JP2011009897A - Electronic camera - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被写体光を受光することで画像を取得する電子カメラに関する。 The present invention relates to an electronic camera that acquires an image by receiving subject light.
近年、普及されるデジタルカメラなどの電子カメラにおいては、被写体光を受光した状態での本撮影と被写体光を遮光した状態での遮光撮影とを行い、これら撮影にて得られる画像の差分を求めることで、ノイズ成分を除去した画像を取得することが考案されている(特許文献1参照)。また、カメラ本体に組み込まれる撮像素子をリセットした直後の各画素の信号レベルと被写体光を受光したときの各画素の信号レベルとの差分を求めることで、各画素に生じるリセットノイズや各画素を構成するフォトダイオードなどの回路素子特有の固定パターンノイズ(FPN:Fixed Pattern Noise)などを取り除くことも考案されている。 2. Description of the Related Art In recent years, electronic cameras such as digital cameras that have been widely used perform main shooting in a state in which subject light is received and light-shielded shooting in a state in which subject light is blocked, and obtain a difference between images obtained by the shooting. Thus, it has been devised to acquire an image from which noise components have been removed (see Patent Document 1). In addition, by obtaining the difference between the signal level of each pixel immediately after resetting the image sensor incorporated in the camera body and the signal level of each pixel when the subject light is received, reset noise and each pixel generated in each pixel can be reduced. It has also been devised to remove fixed pattern noise (FPN: Fixed Pattern Noise) peculiar to circuit elements such as photodiodes.
上述したノイズ成分を除去する方法としては、例えば撮像素子に行列状に配置される複数の画素のうち、同一の画素列となる画素の信号レベルを平均した平均信号レベルを算出し、算出された平均信号レベルを、本撮影時に得られる画素の信号レベルから減算することが挙げられる。 As a method for removing the noise component described above, for example, an average signal level obtained by averaging signal levels of pixels in the same pixel column among a plurality of pixels arranged in a matrix on the image sensor is calculated and calculated. For example, the average signal level is subtracted from the signal level of the pixel obtained during the main photographing.
しかしながら、撮像素子に配置される複数の画素として、例えば他の画素の信号レベルよりも高い信号レベルとなる画素(所謂、白点画素)が含まれる場合、その画素列の平均信号レベルは他の画素列の平均信号レベルよりも高くなってしまう。このため、平均信号レベルを用いた減算処理を実行すると、実際のノイズ成分よりも大きい値を減算してしまうことになり、ノイズ除去された本画像においては縦筋と呼ばれる画素欠陥が生じてしまう。このように、撮像素子に配置される複数の画素に白点画素が含まれる場合には、上述したノイズ除去を高精度に施すことができない。 However, when a plurality of pixels arranged in the image sensor includes, for example, pixels having a signal level higher than the signal level of other pixels (so-called white point pixels), the average signal level of the pixel column is different from that of other pixels. It becomes higher than the average signal level of the pixel column. For this reason, when the subtraction process using the average signal level is executed, a value larger than the actual noise component is subtracted, and a pixel defect called a vertical streak occurs in the noise-removed main image. . Thus, when the white point pixel is included in the plurality of pixels arranged in the image sensor, the above-described noise removal cannot be performed with high accuracy.
本発明は、撮像素子に配置される複数の画素として白点画素が含まれる場合であっても、撮影時に得られる画像に対して高精度なノイズ補正を行うことができるようにした電子カメラを提供することを目的とする。 The present invention provides an electronic camera capable of performing highly accurate noise correction on an image obtained at the time of photographing even when white point pixels are included as a plurality of pixels arranged in an image sensor. The purpose is to provide.
上述した課題を解決するために、本発明の電子カメラは、入射光を光電変換する複数の画素が行列状に配置された撮像素子と、前記撮像素子に配置された前記複数の画素のそれぞれに蓄積される不要な電荷に基づく画素信号を第1画素信号として出力させるとともに、前記撮像素子に配置された前記複数の画素のそれぞれで受光した前記入射光を光電変換したときに得られる電荷に基づく画素信号を第2画素信号として出力させる制御部と、前記複数の画素から出力される第1画素信号のうち、少なくとも予め設定された第1閾値を超過する前記第1画素信号を除いた、残りの第1画素信号を用いて画素列毎の補正値を算出し、算出した補正値を用いて前記第2画素信号を前記画素列毎に補正する補正部と、を備えたことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, an electronic camera according to the present invention includes an imaging device in which a plurality of pixels that photoelectrically convert incident light are arranged in a matrix, and each of the plurality of pixels arranged in the imaging device. Based on the charge obtained when photoelectrically converting the incident light received by each of the plurality of pixels arranged in the imaging element, while outputting a pixel signal based on the accumulated unnecessary charge as the first pixel signal A control unit that outputs a pixel signal as a second pixel signal, and a remaining one excluding the first pixel signal that exceeds at least a preset first threshold value among the first pixel signals output from the plurality of pixels A correction unit that calculates a correction value for each pixel column using the first pixel signal and corrects the second pixel signal for each pixel column using the calculated correction value. .
また、前記補正部は、前記複数の画素のうち、前記第1閾値を超過する第1画素信号を出力した画素と同一行に配置された画素を除く、残りの画素から出力された第1画素信号を用いて前記画素列毎の補正値を算出することが好ましい。 In addition, the correction unit is configured to output first pixels output from the remaining pixels, excluding pixels arranged in the same row as the pixels that output the first pixel signal exceeding the first threshold among the plurality of pixels. It is preferable to calculate a correction value for each pixel column using a signal.
