JP3875423B2 - 固体撮像素子およびそれ用の映像信号出力装置 - Google Patents

固体撮像素子およびそれ用の映像信号出力装置 Download PDF

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各分割領域から映像信号が同時並列に読み出される種類の固体撮像素子において、特に、各領域の境界が目立たないようにした固体撮像素子およびそれ用の映像信号出力装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
図5は、従来のこの種類のMOS増幅型固体撮像素子の構成例を示している。
図5において、画素p11から画素paaまで(分割領域1)は水平走査回路(シフトレジスタおよび選択スイッチによって構成される)1および垂直走査回路(シフトレジスタによって構成される)1によって、画素p1bから画素panまで(分割領域2)は水平走査回路2および垂直走査回路1によって、画素pb1から画素pnaまで(分割領域3)は水平走査回路3および垂直走査回路2によって、そして画素pbbから画素pnnまで(分割領域4)は水平走査回路4および垂直走査回路2によって画素の走査を行いそれぞれ撮像された映像信号を読み出している。
【0003】
上述のようにして、分割領域1乃至4から同時並列に読み出された各映像信号はそれぞれ図示の読み出し回路(増幅器およびA−D変換器からなる回路)1乃至4を介して出力され、いったん画像メモリ(図示しない)に記憶される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来のこの種類の固体撮像素子においては、各分割領域から得られた映像信号をモニター画面上に合成するとき読み出し回路の特性の違いにより、各領域の境界が固定パターンノイズとなって目立ち、表示画像の品質が劣化する。
【0005】
また、映像信号をデジタル信号として任意の画素に対しその周囲の画素値を用いて演算処理(以下、2次元画像処理という)を行う場合には、画面端部においても画面中央部と同等の演算結果が得られるようにするために、最終的な有効画素領域を構成する演算結果である出力画像に対して撮影時には1次元的または2次元的により広い領域の映像信号(以下、のりしろ映像と言う)を必要とするが、従来の固体撮像素子では、各分割領域からの映像信号から直接領域境界部分ののりしろ映像を得ることができず、並列読み出し出力を一度フレームメモリ等に取り込んでから他の分割領域の映像信号も使ってのりしろ映像を作る必要があった。
【0006】
本発明の第1の目的は、従来、各分割領域から映像信号が同時並列に読み出される種類の固体撮像素子から得られた映像信号をモニタ画面上に合成するとき、各領域の境界が固定パターンノイズとなって目立っていたのを目立たないようにすることにある。
【0007】
また、本発明の第2の目的は、固体撮像素子から得られた映像信号をデジタル信号にして2次元画像処理を行うに際して、分割領域ごとの画面端部においても画面中央部と同等の演算処理が行えるようにすることにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明固体撮像素子は、各分割領域から映像信号が同時並列に読み出される種類の固体撮像素子において、前記領域の境界近傍の垂直方向の画素列および/または水平ライン方向の画素列から互いに重複して映像信号の読み出しを行うそれぞれ複数個の水平走査回路および/または垂直走査回路を具えてなることを特徴とするものである。
【0009】
また、本発明固体撮像素子は、前記複数個の水平走査回路および/または垂直走査回路によって読み出した映像信号のうち互いに重複する部分の一部を2次元画像処理のためののりしろ映像に形成したことを特徴とするものである。
【0010】
