JP2013090088A - Imaging device, driving method for imaging device, and control program - Google Patents

Imaging device, driving method for imaging device, and control program Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem in which, in conventional correction processing of vertical stripe-like unevenness, random noise is added to an image signal simultaneously with the correction, thereby causing an adverse effect of an increase in random noise.SOLUTION: An imaging device, in an operation to read a signal generated in a photoelectric conversion operation in a light-shielded state to be used for correction processing of vertical stripe-like unevenness, changes at least a signal transfer rate of transfer means of a pixel signal of an image sensor and signal processing gain of pixel signal processing so that random noise is reduced.

Description

本発明は、固体撮像素子を有する撮像装置、特に固体撮像素子の信号読み出しに起因する縦筋ムラノイズの補正機能を有する撮像装置に関する。   The present invention relates to an imaging device having a solid-state imaging device, and more particularly to an imaging device having a function of correcting vertical stripe unevenness noise caused by signal readout of a solid-state imaging device.

近年、家庭用ビデオカメラやデジタルスチルカメラなどの撮像装置が一般に普及している。これらの撮像装置には、２次元状に配列された複数の受光素子の出力信号を、複数の垂直転送ＣＣＤ及び少なくとも１つの水平転送ＣＣＤを用いて順次出力するＣＣＤタイプの固体撮像素子を用いたものがある。   In recent years, imaging devices such as home video cameras and digital still cameras have become popular. These imaging devices use CCD type solid-state imaging devices that sequentially output output signals of a plurality of light receiving elements arranged in a two-dimensional manner using a plurality of vertical transfer CCDs and at least one horizontal transfer CCD. There is something.

図10は、後述する固体撮像素子９００１（ＣＣＤ）を用いた撮像装置の撮像信号処理系を説明するための回路ブロック図である。   FIG. 10 is a circuit block diagram for explaining an imaging signal processing system of an imaging apparatus using a solid-state imaging device 9001 (CCD) described later.

１００１は被写体像を像面に結像するためのレンズ等の光学系である。
１００２は光学系１００１からの像面光量を制御するための絞りである。
１００３は光学系１００１から光が入射する時間を制御するためのメカニカルシャッタである。１００４は光学系１００１により結像された被写体像を電気信号に変換するための撮像部である。
撮像部１００４に固体撮像素子を用いた撮像装置においては、固体撮像素子の露光状態を最適に保つように露光制御手段が設けられる。 Reference numeral 1001 denotes an optical system such as a lens for forming a subject image on the image plane.
Reference numeral 1002 denotes an aperture for controlling the amount of image plane light from the optical system 1001.
Reference numeral 1003 denotes a mechanical shutter for controlling the time during which light is incident from the optical system 1001. Reference numeral 1004 denotes an imaging unit for converting a subject image formed by the optical system 1001 into an electric signal.
In an imaging apparatus using a solid-state imaging device for the imaging unit 1004, exposure control means is provided so as to keep the exposure state of the solid-state imaging device optimal.

１００５は撮像部１００４を駆動するための必要な振幅のパルスを供給する撮像部駆動回路である。１００６は撮像部１００４からの出力を二重相関サンプリングするＣＤＳ回路である。
１００７はＣＤＳ回路１００６の出力信号を増幅するためのＡＧＣ回路であり、使用者が撮像システムの感度設定を変更する場合や低輝度時に撮像システムが自動的にゲインアップする場合などに、この回路のゲイン設定が変更される。
１００８はＡＧＣ回路１００７から出力されるアナログ撮像信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換回路である。
１００９は映像信号処理回路１０１０、測光回路１０１１及びメモリ１０１２を備えるシステム制御部である。 Reference numeral 1005 denotes an image pickup unit drive circuit that supplies a pulse having a necessary amplitude for driving the image pickup unit 1004. Reference numeral 1006 denotes a CDS circuit that performs double correlation sampling on the output from the imaging unit 1004.
Reference numeral 1007 denotes an AGC circuit for amplifying the output signal of the CDS circuit 1006. This circuit is used when the user changes the sensitivity setting of the imaging system or when the imaging system automatically increases the gain at low luminance. The gain setting is changed.
Reference numeral 1008 denotes an AD conversion circuit that converts an analog imaging signal output from the AGC circuit 1007 into a digital signal.
A system control unit 1009 includes a video signal processing circuit 1010, a photometry circuit 1011, and a memory 1012.

また、図示されていないが、システム制御部１００９は、撮像部１００４から入力される信号に基づいて被写体の色温度を測定し、映像信号処理回路１０１０でのホワイトバランス処理に必要な情報を得るためのＷＢ回路などの回路を適宜備える。   Although not shown, the system control unit 1009 measures the color temperature of the subject based on a signal input from the imaging unit 1004 and obtains information necessary for white balance processing in the video signal processing circuit 1010. A circuit such as a WB circuit is appropriately provided.

映像信号処理回路１０１０は、デジタル信号に変換された撮像信号から輝度と色（Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙの色差信号、又はＲ、Ｇ、Ｂ信号）の映像信号を生成する。   The video signal processing circuit 1010 generates a video signal of luminance and color (R-Y, BY color difference signals or R, G, B signals) from the imaging signal converted into the digital signal.

測光回路１０１１は、撮像部１００４から入力される信号のレベルから測光量を測定する。   The photometric circuit 1011 measures the photometric quantity from the level of the signal input from the imaging unit 1004.

１０１３は撮像システム各部の回路に必要なタイミングパルスを発生するタイミングパルス発生回路（ＴＧ）である。
感度・露光制御部１０１４は、測光回路１０１１からの情報に基づいて、感度や露光を制御するために、ＡＧＣ回路１００７にゲインを変更するための命令を出力する。
また、黒引き処理のための遮光画像を撮影する際などは、感度・露光制御部９０１４の出力によらず、ＡＧＣ回路１００７はシステム制御部１００９からの信号を基にゲインを決定する。
また、感度・露光制御部１０１４は、露光制御回路１０１５に露出制御用の命令を出す機能を有する。 Reference numeral 1013 denotes a timing pulse generation circuit (TG) that generates timing pulses necessary for the circuits of each part of the imaging system.
The sensitivity / exposure control unit 1014 outputs a command for changing the gain to the AGC circuit 1007 in order to control sensitivity and exposure based on information from the photometry circuit 1011.
Further, when shooting a light-shielded image for blackening processing, the AGC circuit 1007 determines the gain based on the signal from the system control unit 1009 regardless of the output of the sensitivity / exposure control unit 9014.
The sensitivity / exposure control unit 1014 has a function of issuing an exposure control command to the exposure control circuit 1015.

次に固体撮像素子について説明する。
図9に示すように、撮像素子９００１（ＣＣＤ）は、多数の画素９００２（光電変換素子）を２次元の行列状に配列した画素配列を有する。 Next, a solid-state image sensor will be described.
As shown in FIG. 9, the image sensor 9001 (CCD) has a pixel arrangement in which a large number of pixels 9002 (photoelectric conversion elements) are arranged in a two-dimensional matrix.

画素９００２は光学系１００１より入射した光を信号電荷に光電変換する光電変換素子を備える。また、各画素にはRGBのカラーフィルターが配設されていて、上記画素配列は、Ｒ（赤）の画素とＧ（緑）の画素が並んだ行と、Ｇ（緑）の画素とＢ（青）の画素が並んだ行とが上下方向に交互に並んだいわゆるベイヤ配列であるものとする。それらの画素９００２の列の間には垂直転送路（ＶＣＣＤ）９００３が配置され、対応する画素の列の信号電荷（画像信号）を垂直方向に転送する。このような画素配列からの画像信号の読み出しは、３フィールド読み出しにより行なわれる。３フィールド読み出しでは、最初の第１フィールドにおいて、１行目、４行目、７行目、…の画素の信号を垂直転送路９００３に転送して読み出し、次の第２フィールドにおいて、２行目、５行目、８行目、…の画素の信号を同様に読み出す。さらに第３フィールドにおいて、３行目、６行目、９行目、…の画素の信号を読み出す。なお、垂直転送路９００３に転送された信号電荷は、垂直転送路９００３により垂直方向に転送され、その後水平転送路（ＨＣＣＤ）９００４により後段のアンプに送られる。   The pixel 9002 includes a photoelectric conversion element that photoelectrically converts light incident from the optical system 1001 into signal charges. Each pixel is provided with an RGB color filter, and the pixel arrangement includes a row in which R (red) pixels and G (green) pixels are arranged, G (green) pixels, and B ( It is assumed that a so-called Bayer array in which rows of blue) pixels are arranged alternately in the vertical direction is assumed. A vertical transfer path (VCCD) 9003 is arranged between the columns of the pixels 9002 to transfer the signal charges (image signals) of the corresponding pixel columns in the vertical direction. Reading of an image signal from such a pixel array is performed by three-field reading. In the three-field readout, the pixel signals of the first row, the fourth row, the seventh row,... Are transferred to the vertical transfer path 9003 and read in the first first field, and the second row in the next second field. The signals of the pixels in the fifth row, the eighth row,. Further, in the third field, the pixel signals of the third row, the sixth row, the ninth row,. The signal charge transferred to the vertical transfer path 9003 is transferred in the vertical direction by the vertical transfer path 9003 and then sent to the subsequent amplifier by the horizontal transfer path (HCCD) 9004.

