JP2004007048A

JP2004007048A - 撮像装置

Info

Publication number: JP2004007048A
Application number: JP2002157542A
Authority: JP
Inventors: Norihiko Sugimoto; 杉本　訓彦; Toshihisa Maeda; 前田　利久; Tsutomu Honda; 本田　努
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 2002-05-30
Filing date: 2002-05-30
Publication date: 2004-01-08

Abstract

【課題】蓄積電荷を複数のフィールドごとに読出せる撮像素子を有する場合に、撮像素子の出力信号に含まれる暗ノイズの除去を迅速に精度良く行える撮像装置を提供する。
【解決手段】シャッターボタンが押下され露光時間Ｔｅ１が経過すると、ＣＣＤ（撮像素子）の各画素で蓄積された電荷信号が読出される。この電荷読出し時Ｔｒ１には、第１〜第３フィールドの蓄積電荷が順に読出され、露光データが取得される。次に、シャッターの閉状態を維持したまま遮光撮影を行う。そして、遮光撮影時間Ｔｅ２が経過すると、第３フィールドの蓄積電荷が読出され、暗ノイズのデータ（遮光データ）が取得できる。この遮光データに基づき算出された暗ノイズ補正値を露光データから減算することで、撮像素子の出力信号に含まれる暗ノイズの除去を迅速に精度良く行える。
【選択図】　　　　図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、受光部の全画素の画像信号を複数のフィールドに分けてフィールドごとに読出す全画素読出しタイプの撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、デジタルカメラの受光部における画素数が飛躍的に高くなっている。その一方で、受光部全体のサイズは画素数に応じて増大させないために、受光部における画素密度の増大によって各単位受光素子（単位ＣＣＤセル）の受光面積が小さくなってしまい、その結果として撮像感度が低下することになる。そこで、このような感度の低下を防ぐために、光電変換機能に寄与しない領域としての受光部の電荷転送路の面積を縮小させる技術が知られている。しなしながら、電荷転送路の面積を縮小させると受光部の全ラインの電荷信号を並列的に一度に読出すことが困難になるという問題が新たに生じるため、この問題を解決するために、全画素の電荷信号を複数のフィールドに分けてフィールドごとに順次に読出す方式が採用される。
【０００３】
また、特開２０００−３０８０７５や特開平１０−３２７３５４では、撮像素子の機能細分化に伴い、ＴＶ走査と画素数との関係から複数フィールドを読出す手法が開示されている。
【０００４】
このように、デジタルカメラに代表されるデジタル撮像装置においては、種々の目的から、複数のフィールドに分けて全画素の画像信号をフィールドごとに読出す方式（以下「フィールド順次の全画素読出し方式」と呼ぶ）が採用されるが、１フレームに対応するフィールド数として、２フィールドや３フィールドだけでなく、もっと多くのフィールド数（Ｎを２以上の任意の整数としたとき、Ｎフィールド）にフレームを分けて全画素を読出す方式が拡大していくと推測される。
【０００５】
ところで、一般的に撮像素子から出力される画像信号には、図１０（ａ）に示すように、被写体の画像内容を反映した成分（以下「被写体成分」）とともに暗ノイズ（より一般的には、単位受光素子の暗電流に起因して生じるノイズ）を含んでいる。そして、このような暗ノイズを含む画像信号をＰＧＡ（Ｐｒｏｇｒａｍａｂｌｅ　Ｇａｉｎ　Ａｍｐ．）で増幅するにあたってＩＳＯ感度を上げると、図１０（ｂ）に示すように、暗ノイズも増幅されて撮影画像を劣化させる要因となる。なお、この暗ノイズは、温度の上昇に伴い増加する特性を有している。
【０００６】
したがって、図１１（ａ）のような暗ノイズのレベルを画素ごとに求め、この暗ノイズの影響を画像信号から除去できれば、図１１（ｂ）に示すような被写体成分が得られるため、画像品質を向上させることが可能となる。
【０００７】
