JP3753389B2 - Signal readout processing method for solid-state image sensor - Google Patents

Signal readout processing method for solid-state image sensor Download PDF

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    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/60Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise
    • H04N25/62Detection or reduction of noise due to excess charges produced by the exposure, e.g. smear, blooming, ghost image, crosstalk or leakage between pixels
    • H04N25/627Detection or reduction of inverted contrast or eclipsing effects

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像素子の信号読み出し処理方式に関し、特に温度変化等による暗時固定パターンノイズの変化に追従し、常に暗時固定パターンノイズを安定に抑圧できるようにした動画撮像も可能な固体撮像素子の信号読み出し処理方式に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、光電変換機能と蓄積電荷の増幅、読み出し及びリセット機能をもつ、例えばSIT(Static Induction Transistor)、AMI(Amplified MOS Imager) 、CMD(Charge Modulation Device) で代表される内部増幅型光電変換素子を単位画素として用いた固体撮像素子により画像を再生する装置が知られている。かか る画像再生装置においては、固体撮像素子固有の固定パターンノイズ(以下、FPNと略称する)をキャンセルするために、各画素毎のFPNを記憶するフレームメモリ等の記憶手段に記憶しておき、固体撮像素子の各画素対応の画像情報から、各画素対応のFPNを減算している。
【0003】
図7には、かかる内部増幅型光電変換素子による画像再生装置において用いられている、例えば特開昭64−39171号等に開示されている従来のFPN抑圧手段のブロック構成図が示されている。
【0004】
図7において、固体画像素子31から出力される画像信号は、増幅器32で増幅され、A/D変換器33によりデジタル信号に変換される。入射光を遮断した状態で固体画像素子31から出力される暗時信号(FPN信号)を、切換スイッチ34をb側に接続することによりフレームメモリ等から成るFPNメモリ35に記憶する。暗時FPN記憶作動の終了後、切換スイッチ34をa側に切り換え接続して遮断を解除する。これにより、固体撮像素子31から出力される光生成電荷による明時信号は、A/D変換器33でA/D変換され、減算器36において、FPNメモリ35内に記憶されたFPN信号と繰り返し減算処理され、FPNが抑圧された画像信号が得られる。この画像信号は、D/A変換器37でD/A変換されてビデオ信号として出力される。尚、FPNメモリ35には、通常、1フレームまたは数フレームの平均化された暗時信号が記憶される。
【0005】
ここで、暗時FPN記憶時に、固体撮像素子を遮光する代わりに、蓄積した光生成電荷をリセットした直後、あるいはリセットしながら固体撮像素子から信号を読み出して得られる暗時信号を暗時FPN信号とすることもできる。
【0006】
ところで、図7に示した従来のFPN抑圧手段は、暗時のFPN信号を予めFPNメモリ35に記憶させておいて、光生成電荷に応じた画像信号から前記暗時FPN信号を減算してビデオ信号を出力させるものであるため、温度変化等により暗時FPNが変化した場合、この変化に追従できず、常に安定したFPN抑圧効果を得ることができないという問題点がある。
【0007】
また上記温度変化対策のため、撮像途中で固体撮像素子を間欠的に遮光して暗時FPN信号を取り込む方法が知られている。この方法により、連続撮像作動中に、例えば1フレーム分の暗時信号をFPNメモリに記憶するためには、固体撮像素子からは図8の(A)に示すような出力が必要となり、時刻tdにおいて、固体撮像素子からは、光生成電荷の蓄積されていない暗時信号が出力されることになる。この固体撮像素子の出力をそのまま映像出力とすると、図8の(B)に示すように、時刻tdにおいて、映像出力が得られず、モニタには時刻tdのタイミングで、何も映らない画面のとぎれた状態となる。この画面のとぎれを、図8の(C)に示すように、直前の撮像画面を繰り返し出力して補間しても、動画に対しては動きが不自然になり、大きな問題となる。
【0008】
上記問題点を解決するため、本願出願人は、内部増幅型光電変換素子を単位画素とし該単位画素をマトリクス状に配列してなるXYアドレス型の固体撮像素子の信号読み出し処理方式において、一水平走査期間のある特定の行の各画素の光生成電荷による明時信号を読み出した後、前記特定行の各画素の光生成電荷をリセットした直後またはリセットしながら光生成電荷のない状態の暗時信号を読み出して前記特定行の各画素の暗時信号を外部メモリに記憶する第1のステップと、前記特定行を一垂直走査期間毎または複数垂直走査期間毎に変化させながら、前記特定行の各画素の暗時信号を外部メモリに記憶する第1のステップを各特定行に対して順次実行し、複数垂直走査期間で全有効行の各画素の暗時信号を外部メモリへ記憶させる第2のステップと、全有効行の各画素の暗時信号を外部メモリへ記憶させる前記複数垂直走査期間毎に、外部メモリへ記憶された全有効行の各画素の暗時信号をリフレッシュさせるか、または前回の記憶ステップで記憶された暗時信号と新たに読み出された暗時信号を所定の比で加算して記憶させる第3のステップと、前記外部メモリに記憶した各行の画素の暗時信号を読み出し、タイミングを合わせて対応する各行の画素の明時信号から減算処理する第4のステップを備える固体撮像素子の信号読み出し処理方式を提案した(特開平7−15666号参照)。
【0009】
このように構成した信号読み出し処理方式においては、外部メモリに記憶された暗時信号は、複数垂直走査期間毎の短時間毎にリフレッシュまたは平均化されるので、温度変化等により暗時FPNが変化した場合でも、その変化に十分に追従し常に安定な暗時FPN抑圧効果が得られる。また、撮像途中において暗時信号を読み出す期間は、一垂直走査期間中僅か1〜数ライン期間であり、撮像の連続性が損なわれることはなく、動画に対しても何ら問題を生ぜず、十分に対応させることができる。
【0010】
次に、上記従来例を図9を参照しながら説明する。図9において、固体撮像素子1は、内部増幅型光電変換素子を画素として用い、該画素をマトリクス状に配置した受光部101を備える。本例では内部増幅型光電変換素子としてCMDが用いられている。受光部101は、説明を簡単にするため、3行×L列の構成としている。垂直走査回路102は、読み出し行を選択する走査信号を送出する。水平走査回路103は、読み出し状態にある行のL個のCMD画素を順次出力信号を増幅し、増幅器2で増幅された出力信号は、A/D変換器3でA/D変換されて、1Hデレイライン4と、切換スイッチ5の入力端子bと、FPNメモリ8へそれぞれ供給される。切換スイッチ5は、制御信号入力端子から入力される制御信号Gにより、入力端子aに供給される1Hデレイライン4の出力信号、入力端子bに供給されるA/D変換器3の出力信号、入力端子cに供給されるGNDすなわちデジタル00………0信号のいずれかを選択出力する。減算器6は、切換スイッチ5で選択された信号から、FPNメモリ8の出力を減算する。減算器6の出力信号は、D/A変換器7でD/A変換され、ビデオ信号が出力される。
【0011】
このように構成されている信号読み出し処理装置の動作を図10及び図11の各部の信号波形を示すタイミングチャートを参照しながら説明する。
【0012】
