JP4992382B2 - ノイズ除去方法ならびにノイズ除去制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、撮像素子により被写体像を取り込む撮像装置にかかわるノイズ除去技術に に関する。

デジタルカメラ等の撮像素子により被写体像を取り込む電子カメラでは、撮像素子の暗電流部分もデータとして取り込んでしまうため、暗い部分の撮像時などでは、暗電流の電荷が撮像から得られる電荷に対して無視できない大きさになるという問題がある。

従来、この問題を解決する技術として、撮像素子からの画像情報を画像情報メモリに記憶し、同じ時間遮光状態とした時のその撮像素子からの読み出された暗電流雑音成分を暗電流雑音メモリに記憶し、画像情報メモリに記憶されている画像情報から暗電流雑音メモリに記憶されている暗電流雑音成分を減算することにより、画像情報から固体撮像素子の暗電流雑音成分を軽減するノイズ軽減技術がある（例えば、特許文献１）。

また、撮像素子の出力画像データをメモリに一時記憶すると共に、撮影のための露出条件を決定し、撮影後にその撮像素子から読み出された出力信号に対応する第１の画像データと、遮光状態とした時にその撮像素子から読み出された暗時の出力信号（暗電流雑音成分）に対応する第２の画像データに基づいて、同一画素各々のデータを時間的に一致させた後、上記第１および第２の画像データに関する演算（上記第１の画像データから第２の画像データを減算）により最終的な画像データを生成する電子的撮像装置がある（例えば、特許文献２参照）。
特開平４−４０７６３号公報 特開平８−５１５７１号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、撮影時間と同じだけ遮光状態として、その間の暗電流を撮影画像から減算するので、撮像素子の固定パターン雑音は抑制されるが、ランダムな雑音が増大するという問題点があった。

また、上記特許文献２に記載の技術では、撮影のための露出条件を決定した後、メモリに記憶した撮影画像データと暗電流成分データを時間的に一致させてからその間の暗電流を撮影画像から減算するので、暗電流に起因するノイズ（静的ノイズ）を１画素ごとに除去することができるが、動的なノイズ（例えば５０Ｈｚのノイズ等の機器ノイズ）を低減することはできなかった。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、簡易な構成および制御で撮像素子の電荷信号から暗電流ノイズ成分（静的ノイズ）だけでなく機器ノイズ成分（動的ノイズ）を除去し得るノイズ除去方法ならびにノイズ除去制御プログラムの提供を目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、光学像を電気信号からなる画像信号に変換する撮像手段と、前記撮像手段に入射する光学像を周期的に遮断（ＯＦＦ区間）若しくは通過（ＯＮ区間）させるための遮光制御手段とを備え、前記遮光制御手段の制御によって電気信号からなるＯＮ区間データ（画像信号およびノイズ成分）は画像フィールドバッファの第１の領域に一次記憶され、ＯＦＦ区間データ（ノイズ成分）は画像フィールドバッファの第２の領域に一次記憶され、前記画像フィールドバッファからノイズ成分が除去された差分データは画像フレームデータとして順次、画像フレームバッファに保存され、１フレーム分の画像フレームデータが記憶されると後段の信号処理部に出力される撮像装置のノイズ除去方法において、前記ＯＦＦ区間の時間ｔ１〜ｔ２、ｔ３〜ｔ４、・・間は遮光され前記撮像手段のノイズのみが出力され、前記ＯＮ区間の時間ｔ０〜ｔ１、ｔ２〜ｔ３、ｔ５、・・間は前記撮像手段から画像信号およびノイズ成分が出力され、前記時間ｔ１、ｔ３、ｔ５、・・に取得される区間データｋ１、ｋ２、ｋ３、・・は画像信号およびノイズ成分および機器ノイズからなるＯＮ区間データであり、前記時間ｔ２、ｔ４、・・に取得される区間データｊ１、ｊ２、・・はノイズ成分および機器ノイズからなるＯＦＦ区間データであり、前記ＯＮ区間データｋ１、ｋ２、ｋ３、・・から隣り合う前記ＯＦＦ区間データｊ１、ｊ２、・・を差し引くことにより取得された隣接差分データを画像フレームデータとして前記画像フレームバッファに順次保存することによりバンドパスフィルタを構成する工程、を含むことを特徴とするノイズ除去方法を提供するものである。

また、請求項２に記載の発明では、更に、ＯＮ区間から得られる信号強度とＯＦＦ区間から得られるノイズ強度の比からＳＮ比を求め、該ＳＮ比が所定値より高い場合には、ＯＮ区間をＯＦＦ区間の整数倍（２倍以上）に変更する工程を含むことを特徴とする請求項１記載のノイズ除去方法を提供するものである。