そして、フィールド順次の全画素読出し方式においてこのような暗ノイズの影響を除去する方法としては、図１２（ａ）に示すように、設定されたシャッタースピード（露光時間Ｔｅ１）と同等の時間Ｔｅ２だけ受光部を遮光した状態でＣＣＤに蓄積される暗ノイズをすべてのフィールド（Ｎフィールド）について読出し、暗ノイズの値を露光データから減算する方法がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、フィールド順次の全画素読出し方式において暗ノイズの影響を除去する上記の従来方法では、遮光データ（暗データ）として全フィールドの画素について電荷信号を取得するため、図１２（ｂ）に示すように、画像メモリに保存するデータ量は２Ｎフィールド分のサイズとなってしまう。したがって、処理に使用するデータ量が大きくなるため、画像処理時間が長くなってユーザにストレスを与え、シャッターチャンスを逃す原因となる。特に、連写モードなどでは、画像処理時間が長くなると連写スピードに影響が出ることになって、シャッターチャンスを逃すことが多くなる。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、フィールド順次の全画素読出し方式において、暗ノイズの影響を除去しつつ迅速に高品質な画像をユーザに提供可能な撮像装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、請求項１の発明は、撮像装置であって、（ａ）受光部の画素配列の信号を複数のフィールドに分けてフィールドごとに読出し可能な撮像手段と、（ｂ）前記受光部に対する露光状態と遮光状態とを切替える切替手段と、（ｃ）前記受光部が前記露光状態のときに前記受光部の各画素で蓄積される電荷信号をフィールドごとに順次に読出して、前記複数のフィールドのすべてについて露光データを取得する露光データ取得手段と、（ｄ）前記複数のフィールドのうち一部のフィールドに相当する画素について、前記受光部が前記遮光状態のときに前記受光部で蓄積される電荷信号を読出して遮光データを取得する遮光データ取得手段と、（ｅ）前記一部のフィールドについての前記遮光データに基づいて、前記露光データの補正内容を決定する補正内容決定手段とを備える。
【００１１】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る撮像装置において、前記一部のフィールドの画素における前記遮光状態での電荷信号蓄積時間は、前記露光データを得る際の露光時間に応じて決定される。
【００１２】
また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明に係る撮像装置において、前記一部のフィールドは、前記露光データの取得の際に前記受光部から最初に読出されるフィールドである。
【００１３】
また、請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかの発明に係る撮像装置において、前記補正内容決定手段での補正対象となるフィールドは、前記露光データの取得の際に前記受光部から最後に読出されるフィールドを含む。
【００１４】
また、請求項５の発明は、請求項１または請求項２の発明に係る撮像装置において、前記遮光データ取得手段は、（ｄ−２）前記露光データを得る際の露光時間に応じて、前記複数のフィールドから前記一部のフィールドを選択する選択手段、を有するとともに、前記補正内容決定手段は、（ｅ−１）前記露光時間に応じて、前記複数のフィールドから補正対象のフィールドを決定する補正対象決定手段を有する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
＜第１実施形態＞
＜撮像装置の要部構成＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る撮像装置１Ａを示す斜視図である。また、図２は、撮像装置１Ａの背面図である。なお、図１および図２には方位関係を明確にするためにお互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚの三軸を示している。
【００１６】
撮像装置１Ａの前面側には、撮影レンズ１１とファインダ窓１３とが設けられている。撮影レンズ１１の内側には撮影レンズ１１を介して入射する被写体像を光電変換して画像信号を生成する撮像素子であるＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ）２が設けられている。
【００１７】
撮影レンズ１１には光軸方向に沿って駆動可能なレンズ系が含まれており、当該レンズ系を光軸方向に駆動することにより、ＣＣＤ２に結像される被写体像の合焦状態を実現することができるように構成されている。
【００１８】
撮像装置１Ａの上面側には、シャッターボタン１４と、モード切替ボタン１５とが配置されている。シャッターボタン１４は被写体の撮影を行うときにユーザが押下操作を行って撮像装置１Ａに撮影指示を与えるボタンである。
【００１９】
モード切替ボタン１５は、撮影モード、再生モードなどのモード切替えを行うためのボタンである。この撮影モードには、後述する暗ノイズ補正モードも含まれ、モード切替ボタン１５をユーザが操作することで暗ノイズ補正モードに設定できる。
【００２０】
