JP2013106185A - Solid-state imaging device and image processing device using the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a correction method capable of reducing dark current unevenness of an image sensor and an offset for each output channel generated in clamping due to a defective pixel without increasing new noise.SOLUTION: An imaging device comprises: an image sensor that has a plurality of pixels; dark image acquisition means that acquires a dark image in a state where the image sensor is shielded from light; smoothing means that smooths the dark image in one row or column direction; and subtraction means that subtracts the smoothed dark image.

Description

本発明は、デジタルカメラやビデオカメラ等の固体撮像装置に関し、特に、撮像データのノイズ補正に関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device such as a digital camera or a video camera, and more particularly to noise correction of imaging data.

デジタルカメラやビデオカメラ等の撮像装置にはCMOSイメージセンサ等の固体撮像素子が使用されている。   A solid-state imaging device such as a CMOS image sensor is used in an imaging device such as a digital camera or a video camera.

固体撮像素子では、温度等の要因に起因して発生する暗電流が存在する。そのため、撮像素子の出力信号をそのまま用いると有効な信号成分に暗電流成分が重畳されてしまい、撮影画像の画質劣化の原因となる。とくに撮像素子自身の発熱や周辺回路からの熱の影響により、撮像素子の一部の領域だけ温度が高くなると、2次元の暗電流ムラが発生してしまう。   In a solid-state imaging device, there is a dark current generated due to factors such as temperature. For this reason, if the output signal of the image sensor is used as it is, the dark current component is superimposed on the effective signal component, which causes deterioration of the image quality of the captured image. In particular, when the temperature of only a part of the image sensor increases due to the heat generated by the image sensor itself or the heat from the peripheral circuit, two-dimensional dark current unevenness occurs.

暗電流は使用環境や露光時間等によって変化する。そのため、実際の撮影動作の直前または直後に、撮像素子を遮光した状態で撮影動作を行い、その際に得られた撮影画像(ダーク画像)を、被写体を撮影した画像から減算処理することで、暗電流成分を除去する技術が特許文献1には記載されている。   The dark current varies depending on the use environment, exposure time, and the like. Therefore, immediately before or after the actual shooting operation, the shooting operation is performed in a state where the image sensor is shielded, and the captured image (dark image) obtained at that time is subtracted from the image obtained by shooting the subject, A technique for removing dark current components is described in Patent Document 1.

また、撮像した各画素の信号にはショットノイズが発生する。このショットノイズはランダムノイズであるため、被写体を撮影した画像から黒画像を減算処理した場合、それぞれの画像に含まれるランダムノイズが重畳されてしまい、画質が劣化してしまう。そこで、ダーク画像にメディアンフィルタ処理を行ってから減算処理に用いることで、ランダムノイズを増加させることなく、暗電流ムラを除去する技術が特許文献2に記載されている。   Further, shot noise occurs in the imaged signal of each pixel. Since this shot noise is random noise, when a black image is subtracted from an image obtained by photographing a subject, random noise included in each image is superimposed and image quality deteriorates. Therefore, Patent Document 2 discloses a technique for removing dark current unevenness without increasing random noise by performing median filter processing on a dark image and then using it for subtraction processing.

特開2003−333435号公報JP 2003-333435 A 特開2007−180616号公報JP 2007-180616 A

ところで、固体撮像装置では、出力信号の基準となるレベルの信号(黒基準信号)を得るために、フォトダイオード部が遮光されたオプティカルブラック領域(OB領域)を備えている。フォトダイオード部が遮光されていない開口領域から得られた信号は、上記OB領域から得られた信号レベルを基準としてクランプ処理される。   By the way, the solid-state imaging device includes an optical black region (OB region) in which the photodiode portion is shielded from light in order to obtain a level signal (black reference signal) serving as a reference for the output signal. A signal obtained from the opening area where the photodiode portion is not shielded from light is clamped based on the signal level obtained from the OB area.

また、撮像素子の出力信号を高速読み出しするために、撮像素子の出力経路を複数にして、複数画素の読み出しを同時に行う技術が良く知られている。そのため、上記クランプ処理も高速にするため、出力経路ごとに行う技術が良く知られている。   In addition, in order to read out the output signal of the image sensor at high speed, a technique is well known in which a plurality of output paths of the image sensor are used to simultaneously read out a plurality of pixels. For this reason, in order to speed up the clamping process, a technique for performing each output path is well known.

固体撮像素子では、製造過程において、白キズと呼ばれる暗電流の異常な欠陥画素ができることがある。この欠陥画素は高温、長秒撮影になるほどより顕著に現れる。   In a solid-state image sensor, a defective pixel with an abnormal dark current called white scratch may be formed during the manufacturing process. This defective pixel appears more prominently at higher temperatures and longer seconds.

