(57)【要約】      （修正有）【課題】補正システムを増やすことなく様々な撮影条件に適切な精度で、露光段差や局所的な暗電流などの補正を行う撮像装置を提供する。【解決手段】複数の画素から構成される撮像素子と、撮像素子から得られた前記画素の出力値を補正する補正システムを有する。補正システムは、撮像素子の撮像領域を複数のブロックＡ−１〜Ａ−２１またはＢ−１〜Ｂ−２１毎にそれぞれ撮影条件に応じた補正値を有し、更に、ブロックの大きさと分割位置ＸＡ１、２、ＹＡ１〜６またはＸＢ１、２、ＹＢ１〜６を撮影条件に応じて変化させる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素から構成される撮像素子を有し、入射光を受光し入射光量に応じた出力値を得て当該出力値に応じた画像を生成する撮像装置において、
前記撮像素子から得られた前記画素の出力値を補正する補正システムを有し、
前記補正システムは、前記撮像素子の撮像領域を複数のブロックに分割し、前記ブロック毎にそれぞれ補正値を有し、前記ブロックの大きさと分割位置を撮影条件に応じて変化させることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記撮影条件は、ＩＳＯ感度を含む特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記撮影条件は、露光時間を含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記撮影条件は、前記撮像素子の温度を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記撮影条件は、撮像レンズの瞳距離や絞り値を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記補正システムは、前記画素値に対してゲイン補正及びオフセット補正を実施するシステムであることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記撮像素子の画素部は画素ごとに所定の複数のカラーフィルタを配置され、
前記各ブロックは色ごとに分割され、
前記補正値は色ごとに有することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＭＯＳイメージセンサなどの撮像素子を用いた撮像装置、及びその制御方法に関する。
【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撮像素子が多く使用されている。このＣＭＯＳ撮像素子に関しては、多画素化、高速撮像化、高ＩＳＯ化が要求されている。
【０００３】
多画素化に伴い、ＣＭＯＳ撮像素子の回路パターンは超微細になっていく。しかし、半導体を製造するステッパーの性能の関係から、銀塩フィルムと同じサイズの３５ｍｍフルサイズの大型ＣＭＯＳ撮像素子を製造する場合、超微細になった回路パターンを一度に転写することは難しい。そこで、フルサイズのＣＭＯＳ撮像素子は露光領域をずらしながら複数回の露光を行う分割露光によって製造されている。
【０００４】
ところで、複数回の露光により製造された撮像素子はそれぞれの露光領域ごとに出力特性などに差が出てしまう場合がある。このような場合、例えば均一な輝度の被写体を撮影すると、露光領域のつなぎ部分に段差が生じてしまったりする。また、２次元的にねじれるような特性差が生じる場合もある。
【０００５】
上述のような分割露光起因の段差に関して、撮像領域を複数のブロックに分割し、ブロック毎に異なる補正値によって補正する方法が特許文献１に提案されている。
【０００６】
その他にも、撮像領域を複数のブロックに分割してブロックごとのデータ処理を行う方法が特許文献２にも開示されている。特許文献２では、画面上の各領域においてブロック領域の大きさを変化させる方法が提案されている。
【０００７】
