JP2005286361A - 電子カメラ - Google Patents

Abstract

【課題】 オプティカルブラック領域近辺に高輝度被写体がある場合でも、精度の高い暗電流補正を可能とする。
【解決手段】 被写体像を光電変換して画像信号を生成する有効画素領域と、前記有効画素領域の周囲に形成され、暗電流レベルの基準信号を生成するオプティカルブラック領域とを備えた撮像センサと、被写界の輝度情報を取得する分割測光手段と、前記分割測光手段の出力に基づいて、前記有効画素領域での高輝度被写体の位置を判定する位置判定手段と、前記高輝度被写体が前記オプティカルブラック領域近辺に位置する場合に、前記撮像センサの感度情報および前記高輝度被写体の輝度情報に基づいて前記基準信号の制限の有無を判定する制限判定手段と、前記制限判定手段の判定結果に基づいて、前記感度情報に対応する閾値で前記基準信号の上限値を制限し、該制限後の前記基準信号に基づいて前記画像信号の暗電流補正を行う暗電流補正部と、を有することを特徴とする電子カメラ。
【選択図】 図１

Description

本発明は電子カメラの暗電流補正技術に関する。

電子カメラの撮像センサには、受光素子の蓄積電荷に含まれる暗電流成分のノイズがあることが従来から知られている。この暗電流成分のノイズ補正手段として、撮像センサの一部領域の受光素子を遮光して、暗電流レベルを検出するオプティカルブラック領域を形成し、有効画素領域の画像レベルからオプティカルブラック領域の暗電流レベルを減算する方法が知られている。

ところで、撮像センサのオプティカルブラック領域近辺に強い光が入射した場合、例えば、有効画素領域の受光素子から漏れだした電荷や、基板の深い所で発生した不要電荷や、遮光膜裏面に侵入した迷光などの影響によって、オプティカルブラック領域から検出される暗電流レベルが本来の値よりも上昇してしまうことがある。この場合には、画像レベルから暗電流レベルを引きすぎてしまうので、補正後の撮影画像が相対的に暗く沈んでしまう。

この点について、特許文献１には、オプティカルブラック領域における有効画素領域との隣接部分の受光素子について、エミッタ電位を他の受光素子よりも低くすることで、オプティカルブラック領域周辺から漏れ込む不要電荷を遮断する技術が開示されている。
特開平５−１３０５２０号公報

しかし、上記特許文献１では、例えば、遮光膜裏面から侵入した迷光がオプティカルブラック領域の奥に到達した場合などでは、暗電流レベルが本来の値より上昇してしまう点で改善の余地があった。また、撮像センサの感度設定等によっては高輝度被写体の影響が少ない場合もあるので、暗電流補正の際には撮像センサの感度設定等の条件を考慮することが望ましい。

本発明は、上記従来技術の課題を解決するためのものであり、その目的は、オプティカルブラック領域の近傍に高輝度被写体がある場合でも、精度の高い暗電流補正を可能とすることである。

請求項１の発明は、撮像センサと、分割測光手段と、位置判定手段と、制限判定手段と、暗電流補正部とを有することを特徴とする電子カメラである。撮像センサは、被写体像を光電変換して画像信号を生成する有効画素領域と、前記有効画素領域の周囲に形成され、暗電流レベルの基準信号を生成するオプティカルブラック領域とを備える。分割測光手段は、被写界の輝度情報を取得する。位置判定手段は、前記分割測光手段の出力に基づいて、前記有効画素領域での高輝度被写体の位置を判定する。制限判定手段は、前記高輝度被写体が前記オプティカルブラック領域近辺に位置する場合に、前記撮像センサの感度情報および前記高輝度被写体の輝度情報に基づいて前記基準信号の制限の有無を判定する。暗電流補正部は、前記制限判定手段の判定結果に基づいて、前記感度情報に対応する閾値で前記基準信号の上限値を制限し、該制限後の前記基準信号に基づいて前記画像信号の暗電流補正を行う。

請求項２の発明は、撮像センサと、分割測光手段と、位置判定手段と、暗電流補正部とを有することを特徴とする電子カメラである。撮像センサは、被写体像を光電変換して画像信号を生成する有効画素領域と、前記有効画素領域の周囲に形成され、暗電流レベルの基準信号を生成するオプティカルブラック領域とを備える。分割測光手段は、被写界の輝度情報を取得する。位置判定手段は、前記分割測光手段の出力に基づいて、前記有効画素領域での高輝度被写体の位置を判定する。暗電流補正部は、前記高輝度被写体が前記オプティカルブラック領域近辺に位置する場合に、前記撮像センサの感度情報に対応する閾値で前記基準信号の上限値を制限し、該制限後の前記基準信号に基づいて前記画像信号の暗電流補正を行う。

