JP5129650B2 - Imaging device - Google Patents

Imaging device Download PDF

Info

Publication number
JP5129650B2
JP5129650B2 JP2008136002A JP2008136002A JP5129650B2 JP 5129650 B2 JP5129650 B2 JP 5129650B2 JP 2008136002 A JP2008136002 A JP 2008136002A JP 2008136002 A JP2008136002 A JP 2008136002A JP 5129650 B2 JP5129650 B2 JP 5129650B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
signal
pixel
pixels
correction
coefficient
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2008136002A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2009284358A (en
Inventor
桂次 永田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP2008136002A priority Critical patent/JP5129650B2/en
Publication of JP2009284358A publication Critical patent/JP2009284358A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5129650B2 publication Critical patent/JP5129650B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Studio Devices (AREA)

Description

本発明は、撮像装置に関する。   The present invention relates to an imaging apparatus.

近年、デジタル一眼レフカメラやビデオカメラにCMOSイメージセンサなどの撮像センサが使われてきている。撮像センサでは、多画素化が進むことに伴い画素のサイズが小さくなる。画素のサイズが小さくなると画素における光電変換部(例えば、フォトダイオード)の受光面の面積も小さくなるので、光電変換部で発生する電荷に応じた光信号のレベルも小さくなる。これにより、S/Nを悪化させないように、固定パターンノイズやダークシェーディングを低減することがますます必要となってきている。   In recent years, imaging sensors such as CMOS image sensors have been used for digital single-lens reflex cameras and video cameras. In an image sensor, the size of a pixel decreases as the number of pixels increases. When the pixel size is reduced, the area of the light receiving surface of the photoelectric conversion unit (for example, a photodiode) in the pixel is also reduced, so that the level of the optical signal corresponding to the charge generated in the photoelectric conversion unit is also reduced. As a result, it has become increasingly necessary to reduce fixed pattern noise and dark shading so as not to deteriorate the S / N.

固定パターンノイズやダークシェーディングを低減する技術について、図9及び図10を用いてCMOSイメージセンサ70の構成を説明しながら説明する。図9は、CMOSイメージセンサ70の全体レイアウトを示す図である。図10は、画素の回路構成図である。   A technique for reducing fixed pattern noise and dark shading will be described with reference to FIGS. 9 and 10 while explaining the configuration of the CMOS image sensor 70. FIG. 9 is a diagram showing an overall layout of the CMOS image sensor 70. FIG. 10 is a circuit configuration diagram of a pixel.

CMOSイメージセンサ70は、次の構成要素を備える。   The CMOS image sensor 70 includes the following components.

画素配列PAは、複数の画素が行方向及び列方向に配列されている。画素配列PAは、有効領域EAと遮光領域SAとを有する。有効領域EAは、複数の画素のうち遮光されていない画素が配された領域73である。遮光領域SAは、複数の画素のうち遮光された画素が配された領域であり、垂直オプティカルブラック領域(VOB領域)72と水平オプティカルブラック領域(HOB領域)71とを含む。VOB領域72及びHOB領域71から読み出された信号は、暗電流成分又は温度変動による基準レベル(黒レベル)のずれを含み信号成分を含まないので、有効領域から読み出された信号におけるダークシェーディング成分を補正するために用いられる。VOB領域72から読み出された信号は、水平方向のダークシェーディング成分の補正に使われる。HOB領域71から読み出された信号は、垂直方向のダークシェーディング成分の補正に使われる。   In the pixel array PA, a plurality of pixels are arranged in the row direction and the column direction. The pixel array PA has an effective area EA and a light shielding area SA. The effective area EA is an area 73 where pixels that are not shielded from light are arranged. The light shielding area SA is an area where a light-shielded pixel among a plurality of pixels is arranged, and includes a vertical optical black area (VOB area) 72 and a horizontal optical black area (HOB area) 71. Since the signals read from the VOB area 72 and the HOB area 71 include a dark current component or a deviation of the reference level (black level) due to temperature fluctuation and do not include a signal component, dark shading in the signal read from the effective area Used to correct the component. The signal read from the VOB area 72 is used for correcting the dark shading component in the horizontal direction. The signal read from the HOB area 71 is used for correcting the dark shading component in the vertical direction.

画素配列PAにおける各画素60は、フォトダイオード(以下PDとよぶ)61、転送スイッチ(以下TXとよぶ)62、フローティングディフージョン(以下FDとよぶ)64、アンプ65、選択スイッチ66、及びリセットスイッチ63を含む。   Each pixel 60 in the pixel array PA includes a photodiode (hereinafter referred to as PD) 61, a transfer switch (hereinafter referred to as TX) 62, a floating diffusion (hereinafter referred to as FD) 64, an amplifier 65, a selection switch 66, and a reset switch. 63.

PD61は、光に応じた電荷を発生させ蓄積する。TX62は、PD61で発生した電荷をFD64へ転送する。FD64は、等価的にコンデンサになっており、転送された電荷を電圧へ変換する。アンプ65は、MOSトランジスタで構成され、列信号線67に接続された定電流源とともにソースフォロワ動作を行うことにより、FD64の電圧に応じた信号を列信号線67へ出力する。選択スイッチ66は、オンすることにより画素60を選択状態にし、オフすることにより画素60を非選択状態にする。リセットスイッチ63は、FD64をリセットする。   The PD 61 generates and accumulates charges corresponding to light. The TX 62 transfers the charge generated in the PD 61 to the FD 64. The FD 64 is equivalently a capacitor, and converts the transferred charge into a voltage. The amplifier 65 is composed of a MOS transistor, and outputs a signal corresponding to the voltage of the FD 64 to the column signal line 67 by performing a source follower operation together with a constant current source connected to the column signal line 67. The selection switch 66 puts the pixel 60 into a selected state when turned on, and puts the pixel 60 into a non-selected state when turned off. The reset switch 63 resets the FD 64.

垂直走査回路76は、画素配列PAにおける信号を読み出すべき画素の行を選択し、読み出し回路75へ信号が読み出されるように、選択した行の各列の画素を駆動する。   The vertical scanning circuit 76 selects a pixel row from which a signal is to be read out in the pixel array PA, and drives the pixels in each column of the selected row so that the signal is read out to the reading circuit 75.

読み出し回路75は、選択された行の各列の画素から出力された光信号(S信号)とノイズ信号(N信号)との差分を求めるCDS処理を行う。これにより、読み出し回路75は、CMOSイメージセンサに固有の固定パターンノイズが除去された各列の画素の画像信号を求める。読み出し回路75は、求めた各列の画素の画像信号を保持する。   The readout circuit 75 performs CDS processing for obtaining a difference between the optical signal (S signal) output from the pixel in each column of the selected row and the noise signal (N signal). As a result, the readout circuit 75 obtains the image signal of the pixel in each column from which the fixed pattern noise unique to the CMOS image sensor is removed. The readout circuit 75 holds the obtained image signal of the pixel in each column.

この固定パターンノイズには、リセットスイッチ63がFD64をリセットした際に発生するノイズや、アンプ(MOSトランジスタ)65の閾値電圧が画素ごとにばらつくことに起因したノイズなどがある。この固定パターンノイズは、CDS処理を行うことによりほとんど除去(補正)される。   This fixed pattern noise includes noise generated when the reset switch 63 resets the FD 64, noise due to variation in the threshold voltage of the amplifier (MOS transistor) 65 from pixel to pixel, and the like. This fixed pattern noise is almost removed (corrected) by performing the CDS process.

水平走査回路77は、読み出し回路75に保持された各列の画素の画像信号を順次に選択して出力アンプ74へ転送させる。   The horizontal scanning circuit 77 sequentially selects the image signals of the pixels in each column held in the readout circuit 75 and transfers them to the output amplifier 74.

出力アンプ74は、転送された画像信号を増幅して出力する。これにより、出力アンプ74の後段において、遮光領域の画素の画像信号を用いて、有効領域の画素の画像信号におけるダークシェーディング成分を補正する(OB補正を行う)。   The output amplifier 74 amplifies and outputs the transferred image signal. As a result, in the subsequent stage of the output amplifier 74, the dark shading component in the image signal of the pixel in the effective region is corrected (OB correction is performed) using the image signal of the pixel in the light shielding region.

このダークシェーディングには、暗電流シェーディングの他に、CMOSイメージセンサに固有のものとして、電源ラインのインピーダンスによる電圧シェーディングが含まれる。垂直方向のダークシェーディング成分は、画素配列PA内でなだらかに変化しかつ傷画素があると得られる画像におけるライン傷を発生させることがあるので、複数の行からの出力信号にローパスフィルターをかけることにより補正される。   This dark shading includes, in addition to dark current shading, voltage shading based on the impedance of the power supply line, as inherent to the CMOS image sensor. Since the dark shading component in the vertical direction changes gently in the pixel array PA and may cause line flaws in the resulting image if there are flawed pixels, a low pass filter is applied to the output signals from multiple rows It is corrected by.

