(57)【要約】  本発明はマトリクスイメージセンサに関し、より詳細には、マトリクスの異なる個別の感応性ドットまたは画素の物理的特性の分散によって生じた空間ノイズを補正する方法に関する。画素に関連した個別の電子回路において、各画素に対して再帰的なデジタル方法を用いて、この多数の画像中の画素から得られた信号Ｓｉｊ，ｎの平均値の近似値（Ｍｉｊ，ｎ）を計算し；各画素から得られた信号を、決定された近似的な平均値および基準平均値（Ｍ０）に従って補正し、および画素に関連した回路から、補正済み信号Ｓ＊ｉｊ，ｎを送信する。【選択図】      図１
2010524286.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マトリクスイメージセンサの画素から得られた信号の処理方法であって、
−多数の連続画像中の、各画素（Ｐｉｊ）から得られた信号（Ｓｉｊ，ｎ）を収集するステップ、
−前記画素に関連した個別の電子回路において各画素に対して再帰的デジタル方法を用いて、この多数の画像中の前記画素から得られた前記信号の平均値の近似値（Ｍｉｊ）を決定するステップ、
−各画素から得られた前記信号を、前記決定された近似的な平均値および全ての前記画素に共通の基準平均値（Ｍ０）に従って瞬時的に補正するステップ、
−補正済み信号を、前記画素に関連した前記回路から送信するステップ
を含む方法。
【請求項２】
先に得られた平均値（Ｍｉｊ，ｎ−１）に、画像に対応する現在の信号（Ｓｉｊ，ｎ）の値と先行する画像から先に得られた前記平均値（Ｍｉｊ，ｎ−１）との間の偏差値の何分の一か加えることによって近似的な平均値（Ｍｉｊ，ｎ）が得られることを特徴とする請求項１に記載の処理方法。
【請求項３】
前記補正済み信号が、前記現在の信号（Ｓｉｊ，ｎ）に、前記設定平均値と前記計算された平均値（Ｍｉｊ，ｎ）との差を加えることによって得られることを特徴とする請求項１または２に記載の処理方法。
【請求項４】
前記平均偏差値の推定値（Ｚｉｊ）を再帰的に計算し、およびこの推定値を前記現在の信号（Ｓｉｊ，ｎ）に加えて、補正済み信号（Ｓ＊ｉｊ，ｎ）を得て、前記推定値の前記再帰的計算を、先に計算された推定値（Ｚｉｊ，ｎ−１）に、前記基準平均値（Ｍ０）と前記補正済み信号（Ｓ＊ｉｊ，ｎ）との間の差の何分の一かを加えることによって行うことを特徴とする請求項１に記載の処理方法。
【請求項５】
再帰的に計算された前記近似的な平均値が、前記多数の画像中の前記画素から得られた前記信号で取得された上限値と下限値との間の中央値であり、および前記画素から得られた前記信号の前記補正は、この信号に、このようにして計算された前記平均値と前記基準値（Ｍ０）との間の差を加えることを含む加算補正であることを特徴とする請求項１に記載の処理方法。
【請求項６】
前記上限値が以下のアルゴリズム：
−現在の画像に対する前記画素からの前記信号（Ｓｉｊ，ｎ）の値が前記上限値（Ｓｉｊｍａｘｃ）よりも大きい場合、前記上限値に、前記信号の値と前記限界値との間の差の何分の一かを加えて前記上限値を修正する；
−前記画素からの前記信号（Ｓｉｊ，ｎ）の値が前記限界値よりも小さい場合、前記上限値と下限値との間の差の何分の一かをこの値から減算する
によって再帰的に得られることを特徴とする請求項５に記載の処理方法。
【請求項７】
前記補正済み信号に、輝度による前記信号の変動の勾配を修正する乗算係数を含む乗算補正を適用することによって前記補正済み信号を修正し、前記乗算係数は、基準偏差値（Ｅ０）と、前記上限値と下限値との間に観察された前記偏差値との間の比であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
各画素に、画素に関連した個別のデジタル回路を含むマトリクスイメージセンサであって、この個別の回路が、多数の先行する画像中の画素から得られた信号の平均値の近似値（Ｍｉｊ，ｎ）を再帰的に計算する手段、前記決定された近似的な平均値および全ての前記画素に共通の基準平均値に従って、前記画素から得られた前記信号を補正する手段、および前記画素に関連した前記回路から補正済み信号を送信する手段を含む、マトリクスイメージセンサ。
【請求項９】
前記関連した個別の回路および前記補正される信号を供給する個別の光検出器を、画素のマトリクス内の同一の領域に配置することを特徴とする請求項８に記載のマトリクスイメージセンサ。
【請求項１０】
前記関連した個別の回路を、前記補正される信号を供給する個別の光検出器のマトリクスとは別個の、関連した回路のマトリクスに配置し、前記マトリクスの前記画素から得られた前記補正される信号を、各個々の関連した回路に個別に送信することを特徴とする請求項８に記載のマトリクスイメージセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マトリクスイメージセンサに関し、より詳細には、マトリクスの異なる個別の感応性のドットまたは画素の物理的特性の分散によって生成された空間ノイズを補正する方法に関する。空間ノイズは、赤外線イメージセンサの場合にとりわけ顕著であり、これらのセンサが、赤外線放射によって生成された電流を測定する光起電力素子を備えるセンサであるかまたは放射線によって生じた熱に起因する温度を測定するボロメトリック素子を備えるセンサであるかに関わらない。
【背景技術】
【０００２】
空間ノイズは偽像を生成し、所望の画像の質を低下させたり、あるいは使用不能にしさえもする：センサが観察したシーンが均一な平均輝度の画像であると仮定すれば、センサが不均一画像を提供することとなり、この不均一性が一定の度合いを超える場合には不適格となる；さらに、被観察画像はこの均一な輝度のレベルに依存しており、それにより、このノイズをさらに厄介なものとする。なぜなら、２つの画素の作用（ｂｅｈａｖｉｏｒ）の差は、それら画素が受ける輝度に依存するためである。
