JP2003198927A

JP2003198927A - カメラ

Info

Publication number: JP2003198927A
Application number: JP2001389983A
Authority: JP
Inventors: Satoyuki Nakamura; 里之中村; Yasushi Kusaka; 泰草鹿; Masayuki Ikemura; 正幸池村
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 2001-12-21
Filing date: 2001-12-21
Publication date: 2003-07-11

Abstract

(57)【要約】【課題】撮影時の温度と撮影対象の明るさにかかわら
ずＳ／Ｎ比の良好な画像を生成することが可能なカメラ
を提供する。【解決手段】明るさが一様な照明光で撮像素子を照明
したときの各画素の出力信号の強度から得た補正用デー
タによって各画素の出力信号の強度を補正するカメラに
おいて、温度および照明光の明るさをそれぞれ複数段階
に設定して得た複数の補正用データを記憶しておき、温
度および明るさに応じて複数の補正用データの中から１
つの補正用データを選択して、これを補正に用いる。ま
た、温度および明るさに応じて複数の補正用データに補
間処理を行って補正用データを作成して、これを補正に
用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光電変換を行う撮像
素子によって画像を撮影するカメラに関し、特に、撮像
素子の画素の出力信号の強度の補正に関する。

【０００２】

【従来の技術】光電変換を行う画素を多数有する撮像素
子を用いて画像を撮影するデジタルカメラやビデオカメ
ラには、撮像素子の画素ごとの感度のバラツキにより撮
影した画像の明るさのＳ／Ｎ比が低下するのを防止する
ために、画素の出力信号の強度を画素ごとに補正するも
のがある。撮影環境の明るさが時間によって大きく変化
する監視カメラや、撮影対象の部位間の輝度差が著しく
大きい溶接等の様子を撮影するためのカメラでは、出力
信号の強度が受光量の対数に比例しダイナミックレンジ
が極めて広い対数変換型の撮像素子が用いられるが、対
数変換型の撮像素子は、ダイナミックレンジが広いが故
に画素ごとの感度のバラツキの影響が大きく、出力信号
の強度の補正が特に必要になる。

【０００３】画素の出力信号の強度補正はあらかじめ得
ておいた補正用データによって行う。補正用データは、
全ての画素の受光量が等しくなるように、明るさが均一
な照明光で撮像素子を照明し、そのときの各画素の出力
信号の強度を測定して得る。例えば、全画素の信号強度
の平均値を算出し、各画素の信号強度と平均値との差を
各画素の補正量とする。

【０００４】撮像素子の画素の感度には光量に依存する
性質があるが、感度の光量依存性も画素ごとに相違す
る。すなわち、光量の一定の変化によって全ての画素の
信号強度が一定量変化するのではなく、強度変化の大き
い画素もあれば小さい画素もある。

【０００５】この現象を、対数変換型の撮像素子を例に
とって、図８の（ａ）に模式的に示す。これは２つの画
素Ｐ１、Ｐ２の出力信号の補正後の強度を示したもので
ある。補正は光量がＡ０となる明るさの照明光を用いて
得た補正用データによって行っており、したがって、光
量Ａ０では画素Ｐ１、Ｐ２の信号強度は等しい。しか
し、画素Ｐ１、Ｐ２の感度の光量依存性には差があり、
光量の変化に対する信号強度の変化率は画素Ｐ１と画素
Ｐ２とで異なる。

【０００６】この場合、実際の撮影時の光量Ａｓと補正
用データを得た時の光量Ａ０に大きな差がなければ、補
正が良好になされることになるが、撮影時の光量Ａｓが
補正用データを得た時の光量Ａ０から大きく相違する
と、良好な補正はできなくなる。例えば、撮影時の光量
Ａｓが図８の（ｂ）に示した範囲ＲＡ０内であればＳ／
Ｎ比の良好な画像が得られるものの、撮影時の光量Ａｓ
が（ｃ）に示した範囲ＲＡ０’内になると得られる画像
のＳ／Ｎ比は悪くなる。

【０００７】撮像素子の画素の感度には温度に依存する
性質もあり、感度の温度依存性も画素ごとに相違する。
この現象を、対数変換型の撮像素子を例にとって、図９
の（ａ）に模式的に示す。これは２つの画素Ｐ１、Ｐ２
の出力信号の補正後の強度を示したものであり、補正は
温度をＴ０として得た補正用データによって行ってい
る。温度Ｔ０では画素Ｐ１、Ｐ２の信号強度は等しい
が、感度の温度依存性の差により、温度変化に対する信
号強度の変化率は異なる。

