JP2003348455A - イメージ・キャプチャ・デバイスの暗電流を適応的に補償するためのシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】イメージ・キャプチャ・デバイスの暗電流を補
償するための効率的な手段を提供する。 【解決手段】画像撮像デバイス(200)内の暗電流を補償
するためのシステム及び関連する方法を開示する。本発
明の１実施形態は、ダークイメージ(234)を捕捉するた
めのイメージセンサ(204)、ダークイメージ(234)を格納
するためのメモリ(232)素子、及び、ダークイメージ(23
4)に数学関数(237)を割り当てるための論理回路(250)を
備える。数学関数(237)の唯一の変数は時間である。イ
メージセンサ(204)は、画像(316)を捕捉するが、この画
像(316)には、数学関数(237)に割り当てられる捕捉時間
を示す指標(206)が含まれる。論理回路は、画像捕捉時
間における暗電流値(317)を計算して、捕捉した画像(31
6)から暗電流値(317)を取り去る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般にデジタル写
真に関し、詳細には、電荷結合素子（ＣＣＤ）を用い
て、イメージ・キャプチャ・デバイス（撮像装置または
画像取込み装置）の暗電流を適応的に補償するシステム
および方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】安価なマイクロプロセッサ、メモリ、イ
メージ・キャプチャ用電子部品の急増とともに、デジタ
ルカメラが人気を博し、ますます広範囲にわたって、多
数の消費者が入手できるようになっている。デジタルカ
メラが、従来のフィルム式カメラにまさる利点の１つ
は、デジタルカメラが画像を取り込んだときに、そのカ
メラに結合されたメモリ要素に、電子的に画像を記憶さ
せ、またその画像が、さらに他の電子的な編集のために
利用できることである。多くのデジタルカメラ、特にデ
ジタル・スチルカメラでは、イメージ・キャプチャ・デ
バイスは、電荷結合素子（ＣＣＤ）要素である。通常、
多数の上記ＣＣＤ要素を、画素として知られている個別
感光要素を含む二次元アレイに構成する。それぞれのＣ
ＣＤ要素は、光子の形態の光を電子に変換し、次に、こ
の電子を、ポテンシャル井戸に蓄積し、最後に、出力増
幅器に転送して検出する。ＣＣＤ要素の様々なパラメー
タおよび特性が、ＣＣＤ要素に蓄積できる電荷の量を決
定する。本質的には、ＣＣＤ要素は、電荷を蓄積するバ
ケットと見なすことができる。

【０００３】光がない場合でも、エネルギー（電圧また
は電流など）を与えられているＣＣＤ要素は、ＣＣＤ要
素にエネルギーが与えられた時間量に比例する信号を蓄
積する。この信号は、「ダーク・カウント」または「暗
電流」と呼ばれることもある。暗電流は避けられないも
のであって、ＣＣＤ要素を製造するのに用いられるシリ
コン中での電子のランダムな動きから発生する。暗電流
は、温度に応じて対数的に変化する強い温度依存性を呈
し、また画素面積及び温度に比例する。室温では、暗電
流は、ほぼ８℃の温度上昇ごとに、二倍になる。個々の
画素の暗電流は、暗電流が、どのように発生したかによ
り、その平均よりも大きく、または小さく変化すること
もある。

【０００４】暗電流はまた、ＣＣＤ要素の表面の全域で
空間的に不均一でもある。しかしながら、暗電流を発生
させる欠陥は空間的に固定しているために、暗電流の空
間分布は、時不変である。暗電流は、ＣＣＤ要素の信号
対雑音比を下げる電気的ノイズとして、ＣＣＤ要素に蓄
積され、その結果、ざらざらしたように見える画像が生
成される。

【０００５】図１は、電気エネルギーを蓄積するバケッ
トとして表わされたＣＣＤ画素１０２を示す従来技術の
略図である。ＣＣＤ画素１０２に蓄積できる電気エネル
ギーの量は、この画素に印加される電圧（簡潔のため
に、電源と端子は図１から省かれる）によって決定され
る。ＣＣＤ画素１０２は、参照数字１０４を用いて図示
された入力される光子（光エネルギー）を検出し、この
光子を、電子と正孔の対に変換する。ＣＣＤ画素１０２
を形成する基板材料のバンドギャップ（禁制帯幅）より
も高いエネルギーレベルを持つあらゆる光子の場合、電
子が伝導帯に送られる。これは、ＣＣＤ画素１０２の底
部に集まった光子により発生された電子１１２で図示さ
れている。ＣＣＤ画素１０２に印加された電圧に加え
て、蓄積できる電気エネルギーの量も、この画素のＸ１
１４とＹ１１６の寸法によって決定される。