本発明では、高輝度被写体がオプティカルブラック領域近辺に位置する場合に、撮像センサの感度情報に対応する閾値で暗電流レベルを制限するので、高輝度被写体の影響による暗電流レベルの引きすぎを防止でき、精度の高い暗電流補正を容易に実現できる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。
（第１実施形態の構成）
図１は、本発明の第１実施形態の電子カメラ１００の構成を示す概要図である（請求項１の電子カメラに対応する）。第１実施形態の電子カメラ１００は、撮像センサ１と、被写体像を撮像センサ１に結像させる撮影光学系２と、ＣＤＳ回路３と、ゲイン回路４と、クランプ回路５と、Ａ／Ｄ変換回路６と、暗電流補正回路７と、画像処理回路８と、ＡＥセンサ９と、撮像センサ駆動回路（ＴＧ）１０と、ＣＰＵ１１とを有している。

撮像センサ１の受光面には光電変換を行う受光素子（フォトダイオード）が２次元配列されている。撮像センサ１の受光素子が配列された領域には、受光素子の列単位に垂直読み出し線（図示を省略する）がそれぞれ設けられている。そして、これらの垂直読み出し線の出力端には水平読み出し線１４が設けられており、この水平読み出し線１４の出力はＣＤＳ回路３に接続されている。

図２に示すように、撮像センサ１の受光素子が配列された領域は、有効画素領域１２と、有効画素領域１２の上部に隣接して形成されるオプティカルブラック領域１３とに区画されている。有効画素領域１２では、撮影光学系２によって結像された被写体像の明るさに応じて各受光素子に信号電荷が蓄積され、この信号電荷に基づいて撮影画像データを生成するための画像信号が生成される。

一方、オプティカルブラック領域１３の表面は遮光膜で遮光されている。このオプティカルブラック領域１３の出力は、被写体光が入射されない部分、すなわち、被写体像の黒色に相当するデータとみなすことができる。オプティカルブラック領域１３では、温度変化等によって受光素子に蓄積される電荷（暗電流成分）が検出され、この電荷に基づいて暗電流レベルの基準信号が生成される。

ＣＤＳ回路３は、相関二重サンプリングによって画像信号および基準信号のノイズ成分を低減する。ゲイン回路４は、ノイズ除去後の画像信号および基準信号の出力を増幅する。クランプ回路５は、入力された信号の波形の特定部分を一定の電圧レベルにクランプする。Ａ／Ｄ変換回路６は、画像信号および基準信号のＡ／Ｄ変換を行って暗電流補正回路７に出力する。

暗電流補正回路７は、オプティカルブラック領域１３の基準信号を所定の処理単位で平均化し、基準信号の平均値を演算する。そして、画像信号の画像レベルから暗電流レベル（基準信号の平均値）を減算して暗電流補正を行う。また、暗電流補正回路７はＣＰＵ１１からの指示により基準信号の上限値を制限する機能を有している。具体的には、高輝度被写体がオプティカルブラック領域１３近辺に位置する場合、暗電流補正回路７は、基準信号の上限値を超える値を該上限値に置換した後に基準信号の平均値を演算する。

画像処理回路８は、暗電流補正回路７から出力された画像信号にガンマ補正、色分離、ホワイトバランスなどの処理を行って撮影画像データを生成する。
ＡＥセンサ９はＣＣＤなどの受光素子で構成され、被写界を複数のエリアに分割して測光する。そして、ＡＥセンサ９は各エリア毎の輝度情報をＣＰＵ１１に出力する。このＡＥセンサ９の各エリアは有効画素領域１２の一部にそれぞれ対応する。

撮像センサ駆動回路１０は、撮像センサ１の不要電荷排出、電荷蓄積、および蓄積電荷出力の各動作に必要な駆動信号をそれぞれ生成し、各駆動信号を撮像センサ１へ供給する。さらに撮像センサ駆動回路１０は、ＣＰＵ１１から出力される撮像センサ１の感度情報（ＩＳＯ感度）に応じてゲイン回路４の増幅利得を設定する。
ＣＰＵ１１は電子カメラ１００の各部の動作を制御し、合焦制御、露光制御に必要な各種演算処理を実行する。例えば、ＣＰＵ１１は、撮像センサ駆動回路１０に対して、撮像センサ１の感度設定の指示や撮像センサ１の電荷蓄積時間の指示などを行う。また、ＣＰＵ１１はシャッタ秒時の設定に基づいて、図示しないシャッタ機構の開閉制御を行う。

