JP2013106186A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＣＭＯＳセンサの横筋ノイズ除去のために水平ライン平均でのクランプ補正があるが、水平ＯＢ画素が十分に多くないと水平ラインクランプによる横引きノイズが無視できなくなる。経験的にＯＢ画素は１ラインあたり６４画素以上必要であるがＣＭＯＳセンサは多チャンネル出力が主流であるため、１ｃｈ当たりの水平ＯＢ画素を６４画素以上確保することは読み出し速度及びデバイスサイズの観点から非常に困難である。
【解決手段】 ＯＢ領域の複数ラインの平均値を用いて有効画素をクランプするクランプ回路と、各水平ライン毎の平均値を演算して有効画素をクランプするクランプ回路と、ＯＢ領域を用いて横筋ノイズを検出する検出ブロックを有し、該検出ブロックで線キズが検出されたどうかで前記２種類のクランプ回路を切り替えることでライン平均クランプによる横引きノイズの影響を低減する。
【選択図】 図１

Description

本発明は撮像装置において、水平ＯＢクランプを用いた横筋ノイズ補正に関するものである。

近年、ビデオカメラやディジタルカメラが普及してきており、固体撮像素子としてＣＭＯＳイメージセンサやＣＣＤイメージセンサなどが用いられてきている。特にＣＭＯＳセンサは構成上、横１ラインに一様のオフセット性ノイズ(以下横筋ノイズ)が発生する問題があり、従来の撮像装置ではイメージセンサからの遮光画素からのオプティカルブラック値（以下ＯＢ値）を用いて横筋ノイズ補正を行うものがあった。

例えば、特許文献１には水平ＯＢの１ライン毎の平均値で有効領域をクランプすることで横筋ノイズ補正を行うものが開示されている。

特開２００８−２８８８１６号公報

しかしながら上記従来例では水平ＯＢ画素が十分に多くないとクランプによる横引きノイズが無視できなくなる。経験的にＯＢ画素は１ラインあたり６４画素以上必要である。またＣＭＯＳセンサは多チャンネル出力が主流であるため、１ｃｈ当たりの水平ＯＢ画素を６４画素以上確保することは読み出し速度及びデバイスサイズの観点から非常に困難である。

本出願に係る第１の発明は、水平ＯＢで横筋ノイズを検出して、横筋ノイズが検出されたラインのみ対応するＯＢ画素ラインの平均値を用いてライン毎のクランプ(ラインクランプ)を行い、その他通常の横筋ノイズがない領域では複数ラインのＯＢ平均値を用いてクランプ行うことによりラインクランプによる横引きノイズの悪化を最小限に留めて横筋補正を行うことを目的とする。

ＯＢ領域を備えた固体撮像素子と、読み出された画素信号をＡＤ変換してディジタル信号に変換するＡＤ変換器と、オプティカルブラック領域の複数ラインの平均値を用いて有効画素をクランプするクランプ回路と、各水平ライン毎の平均値を演算して有効画素をクランプするクランプ回路と、ＯＢ領域を用いて横筋ノイズを検出する検出ブロックを有し、該検出ブロックで線キズが検出されたどうかで前記２種類のクランプ回路を切り替えることによりラインクランプによる横引きノイズの悪化を最小限に留めて横筋ノイズ補正を行うことを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、水平ＯＢで横筋ノイズを検出し、検出したラインのみ該当ＯＢライン平均値で有効画素をクランプするラインクランプを用い、横筋ノイズがない通常領域では複数ラインのＯＢ値の平均値でクランプすることで、ラインクランプによる横引きノイズの悪化を最小限に留めて横筋補正が可能となる。

また上記発明は平易なデジタル回路で実現可能なため回路規模の増加を招くこともないのが特徴である。

第１の実施の形態において、本発明を適用した撮像装置の構成を示すブロック図である。 従来例の水平ＯＢクランプ回路のブロック図とタイミングチャートである。 横筋ノイズの概念図を示した図である。 第１の実施形態のフローチャートを示したものである。 第１の実施の形態において、本発明を適用した撮像装置の構成を示すブロック図である。 ＣＭＯＳセンサの横スミアの概念図を示したものである。 横スミアによるクランプ出力値の変動を示したものである。 第２の実施形態のフローチャートを示したものである。

