JP4646394B2 - 撮像装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、画素加算により感度の向上をはかった撮像装置に係わり、特に欠陥補償機能を備えた撮像装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、CCD等の撮像素子により被写体像を撮像して映像信号を得るデジタルスチルカメラ(電子カメラ)が盛んに開発されている。この種の電子カメラに用いられる撮像装置において、画素欠陥の補償及び画素加算読み出しはそれぞれ公知である。即ち、前者によって欠陥のある撮像素子でも実用に供されることが可能となり、市場に提供可能なコストが実現されている。また、後者によってSN比やダイナミックレンジの向上を図ることができる。
【0003】
このとき、例えば2行2列の4画素加算読み出しによって1つの画素(これを複画素と称する、これに対して原画素を単位画素と称する)を得る場合、複画素中に1画素でも欠陥画素が含まれていた場合はこの複画素は欠陥画素となる。このため、従来の欠陥補償技術を適用したとすると、この欠陥複画素に対して隣接する複画素の情報をもって充当(代用)することになる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記の例では、欠陥複画素の中にも、単位画素では欠陥でない有効な画素が含まれているにも拘わらず、加算読み出しによって欠陥画素情報と混合されるためにこれらの画素情報は無効となる。そして、欠陥複画素に対する補正は、欠陥単位画素に最も近い隣接単位画素ではなく、より遠い隣接複画素情報によって行われる。従って、解像度の劣化が大きいものであった。
【0005】
なお、この課題に対し、画素信号加算読み出し方式として撮像素子からの信号読み出し部、即ちサンプルホールド回路を利用した画素信号加算を用いる場合に関しては、欠陥画素が含まれる部分だけを通常の加算動作と異なるサンプルホールド処理をすることで、有効な単位画素に相当する情報を得ることができるようにして、解像度劣化を防ぐようにした技術が提案されている。(特開平11−122538号公報)
しかしながら、この種の方式にあっても次のような問題があった。即ち、技術的に高度な要素を含むデリケートなハード回路であり、基本性能の安定確保が困難な場合もあるサンプルホールド回路に、更に特殊な切り換え動作を必要とするため、性能の確保が極めて困難になる可能性がある。
【0006】
本発明は、上記事情を考慮して成されたもので、その目的とするところは、複雑な負担の大きいハード回路を要することなく、また有効画素の情報を無駄無く利用し、従ってSNの劣化を最小限にとどめつつ解像度の劣化を事実上生じない効果的な欠陥補正が可能な撮像装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
(構成)
上記課題を解決するために本発明は次のような構成を採用している。
【0008】
即ち本発明は、画素加算により感度の向上をはかった撮像装置において、被写体を撮像する撮像素子と、この撮像素子を駆動する駆動手段と、前記駆動手段を用いて前記撮像素子の光電変換単位の画素である単位画素の画素情報を垂直方向に複数個加算しつつ読み出すライン加算読み出しが可能な読み出し手段と、前記単位画素に関する画素欠陥情報である単位画素欠陥情報を記憶する記憶手段と、前記読み出し手段を制御して、前記記憶手段に記憶された欠陥情報を基に、前記撮像素子の画面内部に含まれる各ラインに関して、当該加算対象の複数ラインに欠陥画素が含まれていない場合にはライン加算読み出しを適用し、欠陥画素が含まれている場合には非加算読み出しを適用する撮像制御手段とを有したことを特徴とする。
【0009】
ここで、非加算読み出しを適用したラインに関しては、欠陥画素の欠陥補償処理を施した後に外部演算手段により垂直方向の画素情報加算を行うことが望ましい。さらに、外部演算手段は、デジタル演算手段であることが望ましい。
【0011】
また、外部演算手段は、デジタル演算手段であることが望ましい。
【0012】
(作用)
本発明によれば、加算対象の複数ラインに欠陥画素が含まれていない場合にはライン加算読み出しを適用し、欠陥画素が含まれている場合には非加算読み出しを適用し、欠陥画素があるラインは非加算読み出しとして、外部で欠陥データを補償した後に加算する。これにより、複画素内の有効画素データが有効利用されるため、事実上解像度が低下しない。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。
