JP2012039536A - Imaging device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、撮像装置に関するものである。 The present invention relates to an imaging apparatus.
CMOS型やCCD型の固体撮像素子などの撮像素子を有する撮像装置では、前記撮像素子の出力に含まれるノイズ成分(固定パターンノイズ(FPN)成分など)を除去するために、少なくとも1画面分の遮光データを前記撮像素子から読み出してフレームメモリに格納し、露光データからフレームメモリ内の遮光データを減算することで、露光データを補正することが提案されている。 In an image pickup apparatus having an image pickup device such as a CMOS type or CCD type solid-state image pickup device, at least one screen portion is removed in order to remove noise components (fixed pattern noise (FPN) components, etc.) included in the output of the image pickup device. It has been proposed to correct exposure data by reading out light shielding data from the image sensor and storing it in a frame memory and subtracting the light shielding data in the frame memory from the exposure data.
しかし、この撮像装置では、少なくとも1画面分の遮光データを用いて補正処理を行う必要があり、その処理量が増大する。このため、ノイズ成分除去の補正の処理に長時間を要し、その分だけ最終的な補正後の撮像データを得るまでの時間も長くなってしまう。したがって、連写等の撮影速度を速くすることができない。また、単写時においては、レリーズのタイムラグが長くなってしまうという問題が発生する。 However, in this imaging apparatus, it is necessary to perform correction processing using light shielding data for at least one screen, and the processing amount increases. For this reason, it takes a long time for the correction processing for removing the noise component, and the time required for obtaining the final corrected image data is increased accordingly. Therefore, the photographing speed such as continuous shooting cannot be increased. In addition, there is a problem that the time lag of the release becomes long during single shooting.
そこで、下記特許文献1では、撮像素子が遮光された状態で、撮像素子から全行ではなく一部の複数行の画素から信号を読み出し、これを補正用データとして用いることが提案されている。この場合、補正用データのデータ量が少ないので、ノイズ成分除去の補正の処理量が少なくなり、その補正の時間が短縮され、ひいては、連写等の撮影速度を速くすることができるとともに、単写時のレリーズのタイムラグを短縮することができる。
Therefore, in
しかしながら、本発明者の研究の結果、撮像素子が遮光された状態で、撮像素子から全行ではなく画像の列方向中央部の領域に相当する連続した複数行の画素から信号を読み出し、これを補正用データとして用いると、ノイズ成分除去の補正の精度が低下してしまう場合があることが、判明した。 However, as a result of the inventor's research, in a state where the image sensor is shielded from light, signals are read from pixels in a plurality of continuous rows corresponding to the central region in the column direction of the image instead of all rows from the image sensor. It has been found that when used as correction data, the accuracy of noise component correction may be reduced.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ノイズ成分除去の補正の精度を高めることができる撮像装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide an imaging apparatus capable of improving the accuracy of noise component removal correction.
前記課題を解決するための手段として、以下の各態様を提示する。第1の態様による撮像装置は、光量に応じた画素信号を出力する複数の画素が2次元行列状に配置された画素アレイと、前記画素アレイが遮光された状態で、前記画素信号を列方向に間引いて読み出す第1の読み出し制御と、前記画素アレイが露光された状態で、前記画素信号を読み出す第2の読み出し制御とを、切り替えて行う読み出し制御手段と、前記第1の読み出し制御により読み出された画素信号に基づいて、前記第2の読み出し制御により読み出された画素信号を補正する補正手段と、を備えたものである。 The following aspects are presented as means for solving the problems. An image pickup apparatus according to a first aspect includes: a pixel array in which a plurality of pixels that output pixel signals corresponding to a light amount are arranged in a two-dimensional matrix; and the pixel signals in a column direction with the pixel array shielded from light Read control means for switching between a first read control that reads out the pixel signal and a second read control that reads out the pixel signal in a state where the pixel array is exposed, and the first read control Correction means for correcting the pixel signal read out by the second read-out control based on the output pixel signal.
第2の態様による撮像装置は、前記第1の態様において、前記第1の読み出し制御は、指令信号に応じて、前記間引きの間引き率を可変に設定するものである。 In the imaging device according to a second aspect, in the first aspect, the first readout control is configured to variably set the thinning rate in accordance with a command signal.
