(57)【要約】【課題】固体撮像素子を用いた撮像装置において、撮像中の動画像に殆ど影響を与えることなしに、全ての領域の暗電流データを更新する。【解決手段】撮像装置１０は、固体撮像素子１１の全画素分の暗電流データを記憶する暗電流メモリ１５と、１フレーム期間を所定の分割数で分割した期間の間シャッタ１３を閉じ、その間に、全画素数を所定の分割数で割った商に相当する画素数の各画素における暗電流データを固体撮像素子１１から取り込み、暗電流メモリ１５の該当する画素の暗電流データを取り込んだ暗電流データに書き換えることを、分割数回繰り返して暗電流メモリ１５のなかの全画素の暗電流データを更新する暗電流データ制御部１９とを有する。【選択図】　　　図１
2004120250.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体撮像素子の全画素分の暗電流データを記憶する暗電流データ記憶手段と、
前記固体撮像素子の有効画素領域内であらかじめ決められた所定の画素から暗電流データを取り込み、当該取り込んだ暗電流データと前記暗電流データ記憶手段に記憶されている暗電流データを比較して、その差分に基づいて全画素の暗電流データを算出し、当該算出した全画素の暗電流データを前記暗電流データ記憶手段に書き込む暗電流演算手段と、
を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
固体撮像素子の有効画素領域内であらかじめ決められた所定の画素から暗電流データを取り込む段階と、
前記取り込んだ暗電流データと暗電流データ記憶手段に記憶されている暗電流データを比較して、その差分に基づいて全画素の暗電流データを算出する段階と、
前記算出した全画素の暗電流データを前記暗電流データ記憶手段に書き込む段階と、
を有することを特徴とする撮像装置の暗電流データ更新方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像素子を用いた撮像装置に関し、詳しくはビデオカメラのような動画像を撮像するための撮像装置及び撮像装置の暗電流データ更新方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、固体撮像素子を用いた撮像装置においては、撮像時の暗電流による画像データの品質劣化を防ぐために暗電流の補正を行っている。この暗電流の補正は、固体撮像素子の遮光された画素からの映像信号データにより暗電流データを取得し、有効画素領域内における各画素の映像信号データから、前記取得した暗電流データを差し引くことで行っている。なお、有効画素領域とは、全撮像領域のうち、固体撮像素子において実際に撮影に使用されている画素領域のことである。
【０００３】
暗電流自体は、固体撮像素子が使用されている環境や、素子自身の発熱による温度変化によって変化するため、従来は、ある部分的な領域の暗電流データを取得して、元の２次元の暗電流データを補正していた。しかし、高精細なテレビ画像よりも多い画素数を有する撮像装置においては、固体撮像素子のサイズが大きくなり、使用時の温度変化に偏りを生じるため、部分的に取得した暗電流データでは十分な補正を行うことはできなかった。このため、全撮像領域において２次元の暗電流データを取得することにより補正を行っていた。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２３８１３７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、全撮像領域において２次元の暗電流データを取得する方式では、取得すべき暗電流データの容量も大きくなり、暗電流データの取得に要する時間も長くなるため、撮影時には一時的に撮像を中断した上で暗電流データの取得を行い、再度撮像を始めなければならなかった。このため、撮像された画像が不自然になり、画質の低下を招くという問題点があった。
【０００６】
本発明の目的は、撮像中の動画像に殆ど影響を与えることなしに、全ての領域の暗電流データを更新して高画質な映像を得ることができる撮像装置及び撮像装置の暗電流データ更新方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の問題を解決するために請求項１記載の発明は、固体撮像素子の全画素分の暗電流データを記憶する暗電流データ記憶手段と、前記固体撮像素子の有効画素領域内であらかじめ決められた所定の画素から暗電流データを取り込み、当該取り込んだ暗電流データと前記暗電流データ記憶手段に記憶されている暗電流データを比較して、その差分に基づいて全画素の暗電流データを算出し、当該算出した全画素の暗電流データを前記暗電流データ記憶手段に書き込む暗電流演算手段とを有することを特徴とする撮像装置である。
【０００８】
また、上記の問題を解決するために請求項２記載の発明は、固体撮像素子の有効画素領域内であらかじめ決められた所定の画素から暗電流データを取り込む段階と、前記取り込んだ暗電流データと暗電流データ記憶手段に記憶されている暗電流データを比較して、その差分に基づいて全画素の暗電流データを算出する段階と、前記算出した全画素の暗電流データを前記暗電流データ記憶手段に書き込む段階とを有することを特徴とする撮像装置の暗電流データ更新方法である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる撮像装置及び撮像装置の暗電流データ更新方法の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１０】
［実施の形態１］
図１は、実施の形態１に係わる撮像装置の機能的な構成を示すブロック図である。ただし、図１では、暗電流補正に係わる構成のみを示すものとし、他の構成については図示と説明を省略する。
【００１１】
実施の形態１における撮像装置１０は、固体撮像素子１１と、固体撮像素子の前面に設けられたシャッタ１３と、暗電流データを記憶する暗電流メモリ１５と、引き算器１７と、暗電流メモリ１５の暗電流データの更新を行う暗電流データ制御部１９とを備えている。
【００１２】
固体撮像素子１１は、通常のＣＣＤ形やＣＭＯＳ形の固体撮像素子であり、特に、本実施の形態では、比較的高画素タイプ、たとえば高精細度テレビ画像の画素数よりも多い画素数で、具体的には２０００×１０００画素や、４０００×２０００画素などの固体撮像素子である。固体撮像素子１１で取得された映像信号データは、引き算器１７と暗電流データ制御部１９に供給される。
【００１３】
シャッタ１３は、固体撮像素子１１の前面に配置されており、メカニカルシャッタまたは液晶シャッタなどで構成される。
【００１４】
暗電流メモリ１５は、全画素分の暗電流データを記憶する暗電流データ記憶手段であり、暗電流データ制御部１９により暗電流データが書き込まれる。
【００１５】
引き算器１７は、固体撮像素子１１からの映像信号データから、暗電流メモリ１５に記憶されている暗電流データを差し引いて映像信号を出力する。これにより固体撮像素子１１からの映像信号データから暗電流成分が引かれて、暗電流補正の行われた映像信号が出力される。
【００１６】
暗電流データ制御部１９は、所定の分割数で分割した期間の間シャッタ１３を閉じて、その間に、全画素数を所定の分割数で割った商に相当する画素数分の画素の暗電流データを暗電流メモリ１５へ書き込んで、暗電流メモリ１５内の暗電流データを更新する暗電流データ制御手段である。なお、全画素数を所定の分割数で割った商に相当する画素数は、実際には固体撮像素子の画素数を所定の分割数で割った場合に割り切れないことがあるが、そのような場合にはおおむね商の値に近い画素数とする。
【００１７】
次に、実施の形態１の撮像装置１０において暗電流補正を行う際の作用について説明する。
【００１８】
まず、暗電流メモリ１５への暗電流データの書き込みについて説明する。図２（ａ），（ｂ）は、撮影動作中における暗電流メモリ１５への暗電流データの書き込みタイミングを示す説明図である。
【００１９】
ここでは、図２（ａ）に示すように、１フレーム期間のうち、１／４フレーム期間分を暗電流データの取得に充てている。したがって、１フレーム期間を分割する所定の分割数は４となる。このため、暗電流データ制御部１９は、１回の１フレーム期間内で１／４フレーム期間分ずつシャッタ１３を閉じる動作を、４回（４フレーム）繰り返すようにシャッタ１３の開閉を制御し、これと共に、暗電流メモリ１５に記憶した暗電流データを１／４フレーム分ずつ順次書き換えて更新するように制御する。
【００２０】
すなわち、１回目の１フレーム中では１／４フレームに相当する期間シャッタ１３が閉じられ、このとき、図２（ｂ）に示した暗電流メモリ１５のメモリマップの中の第１の１／４フレーム分の暗電流データが書き換えられる。そして、次の１フレームでは同様に１／４フレームの期間シャッタ１３が閉じられて、第２の１／４フレーム分の暗電流データが書き換えられる。
