JP2001036819A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 垂直ＯＢに画素欠陥が存在しても、新たな固
定バターンノイズの発生などの不具合を生じさせない良
好なスミア補正を行うことができる撮像装置を提供す
る。 【解決手段】 ＣＣＤ撮像素子５と、該撮像素子の垂直
ＯＢ画素の出力信号から欠陥画素情報を取り除くための
欠陥除去部８−１と、欠陥画素情報の除かれた垂直ＯＢ
画素の出力信号から撮像素子の有効画像信号を補正する
ための基準信号を生成する補正基準信号生成部８−２
と、有効画像信号から補正基準信号を減算する画像信号
補正部８−３とを備え、垂直ＯＢ画素の出力信号から欠
陥画素情報を除いてスミア除去のための基準信号の生成
処理を行うようにして、撮像装置を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、撮像装置、特に
擬似信号補正機能を有する撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＣＣＤ撮像素子を使用した固体撮
像装置においては、ＣＣＤ撮像素子特有の現象として、
強烈な光が入射したときに発生するスミア現象による画
質劣化が問題となっている。すなわち、この現象は本来
の電荷蓄積領域に捕捉されなかった電荷がポテンシャル
障壁を乗り越えて垂直転送路に漏れ込むことによるもの
であり、通常の定常的な光に起因する場合は、これが垂
直転送期間にわたって発生するため、例えばスポット光
の場合はその上下に伸びる縦筋になり、また例えば空を
含む景観のような高輝度部が水平方向に広がっている被
写体の場合は、画面全体がフレアがかった白けた画像が
得られる。

【０００３】この現象を補正する方法としては、スミア
がその発生原理から垂直方向にほぼ同レベルで生じるこ
とに着目して、有効画素領域外の遮光された蓄積画素領
域である垂直ＯＢ（オプティカルブラック：光学的黒）
の出力レベルをスミア除去基準信号とし、これを有効画
面の画素出力信号から減じる方法が、例えば特開平７−
６７０３８号公報に開示されていて公知である。特にこ
の公開公報開示のものにおいては、複数ライン（その実
施例では12ライン）からなる垂直ＯＢの信号を加算平均
（縦方向12画素毎に関する平均）して得たライン情報
（１ライン画素に対応する平均値データ）をスミア除去
基準信号とすることで、この基準信号に含まれるランダ
ム性ノイズの影響を低減し、スミア補正に起因して却っ
て新たな固定パターンノイズが発生することが無いよう
に配慮している。

【０００４】また、撮像素子には製造上の問題に起因す
る画素欠陥が存在する。これには、いわゆる暗電流の存
在などにより本来の出力レベルよりも大きな出力を生じ
る白画素欠陥と、リークあるいは転送不良等により本来
の出力レベルよりも小さな出力を生じる黒画素欠陥とが
あるが、いずれも実使用上問題になるレベルのものは、
それぞれ白キズ、黒キズ等と称され、撮像信号処理に際
して、その画素の出力情報は用いず、近隣の画素の出力
情報を用いて情報を補完する（欠陥補償）技術が広く実
用化されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ここで、例えば上記特
開平７−６７０３８号公報記載のような従来のスミア補
正技術を現実の撮像素子に適用することを考えると、垂
直ＯＢに画素欠陥が存在した場合には、これに起因する
新たな筋状の固定パターンノイズが発生してしまう。す
なわち、例えば白キズが存在すれば、スミアの発生の有
無にかかわらずスミア除去基準信号が生じてしまうから
画像に黒の縦筋が生じ、黒キズが存在すれば、スミアが
発生したときにスミア除去基準信号が発生しないから、
スミアが除去されないで残って白の縦筋を生じてしま
う。上記公開公報開示のスミア補正技術では複数ライン
の平均をとっているから、１画素欠陥の影響は、ある程
度（ライン数分の１に）軽減はされるものの、本質的な
解決にはならない。

【０００６】これを根本的に解決するには、ＯＢ領域に
画素欠陥のない撮像素子を選別して使用すれば良いが、
これは素子の歩留まりに係わり高価格化を招く。特に、
有効画素領域の欠陥は単に１画素の孤立点の問題である
が、上記スミア補正を前提としたＯＢ領域の場合は、こ
れが筋状の固定パターンノイズとなり、はるかに視認性
が高いため、欠陥の判定基準は厳しくならざるを得ない
から現実的ではない。

