JP2010011161A - Image capturing apparatus and image sensor temperature measuring method - Google Patents

Image capturing apparatus and image sensor temperature measuring method Download PDF

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JP2010011161A JP2008169003A JP2008169003A JP2010011161A JP 2010011161 A JP2010011161 A JP 2010011161A JP 2008169003 A JP2008169003 A JP 2008169003A JP 2008169003 A JP2008169003 A JP 2008169003A JP 2010011161 A JP2010011161 A JP 2010011161A
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Hidetoshi Umeda
英敏 梅田
Kenji Odagiri
賢次 小田切
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an image capturing apparatus and an image sensor temperature measuring method which accurately obtain an internal temperature of an image sensor itself, prevent image quality from being reduced, and optimize image processing for image quality improvement. <P>SOLUTION: The image capturing apparatus 10 includes an image sensor 12 and an image processing section 15. The image processing section 15 includes: an area selection section 151 which selects a predetermined area for detecting a dark current output from an imaging plane of the image sensor; a dark current detection section 152 for detecting the dark current output from an output signal of the selected predetermined area; a singular pixel extraction section 153 for extracting a singular output pixel signal from the output signal of the selected predetermined area; and a processing section 154 for calculating a variance value by canceling the singular pixel signal component extracted from the detected dark current, and for obtaining a temperature of the image sensor from the calculated variance value of the dark current. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、CCDやCMOSセンサ等の撮像素子により画像を生成する撮像装置および撮像素子測温方法に関するものである。   The present invention relates to an imaging apparatus and an imaging element temperature measuring method for generating an image by an imaging element such as a CCD or a CMOS sensor.

近年急峻に発展を遂げている情報のデジタル化に相俟って映像分野においてもその対応が著しい。
特に、デジタルカメラに象徴されるように撮像面はフィルムに変わって固体撮像素子であるCCD(Charge Coupled Device),CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)センサが使用されているのが大半である。
In response to the digitization of information, which has been rapidly developing in recent years, the response in the video field is also remarkable.
In particular, as symbolized by a digital camera, the imaging surface is changed to a film, and a CCD (Charge Coupled Device) or CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) sensor, which is a solid-state imaging device, is used in most cases.

被写体像を電気信号に光電変換する撮像素子は、本来被写体からの反射光を受光して生成された電荷に基づき電気信号を発生するが、実際に光を受光していないにもかかわらず電荷が生成されてしまう。   An image sensor that photoelectrically converts a subject image into an electrical signal generates an electrical signal based on the charge that was originally generated by receiving reflected light from the subject, but the charge is not actually received. Will be generated.

このような電荷は暗電流と呼ばれる。暗電流の大きさは、撮像蓄積時間だけでなく撮像素子自身の温度に依存する。
特に、温度に関しては8から10°Cの上昇で2倍に増加すると言われており、何らかの手法で処理を施さないと高温下の画質は暗電流が増加することにより、S/N比の低下やダイナミックレンジの低下を招く。
Such a charge is called dark current. The magnitude of the dark current depends not only on the imaging accumulation time but also on the temperature of the imaging device itself.
In particular, the temperature is said to increase by a factor of 2 from 8 to 10 ° C. If the image is not processed by any method, the image quality under high temperature will increase the dark current, resulting in a decrease in the S / N ratio. Or a decrease in dynamic range.

そのため、撮像装置は、暗電流の影響を除き、望ましい撮像画像を得るために撮像素子の動作環境温度を的確に把握することが必要となっている。   Therefore, it is necessary for the imaging apparatus to accurately grasp the operating environment temperature of the imaging element in order to obtain a desired captured image, excluding the influence of dark current.

撮像素子の温度を測定する手段として、撮像素子の周辺の温度を検出することができる温度センサを備えることにより撮像素子の環境温度を測定する技術が知られている。   As means for measuring the temperature of the image sensor, a technique for measuring the ambient temperature of the image sensor by providing a temperature sensor capable of detecting the temperature around the image sensor is known.

また、特許文献1には、撮像素子の画素欠陥の個数を求め、撮像装置に設けられている、あらかじめ求めておいた欠陥画素の個数と温度との関係テーブルから撮像素子自身の内部温度を算出する方法が開示されている。   In Patent Document 1, the number of pixel defects of the image sensor is obtained, and the internal temperature of the image sensor itself is calculated from a relationship table between the number of defective pixels obtained in advance and the temperature provided in the image pickup apparatus. A method is disclosed.

特許文献2には、暗電流の標準温度または平均値を算出して、暗電流値と撮像素子の温度との関係を温度テーブルを用いて照らし合わせ、撮像素子自身の内部温度を算出する方法が開示されている。
特開2006−121292号公報 特開2007−201735号公報
Patent Document 2 discloses a method of calculating a standard temperature or an average value of dark current, comparing the relationship between the dark current value and the temperature of the image sensor using a temperature table, and calculating the internal temperature of the image sensor itself. It is disclosed.
JP 2006-121292 A JP 2007-201735 A

しかしながら、外部の測温手段では、撮像素子自身の温度を測定することできないために的確に必要とする撮像素子の温度を測定できないことになる。   However, since the external temperature measuring means cannot measure the temperature of the image sensor itself, it cannot accurately measure the temperature of the image sensor that is necessary.

