JP2008252558A - 撮像装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、CMOS型イメージセンサにおいて、ランダムノイズを十分に抑圧できるようにする。
【解決手段】たとえば、R、Gr、B、Gbの全画素について、T画素に近接する、十字5画素の同色の信号を大小順に並べ替える。その平均値AVE5および最大値D5と最小値D1との差分値Sub51を算出する。Sub51が閾値レベルLevNよりも小さい場合は、AVE5をT画素の置換値Tdataとする。逆に、大きい場合は、信号レベルD4,D3の平均値AVE43およびその差分値Sub43を算出する。また、信号レベルD3,D2の平均値AVE32およびその差分値Sub32を算出する。もし、Sub43の方が小さい場合はAVE43をTdataとする。逆に、大きい場合はAVE32をTdataとする。
【選択図】 図3

Description

本発明は撮像装置に関するもので、たとえば、カメラ付き携帯電話、デジタルカメラ、および、ビデオカメラなどに使用されるCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)型イメージセンサに関する。
従来、撮像装置においては、メディアンフィルタ処理を用いたランダムノイズ抑圧が提案されている(たとえば、特許文献1参照)。しかしながら、この提案のメディアンフィルタ処理では、たとえば3×3の画素領域の信号をレベルの大きさ順に並べ替えた際の中央値によって、中心画素の信号を置換するようにしている。このため、画像のエッジ部分の解像度が劣化したり、撮像系のランダムノイズが大きい場合には十分なランダムノイズ抑圧ができない。ランダムノイズを十分に抑圧できるようにするためには、画素領域を大きくとる必要があり、回路規模が増大する問題がある。
また、中心画素の周辺の画素の信号の平均値と中心画素の信号とのレベル差を判断して、置換を行う方法が提案されている(たとえば、特許文献2参照)。この方法の場合、レベル差が設定した閾値よりも小さい場合には、ノイズと判断して、中心画素の信号を平均値と置換する。逆に、大きい場合には、中心画素の信号をそのまま使用する。しかしながら、1つの画素にキズが発生している場合には、このキズによるノイズを抑圧できない。キズによるノイズを抑圧しようとする場合には、別の専用回路が必要となり、回路規模が増大する問題がある。
さらに、画像のエッジ情報を検出して、メディアンフィルタ処理を行うランダムノイズ抑圧が提案されている(たとえば、特許文献3参照)。しかしながら、この提案は、エッジ抽出のための差分回路が4個と多い。また、エッジと判断したときに、ランダムノイズを抑圧できないといった課題もある。また、上述した提案の場合と同様に、中央値によって中心画素の信号を置換するため、十分なランダムノイズ抑圧ができない。
特開平4−235472号公報 特開2002−10108号公報 特開2005−303731号公報
本発明は、上記の問題点を解決すべくなされたもので、解像度の劣化が少なく、しかも、十分にランダムノイズおよびキズによる影響を抑圧することが可能な撮像装置を提供することを目的としている。
本願発明の一態様によれば、光電変換素子からなる複数の画素が二次元に配置された撮像手段より出力された画像信号に対して、ノイズ抑圧回路により所定の信号処理を施すように構成された撮像装置であって、前記ノイズ抑圧回路は、前記画像信号のうち、ターゲットとなる中心画素の信号および前記中心画素にそれぞれ近接する同色の周辺画素の各信号を大小の順に並べ替える並べ替え手段と、前記中心画素の信号および前記周辺画素の各信号の平均値を算出する平均値算出手段と、大小の順に並べ替えられた前記中心画素の信号および前記周辺画素の各信号のうち、最大値と最小値との差分値を算出する差分値算出手段と、前記差分値と想定されるノイズレベルとを比較する比較手段と、前記差分値が前記ノイズレベルよりも小さい場合、前記平均値によって前記中心画素の信号を置換する置換手段とを具備したことを特徴とする撮像装置が提供される。
また、本願発明の一態様によれば、光電変換素子からなる複数の画素が二次元に配置され、色フィルタ配列が行列2×2を基本とした正方配列または45度傾斜させた傾斜配列とされた撮像手段から出力された画像信号に対して、ノイズ抑圧回路により所定の信号処理を施すように構成された撮像装置であって、前記ノイズ抑圧回路は、前記画像信号のうち、ターゲットとなる中心画素の1信号および前記中心画素の十字方向またはX字方向にそれぞれ近接する同色の周辺画素の4信号を大小の順に並べ替える並べ替え手段と、前記中心画素の1信号および前記周辺画素の4信号の平均値を算出する平均値算出手段と、大小の順に並べ替えられた前記中心画素の1信号および前記周辺画素の4信号のうち、最大値と最小値との差分値を算出する差分値算出手段と、前記差分値と想定されるノイズレベルとを比較する比較手段と、前記差分値が前記ノイズレベルよりも小さい場合、前記平均値によって前記中心画素の1信号を置換する置換手段とを具備したことを特徴とする撮像装置が提供される。