一方、電源ラインがアンテナとして外来ノイズを受けることがある。これにより、電源ラインを介して画素に供給される電源電圧が所定の周期で変動することがあり、画素から読み出される信号に、所定の周期で変動するノイズが混入することがある。この場合、画素から異なるタイミングで読み出されたS信号とN信号とに互いに異なるレベルのノイズが混入するので、CDS処理を行ってもそのノイズを完全に除去できない。   On the other hand, the power line may receive external noise as an antenna. As a result, the power supply voltage supplied to the pixel via the power supply line may fluctuate in a predetermined cycle, and noise that fluctuates in a predetermined cycle may be mixed in a signal read from the pixel. In this case, different levels of noise are mixed in the S signal and N signal read out from the pixel at different timings. Therefore, even if the CDS process is performed, the noise cannot be completely removed.

それに対して、特許文献1では、電源電圧の変動の周期に対してN信号及びS信号のサンプリングの周期が十分に短いものとみなし、N信号を所定の時間間隔で複数回取得するとともに、N信号に対してその所定の時間間隔でS信号を取得することを提案している。これにより、特許文献1によれば、時間的に変動するノイズを除去した画像信号を得ることができるとされている。
特開2008−42573号公報
On the other hand, in Patent Document 1, it is assumed that the sampling cycle of the N signal and the S signal is sufficiently short with respect to the cycle of fluctuation of the power supply voltage, and the N signal is acquired a plurality of times at a predetermined time interval, It has been proposed to acquire the S signal at the predetermined time interval for the signal. Thus, according to Patent Document 1, it is said that an image signal from which temporally varying noise is removed can be obtained.
JP 2008-42573 A

ノイズ源が電源に載っている場合における画素が受ける所定の周期で変動するノイズは、電源ラインを介して画素に供給される電源電圧の変動に起因しているという意味で、電圧シェーディングの一種であると考えることもできる。以下では、上述の所定の周期で変動するノイズが電圧シェーディングであるとして説明する。   Noise that fluctuates in a predetermined cycle when a noise source is mounted on a power supply is a type of voltage shading in the sense that it is caused by fluctuations in the power supply voltage supplied to the pixel via the power supply line. You can think of it. In the following description, it is assumed that the noise that fluctuates in the predetermined cycle is voltage shading.

特許文献1では、電圧シェーディングに周波数の低い成分のみが含まれることを前提としている。しかし、電圧シェーディングには、周波数の高い成分も含まれる。その周波数の高い成分は、N信号及びS信号のサンプリングの周期よりも短い周期で変動するので、特許文献1の技術を用いても除去できない。これにより、得られた画像において横縞ノイズが目立つ可能性がある。   In Patent Document 1, it is assumed that only low frequency components are included in voltage shading. However, voltage shading includes a component having a high frequency. Since the high frequency component fluctuates in a cycle shorter than the sampling cycle of the N signal and the S signal, it cannot be removed even using the technique of Patent Document 1. Thereby, horizontal stripe noise may be conspicuous in the obtained image.

それに対して、図9に示す画素配列PAにおけるHOB領域71から読み出された信号を、有効領域EAから読み出された信号から減算する(OB補正を行う)ことにより、周波数の高い成分を含む電圧シェーディングを補正することも考えられる。   On the other hand, a signal read from the HOB area 71 in the pixel array PA shown in FIG. 9 is subtracted from the signal read from the effective area EA (by performing OB correction), thereby including a high-frequency component. It is also conceivable to correct the voltage shading.

しかし、ノイズ源が電源に載っている場合、電源ラインと容量結合し得る金属層で遮光された遮光領域SAの画素と、そのような金属層で遮光されていない有効領域EAの画素とは、受ける電圧シェーディングの大きさが異なることがある。このため、遮光領域SA内の画素から読み出される信号を、有効領域EA内の画素から読み出される信号で減算しても、補正後の信号にシェーディング成分が残存することがある。この結果、得られた画像において横縞ノイズが目立つことがある。   However, when the noise source is mounted on the power supply, the pixels in the light shielding area SA shielded by the metal layer that can be capacitively coupled to the power supply line and the pixels in the effective area EA not shielded by such a metal layer are: The magnitude of the voltage shading received may vary. For this reason, even if a signal read from a pixel in the light shielding area SA is subtracted by a signal read from a pixel in the effective area EA, a shading component may remain in the corrected signal. As a result, horizontal stripe noise may be noticeable in the obtained image.

本発明の目的は、OB補正を行うことにより得られた画像における横縞ノイズを抑制することにある。   An object of the present invention is to suppress horizontal stripe noise in an image obtained by performing OB correction.

本発明に係る撮像装置は、複数の画素が行方向及び列方向に配列され、前記複数の画素のうち遮光された画素が配された遮光領域と、前記複数の画素のうち遮光されていない画素が配された有効領域とを有する画素配列と、前記遮光領域の画素から読み出された信号に基づいて、オフセット信号を生成する生成部と、前記遮光領域における黒レベルと前記有効領域における黒レベルとの差が小さくなるように決定された係数を前記オフセット信号にかけて補正信号を生成し、生成した補正信号を用いることにより、前記有効領域の画素から読み出された信号の黒レベルを補正する補正部とを備え、前記補正部は、前記オフセット信号を複数の周波数成分に分離し、分離した前記複数の周波数成分のそれぞれに周波数に応じた係数をかけて足し合わせることにより、前記補正信号を求めることを特徴とする。 An imaging apparatus according to the present invention includes a light-shielding region in which a plurality of pixels are arranged in a row direction and a column direction, and a light-shielded pixel among the plurality of pixels is disposed, and a pixel that is not light-shielded among the plurality of pixels. A pixel array having an effective area, and a generation unit that generates an offset signal based on a signal read from a pixel in the light shielding area, a black level in the light shielding area, and a black level in the effective area A correction signal is generated by applying a coefficient determined so as to reduce the difference from the offset signal to generate a correction signal, and using the generated correction signal, correction for correcting the black level of the signal read from the pixel in the effective area and a section, wherein the correcting unit, the offset signal into a plurality of frequency components, added by multiplying a coefficient corresponding to the frequency in each of the separated plurality of frequency components By causing I, and obtaining the correction signal.

本発明によれば、OB補正を行うことにより得られた画像における横縞ノイズを抑制することができる。   According to the present invention, horizontal stripe noise in an image obtained by performing OB correction can be suppressed.

本明細書では、上述の所定の周期で変動するノイズを、電源ラインを介して画素に供給される電源電圧の変動に起因しているという意味で、電圧シェーディングの一成分であるとして説明する。   In the present specification, the description will be made assuming that the noise that fluctuates in the predetermined cycle is a component of voltage shading in the sense that it is caused by fluctuations in the power supply voltage supplied to the pixels via the power supply line.

本発明者は、周波数の高い成分を含む電圧シェーディングを補正するために、図9に示す画素配列PAにおけるHOB領域71から読み出された信号を、有効領域EAから読み出された信号から減算することにより、OB補正を行った。しかし、その信号により得られた画像では、横縞ノイズが依然として目立っていた。   The present inventor subtracts the signal read from the HOB area 71 in the pixel array PA shown in FIG. 9 from the signal read from the effective area EA in order to correct voltage shading including a high frequency component. As a result, OB correction was performed. However, horizontal stripe noise was still conspicuous in the image obtained by the signal.

本発明者が検討を行った結果、画像における横縞ノイズを抑制できないのは、ノイズ源がどこに載っているかによって、そのノイズ源の影響すなわち電圧シェーディングが遮光領域SAと有効領域EAとで異なることが原因であることを見出した。   As a result of the study by the present inventor, the reason why the horizontal stripe noise in the image cannot be suppressed is that the influence of the noise source, that is, the voltage shading differs between the light shielding area SA and the effective area EA depending on where the noise source is placed. I found out that it was the cause.

