JP2016058771A - 撮像装置および撮像方法 - Google Patents

Abstract

【課題】領域によって異なる特性を持つ撮像素子を用いても、画質劣化のない撮影画像データを得る。【解決手段】分割露光処理によって製造されたイメージセンサを備えたデジタルカメラにおいて、初期設定時に遮光撮影を行い、有効画素領域に露光処理の境界ラインに沿って規定される複数の分割領域の暗電流の特性を検出し、隣接エリア間での差分値を暗電流データとして記憶する。そして撮影時には、遮光撮影時の条件と撮影時の条件とを比較して定められる補正係数を差分値に乗じ、撮影画像データから補正した差分値を減算または加算処理する。【選択図】図３

Description

本発明は、撮像素子を用いて画像データを取得する撮像装置に関し、特に、撮像素子の暗電流に関する補正処理に関する。

一眼レフ型カメラ等では、高解像度の画像を得るため、より大型サイズの撮像素子が使用されている。ＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子は、一般的に投影露光装置（ステッパーなど）を用いて製造されており、半導体製造工程においてシリコン基板上に集積回路を形成する。

投影露光装置では、回路パターンを形成したフォトマスク（原版）に光を透過させて基板上にパターンを形成するが、フォトマスクのサイズには限界がある。大型サイズの撮像素子を製造する場合、一括露光で撮像素子の集積回路パターンを形成することができず、複数回に分けて分割露光（つなぎ露光）が行われる。

そのため、撮像素子の分割領域ごとに感度特性などが相違することとなり、隣り合う分割領域の境界付近では、暗電流の値に差が生じ、境界付近で信号レベルに段差が生じてしまう（特に、高感度撮影、長時間露光の場合、それが顕著になる）。その結果、各領域の信号レベルのばらつきによって画質が劣化する。

このような分割領域ごとの特性の違いに起因する画質低下を防ぐため、あらかじめ遮光撮影し、分割領域の画素値（暗電流値）の差分値をメモリに記憶する。そして実際の撮影時には、分割領域ごとに、その差分値に基づいて各領域の暗電流量を基準となる領域の暗電流量と一致するように画像データを補正する（特許文献１参照）。

特許第５３３２５４０号公報

特許文献１では、遮光撮影時と実際の撮影時における条件によって特性が変わることを踏まえ、有効画素領域周辺に設けられたＯＢ領域（Optical Black）の画素値に基づいて差分値を補正する。しかしながら、ＯＢ領域は有効画素領域に比べて受光面積が小さく、撮影ごとに画素値のバラツキが生じる。そのため、隣り合う領域間での段差を確実に解消することが難しい。特に、高温時における補正を適切に行うことができない。

また、分割領域の特性は、その領域全体において一様であるとは限らず、領域内の位置によってその特性が異なる場合もある。このような場合、遮光撮影時にその特性に見合った隣接領域間の暗電流の特性の違いを検知しなければならない。

したがって、撮像素子における分割領域ごとの特性を十分把握し、境界付近における暗電流成分の段差を確実に抑えることが求められる。

本発明の撮像装置は、暗電流特性がそれぞれ異なる複数の領域から構成される撮像素子を備える。例えば撮像素子は、分割露光処理によって製造され、分割露光処理の境界に従って複数の領域が規定される。また、有効画素領域に複数の領域（撮像領域）が規定される撮像素子を適用することが可能である。そして撮像装置は、所定条件に基づく撮影（ここでは、暗電流データ取得撮影という）によって複数の領域から読み出される画素信号に基づいて、複数の領域それぞれの暗電流データを記憶する記憶手段を備える。ここでの「暗電流データ」は、領域ごとの暗電流特性や、領域間での暗電流特性の相違などが表されるデータを含むものとする。「暗電流データ取得撮影」は、暗電流データが取得できるような条件での撮影を表し、例えば、遮光撮影することによって暗電流データを記憶することができる。

そして撮像装置は、撮影時、領域間の暗電流特性を合わせるように、記憶された暗電流データに基づいて、撮影画像データを領域ごとに補正する補正手段を備える。例えば補正手段は、複数の領域間での暗電流の差を低減するように補正を行うことが可能である。領域ごとに異なる暗電流成分が所定の領域を基準として補正、調整されることによって、撮像素子全体に対し暗電流特性が統一される。例えば、補正手段は、隣り合う領域間での暗電流特性を合わせるように、撮影画像データを補正する。