また、請求項３に記載の発明では、撮影モードとして高感度モードを有し、前記高感度モードのときに請求項１記載の工程を実行することを特徴とする請求項１または２記載のノイズ除去方法を提供するものである。

また、請求項４に記載の発明では、光学像を電気信号からなる画像信号に変換する撮像手段と、前記撮像手段に入射する光学像を周期的に遮断（ＯＦＦ区間）若しくは通過（ＯＮ区間）させるための遮光制御手段とを備え、前記遮光制御手段の制御によって電気信号からなるＯＮ区間データ（画像信号およびノイズ成分）は画像フィールドバッファの第１の領域に一次記憶され、ＯＦＦ区間データ（ノイズ成分）は画像フィールドバッファの第２の領域に一次記憶され、前記画像フィールドバッファからノイズ成分が除去された差分データは画像フレームデータとして順次、画像フレームバッファに保存され、１フレーム分の画像フレームデータが記憶されると後段の信号処理部に出力される撮像装置のコンピュータを、前記ＯＦＦ区間の時間ｔ１〜ｔ２、ｔ３〜ｔ４、・・間は遮光され前記撮像手段のノイズのみが出力され、前記ＯＮ区間の時間ｔ０〜ｔ１、ｔ２〜ｔ３、ｔ５、・・間は前記撮像手段から画像信号およびノイズ成分が出力され、前記時間ｔ１、ｔ３、ｔ５、・・に取得される区間データｋ１、ｋ２、ｋ３、・・は画像信号およびノイズ成分および機器ノイズからなるＯＮ区間データであり、前記時間ｔ２、ｔ４、・・に取得される区間データｊ１、ｊ２、・・はノイズ成分および機器ノイズからなるＯＦＦ区間データであり、前記ＯＮ区間データｋ１、ｋ２、ｋ３、・・から隣り合う前記ＯＦＦ区間データｊ１、ｊ２、・・を差し引くことにより取得された隣接差分データを画像フレームデータとして前記画像フレームバッファに順次保存することによりバンドパスフィルタを構成する手段、として機能させることを特徴とするノイズ除去制御プログラムを提供するものである。

本発明によれば、撮影時のノイズ除去のための簡易的なデジタルバンドパスフィルタ（簡易ＢＰＳ）を構成できるので、このフィルタ効果により撮像素子の暗電流ノイズ成分（静的ノイズ）だけでなく機器ノイズ成分（動的ノイズ）を除去することができる。また、遮光時のノイズによるＳＮ比により遮光タイミング（周期、デューティ比）を変更できるので、上述した簡易ＢＰＦの精度を向上させることができる

図１は、本発明の撮像装置の主要構成部分の一実施例を示すブロック図である。なお、下記の実施例ではデジタルカメラ１００を例として説明するが本発明はデジタルカメラに限定されるものではなく、ＣＣＤなどの撮像素子を用いた撮像部を備えた撮像装置に摘用できる。

図１で、符号１はズームレンズやフォーカスレンズを含む複数のレンズ群からなる光学系を示し、光学系１は被写体光像をＣＣＤ３の受光面上に結像させる。

符号２は液晶シャッターを示し、液晶シャッター２は、撮影時に、受光制御部８の制御に基づき所定の周期で光学系１からの光を遮断（遮蔽）または通過させるスイッチ動作を行なう遮光スイッチとして機能する。なお、実施例では遮光スイッチとして液晶シャッターを用いたが、液晶シャッターに限定されず、液晶シャッター２の代わりに所定の周期で遮光スイッチとして動作する部材を用いることができる。

ＣＣＤ３は典型的には毎秒数十フレームの画像を撮像する撮像素子（固体撮像デバイス）であり、受光制御部９から送られる駆動信号により駆動され、光の量に応じて蓄積電荷量が変化する素子を用いて光学系１を介して自己の受光面に受光する被写体の二次元光像（光信号）を電荷に変換して電気信号（アナログ信号）として出力する。

ＣＣＤ３の出力信号はＣＤＳ回路４で相関二重サンプリングおよびゲイン調整され、Ａ／Ｄ変換回路５でデジタル信号に変換される。なお、撮像素子はＣＣＤに限定されずＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）などの固体撮像デバイスを用いることができる。