一方、特許文献1においては、撮像装置に備えられているテーブルにより撮像素子自身の内部温度を画素欠陥の個数よりを求めるように考えられている。
しかしこれでは、撮像素子の個々の画素には感度ばらつきがあることや、宇宙線により新たに画素欠陥が発生してしまう後発的な画素欠陥の個数に対しては考慮することができないことになる。
したがって、特許文献1の技術では、撮像装置の画質の低下を防ぎ、画質向上するための画像処理に必要とされる撮像素子自身の内部温度を的確に求めることができないという不利益がある。
On the other hand, in Patent Document 1, it is considered that the internal temperature of the image pickup device itself is obtained from the number of pixel defects using a table provided in the image pickup apparatus.
However, in this case, it is impossible to consider the sensitivity variation among the individual pixels of the image sensor and the number of pixel defects that are newly generated due to cosmic rays. .
Therefore, the technique of Patent Document 1 has a disadvantage that the internal temperature of the image sensor itself required for image processing for preventing image quality deterioration of the image capturing apparatus and improving the image quality cannot be obtained accurately.

また、特許文献2における撮像画素からの暗電流の標準偏差または平均値に基づいて撮像素子の内部温度を推定算出することでは、固定パターンノイズや不完全な画素欠陥などの特異出力画素信号の影響を受け、適正な暗電流値を算出できないことになる。
その結果、特許文献2の技術では、撮像素子自身の内部温度との相関が取れず、撮像装置の画質の低下を防ぎ、画質向上するための画像処理に必要とされる撮像素子自身の内部温度を的確に求めることができないという不利益がある。
Further, by estimating and calculating the internal temperature of the image sensor based on the standard deviation or average value of the dark current from the image pickup pixel in Patent Document 2, the influence of a specific output pixel signal such as fixed pattern noise or incomplete pixel defects is obtained. Accordingly, an appropriate dark current value cannot be calculated.
As a result, in the technique of Patent Document 2, the internal temperature of the image pickup device itself is not correlated with the internal temperature of the image pickup device itself, which prevents image quality deterioration of the image pickup apparatus and is required for image processing to improve image quality. There is a disadvantage that it cannot be accurately determined.

本発明は、撮像素子自身の内部温度を的確に求めることができ、画質の低下を防ぐことができ、画質向上するための画像処理を最適化することが可能な撮像装置および撮像素子測温方法を提供することにある。   The present invention can accurately determine the internal temperature of an image sensor itself, can prevent deterioration in image quality, and can optimize image processing for improving image quality, and an image sensor temperature measurement method Is to provide.

本発明の第1の観点の撮像装置は、撮像素子と、前記撮像素子の画素領域から暗電流出力を検出するための所定領域を選択する選択部と、前記選択された所定領域の出力信号から暗電流出力を検出する検出部と、前記選択された所定領域の出力信号から特異出力画素信号を抽出する抽出部と、前記検出された暗電流から前記抽出された特異画素信号分を除去して分散値を算出し、当該算出した暗電流の分散値から前記撮像素子の温度を得る処理部とを有する。   An imaging device according to a first aspect of the present invention includes an imaging device, a selection unit that selects a predetermined region for detecting a dark current output from a pixel region of the imaging device, and an output signal of the selected predetermined region A detection unit for detecting a dark current output; an extraction unit for extracting a specific output pixel signal from the output signal of the selected predetermined region; and removing the extracted specific pixel signal from the detected dark current. A processing unit that calculates a dispersion value and obtains the temperature of the image sensor from the calculated dispersion value of the dark current.

好適には、前記選択された所定領域は、前記撮像素子の光学的遮光部分を含む。   Preferably, the selected predetermined area includes an optical light shielding portion of the image sensor.

好適には、前記選択された所定領域は、前記撮像素子の有効撮像領域において、所定時間以上の蓄積時間で画像出力レベルが所定値以下となる領域を含む。   Preferably, the selected predetermined area includes an area in which an image output level is equal to or lower than a predetermined value in an effective imaging area of the imaging device with an accumulation time equal to or longer than a predetermined time.

好適には、前記処理部は、前記暗電流の分散値を、連続するフレーム毎に算出し、前記撮像素子と被写体との相対速度に応じて用いるフレーム数を変化させて換算平均を行う。   Preferably, the processing unit calculates the variance value of the dark current for each successive frame, and performs a conversion average by changing the number of frames used according to the relative speed between the image sensor and the subject.

好適には、前記処理部の温度検出結果に応じて画像処理の制御を行う測温機能部を有する。   Preferably, a temperature measurement function unit that controls image processing according to a temperature detection result of the processing unit is provided.

本発明の第2の観点の撮像素子測温方法は、撮像素子の画素領域から暗電流出力を検出するための所定領域を選択するステップと、前記選択された所定領域の出力信号から暗電流出力を検出するステップと、前記選択された所定領域の出力信号から特異出力画素信号を抽出するステップと、前記検出された暗電流から前記抽出された特異画素信号分を除去して分散値を算出するステップと、前記算出された暗電流の分散値から前記撮像素子の温度を得るステップとを有する。   An image sensor temperature measuring method according to a second aspect of the present invention includes a step of selecting a predetermined area for detecting a dark current output from a pixel area of the image sensor, and a dark current output from an output signal of the selected predetermined area. Detecting a singular output pixel signal from the output signal of the selected predetermined region, and calculating a variance value by removing the extracted singular pixel signal from the detected dark current And obtaining the temperature of the image sensor from the calculated dispersion value of the dark current.

