JP2007116564A

JP2007116564A - 撮像装置

Info

Publication number: JP2007116564A
Application number: JP2005307969A
Authority: JP
Inventors: Itaru Watanabe; 格渡辺
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 2005-10-24
Filing date: 2005-10-24
Publication date: 2007-05-10

Abstract

【課題】黒レベル基準データ取得時に、黒レベル基準データ取得回数を最適化して加算平均することにより、黒レベル基準データの精度を上げ、暗電流補正後の画質を向上させることができる撮像装置を提供する。
【解決手段】アイリス１１を閉じた状態で黒レベル基準データ取得を開始する。黒レベル取得回数決定部２１は、黒レベル基準データの最大値及び黒レベル基準データの１画素分の記憶容量に応じて、黒レベル基準データ取得回数を決定する。黒レベル基準データ取得回数だけ黒レベル基準データを取得し、平均値を算出する。アイリス１１を開放した後、取得した撮像データから記憶されている黒レベル基準データの平均値を減算処理し、暗電流成分を除去する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳセンサなどの撮像素子を用いた撮像装置に関し、特に暗電流による黒レベルのばらつきを補正するものに関する。

ＣＣＤ撮像素子、もしくはＣＭＯＳ撮像素子を使用したビデオカメラやデジタルカメラなどの撮像装置においては、暗電流の影響により黒レベルにばらつきが生じ、この黒レベルのばらつきが画質劣化の要因となっている。これを解決するためこれまでに様々な工夫が擬らされてきている。

例えば特許文献１ではＣＣＤ撮像装置において遮光した状態で映像信号を取得し、黒レベル基準情報を得る方法、及び得られた黒レベル基準情報をフレームメモリに記憶させる方法、黒レベル基準情報をもとに映像信号から減算する方式で暗電流補正を行う手段が述べられている。さらに特許文献２では黒レベル基準情報を数回取得して平均化を行うことで黒レベル基準情報からランダムノイズ成分を除き、精度のよい暗電流補正を行う手段が述べられている。

特開平６−５４２６１号公報特開平１１−１１２８８４号公報

特許文献２で述べられているように、黒レベル基準情報を精度よく得るためには、ランダムノイズの影響を少なくする必要があり、このため、できる限り黒レベル基準情報の取得回数を多くしてサンプル数を増やした上で、平均化を行うことが望ましい。従来の暗電流補正方式では、黒レベル基準情報を平均化するために複数回取得して加算する際に、十分な黒レベル基準情報記憶領域を確保しておかないと、素子の状態によって暗電流が大きい場合、黒レベル基準が高くなり黒レベル基準情報記憶領域がオーバーフローを起こす恐れがあった。この事の対策として、黒レベル基準情報記憶領域の大きさに対して黒レベル基準情報取得回数を十分に少なくして平均化を行う必要があり、黒レベル基準情報の精度が低くなり、暗電流補正後の画質を落とす要因となっていた。