固体撮像素子1において、垂直走査回路102を駆動して読み出す選択行のCMD画素を読み出し状態にして、水平走査回路103により読み出し状態にある行のCMD画素の信号を順番に読み出す。垂直走査回路102により選択した行のCMD画素の読み出し状態は、選択した行のCMD画素の共通ゲートライン電位を読み出し電位VRDにすることにより可能になる。このとき、非選択行の共通ゲートライン電位は蓄積電位VSTにしている。また、1行分の各画素の蓄積した光生成電荷による信号を読み出した後、蓄電電荷をリセットするために、水平ブランキング期間に共通ゲートライン電位をリセット電位VRSTにする。尚、画素としてCMDを用いた場合は、ブルーミング制御のため、水平ブランキング期間で、ゲート電位を蓄積電位VSTより高いオーバーフロー電位VOFとして、過剰蓄積電荷の掃き出しを行うーバーフロー動作も行っている。
【0013】
図10においては、固体撮像素子1の1〜3行の共通ゲートライン電位波形を、それぞれA、B、Cで示している。このゲートライン電位波形A、B、Cからわかるように、本例においては、第1フレームでは、1行目の光生成電荷を蓄積した状態の明時信号をt=0〜1の期間に読み出して、t=1の時点で、蓄積電荷をリセットした後、再びt=1〜2の期間で1行目の画素の信号を読み出すようにゲートライン電位を制御している。これは、t=1〜2の期間では光生成電荷の蓄積していない状態の暗時信号を読み出していることに相当する。
【0014】
内部増幅型光電変換素子は、蓄積電荷を増幅するトランジスタの特性ばらつきによるFPNを発生するが、上記暗時信号の読み出しは暗電流をゼロとした場合の暗時FPN(以下、この意味で用いる)を読み出していることになる。暗電流は、最近非常に小さく抑えられており、通常の固体撮像素子の使用条件下では無視できるようになっているため、暗時FPNはほぼトランジスタの特性のばらつきにより発生しているものを意味する。暗時FPNは光量に無関係に一定レベル存在し、最初に読み出した光生成電荷に応じた明時信号にオフセット的に重量されている。
【0015】
次いで、同様にして第2フレームでは2行目の暗時信号を、第3フレームでは3行目の暗時信号を読み出し、第4フレームでは再び1行目の暗時信号を読み出すようにしている。尚、通常は各フレーム間には垂直ブランキング期間が存在するが、図10においては、各フレームのうち5ラインが垂直ブランキング期間に相当する。垂直走査回路102から出力されるこのようなゲートライン電位を印加することにより読み出された、明るさが一様な被写体を撮像した場合の信号波形E及び次に述べる信号波形F〜Lは、デジタル信号であるが、わかり易いようにアナログ信号として波形を示している。
【0016】
上記出力信号波形D、Eからわかるように、第1フレームでは、1行目明時信号1Sに次いで、1行目暗時信号1Fが読み出され、1S、1F、2S、3Sの順番で固体撮像素子1から信号が読み出される。尚、1〜3行目の明時信号は1S、2S、3Sで表し、暗時信号は1F、2F、3Fで表すことにする。同様に第2フレームでは、1S、2S、2F、3Sの順番、第3フレームでは1S、2S、3S、3Fの順番となり、第4フレームでは再び第1フレームと同一の信号読み出し順番に戻る。
【0017】
これらの出力信号Eを1Hデレイライン4で1ライン遅延した出力信号を図10のFで示し、各行の明時信号及び暗時信号にはダッシュを付して示している。
【0018】
切換スイッチ5は、制御信号Gの制御圧力Va、Vb、Vcによって、それぞれ入力端子a、b、cへの出力信号を選択して出力し、図11において、Gで示す制御信号波形を与えることにより、切換スイッチ5の出力端子からは、信号波形Hで示すように、暗時信号の抜けた連続明時信号が得られる。
【0019】
一方、FPNメモリ8は、メモリライト制御信号入力端子に印加する制御信号JがHレベルの時書き込み動作を行なうが、固体撮像素子1から暗時信号が出力される期間のみ制御信号Hレベルが印加され、暗時信号を書き込み記憶するようになっている。すなわち、第1フレームでは1行目の暗時信号1Fを、第2、第3の各フレームでは、それぞれ2、3行目の暗時信号2F、3Fを書き込むことになり、したがって第1、第2、第3フレームの期間で全有効行の暗時信号の書き込み記憶動作が完了する。そしてFPNメモリ8からは、切換スイッチ5の出力信号Hに、タイミングを一致させて、暗時信号が連続して読み出されるようになっており、このFPNメモリ8から読み出され暗時信号を図11のMに示す。減算器6では、切換スイッチ5の出力信号HからFPNメモリ9からの暗時信号Mを減算し、これにより、暗時FPNが制御されたビデオ信号Nが得られる。
【0020】
図9に示した従来例では、3フレーム毎にFPNメモリ8に記憶した暗時FPNがリフレッシュされるが、NTSC方式に対応した行数をもつ通常の固体撮像素子について考えると、暗時FPNは1フィールドに1行ずつ書き込まれ、525フィールドで全行の暗時信号の記憶が完了するから、暗時信号リフレッシュ周期は525フィールドとなり、1/60(秒)×525≒9秒である。このリフレッシュ周期は周囲温度変化の時間に比べて十分小さい時間であり、周囲温度変化に対しての暗時FPNの変化に完全に追従できる。また、9秒毎に完全にFPNメモリに記憶されている信号をリフレッシュせずに、一般的なノイズリデュースの方法を用いて、記憶している信号と新たに読み出した信号を適当な比で加算し、ランダムノイズを抑制して再記憶する方法により高精度なFPN減算が可能である。
【0021】
尚、全行の暗時FPNを取り込むまでに9秒かかるので、電源投入後、暗時FPNの抑圧された画像信号が出力されるまで9秒かかることになる。この時間は、通常は装置の立ち上げ時間として許容できる範囲であるが、例えば電源投入時にはオーバーフロー電位VOFをリセット電位VRST に等しくして、水平ブランキング毎にリセット動作を行い、全行の暗時信号が出力する状態にして、連続して暗時信号をFPNメモリに書き込むことによって、最低1フレーム期間(1/30秒)で、全行の暗時FPNをFPNメモリに記憶する方法を用いることにより、立ち上げ時間の短縮化を図ることが可能である。
【0022】
従来例においては、1フレーム期間に1行の暗時信号を読み出すために、明時信号の読み出しの連続性が、1行読み出し期間とぎれることになる。しかし、走査線525ラインのNTSC方式に対応した一般の固体撮像素子においては、1行の読み出し期間は約64μsec であり、この期間に行間の読み出しの連続性が損なわれても、視覚的には検知されず問題とならない。すなわち動画撮像上も問題とならない。
【0023】
【発明が解決しようとする課題】
以上により動画撮像も可能なFPNキャンセルが可能となるが、従来例では水平ブランキング期間に光生成電荷をリセットした直後に読み出した信号を暗時信号としている(CMD、SIT、AMIに適用した場合、実際の動作はこのようになる)ため以下の問題点が生じる。
【0024】
すなわち、暗時信号読み出し期間でも、次にリセット動作が行われるまで光生成電荷の蓄積動作は行っているため暗時信号は遮光状態で読み出した場合と異なり、僅かではあるが光生成電荷を含んでしまう。上述の従来例では簡単化のため3行の画素数としているが、一般的な画素数で考えると、NTSC方式に対応した画素数は525行となり、明時信号を読み出す行の画素は525行走査する時間分蓄積動作を行う。これに対してリセット直後の暗時信号を読み出す行の画素は次の水平ブランキング期間にリセットがおこなわれるまでの一水平走査期間は蓄積動作を行っている。明時信号に比べて蓄積時間は1/525であり、通常の被写体では無視できるものの、被写体が高輝度の場合には無視できないレベルになってFPNの誤差成分となってFPNメモリに記憶され、高輝度被写体が無くなっても次にリフレッシュされるまで記憶データは残るから、明時信号からこの誤差成分を減算してしまい偽信号が発生する原因となっている。
【0025】
この問題点を図10および図11を用いて説明する。第2フレーム期間に高輝度被写体が画面に入り画面上の位置は2ラインのth期間とする。イメージャ出力D、Eの2Sには高輝度信号が加わるが、次に読み出される2Fにも高輝度信号成分が含まれてしまう。この2FはFPNメモリライト信号としてFPNメモリに書き込まれFPNメモリリード信号Mとして読み出され、切り換えスイッチ出力Hから減算されて減算器出力Nが発生する。その結果、減算器出力Nの第3フレーム以後の2行信号には偽信号nHが発生してしまう。これは2Fがリフレッシュされるまで続く。
【0026】