さらに、第１実施形態におけるＣＰＵ１１の機能を以下に説明する。
（１）ＣＰＵ１１は、ＡＥセンサ９の出力に基づいて被写体の輝度情報（被写体のＥＶ値）を演算して取得する。そして、ＣＰＵ１１は、「被写界における高輝度被写体の有無」と、「高輝度被写体が有効画素領域のどのエリアに位置するか」とを判定する（「位置判定手段」の機能）。

（２）ＣＰＵ１１は、撮像センサ１の感度情報および被写体の輝度情報の組み合わせと、基準信号の制限の有無との対応関係のデータを記録した制限判定ＬＵＴを有している（図３参照）。そして、ＣＰＵ１１は、撮像センサ１の感度情報および被写体の輝度情報に基づいて、制限判定ＬＵＴにより基準信号の制限の有無を判定する（「制限判定手段」の機能）。

（３）ＣＰＵ１１は、撮像センサ１の感度情報と、基準信号の上限値（閾値）との対応関係のデータを記録した閾値ＬＵＴを有している（図４参照）。そして、ＣＰＵ１１は、撮像センサ１の感度情報に基づいて閾値ＬＵＴから出力された閾値を暗電流補正回路７に出力する。
（第１実施形態の動作）
以下、第１実施形態の電子カメラ１００の動作を、図５の流れ図にしたがって説明する。

ステップＳ１０１：ユーザーは、電子カメラ１００の電源投入後に、図示しないレリーズボタンの半押しなどの所定の入力を電子カメラ１００に行う。電子カメラ１００のＣＰＵ１１は、ＡＥセンサ９から被写界の輝度情報を各エリア毎に取り込む。そして、ＣＰＵ１１は被写体の輝度情報に基づいて露出演算を実行し、撮影時の撮影条件（絞り値、撮像センサ１のＩＳＯ感度、シャッタ秒時など）を決定する。なお、ＣＰＵ１１は、ユーザーのマニュアル入力に基づいて撮影条件を設定してもよい。

ステップＳ１０２：ＣＰＵ１１は、高輝度被写体が被写界に存在するか否かを判定する。高輝度被写体が存在する場合（ＹＥＳ側）には、ＣＰＵ１１はステップＳ１０３に移行する。一方、高輝度被写体が存在しない場合（ＮＯ側）には、ＣＰＵ１１は通常の撮影モード（Ｓ１１２）に移行する。
ステップＳ１０３：ＣＰＵ１１は、高輝度被写体がオプティカルブラック領域１３の近辺（画面上部）に位置するか否かを判定する。高輝度被写体が画面上部に位置する場合（ＹＥＳ側）には、ＣＰＵ１１はステップＳ１０４に移行する。一方、高輝度被写体が存在しない場合（ＮＯ側）には、ＣＰＵ１１は通常の撮影モード（Ｓ１１２）に移行する。

ステップＳ１０４：ＣＰＵ１１は、ステップＳ１０１で設定されたシャッタ秒時が所定のシャッタ秒時以上（長秒時）であるか否かを判定する。シャッタ秒時が長秒時の場合（ＹＥＳ側）には、ＣＰＵ１１はステップＳ１０５に移行する。一方、シャッタ秒時が長秒時ではない場合（ＮＯ側）には、ＣＰＵ１１は通常の撮影モード（Ｓ１１２）に移行する。

ステップＳ１０５：ＣＰＵ１１は、撮像センサ１の感度情報および被写体の輝度情報を制限判定ＬＵＴに入力し、その出力結果に基づいて基準信号の制限の有無を判定する。基準信号の制限がある場合（ＹＥＳ側）には、ＣＰＵ１１はステップＳ１０６に移行する。一方、。基準信号の制限がない場合（ＮＯ側）には、ＣＰＵ１１は通常の撮影モード（Ｓ１１２）に移行する。

例えば、図３に示す制限判定ＬＵＴによれば、撮像センサ１の感度設定がＩＳＯ４００の場合、被写体のＥＶ値が＋９ＥＶ以上であれば、ＣＰＵ１１は基準信号の上限値を制限する動作を実行する。一方、被写体のＥＶ値が＋９ＥＶ未満の場合は、オプティカルブラック領域１３の暗電流レベルに大きな影響はないので、ＣＰＵ１１は基準信号の上限値を制限する動作を行うことなく通常の撮影モードに移行する。なお、撮像センサ１の感度設定によって、基準信号の上限値が制限されるＥＶ値も変動する。

