JP2004080189A - Signal processor and signal processing method for solid state imaging device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種のカメラシステム等に用いられる固体撮像素子の信号処理装置及び信号処理方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、固体撮像素子の画素アレイを構成する光電変換素子の電荷蓄積量(飽和信号レベル)には画素毎にバラツキがあり、高輝度時の固定パターンノイズとして現れる。
その制約から、従来の固体撮像素子では、各光電変換素子の電荷蓄積特性が全体として直線性を確保できる部分のみを使用して光量検出を行っていたため、各光電変換素子の一番小さい飽和信号レベルによって全体のダイナミックレンジが規制されていた。
図4は、2つの画素信号の二ー(Knee)特性と飽和信号レベルのバラツキと使用特性領域の一例を示す説明図である。
図示のように、2つの画素信号の二ー特性S1、S2の相違によって、それぞれの飽和信号レベルQs1、Qs2が異なるため、光量と出力信号の関係が直線性を有するa点以下の領域を使用することが必要となる。
【0003】
一方、例えば室内から屋外を撮影するときなどのように、極めて明るい(高輝度)被写体と比較的暗い(低輝度)被写体とが混在するような場面を撮像する場合には、高輝度被写体または低輝度被写体のいずれか一方に対応して適正レベルとなる露光時間を調整すると、固体撮像素子のダイナミックレンジが狭いために、白とび、または黒つぶれが生じるという問題がある。
【0004】
そこで、近年、このような問題を解決するために、通常の露光時間による電荷蓄積で得られる信号(以下、通常露光信号という)VHと、短時間露光による電荷蓄積で得られる信号(以下、短時間露光信号という)VLとを、それぞれ適当なレベルに調整して加算するような信号処理により、ダイナミックレンジの拡大を図るような方法が提案されている(例えば、特願平11−271238号等参照)。
図5は、このような通常露光信号と短時間露光信号とを加算して高ダイナミックレンジ画像を得る場合の信号処理を示す説明図である。
例えば、固体撮像素子の電子シャッタ機能を用いて通常露光と短時間露光とを別々に行い、それぞれの露光によって得られる図5(A)に示す通常露光信号VHと図5(B)に示す短時間露光信号VLとをそれぞれレベル調整し、加算器10で加算することにより、図5(C)に示すような高ダイナミックレンジ画像を得ることができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術のように、通常露光と短時間露光とを組み合わせる方法では、複数回の露光動作を行う必要があり、露光制御が煩雑であるという問題があった。
また、信号処理にてVHとVLの信号を適当なレベルで足し合わせているが、信号処理が複雑になることや、複数回露光によって撮像したタイミングが異なるために合成した画像にズレを生ずることなどの問題があった。
【0006】
そこで本発明の目的は、通常露光と短時間露光の組み合わせによることなく、光電変換素子による電荷蓄積量のニー特性領域以上の領域を有効利用することでダイナミックレンジを拡大させることができる固体撮像素子の信号処理装置及び信号処理方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成するため、予め固体撮像素子の各画素における入出力特性を測定することにより、光電変換素子の飽和領域に対する補正用データを算出する補正用データ算出手段と、前記補正用データ算出手段によって算出された補正用データを記憶する記憶手段と、実際の撮像時に、前記固体撮像素子からの撮像データを前記補正用データを用いて補正することにより、前記光電変換素子の飽和曲線を理想曲線に近似させる補正演算手段とを有するものである。
また本発明は、予め固体撮像素子の各画素における入出力特性を測定することにより、光電変換素子の飽和領域に対する補正用データを算出する補正用データ算出ステップと、前記補正用データ算出ステップによって算出された補正用データを記憶手段に記憶する記憶ステップと、実際の撮像時に、前記固体撮像素子からの撮像データを前記補正用データを用いて補正することにより、前記光電変換素子の飽和曲線を理想曲線に近似させる補正演算ステップとを有することを特徴とする。
【0008】