本発明の電子カメラは、入射光を光電変換する複数の画素が行列状に配置された撮像素子と、前記撮像素子に配置された前記複数の画素のそれぞれに蓄積される不要な電荷に基づく画素信号を第1画素信号として出力させるとともに、前記撮像素子に配置された前記複数の画素のそれぞれで受光した前記入射光を光電変換したときに得られる電荷に基づく画素信号を第2画素信号として出力させる制御部と、前記複数の画素から出力される第1画素信号のうち、その信号値が予め設定された第1閾値を超過する第1画素信号が含まれる場合に、前記第1閾値を超過する前記第1画素信号を該第1画素信号を出力した画素の周縁に配置された周縁画素から出力された第1画素信号に基づいて補正した後、画素列毎の補正値を算出し、算出した補正値を用いて前記第2画素信号を前記画素列毎に補正する補正部と、を備えたことを特徴とする。 The electronic camera according to the present invention includes an imaging device in which a plurality of pixels that photoelectrically convert incident light are arranged in a matrix, and pixels based on unnecessary charges accumulated in each of the plurality of pixels arranged in the imaging device. A signal is output as a first pixel signal, and a pixel signal based on charges obtained when photoelectrically converting the incident light received by each of the plurality of pixels arranged in the image sensor is output as a second pixel signal. A first pixel signal whose signal value exceeds a preset first threshold value among the first pixel signals output from the plurality of pixels and the control unit to cause the first threshold value to be exceeded After correcting the first pixel signal based on the first pixel signal output from the peripheral pixel arranged at the peripheral edge of the pixel that output the first pixel signal, the correction value for each pixel column is calculated and calculated Complement Characterized in that said second pixel signals and a correcting unit that corrects each pixel row with the value.
また、前記補正部は、前記第1閾値を超過する第1画素信号を、前記周縁画素のいずれかの画素から出力される第1画素信号に置換することが好ましい。 The correction unit preferably replaces a first pixel signal that exceeds the first threshold with a first pixel signal output from any one of the peripheral pixels.
また、前記補正部は、前記周縁画素から出力される第1画素信号を用いた補間処理を行うことで、前記第1閾値を超過した第1画素信号を補正することが好ましい。 The correction unit preferably corrects the first pixel signal exceeding the first threshold by performing an interpolation process using the first pixel signal output from the peripheral pixel.
また、前記第1画素信号又は前記第2画素信号のいずれか一方の信号値が前記第1閾値とは異なる第2閾値を超過する場合に、該第2画素信号に対応する画素を欠陥画素と判定し、該欠陥画素から出力される第2画素信号を補正する欠陥補正部を備えていることが好ましい。 In addition, when a signal value of either the first pixel signal or the second pixel signal exceeds a second threshold value different from the first threshold value, a pixel corresponding to the second pixel signal is defined as a defective pixel. It is preferable to provide a defect correction unit that determines and corrects the second pixel signal output from the defective pixel.
また、前記複数の画素は、前記入射光を光電変換する光電変換部と、前記光電変換部により光電変換された電荷を蓄積する電荷蓄積部と、前記光電変換部と前記電荷蓄積部とを遮断、又は接続するスイッチング素子と、を有し、前記制御部は、前記スイッチング素子により前記光電変換部と前記電荷蓄積部とを遮断した状態で出力された画素信号と、前記光電変換部と前記電荷蓄積部とが接続された状態で出力された画素信号との差分を求めることで、前記第1画素信号及び第2画素信号を出力することが好ましい。 The plurality of pixels block a photoelectric conversion unit that photoelectrically converts the incident light, a charge storage unit that stores charges photoelectrically converted by the photoelectric conversion unit, and the photoelectric conversion unit and the charge storage unit. Or a switching element to be connected, and the control unit outputs a pixel signal output in a state where the photoelectric conversion unit and the charge storage unit are blocked by the switching element, and the photoelectric conversion unit and the charge. It is preferable to output the first pixel signal and the second pixel signal by obtaining a difference from the pixel signal output in a state where the storage unit is connected.
また、前記撮像素子は、前記複数の画素の各画素からの画素信号を画素列方向に転送する転送部と、前記転送部により読み出された画素信号を画素列毎に増幅する増幅器とを、さらに備え、前記補正部は、前記増幅器により増幅された画素列毎の第1画素信号の信号値を平均することで前記補正値を算出することが好ましい。 Further, the imaging device includes a transfer unit that transfers a pixel signal from each pixel of the plurality of pixels in a pixel column direction, and an amplifier that amplifies the pixel signal read by the transfer unit for each pixel column, Further, it is preferable that the correction unit calculates the correction value by averaging the signal value of the first pixel signal for each pixel column amplified by the amplifier.
本発明によれば、撮像素子に配置される複数の画素として白点画素が含まれる場合であっても、高精度なノイズ除去を行うことができる。 According to the present invention, it is possible to perform highly accurate noise removal even when white point pixels are included as the plurality of pixels arranged in the image sensor.
