JP2013034086A - 撮像素子、並びに、撮像装置および方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】入射光を光電変換する光電変換素子を有する複数の通常画素よりなる通常画素群と、前記通常画素群の有効画素領域内において、周辺画素から入射される光を光電変換素子により検出する検出画素とを備える撮像素子と、前記撮像素子の前記検出画素により検出された光の光量を用いて、前記通常画素の画素値から、前記通常画素の周辺画素から入射される光の光量を減算する減算部とを備える。本開示は撮像素子、並びに、撮像装置および方法に適用することができる。
【選択図】図3
Description
1.第1の実施の形態(黒レベル・混色量順次補正)
2.第2の実施の形態(黒レベル・混色量一括補正)
3.第3の実施の形態(応用例)
4.第4の実施の形態(縦型分光構造:黒レベル・混色量順次補正)
5.第5の実施の形態(縦型分光構造:黒レベル・混色量一括補正)
6.第6の実施の形態(応用例:撮像装置)
7.第7の実施の形態(パーソナルコンピュータ)
[撮像装置の構成]
図1は、本技術を適用した撮像装置の構成例を示す図である。図1に示される撮像装置100は、被写体を撮像し、その被写体の画像を電気信号として出力する装置である。
次に、各部の詳細について説明する。先ず、カラーフィルタ搭載撮像素子103の詳細について説明する。
以上のようなカラーフィルタ搭載撮像素子103により得られた画像信号(撮像素子信号)は、図12に示されるように補正される。つまり、通常画素の画素値と混色検出画素121の画素値は、それぞれ、クランプ部105において、OPB領域において検出された黒レベルが除去される。次に、混色減算部106において、通常画素の画素値から混色検出画素121の画素値(混色量)が減算される。これにより、通常画素の画素値は、当該画素の入射光のみに対応する正しい画素値となる。これに対して混色検出画素121には光が入射されないので、混色検出画素121の画素値は、通常画素の画素値と同等の正しい画素値にはならない。そこで、欠陥補正部107は、混色検出画素121を欠陥画素とし、画素値を補正する。
図13は、図1の混色減算部106の主な構成例を示すブロック図である。
次に、混色量算出部134による混色量の算出方法について説明する。混色検出画素特定部133は、当該画素に対して、その周辺の混色検出画素を複数選択する。混色量算出部134は、その複数の混色検出画素を用いて、当該画素の混色量を算出する。
減算部135は、図18に示されるように、黒レベルを除去した通常画素の画素値191から、以上のように算出された混色量192を減算し、黒レベルと混色量が減算された画素値193を得る。
欠陥補正部107は、混色検出画素を欠陥画素として補正する。混色検出画素は、混色量のみの出力となっているため、このまま出力すると正常な画を得ることができない。そこで、欠陥補正部107は、混色検出画素を欠陥画素とみなし、通常画素で得られる信号値に置き換える。欠陥補正の方法は任意である。例えば、図19に示されるように、周辺の同色の通常画素の出力値(混色減算後)から推定する方法(例えば線形内挿)であってもよい。図19の例の場合、青色の混色検出画素の画素値Aが、周辺の青色画素の画素値100と80から、90に補正されている。
次に、撮像装置100の各部により実行される処理について説明する。最初に、図20のフローチャートを参照して、被写体を撮像する際に撮像装置100により実行される撮像処理の流れの例を説明する。
次に、図21のフローチャートを参照して、図20のステップS104において実行される混色減算処理の流れの例を説明する。
[撮像装置の構成]
なお、黒レベルの減算と混色補正を同時に行うようにしてもよい。図22は、本技術を適用した撮像装置の構成例を示す図である。図22に示される撮像装置200は、基本的に、図1の撮像装置100と同様の装置であり、同様の構成を有し、同様の処理を行う。
この場合の撮像処理の流れの例を図25のフローチャートを参照して説明する。図25のフローチャートに示されるように、この場合も、図20のフローチャートを参照して説明した場合と、基本的に同様の処理が行われる。
次に、図26のフローチャートを参照して、図25のステップS203において実行される混色・黒レベル減算処理の流れの例を説明する。
[応用例1]
