JP2007037199A - Imaging device and noise elimination method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固体撮像素子を用いて被写体を撮像する撮像装置、およびこの撮像の際に発生するノイズを除去するためのノイズ除去方法に関する。 The present invention relates to an imaging apparatus that captures an image of a subject using a solid-state imaging device, and a noise removal method for removing noise generated during the imaging.
近年、撮影した画像をデジタルデータとして記憶するデジタルカメラが普及している。このデジタルカメラでは、光学レンズによって撮影された画像を、CCD(Charge Coupled Device)やCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサといった固体撮像素子を使用して光電変換した後、デジタルデータ化して記録している。 In recent years, digital cameras that store captured images as digital data have become widespread. In this digital camera, an image captured by an optical lens is photoelectrically converted using a solid-state image sensor such as a CCD (Charge Coupled Device) or a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor, and then converted into digital data for recording. Yes.
このような撮像素子によって生成される画像信号には、製造過程における様々な要因により撮像素子で発生される暗信号によるノイズや、回路基板等で発生するノイズが混在することが多い。例えば、暗信号による固定パターンノイズのうち、構造的欠陥等の原因により特定の撮像素子において大量の電荷が発生するために生じるノイズがある。このノイズは、画面上に白い輝点となって現れる。以下、このノイズを輝点ノイズと呼称する。輝点ノイズは、通常の使用では極端に大きく発生することは少ないが、発生量が露光時間や温度に依存するため、長時間露光や高温環境下において使用された場合には目立つようになる。 The image signal generated by such an image sensor often includes noise due to a dark signal generated by the image sensor due to various factors in the manufacturing process and noise generated by a circuit board or the like. For example, among fixed pattern noises due to dark signals, there is noise that occurs due to the generation of a large amount of charge in a specific image sensor due to structural defects or the like. This noise appears as a white bright spot on the screen. Hereinafter, this noise is referred to as bright spot noise. The bright spot noise is rarely generated extremely large under normal use, but the generated amount depends on the exposure time and temperature, so that it becomes conspicuous when used for a long time exposure or in a high temperature environment.
このため、デジタルカメラの内部では、通常、撮像素子からの画像信号を補正してこれらの固定パターンノイズを低減する処理が行われる。その一例として、シャッタを開いて通常通り撮影した画像信号から、同じ露光条件でシャッタを閉じ、完全に光を遮断した状態で撮影した画像信号を引き算する方法が知られている。 For this reason, in a digital camera, usually, a process of correcting the image signal from the image sensor to reduce these fixed pattern noises is performed. As an example, there is known a method of subtracting an image signal captured in a state where the shutter is closed under the same exposure conditions and light is completely blocked from an image signal captured as usual with the shutter opened.
しかし、上記のノイズ低減方法では、暗信号によるノイズの影響を完全に除去することができず、輝点部分が逆に黒い点として画面上に残ってしまう場合がある。以下、この問題点について説明する。図18は、上記のノイズ低減方法において撮像される画像信号の波形例を示す図である。また、図19は、上記のノイズ低減方法において出力される画像信号の波形例を示す図である。 However, in the above-described noise reduction method, the influence of noise due to the dark signal cannot be completely removed, and the bright spot portion may remain on the screen as a black spot. Hereinafter, this problem will be described. FIG. 18 is a diagram illustrating a waveform example of an image signal captured in the above-described noise reduction method. FIG. 19 is a diagram illustrating a waveform example of an image signal output in the above-described noise reduction method.
図18(A)では、撮像素子から出力されたアナログ信号の波形例を示している。この信号には、撮像された画像信号上に、細かいノイズ成分やノイズによる直流的なオフセットの他、撮像素子によって発生される暗信号による輝点ノイズN1〜N7が含まれている。撮像装置中では、通常、このような信号がA/D変換部によってデジタル信号に変換された後、ノイズ除去処理等の各種の信号処理が施されて、記憶媒体等に記憶される。 FIG. 18A shows a waveform example of an analog signal output from the image sensor. This signal includes bright noises N1 to N7 due to dark signals generated by the image sensor, in addition to fine noise components and DC offset due to noise, on the captured image signal. In an imaging apparatus, such a signal is usually converted into a digital signal by an A / D converter, and then subjected to various signal processing such as noise removal processing and stored in a storage medium or the like.
また、図18(B)は、シャッタを閉じた状態で撮像され、撮像素子から出力された信号の波形例を示している。なお、図18(B)では、図18(A)に対応する輝点ノイズに同じ符号を付して示している。上記のノイズの低減処理では、この図18(B)の信号についての撮像が、図18(A)の信号に対する撮像の直後または直前において、露光時間等の条件を同じにして行われる。例えば、図18(A)の信号が先に撮像された場合は、この信号がデジタル化された後、所定のバッファに蓄積された状態で、直後に図18(B)の信号が撮像される。 FIG. 18B shows a waveform example of a signal that is captured with the shutter closed and output from the image sensor. Note that in FIG. 18B, the bright spot noise corresponding to FIG. In the above-described noise reduction processing, the imaging of the signal in FIG. 18B is performed with the same conditions such as the exposure time immediately after or immediately before the imaging of the signal in FIG. For example, when the signal of FIG. 18A is imaged first, the signal of FIG. 18B is imaged immediately after the signal is digitized and stored in a predetermined buffer. .
ここで、図18(B)の信号は、シャッタを閉じて撮像されたために、画像信号を含まず、ノイズ成分のみで構成される。従って、図18(A)の信号から図18(B)の信号を減算することにより、図19に示すような細かい固定パターンノイズおよび直流オフセットが除去された信号波形が得られる。 Here, since the signal in FIG. 18B was captured with the shutter closed, the signal does not include an image signal and includes only a noise component. Accordingly, by subtracting the signal of FIG. 18B from the signal of FIG. 18A, a signal waveform from which fine fixed pattern noise and DC offset are removed as shown in FIG. 19 is obtained.
ところで、図18および19では、これらの信号がA/D変換される際に変換可能なレンジの最大値をRとして点線で表している。図18(A)では、撮像素子からの暗信号による輝点ノイズN1〜N7のうち、特に輝点ノイズN1、N2およびN3のレベルが大きく、A/D変換のレンジを逸脱している。従って、これらの輝点ノイズN1、N2およびN3の信号レベルは、A/D変換されるとすべてフルスケールの同じ値となり、本来の信号レベルが反映されない。 By the way, in FIGS. 18 and 19, the maximum value of the range that can be converted when these signals are A / D converted is represented by a dotted line as R. In FIG. 18A, the levels of the bright spot noises N1, N2, and N3 are particularly large among the bright spot noises N1 to N7 due to the dark signal from the image sensor, and deviate from the A / D conversion range. Therefore, the signal levels of these bright spot noises N1, N2, and N3 are all the same full scale values when A / D converted, and the original signal levels are not reflected.
一方、図18(B)の信号波形では、暗信号による図18(A)と同じ輝点ノイズN1〜N7が存在しているはずであるが、これらの信号レベルはA/D変換のレンジに収まっているため、実際の入力に即した信号レベルにデジタル変換される。この図18(B)では、輝点ノイズN1、N2およびN3のレベルはそれぞれ実際には異なっていることがわかる。 On the other hand, in the signal waveform in FIG. 18B, the same bright spot noises N1 to N7 as in FIG. 18A due to the dark signal should exist, but these signal levels are within the A / D conversion range. Since it is within the range, it is digitally converted to a signal level that matches the actual input. In FIG. 18B, it can be seen that the levels of the bright spot noises N1, N2, and N3 are actually different.
従って、これらの信号を減算して生成された波形には、図19に示すように演算誤差が現れて、輝点となっていた部分の信号レベルが逆に極端に下がった状態となる。この部分は、生成された画像中では、色の濃い画素(以下、黒点と呼称する)となって黒く穴が空いたような状態で残ってしまう。 Accordingly, in the waveform generated by subtracting these signals, a calculation error appears as shown in FIG. 19, and the signal level of the portion that has been a bright spot is extremely lowered. In the generated image, this portion becomes a dark pixel (hereinafter referred to as a black dot) and remains in a state in which a black hole is formed.
