JP4803864B2 - 画像入力装置及びその制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はデジタルカメラやイメージスキャナ等の画像入力装置及びその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、図１５に示すように、レンズ１０１、固体撮像素子１０２及び該固体撮像素子１０２への入光を制御するシャッタ（可動遮蔽部材）１０３を備え、ＣＰＵ１０８のコントロール下、該シャッタ１０３の開閉駆動をシャッタ駆動装置１０４で制御すると共に、前記固体撮像素子１０２の駆動を撮像素子駆動回路１０５で制御する画像入力装置が知られている。
【０００３】
該画像入力装置では、シャッタ駆動装置１０４によりシャッタ１０３が開くと、被写体像はレンズ１０１を介して固体撮像素子１０２上に結像する。
【０００４】
また、撮像素子駆動回路１０５は、固体撮像素子１０２上の光学情報をアナログ電気信号に変換して蓄積する蓄積モードや蓄積された撮像データ（アナログ電気信号）を読み出す読出モードに設定する動作モード制御機能を有し、固体撮像素子１０２上に蓄積され読み出されたアナログ電気信号は、Ａ／Ｄ変換器１０６でデジタル電気信号に変換された後、メモリ１０７に格納され、不図示の画像処理部により画像処理される。
【０００５】
図１６は、シャッタの開閉タイミングと固体撮像素子の動作モードとの関係を示すタイムチャートである。
【０００６】
まず、シャッタ１０３を閉じた状態で固体撮像素子１０２の動作モードを蓄積モードに設定した後、シャッタ１０３を所定時間ｓだけ開き、該所定時間ｓが経過した後、シャッタ１０３を閉じる。そしてその後、撮像素子駆動回路１０５により固体撮像素子１０２を読出モードに設定して撮像データの読出処理を行い、読み出された画像データをメモリに記憶し、画像処理を行う。
【０００７】
また、固体撮像素子１０２としてＣＭＯＳセンサを使用した場合は、図１７に示すように、撮像素子駆動回路１０５から全画素リセットパルスを出力し、これにより、固体撮像素子１０２の各画素に蓄積された全電荷が除去されると同時に動作モードは蓄積モードに設定されて新たな光学情報の蓄積が開始される。
【０００８】
また、固体撮像素子１０２には所謂固定パターンノイズと呼称されるノイズの存在が知られており、該固定パターンノイズを除去するために画像データから黒画像データを減算し、斯かる減算された減算データに基づいて画像処理を行うことも知られている。
【０００９】
図１８は上述の減算処理を行う場合のシャッタの開閉タイミング、リセットパルスの発生タイミング、及び固体撮像素子の動作モードとの関係を示すタイムチャートである。
【００１０】
上記図１７と同様、全画素リセットパルスを発生させると同時に固体撮像素子１０２を蓄積モードに設定し、その後シャッタ１０３を開き、所定時間ｓ経過後にシャッタ１０３を閉じ、次いで動作モードを読出モードに切り替え、画像データを読み出す。すなわち、蓄積モード時間ｔをシャッタ１０３が開いている所定時間ｓよりも若干長く設定して被写体からの画像データを蓄積し、シャッタ１０３が閉じると固体撮像素子１０２の動作モードを読取モードに変更して画像データの読取処理を行い、読み出された画像データをメモリ１０７に記憶する。
【００１１】
次いで、画像データの読取処理が終了すると、再度全画素リセットパルスを発生させると同時に固体撮像素子１０２を蓄積モードに設定する。すなわち、シャッタ開時の蓄積モードと同一時間（蓄積モード時間ｔ）だけ固体撮像素子１０２の動作モードを蓄積モードに設定して黒画像データを蓄積し、蓄積モード時間ｔが経過すると前記動作モードを読出モードに切り替えて黒画像データの読み出しを行い、読み出された画像データを黒画像データとしてメモリ１０７に記憶する。そして、この後、シャッタ開時に得られた画像データから前記黒画像データを減算し、その減算結果に基づいて画像処理を行うことにより、固定パターンノイズの除去された良好な画像を得ることができる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の画像入力装置では、露光時間の短い場合は上述のようにして固定パターンノイズを除去することができ、これにより画質の良好な画像データを得ることが可能であるが、露光時間の比較的長い長秒時には対応できないという問題点があった。
【００１３】
すなわち、撮像素子には一般的に暗電流と呼ばれるものが存在し、上記固定パターンノイズは、主として暗電流の不均一性に起因すると考えられ、しかも該暗電流は撮像素子への蓄積時間に比例して増加する。
【００１４】
したがって、従来の画像入力装置では、被写体からの画像データから黒画像データを減算することにより、露光時間が短い場合は固定パターンノイズの除去が可能となるが、長秒時の場合は暗電流の電流量が増加するため、黒画像データのレベルが大きくなり、画像データのダイナミックレンジを圧迫する虞があるという問題点があった。
【００１５】
また、暗電流の大きな固体撮像素子１０２を使用して長秒時の撮影を行った場合や固体撮像素子１０２の能力を超えて長秒時の撮影を行った場合は、黒画像データだけでＡ／Ｄ変換器１０６の入力レンジを越えてしまい、このためユーザの欲する画像データを全く得ることができなくなるという問題点があった。
【００１６】
また、上記従来の撮像装置では、前記黒画像データの取得作業は１回だけであるため、黒画像データを取得したときのランダムノイズ成分が画像データの固定パターンノイズとして付加され、このためＳ／Ｎの劣化を招来するという問題点もあった。
【００１７】
本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであって、露光時間が比較的長い長秒時においても良好なＳ／Ｎを有する画像データを得ることのできる画像入力装置及びその制御方法を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明に係る画像入力装置は、被写体からの光学像を電気的な画像情報に変換して蓄積する撮像手段と、前記光学像の前記撮像手段への入射を遮蔽する遮蔽手段と、前記遮蔽手段を開状態にして前記撮像手段に蓄積することで取得した第１の画像情報から前記遮蔽手段を閉状態にして前記撮像手段に蓄積することで取得した第２の画像情報を減算する減算手段と、前記第１の画像情報の取得処理、前記第２の画像情報の取得処理、及び前記減算手段による減算処理を複数回繰り返し実行するように制御する制御手段と、前記減算手段による前記複数回分の減算処理結果を全て加算する加算手段と、を備え、前記加算手段による加算処理を行うことで固定パターンノイズを除去した画像情報を生成することを特徴とする。
【００１９】
上記目的を達成するために本発明に係る画像入力装置の制御方法は、被写体からの光学像を電気的な画像情報に変換して蓄積する撮像手段と、前記光学像の前記撮像手段への入射を遮蔽する遮蔽手段とを備えた画像入力装置の制御方法であって、前記遮蔽手段を開状態にして前記撮像手段に蓄積することで第１の画像情報を取得する第１の画像情報取得ステップと、前記遮蔽手段を閉状態にして前記撮像手段に蓄積することで第２の画像情報を取得する第２の画像情報取得ステップと、前記第１の画像情報から前記第２の画像情報を減算する減算ステップと、前記第１の画像情報取得ステップ、前記第２の画像情報取得ステップ、及び前記減算ステップを複数回繰返し実行するように制御する制御ステップと、前記減算ステップによる前記複数回の減算処理結果を全て加算する加算ステップと、を含み、前記加算ステップによる加算処理を行うことで固定パターンノイズを除去した画像情報を生成することを特徴とする。
【００２０】
尚、本発明のその他の特徴は下記の発明の実施の形態の記載より明らかとなろう。
【００２１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳説する。
【００２２】
図１は本発明に係る画像入力装置の一実施の形態を示すブロック構成図であって、該画像入力装置は、被写体としての光学像が入光するレンズ１と、ＣＣＤやＣＭＯＳで構成されレンズ１を透過した光学像を結像する固体撮像素子２と、該固体撮像素子１０２への入光を制御するシャッタ３と、該シャッタ３の開閉動作を制御するシャッタ駆動装置４と、前記固体撮像素子２の動作を制御する撮像素子駆動回路５と、固体撮像素子２からのアナログ電気信号をデジタル電気信号に変換するＡ／Ｄ変換器６と、該Ａ／Ｄ変換器６でデジタル信号に変換された画像データを格納するメモリ７と、Ａ／Ｄ変換器６とメモリ７との間に介装されてメモリ７への記憶情報を制御するメモリコントローラ８と、前記シャッタ駆動装置４、撮像素子駆動回路５、メモリ７、及びメモリコントローラ８に接続されてこれら装置全体の制御を司るＣＰＵ２０とを備えている。
【００２３】