符号４はＣＤＳ回路を示し、ＣＤＳ回路４はＣＣＤ３から出力された画像信号（アナログ信号）相関二重サンプリングおよびゲイン調整を行い、Ａ／Ｄ変換器５に出力する。符号５はＡ／Ｄ変換器を示し、Ａ／Ｄ変換器５はＣＤＳ回路６で相関二重サンプリングおよびゲイン調整された画像信号（アナログ信号）をデジタル信号に変換して画像フィールドバッファ６およびフォーカス用フィルタ部１０に出力する。

符号６は画像フィールドバッファを示す。画像フィールドバッファ６は図示していないが、光学系１からの画像信号をＣＣＤ３で変換したフィールドデータ（暗電流および機器ノイズを含む）を一時的に記憶する第１の画像フィールドバッファと、光学系１からの画像信号が液晶シャッター２により遮蔽された状態でＣＣＤ３から出力される電荷（暗電流）を変換したフィールドデータ（機器ノイズを含む）を一時的に記憶する第２の画像フィールドバッファを備えている。

符号７は画像フレームバッファであり、画像フレームバッファ７は後述するフィールド画像演算（図２（ステップＳ９）；図４参照）により出力されるフレームデータの加算結果を蓄積（記憶）する。

符号８は信号処理部を示す。信号処理部８は画像フレームバッファ７から出力されたデジタル信号（画像データ）に対して画像補間処理及びγ補正処理を含むカラープロセス処理を行ってＹＵＶデータ（デジタル値の輝度信号Ｙ及び色差信号Ｃｂ、Ｃｒ）を生成し、１フレーム分のデータが順次内蔵メモリ（図示せず）にＤＭＡ転送され、内蔵メモリに確保される画像データ記憶領域に格納される。また、信号処理部８から出力された出力されたＹＵＶデータは液晶表示コントローラ１３に送られ、そこでビデオ信号に変換された後、液晶表示画面１４に表示される。

符号９は受光制御部を示し、受光制御部９はＣＰＵ１２の制御の下で液晶シャッター２を所定のタイミング周期（例えば、６０Ｈｚ）でＯＮ／ＯＦＦ制御する。また、受光制御部９はＣＰＵ１２の制御の下でＣＣＤ３の駆動信号を生成してＣＣＤ３を駆動する。また、 符号１０はフォーカス用フィルタ部を示す。

符号１１はレンズ制御部を示す。レンズ制御部１１はＣＰＵ１２からの制御データを基に光学系１の駆動モータ等の駆動機構の動作を制御してＡＥ（オートアイリス）によるシャッター速度および絞り調節に基づく露出制御や、ズーム制御、ＡＦ（オートフォーカス）による自動合焦制御等を行う。なお、レンズ制御部１１による、露出制御や、ズーム制御、自動合焦制御等における光学系１の動作制御は公知の技術を用いることができる。

符号１３は液晶表示コントローラを示す。液晶表示コントローラ１３は信号処理部８から出力されたＹＵＶデータをビデオ信号に変換して液晶表示画面１４に表示する。また、符号１４は液晶表示画面を示す。

符号１５はシャッターボタンを示す。シャッターボタン８は、撮影時にレリーズ操作を行うもので、例えば、２段階のストロークを有しており、静止画撮影モードでは１段目の操作（半押し状態）で、オートフォーカス（ＡＦ）と自動露出（ＡＥ）を行わせるための合焦指示信号を発生し、２段目の操作（全押し状態）で撮影処理を行うための撮影指示信号を発生する。発生した各指示信号はそれぞれ直ちにＣＰＵ１２に送られる。

また、シャッターボタン１５は、撮影モードにおいて高感度モードが設定されているときに操作されると本発明のノイズ除去制御開始指示信号を発生する。発生したノイズ除去制御開始指示信号は直ちにＣＰＵ１２に送られる。

符号１６はモードボタンを示し、ユーザはモードボタン１６を操作することにより撮影モードを本発明のノイズ除去制御を実行する高感度モードに設定することができる。

符号１２はＣＰＵを示す。上述した各ブロックはＣＰＵ（若しくはＭＰＵ）１２によって制御されており、ＣＰＵ１２が各ブロックの制御に必要とされるプログラムやデータはＥＥＰＲＯＭやフラッシュメモリ等の書き換え可能な不揮発性メモリであるプログラムメモリ（図示せず）に記憶されている。そしてＣＰＵ１２は上記プログラムおよび、撮影モードにおいて高感度モードが設定されているときにシャッターボタン５が操作されると発生するノイズ除去制御開始指示信号を受けて本発明のノイズ除去制御手段として機能する。