本発明では、予め固体撮像素子の各画素における入出力特性を測定することにより、光電変換素子の飽和領域に対する補正用データを算出して記憶しておき、実際の撮像時には固体撮像素子からの撮像データを補正用データを用いて補正することにより、光電変換素子の飽和曲線を理想曲線に近似させるようにしたことから、上記従来技術のように通常露光と短時間露光の組み合わせる方法を用いることなく、光電変換素子による電荷蓄積量の飽和領域、すなわち、ニー特性領域以上の領域を有効利用して出力信号を得ることができ、固体撮像素子のダイナミックレンジを拡大させることができる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態例を図面に基づき詳細に説明する。
本実施の形態例による信号処理装置及び信号処理方法は、固体撮像素子のニーポイント前後及びニーポイント以上の直線性の無い領域の入出力特性(入力光の入力レベルと出力レベルとの関係)を画素毎に測定して記憶しておき、その記憶した入出力特性に基づいて実際の撮像時における出力値から入力光のレベルを逆算し、この逆算によって求められる入力光のレベルを用いて撮像信号を算出することにより、光電変換素子の飽和領域であるニーポイント前後及びニーポイント以上の領域も出力信号として利用できるようにし、実用上のダイナミックレンジを拡大するものである。
すなわち、本実施の形態例では、従来は用いていなかった直線性の無いニーポイント前後及びニーポイント以上の領域を有効利用することにより、ダイナミックレンジを拡大させることができる。
【0010】
図1は、本発明の実施の形態例による固体撮像素子とその信号処理装置を含むカメラシステムの構成例を示すブロック図である。
図示のように、本実施の形態例によるカメラシステムは、固体撮像素子1、CDS/AGC回路2、A/D回路3、信号処理部4、及び記憶装置5を有し、被写体(光源A)の撮像を行うものである。
【0011】
固体撮像素子1は、例えばCCDイメージセンサやCMOSイメージセンサ等であり、半導体チップ上に、それぞれフォトダイオード等の光電変換素子よりなる複数の単位画素を2次元アレイ状に配置した撮像領域を有し、被写体から得られる反射光を各単位画素によって画素信号に変換し、アナログ画像信号の状態で出力するものである。
CDS/AGC回路2は、固体撮像素子1からの画像信号に対してCDS(相関二重サンプリング)によるノイズ除去やAGC(自動利得制御)等の処理を行うものであり、A/D回路3は、このCDS/AGC回路2によって処理されたアナログ画像信号をデジタル画像信号に変換するものである。
【0012】
信号処理部4は、例えばDSP(デジタルシグナルプロセッサ)やマイクロプロセッサ等を含んで構成され、A/D回路3から出力されるデジタル画像信号に対し、例えば色分離、ホワイトバランス、ガンマ補正等の各種信号処理を施すものである。また、特に本例では、固体撮像素子1のニーポイント前後及びニーポイント以上の直線性の無い領域の入出力特性(入力光の入力レベルと出力レベルとの関係)を画素毎に測定して記憶装置5に記憶するための演算処理や、この記憶した入出力特性に基づいて実際の撮像時における固体撮像素子1の出力値から入力光のレベルを逆算し、この逆算によって求められる入力光のレベルを用いて撮像信号を算出するための演算処理を行う演算機能を有している。
記憶装置5は、この信号処理部4によって算出された各種演算データを保存しておくものである。
【0013】
光源Aは、固体撮像素子1のニーポイント前後及びニーポイント以上の直線性の無い領域の入出力特性(入力光の入力レベルと出力レベルとの関係)を画素毎に測定する場合の測定用基準光源であり、光量レベルを高精度に制御できる機能を有しているものとする。
なお、図1に示す構成は、本発明を適用できるカメラシステムの一例であり、特に本発明を限定するものではない。例えば、A/D変換後にCDSやAGCの処理を行う構成や、固体撮像素子1自体がデジタル出力機能を有するような場合も適用可能である。
【0014】
次に、このような構成のカメラシステムにおけるダイナミックレンジ拡大のための信号処理方法について説明する。
まず、第1の方法としては、例えばカメラシステムの製造時に、光源Aからの光を固体撮像素子1に低レベル光から高レベル光まで入力させ、固体撮像素子1の画素毎に入出力特性を記憶装置5に記憶させる。
図2は、ある画素における入出力特性の例を示す説明図であり、縦軸は光電変換素子の電荷蓄積量(出力レベル)、横軸は光源Aからの光量を示している。なお、便宜上、縦軸にはb、d、fの各点を付し、横軸にはa、c、e、gの各点を付しているが、e点とf点の交点が二ーポイントを示し、また、f点が飽和信号レベルとなっている。
