JP4453332B2 - 欠陥画素検出方法、検出装置および撮像装置 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の第1の実施の形態に係るデジタルビデオカメラの構成を示すブロック図である。
被写体からの反射光は、光学ブロック11によって撮像素子12に集光され、光電変換される。撮像素子12からのアナログ画像信号は、CDS/AGC13によってノイズ低減およびゲイン調整が施され、A/D変換回路14によってデジタル変換される。
本実施の形態では、撮像素子12の例として、いわゆる補色CCDを用いている。この補色CCDは、図2に示すように、素子上の各画素(図中の画素単位A)に対して図2に示すようにCy(シアン)、Ye(イエロー)、G(グリーン)、Mg(マゼンダ)の各色の色フィルタが対応付けられており、これらのうち2色ずつの出力信号の組み合わせにより、RGBの各色要素が生成される。具体的には、図2でCrライン、Cbラインと示したように、2ライン分の画像信号が混合されることにより、垂直方向に隣接する2画素ずつの出力信号から、(Cy+G)、(Ye+Mg)、(Cy+Mg)、(Ye+G)の4色に対応する信号が生成される。
次に、欠陥画素の検出、およびその画素出力の補正の処理について説明する。
CCDなどの固体撮像素子では、暗電流の発生やフォトダイオードの異常などにより、画素に欠陥が生じる場合がある。また、このような欠陥は、温度や光の蓄積時間などの影響により増加するため、使用環境に応じて欠陥画素の数が増加していく場合がある。このため、上記のデジタルビデオカメラでは、製品出荷後の使用時に、撮像した画像信号から欠陥画素をリアルタイムに検出し、検出した画素の画素信号を補正することにより、欠陥画素が増加した場合の画質劣化を防止する。
なお、以下の説明では、注目画素の周辺に位置して、注目画素と同色のフィルタに対応する画素を周辺画素と呼称することにする。
次に、標準偏差σ1を基に、注目画素Xの出力レベルがその周囲の出力レベルと比較してどれだけ突出しているかを示す突出度を算出する。注目画素Xの出力レベルをxとすると、この画素の突出度T1は以下の式(2)により算出される。
ステップS51において、欠陥画素検出回路21は、A/D変換回路14から1ライン分、ラインメモリ22から2ライン分の画像信号を順次取得する。なお、1フィールド分を処理する初期状態では、A/D変換回路14からの当該フィールドの画像信号をラインメモリ22上に2ライン分蓄積した後、欠陥検出の処理が開始される。そして、注目画素が先頭ラインあるいは2番目のラインとなっている場合は、2ライン分の画像信号を用いて欠陥検出が行われるので、ラインメモリ22からは注目画素を含む1ライン分の画像信号のみ読み出す。一方、注目画素が最終ラインあるいは最終から2番目のラインとなっている場合は、同様に2ライン分の画像信号を用いて欠陥検出が行われるが、このときA/D変換回路14からは次のフィールドの画像信号が出力されているので、欠陥画素検出回路21は、ラインメモリ22からの2ライン分の読み出しのみ行う。なお、このとき、A/D変換回路14からの画像信号は、ラインメモリ22上の最も古いデータが記憶された領域に順次上書きされていく。
ステップS53において、算出した突出度T1について、所定の上限値および下限値の範囲内にあるか否かを判定する。範囲外である場合は欠陥画素であると判断し、ステップS54に進む。ステップS54において、欠陥画素補正回路23は、当該注目画素の画像信号を補正する。例えば、突出度T1の算出に使用した周辺画素の画素信号を欠陥画素検出回路21から取得して補間演算を行い、算出結果を注目画素の画素信号としてカメラ信号処理回路24に出力する。また、ステップS53で、突出度T1が範囲内である場合は欠陥画素でないと判断し、ステップS55に進む。このとき、当該注目画素の画素信号について補正処理を行わずにそのままカメラ信号処理回路24に転送する。
上記の第1の実施の形態の欠陥検出処理では、画像のバラツキ度合いに応じて検出基準値が変化することにより、欠陥検出精度が向上する。しかし、例えば白欠陥を検出する場合、突出度T1に対する上限のしきい値を低くすると、正常の画素を欠陥であると誤検出する可能性が高まり、逆にしきい値を高くすると、欠陥を見逃す可能性が高まる。このため、特にサンプリング周波数に近い高周波画像に対しては、十分な検出精度が得られるとは言えなかった。