図２は本発明に基づくデジタルカメラ１００のＣＰＵ１２による撮影動作制御シーケンスを示すフローチャートであり、デジタルカメラ１００に本発明の撮影時のノイズ除去制御機能を実現させるためのプログラムを説明するためのものである。図２でステップＳ６〜Ｓ１３は本発明のノイズ除去制御プログラムの動作に相当する。

以下に示す処理は基本的にＣＰＵ１２が予めプログラムメモリ（図示せず）に記憶されたプログラムに従って実行する例で説明するが、全ての機能をプログラムメモリに格納する必要はなく、必要に応じて、その一部若しくは全部を、例えば、ネットワークを介して受信して実現するようにしてもよい。以下、図１〜図５に基いて説明する。なお、以下の説明で、初期状態でのＯＮ区間およびＯＦＦ区間の長さは等しいものとする。

図２で、撮影モードにおいて、ユーザがモードボタン１６を操作して撮影モードを高感度モードに設定することができる。ＣＰＵ１２はモードボタン１６により高感度モードが設定されたか否かを調べ（ステップＳ１）、モードボタン１６の操作により高感度モード設定された旨の信号を検出すると高感度モード設定フラグをＯＮにする（ステップＳ２）。

ＣＰＵ１２は液晶シャッター２をＯＮにして光学系２を介して被写体光像をＣＣＤ３の受光面に結像するようにしてから撮影準備処理を実行し、撮影準備処理が終わるとステップＳ４に進む（ステップＳ３）。ここでの撮影準備処理は、撮影用の初期設定、その時点のズーム値に対応した焦点距離でＡＥ処理の実行、光学系１からの被写体像を基にしたスルー画像表示、例えばシャッターボタン１５の半押し操作による自動合焦指示に基づくオートフォーカス処理等の動作であり、撮影準備処理のための制御動作は公知の技術を用いることができる。

ステップＳ３の撮影準備処理が終わると、ユーザは所望のタイミングでシャッターボタン１５を全押し操作して撮影指示を行うことができる。ＣＰＵ１２はシャッターボタン１５が全押し操作されたか否かを調べ、全押し操作された場合はステップＳ５に進む（ステップＳ４）。

ステップＳ４でシャッターボタン１５が全押し操作されると、ＣＰＵ１２は高感度モードが設定されているか否か（つまり、高感度モード設定フラグがＯＮか否か）を調べ、高感度モードが設定されている場合はステップＳ６に進み、高感度モードが設定されていない場合は通常感度による撮影処理を行なう（ステップＳ５）。

受光制御部９がＣＰＵ１２からＯＮ／ＯＦＦタイミング設定変更指示信号を受け取った場合はステップＳ７に進み、受け取っていない場合はステップＳ８に進む（ステップＳ６）。

受光制御部９は変更指示を受け取ったときに制御しているＯＮ／ＯＦＦ動作が完了したか否かを調べそのＯＮ／ＯＦＦ動作が完了すると液晶シャッター２を変更後のタイミング周期でＯＮ／ＯＦＦさせ、ステップＳ９に進む。また、変更指示を受け取ったときに制御しているＯＮ／ＯＦＦ動作が完了していない場合はそのＯＮ／ＯＦＦ動作が完了するまで待つ（ステップＳ７）。

ＣＰＵ１２は受光制御部９に制御信号を送り、所定のタイミング周期（例えば、６０Ｈｚ）で液晶シャッター２をＯＮ／ＯＦＦ動作させる（ステップＳ８）。

ＣＰＵ１２は、受光制御部９を制御してＣＣＤ３に、その出力信号を液晶シャッター２がＯＮからＯＦＦになるタイミングと、ＯＦＦからＯＮになるタイミングでそれぞれ別の領域の画像フィールドバッファに転送させるようにする（ステップＳ９）。つまり、このステップでは、液晶シャッター２がＯＮからＯＦＦになるタイミングでは光学系１からの画像信号をＣＣＤ３で変換したフィールドデータを第１の画像フィールドバッファに転送して一時的に記憶させ、液晶シャッター２がＯＦＦからＯＮになるタイミングでは光学系１からの画像信号が液晶シャッター２により遮蔽された状態でＣＣＤ３から出力される電荷（暗電流）を変換したフィールドデータを第２の画像フィールドバッファに転送して一時的に記憶させる。