【０００３】
実際には、基準輝度レベル用に生成された信号レベルに関してだけでなく、輝度に応じた画素の応答曲線の成長勾配および全体的な表れ方（簡単に言えば：曲率）に関しても画素の作用は１つずつ異なる。
【０００４】
マトリクスセンサにおいてこのようにして生じた空間ノイズを最小限にするため、所与の輝度の均一な画像を得るために、異なる画素からの出力信号レベルを記録すること、および全ての画素に関して各画素の信号レベルを個別にオフセットさせること（一次補正）によって同一の基準値にもたらすことが既に提案されている。２つの均一輝度レベルのレベルを記録して、レベルのオフセットのみならず変動の勾配を補正することも提案されている（二次補正）。
【０００５】
これらの方法は、基準輝度を示す１つまたは２つの均一な画像に基づいた手動較正を必要とするが、これには問題がある；さらに、空間ノイズが、時間が経つにつれてドリフトすると、この較正を再び実行する必要がある。
【０００６】
最後に、多数の連続画像の観察に基づいて、画素が受像した光レベルの統計的平均および統計的分散が全ての画素で同じであると仮定することによって、収集画像のドットのそれぞれに補正計算を行うことが提案されている。これは、長い時間をかけて受像した画像が多様性を示すためである。それゆえ、時間内に受信した信号の平均を各画素に関して計算し、画素からの現在の信号の補正を、この画素に関し検出された平均値と、全ての画素に共通の基準平均値との間の偏差値に対応する値だけ現在のレベルをオフセットするように実施する。これにより、全ての信号の平均レベルを同じ基準値にする。
【０００７】
同様に、多数の画像にわたって各画素に関し分散を計算し、（この分散は、輝度による信号レベルの変動の曲線勾配の近似値をある程度表している）、かつゲイン補正を現在の信号の変動に適用する（この補正は、計算された分散と全画素に共通の基準分散との間の偏差である）。これにより、各画素の変動の勾配を同一の基準値とする。
【０００８】
この解決法は、パターンに基づいた較正を必要としないため、非常に有利である。
【０００９】
しかしながら、これらの計算を行うことは非常に面倒なことである。なぜなら、これらの計算は、多数の画像を収集し、それら全てを記憶し、この多数の画像の各画素に対して平均計算を行い、かつ各画素の分散計算を行う必要があるためである。実際には、これは、一連の事前に記憶された画像に対して高性能のコンピュータによってのみ行うことができる。撮影カメラで画像を収集しかつ直接処理することは不可能である。従って、理論上この解決法を使用してオフラインで画像を処理することはできるが、瞬間的なショット場面には全く適用できない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、この問題を克服する解決法を提案する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によれば、異なる画素の不均一な応答による空間ノイズを排除するために、マトリクスセンサの異なる画素の応答を較正する自動的な方法が提案されている。本発明による方法は、マトリクスイメージセンサの画素から得られた信号の処理方法であり、
−多数の連続画像中の各画素から得られた信号を収集するステップ、
−画素に関連した個別の電子回路において各画素に対して再帰的デジタル方法を用いて、この多数の画像中の画素から得られた信号の平均値の近似値を決定するステップ、
−各画素から得られた信号を、決定された近似的な平均値、および全ての画素に共通の基準平均値に従って瞬時的に補正するステップ、
−画素に関連した回路から、補正済み信号を送信するステップ
を含むことを特徴とする方法である。
【００１２】
再帰的デジタル方法は、１〜Ｎまで変化する第ｎ番目のＮ個の変数ｘｎの関数ＦＮ（ｘ１，ｘ２，ｘ３，．．．ｘｎ．．．．．ｘＮ）を計算する方法であり、この計算法では、開始点は、最初のｎ個の変数を使用することによりこの関数のために見出された値Ｆｎであり、および値Ｆｎ＋１は、Ｆｎと追加的な変数ｘｎ＋１との関数によってｎ＋１個の変数に対して計算されると理解されたい。
Ｆｎ＋１＝Ｒ（Ｆｎ，ｘｎ＋１）
【００１３】
このような方法は、ＦＮの計算を漸次的に行い、Ｎが大きくなっても続けることができるためＮの値によって限定されない。
【００１４】
好ましくは先に得た平均値に、画像に対応する現在の信号の値と、先行する画像から先に得られた平均値との間の偏差値の何分の一かを加えることにより、近似的な平均値を得る。
【００１５】
その後、現在の信号に、基準平均値と計算された平均値との間の差を加えることにより、補正済み信号が得られる。
【００１６】
この平均値を推定することによって、先の補正済み信号から間接的であるがなお再帰的に近似的な平均値を計算することも可能である。基準値に関連した平均値は、再帰的に決定される。換言すると、平均値と基準平均値との間の差の値を求める。このために、平均偏差の推定値が計算され、この推定値を現在の信号に加えて補正済み信号を得て、先に計算された推定値に、基準平均値と補正済み信号との間の差の何分の一かを加えることにより、推定値の再帰的計算を行う。
【００１７】
次いで、画素から得られた信号に、再帰的に計算された差を加えることにより、この信号を補正する。
【００１８】