【0015】
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係わる電子カメラの概略構成を示すブロック図である。
【0016】
図中101は各種レンズからなるレンズ系、102はレンズ系101を駆動するためのレンズ駆動機構、103はレンズ系101の絞りを制御するための露出制御機構、104はローパス及び赤外カット用のフィルタ、105は色フィルタを内蔵したCCDカラー撮像素子、106は撮像素子105を駆動するためのCCDドライバ、107はA/D変換器等を含むプリプロセス回路、108は色信号生成処理,マトリックス変換処理,その他各種のデジタル処理を行うためのデジタルプロセス回路、109はカードインターフェース、110はCF等のメモリカード、111はLCD画像表示系を示している。
【0017】
また、図中の112は各部を統括的に制御するためのシステムコントローラ(CPU)、113は各種SWからなる操作スイッチ系、114は操作状態及びモード状態等を表示するための操作表示系、115はレンズ駆動機構102を制御するためのレンズドライバ、116は発光手段としてのストロボ、117は露出制御機構及びストロボ116を制御するための露出制御ドライバ、118は各種設定情報等を記憶するための不揮発性メモリ(EEPROM)を示している。
【0018】
本実施形態の電子カメラにおいては、システムコントローラ112が全ての制御を統括的に行っており、CCDドライバ106によるCCD撮像素子105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い、それをプリプロセス回路107を介してデジタルプロセス回路108に取込んで、各種信号処理を施した後にカードインターフェース109を介してメモリカード110に記録するようになっている。
【0019】
図2は、CCD撮像素子105の素子構造を示す平面図である。受光素子としてフォトダイオード201がマトリクス配置され、フォトダイオード201間に縦列方向に複数本の垂直CCD202が配置され、垂直CCD202の端部に横列方向に1本の水平CCD203が配置されている。そして、フォトダイオード201に蓄積された信号電荷は電荷移送パルスTGにより垂直CCD202に読み出され、垂直CCD202内を紙面下方向に転送される。垂直CCD202を転送した信号電荷は水平CCD203に移送され、この水平CCD203を紙面左方向に転送され、最終的に読み出しアンプであるFDA(フローティングディフュージョンアンプ)204を介して出力されるようになっている。
【0020】
ここまでの基本構成は従来装置と同様であるが、本実施形態ではこれに加え、CCD105に対して単位画素の画素情報を垂直方向に複数個加算しつつ読み出す加算読み出し手段と、単位画素欠陥情報を記憶する記憶手段と、画素情報の補正を行うための画素情報補正手段が設けられている。なお、撮像素子105における垂直方向の加算読み出しはシステムコントローラ112の制御下にCCDドライバ106によって行われ、水平方向の加算及び補正処理はシステムコントローラ112の制御下にデジタルプロセス回路108内で行われるようになっている。
【0021】
本実施形態で用いる撮像素子105は、順次走査(プログレシブスキャニング)型とし、縦横の画素ピッチが等しい(値をpとする)正方画素タイプであるとする。そして、この撮像素子105の各画素(単位画素)は、基本的には垂直方向の2画素が撮像素子内で加算されて読み出され、水平方向の2画素は撮像素子内又は外部回路により加算される。その結果、図3に示すように2×2の4画素が最小単位として出力されることになる。このように実質的な画像情報の最小単位が、撮像素子102の複数の画素(単位画素)から構成されている時に、これを複画素と名付ける。
【0022】
次に、本実施形態における画素加算信号読み出し及び欠陥補正の動作について説明する。
【0023】
読み出しは、公知の垂直2画素加算(Hブランキング間に2単位の垂直転送パルス出力)をベースにした選択的ライン加算読み出しである。即ち、単位画素に関する欠陥画素のアドレス情報に基づいて、以下のように垂直駆動を行う。
【0024】
加算対象の複数ライン(次及びその次の2ライン)に欠陥画素が存在しない場合、図4(a)に示すように、毎回の水平ブランキング期間に2画素(2行)分のV転送クロックを出力する。これにより、通常の垂直2画素加算動作が行われ、第1次複画素が得られる。
【0025】
