(57)【要約】【課題】長時間露光の本撮影を行なうに際してノイズ補正のための予備撮影を本撮影の直前に行なうことの煩雑さを解決したデジタルカメラを提供すること。【解決手段】デジタルカメラを出荷する前に、長時間のシャッタ速度とカメラ感度を変えてダ−ク露光撮影を繰返して複数のダ−ク画像デ−タｄ１〜ｄ６をメモリに記憶させ、実撮影時にはそのシャッタ速度とカメラ感度に対応する前記ダ−ク画像デ−タをメモリ１７から読み出してノイズ画像デ−タを作成し、そのノイズ補正デ−タを撮影画像デ−タから減算してノイズ除去する演算部１５を備えた構成となっている。【選択図】        図１
2004229032.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体撮像素子を備える撮影機のノイズ補正装置において、
長時間となるシャッタ速度と撮影機感度とを変えて暗黒撮影を繰返して得た複数のダ−ク画像デ−タを予め記憶させるメモリと、
実撮影のシャッタ速度及び撮影機感度に対応する前記ダ−ク画像デ−タに基づきノイズ補正デ−タを作成するノイズ補正デ−タ作成手段と、
実撮影時に撮影画像デ−タから前記ノイズ補正デ−タを減算してノイズ成分を取り除く演算手段とより構成したことを特徴とする固体撮像素子を備える撮影機のノイズ補正装置。
【請求項２】
請求項１に記載したノイズ補正装置において、
実撮影の撮影画像の輝度レベルにしたがって、輝度レベルが高い画像部分のノイズ補正量を小さく、輝度レベルの低い画像部分のノイズ補正量を大きくする補正調整手段を備えたことを特徴とする固体撮像素子を備える撮影機のノイズ補正装置。
【請求項３】
請求項１に記載したノイズ補正装置において、
実撮影の撮影画像の輝度レベルにしたがって、輝度レベルの高い画像部分のグレ−画像レベルを大きく、輝度レベルの低い画像部分のグレ−画像レベルを小さくする調整手段を備えたことを特徴とする固体撮像素子を備える撮影機のノイズ補正装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像素子を備えるデジタルカメラなどの撮影機によって長時間露光撮影を行なうことにより生ずるノイズ画像を取り除くためのノイズ補正装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
被写体像光を固体撮像素子によって光電変換し、その出力画像信号を信号処理し、画像デ−タとして記憶媒体に記憶させる構成の撮影機としてデジタルカメラが広く知られている。
【０００３】
このようなデジタルカメラは、長時間露光で撮影した場合、星のようなスポットノイズ画像が撮影画面に散乱するという現象が現われる。
ノイズ画像は、固定撮像素子が長時間露光によって熱をもつことによって発生するもので、撮影を繰返すことにより固体撮像素子が熱をもてばもつほど多くなる。
【０００４】
このように長時間露光撮影において発生するノイズ画像においては次のようにして取り除くノイズリダクション手段を備えたデジタルカメラが多い。
電子ビュ−ファインダ−を備えたデジタルカメラでは、ファインダ−画像デ−タからノイズ成分を抽出しておき、そのノイズ成分を撮影画像デ−タから差し引きノイズを除去する演算手段を備えている。
【０００５】
