JP2009105501A - 撮像装置、光学的黒レベルの補正方法、およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】ゲイン条件の変動に応じて黒レベルを適切に補正可能な、撮像装置、光学的黒レベルの補正方法、およびプログラムを提供する。
【解決手段】被写体の光学像を電気信号に変換する撮像素子１０４と、撮像素子からの電気信号をゲインで増幅する増幅部１０７と、撮像素子上の所定の領域での電気信号から黒レベルを検出する黒レベル検出部１１０と、検出された黒レベルに基づいて映像の黒レベルを補正する信号処理部１２０と、を備える、撮像装置が提供される。本撮像装置において、信号処理部は、撮像素子上の光学的黒領域において互いに異なるゲイン条件で事前に検出された黒レベルから、補間により算出された所定のゲイン条件での黒レベル補正量に基づいて、新たに読み出された映像信号の黒レベルを補正することを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、撮像装置、光学的黒レベルの補正方法、およびプログラムに関する。

ＣＣＤ、ＣＭＯＳなどの撮像素子が適用されるビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどの撮像装置では、一般に、有効画素領域以外に配されて遮光された光学的黒（ＯＰＢ）領域での信号レベルを、映像（または画像）の黒基準となる光学的黒レベルとして映像信号を補正している。

例えば、下記特許文献は、ゲインにより黒レベルが変化するシステムに対して、露光制御時に黒レベルを取得することなしに、その時の適正ゲインを考慮した黒レベルを予測して画像信号を補正することで、画像の黒バランスを精度良く保つ撮像装置を開示している。この撮像装置は、ＯＰＢ領域での黒レベルを設定ゲイン毎に予めテーブルに保存しておき、測光状況に応じた適正な露光制御によってゲイン条件が変動した場合に、ゲイン条件の変動に対応する黒レベルをテーブルから取得し、画像の黒基準として画像処理を行う。

特開２００６−７４５５９号公報

しかしながら、上記特許文献に記載された撮像装置では、ＯＰＢ領域での黒レベルを設定ゲイン毎に記憶するための記憶手段が必要であり、ゲイン条件の変動に応じて黒レベルを適切に補正するために設定ゲインを細分化すると、細分化に比例して大きな記憶容量が必要となる。また、撮像素子の温度特性などに起因して、ＯＰＢ領域と有効画素領域との間で黒レベルの差が生じると、黒レベルを適切に補正することができない場合がある。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ゲイン条件の変動に応じて黒レベルを適切に補正可能な、新規かつ改良された、撮像装置、光学的黒レベルの補正方法、およびプログラムを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の第１の観点によれば、被写体の光学像を電気信号に変換する撮像素子と、撮像素子からの電気信号をゲインで増幅する増幅部と、撮像素子上の所定の領域での電気信号から黒レベルを検出する黒レベル検出部と、検出された黒レベルに基づいて映像の黒レベルを補正する信号処理部と、を備える、撮像装置が提供される。本撮像装置において、信号処理部は、撮像素子上の光学的黒領域において互いに異なるゲイン条件で事前に検出された黒レベルから、補間により算出された所定のゲイン条件での黒レベル補正量に基づいて、新たに読み出された映像信号の黒レベルを補正することを特徴とする。

かかる構成によれば、撮像素子上の光学的黒領域において互いに異なるゲイン条件で事前に検出された黒レベルから、所定のゲイン条件での黒レベル補正量が補間により算出される。そして、算出された黒レベル補正量に基づいて、新たに読み出された映像信号の黒レベルが補正される。これにより、露光制御時に光学的黒レベルを取得することなしに、ゲイン条件の変動に応じて黒レベルを適切に補正することができる。また、設定ゲイン毎の黒レベルを記憶することなしに、ゲイン条件の変動に応じて黒レベルを適切に補正することができる。さらに、ゲイン条件が微妙に変動した場合でも、所定のゲイン条件での黒レベル補正量を精度良く算出することができる。

また、上記信号処理部は、さらに、撮像素子上の光学的黒領域と有効画素領域とで検出された黒レベルの差であって、互いに異なるゲイン条件で事前に検出された黒レベル差から、補間により算出された所定のゲイン条件での黒レベル差補正量に基づいて、新たに読み出された映像信号の黒レベルを補正してもよい。かかる構成によれば、互いに異なるゲイン条件で事前に算出された黒レベル差から、所定のゲイン条件での黒レベル差補正量が補間により算出される。そして、算出された黒レベル差補正量に基づいて、新たに読み出された映像信号の黒レベルが補正される。これにより、有効画素領域とＯＰＢ領域との間で生じる黒レベル差に拘らずに、ゲイン条件の変動に応じて黒レベルを適切に補正することができる。

