(57)【要約】【課題】  非線形性の温度特性が大きい場合でも撮像素子の出力の非線形性を使用時の温度に対応して正確に補正し、特に複数の出力端を持つ撮像素子の出力の非線形性を使用時の温度に合わせて補正することにより、リニアリティの揃った画像信号をより幅広い温度範囲で得ることを可能とする。【解決手段】  温度センサ213から得た撮影時におけるＣＣＤエリアセンサ205の温度と記憶手段223，225に記憶されている基準補正値とから、当該撮影時におけるＣＣＤエリアセンサ205の温度に適した実補正値を算出する第２の計算手段227，229とを含み、第２の計算手段227，229により算出された実補正値を、加算手段231，233により出力端子235，237からの画像信号に加算し、映像を合成する。【選択図】  図１
2005064730.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画像信号から映像を合成する撮像装置であって、
前記各画像信号を出力するための複数の出力端子を有する撮像素子と、
前記撮像素子の温度を測定する温度測定手段と、
前記出力端子からの前記画像信号の非線形性を複数の温度について測定する非線形性測定手段と、
前記非線形性測定手段で測定した前記画像信号の非線形性を補正するための基準補正値を算出する第１の計算手段と、
前記第１の計算手段により算出された前記基準補正値を記憶しておく記憶手段と、
前記補正値を前記出力端子からの前記画像信号に加算する加算手段と、
前記温度測定手段から得た撮影時における前記撮像素子の温度と前記記憶手段に記憶されている前記基準補正値とから、当該撮影時における前記撮像素子の温度に適した実補正値を算出する第２の計算手段と
を含み、
前記第２の計算手段により算出された前記実補正値を、前記加算手段により前記出力端子からの前記画像信号に加算し、映像を合成することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記第２の計算手段は、前記撮影時の前記撮像素子の温度における前記実補正値を直線補間値として算出することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記第２の計算手段は、前記撮影時の前記撮像素子の温度における前記実補正値を、直線補間を含む多項式から算出することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記温度測定手段は、前記撮像素子の温度測定専用のものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記温度測定手段は、前記撮像素子の近傍に設けられており、前記撮像素子の温度とみなせる温度を測定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記撮像素子の近傍にズームユニットが設けられており、前記温度測定手段は前記撮像素子と前記ズームユニットとの共通の温度を測定できることを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記撮像素子はＣＣＤデバイスであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項８】
画像信号を出力するための出力端子を有する撮像素子と、
前記撮像素子の温度を測定する温度測定手段と、
前記出力端子からの前記画像信号の非線形性を複数の温度について測定する非線形性測定手段と、
前記非線形性測定手段で測定した前記画像信号の非線形性を補正するための基準補正値を算出する第１の計算手段と、
前記第１の計算手段により算出された前記基準補正値を記憶しておく記憶手段と、
前記補正値を前記出力端子からの前記画像信号に加算する加算手段と、
前記温度測定手段から得た撮影時における前記撮像素子の温度と前記記憶手段に記憶されている前記基準補正値とから、当該撮影時における前記撮像素子の温度に適した実補正値を算出する第２の計算手段と
を含み、
前記第２の計算手段により算出された前記実補正値を、前記加算手段により前記出力端子からの前記画像信号に加算することを特徴とする撮像装置。
【請求項９】