近似的な平均値を計算する別の方法は、多数の画像中の画素から得られた信号によって取得された上限値および下限値を検出すること、これらの上限値と下限値との間の中央値を決定すること、および画素から得られた信号に、このようにして計算された近似的な平均値と基準値との間の差を加えることにより、この信号を補正することを含む。
【００１９】
この場合、上限値は、以下のアルゴリズムによって再帰的に得ることができる：
−現在の画像に関する画素からの信号の値が上限値よりも大きい場合、上限値を、信号の値とこの限界値との間の差の何分の一かを加えることにより修正する；
−画素からの信号の値が限界値よりも小さい場合、上限値と下限値との間の差の何分の一かをこの値から減算する。
【００２０】
下限値の場合、手順は対称的である。
【００２１】
上述の加算補正に加えて、画素レベルにおいて、輝度による信号の変動の勾配を修正する乗算係数を用いる乗算補正を提供することも可能である；乗算係数は、基準偏差値と、上限値と下限値との間に観察された偏差値との間の比である。
【００２２】
上記に要約した補正方法に加えて、本発明は、各画素に、画素に関連した個別のデジタル回路を含むマトリクスイメージセンサに関し、この個別の回路は、多数の先行する画像中の画素から得られた信号の平均値の近似値を再帰的に計算する手段、決定された近似的な平均値および全ての画素に共通の基準平均値に従って、画素から得られた信号を補正する手段、および画素に関連した回路から、補正済み信号を送信する手段を含む。
【００２３】
関連した個別の回路、およびこの画素用の被補正信号を供給する個別の光検出器を、画素のマトリクス内の同一の領域に配置し得る。
【００２４】
しかしながら、イメージセンサを２つの別個のマトリックスに編成することも可能であり、マトリックスの一方を撮影用とし（個別の光検出器のマトリクス）、他方を信号補正用とする（それぞれ画素に関連した個別の補正回路のマトリクス）。
【００２５】
本発明の他の特徴および利点は、以下、添付の図面を参照して詳細な説明を読むことにより明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】近似的な平均値を再帰的に計算するためのデジタル回路を示す。
【図２】平均偏差値の推定によって補正される信号に基づいて再帰的計算を行う代替的な回路を示す。
【図３】乗算補正を適用するための追加的な回路の一部を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明は、輝度の統計的な時間分布は画像の全ての画素に対して同じであるという仮定から出発する。特に、マトリクスの画素によって観測されるであろう平均的な輝度レベルは全ての画素に対して同じであるとする；同様に、極端な輝度レベル（最小および最大）も同じとなる見込みは十分にある。
【００２８】
本発明が基としている出発となる仮定が実証されている場合には、画素のそれぞれは、それぞれの平均値を計算しかつ見いだされた平均値と全ての画素に共通の基準値との間の偏差値により各信号を補正することによって、非常に満足がいくように補正され得る。例えば十分に多数の画像に対して平均値が計算されていないため、この仮定がおおよそ実証されているだけである場合には、いずれにせよ、全く手動較正を必要とせずかつ基準輝度を有する較正シーンを使用することなく、空間ノイズは著しく改善されることであろう。
【００２９】
多数の画像の画素によって平均画素を計算することは、非常に面倒な処理である。本発明は、各画像画素のレベルで計算を行うことを提案する。この計算は、単純化されかつ近似的であり、それゆえ真の平均計算ではないが、所望の目的という観点からはほぼ等価の結果を提供する；この近似計算を用いて、補正済み信号を直接かつ瞬時的に抽出するために画素レベルで補正を行う。
【００３０】
画素レベルでの計算および補正は、技術的に可能な検出マトリクス自体（画素に関連した電子計算回路は、画素の光検出素子のごく近傍にある）においてか、または光検出素子のマトリクスに画素毎にリンクした関連する回路のマトリクスにおいてのいずれかで行うことができる。この第２の場合では、回路行列における第ｉ，ｊ番目の関連する計算回路は、検出マトリクスの第ｉ，ｊ番目の光検出素子から補正すべき信号を受信し、およびセンサ外に補正済み信号を供給する；回路ハイブリッド形成技術により、この関連付けが可能となる。どちらの場合も、光検出器から得られた信号を、完全な画像に対応する一連の信号の、各行毎の外部送信の前に補正する。
【００３１】
画素からの信号の時間的平均による加算補正
本発明を、まず、空間ノイズ補正が信号基準レベル補正のみを含み、各画素からの信号を補正して、全画素が平均輝度レベルに関して（補正後に）同一の信号レベルを提供するようにする単純な例で説明する。これが加算補正である：画素が受信した信号を補正するために、補正値が系統的に加算されるかまたは減算される。
【００３２】
Ｓｉｊ，ｎは、一連の連続画像のｎ番目の画像中の第ｉ番目の行、第ｊ番目の列の画素Ｐｉｊから得られた信号レベルを意味する。
【００３３】
画素Ｐｉｊによって供給された信号レベルの（近似的な）平均値Ｍｉｊを、一連のＮ個の画像に関して計算し、かつこれを使用して信号Ｓｉｊ，ｎの値を補正し、補正値Ｓ＊ｉｊ，ｎをユーザに供給する。
【００３４】
各新しい画像毎に平均値Ｍｉｊを再計算する。この平均値が、この画像または次の画像に対して、画素から得られた信号を補正するために使用される。
【００３５】
信号Ｓｉｊ，ｎに適用される補正は、平均値Ｍｉｊと全ての画素に共通の基準値Ｍ０との間の偏差値を減算することである。それゆえ、補正は以下の通りになる：Ｓ＊ｉｊ，ｎ＝Ｓｉｊ，ｎ＋Ｍ０−Ｍｉｊ。
【００３６】
