JP2006303953A - 黒レベル補正装置 - Google Patents

Abstract

【課題】オプティカルブラック領域への光漏れ発生時にもカメラの映像信号の黒レベル補正制御を精度良く行なう黒レベル補正装置を提供する。
【解決手段】１フレームの映像信号が撮像素子から出力されているときに、撮像素子のオプティカルブラック領域の複数のブロックにおける映像信号の信号レベルのブロック平均値を演算する平均演算回路６と、ブロック平均値からそれぞれのブロックに対するブロック重み付け係数を決定する重み付け係数演算回路７と、ブロック平均値とブロック重み付け係数から、映像信号の黒レベルを調整するための黒レベル補正値を演算する黒レベル平均演算回路８とを備え、オプティカルブラック領域へ光漏れなどが生じた場合にも、精度の高い黒レベルの補正値を算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、CMOS等の撮像素子からの読み出し信号に対して黒レベル補正を施すカメラの黒レベル補正装置に関するものである。

従来のカメラの黒レベル補正装置は、図５に示すようにレンズ２１、絞り２２、メカニカルシャッター２３、固体撮像素子２４、撮像素子駆動回路２５、ＣＤＳ回路２６、ＡＧＣ回路２７、クランプ回路２８、ＡＤ変換回路２９、映像処理回路３０、映像信号処理回路３１、測光回路３２、タイミングパルス発生回路３３、ＣＰＵ３４、感度・露光制御部３５、露光制御回路３６、ＯＢ積分回路３７、ＯＢレベルブロック比較回路３８で構成されている。この構成により、撮像素子の遮光領域を複数のブロックに分割し、各遮光領域のブロックの出力を積分し、それぞれの積分値を比較することで遮光領域の画素の異常を検出する。これにより、遮光領域の出力異常を検出し、絞りの絞り込み、感度設定の変更等を行なうことができるという効果を有している（例えば特許文献１参照）。
特開２００３−１９８９５３号公報（第９頁、第１図）

しかしながら、上記公報に見られるような従来の黒レベル補正装置では、撮像素子の遮光領域を複数のブロックに分割し、それぞれの積分値を比較することで遮光領域の画素の異常を検出するため、高輝度な被写体によるオプティカルブラック領域へのブルーミング又は光漏れなどの影響がオプティカルブラック領域の全面に亘っている場合、それぞれのブロックにおける黒レベルの積分値の比較の際に、比較されるブロックの積分値の差分が取れず、遮光領域の異常画素の検出が困難となり、その結果、黒レベルの検出精度が悪くなるという問題があった。

本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、高輝度な被写体によるオプティカルブラックへのブルーミング又は光漏れなどが発生しても黒レベルの補正を精度よく行なうことができるカメラの黒レベル補正装置を提供することを目的とする。

本発明のカメラの黒レベル補正装置は、１フレームの映像信号が撮像素子から出力されているときに、前記撮像素子のオプティカルブラック領域のブロックにおける前記映像信号の信号レベルのブロック平均値を演算する平均演算回路と、前記ブロック平均値からそれぞれの前記ブロックに対するブロック重み付け係数を決定する重み付け係数演算回路と、前記ブロック平均値と前記ブロック重み付け係数から、前記映像信号の黒レベルを調整するための黒レベル補正値を演算する黒レベル平均演算回路とを備えた構成を有している。

この構成により、それぞれのブロックにおけるブロック重み付け係数に基づいて黒レベル補正値を決定するので、オプティカルブラック領域へ光漏れなどが生じた場合に、光漏れの影響を反映した黒レベル補正値によって精度の高い黒レベル補正を行える。

また、本発明の黒レベル補正装置ついて、前記重み付け係数演算回路は、前記ブロック平均値と予め設定した黒レベル目標値との差分が大きくなるほど、前記ブロック重み付け係数が小さくなるように、ブロック重み付け係数を決定する構成を有している。

この構成により、オプティカルブラック領域への光漏れなどの影響を受けているブロックを検出し、黒レベル目標値との差分に基づいてブロック重み付け係数が決定され、この光漏れの生じたブロックが黒レベル補正値に及ぼす影響を小さくすることができる。

