JP4262253B2 - 画像信号処理装置を有する撮像装置、及び同装置を用いたカメラ - Google Patents

Description

本発明は、黒レベル調整用画像信号処理装置を有する撮像装置、及び同装置を用いたカメラに関する。

従来、一般的にＣＭＯＳセンサなどの固体撮像装置は出力信号の基準として、遮光した画素からの信号（以下、オプティカルブラック信号、又はＯＢ信号と称する）を出力する。そして、固体撮像装置の出力信号を処理する回路において、ＯＢ信号から所定の黒レベル調整値（有効画素の出力信号から暗電流成分などを除去するために減算する値を示す）を生成する。そして、有効画素の出力信号を黒レベル調整値にてＯＢクランプ、すなわち源算してその後のデジタル値への変換などの信号処理を行う。通常ＯＢ信号を出力する遮光画素は、図１６に示すとおり、固体撮像素子上部に配置された水平画素ラインと、有効画素が配置された各水平ラインの先頭部分もしくは最終部分に数画素設けられている。これらは、それぞれを垂直ＯＢ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｂｌａｃｋ）画素１４０１、水平ＯＢ画素１４０２と称する。

次に図１３を用いて、従来のＯＢクランプ信号処理の一例を説明する。図１３は、従来のＯＢクランプのブロック構成図である。１０１は固体撮像素子、１０２は固体撮像素子１０１からの画像信号を最初に受けるアナログ信号処理ブロックである。主に、映像信号を相関二重サンプリングするＣＤＳ回路や信号の振幅レベルを調整する可変ゲインコントロール回路（ＰＧＡ回路）から成る。アナログ信号処理ブロック１０２の出力は、黒レベル調整値によりＯＢクランプするための加減算回路１０３に入力し、その後、デジタル値に変換するためのＡ／Ｄ変換器１０４に入力する。ＯＢ信号はデジタル値に変換され、黒レベル調整値を生成するためにフィードバックループに入力する。フィードバックループは、ＯＢ信号判定ブロック１０６とＤ／Ａ変換器１０５からなる。ＯＢ信号判定ブロック１０６は、Ａ／Ｄ変換器１０４で変換されたＯＢ信号と予め設定した任意の信号とを比較する。比較の結果、ＯＢ信号が任意の信号の範囲内であれば、ＯＢ信号に応じて黒レベル調整用のＤ／Ａ変換器１０５を設定する。Ｄ／Ａ変換器１０５内には、更新された黒レベル調整値が記憶可能なメモリが内蔵されている。

そしてＤ／Ａ変換器１０５の出力を加減算回路１０３に入力し、アナログ信号処理ブロック１０２の出力に対して加減算することで有効画素の出力を黒レベル調整値でクランプ（減算）する。更に固体撮像素子の垂直ＯＢ画素２０２及び水平ＯＢ画素２０３と黒レベル調整の関係を図１４にて説明する。垂直ＯＢラインにて、垂直ＯＢ画素２０２の、黒レベル調整パルス（ＯＢ信号を取り込むタイミングを規定するためのパルス）がＬｏｗとなる箇所のＯＢ出力を用いて、複数回黒レベル調整を行う。それにより、徐々に黒レベル調整値を合わせていく。垂直ＯＢ画素２０２で黒レベル調整を行う回数が多ければ多いほど母数が増える為、正確に黒レベル調整ができる。

有効画素ラインでは、更に水平ＯＢ画素２０３にて再度黒レベル調整を行い、その後に続く有効画素２０１の出力を黒レベル調整値にてクランプ、つまり減算し、画像のダイナミックレンジを確保する。

さらに、従来例として、欠陥による異常なＯＢ画素をその出力値から判別し、クランプに利用しない方法の具体的な一例を示す。固体撮像素子の出力をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器の分解能を１２ｂｉｔとした場合、Ａ／Ｄ変換器の出力フルスケールは０ＬＳＢから、２の１２乗から１を引いた４０９５ＬＳＢである。この場合、黒レベルとしては１００ＬＳＢから３００ＬＳＢ程度の範囲が選択される。例えば、垂直ＯＢ画素の読出期間での黒レベル調整で、ＯＢ画素出力を十分引き込む。そして、その後に水平ＯＢ画素領域において黒レベル調整値から、たとえば１０ＬＳＢ以上ずれた出力の画素を欠陥画素と判別し黒レベル調整に利用しない。これにより、欠陥画素によるクランプの誤動作を防ぎ、出力画像の品位を保つことが可能である。

また、特許文献１には、有効画素領域と光学的黒（ＯＢ）領域との間に黒レベルの差が生じた場合、適当なオフセット量を黒レベル調整量に加算してＯＢ領域の信号を零とする技術が開示されている。そのオフセット量は、利得回路のゲインや素子の蓄積時間、１フレームを読み出す時間、周囲環境温度、などから決めたオフセット量のオフセットテーブルから参照して決定される。また、デジタル変換された光学的黒（ＯＢ）領域の出力を積算平均し、その結果のレベルに基づいて有効画素領域の基準レベルを調節するペデスタル調整手段が開示されている。

