JP2003116064A - 撮像装置 - Google Patents
撮像装置Info
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Abstract
信号中のノイズの軽減をはかる。 【解決手段】 被写体を撮像するためのCCD撮像素子
13と、この撮像素子13の出力信号を読み出すときの
ゲインを制御するアンプ16と、非遮光状態で撮像素子
13により露光して得られる撮像信号を読み出して記憶
するメモリ17と、遮光状態で撮像素子13の暗時信号
を複数回読み出し、複数回の暗時信号を加算した信号を
記憶するメモリ18と、メモリ17に記憶された明時信
号からメモリ18に記憶された暗時信号を減算して暗時
信号を抑圧する演算器19とを備えたデジタルカメラに
おいて、アンプ16のゲインを大きくするに伴い暗時信
号の読み出し回数を増やす。
Description
(デジタルカメラ)やビデオカメラ等の撮像装置に係わ
り、特にノイズ低減機構の改良をはかった撮像装置に関
する。
めに、電子スチルカメラが開発されている。この種のカ
メラに用いられる撮像素子には、暗時信号のような固定
パターンノイズ(以下、FPNと称する)が存在するた
め、撮像素子の出力信号をそのまま用いたのでは、有効
な信号成分にこのFPNが重畳され画質劣化の原因とな
る。このため、予め撮像素子の各画素のFPNを検出し
てメモリに記憶しておき、撮像素子の出力信号からこの
FPNを差し引くことによってFPNを除去した画像信
号を得ている。
以外にアンプ雑音等のランダムノイズがあり、このラン
ダムノイズは画面に固定して現れるものではなく、画像
とは無関係にザラザラと動くものである。固定パターン
ノイズは上記したように、非遮光状態で撮像素子により
撮像して得られる明時信号から遮光状態で撮像素子によ
り得られる暗時信号を減算することにより除去すること
が可能である。しかしながら、ランダムノイズはこのよ
うな方法では除去することはできない。
デジタル画像処理装置は、非遮光状態でN(Nは整数)
回の積分を行って加算したフレーム信号を得、遮光状態
で得た暗時信号を読み出して上記フレーム信号からこの
暗時信号を減算する演算をN回行うと共にゲインを調整
して、ノイズレベルに応じた画像の改善を行うものであ
る。しかしながらこの装置においては、非遮光状態にお
いても複数回の積分を行うためにレリーズタイムラグが
長くなり、迅速な撮影に支障をきたすという問題があっ
た。
像装置は、AE条件,温度などの環境条件に拘わらずラ
ンダムノイズの画質への影響を抑え、常に良好な画質を
得ることを目的とし、映像信号中のノイズ量を測定し、
このノイズ量と基準ノイズデータとの比較結果に基づい
て撮像部の露出制御や、デジタル信号処理手段の動作を
制御するものである。同公報には、暗電流ノイズが温度
やゲインに左右されること、ノイズを含むデータを加算
平均することでノイズを減らすことが可能なこと等が記
載されている。しかしながらこの装置においても、電子
スチルカメラに必須の要件である速写性の要求を満たす
ために、レリーズタイムラグを短縮させながら撮像信号
中のノイズの軽減をはかる点については何ら示唆されて
いない。
信号から暗時信号を差し引くことによりFPNは簡易に
除去することができるが、ランダムノイズを除去するこ
とは困難であった。ランダムノイズを除去するために明
時信号及び暗時信号共に複数回の積分を行うことは、レ
リーズタイムラグが長くなり、電子スチルカメラ等に望
まれる迅速な撮影に支障をきたすことになる。
ので、その目的とするところは、レリーズタイムラグを
短縮させながら、撮像信号中のノイズの軽減が可能な撮
像装置を提供することにある。
するために本発明は次のような構成を採用している。
を撮像するための撮像素子と、非遮光状態で前記撮像素
子により露光して得られる撮像信号を読み出す撮像信号
読み出し手段と、前記撮像素子から撮像信号を読み出す
ときのゲインを制御するゲイン制御手段と、遮光状態で
前記撮像素子の暗時信号を複数回読み出す暗時信号読み
出し手段と、前記ゲイン制御手段により制御されたゲイ
ンの値に基づいて、前記暗時信号読み出し手段により読
み出す回数を制御する(ゲインが大きいほど回数を増や
すように制御する)暗時信号読み出し回数制御手段と、
