラムを作成する。そして、図４（ａ）に示すように、基準とするアンプに特性を一致させてやる。具体的には図４（ｂ）の変換テーブルに従って入力信号（アナログ／デジタル変換の出力値）を補正することにより、アナログ／デジタル変換を行ったデジタルレンジ全体にわたってアンプ特性を合わせ込むことができる。
【００１５】
図５は、上記原理を実現するためのシステム構成の一例を示したものである。レンズ２５を通して補正用被写体２０を撮像するに際し、駆動回路３０が並列出力固体撮像素子１０を駆動する。この固体撮像素子１０から読み出された階調データは、ＣＤＳ（相関二重サンプリング）４１，５１、ゲイン／オフセット調整部４２，５２、ＡＤＣ（アナログ／デジタル変換）４３，５３を介して、切替部４４，５４で累積ヒストグラム作成部４５，５５に入力され、図３（ｄ）で示したグラフが作成される。作成されたグラフは、補正データ保持メモリ４６，５６に書き込まれる。なお、補正用被写体２０の垂直方向の入射光量がＡＤＣ４３，５３の入力レンジより広い範囲で変化することが望ましい。
【００１６】
次に、任意の被写体を撮像して固体撮像素子１０から読み出された階調データは、ＣＤＳ４１，５１、ゲイン／オフセット調整部４２，５２、ＡＤＣ４３，５３を介して、切替部４４，５４で補正部４７，５７に送られる。補正部４７，５７では、補正データ保持メモリ４６，５６に書き込まれた補正データを参照し、入力データの変換を行う。なお、基準とするアンプには補正を加える必要はないので、切替部、累積ヒストグラム作成部、補正データ保持メモリ、補正部等の回路を持たなくてもよい。
【００１７】
補正されたデータは１画面化メモリ６０に送られて１枚の画像とし、回路６１で画像処理を行い、出力される。これより、アンプ間で特性を補正した、境界の現れない画像が得られる。
【００１８】
さて、図５は、カメラ外部に補正用被写体２０を置いた場合のシステム構成の一例である。例えば、工場出荷検査時に補正用被写体２０を撮像することで、補正を行う。
【００１９】
図６は、カメラ内部に補正用の被写体を持たせた場合のシステム構成の一例である。図６によれば、シャッタ２６を閉じているときに、カメラ内部に設けた補正用被写体２１の照明を点灯し、ミラー２２を介して補正用被写体２１を撮像し、この撮像の結果を用いて補正を行う。このようにカメラ内部に補正用被写体２１を持たせることで、ユーザによるリアルタイム補正が可能となり、並列出力固体撮像素子１０のアンプ特性が温度等により時間変化する場合にも対応できるメリットを持つ。
【００２０】
なお、上記の例ではＣＣＤ型の並列出力固体撮像素子１０について記述したが、複数のアンプで読み出しを行う固体撮像素子である限り、上記アンプ特性の補正原理は有効である。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明してきたとおり、本発明によれば、水平方向に並ぶ複数のブロックに分割された撮像部と、各ブロック毎の読み出しアンプとを有する並列出力固体撮像素子を用いたカメラシステムの補正において、水平方向では入射光量が一定であり、かつ垂直方向では入射光量が一定の割合で変化するようなグラデーションパターンを有する補正用被写体を採用することとしたので、適切な累積ヒストグラムを効率良く作成することができ、以てアンプ特性の非線形ばらつきを補正することにより、高画質な撮影が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のカメラシステムが有するＣＣＤ型の並列出力固体撮像素子の構成例を示すブロック図である。
【図２】本発明のカメラシステムにおけるアンプ特性の補正に用いられる被写体の一例を示す平面図である。
【図３】（ａ）〜（ｅ）は、本発明のカメラシステムにおけるアンプ特性の補正原理を示す図である。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は、本発明のカメラシステムにおけるアンプ特性の補正過程を示す図である。
【図５】本発明のカメラシステムの全体構成例を示すブロック図である。
【図６】本発明のカメラシステムの他の構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０　並列出力固体撮像素子
１１，１４，１７　撮像部
１２，１５，１８　水平ＣＣＤ
１３，１６，１９　アンプ
２０　補正用被写体
２１　照明＋内蔵補正用被写体
２２　ミラー
４１，５１　ＣＤＳ（相関二重サンプリング）
４２，５２　ゲイン／オフセット調整部
４３，５３　ＡＤＣ（アナログ／デジタル変換）
４４，５４　切替部
４５，５５　累積ヒストグラム作成部
４６，５６　補正データ保持メモリ
４７，５７　補正部
６０　１画面化メモリ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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