加算対象の複数ライン(次及びその次の2ライン)に欠陥画素が存在する場合、図4(b)に示すように、次及びその次の2回の水平ブランキング期間に各1単位ずつの垂直駆動パルスを出力する。これにより非加算動作が行われ、加算すべき画素も独立に読み出される。従ってこの場合、欠陥が存在するライン数によって、読み出される時点でのライン数は変化する。
【0026】
次いで、非加算で読み出された(従って単位画素の)画素データに関しては、外部回路により垂直2画素のデジタル加算を行う。これに先立って、欠陥画素に関しては欠陥補償処理を行う。その際、同一の複画素に属する他の非欠陥画素データ(欠陥が当該1画素だけの場合は他の3画素)の平均値で充当する。これによって、全てのデータが垂直2画素加算された画素(第1次複画素)となる。そして、第1次複画素に対して外部回路により水平2画素のデジタル加算処理を行うことで、最終的な4画素加算情報(第2次複画素情報)を得る。この場合、本来4画素の加算値となるべきこの複画素の値は、欠陥画素を除いた有効3画素の合計値の4/3倍として求められたことになる。
【0027】
以上の処理をまとめたフローチャートを、図5に示す。まず、加算対象の2ラインに欠陥画素が含まれているか否かを判定し、欠陥画素が含まれている場合は、非加算読み出しを行う。そして、欠陥画素に対して欠陥補償処理を行った後、外部回路により垂直2画素デジタル加算を行い、第1次複画素を生成する。一方、加算対象の2ラインに欠陥画素が含まれていない場合は、通常の2ライン加算読み出しを行って第1次複画素を生成する。そして、第1次複画素を用いて水平2画素デジタル加算を行うことにより、4つの単位画素を加算した複画素を生成する。
【0028】
なお、同一(最終)複画素内の4画素が全て欠陥画素の場合や、隣接画素が全て欠陥画素の場合など、当該処理の実行が不可能な場合は、この最終複画素を欠陥複画素と見なして、改めて最終複画素単位で従来の欠陥補償処理を適用する。
【0029】
また、上記では欠陥情報の取得については触れていないが、公知の任意の手法を用いることができる。例えば、事前に製造工程で調べたデータ(温度や露光時間依存も含む)をメモリに記憶しておいたものを、使用時の温度や露光時間を参照して用いても良い。特に、黒欠陥はこの方法が望ましい。また、撮影直前に例えば使用予定露光時間で遮光状態でテスト撮像して求めたデータを利用しても良い。特に、白欠陥はこの方法が優れている。なお、各欠陥として登録されるデータはそれぞれその該当する画素個々のアドレスデータであることは言うまでも無い。
【0030】
このように本実施形態によれば、CCD撮像素子に対し、基本的には2ライン加算読み出しを行い、加算対象のラインに欠陥画素が含まれる場合には非加算読み出しを行い、非加算読み出しによる画像情報に対しては外部で欠陥データを補償した後に加算する。即ち、加算読み出し後の複画素単位でデータ補償を行うのではなく、欠陥画素があるラインは非加算読み出しとし、外部で欠陥データを補償した後に加算する。これにより、複画素内の有効データが有効に利用されるため、解像度の低下を抑制することができる。また、サンプルホールド回路に特殊な切り換え動作を持たせる等の複雑なハード構成を要することなく、簡易な回路構成で実現することができる。
【0031】
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。装置構成は前記図1に示すものと同様であり、最終的に4画素加算した複画素を得る点も同じである。
【0032】
図6は、本実施形態における動作を説明するためのフローチャートである。まず、CCD撮像素子に対して、公知の垂直2画素加算(Hブランキング間に2単位の垂直転送パルス出力)読み出しを使用する。従って、読み出された情報は全て垂直2画素加算された画素(第1次複画素)である。
【0033】
次いで、外部回路により水平2画素加算処理(デジタル演算)を行うが、この水平2加算処理に先立ち欠陥補償処理を行う。読み出された第1次複画素に対し欠陥画素を含むか否かの判定を行い、欠陥画素を含む場合は次のような欠陥補償処理を行う。即ち、第1次複画素のうち、欠陥画素を含むものについては近隣の欠陥画素を含まない第1次複画素で充当する。この場合、同一の最終(第2次)複画素に属するものが有ればこれを優先して採用し、無ければ同一複画素に限らず隣接するものを採用する。なお、当初から同一複画素に限らず隣接するもの(複数個ある場合は平均値)を採用しても良い。
【0034】
次いで、上記のように欠陥画素がある場合は欠陥補償処理を行った後、欠陥画素がない場合はそのまま、水平2画素デジタル加算を行って第2次複画素を生成する。