また、特許文献２には、固体撮像素子には、画素信号の水平方向の明暗むら（水平シェーディングとも称する）が存在し、露光時間や温度等の撮像条件によって発生することが開示されている。従来の技術にて、水平シェーディングが存在する固体撮像素子の黒レベル調整・クランプを行う例を図１５をもって説明する。

垂直ＯＢの３０１、３０２、３０３、はそれぞれ垂直ＯＢ画素の出力が小さい部分、垂直ＯＢ画素の出力が中くらいの部分、垂直ＯＢ画素の出力が大きい部分にあたる。

該領域３０１から、黒レベル調整パルスがＬｏｗとなる箇所のＯＢ出力を用いて、複数回黒レベル調整を行い、徐々に黒レベルを合わせていく。しかしながら、垂直ＯＢラインの垂直ＯＢ画素領域３０３は、水平シェーディングによって正確な黒レベルを反映しておらず、ＯＢ出力が大きくなっている。したがって、垂直ＯＢラインでは最終的に、正確に黒レベルを反映していない該領域３０３の出力に黒レベルが調整されてしまう。

その後、有効画素ラインにおいて、水平ＯＢ画素領域２０３の、水平シェーディングの影響を受けていないＯＢ出力の小さい領域にて引き続き黒レベル調整を行う。しかしながら、黒レベル調整値は垂直ＯＢ画素領域３０３の出力よりやや小さい値にしかならない。したがって、その黒レベル調整値でそのままクランプを行う為に有効画素領域２０１から得られる画像信号が正しい値より小さくなってしまう。

有効画素ラインの黒レベル調整が進むにつれ、水平ＯＢ画素領域２０３における黒レベル調整値は、徐々に水平ＯＢ画素出力を反映した値に近づいていく。しかしながら、それまでに上部の有効画素の出力がクランプされてしまうため、得られる画像は上部が暗くなってしまうことになる。

また、上記とは逆向きの水平シェーディングにより、垂直ＯＢラインが、左から３０３、３０２，３０１の順に並んでいる場合を考える。この場合は、垂直ＯＢラインでは最終的に、ＯＢ出力の小さい値に黒レベルが調整される。しかしながら、水平ＯＢ画素領域２０３は、領域３０３と同様にＯＢ出力の大きい値である。

したがって、有効画素ラインの黒レベル調整が進むにつれ、黒レベル調整値が徐々に水平ＯＢ画素領域２０３の値に近づいて行く。したがって、得られる画像は相対的に上部が明るく、下部が暗くなってしまう。

また、垂直ＯＢラインにて欠陥画素のスキップを行った場合では、垂直ＯＢ画素領域３０３・垂直ＯＢ画素領域３０２のＯＢは欠陥画素と判定されスキップされ、ＯＢ出力の小さい垂直ＯＢ画素領域３０１のＯＢ出力のみで黒レベルが調整される。垂直ＯＢラインでは最終的に、ＯＢ出力の小さい値に黒レベルが調整される。しかしながら、水平ＯＢ画素領域２０３は、領域３０３と同様にＯＢ出力の大きい値である。よって水平ＯＢ画素領域のＯＢ出力は全て欠陥画素と判定されてスキップされる。よって全ての有効画素ラインにおいてクランプはＯＢ出力の小さい値から調整された黒レベル調整値で一律に行われてしまう。

この場合、垂直シェーディングが存在しても、全ての有効画素ラインにおいて一律の黒レベル調整値でクランプが行われる。したがって、得られる画像は垂直シェーディングが補正されなくなってしまう。
特開２００４−８０１６８号公報（［００１１］［００１３］［００１４］、図２〜図４） 特開２００４−１１２４７４号公報（［００１１］［００１２］［００１３］、図１３）

従来の構成では、画素信号の水平方向の明暗むらにより垂直ＯＢ画素領域中に正確な黒レベルを反映していない領域を有する場合、黒レベル調整値がずれたまま有効画素の信号にＯＢクランプを行うこととなる。その結果、本来得られるはずの画像信号から信号レベルがずれてしまう問題があった。

本発明はかかる課題に鑑み、明暗むらによる画像の信号レベルのずれを防ぎ、高品質な画像信号を得ることが可能となる画像信号処理装置を用いた撮像装置、カメラを提供することを目的とする。

