JP4328115B2 - 固体撮像装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スミア補正が可能な固体撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的な固体撮像素子では、撮像領域に非常に高輝度の被写体が存在した場合に、垂直転送中に本来信号でない電荷が漏れ混んで、本来の信号に混合されることにより、高輝度な被写体を中心に縦方向に白っぽい筋であるスミアが発生してしまう。
【０００３】
図１２は、上記スミアを除去するための従来の固体撮像装置の一例を示すブロック図である。図１２において、動き検出手段３６はラインメモリ３３に保持された特定フィールドのダミー信号と、特定フィールドに続くフィールドにおける固体撮像素子３１の出力信号との差分値に基づいて、被写体の動きの有無を検出する。タイミング発生回路３４は、固体撮像素子３１を駆動させる駆動回路３５の動作タイミングや、ラインメモリ３３にダミー信号を書き込むタイミングを発生する。スイッチ３７は、動き検出手段３６の指示で減算器３９に与えるラインメモリ３３の出力を０にクランプするスイッチである。減算器３９は、Ａ／Ｄ変換器３２より出力された画素信号から、スイッチ３７の出力信号を減算する減算手段であり、減算結果は出力端子４０を介して出力される。このような構成としては、例えば、特許文献１に示すものがある。
【０００４】
次に、この従来の固体撮像装置の動作を説明する。まず、タイミング発生回路３４の信号ＷＥは、各フィールドのダミー領域を走査する期間にＨレベルとなり、この期間に固体撮像素子３１から読み出された信号は、ラインメモリ３３に記録され、１フィールドの間保持される。やがてダミー領域の走査が終わると、減算器３８はラインメモリ３３に保持された信号から、現在走査中の画素信号を減算し減算値を算出する。各水平走査ラインのスミア発生位置が変化しなければ、この差分値は小さくなり、動き検出手段３６で、被写体の動きの有無を検出可能となる。
【０００５】
高輝度の被写体が静止している場合は、スミアの発生位置はフィールド間で変化しない。減算器３９は、Ａ／Ｄ変換器３２より出力される画素信号から、ラインメモリ３３の画素信号を減算して出力する。このようにスミアの発生位置が変化しないとき、出力端子４０からスミアの除去された画素信号が出力される。このように高輝度の被写体が静止している場合、スミアの発生位置はフィールド間で変化しないことを利用して、スミアの除去された画素信号を出力することができる。
【０００６】
高輝度の被写体が移動いている場合には、スミアの発生位置は各水平走査ライン又はフィールド間で変化する。このためラインメモリ３３に保持される信号はフィールド間で変化する。この場合、減算器３８の差分値は大きくなり、動き検出手段３６は、スイッチ３７を切り替えてラインメモリ３３の出力を０にクランプする。このため、減算器３９はＡ／Ｄ変換器３２の画素信号に信号処理を施さないで出力する。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−５０１６５号公報（第６−７頁、第６−７図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の固体撮像装置のスミア補正では、動き検出をフレーム単位で行っていたため、被写体の一部が動いたときでもフレーム全体が動いたと判断してしまう。このため、細密なスミア補正を行い、被写体のＳＮ比の悪化を十分に抑えることが困難であった。
【０００９】
本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、動きのある被写体に対してもＳＮ比の悪化を抑え、良好なスミア補正が可能な固体撮像装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の固体撮像装置は、被写体の撮像光を光電変換可能な領域と遮光された領域とを有する固体撮像素子と、遮光された領域の映像信号から抽出したスミア成分を元にスミア補正信号を生成するスミア補正信号生成回路と、光電変換可能な領域の映像信号からスミア補正信号を減算する第１の減算回路とを備え、スミア補正信号生成回路が、遮光された領域の映像信号を記憶するラインメモリと、遮光された領域の映像信号からピクセル単位で動きを検出して巡回係数を算出し、ラインメモリを用いて巡回係数により遮光された領域の映像信号のフレーム巡回加算を行うフレーム巡回加算回路とを有し、遮光された領域の映像信号に加算平均及びフレーム巡回加算を施すことによりスミア補正信号を生成する構成を有している。
この構成により、ピクセル単位の動きを考慮してスミア補正信号を生成することができる。
【００１１】
また、本発明の固体撮像装置は、フレーム巡回加算回路が、過去のフレームにおける遮光された領域の映像信号であるラインメモリの出力と現在のフレームの遮光された領域の映像信号との差を、１ピクセル毎に計算して動きを検出する動き検出回路を備える構成を有している。
この構成により、ピクセル単位の動きを考慮してスミア補正信号を生成することができる。
【００１２】
さらに、本発明の固体撮像装置は、フレーム巡回加算回路が、動き検出回路が遮光された領域の映像信号の動きを、「動き」、「中間」及び「静止」の三段階で把握し、三段階の判定を基に３種類の巡回係数を決定する巡回係数決定回路を備える構成を有している。
この構成により、巡回係数が極端に変化することを抑えることができる。
【００１３】
さらに、本発明の固体撮像装置は、固体撮像素子から出力された直後の遮光された領域の信号のレベルが、第１の補正抑圧閾値以上の場合、固体撮像素子から出力された直後の遮光された領域の信号に抑圧をかける高レベルスミア補正抑圧回路を備える構成を有している。
この構成により、高いレベルのスミア補正信号に抑圧をかけることができる。
【００１４】
さらに、本発明の固体撮像装置は、高レベルスミア補正抑圧回路が、固体撮像素子から出力された直後の遮光された領域の信号の第１の補正抑圧閾値以上の信号を、信号のレベルが大きくなるに従って抑圧量が大きくなる第１の抑圧率で抑圧する構成を有している。
この構成により、スミア補正信号の補正抑圧の効き具合を調整することができる。
【００１５】
さらに、本発明の固体撮像装置は、高レベルスミア補正抑圧回路が、選択可能な複数の第１の抑圧率を備える構成を有している。
この構成により、スミア補正信号の補正抑圧の効き具合を選択することができる。
【００１６】
さらに、本発明の固体撮像装置は、有効画素領域の信号のレベルが、第２の補正抑圧閾値以上の場合、スミア補正信号に抑圧をかける高輝度時補正抑圧回路を備える構成を有している。
この構成により、スミア補正の過補正を防止することができる。
【００１７】
さらに、本発明の固体撮像装置は、高輝度時補正抑圧回路が、スミア補正信号の第２の補正抑圧閾値以上の信号を、信号のレベルが大きくなるに従って抑圧量が大きくなる第２の抑圧率で抑圧する構成を有している。
この構成により、スミア補正信号の補正抑圧の効き具合を調整することができる。
【００１８】
さらに、本発明の固体撮像装置は、高輝度時補正抑圧回路が、選択可能な複数の第２の抑圧率を備える構成を有している。
この構成により、スミア補正信号の補正抑圧の効き具合を選択することができる。
【００１９】
さらに、本発明の固体撮像装置は、スミア補正信号のノイズ低減を行うローパスフィルタを備える構成を有している。
