JP3633728B2 - 画像欠陥補正回路 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、固体撮像素子を用いた映像処理装置に係り、特に、欠陥画素を含む固体撮像素子を用いた装置を対象とする画像欠陥補正回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、CCD(Charge Coupled Devices)などの固体撮像素子の発展は目覚ましく、民生用の小型テレビジョンカメラから、業務用のかなり大型のテレビジョンカメラまで広く用いられるようになっているが、この固体撮像素子には、結晶欠陥などによる傷をもった画素が含まれている場合があり、これが画質劣化の要因となる。
【0003】
特に白欠陥又は白傷と呼ばれる欠陥が存在した場合、信号レベルの高いノイズとして現われるので目に付きやすく、画質を著しく劣化させるが、しかし、このような欠陥を皆無にしようとすると、大幅な製造歩留まりの低下をきたし、工業製品として成り立ち難くなる。
【0004】
そこで、このような固体撮像素子の白傷に対して、信号処理系で補正を行なうことにより、欠陥を有する固体撮像素子でも、ある程度までは使用可能にし、歩留まりを改善する技法について、既に幾つかの提案がなされ、また実用化されている。
【0005】
ところで、この補正処理については、アナログ処理でもディジタル処理でも可能であるが、アナログ回路で行う方式の場合には位相合せが問題となるので、ディジタル回路で行なうのが通例である。
そこで、以下、このディジタル方式による補正回路の従来技術について、図7により説明する。
【0006】
この図7において、CCD71から出力された映像信号は、まずアナログ処理部72で増幅され、次いでA/D変換器73でアナログからディジタル信号に変換される。
一方、欠陥位置情報処理回路74はメモリを備えており、このメモリには、予めCCD71を調べて検出した欠陥位置情報が記録されており、この位置情報に従って補正動作が働くようになっている。
【0007】
そこで、前ライン情報回路75は、欠陥位置情報処理回路74のメモリから読出された欠陥位置情報に基づいて、欠陥画素が含まれている水平走査線(ライン)の1ライン前の画像情報を記録し、補間値選択回路76で、欠陥画素付近の画像情報と1ライン前の画像情報から補間値を選択し、これらからの情報により、セレクタ回路77で欠陥画素位置の信号に対する補間値への置き換え動作が行なわれ、補正された映像出力を得るのである。
【0008】
このように、補間をディジタルで行なうようにすれば、欠陥位置に対する位相合わせが正確に行えるため、有効な補正を容易に得ることができる。
なお、この種の従来技術としては、例えば特開平3−296374号の公報を挙げることができる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術は、CCDからの信号処理系にアナログ処理が存在している点について配慮がされておらず、欠陥補正の完遂度に問題があった。
すなわち、従来技術は、ディジタル補正処理なので、位相合わせの点では問題がない。
【0010】
しかし、従来技術では、図7から明らかなように、CCDから出力された映像信号がディジタル処理部に入力されるまでに、アナログ処理回路(増幅回路など)及びA/D変換器を経由しており、このとき、フィルタ効果のため帯域制限を受けてしまう点について配慮がされていない。
【0011】
この結果、図8(a)に示すように、CCD出力では1画素分であった白欠陥信号が、ディジタル処理部に入力する時点では、同図(b)に示すように、なまった波形となり、一画素分の欠陥が水平走査線(ライン)方向の前後に広がって、複数画素分の画質劣化として現われる。
【0012】
しかるに、従来技術では、欠陥画素の信号だけに置換補正を与える方式であるため、その前後の信号劣化はそのまま残り、従って、完全な補正にならないのである。
【0013】
本発明の目的は、ディジタル処理による正確な欠陥補正が充分に得られるようにした画像欠陥補正回路を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
前述のように、欠陥画素前後の信号は、本来のデータと異なっているため、これを用いて欠陥画素の補間を行なったのでは、誤った補正になってしまう。
また、この結果、欠陥画素についての補正だけではなく、その欠陥画素前後の画素の信号についての補正も必要になる。
【0015】
このため、本発明では、補間対象となる画素を前記欠陥画素及び前記欠陥画素の周囲にある欠陥画素と同一行の複数の画素に広げ、前記欠陥画素に対する補間と共に、これら複数の画素に対する補間が行なわれるようにしたものである。
