JP2011029882A - 電子カメラ - Google Patents

Abstract

【構成】ＣＣＤイメージャ１４は、光学的黒エリアを有する撮像面で生成された電荷に基づく生画像信号を出力する。クランプ回路２４は、ＣＣＤイメージャ１８から出力された生画像信号を光学的黒エリアの信号レベルを参照してクランプする。信号処理回路４０は、クランプ回路２４から出力された生画像データに重畳された固定パターンノイズをゲインαが付与された固定パターン信号を参照して低減する。ＣＰＵ４４は、光学的黒エリアに割り当てられたバイパスエリアに対応してクランプ回路２４の動作を制限し、この制限処理に対応するクランプ回路２４の出力に基づいてゲインαの大きさを調整する。
【効果】ゲインαの大きさの調整精度ひいては画像データの品質の向上が図られる。
【選択図】図３

Description

この発明は、電子カメラに関し、特に被写界を表す画像信号の基準レベルを調整する、電子カメラに関する。

この種のカメラの一例が、特許文献１に開示されている。この背景技術によれば、ＣＣＤイメージャの撮像面は、各々が黒画像に対応する光学的黒エリアおよびダミーエリアと、被写界像に対応する有効画素エリアとを有する。また、光学的黒エリアおよびダミーエリアは、ラスタ走査方向において互いに隣接する。さらに、撮像面で発生する暗電流の量は、光学的黒エリア，有効画素エリアおよびダミーエリアの順で減少する。クランプ回路は、ＣＣＤイメージャの撮像面で生成された電荷に基づく生画像信号を、ラスタ走査方向において光学的黒エリアおよびダミーエリアを跨ぐタイミングでクランプする。こうしてクランプされた生画像信号はその後、信号処理回路において色分離，白バランス調整，ＹＵＶ変換などの処理を施される。

特開２００７−１０４４６３号公報

しかし、背景技術では、撮像面で発生した暗電流の量に応じて信号処理回路の設定が調整されることはなく、画像信号の品質の向上に限界がある。

それゆえに、この発明の主たる目的は、画像信号の品質を向上させることができる、電子カメラを提供することである。

この発明に従う電子カメラ(10：実施例で相当する参照符号。以下同じ)は、光学的黒エリアを有する撮像面で生成された電荷に基づく画像信号を出力する撮像手段(14, 20, 22)、撮像手段から出力された画像信号を光学的黒エリアの信号レベルを参照してクランプするクランプ手段(24)、クランプ手段から出力された画像信号をパラメータ設定を参照して処理する処理手段(40)、光学的黒エリアに割り当てられた特定エリア(BP1)に対応してクランプ手段の動作を制限する制限手段(SW1, S1~S5)、および制限手段の制限処理に対応するクランプ手段の出力に基づいてパラメータ設定を調整する調整手段(S7, S11~S23)を備える。

好ましくは、処理手段は画像信号に重畳された固定パターンノイズを基準パターンを参照して低減する低減処理を含み、パラメータ設定は基準パターンに付与するゲインの設定を含む。

好ましくは、制限手段の制限処理に対応するクランプ手段の出力レベルが既定値(TH2)以上のとき電源をオフする電源制御手段(S25)がさらに備えられる。

好ましくは、制限手段は、クランプ前の画像信号およびクランプ後の画像信号のいずれか一方を選択する選択手段(SW1)、および選択手段の選択動作を制御する選択制御手段(S1~S5)を含む。

この発明に従う電子カメラ(10)は、光学的黒エリアを有する撮像面で生成された電荷に基づく画像信号を出力する撮像手段(14, 20, 22)、撮像手段から出力された画像信号を光学的黒エリアの信号レベルを参照してクランプするクランプ手段(24)、クランプ手段から出力された画像信号をパラメータ設定を参照して処理する処理手段(40)、クランプ手段によってクランプされる前の画像信号を光学的黒エリアに対応して取り込む取り込み手段(S7)、および取り込み手段によって取り込まれた画像信号に基づいてパラメータ設定を調整する調整手段(S11~S23)を備える。

この発明によれば、画像信号の処理のために参照されるパラメータ設定は、クランプ手段の動作が制限された状態の光学的黒成分に基づいて調整される。これによって、パラメータ設定の調整精度ひいては画像信号の品質の向上が図られる。