＜第１の実施形態＞
以下、図面を参照しながらこの発明の実施の形態について説明する。本発明の実施形態を説明する前に、一般的な水平ＯＢクランプ回路の概略を図２を用いて説明する。１０１ｃの撮像素子から出力された信号は１０４ｃのＡＤＣでデジタル信号に変換される。１０５ｃはクランプイネーブルＳＷでＣＬＰ＿ＥＮ信号２１４がＨＩの期間閉じられる。タイミングチャートを２１０〜２１４で示す。２１０は垂直同期信号ＶＤ、２１１は水平同期信号で水平同期信号２１１に同期してセンサ出力はＯＢ領域(２１２)及び有効画素領域(２１３)を出力する。ＣＬＰ＿ＥＮ信号２１４は２１２のＯＢ領域でＨＩ出力(ＯＮ)となる信号である。

ＣＬＰ＿ＥＮがＯＮの間、信号は１０６ｃのキズ除去回路に入力される。白キズ等のイレギュラーな画素はキズ除去回路で除去され、ＯＢクランプには用いない構成をとるのが一般的である。次に１０８ｃディジタルフィルタでの平均化処理について説明する。平均化のディジタルフィルタにはいくつもの方式があるがＩＩＲフィルタ形式
Ｙｎ＝Ｋ＊Ｘｎ＋（１−Ｋ）＊Ｙｎ−１, (Ｋ＝１／６４、１／１２８、１／２５６など)
が回路規模が少ないため、ここでは具体例として用いる。

Ｙｎはフィルタ出力、Ｙｎ−１はひとつ前のフィルタ出力値、Ｘｎはフィルタ入力、Ｋは時定数を示す。このフィルタ構成が示すように水平画素数がＫより小さい場合はフィルタの収束は１ラインでは終わらずに複数ラインに跨ってフィルタ出力値を演算する。すなわちＯＢクランプ値はライン毎の平均値を演算しているのではなく複数ラインに跨って平均値を計算していることがポイントである。２０８のＤＡＣでアナログ信号に変換して２０３のＳＵＭ回路で有効領域画素をＯＢ領域の平均値でクランプする。以上が一般的な水平ＯＢクランプ回路の説明である。

次に本発明の実施の形態について説明する。図１は第１の実施形態における撮像装置を示すものである。撮像素子１０１ａからの出力は１０４ａのＡＤＣでデジタル信号に変換される。１０５ａのＣＬＰ＿ＥＮ信号のタイミングチャートは前述した図２と同様であるため説明を省略する。１０６ａで所定レベルのキズを検出してキズを除去したデータを１０８ａのディジタルフィルタに出力する。それと同時にキズの個数をカウントアップ回路１０７ａでカウントアップする。１０７ａカウントアップ回路はＣＬＰ＿ＥＮの立ちあがりでカウント値が０にリセットされる。１０９ａのライン平均回路はＣＬＰ＿ＥＮがＨＩの期間の画素の平均値を演算する回路である。ＣＬＰ＿ＥＮの立下り時にカウントアップカウンタ１０７ａのカウント値とＣＬＰ＿ＥＮがＨＩ期間の水平画素数が一致した場合、すなわち１ライン全てのＯＢ画素がキズと判断した場合はセレクタ回路１１０ａを１０９ａと１１１ａが接続される方向に切替て、ライン平均値で有効画素をクランプする。図３は横筋ノイズが発生時の概念図を示す。３０１が横筋ノイズ、３０２はＯＢ領域、３０３は有効画素領域をしめす。

上記動作で述べたように、ＯＢ領域が全てキズであった場合にそのラインは横筋ノイズと判断し、該当ラインのみ、ライン平均でクランプすることにより横筋ノイズを除去可能となる。

図４に本実施形のフローチャートを示す。まずＣＬＰ＿ＥＮ立ちあがりでクランプ動作がスタートする（Ｓ１００１ａ）。Ｓ１００３ａのキズカウンタ及びＳ１００４ａのライン平均演算部はこのタイミングで０に初期化される。Ｓ１００２ａでキズ検出を行い、キズと判断した場合はＳ１００３ａでキズ個数をカウントアップする。

キズを除去された信号は、Ｓ１００５ａのディジタルフィルタ演算部で平均化処理が行われる。Ｓ１００４ａではライン平均演算を実施する。Ｓ１００６ａのクランプＥＮ終了(ＣＬＰ＿ＥＮの立下り)を判定し、終了時であった場合にはＳ１００７ａで水平クランプ画素とキズカウント値が等しいか否かを判定する。ここで等しい場合にはそのラインは横筋ノイズと判定してＳ１００４ａのライン平均値を用いて有効画素をクランプする。水平クランプ画素とキズカウント値が等しくない場合はＳ１００５ａのディジタルフィルタの出力値を用いて有効画素をクランプする。