図1は、本発明を用いたデジタルカメラの構成を示す。周知のように、デジタルカメラ10は、撮像光学系15によって取り込まれた被写体光を撮像素子16によって光電変換し、光電変換後の電気信号(画素信号)から画像データを取得する。撮像光学系15は、図示を省略したズームレンズやフォーカスレンズなどを含むレンズ群から構成される。これらズームレンズやフォーカスレンズは図示を省略したレンズ駆動機構によって光軸L方向に移動する。なお、撮像素子16は、例えばCMOSイメージセンサが用いられる。この撮像素子16は、ドライバ17によって駆動される。
FIG. 1 shows a configuration of a digital camera using the present invention. As is well known, the digital camera 10 photoelectrically converts the subject light captured by the imaging
AFE(Analog Front End)回路21は、図示しないAGC回路やCDS回路を含んで構成される。このAFE回路21には、撮像処理により取得された画像信号が入力される。撮像処理としては、予め設定されたシャッタ速度に合わせた露光時間、撮像素子16の各画素に被写体光を受光させる露光処理の他に、第1排出処理、第2排出処理からなる。
The AFE (Analog Front End)
第1排出処理は、図示を省略したシャッタにより遮光された状態で実行される。なお、撮像素子16の各画素には、遮光された状態でも不要な電荷が蓄積されることから、各画素に蓄積される不要な電荷を画素毎に排出することで、固定パターンノイズ(FPN)を示す画像(以下、FPN画像)を取得することが可能となる。この第1排出処理は、撮像素子16に設けられた各画素の転送トランジスタ65(図2参照)がオフの状態で、撮像素子16に設けられたコンデンサ64(図2参照)に蓄積される電荷を排出する処理と、撮像素子16に設けられた転送トランジスタ65がオンの状態で、フォトダイオード63(図2参照)やコンデンサ64に蓄積された電荷を排出する処理とから構成される。この第1排出処理を行うことで、FPN画像を取得することが可能となる。
The first discharge process is executed in a state where it is shielded by a shutter (not shown). Since unnecessary charges are accumulated in each pixel of the
また、第2排出処理は、露光処理の後に、シャッタにより遮光された状態で実行される。この第2排出処理も第1排出処理と同様に、撮像素子16に設けられた各画素の転送トランジスタ65がオフの状態で、撮像素子16に設けられたコンデンサ64(図2参照)に蓄積される電荷を排出する処理と、撮像素子16に設けられた転送トランジスタ65がオンの状態で、フォトダイオード63やコンデンサ64に蓄積された電荷を排出する処理とから構成される。つまり、第1排出処理及び第2排出処理のそれぞれの排出処理においては、撮像素子16から2つの画像信号が出力される。この第2排出処理を行うことで、本画像を取得することが可能となる。
Further, the second discharge process is executed in a state where it is shielded from light by the shutter after the exposure process. Similarly to the first discharge process, this second discharge process is also stored in the capacitor 64 (see FIG. 2) provided in the
AFE回路21は、第1排出処理により得られる2つの画像信号に対して相関二重サンプリング処理を行って、FPN画像を示す画像信号(以下、FPN画像信号)を生成する。また、同様にして、第2排出処理により得られる2つの画像信号に対して相関二重サンプリング処理を行って、本画像を示す画像信号(以下、本画像信号)を生成する。そして、生成されたFPN画素信号や本画像信号に対して、ゲインコントロールや雑音除去などのアナログ処理を施した後、アナログの信号をデジタルの信号に変換する。
The
DFE(Digital Front End)回路22は、入力されたFPN画像信号や本画像信号に対して欠陥補正処理やノイズ補正処理を行う。このDFE回路22は、欠陥補正部23やノイズ補正部24の機能を有している。
A DFE (Digital Front End)
欠陥補正部23は、FPN画像や本画像に発生する白点となる画素(以下、白点画素)を欠陥画素として特定し、該欠陥画素に対する補正を行う。なお、白点画素とは、光が入射していなくとも比較的高い画素レベルとなる場合を示す。この欠陥補正部23は、入力されるFPN画像信号や本画像信号における各画素の信号値(以下、画素値)が予め設定される欠陥検出用の閾値を超過するか否かを判定する。この判定で、欠陥検出用の閾値を超過する画素値となる画素に対しては白点画素であると判断し、白点画素を欠陥画素として特定する。
The
欠陥画素が特定されると、欠陥補正部23は、欠陥画素の画素値を欠陥画素の周縁に配置された同一色の画素のいずれかの画素値に置換する処理、或いは、欠陥画素の周縁に配置された同一色の画素の画素値を用いた補間処理などを行って、欠陥画素に対する欠陥補正を行う。
When the defective pixel is specified, the
ノイズ補正部24は、FPN画像に基づいて本画像に対するノイズ補正を行う。詳細には、FPN画像の各画素から画素列毎の補正値を求め、求めた補正値を用いて、本画像の各画素の画素値を画素列毎に補正する。なお、画素列毎の補正値を求める方法については後述する。このノイズ補正が施された画像信号は、画像データとしてバッファメモリ30に記録される。なお、符号25はタイミングジェネレータ(TG)であり、このTG25は、AFE回路21、DFE回路22及びドライバ17の駆動タイミングを制御するために設けられる。
The
画像処理回路35は、バッファメモリ30に記憶された画像データに対して、ホワイトバランス処理、色補間処理、輪郭補償処理、ガンマ処理などの画像処理を施す。これら処理の後、画像処理回路35は、予め設定された圧縮率を用いた圧縮符号化処理を施す。この圧縮符号化処理が実行されることで、例えばJPEG方式の圧縮画像データが生成される。また、画像処理回路35は、解像度変更処理を行うことによってサムネイル画像データを生成する。
The
メディアスロット36は、メモリカードや光学ディスク、或いは磁気ディスクなどの記憶媒体37が着脱自在となっている。この記憶媒体37には、静止画像や動画像などの画像ファイルを記録することが可能となる。例えば画像ファイルが静止画像に基づくものであれば、画像処理回路35にて生成された圧縮画像データ、サムネイル画像データの他に、撮影時の撮影条件を示す情報やデジタルカメラ10の情報が一つにまとめられたExif形式の画像ファイルが記憶媒体37に書き込まれる。
A
LCD38は、表示装置の一形態であって、スルー画像や、撮影時に得られた画像を表示する。また、この他に、LCD38は、デジタルカメラ10の設定を行う際の設定用の画像を表示する。なお、符号39は、LCD38の駆動制御を行う表示制御回路である。
The LCD 38 is one form of a display device, and displays a through image and an image obtained at the time of shooting. In addition, the LCD 38 displays an image for setting when the digital camera 10 is set.
