JP2008118293A - Imaging apparatus and method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、撮像素子を用いた撮像装置及び方法に関する。 The present invention relates to an imaging apparatus and method using an imaging element.
近年、ディジタルカメラやビデオカメラ等の撮像装置においては、撮像素子としてCCDやCMOS型イメージセンサー(以後CMOSセンサーと称する)を使用するのが一般的である。 In recent years, in an imaging apparatus such as a digital camera or a video camera, a CCD or a CMOS type image sensor (hereinafter referred to as a CMOS sensor) is generally used as an imaging element.
上記撮像装置のうち、CMOSセンサーは、フォトダイオード(以後PDと称する)で発生した光キャリアをMOSトランジスタのゲート電極(フローティングディフュージョン=FD)に蓄積する。そして、CMOSセンサーは、走査回路からの駆動タイミングに従って、その電位変化を出力部へ電荷増幅して出力する。光変換部である該CMOSセンサー部とその周辺回路部を含め全てCMOSプロセスで実現したMOS型固定撮像装置(CMOSセンサー)は特に注目されている。 Among the imaging devices, the CMOS sensor accumulates photocarriers generated by a photodiode (hereinafter referred to as PD) in the gate electrode (floating diffusion = FD) of the MOS transistor. The CMOS sensor amplifies and outputs the potential change to the output unit in accordance with the drive timing from the scanning circuit. A MOS type fixed imaging device (CMOS sensor) realized by a CMOS process, including the CMOS sensor portion that is a light converting portion and its peripheral circuit portion, has attracted particular attention.
該CMOSセンサー等の一般的な撮像素子について図8乃至図10を用いて説明する。図8は該撮像素子であるCMOSセンサーの等価回路図である。 A general image sensor such as the CMOS sensor will be described with reference to FIGS. FIG. 8 is an equivalent circuit diagram of a CMOS sensor which is the image sensor.
同図において、S11は画素であり、該画素S11と同一構造の画素(S21・・・Sm1)は垂直出力線13に対して複数個接続されている。該画素内にはフォトダイオード(PD)1、転送スイッチ(TX)2、リセットスイッチ(TRES)3、画素アンプを構成するソースフォロア(SF)である増幅トランジスタ10及び負荷電流源7ならびに第1のスイッチ8が設けられる。なお、負荷電流源7ならびに第1のスイッチ8は垂直出力線13に接続されている複数画素共通であるため、説明の便宜上、増幅トランジスタ10をソースフォロア(SF)10と称して説明する。
In the figure,
また、行選択スイッチ(TSEL)6が設けられ、転送スイッチ(TX)2のゲートは信号ΦTXに接続され、リセットスイッチ3のゲートは信号ΦRESに接続され、行選択スイッチ6のゲートは信号ΦSELに接続されている。
Further, a row selection switch (TSEL) 6 is provided, the gate of the transfer switch (TX) 2 is connected to the signal ΦTX, the gate of the
なお、上記回路構成が複数列(画素S1乃至Smn、垂直出力線13乃至13n等)配設されている。
A plurality of columns (pixels S1 to Smn,
光電変換は該フォトダイオード1で行われ、光量電荷の蓄積期間中は転送スイッチ2はオフ状態(ΦTX=ハイレベル)であり、画素アンプを構成するソースフォロア10のゲートにはこのフォトダイオード1で光電変換された電荷は転送されない。該画素アンプを構成するソースフォロア10のゲートにあるフローティングディフュージョン領域(FD)11は、蓄積開始前に該リセットスイッチ3がオン(ΦRES=ローレベル)し、適当な電圧に初期化されている。すなわちこれがダークレベルとなる。次に又は同時に該行選択スイッチ6がオン(ΦSEL=ローレベル)になると、負荷電流源7とスイッチ8と該画素アンプを構成するソースフォロア10が動作状態になる。ここで該転送スイッチ2をオン(ΦTX=ローレベル)させることで該フォトダイオード1に蓄積されていた電荷は、該画素アンプを構成するソースフォロア10のゲートであるフローティングディフュージョン領域11に転送される。ここで4はリセット電源、5は該ソースフォロア10を駆動する電源である。
Photoelectric conversion is performed by the
ここで、選択行の出力が垂直出力線13上に発生する。この出力は転送ゲート15a,15bを介して、信号蓄積部16に蓄積される。信号蓄積部16に一時記憶された出力は不図示の水平走査回路によって順次出力アンプ部へ読み出される。
Here, the output of the selected row is generated on the
図9は撮像素子(CMOSセンサー)の撮像動作の概略のタイミングチャート、図10は該図9の動作についてさらに詳細説明したタイミングチャートである。 FIG. 9 is a schematic timing chart of the imaging operation of the image sensor (CMOS sensor), and FIG. 10 is a timing chart illustrating the operation of FIG. 9 in more detail.
該図9において、(a)はCCDのように同一タイミングで蓄積動作を行った後に順次蓄積した電荷を転送するグローバル露光モード(一括リセットモード)による撮像タイミングチャートを示す。(b)は走査行毎に蓄積・読み出し・リセットを順次繰り返すローリング露光モードによる撮像タイミングチャートを示す。 In FIG. 9, (a) shows an imaging timing chart in a global exposure mode (collective reset mode) in which charges are sequentially stored after performing an accumulation operation at the same timing as in a CCD. (B) shows an imaging timing chart in a rolling exposure mode in which accumulation, readout, and reset are sequentially repeated for each scanning row.
(a)は全走査行を同一のタイミングでリセット(T1)し、同様に同一のタイミングで蓄積(T2)を行い、順次、走査行毎の転送・読み出しを行う(T3)。露光の終了はメカニカルなシャッター等による遮光で露光光を遮断することで行うが、電気回路的には、T1乃至T3の間、蓄積動作が行われているので、走査行の違いにより、上部と下部には露光終了後の転送・読み出しまでの蓄積時間に差が生じてしまう。 (A) Resets all scanning rows at the same timing (T1), similarly stores (T2) at the same timing, and sequentially transfers and reads out each scanning row (T3). The exposure is completed by blocking the exposure light by shading with a mechanical shutter or the like. However, in terms of electrical circuit, the accumulation operation is performed between T1 and T3. There is a difference in the accumulation time from the bottom to the transfer / readout after the exposure.
(b)は走査行毎にリセット(T1)・蓄積(T2)・転送・読み出し(T3)を繰り返し、走査行の違いによりタイミングが異なる同一時間のリセット・蓄積・転送・読み出しが行われる。該ローリング露光モードは、蓄積開始タイミングが走査行毎に順次指示される。そのため、静止画として記録する場合には画像上下の蓄積時間の差によるひずみが生じてしまう欠点があるものの、転送・読み出し時間の走査行間差がないため、繰り返し撮像する動画撮像・連続撮像動作に有効とされている。該ローリング露光モードでは、動画撮像(連続撮像)におけるフレームレート(繰り返し時間)を考慮し、撮像を繰り返している間はメカニカルなシャッター等の遮光は行われないのが一般的である。 (B) repeats reset (T1) / accumulation (T2) / transfer / readout (T3) for each scanning row, and reset / accumulation / transfer / readout at the same time with different timings depending on the scanning row. In the rolling exposure mode, the accumulation start timing is sequentially designated for each scanning row. For this reason, when recording as a still image, there is a drawback that distortion due to the difference in the accumulation time above and below the image, but there is no difference between scanning lines in the transfer / readout time. It is considered valid. In the rolling exposure mode, in consideration of a frame rate (repetition time) in moving image imaging (continuous imaging), it is general that light shielding such as a mechanical shutter is not performed while imaging is repeated.
図10は図8の該CMOSセンサーの撮像動作の詳細タイミングチャートであり、該図9の(a)で説明したグローバル露光動作について示したものである。 FIG. 10 is a detailed timing chart of the imaging operation of the CMOS sensor of FIG. 8, and shows the global exposure operation described in FIG.