上記欠陥画素がOB領域にあると、高温、長秒撮影時にOB領域の出力が欠陥画素の影響を受けてチャンネルごとにずれてしまい、チャンネルごとに誤ったクランプレベルで処理されてしまう。その結果、撮影画像にチャンネルごとに異なるオフセットが発生してしまうという問題がある。   If the defective pixel is in the OB area, the output of the OB area is shifted for each channel due to the influence of the defective pixel at the time of high-temperature, long-second shooting, and is processed with an incorrect clamp level for each channel. As a result, there is a problem that a different offset occurs in the captured image for each channel.

特許文献1に記載の技術では、被写体を撮影した画像からダーク画像を減算することで、暗電流ムラや前述したチャンネル間オフセットのような固定パターンノイズを除去することができるが、ショットノイズのようなランダムノイズは悪化してしまう。   In the technique described in Patent Document 1, it is possible to remove fixed pattern noise such as dark current unevenness and the above-described offset between channels by subtracting a dark image from an image obtained by photographing a subject. Random noise gets worse.

また、特許文献2に記載の技術では、ダーク画像にメディアンフィルタ処理を行うことで、ダーク画像の減算処理時にランダムノイズを悪化させることなく暗電流ムラを除去することができる。しかし、前述したチャンネル間オフセットは、ダーク画像を平滑化してしまうため、除去することができない。   In the technique described in Patent Literature 2, dark current unevenness can be removed without deteriorating random noise during dark image subtraction processing by performing median filter processing on a dark image. However, the aforementioned inter-channel offset smoothes the dark image and cannot be removed.

複数の画素を備える撮像素子と、前記撮像素子を遮光した状態でダーク画像を取得するダーク画像取得手段と、前記ダーク画像を行または列の1方向に平滑化する平滑化手段と、前記平滑化後のダーク画像を減算する減算手段とを有することを特徴とする撮像装置を構成する。   An image pickup device including a plurality of pixels, a dark image acquisition unit that acquires a dark image in a state where the image pickup device is shielded from light, a smoothing unit that smoothes the dark image in one direction of a row or a column, and the smoothing An imaging apparatus is provided that includes subtracting means for subtracting a subsequent dark image.

本発明によれば、ランダムノイズによる画質の悪化を抑えつつ、暗電流ムラおよびチャンネル間オフセットを効果的に補正することができる。   According to the present invention, it is possible to effectively correct dark current unevenness and inter-channel offset while suppressing deterioration of image quality due to random noise.

本発明における撮像装置の全体ブロック図Whole block diagram of imaging device in the present invention 本発明における撮像素子の概略図Schematic diagram of image sensor in the present invention 本発明における撮像素子の単位画素の回路Circuit of unit pixel of image pickup device in the present invention 本発明における撮像素子の出力チャンネルについて説明する図The figure explaining the output channel of the image pick-up element in this invention 本発明におけるAFEのブロック図Block diagram of AFE in the present invention 本発明におけるノイズ補正処理のフローチャート図The flowchart figure of the noise correction process in this invention 本発明の実施例1における平滑化処理を説明する図The figure explaining the smoothing process in Example 1 of this invention 本発明の実施例1における別の平滑化処理を説明する図The figure explaining another smoothing process in Example 1 of this invention. 本発明の実施例2におけるダーク画像の平滑化処理領域を説明する図The figure explaining the smoothing process area | region of the dark image in Example 2 of this invention. 本発明の実施例2における平滑化処理を説明する図The figure explaining the smoothing process in Example 2 of this invention

以下に、本発明を実施するための最良の形態を実施例により詳しく説明する。   Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to examples.

[実施例1]
図1は本発明に係る固体撮像装置の全体ブロック図である。
[Example 1]
FIG. 1 is an overall block diagram of a solid-state imaging device according to the present invention.

