JP2007159027A - Ｃｃｄ型単板式カラー固体撮像素子の評価支援方法及びその装置並びに評価支援用プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＣＤ型単板式カラー固体撮像素子の評価支援を行う。
【解決手段】評価対象とする撮像素子により所定カラー画像を低感度撮影し、この撮像素子により所定カラー画像を高感度撮影し、低感度撮影で得られた撮像データのホワイトバランスゲインを求め、低感度撮影で得られた撮像データを前記ホワイトバランスゲインに基づき画像処理して低感度画像データを求め、高感度撮影で得られた撮像データを前記ホワイトバランスゲインに基づき画像処理して高感度画像データを求め、該高感度画像データの前記低感度画像データに対する色回りを数値化して撮像素子の評価を行う。
【選択図】図６

Description

本発明は、ＣＣＤ（Charge Coupled Devices：電荷結合素子）型単板式カラー固体撮像素子でどの程度の高感度撮影を行うことができるかを容易且つ的確に評価することが可能なＣＣＤ型単板式カラー固体撮像素子の評価支援方法及びその装置並びに評価支援用プログラムに関する。

ＣＣＤ型単板式カラー固体撮像素子では、フォトダイオード（光電変換素子）が検出した受光電荷（信号電荷）を、電荷転送路上でバケツリレー方式により出力部まで転送している。バケツリレー方式の転送は、各バケツリレー毎に電荷取り残しが発生し、例えば、１回のバケツリレーの電荷転送効率が９９．９９％であっても、１回の信号読出で１０００画素分のバケツリレーを行う場合には、９９．９９％の転送を１０００回繰り返すことになり、電荷転送路の電荷転送効率は、９９．９９％を１０００乗した値になってしまう。従って、ＣＣＤ型固体撮像素子の良否は、素子固有値の電荷転送効率に大きく依存することになる。

そこで、従来から、下記特許文献１，２に記載されている様に、電荷転送路の電荷転送効率を測定する技術開発が行われている。特許文献１記載の従来技術の場合、水平転送路の最終段の転送効率が重要であるとして、最終段の転送効率を測定しており、また、特許文献２記載の従来技術では、水平転送路の前縁から得られた色差信号と後縁から得られた色差信号との差から電荷転送効率を求めている。

特開平５―２６８６４１号公報 特開平５―１６８０５０号公報

近年のＣＣＤ型単板式カラー固体撮像素子は多画素化が進展し、この結果、１画素で検出できる信号電荷量の最大量が少なくなってきている。このため、高感度撮影を行った場合には、１画素の検出電荷量はほんの僅かとなり、この電荷量に応じた電圧値信号を、アンプで増幅し出力している。

例えば、ＩＳＯ感度１００の低感度撮影を行うときの露光量に対し、ＩＳＯ感度８００の高感度撮影を行うときの露光量は１／８となり、検出電荷量は１／８になってしまう。高感度撮影時に得られたこの僅かな信号電荷量を電荷転送路で転送するときの電荷取り残しの影響は、アンプ増幅率が大きいほど大きいといえる。

単板式カラー固体撮像素子の電荷転送路の転送効率が低く、電荷取り残し量が大きいと、電荷転送路上で異なる色の信号電荷が混ざり、本来の色と異なる色回りしたカラー画像が出力されてしまう。このため、低感度撮影は良好に行えるＣＣＤ型単板式カラー固体撮像素子であっても、どの程度の高感度撮影が可能であるかを的確且つ容易に評価できる技術の開発が望まれている。

本発明の目的は、どの程度の高感度撮影が可能であるか否かを的確且つ容易に評価することが可能なＣＣＤ型単板式カラー固体撮像素子の評価方法及びその装置並びに評価支援用プログラムを提供することにある。