【０００６】光子が存在せず、またＣＣＤ画素１０２が
イメージ・キャプチャ・アレイの一部を形成しているカ
メラが動作している状況では、熱で発生した暗電流は、
ＣＣＤ画素１０２に熱電子１０８を充填し続ける。この
ような熱電子１０８はノイズを表すものであり、ＣＣＤ
画素１０２の温度が上昇し続けると、熱電子１０８がＣ
ＣＤ画素１０２に充満し続ける。上述のように、暗電流
は、この素子の温度に比例し、ＣＣＤ要素のほぼ８℃の
温度上昇ごとに二倍になる。時間の経過とともに、熱電
子１０８は、ＣＣＤ画素１０２の蓄積容積に充填され、
また、熱電子は、光子により発生された電子１１２のさ
らなる蓄積を妨げることにより、ＣＣＤ画素１０２の感
度を下げる。さらに、熱電子１０８により発生するノイ
ズが、ＣＣＤ画素１０２の信号対雑音比の能力を低下さ
せ、それゆえ、ＣＣＤ画素１０２によって取り込まれた
任意の画像の品質を低下させる。

【０００７】熱電子１０８の数、すなわち、暗電流を減
らす１方法は、ＣＣＤ画素１０２の温度を下げることで
ある。あいにく、このような解決策は、費用がかかり、
安価な民生用電子装置では実用的ではない。

【０００８】暗電流の影響を少なくする他の従来の方法
は、ダーク・フレーム減算（ｄａｒｋ−ｆｒａｍｅ ｓ
ｕｂｔｒａｃｔｉｏｎ）を実施することである。この技
法では、取り込まれる画像ごとに、シャッターを閉じて
ダーク・フレームを取り込み、次に、所望の画像を取り
込む。このダーク・フレームを数値に変換して、その数
値を、上記の取り込まれた画像と同じようにメモリに記
憶する。温度は、ダーク・フレームと、取り込まれた画
像フレームとの間で、大きくは変化しないであろうか
ら、この画像値からダーク・フレーム値を減算し、それ
により、暗電流の影響を排除する。あいにく、この技法
は、各画像ごとに、２つの画像の取込みを必要とするた
めに、メモリ集約的（すなわち、メモリを多用する）で
あり、それゆえ、費用がかかる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従って、ＣＣＤイメー
ジ・キャプチャ要素の暗電流を補償する効率的な方法が
必要とされている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の実施形態は、イ
メージ・キャプチャ要素の暗電流を経時的にマッピング
し、その暗電流に数学的関数（または数学関数。以下同
じ）を関連づけ、イメージ・キャプチャ・デバイス（ま
たは、イメージ・キャプチャ装置。以下同じ）を用いて
取り込まれた画像から、この暗電流を減算することで、
イメージ・キャプチャ・デバイスの暗電流を適応的に補
償するシステムおよび方法を含む。

【００１１】一実施形態では、本発明は、イメージ・キ
ャプチャ・デバイスの暗電流を補償する装置である。本
発明の一実施形態は、ダーク・イメージ（ｄａｒｋ ｉ
ｍａｇｅ）を取り込むためのイメージセンサ、ダーク・
イメージを記憶するためのメモリ要素、ダーク・イメー
ジに数学的関数（その唯一の変数は時間である）を割り
当てるためのロジック（論理回路）を含む。このイメー
ジセンサは、取込み時間のインジケータ（ｔｉｍｅ ｏ
ｆ ｃａｐｔｕｒｅ ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）を含む画像
を取り込む。取込み時間のインジケータは、その数学的
関数に割り当てられる。次に、本発明は、画像の取込み
時に暗電流値を計算し、その取り込まれた画像から、そ
の暗電流値を減算する。

【００１２】関連する動作方法およびコンピュータ読取
り可能媒体も提供される。本発明の他のシステム、方
法、特徴、利点は、添付図面および以下の詳細な説明か
ら、当業者には明らかになろう。このような追加のシス
テム、方法、特徴、利点はすべて、本開示の範囲内に含
まれ、また本発明の範囲内にあり、さらに、特許請求の
範囲によって保護されることが意図されている。

【００１３】特許請求の範囲において定められる本発明
の実施形態は、添付図面を参照することによりよりよく
理解できる。図面内の構成要素は、必ずしも互いに同一
の尺度で描かれておらず、本発明の原理を明確に図解す
ることに重点を置いている。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下で説明する本発明の実施形態
は、アレイ状に配列された複数の電荷結合素子（ＣＣ
Ｄ）要素を利用して、イメージ・キャプチャ要素を形成
する任意のデジタルカメラに適用できる。

【００１５】暗電流を適応的に補償するためのシステム
および方法は、ハードウェア、ソフトウェア、ファーム
ウェア、または、それらを組み合わせたもので実施する
ことができる。好ましい実施形態（１つまたは複数）で
は、本発明は、ハードウェアとソフトウエア、または、
メモリに記憶され、適切な命令実行システムによって実
行されるファームウェアを組み合わせたものを用いて実
施される。本発明のハードウェア部分は、すべて当技術
分野でよく知られている以下の技術の任意のもの、また
は、それらを組み合わせたもので実施できる。すなわ
ち、データ信号に論理関数を実施する論理ゲートを有す
るディスクリート論理回路（１つまたは複数）、適切な
組合せ論理ゲートを有する特定用途向け集積回路（ＡＳ
ＩＣ）、プログラマブル・ゲートアレイ（ＰＧＡ）（１
つまたは複数）、フィールド・プログラマブル・ゲート
アレイ（ＦＰＧＡ）などである。本発明のソフトウェア
部分は、１つまたは複数のメモリ要素に記憶させて、適
切な汎用プロセッサまたは特定用途向けプロセッサで実
行できる。

