JP2007251698A - 欠陥画素補正方法、及び欠陥画素補正回路 - Google Patents
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Abstract
【課題】撮像画像に関係なく、欠陥画素に対する補正処理の結果を常時良好にする。
【解決手段】欠陥画素補正回路11は、カラーフィルタ2を備えた固体撮像素子1に含まれる欠陥画素の補正処理を、欠陥画素から2画素分の範囲内に位置し且つ欠陥画素の対応色と同色に対応する同色画素を複数用いて行う。この際、欠陥画素補正回路11は、複数の同色画素のそれぞれに対して、同色画素及びその同色画素に隣接する画素の計2画素から得られる混合信号の値を特定すると共に、特定した複数の混合信号の値の平均値を算出し、その算出した平均値を、欠陥画素及びその欠陥画素に隣接する画素から得られる混合信号の値として用いる補正処理を行う。
【選択図】図1
【解決手段】欠陥画素補正回路11は、カラーフィルタ2を備えた固体撮像素子1に含まれる欠陥画素の補正処理を、欠陥画素から2画素分の範囲内に位置し且つ欠陥画素の対応色と同色に対応する同色画素を複数用いて行う。この際、欠陥画素補正回路11は、複数の同色画素のそれぞれに対して、同色画素及びその同色画素に隣接する画素の計2画素から得られる混合信号の値を特定すると共に、特定した複数の混合信号の値の平均値を算出し、その算出した平均値を、欠陥画素及びその欠陥画素に隣接する画素から得られる混合信号の値として用いる補正処理を行う。
【選択図】図1
Description
本発明は、どのような被写体を撮像しても、固体撮像素子に含まれる欠陥画素に対して良好なレベルの補系結果を得られるようにした欠陥画素補正方法、及び欠陥画素補正回路に関する。
従来、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、及び撮像機能付き携帯型情報機器などには固体撮像素子(例えばCCD)が用いられる。固体撮像素子は、複数の画素を配列して撮像面を形成すると共に、その撮像面に各色を格子状に配列させたカラーフィルタを配置し、各画素に色をそれぞれ対応させている。固体撮像素子は一般に、出力がゼロ又は出力が最大値から切り替わらない欠陥画素を含む。このような欠陥画素は撮像結果に悪影響を及ぼすので、欠陥画素に対して適宜補正することが必要となり、欠陥画素の補正処理には、従来から多数の方法が存在する(例えば、特許文献1参照)。
なお、欠陥画素は、製造時点で既に発生しているものと、製造後に生じるものがある。製造時点で生じていた欠陥画素については、欠陥画素の位置を製造時点で機器内のメモリに記録しておき、記録された位置を参照して欠陥画素に対する補正処理を行う。また、製造後に生じた場合は、各画素の出力値の比較などを行って欠陥画素の位置を検出し(例えば、特許文献2、3参照)、検出した欠陥画素に対して補正処理を行う。
特開2001−128068号公報
特開2004−297267号公報
特表2005−528857号公報
従来の欠陥画素の補正処理では、撮像画像に存在する輝度あるいは彩度の濃淡の境界と、欠陥画素の位置関係によっては適切な補正が行えないと云う問題があった。具体例を図12に示す固体撮像素子1(一部)に基づいて説明する。固体撮像素子1は、フィールド蓄積単板カラー方式のCCDであり、複数の画素(B00、A1、B1・・・)を水平及び垂直方向に配列すると共に、各画素に対応するように色(Cyシアン、Yeイエロー、Gグリーン、Mgマゼンタ)を格子状に配列した補色系のカラーフィルタ2を備える。固体撮像素子1はインターライン転送方式を採用し、偶数フィールド及び奇数フィールドごとに垂直方向(V方向)で隣接する2画素からの出力信号を混合して読み出す。例えば、偶数フィールドにおけるnラインのH1列では画素C1及び画素A3の2画素からの混合信号が読み出され、また、奇数フィールドにおけるnラインのH1列では画素A1及び画素C1からの混合信号が読み出される。
このような固体撮像素子1における欠陥画素に対する従来の補正処理では、欠陥画素の最隣接前方同色画素又は最隣接後方同色画素を用いる。例えば、V1行H2列に配置された画素が欠陥画素D1であるとした場合、偶数フィールドのnラインでは、H2列の欠陥画素D1及び画素B3から出力される混合信号の値が異常になる。そのため、最隣接前方同色画素を用いる補正処理では、欠陥画素D1から水平方向の前方で最隣接同色の画素D0と、その画素D0に垂直方向で隣接する画素B0の混合信号の値を、欠陥画素D1及び画素B3の混合信号の値の替わりに用いる。一方、最隣接後方同色画素を用いる補正処理では、欠陥画素D1から水平方向の後方で最隣接同色の画素D2及び画素B4の混合信号の値を、欠陥画素D1及び画素B3の混合信号の値として用いる。
上述した従来の2通りの補正処理は、図13(a)(b)に示すように固体撮像素子1で撮像された被写体の撮像画像の輝度あるいは彩度の濃淡の境界が、欠陥画素D1の前後に位置した場合、いずれか一方の補正処理では良好な補正結果が得られない。なお、図13(a)の撮像画像には、H0列からH2列までの欠陥画素D1を含む第1範囲3A(例えば、白色)、H3列からH4列までの第2範囲3B(例えば、黒色)が存在し、図13(b)の撮像画像には、H0列からH1列までの第1範囲4A(例えば、白色)、H2列からH4列までの欠陥画素D1を含む第2範囲4B(例えば、黒色)が存在する。また、以下の説明では単純化のため、固体撮像素子1の各画素は白色に対する出力値が「100」、黒色に対する出力値が「0」、欠陥画素D1の出力値は常時「0」とする(以下、同様)。
