(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素が行方向及び列方向に配列され、前記複数の画素のうち遮光された画素が配された遮光領域と、前記複数の画素のうち遮光されていない画素が配された有効領域とを有する画素配列と、
前記遮光領域の画素から読み出された信号に基づいて、オフセット信号を生成する生成部と、
前記遮光領域における黒レベルと前記有効領域における黒レベルとの差が小さくなるように決定された係数を前記オフセット信号にかけて補正信号を生成し、生成した補正信号を用いることにより、前記有効領域の画素から読み出された信号の黒レベルを補正する補正部とを備え、
前記補正部は、前記オフセット信号を複数の周波数成分に分離し、分離した前記複数の周波数成分のそれぞれに周波数に応じた係数をかけて足し合わせることにより、前記補正信号を求める
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記補正部は、分離した前記複数の周波数成分のうち、基準周波数より高い周波数の成分に第１の係数をかけて、前記基準周波数より低い周波数の成分に前記第１の係数より小さい第２の係数をかける
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１の係数は、１であり、
前記第２の係数は、０．４以上０．８以下の値である
ことを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
複数の画素が行方向及び列方向に配列され、前記複数の画素のうち遮光された画素が配された遮光領域と、前記複数の画素のうち遮光されていない画素が配された有効領域とを有する画素配列と、
前記遮光領域の画素から読み出された信号に基づいて、オフセット信号を生成する生成部と、
前記遮光領域における黒レベルと前記有効領域における黒レベルとの差が小さくなるように決定された係数を前記オフセット信号にかけて補正信号を生成し、生成した補正信号を用いることにより、前記有効領域の画素から読み出された信号の黒レベルを補正する補正部とを備え、
前記補正部は、前記遮光領域の画素の列又は行から信号が読み出されるタイミングに応じた係数を前記オフセット信号にかけることにより、前記補正信号を求める
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、撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタル一眼レフカメラやビデオカメラにＣＭＯＳイメージセンサなどの撮像センサが使われてきている。撮像センサでは、多画素化が進むことに伴い画素のサイズが小さくなる。画素のサイズが小さくなると画素における光電変換部（例えば、フォトダイオード）の受光面の面積も小さくなるので、光電変換部で発生する電荷に応じた光信号のレベルも小さくなる。これにより、Ｓ／Ｎを悪化させないように、固定パターンノイズやダークシェーディングを低減することがますます必要となってきている。
【０００３】
固定パターンノイズやダークシェーディングを低減する技術について、図９及び図１０を用いてＣＭＯＳイメージセンサ７０の構成を説明しながら説明する。図９は、ＣＭＯＳイメージセンサ７０の全体レイアウトを示す図である。図１０は、画素の回路構成図である。
【０００４】
ＣＭＯＳイメージセンサ７０は、次の構成要素を備える。
【０００５】
画素配列ＰＡは、複数の画素が行方向及び列方向に配列されている。画素配列ＰＡは、有効領域ＥＡと遮光領域ＳＡとを有する。有効領域ＥＡは、複数の画素のうち遮光されていない画素が配された領域７３である。遮光領域ＳＡは、複数の画素のうち遮光された画素が配された領域であり、垂直オプティカルブラック領域（ＶＯＢ領域）７２と水平オプティカルブラック領域（ＨＯＢ領域）７１とを含む。ＶＯＢ領域７２及びＨＯＢ領域７１から読み出された信号は、暗電流成分又は温度変動による基準レベル（黒レベル）のずれを含み信号成分を含まないので、有効領域から読み出された信号におけるダークシェーディング成分を補正するために用いられる。ＶＯＢ領域７２から読み出された信号は、水平方向のダークシェーディング成分の補正に使われる。ＨＯＢ領域７１から読み出された信号は、垂直方向のダークシェーディング成分の補正に使われる。
【０００６】
画素配列ＰＡにおける各画素６０は、フォトダイオード（以下ＰＤとよぶ）６１、転送スイッチ（以下ＴＸとよぶ）６２、フローティングディフージョン（以下ＦＤとよぶ）６４、アンプ６５、選択スイッチ６６、及びリセットスイッチ６３を含む。
【０００７】