一方、撮像装置において撮像素子を用いて長時間露光を行う場合や、高温度下で撮影を行う場合などには、撮像素子において暗電流を生じることが良く知られている。暗電流は、高ＩＳＯでの撮影ほど画像に影響が生じる。ただし、各画素にほぼ均一に生じる暗電流に関しては補正方法がすでに多数提案されている。
【０００８】
しかし、撮像素子の駆動時において内部回路の消費電流が大きい場合、撮像素子の部分的な温度上昇が発生し、その部分のみ暗電流が上昇して近傍にある画素の出力が局所的に大きくなることがある。その影響は高ＩＳＯ撮影時ほど大きく、撮像素子で撮像した画像の本来明りのない領域に局所的にマゼンタに近い色の明かりが見受けられたりする。
【０００９】
局所的に発生する暗電流成分を補正する方法は特許文献３に開示されている。特許文献３によれば、局所的に暗電流が大きくなる領域近傍にオプティカルブラック領域を設け、オプティカル領域の出力値から有効画素領域の補正量を算出して補正する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００４−１１２４２３号公報
【特許文献２】特開平７−１５４６７５号公報
【特許文献３】特開２００４−２２２０２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述のように、ＣＭＯＳ撮像素子の高性能化に伴って様々な補正も必要となっている。しかしながら、補正項目が増えるほど補正処理回路が多数必要になり、また演算処理にも時間がかかってしまうといった問題があった。また、あらゆる撮影条件において全ての補正が必要ではなく、低ＩＳＯでのみ必要な補正、高ＩＳＯでのみ必要な補正もある。その他、露光時間やレンズの絞り値に応じても補正方法が変わるような補正もある。
【００１２】
そこで、本発明は、補正システムを増やすことなく様々な撮影条件に適切な精度で局所的な暗電流の補正などを行うことができ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】
【００１３】
上記の目的を達成するために、本発明に係る撮像装置は、
複数の画素から構成される撮像素子を有し、入射光を受光し入射光量に応じた出力値を得て当該出力値に応じた画像を生成する装置であり、撮像素子から得られた前記画素の出力値を補正する補正システムを有し、補正システムは撮像素子の撮像領域を複数のブロックに分割し、ブロック毎にそれぞれ補正値を有してブロックの大きさと分割位置を撮影条件に応じて変化させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る撮像装置によれば、撮影条件に応じてブロック補正の大きさ、分割位置を変化させることができる補正システムであるため、補正システムを増やすことなくあらゆる撮影条件に対応した補正をすることが可能になる。例えば、低ＩＳＯでは露光段差補正、高ＩＳＯでは局所的な出力ムラの補正、というように別の目的の補正を同じ補正システムで兼用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る撮像装置の全体ブロック図
【図２】複数回の露光により形成された画素領域を示す図
【図３】課題の局所的暗電流シェーディングの発生例を示す図
【図４】画面分割パターンの一例を示す模式図
【図５】本発明の第１の実施例における補正値テーブルを示す図
【図６】本発明の第１の実施例における分割位置情報を示す図
【図７】本発明の補正システムのフローチャート
【図８】本発明の第２の実施例における補正値テーブルを示す図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明を実施するための最良の形態を、実施例により詳しく説明する。
【実施例１】
【００１７】
図１に、本発明の第１の実施形態に係る撮像装置の全体ブロック図を示す。
【００１８】