図14(a)は、図13(a)に示した場合に対応する固体撮像素子1の出力値の偶数フィールドに関する内容を示す。偶数フィールドのnラインにおける第1エリア5Aでは、欠陥画素D1が存在するため平均した出力値は(100(C1)+100(A3)+0(D1)+100(B3))/4(画素数)より、「300/4」となる。なお、他のエリアでは同様な計算により第2エリア5Bは「0」、n+1ラインの第3エリア5Cは「100」、第4エリア5Dは「0」になる。また、第1エリア5Aにおいて、欠陥画素D1が正常であれば、D1出力は「100」になるので、第1エリア5Aにおける出力値の補正値も「100+100+100+100/4=100」になることが望まれる。
このとき、最隣接前方同色画素を用いた補正では、欠陥画素D1及び画素B3の混合信号の値(0+100)が、H0列の画素D0及び画素B0の混合信号の値(100+100)に置き換えられるため、第1エリア5Aの補正値も「400/4=100」になり、良好な補正結果が得られる。しかし、最隣接後方同色画素を用いた補正では、欠陥画素D1及び画素B3の混合信号の値が、H4列の画素D2及び画素B2の混合信号の値(0+0)に置き換えられるため、第1エリア5Aの補正値が「200/4=50」となり、良好な補正結果が得られない。
上述した内容は、図14(b)に示す、図13(a)に示した場合に対応する奇数フィールドに関する内容でも同様である。すなわち、奇数フィールドのnラインにおける第1エリア6Aでは、欠陥画素D1の存在により出力値が「300/4」となり、最隣接前方同色画素を用いた補正では、画素B1及び欠陥画素D1の混合信号の値(100+0)が、H0列の画素B00及び画素D0の混合信号の値(100+100)に置き換えられ、第1エリア6Aの補正値も「100」となって良好な補正結果が得られる。しかし、最隣接後方同色画素を用いた補正では、画素B1及び欠陥画素D1の混合信号の値が、H4列の画素B2及び画素D2の混合信号の値(0+0)に置き換えられるため、第1エリア6Aの補正値が「200/4=50」となり、良好な補正結果が得られない。
また、図15(a)は、図13(b)に示した場合に対応する固体撮像素子1の出力値の偶数フィールドに関する内容を示す。偶数フィールドのnラインにおける第1エリア7Aでは、欠陥画素D1の存在により出力値は「200/4=50」であり、第2エリア7Bは「0」、n+1ラインの第3エリア7Cは「50」、第4エリア7Dは「0」になる。この場合、第1エリア7Aにおいて、欠陥画素D1が正常であればD1出力は「0」なので、第1エリア7Aにおける出力値の補正値は「50」になることが望まれる。なお、補正値として望まれる「50」と云う値は、偶然に補正前の現状値に一致している。
図15(a)で最隣接前方同色画素を用いた補正では、欠陥画素D1及び画素B3の混合信号の値(0+0)が、H0列の画素D0及び画素B0の混合信号の値(100+100)に置き換えられるため、第1エリア7Aの補正値は「400/4=100」になり、良好な補正結果にならない。一方、最隣接後方同色画素を用いた補正では、欠陥画素D1及び画素B3の混合信号の値が、H4列の画素D2及び画素B2の混合信号の値(0+0)に置き換えられるため、第1エリア7Aの補正値が「200/4=50」となり、良好な補正結果が得られる。
この内容は、図15(b)に示す、図13(b)に示した場合に対応する奇数フィールドに関する内容でも同様であり、奇数フィールドのnラインにおける第1エリア8Aでは、欠陥画素D1の存在により出力値が「200/4」となり、最隣接前方同色画素を用いた補正では、画素B1及び欠陥画素D1の混合信号の値(0+0)が、H0列の画素B00及び画素D0の混合信号の値(100+100)に置き換えられ、補正値が「400/4=100」となって適正な補正結果が得られない。最隣接後方同色画素を用いた補正では、画素B1及び欠陥画素D1の混合信号の値が、H4列の画素B2及び画素D2の混合信号の値(0+0)に置き換えられるため、補正値が「200/4」となり、良好な補正が行える。
よって、従来の補正の仕方では、図13(a)に示すような撮像画像の場合では最隣接前方同色画素を用いた補正が良好であり、最隣接後方同色画素を用いた補正が不良となるが(例えば、図14(a)(b)に示す内容)、図13(b)に示すような撮像画像の場合では、最隣接前方同色画素を用いた補正が不良になる一方、最隣接後方同色画素を用いた補正が良好になり(例えば、図15(a)(b)に示す内容)、どのような被写体を撮像しても、平均的に良好な補正結果を得られなかった。
本発明は、斯かる問題に鑑みてなされたものであり、どのような被写体を撮像しても、望まれる補正の値と大きな差が生じない妥当な(良好な)レベルに補正できるようにした欠陥画素補正方法、及び欠陥画素補正回路を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために本発明に係る欠陥画素補正方法は、配列した複数の画素にカラーフィルタが有する各色をそれぞれ対応させた固体撮像素子の中に含まれる欠陥画素及び該欠陥画素に隣接する画素から得られる混合信号の補正処理を行う欠陥画素補正方法において、前記欠陥画素から2画素分の範囲内で、前記欠陥画素の対応色と同色に対応する同色画素を複数特定し、特定した複数の同色画素のそれぞれに対して、同色画素及び該同色画素に隣接する画素から得られる混合信号の値を特定し、特定した複数の混合信号の値の平均値を算出し、前記欠陥画素及び該欠陥画素に隣接する画素から得られる混合信号の値を、算出した平均値に置き換える補正処理を行うことを特徴とする。