101はCMOS型固体撮像素子であり、不図示の撮影レンズで結像された画像を取り込む。102はアナログフロントエンド(AFE)であり、OBクランプおよびアナログデジタル変換処理を行う。103はデジタルフロントエンド(DFE)であり、各画素のデジタル出力を受けて画像信号の補正や画素の並び替え等をデジタル処理している。104は画像処理部であり、DFE103からのデジタル出力に対して所定の画素補間処理や色変換処理、ノイズ補正処理等の各種画像処理を行う。本実施形態では、特にノイズ補正処理について特徴を有しており、この詳細については後述する。メモリ回路105は画像処理部104の作業用メモリであり、連続撮影等においてはバッファーメモリとしても使用される。106は制御回路であり、撮像装置全体を統括的に制御し、周知のCPUなどを内蔵する。107は操作回路であり、デジタルカメラにある操作部材を電気的に受け付けるものである。108は画像等を表示するための表示部であり、例えば、TFT(Thin Film Transistor)方式のLCD(Liquid Crystal Display)などである。記録回路109はメモリカードやハードディスクなどの記録媒体である。110はタイミング発生回路(TG)であり、撮像素子101を駆動する各種タイミングを生成する。   Reference numeral 101 denotes a CMOS solid-state image sensor that captures an image formed by a photographing lens (not shown). An analog front end (AFE) 102 performs OB clamping and analog-digital conversion processing. A digital front end (DFE) 103 receives the digital output of each pixel and digitally processes image signal correction, pixel rearrangement, and the like. An image processing unit 104 performs various image processing such as predetermined pixel interpolation processing, color conversion processing, and noise correction processing on the digital output from the DFE 103. The present embodiment is particularly characterized by noise correction processing, and details thereof will be described later. The memory circuit 105 is a working memory for the image processing unit 104, and is also used as a buffer memory in continuous shooting or the like. Reference numeral 106 denotes a control circuit that controls the entire image pickup apparatus and incorporates a known CPU. Reference numeral 107 denotes an operation circuit that electrically receives an operation member in the digital camera. Reference numeral 108 denotes a display unit for displaying images and the like, for example, a TFT (Thin Film Transistor) type LCD (Liquid Crystal Display). The recording circuit 109 is a recording medium such as a memory card or a hard disk. A timing generation circuit (TG) 110 generates various timings for driving the image sensor 101.

図2は、CMOS型固体撮像素子の画素領域の構成例である。図2に示すように、本実施形態の固体撮像素子は、開口画素領域203、水平方向オプティカルブラック領域(HOB)201及び垂直方向オプティカルブラック領域(VOB)202を有する。開口画素領域203は、入射光に応じて発生した電荷を蓄積して出力する。水平方向オプティカルブラック領域(HOB)201および垂直方向オプティカルブラック領域(VOB)202は、開口画素領域203に隣接して設けられた遮光された領域である。   FIG. 2 is a configuration example of a pixel region of a CMOS type solid-state imaging device. As shown in FIG. 2, the solid-state imaging device of this embodiment includes an aperture pixel region 203, a horizontal optical black region (HOB) 201, and a vertical optical black region (VOB) 202. The aperture pixel region 203 accumulates and outputs charges generated according to incident light. The horizontal optical black region (HOB) 201 and the vertical optical black region (VOB) 202 are light-shielded regions provided adjacent to the aperture pixel region 203.

図3はCMOS型撮像素子の単位画素(1画素分)の回路の一例である。301は光を電荷に変換するフォトダイオードである。302は転送スイッチであり、MOSトランジスタで構成されている。この転送スイッチ302はPTXパルスで制御される。303はフローティングディフュージョン(FD)部である。304はFD部の電圧を増幅するソースフォロアMOSトランジスタである。この単位画素が行列状に並べられ、かつ同一列の画素は選択スイッチ305を介して共通の垂直出力線307に接続されている。選択スイッチ305はPSELパルスで制御される。308は共通電源VDDである。306はMOSトランジスタで構成されたリセットスイッチであり、FD303および転送スイッチ302を介してPD301を電位VDDにリセットする。リセットスイッチ306はPRESパルスで制御される。   FIG. 3 is an example of a circuit of unit pixels (for one pixel) of the CMOS image sensor. Reference numeral 301 denotes a photodiode that converts light into electric charge. Reference numeral 302 denotes a transfer switch, which is composed of a MOS transistor. This transfer switch 302 is controlled by a PTX pulse. Reference numeral 303 denotes a floating diffusion (FD) portion. Reference numeral 304 denotes a source follower MOS transistor that amplifies the voltage of the FD section. The unit pixels are arranged in a matrix, and the pixels in the same column are connected to a common vertical output line 307 via a selection switch 305. The selection switch 305 is controlled by a PSEL pulse. Reference numeral 308 denotes a common power supply VDD. Reference numeral 306 denotes a reset switch composed of a MOS transistor, which resets the PD 301 to the potential VDD via the FD 303 and the transfer switch 302. The reset switch 306 is controlled by a PRES pulse.

