JP2006074172A - 画像信号処理回路、カメラ、及び画像信号処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 回路規模を極端に大きくすることなく、遮光画素からの信号にレベルずれが生じたとしてもクランプレベルの誤差を抑制できるようにする。
【解決手段】 固体撮像素子の複数の遮光画素からの信号の平均値を算出して出力するとともに、平均値を保持するＯＢレベル平均化回路４２、ＯＢ平均レジスタ４３と、ＯＢ平均レジスタに保持している平均値と遮光画素からの信号のレベルとを比較する比較回路４６と、ＯＢレベル平均化回路で算出した平均値に基づいて、遮光画素からの信号を所定のレベルに調整するためのクランプ回路６とを備え、比較回路での比較結果に応じて遮光画素からの信号にかえてＯＢ平均レジスタに保持している平均値をＯＢレベル平均化回路に供給するようにして、わずかな回路の付加だけでレベルずれが生じた信号を除いた状態の遮光画素からの信号を基にオフセット量を適切に調整できるようにする。
【選択図】 図４

Description

本発明は、固体撮像素子から出力される画像信号の画像信号処理技術に関し、詳しくは画像信号処理におけるクランプ手段の制御技術に関する。

図７は、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子から出力される画像信号に係る一般的な画像信号処理回路の回路構成を示すブロック図である。画像信号処理回路は、図７に示すように相関２重サンプリング（ＣＤＳ）回路１、可変ゲインアンプ（ＰＧＡ）２、ＡＤコンバータ（ＡＤＣ）３、比較回路４、クランプレベルレジスタ５、及びクランプ回路６から構成される。

ＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等の図示しない固体撮像素子の画像信号は、画像信号処理回路に入力端ＩＮを介して入力される。入力された画像信号は、ＣＤＳ回路１及び可変ゲインアンプ２にてサンプルホールドや増幅等の所定の処理が施された後、ＡＤコンバータ３にてアナログ信号からデジタル信号に変換されて出力端ＯＵＴより出力される。

また、図７に示す画像信号処理回路において、クランプ回路６は、固体撮像素子における遮光画素（ＯＢ）からの信号を用いて、黒レベルが所定のレベルになるように入力画像信号に加算するオフセット量を制御する。具体的には、まず、ＡＤコンバータ３より出力される遮光画素からの信号と、クランプレベルレジスタ５にデータとして保持されているクランプレベルとが比較回路４で比較される。そして、クランプ回路６は、比較回路４での比較結果（差分レベル）に基づいた制御を行い、入力部であるＣＤＳ回路１に加算するオフセットレベルを調整して供給する。なお、遮光画素（ＯＢ）は、固体撮像素子において、フォトダイオード等の光電変換素子は形成されているが、被写体からの入射光が入射しない画素である。

上述した従来の画像信号処理回路には以下に述べる問題点があった。
例えば、図８（Ａ）に示すように、固体撮像素子の遮光画素部ＨＯＢ、ＶＯＢに欠陥８１があって異常なレベルの信号が遮光画素からの信号として出力された場合には、クランプ回路６は、その異常なレベルの信号を用いてクランプ処理をするよう動作し、クランプレベルの誤差が生じてしまう。すなわち、固体撮像素子では遮光画素においてさえも無欠陥であることが要求され、固体撮像素子のイールドを低下させる要因ともなる。

また、例えば図８（Ｂ）に示すように、高輝度の被写体を撮影した場合等、固体撮像素子に過大な光量が入射し、その遮光画素部ＨＯＢ、ＶＯＢにも多重反射などにより光が入射してしまうことで遮光画素からの信号が変動した場合にも、クランプ回路６は、その信号レベルを用いてクランプ処理をするよう動作するため、クランプレベルの誤差が発生してしまう。図８（Ｂ）に示したように高輝度領域８２において遮光画素８３からの信号レベルが高くなり、クランプ回路６は信号レベルを下げるように動作する。その結果、当該行（高輝度領域８２）のレベルが全体的に下がるために、図示したように帯状にレベルが下がってしまう。

それに対して、誤ったクランプ処理を回避する方法として、固体撮像素子における遮光画素からの信号を用いた第１のクランプレベルと、光電変換素子（画素）から信号を読み出していない水平ブランキング期間における信号レベルを用いた第２のクランプレベルとを設け、第１のクランプレベルが異常なレベルになった場合には、第２のクランプレベルに切り替えるものがある（例えば、特許文献１参照。）。

特開平９−２４７５５２号公報

また、上述したこれらの課題に対し、クランプ回路６のゲイン値を十分小さくすることで、クランプレベルの誤差を小さくすることは有効な手法の１つである。しかしながら、クランプ回路６のゲインを小さく設定すると、電源を投入してから所望のレベルに到達するまでの時間が長くなってしまうとともに、固体撮像素子の垂直方向にオフセット量が変化するシェーディングが大きい場合にも補正が不十分となってしまうという問題が発生する。すなわち、実際上これらのトレードオフの関係でゲインが設定されるため、クランプ回路６のゲイン値を十分小さくすることは、上述した先の課題を解決するには十分なものではない。

これらの問題点を解決するための既知たる方式として、遮光画素のうち欠陥のある画素のアドレスを記憶手段（一般的には不揮発性メモリーが用いられる）に記憶しておき、クランプレベルの決定に際し欠陥遮光画素からの信号を除外する方式がある。しかしながら、この方式では記憶手段を必要とするため回路規模が増大し、かつ固体撮像素子毎にそれぞれテストし調整する必要があり、さらには不揮発性メモリーのように特殊なプロセスの集積回路が必要であるという問題点があった。