例えば、記憶手段は、領域の境界付近における画素データに基づく暗電流データを記憶することが可能である。また、撮像素子に設けられる有効画素領域周辺のＯＢ（Optical Black）領域ＯＢ画素値に基づいて暗電流成分を除去するため、補正手段は、撮影時にＯＢ領域から読み出されるＯＢオフセット量および暗電流データに基づいて、撮影画像データ全体に対し暗電流除去処理を施すことができる。

補正手段は、暗電流が撮像素子全体において一様でない場合を考慮し、領域間での垂直方向および水平方向の少なくともいずれか一方に沿った、傾きを加味した暗電流量が等しくなるように、領域ごとに撮像データを補正することが可能である。例えば、記憶手段は、所定の領域の暗電流の傾きを基準としたとき、異なる領域の暗電流の傾きを基準傾きに合わせるように暗電流データの補正を施し、補正された暗電流データを記憶する。

補正手段は、遮光撮影時と実際の撮影時の条件が異なることを考慮し、暗電流データ取得撮影時と通常撮影時における温度、露光時間、利得のうち少なくともいずれか１つの比較に基づいて、暗電流データを補正し、補正した暗電流データに基づいて撮影画像データを補正することができる。

本発明の撮像方法は、暗電流特性がそれぞれ異なる複数の領域から構成される撮像素子を提供し、所定条件に基づく撮影によって複数の領域から読み出される画素信号に基づいて、複数の領域それぞれの暗電流データを記憶し、撮影時、領域間の暗電流特性を合わせるように、記憶された暗電流データに基づいて、撮影画像データを領域ごとに補正する。

本発明の他の態様におけるプログラムは、暗電流特性がそれぞれ異なる複数の領域から構成される撮像素子を備えた撮像装置を、所定の撮影条件に基づく撮影が可能であるかを判断する手段と、撮影可能な場合、撮影によって複数の領域から読み出される画素信号に基づいて、複数の領域それぞれの暗電流データを記憶する記憶手段として機能させる。

また、本発明の他の態様におけるプログラムは、撮像装置を、ユーザによる撮影操作が行われると、撮影条件を検出する手段と、領域間の暗電流特性を合わせるように、記憶された暗電流データに基づいて、撮影画像データを領域ごとに補正する補正手段として機能させる。

このように本発明によれば、領域によって異なる特性を持つ撮像素子を用いても、画質劣化のない撮影画像データを得ることができる。

本実施形態であるデジタルカメラのブロック図である。 イメージセンサの有効画素領域を示した図である。 初期設定時に行われる遮光撮影による暗電流データ記憶処理のフローである。 ユーザ撮影時の暗電流量の補正処理を示したフローである。 第２の実施形態におけるイメージセンサを示した図である。 第２の実施形態において初期設定時に行われる暗電流データ記憶処理のフローである。 第２の実施形態において撮影時に行われる暗電流データ量補正処理のフローである。 第３の実施形態における有効画素領域を示した図である。 領域ごとの暗電流の垂直方向に沿った傾きを示したグラフである。 第４の実施形態における有効画素領域を示した図である。 垂直方向の境界ラインに沿ってそれぞれ異なる暗電流の傾きを示したグラフである。 第５の実施形態におけるイメージセンサを示した図である。 撮影時の暗電流成分除去処理のフローを示した図である。

以下では、図面を参照して本実施形態について説明する。

図１は、本実施形態であるデジタルカメラのブロック図である。

デジタルカメラ１０は、撮影光学系２２、絞り２３を収納する鏡筒１１が本体２０に対して着脱自在に装着可能な一眼レフ型カメラであり、モードダイヤル、設定ボタン（いずれも図示せず）に対する操作によって、撮影モード、再生モードなどが設定可能である。

電源ＯＮ状態となって撮影モードが設定されると、被写体からの光が、撮影光学系２２を通過し、その一部がミラー（可動ミラー）２４によって光学ファインダ１５の方向へ導かれる。また、撮影光学系２２を通った光の一部は、ミラー２４を透過し、ミラー２６によってＡＦセンサモジュール３２へ導かれる。

光学ファインダ１５に導かれた被写体光は、ペンタプリズム（ペンタゴナルダハプリズム）１５Ａを経由して接眼レンズ１５Ｄから射出する。これにより、ユーザは接眼レンズ１５Ｄを通じて被写体像を確認することができる。ペンタプリズム１５Ａに入射した被写体光の一部は、接眼レンズ１５Ｄの傍に配置された測光部３４へ導かれる。

レリーズボタン１９が半押しされると、ＡＦ処理、測光、露出演算処理が実行され、露出関連の値が演算される。そして、レリーズボタン１９が全押しされると、ミラー２４のアップ動作、絞り２３の駆動、シャッタ２７の開閉動作等が実行され、被写体光がイメージセンサ３０の受光面に結像される。