CPU41は、バス42を介して、バッファメモリ30、画像処理回路35、メディアスロット36、表示制御回路39、内蔵メモリ43などと電気的に接続される。このCPU41には、レリーズボタン44、設定操作部45などが接続されており、CPU41は、これら操作部材における操作要求や内蔵メモリ43に記憶された制御プログラムに基づいて、デジタルカメラ10の各部を制御する。
The
図2は、撮像素子16の画素の構成を示す回路図である。上述したように、撮像素子16としては、CMOSイメージセンサが用いられる。この撮像素子16は、上述した複数の画素Aij、垂直シフトレジスタ51、サンプルホールド(SH)回路52j及び水平シフトレジスタ53及び出力アンプ54を備えている。複数の画素Aijのそれぞれは、垂直シフトレジスタ51から水平方向に伸びる複数の信号線55i,56i,57i,58iによって電気的に接続される。なお、複数の信号線のうち、信号線55iは転送用の信号線、信号線56iはリセット用の信号線、信号線57iは選択用の信号線、信号線58iは電源用の信号線である。なお、複数の画素Aijのうち、同一列方向に配置された画素(図2においては、画素A11及び画素A21)から出力される画素信号は垂直信号線61jによりカラムアンプ62jを介してSH回路52jに入力される。
FIG. 2 is a circuit diagram illustrating the configuration of the pixels of the
複数の画素Aijは、従来のCMOSイメージセンサと同様に、光電変換によって電荷を生成するフォトダイオード63、フォトダイオード63により生成された電荷を蓄積するフローティングディフュージョン(FD)として機能するコンデンサ64、フォトダイオード63に蓄積された電荷をコンデンサ64に転送する転送トランジスタ65、ゲートがコンデンサ64と接続されてコンデンサ64の電位変動を電気信号に変換する増幅トランジスタ66、信号を読み出す画素を行単位で選択するための選択トランジスタ67、コンデンサの電位を電源電位(Vdd)にリセットするためのリセットトランジスタ68を有している。なお、選択トランジスタ67は、画素列毎に配線された垂直信号線61jと接続されている。
Like the conventional CMOS image sensor, the plurality of pixels A ij include a
SH回路52jは、信号を読み出す画素を列単位で選択するための選択トランジスタ71,72と、選択トランジスタ71,72のゲートが開放されたときに掃き出される信号を蓄積するコンデンサ73,74とから構成される。なお、選択トランジスタ71とコンデンサ73とは、上述した転送トランジスタ65のゲートが遮断されている場合にコンデンサ74に蓄積される電荷を掃き出す際に、選択トランジスタ72とコンデンサ74とは、上述した転送トランジスタ65のゲートが開放された場合にコンデンサ64に蓄積される電荷を掃き出す際にそれぞれ使用される。なお、このSH回路52jは水平信号線75に接続されており、SH回路52jから出力される画素信号は、SH回路52jに保持された画素信号は水平信号線75、出力アンプ54を介して出力される。なお、出力アンプ54を介して出力される画素信号をまとめたものが画像信号(画像データ)となる。
The SH circuit 52 j includes
次に、上述した撮像素子16は下記の動作にて駆動される。垂直シフトレジスタ51は、対象となる画素Aijにリセット信号を出力する。このリセット信号が出力されると、対象となる画素Aijのリセットトランジスタ68はオンとなる。これにより、コンデンサ64に蓄積された電荷に基づいた電圧が増幅トランジスタ66のゲート電圧となる。この状態で、選択信号が出力されると選択トランジスタ67がオンとなる。電源電圧線58iには、所定量の電圧が印可されているので、この選択トランジスタ67がオンとなることを受けて、増幅トランジスタ66のゲート電圧が垂直信号線61jに出力される。なお、垂直信号線61jに出力されたゲート電圧は、カラムアンプ62jを介してSH回路52jに入力される。なお、水平シフトレジスタ53では、選択トランジスタ71に対するオン信号を出力している。これにより、選択トランジスタ71がオンとなるので、カラムアンプ62jにより増幅された電圧が、コンデンサ73に電荷として蓄積される。
Next, the
その後、垂直シフトレジスタ51は、転送信号とリセット信号とを出力する。これを受けて、転送トランジスタ65及びリセットトランジスタ68がそれぞれオンとなる。これにより、フォトダイオード63及びコンデンサ64に蓄積された電荷に基づいた電圧が増幅トランジスタ66のゲート電圧となる。この状態で選択信号が出力されると、選択トランジスタ67がオンとなる。これにより、増幅トランジスタ66のゲート電圧が垂直信号線61iに出力される。なお、垂直信号線61jに出力された電圧はカラムアンプ62jを介してSH回路52jに入力される。なお、水平シフトレジスタ53では、選択トランジスタ72に対するオン信号を出力している。これにより、選択トランジスタ72がオンとなるので、カラムアンプ62jにより増幅された電圧が電荷としてコンデンサ74に蓄積される。なお、これらSH回路52jのコンデンサ73,74にそれぞれ蓄積される電荷は、同時に水平信号線75に出力され、出力アンプ54を介して出力される。
Thereafter, the
図3に示すように、撮像素子16の各画素は、R色、G色、B色のいずれかの色からなるベイヤー配列で配列されている。なお、図3においては、R色となる画素をRn、G色となる画素をGrn、Gbn、B色となる画素をBnとして示している。この撮像素子16における各画素の画素信号は、図3中水平方向を行、図3中垂直方向を列とした場合に、同一行毎に各画素の画素信号が読み出されていく。つまり、一行目に配置された画素R00、Gr00、R01、Gr01・・・の順で画素信号が読み出される。その後、二行目に配置された画素Gb00、B00、Gb01、B01・・・の順で画素信号が読み出されていく。
As shown in FIG. 3, the pixels of the
次に、ノイズ補正に用いられる補正値を算出する方法について説明する。上述したように、ノイズ補正に用いられる補正値はFPN画像信号に基づいて算出される。撮像素子16から出力される画像信号は、垂直信号線61jに出力された各画素の画素信号が、水平信号線75を介して出力される。また、撮像素子16の各画素は、R色、G色(詳細にはGr色及びGb色)及びB色のいずれかの色の画素をベイヤー配列によって配置されている。これら理由を考慮すると、ノイズ補正に用いる補正値は、複数の画素から出力される画素信号のうち、同一の垂直信号線61jを介して出力される画素信号のうち、同一色成分となる画素の画素信号を用いて求めることが望ましい。図4に示すように、R色の画素であれば、画素R00、R07、R14、R21における画素値を平均することで、同一の画素列におけるR色の画素の補正値が求められる。また、同様にして、Gr色、Gb色及びB色となる画素の補正値も同様にして求められる。なお、この画素列毎の補正値は、同一の画素列に含まれる全ての画素の画素値を用いてもよいし、一部の画素を用いてもよい。
Next, a method for calculating a correction value used for noise correction will be described. As described above, the correction value used for noise correction is calculated based on the FPN image signal. As the image signal output from the
このようにして、ノイズ補正時には、同一の画素列における補正値が求められる。しかしながら、撮像素子16から出力される各画素の画素信号においては、上述した欠陥補正部23において、白点と判定される信号レベルとなる画素の他に、白点と判定されないが、他の画素の信号レベルよりも明らかに高い信号レベルとなる画素も含まれている。このような画素から出力される画素信号を用いた場合には、該画素が含まれる画素列の補正値が他の補正値よりも高い補正値となる。このため、このような補正値を用いると、本画像に対するノイズ補正が高精度に実行されなくなり、ノイズ補正後の本画像中に縦筋が発生してしまう。