ＰＤ６１は、光に応じた電荷を発生させ蓄積する。ＴＸ６２は、ＰＤ６１で発生した電荷をＦＤ６４へ転送する。ＦＤ６４は、等価的にコンデンサになっており、転送された電荷を電圧へ変換する。アンプ６５は、ＭＯＳトランジスタで構成され、列信号線６７に接続された定電流源とともにソースフォロワ動作を行うことにより、ＦＤ６４の電圧に応じた信号を列信号線６７へ出力する。選択スイッチ６６は、オンすることにより画素６０を選択状態にし、オフすることにより画素６０を非選択状態にする。リセットスイッチ６３は、ＦＤ６４をリセットする。
【０００８】
垂直走査回路７６は、画素配列ＰＡにおける信号を読み出すべき画素の行を選択し、読み出し回路７５へ信号が読み出されるように、選択した行の各列の画素を駆動する。
【０００９】
読み出し回路７５は、選択された行の各列の画素から出力された光信号（Ｓ信号）とノイズ信号（Ｎ信号）との差分を求めるＣＤＳ処理を行う。これにより、読み出し回路７５は、ＣＭＯＳイメージセンサに固有の固定パターンノイズが除去された各列の画素の画像信号を求める。読み出し回路７５は、求めた各列の画素の画像信号を保持する。
【００１０】
この固定パターンノイズには、リセットスイッチ６３がＦＤ６４をリセットした際に発生するノイズや、アンプ（ＭＯＳトランジスタ）６５の閾値電圧が画素ごとにばらつくことに起因したノイズなどがある。この固定パターンノイズは、ＣＤＳ処理を行うことによりほとんど除去（補正）される。
【００１１】
水平走査回路７７は、読み出し回路７５に保持された各列の画素の画像信号を順次に選択して出力アンプ７４へ転送させる。
【００１２】
出力アンプ７４は、転送された画像信号を増幅して出力する。これにより、出力アンプ７４の後段において、遮光領域の画素の画像信号を用いて、有効領域の画素の画像信号におけるダークシェーディング成分を補正する（ＯＢ補正を行う）。
【００１３】
このダークシェーディングには、暗電流シェーディングの他に、ＣＭＯＳイメージセンサに固有のものとして、電源ラインのインピーダンスによる電圧シェーディングが含まれる。垂直方向のダークシェーディング成分は、画素配列ＰＡ内でなだらかに変化しかつ傷画素があると得られる画像におけるライン傷を発生させることがあるので、複数の行からの出力信号にローパスフィルターをかけることにより補正される。
【００１４】
一方、電源ラインがアンテナとして外来ノイズを受けることがある。これにより、電源ラインを介して画素に供給される電源電圧が所定の周期で変動することがあり、画素から読み出される信号に、所定の周期で変動するノイズが混入することがある。この場合、画素から異なるタイミングで読み出されたＳ信号とＮ信号とに互いに異なるレベルのノイズが混入するので、ＣＤＳ処理を行ってもそのノイズを完全に除去できない。
【００１５】
それに対して、特許文献１では、電源電圧の変動の周期に対してＮ信号及びＳ信号のサンプリングの周期が十分に短いものとみなし、Ｎ信号を所定の時間間隔で複数回取得するとともに、Ｎ信号に対してその所定の時間間隔でＳ信号を取得することを提案している。これにより、特許文献１によれば、時間的に変動するノイズを除去した画像信号を得ることができるとされている。
【特許文献１】特開２００８−４２５７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
ノイズ源が電源に載っている場合における画素が受ける所定の周期で変動するノイズは、電源ラインを介して画素に供給される電源電圧の変動に起因しているという意味で、電圧シェーディングの一種であると考えることもできる。以下では、上述の所定の周期で変動するノイズが電圧シェーディングであるとして説明する。
【００１７】
特許文献１では、電圧シェーディングに周波数の低い成分のみが含まれることを前提としている。しかし、電圧シェーディングには、周波数の高い成分も含まれる。その周波数の高い成分は、Ｎ信号及びＳ信号のサンプリングの周期よりも短い周期で変動するので、特許文献１の技術を用いても除去できない。これにより、得られた画像において横縞ノイズが目立つ可能性がある。
【００１８】
それに対して、図９に示す画素配列ＰＡにおけるＨＯＢ領域７１から読み出された信号を、有効領域ＥＡから読み出された信号から減算する（ＯＢ補正を行う）ことにより、周波数の高い成分を含む電圧シェーディングを補正することも考えられる。
【００１９】
しかし、ノイズ源が電源に載っている場合、電源ラインと容量結合し得る金属層で遮光された遮光領域ＳＡの画素と、そのような金属層で遮光されていない有効領域ＥＡの画素とは、受ける電圧シェーディングの大きさが異なることがある。このため、遮光領域ＳＡ内の画素から読み出される信号を、有効領域ＥＡ内の画素から読み出される信号で減算しても、補正後の信号にシェーディング成分が残存することがある。この結果、得られた画像において横縞ノイズが目立つことがある。