具体的には、ノイズ源が電源に載っている場合、電源ラインの電位や半導体基板の基準電位そのものがゆれており、その電位のゆれは、容量結合により、遮光領域SAの画素を遮光する金属層へ伝達される。電源ラインや半導体基板の基準電極と容量結合し得る金属層で遮光された遮光領域SAの画素と、そのような金属層で遮光されていない有効領域EAの画素とは、電位のゆれに起因して受ける電圧シェーディングの大きさが異なる傾向にある。この場合、HOB領域71から読み出された信号を、有効領域EAから読み出された信号から減算しても、電圧シェーディングを除去できない。   Specifically, when the noise source is mounted on the power supply, the potential of the power supply line or the reference potential of the semiconductor substrate itself is fluctuated, and the fluctuation of the potential is a metal that shields the pixels in the light shielding region SA by capacitive coupling. Transmitted to the layer. The pixels in the light-shielding area SA that are shielded from light by a metal layer that can be capacitively coupled to the power supply line or the reference electrode of the semiconductor substrate, and the pixels in the effective area EA that are not shielded from light by such a metal layer are caused by potential fluctuations. There is a tendency that the magnitude of voltage shading is different. In this case, even when the signal read from the HOB area 71 is subtracted from the signal read from the effective area EA, the voltage shading cannot be removed.

一方、ノイズ源が読み出し回路75に載っている場合、遮光領域SAの画素を遮光する金属層と読み出し回路75との容量結合は、無視できるレベルである。これにより、遮光領域SAの画素と有効領域EAの画素とで、ノイズ源に起因して受ける電圧シェーディングの大きさが同等である。この場合、HOB領域71から読み出された信号を、有効領域EAから読み出された信号から減算することにより、電圧シェーディングを除去できる。   On the other hand, when the noise source is mounted on the readout circuit 75, the capacitive coupling between the readout circuit 75 and the metal layer that shields the pixels in the light shielding area SA is at a negligible level. Thereby, the magnitude of the voltage shading received due to the noise source is equal between the pixels in the light shielding area SA and the pixels in the effective area EA. In this case, the voltage shading can be removed by subtracting the signal read from the HOB area 71 from the signal read from the effective area EA.

ノイズ源が電源に載っている場合における遮光領域SAと有効領域EAとの間の電圧シェーディングの違いを、図11を使ってより詳しく説明する。図11は、CMOSイメージセンサ80の断面構成の一例を示す図である。   The difference in voltage shading between the light shielding area SA and the effective area EA when the noise source is mounted on the power supply will be described in more detail with reference to FIG. FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a cross-sectional configuration of the CMOS image sensor 80.

CMOSイメージセンサ80は、画素配列PAを備える。画素配列PAは、遮光領域SAと有効領域EAとを含む。   The CMOS image sensor 80 includes a pixel array PA. The pixel array PA includes a light shielding area SA and an effective area EA.

遮光領域SAには、金属層83aで遮光された画素P1、画素P2が配されている。画素P1、画素P2では、マイクロレンズMLを通過した光が金属層83aにより遮断されてフォトダイオード88aへ到達しない。金属層83aは、遮光層として機能している。   In the light shielding area SA, the pixels P1 and P2 that are shielded by the metal layer 83a are arranged. In the pixels P1 and P2, the light that has passed through the microlens ML is blocked by the metal layer 83a and does not reach the photodiode 88a. The metal layer 83a functions as a light shielding layer.

有効領域EAには、金属層83bで遮光されていない画素P3、画素P4が配されている。画素P3、画素P4では、マイクロレンズMLを通過した光が金属層83b,84,85で規定される開口領域を通過してフォトダイオード88aへ到達する。   In the effective area EA, pixels P3 and P4 that are not shielded by the metal layer 83b are arranged. In the pixel P3 and the pixel P4, the light that has passed through the microlens ML passes through the opening region defined by the metal layers 83b, 84, and 85 and reaches the photodiode 88a.

ここで、遮光領域SAと有効領域EAとを比較すると、金属層83aの面積がその対応する金属層83bの面積よりも大きい。これにより、遮光領域SAにおける金属層83aとFD87aとの間で形成される結合容量C1は、有効領域EAにおける金属層83bとFD87bとの間で形成される結合容量C2より大きくなる。このため、ノイズ源が電源に載っている場合に金属層83aと金属層83bとの電位のふられが同等であったとしても、容量結合を介して、FD87aに伝達される電位のふられが、FD87bに伝達される電位のふられより大きくなる。その結果、遮光領域SAにおける電圧シェーディングが有効領域EAにおける電圧シェーディングより大きくなる。   Here, when comparing the light shielding area SA and the effective area EA, the area of the metal layer 83a is larger than the area of the corresponding metal layer 83b. Thereby, the coupling capacitance C1 formed between the metal layer 83a and the FD 87a in the light shielding region SA becomes larger than the coupling capacitance C2 formed between the metal layer 83b and the FD 87b in the effective region EA. For this reason, even if the potential fluctuations of the metal layer 83a and the metal layer 83b are equivalent when the noise source is mounted on the power source, the fluctuation of the potential transmitted to the FD 87a via the capacitive coupling is not affected. , Larger than the fluctuation of the potential transmitted to the FD 87b. As a result, the voltage shading in the light shielding area SA becomes larger than the voltage shading in the effective area EA.

本発明者が実験を行った結果、電源等のノイズの影響を受ける度合いは、レイアウトに依存するが、有効画素EAは遮光画素SAの約0.4〜0.8倍程度である。   As a result of experiments by the inventor, the degree of influence of noise such as a power supply depends on the layout, but the effective pixel EA is about 0.4 to 0.8 times the shading pixel SA.

この場合、図9に示す画素配列PAにおけるHOB領域71から読み出された信号を、有効領域EAから読み出された信号から減算することによりOB補正を行うと、過補正になる。このため、OB補正を行った信号により得られた画像において、横縞ノイズが依然として目立っていたものと考えられる。   In this case, if the OB correction is performed by subtracting the signal read from the HOB area 71 in the pixel array PA shown in FIG. 9 from the signal read from the effective area EA, overcorrection occurs. For this reason, it is considered that the horizontal stripe noise was still conspicuous in the image obtained from the signal subjected to the OB correction.

そこで、本発明者は、電圧シェーディングにおけるどの成分が遮光画素SAと有効画素EAとで異なるのかについて、図12に示す検討を行った。図12(A)〜(C)では、縦軸が画素配列PAにおける画素の行位置を示しており、横軸が実際の黒レベルからのオフセットを示す。   Therefore, the present inventor has examined which component in the voltage shading is different between the shading pixel SA and the effective pixel EA as shown in FIG. 12A to 12C, the vertical axis indicates the row position of the pixel in the pixel array PA, and the horizontal axis indicates the offset from the actual black level.

図12(B)は、光が無い状態における有効領域EAから読み出された信号に垂直方向のダークシェーディングが含まれていることを示す。有効領域EAから読み出された信号には、時間的に変動しないオフセット成分と、時間的に緩やかに変化する電圧シェーディング成分とが含まれている。緩やかに変化する電圧シェーディング成分は、回路インピーダンス等によるものである。   FIG. 12B shows that dark shading in the vertical direction is included in the signal read from the effective area EA in the absence of light. The signal read from the effective area EA includes an offset component that does not change with time and a voltage shading component that changes gradually with time. The slowly changing voltage shading component is due to circuit impedance or the like.

図12(C)は、後述のAFE2による水平OBクランプ処理で除去されるオフセット成分及び緩やかな電圧シェーディング成分とを示す。   FIG. 12C shows an offset component and a gradual voltage shading component that are removed by horizontal OB clamping processing by AFE 2 described later.

図12(A)は、遮光領域SAから読み出された信号における垂直方向のダークシェーディング成分(破線)と、有効領域EAから読み出された信号における垂直方向のダークシェーディング成分(実線)とを比較して示している。破線と実線とを比較すると、次のことがことが分かる。オフセット成分、緩やかな電圧シェーディング成分、及び周波数の高い電圧シェーディング成分が遮光領域SAと有効領域EAとで同等であるのに対して、周波数の低い電圧シェーディング成分が遮光領域SAと有効領域EAとで異なる。遮光領域SAにおける周波数の低い電圧シェーディング成分は、有効領域EAにおける周波数の低い電圧シェーディング成分より大きい傾向にある。   FIG. 12A compares the dark shading component in the vertical direction (broken line) in the signal read from the light shielding area SA with the dark shading component in the vertical direction (solid line) in the signal read from the effective area EA. As shown. When the broken line and the solid line are compared, the following can be understood. The offset component, the gradual voltage shading component, and the high-frequency voltage shading component are the same in the light shielding area SA and the effective area EA, whereas the low-frequency voltage shading component is in the light shielding area SA and the effective area EA. Different. The voltage shading component having a low frequency in the light shielding area SA tends to be larger than the voltage shading component having a low frequency in the effective area EA.