第3の態様による撮像装置は、前記第1又は第2の態様において、前記補正手段は、前記第1の読み出し制御により読み出された画素信号に対して、前記画素アレイの列毎に平均処理を施すことにより、1行分の補正データを生成し、前記第2の読み出し制御により読み出された画素信号から前記補正データを各列毎に減算して補正するものである。 In the imaging device according to a third aspect, in the first or second aspect, the correction unit performs an average process for each column of the pixel array with respect to the pixel signal read out by the first readout control. The correction data for one row is generated by subtracting the correction data, and the correction data is subtracted for each column from the pixel signal read out by the second readout control.
第4の態様による撮像装置は、前記第1乃至第3のいずれかの態様において、前記補正手段は、前記第1の読み出し制御により読み出された画素信号に対して、前記画素アレイを列方向に複数に分割してなる部分領域毎に補正データを生成し、前記第2の読み出し制御により読み出された画素信号を前記部分領域毎に前記補正データに基づいて補正するものである。 In the imaging device according to a fourth aspect, in any one of the first to third aspects, the correction unit moves the pixel array in a column direction with respect to the pixel signal read by the first read control. Correction data is generated for each partial area divided into a plurality of areas, and the pixel signal read out by the second readout control is corrected for each partial area based on the correction data.
本発明によれば、ノイズ成分除去の補正の精度を高めることができる撮像装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the imaging device which can raise the precision of correction | amendment of noise component removal can be provided.
以下、本発明による撮像装置装置について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, an imaging device according to the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施の形態による撮像装置1示す概略ブロック図である。本実施の形態による撮像装置1は、電子カメラとして構成されている。
FIG. 1 is a schematic block diagram showing an
図1は、本実施の形態による撮像装置1には、撮影レンズ2が装着される。この撮影レンズ2は、レンズ制御部2aによってフォーカスや絞りが駆動される。この撮影レンズ2の像空間には、固体撮像素子3の撮像面が配置される。
In FIG. 1, a photographing
固体撮像素子3は、撮像制御部4から出力される制御信号によって駆動され、信号を出力する。固体撮像素子3から出力される信号は、信号処理部5、及びA/D変換部6を介して処理された後、メモリ7に一旦蓄積される。メモリ7は、バス8に接続される。バス8には、レンズ制御部2a、撮像制御部4、マイクロプロセッサ9、焦点演算部10、記録部11、画像圧縮部12及び画像処理部13なども接続される。マイクロプロセッサ9には、レリーズ釦などの操作部9aが接続される。また、上記の記録部11には記録媒体11aが着脱自在に装着される。
The solid-
図2は、図1中の固体撮像素子3の概略構成を示す回路図である。この固体撮像素子3は、CMOS型固体撮像素子として構成されている。
FIG. 2 is a circuit diagram showing a schematic configuration of the solid-
図2に示すように、この固体撮像素子3は、一般的なCMOS型固体撮像素子と同様に、垂直走査回路22と、水平走査回路23と、2次元行列状に配置され光量に応じた画素信号を出力する複数の画素24と、周知のCDS回路等を含む読み出し回路25と、出力アンプ26とを有している。各画素24のフォトダイオードPD(図2では図示せず。図3参照)が出力する電気信号が、撮像制御部4による制御を受けた垂直走査回路22によって読み出し回路25に行単位で取り出され、撮像制御部4による制御を受けた水平走査回路23によって列単位で出力アンプ26を介して出力端子27に画像信号として出力されるようになっている。このように、垂直走査回路22及び水平走査回路23は、画素24を駆動する回路を構成している。画素24が2次元行列状に配置された領域が画素アレイ40である。この固体撮像素子3では、垂直走査回路22、水平走査回路23、読み出し回路25及び出力アンプ26が周辺回路を構成している。