全画素リセット期間T1のタイミングで、信号ΦTX1乃至ΦTXmがアクティブになり、全画素の該フォトダイオード1の電荷は、該転送スイッチ2を介して該ソースフォロア10のゲートに転送され、該フォトダイオード1はリセットされる。同様のタイミング(T1期間)に、信号ΦRES1乃至ΦRESmをアクティブにすることで、ソースフォロア10のゲート(FD)11の電位(=キャパシタCの電位)はリセット電源4とほぼ同等のレベルになり、リセットされた状況となる。
At the timing of the all-pixel reset period T1, the signals ΦTX1 to ΦTXm become active, and the charges of the
また、この状態はフォトダイオード1のカソード電荷がソースフォロア10のゲート(フローティングディフュージョン領域)11に移って平均化された状態である。ここで、ソースフォロア10のゲートのキャパシタの容量成分を大きくすることで、フォトダイオード1のカソードをリセットしたレベルと同様になる。
In this state, the cathode charge of the
T1の終了と同時に、フォトダイオード1への蓄積を行う。この時、対象画像の光量を導光する不図示のメカシャッターは開いており時間T1の終了と同時に、全画素同時に蓄積を開始する。該メカシャッターはT2の期間開いたままで、この期間がフォトダイオード1の蓄積期間となる。但し、この後の動作として、後段の読み出し回路への電荷転送等の動作は走査行毎に行うため、転送が行われるまでの間、各行でのフォトダイオード1への電気的蓄積は継続的に行われている。例えばT2’までメカシャッターが閉じた状態で、被写体からの光を遮った状態での蓄積動作が行われている。
Simultaneously with the end of T1, accumulation in the
蓄積時間T2が終了すると、該フォトダイオード1の光電荷の蓄積を終了する。この状態では該フォトダイオード1に電荷が蓄積されている。
When the accumulation time T2 ends, the accumulation of photocharges in the
次に各ライン毎に読み出しがスタートする。すなわち、1行目を読み出してから2行目を読み出す。 Next, reading starts for each line. That is, after reading the first row, the second row is read.
時間T3の期間、信号ΦSEL1がアクティブになり該行選択スイッチ6がオンし、1行目につながっている全ての画素の該画素アンプで構成されるソースフォロア10が動作状態になる。
During the period of time T3, the signal ΦSEL1 becomes active, the
ここで、該画素アンプで構成されるソースフォロア10のゲートであるフローティングディフュージョン領域11はT4期間で信号ΦRES1がアクティブになり、リセットスイッチ3がオンとなる。これにより、該ソースフォロア10のゲート(フローティングディフュージョン領域)11はリセットされる。すなわち、該垂直出力線13にはこのダークレベルの信号が出力される。
Here, in the
次に、信号ΦTNがアクティブになり、T4’期間に転送ゲート15bがオンし、該信号蓄積部16に保持される。この動作は、1行目につながっている全ての画素に対して同時並列に実行される。
Next, the signal ΦTN becomes active, and the
該ダークレベルの信号出力を該信号蓄積部16に保持するT4からT4’までの期間を「N読み」(ノイズ成分読み込み)という。
A period from T4 to T4 'when the dark level signal output is held in the
次に、信号ΦTNをオフした後、T5期間、信号ΦTX1をアクティブにし、該フォトダイオード1に蓄積されている電荷を、フローティングディフュージョン領域11及びソースフォロア10を介して垂直出力線13に転送し、光信号レベルの信号を出力する。
Next, after turning off the signal ΦTN, the signal ΦTX1 is activated during the period T5, and the charge accumulated in the
続いて、T5’期間に転送ゲート15bがオンし、該信号蓄積部16に保持される。この動作は、1行目につながっている全ての画素に対して同時並列に実行される。
Subsequently, the
ここで、信号ΦTSがT5’期間だけアクティブになり、転送ゲート15aがオンし、信号レベルが該信号蓄積部16に保持される。この動作は、1行目につながっている全ての画素に対して同時並列に実行される。
Here, the signal ΦTS becomes active only during the
該信号レベルの信号出力を該信号蓄積部16に保持するT5からT5’までの期間を「S読み」(信号成分読み込み)という。
A period from T5 to T5 'in which the signal output of the signal level is held in the
該動作を終了した時点で、該信号蓄積部16は、1行目につながっている全ての画素のダークレベルと信号レベルを保持している。各画素間での信号レベルとダークレベルの差をとることでソースフォロア10のスレッシュホールド電圧(しきい値電圧)Vthバラツキによる固定パターンノイズ(FPN)や該リセットスイッチ3がリセット時に発生するKTCノイズをキャンセルする。これにより、S/Nの高いノイズ成分を除去された信号が得られる。
When the operation is finished, the
すなわち、該信号蓄積部16は信号成分に対してノイズ成分を差分する差分手段を備えている。
That is, the
この信号を不図示の水平走査回路によって、該信号蓄積部16に蓄積されたダークレベルと信号レベルの差信号を水平走査し、時系列的に出力される。これでM行の出力は終了である。同様に、ΦSEL2〜m,ΦRES2〜m,ΦTX2〜m,ΦTN,ΦTSを図10に示す様に1行目と同様に駆動することで、2〜m行目の信号を読み出すことができる。
This signal is horizontally scanned by a horizontal scanning circuit (not shown), and the difference signal between the dark level and the signal level stored in the
上記で説明したCMOSセンサー等の撮像素子を用いた撮像装置は、蓄積時間・ISO感度設定・温度などの撮影条件に応じてダークレベルが変化してしまう。特に顕著なのは暗電流が多く発生する高温・長時間露光での撮影であり、暗電流によって通常撮影時(常温・短時間露光)とは大きく異なったダークレベルとなり、ダイナミックレンジを圧迫することになる。 In the image pickup apparatus using the image pickup element such as the CMOS sensor described above, the dark level changes according to shooting conditions such as storage time, ISO sensitivity setting, and temperature. Particularly noticeable is high-temperature and long-time exposure, which generates a lot of dark current, and dark current greatly changes the dark level from normal shooting (room temperature and short-time exposure), and it compresses the dynamic range. .
このため、上記のような撮像装置においては、ダークレベルを補正することで常にダークレベルを一定とし、ダイナミックレンジを確保する必要がある。 For this reason, in the imaging apparatus as described above, it is necessary to always make the dark level constant by correcting the dark level and to secure a dynamic range.
ダークレベルを補正する方法としては、コンデンサを用いた積分回路を使用したクランプ回路(特許文献1を参照)や、D/A変換器の出力で直接フィードバックをかけるクランプ回路(特許文献2を参照)などが提案されている。近年ではこうしたクランプ回路によりOB(オプティカル・ブラック)のレベルをクランプするOBクランプ機能とA/D変換機能を併せ持ったアナログ・フロント・エンド(AFE)を備えた構成が一般的に使用されるようになっている。 As a method for correcting the dark level, a clamp circuit using an integration circuit using a capacitor (see Patent Document 1), or a clamp circuit that directly feeds back with an output of a D / A converter (see Patent Document 2). Etc. have been proposed. In recent years, a configuration having an analog front end (AFE) having both an OB clamp function and an A / D conversion function for clamping an OB (optical black) level by such a clamp circuit is generally used. It has become.