本発明は、かかる課題を解決するために、
遮光されていない画素で形成された有効撮像領域と遮光画素で形成された非撮像領域を有する固体撮像素子と、該有効撮像領域の有効画素信号と該非撮像領域の遮光画素信号が入力される画像信号処理装置と、を有する撮像装置において、
前記画像信号処理装置は、前記遮光画素信号を保持及び更新する保持手段と、前記保持手段に保持された遮光画素信号と、該保持された遮光画素信号とは異なる遮光画素信号と、を比較する比較手段と、
前記比較手段から得られた比較結果に基づき判定する判定手段と、を有し、
前記保持手段は、前記判定手段の判定結果に応答して、遮光画素信号を保持しないように制御されることにより達成される。

上記発明の構成により、撮像条件の変化によって水平シェーディングが発生した際には、自動的に垂直ＯＢの特定箇所（正確な黒レベルを反映している付近。例えば行先頭付近。）のみを黒レベル調整に用いることが可能となる。そのため水平シェーディングが発生しても、正確な黒レベル調整値を得てクランプを行える。したがって、画像全体からみた部分的な画像信号出力のずれを防ぐことができ、高品質な画像信号を得ることが可能となる。

一方、水平シェーディングがない場合には、垂直ＯＢ画素領域全体を利用して安定した黒レベル調整を行える。

［実施形態１］
最初に、本発明の概念図である図１を用いて説明する。

図１において、一方端のみに矢印がついた実線は画素信号の出力線を表し、矢印はその信号出力の向きを表す。点線は制御信号の出力線を表している。

固体撮像装置１０１は、オプティカルブラック（以下、ＯＢとも略する）信号を出力する遮光画素よりなるＯＢ信号を有する非撮像領域１５と、有効画素領域２０からなる。

画像信号処理装置３０は、有効画素信号を補正する補正手段４０と、有効画素信号を補正する値を保持する第２保持手段８０と、異なるＯＢ信号の大小関係を比較する比較手段６０と、比較結果により予め決められた基準を満たすか判定する判定手段７０と、を構成の一部とする。更に、画像信号処理装置３０は、比較する一方のＯＢ信号を保持し比較手段６０に出力する第１保持手段５０と、判定結果に基づき上記構成を制御する制御手段９０と、を構成として含む。

具体的な信号処理方法の一例を以下に説明する。

固体撮像装置１０１の例えば最上行に設けられた遮光画素のＯＢ信号を第１保持手段５０に入力し保持する（複数ＯＢ信号の平均値でもよい）。その後、同じ行の異なる遮光画素のＯＢ信号を比較手段６０に入力する。比較手段６０は、両ＯＢ信号の大小関係を比較する。比較手段６０より得られた比較結果を判定手段７０に入力する。判定手段７０は、予め決められた条件に比較結果が該当するか否かを判定する。該当しない場合は、第１保持手段５０に保持されているＯＢ信号を第２保持手段８０に入力、更新するように制御手段９０により制御される。そして、比較結果が予め決められた条件に該当しない間、上記動作を繰り返す。

該当する場合は、新たな遮光画素のＯＢ信号を第１保持手段５０に入力しないように制御手段９０によって制御される。なお、本図では示していないが、上記決められた条件に該当した遮光画素行の次行以降の遮光画素の信号で上記動作を再開する。

上記動作の結果、有効撮像領域２０の有効画素から出力された画素信号を、第２保持手段８０に最終的に保持された値を用いて補正手段４０により補正して、撮像装置１０の外部へ順次出力する。

次に本発明の実施形態１を、図２、図３を使い詳細に説明する。図２は、本実施形態のブロック構成図である。１０１は固体撮像素子である。１０２は固体撮像素子１０１からの画像信号を最初に受けるアナログ信号処理ブロックである。主に、映像信号を相関二重サンプリングするＣＤＳ回路や信号の振幅レベルを調整する可変ゲインコントロール回路（ＰＧＡ回路）から成る。アナログ信号処理ブロック１０２の出力は黒レベルを調整するための加減算回路１０３に入力し、その後、デジタル値に変換するためのＡ／Ｄ変換器１０４に入力する。

１０７は黒レベル調整パルスを供給するタイミング発生器である。１０８はラインごとに黒レベル調整パルスのアサート回数を数える黒レベル調整パルスカウンタである。１０９は水平シェーディング発生の判定結果を保持する水平シェーディング判定レジスタである。

１１０は、１０８と１０９の出力を参照して黒レベル調整の許可信号を平均値レジスタ４０５、比較器４０１に出力する黒レベル調整許可判定部である。

遮光画素からのＯＢ信号がデジタル値に変換された信号は、黒レベル調整許可判定部１１０により黒レベル調整が許可された場合、フィードバックループに入力される。

黒レベル調整の許可動作は、黒レベル調整パルスカウンタ１０８、水平シェーディング判定レジスタ１０９、黒レベル調整許可判定部１１０にて行われる。

タイミング発生器１０７が黒レベル調整パルスをアサート（例えばＬｏｗ）すると黒レベル調整パルスカウンタ１０８がカウントアップする。黒レベル調整許可判定部１１０は黒レベル調整パルスカウンタ１０８のカウントアップと、水平シェーディング判定レジスタ１０９から、水平シェーディングが発生したか否かを参照する。そして、フィードバックループにて黒レベル調整を許可するかを判断する。

