(57)【要約】【課題】専用の乱数発生機を搭載することなく、簡単な回路構成で、既存信号を用いることで階調補正が実現できる画像信号処理装置、固体撮像装置および固体撮像装置の画像信号処理方法を提供する。【解決手段】画像信号処理装置５０は、アナログ信号である複数の画像信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器２００と、デジタル信号に変換された複数の画像信号のそれぞれを増幅する乗算器２１０と、デジタル信号に変換された複数の画像信号のそれぞれの最下位ビットのデータから、ランダムな値により構成される補正信号を生成する補正信号生成器２４０と、乗算器２１０から出力された複数の画像信号と補正信号とを加算することで、複数の画像信号の階調補正をする加算器２２０とを備える。【選択図】図４
2012227892.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アナログ信号である複数の画像信号をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換器（以下、ＡＤ変換器とする）と、
デジタル信号に変換された前記複数の画像信号のそれぞれを増幅する乗算器と、
デジタル信号に変換された前記複数の画像信号のそれぞれの最下位ビットのデータから、ランダムな値により構成される補正信号を生成する補正信号生成器と、
前記乗算器から出力された前記複数の画像信号と前記補正信号とを加算することで、前記複数の画像信号の階調補正をする加算器とを備える
画像信号処理装置。
【請求項２】
前記補正信号生成器は、
デジタル信号に変換された前記複数の画像信号を画素単位でビットシフトすることで、前記複数の画像信号の最下位ビットのデータを保持する信号保持部と、
前記信号保持部で保持された前記データを必要ビット数分選択する補正信号選択部とを有する
請求項１に記載の画像信号処理装置。
【請求項３】
前記補正信号生成器は、
デジタル信号に変換された前記複数の画像信号を画素単位でビットシフトすることで、前記複数の画像信号の最下位ビットのデータを保持する信号保持部と、
前記信号保持部で保持された前記データを必要ビット数分加算する補正信号加算部とを有する
請求項１に記載の画像信号処理装置。
【請求項４】
前記補正信号生成器は、さらに、
複数の前記信号保持部と、
デジタル信号処理部に入力される画像信号を画素単位で保持するためのタイミング信号を生成する保持タイミング制御器とを有する
請求項２または３に記載の画像信号処理装置。
【請求項５】
前記信号保持部は、他の画像信号処理装置のＡＤ変換部においてデジタル信号に変換された前記複数の画像信号を前記信号保持部へ保持する入力経路を有する
請求項２〜４のいずれか１項に記載の画像信号処理装置。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像信号処理装置を備えた固体撮像装置。
【請求項７】
請求項５に記載の画像信号処理装置を複数有し、前記複数の画像信号処理装置における前記複数の画像信号を並列処理する
固体撮像装置。
【請求項８】
請求項６または７に記載の固体撮像装置を備えたカメラ。
【請求項９】
固体撮像装置の画像信号処理方法であって、
ＡＤ変換器により、アナログ信号である複数の画像信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換工程と、
デジタル信号に変換された前記複数の画像信号のそれぞれを、乗算器により増幅する増幅工程と、
補正信号生成器により、デジタル信号に変換された前記複数の画像信号のそれぞれの最下位ビットのデータから、ランダムな値により構成される補正信号を生成する補正信号生成工程と、
前記乗算器から出力された前記複数の画像信号と前記補正信号とを加算器により加算することで、前記複数の画像信号の階調補正をする
固体撮像装置の画像信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像信号処理装置、固体撮像装置および固体撮像装置の画像信号処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のイメージセンサ分野における画像信号処理方法として、フォトダイオードに蓄積された電荷を画素アナログ信号として読み出し、ＡＤ変換処理をした信号を、デジタル的な乗算処理を行うことで、信号レベル増幅を行うデジタルゲイン機能を有するものがある。
【０００３】
デジタルゲイン処理を行う場合、信号レベルを引き延ばすことで大きな値にはなるが、飛び飛びの値の信号レベルで構成される信号の、いわゆる、階調飛びを発生してしまう。そのことにより、本来、連続した階調変化の信号が、階段状に表示される問題が発生する。
【０００４】