As shown in FIG. 2, this solid-
図3は、図2中の1つの画素24を示す回路図である。各画素24は、図3に示すように、入射光に応じた電荷を生成し蓄積する光電変換部としてのフォトダイオードPDと、前記電荷を受け取って電位に変換するフローティング容量部FDと、フォトダイオードPDからフローティング容量部FDに電荷を転送する転送部としての転送トランジスタTXと、フローティング容量部FDの電位をリセットするリセットトランジスタRSTと、フローティング容量部FDの電位に応じた信号を出力する増幅部としての増幅トランジスタAMPと、読み出し行を選択する選択部としての選択トランジスタSELとを有している。本実施の形態では、画素24のトランジスタAMP,TX,RST,SELは、全てnMOSトランジスタである。図3において、VDDは電源電位である。
FIG. 3 is a circuit diagram showing one
転送トランジスタTXのゲートは行毎に転送線32に共通に接続され、そこには、転送トランジスタTXを制御する制御信号φTXが垂直走査回路22から供給される。リセットトランジスタRSTのゲートは行毎にリセット線31に共通に接続され、そこには、リセットトランジスタRSTを制御する制御信号φRSTが垂直走査回路22から供給される。選択トランジスタSELのゲートは行毎に行選択線30に共通に接続され、そこには、選択トランジスタSELを制御する制御信号(行選択信号)φSELが垂直走査回路22から供給される。画素24の選択トランジスタSELのソースは、列毎に垂直信号線33に共通に接続されている。行選択線30、リセット線31及び転送線32は、垂直走査回路32に接続されている。垂直信号線33は、読み出し回路25に接続されている。
The gate of the transfer transistor TX is commonly connected to the
本実施の形態では、撮像制御部4、垂直走査回路22、水平走査回路23及び水平読み出し回路25は、固体撮像素子3(ひいては、画素アレイ40)が遮光された状態で、画素アレイ40から画素信号を列方向に間引いて読み出す第1の読み出し制御を行う。本実施の形態では、この第1の読み出し制御は、読み出される画素24の行が画素アレイ40の列方向のほぼ全体に渡って分布するように行われる。
In the present embodiment, the
図4(a)は、この間引き読み出しにより読み出される画素24の行50の例を模式的に示している。図4(a)に示す例では、読み出し行は、連続するk行(kは2以上の整数)に1行の割合で、(k−1)行置きの1行ずつとなっている。もっとも、この間引き読み出し時の読み出し行は、例えば、h行(hは3以上の整数)に2行の割合で、(h−2)行置きの連続する2行ずつとしてもよい。図4(b)は、比較例における読み出し行を模式的に示す図である。この比較例では、画素アレイ40の列方向中央部の領域に相当する連続した複数行を読み出し行として、残りの行(上下の領域の行)からは信号を読み出ださない。
FIG. 4A schematically shows an example of the
また、本実施の形態では、撮像制御部4、垂直走査回路22、水平走査回路23及び水平読み出し回路25は、前記第1の読み出し制御と、固体撮像素子3(ひいては、画素アレイ40)が露光された状態で、画素アレイ40から画素信号を読み出す第2の読み出し制御とを、切り替えて行う読み出し制御手段としての機能を担うようになっている。。
In the present embodiment, the
さらに、本実施の形態では、前記第1の読み出し制御により読み出された画素信号に基づいて、前記第2の読み出し制御により読み出された画素信号を補正する補正手段としての機能を、画像処理部13が担うようになっている。
Further, in the present embodiment, a function as a correction unit that corrects the pixel signal read by the second read control based on the pixel signal read by the first read control is provided with image processing.
図5は、図2中の垂直走査回路22の一部の回路(読み出し行の選択に関連する回路、すなわち、行選択信号φSELを生成する回路)を示す回路図である。本実施の形態では、垂直走査回路22は、画素24の行に対してそれぞれ1対1に設けられたD型フリッププロップ61及びアンドゲート62を有している。各段のD型フリッププロップ61の出力端子cが次段のD型フリッププロップ61のデータ入力端子bに接続され、1段目のD型フリッププロップ61のデータ入力端子bに垂直スタートパルスφVSTRが入力され、各段のD型フリッププロップ61のクロック入力端子aは共通に接続されてそこにはクロック信号φCLKが入力されている。これにより、これらのD型フリッププロップ61によってシフトレジスタが構成されている。各アンドゲート62の一方の入力端子は、対応するD型フリッププロップ61の出力端子cに接続され、各アンドゲート62の他方の入力端子は共通に接続されてそこには制御信号φRDが入力されている。これにより、各アンドゲート62は、対応する段のデータ入力端子bの出力と制御信号φRDとの論理積の信号を、各行の行選択信号φSELとして出力する。前記各信号φVSTR,φCLK,φRDは、撮像制御部4から垂直走査回路22へ供給される。
FIG. 5 is a circuit diagram showing a part of the