撮像装置１Ａの側面部には、ユーザによるシャッターボタン１４の押下操作に伴う本撮影動作で得られる画像データを記録するためのメモリカード９を着装する着装部１６が形成されている。さらに、着装部１６からメモリカード９を取り出す際に押下するカード取り出しボタン１７が配置されており、着装部１６からメモリカード９を取り出すことができる。
【００２１】
撮像装置１Ａの背面には、本撮影前に被写体を動画的態様で表示するライブビュー表示や、撮影した画像等の表示を行うための液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）１８と、シャッタースピードなど撮像装置１Ａの各種設定状態を変更するための操作ボタン１９と、ファインダ窓１３とが設けられている。
【００２２】
図３は、撮像装置１Ａの機能ブロックを示す図である。
【００２３】
撮像装置１Ａは、ＣＣＤ２にデータ伝送可能に接続するＡＦＥ（アナログフロントエンド）３と、ＡＥＦ３と伝送可能に接続する画像処理ブロック４と、これら各部を統括制御するカメラマイコン５とを備えている。
【００２４】
ＣＣＤ２は、撮影レンズ１１に対向する面に受光部２ａが設けられており、この受光部２ａには複数の画素が配列されている。また、受光部２ａを構成する画素配列は、３つのフィールドに分けられており、各画素で蓄積される電荷信号（画像信号）をフィールドごとに順次に読出し可能な構成となっている。
【００２５】
図４は、ＣＣＤ２の電荷読出し方法を説明するための図であり、実際には数百万以上の画素が配列されているが、図示の便宜上、その一部のみが示されている。
【００２６】
受光部２ａの各画素には、赤（Ｒ）、緑（Ｇｒ、Ｇｂ）、青（Ｂ）のカラーフィルターが周期的な分布で配設されている。
【００２７】
ＣＣＤ２の各セルに蓄積された電荷信号を読出す場合には、まず図４（ａ）に示すように、受光部２ａにおいて１、４、７、・・の各ライン、すなわち３ｎ＋１ライン目（ｎは整数）の電荷信号が読出されて、第１フィールド画像２１が構成される。次に、図４（ｂ）に示すように、受光部２ａにおいて２、５、８、・・の各ライン、すなわち３ｎ＋２ライン目の電荷信号が読出されて、第２フィールド画像２２が構成される。最後に、図４（ｃ）に示すように、受光部２ａにおいて３、６、９、・・の各ライン、すなわち３ｎライン目の電荷信号が読出されて、第３フィールド画像２３が構成される。
【００２８】
図３に戻って説明を続ける。
【００２９】
ＡＦＥ３は、信号処理部３１と、信号処理部３１にタイミング信号を送るＴＧ（タイミング発生器）３２とを備えるＬＳＩ（大規模集積回路）として構成されている。このＴＧ３２は、ＣＣＤ２にＣＣＤ駆動信号を送り、この駆動信号に同期してＣＣＤ２から電荷信号が出力されることとなる。
【００３０】
信号処理部３１は、ＣＤＳ（相関２重サンプリング器）、アンプ部として働くＰＧＡ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ−Ｇａｉｎ−Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）、およびＡＤＣ（Ａ／Ｄ変換器）を有している。ＣＣＤ２から出力された各フィールドの出力信号は、ＴＧ３２からのサンプリング信号に基づきＣＤＳでサンプリングされ、ＰＧＡで所望の増幅が行われる。このＰＧＡは、カメラマイコン５からのシリアル交信を介して数値データにて増幅率の変更が可能な構成となっている。そして、ＰＧＡで増幅されたアナログ信号はＡＤＣでデジタル信号に変換された後、画像処理ブロック４に送られる。
【００３１】
画像処理ブロック４は、画像メモリ４１と、画像メモリ４１に伝送可能に接続する画像処理部４２と、圧縮／伸張部４４とを有している。
【００３２】
画像メモリ４１は、ＡＦＥ３でデジタル変換された各フィールド２１〜２３のデータを一時的に格納する部位である。全てのフィールド画像が、画像メモリ４１に格納された後、一枚の全画素画像を生成するために、画像処理部４２に送られる。
【００３３】
画像処理部４２では、画像メモリ４１から送られる画像信号をＣＣＤ２のカラーフィルター特性に基づいた補間処理を行ってカラー化するとともに、各フィールド２１〜２３の画像を合成して１つのフレーム画像を生成する。また、画像処理部４２は、所望の画像の明るさや色バランスを得るためのＡＥ・ＷＢ調整、自然な階調を得るためのγ補正、輪郭強調や彩度調整を行うためのフィルター処理など各種の画像処理を行う。さらに、画像処理部４２は、暗ノイズ補正モードの場合に有効となる黒補正部４５とＷＢ（ホワイトバランス）補正部４６とを有している（後で詳述）。
【００３４】
表示部４３は、ＬＣＤ１８を有しており、ＣＣＤ２で取得され画像処理部４２で画像処理された撮影画像を表示する。
【００３５】
圧縮／伸張部４４は、画像処理部４２で画像処理された画像を、例えばＪＰＥＧ方式で圧縮し、記録媒体であるメモリカード９に保存する。また、圧縮／伸張部４４は、表示部４３に再生表示させるために、メモリカード９に保存される画像データの伸張を行う。
