JP2002044688A - 固体撮像素子の画素欠陥検出方法およびその方法を用いた撮像装置 - Google Patents
固体撮像素子の画素欠陥検出方法およびその方法を用いた撮像装置Info
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Abstract
ぞれ撮像して映像信号を出力する固体撮像素子の画素欠
陥検出方法において、画素欠陥を実時間で検出し、補正
できるようにする。 【解決手段】 分光光毎に同一撮像位置もしくは近傍撮
像位置で撮像し出力した映像信号どうしを比較した結果
に応じて、分光光のうちいずれの分光光を撮像した撮像
素子で画素欠陥が発生しているか否かを検出する。
Description
ラに用いられる固体撮像素子において発生した画素欠陥
を検出する方法に関し、特に、複数の撮像素子で撮像光
の同じ撮像位置の分光光をそれぞれ撮像する場合に、そ
れら同じ撮像位置の撮像素子で撮像され出力された映像
信号どうしを比較することによって、いずれの撮像素子
において画素欠陥が発生しているか否かを実時間で検出
できるようにした検出方法に関する。
子の画素欠陥の検出方法としては、例えば、特開平10-9
8651号公報に記載されたように、固体撮像素子の光電変
換面に対して被写体からの光学像を第1の周期毎に照射
するための光学手段と、前記固体撮像素子を駆動して、
前記第1の周期より短い周期の第2の周期毎に前記固体
撮像素子の信号電荷を読み出す読み出し手段と、前記第
1と第2の周期の違いにより、前記光学像が前記固体撮
像素子の光電変換面に照射されなかったときの前記固体
撮像素子の出力信号電荷を基準信号として保持するため
の記憶手段と、前記光学像が前記固体撮像素子の光電変
換面に照射されたときの前記固体撮像素子の出力信号電
荷を撮像信号とし、この撮像信号を前記基準信号により
補正する手段とを具備したものがある。
板や電子シャッタを用いて映像信号の間に黒の基準信号
が挿入されるごとくに、それら信号を固体撮像素子から
出力することができる。そして、前記公報に記載のよう
に、画素欠陥補正回路において、基準信号期間には、対
応するフィールドの基準画像としてデジタル化された信
号をフレームメモリに書き込み、また、基準信号期間を
除く他の期間では、デジタル化されたフィールド信号か
ら、フレームメモリに記憶されている、対応するフィー
ルド画像を減算して出力するようにすることで、固定パ
ターン雑音を実時間で検出しながら補正をかけるように
し、製造時の画素欠陥データの作成作業を不要として、
画素欠陥等が使用中で変化しても自動的に補正処理され
た画像が得られることで、画質の向上ができるとされて
いる。
うな構成によっては、画素欠陥補正回路の出力信号には
休止期間が生じてしまう。そのため、実時間で動画像を
見る場合には、例えば、時間軸伸張回路を通すことによ
り、連続した時間間隔の映像信号を得ることが必要とな
るが、この時間軸伸張回路によりタイミングを調節する
ためには、相当規模の大きな回路構成を必要としなけれ
ばならず、それによりコストが増大してしまう。また、
上述の休止期間に相当する映像信号は撮像されていない
ため、映像の内容がその前後で必要以上にとぎれてしま
い、その内容のとぎれに係わらず時間軸伸張して時間間
隔は連続させたとしても、その映像内容が要求されるよ
りも不連続になり、問題となってしまう可能性がある。
映像信号期間とは別に基準信号期間を設ける必要を無く
し、かつ、画素欠陥補正回路のような規模の大きな回路
を用いることなく、映像信号期間に撮影された映像信号
によって実時間に画素欠陥を検出できるようにすること
である。また、検出された画素欠陥の欠陥信号レベルに