【００１６】暗電流を適応的に補償するためのプログラ
ムは、論理関数を実施するための実行可能命令の番号付
きリスト（または、順序付けられたリスト）を含むもの
であって、命令実行システム、機器、または、例えば、
コンピュータベースのシステムやプロセッサを組み込ん
だシステムのような装置、あるいは、前述の命令実行シ
ステム、機器、または装置から命令を取り出して、その
命令を実行できる他のシステムにより、または、それら
に関連して使用されるようにするために、任意のコンピ
ュータ読取り可能媒体に具現化することができる。ここ
で、「コンピュータ読取り可能媒体」とは、前述の命令
実行システム、機器、または装置により、または、それ
らに関連して使用されるようにするために、プログラム
を収容、記憶、伝達、伝播、または移送することのでき
る任意の手段とすることができる。コンピュータ読取り
可能媒体は、例えば、電子式、磁気式、光学式、電磁
式、赤外線式、または半導体式システム、機器、装置、
または伝達媒体とすることができるが、それらには限定
されない。コンピュータ読取り可能媒体のさらに具体的
な例（網羅的でないリスト）には、以下のものが含まれ
る。すなわち、１本または複数の電線を有する電気的接
続（電子式）、ポータブル・コンピュータ・ディスケッ
ト（磁気式）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）（電
子式）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）（電子式）、
消去可能なプログラマブル・リードオンリーメモリ（Ｅ
ＰＲＯＭまたはフラッシュメモリ）（電子式）、光ファ
イバ（光学式）、ポータブル・コンパクトディスク・リ
ードオンリーメモリ（ＣＤＲＯＭ）（光学式）である。
プログラムは、例えば、紙または他の媒体の光学的なス
キャニングを通じて電子的に取り込んだ後で、必要な場
合には、コンパイルするか、解読するか、そうでなけれ
ば適切な方法で処理し、次に、コンピュータ・メモリに
記憶させることができるから、コンピュータ読取り可能
媒体は、プログラムを印刷する紙または他の適切な媒体
である場合もあることに留意されたい。

【００１７】図２は、本発明の一実施形態により構成さ
れたデジタルカメラ２００を示すブロック図である。以
下に説明する実施例では、デジタルカメラ２００は、本
発明の暗電流補償ロジック２５０を組み込んだ特定用途
向け集積回路（ＡＳＩＣ）２０２を含む。代替実施形態
では、暗電流補償ロジック２５０を、メモリに記憶させ
て、適切なプロセッサで実行できるソフトウェアで実施
することができる。例えば、本発明は、内部フラッシュ
メモリ（後述する）に記憶されて、適切なマイクロプロ
セッサで実行されるソフトウェアで具現化することがで
きる。

【００１８】簡潔のために省略された他の要素の中で、
以下で動作がさらに詳しく説明されるリアルタイム・ク
ロック（ＲＴＣ）２０６も、ＡＳＩＣ２０２に含まれ
る。ＡＳＩＣ２０２は、デジタルカメラ２００の様々な
機能を制御する。ＡＳＩＣ２０２は、例えば赤外線（Ｉ
Ｒ）接続２１６を通じて、プリンタ２１４に結合し、ま
た、パーソナルコンピュータ（図示されてない）などの
他の処理装置に接続するために、ユニバーサル・シリア
ル・バス（ＵＳＢ）ポート２１７も含む。ＡＳＩＣ２０
２は、接続２０７を通じて、クロック・ドライバ要素２
０３に結合する。クロック・ドライバ要素２０３は、接
続２０８を通じて、電荷結合素子（ＣＣＤ）イメージ・
キャプチャ要素２０４に結合する。ＣＣＤイメージ・キ
ャプチャ要素２０４は、通常、それぞれがＣＣＤ要素２
０４の画素を形成する多数の個別ＣＣＤ要素を含む。Ｃ
ＣＤ要素２０４内の画素は、通常、アレイとして配列さ
れている。ＣＣＤ要素２０４は、被写体（図示されてな
い）の画像を取り込んで、この画像を、接続２０９を通
じて、アナログ・デジタル変換器２１１に送る。アナロ
グ・デジタル変換器２１１は、ＣＣＤ要素２０４から受
け取ったアナログ信号をデジタル信号に変換して、この
デジタル信号を画像データとして、画像処理を行うため
に接続２１２を通じてＡＳＩＣ２０２に供給する。

【００１９】ＡＳＩＣ２０２は、接続２１８を通じて、
１つまたは複数のモータ・ドライバ２１９に結合する。
モータ・ドライバ２１９は、接続２２１を通じて、レン
ズ２２２の様々なパラメータの動作を制御する。例え
ば、ズームやフォーカスの操作は、モータ・ドライバ２
１９により制御できる。被写体に焦点を合わせて、レン
ズ２２２によって供給された画像を取り込むＣＣＤ要素
２０４にその情報を伝えレンズ２２２の動作を示すため
に、レンズ２２２とＣＣＤ要素２０４との間の接続２２
３が点線で示されている。

