JP3867491B2 - 電子カメラ及びゲイン設定方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ゲイン設定技術に関し、特に撮像素子のゲイン調整を的確に行えるゲイン設定方法及びそれを用いた電子カメラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子技術の向上に伴い、撮像した画像をデジタルデータに変換して記憶する電子スチルカメラが開発され、既に市販されている。ユーザーは、電子スチルカメラにより撮像した画像を、たとえば自分のパソコンのディスプレイに表示でき、またプリンタを介してプリントできるため、その応用範囲は広いものとなっている。
【０００３】
ところで、電子カメラには、光学像を画像信号に変換するＣＣＤなどの撮像素子が設けられているが、本来的に個体差が存在し、すなわち個々に、入力した光量に対し、出力する電気信号の割合が異なっている。この個体差はゲインアンプを制御することで吸収できる。
【０００４】
このような撮像素子の感度ばらつきに関しては、電子カメラの組立て時に調整が行われ、ゲインアンプの設定値が最適に調整される。具体的には、特定の被写体を撮影し、所定の画像データと比較し、過不足分をゲイン設定値に反映させることで感度差を吸収する。また、感度を所定レベルに調整しても、撮像素子の出力（ゲインがかかった後）がＡＤレンジの最大値に達しないと、高輝度部で色ノイズなどが発生してしまう。そこで、撮像素子の飽和レベルがＡＤレンジの最大値を超えるように調整する。具体的には、十分な光量の光を撮像素子に照射し、撮像素子の各画素が飽和した状態での画素データを所定レベルと比較し、不足分をゲイン設定値に反映させることで調整する。これによって色ずれがなくまたノイズが少ない画像を得ることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ゲインアンプにおいては、環境温度により設定されたゲインと異なるゲインが出力されるものがある。しかるに、ゲインアンプから出力されたゲインが低く、撮像素子の各画素が飽和した状態での出力信号に加えても所定レベルに達しないような場合、色ズレなどの問題を生じさせることが判明した。
【０００６】
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、より的確にゲインの設定を行えるゲイン設定方法及び電子カメラ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】
上述の目的を達成すべく、第１の本発明の電子カメラは、
被写体像を画像信号に変換する複数の画素を備えた撮像素子と、
前記画像信号を所定のレベルに増幅するゲインを設定可能な設定手段と、を有し、
前記設定手段は、設定されたゲインに対して、環境温度に応じて変動したゲインを出力するようになっており、
保証温度範囲で求められる最大の減少量を、所定のゲインから差し引いた状態で、前記撮像素子の画像信号に対する適切なゲインを求め、求められた適切なゲインに、前記最大の減少量を加えたゲインを設定して、実際の撮影時に得られた画像信号の増幅に用いることを特徴とする。
【０００８】
第２の本発明のゲイン設定方法は、
所定のゲインから、保証温度範囲で求められる最大の減少量を差し引いて調整時ゲインを決定し、
撮像素子に十分な光量を与えて、各画素を飽和させ、
飽和状態における前記画素からの画像信号の平均値と所定値との差異から、ゲイン補正量を求めて、前記調整時ゲインを調整し、
前記調整時ゲインに、前記最大の減少量を加えることで、最終ゲインを設定することを特徴とする。
【０００９】
【作用】