また、他の既知たる方式として、複数の遮光画素部からの信号を平均化し、その平均として得られた信号レベルを用いてクランプ処理を行うという方式もある。この方式では、遮光画素の欠陥や光入射による信号レベルずれの影響をある程度低減し、かつランダムノイズの少ない条件でクランプ動作を行うことができる。しかしながら、遮光画素からの信号のレベルのずれが大きい場合には、平均化により影響をある程度低減はできるものの、クランプレベルの誤差を十分には低減することができないという問題点があった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、回路規模を極端に大きくすることなく、遮光画素からの信号にレベルずれが生じたとしてもクランプレベルの誤差を抑制できるようにすることを目的とする。

本発明の画像信号処理回路は、複数の有効画素と複数の遮光画素とを有する固体撮像素子からの画像信号に所定の処理を施す画像信号処理回路であって、上記複数の遮光画素からの信号の平均値を算出して出力するとともに、算出した平均値を保持する平均化処理手段と、上記平均化処理手段に保持されている平均値と、上記複数の遮光画素からの信号のレベルとを比較する比較手段と、上記平均化処理手段により算出された平均値に基づいて、上記遮光画素からの信号を所定のレベルに調整するクランプ手段とを備え、上記比較手段による比較結果に応じて、上記複数の遮光画素からの信号又は上記平均化処理手段に保持されている平均値を選択的に上記平均化処理手段に供給することを特徴とする。
本発明の画像信号処理回路は、複数の有効画素と複数の遮光画素とを有する固体撮像素子からの画像信号に所定の処理を施す画像信号処理回路であって、上記複数の遮光画素からの信号のメジアン値を抽出して出力する中間値出力手段と、上記中間値出力手段より出力される出力値に基づいて、上記遮光画素からの信号を所定のレベルに調整するクランプ手段とを備えることを特徴とする。
本発明の画像信号処理回路は、複数の有効画素と複数の遮光画素とを有する固体撮像素子からの画像信号に所定の処理を施す画像信号処理回路であって、上記複数の遮光画素からの信号のうち、最大値と最小値とを除く信号の平均値を算出して出力する演算手段と、上記演算手段により算出された平均値に基づいて、上記遮光画素からの信号を所定のレベルに調整するクランプ手段とを備えることを特徴とする。
本発明の画像信号処理回路は、複数の有効画素と複数の遮光画素とを有する固体撮像素子の上記遮光画素からの信号を所定のレベルに調整するクランプ処理を行うクランプ手段を有する画像信号処理回路であって、上記複数の遮光画素からの信号の平均値を算出して出力するとともに、前回の上記クランプ処理にて用いた上記複数の遮光画素からの信号の平均値を保持する平均化処理手段と、上記平均化処理手段に保持されている平均値と、上記複数の遮光画素からの信号のレベルとを比較する比較手段とを備え、上記比較手段による比較の結果、上記平均化処理手段に保持されている平均値と、上記複数の遮光画素からの信号のレベルとの差が予め設定したしきい値より大きい場合には、上記複数の遮光画素からの信号にかえて、上記平均化処理手段に保持されている前回のクランプ処理にて用いた上記複数の遮光画素からの信号の平均値を上記平均化処理手段に供給することを特徴とする。
また、本発明のカメラは、上述した画像信号処理回路と、光学像を固体撮像素子に結像させるためのレンズと、上記レンズを通る光量を可変するための絞りとを備えることを特徴とする。
また、本発明の画像信号処理方法は、複数の有効画素と複数の遮光画素とを有する固体撮像素子からの画像信号に所定の処理を施す画像信号処理方法であって、上記複数の遮光画素からの信号の平均値を算出して出力するとともに、算出した平均値を保持する平均化処理工程と、上記平均化処理工程にて保持された平均値と、上記複数の遮光画素からの信号のレベルとを比較する比較工程と、上記平均化処理工程にて算出された平均値に基づいて、上記遮光画素からの信号を所定のレベルに調整するクランプ工程とを有し、上記比較工程での比較結果に応じて、上記平均化処理工程にて用いる上記複数の遮光画素からの信号にかえて上記平均化処理工程にて保持された平均値を供給することを特徴とする。
本発明の画像信号処理方法は、複数の有効画素と複数の遮光画素とを有する固体撮像素子からの画像信号に所定の処理を施す画像信号処理方法であって、上記複数の遮光画素からの信号のメジアン値を抽出して出力する中間値出力工程と、上記中間値出力工程にて出力される出力値に基づいて、上記遮光画素からの信号を所定のレベルに調整するクランプ工程とを有することを特徴とする。
本発明の画像信号処理方法は、複数の有効画素と複数の遮光画素とを有する固体撮像素子からの画像信号に所定の処理を施す画像信号処理方法であって、上記複数の遮光画素からの信号のうち、最大値と最小値とを除く信号の平均値を算出して出力する演算工程と、上記演算工程で算出された平均値に基づいて、上記遮光画素からの信号を所定のレベルに調整するクランプ工程とを有することを特徴とする。