この問題を解決するために、特許文献１のように、画素信号に含まれるランダムノイズ成分を含むランダム信号を用いリニアフィードバックシフトレジスタ（以下、ＬＦＳＲとする）で処理を施し、画素信号にフィードバックする方法で階調補正をする手法がある（例えば、特許文献１）。
【０００５】
特許文献１で示された固体撮像装置の構成を図１３、および、図１４に示す。
【０００６】
図１３に示す固体撮像装置では、イメージセンサから入力されるアナログ信号が、ＡＤ変換器２００１によりデジタル信号に変換させる。ＡＤ変換器２００１から出力されるデータのうち、最下位ビットのデータをランダム状に分布するｍビットのデジタル疑似ノイズ信号（以下、「ランダム信号」とも称する。）を生成する信号生成器２００４に入力する。ＡＤ変換後、乗算器２００２を経由したデジタル信号に、加算器２００３にて、信号生成器２００４で生成されたｍビットのランダム信号を加算し、これにより階調補正が施された信号を出力する。ここで、ランダム信号を生成するために用いる信号生成器２００４の構成を、図１４に示す。
【０００７】
図１４に示す信号生成器２００４は、ＬＦＳＲ２００５、２００６、２００７と選択器２００８とを備え、ＡＤ変換器２００１から最下位ビットを受け取り、ＬＦＳＲ２００５、２００６、２００７を経由し、それぞれのＬＦＳＲの出力を選択器２００８を経由し、ｍビットのランダム信号を生成する構成である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−５３８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、特許文献１の手法では、信号生成器に用いられるＬＦＳＲを固体撮像装置に搭載する必要がある。つまり、固体撮像装置には、疑似乱数を生成するために大規模な専用の回路（乱数発生機）を搭載する必要がある。
【００１０】
この課題を解決するため、本発明は、専用の乱数発生機を搭載することなく、簡単な回路構成で、既存信号を用いることで階調補正が実現できる画像信号処理装置、固体撮像装置および固体撮像装置の画像信号処理方法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】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る画像信号処理装置は、アナログ信号である複数の画像信号をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換器（以下、ＡＤ変換器とする）と、デジタル信号に変換された前記複数の画像信号のそれぞれを増幅する乗算器と、デジタル信号に変換された前記複数の画像信号のそれぞれの最下位ビットのデータから、ランダムな値により構成される補正信号を生成する補正信号生成器と、前記乗算器から出力された前記複数の画像信号と前記補正信号とを加算することで、前記複数の画像信号の階調補正をする加算器とを備える。
【００１２】
デジタル信号に変換された画像信号の最下位ビットは、一般にノイズ成分を持つため、ランダムな値になる特徴がある。したがって、この構成によれば、ランダムな成分を持つ最下位ビットの画像信号のデータから補正信号を生成して画像信号を補正するので、ＡＤ変換後の画像信号に所望の増幅処理をする際に生じる離散的な階調飛びを軽減し、なめらかに階調変化する画像を提供することができる。また、複数の画像信号のランダム成分を用いて補正信号（ランダム信号）を生成するため、専用の乱数発生機を搭載することなく、既存の簡単な回路構成で補正信号を生成することができる。
【００１３】
また、前記補正信号生成器は、デジタル信号に変換された前記複数の画像信号を画素単位でビットシフトすることで、前記複数の画像信号の最下位ビットのデータを保持する信号保持部と、前記信号保持部で保持された前記データを必要ビット数分選択する補正信号選択部とを有することが好ましい。
【００１４】
この構成によれば、一様な補正信号を生成して、精度よく画像信号の階調を補正することができる。
【００１５】
また、前記補正信号生成器は、デジタル信号に変換された前記複数の画像信号を画素単位でビットシフトすることで、前記複数の画像信号の最下位ビットのデータを保持する信号保持部と、前記信号保持部で保持された前記データを必要ビット数分加算する補正信号加算部とを有することが好ましい。
【００１６】
この構成によれば、ノイズ成分のばらつきを抑制しつつ、より精度よく画像信号の階調を補正することができる。
【００１７】
また、前記補正信号生成器は、さらに、複数の前記信号保持部と、デジタル信号処理部に入力される画像信号を画素単位で保持するためのタイミング信号を生成する保持タイミング生成器とを有することが好ましい。
【００１８】
この構成によれば、ランダムな成分を持つ最下位ビットの画像信号のデータを保持するタイミングを制御することにより、精度よく画像信号の階調を補正することができる。