従って、画素が、他の全ての画素が供給する信号の統計的平均値Ｍ０と等しくない平均値Ｍｉｊの信号を統計的に供給する場合には、それでもこの画素は他の全ての画素と同じ平均輝度を統計的に受けており、それゆえ、感度が異なるために異なる信号を供給するのであると考えられる。この信号は、そこから偏差値Ｍｉｊ−Ｍ０を減算することによって系統的に補正される。
【００３７】
平均値Ｍｉｊを得るための再帰的計算
非常に多数のサンプルに対して平均値Ｍｉｊを計算することは容易ではない。なぜなら、それは、Ｎ個のサンプルの合計を計算し、この合計をＮで割ることを伴うからである；新しい画像毎に、最も古いサンプルを消去し、新しいサンプルに置き換える（受信した最終のＮ個のサンプルのスライディング平均値（ｓｌｉｄｉｎｇ  ａｖｅｒａｇｅ）を与える）；この計算は、Ｎが大きいと一層面倒である；しかしながら、本発明がうまくいくためには、Ｎは大きい必要がある。
【００３８】
Ｎの値に関わらず非常に良好な近似的な平均値を瞬時的に得るために、再帰的手順を使用する：ｎ−１個の一連の画像が受信されたときに、平均値Ｍｉｊ，ｎ−１を先に計算してから、新しい平均値Ｍｉｊ，ｎを、ｎ番目の画像で受信された信号Ｓｉｊ，ｎの値と平均値Ｍｉｊ，ｎ−１との間の偏差値の何分の一かのみを先に計算された古い平均値に加えることによって、この信号Ｓｉｊ，ｎの値から計算する。
Ｍｉｊ，ｎ＝Ｍｉｊ，ｎ−１＋（Ｓｉｊ，ｎ−Ｍｉｊ，ｎ−１）／Ａ
【００３９】
信号Ｓｉｊ，ｎを補正するために使用される平均値Ｍｉｊは、最後に記憶された平均値Ｍｉｊ，ｎであるが、先の平均値Ｍｉｊ，ｎ−１ともし得る。
【００４０】
Ａは、ある意味では平均値が関係するサンプル数を表す任意の数である。実際には、数Ａが大きいほど、再帰的平均値が、より多数のサンプル数とより一層関係すると考えられる；この理由は以下の通りである；Ａが大きいと、まさに平均値が非常に多数のサンプルに関係する場合のように、平均値と非常に異なる信号の受信が、ほとんどその平均値に反映されない。逆に、Ａが小さいと、まさに、まるで平均値が少数のサンプルに関係しているかのように、平均値とは異なるサンプルが平均値に強く反映される。
【００４１】
それゆえ、本発明を実施するためには、より大きな数では平均値が一層近似されることから、大きな数のＡを使用することが非常に有利である；唯一の欠点は、開始の際に平均値がゆっくりと確立されることである。それゆえ、カメラで前もって取得された画像の全てが、空間ノイズを補正するために使用され、新しい各画像が平均値に与える影響はわずかである。過去の補正済み信号が有する影響は、最新の測定値から減少しかつ最も古い測定値に対するゼロに向かう指数関数的重み付けの法則（ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ  ｗｅｉｇｈｉｎｇ  ｌａｗ）により、時間が経つにつれて減少する。
【００４２】
このようにして計算された再帰的平均値Ｍｉｊは、真の平均値ではないが、一種のデジタル低域フィルタリングの結果であり、その結果は平均値と同等であることを表しており、空間ノイズ補正のための平均値として同じ目的を果たすことを理解されたい。
【００４３】
数Ａは２の累乗値である。２の累乗値で割ることがビットの位を単純にシフトすることからなることを踏まえれば、電子デジタル計算回路において信号を２の累乗で割ることは特に簡単であるためである。
【００４４】
一般に、数Ａは２８〜２１４のオーダーであり得る。２１２である場合、および画像速度が毎秒５０画像である場合、平均値を確立するための時定数は１分より少し長い。
【００４５】
再帰的計算を実際に実行する際には、再帰的計算レジスタは、数Ａ＝２ｐによる除算があるため、和Ｓｉｊ，ｎ＋（Ｓｉｊ，ｎ−Ｍｉｊ，ｎ−１）／２ｐを正確に計算可能とするための十分なビット数を含む必要があるが、画素Ｓ＊ｉｊ，ｎ＝Ｓｉｊ，ｎ＋（Ｍｉｊ−Ｍ０）からの信号の補正は、平均値を含むレジスタの上位のビットのみを使用することを理解されたい。換言すると、例えば画素から得られた信号が１３ビットに符号化されると、平均値も、１３ビットに符号化されて補正に使用されるが、この平均値の計算は、より多数のビットを有するレジスタによってなされ（Ａが大きい時にはなおさらである）、そうでなければ、再帰的計算は非常に不正確なものとなる。
【００４６】
平均値Ｍｉｊの再帰的計算の実行
図１に、撮影マトリクスの１画素Ｐｉｊに関連した個別の回路を示すが、この回路は、この画素から得られた信号を、多数の画像にわたるこの画素から得られた信号の近似的な平均値から補正することができる。この回路は、上述のデジタル式の再帰的計算を行う。回路数は画素と同数である。
【００４７】
画素Ｐｉｊから得られ、かつｎ番目の画像に対応するデジタル化された信号Ｓｉｊ，ｎは、入力レジスタＲ０に含まれる。補正済み信号Ｓ＊ｉｊ，ｎは出力バスＢＳを介して出力される。
【００４８】
信号Ｓｉｊ，ｎの値を２ｐで除算する。例えば、レジスタＲ０からの出力をレジスタＲ１へ供給して、その機能により、レジスタＲ０からの出力ビットをｐポジションだけ右側へオフセットさせる。これは２ｐによる除算に等しい。数ｐは、Ａ＝２ｐ（Ａは上述の再帰的計算に使用された数量である）である。
【００４９】
レジスタＲ１からの出力は加算器ＡＤＤ１の第１の入力端から加えられる。このｐビット分のオフセットの結果、この入力によって加算器に与えられた最下位ビットが信号Ｓｉｊ，ｎのビットのｐ＋１の位のビットとなる。加算器は、この入力端で値Ｓｉｊ，ｎ／２ｐを受信する。
【００５０】
加算器ＡＤＤ１はまた、平均値レジスタＲＭに現在存在する値Ｍｉｊ，ｎ−１も受信し、さらに、この同じ値を２ｐで除算したものも受信する。加算器ＡＤＤ１は、上述の説明に従って加算Ｍｉｊ，ｎ＝Ｍｉｊ，ｎ−１＋（Ｓｉｊ，ｎ−Ｍｉｊ，ｎ−１）／２ｐを行う。換言すると、平均値Ｍｉｊに、現在の信号と先の平均値との間の差を２ｐで割ったものを加算することにより、平均値Ｍｉｊを更新する。