また、一眼レフデジタルカメラのように電子ビュ−ファインダ−を備えないカメラでは、長時間露光の本撮影を行なう直前に、いわゆるダ−ク露光撮影を行なってノイズ成分だけを記録しておき、本撮影の画像デ−タからそのノイズ成分を差し引いてノイズ除去する演算手段を備えている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、一眼レフデジタルカメラは長時間露光の撮影を行なう際に、前処理としてダ−ク露光撮影を伴うため、撮影準備に時間がかかりシャッタチャンスを逃してしまう等の問題がある。
【０００７】
また、シャッタを閉じて撮影したり、レンズキャップを被せて撮影する等の方法でダ−ク露光撮影を行なった後に本撮影することになるため、長時間露光の撮影操作が煩雑化する他、ダ−ク露光撮影によって抽出するノイズ成分は、ノイズ成分の閾値により全てのノイズ成分を細かく抽出することができない。
【０００８】
本発明は上記した実情にかんがみ、長時間露光撮影によって発生するノイズ画像を長時間露光撮影以外の通常撮影と同様の操作下に高精度に除去することができる撮影機のノイズ補正装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するため、本発明では、固体撮像素子を備える撮影機のノイズ補正装置において、長時間となるシャッタ速度と撮影機感度とを変えて暗黒撮影を繰返して得た複数のダ−ク画像デ−タを予め記憶させるメモリと、実撮影のシャッタ速度及び撮影機感度に対応する前記ダ−ク画像デ−タに基づきノイズ補正デ−タを作成するノイズ補正デ−タ作成手段と、実撮影時に撮影画像デ−タから前記ノイズ補正デ−タを減算してノイズ成分を取り除く演算手段とより構成したことを特徴とする固体撮像素子を備える撮影機のノイズ補正装置を提案する。
【００１０】
この発明のノイズ補正装置は、撮影機を市場に出荷する前にダ−ク画像デ−タをメモリに保存する。
このダ−ク画像デ−タの保存は、長時間となるシャッタ速度と撮影機感度を変えて暗黒撮影（ダ−ク露光撮影）を繰返して複数のダ−ク画像デ−タを得てメモリに記憶させて保存する。
【００１１】
そして、実際に長時間露光の実撮影時には、その実撮影時のシャッタ速度と撮影機感度に対応するノイズ画像デ−タがメモリより読み出され、このノイズ画像デ−タに基づいてノイズ補正デ−タが作成される。
このように作成されたノイズ補正デ−タが、実撮影の撮影画像デ−タから減算されノイズ画像が除去される。
【００１２】
また、本発明は、実際に被写体撮影した撮影画像の輝度レベルにしたがって、輝度レベルが高い画像部分のノイズ補正量を小さく、輝度レベルの低い画像部分のノイズ補正量を大きくする補正調整手段を備えることができる。
【００１３】
さらに、本発明では、実撮影の撮影画像の輝度レベルにしたがって、輝度レベルの高い画像部分のグレ−画像レベルを高く、輝度レベルの低い画像部分のグレ−画像レベルを低くする調整手段を備えることができる。
このような補正調整手段を備えることにより一層高精細にノイズ画像の補正を行なうことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の一実施形態について図面に沿って説明する。
図１はデジタルカメラに備えるノイズ補正装置の構成例を示すブロック図である。
【００１５】
この図において、１１は撮影レンズ１２を通って入射する被写体像光を光電変換して撮影画像信号を出力する固体撮像素子、１３は撮影画像信号の信号処理部１４とノイズ除去を行なう演算部１５とを含む主回路部、１６は被写体撮影（以下、実撮影という）の撮影画像デ−タを記憶させるメモリ、１７はダ−ク露光撮影したダ−ク画像デ−タを記憶させるメモリ、１８は撮影画像デ−タの輝度レベル部分にしたがってノイズ補正量を調整する補正調整部、１９はグレ−画像デ−タの調整部を各々示す。
