(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゼロレベル期間の信号をデジタル化したフィードスルーデータと信号期間の信号をデジタル化した画像データとに基づくデジタル相関２重サンプリングを用いて、ＣＣＤから真の画像データを取得する画像データ取得方法において、
前記デジタル化した画像データを所定の閾値と比較するとともに、前記フィードスルーデータを第２の閾値と比較し、
前記デジタル化した画像データが前記閾値に等しいかまたは大きく、前記フィードスルーデータが前記第２の閾値に等しいかまたは小さいときは、前記真の画像データが飽和データである旨の信号を出力することを特徴とする画像データの取得方法。
【請求項２】
ゼロレベル期間の信号をデジタル化したフィードスルーデータと信号期間の信号をデジタル化した画像データとに基づくデジタル相関２重サンプリングを用いて、ＣＣＤから真の画像データを取得する画像データ取得装置において、
前記デジタル化した画像データを所定の閾値と比較する比較手段と、
前記フィードスルーデータを第２の閾値と比較する第２の比較手段と、
前記デジタル化した画像データが前記閾値に等しいかまたは大きく、前記フィードスルーデータが前記第２の閾値に等しいかまたは小さいときは、前記真の画像データが飽和データである旨の信号を出力する出力データインターフェースと、
を備えたことを特徴とする画像データの取得装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は画像データ取得方法および装置に関し、詳細には、デジタル相関２重サンプリングを用いて、ＣＣＤから真の画像データを取得する画像データ取得方法および装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、イメージセンサとしてＣＣＤを用いた電子スチルカメラが知られており、ＣＣＤの出力波形は図３に示すように、リセット期間ｔR 、ゼロレベル（フィードスルー）期間ｔF 、信号期間ｔS という３つの期間に分けられる。ここで、ゼロレベル期間ｔF の信号（フィードスルー信号）ＶF はリセット雑音を含み、その結果、ある程度の範囲内で上下し、この上下変動は信号期間ｔS の信号（画像信号）ＶS に影響を与えることとなり、単に画像信号ＶS の絶対値を出力しても、真の画像信号として用いることはできない。
【０００３】
そこで、このようなフィードスルー信号ＶF の影響を除去するために、一般に相関２重サンプリングの手法が用いられる。この相関２重サンプリングは、信号期間ｔS の画像信号ＶS とゼロレベル期間ｔF のフィードスルー信号ＶF とに基づいて、真の画像信号ＶS ′を求めるものであり、一般にはアナログ領域でフィードスルー信号ＶF をサンプルホールドし、画像信号ＶS との差分ＶS ′（＝ＶS −ＶF ）を得るものである。
【０００４】
また相関２重サンプリングをデジタル領域で行うデジタル相関２重サンプリングも知られている。このデジタル相関２重サンプリングは、フィードスルー信号ＶF および画像信号ＶS をそれぞれデジタル化してフィードスルーデータＶF および画像データＶS とした後に、両者の差分を算出して真の画像データＶS ′を得る手法である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところでアナログ領域で行う相関２重サンプリングでは、上述した差分ＶS ′はアナログ値で出力され、後にデジタル信号処理を施す場合には、この差分ＶS ′をＡ／Ｄ変換することでデジタルデータを求めればよく、アナログの差分ＶS ′がデジタル領域のダイナミックレンジを超えた場合には、そのダイナミックレンジの最大値でクリップされるにすぎないが、デジタル相関２重サンプリングでは、フィードスルーデータＶF および画像データＶS の両者がいずれもデジタル領域のダイナミックレンジ内のデータに変換されなければ正確な画像データＶS ′を得ることはできない。ここでフィードスルーデータＶF については一般にある程度その変動幅が予測可能であるため、例えば８ビットのデジタルデータ（０〜２５５）に変換する場合は、概ね１０程度の変動幅を見込んでおけばよいが、画像データＶS についてはそのような予測は困難であり、フィードスルーデータＶF が０となって、ＶF との差分ＶS ′（＝ＶS −ＶF ）が飽和値２５５とならない限り、画像信号ＶS が飽和値２５５を超える値に相当するものであっても、算出された真の画像データＶS ′は飽和値２５５を下回るため、その画像データＶS が飽和値を超えたものであるか否かの判定をすることができず、そのような適切でない画像データＶS ′をも用いて、後の定量解析等が行われる虞がある。
【０００６】
このような問題を回避するために、一般には、Ａ／Ｄ変換のビット数を高めてデジタル領域のダイナミックレンジを拡大することが考えられるが、Ａ／Ｄ変換のビット数を高めるのは、処理時間の大幅な延長を招来し、好ましくない。また、Ａ／Ｄ変換のダイナミックレンジを全域に亘って活用することが、コストを抑制するうえでも望まれている。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、信頼性の高い画像データか否かの判断を容易にさせることを可能にした、デジタル相関２重サンプリングを用いた画像データの取得方法および装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の画像データの取得方法および装置は、デジタル相関２重サンプリングを行うに際して、フィードスルーデータとの差分を算出する前に、画像データ単独で飽和に至っているか否かを判定し、飽和に至っていた場合は、その旨の信号を出力することで、算出された真の画像データが信頼性の高い画像データであるか否かを、画像読影者等に容易に認識させるものである。
【０００９】
すなわち本発明の画像データの取得方法は、ゼロレベル期間の信号をデジタル化したフィードスルーデータと信号期間の信号をデジタル化した画像データとに基づくデジタル相関２重サンプリングを用いて、ＣＣＤから真の画像データを取得する画像データ取得方法において、
前記デジタル化した画像データを所定の閾値と比較し、この比較結果、デジタル化した画像データが閾値に等しいかまたは大きいときは、真の画像データが飽和データである旨の信号を出力することを特徴とするものである。
【００１０】
ここで、所定の閾値とは、Ａ／Ｄ変換におけるデジタル領域のダイナミックレンジを広く活用する観点から、デジタル領域の最大値（８ビットであれば２５５、１０ビットであれば１０２３）とするのが好ましい。この場合、デジタル化した画像データが閾値より大きくなることはないため、閾値に等しければ真の画像データが飽和データである旨の信号を出力するようにすればよい。
【００１１】
さらにフィードスルーデータを第２の閾値と比較し、この比較結果、フィードスルーデータが第２の閾値に等しいかまたは小さいときは、真の画像データが飽和データである旨の信号を出力するようにしてもよく、この場合、第２の閾値はデジタル領域の最小値０を採用するのが好ましい。通常は、この第２の閾値はフィードスルーデータが等しくならないように設定されるべきであるが、ノイズ等の影響が大きい場合等予測を超えて、フィードスルーデータがデジタル領域の下限値（最小値）０となった場合にも、真の画像データの信頼性に問題が生じるため、上述した、画像データ単独で飽和に至っているか否かの判定と併せて行うのが好ましい。
【００１２】
本発明の画像データの取得装置は、上述した本発明の画像データの取得方法を実施する装置であって、ゼロレベル期間の信号をデジタル化したフィードスルーデータと信号期間の信号をデジタル化した画像データとに基づくデジタル相関２重サンプリングを用いて、ＣＣＤから真の画像データを取得する画像データ取得装置において、
前記デジタル化した画像データを所定の閾値と比較する比較手段と、該比較手段による前記比較結果、デジタル化した画像データが閾値に等しいかまたは大きいときは、前記真の画像データが飽和データである旨の信号を出力する出力データインターフェースとを備えたことを特徴とするものである。
【００１３】
さらに、フィードスルーデータを第２の閾値と比較する第２の比較手段と、この第２の比較手段による比較の結果、フィードスルーデータが第２の閾値に等しいかまたは小さいときは、前記真の画像データが飽和データである旨の信号を出力する第２の出力データインターフェースとを備えた構成とするのが、より好ましい。
【００１４】
なお、第２の比較手段は上記比較手段が、第２の出力データインターフェースは上記出力データインターフェースが、それぞれ機能的に兼ねるものであってもよい。
【００１５】
【発明の効果】
本発明の画像データの取得方法および取得装置によれば、ＣＣＤからの出力をデジタル相関２重サンプリングにより画像データとして得るに際して、フィードスルーデータとの差分を算出する前に、画像データ単独で飽和に至っているか否かを判定し、飽和に至っていた場合は、その旨の信号を出力することで、算出された真の画像データが信頼性の高い画像データであるか否かを、画像読影者等に容易に認識させることができる。この結果、飽和値を超えているために、信頼性の低いこのような真の画像データを、後の定量解析等に供することが無くなり、誤った結果を導出するのを回避することができる。
【００１６】
また、Ａ／Ｄ変換のビット数を高めることがないため、処理時間の大幅な延長やコストアップを招来することもない。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の画像データの取得装置の具体的な実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００１８】
