JP4978214B2 - 撮像システムおよび画素欠陥補正装置 - Google Patents
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Description
例えば、固体撮像装置(素子)または撮像システムが製品出荷された後に発生する後発欠陥に対しては、固体撮像装置(素子)の高画素化に伴い、後発欠陥の点数も増加傾向にあるため、補正点数制限のない動的な欠陥検出補正が一般的に使用されている。
固体撮像装置(素子)または撮像システムの欠陥補正に関しては、誤検出または補正が抑えられるため、製品出荷時に遮光または一定の輝度を入力した状態で輝度レベルを固定し、静的に検出/補正動作を行うのが一般的である。
また、固体撮像装置または撮像システムの後発欠陥に関しては、高画素化が進み、後発欠陥の発生数が増加傾向にあるため、補正点数を制限せずに、通常撮像状態で動的に検出/補正を行うのが一般的である。さらに、撮像システムの設置場所によっては設置後の設定変更や再調整が困難である。
過補正を判定するための複雑な回路および制御を必要としない。撮像装置を再調整が困難な場所に設置した場合でも、過補正に伴う発報を受けて適切な時期に調整を行うことができる。撮像システムなどを設置した後、欠陥検出補正再調整を必要とせず、撮像機器自体で自己回復を行うことができる。
さらに、補正動作は、表示中の画像を壊すことなく行うことができる。
また、レンズ1には不図示の絞り(アイリス、遮光手段)機構が設けられ、コントローラ30から供給されるアイリス制御信号により制御される。
イメージセンサ〜ADC2は、固体撮像装置(素子)以外にS/H(サンプルホールド)回路、AGC(自動利得制御)回路やADC変換器などで構成される。
ディジタル信号処理部10は、欠陥検出補正回路4、信号処理部5で構成され、さらに欠陥検出補正回路4は図2に示すように、欠陥補正部4Aと欠陥検出部4Bで構成され、信号処理部5は信号処理回路11、エンコーダ12などで構成される。
コントローラ30は、制御回路やマイクロコンピュータなどで構成される。たとえばマイクロコンピュータで制御プログラムなどにしたがって、レンズ1の絞りやディジタル信号処理部10の欠陥検出補正回路4、信号処理部5の動作に関する制御が行われる。
またこの他、不図示のタイミングジェネレータは、システムクロックを基準として水平クロック信号、垂直クロック信号、その他の制御信号を発生し、所定のタイミングでイメージセンサ〜ADC2やディジタル信号処理部10を駆動する。
ディジタル信号処理部10において、A/D変換回路から供給されたディジタルデータは欠陥検出補正回路4に供給される。
欠陥画素の補正は、リアルタイムでその画素信号を、1画素もしくは2画素前の画素で置換する方法、前後の画素値の平均で置換する方法、または同様に垂直方向で考え、1つ上の画素で置換する方法、あるいは上下の画素値の平均で置換する方法など、公知の補間方法を利用して欠陥画素の画素値補正を行なう。
色信号処理部は、色信号のノイズや色偽信号の除去、RGBマトリックス(Matrix)処理、R,G,Bの各色の係数を可変するホワイトバランス調整、γ(ガンマ)補正、R−G/B−G変換、色差信号(Cr/Cb)の生成、Hue/Gain調整などを行う。
S/H&AGC回路で固体撮像装置(素子)から出力される撮像信号をサンプルホールドして必要なデータを取り出すとともに、適正なレベルに合わせるためにゲインコントロールを行ない、利得制御してA/D変換器に供給する。
A/D変換器でアナログ信号をディジタル信号に変換し、ディジタル化された撮像信号の黒レベルをクランプ回路3で所定の電圧レベルに固定した後、ディジタル信号処理部10に供給する。
クランプ回路3から供給されたディジタルデータはディジタル信号処理部10の欠陥検出補正回路4(4A,4B)に供給される。
