JP2001292377A

JP2001292377A - 撮像装置

Info

Publication number: JP2001292377A
Application number: JP2001028481A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Yoshida; 英明吉田
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2000-02-04
Filing date: 2001-02-05
Publication date: 2001-10-19
Anticipated expiration: 2021-02-05
Also published as: JP3607870B2

Abstract

(57)【要約】【課題】暗出力補正に伴う黒キズ発生を防止すると共
に、暗出力補正によって画面が暗くなるのを防止でき、
良好な画像を得る。【解決手段】撮像素子１０５の出力信号である撮像信
号に重畳される暗出力レベルを検出し、検出した暗出力
レベルに基づいて撮像信号を補正する撮像装置におい
て、デジタルプロセス回路１０８により暗出力補正を行
う場合に、検出した暗出力レベルに応じて被写体信号成
分に対するクリップレベルとゲインを設定することによ
り、暗出力補正に伴う偽信号発生を防止し、実質的な有
効撮像レンジの低下を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、撮像素子における
暗出力を補正する機能を有した撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、主として静止画を撮像記録するた
めに、電子スチルカメラ（デジタルカメラ）が開発され
ている。また、動画記録用であったビデオカメラにおい
ては、静止画撮影記録機能が付加されるようになってい
る。そして、これらのカメラにおける静止画撮影に際し
ては、撮像素子における電荷蓄積時間を長くすることに
よって露光時間を長くする、いわゆる長時間露光技術が
用いられている。この長時間露光技術では、低照度下で
もストロボなどの補助照明を使用することなく撮影する
ことができる。

【０００３】一方、撮像素子においては、いわゆる暗電
流などによる暗出力が存在するため、この暗出力が画像
信号に重畳されることにより画質劣化を来す問題があ
る。暗出力による画質劣化を補う方法として、その画素
の出力情報を用いて暗出力レベル分を当該画素信号出力
レベルから差し引いて信号成分だけを取り出すことは、
例えば特開昭６０−５３３８３号公報にも記載されてお
り公知である。本明細書においては、このような劣化画
素の信号出力から暗出力分を除去する処理を暗出力補正
と称する。この補正は、解像度劣化等を生じず本来の画
素情報が得られる点で原理的に優れたものである。

【０００４】しかし、従来の技術を用いて単純に暗出力
補正を行うと、現実の電子スチルカメラに使用される撮
像素子の出力レンジが限られているため、暗出力レベル
が大きい場合は補正によって却って偽信号を生じ、画質
劣化を来す不具合があった。具体例を挙げて説明する。
着目する画素に高いレベル（撮像素子の飽和レベルの５
０％とする）の暗出力が発生していたとする。この場
合、暗出力補正による暗出力成分の減算によって暗出力
は除去されるものの、着目する画素に関して得られる出
力信号は最大でも本来の被写体輝度レベルの５０％であ
る。即ち、着目する画素の飽和レベルが低下するため、
実際に撮影する被写体が明るい場合は、いわゆる黒キズ
となってしまうことになる。

【０００５】ここで解説を加えると、暗出力補正には上
記のような問題があるため、従来暗出力による画質劣化
への対処は、主として画素欠陥補償技術によって処理さ
れていた。この画素欠陥補償技術は、暗出力レベルが所
定レベルより大きい劣化画素については「欠陥画素」と
認定し、この画素の情報を無効として近隣の画素情報で
代替するものである。この画素欠陥補償技術は、「欠陥
画素」が孤立的に少数生じているだけの場合には極めて
有効なものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この種
の画素欠陥補償技術では、当該劣化画素が有する画素情
報を無効として破棄するものであるから、原理的に局所
的な解像度劣化は避けられない。特に、高温下や長時間
露光等により画面全体に亘って多数の画素の暗出力レベ
ルが増大してきた場合には、実質的な有効画素数が極端
に低下するため、大きな画質劣化を生じてしまう。

【０００７】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、従来の暗出力補正技術
に対して改良を施し、暗出力補正を行う際に撮像素子や
システムの飽和に起因して生じる上記問題点を解決し、
特に高温下や長時間露光時等、画面全体に亘って多数の
画素の暗出力レベルが増大してくるような場合にも適用
可能で、良好な画像の得られる撮像装置を提供すること
にある。

【０００８】

【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。

【０００９】即ち本発明は、複数の画素が２次元配置さ
れた撮像素子と、前記撮像素子の出力信号である撮像信
号に重畳される暗出力レベルを各画素毎に検出する暗出
力レベル検出手段と、前記暗出力レベル検出手段で検出
された暗出力レベルに基づいて前記撮像信号を補正する
暗出力補正手段とを具備してなる撮像装置であって、前
記暗出力補正手段は、前記暗出力レベル検出手段で検出
された暗出力レベルに応じて前記撮像信号の被写体成分
に対するクリップレベルを設定するものであることを特
徴とする。

【００１０】また本発明は、複数の画素が２次元配置さ
れた撮像素子と、前記撮像素子の出力信号である撮像信
号に重畳される暗出力レベルを各画素毎に検出する暗出
力レベル検出手段と、前記暗出力レベル検出手段で検出
された暗出力レベルに基づいて前記撮像信号を補正する
補正手段とを具備してなる撮像装置であって、前記暗出
力補正手段は、前記暗出力レベル検出手段で検出された
暗出力レベルに応じて前記撮像信号の被写体成分に対す
る実効的なゲインを設定することを特徴とする。

【００１１】また本発明は、複数の画素が２次元配置さ
れた撮像素子と、前記撮像素子の出力信号である撮像信
号に重畳される暗出力レベルを各画素毎に検出する暗出
力レベル検出手段と、前記暗出力レベル検出手段で検出
された暗出力レベルに基づいて前記撮像信号を補正する
暗出力補正手段とを具備してなる撮像装置であって、前
記補正手段は、前記暗出力レベル検出手段で検出された
暗出力レベルに応じてクリップレベルを設定し、且つ前
記補正された撮像信号に対し前記暗出力レベル検出手段
で検出された暗出力レベルに応じて実効的なゲインを設
定することを特徴とする。