応じて画素欠陥毎に補正をするか否かの制御を外部より
制御できるようにし、また、画像状況(蓄積の有無、蓄
積時間、映像利得の度合等)に応じ、画素欠陥の欠陥信
号レベルや画素欠陥補正用の補正係数を変化させるよう
にした画素欠陥補正方法を可能とすることを目的とす
る。
解決するため、撮像光を分光して得られた複数分光光を
それぞれ撮像して映像信号を出力する固体撮像素子の画
素欠陥検出方法において、前記分光光毎に同一撮像位置
もしくは近傍撮像位置で撮像し出力した映像信号どうし
を比較した結果に応じて、前記分光光のうちいずれの分
光光を撮像した撮像素子で画素欠陥が発生しているか否
かを検出するものである。本発明はさらに、前記映像信
号が前記撮像素子から出力される毎に前記画素欠陥が発
生しているか否かを検出するものである。
め、撮像光を分光して得られた複数分光光をそれぞれ撮
像して映像信号を出力する固体撮像素子の画素欠陥検出
方法において、前記分光光ごとに、前記撮像光の所定撮
像位置に応じた第1画素からの映像信号レベルと、該第
1画素に隣接または近接している第2画素から得られる
映像信号レベルとの差分を求め、前記分光光ごとに求め
た前記差分どうしを比較することで、前記所定撮像位置
に応じた前記第1画素、特に、前記比較し合った差分の
うちより特徴的な差分に対応する分光光に係わる前記所
定撮像位置に応じた前記第1画素を、欠陥画素として検
出するものである。
ごとに求めた前記差分のうち、それら差分の平均値に対
し最も偏差が大きいとする差分であって、かつ、当該最
大偏差の値が所定の値よりも大きいとする差分に対する
分光光に係わる、前記所定撮像位置に応じた前記第1画
素を、欠陥画素として検出するとしてもよい。また、前
記分光光ごとに求めた前記差分毎に、該差分を除いた差
分を平均して得た値を、当該偏差を求めるための前記平
均値として用いるとしてもよい。さらに、前記撮像光の
複数撮像位置それぞれに応じた前記第1画素からの映像
信号が出力される毎に、前記検出する処理を繰り返し実
行してもよい。また、本発明は、撮像光を分光して得ら
れた複数分光光をそれぞれ撮像して映像信号を出力する
固体撮像素子を有する撮像装置において、前記分光光毎
に同一撮像位置もしくは近傍撮像位置で撮像し出力した
映像信号どうしを比較する手段、前記比較結果に応じ前
記分光光のうちいずれの分光光を撮像した撮像素子で画
素欠陥が発生しているか否かを検出する手段とを有する
ものである。
た複数分光光をそれぞれ撮像して映像信号を出力する固
体撮像素子を有する撮像装置において、前記分光光ごと
に、前記撮像光の所定撮像位置に応じた第1画素からの
映像信号レベルと、該第1画素に隣接または近接してい
る第2画素から得られる映像信号レベルとの差分を求め
る手段、前記分光光ごとに求めた前記差分どうしを比較
することで、該比較し合った差分のうち、より特徴的な
差分に対応する分光光に係わる、前記所定撮像位置に応
じた前記第1画素を欠陥画素として検出する手段とを有
するものである。さらに、前記検出手段からの出力に応
じて前記画素欠陥の欠陥信号レベルを補正する手段を有
し、該欠陥信号レベルが補正された映像信号を出力する
としてもよい。
図を用いて説明する。図2は本発明に関わるテレビジョ
ンカメラのブロック構成例を示す図である。この図にお
いて、1は被写体から入射された撮像光を集光するレン
ズ、2はレンズ1を通った撮像光を複数の分光光、例え
ば、赤、緑、青(以後それぞれR、G、Bと記載)の各
波長の光に分光するプリズム、3,4,5はプリズム2
からの分光光をそれぞれ受光し、画素毎に受光した分光
光の光量に応じて光電変換し該変換により得られた電荷
をそれぞれ蓄積する受光素子を複数備えた固体撮像素子
