JP4098058B2 - 撮像装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像装置に関し、詳しくは、ＣＣＤ素子を用いて被写体を撮像する撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、多数の受光部を有するＣＣＤ素子で被写体を撮像して、この被写体を表す画像データを取得するデジタルカメラが知られている。このようなデジタルカメラで取得される画像データには様々な原因によりノイズが混入することがあり、種々のノイズ除去方式が検討されている。
【０００３】
例えば、ＣＣＤ素子に入射する光を遮断しているときに撮像を行なって取得した画像データを用いて、被写体を撮像して得た画像データに混入するＣＣＤ素子の固定パターンノイズを除去する方式（例えば、特許文献１参照）や、同一の被写体を複数のＣＣＤ素子で撮像し、取得された２つの画像データを使用してこれらの画像データが表す画像の輝度むらを補正する方式（例えば、特許文献２参照）等が知られている。
【０００４】
上記デジタルカメラに用いられるＣＣＤ素子には、一般に、受光部で光電変換された電荷の転送用に並設された垂直電荷転送路とこの垂直電荷転送路を通して転送された電荷をさらに電荷検出部に転送する１つの水平電荷転送路とを備えたＣＣＤ素子が使用されている。このような構造からなるＣＣＤ素子は、強度の高い光を受光すると、遮光マスクの側面あるいはこの遮光マスクを通って垂直電荷転送路に射した光によりこの垂直電荷転送路から発生した電荷や、あるいは受光部に蓄積可能な電荷量を越えてこの受光部から溢れ出した電荷等が垂直電荷転送路中に拡散することがある。このような場合には、垂直転送路を通して検出される個々の画像データはそれぞれ略同等の値を持つものとなり、これらの画像データが可視画像として表示されると、画像中を垂直方向に延びる線が観察される。この現象はスミアといい、このスミアの除去に関してはＣＣＤ素子の構造を改良する方式（例えば、特許文献３参照）、あるいは絞りの開口を狭めたりシャッタスピードを早くしてＣＣＤ素子に入射する光量を制限する方式等が知られている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平０６−１９７２８５号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開平０６−３５０９２７号公報
【０００７】
【特許文献３】
特開平０９−３７１５６号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＣＣＤ素子に入射する光量を制限する方式では、受光面上の特定の領域に強度の高い光が入射されたときに、絞りの開口を狭めたりシャッタスピードを早くするので、各受光部に蓄積される電荷の量が制限され、これにより強度が高い光が入射した領域以外の受光部中の領域において適正な光量を受光できなくなって、スミアが発生した領域以外の領域を表す画像の画質が劣化してしまうという問題がある。また、ＣＣＤ素子の構造を改良する方式では装置コストを高くするという問題がある。
【０００９】
なお、上記問題は、電子カメラの場合に限らず、被写体の撮像にＣＣＤ素子を使用したビデオカメラ等においても共通する問題である。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、装置コストを増大させることなくスミアによる画質の劣化を抑制することができる撮像装置を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の撮像装置は、縦方向に並設された縦方向電荷転送路および前記縦方向電荷転送路を通して転送された電荷を横方向に転送する横方向電荷転送路を有するＣＣＤ素子と、横方向に並設された横方向電荷転送路および前記横方向電荷転送路を通して転送された電荷を縦方向に転送する縦方向電荷転送路を有するＣＣＤ素子と、被写体からの光束を分岐して前記２つのＣＣＤ素子それぞれに該被写体を表す同一の光学像を結像させる光学系とを備えた撮像系と、前記２つのＣＣＤ素子の一方から取得された画像データが表す画像に発生したスミアを、他方のＣＣＤ素子から取得された画像データを用いて補正するスミア補正手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１２】
なお、前記撮像系は、例えば、２つのＣＣＤ素子それぞれに、光学像の上下方向（垂直方向）が縦方向電荷転送路が延びる方向となるように向きを定めて、この光学像を結像させるものである。
【００１３】
前記スミア補正手段は、例えば、２つのＣＣＤ素子の一方から得られた画像に発生したスミアを示す画像データを除去し、この除去された画像データを、他方のＣＣＤ素子から取得したこの領域に対応する領域の画像データを用いて補間することができる。
【００１４】
なお、前記対応する領域とは、光学像が結像される２つのＣＣＤ素子において、光学像中の同一の部位がそれぞれ結像される領域が定められたときに、これらの領域から取得されたそれぞれの画像データが表す領域（画像中の領域）が上記対応する領域となる。
【００１５】
【発明の効果】
本発明の撮像装置は、縦方向に並設された縦方向電荷転送路およびこの縦方向電荷転送路を通して転送された電荷を横方向に転送する横方向電荷転送路を有するＣＣＤ素子と、横方向に並設された横方向電荷転送路およびこの横方向電荷転送路を通して転送された電荷を縦方向に転送する縦方向電荷転送路を有するＣＣＤ素子と、被写体からの光束を分岐して上記２つのＣＣＤ素子それぞれに被写体を表す同一の光学像を結像させる光学系とを備えた撮像系と、上記２つのＣＣＤ素子の一方から取得された画像データが表す画像に発生したスミアを、他方のＣＣＤ素子から取得された画像データを用いて補正するスミア補正手段とを備えるようにしたので、装置コストを増大させることなくスミアによる画質の劣化を抑制することができる。
