(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換により画像信号を生成する撮像領域と、
上記撮像領域への被写体からの光を遮光する遮光手段と、
上記遮光手段により遮光をしていない状態で上記撮像領域に生じた画像信号を読み出す第１の動作、および上記遮光手段により遮光した状態で上記撮像領域に生じたノイズ成分データを読み出す第２の動作を行う駆動手段と、
上記駆動手段の上記第２の動作によりノイズ成分データを読み出して、上記第１の動作により読み出された上記画像信号を補正する補正手段と、
被写体の輝度が低い場合は上記補正手段による上記補正を行うと共に、被写体の輝度が高い場合は上記補正手段による上記補正を行わない制御手段と、
を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
光電変換により画像信号を生成する撮像領域と、
上記撮像領域への被写体からの光を遮光する遮光手段と、
上記遮光手段により遮光をしていない状態で上記撮像領域に生じた画像信号を読み出す第１の動作、および上記遮光手段により遮光した状態で上記撮像領域に生じたノイズ成分データを読み出す第２の動作を行う駆動手段と、
上記駆動手段の上記第２の動作によりノイズ成分データを読み出して、上記第１の動作により読み出された上記画像信号を補正する補正手段と、
上記画像信号のゲインを上げることに応じて上記補正手段による上記補正を行う制御手段と、
を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
被写体像を結像する光学系からの光を受光して画像信号を取得する撮像素子と、
上記撮像素子から得られた画像信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄコンバータとを有し、
上記撮像領域は、上記撮像素子における撮像領域であることを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
【請求項４】
光電変換により画像信号を生成する撮像領域を有する撮像装置の撮像方法であって、
上記撮像領域への被写体からの光を遮光する遮光工程と、
上記遮光工程により遮光をしていない状態で上記撮像領域に生じた画像信号を読み出す第１の動作、および上記遮光工程により遮光した状態で上記撮像領域に生じたノイズ成分データを読み出す第２の動作を行う駆動工程と、
上記駆動工程の上記第２の動作によりノイズ成分データを読み出して、上記第１の動作により読み出された上記画像信号を補正する補正工程と、
被写体の輝度が低い場合は上記補正工程にて上記補正を行うと共に、被写体の輝度が高い場合は上記補正工程にて上記補正を行わない制御工程と、
を有することを特徴とする撮像装置の撮像方法。
【請求項５】
光電変換により画像信号を生成する撮像領域を有する撮像装置の撮像方法であって、
上記撮像領域への被写体からの光を遮光する遮光工程と、
上記遮光工程により遮光をしていない状態で上記撮像領域に生じた画像信号を読み出す第１の動作、および上記遮光工程により遮光した状態で上記撮像領域に生じたノイズ成分データを読み出す第２の動作を行う駆動工程と、
上記駆動工程の上記第２の動作によりノイズ成分データを読み出して、上記第１の動作により読み出された上記画像信号を補正する補正工程と、
上記画像信号のゲインを上げることに応じて上記補正工程での上記補正を行う制御工程と、
を有することを特徴とする撮像装置の撮像方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像装置において撮影された画像信号に含まれるノイズ成分データの補正に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
固体撮像装置においては、その信号処理の過程で種々の要因によりノイズが発生することが知られている。その中で、固体撮像素子における固定パターンノイズとしては、従来からすりガラスをのせたような映像となるランダムなムラ状のノイズと、縦あるいは横方向に並んだ筋状のノイズとの２種類が知られている。
【０００３】
これらのノイズを補正する方法としては、従来より図９に示すような回路を用いて行う方法が用いられていた。すなわち、１画面分の撮像素子のノイズ成分データをフレームメモリ５２に予め記憶させておく。そして、撮像素子５１で生成した撮像信号をプロセス回路７に出力するときには、この撮像信号からフレームメモリ５２に記憶されたノイズ成分を減算器６で減算して出力するという方法である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例においては、フレームメモリに記憶された撮像素子のノイズ成分データは固定されたものであるので、例えば温度の変化に応じて変化する暗電流ムラ状ノイズ等を効果的に除去することができないという問題があった。