【００１６】
このノイズ補正装置は、長時間露光の実撮影時に固体撮像素子１１から出力する撮影画像信号を信号処理する段階でノイズ補正し、ノイズ補正した画像デ−タをメモリ１６に記憶させる。
【００１７】
ノイズ補正は、演算部１５で行なわれる。
すなわち、実撮影したとき、そのシャッタ速度とカメラ感度、ダ−ク画像デ−タにしたがってノイズ補正デ−タを作成し、このノイズ補正デ−タを固定撮像素子１１が出力する撮影画像信号のＲＡＷデ−タから減算してノイズを除去する。
【００１８】
一方、ダ−ク画像デ−タは、デジタルカメラを市場に出荷する前に、ダ−ク露光撮影を行なってメモリ１７に記憶させる。
すなわち、長時間露光のシャッタ速度とカメラ感度とを変えてダ−ク露光撮影を繰り返し、そのダ−ク露光撮影によって得られたダ−ク画像デ−タをメモリ１７に記憶させる。
なお、ダ−ク露光撮影はいろいろの仕方があるが、例えば、レンズキャップを被せて撮影して行なうことができる。
【００１９】
具体的には、本実施形態では、次のシャッタ速度Ｓ１、Ｓ２とカメラ感度Ｌ、Ｍ、Ｈにしたがってダ−ク露光撮影を行なう。
シャッタ低速：Ｓ２（長時間露光Ｓ０未満のシャッタ速度値）
シャッタ高速：Ｓ１（長時間露光Ｓ０以上のシャッタ速度値）
ＩＳＯ（カメラ感度）：  Ｌ  （Ｉ０未満のカメラ感度値）
ＩＳＯ（カメラ感度）：  Ｍ  （Ｉ０以上Ｉ１未満のカメラ感度値）
ＩＳＯ（カメラ感度）：  Ｈ  （Ｉ１以上のカメラ感度値）
なお、Ｓ０は長時間露光の基準値として定めたシャッタ速度値である。
例えば、Ｓ０は４秒或いは８秒のシャッタ速度値に定める。
【００２０】
この撮影条件の組み合わせによってダ−ク露光撮影を行ない、次の６種類のダ−ク画像デ−タｄ１〜ｄ６をメモリ１７に読み出し可能に記憶させる。
ダ−ク画像デ−タ        ＩＳＯ        シャッタ速度
ｄ１                Ｌ            Ｓ２
ｄ２                Ｌ            Ｓ１
ｄ３                Ｍ            Ｓ２
ｄ４                Ｍ            Ｓ１
ｄ５                Ｈ            Ｓ２
ｄ６                Ｈ            Ｓ１
【００２１】
また、上記した演算部１５は、シャッタ速度Ｓ１、Ｓ２に対応するダ−ク画像デ−タと実撮影のシャッタ速度（以下、実シャッタ速度という）とによってノイズ補正デ−タを算出する算出回路と、実撮影のカメラ感度にしたがってダ−ク画像デ−タを切換えるゲイン切換回路とを備えている。
【００２２】
図２は、シャッタ速度Ｓ１、Ｓ２、フイルム感度Ｌの条件でダ−ク露光撮影したときのダ−ク画像デ−タｄ１、ｄ２を示した説明図である。
図示するように、ダ−ク画像デ−タｄ１ではダ−ク画像レベルがＡ２、ダ−ク画像デ−タｄ２ではダ−ク画像レベルがＡ１となる。
なお、基準となるシャッタ速度Ｓ０でのダ−ク画像デ−タＰを実験によって求め、そのダ−ク画像レベルＡ０を固定的なデ−タとしてメモリ１７に記憶させてある。
【００２３】
また、ダ−ク画像デ−タｄ１、ｄ２は、各画素が画素番地にしたがって配列されてメモリ１７に記憶されているから、実際には、ダ−ク画像レベルがＡ１（ｍ、ｎ）、Ａ２（ｍ、ｎ）となる。なお、ｍ、ｎは各画素のアドレスである。
なお、ダ−ク画像レベルＡ０も同様にＡ０（ｍ、ｎ）として定めてある。
【００２４】