水平シェーディングが発生していなければ、黒レベル調整パルスカウンタ１０８のカウントアップのたびに黒レベル調整の許可信号を出力する。その結果、フィードバックループに新たなＯＢ信号を取込み黒レベル調整を行わせることとなる。

水平シェーディングが発生していた場合は、行先頭のみ黒レベル調整を行う。つまり黒レベル調整パルスカウンタ１０８のカウントアップを受け、黒レベル調整パルスカウンタ値が所定値未満であれば、行先頭であると判断して黒レベル調整の許可信号を出力する。

黒レベル調整パルスカウンタ１０８が所定値以上であれば行先頭ではないと判断させるため、黒レベル調整の許可信号は出力せず、フィードバックループは黒レベル調整を行わない。

フィードバックループの構成は下記の複数の構成よりなる。

４０１は、取込んだＯＢ出力と、前に取込んだ複数ＯＢ出力の平均値の中で最も小さい値である絶対最小平均値と、を比較する比較器である。４０２は、取込んだＯＢ出力の絶対値が絶対最小平均値より大であると、比較器４０１が判断した回数を数えるカウンタである。４０３は、カウンタ４０２の値から水平シェーディング発生の判定を行う水平シェーディング判定ブロックである。判定結果は、水平シェーディング判定レジスタ１０９に出力される。４０４は、Ｄ／Ａコンバータ１０５に黒レベル調整値を出力する黒レベル調整レジスタである。１０５は、黒レベル調整値をアナログ変換するＤ／Ａコンバータである。

黒レベル調整許可判定部１１０から黒レベル調整の許可信号が出力される毎に、前もって決められた任意の数のＯＢ出力について、比較器４０１によって絶対最小平均値を比較する。そして、ＯＢ出力の絶対値が絶対最小平均値より大である回数をカウンタ４０２にてカウントする。

水平シェーディング判定ブロック４０３では、カウンタ４０２のカウント値と任意の設定値を比較し、カウント値が任意の設定値より小であれば水平シェーディングが発生していないとみなす。平均値レジスタ４０５の保持する、現在取込んだ複数のＯＢ信号の平均値を利用して黒レベル調整レジスタ４０４の保持する黒レベル調整値を更新する。カウント値が任意の設定値より大であれば水平シェーディングが発生しているとみなし、黒レベル調整レジスタ４０４の黒レベル調整値は更新されずに保持される。そして水平シェーディングが発生したことを水平シェーディング判定レジスタ１０９に保持させる。

Ｄ／Ａコンバータ１０５は、黒レベル調整値をアナログ変換し、加減算回路１０３にアナログ変換された黒レベル調整値を供給する。

水平シェーディング判定ブロック４０３にて水平シェーディングが発生していないと判定した場合に限り、絶対最小平均値レジスタ４０９の更新動作を以下の様に行う。

平均値レジスタ４０５の保持するＯＢ信号の平均値の絶対値と絶対最小平均閾値レジスタ４１０の保持する値を比較器４０６にて比較する。大きい方の値を絶対最小平均値レジスタ４０９に代入する。

図３は、本実施形態における水平シェーディングの判定動作を説明したフローチャートである。

最初に、Ｓ１において、カウンタ４０２の判定回数を示すカウンタＮをゼロにリセットする。

次にＳ２において、黒レベル調整パルスをトリガとして、任意個数（本例ではＬ個）のＯＢ画素の個別出力と、絶対最小平値レジスタ４０９にホールドされている絶対最小平均値との大小関係を比較する。

次にＳ３において、ＯＢ出力が絶対最小平均値より大きいＯＢ画素の個数（Ｎ）を数える。そして、Ｌ個の比較が終了後、Ｓ５で、個数（Ｎ）が任意の設定値（Ｍ）以上であるか比較する。

ＯＢ画素の個数（Ｎ）が任意の設定値（Ｍ）より大きいならば、水平シェーディングが発生しているとＳ６で判定し、以降、行先頭付近の黒レベル調整パルスのみで黒レベル調整をする。ＯＢ画素の個数（Ｎ）が任意の設定値（Ｍ）以下ならば、水平シェーディングが発生していないとＳ７で判定する。

そして、黒レベル調整値を変更して、保持されていた絶対最小平均値に算出済みのＯＢ平均値を代入する。上記判定動作を、Ｓ６で水平シェーディングが発生していると判定されなければ、垂直ＯＢラインが終了するまで繰り返す。

上記判定動作が終了後は、水平ＯＢ画素領域２０３にて黒レベル調整を行いつつ、同行の有効画素をその時点での黒レベル調整値にてクランプし、画像信号を出力させる。図４は、水平シェーディングが存在する場合に、本実施形態の黒レベル調整・クランプを行う例を示した図である。