ＣＣＤ、ＣＭＯＳなどで構成されるイメージセンサ３０は、複数のカラーエレメントを配列させたカラーフィルタアレイを有し、ここではＲ、Ｇ、Ｂをベイヤー配列させたカラーフィルタアレイが用いられる。イメージセンサ駆動部２８は、イメージセンサ３０を駆動して画素信号を読み出す。

画像信号処理回路４２は、イメージセンサ３０から出力される１フレーム分の画素信号に対してホワイトバランス調整、色変換処理などの画像信号処理を施し、Ｒ、Ｇ、Ｂの静止画像データを生成する。このとき、暗電流成分を除去する画像データの補正が行われる。生成された静止画像データは、一時的に内部メモリ（図示せず）へ格納された後、圧縮または非圧縮状態でメモリカードなどの外部メモリ４６に記録される。再生モードが設定された場合、本体２０の背面側に設置されたＬＣＤ４８に記録画像を再生表示する。

システムコントロール回路４０は、ボタンスイッチ４５によって検出されるユーザの撮影／記録操作に基づき、カメラ動作を制御する。システムコントロール回路４０は、イメージセンサ駆動部２８、露出制御部５０などへ制御信号を出力し、遮光撮影などを行うように露出条件を設定し、また、イメージセンサ駆動部２８から読み出される画素信号の読み出し方式を調整することが可能である。カメラ動作制御のプログラムは、不揮発性メモリ４４にあらかじめ記憶されている。イメージセンサ３０付近に設けられた温度センサ（図示せず）は、イメージセンサ３０の温度を検出する。

本実施形態では、分割露光処理、いわゆるつなぎ露光によって製造されたイメージセンサ３０の特性を踏まえ、カメラ初期設定時に遮光撮影を行って領域ごとの暗電流の特性（暗電流データ）を記憶する。そして実際の撮影時において、分割された領域ごとに暗電流量を調整、補正する。以下、イメージセンサ３０の特性および暗電流量の補正について説明する。

図２は、イメージセンサの有効画素領域を示した図である。

イメージセンサ３０は、例えばフィルムサイズ相当の大きさをもつ比較的大型の撮像素子であり、露光装置の使用、性能などの関係から、一括露光処理によって製造できない。そのため、複数回（ここでは２回）の露光処理（つなぎ露光）によって撮像素子を形成している。なお、図２では、説明を簡単にするため、有効画素領域以外は示していない。また、遮光領域であるＯＢ（Optical Black）領域についても、オフセット量の補正には関係ないため、説明を省略する。

１フレーム分の撮影画像が形成される有効画素領域ＥＩは、第１領域ＩＭ１と第２領域ＩＭ２を別々に露光することによって形成された領域であり、露光時の境界となる境界ラインＲは、有効画素領域ＥＩを垂直方向（カラム方向、ｙ方向）に二分する位置に定められている。

第１領域ＩＭ１と第２領域ＩＭ２は、分割露光処理に起因して感度特性が異なり、暗電流の特性も異なる。そのため、境界ラインＲを挟んで出力レベルに差が生じる。この段差による画質劣化を防ぐため、遮光状態で撮影し、各領域の暗電流の特性を検知する。そして、段差が生じないように暗電流量の補正を行う。

領域ごとの暗電流の特性の検出について、ここでは、分割領域ＩＭ１、ＩＭ２それぞれの遮光状態での画素値すべてを検出する代わりに、一部エリアの画素値を検出する。具体的には、分割領域ＩＭ１、ＩＭ２に対し、境界ラインＲを挟んで隣接するエリアＢＡ１、ＢＡ２の画素平均値を暗電流値として取得する。これは、有効画素領域ＥＩにおけるシェーディング特性などを考慮し、境界ラインＲ付近で段差が目立つのを防ぐためである。

隣接エリアＢＡ１、ＢＡ２の水平方向（ｘ方向）幅は、イメージセンサ３０のサイズなどに応じて調整される、幅が狭すぎるとノイズ等の影響を受けやすく、幅が広すぎるとシェーディング時の画面ムラの影響を受ける。ここでは、水平方向全体画素数の２％程度にエリア幅が定められる。

イメージセンサ３０がＣＭＯＳなどのＸ−Ｙアドレス型タイプの場合、通常は画素信号を線順次方式でラインごとに読み出す。この場合、最初に読み出されるラインの画素信号と最後の読み出されるラインの画素信号とでは露光時間が異なるため、後述するように暗電流値が垂直方向（ｙ方向）に沿って線形増加し、領域ごとに異なる傾きが生じる場合がある。