【００２０】ＡＳＩＣ２０２はまた、表示データを、接
続２２４を通じて、ＮＴＳＣ方式（national televisio
n system committee）／ＰＡＬ方式（phase alternate
line）エンコーダ２２６に送る。エンコーダ２２６は、
ＡＳＩＣ２０２からの表示データを、接続２２７を通じ
て画像表示装置２２８上に表示することが可能な信号に
変換する。エンコーダ２２６はまた、接続２２４上のＡ
ＳＩＣ２０２の出力を、接続２４７を通じてテレビジョ
ン・インタフェース２４８に供給することが可能な情報
に変換する。例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）また
は他のディスプレイである場合もある画像表示装置２２
８は、取り込まれた画像を、デジタルカメラ２００のユ
ーザに表示するものであって、通常は、デジタルカメラ
２００に設けられたディスプレイである。ＴＶインタフ
ェース２４８は、通常、ＡＳＩＣ２０２の出力を、接続
２４９を通じて、従来のテレビ２５１に表示できるよう
にする、１つまたは複数の接続、および／または、イン
タフェースである。

【００２１】ＡＳＩＣ２０２はまた、ストロボ駆動信号
を、接続２４３を通じて、ストロボ駆動要素２４２に供
給する。ストロボ駆動要素２４２は、フラッシュ写真撮
影が必要であるか、あるいは、望まれていることが確認
されると、接続２４４を通じて、フラッシュ・ユニット
２４６を作動させる。

【００２２】ＡＳＩＣ２０２は、接続２５４を通じて、
マイクロコントローラ２６１に結合する。マイクロコン
トローラ２６１は、デジタルカメラ２００の様々な動作
面や動作パラメータを制御する特定目的のマイクロプロ
セッサまたは汎用マイクロプロセッサとすることができ
る。例えば、マイクロコントローラ２６１は、接続２６
２を通じて、ユーザ・インタフェース２６４に結合され
る。ユーザ・インタフェース２６４には、例えば、デジ
タルカメラ２００のユーザがコマンドを入力できるキー
パッド、１つまたは複数のボタン、マウスまたはポイン
ティング・デバイス、シャッター・ボタン、および、他
の任意のボタンまたはスイッチを含めることができる
が、それらには限定されない。マイクロコントローラ２
６１はまた、接続２６６を通じて、オーディオ・ドライ
ブ２６７にも結合する。オーディオ・ドライブ２６７
は、デジタルカメラ２００のユーザに可聴信号を供給す
る。マイクロコントローラ２６１はまた、接続２６８を
通じて、電源２６９にも結合する。電源２６９は、例え
ば、デジタルカメラ２００に電力を供給する１つまたは
複数のバッテリ、ＡＣアダプタ、または他の任意のタイ
プの電源とすることができるが、それらには限定されな
い。

【００２３】ＡＳＩＣ２０２はまた、様々な接続を介し
て、ＡＳＩＣ２０２が結合されるタイプのメモリを特に
参照して、以下で説明する１つまたは複数の異なるメモ
リ要素にも結合する。特定のタイプのメモリが以下に示
されているが、デジタルカメラ２００は、本明細書で具
体的には述べられてない他の様々なタイプのメモリを使
用できることに留意されたい。例えば、それらの様々な
メモリ要素には、例えば、ランダムアクセスメモリ（Ｒ
ＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、フラッシュ
メモリなどの揮発性および／または不揮発性のメモリを
含めることができるが、それらには限定されない。さら
に、これらのメモリ要素は、デジタルカメラ２００の内
部にあるか、または、リムーバブル記憶媒体（すなわ
ち、着脱可能な記憶媒体）とすることができ、また、デ
ジタルカメラ２００内の様々な要素に割り当てられたメ
モリも含むこともできる。このようなメモリのタイプは
すべて、本発明の範囲内のものである。

【００２４】ＡＳＩＣ２０２は、接続２５２を通じて、
スタティック・ダイナミック・ランダムアクセスメモリ
（ＳＤＲＡＭ。または、シンクロナスＤＲＡＭ）２４１
に結合する。ＳＤＲＡＭ２４１は、デジタルカメラ２０
０がその様々な機能を実行できるようにする様々なソフ
トウェアやファームウェアの要素および構成要素（図に
は示されてない）を収容している。ＡＳＩＣ２０２はま
た、接続２５６を通じて、ＲＡＭ２３８にも結合する。
ＲＡＭ２３８は、一般に、以下で説明する画像（正規の
画像と、ダーク・フレームの画像の両方）用の一時的な
記憶を提供する。ＡＳＩＣ２０２はまた、接続２３１を
通じて、外部フラッシュメモリ２３２と内部フラッシュ
メモリ２３６にも結合する。以下でさらに詳しく説明す
るように、外部フラッシュメモリ２３２（例えば、コン
パクト・フラッシュメモリとすることができる）は、記
憶されたダーク・フレーム２３４を含むが、一方、内部
フラッシュメモリ２３６は、記憶された数学的関数２３
７を含む。本発明の一実施形態によれば、記憶された数
学的関数２３７は、記憶されたダーク・フレーム２３４
の暗電流に対応し、そのプロフィール（例えばグラフ上
での表現またはプロット。以下同じ）を表す。この数学
的関数２３７については、以下でさらに詳しく説明す
る。