【００１６】
すなわち、２つのＣＣＤ素子それぞれから取得された画像データで表される画像には互いに異なる位置にスミアが発生するので、スミアの影響を受けていない画像データを用いてスミアの影響を受けた画像データを補正することができ、これにより、被写体を表す画像データをスミアの影響を受けていない画像データで構成することができる。したがって、この画像データを用いることによりスミアが除去された被写体を表す画像を得ることができる。
【００１７】
また、ＣＣＤ素子の構造を改良する必要がないので装置コストの増大を抑制することができ、さらに、ＣＣＤ素子中の特定の領域に強度が高い光が入射したときに絞りの開口を狭めたりシャッタスピードを早くして入射光量を制限することなく被写体の撮像を行なうことができ、スミアが発生した領域以外の受光部に概略適正な光量を受光させて被写体の撮像を行なうことができるので、上記構成によるスミアの影響を受けていない画像データで表される画像の画質の劣化を抑制することができる。
【００１８】
ここで、スミア補正手段を、２つのＣＣＤ素子の一方から得られた画像に発生したスミアを示す画像データを除去し、除去された画像データを、他方のＣＣＤ素子から得られたこの領域に対応する画像データを用いて補間するものとすれば、容易に、被写体を表す画像データをスミアの影響を受けていない画像データで構成することができ。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施の形態について、図面を用いて説明する。図１は本発明の実施の形態によるデジタルカメラの概略構成を示す概念図、図２は２つのＣＣＤ素子の構造を示す図、図３は２つのＣＣＤ素子で取得されたそれぞれの画像データが表す画像を示す図である。
【００２０】
図１、図２、および図３に示すように、本発明の実施の形態による撮像装置であるデジタルカメラ１００は、縦方向に並設された縦方向電荷転送路１１および縦方向電荷転送路１１を通して転送された電荷を横方向に転送する横方向電荷転送路１２を有するＣＣＤ素子１０（図２（ａ）参照）と、横方向に並設された横方向電荷転送路２１および横方向電荷転送路２１を通して転送された電荷を縦方向に転送する縦方向電荷転送路２２を有するＣＣＤ素子２０（図２（ｂ）参照）と、被写体１からの光束を分岐して２つのＣＣＤ素子１０およびＣＣＤ素子２０それぞれに被写体１を表す同一の光学像５を結像させる光学系３０とを備えた撮像系４０と、２つのＣＣＤ素子１０およびＣＣＤ素子２０の一方から取得された画像データが表す画像に発生したスミアを、他方のＣＣＤ素子から取得された画像データを用いて補正するスミア補正手段であるスミア補正部５０とを備えている。
【００２１】
なお、ＣＣＤ素子１０およびＣＣＤ素子２０は、結像される光学像５の上下方向が縦方向電荷転送路（縦方向電荷転送路１１および縦方向電荷転送路２２）の向きと一致するように配置されている。また、ＣＣＤ素子１０およびＣＣＤ素子２０は光電変換された電荷を電圧に変換する電荷検出部とこの電圧をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器とをそれぞれ備えており、光学像５を撮像してデジタル値からなる画像データとして出力する。
【００２２】
ここで、例えば、被写体１中に高輝度の光を発する被写体１Ａ（例えば、太陽、図３（ａ）参照）を含む場合には、ＣＣＤ素子１０およびＣＣＤ素子２０で撮像されて出力された画像データが表す画像１５（図３（ｂ）参照）および画像２５（図３（ｃ）参照）それぞれに被写体１Ａを表す画像１７および画像２７を通るスミアが発生する。ＣＣＤ素子１０においては縦方向に並設された縦方向電荷転送路１１に沿ってスミアが発生し、ＣＣＤ素子２０においては横方向に並設された横方向電荷転送路２１に沿ってスミアが発生するので、画像１５には縦方向のスミア１８が発生し、画像２５には横方向のスミア２８が発生する。
【００２３】
光学系３０は、被写体１からの光束を分岐するハーフミラー３１と、ＣＣＤ素子１０およびＣＣＤ素子２０の前面にそれぞれ配置されたＲＧＢカラーフィルタ３２Ａおよび３２Ｂと、被写体１を表す同一の光学像５をＣＣＤ素子１０およびＣＣＤ素子２０それぞれに結像させる結像レンズ３４とを備えている。すなわち、この光学系３０は、２つのＣＣＤ素子１０およびＣＣＤ素子２０それぞれに被写体１を表す同じ画角の光学像５を結像させる。また、ＣＣＤ素子１０はＣＣＤ素子２０の転送路の向きを９０°回転させた構造を有するものである。
【００２４】
次に上記実施の形態における作用について説明する。
【００２５】
図４にデジタルカメラによる撮影開始から撮影終了までのフローチャートを示す。まず始めに撮影条件を設定する。シャッタ優先モードの場合にはシャッタスピード、絞り優先モードの場合には絞りを設定する。撮影条件を設定が終了したら被写体１を撮影する。
【００２６】
光学系３０を通してＣＣＤ素子１０およびＣＣＤ素子２０上に結像された被写体１を表す光学像５を撮影して取得されたそれぞれの画像データがＣＣＤ素子１０およびＣＣＤ素子２０から読み出される。
【００２７】
ＣＣＤ素子１０およびＣＣＤ素子２０から読み出されたそれぞれの画像データは、スミア補正部５０に入力され、スミア補正部５０がこれらの画像データに基づいてスミア存在判定を行なう。
【００２８】
スミアが存在すると判定されたときには、このスミア補正部５０が、２つのＣＣＤ素子から取得された各画像データ中のスミアの影響を受けた画像データを互いに他方の画像データで補正するスミア補正を施す。これにより、スミアの影響を除去した２つの画像データを作成し、さらに、これらの画像データを１つの画像データに合成する加算平均処理を施して出力する。