また、この発明によれば、画像信号の処理のために参照されるパラメータ設定は、クランプされる前の画像信号の光学的黒成分に基づいて調整される。これによって、パラメータ設定の調整精度ひいては画像信号の品質の向上が図られる。

この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。

この発明の基本的構成の一例を示すブロック図である。 この発明の基本的構成の他の一例を示すブロック図である。 この発明の一実施例の構成を示すブロック図である。 図３実施例に適用されるＣＣＤイメージャの構成の一例を示す図解図である。 撮像面における有効画素エリア，光学的黒エリア，クランプエリアおよびバイパスエリアの割り当て状態の一例を示す図解図である。 図３実施例に適用される信号処理回路の構成の一部を示すブロック図である。 （Ａ）は有効画素エリアに対応したクランプ動作の一例を示す図解図であり、（Ｂ）はバイパスエリアに対応したクランプ動作の一例を示す図解図である。 図３実施例に適用されるＣＰＵの動作の一部を示すフロー図である。 図３実施例に適用されるＣＰＵの動作の他の一部を示すフロー図である。

以下、この発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
［基本的構成１］

図１を参照して、この発明の電子カメラは、基本的に次のように構成される。撮像手段１ａは、光学的黒エリアを有する撮像面で生成された電荷に基づく画像信号を出力する。クランプ手段２ａは、撮像手段１ａから出力された画像信号を光学的黒エリアの信号レベルを参照してクランプする。処理手段３ａは、クランプ手段２ａから出力された画像信号をパラメータ設定を参照して処理する。制限手段４ａは、光学的黒エリアに割り当てられた特定エリアに対応してクランプ手段２ａの動作を制限する。調整手段５ａは、制限手段４ａの制限処理に対応するクランプ手段２ａの出力に基づいてパラメータ設定を調整する。

したがって、画像信号の処理のために参照されるパラメータ設定は、クランプ手段の動作が制限された状態の光学的黒成分に基づいて調整される。これによって、パラメータ設定の調整精度ひいては画像信号の品質の向上が図られる。
［基本的構成２］

図２を参照して、この発明の電子カメラはまた、基本的に次のように構成される。撮像手段１ｂは、光学的黒エリアを有する撮像面で生成された電荷に基づく画像信号を出力する。クランプ手段２ｂは、撮像手段１ｂから出力された画像信号を光学的黒エリアの信号レベルを参照してクランプする。処理手段３ｂは、クランプ手段２ｂから出力された画像信号をパラメータ設定を参照して処理する。取り込み手段４ｂは、クランプ手段２ｂによってクランプされる前の画像信号を光学的黒エリアに対応して取り込む。調整手段５ｂは、取り込み手段４ｂによって取り込まれた画像信号に基づいてパラメータ設定を調整する。

したがって、画像信号の処理のために参照されるパラメータ設定は、クランプされる前の画像信号の光学的黒成分に基づいて調整される。これによって、パラメータ設定の調整精度ひいては画像信号の品質の向上が図られる。
［実施例］

図３を参照して、この実施例のディジタルカメラ１０は、光学レンズ１２を含む。被写界の光学像は、光学レンズ１２を経てＣＣＤイメージャ１４の撮像面に照射される。光学特性上、撮像面に照射された光学像は上下方向において反転する。

ドライバ１６は、ＴＧ(Timing Generator)１８から出力された垂直同期信号Ｖｓｙｎｃなどのタイミング信号に応答して、ＣＣＤイメージャ１４の撮像面を露光し、かつ露光によって生成された電荷を読み出す。ＣＣＤイメージャ１４はインタレース走査型であり、撮像面で生成された電荷は複数フィールドに分けてＣＣＤイメージャ１４から読み出される。

図４を参照して、ＣＣＤイメージャ１４は、撮像面に平面状に配列された複数の受光素子１４ａ，１４ａ，…と、複数の受光素子列にそれぞれ割り当てられた複数の垂直転送レジスタ１４ｂ，１４ｂ，…と、複数の垂直転送レジスタ１４ｂ，１４ｂ，…の終端に設けられた水平転送レジスタ１４ｃとを有する。