更に、上記従来例においては、撮像信号の補正をする必要のない場合についても一律に補正が行なわれてしまうので、その場合には画質を向上させるのではなく、逆に劣化させてしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は、以上のような問題を解決するためになされたもので、撮影時のノイズの状態に応じた適正なノイズ補正を行うことができるようにすることを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の撮像装置は、光電変換により画像信号を生成する撮像領域と、上記撮像領域への被写体からの光を遮光する遮光手段と、上記遮光手段により遮光をしていない状態で上記撮像領域に生じた画像信号を読み出す第１の動作、および上記遮光手段により遮光した状態で上記撮像領域に生じたノイズ成分データを読み出す第２の動作を行う駆動手段と、上記駆動手段の上記第２の動作によりノイズ成分データを読み出して、上記第１の動作により読み出された上記画像信号を補正する補正手段と、被写体の輝度が低い場合は上記補正手段による上記補正を行うと共に、被写体の輝度が高い場合は上記補正手段による上記補正を行わない制御手段とを有することを特徴とする。
また、本発明の撮像装置は、光電変換により画像信号を生成する撮像領域と、上記撮像領域への被写体からの光を遮光する遮光手段と、上記遮光手段により遮光をしていない状態で上記撮像領域に生じた画像信号を読み出す第１の動作、および上記遮光手段により遮光した状態で上記撮像領域に生じたノイズ成分データを読み出す第２の動作を行う駆動手段と、上記駆動手段の上記第２の動作によりノイズ成分データを読み出して、上記第１の動作により読み出された上記画像信号を補正する補正手段と、上記画像信号のゲインを上げることに応じて上記補正手段による上記補正を行う制御手段とを有することを特徴とする。
本発明の撮像装置の撮像方法は、光電変換により画像信号を生成する撮像領域を有する撮像装置の撮像方法であって、上記撮像領域への被写体からの光を遮光する遮光工程と、上記遮光工程により遮光をしていない状態で上記撮像領域に生じた画像信号を読み出す第１の動作、および上記遮光工程により遮光した状態で上記撮像領域に生じたノイズ成分データを読み出す第２の動作を行う駆動工程と、上記駆動工程の上記第２の動作によりノイズ成分データを読み出して、上記第１の動作により読み出された上記画像信号を補正する補正工程と、被写体の輝度が低い場合は上記補正工程にて上記補正を行うと共に、被写体の輝度が高い場合は上記補正工程にて上記補正を行わない制御工程とを有することを特徴とする。
また、本発明の撮像装置の撮像方法は、光電変換により画像信号を生成する撮像領域を有する撮像装置の撮像方法であって、上記撮像領域への被写体からの光を遮光する遮光工程と、上記遮光工程により遮光をしていない状態で上記撮像領域に生じた画像信号を読み出す第１の動作、および上記遮光工程により遮光した状態で上記撮像領域に生じたノイズ成分データを読み出す第２の動作を行う駆動工程と、上記駆動工程の上記第２の動作によりノイズ成分データを読み出して、上記第１の動作により読み出された上記画像信号を補正する補正工程と、上記画像信号のゲインを上げることに応じて上記補正工程での上記補正を行う制御工程とを有することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の固体撮像装置の一実施例を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の第１の実施例を示す固体撮像装置のブロック図である。なお、図１において、図９に示した従来の固体撮像装置と同一符号を付した部分は、従来のものと同一機能部分であることを示している。
第１の実施例は、撮像素子の一部に感光画素が接続されていない信号線を設け、この信号線から得られる信号を撮像素子のノイズ成分データとして用いることにより、感光画素の影響を受けないノイズ補正を行うことを可能にして、装置全体を大型化させることなく撮像素子におけるノイズ成分を確実に除去できるようにしたものである。
【００１４】