また、本発明のカメラの黒レベル補正装置について、前記黒レベル平均演算回路は、前記ブロック平均値と前記ブロック重み付け係数との積に基づいて、黒レベル補正値を演算する構成を有している。

この構成により、ブロック平均値とブロック重み付け係数との積に基づいて、光漏れなどの影響を受けているブロックにおける黒レベル補正値が黒レベル補正値に及ぼす影響を、小さくすることができる。

また、本発明のカメラの黒レベル補正装置は、前記１フレーム以前のフレームに基づいて前記黒レベル平均演算回路により演算された黒レベル補正値を格納する記憶装置と、前記黒レベル平均演算回路が前記１フレームの映像信号に基づいて算出した第１の黒レベル補正値と、前記記憶装置に記憶された第２の黒レベル補正値のうち何れかを、最終的な黒レベル補正値として決定する黒レベル補正制御判定回路を更に備えた構成を有している。

この構成により、例えば光漏れなどがオプティカルブラック領域の広範に亘っているために適正な黒レベル補正値が算出できない場合であっても、記憶装置に記憶された黒レベル補正値を最終的な黒レベル補正値として選択することができ、適正な黒レベル補正値を得ることができる。

また、本発明のカメラの黒レベル補正装置について、前記黒レベル補正制御判定回路は、前記第１の黒レベル補正値を算出する際に演算された前記ブロック重み付け係数が所定値よりも小さい前記ブロックのブロック総数と予め設定された閾値とを比較し、前記ブロック総数が前記閾値以下である場合は、前記第１の黒レベル補正値を最終的な黒レベル補正値として決定し、前記ブロック総数が前記閾値よりも大きい場合は、前記第２の黒レベル補正値を最終的な黒レベル補正値として決定することを特徴とする構成を有している。

この構成により、最終的な黒レベル補正値として選択される黒レベル補正値を適正に判断することができる。

また、本発明のカメラの黒レベル補正装置は、１フレームの映像信号に基づいて前記映像信号の黒レベルを調整するための黒レベル補正値を演算する黒レベル平均演算回路と、前記１フレーム以前のフレームに基づいて前記黒レベル平均演算回路により演算された黒レベル補正値を格納する記憶装置と、前記黒レベル平均演算回路が前記１フレームの映像信号に基づいて算出した第１の黒レベル補正値と、前記記憶装置に記憶された第２の黒レベル補正値のうち何れかを、最終的な黒レベル補正値として決定する黒レベル補正制御判定回路とを備えた構成を有している。

この構成により、例えば光漏れなどがオプティカルブラック領域の広範に亘っているために適正な黒レベル補正値が算出できない場合であっても、記憶装置に記憶された黒レベル補正値を最終的な黒レベル補正値として選択することができ、適正な黒レベル補正値を得ることができる。

本発明によれば、オプティカルブラック領域へ光漏れなどが生じた場合にも、精度の高い黒レベルの補正値が算出される。

以下、本発明の実施の形態のカメラの黒レベル補正装置について、図面を用いて説明する。

図１は、本発明の実施の形態のカメラの黒レベル補正装置を示す図である。図１において、このカメラの黒レベル補正装置は、レンズ１と、固体撮像素子２と、CDS/AGC回路３と、A/D回路４と、ブロックエリア検出回路５と、平均演算回路６と、重み付け係数演算回路７と、黒レベル平均演算回路８と、記憶装置１２と、黒レベル補正制御判定回路９と、減算回路１０と、マイコン１１とを有する構成である。平均演算回路６は、更にAve演算回路６ａ、６ｂ・・・・・を備える。重み付け係数演算回路７は、更にKei演算回路７ａ、７ｂ・・・・・を備える。