また、本願発明の一態様によれば、光電変換素子からなる複数の画素が二次元に配置され、色フィルタ配列が行列2×2を基本とした正方配列または45度傾斜させた傾斜配列とされた撮像手段から出力された画像信号に対して、ノイズ抑圧回路により所定の信号処理を施すように構成された撮像装置であって、前記ノイズ抑圧回路は、前記画像信号のうち、ターゲットとなる中心画素の1信号および前記中心画素の十字方向またはX字方向にそれぞれ近接する同色の周辺画素の4信号を大小の順に並べ替える並べ替え手段と、大小の順に並べ替えられた前記中心画素の1信号および前記中心画素の十字方向またはX字方向にそれぞれ近接する同色の周辺画素の4信号のうち、最大値と最小値との差分値を算出する差分値算出手段と、前記中心画素の1信号と、前記中心画素の十字方向またはX字方向にそれぞれ近接する同色の周辺画素の4信号、および、前記中心画素のX字方向または十字方向にそれぞれ近接する同色の周辺画素の4信号との平均値を算出する平均値算出手段と、前記差分値と想定されるノイズレベルとを比較する比較手段と、前記差分値が前記ノイズレベルよりも大きい場合、大小の順に並べ替えられた前記中心画素の1信号および前記中心画素の十字方向またはX字方向にそれぞれ近接する同色の周辺画素の4信号のうち、前記最大値および前記最小値を除く、中間の3信号からレベル差の小さい2信号を選択し、その選択した2信号の平均値によって前記中心画素の1信号を置換する置換手段とを具備したことを特徴とする撮像装置が提供される。
また、本願発明の一態様によれば、光電変換素子からなる複数の画素が二次元に配置され、色フィルタ配列が行列2×2を基本とした正方配列または45度傾斜させた傾斜配列とされた撮像手段から出力された画像信号に対して、ノイズ抑圧回路により所定の信号処理を施すように構成された撮像装置であって、前記ノイズ抑圧回路は、前記画像信号のうち、ターゲットとなる中心画素の1信号および前記中心画素の十字方向またはX字方向にそれぞれ近接する同色の周辺画素の4信号を大小の順に並べ替える並べ替え手段と、大小の順に並べ替えられた前記中心画素の1信号および前記中心画素の十字方向またはX字方向にそれぞれ近接する同色の周辺画素の4信号のうち、最大値と最小値との差分値を算出する差分値算出手段と、前記中心画素の1信号と、前記中心画素の十字方向またはX字方向にそれぞれ近接する同色の周辺画素の4信号、および、前記中心画素のX字方向または十字方向にそれぞれ隣接する同色の周辺画素の4信号との9信号の平均値を算出する平均値算出手段と、前記差分値と想定されるノイズレベルとを比較する比較手段と、前記差分値が前記ノイズレベルよりも小さい場合、前記平均値によって前記中心画素の1信号を置換する置換手段とを具備したことを特徴とする撮像装置が提供される。
さらに、本願発明の一態様によれば、光電変換素子からなる複数の画素が二次元に配置され、色フィルタ配列が行列2×2を基本とした正方配列または45度傾斜させた傾斜配列とされた撮像手段から出力された画像信号に対して、ノイズ抑圧回路により所定の信号処理を施すように構成された撮像装置であって、前記ノイズ抑圧回路は、前記画像信号のうち、ターゲットとなる中心画素の1信号および前記中心画素の十字方向またはX字方向にそれぞれ近接する同色の周辺画素の4信号を大小の順に並べ替える並べ替え手段と、前記中心画素の1信号および前記周辺画素の4信号の平均値を算出する平均値算出手段と、大小の順に並べ替えられた前記中心画素の1信号および前記周辺画素の4信号のうち、最大値と最小値との差分値を算出する差分値算出手段と、前記差分値と想定されるノイズレベルとを比較する比較手段と、前記差分値が前記ノイズレベルよりも大きい場合、大小の順に並べ替えられた前記中心画素の1信号および前記中心画素の十字方向またはX字方向にそれぞれ近接する同色の周辺画素の4信号のうち、前記最大値もしくは前記最小値を除く、3信号の平均値によって前記中心画素の1信号を置換する置換手段とを具備したことを特徴とする撮像装置が提供される。