撮像素子１はドライバ８により駆動される。このドライバ８は同期信号発生回路９から発生された駆動パルスＰＤＲにより駆動される。撮像素子１からの出力信号はスイッチ２によりスイッチされ、可動端子２ａが固定端子Ａ側に切り換えられた場合には、端子Ａから撮像出力ＹS として減算器６の一端に加えられる。また、可動端子２ａが固定端子Ｂ側に切り換えられた場合には、撮像素子１からの出力信号は端子ＢからＡ／Ｄコンバータ３に入力され、デジタルのノイズ成分データとしてラインバッファ４に蓄えられる。
【００１５】
このノイズ成分データは、Ｄ／Ａコンバータ５でＤ／Ａ変換されてアナログのノイズ成分データＹN として減算器６の他端に入力される。そして、前述の撮像出力ＹS からこのノイズ成分データＹN が減算され、補正信号Ｙが得られる。このようにして生成された補正信号Ｙは、プロセス回路７に入力され、ホワイトクリップやアパーチャ補正等の処理を受けてビデオ信号Ｓｖとして出力される。
【００１６】
図２は、撮像素子１の詳細な構成を示す図で、ここではＭＯＳ型の撮像素子を例としている。すなわち、１画素はＭＯＳ−ＦＥＴ（ＭＯＳ型の電界効果トランジスタ）１１と光ダイオード１２とにより構成されている。そして、所定数の画素が水平方向および垂直方向にそれぞれ規則的に配列されて感光部を形成している。この感光部で生成された電荷は、各画素に接続された水平信号線１３および垂直信号線１４を介して読み出される。
【００１７】
この電荷の読み出し動作をもう少し詳しく説明すると、まず垂直方向については、読み出しラインを指定するアドレス信号ＡＤＲがデコーダ１５に入力され、これにより指定された読み出しラインが垂直レジスタ１６に伝えられる。そして、このようにして指定された水平ライン１３がアドレス信号ＡＤＲに従って順次走査されていく。次に水平方向については、アドレス信号ＡＤＲにより指定された１つの水平ラインに接続された各画素の信号が垂直信号線１４を介して水平レジスタ１７の作用により順次出力される。
【００１８】
本実施例では、この水平ラインの最上部には感光画素が接続されていないダミーライン１８を設けているところに特徴がある。そして、このダミーライン１８は、後述する垂直方向の固定パターンノイズの取り込み時に指定されるものである。
【００１９】
次に、図１に示した本実施例の固体撮像装置の全体の動作について、図３のタイミング図を参照して詳細に説明する。
【００２０】
図３において、（ａ）は垂直同期信号ＶＤを示し、（ｂ）は垂直ブランキング信号ＶＢを示している。まず、タイミングが図３（ｂ）に示すような垂直ブランキング期間に入ると、アドレス信号ＡＤＲは、図３（ｃ）に示すように、図２に示したダミーライン１８を指定する。上述したように、ダミーライン１８には感光画素が接続されていないので、ダミーライン１８から出力される信号はノイズ成分のみであり、撮像素子１の固定パターンノイズとして用いられる。
【００２１】
また、垂直ブランキング期間においては、図３（ｄ）のように、可動端子２ａが固定端子Ｂ側を選択するように、スイッチ信号ＰＳＷがスイッチ２に与えられる。これにより、撮像素子１から出力されたノイズ成分データがＡ／Ｄコンバータ３に入力される。更に、Ａ／ＤコンバータパルスＰＣＮＴ１が、図３（ｅ）に示すようにオンとなり、Ａ／Ｄコンバータ３が作動し始める。これにより、水平１ライン分のノイズ成分データがＡ／Ｄ変換され、これがデジタル信号としてラインバッファ４に蓄えられる。
【００２２】
次に、垂直ブランキング期間を終了して有効期間に入ると、図３（ｄ）のように、可動端子２ａが固定端子Ａ側を選択するように、スイッチ信号ＰＳＷがスイッチ２に与えられる。これにより、この有効期間中のアドレス信号ＡＤＲにより指定された有効ラインにおける撮像出力ＹS が減算器６の一端に入力される。
【００２３】
また、この有効期間内ではＤ／Ａコンバータ５を駆動するＤ／ＡコンバータパルスＰＣＮＴ２が、図３（ｆ）に示すようにオンとなり、前述の垂直ブランキング期間中にラインバッファ４に蓄えられたノイズ成分データがアナログのノイズ成分データＹN に変換されて減算器６の他端に入力される。減算器６内では、Ｙ＝ＹS −ＹN なる演算が行なわれ、これにより固定パターンノイズ成分が取り除かれた補正信号Ｙが得られる。そして、この補正信号Ｙはプロセス回路７に入力され、ここで同期信号等が加えられ、ビデオ信号Ｓｖとして出力される。
【００２４】
以上説明した第１の実施例においては、減算器６での減算処理をアナログ信号を用いて行う場合について説明したが、デジタル信号を用いて行うようにしてもよい。図４は、このようにデジタル的に減算処理を行うようにした第２の実施例としての固体撮像装置を示す図である。なお、図４において、図１に示した固体撮像装置と同一の機能部分には同一符号を付してある。
【００２５】