【0016】
更に、別の本発明では、補間に用いる情報として、主に前ライン上の映像情報及び後ライン上の映像情報を利用し、欠陥画素と同一のライン上の画像情報については、欠陥画素及びその前後の画素のデータを除いて補間に使用するように構成したものである。
前ライン上の映像情報及び後ライン上の映像情報を用いて補正を行うため、欠陥画素だけでなく、その前後の信号についても補間が可能になる。
【0017】
ただ、前後ラインの情報で補正するため、ラインと平行な絵柄、つまり横縞模様の画像入力に対しては誤って補正を行う可能性がある。
これを避けるため、更に、別の本発明では、垂直走査線方向の画像の変化を判定し、その結果に基づいて補間値の重み付けを切り替えるようにする。
【0018】
その結果、欠陥画素だけではなく、欠陥画素の前後の信号についても適切な補正を行うことができ、ディジタル処理による正確な画像欠陥補正を得ることができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による画像欠陥補正回路について、図示の実施形態により詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施形態で、ここでは、CCDからA/D変換して得たディジタル映像信号の内、欠陥画素があるライン上からの信号を本線ライン信号Xとし、この本線ライン信号から1ライン前のラインの信号を前ライン信号A、そして、本線ライン信号より1ライン後のラインの信号を後ライン信号Bとし、これら3本のラインの信号を夫々入力するように構成してある。
【0020】
ここで、これらの信号は、以下のようにして得られる。
すなわち、まず、CCDからA/D変換して得たディジタル映像信号をそのまま前ライン信号Aにする。
そうすれば、映像信号を1ライン時間遅延したのが本線ライン信号Xであり、2ライン時間遅延したのが後ライン信号Bとなる。
【0021】
図1に戻り、まず、欠陥位置情報処理回路1にはメモリが備えてある。
そして、このメモリには、予め組み合わされるCCDを検査測定して求めた欠陥画素の位置情報を記憶しておく。
そして、これにより、欠陥位置情報処理回路1は、外部から入力される映像同期信号と、これに基づいてメモリから読出した欠陥位置情報、及び補間範囲設定回路2から与えられる補間範囲指定情報に基づいて、各部分の制御を所定のタイミングで実行する。
【0022】
次に、補間値生成回路3は、本線ライン信号Xから補間値CXを生成する働きをする。
このときの補間値の生成には、補間対象画素の前後複数画素分の信号を用いるようになっている。
図2は、この補間値生成回路3の詳細を示したもので、図において、21はシフトレジスタ、22は乗算器、23は加算器である。
欠陥画素と同一のライン上にある信号、すなわち、本線ライン信号から補間値を生成する場合、補間対象画素の位相をZ(0)とすると、Z(−3)〜Z(−1)、Z(+1)〜Z(+3)に定数を乗じて加算した出力が補間値CXに相当する。
【0023】
従来技術の問題点として指摘したように、欠陥信号は、ディジタル処理部に入力する時点では、なまった波形となり、欠陥画素前後の信号も本来のデータと異なっているため、これを用いて欠陥画素の補間を行えば、誤った補正になってしまい、且つ、この結果、欠陥画素だけではなく、前後の画素の信号についても補正をする必要がある。
【0024】
従って、この図2の補間値生成回路3の構成では、欠陥画素信号Z(0)の前後信号は補正に利用できないことになる。
そこで、前後信号の範囲を1画素分とすると、Z(−1)及びZ(+1)を除き、Z(−3)〜Z(−2)、Z(+2)〜Z(+3)に、乗算器22により定数を乗じて、加算器23で加算した出力を補間値とすれば良い。ここで、この定数は、全ての定数値を加算したとき、1倍になるという条件のもとに決められる。
【0025】
次に、欠陥画素の前後信号Z(−1)及びZ(+1)の補間に使用する補間値を作る場合には、信号Z(−1)に対してはZ(0)、Z(+1)の信号は補間に利用できないことになる。
そして、このとき、最も相関性が強い信号はZ(−2)になるため、これの比重を大きくして、つまり乗算器22による定数を大きくして、信号Z(−3)及びZ(+2)と加算演算して補間値CXを生成する。
【0026】
また、信号Z(+1)に対しては、Z(0)、Z(−1)の信号は補間に利用できないことになり、最も相関性が強い信号はZ(+2)であるため、これの比重を大きくして、信号Z(+3)及びZ(−2)と加算演算して補間値CXを生成する。
従って、この実施形態によれば、欠陥画素前後信号の劣化を考慮した補正を得ることができる。