また、上記黒レベル情報として記憶されている、互いに異なるゲイン条件および互いに異なるゲイン条件で検出された黒レベルを、リセットするためのリセット指令を取得するリセット指令取得部をさらに備えてもよい。かかる構成によれば、記憶された黒レベル情報がリセット指令の取得によりリセットされるので、撮像素子の経年劣化、映像品質の劣化、環境温度などの条件が変化した場合には、最新の黒レベル情報を用いて、所定のゲイン条件での黒レベル補正量または黒レベル差補正量を算出することができる。

また、上記黒レベル情報のリセットが必要と判断された場合に、黒レベル情報が自動的にリセットされてもよい。かかる構成によれば、黒レベル情報のリセットが必要と判断された場合に、黒レベル情報が自動的にリセットされるので、撮像素子の経年劣化、映像品質の劣化、環境温度などの条件が変化した場合には、黒レベル情報を自動的にリセットすることができる。

また、上記撮像素子上の光学的黒領域の中央部と有効画素領域とで検出された黒レベルの差が算出されてもよい。かかる構成によれば、光学的黒領域の中央部で検出された黒レベルを用いて、黒レベル差が算出されるので、黒レベル差が顕著であり、かつ、視認され易い光学的黒領域の中央部での黒レベルに基づいて、所定のゲイン条件での黒レベル差補正量を算出することができる。

上記課題を解決するために、本発明の第２の観点によれば、被写体の光学像を電気信号に変換する撮像素子と、撮像素子からの電気信号をゲインで増幅する増幅部と、撮像素子上の所定の領域での電気信号から黒レベルを検出する黒レベル検出部と、検出された黒レベルに基づいて映像の黒レベルを補正する信号処理部と、を備える撮像装置に適用可能な光学的黒レベルの補正方法が提供される。本光学的黒レベルの補正方法は、撮像素子上の光学的黒領域において互いに異なるゲイン条件で事前に検出された黒レベルから、所定のゲイン条件での黒レベル補正量を補間により算出する黒レベル補正量算出ステップと、算出された黒レベル補正量に基づいて、新たに読み出された映像信号の黒レベルを補正する黒レベル補正ステップと、を含むことを特徴とする。

かかる方法によれば、露光制御時に光学的黒レベルを取得することなしに、ゲイン条件の変動に応じて黒レベルを適切に補正することができる。また、設定ゲイン毎の黒レベルを記憶することなしに、ゲイン条件の変動に応じて黒レベルを適切に補正することができる。さらに、ゲイン条件が微妙に変動した場合でも、所定のゲイン条件での黒レベル補正量を精度良く算出することができる。

上記課題を解決するために、本発明の第３の観点によれば、前述した本発明の第１の観点による撮像装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムが提供される。ここで、プログラムはいかなるプログラム言語により記述されていてもよい。

本発明によれば、ゲイン条件の変動に応じて黒レベルを適切に補正可能な、撮像装置、光学的黒レベルの補正方法、およびプログラムを提供することができる。

以下に、添付した図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

（撮像装置の機能構成）
まず、本発明が適用される一般的な撮像装置の機能構成について説明する。

図１は、本発明が適用される一般的な撮像装置の機能構成を例示するブロック図である。

図１に示すように、撮像装置（カメラ）は、レンズ１０１、絞り１０２、シャッター１０３、撮像素子１０４、撮像素子駆動回路１０５、ＣＤＳ回路１０６、ＰＧＡ回路１０７、クランプ回路１０８、Ａ／Ｄ変換回路１０９、映像処理回路１１０、タイミング発生回路１１３、システムコントローラ１１４、光学系駆動回路１１６、シャッタースイッチ１１７、１１８、およびメモリ１１９を含んで構成される。

レンズ１０１は、被写体を像面に結像し、絞り１０２は、レンズ１０１からの像面光量を制御する。シャッター１０３は、レンズ１０１からの入射光を像面に対して必要時間のみ照射させる。撮像素子１０４は、ＣＣＤ、ＣＭＯＳなどで構成され、結像された光学像を電気的な信号に変換し、撮像素子駆動回路１０５は、撮像素子１０４を駆動するために必要な振幅パルスを供給する。ＣＤＳ回路１０６は、撮像素子１０４からの出力信号を相関二重サンプリングし、ＰＧＡ回路１０７は、ＣＤＳ回路１０６からの出力信号を増幅する。クランプ回路１０８は、ＯＰＢ領域の電圧値を基準の電圧値にクランプし、Ａ／Ｄ変換回路１０９は、クランプ回路１０８から出力されるアナログ撮像信号をデジタル撮像信号に変換する。

映像処理回路１１０は、デジタル撮像信号を輝度と色の映像信号に処理する映像信号処理回路１１１と、入力される撮像信号のレベルから測光量を測定する測光回路１１２とを含んで構成される。映像処理回路１１０は、また、入力される撮像信号から被写体の色温度などを測定し、映像信号処理回路１１１のホワイトバランスに必要な情報を引出すＷＢ回路（不図示）などを含んでいる。タイミング発生回路１１３は、カメラの各構成要素で必要とされるタイミングパルスを発生させる。システムコントローラ１１４は、測光回路１１２の情報に基づいて感度、露光を制御するために、ゲインを変化させる命令をＰＧＡ回路１０７に出力したり、露出を制御する命令を光学系駆動回路１１６に出力したりする。

