JP2004088190A - Camera system using parallel output solid state imaging device, and its correction method - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、並列出力固体撮像素子を用いたカメラシステムとその補正方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
高精細な動画の撮影やデジタルスチルカメラの連写等を実現することを目的として、固体撮像素子の読み出しアンプを複数設けることで読み出しの高速化を図る手法がある。すなわち、複数のブロックに分割された撮像部と、各ブロック毎の読み出しアンプとを有する並列出力固体撮像素子をカメラシステムに採用するのである。この並列出力固体撮像素子を用いる場合には、複数の読み出しアンプの出力における階調レベルのばらつきを補正する必要がある。しかも、非線形のレベル補正が必要である。
【0003】
ある従来技術によれば、CCD型の固体撮像素子において白色の被写体を撮像し、そのときのアンプ出力レベルが等しくなるように増幅回路の利得を調整する(特開平1−114174号公報)。
【0004】
ところが、この従来技術では線形補正を実現できるものの、非線形のレベル補正を達成できない。
【0005】
そこで、水平方向に並ぶ複数のブロックに分割された撮像部と、各ブロック毎の読み出しアンプとを有する並列出力固体撮像素子を用いたカメラシステムにおいて、撮像部の各ブロック境界に隣接する画素列の階調データを用いて階調別のイベント数(画素数)に関する累積ヒストグラムを各ブロック別に作成したうえ、これら累積ヒストグラムの差異を低減するように階調別の非線形補正処理を施す技術が提案された(特願2002−113041)。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記累積ヒストグラムを用いたアンプ補正技術によれば、自然画像を撮る場合には隣接ブロック間で境界画素の階調データに大きい差異が存在することもあり、これが累積ヒストグラムに誤差を生じる原因ともなるので、隣接ブロック間で所定値より大きい差異を持つ階調データを累積ヒストグラムの作成に用いないようにしたり、補正データを作成する間はピント位置を固体撮像素子から強制的に外すようにフォーカス制御を行ったり、複数回の撮像で得られた階調データを累積して利用したり、広範囲の階調データを利用できるように複数回の撮像の各々に際して絞り又は電子シャッタを制御したりすることが、適切な累積ヒストグラムの作成にとって必要であった。
【0007】
本発明の目的は、補正用の被写体を工夫することにより、適切な累積ヒストグラムを効率良く作成し、以てアンプ特性の非線形補正を実現することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、水平方向では入射光量が一定であり、かつ垂直方向では入射光量が一定の割合で変化するようなグラデーションパターンを有する補正用被写体を採用することとしたものである。
【0009】
具体的に説明すると、本発明は、水平方向に並ぶ複数のブロックに分割された撮像部と、各ブロック毎の読み出しアンプとを有する並列出力固体撮像素子を用いたカメラシステムにおいて、水平方向では入射光量が一定でありかつ垂直方向では入射光量が一定の割合で変化するようなグラデーションパターンを有する補正用被写体を並列出力固体撮像素子により撮像し、該撮像の結果のうち少なくとも撮像部の各ブロック境界に隣接する画素列の階調データを用いて階調別のイベント数に関する累積ヒストグラムを各ブロック別に作成し、該作成した累積ヒストグラムの差異を低減するように補正対象ブロックに係る補正前後の階調の対応関係を表す補正データを作成し、該作成した補正データを用いて並列出力固体撮像素子による任意の被写体の撮像結果を補正することによりブロック毎の読み出しアンプの特性を補正することとしたものである。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【0011】
図1は、複数のアンプで読み出しを行うCCD型固体撮像素子の一例である。図1の並列出力固体撮像素子10は、水平方向に並ぶ3つのブロックに分割された撮像部11,14,17と、各ブロック毎の水平CCD12,15,18と、各ブロック毎のアンプ13,16,19とを有する。つまり、図1において点線で分割された3つの領域が、それぞれ別々のアンプ(チャンネル)で読み出される。なお、撮像部11,14,17は、それぞれ2次元状に配列された光検出器(フォトダイオード)と、各列毎の垂直CCDとを有するものである。
【0012】
図2は、補正用の被写体の例である。図2の補正用被写体20では、下から上に向かって一定の割合で徐々に光強度が明るくなっている。点線は便宜上引いたもので、図1で示した固体撮像素子10の別々のアンプで読み出しを行う撮像部11,14,17に対して、図2中に点線で分割した部分がそれぞれ対応して照射される。この補正用被写体20を撮像して1画面分のデータを読み出すことにより、アンプに応じて分割した撮像部11,14,17の水平画素数分は同じ出力を持ち、垂直方向に徐々に光量の変化する階調データを各チャンネルにおいて得ることができる。
【0013】