図4は、CMOS型固体撮像素子の出力チャンネルについて説明する図である。300は図3に示した単位画素である。各画素には不図示の垂直走査回路から、各行ごとに共通のPRES、PTX、PSELパルス等の信号が入力される。各画素の出力は電流源負荷401が接続された垂直出力線307を介して、列回路に出力される。ここで、偶数列の画素信号は、402に示す列回路(CH1)に出力され、奇数列の画素信号は、403に示す列回路(CH2)に出力される。各列回路402、403に読み出された画素信号は水平走査回路404,405により順次読み出し回路406、407に転送され外部に読み出される。本実施例では出力チャンネルはCH1とCH2の2チャンネル構成であるが、出力チャンネルを増やすことにより、さらに高速読み出しが可能となる。   FIG. 4 is a diagram for explaining an output channel of the CMOS solid-state imaging device. Reference numeral 300 denotes a unit pixel shown in FIG. Signals such as a common PRES, PTX, and PSEL pulse are input to each pixel from a vertical scanning circuit (not shown) for each row. The output of each pixel is output to the column circuit via the vertical output line 307 to which the current source load 401 is connected. Here, the pixel signals of the even columns are output to the column circuit (CH1) indicated by 402, and the pixel signals of the odd columns are output to the column circuit (CH2) indicated by 403. The pixel signals read by the column circuits 402 and 403 are sequentially transferred to the reading circuits 406 and 407 by the horizontal scanning circuits 404 and 405 and are read out to the outside. In this embodiment, the output channel has a two-channel configuration of CH1 and CH2. However, by increasing the number of output channels, higher-speed reading can be performed.

図5にAFE102の内部構成を示す。501はゲインコントロールアンプであり感度調整に使用される。502は水平OBクランプ回路であり、行方向のゆるやかなダークシェーディングを補正して黒レベル基準値に合わせるためのものである。各行のHOB領域の出力と黒レベル基準値との差が減少するようにオフセット補正する。ここでの補正はAMP501にフィードバックされる。503はアナログデジタル変換回路(AD)であり、撮像素子101からの画素信号に対してAMP501と水平OBクランプ回路502で、HOB領域の画素出力を黒レベル基準値に合わせるようにゲインをかけた後のアナログ信号を、例えば14bitのデジタル信号に変換する。AFE102の各ブロック501、502、503は撮像素子の出力チャンネルごとに設けられ、各出力チャンネルの信号を同時に処理することで、高速処理を可能にできる。   FIG. 5 shows the internal configuration of the AFE 102. A gain control amplifier 501 is used for sensitivity adjustment. Reference numeral 502 denotes a horizontal OB clamp circuit for correcting gentle dark shading in the row direction so as to match the black level reference value. Offset correction is performed so that the difference between the output of the HOB area of each row and the black level reference value decreases. The correction here is fed back to the AMP 501. Reference numeral 503 denotes an analog-to-digital conversion circuit (AD), which applies a gain to the pixel signal from the image sensor 101 by an AMP 501 and a horizontal OB clamp circuit 502 so that the pixel output in the HOB area matches the black level reference value. Are converted into, for example, a 14-bit digital signal. Each block 501, 502, 503 of the AFE 102 is provided for each output channel of the image sensor, and high-speed processing can be performed by simultaneously processing the signals of each output channel.

ただし、撮像素子のクランプのクランプ処理に利用される領域に、暗電流の異常な欠陥画素がある場合、高温、長秒撮影時に欠陥画素のあるチャンネルの出力がずれてしまい、誤ったクランプレベルで処理されてしまうことがある。その結果、出力される画像にチャンネルごとに異なるオフセットが発生してしまう。   However, if there is a defective pixel with an abnormal dark current in the area used for the clamping process of the image sensor clamp, the output of the channel with the defective pixel will be shifted at the time of high-temperature, long-second shooting, resulting in an incorrect clamp level. May be processed. As a result, different offsets occur for each channel in the output image.

次に、図1の画像処理部104内で行うノイズ補正処理について説明する。図6は本発明のノイズ補正処理であるダーク減算処理の手順を示すフローチャートである。   Next, noise correction processing performed in the image processing unit 104 in FIG. 1 will be described. FIG. 6 is a flowchart showing a procedure of dark subtraction processing which is noise correction processing of the present invention.

ステップ601では、被写体を撮影した本画像を取得する。この撮影処理では、所定時間蓄積した信号電荷を撮像素子101から読み出し、AFE102およびDFE103で各処理を行った後の画像データをメモリ回路105に書き込む。   In step 601, a main image obtained by photographing a subject is acquired. In this photographing process, signal charges accumulated for a predetermined time are read from the image sensor 101, and image data after each process is performed by the AFE 102 and the DFE 103 is written in the memory circuit 105.