シャッタースイッチ１１７、１１８は、通常、半押し状態で検出されるスイッチＳＷ１（１１７）、および全押し状態で検出されるスイッチＳＷ２（１１８）からなる２段階スイッチで構成される。スイッチＳＷ１の検出により、ピントの追い込み、本露光時のシャッター秒時、絞り値が決定される。この際の露光条件は、スイッチＳＷ１の検出時点で、ファインダー駆動時の撮像信号から判断される。スイッチＳＷ２の検出により、本露光で撮影が行われる。この際の露光条件は、スイッチＳＷ１の検出時点で決定されたシャッター秒時、絞り値により決定される。ここで、絞り値は、絞り１０２の開口径により決定され、シャッター秒時は、撮像素子１０４の電子シャッターパルスを露光開始時点とし、シャッター１０３が閉じられた時点で終了するシャッター秒時により決定される。メモリ１１９は、後述する黒レベル情報を含むカメラの各種設定情報、各種処理のプログラムの記憶、演算処理などに用いられる。

つぎに、本発明が適用される一般的な撮像装置（カメラ）における黒レベル補正の動作例について説明する。

なお、以下の説明では、カメラがＥＶＦモード（測光）の状態にあるものとする。ここで、ＥＶＦモードとは、ビデオスルー表示の状態であり、ユーザーが液晶ファインダーなどで被写体に対する画角を合わせている状態に相当する。

レンズ１０１から入射された光は、撮像素子１０４、ＣＤＳ回路１０６、ＰＧＡ回路１０７、Ａ／Ｄ変換回路１０９を介し、撮像信号として映像処理回路１１０に入力される。映像処理回路１１０は、入力された撮像信号から垂直同期信号毎にＯＰＢ領域の黒レベル積分値を求める。この際に、タイミング発生回路１１３は、Ａ／Ｄ変換回路１０９から出力されたデータが撮像素子１０４の水平方向の画素配置と同期するように、垂直同期信号および水平同期信号を出力する。

ここで、スイッチＳＷ１が検出されると、カメラは、現在の測光状況に応じて適正な露光制御を行う。露光制御に際して、映像処理回路１１０は、測光回路１１２に入力される撮像信号のレベルから測光量を測定し、光学系駆動回路１１６に適正な露出にするための命令を出力する。このとき、適正ゲインを得るために任意のゲインが入射光量に対して必要であると判断された場合には、ゲイン条件が変化した後の黒レベルとして、スイッチＳＷ１の検出直前の黒レベル積分値が用いられる。そして、映像処理回路１１０は、この値を黒基準としてＥＶＦモード時の映像処理を行う。

この場合、スイッチＳＷ１の検出直前の黒レベル積分値が用いられるので、黒レベルは、温度変化には追従できているが、ゲイン条件の変動が反映されていないことになる。よって、スイッチＳＷ１の検出後にゲイン条件が変動した場合には、黒レベルに誤差が生じ、映像の黒レベルがずれてしまうという問題が生じる。

また、撮像素子１０４上の黒レベルは、撮像面上で均一に分布せずに、温度特性などに応じて、有効画素領域の中央部で大きな信号レベル、ＯＰＢ領域を含む周辺部で小さな信号レベルとして分布することが知られている。そして、有効画素領域、特に有効画素領域の中央部での黒レベルと、ＯＰＢ領域での黒レベルとの乖離は、ゲインが大きくなるほど顕著となる。

図２は、撮像素子１０４上の黒レベルの分布状況を示す説明図である。図２に示すように、ゲイン条件Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３（Ｇ１＜Ｇ２＜Ｇ３）の順にゲインが次第に大きくなると、有効画素領域の中央部とＯＰＢ領域との間では、ΔＳ１、ΔＳ２、ΔＳ３（ΔＳ１＜ΔＳ２＜ΔＳ３）の順に黒レベルの乖離が次第に顕著となる。これにより、ＯＰＢ領域での黒レベルを映像の黒基準として映像信号を補正すると、有効画素領域の映像信号を適切に補正することができないという問題が生じる。

かかる問題を解消するために、ＯＰＢ領域での黒レベルを設定ゲイン毎に予めテーブルに保存しておき、測光状況に応じた適正な露光制御によってゲイン条件が変動した場合に、ゲイン条件の変動に対応する黒レベルをテーブルから取得し、画像の黒基準として画像処理を行う撮像装置が提案されている。