【００２０】
本発明の目的は、ＯＢ補正を行うことにより得られた画像における横縞ノイズを抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明に係る撮像装置は、複数の画素が行方向及び列方向に配列され、前記複数の画素のうち遮光された画素が配された遮光領域と、前記複数の画素のうち遮光されていない画素が配された有効領域とを有する画素配列と、前記遮光領域の画素から読み出された信号に基づいて、オフセット信号を生成する生成部と、前記遮光領域における黒レベルと前記有効領域における黒レベルとの差が小さくなるように決定された係数を前記オフセット信号にかけて補正信号を生成し、生成した補正信号を用いることにより、前記有効領域の画素から読み出された信号の黒レベルを補正する補正部とを備え、前記補正部は、前記オフセット信号を複数の周波数成分に分離し、分離した前記複数の周波数成分のそれぞれに周波数に応じた係数をかけて足し合わせることにより、前記補正信号を求めることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、ＯＢ補正を行うことにより得られた画像における横縞ノイズを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本明細書では、上述の所定の周期で変動するノイズを、電源ラインを介して画素に供給される電源電圧の変動に起因しているという意味で、電圧シェーディングの一成分であるとして説明する。
【００２４】
本発明者は、周波数の高い成分を含む電圧シェーディングを補正するために、図９に示す画素配列ＰＡにおけるＨＯＢ領域７１から読み出された信号を、有効領域ＥＡから読み出された信号から減算することにより、ＯＢ補正を行った。しかし、その信号により得られた画像では、横縞ノイズが依然として目立っていた。
【００２５】
本発明者が検討を行った結果、画像における横縞ノイズを抑制できないのは、ノイズ源がどこに載っているかによって、そのノイズ源の影響すなわち電圧シェーディングが遮光領域ＳＡと有効領域ＥＡとで異なることが原因であることを見出した。
【００２６】
具体的には、ノイズ源が電源に載っている場合、電源ラインの電位や半導体基板の基準電位そのものがゆれており、その電位のゆれは、容量結合により、遮光領域ＳＡの画素を遮光する金属層へ伝達される。電源ラインや半導体基板の基準電極と容量結合し得る金属層で遮光された遮光領域ＳＡの画素と、そのような金属層で遮光されていない有効領域ＥＡの画素とは、電位のゆれに起因して受ける電圧シェーディングの大きさが異なる傾向にある。この場合、ＨＯＢ領域７１から読み出された信号を、有効領域ＥＡから読み出された信号から減算しても、電圧シェーディングを除去できない。
【００２７】
一方、ノイズ源が読み出し回路７５に載っている場合、遮光領域ＳＡの画素を遮光する金属層と読み出し回路７５との容量結合は、無視できるレベルである。これにより、遮光領域ＳＡの画素と有効領域ＥＡの画素とで、ノイズ源に起因して受ける電圧シェーディングの大きさが同等である。この場合、ＨＯＢ領域７１から読み出された信号を、有効領域ＥＡから読み出された信号から減算することにより、電圧シェーディングを除去できる。
【００２８】
ノイズ源が電源に載っている場合における遮光領域ＳＡと有効領域ＥＡとの間の電圧シェーディングの違いを、図１１を使ってより詳しく説明する。図１１は、ＣＭＯＳイメージセンサ８０の断面構成の一例を示す図である。
【００２９】
ＣＭＯＳイメージセンサ８０は、画素配列ＰＡを備える。画素配列ＰＡは、遮光領域ＳＡと有効領域ＥＡとを含む。
【００３０】
遮光領域ＳＡには、金属層８３ａで遮光された画素Ｐ１、画素Ｐ２が配されている。画素Ｐ１、画素Ｐ２では、マイクロレンズＭＬを通過した光が金属層８３ａにより遮断されてフォトダイオード８８ａへ到達しない。金属層８３ａは、遮光層として機能している。
【００３１】
有効領域ＥＡには、金属層８３ｂで遮光されていない画素Ｐ３、画素Ｐ４が配されている。画素Ｐ３、画素Ｐ４では、マイクロレンズＭＬを通過した光が金属層８３ｂ，８４，８５で規定される開口領域を通過してフォトダイオード８８ａへ到達する。
【００３２】
ここで、遮光領域ＳＡと有効領域ＥＡとを比較すると、金属層８３ａの面積がその対応する金属層８３ｂの面積よりも大きい。これにより、遮光領域ＳＡにおける金属層８３ａとＦＤ８７ａとの間で形成される結合容量Ｃ１は、有効領域ＥＡにおける金属層８３ｂとＦＤ８７ｂとの間で形成される結合容量Ｃ２より大きくなる。このため、ノイズ源が電源に載っている場合に金属層８３ａと金属層８３ｂとの電位のふられが同等であったとしても、容量結合を介して、ＦＤ８７ａに伝達される電位のふられが、ＦＤ８７ｂに伝達される電位のふられより大きくなる。その結果、遮光領域ＳＡにおける電圧シェーディングが有効領域ＥＡにおける電圧シェーディングより大きくなる。