【0027】
しかし、このままでは、補正対象に対し最も相関性の強い筈の信号を補間に利用できないため、完全な補間にならない。
そこで、この解決のため、図1の実施形態では、補間値生成回路3の他にも補間値生成回路4、5を設け、相関性の強い信号として、垂直走査方向の信号を補間に用いるようにしたものである。
【0028】
まず、図3は、本線ライン信号(x1、x2、x、x4、x5)と前ライン信号(a1〜a5)、及び後ライン信号(b1〜b5)の関係を、欠陥画素xを中心にして示したものである。
そして、まず、補間値生成回路4は、前ライン信号Aから補間値CAを生成する。
このときの補間値生成処理は、本質的には図2で示した内容と同様であるが、欠陥画素xと最も相関性の強い信号a3に比重を掛け、a2及びa4の信号と加算して補間値CAを得るようにする。
【0029】
次に、補間値生成回路5では、後ライン信号Bから補間値CBを生成する。 これも図2で示したものと同様であるが、欠陥画素xと最も相関性の強いb3信号に比重を掛け、b2及びb4の信号に加算して補間値CBを得るのである。
【0030】
そして、この実施形態では、以上のようにして生成した本線ライン信号Xによる補間値CXと、前ライン信号Aによる補間値CA、及び後ライン信号Bによる補間値CBに、夫々重み付けをして加重した値を最終的な補間値Cとするのである。
【0031】
従って、この実施形態によれば、相関性の強い信号(a3、b3)が利用できるため、より正確な補正が得られる。
また、同様に、欠陥画素(x)の前後信号x2、x4に対する補間値として、まず信号x2については、信号a1、a2、a3及びb1、b2、b3を用いて生成し、信号x4については、信号a3、a4、a5及びb3、b4、b5を用いて生成すれば、欠陥画素の場合と同様に、正確な補正が得られる。
【0032】
次に、上記した、補間値CXと補間値CB、及び補間値CAに対する重み付けについて説明する。なお、この重み付けは、基本的には、本線ライン信号Xによる補間値CXは、欠陥画素の前後信号の歪みの問題から相関性の弱い信号となるため比重は軽く、前ライン信号A、及び後ライン信号Bによる補間値CA、CBの比重を重くしてやればよい。
【0033】
しかして、この場合には、ラインと平行な絵柄、つまり横縞模様の画像入力に対しては誤った補正を行う可能性がある。
いま、判り易くするため、本線ライン分の比重を0、前ライン分、後ライン分をそれぞれ0.5とし、入力画像は、水平方向に変化がない絵柄とする。
そうすると、この場合での期待値と補間値のずれは、図4に示すようになる。なお、この図で、Xは本線ライン信号のレベルで、欠陥画素信号の本来の値、つまり期待値を示し、CXは補間値を示す。
【0034】
この図4から明らかなように、パターン1では、補間値は期待値に近いが、パターン2、パターン3となるに従って補間値と期待値のずれが大きくなる。
この問題を避けるためには、垂直走査線方向の画像の変化を判定し、その結果に基づいて補間値の重み付けを切り替える必要があり、図1の実施形態では、この方法が適用されている。
【0035】
図1に戻って具体的に説明する。
まず、レベル検出回路6は、本線ライン上の映像情報から欠陥画素付近の映像信号レベルの平均値(もしくは低域成分量)を算出する。
次に、レベル検出回路7は、前ライン上の映像情報から欠陥画素付近の位相に相当する映像信号レベルの平均値(もしくは低域成分量)を算出する。
また、レベル検出回路8は、後ライン上の映像情報から欠陥画素付近の位相に相当する映像信号レベルの平均値(もしくは低域成分量)を算出する。
そして、これらの検出結果は画像判定回路9に入力される。
【0036】
そこで、画像判定回路9は、各平均値(もしくは低域成分量)を比較し、その比較結果に基づいて、同一ライン上の映像情報による補間値、前ライン上の映像情報による補間値、及び後ライン上の映像情報による補間値の重み付けの切り替え制御を、以下に示すようにして行う。
【0037】
まず、レベル検出回路6の出力(本線ライン信号のレベル平均値)をLX、レベル検出回路7の出力(前ライン信号のレベル平均値)をLA、レベル検出回路8の出力(後ライン信号のレベル平均値)をLBとし、LA−LX及びLB−LXの比較演算を行う。
次に、この演算結果に基づいて、以下の▲1▼〜▲9▼に示す基準で重み付けの値を切り替えるのである。
【0038】
ここで、αはレベル変化の下側の基準値、βはレベル変化の上側の基準値を示しており、考え方としては、信号LA、LX、LBのレベルに変化がなければ、信号LAとLBで補間を行い、レベル変化が大きい場合は、信号LAとLBに信号LXの成分を加えて補間するのである。
【0039】