本発明によれば、わずかな回路を付加することで、固体撮像素子の遮光画素における欠陥や光入射により複数の遮光画素からの信号の一部にレベルずれが生じたとしても、レベルずれが生じた信号を除く、もしくはレベルずれが生じた信号を他の信号に置き換えることが可能であるため、固体撮像素子からの信号に加算するオフセット量を適切に調整することができる。したがって、遮光画素からの信号にレベルずれが生じても、回路規模を極端に大きくすることなく、クランプレベル誤差が発生することを抑制することができ、良好な画像信号処理を施すことが可能となる。また、固体撮像素子の遮光画素部におけるある程度の欠陥は許容することができるようになり、選別基準を緩和し、イールドを高めることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
なお、以下に説明する本発明の第１〜第５の実施形態による画像信号処理回路は、その回路構成例を示す図１〜図５において相関２重サンプリング（ＣＤＳ）回路及び可変ゲインアンプ（ＰＧＡ）を図示していないが、図７に示した画像信号処理回路と同様に相関２重サンプリング（ＣＤＳ）回路及び可変ゲインアンプ（ＰＧＡ）をＡＤコンバータの前段に具備している。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態による画像信号処理回路の回路構成例を示すブロック図である。この図１において、図７に示したブロック等と同一の機能を有するブロック等には同一の符号を付している。

図１において、３はアナログ信号をデジタル信号（デジタルデータ）に変換するＡＤコンバータである。ＡＤコンバータ３は、複数の有効画素と複数の遮光画素とを有する固体撮像素子（例えばＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等）からの画像信号が図示しないＣＤＳ回路及び可変ゲインアンプを介して入力され、当該画像信号をデジタル信号（デジタルデータ）に変換して出力する。

１１はデジタルフィルタであり、ＡＤコンバータ３から出力された遮光画素からの信号のうち、レベルがずれている（異常レベルの）信号を検出して除去する。すなわち、デジタルフィルタ１１は、信号のレベルが所定範囲外である場合には当該信号を除去し、所定範囲内である場合には当該信号をそのまま通過させる。

４Ａは比較回路、より詳しくはデジタル減算器である。比較回路４Ａは、デジタルフィルタ１１によりフィルタ処理された遮光画素からの信号と、クランプレベルレジスタ５に保持されているクランプ設定レベルとが入力され、その差分レベルに応じた信号を出力する。

６はクランプ回路であり、比較回路４Ａから供給される差分レベルに応じた信号に基づいて制御され、入力部（図示しないＣＤＳ回路）にて加算する入力画像信号に加算するオフセット量（オフセットレベル）を調整する。

上述した第１の実施形態による画像信号処理回路において、固体撮像素子からの信号は図示しないＣＤＳ回路及び可変ゲインアンプを介してＡＤコンバータ３に入力され、デジタル信号（デジタルデータ）に変換されて画像信号処理回路外部に出力される。また、ＡＤコンバータ３から出力されるデジタル信号は、デジタルフィルタ１１を介して比較回路４にも供給され、そのなかの遮光画素からの信号とクランプレベルレジスタ５からのクランプ設定レベルとが比較回路４Ａにて比較され、その差分レベルに応じた信号が出力される。比較回路４Ａから出力される差分レベルに応じた信号によりクランプ回路６を制御し、回路のオフセット量を調整する。

ここで、固体撮像素子の遮光画素からの信号のうち、画素欠陥や光もれこみによってレベルがずれた異常レベルの信号は、ＡＤコンバータ３より出力されるが、デジタルフィルタ１１が通過させず（除去し）、結果としてクランプ回路６へは入力されない。

これにより、第１の実施形態によれば、固体撮像素子の遮光画素からの信号のうちレベルがずれた異常レベルの信号はデジタルフィルタ１１により検出され除去されるので、異常レベルの信号を除く遮光画素からの信号だけに基づいて回路のオフセット量を適切に調整することができる。したがって、デジタルフィルタ１１を付加するだけで良いので回路規模を極端に大きくすることなく、固体撮像素子の画素欠陥や光もれこみにより発生するクランプ誤差を抑制することができ、固体撮像素子からの信号に対して良好な画像信号処理を施すことができる。また、固体撮像素子の遮光画素部の欠陥をある程度は容認することができ、選別基準（選択規格）を緩和してイールドを高めることができる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する
図２は、本発明の第２の実施形態による画像信号処理回路の回路構成例を示すブロック図である。この図２において、図１に示したブロック等と同一の機能を有するブロック等には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図２において、２１は比較回路（デジタル減算器）であり、ＡＤコンバータ３から出力された遮光画素からの信号と、最大値レジスタ２２に保持されている信号レベルとが入力され、その比較結果に応じてスイッチ２３を制御する。具体的には、比較回路２１は、ＡＤコンバータ３から出力された遮光画素からの信号が、最大値レジスタ２２に保持されている信号レベルより大きい場合にはスイッチ２３を閉じ、そうでない場合にはスイッチ２３を開くように制御する。また、スイッチ２３は、ＡＤコンバータ３から出力された遮光画素からの信号を最大値レジスタ２２に選択的に供給するためのものである。

すなわち、比較回路２１での比較の結果、ＡＤコンバータ３から出力された遮光画素からの信号が、最大値レジスタ２２に保持されている信号レベルより大きい場合には、ＡＤコンバータ３から出力された遮光画素からの信号が更新値として最大値レジスタ２２に供給され保持される。このようにして、比較回路２１、最大値レジスタ２２、及びスイッチ２３からなる回路は、ＡＤコンバータ３から出力された遮光画素からの信号における最大値を検出する。

２４は比較回路であり、ＡＤコンバータ３から出力された遮光画素からの信号と、最小値レジスタ２５に保持されている信号レベルとが入力され、それらの比較を行う。この比較の結果、比較回路２４は、ＡＤコンバータ３から出力された遮光画素からの信号が、最小値レジスタ２５に保持されている信号レベルより小さい場合にはスイッチ２６を閉じ、そうでない場合にはスイッチ２６を開くように制御する。また、スイッチ２６は、ＡＤコンバータ３から出力された遮光画素からの信号を最小値レジスタ２５に選択的に供給するためのものである。