次に、ステップ602では、ダーク減算処理による補正を行うかを判定する。操作回路107で、ダーク減算処理を行うように設定されている場合は、ステップ603に移り、ダーク画像を取得する。操作回路107で、ダーク減算処理を行わないように設定されている場合は、ダーク画像の取得およびダーク減算処理を行わずにノイズ補正処理が終了し、画像処理部104内で所定の画素補間処理や色変換処理が行われる。   Next, in step 602, it is determined whether correction by dark subtraction processing is performed. If the operation circuit 107 is set to perform dark subtraction processing, the process proceeds to step 603 to acquire a dark image. When the operation circuit 107 is set not to perform the dark subtraction process, the noise correction process is terminated without performing the dark image acquisition and the dark subtraction process, and a predetermined pixel interpolation process is performed in the image processing unit 104. And color conversion processing is performed.

また、ステップ602は、次のように撮影画像の所定領域の出力から補正を行うかを判定する構成であってもよい。例えば、図2の画素領域の一部にフォトダイオードを持たない画素領域を配置しておき、OB領域の出力とフォトダイオードを持たない画素領域の出力との差分から暗電流基準値を算出し、前記暗電流基準値が所定の閾値を超える場合にダーク減算処理を行うようにする。   Further, step 602 may be configured to determine whether to perform correction from the output of a predetermined area of the captured image as follows. For example, a pixel region that does not have a photodiode is arranged in a part of the pixel region in FIG. 2, and a dark current reference value is calculated from a difference between an output of the OB region and an output of the pixel region that does not have a photodiode, Dark subtraction processing is performed when the dark current reference value exceeds a predetermined threshold.

ステップ603では、シャッターを閉じた状態にするなどして遮光状態にしたまま、ステップ601にて行われた撮影処理と同じ時間、電荷を蓄積する。そして、蓄積した電荷を撮像素子101から読み出し、AFE102、DFE103で各処理を行い、ダーク画像を生成する。   In step 603, electric charges are accumulated for the same time as the photographing process performed in step 601 while keeping the shutter closed, for example, in the light shielding state. The accumulated charge is read from the image sensor 101, and each process is performed by the AFE 102 and the DFE 103 to generate a dark image.

ステップ604では、ステップ603で生成したダーク画像に後述する平滑化処理を行い、ランダムノイズの影響が低減化されたダーク画像を生成する。なお、ステップ603で取得したダーク画像と区別するために、平滑化処理を行ったダーク画像を補正ダーク画像と呼ぶ。   In step 604, the dark image generated in step 603 is subjected to smoothing processing, which will be described later, to generate a dark image in which the influence of random noise is reduced. In addition, in order to distinguish from the dark image acquired at step 603, the dark image which performed the smoothing process is called a correction | amendment dark image.

ステップ605では、ステップ601で取得した被写体の撮影された本画像から、ステップ604で生成した補正ダーク画像を単位画素ごとに減算し、減算処理された本画像を生成する。ここで減算される補正ダーク画像信号は、平滑化処理によりランダム成分が低減化されたものであるため、取り込んだダーク画像信号をそのまま減算する場合に比べて、ランダムノイズによる画質の悪化を抑えることができる。さらに、画素単位ごとの減算による補正処理を行うため、暗電流ムラなどの二次元的なムラを補正することができる。   In step 605, the corrected dark image generated in step 604 is subtracted for each unit pixel from the captured main image of the subject acquired in step 601 to generate a subtracted main image. The corrected dark image signal to be subtracted here is a signal in which random components have been reduced by the smoothing process. Therefore, compared to the case where the captured dark image signal is subtracted as it is, the deterioration of image quality due to random noise is suppressed. Can do. Furthermore, since correction processing is performed by subtraction for each pixel unit, two-dimensional unevenness such as dark current unevenness can be corrected.

ダーク減算処理が終わり、ノイズ補正処理が終了すると、補正された本画像は、所定の画素補間処理や色変換処理が行われた後、記録回路109に画像データとして記録される。   When the dark subtraction process ends and the noise correction process ends, the corrected main image is recorded as image data in the recording circuit 109 after performing a predetermined pixel interpolation process and a color conversion process.

本実施例では、本画像の撮影後にダーク画像を取得しているが、本画像を撮影する前にダーク画像を取得しておく構成であってもよい。   In this embodiment, the dark image is acquired after the main image is captured. However, the dark image may be acquired before the main image is captured.