本発明によれば、撮像素子自身の内部温度を的確に求めることができ、画質の低下を防ぐことができ、画質向上するための画像処理を最適化することができる。   According to the present invention, the internal temperature of the image sensor itself can be accurately obtained, deterioration of image quality can be prevented, and image processing for improving image quality can be optimized.

以下、本発明の実施形態を図面に関連付けて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の実施形態に係る撮像装置の構成例を示すブロック図である。   FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of an imaging apparatus according to an embodiment of the present invention.

本実施形態の撮像装置10は、図1に示すように、光学系11、撮像素子12、アナログフロントエンド部(AFE)13、アナログ・デジタル変換部(ADC)14、画像処理部15、および画像表示部16を有する。   As illustrated in FIG. 1, the imaging apparatus 10 according to the present embodiment includes an optical system 11, an imaging element 12, an analog front end unit (AFE) 13, an analog / digital conversion unit (ADC) 14, an image processing unit 15, and an image. A display unit 16 is included.

光学系11は、撮影した被写体OBJの像を撮像素子12の受光面に結像する。   The optical system 11 forms an image of the photographed subject OBJ on the light receiving surface of the image sensor 12.

撮像素子12は、CCDやCMOSセンサにより形成される。
図2は、撮像素子12の画像アレイ部の一例を示す図である。
撮像素子12は、図2に示すように、画素がアレイ状に配列された画素アレイ部120を有する。
そして、画素アレイ部120は、中央部の有効画素領域121と周辺部の光学的に遮光された遮光画素領域122を含む。
撮像素子12には、一般的に有効画素領域121と遮光画素領域122が存在する。有効画素領域121では被写体の像が結像される領域であり、遮光画素領域122は、画素出力の基準とするために光学的に遮光を行っている領域となる。
The image sensor 12 is formed by a CCD or CMOS sensor.
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the image array unit of the image sensor 12.
As shown in FIG. 2, the imaging device 12 includes a pixel array unit 120 in which pixels are arranged in an array.
The pixel array unit 120 includes a central effective pixel region 121 and a peripheral light-shielded pixel region 122.
The image sensor 12 generally has an effective pixel region 121 and a light-shielded pixel region 122. The effective pixel area 121 is an area where an image of a subject is formed, and the light-shielded pixel area 122 is an area that is optically shielded to serve as a reference for pixel output.

撮像素子12は、光学系11で取り込んだ被写体像を光電変換して画像信号としてAFE13に出力する。
具体的には、撮像素子12は、図示しない撮像素子駆動タイミング制御回路にて、所定の撮像蓄積および読出し時間等が制御されることにより画像信号を得る。
The image sensor 12 photoelectrically converts the subject image captured by the optical system 11 and outputs it to the AFE 13 as an image signal.
Specifically, the image sensor 12 obtains an image signal by controlling a predetermined imaging accumulation and reading time by an image sensor driving timing control circuit (not shown).

AFE13は、撮像素子12による画像信号を受けて、撮像素子のリセットノイズ等の除去処理および所定の増幅処理を行い、処理後の画像信号をADC14に出力する。   The AFE 13 receives the image signal from the image sensor 12, performs a reset noise removal process and a predetermined amplification process on the image sensor, and outputs the processed image signal to the ADC 14.

ADC14は、AFE13によるアナログ画像信号をデジタル信号に変換して画像処理部15に出力する。   The ADC 14 converts the analog image signal from the AFE 13 into a digital signal and outputs the digital signal to the image processing unit 15.

画像処理部15は、ADC14によるデジタル画像信号を受けて、所定の画像処理、具体的にはカラー補間、ホワイトバランス、YCbCr変換処理、圧縮、ファイリング等の処理を行い、画像表示部16への画像表示や図示しないメモリへの記録を行う。   The image processing unit 15 receives the digital image signal from the ADC 14, performs predetermined image processing, specifically color interpolation, white balance, YCbCr conversion processing, compression, filing, and the like, and outputs an image to the image display unit 16. Display or record to a memory (not shown).

画像処理部15は、撮像素子12の温度測定機能部(測温機能部)を有する。
画像処理部15の測温機能部は、画像信号から暗電流を検出するための領域を選択し、選択した領域の画像信号から暗電流値を検出し、検出した暗電流値に対し特異画素信号部を除去してその分散値を求め、算出した暗電流の分散値から撮像素子12の温度を得る。
The image processing unit 15 includes a temperature measurement function unit (temperature measurement function unit) of the image sensor 12.
The temperature measuring function unit of the image processing unit 15 selects a region for detecting a dark current from the image signal, detects a dark current value from the image signal in the selected region, and detects a specific pixel signal for the detected dark current value. The dispersion value is obtained by removing the portion, and the temperature of the image sensor 12 is obtained from the calculated dispersion value of the dark current.