そこで本発明の目的は、高輝度被写体があっても高精度にFPNを抑圧出来るようにした動画撮像にも対応可能な固体撮像素子の信号読み出し処理方式を提供することにある。
【0027】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するために本発明による固体撮像素子の信号読み出し処理方式は、
マトリクス状に配列された単位光電変換素子への入射光に対応して生成される光生成電荷を水平方向及び垂直方向に走査して得られる信号を映像信号として読み出し処理する固体撮像素子の信号読み出し処理方式において、
暗時信号抽出の対象とする特定行の前記垂直方向での位置を予め定めた垂直走査期間毎に変化させ、前記特定行の水平ブランキング期間に各画素の光生成電荷をリセットした直後の各画素の暗時信号を読み出す動作を順次変化する特定行毎にくり返して得られる全有効行の各画素の暗時信号をメモリに記憶し、前記予め定めた垂直走査期間毎に、前記メモリに記憶された全有効行の各画素の暗時信号の更新を、前記暗時信号を読み出す直前に読み出した明時信号の明時信号レベルが所定のスレッシュホールドレベルを越えた特定画素以外について行ない、前記メモリから読み出した各行の画素の暗時信号を、対応する各行の画素の明時信号から減算処理するように構成されている。
【0028】
前記特定画素は、前記暗時信号を読み出す直前に読み出した明時信号の明時信号レベルが所定のスレッシュホールドレベルを越えた画素とすることができる。また、前記メモリの記憶内容の更新は、前記特定画素に対しては、前記メモリから読み出した内容をそのまま記憶することができる。また、前記所定のレベルを、水平方向の画素に対して変化させることもでき、前記特定行は単一の行とし、連続した複数の行とすることができる。
【0029】
このように構成した信号読み出し処理方式においては、高輝度被写体により発生する暗時信号に含まれる光生成電荷が所定のレベルを越えた画素については、外部メモリの暗時信号のデータは変化しないため、偽信号の発生なしに高精度に動画撮像に対応したFPN抑圧が可能となる。
【0030】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明することにより本発明を明らかにする。
図1は、本発明の第1の実施の形態を示す構成ブロック図である。図9に示す従来例との対応部分については同一の符号を付してある。図9に対してレベル検出器9、AND回路10、高輝度判定用スレッシュホールド電圧Vrefが供給されている入力端子Pが追加されている。ここでは暗時信号で光生成電荷による信号成分が所定のレベルを越えるかどうかを直前の明時信号から判定している。直前の明時信号と暗時信号とは時間的相関性が非常に強いため、明時信号に高輝度部があれば暗時信号のその部分には高輝度部による光生成電荷が発生していると考えられるからである。
【0031】
図1に示す実施の形態の動作を図2と図3のタイミングチャートを用いて説明する。レベル検出器9は1HDL4の出力と高輝度判定用スレッシュホールド電圧Vrefを比較器91で比較して、Vref電圧よりも大きい場合、パルスを発生する。このパルスは、インバータ92で反転されて高輝度検出パルスKが出力される。高輝度検出パルスKと、FPNメモリライト制御パルスJのAND出力、すなわちAND回路10からの複合FPNメモリライト制御信号LによりFPNメモリ8を制御する。高輝度部による光生成電荷が所定のレベルを越えた画素部は、複合FPNメモリライト制御信号LがLレベルになり、メモリへの再書き込み動作(データの更新)を行わず、FPNメモリのデータは変化しない。この結果、FPNメモリライト信号及びリード信号には高輝度部による光生成電荷は含まれず減算器出力Nに偽信号は発生しない。
【0032】
次に、本発明の他の実施の形態としてレベル検出の方法の異なる第2の実施の形態を図4を参照して説明する。図4において図1と同様の部分は同一の符号を付して示し、それらの説明は省略する。本例では、読み出した暗時信号とFPNメモリの出力信号レベルを比較して、暗時信号で光生成電荷による信号成分が所定のレベル(Vref)を越えるかどうかを判定している。暗時信号で光生成電荷の有る部分はFPNメモリの出力レベルより大きいからである。
【0033】
レベル検出器11では、イメージャ出力Eの2FからFPNメモリリード信号Mを減算器111で減算して、その差と高輝度判定用スレッシュホールド電圧Vrefを比較器112で比較する。比較の結果、上記差がVref電圧よりも大きい場合には、パルスを発生する。このパルスは、インバータ113で反転されて高輝度検出パルスKが出力される。高輝度検出パルスKとFPNメモリライト制御パルスJのAND出力、すなわち、複合FPNメモリライト制御信号LをAND回路10から出力してFPNメモリを制御する。高輝度部による光生成電荷が所定のレベルを越えた画素部は、複合FPNメモリライト制御信号LがLレベルになりメモリへの再書き込み動作を行わず、FPNメモリのデータは変化しない。その結果、FPNメモリライト信号及びリード信号には高輝度部による光生成電荷は含まれず減算器出力Nに偽信号は発生しない。
【0034】
以上の例では高輝度検出パルスKを用いてメモリ書き込み動作を停止して高輝度部による光生成電荷が所定のレベルを越えた画素部のFPNメモリのデータが変化することを防いでいる。これに対して、第3の実施の形態を示す図5では、メモリ書き込み動作を停止せず、高輝度部による光生成電荷が所定のレベルを越えた画素部については、FPNメモリ8から読み出した信号を再度FPNメモリに書き込むことにより、FPNメモリ8のデータの変化を防いでいる。図5においても、図1及び図4と同様の部分については同一の符号を付してある。スイッチ回路12の端子aにはイメージャー出力Eを供給し、スイッチ回路12の端子bにはFPNメモリリード信号Mを供給する。スイッチ回路12は、レベル検出器9の出力の高輝度検出パルスKをスイッチ切換制御電圧としてこのスイッチ切換制御電圧がHレベルの時にはa側、Lレベルの時にはb側に入力された信号を出力するように切り換え制御を行なう。高輝度部による光生成電荷が所定のレベルを越えた画素部では、高輝度検出パルスKはLレベルになるため、FPNメモリ8にはFPNメモリリード信号Mが再度書き込まれてデータは変化しない。この結果、FPNメモリライト信号及びリード信号には高輝度部による光生成電荷は含まれず減算器出力Nに偽信号は発生しない。
【0035】
以上の説明において、リセット直後の暗時信号読み出し期間においても、一水平走査時間光生成電荷の蓄積動作を行うとしてきたが、実際には同一ラインの中でも画素の位置によって蓄積期間は異なる。リセット直後に読み出される画素は、蓄積時間は0でラインの最終画素の蓄積時間が一水平走査時間となる。すなわち、高輝度部が画面のどの位置にあるかによって、暗時信号読み出し期間に蓄積される光生成電荷は異なる。リセット直後に読み出される画素ではレベルが0で、ラインの最終画素の蓄積光生成電荷が最大となる。第1の実施の形態において、暗時信号読み出しの直前の明時信号から高輝度部画素を判定していたが、前記理由により高輝度判定用スレッシュホールド電圧Vrefを画面上の位置に応じて変化させることが有効である。これを図6に示す。Vref電圧Pを水平走査期間の最初で大きく最後で小さくなるように変化させている。すなわち、水平走査期間の終わりほど高輝度部のスレッシュホールド電圧を小さくして高輝度検出パルスKを出やすくしている。この結果、蓄積時間の差を考慮した最適な高輝度検出パルスKの発生が可能となる。ちなみに、第2の実施の形態では、直接暗時信号に含まれる光生成電荷レベルを検出しているためVref電圧Qは一定でも問題は無い。
【0036】
また、以上の各実施の形態では、1フレームに1行ずつ暗時信号を読み出す場合について説明を行ったが、1フレームに数行ずつ連続して、あるいは間隔をあけて暗時信号を読み出すようにしても構わない。例えば、N行の受光部をもつ固体撮像素子で1フレームに2行ずつ連続して読み出す場合は、次のように固体撮像素子から信号が読み出される。
第1フレームで1S、1F、2S、2F、3S、4S、5S……NS
第2フレームで1S、2S、3S、3F、4S、4F、5S……NS
また、1フレームに2行ずつ2行の間隔をあけて読み出す場合は、次のように信号が読み出される。
第1フレームで1S、1F、2S、3S、4S、4F、5S……NS
第2フレームで1S、2S、2F、3S、4S、5S、5F……NS
【0037】
以上の本願発明の請求項毎の構成・効果を整理すると以下のようになる。