図５に示すように、撮像面は、有効画素エリアおよび光学的黒エリアを有する。有効画素エリアは、光学的黒エリアによって囲まれる。また、図３に示す受光素子１８ａ，１８ａ，…および垂直転送レジスタ１８ｂ，１８ｂ，…は、有効画素エリアおよび光学的黒エリアの両方に形成される。

ただし、有効画素エリア上の受光素子１４ａは被写界の光学像を受けるべく露出するものの、光学的黒エリア上の受光素子１４ａは図示しない遮光材によって覆われる。したがって、有効画素エリアは“被写界像エリア”と定義することができ、光学的黒エリアは“黒画像エリア”と定義することができる。

光学的黒エリアには、クランプエリアＣＬ１およびＣＬ２とバイパスエリアＢＰ１とが割り当てられる。クランプエリアＣＬ１は横長の短冊形状を有して撮像面の右上側部に割り当てられ、クランプエリアＣＬ２は縦長の短冊形状を有して撮像面の左側部に割り当てられる。バイパスエリアＢＰ１は、横長の短冊形状を有して撮像面の左上側部に割り当てられる。

各々の受光素子１４ａで生成された電荷は、垂直転送レジスタ１４ｂに読み出され、水平転送レジスタ１４ｃに向けて転送される。水平転送レジスタ１４ｃに到達した電荷は、図示しないセンサゲートを経た後、生画像信号として出力される。出力される生画像信号には、垂直転送レジスタ１４ｂで発生した暗電流に相当する成分が含まれる。

図３に戻って、ＣＣＤイメージャ１４から出力された生画像信号は、ＣＤＳ(Correlation Double Sampling)回路２０およびＶＧＡ(Variable Gain
Amplifier)２２で相関２重サンプリングおよびゲイン調整を施される。ＶＧＡ２２からクランプ回路２４へは、適正ゲインを有する生画像信号が与えられる。

クランプ回路２４において、生画像信号は、加算器２６を経て端子Ｔ１に与えられるとともに、直接的に端子Ｔ２に与えられる。加算器２６は、Ｄ／Ａ変換器３８から出力されたオフセット信号をＶＧＡ２２から出力された生画像信号に加算する。したがって、端子Ｔ２にはクランプ前の生画像信号が与えられる一方、端子Ｔ１にはクランプ後の生画像信号が与えられる。

ＣＰＵ４４は、バイパスエリアＢＰ１に対応する期間にスイッチＳＷ１を端子Ｔ２に接続し、バイパスエリアＢＰ１以外のエリアに対応する期間にスイッチＳＷ１を端子Ｔ１に接続する。したがって、スイッチＳＷ１からは、バイパスエリアＢＰ１に対応してクランプ前の生画像信号が出力され、バイパスエリアＢＰ１以外のエリアに対応してクランプ後の生画像信号が出力される。

Ａ／Ｄ変換器２８は、スイッチＳＷ１から出力された生画像信号の形式をアナログ形式からディジタル形式に変換する。Ａ／Ｄ変換器２８では、ディジタル信号への変換と同時にクリップ処理が実行される。クリップレベルは既定クランプレベルから所定値だけ下回り、Ａ／Ｄ変換器２８から出力される生画像信号はクリップレベル以上のデータ値を有する。

クランプパルス発生回路３０は、ＴＧ１８から出力されるタイミング信号に基づいて、クランプパルスを発生する。クランプパルスは、クランプエリアＣＬ１およびＣＬ２に対応してハイレベルとなり、クランプエリアＣＬ１およびＣＬ２以外のエリアに対応してローレベルとなる。スイッチＳＷ２は、クランプパルスがハイレベルを示す期間にオンされ、クランプパルスがローレベルを示す期間にオフされる。したがって、スイッチＳＷ２からは、クランプエリアＣＬ１およびＣＬ２に対応する生画像信号つまり黒画像信号が出力される。

スイッチＳＷ２から出力された黒画像信号は、演算器３４のマイナス入力端子に与えられる。一方、クランプレベル設定回路３２は、クランプレベル信号を演算器３４のプラス入力端子に与える。クランプレベル信号は、既定のクランプレベルに相当するデータ値を有する。演算器３４は、このようなクランプレベル信号から黒画像信号を減算し、これによって得られた減算信号をＬＰＦ３６に向けて出力する。