この画素欠陥補正において、まず、タイマーで設定された経過時間に対して予め計算された欠陥発生率から欠陥画素数が算出される。さらに、算出された欠陥画素数に対して許容画素数が加算され閾値が設定される。
次に、閾値と欠陥検出部4Bで検出された欠陥画素数とが比較され、経過時間に対する補正が妥当かあるいは過補正であるか判断される。
コントローラ30から供給された欠陥情報に基づき、欠陥検出補正回路4の欠陥補正部4Aに補正パルスが供給され欠陥画素が補正される。
欠陥画素の補正は、リアルタイムでその画素信号を、1画素もしくは2画素前の画素で置換する方法、前後の画素値の平均で置換する方法、または同様に垂直方向で考え、1つ上の画素で置換する方法、あるいは上下の画素値の平均で置換する方法など、公知の補間方法を利用して欠陥画素の画素値補正を行なう。
コンパレータ21は、フレーム読出し駆動でのCCD(またはCMOS)のイメージセンサ〜ADC2の出力レベルを所定のレベル(レベル設定回路25で設定された値)と比較することによって欠陥画素を検出する。
アドレス検出回路22は、コンパレータ21の検出出力に基づいて欠陥画素のアドレスを特定しかつこのフレーム読出し駆動でのアドレスをフィールド読出し駆動でのアドレスに変換する。
RAM23は、欠陥画素として検知した結果をアドレスデータとして保持するために設けられたものである。アドレス検出回路22によって与えられるアドレスデータを奇数・偶数の各フィールド毎に記憶する。
カウンタ24は、コンパレータ21で画素振幅が所定のレベル以上の欠陥画素数を逐次計測する。
レベル設定回路25は、欠陥画素を決定するための画素レベルを設定する。
過補正演算部50は、欠陥発生率の算出、使用時間の計測、過補正判定閾値の設定などを行い、欠陥画素の補正点数を決定する。この過補正演算部50については後述する。
補正パルス発生回路27は、過補正演算部50からの制御信号に応じて過補正画素を補正する制御信号を発生して欠陥補正部4Aに供給する。
エンコーダ12は、輝度信号処理部で処理された輝度信号と色信号処理部で処理された色信号が供給され、同期信号が付加されてコンポジット信号などを出力する。
一方、コンパレータ21において、画像信号が基準値より大きいとカウンタ24に出力信号たとえばパルスが供給され、カウンタ24で欠陥画素数が計数される。またこれと同時に、アドレス検出回路22で欠陥画素に対するアドレスデータが検出され、そのアドレスデータがRAM23に出力され、記憶される。
過補正されていなければ、通常の欠陥補正であるので更なる補正は行わない。一方、算出された欠陥補正数以上の欠陥画素を補正したことが判別されると、コントローラ30を介して欠陥補正や再調整に関する情報(欠陥情報)が発報され、ユーザーに注意を喚起する。この発報によりユーザーは撮像システムの調整や修理を行う。
また過補正のとき、コントローラ30を介して自動的にレンズ1に備え付けてある搾り(アイリス)を調整してイメージセンサ〜ADC2の固体撮像装置(素子)を遮光して、黒レベルを測定して白欠陥を検出し、過補正を再調整して自己修復を行う。
再調整の方法として、動き検出を併用して動物体の存在しない区間(期間)に自動的に欠陥検出補正の再調整を行ってもよい。
また他の方法として、モード遷移期間などの映像出力信号のミュート期間を利用して、欠陥検出補正の再調整を行っても良い。
タイマーカウンタ51は、コントローラ30などからの制御信号により、撮像システム100の使用時間を計測する。
タイマーカウンタ51で時間を計測し、設定された使用時間になると、欠陥発生分布算出部52に使用時間情報を供給する。
欠陥発生分布算出部52で欠陥発生率とイメージセンサ〜ADC2の画素数から、使用時間に対する欠陥画素数が算出される。欠陥発生率は使用時間に対して1次関数で増加することが知られていて、撮像システム100が製品出荷時や、または製品出荷後、ユーザーなどにより再調整されたときタイマーが改めて設定され使用時間が計測される。
