JP2017005571A - 撮影装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】FDを共有する隣接画素同士でRTSノイズが発生する場合、画像の解像度の低下を抑えつつ対象画素を良好に補正することが難しい。
【解決手段】撮影装置を、複数の画素でFD(Floating Diffusion)を共有する構造の撮像素子と、撮像素子が有する画素群の中で静的な欠陥を持つ静的欠陥画素を登録する欠陥画素登録手段と、登録手段に登録された静的欠陥画素に対して欠陥画素補正を行う欠陥画素補正手段と、欠陥画素補正が行われた後の画素群に対してノイズの補正を行うノイズ補正手段とを備える構成とする。この構成において、登録手段は、FDを共有する複数の画素のうち少なくとも1つの画素を除く他の画素を静的欠陥画素として登録している。
【選択図】図3

Description

本発明は、複数の画素でFD(Floating Diffusion)を共有する構造の撮像素子を持つ撮影装置に関する。
CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサにおいて、イメージセンサの小型化や受光面積の確保を達成するため、複数の画素でFDを共有することにより、単位画素当たりのFET(Field Effect Transistor)数及び配線数を低減した構成が知られている。例えば特許文献1に、この種のCMOSイメージセンサの具体的構成が記載されている。
また、CMOSイメージセンサでは、MOSFETのチャネル内を移動するキャリアがゲート絶縁膜等に存在するトラップ準位に捕獲されることにより、撮像した画像にRTS(Random Telegraph Signal)ノイズが発生することが知られている。例えば特許文献2に、RTSノイズを低減させることが可能な撮影装置の具体的構成が記載されている。
特開2005−198001号公報 特許5561112号公報
n(nは2以上の自然数)個の画素でFDを共有する構造(以下、説明の便宜上「n画素FD共有構造」と記す。)のCMOSイメージセンサでは、RTSノイズがMOSFETで発生するため、FDを共有する画素群単位でRTSノイズが発生する。以下、説明の便宜上、RTSノイズが発生する画素を「RTSノイズ発生画素」と記す。
RTSノイズ発生画素を一般的なフィルタ(平滑化フィルタやメディアンフィルタ等)を用いて補正する場合を考える。この場合において、例えば、FDを共有する一対の隣接画素同士でRTSノイズが発生すると、隣接一画素(隣接する一方のRTSノイズ発生画素)の影響が強すぎて、対象画素(隣接する他方のRTSノイズ発生画素)を良好に補正することができない。隣接一画素のRTSノイズの影響を抑えて対象画素を良好に補正するためには、例えばフィルタの範囲を拡げる必要がある。しかし、フィルタの範囲を拡げて画素補正を行うと、画像の解像度の低下につながるという問題が指摘される。
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、FDを共有する近接画素同士でRTSノイズが発生する場合であっても、画像の解像度の低下を抑えつつ対象画素を良好に補正することが可能な撮影装置を提供することである。
本発明の一実施形態に係る撮影装置は、複数の画素でFDを共有する構造の撮像素子と、撮像素子が有する画素群の中で静的な欠陥を持つ静的欠陥画素を登録する欠陥画素登録手段と、登録手段に登録された静的欠陥画素に対して欠陥画素補正を行う欠陥画素補正手段と、欠陥画素補正が行われた後の画素群に対してノイズの補正を行うノイズ補正手段とを備える。登録手段は、FDを共有する複数の画素のうち少なくとも1つの画素を除く他の画素を静的欠陥画素として登録している。
また、本発明の一実施形態に係る撮影装置は、ノイズが発生する画素を検出する検出手段を備える構成としてもよい。この構成において、ノイズ補正手段は、検出手段により検出された画素に対してノイズの補正を行う。
また、本発明の一実施形態に係る撮影装置は、ノイズが発生する可能性のある画素を登録するノイズ画素登録手段を備える構成としてもよい。この構成において、検出手段は、所定の条件が満たされるとき、ノイズ画素登録手段に登録された画素をノイズ発生画素として検出する。
また、本発明の一実施形態において、ノイズ発生画素を検出するための所定の条件は、例えば、
(1)ISO感度が所定感度以上に設定されている、
(2)撮影時の温度が所定温度以上である、
(3)撮影モードが複数枚の画像を合成した合成画像を生成する合成モードに設定されている、
(4)撮影モードがライブビューを表示するライブビューモードに設定されている、
(5)撮影モードが動画を撮影する動画モードに設定されている、
の少なくとも1つを含む。
また、本発明の一実施形態において、撮像素子は、例えばCMOSイメージセンサである。