また、本発明固体撮像素子用の映像信号出力装置は、各領域の境界近傍の垂直方向の画素列および/または水平ライン方向の画素列から互いに重複して映像信号の読み出しを行うそれぞれ複数個の水平走査回路および/または垂直走査回路を具えてなり各分割領域から映像信号が同時並列に読み出される種類の固体撮像素子から映像信号を出力する映像信号出力装置であって、前記重複して映像信号の読み出しを行う領域に関して、重複の回数に応じた平均化処理を行って映像信号を出力するための平均化処理回路を具えてなることを特徴とするものである。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照し、発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
図1は、MOS増幅型固体撮像素子に本発明を適用した固体撮像素子の一実施形態を示している。
図1において、水平走査回路1,2,3,4は同時にスタートする水平スタートパルスで駆動され、垂直走査回路1,2も同時にスタートする垂直スタートパルスで駆動され、これによって読み出された映像信号は読み出し回路1乃至4から同時並列的に出力される。
【0012】
以上のことをより詳細に説明する。
水平走査線を構成する画素p11から画素p1bまでの画素値は垂直走査回路1と水平走査回路1によって選択的に読み出され、読み出し回路1を通って順次に出力される。これと同時に同じく水平走査線を構成する画素p1aから画素p1nまでの画素値は垂直走査回路1と水平走査回路2によって選択的に読み出され、読み出し回路2を通って順次に出力される。以下、同様に別(より下方)の水平走査線を構成する画素pb1から画素pbb、および画素pbaから画素pbnの画素値も、それぞれ垂直走査回路1と水平走査回路1および垂直走査回路1と水平走査回路2によって選択的に読み出されるため、1フレームの期間に画素p11から画素pbbまでの画素値が読み出し回路1から順次に出力されるときは、それと同時に1フレームの期間に画素p1aから画素pbnまでの画素値が読み出し回路2から順次に出力される。
【0013】
このように、本発明固体撮像素子は、各領域の境界近傍の水平方向の画素から互いに重複して映像信号の読み出しを行う水平走査回路1と水平走査回路2を具えている。上記において、重複している部分は、画素p1aから画素pbbまでである。
【0014】
同じことが水平走査回路3と水平走査回路4についても言える。この場合の重複している部分は、画素paaから画素pnbまでである。
垂直走査回路1および2についても、画素pa1から画素pbnまでの重複を有している。
【0015】
再び、水平走査回路1と水平走査回路2について言及する。水平走査回路1は、第1列目の画素p11、----- 、画素pa1、画素pb1に接続される線(以下、垂直読み出し線という)から始めて、最後に第b列目の画素p1b、----- 、画素pab、画素pbbに接続される垂直読み出し線から映像信号を選択的に順次読み出すように走査を行う。
【0016】
これに対して、水平走査回路2は、水平走査回路1と同時に走査を開始し、最初に読み出す垂直読み出し線に接続される画素は画素p1a、----- 、画素paa、画素pbaであるから、これら画素から映像信号を読み出した後も、画素に読み出し前と同量の電荷が残っていないと後で水平走査回路1による映像信号の読み出しができなくなる。以上から、本発明固体撮像素子は非破壊読み出し型であることが前提となる。
【0017】
非破壊読み出し(すなわち、蓄積電荷はそれがリセットされるまで減少しない)であることに加え、フレーム周期に比して水平走査期間が短いので、重複して読み出される画素の水平走査回路1で読み出された時刻における光電変換による蓄積電荷量と水平走査回路2で読み出された時刻における蓄積電荷量とは殆んど変わらないため、重複して読み出されるそれぞれの画素から複数回の読み出しにおいて殆んど同じ値の出力電流が得られることになる。水平走査回路3と水平走査回路4についても同じことが言える。
【0018】