ここで、電圧シェーディングにおける時間的に変動する成分、すなわち、周波数の高い電圧シェーディング成分と周波数の低い電圧シェーディング成分とは、ノイズ源が電源に載っている場合における画素のFD64が受ける電圧シェーディングの一成分である。   Here, a temporally varying component in voltage shading, that is, a voltage shading component having a high frequency and a voltage shading component having a low frequency are one of the voltage shading received by the FD 64 of the pixel when the noise source is mounted on the power source. It is an ingredient.

このように、本発明者は、電圧シェーディングにおける周波数の低い成分の大きさが遮光領域SAと有効領域EAとで異なるので、一律にOB補正を行っても、電圧シェーディングを除去できないことを見出した。   Thus, the present inventor has found that the voltage shading cannot be removed even if OB correction is performed uniformly because the magnitude of the low frequency component in the voltage shading is different between the light shielding area SA and the effective area EA. .

次に、本発明の第1実施形態に係る撮像装置100を、図1を用いて説明する。図1は、本発明の第1実施形態に係る撮像装置100の全体ブロック図である。   Next, the imaging apparatus 100 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is an overall block diagram of an imaging apparatus 100 according to the first embodiment of the present invention.

シャッター12は、光路上において撮影レンズ11の手前に設けられ、露出を制御する。   The shutter 12 is provided in front of the taking lens 11 on the optical path, and controls exposure.

撮影レンズ11は、撮像センサ1の撮像面(画素配列PA)に被写体の像を形成する。   The photographing lens 11 forms an image of a subject on the imaging surface (pixel array PA) of the imaging sensor 1.

絞り13は、光路上において撮影レンズ11と撮像センサ1との間に設けられ、撮影レンズ11を通過後に撮像センサ1へ導かれる光の量を調節する。   The diaphragm 13 is provided between the photographing lens 11 and the image sensor 1 on the optical path, and adjusts the amount of light guided to the image sensor 1 after passing through the photographing lens 11.

撮像センサ1は、画素配列PAに形成された被写体の像に応じた画像信号を生成する。画素配列PAは、遮光領域SA及び有効領域EAを含む(図9参照)。撮像センサ1は、黒レベルの基準信号を遮光領域SAから読み出し、生成した画像信号を有効領域EAから読み出す。撮像センサ1は、読み出した黒レベルの基準信号と画像信号とを出力する。撮像センサ1は、例えば、CMOSイメージセンサである。   The imaging sensor 1 generates an image signal corresponding to the image of the subject formed in the pixel array PA. The pixel array PA includes a light shielding area SA and an effective area EA (see FIG. 9). The imaging sensor 1 reads the black level reference signal from the light shielding area SA, and reads the generated image signal from the effective area EA. The imaging sensor 1 outputs the read black level reference signal and the image signal. The image sensor 1 is, for example, a CMOS image sensor.

アナログフロントエンド(AFE)(生成部)2は、撮像センサ1から出力された黒レベルの基準信号と画像信号とを受けて、所定のアナログ信号処理を行う。例えば、AFE2は、後述の水平OBクランプ処理(OB補正)を行うことにより、遮光領域SAの画素から読み出された黒レベルの基準信号に基づいて、後述のオフセット信号を生成する。例えば、AFE2は、水平OBクランプ処理(OB補正)を行うことにより、緩やかに変化する電圧シェーディング成分が除去された画像信号を生成する。例えば、AFE2は、水平OBクランプ処理されたそれらの信号をAD変換してデジタル信号を生成する。AFE2は、処理後のデジタル信号を出力する。   The analog front end (AFE) (generation unit) 2 receives the black level reference signal and the image signal output from the image sensor 1 and performs predetermined analog signal processing. For example, the AFE 2 generates a later-described offset signal based on a black level reference signal read from a pixel in the light shielding area SA by performing a later-described horizontal OB clamping process (OB correction). For example, the AFE 2 generates an image signal from which a slowly changing voltage shading component is removed by performing horizontal OB clamping processing (OB correction). For example, the AFE 2 performs AD conversion on the signals that have been subjected to the horizontal OB clamping process, and generates a digital signal. The AFE 2 outputs the processed digital signal.

画像処理装置(補正部)5は、AFE2から出力されたデジタル信号を受ける。画像処理部5は、遮光領域SAにおける黒レベルと有効領域EAにおける黒レベルとの差が小さくなるように決定された係数をオフセット信号にかけて補正信号を生成する。画像処理部5は、生成した補正信号を用いることにより、有効領域EAの画素から読み出された画像信号の黒レベルを補正する(OB補正を行う)。そして、画像処理部5は、補正後の画像信号(デジタル信号)に対して現像処理を行って画像データを生成する。画像処理部5は、画像データを、表示部8へ供給したり、制御部6経由で記録部9へ供給する。   The image processing device (correction unit) 5 receives the digital signal output from the AFE 2. The image processing unit 5 generates a correction signal by applying a coefficient determined so as to reduce the difference between the black level in the light shielding area SA and the black level in the effective area EA to the offset signal. The image processing unit 5 corrects the black level of the image signal read from the pixels in the effective area EA by using the generated correction signal (performs OB correction). Then, the image processing unit 5 performs development processing on the corrected image signal (digital signal) to generate image data. The image processing unit 5 supplies the image data to the display unit 8 or to the recording unit 9 via the control unit 6.

表示部8は、画像データを表示用のアナログ信号へ変換して、変換後の信号に応じた画像をディスプレイに表示する。   The display unit 8 converts the image data into an analog signal for display, and displays an image corresponding to the converted signal on the display.

記録部9は、画像データを記録用の圧縮データへ変換して、変換後の圧縮データを所定の記録媒体に記録する。所定の記録媒体は、例えば、撮像装置100へ着脱可能に接続されたコンパクトフラッシュメモリー(登録商標)である。   The recording unit 9 converts the image data into compressed data for recording, and records the converted compressed data on a predetermined recording medium. The predetermined recording medium is, for example, a compact flash memory (registered trademark) detachably connected to the imaging apparatus 100.

メモリー部4は、画像処理部5による現像処理における作業用メモリーに使われたり、撮像が続いて行われて画像処理部5による現像処理が間に合わないときのバッファーメモリーとしても使われる。   The memory unit 4 is used as a working memory in the development processing by the image processing unit 5 or as a buffer memory when imaging is continuously performed and the development processing by the image processing unit 5 is not in time.

操作部7は、ユーザから所定の指示を受け付ける。操作部7は、シャッターボタンなどの操作部材を含む。   The operation unit 7 receives a predetermined instruction from the user. The operation unit 7 includes an operation member such as a shutter button.

タイミング発生部10は、撮像センサ1を駆動する各種の駆動信号を生成する。タイミング発生部10は、生成した駆動信号を撮像センサ1へ供給する。   The timing generator 10 generates various drive signals that drive the image sensor 1. The timing generator 10 supplies the generated drive signal to the image sensor 1.

制御部6は、各部を全体的に制御する。   The control unit 6 controls each unit as a whole.

このように、撮像装置100では、遮光領域SAにおける黒レベルと有効領域EAにおける黒レベルとの差が小さくなるように決定された係数をオフセット信号にかけて補正信号を生成する。そして、生成した補正信号を用いることにより、有効領域EAの画素から読み出された信号の黒レベルを補正する。これにより、遮光領域SAと有効領域EAとで受ける電圧シェーディングが異なる場合であっても、電圧シェーディングを画像信号から精度良く除去することができる。すなわち、OB補正を行うことにより得られた画像における横縞ノイズを抑制することができる。   As described above, the imaging apparatus 100 generates a correction signal by applying the coefficient determined so as to reduce the difference between the black level in the light shielding area SA and the black level in the effective area EA to the offset signal. Then, the black level of the signal read from the pixel in the effective area EA is corrected by using the generated correction signal. Thereby, even if the voltage shading received by the light shielding area SA and the effective area EA is different, the voltage shading can be accurately removed from the image signal. That is, horizontal stripe noise in an image obtained by performing OB correction can be suppressed.

次に、撮像センサ1の構成を、図9及び図10を用いて説明する。   Next, the configuration of the image sensor 1 will be described with reference to FIGS. 9 and 10.

撮像センサ1は、次の構成要素を備える。   The imaging sensor 1 includes the following components.