【００２９】
また、スミアが存在しないと判定されたときには、スミア補正部５０が、ＣＣＤ素子１０およびＣＣＤ素子２０から出力された２つ画像データにスミア補正を施すことなく加算平均処理を施し１つの画像データに合成して出力する。
【００３０】
スミア補正部５０から出力された画像データはデジタルカメラ１００内の画像メモリ６０に記憶される。
【００３１】
ここで、スミア補正部５０による上記スミア存在判定とスミア補正について、スミアの存在を判定するフローチャートを示す図５、および２つのＣＣＤ素子から取得されたそれぞれの画像データの画素位置の対応を示す図６を参照して説明する。
【００３２】
＜スミア存在判定＞
ＣＣＤ素子１０から取得された画像データＦ（ｉ，ｊ）（ここで、ｉ＝０〜Ｍ，ｊ＝０〜Ｎ）と、ＣＣＤ素子２０のから取得された画像データＧ（ｉ，ｊ）（ここで、ｉ＝０〜Ｍ，ｊ＝０〜Ｎ）とについて、互いに対応する画素位置のそれぞれの画像データが示す色、すなわち画像データ間の色が所定範囲内で一致しているか否かが全画素位置（ｉ，ｊ）（ここで、ｉ＝０〜Ｍ，ｊ＝０〜Ｎ）について判定される。
【００３３】
なお、画像データＦ（ｉ，ｊ）および画像データＧ（ｉ，ｊ）を構成する個別の画像データは、上記画像１５および画像２５を表す画素の位置に対応するように配列されている。ここで、各画素位置（ｉ，ｊ）において、画像データＦ（ｉ，ｊ）を構成する各色成分（赤色成分、緑色成分、青色成分）毎のデータの値と、これに対応する画像データＧ（ｉ，ｊ）を構成する各色成分（赤色成分、緑色成分、青色成分）毎のデータの値のそれぞれの差が全て所定の閾値以内であった場合に画像データ間の色が一致していると判定され、それとは異なる場合には画像データ間の色が一致していないと判定される。
【００３４】
全画素位置において画像データ間の色が一致していると判定された場合にはスミアが存在しないと判定され、画像データＦ（ｉ，ｊ）と画像データＧ（ｉ，ｊ）とに対して加算平均処理が施される。より具体的には、画像データＦ（ｉ，ｊ）を構成する赤色成分を表すデータと画像データＧ（ｉ，ｊ）を構成する赤色成分を表すデータ、画像データＦ（ｉ，ｊ）を構成する緑色成分を表すデータと画像データＧ（ｉ，ｊ）を構成する緑色成分を表すデータ、および画像データＦ（ｉ，ｊ）を構成する青色成分を表すデータと画像データＧ（ｉ，ｊ）を構成する青色成分を表すデータとがそれぞれ加算平均され、この加算平均が各画素位置（ｉ，ｊ）（ここで、ｉ＝０〜Ｍ，ｊ＝０〜Ｎ）毎に実行されることにより加算平均処理が施され、画像データＦ（ｉ，ｊ）と画像データＧ（ｉ，ｊ）とが１つの画像データに合成される。
【００３５】
一方、上記全画素位置において少なくとも１組の画像データ間の色が一致していないと判定された場合にはスミアが存在する可能性が有るものとして、さらに以下に示す判定が行なわれる。
【００３６】
上記画像データ間の色が一致してない画素位置が縦方向あるいは横方向に所定の画素数以上延びているか否かによってスミア存在の有無が判定される。上記縦方向（図中矢印Ｙ方向）および横方向（図中矢印Ｘ方向）共に画像データ間の色が一致してない画素位置が所定の画素数以上延びていない場合にはスミアが存在しないと判定され、上記画素位置が所定の画素数以上延びている場合にはスミアが存在すると判定される。
【００３７】
スミアが存在しないと判定された場合には、上記と同様に２つの画像データに加算平均処理を施して作成された１つの画像データが画像メモリ６０に出力され記憶される。
【００３８】
一方、スミアが存在すると判定された場合には、以下のようにスミア補正が施される。以下、スミアを補正するフローチャートを示す図７、および画像データ中に存在するスミアを除去する様子をを示す図８を参照しスミア補正について説明する。
【００３９】
＜スミア補正＞
上記全画素位置から、画像データ間の色が一致してない画素位置が縦方向（図中矢印Ｙ方向）あるいは横方向（図中矢印Ｘ方向）に所定の画素数以上延びている線状色不一致領域を全て抽出する。例えば、縦方向に延びるスミアが複数列に亘って並んで存在する場合には、上記縦方向に延びる複数列全てを線状色不一致領域として抽出する。
【００４０】
上記抽出された縦方向および横方向の各線状色不一致領域を構成する画素位置について、画像データＦと画像データＧそれぞれで色の変化率を計算する。
【００４１】
ここで、色の変化率は、例えば上記線状色不一致領域が表す画素位置に並ぶそれぞれの画像データにおける、赤色成分のデータ値のバラツキを表す標準偏差の値σｒ、緑色成分のデータ値のバラツキを表す標準偏差の値σｇ、および青色成分のデータ値のバラツキを表す標準偏差の値σｂの２乗平均平方根（σｒ２＋σｇ２＋σｂ２）１／２で求められる値を採用することができる。
【００４２】
上記色の変化率の求め方を採用して画像データＦと画像データＧとからそれぞれ求められた、上記線状色不一致領域が表す画素位置における色の変化率の値を比較し、色の変化率の値が少ない方の画像データにスミアが存在するものとする。
【００４３】
例えば、上記全画素位置中から抽出された線状色不一致領域を、図８（ａ）に示すように、画素位置（ｐ，ｑ）を共に含む縦方向（Ｙ方向）の線状色不一致領域ｖ１および横方向（Ｘ方向）の線状色不一致領域ｈ１とする。ここで、線状色不一致領域ｖ１は画素位置（ｐ，ｊ）：ｊ＝０〜Ｎ、で示される領域であり、線状色不一致領域ｈ１は画素位置（ｉ，ｑ）：ｉ＝０〜Ｍ、で示される領域である。
【００４４】