【0038】
(1)マトリクス状に配列された単位固体撮像素子への入射光に対応して生成される光生成電荷を水平方向及び垂直方向に走査して得られる信号を映像信号として読み出し処理する固体撮像素子の信号読み出し処理方式において、
前記垂直方向の特定行を予め定めた垂直走査期間毎に変化させ、前記特定行の水平ブランキング期間に各画素の光生成電荷をリセットした直後の各画素の暗時信号を読み出して得られる全有効行の各画素の暗時信号をメモリに記憶し、前記予め定めた垂直走査期間毎に、前記メモリに記憶された全有効行の各画素の暗時信号の更新を、前記各画素対応で得られた暗時信号に含まれる光生成電荷による信号成分レベルが所定のレベルを越えていると判定された特定画素については行わず、前記メモリから読み出した各行の画素の暗時信号を、対応する各行の画素の明時信号から減算処理する固体撮像素子の信号読み出し処理方式。
【0039】
上記(1)の構成によれば、高輝度被写体があっても高精度に暗時FPNデータが取り込める。
【0040】
(2)前記メモリへの記憶及び記憶内容の更新は、明時信号のみの読み出しを行う予め定めた複数の垂直走査期間を挟んで間欠的に行う(1)に記載の固体撮像素子の信号読み出し処理方式。
【0041】
上記(2)の構成によれば、(1)と同様に高輝度被写体があっても高精度に暗時FPNデータが取り込める。
【0042】
(3)前記特定画素は、前記暗時信号を読み出す直前に読み出した明時信号の明時信号レベルが所定のスレッシュホールドレベルを越えた画素とすることを特徴とする(1)または(2)に記載の固体撮像素子の信号読み出し処理方式。
【0043】
上記(3)の構成によれば、明時信号の高輝度部を用いるので、レベル検出が容易となる。
【0044】
(4)前記特定画素は、固体撮像素子から読み出した暗時信号と前記外部メモリに記憶されている対応する暗時信号レベルとを比較してその差が所定のレベルを越えた画素である(1)または(2)に記載の固体撮像素子の信号読み出し処理方式。
【0045】
上記(4)の構成によれば、検出に、直接暗時信号を用いるので高精度なレベル検出が可能となる。
【0046】
(5)前記メモリの記憶内容の更新は、前記特定画素に対しては、前記メモリから読み出した内容をそのまま記憶する処理である(1)に記載の固体撮像素子の信号読み出し処理方式。
【0047】
上記(5)の構成によれば、(1)と同様に高輝度被写体があっても高精度に暗時FPNデータが取り込める。
【0048】
(6)前記所定のレベルを、水平方向の画素に対して変化させる(1)〜(3)のいずれかに記載の固体撮像素子の信号読み出し処理方式。
【0049】
上記(6)の構成によれば、(4)のレベル検出がより正確に行える。
【0050】
(7)前記特定行は単一の行であることを特徴とする(1)〜(5)のいずれかに記載の固体撮像素子の信号読み出し処理方式。
【0051】
上記(7)の構成によれば、動画撮像時の連続性が良くなる。
【0052】
(8)前記特定行は連続した複数の行であることを特徴とする(1)〜(5)のいずれかに記載の固体撮像素子の信号読み出し方式。
【0053】
上記(8)の構成によれば、FPNメモリのリフレッシュ周期が短くなり、温度変化等に対する応答性が良くなる。
【0054】
(9)前記特定行は間隔をおいて複数の行であることを特徴とする(1)〜(5)のいずれかに記載の固体撮像素子の信号読み出し処理方式。
【0055】
上記(9)の構成によれば、(8)と同様にFPNメモリのリフレッシュ周期が短くなり、温度変化等に対する応答性が良くなる。
【0056】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の固体撮像素子の信号読み出し処理方式によれば、高輝度被写体がある場合でも偽信号の発生なしに高精度な動画撮像にも対応可能なFPN抑圧が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による固体撮像素子の信号読み出し処理方式の第1の実施形態を示す構成ブロック図である。
【図2】図1に示す構成の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図3】図1に示す構成の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図4】本発明による固体撮像素子の信号読み出し処理方式の第2の実施形態を示す構成ブロック図である。
【図5】本発明による固体撮像素子の信号読み出し処理方式の第3の実施形態を示す構成ブロック図である。
【図6】本発明による固体撮像素子の信号読み出し処理方式の第4の実施形態を示す構成ブロック図である。
【図7】従来のFPN抑圧手段のブロック構成図である。
【図8】図7に示す構成の動作を説明するための図である。
【図9】従来のFPN抑圧手段の他の例を示すブロック構成図である。
【図10】従来のFPN抑圧手段の動作を説明するための各部の信号波形を示すタイミングチャートである。
【図11】従来のFPN抑圧手段の動作を説明するための各部の信号波形を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
1,31 固体撮像素子
2,32 増幅器
3,33 A/D変換器
4 1Hデレイライン
5,34 切換スイッチ
6,111,36 減算器
7,37 D/A変換器
8,35 FPNメモリ
9,11 レベル検出器
10 AND回路
12 スイッチ回路
101 受光部
102 垂直走査回路
103 水平走査回路
112 比較器
113 インバータ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a signal readout processing method of a solid-state image sensor, and particularly, a solid-state image pickup capable of following a change in dark fixed pattern noise due to a temperature change or the like and always stably suppressing dark fixed pattern noise. The present invention relates to a signal readout processing method of an image sensor.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, an internal amplification type photoelectric conversion element represented by, for example, SIT (Static Induction Transistor), AMI (Amplified MOS Imager), CMD (Charge Modulation Device), which has a photoelectric conversion function and a stored charge amplification, readout and reset function. An apparatus that reproduces an image using a solid-state imaging device used as a unit pixel is known. In such an image reproducing device, in order to cancel fixed pattern noise (hereinafter abbreviated as FPN) inherent to the solid-state imaging device, it is stored in a storage means such as a frame memory for storing the FPN for each pixel. The FPN corresponding to each pixel is subtracted from the image information corresponding to each pixel of the solid-state imaging device.