上記の構成により、解像度の劣化が少なく、しかも、十分にランダムノイズおよびキズによる影響を抑圧することが可能な撮像装置を提供できる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。ただし、図面は模式的なものであり、各図面の寸法および比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。また、図面の相互間においても、互いの寸法の関係および/または比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。特に、以下に示すいくつかの実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための装置および方法を例示したものであって、構成部品の形状、構造、配置などによって、本発明の技術思想が特定されるものではない。この発明の技術思想は、その要旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることができる。
[第1の実施形態]
図1は、本発明の第1の実施形態にしたがった撮像装置の構成例を示すものである。なお、ここでは、CMOS型イメージセンサを例に説明する。
図1において、センサ部11は、カラーフィルタ12、複数の画素(光電変換素子)が二次元状に配置されたフォトダイオードアレイ(撮像手段)13、および、カラム型アナログデジタルコンバータ(ADC)14を有している。カラーフィルタ12は、レンズ(撮像系)10で集光した光信号をRGB信号に分離し、フォトダイオードアレイ13上に結像させる。フォトダイオードアレイ13は、結像されたRGB信号を画素ごとに信号電荷に変換してADC14に送る。ADC14は、受け取った各画素の信号電荷をデジタル信号(画像信号)に変換し、ラインメモリ21に出力する。なお、カラーフィルタ12の色フィルタ配列としてはRGB原色のベイヤー配列(正方配列)を想定している。
ラインメモリ21は、垂直5ライン分のメモリ1〜5を有し、センサ部11の出力信号(ADC14からの画像信号)をそれぞれ記憶する。ラインメモリ21は、この5ライン分の画像信号をノイズ抑圧回路31に供給する。
ノイズ抑圧回路31は、ラインメモリ21からの5ライン分の画像信号を並列に取り込む。ノイズ抑圧回路31は、画像信号の大小の並べ替え処理、平均値算出処理、および、差分値算出処理を行うとともに、判定回路と置換回路とを有して構成されている。判定回路は、レベル保持回路41からの閾値レベル(ノイズ閾値)LevNと画像信号との大小判定を実施し、その結果に応じて置換回路を制御する。置換回路は、判定回路の結果に応じて画像信号の置換を行って、5ライン分の画像信号に含まれる撮像系のランダムノイズなどを抑圧する。
信号処理回路51は、ノイズ抑圧回路31からの出力に対し、周知の信号処理、たとえばホワイトバランス処理、色分離補間処理、輪郭強調処理、および、ガンマ(γ)補正処理を施すとともに、RGBマトリクス回路を介して、出力端子DOUT0〜DOUT7よりYUV信号またはRGB信号を出力する。
システムタイミング発生回路(SG)61は、外部からのクロック信号MCKおよび/またはコマンド制御回路71からのコマンドにしたがって、センサ部11、ラインメモリ21、ノイズ抑圧回路31、および、信号処理回路51を制御する。
コマンド制御回路71は、外部よりシリアルインタフェース(I/F)81を介して供給されるデータDATAに応じたコマンドを生成し、ラインメモリ21、ノイズ抑圧回路31、レベル保持回路41、信号処理回路51、および、SG61のパラメータなどを制御する。
図2は、センサ部11の光電変換特性を示すものである。光量が高くなると、センサ部11の出力信号は大きくなる。この信号量(信号レベル)の増加にともない、光ショットノイズも増加する。一般に、ショットノイズは光量の平方根で発生する。また、低光量では回路ノイズがショットノイズよりも支配的となる。そこで、ノイズレベルを想定した閾値レベルLevNを、低光量時には回路ノイズを想定した値とし、光量が高い場合にはショットノイズに合わせて大きくなるように制御する。こうすることで、効果的なランダムノイズ抑圧を実現できる。
一方、輝度信号はY=0.59G+0.3R+0.11Bの比から生成される。そこで、閾値レベルLevNを、輝度信号に寄与する効果の小さいR信号およびB信号のノイズ抑圧処理の時には大きくなるように設定する。すると、R信号およびB信号のランダムノイズの抑圧効果を大きくできる。特に、RGBの各信号量に応じて、ホワイトバランスのゲイン比を設定するようにした場合には、さらに効果的になる。
また、レンズ10の光学特性に起因したシェーディング補正を実施する場合、画面の中心に対して、上下端、左右端、コーナー部に近くなるほど、デジタルゲインによって信号を増幅するようにしている。このため、画面の上下端、左右端、コーナー部でのランダムノイズが増加する。そこで、閾値レベルLevNを、このデジタルゲインに合わせて、画面の上下端、左右端、コーナー部で大きくなるように制御すると、ノイズ抑圧効果が大きくなり、画質を改善できる。