該AFEを用いたクランプ動作の概要を図11乃至図13を用いて説明する。図12(a)の1水平ライン毎の信号を図13に示す。図13(a)が図12(a)中のLine1〜8の各ラインの駆動信号に相当する。また図13(b)がLine9以降のライン駆動信号に相当する。各ラインの読み出しにおいては、まず水平転送期間において図1のタイミング発生回路118により撮像素子114に供給される各種駆動パルスによって撮像素子114内の水平読み出しラインに撮像信号が転送される。次いで水平走査期間において水平シフトレジスタ駆動パルスにより1ライン分の画素信号が順に読み出される。この水平走査期間において、タイミング発生回路118はAFE116に対しOBクランプパルスを発生しOBクランプ処理を促す。AFE116はOBクランプパルスが入力されると、その時点から所定画素数分の画素信号をサンプリングし、その平均値と所望のダーク出力値との差をオフセット調整回路にフィードバックする。
An outline of the clamping operation using the AFE will be described with reference to FIGS. FIG. 13 shows signals for each horizontal line in FIG. FIG. 13A corresponds to the drive signals for the
オフセット調整回路の例としては、コンデンサを用いた積分回路を使用するタイプのものやD/A変換器の出力をそのままフィードバックするタイプものなどが考えられるが、図11に後者のタイプを用いたAFE116の構成例を示す。
Examples of the offset adjustment circuit include a type using an integrating circuit using a capacitor and a type that feeds back the output of the D / A converter as it is, but FIG. 11 shows an
801は撮像信号の入力端子であり、撮像素子114からのアナログ信号が入力される。このアナログ信号は、増幅回路802の非反転入力端子(+)に供給され所定のゲインをかけられた後、A/D変換回路803にてデジタル信号に変換され、出力端子804から後段の信号処理系へと出力される。ここで、OB画素信号が入力されるのに合わせてOBクランプパルスがAFE116に入力された場合、その時点から所定画素数分の画素信号の平均値を平均化回路805で算出する。次に減算器806でこの平均値からクランプ目標値を減算し、その結果から演算部807で補正値を演算し、D/A変換器808にセットする。D/A変換器808の出力が増幅回路802の反転入力端子(−)にフィードバックされることでオフセット調整が行われ、ダークレベルがクランプ目標値に調整される。
すなわち、AFE116は、OB画素の信号を基に撮像素子114の画素信号をオフセット調整するオプティカルブラッククランプ処理と撮像素子114の画素信号をアナログからデジタルに変換する処理とを行う。
That is, the
なお、このようなクランプ回路を備えた撮像装置は、画素信号のノイズの影響によるクランプノイズによって画質が劣化するのを避けるため、OBクランプの時定数を大きくする。これにより、1回のOBクランプ動作前後でのダークレベルの変化が大きくならないようにしている。 Note that an imaging apparatus provided with such a clamp circuit increases the time constant of the OB clamp in order to avoid degradation of image quality due to clamp noise due to the influence of pixel signal noise. Thereby, the change of the dark level before and after one OB clamping operation is prevented from becoming large.
また、上記で説明したCMOSセンサー等の撮像素子を用いた撮像装置は、構造上、電気回路の配線長や周辺回路の影響で、わずかな電位の差や暗電流差が発生するため、面内に出力ムラであるシェーディングが発生してしまう。 In addition, the imaging device using the imaging element such as the CMOS sensor described above has a slight potential difference and dark current difference due to the influence of the wiring length of the electric circuit and the peripheral circuit. Shading which is uneven output occurs.
そのため、該撮像素子を使用する撮像装置においては、一般的な撮影条件における水平方向や垂直方向のシェーディングについての補正を行うよう、予め、水平及び垂直シェーディング補正データを備える。そして、撮影動作毎に撮影時の出力から該シェーディング補正データを減算等の演算処理を行って補正する。 For this reason, an image pickup apparatus using the image pickup device is provided with horizontal and vertical shading correction data in advance so as to correct the shading in the horizontal direction and the vertical direction under general photographing conditions. Then, each shading correction is performed by performing arithmetic processing such as subtraction on the shading correction data from the output at the time of shooting.
ところで、近年、撮像装置の普及、技術の向上により、撮像装置の使用条件が拡大しており、例えば、天体撮影等のために数時間の露光動作を行ったり、動画や連写等の長時間の連続撮影動作が行われる場合が発生している。 By the way, in recent years, due to the widespread use of imaging devices and technological improvements, the usage conditions of imaging devices have expanded. For example, exposure operations of several hours are performed for astronomical photography, etc. In some cases, the continuous shooting operation is performed.
上記のような撮影では、長時間にわたる電気回路・撮像素子への通電が余儀なく行われるため、撮像装置内部での発熱が画像に対して影響してしまう場合がある。 In photographing as described above, since an electric circuit / image sensor is energized for a long time, heat generated inside the image pickup apparatus may affect the image.
例えば、発熱による撮像素子の暗電流が増加し、一般的な撮影条件で取得されたシェーディング補正データで補正を行っても、補正しきれず、面内にムラが残ったままとなり、画像として問題が出てしまうことが懸念される。 For example, the dark current of the image sensor due to heat generation increases, and even if correction is performed with shading correction data acquired under general shooting conditions, correction is not possible, and unevenness remains in the surface, causing problems as an image There is concern about getting out.
基本的に、従来から行われているシェーディング補正では、前記暗電流の増加によるシェーディングの補正に対応しており、長時間撮影等を行った場合でもほぼ面内の暗電流ムラがないように見える補正がなされている。 Basically, the conventional shading correction corresponds to the shading correction due to the increase of the dark current, and it appears that there is almost no in-plane dark current unevenness even when shooting for a long time. Corrections have been made.
また、撮像素子内に配設された回路部の、一般動作による発熱等で発生する局所的な(主に撮像エリア周辺部の)暗電流増加に対しての補正も該シェーディング補正の一部として盛り込まれている。 As a part of the shading correction, a correction for a local dark current increase (mainly at the periphery of the imaging area) generated by heat generated by a general operation of a circuit unit arranged in the imaging element is also provided. It is included.
しかし、近年のデジタル一眼レフカメラ等の撮像装置では、先に説明したとおり、撮像の基本動作として、蓄積動作は全画像で同一タイミングで開始し、後段の増幅回路等への転送・読み出しは、垂直方向、すなわち、上部から走査行毎に順次行う。そのため、下部に行くに従い、読み出しまでに待ち時間(=蓄積時間)が長くなるので、暗電流が大きい場合、該垂直方向のシェーディングの影響が大きくなってしまう。 However, in recent imaging apparatuses such as digital single-lens reflex cameras, as described above, as a basic imaging operation, the accumulation operation starts at the same timing for all images, and transfer / readout to the subsequent amplification circuit, etc. This is sequentially performed in the vertical direction, that is, for each scanning line from the top. Therefore, since the waiting time (= accumulation time) becomes longer until reading as it goes to the lower part, the influence of shading in the vertical direction becomes large when the dark current is large.
一般的に、前記暗電流の上下差によるシェーディング差や通常動作時の局所的なシェーディングは、常温時の撮影条件ではほとんど発生しないため、通常のシェーディング補正値では、該シェーディング上下差の補正をすることはない。 Generally, the shading difference due to the vertical difference of the dark current and the local shading during normal operation hardly occur under the shooting conditions at normal temperature, so the normal shading correction value corrects the shading vertical difference. There is nothing.
特に、オプティカルブラッククランプ動作により微小の暗電流による差は、目標値まで引き込む事で相殺されるため、何の影響もない。 In particular, the difference caused by the minute dark current due to the optical black clamping operation is canceled out by drawing it to the target value, and thus has no effect.
また、蓄積時間が長い長秒撮影でも、蓄積時間に対して、読み出し時間が全体を占める割合が少ないため、上下の暗電流差が及ぼす影響度が少なく、ほとんど画像として問題になるものではない。 Further, even in long-second shooting with a long storage time, the ratio of the readout time to the entire storage time is small, and therefore the influence of the dark current difference between the upper and lower sides is small and hardly causes a problem as an image.
しかしながら、長秒撮影や連続動作を行って発熱した状態で露光時間の短い撮影が行われた場合、暗電流の上下差が画像にあらわれてしまうという問題点がある。 However, when shooting with a short exposure time is performed in a state in which heat is generated by performing long-time shooting or continuous operation, there is a problem that a difference in the vertical direction of dark current appears in the image.
例えば、本来、OBクランプで目標値まで引き込みたい暗電流分の差が、前述のとおり、OBクランプの時定数が大きいために充分に引き込む事が出来ず、クランプの残りとして画像に影響を及ぼしてしまう。 For example, the dark current difference that is originally desired to be pulled to the target value by the OB clamp cannot be sufficiently pulled because the time constant of the OB clamp is large as described above, and the image is affected as the rest of the clamp. End up.
該問題は、長時間、短い蓄積時間の撮影を繰り返す動画撮影動作直後や連写の後半の画像で顕著に発生する恐れがある。 This problem may occur remarkably immediately after a moving image shooting operation that repeats shooting for a long time with a short accumulation time or in the latter half of continuous shooting.
図14に示す通り、(a)の垂直方向のシェーディング補正データと(b)の局所的なシェーディング補正データ(周辺部の補正データ)で、通常の補正は可能であるが、(c)の連続動作後の実際のシェーディングは垂直方向の読出し時間差の影響を受ける。そのため、(d)のシェーディング補正後にも、補正残り(上下差)が発生してしまう。 As shown in FIG. 14, normal correction is possible with (a) vertical shading correction data and (b) local shading correction data (peripheral correction data). The actual shading after operation is affected by the difference in readout time in the vertical direction. For this reason, after the shading correction of (d), a correction remainder (up / down difference) occurs.
前記撮像素子の暗電流に対しての補正手段に関する提案として、(外的な)温度検出を行う手段を備え、該温度検出の結果に応じてシェーディングを補正する方法がある(特許文献3を参照)。 As a proposal regarding a correction means for dark current of the image sensor, there is a method that includes a means for detecting (external) temperature and corrects shading according to the result of temperature detection (see Patent Document 3). ).
しかし、外的な温度検出が基本であるため、実際に撮像素子の温度変化を検出することは困難であり、且つ、上記問題点のような動作による暗電流の上下差といった細かい補正を行うことは困難である。 However, since external temperature detection is fundamental, it is difficult to actually detect the temperature change of the image sensor, and fine correction such as the vertical difference of the dark current due to the operation described above is performed. It is difficult.
本発明の目的は、画像に影響の出やすい過酷な撮影条件においても高品位な画像を撮影できる撮像装置及び方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide an imaging apparatus and method capable of capturing a high-quality image even under severe imaging conditions that easily affect the image.
本発明の撮像装置は、光電変換により画像データを生成する撮像素子と、前記画像データに対して垂直方向のシェーディングを補正する補正手段と、前記撮像素子内の位置差に応じて発生する前記撮像素子の暗電流差を検知する暗電流差検知手段とを有し、前記補正手段は、前記検知された暗電流差に応じて、前記垂直方向のシェーディング補正を行うことを特徴とする。 The image pickup apparatus of the present invention includes an image pickup device that generates image data by photoelectric conversion, a correction unit that corrects shading in a vertical direction with respect to the image data, and the image pickup that occurs according to a positional difference in the image pickup device. A dark current difference detecting means for detecting a dark current difference between elements, wherein the correcting means performs the shading correction in the vertical direction according to the detected dark current difference.
また、本発明の撮像方法は、撮像素子の光電変換により画像データを生成する撮像ステップと、前記画像データに対して垂直方向のシェーディングを補正する補正ステップと、前記撮像素子内の位置差に応じて発生する前記撮像素子の暗電流差を検知する暗電流差検知ステップとを有し、前記補正ステップは、前記検知された暗電流差に応じて、前記垂直方向のシェーディング補正を行うことを特徴とする。 Further, the imaging method of the present invention corresponds to an imaging step of generating image data by photoelectric conversion of the imaging device, a correction step of correcting shading in the vertical direction with respect to the image data, and a positional difference in the imaging device. A dark current difference detecting step of detecting a dark current difference of the image sensor generated by the correction, wherein the correcting step performs the shading correction in the vertical direction according to the detected dark current difference. And
画像に影響の出やすい過酷な撮影条件においても高品位な画像を撮影することができる。 High-quality images can be taken even under harsh shooting conditions that tend to affect the images.
図1は、本発明の実施形態における撮像装置である電子カメラの構成を示すブロック図である。図において、111は撮影用レンズである。112はCMOSセンサー等である撮像素子114の露光量を制御するシャッターである。114は光学像を電気信号に変換する撮像素子であり、本実施形態上は撮像素子114としてCMOSセンサーを使用している。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of an electronic camera that is an imaging apparatus according to an embodiment of the present invention. In the figure,
該撮像素子114は、光電変換を行う半導体部の上面に、画素毎に、光を透過・集光するためのマイクロレンズMLと、ベイヤー配列で分光透過率の異なるカラーフィルタCFを有している。撮像素子114は、光電変換により画像データを生成する。撮像素子114は、図8のCMOS型エリアセンサの構成を有し、その説明は上記と同じである。
The
なお、撮影用レンズ111を透過してきた光の余分な波長(色再現に影響する不要となる波長)をカットするためのローパスフィルタLPFを、該撮影用レンズ111と該撮像素子114の間に配設してもよい。
Note that a low-pass filter LPF for cutting an extra wavelength of light transmitted through the photographing lens 111 (an unnecessary wavelength that affects color reproduction) is arranged between the photographing
116は撮像素子114から出力されるアナログ信号をディジタル信号に変換するA/D変換器や、クランプ回路(オフセット調整回路)、D/A変換器を含んだアナログ・フロント・エンド回路(以後、AFEと称する)である。118は撮像素子114、AFE116にクロック信号や制御信号を供給するタイミング発生回路であり、メモリ制御回路122及びシステム制御回路150によって制御される。
120は画像処理回路であり、AFE116からのデータあるいはメモリ制御回路122からのデータに対して所定の画素補間処理や色変換処理を行う。画像処理回路120は必要に応じて撮像した画像データを用いて所定の演算処理を行う。
An
測距制御部142及び測光制御部146は、システム制御回路150により、AF(オートフォーカス)処理、AE(自動露出)処理を行う。
The distance
122はメモリ制御回路であり、AFE116、タイミング発生回路118、画像処理回路120、画像表示メモリ124、メモリ130を制御する。
A
AFE116からのデータは、画像処理回路120及びメモリ制御回路122を介して、あるいは直接、メモリ制御回路122を介して画像表示メモリ124あるいはメモリ130に書き込まれる。
Data from the
該画像処理回路120は、撮像素子114から出力される電荷信号に対し、後述するメモリ152に格納されたシェーディング補正データ等を基に補正をかけて画像化するものであり、該画像処理回路120が画像補正手段を含んでいるものとする。
The
124は画像表示メモリである。128はTFT方式のLCDからなる画像表示部である。
130は撮影された静止画像や動画像を格納するためのメモリであり、所定枚数の静止画像や所定時間の動画像を格納するのに十分な記憶容量を有している。
140はシャッター112を制御するシャッター制御部である。142はAF(オートフォーカス)処理を行うための測距手段である測距制御部である。144は撮影環境における周囲温度やカメラ内部(撮像素子周辺等)の温度を測定するための温度検知手段である温度計である。146はAE(自動露出)処理を行うための測光手段である測光制御部である。
A
また、該測光制御部146はフラッシュ部148と連携することにより、フラッシュ撮影機能も有する。
The
また、148は暗時の撮影に使用するフラッシュ部であり、AF補助光の投光機能等も兼ねている。
150は画像処理装置全体を制御するシステム制御回路であり、CPUなどを内蔵する。 A system control circuit 150 controls the entire image processing apparatus and incorporates a CPU and the like.
152はシステム制御回路150の動作用の定数、変数、プログラムなどを記憶する記憶手段であるメモリであり、予め設定されているシェーディング補正データ等は該メモリ152に格納されている。本実施形態における連続動作後のシェーディング補正係数等も該メモリ152に格納されているものである。
A
画像表示部128は、システム制御回路150でのプログラムの実行に応じて、動作状態やメッセージなどを表示する。
The
156は後述するプログラムなどが格納された電気的に消去・記録可能なEEPROM等の記憶手段である不揮発性メモリである。
160はシステム制御回路150の各種動作指示を入力するためのメインスイッチ(起動スイッチ)、シャッタースイッチ、撮影モード等の切り替えを行う為のモード設定ダイアル等を含んだ操作部である。これら操作部160は、押し込むことで2つのスイッチ(SW1、SW2)が段階的にオンするシャッタースイッチを有する。第一段階(SW1オン)でAF(オートフォーカス)処理、AE(自動露出)処理、AWB(オートホワイトバランス)処理、EF(フラッシュ調光)処理などの動作を行う。第二段階(SW2オン)でシャッター112等の制御を行う。撮像素子114から読み出した信号をAFE116、メモリ制御回路122を介してメモリ130に画像データを書き込む露光処理が行われる。次に、画像処理回路120やメモリ制御回路122での演算を用いた現像処理、メモリ130から画像データを読み出し、圧縮を行い、記録媒体1200に画像データを書き込む記録処理が行われる。シャッタースイッチは、上記の一連の処理の動作開始を指示する。また、操作部160は、各種撮影モードの切り替えを行う撮影モード設定手段であるモード設定ダイアルを有する。上記の撮影モードは、自動撮影モード、プログラム撮影モード、シャッター速度優先撮影モード、絞り優先撮影モード、マニュアル撮影モード、夜景撮影モード、天体撮影モード、ポートレート撮影モード等を含む。また、操作部160は、単写/連写を切り替える単写/連写スイッチ、静止画/動画モード切り替えスイッチ、撮影感度(ISO感度)を設定するISO感度設定スイッチ、各種システムに電源供給するための電源スイッチ等を有する。
なお、本発明の実施形態上、動画撮像モードという文言を使用するが、該動画撮像とは、動画記録に限ったものではなく、ビューファインダー等に画像をほぼリアルタイムで表示させる表示用動画撮像も含んだものである。 In the embodiment of the present invention, the term “moving image capturing mode” is used. However, the moving image capturing is not limited to moving image recording, and display moving image capturing for displaying an image on a viewfinder or the like in almost real time is also possible. It is included.