垂直ＯＢ画素領域３０１、３０２、３０３は、それぞれ垂直ＯＢ画素出力が小さい部分、垂直ＯＢ画素出力が中くらいの部分、垂直ＯＢ画素出力が大きい部分にあたる。

７０１の黒レベル調整パルスがＬｏｗとなる箇所にて黒レベル調整許可判定部１１０が黒レベル調整を許可し、任意の数のＯＢ画素出力の平均値を、最小平均値として保持する。図３で説明した判定動作を行った結果、７０２の箇所で、出力が複数のＯＢ画素の絶対最小平均値より大きいＯＢ画素の個数が任意の設定値を越えたと仮定する。

設定値を越えたため、水平シェーディング発生と判定して、黒レベル調整レジスタの更新を行わず、水平シェーディング判定レジスタ１０９に水平シェーディングが発生したことを保持させる。以降、黒レベル調整許可判定部１１０は、図中点線とした黒レベル調整パルスがＬｏｗとなっても黒レベル調整許可の信号を出力しない。したがって、図中実線とした行先頭の黒レベル調整パルスだけをトリガとして、その部分のＯＢ画素の出力のみから黒レベル調整を行う。

よって、黒レベル調整を行う箇所は、垂直ＯＢ画素の出力が小さい部分３０１のみとなるため、安定した正確な黒レベル調整値となる。その結果、次に水平ＯＢ画素領域２０３にて黒レベル調整を行い、クランプを行った際に有効画素２０１から安定した画像を得られる。

図５は、図４と同様に７０２の箇所で水平シェーディングが発生した場合を示した例である。但し、水平シェーディング発生と判定した以降は、図中の実線のように黒レベル調整パルスの行先頭付近の複数個（本図では各行２個分）をトリガとしてＯＢ出力から黒レベル調整を行っている。図５では図４と比べて、水平シェーディングが発生していないと考えられる箇所における黒レベル調整回数が増えるため、より正確に黒レベル調整ができる。

図６は、図４とは水平シェーディングの発生の向きが逆の場合である。垂直ＯＢ画素領域３０１、３０２、３０３はそれぞれ垂直ＯＢ画素出力の大きい部分、垂直ＯＢ画素出力の中くらいの部分、垂直ＯＢ画素出力の小さい部分にあたる例である。

７０１の黒レベル調整パルスがＬｏｗとなる箇所（複数のＯＢ画素が含まれる）にて、該複数のＯＢ画素出力の平均値を、最小平均値として保持する。したがって、７０２の箇所でＯＢ画素の出力がＯＢの絶対最小平均値より大きいＯＢ画素の個数が任意の設定値を越え、水平シェーディング発生と判定することとなる。

よって図中実線とした行先頭の黒レベル調整パルスだけをトリガとして、その部分のＯＢ画素の出力のみから黒レベル調整を行う。

よって２行目以降は、黒レベル調整を行う箇所は、垂直ＯＢ画素の出力が大きい部分７０２のみとなる。したがって、安定した黒レベル調整値となり、次に水平ＯＢ画素領域２０３にて黒レベル調整を行い、クランプを行った際に有効画素２０１から安定した画像を得られる。

［実施形態２］
本発明の実施形態２を、図７を使い詳細に説明する。図７は、本実施形態のブロック構成図である。

本実施形態では、水平シェー-ディング発生の検出対象であるＯＢ画素出力の平均値と、前もって保持されている絶対最小平均値と、を比較する点が特徴である。

実施形態１と比べて、異なる点について以下に説明する。

平均値レジスタ４０５の保持するＯＢ画素出力の平均値の絶対値と絶対最小平均値レジスタ４０９の保持する値を比較器４０１で比較する。ＯＢ画素出力の平均値の絶対値が絶対最小平均値レジスタ４０９の保持する値より大きい場合は水平シェーディングが発生していると判定する。逆に小さい場合は水平シェーディングが発生していないと判定する。

次に、本実施形態における水平シェーディングの判定動作を説明する。

最初に、判定回数を示すカウンタＮをゼロにリセットする。

次に、水平シェーディングの判定を行う対象である、任意個数（本例ではＬ個）のＯＢ画素出力の平均値と、それまでにホールドされていたＯＢ画素出力の絶対最小平均値との大小関係を比較する。

ＯＢ画素出力の平均値が、それまでにホールドされていたＯＢ画素出力の絶対最小平均値より大きければ、水平シェーディングが発生している判定する。その場合は、行先頭付近の黒レベル調整パルスのみで黒レベル調整を行う。

また、ＯＢ画素出力の平均値が、ホールドされていたＯＢ画素出力の絶対最小平均値以下であれば、水平シェーディングが発生していないと判定する。その場合は、黒レベル調整値を変更して、保持されていたＯＢの絶対最小平均値にＯＢ画素の平均値を置き換える。