【０００８】この場合も、実際の撮影時の温度Ｔｓと補
正用データを得た時の温度Ｔ０に大きな差がなければ、
補正は良好になされるが、撮影時の温度Ｔｓが補正用デ
ータを得た時の温度Ｔ０から大きく相違すると、良好な
補正はできなくなる。例えば、撮影時の温度Ｔｓが図９
の（ｂ）に示した範囲ＲＴ０内であればＳ／Ｎ比の良好
な画像が得られるものの、撮影時の温度Ｔｓが（ｃ）に
示した範囲ＲＴ０’内になると得られる画像のＳ／Ｎ比
は低下する。

【０００９】これらの不都合を回避する補正方法も提案
されている。例えば、特開平３−３５１６０６号では、
照明光の明るさを２段階に設定して２つの補正用データ
を得ておき、実際の撮影時の撮影対象の明るさに応じて
２つの補正用データに補間処理を行って新たな補正用デ
ータを作成し、作成した補正用データによって補正を行
うようにしている。また、特開平１１−１１４３９７号
では、感度の温度依存性を理論式で表し、一定温度で得
た補正用データから理論式を用いて撮影時の温度での補
正用データを作成して、補正を行っている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】このように、撮像素子
の感度の光量依存性と温度依存性が画素ごとに相違する
ことは知られており、また、光量依存性の差異を補正す
ることも、温度依存性の差異を補正することも提案され
ている。しかしながら、光量依存性の差異を補正するカ
メラでは温度依存性の差異を補正しておらず、温度依存
性を補正するカメラでは光量依存性の差異を補正してい
ない。このため、画素の信号強度の補正を行いながら
も、撮影時の温度が一定範囲から外れたときには、また
は、撮影対象の明るさが一定範囲から外れたときには、
Ｓ／Ｎ比の良好な画像を得ることができない結果となっ
ている。

【００１１】本発明はこのような現状に鑑みてなされた
もので、撮影時の温度と撮影対象の明るさにかかわらず
Ｓ／Ｎ比の良好な画像を生成することが可能なカメラを
提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、光電変換を行う画素を複数有する撮像
素子を備え、撮像素子を露光して画素の出力信号から画
像を生成するカメラであって、明るさが一様な照明光で
撮像素子を照明したときの各画素の出力信号の強度から
得た補正用データによって各画素の出力信号の強度を補
正するものにおいて、温度および照明光の明るさをそれ
ぞれ複数段階に設定して得た複数の補正用データを記憶
しておき、温度および明るさに応じて複数の補正用デー
タの中から１つの補正用データを選択し、選択した補正
用データによって各画素の出力信号の強度を補正するよ
うにする。

【００１３】このカメラは、異なる温度で得た補正用デ
ータと異なる明るさの照明光で得た補正用データを記憶
しており、これらの中から１つの補正用データを選択し
て画素の信号強度の補正に用いる。撮影時の温度および
撮影対象または撮影環境の明るさに最も近い条件で得た
補正用データを選択することで的確な補正がなされ、温
度および明るさの異なる様々な条件下での撮影で、Ｓ／
Ｎ比の良好な画像を提供することができる。

【００１４】上記目的を達成するために、本発明ではま
た、光電変換を行う画素を複数有する撮像素子を備え、
撮像素子を露光して画素の出力信号から画像を生成する
カメラであって、明るさが一様な照明光で撮像素子を照
明したときの各画素の出力信号の強度から得た補正用デ
ータによって各画素の出力信号の強度を補正するものに
おいて、温度および照明光の明るさをそれぞれ複数段階
に設定して得た複数の補正用データを記憶しておき、温
度および明るさに応じて複数の補正用データに補間処理
を行って補正用データを作成し、作成した補正用データ
によって各画素の出力信号の強度を補正するようにす
る。

【００１５】このカメラは、異なる温度で得た補正用デ
ータと異なる明るさの照明光で得た補正用データを記憶
しており、これらに補間処理を行って作成した補正用デ
ータを画素の信号強度の補正に用いる。補間処理を撮影
時の温度に応じて、かつ撮影対象または撮影環境の明る
さに応じて行うことで的確な補正がなされ、温度および
明るさの異なる様々な条件下での撮影で、Ｓ／Ｎ比の良
好な画像を提供することが可能である。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明のカメラの実施形態
について図面を参照しながら説明する。第１の実施形態
のカメラ１の構成を図１に模式的に示す。カメラ１は、
撮影レンズ１１、撮像素子１２、Ａ／Ｄコンバータ１
３、補正回路１４、信号処理回路１５、駆動回路１６、
温度センサ１７、メモリ１８、および制御部１９を備え
ている。