以上のように、従来のノイズ低減方法では、暗信号による輝点ノイズを完全に除去することができず、この輝点ノイズの影響が生成された画像中に黒点として現れてしまい、画質が劣化することが問題となっていた。 As described above, with the conventional noise reduction method, the bright spot noise due to the dark signal cannot be completely removed, and the effect of this bright spot noise appears as a black spot in the generated image, resulting in degradation of image quality. It was a problem to do.
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、固体撮像素子からの暗信号によるノイズを除去することが可能な撮像装置を提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、固体撮像素子からの暗信号によるノイズを除去することが可能なノイズ除去方法を提供することである。
The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide an imaging apparatus capable of removing noise due to a dark signal from a solid-state imaging device.
Another object of the present invention is to provide a noise removal method capable of removing noise caused by a dark signal from a solid-state imaging device.
本発明では上記課題を解決するために、固体撮像素子を用いて被写体を撮像する撮像装置において、シャッタを開いた通常撮像により撮像されてデジタルデータ化された第1の画像データから、前記通常撮像の直前または直後に前記通常撮像と同じ露光条件でシャッタを閉じて撮像され、デジタルデータ化された第2の画像データを減算する演算手段と、撮像画像上に輝点を生成する高レベルのノイズである輝点ノイズの前記第2の画像データにおける発生位置を検出する輝点位置検出手段と、前記演算手段からの出力データについて、前記輝点位置検出手段によって検出された前記輝点ノイズの発生位置に対応する画素のデータを補正するノイズ補正手段と、を有することを特徴とする撮像装置が提供される。 In the present invention, in order to solve the above-described problem, in the imaging apparatus that images a subject using a solid-state imaging device, the normal imaging is performed from the first image data that is captured by normal imaging with a shutter open and converted into digital data. Immediately before or immediately after the image capturing operation under the same exposure conditions as in the normal image capturing, and subtracting the second image data that has been converted into digital data, and high-level noise that generates bright spots on the captured image A bright spot position detecting means for detecting a spot where the bright spot noise is generated in the second image data, and generation of the bright spot noise detected by the bright spot position detecting means for the output data from the calculating means There is provided an imaging apparatus comprising noise correction means for correcting pixel data corresponding to a position.
このような撮像装置では、演算手段は、シャッタを開いた通常撮像による第1の画像データから、通常撮像の直前または直後に通常撮像と同じ露光条件でシャッタを閉じて撮像され生成された第2の画像データを減算する。輝点位置検出手段は、輝点ノイズの第2の画像データにおける発生位置を検出する。ノイズ補正手段は、演算手段からの出力データについて、輝点位置検出手段によって検出された輝点ノイズの発生位置に対応する画素のデータを補正する。従って、演算手段からの出力データにおける輝点ノイズの発生位置を容易かつ正確に検出し、補正することができる。 In such an imaging apparatus, the computing means generates a second image that is generated by closing the shutter under the same exposure conditions as in the normal imaging immediately before or after the normal imaging from the first image data by the normal imaging with the shutter opened. The image data of is subtracted. The bright spot position detecting means detects a generation position of the bright spot noise in the second image data. The noise correction means corrects pixel data corresponding to the bright spot noise generation position detected by the bright spot position detection means with respect to the output data from the calculation means. Therefore, it is possible to easily and accurately detect and correct the bright spot noise generation position in the output data from the calculation means.
また、本発明では、固体撮像素子を用いて被写体を撮像する際に発生するノイズを除去するためのノイズ除去方法において、シャッタを開いた通常撮像により撮像してデジタルデータ化した第1の画像データから、前記通常撮像の直前または直後に前記通常撮像と同じ露光条件でシャッタを閉じて撮像し、デジタルデータ化した第2の画像データを減算し、撮像画像上に輝点を生成する高レベルのノイズである輝点ノイズの前記第2の画像データにおける発生位置を検出し、前記減算による結果のデータについて、検出された前記輝点ノイズの発生位置に対応する画素のデータを補正する、ことを特徴とするノイズ除去方法が提供される。 According to the present invention, in the noise removal method for removing noise generated when a subject is imaged using a solid-state image sensor, the first image data captured by the normal imaging with the shutter open and converted into digital data From the high level of generating a bright spot on the captured image by subtracting the second image data converted into digital data by closing the shutter under the same exposure conditions as in the normal imaging immediately before or after the normal imaging Detecting a generation position of the bright spot noise as noise in the second image data, and correcting data of a pixel corresponding to the detected generation position of the bright spot noise with respect to data obtained as a result of the subtraction. A featured noise removal method is provided.
このようなノイズ除去方法では、シャッタを開いた通常撮像の直前または直後に通常撮像と同じ露光条件でシャッタを閉じて撮像され生成された第2の画像データから、輝点ノイズの発生位置を検出する。そして、通常撮像による第1の画像データから第2の画像データを減算して得た画像データについて、検出された輝点ノイズの発生位置に対応する画素のデータを補正する。従って、減算によって得られた画像データにおける輝点ノイズの発生位置を容易かつ正確に検出し、補正することができる。 In such a noise removal method, the position where the bright spot noise is generated is detected from the second image data that is generated by closing the shutter under the same exposure conditions as the normal imaging immediately before or after the normal imaging with the shutter opened. To do. Then, with respect to the image data obtained by subtracting the second image data from the first image data obtained by the normal imaging, the pixel data corresponding to the detected bright spot noise generation position is corrected. Therefore, it is possible to easily and accurately detect and correct the bright spot noise occurrence position in the image data obtained by subtraction.
本発明の撮像装置では、輝点位置検出手段により、シャッタを開いた通常撮像の直前または直後に通常撮像と同じ露光条件でシャッタを閉じて撮像され生成された第2の画像データから、輝点ノイズの発生位置が検出される。そして、ノイズ補正手段により、通常撮像による第1の画像データから第2の画像データを減算して得たデータについて、検出された輝点ノイズの発生位置に対応する画素のデータが補正される。従って、演算手段からの出力データにおける輝点ノイズの発生位置を容易かつ正確に検出し、補正することができるので、輝点ノイズを除去して撮像画像の品質を高めることが可能となる。 In the image pickup apparatus of the present invention, the bright spot position is detected from the second image data generated by the bright spot position detection unit, which is captured and generated with the shutter being closed under the same exposure condition as that of the normal imaging immediately before or after the normal imaging with the shutter opened. A noise generation position is detected. Then, with respect to the data obtained by subtracting the second image data from the first image data obtained by normal imaging by the noise correction means, the pixel data corresponding to the detected bright spot noise generation position is corrected. Therefore, since the bright spot noise occurrence position in the output data from the calculation means can be detected easily and accurately, it is possible to remove the bright spot noise and improve the quality of the captured image.
また、本発明のノイズ除去方法では、シャッタを開いた通常撮像の直前または直後に通常撮像と同じ露光条件でシャッタを閉じて撮像され生成された第2の画像データから、輝点ノイズの発生位置が検出される。そして、通常撮像による第1の画像データから第2の画像データを減算して得たデータについて、検出された輝点ノイズの発生位置に対応する画素のデータが補正される。従って、減算によって得られた画像データにおける輝点ノイズの発生位置を容易かつ正確に検出し、補正することができるので、輝点ノイズを除去して撮像画像の品質を高めることが可能となる。 Further, in the noise removal method of the present invention, the bright noise generation position is obtained from the second image data that is captured and generated under the same exposure conditions as in the normal imaging immediately before or after the normal imaging with the shutter opened. Is detected. Then, with respect to data obtained by subtracting the second image data from the first image data obtained by normal imaging, pixel data corresponding to the detected bright spot noise generation position is corrected. Therefore, the bright spot noise generation position in the image data obtained by subtraction can be detected and corrected easily and accurately, and it is possible to remove the bright spot noise and improve the quality of the captured image.
