JP2009182825A - 撮像装置及びその画像補正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 被写体の撮像画像信号を電荷転送路の転送効率で補正する場合、転送効率が撮影温度に応じて変化したときでも適切な補正を行う。
【解決手段】 電荷転送路を有する固体撮像素子によって被写体の画像を撮影する撮像装置の画像補正方法において、被写体を撮影したときのＩＳＯ感度が所定感度以上の場合（ステップＳ６）、該撮影の後にメカニカルシャッタ閉の状態で内蔵発光源を発光させて（ステップＳ７）固体撮像素子の受光面を所定照度で照明させ、該発光により固体撮像素子から得られる出力信号から電荷転送路の転送効率を求め（ステップＳ８）、前記撮影により固体撮像素子から出力された被写体の撮像信号を前記転送効率に基づいて補正する（ステップＳ９）。
【選択図】 図３

Description

本発明はＣＣＤ型固体撮像素子を搭載した撮像装置及びその画像補正方法に係り、特に、水平電荷転送路の転送効率が温度で変動した場合でも高品質な被写体画像を撮像することができる撮像装置及びその画像補正方法に関する。

近年のデジタルカメラ等の撮像装置に設けられるＣＣＤ型固体撮像素子は、数百万画素以上を搭載するのが普通になってきており、１画素１画素が微細化されている。この結果、１画素１画素に蓄積される信号電荷量は少なく、得られる信号レベルは小さい。このため、近年のデジタルカメラに設けられる高ＩＳＯ感度モードで被写体画像を撮影すると、１画素１画素に蓄積される信号電荷量は更に少なくなってしまう。

その一方で、ＣＣＤ型固体撮像素子では、信号電荷を水平電荷転送路（ＨＣＣＤ）で転送し出力する場合、水平転送効率が１００％でないため、前の画素の信号電荷を転送するとき発生する転送取り残し分が後の画素の信号電荷に混ざってしまうという現象が発生するという問題がある。

特に、転送する信号電荷量が少なくなると、本来の信号電荷量に対しオフセット性の転送取り残し分が占める割合が増加してしまい、異なる色の画素間で信号電荷が混ざると、カラー画像の色味を極めて劣化させてしまうという問題が発生する。

このため、従来は、特許文献１，２に記載されている様に、ＩＳＯ感度毎の転送取り残し量を予め測定して記録しておき、これに基づいて、撮像画像信号を補正する様にしている。

特開２００６-３１９８２７号公報 特開２００６-１５７６７７号公報

水平電荷転送路の転送効率は、温度依存性を持っており、常温に対して低温では悪くなり、高温では良くなる特性がある。このため、従来の様に転送取り残し量を測定し、この転送取り残し量で撮像画像信号を補正しても、測定時の温度と異なる温度条件下で撮影した撮像画像信号は、精度の高い補正ができない。

本発明の目的は、撮影時の温度によらず精度の高い画像補正を行うことができる撮像装置及びその画像補正方法を提供することにある。

本発明の撮像装置は、入射光の光量に応じて検出された信号電荷を転送する電荷転送路を有する固体撮像素子と、該固体撮像素子の受光面の前段に設けられたメカニカルシャッタと、該受光面と該メカニカルシャッタとの間の前記入射光の光路から外れた位置に設けられ該受光面を所定照度で照明する発光源と、被写体を撮影するときのＩＳＯ感度が所定感度以上の場合に該撮影の後に前記メカニカルシャッタ閉の状態で前記発光源に発光指示を出して発光させる第１制御手段と、該発光に基づく前記固体撮像素子の出力信号から前記電荷転送路の転送効率を求める第２制御手段と、前記撮影により前記固体撮像素子から出力された被写体の撮像信号を前記転送効率に基づいて補正する第３制御手段とを備えることを特徴とする。

本発明の撮像装置の画像補正方法は、電荷転送路を有する固体撮像素子によって被写体の画像を撮影する撮像装置の画像補正方法において、被写体を撮影したときのＩＳＯ感度が所定感度以上の場合、該撮影の後にメカニカルシャッタ閉の状態で内蔵発光源を発光させて前記固体撮像素子の受光面を所定照度で照明させ、該発光により前記固体撮像素子から得られる出力信号から前記電荷転送路の転送効率を求め、前記撮影により前記固体撮像素子から出力された被写体の撮像信号を前記転送効率に基づいて補正することを特徴とする。

本発明によれば、被写体の撮影毎に、電荷転送路の転送効率を測定しこの転送効率で被写体の撮像信号を補正するか否かを判断するため、撮影温度が変化した場合でもその温度に応じた転送効率で撮像信号を補正でき、常に最適な画像補正が可能となる。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るデジタルカメラの機能ブロック図である。このデジタルカメラは、撮像部２１と、撮像部２１から出力されるアナログの画像データを自動利得調整（ＡＧＣ）や相関二重サンプリング処理（ＣＤＳ）等のアナログ処理するアナログ信号処理部２２と、アナログ信号処理部２２から出力されるアナログ画像データをデジタル画像データに変換するアナログデジタル変換部（Ａ／Ｄ）２３と、後述のシステム制御部（ＣＰＵ）２９からの指示によってＡ／Ｄ２３，アナログ信号処理部２２，撮像部２１の駆動制御を行う駆動部（タイミングジェネレータＴＧを含む）２４と、ＣＰＵ２９からの指示によって発光するフラッシュ２５とを備える。