【００３３】
本発明者が実験を行った結果、電源等のノイズの影響を受ける度合いは、レイアウトに依存するが、有効画素ＥＡは遮光画素ＳＡの約０．４〜０．８倍程度である。
【００３４】
この場合、図９に示す画素配列ＰＡにおけるＨＯＢ領域７１から読み出された信号を、有効領域ＥＡから読み出された信号から減算することによりＯＢ補正を行うと、過補正になる。このため、ＯＢ補正を行った信号により得られた画像において、横縞ノイズが依然として目立っていたものと考えられる。
【００３５】
そこで、本発明者は、電圧シェーディングにおけるどの成分が遮光画素ＳＡと有効画素ＥＡとで異なるのかについて、図１２に示す検討を行った。図１２（Ａ）〜（Ｃ）では、縦軸が画素配列ＰＡにおける画素の行位置を示しており、横軸が実際の黒レベルからのオフセットを示す。
【００３６】
図１２（Ｂ）は、光が無い状態における有効領域ＥＡから読み出された信号に垂直方向のダークシェーディングが含まれていることを示す。有効領域ＥＡから読み出された信号には、時間的に変動しないオフセット成分と、時間的に緩やかに変化する電圧シェーディング成分とが含まれている。緩やかに変化する電圧シェーディング成分は、回路インピーダンス等によるものである。
【００３７】
図１２（Ｃ）は、後述のＡＦＥ２による水平ＯＢクランプ処理で除去されるオフセット成分及び緩やかな電圧シェーディング成分とを示す。
【００３８】
図１２（Ａ）は、遮光領域ＳＡから読み出された信号における垂直方向のダークシェーディング成分（破線）と、有効領域ＥＡから読み出された信号における垂直方向のダークシェーディング成分（実線）とを比較して示している。破線と実線とを比較すると、次のことがことが分かる。オフセット成分、緩やかな電圧シェーディング成分、及び周波数の高い電圧シェーディング成分が遮光領域ＳＡと有効領域ＥＡとで同等であるのに対して、周波数の低い電圧シェーディング成分が遮光領域ＳＡと有効領域ＥＡとで異なる。遮光領域ＳＡにおける周波数の低い電圧シェーディング成分は、有効領域ＥＡにおける周波数の低い電圧シェーディング成分より大きい傾向にある。
【００３９】
ここで、電圧シェーディングにおける時間的に変動する成分、すなわち、周波数の高い電圧シェーディング成分と周波数の低い電圧シェーディング成分とは、ノイズ源が電源に載っている場合における画素のＦＤ６４が受ける電圧シェーディングの一成分である。
【００４０】
このように、本発明者は、電圧シェーディングにおける周波数の低い成分の大きさが遮光領域ＳＡと有効領域ＥＡとで異なるので、一律にＯＢ補正を行っても、電圧シェーディングを除去できないことを見出した。
【００４１】
次に、本発明の第１実施形態に係る撮像装置１００を、図１を用いて説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る撮像装置１００の全体ブロック図である。
【００４２】
シャッター１２は、光路上において撮影レンズ１１の手前に設けられ、露出を制御する。
【００４３】
撮影レンズ１１は、撮像センサ１の撮像面（画素配列ＰＡ）に被写体の像を形成する。
【００４４】
絞り１３は、光路上において撮影レンズ１１と撮像センサ１との間に設けられ、撮影レンズ１１を通過後に撮像センサ１へ導かれる光の量を調節する。
【００４５】
撮像センサ１は、画素配列ＰＡに形成された被写体の像に応じた画像信号を生成する。画素配列ＰＡは、遮光領域ＳＡ及び有効領域ＥＡを含む（図９参照）。撮像センサ１は、黒レベルの基準信号を遮光領域ＳＡから読み出し、生成した画像信号を有効領域ＥＡから読み出す。撮像センサ１は、読み出した黒レベルの基準信号と画像信号とを出力する。撮像センサ１は、例えば、ＣＭＯＳイメージセンサである。
【００４６】
アナログフロントエンド（ＡＦＥ）（生成部）２は、撮像センサ１から出力された黒レベルの基準信号と画像信号とを受けて、所定のアナログ信号処理を行う。例えば、ＡＦＥ２は、後述の水平ＯＢクランプ処理（ＯＢ補正）を行うことにより、遮光領域ＳＡの画素から読み出された黒レベルの基準信号に基づいて、後述のオフセット信号を生成する。例えば、ＡＦＥ２は、水平ＯＢクランプ処理（ＯＢ補正）を行うことにより、緩やかに変化する電圧シェーディング成分が除去された画像信号を生成する。例えば、ＡＦＥ２は、水平ＯＢクランプ処理されたそれらの信号をＡＤ変換してデジタル信号を生成する。ＡＦＥ２は、処理後のデジタル信号を出力する。
【００４７】