【００１９】
また、前記信号保持部は、他の画像信号処理装置のＡＤ変換部においてデジタル信号に変換された前記複数の画像信号を前記信号保持部へ保持する入力経路を有することが好ましい。
【００２０】
この構成によれば、他の画像信号処理装置の画像信号も利用することができるので、より精度よく画像信号の階調を補正することができる。
【００２１】
また、上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る固体撮像装置は、上記した特徴を有する画像信号処理装置を備える。
【００２２】
この構成によれば、精度よく画像信号の階調を補正することができる固体撮像装置を提供することができる。
【００２３】
また、前記画像信号処理装置を複数有し、前記複数の画像信号処理装置における前記複数の画像信号を並列処理することが好ましい。
【００２４】
この構成によれば、効率よく複数の画像信号の階調を補正することができる。
【００２５】
また、上記目的を達成するために、本発明の一態様に係るカメラは、上記した特徴を有する固体撮像装置を備える。
【００２６】
この構成によれば、精度よく画像信号の階調を補正することができるカメラを提供することができる。
【００２７】
また、上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る固体撮像装置の画像信号処理方法は、ＡＤ変換器により、アナログ信号である複数の画像信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換工程と、デジタル信号に変換された前記複数の画像信号のそれぞれを、乗算器により増幅する増幅工程と、補正信号生成器により、デジタル信号に変換された前記複数の画像信号のそれぞれの最下位ビットのデータから、ランダムな値により構成される補正信号を生成する補正信号生成工程と、前記乗算器から出力された前記複数の画像信号と前記補正信号とを加算器により加算することで、前記複数の画像信号の階調補正をする。
【００２８】
デジタル信号に変換された画像信号の最下位ビットは、一般にノイズ成分を持つため、ランダムな値になる特徴がある。したがって、この構成によれば、ランダムな成分を持つ最下位ビットの画像信号のデータから補正信号を生成して画像信号を補正するので、ＡＤ変換後の画像信号に所望の増幅処理をする際に生じる離散的な階調飛びを軽減し、なめらかに階調変化する画像を提供することができる。また、複数の画像信号のランダム成分を用いて補正信号（ランダム信号）を生成するため、専用の乱数発生機を搭載することなく、既存の簡単な回路構成で補正信号を生成することができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の画像信号処理装置、固体撮像装置および固体撮像装置の画像信号処理方法によれば、専用の乱数発生機を搭載することなく、既存信号を用いることで簡単な回路構成で階調補正が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態１に係るカメラの概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の詳細な構成を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の単位画素の構成例を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る画像信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る画像信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る画像信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係る画像信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の実施の形態１に係る画像信号処理装置に関する補正信号選択器を用いた場合の特性を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係る画像信号処理装置に関する補正信号加算器を用いた場合の特性を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態３に係る画像信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の実施の形態４に係る画像信号処理装置の構成を示すブロック図である。図８は、実施の形態１から３の信号保持器の構成に関するブロック図である。
【図１２】本発明の実施の形態４に係る画像信号処理装置の構成を示すブロック図である。図９は、実施の形態１から３の信号保持器の構成に関するブロック図である。