図１の撮像素子１０１は、ＣＭＯＳ撮像素子であり、不図示の撮影レンズで撮像された画像を取り込む。
【００１９】
ＡＦＥ１０２は、アナログフロントエンド（Ａｎａｌｏｇ  Ｆｒｏｎｔ  Ｅｎｄ）であり、撮像素子からの信号の増幅や黒レベルの調整（ＯＢクランプ）などを行う信号処理回路である。タイミング発生回路１１０からＯＢクランプタイミングやＯＢクランプ目標レベルなどを受け取り、それに従って処理を行う。そして、処理を行ったアナログ信号をデジタル信号に変換する。
【００２０】
ＤＦＥ１０３は、デジタルフロントエンド（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｆｒｏｎｔ  Ｅｎｄ）であり、ＡＦＥ１０２で変換された各画素のデジタル信号を受けて画像信号の補正や画素の並び替え等のデジタル処理などを行っている。また、ＤＦＥ１０３でＯＢクランプを実施することができる。
【００２１】
１０５は画像処理装置であり、現像処理を行って表示回路１０８に画像を表示する、制御回路１０６を介して記録媒体１０９に記録する、といった処理を行う。また、画像処理装置１０５では、撮像素子から出力された画像データの補正処理なども行う。
【００２２】
制御回路１０６はその他、操作部１０７からの指示を受けて、タイミング発生回路１１０に命令を送るなどの制御も行う。また、記録媒体にはコンパクトフラッシュ（登録商標）メモリなどがある。
【００２３】
メモリ回路１０４は、画像処理装置１０５の現像段階での作業用メモリに使用される。また、撮像が続いて行われて現像手段が間に合わないときのバッファーメモリとしても使用される。
【００２４】
操作部１０７は、デジタルカメラを起動させるための電源スイッチ、及び測光処理、測距処理などの撮影準備動作開始やミラー、シャッターを駆動して撮像素子１０１から読み出した信号を処理して記録媒体１０９に書き込む一連の撮像動作の開始を指示するシャッタースイッチなどが含まれる。
【００２５】
図２はＣＭＯＳ撮像素子１０１の撮像面に形成される有効画素領域を示した図である。有効画素領域２００が３分割露光を行うことで形成される場合について示している。なお、有効画素領域２００とは画像形成に必要となる領域であり、後述する図３で説明するような単位画素が複数配置されている。
【００２６】
図２における２０１、２０２、２０３は各露光における露光範囲を示している。各領域２０１、２０２、２０３は同様の画素性能となるように露光して製造していても、厳密には露光によるずれが少なからず存在している。その影響はゲイン成分、オフセット成分の段差となって現れてくる。更に、露光段差は２次元的にねじれるような特性差が生じる場合もある。この影響は、ノイズが少ない低ＩＳＯでの撮影で特に見えやすくなる。
【００２７】
図３はＣＭＯＳ撮像素子１００を説明する図である。撮像素子３００（図１の１０１に相当）は、画素領域３０１（図２の２００に相当）、垂直シフトレジスタ３０２、列読み出し回路３０３、水平シフトレジスタ３０４、出力アンプ３０５から構成される。
【００２８】
画素領域３０１は水平方向、垂直方向に配された複数の画素から構成される。列読み出し回路３０３は列数分ある。各画素の信号は、垂直シフトレジスタ３０２の制御により列読み出し回路３０３から順次読み出される。そして、読み出し回路３０３に読み出された各画素の信号は、水平シフトレジスタ３０４を介して順次出力アンプ３０５から撮像素子の外に出力される（図１のＡＦＥ１０２）。
【００２９】
ここで、各画素の信号を読み出すにあたって、アンプを駆動すると発熱が伴う。特に、出力アンプ３０５は列読み出し回路３０３よりも高速動作する必要があるため、消費電流が大きい。そのため、発熱量も多くなり出力アンプ近傍の温度が上昇する。その結果、出力アンプ近傍の画素のみ暗電流が上昇して近傍にある画素の出力が局所的に大きくなり、図３に示すような放射状の出力ムラが生じてしまう。その影響は高ＩＳＯ撮影時に画素出力を増幅するときほど大きく、撮像素子で撮像した画像の本来明かりのない領域に局所的にマゼンタに近い色の明かりが見受けられたりする。