【００１２】また本発明は、撮像装置であって、複数の
画素が２次元配置された撮像素子と、前記撮像素子の出
力信号である撮像信号に重畳される暗出力レベルを各画
素毎に検出する暗出力レベル検出手段と、前記暗出力レ
ベル検出手段で検出された暗出力レベルに基づいて、各
画素毎に前記撮像信号から暗出力成分を除去する補正を
行い、前記補正した撮像信号に対し前記暗出力レベル検
出手段で検出された暗出力レベルの最大値に応じてクリ
ップレベルを設定し、且つ前記補正した撮像信号に対し
前記設定したクリップレベルに応じて実効的なゲインを
設定する暗出力補正手段と、前記暗出力補正手段におけ
るゲイン設定に応じて、前記撮像素子における露出を補
正する露出補正手段とを具備してなることを特徴とす
る。

【００１３】また本発明は、撮像方法であって、複数の
画素が２次元配置された撮像素子により被写体を撮像す
るステップと、前記撮像して得られた撮像信号に重畳さ
れる暗出力レベルを各画素毎に検出するステップと、前
記検出された暗出力レベルに基づいて前記撮像信号を補
正するステップと、前記補正された撮像信号に対し前記
検出された暗出力レベルに応じてクリップレベルを設定
するステップと、前記補正された撮像信号に対し前記ク
リップされたクリップレベルに応じて実効的なゲインを
設定するステップとを含むことを特徴とする。

【００１４】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は次のものが挙げられる。

【００１５】(1) 出力補正手段は、暗出力レベル検出手
段で検出された暗出力レベルの最大値でクリップレベル
を設定すること。

【００１６】(2) 撮像素子に対する露光を遮断した状態
で該撮像素子における電荷蓄積及び読み出し動作を実行
するテスト撮像手段を有し、暗出力レベル検出手段にお
ける暗出力レベルの検出は、テスト撮像手段によるテス
ト撮像時間と、テスト撮像手段によって得られた撮像素
子出力レベルと、本撮像時の露出制御における電荷蓄積
時間と、に基づいて本撮像時の暗出力レベルを算出する
ことによって行われること。

【００１７】(3) テスト撮像時間と本撮像時の電荷蓄積
時間とは同じであり、テスト撮像手段によって得られた
撮像素子出力レベルを本撮像時の暗出力レベルとして算
出すること。

【００１８】(4) テスト撮像時間と本撮像時の電荷蓄積
時間とは異なり、テスト撮像手段によって得られた撮像
素子出力レベルＸを、テスト撮像手段によるテスト撮像
時間Ｙと本撮像時の露出制御における電荷蓄積時間Ｚと
の比Ｙ／Ｚに乗じることによって、本撮像時の暗出力レ
ベルを算出すること。

【００１９】(5) テスト撮像時間は、本撮像時の電荷蓄
積時間よりも短いこと。

【００２０】(6) 暗出力補正手段により設定される実効
的なゲインの値は、「暗出力補正手段の出力側の飽和レ
ベルに対応する値」を「暗出力補正手段の入力側の飽和
レベルに対応する値」と「暗出力レベル検出手段で検出
された暗出力レベルの最大値」との差で除算した結果値
に基づいて決定されること。

【００２１】(7) 暗出力補正手段により設定される実効
的なゲインの値は、除算の結果値以上であること。

【００２２】(8) 暗出力補正手段により設定される実効
的なゲインの値は、ステップ状に制御されるものである
こと。

【００２３】(9) 暗出力補正手段により設定される実効
的なゲインの値は、除算の結果値と等しいこと。

【００２４】(10)暗出力補正手段におけるゲイン設定に
応じて、撮像素子における露出を補正する露出補正手段
を有したこと。

【００２５】(11) 各々の画素において入力信号Ｓig(i,
j)から暗出力Ｓd(i,j)を減じた中間データ（Ｓig(i,j)
−Ｓd(i,j)）に対し、最大入力レベルＳatから１画面の
最大暗出力レベルＳｍを減じた値（Ｓat−Ｓｍ）をクリ
ップレベルとして設定すること。

【００２６】（作用）本発明によれば、上記構成の本発
明によれば、暗出力レベルに応じて映像信号の被写体信
号成分に対するクリップレベルを設定し、さらに必要に
応じて実効的なゲインを設定することにより、暗出力補
正を行いつつ黒キズなどの偽信号を生じることがないと
いう優れた効果を有する。従って、暗出力補正を行う際
に撮像素子やシステムの飽和に起因して生じる問題点を
解決し、特に高温下や長時間露光時等、画面全体に亘っ
て多数の画素の暗出力レベルが増大してくるような場合
にも適用可能で、良好な画像の得られる撮像装置を実現
することが可能となる。

【００２７】また、テスト撮像によって得られた撮像素
子出力レベルと、本撮像時の露出制御における電荷蓄積
時間とに基づいて本撮像時の暗出力レベルを算出するこ
とにより、テスト撮像の露出時間に関して制約が少な
く、例えばレリーズタイムラグを小さくできるなど使い
勝手の向上をはかることが可能となる。さらに、撮像信
号の被写体成分に対する実効的なゲインを、「暗出力補
正手段の出力飽和レベル値」を「上記撮像信号の飽和レ
ベル値」と「上記暗出力検出手段の検出した暗出力レベ
ルの最大値」との差で除した値に設定することにより、
「飽和に起因する擬似信号の発生を生じない」ようにし
つつ、その際の実効的な入出力レンジを等しく合わせる
ことが可能となる。さらにまた、上記実効的なゲインに
応じて露出を補正することにより、暗出力を生じない通
常の被写体を撮像した場合と同等の撮像特性の高画質な
画像が得られるという優れた効果を有する。