【図１３】特許文献１記載の固体撮像装置の構成（信号処理構成）を示すブロック図である。
【図１４】特許文献１記載の固体撮像装置の信号生成器の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明の実施の形態に係る画像信号処理装置は、アナログ信号である複数の画像信号をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換器（以下、ＡＤ変換器とする）と、デジタル信号に変換された前記複数の画像信号のそれぞれを増幅する乗算器と、デジタル信号に変換された前記複数の画像信号のそれぞれの最下位ビットのデータから、ランダムな値により構成される補正信号を生成する補正信号生成器と、前記乗算器から出力された前記複数の画像信号と前記補正信号とを加算することで、前記複数の画像信号の階調補正をする加算器とを備える。これにより、専用の乱数発生機を搭載することなく、既存信号を用いることで簡単な回路構成で階調補正が実現できる。
【００３２】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。本発明について、以下の実施の形態および添付の図面を用いて説明を行うが、これは例示を目的としており、本発明がこれらに限定されることを意図しない。
【００３３】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態に係るカメラの概略構成を示す図である。図２は、本実施の形態に係る固体撮像装置１００の詳細な構成を示す図である。
【００３４】
このカメラは、固体撮像装置１００、レンズ１１０、ＤＳＰ（デジタル信号処理回路）１２０、画像表示デバイス１３０および画像メモリ１４０から構成される。
【００３５】
このカメラでは、レンズ１１０を介して外部から光が入射し、入射した光は固体撮像装置１００によりデジタル信号に変換されて出力される。そして、出力されたデジタル信号はＤＳＰ１２０により処理されて映像信号として画像メモリ１４０に出力されて記録され、また画像表示デバイス１３０に出力されて画像表示される。
【００３６】
ＤＳＰ１２０は、固体撮像装置１００の出力信号に対してノイズ除去等の処理を行って映像信号を生成する画像処理回路１２１と、固体撮像装置１００における画素の走査タイミングおよびゲインの制御を行うカメラシステム制御部１２２とから構成される。ＤＳＰ１２０は、例えば固体撮像装置１００の単位セル内で共有される画素間での特性差に関する補正を行う。
【００３７】
固体撮像装置１００は、１チップで形成され、固体撮像装置１００が形成されたチップとＤＳＰ１２０が形成されたチップとは別チップとされる。これにより、固体撮像装置１００の形成工程とＤＳＰ１２０の形成工程とを分離することで撮像部および処理部の製造工程を分離できる。したがって、製造工程を削減して低コスト化を実現できる。また、タイミング制御、ゲイン制御および画像処理をユーザー毎に自由に設定することが可能となるため、使用の自由度を高くすることができる。
【００３８】
固体撮像装置１００は、ＣＭＯＳ型の固体撮像装置であり、図２に示すように、画素部（画素アレイ）１０と、垂直走査回路（行走査回路）１４と、通信・タイミング制御部３０と、ＡＤ変換（アナログ／デジタルコンバーター）回路２５と、参照信号生成部２７と、出力Ｉ／Ｆ２８と、信号保持スイッチ２６３と、信号保持容量２６２と、カラムアンプ４２とを備える。
【００３９】
画素部１０は、複数の単位セル３が半導体基板のウェルに２次元状（行列状）に配列されて構成される。各単位セル３は、複数の画素（光電変換素子）を含んで構成される。各単位セル３は、垂直走査回路１４で制御される信号線および単位セル３からの電圧信号をＡＤ変換回路２５に伝達する垂直信号線１９と接続される。
【００４０】
垂直走査回路１４は、単位セル３を垂直方向に行単位で走査し、垂直信号線１９に電圧信号を出力させる単位セル３の行を選択する。
【００４１】
通信・タイミング制御部３０は、外部端子を介して入力されたマスタークロックＣＬＫ０およびデータＤＡＴＡを受け取り、種々の内部クロックを生成し参照信号生成部２７および垂直走査回路１４などを制御する。
【００４２】
参照信号生成部２７は、ＡＤ変換回路２５のカラムＡＤ回路２６にＡＤ変換用の参照電圧ＲＡＭＰを供給するＤＡＣ（デジタル／アナログコンバーター）２７ａを有する。
【００４３】
カラムアンプ４２、信号保持スイッチ２６３および信号保持容量２６２は、単位セル３の列に対応して設けられている。カラムアンプ４２は、単位セル３から出力された電圧信号を増幅し、信号保持容量２６２は信号保持スイッチ２６３を介して伝達されてきた増幅された電圧信号を保持する。カラムアンプ４２を設けることで、単位セル３の電圧信号を増幅することが可能となり、Ｓ／Ｎの改善およびゲインの切り替え等が可能となる。
