JP2005341221A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】固体撮像素子の雑音を、局所的な画像変化情報を維持したまま平坦な部分の雑音除去を行うことが可能とする雑音除去装置を備えた撮像装置を提供することを目的とする。
【解決手段】固体撮像素子３０１の出力の局所部分のｋ番目の上位値とｋ番目の下位値との差分を差分器３０４にて算出することにより平坦度判定基準を変化させ係数発生器３０５から発生する係数を第２図のように変化させることにより、中間値フィルター３０６の出力と固体撮像素子３０１の出力の加算平均比率を加算平均器３０７で可変させ信号部分の微小な輪郭部分と雑音とを分離し、精度良く雑音除去が可能となる。
【選択図】図３

Description

本発明は、撮像装置の固体撮像素子の雑音除去装置に関するものである。

近年、ビデオカメラや電子スチルカメラにおいては、固体撮像素子が広く使用されている。一般に固体撮像素子は光電変換を行う際にショットノイズなる雑音が発生する。この雑音は光電変換を行う電子数の平方根に比例して増加する。 このショットノイズは固体撮像素子の面積が大きく十分な信号電荷量を取り扱える場合は問題ないが、固体撮像素子の小型に伴い取り扱い電荷量が減少するとＳ／Ｎの劣化を招きやすい。このため、ショットノイズによるＳ／Ｎ劣化を防ぐため雑音除去装置を搭載するビデオカメラや電子スチルが増加してきている。また一般的には雑音除去に中間値フィルターを使用する場合が多い。以下に従来の雑音除去装置を有する撮像装置について説明する。

図５は従来の雑音除去装置を有する撮像の構成を示すものである。図５において、４１は固体撮像素子である。４２は中間値フィルターで、４３は平均値算出器で、４５は係数発生器で、４４は比較器で、４６は切り替え器ある。

以上のように構成された従来の雑音除去装置を有する撮像装置について、以下その動作について説明する。

まず、固体撮像素子４１からの出力信号は、平均値算出器４３にて着目画素の周囲ｎ×ｍ画素の内着目画素を除く｛（ｎ×ｍ）−１｝画素の平均値を算出する。平均値算出器４３にて算出した着目画素の周囲の平均値と着目画素の値と係数発生器４５の出力とを比較器４４にて比較を行い着目画素の値が着目画素周囲の平均値より係数発生器４５の出力以内であれば着目画素を微小な雑音と判断する。

一方、固体撮像素子４１からの出力信号は、中間値フィルター４２にも入力され、着目画素の値を着目画素の周囲ｎ×ｍ画素の中間値に置き換えられる。その後切り替え器４６において比較器４４で雑音と判断した着目画素は中間値フィルター４２の出力を選択し、比較器４４で雑音と判断しなかった画素は固体撮像素子４１の出力を選択することにより本来の画像を残しながら雑音除去を行う。
特開平６−１７８１６６号公報

しかしながら上記の従来の方法では、微小な雑音でない信号成分を除去することがあるという問題があった。また、信号成分を残留させるように処理を行うと、雑音成分が多く残るといった問題点を有していた。

本発明は上記従来の問題点を解決するもので、本来の映像信号が有する微小な輪郭信号を損なうことなく雑音除去を可能とする雑音除去装置を有する撮像装置を提供することを目的とする。

この目的を達するために本発明の撮像装置は、光信号を電気信号に変換する固体撮像素子と、前記撮像素子の各画素の周囲ｎ×ｍ画素の値の上位からｋ番目を求める上位値検出器と、前記撮像素子の各画素の周囲ｎ×ｍ画素の値の下位からｋ番目を求める下位値検出器と、前記上位値検出器の出力と前記下位値検出器の出力との差分を求める差分器と前記差分器の出力応じて所定の係数を発生させる係数発生器と、前記固体撮像素子の着目画素を周囲ｎ×ｍ画素の中間値に置き換える中間値フィルターと、前記中間値フィルターの出力と前記固体撮像素子の出力とを所定の比率で加算平均行う加算平均器とを備え前記係数発生器の出力に応じて前記加算平均器の加算比率を変化させ雑音除去効果を変化させることが可能な構成を必要とする。