【００２８】

【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。

【００２９】（実施形態）図１は、本発明の一実施形態
に係わる電子スチルカメラの基本構成を示すブロック図
である。なお、本実施形態では静止画を撮像するための
スチルカメラとして説明するが、静止画に加えて動画撮
像機能を有するものであってもよい。

【００３０】図１中、１０１は、被写体からの光線をカ
メラ内に導くための複数のレンズからなる撮影用レンズ
系である。このレンズ系１０１は、レンズ駆動機構１０
２によって駆動されて被写体に焦点が合わされる。露出
を制御するための露出制御機構１０３は、絞り及びこの
絞りを駆動する駆動機構を含み、レンズ系１０１を通過
した光線の入射光量を制限してその絞りを制御するため
に設けられている。また、この露出制御機構１０３内に
は、メカシャッタが設けられている。露出制御機構１０
３を通過した光線は、ローパス及び赤外カット用のフィ
ルタ１０４を介してＣＣＤカラー撮像素子１０５に導か
れる。従って、ＣＣＤカラー撮像素子１０５には、被写
体に対応した画像が結像される。

【００３１】ここで、露出制御機構１０３に備えられた
メカシャッタは、光学的シャッタを代表するものとして
従来のアナログ・カメラで用いられているギロチンシャ
ッタ（guillotine shutter）やfocal-plane shutterが
ある。このメカシャッタ以外の光学的シャッタとして
は、例えば液晶シャッタ或いはＰＬＺＴシャッタ等があ
る。また、ＣＣＤカラー撮像素子１０５の入射面には、
Ｒ，Ｇ，Ｂ（ｒｅｄ，ｇｒｅｅｎａｎｄｂｌｕｅ）
の色フィルタが設けられている。

【００３２】ＣＣＤカラー撮像素子１０５は、駆動信号
を発生するＣＣＤドライバ１０６によって駆動される。
ＣＣＤカラー撮像素子１０５からは、色フィルタに対応
して各色、例えばＲ，Ｇ，Ｂの画素信号が発生され、こ
のＲ，Ｇ，Ｂの画素信号がＡ／Ｄ変換器等を含むプリプ
ロセス回路１０７に入力され、デジタル化された画素信
号がこのプリプロセス回路１０７から出力される。この
画素信号は、デジタルプロセス回路１０８に入力され、
このデジタルプロセス回路１０８において、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
理が施されてカラー画像データが生成される。そして、
このカラー画像データがカードインターフェース１０９
を介してＣＦ（Compact Flash Memory Card）等のメモ
リカード１１０に格納され、また、ＬＣＤ１１１にカラ
ー画像として表示される。

【００３３】また、図１に示す電子スチルカメラは、そ
の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）１１２を備えている。レリーズボタンを含む
各種ＳＷからなる操作スイッチ１１３が操作されると、
システムコントローラ１１２は、操作スイッチ１１３の
操作に応じてその操作モードを設定し、操作表示装置１
１４にその操作状態及びモード状態等を表示させる。ま
た、システムコントローラ１１２は、操作スイッチ１１
３、例えばレリーズボタンの操作に応答してレンズドラ
イバ１１５にレンズドライブの指示、例えばフォーカス
指示を与える。このレンズドライバ１１５からのレンズ
駆動信号に従って、レンズ駆動機構１０２が制御されて
レンズ系１０１のレンズが動作され、ズーミング或いは
フォーカス等が実現される。さらに、このカメラは、被
写体に光線を照射する発光手段としてのストロボ１１６
を備えている。このストロボ１１６は、露出制御ドライ
バ１１７によって制御され、その発光光量がこの露出制
御ドライバ１１７によって決定され、適切な光量の光線
が被写体に向けて照射される。システムコントローラ１
１２には、各種設定情報等を記憶するための不揮発性メ
モリ（ＥＥＰＲＯＭ）１１８が接続されている。不揮発
性メモリ１１８に格納された各種のパラメータによって
システムコントローラ１１２は、各部を制御するための
制御信号を演算して制御信号として各部に与えている。

【００３４】図１に示された電子スチルカメラにおいて
は、上述したように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いる。即ち、露出制御機構１０
３に含まれるシャッタ及びＣＣＤドライバ１０６による
ＣＣＤ撮像素子１０５の駆動を制御することによって、
露光（電荷蓄積）及び信号の読み出しを実行する。そし
て、読み出した信号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に取り込ませ、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に記録させている。なお、上記各
種信号処理には、後述する本発明の要部であるところの
暗出力補正処理が含まれている。但し、本カメラにおい
て信号レベルのデジタル処理は８ビット（０〜２５５）
で行われるものとする。また、後に特記する部分を除い
ては常温を仮定して説明する。

【００３５】図２は、ＣＣＤカラー撮像素子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ている。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ＣＣ
Ｄ２０２内を紙面下方向に転送される。垂直ＣＣＤ２０
２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。

【００３６】図３は、デジタルプロセス回路１０８にお
ける暗出力補正部の構成を機能的に示すブロック図であ
る。シャッタを閉じた状態での一定時間の露光により得
られる信号を基に、暗出力検出部３１０により暗電流が
検出される。一方、通常露光による撮像信号は暗出力補
正回路３２０に入力され、暗出力減算部３２１により撮
像信号から暗電流成分が減算される。ここまでは、従来
の暗出力補正と同じである。本実施形態では、これに加
えて、クリップレベル設定部３２２及びゲイン設定部３
２３が設けられている。クリップレベル設定部３２２で
は、暗出力検出部３１０により得られた暗電流成分を基
に、暗出力減算部３２１により得られた信号に対するク
リップレベルが設定される。ゲイン設定部３２３では、
暗出力検出部３１０により得られた暗電流成分を基に、
暗出力減算部３２１により得られた信号に対するゲイン
が調整される。

【００３７】図４は、デジタルプロセス回路１０８の具
体的構成を示す図である。バスライン４０１に、ＲＡＭ
４０２と演算部４０３が接続されている。シャッタを閉
じた状態で撮像して得られる信号をＲＡＭ４０２に格納
することにより暗出力が検出される。また、ＲＡＭ４０
２には通常露光時の撮像信号も格納される。そして、Ｒ
ＡＭ４０２に格納された通常露光時の撮像信号から暗出
力分を演算部４０３で減算することにより暗電流を補正
した撮像信号が得られる。また、ＲＡＭ４０２に格納さ
れた暗出力の最大値に基づいてシステムコントローラ１
１２によりクリップレベルが設定される。さらに、設定
したクリップレベルが飽和レベルとなるようにゲインア
ップ量が設定される。

【００３８】次に、本実施形態のデジタルカメラを用い
た暗出力補正の動作について説明する。

【００３９】まず、実際の撮影に先立って、暗出力レベ
ルの検出を行う。具体的には、撮影トリガー指令を受け
た時点で、まず露出制御機構１０３に含まれるシャッタ
装置で撮像素子１０５の受光面を遮光した状態でテスト
撮像を行う。即ち、暗黒下でＣＣＤドライバ１０６によ
り本撮像時の予定露出時間Ｔtotalの電荷蓄積動作を行
ってテスト撮像信号（暗出力信号）を読み出し、デジタ
ルプロセス回路１０８に格納する。

【００４０】本実施形態の場合は、テスト撮像時の露出
時間と本撮像時のそれとが同じになるようにしているか
ら、このとき得られたテスト撮像信号から本撮像時の暗
出力レベルを算出する際の係数（乗数）は１である。即
ち、テスト撮像信号レベルをそのまま暗出力レベル（暗
出力除去基準信号）として用いることができる。

【００４１】次に、暗出力補正について説明するが、処
理の内容は概念的にいくつかに分けて説明できる。第１
の処理は従来公知のものと同様である。即ち、有効画素
部分から読み出された画素信号の各データからこの暗出
力除去基準信号を減じたものを補正後の出力とする。言
うまでもなく、減算は同じアドレスを持つデータ間で行
われる。

【００４２】この第１の処理について、図５を参照して
より詳しく説明する。図５において、横軸は撮像素子出
力のＡＤ値、即ち暗出力補正回路の入力値、縦軸は暗出
力補正回路の出力値である。入力値については、撮像素
子自身の飽和レベルか又はＡＤ変換の最大レベルのいず
れかで飽和してしまうが、このいずれによるかは本質で
ない。従ってここでは、撮像素子出力信号の飽和はＡＤ
変換の最大レベルによる場合を想定して、記号Ｓatで表
わしている。なお、縦軸のＳatは数値的には同じである
が出力デジタル値の最大値であって、概念的には暗出力
補正手段の出力飽和レベル（出力可能最大値）に対応す
るものである。なお、各図において、添字(i,j)は省略
してある。

【００４３】図５（ａ）は、参照のため無補正の場合を
示したものであり、入力信号には暗出力Ｓｄが重畳され
るため、被写体輝度が０でも信号レベルＳd(i,j)が得ら
れる。図５（ｂ）は、暗出力Ｓd(i,j)を減じる従来の暗
出力補正回路の例であり、その出力信号特性は確かに暗
出力が除去された被写体輝度を反映したものである。し
かし、飽和レベルＳatを超える信号はあり得ないから、
最大レベルはＳat−Ｓd(i,j)しか得られない。これは、
補正する暗出力レベルＳd(i,j)が小さい場合にはあまり
問題にならないが、Ｓd(i,j)が大きい場合に顕著な問題
となるものである。

【００４４】この第１の処理の概念を式で書くと次のよ
うになる。即ち、暗出力補正手段における入力画像信号
（即ち有効画像領域に対応する撮像素子出力のデジタル
値）をＳig(i,j)、暗出力成分を減じた段階の第１の中
間データ（概念上のものであり、処理上の実在は問わな
い）をＳdif(i,j)とすると、Ｓdif(i,j) ＝Ｓig(i,j) − Ｓd(i,j) となる。この段階では、撮像信号の被写体成分が抜き出
されてはいるものの、図５（ｂ）に相当する特性であ
り、暗出力の大きな画素は黒キズになってしまう。

【００４５】本実施形態の暗出力補正はこれを避けるた
めに、第２の処理として以下に示すクリップ処理を行
う。第２の中間データ（概念上のものであり、処理上の
実在は問わない）をＳclp(i,j)と書けば、Ｓclp(i,j) ＝Ｓdif(i,j) （Ｓdif(i,j)≦Ｓat−Ｓm
の場合）Ｓclp(i,j) ＝Ｓat−Ｓｍ（Ｓdif(i,j)＞Ｓat−Ｓm
の場合）となる。但し、Ｓatはこの補正手段への最大入力レベル
（撮像信号の飽和レベル）、ＳｍはＳd(i,j)の１画面最
大値（Ｓｍ＝Max[i,j]｛Ｓd(i,j)｝）である。即ち、第
１の中間データが（Ｓat−Ｓｍ）に達するまではＳdif
(i,j)がそのまま出力され、第１の中間データが（Ｓat
−Ｓｍ）を越える場合は一定の出力（クリップレベル）
となる。このクリップ処理によって、全画素の最大レベ
ル（飽和レベル）は同じ値に切り揃えられるから、上記
黒キズを生じることは無くなる。