この構成により、スミア補正後の映像信号のＳＮ比の悪化を抑えることができる。
【００２０】
さらに、本発明の固体撮像装置は、ローパスフィルタが、フィルタ係数を選択可能な構成を有している。
この構成により、フィルタの効き具合を調整することができる。
【００２１】
さらに、本発明の固体撮像装置は、スミア補正信号のノイズ低減を行うコアリング回路を備える構成を有している。
この構成により、スミア補正後の映像信号のＳＮ比の悪化を抑えることができる。
【００２２】
さらに、本発明の固体撮像装置は、スミア補正信号のうち任意に設定可能なコアリング目標値によってコアリング領域内と判定された部分を、コアリング目標値の信号レベルに置き換えて出力する構成を有している。
この構成により、コアリング回路の動作を安定させることができる。
【００２３】
さらに、本発明の固体撮像装置は、スミア補正信号の加算平均を行う加算平均回路を備える構成を有している。
この構成により、ノイズを抑えたスミア補正信号を生成することができる。
【００２４】
さらに、本発明の固体撮像装置は、遮光された領域が、ＯＢ領域又はダミー領域である構成を有している。
この構成により、映像情報が含まれないスミア補正信号を生成することができる。
【００２５】
さらに、本発明の固体撮像装置は、遮光された領域としてダミー領域を使用する場合に、スミア補正信号の基準レベルを、ＯＢ領域の基準レベルと同じレベルになるように補正するＯＢ段差補正回路を備え、ＯＢ段差補正回路が、ダミー領域の信号レベルの平均値を算出しダミー基準レベルとして出力するダミーレベル平均算出回路と、ＯＢ領域の信号レベルの平均値を算出しＯＢ基準レベルとして出力するＯＢレベル平均算出回路と、ダミー基準レベルからＯＢ基準レベルを減算しＯＢ段差補正レベルを算出する第２の減算回路と、スミア補正信号からＯＢ段差補正レベルを減算する第３の減算回路とを有する構成を有している。
この構成により、スミア補正信号の基準レベルをＯＢ基準レベルにすることができる。
【００２６】
さらに、本発明の固体撮像装置は、ダミーレベル平均算出回路が、ダミー領域の右端又は左端の信号レベルの平均値を算出する構成を有している。
この構成により、ダミー基準レベルを正確に把握することができる。
【００２７】
さらに、本発明の固体撮像装置は、ＯＢレベル平均算出回路が、ＯＢ領域の右端又は左端の信号レベルの平均値を算出する構成を有している。
この構成により、ＯＢ基準レベルを正確に把握することができる。
【００２８】
さらに、本発明の固体撮像装置は、第１の減算回路は、動き検出回路から出力される動き検出情報によって動き状態と判定された場合に、光電変換可能な領域の映像信号からＯＢレベル平均算出回路からのＯＢ基準レベルを減算する構成を有している。
この構成により、動き状態と判定された場合にスミア補正を行わないようにすることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
図１は本発明第１の実施の形態の固体撮像装置のブロック図である。図１において、固体撮像素子１８は、レンズＬから取り込まれる像を、電子信号である映像信号に変換するための素子である。固体撮像素子１８は、被写体の撮像光を光電変換可能な領域と遮光された領域とを有しており、本発明の詳細な説明において後述するように、光電変換可能な領域とは、有効画素領域２４であり、遮光された領域とは、ダミー領域２２及びＯＢ領域２３であるとする。
【００３０】
また、本実施の形態の固体撮像装置は、スミア補正信号生成回路２と、Ａ／Ｄ変換器１９からの映像信号から、スミア補正信号生成回路２からのスミア補正信号を減算する減算器１７からなる。ここで、スミア補正信号生成回路２は、ラインメモリ１０、メモリコントローラ１１及びフレーム巡回加算回路３（動き検出回路６、巡回係数決定回路７、乗算器８、減算器５，９）で構成されている。尚、スミア補正信号とは、遮光された領域の映像信号から抽出したスミア成分を元に生成した信号である。
【００３１】
ここで、ラインメモリ１０は、映像信号をフレーム単位で記憶するものであり、ラインコントローラ１１の制御により、遮光された領域の複数ラインの映像信号を平均加算する加算平均回路をも構成している。また、フレーム巡回加算回路３は、動き検出回路６、巡回係数決定回路７、乗算器８、減算器５，９で構成され、ラインメモリ内の平均加算されたフレーム単位の映像信号、Ａ／Ｄ変換器１９からの映像信号及び巡回係数から、減算器５，９及び乗算器８を用いて映像信号のフレーム巡回加算を行う。動き検出回路６は、映像信号からピクセル単位で動きを検出するもので、巡回係数決定回路７で巡回係数を算出するようにする。ここで、スミア補正信号生成回路２で扱う映像信号は、固体撮像素子１８の遮光された領域の映像信号であり、図２に示す画素領域２０のうちのダミー領域２２又はＯＢ領域２３である。
【００３２】
次に、以上のように構成される固体撮像装置について、以下その動作を説明する。尚、スミア補正信号を生成する元となる遮光された領域の映像信号としては、図２に示すダミー領域の領域Ｔ１部分であってもよいし、ＯＢ領域の領域Ｔ２であってもかなわないが、以下の第１及び第２の実施の形態の説明においては、特に記載しない限りは、ＯＢ領域である領域Ｔ２について説明する。
【００３３】
まず、図３に示すように、垂直同期信号（ＶＤ）の１期間（１フレーム期間）の複数の水平同期信号（ＨＤ）のタイミングのうち、信号ａのＯＢ領域の領域Ｔ２の期間を領域選択期間として、スミア補正信号生成回路２で有効とする。すなわち、Ａ／Ｄ変換器１９からの映像信号のうち、領域Ｔ２の部分だけがスミア補正信号生成回路２に送られることになる。この領域Ｔ２の部分だけの映像信号は、光電変換可能な領域すなわち有効画素領域２４に含まれるようなレンズＬから取り込んだ実際の像の情報を有していないことから、スミアとＯＢ領域の基準レベルだけのスミア補正信号である。このスミア補正信号を元に以下で説明する最終的なスミア補正信号を生成する。
【００３４】
次に、信号ａにフレーム巡回加算を行うようにする。フレーム巡回加算の計算式は、数１に示すとおりである。
【００３５】
【数１】
Ｙｎ＝Ｘｎ−Ｋ（Ｘｎ−Ｙｎ−１）＝（１−Ｋ）Ｘｎ＋ＫＹｎ−１
【００３６】
数１で示すＸｎは現フレームにおける領域Ｔ２の信号である、Ｙｎ−１は過去のフレームにおける領域Ｔ２の信号である。また、Ｙｎはフレーム巡回加算後の信号であり、Ｋは巡回係数である。
【００３７】
ここで、巡回係数Ｋは、動き検出の結果により決定するようにする。具体的には、図４を用いて説明する。まず、現フレームにおける領域Ｔ２の信号（Ｘｎ）と過去のフレームにおける領域Ｔ２の信号（Ｙｎ−１）との差分の絶対値を計算する（｜Ｘｎ−Ｙｎ−１｜）。この時、差分を計算する１区間は、ＣＫ信号タイミング、すなわち１ピクセル区間単位である。そして、｜Ｘｎ−Ｙｎ−１｜の値が大きい場合、現フレームが変化したことを示しており、動いたか否かを判断できることになる。さらに、｜Ｘｎ−Ｙｎ−１｜を２つの閾値（ｔｈ１，ｔｈ２）を用いて、動きの程度を、「動き」、「中間」と「静止」との３段階に峻別する。そして、その３段階に相応する巡回係数Ｋを決定する（表１）。
【００３８】
【表１】
【００３９】
フレーム巡回加算によるフィルタでは、巡回係数を大きくすると被写体が動いたときに補正位置の時間ズレが原因で補正信号の残像が残るという問題があるため、表１のように被写体の動きを判定し、静止しているときは巡回係数を大きく、動いているときには巡回係数を小さくすることで残像の対策をしている。また、「中間」を設けることで「動き」と「静止」が頻繁に切り替わらないようにしているが、閾値の設定により、この「中間」をなくすことも可能となっている。さらに、「動き」時は、巡回係数を小さくする方式の他にスミア補正を行わないという方式をとってもよい。