本発明のＣＣＤ型単板式カラー固体撮像素子の評価支援装置は、所定カラー画像を表示する表示手段と、評価対象とするＣＣＤ型単板式カラー固体撮像素子を用いて前記所定カラー画像を低感度撮影すると共に高感度撮影する撮像手段と、前記所定カラー画像を低感度撮影して得られた撮像データからホワイトバランスゲインを求める手段と、前記低感度撮影して得られた撮像データを前記ホワイトバランスゲインにて画像処理し低感度画像データを求めると共に前記高感度撮影して得られた撮像データを前記ホワイトバランスゲインにて画像処理し高感度画像データを求める手段と、該高感度画像データの前記低感度画像データに対する色回りを数値化して出力する手段とを備えることを特徴とする。

本発明のＣＣＤ型単板式カラー固体撮像素子の評価支援方法は、評価対象とするＣＣＤ型単板式カラー固体撮像素子により所定カラー画像を低感度撮影し、前記ＣＣＤ型単板式カラー固体撮像素子により前記所定カラー画像を高感度撮影し、前記低感度撮影で得られた撮像データのホワイトバランスゲインを求め、前記低感度撮影で得られた撮像データを前記ホワイトバランスゲインに基づき画像処理して低感度画像データを求め、前記高感度撮影で得られた撮像データを前記ホワイトバランスゲインに基づき画像処理して高感度画像データを求め、前記高感度画像データの前記低感度画像データに対する色回りを数値化することを特徴とする。

本発明のＣＣＤ型単板式カラー固体撮像素子の評価支援方法の前記所定カラー画像がマクベスチャートであることを特徴とする。

本発明のＣＣＤ型単板式カラー固体撮像素子の評価支援方法の前記低感度がＩＳＯ感度１００以下の感度であり、前記高感度がＩＳＯ感度８００以上の感度であることを特徴とする。

本発明のＣＣＤ型単板式カラー固体撮像素子の評価支援用プログラムは、評価対象とするＣＣＤ型単板式カラー固体撮像素子により所定カラー画像を低感度撮影する第１ステップと、前記ＣＣＤ型単板式カラー固体撮像素子により前記所定カラー画像を高感度撮影する第２ステップと、前記第１ステップで得られた撮像データのホワイトバランスゲインを求める第３ステップと、前記第１ステップで得られた撮像データを前記ホワイトバランスゲインに基づき画像処理して低感度画像データを求める第４ステップと、前記第２ステップで得られた撮像データを前記ホワイトバランスゲインに基づき画像処理して高感度画像データを求める第５ステップと、前記高感度画像データの前記低感度画像データに対する色回りを数値化して出力する第６ステップとを備えることを特徴とする。

本発明によれば、高感度撮影に適するＣＣＤ型単板式カラー固体撮像素子であるか否かを、高感度撮影時に発生する色回りによって判断するため、容易且つ的確な評価が可能となる。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る評価支援装置の全体構成図である。この評価支援装置１は、所定カラー画像を表示する表示装置２と、この表示装置２の表示画面を撮像するカメラ部３と、カメラ部３に接続され後述の評価支援用プログラムを実行するパーソナルコンピュータ（ＰＣ）４とを備える。

カメラ部３は、レンズ１０と、カメラ制御部１１と、レンズ部１０とカメラ制御部１１との間に設けられるＣＣＤ取付部１２とを備える。ＣＣＤ取付部１２には、評価対象となるＣＣＤ型単板式カラー固体撮像素子が着脱可能に取り付けられる。

表示装置２は、例えば反射型液晶表示装置でなり、その表示画面に、例えば図２に示す様に、所定カラー画像、例えばマクベスチャート（カラーチャート）５が表示される。図示の例では、表示画面の中央の１／３の領域にマクベスチャート５を表示しているが、これは、マクベスチャート５をシェーディングの影響を避けてカメラ部３で撮影するためである。

カメラ制御部１１は、デジタルスチルカメラに搭載されている機能のうち図３に示す様に、必要機能だけを備える。

図３は、図１に示す評価支援装置１の機能ブロック構成図である。図示の色回り判定部４が図１に示すパーソナルコンピュータ（ＰＣ）４であり、色回り判定部４以外が、カメラ制御部１１を含むカメラ部３となる。