撮像部２１は、被写界からの光を集光する光学レンズ系２１ａと、該光学レンズ系２１ａを通った光を絞る絞りやメカニカルシャッタ２１ｂと、光学レンズ系２１ａによって集光され絞りによって絞られた光を受光し撮像画像データ（アナログ画像データ）を出力するＣＣＤ型固体撮像素子１００とを備える。

本実施形態に係る撮像部２１は、更に、メカニカルシャッタ２１ｂとＣＣＤ型固体撮像素子１００との間の、被写体からの入射光路から外れた位置に、ＣＣＤ型固体撮像素子１００の受光面を発光指示時に所定照度で照明する１個または複数個の小型ダイオード等の発光源２１ｃを備える。

本実施形態のデジタルカメラは更に、Ａ／Ｄ２３から出力されるデジタル画像データを取り込み補間処理やホワイトバランス補正，ＲＧＢ／ＹＣ変換処理等を行うデジタル信号処理部２６と、画像データをＪＰＥＧ形式などの画像データに圧縮したり逆に伸長したりする圧縮／伸長処理部２７と、メニューなどを表示したりスルー画像や撮像画像を表示する表示部２８と、デジタルカメラ全体を統括制御するシステム制御部（ＣＰＵ）２９と、フレームメモリ等の内部メモリ３０と、ＪＰＥＧ画像データ等を格納する記録メディア３２との間のインタフェース処理を行うメディアインタフェース（Ｉ／Ｆ）部３１と、これらを相互に接続するバス４０とを備え、また、システム制御部２９には、ユーザからの指示入力を行う操作部（シャッタボタンを含む）３３が接続されている。

図２は、図１に示すＣＣＤ型固体撮像素子１００の表面模式図である。固体撮像素子１００の半導体基板表面部には、二次元アレイ状に複数のフォトダイオード（ＰＤ）１０１が配列形成され、各フォトダイオード列に沿って垂直電荷転送路（ＶＣＣＤ）１０２が形成され、各垂直電荷転送路１０２の転送方向端部に沿って水平電荷転送路（ＨＣＣＤ）１０３が形成され、水平電荷転送路１０３の出力端部にアンプ１０４が設けられている。

図示する例のＣＣＤ型固体撮像素子１００では、最も左側の各フォトダイオード列を遮光して前ＯＢ（オプティカルブラック）部としており、最も右側の各フォトダイオード列を遮光して後ＯＢ部としている。

斯かるＣＣＤ型固体撮像素子１００では、各フォトダイオード１０１が入射光量に応じた信号電荷を蓄積し、この信号電荷が隣接の垂直電荷転送路１０２に読み出されて転送され、垂直電荷転送路１０２から信号電荷を受け取った水平電荷転送路１０３が各信号電荷をアンプ１０４まで転送し、アンプ１０４が、信号電荷量に応じた電圧値信号を撮像画像信号として出力する。

この撮像画像信号は、図１のアナログ信号処理部２２，Ａ／Ｄ変換部２３を通してデジタル信号処理部２６に取り込まれ、各種画像処理が行われる。ＯＢ部から読み出された信号は、入射光が遮断された信号となるため、「黒レベル」を表す信号となる。

図３は、図１に示すシステム制御部２９が配下の駆動部２４，デジタル信号処理部２６等を用いて実行する画像補正プログラムの処理手順を示すフローチャートである。

撮影モードに入ると、デジタル信号処理部２６は固体撮像素子１００から出力されるスルー画像データを取り込み、ＡＥ（自動露出）値，ＡＦ（自動焦点）値を算出すると共に、撮影感度（ＩＳＯ感度）を決定する（ステップＳ１）。次に、シャッタボタン（２段シャッタの場合にはＳ２スイッチ）がオンされたか否かを判定し（ステップＳ２）、オンされていない場合にはステップＳ１に戻る。

シャッタボタンがオンされた場合には、ステップＳ２からステップＳ３に進み、固体撮像素子１００の露光を開始する。そして、ＡＥ値によって決められた露光時間が経過したときメカニカルシャッタ２１ｂを閉じる（ステップＳ４）。

次のステップＳ５では、固体撮像素子１００の各フォトダイオード１０１が検出した信号電荷の読み出し及び外部への転送処理を行い、固体撮像素子１００から出力される撮像画像信号を図１のデジタル信号処理部２６が取り込み、各種画像処理を行う。