次に、ＣＰＵ１２は、液晶シャッター２のＯＮ区間データ（液晶シャッター２がＯＮからＯＦＦになるタイミングでＣＣＤ３から転送されたデータをいう）値から液晶シャッター２のＯＦＦ区間データ（液晶シャッター２がＯＦＦからＯＮになるタイミングでＣＣＤ３から転送されたデータをいう）値を差し引き、差分フレームデータとして画像フレームバッファ７に保存する（図３参照）。差し引くにあたり、ＯＮ区間とＯＦＦ区間の長さが異なる場合は、ＯＮ区間とＯＦＦ区間の長さが同じ長さの区間データとなるようにデータを乗算若しくは除算を施して重み付けをした後に減算を行う（ステップＳ１０）。

次に、ＣＰＵ１２は、液晶シャッター２のＯＮ／ＯＦＦによりＣＣＤ３から出力されるＯＮ区間データとＯＦＦ区間データより、ＯＦＦ区間のノイズ分によるＳＮ比を計算し、その値を元に、次のタイミングでの、液晶シャッター２のＯＮ／ＯＦＦのタイミング（周期、デューティ比）の調整に用いるようにする。具体的には、ＯＮ区間から得られる画面全体の信号強度とＯＦＦ区間から得られるノイズ強度の比からＳＮ比を求め、ＳＮ比が比較的高い場合にはＯＮ区間の整数倍（２倍以上）に液晶シャッター２のＯＮ／ＯＦＦタイミングを設定し、また、ＳＮ比が十分高く、機器ノイズレベルが撮像信号レベルに対して無視できるような状況のときには常時ＯＮにして露光時間を長くとるようにする。また、このＯＮ／ＯＦＦタイミング変更指示は受光制御部９に対して直ちに行ない、受光制御部９は変更指示があったときに制御しているＯＮ／ＯＦＦ動作が完了した後に、変更指示によるＯＮ／ＯＦＦタイミングで液晶シャッター２のＯＮ／ＯＦＦ制御を行う（図４参照）（ステップＳ１１）。

次に、ＣＰＵ１２は、ステップＳ１１のフィールド演算（減算）により出力されてくるフィールドデータを順次加算してフレーム画像データとしてフレーム画像バッファ７に保存（記憶）する（ステップＳ１２）。

次に、ＣＰＵ１２はフレーム画像バッファ７に保存した取得フィールド数（つまり、フレームデータを保存した回数）が対応するシャッター時間分の数に達しているか否かを調べ、フィールド数が全て取得されてない場合はステップＳ９に戻って、再びフィールドデータ取得動作を行なうようにし、フィールド数が全て取得された場合はステップＳ１４に進む（ステップＳ１３）。ここで、シャッター時間分の数のフレームデータが画像フレームバッファに記憶されると１フレーム分の画像データが記憶されたことになる。

ＣＰＵ１２はフレーム画像バッファ７に記憶されている画像データにＪＰＥＧ回路２６で画像圧縮処理を施し、この圧縮データからなる画像ファイルを図示されていない保存メモリに記録して１フレーム分の撮像を終了する（ステップＳ１４）。

上記構成により、簡易な構成および制御で撮像素子の電荷信号から暗電流ノイズ成分（静的ノイズ）だけでなく機器ノイズ成分（動的ノイズ）を除去すると共に、撮像時のＳＮ比をより向上させることができる。

具体的には、遮光スイッチとしての液晶シャッターを周期的にＯＮ／ＯＦＦさせることにより遮光周期（実施例では６０Ｈｚとしたがこれに限定されない）に同期しないノイズ成分を差し引く簡易的なデジタルバンドパスフィルタ（デジタルＢＰＦ）が構成される。そして、このフィルタ効果により、撮像素子の固有ノイズのような静的なノイズだけでなく、動的なノイズ（例えば、５０Ｈｚの電源ノイズなどの機器ノイズ）を低減することができるので、従来例のように撮像素子の固有ノイズのような静的なノイズだけを低減する場合に比べ撮像時のＳＮ比をより向上させることができる。なお、上述した簡易ＢＰＦの周波数特性グラフを図５に示す。

また、図２のフローチャートのステップＳ１１に示したように、液晶シャッター２のＯＮ区間データとＯＦＦ区間データに基づいてＯＦＦ区間のノイズ分によるＳＮ比を計算し、その値を元に、次のタイミングの、液晶シャッター２のＯＮ／ＯＦＦのタイミング（周期、デューティ比）を変更できるようにしたことにより、上述した簡易ＢＰＦの精度を向上させることができることから、撮像時のＳＮ比を更に向上させることができる。なお、図２のステップＳ１１の詳細なフローチャートを図４に示す。