【００４０】
実際の回路では、まず、減算器５において、信号ａ（Ｘｎ）から信号ｂ（Ｙｎ−１）を引いて信号ｃを生成する（｜Ｘｎ−Ｙｎ−１｜）。そして、信号ｃを元に動き検出回路６が「動き」、「中間」、「静止」を検出し、巡回係数決定回路７で表１に示す基準で巡回係数Ｋを決定する。次に、乗算器８で信号ｃに巡回係数Ｋを掛け合わせ（信号ｄ）、最後に、信号ａから信号ｄを減算器９で引くことにより数１を実現している（信号ｅ）。尚、巡回係数Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３は、任意に設定可能である。
【００４１】
最後に、上記のような手順で生成されたスミア補正信号（信号ｅ、図５（ａ））を、減算器１７を用いて、有効画素領域２４の信号（図５（ｂ））から引くようにする。これにより、スミア補正がされた有効画素領域２４の映像信号を得ることができる（図５（ｃ））。このように、動き検出をピクセル単位で行って巡回係数Ｋを定めることで、被写体の一部が動いた時でも最適な巡回係数Ｋの設定が可能となる。このため、フレーム単位で動きを検出して巡回係数Ｋを決定する場合には最適な巡回係数Ｋを定めにくくＳＮ比を改善するのが困難であったが、最適な巡回係数Ｋを設定できることで、動きのある被写体に対してもＳＮ比の悪化を抑え、良好なスミア補正が可能である。
【００４２】
次に、本発明の第２の形態の固体撮像装置のブロック図を図６に示す。
図６における固体撮像装置は、第１の実施の形態で説明した固体撮像装置に、高レベルスミア補正抑圧回路４、ＯＢ段差補正回路１２、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１３、コアリング回路１４、高輝度補正抑圧回路１５、セレクタ回路（ＳＥＬ）１６を追加したものである。
【００４３】
高レベルスミア補正抑圧回路４は、非常に高いレベルのスミア補正信号に対して補正抑圧をかける回路であり、Ａ／Ｄ変換器１９と減算器５との間に設けられている。非常に高いレベルのスミア補正信号が存在する場合、被写体が動いたときの補正すべき位置の時間的ズレが原因で補正した後の信号に残像が目立つため、遮光された領域の信号に抑圧をかけて、残像が目立たないようにしている。尚、本第２の実施の形態の説明においても、特に指定しない限り遮光された領域の信号としては、ＯＢ領域２３の領域Ｔ２を用いるものとする。
【００４４】
具体的には、高レベルスミア補正抑圧回路４では、まず、スミア補正抑圧を行うかどうかの判断を行う。領域Ｔ２の信号＞＝ｔｈａ（補正抑圧閾値）が成り立った場合、すなわち、領域Ｔ２の信号のレベルが補正抑圧閾値であるｔｈａ以上であった場合には、スミア補正抑圧が必要だと判断する。
【００４５】
スミア補正抑圧が必要と判断した場合、高レベルスミア補正抑圧回路４は、Ａ／Ｄ変換器１９から出力された直後の領域Ｔ２のｔｈａ以上の信号を、レベルが大きくなるに従って抑圧量が大きくなる。具体的には、図７に示すように、信号レベルがｔｈａまでは抑圧を加えないようにし、ｔｈａを境に信号レベルが大きくなるに従って抑圧量が大きくなる。このため、図７の横軸のｔｈａを境に、右側に行くに従って補正抑圧後の信号レベルは下がっていく。この時、複数の抑圧率を備え、抑圧率を適宜選択できるようにすることで、抑圧の効き具合を調整することが可能である。図７の場合、傾きとして４、２、１、１／２の４種類が選択可能であるが、これらに限られるものではない。
【００４６】
次に、ラインメモリ１０の出力に設けられたＯＢ段差補正回路１２について説明する。このＯＢ段差補正回路１２は、遮光された領域としてダミー領域２２を使用する場合に用いる回路である。具体的には、フレーム巡回加算をしてラインメモリ１０に蓄積されているダミー領域２２の領域Ｔ１のスミア補正信号ｂに対してＯＢ段差補正を行う。ＯＢ段差補正回路１２は、図８に示すように、ＯＢ領域２３の領域Ｔ２の信号レベルの平均値を算出しＯＢ基準レベルとして出力するＯＢレベル平均算出回路１２１と、ダミー領域２２の領域Ｔ１の信号レベルの平均値を算出しダミー基準レベルとして出力するダミーレベル平均算出回路１２２と、ダミー基準レベルからＯＢ基準レベルを減算しＯＢ段差補正レベルを算出する減算回路１２３と、ＯＢ段差補正レベルのノイズ除去を行うコアリング回路１２４と、スミア補正信号からＯＢ段差補正レベルを減算するの減算回路１２５とを有する。
【００４７】
図９（ａ）に示すように、領域Ｔ１の信号は、ＯＢ基準レベルとは異なるダミー基準レベルの上にスミア補正信号が重畳されている。このため、まず、ダミーレベル平均算出回路１２２で算出したダミー基準レベルから、ＯＢレベル平均算出回路１２１で算出したＯＢ基準レベルを引いたダミー基準レベルとＯＢ基準レベルとの差であるＯＢ段差補正レベルを算出する。次に、このＯＢ段差補正レベルのノイズ除去を行った後、スミア補正信号ｂから減算器１２５を用いて、ＯＢ段差補正レベルを引く。このことにより、スミア補正信号ｂは、図９（ｂ）に示すように、ＯＢ基準レベルにスミアが重畳したスミア補正信号ｆとなる。
【００４８】
尚、ＯＢレベル平均算出回路１２１は、ＯＢ領域２３の右端又は左端の信号レベルの平均値を算出するようにすると、スミア等のノイズに影響されないＯＢ基準レベルの算出が可能となる。また、ＯＢ領域２３の複数画素の移動平均によりＯＢ基準レベルの算出を行うことも有効である。
【００４９】
また、ダミーレベル平均算出回路１２２は、ダミー領域２２の右端又は左端の信号レベルの平均値を算出するようにすると、スミア等のノイズに影響されないダミー基準レベルの算出が可能となる。また、ダミー領域２２の複数画素の移動平均によりダミー基準レベルの算出を行うことも有効である。
【００５０】
次に、ＯＢ段差補正回路１２の後段に設けられたローパスフィルタ（ＬＰＦ）１３について説明する。ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１３は、スミア補正信号ｆのノイズ低減を行うフィルタである。そして、図１０に示すように、フィルタ係数の異なるローパスフィルタ１３１，１３２，１３３をセレクタ回路（ＳＥＬ）１３４で選択可能としている。すなわち、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１３は、フィルタ係数を選択可能なフィルタとして構成され、フィルタの効き具合を調整することができる。尚、フィルタをかけずにスミア補正信号ｆを通過させることも可能であり、フィルタ係数自体を任意に設定することも可能である。
【００５１】
次に、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１３の後段に設けられたコアリング回路１４について説明する。コアリング回路１４は、スミア補正信号ｇのノイズ低減を行う回路である。具体的には、スミア補正信号ｇのうち任意に設定可能なコアリング目標値によってコアリング領域内と判定された部分を、コアリング目標値の信号レベルに置き換えて出力する。尚、コアリングをかけずにスミア補正信号ｇを通過させることも可能である。
【００５２】