しかしながら、提案されている撮像装置では、ＯＰＢ領域での黒レベルを設定ゲイン毎に記憶するための記憶手段が必要であり、ゲイン条件の変動に応じて黒レベルを適切に補正するために設定ゲインを細分化すると、細分化に比例して大きな記憶容量が必要となる。また、撮像素子１０４の温度特性などに起因して、ＯＰＢ領域と有効画素領域との間で黒レベルの差が生じると、黒レベルを適切に補正することができない場合がある。

このため、以下で詳述する本発明の実施形態に係る撮像装置は、ゲイン条件の変動に応じて光学的黒レベルを適切に補正することを目的とする。

（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態に係る撮像装置について説明する。

（撮像装置の機能構成）
図３は、本実施形態に係る撮像装置の機能構成を示すブロック図である。なお、図３には、図１で示した撮像装置の要部のみが示されている。

図３に示すように、本実施形態に係る撮像装置のシステムコントローラ１１４は、黒レベル取得部１３１、ゲイン条件取得部１３２、黒レベル情報処理部１３４、および補間値算出部１３５からなるクランプ処理ブロック１３０を含んで構成される。なお、クランプ処理ブロック１３０は、選択的に、リセット指令取得部１３３を含んで構成される。また、映像処理回路１１０は、クランプ処理を行うための信号処理部としてのクランプ処理回路１２０を含んで構成される。

黒レベル取得部１３１は、ＰＧＡ回路１０７により増幅された、撮像素子１０４上のＯＰＢ領域での電気信号から検出された黒レベルを取得し、黒レベル情報処理部１３４に出力する。ここで、黒レベル取得部１３１は、ＯＰＢ領域において互いに異なる少なくとも２つのゲイン条件Ｇ１、Ｇ２、…で検出された黒レベルＳｂ１、Ｓｂ２、…を取得する。

なお、取得される黒レベルＳｂ１、Ｓｂ２、…は、単一の画素から検出された信号レベルとして取得されてもよく、複数の画素から検出された信号レベルを平均化・積分するなどして取得されてもよい。

ゲイン条件取得部１３２は、黒レベル取得時、および露光制御時のゲイン条件Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇ’を取得する。ここで、黒レベル取得時のゲイン条件Ｇ１、Ｇ２、…としては、ＯＰＢ領域で黒レベルＳｂ１、Ｓｂ２、…が検出された時点のゲイン条件が取得される。また、露光制御時のゲイン条件Ｇ’としては、測光状況により適正な露光制御が行われた時の適正ゲインが取得される。

黒レベル情報処理部１３４は、取得された黒レベルＳｂ１、Ｓｂ２、…およびゲイン条件Ｇ１、Ｇ２、…などの黒レベル情報を処理する。黒レベル情報処理部１３４は、黒レベルＳｂ１、Ｓｂ２、…が取得されると、取得された黒レベル情報をメモリ１１９に書込む。そして、所定のゲイン条件での黒レベル補正量Ｓｂを、黒レベル情報から補間により算出するための補間式Ｆ１を求めて、補間式Ｆ１のパラメータを黒レベル情報の一部としてメモリ１１９に書込む。また、露光制御時のゲイン条件（適正ゲイン）Ｇ’が取得されると、取得されたゲイン条件Ｇ’と、メモリ１１９から読出した黒レベル情報とを、補間値算出部１３５に出力する。

補間値算出部１３５は、黒レベル情報処理部１３４からゲイン条件Ｇ’および黒レベル情報を入力され、予め求められた補間式Ｆ１を用いて、ゲイン条件Ｇ’での黒レベル補正量Ｓｂを算出する。なお、黒レベル情報処理部１３４により補間式Ｆ１が予め求められる代わりに、黒レベル補正の度に、取得されたゲイン条件Ｇ１、Ｇ２、…および黒レベルＳｂ１、Ｓｂ２、…から、補間値算出部１３５により補間式Ｆ１が求められてもよい。

リセット指令取得部１３３は、選択的に設けられ、システムコントローラ１１４からリセット指令を取得し、黒レベル情報処理部１３４を介して、メモリ１１９に記憶された黒レベル情報をリセットさせる。

ここで、黒レベル情報は、例えば、カメラの製造時、出荷時などに、予め黒レベル取得部１３１およびゲイン条件取得部１３２により取得され、メモリ１１９に記憶されている。そして、例えば、撮像素子１０４の経年劣化、映像品質の劣化、環境温度などの条件の変化に応じて、リセットが必要であると判断された場合に、ユーザー操作またはカメラの自動制御により、黒レベル情報がリセットされる。

なお、自動制御によりリセットする場合に、撮像素子１０４の経年劣化は、例えば、システムコントローラ１１４などに含まれる日付情報などに基づいて判断することができる。また、映像品質の劣化は、例えば、予め設定された閾値を超える信号レベルが検出されることで判断することができる。また、環境温度は、例えば、予め設定された閾値を超える温度変化が温度センサー（不図示）などにより検出されることで判断することができる。