また、図２のステップＳ７で、受光制御部９は変更指示を受け取ったときに制御しているＯＮ／ＯＦＦ動作が完了したか否かを調べそのＯＮ／ＯＦＦ動作が完了してから液晶シャッター２を変更後のタイミング周期でＯＮ／ＯＦＦさせるので、画像フレームバッファ７に１フレーム分の画像データが記憶されるまでは液晶シャッター２のＯＮ／ＯＦＦタイミングが変更されない。したがって、液晶シャッター２のＯＮ／ＯＦＦタイミングが途中で変更されたような場合に生じる画像の乱れが生じない。

また、図２のステップＳ１０で、遮光周期に同期しないノイズ成分を差し引く際に、光学系１から入射する光学像を周期的にＣＣＤ３に入射するＯＮ区間と、光学系１から入射する光学像を周期的に遮断するＯＦＦ区間の長さが異なる場合は、ＯＮ区間とＯＦＦ区間の長さが同じ長さの区間データとなるようにデータを乗算若しくは除算を施して重み付けをした後に減算を行うようにしたので、液晶シャッター２のＯＮ／ＯＦＦのタイミング（周期、デューティ比）を変更してもＯＦＦ区間のノイズ分によるＳＮ比を正確に求めることができる。

図３は、本発明により構成される簡易ＢＰＦの説明図であり、図３（ａ）はデジタルカメラ１００の光学系１、液晶シャッター２、ＣＣＤ３と、簡易ＢＰＦ２４を示す。簡易ＢＰＦ２４はＡ／Ｄ変換器５、画像フィールドバッファ６、受光制御部９、およびＣＰＵ１２から構成されるデジタル・バンドパスフィルタである。また、図３（ａ）で符号２１は被写体からの光束を示し、符号２２は光学系１からＣＣＤ３の受光面に入射する入射光を示す。入射光２２は液晶シャッター２により図３（ｂ）に示すように周期的に遮光される。

また、符号２３はＣＣＤ３によって変換された電気信号からなるＯＮ区間データ（画像信号およびノイズ成分）若しくはＯＦＦ区間データ（ノイズ成分）からなるアナログ信号を示す。ノイズ成分にはＣＣＤ３のノイズ（暗電流）と機器ノイズが含まれている。これらのデータはＣＣＤ３と画像フィールドバッファ６の間でデジタル信号に変換され、ＯＮ区間データは画像フィールドバッファ６の第１の領域に一次記憶され、ＯＦＦ区間データは画像フィールドバッファ６の第２の領域に一次記憶される。

符号２５は画像フレームデータを示す。フレームデータは図３（ｄ）に示すように簡易ＢＰＦ２４により画像フィールドデータからノイズ成分が除去された差分データであり、この差分データは画像フレームデータとして、順次、画像フレームバッファ７に保存（記憶）され、画像フレームバッファ７に記憶される。１フレーム分の画像フレームデータが画像フレームバッファ７に記憶されると信号処理部８に出力される（図１、図２（ステップＳ１２）参照）。

図３（ｂ）は、液晶シャッター２のＯＮ／ＯＦＦ動作によるＣＣＤ転送タイミングを示す図であり、縦軸は光強度、横軸は時間（ｔ１、ｔ２、・・・）を示す。図３（ｂ）で、ｔ１〜ｔ２、ｔ３〜ｔ４、・・が液晶シャッター２がＯＦＦの期間であり、この間は光学系１からの光２１は遮光されＣＣＤ３からＣＣＤのノイズのみが出力される。また、図３（ｂ）で、ｔ０〜ｔ１、ｔ２〜ｔ３、ｔ５、・・が液晶シャッター２がＯＮの期間であり、この間は光学系１からの光２２はＣＣＤ３の受光面に入射し、ＣＣＤ３からは画像信号＋ＣＣＤ３のノイズが出力される。

図３（ｃ）は、ＯＮ区間データ（画像信号およびノイズ成分）およびＯＦＦ区間データ（ノイズ成分）の経時的遷移を示す図であり、縦軸は画像フィールドバッファ６への入力データ、横軸は時間（ｔ１、ｔ２、・・・）、グラフ上の黒点は区間データを示す。時間ｔ１、ｔ３、ｔ５、・・に取得される区間データｋ１、ｋ２、ｋ３、・・は画像信号＋ＣＣＤ３のノイズ＋機器ノイズからなるＯＮ区間データであり、時間ｔ２、ｔ４、・・に取得される区間データｊ１、ｊ２、・・はＣＣＤ３のノイズ＋機器ノイズからなるＯＦＦ区間データであり、ＯＮ区間データｋ１、ｋ２、ｋ３、・・、ＯＦＦ区間データｊ１、ｊ２、・・共にＣＣＤのノイズ＋機器ノイズからなるノイズ成分を有している。