固体撮像素子２は、レンズ１を通過した光の光電変換を行なう。固体撮像素子２には、CMOS型固体撮像素子およびCCD型固体撮像素子などが含まれるが、これらに限定されない。CDS/AGC回路３は、光電変換されたアナログ信号に対して相関二重サンプリング、及び自動利得制御を行なう。A/D回路４は、CDS/AGC回路３から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。ブロックエリア検出回路５は、A/D回路４から出力された映像信号を基に、１フレームにおけるオプティカルブラック領域から、複数のブロックを任意に検出する。平均演算回路６は、ブロックエリア検出回路５で検出された任意のブロックにおける映像信号の信号レベルの平均値（以下、「ブロック平均値」という）を演算する。重み付け係数演算回路７は、各ブロックにおけるブロック平均値に基づいて各ブロックのブロック重み付け係数を決定する。黒レベル平均演算回路８は、各ブロックで演算されたブロック平均値とブロック重み付け係数から黒レベル補正値を演算する。記憶装置１２は、黒レベル平均演算回路８により演算された黒レベル補正値をデータとして記憶する。黒レベル補正制御判定回路９は、各ブロックのブロック重み付け係数から、黒レベル平均演算回路８がフレームの映像信号に基づいて算出した黒レベル補正値（第１の黒レベル補正値）と、記憶装置１２に記憶された黒レベル補正値（第２の黒レベル補正値）のうち何れかを、最終的な黒レベル補正値として決定する。減算回路１０は、この最終的な黒レベル補正値をA/D回路４の出力信号から減算する。マイコン１１は、この最終的な黒レベル補正値をもとにA/D回路４において黒レベルを制御する。

以上のように構成されたカメラの黒レベル補正装置について、図１〜図４を用いてその動作を説明する。

図１に示すように、被写体からの光が、レンズ１を通過し、固体撮像素子２に入射する。固体撮像素子２は、レンズ１から入射した光を電気信号に光電変換し、光電変換した電気信号をCDS/AGC回路３へ出力する。CDS/AGC回路３は、固体撮像素子２から入力された信号を相関二重サンプリングし、映像信号期間をサンプリングした結果と、基準期間をサンプリングした結果に基づいて、ノイズを除去する。また、CDS/AGC回路３は、固体撮像素子２から入力された信号を自動利得制御し、入力信号を増幅する。A/D回路４は、CDS/AGC回路３から入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、変換したデジタル信号を平均演算回路６と減算回路１０へ出力する。ブロックエリア検出回路５は、オプティカルブラック領域から、複数のブロックを任意に検出する。

ここで、オプティカルブラック領域について説明する。図２は、固体撮像素子の画素構成の例を示す図である。図２に示すように、画素構成は遮光領域であるオプティカルブラック領域R1と有効画素領域R2とで構成されている。オプティカルブラック領域R1とは、黒基準となる暗時信号レベルを取得するための領域であり、一般的にはアルミなどの遮光部材により覆われている。

図１に示す平均演算回路６は、１フレームにおけるオプティカルブラック領域R1から、ブロックエリア検出回路５によって検出された任意の複数のブロック（Block(1)〜Block(n)）において、各ブロックのブロック平均値(Ave(1)〜Ave(n))を演算する。各Ave演算回路６ａ、６ｂ・・・・・は、対応するブロックのブロック平均値を演算する。平均演算回路６は、各Ave演算回路６ａ、６ｂ・・・・・が演算したブロック平均値を、重み付け係数演算回路７と黒レベル平均演算回路８へ信号として出力する。重み付け係数演算回路７は、平均演算回路６で演算されたブロック平均値を基に、各ブロックにおける重み付け係数(Kei(1)〜Kei(n))を決定する。

図３は、ブロック平均値とブロック重み付け係数との関係の例を示した図である。横軸は、ブロック平均値と黒レベル目標値との差分を表す。縦軸は、ブロック重み付け係数(Kei)を表す。ここで、黒レベル目標値とは、予め定められた値であり、任意に設定される。例えば、黒レベル目標値は、ユーザーによって任意に設定されてもよい。または、ブロックエリア検出回路５によって検出された複数のブロックにおけるブロック平均値の平均、又はオプティカルブラック領域の総てのブロックにおけるブロック平均値の平均を、黒レベル目標値としても良い。ブロック平均値と黒レベル目標値との差分は、オプティカルブラック領域へのブルーミング又は光漏れなどの影響を表しており、ブロック平均値と黒レベル目標値との差分が大きいほど、オプティカルブラック領域へのブルーミング又は光漏れなどの影響が大きいことを意味する。図３では、ブロック重み付け係数(Kei)は、１，２，３，４の何れかであり、ブロック平均値と黒レベル目標値との差分が大きくなるほど、階段状に小さくなる。

