JP3227809B2 - 固体撮像素子の欠陥補正装置及び固体撮像装置 - Google Patents

固体撮像素子の欠陥補正装置及び固体撮像装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、固体撮像素子の欠陥補
正装置及び固体撮像装置に関し、特に2次元配列された
各画素の水平方向の色コーディングがn画素繰返しのカ
ラー固体撮像素子の欠陥補正装置及びこの欠陥補正装置
を備えた固体撮像装置に関する。
【0002】
【従来の技術】CCD等の半導体で形成した固体撮像素
子では、半導体の局部的な結晶欠陥等によって感度が低
下する欠陥画素が生じることがあり、このような場合、
その欠陥画素に起因して画質劣化が生じることが知られ
ている。
【0003】この欠陥画素に起因する画質劣化を信号処
理によって補正するために、従来より、固体撮像素子に
含まれる欠陥画素についての欠陥データを、全白又は全
黒の撮像状態において、その固体撮像素子を製造した半
導体工場で検出してROMに予め記憶させておき、通常
の撮像時に、このROMデータに基づいて欠陥画素を特
定し、その欠陥画素の撮像出力を例えば1画素前の撮像
出力で置換することによって欠陥補正が行われていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
欠陥補正装置では、固体撮像素子の製造段階でROMに
記憶した欠陥データを用いて欠陥補正を行うようにして
いたので、半導体の局部的な結晶欠陥等に伴う画素欠陥
には対応できるものの、固体撮像素子のビデオカメラへ
の組込み時の静電破壊や、ビデオカメラへの搭載後の経
時変化に伴う欠陥変化には対応できなく、また固体撮像
素子と欠陥データを対にした流通形態が不可欠であると
いう問題点があった。
【0005】さらに、カラー固体撮像素子の場合には、
色フィルタの配列が複雑になることから、同色画素間で
の信号比較が難しいため、撮像状態での欠陥検出の実現
が困難であった。
【0006】そこで、本発明は、静電破壊や経時変化に
伴う欠陥変化にも対応できるとともに、固体撮像素子と
欠陥データを対とした流通形態が不要で、しかもカラー
固体撮像素子に対しても簡単な回路構成にて対応可能な
固体撮像素子の欠陥補正装置及びこれを備えた固体撮像
装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明による固体撮像素
子の欠陥補正装置は、2次元配列された各画素の水平方
向の色コーディングがn画素繰返しであり、各画素の信
号が垂直列毎に順に読み出されるn本の水平シフトレジ
スタを有する固体撮像素子の欠陥補正装置であって、固
体撮像素子の撮像出力をn画素ピッチに相当する期間だ
け遅延する遅延手段を有し、この遅延手段によって固体
撮像素子のn画素離れた2つの画素の信号を同時化しつ
つその2つの画素の信号差に基づいて欠陥画素を検出す
べくn本の水平シフトレジスタに対応して設けられたn
個の欠陥検出手段と、このn個の欠陥検出手段の各々に
よって検出された欠陥画素に関する欠陥データを記憶保
持する記憶手段と、この記憶手段に記憶保持された欠陥
データに基づいて欠陥画素についての撮像出力を補正す
る補正手段とを備えた構成となっている。
【0008】本発明による固体撮像装置は、2次元配列
された各画素の水平方向の色コーディングがn画素繰返
しであり、各画素の信号が垂直列毎に順に読み出される
n本 の水平シフトレジスタを有する固体撮像素子と、そ
の欠陥画素についての補正をなす欠陥補正装置とを具備
し、この欠陥補正装置が、固体撮像素子の撮像出力をn
画素ピッチに相当する期間だけ遅延する遅延手段を有
し、この遅延手段によって固体撮像素子のn画素離れた
2つの画素の信号を同時化しつつその2つの画素の信号
差に基づいて欠陥画素を検出すべくn本の水平シフトレ
ジスタに対応して設けられたn個の欠陥検出手段と、こ
のn個の欠陥検出手段の各々によって検出された欠陥画
素に関する欠陥データを記憶保持する記憶手段と、この