上記線状色不一致領域ｖ１および線状色不一致領域ｈ１で示される画素位置に対応する画像データＦおよび画像データＧの画像データ中の画素位置における色の変化率の値を求める。ここで、画像データＦ（ｐ，ｊ）：ｊ＝０〜Ｎ、で示される線状色不一致領域ｆｖ１の色の変化率の値ＦＶ１、画像データＦ（ｉ，ｑ）：ｉ＝０〜Ｍ、で示される線状色不一致領域ｆｈ１の色の変化率の値ＦＨ１、画像データＧ（ｐ，ｊ）：ｊ＝０〜Ｎ、で示される線状色不一致領域ｇｖ１の色の変化率の値ＧＶ１、画像データＧ（ｉ，ｑ）：ｉ＝０〜Ｍ、で示される線状色不一致領域ｇｈ１の色の変化率の値ＧＨ１が求められる（図８（ｂ）−１および図８（ｂ）−２参照）。
【００４５】
次に、同じ画素位置で示される上記線状色不一致領域から求められたそれぞれの色の変化率の値を比較する。すなわち画素位置（ｐ，ｊ：ｊ＝０〜Ｎ）で求められた色の変化率の値ＦＶ１とＧＶ１を比較するとともに、画素位置（ｉ，ｑ：ｉ＝０〜Ｍ）で求められた色の変化率の値ＦＨ１とＧＨ１を比較する。
【００４６】
ここで、ＦＶ１＜ＧＶ１、ＦＨ１＞ＧＨ１であり、色の変化率が小さい方にスミアが発生しているので、色の変化率ＦＶ１が算出された画像データＦ中の線状色不一致領域ｆｖ１、および色の変化率ＧＨ１が算出された画像データＧ中の線状色不一致領域ｇｈ１にスミアが存在することが解る。
【００４７】
つぎに、スミアが存在する線状色不一致領域を示す画像データを、他の画像データ中の同じ領域（スミアが存在しない線状色不一致領域）を表す画像データで置き換えて補間する。すなわち、画像データＦ中のスミアが存在する線状色不一致領域ｆｖ１を表す画像データを、画像データＧ中の線状色不一致領域ｇｖ１を表す画像データＧ（ｐ，ｊ）：ｊ＝０〜Ｎ、で置き換える。また、画像データＧ中のスミアが存在する線状色不一致領域ｇｈ１を表す画像データを、画像データＦ中のスミアが存在しない線状色不一致領域ｆｈ１を表す画像データＦ（ｉ，ｑ）：ｉ＝０〜Ｍ、で置き換える。これによりスミアが補正された画像データＦ′および画像データＧ′を得る（図８（ｃ）−１および図８（ｃ）−２参照）。このように、上記スミアが存在する可能性が有ると判定されて抽出された線状色不一致領域の全てについて、上記画像データの置き換えを施す。
【００４８】
上記画像データの置き換えが施され、スミアが除去された２つの画像データは、１つの画像データに合成する上記と同様の加算平均処理が施されて画像メモリ６０に記憶される。
【００４９】
なお、スミア補正部による補正は、スミアが補正された２つの画像データに対して加算平均処理を施すことなく単に加算して１つの画像データに合成したり、スミアが補正される前に２つの画像データのデータ値を全て１／２倍しておき、スミアが補正された後に加算平均処理を施すことなく単に加算して１つの画像データに合成するようにしてもよい。また、スミアが補正された２つの画像データは、加算平均処理を施すことなくそれぞれ個別に画像メモリに記憶させるようにしてもよい。さらに、スミア補正部を、２つのＣＣＤ素子の一方から取得された画像データ中のスミアを示す画像データを、他方のＣＣＤ素子から取得された画像データで補間して、スミアが補正された画像データを１つだけ作成し、この画像データを画像メモリに記憶させるようにしてもよい。
【００５０】
ここで、一般的なＣＣＤ素子では、画像信号は水平ライン単位（横方向ライン単位）で読み出すので、すなわち画像を表す水平ライン（横方向ライン）を１単位とし、この水平ラインを垂直方向（縦方向）に並ぶ画素数分（受光部が縦方向に並べられた数分）読み出すので、オートフォーカス（以後、ＡＦという）でのピント調整は水平方向（横方向）のコントラストを検出することにより行なわれている。そのため、垂直方向のみコントラストがある被写体に対してはＡＦでのピント調整が難しいという問題がある。これに対して、電荷転送路の向きが互いに異なる２つのＣＣＤ素子を用いた本発明の構成によるデジタルカメラでは、一方のＣＣＤ素子で垂直方向のコントラストを検出し、他方のＣＣＤ素子で水平方向のコントラストを検出することが可能となり垂直方向と水平方向との両方向でコントラストの検出を行なうことができるので、ＡＦでのピント調整をより正確に行なうことができる。
【００５１】
また、セピア色や白黒で画像を表す場合の画像データ、あるいはＲＧＢ原色カラーフィルタの替わりに補色カラーフィルタを用いて取得した画像データに対しても上記と同様のスミア補正の手法を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による概略構成を示す概念図
【図２】２つのＣＣＤ素子の構成を示す図
【図３】２つのＣＣＤ素子で取得されたそれぞれの画像データが表す画像を示す図
【図４】デジタルカメラによる撮影開始から撮影終了までのフローチャートを示す図
【図５】スミアの存在を判定するフローチャートを示す図
【図６】２つのＣＣＤ素子から取得されたそれぞれの画像データの画素位置の対応を示す図
【図７】スミアを補正するフローチャートを示す図
【図８】画像データ中に存在するスミアを除去する様子を示す図
【符号の説明】
１ 被写体
５ 光学像
１０ ＣＣＤ素子
１１ 縦方向電荷転送路
１２ 横方向電荷転送路
２０ ＣＣＤ素子
２１ 横方向電荷転送路
２２ 縦方向電荷転送路
３０ 光学系
４０ 撮像系
５０ スミア補正部
１００ デジタルカメラ
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像装置に関し、詳しくは、ＣＣＤ素子を用いて被写体を撮像する撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、多数の受光部を有するＣＣＤ素子で被写体を撮像して、この被写体を表す画像データを取得するデジタルカメラが知られている。このようなデジタルカメラで取得される画像データには様々な原因によりノイズが混入することがあり、種々のノイズ除去方式が検討されている。
【０００３】
例えば、ＣＣＤ素子に入射する光を遮断しているときに撮像を行なって取得した画像データを用いて、被写体を撮像して得た画像データに混入するＣＣＤ素子の固定パターンノイズを除去する方式（例えば、特許文献１参照）や、同一の被写体を複数のＣＣＤ素子で撮像し、取得された２つの画像データを使用してこれらの画像データが表す画像の輝度むらを補正する方式（例えば、特許文献２参照）等が知られている。
【０００４】
上記デジタルカメラに用いられるＣＣＤ素子には、一般に、受光部で光電変換された電荷の転送用に並設された垂直電荷転送路とこの垂直電荷転送路を通して転送された電荷をさらに電荷検出部に転送する１つの水平電荷転送路とを備えたＣＣＤ素子が使用されている。このような構造からなるＣＣＤ素子は、強度の高い光を受光すると、遮光マスクの側面あるいはこの遮光マスクを通って垂直電荷転送路に射した光によりこの垂直電荷転送路から発生した電荷や、あるいは受光部に蓄積可能な電荷量を越えてこの受光部から溢れ出した電荷等が垂直電荷転送路中に拡散することがある。このような場合には、垂直転送路を通して検出される個々の画像データはそれぞれ略同等の値を持つものとなり、これらの画像データが可視画像として表示されると、画像中を垂直方向に延びる線が観察される。この現象はスミアといい、このスミアの除去に関してはＣＣＤ素子の構造を改良する方式（例えば、特許文献３参照）、あるいは絞りの開口を狭めたりシャッタスピードを早くしてＣＣＤ素子に入射する光量を制限する方式等が知られている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平０６−１９７２８５号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開平０６−３５０９２７号公報
【０００７】
【特許文献３】
特開平０９−３７１５６号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＣＣＤ素子に入射する光量を制限する方式では、受光面上の特定の領域に強度の高い光が入射されたときに、絞りの開口を狭めたりシャッタスピードを早くするので、各受光部に蓄積される電荷の量が制限され、これにより強度が高い光が入射した領域以外の受光部中の領域において適正な光量を受光できなくなって、スミアが発生した領域以外の領域を表す画像の画質が劣化してしまうという問題がある。また、ＣＣＤ素子の構造を改良する方式では装置コストを高くするという問題がある。
【０００９】
なお、上記問題は、電子カメラの場合に限らず、被写体の撮像にＣＣＤ素子を使用したビデオカメラ等においても共通する問題である。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、装置コストを増大させることなくスミアによる画質の劣化を抑制することができる撮像装置を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の撮像装置は、縦方向に並設された縦方向電荷転送路および前記縦方向電荷転送路を通して転送された電荷を横方向に転送する横方向電荷転送路を有するＣＣＤ素子と、横方向に並設された横方向電荷転送路および前記横方向電荷転送路を通して転送された電荷を縦方向に転送する縦方向電荷転送路を有するＣＣＤ素子と、被写体からの光束を分岐して前記２つのＣＣＤ素子それぞれに該被写体を表す同一の光学像を結像させる光学系とを備えた撮像系と、前記２つのＣＣＤ素子の一方から取得された画像データが表す画像に発生したスミアを、他方のＣＣＤ素子から取得された画像データを用いて補正するスミア補正手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１２】
なお、前記撮像系は、例えば、２つのＣＣＤ素子それぞれに、光学像の上下方向（垂直方向）が縦方向電荷転送路が延びる方向となるように向きを定めて、この光学像を結像させるものである。
【００１３】
前記スミア補正手段は、例えば、２つのＣＣＤ素子の一方から得られた画像に発生したスミアを示す画像データを除去し、この除去された画像データを、他方のＣＣＤ素子から取得したこの領域に対応する領域の画像データを用いて補間することができる。
【００１４】
なお、前記対応する領域とは、光学像が結像される２つのＣＣＤ素子において、光学像中の同一の部位がそれぞれ結像される領域が定められたときに、これらの領域から取得されたそれぞれの画像データが表す領域（画像中の領域）が上記対応する領域となる。
【００１５】
【発明の効果】
本発明の撮像装置は、縦方向に並設された縦方向電荷転送路およびこの縦方向電荷転送路を通して転送された電荷を横方向に転送する横方向電荷転送路を有するＣＣＤ素子と、横方向に並設された横方向電荷転送路およびこの横方向電荷転送路を通して転送された電荷を縦方向に転送する縦方向電荷転送路を有するＣＣＤ素子と、被写体からの光束を分岐して上記２つのＣＣＤ素子それぞれに被写体を表す同一の光学像を結像させる光学系とを備えた撮像系と、上記２つのＣＣＤ素子の一方から取得された画像データが表す画像に発生したスミアを、他方のＣＣＤ素子から取得された画像データを用いて補正するスミア補正手段とを備えるようにしたので、装置コストを増大させることなくスミアによる画質の劣化を抑制することができる。
【００１６】
すなわち、２つのＣＣＤ素子それぞれから取得された画像データで表される画像には互いに異なる位置にスミアが発生するので、スミアの影響を受けていない画像データを用いてスミアの影響を受けた画像データを補正することができ、これにより、被写体を表す画像データをスミアの影響を受けていない画像データで構成することができる。したがって、この画像データを用いることによりスミアが除去された被写体を表す画像を得ることができる。
【００１７】
また、ＣＣＤ素子の構造を改良する必要がないので装置コストの増大を抑制することができ、さらに、ＣＣＤ素子中の特定の領域に強度が高い光が入射したときに絞りの開口を狭めたりシャッタスピードを早くして入射光量を制限することなく被写体の撮像を行なうことができ、スミアが発生した領域以外の受光部に概略適正な光量を受光させて被写体の撮像を行なうことができるので、上記構成によるスミアの影響を受けていない画像データで表される画像の画質の劣化を抑制することができる。
【００１８】
ここで、スミア補正手段を、２つのＣＣＤ素子の一方から得られた画像に発生したスミアを示す画像データを除去し、除去された画像データを、他方のＣＣＤ素子から得られたこの領域に対応する画像データを用いて補間するものとすれば、容易に、被写体を表す画像データをスミアの影響を受けていない画像データで構成することができ。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施の形態について、図面を用いて説明する。図１は本発明の実施の形態によるデジタルカメラの概略構成を示す概念図、図２は２つのＣＣＤ素子の構造を示す図、図３は２つのＣＣＤ素子で取得されたそれぞれの画像データが表す画像を示す図である。
【００２０】
図１、図２、および図３に示すように、本発明の実施の形態による撮像装置であるデジタルカメラ１００は、縦方向に並設された縦方向電荷転送路１１および縦方向電荷転送路１１を通して転送された電荷を横方向に転送する横方向電荷転送路１２を有するＣＣＤ素子１０（図２（ａ）参照）と、横方向に並設された横方向電荷転送路２１および横方向電荷転送路２１を通して転送された電荷を縦方向に転送する縦方向電荷転送路２２を有するＣＣＤ素子２０（図２（ｂ）参照）と、被写体１からの光束を分岐して２つのＣＣＤ素子１０およびＣＣＤ素子２０それぞれに被写体１を表す同一の光学像５を結像させる光学系３０とを備えた撮像系４０と、２つのＣＣＤ素子１０およびＣＣＤ素子２０の一方から取得された画像データが表す画像に発生したスミアを、他方のＣＣＤ素子から取得された画像データを用いて補正するスミア補正手段であるスミア補正部５０とを備えている。
【００２１】
なお、ＣＣＤ素子１０およびＣＣＤ素子２０は、結像される光学像５の上下方向が縦方向電荷転送路（縦方向電荷転送路１１および縦方向電荷転送路２２）の向きと一致するように配置されている。また、ＣＣＤ素子１０およびＣＣＤ素子２０は光電変換された電荷を電圧に変換する電荷検出部とこの電圧をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器とをそれぞれ備えており、光学像５を撮像してデジタル値からなる画像データとして出力する。
【００２２】
ここで、例えば、被写体１中に高輝度の光を発する被写体１Ａ（例えば、太陽、図３（ａ）参照）を含む場合には、ＣＣＤ素子１０およびＣＣＤ素子２０で撮像されて出力された画像データが表す画像１５（図３（ｂ）参照）および画像２５（図３（ｃ）参照）それぞれに被写体１Ａを表す画像１７および画像２７を通るスミアが発生する。ＣＣＤ素子１０においては縦方向に並設された縦方向電荷転送路１１に沿ってスミアが発生し、ＣＣＤ素子２０においては横方向に並設された横方向電荷転送路２１に沿ってスミアが発生するので、画像１５には縦方向のスミア１８が発生し、画像２５には横方向のスミア２８が発生する。
【００２３】
光学系３０は、被写体１からの光束を分岐するハーフミラー３１と、ＣＣＤ素子１０およびＣＣＤ素子２０の前面にそれぞれ配置されたＲＧＢカラーフィルタ３２Ａおよび３２Ｂと、被写体１を表す同一の光学像５をＣＣＤ素子１０およびＣＣＤ素子２０それぞれに結像させる結像レンズ３４とを備えている。すなわち、この光学系３０は、２つのＣＣＤ素子１０およびＣＣＤ素子２０それぞれに被写体１を表す同じ画角の光学像５を結像させる。また、ＣＣＤ素子１０はＣＣＤ素子２０の転送路の向きを９０°回転させた構造を有するものである。
【００２４】
次に上記実施の形態における作用について説明する。
【００２５】
図４にデジタルカメラによる撮影開始から撮影終了までのフローチャートを示す。まず始めに撮影条件を設定する。シャッタ優先モードの場合にはシャッタスピード、絞り優先モードの場合には絞りを設定する。撮影条件を設定が終了したら被写体１を撮影する。
【００２６】
光学系３０を通してＣＣＤ素子１０およびＣＣＤ素子２０上に結像された被写体１を表す光学像５を撮影して取得されたそれぞれの画像データがＣＣＤ素子１０およびＣＣＤ素子２０から読み出される。
【００２７】
ＣＣＤ素子１０およびＣＣＤ素子２０から読み出されたそれぞれの画像データは、スミア補正部５０に入力され、スミア補正部５０がこれらの画像データに基づいてスミア存在判定を行なう。
【００２８】
スミアが存在すると判定されたときには、このスミア補正部５０が、２つのＣＣＤ素子から取得された各画像データ中のスミアの影響を受けた画像データを互いに他方の画像データで補正するスミア補正を施す。これにより、スミアの影響を除去した２つの画像データを作成し、さらに、これらの画像データを１つの画像データに合成する加算平均処理を施して出力する。
【００２９】
また、スミアが存在しないと判定されたときには、スミア補正部５０が、ＣＣＤ素子１０およびＣＣＤ素子２０から出力された２つ画像データにスミア補正を施すことなく加算平均処理を施し１つの画像データに合成して出力する。
【００３０】
スミア補正部５０から出力された画像データはデジタルカメラ１００内の画像メモリ６０に記憶される。
【００３１】
ここで、スミア補正部５０による上記スミア存在判定とスミア補正について、スミアの存在を判定するフローチャートを示す図５、および２つのＣＣＤ素子から取得されたそれぞれの画像データの画素位置の対応を示す図６を参照して説明する。
【００３２】
＜スミア存在判定＞
ＣＣＤ素子１０から取得された画像データＦ（ｉ，ｊ）（ここで、ｉ＝０〜Ｍ，ｊ＝０〜Ｎ）と、ＣＣＤ素子２０のから取得された画像データＧ（ｉ，ｊ）（ここで、ｉ＝０〜Ｍ，ｊ＝０〜Ｎ）とについて、互いに対応する画素位置のそれぞれの画像データが示す色、すなわち画像データ間の色が所定範囲内で一致しているか否かが全画素位置（ｉ，ｊ）（ここで、ｉ＝０〜Ｍ，ｊ＝０〜Ｎ）について判定される。
【００３３】
なお、画像データＦ（ｉ，ｊ）および画像データＧ（ｉ，ｊ）を構成する個別の画像データは、上記画像１５および画像２５を表す画素の位置に対応するように配列されている。ここで、各画素位置（ｉ，ｊ）において、画像データＦ（ｉ，ｊ）を構成する各色成分（赤色成分、緑色成分、青色成分）毎のデータの値と、これに対応する画像データＧ（ｉ，ｊ）を構成する各色成分（赤色成分、緑色成分、青色成分）毎のデータの値のそれぞれの差が全て所定の閾値以内であった場合に画像データ間の色が一致していると判定され、それとは異なる場合には画像データ間の色が一致していないと判定される。
【００３４】
全画素位置において画像データ間の色が一致していると判定された場合にはスミアが存在しないと判定され、画像データＦ（ｉ，ｊ）と画像データＧ（ｉ，ｊ）とに対して加算平均処理が施される。より具体的には、画像データＦ（ｉ，ｊ）を構成する赤色成分を表すデータと画像データＧ（ｉ，ｊ）を構成する赤色成分を表すデータ、画像データＦ（ｉ，ｊ）を構成する緑色成分を表すデータと画像データＧ（ｉ，ｊ）を構成する緑色成分を表すデータ、および画像データＦ（ｉ，ｊ）を構成する青色成分を表すデータと画像データＧ（ｉ，ｊ）を構成する青色成分を表すデータとがそれぞれ加算平均され、この加算平均が各画素位置（ｉ，ｊ）（ここで、ｉ＝０〜Ｍ，ｊ＝０〜Ｎ）毎に実行されることにより加算平均処理が施され、画像データＦ（ｉ，ｊ）と画像データＧ（ｉ，ｊ）とが１つの画像データに合成される。
【００３５】
一方、上記全画素位置において少なくとも１組の画像データ間の色が一致していないと判定された場合にはスミアが存在する可能性が有るものとして、さらに以下に示す判定が行なわれる。
【００３６】
上記画像データ間の色が一致してない画素位置が縦方向あるいは横方向に所定の画素数以上延びているか否かによってスミア存在の有無が判定される。上記縦方向（図中矢印Ｙ方向）および横方向（図中矢印Ｘ方向）共に画像データ間の色が一致してない画素位置が所定の画素数以上延びていない場合にはスミアが存在しないと判定され、上記画素位置が所定の画素数以上延びている場合にはスミアが存在すると判定される。
【００３７】
スミアが存在しないと判定された場合には、上記と同様に２つの画像データに加算平均処理を施して作成された１つの画像データが画像メモリ６０に出力され記憶される。
【００３８】
一方、スミアが存在すると判定された場合には、以下のようにスミア補正が施される。以下、スミアを補正するフローチャートを示す図７、および画像データ中に存在するスミアを除去する様子をを示す図８を参照しスミア補正について説明する。
【００３９】
＜スミア補正＞
上記全画素位置から、画像データ間の色が一致してない画素位置が縦方向（図中矢印Ｙ方向）あるいは横方向（図中矢印Ｘ方向）に所定の画素数以上延びている線状色不一致領域を全て抽出する。例えば、縦方向に延びるスミアが複数列に亘って並んで存在する場合には、上記縦方向に延びる複数列全てを線状色不一致領域として抽出する。
【００４０】
上記抽出された縦方向および横方向の各線状色不一致領域を構成する画素位置について、画像データＦと画像データＧそれぞれで色の変化率を計算する。
【００４１】
ここで、色の変化率は、例えば上記線状色不一致領域が表す画素位置に並ぶそれぞれの画像データにおける、赤色成分のデータ値のバラツキを表す標準偏差の値σｒ、緑色成分のデータ値のバラツキを表す標準偏差の値σｇ、および青色成分のデータ値のバラツキを表す標準偏差の値σｂの２乗平均平方根（σｒ２＋σｇ２＋σｂ２）１／２で求められる値を採用することができる。
【００４２】
上記色の変化率の求め方を採用して画像データＦと画像データＧとからそれぞれ求められた、上記線状色不一致領域が表す画素位置における色の変化率の値を比較し、色の変化率の値が少ない方の画像データにスミアが存在するものとする。
【００４３】
例えば、上記全画素位置中から抽出された線状色不一致領域を、図８（ａ）に示すように、画素位置（ｐ，ｑ）を共に含む縦方向（Ｙ方向）の線状色不一致領域ｖ１および横方向（Ｘ方向）の線状色不一致領域ｈ１とする。ここで、線状色不一致領域ｖ１は画素位置（ｐ，ｊ）：ｊ＝０〜Ｎ、で示される領域であり、線状色不一致領域ｈ１は画素位置（ｉ，ｑ）：ｉ＝０〜Ｍ、で示される領域である。
【００４４】
上記線状色不一致領域ｖ１および線状色不一致領域ｈ１で示される画素位置に対応する画像データＦおよび画像データＧの画像データ中の画素位置における色の変化率の値を求める。ここで、画像データＦ（ｐ，ｊ）：ｊ＝０〜Ｎ、で示される線状色不一致領域ｆｖ１の色の変化率の値ＦＶ１、画像データＦ（ｉ，ｑ）：ｉ＝０〜Ｍ、で示される線状色不一致領域ｆｈ１の色の変化率の値ＦＨ１、画像データＧ（ｐ，ｊ）：ｊ＝０〜Ｎ、で示される線状色不一致領域ｇｖ１の色の変化率の値ＧＶ１、画像データＧ（ｉ，ｑ）：ｉ＝０〜Ｍ、で示される線状色不一致領域ｇｈ１の色の変化率の値ＧＨ１が求められる（図８（ｂ）−１および図８（ｂ）−２参照）。
【００４５】
次に、同じ画素位置で示される上記線状色不一致領域から求められたそれぞれの色の変化率の値を比較する。すなわち画素位置（ｐ，ｊ：ｊ＝０〜Ｎ）で求められた色の変化率の値ＦＶ１とＧＶ１を比較するとともに、画素位置（ｉ，ｑ：ｉ＝０〜Ｍ）で求められた色の変化率の値ＦＨ１とＧＨ１を比較する。
【００４６】
ここで、ＦＶ１＜ＧＶ１、ＦＨ１＞ＧＨ１であり、色の変化率が小さい方にスミアが発生しているので、色の変化率ＦＶ１が算出された画像データＦ中の線状色不一致領域ｆｖ１、および色の変化率ＧＨ１が算出された画像データＧ中の線状色不一致領域ｇｈ１にスミアが存在することが解る。
【００４７】
つぎに、スミアが存在する線状色不一致領域を示す画像データを、他の画像データ中の同じ領域（スミアが存在しない線状色不一致領域）を表す画像データで置き換えて補間する。すなわち、画像データＦ中のスミアが存在する線状色不一致領域ｆｖ１を表す画像データを、画像データＧ中の線状色不一致領域ｇｖ１を表す画像データＧ（ｐ，ｊ）：ｊ＝０〜Ｎ、で置き換える。また、画像データＧ中のスミアが存在する線状色不一致領域ｇｈ１を表す画像データを、画像データＦ中のスミアが存在しない線状色不一致領域ｆｈ１を表す画像データＦ（ｉ，ｑ）：ｉ＝０〜Ｍ、で置き換える。これによりスミアが補正された画像データＦ′および画像データＧ′を得る（図８（ｃ）−１および図８（ｃ）−２参照）。このように、上記スミアが存在する可能性が有ると判定されて抽出された線状色不一致領域の全てについて、上記画像データの置き換えを施す。
【００４８】
上記画像データの置き換えが施され、スミアが除去された２つの画像データは、１つの画像データに合成する上記と同様の加算平均処理が施されて画像メモリ６０に記憶される。
【００４９】
なお、スミア補正部による補正は、スミアが補正された２つの画像データに対して加算平均処理を施すことなく単に加算して１つの画像データに合成したり、スミアが補正される前に２つの画像データのデータ値を全て１／２倍しておき、スミアが補正された後に加算平均処理を施すことなく単に加算して１つの画像データに合成するようにしてもよい。また、スミアが補正された２つの画像データは、加算平均処理を施すことなくそれぞれ個別に画像メモリに記憶させるようにしてもよい。さらに、スミア補正部を、２つのＣＣＤ素子の一方から取得された画像データ中のスミアを示す画像データを、他方のＣＣＤ素子から取得された画像データで補間して、スミアが補正された画像データを１つだけ作成し、この画像データを画像メモリに記憶させるようにしてもよい。
【００５０】
ここで、一般的なＣＣＤ素子では、画像信号は水平ライン単位（横方向ライン単位）で読み出すので、すなわち画像を表す水平ライン（横方向ライン）を１単位とし、この水平ラインを垂直方向（縦方向）に並ぶ画素数分（受光部が縦方向に並べられた数分）読み出すので、オートフォーカス（以後、ＡＦという）でのピント調整は水平方向（横方向）のコントラストを検出することにより行なわれている。そのため、垂直方向のみコントラストがある被写体に対してはＡＦでのピント調整が難しいという問題がある。これに対して、電荷転送路の向きが互いに異なる２つのＣＣＤ素子を用いた本発明の構成によるデジタルカメラでは、一方のＣＣＤ素子で垂直方向のコントラストを検出し、他方のＣＣＤ素子で水平方向のコントラストを検出することが可能となり垂直方向と水平方向との両方向でコントラストの検出を行なうことができるので、ＡＦでのピント調整をより正確に行なうことができる。
【００５１】
また、セピア色や白黒で画像を表す場合の画像データ、あるいはＲＧＢ原色カラーフィルタの替わりに補色カラーフィルタを用いて取得した画像データに対しても上記と同様のスミア補正の手法を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による概略構成を示す概念図
【図２】２つのＣＣＤ素子の構成を示す図
【図３】２つのＣＣＤ素子で取得されたそれぞれの画像データが表す画像を示す図
【図４】デジタルカメラによる撮影開始から撮影終了までのフローチャートを示す図
【図５】スミアの存在を判定するフローチャートを示す図
【図６】２つのＣＣＤ素子から取得されたそれぞれの画像データの画素位置の対応を示す図
【図７】スミアを補正するフローチャートを示す図
【図８】画像データ中に存在するスミアを除去する様子を示す図
【符号の説明】
１ 被写体
５ 光学像
１０ ＣＣＤ素子
１１ 縦方向電荷転送路
１２ 横方向電荷転送路
２０ ＣＣＤ素子
２１ 横方向電荷転送路
２２ 縦方向電荷転送路
３０ 光学系
４０ 撮像系
５０ スミア補正部
１００ デジタルカメラ
Claims (2)
- 縦方向に並設された縦方向電荷転送路および前記縦方向電荷転送路を通して転送された電荷を横方向に転送する横方向電荷転送路を有するカラー画像撮像用のＣＣＤ素子と、横方向に並設された横方向電荷転送路および前記横方向電荷転送路を通して転送された電荷を縦方向に転送する縦方向電荷転送路を有するカラー画像撮像用のＣＣＤ素子と、被写体からの光束を分岐して前記２つのＣＣＤ素子それぞれに該被写体を表す同一の光学像を結像させる光学系とを備えた撮像系と、前記２つのＣＣＤ素子から取得された各画像について互に対応する画素の表す色が一致しない画素位置が縦方向あるいは横方向に続いている領域をそれぞれ定め、各画像中に定められた互に対応する２つの領域のうち色の変化が小さい一方の画像中の領域を他方の画像を表す画像データを用いて補正して前記一方の画像に発生したスミアを除去するスミア補正手段とを備えたことを特徴とする撮像装置。
- 前記スミア補正手段が、前記一方の画像中の前記色の変化が小さい領域を表す画像データを、前記２つの領域のうち色の変化が大きい他方の画像中の領域を表す画像データで置き換えることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
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