【0035】
このように本実施形態によれば、垂直加算後の水平加算を外部加算とし、欠陥画素を含む場合は水平加算前の段階で欠陥補償することにより、2画素のみの加算状態で欠陥補償することになり、4画素の加算状態で欠陥補償するよりも解像度低下を抑えられる。
【0036】
この点に関して詳細に述べれば、欠陥補償以前に垂直加算によって2単位画素からなる第1次複画素を生成するから、1単位画素の欠陥によって同一の第1次複画素に属する他の単位画素も欠陥扱いとして道連れになる問題を有してはいるが、従来の(4画素加算後の)欠陥補償の場合には道連れになる単位画素が3画素であったのに対してこれが1画素に低減している。この結果、例えば1複画素あたり1個だけの欠陥が生じているような状況においては、従来の欠陥補償では別の複画素データによる充当が必須となるため解像度劣化を生じるのに対して、本実施形態では同一の複画素に属する第1次複画素で欠陥補償することができるから、事実上解像度の低下を生じないものである。
【0037】
また第1の実施形態とは異なり、画素欠陥の個数によってフレームレートが変化することも無く、垂直加算駆動による高速フレームレートが維持できる。
【0038】
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。実施形態では、モノクロ撮像素子で説明したが、本発明はカラー撮像素子にも同様に適用できる。カラーの場合は元の加算が通常同色の加算処理となり、コーディングパターンによっては隣接加算以外の加算が用いられるが、その加算対象の複画素に対して全く同様に適用できる。また、デジタルスチルカメラ等の電子カメラに限らず、ビデオカメラ等のムービーにも全く同様に適用できる。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。
【0039】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、加算対象の複数ラインに欠陥画素が含まれていない場合にはライン加算読み出しを行い、欠陥画素が含まれている場合には非加算読み出しとして、外部で欠陥データを補償した後に加算する。これにより、複画素内の有効画素データが有効利用されるため、解像度の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施形態に係わる電子カメラの回路構成を示すブロック図。
【図2】CCD撮像素子の素子構造を示す平面図。
【図3】CCD撮像素子における単位画素と複画素との関係を示す図。
【図4】加算駆動のパルス位相を示すタイミングチャート。
【図5】第1の実施形態における動作を説明するためのフローチャート。
【図6】第2の実施形態における動作を説明するためのフローチャート。
【符号の説明】
101…レンズ系
102…レンズ駆動機構
103…露出制御機構
104…フィルタ系
105…CCDカラー撮像素子
106…CCDドライバ
107…プリプロセス部
108…デジタルプロセス部
109…カードインターフェース
110…メモリカード
111…LCD画像表示系
112…システムコントローラ(CPU)
113…操作スイッチ系
114…操作表示系
115…レンズドライバ
116…ストロボ
117…露出制御ドライバ
118…不揮発性メモリ(EEPROM)
201…フォトダイオード
202…垂直CCD
203…水平CCD
204…読み出しアンプ
Claims (3)
- 被写体を撮像する撮像素子と、
この撮像素子を駆動する駆動手段と、
前記駆動手段を用いて前記撮像素子の光電変換単位の画素である単位画素の画素情報を垂直方向に複数個加算しつつ読み出すライン加算読み出しが可能な読み出し手段と、
前記単位画素に関する画素欠陥情報である単位画素欠陥情報を記憶する記憶手段と、
前記読み出し手段を制御して、前記記憶手段に記憶された欠陥情報を基に、前記撮像素子の画面内部に含まれる各ラインに関して、当該加算対象の複数ラインに欠陥画素が含まれていない場合にはライン加算読み出しを適用し、欠陥画素が含まれている場合には非加算読み出しを適用する撮像制御手段と、
を有したことを特徴とする撮像装置。 - 前記非加算読み出しを適用したラインに関しては、欠陥画素の欠陥補償処理を施した後に外部演算手段により垂直方向の画素情報加算を行うことを特徴とする請求項1記載の撮像装置。
- 前記外部演算手段は、デジタル演算手段であることを特徴とする請求項2記載の撮像装置。
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