記憶手段に記憶保持された欠陥データに基づいて欠陥画
素についての撮像出力を補正する補正手段とを備えた構
成となっている。
【0009】
【作用】水平方向の色コーディングがn画素繰返しのカ
ラー固体撮像素子において、各画素の信号を垂直列毎に
順にn本の水平シフトレジスタに読み出すとともに、固
体撮像素子の撮像出力をn画素ピッチに相当する期間だ
け遅延することによって固体撮像素子のn画素離れた2
つの画素の信号を同時化する。そして、この2つの画素
の信号レベルを比較することによって欠陥画素を検出
し、この欠陥画素に関する欠陥データをアドレスデータ
としてRAM等に記憶保持する。通常の撮像時には、R
AM等に記憶保持されたアドレスデータに基づいて欠陥
補正を行い、画素欠陥による画質劣化を改善する。
【0010】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図1は、本発明の一実施例を示すブロック
図である。
【0011】図1において、本発明に係る固体撮像装置
は、固体撮像素子として例えば2H×4V(水平2/垂
直4)画素繰返し色コーディングのカラーCCD撮像素
子1を用いている。このカラーCCD撮像素子1は、電
荷転送方式として例えばインターライン転送方式を採用
している。
【0012】また、カラーCCD撮像素子1は、水平2
画素繰返しの色コーディングに対応して2本の水平シフ
トレジスタ2,3を有し、これらのレジスタ2,3には
2次元配列された各画素の垂直列の奇数列・偶数列の信
号を分離して読み出すように構成されている。2本の水
平シフトレジスタを有するCCD撮像素子は、既に周知
である。2本の水平シフトレジスタ2,3には、転送さ
れてきた信号電荷を検出して信号電圧に変換し、CCD
出力(撮像出力)1,2として導出する出力部4,5が
設けられている。
【0013】ここで、カラーCCD撮像素子1の色コー
ディングとして、例えば図4に示すように、Ye,G,
Mg,Cy補色市松方式を用いるものとする。この場
合、フィールド蓄積読出しにより、垂直方向において隣
接する2つの画素の信号が垂直シフトレジスタ41で加
算されて出力されるため、2本の水平シフトレジスタ
2,3を経て出力部4,5から導出されるCCD出力
1,2は、次のようになる。
【0014】すなわち、第1フィールドにおいて、nラ
インでは、CCD出力1=Cy+Mg,CCD出力2=
Ye+Gとなり、n+1ラインでは、CCD出力1=C
y+G,CCD出力2=Ye+Mgとなる。また、第2
フィールドにおいて、n′ラインでは、CCD出力1=
Mg+Cy,CCD出力2=G+Yeとなり、n′+1
ラインでは、CCD出力1=G+Cy,CCD出力2=
Mg+Yeとなる。したがって、各ライン毎にCCD出
力1,2として同色の信号出力だけが得られることにな
る。CCD出力1,2は、リセット部とプリチャージ部
とデータ部とからなっている。
【0015】再び図1において、CCD出力1は、CD
S(相関二重サンプリング)回路6に供給されてリセッ
ト雑音等の低減が図られる。CDS回路6は、CCD出
力1のプリチャージ部をサンプル/ホールドし、これを
2画素ピッチに相当する期間だけ遅延するS/H(サン
プル/ホールド)回路61〜63と、CCD出力のデー
タ部をサンプル/ホールドし、これをプリチャージ部と
同時化するS/H回路64,65とを有している。S/
H回路61,63,65はサンプリングパルスSHPに
よってサンプル動作を行い、S/H回路62,64はサ
ンプリングパルスSHDによってサンプル動作を行う。
【0016】そして、同時化されたプリチャージ部及び
データ部には同一のノイズ成分が重畳されていることか
ら、S/H回路63,65の各S/H出力が、減算器7
で減算処理されることによってノイズ成分が除去され、
信号成分のみが撮像出力(CDS出力)として導出され
る。このCDS出力は、AGC(自動利得制御)回路8
を介して次段の信号処理回路(図示せず)へ供給され
る。S/H回路23,25の各S/H出力を2入力とす
る減算器9においても、CDS出力と同じ撮像出力が得
られる。
【0017】S/H回路63,65の各S/H出力はさ
らに、遅延回路10を介して減算器11の2入力とな
る。すなわち、S/H回路63のS/H出力はS/H回
路101,102を経て減算器11の減算入力となり、
S/H回路65のS/H出力はS/H回路103,10
4を経て減算器11の被減算入力となる。これにより、
減算器11の減算出力として、減算器4の減算出力に対
して2画素ピッチに相当する期間だけ遅れた撮像出力が
導出され、水平方向において2画素離れた2つの画素情
報の同時化が行われる。
【0018】減算器9の減算出力は減算器12の被減算
入力となり、減算器11の減算出力は減算器12の減算
入力となる。すなわち、減算器12は、同時化された水
平方向において2画素離れた2つの画素情報間で減算処
理を行うことになる。減算器12の減算出力は、正負の
検出レベルVa,Vbを有するシュミット回路13,1
4に供給される。シュミット回路13,14は、レベル
比較回路としての作用をなし、減算器12の減算出力が
正負の検出レベルVa,Vbを越えたとき検出出力を発
生し、ラッチ回路15,16に供給する。なお、正負の
検出レベルVa,Vbは、可変抵抗器VR1,VR2の
調整によって可変となっている。
【0019】ラッチ回路15,16は、シュミット回路
13,14の各検出出力を2画素ピッチに相当する期間
だけラッチする。ラッチ回路15,16の各出力は、N
AND回路17,18の各一入力となる。また、ラッチ
回路15,16の各入力は、NAND回路17,18の
各他入力となる。NAND回路17,18の各出力は、
インバータ19,20で反転されて欠陥情報となる。
【0020】以上により、出力部4から導出されるCC
D出力1を2画素ピッチに相当する期間だけ遅延し、カ
ラーCCD撮像素子1の2画素離れた2つの画素の信号
を同時化しつつその2つの画素の信号差に基づいて欠陥
画素を検出する欠陥検出回路200が構成されている。
出力部5の後段にも、そのCCD出力2に基づいて欠陥
画素を検出する欠陥検出回路201が設けられており、
この欠陥検出回路201も、上述した欠陥検出回路20
0と全く同じ回路構成となっている。
【0021】欠陥検出回路200,201の各検出出力
は、アドレスカウンタ21に供給される。アドレスカウ
ンタ21は、カラーCCD撮像素子1の水平走査に同期
してカウント動作を行い、欠陥検出回路200,201
の各検出出力が供給された時点のカウント値をアドレス
変換回路22に供給する。アドレス変換回路22は、ア
ドレスカウンタ21に基づいて欠陥画素の位置を特定
し、その位置を示すアドレスデータに変換する。このア
ドレスデータは、RAM23に記憶保持される。欠陥画
素の位置を示すアドレスは、絶対アドレス及び相対アド
レスのいずれであっても良い。
【0022】RAM23に記憶保持された欠陥画素に関
するアドレスデータは、通常の撮像時における欠陥補正
に用いられる。すなわち、補正パルス生成回路24にお
いて、RAM23に格納されているアドレスデータに基
づいて欠陥画素を特定し、毎フィールド、その欠陥画素
に対応したタイミングで欠陥補正パルスを生成する。こ
の欠陥補正パルスは、サンプリングパルスSHP,SH
Dを生成するサンプリングパルス生成回路25に供給さ
れる。サンプリングパルス生成回路25は、欠陥補正パ
ルスが供給されると、欠陥画素の2画素前のサンプリン
グパルスSHPの生成を停止する。これにより、欠陥画
素についてのCCD出力を、2画素前の同色のCCD出
力で置換する前置補間によって欠陥補正が行われる。
【0023】次に、上記構成の欠陥補正装置における欠
陥検出及び欠陥補正について、図2及び図3のタイミン
グ波形図を参照しつつ説明する。なお、図2及び図3の
各波形(a)〜(q)は、図1中の各部(a)〜(q)
の波形を表している。
【0024】先ず、欠陥検出の際の動作について説明す
るに、出力部4から導出されるCCD出力1(a)は、
図2から明らかなように、リセット部、プリチャージ部
及びデータ部からなり、そのプリチャージ部がS/H回
路61でサンプリングパルスSHP(b)によってサン
プル/ホールドされる一方、データ部がS/H回路64
でサンプリングパルスSHD(c)によってサンプル/
ホールドされる。
【0025】S/H回路61のS/H出力(d)は、S
/H回路62でサンプリングパルスSHD(c)によっ
てサンプル/ホールドされ、そのS/H出力(e)はさ
らにS/H回路63でサンプリングパルスSHP(b)
によってサンプル/ホールドされる。一方、S/H回路
64のS/H出力(g)は、S/H回路65でサンプリ
ングパルスSHP(b)によってサンプル/ホールドさ
れる。その結果、CCD出力(a)のプリチャージ部と
データ部が同時化される。そして、減算器9において、
S/H回路65のS/H出力(h)からS/H回路63
のS/H出力(f)が減算されることにより、減算器9
の減算出力(i)として、ノイズ成分が除去されたCC
D出力が得られる。
【0026】また、S/H回路63のS/H出力(f)
はS/H回路101でサンプリングパルスSHD(c)
によってサンプル/ホールドされ、そのS/H出力はさ
らにS/H回路102でサンプリングパルスSHP
(b)によってサンプル/ホールドされる。一方、S/
H回路65のS/H出力(h)はS/H回路103でサ
ンプリングパルスSHD(c)によってサンプル/ホー
ルドされ、そのS/H出力はさらにS/H回路104で
サンプリングパルスSHP(b)によってサンプル/ホ
ールドされる。
【0027】そして、減算器11において、S/H回路
104のS/H出力(k)からS/H回路102のS/
H出力(j)が減算されることにより、減算器11の減
算出力(l)として、減算器9の減算出力(i)に対し
て2画素ピッチに相当する期間だけ遅れたCCD出力が
得られる。これにより、カラーCCD撮像素子1におい
て、水平方向に2画素離れた2つの画素の各信号が同時
化されたことになる。
【0028】続いて、減算器12において、減算器9の
減算出力(i)から減算器11の減算出力(l)を減ず
る、即ち水平方向において2画素離れた2つの画素の各
信号間の差をとることにより、減算器12の減算出力
(m)として、ある画素に白点欠陥がある場合には正/
負、黒点欠陥がある場合には負/正の微分状波形が得ら
れる。そして、シュミット回路13,14において、こ
の微分状波形出力(m)をある検出レベルVa,Vbで
それぞれトリガリングすることにより、欠陥情報パルス
(n),(o)が得られる。
【0029】これら欠陥情報パルス(n),(o)は、
ラッチ回路15,16、NAND回路17,18及びイ
ンバータ19,20を経ることにより、白点欠陥情報パ
ルス(p)又は黒点欠陥情報パルス(q)となる。アド
レスカウンタ21においては、この白点欠陥情報パルス
(p)又は黒点欠陥情報パルス(q)をアドレスカウン
トすることによって欠陥画素の位置を特定する。そし
て、アドレスカウンタ21のカウント値をアドレス変換
回路22でアドレスデータに変換し、RAM23に記憶
する。CCD出力2に基づく欠陥検出に関しても、欠陥
検出回路201によって同様に行われる。
【0030】次に、欠陥補正の際の動作について説明す
る。先ず、補正パルス生成回路24では、RAM23に
記憶保持されているアドレスデータに基づいて欠陥補正
パルスを生成し、サンプリングパルス生成回路25に供
給する。これにより、欠陥画素の2画素前のサンプリン
グパルスSHPがブランキングされる。その結果、欠陥
画素についてのCCD出力(撮像出力)が、2画素前の
同色のCCD出力で置換され、欠陥補正が行われる。
【0031】上述したように、水平方向の色コーディン
グが2画素繰返しのカラーCCD撮像素子1において、
垂直列の奇数列・偶数列の信号を分離して水平シフトレ
ジスタ2,3に読み出すとともに、そのCCD出力1,
2を2画素ピッチに相当する期間だけ遅延することによ
ってカラーCCD撮像素子1の2画素離れた2つの画素
の信号を同時化し、この2つの画素の信号レベルを比較
することによって欠陥画素を検出する欠陥検出回路20
0,201を備えたことにより、画像点欠陥の検出をビ
デオカメラ自体で行うことができるとともに、全白・全
黒撮像時以外にも、通常の撮像状態で欠陥検出をリアル
タイムで行うことができる。
【0032】また、図1におけるアドレス変換回路22
の後段に、アドレスデータを時間軸(毎フレーム)で比
較して一致した場合に、検出した画素が確かに欠陥画素
であると判定する判定回路(図示せず)を設け、この判
定回路による判定時点で初めてその欠陥画素のアドレス
データをRAM23に記憶するように構成することによ
り、検出精度を向上できることになる。すなわち、図5
において、斜線で示す如き像が投影された場合を想定す
ると、そのエッジ画像に相当する画素Bが単独点である
ことから欠陥画素として誤検出される虞れがあるが、動
画の場合には、上記エッジ画像が同一の画素上に静止す
る確率は低いことから、アドレスデータをフレーム間で
比較することにより、このエッジ画像による誤検出を精
度良く避けることができるのである。
【0033】なお、上記実施例においては、色コーディ
ングが水平2画素繰返しの場合について説明したが、こ
れに限定されるものではなく、3画素以上の繰返しの場
合にも同様に適用し得るものである。但し、この場合、
色コーディングの水平方向の繰返し画素数と同じ数だけ
水平シフトレジスタを配し、遅延回路10では、その画
素数の画素ピッチに相当する期間だけ遅延を行う必要が
ある。
【0034】また、上記実施例では、遅延回路10をS
/H回路を用いて構成したが、S/H回路構成に限定さ
れるものではなく、要は、色コーディングの水平方向の
繰返し画素数に応じた画素ピッチに相当する期間だけC
CD出力を遅延できる構成のものであれば良い。
【0035】さらに、上記実施例では、S/H回路を用
いて欠陥画素についてのCCD出力をその2画素前の同
色のCCD出力で置換する前置補間によって欠陥補正を
行うとしたが、ディジタル信号処理を用いた適応型の補
間システムにおいては、欠陥画素についてのCCD出力
をその前後の同色の画素についてのCCD出力の平均値
で置換する平均値補間を用いて欠陥補正を行うことも可
能である。
【0036】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
水平方向の色コーディングがn画素繰返しのCCD撮像
素子において、各画素の信号を垂直列毎に分離してn本
の水平シフトレジスタに読み出すとともに、そのCCD
出力をn画素ピッチに相当する期間だけ遅延することに
よってn画素離れた2つの画素の信号を同時化し、この
2つの画素の信号レベルを比較することによって欠陥画
素を検出してその欠陥データを記憶保持し、通常撮像時
にはこの欠陥データに基づいて欠陥補正を行うようにし
たことにより、以下のような効果が得られる。カラー
の固体撮像素子に対しても、簡単な回路構成で欠陥検出
が可能であるとともに、画像点欠陥の検出をビデオカメ
ラ自体で行うことができる。全白・全黒撮像時以外に
も、通常の撮像状態で欠陥検出をリアルタイムで行うこ
とができる。固体撮像素子のビデオカメラへの組込み
時の静電破壊や、ビデオカメラへの搭載後の経時変化に
伴う欠陥変化にも対応できる。固体撮像素子と欠陥デ
ータを対とした流通形態が不要となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示すブロック図である。
【図2】欠陥検出及び欠陥補正の動作を説明するための
タイミング波形図(その1)である。
【図3】欠陥検出及び欠陥補正の動作を説明するための
タイミング波形図(その2)である。
【図4】補色市松方式の色コーディングを採用した画素
列の構成図である。
【図5】エッジ画像と欠陥画素の関係を示す図である。
【符号の説明】
1…カラーCCD撮像素子、2,3…水平シフトレジス