画像処理装置（補正部）５は、ＡＦＥ２から出力されたデジタル信号を受ける。画像処理部５は、遮光領域ＳＡにおける黒レベルと有効領域ＥＡにおける黒レベルとの差が小さくなるように決定された係数をオフセット信号にかけて補正信号を生成する。画像処理部５は、生成した補正信号を用いることにより、有効領域ＥＡの画素から読み出された画像信号の黒レベルを補正する（ＯＢ補正を行う）。そして、画像処理部５は、補正後の画像信号（デジタル信号）に対して現像処理を行って画像データを生成する。画像処理部５は、画像データを、表示部８へ供給したり、制御部６経由で記録部９へ供給する。
【００４８】
表示部８は、画像データを表示用のアナログ信号へ変換して、変換後の信号に応じた画像をディスプレイに表示する。
【００４９】
記録部９は、画像データを記録用の圧縮データへ変換して、変換後の圧縮データを所定の記録媒体に記録する。所定の記録媒体は、例えば、撮像装置１００へ着脱可能に接続されたコンパクトフラッシュメモリー（登録商標）である。
【００５０】
メモリー部４は、画像処理部５による現像処理における作業用メモリーに使われたり、撮像が続いて行われて画像処理部５による現像処理が間に合わないときのバッファーメモリーとしても使われる。
【００５１】
操作部７は、ユーザから所定の指示を受け付ける。操作部７は、シャッターボタンなどの操作部材を含む。
【００５２】
タイミング発生部１０は、撮像センサ１を駆動する各種の駆動信号を生成する。タイミング発生部１０は、生成した駆動信号を撮像センサ１へ供給する。
【００５３】
制御部６は、各部を全体的に制御する。
【００５４】
このように、撮像装置１００では、遮光領域ＳＡにおける黒レベルと有効領域ＥＡにおける黒レベルとの差が小さくなるように決定された係数をオフセット信号にかけて補正信号を生成する。そして、生成した補正信号を用いることにより、有効領域ＥＡの画素から読み出された信号の黒レベルを補正する。これにより、遮光領域ＳＡと有効領域ＥＡとで受ける電圧シェーディングが異なる場合であっても、電圧シェーディングを画像信号から精度良く除去することができる。すなわち、ＯＢ補正を行うことにより得られた画像における横縞ノイズを抑制することができる。
【００５５】
次に、撮像センサ１の構成を、図９及び図１０を用いて説明する。
【００５６】
撮像センサ１は、次の構成要素を備える。
【００５７】
画素配列ＰＡは、複数の画素が行方向及び列方向に配列されている。画素配列ＰＡは、有効領域ＥＡと遮光領域ＳＡとを有する。有効領域ＥＡは、複数の画素のうち遮光されていない画素が配された領域７３である。遮光領域ＳＡは、複数の画素のうち遮光された画素が配された領域であり、垂直オプティカルブラック領域（ＶＯＢ領域）７２と水平オプティカルブラック領域（ＨＯＢ領域）７１とを含む。ＶＯＢ領域７２及びＨＯＢ領域７１から読み出された信号は、暗電流成分又は温度変動による基準レベル（黒レベル）のずれを含み信号成分を含まないので、有効領域から読み出された信号におけるダークシェーディング成分を補正するために用いられる。ＶＯＢ領域７２から読み出された信号は、水平方向のダークシェーディング成分の補正に使われる。ＨＯＢ領域７１から読み出された信号は、垂直方向のダークシェーディング成分の補正に使われる。
【００５８】
画素配列ＰＡにおける各画素６０は、フォトダイオード（以下ＰＤとよぶ）６１、転送スイッチ（以下ＴＸとよぶ）６２、フローティングディフージョン（以下ＦＤとよぶ）６４、アンプ６５、選択スイッチ６６、及びリセットスイッチ６３を含む。
【００５９】
ＰＤ６１は、光に応じた電荷を発生させ蓄積する。ＴＸ６２は、ＰＤ６１で発生した電荷をＦＤ６４へ転送する。ＦＤ６４は、等価的にコンデンサになっており、転送された電荷を電圧へ変換する。アンプ６５は、ＭＯＳトランジスタで構成され、列信号線６７に接続された定電流源とともにソースフォロワ動作を行うことにより、ＦＤ６４の電圧に応じた信号を列信号線６７へ出力する。選択スイッチ６６は、オンすることにより画素６０を選択状態にし、オフすることにより画素６０を非選択状態にする。リセットスイッチ６３は、ＦＤ６４をリセットする。
【００６０】
垂直走査回路７６は、画素配列ＰＡにおける信号を読み出すべき画素の行を選択し、読み出し回路７５へ信号が読み出されるように、選択した行の各列の画素を駆動する。
【００６１】
読み出し回路７５は、選択された行の各列の画素から出力された光信号（Ｓ信号）とノイズ信号（Ｎ信号）との差分を求めるＣＤＳ処理を行う。これにより、読み出し回路７５は、ＣＭＯＳイメージセンサに固有の固定パターンノイズが除去された各列の画素の画像信号を求める。読み出し回路７５は、求めた各列の画素の画像信号を保持する。
【００６２】