この構成によって、色変化の大きい輪郭部分とと雑音とを分離することが出来、精度良く雑音除去が可能となる。

以上のように本発明は、固体撮像素子の各画素の周囲ｎ×ｍ画素の値の上位からｋ番目を求める上位値検出器と、下位からｋ番目を求める下位値検出器と、その差分を求める差分器とで画像の局所部分での平坦度を算出することが出来、平坦度の低い場合は源画像情報を活かし平坦度の高い場合は雑音除去を活かすことにより、精度良く自然な雑音除去が可能となるという優れた効果が得られる。

本発明の請求項１に記載の発明は、光信号を電気信号に変換する固体撮像素子と、前記撮像素子の各画素の周囲ｎ×ｍ画素の値の上位からｋ番目を求める上位値検出器と、前記撮像素子の各画素の周囲ｎ×ｍ画素の値の下位からｋ番目を求める下位値検出器と、前記上位値検出器の出力と前記下位値検出器の出力との差分を求める差分器と前記差分器の出力応じて所定の係数を発生させる係数発生器と、前記固体撮像素子の着目画素を周囲ｎ×ｍ画素の中間値に置き換える中間値フィルターと、前記中間値フィルターの出力と前記固体撮像素子の出力とを所定の比率で加算平均行う加算平均器とを備え前記係数発生器の出力に応じて前記加算平均器の加算比率を変化させ雑音除去効果を変化させるという作用を有する。

以下、本発明の実施の形態について、図１から図４を用いて説明する。

（実施の形態１）
図１は本発明の中間値フィルターの動作を説明するための図であり、固体撮像素子の着目画素ｅとした場合の周囲３×３画素を表す図である。各アルファベットは座標位置を表すともに、各画素の信号の大きさを表す。図２は差分器の出力と係数発生器の出力の関係を示すグラフである。

図３は本実施の形態の撮像装置の全体構成を示すブロック図である。図において、３０１は入射される被写体の光学信号を結像し電気信号に変換する固体撮像素子で、例えばＣＣＤからなる。３０２は固体撮像素子３０１から出力される信号に基づき着目画素の周囲ｎ×ｍ画素毎の信号レベルの上位ｋ番目の値を検出する上位値検出器、３０３は固体撮像素子３０１から出力される信号に基づき着目画素の周囲ｎ×ｍ画素毎の信号レベルの下位ｋ番目の値を検出する下位値検出器、３０４は上位値検出器３０２及び下位値検出器３０３からの信号レベルの差分を算出する差分器、３０５は差分器３０４の算出結果に基づき所定の係数を発生する係数発生器で、発生する係数は差分器３０４の差分値により変化する。３０６は固体撮像素子３０１から出力される信号において着目画素の値をその周囲画素の中間値に置き換える中間値フィルター、３０７は係数発生器３０５からの制御により中間値フィルター３０６の出力と固体撮像素子３０１の出力との混合比率を可変する加算平均器である。

以上のように構成された撮像装置の固体撮像素子の雑音除去器について、図３を用いてその動作を説明する。

固体撮像素子３０１からの出力信号を、各画素の周囲ｎ×ｍ画素毎に上位値検出器３０２を通して得られた上位からｋ番目の値と、下位値検出器３０３を通して得られた下位からｋ番目の値との差分を差分器３０４を通して算出する。

例えば図１においてｋ＝３とした場合、上位値検出の出力値同等以上のものが３個、下位値検出の出力値同等以下のものが３個存在することになる。上位３番目と下位３番目の値の差が大きければこの３×３画素内の中心画素ｅの近傍に輝度の大きな変化点が存在すると判断し、この差が小さければ中心画素ｅの近傍に大きな変化点は存在しないと判断する。