図7はステップ604における平滑化処理を説明する図である。第i行、第j列の画素信号をSijとして表してある。例えば、画素信号S33に対して平滑化処理をする場合は、対象画素と同じ列のS13、S23、S33、S43、S53の計5画素の信号からメディアン値(中央値)を算出する。仮にS23が上記5画素の中央値であった場合、対象画素であるS33の平滑化処理後の出力はS23の値になる。なお、上記平滑化処理はメディアン値の代わりに、上記5画素の平均値を用いてもよい。   FIG. 7 is a diagram for explaining the smoothing process in step 604. The pixel signal in the i-th row and the j-th column is represented as Sij. For example, when the smoothing process is performed on the pixel signal S33, the median value (median value) is calculated from signals of a total of five pixels S13, S23, S33, S43, and S53 in the same column as the target pixel. If S23 is the median value of the five pixels, the output after the smoothing process of S33, which is the target pixel, becomes the value of S23. The smoothing process may use the average value of the five pixels instead of the median value.

このように処理対象の画素と同じ列の画素を用いて平滑化処理を行うことで、ダーク減算処理によって二次元的なムラを除去できるとともに、暗電流の異常な欠陥画素等が原因でクランプ処理時に発生してしまうチャンネル間オフセットも補正することが可能である。   By performing smoothing processing using pixels in the same column as the pixel to be processed in this way, it is possible to remove two-dimensional unevenness by dark subtraction processing, and clamp processing due to defective pixels with abnormal dark current, etc. It is possible to correct an offset between channels that sometimes occurs.

また、ステップ604の平滑化処理は、図8に示すように、対象画素と同一列の画素に加えて、対象画素の左右にある同じ出力チャンネルの画素も平滑化処理に利用してもよい。例えば、S33の画素信号に平滑化処理を行う場合、対象画素と同一列のS13、S23、S33、S43、S53に加えて、対象画像の左右にある同じ出力チャンネルに所属する画素S11、S21、S31、S41、S51およびS15、S25、S35、S45、S55を平滑化処理に用いる。こうすることで、ランダムノイズの影響をより低減することができ、チャンネル間オフセットも正確に検出することが可能である。   In the smoothing process in step 604, as shown in FIG. 8, in addition to the pixels in the same column as the target pixel, pixels of the same output channel on the left and right of the target pixel may be used for the smoothing process. For example, when performing the smoothing process on the pixel signal of S33, in addition to S13, S23, S33, S43, and S53 in the same column as the target pixel, the pixels S11, S21, belonging to the same output channel on the left and right of the target image S31, S41, S51 and S15, S25, S35, S45, and S55 are used for the smoothing process. By doing so, the influence of random noise can be further reduced, and the offset between channels can be detected accurately.

[実施例2]
本実施例は、AFE102にて、VOB領域202とHOB領域201の画素出力を用いて、それぞれ異なるフィードバックゲインでクランプ動作を行う場合のノイズ補正処理について説明する。
[Example 2]
In this embodiment, a noise correction process when the AFE 102 performs clamping operations with different feedback gains using the pixel outputs of the VOB area 202 and the HOB area 201 will be described.

はじめに本実施例のクランプ動作について説明する。   First, the clamping operation of this embodiment will be described.

まずVOB領域の信号出力をモニタしながら出力信号が高速に所定の基準レベルになるよう大きなゲインでフィードバックしてクランプ動作(高速クランプ)を行い、目標レベルまでクランプできたところで、モニタする領域をHOB領域に移して出力信号が低速で所定の基準レベルになるよう小さなゲインでフィードバックしてクランプ動作(低速クランプ)を継続して行う。最初にVOB領域で高速クランプを行うのは、クランプに使用する領域を大きく取ることで、暗電流が非常に大きくてもOB画素出力を所定のレベルに高速にクランプ出来るようにするためである。また、HOB領域で低速クランプを行うのは、暗時信号の垂直方向のシェーディングを補正するためである。   First, while monitoring the signal output in the VOB area, feedback is performed with a large gain so that the output signal quickly reaches a predetermined reference level, and clamping operation (high-speed clamping) is performed. The clamping operation (low-speed clamping) is continued by feeding back to the area and feeding back with a small gain so that the output signal becomes a predetermined reference level at a low speed. The reason why high-speed clamping is first performed in the VOB region is to make it possible to clamp the OB pixel output to a predetermined level at a high speed even if the dark current is very large by making a large region used for clamping. The reason why the low-speed clamping is performed in the HOB region is to correct the shading in the vertical direction of the dark signal.

上記クランプ処理を行う次のような問題が発生することがある。   The following problems may occur when performing the clamping process.