補正演算部54は、閾値設定回路53から出力された過補正閾値と、カウンタ24とRAM23から欠陥画素数と各欠陥画素のアドレスが供給され、欠陥画素数と過補正閾値と比較され、過補正が発生しているか否かについて判別される。過補正のとき過補正を防止する制御信号が補正演算部50に出力されるとともにコントローラ30を介して過補正を抑制するための制御信号を出力する。
一方、過補正と判断されない時は、通常の画像欠陥補正の状態を保持する。
カウンタ24で計測された欠陥画素数が過補正閾値より小さいと適正な調整が行われているので、過補正演算部50から過補正抑制を行うための制御信号は補正パルス発生回路27に供給されない。このとき、欠陥補正部4Aにおいて通常の補正が行われているので、過補正に関する調整は行わない。
コントローラ30から、撮像システム100の不図示の表示装置に制御信号が転送され、この表示部に「欠陥補正」を必要とする旨の内容が表示される。管理者がこの撮像システム100の表示部を見て外部から再調整の調整が可能な場合、適切な時期に欠陥検出補正の再調整を行い、撮像システム100を常に適切な補正状態に保つ。
ステップST−10において、製品出荷時または製品出荷後に画素欠陥補正を行う。この画素欠陥補正は静的欠陥補正または動的欠陥補正のいずれであっても良い。
ステップST−12において、ステップST−10で欠陥補正した際、時刻情報をコントローラ30または過補正演算部50のタイマーカウンタに記憶するとともに、所定の使用時間後に欠陥補正できるようにセットする。
ステップST−14において、撮像システム100を使用し所定の使用時間になると、コントローラ30からの指示により、この使用時間に対するイメージセンサ〜ADC2の固体撮像装置(素子)の画素欠陥発生率を統計分布により推測する。推測した割合から使用イメージセンサ2〜ADCの固体撮像装置(素子)の画素数に対する欠陥画素数を算出する。
ステップST−16において、推測した欠陥画素数から許容数を加味した過補正閾値(欠陥画素数)を求める。
ステップST−18において、欠陥画素数と上記推測した過補正閾値と比較する。
ステップST−18で欠陥画素数が推測した過補正閾値より大きく、過補正と判定されると、過補正抑制が行われ、あるいは、コントローラ30により表示装置に欠陥画素数の要求が発報され、管理者が撮像システムを再調整できるようにする(ステップST−22)。
ステップST−18で欠陥画素数が推測した過補正閾値より小さく、過補正がないと判定されると、ステップST−14に戻り同様なフローを繰り返す(ステップST−20)。
ディジタル信号処理部10にさらに安定度検出回路13を設け、これ以外にメモリ20や外部センサ40をシステムの一部として追加構成している。
以下、図1と同じブロックについての説明は省略し、異なるブロックについて説明する。
メモリ20は、ディジタル信号処理部10の信号処理部5の入出力間に接続され、信号処理部5から出力された画像データを記憶し、記憶した画像データをコントローラ30の制御信号により所定のタイミングで信号処理部5に供給し、例えば補正期間に画像データを出力し、表示装置に一定画像を出力する。
コントローラ30は、外部センサ40で得られた被写体を検知し制御する他、上述した動き検出回路で得られた結果、動物体が存在しない情報や輝度積算回路から得られた輝度成分と、色積算回路から得られた色成分に動きが無い状態の動き情報を得てレンズ1、欠陥検出補正回路4や信号処理部5を制御する。また、ディジタル信号処理部10の欠陥検出補正回路4、信号処理部5、安定度検出回路13、外部センサ40間でデータの授受を行い、データに基いてこれらの回路を制御する。