また、本発明に係る欠陥画素補正回路は、配列した複数の画素にカラーフィルタが有する各色をそれぞれ対応させた固体撮像素子の中に含まれる欠陥画素及び該欠陥画素に隣接する画素から得られる混合信号の補正処理を行う欠陥画素補正回路において、前記欠陥画素から2画素分の範囲内で、前記欠陥画素の対応色と同色に対応する複数の同色画素のそれぞれに対して、同色画素及び該同色画素に隣接する画素から得られる混合信号の値を特定する特定手段と、特定した複数の混合信号の値の平均値を算出する手段と、前記欠陥画素及び該欠陥画素に隣接する画素から得られる混合信号の値を、算出した平均値に置き換える補正処理を行う手段とを備えることを特徴とする。
さらに、本発明に係る欠陥画素補正回路は、前記特定手段は、3個以上の同色画素のそれぞれに対して、混合信号の値を特定するようにしてあることを特徴とする。
さらにまた、本発明に係る欠陥画素補正回路は、前記欠陥画素から前記複数の同色画素までのそれぞれ距離が異なる場合、前記特定手段が特定する混合信号の値に対して重み付けを行う重み付け手段を備え、該重み付け手段は、欠陥画素から近い同色画素に係る混合信号ほど大きく重み付けを行い、前記平均手段は、重み付けが行われた複数の混合信号に対して平均値を算出することを特徴とする。
また、本発明に係る欠陥画素補正回路は、前記特定手段は、混合信号を得る2つの画素の隣接方向と直交する方向で前記欠陥画素の両側に位置する2つの同色画素のそれぞれに対して、混合信号の値を特定するようにしてあることを特徴とする。
さらにまた、本発明に係る欠陥画素補正回路は、前記欠陥画素から前記複数の同色画素までのそれぞれ距離が異なる場合、前記特定手段が特定する混合信号の値に対して重み付けを行う重み付け手段を備え、該重み付け手段は、欠陥画素から近い同色画素に係る混合信号ほど大きく重み付けを行い、前記平均手段は、重み付けが行われた複数の混合信号に対して平均値を算出することを特徴とする。
また、本発明に係る欠陥画素補正回路は、前記特定手段は、混合信号を得る2つの画素の隣接方向と直交する方向で前記欠陥画素の両側に位置する2つの同色画素のそれぞれに対して、混合信号の値を特定するようにしてあることを特徴とする。
本発明にあっては、欠陥画素及びその欠陥画素に隣接する画素から得られる混合信号を、欠陥画素の周囲に位置する複数の同色画素及びその同色画素に隣接する画素から得られる混合信号の平均値に置き換えるため、常に平均的に妥当な補正結果を得ることが可能となる。即ち、従来の補正のように最隣接前方同色画素のみを用いる場合、最隣接後方同色画素のみを用いる場合に比べて、本発明は補正に用いる同色画素の数が多いため、良好でない補正の内容が良好な補正内容で薄められて、全体として許容レベルの補正結果を得ることができる。
また、本発明では、欠陥画素から2画素分の範囲内で補正に用いる同色画素を複数特定するため、撮像の際に欠陥画素と同等レベルで光電変換を行っている可能性が高い同色画素の出力を複数利用し、補正結果の向上を図れる。なお、欠陥画素から2画素分の範囲内とは、欠陥画素を含めずに2画素分の距離だけ離れている箇所の範囲を意味する。また、本発明において欠陥画素の位置特定は従来の方式に依存し、例えば、製造時点で判明している欠陥画素に対しては、欠陥画素の位置(アドレス)を予め記憶しておき、また、製造後に判明した欠陥画素に対しては、従来の欠陥画素の検出方法のいずれかを用いて欠陥画素の位置を特定する。
さらに、本発明にあっては、欠陥画素から2画素分の範囲内に位置する3個以上の同色画素を用いて補正処理を行うので、補正結果の値を一段と良好なレベルに引き上げる確率を高められる。即ち、3個以上の多くの同色画素を用いることで、望まれる補正結果から離れた出力を持つ同色画素が補正に用いられても、他の多くの同色画素の適正な出力値により良好でない値が平均化され、不適切な補正結果が生じる割合が減少し補正結果の安定化を図れる。
さらにまた、本発明にあっては、補正に用いる各同色画素の欠陥画素までの距離がそれぞれ異なる場合、欠陥画素から近い同色画素に係る混合信号ほど大きく重み付けを行う。欠陥画素から近い同色画素は、撮像時に欠陥画素と同等のレベルで受光している可能性が高いため、欠陥画素に近い同色画素に係る混合信号ほど、補正における重み付けを大きくすることで、補正結果が欠陥画素における実際の受光状況に近いレベルとなり、補正結果の更なる向上を図れる。
さらにまた、本発明にあっては、補正に用いる各同色画素の欠陥画素までの距離がそれぞれ異なる場合、欠陥画素から近い同色画素に係る混合信号ほど大きく重み付けを行う。欠陥画素から近い同色画素は、撮像時に欠陥画素と同等のレベルで受光している可能性が高いため、欠陥画素に近い同色画素に係る混合信号ほど、補正における重み付けを大きくすることで、補正結果が欠陥画素における実際の受光状況に近いレベルとなり、補正結果の更なる向上を図れる。
また、本発明にあっては、混合信号に係る2画素の隣接方向と直交する方向で欠陥画素の両側に位置する2つの同色画素を用いて補正処理を行うので、補正に用いる同色画素が1ライン上に位置するようになり、ラインメモリなどを用いずに簡易な回路構成で補正処理を行うことができる。