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図1は、本発明の撮像装置の構成例を示すブロック図である。
図1に示す撮像装置1は、被写体を撮像してデジタルの画像データを生成するための装置であり、被写体からの光に対するレンズ2a、アイリス2bおよびシャッタ2cと、この光を光電変換する撮像素子3と、撮像素子3からのアナログ画像信号をドライブするアンプ4と、アナログ画像信号のデジタルデータ化等の処理を行うフロントエンド5と、デジタルデータ化された画像信号に対するノイズ低減処理や色信号処理等を行うカメラシステムLSI6と、カメラシステムLSI6からの出力画像信号を記憶する画像メモリ7と、撮像素子3を駆動するTG(Timing Generator)8と、装置全体を制御するマイコン9によって構成される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of an imaging apparatus according to the present invention.
An imaging apparatus 1 shown in FIG. 1 is an apparatus for imaging a subject to generate digital image data. A lens 2a, an
レンズ2aは、光軸に沿って可動となっており、被写体からの光を撮像素子3に正しく集光する。アイリス2bは、集光された光が透過する面積を変化させて、撮像素子3に供給される光量を制御する。シャッタ2cは、光の透過を遮断することにより撮像素子3における露光を制御する。なお、シャッタ2cの機能をアイリス2bが兼ねている場合もある。これらのレンズ2a、アイリス2bおよびシャッタ2cの動作は、マイコン9によって制御される。
The lens 2 a is movable along the optical axis, and correctly collects light from the subject on the image sensor 3. The
撮像素子3は、例えばCCDやCMOSイメージセンサ等の固体撮像素子が多数集積されて構成され、被写体からの光を電気信号に変換して、電流値または電圧値として出力する。アンプ4は、撮像素子3の出力信号をドライブして、アナログ画像信号としてフロントエンド5に供給する。
The image pickup device 3 is configured by integrating a large number of solid-state image pickup devices such as a CCD and a CMOS image sensor, for example, converts light from a subject into an electric signal, and outputs it as a current value or a voltage value. The amplifier 4 drives the output signal of the image sensor 3 and supplies it to the
フロントエンド5は、S/H(Sample/Hold)・GC(Gain Control)回路5aと、A/D変換回路5bによって構成される。S/H・GC回路5aは、アンプ4を介して供給されたアナログ画像信号に対して、相関2重サンプリング処理によっていわゆる1/F揺らぎノイズ等のノイズ除去処理を行い、さらに必要に応じてゲイン調整を行う。A/D変換回路5bは、S/H・GC回路5aからの信号をデジタル画像信号に変換して、カメラシステムLSI6に対して供給する。
The
カメラシステムLSI6は、フロントエンド5からの画像信号に対するノイズ除去処理等の前処理を行う前処理回路6aと、色信号処理等の本処理を行う本処理回路6bと、画像メモリ7に対する画像信号の書き込み、読み出しを制御するメモリコントローラ6cと、各部に対するタイミング信号を発生させるタイミング発生回路6dを具備する。
The
前処理回路6aは、画像メモリ7から読み出された画像信号を演算して、撮像素子3等により発生されるノイズ等を除去する処理を行う。ここでは、後述するように、シャッタを開いた通常撮像による画像信号と、シャッタを閉じて撮像した画像信号との減算処理を行った後、さらに暗信号による高レベルのノイズ(輝点ノイズ)の発生のために撮像画像上に現れる色の濃い画素(黒点)を補正する処理を行う。
The
本処理回路6bは、画像メモリ7から読み出されたR/G/B(Red/Green/Blue)原色信号を、輝度信号(Y)と2つの色差信号(Cb/Cr)によるY色差信号に変換する他、画素の補間や周波数特性の補正、Y信号のマトリクスや色差マトリクスの演算等の処理を行う。
The
メモリコントローラ6cは、供給された画像信号のバッファや、画像メモリ7に対するアドレッシングを行い、マイコン9による制御に応じて、指定された画像メモリ7上の領域に画像信号を格納するとともに、前処理回路6aや本処理回路6bに対して、指定された領域の画像信号を読み出して出力する。
The
タイミング発生回路6dは、フロントエンド5やカメラシステムLSI6、TG8等の動作基準となるタイミング信号を発生させる。
画像メモリ7は、例えばDRAM(Dynamic Random Access Memory)あるいはSDRAM(Synchronous−DRAM)等の半導体メモリ等であり、フロントエンド5や前処理回路6a、本処理回路6bからのデジタルの画像信号を一時的に記憶する。
The
The
TG8は、撮像素子3における水平方向、垂直方向の駆動タイミングを制御する。また、撮像素子3が高速/低速電子シャッタ機能を具備する場合、この機能に対する露光時間制御を行う。
The
マイコン9は、撮像装置1全体の制御をつかさどる。例えば、アイリス2bによる露光量制御、シャッタ2cに対する開閉制御による露光時間制御、フロントエンド5のS/H・GC回路5aにおけるゲイン制御、カメラシステムLSI6に対する動作制御、TG8による撮像素子3の電子シャッタ機能の制御等を行う。また、これらの制御により、シャッタ2cを開いた通常撮像動作と、この直後に行うシャッタ2cを閉じた撮像動作の制御、およびこれらの動作に伴うカメラシステムLSI6における演算、画像補正処理の制御や画像メモリ7の読み出し、書き込み制御等を行う。
The
ところで、この撮像装置1において使用されている撮像素子3では、出力される画像信号に、撮像素子3で発生される暗信号によるノイズや、周囲の回路基板等で発生されるノイズが混在していることが多い。また、暗信号の発生量は露光時間や温度に依存し、長時間露光や高温環境下において使用された場合には、高レベルのノイズによって、撮像画面上に輝点が目立って現れるようになる。 By the way, in the image pickup device 3 used in the image pickup apparatus 1, noise due to a dark signal generated by the image pickup device 3 and noise generated by surrounding circuit boards are mixed in the output image signal. There are many. In addition, the amount of dark signal generated depends on the exposure time and temperature, and when used for a long time exposure or in a high temperature environment, bright spots appear conspicuously on the imaging screen due to high level noise. .
このような様々なノイズを除去するために、撮像装置1では、シャッタ2cを開いて撮像する通常撮像動作の際に、その直後に露光量等の撮像条件を変えずにシャッタ2cのみ閉じた状態で撮像を行う。そして、生成された2つの画像信号を用いて、カメラシステムLSI6により上記のノイズを低減し、画質を補正する処理を行う。
In order to remove such various noises, the imaging apparatus 1 is in a state in which only the
以下、撮像装置1における撮像時の動作を説明する。
使用者の操作入力等による撮像開始の要求を受けると、マイコン9の制御により、アイリス2bによる絞り量やシャッタ2cの開閉スピードが調節されて、被写体からの光が撮像素子3に入射する。撮像素子3は、TG8による駆動タイミング制御のもとで入射光を光電変換して、画像信号A1を出力する。
Hereinafter, the operation at the time of imaging in the imaging apparatus 1 will be described.