そして、このときのニー特性は、おおむね飽和信号レベルf及び傾き{(d−c)/(b−a)}で近似できる。
ここで、記憶装置5におけるニー特性の具体的記憶方法としては、飽和信号レベルfに1バイト、傾き{(d−c)/(b−a)}として2バイトを割り当て、固体撮像素子1の有効画素数をNとすると、3Nバイト程度の記憶容量で実現できる。
【0015】
次に、ダイナミックレンジ拡大のために、ニーポイント前後及びニーポイント以上の直線性の無い領域での出力信号の算出方法について説明する。
まず、光源Aの光量を、低レベル光から高レベル光まで段階的に変化させて入力し、図2に示す光量a、c、gに対応する出力信号が得られるようにする。そして、信号処理部4では、この出力信号を画素毎に測定し、その値を生の撮像データとしていったん記憶装置5に記憶させる。
次に、この生の撮像データに基づいて、信号処理部4による演算処理を行い、その画素に対応する飽和信号量f及び傾きを計算し、記憶装置5に記憶させる。飽和信号量fは光量gに対応する出力信号から求めることができ、傾きは光量a、cに対する出力信号b、dから{(d−c)/(b−a)}で計算できる。
【0016】
次に、実際の撮像時の処理について説明する。
図3は、実際の撮像時における2つの画素信号の二ー特性と飽和信号レベルのバラツキを示す説明図であり、縦軸は光電変換素子の電荷蓄積量(出力レベル)、横軸は被写体からの入射光量を示している。なお、図3に示す内容は、基本的に図4に示す内容と対応するものである。
ここで、実際の撮像の際には、固体撮像素子1から得られた生の撮像データに対し、記憶装置5に記憶された飽和信号量と傾きを用いて補正を行う。
まず、実際の撮像時に得られた生の撮像データのレベルが飽和信号レベルに対して小さい場合(すなわち図3に示す矢線aの範囲内の場合)には、生の撮像データのレベルが、おおむね{(d−c)/(b−a)}の傾き線上に存在することになるので、生の撮像データのレベルが出力レベルとなる。
【0017】
しかし、実際の撮像時に得られた生の撮像データのレベルが飽和信号レベルに近い場合には、特性の線形性が損なわれており、図2に示すような飽和曲線となるため、その生の撮像データのレベルを{(d−c)/(b−a)}の傾き線で近似する。
すなわち、図2に示すように、{(d−c)/(b−a)}の傾き線上では、飽和信号レベルに対応する光量がe点にあるので、生の撮像データのレベルに基づいて、c点からe点までの間の該当する光量を逆算する。そして、この光量に対応する傾き線上の出力レベルを当該画素の出力レベルとして出力する。
このようにして、飽和信号レベルの小さい画素について、入出力特性の直線性が確保できない飽和領域(ニーポイント前後及びニーポイント以上の領域)において、出力信号を理想曲線としての傾き線によって直線的に近似することで、ダイナミックレンジを拡大することができる。
例えば、図3に示すように、飽和信号レベルの小さい画素でダイナミックレンジが矢印aから矢印bに拡大でき、固体撮像素子全体としてのダイナミックレンジの拡大に寄与できる。
【0018】
なお、以上のような信号処理方法では、カメラシステムの製造時に補正用のデータを記憶させたが、光源の色温度が異なる場合など、状況に応じて補正用データの書き換えを行うこともできる。
この場合、固体撮像素子の電子シャッタを用いて、一定光量の光源に対して光量を低レベルから高ライトまで段階的に調整することにより、上述と同様の補正用データの入力が可能となる。
また、上述した例では、飽和信号レベルf及び傾き線から飽和曲線を近似したが、より正確な理想曲線に近似させるための測定方法として、2点間の折れ線近似を複数回行い、曲線近似させたグラフのテーブルデータを画素毎に記憶させ、その値を読み出して信号処理を行うようにすることも可能である。
また、上述した例では、画素毎に補正をかけていたが、記憶装置5の容量を削減、処理速度向上のため、複数画素からなるエリアを単位エリアとし、この単位エリア毎に補正処理を行うような構成であってもよい。
すなわち、具体的な近似や補正の方法としては、例えばカメラシステムのグレートや用途等に応じて、簡易なものから高精度のものまで種々採用し得るものである。
【0019】
また、以上の実施の形態例では、本発明を固体撮像素子の信号処理装置として構成した例を説明したが、本発明は、同様の機能を有する固体撮像素子と信号処理回路とを具備した固体撮像装置として捉えることも可能である。