前記第２の計算手段は、前記撮影時の前記撮像素子の温度における前記実補正値を直線補間値として算出することを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記第２の計算手段は、前記撮影時の前記撮像素子の温度における前記実補正値を、直線補間を含む多項式から算出することを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記温度測定手段は、前記撮像素子の温度測定専用のものであることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１２】
前記温度測定手段は、前記撮像素子の近傍に設けられており、前記撮像素子の温度とみなせる温度を測定することを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１３】
前記撮像素子の近傍にズームユニットが設けられており、前記温度測定手段は前記撮像素子と前記ズームユニットとの共通の温度を測定できることを特徴とする請求項１２に記載の撮像装置。
【請求項１４】
前記撮像素子はＣＣＤデバイスであることを特徴とする請求項８〜１３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１５】
複数の画像信号から映像を合成する撮像装置であって、
前記各画像信号を出力するための複数の出力端子を有する撮像素子と、
前記撮像素子の温度を測定する温度測定手段と、
複数の異なる温度条件で得られた前記複数の出力端子から出力される前記画像信号の非線形性を補正するための複数の補正値が記憶された記憶手段と、
前記温度測定手段から得た撮影時における前記撮像素子の温度と前記記憶手段に記憶されている前記複数の記憶手段とから、当該撮影時における前記撮像素子の温度に適した実補正値を算出する計算手段と、
前記実補正値に基づき、前記複数の出力端子から出力された画像信号を補正する補正手段と
を含むことを特徴とする撮像装置。
【請求項１６】
画像信号を出力するための出力端子を有する撮像素子と、
前記撮像素子の温度を測定する温度測定手段と、
複数の異なる温度条件で得られた前記複数の出力端子から出力される前記画像信号の非線形性を補正するための複数の補正値が記憶された記憶手段と、
前記温度測定手段から得た撮影時における前記撮像素子の温度と前記記憶手段に記憶されている前記複数の記憶手段とから、当該撮影時における前記撮像素子の温度に適した実補正値を算出する計算手段と、
前記実補正値に基づき、前記出力端子から出力された画像信号を補正する補正手段と
を含むことを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像素子を用いた撮像装置の非線形性の補正に関し、エリア撮像素子の画像出力を分割して読み出す場合に適用して好適である。
【背景技術】
【０００２】
図７はＣＣＤ撮像素子を用いた従来の撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
同図において、レンズ101を通ってＣＣＤエリアセンサ103上に結像した画像は、バッファアンプ105を通り、アナログフロントエンド107に加えられる。アナログフロントエンド107は、加えられたＣＣＤエリアセンサ出力信号に相関二重サンプリングを施し、アナログゲインアンプで増幅し、10〜12ビットのデジタルデータにＡ／Ｄ変換してカメラ信号処理手段109に出力する。カメラ信号処理手段109は、手ぶれ補正処理、γ補正、色の分離、輝度の輪郭強調などの各種処理を施し、画像信号として端子111に出力する。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−３４２５３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
現在のところ、ＣＣＤ撮像素子の非線形性による補正は行われていないか、行われているにしても特定の単一温度での補正を常に適応するという静的な動作をしており、非線形性の温度特性が大きい場合には補正が充分になされないという問題があった。特に、画像出力を分割して読み出す場合には、読み出した画像ごとに異なる非線形性を持つことが多く、これによって明るい場所では輝度レベルが適合しているにも係わらず、暗い場所では輝度が適合せず、これにより映像の中央部に縦の段差が生じるという問題があった。
【０００５】