測温機能部は、所定温度テーブル等との相関により得た撮像素子の環境温度に対し、所定基準値と比較して、撮像前処理部の構成である撮像素子12またはAFE13またはADC14または撮像後処理部である画像処理部15に対し、暗電流による画像低下を防ぎ、画質向上させるために黒レベル設定や黒レベルオフセット補正やノイズ低減のための制御処理を行う。   The temperature measuring function unit compares the environmental temperature of the image sensor obtained by correlation with a predetermined temperature table or the like with a predetermined reference value, and the image sensor 12 or the AFE 13 or ADC 14 or the post-imaging that is the configuration of the imaging pre-processing unit. Control processing for black level setting, black level offset correction, and noise reduction is performed on the image processing unit 15 as a processing unit in order to prevent image degradation due to dark current and improve image quality.

画像処理部15は、以上の測温機能部の処理により、撮像素子12の測温を正確に行うことが可能となり、これにより測温された結果の温度により撮像装置の処理システムを停止させたり、システムを復帰させたりすることも可能に構成される。
たとえば、撮像素子の測温を正確に正しく行うことで高温になりすぎて画質が確保されない場合は、あらかじめシステムを停止し、再び画質が確保できる温度になった場合は、いち早くシステムを稼動することで、無駄のない画像処理システムを構築することができる。
The image processing unit 15 can accurately measure the temperature of the image sensor 12 by the above-described processing of the temperature measuring function unit, and the processing system of the imaging apparatus can be stopped by the temperature measured as a result. It is also possible to restore the system.
For example, if the temperature of the image sensor is measured correctly and the temperature becomes too high to ensure image quality, stop the system in advance, and if the temperature reaches a level that can ensure image quality again, start the system as soon as possible. Therefore, a lean image processing system can be constructed.

図3は、本実施形態の画像処理部15の測温機能部の構成例を示す図である。   FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of the temperature measuring function unit of the image processing unit 15 of the present embodiment.

測温機能部150は、図3に示すように、領域選択部151、暗電流検出部152、特異画素抽出部153、および処理部154を有する。   As shown in FIG. 3, the temperature measurement function unit 150 includes a region selection unit 151, a dark current detection unit 152, a singular pixel extraction unit 153, and a processing unit 154.

領域選択部151は、撮像素子12の撮像面から暗電流出力を検出するための所定領域を選択し、選択した画素領域に相当する画像信号を暗電流検出部152および特異画素抽出部153に供給する。   The region selection unit 151 selects a predetermined region for detecting dark current output from the imaging surface of the image sensor 12 and supplies an image signal corresponding to the selected pixel region to the dark current detection unit 152 and the specific pixel extraction unit 153. To do.

図4(A),(B)は、領域選択部による選択領域の具体例を示す図である。
領域選択部151は、図4(A)に示すように、撮像素子12の光学的遮光部分である遮光画素領域122の所定領域を選択領域1221として選択する。
あるいは、領域選択部151は、図4(B)に示すように、撮像素子12の有効画素領域121において、所定時間以上の蓄積時間で画像出力レベルがある一定のレベルが確保されて、かつ所定値以下となる領域を選択領域1211として選択する。
FIGS. 4A and 4B are diagrams illustrating specific examples of the selection region by the region selection unit.
As illustrated in FIG. 4A, the region selection unit 151 selects a predetermined region of the light-shielded pixel region 122 that is an optical light-shielding portion of the image sensor 12 as the selection region 1221.
Alternatively, as illustrated in FIG. 4B, the region selection unit 151 ensures that a certain level of image output level is secured in the effective pixel region 121 of the image sensor 12 with an accumulation time equal to or longer than a predetermined time, and a predetermined level. An area that is equal to or smaller than the value is selected as the selection area 1211.

撮像素子12は、前述したように、2次元的に配列された画素のうち、光学的に遮光された遮光画素領域122と、光学系を介して取り込まれた像を受けて光電変換する有効画素領域121とを有する。
有効画素領域122で温度検出を行う場合、遮光領域を抽出する処理がないため、通常処理アルゴリズムの中で温度検出ができる。
ただし、被写体によっては、高輝度被写体などの領域で検出する際には、正しい分散値が検出できないことが考えられる。
そのため、温度検出を選択する領域を決定させるには、安定した分散値が必要となる。画像信号のレベルが高いと飽和する画素が存在するため、温度検出のための分散値を求めることができないおそれがある。この場合は、遮光画素領域122を選択する方が好ましい。
As described above, the image sensor 12 is a pixel that is optically shielded among the two-dimensionally arranged pixels, and an effective pixel that receives and photoelectrically converts an image captured via the optical system. And a region 121.
When temperature detection is performed in the effective pixel region 122, temperature detection can be performed in the normal processing algorithm because there is no processing for extracting the light shielding region.
However, depending on the subject, it is conceivable that a correct dispersion value cannot be detected when detecting in a region such as a high-luminance subject.
Therefore, a stable dispersion value is required to determine a region for selecting temperature detection. If the level of the image signal is high, there are pixels that saturate, so there is a possibility that the dispersion value for temperature detection cannot be obtained. In this case, it is preferable to select the light-shielded pixel region 122.