図3に、図2の補正用被写体20を撮像することにより得られる階調データから、アンプ特性の補正を行う原理を示す。図2の補正用被写体20は水平方向に均一な光量分布を持っており、図3(a)でN0と記したものが、分割したブロックの水平画素数に相当する。図3(b)には異なる特性を持った3つのアンプが示してある。図3(b)のA、B、Cの特性を持つアンプに対して、図3(a)の被写体を撮像した場合、ぞれぞれ図3(c)で示したヒストグラムが得られる。図3(c)に対して累積ヒストグラムを取ると、図3(d)のように単調増加のグラフが得られる。このグラフにおいて、縦軸と横軸を交換して得られたものが図3(e)のグラフであり、これは図3(b)で示したアンプ特性を反映したグラフとなっている。これをより単純に理解するならば、図3(a)を光量Lで積分して得られるグラフは、累積のイベント数(L以下の光量を持つイベント数)Nと、光量Lとが比例関係にあり、図3(b)のグラフのLをNで置き換えてやれば、図3(e)のグラフが得られる。
【0014】
図3に示した原理に従い、図2の補正用被写体20を撮像し、読み出した階調データから累積ヒストグラムを作成する。そして、図4(a)に示すように、基準とするアンプに特性を一致させてやる。具体的には図4(b)の変換テーブルに従って入力信号(アナログ/デジタル変換の出力値)を補正することにより、アナログ/デジタル変換を行ったデジタルレンジ全体にわたってアンプ特性を合わせ込むことができる。
【0015】
図5は、上記原理を実現するためのシステム構成の一例を示したものである。レンズ25を通して補正用被写体20を撮像するに際し、駆動回路30が並列出力固体撮像素子10を駆動する。この固体撮像素子10から読み出された階調データは、CDS(相関二重サンプリング)41,51、ゲイン/オフセット調整部42,52、ADC(アナログ/デジタル変換)43,53を介して、切替部44,54で累積ヒストグラム作成部45,55に入力され、図3(d)で示したグラフが作成される。作成されたグラフは、補正データ保持メモリ46,56に書き込まれる。なお、補正用被写体20の垂直方向の入射光量がADC43,53の入力レンジより広い範囲で変化することが望ましい。
【0016】
次に、任意の被写体を撮像して固体撮像素子10から読み出された階調データは、CDS41,51、ゲイン/オフセット調整部42,52、ADC43,53を介して、切替部44,54で補正部47,57に送られる。補正部47,57では、補正データ保持メモリ46,56に書き込まれた補正データを参照し、入力データの変換を行う。なお、基準とするアンプには補正を加える必要はないので、切替部、累積ヒストグラム作成部、補正データ保持メモリ、補正部等の回路を持たなくてもよい。
【0017】
補正されたデータは1画面化メモリ60に送られて1枚の画像とし、回路61で画像処理を行い、出力される。これより、アンプ間で特性を補正した、境界の現れない画像が得られる。
【0018】
さて、図5は、カメラ外部に補正用被写体20を置いた場合のシステム構成の一例である。例えば、工場出荷検査時に補正用被写体20を撮像することで、補正を行う。
【0019】
図6は、カメラ内部に補正用の被写体を持たせた場合のシステム構成の一例である。図6によれば、シャッタ26を閉じているときに、カメラ内部に設けた補正用被写体21の照明を点灯し、ミラー22を介して補正用被写体21を撮像し、この撮像の結果を用いて補正を行う。このようにカメラ内部に補正用被写体21を持たせることで、ユーザによるリアルタイム補正が可能となり、並列出力固体撮像素子10のアンプ特性が温度等により時間変化する場合にも対応できるメリットを持つ。
【0020】
なお、上記の例ではCCD型の並列出力固体撮像素子10について記述したが、複数のアンプで読み出しを行う固体撮像素子である限り、上記アンプ特性の補正原理は有効である。
【0021】
【発明の効果】
以上説明してきたとおり、本発明によれば、水平方向に並ぶ複数のブロックに分割された撮像部と、各ブロック毎の読み出しアンプとを有する並列出力固体撮像素子を用いたカメラシステムの補正において、水平方向では入射光量が一定であり、かつ垂直方向では入射光量が一定の割合で変化するようなグラデーションパターンを有する補正用被写体を採用することとしたので、適切な累積ヒストグラムを効率良く作成することができ、以てアンプ特性の非線形ばらつきを補正することにより、高画質な撮影が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のカメラシステムが有するCCD型の並列出力固体撮像素子の構成例を示すブロック図である。
【図2】本発明のカメラシステムにおけるアンプ特性の補正に用いられる被写体の一例を示す平面図である。
【図3】(a)〜(e)は、本発明のカメラシステムにおけるアンプ特性の補正原理を示す図である。
【図4】(a)及び(b)は、本発明のカメラシステムにおけるアンプ特性の補正過程を示す図である。
【図5】本発明のカメラシステムの全体構成例を示すブロック図である。
【図6】本発明のカメラシステムの他の構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
10 並列出力固体撮像素子
11,14,17 撮像部
12,15,18 水平CCD
13,16,19 アンプ
20 補正用被写体
21 照明+内蔵補正用被写体
22 ミラー
41,51 CDS(相関二重サンプリング)
42,52 ゲイン/オフセット調整部
43,53 ADC(アナログ/デジタル変換)
44,54 切替部
45,55 累積ヒストグラム作成部
46,56 補正データ保持メモリ
47,57 補正部
60 1画面化メモリ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a camera system using a parallel output solid-state imaging device and a correction method therefor.
[0002]
[Prior art]