しかしながら、ここではその傾きがわずかであり、ゲイン処理しても視認できるレベルにないものとし、暗電流値の垂直方向に沿った傾きを考慮しない。隣接エリアＢＡ１、ＢＡ２の遮光状態での画素平均値Ｐａ１、Ｐａ２を、各エリアの画素加算平均することで算出し、その差分値ΔＰを求める。差分値ΔＰは、第１領域ＩＭ１を基準領域としたときの第２領域ＩＭ２の暗電流値の差に相当する。

差分値ΔＰは、第１領域ＩＭ１、第２領域ＩＭ２の特性を表す暗電流データとして記憶される。それとともに、遮光撮影時の温度、露光時間（シャッタースピード）も合わせて記憶される。そして実際の撮影時には、第２領域ＩＭ２で得られた画素値に対し差分値ΔＰによる加算あるいは減算処理を施し、第２領域ＩＭ２の暗電流量を第１領域ＩＭ１の暗電流量と等しくする。これにより、撮影画像データの分割露光境界付近の段差が抑制される。

図３は、初期設定時に行われる遮光撮影による暗電流データ記憶処理のフローである。この処理は、例えばカメラ製造時、販売時などに行われる。

ステップＳ１０１では、遮光撮影を行うための条件が設定される。イメージセンサ３０の温度が低く、露光時間が短い条件で遮光撮影すると、求められる差分値ΔＰのレベルが低く、オフセット量補正の精度が低下してしまう。そのため、ここでは一定温度以上、所定期間以上の露光時間で遮光撮影を行うことを条件とし、その条件値が設定される。条件となる温度、露光時間はあらかじめ不揮発性メモリ４４に記憶されている。

ステップＳ１０２では、測定される温度があらかじめ定められた所定温度以上であるか否かが判断される。閾値となる所定温度より低い場合、温度を上げる動作、例えばイメージセンサ３０を駆動し続ける動作を行い、所定温度に到達させる（Ｓ１０３）。このような遮光撮影の条件判断を行うことにより、適切な暗電流データを記憶することができる。

所定温度以上になると、遮光撮影が実行される。すなわち、シャッタ２７を閉じた状態でイメージセンサ３０に電荷を蓄積させ、定められた露光時間が経過すると電荷を読み出すように露出制御する。そして、イメージセンサ３０から読み出される画素信号に基づき、第１領域ＩＭ１、第２領域ＩＭ２それぞれの撮影画像データ（画素データ）を画像信号処理回路４２において形成する（Ｓ１０４〜Ｓ１０６）。なお、境界ラインＲの情報は、あらかじめ不揮発性メモリ４４に記憶されている。

領域ごとの撮影画像データを取得すると、隣接エリアＢＡ１、ＢＡ２の画素平均値を算出し、その差分値ΔＰを求め、不揮発性メモリ４４に保存する（Ｓ１０８、Ｓ１０９）。また、差分値ΔＰのデータとともに、遮光撮影時の温度、露光時間、画素信号がイメージセンサ３０から読み出されるときの利得（ゲイン値）が保存される。

図４は、ユーザ撮影時の暗電流量の補正処理を示したフローである。

ユーザが撮影のためレリーズボタン１９を操作すると、操作時の温度が検出されるとともに、露出演算によって求められた露光時間、画素信号をイメージセンサ３０から読み出すときの利得（ゲイン値）が検出される（Ｓ２０１）。そして、一連の撮影シーケンス動作によって領域ごとに撮影画像データが生成される（Ｓ２０２、Ｓ２０３）。

ステップＳ２０４では、遮光撮影時の温度、露光時間、利得と、実際の撮影時の温度、露光時間、利得のそれぞれの比から、補正係数を算出する。これは、暗電流値が、温度、露光時間に依存して増減し、また利得にも影響されるため、撮影条件に合わせて暗電流データを補正する必要があるからである。例えば、初期設定時よりも高温で、露光時間が長い場合、暗電流が増加するため、比較的大きな補正係数が設定される。

補正係数は、遮光撮影時の温度、露光時間、利得と、撮影時の温度、露光時間の値を変えながら暗電流値がどのように変化するか調べることによって定められており、様々な温度、露光時間、利得の比とそれに対応する補正係数との関係が、ルックアップテーブルに表されている。なお、温度、露光時間、利得の少なくともいずれか１つだけに基づいて補正係数を設定してもよい。