本発明は、非線形性の温度特性が大きい場合でも撮像素子の出力の非線形性を使用時の温度に対応して正確に補正し、特に複数の出力端を持つ撮像素子の出力の非線形性を使用時の温度に合わせて補正することにより、リニアリティの揃った画像信号をより幅広い温度範囲で得ることを可能とする撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の撮像装置は、複数の画像信号から映像を合成する撮像装置であって、前記各画像信号を出力するための複数の出力端子を有する撮像素子と、前記撮像素子の温度を測定する温度測定手段と、前記出力端子からの前記画像信号の非線形性を複数の温度について測定する非線形性測定手段と、前記非線形性測定手段で測定した前記画像信号の非線形性を補正するための基準補正値を算出する第１の計算手段と、前記第１の計算手段により算出された前記基準補正値を記憶しておく記憶手段と、前記補正値を前記出力端子からの前記画像信号に加算する加算手段と、前記温度測定手段から得た撮影時における前記撮像素子の温度と前記記憶手段に記憶されている前記基準補正値とから、当該撮影時における前記撮像素子の温度に適した実補正値を算出する第２の計算手段とを含み、前記第２の計算手段により算出された前記実補正値を、前記加算手段により前記出力端子からの前記画像信号に加算し、映像を合成する。
【０００７】
本発明の撮像装置の一態様では、前記第２の計算手段は、前記撮影時の前記撮像素子の温度における前記実補正値を直線補間値として算出する。
【０００８】
本発明の撮像装置の一態様では、前記第２の計算手段は、前記撮影時の前記撮像素子の温度における前記実補正値を、直線補間を含む多項式から算出する。
【０００９】
本発明の撮像装置の一態様では、前記温度測定手段は、前記撮像素子の温度測定専用のものである。
【００１０】
本発明の撮像装置の一態様では、前記温度測定手段は、前記撮像素子の近傍に設けられており、前記撮像素子の温度とみなせる温度を測定する。
【００１１】
本発明の撮像装置の一態様では、前記撮像素子の近傍にズームユニットが設けられており、前記温度測定手段は前記撮像素子と前記ズームユニットとの共通の温度を測定できる。
【００１２】
本発明の撮像装置の一態様では、前記撮像素子はＣＣＤデバイスである。
【００１３】
本発明の撮像装置は、画像信号を出力するための出力端子を有する撮像素子と、前記撮像素子の温度を測定する温度測定手段と、前記出力端子からの前記画像信号の非線形性を複数の温度について測定する非線形性測定手段と、前記非線形性測定手段で測定した前記画像信号の非線形性を補正するための基準補正値を算出する第１の計算手段と、前記第１の計算手段により算出された前記基準補正値を記憶しておく記憶手段と、前記補正値を前記出力端子からの前記画像信号に加算する加算手段と、前記温度測定手段から得た撮影時における前記撮像素子の温度と前記記憶手段に記憶されている前記基準補正値とから、当該撮影時における前記撮像素子の温度に適した実補正値を算出する第２の計算手段とを含み、前記第２の計算手段により算出された前記実補正値を、前記加算手段により前記出力端子からの前記画像信号に加算する。
【００１４】
本発明の撮像装置の一態様では、前記第２の計算手段は、前記撮影時の前記撮像素子の温度における前記実補正値を直線補間値として算出する。
【００１５】
本発明の撮像装置の一態様では、前記第２の計算手段は、前記撮影時の前記撮像素子の温度における前記実補正値を、直線補間を含む多項式から算出する。
【００１６】
本発明の撮像装置の一態様では、前記温度測定手段は、前記撮像素子の温度測定専用のものである。
【００１７】
本発明の撮像装置の一態様では、前記温度測定手段は、前記撮像素子の近傍に設けられており、前記撮像素子の温度とみなせる温度を測定する。
【００１８】
本発明の撮像装置の一態様では、前記撮像素子の近傍にズームユニットが設けられており、前記温度測定手段は前記撮像素子と前記ズームユニットとの共通の温度を測定できる。
【００１９】
本発明の撮像装置の一態様では、前記撮像素子はＣＣＤデバイスである。
【００２０】
本発明の撮像装置は、複数の画像信号から映像を合成する撮像装置であって、前記各画像信号を出力するための複数の出力端子を有する撮像素子と、前記撮像素子の温度を測定する温度測定手段と、複数の異なる温度条件で得られた前記複数の出力端子から出力される前記画像信号の非線形性を補正するための複数の補正値が記憶された記憶手段と、前記温度測定手段から得た撮影時における前記撮像素子の温度と前記記憶手段に記憶されている前記複数の記憶手段とから、当該撮影時における前記撮像素子の温度に適した実補正値を算出する計算手段と、前記実補正値に基づき、前記複数の出力端子から出力された画像信号を補正する補正手段とを含む。