【０００７】ここで、仮に一つの新規な提案として、従
来の有効画素に関する欠陥補償をＯＢ領域にまで適用し
た場合を考えても、次のような問題が生じる。すなわ
ち、有効画素領域の欠陥補償には様々な制約条件がある
ため、一般に使用される方法は限られている。例えば、 処理に使用する記憶素子等の制約から１水平ラインの
内部だけで処理せざるをえないケースがある。具体的に
は、当該欠陥画素の左（または左右の）の隣接（カラー
の場合は同色のうちでの隣接）画素データを用いること
が多い。 カラー素子の場合は、同色フィルタの画素データによ
って補完する必要がある。具体的には、「Ｇ市松ＲＢ線
順次」のいわゆるＲＧＢベイヤ配列の場合に、Ｇの最近
接隣接画素は斜め４方に存在するから、補完はこの４画
素いずれかによるか、上記によるかになる。このよう
な具合であって、いずれにしても従来公知の技術は、欠
陥補償に際して水平アドレスの異なる画素の情報を利用
する形になっている。したがって、通常の有効画素に関
する欠陥補償をＯＢ領域に適用したとすると、スミア除
去基準信号の中に近隣の水平アドレスの異なるＯＢ画素
のデータが（あるいは欠陥補償の方式によっては有効画
素領域のデータも）混入することになり、正しいスミア
補正が行なわれず、あるいはあらたな縦筋ノイズが発生
してしまう。

【０００８】以上のように、従来のスミア補正技術は、
ＯＢ領域に画素欠陥が存在した場合には、却って新たな
固定パターンノイズが発生するという問題点があった。

【０００９】本発明は、従来の撮像装置におけるスミア
補正技術の上記問題点を解消するためになされたもの
で、請求項１に係る発明は、垂直ＯＢに画素欠陥が存在
しても新たな固定パターンノイズの発生などの不具合を
生じさせない良好なスミア補正を行うことの可能な撮像
装置を提供することを目的とする。また、請求項２に係
る発明は、予め所定基準で検査した画素欠陥データを用
いて、確実に且つ容易に不具合を生じさせないスミア補
正を行えるようにした撮像装置を提供することを目的と
する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、請求項１に係る発明は、撮像素子と、該撮像素子の
垂直方向の光学的黒の画素部分の出力信号から前記撮像
素子の有効画素部分の出力信号である有効画像信号を補
正するための基準信号を生成する補正基準信号生成手段
と、前記有効画像信号より前記補正基準信号を減算する
画像信号補正手段と、前記補正基準信号生成手段におけ
る補正基準信号の生成に際しては前記光学的黒の画素部
分に画素欠陥が存在しても該欠陥画素の情報が該補正基
準信号に含まれないように生成を行なうための該欠陥画
素情報を除く欠陥除去手段とで撮像装置を構成するもの
である。

【００１１】このように欠陥除去手段を設け、複数ライ
ンある垂直ＯＢから欠陥画素情報を除いて、スミア除去
のための基準信号を得るようにしているので、垂直ＯＢ
に画素欠陥が存在しても新たな固定パターンノイズ発生
などの不具合を生じさせない良好なスミア補正を行うこ
とができる撮像装置を実現することができる。

【００１２】また、請求項２に係る発明は、請求項１に
係る撮像装置において、前記光学的黒の画素部分に関す
る画素欠陥データを記憶する記憶手段を備え、前記欠陥
除去手段は、前記記憶手段に記憶されている画素欠陥デ
ータを用いて前記欠陥画素情報を除くように構成されて
いることを特徴とするものである。このように欠陥除去
手段が使用する垂直ＯＢに関する画素欠陥データを記憶
する記憶手段を備えることにより、例えば工場等で予め
所定の基準で検査した画素欠陥データを用いて画素欠陥
情報を除いたスミア除去のための基準信号を生成し、確
実に且つ容易に不具合を生じさせないスミア補正を行う
ことができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】次に、実施の形態について説明す
る。図１は、本発明に係る撮像装置の主たる実施の形態
のディジタルカメラを示すブロック構成図である。１は
レンズ系、２はレンズ駆動機構、３は露出制御機構、４
はフィルタ系、５はＣＣＤ撮像素子、６はＣＣＤドライ
バ、７はＡ／Ｄコンバータを含むプリプロセス回路、８
はディジタルプロセス回路で、ハードとしてメモリを含
み、全てのディジタルプロセス処理を行うものである。
９はメモリカードインターフェース、10はメモリカー
ド、11はＬＣＤ画像表示系、12は主たる構成としてマイ
コン含むシステムコントローラ、13は操作スイッチ系、
14は表示用ＬＣＤを含む操作表示系、15はストロボ、16
はレンズドライバ、17は露出制御ドライバ、18はＥＥＰ
ＲＯＭである。