すなわち、比較回路２４での比較の結果、ＡＤコンバータ３から出力された遮光画素からの信号が、最小値レジスタ２５に保持されている信号レベルより小さい場合には、ＡＤコンバータ３から出力された遮光画素からの信号が更新値として最小値レジスタ２５に供給され保持される。このようにして、比較回路２４、最小値レジスタ２５、及びスイッチ２６からなる回路は、ＡＤコンバータ３から出力された遮光画素からの信号における最小値を検出する。

２７は総和（Σ）レジスタであり、ＡＤコンバータ３から出力された遮光画素からの信号が入力され、入力された遮光画素からの信号を順次加算して、その総和を算出し保持する。

２８は減算器であり、最大値レジスタ２２、最小値レジスタ２５、及び総和レジスタ２７のレジスタ値が供給され、それらを用いて所定の演算処理を行って演算結果を出力する。具体的には、減算器２８は、各レジスタのレジスタ値を基に、[（総和）−（最大値）−（最小値）]の値を算出し出力する。
２９は除算器であり、減算器２８の出力値を（遮光画像数−２）で除算する。

４Ｂは比較回路であり、図１に示した比較回路４Ａに相当する。比較回路４Ｂは、除算器２９からの出力信号と、クランプレベルレジスタ５に保持されているクランプ設定レベルとが入力され、その差分レベルに応じた信号を出力する。

上述した第２の実施形態による画像信号処理回路において、固体撮像素子からの信号は図示しないＣＤＳ回路及び可変ゲインアンプを介してＡＤコンバータ３に入力され、デジタル信号に変換されて画像信号処理回路外部に出力される。また、ＡＤコンバータ３から出力されるデジタル信号のうち遮光画素からの信号を、随時総和レジスタ２７のレジスタ値に加算して更新すると同時に、最大値レジスタ２２及び最小値レジスタ２５の各レジスタ値との比較を行うことで遮光画素からの信号における最大値及び最小値の検出を行う。

そして、所定の遮光画素数分のデータを処理した結果、その総和、最大値及び最小値が各レジスタ２２、２５、２７に格納された状態で、｛（総和）−（最大値）−（最小値）｝／（画素数−２）の演算を減算器２８及び除算器２９により行い、遮光画素からの信号のうち、最大値と最小値とを除く信号の平均値を算出する。この演算結果とクランプレベルレジスタ５からのクランプ設定レベルとが比較回路４Ｂにて比較され、その差分レベルに応じた信号が出力される。比較回路４Ｂから出力される差分レベルに応じた信号によりクランプ回路６を動作させ、回路のオフセット量を調整する。

以上のように、第２の実施形態によれば、複数の遮光画素からの信号のうち、最も信号レベルが高い信号及び最も信号レベルが低い信号を除去することで、これら最大値及び最小値の信号を除いた遮光画素からの信号の平均値に基づいて回路のオフセット量を適切に調整でき、わずかな回路を付加するだけで、よりクランプ誤差が小さいクランプ動作が可能となる。したがって、固体撮像素子からの信号に対して、より良好な画像信号処理を施すことができるとともに、固体撮像素子の選別基準（選択規格）を緩和してイールドを高めることができる。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について説明する。
図３は、本発明の第３の実施形態による画像信号処理回路の回路構成例を示すブロック図である。この図３において、図１に示したブロック等と同一の機能を有するブロック等には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図３において、３１、３３は入力される信号（データ値）を３つ保持するレジスタである。３２、３４は、レジスタ３１、３３に保持されている３つの信号（データ値）からその中のメジアン値（中間値）を抽出するメジアンフィルタである。

レジスタ３１及びメジアンフィルタ３２により、ＡＤコンバータ３から出力される３つ分の遮光画素からの信号の中から、そのメジアン値を抽出する第１のメジアンフィルタブロックが構成される。また、レジスタ３３及びメジアンフィルタ３４により、第１のメジアンフィルタブロックで抽出された３つのメジアン値から、それらにおけるメジアン値を抽出する第２のメジアンフィルタブロックが構成される。

すなわち、レジスタ３１、３３及びメジアンフィルタ３２、３４（第１及び第２のメジアンフィルタブロック）により、９画素分の遮光画素からの信号におけるメジアン値もしくは正確には中間値ではないがほほメジアン値に相当する略中間値が抽出される。

４Ｃは比較回路であり、図１に示した比較回路４Ａに相当する。比較回路４Ｃは、メジアンフィルタ３４からの出力信号と、クランプレベルレジスタ５に保持されているクランプ設定レベルとが入力され、その差分レベルに応じた信号を出力する。

上述した第３の実施形態による画像信号処理回路において、固体撮像素子からの信号は図示しないＣＤＳ回路及び可変ゲインアンプを介してＡＤコンバータ３に入力され、デジタル信号に変換されて画像信号処理回路外部に出力される。

また、ＡＤコンバータ３から出力されるデジタル信号のうち遮光画素からの信号は、９画素分の信号に関して、まずレジスタ３１とメジアンフィルタ３２で構成される第１のメジアンフィルタブロックにて、連続する３画素分の信号を一群として随時中間値抽出が行われ、抽出された３つの中間値がレジスタ３３に格納される。さらに、レジスタ３３とメジアンフィルタ３４で構成される第２のメジアンフィルタブロックにて、レジスタ３３に格納された３つの値を用いて中間値抽出が行われ、抽出された中間値が比較回路４Ｃに出力される。