図３において、カメラ部３は、撮影レンズ１０と、図１のＣＣＤ取付部１２に装着される評価対象撮像素子１５と、この両者の間に設けられた絞り１６と、赤外線カットフィルタ１７とを備える。カメラ部３の全体を制御するＣＰＵ１８は、レンズ駆動部１９を制御して撮影レンズ１０の位置をフォーカス位置に調整し、絞り駆動部２０を介し絞り１６の開口量を制御する。また、ＣＰＵ１８は、撮像素子駆動部２１を介して固体撮像素子１５を駆動し、その撮影ＩＳＯ感度の設定も行う。

カメラ部３の電気制御系は、固体撮像素子１５の出力に接続されたアナログ信号処理部２２と、このアナログ信号処理部２２から出力されたＲＧＢの色信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路２３とを備え、これらはＣＰＵ１８によって制御される。

更に、このカメラ部３の電気制御系は、フレームメモリ２４に接続されたメモリ制御部２５と、オフセット処理，補間処理，ホワイトバランス補正処理等を行うデジタル信号処理部２６と、撮像素子１５から出力された撮像画像データを積算してホワイトバランスのゲインを求める積算部２７と、外部インタフェース（ＩＦ）２８とを備え、これらは、制御バス２９及びデータバス３０によって相互に接続される。色回り判定部（ＰＣ）４は、外部ＩＦ２８に接続され、後述の評価支援用プログラムに従ってＣＰＵ１８を制御したりデータバス３０上の画像データを取り込む。

図４は、評価対象とするＣＣＤ型単板式カラー固体撮像素子の表面模式図である。この撮像素子１５には、半導体基板表面上に二次元アレイ状に多数のフォトダイオード３１が形成されている。各フォトダイオード３１上に記載した「Ｒ」「Ｇ」「Ｂ」は、各フォトダイオード３１上に積層されたカラーフィルタの色（Ｒ＝赤、Ｇ＝緑、Ｂ＝青）を示している。

図示する撮像素子１５は、奇数行のフォトダイオード行に対して偶数行のフォトダイオード行が１／２ピッチづつずらして形成されており、各フォトダイオード３１間の垂直方向に蛇行して延びる隙間に垂直転送路（ＶＣＣＤ）３２が形成されている。

半導体基板の下辺部には水平転送路（ＨＣＣＤ）３３が設けられており、各フォトダイオード２１から読み出され垂直転送路３２によって転送されてきた信号電荷は水平転送路３３に移され、次に水平転送路３３によって出力端まで信号電荷が転送される。アンプ３４は、水平転送路３３の出力端に転送されてきた信号電荷量に対応した電圧値信号を出力する。このアンプ３４の増幅率が、ＩＳＯ感度に応じて可変制御される。

尚、図４に示す撮像素子１５は、所謂ハニカム画素配列のＣＣＤ素子であるが、カラーフィルタがベイヤー配列された正方格子配列のＣＣＤ型撮像素子を評価対象にできることはいうまでもなく、また、カラーフィルタが補色系のものにも以下に述べる実施形態を適用できる。

図５は、水平転送路３３における信号電荷の転送の様子を示す図である。図示する例では、水平転送路３３上に、赤（Ｒ）フィルタを通して得られた信号電荷（電子）と青（Ｂ）フィルタを通して得られた信号電荷（電子）が交互に配列されており、水平転送クロックが水平転送路３３に印加される毎に各信号電荷が出力アンプ３４側に転送され、水平転送路最終段に移動してきた信号電荷量に応じた電圧値信号がアンプ３４から出力される。

信号電荷の転送が行われる場合、異なる色のカラーフィルタを通して得られた信号電荷が周期的（図示する例ではＲＢ２色の信号電荷が交互）に水平転送路内に配列されると、電荷転送効率が１００％ではないため、電荷転送が進むに従って少しずつ色が混ざることになる。特に、信号電荷量の絶対量が少ない高感度撮影時には、混色の影響が低感度撮影時に比較して大きくなり、本来の「赤」が本来の「赤」として出力されなくなってしまう。