また、撮像素子駆動回路５は、固体撮像素子２に結像された光学情報をアナログ電気信号に変換して蓄積する蓄積モードや蓄積された撮像データ（アナログ電気信号）を読み出す読出モードに設定する動作モード制御機能を有し、さらには固体撮像素子２としてＣＭＯＳが使用されている場合は固体撮像素子に全画素のリセットパルスを発生させるパルス発生機能を有している。
【００２４】
このように構成された画像入力装置においては、シャッタ駆動装置４によりシャッタ３が「開」になると、被写体としての光学像はレンズ１を介して固体撮像素子２に結像される。そして、固体撮像素子２上の光学情報は、撮像素子駆動回路の制御下、該固体撮像素子２に蓄積された後、アナログ電気信号として読み出され、Ａ／Ｄ変換器６によりデジタル信号に変換された後、メモリコントローラ８を介してメモリ７に記憶される。
【００２５】
図２はメモリコントローラ８の詳細を示すブロック構成図である。
【００２６】
同図において、Ａ／Ｄ変換器６から出力された画像データ（デジタル信号）は、第１〜第３のマルチプレクサ９、１０、１１に供給され、また、第１及び第２のマルチプレクサ９、１０にはメモリ７から読み出された画像データ（読出データ）が入力される。
【００２７】
そして、該第１及び第２のマルチプレクサ９、１０ではＡ／Ｄ変換器６又はメモリ７からの画像データのいずれか一方を選択的に切り替え、該第１及び第２のマルチプレクサ９、１０の出力信号は夫々加算器１２及び減算器１３に供給される。そして、加算器１２ではメモリ７から読み出された画像データと第１のマルチプレクサ９からの出力データとが加算され、これにより、メモリ７から読み出された画像データ同士の加算結果、又はメモリ７から読み出された画像データとＡ／Ｄ変換器６から出力された画像データとの加算結果のいずれか一方の加算結果が得られることとなる。
【００２８】
尚、加算器１２はラッチ回路等を備えており、メモリ７から読み出されたデータを加算する場合、加算される２つのデータを異なるタイミングでメモリ７から出力することも可能である。
【００２９】
また、減算器１３ではメモリ７から読み出された画像データと第２のマルチプレクサ１０からの出力データとが減算され、これにより、メモリ７から読み出された画像データ同士の減算結果、又はメモリ７から読み出された画像データとＡ／Ｄ変換器６から出力された画像データとの減算結果のいずれか一方の減算結果が得られることとなる。尚、減算器１３は出力結果の極性を反転することのできる反転機能を有している。
【００３０】
そして、加算器１２及び減算器１３の出力信号は第３のマルチプレクサ１３に入力される。すなわち、第３のマルチプレクサ１３には加算器１２及び減算器１３からの出力信号及びＡ／Ｄ変換器６からの出力信号が入力され、これら各出力信号を選択的に切り替えてメモリ７に出力し、これにより、Ａ／Ｄ変換器６、加算器１２、又は減算器１３のいずれかの出力画像データがメモリ７に記憶される。
【００３１】
図３はメモリ７のメモリマップであって、該メモリ７は５つの領域（第１〜第５の領域７ａ〜７ｅ）に分割されている。そして、ＣＰＵ２０によりマッピングされてメモリ上のアドレスが決定され、第３のマルチプレクサ１３の出力結果が第１〜第５の領域７ａ〜７ｅのうちのいずれかの領域に格納されるように構成されている。例えば、第１及び第３の領域７ａ、７ｃにはＡ／Ｄ変換器６からの画像データが格納され、第２及び第４の領域７ｂ、７ｄには減算器１３からの画像データが格納され、第５の領域７ｅには加算器１２からの画像データが格納される。
【００３２】
図４は本発明に係る画像データの処理方法の第１の実施の形態を示すフローチャートであり、図５は図４のプログラム実行時の制御タイミングを示すタイムチャートである。
【００３３】
撮影準備開始の命令が出力されるとステップＳ１で撮影準備動作を行い、ステップＳ２では撮影動作開始命令がなされるのを待機する。そして、撮影動作開始命令がなされると、ステップＳ３では図５に示すように固体撮像素子の動作モードを蓄積モードに設定した後、シャッタ３を開く。そして、所定時間Ｓが経過するとステップＳ４に進み、シャッタ３を閉じ、その後、固体撮像素子２を読出モードに設定して画像データを読み出し、該読み出した画像データをメモリコントローラ８を介してメモリ７の第１の領域７ａに記憶する（第１の動作Ａ１）。
【００３４】
すなわち、この第１の動作Ａ１では、メモリコントローラ８の第３のマルチプレクサ１１からはＡ／Ｄ変換器６からの画像データが出力され、該Ａ／Ｄ変換器６からの画像データを画像データ（１）としてメモリ７の第１の領域７ａに格納する。尚、前記蓄積モードは、少なくともシャッタ３が開いている時間に亙って設定されるようにシャッタ３が開いている所定時間Ｓ１よりも若干大きな所定時間Ｔ１に設定される。
【００３５】
そして続くステップＳ５ではシャッタ３を閉じたまま、固体撮像素子２を蓄積モードに設定し、次いでステップＳ６では固体撮像素子２を読出モードに切り替えて画像データを読み出すと共に、画像データはメモリコントローラ８を介してメモリ７に記憶される（第２の動作Ａ２）。
【００３６】
この第２の動作Ａ２では、メモリコントローラ８の第２のマルチプレクサ１０からはＡ／Ｄ変換器６からの画像データ（黒画像データ（１））が出力されるように切り替えられ、したがって減算器１３にはＡ／Ｄ変換器６からの画像データ（黒画像データ（１））が入力される。一方、ステップＳ４で取得した画像データ（１）がメモリ７から該減算器１３に入力され、これにより減算器１３では画像データ（１）とＡ／Ｄ変換器６からの画像データとの間で減算処理が実行され、その減算結果がメモリ７に出力される。すなわち、この場合、減算器１３の極性は、（画像データ（１）)−(Ａ／Ｄ変換器からの画像データ（黒画像データ（１））となり、斯かる減算結果が減算データ（１）としてメモリ７の第２の領域７ｂに記憶される。
【００３７】
次に、再度上記ステップＳ３〜ステップＳ５の処理を繰り返し、第１の動作Ａ１で得られるＡ／Ｄ変換器６からの画像データ（２）を第３の領域７ｃに記憶し、減算器１３から得られる減算データ（２）を第４の領域７ｄに記憶する。
【００３８】
そしてこの後、ステップＳ７に進んでメモリコントローラ８は第３の動作Ａ３に移行する。
【００３９】
すなわち、第３の動作Ａ３では、第２及び第４の領域７ｂ、７ｄに夫々格納されている減算データ（１）（２）がメモリ７から出力されて、加算器１２及び第１のマルチプレクサ９に入力される。そして、第１のマルチプレクサ９からはメモリ７からの減算データ（１）又は減算データ（２）が出力され、したがって加算器１２には減算データ（１）及び減算データ（２）が入力され、その結果減算データ（１）と減算データ（２）とが加算され、斯かる加算結果がメモリ７の第２の領域７ｂに記憶される。尚、このとき固体撮像素子２は蓄積モードに設定され、シャッタ３が開状態となっていても差し支えない。
【００４０】
次いで、ステップＳ８では露光が終了したか否かを判断し、露光が終了していない場合はステップＳ３〜ステップＳ７の処理を繰り返し、順次減算データ（ｎ）を加算してゆく。
【００４１】
そして、ステップＳ３〜ステップＳ７の処理をｎ回繰り返し、ステップＳ８で露光が終了したと判断された時点では、数式（１）に示す加算データＫ１がメモリ７の第２の領域７ｂに記憶され、ステップＳ９で該加算データＫ１に基づいて画像処理を実行し、処理を終了する。
【００４２】
【数１】
このように本第１の実施の形態では、減算データ（ｎ）の加算データＫ１に基づいて画像処理しているので、黒画像データのレベルが相対的に低下し、これにより長秒時においても固定ノイズパターンを除去することができ、暗電流によるダイナミックレンジの抑圧がなく、Ｓ／Ｎの良い、良好な画像データを得ることができる。
【００４３】
図６は本発明に係る画像データの処理方法の第２の実施の形態を示すフローチャートであり、図７は図６のプログラム実行時の制御タイミングを示すタイムチャートである。
【００４４】
撮影準備開始の命令が出力されるとステップＳ１１で撮影準備動作を行い、続くステップＳ１２では図７に示すように、シャッタ３を閉じた状態で固体撮像素子２を所定時間Ｔ２、蓄積モードに設定し、次いでステップＳ１３では、シャッタ３を閉じた状態で固体撮像素子２の動作モードを読出モードに切り替えて画像データを読み出すと共に、メモリコントローラ８を介して画像データをメモリ７に記憶する（第１の動作Ａ１）。
【００４５】
すなわち、第１の実施の形態と同様、この第１の動作Ａ１で、メモリ７の第１の領域７ａにはＡ／Ｄ変換器６からの画像データが格納されるが、本第２の実施の形態における第１の動作Ａ１はシャッタ３が閉じられた状態での画像データを読み出しており、したがって第１の領域７ａには黒画像データ（０）が格納されることとなる。
【００４６】