画素配列PAは、複数の画素が行方向及び列方向に配列されている。画素配列PAは、有効領域EAと遮光領域SAとを有する。有効領域EAは、複数の画素のうち遮光されていない画素が配された領域73である。遮光領域SAは、複数の画素のうち遮光された画素が配された領域であり、垂直オプティカルブラック領域(VOB領域)72と水平オプティカルブラック領域(HOB領域)71とを含む。VOB領域72及びHOB領域71から読み出された信号は、暗電流成分又は温度変動による基準レベル(黒レベル)のずれを含み信号成分を含まないので、有効領域から読み出された信号におけるダークシェーディング成分を補正するために用いられる。VOB領域72から読み出された信号は、水平方向のダークシェーディング成分の補正に使われる。HOB領域71から読み出された信号は、垂直方向のダークシェーディング成分の補正に使われる。   In the pixel array PA, a plurality of pixels are arranged in the row direction and the column direction. The pixel array PA has an effective area EA and a light shielding area SA. The effective area EA is an area 73 where pixels that are not shielded from light are arranged. The light shielding area SA is an area where a light-shielded pixel among a plurality of pixels is arranged, and includes a vertical optical black area (VOB area) 72 and a horizontal optical black area (HOB area) 71. Since the signals read from the VOB area 72 and the HOB area 71 include a dark current component or a deviation of the reference level (black level) due to temperature fluctuation and do not include a signal component, dark shading in the signal read from the effective area Used to correct the component. The signal read from the VOB area 72 is used for correcting the dark shading component in the horizontal direction. The signal read from the HOB area 71 is used for correcting the dark shading component in the vertical direction.

画素配列PAにおける各画素60は、フォトダイオード(以下PDとよぶ)61、転送スイッチ(以下TXとよぶ)62、フローティングディフージョン(以下FDとよぶ)64、アンプ65、選択スイッチ66、及びリセットスイッチ63を含む。   Each pixel 60 in the pixel array PA includes a photodiode (hereinafter referred to as PD) 61, a transfer switch (hereinafter referred to as TX) 62, a floating diffusion (hereinafter referred to as FD) 64, an amplifier 65, a selection switch 66, and a reset switch. 63.

PD61は、光に応じた電荷を発生させ蓄積する。TX62は、PD61で発生した電荷をFD64へ転送する。FD64は、等価的にコンデンサになっており、転送された電荷を電圧へ変換する。アンプ65は、MOSトランジスタで構成され、列信号線67に接続された定電流源とともにソースフォロワ動作を行うことにより、FD64の電圧に応じた信号を列信号線67へ出力する。選択スイッチ66は、オンすることにより画素60を選択状態にし、オフすることにより画素60を非選択状態にする。リセットスイッチ63は、FD64をリセットする。   The PD 61 generates and accumulates charges corresponding to light. The TX 62 transfers the charge generated in the PD 61 to the FD 64. The FD 64 is equivalently a capacitor, and converts the transferred charge into a voltage. The amplifier 65 is composed of a MOS transistor, and outputs a signal corresponding to the voltage of the FD 64 to the column signal line 67 by performing a source follower operation together with a constant current source connected to the column signal line 67. The selection switch 66 puts the pixel 60 into a selected state when turned on, and puts the pixel 60 into a non-selected state when turned off. The reset switch 63 resets the FD 64.

垂直走査回路76は、画素配列PAにおける信号を読み出すべき画素の行を選択し、読み出し回路75へ信号が読み出されるように、選択した行の各列の画素を駆動する。   The vertical scanning circuit 76 selects a pixel row from which a signal is to be read out in the pixel array PA, and drives the pixels in each column of the selected row so that the signal is read out to the reading circuit 75.

読み出し回路75は、選択された行の各列の画素から出力された光信号(S信号)とノイズ信号(N信号)との差分を求めるCDS処理を行う。これにより、読み出し回路75は、CMOSイメージセンサに固有の固定パターンノイズが除去された各列の画素の画像信号を求める。読み出し回路75は、求めた各列の画素の画像信号を保持する。   The readout circuit 75 performs CDS processing for obtaining a difference between the optical signal (S signal) output from the pixel in each column of the selected row and the noise signal (N signal). As a result, the readout circuit 75 obtains the image signal of the pixel in each column from which the fixed pattern noise unique to the CMOS image sensor is removed. The readout circuit 75 holds the obtained image signal of the pixel in each column.

この固定パターンノイズには、リセットスイッチ63がFD64をリセットした際に発生するノイズや、アンプ(MOSトランジスタ)65の閾値電圧が画素ごとにばらつくことに起因したノイズなどがある。この固定パターンノイズは、CDS処理を行うことによりほとんど除去(補正)される。   This fixed pattern noise includes noise generated when the reset switch 63 resets the FD 64, noise due to variation in the threshold voltage of the amplifier (MOS transistor) 65 from pixel to pixel, and the like. This fixed pattern noise is almost removed (corrected) by performing the CDS process.

水平走査回路77は、読み出し回路75に保持された各列の画素の画像信号を順次に選択して出力アンプ74へ転送させる。   The horizontal scanning circuit 77 sequentially selects the image signals of the pixels in each column held in the readout circuit 75 and transfers them to the output amplifier 74.

出力アンプ74は、転送された画像信号を増幅して出力する。これにより、出力アンプ74の後段において、遮光領域の画素の画像信号を用いて、有効領域の画素の画像信号におけるダークシェーディング成分を補正する(OB補正を行う)。   The output amplifier 74 amplifies and outputs the transferred image signal. As a result, in the subsequent stage of the output amplifier 74, the dark shading component in the image signal of the pixel in the effective region is corrected (OB correction is performed) using the image signal of the pixel in the light shielding region.

このダークシェーディングには、暗電流シェーディングの他に、CMOSイメージセンサに固有のものとして、電源ラインのインピーダンスによる電圧シェーディングが含まれる。垂直方向のダークシェーディング成分は、画素配列PA内でなだらかに変化しかつ傷画素があると得られる画像におけるライン傷を発生させることがあるので、複数の行からの出力信号にローパスフィルターをかけることにより補正される。   This dark shading includes, in addition to dark current shading, voltage shading based on the impedance of the power supply line, as inherent to the CMOS image sensor. Since the dark shading component in the vertical direction changes gently in the pixel array PA and may cause line flaws in the resulting image if there are flawed pixels, a low pass filter is applied to the output signals from multiple rows It is corrected by.

次に、AFE2の構成を、図2を用いて説明する。図2は、AFE2の構成を示す図である。   Next, the configuration of the AFE 2 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a diagram illustrating the configuration of the AFE 2.

AFE2は、図2に示すように、ゲインコントロールアンプ(AMP)21、アナログデジタル(AD)変換器23、水平OBクランプ機能24、及びデジタルアナログ(DA)変換器22を含む。   As shown in FIG. 2, the AFE 2 includes a gain control amplifier (AMP) 21, an analog / digital (AD) converter 23, a horizontal OB clamp function 24, and a digital / analog (DA) converter 22.

AMP21は、黒レベルの基準信号と画像信号とを受ける。AMP21は、減算器を含み、所定の補正量を画像信号から減算する。AMP21は、黒レベルの基準信号と減算された画像信号とを、後述の制御部6により調整されたゲインで増幅して出力する。これにより、感度が調整される。   The AMP 21 receives a black level reference signal and an image signal. The AMP 21 includes a subtracter, and subtracts a predetermined correction amount from the image signal. The AMP 21 amplifies the black level reference signal and the subtracted image signal with a gain adjusted by the control unit 6 described later, and outputs the amplified signal. Thereby, the sensitivity is adjusted.

AD変換器23は、AMP21から出力されたアナログ信号(黒レベルの基準信号及び画像信号)をAD変換して、例えば14bitのデジタル信号を生成する。AD変換器23は、変換したデジタル信号を後段又は水平OBクランプ機能24へ出力する。   The AD converter 23 AD-converts analog signals (black level reference signal and image signal) output from the AMP 21 to generate, for example, a 14-bit digital signal. The AD converter 23 outputs the converted digital signal to the subsequent stage or the horizontal OB clamp function 24.

水平OBクランプ機能24は、ローパスフィルタ(LPF)を含む。水平OBクランプ機能24は、画素配列PAの各行ごとに黒レベルの基準信号(デジタル信号)と画像信号(デジタル信号)における黒レベルとを徐々に追随させている。このような水平OBクランプ処理を行うことにより、時間的に変動しないオフセット成分と、時間的に緩やかに変化する電圧シェーディング成分とを、黒レベルの基準信号から除去してオフセット信号を生成する。また、水平OBクランプ処理を行うことにより、時間的に変動しないオフセット成分と、時間的に緩やかに変化する電圧シェーディング成分とを、画像信号から除去する。この水平OBクランプ処理は、遮光領域SAのノイズに影響を受けないように設定されている。水平OBクランプ機能24は、処理後のデジタル信号をDA変換器22へ出力する。   The horizontal OB clamp function 24 includes a low pass filter (LPF). The horizontal OB clamp function 24 gradually follows the black level reference signal (digital signal) and the black level of the image signal (digital signal) for each row of the pixel array PA. By performing such horizontal OB clamping processing, an offset signal that does not vary with time and a voltage shading component that changes gradually with time are removed from the black level reference signal to generate an offset signal. Further, by performing the horizontal OB clamping process, an offset component that does not vary with time and a voltage shading component that changes gradually with time are removed from the image signal. This horizontal OB clamping process is set so as not to be affected by noise in the light shielding area SA. The horizontal OB clamp function 24 outputs the processed digital signal to the DA converter 22.