図４において、撮像素子１からの出力信号は、Ａ／Ｄコンバータ３によりＡ／Ｄ変換されてデジタル信号とされる。撮像素子１からの出力信号は、前述した実施例と同様に、図３（ａ）〜（ｄ）に示すような動作タイミングで切り換えられ出力された撮像素子１の撮像出力またはノイズ成分データである。
【００２６】
Ａ／Ｄコンバータ３から出力されるデジタル信号が撮像素子１の撮像出力をＡ／Ｄ変換したものである場合には、このデジタル信号はスイッチ１９の切り換えにより減算器２０の一端に撮像出力ＹSDとして直接入力される。また、Ａ／Ｄコンバータ３から出力されるデジタル信号が撮像素子１のノイズ成分データをＡ／Ｄ変換したものである場合には、このデジタル信号はスイッチ１９の切換によりラインバッファ４に入力され一旦記憶された後、ノイズ成分データＹNDとして減算器２０の他端に入力される。
【００２７】
そして、減算器２０で前述の撮像出力ＹSDからこのノイズ成分データＹNDが減算されて補正信号ＹD が得られる。この補正信号ＹD は、プロセス回路７で同期信号等が付加された後、Ｄ／Ａコンバータ５に入力され、アナログ信号に変換されてビデオ信号Ｓｖとして出力される。
【００２８】
なお、以上説明した第１、第２の実施例では、ダミーライン１８からのノイズ成分データの取り込み回数については詳しく述べなかったが、これは１回に限定されるものではない。例えば、取り込み回数を増やしてその平均値をとるようにすれば、より正確なノイズ成分データを得ることができる。
【００２９】
以上のように第１、第２の実施例によれば、感光画素が接続されていないダミーライン１８から１ライン単位で得られる信号をフレームメモリに比べてメモリ量の小さいラインバッファ４にノイズ成分データとして記憶しておき、これに基づいてノイズ補正を行うようにしたので、装置をいたずらに巨大化することなく、感光画素の影響を受けないノイズ補正が可能となり、撮像素子におけるノイズ成分が確実に除去された良好な画質を得ることができる。
【００３０】
次に、本発明の第３の実施例について説明する。
第３の実施例は、撮影時のノイズの状態に応じて、最適なノイズ補正を行うことができるようにしたものである。
図５は、本実施例の固体撮像装置を示すブロック図である。まず図５を用いて本実施例の全体の動作について簡単に説明する。
【００３１】
図５において、不図示のシャッターボタンがオンされると、遮光板３１が開かれ、遮光板３１の前段に設けられた不図示の光学系によりＣＣＤ３２の撮像面上に被写体像が結像され、ＣＣＤ３２により光電変換される。これにより得られた撮像信号は、Ａ／Ｄコンバータ３３でＡ／Ｄ変換された後、画像信号としてフレームメモリ３４に蓄えられる。
【００３２】
次に、遮光板３１が閉じられ暗状態においてＣＣＤ３２により光電変換が行なわれる。これにより得られる撮像信号は、ＣＣＤ３２の外部からの光を一切遮断して行なわれる光電変換により得られるものであるから、ＣＣＤ３２の固定パターンノイズのノイズ成分データＳN として用いられる。
【００３３】
このようにして得られたノイズ成分データＳN は、Ａ／Ｄコンバータ３３によるＡ／Ｄ変換等の処理は受けずに減算器３６の一端に直接入力される。なお、このノイズ成分データＳN の読み出しは、後述する判断動作により不要と判断されたときには行われない。
【００３４】
そして、このノイズ成分データＳN が減算器３６へ入力されるのに同期して、フレームメモリ３４に蓄えられた被写体の画像信号がＤ／Ａコンバータ３５でＤ／Ａ変換されてアナログの画像信号ＳD として減算器３６の他端に入力される。そして、減算器３６でＳ＝ＳD −ＳN なる減算処理が行なわれ、ＣＣＤ３２のノイズ成分が除去された補正信号Ｓが得られる。
【００３５】
この補正信号Ｓは、スイッチ３７の端子Ｂに入力される。また、スイッチ３７の端子Ａには未補正の画像信号ＳD が入力され、システムコントローラ４２の判断により、補正信号Ｓあるいは未補正信号ＳD のどちらかが選択される。この判断の方法については後述する。そして、選択された信号は、プロセス回路３８で所定の処理が行なわれた後に記録装置３９に与えられ、記録される。
【００３６】
次に、上述のシステムコントローラ４２によるスイッチ３７の端子選択の判断方法について、図６のフローチャートを用いて説明する。
まずステップＳ１でシャッターがオンされると、ステップＳ２で遮光板３１が開かれ、ステップＳ３で被写体の光電変換が行われてその撮像信号（被写体データ）がフレームメモリ３４に取り込まれる。
【００３７】