混色量の推定方法として、一度、混色率を算出した上で混色量に戻す方法も考えられる。撮像した被写体によっては、例えば、混色検出画素と、補正対象画素とで明度が異なる場合が考えられる。混色量は光量に応じて変化するため、この場合、混色検出画素と補正対象画素とで混色量が大きく異なる可能性がある。例えば、明部で求めた混色量を、暗部の信号値から差し引くと過剰補正になってしまう(光量、信号が多いほど混色量も増大するため)。このような現象を抑制するために混色量ではなく、まず混色率を求めるようにしてもよい。
混色検出画素の画素値 :30
混色検出画素の近隣画素の画素値:100
混色検出画素の画素値 :30×0.7=21
混色検出画素の近隣画素の画素値:100×0.7=70
混色検出画素:70
混色検出画素の近隣画素:70
次に、図29のフローチャートを参照して、この場合の混色減算処理の流れの例を説明する。
例えば、混色検出画素周辺が飽和している場合、上述した方法では、混色量や混色率を正確に求めることができない恐れがある。例えば、混色率は入射光信号と混色量を含む総信号値に対して、混色量が何%であるかを算出する必要があるが、飽和光量以上になると、総信号量が一定値(飽和)になるのに対して、遮光されている混色検出画素の出力は光量に応じて上下してしまう恐れがある。この値を飽和していない他の画素で適用すると、誤った混色補正になる可能性が高い。
図32のフローチャートを参照して、この場合の混色検出画素特定処理の流れの例を説明する。この混色検出画素特定処理は、例えば、図21のステップS133において実行される処理である。
また、例えば図33に示される画素351のように、遮光されている混色検出画素の隣接画素は、一般的に、遮光画素からの混色が起きないため、他の画素よりも混色量が少なくなる。したがって、この画素に対して他の画素と同様の混色量を減算すると過補正になる恐れがある。
図34のフローチャートを参照して、混色検出画素の隣接画素の混色補正量を低減する場合の混色減算処理の流れの例を説明する。
以上においては、カラーフィルタの色毎に混色検出画素を設け、全色を補正するように説明した。しかしながら、混色検出画素の数が膨大になってくると、欠陥補正対象の画素が増大する恐れがある。
[縦型分光構造]
なお、本技術は、遮光画素を設けることで混色量を補正することができればよく、どのような構造の画素にも適用することができる。例えば、本技術は、カラーフィルタを搭載しない撮像素子にも適用することができる。例えば、特開2011−29453号公報に記載の方法のように同一画素内のフォト・ダイオードを縦方向の3段構成とし、同一画素内から複数の色信号を得る縦型分光構造の画素がある。この縦型分光構造の画素の場合、各フォト・ダイオードのみで各色を識別することができる。また、有機光電変換膜を用いて色信号を得るものも存在する。本技術は、このような縦型分光構造の画素を有する撮像素子にも、上述したカラーフィルタを用いる撮像素子の場合と同様に適用することができる。
図35は、この場合の撮像装置の主な構成例を示すブロック図である。図35にしめされる撮像装置400は、基本的に図1の撮像装置100と同様の装置であり、撮像装置100と同様の構成を有し、同様の処理を行う。ただし、撮像装置400は、カラーフィルタ搭載撮像素子103の代わりに、カラーフィルタを搭載しない撮像素子403を有する。
この場合の撮像処理の流れの例を図39のフローチャートを参照して説明する。この場合も撮像処理は、図20の場合と基本的に同様に各処理が実行される。
[撮像装置]
なお、第4の実施の形態のように、カラーフィルタを搭載しない撮像素子403を用いる場合も、第2の実施の形態のように、黒レベルと混色量とを一括して補正するようにしてもよい。
この場合の撮像処理の流れの例を、図41のフローチャートを参照して説明する。この場合も撮像処理は、図25の場合と基本的に同様に各処理が実行される。
[撮像装置]
以上に説明した各撮像装置は、他の装置の一部として構成されるようにしてもよい。例えば、図42に示されるような撮像装置の一部としてもよい。
[パーソナルコンピュータ]
上述した一連の処理は、ハードウェアにより実行させることもできるし、ソフトウェアにより実行させることもできる。この場合、例えば、図43に示されるようなパーソナルコンピュータとして構成されるようにしてもよい。
(1) 入射光を光電変換する光電変換素子を有する複数の通常画素を含む通常画素群と、