DA変換器22は、水平OBクランプ機能24から出力されたデジタル信号をDA変換して、アナログ信号を生成する。DA変換器22は、生成したアナログ信号をAMP21へフィードバックする。これにより、AMP21により画像信号から減算される補正量は、信号に対応した画素配列PA内の行位置が進むにつれて積分されていくため、ゆるい変化にだけ追従することになる。   The DA converter 22 DA-converts the digital signal output from the horizontal OB clamp function 24 to generate an analog signal. The DA converter 22 feeds back the generated analog signal to the AMP 21. As a result, the correction amount subtracted from the image signal by the AMP 21 is integrated as the row position in the pixel array PA corresponding to the signal advances, and therefore follows only a loose change.

次に、水平OBクランプ処理の後に行われるシェーディング補正処理について、図3のフローチャートを用いて説明する。図3は、水平OBクランプ処理の後に行われるシェーディング補正処理を示すフローチャートである。図3のフローチャートに示された処理は、画像の読み出しの早さにリアルタイムで処理するために、メモリー部4に一時的に記憶された画像データに対してソフト的に行われることになる。この処理は、主として、ファームウェアが読み込まれた制御部6により制御された画像処理部5が行う。画像処理部5は、メモリー部4へ一時的に画像信号(デジタル信号)又は画像データを記憶(ライト)させたり、メモリー部4から画像信号(デジタル信号)又は画像データを読み出したり(リード)する。   Next, the shading correction process performed after the horizontal OB clamp process will be described with reference to the flowchart of FIG. FIG. 3 is a flowchart showing a shading correction process performed after the horizontal OB clamping process. The processing shown in the flowchart of FIG. 3 is performed in software on the image data temporarily stored in the memory unit 4 in order to process in real time the image reading speed. This process is mainly performed by the image processing unit 5 controlled by the control unit 6 into which the firmware has been read. The image processing unit 5 temporarily stores (writes) image signals (digital signals) or image data in the memory unit 4 and reads (reads) image signals (digital signals) or image data from the memory unit 4. .

ステップ1では、シャッター12を開いて撮像センサ1の露光を行う。   In step 1, the shutter 12 is opened and the image sensor 1 is exposed.

ステップ2では、シャッター12を閉じて、撮像センサ1から出力された信号をAFE2でデジタル信号に変換する。AFE2は、変換後のデジタル信号(オフセット信号、画像信号)を画像処理部5へ出力する。   In step 2, the shutter 12 is closed and the signal output from the image sensor 1 is converted into a digital signal by the AFE2. The AFE 2 outputs the converted digital signal (offset signal, image signal) to the image processing unit 5.

ステップ3では、画像処理部5が、デジタル信号をメモリー部4に一時的に記憶する。   In step 3, the image processing unit 5 temporarily stores the digital signal in the memory unit 4.

ステップ4では、本実施形態における特徴的なシェーディング補正処理が開始される。   In step 4, the characteristic shading correction process in the present embodiment is started.

ステップ5では、行番号をあらわすnを0に初期化する。   In step 5, n representing a line number is initialized to zero.

ステップ6では、nを1だけインクリメントする。   In step 6, n is incremented by one.

ステップ7では、メモリー部4に記憶されたn行の画像信号と、n行のオフセット信号を平均化する。平均するのは、ランダムノイズや傷画素の影響を低減するためである。   In step 7, the n rows of image signals stored in the memory unit 4 and the n rows of offset signals are averaged. The reason for averaging is to reduce the influence of random noise and scratched pixels.

ステップ8では、全行終了したかを判断し終了していなければ(N)、ステップ6に戻り、全行終了していれば(Y)、ステップ9に進む。   In step 8, it is determined whether all lines have been completed. If not completed (N), the process returns to step 6. If all lines have been completed (Y), the process proceeds to step 9.

ステップ9では、再び行番号をあらわすnを0に初期化する。   In step 9, n representing the row number is initialized to 0 again.

ステップ10では、nを1だけインクリメントする。   In step 10, n is incremented by one.

ステップ11では、水平OB平均に対し黒の基準レベルからのオフセット(A)を求める。   In step 11, an offset (A) from the black reference level is obtained with respect to the horizontal OB average.

ステップ12では、n行に対する±3行のオフセットデータの平均(B)を演算(7行の移動平均処理)を行う。この処理により、オフセットデータを複数の周波数成分に分離でき、基準周波数より低い周波数で変化する成分を抽出することができる。   In step 12, the average (B) of the offset data of ± 3 rows with respect to n rows is calculated (moving average processing of 7 rows). By this processing, offset data can be separated into a plurality of frequency components, and components that change at a frequency lower than the reference frequency can be extracted.

ステップ13では、A−B+Bxkの演算を行い、n行に対する補正量(X)を求める。   In step 13, the calculation of A−B + Bxk is performed to obtain a correction amount (X) for n rows.

ここで、基準周波数より高い周波数で変化する成分A−B=Cに第1の係数(=1)と、基準周波数より低い周波数で変化する成分_Bに第2の係数k(1より小さい値)を掛けた値とを足し合わせた補正量(補正信号)を求めることができる。   Here, the first coefficient (= 1) for the component AB = C changing at a frequency higher than the reference frequency, and the second coefficient k (a value smaller than 1) for the component_B changing at a frequency lower than the reference frequency. A correction amount (correction signal) obtained by adding the value multiplied by can be obtained.

図4は、ステップ13において処理される信号を示した図である。図4において、Dは、インピーダンスで発生する緩やかなシェーディングを持つオフセット成分を表す。Aは、電源変動等で発生するDに比べ比較的に変化の周期が早い成分を示している。Aの成分の中には、遮光領域SA(HOB領域71)と有効領域EAでの振幅の差が大きいBの成分と、振幅差の小さいCの成分とが含まれる。A−B+Bxkの演算により、すなわち、A−Bに第1の係数をかけ、Bの成分に第2の係数を掛けることにより、水平OB以外領域での振幅に相当する補正量Xを求めることができる。   FIG. 4 is a diagram showing signals processed in step 13. In FIG. 4, D represents an offset component having gentle shading generated by impedance. A indicates a component having a relatively fast change cycle compared to D generated due to power supply fluctuation or the like. The A component includes a B component having a large amplitude difference between the light shielding region SA (HOB region 71) and the effective region EA, and a C component having a small amplitude difference. By calculating A−B + Bxk, that is, by multiplying A−B by the first coefficient and multiplying the B component by the second coefficient, the correction amount X corresponding to the amplitude in the region other than the horizontal OB can be obtained. it can.

ここで、第2の係数kは、撮像センサ1内のレイアウトに依存する。周波数の低い成分Bは、遮光領域SA(HOB領域71)と有効領域EAとの差が大きい。これにより、基準周波数より周波数の低い成分Bに対する第2の係数kは、0.4以上0.8以下の値となる。仮に、第2の係数kを0.4より小さくすると、電圧シェーディングの補正残りが大きくなるので、得られた画像において横縞ノイズが目立つ可能性がある。仮に、第2の係数kを0.8より大きくすると、電圧シェーディングの過補正が大きくなるので、得られた画像において横縞ノイズが目立つ可能性がある。   Here, the second coefficient k depends on the layout in the image sensor 1. The component B having a low frequency has a large difference between the light shielding area SA (HOB area 71) and the effective area EA. As a result, the second coefficient k for the component B having a frequency lower than the reference frequency becomes a value of 0.4 or more and 0.8 or less. If the second coefficient k is made smaller than 0.4, the residual voltage shading correction becomes large, and thus horizontal stripe noise may be conspicuous in the obtained image. If the second coefficient k is larger than 0.8, voltage shading overcorrection becomes large, and horizontal stripe noise may be conspicuous in the obtained image.