前記暗時信号読み出し手段により回数制御されて読み出
された暗時信号を加算する暗時信号加算手段と、前記非
遮光状態で露光して読み出された撮像信号から前記暗時
信号加算手段により得られた暗時信号を減算して、暗時
信号を抑圧する暗時信号抑圧手段と、を備えたことを特
徴とする。
を撮像するための撮像素子と、非遮光状態で前記撮像素
子により露光して得られる撮像信号を読み出す撮像信号
読み出し手段と、前記撮像素子から撮像信号を読み出す
ときのゲインを制御するゲイン制御手段と、遮光状態で
前記撮像素子の暗時信号を所定時間蓄積したのち読み出
す暗時信号読み出し手段と、前記ゲイン制御手段により
制御されたゲインの値に基づいて前記暗時信号の蓄積時
間を制御する(ゲインが大きいほど蓄積時間を長くする
ように制御する)暗時信号蓄積時間制御手段と、前記非
遮光状態で露光して読み出された撮像信号から前記暗時
信号読み出し手段により読み出された暗時信号を減算し
て、暗時信号を抑圧する暗時信号抑圧手段と、を備えた
ことを特徴とする。
像素子と、非遮光状態で前記撮像素子により露光して得
られる撮像信号を読み出す撮像信号読み出し手段と、前
記撮像素子の温度を検出する温度検出手段と、遮光状態
で前記撮像素子の暗時信号を所定時間蓄積したのち読み
出す暗時信号読み出し手段と、前記撮像素子から暗時信
号を読み出すときのゲインを制御するゲイン制御手段
と、前記温度検出手段により検出された温度に基づい
て、前記ゲイン及び蓄積時間を制御する(温度が上昇し
たときは、ゲインを下げると共に蓄積時間を相対的に長
くするように制御する)制御手段と、前記非遮光状態で
露光して読み出された撮像信号から前記暗時信号読み出
し手段により読み出された暗時信号を減算して、暗時信
号を抑圧する暗時信号抑圧手段と、を備えたことを特徴
とする。
時信号を読み出す際のゲインや撮像素子の温度等の条件
に応じて暗時信号を読み出す回数、或いは暗時信号の蓄
積時間を制御(具体的には、ゲインの増大,温度上昇に
伴って読み出し回数を増やす、蓄積時間を長くする)す
ることにより、暗時信号におけるランダムノイズを低減
することができる。
得られる信号(画像信号)におけるランダムノイズを抑
制することが可能となる。そしてこの場合、明時信号に
関しては1回の読み出しであるため、明時信号,暗時信
号共に複数回の読み出し及び積分を行う従来例に比し
て、レリーズタイムラグを短縮することが可能となる。
形態によって説明する。
の実施形態に係わるデジタルカメラの基本構成を示すブ
ロック図である。
するための遮光フィルタ、12は各種レンズからなるレ
ンズ系、13はCCDカラー撮像素子であり、被写体の
像は遮光フィルタ11及びレンズ12を介して撮像素子
13の受光面に結像される。
の温度センサ、15は撮像素子13の撮像信号を増幅す
るためのゲイン可変のアナログアンプ、16は撮像信号
をA/D変換するA/D変換器である。なお、図には示
さないが、A/D変換された信号を選択的に階調圧縮す
るための階調圧縮回路が設けられている。
より通常の撮像を行って得られる信号)を記憶するため
の第1のメモリ、18は暗時信号(遮光状態で撮像素子
により得られる信号)を記憶するための第2のメモリ、
19は加算回路、21はオフセット量を入力するための
オフセット回路である。加算回路19では、第1のメモ
リ17に記憶された明示信号に対し、第2のメモリ18
に記憶された暗時信号が減算されると共に、オフセット
が加えられる。
変のデジタルアンプであり、第1のメモリ17に記憶さ
れた明示信号か加算回路19により加算された信号の何
れかが、切り替えスイッチ22により選択されてデジタ
ルアンプ23に入力され、所定のゲインで増幅される。
リ、26は画素欠陥補償回路である。第2のメモリ18
に記憶された暗時信号を基に画素欠陥検出回路24によ
り欠陥が検出され、欠陥のアドレスが欠陥メモリ25に
記録される。そして、この欠陥メモリ25の記憶情報を
基に、画素欠陥補償回路26により隣接補完等の方法に
より欠陥画素が補償される。この補償されたデータは、
コンパクトフラッシュ(登録商標)等のメモリカード27
に記録される。ここで、前記のA/D変換出力を階調圧
縮した場合、欠陥補償された画像データは図示しない階
調伸張回路により伸張される。
CPU、31はCCD撮像素子13の駆動タイミングを