【００４６】この様子を図６及び図７に示す。また、前
記図２において、画素毎に暗電流の量は異なることか
ら、例えば暗電流のない画素を２１１、暗電流の少ない
画素を２１２、暗電流の最大の画素を２１３で示すこと
にする。被写体輝度に対する撮像素子の出力信号は、図
６（ａ）のようになる。図６（ａ）において、暗電流の
ない画素２１１の信号は６０１、暗電流の少ない画素２
１２の信号は６０２、暗電流の多い画素２１３の信号は
６０３のようになる。暗電流のない画素２１１の信号６
０１は輝度０で出力０であるが、暗電流を有する画素２
１２，２１３の信号６０２，６０３では輝度０でも一定
の出力がある。但し、何れの信号６０１，６０２，６０
３においても飽和レベルは同じである。

【００４７】図６（ｂ）〜（ｄ）は、上述の図５（ｂ）
の状態を、被写体輝度に対する補正回路出力の関係とし
て書き改めたものであって、信号６０１から暗電流成分
を減算した信号は図６（ｂ）、信号６０２から暗電流成
分を減算した信号は図６（ｃ）、信号６０３から暗電流
を減算した信号は図６（ｄ）となる。そして、図６
（ｄ）に示す暗電流が最も多い画素の補正信号からクリ
ップレベルを決める。その結果、図７（ａ）に示すよう
な特性が得られる。図７（ａ）の各軸や記号等の定義
は、図５（ａ）（ｂ）と同じである。

【００４８】但し、これだけでは画面全体が暗くなって
しまうから、最終的にはさらに定数を乗じる補正（これ
をゲイン補正と称する）を行う。補正後の出力をＳout
(i,j)と書けば、Ｓout(i,j) ＝Ｓclp(i,j) × Sat／（Ｓat−Ｓｍ）となる。但し、分子分母の各Ｓatはこの例の場合数値的
には等しいが、概念的には分子のそれはこの補正手段の
最大出力レベル（出力信号の飽和レベル）に、分母のそ
れは最大入力レベル（撮像信号の飽和レベル）に対応す
るものである。

【００４９】即ち、上記クリップレベルに対応する出力
がちょうどＳat（出力信号の飽和レベル）に等しくなる
ように被写体成分に対する実効的なゲインを調節するも
のである。なお、このように対応付ける場合には、上記
クリップ処理を特別に行わなくてもゲインアップ処理を
行うだけで、実質的に上記クリップ処理も行われてしま
うことになる。このときの総合的な暗出力補正処理の特
性を図にしたのが、図７（ｂ）である。図７（ｂ）より
判るように、入力信号から被写体成分だけを抜き出した
後、この被写体成分に対する実効的なゲインアップを行
ったのと等価な特性となっている。

【００５０】さてこのような暗出力補正を行った場合、
ゲイン補正によって画面は明るくなるが、これだけでは
被写体輝度域に着目した場合に再現域は改善されていな
い。即ち、暗出力によって狭くなった撮像レンジは狭い
ままで改善されていない。この原因は、ゲインを上げた
にも拘わらず露出はゲインを上げる以前の撮像系に対し
て適正となるようになされたものであるから、露出オー
バー状態を来たしているためである。本実施形態のカメ
ラは、この露出オーバー状態を生じないように適正露光
を得るべく、露出を補正する手段をさらに有している。

【００５１】具体的にはシステムコントローラ１１２
は、一旦上記説明に従った暗出力低減撮像のためのテス
ト撮像を行い、その後露出を変更して本露光を行うもの
である。即ち、テスト撮像の結果上記ゲイン項が求ま
る。ここで必要な露光量は当初値の（Ｓat−Ｓm）／Sat
倍ということになるから、例えばこれに見合うだけ絞
りを当初値より絞り込めばよい。Ｆ値で表現すれば、
Ｆ’＝Ｆ×√｛Ｓat／（Ｓat−Ｓm）｝とすればよい。

【００５２】また、これを露光時間の短縮で対応しても
良く、この場合は短縮に伴って暗出力レベルも比例的に
低下するからその分を考慮すれば上記クリップレベルを
若干上げることも可能になる。

【００５３】なお、この暗出力補正処理後において記録
に至るまでの後段の回路における映像信号処理は、その
必要に応じて適宜使用されるそれ自体は公知の、例えば
色バランス処理、マトリクス演算による輝度−色差信号
への変換或いはその逆変換処理、帯域制限等による偽色
除去或いは低減処理、γ変換に代表される各種非線型処
理、各種情報圧縮処理、等々である。

【００５４】次に、本実施形態の撮像動作を、図８及び
図９を参照してより詳しく説明する。

【００５５】まず、操作スイッチ１１３の操作入力を待
ち、ステップＳ１でレリーズオンとなると、撮影トリガ
ー指令が入力される。そして、ステップＳ２で測光を開
始し、ステップＳ３でテスト撮像時の露出時間を決定す
る。この露出時間は、例えば本撮像時の予定露出時間
（電荷蓄積時間）と同じとする。続いて、ステップＳ４
においてシャツタを閉じ、ステップＳ５においてテスト
撮像を開始する。一定の露出時間経過後、ステップＳ６
においてテスト撮像を終了する。

【００５６】次いで、ステップＳ７において、暗電流信
号に相当するテスト撮像信号を読み出し、ステップＳ８
において、デジタルプロセス回路１０８内のＲＡＭ４０
２に各画素毎の暗出力データＡを格納する。そして、ス
テップＳ９においてシャッタ装置を開き、ステップＳ１
０において暗出力データＡに基づいてクリップレベルＢ
を決定する。具体的には、暗出力データＡが最も大きい
画素の撮像信号から暗出力成分を除去した補正信号の飽
和レベルと同じにクリップレベルを決定する。このクリ
ップレベルは、前記図６（ｄ）中に破線で示す飽和レベ
ルに相当する。続いて、ステップＳ１１において、暗出
力データＡに基づいてゲインアップ量Ｃを決定する。具
体的には、暗出力データＡが最も大きい画素の撮像信号
から暗出力成分を除去した補正信号の飽和レベルが補正
前の飽和レベルと同じになるようにゲインアップ量を決
定する。さらに、ステップＳ１２において、ゲインアッ
プ量Ｃに基づいて露出補正量Ｄを決定し、これに対応し
た絞り駆動を行う（前述のＦ’）。