【００３０】
以上が本発明の撮像素子を備える撮像装置の基本的な動作例である。
【００３１】
続いて、本発明の撮像装置における補正システムの動作例について、図４〜７を用いて説明する。本補正処理は図１の画像処理装置１０５などで実行される。
【００３２】
図４は本発明の第１の実施例における画面分割パターンの例を示す模式図である。なお、本実施例においては、画面を３×７の計２１領域に分割し、それぞれの領域毎に補正値を持たせて補正を実施するものとする。ここでは、図４（ａ）のような分割パターンをパターンＡ、図４（ｂ）のような分割パターンをパターンＢと呼ぶ。
【００３３】
図４（ａ）のＡ−１からＡ−２１は分割された各ブロックを示す。画面左上の座標を（Ｘ、Ｙ）＝（０、０）とすると、ブロックはそれぞれ、Ｘ方向はＸ座標＝ＸＡ１、ＸＡ２、Ｙ方向はＹ座標＝ＹＡ１、ＹＡ２、ＹＡ３、ＹＡ４、ＹＡ５、ＹＡ６で分割される。例えば、Ａ−１ブロックは、座標（Ｘ、Ｙ）＝（０、０）〜（ＸＡ１−１、ＹＡ１−１）までの領域を表す。
【００３４】
まず、図４（ａ）のように画面を分割し、図２で示したような３分割露光で製造されたＣＭＯＳ撮像素子の露光段差の補正について説明する。図４（ａ）で示した分割位置ＸＡ１、ＸＡ２は露光のつなぎ位置に設定する。Ｙ方向の分割位置は画面を均等に７分割しても良い。また、露光段差の特性に応じて特性差が大きい部分がブロックの大きさが小さくなるように分割位置を変えても良い。例えば、画面上下の露光段差が大きい場合、図４（ａ）のように中央のＡ−１０、１１、１２の領域はブロックが大きく、上下のＡ−１から９、及びＡ―１３から２１の領域はブロックが小さくなるようにしても良い。
【００３５】
次に、各画素信号の補正方法について説明する。ＣＭＯＳ撮像素子から読み出されたアドレス（ｘ、ｙ）の画素の信号の出力Ｓ（ｘ、ｙ）に対し、補正後の出力をＤ（ｘ、ｙ）とすると、
Ｄ（ｘ、ｙ）＝  α  ×  Ｓ（ｘ、ｙ）  −  β    ―――（式１）
で表される。なお、α、βは各ブロックで持っている補正値である。各ブロックの補正値のテーブルの一例を図５に示す。例えば、分割パターンＡのＡ−１の領域の補正値はゲイン成分α＝ｇａ１、オフセット成分β＝ｏａ１となる。
【００３６】
図５の補正値は予め撮像装置１００のメモリ回路１０４に格納しておく。この補正値は撮像装置個別に持っているとより精度よく補正ができる。例えば撮像装置の製造時に撮像装置ごとに画像を取得して補正値を算出しても良い。
【００３７】
ここで、露光段差を補正するための補正値の算出についてもう少し具体的に説明する。遮光画像、及び輝度箱などの光源を撮影して均一輝度画像を取得する。得られた画像に対し、Ａ−１からＡ−２１の各ブロックの出力（例えば平均値）を算出する。ここで、ｉブロック（ｉ＝１、２、、、２１）の光画像の出力をＬｉ、遮光画像の出力をＢｉと表す。そして、２０１の面を基準としてそれに対するずれ量を補正するよう補正値を算出する。２０１の面に対応するブロック（Ａ−１、Ａ−４、Ａ−７、Ａ−１０、Ａ−１３、Ａ−１６、Ａ−１９）の補正値はゲイン成分α＝１、オフセット成分β＝０とし、他の面２０２、２０３に対応するブロックの補正値を求める。例えば、Ａ−２の補正値は次のように求まる。
【００３８】
ｇａ２  ＝  （Ｌ１  ／  Ｌ２）  ×  ｇａ１  ＝  Ｌ１  ／  Ｌ２
ｏａ２  ＝  Ｂ２  −  Ｂ１  ＋  ｏａ１  ＝  Ｂ２  −  Ｂ１
（※ｇａ１＝１、ｏａ＝０より）
さらに、Ａ−３の補正値はＡ−２に対する段差の補正であり、次のように求まる。
【００３９】
ｇａ３  ＝  （Ｌ２  ／  Ｌ３）  ×  ｇａ２  ＝  Ｌ１  ／  Ｌ３
ｏａ３  ＝  Ｂ３  −  Ｂ２  ＋  ｏａ２  ＝  Ｂ３  −  Ｂ１
以下同様にその他のブロックの補正値が算出される。
【００４０】