【００２１】
本発明の撮像装置は、画像信号を出力するための出力端子を有する撮像素子と、前記撮像素子の温度を測定する温度測定手段と、複数の異なる温度条件で得られた前記複数の出力端子から出力される前記画像信号の非線形性を補正するための複数の補正値が記憶された記憶手段と、前記温度測定手段から得た撮影時における前記撮像素子の温度と前記記憶手段に記憶されている前記複数の記憶手段とから、当該撮影時における前記撮像素子の温度に適した実補正値を算出する計算手段と、前記実補正値に基づき、前記出力端子から出力された画像信号を補正する補正手段とを含む。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の撮像装置によれば、非線形性の温度特性が大きい場合でも撮像素子の出力の非線形性を使用時の温度に対応して正確に補正し、特に複数の出力端を持つ撮像素子の出力の非線形性を使用時の温度に合わせて補正することにより、リニアリティの揃った画像信号をより幅広い温度範囲で得ることが可能となる。
【００２３】
また、撮像素子が温度測定手段を当該撮像装置の他の構成要素、ここではズームユニットと共有することにより、精度の変化が殆ど無い状態でリニアリティの揃った画像信号をより幅広い温度範囲で得ることができる。
【００２４】
また、リニアリティがさほど良くない撮像素子についても、使用温度に対応した非線形性補正を行うことにより、リニアリティに優れた撮像素子として用いることができる。
【００２５】
また、リニアリティがさほど良くない撮像素子についても、使用温度に対応した補正を行うことにより、リニアリティに優れた撮像素子として用いることが可能となることに加え、撮像素子が温度測定手段を当該撮像装置の他の構成要素、ここではズームユニットと共有することにより、低コスト及び狭スペースの製品に使用することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の撮像装置の概略構成を示すブロック図であり、本実施形態の特徴を最も良く表している。
同図において、201はレンズ、203は絞り、205は画面を２分割読み出しするＣＣＤエリアセンサ、207，209は読み出しアンプ、211は相関二重サンプルとアナログ−デジタル変換を行うアナログフロントエンド、213はＣＣＤエリアセンサ205専用の温度センサ、215，217は非線形性測定手段、219，221は第１の補正値計算手段（補正値計算手段１）、223，225は記憶手段、227，229は第２の補正値計算手段（補正値計算手段２）、231，233は補正値加算手段、235，237は画像の出力端子である。
【００２７】
レンズ201を通った撮像光は絞り203で光量を調整され、ＣＣＤエリアセンサ205に加えられる。ＣＣＤエリアセンサ205は左右分割２チャンネル読み出しのＣＣＤエリアセンサであり、多画素をテレビレートで読み出す必要性から、従来の水平読み出しＣＣＤを中央で分割し、図２に示すように、画面の右半分311と左半分313とを左右に別々に読み出す構成となっている。左右別々に取り出された画像信号はそれぞれバッファアンプ207，209を通り、アナログフロントエンド211に加えられる。アナログフロントエンド211は、例えばテキサスインスツルメンツ社の商品名ＶＳＰ２２５４である。当該LSIは、２つのチャンネルが１つのチップに作りこまれており、加えられたＣＣＤエリアセンサ出力信号に相関二重サンプリングとＡ／Ｄ変換を行い、ディジタル化された画像信号としてチャンネルごとに結果を出力する。
【００２８】
この出力は測定手段215，217を通り、第１の補正値計算手段219，221と第２の補正値計算手段227，229、及び補正値加算手段231，233に出力される。リニアリティの補正値の算出方法については後述する。リニアリティ補正値を加算された画像信号は、通常のカメラ信号処理手段に入力されるための出力端235，237に出力される。
【００２９】
まず、リニアリティ補正値取得の手法を図３のフローチャートを用いて説明する。