このような読み出し方をするのは、近年の固体撮像素子の画素数が極めて多く、画素同士が近接しているため、全画素の信号を同時に垂直転送路９００３に転送すると、垂直転送路９００３内で上下に隣り合う画素の信号が混色を起こしてしまうからである。
また、３行毎に読み出すのは、同じフィールドにおいて、例えば１行目と４行目の画素の信号を読み出せば、同じフィールド内で、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色の信号が揃うからである。 This kind of readout is performed because the number of pixels of recent solid-state imaging devices is extremely large and the pixels are close to each other. Therefore, when signals of all the pixels are transferred to the vertical transfer path 9003 at the same time, This is because the signals of pixels adjacent in the vertical direction cause color mixing.
The reason for reading out every three rows is that if the signals of the pixels in the first row and the fourth row are read out in the same field, for example, the signals of the three colors R, G, and B are prepared in the same field. is there.

上記のような固体撮像素子９００１では、画素９００２、ＶＣＣＤ９００３、およびＨＣＣＤ９００４において暗電流が発生して画像信号に重畳され、画質が低下さしてしまう。
例えば、図１１に示すように、垂直転送路９００３で発生する暗電流によって、列内の各画素に同量のノイズが付与され、かつ列ごとに付与されるノイズ量が異なるため、縦筋状のムラとなって見えてしまう。 In the solid-state imaging device 9001 as described above, a dark current is generated in the pixel 9002, the VCCD 9003, and the HCCD 9004 and is superimposed on the image signal, so that the image quality is deteriorated.
For example, as shown in FIG. 11, the dark current generated in the vertical transfer path 9003 gives the same amount of noise to each pixel in the column, and the amount of noise applied to each column differs. It appears as unevenness.

この縦筋ムラノイズは、垂直転送路９００３間の暗電流発生量のバラツキに起因しているため、列方向で一定でとなり、ランダムノイズよりも小さな信号量でも目立ちやすい。図１１では、説明の簡単化のため、特定の列のみを強調して描いているが、実際には列毎の暗電流量の差に従って、縦スジ状のムラとなって現れる。
また、温度が上昇したときなどの暗電流が増加する条件によってはより顕著となる。 The vertical stripe unevenness noise is caused by variations in the amount of dark current generated between the vertical transfer paths 9003, and thus is constant in the column direction, and is easily noticeable even with a signal amount smaller than random noise. In FIG. 11, for the sake of simplicity of explanation, only specific columns are emphasized, but actually, vertical stripes appear as unevenness according to the difference in dark current amount for each column.
Moreover, it becomes more conspicuous depending on conditions in which dark current increases, such as when temperature rises.

このような縦筋ムラノイズを補正する従来技術として、黒引き処理がある。
黒引き処理とは、撮像された被写体画像と同じ電荷蓄積期間、アンプゲインで撮像された遮光画像を本被写体画像から減算する処理を行うことである。 As a conventional technique for correcting such vertical stripe unevenness noise, there is a blacking process.
The blacking process is a process of subtracting a light-shielded image captured with the same charge accumulation period and amplifier gain as the captured subject image from the main subject image.

従来の黒引き処理における、電荷蓄積および撮像素子からの出力信号読み出しのタイミングチャートを図１２に示す。   FIG. 12 shows a timing chart of charge accumulation and output signal readout from the image sensor in the conventional blackening process.

露光期間では電子シャッタパルスを出力して撮像素子９００１内の蓄積電荷をクリアし（ｔ１）、本露光を開始する（ｔ２）。その後、シャッタ速度に応じてシャッタ閉じのパルスを出力してシャッタ１００３を閉じる（ｔ３）ことで、撮像素子９００１への露光を終了させる。なお、この露光期間は測光回路１０１１により絞り値とともに決定される。また、感度・露光制御部１０１４によってメカシャッタ１００３の制御が、撮像素子駆動回路によって電子シャッタパルスの制御が行われる。   In the exposure period, an electronic shutter pulse is output to clear accumulated charges in the image sensor 9001 (t1), and main exposure is started (t2). Thereafter, a shutter closing pulse is output in accordance with the shutter speed and the shutter 1003 is closed (t3), thereby completing the exposure to the image sensor 9001. The exposure period is determined by the photometry circuit 1011 together with the aperture value. Further, the mechanical shutter 1003 is controlled by the sensitivity / exposure control unit 1014, and the electronic shutter pulse is controlled by the image sensor driving circuit.

以下では、上記1度目の露光を本露光、また、本露光により得られた画像を本画像と呼ぶ。   Hereinafter, the first exposure is referred to as main exposure, and an image obtained by the main exposure is referred to as a main image.

本来は、蓄積期間終了後に垂直転送路に発生した電荷を掃き出すための空転送期間を設ける必要があるが、図１２では説明の簡単化のため、空転送期間を省略している。また、以降のタイミングチャートについても同様である。   Originally, it is necessary to provide an empty transfer period for sweeping out the charge generated in the vertical transfer path after the accumulation period ends. However, in FIG. 12, the empty transfer period is omitted for simplification of description. The same applies to the subsequent timing charts.

露光が終了したら、次に、フィールド毎に各画素の信号を読み出す（ｔ４、ｔ５，ｔ６）。   When the exposure is completed, the signal of each pixel is read for each field (t4, t5, t6).

撮像部１００４から出力された画像信号はＣＤＳ回路１００６でノイズ除去された後、ＡＧＣ回路１００７で、任意のゲインをかけられる。   The image signal output from the imaging unit 1004 is subjected to noise removal by the CDS circuit 1006 and then given an arbitrary gain by the AGC circuit 1007.

ＡＧＣ回路１００７でゲインをかけられた画像信号は、ＡＤ変換回路１００８にてデジタル信号に変換されシステム制御部のメモリ１０１２に保存される。   The image signal gained by the AGC circuit 1007 is converted into a digital signal by the AD conversion circuit 1008 and stored in the memory 1012 of the system control unit.

全（３）フィールドの読み出しを終了したら、遮光状態のまま、再度本画像と同一の蓄積期間で電荷の蓄積（２度目）を行い、同一の経路を経て撮像素子からの信号の読み出しを行う（ｔ７，ｔ８，ｔ９，ｔ１０，ｔ１１）。   When reading of all the (3) fields is completed, the charge is accumulated again (second time) in the same accumulation period as that of the main image in the light-shielded state, and the signal is read from the image sensor through the same path ( t7, t8, t9, t10, t11).

読み出した信号に対してＡＧＣ回路１００７で本露光と同一のゲインをかけた後、システム制御部に含まれる減算回路１０１６にて、メモリ１０１２に保存されている本画像から、２度目の蓄積期間に得られた画像（遮光画像）を減算する。   After the read signal is multiplied by the same gain as the main exposure by the AGC circuit 1007, the subtraction circuit 1016 included in the system control unit uses the main image stored in the memory 1012 from the main image during the second accumulation period. The obtained image (light-shielded image) is subtracted.

上記減算処理を行った後、本画像は映像信号処理回路１０１０にてＪＰＥＧ画像に変換され、図示されていない外部メモリに保存される。   After performing the subtraction process, the main image is converted into a JPEG image by the video signal processing circuit 1010 and stored in an external memory (not shown).

上記のように本画像から遮光画像を減算することにより、縦筋ムラノイズを補正することが出来る。   As described above, the vertical stripe unevenness noise can be corrected by subtracting the light-shielded image from the main image.

しかし、この様な補正方法の弊害として、遮光画像のランダムノイズが処理後の画像に乗ってノイズレベルを悪化させる問題点がある。   However, as a negative effect of such a correction method, there is a problem that random noise of the light-shielded image rides on the processed image and deteriorates the noise level.

一方、特許文献１のようにダミーフィールドを用いて縦筋ムラノイズの補正を行う方法も提案されている。この方法を図１３に示すタイミングチャートを用いて説明する。   On the other hand, a method of correcting vertical stripe unevenness noise using a dummy field as in Patent Document 1 has also been proposed. This method will be described with reference to a timing chart shown in FIG.

図１３に示すように、特許文献１では、露光期間において、電子シャッタを出力して撮像素子９００１内の蓄積電荷をクリア（ｔ１）し、本露光（ｔ２）を開始する。   As shown in FIG. 13, in Patent Document 1, during an exposure period, an electronic shutter is output to clear (t1) accumulated charges in the image sensor 9001, and main exposure (t2) is started.

その後、シャッタ速度に応じてシャッタ閉じのパルスを出力してシャッタを閉じることで、撮像素子９００１への露光を終了させる（ｔ３）。   Thereafter, the shutter closing pulse is output according to the shutter speed to close the shutter, thereby terminating the exposure to the image sensor 9001 (t3).