【００３６】
また、撮像装置１Ａは、カメラマイコン５に接続するレンズ駆動部６１およびシャッター制御部６２を備えるとともに、測光部６３と操作部６４と電源部６５とを備えている。
【００３７】
レンズ駆動部６１は、撮影レンズ１１の各レンズ位置を変更させるためのものであり、このレンズ駆動部６１によってＡＦやズームが行える。
【００３８】
シャッター制御部６２は、メカニカルシャッター（以下では単に「シャッター」という）１２を開閉させるための部位である。このシャッター制御部６２とシャッター１２とで、ＣＣＤ２の受光部２ａに対する露光状態と遮光状態とを切替える切替手段として機能することとなる。
【００３９】
測光部６３は、測光センサを有しており、被写体に関する測光を行う。
【００４０】
操作部６４は、シャッターボタン１４、モード切替ボタン１５や操作ボタン１９などの各種の操作部材で構成されている。
【００４１】
電源部６５は、バッテリーを有しており、撮像装置１Ａの各部に給電する。
【００４２】
カメラマイコン５は、ＣＰＵおよびメモリを有しており、撮像装置１Ａの各部を統括制御する部位である。
【００４３】
＜黒補正部４５およびＷＢ補正部４６での処理について＞
黒補正部４５およびＷＢ補正部４６での補正処理を説明する前に、この補正に必要な暗ノイズに関するデータ（遮光データ）を取得する方法を説明する。
【００４４】
図５は、遮光データを取得する方法を説明するための図である。図５（ａ）は、垂直同期信号ＶＤ、ＣＣＤ２の出力およびシャッター１２の開閉に関するタイミングチャートを示しており、図５（ｂ）は、画像メモリ４１の保存状況を説明する図を示している。
【００４５】
図５（ａ）に示すように、ライブビュー時Ｔｖ、およびシャッターボタン１４が押下されＣＣＤ２で電荷信号が蓄積される露光撮影時Ｔｅ１には、シャッター１２が開状態となっている。そして、露光状態を維持しつつ露光時間Ｔｅ１が経過すると、シャッター１２を閉状態にして受光部２ａの各画素で蓄積された電荷信号が画像信号として読出される。この電荷読出し時Ｔｒ１には、図４に示すように第１フィールド２１、第２フィールド２２および第３フィールド２３のそれぞれの画素が順に読出され、露光データが取得されることとなる。
【００４６】
次に、シャッター１２における遮光状態を維持したまま、ＣＣＤ２で電荷蓄積を行う。この期間における暗ノイズに起因した電荷蓄積を、露光状態における「被写体の撮影」に対応させて「遮光撮影」と呼び、この遮光撮影を行う時間を「遮光撮影時間Ｔｅ２」と呼ぶことにする。この遮光撮影時間Ｔｅ２は、露光データと同じ条件で暗ノイズに関するデータを取得できるように、露光時間Ｔｅ１に相当する時間とするのが好ましい。そして、遮光撮影時間Ｔｅ２が経過すると、３つのフィールドのうちの一部のフィールドである第３フィールド２３の画素に対応する受光部２ａの蓄積電荷が読出される。この電荷読出しＴｒ２により、後述する補正処理に必要な遮光データが取得できることとなる。
【００４７】
このように取得された露光データと遮光データとは、図５（ｂ）に示すように、順に画像メモリ４１に保存される。この場合、遮光データは、露光データの１／３のサイズとなるため、従来技術に比べてデータサイズを削減できることとなる。
【００４８】
黒補正部４５は、画像メモリ４１に保存された遮光データに基づき、露光データの暗ノイズ補正値（黒レベル補正値）を算出する。そして、黒補正部４５は、この暗ノイズ補正値を露光データから減算する補正処理を行う。これにより、精度良く黒補正が行え、高品質な画像が生成できることとなる。
【００４９】
ＷＢ補正部４６は、黒補正部４５で算出された暗ノイズ補正値を露光データのＲＧＢの各画素値から減算することで実際の被写体にマッチしたＲＧＢの各信号成分を算出し、これに基づきＷＢ補正を行う。その結果、ＷＢ補正を精度良く行えることとなる。
【００５０】
＜撮像装置１Ａの動作＞
図６は、撮像装置１Ａの基本的な動作を説明するためのフローチャートである。本動作は、カメラマイコン５で実行される。
【００５１】
ステップＳ１では、ユーザが操作ボタン１９を操作することにより、シャッタースピードを設定する。このシャッタースピードは、図５の露光時間Ｔｅ１に対応するものである。
【００５２】
ステップＳ２では、暗ノイズ補正モードであるか否かを判定する。ここでは、ユーザがモード切替ボタン１５を操作して、暗ノイズ補正モードに設定されているかを判断する。ここで、暗ノイズ補正モードに設定されている場合には、ステップＳ３に進み、暗ノイズ補正モードに設定されていない場合には、ステップＳ７に進む。
【００５３】
ステップＳ３では、全フィールドの露光撮影を行う。具体的には、図５（ａ）の露光撮影Ｔｅ１および電荷読出しＴｒ１の動作により、第１〜第３フィールド２１〜２３の蓄積電荷が順に読出される。