When a request to start imaging is received by a user operation input or the like, the aperture amount of the
画像信号A1は、アンプ4を介してフロントエンド5に供給される。フロントエンド5は、S/H・GC回路5aにおいて、入力された画像信号A1に相関2重サンプリング処理を行い、A/D変換回路5bにおいて、画像信号A1をデジタル信号に変換する。デジタル信号に変換された画像信号A2は、カメラシステムLSI6に供給され、カメラシステムLSI6は、メモリコントローラ6cを介して、入力された画像信号A2を画像メモリ7に一旦格納する。
The image signal A1 is supplied to the
続いて、マイコン9からの命令により、アイリス2bやTG8、フロントエンド5におけるゲイン制御等の撮像条件が変えられないまま、シャッタ2cが閉じられる。撮像素子3は、入射光が完全に遮断された状態の画像信号B1を出力する。撮像素子3からの画像信号B1は、アンプ4を介してフロントエンド5に送られる。フロントエンド5は、マイコン9からの命令により、この画像信号B1をサンプリングして、デジタル信号の画像信号B2に変換し、カメラシステムLSI6に供給する。カメラシステムLSI6は、入力された画像信号B2を、メモリコントローラ6cを介して、画像メモリ7内の画像信号A2とは別の領域に格納する。
Subsequently, the
次に、カメラシステムLSI6は、画像信号A2およびB2を画像メモリ7から読み出して、前処理回路6aに供給する。前処理回路6aは、画像信号A2から画像信号B2を減算し、これにより出力された画像信号C1に対して、暗信号による輝点ノイズによって生じた画像上の黒点を補正する処理を行う。画質が補正された画像信号C2は、メモリコントローラ6cを介して再び画像メモリ7に格納される。
Next, the
次に、マイコン9の制御に基づいて、画像信号C2が画像メモリ7から読み出され、本処理回路6bに供給される。本処理回路6bは、例えばR/G/Bの各画素のレベル値等によって構成される画像信号C2に対して、画質を向上させるための補間処理や周波数特性補正、色補正、γ補正等の処理を行い、輝度信号(Y)と色差信号(Cb/Cr)よりなる一般的な画像のデータフォーマットに変換する。変換された画像信号Dは、メモリコントローラ6cを介して画像メモリ7に格納される。
Next, based on the control of the
次に、カメラシステムLSI6内の前処理回路6aにおける処理について詳述する。図2は、前処理回路6aの内部構成例を示す図である。
図2に示すように、前処理回路6aは、画像信号A2における各画素の信号から、画像信号B2の対応する画素の信号を減算する演算回路61と、画像信号B2から輝点の位置を検出する輝点検出回路62と、輝点検出回路62における検出結果に基づいて、演算回路61から出力される画像信号C1における黒点の画素の信号を補正する黒点補正回路63によって構成される。
Next, processing in the
As shown in FIG. 2, the
メモリコントローラ6cによって画像メモリ7から読み出された画像信号A2は、演算回路61に供給され、また、画像信号B2は演算回路61とともに輝点検出回路62にも供給される。演算回路61は、画像信号A2から、対応する各画素について画像信号B2を順次減算することによって、固定パターンノイズの成分のみ除去した画像信号C1を出力する。このとき、画像信号C1には輝点ノイズによる影響を完全に除去できない場合があり、この場合は黒点ノイズが残留する。
The
輝点検出回路62は、供給された画像信号B2から、後述するようにあらかじめ設定された信号レベルLを基にして、輝点ノイズの発生していた画素の位置を検出してタイミングパルスT1を出力する。黒点補正回路63は、演算回路61から出力された画像信号C1に対して、輝点検出回路62からのタイミングパルスT1に基づいて黒点ノイズのある画素の位置を判断し、この画素を近傍の同色画素の信号を用いて補正する。
The bright
ここで、各部における信号波形例を示し、黒点の補正処理について詳述する。図3は、演算回路61に入力される画像信号A2およびB2の各信号波形の例を示す図である。
図3(A)は、通常撮像動作により撮像され、デジタルデータ化された画像信号A2の波形例を示している。この信号は、被写体による映像情報に加えて、撮像素子3より発生される暗信号によるノイズや、周囲の回路基板上等で発生されるノイズ等による固定パターンノイズの成分を含んでいる。固定パターンノイズのレベルによっては、信号に直流的なオフセットが生じる場合があるが、画像信号A2にもオフセットが生じている。また、暗信号によるノイズとして、撮像素子3の構造欠陥や製造ばらつき等のために大量の電荷が発生し、これにより撮像画像上に輝点を生成してしまう輝点ノイズN1〜N7が含まれている。
Here, signal waveform examples in each part are shown, and the black point correction processing is described in detail. FIG. 3 is a diagram showing examples of signal waveforms of the image signals A2 and B2 input to the
FIG. 3A shows an example of a waveform of the image signal A2 that has been imaged by the normal imaging operation and converted into digital data. This signal includes, in addition to video information from the subject, a fixed pattern noise component due to noise caused by a dark signal generated by the image sensor 3, noise generated on a surrounding circuit board, and the like. Depending on the level of the fixed pattern noise, a DC offset may occur in the signal, but an offset also occurs in the image signal A2. Further, as noise due to dark signals, there are included bright spot noises N1 to N7 that generate a large amount of charges due to structural defects or manufacturing variations of the image pickup device 3 and thereby generate bright spots on the picked-up image. ing.
また、図3では、フロントエンド5のA/D変換回路5bにおいて変換可能なレンジの最大値をRとして点線で表している。A/D変換回路5bは、このレンジRより高い信号レベルを有する画素に対しては、すべてフルスケールの同じ値としてデジタルデータ化する。
In FIG. 3, the maximum value of the range that can be converted by the A /
図3(A)の信号波形では、撮像素子3から出力された画像信号A1については、輝点ノイズN1、N2およびN3の実際の信号レベルがレンジRを超えており、デジタル変換された画像信号A2については、この輝点ノイズN1、N2およびN3のレベルがレンジR内でフルスケールに貼り付いた状態であることが示されている。すなわち、デジタル変換された画像信号A2では、輝点ノイズN1、N2およびN3については実際に発生した信号レベルが反映されていない。 In the signal waveform of FIG. 3A, for the image signal A1 output from the image sensor 3, the actual signal levels of the bright spot noises N1, N2, and N3 exceed the range R, and the digitally converted image signal With respect to A2, it is shown that the levels of the bright spot noises N1, N2, and N3 are in a state of being attached to the full scale within the range R. That is, in the digitally converted image signal A2, the actually generated signal level is not reflected for the bright spot noises N1, N2, and N3.
一方、図3(B)は、通常撮像の直後にシャッタを閉じて撮像され、デジタルデータ化された画像信号B2の信号波形例を示している。この画像信号B2は、被写体による映像信号を含んでおらず、撮像素子3による暗信号のノイズや回路基板上等で発生されるノイズ、直流的なオフセット等の固定パターンノイズ、および輝点ノイズN1〜N7によるノイズ成分のみを含んでいる。なお、図3(B)では、図3(A)の信号波形例に対応する輝点ノイズには、同一の記号を付している。 On the other hand, FIG. 3B shows an example of a signal waveform of the image signal B2 that is captured and digitalized by closing the shutter immediately after normal imaging. This image signal B2 does not include a video signal from the subject, and is a dark signal noise from the image sensor 3, noise generated on the circuit board, etc., fixed pattern noise such as DC offset, and bright spot noise N1. Only noise components due to N7 are included. In FIG. 3B, the same symbol is assigned to the bright spot noise corresponding to the signal waveform example of FIG.
ここで、撮像素子3において発生される暗信号の発生量は、露光時間等の撮像条件や、温度等の環境条件が同一ならば一定となることが知られている。従って、画像信号A2の撮像の直後にシャッタ2cを閉じて撮像した画像信号B2では、画像信号A2ではレンジR内でフルスケールに貼り付いてしまった輝点ノイズN1、N2およびN3の信号レベルについて、本来発生された信号レベルが再現されている。
Here, it is known that the amount of dark signal generated in the image sensor 3 is constant if the imaging conditions such as exposure time and the environmental conditions such as temperature are the same. Therefore, in the image signal B2 captured by closing the
演算回路61は、画像信号A2から、対応する各画素について画像信号B2を順次減算することによって、固定パターンノイズの成分のみ除去した画像信号C1を出力する。また、この演算回路61では、元の信号レベルがレンジRより低かった輝点ノイズN4、N5、N6およびN7も除去される。しかし、画像信号A2において本来の信号レベルが反映されていない輝点ノイズN1、N2およびN3については、画像信号A2およびB2の間で信号レベルに差が生じていることから、画像信号C1では逆に、その画素のみ信号レベルが極端に低い黒点ノイズN11、N12およびN13となって現れてしまう。
The
この黒点ノイズN11、N12およびN13の除去のために、まず輝点検出回路62は、画像信号B2から輝点ノイズN1、N2およびN3の発生位置を検出し、この位置においてタイミングパルスT1を出力する。ここで、図4は、画像信号B2とタイミングパルスT1との関係を説明するための図である。
In order to remove the black spot noises N11, N12, and N13, the bright
上述したように、画像信号B2には、ノイズ成分の信号レベルが正確に反映されている。また、図4(A)に示すように、画像信号B2は、シャッタ2cを閉じて入射光を遮断した状態で撮像され、被写体の映像成分を含まないことから、輝点ノイズN1〜N7だけを分離しやすい信号形態となっている。
As described above, the signal level of the noise component is accurately reflected in the image signal B2. Further, as shown in FIG. 4A, the image signal B2 is imaged in a state where the
そこで、輝点検出回路62は、画像信号B2を使用して輝点ノイズN1〜N7が現れる画素の位置を検出する。輝点ノイズN1〜N7は、他のノイズと比較して極端に信号レベルが高くなっていることから、輝点検出回路62では、輝点ノイズN1〜N7の検出のためのしきい値となる信号レベルLを任意に設定する。そして、図4(B)に示すように、画像信号B2の各画素の信号レベルとこの信号レベルLとを比較し、信号レベルLに達した場合にタイミングパルスT1を出力することにより、輝点ノイズN1〜N7の位置を検出する。
Therefore, the bright
次に、図5に、黒点ノイズの補正について説明するための波形例を示す。
図5(A)は、演算回路61から出力された画像信号C1の波形例を示している。この画像信号C1では、上述したように、画像信号A2において信号レベルがレンジR内にフルスケールに貼り付いた輝点ノイズN1、N2およびN3に対応する画素において、黒点ノイズN11、N12およびN13が現れている。
Next, FIG. 5 shows a waveform example for explaining correction of black spot noise.