図6(A)に示すように、本実施の形態では、注目画素Xに隣接する、これと異なる色の色フィルタに対応する画素(隣接画素Y)について、注目画素Xと同様の方法で突出度を算出する。すなわち、隣接画素Yの突出度の算出のためには、図6(A)に示すようにその周囲の画素Y1〜Y8の信号レベルが用いられる。画素Y1〜Y8の信号レベルをそれぞれy1〜y8、これらの平均出力レベルをAve(y)とすると、これらの標準偏差σ2は以下の式(3)により算出される。
(T1−T2)<Th_up ……(5)
(T1−T2)>Th_dn ……(6)
図7は、以上の第2の実施の形態において、1フィールド分の欠陥画素検出および欠陥画素補正処理の流れを示すフローチャートである。
図8では、欠陥画素を見逃して、欠陥のない正常な画素と判定した場合を“検出ミス”、正常な画素を欠陥画素と誤って判定した場合を“誤判定”とし、白欠陥を検出するための上限値Th_upを変化させたときの、検出ミスおよび誤判定がなされた各画素数を表している。上限値Th_upが小さい場合には、注目画素の信号レベルがその周囲より極端に大きくなく、その周囲に埋もれているように見える状態でも欠陥として検出され、逆に上限値Th_upが大きい場合には、注目画素の信号レベルがその周囲と比較して極端に突出している場合に欠陥として検出されることになる。
上記の図8の測定結果では、検出精度が大きく改善されているものの、誤検出が発生した画素数が一千のオーダーとなっていることから、さらに誤検出の発生回数を大幅に減少させて、撮像対象に対してより忠実な画像が得られるようにすることが望ましい。このためには、水平方向だけでなく、垂直方向などの他の色の色フィルタに対応する画素についても突出度を算出し、注目画素と比較すればよい。さらに、比較対象とする突出度の算出精度を高めるために、他の色の画素について、注目画素の突出度の算出に用いる画素と空間的に同じ位置に相当する画素を補間処理により生成して、その画素を用いて突出度を算出し、比較する。これにより、検出精度をさらに高めることができる。
図9に示すように、本実施の形態では、注目画素Xの他、さらに異なる2色に対応する画素の画素信号を使用する。図9では、注目画素Xおよび周辺画素X1〜X8、画素Y11〜Y22、Z11〜Z22のそれぞれが同色の色フィルタに対応している。なお、以下の説明では、注目画素Xに対応する色を第1の色、画素Y11〜Y22に対応する色を第2の色、画素Z11〜Z22に対応する色を第3の色と呼称することにする。
T1−Tint2>Th_upかつT1−Tint3>Th_up ……(11)
T1−Tint2<Th_dnかつT1−Tint3<Th_dn ……(12)
図10は、以上の第3の実施の形態において、1フィールド分の欠陥画素検出および欠陥画素補正処理の流れを示すフローチャートである。
図11の測定例では、上記の図8の場合と同様に、CZPを撮像し、得られた画素数1492×874の画像内で、欠陥(ここでは白欠陥)画素を任意に1000点設けた。なお、欠陥画素の出力レベル(欠陥レベル)の値も同様に“3000”(ただし最大16363)としている。また、白欠陥を検出するための上限値Th_upを変化させたときの、検出ミスおよび誤判定がなされた各画素数を表している。
上記の各実施の形態では、単板方式の撮像素子を用いた場合について説明したが、本発明は、複数の撮像素子を用いて1枚の画像を生成する場合にも適用することが可能である。以下、このような場合としていわゆる3CCD方式のデジタルビデオカメラを例に挙げて補足説明する。
図13(A)〜(C)は、それぞれRGBに対応するCCD12a〜12cにおける画素配列の例を示している。ここで、CCD12a上の注目画素Xrについては、これに隣接する8つの画素Xr1〜Xr8を周辺画素として、上記の式(1)および(2)により突出度Tr1を求めることができる。ところで、CCD12bおよび12cには、注目画素Xrと、生成される画像上で同じ位置に対応する画素YgおよびZbが存在しており、これらについて同様に突出度を算出することができる。すなわち、CCD12bでは、画素Ygに隣接する8つの画素Yg1〜Yg8を周辺画素として、式(1)および(2)により突出度Tg2が求められる。また、CCD12cでは、画素Zbに隣接する8つの画素Zb1〜Zb8を周辺画素として、同様に突出度Tb3が求められる。
Tr1−Tg2>Th_upかつTr1−Tb3>Th_up ……(13)