この処理をAFE2における水平OBクランプ処理と比較すると、水平OBクランプ処理は、周波数の低い成分Bにかけるべき係数が1となってしまう点で、ステップ13における処理と異なる。すなわち、水平OBクランプ機能24は、オフセットに対して数%程度をAD変換器23の入力にフィードバックして積分していることになり、数十行でLPFをかけていることになる。これにより、ある程度ゆるい周期であれば追従するため係数は1となってしまう。   When this process is compared with the horizontal OB clamp process in AFE2, the horizontal OB clamp process differs from the process in step 13 in that the coefficient to be applied to the component B having a low frequency is 1. That is, the horizontal OB clamp function 24 integrates by feeding back about several percent of the offset to the input of the AD converter 23 and applying LPF with several tens of lines. As a result, if the period is somewhat loose, the coefficient will be 1 to follow.

それに対して、ステップ13における処理では、画素配列PAの各行ごとに独立で行われかつフィードバックを掛けていないのでゆるい周期であっても係数(第2の係数)は常に一定となりかつ1とならない。   On the other hand, in the processing in step 13, since it is performed independently for each row of the pixel array PA and no feedback is applied, the coefficient (second coefficient) is always constant and does not become 1 even in a loose period.

一方、周波数の高い成分Cは、遮光領域SA(HOB領域71)と有効領域EAとの差が比較的小さくので、成分Cにかけるべき係数(第1の係数)は1に近い値になる。   On the other hand, the component C having a high frequency has a relatively small difference between the light shielding area SA (HOB area 71) and the effective area EA, so that the coefficient (first coefficient) to be applied to the component C is a value close to 1.

ステップ14では、同一の行の有効領域EAの画像信号に対して、ステップ13で求めた補正量Xを減算して、減算後の画像信号をメモリー部4に書き込む。   In step 14, the correction amount X obtained in step 13 is subtracted from the image signal of the effective area EA in the same row, and the image signal after subtraction is written in the memory unit 4.

ステップ15では、すべての画像信号に対して処理が行われたかを、行位置を示す変数nに応じて判断する。終了していなければ(N)、ステップ10に戻り、終了していれば(Y)、ステップ16に進む。   In step 15, it is determined according to the variable n indicating the row position whether all image signals have been processed. If not completed (N), the process returns to Step 10, and if completed (Y), the process proceeds to Step 16.

ステップ16では、現像処理を行う。   In step 16, development processing is performed.

このように、本実施形態によれば、電源の振られ等による画素出力への影響が遮光領域と有効領域とで異なること、また電源の振られがどこで発生しているかによって、遮光領域と有効領域とで異なる量の差があることを加味して補正する。これにより、いままで十分除去できなかった横縞ノイズが除去できるようになった。また、撮像センサ内の回路インピーダンス等で発生するダークシェーディングを判別できるため、ダークシェーディングも除去できるようになっている。   As described above, according to the present embodiment, the influence on the pixel output due to the fluctuation of the power supply is different between the light-shielding area and the effective area, and the light-shielding area and the effective area depend on where the power-supply fluctuation occurs. The correction is made taking into account that there is a difference in the amount of the region. As a result, it has become possible to remove horizontal stripe noise that could not be sufficiently removed. In addition, since dark shading that occurs due to circuit impedance in the image sensor or the like can be determined, dark shading can also be removed.

なお、上記の実施形態では、複数行の移動平均でシェーディング変化の周波数分類したが、厳密に離散コサイン変換等により周波数成分を抽出してもよい。   In the above embodiment, the frequency classification of the shading change is performed using a moving average of a plurality of rows, but a frequency component may be extracted strictly by discrete cosine transform or the like.

また、図5に示すように、撮像装置100aは、デジタルフロントエンド(DFE)3をさらに備えても良い。DFE3は、各画素の画像信号(デジタル信号)をAFE2から受けて画像信号の補正や画素の並び替え等をデジタル的に処理する。また、水平OBクランプ処理は、AFE2によりアナログ的に行われる代わりに、DFE3によりデジタル的に行われても良い。   Further, as illustrated in FIG. 5, the imaging apparatus 100 a may further include a digital front end (DFE) 3. The DFE 3 receives an image signal (digital signal) of each pixel from the AFE 2 and digitally processes image signal correction, pixel rearrangement, and the like. Further, the horizontal OB clamping process may be performed digitally by DFE3 instead of being analogized by AFE2.

次に、本発明の第2実施形態に係る撮像装置について、図6〜図8を用いて説明する。図6は、本発明の第2実施形態に係る撮像装置による撮影動作のシーケンスを示す図である。図7は、画素配列における横縞ノイズの発生箇所を示す図である。図8は、撮像装置の動作を示すフローチャートである。   Next, an imaging apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 6 is a diagram illustrating a sequence of shooting operations performed by the imaging apparatus according to the second embodiment of the present invention. FIG. 7 is a diagram illustrating a portion where horizontal stripe noise occurs in the pixel array. FIG. 8 is a flowchart showing the operation of the imaging apparatus.

第2実施形態に係る撮像装置は、基本的な構成は第1実施形態と同様であるが、その動作が第1実施形態と異なる。   The basic configuration of the imaging apparatus according to the second embodiment is the same as that of the first embodiment, but the operation is different from that of the first embodiment.

撮像装置は、図6に示すように、読み出し期間中にメカ動作(レンズ駆動、ミラー駆動、チャージ駆動等)がそれぞれのタイミングで行われる。このため、読み出し期間の中でも振られる電源が異り、そのため画像に現れるノイズ(横縞ノイズ)の周期が画素配列内で異なる現象が発生する。   As shown in FIG. 6, the imaging apparatus performs mechanical operations (lens driving, mirror driving, charge driving, etc.) at each timing during the readout period. For this reason, the power source to be shaken is different even during the readout period, and therefore, a phenomenon occurs in which the period of noise (horizontal stripe noise) appearing in the image is different in the pixel array.

具体的には、図7に示すように、画素配列の斜線部が遮光領域であり、遮光領域(HOB領域)と有効領域とで横縞ノイズの原因となる電圧シェーディングが発生している。画素配列の上部と下部とで信号が読み出されるタイミングが異なるため、発生する電圧シェーディングの周期が異なる。また、画素配列PAの上部において遮光領域(HOB領域)と有効領域との電圧シェーディングの振幅に差が大きく、画素配列PAの下部において遮光領域(HOB領域)と有効領域との電圧シェーディングの振幅に差が小さいことがわかる。   Specifically, as shown in FIG. 7, the shaded portion of the pixel array is a light shielding region, and voltage shading that causes horizontal stripe noise occurs between the light shielding region (HOB region) and the effective region. Since the timing at which the signal is read is different between the upper part and the lower part of the pixel array, the period of the generated voltage shading differs. In addition, there is a large difference in the voltage shading amplitude between the light shielding region (HOB region) and the effective region above the pixel array PA, and the voltage shading amplitude between the light shielding region (HOB region) and the effective region below the pixel array PA. It can be seen that the difference is small.

これに対して、画素領域PA内を上下または左右の読み出しタイミングの異なる領域で分割し、分割した領域ごとにオフセットに対する係数を変えて減算量を算出することで、ノイズを除去することができる。具体的には、図8のフローチャートに示すように、次の点で第1実施形態と異なる処理が行われる。   On the other hand, noise can be removed by dividing the pixel area PA into areas with different upper and lower or left and right readout timings, and calculating the subtraction amount by changing the coefficient for the offset for each divided area. Specifically, as shown in the flowchart of FIG. 8, processing different from that of the first embodiment is performed in the following points.

ステップ32では、n行が全行数に対する2分の1を超えたかを判断し、2分の1以下であれば(Y)、ステップ33に進み、2分の1を超えていれば(N)、ステップ34に進む。   In step 32, it is determined whether or not the number of n lines exceeds half of the total number of lines. If it is less than or equal to one half (Y), the process proceeds to step 33, and if it exceeds one half (N ), Go to step 34.

ステップ33では、Axkの演算を行い、n行に対する補正量(X)を求める。   In step 33, Axk is calculated to obtain a correction amount (X) for n rows.

ステップ34では、Aをn行に対する補正量(X)とする。   In step 34, A is a correction amount (X) for n rows.

これにより、画素配列PAの上部と下部とでHOB領域に対し異なった係数で求められた補正量を設定することができる。   Thereby, the correction amount calculated | required with the different coefficient with respect to the HOB area | region can be set by the upper part and lower part of pixel array PA.

本実施形態では、画素配列PAの縦方向(列方向)で読み出しタイミングが異なる場合を説明したが、読み出しタイミングの異なるのが横方向(行方向)である場合、横方向に異なる係数を設定することになる。   In the present embodiment, the case where the readout timing is different in the vertical direction (column direction) of the pixel array PA has been described, but when the readout timing is different in the horizontal direction (row direction), different coefficients are set in the horizontal direction. It will be.