その後に、まず、撮像した画像信号を各画素９００２から垂直転送路９００３に転送しない方法で垂直転送路９００３を駆動し、画像信号のない状態で空転送を行う（ｔ４）。即ち、１フィールドの画像信号の転送に相当する転送動作を行なう。
この空転送により、垂直転送路９００３の暗電流発生量が転送路毎に異なることに起因する縦筋ムラノイズ信号が水平転送路９００４を介して読み出される。 After that, first, the vertical transfer path 9003 is driven by a method that does not transfer the captured image signal from each pixel 9002 to the vertical transfer path 9003, and the empty transfer is performed without the image signal (t4). That is, a transfer operation corresponding to the transfer of the image signal of one field is performed.
As a result of this idle transfer, the vertical streak unevenness noise signal resulting from the fact that the amount of dark current generated in the vertical transfer path 9003 differs for each transfer path is read out via the horizontal transfer path 9004.

上記のように読み出された、光電変換素子からの信号を含まない信号をダミーフィールドと呼ぶことにする。読み出されたダミーフィールドは第３フィールド画像用のメモリに記憶される。   The signal read out as described above and not including the signal from the photoelectric conversion element is referred to as a dummy field. The read dummy field is stored in the memory for the third field image.

そして、ダミーフィールドの読み出し後に、第１フィールドの画素９００２の画像信号を垂直転送路９００３に転送するパルスを出力して、第１フィールド画像を読み出す。
この読み出しの際に、先にメモリに記憶されているダミーフィールド画像を読み出して上記読み出された第１フィールドの画像信号との減算処理を行い、その結果を第１フィールド画像用のメモリ領域に書込む（ｔ５）。
同様の処理を第２フィールドにも行い（ｔ６）、第３フィールドにも同様の処理を行う（ｔ７）。 After reading out the dummy field, a pulse for transferring the image signal of the pixel 9002 in the first field to the vertical transfer path 9003 is output to read out the first field image.
At the time of this readout, the dummy field image previously stored in the memory is read out and subtracted from the readout first field image signal, and the result is stored in the memory area for the first field image. Write (t5).
Similar processing is performed on the second field (t6), and similar processing is performed on the third field (t7).

第３フィールドの処理では、ダミー画像は第３フィールド画像用のメモリ領域に記憶されているので、減算を行うためにダミーフィールドを読み出したメモリ領域には減算処理結果である第３フィールド画像を書き戻すことになる。
このため、ダミー画像が記憶されていたメモリ領域には減算処理された第３フィールドの画像が上書きされるので、全フィールドの画像が読み出された後には、ダミー画像はメモリ１０１２上に残っていない。 In the third field processing, since the dummy image is stored in the memory area for the third field image, the third field image as a result of the subtraction processing is written in the memory area from which the dummy field is read in order to perform subtraction. Will return.
For this reason, the image of the third field subjected to the subtraction process is overwritten in the memory area where the dummy image is stored, so that the dummy image remains on the memory 1012 after the images of all the fields are read out. Absent.

縦筋ムラノイズは画素９００２の信号電荷が無くとも垂直転送路９００３の転送動作だけで発生するので、特許文献１のように縦筋ムラノイズを補正する画像として使用することができる。
これにより、縦筋ムラノイズ信号が画像信号から差し引かれてノイズが除去された画像信号を得ることができる。 The vertical stripe unevenness noise is generated only by the transfer operation of the vertical transfer path 9003 even if the signal charge of the pixel 9002 is not present, so that it can be used as an image for correcting the vertical stripe unevenness noise as in Patent Document 1.
Thereby, an image signal from which noise has been removed by subtracting the vertical streak unevenness noise signal from the image signal can be obtained.

図１４に上述した縦筋ムラノイズ信号の除去を模式的に示す。図の左側は、縦筋ムラノイズが未補正の画像を各読み出しフィールド毎に分解して示している。各フィールド毎の画像は行（ライン）単位で順番に読み出されることになるので、それぞれの画像の垂直方向サイズは、最終的な画像サイズに対して（１／フィールド数）のサイズになる。具体的には、３フィールド読み出しの場合は、各フィールドでは３行（３ライン）おきの画素が読み出されるので、フィールドごとに分解された画像の垂直方向のサイズは、最終的な画像の垂直方向のサイズの１／３となる。   FIG. 14 schematically shows the removal of the vertical streak unevenness noise signal described above. On the left side of the figure, an image in which vertical stripe unevenness noise is not corrected is disassembled for each readout field. Since the image for each field is sequentially read in units of rows (lines), the vertical size of each image is (1 / number of fields) with respect to the final image size. Specifically, in the case of three-field readout, pixels in every three rows (three lines) are read out in each field, so the vertical size of the image decomposed for each field is the vertical direction of the final image. 1/3 of the size.

図１４の中央の図は、読み出されたダミーフィールドの画像である。ダミーフィールドでは画素信号の垂直転送ＣＣＤ９００３への転送パルスを出力していないため、画像としては黒画像になる。しかし画素の情報は無くとも、垂直転送ＣＣＤの転送動作は行なっているので（空転送）、縦筋ムラノイズである白縦筋が発生する。   The middle diagram of FIG. 14 is an image of the read dummy field. In the dummy field, since the transfer pulse of the pixel signal to the vertical transfer CCD 9003 is not output, the image becomes a black image. However, even if there is no pixel information, since the transfer operation of the vertical transfer CCD is performed (empty transfer), white vertical stripes, which are vertical stripe unevenness noise, are generated.

この白縦筋の信号レベルが各フィールドの画像を読み出したときの白縦筋と同じレベルになるので、このダミー画像を減算することで縦筋ムラノイズ補正を行うことができる。   Since the signal level of the white vertical stripe is the same level as the white vertical stripe when the image of each field is read out, vertical stripe unevenness noise correction can be performed by subtracting this dummy image.

そして縦筋ムラノイズは垂直転送ＣＣＤ上で発生するため、各フィールドでの縦筋ムラノイズレベルは等しいので、ダミー画像は１フィールド分の画像で各フィールドの画像に対して減算を行うことができる。   Since the vertical stripe unevenness noise is generated on the vertical transfer CCD, the vertical stripe unevenness noise level in each field is the same. Therefore, the dummy image can be subtracted from the image of each field by one field.

図１４の右側の図は、縦筋ムラノイズ補正を施した後に得られる最終的な画像を示す。縦筋ムラノイズ補正を施した後の画像では、白縦筋が除去されている。   The diagram on the right side of FIG. 14 shows a final image obtained after performing vertical stripe unevenness noise correction. In the image after the vertical streak unevenness correction is performed, the white vertical streak is removed.

このようにして、縦筋ムラノイズの画像補正を行う。   In this way, image correction of vertical stripe unevenness noise is performed.

特開２００７−２７８６４号公報JP 2007-27864 A

従来の縦筋ムラノイズ補正における減算処理では、ダミーフィールドや遮光画像のランダムノイズが本画像に重畳され、ランダムノイズが増加して本画像の画質を低下する問題がある。   In the conventional subtracting process for correcting vertical stripe unevenness noise, there is a problem that random noise of a dummy field or a light-shielded image is superimposed on the main image, and the random noise increases to deteriorate the image quality of the main image.

上記従来技術の問題を解決するため、本発明によれば、撮像装置は、２次元の行列状に配列された複数の光電変換素子と、列方向に配列された光電変換素子の信号を転送して出力する転送手段とを有する撮像素子と、撮像素子の露光と遮光を制御する露光手段と、露光状態と遮光状態それぞれにおいて撮像素子の光電変換動作を行ない、それにより生じた信号を読み出す読み出し手段と、読み出された信号の信号処理を行なう信号処理手段と、露光状態での光電変換動作で生じた信号を読み出し、次いで遮光状態での光電変換動作で生じた信号を読み出して、読み出された信号から画像信号を生成する制御手段を備え、制御手段は、露光状態と遮光状態の光電変換動作で生じた信号の読み出しにおいて、少なくとも転送手段の信号転送速度と信号処理手段の信号処理ゲインを変更する。   In order to solve the above-described problems of the prior art, according to the present invention, the imaging apparatus transfers a plurality of photoelectric conversion elements arranged in a two-dimensional matrix and signals of the photoelectric conversion elements arranged in the column direction. An image pickup element having a transfer means for outputting the output, an exposure means for controlling exposure and light shielding of the image pickup element, and a reading means for performing photoelectric conversion operation of the image pickup element in each of the exposure state and the light shielding state and reading a signal generated thereby And a signal processing means for performing signal processing of the read signal and a signal generated by the photoelectric conversion operation in the exposure state, and then a signal generated by the photoelectric conversion operation in the light shielding state is read and read. Control means for generating an image signal from the received signal, and the control means is configured to read at least a signal transfer speed of the transfer means in reading of the signal generated by the photoelectric conversion operation in the exposure state and the light shielding state. To change the signal processing gain of No. processing means.

本発明によれば、遮光画像の読み出しにおいて転送路の転送速度を遅くすることにより転送路上の暗電流成分を多く抽出し、本露光時よりもゲインを下げることによりランダムノイズの少ない遮光画像を得ることが可能となる。これにより、縦筋ムラノイズ補正での減算処理において、ランダムノイズの増加を抑えつつ、固定パターンノイズを除去することが可能となる。   According to the present invention, in reading out a light-shielded image, a dark current component on the transfer path is extracted by slowing down the transfer speed of the transfer path, and a light-shielded image with less random noise is obtained by lowering the gain compared to the main exposure. It becomes possible. Thereby, it is possible to remove fixed pattern noise while suppressing an increase in random noise in the subtraction processing in vertical stripe unevenness noise correction.