また、安定した分散値とするためには、ある一定以上の露出時間が必要となる。露出時間が短いと分散値が極端に少なくなり温度検出が正しく行われないおそれがある。この場合は、有効画素領域121を選択する方が好ましい。   Further, in order to obtain a stable dispersion value, an exposure time longer than a certain value is required. If the exposure time is short, the dispersion value becomes extremely small, and temperature detection may not be performed correctly. In this case, it is preferable to select the effective pixel region 121.

暗電流検出部152は、領域選択部151で選択された所定領域の出力信号から暗電流出力を検出し、その結果を処理部154に出力する。   The dark current detection unit 152 detects the dark current output from the output signal of the predetermined region selected by the region selection unit 151, and outputs the result to the processing unit 154.

特異画素抽出部153は、領域選択部151で選択された所定領域の出力信号から特異出力画素信号を抽出し、抽出した信号を処理部152に出力する。   The singular pixel extraction unit 153 extracts a singular output pixel signal from the output signal of the predetermined region selected by the region selection unit 151, and outputs the extracted signal to the processing unit 152.

処理部154は、暗電流検出部152で検出された暗電流から、特異画素抽出部153で抽出された特異画素信号分を除去して分散値を算出し、算出した暗電流の分散値から撮像素子12の温度を得る。   The processing unit 154 removes the singular pixel signal extracted by the singular pixel extraction unit 153 from the dark current detected by the dark current detection unit 152, calculates a variance value, and captures an image from the calculated variance value of the dark current. The temperature of the element 12 is obtained.

以下、暗電流出力、特異画素出力、分散値からの温度取得処理等についてより具体的に説明する。   Hereinafter, the dark current output, the singular pixel output, the temperature acquisition process from the dispersion value, and the like will be described more specifically.

図5は、本発明の実施形態に係る基本的な撮像素子測温方法おける暗電流の分散値算出処理のフローチャートである。   FIG. 5 is a flowchart of dark current dispersion value calculation processing in the basic image sensor temperature measuring method according to the embodiment of the present invention.

<ステップST1>
ステップST1では、図示しない撮像素子駆動制御タイミングの遮光画素読み出しタイミングにて領域選択部151が遮光部分領域122や有効撮像領域121内の暗電流検出対象領域を選択する。
<Step ST1>
In step ST <b> 1, the area selection unit 151 selects a dark current detection target area in the light-shielding partial area 122 or the effective imaging area 121 at a light-shielding pixel readout timing of an image sensor drive control timing (not shown).

<ステップST2>
次に、ステップST2では、暗電流検出部152が選択された領域の暗電流を検出する。そして、撮像素子12の環境温度変化は撮像フレームレートに比べ緩やかであるため、フィルタリングやたとえば数フレーム積分手法にて、特異画素抽出部153が固定パターンノイズや不完全な画素欠陥などの特異画素信号が出力する画素タイミングを認識する。
<Step ST2>
Next, in step ST2, the dark current detector 152 detects the dark current in the selected area. Since the environmental temperature change of the image sensor 12 is gentler than the imaging frame rate, the singular pixel extraction unit 153 performs singular pixel signals such as fixed pattern noise and imperfect pixel defects by filtering or, for example, several frame integration techniques. Recognizes the output pixel timing.

<ステップST3>
ステップST3では、処理部154が、特異画素が認識できた以降の順次出力される撮像素子12からの出力信号から、ステップST2にて特異画素信号として認識された画素出力信号のみをたとえばゲーティング等の手法にて取り除く。
<Step ST3>
In step ST3, the processing unit 154 performs, for example, gating only the pixel output signal recognized as the singular pixel signal in step ST2 from the output signal from the imaging element 12 that is sequentially output after the singular pixel can be recognized. Remove by the method of.

<ステップST4>
そして、ステップST4では、処理部154が、特異画素が除去された暗電流ノイズ画素信号に基づいて所定遮光部分領域画素の暗電流分散値を算出する。
<Step ST4>
In step ST4, the processing unit 154 calculates the dark current dispersion value of the predetermined light-shielding partial region pixel based on the dark current noise pixel signal from which the singular pixel is removed.

図6は、撮像素子の温度に対する暗電流出力の特性データを示す図である。図6は、常温から高温における暗電流値を示している。   FIG. 6 is a diagram illustrating characteristic data of dark current output with respect to the temperature of the image sensor. FIG. 6 shows dark current values from room temperature to high temperature.

図6に示すように、温度が高くなればなるほど暗電流出力は上がる傾向にある。   As shown in FIG. 6, the dark current output tends to increase as the temperature increases.

図7(A)および(B)は、特異画素出力について説明するための図である。   7A and 7B are diagrams for explaining the singular pixel output.

暗電流の正確な分散値を求めるためには、何らかの欠陥により異常な値を出力する画素からの特異画素出力を除外する必要がある。
図7(A)に示すように、撮像素子12の温度が低い場合は、暗電流出力と共に特異画素出力のレベルも小さい。
撮像素子12の温度が高い場合は、図7(B)に示すように、暗電流出力と共に特異画素出力のレベルも大きくなり、その影響は無視できないものとなる可能性が高くなる。
そこで、本実施形態においては、温度が高い状態であっても正常画素の出力が超えない程度の特異出力スレッショルドレベルVTHを設けて、このレベルVTHを超える画素出力を特異画素出力として除外する。
In order to obtain an accurate dispersion value of the dark current, it is necessary to exclude a singular pixel output from a pixel that outputs an abnormal value due to some defect.
As shown in FIG. 7A, when the temperature of the image sensor 12 is low, the level of the singular pixel output is small as well as the dark current output.
When the temperature of the image sensor 12 is high, as shown in FIG. 7B, the level of the singular pixel output is increased together with the dark current output, and there is a high possibility that the influence cannot be ignored.
Therefore, in the present embodiment, a singular output threshold level VTH that does not exceed the output of normal pixels even when the temperature is high is provided, and pixel outputs that exceed this level VTH are excluded as singular pixel outputs.