【００１４】このように構成されているディジタルカメ
ラにおいては、システムコントローラ12が全ての制御を
統括的に行なっており、露出制御機構３と、ＣＣＤドラ
イバ６によるＣＣＤ撮像素子５の駆動を制御して露光
（電荷蓄積）及び信号の読み出しを行ない、それをＡ／
Ｄコンバータを含むプリプロセス回路７を介してディジ
タルプロセス回路８に格納し、この中で全ての必要な各
種信号処理を施して後に、ＬＣＤ画像表示系11に表示又
はメモリカード10に記録する。上記ディジタルプロセス
回路８で行われる各種信号処理には、本発明の要部であ
るところの、垂直ＯＢ画素の出力レベル情報を用いたス
ミア補正処理が含まれている。すなわち、ディジタルプ
ロセス回路８には、垂直ＯＢ画素の出力から欠陥画素情
報を取り除くための欠陥除去部８−１と、欠陥画素情報
の除かれた垂直ＯＢ画素の出力レベルに基づいてスミア
除去基準信号を生成する補正基準信号生成部８−２と、
該スミア除去基準信号を用いて有効画素領域の画像信号
を補正（スミア除去）する画像信号補正部８−３を備え
ている。これらの欠陥除去部８−１，補正基準信号生成
部８−２及び画像信号補正部８−３は、現実の演算処理
においては必ずしも明確に分離されないこともあるが、
説明の便宜と、概念の明確化のために分けて示すもので
ある。

【００１５】図２はＣＣＤ撮像素子５のセンサー領域を
示す概略図であり、該センサー領域は撮像エリアである
有効画素部分ＥＰと、垂直及び水平方向の黒基準を決め
るためのＯＢ（光学的黒画素部分）であるＶＯＢ及びＨ
ＯＢとから成っており、本実施の形態においては、この
光学的黒画素部分ＯＢは有効画素部分ＥＰの上側で垂直
方向に12ラインの垂直ＯＢであるＶＯＢと、有効画素部
分ＥＰの右側で水平方向に40画素の水平ＯＢであるＨＯ
Ｂとより成っている。これらＯＢ領域はセンサー上に遮
光膜を付けた構造となっており、そのＶＯＢにもスミア
は有効画素部分ＥＰと同じく存在し、このＶＯＢより得
られる撮像出力信号には、有効画素部分ＥＰより得られ
る撮像出力信号と同じレベルでスミア信号が含まれてい
る。なお、図２において、102 ，103 は補正処理を行わ
ない場合に生じるスミアの一例を示している。

【００１６】なお、本実施の形態に係るディジタルカメ
ラは、構図決定用の電子ファインダ対応のムービー（連
続的撮像）動作と、本撮影であるスチル（静止画撮像）
動作を行なうが、ムービーの場合は撮像素子の電荷蓄積
の制御によるいわゆる素子シャッタのみで露光時間を制
御している。スチルの場合も連写時などメカシャッタの
併用が困難な場合は、やはり素子シャッタのみの露光時
間制御を用いる。このため少なくともこのような場合
は、補正を行なわなければ、上記従来技術で述べたよう
なスミアが発生することになる。したがって、少なくと
もこのようなケースに対してはスミア補正処理を適用す
ることになる。そして、メカシャッタなどの光学シャッ
タを併用して１コマのみの静止画撮影を行なう場合な
ど、本来スミアが発生しないように制御できるケースに
対しても、本発明のスミア補正は、補正に伴なう新たな
ノイズの発生が事実上ないので、すなわちスミア補正は
確かに不要ではあるが、弊害もないからこのようなケー
スに対しても同じスミア補正処理を適用することが可能
（勿論非適用でも良い。設計上の選択肢となる）であ
り、本実施の形態に係るカメラでは処理の共通化を図っ
て全てのケースで共通のスメア補正処理を採用してい
る。