本発明の第１の実施例に係わる撮像装置のブロック図。1 is a block diagram of an image pickup apparatus according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第１の実施例に係わる縦筋ムラノイズ補正動作のタイミングチャートを示す図。The figure which shows the timing chart of the vertical stripe nonuniformity noise correction operation | movement concerning 1st Example of this invention. 本発明の第１の実施例に係わる縦筋ムラノイズ補正動作のフローチャートを示す図。The figure which shows the flowchart of the vertical stripe nonuniformity noise correction operation | movement concerning 1st Example of this invention. 本発明の第１の実施例の第１の変形例に係わる縦筋ムラノイズ補正動作のタイミングチャートを示す図。The figure which shows the timing chart of the vertical stripe nonuniformity noise correction | amendment operation concerning the 1st modification of 1st Example of this invention. 本発明の第１の実施例の第１の変形例に係わる縦筋ムラノイズ補正動作のフローチャートを示す図。The figure which shows the flowchart of the vertical stripe nonuniformity noise correction | amendment operation | movement concerning the 1st modification of the 1st Example of this invention. 本発明の第１の実施例の第２の変形例に係わる縦筋ムラノイズ補正動作のタイミングチャートを示す図。The figure which shows the timing chart of the vertical stripe nonuniformity noise correction | amendment operation | movement concerning the 2nd modification of the 1st Example of this invention. 本発明の第１の実施例の第２の変形例に係わる縦筋ムラノイズ補正動作のフローチャートを示す図。The figure which shows the flowchart of the vertical stripe nonuniformity noise correction | amendment operation | movement concerning the 2nd modification of the 1st Example of this invention. 本発明の第１の実施例およびその変形例における動作の比較を示す図。The figure which shows the comparison of the operation | movement in the 1st Example of this invention and its modification. ＣＣＤタイプの撮像素子の画素配列構成を模式的に示す図。The figure which shows typically the pixel array structure of a CCD type image pick-up element. 従来の撮像素子を用いた撮像装置のブロック図。The block diagram of the imaging device using the conventional image pick-up element. 縦筋ムラが生じている画像を模式的に示す図。The figure which shows typically the image which the vertical stripe nonuniformity has arisen. 従来の縦筋ムラノイズ補正動作のタイミングチャートを示す図。The figure which shows the timing chart of the conventional vertical stripe nonuniformity noise correction | amendment operation | movement. 従来の他の縦筋ムラノイズ補正動作のタイミングチャートを示す図。The figure which shows the timing chart of other conventional vertical stripe nonuniformity noise correction | amendment operation | movement. 縦筋ムラノイズ補正を受ける画像を模式的に示す図。The figure which shows typically the image which receives vertical stripe nonuniformity noise correction.

以下、図面を参照して本件発明の最良の実施形態を詳細に説明する。   Hereinafter, the best embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は本発明の第１の実施例に係わる撮像装置のブロック図である。なお、同図において図１０に示す部分と同じ部分には同じ符号を付して示し、特に必要がない限りその説明を省略する。本実施例の撮像装置の撮像部１００４も、図９に示すように複数の画素９００２（光電変換素子）を２次元の行列状に配列した画素配列を有する撮像素子（ＣＣＤ）を備える。また、撮像装置全体は、当該撮像装置のシステム制御部１００９に含まれる図示しないＣＰＵによって制御され、例えばシステム制御部に含まれる図示しない記憶手段に記憶されている制御プログラムをＣＰＵがロードして実行することによって制御がなされる。   FIG. 1 is a block diagram of an image pickup apparatus according to the first embodiment of the present invention. In the figure, the same parts as those shown in FIG. 10 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted unless particularly required. The imaging unit 1004 of the imaging apparatus according to the present embodiment also includes an imaging device (CCD) having a pixel arrangement in which a plurality of pixels 9002 (photoelectric conversion elements) are arranged in a two-dimensional matrix as shown in FIG. The entire imaging apparatus is controlled by a CPU (not shown) included in the system control unit 1009 of the imaging apparatus. For example, the CPU loads and executes a control program stored in a storage unit (not shown) included in the system control unit. By doing so, control is performed.

画素９００２は光学系１００１より入射した光を信号電荷に光電変換する光電変換素子を備える。また、各画素にはPRGのカラーフィルターが配設されていて、上記画素配列は、Ｒ（赤）の画素とＧ（緑）の画素が並んだ行と、Ｇ（緑）の画素とＢ（青）の画素が並んだ行とが上下方向（列方向）に交互に並んだいわゆるベイヤ配列であるものとする。それらの画素９００２の行列の列の間には垂直転送路（ＶＣＣＤ）９００３が配置され、対応する画素の列の信号電荷（画像信号）を垂直方向に転送する。このような画素配列からの画像信号の読み出しは、行単位で分割された３フィールドを順次読み出すことにより行なわれる。３フィールド読み出しでは、最初の第１フィールドにおいて、１行目、４行目、７行目、…の画素の信号を垂直転送路９００３に転送して読み出し、次の第２フィールドにおいて、２行目、５行目、８行目、…の画素の信号を同様に読み出す。さらに第３フィールドにおいて、３行目、６行目、９行目、…の画素の信号を読み出す。なお、垂直転送路９００３に転送された信号電荷は、垂直転送路９００３により垂直方向に転送され、その後水平転送路（ＨＣＣＤ）９００４により後段のアンプに送られる。そして、露光状態での光電変換動作で生成された信号と遮光状態での光電変換動作で生じた信号との差分から画像信号が生成される。   The pixel 9002 includes a photoelectric conversion element that photoelectrically converts light incident from the optical system 1001 into signal charges. Each pixel is provided with a PRG color filter. The pixel arrangement includes a row in which R (red) pixels and G (green) pixels are arranged, a G (green) pixel, and a B ( It is assumed that a so-called Bayer array in which rows in which blue pixels are arranged is alternately arranged in the vertical direction (column direction). A vertical transfer path (VCCD) 9003 is arranged between the matrix columns of the pixels 9002 to transfer the signal charges (image signals) of the corresponding pixel columns in the vertical direction. Reading of image signals from such a pixel array is performed by sequentially reading out three fields divided in units of rows. In the three-field readout, the pixel signals of the first row, the fourth row, the seventh row,... Are transferred to the vertical transfer path 9003 and read in the first first field, and the second row in the next second field. The signals of the pixels in the fifth row, the eighth row,. Further, in the third field, the pixel signals of the third row, the sixth row, the ninth row,. The signal charge transferred to the vertical transfer path 9003 is transferred in the vertical direction by the vertical transfer path 9003 and then sent to the subsequent amplifier by the horizontal transfer path (HCCD) 9004. Then, an image signal is generated from the difference between the signal generated by the photoelectric conversion operation in the exposure state and the signal generated by the photoelectric conversion operation in the light shielding state.

本実施例の撮像装置の特徴は、黒引き制御回路１０１７を有することにある。黒引き制御回路１０１７は、黒引き処理を行なうときの遮光画像（黒画像）の蓄積時間、ＡＧＣ回路１００７がかける信号処理ゲイン（以下「ゲイン」という）および転送路の信号電荷の転送速度を決定する。また、黒引き制御回路１０１７は、タイミング発生回路１０１３からのタイミング信号に従い、ＡＧＣ回路１００７が本露光時にかけるゲインを取得する。   A feature of the image pickup apparatus of the present embodiment is that it has a blacking control circuit 1017. The black drawing control circuit 1017 determines the accumulation time of the light-shielded image (black image) when performing black drawing processing, the signal processing gain (hereinafter referred to as “gain”) applied by the AGC circuit 1007, and the transfer rate of the signal charge on the transfer path. To do. Also, the blacking control circuit 1017 acquires a gain applied by the AGC circuit 1007 during the main exposure according to the timing signal from the timing generation circuit 1013.

次に、本実施例の撮像装置の動作を、図２および３を用いて説明する。
図２は本実施例に係わる縦筋ムラノイズ補正の動作のタイミングチャートを示す図である。図３は本実施例に係わる縦筋ムラノイズ補正の動作のフローチャートを示す図である。 Next, the operation of the image pickup apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
FIG. 2 is a diagram showing a timing chart of the operation for correcting vertical stripe unevenness noise according to the present embodiment. FIG. 3 is a diagram showing a flowchart of the vertical streak unevenness noise correction operation according to this embodiment.

１度目の蓄積期間（光電変換動作）では電子シャッタを出力（ｔ１）して撮像素子９００１内の蓄積電荷をクリアし（Ｓ３００１）、本露光（ｔ２）を開始する（Ｓ３００２）。   In the first accumulation period (photoelectric conversion operation), the electronic shutter is output (t1) to clear accumulated charges in the image sensor 9001 (S3001), and main exposure (t2) is started (S3002).