【００５４】
ステップＳ４では、ステップＳ３で読出された全フィールドのＣＣＤ出力信号を、ＡＦＥ３で信号処理して画像メモリ４１に保存する。
【００５５】
ステップＳ５では、最終フィールドのみについて遮光撮影を行う。具体的には、図５（ａ）の遮光撮影Ｔｅ２および電荷読出しＴｒ２の動作により、第３フィールドの蓄積電荷が読出される。
【００５６】
ステップＳ６では、ステップＳ５で読出された第３フィールド２３のＣＣＤ出力信号を、ＡＦＥ３で信号処理して暗データとして画像メモリ４１に保存する。
【００５７】
ステップＳ７およびステップＳ８では、ステップＳ３およびステップＳ４と同様の動作を行う。
【００５８】
ステップＳ９では、画像処理部４２において、露光データに対する各種の画像処理が施される。
【００５９】
特に、暗ノイズ補正モードに設定されている場合には、画像メモリ４１に第３フィールド２３の遮光データが保存されているため、この遮光データに基づき黒補正部４５およびＷＢ補正部４６で上述した黒補正およびＷＢ補正が行われる。この場合、遮光データを取得したフィールドと同じ第３フィールド２３の露光データが補正される。これにより、暗ノイズの影響を受けやすい最終フィールド、すなわち露光撮影時に最後に電荷信号が読出されるフィールドの補正処理を確実に行える。すなわち、撮影された画像のＳＮ比が向上し、高品質な画像が迅速に生成できることとなる。
【００６０】
以上の撮像装置１Ａの動作により、最終フィールドの遮光データに基づき露光データの補正処理を行うため、ＣＣＤの出力信号に含まれる暗ノイズの除去を迅速に精度良く行える。特に、暗ノイズが大きくなる場合、具体的には撮影条件が高温などの悪条件となる場合や、シャッタースピードが低速となる場合などには有効である。
【００６１】
＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態に係る撮像装置１Ｂは、図１〜図３に示す第１実施形態の撮像装置１Ａと類似の構成を有しているが、カメラマイコン５の構成が異なっている。
【００６２】
すなわち、撮像装置１Ｂのカメラマイコン５には、メモリに以下で説明する動作を実行するためのプログラムが格納されている。
【００６３】
＜撮像装置１Ｂの動作＞
撮像装置１Ｂの動作は、図６のフローチャートに示す撮像装置１Ａの動作と類似しているが、ステップＳ５に示す遮光撮影の動作と、ステップＳ９に示す画像処理の動作とが異なっている。以下では、これらの動作を順に説明する。
【００６４】
図７は、撮像装置１Ｂの遮光撮影の動作を説明するための図である。本図は、シャッター１２の開閉およびＣＣＤ２の出力に関するタイミングチャートを示している。
【００６５】
上記の図５（ａ）と同様に、露光撮影終了後にシャッター２を閉状態にし、露光データである第１〜第３フィールド２１〜２３の電荷信号を読出す。その後、図５（ａ）に示す遮光撮影Ｔｅ２のための時間をとることなく、遮光状態を維持して、露光撮影時に最初に電荷信号が読出されるフィールドである第１フィールド２１の蓄積電荷を読出す。
【００６６】
これにより、露光データの読出し開始から第３フィールド２３の露光データの読出し開始までの時間Ｔｐと、第１フィールドの露光データの読出し完了から遮光データの読出し開始までの時間Ｔｑとが、ほぼ等しくなる。すなわち、暗ノイズの量は時間に比例して増加するため、第３フィールドの露光データが読出されるまでの時間Ｔｐの間に蓄積される暗ノイズの量と、遮光データの取得までに第１フィールド２１で蓄積される暗ノイズの量とがほぼ等しくなる。これにより、第３フィールドの露光データについて、電荷読出し動作中に生じる暗ノイズのレベルを正確に把握できることとなる。
【００６７】
図８は、撮像装置１Ｂの画像処理の動作を説明するための図である。
【００６８】
暗ノイズ補正モードに設定される場合の黒補正部４５およびＷＢ補正部４６における補正処理を以下で説明する。
【００６９】
図７のように取得された遮光データ、すなわち暗ノイズのレベルをＤａとすると、第３フィールド２３の露光データに含まれる暗ノイズのレベルＤ３は、上述したようにレベルＤａに等しい大きさと推定できる。また、暗ノイズのレベルは時間とともに増加する特性を有しているため、第２フィールド２２の露光データに含まれる暗ノイズのレベルＤ２及び第１フィールド２１の露光データに含まれる暗ノイズのレベルＤ１は、所定の計算値もしくは設定値により特定される。レベルＤ１〜Ｄ３に基づき、黒補正部４５およびＷＢ補正部４６において第１〜第３フィールド２１〜２３のそれぞれの画素についての露光データに対する補正処理を行うことで、撮影画像全体に対して適切な補正を行えることとなる。
【００７０】
以上の撮像装置１Ｂの動作により、第１フィールドの遮光データに基づき全フィールドの露光データに対する補正処理を行うため、ＣＣＤの出力信号に含まれる暗ノイズの除去を迅速に精度良く行える。
【００７１】
＜第３実施形態＞
本発明の第３実施形態に係る撮像装置１Ｃは、図１〜図３に示す第１実施形態の撮像装置１Ａと類似の構成を有しているが、カメラマイコン５の構成が異なっている。
【００７２】
すなわち、撮像装置１Ｃのカメラマイコン５には、以下で説明する動作を実行するためのプログラムが格納されている。
【００７３】
＜撮像装置１Ｃの動作＞
第１実施形態の撮像装置１Ａについては、露光時間が電荷読出し時間に対して比較的長い場合に効果が大きくなるのに対して、第２実施形態の撮像装置１Ｂについては、電荷読出し時間が露光時間に対して比較的長い場合に効果が大きくなる。それは、以下の理由による。
【００７４】
すなわち、電荷読出し時間よりも露光時間Ｔｅ１の方が長い場合には、第１フィールド２１の電荷読出しが完了してから第３フィールド２３の電荷読出しが完了するまでの時間Ｔ１３が露光時間Ｔｅ１よりも短い。このため、第３フィールド２３の電荷読出しが完了してすぐに第１フィールド２１の暗ノイズを読出し始めた場合には、それまでに第１フィールド２１の画素に蓄積している暗ノイズは、露光時間Ｔｅ１に相当する暗ノイズよりも小さくなる。そこで、このような場合には第１の実施形態のように、露光時間Ｔｅ１に相当する遮光期間Ｔｅ２を別途に追加して第３フィールド２３又は第１フィールド２１の遮光データを取得する。なお、遮光期間Ｔｅ２は露光時間Ｔｅ１＋Ｔ１３としてもよい。
【００７５】
これに対して、露光時間Ｔｅ１よりも電荷読出し時間の方が長い場合には、第１フィールド２１の電荷読出しが完了してから第３フィールド２３の電荷読出しが完了するまでの時間Ｔ１３内に露光時間Ｔｅ１に相当する時間が経過している。したがって、第３フィールド２３の電荷読出しが完了してすぐに第１フィールド２１の暗ノイズを読出し始めると、それまでに第１フィールド２１の画素に蓄積している暗ノイズは、露光時間Ｔｅ１に相当する暗ノイズより大きくなっている。そこで、このような場合には第２の実施形態のように遮光データを取得し、遮光データの取得プロセスを高速化している。
【００７６】
以上のような観点から、撮像装置１Ｃの動作については、これらの撮像装置１Ａおよび撮像装置１Ｂの利点を適切に引出せるように、シャッタースピード、すなわち露光時間に応じて遮光データの取得と遮光データに基づく補正処理と自動的に切替えることとしている。以下で、撮像装置１Ｃの動作を詳述する。
【００７７】
図９は、撮像装置１Ｃの基本的な動作を説明するためのフローチャートである。本動作は、カメラマイコン５で実行される。
【００７８】
ステップＳ１１では、ユーザが操作ボタン１９を操作することにより、シャッタースピード（ＳＳ）を設定する。このシャッタースピードは、図５の露光時間Ｔｅ１に対応するものである。
【００７９】
ステップＳ１２では、全フィールドの露光撮影を行う。具体的には、図５（ａ）の露光撮影Ｔｅ１および電荷読出しＴｒ１の動作により、第１〜第３フィールド２１〜２３の蓄積電荷が順に読出される。
【００８０】
ステップＳ１３では、ステップＳ１２で読出された全フィールドのＣＣＤ出力信号を、ＡＦＥ３で信号処理して画像メモリ４１に保存する。
【００８１】
ステップＳ１４では、ステップＳ１１で設定されたシャッタースピードが１／１０００秒より大きいか否かを判定する。ここで、１／１０００秒より大きい場合には、ステップＳ１５に進み、１／１０００秒以下の場合には、ステップＳ１８に進む。
【００８２】
ステップＳ１５では、ステップＳ１１で設定されたシャッタースピードが１／２秒より大きいか否かを判定する。ここで、１／２秒より大きい場合には、ステップＳ１６に進み、１／２秒以下の場合には、ステップＳ１７に進む。
【００８３】
ステップＳ１６では、最終フィールドのみについて遮光撮影を行う。具体的には、図５（ａ）に示すように、第３フィールド２３の蓄積電荷が読出される。
【００８４】
ステップＳ１７では、第１フィールド２１の画素のみについて遮光撮影を行う。具体的には、図７（ａ）に示すように、第１フィールド２１の蓄積電荷が読出される。
【００８５】
ステップＳ１８では、ステップＳ１６で読出された第３フィールド２３、またはステップＳ１７で読出された第１フィールド２３のＣＣＤ出力信号を、ＡＦＥ３で信号処理して画像メモリ４１に保存する。
【００８６】
ステップＳ１９では、ステップＳ１１で設定されたシャッタースピードが１／１０００秒より大きいか否かを判定する。ここで、１／１０００秒より大きい場合には、ステップＳ２０に進む。
【００８７】
ステップＳ２０では、ステップＳ１１で設定されたシャッタースピードが１／１００秒より大きいか否かを判定する。ここで、１／１００秒より大きい場合には、ステップＳ２１に進み、１／１００秒以下の場合には、ステップＳ２２に進む。
【００８８】
ステップＳ２１では、ステップＳ１１で設定されたシャッタースピードが１／２秒より大きいか否かを判定する。ここで、１／２秒より大きい場合には、ステップＳ２３に進み、１／２秒以下の場合には、ステップＳ２４に進む。
【００８９】
ステップＳ２２では、ステップＳ１７で取得した第１フィールド２１の遮光データに基づき、最終（第３）フィールド２３の露光データについて、黒補正部４５およびＷＢ補正部４６で補正処理を行う。
【００９０】
ステップＳ２３では、ステップＳ１６で取得した最終（第３）フィールド２３の遮光データに基づき、図８に示すように各フィールドの暗ノイズを推定した後、全フィールド２１〜２３の露光データについて、黒補正部４５およびＷＢ補正部４６で補正処理を行う。
【００９１】
ステップＳ２４では、ステップＳ１７で取得した第１フィールド２１の遮光データに基づき、図８に示すように各フィールドの暗ノイズを推定した後、全フィールド２１〜２３の露光データについて、黒補正部４５およびＷＢ補正部４６で補正処理を行う。
【００９２】
これらの補正処理のバリエーションをまとめると、以下のようになる。
【００９３】
▲１▼シャッター時間ＳＳが短い（ＳＳ≦１／１０００）ときには暗ノイズの影響が全体的に少なく、遮光データに基づく補正を行わなくても高品質の画像が得られる場合が多いために、遮光データに基づく画像補正を省略することによって、撮影の高速化を優先する。
【００９４】
▲２▼シャッター時間ＳＳが中間範囲内でかつ比較的短めな場合（１／１０００＜ＳＳ≦１／１００）には、暗ノイズの影響が出やすい最終フィールドの画像データについてのみ遮光データに基づく補正を実行して、撮影の高速化を無用に低下させずに画像品質を維持する。ここで使用する遮光データは第１フィールド２１についての遮光データであるが、それは第２実施形態の好ましい適用条件に関連して既述したように、遮光データの取得のために別途に遮光期間を設ける必要がないためである。
【００９５】
▲３▼シャッター時間ＳＳが中間範囲内でかつ比較的長めな場合（１／１００＜ＳＳ≦１／２）には、暗ノイズの影響が全体的に増えてくるために、遮光データに基づく補正を全フィールドの画像データに対して実行することによって、画像品質の維持を優先する。この場合も、遮光データとしては第１フィールド２１についての遮光データを使用する。
【００９６】
▲４▼シャッター時間ＳＳが長い場合（１／２＞ＳＳ）には、同様に遮光データに基づく補正を全フィールドの画像データに対して実行するが、そこで使用する遮光データは最終フィールドについての遮光データである。それは、第１実施形態の好ましい適用条件に関連して既述したように、遮光データの取得のために別途に遮光期間を設けて露光時間に相当する時間にわたって暗ノイズを蓄積させることが好ましいためである。
【００９７】
以上のような撮像装置１Ｃの動作により、一部のフィールドの遮光データに基づき露光データの補正処理を行うため、ＣＣＤの出力信号に含まれる暗ノイズの除去を迅速に精度良く行える。さらに、シャッタースピード（露光時間）に応じて、遮光データを取得するフィールドを選択（ステップＳ１４〜Ｓ１７）し、また補正処理を行うフィールドを決定（ステップＳ１９〜Ｓ２４）するため、遮光データの取得と遮光データに基づく補正処理とを適切に行えることとなる。
【００９８】
＜変形例＞
◎上記の各実施形態のＣＣＤ（撮像素子）については、３つのフィールドを有するタイプであるのは必須ではなく、２つのフィールドでも、４以上のフィールドを有するタイプでも良い。
【００９９】
◎上記の各実施形態のシャッターについては、メカニカルシャッターであることは必須ではなく、液晶を利用したシャッターなどでも良い。
【０１００】
◎上記の第１および第２実施形態については、撮像装置内に温度センサを設けてＣＣＤが所定の温度以上の高温となる場合に、暗ノイズ補正モードに自動的に切替えるようにしても良い。この場合、温度上昇に伴い増加する暗ノイズを適切に除去できることなる。
【０１０１】
◎第２実施形態については、図８に示すように第３フィールドの暗ノイズを基準とした演算で第１および第２フィールドの暗ノイズを推定するのは必須でなく、あらかじめ実験的に求めた統計データから導出される関数に基づいて、第１および第２フィールドの暗ノイズを推定しても良い。
【０１０２】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１ないし請求項５の発明によれば、露光データを構成する複数のフィールドのうちの一部のフィールドについて遮光データを取得し、その一部のフィールドについての遮光データに基づいて露光データの補正内容を決定する。したがって、遮光データのデータ量は比較的少なくて済む一方で、露光データの補正に必要な情報は取得されるため、暗ノイズの影響を除去しつつ迅速に高品質な画像をユーザに提供可能である。
【０１０３】
その結果、シャッターチャンスを十分に生かすことが可能であり、連写モードなどにおいては連写速度を向上させることもできる。
【０１０４】
特に、請求項２の発明においては、受光部を遮光状態とした際の電荷信号蓄積時間が、露光データを得る際の露光時間に応じて決定されるため、露光データに含まれる暗電流成分の大きさを精度良く知ることができる。
【０１０５】
また、請求項３の発明においては、最初に画像信号が読出されるフィールドに相当する画素から遮光データを取得するため、最後に画像データが読出されるフィールドとほぼ同じ時間だけ暗ノイズを蓄積した遮光データを取得できることになり、遮光データに基づく補正が特に適切となる。
【０１０６】
また、請求項４の発明においては、最後に画像データが読出されるフィールドを補正対象に含むため、暗ノイズの影響が大きくなる最後のフィールドについて補正処理を確実に行える。
【０１０７】
また、請求項５の発明においては、複数のフィールドから露光時間に応じて一部のフィールドを選択するとともに、露光時間に応じて補正対象のフィールドを決定するため、補正による画像品質の維持と撮影の迅速性とのバランスを、露光時間に応じて適切に選択できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る撮像装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃを示す斜視図である。
【図２】撮像装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃの背面図である。
【図３】撮像装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃの機能ブロックを示す図である。
【図４】ＣＣＤ２の電荷読出し方法を説明するための図である。
【図５】遮光データを取得する方法を説明するための図である。
【図６】撮像装置１Ａの基本的な動作を説明するためのフローチャートである。
【図７】本発明の第２実施形態に係る撮像装置１Ｂの遮光撮影の動作を説明するための図である。
【図８】撮像装置１Ｂの画像処理の動作を説明するための図である。
【図９】本発明の第３実施形態に係る撮像装置１Ｃの基本的な動作を説明するためのフローチャートである。
【図１０】暗ノイズを説明するための図である。
【図１１】暗ノイズの除去について説明するための図である。
【図１２】従来例に係る遮光データの取得方法を説明するための図である。
【符号の説明】
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ　撮像装置
２　ＣＣＤ
２ａ　受光部
５　カメラマイコン
１２　メカニカルシャッター
２１　第１フィールド
２２　第２フィールド
２３　第３フィールド
４１　画像メモリ
４５　黒補正部
４６　ＷＢ補正部

Claims

撮像装置であって、
（ａ）受光部の画素配列の信号を複数のフィールドに分けてフィールドごとに読出し可能な撮像手段と、
（ｂ）前記受光部に対する露光状態と遮光状態とを切替える切替手段と、
（ｃ）前記受光部が前記露光状態のときに前記受光部の各画素で蓄積される電荷信号をフィールドごとに順次に読出して、前記複数のフィールドのすべてについて露光データを取得する露光データ取得手段と、
（ｄ）前記複数のフィールドのうち一部のフィールドに相当する画素について、
前記受光部が前記遮光状態のときに前記受光部で蓄積される電荷信号を読出して遮光データを取得する遮光データ取得手段と、
（ｅ）前記一部のフィールドについての前記遮光データに基づいて、前記露光データの補正内容を決定する補正内容決定手段と、
を備えることを特徴とする撮像装置。
請求項１に記載の撮像装置において、
前記一部のフィールドの画素における前記遮光状態での電荷信号蓄積時間は、前記露光データを得る際の露光時間に応じて決定されることを特徴とする撮像装置。
請求項１または請求項２に記載の撮像装置において、
前記一部のフィールドは、前記露光データの取得の際に前記受光部から最初に読出されるフィールドであることを特徴とする撮像装置。
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の撮像装置において、
前記補正内容決定手段での補正対象となるフィールドは、前記露光データの取得の際に前記受光部から最後に読出されるフィールドを含むことを特徴とする撮像装置。
請求項１または請求項２に記載の撮像装置において、
前記遮光データ取得手段は、
（ｄ−２）前記露光データを得る際の露光時間に応じて、前記複数のフィールドから前記一部のフィールドを選択する選択手段、
を有するとともに、
前記補正内容決定手段は、
（ｅ−１）前記露光時間に応じて、前記複数のフィールドから補正対象のフィールドを決定する補正対象決定手段、
を有することを特徴とする撮像装置。