水平シェーディングが発生していると判定されなければ、上記判定動作を垂直ＯＢラインが終了するまで繰り返す。

上記判定動作が終了後は、水平ＯＢラインからは、水平ＯＢ画素領域にて黒レベル調整を行い、有効画素をクランプして画像信号を出力させる。本実施形態の優れた点は、信号の大小関係を比較する回数が少なくて済み、短時間で水平シューディング発生の判定が可能となる点である。上記以外は、実施形態１と共通なので説明を省略する。

［実施形態３］
本発明の実施形態３を、図８を用いて説明する。

図８は、本実施形態の構成を表したブロック構成図である。

本実施形態は、実施形態１の平均値レジスタ部４０５の前にＯＢキズ検出部１００１を加えた例である。

ＯＢキズとは製造工程上の問題にて異常があるＯＢ画素であり、ＯＢキズのあるＯＢ画素の出力であるＯＢレベルは、正常なＯＢ画素のＯＢレベルと異なってしまう。よって、ＯＢキズのあるＯＢ画素のＯＢレベルを平均値レジスタ部４０５の平均値算出に用いると、平均値にずれが発生してしまう。

よって、ＯＢキズ検出１００１によってＯＢキズを検出し、平均値算出に用いないようにする。ＯＢキズ検出の手段は特定しないが、前ＯＢ値との比較や、前ＯＢ平均値との比較により行う、などが考えられる。

したがって、ＯＢキズ検出部１００１により、ＯＢ画素の平均値を算出する前に、キズのあるＯＢ画素の出力を取り除くことができ、より正確な水平シェーディングの発生検出が可能になる。上記以外は、実施形態１と共通なので説明は省略する。

［実施形態４］
本発明の実施形態４を、図９を用いて説明する。

図９は、本実施形態の構成を表したブロック構成図である。

本実施形態は、実施形態１と異なり、黒レベルを調整するための加減算回路１０３をＡ／Ｄ変換器１０４の後段に設けた例である。したがって、デジタル信号上で黒レベル調整を行う。デジタル信号上で黒レベル調整を行う利点は、フィードバックループが全てデジタル値で処理されるため、外部からのノイズや電源電圧変動の影響を受けづらいことが挙げられる。

上記以外は、実施形態１と共通なので説明は省略する。

［実施形態５］
本発明の実施形態５を、図１０を用いて説明する。

図１０は、本実施形態の構成を表したブロック構成図である。

本実施形態は、水平シェーディングの判定を行う対象である任意個数のＯＢ画素の個別出力と、絶対最小平均値とランダムノイズを考慮した許容値との加算値と、の大小関係を比較している例である。

絶対最小平均値レジスタ４０９の出力と、ランダムノイズを考慮した許容値が保持された許容値レジスタ１２０１の出力を、加算器１２０２によって加算し、その加算値を比較器４０１に入力している。

前記許容値を加算する利点は以下の通りである。固体撮像素子１０１或いはＡ／Ｄ変換器１０４のランダムノイズが大きい場合、ＯＢ画素出力レベルやＯＢ画素出力レベルの平均値は、ランダムノイズの影響を受けてしまう場合がある。その場合、水平シェーディングが発生していないにもかかわらず、水平シェーディング判定４０３にて水平シェーディングが発生していると誤って判定されてしまうことがある。

しかしながら本実施形態であれば、ランダムノイズを考慮して許容値を設定し加算するので、ランダムノイズによる水平シェーディングの誤判定を防ぐことができる。

上記以外は、実施形態１と共通なので説明は省略する。

［実施形態６］
本発明の実施形態６を、図１１、図１２を用いて説明する。固体撮像素子と本発明の画像信号処理装置をスチルカメラ１３００又は固体撮像システムに適用した場合である実施形態６について詳述する。固体撮像システムは、固体撮像素子を用いた撮像システムであり、以下のスチルカメラ１３００と同等の実施形態となる。

図１４は、本発明の実施形態４の固体撮像素子と画像信号処理装置をスチルビデオカメラ１３００に適用した場合を示すブロック図である。

１３０１はレンズのプロテクトとメインスイッチを兼ねるバリア、１３０２は被写体の光学像を固体撮像素子１３０４に結像させるレンズ、１３０３はレンズ１３０２を通った光量を可変するための絞り、である。１３０４はレンズ１３０２で結像された被写体を画像信号として取り込むための固体撮像素子、１３０５はアナログ信号処理を行なう撮像信号処理回路、である。