VOB領域に暗電流の異常な欠陥画素等があった場合、VOBクランプのフィードバックゲインが大きいため、欠陥画素の出力の影響を受けて、クランプレベルが大きくずれてしまう。その結果、欠陥画素より下方の行に大きなチャンネル間オフセットが発生してしまう。この大きなチャンネル間オフセットはVOB領域内であれば、高速クランプですぐに追従し、数行で基準レベルに戻すことができる。しかし、VOB領域の終端付近に欠陥画素があった場合には、大きなチャンネル間オフセットが発生した直後にHOB領域の低速クランプに切り替わってしまう。そのため、低速クランプでは、大きなチャンネル間オフセットに追従することができず、欠陥画素より下方の行にしばらくの間、チャンネル間オフセットが残ってしまう。   When there is a defective pixel or the like having an abnormal dark current in the VOB area, the feedback level of the VOB clamp is large, so that the clamp level is greatly shifted due to the influence of the output of the defective pixel. As a result, a large inter-channel offset occurs in a row below the defective pixel. If this large channel-to-channel offset is within the VOB region, it can be immediately followed by high-speed clamping and returned to the reference level in several lines. However, if there is a defective pixel near the end of the VOB area, it is switched to a low-speed clamp in the HOB area immediately after a large channel offset occurs. Therefore, the low-speed clamp cannot follow the large offset between channels, and the offset between channels remains for a while in the row below the defective pixel.

そこで、本実施例の画像処理装置104では、上記チャンネル間オフセットをダーク減算処理により、ランダムノイズの悪化を抑えつつ補正できるようにするため、ダーク画像に対する平滑化処理を次のようにして行う。なお、本実施例のフローチャートは、平滑化処理以外の部分は図6に示す実施例1のフローチャートと同様であるため、説明を省略する。   Therefore, in the image processing apparatus 104 of the present embodiment, the smoothing process for the dark image is performed as follows in order to correct the offset between channels by dark subtraction processing while suppressing deterioration of random noise. Note that the flowchart of this embodiment is the same as the flowchart of the first embodiment shown in FIG.

本実施例ではステップ603で取得したダーク画像に対して、図9に示すように3つの平滑化処理領域801、802、803でそれぞれ異なる平滑化処理を行い、補正ダーク画像を生成する。   In the present embodiment, the dark image acquired in step 603 is subjected to different smoothing processes in the three smoothing processing areas 801, 802, and 803 as shown in FIG. 9 to generate a corrected dark image.

VOBにおいて高速クランプを行っている領域801では、図10(a)に示すように、平滑化処理の対象画素S33に対して、同じ列のS23、S33、S43の計3画素の信号を用いてメディアン値を算出する。すなわち、この領域では、平滑化処理に用いる画素数を少なくして、急に発生した大きなチャンネル間オフセットにすぐに追従できるようにする。平滑化処理に使用する画素数が少ないとランダムノイズ抑制効果は低減してしまう。しかし、領域801は被写体の写らない無効領域であるため、オフセット除去を優先し、平滑化処理の画素数を減らす。   In the region 801 in which high-speed clamping is performed in the VOB, as shown in FIG. 10A, for the target pixel S33 of the smoothing process, signals of a total of three pixels S23, S33, and S43 in the same column are used. Calculate the median value. That is, in this region, the number of pixels used for the smoothing process is reduced so that a large offset between channels can be immediately followed. If the number of pixels used for the smoothing process is small, the random noise suppression effect is reduced. However, since the area 801 is an invalid area where no subject is captured, priority is given to the offset removal, and the number of pixels in the smoothing process is reduced.

低速クランプを行っており、VOB領域の終端付近に欠陥画素があった場合に、大きなチャンネル間オフセットが残ってしまう可能性がある領域802では、図10(b)に示すように、平滑化処理の対象画素S33に対して、同じ列のS13、S23、S33、S43、S53の計5画素の信号を用いてメディアン値を算出する。この領域は開口領域も含まれるため、ランダムノイズ抑制効果をある程度持たせつつ、大きなチャンネル間オフセットにも追従できるような平滑化処理画素数に設定する。   As shown in FIG. 10B, the smoothing process is performed in the region 802 in which a large inter-channel offset may remain when the low-speed clamping is performed and there is a defective pixel near the end of the VOB region. For the target pixel S33, a median value is calculated using signals of a total of five pixels S13, S23, S33, S43, and S53 in the same column. Since this area includes an opening area, the number of smoothing pixels is set so as to follow a large inter-channel offset while giving a random noise suppression effect to some extent.