制御するタイミングジェネレータ(TG)、32はTG
31を駆動するためのシグナルジェネレータ(SG)を
示している。
を説明するためのフローチャートである。
のシャッタ速度及び温度を演算する(ステップS1)。
次いで、ノイズキャンセルモードにするか否かを判定す
る(S2)。ノイズキャンセルモードにしない場合は、
通常の撮影を行い(S3)、さらに欠陥補償演算を行う
(S4)。そして、メモリカード27に画像信号を記録
することになる(S12)。ここで、ノイズキャンセル
モードにしない場合、通常の画像処理システムと同様
に、階調圧縮を行ってもよい。しかし、後述するよう
に、ノイズキャンセルモードにする場合は階調圧縮は行
わないようにする。
ルモードにする場合は、所定のゲイン値及びシャッタ速
度で本露光撮影を行ったのち(S5)、遮光フィルタ1
1により遮光した状態で(S6)、撮像素子13から明
時信号を読み出して第1のメモリ17に一時記憶する
(S7)。
撮像素子13から暗時信号を読み出して第2のメモリ1
8に一時記憶する(S9)。そして、暗時信号の多数回
取り込みを判定し(S10)、十分な取り込み回数であ
れば、ノイズキャンセル演算を行う(S11)。ここ
で、暗時信号の取り込み回数は、撮像素子13から明時
信号を読み出すときのゲイン値に応じて設定する。具体
的には、ゲイン値が大きくなるに伴い取り込み回数を増
やす。
リ18から暗時信号を読み出し、画素欠陥検出回路24
により欠陥検出の演算を行い、欠陥データを欠陥メモリ
25に格納する。続いて、第1のメモリ17から明時信
号を読み出し、明時信号から暗時信号を減算し、さらに
オフセットを加える演算を行う。そして、画素欠陥補償
回路26により欠陥データに基づく欠陥補償演算を行っ
て画像データを得る。
S4における欠陥補償演算が終了したら、画像データを
メモリカード27に記録する。但し、S11の場合はそ
のまま記録するが、S4の場合は予め階調圧縮処理を行
っているので、伸張処理した後に記録する。
を説明するためのタイミングチャートである。
1)を開いた状態で撮像を行い、所定の時間だけ明時信
号を蓄積する。そして、メカシャッタを閉じた後、明時
信号を読み出し、第1のメモリ17に記憶する。さら
に、メカシャッタを閉じた状態で再度の撮像を行って暗
時信号を読み出し、第2のメモリ18に記憶する。この
とき、暗時信号の蓄積及び読み出しを複数回行い、暗時
信号を巡回加算する。これにより、暗時信号におけるラ
ンダムノイズ成分は平均化されて減少することになる。
なお、暗時信号の加算回数は明時信号を得る際のゲイン
に応じて設定する。
時信号から第2のメモリ18に記憶された暗時信号を減
算することにより画像信号が得られる。この画像信号
は、暗時信号のランダムノイズ成分が極めて小さいこと
から、ランダムノイズ成分が抑制されたものとなる。つ
まり、FPNは勿論のこと、ランダムノイズが抑制され
た良質の画像信号が得られることになる。
を抑制できる原理について、図4〜図6を参照して説明
する。
暗時信号と共にランダムノイズが含まれている。同様に
図4(b)に示すように、暗時信号にもランダムノイズ
が含まれている。そして、図4(a)に示す明時信号か
ら図4(b)に示す暗時信号を減算することにより、図
4(c)に示すような信号(画像信号)が得られる。こ
の画像信号においては、暗時信号は確かに除去されてい
るが、ランダムノイズは残っている。
の方法でも問題ないが、図5(a)(b)に示すように
ランダムノイズが大きい場合、図5(c)に示すよう
に、明時信号から暗時信号を減算して得られる画像信号
におけるランダムノイズが大きくなる。明時信号に含ま
れるランダムノイズが大きい場合とは一般に、撮像素子
出力に対するゲインを大きくした場合や撮像素子の温度
が上昇した場合に相当する。
して複数回の蓄積及び読み出しを行うことにより、図6
(b)に示すように、暗時信号におけるランダムノイズ
は平均化されて抑制されることになる。従って、図6
(a)に示す明時信号から図6(b)に示す暗時信号を
減算した場合、図6(c)に示すように、明時信号中の
ランダムノイズは残るものの暗時信号におけるランダム
ノイズが除去されていることから、ランダムノイズが抑
制された良質の画像信号が得られる。この画像信号は、