【００２５】本発明の様々な実施形態を実施することに
より、及び、記憶された数学的関数２３７を記憶された
ダーク・フレーム２３４に割り当てることにより、本発
明は、デジタルカメラ２００のユーザが画像を取り込み
たいと思うたびに、２つの画像の取込みを必要とするこ
となく、ダーク・フレーム減算を実施するのに必要なメ
モリの量を低減する。

【００２６】本発明の一実施形態によれば、１つまたは
複数のダーク・フレームが取り込まれて、外部フラッシ
ュメモリ２３２に記憶される。記憶された数学的関数２
３７は、好ましくは、その唯一の変数として画像が取り
込まれる時間を持つ多項式であって、内部フラッシュメ
モリ２３６に記憶される。画像がデジタルカメラ２００
で取り込まれるときには、画像が撮影される時間に関す
る情報を含むリアルタイム・クロック２０６は、その時
間値を、その取り込まれた画像に割り当てる。次に、本
発明のこの実施形態によれば、その時間値は、唯一の変
数が時間である記憶された関数２３７に割り当てられ
る。

【００２７】それゆえ、リアルタイム・クロック値を、
記憶された数学的関数２３７に割り当てることで、画像
が撮影された時間における暗電流がわかり、この暗電流
を、取り込まれた画像から経済的に減算することができ
る。このようにして、単一の画像が、デジタルカメラ２
００を用いて取り込まれ、画像が取り込まれた時間にお
ける暗電流のプロフィールを表わす記憶された数学的関
数２３７は、暗電流を完全に表現し、その記憶された画
像から、この暗電流を経済的に減算する。

【００２８】図３は、図２のＡＳＩＣ２０２およびＲＡ
Ｍ２３８の特定の局面を示すブロック図３００である。
ＡＳＩＣ２０２は、他の要素の中でも特に、加算器３０
１を組み込んだ暗電流補償ロジック２５０を含む。ＲＡ
Ｍ２３８は、イメージ・バッファ（画像バッファ）３１
２とダークフレームのプロフィール値３１７を含む。ダ
ークフレームのプロフィール値３１７は、時間ｔ（所望
の画像が撮影された時間）における暗電流を表わす。イ
メージ・バッファ３１２は、所望の画像３１６と補正さ
れた画像３１５を格納する。所望の画像３１６が取り込
まれると、加算器３０１は、所望の画像３１６からダー
クフレームのプロフィール値３１７を減算し、その補正
された画像３１５を、接続３０６を通じて供給する。補
正された画像３１５は、所望の画像３１６から暗電流が
差し引かれた状態の所望の画像３１６を表わす。

【００２９】図４は、本発明の暗電流補償法の第１の部
分を示す流れ図４００である。たどるべきこの流れ図中
の任意のプロセス記述すなわちブロックは、そのプロセ
ス中の特定の論理的な機能またはステップを実施するた
めに、１つまたは複数の実行可能命令を含むコードのモ
ジュール、セグメント、または一部を表しており、代替
実施例も、本発明の好ましい実施形態の範囲内に含まれ
るものと理解されるべきである。例えば、機能は、当業
者には理解されることであるが、含まれる機能に依存し
て、図示または説明する順序から外れて（ほぼ同時、ま
たは逆の順序も含む）実施することができる場合もあ
る。

【００３０】ブロック４０２において、レンズ２２２は
閉じられるか、または覆われ、シャッターは閉じられ
て、デジタルカメラ２００は、ｔ分またはｔ秒ごとに、
ダーク・フレームを取り込む。取り込まれるダーク・フ
レームの数、およびダーク・フレームの間隔は、ＣＣＤ
要素２０４の品質、および他のパラメータにより決定さ
れる。暗電流はランダムに生じ、ポワソン統計で表わす
ことができる。さらに頻繁に、及びさらに長い期間、ダ
ーク・フレームを取り込めば、ダーク・フレームのより
良い推定値を得ることができる。あいにく、さらに長い
ダーク・フレームを取り込むことは、ショット間の時間
（ｓｈｏｔ−ｔｏ−ｓｈｏｔ ｔｉｍｅまたは撮影間
隔）をさらに長くすることになり、このような取込み
は、不確実さを最小限に抑えるのに充分な量の取込み電
子を有するダーク・フレームを得るのに利用可能な時間
とバランスがとれるようにすべきである。