重み付け係数演算回路７は、ブロック平均値と予め設定した黒レベル目標値との差分が大きいブロックについては重み付け係数を小さく設定する。一方、黒レベル目標値との差分が小さいブロックについては重み付け係数を大きく設定する。図３において、重み付け係数の最大値は４、刻み幅は１となっているが、これはブロック平均値とブロック重み付け係数との関係の一例を示した図であり、重み付け係数の最大値や刻み幅はこれに限られるものではない。すなわち、重み付け係数演算回路７は、ブロック平均値と黒レベル目標値との差分が大きくなるほど、ブロック重み付け係数が小さくなるように、ブロック重み付け係数を決定すれば良い。各Kei演算回路７ａ、７ｂ・・・・・は、対応するブロックのブロック重み付け係数を決定する。重み付け係数演算回路７は、各Kei演算回路７ａ、７ｂ・・・・・が決定したブロック重み付け係数を、黒レベル平均演算回路８と黒レベル補正制御判定回路９へ信号として出力する。

黒レベル平均演算回路８は、平均演算回路６および重み付け係数演算回路７で決定された各ブロックのブロック平均値およびブロック重み付け係数に基づいて、１フレームにおける黒レベル補正値Cを演算する。演算式の例を以下に示す。

黒レベル補正値C
＝[Ave(1)×Kei(1)+・・・ + Ave(n)×Kei(n)]/[Kei(1)+・・・+Kei(n)] （１）
Ave(1)〜Ave(n)：ブロック平均値
Kei(1)〜Kei(n)：ブロック重み付け係数
演算式（１）によれば、黒レベル補正値Cは、ブロック平均値とブロック重み付け係数との積の総和をブロック重み付け係数の総和で除した値で表される。つまり、黒レベル平均演算回路８は、ブロック平均値とブロック重み付け係数との積に基づいて、黒レベル補正値を演算する。したがって、ブロック重み付け係数を変化させることで、対応するブロック平均値が黒レベル補正値Cに与える影響を調整できる。

例えば、図２に示す領域Block(1)がブルーミングや光漏れなどの影響を受けているとき、領域Block(1)におけるブロック平均値Ave(1)と黒レベル目標値との差分が大きくなる。この場合、重み付け係数演算回路７によって、ブロック平均値と黒レベル目標値との差分が大きいほどブロック重み付け係数が小さくなるようにブロック重み付け係数が決定されるため、ブロック平均値Ave(1)のブロック重み付け係数Kei(1)は小さくなる。例えば、図３に示すように、ブロック重み付け係数Kei(1)は１となる。この結果、ブロック平均値Ave(1)が黒レベル補正値Cに与える影響が小さくなり、領域Block(1)へ光漏れが生じた場合にでも、適切な黒レベル補正値Cを算出できる。

よって、オプティカルブラック領域へブルーミング又は光漏れなどが生じた場合、黒レベル補正値を算出する際に悪影響を与えるブロックのブロック平均値には、他のブロックのブロック重み付け係数よりも小さいブロック重み付け係数を乗算することにより、この悪影響を与えるブロックのブロック平均値が黒レベル補正値にほとんど影響を及ぼさないか、または全く影響を及ぼさないようにすることができる。

さらに、黒レベル補正制御判定回路９は、黒レベル平均演算回路８で決定された現在のフレームで演算された黒レベル補正値（第１の黒レベル補正値）C1と、過去のフレームで演算された黒レベル補正値（第２の黒レベル補正値）C2、および重み付け係数演算回路で決定された各ブロックのブロック重み付け係数から最終的な黒レベル補正値を決定する。ここで、過去のフレームで演算された黒レベル補正値とは、現在のフレーム以前のフレームに基づいて黒レベル平均演算回路により演算された黒レベル補正値をいう。過去のフレームで演算された黒レベル補正値C2は、記憶装置１２にデータとして格納されている。