本発明にあっては、欠陥画素の周囲に位置する複数の同色画素を用いて補正処理を行うので、被写体に存在する境界及び撮像の状況に関係なく、常に平均的に妥当な補正結果を得ることができる。
また、本発明にあっては、欠陥画素から2画素分の範囲内に位置する3個以上の同色画素を用いて補正処理を行うので、補正結果の値を一段と良好なレベルにする可能性を高められる。
さらに、本発明にあっては、欠陥画素から近い同色画素に係る混合信号ほど重み付けを大きくするので、欠陥画素における実際の受光状況に一段とマッチした補正結果が得られる。
さらにまた、本発明にあっては、1ライン上に位置する2つの同色画素を用いて補正処理を行うので、簡易な回路で補正処理を行える。
また、本発明にあっては、欠陥画素から2画素分の範囲内に位置する3個以上の同色画素を用いて補正処理を行うので、補正結果の値を一段と良好なレベルにする可能性を高められる。
さらに、本発明にあっては、欠陥画素から近い同色画素に係る混合信号ほど重み付けを大きくするので、欠陥画素における実際の受光状況に一段とマッチした補正結果が得られる。
さらにまた、本発明にあっては、1ライン上に位置する2つの同色画素を用いて補正処理を行うので、簡易な回路で補正処理を行える。
図1は、本発明の実施形態に係る欠陥画素補正回路11を含む撮像ユニット10を示す。撮像ユニット10は、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、及び撮像機能付き携帯情報機器などに適用されるユニットであり、光電変換を行う固体撮像素子1、欠陥画素補正回路11、及びデジタル信号処理回路12を備える。固体撮像素子1は、撮像レンズ10aを通過した光に対して光電変換を行うものであり、本実施形態では図12に示す補色系のカラーフィルタ2を具備したフィールド蓄積単板カラー方式でインターライン転送のCCDを用いる。なお、固体撮像素子1は、製造時点でV1行H2列に欠陥画素D1が存在し、この欠陥画素D1の位置が欠陥画素補正回路11のメモリ11aに予め記憶されているものとする。
欠陥画素補正回路11は、固体撮像素子1からの映像信号を得て、メモリ11aに記憶された欠陥画素D1の位置に基づき補正処理に用いる画素を複数特定し、各特定画素からの出力を含む複数の混合信号の平均値を用いて補正処理を行うものである。欠陥画素補正回路11は、固体撮像素子1からインターライン転送方式で順次得られる混合信号に対応した回路構成になっており、サンプリング回路部11b、ライン及び画素に対する遅延処理を行う遅延処理部11c、欠陥画素補正用の補正処理部11d等を備える。また、欠陥画素補正回路11から出力される信号は、デジタル信号処理回路12で輝度信号Y及び色信号Cに分離される。
本実施形態の欠陥画素補正回路11の補正処理部11dは、メモリ11aにアドレスが記憶された欠陥画素D1と、同一の水平ライン(V1行)で欠陥画素D1より2画素前方(H0列)に位置して欠陥画素D1と同色(グリーン)に対応する画素D0と、欠陥画素D1より2画素後方(H4列)に位置して欠陥画素D1と同色(グリーン)に対応の画素D2とを補正処理に用いる画素として特定する(図12参照)。また、補正処理部11dは、偶数フィールドのnラインでの読み出しでは、補正処理に用いるH0列の画素D0及びその画素D0に垂直方向で隣接する画素B0の混合信号の値、並びに、H4列の画素D2及びその画素D2に垂直方向で隣接する画素B4の混合信号の値をそれぞれ特定する。それから補正処理部11dは、特定した2つの混合信号の値の平均値を算出し、算出した値を欠陥画素D1及び画素B3から得られる混合信号の値に用いるため、値の置き換え処理を行う。
奇数フィールドのnラインの読み出しに対しても、補正処理部11dは同様な補正処理を行っており、具体的には、H0列の画素B00及び画素D0の混合信号の値、並びにH4列の画素B2及び画素D2の混合信号の値をそれぞれ特定し、2つの混合信号の平均値を算出して、その算出した値を画素B1及び欠陥画素D1から得られる混合信号の値として用いるために、値の置き換え処理を行う。
次に、上述した補正処理部11が行う補正処理方法による結果を、従来の補正処理と比較する。図14(a)に示す場合(偶数フィールドのnラインの第1エリア5A)で、補正処理部11が補正処理を行うと、欠陥画素D1及び画素B3から得られる混合信号の値は((D0+B0)+(D2+B4))/2=((100+100)+(0+0))/2=100に置き換えられ、その結果、第1エリア5Aの補正された出力値は(100+100+100)/4=300/4になる。この補正された出力値(300/4)は、従来の最隣接前方同色画素を用いた補正結果(400/4=100)には及ばないが、最隣接後方同色画素を用いた補正結果(200/4=50)よりは優れる。
また、図14(b)に示す場合(奇数フィールドのnラインの第1エリア6A)においても補正処理部11が補正処理を行うと、画素B1及び欠陥画素D1から得られる混合信号の値は((B00+D0)+(B2+D2))/2=((100+100)+(0+0))/2=100に置き換えられ、その結果、第1エリア6Aの補正された出力値は(100+100+100)/4=300/4になる。この補正された出力値(300/4)は、従来の最隣接前方同色画素を用いた補正結果(400/4=100)には及ばないが、最隣接後方同色画素を用いた補正結果(200/4=50)よりは優れたものになる。