【００３１】ブロック４０４において、それぞれのダー
ク・フレームが取り込まれると、ＡＳＩＣ２０２は、そ
のダーク・フレームを、一時的にＲＡＭ２３８（図２）
に移す。次に、ＡＳＩＣ２０２は、そのダーク・フレー
ムを圧縮し（画像圧縮は、当業者には知られているので
詳細には図示していない）、次に、それぞれのダーク・
フレームを外部フラッシュメモリ２３２（図２）に移
す。それぞれのダーク・フレームが外部フラッシュメモ
リ２３２に記憶されるが、この場合、複数のダーク・フ
レームは、記憶されたダーク・フレーム要素２３４（図
２）として表わされる。

【００３２】次に、ブロック４０６において、アレイ内
のそれぞれの画素に対して、数学的関数が各画素に割り
当てられる。その場合、この数学的関数における唯一の
変数は時間（すなわち、所望の画像が取り込まれる時
間）である。この数学的関数は、多項式、または、ＣＣ
Ｄ要素内の画素のアレイにより形成される表面を表わす
関数とすることができる。

【００３３】例えば、多項式を個々の画素に当てはめる
ことができ、または、表面方程式（ｓｕｒｆａｃｅ ｅ
ｑｕａｔｉｏｎ）を、ＣＣＤ要素の二次元アレイに当て
はめることができる。所望の画像が取り込まれる時点を
多項式関数に入れると、その多項式関数は、時間ｔにわ
たって取り込まれたダーク・フレームのそれぞれに対す
る暗電流のプロフィールを表わす。これについては、図
５を参照して後述する。

【００３４】本発明のこの局面の動作を簡略化するため
に、外部フラッシュメモリ要素２３２を取り外して他の
コンピュータに移し、数学的関数をダーク・フレームに
当てはめるこのステップを実行することができる。この
ような他のコンピュータは、任意の汎用コンピュータま
たは特定目的のコンピュータとすることができ、例え
ば、パーソナルコンピュータとすることもできるが、こ
れには限定されない。

【００３５】図５は、典型的な画素に割り当てられた数
学的関数のグラフ５００である。グラフ５００では、垂
直軸５０２は暗電流Ｉ_ｄａｒｋを表わし、水平軸５０４
は時間ｔを表わす。図５に示した例では、第１のダーク
・フレーム５２２が時間ｔ_１にて取り込まれ、第２のダ
ーク・フレーム５２４が時間ｔ_２にて取り込まれ、Ｎ番
目のダーク・フレーム５２６が時間ｔ_Ｎにて取り込まれ
る。曲線５０６は、時間ｔにわたって典型的な画素によ
って取り込まれた暗電流を表わしている。点５０８は時
間ｔ_１における暗電流を表わし、点５１２は時間ｔ_２に
おける暗電流を表わし、点５１４は時間ｔ_Ｎにおける暗
電流を表わしている。この例では、図示のダーク・フレ
ームに関して、多項式関数ａ_１ｔ＋ｂ_２ｔ＋Ｃは、グラ
フ５００に示す典型的な画素に対して得られたすべての
ダーク・フレームを表わしている。項ａ_１と項ｂ_２は、
それぞれの所与の時間ｔにおいて、この関数の正確な振
幅をもたらす定数である。項ｔは、この関数の経時的な
変化を表わしている。また、Ｃは、オフセット定数であ
る。図５に示されるように、多項式関数ａ_１ｔ＋ｂ _２ｔ
＋Ｃでは、唯一の変数は時間ｔである。この時間ｔは、
所望の画像が、デジタルカメラ２００のユーザによって
取り込まれることになる（将来における）時間である。

【００３６】図４を再び参照する。ブロック４０８で
は、多項式ａ_１ｔ＋ｂ_２ｔ＋Ｃを、記憶された数学的関
数２３７（図２）として、内部フラッシュメモリ２３６
（図２）に記憶させる。この多項式を時間に関して解く
と、この多項式は、経時的に（すなわちある時間にわた
って）得られたダーク・フレームの典型的な画素のダー
ク・フレーム・プロフィール５００を表わす。

【００３７】以下のコードは、ＣＣＤ要素２０４（図
２）内の複数の画素を含む表面に多項式ａ_１ｔ＋ｂ_２ｔ
＋Ｃを当てはめるのに使用できる典型的なコード部分で
ある。当業者には、このコードのセグメントがＣＣＤア
レイを構成する画素に適用されることが理解されよう。

【００３８】

【表１】

【００３９】図６は、本発明の暗電流減算の局面を示す
流れ図６００である。ブロック６０２において、デジタ
ルカメラ２００のユーザは、ＣＣＤ要素２０４を用い
て、所望の画像を取り込む。ＡＳＩＣ２００は、この画
像を、画像３１６（図３）として、ＲＡＭ２３８に記憶
する。上述のように、ＡＳＩＣ２０２内に設けられたリ
アルタイム・クロック２０６（図２）は、画像３１６が
取り込まれた時間に関する情報を含む。これは、ＡＳＩ
Ｃ２０２によって測定されたリアルタイム・クロック値
である。ブロック６０４において、暗電流補償ロジック
２５０は、リアルタイム・クロック２０６からリアルタ
イム・クロック値を得て、そのリアルタイム・クロック
値を画像３１６に割り当てる。