メジアンフィルタ３４の出力値（９画素分の遮光画素からの信号の中間値あるいは略中間値）とクランプレベルレジスタ５からのクランプ設定レベルとが比較回路４Ｃにて比較され、その結果として出力される差分レベルに応じた信号に応じた信号によりクランプ回路６を動作させ、回路のオフセット量を調整する。

以上のように、第３の実施形態によれば、９画素分の遮光画素からの信号を３画素分ずつの３組に分けてメジアンフィルタ３２によりメジアン値を抽出し、さらに各組にて抽出された総計３つのメジアン値を用いて、その中のメジアン値をメジアンフィルタ３４により抽出することで、９画素分の遮光画素からの信号のうち擬似的な中間値を抽出する。そして、この擬似的な中間値に基づいて回路のオフセット量を適切に調整する。

ここで、９つの要素そのものから１つのメジアン値を抽出する９→１メジアンフィルタは回路規模が大きくなる。このため、本実施形態においては３つの要素から１つのメジアン値を抽出する３→１メジアンフィルタを縦属接続して２段構成とすることにより、回路規模を極端に大きくすることなく複数(９画素分)の遮光画素からの信号のうち擬似的な中間値を抽出可能としている。この抽出した擬似的な中間値を用いてクランプ動作を行うため、クランプ誤差の発生を抑制し、より誤差の小さいクランプ動作が可能となり、固体撮像素子からの信号に対して良好な画像信号処理を施すことができる。また、固体撮像素子の遮光画素部の欠陥を、より容認することができ、選別基準（選択規格）を著しく緩和してイールドを高めることができる。

なお、上述した説明では、９画素分の遮光画素からの信号を用いて処理する場合を一例として示しているが、これに限定されるものではなく、用いる遮光画素からの信号の数（画素数）は任意であり、レジスタ３１、３２及びメジアンフィルタ３２、３４を信号の数に応じて適宜変更することで、任意の複数画素分の遮光画素からの信号を用いて処理することが可能である。

（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態について説明する。
図４は、本発明の第４の実施形態による画像信号処理回路の回路構成例を示すブロック図である。この図４において、図１に示したブロック等と同一の機能を有するブロック等には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図４において、４１は、ＡＤコンバータ３から出力された遮光画素からの信号又は１Ｈ前ＯＢ平均レジスタ４３からの出力値を、選択的にＯＢレベル平均化回路４２に供給するためのスイッチである。

ＯＢレベル平均化回路４２は、ＡＤコンバータ３から出力され、スイッチ４１を介して供給される遮光画素からの信号（１Ｈ前レジスタ４３からの出力値を一部あるいは全部に含むこともある。）の平均値を算出し出力する。１Ｈ前ＯＢ平均レジスタ４３は、前回のクランプ処理時に用いたＯＢレベル平均化回路４２で算出された平均値を保持するレジスタである。

４４は加算器であり、１Ｈ前ＯＢ平均レジスタ４３に保持されている前回のクランプ処理時に用いた平均値と、キズしきい値レジスタ４５に保持されているキズしきい値との加算処理を行って演算結果を出力する。

４６は比較回路であり、ＡＤコンバータ３から出力された遮光画素からの信号と、加算器４４の出力値とが入力され、それらの比較を行う。この比較の結果、比較回路４６は、ＡＤコンバータ３から出力された遮光画素からの信号が、加算器４４の出力値（１フレーム前の平均値＋キズしきい値）以下の場合には、ＡＤコンバータ３から出力された遮光画素からの信号がＯＢレベル平均化回路４２に供給されるようスイッチ４１を制御する。一方、ＡＤコンバータ３から出力された遮光画素からの信号が、加算器４４の出力値より大きい場合には、１Ｈ前ＯＢ平均レジスタ４３からの出力値がＯＢレベル平均化回路４２に供給されるようスイッチ４１を制御する。

４Ｄは比較回路であり、図１に示した比較回路４Ａに相当する。比較回路４Ｄは、ＯＢレベル平均化回路４２より出力される平均値と、クランプレベルレジスタ５に保持されているクランプ設定レベルとが入力され、その差分レベルに応じた信号を出力する。

上述した第４の実施形態による画像信号処理回路において、固体撮像素子からの信号は図示しないＣＤＳ回路及び可変ゲインアンプを介してＡＤコンバータ３に入力され、デジタル信号に変換されて画像信号処理回路外部に出力される。また、ＡＤコンバータ３から出力されるデジタル信号のうち遮光画素からの信号は、ＯＢレベル平均化回路４２で平均化される。このとき、前回(１フレーム前)の処理に用いた平均値が１Ｈ前ＯＢ平均レジスタ４３に格納されており、各画素毎に（前回の平均値＋キズしきい値）と現在のＡＤコンバータ３から出力される遮光画素からの信号のレベルとの比較を比較回路４６で行う。

この比較回路４６での比較の結果、現在の遮光画素からの信号レベルが（前回の平均値＋キズしきい値）より大きい場合、言い換えれば前回の平均値と現在の遮光画素からの信号レベルとの差がキズしきい値より大きい場合には、現在の遮光画素からの信号が欠陥や光漏れこみの影響により異常レベルであると判断して、ＯＢレベル平均化回路４２には入力せず、かわりに前回の平均値をＯＢレベル平均化回路４２に入力する。なお、この現在の遮光画素からの信号と前回の平均値との入れ替えも画素毎に行われる。