開始401の後、まずステップ403にて現在適用されているリニアリティ補正をクリアし、未補正のデータを取れる状態にする。次に、ステップ405において絞り203やゲインを制御し測定の基準となる状態に制御する。この基準の状態とは以下で行う手順にとって問題がある状態（入力信号がＡＦＥ211内にあるＡ／Ｄコンバータのダイナミクスレンジ内にない状態）でない、ある決まった条件のことを言う。
【００３０】
基準の状態に制御できたら、ステップ407〜409においてＣＣＤエリアセンサ205に電子シャッターを加える位置を変えながらＡＦＥ211内にあるＡ／Ｄコンバータのダイナミクスレンジを３２等分したポイントそれぞれについて測定手段215，217の出力を読む。仮に、ＣＣＤエリアセンサ205のリニアリティとＡＦＥ211のリニアリティが取れていれば、３２ポイントのデータはリニアになることから、ステップ411において補正すべき値を第１の補正値計算手段215，217にて計算することが出来る。上記の手法で取れる補正データは３２個であり、実際にＡＦＥ211の出力のディジタル値が採り得る値からすれば飛び飛びの値となる。そこで、413においては第１の補正値計算手段215，217でこの補正データを直線補完し、取得したときの温度データとともにテーブルデータとして記憶手段223，225に記録する。なおここでは電子シャッターを用いて光量を変化させたが、絞り203を用いて光量を変化させることも当然に可能である。
【００３１】
本実施形態では、上記のようなリニアリティ補正値の取得を複数の温度で行うことで、リニアリティの補正を動的に行う。以下に、図４のフローチャートを用いて説明する。
【００３２】
まず、ステップ503において上記の補正値取得の手順にて３２ポイントの補正値を得て、そのポイントの補正値から補間を行ってダイナミクスレンジ全体の補正データ（基準補正値）として記録手段223，225に記録する。この補正データと温度のセットを３つ用意しておく。ここから先の作業は第２の補正値計算手段227，229にて行われる。ある特定のタイミング（ここではＶ開始タイミングとする）にて、ステップ507から以下のフローを実行する。
【００３３】
まず、ステップ505において温度センサ213より現在の温度データを取得する。次に、ステップ509にて記録手段223，225に記録されている補正データと温度を用いて各補正値ごとに現在の温度での補正値を直線補間で計算する。具体的には、温度データを３セット用意しているので、直線データを求めるには最小二乗法を用いることが出来る。現在の温度での補正値をすべて計算し終わったら、ステップ511にてその補正値を記録手段223，225にテーブル形式で記録する。実際の補正はステップ513において行われ、測定手段215，217から出力されるＡＦＥ211の出力信号に応じて先ほど記録手段223，225に記録したテーブル形式のデータを参照し補正値を出力する。
【００３４】
そして、第２の補正値計算手段227，229から出力された補正データ（実補正値）は加算手段231，233にて測定手段215，217から出力されるＡＦＥ211の出力データと加算され、出力端235，237から出力される。
【００３５】
以上説明したように、本実施形態の撮像装置によれば、複数の出力端235，237を持つＣＣＤエリアセンサ205の出力の非線形性を使用時の温度に合わせて補正することにより、リニアリティの揃った画像信号をより幅広い温度範囲で得ることが可能となる。
【００３６】
（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態による撮像装置の概略構成を示すブロック図であり、本実施形態の特徴を最も良く表している。
同図において、601はレンズ、603は絞り、605はＣＣＤエリアセンサ、607は読み出しアンプ、609は相関二重サンプルとアナログ−デジタル変換を行うアナログフロントエンド、611は非線形性測定手段、613は第１の補正値計算手段（補正値計算手段１）、615は記録手段、617は第２の補正値計算手段（補正値計算手段２）、619は補正値加算手段（補正手段）、621は画像の出力端子、623はズーム制御手段とＣＣＤエリアセンサ605との共有の温度センサ、625はレンズ601のズーム制御手段である。温度センサ623はズーム制御上で温度による鏡筒補正を行うためにズーム制御手段（ズームユニット）625の温度を測定するものであるが、温度センサ623はこの機能に加えて、リニアリティ補正を行うために使用するＣＣＤエリアセンサ605の温度を共通温度として測定する。温度センサ623はレンズのズーム制御手段625付近に取り付けられるが、この位置はＣＣＤエリアセンサ605と極めて近い位置にあり、ＣＣＤエリアセンサ605の温度と近似することができる。
【００３７】
図５の各ブロックの動作は第１の実施形態と同様のために省略しており、リニアリティ補正のフローについて図６を用いて説明する。
開始701の後、まずステップ703にて、第１の実施形態と同様のフローにてＡＦＥ609の出力が採り得る値を３２等分して３２ポイントのリニアリティの補正データを４つの温度で取得する。次にステップ705において、ステップ703で取得したデータの３２ポイントの間を直線補完してテーブル形式の補正データ（基準補正値）としたうえで記憶手段615に記録する。
【００３８】
補正値の計算は、ある決まったタイミングで開始する。本実施例ではＶ開始のタイミングとした。まずステップ709において、温度センサ623から現在の温度を取得する。次に711にて、記憶手段615に記録されている補正値テーブルと温度から２次の近似式
Ｆ＝ａｔ2＋ｂｔ＋ｃ（但し、Ｆは補正値、ｔは温度、ａ,ｂ,ｃは係数を表す）
を用いて現在の温度での補正データを計算する。補正データは４つの温度で測定してあるので、係数ａ,ｂ,ｃの決定には最小二乗法を適用することが出来る。
【００３９】
次に、ステップ713において、計算した補正データを記憶手段615にテーブルとして記録する。この後、ステップ715において測定手段611から出力されるＡＦＥ609の出力信号に応じた補正データ（実補正値）を加算手段619に出力する。最後に、加算手段619にて測定手段611から出力されるＡＦＥ609の出力データと加算され、出力端621から出力される。
【００４０】
以上説明したように、本実施形態の撮像装置によれば、出力端621を持つＣＣＤエリアセンサ605の出力の非線形性を使用時の温度に合わせて補正することにより、リニアリティの揃った画像信号をより幅広い温度範囲で得ることが可能となる。更に、ＣＣＤエリアセンサ605が温度センサ623を当該撮像装置の他の構成要素、ここではズーム制御手段625と共有することにより、精度の変化が殆ど無い状態でリニアリティの揃った画像信号をより幅広い温度範囲で得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】第１の実施形態による撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】左右分割２チャンネル読み出しのＣＣＤエリアセンサを説明するための模式図である。
【図３】第１の実施形態を例に採り、リニアリティ補正のための補正元データを取得する動作を説明するフローチャートである。
【図４】第１の実施形態を例に採り、温度に依存して変化するリニアリティ補正の動作を説明するためのフローチャートである。
【図５】第２の実施形態による撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
【図６】第２の実施形態を例に採り、温度に依存して変化するリニアリティ補正の動作を説明するためのフローチャートである。
【図７】従来の撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４２】
201,601 レンズ
203,603 絞り
205,605 ＣＣＤエリアセンサ
207,209,607 読み出しアンプ
211,609 アナログフロントエンド
213,623 温度センサ
215,217,611 非線形性測定手段
219,221,613 第１の補正値計算手段（補正値計算手段１）
223,225,615 記憶手段
227,229,617 第２の補正値計算手段（補正値計算手段２）
231,233,619 補正値加算手段
235，237,621  出力端子
625 ズーム制御手段
【図１】
2005064730.tif 000003
【図２】
2005064730.tif 000004
【図３】
2005064730.tif 000005
【図４】
2005064730.tif 000006
【図５】
2005064730.tif 000007
【図６】
2005064730.tif 000008
【図７】
2005064730.tif 000009