また、本発明の一実施形態において、FDを共有する複数の画素は、少なくとも2つの同色画素を含む。
また、本発明の一実施形態において、ノイズは、RTSノイズである。
本発明の一実施形態によれば、FDを共有する近接画素同士でRTSノイズが発生する場合であっても、画像の解像度の低下を抑えつつ対象画素を良好に補正することが可能な撮影装置が提供される。
本発明の一実施形態に係る撮影装置の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る撮影装置に備えられる固体撮像素子の画素配置を模式的に示す図である。 本発明の一実施形態において撮影装置に備えられるシステムコントローラにより実行される画素補正処理のフローチャートを示す図である。 図3に示される画像補正処理の効果を説明するための図である。
以下、本発明の一実施形態に係る撮影装置について図面を参照しながら説明する。以下においては、本発明の一実施形態として、デジタル一眼レフカメラについて説明する。なお、撮影装置は、デジタル一眼レフカメラに限らず、例えば、ミラーレス一眼カメラ、コンパクトデジタルカメラ、ビデオカメラ、カムコーダ、タブレット端末、PHS(Personal Handy phone System)、スマートフォン、フィーチャフォン、携帯ゲーム機など、撮影機能を有する別の形態の装置に置き換えてもよい。
[撮影装置1の構成]
図1は、本発明の一実施形態に係る撮影装置1の構成を示すブロック図である。図1に示されるように、撮影装置1は、システムコントローラ100、操作部102、駆動回路104、撮影レンズ106、絞り108、シャッタ110、固体撮像素子112、信号処理回路114、画像処理エンジン116、バッファメモリ118、カード用インタフェース120、LCD(Liquid Crystal Display)制御回路122、LCD124、ROM(Read Only Memory)126及び温度センサ128を備えている。なお、撮影レンズ106は複数枚構成であるが、図1においては便宜上一枚のレンズとして示す。
操作部102には、電源スイッチやレリーズスイッチ、撮影モードスイッチ、ISO感度等の撮影条件を指定するスイッチなど、ユーザが撮影装置1を操作するために必要な各種スイッチが含まれる。ユーザにより電源スイッチが操作されると、図示省略されたバッテリから撮影装置1の各種回路に電源ラインを通じて電源供給が行われる。
システムコントローラ100は、CPU(Central Processing Unit)及びDSP(Digital Signal Processor)を含む。システムコントローラ100は電源供給後、ROM126にアクセスして制御プログラムを読み出してワークエリア(不図示)にロードし、ロードされた制御プログラムを実行することにより、撮影装置1全体の制御を行う。
レリーズスイッチが操作されると、システムコントローラ100は、例えば、固体撮像素子112により撮像された画像に基づいて計算された測光値や、撮影装置1に内蔵された露出計(不図示)で測定された測光値に基づき適正露出が得られるように、駆動回路104を介して絞り108及びシャッタ110を駆動制御する。より詳細には、絞り108及びシャッタ110の駆動制御は、プログラムAE(Automatic Exposure)、シャッタ優先AE、絞り優先AEなど、撮影モードスイッチにより指定されるAE機能に基づいて行われる。また、システムコントローラ100はAE制御と併せてAF(Autofocus)制御を行う。AF制御には、アクティブ方式、位相差検出方式、コントラスト検出方式等が適用される。また、AFモードには、中央一点の測距エリアを用いた中央一点測距モード、複数の測距エリアを用いた多点測距モード等がある。システムコントローラ100は、AF結果に基づいて駆動回路104を介して撮影レンズ106を駆動制御し、撮影レンズ106の焦点を調整する。なお、この種のAE及びAFの構成及び制御については周知であるため、ここでの詳細な説明は省略する。
被写体からの光束は、撮影レンズ106、絞り108、シャッタ110を通過して固体撮像素子112の受光面にて受光される。固体撮像素子112は、ベイヤ型画素配置を有する単板式カラーCMOSイメージセンサである。
図2に、固体撮像素子112の画素配置を模式的に示す。図2では、各画素を識別する都合上、各画素を「色+符号」で示す。図2に示されるように、固体撮像素子112は、4つの画素(R画素、Gr画素、Gb画素、B画素)が周期的に配列されており、この4つの画素でFDを共有する4画素FD共有構造となっている。
固体撮像素子112は、受光面上の各画素で結像した光学像を光量に応じた電荷として蓄積して、R、G、Bの画像信号を生成して出力する。なお、固体撮像素子112は、ベイヤ型フィルタを搭載したものに限らず、他の配色のフィルタを搭載したものであってもよい。
信号処理回路114は、固体撮像素子112より入力される画像信号に対して黒レベル補正、欠陥画素補正等の所定の信号処理を施してRAW形式の画像データを生成し、画像処理エンジン116に出力する。
なお、信号処理回路114による欠陥画素補正とは、固体撮像素子112の有効画素群の中で静的な欠陥を持つ静的欠陥画素を補正する処理である。静的欠陥画素の典型例としては、入射光が無い状態でも電子が湧き出してしまうことにより、偽の信号を生成してしまう、いわゆる白傷画素(白点画素)が挙げられる。製品出荷時に存在する白傷画素(白点画素)は、組立・調整ライン等において検出されており、そのアドレスが例えばシステムコントローラ100の内部メモリに予め登録(記憶)されている。製品出荷後に発生した後発的な白傷画素(白点画素)については、例えば電源投入時等のタイミングで検出され、そのアドレスがシステムコントローラ100の内部メモリに登録される。
信号処理回路114による欠陥画素補正では、システムコントローラ100の内部メモリに登録された静的欠陥画素について、例えば平滑化フィルタやメディアンフィルタ等の周辺画素(欠陥画素を除く周辺画素)を用いた補正が行われたり、規定の画素値に置き換える補正が行われたりする。
画像処理エンジン116は、信号処理回路114より入力されるRAW形式の画像データに対し、RTSノイズ発生画素の補正、デモザイク、マトリクス演算、ホワイトバランス、Y/C分離等の所定の信号処理を施して輝度信号Y、色差信号Cb、Crを生成し、JPEG(Joint Photographic Experts Group)等の所定のフォーマットで圧縮する。バッファメモリ118は、画像処理エンジン116による処理の実行時、処理データの一時的な保存場所として用いられる。また、撮影画像は、画像処理エンジン116により生成されたJPEG形式の撮影画像データに限らず、信号処理回路114より入力されるRAW形式の撮影画像データが保存されてもよい。
カード用インタフェース120のカードスロットには、メモリカード200が着脱可能に差し込まれている。
画像処理エンジン116は、カード用インタフェース120を介してメモリカード200と通信可能である。画像処理エンジン116は、生成されたJPEG形式の撮影画像データをメモリカード200(又は撮影装置1に備えられる不図示の内蔵メモリ)に保存する。なお、メモリカード200には、信号処理回路114より出力されるRAW形式の撮影画像データが保存されてもよい。
また、画像処理エンジン116は、生成された輝度信号Y、色差信号Cb、Crをフレームメモリ(不図示)にフレーム単位でバッファリングする。画像処理エンジン116は、バッファリングされた信号を所定のタイミングで各フレームメモリから掃き出して所定のフォーマットのビデオ信号に変換し、LCD制御回路122に出力する。LCD制御回路122は、画像処理エンジン116より入力される画像信号を基に液晶を変調制御する。これにより、被写体の撮影画像がLCD124の表示画面に表示される。ユーザは、AE制御及びAF制御に基づいて適正な露出及びピントで撮影されたリアルタイムのスルー画(ライブビュー)を、LCD124の表示画面を通じて視認することができる。
画像処理エンジン116は、ユーザにより撮影画像の再生操作が行われると、操作により指定された撮影画像データをメモリカード200又は内蔵メモリより読み出して所定のフォーマットの画像信号に変換し、LCD制御回路122に出力する。LCD制御回路122が画像処理エンジン116より入力される画像信号を基に液晶を変調制御することで、被写体の撮影画像がLCD124の表示画面に表示される。
[画素補正処理]
次に、システムコントローラ100により実行される画素補正処理を図3のフローチャートを用いて説明する。図3に示される画素補正処理は、例えばレリーズスイッチが押された時点で開始される。
なお、RTSノイズは、特定の画素に撮影毎にランダムに発生するランダムノイズであり、高い再現性を有しているとは限らない。しかし、組立・調整ライン等においてテスト撮影を繰り返すことにより、RTSノイズが発生するRTSノイズ発生画素の特定は可能である。本実施形態では、RTSノイズ発生画素が組立・調整ライン等において特定されており、そのアドレスが例えばシステムコントローラ100の内部メモリに予め登録(記憶)されている。
また、システムコントローラ100の内部メモリに登録された一部のRTSノイズ発生画素(静的欠陥画素でないもの)は、詳しくは後述するが、静的欠陥画素としても登録(記憶)されている。以下、説明の便宜上、このようなRTSノイズ発生画素を「静的欠陥みなし画素」と記す。
[図3のS11(条件の判定)]
本処理ステップS11では、所定の条件が満たされるか否かが判定される。ここで、所定の条件とは、RTSノイズが発生しやすい(ノイズ量が微小でなく画像上目立ちやすい)条件である。例示的には、下記の項目(1)〜(5)の少なくとも1つが満たされる場合に、所定の条件が満たされるものと判定される。
(1)ISO感度が所定感度以上に設定されている。
(2)温度センサ128により検出された撮影時の温度が所定温度以上である。
(3)撮影モードが複数枚の画像を合成した合成画像を生成する合成モードに設定されている。
(4)撮影モードがライブビューを表示するライブビューモードに設定されている。
(5)撮影モードが動画を撮影する動画モードに設定されている。
[図3のS12(静的欠陥みなし画素を含まない欠陥画素補正)]
処理ステップS11(条件の判定)にて所定の条件が満たされないと判定された場合(S11:NO)、システムコントローラ100の内部メモリに登録されたRTSノイズ発生画素でRTSノイズの発生が検出されなかったものとみなされて、本処理ステップS12が実行される。
本処理ステップS12では、システムコントローラ100の内部メモリから静的欠陥画素のアドレスだけが読み出され、読み出されたアドレスの画素に対して信号処理回路114による欠陥画素補正が行われる。信号処理回路114による欠陥画素補正後、図3に示される画素補正処理は終了する。
[図3のS13(静的欠陥みなし画素を含む欠陥画素補正)]
処理ステップS11(条件の判定)にて所定の条件が満たされると判定される場合(S11:YES)、システムコントローラ100の内部メモリに登録されたRTSノイズ発生画素でRTSノイズの発生が検出されたものとみなされて、本処理ステップS13が実行される。
本処理ステップS13では、システムコントローラ100の内部メモリから静的欠陥画素のアドレス及び静的欠陥みなし画素のアドレスが読み出され、読み出されたアドレスの画素に対して信号処理回路114による欠陥画素補正が行われる。
[図3のS14(RTSノイズ発生画素の補正)]
本処理ステップS14では、システムコントローラ100の内部メモリから、静的欠陥みなし画素を除くRTSノイズ発生画素のアドレスが読み出され、読み出されたアドレスの画素に対して画像処理エンジン116によりRTSノイズ発生画素が補正される。かかる補正処理には、例えば平滑化フィルタやメディアンフィルタ等が用いられる。
図4(a)及び図4(b)に、図3に示される画像補正処理の効果を説明するための図を示す。
図4(a)は、RTSノイズ発生画素を模式的に示す図である。図4(a)の例では、FDを共有する4画素(画素R22、画素Gr23、画素Gb32、画素B33)がRTSノイズ発生画素となっている。図4(a)の例において、RTSノイズ発生画素を同色の周辺画素を用いて補正(欠陥画素補正)する場合を説明する。
画素R22に最も近接する同色の周辺画素は、画素R02、画素R20、画素R24、画素R42である。図4(a)の例では、何れの同色画素もRTSノイズ発生画素ではない。そのため、画素R22は、最小フィルタで(具体的には、4つの画素(画素R02、画素R20、画素R24、画素R42)を用いて)良好に補正される。
画素B33に最も近接する同色の周辺画素は、画素B13、画素B31、画素B35、画素B53である。この場合も画素R22の例と同様に、何れの同色画素もRTSノイズ発生画素ではない。そのため、画素B33も、最小フィルタで(具体的には、4つの画素(画素B13、画素B31、画素B35、画素B53)を用いて)良好に補正される。
画素Gb32に最も近接する同色の周辺画素は、画素Gr21、画素Gr23、画素Gr41、画素Gr43である。画素Gr21、画素Gr41、画素Gr43はRTSノイズ発生画素でないが、画素Gr23はRTSノイズ発生画素である。そのため、最小フィルタでは(具体的には、4つの画素(画素Gr21、画素Gr23、画素Gr41、画素Gr43)だけでは)、RTSノイズ発生画素である画素Gr23の影響が強すぎて、画素Gb32を良好に補正することができない。
画素Gb32を良好に補正するための典型的な方法としては、例えば、フィルタの範囲を、上記の4つの画素に加えて、画素Gb10、画素Gb12、画素Gb14、画素Gb30、画素Gb34、画素Gb50、画素Gb52、画素Gb54まで拡げることが考えられる。しかし、フィルタの範囲を拡げることは、撮影画像全体の解像度の低下につながるため望ましくない。
画素Gr23についても同様に、RTSノイズ発生画素である画素Gb32の影響が強すぎて良好に補正することができず、また、フィルタの範囲を拡げることは、撮影画像全体の解像度の低下につながるため望ましくない。
そこで、本実施形態では、RTSノイズ発生画素として登録されている画素に最も近接する同色の周辺画素が同じくRTSノイズ発生画素として登録されている場合は、その一方の画素が静的欠陥みなし画素としてシステムコントローラ100の内部メモリに登録されている。図4の例では、画素Gb32に最も近接する同色の周辺画素Gr23が静的欠陥みなし画素としてシステムコントローラ100の内部メモリに登録されている(図4(b)の概念図参照)。
そのため、画素Gr23に対しては、処理ステップS13(静的欠陥みなし画素を含む欠陥画素補正)にて信号処理回路114による欠陥画素補正が行われる。これにより、画素Gr23の画素値は、ノイズ成分が抑えられた値となる。
一方、画素Gb32は、システムコントローラ100の内部メモリに静的欠陥みなし画素として登録されておらず且つRTSノイズ発生画素として登録されている。そのため、画素Gb32は、処理ステップS14(RTSノイズ発生画素の補正)にて画像処理エンジン116により補正される。具体的には、画素Gb32は、最小フィルタで(具体的には、4つの画素(画素Gr21、画素Gr23、画素Gr41、画素Gr43)を用いて)補正される。このとき、画素Gr23は、静的欠陥画素として信号処理回路114による欠陥画素補正が行われているため、画素Gb32は、RTSノイズ発生画素の影響を受けることなく良好に補正される。
このように、本実施形態によれば、FDを共有する近接画素同士でRTSノイズが発生する場合であっても、RTSノイズ発生画素を最小フィルタで良好に補正することができる。従って、RTSノイズ発生画素の良好な補正と撮影画像の解像度低下の抑制とが同時に達成される。
以上が本発明の例示的な実施形態の説明である。本発明の実施形態は、上記に説明したものに限定されず、本発明の技術的思想の範囲において様々な変形が可能である。例えば明細書中に例示的に明示される実施形態等又は自明な実施形態等を適宜組み合わせた内容も本発明の実施形態に含まれる。
上記の実施形態(図4の例)において、固体撮像素子112は、2×2の画素でFDを共有する構造となっているが、本発明はこれに限らない。固体撮像素子112は、縦方向や斜め方向に並ぶn個の画素でFDを共有する構造であってもよい。
1 撮影装置
100 システムコントローラ
102 操作部
104 駆動回路
106 撮影レンズ
108 絞り
110 シャッタ
112 固体撮像素子
114 信号処理回路
116 画像処理エンジン
118 バッファメモリ
120 カード用インタフェース
122 LCD制御回路
124 LCD
126 ROM
128 温度センサ
200 メモリカード

Claims (7)

  1. 複数の画素でFD(Floating Diffusion)を共有する構造の撮像素子と、
    前記撮像素子が有する画素群の中で静的な欠陥を持つ静的欠陥画素を登録する欠陥画素登録手段と、
    前記登録手段に登録された静的欠陥画素に対して欠陥画素補正を行う欠陥画素補正手段と、
    前記欠陥画素補正が行われた後の前記画素群に対してノイズの補正を行うノイズ補正手段と、
    を備え、
    前記登録手段は、
    前記FDを共有する複数の画素のうち少なくとも1つの画素を除く他の画素を静的欠陥画素として登録している、
    撮影装置。
  2. 前記ノイズが発生する画素を検出する検出手段
    を備え、
    前記ノイズ補正手段は、
    前記検出手段により検出された画素に対して前記ノイズの補正を行う、
    請求項1に記載の撮影装置。
  3. 前記ノイズが発生する可能性のある画素を登録するノイズ画素登録手段
    を備え、
    前記検出手段は、
    所定の条件が満たされるとき、前記ノイズ画素登録手段に登録された画素をノイズ発生画素として検出する、
    請求項2に記載の撮影装置。
  4. 前記所定の条件は、
    下記の項目(1)〜(5)、
    (1)ISO感度が所定感度以上に設定されている、
    (2)撮影時の温度が所定温度以上である、
    (3)撮影モードが複数枚の画像を合成した合成画像を生成する合成モードに設定されている、
    (4)撮影モードがライブビューを表示するライブビューモードに設定されている、
    (5)撮影モードが動画を撮影する動画モードに設定されている、
    の少なくとも1つを含む条件である、
    請求項3に記載の撮影装置。
  5. 前記撮像素子は、
    CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサである、
    請求項1から請求項4の何れか一項に記載の撮影装置。
  6. 前記FDを共有する複数の画素は、
    少なくとも2つの同色画素を含む、
    請求項1から請求項5の何れか一項に記載の撮影装置。
  7. 前記ノイズは、
    RTS(Random Telegraph Signal)ノイズである、
    請求項1から請求項6の何れか一項に記載の撮影装置。
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