図8は、撮像素子の温度によって温電流の分散が異なってくることを概念的に示す図である。   FIG. 8 is a diagram conceptually showing that the dispersion of the warm current varies depending on the temperature of the image sensor.

図8は、横軸を各画素の出力値、縦軸を度数(画素の個数)としたヒストグラムを示し、常温時と高温時それぞれの画素出力値の分布状況を示している。
図8においては、説明の便宜上、常温時のグラフと高温時のグラフは横軸方向の位置を分布の中心値で合わせこんだ表し方となっている。
FIG. 8 shows a histogram in which the horizontal axis indicates the output value of each pixel and the vertical axis indicates the frequency (number of pixels), and shows the distribution state of the pixel output value at normal temperature and at high temperature.
In FIG. 8, for convenience of explanation, the graph at normal temperature and the graph at high temperature are expressed by combining the position in the horizontal axis direction with the center value of the distribution.

撮像素子12の温度が常温の状態においては、分布の中心付近における度数が高く、ばらつきが少ない縦長の形状の分布となっている。
これに比べて、撮像素子の温度が高き状態では、分布の中心付近における度数が低く、ばらつきが多い幅広の形状の分布となっている。
つまり、撮像素子12の温度が高いほど分散は大きく、逆に低いほど分散は小さいという特性がある。
したがって、この関係を用いることで暗電流出力の分散の値から撮像素子の温度を推定することが可能となる。
分散値を用いることで、平均値等を用いる場合に比べて、異常な出力の影響を受けにくくなるため、精度がよくかつ分解能の高い温度検出が可能となる。
When the temperature of the image sensor 12 is normal temperature, the distribution is a vertically long shape with high frequency near the center of the distribution and little variation.
Compared to this, when the temperature of the image sensor is high, the frequency is low near the center of the distribution, and the distribution has a wide shape with many variations.
That is, the dispersion is larger as the temperature of the image sensor 12 is higher, and the dispersion is smaller as it is lower.
Therefore, by using this relationship, it is possible to estimate the temperature of the image sensor from the value of the dispersion of the dark current output.
By using the dispersion value, it becomes less susceptible to the influence of an abnormal output as compared with the case of using an average value or the like, so that temperature detection with high accuracy and high resolution becomes possible.

図9は、ノイズ分散値と温度との関係を示す図である。   FIG. 9 is a diagram illustrating the relationship between the noise variance value and the temperature.

素子の個体差によりある幅をもっている。図9中の上下のラインにてその幅を示す。
しかしながら、各素子でのノイズ分散値は、近似的に一定の数式として示すことができる。
この場合、ある温度を境として2通りの式で近似が可能である。
It has a certain width due to individual differences of elements. The width is shown by the upper and lower lines in FIG.
However, the noise variance value at each element can be expressed as an approximately constant mathematical expression.
In this case, it is possible to approximate with two formulas at a certain temperature.

[数1]
y=B*X+C
[Equation 1]
y = B * X + C

[数2]
y=A*x exp3.6
[Equation 2]
y = A * x exp3.6

たとえば、この近似式を用いて分散値より温度を算出する。   For example, the temperature is calculated from the dispersion value using this approximate expression.

次に、時系列で得られる複数フレームのデータを用いて、より精度の高い温度検出を行う方法について説明する。   Next, a method of performing temperature detection with higher accuracy using data of a plurality of frames obtained in time series will be described.

図10は、時系列で得られる複数フレームのデータを用いて、より精度の高い温度検出を行う方法のアルゴリズムを示す図である。   FIG. 10 is a diagram illustrating an algorithm of a method for performing temperature detection with higher accuracy using data of a plurality of frames obtained in time series.

この方法では、暗電流の分散値を、連続するフレーム毎に算出し、前記撮像素子と被写体との相対速度に応じて用いるフレーム数を変化させて換算平均を行う。
基本的には、時系列的に、図5のステップST1〜ST4の系列処理が繰り返される。
そして、隣接する系列処理の分散値の差分を検出して平均化処理を行う。
In this method, the dispersion value of the dark current is calculated for each successive frame, and the conversion average is performed by changing the number of frames used according to the relative speed between the image sensor and the subject.
Basically, the series processing of steps ST1 to ST4 in FIG. 5 is repeated in time series.
Then, an average process is performed by detecting a difference between variance values of adjacent series processes.