また、本実施形態では、画素配列における読み出しタイミングの異なる方向に2分割したが、2以上に分割してもよく、また分割ではなく、画素配列内でリニアに変化する係数を設定してもよい。   Further, in the present embodiment, the pixel array is divided into two in different reading timing directions, but it may be divided into two or more, and a coefficient that changes linearly in the pixel array may be set instead of the division. .

本発明の第1実施形態に係る撮像装置100の全体ブロック図。1 is an overall block diagram of an imaging apparatus 100 according to a first embodiment of the present invention. AFE2の構成を示す図。The figure which shows the structure of AFE2. 水平OBクランプ処理の後に行われるシェーディング補正処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the shading correction process performed after a horizontal OB clamp process. ステップ13において処理される信号を示した図。The figure which showed the signal processed in step 13. FIG. 本発明の第1実施形態の変形例に係る撮像装置100aの全体ブロック図。The whole block diagram of the imaging device 100a which concerns on the modification of 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係る撮像装置による撮影動作のシーケンスを示す図。The figure which shows the sequence of imaging | photography operation | movement by the imaging device which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 画素配列における横縞ノイズの発生箇所を示す図。The figure which shows the generation | occurrence | production location of the horizontal stripe noise in a pixel array. 撮像装置の動作を示すフローチャート。6 is a flowchart showing the operation of the imaging apparatus. 背景技術を説明するための図。The figure for demonstrating background art. 背景技術を説明するための図。The figure for demonstrating background art. 発明が解決しようとする課題を説明するための図。The figure for demonstrating the problem which invention intends to solve. 発明が解決しようとする課題を説明するための図。The figure for demonstrating the problem which invention intends to solve.

符号の説明Explanation of symbols

1 撮像センサ
100、100a 撮像装置
1 Imaging sensor 100, 100a Imaging device

Claims (4)

複数の画素が行方向及び列方向に配列され、前記複数の画素のうち遮光された画素が配された遮光領域と、前記複数の画素のうち遮光されていない画素が配された有効領域とを有する画素配列と、
前記遮光領域の画素から読み出された信号に基づいて、オフセット信号を生成する生成部と、
前記遮光領域における黒レベルと前記有効領域における黒レベルとの差が小さくなるように決定された係数を前記オフセット信号にかけて補正信号を生成し、生成した補正信号を用いることにより、前記有効領域の画素から読み出された信号の黒レベルを補正する補正部とを備え、
前記補正部は、前記オフセット信号を複数の周波数成分に分離し、分離した前記複数の周波数成分のそれぞれに周波数に応じた係数をかけて足し合わせることにより、前記補正信号を求める
ことを特徴とする撮像装置。
A plurality of pixels are arranged in a row direction and a column direction, and a light shielding region where a light-shielded pixel among the plurality of pixels is arranged, and an effective region where a pixel that is not light-shielded among the plurality of pixels is arranged. A pixel array having
A generating unit that generates an offset signal based on a signal read from a pixel in the light shielding region;
A correction signal is generated by applying a coefficient determined so as to reduce the difference between the black level in the light-shielding region and the black level in the effective region to the offset signal, and a pixel in the effective region is generated by using the generated correction signal. and a correcting unit for correcting the black level of the signal read from,
The correction unit obtains the correction signal by separating the offset signal into a plurality of frequency components, and adding each of the separated frequency components by applying a coefficient corresponding to the frequency. An imaging apparatus characterized by the above.
前記補正部は、分離した前記複数の周波数成分のうち、基準周波数より高い周波数の成分に第1の係数をかけて、前記基準周波数より低い周波数の成分に前記第1の係数より小さい第2の係数をかける
ことを特徴とする請求項に記載の撮像装置。
The correction unit applies a first coefficient to a component having a frequency higher than a reference frequency among the plurality of separated frequency components, and applies a second smaller than the first coefficient to a component having a frequency lower than the reference frequency. The imaging apparatus according to claim 1 , wherein a coefficient is applied.
前記第1の係数は、1であり、
前記第2の係数は、0.4以上0.8以下の値である
ことを特徴とする請求項に記載の撮像装置。
The first coefficient is 1,
The imaging apparatus according to claim 2 , wherein the second coefficient has a value not less than 0.4 and not more than 0.8.
複数の画素が行方向及び列方向に配列され、前記複数の画素のうち遮光された画素が配された遮光領域と、前記複数の画素のうち遮光されていない画素が配された有効領域とを有する画素配列と、
前記遮光領域の画素から読み出された信号に基づいて、オフセット信号を生成する生成部と、
前記遮光領域における黒レベルと前記有効領域における黒レベルとの差が小さくなるように決定された係数を前記オフセット信号にかけて補正信号を生成し、生成した補正信号を用いることにより、前記有効領域の画素から読み出された信号の黒レベルを補正する補正部とを備え、
前記補正部は、前記遮光領域の画素の列又は行から信号が読み出されるタイミングに応じた係数を前記オフセット信号にかけることにより、前記補正信号を求める
ことを特徴とする撮像装置。
A plurality of pixels are arranged in a row direction and a column direction, and a light shielding region where a light-shielded pixel among the plurality of pixels is arranged, and an effective region where a pixel that is not light-shielded among the plurality of pixels is arranged. A pixel array having
A generating unit that generates an offset signal based on a signal read from a pixel in the light shielding region;
A correction signal is generated by applying a coefficient determined so as to reduce the difference between the black level in the light-shielding region and the black level in the effective region to the offset signal, and a pixel in the effective region is generated by using the generated correction signal. A correction unit for correcting the black level of the signal read from
Wherein the correction unit is configured by the coefficient corresponding to the timing at which signals are read out from the columns or rows of pixels in the light shielding region be subjected to the offset signal, the correction signal imaging device you and obtains the.
JP2008136002A 2008-05-23 2008-05-23 Imaging device Expired - Fee Related JP5129650B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008136002A JP5129650B2 (en) 2008-05-23 2008-05-23 Imaging device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008136002A JP5129650B2 (en) 2008-05-23 2008-05-23 Imaging device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2009284358A JP2009284358A (en) 2009-12-03
JP5129650B2 true JP5129650B2 (en) 2013-01-30

Family

ID=41454311

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008136002A Expired - Fee Related JP5129650B2 (en) 2008-05-23 2008-05-23 Imaging device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5129650B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6478774B2 (en) * 2015-04-08 2019-03-06 キヤノン株式会社 Imaging apparatus, imaging method, and program
JP7145438B2 (en) 2017-12-28 2022-10-03 パナソニックIpマネジメント株式会社 Imaging device

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3642666B2 (en) * 1997-10-30 2005-04-27 京セラ株式会社 Photometric system
JP4314827B2 (en) * 2003-01-16 2009-08-19 株式会社ニコン Imaging device
JP4994751B2 (en) * 2006-09-07 2012-08-08 キヤノン株式会社 Imaging device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2009284358A (en) 2009-12-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5852324B2 (en) Imaging apparatus, control method therefor, and program
JP4971834B2 (en) Imaging apparatus and imaging system
JP4827508B2 (en) Imaging system
JP5959834B2 (en) Imaging device
JP2013009190A (en) Imaging device and driving method thereof
JP5142703B2 (en) Imaging apparatus and processing method thereof
JP4994751B2 (en) Imaging device
JP5489739B2 (en) Signal processing apparatus, imaging apparatus, and signal processing method
US7787036B2 (en) Imaging apparatus configured to correct noise
JP6896788B2 (en) Imaging equipment, imaging methods, computer programs and storage media
JP5129650B2 (en) Imaging device
JP2012235193A (en) Image sensor, imaging device, control method therefor, and control program
JP6004656B2 (en) Imaging device, control method thereof, and control program
JP5959828B2 (en) IMAGING DEVICE AND IMAGING DEVICE CONTROL METHOD
JP5222029B2 (en) IMAGING DEVICE, IMAGING SYSTEM, AND IMAGING DEVICE CONTROL METHOD
JP5274104B2 (en) Imaging device
JP7277251B2 (en) Imaging device and its control method
JP2014107739A (en) Imaging device and control method therefor
JP7134786B2 (en) Imaging device and control method
JP5163708B2 (en) Imaging device
JP2017142484A (en) Imaging device, controlling method of the same, program and storage medium
JP6150502B2 (en) Imaging apparatus and control method thereof
JP2016039491A (en) Imaging device and driving method therefor
JP2010141392A (en) Solid-state image pickup device
JP2021106375A (en) Image pick-up device and method for controlling the same, and imaging apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20110523

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20120710

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120717

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120914

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20121005

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20121102

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 5129650

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20151109

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees