JP4088869B2 - 固体撮像素子の欠陥画素検出装置及び固体撮像装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電荷結合素子(CCD:Charge Coupled Device)等の固体撮像素子の欠陥画素を検出して補正する装置及びその装置を搭載した固体撮像装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体で形成したCCD等の固体撮像素子においては、その半導体の結晶の局部的欠陥等によって、特異な信号を発生する欠陥画素が生じる場合がある。
その場合、その欠陥画素からの出力に起因して画質劣化が生じる。
特に、異常に大きい信号を出力する画素は、通常白キズと呼ばれて、画像品位を極端に低下させるものである。
この欠陥画素は、CCDの製造時に発生するものだけではなく、製造後においても、CCD自体の経時変化や紫外線の影響で発生することがある。
【0003】
このため、信号処理によってこの画質劣化を補正する方法が行われてきた。
その方法とは、固体撮像素子に含まれる欠陥画素の位置情報を、検出機能を備えたカメラにより製造時に検出し、その情報をROM等の不揮発性メモリに記憶させておき、撮像時にこの不揮発性メモリに記憶させた情報に基づいて欠陥画素を特定し、その出力信号に補正を行うというものである。
【0004】
具体的には、例えば各画素の撮像出力信号をその画素の周辺の画素の撮像出力信号と比較して特異性を判断する方法があり、特開昭61−261974号公報に開示されている。
また、関連の方法として、欠陥検出時の撮像出力信号のS/Nを向上させるために、複数のフィールド信号を蓄積する方法が特許第2808814号公報に開示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年固体撮像素子の画素数が増加するのに伴い、欠陥画素の位置情報を記憶させるROM等の不揮発性メモリが大容量化するという問題が生じていた。
また、一般的に用いられるインターライン転送方式のCCDでは、図4(b)に示すように、撮像出力信号の1ライン目をCCD出力の1ライン目と2ライン目とを加えて生成し、2ライン目をCCD出力の2ライン目と3ライン目を加えて生成しており、各画素の信号が上下のラインに合算されて撮像信号として出力される。
【0006】
一方、複数のフィールドにまたがって信号蓄積して欠陥検出を行っている方法では、例えばCCDの3ライン目に欠陥画素があると、欠陥検出時の撮像出力信号の3ライン目に欠陥情報が含まれるが(図3(a))、このラインは3ラインと4ラインを加算したものであるため、どちらのラインに欠陥があるか判別できない。
【0007】
そのため、3ラインと4ラインの双方が含まれる、通常動作時の撮像出力信号における奇数フィールドの3ライン目と偶数フィールドの2,4ライン目の合計3ライン分を欠陥ラインとして補正を行う必要があるが、これを奇数フィールドと偶数フィールドのそれぞれについて共通のプロセスで補正するために、結局、合計4ライン分の補正をしなければならないのが実状であった。
【0008】
そして、この垂直方向の4つのライン分の画素を、例えば、それぞれのラインにおける該当画素の前後の画素の平均出力で置換する補正(一次補間)を行った場合、垂直方向の4つのラインの画素に対応した顕著なにじみが画面上に発生するという問題があった。
【0009】
この問題を解決するために、CCDの駆動方法を、欠陥画素検出時にのみ各画素を独立して読み出すフレーム読み出しにする方法が、特許第3218700号公報に開示されている。
【0010】
しかしながら、この方法は、欠陥画素検出のためだけに特別なCCD駆動装置を必要とし、この装置を、例えばビデオカメラ本体に搭載すると、回路規模が大きくなってビデオカメラ本体が大型化したりコストアップになるという問題があった。
【0011】
また別の問題として、低照度の被写体を撮影する機能を備えたカメラにおいては、S/Nを損なわずに感度を上げるため、CCDの駆動自体を2画素読み出しにする方法が採用されてきているが、この2画素読み出しを行った場合には画素の欠陥も2画素分に拡大し、それに対応した補正がさらに必要となる問題があった。
【0012】
そこで本発明が解決しようとする課題は、欠陥画素の情報を記憶するROM等の不揮発性メモリの容量を増やさずに、フレーム読み出しをする特別な固体撮像素子の駆動装置を必要とせず、2画素読み出しの駆動方式にも対応した、固体撮像素子の欠陥画素を検出してその画素からの欠陥信号を補正する欠陥画素検出装置及びそれを搭載した固体撮像装置を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本願発明は手段として次の構成を有する。
即ち、請求項1は、
固体撮像素子3の画素から撮像出力信号を読み出すタイミングパルスを発生する駆動回路5と、前記タイミングパルスが前記画素の1画素毎に撮像出力信号を読み出すタイミングパルスである場合において、外部からの検出指示に応じた欠陥画素検出時に、前記タイミングパルスを2画素毎に撮像出力信号を読み出すタイミングパルスに切り替える制御手段6と、前記2画素毎の撮像出力信号を少なくとも2回平均して特異なレベルの撮像出力信号を検出し、この特異なレベルの撮像出力信号を出力する2画素の、出力レベル情報と位置情報とを示す欠陥画素データを生成する位置情報生成手段12と、前記欠陥画素データを記憶する記憶手段9と、前記記憶手段9から前記欠陥画素データを読みとり、これを基に前記特異なレベルの撮像出力信号の補正を行う補正手段10とを備えたことを特徴とする固体撮像素子の欠陥画素検出装置であり、
請求項2は、前記補正手段10は、前記特異なレベルの撮像出力信号を出力する2画素のそれぞれの画素毎に、その撮像出力信号を、該画素の一つおいた両隣の画素の撮像出力信号を平均した信号に置換することで補正を行うことを特徴とした請求項1記載の固体撮像素子の欠陥画素検出装置であり、
請求項3は、請求項1又は2に記載の固体撮像素子の欠陥画素検出装置と少なくとも光学系13及び固体撮像素子3とで構成したことを特徴とする固体撮像装置である。
【0014】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、好ましい実施例により図1,図2及び図3により説明する。
図1は、本発明の固体撮像素子の欠陥画素検出装置及びそれを搭載した固体撮像装置における実施例の一部を示す構成図であり、
図2は、本発明の固体撮像素子の欠陥画素検出装置における実施例の補正について説明する図であり、
図3は、本発明の固体撮像素子の欠陥画素検出装置における実施例の補正対象ラインについて説明する図である。
【0015】
本発明の固体撮像素子の欠陥画素検出装置は、例えば、フィールド読み出しにより駆動される固体撮像素子の欠陥画素検出装置として好適である。
【0016】
以下にその一実施例について詳述する。
図1は、本発明の欠陥画素検出装置の一実施例であり、それを搭載した固体撮像装置としてビデオカメラに適用した例における構成の一部を示している。
【0017】
この固体撮像装置であるビデオカメラは、光学系13として、レンズ1、アイリス2を備えており、この光学系13を介して被写体からの光がCCD3に供給される。
本例では、このCCD3は電荷転送方式としてインターライン転送方式を採用しており、単板式,2板式,3板式のいずれでもよい。
欠陥画素の検出指示は、製造工程やサービス時に固体撮像装置に備えた欠陥画素検出メニュー14を選択することにより行われる。この指示に応じて欠陥画素検出が実行される。
【0018】
欠陥画素検出メニュー14が選択されたか否かはマイクロコンピュータ11によって判断し、選択されたと判断した場合、パルス制御手段である2画素読み出しパルス切り替え回路6に対して切り替えトリガーをかける。
この切り替えトリガーによって、駆動回路5からの1画素読み出しパルスは2画素読み出しパルスに変換され、このパルスによりCCD3で光電変換された撮像信号は、同一ライン上の隣接した2画素分に蓄積された撮像信号として奇数フィールドと偶数フィールドとに分別して出力される(図3(a)参照)。この欠陥画素検出は、アイリス2を閉じた遮光状態において行う。
【0019】
そして、この出力信号の1ライン分のサンプル画素数は、A/D変換手段4によって1/2とされる。
次に、信号は2分割され、一方は位置情報生成手段12の前段である欠陥検出手段7に供給される。
そして、各2画素分の画素出力情報をその周辺の画素出力情報と比較して特異であるかを評価し、欠陥画素であるか否かを判別する。特異なレベルの評価は、所望の基準レベルを設定してそれ以上の出力か否かで行う。
欠陥画素と判別されると、それに対応した欠陥データが後段の欠陥データ生成手段8にて生成されメモリ9に記憶される。
この欠陥データは画素の出力レベルと位置情報とを含むものである。
【0020】
このようにして1フレーム分の画素情報がメモリ9に記憶された後、再度1フレーム分の検出を実施し、マイクロコンピュータ11によって、メモリ9に記憶された情報との平均をとってメモリ9に上書きする。
この平均化によりノイズの影響による誤検出を防ぐことができる。
【0021】
一方、A/D変換手段4を通過して2分割された他方の撮像出力信号は、メモリ9に記憶された欠陥データを基に、欠陥補正手段10にて該当欠陥画素の出力と補正出力とを後述の方法によって置き換えることでその欠陥が補正される。
この補正においては、2つの画素それぞれについて補正を実施する。
この様に、2画素読み出しではない通常の1画素読み出しの駆動方式においても欠陥を補正することができる。
【0022】
そして、欠陥画素が位置するラインの出力信号により生成された撮像出力信号の2つのラインについてのみ補正を行うので、画面上のにじみを最小限に抑えることができる(図3(b)参照)。
以上の構成において、メモリ9に記憶された欠陥データは固体撮像装置の電源投入時毎にマイクロコンピュータ11によって読み出され、電源ON状態で補正は常に行われる。
【0023】
次に、具体的な補正の内容について図2を用いて説明する。
本発明の欠陥検出時の2画素読み出しにおいて、例えば、あるラインの5番と6番の画素を合わせた出力が欠陥と判定された場合の、偶数番(6番)の画素の補正についてを図3(a)に、また、同じく奇数番(5番)の画素の補正についてを図3(b)により説明する。
当図において白丸は正常な画素、黒丸が欠陥画素である。
【0024】
偶数番(6番)の欠陥画素の補正は、同じラインの前後に隣接する偶数番(4番,8番)の画素情報を平均した出力を、該偶数番(6番)の欠陥画素出力に置き換える。
奇数番(5番)の欠陥画素の補正も同様に、同じラインの前後に隣接する奇数番(3番,7番)の画素情報を平均した出力を、該奇数番(5番)の欠陥画素出力に置き換える。
【0025】
このようにして、2画素分の出力情報を基に欠陥画素を判定し、1画素ずつ補正をするものである。
本実施例では、遮光した状態で特異なレベルの出力をする欠陥画素を検出しているが、CCDに入光させた状態で一定レベルに満たない特異なレベルの出力をする欠陥画素を検出してもよい。
【0026】
本願発明の固体撮像素子の欠陥画素検出装置を、固体撮像素子を用いた、実施例で示したビデオカメラ以外の各種の固体撮像装置に搭載することができる。
固体撮像装置の例として、デジタルスチルカメラ,監視用カメラ,プレゼンテーション用の資料提示装置があるが、これらに限定されるものではない。
【0027】
【発明の効果】
以上詳述したように、本願発明の固体撮像素子の欠陥画素検出装置及びそれを搭載した固体撮像装置によれば、外部からの検出指示に応じた欠陥画素検出時において2画素読み出しを実施するので1ライン分の画素情報数が1/2で足り、欠陥画素の情報を記憶するROM等の不揮発性メモリの容量を増やすことがない。
また、複数フィールドの蓄積を行わずに欠陥検出が可能となるのでフレーム読み出しをする特別な固体撮像素子の駆動装置が不要である。
そして、2画素読み出しの駆動方式にも対応して、固体撮像素子の欠陥画素を検出してその画素からの欠陥信号を補正することができるという効果を得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の固体撮像素子の欠陥画素検出装置及びそれを搭載した固体撮像装置における実施例の一部を示す構成図である。
【図2】本発明の固体撮像素子の欠陥画素検出装置における実施例の補正について説明する図である。
【図3】本発明の固体撮像素子の欠陥画素検出装置における実施例の補正する対象ラインについて説明する図である。
【図4】従来の欠陥画素検出について説明する図である。
【符号の説明】
1 レンズ
2 アイリス
3 CCD(固体撮像素子)
4 A/D変換手段
5 駆動回路
6 パルス切り替え回路(制御手段)
7 欠陥検出手段
8 欠陥データ生成手段
9 メモリ(記憶手段)
10 欠陥補正手段
11 マイクロコンピュータ
12 位置情報生成手段
13 光学系
14 欠陥画素検出メニュー
Claims (3)
- 固体撮像素子の画素から撮像出力信号を読み出すためのタイミングパルスを発生する駆動回路と、
前記タイミングパルスが前記画素の1画素毎に撮像出力信号を読み出すタイミングパルスである場合において、外部からの検出指示に応じた欠陥画素検出時に、前記タイミングパルスを2画素毎に撮像出力信号を読み出すタイミングパルスに切り替える制御手段と、
前記2画素毎の撮像出力信号を少なくとも2回平均して特異なレベルの撮像出力信号を検出し、この特異なレベルの撮像出力信号を出力する2画素の、出力レベル情報と位置情報とを示す欠陥画素データを生成する位置情報生成手段と、
前記欠陥画素データを記憶する記憶手段と、
前記記憶手段から前記欠陥画素データを読みとり、これを基に前記特異なレベルの撮像出力信号の補正を行う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画素検出装置。 - 前記補正手段は、前記特異なレベルの撮像出力信号を出力する2画素のそれぞれの画素毎に、その撮像出力信号を、該画素の一つおいた両隣の画素の撮像出力信号を平均した信号に置換することで補正を行うことを特徴とした請求項1記載の固体撮像素子の欠陥画素検出装置。
- 請求項1又は2に記載の固体撮像素子の欠陥画素検出装置と少なくとも光学系及び固体撮像素子とで構成したことを特徴とする固体撮像装置。
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