【００４０】ブロック６０６において、暗電流補償ロジ
ック２５０は、内部フラッシュメモリ２３６（図２）に
記憶された数学的関数２３７に（すなわち、多項式
に）、そのリアルタイム・クロック値を入れる。時間ｔ
を数学的関数２３７に入れることによって、暗電流の完
全な表現が、記憶された数学的関数２３７（すなわち、
多項式）を用いて計算される。ブロック６０８におい
て、暗電流補償ロジック２５０は、所望の画像が取り込
まれた時間（（図５の）数学的関数におけるｔ項）にお
けるＣＣＤ要素の表面上の暗電流分布を表わすダーク・
フレーム・プロフィール値３１７（図３）を生成する。
このようにして、暗電流補償ロジック２５０は、今や、
時間ｔにおいて得られた画像３１６に存在する暗電流に
関する情報を有している。ブロック６１２において、ダ
ーク・フレーム・プロフィール値３１７は、加算器３０
１を用いて、画像３１６から減算され、それにより、補
正された画像３１５（図３）が得られる。このようにし
て、所望の画像が取り込まれた時間におけるＣＣＤ要素
２０４の暗電流を、それぞれの所望の画像に対して、２
つの画像を取り込むことを必要とせずに、所望の画像か
ら除去することができ、したがって、暗電流補償を実行
するのに必要なメモリの量が大幅に低減される。

【００４１】本発明の様々な実施形態を説明したが、本
発明の範囲内において、さらに多くの実施形態および実
施例を想定または実施することが可能であることは、当
業者には明らかであろう。このような変更や変形はすべ
て、本開示および本発明の範囲内にあり、特許請求の範
囲によって保護されることが意図されている。

【００４２】以下においては、本発明の種々の構成要件
の組み合わせからなる例示的な実施態様を示す。 １．イメージ・キャプチャ・デバイスの暗電流を補償す
るためのシステム（２００）であって、ダーク・イメー
ジ（２３４）を取り込むためのイメージ・センサ（２０
４）と、前記ダーク・イメージ（２３４）を記憶するた
めのメモリ要素（２３２）と、数学的関数（２３７）を
ダーク・イメージ（２３４）に割り当てるためのロジッ
ク（２５０）であって、前記数学的関数の唯一の変数が
時間であり、前記数学的関数はメモリ（２３６）に記憶
されることからなる、ロジックとを備え、前記イメージ
・センサ（２０４）が、取込み時間インジケータ（２０
６）を含む画像（３１６）を取り込み、前記取込み時間
インジケータ（２０６）が、前記数学的関数（２３７）
に割り当てられ、前記ロジック（２５０）が、画像取込
み時における暗電流値（３１７）を計算し、前記ロジッ
ク（２５０）が、前記取り込まれた画像（３１６）から
前記暗電流値（３１７）を減算することからなる、シス
テム（２００）。 ２．前記イメージ・センサ（２０４）が、電荷結合素子
（ＣＣＤ）である、上項１記載のシステム（２００）。 ３．前記数学的関数（２３７）が多項式である、上項１
記載のシステム（２００）。 ４．前記多項式が、前記イメージ・センサ（２０４）内
の複数の画素のそれぞれの暗電流（３１７）を表わす、
上項３記載のシステム（２００）。 ５．数学的関数（２３７）を、前記ダーク・イメージ
（２３４）および前記取込み時間インジケータ（２０
６）に割り当てるための前記ロジック（２５０）を格納
する特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）（２０２）をさ
らに備える、上項１記載のシステム（２００）。 ６．イメージ・キャプチャ・デバイスの暗電流を補償す
るための方法（６００）であって、イメージ・センサ
（２０４）を用いて、ダーク・イメージ（２３４）を取
り込むステップと、唯一の変数が時間である数学的関数
（２３７）を、ダーク・イメージ（２３４）に割り当て
るステップと、前記数学的関数（２３７）をメモリ（２
３６）に記憶するステップと、前記イメージ・センサ
（２０４）を用いて、画像（３１６）を取り込むステッ
プと、画像取込みの時間（２０６）を記録するステップ
と、前記画像取込みの時間（２０６）を、前記数学的関
数（２３７）に割り当てるステップと、前記画像取込み
の時間における暗電流値（３１７）を計算するステップ
と、前記取り込まれた画像（３１６）から、前記暗電流
値（３１７）を減算するステップを含む、方法。 ７．前記イメージ・センサ（２０４）が電荷結合素子
（ＣＣＤ）である、上項６記載の方法（６００）。 ８．前記数学的関数（２３７）が多項式である、上項６
記載の方法（６００）。 ９．前記多項式をコンパクト・フラッシュメモリ（２３
６）に記憶するステップをさらに含む、上項８記載の方
法（６００）。 １０．前記多項式が、前記イメージ・センサ（２０４）
内の複数の画素のそれぞれの暗電流（３１７）を表わ
す、上項８記載の方法（６００）。