外部センサ40は、例えば超音波センサ、赤外センサ、CCDセンサなどで構成され、撮像システムの前面に被写体が存在するか否かを感知し、その結果をコントローラ30へ供給する。
信号処理部5から得られた輝度信号と色信号が安定度検出回路(輝度積算回路、色積算回路、動き検出回路)13に供給され、輝度積算回路で輝度信号が積分され、また、色信号はOPD(オプチカルデテクタ)の色積算回路で積分される。輝度信号や色信号の積分値に変化がない期間を検出し、この時間に関する動き情報をコントローラ30に供給する。コントローラ30は、輝度信号や色信号に動きが無い期間を補正期間とし、欠陥検出補正回路4と信号処理部5に制御信号を出力する。
また、動き検出回路で検出された結果、動物体が存在しないとき、コントローラ30は欠陥検出補正回路4と信号処理部5に欠陥補正の制御信号を出力する。
あるいは、コントローラ30は、外部センサ40で得られた被写体を検知して、撮像対象が存在しないと判断したとき、欠陥検出補正回路4や信号処理部5に制御信号を出力し補正制御が行われる。
コントローラ30が撮像システム100Aに備えられた画素数切り替えモードの動作を検出して制御信号を欠陥検出補正回路4や信号処理部5に出力し補正制御が行われる。
またフォーマットでJPEG(Joint Photographic Experts Group)とMPEG(Motion Picture Experts Group)間の切り替え、放送システムのNTSC(Nationa Television System Committee)とPAL(Phase Alternation by Line Color Television),SECAM(Sequential Couleur a Memoire)方式の切り替え期間に発生されるミュート動作が開始される。この他、映像を表示したくないときミュート機能を動作させて、表示画面を単色の青/黒色等に設定する。
これらのミュート動作時にコントローラ30がその動作または開始タイミングを検出し、欠陥検出補正回路4や信号処理部5に制御信号を出力する。その結果、欠陥検出補正回路4においては、欠陥補正の動作が開始される。
静止画像を取り込むときは、輝度信号や色信号の積分値から被写体に動きがないので、この画像取り込み状態を検出し、その結果得られる動き情報をコントローラ30に供給する。コントローラ30は、静止画像取り込み状態など、映像を静止させている期間を画素欠陥に関する補正期間とし、欠陥検出補正回路4と信号処理部5に制御信号を出力する。
あるいは、(静止)画像が動き検出回路で検出された結果、動物体が存在しないとき、コントローラ30は欠陥検出補正回路4と信号処理部5に欠陥補正の制御信号を出力する。そして、欠陥検出補正回路4と信号処理部5において、欠陥検出補正の動作が行われる。
次に、閾値と欠陥検出部4Bで検出された欠陥画素数とが比較され、経過時間に対する補正が妥当かあるいは過補正であるか判断される。
コントローラ30から供給された欠陥情報に基づき、欠陥検出補正回路4の欠陥補正部4Aに補正パルスが供給され欠陥画素が補正される。
欠陥画素の補正は、リアルタイムでその画素信号を、1画素もしくは2画素前の画素で置換する方法、前後の画素値の平均で置換する方法、または同様に垂直方向で考え、1つ上の画素で置換する方法、あるいは上下の画素値の平均で置換する方法など、公知の補間方法を利用して欠陥画素の画素値補正を行なう。
コントローラ30から、欠陥検出補正の制御信号が信号処理部5に供給されると、それに伴い信号処理部5から出力される映像信号を補間するタイミングと期間が設定され、出力された映像信号がメモリ20に記憶される。そして、欠陥補正期間にメモリ20に記憶された画像データが読み出され信号処理部5を介して表示装置に出力される。すなわち、この欠陥検出補正期間は、メモリ20から出力された補正前の画像のみが表示されることになり、補正中の画像は表示されない。