このように、閾値レベルLevNは、信号量・画面位置・色情報・ゲイン情報などに応じて様々に変更することで、さらなる高画質化が可能となる。
図3は、図1に示した構成の撮像装置における、ノイズ抑圧回路31の動作を説明するために示すものである。ここでは、ノイズ抑圧するターゲットの画素(中心画素)をT画素とし、このT画素とその十字方向にそれぞれ近接する上下および左右の同色の4画素(周辺画素)とを含む計5画素の信号を処理の対象とした場合について説明する。
まず、ラインメモリ21からの5ライン分の画像信号のうち、T画素とその十字方向にそれぞれ近接する同色の5画素の信号を、レベルの大小順(D5〜D1)に並べ替える。
次に、5画素分の信号レベルの平均値AVE5および最大値D5と最小値D1との差分値Sub51を算出する。
次に、その差分値Sub51とノイズレベルを想定した閾値レベルLevNとの大小関係を判定する。もし、差分値Sub51が閾値レベルLevNよりも小さい場合は、全5画素がノイズレベル以下と判定し、ノイズを抑圧するために5画素分の信号レベルの平均値AVE5をT画素の値(置換値)Tdataとする。逆に、差分値Sub51が閾値レベルLevNよりも大きい場合は、キズもしくは信号が変化している画像のエッジ部分と判断する。
ここで、最大値D5は白キズの可能性があり、最小値D1は黒キズの可能性がある。そこで、白キズの可能性がある最大値D5および黒キズの可能性がある最小値D1を置換値Tdataへ寄与させないようにするために、最大値D5および最小値D1を除く、その他の中間の3個の信号レベルD4,D3,D2のうち、変化(レベル差)の少ない2画素分の信号レベルを抽出する。つまり、信号レベルの大きい2画素分の平均値として、信号レベルD4と信号レベルD3との平均値AVE43を算出する。また、その信号レベルD4と信号レベルD3との差分値Sub43を算出する。同様に、信号レベルの小さい2画素分の平均値として、信号レベルD3と信号レベルD2との平均値AVE32を算出する。また、その信号レベルD3と信号レベルD2との差分値Sub32を算出する。
次に、差分値Sub43と差分値Sub32との大小関係を判定する。もし、差分値Sub43の方が差分値Sub32よりも小さい場合は、平均値AVE43を置換値Tdataとする。逆に、差分値Sub32の方が差分値Sub43よりも小さい場合は、平均値AVE32を置換値Tdataとする。
以上の処理を、順次、R画素、Gr画素、B画素、Gb画素の、全画素について実施することにより、白キズおよび黒キズの抑圧とランダムノイズの抑圧とを実現できる。特に、画像のエッジ部分でも2画素平均した信号(AVE32/AVE43)を用いることにより、ランダムノイズの低減が可能である。
なお、上記の例では、平均値の算出と差分値の算出後に、差分値の判定処理を行っているが、平均値の算出は、差分値の算出/判定処理後に行ってもよい。これは、以下の実施形態においても同様である。
図4は、第1の実施形態にしたがった撮像装置の、補正効果を説明するために示すものである。同図(a)〜(i)は、それぞれ、補正効果が特に期待できる画像のエッジ部分を例に示すものである。
同図(a)〜(i)にそれぞれ示すように、処理の対象を十字5画素(図中に○で示す)とした場合、画像のエッジ部分がターゲット画素Tを含むならば、中心のターゲット画素Tと同等の信号レベルとなる画素の数は、異なる信号レベルとなる画素の数よりも多くなる。すなわち、最大で1画素、最小で1画素を除いても、それぞれの枠A内には、最低でも2画素分の有効な画素、つまり、ターゲット画素Tと同等の信号レベルを有する2つ以上の画素が存在することになる。この2画素分の信号レベルを平均化することで、ターゲット画素Tの信号レベルを有効な画素の信号レベルの平均値により正しく補間(置換)できるようになる結果、画像のエッジ部分でもランダムノイズを低減することが可能となる。
なお、中心のターゲット画素Tが画面のコーナー部分に位置する場合、ターゲット画素Tの信号レベルは大きい信号および小さい信号の中間付近の値になる場合が多い。このとき、ターゲット画素Tの信号レベルが大きい信号の方に近い場合には2画素平均で大きい信号の方にピーキングされる。また、ターゲット画素Tの信号レベルが小さい信号の方に近い場合には2画素平均で小さい信号の方にピーキングされる。その結果、画像のエッジ部分がくっきりするピーキング効果が得られる。
上記したように、ターゲット画素を中心に十字方向にそれぞれ近接する同色5画素分の信号のレベルに応じた大小並べ替え処理と、ターゲット画素の信号の平均化置換処理とによって、解像度の劣化が少なく、しかも、ランダムノイズおよびキズによる影響を抑圧することが可能な高感度な撮像装置を提供できる。
すなわち、十字5画素分の信号レベルの大小による並べ替え処理と中心のターゲット画素の信号レベルを有効な2画素分の信号レベルの平均値で補間する平均化置換処理とを併用することで、ランダムノイズ抑圧とキズ補正とを同時に処理でき、特に、画像のエッジ部分でも効果的にランダムノイズを抑圧できる。さらに、解像度の劣化も少なく、撮影シーンによっては逆にエッジ部分を強調する効果も得られる。また、十字5画素を対象とした処理により回路規模も小さくできる。
なお、処理の対象となる、ターゲット画素とその周辺の画素の数を増加させることによって、よりいっそうのランダムノイズの低減が可能なことは勿論である。
このように、本実施形態においては、十字方向に近接する同色の5画素の信号を用いるようにしているので、上下×左右方向の3×3の画素領域を処理の対象とする場合に比して、より効果的である。
[第2の実施形態]
図5は、本発明の第2の実施形態にしたがった、ノイズ抑圧回路31の動作を説明するために示すものである。ここでは、画像のエッジ部分を除く、平坦な部分に対するランダムノイズ抑圧の効果を改善するようにした場合を例に説明する。
まず、上述した第1の実施形態に示した処理の前に、T画素とその十字およびX字(斜め)方向にそれぞれ近接する同色の9画素分の信号レベル(D1〜D9)の平均値AVE9を算出する。また、9画素分の信号レベルの最大値Dmaxと最小値Dminとを算出し、その差分値SubMMを算出する。
次に、その差分値SubMMとノイズレベルを想定した閾値レベルLevNとの大小関係を判定する。もし、差分値SubMMが閾値レベルLevNよりも小さい場合は、全9画素がノイズレベル以下と判定し、ノイズを抑圧するために9画素分の信号レベルの平均値AVE9をT画素の値(置換値)Tdataとする。逆に、差分値SubMMが閾値レベルLevNよりも大きい場合は、以後において、第1の実施形態で示したのと同じ処理(図3参照)を実施する。
すなわち、T画素とその十字方向にそれぞれ近接する同色の5画素の信号を、レベルの大小順(D5〜D1)に並べ替える。
次に、5画素分の信号レベルの平均値AVE5および最大値D5と最小値D1との差分値Sub51を算出する。
次に、その差分値Sub51とノイズレベルを想定した閾値レベルLevNとの大小関係を判定する。もし、差分値Sub51が閾値レベルLevNよりも小さい場合は、全5画素がノイズレベル以下と判定し、ノイズを抑圧するために5画素分の信号レベルの平均値AVE5を置換値Tdataとする。
逆に、差分値Sub51が閾値レベルLevNよりも大きい場合は、最大値D5および最小値D1を除く、その他の中間の3個の信号レベルD4,D3,D2のうち、変化(レベル差)の少ない2画素分の信号レベルを抽出する。つまり、信号レベルの大きい2画素分の平均値として、信号レベルD4と信号レベルD3との平均値AVE43を算出する。また、その信号レベルD4と信号レベルD3との差分値Sub43を算出する。同様に、信号レベルの小さい2画素分の平均値として、信号レベルD3と信号レベルD2との平均値AVE32を算出する。また、その信号レベルD3と信号レベルD2との差分値Sub32を算出する。
次に、差分値Sub43と差分値Sub32との大小関係を判定する。もし、差分値Sub43の方が差分値Sub32よりも小さい場合は、平均値AVE43を置換値Tdataとする。逆に、差分値Sub32の方が差分値Sub43よりも小さい場合は、平均値AVE32を置換値Tdataとする。
以上の処理を、順次、R画素、Gr画素、B画素、Gb画素の、全画素について実施する。この例の場合、画像の平坦な部分では、T画素の信号を9画素平均した信号(AVE9)で補間することになるため、ランダムノイズをさらに約3dBも抑圧させることが可能となる。
[第3の実施形態]
図6は、本発明の第3の実施形態にしたがった、ノイズ抑圧回路31の動作を説明するために示すものである。ここでは、上述した第2の実施形態において、Gr,Gb画素の処理方法を変更するようにした場合を例に説明する。
Gr画素の処理においては、T画素とその十字方向にそれぞれ近接するGrの5画素分の信号レベル(D1〜D5)と、T画素のX字方向にそれぞれ隣接するGbの4画素分の信号レベル(D6〜D9)との、平均値AVE9を算出する。この平均値AVE9でT画素の信号を補間するようにした場合、画像の平坦な部分で目立つ、GrラインおよびGbライン間のライン感度差を低減することが可能となる。
同様に、T画素がGbの場合には、T画素とその十字方向にそれぞれ近接するGbの5画素分の信号と、T画素のX字方向にそれぞれ隣接するGrの4画素の信号とを用いて、9画素分の信号レベルの平均値AVE9を算出するようにすればよい。
[第4の実施形態]