There is a technique for increasing the speed of reading by providing a plurality of reading amplifiers of a solid-state imaging device for the purpose of realizing high-resolution moving image shooting, continuous shooting with a digital still camera, and the like. That is, a parallel output solid-state imaging device having an imaging unit divided into a plurality of blocks and a readout amplifier for each block is employed in the camera system. When this parallel output solid-state imaging device is used, it is necessary to correct the variation in the gradation level in the outputs of the plurality of read amplifiers. Moreover, non-linear level correction is required.
[0003]
According to a conventional technique, a white object is imaged by a CCD solid-state imaging device, and the gain of an amplifier circuit is adjusted so that the amplifier output level at that time becomes equal (Japanese Patent Laid-Open No. 1-114174).
[0004]
However, this conventional technique can achieve linear correction, but cannot achieve non-linear level correction.
[0005]
Therefore, in a camera system using an imaging unit divided into a plurality of blocks arranged in the horizontal direction and a parallel output solid-state imaging device having a readout amplifier for each block, a pixel column adjacent to each block boundary of the imaging unit is used. A technique has been proposed in which a cumulative histogram relating to the number of events (the number of pixels) for each gradation is created for each block using the gradation data, and a nonlinear correction process for each gradation is performed so as to reduce the difference between these cumulative histograms. (Japanese Patent Application No. 2002-113041).
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, according to the amplifier correction technique using the cumulative histogram, when a natural image is taken, there may be a large difference in the gradation data of the boundary pixel between adjacent blocks, which causes an error in the cumulative histogram. Therefore, do not use gradation data having a difference larger than a predetermined value between adjacent blocks for creating a cumulative histogram, or forcibly remove the focus position from the solid-state imaging device while creating correction data. It performs focus control, accumulates and uses gradation data obtained by a plurality of imagings, and controls an aperture or an electronic shutter in each of a plurality of imagings so that a wide range of gradation data can be used. Was necessary for the creation of a proper cumulative histogram.