次に、ステップＳ１４では撮影動作が開始するのを待機し、撮影動作が開始するとステップＳ１５で固体撮像素子２を蓄積モードに設定した後、シャッタ３を開く。そして前回蓄積モード時の所定時間Ｔ２と同一時間だけ固体撮像素子２を蓄積モードに設定した後、ステップＳ１６に進み、シャッタ３を開いた状態で固体撮像素子２の動作モードを読出モードに切り替えて画像データを読み出し、メモリコントローラ８を介してこの画像データをメモリ７に記憶する（第４の動作Ａ４）。
【００４７】
すなわち、この第４の動作Ａ４においては、メモリコントローラ８の第２のマルチプレクサ１０にはＡ／Ｄ変換器６からの画像データ、すなわちシャッタ開時の画像データ（１）が出力される。また、メモリ７からは第１の領域７ａに記憶されている黒画像データ（０）が出力され、したがって減算器１２には画像データ（１）と黒画像データ（０）とが入力され、これら画像データ（１）と黒画像データ（０）との間で減算処理され、その結果がメモリ７に記憶される。このときの減算器１３の極性は、第１の実施の形態とは逆となり、（ (Ａ／Ｄ変換器からの画像データ) −(黒画像データ（０）)）が減算データ（１）としてメモリ７の第２の領域７ｂに記憶される。
【００４８】
次いで、さらに再度ステップＳ１５及びステップＳ１６を繰り返し、減算データ（２）を取得して第３の領域７ｃに記憶する。
【００４９】
そしてこの後、ステップＳ１７に進んで露光が終了したか否かを判断し、終了していない場合はステップＳ１５に戻り、シャッタ３を開状態にしたまま固体撮像素子２を蓄積モードに設定し、さらに画像データの蓄積処理と並行してメモリコントローラ８は第３の動作Ａ３を実行する。すなわち、上記第１の実施の形態と同様にして減算データ（１）と減算データ（２）を加算し、加算データを第２の領域７ｂに記憶する。
【００５０】
次いで、再びステップＳ１６でシャッタを開いたまま読出モードに設定して画像データの読出しを行い、減算データ（２）を取得してメモリ７に記憶し、続くステップＳ１７で露光が終了するまで、上述の処理を繰り返す。そして、シャッタが所定時間（ｎ×Ｓ）経過して該シャッタ３が閉じ、その後、さらに１回だけ読取モードに設定して第４の動作Ａ４及び第３の動作Ａ３を実行してシャッタ開時の減算データ（ｍ）を算出し、数式（２）に示すような加算データＫ２がメモリ７の第２の領域７ｂに記憶される。
【００５１】
【数２】
尚、これにより、ステップＳ１５〜ステップＳ１８の繰返処理をｍ回行われたこととなる。
【００５２】
そして、露光が終了するとステップＳ１９に進み、シャッタ３を閉じたまま動作モードを蓄積モードに設定して画像データを蓄積し、所定時間Ｔ２が経過すると、続くステップＳ２０では固体撮像素子２は読出モードに切り替えられて画像データを読み出すと共に、メモリコントローラ８により画像データをメモリ７に記憶する（第２の動作Ａ２）。
【００５３】
すなわち、Ａ／Ｄ変換器６からの出力（黒画像データ（１））とメモリからの黒画像データ（０）との間で行われた減算結果が黒減算データ（１）として（(黒画像データ（０)）−(Ａ／Ｄ変換器からの画像データ（黒画像データ（１)）の形で第４の領域７ｄに記憶される。
【００５４】
次いで、ステップＳ２１では黒減算データの取得が完了したか否かを判断し、完了していない場合は、ステップＳ１９に戻ってシャッタ３を閉じたまま動作モードを蓄積モードに設定して画像データを蓄積すると共にメモリコントローラ８は第３の動作Ａ３を実行する。すなわち、第２の領域７ｂに記憶されている加算データで前記黒減算データ（１）を加算し、該加算データを第２の領域７ｂに記憶する。
【００５５】
そしてこの後、ステップＳ２０で固体撮像素子２は読出モードに切り替えられて画像データを読み出すと共に、メモリコントローラ８は第２の動作Ａ２を実行し、画像データをメモリ７に記憶する。
【００５６】
次に、ステップＳ２１で黒減算データの取得が完了したか否かを判断し、完了していない場合はステップＳ１９〜ステップＳ２２の処理を繰り返す。すなわち、ステップＳ１５〜ステップＳ１８の繰返回数ｍだけステップＳ１９〜ステップＳ２２を繰り返して黒減算データ（ｍ）を取得した後、算出された黒減算データ（ｍ）を第２の領域７ｂの加算結果に加算してゆき、最終的に数式（３）に示すような加算データＫ３を得る。
【００５７】
【数３】
そして、続くステップＳ２３では加算データＫ３に基づいて画像処理を実行し、処理を終了する。
【００５８】
このように本第２の実施の形態では、減算データ（ｍ）の加算値と黒画像データ（ｍ）の加算値とを加算した加算値Ｋ３に基づいて画像処理しているので、画像データ（０）に含まれるランダムノイズが固定パターンノイズとして付加されるのを回避することができ、これにより暗電流によるダイナミックレンジの抑圧がなく、Ｓ／Ｎの良い、良好な画像データを得ることができる。しかも、上記第１の実施の形態に比べ、シャッタ３の開閉駆動の回数も少なくて済み、シャッタ駆動に要する負荷も軽減することができる。
【００５９】
尚、本実施の形態では黒減算データの取得回数と減算データの取得回数とを共にｍ回ずつ行っているが、黒減算の取得回数を（ｍ−１）回にしても充分に所期の目的を達成することができ、またＳ／Ｎの多少の劣化を伴うものの、黒減算データの取得回数をｐ回（ｐ＜ｍ)としても用途によっては充分に所期の目的を達成することができる。
【００６０】
図８は本発明に係る画像データの処理方法の第３の実施の形態を示すタイムチャートであって、本第３の実施の形態では、減算データ（ｍ）の加算値Ｋ２を得た後のシャッタ閉後における黒減算データの取得回数を低減している。
【００６１】
すなわち、本第３の実施の形態では、第２の実施の形態と同様、シャッタ閉→シャッタ開の動作を実行して減算データ（ｍ）の加算データＫ２を算出し（ステップＳ１１〜ステップＳ１８参照）、その後シャッタ３を閉じたまま動作モードを蓄積モードに設定して画像データを蓄積した後、メモリコントローラ８は第２の動作Ａ２を実行して黒減算データ（１）を取得し、その後第３の動作Ａ３を２回連続して実行する。すなわち、黒減算データの加算を２回連続して行い、その加算結果を第２の領域７ｂの加算値に加算し、これによりシャッタ閉後の黒減算データの取得回数を半減させている。
【００６２】
そして、このように黒減算データの加算を２回連続して実行することにより、黒減算データの取得を（ｍ／２）回に減らすことによっても、上記第１及び第２の実施の形態と同様、暗電流によるダイナミックレンジの抑圧がなく、Ｓ／Ｎの良い、良好な画像データを得ることができ、しかもこの場合はシャッタ閉後の動作時間を半減させることができる。
【００６３】
尚、本第２の実施の形態では黒減算データの取得回数を（ｍ／２）回としたが、（ｍ／ｑ)（１＜ｑ＜ｍ)回としてもよい。すなわち、ｑが大きくなると固定ノイズパターンの除去率が低下するためＳ／Ｎは劣化する傾向にあるが、用途等に応じてｑの数値を可変とするのも好ましい。
【００６４】
図９及び図１０は本発明に係る画像データの処理方法の第４の実施の形態を示すフローチャートであり、図１１は図９及び図１０のプログラム実行時の制御タイミングを示すタイムチャートである。
【００６５】
本第４の実施の形態では固体撮像素子としてＣＭＯＳセンサを使用し、撮像素子駆動回路５から供給される全画素リセットパルスにより画素に蓄積された全ての光電荷が除去可能とされている。
【００６６】
ＣＭＯＳセンサは、撮像素子駆動回路５から供給される全画素リセットパルスにより、画素に蓄積された全光電荷を除去する動作が可能とされており、また、読出モード中においも各々画素は当該画素が水平転送ラインに読み出されるタイミング以外は光電荷を蓄積する。すなわち、ＣＭＯＳを使用した場合、全画素リセットパルスによりリセットしてから蓄積を行った後の画像情報に含まれる暗電流のプロファイルと、読出モードで画像情報の読み出しを行ってから蓄積を行った後の画像情報に含まれる暗電流のプロファイルとは異なるため、図９〜図１１に示すような制御手順を実行することにより、本発明の所期の目的を達成することができる。
【００６７】
本第４の実施の形態においては、撮影準備開始の命令が出力されるとステップＳ３１で撮影準備動作を行い、続くステップＳ３２では図１１に示すように、シャッタ３を閉じた状態で固体撮像素子２を読出モードに設定して画像データの読出しを行う。尚、このとき、読み出された画像データはメモリ７に記憶されない。
【００６８】
次いで、ステップＳ３３で固体撮像素子２の動作モードを蓄積モードに設定して画像データを蓄積し、その後、固体撮像素子２を読出モードに切り替えて画像データを読み出すと共に、メモリコントローラ８により該画像データ（黒画像データ（０））をメモリ７の第１の領域７ａに記憶する（第１の動作Ａ１）。
【００６９】
次に、ステップＳ３５では撮影動作開始の指令を待機し、撮影動作開始が指令されるとステップＳ３６に進み、リセットパルスを出力すると共に固体撮像素子２を蓄積モードに設定し、さらにシャッタ３を開き、所定時間Ｔ４の期間、固体撮像素子２を蓄積モードにした後、ステップＳ３７に進み、シャッタ３を開いた状態で読出モードに切り替えて画像データを読み出すと共に、メモリコントローラ８は第１の動作Ａ１を実行して所定時間Ｔ４における画像データをメモリ７の第２の領域７ｂに記憶する。