FIG. 5A shows a waveform example of the image signal C1 output from the
黒点補正回路63は、演算回路61からの画像信号C1の入力を順次受け、輝点検出回路62からのタイミングパルスT1を受信すると、このときに入力された画像信号C1における画素の信号を、近傍の画素の信号を使用して補正する。具体的には、例えば、該当する画素の信号を、隣接する前後いずれかの同色画素の信号に置き換える。あるいは、隣接する前後2つの同色画素の信号を平均し、該当する画素の信号をこの平均値で置き換える。このような画素の補正処理によって、撮像画像上では、黒く穴の空いた黒点の画素が、近傍の色で埋められて目立たなくなり、画質の劣化が防止される。
When the black
次に、前処理回路6aにおける各部の内部構成例について説明する。まず、図6は、演算回路61についての第1の内部構成例を示す図である。
図6に示すように、演算回路61は、減算回路611のみによって構成される。減算回路611は、入力された画像信号A2から画像信号B2を減算した画像信号C1を出力する。
Next, an internal configuration example of each part in the
As shown in FIG. 6, the
この第1の内部構成例の場合、例えば、入力された信号がともに符号なしの10ビットのデータであると、演算結果は符号付き10ビットのデータとなり、ビット幅が1ビット分増加してしまう。具体的には、例えば、減算の結果には不規則なノイズ等によって負の信号が発生する場合があるが、ビット幅を変化させないために負の信号を取り除いてしまうと、黒色付近のノイズが半波整流されることになり、黒色付近の平均直流レベルまたは平均電圧レベルが変化してしまう。 In the case of this first internal configuration example, for example, if both input signals are unsigned 10-bit data, the operation result is signed 10-bit data, and the bit width increases by 1 bit. . Specifically, for example, a negative signal may be generated due to irregular noise or the like in the result of subtraction, but if the negative signal is removed in order not to change the bit width, noise near black will be generated. Half-wave rectification will occur, and the average DC level or average voltage level near black will change.
これに対して、次に、このような画像信号のビット幅を変化させることを防止した内部構成例について説明する。図7は、演算回路61の第2の内部構成例を示す図である。なお、図7では、図6に示した第1の内部構成例と同じ構成を有する機能ブロックには同一の符号を付している。
On the other hand, an internal configuration example that prevents the change of the bit width of such an image signal will be described next. FIG. 7 is a diagram illustrating a second internal configuration example of the
図7に示す演算回路61aは、上記の減算回路611に加えて、オフセット加算用の加算回路612と、信号レベルを制限するリミッタ613によって構成される。加算回路612は、減算回路611からの出力信号Xに含まれる負のノイズ成分を、十分に伝送可能な程度の直流信号レベルを有するオフセット信号Oを加算する。また、リミッタ613は、加算回路612によってオフセットされた出力信号Yが元のビット幅を保つように、この信号レベルを制限する。
The
ここで、図8は、演算回路61aにおける各部の信号レベルを10ビットのデジタルデータを例として説明するための図である。なお、図8では、輝点ノイズ等の細かいノイズ成分の波形については、説明を簡略化するために省略している。
Here, FIG. 8 is a diagram for explaining the signal level of each part in the
図8において、減算回路611に入力される画像信号A2およびB2に対して、固定パターンノイズが除去された減算回路611からの出力信号Xは、負のノイズ成分を含む場合がある。また、加算回路612からの出力信号Yには、上記の出力信号Xに例として「32」のデータのオフセットが加えられている。その結果、出力信号Yは符号付き11ビットのデータとなり、リミッタ613において、負の信号レベルは「0」に、また10ビットデータの最大レンジ幅の値である「1023」を超えた信号レベルは「1023」とすることにより、出力される画像信号C1は符号なし10ビットのデータとなる。
In FIG. 8, the output signal X from the
以上の第2の内部構成例では、固定パターンノイズが除去されて出力された出力信号Xを、限られたビット数で、画質に悪影響を与えずに伝送することが可能となる。
次に、輝点検出回路62の内部構成例について説明する。図9は、輝点検出回路62の第1の内部構成例を示す図である。
In the second internal configuration example described above, it is possible to transmit the output signal X output after removing fixed pattern noise with a limited number of bits without adversely affecting image quality.
Next, an example of the internal configuration of the bright
図9に示すように、輝点検出回路62は、入力された画像信号B2の信号レベルを設定値と比較して、比較結果をタイミングパルスT1として出力する比較回路621によって構成される。比較基準となる信号レベルLは、マイコン9により設定される。また、この信号レベルLと比較して、画像信号B2の信号レベルの方が高い場合に、出力するタイミングパルスT1をHレベルとする。
As shown in FIG. 9, the bright
この第1の内部構成例では、画像信号B2の信号レベルが、設定された信号レベルLを超えた場合に輝点ノイズの存在を検出し、タイミングパルスT1をHレベルとすることにより、黒点補正回路63にこれを通知する。しかし、このような内部構成では、入力される画像信号B2に含まれる直流的なオフセットの量が大きい場合、輝点ノイズのレベル判定に誤差が生じることがある。
In the first internal configuration example, when the signal level of the image signal B2 exceeds the set signal level L, the presence of bright spot noise is detected, and the timing pulse T1 is set to the H level, thereby correcting the black spot. This is notified to the
ここで、図10は、オフセットレベルの異なる2つの画像信号B2についての輝点ノイズ発生位置の検出の様子を示す図である。
図10(A)および(B)では、一例としてともに、画像信号B2が符号なし10ビット、マイコン9より与えられる信号レベルLの信号が符号なし10ビットで、信号レベルLの設定値が256とされている。また、これらの2つの画像信号B2と、それに対するタイミングパルスT1の出力の様子を併記している。
Here, FIG. 10 is a diagram showing how the bright spot noise occurrence position is detected for two image signals B2 having different offset levels.
In FIGS. 10A and 10B, as an example, the image signal B2 is 10 bits without a sign, the signal level L given from the
図10(A)の例では、輝点ノイズ検出の信号レベルLの値に対して、6カ所の輝点ノイズが検出され、それぞれについてタイミングパルスT1がHレベルとなっている。これに対して、図10(B)の例では、図10(A)と比較して画像信号B2のオフセットレベルが高くなっている。このために、タイミングT101において発生している比較的レベルの低いノイズが信号レベルLを超えており、このノイズを含む7カ所が輝点ノイズと判断されている。 In the example of FIG. 10A, six bright spot noises are detected with respect to the signal level L value of the bright spot noise detection, and the timing pulse T1 is at the H level for each. On the other hand, in the example of FIG. 10B, the offset level of the image signal B2 is higher than that of FIG. For this reason, relatively low level noise generated at timing T101 exceeds the signal level L, and seven locations including this noise are determined to be bright spot noise.