(CCD)である。
ぞれ蓄積された電荷が順次受光素子から読み出されるこ
とで生成された映像信号を入力し、その入力された映像
信号に存する雑音成分を除去して、信号成分だけをサン
プルホールドすることで、雑音成分が除去された映像信
号を出力する相関二重サンプリング(CDS)回路であ
る。9,10,11は、CDS回路6,7,8からそれ
ぞれ出力される映像信号に対し利得補正、ガンマ補正等
の映像信号処理を行なうプリアンプ回路、12,13,
14はプリアンプ回路9,10,11からそれぞれ出力
される映像信号処理された映像信号をデジタル信号に変
換するA/D変換器である。15はA/D変換器12,
13,14からそれぞれ出力される各色のデジタル映像
信号を基に、画素欠陥を画素毎に検出し、その検出画素
位置と検出された画素欠陥の欠陥信号レベルを示す信号
を出力する画素欠陥検出回路、16は、画素欠陥検出回
路15で検出され出力された画素欠陥の検出画素位置と
欠陥信号レベルを示す信号に応じて、A/D変換器1
2,13,14からそれぞれ出力されたデジタル映像信
号の画素欠陥の補正を行ない、その画素欠陥補正された
映像信号を映像信号処理回路17へ出力する画素欠陥補
正回路である。映像信号処理回路17では、映像信号フ
ォーマットなどの変換処理等が適宜行われ、それら処理
された映像信号を後段(図示せず)へ出力する。18
は、撮像素子3,4,5及び上述した各回路が所定のタ
イミングで動作するようにするための、また、この撮像
装置と外部機器(図示せず)との外部制御を確立するた
めのCPU回路である。
補正回路16の動作について図1を用いて説明する。画
素欠陥により映像に白キズが発生する場合を例として説
明する。ここで白キズとなる欠陥画素の欠陥信号レベル
は、その周囲の画素の映像信号よりも信号レベルの高い
ピーク成分として現れるため、その白キズの画素の映像
信号(欠陥信号)レベルの値は、周辺画素の映像信号レ
ベルの平均値よりも比較的大きな値となり、その欠陥信
号レベルの値から該平均値を減じて得られた差の値(差
分)も、同様に大きな値となる。一方、画素欠陥でない
正常な画素については、殆どすべての撮影状況におい
て、例えば、通常撮像装置で人間の一般的な視野感覚と
同程度の視野でもって撮影されるような状況において
は、その正常画素の映像信号レベルは、その周囲の画素
の映像信号レベルと同じ程度になる場合が圧倒的に多
い。そのため、その正常画素の映像信号レベルの値は、
周辺画素の映像信号レベルの平均値と同程度の値とな
り、正常な画素の映像信号レベルの値から該平均値を減
じて得られた差の値は、比較的小さな値となる。さら
に、例えば、Rチャネルのある所定画素が白キズ欠陥画
素であるとした場合、その所定画素の対応する撮像光の
所定撮像位置に、同様に対応するGチャネルの画素とB
チャネルの画素のいずれかまたは両方が、Rチャネルの
画素と同様に欠陥画素である可能性は極めて小さい。す
なわち、撮像光の所定撮像位置に対応するR、G、Bチ
ャネルの画素のうち、たかだか一画素が画素欠陥である
としてよい。
Rチャネルの所定画素が白キズ欠陥画素であるとした例
では、このRチャネルの所定画素の信号レベルとその周
囲画素の信号レベルの平均値との差の値は上述したよう
に比較的大きな値となると同時に、その所定位置に対応
する、Gチャネルの画素の信号レベルとその周囲画素の
信号レベルの平均値との差の値、および、Bチャネルの
画素の信号レベルとその周囲画素の信号レベルの平均値
との差の値は、GチャネルとBチャネルのどちらにおい
ても比較的小さな値になるといえる。そのため、撮像光
の所定撮像位置に対応する画素の、上述したRチャネ
ル、Gチャネル、Bチャネルそれぞれの差の値どうしを