次に、コアリング回路１４の後段に設けられた高輝度時補正抑圧回路１５について説明する。高輝度時補正抑圧回路１５は、非常に高いレベルの映像信号に対して補正抑圧をかける回路である。図１１（ｂ）に示すような非常に高いレベルの映像信号の場合、これから図１１（ａ）に示すスミア補正信号を引いてしまうと、スミア部分が大きく減じられて、図１１（ｃ）に示すような過補正が起こってしまう。これを防止するために、有効画素領域２４の信号に抑圧をかけ、過補正が起こるのを防止する。
【００５３】
具体的には、高輝度時補正抑圧回路１５では、まず、補正抑圧を行うかどうかの判断を行う。有効画素領域２４の信号＞＝ｔｈ３（補正抑圧閾値）が成り立った場合、すなわち、有効画素領域２４の信号のレベルが補正抑圧閾値であるｔｈ３以上であった場合には、補正抑圧が必要だと判断する。
【００５４】
補正抑圧が必要と判断した場合、高輝度時補正抑圧回路１５は、スミア補正信号ｈのｔｈ３以上の信号を、レベルが大きくなるに従って抑圧量が大きくなる抑圧率で抑圧する。具体的には、図７に示すように、信号レベルがｔｈ３までは抑圧を加えないようにし、ｔｈ３を境に信号レベルが大きくなるに従って大きくなる抑圧率で抑圧していく。このため、図７の横軸のｔｈ３を境に、右側に行くに従って補正抑圧後の信号レベルは下がっていく。この時、複数の抑圧率を備え、抑圧率を適宜選択できるようにすることで、抑圧の効き具合を調整することが可能である。図７の場合、傾きとして４、２、１、１／２の４種類が選択可能であるが、これらに限られるものではない。
【００５５】
尚、高輝度時補正抑圧回路１５の後段にセレクタ回路（ＳＥＬ）１６を設け、スミア補正自体の有り無しを選択可能としている。また、高レベルスミア補正抑圧回路４やＯＢ段差補正回路１２〜高輝度時補正抑圧回路１５の補正を行うか否かの選択が可能な構成としてもよい。
【００５６】
また、減算回路１７で、動き検出回路６から出力される動き検出情報によって動き状態と判定された場合に、有効画素領域２４の映像信号からＯＢレベル平均算出回路からのＯＢ基準レベルを減算するようにしてもよい。有効画素領域２４の映像信号に含まれる、暗電流的なノイズを除去でき、ＳＮ比の改善が図られる。尚、図６に示している第１の実施の形態で説明した固体撮像装置において説明した部分については説明を省略する。
【００５７】
尚、各回路におけるスミア補正信号のノイズ低減として、１フレーム内での加算平均を行うことも有効である。例えば、１フレーム内の領域Ｔ２の複数のラインに渡って加算平均を行うことが可能である。加算平均を行うスミア補正信号は、Ａ／Ｄ変換器１９の直後から、減算器１７に供給されるまでのいずれの段階のスミア補正信号であってもよい。
【００５８】
【発明の効果】
以上のように本発明は、遮光された領域の映像信号からピクセル単位で動きを検出して巡回係数を算出して遮光された領域の映像信号のフレーム巡回加算を行うことにより、動きのある被写体に対してもＳＮ比の悪化を抑え、良好なスミア補正が可能な固体撮像装置を提供することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明第１の実施の形態の固体撮像装置のブロック図
【図２】本発明第１の実施の形態の画素領域におけるサンプリング位置の説明図
【図３】本発明第１の実施の形態の画素領域におけるサンプリングタイミングの説明図
【図４】本発明第１の実施の形態における、動き検出の説明図
【図５】本発明第１の実施の形態における、スミア補正の説明図
【図６】本発明第２の実施の形態の固体撮像装置のブロック図
【図７】本発明第２の実施の形態における、高レベルスミア補正抑圧及び高輝度時補正抑圧の説明図
【図８】本発明第２の実施の形態における、ＯＢ段差補正回路のブロック図
【図９】本発明第２の実施の形態における、ＯＢ段差補正の説明図
【図１０】本発明第２の実施の形態における、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）のブロック図
【図１１】本発明第２の実施の形態における、高輝度時補正抑圧の説明図
【図１２】従来の固体撮像装置のブロック図
【符号の説明】
２ スミア補正信号生成回路
３ フレーム巡回加算回路
４ 高レベルスミア補正抑圧回路
５，９，１７ 減算器
６ 動き検出回路
７ 巡回係数決定回路
８ 乗算器
１０ ラインメモリ
１１ メモリコントローラ
１２ ＯＢ段差補正回路
１３ ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
１４ コアリング回路
１５ 高輝度時補正抑圧回路
１６ セレクタ回路（ＳＥＬ）
１８ 固体撮像素子
１９ Ａ／Ｄ変換器
２０ 画素領域
２１ 信号無し領域
２２ ダミー領域
２３ ＯＢ領域
２４ 有効画素領域
１２１ ＯＢレベル平均算出回路
１２２ ダミーレベル平均算出回路
１２３ 減算器
１２４ コアリング回路
１２５ 減算器
１３１〜１３３ ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
１３４ セレクタ回路（ＳＥＬ）
Ｌ レンズ
【発明の属する技術分野】
本発明は、スミア補正が可能な固体撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的な固体撮像素子では、撮像領域に非常に高輝度の被写体が存在した場合に、垂直転送中に本来信号でない電荷が漏れ混んで、本来の信号に混合されることにより、高輝度な被写体を中心に縦方向に白っぽい筋であるスミアが発生してしまう。
【０００３】
図１２は、上記スミアを除去するための従来の固体撮像装置の一例を示すブロック図である。図１２において、動き検出手段３６はラインメモリ３３に保持された特定フィールドのダミー信号と、特定フィールドに続くフィールドにおける固体撮像素子３１の出力信号との差分値に基づいて、被写体の動きの有無を検出する。タイミング発生回路３４は、固体撮像素子３１を駆動させる駆動回路３５の動作タイミングや、ラインメモリ３３にダミー信号を書き込むタイミングを発生する。スイッチ３７は、動き検出手段３６の指示で減算器３９に与えるラインメモリ３３の出力を０にクランプするスイッチである。減算器３９は、Ａ／Ｄ変換器３２より出力された画素信号から、スイッチ３７の出力信号を減算する減算手段であり、減算結果は出力端子４０を介して出力される。このような構成としては、例えば、特許文献１に示すものがある。
【０００４】
次に、この従来の固体撮像装置の動作を説明する。まず、タイミング発生回路３４の信号ＷＥは、各フィールドのダミー領域を走査する期間にＨレベルとなり、この期間に固体撮像素子３１から読み出された信号は、ラインメモリ３３に記録され、１フィールドの間保持される。やがてダミー領域の走査が終わると、減算器３８はラインメモリ３３に保持された信号から、現在走査中の画素信号を減算し減算値を算出する。各水平走査ラインのスミア発生位置が変化しなければ、この差分値は小さくなり、動き検出手段３６で、被写体の動きの有無を検出可能となる。
【０００５】
高輝度の被写体が静止している場合は、スミアの発生位置はフィールド間で変化しない。減算器３９は、Ａ／Ｄ変換器３２より出力される画素信号から、ラインメモリ３３の画素信号を減算して出力する。このようにスミアの発生位置が変化しないとき、出力端子４０からスミアの除去された画素信号が出力される。このように高輝度の被写体が静止している場合、スミアの発生位置はフィールド間で変化しないことを利用して、スミアの除去された画素信号を出力することができる。
【０００６】
