JP5600812B2 - 撮像装置 - Google Patents
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Description
図1に示すように、本発明の第1実施形態に係るデジタルカメラ(撮像装置)10のCPU11は、シャッタボタンまたはシャッタスイッチや各種操作ボタンを含む操作部12からの制御信号に基づき、図示しないメモリから読み出した各種プログラムやデータを逐次実行して、デジタルカメラ10の各部を統括的に制御する。
図2及び図3に示すように、カラー撮像素子20は、水平方向及び垂直方向に配列(二次元配列)された光電変換素子33を有する複数の画素と、各画素の受光面の上方に所定のカラーフィルタ配列で配置されたカラーフィルタとから構成されている。ここで、「上方」とは、カラー撮像素子20の撮像面に対して被写体光が入射してくる側の方向を指す。なお、「下方」は「上方」の反対側である。
カラー撮像素子20のカラーフィルタ配列(以下、単にカラーフィルタ配列という)は、下記の特徴(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、及び(6)を有している。
カラーフィルタ配列は、6×6画素に対応する正方配列パターンからなる基本配列パターンP(図中の太枠で示したパターン)を含み、この基本配列パターンPが水平方向及び垂直方向に繰り返し配置されている。即ち、このカラーフィルタ配列は、Rフィルタ34R、Gフィルタ34G、Bフィルタ34Bが所定の周期性をもって配列されている。
カラーフィルタ配列は、輝度信号を得るために最も寄与する色(この実施形態では、Gの色)に対応するGフィルタ34Gが、カラーフィルタ配列の水平、垂直、及び斜め(NE,NW)方向の各ライン内に1つ以上配置されている。ここで、NEは斜め右上及び斜め左下方向を意味し、NWは斜め右下及び斜め左上方向を意味する。例えば、正方形の画素の配列の場合は、斜め(NE及びNW)方向とは水平方向に対しそれぞれ45°の方向となるが、長方形の画素の配列であれば、長方形の対角線の方向であり長辺・短辺の長さに応じてその角度は変わりうる。
基本配列パターンPは、R画素、G画素、B画素の画素数が、それぞれ8画素、20画素、8画素になっている。即ち、RGB画素の各画素数の比率は2:5:2であり、G画素の画素数の比率は他の色のR画素、B画素の各々の画素数の比率よりも大きくなる。
カラーフィルタ配列は、Gの色以外の2色以上の他の色(この実施形態では、R,Bの色)に対応するRフィルタ34R、Bフィルタ34Bが、基本配列パターンP内においてカラーフィルタ配列の水平、及び垂直方向の各ライン内に1つ以上配置されている。
カラーフィルタ配列は、前述のように密のGフィルタ34Gが設けられた2×2画素に対応する正方配列を含んでいる。このような密のGフィルタ34Gが設けられた2×2画素を取り出し、水平方向のG画素の画素値の差分絶対値、垂直方向のG画素の画素値の差分絶対値、斜め方向(NE、NW)のG画素の画素値の差分絶対値を求める。これにより、水平方向、垂直方向、及び斜め方向のうち、差分絶対値の小さい方向に相関があると判断することができる。
基本配列パターンPは、その中心(4つの密のGフィルタ34Gの中心)に対して点対称になっている。また、基本配列パターンP内のA配列35a及びB配列35bも、それぞれ中心のGフィルタ34Gに対して点対称になっている。このような対称性により、後段の処理回路の回路規模を小さくしたり、簡略化することが可能になる。
図4に示すように、記憶部27には、カラー撮像素子20の欠陥画素に関する欠陥画素情報データ37が記憶されている。欠陥画素情報データには、個々の欠陥画素毎に「登録No」と、「欠陥種類」と、「アドレス」と、「画素値」とが個別の欠陥画素情報(以下、単に欠陥画素情報という)として登録されている。
検査装置40は、カラー撮像素子20の全画素についてそれぞれ欠陥画素であるか否かを検査して、欠陥画素に関する欠陥画素情報を欠陥画素情報データ37に登録する。この際に、「密G欠陥画素」よりも「疎G欠陥画素」が欠陥画素情報データ37に優先的に登録される。ここで、「優先的」に登録とは、「密のG画素の全画素数」に対する「密G欠陥画素の登録数」の割合をR1とし、「疎のG画素の全画素数」に対する「疎G欠陥画素の登録数」の割合をR2としたときに、R1<R2を満たすように登録することである。
次に、図7を用いて検査装置40による欠陥画素情報の登録処理の流れについて説明を行う。最初に、検査装置40からの撮像指令に基づき、メカシャッタ16が閉じた遮光状態にて、カラー撮像素子20による撮像が実行される。カラー撮像素子20の各画素から出力される出力信号は画素値として検査装置40に入力される。
補間処理部26は、記憶部27から欠陥画素情報データ37を取得し、この欠陥画素情報データ37に基づき、欠陥画素のアドレスを判別する。そして、この判別結果に基づき、補間処理部26は、欠陥画素情報データ37に登録されている個々の欠陥画素の画素値を同色の周辺画素の画素値を用いて補間処理する。
次に、図9を用いて上記構成のデジタルカメラ10の作用について説明する。操作部12にて、デジタルカメラ10の動作モードが撮影を行う撮影モードにセットされると、CPU11はレンズドライバ21を介してメカシャッタ16の動作を制御するとともに、撮像素子ドライバ23を介してカラー撮像素子20を駆動する。