なお、垂直走査回路1および2によって選択された水平ラインは、1フレーム期間に1回読み出しを行った後に水平ラインごとに一斉に画素の蓄積電荷のリセット動作を行う(ラインリセット動作)ものとする。具体的には、画素pa1から画素pbnまでの画素は垂直走査回路1および2によって複数回読み出されるが、これら重複して読み出される水平ラインは垂直走査回路1による読み出し後にはラインリセット動作を行わず、垂直走査回路1による読み出しの直後に行われる次のフレームの垂直走査回路2による読み出し後にのみラインリセット動作を行う。そのため重複して読み出される水平ラインについては、垂直走査回路1で読み出された時刻における画素の蓄積時間t1は垂直走査回路2で読み出された時刻における画素の蓄積時間t2に比べて短くなるが、この蓄積時間の差(t2−t1)は、重複水平ライン数の走査時間に等しいので、各垂直走査回路に接続されている水平ライン数(本例では、互いに同一数であるb−1本およびn−a本)が十分多いときにはフレーム周期に比して蓄積時間の差が十分に小さくなる。この様子を図2(a),(b)に示している。
【0019】
以上説明したように、図1の画素構成において画素p1aから画素pbbまでの画素は読み出し回路1および2によって、画素paaから画素pnbまでの画素は読み出し回路3および4によって、画素pa1から画素pbbまでの画素は読み出し回路1および3によって、そして画素paaから画素pbnまでの画素は読み出し回路2および4によってそれぞれ一部の画素が重複して読み出されることになる。
【0020】
次に、読み出し信号をディジタル信号にしたうえで、2次元画像処理を行う例について説明する。
本例としては、本発明による固体撮像素子からの並列出力信号がアナログ−デジタル変換され画像メモリに保存されたうえで2次元画像処理を行う場合を想定する。
【0021】
図3は、本例による2次元画像処理を示している。
図3において、縦、横の点線で分割され、その左上部分の分割領域1に含まれる画素は画素p11から画素paaまでであるが、読み出し回路1からは画素p11から画素pbbまでの画素が読み出され、デジタルデータM11からMbbとしてメモリ1に保存され、このメモリ1に保存されたデータに対して周囲の画素値を用いた2次元画像処理が行われる。例えば、空間エンハンスフィルタを実現する場合、各画素データに対する計算式の一例は次式で示される。
vw=2・Mvw−(M(v-1)w+Mv(w-1)+Mv(w+1)+M(v+1)w)/4
ただし、Ovwは計算結果、Mvwは被計算画像データ、およびv,wは空間座標(vは画面上から下方に増加、wは画面左から右方に増加)である。
【0022】
このように、画素データMvwに対する2次元画像処理を行う場合、画素pvwの周りの画素データM(v-1)w、Mv(w-1)、Mv(w+1)、M(v+1)w(それぞれ、画素pvwに対して上、左、右、下の各画素データ)などが必要となる。メモリに保存されたデータは分割領域1に対して周辺に各1画素分ののりしろ映像データを含むため、2次元画像処理を行った結果はのりしろ映像データに相当する記憶領域が不要となり、データO22からOaaとしてメモリ5に保存され(図3のメモリ1に示す画素データM2aに対してこの2次元画像処理を行うと、結果は、O2a=2・M2a−(M1a+M2a′+M2b+M3a)/4となって保存される)分割領域1の処理結果として直接出力することが可能となる。
【0023】
なお、上述例(図1から図3に示される例)では重複して読み出される画素を2行、2列として説明したが、これは2行、2列に限られるわけでなく、1行および/または1列、あるいは3行および/または3列、さらにそれ以上でもよいことはいうまでもない。また、分割領域の分割数も上述例の4に限られるわけではなく、任意の複数の分割に対して本発明を適用することができる。
【0024】
最後に、本発明固体撮像素子用の映像信号出力装置について説明する。
ここでは、各領域1から4までのそれぞれから同時並列に得られる映像信号を1つにまとめて合成信号を形成する本発明装置について説明する。
図4は、本発明装置の一構成例を示している。
図4において、分割領域1から読み出される信号はメモリ1のa,b,c,dの各領域に保存される。同様に、分割領域2から読み出された信号はメモリ2のe,f,g,hの各領域に、分割領域3から読み出された信号はメモリ3のi,j,k,lの各領域に、分割領域4から読み出された信号はメモリ4のm,n,o,pの各領域にそれぞれ保存される。
【0025】