クランプ処理回路１２０に含まれるクランプ処理部１２１は、補間値算出部１３５により算出された黒レベル補正量Ｓｂに基づいて通常のクランプ処理を行うことで、映像信号の黒レベルを適切に補正する。

（撮像装置の動作方法）
つぎに、本実施形態に係る撮像装置の動作方法について説明する。

図４は、本実施形態に係る光学的黒レベルの補正方法の手順を示すフロー図である。

システムコントローラ１１４では、例えば、カメラの製造時、出荷時などに、黒レベル情報の設定処理が行われる。黒レベル情報の設定処理では、黒レベル情報が取得され、黒レベル補正量Ｓｂを算出するための補間式Ｆ１が求められる。

図４に示すように、システムコントローラ１１４では、まず、黒レベル取得部１３１により、あるゲイン条件Ｇ１で、ＯＰＢ領域での黒レベルＳｂ１が取得され、ゲイン条件Ｇ１および黒レベルＳｂ１が黒レベル情報としてメモリ１１９に記憶される（Ｓ１１）。

次に、ゲイン条件がゲイン条件Ｇ２（Ｇ１＜Ｇ２）に設定され、同様に、ＯＰＢ領域での黒レベルＳｂ２が取得され、ゲイン条件Ｇ２および黒レベルＳｂ２が黒レベル情報としてメモリ１１９に記憶される（Ｓ１２）。また、ゲイン条件がゲイン条件Ｇ３（Ｇ２＜Ｇ３）に設定され、ＯＰＢ領域での黒レベルＳｂ３が取得され、ゲイン条件Ｇ３および黒レベルＳｂ３が黒レベル情報としてメモリ１１９に記憶されてもよい（Ｓ１３）。

次に、メモリ１１９に記憶されたゲイン条件Ｇ１〜Ｇ３および黒レベルＳｂ１〜Ｓｂ３を用いて、所定のゲイン条件での黒レベル補正量Ｓｂを算出するための補間式Ｆ１が求められ、補間式Ｆ１のパラメータが黒レベル情報の一部としてメモリ１１９に記憶される（Ｓ１４）。以上で、黒レベル情報の設定処理が終了する。

図５は、前述した取得方法により求められた黒レベル補正量Ｓｂを算出するための補間式Ｆ１を示す説明図である。

図５に示す例では、ゲイン条件の範囲Ｇ１〜Ｇ２での線形補間式Ｆ１がＳｂ＝ａＧ＋ｂ、ゲイン条件の範囲Ｇ２〜Ｇ３での線形補間式Ｆ１がＳｂ＝ｃＧ＋ｄとして各々に求められている。しかし、補間式Ｆ１は、線形補間式に限定されず、スプライン関数、ラグランジェ関数、ベジェ関数などによる曲線補間式として求められてもよい。

また、図５に示す例では、互いに異なる３つのゲイン条件Ｇ１〜Ｇ３での黒レベルＳｂ１〜Ｓｂ３に基づいて補間式Ｆ１が求められている。しかし、補間式Ｆ１は、互いに異なる２つ、または４つ以上のゲイン条件での黒レベルに基づいて求められてもよい。

通常動作時において、露光制御時にゲイン条件が変動した場合（Ｓ２１）に、システムコントローラ１１４では、まず、ゲイン条件取得部１３２により、変動したゲイン条件（適正ゲイン）Ｇ’が取得される（Ｓ２２）。次に、黒レベル情報処理部１３４により、取得されたゲイン条件Ｇ’、および黒レベル情報が補間値算出部１３５に出力される。次に、補間値算出部１３５により、予め求められた補間式Ｆ１、および変動したゲイン条件Ｇ’に基づいて、ゲイン条件での黒レベル補正量Ｓｂが算出される（Ｓ２３）。

次に、システムコントローラ１１４では、算出された黒レベル補正量Ｓｂがクランプ処理部１２１に出力される。そして、クランプ処理部１２１では、映像信号から黒レベル補正量Ｓｂを減算することで、映像信号が適切に補正され、有効画素領域の中央部での黒レベルＳｂｏｐｔを基準とする映像信号が出力される。

また、通常動作時において、例えば、撮像素子１０４の経年劣化、映像品質の劣化、環境温度などの条件の変化に応じて、リセットが必要であると判断された場合（Ｓ２４）に、ユーザー操作またはカメラの自動制御により、黒レベル情報がリセットされる（Ｓ２５）。そして、黒レベル情報がリセットされると、前述した黒レベル情報の設定処理が再び行われる。