▲1▼ |LA−LX|≦α、且つ|LB−LX|≦αの場合
補間値C=0.5CA+0.5CB
▲2▼ α<|LA−LX|≦β、且つ|LB−LX|≦αの場合
(a) LA−LX≧0、且つLB−LX≧0の場合
補間値C=0.25CX+0.25CA+0.5CB
(b) LA−LX<0、且つLB−LX≧0の場合
補間値C=0.25CA+0.75CB
(c) LA−LX≧0、且つLB−LX<0の場合
補間値C=0.25CA+0.75CB
(d) LA−LX<0、且つLB−LX<0の場合
補間値C=0.25CX+0.25CA+0.5CB
▲3▼ |LA−LX|≦α、且つα<|LB−LX|≦βの場合
(a) LA−LX≧0、且つLB−LX≧0の場合
補間値C=0.25CX+0.5CA+0.25CB
(b) LA−LX<0、且つLB−LX≧0の場合
補間値C=0.75CA+0.25CB
(c) LA−LX≧0、且つLB−LX<0の場合
補間値C=0.75CA+0.25CB
(d) LA−LX<0、且つLB−LX<0の場合
補間値C=0.25CX+0.5CA+0.25CB
▲4▼ α<|LA−LX|≦β、且つα<|LB−LX|≦βの場合
(a) LA−LX≧0、且つLB−LX≧0の場合
補間値C=0.5CX+0.25CA+0.25CB
(b) LA−LX<0、且つLB−LX≧0の場合
補間値C=0.25CX+0.375CA+0.375CB
(c) LA−LX≧0、且つLB−LX<0の場合
補間値C=0.25CX+0.375CA+0.375CB
(d) LA−LX<0、且つLB−LX<0の場合
補間値C=0.5CX+0.25CA+0.25CB
▲5▼ |LA−LX|>β、且つ|LB−LX|≦αの場合
補間値C=0.125CX+0.875CB
▲6▼ |LA−LX|≦α、且つ|LB−LX|>βの場合
補間値C=0.125CX+0.875CA
▲7▼ |LA−LX|>β、且つα<|LB−LX|≦βの場合
補間値C=0.5CX+0.5CB
▲8▼ α<|LA−LX|≦β、且つ|LB−LX|>βの場合
補間値C=0.5CX+0.5CA
▲9▼ |LA−LX|>β、且つ|LB−LX|>βの場合
補間値C=CX
画像判定回路9は上記判定基準に基づき、重み付け選択回路10、11、12を制御し、重み付けの組み合わせを切り替える。
選択回路10、11、12の出力は加算器13で加重され、最終的な補間値Cとなり、セレクタ15に供給される。
【0040】
セレクタ15は、欠陥位置情報処理回路1から入力される欠陥位置情報により切り替え制御され、欠陥画素及びその前後の補間すべき信号が現われたタイミングで本線ライン信号Xを補間値Cに切り替え、欠陥が補間された映像出力を取り出すのである。
【0041】
このとき、本線ライン信号Xの経路には、遅延回路14が設けてあり、これにより、本線ライン信号Xと補間値Cの間に生じてしまう位相差が補正されることになり、従って、セレクタ15の出力には、正確に補間された映像信号が得られることになる。
【0042】
ところで、補間値の算出や補間の対象とすべき欠陥画素の前後の信号の個数としては、必ずしも1画素分の信号に限らない。
そこで、この実施形態では、補間範囲設定回路2が設けてあり、従って、これにより、対象とする信号の個数を任意に選択することができる。
【0043】
次に、本発明の他の実施形態について、図5により説明する。
CCDに画素欠陥があったときでも、欠陥が目立つのは、欠陥画素付近の映像信号レベルが低い場合であり、信号レベルが高い場合はあまり目立たない。
それどころか、信号レベルが高い場合に欠陥補間を施すと、かえって期待値に対する補間値のずれが目立ってしまうことがある。
【0044】
そこで、これを避けるため、この図5の実施形態では、欠陥画素付近の映像信号レベルに応じて、欠陥補正の割合を変化させる機能を設けたものであり、このため、図1の実施形態に対して乗算器53、54と、加算器55を付加したものである。
【0045】
従って、この図5において、補間値生成回路51は、図1に示す実施形態の回路から、本線ライン信号用のレベル検出回路6と遅延回路14、それにセレクタ15だけを取り出して示したものであり、補間値Cを得るまでの動作は同じである。
【0046】
まず、乗算器53は、本線ライン信号Xに、レベル検出回路6から供給される本線ライン信号XのレベルLXに応じて定まる所定の係数(1−K)を掛け、信号(1−K)Xとして取り出す働きをする。
次に、乗算器54は、補間値生成回路51から出力される補間値Cに、レベル検出回路6から供給される本線ライン信号XのレベルLXに応じて定まる所定の係数Kを掛け、補間値KCとして取り出す働きをする。
【0047】