撮影条件から補正係数を決定すると、初期設定時に記憶された差分値ΔＰに補正係数を乗じる（Ｓ２０５）。そして、第２領域ＩＭ２の撮影画像データに対し、補正された差分値ΔＰ’を各画素値から減算または各画素値に加算する暗電流量補正処理が実行される（Ｓ２０６）。ただし、暗電流量補正処理は、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色の画素信号に対して行われる。そして、他の画像処理が撮影画像データに対して行われ、撮影動作シーケンス終了とともに静止画像データが記録される（Ｓ２０７〜Ｓ２０９）。

例えば、初期設定時の遮光撮影によって記憶された隣接エリアＢＡ１、ＢＡ２の画素平均値（評価値）が、それぞれ１００、１５０であり、温度、露光時間、利得に関する遮光撮影時の条件と撮影時の条件の比から補正係数Ｋ＝３が設定されるものとする。この場合、第１領域ＩＭ１、第２領域ＩＭ２の差分値ΔＰ＝５０に対して補正係数Ｋ＝３を乗じる。そして、第２領域ＩＭ２の各画素の画素値に対し、差分値ΔＰ’＝１５０によって減算処理を行う。

なお、オフセット量補正処理の演算方法については、加算処理、減算処理だけでなく、乗算、除算処理で行ってもよく、また、ルックアップテーブルに基づいて処理を行ってもよい。また、初期設定時に記憶される暗電流データは、境界付近の隣接エリアの画素値に基づいたデータでなくてもよく、領域全体の画素データを記憶し、あるいはその平均値を記憶するなど、段差を解消するのに適した形式で暗電流データを記憶すればよい。

次に、図５〜７を用いて第２の実施形態について説明する。第２の実施形態では、イメージセンサの有効画素領域に４つの領域が定められている。

図５は、第２の実施形態におけるイメージセンサを示した図である。

イメージセンサ３０’は、４回の分割露光処理によって１つの有効画素領域ＥＩが形成されたイメージセンサであり、例えば第１の実施形態よりも大きなサイズを有する。図５に示すように、有効画素領域ＥＩは、有効画素領域ＥＩを垂直方向、水平方向に沿って均等に二分して区画される第１〜第４領域ＩＭ１〜ＩＭ４から構成され、暗電流の特性は領域ごとに異なる。

第１の実施形態同様、境界ラインＲＸ、ＲＹを挟んで隣接するエリアが規定されている。ここでは、垂直方向、水平方向ともに隣接エリアが存在し、垂直方向に関しては、第１領域ＩＭ１、第２領域ＩＭ２に対して隣接エリアＢＡ１、ＢＡ２、第３領域ＩＭ３、第４領域ＩＭ４に対し隣接エリアＢＡ３、ＢＡ４が規定される。さらに水平方向には、第１領域ＩＭ１、第３領域ＩＭ３に対して隣接エリアＢＡ５、ＢＡ６が規定され、第２領域ＩＭ２、第４領域ＩＭ４に対して隣接エリアＢＡ７、ＢＡ８が規定されている。

初期設定時の遮光撮影では、第１領域ＩＭ１を基準として、第２領域ＩＭ２、第３領域ＩＭ３、第４領域ＩＭ４の差分値ΔＰ_1-2、ΔＰ_1-3、ΔＰ_1-4を算出する。差分値ΔＰ_1-2、Ｐ_1-3については、第１の実施形態同様、隣接エリアＢＡ１、ＢＡ２、ＢＡ５、ＢＡ６の間で画素平均値を算出し、その差分値を求める。

一方、第４領域ＩＭ４は、第１領域ＩＭ１と接していないため、ここでは第４領域ＩＭ４と第２領域ＩＭ２との差分値ΔＰ_2-4、第４領域ＩＭ４と第３領域ＩＭ３との差分値ΔＰ_3-4を求め、（ΔＰ_1-2＋ΔＰ_2-4）と（ΔＰ_1-3＋ΔＰ_3-4）の平均値を差分値ΔＰ_1-4として求める。ただし、他の算出方法で差分値ΔＰ_1-4を求めてもよい。

図６は、第２の実施形態において初期設定時に行われる暗電流データ記憶処理のフローである。図７は、第２の実施形態において撮影時に行われる暗電流量補正処理のフローである。

ステップＳ３０１〜Ｓ３０９においては、第１の実施形態と同様、遮光撮影時の温度条件が整うと、隣接エリアＢＡ１〜ＢＡ８それぞれの画素平均値が算出され、第１領域ＩＭ１を基準とした差分値ΔＰ_1-2、ΔＰ_1-3、ΔＰ_1-4が算出され、温度、露光時間、利得とともに記憶される（Ｓ３１０）。