以上説明したように、本実施形態に係る撮像装置によれば、撮像素子１０４上のＯＰＢ領域において互いに異なるゲイン条件Ｇ１、Ｇ２、…で事前に検出された黒レベルＳｂ１、Ｓｂ２、…から、所定のゲイン条件Ｇ’での黒レベル補正量Ｓｂが補間により算出される。そして、算出された黒レベル補正量Ｓｂに基づいて、新たに読み出された映像信号の黒レベルが補正される。これにより、露光制御時に光学的黒レベルを取得することなしに、ゲイン条件の変動に応じて黒レベルを適切に補正することができる。また、設定ゲイン毎の黒レベルを記憶することなしに、ゲイン条件の変動に応じて黒レベルを適切に補正することができる。さらに、ゲイン条件が微妙に変動した場合でも、所定のゲイン条件Ｇ’での黒レベル補正量Ｓｂを精度良く算出することができる。なお、コンピュータに上記機能を実現するためのコンピュータプログラムを組み込むことで、コンピュータを上記撮像装置として機能させることが可能である。

（第２の実施形態）
つぎに、本発明の第２の実施形態に係る撮像装置について説明する。

（撮像装置の機能構成）
本実施形態に係る撮像装置は、第１の実施形態に係る撮像装置と同様な機能構成を有する。よって、以下では、第１の実施形態に係る撮像装置と同様な機能構成についての詳細な説明は省略する。

黒レベル取得部１３１は、互いに異なる少なくとも２つのゲイン条件Ｇ１、Ｇ２、…で、ＯＰＢ領域で検出された黒レベルＳｂ１１、Ｓｂ２１、…と、有効画素領域で検出された黒レベルＳｂ１２、Ｓｂ２２、…とを取得する。

黒レベル情報処理部１３４は、黒レベルＳｂ１１、Ｓｂ１２、Ｓｂ２１、Ｓｂ２２、…が取得されると、取得された黒レベル情報をメモリ１１９に書込む。そして、ＯＰＢ領域で検出された黒レベルＳｂ１１、Ｓｂ２１、…を用いて、所定のゲイン条件での黒レベル補正量Ｓｂを、黒レベル情報から補間により算出するための補間式Ｆ１を求めて、補間式Ｆ１のパラメータを黒レベル情報の一部としてメモリ１１９に書込む。また、各ゲイン条件Ｇ１、Ｇ２、…でＯＰＢ領域と有効画素領域とで検出された黒レベルの差ΔＳｂ１（＝Ｓｂ１２−Ｓｂ１１）、ΔＳｂ２（＝Ｓｂ２２−Ｓｂ２１）、…を算出し、所定のゲイン条件での黒レベル差補正量ΔＳｂを、黒レベル情報から補間により算出するための補間式Ｆ２を求めて、補間式Ｆ２のパラメータを黒レベル情報の一部としてメモリ１１９に書込む。露光制御時のゲイン条件（適正ゲイン）Ｇ’が取得されると、取得されたゲイン条件Ｇ’と、メモリ１１９から読出した黒レベル情報とを、補間値算出部１３５に出力する。

補間値算出部１３５は、黒レベル情報処理部１３４からゲイン条件Ｇ’および黒レベル情報を入力され、予め求められた補間式Ｆ１を用いて、ゲイン条件Ｇ’での黒レベル補正量Ｓｂを算出する。さらに、補間値算出部１３５は、予め求められた補間式Ｆ２を用いて、ゲイン条件Ｇ’での黒レベル差補正量ΔＳｂを算出する。

なお、有効画素領域での黒レベルは、有効画素領域の中央部で検出されることが好ましい。これは、有効画素領域の中央部が再生映像の中央部に相当し、また、一般に黒レベル差が顕著となり、かつ、視認され易くなるので、優先的に補正を行うことが好ましいためである。

クランプ処理回路１２０に含まれるクランプ処理部１２１は、補間値算出部１３５により算出された黒レベル補正量Ｓｂおよび黒レベル差補正量ΔＳｂに基づいて、通常のクランプ処理を行うことで、映像信号の黒レベルを適切に補正する。

（撮像装置の動作方法）
つぎに、本実施形態に係る撮像装置の動作方法について説明する。

図６は、本実施形態に係る光学的黒レベルの補正方法の手順を示すフロー図である。

システムコントローラ１１４では、例えば、カメラの製造時、出荷時などに、黒レベル情報の設定処理が行われる。黒レベル情報の設定処理では、黒レベル情報が取得され、黒レベル補正量Ｓｂおよび黒レベル差補正量ΔＳｂを算出するための補間式Ｆ１、Ｆ２が求められる。

図６に示すように、システムコントローラ１１４では、まず、光学系駆動回路１１６が制御されて絞り１０２が閉じられ、撮像素子１０４上の有効画素領域が遮光される（ステップＳ３１）。そして、絞りが閉じられた状態で、黒レベル取得部１３１により、あるゲイン条件Ｇ１で、ＯＰＢ領域および有効画素領域での黒レベルＳｂ１１、Ｓｂ１２が各々に取得され、ゲイン条件Ｇ１および黒レベルＳｂ１１、Ｓｂ１２が黒レベル情報としてメモリ１１９に記憶される（Ｓ３２）。