本実施形態による温度検出の精度をより高いものとするために、一回(1フレーム画面)の結果のみでなく、複数回(複数フレーム)の結果を用いて、たとえば加算平均等を行うことによってデータの信頼性を向上させるという方法をとることも可能である。
その場合、取り込む画の経時的な変化の度合いで結果のばらつきの程度も変わってくるため、用いる結果の数(フレーム数)は、撮像素子12と被写体OBJとの相対速度によって変えることが効果的となる。
In order to improve the accuracy of temperature detection according to the present embodiment, not only the result of one time (one frame screen) but also the result of plural times (multiple frames) is used, for example, by performing addition averaging or the like It is also possible to take a method of improving the reliability of data.
In that case, since the degree of variation of the result also changes depending on the degree of change of the captured image with time, it is effective to change the number of results to be used (number of frames) according to the relative speed between the image sensor 12 and the subject OBJ. It becomes.

図10のアルゴリズムにおいて、相対速度が速い場合、画像の更新が速い、換言すれば被写体OBJと撮像装置との動きが速いため、差分の蓄積量を多くする。
たとえば、図10の分散値算出アルゴリズムにおいて、各フレームでの差分出力を用いる場合は、差分出力に平均化を多数フレームで行う。
この場合、ステップST5,ST6,ST7で得られる値1,2,3を平均化して算出することで、求める温度分散値に近づけることができるため、精密な温度検出が可能となる。
In the algorithm of FIG. 10, when the relative speed is fast, the image is updated quickly, in other words, the movement between the subject OBJ and the imaging device is fast, and thus the difference accumulation amount is increased.
For example, in the variance value calculation algorithm of FIG. 10, when the difference output in each frame is used, the difference output is averaged in a large number of frames.
In this case, by averaging and calculating the values 1, 2, and 3 obtained in steps ST5, ST6, ST7, it is possible to approach the desired temperature dispersion value, so that precise temperature detection is possible.

反対に、相対速度が遅い場合は、画像の更新が遅いため、蓄積量が少なくても求める温度分散値に近いため、平均化を少なくしても安定した温度検出が可能となることにより、信号処理の負担を少なくすることが可能となる。   On the other hand, when the relative speed is slow, the image update is slow, so even if the accumulation amount is small, it is close to the desired temperature dispersion value. It becomes possible to reduce the burden of processing.

n個のデータx,x,・・・,xがあって、/x(/はバーの代わりの符号を示す)をそのデータの相加平均としてときに、(/x−xの平均を標本分散といい、下記式で与えられる。 When there are n pieces of data x 1 , x 2 ,..., x n and / x (/ indicates a symbol instead of a bar) is an arithmetic average of the data, (/ x−x i ) The average of 2 is called the sample variance and is given by the following formula.

Figure 2010011161
Figure 2010011161

本実施形態においては、この標本分散を求めることにより、分散値を得ている。   In this embodiment, the variance value is obtained by obtaining this sample variance.

本実施形態によれば、撮像素子12と画像処理部15を有する。そして、画像処理部15は、撮像素子の撮像面から暗電流出力を検出するための所定領域を選択する領域選択部151と、選択された所定領域の出力信号から暗電流出力を検出する暗電流検出部152と、選択された所定領域の出力信号から特異出力画素信号を抽出する特異画素抽出部153と、記検出された暗電流から抽出された特異画素信号分を除去して分散値を算出し、算出した暗電流の分散値から撮像素子の温度を得る処理部154とを有することから、以下の効果を得ることができる。   According to the present embodiment, the image sensor 12 and the image processing unit 15 are included. Then, the image processing unit 15 selects an area selection unit 151 for selecting a predetermined area for detecting dark current output from the imaging surface of the image sensor, and a dark current for detecting dark current output from the output signal of the selected predetermined area. The detection unit 152, the singular pixel extraction unit 153 that extracts the singular output pixel signal from the output signal of the selected predetermined region, and the variance value is calculated by removing the singular pixel signal extracted from the detected dark current In addition, since the processing unit 154 that obtains the temperature of the image sensor from the calculated dispersion value of the dark current is provided, the following effects can be obtained.

すなわち、撮像素子自身の内部温度を的確に求めることができる。このため、適切な温度雑音の除去処理が可能となり、撮像素子の高温下における画質の低下を防ぐことができ、画質向上するための画像処理を最適化することができる。   That is, the internal temperature of the image sensor itself can be obtained accurately. Therefore, an appropriate temperature noise removal process can be performed, the image quality of the image sensor can be prevented from being deteriorated at a high temperature, and the image processing for improving the image quality can be optimized.

画像処理部15は、以上の測温機能部の処理により、撮像素子12の測温を正確に行うことが可能となり、これにより測温された結果の温度により撮像装置の処理システムを停止させたり、システムを復帰させたりすることも可能に構成することも可能となる。
たとえば、撮像素子の測温を正確に正しく行うことで高温になりすぎて画質が確保されない場合は、あらかじめシステムを停止し、再び画質が確保できる温度になった場合は、いち早くシステムを稼動することで、無駄のない画像処理システムを構築することができる。
The image processing unit 15 can accurately measure the temperature of the image sensor 12 by the above-described processing of the temperature measuring function unit, and the processing system of the imaging apparatus can be stopped by the temperature measured as a result. It is also possible to configure so that the system can be restored.
For example, if the temperature of the image sensor is measured correctly and the temperature becomes too high to ensure image quality, stop the system in advance, and if the temperature reaches a level that can ensure image quality again, start the system as soon as possible. Therefore, a lean image processing system can be constructed.