また、図７のステップＳ４０１〜Ｓ４０９においても、第１の実施形態と同様、撮影時の温度、露光時間、利得と遮光撮影時の温度、露光時間、利得の比から補正係数を決定し、差分値ΔＰ_1-2、ΔＰ_1-3、ΔＰ_1-4に補正係数を乗じる。そして、第２〜第４領域ＩＭ２〜ＩＭ４それぞれの領域において、画素値から補正係数を乗じた差分値を減算又は加算処理する。

このように、有効画素領域が水平方向、垂直方向に分割されて４つの領域の特性が異なる場合においても、第１領域ＩＭ１を基準として暗電流量補正をおこなうことによって、領域の境界（分割露光の境界）付近で段差が生じない。

次に、図８〜図９を用いて、第３の実施形態について説明する。第３の実施形態では、隣接する分割領域の暗電流値の差が垂直方向に沿って一定ではなく無視できない傾きが生じており、かつ、分割領域ごとにその傾きが異なるイメージセンサに対し、暗電流量補正を行う。

図８は、第３の実施形態における有効画素領域を示した図である。図９は、領域ごとの暗電流の垂直方向に沿った傾きを示したグラフである。

イメージセンサ３００の有効画素領域ＥＩには、第１の実施形態と同様、境界ラインＲに従って第１領域ＩＭ１、第２領域ＩＭ２が規定されており、領域ごとに特性が異なる。特に、垂直方向（ｙ方向）に沿って暗電流が増加し、傾きが生じている。

例えば、イメージセンサ３００がＣＭＯＳタイプの撮像素子である場合、通常線順次方式によって最上位の行のラインから最下位の行のラインに向かって順番にラインごとに画素信号が読み出される。そのため、遮光撮影時の画素値（暗電流値）は垂直方向（ｙ方向）に沿って一定にならず、無視できない傾きが生じることがある。

図９には、第１領域ＩＭ１（隣接エリアＢＡ１）の暗電流の傾きを示すラインＤ１と、第２領域ＩＭ２（隣接エリアＢＡ２）の暗電流の傾きを示すラインＤ２が示されている。ラインＤ１の傾き角度θ１とラインＤ２の傾き角度θ２は一致しない。ただし、図９では傾きの違いを誇張して描いており、傾きも領域の特性によって変わる。

この場合、第１の実施形態のように垂直方向に沿って隣接エリアＢＡ１、ＢＡ２の画素平均値を取得しても、傾きが生じている暗電流の特性を検出することができず、暗電流量補正を行っても、境界ラインＲ付近での段差を解消することができない。

そこで本実施形態では、遮光撮影時、水平方向（行方向、ｘ方向）に沿ってラインごとに隣接エリア内で画素平均値を算出し、垂直方向に沿った暗電流値の傾きを求める。傾きを正確に検出するため、第１の実施形態と比べて隣接エリアの水平方向幅を広く設定してもよい。

そして、第１領域ＩＭ１の暗電流の傾きに合わせるように第２領域ＩＭ２の暗電流の傾きを補正する。例えば、傾きＤ１、Ｄ２の比に基づいて水平ラインごとに補正係数を算出することによって傾き補正が行われる。水平ラインごとに算出された差分値は、不揮発性メモリ４４に記憶される。その結果、第２領域ＩＭ２の傾きが第１領域ＩＭ１の傾きと等しくなる。

実際の撮影動作が行われると、水平ラインごとに記憶された差分値に基づいて、第２領域ＩＭ２の撮影画像データに対し水平ラインごとに補正する。これによって、暗電流量が第１、第２領域ＩＭ１、ＩＭ２全体に渡って等しくなる。

なお、ここでは暗電流の傾きが線形（１次関数）であるが、イメージセンサによっては２次関数、あるいはさらに複雑な増加を示す場合もある。この場合、第１、第２領域ＩＭ１、ＩＭ２を水平方向に複数分割し、サブの分割領域を設ければよい。サブの分割領域ごとに暗電流の傾きを一次関数と捉えることにより、傾き補正および暗電流量補正を行うことができる。

次に、図１０、１１を用いて第４の実施形態について説明する。第４の実施形態では、第２の実施形態のように４つの分割領域が規定されており、境界ラインそれぞれに異なる暗電流の傾きが生じている。

図１０は、第４の実施形態における有効画素領域を示した図である。図１１は、垂直方向の境界ラインに沿ってそれぞれ異なる暗電流の傾きを示したグラフである。

イメージセンサ３００’の有効画素領域ＥＩでは、第１領域〜第４領域ＩＭ１〜ＩＭ４ごとに特性が異なり、水平方向、垂直方向に沿った暗電流の傾きは、各領域によって異なる。図１１では、垂直方向に沿った境界ラインＲＹについて、第１領域ＩＭ１〜ＩＭ４のそれぞれ異なる暗電流の傾きＤＡ１〜ＤＡ４を示している。水平方向に沿った境界ラインＲＸについても、同様に異なる傾きが生じている。

そのため本実施形態では、水平方向だけでなく垂直方向についても暗電流の傾き補正を行う。具体的には、第１領域ＩＭ１と第２領域ＩＭ２（隣接エリアＢＡ１、ＢＡ２）に対し、水平方向に沿ったラインごとに画素平均値を求めて傾き補正を行い、各ラインの差分値を記憶する。また、第１領域ＩＭ１と第３領域ＩＭ３（隣接エリアＢＡ５、ＢＡ６）に対し、垂直方向に沿った列方向ラインごとに画素平均値を求めて傾き補正を行い、差分値を列方向ラインごとに記憶する。

一方、第４領域ＩＭ４は第１領域ＩＭ１と隣接していない。そのため、第２領域ＩＭ２と第４領域ＩＭ４に対して水平方向の傾き補正を行って差分値を取得し、第３領域ＩＭ３と第４領域ＩＭ４に対して垂直方向の傾き補正を行って差分値を取得し、それらの平均値を第１領域ＩＭ１に対する第４領域ＩＭ４の差分値とする。

次に、図１２、１３を用いて第５の実施形態について説明する。第５の実施形態では、イメージセンサに設けられたＯＢ領域で得られるＯＢ画素値に基づいて、撮影画像データに含まれる暗電流成分を除去する。これは、第１〜第４の実施形態いずれにも行うことが可能である。ただし、ここでは第１の実施形態と同様に２つの領域が規定されているものとする。

図１２は、第５の実施形態におけるイメージセンサを示した図である。図１３は、撮影時の暗電流成分除去処理のフローを示した図である。

図１２に示すように、イメージセンサ３０の有効画素領域ＥＩの周囲には、行方向に沿ったＯＢ領域ＯＢ１と列方向に沿ったＯＢ領域ＯＢ２が設けられている。遮光領域であるＯＢ領域ＯＢ１、ＯＢ２から得られる画素値を、撮影画像データの対応する行、列の画素値から減算することにより、撮影画像データから暗電流成分が除去される。

第１の実施形態と同様、ここでは第１領域ＩＭ１、第２領域ＩＭ２との間には暗電流量の差分値ΔＰが存在する。そのため、領域ごとにＯＢ画素値を減算するとともに、初期設定時に記憶された差分値ΔＰを加味して暗電流成分除去処理（ＯＢ減算処理）を行う。このとき、ＯＢ領域ＯＢ１、ＯＢ２の撮影画像データを別々に生成し、各撮影画像データの列方向、行方向に関して暗電流の除去演算処理を行う。

図１３に示すように、撮影条件を検知してから撮影動作シーケンスが開始されると（Ｓ５０１〜Ｓ５０３）、ＯＢ画素値を保持し（Ｓ５０４）、ＯＢ領域ＯＢ１を利用してＯＢ検波を行う（Ｓ５０５）。そして差分値ΔＰに対して撮影条件等から補正係数を乗じた後（Ｓ５０６）、第１領域ＩＭ１、第２領域ＩＭ２に対し別々にＯＢ減算処理を行う（Ｓ５０７）。差分値ΔＰは、第２領域ＩＭ２に対するＯＢ減算処理のときに利用され、ＯＢ減算量に加算される。そして、暗電流成分を除去した１フレーム分の撮影画像データが生成される（Ｓ５０８〜Ｓ５１０）。

このように第１〜第５の実施形態によれば、分割露光処理によって製造されたイメージセンサを備えたデジタルカメラにおいて、初期設定時に遮光撮影を行い、有効画素領域に露光処理の境界ラインに沿って規定される複数の分割領域の暗電流の特性を検出し、隣接エリア間での差分値を暗電流データとして記憶する。そして撮影時には、遮光撮影時の条件と撮影時の条件とを比較して定められる補正係数を差分値に乗じ、撮影画像データから補正した差分値を減算または加算処理する。