図３（ｄ）は簡易ＢＰＦ２４により取得される隣接差分データ（フレームデータ）を示す図であり、縦軸は隣接差分データの値、横軸は時間（ｔ２、ｔ４、・・・）、グラフ上の黒点ｑ１、ｑ２は隣接差分データを示す。隣接差分データはＯＮ区間データ（例えば、図３（ｃ）に示すＯＮ区間データｋ１、ｋ２、ｋ３、・・）から隣り合うＯＦＦ区間データ（例えば、図３（ｃ）に示すＯＦＦ区間データｇ１、ｇ２、・・）を差し引くことにより取得される。取得された隣接差分データはフレームデータとして画像フレームバッファ７に順次保存される。

図４は、図２のステップＳ１１の詳細な動作を示すフローチャートであり、具体的には、ＯＦＦ区間のノイズ成分によるＳＮ比の演算による液晶シャッターのＯＮ／ＯＦＦのタイミング変更動作を示すフローチャートである。

図２のステップＳ１０で液晶シャッター２のＯＮ／ＯＦＦによりＣＣＤ３から出力されるＯＮ区間データの値とＯＦＦ区間データの差分フレームデータとして画像フレームバッファ７に保存した後、ＣＰＵ１２は、ＯＮ区間から得られる画面全体の信号強度とＯＦＦ区間から得られるノイズ強度の比からＳＮ比を求め（ステップＳ１１−１）、ＳＮを所定値α、Βと比較し、ＳＮ比＜αの場合には図１０のステップＳ１２に進み、α≦ＳＮ比≦Βの場合にはステップＳ１１−３に進み、ＳＮ比＜Βの場合にはステップＳ１１−４に進む（ステップＳ１１−２）。ここで、αは比較的高い値であり、Βは機器ノイズが撮像信号レベルに対して無視できるだけ十分高い値（α＜＜Β）であり、設計時に設定される。

α≦ＳＮ比≦Βの場合には、ＣＰＵ１２はＳＮ比に応じてＯＮ区間をＯＦＦ区間の整数倍（２倍以上）に設定して（つまり、ＳＮ比に応じてデユーティー比を変更するようにして）、液晶シャッター２のＯＮ／ＯＦＦタイミングを設定し、ステップＳ１１−５に進む（ステップＳ１１−３）。

ＳＮ比＞Βの場合には、ＣＰＵ１２は露光時間を長くとるように液晶シャッター２のＯＮ／ＯＦＦタイミングを常時ＯＮに設定してステップＳ１１−５に進む（ステップＳ１１−４）。つまり、ＳＮ比が十分高く、機器ノイズレベルが画像信号レベルに対して無視できるような場合には、液晶シャッター２のＯＮ／ＯＦＦタイミングを常時ＯＮに設定して露光時間を長く取ることができる。

ＣＰＵ１２は上記ステップＳ１１−３若しくはＳ１１−４で設定した液晶シャッター２のＯＮ／ＯＦＦタイミング値を含むＯＮ／ＯＦＦタイミング設定変更指示信号を受光制御部９に送出して図２のステップＳ１２に進む（ステップＳ１１−５）。

（変形例）
上記実施例では、液晶シャッター２で遮光するように構成したが、鏡やプリズムを用いて遮光するように構成してもよい。さらに、ＣＣＤ等の撮像素子をデュアル構成とし、鏡やプリズムを用いて２つの撮像素子それぞれに交互に光学系１からの光を入射するように構成してもよい。

以上、本発明のいくつかの実施例について説明したが本発明は上記各実施例に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能であることはいうまでもない。

本発明の撮像装置の主要構成部分の一実施例を示すブロック図である。 本発明に基づくデジタルカメラのＣＰＵによる撮影動作制御シーケンスを示すフローチャートである。 本発明により構成される簡易ＢＰＦの説明図である。 図２のステップＳ１１の詳細な動作を示すフローチャートである。 本発明により構成される簡易ＢＰＦの周波数特性を示すグラフである。