本発明の実施形態に係る撮像装置の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the imaging device which concerns on embodiment of this invention. 撮像素子の画像アレイ部の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the image array part of an image pick-up element. 本実施形態の画像処理部の測温機能部の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the temperature measurement function part of the image processing part of this embodiment. 領域選択部による選択領域の具体例を示す図である。It is a figure which shows the specific example of the selection area | region by an area | region selection part. 本発明の実施形態に係る基本的な撮像素子測温方法おける暗電流の分散値算出処理のフローチャートである。It is a flowchart of the dispersion | distribution value calculation process of the dark current in the basic image pick-up element temperature measuring method which concerns on embodiment of this invention. 撮像素子の温度に対する暗電流出力の特性データを示す図である。It is a figure which shows the characteristic data of the dark current output with respect to the temperature of an image sensor. 特異画素出力について説明するための図である。It is a figure for demonstrating a specific pixel output. 撮像素子の温度によって温電流の分散が異なってくることを概念的に示す図である。It is a figure which shows notionally that dispersion | distribution of a warm current changes with the temperature of an image pick-up element. ノイズ分散値と温度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a noise dispersion value and temperature. 時系列で得られる複数フレームのデータを用いて、より精度の高い温度検出を行う方法のアルゴリズムを示す図である。It is a figure which shows the algorithm of the method of performing a more accurate temperature detection using the data of the several flame | frame obtained in time series.

符号の説明Explanation of symbols

10・・・撮像装置、11・・・光学系、12・・・撮像素子、13・・・アナログフロントエンド部(AFE)、14・・・アナログ・デジタル変換部(ADC)、15・・・画像処理部、150・・・測温機能部、151・・・領域選択部、152・・・暗電流検出部、153・・・特異画素抽出部、154・・・処理部、16・・・画像表示部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Imaging device, 11 ... Optical system, 12 ... Imaging element, 13 ... Analog front end part (AFE), 14 ... Analog-digital conversion part (ADC), 15 ... Image processing unit 150 ... Temperature measuring function unit 151 ... Region selection unit 152 ... Dark current detection unit 153 ... Specific pixel extraction unit 154 ... Processing unit 16 ... Image display section.

Claims (6)

撮像素子と、
前記撮像素子の画素領域から暗電流出力を検出するための所定領域を選択する選択部と、
前記選択された所定領域の出力信号から暗電流出力を検出する検出部と、
前記選択された所定領域の出力信号から特異出力画素信号を抽出する抽出部と、
前記検出された暗電流から前記抽出された特異画素信号分を除去して分散値を算出し、当該算出した暗電流の分散値から前記撮像素子の温度を得る処理部と
を有する撮像装置。
An image sensor;
A selection unit for selecting a predetermined region for detecting a dark current output from a pixel region of the image sensor;
A detection unit for detecting a dark current output from the output signal of the selected predetermined region;
An extraction unit for extracting a singular output pixel signal from the output signal of the selected predetermined region;
An imaging apparatus comprising: a processing unit that calculates a dispersion value by removing the extracted singular pixel signal from the detected dark current, and obtains the temperature of the imaging element from the calculated dispersion value of the dark current.
前記選択された所定領域は、前記撮像素子の光学的遮光部分を含む
請求項1記載の撮像装置。
The imaging apparatus according to claim 1, wherein the selected predetermined area includes an optical light shielding portion of the imaging element.
前記選択された所定領域は、前記撮像素子の有効撮像領域において、所定時間以上の蓄積時間で画像出力レベルが所定値以下となる領域を含む
請求項1記載の撮像装置。
The imaging apparatus according to claim 1, wherein the selected predetermined area includes an area in which an image output level is equal to or lower than a predetermined value in an accumulation time equal to or longer than a predetermined time in an effective imaging area of the image sensor.
前記処理部は、
前記暗電流の分散値を、連続するフレーム毎に算出し、前記撮像素子と被写体との相対速度に応じて用いるフレーム数を変化させて換算平均を行う
請求項1から3のいずれか一に記載の撮像装置。
The processor is
The variance value of the dark current is calculated for each successive frame, and the conversion average is performed by changing the number of frames used according to the relative speed between the image sensor and the subject. Imaging device.
前記処理部の温度検出結果に応じて画像処理の制御を行う測温機能部を有する
請求項1から4のいずれか一に記載の撮像装置。
The imaging apparatus according to claim 1, further comprising a temperature measurement function unit that controls image processing according to a temperature detection result of the processing unit.
撮像素子の画像領域から暗電流出力を検出するための所定領域を選択するステップと、
前記選択された所定領域の出力信号から暗電流出力を検出するステップと、
前記選択された所定領域の出力信号から特異出力画素信号を抽出するステップと、
前記検出された暗電流から前記抽出された特異画素信号分を除去して分散値を算出するステップと、
前記算出された暗電流の分散値から前記撮像素子の温度を得るステップと
を有する撮像素子測温方法。
Selecting a predetermined area for detecting dark current output from the image area of the image sensor;
Detecting a dark current output from an output signal of the selected predetermined region;
Extracting a singular output pixel signal from the output signal of the selected predetermined region;
Removing the extracted singular pixel signal from the detected dark current to calculate a variance value;
Obtaining a temperature of the image sensor from the calculated dispersion value of the dark current.
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