【００５７】次いで、ステップＳ１３において、不要電
荷を排出した後に本撮像を開始する。そして、ステップ
Ｓ１４において、本撮像時の露出時間経過後にシャッタ
を閉じる。（このとき、ステップＳ１２で決定された露
出補正量Ｄに基づいた補正を絞りではなく、露出時間に
反映させるようにしてもよい。）続いて、ステップＳ１
５において本撮像信号を読み出し、ステップＳ１６にお
いて、デジタルプロセス回路１０８内のＲＡＭ４０２に
各画素毎の本撮像データＥを格納する。さらに、ステッ
プＳ１７においてシャッタを開く。

【００５８】次いで、ステップＳ１８において、各画素
毎に本撮像データＥから暗出力データＡを減算する。そ
して、ステップＳ１９において、ステップＳ１０で決定
したクリップレベルＢに従って各画素の信号をレベルク
リップする。続いて、ステップＳ２０において、ステッ
プＳ１１で決定したゲインアップ量Ｃに従って各画素の
信号をゲインアップする。さらに、ステップＳ２１にお
いて、色バランス処理やマトリクス演算等の処理を施
す。そして、最終的にステップＳ２２において、メモリ
カード１１０への記録処理を行う。その後は、再び操作
入力待ちの状態となり、ステップＳ１に戻る。

【００５９】このように本実施形態の電子スチルカメラ
によれば、暗出力レベルに応じて撮像信号の被写体成分
に対するクリップレベルを設定しているので、暗出力補
正を行いつつ画面に黒キズなどの偽信号が生じるのを防
止できる。これに加え、暗出力レベルに応じて撮像信号
の被写体成分に対する実効的なゲインを設定することに
より、暗出力補正によって画面が暗くなる不具合を防止
できる。また、実効的なゲインに応じて露出を補正する
ことにより、暗出力を生じない通常の被写体を撮像した
場合と同等の撮像特性の高画質な画像が得られるという
優れた効果を有する。

【００６０】従って、暗出力補正を行う際に撮像素子や
システムの飽和に起因して生じる問題点を解決し、特に
高温下や長時間露光時等、画面全体に亘って多数の画素
の暗出力レベルが増大してくるような場合にも適用可能
で、良好な画像の得られる電子スチルカメラを実現する
ことが可能となる。

【００６１】（変形例）なお、本発明は上述した実施形
態に限定されるものではない。実施形態においては、説
明を明瞭にするために電荷蓄積時間と露光時間とを同一
と見なした。厳密に言うと、メカニカルシャッタを用い
て露光開始前から電荷蓄積を開始する場合や、或いは露
光完了してから所定時間後に電荷を転送路に移送した
り、蓄積電荷を転送路に移送した後所定時間後に転送開
始する、いわゆる遅延読み出しの手法を用いる場合な
ど、この両者は必ずしも一致しないことがある。しか
し、この両者の差はいずれもシステムコントローラ１１
２が管理認識しているものであるから、必要に応じてこ
の差を具体的に考慮して実施形態を適用すればよい。

【００６２】また、上記実施形態で用いているＡＤコン
バータの量子化レベルに関して補足する。現実には、ハ
ードウェアとしてのＡＤコンバータの有する誤差特性が
存在し、仮にそれがないとしても、原理的に最小量子化
レベル付近においては量子化誤差は相対的には１０％に
も相当する。これを考慮すれば、上記実施形態に関して
実際の量子化に用いるＡＤコンバータは、事情が許す場
合には、画像処理系の量子化ビット数（実施例では８ビ
ット）よりも多い、例えば１０ビット或いは１２ビット
程度（それ以上でもよい）のものを使用することがより
好適であることは勿論である。

【００６３】さらに、上記以外にも様々な変形例が考え
られる。まず、テスト撮像時の露光時間設定については
上記では本露光の露出時間Ｔtotalをそのまま用いた
が、例えばＴtotal／２とかＴtotal／１０とかに設定し
てテスト露光時間を短縮することもできる。この変形例
の場合は、暗電荷は蓄積時間にほぼ比例することを利用
して暗出力レベルを算出することになる。即ち、テスト
撮像時の露光時間をＴtotal／Ｎに設定した場合は得ら
れたテスト撮像信号から本撮像時の暗出力レベルを算出
する際の係数（乗数）はＮとなり、ｓ＝［テスト撮像信
号レベル］×Ｎとして求めた暗出力レベルを用いて以後
の欠陥検出や暗電流補正を行う。

【００６４】無論同様の演算を行うことで、少なくとも
Ｔtotalが一定値以下の範囲まではテスト撮像露光時間
に固定値を採用することも可能である。また、ダイレク
ト測光（実露光時の露光量の積分値で露光終了を自動制
御するもの）の場合には予定している露出時間を採用す
ることも好適である。

【００６５】このように、テスト撮像によって得られた
撮像素子出力レベルと、テスト撮像によるテスト撮像時
間と、本撮像時の露出制御における電荷蓄積時間とに基
づいて本撮像時の暗出力レベルを算出することにより、
テスト撮像の露出時間に関して制約が少なく、例えばレ
リーズタイムラグを小さくできるなど使い勝手の向上を
はかることが可能となる。