このように、第1の内部構成例では、輝点検出回路62に入力される画像信号B2に含まれるオフセットのレベルによって、輝点ノイズ検出に対する判定に誤差が生じる場合がある。例えば、露光時間が長くなったり、あるいは周囲の温度が高くなった場合には、このようなオフセットのレベルはさらに増加するため、検出の信号レベルLの設定状況によってはすべての画素について輝点ノイズがあると判定してしまう恐れがある。
As described above, in the first internal configuration example, an error may occur in the determination for the bright spot noise detection depending on the level of the offset included in the image signal B2 input to the bright
このような判定誤差を防止することが可能な内部構成の例を以下に示す。まず、図11は、輝点検出回路62の第2の内部構成例を示す図である。なお、図11では、図9に示した第1の内部構成例と同じ構成を有する機能ブロックについては、同一の符号を付している。
An example of an internal configuration capable of preventing such a determination error is shown below. First, FIG. 11 is a diagram illustrating a second internal configuration example of the bright
図11に示す輝点検出回路62aは、入力された画像信号B2を遅延させる遅延回路622と、遅延回路622からの出力信号をさらに遅延させる遅延回路623と、遅延回路623と画像信号B2の平均レベル値を演算する平均演算回路624と、遅延回路622の出力信号から平均演算回路624の出力信号を減算する減算回路625と、減算回路625からの出力信号に含まれる負成分を抑制するリミッタ626と、リミッタ626の出力信号から輝点ノイズを検出してタイミングパルスT1を出力する、第1の内部構成例と同様の比較回路621によって構成される。
The bright
遅延回路622および623は、例えばDフリップフロップ等による遅延素子で構成され、遅延素子の段数は1段または2段となっている。従って、メモリコントローラ6cから供給される画像信号B2に対して、遅延回路622の出力信号は画素1つ分だけ遅延され、遅延回路623の出力信号はさらに画素1つ分だけ遅延される。これにより、輝点検出回路62aでは、遅延回路622からの出力信号を、輝点ノイズの検出対象の信号とし、遅延回路623からの出力信号より、検出対象の画素の1つ前の画素の信号を取り出し、遅延回路622に入力される画像信号B2より、1つ後ろの画素の信号を取り出している。
The
なお、遅延回路622および623における遅延素子の段数は、後述するように、撮像素子3における素子構成に応じて決定される。
平均演算回路624は、遅延回路623からの出力信号と、入力された画像信号B2との平均レベル値を算出する。これにより、検出対象の画素に隣接する前後の画素に対する信号レベルの平均値が求められる。減算回路625は、遅延回路622からの検出対象の信号から、平均演算回路624からの信号を減算する。これにより、検出対象の画素と、これに隣接する両側の画素の平均信号レベルとの差が出力される。
Note that the number of delay elements in the
The average
リミッタ626は、減算回路625における演算によって発生された負の信号をキャンセルして、この信号レベルを「0」にして出力する。これにより、負の信号の発生によるデータのビット幅が増大することを防ぐ。そして、この出力信号が比較回路621に入力され、検出基準の信号レベルLとの比較により、タイミングパルスT1が出力される。
The
ここで、図12は、第2の内部構成例における比較回路621での輝点ノイズ検出と、タイミングパルスT1の出力との関係を示す図である。
図12では、一例として、比較回路621に対する入力信号Sが符号なし10ビット、マイコン9より与えられる信号レベルLの信号が符号なし10ビットで、信号レベルLの設定値が128とされている。入力信号Sは、検出対象の画素と、これに隣接する両側の画素の平均信号レベルとの差信号から、負の信号が除去されたものとなっている。このため、例えば図10(A)および(B)のように、輝点検出回路62に入力される画像信号Bがどのようなオフセットレベルを有していても、比較回路621への入力信号Sは、このオフセット成分が除去された状態となる。
Here, FIG. 12 is a diagram illustrating the relationship between the bright spot noise detection in the
In FIG. 12, as an example, the input signal S to the
従って、この入力信号Sを使用して検出基準の信号レベルLとの比較を行うことにより、オフセットによる輝点ノイズの誤検出を防止するために、検出基準の信号レベルLを高く設定する必要がなくなり、オフセットレベルに関係なく輝点ノイズの検出を正確に行うことができる。 Therefore, it is necessary to set the detection reference signal level L high in order to prevent erroneous detection of bright spot noise due to the offset by using this input signal S and comparing it with the detection reference signal level L. Therefore, the bright spot noise can be accurately detected regardless of the offset level.
なお、以上の第2の内部構成例では、検出対象の画素に隣接する両側の画素を使用して、その平均レベルを対象画素から減算したが、隣接する片側一方の画素のレベルを使用しても、上記と同様の効果を得ることができる。以下、このような輝点検出回路62の内部構成の例について述べる。
In the above second internal configuration example, the pixels on both sides adjacent to the pixel to be detected are used and the average level is subtracted from the target pixel. However, the level of one pixel on the adjacent one side is used. Also, the same effect as described above can be obtained. Hereinafter, an example of the internal configuration of the bright
図13は、輝点検出回路62の第3および第4の内部構成例を示す図である。なお、図13では、図9および図11に示した第1および第2の内部構成例と同じ構成を有する機能ブロックについては、同一の符号を付している。
FIG. 13 is a diagram illustrating third and fourth internal configuration examples of the bright
図13(A)では、第3の内部構成例として、対象画素と、これに隣接する前の画素との差分を使用して輝点ノイズを検出する輝点検出回路62bを示している。この輝点検出回路62bは、入力された画像信号B2を遅延させる遅延回路627と、画像信号B2から遅延回路627の出力信号を減算する減算回路625と、この出力信号から負の成分を除去するリミッタ626と、輝点ノイズの検出を行う比較回路621によって構成される。
In FIG. 13A, as a third internal configuration example, a bright
遅延回路627は、Dフリップフロップ等の遅延素子を1段または2段具備し、入力された画像信号B2を1画素分だけ遅延させる。従って、減算回路625では、検出対象の信号から、遅延回路627からの1つ分だけ前(通常は左側)の画素の信号が減算され、この出力信号がリミッタ626を介して比較回路621に供給される。
The
また、図13(B)では、第4の内部構成例として、対象画素と、これに隣接する後ろの画素との差分を使用して輝点ノイズを検出する輝点検出回路62cを示している。この輝点検出回路62cは、入力された画像信号B2を遅延させる遅延回路628と、遅延回路628からの出力信号から、入力されている画像信号B2を減算する減算回路625と、この出力信号から負の成分を除去するリミッタ626と、輝点ノイズの検出を行う比較回路621によって構成される。
FIG. 13B shows, as a fourth internal configuration example, a bright
この輝点検出回路62cでは、遅延回路628によって1画素分遅延された信号が、輝点ノイズの検出対象となる。従って、減算回路625では、検出対象の信号から、これより1つ分だけ後ろ(通常は右側)の画素の信号が減算され、この出力信号がリミッタ626を介して比較回路621に供給される。
In the bright
以上の第3および第4の内部構成例では、検出対象の画素の信号から、隣接する画素の信号の差分を使用して、信号レベルの比較を行うので、入力される画像信号B2の有するオフセットレベルに関係なく、輝点ノイズの検出を正確に行うことができる。 In the above third and fourth internal configuration examples, since the signal level is compared using the difference between the signals of the adjacent pixels from the signal of the pixel to be detected, the offset of the input image signal B2 Regardless of the level, the bright spot noise can be detected accurately.