低速クランプを行っているため、大きなチャンネル間オフセットが発生することのない領域803では、図10(c)に示すように、平滑化処理の対象画素S33に対して、同じ列のS03、S13、S23、S33、S43、S53、S63の計7画素の信号を用いてメディアン値を算出する。つまり、開口領域が大部分を占める領域803では、大きなチャンネル間オフセットへの追従よりもランダムノイズ抑制効果を優先し、平滑化処理の画素数を増やす。   In the region 803 in which a large offset between channels does not occur due to the low-speed clamping, as shown in FIG. 10C, for the target pixel S33 of the smoothing process, S03, S13, The median value is calculated using a total of 7 pixel signals of S23, S33, S43, S53, and S63. That is, in the area 803 where the opening area occupies most, the random noise suppression effect is prioritized over following the large offset between channels, and the number of pixels in the smoothing process is increased.

以上のように、高速クランプを行っている領域では平滑化処理に用いる画素数を減らすことで、大きなチャンネル間オフセットが発生した場合でも、すぐに補正ダーク画像が追従できるようにする。低速クランプを行っている領域では大きなチャンネル間オフセットが発生することが少ないため、ランダムノイズ抑制効果を優先し、平滑化処理に用いる画素数を増やす。   As described above, in a region where high-speed clamping is performed, the number of pixels used for the smoothing process is reduced so that the corrected dark image can immediately follow even when a large channel offset occurs. In the region where low-speed clamping is performed, a large offset between channels is less likely to occur. Therefore, the random noise suppression effect is prioritized and the number of pixels used for the smoothing process is increased.

上記平滑化処理を行った補正ダーク画像を減算処理することで、ランダムノイズによる画質の悪化を抑えつつ、暗電流ムラおよびチャンネル間オフセットを効果的に補正することができる。   By subtracting the corrected dark image subjected to the smoothing process, dark current unevenness and inter-channel offset can be effectively corrected while suppressing deterioration in image quality due to random noise.

101:撮像装置
102:アナログフロントエンド
103:デジタルフロントエンド
104:画像処理部
105:メモリ回路
106:制御回路
107:操作回路
108:表示回路
109:記録回路
110:タイミング発生回路
201:HOB領域
202:VOB領域
203:開口領域
300:単位画素
301:フォトダイオード
302:転送MOSトランジスタ
303:フローティングディフュージョン
304:ソースフォロアMOSトランジスタ
305:選択MOSトランジスタ
306:リセットMOSトランジスタ
307:垂直出力線
308:共通電源VDD
401:電流源負荷
402、403:列回路
404、405:水平走査回路
406、407:読み出し回路
501:ゲインコントロールアンプ
502:水平OBクランプ回路
503:アナログデジタル変換回路
101: imaging device 102: analog front end 103: digital front end 104: image processing unit 105: memory circuit 106: control circuit 107: operation circuit 108: display circuit 109: recording circuit 110: timing generation circuit 201: HOB area 202: VOB region 203: opening region 300: unit pixel 301: photodiode 302: transfer MOS transistor 303: floating diffusion 304: source follower MOS transistor 305: selection MOS transistor 306: reset MOS transistor 307: vertical output line 308: common power supply VDD
401: current source loads 402, 403: column circuits 404, 405: horizontal scanning circuits 406, 407: readout circuit 501: gain control amplifier 502: horizontal OB clamp circuit 503: analog-digital conversion circuit

Claims (4)

複数の画素を備える撮像素子と、前記撮像素子を遮光した状態でダーク画像を取得するダーク画像取得手段と、前記ダーク画像を行または列の1方向に平滑化する平滑化処理手段と、前記平滑化処理後のダーク画像を減算する減算手段とを有することを特徴とする撮像装置。 An image sensor comprising a plurality of pixels, a dark image acquisition unit that acquires a dark image in a state where the image sensor is shielded from light, a smoothing unit that smoothes the dark image in one direction of a row or a column, and the smoothing An image pickup apparatus comprising: subtracting means for subtracting the dark image after the conversion processing. 前記撮像素子は複数の出力経路を備え、前記平滑化処理手段は平滑化処理対象画素の近傍の同一出力経路に属する列の画素を用いて平滑化処理を行うことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 The image pickup device includes a plurality of output paths, and the smoothing processing unit performs a smoothing process using pixels in a column belonging to the same output path in the vicinity of the smoothing target pixel. The imaging device described. 前記平滑化処理手段は前記ダーク画像内の位置に応じて、平滑化処理に用いる画素単位数が異なることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の撮像装置。 The imaging apparatus according to claim 1, wherein the smoothing processing unit has a different number of pixel units used for the smoothing process depending on a position in the dark image. 前記平滑化処理手段は、メディアン処理または平均化処理を行うことを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載の撮像装置。
The imaging apparatus according to claim 1, wherein the smoothing processing unit performs median processing or averaging processing.
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