前記通常画素群の有効画素領域内において、周辺画素から入射される光を光電変換素子により検出する検出画素と
を備える撮像素子。
(2) 前記検出画素は、外部から前記検出画素に入射される入射光を遮光する遮光膜をさらに備える
前記(1)に記載の撮像素子。
(3) 前記遮光膜は、配線層により形成される
前記(2)に記載の撮像素子。
(4) 前記遮光膜は、複数の配線層により形成される
前記(3)に記載の撮像素子。
(5) 前記配線層のそれぞれには、互いに異なる位置に隙間が形成される
前記(4)に記載の撮像素子。
(6) 前記配線層のそれぞれは、入射光の入射角に応じて配置される
前記(4)または(5)に記載の撮像素子。
(7) 前記遮光膜は、前記光電変換素子上に設けられたメタルにより形成される
前記(2)乃至(6)のいずれかに記載の撮像素子。
(8) 前記検出画素を複数備える
前記(1)乃至(7)のいずれかに記載の撮像素子。
(9) 所定の波長の入射光を透過させるフィルタをさらに備え、
前記検出画素による前記周辺画素から入射される光の検出結果は、前記検出画素に設けられたフィルタと同じ波長の入射光を透過させるフィルタが設けられた通常画素の画素値の補正に用いられる
前記(8)に記載の撮像素子。
(10) 前記検出画素は、互いに連続しない位置に設けられる
前記(8)または(9)に記載の撮像素子。
(11) 入射光を光電変換する光電変換素子を有する複数の通常画素を含む通常画素群と、
前記通常画素群の有効画素領域内において、周辺画素から入射される光を光電変換素子により検出する検出画素と
を備える撮像素子と、
前記撮像素子の前記検出画素により検出された光の光量を用いて、前記通常画素の画素値から、前記通常画素の周辺画素から入射される光の光量を減算する減算部と
を備える撮像装置。
(12) 前記減算部は、
前記光量の減算に用いる検出画素を選択する選択部と、
前記選択部により選択された前記検出画素の画素値を用いて、処理対象の通常画素の画素値に含まれる前記光量を算出する光量算出部と、
前記光量算出部により算出された前記光量を、処理対象の通常画素の画素値から減算する光量減算部と
を備える前記(11)に記載の撮像装置。
(13) 前記選択部は、複数の検出画素を選択し、
前記光量算出部は、前記選択部により選択された複数の検出画素と、処理対象の通常画素との位置関係に応じて、複数の前記検出画素の各画素値を重み付け加算し、前記光量を算出する
前記(12)に記載の画像処理装置。
(14) 前記光量算出部は、前記選択部により選択された検出画素の周辺画素の画素値が飽和している場合、前記光量の算出に用いる検出画素を他の検出画素に変えるか、若しくは、前記検出画素の使用を禁止する
前記(12)または(13)に記載の画像処理装置。
(15) 前記光量算出部は、前記選択部により選択された検出画素が欠陥画素の場合、前記光量の算出に用いる検出画素を他の検出画素に変えるか、若しくは、前記検出画素の使用を禁止する
前記(12)乃至(14)のいずれかに記載の画像処理装置。
(16) 前記光量算出部は、処理対象の通常画素が検出画素に隣接する場合、算出した光量を低減させるようにさらに補正する
前記(12)乃至(15)のいずれかに記載の画像処理装置。
(17) 前記減算部は、前記通常画素の画素値から、前記光量とともに黒レベルも減算する
前記(11)乃至(16)のいずれかに記載の画像処理装置。
(18) 前記減算部は、
前記光量の減算に用いる検出画素を選択する選択部と、
前記選択部により選択された前記検出画素の画素値を用いて、処理対象の通常画素の画素値に含まれる前記光量の割合を算出する割合算出部と、
前記割合算出部により算出された前記光量の割合に対応する、外部から前記処理対象の通常画素に入力された入射光の割合を、処理対象の通常画素の画素値に乗算する乗算部と
を備える前記(11)乃至(17)のいずれかに記載の撮像装置。
(19) 前記撮像素子の前記通常画素および前記検出画素は、縦型分光構造を有する
前記(11)乃至(18)のいずれかに記載の画像処理装置。
(20) 入射光を光電変換する光電変換素子を有する複数の通常画素を含む通常画素群と、
前記通常画素群の有効画素領域内において、周辺画素から入射される光を光電変換素子により検出する検出画素と
を備える撮像素子を有する撮像装置の撮像方法であって、
減算部が、前記撮像素子の前記検出画素により検出された光の光量を用いて、前記通常画素の画素値から、前記通常画素の周辺画素から入射される光の光量を減算する