次に、ゲイン条件がゲイン条件Ｇ２（Ｇ１＜Ｇ２）に設定され、同様に、ＯＰＢ領域および有効画素領域での黒レベルＳｂ２１、Ｓｂ２２が各々に取得され、ゲイン条件Ｇ２および黒レベルＳｂ２１、Ｓｂ２２が黒レベル情報としてメモリ１１９に記憶される（Ｓ３３）。また、ゲイン条件がゲイン条件Ｇ３（Ｇ２＜Ｇ３）に設定され、ＯＰＢ領域および有効画素領域での黒レベルＳｂ３１、Ｓｂ３２が各々に取得され、ゲイン条件Ｇ３および黒レベルＳｂ３１、Ｓｂ３２が黒レベル情報としてメモリ１１９に記憶されてもよい（Ｓ３４）。

次に、メモリ１１９に記憶されたゲイン条件Ｇ１〜Ｇ３および黒レベルＳｂ１１、Ｓｂ１２、Ｓｂ２１、Ｓｂ２２、Ｓｂ３１、Ｓｂ３２を用いて、所定のゲイン条件での黒レベル補正量Ｓｂおよび黒レベル差補正量ΔＳｂを算出するための補間式Ｆ１、Ｆ２が求められる（Ｓ３５、Ｓ３６）。

図７は、前述した取得方法により求められた黒レベル差補正量ΔＳｂを算出するための補間式Ｆ２を示す説明図である。なお、黒レベル補正量Ｓｂを算出するための補間式Ｆ１については、第１の実施形態と同様にして求められるので、重複する説明を省略する。

図７に示す例では、ゲイン条件の範囲Ｇ１〜Ｇ２での線形補間式Ｆ２がΔＳｂ＝ｅＧ＋ｆ、ゲイン条件の範囲Ｇ２〜Ｇ３での線形補間式Ｆ２がΔＳｂ＝ｇＧ＋ｈとして各々に求められている。しかし、補間式Ｆ２は、線形補間式に限定されず、曲線補間式として求められてもよい。また、補間式Ｆ２は、互いに異なる３つのゲイン条件Ｇ１〜Ｇ３での黒レベル差ΔＳｂ１〜ΔＳｂ３の代わりに、互いに異なる２つ、または４つ以上のゲイン条件での黒レベル差に基づいて求められてもよい。

通常動作時において、露光制御時にゲイン条件が変動した場合（Ｓ４１）に、システムコントローラ１１４では、まず、変動したゲイン条件（適正ゲイン）Ｇ’が取得される（Ｓ４２）。次に、取得されたゲイン条件Ｇ’、および黒レベル情報が補間値算出部１３５に出力される。次に、予め求められた補間式Ｆ１、Ｆ２、および変動したゲイン条件Ｇ’に基づいて、ゲイン条件での黒レベル補正量Ｓｂおよび黒レベル補正量ΔＳｂが算出される（Ｓ４３、Ｓ４４）。

図８は、算出された黒レベル補正量Ｓｂおよび黒レベル差補正量ΔＳｂを用いて映像信号を補正する方法を示す説明図である。

図８に示すように、システムコントローラ１１４では、黒レベル補正量Ｓｂと黒レベル差補正量ΔＳｂとの合計値がクランプ処理部１２１に出力される。そして、クランプ処理部１２１では、映像信号から合計値を減算することで、映像信号が適切に補正され、有効画素領域の中央部での黒レベルＳｂｏｐｔを基準とする映像信号が出力される。

また、通常動作時において、リセットが必要であると判断された場合（Ｓ４５）に、黒レベル情報がリセットされる（Ｓ４６）。そして、黒レベル情報がリセットされると、前述した黒レベル情報の設定処理が再び行われる。

以上説明したように、本実施形態に係る撮像装置によれば、互いに異なるゲイン条件で事前に算出された黒レベル差ΔＳｂ１、ΔＳｂ２、…から、所定のゲイン条件Ｇ’での黒レベル差補正量ΔＳｂが補間により算出される。そして、算出された黒レベル差補正量ΔＳｂに基づいて、新たに読み出された映像信号の黒レベルが補正される。これにより、有効画素領域とＯＰＢ領域との間で生じる黒レベル差に拘らずに、ゲイン条件の変動に応じて黒レベルを適切に補正することができる。なお、コンピュータに上記機能を実現するためのコンピュータプログラムを組み込むことで、コンピュータを上記撮像装置として機能させることが可能である。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明が適用される一般的な撮像装置の機能構成を例示するブロック図である。 撮像素子上の黒レベルの分布状況を示す説明図である。 本発明の実施形態に係る撮像装置の機能構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る光学的黒レベルの補正方法の手順を示すフロー図である。 黒レベル補正量を算出するための補間式を示す説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る光学的黒レベルの補正方法の手順を示すフロー図である。 黒レベル差補正量を算出するための補間式を示す説明図である。 黒レベル補正量および黒レベル差補正量を用いて映像信号を補正する方法を示す説明図である。