【００４４】
図３は単位画素の構成例を示す図である。単位画素１０１には、それぞれ光電変換素子（画素）としてのフォトダイオード１０１１、転送トランジスタ１０１２、ＦＤ（フローティングディフュージョン）部１０１６、リセットトランジスタ１０１３、読み出しトランジスタ１０１４、および選択トランジスタ１０１５が構成されている。ここで、行選択信号線１０３は、例えば、転送パルス線ＴＸ、リセットパルス線ＲＳ、選択パルス線ＳＥＬで構成されている。転送パルス線ＴＸは、所定の行の転送トランジスタ１０１２を共通に制御するパルス信号（転送パルスφＴＸ）を伝達するための信号線である。リセットパルス線ＲＳは、所定の行のリセットトランジスタ１０１３を制御するパルス信号（リセットパルスφＲＳ）を伝達するための信号線である。選択パルス線ＳＥＬは、所定の行の選択トランジスタ１０１５を共通に制御するパルス信号（選択パルスφＳＥＬ）を伝達するための信号線である。
【００４５】
本発明の階調補正に係る実施の形態１の階調補正処理を行う画像信号処理回路（階調補正装置）を、図４を参照しながら説明する。
【００４６】
図４に示すように、本実施の形態に係る画像信号処理回路（階調補正装置）４０は、ＡＤ変換器２００と、乗算器２１０と、加算器２２０と、補正信号生成器２４０とで構成される。補正信号生成器２４０は、アナログ信号からデジタル信号にＡＤ変換されたデジタル画像信号を保持する信号保持器２３０と、保持された信号から１つを選択する補正信号選択器２１３とを備える。ＡＤ変換器２００は、例えば、図２に示した固体撮像装置１００におけるカラムＡＤ回路２６に相当する。また、乗算器２１０、加算器２２０、補正信号生成器２４０は、例えば、図１に示したカメラの画像処理回路１２１に配置されている。なお、ＡＤ変換器２００、乗算器２１０、加算器２２０、補正信号生成器２４０の配置は、上記した画像処理回路１２１の内部に限らず、固体撮像装置１００の内部に配置されていてもよい。
【００４７】
図４に示すように、イメージセンサから出力された画像信号のアナログ信号は、ＡＤ変換器２００におけるＡＤ変換により、複数ビットのデジタル画像信号に変換する。その後、乗算器２１０により、この複数ビットのデジタル画像信号にデジタルゲイン処理を行い、画像信号を増幅させる。
【００４８】
一般的に、画像信号を２のべき乗倍に増幅する場合には、バレルシフタ構成により実現する手法がとられる。具体的には、各ビットの画像信号を下位ビットから上位ビットにシフトさせることにより、画像信号が２のべき乗数に増幅される。この場合、各ビットの画像信号のシフトにより空白が生じる下位ビットには、固定値０を埋めることが多い。下位ビットを固定値で埋めることにより、増幅後の複数ビットのデジタル画像信号は飛び飛びの値となり、画像イメージには階調飛びが生じることになる。その階調飛びを補正するために、下位ビットを固定値ではなくランダムな値で埋めることで、増幅時の階調を補正し、滑らかな階調の画像イメージを得ることが可能である。
【００４９】
このランダムな値として、デジタル画像信号の複数ビットのうちの最下位ビットの値を用いる。デジタル画像信号の最下位ビットの値（以下、ＬＳＢとする）はノイズ成分を持つため、ランダムな値（ランダム成分）になる特徴がある。ランダム成分のＬＳＢを用い、組み合わせ、階調補正対象の画像信号に加算器１２０で反映することで、飛び飛びの値の間の値を生じさせて下位ビットを埋めることで、階調補正する。
【００５０】
図４は、画像信号を４倍に増幅処理をする場合の構成である。画像信号処理回路４０に伝搬してきた画像信号は、ＡＤ変換器２００によりＡＤ変換された後、補正信号生成器２４０に配置された信号保持器２３０により保持される。
【００５１】
信号保持器２３０は、ＬＳＢシフト器（図４では、「シフト」と示す。）２３１、２３２を備えている。シフト信号保持器２３０のＬＳＢシフト器２３１には、１つ前の画像信号のランダム成分のＬＳＢが保持される。ＬＳＢシフト器２３２には、ＬＳＢシフト器２３１に保持された２つ前の画像信号のランダム成分のＬＳＢが保持される。これらのＬＳＢは、乗算器２１０により増幅された画像信号の下位２ビットに割り当てられるためのＬＳＢである。
【００５２】
信号保持器２３０のＬＳＢシフト器２３１により保持された１つ前の画像信号のランダム成分のＬＳＢと、ＬＳＢシフト器２３２により保持された２つ前の画像信号のランダム成分のＬＳＢは、補正信号選択器（図４では、「選択器」と示す。）２１３により、乗算器２１０により増幅された画像信号の下位２ビットのいずれのビットに反映するか選択される。例えば、１つ前の画像信号のランダム成分のＬＳＢは下位２ビット目、２つ前のデジタル画像信号のランダム成分のＬＳＢは１ビット目、または、その逆の配置に選択され、補正信号とされる。選択された信号（補正信号）は、乗算器２１０により４倍にデジタルゲイン処理（増幅）されたデジタル画像信号の下位２ビット（本来固定値０で埋められるビット）に、加算器２２０で加算される。または、４倍増幅されたデジタル画像信号の下位２ビットの固定値０との置き換えが行われる。これにより、補正されたデジタル画像信号をその後の画像信号とすることで、階調補正を実現することができる。