高輝度の被写体が移動いている場合には、スミアの発生位置は各水平走査ライン又はフィールド間で変化する。このためラインメモリ３３に保持される信号はフィールド間で変化する。この場合、減算器３８の差分値は大きくなり、動き検出手段３６は、スイッチ３７を切り替えてラインメモリ３３の出力を０にクランプする。このため、減算器３９はＡ／Ｄ変換器３２の画素信号に信号処理を施さないで出力する。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−５０１６５号公報（第６−７頁、第６−７図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の固体撮像装置のスミア補正では、動き検出をフレーム単位で行っていたため、被写体の一部が動いたときでもフレーム全体が動いたと判断してしまう。このため、細密なスミア補正を行い、被写体のＳＮ比の悪化を十分に抑えることが困難であった。
【０００９】
本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、動きのある被写体に対してもＳＮ比の悪化を抑え、良好なスミア補正が可能な固体撮像装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の固体撮像装置は、被写体の撮像光を光電変換可能な領域と遮光された領域とを有する固体撮像素子と、遮光された領域の映像信号から抽出したスミア成分を元にスミア補正信号を生成するスミア補正信号生成回路と、光電変換可能な領域の映像信号からスミア補正信号を減算する第１の減算回路とを備え、スミア補正信号生成回路が、遮光された領域の映像信号を記憶するラインメモリと、遮光された領域の映像信号からピクセル単位で動きを検出して巡回係数を算出し、ラインメモリを用いて巡回係数により遮光された領域の映像信号のフレーム巡回加算を行うフレーム巡回加算回路とを有し、遮光された領域の映像信号に加算平均及びフレーム巡回加算を施すことによりスミア補正信号を生成する構成を有している。
この構成により、ピクセル単位の動きを考慮してスミア補正信号を生成することができる。
【００１１】
また、本発明の固体撮像装置は、フレーム巡回加算回路が、過去のフレームにおける遮光された領域の映像信号であるラインメモリの出力と現在のフレームの遮光された領域の映像信号との差を、１ピクセル毎に計算して動きを検出する動き検出回路を備える構成を有している。
この構成により、ピクセル単位の動きを考慮してスミア補正信号を生成することができる。
【００１２】
さらに、本発明の固体撮像装置は、フレーム巡回加算回路が、動き検出回路が遮光された領域の映像信号の動きを、「動き」、「中間」及び「静止」の三段階で把握し、三段階の判定を基に３種類の巡回係数を決定する巡回係数決定回路を備える構成を有している。
この構成により、巡回係数が極端に変化することを抑えることができる。
【００１３】
さらに、本発明の固体撮像装置は、固体撮像素子から出力された直後の遮光された領域の信号のレベルが、第１の補正抑圧閾値以上の場合、固体撮像素子から出力された直後の遮光された領域の信号に抑圧をかける高レベルスミア補正抑圧回路を備える構成を有している。
この構成により、高いレベルのスミア補正信号に抑圧をかけることができる。
【００１４】
さらに、本発明の固体撮像装置は、高レベルスミア補正抑圧回路が、固体撮像素子から出力された直後の遮光された領域の信号の第１の補正抑圧閾値以上の信号を、信号のレベルが大きくなるに従って抑圧量が大きくなる第１の抑圧率で抑圧する構成を有している。
この構成により、スミア補正信号の補正抑圧の効き具合を調整することができる。
【００１５】
さらに、本発明の固体撮像装置は、高レベルスミア補正抑圧回路が、選択可能な複数の第１の抑圧率を備える構成を有している。
この構成により、スミア補正信号の補正抑圧の効き具合を選択することができる。
【００１６】
さらに、本発明の固体撮像装置は、有効画素領域の信号のレベルが、第２の補正抑圧閾値以上の場合、スミア補正信号に抑圧をかける高輝度時補正抑圧回路を備える構成を有している。
この構成により、スミア補正の過補正を防止することができる。
【００１７】
さらに、本発明の固体撮像装置は、高輝度時補正抑圧回路が、スミア補正信号の第２の補正抑圧閾値以上の信号を、信号のレベルが大きくなるに従って抑圧量が大きくなる第２の抑圧率で抑圧する構成を有している。
この構成により、スミア補正信号の補正抑圧の効き具合を調整することができる。
【００１８】
さらに、本発明の固体撮像装置は、高輝度時補正抑圧回路が、選択可能な複数の第２の抑圧率を備える構成を有している。
この構成により、スミア補正信号の補正抑圧の効き具合を選択することができる。
【００１９】
さらに、本発明の固体撮像装置は、スミア補正信号のノイズ低減を行うローパスフィルタを備える構成を有している。
この構成により、スミア補正後の映像信号のＳＮ比の悪化を抑えることができる。
【００２０】
さらに、本発明の固体撮像装置は、ローパスフィルタが、フィルタ係数を選択可能な構成を有している。
この構成により、フィルタの効き具合を調整することができる。
【００２１】
さらに、本発明の固体撮像装置は、スミア補正信号のノイズ低減を行うコアリング回路を備える構成を有している。
この構成により、スミア補正後の映像信号のＳＮ比の悪化を抑えることができる。
【００２２】
さらに、本発明の固体撮像装置は、スミア補正信号のうち任意に設定可能なコアリング目標値によってコアリング領域内と判定された部分を、コアリング目標値の信号レベルに置き換えて出力する構成を有している。
この構成により、コアリング回路の動作を安定させることができる。
【００２３】
さらに、本発明の固体撮像装置は、スミア補正信号の加算平均を行う加算平均回路を備える構成を有している。
この構成により、ノイズを抑えたスミア補正信号を生成することができる。
【００２４】
さらに、本発明の固体撮像装置は、遮光された領域が、ＯＢ領域又はダミー領域である構成を有している。
この構成により、映像情報が含まれないスミア補正信号を生成することができる。
【００２５】
さらに、本発明の固体撮像装置は、遮光された領域としてダミー領域を使用する場合に、スミア補正信号の基準レベルを、ＯＢ領域の基準レベルと同じレベルになるように補正するＯＢ段差補正回路を備え、ＯＢ段差補正回路が、ダミー領域の信号レベルの平均値を算出しダミー基準レベルとして出力するダミーレベル平均算出回路と、ＯＢ領域の信号レベルの平均値を算出しＯＢ基準レベルとして出力するＯＢレベル平均算出回路と、ダミー基準レベルからＯＢ基準レベルを減算しＯＢ段差補正レベルを算出する第２の減算回路と、スミア補正信号からＯＢ段差補正レベルを減算する第３の減算回路とを有する構成を有している。
この構成により、スミア補正信号の基準レベルをＯＢ基準レベルにすることができる。
【００２６】
さらに、本発明の固体撮像装置は、ダミーレベル平均算出回路が、ダミー領域の右端又は左端の信号レベルの平均値を算出する構成を有している。
この構成により、ダミー基準レベルを正確に把握することができる。
【００２７】
さらに、本発明の固体撮像装置は、ＯＢレベル平均算出回路が、ＯＢ領域の右端又は左端の信号レベルの平均値を算出する構成を有している。
この構成により、ＯＢ基準レベルを正確に把握することができる。
【００２８】
さらに、本発明の固体撮像装置は、第１の減算回路は、動き検出回路から出力される動き検出情報によって動き状態と判定された場合に、光電変換可能な領域の映像信号からＯＢレベル平均算出回路からのＯＢ基準レベルを減算する構成を有している。