符号の説明

１２０ クランプ処理回路（信号処理部）
１２１ クランプ処理部
１３０ クランプ処理ブロック
１３１ 黒レベル取得部
１３２ ゲイン条件取得部
１３３ リセット指令取得部
１３４ 黒レベル情報処理部
１３５ 補間値算出部

Claims (9)

1. 被写体の光学像を電気信号に変換する撮像素子と、前記撮像素子からの電気信号をゲインで増幅する増幅部と、前記撮像素子上の所定の領域での電気信号から黒レベルを検出する黒レベル検出部と、検出された黒レベルに基づいて映像の黒レベルを補正する信号処理部と、を備え、
   前記信号処理部は、前記撮像素子上の光学的黒領域において互いに異なるゲイン条件で事前に検出された黒レベルから、補間により算出された所定のゲイン条件での黒レベル補正量に基づいて、新たに読み出された映像信号の黒レベルを補正することを特徴とする、撮像装置。
2. 前記信号処理部は、さらに、前記撮像素子上の前記光学的黒領域と有効画素領域とで検出された黒レベルの差であって、互いに異なるゲイン条件で事前に検出された黒レベル差から、補間により算出された所定のゲイン条件での黒レベル差補正量に基づいて、新たに読み出された映像信号の黒レベルを補正することを特徴とする、請求項１に記載の撮像装置。
3. 黒レベル情報として記憶されている、互いに異なるゲイン条件および互いに異なるゲイン条件で検出された黒レベルを、リセットするためのリセット指令を取得するリセット指令取得部をさらに備えたことを特徴とする、請求項１に記載の撮像装置。
4. 前記黒レベル情報のリセットが必要と判断された場合に、前記黒レベル情報が自動的にリセットされることを特徴とする、請求項３に記載の撮像装置。
5. 前記撮像素子上の前記光学的黒領域の中央部と前記有効画素領域とで検出された黒レベルの差が算出されることを特徴とする、請求項２に記載の撮像装置。
6. 被写体の光学像を電気信号に変換する撮像素子と、前記撮像素子からの電気信号をゲインで増幅する増幅部と、前記撮像素子上の所定の領域での電気信号から黒レベルを検出する黒レベル検出部と、検出された黒レベルに基づいて映像の黒レベルを補正する信号処理部と、を備える撮像装置に適用可能な光学的黒レベルの補正方法において、
   前記撮像素子上の光学的黒領域において互いに異なるゲイン条件で事前に検出された黒レベルから、所定のゲイン条件での黒レベル補正量を補間により算出する黒レベル補正量算出ステップと、
   算出された前記黒レベル補正量に基づいて、新たに読み出された映像信号の黒レベルを補正する黒レベル補正ステップと、
   を含むことを特徴とする、光学的黒レベルの補正方法。
7. 前記撮像素子上の前記光学的黒領域と有効画素領域とで検出された黒レベルの差であって、互いに異なるゲイン条件で事前に検出された黒レベル差から、所定のゲイン条件での黒レベル差補正量を補間により算出する黒レベル差補正量算出ステップと、
   算出された前記黒レベル差補正量に基づいて、新たに読み出された映像信号の黒レベルを補正する黒レベル差補正ステップと、
   をさらに含むことを特徴とする、請求項６に記載の光学的黒レベルの補正方法。
8. 被写体の光学像を電気信号に変換する撮像素子と、前記撮像素子からの電気信号をゲインで増幅する増幅部と、前記撮像素子上の所定の領域での電気信号から黒レベルを検出する黒レベル検出部と、検出された黒レベルに基づいて映像の黒レベルを補正する信号処理部と、を備える撮像装置に適用可能な光学的黒レベルの補正処理をコンピュータ上で実行するようにコンピュータ読取可能に記述されたプログラムであって、前記コンピュータを、
   前記撮像素子上の光学的黒領域において互いに異なるゲイン条件で事前に検出された黒レベルから、所定のゲイン条件での黒レベル補正量を補間により算出する黒レベル補正量算出手段、
   算出された前記黒レベル補正量に基づいて、新たに読み出された映像信号の黒レベルを補正する黒レベル補正手段、
   として機能させるためのプログラム。
9. 前記コンピュータを、さらに、
   前記撮像素子上の前記光学的黒領域と有効画素領域とで検出された黒レベルの差であって、互いに異なるゲイン条件で事前に検出された黒レベル差から、所定のゲイン条件での黒レベル差補正量を補間により算出する黒レベル差補正量算出手段、
   算出された前記黒レベル差補正量に基づいて、新たに読み出された映像信号の黒レベルを補正する黒レベル差補正手段、
   として機能させることを特徴とする、請求項８に記載のプログラム。

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