【００５１】
値Ｍｉｊ，ｎ−１／２ｐを得るために、レジスタＲ２をレジスタＲ１と同様に、レジスタＲＭの出力側に配置することができる；レジスタＲ２は、ＲＭから得た内容を記憶するが、ｐビットだけ右側にオフセットされている；この結果、平均値Ｍｉｊ，ｎ−１のｐ＋１の位のビットとなり、これは、加算器に加えられる下位のビットとなる。ここでも、Ｍｉｊ，ｎ−１を２ｐで割ることとなる。
【００５２】
レジスタＲ２の出力側において、値Ｍｉｊ，ｎ−１／２ｐから反転した値−Ｍｉｊ，ｎ−１／２ｐを生じるデジタルインバータを配置することが可能である。デジタルによる反転は１の補数に基づいてなされ、これは非常に簡単に行える。
【００５３】
加算器ＡＤＤ１の詳細は示していない；なぜなら、３つの値が加えられ、２つの直列配置された個別の加算器が理論上必要とされるからである。
【００５４】
平均値レジスタＲＭは、新しい各画像が新しい値Ｍｉｊ，ｎを取得すると再度更新される。それゆえ、平均値レジスタＲＭは更新入力端ＡＣＴを含む。更新は、例えば、画像露光時間の終わりに全画素に対して同時に行われる。更新後、平均値レジスタＲＭは、信号Ｓｉｊ，ｎを補正するために使用できる平均値Ｍｉｊを含む。
【００５５】
補正は、第２の加算器ＡＤＤ２において行う。この加算器は、レジスタＲＭからの出力である補正されていない信号Ｓｉｊ，ｎ、および全ての画素に共通の平均設定値Ｍ０を受信し、かつ以下の式の加算を行う。
Ｓ＊ｉｊ，ｎ＝Ｓｉｊ，ｎ＋Ｍ０−Ｍｉｊ，ｎ
【００５６】
次いで、加算器ＡＤＤ２は加算および減算を行う。ここでも、従来減算は、減算される値の２の補数を加算することからなる。レジスタＲＭと加算器との間にインバータがあり、平均値Ｍｉｊの反転した値が加算されるべきであることを示す。
【００５７】
加算した結果すなわち補正済み信号Ｓ＊ｉｊ，ｎが、アドレスバスによって制御されるマルチプレクサＭＵＸを経て加算器ＡＤＤ２により供給される。補正済み信号は、画素ＰｉｊのアドレスＡＤＲｉｊがアドレスバスを介して入力されるときにのみ、送信される。マルチプレクサは、各画素に対応する連続信号を出力バスＢＳ上で直列にする処理を行う。
【００５８】
この再帰的平均計算法は、加算器ＡＤＤ１およびレジスタＲＭが、信号のバイナリ解像度および現在の信号を補正するために計算の最後に使用される平均のバイナリ解像度よりも大きいバイナリ解像度を有する値を加算することができることを求めることに留意されたい。実際には、Ｍｉｊを計算するために、（Ｓｉｊ−Ｍｉｊ）／２ｐである小さな値が現在の値Ｍｉｊに加えられる必要があり、この小さな値が信号の精度よりも高い精度で計算されていなければ、再帰的計算は意味をなさない。
【００５９】
このため、レジスタＲＭの出力が上位のバスおよび下位のバスの形式で表しており、およびこの２つのバスが加算器ＡＤＤ１の入力端に供給されるのである。しかしながら、上位のバスのみが第２の加算器ＡＤＤ２に供給され、この第２の加算器ＡＤＤ２が、受信信号の解像度を有するがより高い解像度ではない入力を受信する。
【００６０】
補正済み信号Ｓ＊ｉｊ，ｎの平均値の計算の実施
画素から得られた信号の平均値Ｍｉｊを所望の共通の平均値Ｍ０と比較して信号を補正し、補正済み信号が、Ｍ０に可能な限り近い平均値を有するようにするために、平均値Ｍｉｊを計算するのではなく、全ての画素に関してＭ０に等しいはずの補正済み信号の平均値を分析し、かつこの平均値がＭ０からはずれない方向に補正を計算することも可能である。再帰的平均計算法では、受信信号からではなく補正済み信号から間接的にこの差を確立するほうが単純である場合がある；この場合、再帰的計算は、推定平均偏差値をレジスタに記憶することによって、およびこの偏差値を、補正済み信号の平均値の方へＭ０を傾ける方向へ漸次的に補正することによってなされる。レジスタに記憶された推定偏差値から、補正済み信号の値と平均値Ｍ０との間の差のほんの何分の一かを減算することによってなされる。
【００６１】
これは、図２の実施形態においてなされることである。図示の回路は画素Ｐｉｊに関連するものであり、これと同様に、回路数は画素数と同じである。
【００６２】
図１のように、画素から得られた信号Ｓｉｊ，ｎは入力レジスタＲ０を介して入力され、および補正済み信号Ｓ＊ｉｊ，ｎはマルチプレクサＭＵＸを介して出力バスＢＳに送られる。マルチプレクサはアドレスバスによって制御されて、この画素のアドレスＡＤＲｉｊがマルチプレクサに供給される場合にのみ、画素Ｐｉｊに対応する信号Ｓ＊ｉｊ，ｎを送信する。
【００６３】
信号Ｓｉｊ，ｎのバイナリ解像度よりも細かい解像度を有するレジスタＲＺを使用して、平均偏差値の推定値Ｚｉｊを新しい各画像に確立しかつ記憶する。図１の実施形態と比較するならば、この値Ｚｉｊは、信号Ｓｉｊ，ｎの平均値を実数値Ｍｉｊから基準値Ｍ０へ変更するために信号Ｓｉｊ，ｎに適用されるべき補正量を表す。
【００６４】
さらに正確に言えば、Ｚｉｊに関する再帰的演算は、先の推定値Ｚｉｊ，ｎ−１から、補正済み信号とこの補正済み信号Ｓ＊ｉｊの平均値に対する所望の値Ｍ０との間の差のほんの何分の一かすなわち１／Ａを減算することによって、ｎ番目の画像に新しい推定値Ｚｉｊ，ｎを得ることにある。
【００６５】
それゆえ再帰方程式は、Ａ＝１／２ｐの場合、以下の通りである：
Ｚｉｊ，ｎ＝Ｚｉｊ，ｎ−１＋Ｍ０／２ｐ−Ｓ＊ｉｊ，ｎ／２ｐ
この推定偏差値は、漸次的にＭ０−Ｍｉｊの方へ向かい、かつそこで安定し、ｐが増大するにつれてフィルタリング時定数は全て長くなる。