その後、シャッタ速度に応じてメカシャッタ閉じのパルスを出力して（Ｓ３００３）メカシャッタを閉じ（Ｓ３００４）、撮像素子８００１の露光状態を終了させる（ｔ３）。   Thereafter, a mechanical shutter closing pulse is output according to the shutter speed (S3003), the mechanical shutter is closed (S3004), and the exposure state of the image sensor 8001 is terminated (t3).

本来は、蓄積期間終了後に垂直転送路に発生した電荷を掃き出すための空転送期間を設ける必要があるが、図２では説明の簡単化のため、この空転送期間については省略している。
また、他のタイミングチャートの図についても同様である。 Originally, it is necessary to provide an empty transfer period for sweeping out the electric charge generated in the vertical transfer path after the accumulation period, but this empty transfer period is omitted in FIG. 2 for simplification of explanation.
The same applies to the other timing charts.

その後、第１フィールドの読み出しパルスを出力して、第１フィールドの画像信号を読み出す（ｔ４）。同様に、第２、第３フィールドについても読み出しを行う(Ｓ１００５)（ｔ５，ｔ６）。   Thereafter, the first field readout pulse is output to read out the first field image signal (t4). Similarly, the second and third fields are also read (S1005) (t5, t6).

上記ｔ４乃至ｔ６の過程で読み出された画像を本画像と呼ぶ。読み出された本画像は、メモリ１０１２に保存される。   The image read in the process from t4 to t6 is called a main image. The read main image is stored in the memory 1012.

第1の蓄積と読み出しが完了したら(Ｓ３００６)、第２の蓄積を開始する。   When the first accumulation and reading are completed (S3006), the second accumulation is started.

第２の蓄積期間では電子シャッタを出力(Ｓ１００７)して（ｔ７）撮像素子９００１内の蓄積電荷をクリアし（Ｓ３００７）、メカシャッタの閉じている遮光状態で、第２の蓄積を開始する（Ｓ３０１０）（ｔ８）。   In the second accumulation period, the electronic shutter is output (S1007) (t7), the accumulated charge in the image sensor 9001 is cleared (S3007), and the second accumulation is started in the light shielding state where the mechanical shutter is closed (S3010). ) (T8).

この際、本画像の露光と同じ蓄積時間となるよう、黒引き制御回路１０１７による制御に基づいて電子シャッタパルスの出力期間（ｔ７）を調整する。   At this time, the output period (t7) of the electronic shutter pulse is adjusted based on the control by the blacking control circuit 1017 so as to have the same accumulation time as the exposure of the main image.

第２の露光完了後、撮像素子の信号電荷転送路の駆動タイミングとＡＧＣ回路１００７のゲインを黒引き制御回路１０１７による制御に基づいて変更する（Ｓ３０１２）, （Ｓ３０１３）。本実施例では、駆動タイミングを遅らせることで、電荷信号の垂直転送および水平転送と読み出しに係わる駆動速度を低下させている。信号転送速度を低下させると、その低下分に比例して、転送路内で発生する暗電流成分は増加する。   After the completion of the second exposure, the drive timing of the signal charge transfer path of the image sensor and the gain of the AGC circuit 1007 are changed based on control by the blacking control circuit 1017 (S3012), (S3013). In this embodiment, the drive timing related to the vertical transfer, horizontal transfer and readout of the charge signal is reduced by delaying the drive timing. When the signal transfer rate is decreased, the dark current component generated in the transfer path increases in proportion to the decrease.

黒引き処理のための遮光画像としては、本画像と同量の縦筋ムラノイズが画像に乗っていることが必要である。このため、ＡＧＣ回路１００８でかけるゲインを信号転送速度の低下分と同じ量だけ下げることにより、本画像と同量の縦筋ムラノイズがのったランダムノイズの少ない遮光画像を得ることが出来る。例えば、遮光画像のランダムノイズを１／２倍にしたい場合であれば、本露光時に比して遮光画像の転送期間を２倍、遮光画像の設定ゲインを本露光時の設定ゲインの１／２倍に変更すればよい。本実施例の黒引き制御回路１０１７による制御は、このような技術思想に基づいている。   As the light-shielded image for the blackening process, it is necessary that the same amount of vertical stripe unevenness noise as the main image is on the image. For this reason, by reducing the gain applied by the AGC circuit 1008 by the same amount as the decrease in signal transfer speed, it is possible to obtain a light-shielded image with less random noise with the same amount of vertical streak unevenness noise as the main image. For example, if the random noise of the light-shielded image is to be halved, the light-shielded image transfer period is twice that of the main exposure and the light-shielded image setting gain is ½ of the gain set during the main exposure. You only have to change to double. The control by the blacking control circuit 1017 of this embodiment is based on such a technical idea.

次に遮光画像の読み出し動作を行う（Ｓ３０１４）。   Next, a light-shielded image reading operation is performed (S3014).

第１フィールド、第２フィールド、第３フィールドの遮光画像の信号を読み出し（ｔ９，ｔ１０，ｔ１１）た後、ゲイン演算した遮光画像の信号を本画像から除く減算処理（信号処理）を行い（Ｓ３０１５）、処理後の画像信号を保存する（Ｓ３０１６）。   After reading out the light-shielded image signals of the first field, the second field, and the third field (t9, t10, t11), a subtraction process (signal processing) is performed to remove the light-shielded image signal obtained by gain calculation from the main image (S3015). ), And stores the processed image signal (S3016).

また、メモリ節約のため、遮光画像の画素信号を読み出すと同時に、メモリ１０１２に保存されている本画像の当該アドレスとの減算処理を行い、結果を同じメモリ内のアドレスに書き戻してもよい。   In order to save memory, the pixel signal of the light-shielded image may be read out, and at the same time, a subtraction process may be performed on the address of the main image stored in the memory 1012 and the result may be written back to the address in the same memory.

上記のように遮光画像の読み出し処理を行うことにより、縦筋ムラノイズを補正しつつランダムノイズの少ない良好な画像を得ることが出来る。   By performing the light-shielded image reading process as described above, it is possible to obtain a good image with less random noise while correcting vertical stripe unevenness noise.

次に、上記第１の実施例の変形例について説明する。   Next, a modification of the first embodiment will be described.

変形例は、黒引き制御回路１０１７による制御および遮光画像の読み出し構成の変形例であり、撮像装置の構成は第１の実施例と同様である。   The modification is a modification of the control by the blacking control circuit 1017 and the reading configuration of the light-shielded image, and the configuration of the imaging apparatus is the same as that of the first embodiment.

［変形例１］
本変形例は、遮光画像の読み出しにおいて画素からの信号読み出しを行なわないことを特徴とする。 [Modification 1]
This modification is characterized in that no signal is read out from the pixel in reading out the light-shielded image.

図４は本変形例に係わる縦筋ムラノイズ補正の動作のタイミングチャートを示す図である。図５は本変形例に係わる縦筋ムラノイズ補正の動作のフローチャートを示す図である。なお、図５において図３と同じ部分には同じ符号を付して示す。   FIG. 4 is a diagram showing a timing chart of the operation for correcting vertical stripe unevenness noise according to this modification. FIG. 5 is a view showing a flowchart of the vertical streak unevenness noise correction operation according to this modification. In FIG. 5, the same parts as those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals.

本変形例での縦筋ムラノイズ補正の動作は、図５のステップＳ３００７までは第１の実施例(Ｓ３００７)と同様なので、ここでの説明を省略する。   The vertical stripe unevenness noise correction operation in this modification is the same as that in the first embodiment (S3007) up to step S3007 in FIG.

上述のように、本変形例においては、遮光画像の読み出し時に画素から信号を読み出さないことを特徴とするので、電子シャッタの出力(Ｓ３００７)を読み出しパルスの直前まで行ってもよい（ｔ７）。   As described above, the present modification is characterized in that a signal is not read from the pixel when the light-shielded image is read. Therefore, the output of the electronic shutter (S3007) may be performed immediately before the read pulse (t7).

電子シャッタの出力(Ｓ３００７)の後、直ぐに撮像素子の信号電荷の転送路の駆動タイミングとＡＧＣ回路のゲインの変更を行う（Ｓ５００１）, （Ｓ５００２）。   Immediately after the output of the electronic shutter (S3007), the drive timing of the signal charge transfer path of the image sensor and the gain of the AGC circuit are changed (S5001) and (S5002).

本変形例でも、第１の実施例と同様に、駆動タイミングを遅らせることで、電荷信号の垂直転送および水平転送と読み出しに係わる駆動速度を低下させる。このとき、信号転送速度の低下分に比例して、転送路内で発生する暗電流成分は増加する。また、本変形例では、画素から垂直転送路への信号電荷の転送を行わないことにより、画素の暗電流成分が遮光画像に重畳されず、画素に起因する固定バターンノイズやランダムノイズを除去することが出来る。   Also in the present modification, as in the first embodiment, the drive speed related to the vertical transfer, horizontal transfer and readout of the charge signal is reduced by delaying the drive timing. At this time, the dark current component generated in the transfer path increases in proportion to the decrease in the signal transfer rate. Further, in this modification, the signal charge is not transferred from the pixel to the vertical transfer path, so that the dark current component of the pixel is not superimposed on the light-shielded image, and fixed pattern noise and random noise due to the pixel are removed. I can do it.