図5(c)に比してランダムノイズが約半分に抑制され
たものとなる。
から明時信号を読み出す際のゲインに応じて暗時信号を
読み出す回数を制御、具体的にはゲインの増大に伴って
読み出し回数を増やすことにより、暗時信号におけるラ
ンダムノイズを低減することができる。従って、ゲイン
が大きい場合であっても、明時信号から暗時信号を減算
して得られる信号(画像信号)におけるランダムノイズ
を抑制することが可能となる。また、明時信号,暗時信
号共に複数回の読み出し及び積分を行う例に比して、レ
リーズタイムラグを短縮することができる。
の実施形態におけるシースケンスを説明するためのタイ
ミングチャートである。撮像装置の構成は及び基本的な
動作は前記図1及び図2ち同様であるので省略する。
1)を開いた状態で撮像を行い、所定の時間だけ明時信
号を蓄積する。そして、メカシャッタを閉じた後、明時
信号を読み出し、第1のメモリ17に記憶する。さら
に、メカシャッタを閉じた状態で再度の撮像を行って暗
時信号を読み出し、第2のメモリ18に記憶する。この
とき、暗時信号の蓄積時間を長くすると共に暗時信号に
対するゲインを小さくしている。これにより、暗時信号
におけるランダムノイズ成分は平均化されて減少するこ
とになる。なお、暗時信号の蓄積時間は明時信号を得る
際のゲインに応じて設定する。
時信号から第2のメモリ18に記憶された暗時信号を減
算することにより画像信号が得られる。この画像信号
は、暗時信号のランダムノイズ成分が極めて小さいこと
から、ランダムノイズ成分が抑制されたものとなる。つ
まり、FPNは勿論のこと、ランダムノイズが抑制され
た良質の画像信号が得られることになる。
み出し回数を増やす代わりに、暗時信号の蓄積時間を長
くすることにより、暗時信号におけるランダムノイズを
低減することができる。従って、前記図6に示したよう
に画像信号におけるランダムノイズを抑制することがで
き、第1の実施形態と同様の効果が得られる。特に本実
施形態では、シャッタースピード優先などの撮影者の撮
影意図を反映した撮影を行うことにより、撮影時のゲイ
ンが大きくなって撮像信号のS/Nが悪くなる場合に有
効である。
の実施形態におけるシースケンスを説明するためのタイ
ミングチャートである。撮像装置の構成は及び基本的な
動作は前記図1及び図2ち同様であるので省略する。
1)を開いた状態で撮像を行い、所定の時間だけ明時信
号を蓄積する。そして、メカシャッタを閉じた後、明時
信号を読み出し、第1のメモリ17に記憶する。さら
に、メカシャッタを閉じた状態で再度の撮像を行って暗
時信号を読み出し、第2のメモリ18に記憶する。ここ
で、撮像素子の温度が高い場合に、暗時信号の蓄積時間
を長くすると共に暗時信号に対するゲインを小さくして
いる。これにより、暗時信号におけるランダムノイズ成
分は平均化されて減少することになる。なお、暗時信号
の蓄積時間は撮像素子の温度に応じて設定する。
時信号から第2のメモリ18に記憶された暗時信号を減
算することにより画像信号が得られる。この画像信号
は、暗時信号のランダムノイズ成分が極めて小さいこと
から、ランダムノイズ成分が抑制されたものとなる。つ
まり、FPNは勿論のこと、ランダムノイズが抑制され
た良質の画像信号が得られることになる。
度に応じて暗時信号の蓄積時間を長くすることにより、
暗時信号におけるランダムノイズを低減することができ
る。従って、前記図6に示したように画像信号における
ランダムノイズを抑制することができ、第1の実施形態
と同様の効果が得られる。特に本実施形態では、温度上
昇により撮像素子のノイズが増加する場合に有効であ
る。
の実施形態におけるシースケンスを説明するためのタイ
ミングチャートである。撮像装置の構成は及び基本的な
動作は前記図1及び図2ち同様であるので省略する。
1)を開いた状態で撮像を行い、所定の時間だけ明時信
号を蓄積する。この明時信号の蓄積時間は、長時間露光
等であり比較的長いものとする。そして、メカシャッタ
を閉じた後、明時信号を読み出し、第1のメモリ17に
記憶する。さらに、メカシャッタを閉じた状態で再度の
撮像を行って暗時信号を読み出し、第2のメモリ18に
記憶する。このとき、暗時信号の蓄積時間を短くすると
共に暗時信号に対するゲインを大きくしている。その
後、第1のメモリ17に記憶された明時信号から第2の