182は電池検出回路やDC−DCコンバータ等から構成されている電源制御部、186はアルカリ電池やリチウム電池などの一次電池、NiCd電池、NiMH電池、Li電池などの二次電池、ACアダプタなどからなる電源部である。1200はメモリカードやハードディスクなどの着脱可能な記録媒体である。 182 is a power supply control unit composed of a battery detection circuit, a DC-DC converter, and the like. 186 is a primary battery such as an alkaline battery and a lithium battery, a secondary battery such as a NiCd battery, a NiMH battery, and a Li battery, and an AC adapter. It is a power supply unit. 1200 is a detachable recording medium such as a memory card or a hard disk.
次に、本発明の実施形態における撮像装置の動作を図2乃至図5を参照しながら詳細に説明する。 Next, the operation of the imaging apparatus according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
ステップS101では、電池交換などの電源投入により、システム制御回路150はフラグや制御変数等を初期化し、画像処理エリアの各部に対して必要な所定の初期設定を行う。 In step S101, the system control circuit 150 initializes flags, control variables, and the like by turning on the power supply such as battery replacement, and performs necessary initial settings for each part of the image processing area.
ステップS102では、システム制御部150は、操作部160内のメイン(電源)スイッチの設定位置を判別し、該メインスイッチがオフに設定されているか否かを判別する。メインスイッチがオンに設定されているときにはステップS104へ、メインスイッチがオフに設定されているときにはステップS103へ移行する。
In step S102, the system control unit 150 determines the setting position of the main (power) switch in the
ステップS103では、メインスイッチがオフに設定されている場合、各表示部の表示を終了状態に変更し、フラグや制御変数などを含む必要なパラメータや設定値、設定モードを不揮発性メモリ156に記録する。その後、電源制御部182により画像表示部128を含む画像処理エリア各部の不要な電源を遮断する等の所定の終了処理を行った後、ステップS102の処理に戻る。
In step S103, when the main switch is set to OFF, the display of each display unit is changed to the end state, and necessary parameters, setting values, and setting modes including flags and control variables are recorded in the
ステップS104では、システム制御回路150は既に設定されているISO感度等の設定情報の読み出しを行う。次に、ステップS105では、ステップS102でメインスイッチがオンに設定されていた場合、システム制御回路150は電源制御部182により電池などの電源186の残容量や動作状況が画像処理エリアの動作に問題があるか否かを判別する。問題があると判別された場合はステップS106へ、問題がないと判別された場合はステップS107へ移行する。
In step S104, the system control circuit 150 reads setting information such as ISO sensitivity that has already been set. Next, in step S105, if the main switch is set to ON in step S102, the system control circuit 150 causes the
ステップS106では、システム制御回路150は画像表示部128や不図示の表示部・発音部に画像の表示や音声の出力により所定の警告を行った後、ステップS102の処理に戻る。
In step S106, the system control circuit 150 gives a predetermined warning to the
ステップS107では、システム制御回路150は操作部160内のモード設定ダイアルスイッチの設定位置を判断する。モード設定ダイアルスイッチがその他のモード(例えば、ISO感度設定モード)に設定されている場合は、ステップS108へ、モード設定ダイアルスイッチが撮影モードに設定されている場合はステップS109へ移行する。
In step S107, the system control circuit 150 determines the setting position of the mode setting dial switch in the
ステップS108では、システム制御回路150は選択されたモードに応じた処理を実行(例えば、ISO感度設定)し、実行後にステップS102の処理に戻る。 In step S108, the system control circuit 150 executes processing (for example, ISO sensitivity setting) according to the selected mode, and returns to the processing of step S102 after execution.
ステップS109では、システム制御回路150は記録媒体1200が装着されているか否かの判断、及び記録媒体1200に記録された画像データの管理情報の取得を行う。そして、記録媒体1200の動作状態が画像処理の動作、特に記録媒体に対する画像データの記録再生動作に問題があるか否かを判別する。問題があると判別された場合は既に説明済みであるステップS106へ、問題がないと判別された場合はステップS110へ移行する。
In step S <b> 109, the system control circuit 150 determines whether or not the
ステップS110では、システム制御回路150は操作部160内の単写撮影/連写撮影を選択する単写/連写スイッチの選択状態を調べる。
In step S110, the system control circuit 150 checks the selection state of the single / continuous shooting switch for selecting single shooting / continuous shooting in the
本ステップS110では、単写撮影が選択されている場合はステップS111へ、連写撮影が選択されている場合はステップS112へ移行する。 In step S110, if single shooting is selected, the process proceeds to step S111. If continuous shooting is selected, the process proceeds to step S112.
ステップS111では、システム制御回路150は単写/連写フラグを「単写」に設定する。ステップS112では、システム制御回路150は単写/連写フラグを「連写」に設定する。上記ステップS111乃至S112における単写/連写フラグの設定状態は、システム制御回路150の内部メモリあるいはメモリ152に記憶される。
In step S111, the system control circuit 150 sets the single / continuous shooting flag to “single”. In step S112, the system control circuit 150 sets the single / continuous shooting flag to “continuous shooting”. The setting state of the single / continuous shooting flag in steps S111 to S112 is stored in the internal memory of the system control circuit 150 or the
なお、ステップS111乃至S112で保存される単写/連写フラグがメモリ記憶される際に、前回撮影時の各種データ(単写/連写モード、天体撮影/一般撮影モード、露光時間、撮影日時等)も内部メモリあるいはメモリ152の所定エリアに記憶される。
When the single / continuous shooting flag stored in steps S111 to S112 is stored in the memory, various data (single / continuous shooting mode, astronomical shooting / general shooting mode, exposure time, shooting date and time) at the time of the previous shooting are stored. Etc.) is also stored in a predetermined area of the internal memory or the
ステップS113では、システム制御回路150は、画像表示部128や不図示の表示部・発音部に画像の表示や音声の出力により、画像処理エリア各種設定状態の表示を行う。ここで、画像表示部128の画像表示スイッチがオンである場合、画像表示部128を用いて画像や音声により画像処理エリアの各種設定状態を表示するようにしてもよい。
In step S113, the system control circuit 150 displays various setting states of the image processing area by displaying an image or outputting sound on the
ステップS114では、システム制御回路150は、シャッタースイッチSW1が押されているか否かを判別する。シャッタースイッチSW1が押されていない場合、ステップS102の処理に戻り、シャッタースイッチSW1が押されている場合は、ステップS115へ移行する。 In step S114, the system control circuit 150 determines whether or not the shutter switch SW1 is pressed. If the shutter switch SW1 is not pressed, the process returns to step S102. If the shutter switch SW1 is pressed, the process proceeds to step S115.
ステップS115では、システム制御回路150は、測距処理を行って撮影レンズ110の焦点を被写体に合わせ、測光処理を行って絞り値及びシャッター速度を決定する測距・測光処理を行う。測光処理では、必要であればフラッシュの設定を行う。
In step S115, the system control circuit 150 performs distance measurement processing to focus the photographing
また、本ステップS115では、システム制御回路150は、該温度計144により温度の測定を行い、メモリ152の所定エリアに格納する。
In step S115, the system control circuit 150 measures the temperature with the
ステップS116では、システム制御回路150は、予め記憶されている水平及び垂直のシェーディング補正に用いられる1次元補正データを不揮発性メモリ156から読み出し、メモリ130の所定領域に展開する。この補正データの展開終了後、ステップS117の処理に移行する。
In step S <b> 116, the system control circuit 150 reads out one-dimensional correction data used for horizontal and vertical shading correction stored in advance from the
ステップS117では、システム制御回路150は、シャッタースイッチSW2が押されているか否かを判別する。シャッタースイッチSW2が押されていない場合はステップS118へ、シャッタースイッチSW2が押されている場合はステップS119へ移行する。 In step S117, the system control circuit 150 determines whether or not the shutter switch SW2 is pressed. If the shutter switch SW2 is not pressed, the process proceeds to step S118. If the shutter switch SW2 is pressed, the process proceeds to step S119.
ステップS118では、システム制御回路150はシャッタースイッチSW1が離されたか否かを判別し、シャッタースイッチSW1が離されていない場合ステップS117へ戻り、シャッタースイッチSW1が離されるとステップS102へ移行する。 In step S118, the system control circuit 150 determines whether or not the shutter switch SW1 has been released. If the shutter switch SW1 has not been released, the process returns to step S117, and if the shutter switch SW1 has been released, the process proceeds to step S102.
ステップS119では、システム制御回路150は、撮影した画像データを記憶可能な画像記憶バッファ領域がメモリ130にあるか否かを判別する。メモリ130の画像記憶バッファ領域内に新たな画像データを記憶可能な領域がないと判別された場合はステップS120へ、新たな画像データを記憶可能な領域があると判別された場合はステップS121へ移行する。
In step S119, the system control circuit 150 determines whether or not the
ステップS120では、システム制御回路150は、画像表示部128や不図示の表示部・発音部に画像の表示や音声の出力により所定の警告を行った後、ステップS102の処理に戻る。
In step S120, the system control circuit 150 gives a predetermined warning to the
例えば、メモリ130の画像記憶バッファ領域内に記憶可能な最大枚数の連写撮影を行った直後であり、メモリ130から読み出して記憶媒体1200に書き込むべき最初の画像がまだ記憶媒体1200に未記録な状態である。すなわち、まだ1枚の空き領域もメモリ130の画像記憶バッファ領域上に確保できない状態である場合などである。
For example, immediately after performing the maximum number of continuous shots that can be stored in the image storage buffer area of the
尚、撮影した画像データを圧縮処理してからメモリ130の画像記憶バッファ領域に記憶する場合、圧縮した後の画像データ量が圧縮モードの設定に応じて異なることを考慮する。すなわち、記憶可能な領域がメモリ130の画像記憶バッファ領域上にあるか否かをステップS120の処理で判断することになる。
When the captured image data is compressed and stored in the image storage buffer area of the
ステップS121では、システム制御回路150は、撮像して所定時間蓄積した撮像信号を撮像素子114から読み出す。そして、AFE116、画像処理回路120及びメモリ制御回路122を介して、あるいはAFE116から直接、メモリ制御回路122を介して、メモリ130の所定領域に撮影した画像データを書き込む撮影処理を実行する。
In step S <b> 121, the system control circuit 150 reads an image signal that has been captured and accumulated for a predetermined time from the
なお、本ステップS121の撮影処理時には図11乃至図13で既に説明済みであるAFE116によるオプティカルブラック(OB)領域のクランプ動作が行われる。その際、撮像素子114の各行毎に演算部807で求めた該クランプ動作で引き込み目標電荷量(≒暗電流量)をD/A変換器808にセットすると同時にメモリに保存する。そして、該クランプ引込み目標電荷量データを画像ファイルの一部(例えば、画像データの水平各行の最後尾)に追加する(図7を参照)。すなわち、該ステップS121のAFE動作が暗電流検知を行っているものである。
It should be noted that during the photographing process in step S121, the optical black (OB) region clamping operation by the
ステップS122では、システム制御回路150は、メモリ130の所定領域に書き込まれた画像データの一部をメモリ制御回路122を介して読み出して現像処理を行うために必要なWB(ホワイトバランス)積分演算処理を行う。そして、システム制御回路150は、OB(オプティカルブラック)積分演算処理を行い、演算結果をシステム制御回路150の内部メモリあるいはメモリ152に記憶する。システム制御回路150は、メモリ制御回路122、必要に応じて画像処理回路120を用いて、メモリ130の所定領域に書き込まれた撮影画像データを読み出す。そして、システム制御回路150の内部メモリあるいはメモリ152に記憶した演算結果を用いて、AWB(オートホワイトバランス)処理、ガンマ変換処理、色変換処理を含む各種現像処理を行う。
In step S122, the system control circuit 150 reads a part of the image data written in a predetermined area of the
また、該ステップS122の該現像処理では、該メモリ152に該ステップS116で展開した水平及び垂直方向のシェーディング補正データに対して、補正値を求め、減算処理を行う。その補正値は、該ステップS115で測定した温度測定結果に伴う局所シェーディング補正係数(例えば周辺部)と、前回撮影モード等に伴う垂直シェーディングデータ補正係数(上下差)を加味した補正値である。その詳細は図5にて詳細説明する。また、撮像素子114の固定パターンノイズやキズ等を打ち消す補正演算処理を併せて行う。
In the development process in step S122, correction values are obtained for the horizontal and vertical shading correction data developed in step S116 in the
ステップS123では、システム制御回路150は、メモリ130の所定領域に書き込まれた画像データを読み出して、設定されたモードに応じた画像圧縮処理を不図示の圧縮・伸長回路により行う。そして、メモリ130の画像記憶バッファ領域の空き画像部分に、撮影して一連の処理を終えた画像データの書き込みを行う。
In step S123, the system control circuit 150 reads the image data written in the predetermined area of the
ステップS124では、システム制御回路150は、メモリ130の画像記憶バッファ領域に記憶された画像データを読み出し、メモリカードやコンパクトフラッシュ(登録商標)カード等の記録媒体1200に画像データを書き込む記録処理を開始する。
In step S124, the system control circuit 150 reads out the image data stored in the image storage buffer area of the
この記録開始処理は、メモリ130の画像記憶バッファ領域の空き画像部分に、撮影して一連の処理を終えた画像データの書き込みが新たに行われる度に、その画像データに対して実行される。
This recording start process is performed on the image data every time new image data that has been shot and finished a series of processes is newly written in the empty image portion of the image storage buffer area of the
尚、記録媒体1200に画像データの書き込みを行っている間、書き込み動作中であることを示すために、例えば不図示の表示部(LED等)を点滅させる等の記録媒体書き込み動作表示を行う。
In order to indicate that the writing operation is being performed while the image data is being written to the
ステップS125では、システム制御回路150は、メモリ152や不揮発性メモリ156等に、本撮影処理時のモード等のデータ、例えば、単写/連写モード、天体撮影/一般撮影モード、露光時間、撮影日時(不図示のデート機能による)等を記憶する。
In step S125, the system control circuit 150 stores data such as the mode at the time of the main shooting process in the
ステップS126では、システム制御回路150は、シャッタースイッチSW1が押されているか否かを判別する。シャッタースイッチSW1が離された状態である場合はステップS102の処理に戻り、シャッタースイッチSW1が押された状態である場合はステップS127へ移行する。 In step S126, the system control circuit 150 determines whether or not the shutter switch SW1 is pressed. If the shutter switch SW1 is released, the process returns to step S102, and if the shutter switch SW1 is pressed, the process proceeds to step S127.
ステップS127では、システム制御回路150は、内部メモリあるいはメモリ152に記憶された単写/連写フラグの状態を判別し、単写が設定されていた場合はステップS126の処理に戻り、シャッタースイッチSW1が離されるまで現在の処理を繰り返す。一方、連写(高速連写及び低速連写)が設定されていた場合は、ステップS117の処理に戻り、次の撮影に備える。これにより、撮影に関する一連の処理が終了する。
In step S127, the system control circuit 150 determines the state of the single / continuous shooting flag stored in the internal memory or the
図4は、図3におけるステップS121の撮影処理手順の詳細を示すフローチャートである。 FIG. 4 is a flowchart showing details of the photographing processing procedure in step S121 in FIG.
ステップS301では、システム制御回路150は、不図示のミラーを駆動し、ミラーアップ位置に移動させる。 In step S301, the system control circuit 150 drives a mirror (not shown) and moves it to the mirror up position.