ＡＧＣ回路１００８でかけるゲインについては第１の実施例と同様に、転送速度の低下分と同じ量だけ下げることにより、本画像と同量の縦筋ムラノイズがのった、ランダムノイズの少ない遮光画像を得ることが出来る。具体的な例として、遮光画像のランダムノイズを半分にしたいのであれば、信号電荷の転送速度を半分にすることで、転送路での信号電荷の滞在時間（読み出し期間）を２倍にし、読み出し時のゲインを半分にすればよい。   As with the first embodiment, the gain applied by the AGC circuit 1008 is reduced by the same amount as the transfer speed reduction, so that a light-shielded image with less random noise with the same amount of vertical streak unevenness noise as the main image is applied. Can be obtained. As a specific example, if the random noise of the light-shielded image is to be halved, the signal charge transfer speed is halved to double the signal charge residence time (readout period) on the transfer path and read out. The gain at the time should be halved.

次に遮光画像の読み出しを行う（Ｓ５００３）（ｔ８，ｔ９、ｔ１０）。即ち、信号転送路の転送、出力動作のみを行なう。   Next, the shaded image is read (S5003) (t8, t9, t10). That is, only the signal transfer path transfer and output operations are performed.

遮光画像の各フィールドの読み出しを行なった後、本画像から、遮光画像の信号を除く減算処理（信号処理）を行い（Ｓ２０１１）、処理後の画像を保存する（Ｓ３０１２）。   After reading each field of the light-shielded image, subtraction processing (signal processing) is performed to remove the signal of the light-shielded image from the main image (S2011), and the processed image is saved (S3012).

また、メモリ節約のため、遮光画像の読み出しと同時に、メモリ１０１２に保存されている本画像の当該アドレスとの減算処理を行い、結果を同じメモリ内のアドレスに書き戻してもよい。   In order to save memory, a subtraction process may be performed on the main image stored in the memory 1012 simultaneously with the reading of the shaded image, and the result may be written back to the address in the same memory.

上記のような遮光画像の読み出し処理を行うことにより、縦筋ムラノイズを補正しつつランダムノイズの少ない良好な画像を得ることが出来る。   By performing the light-shielded image reading process as described above, it is possible to obtain a good image with less random noise while correcting vertical stripe unevenness noise.

また、本変形例では、遮光画像の読み出しにおいて画素からの読み出しを行わないため、参考文献１のようにダミーフィールド画像を読み出して補正に使用してもよい。   Further, in this modification, since reading from the pixels is not performed in reading out the light-shielded image, a dummy field image may be read out and used for correction as in Reference Document 1.

この場合のタイミングチャートは、図４の（ｔ１）から（ｔ８）までのタイミングチャートと等価になる。ｔ８がダミーデフィールドの読み出しとなる。ダミーフィールド画像の読み出しでは、各画素８００２の信号を垂直転送路９００３に転送するパルスを出力せずに垂直転送路９００３を駆動して、撮像素子９００１内で画素情報の無い空転送画像を読み出す（ｔ８）。   The timing chart in this case is equivalent to the timing chart from (t1) to (t8) in FIG. t8 is the reading of the dummy defield. In reading out the dummy field image, the vertical transfer path 9003 is driven without outputting a pulse for transferring the signal of each pixel 8002 to the vertical transfer path 9003, and an empty transfer image without pixel information is read out in the image sensor 9001 ( t8).

この場合においても、減算を行うための遮光画像を得る際に、転送速度およびゲインを落とすことにより、ランダムノイズの少ない黒画像を得ることが出来る。   Even in this case, a black image with less random noise can be obtained by reducing the transfer speed and gain when obtaining a light-shielded image for subtraction.

また、縦筋ムラノイズは画素９００２の電荷が無くとも垂直転送路９００３を通過するだけで発生するので、ダミーフィールドは縦筋ムラノイズを補正する画像として使用することができる。   Further, since the vertical stripe unevenness noise is generated only by passing through the vertical transfer path 9003 even if there is no charge in the pixel 9002, the dummy field can be used as an image for correcting the vertical stripe unevenness noise.

ただし、本画像の第１フィールド、第２フィールド、第３フィールドそれぞれに対して、同一のダミーフィールドを用いて減算処理と行うと、垂直方向に連続した３画素に対して同量のランダムノイズが重畳されることになる。
このため、縦長の目立ちやすいノイズを重畳してしまう場合がある。
上記のノイズを抑制するためには、本画像の第１フィールド、第２フィールド、第３フィールドそれぞれに対応した３つの別々のダミーフィールドを用いて減算処理を行う必要がある。
上記処理により、縦長の目立ちやすいノイズの重畳を抑えることが可能となる。 However, if the same dummy field is used for each of the first field, the second field, and the third field of the main image, the same amount of random noise is generated for three consecutive pixels in the vertical direction. It will be superimposed.
For this reason, there are cases where vertically long and conspicuous noise is superimposed.
In order to suppress the noise, it is necessary to perform subtraction processing using three separate dummy fields corresponding to the first field, the second field, and the third field of the main image.
By the above process, it is possible to suppress the superposition of vertically long and conspicuous noise.

次に、上記第１の実施例の他の変形例である第２の変形例について説明する。   Next, a second modification that is another modification of the first embodiment will be described.

本変形例も、黒引き制御回路１０１７による制御および遮光画像の読み出し構成の変形例であり、撮像装置の構成は第１の実施例と同様である。   This modification is also a modification of the control by the blacking control circuit 1017 and the configuration for reading out the light-shielded image, and the configuration of the imaging apparatus is the same as that of the first embodiment.

［変形例２］
図６は本変形例に係わる縦筋ムラノイズ補正の動作のタイミングチャートを示す図、図７は本変形例に係わる縦筋ムラノイズ補正の動作のフローチャートを示す図である。 [Modification 2]
FIG. 6 is a timing chart of the vertical stripe unevenness noise correction operation according to this modification, and FIG. 7 is a flowchart of the vertical stripe unevenness noise correction operation according to this modification.

図７に示す本変形例に係わる縦筋ムラノイズ補正の動作は、ステップＳ３００６までは第１の実施例と同様な内容であるので、ここでの説明を省略する。   Since the vertical streak unevenness noise correction operation according to this modification shown in FIG. 7 is the same as that of the first embodiment up to step S3006, the description thereof is omitted here.

本実施例においては、第１の画像読み出し終了直後に、信号電荷の転送の駆動タイミング、読み出し時のゲイン、および遮光画像の蓄積時間の変更を行う（Ｓ７００１、Ｓ７００２、Ｓ７００３）（ｔ７）。   In this embodiment, immediately after the end of the first image reading, the drive timing of signal charge transfer, the gain at the time of reading, and the accumulation time of the light-shielded image are changed (S7001, S7002, S7003) (t7).

駆動タイミングについては、第１の実施例と同様に駆動タイミングを遅らせることで、垂直転送路および水平転送路における電荷転送と読み出しに係わる駆動速度を低下させている。   As for the drive timing, the drive speed related to charge transfer and readout in the vertical transfer path and the horizontal transfer path is lowered by delaying the drive timing as in the first embodiment.

蓄積期間（ｔ８）については、本画像のそれよりも長くしている。これにより、各画素９００２で発生している固定パターンノイズについても除去できる。   The accumulation period (t8) is longer than that of the main image. Thereby, the fixed pattern noise generated in each pixel 9002 can also be removed.

画素で発生する固定パターンノイズには、温度依存性、蓄積期間依存性のある信号浮き(白キズとも呼ばれる)が有る。上記白キズは、同一の温度、蓄積期間であれば、画素内で同量程度の電子が励起される事が知られている。転送路で発生する固定パターンノイズと同じく、蓄積期間を長く取ることによって、画素で発生する固定パターンノイズの量を増やすことができる。図６のタイミングチャートには、この遮光画像の読み出し信号の特徴を示してある。   The fixed pattern noise generated in the pixel has a signal floating (also called a white defect) having temperature dependency and accumulation period dependency. It is known that the white scratches excite the same amount of electrons in a pixel at the same temperature and accumulation period. Similar to the fixed pattern noise generated in the transfer path, the amount of fixed pattern noise generated in the pixel can be increased by taking a long accumulation period. The timing chart of FIG. 6 shows the characteristics of the read signal of the light-shielded image.

ゲインについては、本露光よりも蓄積期間を長くした分（転送期間を長くした分と等しい）、遮光画像のＡＧＣ回路１００８でのゲインを低下させる。これにより、画素９００２で発生する固定パターンノイズの量を本画像と等しくし、ランダムノイズを少なくすることが可能となる。具体的な例として、遮光画像のランダムノイズを半分にしたいのであれば、転送速度を半分にすることによって転送路での画素電荷の滞在時間を２倍にし、さらに、蓄積期間を２倍にして読み出し時のゲインを半分にすればよい。   As for the gain, the gain in the AGC circuit 1008 of the light-shielded image is lowered by the amount corresponding to the longer accumulation period (equal to the longer transfer period) than the main exposure. As a result, the amount of fixed pattern noise generated in the pixel 9002 can be made equal to that of the main image, and random noise can be reduced. As a specific example, if you want to halve the random noise of the light-shielded image, doubling the pixel charge residence time on the transfer path by halving the transfer rate, and further doubling the accumulation period The gain at the time of reading may be halved.