＜第２の実施形態＞
図５は第２の実施形態を示すものである。第１の実施形態との違いは２０１ラインメモリ平均回路、２０２横スミア検出回路、２０３セレクタ回路である。実施例１では横筋ノイズを除去するために横筋ノイズを検出したラインは１０９ライン平均回路の出力値でクランプしていた。実施例１の形態でも効果は十分にあるがＯＢ画素が少ない場合は低照度でゲインが非常に大きくかかったシーンではライン平均クランプによるＳＮ劣化(横引きノイズ)が問題となる場合がある。そこで第二の実施形態では２０１のラインメモリ平均回路を用いてライン平均値を複数フレームに跨って平均することでＳＮ劣化を抑制する。次に２０２横スミア検出回路を説明する前にまずＣＭＯＳセンサ特有の現象である横スミア現象を説明する。図６は横スミア発生時の概念図である。高輝度被写体６０１を撮影すると、６０２に示すように高輝度被写体の左右の黒レベルが若干であるが変動してしまう現象を横スミアと呼ぶ。横スミアの発生原理についてはいつくもの要因があるのでここでは割愛する。２０２横スミアの検出回路の検出方法は多数あるが、簡単な例としてはキズ検出回路でキズと判定したラインが垂直に連続してあるライン以上続いた場合は横スミアと判断とするなどを用いても良い。

２０３のセレクタ回路は２０２横スミア検出回路で横スミアを検出した時に１０９ｂライン平均回路の出力を選択し、横スミアを検出しない時はラインメモリの出力を選択する。横スミアの有無により切り替える理由は、図７に示すようにラインメモリを用いて複数フレームで平均値を生成した場合に横スミア復帰時にクランプ値が瞬時に追従することができないことを防止するためである。図７（a）が横スミア発生時のラインメモリの出力値を示す。時間ｔで被写体から高輝度光源が消えて横スミアがなくなった場合に、出力値が直ぐに追従しない問題が発生する。図７（b）は横スミア発生時のライン平均の出力値を示す。フレーム間の平均はとっていない為、時間ｔで被写体から高輝度光源が消えて横スミアがなくなった場合に、フレーム単位での変化に直ぐに追従可能である。

図８に本実施形のフローチャートを示す。Ｓ１００１ｂ〜Ｓ１００９ｂは実施例１のフローチャート図４のＳ１００１ａ〜Ｓ１００９ａと同等であるため説明を省略する。Ｓ２００１で横スミアが発生しているか否かを判定し、横スミアが発生していない場合は該当ラインの複数フレーム平均値で有効画素をクランプする（Ｓ２００２）。

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。上述の実施形態の一部を適宜組み合わせてもよい。

１０１‥‥撮像素子
１０２‥‥クランプ回路
１０３‥‥クランプ補正部
１０４‥‥ＡＤコンバータ
１０５‥‥クランプイネーブルＳＷ
１０６‥‥キズ検出回路
１０７‥‥カウントアップ回路
１０８‥‥ディジタルフィルタ
１０９‥‥ライン平均回路
１１０‥‥セレクタ回路
１１１‥‥ＤＡコンバータ
１１２‥‥信号処理回路
２１０‥‥垂直同期信号ＶＤ
２１１‥‥水平同期信号ＨＤ
２１２‥‥ＯＢ画素領域
２１３‥‥有効画素領域
２１４‥‥クランプイネーブル信号
３０１‥‥横筋ノイズ
３０２‥‥ＯＢ画素領域
３０３‥‥有効画素領域
６０１‥‥高輝度被写体
６０２‥‥横スミア
６０３‥‥ＯＢ画素領域

Claims (2)

1. オプティカルブラック領域を備えた固体撮像素子と、読み出された画素信号をＡＤ変換してディジタル信号に変換するＡＤ変換器と、オプティカルブラック領域の複数ラインの平均値を用いて有効画素をクランプするクランプ回路と、各水平ライン毎の平均値を演算して有効画素をクランプするクランプ回路と、オプティカルブラック領域を用いて横筋ノイズを検出する検出ブロックを有し、該検出ブロックで線キズが検出されたどうかで前記２種類のクランプ回路を切り替えることを特徴とする撮像装置。
2. 上記撮像装置において横筋と判断したラインのみ、複数のフレームを用いて平均化処理を行った値を用いて該当ラインをクランプし、該当ラインが横スミアが発生してない時に限り前記複数フレームクランプ処理に切り替えることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。