固体撮像素子１００からの撮像画像信号の出力が終わった後、次に、撮影感度が、例えば４００以上であるか否かを判定する（ステップＳ６）。ＩＳＯ感度が４００に満たない場合、つまり低ＩＳＯ感度の場合には、撮影で得られた信号電荷量は多いため、この処理を終了し、次の撮影に待機する。

ステップＳ６の判定の結果、撮影感度が４００以上の場合すなわち高ＩＳＯ感度の場合には、撮影で得られた信号電荷量が少ないため、水平電荷転送路１０３の転送取り残し量によって画質劣化が起きると判断し、ステップＳ７に進む。

ステップＳ７では、図１に示す発光源２１ｃを、メカニカルシャッタ閉の状態でオンし、所定照度で固体撮像素子１００の受光面を照射する。そして次のステップＳ８で、固体撮像素子１００を駆動して、発光源２１ｃの発光で得られた信号電荷の転送及び出力を行う。

そして、固体撮像素子１００から出力されたデータを解析し、転送取り残し量（転送効率）を測定する。本来は出力信号がゼロとなる後ＯＢ部の出力データから測定できる。

次のステップＳ９では、測定された転送効率に基づき、ステップＳ５で出力された撮像画像信号を補正し、この処理を終了して次の撮影に待機する。

以上述べた様に、本実施形態によれば、被写体の撮影毎に転送効率で撮像画像信号を補正する必要があるか否かをＩＳＯ感度で判定し、補正する必要があると判定したときには被写体の撮影直後に転送効率の測定を行って補正に必要なデータを取得するため、そのときの撮影条件，撮影温度によらずに適切な画像信号の補正が可能となる。

例えば連続して撮影を行うと固体撮像素子１００の温度は徐々に上昇するが、その温度上昇に応じた補正データを図３のステップＳ８の測定結果から求めることができるため、常に最適な補正が可能となる。

また、従来起きていた不具合、例えば温度が高い夏場での過補正による肌色の黄変（赤色の過補正）現象や、温度の低い冬場での補正不足で起きる色周り現象は、本実施形態の撮像装置では回避することができる。

尚、図３のステップＳ８で行う転送効率の測定は、発光源２１ｃによって固体撮像素子１００の受光面全面を所定照度で照明することで行うのが好ましく、受光面の広い範囲から得られたデータの平均値に基づいて転送効率を求める方が精度の高い補正が可能となる。

しかし、発光源２１ｃは、メカニカルシャッタ２１ｂと固体撮像素子１００との間の狭い領域に設置する必要があり、撮像装置の大きさによっては、受光面全面を所定照度で照明する様に発光源を設置できない場合もある。この場合でも、受光面の一部を所定照度で照らす発光源を設ければ、撮影毎の温度に応じた転送効率の測定が可能である。

本発明に係る画像補正方法は、撮影温度によらずに適切な補正が可能となるため、特に多画素化した固体撮像素子を搭載し撮影モードとして高感度モードを備えたデジタルカメラに適用すると有用である。

本発明の一実施形態に係るデジタルカメラの機能ブロック図である。 図１に示す固体撮像素子の表面模式図である。 図１に示すシステム制御部が実行する画像補正プログラムの処理手順を示すフローチャートである。

符号の説明

２１ 撮像部
２１ａ 撮影レンズ
２１ｂ メカニカルシャッタ
２１ｃ 発光源
２６ デジタル信号処理部
２９ システム制御部
１００ ＣＣＤ型固体撮像素子
１０１ フォトダイオード（画素）
１０２ 垂直電荷転送路（ＶＣＣＤ）
１０３ 水平電荷転送路（ＨＣＣＤ）

Claims (2)

1. 入射光の光量に応じて検出された信号電荷を転送する電荷転送路を有する固体撮像素子と、該固体撮像素子の受光面の前段に設けられたメカニカルシャッタと、該受光面と該メカニカルシャッタとの間の前記入射光の光路から外れた位置に設けられ該受光面を所定照度で照明する発光源と、被写体を撮影するときのＩＳＯ感度が所定感度以上の場合に該撮影の後に前記メカニカルシャッタ閉の状態で前記発光源に発光指示を出して発光させる第１制御手段と、該発光に基づく前記固体撮像素子の出力信号から前記電荷転送路の転送効率を求める第２制御手段と、前記撮影により前記固体撮像素子から出力された被写体の撮像信号を前記転送効率に基づいて補正する第３制御手段とを備えることを特徴とする撮像装置。
2. 電荷転送路を有する固体撮像素子によって被写体の画像を撮影する撮像装置の画像補正方法において、被写体を撮影したときのＩＳＯ感度が所定感度以上の場合、該撮影の後にメカニカルシャッタ閉の状態で内蔵発光源を発光させて前記固体撮像素子の受光面を所定照度で照明させ、該発光により前記固体撮像素子から得られる出力信号から前記電荷転送路の転送効率を求め、前記撮影により前記固体撮像素子から出力された被写体の撮像信号を前記転送効率に基づいて補正することを特徴とする撮像装置の画像補正方法。

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