ステップＳ１０６：ＣＰＵ１１は、撮像センサ１の感度情報を閾値ＬＵＴに入力して、感度情報に対応する閾値（基準信号の上限値）を取得する。そして、ＣＰＵ１１は取得した閾値を暗電流補正回路７に出力する。例えば、図４に示す閾値ＬＵＴによれば、撮像センサ１の感度設定がＩＳＯ４００の場合、ＣＰＵ１１が暗電流補正回路７に出力する閾値は２０５となる。

ステップＳ１０７：ＣＰＵ１１は、ユーザーによってシャッタレリーズが実行されたか否かを判定する。シャッタレリーズのある場合（ＹＥＳ側）には、ＣＰＵ１１はステップＳ１０８に移行する。一方、シャッタレリーズがない場合（ＮＯ側）には、ＣＰＵ１１はステップＳ１０１に戻って測光動作等を再度実行する。
ステップＳ１０８：シャッタレリーズにより、ＣＰＵ１１は撮像センサ駆動回路１０を介して撮像センサ１を制御し、被写体像の光電変換を実行する。撮像センサ１からは、オプティカルブラック領域１３の基準信号と、有効画素領域１２の画像信号とが順次走査で読み出される。基準信号および画像信号は、ＣＤＳ回路３、ゲイン回路４、クランプ回路５およびＡ／Ｄ変換回路６を通過して暗電流補正回路７に入力される。

ステップＳ１０９：暗電流補正回路７は、入力された基準信号の値と閾値（Ｓ１０６）とを比較して、閾値を超える基準信号の値を閾値に置換する処理を行う。例えば、撮像センサ１の出力が８ビット（出力値：０〜２５５）で、ステップＳ１０６で取得した閾値が２０５のとき、暗電流補正回路７は、基準信号の出力値が２０５以下の場合には出力値の補正を行わない。一方、暗電流補正回路７は、基準信号の出力値が２０５を超える場合には出力値を２０５に置換して制限する。

ステップＳ１１０：暗電流補正回路７は、閾値で制限された基準信号（Ｓ１０９）を所定の処理単位で平均化し、基準信号の平均値を演算する。そして、暗電流補正回路７は、画像信号の画像レベルから暗電流レベル（基準信号の平均値）を減算して暗電流補正を行う。
ステップＳ１１１：画像処理部８は、暗電流補正後の画像信号に画像処理を施して撮影画像データを生成する。画像処理部８から出力された撮影画像データは、圧縮符号化された後、図示しない記録媒体に記憶される。その後、ＣＰＵ１１は次回撮影の待機状態に移行する。

ステップＳ１１２：ステップＳ１０２からステップＳ１０５のいずれかの要件を満たさない場合、ＣＰＵ１１は通常の撮影モードに移行する。この通常の撮影モードでは、撮影条件（Ｓ１０１）に応じて、電子カメラ１００は暗電流補正を行わないで撮影画像データを生成する。あるいは、電子カメラ１００は基準信号をそのまま用いて暗電流補正を行って撮影画像データを生成する。

（第１実施形態の効果）
第１実施形態の電子カメラでは、高輝度被写体がオプティカルブラック領域近辺に位置する場合に暗電流レベルの基準信号の上限値を制限するので、高輝度被写体の影響による暗電流レベルの引きすぎを防止できる。また、基準信号の上限値は、撮像センサの感度情報に対応して変化するので、撮像センサの感度に応じた精度の高い暗電流補正を実現できる。

（第２実施形態の構成、動作、効果）
第２実施形態の電子カメラ（請求項２の電子カメラに対応する）の構成は図１に示す第１実施形態と共通であって、ＣＰＵ１１が制限判定ＬＵＴを有していない点でのみ第１実施形態と相違する。すなわち、第２実施形態では、基準信号の制限の有無を判定することなく、ＣＰＵ１１は撮像センサ１の感度情報に基づいて基準信号の上限値を求める。そして、暗電流補正回路７が基準信号の上限値と出力値とを比較して制限する。