【００７０】
次に、ステップＳ３８に進み、固体撮像素子２を所定時間Ｔ３の蓄積モードにした後、ステップＳ３９で、固体撮像素子２を読出モードにして画像データを読み出すと共に、メモリコントローラ８は第４の動作Ａ４を実行し、Ａ／Ｄ変換器６からの画像データ（画像データ（１））からステップＳ３４で得られた黒画像データ（０）を減算して減算データ（１）を取得し、該減算データ（１）を第３の領域７ｃに記憶する。
【００７１】
次いで、ステップＳ４０でシャッタ３が開状態を維持して露光が未だ終了していないと判断された場合はステップＳ３８に戻り、固体撮像素子２を所定時間Ｔ３の蓄積モードに設定すると共に、メモリコントローラ８は第３の動作Ａ３（ステップＳ４１）を実行する。
【００７２】
すなわち、ステップＳ３４で得られた画像データ（０）とステップＳ３９で得られた減算データ（１）とを加算し、加算データをメモリ７の第２の領域７ｂに記憶する。
【００７３】
次いで、ステップＳ３９を実行して減算データ（２）を取得し、所定時間（ｎ×Ｓ）が経過するまでステップＳ４１で加算データを取得し、加算データをメモリ７の第２の領域７ｂに記憶する。
【００７４】
そして、所定時間（ｎ×Ｓ）が経過し、ステップＳ３８〜ステップＳ４１の処理をｍ回行った後、露光が終了したと判断して図１０のステップＳ４２に進み、シャッタ３を閉じた後、リセットパルスを出力し、所定時間Ｔ４だけ蓄積モードとした後、ステップＳ４３に進んで固体撮像素子２の動作モードを読出モードに切り替え、メモリコントローラ８は第２の動作Ａ２を実行する。すなわち、ステップＳ４１で得られた加算データとＡ／Ｄ変換器６からの画像データ（黒画像データ）との間の減算処理が（(加算データ)−(Ａ／Ｄ変換器６の出力)）の形で記憶される。
【００７５】
次に、ステップＳ４４に進み蓄積モードにした後、ステップＳ４５で読出モードに設定して画像データを読み出すと共に、メモリコントローラ８は第２の動作Ａ２を実行し、（(黒画像データ（０）)−(Ａ／Ｄ変換器の出力（黒画像データ））の形で減算結果をメモリ７の第５の領域７ｅに黒減算データとして記憶する。
【００７６】
次いで、黒画像データの取得が完了したか否かを判断し、その答が否定（Ｎｏ）の場合は再度ステップＳ４４に戻って固体撮像素子２を時間Ｔ３の蓄積モードに設定すると共に、メモリコントローラ８は第３の動作Ａ３を実行し（ステップＳ４７）、第２の領域７ｄに記憶されている加算データと第５の領域７ｅに記憶されている黒減算データ（１）とを加算し、加算データとして第２の領域７ｂに記憶する。
【００７７】
このようにしてステップＳ４４〜ステップＳ４７をｍ回実行して加算データを取得し、該加算データを最終的な画像データとして画像処理を行い（ステップＳ４７）、処理を終了する。
【００７８】
このようにリセットパルスの発生直後とそれ以外の場合とに分けて処理することにより、ＣＭＯＳセンサを使用した場合も上述した第１〜第３の実施の形態と同様の作用・効果を得ることができる。
【００７９】
図１２は本発明に係る画像データの処理方法の第５の実施の形態を示す要部フローチャートであり、図１３は本第５の実施の形態の制御タイミングを示すタイムチャートである。
【００８０】
本第５の実施の形態は、上記第４の実施の形態と同様、固体撮像素子２としてＣＭＯＳセンサを使用すると共に、シャッタ閉後の黒画像データの取得回数を増加させ、該取得回数を正規化し、加算データから減算している。
【００８１】
すなわち、図１３に示すように、上記第４の実施の形態と同様、シャッタ３を開いた状態で減算データの加算値を算出し、該加算値を第２の領域７ｂに記憶する。
【００８２】
そして、露光が終了すると、図１２のステップＳ４２でシャッタ３を閉じてリセットパルスを出力し、所定時間Ｔ４だけ蓄積モードとした後、ステップＳ４３に進んで固体撮像素子２の動作モードを読出モードに切り替え、メモリコントローラ８は第２の動作Ａ２を実行する。すなわち、ステップＳ４１で得られた加算データとＡ／Ｄ変換器６からの画像データ（黒画像データ）との間の減算処理が（(加算データ)−(A/D変換器の出力)）の形で第２の領域７ｂに記憶される。
【００８３】
次に、ステップＳ４４に進み蓄積モードにした後、ステップＳ４５で読出モードに設定して画像データを読み出すと共に、メモリコントローラ８は第２の動作を実行し、（(黒画像データ（０）)−(Ａ／Ｄ変換器の出力（黒画像データ））の形で減算結果をメモリ７の第４の領域７ｄに黒減算データ（１)として記憶する。
【００８４】
さらに、ステップＳ４４、４５を再度繰返し、蓄積モードにした後、ステップＳ４５で読出モードに設定して画像データを読み出すと共に、メモリコントローラ８は第２の動作Ａ２を実行し、メモリ７の第５の領域７ｅに黒減算データ（２）として記憶する。
【００８５】
次いで、黒画像データの取得が完了したか否かを判断し、その答が否定（Ｎｏ）の場合は再度ステップＳ４４に戻って固体撮像素子２を時間Ｔ３の蓄積モードに設定すると共に、メモリコントローラ８は第３の動作Ａ３を実行し（ステップＳ４７）、第４の領域７ｄに記憶されているこれまでの加算データと黒減算データ（１）を加算し、加算データとして第４の領域４ｄに記憶する。
【００８６】
さらに、ステップＳ４４〜ステップＳ４７をα回繰り返して加算データを算出し、次いで、ステップＳ５１ではメモリ７上で（ｍ／α）倍して正規化し、第２の領域７ｂに記憶されている加算データからｍ回減算し、ステップＳ４８では斯かる演算結果に基づいて画像処理を行い、処理を終了する。
【００８７】
尚、αはα＞ｍでもよく、この動作により、暗電流によるダイナミックレンジの抑圧がなく、Ｓ／Ｎの良い、良好な画像データを得ることができる。
【００８８】
尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。また、上記実施の形態ではシャッタ３がレンズ２の焦点面近傍に位置する所謂フォーカルプレーンシャッタタイプの画像入力装置について説明したが、図１４に示すように、シャッタ３がレンズ２の直後に位置するレンズシャッタタイプについても同様に適用できるのはいうまでもない。
【００８９】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、長秒時においても、固定パターンノイズを除去することができ、且つダイナミックレンジの抑圧のない高品位の画像を取り出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る画像入力装置の一実施の形態を示すブロック構成図である。
【図２】本発明のメモリコントローラの詳細を示すブロック構成図である。
【図３】メモリのメモリマップである。
【図４】本発明に係る画像入力装置の制御方法の第１の実施の形態を示すフローチャートである。
【図５】第１の実施の形態の制御タイミングを示すタイミングチャートである。
【図６】本発明に係る画像入力装置の制御方法の第２の実施の形態を示すフローチャートである。
【図７】第２の実施の形態の制御タイミングを示すタイミングチャートである。
【図８】第３の実施の形態の制御タイミングを示すタイミングチャートである。
【図９】本発明に係る画像入力装置の制御方法の第４の実施の形態を示すフローチャート（１／２）である。
【図１０】本発明に係る画像入力装置の制御方法の第４の実施の形態を示すフローチャート（２／２）である。
【図１１】第４の実施の形態の制御タイミングを示すタイミングチャートである。
【図１２】本発明に係る画像入力装置の制御方法の第５の実施の形態を示す要部フローチャートである。
【図１３】第５の実施の形態の制御タイミングを示すタイミングチャートである。
【図１４】本発明に係る画像入力装置の他の実施の形態を示すブロック構成図である。
【図１５】従来の画像入力装置のブロック構成図である。
【図１６】画像入力装置の制御タイミングを示す第１の従来例のタイミングチャートである。
【図１７】画像入力装置の制御タイミングを示す第２の従来例のタイミングチャートである。
【図１８】画像入力装置の制御タイミングを示す第３の従来例のタイミングチャートである。
【符号の説明】
２ 固体撮像素子（撮像手段）
３ シャッタ（遮蔽手段）
７ メモリ（記憶手段）
８ メモリコントローラ（処理データ生成手段）
２０ ＣＰＵ
【発明の属する技術分野】
本発明はデジタルカメラやイメージスキャナ等の画像入力装置及びその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、図１５に示すように、レンズ１０１、固体撮像素子１０２及び該固体撮像素子１０２への入光を制御するシャッタ（可動遮蔽部材）１０３を備え、ＣＰＵ１０８のコントロール下、該シャッタ１０３の開閉駆動をシャッタ駆動装置１０４で制御すると共に、前記固体撮像素子１０２の駆動を撮像素子駆動回路１０５で制御する画像入力装置が知られている。