【００２１】
以降同様に、次の１フレームで１／４フレームの期間シャッタ１３が閉じられて、第３の１／４フレーム分の暗電流データが書き換えられ、さらに次の１フレームで１／４フレームの期間シャッタ１３が閉じられて、第４の１／４フレーム分の暗電流データが書き換えられる。これにより、順次全画素分の暗電流データの更新が行われる。
【００２２】
この場合、１回の１フレーム期間内における露光時間は、図２（ａ）に示すように、１／４フレーム期間分だけシャッタ１３が閉じられるため、シャッタ全開時の３／４となり、わずかながら固体撮像素子に取り込まれる明るさが落ちる。しかしながら、完全に１フレームが抜け落ちることに比べ、変化が少なくほとんど目立つことはない。
【００２３】
このように、撮像中の動画像に殆ど影響を与えることがなく、全画素の暗電流データを書き換えて更新することができるので、一時的な撮像の中断による画像の不自然さを解消して、高画質な映像を得ることができる。また、全画素に対する暗電流補正を行うことができるので、撮影中における温度変化によって暗電流が変化した場合でも暗電流ムラのない高精度な補正を行うことができる。
【００２４】
なお、４回の暗電流データの取り込みは、実施の形態１のように連続するフレームで行う必要はなく、数フレームずつとびとびに、あるいは不連続に行っても良い、こうすることで、暗電流データ取り込みの際に露光時間減少による明るさの低下を撮影者が殆ど感知できないようにすることができる。
【００２５】
次に、図３を参照して、実施の形態１における暗電流データの更新について説明する。
【００２６】
図３は、暗電流データを更新する際の処理手順を示すフローチャートである。
【００２７】
まず、暗電流データ制御部１９は、撮影中か否かを判断する（Ｓ１）。ここで、撮影中でなければ（Ｓ１：Ｎｏ）、シャッタ１３を閉じて固体撮像素子１１から全画素の暗電流データを取り込んで暗電流メモリ１５に書き込む（Ｓ１１）。このステップＳ１１の処理は、撮影中ではないことを確認してシャッタ１３を閉じ、その間に暗電流メモリ１５内の全画素の暗電流データを全部書き換えて更新するものである。
【００２８】
ステップＳ１において、撮影中であると判断された場合には（Ｓ１：Ｙｅｓ）、続いて、カウンタ変数ｎを１にして（Ｓ２）、１／４フレーム期間だけシャッタ１３を閉じる（Ｓ３）。そしてその間に固体撮像素子１１の全画素を４分割したうちの第ｎ番目の分割部分の画素から暗電流データを取り込んで、暗電流メモリ１５内の第ｎ番目の１／４フレーム分の暗電流データを書き換える（Ｓ４、図２参照）。
【００２９】
その後、ｎをインクリメントして（Ｓ５）、ｎが４を越えたか否かを判断し（Ｓ６）、ｎが４以下であれば、１フレーム期間の終了を待って（Ｓ７）、ステップＳ３へ戻りｎが４を越えるまで繰り返し処理を継続する。一方、ｎが４を越えた場合にはステップＳ１へ戻り、所定のタイミングで以降の処理を継続して繰り返し行う。
【００３０】
これらの処理により、ｎ＝１のときは、図２（ｂ）における第１の１／４フレーム分の暗電流データが書き換えられることになる。同様にｎ＝２のときは第２の１／４フレーム分の暗電流データが書き換えられ、ｎ＝３のときは第３の１／４フレーム分の暗電流データが書き換えられ、ｎ＝４のときは第４の１／４フレーム分の暗電流データが書き換えられることになる。
【００３１】
なお、撮影中における１／４フレーム期間ずつの暗電流データの取り込みをとびとびのフレームごとに行う場合には、前述した手順の中のステップＳ７において、複数回のフレームの終了を待つように手順を変更することで実施することができる。また、待ちを入れるフレームの回数をランダムに指定することで、暗電流取り込み時の明るさの低下をよりいっそう感知しづらくすることができる。
【００３２】
以上のように、実施の形態１によれば、１フレーム内においては、所定の分割数で分割した期間の間だけ暗電流の取り込みを行い、これを分割した回数繰り返し行うことで、全画素の暗電流データを更新することとしたので、撮像中の動画像に殆ど影響を与えることなく、全画素の暗電流データを更新することができる。したがって、動画撮像において、一時的な撮像の中断による画像の不自然さを解消して、高画質な映像を得ることができる。また、全画素に対する暗電流補正を行うことができるので、撮影中における温度変化によって暗電流が変化した場合でも暗電流ムラのない高精度な補正を行うことができる。
【００３３】
なお、実施の形態１では、所定の分割数を４として、１／４フレーム期間ずつ暗電流の取り込みを行う例について示したが、その他の分割数でもよく、例えば、１／５、１／６、１／８など任意に設定することができる。
【００３４】
［実施の形態２］
図４は、実施の形態２に係わる撮像装置の機能的な構成を示すブロック図である。ただし、図４では、暗電流補正に係わる構成のみを示すものとし、他の構成については図示と説明を省略する。なお、図４では前述した実施の形態１と同様な機能を有する部分については、同一の符号を付し適宜にそれらの説明を省略する。
【００３５】
実施の形態２における撮像装置２０は、固体撮像素子１１と、固体撮像素子の前面に設けられたシャッタ１３と、暗電流データを記憶する暗電流メモリ１５と、引き算器１７と、暗電流データを演算する暗電流演算部２１とを備えている。
【００３６】
暗電流演算部２１は、固体撮像素子１１の所定の画素から映像信号データを取得し、この取得した映像信号データから全画素の暗電流データを作成して、作成した暗電流データを暗電流メモリ１５に書き込む暗電流演算手段である。
【００３７】
次に、実施の形態２の撮像装置２０において暗電流補正を行う際の作用について説明する。
【００３８】
図５は、暗電流演算部２１が固体撮像素子１１から映像信号データを取り込む際の測定ポイントを示す説明図である。
【００３９】
ここでは、映像信号データを取り込む際の測定ポイントとなる画素２５を、図示するように、有効画素領域２７内おいてほぼ均等な距離で５点としている。
【００４０】
暗電流演算部２１がこれら所定の画素２５から映像信号データを取り込むタイミングは、撮影中において、例えば映像有効時間外である垂直ブランキング時間などを用い、この垂直ブランキング時間の間に一時的にシャッタ１３を閉じて、所定の画素２５から映像信号データを取得する。
【００４１】
暗電流演算部２１は、取得した所定の画素２５からの映像信号データと、暗電流メモリ１５に記憶されている所定の画素２５にそれぞれ対応する暗電流データとを比較する。そして、これらの変化量から乗算係数を算出する。算出した係数は、曲線近似（暗電流データはメモリマップ上２次元データとなるので、曲面の近似になる）を行って、係数の分布曲面を作成する。そして求められた係数曲面データを暗電流メモリ１５内の全画素の暗電流データに乗算して、新たな暗電流データとし、暗電流メモリ１５に書き込む。
【００４２】
なお、暗電流演算部２１が固体撮像素子１１から映像信号を取り込む際の測定ポイントとなる画素数は、図５においては５点として示したが、これは、実施の形態２を説明するためのものであり、実際には固体撮像素子の画素数が数十万〜数百万であることを考慮して、有効画素領域内にできるだけ均等に数百〜数万画素程度を設定することが好ましい。また、設定する画素は必ずしも等距離の関係となるようにする必要はなく、ランダムに配置してもよい。
【００４３】
図６（ａ）は、実際に有効画素領域内に設定した所定の画素２５を示す説明図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）中のＢ−Ｂ線で示す１ライン上の所定の画素２５ａ〜２５ｅから取得した暗電流データの値３３ａ〜３３ｅと、この取得した暗電流データの値３３ａ〜３３ｅからＢ−Ｂ線１ライン分の全画素の暗電流データ３５とを演算により求めた結果を示している。なお、図６（ａ）においては、暗電流データを取得するために設定されている画素２５を一部省略してあるが、有効画素領域内において均等に設置したものである。
【００４４】
図６（ｂ）において、例えば初期状態で暗電流メモリ１５に記憶されている同じライン上の暗電流デ―タ（初期データ）３１はライン上のすべてほぼ同じ値となっている。これは、初期状態、すなわち撮像装置において電源オンの直後の場合、固体撮像素子１１自体（およびその環境）の温度がまだ上昇していないため、全画素に渡りほぼ同じような暗電流となっているためである。
【００４５】
これに対し、撮影開始後しばらく時間が経過した後、実際に画素２５ａ〜２５ｅから取得された暗電流データの値３３ａ〜３３ｅは、それぞれ異なる値となっている。これは、主にサイズの大きな固体撮像素子であるがゆえに放熱条件の不均一さなどによって有効画素領域内における温度が均等でないために生じているものである。
【００４６】
そこで、実施の形態２では、上述したように実際に取得された暗電流の値から演算によってすべての画素の暗電流データを求めることにより、図６（ｂ）の暗電流データ３５を得るものである。演算によって得られた暗電流データは、全画素に領域に対して連続したデータとなる。