図６は、第２実施形態の電子カメラ１００の動作を示す流れ図である。なお、第２実施形態の電子カメラの動作は、ステップＳ１０５に対応する動作がない点を除いて、第１実施形態の電子カメラの動作と共通する（図６のＳ２０１〜Ｓ２０４の動作は、図５のＳ１０１〜Ｓ１０４の動作に対応し、図６のＳ２０５以降の動作は、図５のＳ１０６以降の動作に対応するので、個々の動作の説明は省略する）。

この第２実施形態では、第１実施形態と同様の効果に加えて、撮像センサのＩＳＯ感度および被写体のＥＶ値に基づいて基準信号の制限の有無を判定する動作が省略されるので、その分ＣＰＵ１１の回路構成などが簡易となる。
（請求項と実施形態との対応関係）
ここで、請求項と実施形態との対応関係を示しておく。なお、以下に示す対応関係はあくまで参考のために示した解釈であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

「撮像センサ」には撮像センサ１が対応する。「有効画素領域」、「オプティカルブラック領域」には、有効画素領域１２、オプティカルブラック領域１３がそれぞれ対応する。「分割測光手段」にはＡＥセンサ９が対応する。「位置判定手段」にはＣＰＵ１１が対応する。また、請求項１の「制限判定手段」にはＣＰＵ１１が対応する。「暗電流補正部」には暗電流補正回路７が対応する。

（実施形態の補足事項）
以上、本発明を上記の実施形態によって説明してきたが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、オプティカルブラック領域が有効画素領域の上部に形成されているが、オプティカルブラック領域を有効画素領域の下部または側部に形成するようにしてもよい。また、上記実施形態では、ＸＹアドレス方式（ＣＭＯＳやＬＢＣＡＳＴなど）の撮像センサを用いたが、撮像センサをＣＣＤで構成してもよい。さらに、電子カメラのシャッタは、撮像センサの電荷蓄積時間の制御による電子シャッタであってもよい。さらにまた、電子カメラにＡＥセンサを設けることなく、撮像センサで分割測光を行なう構成としてもよい。

本発明によれば、オプティカルブラック領域近辺に高輝度被写体がある場合でも精度の高い暗電流補正ができる電子カメラが実現できる。

第１実施形態の電子カメラの構成を示す概要図である。 撮像センサの構成を示す図である。 制限判定ＬＵＴの内容を示す図である。 閾値ＬＵＴの内容を示す図である。 第１実施形態の電子カメラの動作を示す流れ図である。 第２実施形態の電子カメラの動作を示す流れ図である。

符号の説明

１ 撮像センサ
２ 撮影光学系
３ ＣＤＳ回路
４ ゲイン回路
５ クランプ回路
６ Ａ／Ｄ変換回路
７ 暗電流補正回路
８ 画像処理回路
９ ＡＥセンサ
１０ 撮像センサ駆動回路（ＴＧ）
１１ ＣＰＵ
１２ 有効画素領域
１３ オプティカルブラック領域
１４ 水平読み出し線
１００ 電子カメラ

Claims (2)

1. 被写体像を光電変換して画像信号を生成する有効画素領域と、前記有効画素領域の周囲に形成され、暗電流レベルの基準信号を生成するオプティカルブラック領域とを備えた撮像センサと、
   被写界の輝度情報を取得する分割測光手段と、
   前記分割測光手段の出力に基づいて、前記有効画素領域での高輝度被写体の位置を判定する位置判定手段と、
   前記高輝度被写体が前記オプティカルブラック領域近辺に位置する場合に、前記撮像センサの感度情報および前記高輝度被写体の輝度情報に基づいて前記基準信号の制限の有無を判定する制限判定手段と、
   前記制限判定手段の判定結果に基づいて、前記感度情報に対応する閾値で前記基準信号の上限値を制限し、該制限後の前記基準信号に基づいて前記画像信号の暗電流補正を行う暗電流補正部と、を有することを特徴とする電子カメラ。
2. 被写体像を光電変換して画像信号を生成する有効画素領域と、前記有効画素領域の周囲に形成され、暗電流レベルの基準信号を生成するオプティカルブラック領域とを備えた撮像センサと、
   被写界の輝度情報を取得する分割測光手段と、
   前記分割測光手段の出力に基づいて、前記有効画素領域での高輝度被写体の位置を判定する位置判定手段と、
   前記高輝度被写体が前記オプティカルブラック領域近辺に位置する場合に、前記撮像センサの感度情報に対応する閾値で前記基準信号の上限値を制限し、該制限後の前記基準信号に基づいて前記画像信号の暗電流補正を行う暗電流補正部と、を有することを特徴とする電子カメラ。

Images