図7は、本発明の第4の実施形態にしたがった、ノイズ抑圧回路31の動作を説明するために示すものである。ここでは、上述した第3の実施形態に示した処理方法を簡素化するようにした場合を例に説明する。
本実施形態の場合、T画素のX字方向にそれぞれ隣接するGbの4画素は、十字方向の5画素分のエリア(上下×左右方向に5×5の画素領域)内に配置されている。そこで、まず、T画素とその十字方向にそれぞれ近接するGrの5画素の信号を、レベルの大小順(D5〜D1)に並べ替える。
次に、T画素とその十字方向にそれぞれ近接するGrの5画素分の信号レベル(D1〜D5)とT画素のX字方向にそれぞれ隣接するGbの4画素分の信号レベル(D6〜D9)との平均値AVE9を算出する。また、T画素の十字方向にそれぞれ近接するGrの5画素分の信号レベルの最大値D5と最小値D1とを算出し、その差分値Sub51を算出する。
次に、その差分値Sub51とノイズレベルを想定した閾値レベルLevNとの大小関係を判定する。もし、差分値Sub51が閾値レベルLevNよりも小さい場合は、全5画素がノイズレベル以下と判定し、ノイズを抑圧するために9画素分の信号レベルの平均値AVE9をT画素の値(置換値)Tdataとする。
このような方法によっても、画像の平坦な部分で目立つ、GrラインおよびGbライン間のライン感度差を低減することが可能であり、処理の簡素化が図れる。
なお、ここでの詳細な説明は割愛するが、T画素がGbの場合も同様である。
[第5の実施形態]
図8は、本発明の第5の実施形態にしたがった、ノイズ抑圧回路31の動作を説明するために示すものである。ここでは、低照度などで信号/ノイズ比(S/N)を改善したい場合に、エッジ情報よりもS/Nを優先させた処理を行うようにした場合を例に説明する。つまり、画像のエッジ部分でのT画素の信号を3画素平均した値を用いて置換するようにした場合の例である。
まず、ラインメモリ21からの5ライン分の画像信号のうち、ノイズ抑圧するターゲットの画素をT画素とし、T画素とその十字方向にそれぞれ近接する同色の5画素の信号を、レベルの大小順(D5〜D1)に並べ替える。
次に、5画素分の信号レベルの平均値AVE5および最大値D5と最小値D1との差分値Sub51を算出する。
次に、その差分値Sub51とノイズレベルを想定した閾値レベルLevNとの大小関係を判定する。もし、差分値Sub51が閾値レベルLevNよりも小さい場合は、全5画素がノイズレベル以下と判定し、ノイズを抑圧するために5画素分の信号レベルの平均値AVE5をT画素の値(置換値)Tdataとする。逆に、差分値Sub51が閾値レベルLevNよりも大きい場合は、キズもしくは信号が変化している画像のエッジ部分と判断する。
たとえば、5画素中の1画素に白キズもしくは黒キズがあると仮定する。この場合、大信号3個の信号レベルD5,D4,D3の平均値をAVE53とし、また、その差分値(D5−D3)Sub53を算出する。同様に、小信号3個の信号レベルD3,D2,D1の平均値をAVE31とし、また、その差分値(D3−D1)Sub31を算出する。
次に、差分値Sub53と差分値Sub31との大小関係を判定する。もし、差分値Sub53が差分値Sub31よりも小さい場合は、平均値AVE53を置換値Tdataとする。逆に、差分値Sub31が差分値Sub53よりも小さい場合は、平均値AVE31を置換値Tdataとする。
以上の処理を、順次、R画素、Gr画素、B画素、Gb画素の、全画素について実施することにより、白キズおよび黒キズの抑圧とランダムノイズの抑圧とを実現できる。特に、画像のエッジ部分でも3画素平均した信号(AVE53/AVE31)を用いることにより、さらなるランダムノイズの低減が可能である。
[第6の実施形態]
図9は、本発明の第6の実施形態にしたがった、ノイズ抑圧回路31の動作を説明するために示すものである。ここでは、上述した第5の実施形態に示した処理方法を簡素化するようにした場合を例に説明する。
本実施形態の場合、差分値Sub51が閾値レベルLevNよりも大きいと判断した場合に、最大値D5および最小値D1を除く、その他の中間の3個の信号レベルD4,D3,D2の平均値AVE42を算出し、その平均値AVE42を置換値Tdataとする。
このような方法によっても、画像のエッジ部分でも3画素平均した信号(AVE42)を用いることによる、さらなるランダムノイズの低減が可能であり、処理の簡素化が図れる。
なお、上述した各実施形態においては、いずれの場合も、カラーフィルタの色フィルタ配列をベイヤー配列(図10(a)参照)とし、ターゲット画素に対して、上下および左右の十字方向にそれぞれ近接する同色の5画素を処理の対象とした場合(図10(b)参照)を例に説明した。これに限らず、たとえば図10(c)に示すように、ターゲット画素に対して、斜めのX字方向にそれぞれ近接する同色の5画素(または、9画素)を処理の対象とした場合にも同様に実施することができる。