図6は、このような固体撮像装置の1つの構成例を示す説明図であり、CCDイメージセンサと信号処理回路とを1つの半導体チップ11上に設けた例を示している。
この固体撮像装置において、2次元画素アレイ110には、それぞれフォトダイオード等の光電変換素子を含む単位画素120が2次元配列で設けられており、各単位画素120の各列に沿って複数の垂直レジスタ130が設けられている。そして、各垂直レジスタ130は、各単位画素120によって生成、蓄積された信号電荷を読み出して垂直方向に転送し、2次元画素アレイ110の側部に設けられた水平レジスタ140に出力する。
【0020】
また、水平レジスタ140は、各垂直レジスタ130からの信号電荷を行毎に水平方向に転送し、出力部150に出力する。
出力部150は、水平レジスタ140から転送された信号電荷をフローティングデフュージョン部を介して電圧信号に変換し、さらに増幅して後段の信号処理回路160に出力するものである。
そして、この信号処理回路160には、例えば図1に示したCDS/AGC回路2、A/D回路3、信号処理部4、記憶装置5等が設けられている。
また、図では省略しているが、2次元画素アレイ110等を設けた半導体チップ11の上には、ゲート絶縁膜、各レジスタ130、140用の転送電極、遮光膜、層間絶縁膜、及び各種配線層等が積層され、その上にオンチップ構造でカラーフィルタやマイクロレンズが搭載されている。
なお、信号処理回路160における処理の内容としては、図1の例で説明した内容と共通であるので説明は省略する。
また、図6に示した例では、固体撮像素子を設けた同一半導体チップ上に信号処理回路を搭載した例を示しているが、別のチップに分離した構成であってもよい。また、固体撮像素子としてCMOSイメージセンサを用いた場合にも同様である。
【0021】
【発明の効果】
以上説明したように本発明では、予め固体撮像素子の各画素における入出力特性を測定することにより、光電変換素子の飽和領域に対する補正用データを算出して記憶しておき、実際の撮像時には固体撮像素子からの撮像データを補正用データを用いて補正することにより、光電変換素子の飽和曲線を理想曲線に近似させるようにしたことから、光電変換素子による電荷蓄積量の飽和領域、すなわち、ニー特性領域以上の領域を有効利用して出力信号を得ることができる。
したがって、上記従来技術のように通常露光と短時間露光の組み合わせる方法を用いることなく、固体撮像素子のダイナミックレンジを拡大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態例による固体撮像素子とその信号処理装置を含むカメラシステムの構成例を示すブロック図である。
【図2】図1に示すカメラシステムで用いられる固体撮像素子のある画素における入出力特性の例を示す説明図である。
【図3】図1に示すカメラシステムの実際の撮像時における2つの画素信号の二ー特性と飽和信号レベルのバラツキを示す説明図である。
【図4】固体撮像素子における2つの画素信号の二ー(Knee)特性と飽和信号レベルのバラツキと使用特性領域の一例を示す説明図である。
【図5】従来の通常露光信号と短時間露光信号とを加算して高ダイナミックレンジ画像を得る場合の信号処理を示す説明図である。
【図6】本発明の第2の実施の形態例による固体撮像装置の構成例を示す説明図である。
【符号の説明】
A……光源、1……固体撮像素子、2……CDS/AGC回路、3……A/D回路、4……信号処理部、5……記憶装置。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a signal processing device and a signal processing method for a solid-state imaging device used in various camera systems and the like.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, the charge accumulation amount (saturation signal level) of a photoelectric conversion element constituting a pixel array of a solid-state image sensor has variation for each pixel, and appears as fixed pattern noise at the time of high luminance.