In this way, correction values for the same pixel column are obtained during noise correction. However, in the pixel signal of each pixel output from the
これにより、FPN画像を用いて画素列毎の補正値を求める際には、各画素の画素値が予め設定されたノイズ補正用の閾値を超過するか否かを判定する。なお、このノイズ補正用の閾値は、上述した欠陥検出用の閾値未満の値となる。この判定で各画素の画素値がノイズ補正用の閾値以下となる場合には、上述した方法で画素列毎の補正値を求める。一方、上述した判定で、ノイズ補正用の閾値を超過する画素値であると判定された場合には、ノイズ補正用の閾値を超過する画素値となる画素を含む画素列のうち、該ノイズ補正用の閾値を超過する画素値となる画素を除いた、残りの画素の画素値を用いて画素列毎の補正値を求める。 Thereby, when calculating | requiring the correction value for every pixel row | line using an FPN image, it is determined whether the pixel value of each pixel exceeds the preset threshold value for noise correction. Note that the noise correction threshold value is less than the above-described defect detection threshold value. When the pixel value of each pixel is equal to or less than the noise correction threshold value in this determination, a correction value for each pixel column is obtained by the method described above. On the other hand, if it is determined in the above-described determination that the pixel value exceeds the noise correction threshold, the noise correction is performed among the pixel columns including the pixel having the pixel value exceeding the noise correction threshold. The correction value for each pixel column is obtained using the pixel values of the remaining pixels, excluding the pixels that have pixel values that exceed the threshold for use.
図5に示すように、画素Gr07の画素値がノイズ補正用の閾値を超過していると判定された場合には、画素Gr00、Gr14、Gr21の画素値を用いて補正値を算出する。このようにして求めた画素列毎の補正値を用いて、本画像に対するノイズ補正が画素列毎に実行される。 As shown in FIG. 5, when it is determined that the pixel value of the pixel Gr 07 exceeds the noise correction threshold value, the correction value is calculated using the pixel values of the pixels Gr 00 , Gr 14 , and Gr 21. calculate. Using the correction value for each pixel column obtained in this way, noise correction for the main image is executed for each pixel column.
次に、撮影時のデジタルカメラ10における処理の流れについて、図6のフローチャートに基づいて説明する。なお、このフローチャートは、レリーズボタン44の操作が実行されない、所謂待機状態であることを契機にして実行される。 Next, the flow of processing in the digital camera 10 at the time of shooting will be described based on the flowchart of FIG. This flowchart is executed when the operation of the release button 44 is not executed, which is a so-called standby state.
ステップS101は、レリーズボタン44が操作されたか否かを判定する処理である。レリーズボタン44が操作されると、その操作信号がCPU41に入力される。CPU41は、レリーズボタン44の操作信号が入力された場合に、レリーズボタン44が操作されたと判定する。この場合、ステップS101の判定処理がYesとなり、ステップS102に進む。一方、CPU41にレリーズボタン44の操作信号が入力されない場合には、CPU41は、レリーズボタン44は操作されていないと判定する。この場合、ステップS101の判定処理がNoとなる。この場合は、ステップS101の判定処理がYesとなるまで、撮影待機状態が保持される。なお、このステップS101の判定処理が実行されると、図示を省略したAE処理やAF処理が実行された後、ステップS102の処理が実行される。なお、ステップS102及びステップS103の処理が撮像処理となる。
Step S101 is processing for determining whether or not the release button 44 has been operated. When the release button 44 is operated, the operation signal is input to the
ステップS102は、FPN画像を取得する処理である。このステップS102が実行されると、まず、第1排出処理が実行される。上述したように、第1排出処理は、図示を省略したシャッタにより撮像素子16が遮光された状態で実行される。この第1排出処理は、撮像素子16に設けられた各画素の転送トランジスタ65がオフの状態でコンデンサ64に蓄積される電荷を排出する処理が実行された後、撮像素子16に設けられた転送トランジスタ65がオンの状態で、フォトダイオード63やコンデンサ64に蓄積された電荷を排出する処理が実行される。これら処理を行うことで、2種類の画像信号がAFE回路21に入力される。AFE回路21は、各画素に対応する2つの画素信号を用いた相関二重サンプリング処理を施す。この相関二重サンプリング処理が実行された後、ゲインコントロールや雑音除去などのアナログ処理を施す。最後に、アナログの画素信号をデジタルの画素信号に変換する。この処理が実行されたデジタルの画素信号をまとめたものがFPN画像信号として、バッファメモリ30に記憶される。
Step S102 is processing to acquire an FPN image. When step S102 is executed, first, a first discharge process is executed. As described above, the first discharge process is executed in a state where the
ステップS103は、本画像を取得する処理である。CPU41は、AE処理により決定された、或いは、設定操作部45により設定されたシャッタ速度に基づいて、シャッタを開放する。これにより、露光処理が実行され、撮像光学系15を介して取り込まれた被写体光が、予め設定された露光時間、撮像素子16の各画素に照射される。これを受けて、撮像素子16の各画素を構成するフォトダイオード63によって光電変換が行われ、信号電荷が蓄積される。この露光処理が実行された後、第2排出処理が実行される。なお、第2排出処理は、撮像素子16に設けられた各画素の転送トランジスタ65がオフの状態でコンデンサ64に蓄積される電荷を排出する処理が実行された後、撮像素子16に設けられた転送トランジスタ65がオンの状態で、フォトダイオード63やコンデンサ64に蓄積された電荷を排出する処理が実行される。これら処理を行うことで、2種類の画像信号がAFE回路21に入力される。AFE回路21は、各画素に対応する2つの画素信号を用いた相関二重サンプリング処理を施す。この相関二重サンプリング処理が実行された後、ゲインコントロールや雑音除去などのアナログ処理を施す。最後に、アナログの画素信号をデジタルの画素信号に変換する。この処理が実行されたデジタルの画素信号をまとめたものが本画像信号として、バッファメモリ30に記憶される。
Step S103 is processing for acquiring the main image. The
ステップS104は、欠陥補正を行う処理である。DFE回路22は、バッファメモリ30に記録されたFPN画像信号を読み出し、読み出したFPN画像信号における信号値(画素値)が欠陥検出用の閾値を超過するか否かを判定する。この判定で、欠陥検出用の閾値を超過する画素値がある場合には、その画素値となる画素を欠陥画素と特定する。そして、この欠陥画素の周縁に位置する同一色の画素のいずれかの画素値を欠陥画素であると判定された画素の画素値に置換する、或いは、欠陥画素の周縁に位置する同一色の画素の画素値を用いた補間処理を行って、欠陥画素であると判定された画素の画素値を差し替える。なお、本画像信号についても同様の処理が実行される。
Step S104 is a process for performing defect correction. The
ステップS105は、画素列毎の補正値を算出する処理である。DFE回路22は、欠陥補正されたFPN画像信号を読み出し、FPN画像信号における各画素の画素値がノイズ補正用の閾値を超過するか否かを判定する。なお、画素値がノイズ補正用の閾値を超過する場合には、その画素値を有する画素のアドレスを記憶しておく。ノイズ補正用の閾値との比較を全ての画素値に対して実行した後、DFE回路22は、ノイズ補正に用いる画素列毎の補正値を算出する。
Step S105 is processing for calculating a correction value for each pixel column. The
図4に示すように、同一の画素列に含まれる画素が画素R00、R07、R14、R21となり、これら全画素の画素値がノイズ補正用の閾値以下となる場合には、DFE回路22は、これら画素の画素値を平均することで、画素列における補正値を算出する。一方、図5に示すように、同一の画素列に含まれる画素が、画素Gr00、Gr07、Gr14、Gr21となり、これら画素のうち、画素Gr07の画素値がノイズ補正用の閾値を超過する場合には、画素Gr07を除いた残りの画素(この場合、画素Gr00、画素Gr14、画素Gr21)の各画素の画素値を平均することで、画素列における補正値を算出する。このようにして、画素列毎の画素値が求められていく。
As shown in FIG. 4, when the pixels included in the same pixel column are the pixels R 00 , R 07 , R 14 , R 21 and the pixel values of all these pixels are equal to or less than the noise correction threshold value, the DFE The
ステップS106は、本画像に対するノイズ補正処理である。DFE回路22は、画素列毎の補正値を用いて、バッファメモリ30に記憶された本画像信号に対するノイズ補正を実行する。なお、このノイズ補正は、所定の画素列に含まれる画素の画素値を、対応する画素列の補正値で減算する処理である。これにより、固定パターンノイズが除去された本画像信号が生成される。
Step S106 is a noise correction process for the main image. The
ステップS107は、画像処理である。ステップS106によってノイズ補正が施されている。画像処理回路35は、ノイズ補正が施された本画像信号を読み出す。そして、読み出した本画像信号に対して、ホワイトバランス処理、色補間処理、輪郭補償処理、ガンマ処理などの画像処理を施す。これら処理の後、画像処理回路35は、予め設定された圧縮率を用いた圧縮符号化処理を施す。この圧縮符号化処理が実行されることで、例えばJPEG方式の圧縮画像データが生成される。また、画像処理回路35は、解像度変更処理を行うことによってサムネイル画像データを生成する。
Step S107 is image processing. Noise correction is performed in step S106. The
ステップS108は、画像を記録する処理である。CPU41は、ステップS107により生成された圧縮画像データやサムネイル画像データの他に、撮影条件を示す情報やカメラ機種などの情報を画像ファイルとしてまとめた上で、該画像ファイルを記憶媒体37に書き込む。この処理が終了することで、1回の撮影が終了する。
Step S108 is processing to record an image. In addition to the compressed image data and thumbnail image data generated in step S <b> 107, the
デジタルカメラ10を用いて撮影を実行したときには、被写体光を受光することで得られる本画像を取得する前に、被写体光を受光しない状態で各画素に蓄積される不要な電荷からなるFPN画像を取得している。このFPN画像からノイズ補正における補正値を画素列毎に算出する際に、画素値が高い画素値を有する画素を補正値を算出する際に用いる対象から外し、残りの画素を用いて補正値を算出している。これによれば、画素値(信号レベル)が他の画素の画素値よりも明らかに高い画素値を用いないで済むので、補正値を高精度に求めることが可能となる。これにより、固定パターンノイズが除去された本画像中に縦筋が発生することが抑止される。 When shooting is performed using the digital camera 10, an FPN image made up of unnecessary charges accumulated in each pixel without receiving the subject light is acquired before acquiring the main image obtained by receiving the subject light. Have acquired. When calculating a correction value in noise correction for each pixel column from this FPN image, a pixel having a pixel value having a high pixel value is excluded from a target to be used when calculating the correction value, and the correction value is set using the remaining pixels. Calculated. According to this, since it is not necessary to use a pixel value whose pixel value (signal level) is clearly higher than the pixel values of other pixels, the correction value can be obtained with high accuracy. This suppresses the occurrence of vertical streaks in the main image from which the fixed pattern noise has been removed.