【００１７】次に、本実施の形態に係るディジタルカメ
ラにおけるスミア補正に直接関わる処理を中心に、シス
テムコントローラ12によるカメラ制御の説明を行なう。
ＥＥＰＲＯＭ18には、予め製造工程で検査によって求め
られた撮像素子５の欠陥画素のアドレスが、ＯＢ領域も
含めて格納されている。ただし、検査時の有効エリアと
ＯＢエリアの欠陥判定基準は異なっており、ＯＢエリア
の方がより厳しいレベル条件が適用されている。有効エ
リアのアドレス情報は、公知の画素欠陥補償処理に用い
られるものであり、その説明は省略する。

【００１８】さて、上記各動作における露光によって生
じた信号電荷を順次読み出した１画面に対応する撮像出
力信号を、ディジタルプロセス回路７の所定メモリ領域
に格納すると、補正基準信号生成部８−２において垂直
ＯＢであるＶＯＢの出力を用いてスミア除去基準信号を
算出する。ここで画素欠陥が存在しない場合は、上記公
開公報記載の従来技術と同様に、12ラインあるＯＢ画素
のデータのうち同じ水平アドレスを持つ12画素（以下の
説明においては、この12画素の画素群をロッドと称す
る）毎の和をとり、画素数12で除することで平均値を得
る。すなわち、各ロッド平均値を１画素に対応させた１
ラインの画像信号をもってスミア除去基準信号とする。

【００１９】本実施の形態におけるスメア補正処理は、
この処理の際に画素欠陥も考慮するところに特徴があ
る。すなわち、補正基準信号生成部８−２により各ロッ
ドの和を求めるに先立ち、欠陥除去部８−１において上
記ＥＥＰＲＯＭ18に格納された欠陥画素のアドレスデー
タを参照し、当該ロッドに欠陥画素があった場合、その
画素データを除き、残りの（非欠陥）画素データのみを
補正基準信号生成部８−２へ送出し、その和を求めるよ
うにする。そして、これを「12（ロッドの総画素数）か
ら欠陥画素数を減じたもの（当該ロッドの非欠陥画素
数）」で除することによって、当該ロッドの非欠陥画素
のみに関する平均値を得る。すなわち、各ロッドの非欠
陥画素のみの平均値を１画素に対応させた１ラインの画
像信号をもってスミア除去基準信号としている。したが
って、スミア補正に際して、ＯＢ領域の画素欠陥の影響
を受けることがなくなる。またこのとき、欠陥画素のデ
ータを取り除き、それに合わせて除数を調整しているか
ら、スミア除去基準信号に含まれる各ＯＢライン（の当
該ロッドに関する非欠陥画素）の重みは等比率を保って
おり、ランダム性ノイズの影響の低減効果に悪影響を生
じさせない点で優れている。

【００２０】なお、この点を重視しなければ、欠陥画素
の代わりに同じロッド内の他の（例えばすぐ上又は下
の）非欠陥画素データで置換えるという処理も可能であ
り、一つの変形例として挙げ得る。これは平均値算出に
おける除数を（本例では12に）定数化できる点で利点も
有してはいるが、置換えに用いた非欠陥画素の比率が他
よりも高くなるため、ランダム性ノイズの影響の低減効
果がそれだけ減じてしまうという欠点も併せ持つもので
ある。

【００２１】このようにして得られたスミア除去基準信
号を用いて、画像信号補正部８−３において有効画素信
号に関するスミア補正が行なわれる。すなわち、有効画
素部分ＥＰから読み出された画素信号の各ラインデータ
から、このスミア除去基準信号を減じたものを補正後の
出力とする。（減算は同じ水平アドレスを持つデータ間
で行われることは、自明であろう。）

【００２２】また、本実施の形態に係るディジタルカメ
ラは従来公知の画素欠陥補償手段を有しており、有効画
素部分ＥＰに対応する上記スミア補正後の出力信号に対
して、上記ＥＥＰＲＯＭ18に格納された欠陥画素アドレ
スデータに基づいて、ディジタルプロセス回路８におい
て、この処理がなされる。このときスミア補正を先に、
欠陥補償を後にやることには意味があり、単純にこれを
逆にすると、欠陥画素に対してこれと水平アドレスの異
なる画素の情報が補完適用される場合などに、スミア現
象それ自体やスミア補正に起因する画質劣化が生じるよ
うになる。