【００６６】また、テスト撮像のタイミングについては
本撮影直前が好適ではあるが、これに限定されるもので
はない。例えば電源投入時、再生モードと切換え可能な
カメラにおける撮影モードへの切換え時、２段レリーズ
スイッチカメラ（２段目が撮影トリガー）における１段
目操作時、別途設けたテスト撮像スイッチの操作時な
ど、目的に応じて任意の時点で行うように構成し得る。
さらに、これを特に本撮像の露光実行後に行うようにし
てもよい。即ち、撮像信号はデジタルプロセス１０８に
デジタル的に記憶されているから、記録のための信号処
理を実行するのを一旦止めておけば、露光後にテスト撮
像を行うことが可能である。

【００６７】この変形例の場合は、テスト撮像によるレ
リーズタイムラグの増加がない、予め露光時間を決めて
おく必要が全くないから、いわゆるバルブシャッタ撮影
やタイムシャッタ撮影（いずれも撮影者が任意の時刻に
露光終了を手動制御するもの）、或いはダイレクト測光
などの任意の露光制御にもより簡単に適用可能であると
いう大きな特徴的な効果を有している。

【００６８】また、上記暗出力補正に伴う被写体成分に
対する可変ゲインの設定は事情に合わせて上記実施形態
とは異なる任意の値にしてもよい。具体的には、撮像信
号の被写体成分に対する実効的なゲインを、暗出力補正
回路の最大出力レベル（暗出力補正手段の出力側の飽和
レベルに対応する値）を撮像信号の飽和レベル（暗出力
補正手段の入力側の飽和レベルに対応する値）と暗出力
レベル検出部で検出された暗出力レベルの最大値との差
で除した値に設定することにより、「飽和に起因する擬
似信号の発生を生じない」ようにしつつ、その際の実効
的な入出力レンジを等しく合わせることが可能となる。

【００６９】上記実施形態の設定は既に述べたとおりク
リップレベルに対応する出力がちょうどＳat（出力信号
の飽和レベル）に等しくなるようにしたものであるか
ら、実効的な入出力レンジを等しく合わせたという意味
で一つの最良設定例と言える。この場合は、ゲイン値は
任意の値を取るから演算がやや複雑になり、それに対応
して露出制御も複雑化するといった問題も生じ得る。そ
こで、演算や制御の単純化を優先的に意図すれば、上記
ゲイン値をステップ状に変えるようにしてもよい。但
し、ゲイン値の設定により、クリップレベルに相当する
信号が元々の飽和レベル（即ち、出力側の飽和レベル）
以上になる必要がある。また、上記ゲイン項の値を例え
ば２のｎ乗倍（ｎは自然数）から選択するといったもの
も好適な実施形態の一つとなる。

【００７０】また、実施形態ではクリップレベルを設定
した後にゲインアップ量を設定しているが、必ずしもク
リップレベルの設定を行う必要なく、ゲインアップのみ
を行うようにしてもよい。具体的には、暗出力補正手段
において、暗出力レベルの最も大きい画素の撮像信号か
ら暗出力成分を除去した補正信号の飽和レベルが、補正
手段の出力側の飽和レベルと等しく或いはそれ以上とな
るように、ゲインアップ量を設定してもよい。この場合
も、結果的に実施形態のように撮像信号をクリップした
ことと等価になり、本発明の効果が得られる。

【００７１】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。

【００７２】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、暗
出力レベルに応じて映像信号の被写体信号成分に対する
クリップレベルを設定し、さらに必要に応じて実効的な
ゲインを設定することにより、暗出力補正を行いつつ黒
キズなどの偽信号を生じることがないという優れた効果
を有する。

【００７３】従って、暗出力補正を行う際に撮像素子や
システムの飽和に起因して生じる問題点を解決し、特に
高温下や長時間露光時等、画面全体に亘って多数の画素
の暗出力レベルが増大してくるような場合にも適用可能
で、良好な画像の得られる撮像装置を実現することが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係わる電子スチルカメラ
の全体構成を示すブロック図。