垂直スタートパルスφVSTRがハイレベルの期間中でのクロック信号φCLKの立ち上がりエッジで、D型フリッププロップ61からなるシフトレジスタが動作を開始し、その後、クロック信号φCLKに同期して各段のD型フリッププロップ61の出力信号において順次パルスがシフトしていく。そして、各段のデータ入力端子bの出力と制御信号φRDとの論理積の信号が、その行の行選択信号φSELとして出力される。
At the rising edge of the clock signal φCLK during the period when the vertical start pulse φVSTR is at the high level, the shift register including the D-type flip-
図6は、2行置きの1行ずつを読み出し行とする場合の、各信号φVSTR,φCLK,φRD、第1段〜第4段のD型フリッププロップ61の出力信号(1)〜(4)を示すタイミングチャートである。図6では、アンドゲート62のゲート信号となる制御信号φRDのハイレベルのパターンが、1行目、4行目、7行目・・・と、2つ置きの1行ずつに対応しているので、これらの行の行選択信号φSEL(1)、φSEL(4)、φSEL(7)・・・が順次ハイレベルとなる一方で、間の行に対応する行選択信号φSEL(2)、φSEL(3)、φSEL(5)、φSEL(6)・・・は、ローレベルのままとされ、2行置きの1行ずつが読み出し行として選択される。制御信号φRDのハイレベルのパターンを適宜設定することで、任意の間引き率に設定してその間引き率に応じた行を読み出し行とすることができる。
FIG. 6 shows the signals φVSTR, φCLK, φRD, and the output signals (1) to (4) of the D-type flip-
図7は、1行ずつ全行を読み出し行とする場合の、各信号φVSTR,φCLK,φRD、第1段〜第4段のD型フリッププロップ61の出力信号(1)〜(4)を示すタイミングチャートである。図7では、アンドゲート62のゲート信号となる制御信号φRDのハイレベルのパターンが、1行ずつ全行に対応しているので、これらの行の行選択信号φSEL(1)、φSEL(2)、φSEL(3)、φSEL(4)・・・が順次ハイレベルとなる。よって、全行が1行ずつ読み出し行として選択される。
FIG. 7 shows the signals φVSTR, φCLK, φRD, and the output signals (1) to (4) of the first to fourth D-type flip-
なお、撮像制御部4による制御下で、垂直走査回路22は、行選択信号φSELに応じて前記制御信号φTX、φRESが出力され、さらに、それらの状況に応じて水平走査期間において水平走査が行われるように、撮像制御部4が水平走査回路23及び読み出し回路25に制御信号を供給してそれらを制御するが、これらの点については公知であるので、その説明を省略する。
Note that, under the control of the
本実施の形態による撮像装置1では、例えば、操作部9aにより撮像開始が指令されると、マイクロプロセッサ9による統括制御の下で、補正用データの取得の後、被補正用データ(本撮影データ等)の取得が行われ、その後、被補正用データが補正用データに基づいて補正処理される。
In the
前記補正用データの取得は、次のように行われる。すなわち、レンズ制御部2aによりメカニカルシャッタが閉じられて固体撮像素子3が遮光された状態で、撮像制御部4が例えば図6に示す制御信号φRD,φVSTR,φCLKを固体撮像素子3の垂直走査回路22に供給するなどによって、画素アレイ40の画素24の信号が列方向に間引いて読み出され、かつ、読み出される画素24の行50が図4に示すように画素アレイ40の列方向のほぼ全体に渡って分布するように、固体撮像素子3の読み出し制御を行う。これにより読み出された信号は、信号処理部5及びA/D変換部6を経て補正用データとしてメモリ7に格納される。
Acquisition of the correction data is performed as follows. That is, in a state where the mechanical shutter is closed by the
その被補正用データ(本撮影データ等)の取得は、例えば、次のようにして行われる。レンズ制御部2aによりメカニカルシャッタが所望の露光期間だけ開かれた後に閉じられ、これにより固体撮像素子3が露光された状態で、撮像制御部4が例えば図7に示す制御信号φRD,φVSTR,φCLKを固体撮像素子3の垂直走査回路22に供給するなどによって、画素アレイ40の画素24の信号が全行に渡って読み出されるように、固体撮像素子3の読み出し制御を行う。これにより読み出された信号は、信号処理部5及びA/D変換部6を経て被補正用データとしてメモリ7に格納される。
Acquisition of the data for correction (main photographing data or the like) is performed as follows, for example. The
その後の補正処理は、メモリ7に格納された前記補正用データに基づいて、メモリに格納された前記被補正用データを補正することによって行う。 Subsequent correction processing is performed by correcting the data to be corrected stored in the memory based on the data for correction stored in the memory 7.