ＬＰＦ３６は、演算器３４からの減算信号を平滑してオフセット信号を生成する。生成されたオフセット信号の形式は、Ｄ／Ａ変換器３８によってディジタル形式からアナログ形式に変換される。加算器２６は、こうして生成されたオフセット信号をＶＧＡ２２からの生画像信号に加算する。

信号処理回路４０は、Ａ／Ｄ変換器２８から出力された生画像信号にノイズ低減，白バランス調整，色分離，ＹＵＶ変換などの処理を施す。信号処理回路４０から出力された画像信号はＬＣＤモニタ４２に与えられ、これによって被写界を表す動画像がモニタ画面に表示される。

信号処理回路４０は、図６に示すように構成される。Ａ／Ｄ変換器２８から出力された生画像信号は、ノイズ低減回路５０に設けられた加算器５０ａのプラス端子に与えられる。固定パターン信号発生回路５０ｂは固定パターン信号を発生し、掛け算器５０ｃは発生された固定パターン信号にゲインαを掛け算する。ゲインαを付与された固定パターン信号は、加算器５０ａのマイナス端子に与えられる。これによって、生画像信号に重畳された固定パターンノイズが低減される。

白バランス調整回路５２は加算器５０ａから出力された生画像信号の白バランスを調整し、色分離回路５４は調整された白バランスを有する生画像信号に色分離処理を施す。ＹＵＶ変換回路５６は、色分離回路５４から出力された画像信号の形式をＹＵＶ形式に変換し、変換された画像信号を出力する。

クランプ回路２４が上述の要領で動作する結果、有効画素エリアに対応する生画像信号のレベルつまり被写界像信号のレベルは図７（Ａ）に示すように変化し、バイパスエリアＢＰ１に対応する生画像信号のレベルつまり黒画像信号のレベルは図７（Ｂ）に示すように変化する。

黒レベルの大きさは暗電流の量に依存し、暗電流の量は温度上昇とともに増大するため、図７（Ａ）および図７（Ｂ）のいずれにおいても、黒レベルは温度上昇とともに増大する。ただし、クランプ動作は、有効画素エリアにおいて許可される一方、バイパスエリアにおいて制限される。このため、被写界像信号の黒レベルは上述した既定のクランプレベルに調整されるのに対し、黒画像信号のレベルは温度の影響を受けて変動する。

ＣＰＵ４４は、このような黒画像信号をＡ／Ｄ変換器２８から取り込み、取り込まれた黒画像信号のレベルに基づいて上述したゲインαの大きさを調整する。具体的には、黒レベルが閾値ＴＨ１未満であれば、ゲインαは初期値に設定される。黒レベルが閾値ＴＨ１以上でかつ閾値ＴＨ２（ＴＨ２＞ＴＨ１）未満であれば、ゲインαは“初期値＋Ｋ”に設定される（Ｋ＞０）。

クランプ動作が制限された状態でＡ／Ｄ変換器２８から出力される黒画像信号（つまりクランプ前の黒画像信号）に注目することで、黒レベルを正確に判別することができ、ひいてはノイズ低減処理の性能を向上させることができる。

なお、黒レベルが閾値ＴＨ２以上となると、電源が強制的にオフされる。これによって、異常な画像がＬＣＤモニタ４２に表示される事態を回避することができる。

ＣＰＵ４４は、図８に示すクランプ制御タスクおよび図９に示すパラメータ制御タスクを含む複数のタスクを並列的に実行する。なお、これらのタスクに対応する制御プログラムは、図示しないフラッシュメモリに記憶される。

図８を参照して、ステップＳ１ではＶＧＡ２２から出力された現画素信号がバイパスエリアＢＰ１に属する画素信号であるか否かをＴＧ１８の出力に基づいて判別する。判別結果がＮＯであればステップＳ３でスイッチＳＷ１を端子Ｔ１に設定し、その後にステップＳ１に戻る。判別結果がＹＥＳであれば、ステップＳ５でスイッチＳＷ１を端子Ｔ２に設定し、ステップＳ７で現画素の画素信号をＡ／Ｄ変換器２８から取込み、その後にステップＳ１に戻る。