[0003]
FIG. 7 shows a block diagram of a conventional FPN suppressing means disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 64-39171 used in an image reproducing apparatus using such an internal amplification type photoelectric conversion element. .
[0004]
In FIG. 7, an image signal output from the solid-state image element 31 is amplified by an amplifier 32 and converted into a digital signal by an A / D converter 33. A dark signal (FPN signal) output from the solid-state image element 31 in a state where the incident light is blocked is stored in the FPN memory 35 including a frame memory by connecting the changeover switch 34 to the b side. After the dark-time FPN storage operation is completed, the changeover switch 34 is switched to the a side to release the cutoff. As a result, the light signal generated by the photo-generated charges output from the solid-state imaging device 31 is A / D converted by the A / D converter 33, and is repeated with the FPN signal stored in the FPN memory 35 in the subtractor 36. Subtraction processing is performed to obtain an image signal in which FPN is suppressed. This image signal is D / A converted by the D / A converter 37 and output as a video signal. The FPN memory 35 normally stores an averaged dark signal of one frame or several frames.
[0005]
Here, at the time of dark FPN storage, instead of shielding the solid-state image sensor, the dark-time FPN signal is obtained by reading the signal from the solid-state image sensor immediately after resetting the accumulated photogenerated charge or while resetting. It can also be.
[0006]
By the way, the conventional FPN suppressing means shown in FIG. 7 stores the dark FPN signal in the FPN memory 35 in advance, and subtracts the dark FPN signal from the image signal corresponding to the photogenerated charge. Since the signal is output, there is a problem that when the FPN in the dark changes due to a temperature change or the like, the change cannot be followed and a stable FPN suppression effect cannot always be obtained.
[0007]
As a countermeasure against the temperature change, there is known a method of capturing a dark-time FPN signal by intermittently shielding a solid-state image sensor during imaging. By this method, for example, in order to store a dark signal for one frame in the FPN memory during continuous imaging operation, an output as shown in FIG. 8A is required from the solid-state imaging device, and time td In this case, a dark signal in which no photo-generated charges are accumulated is output from the solid-state imaging device. If the output of this solid-state imaging device is directly used as video output, as shown in FIG. 8B, a video output is not obtained at time td, and a screen on which nothing is displayed on the monitor at time td. It becomes a broken state. As shown in FIG. 8C, even if this screen break is repeatedly output and interpolated from the immediately preceding imaging screen, the motion becomes unnatural for a moving image, which is a serious problem.
[0008]
In order to solve the above problems, the applicant of the present application is directed to a signal reading processing method of an XY address type solid-state imaging device in which an internal amplification type photoelectric conversion device is a unit pixel and the unit pixels are arranged in a matrix. After reading a light-time signal based on the photogenerated charge of each pixel in a specific row in the scanning period, immediately after resetting or resetting the photogenerated charge of each pixel in the specific row, in the dark state without the photogenerated charge A first step of reading a signal and storing a dark signal of each pixel of the specific row in an external memory; and changing the specific row for each vertical scanning period or for each of a plurality of vertical scanning periods, The first step of storing the dark signal of each pixel in the external memory is sequentially executed for each specific row, and the dark signal of each pixel of all effective rows is stored in the external memory in a plurality of vertical scanning periods. And, for each of the plurality of vertical scanning periods for storing the dark signal of each pixel in all effective rows in the external memory, refreshing the dark signal of each pixel in all effective rows stored in the external memory, or A third step of adding and storing the dark signal stored in the previous storage step and the newly read dark signal at a predetermined ratio, and the dark signal of each row of pixels stored in the external memory; And a signal readout processing method of a solid-state imaging device including a fourth step of subtracting from the bright signal of the pixels in each corresponding row at the same timing (see Japanese Patent Laid-Open No. 7-15666).
[0009]
In the signal readout processing method configured in this way, the dark signal stored in the external memory is refreshed or averaged every short time every plural vertical scanning periods, so that the dark FPN changes due to temperature change or the like. Even in this case, it is possible to obtain a stable dark-time FPN suppression effect that sufficiently follows the change. In addition, the period during which the dark signal is read during the imaging is only one to several line periods during one vertical scanning period, and the continuity of imaging is not impaired, and there is no problem with moving images. It can be made to correspond.
[0010]
Next, the conventional example will be described with reference to FIG. In FIG. 9, the solid-state imaging device 1 includes a light receiving unit 101 using an internal amplification type photoelectric conversion element as a pixel and arranging the pixel in a matrix. In this example, CMD is used as the internal amplification type photoelectric conversion element. The light receiving unit 101 has a configuration of 3 rows × L columns in order to simplify the description. The vertical scanning circuit 102 sends a scanning signal for selecting a readout row. The horizontal scanning circuit 103 sequentially amplifies the output signal of the L CMD pixels in the row in the readout state, and the output signal amplified by the amplifier 2 is A / D converted by the A / D converter 3 and 1H The signals are supplied to the delay line 4, the input terminal b of the changeover switch 5, and the FPN memory 8, respectively. The change-over switch 5 receives the control signal G input from the control signal input terminal, the output signal of the 1H delay line 4 supplied to the input terminal a, the output signal of the A / D converter 3 supplied to the input terminal b, and the input Any one of the GND supplied to the terminal c, that is, the digital 00... 0 signal is selectively output. The subtracter 6 subtracts the output of the FPN memory 8 from the signal selected by the changeover switch 5. The output signal of the subtracter 6 is D / A converted by the D / A converter 7 to output a video signal.
[0011]
The operation of the signal readout processing apparatus configured as described above will be described with reference to timing charts showing signal waveforms of the respective parts in FIGS.
[0012]
In the solid-state imaging device 1, the CMD pixels in the selected row to be read by driving the vertical scanning circuit 102 are set in a reading state, and the signals of the CMD pixels in the reading state are sequentially read out by the horizontal scanning circuit 103. The readout state of the CMD pixel in the row selected by the vertical scanning circuit 102 is made possible by setting the common gate line potential of the CMD pixel in the selected row to the readout potential VRD. At this time, the common gate line potential of the non-selected rows is set to the storage potential VST. In addition, after reading a signal based on the photogenerated charge accumulated in each pixel for one row, the common gate line potential is set to the reset potential VRST in the horizontal blanking period in order to reset the stored charge. When CMD is used as a pixel, excessive storage charge is swept out by setting the gate potential to an overflow potential VOF higher than the storage potential VST in the horizontal blanking period for blooming control. Oh Overflow operation is also performed.
[0013]
In FIG. 10, common gate line potential waveforms of the first to third rows of the solid-state imaging device 1 are indicated by A, B, and C, respectively. As can be seen from the gate line potential waveforms A, B, and C, in this example, in the first frame, the light signal in the state where the photogenerated charges in the first row are accumulated is read in the period of t = 0 to 1. Then, after the accumulated charge is reset at the time t = 1, the gate line potential is controlled so that the signal of the pixel in the first row is read again in the period t = 1 to 2. This corresponds to reading out a dark signal in a state where photogenerated charges are not accumulated in a period of t = 1 to 2.
[0014]
The internal amplification type photoelectric conversion element generates FPN due to variations in characteristics of transistors that amplify the accumulated charge, but reading of the dark signal is dark FPN when the dark current is zero (hereinafter used in this sense). Is read out. Dark current has recently been kept very small and can be ignored under normal solid-state imaging device usage conditions, so dark FPN means that it is caused by variations in transistor characteristics. To do. The dark-time FPN exists at a certain level regardless of the amount of light, and is weighted in an offset manner to the light-time signal corresponding to the photogenerated charge read out first.
[0015]
Next, in the same way, the dark signal of the second row is read out in the second frame, the dark signal of the third row is read out in the third frame, and the dark signal of the first row is read out again in the fourth frame. . Normally, there is a vertical blanking period between each frame, but in FIG. 10, 5 lines of each frame correspond to the vertical blanking period. A signal waveform E and signal waveforms F to L described below when an image of a subject with uniform brightness read by applying such a gate line potential output from the vertical scanning circuit 102 is as follows: Although it is a digital signal, the waveform is shown as an analog signal for easy understanding.
[0016]
As can be seen from the output signal waveforms D and E, in the first frame, the first row dark signal 1F is read after the first row light signal 1S, and the signals are solid in the order of 1S, 1F, 2S, and 3S. A signal is read from the image sensor 1. The bright signals in the first to third rows are represented by 1S, 2S, and 3S, and the dark signals are represented by 1F, 2F, and 3F. Similarly, in the second frame, the order is 1S, 2S, 2F, and 3S, in the third frame, the order is 1S, 2S, 3S, and 3F, and in the fourth frame, the signal readout order is the same as that of the first frame again.
[0017]
An output signal obtained by delaying the output signal E by one line by the 1H delay line 4 is indicated by F in FIG. 10, and a light signal and a dark signal in each row are indicated by a dash.
[0018]
The changeover switch 5 selects and outputs the output signals to the input terminals a, b, and c according to the control pressures Va, Vb, and Vc of the control signal G, respectively, and gives the control signal waveform indicated by G in FIG. Thus, as shown by the signal waveform H, a continuous bright signal without a dark signal is obtained from the output terminal of the changeover switch 5.
[0019]
On the other hand, the FPN memory 8 performs the write operation when the control signal J applied to the memory write control signal input terminal is at the H level, but the control signal H level is applied only during the period when the dark signal is output from the solid-state imaging device 1. The dark signal is written and stored. That is, the dark signal 1F in the first row is written in the first frame, and the dark signals 2F and 3F in the second and third frames are written in the second and third frames, respectively. 2. The dark signal writing and storing operation for all valid rows is completed in the period of the second and third frames. Then, the dark signal is continuously read from the FPN memory 8 at the same timing as the output signal H of the changeover switch 5, and the dark signal read from the FPN memory 8 is displayed. 11 M. The subtracter 6 subtracts the dark signal M from the FPN memory 9 from the output signal H of the changeover switch 5 to obtain a video signal N in which the dark FPN is controlled.
[0020]
In the conventional example shown in FIG. 9, the dark-time FPN stored in the FPN memory 8 is refreshed every three frames. However, considering a normal solid-state imaging device having the number of rows corresponding to the NTSC system, the dark-time FPN is Since one line is written in one field and the dark signal storage of all lines is completed in 525 fields, the dark signal refresh cycle is 525 fields, which is 1/60 (seconds) × 525≈9 seconds. This refresh cycle is sufficiently shorter than the ambient temperature change time, and can completely follow the change in the dark FPN with respect to the ambient temperature change. Also, the signal stored in the FPN memory is not completely refreshed every 9 seconds, and the stored signal and the newly read signal are added at an appropriate ratio using a general noise reduction method. In addition, highly accurate FPN subtraction is possible by a method of re-storing while suppressing random noise.
[0021]
Since it takes 9 seconds to capture the dark-time FPN of all rows, it takes 9 seconds after the power is turned on to output an image signal in which the dark-time FPN is suppressed. This time is usually within the allowable range for the start-up time of the device. For example, when the power is turned on, the overflow potential VOF is made equal to the reset potential VRST, and the reset operation is performed every horizontal blanking. Using a method of storing the dark FPNs of all rows in the FPN memory in at least one frame period (1/30 second) by continuously writing the dark signals into the FPN memory in a signal output state. As a result, it is possible to shorten the startup time.
[0022]
In the conventional example, since one row of dark signal is read in one frame period, the continuity of reading of the bright signal is interrupted by the one row reading period. However, in a general solid-state imaging device corresponding to the NTSC system with 525 scanning lines, the readout period of one row is about 64 μsec. Even if the continuity of readout between rows is impaired during this period, visually, Not detected and no problem. That is, there is no problem in taking a moving image.
[0023]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, FPN cancellation capable of capturing moving images is possible, but in the conventional example, a signal read immediately after resetting the photogenerated charge in the horizontal blanking period is used as a dark signal (when applied to CMD, SIT, and AMI). Therefore, the following problems occur.
[0024]
In other words, even during the dark signal readout period, the photogenerated charge is accumulated until the next reset operation, so that the dark signal contains a slight amount of photogenerated charge, unlike the case where the dark signal is read out in a light-shielded state. It will end up. In the above-described conventional example, the number of pixels in three rows is set for simplification, but considering the general number of pixels, the number of pixels corresponding to the NTSC system is 525 rows, and the number of pixels in the row from which the light signal is read is 525 rows. The accumulation operation is performed for the time to be scanned. On the other hand, the pixels in the row from which the dark signal is read immediately after the resetting are accumulated during one horizontal scanning period until the resetting is performed in the next horizontal blanking period. The accumulation time is 1/525 compared to the signal at the time of light, and can be ignored for a normal subject, but when the subject has high brightness, it becomes a level that cannot be ignored when the subject is high in luminance, and is stored in the FPN memory as an error component of FPN. Even if the high-luminance object disappears, the stored data remains until the next refresh, and this error component is subtracted from the bright signal, causing a false signal.
[0025]
This problem will be described with reference to FIGS. A high-luminance subject enters the screen in the second frame period, and the position on the screen is the th period of two lines. A high luminance signal is added to 2S of the imager outputs D and E, but a high luminance signal component is also included in 2F to be read next. This 2F is written into the FPN memory as an FPN memory write signal and read out as an FPN memory read signal M, and is subtracted from the changeover switch output H to generate a subtracter output N. As a result, a false signal nH is generated in the two-row signal after the third frame of the subtracter output N. This continues until 2F is refreshed.
[0026]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a signal readout processing method for a solid-state imaging device that can cope with moving image imaging capable of suppressing FPN with high accuracy even when there is a high-luminance subject.
[0027]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, the signal readout processing method of the solid-state imaging device according to the present invention is:
Signal readout of a solid-state imaging device that reads out and processes a signal obtained by scanning photogenerated charges generated in response to incident light on unit photoelectric conversion elements arranged in a matrix in the horizontal and vertical directions as a video signal In the processing method,
Each position immediately after resetting the photogenerated charge of each pixel in the horizontal blanking period of the specific row by changing the position in the vertical direction of the specific row as a dark signal extraction target for each predetermined vertical scanning period The dark signal of each pixel in all the effective rows obtained by repeating the operation of reading out the dark signal of the pixel for every specific row that changes sequentially is stored in the memory, and stored in the memory for each predetermined vertical scanning period. Update the dark signal of each pixel in all the valid rows The bright signal level of the bright signal read immediately before reading out the dark signal has exceeded a predetermined threshold level. The process is performed for other than the specific pixels, and the dark signal of the pixels in each row read from the memory is subtracted from the bright signals of the pixels in each corresponding row.