Tr1−Tg2<Th_dnかつTr1−Tb3<Th_dn ……(14)
以上のように、3CCD方式など、生成される画像上で同じ位置に対応する異なる画素が個別の撮像素子上に存在する場合は、同じ位置に対応する各撮像素子上の画素について、補間演算を用いない容易な演算により突出度を求めることができる。そして、これらの突出度を比較し、欠陥の有無を判定することにより、検出精度を大幅に向上させることができ、後発欠陥をリアルタイムで検出して、より高画質の画像を生成することが可能となる。また、検出に必要な演算能力が比較的低いので、部品コストや回路規模、消費電力などを低減することができる。
Claims (11)
- 固体撮像素子における欠陥画素を検出するための欠陥画素検出方法において、
前記固体撮像素子上の注目画素を中心とした一定範囲に存在する画素の出力レベルの分散値を演算するとともに、前記注目画素の出力レベルと前記一定範囲に存在する画素の平均出力レベルとの差分値を前記分散値を基に正規化した、前記注目画素の前記一定範囲における出力レベルの突出度合いを示す突出度を算出するステップであって、生成される画像上で同じ位置に対応する同位置画素が存在する場合に、前記注目画素の前記突出度と、前記注目画素に対応する他の前記同位置画素の前記突出度とを算出するステップと、
前記注目画素の前記突出度と、前記注目画素に対応する他の前記同位置画素の前記突出度との比較結果に基づいて、前記注目画素が前記欠陥画素か否かを検出するステップと、
を含むことを特徴とする欠陥画素検出方法。 - 前記同位置画素は、それぞれ異なる色の色フィルタに対応する個別の固体撮像素子上に設けられていることを特徴とする請求項1記載の欠陥画素検出方法。
- 固体撮像素子における欠陥画素を検出するための欠陥画素検出方法において、
前記固体撮像素子上の注目画素を中心とした一定範囲に存在する画素の出力レベルの分散値を演算するとともに、前記注目画素の出力レベルと前記一定範囲に存在する画素の平均出力レベルとの差分値を前記分散値を基に正規化した、前記注目画素の前記一定範囲における出力レベルの突出度合いを示す突出度を算出するステップであって、前記注目画素の前記突出度と、前記注目画素と異なる色の色フィルタに対応して前記注目画素に隣接する隣接画素の前記突出度とを算出するステップと、
前記注目画素の前記突出度と、前記隣接画素の前記突出度との比較結果に基づいて、前記注目画素が前記欠陥画素か否かを検出するステップと、
を含むことを特徴とする欠陥画素検出方法。 - 固体撮像素子における欠陥画素を検出するための欠陥画素検出方法において、
前記固体撮像素子上の注目画素を中心とした一定範囲に存在する画素の出力レベルの分散値を演算するとともに、前記注目画素の出力レベルと前記一定範囲に存在する画素の平均出力レベルとの差分値を前記分散値を基に正規化した、前記注目画素の前記一定範囲における出力レベルの突出度合いを示す突出度を算出するステップであって、前記注目画素の前記突出度と、前記注目画素と異なる色の色フィルタに対応して前記注目画素に隣接する複数の隣接画素のそれぞれの前記突出度とを算出するステップと、
前記複数の隣接画素の前記各突出度を基に前記注目画素と空間的に同じ位置となる画素の前記突出度を補間演算により算出して、前記注目画素の前記突出度と比較することにより、前記注目画素が前記欠陥画素か否かを検出するステップと、
を含むことを特徴とする欠陥画素検出方法。 - 前記注目画素が前記欠陥画素か否かを検出するステップでは、前記注目画素と異なる複数の色の色フィルタに対応する前記複数の隣接画素について、対応する色フィルタの色ごとに前記注目画素と空間的に同じ位置となる画素の前記突出度を補間演算により算出して、前記注目画素の前記突出度と比較することを特徴とする請求項4記載の欠陥画素検出方法。
- 固体撮像素子における欠陥画素を検出する欠陥画素検出装置において、
前記固体撮像素子上の注目画素を中心とした一定範囲に存在する画素の出力レベルの分散値を演算するとともに、前記注目画素の出力レベルと前記一定範囲に存在する画素の平均出力レベルとの差分値を前記分散値を基に正規化した、前記注目画素の前記一定範囲における出力レベルの突出度合いを示す突出度を算出する演算手段であって、生成される画像上で同じ位置に対応する同位置画素が存在する場合に、前記注目画素の前記突出度と、前記注目画素に対応する他の前記同位置画素の前記突出度とを算出する演算手段と、