図６は、ＣＣＤ型単板式カラー固体撮像素子の評価支援用プログラムの処理手順を示すフローチャートである。この評価支援用プログラムは、図１のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）４に読み込まれて実行され、評価対象撮像素子１５からの出力データを診断して色回りの判定を行い、その評価対象撮像素子１５の電荷転送効率を評価したり、評価対象撮像素子１５がどの程度の高感度撮影を行うことができるかを評価する。

先ず、図３のＣＰＵ１８に対し外部ＩＦ２８を介して指令を出し、表示装置２に表示されているマクベスチャート５を、所定の低感度たとえばＩＳＯ感度６４で撮影させる。そして、評価対象撮像素子１５から出力されＡ／Ｄ２３でデジタル化された撮像データをフレームメモリ２４に格納させる（ステップＳ１）。

次に、撮影感度を高感度たとえばＩＳＯ感度８００にしてマクベスチャート５を撮影させ、同様にフレームメモリ２４に格納させる（ステップＳ２）。

次に、フレームメモリ２４のＩＳＯ感度６４の撮像データを積算部２７に送り、積算部２７でＲ，Ｇ，Ｂ毎に積算させてホワイトバランスゲインを求める（ステップＳ３）。そして、このホワイトバランスゲインによりＩＳＯ感度６４の撮像データをデジタル信号処理部２６にて画像処理させ、画像処理した後の画像データを外部ＩＦ２８を介して色回り判定部（ＰＣ）４が取り込む（ステップＳ４）。

次に、フレームメモリ２４からＩＯＳ感度８００の撮像データを読み出し、この撮像データをデジタル信号処理部２６で画像処理させる。このとき、ＩＳＯ感度６４の撮像データから得られたホワイトバランスゲインに基づいて画像処理を行わせ、画像処理した後の画像データを外部ＩＦ２８を介して色回り判定部（ＰＣ）４が取り込む（ステップＳ５）。

次に、色回り判定部４は、取り込んだ画像処理済みのＩＳＯ感度６４とＩＳＯ感度８００の画像データを比較し、各色の色回りを数値化し、この数値を評価結果として出力する（ステップＳ６）。

ＩＳＯ感度６４の画像データは、ＩＳＯ感度８００の画像データに比較して、マクベスチャートの本来の色に近い色を撮像していると考えられる。低感度撮影時の信号電荷量の絶対量が多いため、電荷転送効率の影響が小さいためである。

例えば「赤」で説明すると、マクベスチャート上のどの位置に赤色が表示されているかは分かっているため、「赤」として撮像された部分の画像データをＩＯＳ感度６４の画像データの中から容易に抽出することができる。同様に、「赤」として撮像された部分の画像データをＩＳＯ感度８００の画像データの中から抽出することができる。

ＩＳＯ感度６４の「赤」の画像データは、上述した様に、本来の「赤」に近い色であるのに対し、ＩＳＯ感度８００の「赤」の画像データは、電荷転送効率が低いほど他色が混色してしまうため、「赤」からずれた色になり、色回りが発生してしまう。

どの程度の色ずれが生じたかは、ＩＳＯ感度６４の「赤」の画像データを基準として、色度図上でどの程度の色回りとなっているかを数値化すれば客観的な評価を行うことができる。この数値が所定値以下であれば、即ち色ずれ（色回り）が小さければ、評価対象撮像素子１５は、ＩＳＯ感度８００での高感度撮影に耐える撮像素子であると判定できる。同様に、ＩＳＯ感度１６００でマクベスチャートを撮影して同様の判定処理を行えば、その撮像素子が更に上の高感度撮影に耐える撮像素子であるか否かを容易に判定可能となる。

以上は、「赤」について述べたが、これは色回りが発生したとき赤色の色回りが目立つためであり、他の青色や肌色などの色回りを総合的に判断して撮像素子１５の評価を行うのが良いことはいうまでもない。しかし、一色だけで判定することも可能である。

また、「色回り」と電荷転送効率との間の厳密な相関関係は良く分からないが、ある程度の相関関係はあるため、色回りの数値から電荷転送効率の良否を判定することも可能である。