タ、6…CDS(相関二重サンプリング)回路、7,
9,11,12…減算器、8…AGC(自動利得制御)
回路、10…遅延回路、21…アドレスカウンタ、22
…アドレス変換回路、23…RAM、24…補正パルス
生成回路、25…サンプリングパルス生成回路、61〜
25,101〜104…S/H(サンプル/ホールド)
回路
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−276447(JP,A) 特開 平5−68209(JP,A) 特開 平4−304091(JP,A) 特開 平5−41867(JP,A) 特開 昭61−273092(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04N 9/04 - 9/11

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 2次元配列された各画素の水平方向の色
    コーディングがn画素繰返しであり、各画素の信号が垂
    直列毎に順に読み出されるn本の水平シフトレジスタを
    有する固体撮像素子の欠陥補正装置であって、 前記固体撮像素子の撮像出力をn画素ピッチに相当する
    期間だけ遅延する遅延手段を有し、この遅延手段によっ
    て前記固体撮像素子のn画素離れた2つの画素の信号を
    同時化しつつその2つの画素の信号差に基づいて欠陥画
    素を検出すべく前記n本の水平シフトレジスタに対応し
    て設けられたn個の欠陥検出手段と、 前記n個の欠陥検出手段の各々によって検出された欠陥
    画素に関する欠陥データを記憶保持する記憶手段と、 前記記憶手段に記憶保持された欠陥データに基づいて欠
    陥画素についての撮像出力を補正する補正手段とを備え
    たことを特徴とする固体撮像素子の欠陥補正装置。
  2. 【請求項2】 前記遅延手段は、前記撮像出力をサンプ
    ル/ホールドするサンプル/ホールド回路からなること
    を特徴とする請求項1記載の固体撮像素子の欠陥補正装
    置。
  3. 【請求項3】 前記欠陥データをアドレスデータに変換
    して前記記憶手段に記憶するアドレス変換手段を有する
    ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像素子の欠陥補
    正装置。
  4. 【請求項4】 前記アドレスデータを時間軸上で比較す
    ることによって画素欠陥の判定を行う判定手段を有する
    ことを特徴とする請求項3記載の固体撮像素子の欠陥補
    正装置。
  5. 【請求項5】 2次元配列された各画素の水平方向の色
    コーディングがn画素繰返しであり、各画素の信号が垂
    直列毎に順に読み出されるn本の水平シフトレジスタを
    有する固体撮像素子と、この固体撮像素子の欠陥画素に
    ついての補正をなす欠陥補正装置とを具備し、 前記欠陥補正装置は、 前記固体撮像素子の撮像出力をn画素ピッチに相当する
    期間だけ遅延する遅延手段を有し、この遅延手段によっ
    て前記固体撮像素子のn画素離れた2つの画素の信号を
    同時化しつつその2つの画素の信号差に基づいて欠陥画
    素を検出すべく前記n本の水平シフトレジスタに対応し
    て設けられたn個の欠陥検出手段と、 前記n個の欠陥検出手段の各々によって検出された欠陥
    画素に関する欠陥データを記憶保持する記憶手段と、 前記記憶手段に記憶保持された欠陥データに基づいて欠
    陥画素についての撮像出力を補正する補正手段とを備え
    たことを特徴とする固体撮像装置。
JP19617792A 1992-06-29 1992-06-29 固体撮像素子の欠陥補正装置及び固体撮像装置 Expired - Fee Related JP3227809B2 (ja)

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