さらに比較を続けるために、図13(a)の撮像画像で第1範囲3Aが黒色、第2範囲3Bが白色の場合を検討する。このときは固体撮像素子1の出力は、図2(a)(b)に示すようになる。図2(a)は偶数フィールドに対応したものであり、nラインの第1エリア5Aは補正前の出力値が「0/4=0」であり、欠陥画素D1が正常であればD1出力は欠陥時と同様に「0」になるため、補正値も「0」になることが望まれる。第1エリア5Aに対して本発明の補正処理方法を実行すると、欠陥画素D1及び画素B3から得られる混合信号の値は((D0+B0)+(D2+B4))/2=((0+0)+(100+100))/2=100に置き換えられ、その結果、第1エリア5Aの補正値は(0+0+100)/4=100/4になる。この補正された出力値(100/4)は、従来の最隣接前方同色画素を用いた補正結果(0/4=0)には及ばないが、最隣接後方同色画素を用いた補正結果(200/4)よりは優れる。
図2(b)に示す奇数フィールドでは、nラインの第1エリア6Aは補正前の出力値が「0/4=0」であり、欠陥画素D1が正常であればD1出力は欠陥時と同様に「0」になるため、補正値も「0」になることが望まれる。第1エリア6Aに対して本発明の補正処理方法を実行すると、画素B1及び欠陥画素D1から得られる混合信号の値は((B00+D0)+(B2+D2))/2=((0+0)+(100+100))/2=100に置き換えられ、第1エリア6Aの補正値は(0+0+100)/4=100/4になる。この補正値(100/4)は、従来の最隣接前方同色画素を用いた補正結果(0/4=0)には及ばないが、最隣接後方同色画素を用いた補正結果(200/4)よりは優れたものになる。
さらにまた比較を続けるために、図13(a)の撮像画像で第1範囲3Aが白色、第2範囲3Bが灰色の場合を検討する。なお、灰色に対する各画素の正常出力値を「50」とする(以下、同様)。このときは固体撮像素子1の出力は、図3(a)(b)に示すようになる。図3(a)は偶数フィールドの状態を示し、nラインの第1エリア5Aは補正前の出力値が「300/4」であり、欠陥画素D1が正常であればD1出力が「100」になることから、補正値は「(100+100+100+100)/4=100」になることが望まれる。第1エリア5Aに対して本発明の補正処理方法を実行すると、欠陥画素D1及び画素B3から得られる混合信号の値は((D0+B0)+(D2+B4))/2=((100+100)+(50+50))/2=150に置き換えられ、第1エリア5Aの補正値は(100+100+150)/4=350/4になる。この補正値(350/4)は、従来の最隣接前方同色画素を用いた補正結果(400/4=100)には及ばないが、最隣接後方同色画素を用いた補正結果(300/4)よりは優れる。
図3(b)に示す奇数フィールドでは、nラインの第1エリア6Aは補正前の出力値が「300/4」であり、欠陥画素D1が正常であればD1出力は「100」であることから、補正値も「(100+100+100+100)/4=100」になることが望まれる。第1エリア6Aに対して本発明の補正処理方法を実行すると、画素B1及び欠陥画素D1から得られる混合信号の値は、((B00+D0)+(B2+D2))/2=((100+100)+(50+50))/2=150に置き換えられ、第1エリア6Aの補正値は(100+100+150)/4=350/4になる。この補正値(350/4)は、従来の最隣接前方同色画素を用いた補正結果(400/4=100)には及ばないが、最隣接後方同色画素を用いた補正結果(300/4)よりは優れる。
比較をさらに続けるために、図13(a)の撮像画像で第1範囲3Aが灰色、第2範囲3Bが白色の場合を検討する。このときは固体撮像素子1の出力は、図4(a)(b)に示すようになる。図4(a)は偶数フィールドの状態を示し、nラインの第1エリア5Aは補正前の出力値が「150/4」であり、欠陥画素D1が正常であればD1出力が「50」になることから、補正値は「(50+50+50+50)/4=50」になることが望まれる。第1エリア5Aに対して本発明の補正処理方法を実行すると、欠陥画素D1及び画素B3から得られる混合信号の値は((D0+B0)+(D2+B4))/2=((50+50)+(100+100))/2=150に置き換えられ、第1エリア5Aの補正値は(50+50+150)/4=250/4になる。この補正値(250/4)は、従来の最隣接前方同色画素を用いた補正結果(200/4=50)には及ばないが、最隣接後方同色画素を用いた補正結果(300/4)よりは優れる。
図4(b)に示す奇数フィールドでは、nラインの第1エリア6Aは補正前の出力値が「150/4」であり、欠陥画素D1が正常であればD1出力は「50」であることから、補正値も「(50+50+50+50)/4=50」になることが望まれる。第1エリア6Aに対して本発明の補正処理方法を実行すると、画素B1及び欠陥画素D1から得られる混合信号の値は((B00+D0)+(B2+D2))/2=((50+50)+(100+100))/2=150に置き換えられ、第1エリア6Aの補正値は(50+50+150)/4=250/4になる。この補正値(250/4)は、従来の最隣接前方同色画素を用いた補正結果(200/4=50)には及ばないが、最隣接後方同色画素を用いた補正結果(300/4)よりは優れる。