【０００３】
該画像入力装置では、シャッタ駆動装置１０４によりシャッタ１０３が開くと、被写体像はレンズ１０１を介して固体撮像素子１０２上に結像する。
【０００４】
また、撮像素子駆動回路１０５は、固体撮像素子１０２上の光学情報をアナログ電気信号に変換して蓄積する蓄積モードや蓄積された撮像データ（アナログ電気信号）を読み出す読出モードに設定する動作モード制御機能を有し、固体撮像素子１０２上に蓄積され読み出されたアナログ電気信号は、Ａ／Ｄ変換器１０６でデジタル電気信号に変換された後、メモリ１０７に格納され、不図示の画像処理部により画像処理される。
【０００５】
図１６は、シャッタの開閉タイミングと固体撮像素子の動作モードとの関係を示すタイムチャートである。
【０００６】
まず、シャッタ１０３を閉じた状態で固体撮像素子１０２の動作モードを蓄積モードに設定した後、シャッタ１０３を所定時間ｓだけ開き、該所定時間ｓが経過した後、シャッタ１０３を閉じる。そしてその後、撮像素子駆動回路１０５により固体撮像素子１０２を読出モードに設定して撮像データの読出処理を行い、読み出された画像データをメモリに記憶し、画像処理を行う。
【０００７】
また、固体撮像素子１０２としてＣＭＯＳセンサを使用した場合は、図１７に示すように、撮像素子駆動回路１０５から全画素リセットパルスを出力し、これにより、固体撮像素子１０２の各画素に蓄積された全電荷が除去されると同時に動作モードは蓄積モードに設定されて新たな光学情報の蓄積が開始される。
【０００８】
また、固体撮像素子１０２には所謂固定パターンノイズと呼称されるノイズの存在が知られており、該固定パターンノイズを除去するために画像データから黒画像データを減算し、斯かる減算された減算データに基づいて画像処理を行うことも知られている。
【０００９】
図１８は上述の減算処理を行う場合のシャッタの開閉タイミング、リセットパルスの発生タイミング、及び固体撮像素子の動作モードとの関係を示すタイムチャートである。
【００１０】
上記図１７と同様、全画素リセットパルスを発生させると同時に固体撮像素子１０２を蓄積モードに設定し、その後シャッタ１０３を開き、所定時間ｓ経過後にシャッタ１０３を閉じ、次いで動作モードを読出モードに切り替え、画像データを読み出す。すなわち、蓄積モード時間ｔをシャッタ１０３が開いている所定時間ｓよりも若干長く設定して被写体からの画像データを蓄積し、シャッタ１０３が閉じると固体撮像素子１０２の動作モードを読取モードに変更して画像データの読取処理を行い、読み出された画像データをメモリ１０７に記憶する。
【００１１】
次いで、画像データの読取処理が終了すると、再度全画素リセットパルスを発生させると同時に固体撮像素子１０２を蓄積モードに設定する。すなわち、シャッタ開時の蓄積モードと同一時間（蓄積モード時間ｔ）だけ固体撮像素子１０２の動作モードを蓄積モードに設定して黒画像データを蓄積し、蓄積モード時間ｔが経過すると前記動作モードを読出モードに切り替えて黒画像データの読み出しを行い、読み出された画像データを黒画像データとしてメモリ１０７に記憶する。そして、この後、シャッタ開時に得られた画像データから前記黒画像データを減算し、その減算結果に基づいて画像処理を行うことにより、固定パターンノイズの除去された良好な画像を得ることができる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の画像入力装置では、露光時間の短い場合は上述のようにして固定パターンノイズを除去することができ、これにより画質の良好な画像データを得ることが可能であるが、露光時間の比較的長い長秒時には対応できないという問題点があった。
【００１３】
すなわち、撮像素子には一般的に暗電流と呼ばれるものが存在し、上記固定パターンノイズは、主として暗電流の不均一性に起因すると考えられ、しかも該暗電流は撮像素子への蓄積時間に比例して増加する。
【００１４】
したがって、従来の画像入力装置では、被写体からの画像データから黒画像データを減算することにより、露光時間が短い場合は固定パターンノイズの除去が可能となるが、長秒時の場合は暗電流の電流量が増加するため、黒画像データのレベルが大きくなり、画像データのダイナミックレンジを圧迫する虞があるという問題点があった。
【００１５】
また、暗電流の大きな固体撮像素子１０２を使用して長秒時の撮影を行った場合や固体撮像素子１０２の能力を超えて長秒時の撮影を行った場合は、黒画像データだけでＡ／Ｄ変換器１０６の入力レンジを越えてしまい、このためユーザの欲する画像データを全く得ることができなくなるという問題点があった。
【００１６】
また、上記従来の撮像装置では、前記黒画像データの取得作業は１回だけであるため、黒画像データを取得したときのランダムノイズ成分が画像データの固定パターンノイズとして付加され、このためＳ／Ｎの劣化を招来するという問題点もあった。
【００１７】
本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであって、露光時間が比較的長い長秒時においても良好なＳ／Ｎを有する画像データを得ることのできる画像入力装置及びその制御方法を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明に係る画像入力装置は、被写体からの光学像を電気的な画像情報に変換して蓄積する撮像手段と、前記光学像の前記撮像手段への入射を遮蔽する遮蔽手段と、前記遮蔽手段を開状態にして前記撮像手段に蓄積することで取得した第１の画像情報から前記遮蔽手段を閉状態にして前記撮像手段に蓄積することで取得した第２の画像情報を減算する減算手段と、前記第１の画像情報の取得処理、前記第２の画像情報の取得処理、及び前記減算手段による減算処理を複数回繰り返し実行するように制御する制御手段と、前記減算手段による前記複数回分の減算処理結果を全て加算する加算手段と、を備え、前記加算手段による加算処理を行うことで固定パターンノイズを除去した画像情報を生成することを特徴とする。
【００１９】
上記目的を達成するために本発明に係る画像入力装置の制御方法は、被写体からの光学像を電気的な画像情報に変換して蓄積する撮像手段と、前記光学像の前記撮像手段への入射を遮蔽する遮蔽手段とを備えた画像入力装置の制御方法であって、前記遮蔽手段を開状態にして前記撮像手段に蓄積することで第１の画像情報を取得する第１の画像情報取得ステップと、前記遮蔽手段を閉状態にして前記撮像手段に蓄積することで第２の画像情報を取得する第２の画像情報取得ステップと、前記第１の画像情報から前記第２の画像情報を減算する減算ステップと、前記第１の画像情報取得ステップ、前記第２の画像情報取得ステップ、及び前記減算ステップを複数回繰返し実行するように制御する制御ステップと、前記減算ステップによる前記複数回の減算処理結果を全て加算する加算ステップと、を含み、前記加算ステップによる加算処理を行うことで固定パターンノイズを除去した画像情報を生成することを特徴とする。
【００２０】
尚、本発明のその他の特徴は下記の発明の実施の形態の記載より明らかとなろう。
【００２１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳説する。
【００２２】
図１は本発明に係る画像入力装置の一実施の形態を示すブロック構成図であって、該画像入力装置は、被写体としての光学像が入光するレンズ１と、ＣＣＤやＣＭＯＳで構成されレンズ１を透過した光学像を結像する固体撮像素子２と、該固体撮像素子１０２への入光を制御するシャッタ３と、該シャッタ３の開閉動作を制御するシャッタ駆動装置４と、前記固体撮像素子２の動作を制御する撮像素子駆動回路５と、固体撮像素子２からのアナログ電気信号をデジタル電気信号に変換するＡ／Ｄ変換器６と、該Ａ／Ｄ変換器６でデジタル信号に変換された画像データを格納するメモリ７と、Ａ／Ｄ変換器６とメモリ７との間に介装されてメモリ７への記憶情報を制御するメモリコントローラ８と、前記シャッタ駆動装置４、撮像素子駆動回路５、メモリ７、及びメモリコントローラ８に接続されてこれら装置全体の制御を司るＣＰＵ２０とを備えている。
【００２３】
また、撮像素子駆動回路５は、固体撮像素子２に結像された光学情報をアナログ電気信号に変換して蓄積する蓄積モードや蓄積された撮像データ（アナログ電気信号）を読み出す読出モードに設定する動作モード制御機能を有し、さらには固体撮像素子２としてＣＭＯＳが使用されている場合は固体撮像素子に全画素のリセットパルスを発生させるパルス発生機能を有している。
【００２４】
このように構成された画像入力装置においては、シャッタ駆動装置４によりシャッタ３が「開」になると、被写体としての光学像はレンズ１を介して固体撮像素子２に結像される。そして、固体撮像素子２上の光学情報は、撮像素子駆動回路の制御下、該固体撮像素子２に蓄積された後、アナログ電気信号として読み出され、Ａ／Ｄ変換器６によりデジタル信号に変換された後、メモリコントローラ８を介してメモリ７に記憶される。