この固定パターンノイズには、リセットスイッチ６３がＦＤ６４をリセットした際に発生するノイズや、アンプ（ＭＯＳトランジスタ）６５の閾値電圧が画素ごとにばらつくことに起因したノイズなどがある。この固定パターンノイズは、ＣＤＳ処理を行うことによりほとんど除去（補正）される。
【００６３】
水平走査回路７７は、読み出し回路７５に保持された各列の画素の画像信号を順次に選択して出力アンプ７４へ転送させる。
【００６４】
出力アンプ７４は、転送された画像信号を増幅して出力する。これにより、出力アンプ７４の後段において、遮光領域の画素の画像信号を用いて、有効領域の画素の画像信号におけるダークシェーディング成分を補正する（ＯＢ補正を行う）。
【００６５】
このダークシェーディングには、暗電流シェーディングの他に、ＣＭＯＳイメージセンサに固有のものとして、電源ラインのインピーダンスによる電圧シェーディングが含まれる。垂直方向のダークシェーディング成分は、画素配列ＰＡ内でなだらかに変化しかつ傷画素があると得られる画像におけるライン傷を発生させることがあるので、複数の行からの出力信号にローパスフィルターをかけることにより補正される。
【００６６】
次に、ＡＦＥ２の構成を、図２を用いて説明する。図２は、ＡＦＥ２の構成を示す図である。
【００６７】
ＡＦＥ２は、図２に示すように、ゲインコントロールアンプ（ＡＭＰ）２１、アナログデジタル（ＡＤ）変換器２３、水平ＯＢクランプ機能２４、及びデジタルアナログ（ＤＡ）変換器２２を含む。
【００６８】
ＡＭＰ２１は、黒レベルの基準信号と画像信号とを受ける。ＡＭＰ２１は、減算器を含み、所定の補正量を画像信号から減算する。ＡＭＰ２１は、黒レベルの基準信号と減算された画像信号とを、後述の制御部６により調整されたゲインで増幅して出力する。これにより、感度が調整される。
【００６９】
ＡＤ変換器２３は、ＡＭＰ２１から出力されたアナログ信号（黒レベルの基準信号及び画像信号）をＡＤ変換して、例えば１４ｂｉｔのデジタル信号を生成する。ＡＤ変換器２３は、変換したデジタル信号を後段又は水平ＯＢクランプ機能２４へ出力する。
【００７０】
水平ＯＢクランプ機能２４は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）を含む。水平ＯＢクランプ機能２４は、画素配列ＰＡの各行ごとに黒レベルの基準信号（デジタル信号）と画像信号（デジタル信号）における黒レベルとを徐々に追随させている。このような水平ＯＢクランプ処理を行うことにより、時間的に変動しないオフセット成分と、時間的に緩やかに変化する電圧シェーディング成分とを、黒レベルの基準信号から除去してオフセット信号を生成する。また、水平ＯＢクランプ処理を行うことにより、時間的に変動しないオフセット成分と、時間的に緩やかに変化する電圧シェーディング成分とを、画像信号から除去する。この水平ＯＢクランプ処理は、遮光領域ＳＡのノイズに影響を受けないように設定されている。水平ＯＢクランプ機能２４は、処理後のデジタル信号をＤＡ変換器２２へ出力する。
【００７１】
ＤＡ変換器２２は、水平ＯＢクランプ機能２４から出力されたデジタル信号をＤＡ変換して、アナログ信号を生成する。ＤＡ変換器２２は、生成したアナログ信号をＡＭＰ２１へフィードバックする。これにより、ＡＭＰ２１により画像信号から減算される補正量は、信号に対応した画素配列ＰＡ内の行位置が進むにつれて積分されていくため、ゆるい変化にだけ追従することになる。
【００７２】
次に、水平ＯＢクランプ処理の後に行われるシェーディング補正処理について、図３のフローチャートを用いて説明する。図３は、水平ＯＢクランプ処理の後に行われるシェーディング補正処理を示すフローチャートである。図３のフローチャートに示された処理は、画像の読み出しの早さにリアルタイムで処理するために、メモリー部４に一時的に記憶された画像データに対してソフト的に行われることになる。この処理は、主として、ファームウェアが読み込まれた制御部６により制御された画像処理部５が行う。画像処理部５は、メモリー部４へ一時的に画像信号（デジタル信号）又は画像データを記憶（ライト）させたり、メモリー部４から画像信号（デジタル信号）又は画像データを読み出したり（リード）する。
【００７３】
ステップ１では、シャッター１２を開いて撮像センサ１の露光を行う。
【００７４】
ステップ２では、シャッター１２を閉じて、撮像センサ１から出力された信号をＡＦＥ２でデジタル信号に変換する。ＡＦＥ２は、変換後のデジタル信号（オフセット信号、画像信号）を画像処理部５へ出力する。
【００７５】
ステップ３では、画像処理部５が、デジタル信号をメモリー部４に一時的に記憶する。
【００７６】
ステップ４では、本実施形態における特徴的なシェーディング補正処理が開始される。
【００７７】
ステップ５では、行番号をあらわすｎを０に初期化する。
【００７８】