Due to this limitation, in the conventional solid-state imaging device, since the light amount detection is performed using only the portion where the charge storage characteristics of each photoelectric conversion element can ensure linearity as a whole, the smallest saturation signal of each photoelectric conversion element is used. The overall dynamic range was regulated by the level.
FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating an example of a use characteristic region in which two (Knee) characteristics of two pixel signals, a variation in a saturation signal level, and the like are used.
As shown in the figure, since the saturation signal levels Qs1 and Qs2 are different due to the difference between the two characteristics S1 and S2 of the two pixel signals, the area between the point a and the point where the relationship between the light quantity and the output signal is linear is used. It is necessary to do.
[0003]
On the other hand, when imaging a scene in which an extremely bright (high luminance) object and a relatively dark (low luminance) object are mixed, such as when photographing an indoor area to an outdoor area, a high luminance object or a low Adjusting the exposure time at an appropriate level corresponding to any one of the luminance subjects has a problem that overexposure or underexposure occurs because the dynamic range of the solid-state imaging device is narrow.
[0004]
Therefore, in recent years, in order to solve such a problem, a signal VH obtained by charge accumulation by a normal exposure time (hereinafter, referred to as a normal exposure signal) and a signal VH obtained by charge accumulation by a short time exposure (hereinafter, referred to as a short signal). A method has been proposed in which the dynamic range is expanded by signal processing in which VL and a time exposure signal are each adjusted to an appropriate level and added (for example, Japanese Patent Application No. 11-271238). reference).
FIG. 5 is an explanatory diagram showing signal processing when a high dynamic range image is obtained by adding such a normal exposure signal and a short exposure signal.
For example, normal exposure and short-time exposure are separately performed using the electronic shutter function of the solid-state imaging device, and the normal exposure signal VH shown in FIG. 5A and the short exposure shown in FIG. By adjusting the levels of the time exposure signals VL and adding them by the
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the method of combining the normal exposure and the short-time exposure as in the above-described related art, there is a problem that the exposure operation needs to be performed a plurality of times, and the exposure control is complicated.
In addition, VH and VL signals are added at an appropriate level in the signal processing. However, the signal processing becomes complicated, and a shift occurs in a synthesized image due to different timings taken by multiple exposures. There was such a problem.
[0006]
Therefore, an object of the present invention is to provide a solid-state imaging device capable of expanding a dynamic range by effectively utilizing a region equal to or more than a knee characteristic region of a charge storage amount by a photoelectric conversion element without using a combination of normal exposure and short-time exposure. And a signal processing method.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention measures correction data calculation means for calculating correction data for a saturation region of a photoelectric conversion element by measuring input / output characteristics of each pixel of a solid-state imaging device in advance; A storage unit for storing the correction data calculated by the data calculation unit, and a saturation curve of the photoelectric conversion element by correcting the imaging data from the solid-state imaging device using the correction data during actual imaging. And a correction operation means for approximating the equation to an ideal curve.