ステップＳ４では、取り込まれた被写体データの輝度分布のヒストグラム処理を行い、その処理結果から画像のハイライトポイントＨＰとダークポイントＤＰとを決定する。図７は、このヒストグラム処理の結果の一例を示す図である。なお、この処理結果は、取り込まれた被写体データを基に画素を２５６ステップに分類し、明るさの順に並べたものである。そして、全体の９９％の値をハイライトポイントＨＰとし、１％の値をダークポイントＤＰとしている。
【００３８】
更に、このようにして得られたハイライトポイントＨＰおよびダークポイントＤＰの組み合わせから、例えば図８に示すような図表を基にインデックス（ＩＮＤＥＸ）を決定する。ここで、インデックスがＯＮの場合にはノイズ成分の読み出しを行い、インデックスがＯＦＦの場合にはノイズ成分の読み出しは行わないことを示している。
【００３９】
次に、ステップＳ５でインデックスがＯＮであるかＯＦＦであるかの判定を行う。そして、インデックスがＯＮであると判断すると、ステップＳ６に移行して遮光板３１を閉じ、ステップＳ７でＣＣＤ３２のノイズ成分データＳN を読み出して減算器３６の一端に入力する。次いで、ステップＳ８でスイッチ３７の可動端子３７ａを端子Ｂ側に切り換えることにより、減算器３６で生成された補正信号Ｓを選択し、ステップＳ１０でこの補正信号Ｓを記録装置３９に記録する。
【００４０】
また、ステップＳ５でインデックスがＯＦＦであると判断すると、ステップＳ６、Ｓ７のノイズ成分データＳN の読み出しは行わずにステップＳ９に移行し、可動端子３７ａを端子Ａ側に切り換えることにより未補正信号ＳD を選択し、ステップＳ１０でこの未補正信号ＳD をを記録装置３９に記録する。
【００４２】
また、ノイズ成分データＳN の読み出しを行うか否かの選択については、ヒストグラム処理の結果に基づいて行う場合について説明したが、画像信号のゲインを上げるときには、ノイズ成分データＳN を常に読み出してノイズ補正を必ず行うようにしてもよい。
また、減算器３６での減算動作をデジタル的に行ってもよいことは、上述した第２の実施例の場合と同様である。
【００４３】
以上のように第３の実施例によれば、遮光板を閉じて生成した暗状態における撮像信号を撮像素子のノイズ成分データとして用い、これに基づいて撮像素子の固定パターンノイズの補正を行うようにしたので、１画面分の撮影毎にその撮影状況に応じたノイズ成分データを得ることができ、撮影時のノイズの状態に応じた最適なノイズ補正をすることができる。
更に、フレームメモリに記憶された画像信号の状態に応じてノイズ補正を行うか否かを決定し、補正の必要のない場合にはノイズ補正を行わないようにしたので、過剰な補正を防いで最適なノイズ補正をすることができるとともに、１枚の撮影時間を短縮することができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、１画面分の撮影毎にノイズ成分データを生成し、生成したノイズ成分データを基にノイズ補正を行うようにしたので、最適なノイズ補正を行うことができ、常に良好な画質を得ることができる。また、条件によりノイズ補正を行わないことが可能な撮像装置では、ノイズ補正を行わないときには、撮影時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施例の固体撮像装置を示すブロック図である。
【図２】撮像素子の詳細な構成を示す図である。
【図３】固体撮像装置の全体の動作タイミングを示すタイミング図である。
【図４】第２の実施例の固体撮像装置を示すブロック図である。
【図５】第３の実施例の固体撮像装置を示すブロック図である。
【図６】第３の実施例の動作を説明するためのフローチャートである。
【図７】ヒストグラム処理の結果の一例を示す図である。
【図８】ヒストグラム処理の結果から決定されるインデックスを示す図である。
【図９】従来の固体撮像装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１  撮像素子
２  スイッチ
２ａ  可動端子
３  Ａ／Ｄコンバータ
４  ラインバッファ
５  Ｄ／Ａコンバータ
６  減算器
７  プロセス回路
９  同期信号発生回路
１３  水平信号線
１４  垂直信号線
１８  ダミーライン
１９  スイッチ
２０  減算器
３１  遮光板
３２  ＣＣＤ
３３  Ａ／Ｄコンバータ
３４  フレームメモリ
３５  Ｄ／Ａコンバータ
３６  減算器
３７  スイッチ
３７ａ  可動端子
３８  プロセス回路
３９  記録装置
４２  システムコントローラ
【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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