この構成により、動き状態と判定された場合にスミア補正を行わないようにすることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
図１は本発明第１の実施の形態の固体撮像装置のブロック図である。図１において、固体撮像素子１８は、レンズＬから取り込まれる像を、電子信号である映像信号に変換するための素子である。固体撮像素子１８は、被写体の撮像光を光電変換可能な領域と遮光された領域とを有しており、本発明の詳細な説明において後述するように、光電変換可能な領域とは、有効画素領域２４であり、遮光された領域とは、ダミー領域２２及びＯＢ領域２３であるとする。
【００３０】
また、本実施の形態の固体撮像装置は、スミア補正信号生成回路２と、Ａ／Ｄ変換器１９からの映像信号から、スミア補正信号生成回路２からのスミア補正信号を減算する減算器１７からなる。ここで、スミア補正信号生成回路２は、ラインメモリ１０、メモリコントローラ１１及びフレーム巡回加算回路３（動き検出回路６、巡回係数決定回路７、乗算器８、減算器５，９）で構成されている。尚、スミア補正信号とは、遮光された領域の映像信号から抽出したスミア成分を元に生成した信号である。
【００３１】
ここで、ラインメモリ１０は、映像信号をフレーム単位で記憶するものであり、ラインコントローラ１１の制御により、遮光された領域の複数ラインの映像信号を平均加算する加算平均回路をも構成している。また、フレーム巡回加算回路３は、動き検出回路６、巡回係数決定回路７、乗算器８、減算器５，９で構成され、ラインメモリ内の平均加算されたフレーム単位の映像信号、Ａ／Ｄ変換器１９からの映像信号及び巡回係数から、減算器５，９及び乗算器８を用いて映像信号のフレーム巡回加算を行う。動き検出回路６は、映像信号からピクセル単位で動きを検出するもので、巡回係数決定回路７で巡回係数を算出するようにする。ここで、スミア補正信号生成回路２で扱う映像信号は、固体撮像素子１８の遮光された領域の映像信号であり、図２に示す画素領域２０のうちのダミー領域２２又はＯＢ領域２３である。
【００３２】
次に、以上のように構成される固体撮像装置について、以下その動作を説明する。尚、スミア補正信号を生成する元となる遮光された領域の映像信号としては、図２に示すダミー領域の領域Ｔ１部分であってもよいし、ＯＢ領域の領域Ｔ２であってもかなわないが、以下の第１及び第２の実施の形態の説明においては、特に記載しない限りは、ＯＢ領域である領域Ｔ２について説明する。
【００３３】
まず、図３に示すように、垂直同期信号（ＶＤ）の１期間（１フレーム期間）の複数の水平同期信号（ＨＤ）のタイミングのうち、信号ａのＯＢ領域の領域Ｔ２の期間を領域選択期間として、スミア補正信号生成回路２で有効とする。すなわち、Ａ／Ｄ変換器１９からの映像信号のうち、領域Ｔ２の部分だけがスミア補正信号生成回路２に送られることになる。この領域Ｔ２の部分だけの映像信号は、光電変換可能な領域すなわち有効画素領域２４に含まれるようなレンズＬから取り込んだ実際の像の情報を有していないことから、スミアとＯＢ領域の基準レベルだけのスミア補正信号である。このスミア補正信号を元に以下で説明する最終的なスミア補正信号を生成する。
【００３４】
次に、信号ａにフレーム巡回加算を行うようにする。フレーム巡回加算の計算式は、数１に示すとおりである。
【００３５】
【数１】
Ｙｎ＝Ｘｎ−Ｋ（Ｘｎ−Ｙｎ−１）＝（１−Ｋ）Ｘｎ＋ＫＹｎ−１
【００３６】
数１で示すＸｎは現フレームにおける領域Ｔ２の信号である、Ｙｎ−１は過去のフレームにおける領域Ｔ２の信号である。また、Ｙｎはフレーム巡回加算後の信号であり、Ｋは巡回係数である。
【００３７】
ここで、巡回係数Ｋは、動き検出の結果により決定するようにする。具体的には、図４を用いて説明する。まず、現フレームにおける領域Ｔ２の信号（Ｘｎ）と過去のフレームにおける領域Ｔ２の信号（Ｙｎ−１）との差分の絶対値を計算する（｜Ｘｎ−Ｙｎ−１｜）。この時、差分を計算する１区間は、ＣＫ信号タイミング、すなわち１ピクセル区間単位である。そして、｜Ｘｎ−Ｙｎ−１｜の値が大きい場合、現フレームが変化したことを示しており、動いたか否かを判断できることになる。さらに、｜Ｘｎ−Ｙｎ−１｜を２つの閾値（ｔｈ１，ｔｈ２）を用いて、動きの程度を、「動き」、「中間」と「静止」との３段階に峻別する。そして、その３段階に相応する巡回係数Ｋを決定する（表１）。
【００３８】
【表１】
フレーム巡回加算によるフィルタでは、巡回係数を大きくすると被写体が動いたときに補正位置の時間ズレが原因で補正信号の残像が残るという問題があるため、表１のように被写体の動きを判定し、静止しているときは巡回係数を大きく、動いているときには巡回係数を小さくすることで残像の対策をしている。また、「中間」を設けることで「動き」と「静止」が頻繁に切り替わらないようにしているが、閾値の設定により、この「中間」をなくすことも可能となっている。さらに、「動き」時は、巡回係数を小さくする方式の他にスミア補正を行わないという方式をとってもよい。
【００４０】
実際の回路では、まず、減算器５において、信号ａ（Ｘｎ）から信号ｂ（Ｙｎ−１）を引いて信号ｃを生成する（｜Ｘｎ−Ｙｎ−１｜）。そして、信号ｃを元に動き検出回路６が「動き」、「中間」、「静止」を検出し、巡回係数決定回路７で表１に示す基準で巡回係数Ｋを決定する。次に、乗算器８で信号ｃに巡回係数Ｋを掛け合わせ（信号ｄ）、最後に、信号ａから信号ｄを減算器９で引くことにより数１を実現している（信号ｅ）。尚、巡回係数Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３は、任意に設定可能である。
【００４１】
最後に、上記のような手順で生成されたスミア補正信号（信号ｅ、図５（ａ））を、減算器１７を用いて、有効画素領域２４の信号（図５（ｂ））から引くようにする。これにより、スミア補正がされた有効画素領域２４の映像信号を得ることができる（図５（ｃ））。このように、動き検出をピクセル単位で行って巡回係数Ｋを定めることで、被写体の一部が動いた時でも最適な巡回係数Ｋの設定が可能となる。このため、フレーム単位で動きを検出して巡回係数Ｋを決定する場合には最適な巡回係数Ｋを定めにくくＳＮ比を改善するのが困難であったが、最適な巡回係数Ｋを設定できることで、動きのある被写体に対してもＳＮ比の悪化を抑え、良好なスミア補正が可能である。
【００４２】
次に、本発明の第２の形態の固体撮像装置のブロック図を図６に示す。
図６における固体撮像装置は、第１の実施の形態で説明した固体撮像装置に、高レベルスミア補正抑圧回路４、ＯＢ段差補正回路１２、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１３、コアリング回路１４、高輝度補正抑圧回路１５、セレクタ回路（ＳＥＬ）１６を追加したものである。
【００４３】
高レベルスミア補正抑圧回路４は、非常に高いレベルのスミア補正信号に対して補正抑圧をかける回路であり、Ａ／Ｄ変換器１９と減算器５との間に設けられている。非常に高いレベルのスミア補正信号が存在する場合、被写体が動いたときの補正すべき位置の時間的ズレが原因で補正した後の信号に残像が目立つため、遮光された領域の信号に抑圧をかけて、残像が目立たないようにしている。尚、本第２の実施の形態の説明においても、特に指定しない限り遮光された領域の信号としては、ＯＢ領域２３の領域Ｔ２を用いるものとする。
【００４４】