本発明はこの点に着目してなされたものであり、黒レベル基準情報取得時に、黒レベル基準情報取得回数を最適化して加算平均することにより、黒レベル基準情報の精度を上げ、暗電流補正後の画質を向上させることを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、複数の光感応素子を有し、各光感応素子で入射光量に応じて蓄積された電荷を転送出力することで映像信号を生成する撮像手段と、該撮像手段への入射光量を調節するためのアイリスと、前記撮像手段から出力される映像信号をデジタルデータに変換するアナログ／デジタル変換手段と、デジタルデータ化された映像信号を記憶する映像データ記憶手段とを備える撮像装置において、前記アイリスを閉じて入射光を遮蔽したときに取得される黒レベル基準データを画素単位で記憶する黒レベル基準データ記憶手段と、前記黒レベル基準データの最大値及び前記黒レベル基準データ記憶手段の画素当たりの記憶容量に応じて、前記黒レベル基準データの取得回数を決定する黒レベル基準データ取得回数決定手段と、前記黒レベル基準データ取得時に、前記黒レベル基準データ記憶手段に保持している黒レベル基準データを読み出し、新規に取得した黒レベル基準データと加算する加算器と、該加算器から出力される黒レベル基準データを再び前記黒レベル基準データ記憶手段に書き戻す書き込み手段と、前記黒レベル基準データ取得回数決定手段により決定された取得回数だけ、前記黒レベル基準データの取得及び加算を行った後、前記黒レベル基準データを前記黒レベル基準データ記憶手段より読み出し、前記取得回数で除算することにより平均黒レベル基準データを算出する除算器と、前記アイリスを開放した後に取得され、前記映像データ記憶手段に格納された撮影データから前記平均黒レベル基準データの減算処理を画素単位で行い、暗電流成分を除去する暗電流補正手段とを具備することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の撮像装置において、前記黒レベル基準データ取得回数決定手段は、前記黒レベル基準データ記憶手段の１画素当たりの記憶容量がＭビットであり、前記黒レベル基準データの最大値がＮビットであるとき、２の（Ｍ−Ｎ）乗回を前記取得回数とすることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、入射光量を調節するためのアイリスを閉じて入射光を遮断した状態で、黒レベル基準データが画素単位で取得され、黒レベル基準データ記憶手段に記憶される。黒レベル基準データの最大値及び黒レベル基準データ記憶手段の１画素当たりの記憶容量に応じて、黒レベル基準データの取得回数が決定される。次の黒レベル基準データ取得時には、すでに記憶されている黒レベル基準データに、新たに取得した黒レベル基準データが加算され、加算結果が黒レベル基準データ記憶手段に書き戻される。決定された取得回数だけ黒レベル基準データが取得され、加算演算及び書き戻し記憶が繰り返される。取得完了後、加算された黒レベル基準データを取得回数で除算することにより、平均黒レベル基準データが算出される。アイリスが開いて撮像が開始されると、撮像データから平均黒レベル基準データを減算する処理が画素単位で行われ、暗電流補正が行われる。これにより、黒レベル基準データ記憶手段をオーバーフローさせることなく、適正な平均黒レベル基準データが得られ、暗電流補正後の画質を向上させることができる。また従来と同精度の暗電流補正であれば、黒レベル基準データ記憶手段の記憶容量をより少なくすることが可能で、撮像装置のコストダウンに効果がある。さらに撮像手段自体や撮像手段状態の変化により暗電流が大幅に増加しても、撮像装置の構成を変えることなく破綻のない暗電流補正を行うことができる。

請求項２に記載の発明によれば、黒レベル基準データ取得回数は黒レベル基準データ記憶手段の１画素当たりの記憶容量がＭビットであり、黒レベル基準データの最大値がＮビットであるとき、２の（Ｍ−Ｎ）乗回が黒レベル基準データの取得回数と決定される。これにより、黒レベル基準データの最大値及び黒レベル基準データ記憶手段の記憶容量に応じて、最適な黒レベル基準データ取得回数の設定を行うことができる。

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は本発明の一実施形態にかかる撮像装置の構成を示すブロック図である。この撮像装置は披写体を撮像してその画像をデジタルデータに変換する撮像部１と、デジタル画像の処理を行う処理部２と、各種データを記憶する記憶部３と、各ブロックの同期や制御を行う制御部４とを備えている。なお、撮像部１、処理部２、記憶部３、及び制御部４はバス１０を介して接続されている。

撮像部１はアイリス１１と、ＣＣＤ撮像素子もしくはＣＭＯＳ撮像素子（以下「撮像素子」という）１２と、アナログ／デジタル変換器１３とを備えている。撮像部１の各種制御は制御部４の指令に基づき行われる。アイリス１１は、撮像素子１２への入射光量を調節するものであり、制御部４の指令により開閉される。撮像素子１２は複数個の光感応素子を配列したもので、各光感応素子は光量に応じて蓄積された電荷を転送出力することで映像信号を生成する。アナログ／デジタル変換器１３は撮像素子１２より出力された電荷をデジタルデータへと変換し、出力する。