【００６６】
それゆえ、信号Ｓｉｊの補正は、信号に、補正されていない信号の平均値と補正済み信号の所望の平均値との間の偏差値を表す値Ｚｉｊを加算することにある。
【００６７】
それゆえ、図２に示す図は、再帰的計算を確立するための加算器ＡＤＤ１および補正済み信号を確立するための加算器ＡＤＤ２を含む。
【００６８】
加算器ＡＤＤ２は、一方では、レジスタＲ０から得られた信号Ｓｉｊ，ｎを、他方では、レジスタＲＺからの出力（信号Ｓｉｊと同じ解像度に対応する上位の出力のみであり、再帰的加算を行うためにのみ使用される下位の出力ではない）を受信する。
【００６９】
加算器ＡＤＤ１は３つの入力を受信する：
−レジスタＲＺからの出力（上位および下位）
−レジスタＲ３からの出力であって、値Ｍ０／２ｐ、すなわち、値Ｍ０を含むが、レジスタに供給される前にｐビットだけ右側にオフセットされている出力、および
−レジスタＲ４からの出力であって、値−Ｓ＊ｉｊ，ｎ／２ｐ、すなわち、補正済み信号Ｓ＊ｉｊ，ｎの反転した信号であるがｐビットだけ右側にオフセットされている出力。
【００７０】
インバータを、加算器ＡＤＤ２を出る信号Ｓ＊ｉｊ，ｎとレジスタＲ４との間に記号で示す。これは、信号Ｓ＊ｉｊ，ｎの反転信号−Ｓ＊ｉｊ，ｎの計算を伴う演算を行う。
【００７１】
図１に示すように、レジスタＲＺは、更新信号ＡＣＴによって制御され、例えば露光時間の最後に全ての画素が一度に起動される。
【００７２】
極値間の中央値による加算補正
画素から得られた信号の補正を計算する別の方法は、Ｎ個の連続画像の受像中に画素が受光した２つの輝度の極値間の平均値を、全ての画素に共通の理論的設定値Ｍ０と比較することにある。
【００７３】
それゆえ、画素が供給しかつ平均輝度レベルを表す平均信号レベルは、画素が受光した最も弱い信号と、その画素が受光した最も強い信号との間の和の半分であることが考慮される。同様に、本発明によれば、全ての画素は、少なくとも一度は、全ての画素で同じである非常に弱い輝度レベル、および全ての画素で同じである非常に高い輝度レベルを受光する必要があることも考慮される；これらの輝度の和の半分は、全ての画素で同じであるべき平均輝度レベルを表すことも考慮される。
【００７４】
それゆえ、近似的ではあるが有利な、提案の補正は、画素によって供給された最も弱い信号Ｓｉｊｍｉｎと最も強い信号レベルＳｉｊｍａｘとの和の半分が、全ての画素に同一の基準値Ｍ０であるべきであることを考慮することにある。そうでない場合には、受信信号から、観察された和の半分と基準値Ｍ０との差を減算することで加算補正を行う。
【００７５】
そこで、補正済み信号は
Ｓ＊ｉｊ，ｎ＝Ｓｉｊ，ｎ＋Ｍ０−（Ｓｉｊｍｉｎ＋Ｓｉｊｍａｘ）／２
である。最小値および最大値は再帰的計算から得られるので、この計算は、各画素に関連した小回路において行うことができる。
【００７６】
画素が受信した信号の最小値および最大値の評価は、単に受信信号の値を最小値レジスタおよび最大値レジスタの値と比較することによって行うことができる。信号の値が最小値レジスタの内容よりも小さい場合には、レジスタの内容を信号の値で置き換える；そうでない場合には、レジスタに変更は加えられない。信号の値が最大値レジスタの内容よりも大きい場合には、レジスタの内容を信号の値で置き換える；そうでない場合には、レジスタに変更は加えられない。
【００７７】
しかしながら、以下に示すように、検出された最小値または最大値に対する異常ドット（ａｂｅｒｒａｎｔ  ｄｏｔ）の影響を最小限にするより高度な再帰的計算を行うことが好ましいだろう。同様に、記憶された極値が、各画素に対して自然に漸次的に互いに近づくようにすること、これらの異常ドットを考慮すること、および漸次的なずれ、温度変化などを考慮することが好ましいだろう。
【００７８】
以下の計算は、これを考慮するための、再帰的計算を行い、かつ真の極値の代わりに補正された極値を記憶することが可能な方法を示す。
【００７９】
補正された極値の再帰的計算
画素が受信した信号の最大値に関する計算を示す。同一の計算を最小値に対して行うことができる。
【００８０】
Ｓｉｊｍａｘｃは、レジスタに記憶されかつ検出され得る真の極値Ｓｉｊｍａｘの代わりに現在の信号を補正するために使用される、補正された極値を示す。同様に、Ｓｉｊｍｉｎｃは、別のレジスタに記憶された補正された、最小極値である。
【００８１】
画像の現在の信号Ｓｉｊ，ｎが、記憶された値よりも大きい場合には、記憶された値を修正して、記憶された値に、真の極値を記憶すること目的とした場合に行われるように現在の値と記憶された値との間の差の全てではなく、この差の何分の一か、すなわち１／Ｂを加える。値Ｂは、上記に定義した数Ａの値と同様の基準を満たす：異常ドットの影響を排除するには十分大きいが、最初は過度に大きすぎる確立（ｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔ）時定数を生じないほどには大きくない。Ｂは一般に１〜２８の間の値から選択できる。
【００８２】
しかしながら、現在の信号が、記憶された値よりも小さい場合には、レジスタの内容から小さな値（好ましくは値（Ｓｉｊｍａｘｃ−Ｓｉｊｍｉｎｃ）／Ａ）が引かれるので、極めて稀にしかその値のオーバーシュートが発生しないと、レジスタの内容は漸次的に減少する。値Ａは、再帰的平均値計算に関して上述したものと同じとし得る：一般に２８〜２１４の間の値である。
【００８３】
それゆえ、異常ドットの影響が限定的であり、そのため、高い値が十分しばしば再生される場合のみ、記憶する最大値を最終的に確定する。そうでなければ、記憶された極値はゆっくりと減少する（５０画像／秒でＡが２１２〜２１４に等しい場合、数分の時定数）。