符号の説明

１ 光学系
２ 液晶シャッター
３ ＣＣＤ
６ 画像フィールドバッファ
７ 画像フレームバッファ
８ 信号処理部
９ 受光制御部
１１ レンズ制御部
１２ ＣＰＵ
１５ シャッターボタン
１６ モードボタン
２４ 簡易ＢＰＦ
１００ デジタルカメラ

Claims (4)

1. 光学像を電気信号からなる画像信号に変換する撮像手段と、前記撮像手段に入射する光学像を周期的に遮断（ＯＦＦ区間）若しくは通過（ＯＮ区間）させるための遮光制御手段とを備え、前記遮光制御手段の制御によって電気信号からなるＯＮ区間データ（画像信号およびノイズ成分）は画像フィールドバッファの第１の領域に一次記憶され、ＯＦＦ区間データ（ノイズ成分）は画像フィールドバッファの第２の領域に一次記憶され、前記画像フィールドバッファからノイズ成分が除去された差分データは画像フレームデータとして順次、画像フレームバッファに保存され、１フレーム分の画像フレームデータが記憶されると後段の信号処理部に出力される撮像装置のノイズ除去方法において、
   前記ＯＦＦ区間の時間ｔ１〜ｔ２、ｔ３〜ｔ４、・・間は遮光され前記撮像手段のノイズのみが出力され、
   前記ＯＮ区間の時間ｔ０〜ｔ１、ｔ２〜ｔ３、ｔ５、・・間は前記撮像手段から画像信号およびノイズ成分が出力され、
   前記時間ｔ１、ｔ３、ｔ５、・・に取得される区間データｋ１、ｋ２、ｋ３、・・は画像信号およびノイズ成分および機器ノイズからなるＯＮ区間データであり、
   前記時間ｔ２、ｔ４、・・に取得される区間データｊ１、ｊ２、・・はノイズ成分および機器ノイズからなるＯＦＦ区間データであり、
   前記ＯＮ区間データｋ１、ｋ２、ｋ３、・・から隣り合う前記ＯＦＦ区間データｊ１、ｊ２、・・を差し引くことにより取得された隣接差分データを画像フレームデータとして前記画像フレームバッファに順次保存することによりバンドパスフィルタを構成する工程、
   を含むことを特徴とするノイズ除去方法。
2. 更に、ＯＮ区間から得られる信号強度とＯＦＦ区間から得られるノイズ強度の比からＳＮ比を求め、該ＳＮ比が所定値より高い場合には、ＯＮ区間をＯＦＦ区間の整数倍（２倍以上）に変更する工程を含むことを特徴とする請求項１記載のノイズ除去方法。
3. 撮影モードとして高感度モードを有し、前記高感度モードのときに請求項１記載の工程を実行することを特徴とする請求項１または２記載のノイズ除去方法。
4. 光学像を電気信号からなる画像信号に変換する撮像手段と、前記撮像手段に入射する光学像を周期的に遮断（ＯＦＦ区間）若しくは通過（ＯＮ区間）させるための遮光制御手段とを備え、前記遮光制御手段の制御によって電気信号からなるＯＮ区間データ（画像信号およびノイズ成分）は画像フィールドバッファの第１の領域に一次記憶され、ＯＦＦ区間データ（ノイズ成分）は画像フィールドバッファの第２の領域に一次記憶され、前記画像フィールドバッファからノイズ成分が除去された差分データは画像フレームデータとして順次、画像フレームバッファに保存され、１フレーム分の画像フレームデータが記憶されると後段の信号処理部に出力される撮像装置のコンピュータを、
   前記ＯＦＦ区間の時間ｔ１〜ｔ２、ｔ３〜ｔ４、・・間は遮光され前記撮像手段のノイズのみが出力され、前記ＯＮ区間の時間ｔ０〜ｔ１、ｔ２〜ｔ３、ｔ５、・・間は前記撮像手段から画像信号およびノイズ成分が出力され、前記時間ｔ１、ｔ３、ｔ５、・・に取得される区間データｋ１、ｋ２、ｋ３、・・は画像信号およびノイズ成分および機器ノイズからなるＯＮ区間データであり、前記時間ｔ２、ｔ４、・・に取得される区間データｊ１、ｊ２、・・はノイズ成分および機器ノイズからなるＯＦＦ区間データであり、前記ＯＮ区間データｋ１、ｋ２、ｋ３、・・から隣り合う前記ＯＦＦ区間データｊ１、ｊ２、・・を差し引くことにより取得された隣接差分データを画像フレームデータとして前記画像フレームバッファに順次保存することによりバンドパスフィルタを構成する手段、
   として機能させることを特徴とするノイズ除去制御プログラム。

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