【００５３】
なお、ここでは、４倍増幅の例を説明したが、２のｎ乗倍に対応する場合は、ｎ個前のデータから１つ前のデータまでの画像信号のＬＢＳを用いることで実現することができる。
【００５４】
ｎ倍増幅に対応した回路構成で、４倍対応する場合は、１からｎまでのＬＳＢから任意の２つを選択し、４倍増幅後の画像信号に加算、または下位２ビット置き換えを行う。
【００５５】
２のｍ乗倍対応する場合は、１からｎまでのＬＳＢから任意のｍ個を選択し、２のｍ乗倍増幅後の画像信号に加算、または下位ｍビット置き換えを行う。
【００５６】
また、ここでは、乗算器２１０による増幅前のＬＳＢを用いる手法を説明したが、図５に示すように、デジタル画像信号を乗算器２１０により増幅した後に、増幅されたデジタル画像信号のうち増幅前のＬＳＢに相当するビットを選択して補正信号を生成し、加算器２２０により増幅されたデジタル画像信号に補正信号を反映する構成でもよい。
【００５７】
また、図６に示すように、デジタルゲイン処理を行う乗算器２１０が加算器２２０の後に配置され、補正信号生成器２４０から出力される補正信号をＡＤ変換後のデジタル画像信号に反映させた後、デジタル画像信号を乗算器２１０により増幅する構成でもよい。
【００５８】
また、加算器２２０では、加算ではなく、減算を行ってもよい。また、ＬＳＢは１ビットに限らず、複数ビット（ｘビット）でもよい。
【００５９】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る画像信号処理回路（階調補正装置）について、図７を参照しながら説明する。
【００６０】
本実施の形態に係る画像信号処理回路が実施の形態１に示した画像信号処理回路と異なる点は、信号保持器２３０で保持された複数の画像信号のＬＳＢを、補正信号加算器２１４で加算して補正信号を生成し、ＡＤ変換器２００でアナログ信号からデジタル信号にＡＤ変換されたデジタル画像信号に、生成した補正信号を加算器２２０で加算、もしくは置き換えを行う点である。
【００６１】
図７に示すように、本実施の形態に係る画像信号処理回路（階調補正装置）５０は、ＡＤ変換器２００と、乗算器２１０と、加算器２２０と、補正信号生成器２５０とで構成される。ＡＤ変換器２００と、乗算器２１０と、加算器２２０の構成は、実施の形態１に係る画像信号処理回路４０のＡＤ変換器２００と、乗算器２１０と、加算器２２０と同一であるため、説明を省略する。
【００６２】
補正信号生成器２５０は、アナログ信号からデジタル信号にＡＤ変換されたデジタル画像信号を保持する信号保持器２３０と、保持された信号を加算する補正信号加算器２１４とを備える。
【００６３】
図７は、画像信号を４倍に増幅処理する構成である。画像信号処理回路５０に伝搬してきた画像信号は、ＡＤ変換器２００によりＡＤ変換される。その後、補正信号生成器２５０に配置された信号保持器２３０により、デジタル画像信号の下位ビットが保持される。
【００６４】
具体的には、次の通りである。信号保持器２３０は、ＬＳＢシフト器（図７では、「シフト」と示す。）２３１、２３２、２３３を備えている。シフト信号保持器２３０のＬＳＢシフト器２３１には、１つ前の画像信号のランダム成分のＬＳＢが保持される。ＬＳＢシフト器２３２には、ＬＳＢシフト器２３１に保持された２つ前の画像信号のランダム成分のＬＳＢが保持される。ＬＳＢシフト器２３３には、ＬＳＢシフト器２３１、２３２に保持された３つ前の画像信号のランダム成分のＬＳＢが保持される。これらのＬＳＢは、乗算器２１０により増幅された画像信号の下位２ビットに割り当てられるためのＬＳＢである。
【００６５】
信号保持器２３０で保持された３つの異なる画像信号のＬＳＢは、補正信号加算器（図７では、「加算器」と示す。）２１４で加算される。加算結果は０〜３の値を取り、２ビットのデータの補正信号が生成される。その加算結果（補正信号）は、乗算器２１０により４倍にデジタルゲイン処理されたデジタル画像信号の下位２ビット（本来固定値０で埋められるビット）に、加算器２２０で加算される。または、４倍増幅されたデジタル画像信号の下位２ビットの固定値０との置き換えが行われる。これにより、補正されたデジタル画像信号をその後の画像信号とすることで、階調補正を実現することができる。
【００６６】
なお、ここでは、増幅前のＬＳＢを用いる手法を説明したが、実施の形態１と同様、図５に示すように、デジタル画像信号を乗算器２１０により増幅した後に、増幅されたデジタル画像信号のうち増幅前のＬＳＢに相当するビットを選択して補正信号を生成し、加算器２２０により増幅されたデジタル画像信号に補正信号を反映する構成でもよい。