比較することで、それらRチャネル、Gチャネル、Bチ
ャネルのうちいずれのチャネルの撮像素子で画素欠陥が
発生しているか否かを検出することが可能である。
説明する。まず、本発明に係わる撮像装置のレンズ1を
通った撮像光が、プリズム2で分光され、R、G、Bの
各チャネルの分光光が得られる。それら分光光は、各チ
ャネル毎に固体撮像素子3,4,5で受光される。各固
体撮像素子では、画素毎に受光した分光光の光量に応じ
て光電変換されることで電荷が得られ、その電荷は蓄積
され、さらに、映像信号として順次出力されることで各
チャネル毎の映像信号が生成される。これら映像信号は
CDS回路6,7,8、プリアンプ回路9,10,1
1、A/D変換器12,13,14を経て画素欠陥検出
回路15へ入力される。
すような手順の信号処理を用いることで、入力された映
像信号の画素欠陥となった欠陥信号部分を検出する。そ
の検出手順としては、まず、撮像光の注目する撮像位
置、例えば、固体撮像素子上にマトリクス配列された複
数受光素子のうちn番目の受光素子に対応した撮像位置
Anに対応する各チャネルの画素(以下、各チャネル毎
に第1画素と称す)毎の映像信号レベル値を、各チャネ
ル毎にそれぞれRn、Gn、Bnとする。さらに、各チ
ャネル毎に、第1画素に隣接または近接している画素
(以下、各チャネル毎に第2画素と称す)を適宜選択
し、該選択された第2画素の映像信号レベルの平均値を
それぞれ求め、求められた平均値をそれぞれRn_a
v、Gn_av、Bn_avとする(図1の101)。
号レベルから上記求められた第2画素の映像信号レベル
の平均値を減じて得られた差の値(差分)を下式1,
2,3のようにそれぞれRw、Gw、Bwとする(図1
の102)。 Rw = Rn − Rn_av ・・・ (式1) Gw = Gn − Gn_av ・・・ (式2) Bw = Bn − Bn_av ・・・ (式3)
wどうしを比較するために、各チャネルの差分からその
チャネル以外のチャネルの差分の平均値を減じることで
各チャネル毎の偏差を求め、それら求められた各チャネ
ルの偏差のうち最大のチャネルの偏差の値をWmaxと
する。各チャネルの偏差の算式は、図1に示した例では
下式4、5、6とする(図1の103)。 Rチャネル・・・|Rw − ( Gw + Bw )/ 2| ・・・ ( 式4) Gチャネル・・・|Gw − ( Bw + Rw )/ 2| ・・・ ( 式5) Bチャネル・・・|Bw − ( Rw + Gw )/ 2| ・・・ ( 式6) なお、図示していないが、各チャネルの偏差の別の算式
としては、R、G、Bの3チャネルの差分の平均値を用
いて、下式7、8、9とし、それらの式により求められ
た値の中から最大の値Wmaxを求めるようにしてもよ
い。 Rチャネル・・・|Rw − ( Rw + Gw + Bw )/ 3| ・・ ・ (式7) Gチャネル・・・|Gw − ( Rw + Gw + Bw )/ 3| ・・ ・ (式8) Bチャネル・・・|Bw − ( Rw + Gw + Bw )/ 3| ・・ ・ (式9)
この最大値Wmaxが所定のしきい値Wthよりも大き
いか否かを判定する(図1の104)。この判定によっ
て、最大値Wmaxが画素欠陥に係わる画素の映像信号
レベルに基づいた値であるか否かが判断されることで、
もし、最大値Wmaxが所定のしきい値Wthよりも大
きい場合には、Wmaxとした偏差に係わるチャネルの
第1画素が、上記所定撮像位置に対応する画素欠陥の発
生した欠陥画素であるとして検出される。一方、最大値
Wmaxが所定のしきい値Wthよりも小さい場合に
は、上記所定撮像位置に対応する画素欠陥の発生した画
素はないとされる。