The present invention also provides a correction data calculation step of calculating correction data for a saturation region of a photoelectric conversion element by measuring input / output characteristics of each pixel of a solid-state imaging device in advance, and calculating the correction data by the correction data calculation step. Storing the corrected data in the storage means, and correcting the image data from the solid-state image sensor using the correction data at the time of actual imaging, so that the saturation curve of the photoelectric conversion element is ideal. And a correction operation step of approximating the curve.
[0008]
In the present invention, the input / output characteristics of each pixel of the solid-state imaging device are measured in advance to calculate and store correction data for the saturation region of the photoelectric conversion device. By correcting the data using the correction data, since the saturation curve of the photoelectric conversion element is approximated to an ideal curve, without using a method of combining normal exposure and short-time exposure as in the above-described prior art. In addition, an output signal can be obtained by effectively using a region where the amount of charge stored by the photoelectric conversion element is saturated, that is, a region equal to or larger than the knee characteristic region, and the dynamic range of the solid-state imaging device can be expanded.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
The signal processing device and the signal processing method according to the present embodiment are designed to measure the input / output characteristics (the relationship between the input level and the output level of the input light) of the solid-state imaging device before and after the knee point and in a region having no linearity above the knee point. Measured and stored for each pixel, and based on the stored input / output characteristics, inversely calculates the level of the input light from the output value at the time of actual imaging, and uses the level of the input light obtained by the inverse calculation to obtain an image signal. By calculating, the region before and after the knee point, which is the saturation region of the photoelectric conversion element, and the region above the knee point can be used as an output signal, thereby expanding the practical dynamic range.
That is, in the present embodiment, the dynamic range can be expanded by effectively utilizing the area before and after the knee point having no linearity, which has not been used conventionally, and the area above the knee point.
[0010]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of a camera system including a solid-state imaging device and a signal processing device thereof according to an embodiment of the present invention.
As illustrated, the camera system according to the present embodiment includes a solid-
[0011]
The solid-
The CDS /
[0012]
The signal processing unit 4 includes, for example, a DSP (Digital Signal Processor) and a microprocessor. The signal processing unit 4 performs various operations such as color separation, white balance, and gamma correction on the digital image signal output from the A /
The
[0013]
The light source A is a measurement reference for measuring input / output characteristics (relationship between input level and output level of input light) for each pixel before and after the knee point of the solid-
The configuration shown in FIG. 1 is an example of a camera system to which the present invention can be applied, and does not particularly limit the present invention. For example, a configuration in which CDS or AGC processing is performed after A / D conversion or a case where the solid-
[0014]
Next, a signal processing method for expanding the dynamic range in the camera system having such a configuration will be described.
First, as a first method, for example, at the time of manufacturing a camera system, light from a light source A is input to the solid-
FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of input / output characteristics of a certain pixel. The vertical axis indicates the amount of charge stored in the photoelectric conversion element (output level), and the horizontal axis indicates the amount of light from the light source A. For convenience, the ordinate represents points b, d, and f, and the abscissa represents points a, c, e, and g. And the point f is the saturation signal level.
The knee characteristic at this time can be approximately approximated by the saturation signal level f and the gradient {(dc) / (ba)}.
Here, as a specific storage method of the knee characteristic in the
[0015]
Next, a description will be given of a method of calculating an output signal in a region where there is no linearity before and after the knee point and at or above the knee point for expanding the dynamic range.