具体的には、高レベルスミア補正抑圧回路４では、まず、スミア補正抑圧を行うかどうかの判断を行う。領域Ｔ２の信号＞＝ｔｈａ（補正抑圧閾値）が成り立った場合、すなわち、領域Ｔ２の信号のレベルが補正抑圧閾値であるｔｈａ以上であった場合には、スミア補正抑圧が必要だと判断する。
【００４５】
スミア補正抑圧が必要と判断した場合、高レベルスミア補正抑圧回路４は、Ａ／Ｄ変換器１９から出力された直後の領域Ｔ２のｔｈａ以上の信号を、レベルが大きくなるに従って抑圧量が大きくなる。具体的には、図７に示すように、信号レベルがｔｈａまでは抑圧を加えないようにし、ｔｈａを境に信号レベルが大きくなるに従って抑圧量が大きくなる。このため、図７の横軸のｔｈａを境に、右側に行くに従って補正抑圧後の信号レベルは下がっていく。この時、複数の抑圧率を備え、抑圧率を適宜選択できるようにすることで、抑圧の効き具合を調整することが可能である。図７の場合、傾きとして４、２、１、１／２の４種類が選択可能であるが、これらに限られるものではない。
【００４６】
次に、ラインメモリ１０の出力に設けられたＯＢ段差補正回路１２について説明する。このＯＢ段差補正回路１２は、遮光された領域としてダミー領域２２を使用する場合に用いる回路である。具体的には、フレーム巡回加算をしてラインメモリ１０に蓄積されているダミー領域２２の領域Ｔ１のスミア補正信号ｂに対してＯＢ段差補正を行う。ＯＢ段差補正回路１２は、図８に示すように、ＯＢ領域２３の領域Ｔ２の信号レベルの平均値を算出しＯＢ基準レベルとして出力するＯＢレベル平均算出回路１２１と、ダミー領域２２の領域Ｔ１の信号レベルの平均値を算出しダミー基準レベルとして出力するダミーレベル平均算出回路１２２と、ダミー基準レベルからＯＢ基準レベルを減算しＯＢ段差補正レベルを算出する減算回路１２３と、ＯＢ段差補正レベルのノイズ除去を行うコアリング回路１２４と、スミア補正信号からＯＢ段差補正レベルを減算するの減算回路１２５とを有する。
【００４７】
図９（ａ）に示すように、領域Ｔ１の信号は、ＯＢ基準レベルとは異なるダミー基準レベルの上にスミア補正信号が重畳されている。このため、まず、ダミーレベル平均算出回路１２２で算出したダミー基準レベルから、ＯＢレベル平均算出回路１２１で算出したＯＢ基準レベルを引いたダミー基準レベルとＯＢ基準レベルとの差であるＯＢ段差補正レベルを算出する。次に、このＯＢ段差補正レベルのノイズ除去を行った後、スミア補正信号ｂから減算器１２５を用いて、ＯＢ段差補正レベルを引く。このことにより、スミア補正信号ｂは、図９（ｂ）に示すように、ＯＢ基準レベルにスミアが重畳したスミア補正信号ｆとなる。
【００４８】
尚、ＯＢレベル平均算出回路１２１は、ＯＢ領域２３の右端又は左端の信号レベルの平均値を算出するようにすると、スミア等のノイズに影響されないＯＢ基準レベルの算出が可能となる。また、ＯＢ領域２３の複数画素の移動平均によりＯＢ基準レベルの算出を行うことも有効である。
【００４９】
また、ダミーレベル平均算出回路１２２は、ダミー領域２２の右端又は左端の信号レベルの平均値を算出するようにすると、スミア等のノイズに影響されないダミー基準レベルの算出が可能となる。また、ダミー領域２２の複数画素の移動平均によりダミー基準レベルの算出を行うことも有効である。
【００５０】
次に、ＯＢ段差補正回路１２の後段に設けられたローパスフィルタ（ＬＰＦ）１３について説明する。ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１３は、スミア補正信号ｆのノイズ低減を行うフィルタである。そして、図１０に示すように、フィルタ係数の異なるローパスフィルタ１３１，１３２，１３３をセレクタ回路（ＳＥＬ）１３４で選択可能としている。すなわち、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１３は、フィルタ係数を選択可能なフィルタとして構成され、フィルタの効き具合を調整することができる。尚、フィルタをかけずにスミア補正信号ｆを通過させることも可能であり、フィルタ係数自体を任意に設定することも可能である。
【００５１】
次に、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１３の後段に設けられたコアリング回路１４について説明する。コアリング回路１４は、スミア補正信号ｇのノイズ低減を行う回路である。具体的には、スミア補正信号ｇのうち任意に設定可能なコアリング目標値によってコアリング領域内と判定された部分を、コアリング目標値の信号レベルに置き換えて出力する。尚、コアリングをかけずにスミア補正信号ｇを通過させることも可能である。
【００５２】
次に、コアリング回路１４の後段に設けられた高輝度時補正抑圧回路１５について説明する。高輝度時補正抑圧回路１５は、非常に高いレベルの映像信号に対して補正抑圧をかける回路である。図１１（ｂ）に示すような非常に高いレベルの映像信号の場合、これから図１１（ａ）に示すスミア補正信号を引いてしまうと、スミア部分が大きく減じられて、図１１（ｃ）に示すような過補正が起こってしまう。これを防止するために、有効画素領域２４の信号に抑圧をかけ、過補正が起こるのを防止する。
【００５３】
具体的には、高輝度時補正抑圧回路１５では、まず、補正抑圧を行うかどうかの判断を行う。有効画素領域２４の信号＞＝ｔｈ３（補正抑圧閾値）が成り立った場合、すなわち、有効画素領域２４の信号のレベルが補正抑圧閾値であるｔｈ３以上であった場合には、補正抑圧が必要だと判断する。
【００５４】
補正抑圧が必要と判断した場合、高輝度時補正抑圧回路１５は、スミア補正信号ｈのｔｈ３以上の信号を、レベルが大きくなるに従って抑圧量が大きくなる抑圧率で抑圧する。具体的には、図７に示すように、信号レベルがｔｈ３までは抑圧を加えないようにし、ｔｈ３を境に信号レベルが大きくなるに従って大きくなる抑圧率で抑圧していく。このため、図７の横軸のｔｈ３を境に、右側に行くに従って補正抑圧後の信号レベルは下がっていく。この時、複数の抑圧率を備え、抑圧率を適宜選択できるようにすることで、抑圧の効き具合を調整することが可能である。図７の場合、傾きとして４、２、１、１／２の４種類が選択可能であるが、これらに限られるものではない。
【００５５】
尚、高輝度時補正抑圧回路１５の後段にセレクタ回路（ＳＥＬ）１６を設け、スミア補正自体の有り無しを選択可能としている。また、高レベルスミア補正抑圧回路４やＯＢ段差補正回路１２〜高輝度時補正抑圧回路１５の補正を行うか否かの選択が可能な構成としてもよい。
【００５６】
また、減算回路１７で、動き検出回路６から出力される動き検出情報によって動き状態と判定された場合に、有効画素領域２４の映像信号からＯＢレベル平均算出回路からのＯＢ基準レベルを減算するようにしてもよい。有効画素領域２４の映像信号に含まれる、暗電流的なノイズを除去でき、ＳＮ比の改善が図られる。尚、図６に示している第１の実施の形態で説明した固体撮像装置において説明した部分については説明を省略する。
【００５７】
尚、各回路におけるスミア補正信号のノイズ低減として、１フレーム内での加算平均を行うことも有効である。例えば、１フレーム内の領域Ｔ２の複数のラインに渡って加算平均を行うことが可能である。加算平均を行うスミア補正信号は、Ａ／Ｄ変換器１９の直後から、減算器１７に供給されるまでのいずれの段階のスミア補正信号であってもよい。
【００５８】
【発明の効果】