実施することにより、画素欠陥が検出された場合は、画
素欠陥検出回路15から、その検出結果に応じた欠陥画
素の位置を示す信号(欠陥画素位置信号)が出力され画
素欠陥補正回路16へ入力される。
陥画素位置信号と、A/D変換器12,13,14のい
ずれかから出力された欠陥画素の周辺の画素の映像信号
を用いて補正信号を生成する。ここで、図3は補正信号
生成方法の一例を説明するための図である。この図3に
示す例では、Rnが画素欠陥の欠陥信号レベルであると
した場合、その補正信号のレベルRn’は、隣接する4
つの画素の映像信号レベルRn−2,Rn−1,Rn+
1,Rn+2からそれらの平均値を求めることで生成さ
れる。ここで、この補正信号レベルと、上述の差分を求
めるときの説明における第2画素の映像信号レベルの平
均値とを、同じ算式で求めるとしてもよく、この場合、
下式10、11、12によりそれらが算出される。 Rn_av=(Rn−2 +Rn−1 +Rn+1 +Rn+2)/4 ・・・ (式10) Gn_av=(Gn−2 +Gn−1 +Gn+1 +Gn+2)/4 ・・・ (式11) Bn_av=(Bn−2 +Bn−1 +Bn+1 +Bn+2)/4 ・・・ (式12) なお、上述の補正信号レベルと平均値とは、必ずしも同
じ値でなくてよく、また、それらの計算方法としては、
様々な計算方法や信号の組み合わせが用いられることは
言うまでもない。
ベルであるとした場合、図1の105に例示するよう
に、欠陥画素位置信号に応じて生成された補正信号レベ
ルRn’、この例では、Rn_avが欠陥信号レベルR
nの代わりに欠陥画素(第1画素)の映像信号レベルと
され、それによって画素欠陥が補正される。
撮像光の所定撮像位置ついての画素欠陥検出および画素
欠陥補正の処理手順について説明したものであるが、こ
れら手順は、固体撮像素子からの映像信号の出力動作に
応じて、画素ごとの映像信号が出力される度に注目画素
を順次切り換えながら逐次処理を繰り返し行うことで、
画素単位でリアルタイムに画素欠陥検出あるいは画素欠
陥補正を行うことができる。
していないメニュー画面を用いて操作することにより、
あるいは、外部制御機能を用いて生成された外部コント
ロール信号により、その画素欠陥補正を設定するための
信号がCPU回路18に送信され、それによりCPU回
路18から画素欠陥検出回路15及び画素欠陥補正回路
16へそれら回路を制御するための信号が送信されるよ
うにする。そうすることで、画素欠陥毎に補正をするか
否かの制御を外部より制御できるようにしたり、画像状
況(蓄積の有無、蓄積時間、映像利得の度合等)に応
じ、画素欠陥の欠陥信号レベルや画素欠陥補正用の補正
係数を変化させるようにすることができる。
像信号期間とは別に基準信号期間を設ける必要を無く
し、かつ、画素欠陥補正回路のような規模の大きな回路
を用いることなく、画素ごとの映像信号が出力される度
に注目画素を順次切り換えながら逐次処理を繰り返し行
うようにして、画素単位でリアルタイムに画素欠陥検出
あるいは画素欠陥補正を行うことができ、予め画素欠陥
位置を検出する必要を省き、従来技術での画素欠陥の個
数が増えた場合であっても再度画素欠陥位置を検出して
メモリ等に書き込む手間を省くことができる。また、検
出された画素欠陥の欠陥信号レベルに応じて画素欠陥毎
に補正をするか否かの制御を外部より制御できるように
し、また、画像状況(蓄積の有無、蓄積時間、映像利得
の度合等)に応じ、画素欠陥の欠陥信号レベルや画素欠
陥補正用の補正係数を変化させることができ、例えば蓄
積時の、蓄積時間の変化による白キズの増減を適切に補
正できるよう白キズ検出レベル(W)を蓄積時間に応じ
て変える等、撮像画像の状況により適応した補正が可能
となる。