First, the light amount of the light source A is changed and input stepwise from low-level light to high-level light so that output signals corresponding to the light amounts a, c, and g shown in FIG. 2 are obtained. Then, the signal processing unit 4 measures the output signal for each pixel, and temporarily stores the value in the
Next, based on the raw image data, arithmetic processing is performed by the signal processing unit 4, and the saturation signal amount f and the slope corresponding to the pixel are calculated and stored in the
[0016]
Next, processing at the time of actual imaging will be described.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing the variation of the two characteristics and the saturation signal level of the two pixel signals at the time of actual imaging, in which the vertical axis represents the charge accumulation amount (output level) of the photoelectric conversion element, and the horizontal axis represents the distance from the subject. Are shown. The contents shown in FIG. 3 basically correspond to the contents shown in FIG.
Here, at the time of actual imaging, the raw imaging data obtained from the solid-
First, when the level of the raw imaging data obtained at the time of actual imaging is smaller than the saturation signal level (that is, within the range of the arrow a shown in FIG. 3), the level of the raw imaging data becomes Since the image data substantially exists on the inclination line of {(dc) / (ba)}, the level of the raw image data becomes the output level.
[0017]
However, when the level of the raw imaging data obtained at the time of actual imaging is close to the saturation signal level, the linearity of the characteristic is impaired, and a saturation curve as shown in FIG. 2 is obtained. The level of the imaging data is approximated by a gradient line of {(dc) / (ba)}.
That is, as shown in FIG. 2, on the inclination line of {(dc) / (ba)}, the light amount corresponding to the saturation signal level is at point e, and therefore, based on the level of the raw imaging data. , The corresponding light quantity from point c to point e is calculated back. Then, the output level on the slope line corresponding to this light amount is output as the output level of the pixel.
In this manner, for a pixel having a low saturation signal level, the output signal is linearly expressed by the slope line as the ideal curve in the saturation region where the linearity of the input / output characteristics cannot be ensured (the region before and after the knee point and the region above the knee point). By approximation, the dynamic range can be expanded.
For example, as shown in FIG. 3, the dynamic range of a pixel having a small saturation signal level can be expanded from arrow a to arrow b, which can contribute to the expansion of the dynamic range of the entire solid-state imaging device.
[0018]
In the above-described signal processing method, correction data is stored at the time of manufacturing the camera system. However, the correction data can be rewritten according to the situation, such as when the color temperature of the light source is different.
In this case, by using the electronic shutter of the solid-state imaging device to adjust the light amount stepwise from a low level to a high light for a light source having a constant light amount, it is possible to input the same correction data as described above.
Further, in the above-described example, the saturation curve is approximated from the saturation signal level f and the slope line. However, as a measurement method for approximating a more accurate ideal curve, a polygonal line approximation between two points is performed a plurality of times to approximate the curve. It is also possible to store the graph table data for each pixel and read out the value to perform signal processing.
In the above-described example, the correction is performed for each pixel. However, in order to reduce the capacity of the
In other words, as a specific approximation or correction method, various methods can be adopted, from a simple one to a high-precision one, depending on, for example, the grade and application of the camera system.
[0019]
Further, in the above embodiments, an example has been described in which the present invention is configured as a signal processing device of a solid-state imaging device. However, the present invention provides a solid-state imaging device having a solid-state imaging device and a signal processing circuit having similar functions. It is also possible to regard it as an imaging device.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing one configuration example of such a solid-state imaging device, and shows an example in which a CCD image sensor and a signal processing circuit are provided on one semiconductor chip 11.
In this solid-state imaging device,
[0020]
The horizontal register 140 transfers the signal charges from each of the
The
The
Although not shown in the figure, a gate insulating film, transfer electrodes for each of the
The details of the processing in the
Further, in the example shown in FIG. 6, an example is shown in which the signal processing circuit is mounted on the same semiconductor chip provided with the solid-state imaging device. The same applies to the case where a CMOS image sensor is used as a solid-state imaging device.
[0021]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, the input / output characteristics of each pixel of the solid-state imaging device are measured in advance to calculate and store correction data for the saturation region of the photoelectric conversion device. Since the saturation curve of the photoelectric conversion element is approximated to the ideal curve by correcting the imaging data from the imaging element using the correction data, the saturation region of the charge accumulation amount by the photoelectric conversion element, that is, the knee is obtained. An output signal can be obtained by effectively using a region equal to or larger than the characteristic region.