１３０６は固体撮像素子１３０４より出力される画像信号のアナログ−ディジタル変換を行うＡ／Ｄ変換器である。１３０７はＡ／Ｄ変換器１３０６より出力された画像データに各種の補正を行い、データを圧縮する信号処理部である。信号処理部１３０７には、本発明の実施形態４の加減算回路１０３、黒レベル調整レジスタ４０４、など画像信号処理装置に相当する構成が含まれる。したがって、ＯＢ浮きに対する実施形態４のクランプ補正がそのまま行われる。１３０９は固体撮像素子１０４、撮像信号処理回路１０５、Ａ／Ｄ変換器１０６、信号処理部１０７に、各種タイミング信号を出力するタイミング発生部である。１３１０は各種演算とスチルビデオカメラ全体を制御する全体制御・演算部である。１３１１は記録媒体に記録または読み出しを行うための記録媒体制御Ｉ／Ｆ部である。１３１２は画像データの記録または読み出しを行う為の半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体である。１３０８は外部コンピュータ等と通信する為の外部Ｉ／Ｆ部である。

次に、図１２は実施形態１の固体撮像素子と画像信号処理装置をスチルビデオカメラ１３００に適用した場合を示すブロック図である。実施形態１の発明を行うときの図１１との違いは、Ｄ／Ａ変換器１３１３と加減算回路１３１４を付加したもので行う点である。このとき、信号処理部１３０７は、黒レベル調整レジスタ４０４、など本発明の画像信号処理装置に相当する構成を含む。これにより、ＯＢ浮きに対する実施形態１のＯＢクランプ動作がそのまま行われる。

次に、前述の構成における撮影時のスチルビデオカメラ１３００の動作について説明する。

バリア１３０１がオープンされると不図示のメイン電源がオンされ、次に不図示のコントロール系の電源がオンし、更にＡ／Ｄ変換器１３０６などの撮像系回路の電源がオンされる。

続いて、露光量を制御する為に、全体制御・演算部１３１０は絞り１３０３を開放にし、固体撮像素子１３０４から出力された信号はＡ／Ｄ変換器１３０６で変換された後、信号処理部１３０７に入力される。ここで、実施形態１又は実施形態４の処理及び他の処理が行われる。

このデータを基に露出の演算を全体制御・演算部１３１０で行う。この測光を行った結果により明るさを判断し、その結果に応じて全体制御・演算部１３１０は絞りを制御する。

次に、固体撮像素子１３０４から出力された信号をもとに、高周波成分を取り出し被写体までの距離の演算を全体制御・演算部１３１０で行う。その後、レンズ１３０２を駆動して合焦か否かを判断し、合焦していないと判断した時は、再びレンズ１３０２を駆動し測距を行う。そして、合焦が確認された後に本露光を始める。

露光が終了すると、固体撮像素子１３０４から出力された画像信号はＡ／Ｄ変換器１３０６でＡ／Ｄ変換され、信号処理部１３０７で実施形態１か実施形態４の補正処理及び他の処理がされる。全体制御・演算部１３１０によりメモリ部１３１５に書き込まれる。

その後、メモリ部１３１５に蓄積されたデータは、全体制御・演算部１３１０の制御により記録媒体制御Ｉ／Ｆ部１３１１を通り半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体１３１２に記録される。
また、外部Ｉ／Ｆ部１３１１を通り直接コンピュータ等に入力して画像の加工を行ってもよい。

本発明は、固体撮像素子による画像を利用する装置及び産業において利用される可能性がある。

本発明の概念図である。 本発明の実施形態１の構成図である。 本発明の実施形態１の水平シェーディング判定動作を説明するフローチャートである。 本発明の実施形態１の水平シェーディングが存在する固体撮像素子の黒レベル調整の例（その１）を説明する図である。 本発明の実施形態１の水平シェーディングが存在する固体撮像素子の黒レベル調整の例（その２）を説明する図である。 本発明の実施形態１の水平シェーディングが存在する固体撮像素子の黒レベル調整の例（その３）を説明する図である。 本発明の実施形態２の構成図である。 本発明の実施形態３の構成図である。 本発明の実施形態４の構成図である。 本発明の実施形態５の構成図である。 本発明の実施形態６（その１）の構成図である。 本発明の実施形態６（その２）の構成図である。 従来のＯＢクランプ回路の構成図である。 従来の固体撮像素子の有効画素とＯＢ画素の配置と、黒レベル調整の関係を説明する図である。 従来の水平シェーディングが存在する固体撮像素子の黒レベル調整の例を説明する図である。 固体撮像素子の有効画素とＯＢ画素の配置を説明する図である。