ステップS302では、システム制御回路150は、内部メモリあるいはメモリ152に記憶された測光データに従い、不図示の絞りを所定の絞り値まで駆動する。
In step S302, the system control circuit 150 drives an aperture (not shown) to a predetermined aperture value according to the photometric data stored in the internal memory or the
ステップS303では、システム制御回路150は、撮像素子114の電荷クリア動作を行う。ステップS304乃至306では、システム制御回路150は、撮像素子114の電荷蓄積を開始し、シャッター制御部140によってシャッター112を開き、撮像素子114の露光を開始する。
In step S303, the system control circuit 150 performs a charge clear operation of the
ステップS307乃至S308では、システム制御回路150は、フラッシュフラグによりフラッシュ部148が必要であるか否かを判別し、必要である場合、フラッシュ部148を発光させる。
In steps S307 to S308, the system control circuit 150 determines whether or not the
ステップS309乃至S310では、システム制御回路150は、測光データにしたがって撮像素子114の露光終了を待ち、露光が終了すると、シャッター制御部140によってシャッター112を閉じ、撮像素子114の露光を終了する。
In steps S309 to S310, the system control circuit 150 waits for the exposure of the
ステップS311乃至S312では、システム制御回路150は、不図示の絞りを開放の絞り値まで駆動し、不図示のミラーをミラーダウン位置に移動させる。 In steps S311 to S312, the system control circuit 150 drives a diaphragm (not shown) to an open diaphragm value, and moves a mirror (not shown) to the mirror down position.
ステップS313乃至S315では、システム制御回路150は、設定した電荷蓄積時間が経過したか否かを判別する。設定した電荷蓄積時間が経過した場合、システム制御回路150は撮像素子114の電荷蓄積を終了した後、撮像素子114から電荷信号を読み出す。そして、システム制御回路150は、AFE16、画像処理回路120、メモリ制御回路122を介して、あるいはAFE16から直接、メモリ制御回路122を介してメモリ130の所定領域に撮影画像データを書き込む。
一連の処理を終了すると、本処理を終了してメインの処理に復帰する。
In steps S313 to S315, the system control circuit 150 determines whether or not the set charge accumulation time has elapsed. When the set charge accumulation time has elapsed, the system control circuit 150 reads the charge signal from the
When the series of processes is completed, the present process is terminated and the process returns to the main process.
図5は、図3におけるステップS122の現像処理手順の詳細を示すフローチャートである。 FIG. 5 is a flowchart showing details of the development processing procedure in step S122 in FIG.
ステップS501では、システム制御回路150は、図3のステップS121で所定領域に書き込まれた画像データを画像処理回路120内の現像エリアに読み込む。
In step S501, the system control circuit 150 reads the image data written in the predetermined area in step S121 of FIG. 3 into the development area in the
ステップS502では、システム制御回路150は、内部メモリあるいはメモリ152の所定エリアに記憶されている前回撮影時の各種情報から撮影日時を確認し、現在の日時と比較する。これにより、前回撮影からの経過時間を確認し、所定時間(例えば15分)経過しているか否かを確認する。所定時間以上経過していればステップS507へ、所定時間経過していなければステップS503へ移行する。
In step S502, the system control circuit 150 confirms the shooting date and time from various information at the time of previous shooting stored in a predetermined area of the internal memory or the
ステップS503では、システム制御回路150は、内部メモリあるいはメモリ152の所定エリアに記憶されている前回撮影時の各種情報から前回の撮影が連写だったか否かを確認する。連写であればステップS505へ、連写でなければステップS504へ移行する。
In step S503, the system control circuit 150 checks whether or not the previous shooting was continuous shooting from various information at the time of the previous shooting stored in a predetermined area of the internal memory or the
ステップS504では、システム制御回路150は、内部メモリあるいはメモリ152の所定エリアに記憶されている前回撮影時の各種情報から前回の撮影が天体撮影モードだったか否かを確認する。天体撮影モードであればステップS505へ、天体撮影モードでなければステップS507へ移行する。
In step S504, the system control circuit 150 checks whether or not the previous shooting was in the astronomical shooting mode from various information at the previous shooting stored in a predetermined area of the internal memory or the
ステップS505では、システム制御回路150は、前回の撮影による影響があると判断して、画像データの各行の最後尾に記録されたクランプ引込み量のデータを確認する。 In step S505, the system control circuit 150 determines that there is an influence due to the previous photographing, and confirms the data of the clamp pull-in amount recorded at the end of each line of the image data.
ステップS506では、システム制御回路150は、該ステップS505で確認したクランプ引込み量から、予め記憶されている垂直シェーディング補正値に対しての上下差補正係数を算出する。 In step S506, the system control circuit 150 calculates a vertical difference correction coefficient for the vertical shading correction value stored in advance from the clamp pull-in amount confirmed in step S505.
すなわち、該ステップS121でAFE116の動作により検知した暗電流量を該ステップS505乃至S506によって上下差として検知している。つまり、AFE116ならびに該演算処理を行っている画像処理回路120を合わせて暗電流差検知手段となる。暗電流差検知手段は、撮像素子114内の上下位置差に応じて発生する撮像素子114の暗電流差を検知する。
That is, the dark current amount detected by the operation of the
ステップS507では、システム制御回路150は、図3のステップS115で測定した温度を確認し、該温度が所定温度内であるか否かを判定する。所定温度外であればステップS508へ、所定温度内であればステップS510へ移行する。 In step S507, the system control circuit 150 checks the temperature measured in step S115 of FIG. 3 and determines whether or not the temperature is within a predetermined temperature. If it is outside the predetermined temperature, the process proceeds to step S508, and if it is within the predetermined temperature, the process proceeds to step S510.
ステップS508では、システム制御回路150は、暗電流量を確認する。方法の一例としては、画像データの最上位行OB部のクランプ前の出力値と、予め記憶されている常温時の出力値を比較し、差分から暗電流量を確認する。 In step S508, the system control circuit 150 checks the dark current amount. As an example of the method, the output value before clamping of the uppermost row OB portion of the image data is compared with the output value at normal temperature stored in advance, and the dark current amount is confirmed from the difference.
ステップS509では、システム制御回路150は、該ステップS508で確認した暗電流量から、シェーディングの局所補正(例えば周辺部補正)を行うための係数を算出する。 In step S509, the system control circuit 150 calculates a coefficient for performing local shading correction (for example, peripheral correction) from the dark current amount confirmed in step S508.
ステップS510では、システム制御回路150は、予め記憶されている水平シェーディング補正値に、ステップS509で求めた局所補正係数を加味した水平シェーディング補正値を算出する。 In step S510, the system control circuit 150 calculates a horizontal shading correction value in which the local correction coefficient obtained in step S509 is added to the horizontal shading correction value stored in advance.
ステップS511では、システム制御回路150は、予め記憶されている垂直シェーディング補正値に、ステップS506で求めた上下差補正係数及びステップS509で求めた局所補正係数を加味した垂直シェーディング補正値を算出する。局所補正も上下がある場合、該局所補正係数に上下差補正を加味し、更に、補正後に上下差補正を行ってもよい。 In step S511, the system control circuit 150 calculates a vertical shading correction value obtained by adding the vertical difference correction coefficient obtained in step S506 and the local correction coefficient obtained in step S509 to the previously stored vertical shading correction value. When the local correction is also up and down, the vertical correction may be added to the local correction coefficient, and the vertical difference correction may be performed after the correction.
ステップS512では、システム制御回路150は、撮像素子144により生成された画像データに対して、該ステップS510乃至ステップS511で求めた水平及び垂直シェーディング補正値による水平及び垂直方向のシェーディング補正を行う。
In step S512, the system control circuit 150 performs shading correction in the horizontal and vertical directions on the image data generated by the
ステップS513では、システム制御回路150は、予め記憶されている画素欠陥の補正を撮影条件等を加味して行う。ステップS514では、システム制御回路150は、オプティカルブラックの微小な出力ズレ等を補う為のOB積分補正を行う。 In step S513, the system control circuit 150 corrects pixel defects stored in advance in consideration of shooting conditions and the like. In step S514, the system control circuit 150 performs OB integration correction to compensate for a slight optical black output shift or the like.
ステップS515では、システム制御回路150は、各種補正を行った後の画像データに対し、ホワイトバランス補正を行う。 In step S515, the system control circuit 150 performs white balance correction on the image data after performing various corrections.
ステップS516では、システム制御回路150は、画像データに対して、色変換を行う為のガンマ処理を行う。ステップS517では、システム制御回路150は、ガンマ処理が完了した画像データに対して色変換処理を行い、終了後、該図3のステップS123へ戻る。 In step S516, the system control circuit 150 performs gamma processing for performing color conversion on the image data. In step S517, the system control circuit 150 performs color conversion processing on the image data for which gamma processing has been completed, and returns to step S123 in FIG.