一方、欠陥画素D1と被写体の撮像画像の輝度あるいは彩度の濃淡の境界が図13(b)に示す状態では以下のようになる。先ず、図15(a)に示す場合(偶数フィールドのnラインの第1エリア7A)において補正処理部11が補正処理を行うと、欠陥画素D1及び画素B3から得られる混合信号の値は((D0+B0)+(D2+B4))/2=((100+100)+(0+0))/2=100に置き換えられ、第1エリア7Aの補正値は(100+100+100)/4=300/4になる。この補正値(300/4)は、従来の最隣接前方同色画素を用いた補正結果(400/4=100)より優れ、最隣接後方同色画素を用いた補正結果(200/4=50)には劣る。
また、図15(b)に示す場合(奇数フィールドのnラインの第1エリア8A)においても補正処理部11が補正処理を行うと、画素B1及び欠陥画素D1から得られる混合信号の値は((B00+D0)+(B2+D2))/2=((100+100)+(0+0))/2=100に置き換えられ、第1エリア8Aの補正値は(100+100+100)/4=300/4になる。この補正された出力値(300/4)は、従来の最隣接前方同色画素を用いた補正結果(400/4=100)より優れ、最隣接後方同色画素を用いた補正結果(200/4=50)には劣る。
次に、図13(b)の撮像画像で第1範囲4Aが黒色、第2範囲4Bが白色の場合を検討する。このときは固体撮像素子1の出力は、図5(a)(b)に示すようになる。図5(a)は偶数フィールドの状態を示し、nラインの第1エリア7Aは補正前の出力値が「100/4」であり、欠陥画素D1が正常であればD1出力は「100」になるので、第1エリア7Aの補正値も「200/4=50」になることが望まれる。第1エリア7Aに対して本発明の補正処理方法を実行すると、欠陥画素D1及び画素B3から得られる混合信号の値は、((D0+B0)+(D2+B4))/2=((0+0)+(100+100))/2=100に置き換えられる。その結果、第1エリア7Aの補正値は(0+0+100)/4=100/4になり、従来の最隣接前方同色画素を用いた補正結果(0/4=0)より優れ、最隣接後方同色画素を用いた補正結果(200/4)には及ばない結果になる。
図5(b)に示す奇数フィールドでは、nラインの第1エリア8Aは補正前の出力値が「100/4」であり、欠陥画素D1が正常であればD1出力は「100」になるので、補正値も「200/4」になることが望まれる。第1エリア8Aに対して本発明の補正処理方法を実行すると、画素B1及び欠陥画素D1から得られる混合信号の値は、((B00+D0)+(B2+D2))/2=((0+0)+(100+100))/2=100に置き換えられ、第1エリア8Aの補正値は(0+0+100)/4=100/4になる。この補正値(100/4)は、従来の最隣接前方同色画素を用いた補正結果(0/4=0)より優れ、最隣接後方同色画素を用いた補正結果(200/4)には及ばない結果になる。
さらに、図13(b)の撮像画像で第1範囲4Aが白色、第2範囲4Bが灰色の場合を検討する。このときは固体撮像素子1の出力は、図6(a)(b)に示すようになる。図6(a)は偶数フィールドの状態を示し、nラインの第1エリア7Aは補正前の出力値が「250/4」であり、欠陥画素D1が正常であればD1出力が「50」になることから、補正値は「(100+100+50+50)/4=300/4」になることが望まれる。第1エリア7Aに対して本発明の補正処理方法を実行すると、欠陥画素D1及び画素B3から得られる混合信号の値は((D0+B0)+(D2+B4))/2=((100+100)+(50+50))/2=150に置き換えられ、第1エリア7Aの補正値は(100+100+150)/4=350/4になる。この補正値(350/4)は、従来の最隣接前方同色画素を用いた補正結果(400/4)より優れ、最隣接後方同色画素を用いた補正結果(300/4)には及ばない。
図6(b)に示す奇数フィールドでは、nラインの第1エリア8Aは補正前の出力値が「250/4」であり、欠陥画素D1が正常であればD1出力は「50」になることから、補正値も「(100+100+50+50)/4=300/4」になることが望まれる。第1エリア8Aに対して本発明の補正処理方法を実行すると、画素B1及び欠陥画素D1から得られる混合信号の値は((B00+D0)+(B2+D2))/2=((100+100)+(50+50))/2=150に置き換えられ、第1エリア8Aの補正値は(100+100+150)/4=350/4になる。この補正値(350/4)は、従来の最隣接前方同色画素を用いた補正結果(400/4)より優れ、最隣接後方同色画素を用いた補正結果(300/4)には及ばない。
さらにまた、図13(b)の撮像画像で第1範囲4Aが灰色、第2範囲4Bが白色の場合を検討する。このときは固体撮像素子1の出力は、図7(a)(b)に示すようになる。図7(a)は偶数フィールドの状態を示し、nラインの第1エリア7Aは補正前の出力値が「200/4」であり、欠陥画素D1が正常であればD1出力が「100」になることから、補正値は「(50+50+100+100)/4=300/4」になることが望まれる。第1エリア7Aに対して本発明の補正処理方法を実行すると、欠陥画素D1及び画素B3から得られる混合信号の値は((D0+B0)+(D2+B4))/2=((50+50)+(100+100))/2=150に置き換えられ、第1エリア5Aの補正値は(50+50+150)/4=250/4になる。この補正値(250/4)は、従来の最隣接前方同色画素を用いた補正結果(200/4)より優れ、最隣接後方同色画素を用いた補正結果(300/4)には及ばない。
図7(b)に示す奇数フィールドの読み出し状態では、nラインの第1エリア8Aは補正前の出力値が「200/4」であり、欠陥画素D1が正常であればD1出力は「100」になることから、補正値も「(50+50+100+100)/4=300/4」になることが望まれる。第1エリア8Aに対して本発明の補正処理方法を実行すると、画素B1及び欠陥画素D1から得られる混合信号の値は、((B00+D0)+(B2+D2))/2=((50+50)+(100+100))/2=150に置き換えられ、第1エリア6Aの補正値は(50+50+150)/4=250/4になる。この補正値(250/4)は、従来の最隣接前方同色画素を用いた補正結果(200/4)より優れ、最隣接後方同色画素を用いた補正結果(300/4)には及ばない。
上述した図2(a)(b)〜図7(a)(b)、図14(a)(b)、及び図15(a)(b)に基づく説明のように、本発明の欠陥画素補正方法は、従来の補正方法と比べると、ベストではないが、常にベター(2番目に良好)な補正結果を得ることができ、いかなる被写体の撮像画像に対しても常時、良好な欠陥画素の補正処理を行える。
なお、本発明は、上述した実施形態に限定するものではなく種々の変形例が存在する。例えば、上述した実施形態では、製造時点で判明している欠陥画素に対して補正処理を行うようにしたが、図1に示す欠陥画素補正回路11に欠陥画素の検出回路を組み合わせることで、製造後に生じた欠陥画素を検出し、検出した欠陥画素に対して本発明の欠陥画素補正処理を行うことも可能である。
また、補正処理の内容自体にも様々なバリエーションが存在し、補正処理に用いる複数の画素は、図8に示すように欠陥画素から2画素分(欠陥画素を含まないで数えた垂直、水平、45度斜め方向における2画素分)の範囲内(欠陥画素を中心にした垂直(V)方向に5行、水平(H)方向に5列の矩形内)に含まれる画素を適用できる。そのため、図9に示すような補色系カラーフィルタ21を複数の画素からなる撮像面に設けた固体撮像素子20(図10は固体撮像素子の一部を示す)では、図10に示すようにV3行H5列のイエローに対応する画素が欠陥画素Ye9とした場合、補正処理では欠陥画素Ye9から2画素分の範囲内に位置する画素Ye2、Ye3、Ye4、Ye8、Ye10、Ye14、Ye15、Ye16の計8個の中から補正に用いる画素を複数特定できる(なお、説明の簡略化のため、カラーフィルタの色を示す記号Mg、G、Cy、Yeを、画素及び画素出力値を表す記号として用いる)。
図10に示す各画素の中で、補正に用いる画素の組み合わせ例は多数存在する。例えば、被写体の撮像画像の輝度あるいは彩度の濃淡の境界が垂直方向に存在するとき(例えば、横縞状の画像)、欠陥画素Ye9に対して垂直方向で上下両側に位置する画素を補正画素として用いることが好適である。なお、垂直方向に位置する画素を用いる場合は、図1に示す欠陥画素補正回路11内に、必要な数のラインメモリ等を備える必要がある。
図10に示した場合で補正に用いる画素の組み合わせの具体例を挙げると、第1例として欠陥画素Ye9の上下左右に位置する画素Ye3、Ye8、Ye10、Ye15を用いる場合、第2例として欠陥画素Ye9の各斜め方向に位置する画素Ye2、Ye4、Ye14、Ye16を用いる場合、第3例として欠陥画素Ye9の周囲全ての画素Ye2、Ye3、Ye4、Ye8、Ye10、Ye14、Ye15、Ye16を用いる場合などがある。第1例〜第3例は、欠陥画素Ye9に対して対称的に位置するため、常時バランスの良い補正処理が行える。
なお、上述した各画素を用いる場合、偶数フィールドのn+1ラインにおいて、欠陥画素Ye9と欠陥画素9に垂直方向で隣接する画素G15の混合信号の値は以下のように置き換えられる(図10参照)。先ず、上述した第1例では、欠陥画素Ye9及び画素G15の混合信号の値は((Ye3+G9)+(Ye8+G14)+(Ye10+G16)+(Ye15+G21))/4で算出される値に置き換えられる。また、第2例では、欠陥画素Ye9及び画素G15の混合信号の値は((Ye2+G8)+(Ye4+G10)+(Ye14+G20)+(Ye16+G22))/4で算出される値に置き換えられる。さらに、第3例では、欠陥画素Ye9及び画素G15の混合信号の値は((Ye2+G8)+(Ye3+G9)+(Ye4+G10)+(Ye8+G14)+(Ye10+G16)+(Ye14+G20)+(Ye15+G21)+(Ye16+G22))/8で算出される値に置き換えられる。
さらにまた、図10で示した中で補正に用いる画素を奇数個(3個以上の奇数)特定することで、従来の最隣接前方同色画素を用いた補正を和らげるような補正内容の調整、又は従来の最隣接後方同色画素を用いた補正結果を和らげるような補正内容の調整も可能になる。従来の最隣接前方同色画素を用いた補正結果を和らげる補正を行うには、欠陥画素Ye9が位置するH5列より前方の画素数をH5列より後方の画素数に比べて多く特定し、例えば、画素(Ye2、Ye10、Ye14)を補正処理に用いることが考えられる。また、従来の最隣接後方同色画素を用いた補正結果を和らげるには、欠陥画素Ye9が位置するH5列より前方の画素数をH5列より後方の画素数に比べて少なく特定し、画素(Ye4、Ye8、Ye16)を補正処理に用いることが考えられる。