[0007]
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to efficiently create an appropriate cumulative histogram by devising a correction subject, thereby realizing non-linear correction of amplifier characteristics.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention employs a correction subject having a gradation pattern such that the incident light amount is constant in the horizontal direction and the incident light amount changes at a constant rate in the vertical direction. Things.
[0009]
More specifically, the present invention relates to a camera system using a parallel output solid-state imaging device having an imaging unit divided into a plurality of blocks arranged in a horizontal direction and a readout amplifier for each block, and an input device in a horizontal direction. A correction subject having a gradation pattern in which the light amount is constant and the incident light amount changes at a constant rate in the vertical direction is imaged by the parallel output solid-state image sensor, and at least each of the block boundaries of the image pickup unit among the imaging results A cumulative histogram relating to the number of events for each gradation is created for each block using the gradation data of the pixel row adjacent to the pixel row, and the gradation before and after the correction related to the correction target block is reduced so as to reduce the difference in the created cumulative histogram. Correction data representing the correspondence between the two is created, and the arbitrary output from the parallel output solid-state imaging device is generated using the created correction data. In which it was decided to correct the characteristics of the read amplifier for each block by correcting the imaging result of the body.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0011]
FIG. 1 is an example of a CCD solid-state imaging device that performs reading with a plurality of amplifiers. The parallel output solid-
[0012]
FIG. 2 is an example of a correction subject. In the
[0013]
FIG. 3 shows the principle of correcting the amplifier characteristics from the gradation data obtained by imaging the
[0014]
According to the principle shown in FIG. 3, the correction subject 20 of FIG. 2 is imaged, and a cumulative histogram is created from the read gradation data. Then, as shown in FIG. 4A, the characteristics are matched with the reference amplifier. Specifically, by correcting the input signal (the output value of the analog / digital conversion) according to the conversion table in FIG. 4B, the amplifier characteristics can be matched over the entire digital range where the analog / digital conversion has been performed.
[0015]
FIG. 5 shows an example of a system configuration for realizing the above principle. When capturing the correction subject 20 through the
[0016]
Next, the gradation data read out of the solid-
[0017]
The corrected data is sent to the one-
[0018]
FIG. 5 shows an example of a system configuration when the correction subject 20 is placed outside the camera. For example, the correction is performed by imaging the correction subject 20 at the time of factory inspection.
[0019]
FIG. 6 is an example of a system configuration when a correction subject is provided inside the camera. According to FIG. 6, when the shutter 26 is closed, the illumination of the correction subject 21 provided inside the camera is turned on, the correction subject 21 is imaged via the
[0020]
In the above example, the CCD-type parallel output solid-
[0021]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in the correction of a camera system using a parallel output solid-state imaging device having an imaging unit divided into a plurality of blocks arranged in the horizontal direction and a readout amplifier for each block, Since a correction subject having a gradation pattern in which the incident light amount is constant in the horizontal direction and the incident light amount changes at a constant rate in the vertical direction is adopted, an appropriate cumulative histogram should be efficiently created. By correcting non-linear variations in amplifier characteristics, high-quality image capturing is possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of a CCD-type parallel output solid-state imaging device included in a camera system according to the present invention.
FIG. 2 is a plan view showing an example of a subject used for correcting an amplifier characteristic in the camera system of the present invention.
FIGS. 3A to 3E are diagrams illustrating the principle of correcting the amplifier characteristics in the camera system of the present invention.
FIGS. 4A and 4B are diagrams illustrating a process of correcting amplifier characteristics in the camera system of the present invention.
FIG. 5 is a block diagram illustrating an overall configuration example of a camera system according to the present invention.
FIG. 6 is a block diagram illustrating another configuration example of the camera system of the present invention.