【００８４】
それゆえ、レジスタの内容は、検出された極値の真の値を示してはいないが、画素によって十分しばしば入力されならびに固定画像ノイズを補正しかつ排除するために使用するのに申し分ない一種の再発性の高い値を示す。
【００８５】
同様に、低い値のレジスタは、画素によって十分しばしば入力される一種の再発性の低い値を含み得る。
【００８６】
これら高い値Ｓｉｊｍａｘおよび低い値Ｓｉｊｍｉｎｃは、全ての画素に対して同じ計算によって得られるため、統計的に、真の極値の代わりに画素の分散を補正するための基礎として供し得ることを理解されたい。
【００８７】
次に、画素の補正は以下の式を適用することにある：
Ｓ＊ｉｊ，ｎ＝Ｓｉｊ，ｎ＋Ｍ０−（Ｓｉｊｍｉｎｃ＋Ｓｉｊｍａｘｃ）／２
【００８８】
輝度勾配偏差による乗算（Ｍｕｌｔｉｐｌｉｃａｔｉｖｅ）補正
時間分布の平均に加えて、画素から得られた信号の時間分布の第２の統計的特性を使用することを提供し得る。具体的には、ここで、乗算補正を信号の値に適用する試みを行うことが可能である。この乗算補正は、好ましくは、平均値による信号の加算補正の後に、ゲインＧｉｊを、画素Ｐｉｊからの補正済み信号に、またはより正確には、補正済み信号Ｓ＊ｉｊと所望の平均値Ｍ０との間の差に適用することにより行う。
【００８９】
それゆえ、補正済み信号Ｓ＊ｉｊ，ｎが現在の信号から、式Ｓ＊ｉｊ，ｎ＝Ｓｉｊ，ｎ＋Ｍ０−Ｍｉｊを使用して確立されると、ここで、以下のように二重補正された信号Ｓ＊＊ｉｊ，ｎが確立される。
（Ｓ＊＊ｉｊ，ｎ−Ｍ０）＝Ｇｉｊ．（Ｓ＊ｉｊ，ｎ−Ｍ０）
上記式は、一般的に与えられる。信号が、ゼロに等しいと定義された、平均値Ｍ０を中心として正および負に符号化されると、この演算は、ゲインＧｉｊによる信号の単純な乗算である。しかしながら、平均値Ｍ０がゼロ基準でない場合には、完全な式を使用する必要があり、この信号Ｓ＊ｉｊの乗算補正は当然のことながら、Ｍ０［１−Ｇｉｊ］に等しい付加的な項も含む。
【００９０】
適用されるゲインＧｉｊは、輝度による信号のばらつきの平均的勾配を観察することから計算される。画素が異なる変動の勾配を有する場合には、個々の画素の特定の機能にリンクした固定ノイズパターンがある。それゆえ、平均的勾配を決定すること、基準勾配に対するその偏差を決定すること、および所望の勾配と観察された実際の勾配との間の比に対応するゲインを適用することによって信号を補正することが望ましい。
【００９１】
所望の勾配および観察された勾配は主に２つの方法によって決定できる：
−極値Ｓｉｊｍａｘ−Ｓｉｊｍｉｎの間の偏差値、またはさらに補正された極値Ｓｉｊｍａｘｃ−Ｓｉｊｍｉｎｃの間の偏差値を観察すること（値ＳｉｊｍａｘｃおよびＳｉｊｍｉｎｃは、上述の「補正された極値の計算」と題したセクションにおいて上述したように計算される）、あるいは
−多数の画像中の画素から得られた信号の標準偏差値を観察すること。
【００９２】
これら２つの方法では、観察された偏差値がＥｉｊでありおよび理論的に設定した偏差値がＥ０である（全ての画素で同じ）場合、適用されるゲインはＥ０／Ｅｉｊである。
【００９３】
図３に、図１（または図２）の加算器ＡＤＤ２と、信号Ｓ＊ｉｊ，ｎの乗算補正から信号Ｓ＊＊ｉｊ，ｎを確立するマルチプレクサＭＵＸとの間に挿入された関連する回路図を示す。除算器ＤＩＶは除算Ｅ０／Ｅｉｊを行う。乗算器ＭＵＬＴは、その結果に量（Ｓ＊ｉｊ，ｎ−Ｍ０）を乗算する。加算器ＡＤＤｅは、後者の量を生じ、加算器ＡＤＤｆは、Ｍ０に乗算した結果を加えて、補正済み信号Ｓ＊＊ｉｊ，ｎを生じる。
【００９４】
以下の段落は、２つの方法を使用して、画素に関連した電子回路において値Ｅｉｊを決定する方法について述べる。
【００９５】
標準偏差値の推定からの勾配偏差値の計算
標準偏差値は分散値Ｖｉｊの平方根であり、および画素Ｐｉｊから得られた信号の分散値は、信号の値とその平均値Ｍｉｊとの間の偏差値の二乗平均平方根であることを思い出されたい。分散値は、信号の二乗平均平方根と信号の単純平均の平方との間の偏差値でもある。
【００９６】
画素に関連した小回路における真の分散値または真の標準偏差値を計算することは容易ではない。しかしながら、平均値推定に使用したものと類似の再帰的な方法を行うことによって近似値を見出すことができる。
【００９７】
分散値の再帰的計算は以下の通りとし得る：
再帰的平均値Ｍｉｊを上述の通り計算する。平方の平均も、この同じ方法によって計算し、現在の信号Ｓｉｊ，ｎの値を、この信号（Ｓｉｊ，ｎ）２の平方によって置き換える。
【００９８】
そこで平方の平均値はＱｉｊであり、これは再帰によって得られる。
Ｑｉｊ，ｎ＝Ｑｉｊ，ｎ−１＋［（Ｓｉｊ，ｎ）２−Ｑｉｊ，ｎ−１］／Ａ
Ａは、単純平均値Ｍｉｊの計算と同じ値を有し得る。
【００９９】
次に分散値は以下の通りである。
Ｖｉｊ＝Ｑｉｊ−（Ｍｉｊ）２
ここで、Ｑｉｊは、平方の平均用に得られた最終値である。
【０１００】
標準偏差値Ｅｉｊを、平方根を決定するために行われることが多い逐次近似によって得ることができる：Ｅｉｊは、Ｖｉｊ２＝Ｅｉｊとなる数である。
【０１０１】
値ＱｉｊおよびＭｉｊ２は、信号の振幅を１２の有用なビットで符号化する場合、少なくとも２４ビットで符号化された正の値であるが、再帰的方法が数Ａを使用するため、より大きな数のビットを有するレジスタから生成される必要があり、そうでければ、再帰的方法が上手く働かない。
【０１０２】
これらの計算を、図１および２におけるように、２の乗数により加算、減算および除算する能力のみならず、乗算する（２の累乗により増加させる）能力も有する回路によって実行する。
【０１０３】