第１の本発明の電子カメラは、被写体像を画像信号に変換する複数の画素を備えた撮像素子と、前記画像信号を所定のレベルに増幅するゲインを設定可能な設定手段と、を有し、前記設定手段は、設定されたゲインに対して、環境温度に応じて変動したゲインを出力するようになっており、保証温度範囲で求められる最大の減少量を、所定のゲインから差し引いた状態で、前記撮像素子の画像信号に対する適切なゲインを求め、求められた適切なゲインに、前記最大の減少量を加えたゲインを設定して、実際の撮影時に得られた画像信号の増幅に用いるので、環境温度が変化して、前記設定手段から実際に出力されるゲインが、設定されたゲインと異なる場合でも、前記撮像素子からの画像信号を的確に調整することが可能となる。ここで、保証温度範囲とは電子カメラの保証温度範囲をいう。
【００１０】
第２の本発明のゲイン設定方法は、所定のゲインから、保証温度範囲で求められる最大の減少量を差し引いて調整時ゲインを決定し、撮像素子に十分な光量を与えて、各画素を飽和させ、飽和状態における前記画素からの画像信号の平均値と所定値との差異から、ゲイン補正量を求めて、前記調整時ゲインを調整し、前記調整時ゲインに、前記最大の減少量を加えることで、最終ゲインを設定するので、環境温度が変化して、前記設定手段から実際に出力されるゲインが、設定されたゲインと異なる場合でも、前記撮像素子からの画像信号を的確に調整することが可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本実施の形態にかかるデジタルスチルカメラの主要部の構成を示すブロック図である。図１において、撮影レンズ１により受光面に光学像を結像された撮像素子であるＣＣＤ２は、複数の画素を有し、光学像に対応したアナログ信号を出力する、いわゆる光電変換を行うものである。ＣＣＤ２から出力されたアナログ信号は、ゲインアンプ３により、所定のゲインで増幅された後、Ａ／Ｄ変換回路４においてデジタル信号に変換されて出力されるようになっている。本実施の形態にかかるＡ／Ｄ変換回路４においては、ＣＣＤ２に入射した光の強度が高いほど、大きな値のデジタル信号に変換されるものとする。かかるＡ／Ｄ変換回路４を介して得られた画像データは、一旦画像メモリ５に記憶され、その後ＣＰＵ６によって、ホワイトバランス調整を含む各種の画像処理が施されて、最終的には、ＣＰＵ６に接続されたメモリカード等の不揮発性メモリ７に記憶されるようになっている。
【００１２】
図２は、ＣＣＤ２の光電変換特性（縦軸：階調で表した画素信号、横軸：光量）を示す図である。１０ビットの画素信号の場合、階調は０から１０２３まであるので、これにＣＣＤ２から出力されるアナログ信号のリニアな領域を対応させる必要がある。例えば製品としてのＣＣＤ２が図２に示す特性Ａを有しているとすると、８００階調程度までリニアな光電変換特性を有するが、それ以上は飽和してしまい、この状態では適切な画像データを得ることができない。一方、図２に示す特性Ｂを有すると、ＣＣＤ２のリニア領域の一部しか光電変換に用いないこととなり、ノイズが増大するという問題がある。
【００１３】
そこで、特性ＡのＣＣＤ２の出力を、ゲインアンプ３により所定のゲインを用いて増幅することにより、図２に示す特性Ｃのごとき出力とすれば、ＣＣＤ２のリニアな領域を必要且つ十分に用いることができるため、ノイズが少なく高画質な画像を得ることができる。
【００１４】
しかるに、ＣＣＤ２の個体差をなくすことは現状では困難であるので、ＣＣＤ２個々に測定して、電子カメラ毎に固有のゲインを設定する必要がある。ところが、現状のゲインアンプ３において、その特性から、環境温度により設定されたゲインと異なるゲインが出力され、その場合には増幅された後のアナログ信号が不適切となって、色ズレなどの問題を引き起こしてしまうことが判った。本実施の形態においては、ゲインアンプ３のゲイン設定を調整することで、かかる問題を解消している。かかる問題を解決する手法を、具体的に説明する。
【００１５】
図３は、電子カメラ製造時におけるゲイン調整工程を示す図である。まず、ステップＳ１０１において、予め決められた所定ゲイン値（経験上ＣＣＤのバラツキの最大値に対応するゲイン値であって良い）から、ゲインアンプ３の保証温度範囲内で低下するゲイン量を差し引くことで、調整時ゲインを決定する。