【００２５】
図２はメモリコントローラ８の詳細を示すブロック構成図である。
【００２６】
同図において、Ａ／Ｄ変換器６から出力された画像データ（デジタル信号）は、第１〜第３のマルチプレクサ９、１０、１１に供給され、また、第１及び第２のマルチプレクサ９、１０にはメモリ７から読み出された画像データ（読出データ）が入力される。
【００２７】
そして、該第１及び第２のマルチプレクサ９、１０ではＡ／Ｄ変換器６又はメモリ７からの画像データのいずれか一方を選択的に切り替え、該第１及び第２のマルチプレクサ９、１０の出力信号は夫々加算器１２及び減算器１３に供給される。そして、加算器１２ではメモリ７から読み出された画像データと第１のマルチプレクサ９からの出力データとが加算され、これにより、メモリ７から読み出された画像データ同士の加算結果、又はメモリ７から読み出された画像データとＡ／Ｄ変換器６から出力された画像データとの加算結果のいずれか一方の加算結果が得られることとなる。
【００２８】
尚、加算器１２はラッチ回路等を備えており、メモリ７から読み出されたデータを加算する場合、加算される２つのデータを異なるタイミングでメモリ７から出力することも可能である。
【００２９】
また、減算器１３ではメモリ７から読み出された画像データと第２のマルチプレクサ１０からの出力データとが減算され、これにより、メモリ７から読み出された画像データ同士の減算結果、又はメモリ７から読み出された画像データとＡ／Ｄ変換器６から出力された画像データとの減算結果のいずれか一方の減算結果が得られることとなる。尚、減算器１３は出力結果の極性を反転することのできる反転機能を有している。
【００３０】
そして、加算器１２及び減算器１３の出力信号は第３のマルチプレクサ１３に入力される。すなわち、第３のマルチプレクサ１３には加算器１２及び減算器１３からの出力信号及びＡ／Ｄ変換器６からの出力信号が入力され、これら各出力信号を選択的に切り替えてメモリ７に出力し、これにより、Ａ／Ｄ変換器６、加算器１２、又は減算器１３のいずれかの出力画像データがメモリ７に記憶される。
【００３１】
図３はメモリ７のメモリマップであって、該メモリ７は５つの領域（第１〜第５の領域７ａ〜７ｅ）に分割されている。そして、ＣＰＵ２０によりマッピングされてメモリ上のアドレスが決定され、第３のマルチプレクサ１３の出力結果が第１〜第５の領域７ａ〜７ｅのうちのいずれかの領域に格納されるように構成されている。例えば、第１及び第３の領域７ａ、７ｃにはＡ／Ｄ変換器６からの画像データが格納され、第２及び第４の領域７ｂ、７ｄには減算器１３からの画像データが格納され、第５の領域７ｅには加算器１２からの画像データが格納される。
【００３２】
図４は本発明に係る画像データの処理方法の第１の実施の形態を示すフローチャートであり、図５は図４のプログラム実行時の制御タイミングを示すタイムチャートである。
【００３３】
撮影準備開始の命令が出力されるとステップＳ１で撮影準備動作を行い、ステップＳ２では撮影動作開始命令がなされるのを待機する。そして、撮影動作開始命令がなされると、ステップＳ３では図５に示すように固体撮像素子の動作モードを蓄積モードに設定した後、シャッタ３を開く。そして、所定時間Ｓが経過するとステップＳ４に進み、シャッタ３を閉じ、その後、固体撮像素子２を読出モードに設定して画像データを読み出し、該読み出した画像データをメモリコントローラ８を介してメモリ７の第１の領域７ａに記憶する（第１の動作Ａ１）。
【００３４】
すなわち、この第１の動作Ａ１では、メモリコントローラ８の第３のマルチプレクサ１１からはＡ／Ｄ変換器６からの画像データが出力され、該Ａ／Ｄ変換器６からの画像データを画像データ（１）としてメモリ７の第１の領域７ａに格納する。尚、前記蓄積モードは、少なくともシャッタ３が開いている時間に亙って設定されるようにシャッタ３が開いている所定時間Ｓ１よりも若干大きな所定時間Ｔ１に設定される。
【００３５】
そして続くステップＳ５ではシャッタ３を閉じたまま、固体撮像素子２を蓄積モードに設定し、次いでステップＳ６では固体撮像素子２を読出モードに切り替えて画像データを読み出すと共に、画像データはメモリコントローラ８を介してメモリ７に記憶される（第２の動作Ａ２）。
【００３６】
この第２の動作Ａ２では、メモリコントローラ８の第２のマルチプレクサ１０からはＡ／Ｄ変換器６からの画像データ（黒画像データ（１））が出力されるように切り替えられ、したがって減算器１３にはＡ／Ｄ変換器６からの画像データ（黒画像データ（１））が入力される。一方、ステップＳ４で取得した画像データ（１）がメモリ７から該減算器１３に入力され、これにより減算器１３では画像データ（１）とＡ／Ｄ変換器６からの画像データとの間で減算処理が実行され、その減算結果がメモリ７に出力される。すなわち、この場合、減算器１３の極性は、（画像データ（１）)−(Ａ／Ｄ変換器からの画像データ（黒画像データ（１））となり、斯かる減算結果が減算データ（１）としてメモリ７の第２の領域７ｂに記憶される。
【００３７】
次に、再度上記ステップＳ３〜ステップＳ５の処理を繰り返し、第１の動作Ａ１で得られるＡ／Ｄ変換器６からの画像データ（２）を第３の領域７ｃに記憶し、減算器１３から得られる減算データ（２）を第４の領域７ｄに記憶する。
【００３８】
そしてこの後、ステップＳ７に進んでメモリコントローラ８は第３の動作Ａ３に移行する。
【００３９】
すなわち、第３の動作Ａ３では、第２及び第４の領域７ｂ、７ｄに夫々格納されている減算データ（１）（２）がメモリ７から出力されて、加算器１２及び第１のマルチプレクサ９に入力される。そして、第１のマルチプレクサ９からはメモリ７からの減算データ（１）又は減算データ（２）が出力され、したがって加算器１２には減算データ（１）及び減算データ（２）が入力され、その結果減算データ（１）と減算データ（２）とが加算され、斯かる加算結果がメモリ７の第２の領域７ｂに記憶される。尚、このとき固体撮像素子２は蓄積モードに設定され、シャッタ３が開状態となっていても差し支えない。
【００４０】
次いで、ステップＳ８では露光が終了したか否かを判断し、露光が終了していない場合はステップＳ３〜ステップＳ７の処理を繰り返し、順次減算データ（ｎ）を加算してゆく。
【００４１】
そして、ステップＳ３〜ステップＳ７の処理をｎ回繰り返し、ステップＳ８で露光が終了したと判断された時点では、数式（１）に示す加算データＫ１がメモリ７の第２の領域７ｂに記憶され、ステップＳ９で該加算データＫ１に基づいて画像処理を実行し、処理を終了する。
【００４２】
【数１】
【００４３】
図６は本発明に係る画像データの処理方法の第２の実施の形態を示すフローチャートであり、図７は図６のプログラム実行時の制御タイミングを示すタイムチャートである。
【００４４】
撮影準備開始の命令が出力されるとステップＳ１１で撮影準備動作を行い、続くステップＳ１２では図７に示すように、シャッタ３を閉じた状態で固体撮像素子２を所定時間Ｔ２、蓄積モードに設定し、次いでステップＳ１３では、シャッタ３を閉じた状態で固体撮像素子２の動作モードを読出モードに切り替えて画像データを読み出すと共に、メモリコントローラ８を介して画像データをメモリ７に記憶する（第１の動作Ａ１）。
【００４５】
すなわち、第１の実施の形態と同様、この第１の動作Ａ１で、メモリ７の第１の領域７ａにはＡ／Ｄ変換器６からの画像データが格納されるが、本第２の実施の形態における第１の動作Ａ１はシャッタ３が閉じられた状態での画像データを読み出しており、したがって第１の領域７ａには黒画像データ（０）が格納されることとなる。
【００４６】
次に、ステップＳ１４では撮影動作が開始するのを待機し、撮影動作が開始するとステップＳ１５で固体撮像素子２を蓄積モードに設定した後、シャッタ３を開く。そして前回蓄積モード時の所定時間Ｔ２と同一時間だけ固体撮像素子２を蓄積モードに設定した後、ステップＳ１６に進み、シャッタ３を開いた状態で固体撮像素子２の動作モードを読出モードに切り替えて画像データを読み出し、メモリコントローラ８を介してこの画像データをメモリ７に記憶する（第４の動作Ａ４）。
【００４７】
すなわち、この第４の動作Ａ４においては、メモリコントローラ８の第２のマルチプレクサ１０にはＡ／Ｄ変換器６からの画像データ、すなわちシャッタ開時の画像データ（１）が出力される。また、メモリ７からは第１の領域７ａに記憶されている黒画像データ（０）が出力され、したがって減算器１２には画像データ（１）と黒画像データ（０）とが入力され、これら画像データ（１）と黒画像データ（０）との間で減算処理され、その結果がメモリ７に記憶される。このときの減算器１３の極性は、第１の実施の形態とは逆となり、（ (Ａ／Ｄ変換器からの画像データ) −(黒画像データ（０）)）が減算データ（１）としてメモリ７の第２の領域７ｂに記憶される。
【００４８】