標準偏差値を最小のフロア値（ｂｏｔｔｏｍ  ｆｌｏｏｒ  ｖａｌｕｅ）に限定する（換言すると、標準偏差値がある値未満にならない）ことが望ましいことに留意されたい。こうしない限り、輝度による信号変動勾配が特に小さい画素の場合に、適用されるゲインが高くなりすぎる危険性が生じる。
【０１０４】
そこで、加算的および乗算的に二重に補正された信号は、
Ｓ＊＊ｉｊ，ｎ＝（Ｅ０／Ｅｉｊ）．Ｓ＊ｉｊ，ｎ＋［１−（Ｅ０／Ｅｉｊ）］．Ｍ０
であるので、
Ｓ＊＊ｉｊ，ｎ＝（Ｅ０／Ｅｉｊ）［Ｓｉｊ，ｎ＋Ｍ０−Ｍｉｊ］＋［１−（Ｅ０／Ｅｉｊ）］．Ｍ０
であるか、または
Ｓ＊＊ｉｊ，ｎ＝（Ｅ０／Ｅｉｊ）．Ｓｉｊ，ｎ−（Ｅ０／Ｅｉｊ）．Ｍｉｊ＋Ｍ０
である。
【０１０５】
当然のことながら、画素から得られた信号Ｓｉｊ，ｎにゲインＥ０／Ｅｉｊを直接乗算することにより乗算補正演算および加算補正演算を逆にすることも可能である。この場合、単一の加算補正はＭ０−（Ｅ０／Ｅｉｊ）．Ｍｉｊに等しくなることを理解されたい。
【０１０６】
ここで、画素に関連した回路は、加算および減算のみならず乗算および除算も行うために必要な要素を含む。
【０１０７】
極値間の偏差値の推定値からの勾配偏差値の計算
（唯一ではないが）特に、平均偏差値を補正する加算補正を確立するために極値間の偏差値を決定することから近似的な平均値を得る場合、この偏差値の知識を利用して乗算補正を行うことを考慮することが可能である。実際には、この偏差値はまた、輝度による変動の勾配を表すものでもある：一定数の画像後に全画素が統計的に同じ極値の輝度を示すはずのときに、２つの画素間で偏差値が変化する場合、これは、輝度によるそれらの変動の勾配が同じでないことを意味する。
【０１０８】
適用する加算補正および乗算補正の計算式は、先のセクションと同じである：
Ｓ＊ｉｊ，ｎ＝（Ｅ０／Ｅｉｊ）．Ｓｉｊ，ｎ−（Ｅ０／Ｅｉｊ）．Ｍｉｊ＋Ｍ０
標準偏差値Ｅｉｊを、極値間の偏差値Ｓｉｊｍａｘ−Ｓｉｊｍｉｎでまたは補正された極値間の偏差値Ｓｉｊｍａｘｃ−Ｓｉｊｍｉｎｃによって、置き換えることによって、値ＳｉｊｍａｘｃおよびＳｉｊｍｉｎｃを、上述の「補正された極値の計算」と題したセクションにおいて上述したように計算する。
【０１０９】
当然のことながら、基準標準偏差値Ｅ０を基準極値間の偏差値によって置き換える必要がある。
【０１１０】
ここでも、（補正されたまたは補正されていない）極値間の偏差値にフロア値を与えることが望ましいであろう。換言すると、観察された（補正されたまたは補正されていない）偏差が小さすぎる場合、ゲイン計算を行うためにフロア値で置き換える。これにより、輝度による信号変動の勾配が小さすぎる画素に適用するゲインを大きくしすぎることを回避する。
【０１１１】
極値間の中央値からの乗算補正
補正済み信号Ｓ＊＊ｉｊ，ｎ＝（Ｅ０／Ｅｉｊ）．Ｓｉｊ，ｎ−（Ｅ０／Ｅｉｊ）．Ｍｉｊ＋Ｍ０となる加算補正および乗算補正の組み合わせでは、平均値Ｍｉｊが、図１および２に示す方式による直接的な再帰的計算から得られた平均値であることを考慮した。しかしながら、単純な加算補正で行われたように、極値間の中央値で置き換えることができる：「極値間の中央値による加算補正」と題した上述のセクションを参照されたい。当然のことながら、真の極値ではなく、補正された極値を使用することも可能である。
【０１１２】
画素レベルにおける補正の実行
図１および２の図は、デジタル式に補正するために、補正される信号Ｓｉｊが入力レジスタＲ０にデジタル形式で入力することを前提としている。このデジタル信号は、光検出器から得られた電流またはアナログ電圧の、画素または画素に関連した補正回路におけるアナログ−デジタル変換から発生し得る。
【０１１３】
ハイブリッド回路構成によって、例えば、あるチップ上のある感光性画素を別のチップの電子的処理回路に対面させてそれを行うことができる。これらチップを前後に配置するため、画素とその関連した計算回路との間に直接的な電気的接続が確立される。技術的に可能であるが、画素自体においてアナログ−デジタル変換、および補正計算の双方を行うことも想定可能である。ただし、これは、各画素に割り当てられた利用可能なスペースに電子補正計算回路を収容できるスペースが十分にあることを条件とする。
【０１１４】
画素から得られたデジタル信号はまた、電荷量またはパルス量を直接デジタルカウントすることによっても得られる：例えば、照明に比例する周波数を有するパルスに変換される電荷電流を供給する光検出素子を作製できる。画素にあるカウンタは、露光時間中のパルスをカウントするので、カウンタの内容は、直接デジタル形式で、露光時間中に受光した照明量を示す。関連した補正回路によって補正される、画素から得られた信号Ｓｉｊを構成するのはこの内容である。図１および２のレジスタＲ０は、まさにこのカウンタである。
【０１１５】
図２のレジスタＲ０および加算器ＡＤＤ２を、照明量をカウントする単一のカウンタで置き換えることも可能である：カウンタの内容は、測定開始時に値Ｚｉｊとしてロードされ、次いで、露光時間の終わりまで光検出器からの電流に比例する、光線をカウントするパルスによって増加される。最後に、カウンタの内容に、所望の加算を行う。
Ｓ＊ｉｊ，ｎ＝Ｓｉｊ，ｎ＋Ｚｉｊ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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2010524286.tif 000007
2010524286.tif 000008
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