[0028]
Said The specific pixel is a pixel in which the bright signal level of the bright signal read immediately before reading out the dark signal exceeds a predetermined threshold level. Toss Can. Also In the update of the memory content of the memory, the content read from the memory can be stored as it is for the specific pixel. Further, the predetermined level can be changed with respect to pixels in a horizontal direction, and the specific row is a single row, and a plurality of consecutive rows Toss Can.
[0029]
In the signal readout processing system configured as described above, an image in which the photogenerated charge included in the dark signal generated by the high-luminance subject exceeds a predetermined level is used. Naturally Since the dark signal data in the external memory does not change, FPN suppression corresponding to moving image capturing can be performed with high accuracy without generating a false signal.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration block diagram showing a first embodiment of the present invention. The parts corresponding to those of the conventional example shown in FIG. Compared to FIG. 9, a level detector 9, an AND circuit 10, and an input terminal P to which a high luminance determination threshold voltage Vref is supplied are added. Here, whether or not the signal component due to the photogenerated charge in the dark signal exceeds a predetermined level is determined from the previous light signal. Since the temporal correlation between the immediately preceding light signal and dark signal is very strong, if the bright signal has a high-intensity part, light-generated charges from the high-intensity part are generated in that part of the dark signal. It is because it is thought that there is.
[0031]
The operation of the embodiment shown in FIG. 1 will be described with reference to the timing charts of FIGS. The level detector 9 compares the output of 1HDL4 and the threshold voltage Vref for high brightness determination by the comparator 91, and generates a pulse if the voltage is larger than the Vref voltage. This pulse is inverted by the inverter 92 and a high brightness detection pulse K is output. The FPN memory 8 is controlled by the AND output of the high luminance detection pulse K and the FPN memory write control pulse J, that is, the composite FPN memory write control signal L from the AND circuit 10. In the pixel portion where the photogenerated charge by the high luminance portion exceeds a predetermined level, the composite FPN memory write control signal L becomes L level, and the rewriting operation (data update) to the memory is not performed, and the data in the FPN memory Does not change. As a result, the FPN memory write signal and the read signal do not include photogenerated charges due to the high luminance part, and no false signal is generated at the subtracter output N.
[0032]
Next, as another embodiment of the present invention, a second embodiment having a different level detection method will be described with reference to FIG. 4, parts similar to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. In this example, the read dark signal and the output signal level of the FPN memory are compared, and it is determined whether the signal component due to the photogenerated charge in the dark signal exceeds a predetermined level (Vref). This is because the portion where the photogenerated charges are present in the dark signal is larger than the output level of the FPN memory.
[0033]
In the level detector 11, the FPN memory read signal M is subtracted from 2F of the imager output E by the subtractor 111, and the difference is compared with the threshold voltage Vref for high brightness determination by the comparator 112. As a result of comparison, if the difference is larger than the Vref voltage, a pulse is generated. This pulse is inverted by the inverter 113 and the high-intensity detection pulse K is output. The AND output of the high brightness detection pulse K and the FPN memory write control pulse J, that is, the composite FPN memory write control signal L is output from the AND circuit 10 to control the FPN memory. In the pixel portion where the photogenerated charge by the high luminance portion exceeds a predetermined level, the composite FPN memory write control signal L becomes L level and the rewriting operation to the memory is not performed, and the data in the FPN memory does not change. As a result, the FPN memory write signal and the read signal do not include photogenerated charges due to the high luminance part, and no false signal is generated at the subtracter output N.
[0034]
In the above example, the memory writing operation is stopped using the high luminance detection pulse K to prevent the data in the FPN memory of the pixel portion from changing the photogenerated charge by the high luminance portion exceeding a predetermined level. On the other hand, in FIG. 5 showing the third embodiment, the memory writing operation is not stopped, and the pixel portion where the photogenerated charge by the high luminance portion exceeds a predetermined level is read from the FPN memory 8. By writing the signal again into the FPN memory, the data in the FPN memory 8 is prevented from changing. In FIG. 5 as well, the same parts as those in FIGS. 1 and 4 are denoted by the same reference numerals. The imager output E is supplied to the terminal a of the switch circuit 12, and the FPN memory read signal M is supplied to the terminal b of the switch circuit 12. The switch circuit 12 uses the high brightness detection pulse K output from the level detector 9 as a switch switching control voltage, and outputs a signal input to the a side when the switch switching control voltage is at the H level and to the b side when the switch switching control voltage is at the L level. Switching control is performed as follows. In the pixel portion where the photogenerated charge by the high luminance portion exceeds a predetermined level, the high luminance detection pulse K becomes L level, so that the FPN memory read signal M is written again in the FPN memory 8 and the data does not change. As a result, the FPN memory write signal and the read signal do not include photogenerated charges due to the high luminance part, and no false signal is generated at the subtracter output N.
[0035]
In the above description, the accumulation operation of photogenerated charges is performed for one horizontal scanning time even in the dark signal readout period immediately after reset, but the accumulation period actually differs depending on the position of the pixel in the same line. Pixels read immediately after reset have an accumulation time of 0 and the accumulation time of the last pixel in the line is one horizontal scanning time. That is, the photogenerated charges accumulated in the dark signal readout period differ depending on the position of the high luminance portion on the screen. The pixel read immediately after reset has a level of 0, and the accumulated photogenerated charge of the last pixel in the line is maximized. In the first embodiment, the high-luminance pixel is determined from the bright signal immediately before the dark signal is read. However, the high-luminance determination threshold voltage Vref is changed according to the position on the screen for the above reason. It is effective to make it. This is shown in FIG. The Vref voltage P is changed to be large at the beginning of the horizontal scanning period and small at the end. That is, as the end of the horizontal scanning period, the threshold voltage of the high luminance part is decreased to make it easy to output the high luminance detection pulse K. As a result, it is possible to generate the optimum high-intensity detection pulse K in consideration of the difference in accumulation time. Incidentally, in the second embodiment, there is no problem even if the Vref voltage Q is constant because the photogenerated charge level included in the dark signal is directly detected.
[0036]
In each of the embodiments described above, the case where the dark signal is read out by one row per frame has been described. However, the dark signal is read out continuously by several rows per frame or at intervals. It doesn't matter. For example, when a solid-state image sensor having N rows of light-receiving units continuously reads out two rows per frame, signals are read from the solid-state image sensor as follows.
1S, 1F, 2S, 2F, 3S, 4S, 5S ... NS in the first frame
1S, 2S, 3S, 3F, 4S, 4F, 5S ... NS in the second frame
In addition, when reading two rows per frame with an interval of two rows, signals are read as follows.
1S, 1F, 2S, 3S, 4S, 4F, 5S ... NS in the first frame
1S, 2S, 2F, 3S, 4S, 5S, 5F ... NS in the second frame
[0037]
The arrangement and effect of each claim of the present invention are summarized as follows.
[0038]
(1) A solid-state image sensor that reads and processes a signal obtained by scanning photogenerated charges generated in response to incident light to unit solid-state image sensors arranged in a matrix in the horizontal and vertical directions as a video signal. In the signal readout processing method of
The vertical specific rows are changed every predetermined vertical scanning period, and the dark signal of each pixel obtained immediately after resetting the photogenerated charge of each pixel in the horizontal blanking period of the specific row is obtained. The dark signal of each pixel in the effective row is stored in the memory, and the update of the dark signal of each pixel in all the effective rows stored in the memory is performed in correspondence with each pixel for each predetermined vertical scanning period. Corresponding to the dark signal of the pixels in each row read from the memory without performing for the specific pixel determined that the signal component level due to the photogenerated charge contained in the obtained dark signal exceeds a predetermined level A signal readout processing method for a solid-state imaging device that performs subtraction processing from the light signal of the pixels in each row.
[0039]
According to the configuration of (1) above, dark-time FPN data can be taken in with high accuracy even when there is a high-luminance subject.
[0040]
(2) The storage in the memory and the update of the storage contents are intermittently performed with a plurality of predetermined vertical scanning periods in which only the light signal is read out. (1) The signal readout processing method of the solid-state imaging device described in 1.
[0041]
According to the configuration of (2) above, the dark-time FPN data can be taken in with high accuracy even when there is a high-luminance subject as in (1).
[0042]
(3) The specific pixel is a pixel in which a bright signal level of a bright signal read immediately before reading out the dark signal exceeds a predetermined threshold level. (1) or (2) The signal readout processing method of the solid-state imaging device described in 1.
[0043]
According to the configuration of (3) above, since the high-intensity part of the bright signal is used, level detection is facilitated.
[0044]
(4) The specific pixel is a pixel whose difference exceeds a predetermined level by comparing the dark signal read from the solid-state image sensor and the corresponding dark signal level stored in the external memory. (1) or (2) The signal readout processing method of the solid-state imaging device described in 1.
[0045]
According to the configuration of (4) above, since a dark signal is directly used for detection, highly accurate level detection is possible.
[0046]
(5) Updating the memory content of the memory is a process of storing the content read from the memory as it is for the specific pixel. (1) The signal readout processing method of the solid-state imaging device described in 1.
[0047]
According to the configuration of (5) above, the dark-time FPN data can be taken in with high accuracy even when there is a high-luminance subject as in (1).
[0048]
(6) The predetermined level is changed with respect to the pixels in the horizontal direction. (1)-(3) Any of Crab A signal readout processing method of the solid-state imaging device described.
[0049]
According to the configuration of (6) above, the level detection of (4) can be performed more accurately.
[0050]
(7) The specific line is a single line. (1)-(5) Any of Crab A signal readout processing method of the solid-state imaging device described.
[0051]
According to the configuration of (7) above, continuity during moving image capturing is improved.
[0052]
(8) The specific line is a plurality of continuous lines. (1)-(5) Any of Crab A signal readout method of the solid-state imaging device described.
[0053]
With configuration (8) above, the refresh cycle of the FPN memory is shortened, and the responsiveness to temperature changes and the like is improved.
[0054]
(9) The specific line is a plurality of lines at intervals. (1)-(5) Any of Crab A signal readout processing method of the solid-state imaging device described.
[0055]
According to the configuration of (9) above, the refresh cycle of the FPN memory is shortened as in (8), and the responsiveness to temperature changes and the like is improved.
[0056]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the signal readout processing method of the solid-state imaging device of the present invention, FPN suppression that can cope with high-accuracy video imaging without generation of false signals even when there is a high-luminance subject is realized. it can.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration block diagram showing a first embodiment of a signal readout processing method of a solid-state imaging device according to the present invention.
FIG. 2 is a timing chart for explaining the operation of the configuration shown in FIG. 1;
FIG. 3 is a timing chart for explaining the operation of the configuration shown in FIG. 1;
FIG. 4 is a configuration block diagram showing a second embodiment of a signal readout processing method of a solid-state imaging device according to the present invention.
FIG. 5 is a configuration block diagram showing a third embodiment of the signal readout processing method of the solid-state imaging device according to the present invention.
FIG. 6 is a configuration block diagram showing a fourth embodiment of the signal readout processing method of the solid-state imaging device according to the present invention.
FIG. 7 is a block diagram of conventional FPN suppression means.
8 is a diagram for explaining the operation of the configuration shown in FIG. 7; FIG.
FIG. 9 is a block diagram showing another example of conventional FPN suppression means.
FIG. 10 is a timing chart showing signal waveforms of respective parts for explaining the operation of the conventional FPN suppressing means.
FIG. 11 is a timing chart showing signal waveforms of respective parts for explaining the operation of the conventional FPN suppressing means.
[Explanation of symbols]
1,31 Solid-state image sensor
2,32 amplifier
3,33 A / D converter
4 1H delay line
5,34 selector switch
6,111,36 subtractor
7,37 D / A converter
8,35 FPN memory
9,11 level detector
10 AND circuit
12 Switch circuit
101 Light receiver
102 Vertical scanning circuit
103 Horizontal scanning circuit
112 comparator
113 Inverter

Claims (5)

マトリクス状に配列された単位光電変換素子への入射光に対応して生成される光生成電荷を水平方向及び垂直方向に走査して得られる信号を映像信号として読み出し処理する固体撮像素子の信号読み出し処理方式において、
暗時信号抽出の対象とする特定行の前記垂直方向での位置を予め定めた垂直走査期間毎に変化させ、前記特定行の水平ブランキング期間に各画素の光生成電荷をリセットした直後の各画素の暗時信号を読み出す動作を順次変化する特定行毎にくり返して得られる全有効行の各画素の暗時信号をメモリに記憶し、前記予め定めた垂直走査期間毎に、前記メモリに記憶された全有効行の各画素の暗時信号の更新を、前記暗時信号を読み出す直前に読み出した明時信号の明時信号レベルが所定のスレッシュホールドレベルを越えた特定画素以外について行ない、前記メモリから読み出した各行の画素の暗時信号を、対応する各行の画素の明時信号から減算処理することを特徴とする固体撮像素子の信号読み出し処理方式。
Signal readout of a solid-state imaging device that reads out and processes a signal obtained by scanning photogenerated charges generated in response to incident light on unit photoelectric conversion elements arranged in a matrix in the horizontal and vertical directions as a video signal In the processing method,
Each position immediately after resetting the photogenerated charge of each pixel in the horizontal blanking period of the specific row by changing the position in the vertical direction of the specific row as a dark signal extraction target for each predetermined vertical scanning period The dark signal of each pixel in all the effective rows obtained by repeating the operation of reading out the dark signal of the pixel for every specific row that changes sequentially is stored in the memory, and stored in the memory for each predetermined vertical scanning period. The update of the dark signal of each pixel in all the valid rows is performed for the pixels other than the specific pixel in which the bright signal level of the bright signal read immediately before reading the dark signal exceeds a predetermined threshold level , A signal readout processing method for a solid-state imaging device, wherein a dark signal of pixels in each row read from a memory is subtracted from a bright signal of pixels in each corresponding row.
前記メモリの記憶内容の更新は、前記特定画素に対しては、前記メモリから読み出した内容をそのまま記憶する処理である請求項1に記載の固体撮像素子の信号読み出し処理方式。The note updating of the contents of Li, the for a specific pixel, signal readout processing system for a solid state image pickup device according to claim 1 is a process of directly storing the contents read out from the memory. 前記所定のレベルを、水平方向の画素に対して変化させる請求項1に記載の固体撮像素子の信号読み出し処理方式。 2. The signal readout processing method for a solid-state imaging device according to claim 1 , wherein the predetermined level is changed with respect to a pixel in a horizontal direction . 前記特定行は単一の行であることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子の信号読み出し処理方式。2. The signal readout processing method for a solid-state imaging device according to claim 1 , wherein the specific row is a single row . 前記特定行は連続した複数の行であることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子の信号読み出し方式。2. The signal readout system for a solid-state imaging device according to claim 1, wherein the specific row is a plurality of continuous rows .
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