【００１７】撮像素子１２は、光電変換を行う画素が２
次元に多数配列されたエリアセンサであり、各画素の出
力信号の強度が受光量の対数に比例する対数変換型であ
る。各画素のダイナミックレンジは広く１０⁵〜１０⁷に
達する。したがって、カメラ１は、昼夜を問わず撮影を
行う監視や、太陽や溶接の炎を含む画像の撮影に適す
る。

【００１８】撮影レンズ１１は撮影対象からの光を撮像
素子１２上に結像させ、Ａ／Ｄコンバータ１３は、アナ
ログ信号である撮像素子１２の各画素の出力信号をデジ
タル信号に変換する。補正回路１４は、デジタル信号に
変換された撮像素子１２の各画素の出力信号の強度を画
素ごとに補正する。この補正については後述する。

【００１９】信号処理回路１５は、補正後の各画素の出
力信号に色変換、γ補正等の処理を施して、撮像素子１
２上に形成された撮影対象の像を表す画像データを生成
する。駆動回路１６は、撮像素子１２に駆動電圧を供給
し、光電変換、信号出力等の動作を制御する。温度セン
サ１７は、撮像素子１２の近傍に配設されており、撮像
素子１２の周囲の温度を検出する。メモリ１８は、補正
回路１４が画素の信号強度の補正に用いる補正用データ
を記憶している。制御部１９は、マイクロコンピュータ
より成り、カメラ１の全体の動作を制御する。

【００２０】カメラ１は不図示のケーブルを介して外部
の表示装置３に接続されており、信号処理回路１５が生
成した画像データを外部の表示装置３に与えて、その画
像データが表す画像を表示装置３上に表示させる。な
お、カメラ１自体に表示部を備えて画像を表示するよう
にしてもよいし、記録部を備えて画像データを記録する
ようにしてもよい。

【００２１】撮像素子１２の画素の信号強度の補正につ
いて説明する。本実施形態では、カメラ１の製造に際し
て、画素ごとの信号強度の補正量を表す補正用データを
得ておき、メモリ１８に記憶させておくが、補正用デー
タを得るときに、照明光の明るさを複数段階に設定する
とともに、各明るさの段階での画素の出力信号の強度の
測定を、撮像素子１２の温度を複数段階に設定して行
う。つまり、明るさの段階数をｍ、温度の段階数をｎと
すると、ｍ×ｎ組の補正用データを得ておき、これをメ
モリ１８に記憶させておく。そして、実際の撮影に際し
ては、温度センサ１７で撮像素子１２周辺の温度を検出
し、撮像素子１２の各画素の出力信号の強度から撮影対
象の明るさの平均を算出して、検出した温度に最も近
く、かつ、算出した平均の明るさに対応する照明光の明
るさに最も近い補正用データを選択して、その補正用デ
ータによって各画素の信号強度を補正する。

【００２２】補正用データの選択は、温度センサ１７の
出力およびＡ／Ｄコンバータ１３の出力に基づいて制御
部１９が行い、補正は、制御部１９から与えられる補正
用データによって補正回路１４が行う。補正用データは
各画素の信号強度に加算すべき値（負の値を含む）で構
成されており、補正回路１４の処理は簡単である。

【００２３】照明光の明るさおよび撮像素子１２の温度
をそれぞれ３段階として補正用データを得た場合につい
て、感度の光量依存性、温度依存性が異なる２つの画素
Ｐ１、Ｐ２の補正後の信号強度を図２、図３に模式的に
示す。ここで、照明光の明るさに対応する光量はＡ１、
Ａ２、Ａ３であり、温度はＴ１、Ｔ２、Ｔ３である。

【００２４】図２の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞ
れ、撮影対象からの光量ＡｓがＡ１、Ａ２、Ａ３に最も
近いときの補正結果を表したものである。光量Ａｓが範
囲ＲＡ１内のときは、光量がＡ１となる明るさの照明光
で得た補正用データを選択することで、画素ごとの感度
の光量依存性の差にかかわらず的確な補正をすることが
できる。同様に、光量Ａｓが範囲ＲＡ２内または範囲Ｒ
Ａ３内のときは、光量がＡ２またはＡ３となる明るさの
照明光で得た補正用データを選択することで、的確な補
正をすることができる。