前記注目画素の前記突出度と、前記注目画素に対応する他の前記同位置画素の前記突出度との比較結果に基づいて、前記注目画素が前記欠陥画素か否かを判定する判定手段と、
を有することを特徴とする欠陥画素検出装置。 - 固体撮像素子における欠陥画素を検出する欠陥画素検出装置において、
前記固体撮像素子上の注目画素を中心とした一定範囲に存在する画素の出力レベルの分散値を演算するとともに、前記注目画素の出力レベルと前記一定範囲に存在する画素の平均出力レベルとの差分値を前記分散値を基に正規化した、前記注目画素の前記一定範囲における出力レベルの突出度合いを示す突出度を算出する演算手段であって、前記注目画素の前記突出度と、前記注目画素と異なる色の色フィルタに対応して前記注目画素に隣接する隣接画素の前記突出度とを算出する演算手段と、
前記注目画素の前記突出度と、前記隣接画素の前記突出度との比較結果に基づいて、前記注目画素が前記欠陥画素か否かを判定する判定手段と、
を有することを特徴とする欠陥画素検出装置。 - 固体撮像素子における欠陥画素を検出する欠陥画素検出装置において、
前記固体撮像素子上の注目画素を中心とした一定範囲に存在する画素の出力レベルの分散値を演算するとともに、前記注目画素の出力レベルと前記一定範囲に存在する画素の平均出力レベルとの差分値を前記分散値を基に正規化した、前記注目画素の前記一定範囲における出力レベルの突出度合いを示す突出度を算出する演算手段であって、前記注目画素の前記突出度と、前記注目画素と異なる色の色フィルタに対応して前記注目画素に隣接する複数の隣接画素のそれぞれの前記突出度とを算出する演算手段と、
前記複数の隣接画素の前記各突出度を基に前記注目画素と空間的に同じ位置となる画素の前記突出度を補間演算により算出して、前記注目画素の前記突出度と比較することにより、前記注目画素が前記欠陥画素か否かを判定する判定手段と、
を有することを特徴とする欠陥画素検出装置。 - 固体撮像素子を用いて画像を撮像する撮像装置において、
前記固体撮像素子上の注目画素を中心とした一定範囲に存在する画素の出力レベルの分散値を演算するとともに、前記注目画素の出力レベルと前記一定範囲に存在する画素の平均出力レベルとの差分値を前記分散値を基に正規化した、前記注目画素の前記一定範囲における出力レベルの突出度合いを示す突出度を算出する演算手段であって、生成される画像上で同じ位置に対応する同位置画素が存在する場合に、前記注目画素の前記突出度と、前記注目画素に対応する他の前記同位置画素の前記突出度とを算出する演算手段と、
前記注目画素の前記突出度と、前記注目画素に対応する他の前記同位置画素の前記突出度との比較結果に基づいて、前記注目画素が欠陥画素か否かを判定する判定手段と、
を有することを特徴とする撮像装置。 - 固体撮像素子を用いて画像を撮像する撮像装置において、
前記固体撮像素子上の注目画素を中心とした一定範囲に存在する画素の出力レベルの分散値を演算するとともに、前記注目画素の出力レベルと前記一定範囲に存在する画素の平均出力レベルとの差分値を前記分散値を基に正規化した、前記注目画素の前記一定範囲における出力レベルの突出度合いを示す突出度を算出する演算手段であって、前記注目画素の前記突出度と、前記注目画素と異なる色の色フィルタに対応して前記注目画素に隣接する隣接画素の前記突出度とを算出する演算手段と、
前記注目画素の前記突出度と、前記隣接画素の前記突出度との比較結果に基づいて、前記注目画素が欠陥画素か否かを判定する判定手段と、
を有することを特徴とする撮像装置。 - 固体撮像素子を用いて画像を撮像する撮像装置において、
前記固体撮像素子上の注目画素を中心とした一定範囲に存在する画素の出力レベルの分散値を演算するとともに、前記注目画素の出力レベルと前記一定範囲に存在する画素の平均出力レベルとの差分値を前記分散値を基に正規化した、前記注目画素の前記一定範囲における出力レベルの突出度合いを示す突出度を算出する演算手段であって、前記注目画素の前記突出度と、前記注目画素と異なる色の色フィルタに対応して前記注目画素に隣接する複数の隣接画素のそれぞれの前記突出度とを算出する演算手段と、
前記複数の隣接画素の前記各突出度を基に前記注目画素と空間的に同じ位置となる画素の前記突出度を補間演算により算出して、前記注目画素の前記突出度と比較することにより、前記注目画素が欠陥画素か否かを判定する判定手段と、
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