ステップ６では、ｎを１だけインクリメントする。
【００７９】
ステップ７では、メモリー部４に記憶されたｎ行の画像信号と、ｎ行のオフセット信号を平均化する。平均するのは、ランダムノイズや傷画素の影響を低減するためである。
【００８０】
ステップ８では、全行終了したかを判断し終了していなければ（Ｎ）、ステップ６に戻り、全行終了していれば（Ｙ）、ステップ９に進む。
【００８１】
ステップ９では、再び行番号をあらわすｎを０に初期化する。
【００８２】
ステップ１０では、ｎを１だけインクリメントする。
【００８３】
ステップ１１では、水平ＯＢ平均に対し黒の基準レベルからのオフセット（Ａ）を求める。
【００８４】
ステップ１２では、ｎ行に対する±３行のオフセットデータの平均（Ｂ）を演算（７行の移動平均処理）を行う。この処理により、オフセットデータを複数の周波数成分に分離でき、基準周波数より低い周波数で変化する成分を抽出することができる。
【００８５】
ステップ１３では、Ａ−Ｂ＋Ｂｘｋの演算を行い、ｎ行に対する補正量（Ｘ）を求める。
【００８６】
ここで、基準周波数より高い周波数で変化する成分Ａ−Ｂ＝Ｃに第１の係数（＝１）と、基準周波数より低い周波数で変化する成分＿Ｂに第２の係数ｋ（１より小さい値）を掛けた値とを足し合わせた補正量（補正信号）を求めることができる。
【００８７】
図４は、ステップ１３において処理される信号を示した図である。図４において、Ｄは、インピーダンスで発生する緩やかなシェーディングを持つオフセット成分を表す。Ａは、電源変動等で発生するＤに比べ比較的に変化の周期が早い成分を示している。Ａの成分の中には、遮光領域ＳＡ（ＨＯＢ領域７１）と有効領域ＥＡでの振幅の差が大きいＢの成分と、振幅差の小さいＣの成分とが含まれる。Ａ−Ｂ＋Ｂｘｋの演算により、すなわち、Ａ−Ｂに第１の係数をかけ、Ｂの成分に第２の係数を掛けることにより、水平ＯＢ以外領域での振幅に相当する補正量Ｘを求めることができる。
【００８８】
ここで、第２の係数ｋは、撮像センサ１内のレイアウトに依存する。周波数の低い成分Ｂは、遮光領域ＳＡ（ＨＯＢ領域７１）と有効領域ＥＡとの差が大きい。これにより、基準周波数より周波数の低い成分Ｂに対する第２の係数ｋは、０．４以上０．８以下の値となる。仮に、第２の係数ｋを０．４より小さくすると、電圧シェーディングの補正残りが大きくなるので、得られた画像において横縞ノイズが目立つ可能性がある。仮に、第２の係数ｋを０．８より大きくすると、電圧シェーディングの過補正が大きくなるので、得られた画像において横縞ノイズが目立つ可能性がある。
【００８９】
この処理をＡＦＥ２における水平ＯＢクランプ処理と比較すると、水平ＯＢクランプ処理は、周波数の低い成分Ｂにかけるべき係数が１となってしまう点で、ステップ１３における処理と異なる。すなわち、水平ＯＢクランプ機能２４は、オフセットに対して数％程度をＡＤ変換器２３の入力にフィードバックして積分していることになり、数十行でＬＰＦをかけていることになる。これにより、ある程度ゆるい周期であれば追従するため係数は１となってしまう。
【００９０】
それに対して、ステップ１３における処理では、画素配列ＰＡの各行ごとに独立で行われかつフィードバックを掛けていないのでゆるい周期であっても係数（第２の係数）は常に一定となりかつ１とならない。
【００９１】
一方、周波数の高い成分Ｃは、遮光領域ＳＡ（ＨＯＢ領域７１）と有効領域ＥＡとの差が比較的小さくので、成分Ｃにかけるべき係数（第１の係数）は１に近い値になる。
【００９２】
ステップ１４では、同一の行の有効領域ＥＡの画像信号に対して、ステップ１３で求めた補正量Ｘを減算して、減算後の画像信号をメモリー部４に書き込む。
【００９３】
ステップ１５では、すべての画像信号に対して処理が行われたかを、行位置を示す変数ｎに応じて判断する。終了していなければ（Ｎ）、ステップ１０に戻り、終了していれば（Ｙ）、ステップ１６に進む。
【００９４】
ステップ１６では、現像処理を行う。
【００９５】
このように、本実施形態によれば、電源の振られ等による画素出力への影響が遮光領域と有効領域とで異なること、また電源の振られがどこで発生しているかによって、遮光領域と有効領域とで異なる量の差があることを加味して補正する。これにより、いままで十分除去できなかった横縞ノイズが除去できるようになった。また、撮像センサ内の回路インピーダンス等で発生するダークシェーディングを判別できるため、ダークシェーディングも除去できるようになっている。
【００９６】
なお、上記の実施形態では、複数行の移動平均でシェーディング変化の周波数分類したが、厳密に離散コサイン変換等により周波数成分を抽出してもよい。
【００９７】