図１は、本発明の画像データの取得装置の一実施形態の構成を示す図である。図示の画像データの取得装置は、受光面上に結像された所定の被写体の像を光電的に検出する冷却ＣＣＤ１０と、ＣＣＤ１０のアナログ出力波形に対して所定の信号処理を施すアナログ画像処理回路２０と、アナログ画像処理回路２０の出力のうち、ＣＣＤ１０のゼロレベル期間ｔF （図３参照）および信号期間ｔS に対応する期間において８ビットのデジタル信号（０〜２５５）にサンプリングするＡ／Ｄコンバータ３０と、ゼロレベル期間ｔF にサンプリングして得られたフィードスルーデータＶF を一時的に記憶し、差分計算機４０に出力するフィードスルーレベルメモリ４０と、信号期間ｔS にサンプリングして得られた画像データＶS を、差分計算機６０に出力するとともに、デジタル信号の飽和値２５５と比較して画像データＶS が飽和値２５５と等しいときは、後述する出力データインターフェース７０に、画像データＶS が飽和値２５５に達した旨を示す飽和信号を出力する飽和レベル比較器５０と、所定のタイミングでフィードスルーメモリ４０から入力されたフィードスルーデータＶF と飽和レベル比較器５０から入力された画像データＶS とに基づいて、それらの差分ＶS ′（＝ＶS −ＶF ）を算出して出力データインターフェース７０に出力する差分計算機６０と、差分計算機６０から入力された差分である真の画像データＶS ′を所定のタイミングで外部の処理装置に出力する出力データインターフェース７０と、ＣＣＤ１０、Ａ／Ｄコンバータ３０、差分計算機６０および出力データインターフェース７０の作動タイミングを制御するタイミングコントローラ８０とを備えた構成である。
【００１９】
なお本実施形態においては、図示したように太線で示したフィードスルーレベルメモリ４０、飽和レベル比較器５０、差分計算機６０、出力インターフェースおよびタイミングコントローラ８０は、同一のプログラム可能な集積回路で構成されたものであるが、本発明はこの態様に限るものではない。
【００２０】
次に本実施形態の画像データの取得装置の作用について説明する。
【００２１】
冷却ＣＣＤ１０は、所定のリセット信号によりリセットされ、リセット期間ｔR を経てゼロレベル期間ｔF に移行し、さらに画像信号の取り込み開始の信号により信号期間ｔS に移行する。信号期間ｔS 中は、その受光面上に結像された像に対応した電荷が蓄積される。このようにしてＣＣＤ１０から出力された出力（アナログ）はアナログ画像処理回路２０により、対数増幅等の所定の信号処理が施され、図３に示すものとなる。
【００２２】
アナログ画像処理回路２０により処理されたＣＣＤ１０の出力は、タイミングコントローラ８０の制御により、Ａ／Ｄコンバータ３０で、ゼロレベル期間ｔF 中と信号期間ｔS 中とでそれぞれ８ビットのデジタルデータにサンプリングされ、フィードスルーデータＶF および画像データＶS に変換される。
【００２３】
ここでフィードスルーデータＶF は、フィードスルーレベルメモリ４０に一旦格納され、他方の画像データＶS は、飽和レベル比較器５０に入力される。飽和レベル比較器５０は、入力された画像データＶS を差分計算機６０に出力するとともに、予め記憶されている飽和値２５５と比較し、飽和値と等しい場合は出力データインターフェース７０に、画像データＶS が飽和値２５５に達している旨の信号を送出する。
【００２４】
差分計算機６０には、飽和レベル比較器５０から画像データＶS が入力されるとともに、フィードスルーレベルメモリ４０からフィードスルーデータＶF が入力され、デジタル相関２重サンプリング処理により、それらの差分である真の画像データＶS ′が算出され、出力データインターフェース７０にその真の画像データＶS ′が出力される。
【００２５】
出力データインターフェース７０は、入力された真の画像データＶS ′を外部の定量解析装置等の処理装置に出力するが、飽和レベル比較器５０から、画像データＶS が飽和値２５５に達している旨の信号を受けている場合は、その信号を併せて出力する。
【００２６】
この結果、画像データＶS が飽和値２５５に達している場合には、その信号の存在により、出力された真の画像データＶS ′が信頼性の低い画像データであることを、オペレータに容易に認識させることができ、飽和値を超えているために、信頼性の低いこのような真の画像データＶS ′を、定量解析等に供することが無くなり、誤った定量解析結果が導出されるのを回避することができる。
【００２７】
一方、画像データＶS が飽和値２５５より小さい（ＶS ＜２５５）場合は、飽和レベル比較器５０から、画像データＶS が飽和値２５５に達している旨の信号は出力されないため、出力データインターフェース７０からもその信号は出力されず、したがって真の画像データＶS ′が信頼性の高い画像データであることを、オペレータに認識させることができ、信頼性の高い真の画像データＶS ′として安心して定量解析等に供することができる。