図４を用いて、最終的な黒レベル補正値の決定方法を説明する。図４はブロック重み付け係数と黒レベル補正制御信号との関係を示した図である。図４における黒レベル補正制御信号とは、最終的な黒レベル補正値として現在のフレームの黒レベル補正値C1を用いるか、過去のフレームの黒レベル補正値C2を用いるかを判定するための信号である。黒レベル補正制御信号の信号レベルが０となるときは、最終的な黒レベル補正値として現在のフレームの黒レベル補正値C1が用いられることを意味する。黒レベル補正制御信号の信号レベルが１となるときは、最終的な黒レベル補正値として過去のフレームの黒レベル補正値C2が用いられることを意味する。

黒レベル補正制御判定回路９は、現在のフレームの黒レベル補正値C1を算出する際に重み付け係数演算回路７により決定された各ブロックの重み付け係数のうち、ブロック重み付け係数が所定値よりも小さいブロックのブロック総数Ｎと、予め設定された閾値（以下、「黒レベル制御判定スレッシュ」という）obcnt_thとを比較する。もし、ブロック総数Ｎが黒レベル制御判定スレッシュ（obcnt_th）以下である場合、黒レベル補正制御信号の信号レベルが０となり、黒レベル補正制御判定回路９は、最終的な黒レベル補正値として現在のフレームの黒レベル補正値C1を用いることを決定する。すなわち、黒レベル補正制御判定回路９は、現在のフレームの黒レベル補正値C1を最終的な黒レベル補正値として出力する。一方、ブロック総数Ｎが黒レベル制御判定スレッシュ（obcnt_th）よりも大きい場合、黒レベル補正制御信号の信号レベルが１となり、黒レベル補正制御判定回路９は、最終的な黒レベル補正値として過去のフレームの黒レベル補正値C2を用いることを決定する。すなわち、黒レベル補正制御判定回路９は、記憶装置１２に記憶された過去のフレームの黒レベル補正値C2を最終的な黒レベル補正値として出力する。

広範囲に亘ってオプティカルブラック領域へのブルーミング又は光漏れがある場合、多数のブロックが光漏れなどの悪影響を受けるため、ブロック総数Ｎが黒レベル制御判定スレッシュ（obcnt_th）よりも大きくなり、現在のフレームからは正確なブラック補正値が算出されない。本発明の実施の形態の構成によれば、現在のフレームの黒レベル補正値C1を最終的な黒レベル補正値とせず、過去に得られて記憶装置12に記憶されている黒レベル補正値C2を最終的な黒レベル補正値とすることができる。なお、記憶装置１２に記憶されている黒レベル補正値C2は、現在のフレームから１フレーム前のフレームで演算された黒レベル補正値を用いる方法の他に、１フレームよりも以前のフレームで演算された黒レベル補正値を用いる方法や、過去の複数のフレームで演算された黒レベル補正値の平均値や巡回フィルタ等を用いる方法などにより算出される。

黒レベル補正制御判定回路９で決定された最終的な黒レベル補正値は、減算回路１０およびマイコン１１に信号として入力される。減算回路１０は、この最終的な黒レベル補正値をA/D回路の出力信号から減算し、映像信号の黒レベルを調整する。マイコン１１は、A/D回路４での黒レベル制御を行なうための制御信号を、最終的な黒レベル補正値から生成する。

本発明の実施の形態のカメラの黒レベル補正装置によれば、１フレームの映像信号が撮像素子から出力されているときに、撮像素子のオプティカルブラック領域のブロックにおける映像信号の信号レベルのブロック平均値を演算する平均演算回路６と、ブロック平均値からブロックにおけるブロック重み付け係数を決定する重み付け係数演算回路７と、ブロック平均値とブロック重み付け係数から、映像信号の黒レベルを調整するための黒レベル補正値を演算する黒レベル平均演算回路８と設けることにより、高輝度な被写体によるオプティカルブラック領域への光漏れが広範囲に亘っている場合にも、精度の高い黒レベル補正値の生成および補正を行なうことができる。