また、ＯＢレベル平均化回路４２にて算出した平均値は比較回路４Ｄにも供給され、当該平均値とクランプレベルレジスタ５からのクランプ設定レベルとが比較回路４Ｄにて比較され、その結果として出力される差分レベルに応じた信号に応じた信号によりクランプ回路６を動作させ、回路のオフセット量を調整する。

以上のように、第４の実施形態によれば、固体撮像素子の複数の遮光画素からの信号を平均化し、平均化された信号レベルに基づいて回路のオフセット量を適切に調整することにより、クランプ誤差の発生を抑制でき、かつランダムノイズの影響を低減することができる。また、前回の平均値と現在の遮光画素からの信号レベルとの差がキズしきい値より大きい場合には、当該遮光画素からの信号を異常レベルと判断して前回の平均値をかわりに用いることで、異常レベルと判定された遮光画素からの信号をクランプ動作に使用せず、より誤差の小さいクランプ動作が可能となり、固体撮像素子からの信号に対して良好な画像信号処理を施すことができる。また、固体撮像素子の遮光画素部の欠陥をある程度は容認することができ、選別基準（選択規格）を緩和してイールドを高めることができる。

なお、上記図４に示した画像信号処理回路は、固体撮像素子の遮光画素における白キズに相当する欠陥を除去するようにしたものであるが、黒キズに相当する欠陥を除去するようにする場合には、加算器４６に換えて減算器を用いるようにすれば良い。

（第５の実施形態）
次に、第５の実施形態について説明する。
図５は、本発明の第５の実施形態による画像信号処理回路の回路構成例を示すブロック図である。以下に説明する第５の実施形態による画像信号処理回路は、上述した第４の実施形態による画像信号処理回路にキズしきい値の設定に係る回路ブロックを追加したものである。この図５において、図１及び図４に示したブロック等と同一の機能を有するブロック等には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図５において、４７は乗算器であり、クランプ誤差（比較回路４Ｄの出力である差分レベルに応じた信号）を４倍にする。

４８は比較回路であり、乗算器４７の出力信号と、基準レベルレジスタ４９に保持されているキズしきい値の基準レベルとが入力され、それらの比較を行う。この比較の結果、比較回路４８は、乗算器４７の出力信号が基準レベル以上の場合には、乗算器４７の出力信号が加算器４４Ａ（図４に示した加算器４４に相当）に供給されるようスイッチ５０を制御する。一方、乗算器４７の出力信号が基準レベルより小さい場合には、基準レベルレジスタ４９に保持されている基準レベルが加算器４４Ａに供給されるようスイッチ５０を制御する。

上述した第５の実施形態による画像信号処理回路は、第４の実施形態による画像信号処理回路と同様に動作し、第４の実施形態と同様の効果が得られる。ただし、第５の実施形態による画像信号処理回路では、クランプ動作は電源投入後から複数回繰り返すことによって目標のクランプレベルに到達するので、クランプ動作の最初の数回においては目標のクランプレベルと実際の遮光画素からの出力信号との差が大きく、クランプ処理１回あたりの補正量も大きい。このため前回の処理に用いた平均値と現在のレベルとの差は、この補正量分だけ必ず差として存在する。したがって、キズしきい値として補正量分よりも大きな値を設定していない場合には、現在のレベルがすべて異常レベルとして判定されることになり、クランプ動作が正常に行えない。

そこで、上記図５に示した例では、現在のクランプ誤差に比例させて、現在のクランプ誤差の４倍をキズしきい値として使用する。なお、上述した例ではゲイン値を４倍としているが、これに限定されるものではなく、ゲイン値は固体撮像素子の特性などを含めたシステムによって最適な値が異なるので、各特性を考慮した上でゲイン値を設定すれば良い。

上記図５に示した画像信号処理回路では、この（クランプ誤差）×４(ゲイン)のレベルと基準レベルレジスタ４９に保持されている基準レベルとを比較して、そのうち大きい方をキズしきい値として加算器４４Ａに供給するよう構成している。ここで、基準レベルは、キズしきい値として必要最小のレベルを意味している。

仮に、基準レベルとの比較処理を行わずに、必ず（クランプ誤差）×４のレベルをキズしきい値としてしまうと、クランプ誤差が小さくなり０となった場合に、キズしきい値が０となってしまい、現在のレベルがすべて異常レベルであると判定される。このため、第５の実施形態による画像信号処理回路は、基準レベルを保持するレジスタ４９を設け、（クランプ誤差）×４のレベルと基準レベルとを比較することで、キズしきい値が基準値以下になることを確実に回避することができるように構成している。

（本発明の他の実施形態）
次に、上述した各実施形態における画像信号処理回路をカメラに適用した場合について説明する。
図６は、各実施形態における画像信号処理回路を「スチルビデオカメラ」に適用した場合の構成例を示すブロック図である。

図６において、６１はレンズのプロテクトとメインスイッチを兼ねるバリア、６２は被写体の光学像を固体撮像素子６４に結像させるレンズ、６３はレンズ６２を通った光量を可変するための絞り、６４はレンズ６２で結像された被写体を画像信号として取り込むための固体撮像素子、６５は任意の上述した実施形態による画像信号処理回路、６６は画像信号処理回路６５より出力された画像データに各種の補正を行ったりデータを圧縮したりする信号処理部、６７は固体撮像素子６４、画像信号処理回路６５、信号処理部６６に、各種タイミング信号を出力するタイミング発生部、６８は各種演算とスチルビデオカメラ全体を制御する全体制御・演算部、６９は画像データを一時的に記憶する為のメモリ部、７０は記録媒体に記録または読み出しを行うためのインターフェース部、７１は画像データの記録または読み出しを行う為の半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体、７２は外部コンピュータ等と通信する為のインターフェース部である。