また、カラーフィルタの色フィルタ配列としては、ベイヤー配列のものに限らず、たとえば図11(a)に示すように、RGBの各画素が45度の角度をもった傾斜配列のもの(ハニカム配列とも呼ばれる)にも同様に適用できる。ハニカム配列の場合にも、ターゲット画素に対して、上下および左右の十字方向にそれぞれ近接する同色の5画素(または、9画素)を処理の対象とする場合(図11(b)参照)と、ターゲット画素に対して、斜めのX字方向にそれぞれ近接する同色の5画素(または、9画素)を処理の対象とする場合(図11(c)参照)とが可能である。
また、白黒センサ、あるいは、カラーフィルタがベイヤー配列およびハニカム配列以外の色フィルタ配列のセンサであっても、同色十字5画素の信号を利用できるものであれば適用することが可能である。たとえば、ベイヤー配列のG信号がW信号(ホワイト:RGBの全信号が含まれる)となるWRGB配列でも、行列2×2を基本とした配列であれば適用できる。
さらに、CMOS型イメージセンサに限定されるものではなく、CCD(Charge Coupled Device)および積層型センサなどにも適用できる。
その他、本願発明は、上記(各)実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。さらに、上記(各)実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。たとえば、(各)実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題(の少なくとも1つ)が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果(の少なくとも1つ)が得られる場合には、その構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
本発明の第1の実施形態にしたがった撮像装置(CMOS型イメージセンサ)の構成例を示すブロック図。 図1に示したCMOS型イメージセンサにおける、センサ部の光電変換特性を示す図。 図1に示したCMOS型イメージセンサにおける、ノイズ抑圧回路の動作を説明するために示す図。 図1に示したCMOS型イメージセンサの、補正効果を説明するために示す図。 本発明の第2の実施形態にしたがった、ノイズ抑圧回路の動作を説明するために示す図。 本発明の第3の実施形態にしたがった、ノイズ抑圧回路の動作を説明するために示す図。 本発明の第4の実施形態にしたがった、ノイズ抑圧回路の動作を説明するために示す図。 本発明の第5の実施形態にしたがった、ノイズ抑圧回路の動作を説明するために示す図。 本発明の第6の実施形態にしたがった、ノイズ抑圧回路の動作を説明するために示す図。 ベイヤー配列を例に、色フィルタ配列の一例を示す図。 ハニカム配列を例に、色フィルタ配列の一例を示す図。
符号の説明
11…センサ部、12…カラーフィルタ、13…フォトダイオードアレイ、14…カラム型アナログデジタルコンバータ(ADC)、21…ラインメモリ、31…ノイズ抑圧回路、41…レベル保持回路、61…システムタイミング発生回路(SG)、71…コマンド制御回路。

Claims (5)

  1. 光電変換素子からなる複数の画素が二次元に配置された撮像手段より出力された画像信号に対して、ノイズ抑圧回路により所定の信号処理を施すように構成された撮像装置であって、
    前記ノイズ抑圧回路は、
    前記画像信号のうち、ターゲットとなる中心画素の信号および前記中心画素にそれぞれ近接する同色の周辺画素の各信号を大小の順に並べ替える並べ替え手段と、
    前記中心画素の信号および前記周辺画素の各信号の平均値を算出する平均値算出手段と、
    大小の順に並べ替えられた前記中心画素の信号および前記周辺画素の各信号のうち、最大値と最小値との差分値を算出する差分値算出手段と、
    前記差分値と想定されるノイズレベルとを比較する比較手段と、
    前記差分値が前記ノイズレベルよりも小さい場合、前記平均値によって前記中心画素の信号を置換する置換手段と
    を具備したことを特徴とする撮像装置。
  2. 光電変換素子からなる複数の画素が二次元に配置され、色フィルタ配列が行列2×2を基本とした正方配列または45度傾斜させた傾斜配列とされた撮像手段から出力された画像信号に対して、ノイズ抑圧回路により所定の信号処理を施すように構成された撮像装置であって、
    前記ノイズ抑圧回路は、
    前記画像信号のうち、ターゲットとなる中心画素の1信号および前記中心画素の十字方向またはX字方向にそれぞれ近接する同色の周辺画素の4信号を大小の順に並べ替える並べ替え手段と、