【００２５】図３の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞ
れ、撮影時の撮像素子１２周辺の温度ＴｓがＴ１、Ｔ
２、Ｔ３に最も近いときの補正結果を表したものであ
る。温度Ｔｓが範囲ＲＴ１内のときは、温度Ｔ１で得た
補正用データを選択することで、画素ごとの感度の温度
依存性の差に関わらず的確な補正をすることができ、同
様に、温度Ｔｓが範囲ＲＴ２内またはＲＴ３内のとき
は、温度Ｔ２またはＴ３で得た補正用データを選択する
ことで、的確な補正をすることができる。

【００２６】上記の場合を例にとって、メモリ１８内の
補正用データの量を図４に模式的に示す。ここで、ＤＴ
（Ａｋ，Ｔｋ）は、光量Ａｋに対応する明るさの照明光
を用いて温度Ｔｋで得た補正用データを表す。各補正用
データは信号強度に加算すべき絶対的な値そのものより
成り、全ての補正用データの量は同じである。

【００２７】１組の補正用データのみを絶対的な値と
し、他の補正用データをこれに対する相対的な値とする
こともできる。補正用データＤＴ（Ａ１，Ｔ１）を絶対
的な値とし、他の補正用データを相対的な値としたとき
のメモリ１８内の補正用データの量を図５に模式的に示
す。相対的な値は少ないビット数で表現することができ
るから、このようにすると、メモリ１８に必要な記憶容
量を抑えることが可能である。この場合、制御部１９
は、相対的な値の補正用データを選択するときは、絶対
的な値の補正用データもメモリから読み出して、選択し
た補正用データを絶対的な値で表して、補正回路１４に
与える。

【００２８】補正用データを得るときの照明光の明るさ
および温度、ならびに各補正用データを選択する撮影対
象の明るさおよび撮影時の温度の具体的な値を表１に示
す。＜表１＞明るさ（ルクス）温度（℃）照明光撮影対象補正用データ取得時撮影時１０〜１００１００〜２０１０００１００〜１００００３０２０〜４０１０００００１００００〜５０４０〜６０

【００２９】第２の実施形態のカメラ２について説明す
る。本実施形態のカメラ２は、画素の信号強度の補正の
方法が相違するだけで、全体構成は図１に示したとおり
であり、補正以外の処理もカメラ１と同じであるので、
重複する説明は省略する。

【００３０】本実施形態でも、照明光の明るさを複数段
階に設定するとともに、各明るさの段階での画素の信号
強度の測定を、撮像素子１２の温度を複数段階に設定し
て行い、複数の補正用データをメモリ１８に記憶させて
おく。ただし、実際の撮影に際しては、記憶している補
正用データを選択してそのまま使用することに代えて、
温度センサ１７で検出した撮像素子１２周辺の温度と、
撮像素子１２の各画素の出力信号の強度から算出した撮
影対象の明るさの平均に基づいて複数の補正用データに
補間処理を施し、補間処理で作成した補正用データによ
って各画素の信号強度を補正する。補正用データの補間
処理は制御部１９が行う。

【００３１】照明光の明るさおよび撮像素子１２の温度
をそれぞれ２段階として補正用データを得た場合につい
て、感度の光量依存性、温度依存性が異なる２つの画素
Ｐ１、Ｐ２の補正後の信号強度を図６、図７に模式的に
示す。ここで、照明光の明るさに対応する光量はＡ４、
Ａ５であり、温度はＴ４、Ｔ５である。

【００３２】図６の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞ
れ、撮影対象からの光量ＡｓがＡ４以上、Ａ４未満かつ
Ａ５以上、Ａ５未満のときの補正結果を表したものであ
る。また、図７の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、
撮影時の撮像素子１２周辺の温度ＴｓがＴ４以上、Ｔ４
未満かつＴ５以上、Ｔ５未満のときの補正結果を表した
ものである。図６、図７の（ｂ）では内分によって、ま
た（ａ）と（ｃ）では外分によって補間処理を行ってい
る。補間処理によって誤差のない補正用データが得られ
るため、一層的確な補正が可能となり、また、照明光の
明るさの段階数や温度の段階数を少なくすることもでき
る。

【００３３】補正用データを得るときの照明光の明るさ
および温度の具体的な値を表２に示す。この例では、照
明光の明るさと温度をそれぞれ２段階として表１に示し
た例よりも少なくし、また値も相違させているが、適用
し得る撮影対象の明るさの範囲や撮影時の温度範囲は表
１に示した範囲と同等以上である。