【００４３】本発明は、画像撮像デバイス(200)内の暗
電流を補償するためのシステム及び関連する方法に関す
る。本発明の１実施形態は、ダークイメージ（暗画像）
(234)を捕捉するためのイメージセンサ(204)、ダークイ
メージ(234)を格納するためのメモリ(232)素子、及び、
ダークイメージ(234)に数学関数(237)を割り当てるため
の論理回路(250)を備える。数学関数(237)の唯一の変数
は時間である。イメージセンサ(204)は、画像(316)を捕
捉するが、この画像(316)には、数学関数(237)に割り当
てられる捕捉時間を示す指標(206)が含まれる。論理回
路は、画像捕捉時間における暗電流値(317)を計算し
て、捕捉した画像(316)から暗電流値(317)を取り去る。

【００４４】

【発明の効果】本発明によれば、イメージ・キャプチャ
・デバイスの暗電流を補償する効率的な手段が提供され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】電気エネルギーを蓄積するためのバケットとし
て表わされたＣＣＤ画素を示す従来技術の略図である。

【図２】本発明の一実施形態により構成されたデジタル
カメラを示すブロック図である。

【図３】図２の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）とラ
ンダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）の特定の局面を示
すブロック図である。

【図４】図２に示す本発明の実施形態の暗電流補償法の
第１の部分を示す流れ図である。

【図５】典型な画素に割り当てられる数学的関数のグラ
フである。

【図６】図２に示す本発明の実施形態の暗電流減算の局
面を示す流れ図である。

【符号の説明】

２００ イメージ・キャプチャ・デバイス ２０４ イメージ・センサ ２０６ 取込み時間インジケータ（リアルタイムクロッ
ク） ２３４ ダーク・イメージ ２３７ 数学的関数 ２５０ ロジック ３１６ 画像 ３１７ 暗電流値（ダーク・フレーム・プロフィール
値）

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】イメージ・キャプチャ・デバイスの暗電流
   を補償するためのシステム（２００）であって、 ダーク・イメージ（２３４）を取り込むためのイメージ
   ・センサ（２０４）と、 前記ダーク・イメージ（２３４）を記憶するためのメモ
   リ要素（２３２）と、 数学的関数（２３７）をダーク・イメージ（２３４）に
   割り当てるためのロジック（２５０）であって、前記数
   学的関数の唯一の変数が時間であり、前記数学的関数は
   メモリ（２３６）に記憶されることからなる、ロジック
   とを備え、 前記イメージ・センサ（２０４）が、取込み時間インジ
   ケータ（２０６）を含む画像（３１６）を取り込み、前
   記取込み時間インジケータ（２０６）が、前記数学的関
   数（２３７）に割り当てられ、前記ロジック（２５０）
   が、画像取込み時における暗電流値（３１７）を計算
   し、 前記ロジック（２５０）が、前記取り込まれた画像（３
   １６）から前記暗電流値（３１７）を減算することから
   なる、システム（２００）。
2. 【請求項２】前記イメージ・センサ（２０４）が、電荷
   結合素子（ＣＣＤ）である、請求項１記載のシステム
   （２００）。
3. 【請求項３】前記数学的関数（２３７）が多項式であ
   る、請求項１記載のシステム（２００）。
4. 【請求項４】前記多項式が、前記イメージ・センサ（２
   ０４）内の複数の画素のそれぞれの暗電流（３１７）を
   表わす、請求項３記載のシステム（２００）。
5. 【請求項５】数学的関数（２３７）を、前記ダーク・イ
   メージ（２３４）および前記取込み時間インジケータ
   （２０６）に割り当てるための前記ロジック（２５０）
   を格納する特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）（２０
   ２）をさらに備える、請求項１記載のシステム（２０
   ０）。
6. 【請求項６】イメージ・キャプチャ・デバイスの暗電流
   を補償するための方法（６００）であって、 イメージ・センサ（２０４）を用いて、ダーク・イメー
   ジ（２３４）を取り込むステップと、 唯一の変数が時間である数学的関数（２３７）を、ダー
   ク・イメージ（２３４）に割り当てるステップと、 前記数学的関数（２３７）をメモリ（２３６）に記憶す
   るステップと、 前記イメージ・センサ（２０４）を用いて、画像（３１
   ６）を取り込むステップと、 画像取込みの時間（２０６）を記録するステップと、 前記画像取込みの時間（２０６）を、前記数学的関数
   （２３７）に割り当てるステップと、 前記画像取込みの時間における暗電流値（３１７）を計
   算するステップと、 前記取り込まれた画像（３１６）から、前記暗電流値
   （３１７）を減算するステップを含む、方法。
7. 【請求項７】前記イメージ・センサ（２０４）が電荷結
   合素子（ＣＣＤ）である、請求項６記載の方法（６０
   ０）。
8. 【請求項８】前記数学的関数（２３７）が多項式であ
   る、請求項６記載の方法（６００）。
9. 【請求項９】前記多項式をコンパクト・フラッシュメモ
   リ（２３６）に記憶するステップをさらに含む、請求項
   ８記載の方法（６００）。
10. 【請求項１０】前記多項式が、前記イメージ・センサ
    （２０４）内の複数の画素のそれぞれの暗電流（３１
    ７）を表わす、請求項８記載の方法（６００）。