【００４７】
次に、図７を参照して、実施の形態２における暗電流データの更新について説明する。
【００４８】
図７は、暗電流データを更新する際の処理手順を示すフローチャートである。
【００４９】
まず、暗電流演算部２１は、撮影中か否かを判断する（Ｓ２１）。ここで、撮影中でなければ（Ｓ２１：Ｎｏ）、シャッタを閉じて固体撮像素子１１からの全画素の暗電流データを暗電流メモリ１５に書き込む（Ｓ３１）。このステップＳ３１の処理は、撮影中ではないことを確認してシャッタを閉じ、その間に暗電流メモリ１５内の全画素の暗電流データを全部書き換えて更新するものである。
【００５０】
ステップＳ２１において、撮影中であると判断された場合には（Ｓ２１：Ｙｅｓ）、続いて、撮影中のフレームにおいて垂直ブランキング期間か否かを確認する（Ｓ２２）。ここで、垂直ブランキング期間の場合には（Ｓ２２：Ｙｅｓ）、暗電流演算部２１はその間だけシャッタ閉じ（Ｓ２３）、その間に固体撮像素子１１の所定の画素における映像信号データを取得する（Ｓ２４）。
【００５１】
そして、暗電流演算部２１は、取得した所定の画素の映像信号データと、暗電流メモリ１５に記憶されている所定の画素の暗電流データとを比較して、その変化量から乗算係数を算出し、算出した係数を暗電流メモリ１５内の全画素のそれぞれの暗電流データに乗算して、新たな暗電流データを求める（Ｓ２５）。
【００５２】
続いて、暗電流演算部２１は、新たな暗電流データで暗電流メモリ１５の内容を書き換える（Ｓ２６）。その後は、ステップＳ２１へ戻り処理を繰り返し実行する。
【００５３】
以上のように、実施の形態２によれば、有効画素領域内に分散させて設定した所定の画素から暗電流データを取得して、その結果を基に全画素の暗電流データを求めるようにしたので、全画素の暗電流データを実際に測定する場合と比較して、遥かにデータ量も少なく、また、高速に暗電流データの取得を行うことができる。したがって、動画撮像において、一時的な撮像の中断による画像の不自然さを解消して、高画質な映像を得ることができる。
【００５４】
また、暗電流メモリは部分的な暗電流データのみを保持するメモリであり、実際に補正のためのデータを取得する場合には、暗電流メモリに書き込まれた暗電流データから、その都度演算によって求めることが可能なので、メモリ容量を大幅に削減することができ、従来に比べて低コスト化を図ることができる。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、撮像中の動画像に殆ど影響をあたえることなく、全画素の暗電流データを書き換えて更新することができるため、動画像撮像中においても一時的な撮像の中断による画像の不自然さが解消されて高画質な映像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１に係わる撮像装置の機能的な構成を示すブロック図。
【図２】（ａ），（ｂ）は撮影動作中における暗電流メモリへの暗電流データの書き込みタイミングを示す説明図。
【図３】実施の形態１において暗電流データを更新する際の処理手順を示すフローチャート。
【図４】実施の形態２に係わる撮像装置の機能的な構成を示すブロック図。
【図５】暗電流演算部が固体撮像素子から映像信号データを取り込む際の測定ポイントを示す説明図。
【図６】（ａ）は実際に有効画素領域内に設定した所定の画素を示す説明図、（ｂ）は（ａ）中のＢ−Ｂ線で示す１ライン上の所定の画素から取得した暗電流値と取得した暗電流値からＢ−Ｂ線１ライン分の全画素の暗電流データを演算により求めた結果を示す説明図。
【図７】実施の形態２において暗電流データの更新する際の処理手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
１１　固体撮像素子
１３　シャッタ
１５　暗電流メモリ
１７　引き算器
１９　暗電流データ制御部
２１　暗電流演算部
２７　有効画素領域
【図１】
2004120250.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2004120250.tif 000006
【図５】
2004120250.tif 000007
【図６】
2004120250.tif 000008
【図７】
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