符号の説明

１０ 撮像装置
１５ 非撮像領域（遮光画素）
２０ 有効撮像領域（非遮光画素）
３０ 画像信号処理装置
４０ 補正手段
５０ 第１保持手段
６０ 比較手段
７０ 判定手段
８０ 第２保持手段
９０ 制御手段
１０１ 固体撮像素子
１０２ アナログ信号処理ブロック
１０３ 加減算回路
１０４ Ａ／Ｄ変換器
１０５ Ｄ／Ａ変換器
１０６ ＯＢレベル判定ブロック
１０７ タイミング発生器
１０８ 黒レベル調整パルスカウンタ
１０９ 黒レベル調整許可判定部
１１０ 水平シェーディング判定レジスタ
２０１ 有効画素領域
２０２ 垂直ＯＢ画素領域
２０３ 水平ＯＢ画素領域
３０１ 垂直ＯＢ画素領域（信号小）
３０２ 垂直ＯＢ画素領域（信号中）
３０３ 垂直ＯＢ画素領域（信号大）
４０１、４０６ 比較器
４０２ カウンタ
４０３ 水平シェーディング判定ブロック
４０４ 黒レベル調整レジスタ
４０５ 平均値レジスタ
４０７，４０８ スイッチ
４０９ 絶対最小平均値レジスタ
４１０ 絶対最小平均閾値レジスタ
７０１、７０２ 黒レベル調整パルス
１００１ ＯＢキズ検出ブロック
１２０１ 許容値レジスタ
１２０２ 加算器
１３００ スチルカメラ、スチルビデオカメラ
１３０１ バリア
１３０２ レンズ
１３０３ 絞り
１３０４ 固体撮像素子
１３０５ 撮像信号処理回路
１３０６ Ａ／Ｄ変換器
１３０７ 信号処理部
１３０８ 外部１／Ｆ部
１３０９ タイミング発生部
１３１０ 全体制御・演算部
１３１１ 記録媒体制御１／Ｆ部
１３１２ 記録媒体
１３１３ Ｄ／Ａ変換器
１３１４ 加減算回路
１３１５ メモリ部
１４０１ 垂直ＯＢ画素
１４０２ 水平ＯＢ画素
１４０３ 有効画素

Claims (10)

1. 遮光されていない画素で形成された有効撮像領域と遮光画素で形成された非撮像領域を有する固体撮像素子と、該有効撮像領域の有効画素信号と該非撮像領域の遮光画素信号が入力される画像信号処理装置と、を有する撮像装置において、
   前記画像信号処理装置は、
   前記遮光画素信号を保持及び更新する保持手段と、
   前記保持手段に保持された遮光画素信号と、該保持された遮光画素信号とは異なる遮光画素信号と、を比較する比較手段と、
   前記比較手段から得られた比較結果に基づき判定する判定手段と、を有し、
   前記保持手段は、前記判定手段の判定結果に応答して、遮光画素信号を保持しないように制御されることを特徴とする撮像装置。
2. 前記画像信号処理装置は、前記有効画素領域の有効画素信号を前記保持手段に保持された値を基に補正する補正手段を有することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記保持手段は、複数の遮光画素信号を平均した平均値で保持することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
4. 前記非撮像領域内に前記遮光画素が複数行配置され、該複数行の一行分の遮光画素からの遮光画素信号を受信し、前記保持手段が前記判定手段の判定結果に応答して遮光画素信号を保持しないように制御された後は、前記保持手段が次行以降の遮光画素信号を受信するよう制御されることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
5. 前記比較手段は、前記保持手段に保持された複数の遮光画素信号の平均値と、該保持手段を経由していない遮光画素信号と、を比較し、
   前記判定手段は、前記平均値より、絶対値が大きい前記保持手段を経由していない遮光画素信号の数が、予め決められた数を超えるか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
6. 前記比較手段は、前記保持手段に保持された複数の遮光画素信号の平均値と、前記保持手段を経由していない複数の遮光画素信号の平均値と、を比較し、
   前記判定手段は、前記保持手段に保持された複数の遮光画素信号の平均値より、前記保持手段を経由していない複数の遮光画素信号の平均値が大きいか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
7. 前記比較手段は、前記保持手段に保持された複数の遮光画素信号の平均値に比較結果を調整するための補正を行った値と、前記保持手段を経由していない遮光画素信号と、を比較し、
   前記判定手段は、前記平均値に比較結果を調整するための補正を行った値より、絶対値が大きい前記保持手段を経由していない遮光画素信号の数が、予め決められた数を超えるか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
8. 前記比較手段は、前記保持手段に保持された複数の遮光画素信号の平均値に比較結果を調整するための補正を行った値と、前記保持手段を経由していない複数の遮光画素信号の平均値を比較し、
   前記判定手段は、前記保持手段に保持された前記平均値に比較結果を調整するための補正を行った値より、前記保持手段を経由していない複数の遮光画素信号の平均値が大きいか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
9. 前記判定手段は、前記予め決められた数を可変可能な手段を有することを特徴とする請求項５又は７の何れかに記載の撮像装置。
10. 請求項１乃至９の何れか１項に記載の撮像装置と、前記固体撮像素子へ光を結像する光学系と、前記画素信号処理装置からの出力信号を処理する信号処理回路と、を有することを特徴とするカメラ。

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