【００１６】
続いて、ステップＳ１０２で、決定された調整時ゲインをゲインアンプ３に暫定的に設定し、ステップＳ１０３で、絞り開放且つ低速のシャッタ速度を設定し、かかる状態で画像取り込み（露光）を行う（ステップＳ１０４）。ステップＳ１０５においては、ＣＣＤ２より得られたアナログ出力の平均値と、目標値（例えば図２の階調１０２３に対応する値）とを比較し、ゲイン補正量を求める。ステップ１０６において、求められたゲイン補正量に基づき、調整時ゲインを補正する。ここで、ゲイン補正量が小さくなるまでステップＳ１０２に戻ってフィードバックループを繰り返す。
【００１７】
これに対し、ゲイン補正量がほぼ０となったら、これにゲインアンプ３の保証温度範囲内で低下するゲイン量を加えることで、最終ゲイン値を決定する（ステップＳ１０８）。決定された最終ゲイン値は、ＥＥＰＲＯＭなどの調整値記憶用メモリ８に記憶され、実際の撮影時に用いられることとなる。以上でゲイン調整工程は終了する。
【００１８】
このように本実施の形態の電子カメラによれば、被写体像を画像信号に変換する複数の画素を備えた撮像素子すなわちＣＣＤ２と、画像信号を所定のレベルに増幅するゲインを設定可能な設定手段すなわちゲインアンプ３と、を有し、ゲインアンプ３は、設定されたゲインに対して、環境温度に応じて変動したゲインを出力するようになっており、ゲインアンプ３の保証温度範囲で求められる最大の減少量を、所定のゲインから差し引いた状態で、ＣＣＤ２の画像信号に対する適切なゲインを求め、求められた適切なゲインに、最大の減少量を加えた最終ゲインを設定して、実際の撮影時に得られた画像信号の増幅に用いるので、環境温度が変化して、ゲインアンプ３から実際に出力されるゲインが、設定されたゲインと異なる場合でも、ＣＣＤ２からの画像信号を的確に調整することが可能となる。
【００１９】
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。
【００２０】
【発明の効果】
本発明のデジタルスチルカメラによれば、より的確にゲインの設定を行えるゲイン設定方法及び電子カメラを提供する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態にかかるデジタルスチルカメラの主要部の構成を示すブロック図である。
【図２】ＣＣＤ２の光電変換特性（縦軸：階調で表した画素信号、横軸：光量）を示す図である。
【図３】電子カメラ製造時におけるゲイン調整工程を示す図である。
【符号の説明】
１ 撮影レンズ
２ ＣＣＤ
３ ゲインアンプ
４ Ａ／Ｄ変換回路
５ 画像用メモリ
６ ＣＰＵ
７ 不揮発性メモリ
８ ＥＥＰＲＯＭ

Claims (2)

1. 被写体像を画像信号に変換する複数の画素を備えた撮像素子と、
   前記画像信号を所定のレベルに増幅するゲインを設定可能な設定手段と、を有し、
   前記設定手段は、設定されたゲインに対して、環境温度に応じて変動したゲインを出力するようになっており、
   保証温度範囲で求められる最大の減少量を、所定のゲインから差し引いた状態で、前記撮像素子の画像信号に対する適切なゲインを求め、求められた適切なゲインに、前記最大の減少量を加えたゲインを設定して、実際の撮影時に得られた画像信号の増幅に用いることを特徴とする電子カメラ。
2. 所定のゲインから、保証温度範囲で求められる最大の減少量を差し引いて調整時ゲインを決定し、
   撮像素子に十分な光量を与えて、各画素を飽和させ、
   飽和状態における前記画素からの画像信号の平均値と所定値との差異から、ゲイン補正量を求めて、前記調整時ゲインを調整し、
   前記調整時ゲインに、前記最大の減少量を加えることで、最終ゲインを設定することを特徴とするゲイン設定方法。

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