ーチャート。
構成例を示す図。
(CCD)、 6,7,8:CDS回路、 9,10,
11:プリアンプ回路、 12,13,14:A/D変
換器、 15:画素欠陥検出回路、 16:画素欠陥補
正回路、 17:映像信号処理回路、18:CPU回
路。
Claims (9)
- 【請求項1】 撮像光を分光して得られた複数分光光を
それぞれ撮像して映像信号を出力する固体撮像素子の画
素欠陥検出方法において、前記分光光毎に同一撮像位置
もしくは近傍撮像位置で撮像し出力した映像信号どうし
を比較した結果に応じて、前記分光光のうちいずれの分
光光を撮像した撮像素子で画素欠陥が発生しているか否
かを検出することを特徴とした画素欠陥検出方法。 - 【請求項2】 請求項1に記載の画素欠陥検出方法にお
いて、前記映像信号が前記撮像素子から出力される毎に
前記画素欠陥が発生しているか否かを検出することを特
徴とした画素欠陥検出方法。 - 【請求項3】 撮像光を分光して得られた複数分光光を
それぞれ撮像して映像信号を出力する固体撮像素子の画
素欠陥検出方法において、前記分光光ごとに、前記撮像
光の所定撮像位置に応じた第1画素からの映像信号レベ
ルと、該第1画素に隣接または近接している第2画素か
ら得られる映像信号レベルとの差分を求め、前記差分ど
うしを比較することで、前記所定撮像位置に応じた前記
第1画素を欠陥画素として検出することを特徴とする画
素欠陥検出方法。 - 【請求項4】 請求項3に記載の画素欠陥検出方法にお
いて、前記検出する処理では、前記分光光ごとに求めた
前記差分のうち、それら差分の平均値に対し最も偏差が
大きいとする差分であって、かつ、当該最大偏差の値が
所定の値よりも大きいとする差分に対する分光光に係わ
る前記所定撮像位置に応じた前記第1画素を、欠陥画素
として検出することを特徴とする画素欠陥検出方法。 - 【請求項5】 請求項4に記載の画素欠陥検出方法にお
いて、前記分光光ごとに求めた前記差分毎に、該差分を
除いた差分を平均して得た値を、当該偏差を求めるため
の前記平均値として用いることを特徴とする画素欠陥検
出方法。 - 【請求項6】 請求項3または4または5に記載の画素
欠陥検出方法において、前記撮像光の複数撮像位置それ
ぞれに応じた前記第1画素からの映像信号が出力される
毎に、前記検出する処理を繰り返し実行することを特徴
とする画素欠陥検出方法。 - 【請求項7】 撮像光を分光して得られた複数分光光を
それぞれ撮像して映像信号を出力する固体撮像素子を有
する撮像装置において、前記分光光毎に同一撮像位置も
しくは近傍撮像位置で撮像し出力した映像信号どうしを
比較する手段、前記比較結果に応じ前記分光光のうちい
ずれの分光光を撮像した撮像素子で画素欠陥が発生して
いるか否かを検出する手段とを有することを特徴とした
撮像装置。 - 【請求項8】 撮像光を分光して得られた複数分光光を
それぞれ撮像して映像信号を出力する固体撮像素子を有
する撮像装置において、前記分光光ごとに、前記撮像光
の所定撮像位置に応じた第1画素からの映像信号レベル
と、該第1画素に隣接または近接している第2画素から
得られる映像信号レベルとの差分を求める手段、前記分
光光ごとに求めた前記差分どうしを比較することで、前
記所定撮像位置に応じた前記第1画素を、欠陥画素とし
て検出する手段とを有することを特徴とする撮像装置。 - 【請求項9】 請求項8に記載の撮像装置において、さ
らに、前記検出手段からの出力に応じて前記画素欠陥の
欠陥信号レベルを補正する手段を有し、該欠陥信号レベ
ルが補正された映像信号を出力することを特徴とする撮
像装置。
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