そして、加算器55は、乗算器53から出力される信号(1−K)Xと、乗算器54から出力される補間値KCを加算し、信号C’として取り出す働きをする。
従って、この信号C’は、
C’=(1−K)X+KC
となる。
ここで、係数Kは、0から1までの間で変化するように設定されており、従って、係数(1−K)とは、1の補数関係にある。
【0048】
そして、この係数Kは、図6に示すように、本線ライン信号XのレベルLXの関数として、つまり、K=fLXとして与えられるようになっているが、この関数fは、図示のように、本線ライン信号XのレベルLXに所定の基準レベルL0を設定しておき、この基準レベルL0を中心として、ほぼレベルLXに反比例させ、レベルLL 以下ではK=1で、LH 以上ではK=0となるように設定してある。
【0049】
従って、この図5の実施形態では、レベル検出回路6で検出した欠陥画素付近の本線ライン信号のレベルLXに応じて、補間値生成回路51で算出した補間値Cと、本線ライン信号を遅延した信号Xを、互いにレベル1の補数関係を保った状態で選択して取り出し、補間値C’としているので、欠陥画素付近の映像信号レベルに応じて欠陥補正の割合が変化されることになり、この結果、信号レベルが高く、欠陥があまり目立たないときには、欠陥補間が働かないようにでき、過剰な補間による画質の悪化を充分に抑えることができる。
【0050】
【発明の効果】
本発明によれば、固体撮像素子から信号所定系にアナログ処理を含んでいた場合でも、ディジタル処理による正確な欠陥補正が確実に得ることができ、固体撮像素子の歩留まりの向上によるコストダウンを充分に図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による画像欠陥補正回路の一実施形態を示すブロック図である。
【図2】本発明における補間値生成回路の一実施形態を示すブロック図である。
【図3】本線ライン信号と前ライン信号、及び後ライン信号の関係を、欠陥画素を中心にして示した説明図である。
【図4】入力信号のレベルによる補間結果のずれを示す説明図である。
【図5】本発明による画像欠陥補正回路の他の一実施形態を示すブロック図である。
【図6】本発明の他の一実施形態における係数の特性図である。
【図7】従来技術のよる画像欠陥補正回路の一例を示すブロック図である。
【図8】従来技術の問題点を説明するためのスペクトル図である。
【符号の説明】
1 欠陥位置情報処理回路
2 補間範囲設定回路
3、4、5 補間値生成回路
6、7、8 レベル検出回路
9 画像判定回路
10、11、12 重み付け選択回路
13 加算器
14 遅延回路
15 セレクタ
Claims (3)
- 固体撮像素子の欠陥画素位置を記憶する手段を備え、欠陥画素からの映像信号を、他の画素からの映像信号により補間する方式の映像処理回路において、
補間対象となる画素を前記欠陥画素及び前記欠陥画素の周囲にある欠陥画素と同一行の複数の画素に広げ、前記欠陥画素に対する補間と共に、これら複数の画素に対する補間が実行されるように構成したことを特徴とする画像欠陥補正回路。 - 請求項1の発明において、
前記複数の画素に対する補間を実行する手段が、
前記欠陥画素が存在するラインと同一のライン上の映像情報と、1ライン前のライン上の映像情報と、1ライン後のライン上の映像情報を用いて補間値を算出する手段と、
前記同一のライン上の映像情報から前記欠陥画素付近の映像信号レベルの平均値(もしくは低域成分量)を算出する手段と、
前記1ライン前のライン上の映像情報から欠陥画素付近の位相に相当する映像信号レベルの平均値(もしくは低域成分量)を算出する手段と、
前記1ライン後のライン上の映像情報から欠陥画素付近の位相に相当する映像信号レベルの平均値(もしくは低域成分量)を算出する手段と、
前記各平均値(もしくは低域成分量)を比較し、その比較結果に基づいて、前記同一のライン上の映像情報による補間値と、前記1ライン前のライン上の映像情報による補間値と、前記1ライン後のライン上の映像情報による補間値の重み付けを切り替えて加算する手段とで構成され、
該加算する手段の出力を補間値として、前記欠陥画素に対する補間と、前記複数の画素に対する補間とが行なわれるように構成されていることを特徴とする画像欠陥補正回路。 - 請求項2の発明において、
前記欠陥画素の映像信号レベル、もしくは欠陥画素付近の映像信号レベルの平均値、もしくは欠陥画素付近の映像信号の低域成分量を算出する手段を設け、
該手段の算出結果に応じて、補間の程度が制御されるように構成されていることを特徴とする画像欠陥補正回路。
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