遮光画像の露光と読み出しについて図７のフローチャートを参照して説明する。   The exposure and reading of the shaded image will be described with reference to the flowchart of FIG.

２度目（遮光画像）の蓄積期間では、読み出しパルス（ｔ７）が出た後に電子シャッタを出力して撮像素子９００１内の蓄積電荷をクリアし（Ｓ７００４）、遮光画像の露光（ｔ８）を開始する（Ｓ７００５）。１度目（本画像）の蓄積期間よりも長い時間蓄積（ｔ８）を行った後（Ｓ３００９）、遮光画像の読み出し（ｔ９，ｔ１０，ｔ１１）を開始する（Ｓ３０１２）。   In the second (light-shielded image) accumulation period, after the readout pulse (t7) is output, the electronic shutter is output to clear the accumulated charge in the image sensor 9001 (S7004), and exposure of the light-shielded image (t8) is started. (S7005). After accumulation (t8) longer than the accumulation period of the first time (main image) (S3009), reading of the light-shielded image (t9, t10, t11) is started (S3012).

各フィールドの遮光画像の信号を読み出した後、本画像から遮光画像の信号を除く減算処理を行い（Ｓ３０１３）、処理後の画像を保存する（Ｓ３０１４）。   After reading out the light-shielded image signal of each field, subtraction processing is performed to remove the light-shielded image signal from the main image (S3013), and the processed image is saved (S3014).

また、メモリ節約のため、遮光画像の画素信号を読み出すと同時に、メモリ１０１２に保存されている本画像の当該アドレスとの減算処理を行い、同じメモリ内のアドレスに書き戻してもよい。   In order to save memory, the pixel signal of the light-shielded image may be read out, and at the same time, a subtraction process may be performed on the address of the main image stored in the memory 1012 to write back to the address in the same memory.

上記のような遮光画像の読み出し処理を行うことにより、縦筋ムラノイズを補正し、さらに、各画素に起因する固定パターンノイズについても補正しつつランダムノイズの少ない良好な画像を得ることが出来る。   By performing the light-shielded image reading process as described above, it is possible to correct the vertical streak unevenness noise and obtain a good image with less random noise while correcting the fixed pattern noise caused by each pixel.

図８に、上述した第１の実施例から変形例２それぞれにおける、遮光画像の読み出しの特徴の比較表を示す。なお、ＡＧＣ回路１００８のゲインの変更はいずれの例でも同じであるので図示していない。   FIG. 8 shows a comparison table of the characteristics of reading out the light-shielded image in each of the first embodiment to the second modification described above. Note that the change in the gain of the AGC circuit 1008 is not shown because it is the same in any example.

実施例１では、遮光画像の蓄積期間を本画像と同等とし、転送路の転送速度を低下させることにより、電荷蓄積部の固定パターンノイズと転送路の固定パターンノイズを抽出している。   In the first embodiment, the fixed period noise of the charge storage unit and the fixed pattern noise of the transfer path are extracted by setting the accumulation period of the light-shielded image to be the same as that of the main image and reducing the transfer speed of the transfer path.

変形例１では、遮光画像について画素からの読み出しを行わず、転送路の転送速度を低下させることにより、転送路の固定パターンノイズを抽出している。   In Modification 1, the fixed pattern noise of the transfer path is extracted by reducing the transfer speed of the transfer path without reading out the light-shielded image from the pixels.

変形例２では、遮光画像の蓄積期間を本画像よりも長くし、転送路の転送速度を低下させることにより、電荷蓄積部の固定パターンノイズと転送路の固定パターンノイズを抽出している。   In the second modification, the fixed period noise of the charge storage unit and the fixed pattern noise of the transfer path are extracted by making the accumulation period of the light-shielded image longer than that of the main image and lowering the transfer speed of the transfer path.

画素に起因する固定パターンノイズと、転送路に起因する固定パターンノイズは目立つ条件が異なるため、撮影の条件に合わせ第１の実施例から変形例２までを使い分けることが望ましい。   Since the conspicuous conditions differ between the fixed pattern noise caused by the pixels and the fixed pattern noise caused by the transfer path, it is desirable to properly use the first embodiment to the second modification according to the shooting conditions.

具体的には、露光時間が短い場合では変形例１を、露光時間が比較的長い領域では、変形例２を、それ以外の領域では、第１の実施例を使用することが望ましい。   Specifically, it is desirable to use the first modification in the case where the exposure time is short, the second modification in the region where the exposure time is relatively long, and the first embodiment in the other regions.

なお、上述した第１の実施例１からその変形例２までのソフト構成とハード構成は、適宜置き換えることができるものである。   The software configuration and the hardware configuration from the first embodiment 1 to the second modification described above can be appropriately replaced.

また、本発明は、以上の各実施の形態、または、それら技術要素を必要に応じて組み合わせるようにしてもよい。   Moreover, you may make it this invention combine the above-mentioned each embodiment or those technical elements as needed.

更に本発明は、特許請求の範囲の構成、または、実施形態の構成の全体若しくは一部が、１つの装置を形成する場合に限られない。例えば、デジタルカメラやビデオカメラなどの撮像装置や撮像装置から得られる信号を処理する信号処理装置など、他の装置と結合するようなものであっても、装置を構成する要素となるものであってもよい。   Furthermore, the present invention is not limited to the configuration of the claims or the case where the whole or a part of the configuration of the embodiment forms one apparatus. For example, even if it is combined with other devices such as an imaging device such as a digital camera or a video camera or a signal processing device that processes a signal obtained from the imaging device, it is an element constituting the device. May be.

また、本発明の目的は、前述した実施形態の機能の一部又は全部を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体（または記録媒体）を、システムあるいは装置に供給しすることでも達成される。即ち、システムあるいは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行することによっても達成される。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、前述した実施形態の機能が実現される場合に限られるものではない。プログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼働しているオペレーティングシステム（ＯＳ）などが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。ここでプログラムコードを記憶する記憶媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、ＲＯＭ、ＲＡＭ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ、光ディスク、光磁気ディスク、ＭＯなどが考えられる。   The object of the present invention can also be achieved by supplying a storage medium (or recording medium) that records a program code of software that realizes part or all of the functions of the above-described embodiments to a system or apparatus. . That is, it is also achieved by reading and executing the program code stored in the storage medium by the computer (or CPU or MPU) of the system or apparatus. In this case, the program code itself read from the storage medium realizes the functions of the above-described embodiments, and the storage medium storing the program code constitutes the present invention. Further, the present invention is not limited to the case where the functions of the above-described embodiments are realized by executing the program code read by the computer. This includes the case where the operating system (OS) running on the computer performs part or all of the actual processing based on the instruction of the program code, and the functions of the above-described embodiments are realized by the processing. Needless to say. Examples of the storage medium for storing the program code include a flexible disk, hard disk, ROM, RAM, magnetic tape, nonvolatile memory card, CD-ROM, CD-R, DVD, optical disk, magneto-optical disk, MO, and the like. Can be considered.

さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張カードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書込まれた場合も含まれる。即ち、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張カードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。   Furthermore, the case where the program code read from the storage medium is written in a memory provided in a function expansion card inserted into the computer or a function expansion unit connected to the computer is also included. That is, the case where the CPU of the function expansion card or function expansion unit performs part or all of the actual processing based on the instruction of the program code and the functions of the above-described embodiments are realized by the processing. Needless to say.

本発明を上記記憶媒体に適用する場合、その記憶媒体には、先に説明した図１の黒引き制御回路に対応するプログラムコードが格納されることになる。   When the present invention is applied to the above storage medium, the storage medium stores program codes corresponding to the above-described blacking control circuit of FIG.