メモリ18に記憶された暗時信号を減算することにより
画像信号が得られる。
態とは逆に、暗時信号を取り込むときに、ゲインを上げ
ると共に蓄積時間を短くしている。この場合、ランダム
ノイズの低減という効果は得られないものの、レリーズ
タイムラグを更に短くできる効果が得られる。
暗時信号,及び画像信号を示す図である。暗時信号にお
けるゲインを高くしているので、図10(b)に示すよ
うに、暗時信号におけるランダムノイズは大きくなって
いる。そして、図10(a)に示す明時信号から図10
(b)に示す暗時信号を減算した場合、図10(c)に
示すように、画像信号におけるランダムノイズが大きく
なっている。しかし、元々のランダムノイズが比較的小
さく通常の撮影に問題ないレベルであれば、暗時信号の
蓄積時間を短くしてレリーズタイムを短くできる効果は
極めて有効である。
されるものではなく、そ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。
像素子から撮像信号を読み出すときのゲインや撮像素子
の温度等に応じて、暗時信号を読み出す回数、或いは暗
時信号の蓄積時間を制御することにより、レリーズタイ
ムラグを短縮させながら、撮像信号中のノイズの軽減が
可能となる。
構成を示すブロック図。
るためのフローチャート。
るためのタイミングチャート。
号の関係を示す図。
号,暗時信号,画像信号の関係を示す図。
画像信号の関係を示す図。
るためのタイミングチャート。
るためのタイミングチャート。
るためのタイミングチャート。
号,画像信号の関係を示す図。
Claims (3)
- 【請求項1】被写体を撮像するための撮像素子と、 非遮光状態で前記撮像素子により露光して得られる撮像
信号を読み出す撮像信号読み出し手段と、 前記撮像素子から撮像信号を読み出すときのゲインを制
御するゲイン制御手段と、 遮光状態で前記撮像素子の暗時信号を複数回読み出す暗
時信号読み出し手段と、 前記ゲイン制御手段により制御されたゲインの値に基づ
いて、前記暗時信号読み出し手段により読み出す回数を
制御する暗時信号読み出し回数制御手段と、 前記暗時信号読み出し手段により回数制御されて読み出
された暗時信号を加算する暗時信号加算手段と、 前記非遮光状態で露光して読み出された撮像信号から前
記暗時信号加算手段により得られた暗時信号を減算し
て、暗時信号を抑圧する暗時信号抑圧手段と、 を備えたことを特徴とする撮像装置。 - 【請求項2】被写体を撮像するための撮像素子と、 非遮光状態で前記撮像素子により露光して得られる撮像
信号を読み出す撮像信号読み出し手段と、 前記撮像素子から撮像信号を読み出すときのゲインを制
御するゲイン制御手段と、 遮光状態で前記撮像素子の暗時信号を所定時間蓄積した
のち読み出す暗時信号読み出し手段と、 前記ゲイン制御手段により制御されたゲインの値に基づ
いて前記暗時信号の蓄積時間を制御する暗時信号蓄積時
間制御手段と、 前記非遮光状態で露光して読み出された撮像信号から前
記暗時信号読み出し手段により読み出された暗時信号を
減算して、暗時信号を抑圧する暗時信号抑圧手段と、 を備えたことを特徴とする撮像装置。 - 【請求項3】被写体を撮像するための撮像素子と、 非遮光状態で前記撮像素子により露光して得られる撮像
信号を読み出す撮像信号読み出し手段と、 前記撮像素子の温度を検出する温度検出手段と、 遮光状態で前記撮像素子の暗時信号を所定時間蓄積した
のち読み出す暗時信号読み出し手段と、 前記撮像素子から暗時信号を読み出すときのゲインを制
御するゲイン制御手段と、 前記温度検出手段により検出された温度に基づいて、前
記ゲイン及び蓄積時間を制御する制御手段と、 前記非遮光状態で露光して読み出された撮像信号から前
記暗時信号読み出し手段により読み出された暗時信号を
減算して、暗時信号を抑圧する暗時信号抑圧手段と、 を備えたことを特徴とする撮像装置。
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JP2001307693A JP4027632B2 (ja) | 2001-10-03 | 2001-10-03 | 撮像装置 |
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