次に、上述の構成における撮影時のスチルビデオカメラの動作について説明する。
バリア６１がオープンされるとメイン電源がオンされ、次にコントロール系の電源がオンし、更に画像信号処理回路６５などの撮像系回路の電源がオンされる。

それから、露光量を制御する為に、全体制御・演算部６８は絞り６３を開放にし、固体撮像素子６４から出力された信号は画像信号処理回路６５で所定の処理が施された後、信号処理部６６に入力される。
そのデータを基に露出の演算を全体制御・演算部６８で行う。
この測光を行った結果により明るさを判断し、その結果に応じて全体制御・演算部６８は絞りを制御する。

次に、固体撮像素子６４から出力された信号をもとに、高周波成分を取り出し被写体までの距離の演算を全体制御・演算部６８で行う。その後、レンズ６２を駆動して合焦か否かを判断し、合焦していないと判断した時は、再びレンズ６２を駆動し測距を行う。

そして、合焦が確認された後に本露光が始まる。
露光が終了すると、固体撮像素子６４から出力された画像信号は、画像信号処理回路６５でＡ／Ｄ変換等を含む所定の処理がなされ、信号処理部６６を通り全体制御・演算部６８によりメモリ部６９に書き込まれる。

その後、メモリ部６９に蓄積されたデータは、全体制御・演算部６８の制御により記録媒体制御Ｉ／Ｆ部７０を通り半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体７１に記録される。
また、外部Ｉ／Ｆ部７２を通り直接コンピュータ等に入力して画像の加工を行ってもよい。

なお、上記実施形態では、回路のオフセット量を調整する処理において、ＡＤコンバータ３より出力される固体撮像素子の遮光画素からの信号を用いるようにしているが、ＡＤコンバータ３に入力される前の固体撮像素子からの信号を用いるようにしても良く、この場合には、各回路を適宜アナログ回路で構成すれは良い。
また、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

本発明の第１の実施形態による画像信号処理回路の構成例を示す図である。 第２の実施形態による画像信号処理回路の構成例を示す図である。 第３の実施形態による画像信号処理回路の構成例を示す図である。 第４の実施形態による画像信号処理回路の構成例を示す図である。 第５の実施形態による画像信号処理回路の構成例を示す図である。 本発明の実施形態における画像信号処理回路を適用したカメラの構成例を示す図である。 一般的な画像信号処理回路の構成を示す図である。 従来の画像信号処理回路における問題点を説明するための図である。

符号の説明

３ ＡＤコンバータ
４Ａ〜４Ｄ 比較回路
５ クランプレベルレジスタ
６ クランプ回路
４２ ＯＢレベル平均化回路
４３ １Ｈ前ＯＢ平均レジスタ
４４ 加算器
４５ キズしきい値レジスタ
４６ 比較回路

Claims (19)