処理部２は黒レベル基準データ取得回数決定部２１と、黒レベル基準データ取得時にフレーム数をカウントするカウンタ２２と、黒レベル基準データ加算時に用いる加算器２３と、加算後の黒レベル基準データを平均化するときに用いる除算器２４と、暗電流補正部２５とを備えている。処理部２の各種制御は制御部４の指令に基づき行われる。黒レベル基準データ取得回数決定部２１は、黒レベル基準データの最大値及び１画素分の黒レベル基準データを記憶するのに要するビット幅（記憶容量）に応じて、黒レベル基準データ取得回数を決定する。

図２は１画素分の黒レベル基準データ記憶領域の内訳を示している。１画素あたりＭビット幅の記憶領域があり、黒レベル基準データ最大値がＮビットの範囲（２の（Ｎ−１）乗〜２のＮ乗−１）である場合、黒レベル基準データ最大値の２の（Ｍ−Ｎ）乗倍まではオーバーフローを起こすことなく確実に記憶領域に記憶可能である。よって、黒レベル基準データ取得回数を２の（Ｍ−Ｎ）乗回と決定する。

カウンタ２２は黒レベル基準データ取得開始時に０にリセットされ、１フレーム分のデータを取込む毎に１加算される。加算器２３は黒レベル基準データ取得時に、画素毎に既得の黒レベル基準データ（初回は０）に新規に取得した黒レベル基準データを加算する。除算器２４は黒レベル基準データ取得終了後に、画素毎に既得の黒レベル基準データを取得フレーム数（カウンタ２２の値）で除算を行い、黒レベル基準データの平均値を算出する。暗電流補正部２５は通常撮像時に撮像データから黒レベル基準データの平均値を減算することにより、暗電流補正を行う。

記憶部３は黒レベル基準データを記憶する黒レベル基準データ記憶領域３１と、撮像データを記憶する映像データ記憶領域３２と、黒レベル基準データの最大値を記憶する黒レベル基準データ最大値記憶領域３３とを備えている。記憶部３の各種制御は制御部４の指令に基づき行われる。

黒レベル基準データ記憶領域３１は、撮像データのビット幅以上のビット幅を持つ画素毎のフレームメモリで構成され、黒レベル基準データ取得時には取得された黒レベル基準データの合計が画素毎に保存される。また、黒レベル基準データ取得後は、黒レベル基準データの平均値が記憶され保持される。映像データ記憶領域３２は、撮像データと同じ画素毎のビット深度を持つフレームメモリで構成され、黒レベル基準データ取得時には新規に取得された黒レベル基準データが記憶される。また、通常撮像時には撮像データが記憶される。

図３は図１に示す本撮像装置の黒レベル基準データ取得回数決定部２１における処理手順を示すフローチャートである。図３を用いて本撮像装置の黒レベル基準データ取得回数決定時の動作を説明する。
電源投入時または制御部４にある黒レベル基準データ取得開始ボタン（図示せず）が押されると、制御部４は以下に述べる手順で各部を制御し、図３に示す処理を行う。

最初にステップＳ３０１にてアイリス１１を閉じて撮像を行い、ステップＳ３０２に進み、ステップＳ３０１で撮像した撮像データを映像データ記憶領域３２に記憶させる。次にステップＳ３０３に進み、映像データ記憶領域３２より１画素分のデータａを読みこむ。ステップＳ３０４では読み込まれたデータａが現在の黒レベル基準データ最大値記憶領域３３に記憶されている値より大きいか否かを判別する。この答えがＹＥＳ、つまりデータａが黒レベル基準データ最大値より大きい場合は、ステップＳ３０５に進み、読み込んだデータａを新たな最大値として黒レベル基準データ最大値記憶領域３３に上書きする。次にステップＳ３０６に進み、ステップＳ３０３〜Ｓ３０５の処理が全画素について完了したか否かを判別する。その答えがＮＯ、すなわち全画素についての処理が完了していなければステップＳ３０３に戻り、次の画素の処理に移る。ステップＳ３０６の答えがＹＥＳになったとき、つまり全画素についての処理が完了しているときは、ステップＳ３０７進み、先に述べたように１画素あたりＭビット幅の記憶領域に対して黒レベル基準データ最大値がＮビットの範囲（２の（Ｎ−１）乗〜２のＮ乗−１）である場合、黒レベル基準データ取得回数を２の（Ｍ−Ｎ）乗回と決定する。