その結果、信号処理部5から出力された壊れた映像信号は表示されることがないので、ユーザーに違和感を与えることなく補正動作を行うことができる。
欠陥補正した際、時間情報をコントローラ30または過補正演算部50のタイマーカウンタに記憶することにより、所定の使用時間後に自動的に欠陥補正できるようにする。
また、他の例として過補正演算部50からの要求以外に、外部からの要求であっても良い。具体例として、キー操作によりCPU(マイクロコンピュータ)などの制御部にコマンドを転送し、制御プログラムにしたがって欠陥補正の要求を行うことができる。さらに、制御ボタンを押圧して、ハードウェアを動作させて欠陥要求の信号を発生することができる。
この期間、メモリ20からディジタル信号処理部10を介して映像(画像)信号が出力され、補正中の映像(画像)は表示されない。
このように、通常動作においては映像記録が必要のないときに、欠陥検出補正を行い、表示画像にこの検出補正動作が影響しないようにしている。
ステップST−50で、タイマーカウンタで設定された所定の時間が経過し、撮像システム100Aのモード遷移、ミュート/スチルに関する欠陥検出補正の動作が開始される。
また、画素欠陥補正のとき、図6に示すメモリ20に記憶された画像データを出力してこの記憶された画像を表示することにより、欠陥検出補正の動作が表示画面に影響しないようにする。
さらに、遮光状態となる欠陥検出補正動作中の映像を、メモリを用いて補間することにより、撮像システム動作中にユーザーに違和感を与えることなく静的欠陥検出補正を行うことができる。
また、静的欠陥検出補正をミュートやスチル動作期間などのモード遷移期間に行うことで、映像信号の欠落を防ぎながら、常に適切な欠陥補正を行うことができる。
さらに、撮像システムを再調整が困難な場所に設置した場合でも発報を受けて適切な時期に調整を行うことができる。また、撮像システムなどを設置した後、欠陥検出補正の再調整を必要とせず、撮像機器自体で自己回復を行うことができる。
Claims (16)
- 撮像装置と、
上記撮像装置の欠陥画素を検出し、補正する画素欠陥補正部と、
時間計測手段と、
を有し、
上記画素欠陥補正部は、上記時間計測手段で計測された使用時間を用いて後発欠陥発生点数を推定し、当該推定の結果に基づいて、補正を抑制し、あるいは再調整のための補正を行う、
撮像システム。 - 上記撮像装置の受光部を遮光する遮光手段と、
上記画素欠陥補正部で補正された画素信号の信号処理を行う信号処理部と、
上記信号処理部と上記遮光手段と上記画素欠陥補正部を制御する制御手段と、
をさらに有し、
上記時間計測手段は、上記画素欠陥補正部と上記制御手段の何れかに含まれる
請求項1に記載の撮像システム。 - 上記画素欠陥補正部は、上記撮像装置における欠陥発生率から使用時間に対する後発欠陥点数を推定し、欠陥候補点数が過多と推測される場合、遮光または撮像領域をずらして過補正となっている画素を特定し、通常撮像状態における動的な欠陥補正点数を抑制する
請求項2記載の撮像システム。 - 上記画素欠陥補正部は、上記撮像装置における欠陥発生率から使用時間に対する後発欠陥点数を推定し、上記制御手段の制御により上記遮光手段が上記受光部を自動的に遮光されると、静的欠陥の検出と補正を行う
請求項2記載の撮像システム。 - 上記撮像システムは動き情報検出手段を有し、上記画素欠陥補正部で上記撮像装置における欠陥発生率から使用時間に対する後発欠陥点数を推定し、欠陥候補点数が過多と推測される場合、上記動き情報検出手段を用いて画像の動き検出を併用し、動物体の存在しない区間に上記遮光手段を制御して自動的に遮光を行い、静的欠陥の検出と補正により再調整を行う