なお、Ｙ方向の分割位置も取得した画像から算出して撮像装置個別に持たせても良い。その場合、得られた画像に対し、各露光面（図２の２０１、２０２、２０３）におけるＹ方向の写像データをそれぞれ算出する。２０１の面を基準として、それに対するずれ量を補正するよう各行の補正値を算出し、補正値の分布から分割位置を求めることが可能である。
【００４１】
分割位置情報のテーブルの一例を図６に示す。このように、分割パターンＡ、Ｂそれぞれについて分割位置の情報を持たせることができる。図６の分割位置情報も撮像装置１００のメモリ回路１０４に格納しておく。
【００４２】
以上のようにして、各ブロックの補正値及び分割位置を求めることができる。なお、本実施例で説明した方法は一例であり、この限りではない。
【００４３】
続いて、図３のような局所的な出力ムラを補正する場合について説明する。この場合、図４（ｂ）に示す分割パターンＢのようになるよう分割位置を設定して補正を行う。つまり、図３のように画面右下に局所的な出力ムラが発生する場合に対応して、画面右下の領域を細かくブロック分割する。各画素信号の補正方法は、パターンＡを例に説明した方法と同様であり、（式１）に従って行う。各ブロックの補正値は図５に示したテーブルのように持たせ、撮像装置１００のメモリ回路１０４に格納しておく。補正値、及び分割位置は撮像装置ごとに画像を取得して算出することができる。
【００４４】
ここで、図３のような局所的な出力ムラを補正するための補正値について画像を取得して算出する方法について説明する。図３で示した局所的な出力ムラは暗電流起因であり、各画素の出力にオフセット成分として重畳される。そこで、補正値は遮光画像を取得して算出する。各ブロックのゲイン成分の補正値は１とする。また、出力ムラが発生しないＢ−１、Ｂ−２、Ｂ−３、Ｂ−４、Ｂ−７、Ｂ−１０、Ｂ−１３、Ｂ−１６、Ｂ−１９のオフセット成分の補正値は０とする。続いて、その他の領域（Ｂ−５、Ｂ−６、Ｂ−８、Ｂ−９、Ｂ−１１、Ｂ−１２、、、）の補正値を算出する。補正値算出用に遮光画像より各ブロックの出力Ｂｉ（例えば平均値）を算出する。Ｂ−５の補正値は出力ムラが発生しない領域（Ｂ−１など）の出力の差分から算出され、次のように求めることができる。
【００４５】
ｏｂ５  ＝  Ｂ５  −  Ｂ１
以下、同様に他の領域の補正値を求めることができる。
【００４６】
以上より、（式１）に従う補正システムを用いてパターンＡで補正を実施すれば、露光段差を補正することができ、パターンＢで補正を実施すれば局所ムラを補正することができる。パターンＡとパターンＢの切り替えは撮影条件で切り替える。撮影条件は、例えばＩＳＯ感度であり、ノイズが少ない低ＩＳＯでは露光段差が見えやすいためパターンＡで補正を行い、局所的な出力ムラが見えやすくなる高ＩＳＯではパターンＢで補正を行うことが好適である。なお、オフセット補正を行う場合は、オフセット量をＩＳＯ感度ごとに変えることが望ましい。その場合、ＩＳＯ感度ごとに補正テーブルを持たせても良いし、式１に従って、補正処理をする際にオフセット補正値βにゲインをかけても良い。
【００４７】
図７はパターンＡとパターンＢの切り替えをＩＳＯ感度（切り替えＩＳＯは１６００とする。）に応じて行って補正する場合の撮像素子からの信号読み出し時の処理を説明するフローチャートである。
【００４８】
まず、撮影時の撮影条件を確認する（ステップＳ７０１）。ステップＳ７０２にて、ＩＳＯ感度よりパターンＡ、パターンＢどちらで補正を行うかを決定する。ここでは、撮影したＩＳＯ感度が１６００未満であった場合はステップＳ７０３に進み、パターンＡの分割位置情報を読み出す。なお、ＩＳＯ感度が１６００以上であった場合には、ステップＳ７０４に進み、パターンＢの分割位置情報を読み出す。
【００４９】