Claims (12)

２次元の行列状に配列された複数の光電変換素子と、前記行列の列方向に配列された光電変換素子の信号を転送して出力する転送手段とを有する撮像素子と、
前記撮像素子の露光と遮光を制御する露光手段と、
前記露光手段による露光状態と遮光状態それぞれにおいて前記撮像素子を駆動して前記複数の光電変換素子の光電変換動作を行ない、それにより生じた信号を読み出す読み出し手段と、
前記読み出し手段により読み出された信号の信号処理を行なう信号処理手段と、
前記露光手段、読み出し手段および信号処理手段を制御し、前記露光状態での前記光電変換動作で生じた信号を前記複数の光電変換素子から読み出し、次いで前記遮光状態での前記光電変換動作で生じた信号を前記複数の光電変換素子から読み出して、前記読み出された信号から画像信号を生成する制御手段を備え、
前記制御手段は、前記露光状態と遮光状態の前記光電変換動作で生じた信号の読み出しにおいて、少なくとも前記転送手段の信号転送速度と前記信号処理手段の信号処理ゲインを変更することを特徴とする撮像装置。 An imaging device having a plurality of photoelectric conversion elements arranged in a two-dimensional matrix, and transfer means for transferring and outputting signals of the photoelectric conversion elements arranged in the column direction of the matrix;
Exposure means for controlling exposure and shading of the image sensor;
A reading means for driving the imaging element in each of an exposure state and a light shielding state by the exposure means to perform photoelectric conversion operations of the plurality of photoelectric conversion elements, and reading out signals generated thereby;
Signal processing means for performing signal processing of the signal read by the reading means;
The exposure unit, the reading unit, and the signal processing unit are controlled, and signals generated in the photoelectric conversion operation in the exposure state are read from the plurality of photoelectric conversion elements, and then generated in the photoelectric conversion operation in the light shielding state. Control means for reading signals from the plurality of photoelectric conversion elements and generating image signals from the read signals;
The control unit changes at least a signal transfer speed of the transfer unit and a signal processing gain of the signal processing unit in reading of a signal generated by the photoelectric conversion operation in the exposure state and the light shielding state. apparatus. 前記制御手段は、前記遮光状態での前記光電変換動作で生じた信号の前記信号転送速度を前記露光状態での前記光電変換動作で生じた信号の前記信号転送速度より遅くなるように変更し、前記遮光状態での前記光電変換動作で生じた信号の前記信号処理ゲインを、前記信号転送速度の変更の量に応じて前記露光状態での前記光電変換動作で生じた信号の前記信号処理ゲインより小さくするよう変更することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。   The control means changes the signal transfer speed of the signal generated in the photoelectric conversion operation in the light-shielded state to be slower than the signal transfer speed of the signal generated in the photoelectric conversion operation in the exposure state, The signal processing gain of the signal generated in the photoelectric conversion operation in the light shielding state is greater than the signal processing gain of the signal generated in the photoelectric conversion operation in the exposure state according to the amount of change in the signal transfer speed. The imaging apparatus according to claim 1, wherein the imaging apparatus is changed to be smaller. 前記制御手段は前記読み出し手段を制御し、前記遮光状態での前記光電変換動作で生じた信号の読み出し動作において、前記複数の光電変換素子の信号を前記転送手段に転送しないことを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。   The control means controls the reading means, and does not transfer signals of the plurality of photoelectric conversion elements to the transfer means in a reading operation of a signal generated in the photoelectric conversion operation in the light shielding state. Item 3. The imaging device according to Item 1 or 2. 前記制御手段はさらに前記光電変換動作の期間を変更し、前記遮光状態での前記光電変換動作の前記期間を前記露光状態での前記光電変換動作の期間より長くなるように変更することを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。   The control means further changes the period of the photoelectric conversion operation, and changes the period of the photoelectric conversion operation in the light-shielding state to be longer than the period of the photoelectric conversion operation in the exposure state. The imaging apparatus according to claim 1 or 2. 前記信号処理手段は、前記露光状態での前記光電変換動作で生じた信号と前記遮光状態での前記光電変換動作で生じた信号との差分から前記画像信号を生成することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の撮像装置。   The signal processing means generates the image signal from a difference between a signal generated in the photoelectric conversion operation in the exposure state and a signal generated in the photoelectric conversion operation in the light shielding state. The imaging device according to any one of 1 to 4. 前記制御手段は前記読み出し手段を制御し、前記複数の光電変換素子を前記行列の行単位で複数のフィールドに分割して前記光電変換素子の信号を前記フィールドごとに読み出すことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の撮像装置。   The control unit controls the reading unit to divide the plurality of photoelectric conversion elements into a plurality of fields in units of rows of the matrix and read signals of the photoelectric conversion elements for each field. The imaging device according to any one of 1 to 5. 前記制御手段は前記読み出し手段を制御し、前記遮光状態での前記光電変換動作で生じた信号の読み出し動作において前記複数の光電変換素子の信号を前記転送手段に転送しないことを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。   The control means controls the reading means, and does not transfer the signals of the plurality of photoelectric conversion elements to the transfer means in a reading operation of a signal generated in the photoelectric conversion operation in the light shielding state. 6. The imaging device according to 6. ２次元の行列状に配列された複数の光電変換素子と、前記行列の列方向に配列された光電変換素子の信号を転送して出力する転送手段とを有する撮像素子と、前記撮像素子の露光と遮光を制御する露光手段と、前記露光手段による露光状態と遮光状態それぞれにおいて前記撮像素子を駆動して前記複数の光電変換素子の光電変換動作を行ない、それにより生じた信号を読み出す読み出し手段と、前記読み出し手段により読み出された信号の信号処理を行なう信号処理手段を有する撮像装置の制御方法において、
前記露光手段、読み出し手段および信号処理手段を制御し、前記露光状態での前記光電変換動作で生じた信号を前記複数の光電変換素子から読み出し、次いで前記遮光状態での前記光電変換動作で生じた信号を前記複数の光電変換素子から読み出して、前記読み出された信号から画像信号を生成する制御ステップを備え、
前記制御ステップは、前記露光状態と遮光状態の前記光電変換動作で生じた信号の読み出しにおいて、少なくとも前記転送手段の信号転送速度と前記信号処理手段の信号処理ゲインを変更するステップを有することを特徴とする制御方法。 An image pickup device having a plurality of photoelectric conversion elements arranged in a two-dimensional matrix, and transfer means for transferring and outputting signals of the photoelectric conversion elements arranged in the column direction of the matrix, and exposure of the image pickup element Exposure means for controlling light shielding, and reading means for driving the imaging device in each of the exposure state and the light shielding state by the exposure means to perform photoelectric conversion operations of the plurality of photoelectric conversion elements, and to read out signals generated thereby In the control method of the imaging apparatus having signal processing means for performing signal processing of the signal read by the reading means,
The exposure unit, the reading unit, and the signal processing unit are controlled, and signals generated in the photoelectric conversion operation in the exposure state are read from the plurality of photoelectric conversion elements, and then generated in the photoelectric conversion operation in the light shielding state. A control step of reading a signal from the plurality of photoelectric conversion elements and generating an image signal from the read signal;
The control step includes a step of changing at least a signal transfer speed of the transfer unit and a signal processing gain of the signal processing unit in reading of a signal generated by the photoelectric conversion operation in the exposure state and the light shielding state. Control method. コンピュータを、
２次元の行列状に配列された複数の光電変換素子と、前記行列の列方向に配列された光電変換素子の信号を転送して出力する転送手段とを有する撮像素子と、前記撮像素子の露光と遮光を制御する露光手段と、前記露光手段による露光状態と遮光状態それぞれにおいて前記撮像素子を駆動して前記複数の光電変換素子の光電変換動作を行ない、それにより生じた信号を読み出す読み出し手段と、前記読み出し手段により読み出された信号の信号処理を行なう信号処理手段を有する撮像装置の制御方法において、
前記露光手段、読み出し手段および信号処理手段を制御し、前記露光状態での前記光電変換動作で生じた信号を前記複数の光電変換素子から読み出し、次いで前記遮光状態での前記光電変換動作で生じた信号を前記複数の光電変換素子から読み出して、前記読み出された信号から画像信号を生成する制御手段であり、前記露光状態と遮光状態の前記光電変換動作で生じた信号の読み出しにおいて、少なくとも前記転送手段の信号転送速度と前記信号処理手段の信号処理ゲインを変更する制御手段として機能させるプログラム。 Computer
An image pickup device having a plurality of photoelectric conversion elements arranged in a two-dimensional matrix, and transfer means for transferring and outputting signals of the photoelectric conversion elements arranged in the column direction of the matrix, and exposure of the image pickup element Exposure means for controlling light shielding, and reading means for driving the imaging device in each of the exposure state and the light shielding state by the exposure means to perform photoelectric conversion operations of the plurality of photoelectric conversion elements, and to read out signals generated thereby In the control method of the imaging apparatus having signal processing means for performing signal processing of the signal read by the reading means,
The exposure unit, the reading unit, and the signal processing unit are controlled, and signals generated in the photoelectric conversion operation in the exposure state are read from the plurality of photoelectric conversion elements, and then generated in the photoelectric conversion operation in the light shielding state. A control unit that reads a signal from the plurality of photoelectric conversion elements and generates an image signal from the read signal; at least in the reading of the signal generated in the photoelectric conversion operation in the exposure state and the light shielding state; A program that functions as control means for changing the signal transfer speed of the transfer means and the signal processing gain of the signal processing means. 請求項９のプログラムを記録したコンピュータが読み取り可能な記録媒体。   A computer-readable recording medium on which the program according to claim 9 is recorded. コンピュータを、請求項１乃至７のいずれか一項に記載された撮像装置の各手段として機能させるプログラム。   A program that causes a computer to function as each unit of the imaging device according to any one of claims 1 to 7. コンピュータを、請求項１乃至７のいずれか一項に記載された撮像装置の各手段として機能させるプログラムを格納した記録媒体。   A recording medium storing a program that causes a computer to function as each unit of the imaging apparatus according to claim 1.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2018124056A1 (en) * 2016-12-27 2018-07-05 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 Imaging device and control method therefor

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