以上、本発明の黒レベル補正装置について実施の形態を挙げて説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。上記の実施の形態では、マイコン１１の制御により黒レベル制御を行う例について説明したが、ハードウェアロジックによりA/D回路４における黒レベル制御のための制御信号を生成しても良い。例えば、マイコン１１によりメカニカル絞り（図示せず）又は固体撮像素子２の電子シャッターを制御して、映像信号の黒レベルを調整しても良い。

以上のように、本発明にかかるカメラの黒レベル補正装置は、オプティカルブラック領域へ光漏れなどが生じた場合にも、精度の高い黒レベルの補正値を算出できるという効果を有し、CMOS等の撮像素子からの読み出し信号に対して黒レベル制御を施すカメラの黒レベル補正装置等として有用である。

本発明の実施の形態における黒レベル補正装置の構成を示す図 本発明の実施の形態における、固体撮像素子の１フレームの画素構成の例を示す図 本発明の実施の形態における、ブロック平均値とブロック重み付け係数との関係の例を示す図 本発明の実施の形態における、ブロック総数と黒レベル補正制御信号との関係を示す図 従来のカメラの黒レベル補正装置のブロック図

符号の説明

１ レンズ
２ 固体撮像素子
３ CDS/AGC回路
４ A/D回路
５ ブロックエリア検出回路
６ 平均演算回路
７ 重み付け係数演算回路
８ 黒レベル平均演算回路
９ 黒レベル補正制御判定回路
１０ 減算回路
１１ マイコン
１２ 記憶装置

Claims (6)

1. １フレームの映像信号が撮像素子から出力されているときに、前記撮像素子のオプティカルブラック領域の複数のブロックにおける前記映像信号の信号レベルのブロック平均値を演算する平均演算回路と、
   前記ブロック平均値からそれぞれの前記ブロックに対するブロック重み付け係数を決定する重み付け係数演算回路と、
   前記ブロック平均値と前記ブロック重み付け係数から、前記映像信号の黒レベルを調整するための黒レベル補正値を演算する黒レベル平均演算回路と、
   を備えたことを特徴とする黒レベル補正装置。
2. 前記重み付け係数演算回路は、前記ブロック平均値と予め設定した黒レベル目標値との差分が大きくなるほど、前記ブロック重み付け係数が小さくなるように、ブロック重み付け係数を決定することを特徴とする請求項１に記載の黒レベル補正装置。
3. 前記黒レベル平均演算回路は、それぞれの前記ブロック平均値と前記ブロック重み付け係数との積に基づいて、黒レベル補正値を演算することを特徴とする請求項１又は２の何れかに記載の黒レベル補正装置。
4. 前記１フレーム以前のフレームに基づいて前記黒レベル平均演算回路により演算された黒レベル補正値を格納する記憶装置と、
   前記黒レベル平均演算回路が前記１フレームの映像信号に基づいて算出した第１の黒レベル補正値と、前記記憶装置に記憶された第２の黒レベル補正値のうち何れかを、最終的な黒レベル補正値として決定する黒レベル補正制御判定回路と、
   を更に備えたことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の黒レベル補正装置。
5. 前記黒レベル補正制御判定回路は、
   前記第１の黒レベル補正値を算出する際に演算された前記ブロック重み付け係数が所定値よりも小さい前記ブロックのブロック総数と予め設定された閾値とを比較し、
   前記ブロック総数が前記閾値以下である場合は、前記第１の黒レベル補正値を最終的な黒レベル補正値として決定し、
   前記ブロック総数が前記閾値よりも大きい場合は、前記第２の黒レベル補正値を最終的な黒レベル補正値として決定する
   ことを特徴とする請求項４に記載の黒レベル補正装置。
6. １フレームの映像信号に基づいて、前記映像信号の黒レベルを調整するための黒レベル補正値を演算する黒レベル平均演算回路と、
   前記１フレーム以前のフレームに基づいて前記黒レベル平均演算回路により演算された黒レベル補正値を格納する記憶装置と、
   前記黒レベル平均演算回路が前記１フレームの映像信号に基づいて算出した第１の黒レベル補正値と、前記記憶装置に記憶された第２の黒レベル補正値のうち何れかを、最終的な黒レベル補正値として決定する黒レベル補正制御判定回路と、
   を備えたことを特徴とする黒レベル補正装置。
   

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