図９を参照して、ステップＳ１１ではゲインαを初期値に設定し、ステップＳ１３では垂直同期信号Ｖｓｙｎｃが発生したか否かを判別する。判別結果がＮＯからＹＥＳに更新されるとステップＳ１５に進み、前フィールドに対応するステップＳ７の処理によって取り込まれた画素信号に基づいて黒レベルを算出する。ステップＳ１７では算出された黒レベルを閾値ＴＨ１と比較し、ステップＳ１９では算出された黒レベルを閾値ＴＨ２と比較する。

黒レベルが閾値ＴＨ１未満であれば、ステップＳ１７でＹＥＳと判断し、ステップＳ２１でゲインαを初期値に設定する。黒レベルが閾値ＴＨ１以上でかつ閾値ＴＨ２未満であれば、ステップＳ１９でＹＥＳと判断し、ゲインαを“初期値＋Ｋ”に設定する（Ｋ＞０）。ステップＳ２１またはＳ２３の処理が完了すると、ステップＳ１３に戻る。黒レベルが閾値ＴＨ２以上であれば、電源をオフする。

以上の説明から分かるように、ＣＣＤイメージャ１４は、光学的黒エリアを有する撮像面で生成された電荷に基づく生画像信号を出力する。クランプ回路２４は、ＣＣＤイメージャ１４から出力された生画像信号を光学的黒エリアの信号レベルを参照してクランプする。信号処理回路４０は、クランプ回路２４から出力された生画像信号に重畳された固定パターンノイズをゲインαが付与された固定パターン信号を参照して低減する。ＣＰＵ４４は、光学的黒エリアに割り当てられたバイパスエリアＢＰ１に対応してクランプ回路２４の動作を制限し(S1~S5)、この制限処理に対応するクランプ回路２４の出力に基づいてゲインαの大きさを調整する(S7, S11~S23)。

したがって、固定パターンノイズを低減するために参照されるゲインαの大きさは、クランプ回路２４の動作が制限された状態の光学的黒成分に基づいて調整される。これによって、ゲインαの大きさの調整精度ひいては画像信号の品質の向上が図られる。

なお、この実施例ではＣＣＤ型のイメージャを採用しているが、これに代えてＣＭＯＳ型のイメージャを採用するようにしてもよい。この場合、クランプエリアＣＬ１およびＣＬ２のいずれか一方は省略してもよい。

１０ …ディジタルカメラ
１４ …ＣＣＤイメージャ
２４ …ディジタルクランプ回路
４０ …信号処理回路
４４ …ＣＰＵ

Claims (5)

1. 光学的黒エリアを有する撮像面で生成された電荷に基づく画像信号を出力する撮像手段、
   前記撮像手段から出力された画像信号を前記光学的黒エリアの信号レベルを参照してクランプするクランプ手段、
   前記クランプ手段から出力された画像信号をパラメータ設定を参照して処理する処理手段、
   前記光学的黒エリアに割り当てられた特定エリアに対応して前記クランプ手段の動作を制限する制限手段、および
   前記制限手段の制限処理に対応する前記クランプ手段の出力に基づいて前記パラメータ設定を調整する調整手段を備える、電子カメラ。
2. 前記処理手段は前記画像信号に重畳された固定パターンノイズを基準パターンを参照して低減する低減処理を含み、
   前記パラメータ設定は前記基準パターンに付与するゲインの設定を含む、請求項１記載の電子カメラ。
3. 前記制限手段の制限処理に対応する前記クランプ手段の出力レベルが既定値以上のとき電源をオフする電源制御手段をさらに備える、請求項１または２記載の電子カメラ。
4. 前記制限手段は、クランプ前の画像信号およびクランプ後の画像信号のいずれか一方を選択する選択手段、および前記選択手段の選択動作を制御する選択制御手段を含む、請求項１ないし３のいずれかに記載の電子カメラ。
5. 光学的黒エリアを有する撮像面で生成された電荷に基づく画像信号を出力する撮像手段、
   前記撮像手段から出力された画像信号を前記光学的黒エリアの信号レベルを参照してクランプするクランプ手段、
   前記クランプ手段から出力された画像信号をパラメータ設定を参照して処理する処理手段、
   前記クランプ手段によってクランプされる前の画像信号を前記光学的黒エリアに対応して取り込む取り込み手段、および
   前記取り込み手段によって取り込まれた画像信号に基づいて前記パラメータ設定を調整する調整手段を備える、電子カメラ。

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