その補正処理の第1の具体例では、前記補正用データに対して画素24の列毎に平均処理を施すことにより、1行分の補正データにまとめ、前記被補正用データの各信号から、前記1行分の補正データのうちの当該信号の列と同じ列のデータを減算する。これにより、補正後の画像データを得る。
In the first specific example of the correction process, the correction data is averaged for each column of the
前記補正処理の第2の具体例では、メモリ7に格納された前記被補正用データを、画素アレイ40を列方向に複数に分割(例えば、3分割)してなる各部分領域(例えば、図4(a)中の上側領域、中央領域、下側領域)毎に、メモリ7に格納された前記補正用データに基づいて、補正する。より具体的には、例えば、前記補正用データに対して図4(a)中の上側領域、中央領域及び下側領域毎に、画素24の列毎に平均処理を施すことにより、上側領域の補正用データからまとめた1行分の補正データ、中央領域の補正用データからまとめた1行分の補正データ、下側領域の補正用データからまとめた1行分の補正データを得る。そして、前記被補正用データの上側領域の各信号から、上側領域の補正用データからまとめた1行分の補正データのうちの当該信号の列と同じ列のデータを減算する。前記被補正用データの中央領域の各信号から、中央領域の補正用データからまとめた1行分の補正データのうちの当該信号の列と同じ列のデータを減算する。前記被補正用データの下側領域の各信号から、下側領域の補正用データからまとめた1行分の補正データのうちの当該信号の列と同じ列のデータを減算する。これらにより、各領域に関する減算後の信号の集合として、補正後の画像データを得る。
In the second specific example of the correction processing, the partial data (for example, FIG. 5) obtained by dividing the data to be corrected stored in the memory 7 into a plurality of (for example, three divisions) the
なお、補正用データの取得時の読み出し時の間引き率は、固定しておいてもよいし、可変に設定できるようにしておいてもよい。後者の場合、例えば、操作部9aにより速度優先モードか画質優先モードかを選択した信号に応じた指令に従って、撮像制御部4は前記間引き率を可変に設定(具体的には、制御信号φRDのハイレベルのパターンを設定)してもよい。間引き率を可変に設定できるようにする場合、間引き率をゼロ(すなわち、全行読み出し)にも可変に設定できるようにしてもよい。
Note that the thinning rate at the time of reading out the correction data may be fixed, or may be set variably. In the latter case, for example, the
前述した図4(b)に示す比較例のように、画素アレイ40の列方向中央部の領域に相当する連続した複数行のみから読み出した信号を補正用データとして用いて、被補正用データ(本撮影データ等)の補正を行う場合には、画像の周辺部(画像の列方向の両側の領域)に中央部の領域とは異なるような大きなノイズ発生要因が存在すると、前記補正にそのノイズ発生要因が全く反映されず、ひいてはノイズ除去の補正の精度が低下して、補正後の画像の画質が劣化してしまう。
As in the comparative example shown in FIG. 4B described above, using data read from only a plurality of continuous rows corresponding to the central region in the column direction of the
これに対し、本実施の形態では、図4(a)に示すように、画素アレイ40の列方向のほぼ全体に渡って分布する行から読み出した信号を補正用データとして用いて、被補正用データ(本撮影データ等)の補正を行うので、画像の周辺部(画像の列方向の両側の領域)に中央部の領域とは異なるような大きなノイズ発生要因が存在しても、前記補正にそのノイズ発生要因が反映される。よって、本実施の形態によれば、ノイズ除去の補正の精度が高まって、補正後の画像の画質が向上する。
On the other hand, in the present embodiment, as shown in FIG. 4A, signals read from the rows distributed over almost the entire column direction of the
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はその実施の形態に限定されるものではない。例えば、前記垂直走査回路22としては、シフトレジスタ方式の垂直走査回路のみならず、デコーダ方式の垂直走査回路を用いてもよい。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the embodiment. For example, as the
1 撮像装置
3 固体撮像素子
4 撮像制御部
22 垂直走査回路
23 水平走査回路
25 読み出し回路
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記画素アレイが遮光された状態で、前記画素信号を列方向に間引いて読み出す第1の読み出し制御と、前記画素アレイが露光された状態で、前記画素信号を読み出す第2の読み出し制御とを、切り替えて行う読み出し制御手段と、
前記第1の読み出し制御により読み出された画素信号に基づいて、前記第2の読み出し制御により読み出された画素信号を補正する補正手段と、
を備えたことを特徴とする撮像装置。 A pixel array in which a plurality of pixels that output pixel signals according to the amount of light are arranged in a two-dimensional matrix;
First read control for reading out the pixel signals in the column direction while the pixel array is shielded from light, and second read control for reading out the pixel signals with the pixel array exposed. Read control means for switching, and
Correction means for correcting the pixel signal read by the second read control based on the pixel signal read by the first read control;
An imaging apparatus comprising:
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