【図２】図１の電子スチルカメラに用いたＣＣＤ撮像素
子の素子構造を示す平面図。

【図３】図１の電子スチルカメラに用いたデジタルプロ
セス回路の機能的構成を示すブロック図。

【図４】図１の電子スチルカメラに用いたデジタルプロ
セス回路の具体的構成を示すブロック図。

【図５】無補正時の入出力特性と暗出力補正回路におけ
る入出力特性を示す図。

【図６】本実施形態における被写体輝度と撮像素子出力
及び補正回路出力との関係を示す図。

【図７】本実施形態における暗出力補正回路の入出力特
性の例を示す図。

【図８】本実施形態における撮像動作を説明するための
フローチャート。

【図９】本実施形態における撮像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…メカシャッタ１０５…ＣＣＤカラー撮像素子１０６…ＣＣＤドライバ１０７…プリプロセス回路１０８…デジタルプロセス回路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ＣＣＤ２０３…水平ＣＣＤ２０４…ＦＤＡ３１０…暗出力検出部３２０…暗出力補正回路３２１…暗出力減算部３２２…クリップレベル設定部３２３…ゲイン設定部４０１…バスライン４０２…ＲＡＭ４０３…演算部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０４Ｎ 5/243 Ｈ０４Ｎ 1/40 １０１Ｂ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の画素が２次元配置された撮像素子
と、前記撮像素子の出力信号である撮像信号に重畳される暗
出力レベルを各画素毎に検出する暗出力レベル検出手段
と、前記暗出力レベル検出手段で検出された暗出力レベルに
基づいて前記撮像信号を補正し、且つ前記暗出力レベル
検出手段で検出された暗出力レベルに応じて前記撮像信
号の被写体成分に対するクリップレベルを設定する暗出
力補正手段と、を具備してなることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】複数の画素が２次元配置された撮像素子
と、前記撮像素子の出力信号である撮像信号に重畳される暗
出力レベルを各画素毎に検出する暗出力レベル検出手段
と、前記暗出力レベル検出手段で検出された暗出力レベルに
基づいて前記撮像信号を補正し、且つ前記暗出力レベル
検出手段で検出された暗出力レベルに応じて前記撮像信
号の被写体成分に対する実効的なゲインを設定する暗出
力補正手段と、を具備してなることを特徴とする撮像装置。
【請求項３】複数の画素が２次元配置された撮像素子
と、前記撮像素子の出力信号である撮像信号に重畳される暗
出力レベルを各画素毎に検出する暗出力レベル検出手段
と、前記暗出力レベル検出手段で検出された暗出力レベルに
基づいて前記撮像信号を補正し、該補正された撮像信号
に対し前記暗出力レベル検出手段で検出された暗出力レ
ベルに応じてクリップレベルを設定し、且つ前記補正さ
れた撮像信号に対し前記暗出力レベル検出手段で検出さ
れた暗出力レベルに応じて実効的なゲインを設定する暗
出力補正手段と、を具備してなることを特徴とする撮像装置。
【請求項４】前記暗出力補正手段は、前記暗出力レベル
検出手段で検出された暗出力レベルの最大値でクリップ
レベルを設定することを特徴とする請求項１又は３記載
の撮像装置。
【請求項５】前記撮像素子に対する露光を遮断した状態
で該撮像素子における電荷蓄積及び読み出し動作を実行
するテスト撮像手段を有し、前記暗出力レベル検出手段における暗出力レベルの検出
は、前記テスト撮像手段によるテスト撮像時間と、前記
テスト撮像手段によって得られた撮像素子出力レベル
と、本撮像時の露出制御における電荷蓄積時間と、に基
づいて本撮像時の暗出力レベルを算出することによって
行われることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載
の撮像装置。
【請求項６】前記テスト撮像時間と本撮像時の電荷蓄積
時間とは同じであり、前記テスト撮像手段によって得ら
れた撮像素子出力レベルを本撮像時の暗出力レベルとし
て算出すること特徴とする請求項５記載の撮像装置。
【請求項７】前記テスト撮像時間と本撮像時の電荷蓄積
時間とは異なり、前記テスト撮像手段によって得られた
撮像素子出力レベルＸを、前記テスト撮像手段によるテ
スト撮像時間Ｙと本撮像時の露出制御における電荷蓄積
時間Ｚとの比Ｙ／Ｚに乗じることによって、本撮像時の
暗出力レベルを算出することを特徴とする請求項５記載
の撮像装置。
【請求項８】前記テスト撮像時間は、本撮像時の電荷蓄
積時間よりも短いことを特徴とする請求項７記載の撮像
装置。
【請求項９】前記暗出力補正手段により設定される実効
的なゲインの値は、「前記暗出力補正手段の出力側の飽
和レベルに対応する値」を「前記暗出力補正手段の入力
側の飽和レベルに対応する値」と「前記暗出力レベル検
出手段で検出された暗出力レベルの最大値」との差で除
算した結果値に基づいて決定されることを特徴とする請
求項２又は３記載の撮像装置。
【請求項１０】前記暗出力補正手段により設定される実
効的なゲインの値は、前記除算の結果値以上であること
を特徴とする請求項９記載の撮像装置。
【請求項１１】前記暗出力補正手段により設定される実
効的なゲインの値は、ステップ状に制御されるものであ
ることを特徴とする請求項１０記載の撮像装置。
【請求項１２】前記暗出力補正手段により設定される実
効的なゲインの値は、前記除算の結果値と等しいことを
特徴とする請求項９記載の撮像装置。
【請求項１３】前記暗出力補正手段におけるゲイン設定
に応じて、前記撮像素子における露出を補正する露出補
正手段を有したことを特徴とする請求項２又は３記載の
撮像装置。
【請求項１４】複数の画素が２次元配置された撮像素子
と、前記撮像素子の出力信号である撮像信号に重畳される暗
出力レベルを各画素毎に検出する暗出力レベル検出手段
と、前記暗出力レベル検出手段で検出された暗出力レベルに
基づいて、各画素毎に前記撮像信号から暗出力成分を除
去する補正を行い、前記補正した撮像信号に対し前記暗
出力レベル検出手段で検出された暗出力レベルの最大値
に応じてクリップレベルを設定し、且つ前記補正した撮
像信号に対し前記設定したクリップレベルに応じて実効
的なゲインを設定する暗出力補正手段と、前記暗出力補正手段におけるゲイン設定に応じて、前記
撮像素子における露出を補正する露出補正手段と、を具
備してなることを特徴とする撮像装置。
【請求項１５】複数の画素が２次元配置された撮像素子
により被写体を撮像するステップと、前記撮像して得られた撮像信号に重畳される暗出力レベ
ルを各画素毎に検出するステップと、前記検出された暗出力レベルに基づいて前記撮像信号を
補正するステップと、前記補正された撮像信号に対し前記検出された暗出力レ
ベルに応じてクリップレベルを設定するステップと、前記補正された撮像信号に対し前記クリップされたクリ
ップレベルに応じて実効的なゲインを設定するステップ
と、を含むことを特徴とする撮像方法。
【請求項１６】複数の画素が２次元配置された撮像素子
により被写体を撮像するステップと、前記撮像して得られた撮像信号に重畳される暗出力レベ
ルを各画素毎に検出するステップと、前記検出された暗出力レベルに基づいて前記撮像信号を
補正するステップと、前記補正された撮像信号に対し前記検出された暗出力レ
ベルに応じてクリップレベルを設定するステップと、前記補正された撮像信号に対し前記クリップされたクリ
ップレベルに応じて実効的なゲインを設定するステップ
と、前記設定されたゲインに応じて前記撮像素子における露
出を制御するステップと、を含むことを特徴とする撮像方法。