次いで、さらに再度ステップＳ１５及びステップＳ１６を繰り返し、減算データ（２）を取得して第３の領域７ｃに記憶する。
【００４９】
そしてこの後、ステップＳ１７に進んで露光が終了したか否かを判断し、終了していない場合はステップＳ１５に戻り、シャッタ３を開状態にしたまま固体撮像素子２を蓄積モードに設定し、さらに画像データの蓄積処理と並行してメモリコントローラ８は第３の動作Ａ３を実行する。すなわち、上記第１の実施の形態と同様にして減算データ（１）と減算データ（２）を加算し、加算データを第２の領域７ｂに記憶する。
【００５０】
次いで、再びステップＳ１６でシャッタを開いたまま読出モードに設定して画像データの読出しを行い、減算データ（２）を取得してメモリ７に記憶し、続くステップＳ１７で露光が終了するまで、上述の処理を繰り返す。そして、シャッタが所定時間（ｎ×Ｓ）経過して該シャッタ３が閉じ、その後、さらに１回だけ読取モードに設定して第４の動作Ａ４及び第３の動作Ａ３を実行してシャッタ開時の減算データ（ｍ）を算出し、数式（２）に示すような加算データＫ２がメモリ７の第２の領域７ｂに記憶される。
【００５１】
【数２】
【００５２】
そして、露光が終了するとステップＳ１９に進み、シャッタ３を閉じたまま動作モードを蓄積モードに設定して画像データを蓄積し、所定時間Ｔ２が経過すると、続くステップＳ２０では固体撮像素子２は読出モードに切り替えられて画像データを読み出すと共に、メモリコントローラ８により画像データをメモリ７に記憶する（第２の動作Ａ２）。
【００５３】
すなわち、Ａ／Ｄ変換器６からの出力（黒画像データ（１））とメモリからの黒画像データ（０）との間で行われた減算結果が黒減算データ（１）として（(黒画像データ（０)）−(Ａ／Ｄ変換器からの画像データ（黒画像データ（１)）の形で第４の領域７ｄに記憶される。
【００５４】
次いで、ステップＳ２１では黒減算データの取得が完了したか否かを判断し、完了していない場合は、ステップＳ１９に戻ってシャッタ３を閉じたまま動作モードを蓄積モードに設定して画像データを蓄積すると共にメモリコントローラ８は第３の動作Ａ３を実行する。すなわち、第２の領域７ｂに記憶されている加算データで前記黒減算データ（１）を加算し、該加算データを第２の領域７ｂに記憶する。
【００５５】
そしてこの後、ステップＳ２０で固体撮像素子２は読出モードに切り替えられて画像データを読み出すと共に、メモリコントローラ８は第２の動作Ａ２を実行し、画像データをメモリ７に記憶する。
【００５６】
次に、ステップＳ２１で黒減算データの取得が完了したか否かを判断し、完了していない場合はステップＳ１９〜ステップＳ２２の処理を繰り返す。すなわち、ステップＳ１５〜ステップＳ１８の繰返回数ｍだけステップＳ１９〜ステップＳ２２を繰り返して黒減算データ（ｍ）を取得した後、算出された黒減算データ（ｍ）を第２の領域７ｂの加算結果に加算してゆき、最終的に数式（３）に示すような加算データＫ３を得る。
【００５７】
【数３】
【００５８】
このように本第２の実施の形態では、減算データ（ｍ）の加算値と黒画像データ（ｍ）の加算値とを加算した加算値Ｋ３に基づいて画像処理しているので、画像データ（０）に含まれるランダムノイズが固定パターンノイズとして付加されるのを回避することができ、これにより暗電流によるダイナミックレンジの抑圧がなく、Ｓ／Ｎの良い、良好な画像データを得ることができる。しかも、上記第１の実施の形態に比べ、シャッタ３の開閉駆動の回数も少なくて済み、シャッタ駆動に要する負荷も軽減することができる。
【００５９】
尚、本実施の形態では黒減算データの取得回数と減算データの取得回数とを共にｍ回ずつ行っているが、黒減算の取得回数を（ｍ−１）回にしても充分に所期の目的を達成することができ、またＳ／Ｎの多少の劣化を伴うものの、黒減算データの取得回数をｐ回（ｐ＜ｍ)としても用途によっては充分に所期の目的を達成することができる。
【００６０】
図８は本発明に係る画像データの処理方法の第３の実施の形態を示すタイムチャートであって、本第３の実施の形態では、減算データ（ｍ）の加算値Ｋ２を得た後のシャッタ閉後における黒減算データの取得回数を低減している。
【００６１】
すなわち、本第３の実施の形態では、第２の実施の形態と同様、シャッタ閉→シャッタ開の動作を実行して減算データ（ｍ）の加算データＫ２を算出し（ステップＳ１１〜ステップＳ１８参照）、その後シャッタ３を閉じたまま動作モードを蓄積モードに設定して画像データを蓄積した後、メモリコントローラ８は第２の動作Ａ２を実行して黒減算データ（１）を取得し、その後第３の動作Ａ３を２回連続して実行する。すなわち、黒減算データの加算を２回連続して行い、その加算結果を第２の領域７ｂの加算値に加算し、これによりシャッタ閉後の黒減算データの取得回数を半減させている。
【００６２】
そして、このように黒減算データの加算を２回連続して実行することにより、黒減算データの取得を（ｍ／２）回に減らすことによっても、上記第１及び第２の実施の形態と同様、暗電流によるダイナミックレンジの抑圧がなく、Ｓ／Ｎの良い、良好な画像データを得ることができ、しかもこの場合はシャッタ閉後の動作時間を半減させることができる。
【００６３】
尚、本第２の実施の形態では黒減算データの取得回数を（ｍ／２）回としたが、（ｍ／ｑ)（１＜ｑ＜ｍ)回としてもよい。すなわち、ｑが大きくなると固定ノイズパターンの除去率が低下するためＳ／Ｎは劣化する傾向にあるが、用途等に応じてｑの数値を可変とするのも好ましい。
【００６４】
図９及び図１０は本発明に係る画像データの処理方法の第４の実施の形態を示すフローチャートであり、図１１は図９及び図１０のプログラム実行時の制御タイミングを示すタイムチャートである。
【００６５】
本第４の実施の形態では固体撮像素子としてＣＭＯＳセンサを使用し、撮像素子駆動回路５から供給される全画素リセットパルスにより画素に蓄積された全ての光電荷が除去可能とされている。
【００６６】
ＣＭＯＳセンサは、撮像素子駆動回路５から供給される全画素リセットパルスにより、画素に蓄積された全光電荷を除去する動作が可能とされており、また、読出モード中においも各々画素は当該画素が水平転送ラインに読み出されるタイミング以外は光電荷を蓄積する。すなわち、ＣＭＯＳを使用した場合、全画素リセットパルスによりリセットしてから蓄積を行った後の画像情報に含まれる暗電流のプロファイルと、読出モードで画像情報の読み出しを行ってから蓄積を行った後の画像情報に含まれる暗電流のプロファイルとは異なるため、図９〜図１１に示すような制御手順を実行することにより、本発明の所期の目的を達成することができる。
【００６７】
本第４の実施の形態においては、撮影準備開始の命令が出力されるとステップＳ３１で撮影準備動作を行い、続くステップＳ３２では図１１に示すように、シャッタ３を閉じた状態で固体撮像素子２を読出モードに設定して画像データの読出しを行う。尚、このとき、読み出された画像データはメモリ７に記憶されない。
【００６８】
次いで、ステップＳ３３で固体撮像素子２の動作モードを蓄積モードに設定して画像データを蓄積し、その後、固体撮像素子２を読出モードに切り替えて画像データを読み出すと共に、メモリコントローラ８により該画像データ（黒画像データ（０））をメモリ７の第１の領域７ａに記憶する（第１の動作Ａ１）。
【００６９】
次に、ステップＳ３５では撮影動作開始の指令を待機し、撮影動作開始が指令されるとステップＳ３６に進み、リセットパルスを出力すると共に固体撮像素子２を蓄積モードに設定し、さらにシャッタ３を開き、所定時間Ｔ４の期間、固体撮像素子２を蓄積モードにした後、ステップＳ３７に進み、シャッタ３を開いた状態で読出モードに切り替えて画像データを読み出すと共に、メモリコントローラ８は第１の動作Ａ１を実行して所定時間Ｔ４における画像データをメモリ７の第２の領域７ｂに記憶する。
【００７０】
次に、ステップＳ３８に進み、固体撮像素子２を所定時間Ｔ３の蓄積モードにした後、ステップＳ３９で、固体撮像素子２を読出モードにして画像データを読み出すと共に、メモリコントローラ８は第４の動作Ａ４を実行し、Ａ／Ｄ変換器６からの画像データ（画像データ（１））からステップＳ３４で得られた黒画像データ（０）を減算して減算データ（１）を取得し、該減算データ（１）を第３の領域７ｃに記憶する。
【００７１】
次いで、ステップＳ４０でシャッタ３が開状態を維持して露光が未だ終了していないと判断された場合はステップＳ３８に戻り、固体撮像素子２を所定時間Ｔ３の蓄積モードに設定すると共に、メモリコントローラ８は第３の動作Ａ３（ステップＳ４１）を実行する。
【００７２】
すなわち、ステップＳ３４で得られた画像データ（０）とステップＳ３９で得られた減算データ（１）とを加算し、加算データをメモリ７の第２の領域７ｂに記憶する。
【００７３】
次いで、ステップＳ３９を実行して減算データ（２）を取得し、所定時間（ｎ×Ｓ）が経過するまでステップＳ４１で加算データを取得し、加算データをメモリ７の第２の領域７ｂに記憶する。