【００２３】以上のようにして、スミア補正及び画素欠
陥の補償処理を経た画像信号は、適宜各種信号処理を経
てメモリカード10に記録あるいはＬＣＤ画像表示系11に
表示される。記録あるいは表示される画像はスミアが補
正された、したがって見かけ上スミアの存在しない高画
質な画像となる。

【００２４】なお、上記主たる実施の形態の他にも様々
な実施の形態が考えられる。一例を挙げると、本発明を
動画撮影を主としたいわゆるムービーカメラ（ビデオム
ービー）に適用したものが挙げられる。上記主たる実施
の形態のカメラは、静止画撮影を主目的とした、いわゆ
るディジタル（スチル）カメラであるから、少なくとも
静止画の１コマ撮影に限れば、メカシャッタ等の光学シ
ャッタの併用によって（本発明によらず）問題の解決を
図ることも考えられるのに対して、ムービーカメラの場
合は動画撮影が主であるため、付加的機能である静止画
撮影も含めて光学シャッタを用いないという一般的な設
計要請が存在しており、本発明の効果は一層際立つもの
となる。

【００２５】以上本発明のいくつかの実施の形態及びそ
の変形例を具体的に示したが、本発明はこれらに限られ
ることなく、特許請求の範囲に記載の限りにおいて、如
何なる態様をも取り得るものであることは言うまでもな
い。

【００２６】

【発明の効果】以上実施の形態に基づいて説明したよう
に、本発明によれば、スミア補正された、したがって見
かけ上スミアの存在しない高画質な画像を得ることが可
能な撮像装置を実現することができる。特に請求項１に
係る発明によれば、複数ラインある垂直ＯＢから欠陥画
素の情報を除いてスミア除去のための基準信号を得るよ
うにしているから、垂直ＯＢに画素欠陥が存在しても新
たな固定パターンノイズの発生などの不具合を生じさせ
ない良好なスミア補正を行うことができる。また、請求
項２に係る発明によれば、欠陥除去手段が使用する垂直
ＯＢに関する画素欠陥データを記憶する記憶手段を備え
ているので、例えば工場等で予め所定の基準で検査した
画素欠陥データを用いて画素欠陥情報を除いたスミア除
去のための基準信号を生成し、確実に且つ容易に不具合
を生じさせないスミア補正を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る撮像装置の実施の形態のディジタ
ルカメラの全体構成を示す概略ブロック構成図である。

【図２】図１に示した実施の形態におけるＣＣＤ撮像素
子のセンサー領域を示す概略図である。

【符号の説明】

１ レンズ系 ２ レンズ駆動機構 ３ 露出制御機構 ４ フィルタ系 ５ ＣＣＤ撮像素子 ６ ＣＣＤドライバ ７ プリプロセス回路 ８ ディジタルプロセス回路 ８−１ 欠陥除去部 ８−２ 補正基準信号生成部 ８−３ 画像信号補正部 ９ メモリカードインターフェース 10 メモリカード 11 ＬＣＤ画像表示系 12 システムコントローラ 13 操作スイッチ系 14 操作表示系 15 ストロボ 16 レンズドライバ 17 露出制御ドライバ 18 ＥＥＰＲＯＭ 101 水平転送路（水平シフトレジスタ） ＥＰ 有効画素部分（撮像エリア） ＯＢ 光学的黒画素部分 ＶＯＢ 垂直ＯＢ ＨＯＢ 水平ＯＢ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 撮像素子と、該撮像素子の垂直方向の光
   学的黒の画素部分の出力信号から前記撮像素子の有効画
   素部分の出力信号である有効画像信号を補正するための
   基準信号を生成する補正基準信号生成手段と、前記有効
   画像信号より前記補正基準信号を減算する画像信号補正
   手段と、前記補正基準信号生成手段における補正基準信
   号の生成に際しては前記光学的黒の画素部分に画素欠陥
   が存在しても該欠陥画素の情報が該補正基準信号に含ま
   れないように生成を行なうための該欠陥画素情報を除く
   欠陥除去手段とを有していることを特徴とする撮像装
   置。
2. 【請求項２】 前記光学的黒の画素部分に関する画素欠
   陥データを記憶する記憶手段を備え、前記欠陥除去手段
   は、前記記憶手段に記憶されている画素欠陥データを用
   いて前記欠陥画素情報を除くように構成されていること
   を特徴とする請求項１に係る撮像装置。