    前記中心画素の1信号および前記周辺画素の4信号の平均値を算出する平均値算出手段と、
    大小の順に並べ替えられた前記中心画素の1信号および前記周辺画素の4信号のうち、最大値と最小値との差分値を算出する差分値算出手段と、
    前記差分値と想定されるノイズレベルとを比較する比較手段と、
    前記差分値が前記ノイズレベルよりも小さい場合、前記平均値によって前記中心画素の1信号を置換する置換手段と
    を具備したことを特徴とする撮像装置。
  3. 光電変換素子からなる複数の画素が二次元に配置され、色フィルタ配列が行列2×2を基本とした正方配列または45度傾斜させた傾斜配列とされた撮像手段から出力された画像信号に対して、ノイズ抑圧回路により所定の信号処理を施すように構成された撮像装置であって、
    前記ノイズ抑圧回路は、
    前記画像信号のうち、ターゲットとなる中心画素の1信号および前記中心画素の十字方向またはX字方向にそれぞれ近接する同色の周辺画素の4信号を大小の順に並べ替える並べ替え手段と、
    大小の順に並べ替えられた前記中心画素の1信号および前記中心画素の十字方向またはX字方向にそれぞれ近接する同色の周辺画素の4信号のうち、最大値と最小値との差分値を算出する差分値算出手段と、
    前記中心画素の1信号と、前記中心画素の十字方向またはX字方向にそれぞれ近接する同色の周辺画素の4信号、および、前記中心画素のX字方向または十字方向にそれぞれ近接する同色の周辺画素の4信号との平均値を算出する平均値算出手段と、
    前記差分値と想定されるノイズレベルとを比較する比較手段と、
    前記差分値が前記ノイズレベルよりも大きい場合、大小の順に並べ替えられた前記中心画素の1信号および前記中心画素の十字方向またはX字方向にそれぞれ近接する同色の周辺画素の4信号のうち、前記最大値および前記最小値を除く、中間の3信号からレベル差の小さい2信号を選択し、その選択した2信号の平均値によって前記中心画素の1信号を置換する置換手段と
    を具備したことを特徴とする撮像装置。
  4. 光電変換素子からなる複数の画素が二次元に配置され、色フィルタ配列が行列2×2を基本とした正方配列または45度傾斜させた傾斜配列とされた撮像手段から出力された画像信号に対して、ノイズ抑圧回路により所定の信号処理を施すように構成された撮像装置であって、
    前記ノイズ抑圧回路は、
    前記画像信号のうち、ターゲットとなる中心画素の1信号および前記中心画素の十字方向またはX字方向にそれぞれ近接する同色の周辺画素の4信号を大小の順に並べ替える並べ替え手段と、
    大小の順に並べ替えられた前記中心画素の1信号および前記中心画素の十字方向またはX字方向にそれぞれ近接する同色の周辺画素の4信号のうち、最大値と最小値との差分値を算出する差分値算出手段と、
    前記中心画素の1信号と、前記中心画素の十字方向またはX字方向にそれぞれ近接する同色の周辺画素の4信号、および、前記中心画素のX字方向または十字方向にそれぞれ隣接する同色の周辺画素の4信号との9信号の平均値を算出する平均値算出手段と、
    前記差分値と想定されるノイズレベルとを比較する比較手段と、
    前記差分値が前記ノイズレベルよりも小さい場合、前記平均値によって前記中心画素の1信号を置換する置換手段と
    を具備したことを特徴とする撮像装置。
  5. 光電変換素子からなる複数の画素が二次元に配置され、色フィルタ配列が行列2×2を基本とした正方配列または45度傾斜させた傾斜配列とされた撮像手段から出力された画像信号に対して、ノイズ抑圧回路により所定の信号処理を施すように構成された撮像装置であって、
    前記ノイズ抑圧回路は、
    前記画像信号のうち、ターゲットとなる中心画素の1信号および前記中心画素の十字方向またはX字方向にそれぞれ近接する同色の周辺画素の4信号を大小の順に並べ替える並べ替え手段と、
    前記中心画素の1信号および前記周辺画素の4信号の平均値を算出する平均値算出手段と、
    大小の順に並べ替えられた前記中心画素の1信号および前記周辺画素の4信号のうち、最大値と最小値との差分値を算出する差分値算出手段と、
    前記差分値と想定されるノイズレベルとを比較する比較手段と、
    前記差分値が前記ノイズレベルよりも大きい場合、大小の順に並べ替えられた前記中心画素の1信号および前記中心画素の十字方向またはX字方向にそれぞれ近接する同色の周辺画素の4信号のうち、前記最大値もしくは前記最小値を除く、3信号の平均値によって前記中心画素の1信号を置換する置換手段と
    を具備したことを特徴とする撮像装置。
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