さらに、補正に用いる複数の画素から欠陥画素までの距離がそれぞれ異なる場合は、図1の欠陥画素補正回路11が、欠陥画素までの距離に応じて重み付け処理を行ってもよい。例えば、上述した第3例では、図10に示す欠陥画素Ye9に対して垂直及び水平方向に位置する画素Ye3、Ye8、Ye10、Ye15の中心は、図8に示すように欠陥画素Ye9の中心から半径R1の同心円上に位置する。一方、図10に示す欠陥画素Ye9の斜め方向に位置する画素Ye2、Ye4、Ye14、Ye16の中心は、図8に示すように欠陥画素Ye9の中心から半径R2(R2>R1)の同心円上に位置する。この場合、欠陥画素補正回路11は、欠陥画素Ye9から近い幾何学的距離の画素Ye3、Ye8、Ye10、Ye15に係る混合信号の値には、重み付け係数K1(例えば0.8)を乗じる一方、欠陥画素Ye9から遠い幾何学的距離の画素Ye2、Ye4、Ye14、Ye16に係る混合信号の値には、重み付け係数K2(K2<K1。例えばK2は0.5)を乗じる。
欠陥画素補正回路11の上述した内容を含む処理を経て、欠陥画素Ye9及び画素G15の混合信号の値は(K1×((Ye3+G9)+(Ye8+G14)+(Ye10+G16)+(Ye15+G21))+K2×((Ye2+G8)+(Ye4+G10)+(Ye14+G20)+(Ye16+G22)))/8で算出される値に置き換えられる。その結果、欠陥画素Ye9における受光レベルに近いレベルで受光すると考えられる画素Ye3、Ye8、Ye10、Ye15に係る混合信号の比率を高めて補正することになり、より自然なイメージの良好な補正結果を得ることができる。
上述した重み付け係数K1、K2の数値は、実装段階では光学系、カラーフィルタの特性等を考慮して、K1>K2の条件下で適宜設定でき、また、重み付けの処理負担を低減するときは、一方の重み付け係数K1、K2の数値を「1」にして、「1」にした方の重み付け係数を乗じる処理を省略するようにしてもよい。なお、設定された数値はメモリ11aに記憶され、重み付け処理時に欠陥画素補正回路11及び補正処理部11dが記憶された数値を参照して演算を行うことになる。また、対象となる固体撮像素子が図10に示すものと相異する形態で、補正に使用する複数の同色画素から欠陥画素までの距離が3種類以上存在するときは、3種類以上の重み付け係数K1、K2、K3等を用いた補正も可能であり、このときも欠陥画素に近い同色画素に係る混合信号ほど、大きい重み付けの数値(例えばK1。K1>K2>K3)を用いて補正処理を行うことにより、良好な補正結果が得られる。
さらに、本発明は、図11に示すように各画素を45度回転して配置した構成の固体撮像素子30に含まれる欠陥画素30aの補正処理にも適用でき、この場合、補正処理に用いることができる範囲は、欠陥画素30aに対しては図11中に太線で囲んだ範囲31となり、この範囲31の内部に位置する画素を複数特定して、上述した補正処理(変形例の補正処理も含む)を行うことも可能である。
1 固体撮像素子
2 カラーフィルタ
10 撮像ユニット
11 欠陥画素補正回路
11a メモリ
11d 補正処理部
D1 欠陥画素
2 カラーフィルタ
10 撮像ユニット
11 欠陥画素補正回路
11a メモリ
11d 補正処理部
D1 欠陥画素
Claims (5)
- 配列した複数の画素にカラーフィルタが有する各色をそれぞれ対応させた固体撮像素子の中に含まれる欠陥画素及び該欠陥画素に隣接する画素から得られる混合信号の補正処理を行う欠陥画素補正方法において、
前記欠陥画素から2画素分の範囲内で、前記欠陥画素の対応色と同色に対応する同色画素を複数特定し、
特定した複数の同色画素のそれぞれに対して、同色画素及び該同色画素に隣接する画素から得られる混合信号の値を特定し、
特定した複数の混合信号の値の平均値を算出し、
前記欠陥画素及び該欠陥画素に隣接する画素から得られる混合信号の値を、算出した平均値に置き換える補正処理を行うことを特徴とする欠陥画素補正方法。 - 配列した複数の画素にカラーフィルタが有する各色をそれぞれ対応させた固体撮像素子の中に含まれる欠陥画素及び該欠陥画素に隣接する画素から得られる混合信号の補正処理を行う欠陥画素補正回路において、
前記欠陥画素から2画素分の範囲内で、前記欠陥画素の対応色と同色に対応する複数の同色画素のそれぞれに対して、同色画素及び該同色画素に隣接する画素から得られる混合信号の値を特定する特定手段と、
特定した複数の混合信号の値の平均値を算出する平均手段と、
前記欠陥画素及び該欠陥画素に隣接する画素から得られる混合信号の値を、前記平均手段が算出した平均値に置き換える補正処理を行う手段と
を備えることを特徴とする欠陥画素補正回路。 - 前記特定手段は、3個以上の同色画素のそれぞれに対して、混合信号の値を特定するようにしてある請求項2に記載の欠陥画素補正回路。
- 前記欠陥画素から前記複数の同色画素までのそれぞれ距離が異なる場合、前記特定手段が特定する混合信号の値に対して重み付けを行う重み付け手段を備え、
該重み付け手段は、欠陥画素から近い同色画素に係る混合信号ほど大きく重み付けを行い、
前記平均手段は、重み付けが行われた複数の混合信号に対して平均値を算出する請求項2又は請求項3に記載の欠陥画素補正回路。 - 前記特定手段は、混合信号を得る2つの画素の隣接方向と直交する方向で前記欠陥画素の両側に位置する2つの同色画素のそれぞれに対して、混合信号の値を特定するようにしてある請求項2に記載の欠陥画素補正回路。
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