【００３４】なお、上記のいずれの実施形態おいても、
全ての画素の信号強度を用いて撮影対象全体の平均の明
るさを求めるようにしたが、撮影レンズ１１の焦点が合
っている範囲のみの画素の信号強度を用いて撮影対象の
主要部の平均の明るさを求めるようにしてもよい。カメ
ラ１を監視に用いるときのように、撮影対象が一定で環
境の明るさが変化するときには、撮影対象の明るさでは
なく、環境の明るさを検出するようにしてもよい。

【００３５】また、ここでは、照明光の明るさおよび温
度について段数や値の具体例を示したが、他の設定とす
ることもできる。照明光の明るさおよび温度の段数や値
は、カメラの用途に応じて定めるのが好ましい。また、
本発明は、例示した対数変換型の撮像素子に限らず、あ
らゆる種類の撮像素子に適用することが可能である。

【００３６】

【発明の効果】光電変換を行う画素を複数有する撮像素
子を備え、撮像素子を露光して画素の出力信号から画像
を生成するカメラであって、明るさが一様な照明光で撮
像素子を照明したときの各画素の出力信号の強度から得
た補正用データによって各画素の出力信号の強度を補正
するものにおいて、本発明のように、温度および照明光
の明るさをそれぞれ複数段階に設定して得た複数の補正
用データを記憶しておき、温度および明るさに応じて複
数の補正用データの中から１つの補正用データを選択
し、選択した補正用データによって各画素の出力信号の
強度を補正するようにすると、あるいは、温度および明
るさに応じて複数の補正用データに補間処理を行って補
正用データを作成し、作成した補正用データによって各
画素の出力信号の強度を補正するようにすると、温度と
明るさのいずれについても的確な補正をすることが可能
になり、温度および明るさの異なる様々な条件下での撮
影で、Ｓ／Ｎ比の良好な画像を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１および第２の実施形態のカメラ
の構成を模式的に示すブロック図。

【図２】第１の実施形態のカメラにおける光量と画素
の出力信号の補正後の強度の関係を模式的に示す図。

【図３】第１の実施形態のカメラにおける温度と画素
の出力信号の補正後の強度の関係を模式的に示す図。

【図４】第１の実施形態のカメラにおけるメモリ内の
補正用データの量の例を模式的に示す図。

【図５】第１の実施形態のカメラにおけるメモリ内の
補正用データの量の他の例を模式的に示す図。

【図６】第２の実施形態のカメラにおける光量と画素
の出力信号の補正後の強度の関係を模式的に示す図。

【図７】第２の実施形態のカメラにおける温度と画素
の出力信号の補正後の強度の関係を模式的に示す図。

【図８】撮像素子の感度の光量依存性と、従来のカメ
ラにおける画素の出力信号の強度の補正方法を模式的に
示す図。

【図９】撮像素子の感度の温度依存性と、従来のカメ
ラにおける画素の出力信号の強度の補正方法を模式的に
示す図。

【符号の説明】

１、２カメラ３表示装置１１撮影レンズ１２撮像素子１３Ａ／Ｄコンバータ１４補正回路１５信号処理回路１６駆動回路１７温度センサ１８メモリ１９制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者池村正幸大阪市中央区安土町二丁目３番13号大阪国際ビルミノルタ株式会社内Ｆターム(参考） 5C022 AA01 AB18 AB31 AC01 AC42 AC69 5C024 CX03 CX27 EX15 HX14 HX57

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光電変換を行う画素を複数有する撮像素
子を備え、撮像素子を露光して画素の出力信号から画像
を生成するカメラであって、明るさが一様な照明光で撮
像素子を照明したときの各画素の出力信号の強度から得
た補正用データによって各画素の出力信号の強度を補正
するものにおいて、温度および照明光の明るさをそれぞれ複数段階に設定し
て得た複数の補正用データを記憶しておき、温度および明るさに応じて複数の補正用データの中から
１つの補正用データを選択し、選択した補正用データに
よって各画素の出力信号の強度を補正することを特徴と
するカメラ。
【請求項２】光電変換を行う画素を複数有する撮像素
子を備え、撮像素子を露光して画素の出力信号から画像
を生成するカメラであって、明るさが一様な照明光で撮
像素子を照明したときの各画素の出力信号の強度から得
た補正用データによって各画素の出力信号の強度を補正
するものにおいて、温度および照明光の明るさをそれぞれ複数段階に設定し
て得た複数の補正用データを記憶しておき、温度および明るさに応じて複数の補正用データに補間処
理を行って補正用データを作成し、作成した補正用デー
タによって各画素の出力信号の強度を補正することを特
徴とするカメラ。