図４は本撮像装置の黒レベル基準データ取得時の処理手順を示すフローチャートである。図４を用いて本撮像装置のカウンタ２２、加算器２３及び除算器２４を使った黒レベル基準データ取得の動作を説明する。
電源投入時または制御部４にある黒レベル基準データ取得開始ボタン（図示せず）が押され、黒レベル基準データ取得回数決定動作が終了した後、制御部４は以下に述べる手順で各部を制御し、処理を行う。

最初にステップＳ４０１にて処理部２にあるカウンタ２２を０にリセットし、ステップＳ４０２に進み黒レベル基準データ記憶領域３１をクリアする（全画素に対して０を書き込む）。その後ステップＳ４０３にてアイリス１１を閉じて撮像を行い、ステップＳ４０４にて記憶部３にある映像データ記憶領域３２に撮像データを記憶させる。その後ステップＳ４０５にて黒レベル基準データ記憶領域３１より１画素分のデータａを読み込み、さらにステップＳ４０６にて映像データ記憶領域３２より１画素分のデータｂを読み込む。ステップＳ４０７ではステップＳ４０６で読み出したデータａ及びデータｂを加算器２３により足し合わせて、その結果を黒レベル基準データ記憶領域３１の該当部に記憶させる。

次にステップＳ４０８に進み、全画素についての処理が完了したか否かを判別する。ステップＳ４０８の答えがＮＯ、つまり、全画素について処理がまだ完了していないときはステップＳ４０５に戻り、次の画素の処理に移る。ステップＳ４０８の答えがＹＥＳとなったとき、つまり全画素について処理が完了したときはステップＳ４０９に進み、カウンタ２２を１進める。ステップＳ４１０ではカウンタ２２が図３に示すステップＳ３０７で決定した値（規定数）に達したか否かを判別する。ステップＳ４１０の答えがＮＯ、すなわちカウンタ２２の値が規定数に達していない場合、ステップＳ４０４に戻り、さらに黒レベル基準データの取得、加算を行う。

ステップＳ４１０の答がＹＥＳとなったとき、すなわちカウンタ２２が黒レベル取得回数が規定数に達したときは、ステップＳ４１１に進む。ステップＳ４１１では黒レベル基準データ記憶領域３１より１画素分のデータを読み込み、除算器２４を用いて読み込んだデータを、カウンタ２２の値である取得したフレーム数、つまり図３に示すステップＳ３０７で決定した値（規定数）で除算し、その商を黒レベル基準データとして黒レベル基準データ記憶領域３１の該当部に記憶させる。次にステップＳ４１３にて全画素についての処理が完了したか否かを判別する。ステップＳ４１３の答えがＮＯであるとき、つまり全画素についての処理がまだ完了していないときは、ステップＳ４１１に戻り、次の画素の処理を行う。ステップＳ４１３の答えがＹＥＳとなったとき、つまり全画素について処理が完了したときはステップＳ４１４に進む。ステップＳ４１４ではアイリス１１を開けて、通常撮像が行える状態にして黒レベル基準データ取得の処理を終了する。

図５は本撮像装置の通常撮像時の暗電流補正の処理手順を示すフローチャートである。図５を用いて本撮像装置の暗電流補正時の動作を説明する。
撮像が開始されると、まずステップＳ５０１にて映像データ記憶領域３２に撮像データを記憶させる。その後ステップＳ５０２にて映像データ記憶領域３２より１画素分の撮像データｃを読み込む。さらにステップＳ５０３にて黒レベル基準データ記憶領域３１より１画素分の黒レベル基準データｄを読み込む。次にステップＳ５０４では撮像データｃから黒レベル基準データｄを減算することで暗電流成分を補正し、補正された撮像データが映像データ記憶領域３２の該当部に記憶される。次にステップＳ５０５に進み、全画素についての処理が完了したか否かを判別する。ステップＳ５０５の答えがＮＯであるとき、すなわち全画素についての処理が完了していないときは、ステップＳ５０２に戻り、次の画素の処理を行う。ステップＳ５０５の答えがＹＥＳとなったとき、すなわち全画素について処理が完了したときはステップＳ５０６に進み、映像データ記憶領域３２の暗電流補正後の撮像データを出力する。その後ステップＳ５０１に戻り次のフレームの撮像を開始する。