本実施形態では、上記したダ−ク画像デ−タｄ１、ｄ２のダ−ク画像レベルＡ１、Ａ２と、固定的に定めたダ−ク画像デ−タＰのダ−ク画像レベルＡ０とをメモリ１７から読み出し、デ−タｄ１とＰを通る直線の一次式とデ−タｄ２とＰを通る直線の一次式とによってノイズ補正デ−タＤ１、Ｄ２を算出する。
【００２５】
すなわち、実撮影を行なったとき、演算部１５が上記した各デ−タをメモリ１７から読み出し、算出回路が下記の算出を行なう。
実撮影のシャッタ速度がＳ０より低速であるときは、
Ｄ１＝Ａ０＋｛（Ａ２−Ａ０）／（Ｓ２−Ｓ０）｝×（実シャッタ速度−Ｓ０）
実際にはこの算出が各画素毎に順次行なわれるから、
Ｄ１（ｍ、ｎ）＝Ａ０（ｍ、ｎ）＋｛（Ａ２（ｍ、ｎ）−Ａ０（ｍ、ｎ））／（Ｓ２−Ｓ０）｝×（実シャッタ速度−Ｓ０）………（１）
としてノイズ補正デ−タＤ１が算出される。
【００２６】
実撮影のシャッタ速度がＳ０より高速であるときは、
Ｄ２＝（Ａ１／Ｓ１）×実シャッタ速度
したがって、
Ｄ２（ｍ、ｎ）＝（Ａ１（ｍ、ｎ）／Ｓ１）×実シャッタ速度………（２）
としてノイズ補正デ−タＤ２が算出される。
【００２７】
このように長時間露光の実撮影では、その時のシャッタ速度に対応するノイズ補正デ−タＤ１又はＤ２が算出され、その後、演算部１５の減算部によって、（ＲＡＷデ−タ）−（ノイズ補正デ−タＤ１又はＤ２）の減算が行なわれてノイズが除去される。
なお、この減算は、ＲＡＷデ−タの画素番地とノイズ補正デ−タの画素番地とを対応させて行ない、各画素のノイズが順次除去される。
【００２８】
そして、ノイズを除去したＲＡＷデ−タは信号処理部１４に送り、ノイズ補正した撮影画像デ−タとしてメモリ１６に記憶される。
【００２９】
他方、本実施形態では、ゲイン切換回路によって実撮影のカメラ感度ＩＳＯにしたがってダ−ク画像デ−タｄ１〜ｄ６が切換えられる。
図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は実撮影を行なったときのカメラ感度ＩＳＯにしたがって切換えられるダ−ク画像デ−タの説明図である。
【００３０】
図示するように、予め定めたカメラ感度値ＩＳＯ＝Ｉ０、ＩＳＯ＝Ｉ１を基準にして、低感度値Ｌを含むＩＳＯ＜Ｉ０と、中感度値Ｍを含むＩ０≦ＩＳＯ＜Ｉ１と、高感度値Ｈを含むＩ１≦ＩＳＯの領域に別けて切換える構成としてある。
【００３１】
したがって、ＩＳＯ＜Ｉ０となるカメラ感度で実撮影が行なわれれば、図３（ａ）に示すように、ダ−ク画像デ−タｄ１、ｄ２がメモリ１７より読み出され、既に述べたように、（１）、（２）式にしたがってノイズ補正デ−タＤ１、Ｄ２が算出される。
【００３２】
また、Ｉ０≦ＩＳＯ＜Ｉ１となるカメラ感度で実撮影が行なわれたときは、図３（ｂ）に示したように、ダ−ク画像デ−タｄ３、ｄ４がメモリ１７より読み出される。
したがって、図３（ｂ）に示したようにゲイン切換えされたダ−ク画像レベルＡ０、Ａ１、Ａ２を使用して上記（１）、（２）式の計算が行なわれ、ノイズ補正デ−タＤ３、Ｄ４が算出される。
【００３３】
Ｉ１≦ＩＳＯとなるカメラ感度で実撮影が行なわれたときは、メモリ１７よりダ−ク画像デ−タｄ５、ｄ６が読み出され、図３（ｃ）に示すようにゲイン切換されたダ−ク画像レベルＡ０、Ａ１、Ａ２を使用して上記（１）、（２）式の計算が行なわれ、ノイズ補正デ−タＤ５、Ｄ６が算出される。
【００３４】
この結果、上記のように実撮影のカメラ感度にしたがって切換えたダ−ク画像デ−タに基づいてノイズ補正デ−タが算出され、算出されたノイズ補正デ−タを上記同様にＲＡＷデ−タより減算してノイズを除去する。
【００３５】