図6は、図2乃至図5のシーケンスにより補正される垂直シェーディングの例である。
(o)はシェーディング補正前の元データの垂直方向の射影図であり、通常の面内ムラ、周辺部のみ(射影のため、上下部のみ)に発生する局所シェーディング、読出し時間の影響による暗電流上下差が全て残っている状態である。
(a)は、予め記憶されている通常の垂直シェーディングデータである。
(b)は、予め記憶されている局所シェーディングのデータに暗電流量を加味して演算で求めた局所補正データ(上下部補正データ)である。
(c)は、画像撮影時にOBクランプ動作によって得た各行の暗電流量に対して傾斜を求めて更に補正分を演算より求めた暗電流上下差補正データである。
(d)は、該(a)乃至(c)のシェーディングデータを加味し、求められたシェーディング補正値を(o)から減算して求めたシェーディング補正結果(補正後の垂直シェーディング)である。
FIG. 6 is an example of vertical shading corrected by the sequence of FIGS.
(O) is a projection in the vertical direction of the original data before shading correction, and is a normal in-plane unevenness, local shading that occurs only in the peripheral part (only the upper and lower parts for projection), and dark current due to the influence of the readout time This is a state where all the top and bottom differences remain.
(A) is normal vertical shading data stored in advance.
(B) is local correction data (upper and lower correction data) obtained by calculation by adding the dark current amount to the local shading data stored in advance.
(C) is dark current up-and-down difference correction data obtained by calculating the inclination with respect to the dark current amount of each row obtained by the OB clamping operation at the time of image capturing and further calculating the correction amount.
(D) is a shading correction result (corrected vertical shading) obtained by subtracting the obtained shading correction value from (o) in consideration of the shading data of (a) to (c).
以上のように、画像に影響の出やすい条件において、暗電流上下差の補正を行う事により、過酷な撮影条件においても高品位な画像を撮影できる撮像装置を可能とすることが出来る。 As described above, by correcting the dark current up-and-down difference under conditions that easily affect an image, an imaging device that can capture high-quality images even under severe imaging conditions can be realized.
なお、本発明の実施形態では、暗電流量のデータとしてOBクランプの各行の引込み目標電荷量で求めているが、本発明はそれに特化したものではない。例えば、上下にクランプ動作を行わない画素を設け、予め該画素の通常時の出力値を記憶しておき、撮影時の出力値と比較して暗電流と上下差を求めても何ら問題ない。 In the embodiment of the present invention, the dark current amount data is obtained from the target charge amount of each OB clamp line, but the present invention is not specialized to that. For example, there is no problem if pixels that do not perform the clamping operation are provided above and below, the normal output values of the pixels are stored in advance, and the dark current and the vertical difference are obtained by comparison with the output values at the time of photographing.
さらに、本発明の実施形態では、暗電流の上下差補正を演算時間短縮のために前回撮影のモード設定のみ(連写・天体撮影)で補正するか否かの切り替えを説明している。しかし、本発明の主旨としては、モード等に関係なく、暗電流上下差のレベルを検知し、所定値より大きい場合には暗電流上下差補正を行うことが基本となっているものである。 Furthermore, in the embodiment of the present invention, switching of whether to correct the dark current up / down difference correction only by the mode setting of the previous shooting (continuous shooting / astrophotography) is described to reduce the calculation time. However, the gist of the present invention is that, regardless of the mode or the like, the level of the dark current up / down difference is detected, and if it is larger than a predetermined value, the dark current up / down difference correction is performed.
また、所定のOBエリア等の光の影響を受けないエリアの欠陥の量を観測し、暗電流により出力値もしくは欠陥数が変化することで暗電流を観測することも可能である。 It is also possible to observe the dark current by observing the amount of defects in an area not affected by light, such as a predetermined OB area, and changing the output value or the number of defects due to the dark current.
該欠陥に関しては、製造上発生する欠陥であってもよいが、アドレス等を特定して、意図的に生成した暗電流による出力変化が大きい画素で何ら問題ない。 The defect may be a defect generated in manufacturing, but there is no problem in a pixel whose output change due to a dark current intentionally generated by specifying an address or the like is large.
さらに、本実施形態で説明している局所的なシェーディングが、画像の周辺部にある場合、該周辺部のうちの上下の部分もしくは垂直方向に特化して着目し、該部分の出力値もしくは形状により暗電流を予測することも何ら問題ない。 Furthermore, when the local shading described in the present embodiment is in the peripheral part of the image, pay attention to the upper and lower parts or the vertical direction of the peripheral part, and the output value or shape of the part Therefore, it is no problem to predict the dark current.
加えて、本発明の実施形態では撮像素子がCMOSセンサーである場合を例に説明を行ったが、本発明はそれに特化したものではなく、例えば撮像素子がCCDであった場合でも同様の問題に対して効果を得る事が可能である。 In addition, in the embodiment of the present invention, the case where the image pickup device is a CMOS sensor has been described as an example. However, the present invention is not specialized thereto, and the same problem occurs even when the image pickup device is a CCD, for example. Can be effective.
本実施形態によれば、画像に影響の出やすい過酷な撮影条件においても高品位な画像を撮影できる撮像装置を提供でき、撮影可能シーンを拡張することができる。 According to the present embodiment, it is possible to provide an imaging apparatus that can capture a high-quality image even under severe imaging conditions that are likely to affect the image, and to expand the scene that can be captured.
なお、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、又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。 The above-described embodiments are merely examples of implementation in carrying out the present invention, and the technical scope of the present invention should not be construed in a limited manner. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from the technical idea or the main features thereof.
111 撮影用レンズ
112 シャッター
114 撮像素子(CMOSセンサー)
116 AFE
118 タイミング発生回路
120 画像処理回路
122 メモリ制御回路
150 システム制御回路
160 操作部
116 AFE
118
Claims (8)
前記画像データに対して垂直方向のシェーディングを補正する補正手段と、
前記撮像素子内の位置差に応じて発生する前記撮像素子の暗電流差を検知する暗電流差検知手段とを有し、
前記補正手段は、前記検知された暗電流差に応じて、前記垂直方向のシェーディング補正を行うことを特徴とする撮像装置。 An image sensor that generates image data by photoelectric conversion;
Correction means for correcting shading in the vertical direction with respect to the image data;
Dark current difference detection means for detecting the dark current difference of the image sensor generated according to the position difference in the image sensor;
The image pickup apparatus, wherein the correction unit performs the shading correction in the vertical direction according to the detected dark current difference.
前記補正手段は、前記検知された温度に応じて、前記暗電流差に応じて前記垂直方向のシェーディング補正を行い、又は前記暗電流差に関係なく前記垂直方向のシェーディング補正を行うことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の撮像装置。 Furthermore, it has temperature detection means for detecting temperature,
The correction unit performs the shading correction in the vertical direction according to the dark current difference according to the detected temperature, or performs the shading correction in the vertical direction regardless of the dark current difference. The imaging device according to any one of claims 1 to 4.
前記補正手段は、前回の撮影モードに応じて、前記暗電流差に応じて前記垂直方向のシェーディング補正を行い、又は前記暗電流差に関係なく前記垂直方向のシェーディング補正を行うことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の撮像装置。 Furthermore, it has a shooting mode switching means for switching the imaging mode,
The correction unit performs the shading correction in the vertical direction according to the dark current difference according to the previous shooting mode, or performs the shading correction in the vertical direction regardless of the dark current difference. The imaging device according to any one of claims 1 to 5.
前記画像データに対して垂直方向のシェーディングを補正する補正ステップと、
前記撮像素子内の位置差に応じて発生する前記撮像素子の暗電流差を検知する暗電流差検知ステップとを有し、
前記補正ステップは、前記検知された暗電流差に応じて、前記垂直方向のシェーディング補正を行うことを特徴とする撮像方法。 An imaging step of generating image data by photoelectric conversion of the imaging element;
A correction step of correcting shading in the vertical direction with respect to the image data;
A dark current difference detection step for detecting a dark current difference of the image sensor generated according to a position difference in the image sensor;
In the imaging method, the correcting step performs the shading correction in the vertical direction according to the detected dark current difference.
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