続いて、撮像素子より読み出された各画素の出力信号に対してアドレス（ｘ、ｙ）＝（０、０）より順次、式１に従って補正を行う（ステップＳ７０５〜Ｓ７０９）。まず、アドレス（ｘ、ｙ）の画素信号Ｓ（ｘ、ｙ）を読み出す（ステップＳ７０５）。続いて、アドレス（ｘ、ｙ）がどのブロックに該当するかを判定する（Ｓ７０６）。例えば、ＩＳＯ１００での撮影で合った場合は、パターンＡの分割位置が読み出されている。アドレス（ｘ、ｙ）に対し、読み出された分割位置との関係を判定する。例えば、
ＸＡ１  ≦  ｘ  ＜  ＸＡ２    かつ  ０  ≦  ｙ  ＜  ＹＡ１  であった場合にはブロックはＡ−２となる。
そして、該当するブロックの補正値α、βを読み出し（ステップＳ７０７）、（式１）に従って補正結果を算出する（ステップＳ７０８）。例えば、アドレス（ｘ、ｙ）がＡ−２ブロックに該当していた場合、補正結果Ｄ（ｘ、ｙ）は、
Ｄ（ｘ、ｙ）  ＝  α  ×  Ｓ（ｘ、ｙ）  −  β
＝  ｇａ２  ×Ｓ（ｘ、ｙ）  −  ｏａ２
となる。以上の処理を全画素終了するまで繰り返す（Ｓ７０９）。
【００５０】
以上より、撮像領域を複数のブロックに分割し、ブロック毎にそれぞれ補正値を持たせて、撮像素子から出力される信号に対して補正を行う補正システムを備える撮像装置において、撮影条件に応じて分割位置を切り替えることにより、補正システムを増やすことなく撮影条件に応じた補正を行うことができる。
【００５１】
なお、本実施例では撮影条件をＩＳＯ感度としてパターンを２種類持たせたが、ＩＳＯ感度を細かく設定し、パターン数を増やしても良い。また、暗電流量は露光時間や温度にも依存するため、撮影条件はＩＳＯ感度以外にも、露光時間、温度で切り替えても良い。
また、本実施例では露光段差と局所的な出力ムラの補正について記載したが、その他の用途にも適用することができる。例えば、レンズの絞り値や瞳距離に応じて変わる周辺光量落ちや光シェーディングなどの光学特性の補正にも、撮像レンズの絞り値や瞳距離で切り替えることで適用できる。
【実施例２】
【００５２】
本発明の第２の実施形態について説明する。実施例１では、各ブロックの補正値は色によらず、一定であった。しかし、実際の撮像素子の画素部は画素ごとにＲ、Ｇ、Ｂといったカラーフィルタが配置されている。撮像素子から得られた出力信号から画像に現像処理を行う際、撮像素子の分光特性や撮影時の光源に応じてＲやＢにゲインをかける場合がある。例えば、局所的出力ムラのようなオフセット成分が各画素一律にのっていたとする。これに対し、Ｒに最もゲインをかけるような現像処理を行うと、結果として画像は赤みがかってしまう。
【００５３】
そこで、各ブロックを更に色ごとに分割し、色ごとに補正値を持たせる。図８は、パターンＢについて補正値を色ごとに持たせた場合のテーブルの一例である。本実施例では、ゲイン成分、オフセット成分共に色ごとに補正値を持たせたが、ゲイン成分のみでも良い。色ごとの補正値は例えば、Ｒの補正値を大きく設定する。また、ホワイトバランス設定に応じて補正値を変えることができるよう、補正テーブルを持たせても良い。例えば、ホワイトバランスで掛けるゲインの高い色の画素は補正量を多くし、ゲインの低い色の画素は補正量を少なくするといった処理をするとより精度よく補正ができる。
【００５４】
以上のように、各ブロックを色ごとに分割して補正値を色ごとに持たせることにより、撮影条件に応じてより精度良く補正を実施することが可能となる。
【符号の説明】
【００５５】
１００  撮像装置の全体ブロック図、１０１，３００  ＣＭＯＳ撮像部、
１０２  ＡＦＥ、１０３  ＤＦＥ、１０４  メモリ回路、１０５  画像処理装置、
１０６  制御回路、１０７  操作部、１０８  表示回路、１０９  記録媒体、
１１０  タイミング発生回路、２００，３０１  画素領域、
３０２  垂直シフトレジスタ、３０３  列読み出し回路、３０４  水平シフトレジスタ、
３０５  出力アンプ
【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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