尚、上述した実施形態では、ＩＳＯ感度６４でマクベスチャートを１回撮影し、ＩＳＯ感度８００でマクベスチャートを１回撮影しただけであるが、夫々複数回撮影して得た平均の画像データを用いて上記判定を行うことで、ノイズの影響を低減することが可能である。

本発明に係る評価支援方法等は、高感度撮影に向く撮像素子を容易に判定可能なため、高感度撮影用のデジタルカメラに搭載するＣＣＤ型単板式カラー固体撮像素子の選別に有用である。

本発明の一実施形態に係る評価支援装置の全体構成図である。 図１の表示装置にマクベスチャート（カラーチャート）を表示した画面を示す図である 図１に示す評価支援装置の機能ブロック図である。 評価対象となるＣＣＤ型単板式カラー固体撮像素子の一例の表面模式図である。 図４に示す水平転送路における電荷転送の説明図である。 本発明の一実施形態に係る評価支援用プログラムの処理手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 評価支援装置
２ 表示装置
３ カメラ部
４ パーソナルコンピュータ（色回り判定部）
５ マクベスチャート（カラーチャート）
１０ 撮影レンズ
１１ カメラ制御部
１２ ＣＣＤ取付部
１５ 評価対象のＣＣＤ型単板式カラー固体撮像素子
３２ 垂直転送路（ＶＣＣＤ）
３３ 水平転送路（ＨＣＣＤ）
３４ 出力アンプ

Claims (5)

1. 所定カラー画像を表示する表示手段と、評価対象とするＣＣＤ型単板式カラー固体撮像素子を用いて前記所定カラー画像を低感度撮影すると共に高感度撮影する撮像手段と、前記所定カラー画像を低感度撮影して得られた撮像データからホワイトバランスゲインを求める手段と、前記低感度撮影して得られた撮像データを前記ホワイトバランスゲインにて画像処理し低感度画像データを求めると共に前記高感度撮影して得られた撮像データを前記ホワイトバランスゲインにて画像処理し高感度画像データを求める手段と、該高感度画像データの前記低感度画像データに対する色回りを数値化して出力する手段とを備えることを特徴とするＣＣＤ型単板式カラー固体撮像素子の評価支援装置。
2. 評価対象とするＣＣＤ型単板式カラー固体撮像素子により所定カラー画像を低感度撮影し、前記ＣＣＤ型単板式カラー固体撮像素子により前記所定カラー画像を高感度撮影し、前記低感度撮影で得られた撮像データのホワイトバランスゲインを求め、前記低感度撮影で得られた撮像データを前記ホワイトバランスゲインに基づき画像処理して低感度画像データを求め、前記高感度撮影で得られた撮像データを前記ホワイトバランスゲインに基づき画像処理して高感度画像データを求め、前記高感度画像データの前記低感度画像データに対する色回りを数値化することを特徴とするＣＣＤ型単板式カラー固体撮像素子の評価支援方法。
3. 前記所定カラー画像がマクベスチャートであることを特徴とする請求項２に記載のＣＣＤ型単板式カラー固体撮像素子の評価支援方法。
4. 前記低感度がＩＳＯ感度１００以下の感度であり、前記高感度がＩＳＯ感度８００以上の感度であることを特徴とする請求項１に記載のＣＣＤ型単板式カラー固体撮像素子の評価支援方法。
5. 評価対象とするＣＣＤ型単板式カラー固体撮像素子により所定カラー画像を低感度撮影する第１ステップと、前記ＣＣＤ型単板式カラー固体撮像素子により前記所定カラー画像を高感度撮影する第２ステップと、前記第１ステップで得られた撮像データのホワイトバランスゲインを求める第３ステップと、前記第１ステップで得られた撮像データを前記ホワイトバランスゲインに基づき画像処理して低感度画像データを求める第４ステップと、前記第２ステップで得られた撮像データを前記ホワイトバランスゲインに基づき画像処理して高感度画像データを求める第５ステップと、前記高感度画像データの前記低感度画像データに対する色回りを数値化して出力する第６ステップとを備えることを特徴とするＣＣＤ型単板式カラー固体撮像素子の評価支援用プログラム。

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