以上詳述したように本実施形態では黒レベル基準データの最大値と、黒レベル基準データ記憶領域３１の１画素当たりのビット幅Ｍとに応じて黒レベル基準データ取得回数を決定し、決定した回数だけ取得した黒レベル基準データを加算平均するようにしたので、黒レベル基準データの精度を上げ、暗電流補正後の画質を向上させることができる。また従来と同精度の暗電流補正であれば、より少ない記憶領域で行うことが可能で、装置のコストダウンに効果がある。さらに撮像素子自体や撮像素子状態の変化により暗電流が大幅に増加しても、装置の構成を変えることなく破綻のない暗電流補正を行うことが可能となる。

本発明の一実施形態にかかる撮像装置の要部の構成を示すブロック図である。１画素分の黒レベル基準データ記憶領域の内訳を示す図である。黒レベル基準データ取得回数決定の処理手順を示すフローチャートである。黒レベル基準データ取得の処理手順を示すフローチャートである。暗電流補正の処理手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１撮像部
２処理部
３記憶部
４制御部（書き込み手段）
１１アイリス
１２撮像素子（撮像手段）
１３アナログ／デジタル変換器（アナログ／デジタル変換手段）
２１黒レベル基準データ取得回数決定部（黒レベル基準データ取得回数決定手段）
２２カウンタ
２３加算器
２４除算器
２５暗電流補正部（暗電流補正手段）
３１黒レベル基準データ記憶領域（黒レベル基準データ記憶手段）
３２映像データ記憶領域（映像データ記憶手段）
３３黒レベル基準データ最大値記憶領域

Claims

複数の光感応素子を有し、各光感応素子で入射光量に応じて蓄積された電荷を転送出力することで映像信号を生成する撮像手段と、該撮像手段への入射光量を調節するためのアイリスと、前記撮像手段から出力される映像信号をデジタルデータに変換するアナログ／デジタル変換手段と、デジタルデータ化された映像信号を記憶する映像データ記憶手段とを備える撮像装置において、
前記アイリスを閉じて入射光を遮蔽したときに取得される黒レベル基準データを画素単位で記憶する黒レベル基準データ記憶手段と、
前記黒レベル基準データの最大値及び前記黒レベル基準データ記憶手段の画素当たりの記憶容量に応じて、前記黒レベル基準データの取得回数を決定する黒レベル基準データ取得回数決定手段と、
前記黒レベル基準データ取得時に、前記黒レベル基準データ記憶手段に保持している黒レベル基準データを読み出し、新規に取得した黒レベル基準データと加算する加算器と、
該加算器から出力される黒レベル基準データを再び前記黒レベル基準データ記憶手段に書き戻す書き込み手段と、
前記黒レベル基準データ取得回数決定手段により決定された取得回数だけ、前記黒レベル基準データの取得及び加算を行った後、前記黒レベル基準データを前記黒レベル基準データ記憶手段より読み出し、前記取得回数で除算することにより平均黒レベル基準データを算出する除算器と、
前記アイリスを開放した後に取得され、前記映像データ記憶手段に格納された撮影データから前記平均黒レベル基準データの減算処理を画素単位で行い、暗電流成分を除去する暗電流補正手段とを具備することを特徴とする撮像装置。
前記黒レベル基準データ取得回数決定手段は、前記黒レベル基準データ記憶手段の１画素当たりの記憶容量がＭビットであり、前記黒レベル基準データの最大値がＮビットであるとき、２の（Ｍ−Ｎ）乗回を前記取得回数とすることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。