なお、第2および第4の内部構成例では、検出対象とする信号に対して、これより1画素分だけ後ろの信号を使用することから、出力されるタイミングパルスT1は、画像信号B2に対して1画素分だけ遅延していることになる。このため、第2および第4の内部構成例をとる場合には、演算回路61に対する画像信号A2およびB2の入力段、あるいは演算回路61と黒点補正回路63との間に、1画素分の遅延回路が設けられる。
In the second and fourth internal configuration examples, the signal to be detected is a signal that is one pixel behind this, so the output timing pulse T1 is relative to the image signal B2. That is, it is delayed by one pixel. Therefore, when the second and fourth internal configuration examples are taken, a delay of one pixel is provided between the input stage of the image signals A2 and B2 to the
次に、黒点補正回路63の内部構成例について説明する。図14は、黒点補正回路63の第1の内部構成例を示す図である。
図14に示す黒点補正回路63は、演算回路61から出力された画像信号C1を遅延させる遅延回路631と、遅延回路631からの出力信号をさらに遅延させる遅延回路632と、遅延回路632からの出力信号と、入力された画像信号C1との平均値を算出する平均演算回路633と、輝点検出回路62からのタイミングパルスT1を遅延させたタイミングパルスT2を出力する遅延回路634と、遅延回路634からのタイミングパルスT2に応じて、遅延回路631からの出力信号と平均演算回路633からの出力信号とを切り換えて、画像信号C2としてメモリコントローラ6cに出力するセレクタ635によって構成される。
Next, an internal configuration example of the black
14 has a
黒点補正回路63に入力される画像信号C1は、固定パターンノイズが除去されたものの、黒点ノイズを含んでいる可能性があるものである。遅延回路631は、その画像信号C1を同色の1画素分だけ遅延させる。この信号は、黒点補正対象の画素を示す画像信号C3として、セレクタ635の一方の入力に導かれる。また、遅延回路632は、遅延回路631からの出力信号に対して、さらに、同色の1画素分だけ遅延させて、平均演算回路633に供給する。従って、平均演算回路633は、遅延回路631からの出力信号における各画素に対して、この画素に隣接する前後の画素のデータの平均値を算出して、これを黒点補正のための画像信号C4としてセレクタ635の他方の入力に供給する。
The image signal C1 input to the black
遅延回路634は、遅延回路631によって黒点補正対象の画像信号C3が遅延されたことに鑑み、この画像信号C3にタイミングパルスT1の位相を合わせるために、このタイミングパルスT1を遅延させたタイミングパルスT2をセレクタ635に対して供給する。セレクタ635は、入力されたタイミングパルスT2がLレベルのとき、遅延回路631からの画像信号C3を出力し、Hレベルのときに平均演算回路633からの画像信号C4を出力する。
In consideration of the fact that the image signal C3 subject to black spot correction has been delayed by the
ここで、図15に、セレクタ635における入出力信号の様子を示す。
図15(A)に示すタイミングパルスT2は、輝点ノイズが発生している画素を示している。また、遅延回路631からの画像信号C3は、固定パターンノイズが除去され、黒点ノイズを含む可能性のある画像信号C1が、単に遅延されたものである。例として図15(B)に示した画像信号C3では、黒点ノイズN11、N12およびN13が含まれている。また、黒点ノイズは、輝点ノイズが発生していた画素にのみ現れる。
Here, FIG. 15 shows the state of input / output signals in the
A timing pulse T2 shown in FIG. 15A indicates a pixel in which bright spot noise occurs. Further, the image signal C3 from the
従って、セレクタ635では、遅延回路631からの画像信号C3のうち、黒点ノイズが存在する可能性のある画素が供給されたタイミングにおいてのみ、平均演算回路633からの画像信号C4を出力する。このようにして出力された画像信号C2を、図15(C)に示す。
Therefore, the
ところで、黒点ノイズが存在する画素では、その色成分のレベルが近傍の画素より極端に低くなっている。このため、平均演算回路633では、黒点補正の対象画素に隣接する前後の画素の信号に対してその平均値が出力され、セレクタ635では、この画像信号C4が黒点ノイズの発生位置の画素と置き換えられる。これによって、撮像画像上では、黒点ノイズの発生していた画素が近傍の画素の色となだらかにつなげられて、黒点が目立たなくなり、画質が改善される。
By the way, in the pixel where black spot noise exists, the level of the color component is extremely lower than the neighboring pixels. Therefore, the
以上の黒点補正回路63では、黒点補正対象の画素に隣接する前後の同色画素の信号の平均値を使用して、黒点ノイズの存在する画素の信号を置き換えて補正したが、例えば、黒点ノイズの存在する画素を、この画素に隣接するいずれか一方のみの画素の信号に置き換えるようにしても、画質を向上させることができる。以下、このような黒点補正を行う黒点補正回路63の内部構成例について述べる。
In the black
図16は、黒点補正回路63の第2および第3の内部構成例を示す図である。なお、図16(A)および(B)では、図14に示した第1の内部構成例と同じ構成を有する機能ブロックについては、同一の符号を付している。
FIG. 16 is a diagram illustrating second and third internal configuration examples of the black
図16(A)では、第2の内部構成例として、黒点ノイズの存在する画素を、これに隣接する前の同色画素の信号に置き換えて補正を行う黒点補正回路63aを示している。この黒点補正回路63aは、入力された画像信号C1を遅延させる遅延回路636と、入力されたタイミングパルスT1がLレベルのとき、画像信号C1を出力し、Hレベルのとき、遅延回路636からの出力信号を出力するセレクタ635によって構成される。
FIG. 16A shows, as a second internal configuration example, a black
遅延回路636は、Dフリップフロップ等の遅延素子を1段または2段具備し、入力された画像信号C1を、同色の1画素分だけ遅延させる。従って、セレクタ635には、黒点補正対象の画像信号C1と、遅延回路636からの1つ分だけ前(通常は左側)の同色画素の信号とが供給される。そして、タイミングパルスT1に応じて、黒点ノイズを含む可能性のある画素の信号が、1つ分だけ前の画素の信号によって置き換えられる。
The
また、図16(B)では、第3の内部構成例として、黒点ノイズの存在する画素を、これに隣接する後ろの同色画素の信号に置き換えて補正を行う黒点補正回路63bを示している。この黒点補正回路63bは、入力された画像信号C1を遅延させる遅延回路637と、入力されたタイミングパルスT1を遅延させる遅延回路634と、入力されたタイミングパルスT2がLレベルのとき、遅延回路637からの出力信号を出力し、Hレベルのとき、画像信号C1を出力するセレクタ635によって構成される。
In FIG. 16B, as a third internal configuration example, a black
この黒点補正回路63bでは、遅延回路637によって同色の1画素分遅延された信号が、黒点補正の対象となる。また、遅延回路634は、入力されたタイミングパルスT1を遅延させて、遅延回路637によって遅延された画像信号C3の位相に合わせたタイミングパルスT2を生成し、セレクタ635に供給する。従って、セレクタ635には、黒点補正対象の画像信号C1と、遅延回路637からの1つ分だけ後ろ(通常は右側)の同色画素の信号とが供給される。そして、タイミングパルスT2に応じて、黒点ノイズを含む可能性のある画素の信号が、1つ分だけ後ろの画素の信号によって置き換えられる。
In the black
以上の第2および第3の内部構成例では、黒点ノイズの存在する画素を、この画素に隣接するいずれか一方のみの画素の信号に置き換えるので、撮像画像の画質が向上する。ただし、隣接するいずれかの画素と同じ色で表示されるので、上述した第1の内部構成例によって補正された画像の方が、画質の補正による効果が大きい。しかし、第2および第3の内部構成例では、第1の内部構成例より回路構成が単純で、製造コストを抑制することができる。 In the second and third internal configuration examples described above, a pixel in which black spot noise exists is replaced with a signal of only one of the pixels adjacent to this pixel, so that the image quality of the captured image is improved. However, since the image is displayed in the same color as any of the adjacent pixels, the image corrected by the first internal configuration example described above has a greater effect of correcting the image quality. However, in the second and third internal configuration examples, the circuit configuration is simpler than the first internal configuration example, and the manufacturing cost can be suppressed.