次に、上記したノイズ補正装置の動作について図４に示すフロ−チャ−トを参照して説明する。
先ず、実撮影を行なうと、デジタルカメラに設定されたシャッタ速度から長時間露光撮影であるか否かが判断され、長時間露光撮影でなければ通常処理モ−ドとなり、長時間露光撮影であるときはノイズ補正処理モ−ドとなる。（ステップＳＴ１００、ＳＴ１０１、ＳＴ１０２）
【００３６】
ノイズ補正処理モ−ドでは、固体撮像素子１１から出力される撮影画像のＲＡＷデ−タが演算部１５に送られると共に、メモリ１７からのノイズ画像デ−タの読み出しが行なわれる。（ステップＳＴ１０３、ＳＴ１０４）
【００３７】
このとき、実撮影のシャッタ速度がＳ０秒未満であるかＳ０秒以上であるかが判断された後、カメラ感度がＩＳＯ＜Ｉ０となるか否かが判断される。（ステップＳＴ１０５、ＳＴ１０６）
【００３８】
シャッタ速度がＳ０秒未満であり、かつ、カメラ感度がＩＳＯ＜Ｉ０の実撮影のときは、既に述べたようにノイズ画像デ−タｄ１に基づいてノイズ補正デ−タＤ１が算出される。（ステップＳＴ１０６、ＳＴ１０７）
【００３９】
また、ステップＳＴ１０６において、ＩＳＯ≧Ｉ０の判断となるときは、ステップＳＴ１０８に進み、カメラ感度がＩ０≦ＩＳＯ＜Ｉ１であるときはノイズ画像デ−タｄ３に基づいてノイズ補正デ−タＤ３が算出される。
また、Ｉ１≦ＩＳＯとなるときはノイズ画像デ−タｄ５に基づいてノイズ補正デ−タＤ５が算出される。（ステップＳＴ１０８、ＳＴ１０９、ＳＴ１１０）
【００４０】
また、実撮影のシャッタ速度を判断するステップＳＴ１０５において、シャッタ速度がＳ０秒以上となるときは、ＩＳＯ＜Ｉ０の実撮影の場合にノイズ画像デ−タｄ２に基づいてノイズ補正デ−タＤ２が算出され、ＩＳＯ≧Ｉ０であるときは、カメラ感度がＩ０≦ＩＳＯ＜Ｉ１の範囲にあるか否かが判断される。（ステップＳＴ１１１、ＳＴ１１２、ＳＴ１１３）
【００４１】
このとき、カメラ感度がＩ０〜Ｉ１の範囲内である場合はノイズ画像デ−タｄ４に基づいてノイズ補正デ−タＤ４が算出され、その範囲外、つまり、Ｉ１≦ＩＳＯとなるときはノイズ画像デ−タｄ６に基づいてノイズ補正デ−タＤ６が算出される。（ステップＳＴ１１４、ＳＴ１１５）
【００４２】
上記のように、演算部１５では実撮影において設定されたシャッタ速度とカメラ感度にしたがってノイズ補正デ−タを算出し、算出したノイズ補正デ−タをＲＡＷデ−タより減算してノイズを除去する。
なお、ノイズを除去して補正したＲＡＷデ−タは信号処理部１４により信号処理した後にメモリ１６に記憶される。
【００４３】
上記のようにしてノイズ画像を除去することができるが、本実施形態ではさらにノイズ除去精度を高めるために、撮影画像デ−タの輝度部分に応じてノイズ補正量を調整する補正調整部１８が設けてある。
【００４４】
この補正調整部１８は、実撮影した撮影画像の輝度を検出し、輝度レベルの高い画像デ−タ部分についてはノイズ補正量を小さく、輝度レベルの低い画像デ−タ部分についてはノイズ補正量を大きくするように調整する。
【００４５】
この調整によって高い輝度レベル部分の補正のしすぎが防止され、また、上記したところのノイズ補正では低い輝度レベル部分について補正不足となることがあるため、ノイズ補正量を大きくする。
なお、補正調整量の算出は上記（１）式、（２）式に準じて行なうことができる。
【００４６】
また、このように高い輝度レベル部分と低い輝度レベル部分とでノイズ補正量を調整する場合には、グレ−画像調整部１９によってグレ−画像デ−タをノイズ補正要素に加えることができる。