いま、各分割領域1,2,3,4から同時並列に読み出しを開始するものとするとメモリ3,4の領域i,j,m,nに保存される信号はメモリ1,2の領域c,d,g,hに保存される信号に対して(各分割領域の垂直走査時間)−(分割領域間の重複水平ラインの走査時間)だけ早い読み出し信号になるため、図4では読み出し回路1,2の後に1フレーム分の遅延回路を入れて時間的連続性の整合をとっている。また、メモリ1,2の領域bとeに保存される信号は撮像素子の同じ画素に対応する信号であるので、平均化処理後にメモリ6の領域qの信号として保存する。同様に、メモリ1,3の領域cとiに保存される信号は平均化処理後にメモリ6の領域rの、メモリ2,4の領域hとnは平均化処理後にメモリ6の領域sの、メモリ3,4の領域lとoは平均化処理後にメモリ6の領域tの、そしてメモリ1から4のすべてに重複する領域d,g,j,mも同じ画素の信号なので平均化処理後にメモリ6の領域uの信号としてそれぞれ保存する。メモリ6のそれぞれの領域に保存された信号は本発明映像信号出力装置による合成信号として出力される。上記における平均化処理は、領域d,g,j,mについては4つの分割領域に重複するので1/4にし、他はすべて1/2である。
【0026】
なお、図4に示す例では読み出し回路1乃至4の出力(デジタル信号出力)をいったんメモリ1乃至4に保存した後、重複部分について平均化処理を行って再度メモリ6に保存するものとしたが、読み出し回路1乃至4の出力を直接メモリ6に書き込み、重複部分についてはすでに書き込まれたデータとの平均化処理を行ってメモリ内容を更新するようにしてもよく、また、メモリ1乃至4から直接的に合成信号を得てもよい。以上、いずれにしても読み出し回路の違いによる出力信号特性の違いは平均化され、各領域間の固定パターンノイズが低減される。
【0027】
【発明の効果】
本発明によれば、各分割領域から映像信号が同時並列に読み出される種類の固体撮像素子において、分割領域ごとに隣り合う領域の一部の映像を互いに重複して出力するようにしているため、分割領域ごとに設けられた信号読み出し回路の特性が平均化処理回路により平均化され、従来のように、領域間の境界部分が固定パターンノイズとして目立つということがなくなる。
【0028】
また、本発明によってのりしろ映像を含む映像を出力することにより、同時並列読み出し信号をそのままデジタル化して2次元画像処理することが可能となり、これにより、画像処理の高速化や処理回路の小規模化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 MOS増幅型固体撮像素子に本発明を適用した固体撮像素子の一実施形態を示している。
【図2】 図1中の垂直走査回路1および2によって読み出される映像信号の蓄積時間を比較して示している。
【図3】 本発明固体撮像素子からの並列出力信号に対して行われる2次元画像処理の例を示している。
【図4】 本発明固体撮像素子用の映像信号出力装置の一構成例を示している。
【図5】 従来の領域分割並列読み出し固体撮像素子の構成例を示している。

Claims (3)

  1. 各分割領域から映像信号が同時並列に読み出される種類の固体撮像素子において、
    前記領域の境界近傍の垂直方向の画素列および/または水平ライン方向の画素列から互いに重複して映像信号の読み出しを行うそれぞれ複数個の水平走査回路および/または垂直走査回路を具えてなることを特徴とする固体撮像素子。
  2. 請求項1記載の固体撮像素子において、前記複数個の水平走査回路および/または垂直走査回路によって読み出した映像信号のうち互いに重複する部分の一部を2次元画像処理のためののりしろ映像に形成したことを特徴とする固体撮像素子。
  3. 各領域の境界近傍の垂直方向の画素列および/または水平ライン方向の画素列から互いに重複して映像信号の読み出しを行うそれぞれ複数個の水平走査回路および/または垂直走査回路を具えてなり各分割領域から映像信号が同時並列に読み出される種類の固体撮像素子から映像信号を出力する映像信号出力装置であって、前記重複して映像信号の読み出しを行う領域に関して、重複の回数に応じた平均化処理を行って映像信号を出力するための平均化処理回路を具えてなることを特徴とする固体撮像素子用の映像信号出力装置。
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