ところで、以上の輝点検出回路62および黒点補正回路63の内部構成例において、入力された画像信号B2およびC1やタイミングパルスT1を遅延させる遅延回路については、これらが具備する遅延素子の段数は撮像素子3の構造によって異なる。これは、撮像素子3の構造によって、同色画素の配置間隔が異なるためである。
By the way, in the internal configuration example of the bright
ここで、図17に、撮像素子3の構造の違いによる画像信号中の画素配列の違いの例について示す。
白黒センサまたは3枚CCDでは、各素子から同色の信号のみが出力されるので、隣接する画素の信号が皆同色のものとなる。従って、図17(A)に示すように、遅延回路内の遅延素子を1段(1クロック分)とすることによって、隣接する同色画素1つ分の遅延を得ることが可能となる。
Here, FIG. 17 shows an example of a difference in pixel arrangement in an image signal due to a difference in structure of the image sensor 3.
In the monochrome sensor or the three CCDs, only the same color signal is output from each element, so that the signals of adjacent pixels are all the same color. Therefore, as shown in FIG. 17A, by setting the delay elements in the delay circuit to one stage (for one clock), it is possible to obtain a delay for one adjacent pixel of the same color.
また、2×2または2×4のカラーフィルタアレイを具備する単板CCDのような場合は、隣接する画素の色情報がそれぞれ異なる。従って、図17(B)に示すように、遅延回路内の遅延素子を2段(2クロック分)とすることによって、隣接する同色画素1つ分の遅延を得ることが可能となる。 In the case of a single-plate CCD having a 2 × 2 or 2 × 4 color filter array, the color information of adjacent pixels is different. Accordingly, as shown in FIG. 17B, by setting the delay elements in the delay circuit to two stages (for two clocks), it is possible to obtain a delay for one adjacent pixel of the same color.
以上の撮像装置1では、通常撮像の直後に撮像した画像信号B2を使用して、輝点ノイズの発生している画素を検出するので、黒点ノイズが発生している可能性のある画素の位置を、容易かつ正確に検出することができる。また、この検出に基づいて、黒点ノイズの発生の可能性のある画素について、近傍の画素のデータを使用してこれを補正するので、黒点となっていた画素が目立たなくなり、撮像画像の画質を容易に改善することが可能となる。 In the imaging apparatus 1 described above, the pixel where the bright spot noise is generated is detected using the image signal B2 captured immediately after the normal imaging, and therefore the position of the pixel where the black spot noise may occur is detected. Can be detected easily and accurately. Also, on the basis of this detection, pixels that may generate black spot noise are corrected using the data of neighboring pixels, so the pixels that have become black spots become inconspicuous and the image quality of the captured image is reduced. It can be easily improved.
なお、以上の実施の形態例では、シャッタを閉じた状態の撮像は、通常撮像の直後に行っていたが、逆に、通常撮像の直前にシャッタを閉じた状態で撮像を行うようにしてもよい。この場合、マイコン9は、使用者の操作入力等による撮像開始の要求を受けると、アイリス2bやフロントエンド5、TG8における通常撮像のための設定を行い、まずシャッタ2cを閉じてフロントエンド5に画像信号をサンプリングさせ、続いてシャッタ2cを通常設定にして撮像させ、画像信号を生成させる。画像メモリ7には、まずシャッタを閉じた撮像による画像信号B2が記憶された後、通常撮像による画像信号A2が記憶され、これらが同時に前処理回路6aに出力される。
In the above embodiment, the imaging with the shutter closed is performed immediately after the normal imaging, but conversely, the imaging may be performed with the shutter closed immediately before the normal imaging. Good. In this case, when the
また、上記の実施の形態例では、通常撮像による画像信号A2と、シャッタを閉じた撮像による画像信号B2の双方を、一旦画像メモリ7に記憶させてから、前処理回路6aに出力していたが、これに限らず、例えば、一方の画像信号を画像メモリ7に記憶させた後、その後の他方の撮像を行った時点で、一方の画像信号を画像メモリ7から読み出し、双方を同時に前処理回路6aに供給するような構成としてもよい。さらに、前処理回路6aから出力された画像信号C2を一旦画像メモリ7に記憶せずに、直接本処理回路6bに供給する構成としてもよい。
In the above embodiment, both the image signal A2 obtained by normal imaging and the image signal B2 obtained by imaging with the shutter closed are temporarily stored in the
このような構成とすることで、画像メモリ7へのアクセス回数や転送データ量が抑制されるので、撮像開始から最終的な画像信号の記憶までの時間が短縮されるとともに、消費電力を低減することができる。
With such a configuration, the number of accesses to the
1……撮像装置、2a……レンズ、2b……アイリス、2c……シャッタ、3……撮像素子、4……アンプ、5……フロントエンド、5a……S/H・GC回路、5b……A/D変換回路、6……カメラシステムLSI、6a……前処理回路、6b……本処理回路、6c……メモリコントローラ、6d……タイミング発生回路、7……画像メモリ、8……TG、9……マイコン、61……演算回路、62……輝点検出回路、63……黒点補正回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Imaging device, 2a ... Lens, 2b ... Iris, 2c ... Shutter, 3 ... Imaging device, 4 ... Amplifier, 5 ... Front end, 5a ... S / H / GC circuit, 5b ... ... A / D conversion circuit, 6 ... Camera system LSI, 6a ... Pre-processing circuit, 6b ... This processing circuit, 6c ... Memory controller, 6d ... Timing generation circuit, 7 ... Image memory, 8 ... TG, 9 ... Microcomputer, 61 ... Calculation circuit, 62 ... Bright spot detection circuit, 63 ... Black spot correction circuit
Claims (8)
シャッタを開いた通常撮像により撮像されてデジタルデータ化された第1の画像データから、前記通常撮像の直前または直後に前記通常撮像と同じ露光条件でシャッタを閉じて撮像され、デジタルデータ化された第2の画像データを減算する演算手段と、
撮像画像上に輝点を生成する高レベルのノイズである輝点ノイズの前記第2の画像データにおける発生位置を検出する輝点位置検出手段と、
前記演算手段からの出力データについて、前記輝点位置検出手段によって検出された前記輝点ノイズの発生位置に対応する画素のデータを補正するノイズ補正手段と、
を有することを特徴とする撮像装置。 In an imaging device that images a subject using a solid-state imaging device,
From the first image data captured and converted into digital data by the normal imaging with the shutter opened, the image was converted into digital data by closing the shutter under the same exposure conditions as the normal imaging immediately before or after the normal imaging. Arithmetic means for subtracting the second image data;
Luminescent spot position detecting means for detecting a generation position in the second image data of luminescent spot noise, which is a high-level noise generating a luminescent spot on a captured image;
Noise correction means for correcting pixel data corresponding to the generation position of the bright spot noise detected by the bright spot position detection means for output data from the calculation means;
An imaging device comprising:
前記第1の画像データから前記第2の画像データを減算する減算部と、
前記減算部からの出力信号に対してオフセット信号を加算する加算部と、
前記加算部からの出力信号レベルを制限するリミッタと、
を備えたことを特徴とする請求項1記載の撮像装置。 The computing means is
A subtractor for subtracting the second image data from the first image data;
An adder for adding an offset signal to the output signal from the subtractor;
A limiter for limiting the output signal level from the adding unit;
The imaging apparatus according to claim 1, further comprising:
シャッタを開いた通常撮像により撮像してデジタルデータ化した第1の画像データから、前記通常撮像の直前または直後に前記通常撮像と同じ露光条件でシャッタを閉じて撮像し、デジタルデータ化した第2の画像データを減算し、
撮像画像上に輝点を生成する高レベルのノイズである輝点ノイズの前記第2の画像データにおける発生位置を検出し、
前記減算による結果のデータについて、検出された前記輝点ノイズの発生位置に対応する画素のデータを補正する、
ことを特徴とするノイズ除去方法。 In a noise removal method for removing noise generated when a subject is imaged using a solid-state image sensor,
From the first image data captured and converted into digital data by the normal imaging with the shutter opened, the second image is converted into digital data by closing the shutter under the same exposure conditions as the normal imaging immediately before or after the normal imaging. Subtract image data of
Detecting a generation position in the second image data of a bright spot noise, which is a high-level noise generating a bright spot on the captured image;
For the data resulting from the subtraction, correct the pixel data corresponding to the detected location of the bright spot noise,
The noise removal method characterized by this.
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