【００６７】
また、図６に示すように、デジタルゲイン処理を行う乗算器２１０が加算器２２０の後に配置され、補正信号生成器２５０から出力される補正信号をＡＤ変換後のデジタル画像信号に反映させた後、デジタル画像信号を乗算器２１０により増幅する構成でもよい。
【００６８】
元々、画像信号のＬＳＢはランダムなノイズ成分である。ノイズ成分を画像に付加するため、できるだけバラツキを抑えた形で付加することが望ましい。
【００６９】
図８に、０および１のいずれかがランダムに発生される数値を２つ選択し、ｎビットの信号とする場合の補正信号の値の発生分布を示す。また、図９に、０および１のいずれかがランダムに発生される数値を加算し、ｎビットの信号とする場合の補正信号の値の発生分布（ヒストグラム）を示す。実施の形態１で示したように画像信号のＬＳＢを２つ選択し、０から３の補正信号を生成する場合に発生する補正信号の値のバラツキが図８に示す分布になる。また、実施の形態２で示したように画像信号のＬＳＢを３つ選択し、０から３の補正信号を生成する場合に発生する補正信号の値のバラツキが図９に示す分布になる。
【００７０】
図８に示すように、選択したＬＳＢをそのまま補正信号にする場合は、補正信号の取り得る値（発生頻度）が一様分布するのに対し、図９に示すように、選択したＬＳＢを加算し、補正信号を生成する場合は、補正信号の取り得る値（発生頻度）の分布が抑えられ、正規分布のようになる。つまり、選択したＬＳＢを加算し、補正信号を生成する場合は、選択したＬＳＢをそのまま補正信号にする場合よりも、ノイズ成分のバラツキを抑えつつ任意の値を生成することができる。そのため、加算結果をデジタル画像信号に反映する方が、ノイズを抑えつつ階調補正できる特徴がある。
【００７１】
なお、ここでは、４倍増幅の例を説明したが、２のｎ乗倍に対応する場合は、（２のｎ乗―１）前のデータから１つ前のデータまでの画像信号のＬＳＢを用いることで、実現することができる。
【００７２】
２のｎ乗倍増幅に対応した回路構成で、４倍対応する場合は、１からｎまでのＬＳＢから任意の３つのＬＳＢを加算し、４倍増幅後の画像信号に加算する。
【００７３】
２のｍ乗倍する場合は、１から（２のｍ乗−１）前のＬＳＢを加算し、加算結果のｍビットを２のｍ乗倍の画像信号に加算する。
【００７４】
また、加算器１２０では、加算ではなく、減算を行ってもよい。また、ＬＳＢは１ビットに限らず、複数ビット（ｘビット）でもよい。
【００７５】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係る画像信号処理回路（階調補正装置）について、図１０を参照しながら説明する。
【００７６】
本実施の形態に係る画像信号処理回路５００が実施の形態１および２に示した画像信号処理回路と異なる点は、複数の画像信号処理回路を備え、これらの画像信号処理回路によって同時に並列処理されるデジタル画像信号のＬＢＳを相互に用いて補正信号（選択結果または加算結果）を生成し、生成した補正信号を乗算器により増幅されたデジタル画像信号に加算、もしくは置き換えを行う点である。
【００７７】
ここでは、２つの画像信号処理回路を備えた構成について説明する。２つの画像信号処理回路があるので、画像信号処理回路Ａ５１、画像信号処理回路Ｂ５２とする。画像信号処理回路Ａ５１および画像信号処理回路Ｂ５２は、画像信号処理回路Ａ５１が補正信号選択器３１３を備え、画像信号処理回路Ｂ５２が補正信号加算器３１４を備える点が異なっている。また、画像信号処理回路Ａ５１および画像信号処理回路Ｂ５２は、実施の形態２および３と同様、４倍に増幅処理する構成である。なお、補正信号選択器および補正信号加算器は、画像信号処理回路Ａ５１が補正信号加算器を備え、画像信号処理回路Ｂ５２が補正信号選択器を備える構成であってもよいし、画像信号処理回路Ａ５１および画像信号処理回路Ｂ５２のいずれもが補正信号選択器を備える構成であってもよいし、画像信号処理回路Ａ５１および画像信号処理回路Ｂ５２のいずれもが補正信号加算器を備える構成であってもよい。
【００７８】
画像信号処理回路Ａ５１において、ＡＤ変換器３００、３０１によりＡＤ変換され信号保持器３０３に保持されたデジタル画像信号の、１つ前のＬＳＢ、２つ前のＬＳＢを、補正信号選択器３１３および画像信号処理回路Ｂ５２に配置された補正信号加算器３１４にそれぞれ出力する。また、画像信号処理回路Ｂ５２において、信号保持器３０４から１つ前のＬＳＢ、２つ前のＬＳＢを、補正信号加算器３１４および画像信号処理回路Ａ５１に配置された補正信号選択器３１３にそれぞれ出力する。画像信号処理回路Ａ５１および画像信号処理回路Ｂ５２は、ＡからのＬＳＢ、ＢからのＬＳＢの中から必要なビット数（例えば、４倍時は、補正信号選択器３１３を使用する場合は２ＬＳＢ、補正信号加算器３１４を使用する場合は、３ＬＳＢ）を用いて補正信号を生成し、乗算器３１０、３１１により増幅されたデジタル画像信号に、加算器３２０、３２１による補正信号の加算、または置き換えをそれぞれ行う。