つまり、図１の９個の画素ａ〜ｉを信号レベルが高い方から順に並べた時、ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈ，ｉとなったとする。これにおいて、上位値検出器３０２で検出する上位画素がａ，ｂ，ｃ、下位値検出器３０３で検出する下位画素がｇ，ｈ，ｉとなる。この時、画素ｃと画素ｇとの差分を差分器３０４で算出する。そしてこの差分値が図４（ａ）のＬ１に示すように小さい場合は、画素ａ〜ｉに渡ってほぼ平坦化されていると考えてよいが、差分値が図４（ｂ）のＬ２に示すように大きい場合は、図１の範囲内に極端に信号レベルが高い箇所が存在することになる。加算平均器３０７では、これらの信号レベルに応じて処理を行う。

ここで、図２に示すように差分器３０４の出力が小さければ平坦度が高いと判断し係数発生器３０５の出力を大きくし、差分器３０４の出力が大きければ平坦度が低いと判断し係数発生器３０５の出力小さくするように変化させることにより、上位値検出器３０２と下位値検出器３０３より得られる局所的な画面情報に基づいて着目画素ｅ近傍の平坦度合いの判定を変化させる。

一方、固体撮像素子３０１からの出力信号は、中間値フィルター３０６にも入力され、着目画素ｅの値を着目画素の周囲３×３画素の中間値に置き換えられ周囲画素からの信号レベルの乖離が少なくなるなるよう設定される。即ち中間値フィルター３０６にて雑音除去を行う。

ここで差分器３０４で平坦度が高いと判定した場合は加算平均器３０７での固体撮像素子３０１の出力と中間値フィルター３０６の出力との加算比率を中間値フィルター３０６の出力が高くなるように係数発生器３０５の出力に基づき加算し、差分器３０４で平坦度が低いと判定した場合は加算平均器３０７での固体撮像素子３０１の出力と中間値フィルター３０６の出力との加算比率を固体撮像素子３０１の出力が高くなるように係数発生器３０５の出力に基づき加算することにより、局所的な画像変化情報を維持したまま平坦な部分の雑音除去を行うことが可能となる。

このようにして雑音除去を行った信号は、別途設けられた信号処理回路（図示せず）に出力され、様々な信号処理が施された後、記録媒体に記録されたり、表示手段に映出されたりする。

本発明は、固体撮像素子の各画素の周囲ｎ×ｍ画素の値の上位からｋ番目を求める上位値検出器と、下位からｋ番目を求める下位値検出器と、その差分を求める差分器とで画像の局所部分での平坦度に応じた雑音除去施すことによって、高画質が要求される撮像装置にも適応できる。よって、本発明の利用範囲は、ビデオカメラに限らずデジタルスチルカメラなどにも応用可能である。

本発明の実施の形態１における本発明の中間値フィルターの動作説明の模式図 同実施の形態１における差分器出力と係数との関係の説明図 同実施の形態１における雑音除去装置を有する撮像装置のブロック図 同実施の形態における差分器における信号レベルを示す特性図 従来の雑音除去装置を有する撮像装置のブロック図

符号の説明

３０１ 固体撮像素子
３０２ 上位値検出器
３０３ 下位値検出器
３０４ 差分器
３０５ 係数発生器
３０６ 中間値フィルター
３０７ 加算平均器

Claims (1)

1. 光信号を電気信号に変換する固体撮像素子と、前記撮像素子の各画素の周囲ｎ×ｍ画素の値の上位からｋ番目を求める上位値検出器と、前記撮像素子の各画素の周囲ｎ×ｍ画素の値の下位からｋ番目を求める下位値検出器と、前記上位値検出器の出力と前記下位値検出器の出力との差分を求める差分器と前記差分器の出力応じて所定の係数を発生させる係数発生器と、前記固体撮像素子の着目画素を周囲ｎ×ｍ画素の中間値に置き換える中間値フィルターと、前記中間値フィルターの出力と前記固体撮像素子の出力とを所定の比率で加算平均行う加算平均器とを備え、前記係数発生器の出力に応じて前記加算平均器の加算比率を変化させ雑音除去効果を変化させることを特徴とする撮像装置。

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