また、FPN画像信号を取得する際に、転送トランジスタ65がオフの状態のときに得られる画素信号と、転送トランジスタ65をオンにしたときに得られる画素信号との差分を算出することで、フォトダイオード63によって蓄積された信号電荷を固定パターンノイズとして考えることができるので、より高精度なノイズ補正を本画像に施すことが可能となる。
Further, when acquiring the FPN image signal, the difference between the pixel signal obtained when the
本実施形態では、ノイズ補正用の閾値を超過する画素値を除いた上で、画素列毎の補正値を算出しているが、これに限定する必要はない。例えば、同一行に配置された画素のいずれかの画素が、ノイズ補正用の閾値を超過する画素値となる場合には、同一行に配置された画素の画素値が、ノイズ補正用の閾値を超過する画素値となる可能性が高い。これにより、ノイズ補正用の閾値を超過する画素値となる画素が特定された場合には、該画素が含まれる同一行の画素を全て除いた上で、画素列毎の補正値を求めることも可能である。つまり、図7に示すように、画素R08がノイズ補正用の閾値を超過する画素値となる場合には、この画素R08を含む同一行の画素(図中においては、画素R07を、画素Gr07、画素R08、画素Gr08、画素R09、画素Gr09)をノイズ補正時に用いる補正値を算出する際には、その対象から外し、他の行の画素を用いて画素列毎の補正値を算出する。 In the present embodiment, the correction value for each pixel column is calculated after excluding the pixel value that exceeds the threshold value for noise correction. However, the present invention is not limited to this. For example, if any of the pixels arranged in the same row has a pixel value that exceeds the threshold value for noise correction, the pixel value of the pixel arranged in the same row sets the threshold value for noise correction. There is a high possibility of exceeding the pixel value. As a result, when a pixel having a pixel value that exceeds the noise correction threshold is specified, a correction value for each pixel column may be obtained after removing all pixels in the same row including the pixel. Is possible. That is, as shown in FIG. 7, when the pixel R 08 has a pixel value exceeding the noise correction threshold, the pixel in the same row including the pixel R 08 (in the figure, the pixel R 07 is The pixel Gr 07 , the pixel R 08 , the pixel Gr 08 , the pixel R 09 , and the pixel Gr 09 ) are excluded from the target when calculating the correction values to be used for noise correction, and the pixels in other rows are used for each pixel column. The correction value is calculated.
本実施形態では、ノイズ補正用の閾値よりも高い画素値となる画素のみを、補正値を算出する際に除いているが、ノイズ補正用の閾値よりも高い画素値となる画素の周縁に配置される同色の画素の画素値に置換する、又はノイズ補正用の閾値よりも高い画素値となる画素の周縁に配置される同色の画素を用いた補間処理により、ノイズ補正用の閾値よりも高い画素値となる画素の画素値を差し替えた上で、画素列毎の補正値を用いることも可能である。 In the present embodiment, only pixels having a pixel value higher than the noise correction threshold are excluded when calculating the correction value, but are arranged at the periphery of the pixel having a pixel value higher than the noise correction threshold. Replaced with the pixel value of the same color pixel or higher than the noise correction threshold value by interpolation using pixels of the same color arranged at the periphery of the pixel having a pixel value higher than the noise correction threshold value. It is also possible to use the correction value for each pixel column after replacing the pixel value of the pixel to be the pixel value.
本実施形態では、欠陥補正処理の後に、ノイズ補正処理を実行しているが、これに限定する必要はなく、ノイズ補正処理を実行した後に、欠陥補正処理を実行することも可能である。 In the present embodiment, the noise correction process is performed after the defect correction process. However, the present invention is not limited to this, and the defect correction process can be performed after the noise correction process is performed.
本実施形態では、電子カメラを例に取り上げているが、これに限定されるものではなく、例えばカメラ機能を備えた携帯型電話機や携帯型ゲーム機などの携帯型端末器に用いることが可能である。 In this embodiment, an electronic camera is taken as an example, but the present invention is not limited to this. For example, the present invention can be used for a portable terminal such as a portable phone or a portable game machine having a camera function. is there.
また、この他に、図1に示す欠陥補正部、ノイズ補正部の機能をコンピュータに実行させるためのプログラムであってもよい。この場合、電子カメラにおける撮影時には、FPN画像と本画像とを関連付けて記憶媒体に記録しておき、欠陥補正処理やノイズ補正処理を実行することも可能である。なお、これら機能は、画像処理プログラムの機能の一つとしておき、画像処理を実行する前に、これら処理を実行させることも可能である。 In addition, a program for causing a computer to execute the functions of the defect correction unit and the noise correction unit illustrated in FIG. 1 may be used. In this case, at the time of photographing with the electronic camera, it is also possible to record the FPN image and the main image in association with each other and execute defect correction processing and noise correction processing. These functions are set as one of the functions of the image processing program, and these processes can be executed before the image processing is executed.
10…デジタルカメラ、16…撮像素子、22…DFE回路、23…欠陥補正部、24…ノイズ補正部、30…バッファメモリ、35…画像処理回路、51…垂直シフトレジスタ、52…SH回路、53…水平シフトレジスタ、62…カラムアンプ、63…フォトダイオード、64…コンデンサ、65…転送トランジスタ、67…選択トランジスタ、68…リセットトランジスタ DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Digital camera, 16 ... Imaging device, 22 ... DFE circuit, 23 ... Defect correction part, 24 ... Noise correction part, 30 ... Buffer memory, 35 ... Image processing circuit, 51 ... Vertical shift register, 52 ... SH circuit, 53 ... Horizontal shift register, 62 ... Column amplifier, 63 ... Photodiode, 64 ... Capacitor, 65 ... Transfer transistor, 67 ... Select transistor, 68 ... Reset transistor
Claims (7)
前記撮像素子に配置された前記複数の画素のそれぞれに蓄積される不要な電荷に基づく画素信号を第1画素信号として出力させるとともに、前記撮像素子に配置された前記複数の画素のそれぞれで受光した前記入射光を光電変換したときに得られる電荷に基づく画素信号を第2画素信号として出力させる制御部と、
前記複数の画素から出力される第1画素信号のうち、少なくとも予め設定された第1閾値を超過する前記第1画素信号を除いた、各画素列に含まれる残りの第1画素信号を用いて画素列毎の補正値を算出し、算出した画素列ごとの補正値を用いて該画素列ごとに前記第2画素信号を前記画素列毎に補正する補正部と、
を備えたことを特徴とする電子カメラ。 An image sensor in which a plurality of pixels that photoelectrically convert incident light are arranged in a matrix;
A pixel signal based on unnecessary charges accumulated in each of the plurality of pixels arranged in the image sensor is output as a first pixel signal, and received by each of the plurality of pixels arranged in the image sensor. A controller that outputs, as a second pixel signal, a pixel signal based on a charge obtained when photoelectrically converting the incident light;
Of the first pixel signals output from the plurality of pixels, using the remaining first pixel signals included in each pixel column excluding at least the first pixel signal exceeding a preset first threshold value A correction unit that calculates a correction value for each pixel column, and corrects the second pixel signal for each pixel column using the calculated correction value for each pixel column;
An electronic camera characterized by comprising:
前記補正部は、前記複数の画素のうち、前記第1閾値を超過する第1画素信号を出力した画素と同一行に配置された画素を除く、残りの画素から出力された第1画素信号を用いて前記画素列毎の補正値を算出することを特徴とする電子カメラ。 The electronic camera according to claim 1,
The correction unit removes the first pixel signals output from the remaining pixels, excluding the pixels arranged in the same row as the pixels that output the first pixel signal exceeding the first threshold among the plurality of pixels. A correction value for each pixel column is calculated using the electronic camera.