【００２８】
図２は本発明の画像データ取得装置の他の実施形態を示す図である。図示の画像データ取得装置は、飽和レベル比較器５０′が、信号期間ｔS にサンプリングして得られた画像データＶS をデジタル信号の飽和値２５５と比較するだけでなく、ゼロレベル期間ｔF にサンプリングして得られたフィードスルーデータＶF をデジタル信号の下限値０と比較し、画像データＶS が飽和値２５５と等しいとき、および／またはフィードスルーデータＶF が下限値０に等しいときは、出力データインターフェース７０に、画像データＶS が飽和値２５５に達した旨および／またはフィードスルーデータＶF が下限値０に達した旨を示す飽和信号を出力するものである点以外は、図１に示した画像データ取得装置と同じ構成である。
【００２９】
次に本実施形態の画像データの取得装置の作用について説明する。
【００３０】
ＣＣＤ１０から出力されたアナログ出力はアナログ画像処理回路２０により、帯域制限等の所定の信号処理が施され、アナログ画像処理回路２０により処理されたＣＣＤ１０の出力は、タイミングコントローラ８０の制御により、Ａ／Ｄコンバータ３０で、ゼロレベル期間ｔF 中と信号期間ｔS 中とでそれぞれ８ビットのデジタルデータにサンプリングされ、フィードスルーデータＶF および画像データＶS に変換される。
【００３１】
ここでフィードスルーデータＶF は飽和レベル比較器５０′に入力され、飽和レベル比較器５０′は、入力されたフィードスルーデータＶF をフィードスルーレベルメモリ４０に出力するとともに、予め記憶されている下限値０と比較し、この下限値と等しい場合は出力データインターフェース７０に、フィードスルーデータＶF が下限値０に達している旨の信号を送出する。
【００３２】
画像データＶS も飽和レベル比較器５０′に入力され、飽和レベル比較器５０′は、入力された画像データＶS を差分計算機６０に出力するとともに、予め記憶されている飽和値２５５と比較し、飽和値と等しい場合は出力データインターフェース７０に、画像データＶS が飽和値２５５に達している旨の信号を送出する。
【００３３】
差分計算機６０には、飽和レベル比較器５０′から画像データＶS が入力されるとともに、フィードスルーレベルメモリ４０からフィードスルーデータＶF が入力され、デジタル相関２重サンプリング処理により、それらの差分である真の画像データＶS ′が算出され、出力データインターフェース７０にその真の画像データＶS ′が出力される。
【００３４】
出力データインターフェース７０は、入力された真の画像データＶS ′を外部の定量解析装置等の処理装置に出力するが、飽和レベル比較器５０′から、フィードスルーデータＶF が下限値０に達している旨の信号および／または画像データＶS が飽和値２５５に達している旨の信号を受けている場合は、その信号を併せて出力する。
【００３５】
この結果、フィードスルーデータＶF が下限値０に達している場合および／または画像データＶS が飽和値２５５に達している場合には、それらの信号の存在により、出力された真の画像データＶS ′が信頼性の低い画像データであることを、オペレータに容易に認識させることができ、飽和値を超えているために、信頼性の低いこのような真の画像データＶS ′を、定量解析等に供することが無くなり、誤った定量解析結果が導出されるのを回避することができる。
【００３６】
一方、フィードスルーデータＶF が下限値０より大きく（０＜ＶF ）、かつ画像データＶS が飽和値２５５より小さい（ＶS ＜２５５）場合は、飽和レベル比較器５０′から、フィードスルーデータＶF が下限値０に達している旨の信号および画像データＶS が飽和値２５５に達している旨の信号はいずれも出力されないため、出力データインターフェース７０からもそれらの信号は出力されず、したがって真の画像データＶS ′が信頼性の高い画像データであることを、オペレータに認識させることができ、信頼性の高い真の画像データＶS ′として安心して定量解析等に供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の画像データの取得装置の一実施形態を示す図
【図２】本発明の画像データの取得装置の他の実施形態を示す図
【図３】ＣＣＤ出力波形を示す図
【符号の説明】
10    ＣＣＤ
20    アナログ画像処理回路
30    Ａ／Ｄコンバータ
40    フィードスルーメモリ
50    飽和レベル比較器
60    差分計算機
70    出力データインターフェース
80    タイミングコントローラ
【図１】
0003964067.tif 000002
【図２】
0003964067.tif 000003
【図３】
0003964067.tif 000004