撮像方法。
Claims (20)
- 入射光を光電変換する光電変換素子を有する複数の通常画素を含む通常画素群と、
前記通常画素群の有効画素領域内において、周辺画素から入射される光を光電変換素子により検出する検出画素と
を備える撮像素子。 - 前記検出画素は、外部から前記検出画素に入射される入射光を遮光する遮光膜をさらに備える
請求項1に記載の撮像素子。 - 前記遮光膜は、配線層により形成される
請求項2に記載の撮像素子。 - 前記遮光膜は、複数の配線層により形成される
請求項3に記載の撮像素子。 - 前記配線層のそれぞれには、互いに異なる位置に隙間が形成される
請求項4に記載の撮像素子。 - 前記配線層のそれぞれは、入射光の入射角に応じて配置される
請求項4に記載の撮像素子。 - 前記遮光膜は、前記光電変換素子上に設けられたメタルにより形成される
請求項2に記載の撮像素子。 - 前記検出画素を複数備える
請求項1に記載の撮像素子。 - 所定の波長の入射光を透過させるフィルタをさらに備え、
前記検出画素による前記周辺画素から入射される光の検出結果は、前記検出画素に設けられたフィルタと同じ波長の入射光を透過させるフィルタが設けられた通常画素の画素値の補正に用いられる
請求項8に記載の撮像素子。 - 前記検出画素は、互いに連続しない位置に設けられる
請求項8に記載の撮像素子。 - 入射光を光電変換する光電変換素子を有する複数の通常画素を含む通常画素群と、
前記通常画素群の有効画素領域内において、周辺画素から入射される光を光電変換素子により検出する検出画素と
を備える撮像素子と、
前記撮像素子の前記検出画素により検出された光の光量を用いて、前記通常画素の画素値から、前記通常画素の周辺画素から入射される光の光量を減算する減算部と
を備える撮像装置。 - 前記減算部は、
前記光量の減算に用いる検出画素を選択する選択部と、
前記選択部により選択された前記検出画素の画素値を用いて、処理対象の通常画素の画素値に含まれる前記光量を算出する光量算出部と、
前記光量算出部により算出された前記光量を、処理対象の通常画素の画素値から減算する光量減算部と
を備える請求項11に記載の撮像装置。 - 前記選択部は、複数の検出画素を選択し、
前記光量算出部は、前記選択部により選択された複数の検出画素と、処理対象の通常画素との位置関係に応じて、複数の前記検出画素の各画素値を重み付け加算し、前記光量を算出する
請求項12に記載の画像処理装置。 - 前記光量算出部は、前記選択部により選択された検出画素の周辺画素の画素値が飽和している場合、前記光量の算出に用いる検出画素を他の検出画素に変えるか、若しくは、前記検出画素の使用を禁止する
請求項12に記載の画像処理装置。 - 前記光量算出部は、前記選択部により選択された検出画素が欠陥画素の場合、前記光量の算出に用いる検出画素を他の検出画素に変えるか、若しくは、前記検出画素の使用を禁止する
請求項12に記載の画像処理装置。 - 前記光量算出部は、処理対象の通常画素が検出画素に隣接する場合、算出した光量を低減させるようにさらに補正する
請求項12に記載の画像処理装置。 - 前記減算部は、前記通常画素の画素値から、前記光量とともに黒レベルも減算する
請求項11に記載の画像処理装置。 - 前記減算部は、
前記光量の減算に用いる検出画素を選択する選択部と、
前記選択部により選択された前記検出画素の画素値を用いて、処理対象の通常画素の画素値に含まれる前記光量の割合を算出する割合算出部と、
前記割合算出部により算出された前記光量の割合に対応する、外部から前記処理対象の通常画素に入力された入射光の割合を、処理対象の通常画素の画素値に乗算する乗算部と
を備える請求項11に記載の撮像装置。 - 前記撮像素子の前記通常画素および前記検出画素は、縦型分光構造を有する
請求項11に記載の画像処理装置。 - 入射光を光電変換する光電変換素子を有する複数の通常画素を含む通常画素群と、
前記通常画素群の有効画素領域内において、周辺画素から入射される光を光電変換素子により検出する検出画素と
を備える撮像素子を有する撮像装置の撮像方法であって、
減算部が、前記撮像素子の前記検出画素により検出された光の光量を用いて、前記通常画素の画素値から、前記通常画素の周辺画素から入射される光の光量を減算する
撮像方法。
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