前記撮像素子に配置された前記複数の画素のそれぞれに蓄積される不要な電荷に基づく画素信号を第1画素信号として出力させるとともに、前記撮像素子に配置された前記複数の画素のそれぞれで受光した前記入射光を光電変換したときに得られる電荷に基づく画素信号を第2画素信号として出力させる制御部と、
前記複数の画素から出力される第1画素信号のうち、その信号値が予め設定された前記第1閾値よりも大きい第2閾値を超過する第1画素信号が含まれる場合に、前記第2閾値を超過する前記第1画素信号を該第1画素信号を出力した画素の周縁に配置された周縁画素から出力された第1画素信号に基づいて補正した後、少なくとも予め設定された第1閾値を超過する前記第1画素信号を除いた、各画素列に含まれる残りの第1画素信号を用いて画素列毎の補正値を算出し、算出した画素列ごとの補正値を用いて該画素列ごとに前記第2画素信号を前記画素列毎に補正する補正部と、
を備えたことを特徴とする電子カメラ。 An image sensor in which a plurality of pixels that photoelectrically convert incident light are arranged in a matrix;
A pixel signal based on unnecessary charges accumulated in each of the plurality of pixels arranged in the image sensor is output as a first pixel signal, and received by each of the plurality of pixels arranged in the image sensor. A controller that outputs, as a second pixel signal, a pixel signal based on a charge obtained when photoelectrically converting the incident light;
The second threshold value when the first pixel signal output from the plurality of pixels includes a first pixel signal whose signal value exceeds a second threshold value greater than the preset first threshold value. The first pixel signal exceeding the first pixel signal is corrected based on the first pixel signal output from the peripheral pixel arranged at the peripheral edge of the pixel that output the first pixel signal, and at least a first threshold value set in advance is set. A correction value for each pixel column is calculated using the remaining first pixel signals included in each pixel column excluding the excess first pixel signal, and the pixel column is calculated using the calculated correction value for each pixel column. A correction unit that corrects the second pixel signal for each pixel column every time;
An electronic camera characterized by comprising:
前記補正部は、前記第2閾値を超過する第1画素信号を、前記周縁画素のいずれかの画素から出力される第1画素信号に置換することを特徴とする電子カメラ。 The electronic camera according to claim 3.
The electronic camera according to claim 1, wherein the correction unit replaces a first pixel signal exceeding the second threshold with a first pixel signal output from any one of the peripheral pixels.
前記補正部は、前記周縁画素から出力される第1画素信号を用いた補間処理を行うことで、前記第2閾値を超過した第1画素信号を補正することを特徴とする電子カメラ。 The electronic camera according to claim 3.
The electronic camera according to claim 1, wherein the correction unit corrects the first pixel signal exceeding the second threshold by performing an interpolation process using the first pixel signal output from the peripheral pixel.
前記複数の画素は、前記入射光を光電変換する光電変換部と、前記光電変換部により光電変換された電荷を蓄積する電荷蓄積部と、前記光電変換部と前記電荷蓄積部とを遮断、又は接続するスイッチング素子と、を有し、
前記制御部は、前記スイッチング素子により前記光電変換部と前記電荷蓄積部とを遮断した状態で出力された画素信号と、前記光電変換部と前記電荷蓄積部とが接続された状態で出力された画素信号との差分を求めることで、前記第1画素信号及び第2画素信号を出力することを特徴とする電子カメラ。 The electronic camera according to any one of claims 1 to 5,
The plurality of pixels block a photoelectric conversion unit that photoelectrically converts the incident light, a charge storage unit that stores charges photoelectrically converted by the photoelectric conversion unit, and the photoelectric conversion unit and the charge storage unit, or A switching element to be connected,
The control unit is output with the pixel signal output in a state where the photoelectric conversion unit and the charge storage unit are blocked by the switching element, and the photoelectric conversion unit and the charge storage unit are connected. An electronic camera that outputs the first pixel signal and the second pixel signal by obtaining a difference from the pixel signal.
前記撮像素子は、前記複数の画素の各画素からの画素信号を画素列方向に転送する転送部と、前記転送部により読み出された画素信号を画素列毎に増幅する増幅器とを、さらに備え、
前記補正部は、前記増幅器により増幅された画素列毎の第1画素信号の信号値を平均することで前記補正値を算出することを特徴とする電子カメラ。 The electronic camera according to any one of claims 1 to 6,
The imaging device further includes a transfer unit that transfers a pixel signal from each pixel of the plurality of pixels in a pixel column direction, and an amplifier that amplifies the pixel signal read by the transfer unit for each pixel column. ,
The electronic camera according to claim 1, wherein the correction unit calculates the correction value by averaging a signal value of a first pixel signal for each pixel column amplified by the amplifier.
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