図５は補正するグレ−画像の特性を示した図で、Ｇ１、Ｇ２はメモリ１７に記憶させるグレ−画像デ−タ、Ｙ１、Ｙ２は撮影画像の輝度レベル、Ｂ１、Ｂ２はグレ−画像レベルを各々示す。
なお、グレ−画像デ−タＧ１、Ｇ２は実験的に定めたものである。また、基準となる輝度レベルＹ０に対応するグレ−画像デ−タＱを固定的に定めてある。
【００４７】
グレ−補正量は、輝度レベルＹ０を基準としてそのレベルより高い場合と低い場合とによって次の一次式によって算出する。
すなわち、Ｙｍａｘ〜Ｙ０の間（輝度レベルがＹ０より高い部分）のグレ−補正量ＤＬｂ（ｍ、ｎ）は、
ＤＬｂ（ｍ、ｎ）＝（Ｂ１（ｍ、ｎ）／Ｙ１）×実輝度レベル  ………（３）
なお、ｍ、ｎは画素アドレスである。
【００４８】
このＤＬｂ（ｍ、ｎ）を撮影画像デ−タから減算するが、Ｂ０（ｍ、ｎ）をグレ−画像レベルの”０”とすることから、実際にはＤＬｂ（ｍ、ｎ）を加えることになる。
すなわち、実撮影の撮影画像デ−タＲＡＷ、ダ−ク画像の補正量（Ｄ１〜Ｄ６）をＤＬ（ｍ、ｎ）とすると、
ＲＡＷ（ｍ、ｎ）−ＤＬ（ｍ、ｎ）＋ＤＬｂ（ｍ、ｎ）＝補正後の撮影画像デ−タ
【００４９】
また、Ｙ０〜Ｙ２の間（輝度レベルがＹ０より低い部分）のグレ−補正量ＤＬｂ（ｍ、ｎ）は、
ＤＬｂ（ｍ、ｎ）＝Ｂ０＋（Ｂ２（ｍ、ｎ）−Ｂ０（ｍ、ｎ））／（Ｙ２−Ｙ０）×（実輝度レベル−Ｙ０）
このＤＬｂ（ｍ、ｎ）を撮影画像デ−タから減算する。
ＲＡＷ（ｍ、ｎ）−ＤＬ（ｍ、ｎ）−ＤＬｂ（ｍ、ｎ）＝補正後の撮影画像デ−タ
【００５０】
以上、一実施形態について説明したが、本発明はデジタルカメラに限らず、固体撮像素子を備えるその他の撮影機、例えば、携帯電話機に組み込まれたカメラ、監視カメラ、車載カメラなどの各種のカメラについても同様に実施することができる。
【００５１】
【発明の効果】
上記した通り、本発明に係るノイズ補正装置は、実撮影をするだけで、長時間露光によって生ずるノイズ画像が除去されるので、シャッタチャンスを逃すようなことがなく、また、長時間露光の撮影操作が簡単化される撮影機を提供することができる。
【００５２】
また、撮影画像デ−タの高い輝度レベル部分と低い輝度レベル部分とでノイズ補正量やグレ−画像レベルを調整することにより、一層高い精度のノイズ補正装置となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るノイズ補正装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】ノイズ補正デ−タの算出を説明するための説明図である。
【図３】図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はノイズ補正デ−タをカメラ感度にしたがって切換える動作を説明するための説明図である。
【図４】上記したノイズ補正装置の動作を示すフロ−チャ−トである。
【図５】ダ−ク画像の他にグレ−画像の補正量を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１１  固体撮像素子
１２  撮影レンズ
１３  主回路
１４  信号処理部
１５  演算部
１６  メモリ
１７  メモリ
１８  補正調整部
１９  グレ−画像調整部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004229032.tif 000006
【図５】
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