以上のように本発明は、遮光された領域の映像信号からピクセル単位で動きを検出して巡回係数を算出して遮光された領域の映像信号のフレーム巡回加算を行うことにより、動きのある被写体に対してもＳＮ比の悪化を抑え、良好なスミア補正が可能な固体撮像装置を提供することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明第１の実施の形態の固体撮像装置のブロック図
【図２】本発明第１の実施の形態の画素領域におけるサンプリング位置の説明図
【図３】本発明第１の実施の形態の画素領域におけるサンプリングタイミングの説明図
【図４】本発明第１の実施の形態における、動き検出の説明図
【図５】本発明第１の実施の形態における、スミア補正の説明図
【図６】本発明第２の実施の形態の固体撮像装置のブロック図
【図７】本発明第２の実施の形態における、高レベルスミア補正抑圧及び高輝度時補正抑圧の説明図
【図８】本発明第２の実施の形態における、ＯＢ段差補正回路のブロック図
【図９】本発明第２の実施の形態における、ＯＢ段差補正の説明図
【図１０】本発明第２の実施の形態における、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）のブロック図
【図１１】本発明第２の実施の形態における、高輝度時補正抑圧の説明図
【図１２】従来の固体撮像装置のブロック図
【符号の説明】
２ スミア補正信号生成回路
３ フレーム巡回加算回路
４ 高レベルスミア補正抑圧回路
５，９，１７ 減算器
６ 動き検出回路
７ 巡回係数決定回路
８ 乗算器
１０ ラインメモリ
１１ メモリコントローラ
１２ ＯＢ段差補正回路
１３ ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
１４ コアリング回路
１５ 高輝度時補正抑圧回路
１６ セレクタ回路（ＳＥＬ）
１８ 固体撮像素子
１９ Ａ／Ｄ変換器
２０ 画素領域
２１ 信号無し領域
２２ ダミー領域
２３ ＯＢ領域
２４ 有効画素領域
１２１ ＯＢレベル平均算出回路
１２２ ダミーレベル平均算出回路
１２３ 減算器
１２４ コアリング回路
１２５ 減算器
１３１〜１３３ ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
１３４ セレクタ回路（ＳＥＬ）
Ｌ レンズ
Claims (18)
- 被写体の撮像光を光電変換可能な領域と遮光された領域とを有する固体撮像素子と、前記遮光された領域の映像信号から抽出したスミア成分を元にスミア補正信号を生成するスミア補正信号生成回路と、前記光電変換可能な領域の映像信号から前記スミア補正信号を減算する第１の減算回路とを備え、
前記スミア補正信号生成回路は、
前記遮光された領域の過去のフレームにおける映像信号を記憶するラインメモリと、
前記遮光された領域の現在のフレームの映像信号と前記ラインメモリの出力との差の信号からピクセル単位で動きを検出して巡回係数を算出し、前記差の信号と前記巡回係数との積の信号を算出し、前記遮光された領域の現在のフレームの映像信号から前記積の信号を減算することにより前記スミア補正信号を生成するフレーム巡回加算回路とを有することを特徴とする固体撮像装置。 - 前記フレーム巡回加算回路は、前記遮光された領域の映像信号の動きを、「動き」、「中間」及び「静止」の三段階で把握する動き検出回路と、前記三段階の判定を基に３種類の前記巡回係数を決定する巡回係数決定回路とを備えることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
- 前記固体撮像素子から出力された直後の前記遮光された領域の信号のレベルが、第１の補正抑圧閾値以上の場合、前記固体撮像素子から出力された直後の遮光された領域の信号に抑圧をかける高レベルスミア補正抑圧回路を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の固体撮像装置。
- 前記高レベルスミア補正抑圧回路は、前記固体撮像素子から出力された直後の遮光された領域の信号の前記第１の補正抑圧閾値以上の信号を、信号のレベルが大きくなるに従って抑圧量が大きくなる第１の抑圧率で抑圧することを特徴とする請求項３記載の固体撮像装置。
- 前記高レベルスミア補正抑圧回路は、選択可能な複数の前記第１の抑圧率を備えることを特徴とする請求項４記載の固体撮像装置。
- 有効画素領域の信号のレベルが、第２の補正抑圧閾値以上の場合、前記スミア補正信号に抑圧をかける高輝度時補正抑圧回路を備えることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の固体撮像装置。
- 前記高輝度時補正抑圧回路は、前記スミア補正信号の前記第２の補正抑圧閾値以上の信号を、信号のレベルが大きくなるに従って抑圧量が大きくなる第２の抑圧率で抑圧することを特徴とする請求項６記載の固体撮像装置。
- 前記高輝度時補正抑圧回路は、選択可能な複数の前記第２の抑圧率を備えることを特徴とする請求項７記載の固体撮像装置。
- 前記スミア補正信号のノイズ低減を行うローパスフィルタを備えることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれかに記載の固体撮像装置。
- 前記ローパスフィルタは、フィルタ係数を選択可能なことを特徴とする請求項９記載の固体撮像装置。
- 前記スミア補正信号のノイズ低減を行うコアリング回路を備えることを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の固体撮像装置。
- 前記コアリング回路は、前記スミア補正信号のうち任意に設定可能なコアリング目標値によってコアリング領域内と判定された部分を、前記コアリング目標値の信号レベルに置き換えて出力することを特徴とする請求項１１記載の固体撮像装置。
- 前記スミア補正信号の加算平均を行う加算平均回路を備えることを特徴とする請求項１〜請求項１２のいずれかに記載の固体撮像装置。
- 前記遮光された領域は、ＯＢ領域又はダミー領域であることを特徴とする請求項１〜請求項１３のいずれかに記載の固体撮像装置。
- 前記遮光された領域としてダミー領域を使用する場合に、前記スミア補正信号の基準レベルを、ＯＢ領域の基準レベルと同じレベルになるように補正するＯＢ段差補正回路を備え、前記ＯＢ段差補正回路が、前記ダミー領域の信号レベルの平均値を算出しダミー基準レベルとして出力するダミーレベル平均算出回路と、前記ＯＢ領域の信号レベルの平均値を算出しＯＢ基準レベルとして出力するＯＢレベル平均算出回路と、前記ダミー基準レベルから前記ＯＢ基準レベルを減算しＯＢ段差補正レベルを算出する第２の減算回路と、前記スミア補正信号から前記ＯＢ段差補正レベルを減算する第３の減算回路とを有することを特徴とする請求項１〜請求項１４のいずれかに記載の固体撮像装置。
- 前記ダミーレベル平均算出回路は、前記ダミー領域の右端又は左端の信号レベルの平均値を算出することを特徴とする請求項１５記載の固体撮像装置。
- 前記ＯＢレベル平均算出回路は、前記ＯＢ領域の右端又は左端の信号レベルの平均値を算出することを特徴とする請求項１５記載の固体撮像装置。
- 前記第１の減算回路は、前記動き検出回路から出力される動き検出情報によって動き状態と判定された場合に、前記光電変換可能な領域の映像信号から前記ＯＢレベル平均算出回路からの前記ＯＢ基準レベルを減算することを特徴とする請求項１５又は請求項１７記載の固体撮像装置。
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