1. 複数の有効画素と複数の遮光画素とを有する固体撮像素子からの画像信号に所定の処理を施す画像信号処理回路であって、
   上記複数の遮光画素からの信号の平均値を算出して出力するとともに、算出した平均値を保持する平均化処理手段と、
   上記平均化処理手段に保持されている平均値と、上記複数の遮光画素からの信号のレベルとを比較する比較手段と、
   上記平均化処理手段により算出された平均値に基づいて、上記遮光画素からの信号を所定のレベルに調整するクランプ手段とを備え、
   上記比較手段による比較結果に応じて、上記複数の遮光画素からの信号又は上記平均化処理手段に保持されている平均値を選択的に上記平均化処理手段に供給することを特徴とする画像信号処理回路。
2. 上記比較手段による比較の結果、上記平均化処理手段に保持されている平均値と、上記複数の遮光画素からの信号のレベルとの差が予め設定したしきい値より大きい場合には、上記複数の遮光画素からの信号にかえて、上記平均化処理手段に保持されている平均値を上記平均化処理手段に供給することを特徴とする請求項１記載の画像信号処理回路。
3. 上記しきい値は、上記クランプ手段によるクランプ誤差に比例した値に自動的に設定されることを特徴とする請求項２記載の画像信号処理回路。
4. 上記クランプ手段によるクランプ誤差をｋ倍（ｋは１以上の数）したレベルと、上記しきい値に係る基準レベルとを比較するしきい値レベル比較手段をさらに備え、
   上記しきい値レベル比較手段による比較結果に応じて、上記ｋ倍したクランプ誤差のレベル又は上記基準レベルを選択的に上記しきい値として設定することを特徴とする請求項３記載の画像信号処理回路。
5. 上記平均化処理手段は、上記複数の遮光画素からの信号の平均値を算出して出力する平均算出手段と、
   上記平均算出手段により算出した平均値を記憶する平均記憶手段とを備えることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の画像信号処理回路。
6. 上記平均記憶手段は、１水平走査期間前に上記平均算出手段により算出された平均値を記憶することを特徴とする請求項５に記載の画像信号処理回路。
7. 上記クランプ手段は、上記平均化処理手段により算出された平均値と予め設定されているクランプ設定レベルとの差を基に、上記遮光画素からの信号を所定のレベルに調整することを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の画像信号処理回路。
8. 複数の有効画素と複数の遮光画素とを有する固体撮像素子からの画像信号に所定の処理を施す画像信号処理回路であって、
   上記複数の遮光画素からの信号のメジアン値を抽出して出力する中間値出力手段と、
   上記中間値出力手段より出力される出力値に基づいて、上記遮光画素からの信号を所定のレベルに調整するクランプ手段とを備えることを特徴とする画像信号処理回路。
9. 上記中間値出力手段は、ｎ×ｍ個（ｎ、ｍは任意の自然数）の上記遮光画素からの信号をｎ個ずつの組に分けて、各組におけるメジアン値を抽出して出力する第１の中間値出力手段と、
   上記第１の中間値出力手段により出力されるｍ個の出力値を１組として、当該出力値におけるメジアン値を抽出して出力する第２の中間値出力手段とを備え、
   上記クランプ手段は、上記第２の中間値出力手段より出力される出力値に基づいて、上記遮光画素からの信号を所定のレベルに調整することを特徴とする請求項８記載の画像信号処理回路。
10. 上記第１の中間値出力手段は、上記遮光画素からの信号をｎ個格納する第１の記憶手段と、上記第１の記憶手段に格納されたｎ個の上記遮光画素からの信号のメジアン値を抽出し出力する第１の中間値抽出手段とを備え、
    上記第２の中間値出力手段は、上記第１の中間値抽出手段の出力値をｍ個格納する第２の記憶手段と、上記第２の記憶手段に格納されたｍ個の上記出力値のメジアン値を抽出して出力する第２の中間値抽出手段とを備えることを特徴とする請求項９記載の画像信号処理回路。
11. 複数の有効画素と複数の遮光画素とを有する固体撮像素子からの画像信号に所定の処理を施す画像信号処理回路であって、
    上記複数の遮光画素からの信号の統計学における略中間値を抽出して出力する中間値出力手段と、
    上記中間値出力手段より出力される出力値に基づいて、上記遮光画素からの信号を所定のレベルに調整するクランプ手段とを備えることを特徴とする画像信号処理回路。
12. 複数の有効画素と複数の遮光画素とを有する固体撮像素子からの画像信号に所定の処理を施す画像信号処理回路であって、
    上記複数の遮光画素からの信号のうち、最大値と最小値とを除く信号の平均値を算出して出力する演算手段と、
    上記演算手段により算出された平均値に基づいて、上記遮光画素からの信号を所定のレベルに調整するクランプ手段とを備えることを特徴とする画像信号処理回路。
13. 上記演算手段は、上記複数の遮光画素からの信号における最大値を検出する最大値検出手段と、
    上記複数の遮光画素からの信号における最小値を検出する最小値検出手段と、
    上記複数の遮光画素からの信号の総和を算出する総和算出手段と、
    上記最大値検出手段及び上記最小値検出手段による検出結果と、上記総和算出手段により算出された総和を基に、上記平均値を算出する四則演算手段とを備えることを特徴とする請求項１２記載の画像信号処理回路。
14. 複数の有効画素と複数の遮光画素とを有する固体撮像素子の上記遮光画素からの信号を所定のレベルに調整するクランプ処理を行うクランプ手段を有する画像信号処理回路であって、
    上記複数の遮光画素からの信号の平均値を算出して出力するとともに、前回の上記クランプ処理にて用いた上記複数の遮光画素からの信号の平均値を保持する平均化処理手段と、
    上記平均化処理手段に保持されている平均値と、上記複数の遮光画素からの信号のレベルとを比較する比較手段とを備え、
    上記比較手段による比較の結果、上記平均化処理手段に保持されている平均値と、上記複数の遮光画素からの信号のレベルとの差が予め設定したしきい値より大きい場合には、上記複数の遮光画素からの信号にかえて、上記平均化処理手段に保持されている前回のクランプ処理にて用いた上記複数の遮光画素からの信号の平均値を上記平均化処理手段に供給することを特徴とする画像信号処理回路。
15. 上記しきい値は、上記クランプ手段によるクランプ誤差に比例した値に自動的に設定されることを特徴とする請求項１４記載の画像信号処理回路。
16. 請求項１、８、１１、１２、及び１４の何れか１項に記載の画像信号処理回路と、
    光学像を固体撮像素子に結像させるためのレンズと、
    上記レンズを通る光量を可変するための絞りとを備えることを特徴とするカメラ。
17. 複数の有効画素と複数の遮光画素とを有する固体撮像素子からの画像信号に所定の処理を施す画像信号処理方法であって、
    上記複数の遮光画素からの信号の平均値を算出して出力するとともに、算出した平均値を保持する平均化処理工程と、
    上記平均化処理工程にて保持された平均値と、上記複数の遮光画素からの信号のレベルとを比較する比較工程と、
    上記平均化処理工程にて算出された平均値に基づいて、上記遮光画素からの信号を所定のレベルに調整するクランプ工程とを有し、
    上記比較工程での比較結果に応じて、上記平均化処理工程にて用いる上記複数の遮光画素からの信号にかえて上記平均化処理工程にて保持された平均値を供給することを特徴とする画像信号処理方法。
18. 複数の有効画素と複数の遮光画素とを有する固体撮像素子からの画像信号に所定の処理を施す画像信号処理方法であって、
    上記複数の遮光画素からの信号のメジアン値を抽出して出力する中間値出力工程と、
    上記中間値出力工程にて出力される出力値に基づいて、上記遮光画素からの信号を所定のレベルに調整するクランプ工程とを有することを特徴とする画像信号処理方法。
19. 複数の有効画素と複数の遮光画素とを有する固体撮像素子からの画像信号に所定の処理を施す画像信号処理方法であって、
    上記複数の遮光画素からの信号のうち、最大値と最小値とを除く信号の平均値を算出して出力する演算工程と、
    上記演算工程で算出された平均値に基づいて、上記遮光画素からの信号を所定のレベルに調整するクランプ工程とを有することを特徴とする画像信号処理方法。

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