Therefore, the dynamic range of the solid-state imaging device can be expanded without using a method of combining the normal exposure and the short-time exposure as in the above-described related art.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of a camera system including a solid-state imaging device and a signal processing device thereof according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of input / output characteristics of a certain pixel of a solid-state imaging device used in the camera system shown in FIG.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing two characteristics of two pixel signals and a variation in a saturation signal level during actual imaging of the camera system shown in FIG. 1;
FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating an example of a use (Knee) characteristic of two pixel signals, a variation in a saturation signal level, and a use characteristic region in a solid-state imaging device.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing signal processing in the case where a conventional exposure signal and a short-time exposure signal are added to obtain a high dynamic range image.
FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating a configuration example of a solid-state imaging device according to a second embodiment of the present invention;
[Explanation of symbols]
A: light source, 1: solid-state image sensor, 2: CDS / AGC circuit, 3: A / D circuit, 4: signal processing unit, 5: storage device.
Claims (11)
前記補正用データ算出手段によって算出された補正用データを記憶する記憶手段と、
実際の撮像時に、前記固体撮像素子からの撮像データを前記補正用データを用いて補正することにより、前記光電変換素子の飽和曲線を理想曲線に近似させる補正演算手段と、
を有することを特徴とする固体撮像素子の信号処理装置。By measuring the input / output characteristics of each pixel of the solid-state imaging device in advance, correction data calculation means for calculating correction data for the saturation region of the photoelectric conversion element,
Storage means for storing the correction data calculated by the correction data calculation means,
At the time of actual imaging, by correcting imaging data from the solid-state imaging device using the correction data, a correction operation unit that approximates a saturation curve of the photoelectric conversion element to an ideal curve,
A signal processing device for a solid-state imaging device, comprising:
前記補正用データ算出ステップによって算出された補正用データを記憶手段に記憶する記憶ステップと、
実際の撮像時に、前記固体撮像素子からの撮像データを前記補正用データを用いて補正することにより、前記光電変換素子の飽和曲線を理想曲線に近似させる補正演算ステップと、
を有することを特徴とする固体撮像素子の信号処理方法。By measuring the input / output characteristics of each pixel of the solid-state imaging device in advance, a correction data calculation step of calculating correction data for the saturation region of the photoelectric conversion element,
A storage step of storing the correction data calculated in the correction data calculation step in storage means,
At the time of actual imaging, by correcting imaging data from the solid-state imaging device using the correction data, a correction operation step of approximating a saturation curve of the photoelectric conversion element to an ideal curve,
A signal processing method for a solid-state imaging device, comprising:
前記信号処理回路は、
予め固体撮像素子の各画素における入出力特性を測定することにより、光電変換素子の飽和領域に対する補正用データを算出する補正用データ算出手段と、
前記補正用データ算出手段によって算出された補正用データを記憶する記憶手段と、
実際の撮像時に、前記固体撮像素子からの撮像データを前記補正用データを用いて補正することにより、前記光電変換素子の飽和曲線を理想曲線に近似させる補正演算手段と、
を有することを特徴とする固体撮像装置。A solid-state imaging device that images a subject, and a signal processing circuit that processes a signal output from the solid-state imaging device,
The signal processing circuit,
By measuring the input / output characteristics of each pixel of the solid-state imaging device in advance, correction data calculation means for calculating correction data for the saturation region of the photoelectric conversion element,
Storage means for storing the correction data calculated by the correction data calculation means,
At the time of actual imaging, by correcting imaging data from the solid-state imaging device using the correction data, a correction operation unit that approximates a saturation curve of the photoelectric conversion element to an ideal curve,
A solid-state imaging device comprising:
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- 2002-08-13 JP JP2002235689A patent/JP2004080189A/en active Pending
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