【００７９】
この例では、並列処理が２つの場合を記載したが、ｎ個の並列処理も同様に実施できる。
【００８０】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４に係る画像信号処理装置（階調補正装置）について、図１１および図１２を参照しながら説明する。
【００８１】
実施の形態１〜３に示した信号保持器は、デジタル画像信号のＬＢＳが保持でき、補正信号選択器、または補正信号加算器に出力することが出来れば、実施の形態１〜３に示した構成以外の信号保持器であってもよい。以下、その例を示す。
【００８２】
図１１に示す信号保持器は、デジタル画像信号単位でシフトしてＬＢＳを保持するＬＳＢシフト器５１０と、ＬＳＢシフト器５２０と、ＬＳＢシフト器５３０とを有する構成である。つまり、図１１に示す信号保持器は、それぞれのＬＳＢシフト器５１０、５２０、５３０から、保持されたＬＳＢを補正信号選択器または補正信号加算器へ出力するシフトレジスタ構成である。
【００８３】
また、図１２で示す信号保持器は、デジタル画像信号単位で保持タイミングを制御する保持タイミング制御器６００を有し、それぞれの保持タイミングでＬＳＢを保持するＬＳＢ保持器６１０と、ＬＳＢ保持器６２０と、ＬＳＢ保持器６３０とを有する構成である。つまり、図１２に示す信号保持器は、保持タイミング制御器６００による保持タイミングにより、それぞれのＬＳＢ保持器６１０、６２０、６３０から、保持されたＬＳＢを補正信号選択器または補正信号加算器へ出力する構成である。
【００８４】
図１１および図１２は、ｎ個のＬＳＢを保持する構成を示しているが、ｎ個には、１および２も含まれ、例えば、ｎ＝２の場合は、図１１に示すＬＳＢシフト器５３０、図１２に示すＬＳＢ保持器６３０はなくても良い。
【００８５】
実施の形態１〜３に示した信号保持器は、図１１の構成であってもよく、図１２の構成であっても良い。
【００８６】
なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形を行ってもよい。
【００８７】
例えば、補正信号生成器は、補正信号選択器に代えて補正信号加算器を備える構成であってもよい。
【００８８】
また、補正信号生成器は、ＡＤ変換後のデジタル画像信号のＬＳＢから補正信号を生成してもよいし、ＡＤ変換後乗算器により増幅されたデジタル画像信号のＬＳＢから補正信号を生成してもよい。また、ＡＤ変換後のデジタル画像信号のＬＳＢから補正信号を生成してＡＤ変換後のデジタル信号に補正信号を加算した後、補正後のデジタル画像信号を乗算器により増幅してもよい。
【００８９】
また、加算器では、補正信号の加算ではなく、減算を行ってもよい。また、ＬＳＢは１ビットに限らず、複数ビット（ｘビット）でもよい。
【００９０】
また、本発明に係る画像信号処理装置、固体撮像装置には、上記実施の形態における任意の構成要素を組み合わせて実現される別の実施の形態や、実施の形態に対して本発明の主旨を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例や、本発明に係る画像信号処理装置、固体撮像装置を備えた各種デバイスなども本発明に含まれる。例えば、本発明に係る固体撮像装置を備えたムービーカメラも本発明に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明によれば、なめらかに階調変化する画像印象および小型化が望まれる、高画質カメラ、ムービーカメラなどに利用することができる。
【符号の説明】
【００９２】
５０        画像信号処理回路（画像信号処理装置）
５１        画像信号処理回路Ａ（画像信号処理装置）
５２        画像信号処理回路Ｂ（画像信号処理装置）
１２１        画像処理回路
２００、３００、３０１、２００１        ＡＤ変換器
２１０、３１０、３１１、２００２        乗算器
２１３、３１３        補正信号選択器（補正信号選択部）
２１４、３１４        補正信号加算器（補正信号加算部）
２２０、３２０、３２１、２００３        加算器
２３０        信号保持器（信号保持部）
２４０        補正信号生成器
２３１、２３２、２３３、５１０、５２０、５３０        ＬＳＢシフト器
６００        保持タイミング制御器
６１０、６２０、６３０        ＬＳＢ保持器
２００８        選択器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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