[Explanation of symbols]
10 parallel output solid-
13, 16, 19
42, 52 Gain / offset
44, 54
Claims (4)
水平方向では入射光量が一定であり、かつ垂直方向では入射光量が一定の割合で変化するようなグラデーションパターンを有する補正用被写体を前記並列出力固体撮像素子により撮像するステップと、
前記撮像の結果のうち少なくとも前記撮像部の各ブロック境界に隣接する画素列の階調データを用いて階調別のイベント数に関する累積ヒストグラムを各ブロック別に作成するステップと、
前記作成した累積ヒストグラムの差異を低減するように補正対象ブロックに係る補正前後の階調の対応関係を表す補正データを作成するステップと、
前記作成した補正データを用いて前記並列出力固体撮像素子による任意の被写体の撮像結果を補正することにより、前記ブロック毎の読み出しアンプの特性を補正するステップとを備えたことを特徴とするカメラシステムの補正方法。An imaging unit divided into a plurality of blocks arranged in a horizontal direction, and a correction method for a camera system using a parallel output solid-state imaging device having a readout amplifier for each block,
Imaging the correction subject having a gradation pattern such that the incident light amount is constant in the horizontal direction and the incident light amount changes at a constant rate in the vertical direction, using the parallel output solid-state imaging device;
Creating a cumulative histogram for each block of the number of events for each tone using tone data of a pixel row adjacent to each block boundary of at least the imaging unit among the results of the imaging,
A step of creating correction data representing a correspondence relationship between gradations before and after correction on the correction target block so as to reduce the difference between the created cumulative histograms;
Correcting the characteristic of the readout amplifier for each block by correcting an imaging result of an arbitrary object by the parallel output solid-state imaging device using the generated correction data. Correction method.
前記ブロック毎の読み出しアンプの出力をデジタル値に変換するための変換器の入力レンジより広い範囲で前記垂直方向の入射光量が変化するような補正用被写体を採用するステップを更に備えたことを特徴とするカメラシステムの補正方法。The correction method for a camera system according to claim 1,
A step of employing a correction subject in which the amount of incident light in the vertical direction changes in a range wider than an input range of a converter for converting an output of the readout amplifier into a digital value for each block. Camera system correction method.
水平方向では入射光量が一定であり、かつ垂直方向では入射光量が一定の割合で変化するようなグラデーションパターンを有する補正用被写体と、
前記並列出力固体撮像素子による前記補正用被写体の撮像結果のうち少なくとも前記撮像部の各ブロック境界に隣接する画素列の階調データを用いて階調別のイベント数に関する累積ヒストグラムを各ブロック別に作成するための手段と、前記作成した累積ヒストグラムの差異を低減するように補正対象ブロックに係る補正前後の階調の対応関係を表す補正データを作成するための手段と、
前記作成した補正データを用いて前記並列出力固体撮像素子による任意の被写体の撮像結果を補正することにより、前記ブロック毎の読み出しアンプの特性を補正するための手段とを備えたことを特徴とするカメラシステム。An imaging unit divided into a plurality of blocks arranged in a horizontal direction, and a camera system using a parallel output solid-state imaging device having a readout amplifier for each block,
A correction subject having a gradation pattern such that the incident light amount is constant in the horizontal direction and the incident light amount changes at a constant rate in the vertical direction,
A cumulative histogram relating to the number of events for each gradation is created for each block using at least gradation data of a pixel column adjacent to each block boundary of the imaging unit in the imaging result of the correction subject by the parallel output solid-state imaging device. Means for generating correction data representing the correspondence relationship between the gradation before and after the correction for the correction target block so as to reduce the difference between the created cumulative histograms,
Means for correcting the characteristics of the read amplifier for each block by correcting an imaging result of an arbitrary object by the parallel output solid-state imaging device using the created correction data. Camera system.
前記作成した補正データを保持するためのメモリを更に備えたことを特徴とするカメラシステム。The camera system according to claim 3,
A camera system further comprising a memory for holding the created correction data.
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