また、図５に示すように、撮像装置１００ａは、デジタルフロントエンド（ＤＦＥ）３をさらに備えても良い。ＤＦＥ３は、各画素の画像信号（デジタル信号）をＡＦＥ２から受けて画像信号の補正や画素の並び替え等をデジタル的に処理する。また、水平ＯＢクランプ処理は、ＡＦＥ２によりアナログ的に行われる代わりに、ＤＦＥ３によりデジタル的に行われても良い。
【００９８】
次に、本発明の第２実施形態に係る撮像装置について、図６〜図８を用いて説明する。図６は、本発明の第２実施形態に係る撮像装置による撮影動作のシーケンスを示す図である。図７は、画素配列における横縞ノイズの発生箇所を示す図である。図８は、撮像装置の動作を示すフローチャートである。
【００９９】
第２実施形態に係る撮像装置は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるが、その動作が第１実施形態と異なる。
【０１００】
撮像装置は、図６に示すように、読み出し期間中にメカ動作（レンズ駆動、ミラー駆動、チャージ駆動等）がそれぞれのタイミングで行われる。このため、読み出し期間の中でも振られる電源が異り、そのため画像に現れるノイズ（横縞ノイズ）の周期が画素配列内で異なる現象が発生する。
【０１０１】
具体的には、図７に示すように、画素配列の斜線部が遮光領域であり、遮光領域（ＨＯＢ領域）と有効領域とで横縞ノイズの原因となる電圧シェーディングが発生している。画素配列の上部と下部とで信号が読み出されるタイミングが異なるため、発生する電圧シェーディングの周期が異なる。また、画素配列ＰＡの上部において遮光領域（ＨＯＢ領域）と有効領域との電圧シェーディングの振幅に差が大きく、画素配列ＰＡの下部において遮光領域（ＨＯＢ領域）と有効領域との電圧シェーディングの振幅に差が小さいことがわかる。
【０１０２】
これに対して、画素領域ＰＡ内を上下または左右の読み出しタイミングの異なる領域で分割し、分割した領域ごとにオフセットに対する係数を変えて減算量を算出することで、ノイズを除去することができる。具体的には、図８のフローチャートに示すように、次の点で第１実施形態と異なる処理が行われる。
【０１０３】
ステップ３２では、ｎ行が全行数に対する２分の１を超えたかを判断し、２分の１以下であれば（Ｙ）、ステップ３３に進み、２分の１を超えていれば（Ｎ）、ステップ３４に進む。
【０１０４】
ステップ３３では、Ａｘｋの演算を行い、ｎ行に対する補正量（Ｘ）を求める。
【０１０５】
ステップ３４では、Ａをｎ行に対する補正量（Ｘ）とする。
【０１０６】
これにより、画素配列ＰＡの上部と下部とでＨＯＢ領域に対し異なった係数で求められた補正量を設定することができる。
【０１０７】
本実施形態では、画素配列ＰＡの縦方向（列方向）で読み出しタイミングが異なる場合を説明したが、読み出しタイミングの異なるのが横方向（行方向）である場合、横方向に異なる係数を設定することになる。
【０１０８】
また、本実施形態では、画素配列における読み出しタイミングの異なる方向に２分割したが、２以上に分割してもよく、また分割ではなく、画素配列内でリニアに変化する係数を設定してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る撮像装置１００の全体ブロック図。
【図２】ＡＦＥ２の構成を示す図。
【図３】水平ＯＢクランプ処理の後に行われるシェーディング補正処理を示すフローチャートである。
【図４】ステップ１３において処理される信号を示した図。
【図５】本発明の第１実施形態の変形例に係る撮像装置１００ａの全体ブロック図。
【図６】本発明の第２実施形態に係る撮像装置による撮影動作のシーケンスを示す図。
【図７】画素配列における横縞ノイズの発生箇所を示す図。
【図８】撮像装置の動作を示すフローチャート。
【図９】背景技術を説明するための図。
【図１０】背景技術を説明するための図。
【図１１】発明が解決しようとする課題を説明するための図。
【図１２】発明が解決しようとする課題を説明するための図。
【符号の説明】
【０１１０】
１  撮像センサ
１００、１００ａ  撮像装置
【図１】
0005129650.tif 000002
【図２】
0005129650.tif 000003
【図３】
0005129650.tif 000004
【図４】
0005129650.tif 000005
【図５】
0005129650.tif 000006
【図６】
0005129650.tif 000007
【図７】
0005129650.tif 000008
【図８】
0005129650.tif 000009
【図９】
0005129650.tif 000010
【図１０】
0005129650.tif 000011
【図１１】
0005129650.tif 000012
【図１２】
0005129650.tif 000013