請求項2から4の何れか一項に記載の撮像システム。 - 上記撮像システムは、上記信号処理部から出力される輝度信号または色信号の積分値によって映像に変化がない期間を検出する動き情報検出手段を有し、上記画素欠陥補正部で上記撮像装置における欠陥発生率から使用時間に対する後発欠陥点数を推定し、欠陥候補点数が過多と推測される場合、上記動き情報検出手段を用いて映像に変化がない期間を検出し、当該期間が検出されたときは、上記遮光手段を制御して自動的に遮光を行い、静的欠陥の検出と補正により再調整を行う
請求項2から4の何れか一項に記載の撮像システム。 - 上記撮像システムは、上記画素欠陥補正部で上記撮像装置における欠陥発生率から使用時間に対する後発欠陥点数を推定し、欠陥候補点数が過多と推測される場合、上記制御手段の制御によって映像が連続的に得られない状態へ遷移したときは、当該映像が連続的に得られない期間に上記遮光手段を制御して自動的に遮光を行い、静的欠陥の検出と補正により再調整を行う
請求項2から4の何れか一項に記載の撮像システム。 - 画素信号が供給され、該画素信号の欠陥を検出し、欠陥数を計測する画素欠陥検出手段と、
時間計測手段と、
上記画素欠陥検出手段の計測値と上記時間計測手段により所定時間経過後の上記画素信号の推定値を算出した値と比較し、上記欠陥補正が過補正か否かを判別し、過補正のとき上記欠陥画素の補正を行う制御信号を発生する過補正演算部とを有し、
上記過補正演算部の制御信号により、上記画素信号の欠陥補正を行う
画素欠陥補正装置。 - 上記過補正演算部は、欠陥発生率から画素の欠陥数を求める欠陥発生分布算出手段を有し、上記時間計測手段で計測された所定の時間経過後の画素欠陥を推定する
請求項8記載の画素欠陥補正装置。 - 上記過補正演算部は、閾値設定手段を有し、上記時間計測手段で計測された所定の時間経過後に算出された上記欠陥画素の推定値に許容値を加算した閾値を設定する
請求項9記載の画素欠陥補正装置。 - 上記過補正演算部は、過補正判別部を有し、検出された画素欠陥数と上記閾値を比較し、該欠陥画素数が閾値より大きいとき過補正の制御信号を発生する
請求項8記載の画素欠陥補正装置。 - 上記過補正演算部は、撮像された画像位置を変更して欠陥画素であるか否かを判別する
請求項8記載の画素欠陥補正装置。 - 画素信号が供給され、該画素信号の欠陥を検出し、欠陥数を検出する画素欠陥検出手段と、
時間計測手段と、
上記画素欠陥検出手段の検出値と上記時間計測手段により所定時間経過後の上記画素信号の欠陥推定値を算出した値と比較し、欠陥補正が過補正か否かを判別し、過補正のとき上記欠陥画素の補正を行う制御信号を発生する過補正演算部と、
上記画素信号で形成される映像が連続的に得られない期間、または、映像が得られるが映像に変化がない期間を検出し、検出した期間内に欠陥検出補正を行うための制御信号を生成する動き情報検出手段と、
上記動き情報検出手段から供給された制御信号により、上記画素欠陥検出手段と過補正演算部の動作を制御して、映像の変化に応じた所定期間に上記欠陥画素の検出補正を行うコントローラと
を有する画素欠陥補正装置。 - 上記コントローラは、上記動き情報検出手段から、上記撮像システムのモード遷移期間またはスチル期間の映像を連続的に記録しない期間を用いて上記過補正演算部と画素欠陥補正手段を制御し、上記欠陥画素の検出補正を行う
請求項13記載の画素欠陥補正装置。 - 上記コントローラは、静止画取り込み中の映像を静止させている期間を用いて、自動的に上記欠陥画素の検出補正を行う
請求項13記載の画素欠陥補正装置。 - 上記画素欠陥補正装置は、さらに外部センサを有し、該外部センサで被写体の動的物体が検出されないとき、上記画素欠陥検出補正部で上記欠陥画素の欠陥検出補正の動作を行う
請求項13記載の画素欠陥補正装置。
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