暗電流データの特性を検出するとき、ＯＢ領域の画素データを使用せず、有効画素領域の画素データのみ利用する。これにより、領域間での暗電流の差を正確に検出することができる。さらに、暗電流の傾きがある場合には傾き補正を行うことにより、領域内の場所（画素位置）によって暗電流値が相違する場合にも適切に段差を解消することができる。

また、撮影時の画像データに基づいて暗電流に関する値を計算せず、遮光撮影、実際の撮影時の条件（温度、露光時間、利得）に基づいて暗電流データの差分を補正しているため、カメラの使用状況、撮影環境などの違いによらず、暗電流データの差分を適切に補正することができる。なお、第１〜第５の実施形態ではデジタルカメラを適用しているが、それ以外の撮像装置に適用してもよい。

第１〜第５の実施形態では、遮光撮影によって暗電流データを取得し、記憶しているが、遮光撮影以外の撮影によっても条件が満たされる撮影であれば、暗電流データを記憶するようにしてもよい。また、領域間で暗電流量の差を低減することに関しては、を隣り合う領域間だけでなく、隣り合っていない離れた領域間を対象として、暗電流量の差を低減させるようにしてもよい。さらに、複数の領域が有効画素領域に規定されている撮像素子だけでなく、有効画素領域以外の領域も含めて複数の領域が規定される撮像素子に対し、暗電流量データに基づく撮影画像データの補正を行うことが可能である。

１０ 一眼レフ型デジタルカメラ
３０ イメージセンサ（撮像素子）
４０ システムコントロール回路（記憶手段、補正手段）
４２ 画像信号処理回路（補正手段）
４４ 不揮発性メモリ
ＥＩ 有効画素領域
ＩＭ１ 第１領域
ＩＭ２ 第２領域

Claims (11)

1. 暗電流特性がそれぞれ異なる複数の領域から構成される撮像素子と、
   所定条件に基づく暗電流データ取得撮影によって前記複数の領域から読み出される画素信号に基づいて、前記複数の領域それぞれの暗電流データを記憶する記憶手段と、
   撮影時、領域間の暗電流特性を合わせるように、記憶された暗電流データに基づいて、撮影画像データを領域ごとに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。
2. 前記補正手段が、前記複数の領域間での暗電流の差を低減するように補正することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記補正手段が、領域間での垂直方向および水平方向の少なくともいずれか一方に沿った、傾きを加味した暗電流量が等しくなるように、領域ごとに撮影画像データを補正することを特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載の撮像装置。
4. 前記記憶手段が、所定の領域の暗電流の傾きを基準としたときに異なる領域の暗電流の傾きを基準傾きに合わせる暗電流データの補正を施し、補正された暗電流データを記憶することを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
5. 前記補正手段が、暗電流データ取得撮影時と通常撮影時における温度、露光時間、利得のうち少なくともいずれか１つの比較に基づいて、暗電流データを補正し、補正した暗電流データに基づいて撮影画像データを補正することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の撮像装置。
6. 前記記憶手段が、隣り合う領域の境界付近における画素データに基づく暗電流データを記憶することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の撮像装置。
7. 前記撮像素子が、前記撮像素子の有効画素領域周辺にＯＢ（Optical Black）領域を有し、
   前記補正手段が、撮影時に前記ＯＢ領域から読み出されるＯＢオフセット量および暗電流データに基づいて、撮影画像データ全体に対し暗電流除去処理を施すことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の撮像装置。
8. 前記撮像素子が、分割露光処理によって製造され、分割露光処理の境界に従って前記複数の領域が規定されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の撮像装置。
9. 暗電流特性がそれぞれ異なる複数の領域から構成される撮像素子を提供し、
   所定条件に基づく暗電流データ取得撮影によって前記複数の領域から読み出される画素信号に基づいて、前記複数の領域それぞれの暗電流データを記憶し、
   撮影時、領域間の暗電流特性を合わせるように、記憶された暗電流データに基づいて、撮影画像データを領域ごとに補正することを特徴とする撮像方法。
10. 暗電流特性がそれぞれ異なる複数の領域から構成される撮像素子を備えた撮像装置を、
    所定の撮影条件に基づく撮影が可能であるかを判断する手段と、
    撮影可能な場合、撮影によって前記複数の領域から読み出される画素信号に基づいて、前記複数の領域それぞれの暗電流データを記憶する記憶手段と
    して機能させることを特徴とするプログラム。
11. 撮像装置を、
    ユーザによる撮影操作が行われると、撮影条件を検出する手段と、
    領域間の暗電流特性を合わせるように、請求項１０に記載された暗電流データに基づいて、撮影画像データを領域ごとに補正する補正手段と
    して機能させることを特徴とするプログラム。

Images