【００７４】
そして、所定時間（ｎ×Ｓ）が経過し、ステップＳ３８〜ステップＳ４１の処理をｍ回行った後、露光が終了したと判断して図１０のステップＳ４２に進み、シャッタ３を閉じた後、リセットパルスを出力し、所定時間Ｔ４だけ蓄積モードとした後、ステップＳ４３に進んで固体撮像素子２の動作モードを読出モードに切り替え、メモリコントローラ８は第２の動作Ａ２を実行する。すなわち、ステップＳ４１で得られた加算データとＡ／Ｄ変換器６からの画像データ（黒画像データ）との間の減算処理が（(加算データ)−(Ａ／Ｄ変換器６の出力)）の形で記憶される。
【００７５】
次に、ステップＳ４４に進み蓄積モードにした後、ステップＳ４５で読出モードに設定して画像データを読み出すと共に、メモリコントローラ８は第２の動作Ａ２を実行し、（(黒画像データ（０）)−(Ａ／Ｄ変換器の出力（黒画像データ））の形で減算結果をメモリ７の第５の領域７ｅに黒減算データとして記憶する。
【００７６】
次いで、黒画像データの取得が完了したか否かを判断し、その答が否定（Ｎｏ）の場合は再度ステップＳ４４に戻って固体撮像素子２を時間Ｔ３の蓄積モードに設定すると共に、メモリコントローラ８は第３の動作Ａ３を実行し（ステップＳ４７）、第２の領域７ｄに記憶されている加算データと第５の領域７ｅに記憶されている黒減算データ（１）とを加算し、加算データとして第２の領域７ｂに記憶する。
【００７７】
このようにしてステップＳ４４〜ステップＳ４７をｍ回実行して加算データを取得し、該加算データを最終的な画像データとして画像処理を行い（ステップＳ４７）、処理を終了する。
【００７８】
このようにリセットパルスの発生直後とそれ以外の場合とに分けて処理することにより、ＣＭＯＳセンサを使用した場合も上述した第１〜第３の実施の形態と同様の作用・効果を得ることができる。
【００７９】
図１２は本発明に係る画像データの処理方法の第５の実施の形態を示す要部フローチャートであり、図１３は本第５の実施の形態の制御タイミングを示すタイムチャートである。
【００８０】
本第５の実施の形態は、上記第４の実施の形態と同様、固体撮像素子２としてＣＭＯＳセンサを使用すると共に、シャッタ閉後の黒画像データの取得回数を増加させ、該取得回数を正規化し、加算データから減算している。
【００８１】
すなわち、図１３に示すように、上記第４の実施の形態と同様、シャッタ３を開いた状態で減算データの加算値を算出し、該加算値を第２の領域７ｂに記憶する。
【００８２】
そして、露光が終了すると、図１２のステップＳ４２でシャッタ３を閉じてリセットパルスを出力し、所定時間Ｔ４だけ蓄積モードとした後、ステップＳ４３に進んで固体撮像素子２の動作モードを読出モードに切り替え、メモリコントローラ８は第２の動作Ａ２を実行する。すなわち、ステップＳ４１で得られた加算データとＡ／Ｄ変換器６からの画像データ（黒画像データ）との間の減算処理が（(加算データ)−(A/D変換器の出力)）の形で第２の領域７ｂに記憶される。
【００８３】
次に、ステップＳ４４に進み蓄積モードにした後、ステップＳ４５で読出モードに設定して画像データを読み出すと共に、メモリコントローラ８は第２の動作を実行し、（(黒画像データ（０）)−(Ａ／Ｄ変換器の出力（黒画像データ））の形で減算結果をメモリ７の第４の領域７ｄに黒減算データ（１)として記憶する。
【００８４】
さらに、ステップＳ４４、４５を再度繰返し、蓄積モードにした後、ステップＳ４５で読出モードに設定して画像データを読み出すと共に、メモリコントローラ８は第２の動作Ａ２を実行し、メモリ７の第５の領域７ｅに黒減算データ（２）として記憶する。
【００８５】
次いで、黒画像データの取得が完了したか否かを判断し、その答が否定（Ｎｏ）の場合は再度ステップＳ４４に戻って固体撮像素子２を時間Ｔ３の蓄積モードに設定すると共に、メモリコントローラ８は第３の動作Ａ３を実行し（ステップＳ４７）、第４の領域７ｄに記憶されているこれまでの加算データと黒減算データ（１）を加算し、加算データとして第４の領域４ｄに記憶する。
【００８６】
さらに、ステップＳ４４〜ステップＳ４７をα回繰り返して加算データを算出し、次いで、ステップＳ５１ではメモリ７上で（ｍ／α）倍して正規化し、第２の領域７ｂに記憶されている加算データからｍ回減算し、ステップＳ４８では斯かる演算結果に基づいて画像処理を行い、処理を終了する。
【００８７】
尚、αはα＞ｍでもよく、この動作により、暗電流によるダイナミックレンジの抑圧がなく、Ｓ／Ｎの良い、良好な画像データを得ることができる。
【００８８】
尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。また、上記実施の形態ではシャッタ３がレンズ２の焦点面近傍に位置する所謂フォーカルプレーンシャッタタイプの画像入力装置について説明したが、図１４に示すように、シャッタ３がレンズ２の直後に位置するレンズシャッタタイプについても同様に適用できるのはいうまでもない。
【００８９】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、長秒時においても、固定パターンノイズを除去することができ、且つダイナミックレンジの抑圧のない高品位の画像を取り出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る画像入力装置の一実施の形態を示すブロック構成図である。
【図２】本発明のメモリコントローラの詳細を示すブロック構成図である。
【図３】メモリのメモリマップである。
【図４】本発明に係る画像入力装置の制御方法の第１の実施の形態を示すフローチャートである。
【図５】第１の実施の形態の制御タイミングを示すタイミングチャートである。
【図６】本発明に係る画像入力装置の制御方法の第２の実施の形態を示すフローチャートである。
【図７】第２の実施の形態の制御タイミングを示すタイミングチャートである。
【図８】第３の実施の形態の制御タイミングを示すタイミングチャートである。
【図９】本発明に係る画像入力装置の制御方法の第４の実施の形態を示すフローチャート（１／２）である。
【図１０】本発明に係る画像入力装置の制御方法の第４の実施の形態を示すフローチャート（２／２）である。
【図１１】第４の実施の形態の制御タイミングを示すタイミングチャートである。
【図１２】本発明に係る画像入力装置の制御方法の第５の実施の形態を示す要部フローチャートである。
【図１３】第５の実施の形態の制御タイミングを示すタイミングチャートである。
【図１４】本発明に係る画像入力装置の他の実施の形態を示すブロック構成図である。
【図１５】従来の画像入力装置のブロック構成図である。
【図１６】画像入力装置の制御タイミングを示す第１の従来例のタイミングチャートである。
【図１７】画像入力装置の制御タイミングを示す第２の従来例のタイミングチャートである。
【図１８】画像入力装置の制御タイミングを示す第３の従来例のタイミングチャートである。
【符号の説明】
２ 固体撮像素子（撮像手段）
３ シャッタ（遮蔽手段）
７ メモリ（記憶手段）
８ メモリコントローラ（処理データ生成手段）
２０ ＣＰＵ
Claims (2)
- 被写体からの光学像を電気的な画像情報に変換して蓄積する撮像手段と、
前記光学像の前記撮像手段への入射を遮蔽する遮蔽手段と、
前記遮蔽手段を開状態にして前記撮像手段に蓄積することで取得した第１の画像情報から前記遮蔽手段を閉状態にして前記撮像手段に蓄積することで取得した第２の画像情報を減算する減算手段と、
前記第１の画像情報の取得処理、前記第２の画像情報の取得処理、及び前記減算手段による減算処理を複数回繰り返し実行するように制御する制御手段と、
前記減算手段による前記複数回分の減算処理結果を全て加算する加算手段と、
を備え、前記加算手段による加算処理を行うことで固定パターンノイズを除去した画像情報を生成することを特徴とする画像入力装置。 - 被写体からの光学像を電気的な画像情報に変換して蓄積する撮像手段と、前記光学像の前記撮像手段への入射を遮蔽する遮蔽手段とを備えた画像入力装置の制御方法であって、
前記遮蔽手段を開状態にして前記撮像手段に蓄積することで第１の画像情報を取得する第１の画像情報取得ステップと、
前記遮蔽手段を閉状態にして前記撮像手段に蓄積することで第２の画像情報を取得する第２の画像情報取得ステップと、
前記第１の画像情報から前記第２の画像情報を減算する減算ステップと、
前記第１の画像情報取得ステップ、前記第２の画像情報取得ステップ、及び前記減算ステップを複数回繰返し実行するように制御する制御ステップと、
前記減算ステップによる前記複数回の減算処理結果を全て加算する加算ステップと、
を含み、前記加算ステップによる加算処理を行うことで固定パターンノイズを除去した画像情報を生成することを特徴とする画像入力装置の制御方法。
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