上記第1実施形態のカラー撮像素子20のG画素(Gフィルタ34G)には、2種類の疎・密のG画素(Gフィルタ34G)が含まれているが、3種類の疎・密のG画素(Gフィルタ34G)が含まれていてもよい。
上記第1の実施形態のカラー撮像素子20では、水平及び垂直方向に隣接するG画素の数が相対的に少ないG画素を「疎のG画素」とし、相対的に多いG画素を「密のG画素」としているが、水平及び垂直方向に隣接するG画素の数が同じであっても疎・密のG画素となる場合がある。
上記第1の実施形態では、G画素(Gフィルタ34G)に「疎のG画素(疎のGフィルタ34G)」と「密のG画素(密のGフィルタ34G)」が含まれる場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図13に示すカラー撮像素子52のように、R画素(Rフィルタ34R)に「疎のR画素(疎のRフィルタ34R、図中「R2」で表示)」と「密のR画素(密のRフィルタ34R、図中「R1」で表示)」とが含まれていてもよい。この場合も、第1実施形態と同様に疎R欠陥画素の登録、補間処理が優先的に行われる。なお、図中の符号「P4」は、カラー撮像素子52のカラーフィルタ配列を構成する基本配列パターンである。
次に、図14を用いて本発明の第2実施形態のデジタルカメラ55について説明を行う。上記第1実施形態のデジタルカメラ10では、個々の欠陥画素(疎G欠陥画素、密G欠陥画素、R・B欠陥画素)の欠陥画素情報を欠陥画素情報データ37に登録して、欠陥画素の補間処理を行っている。これに対して、デジタルカメラ55では、個々の欠陥画素が隣接または近接して配置されてなる連欠陥画素の欠陥情報の登録、及び補間処理を行う。
図18に示すように、最初に判定処理部61は、検査対象のG画素(以下、単に検査対象画素という)の画素値が、しきい値A〜Eの中で最小のしきい値D未満となるか否かを判定する(S1)。そして、判定処理部61は、画素値がしきい値D未満である場合には、検査対象画素が正常画素であると判定する。
図19に示すように、検査装置59による欠陥画素情報の登録処理は、図18に示した欠陥画素判定処理を行う点を除けば、第1実施形態の欠陥画素情報の登録処理と基本的に同じであるので、具体的な説明は省略する。この登録処理により、疎・疎G連欠陥画素>疎・密G連欠陥画素>密・密G連欠陥画素>疎G欠陥画素>密G欠陥画素の優先順位で、欠陥画素情報が登録される。
図14に戻って、補間処理部26は、第1実施形態と同様に、記憶部27から欠陥画素情報データ57を取得して、各欠陥画素の補間処理を行う。なお、欠陥画素が疎・密G連欠陥画素である場合に、図15中の矢印で示したように、密G欠陥画素及び疎G欠陥画素の画素値を補間処理により求める。具体的には、密G欠陥画素の画素値を水平、垂直、及び斜め方向(図中では、上、右、斜め右上方向)に隣接する3つのG画素の画素値を用いて補間処理により求める。また、疎G欠陥画素の画素値を斜め方向(図中では、斜め左上、斜め左下、斜め右下方向)に隣接する3つのG画素の画素値を用いて補間処理により求める。
次に、図20を用いて本発明の第3実施形態のデジタルカメラ65について説明を行う。上記第1及び第2実施形態のデジタルカメラ10,55では、カラー撮像素子20の撮影ゲイン(例えばISO感度)の高低に関係なく共通の欠陥画素情報データ37,57を用いて画素補間処理を行うが、デジタルカメラ65では撮影ゲインの高低に応じて異なる欠陥画素情報データを用いて画素補間処理を行う。
図21に示すように、全画素の画素値が取得された後、判定処理部69は、最初にしきい値情報テーブル68の「ISO100以上ISO800未満」で設定されている各しきい値を、欠陥画素判定処理に用いるしきい値として決定する。そして、判定処理部69は、決定したしきい値と、各画素の画素値(暗出力)とに基づき、全画素について図18に示したように欠陥画素判定処理を行う。
図22に示すように、第3実施形態のデジタルカメラ65の作用は、基本的には第2(第1)実施形態と同じである。ただし、デジタルカメラ65の補間処理部26は、例えばCPU11などから取得した撮影ゲイン(本実施形態ではISO感度)の情報に基づき、記憶部27内の各欠陥画素情報データ57a〜57cの中から撮影ゲインに対応するデータを選択・取得して、欠陥画素の補間処理を行う。第2実施形態と同様に、前述の相対的に優先順位の高い欠陥画素の補間処理が、相対的に優先順位の低い欠陥画素の補間処理よりも優先的に行われるので、良好な撮影画像データが得られる。
上記第3実施形態のデジタルカメラ65では、撮影ゲインに応じて異なる欠陥画素情報データを用いて画素補間処理を行うが、例えば、図23に示すように、カラー撮像素子20の露光時間に応じて異なる欠陥画素情報データを用いて補間処理を行ってもよい。これは、露光時間が長い場合にも撮影ゲインが高い場合と同様に各画素の暗出力が増加するためである。なお、具体的な欠陥画素情報データの登録処理や、欠陥画素の補間処理は、第3実施形態と同じであるのでここでは説明を省略する。
また、図24に示すように、カラー撮像素子20の温度(以下、素子温度という)に応じて異なる欠陥画素情報データを用いて補間処理を行ってもよい。これは素子温度が高い場合にも撮影ゲインが高い場合と同様に各画素の暗出力が増加するためである。
上記第3、第3−1、第3−2実施形態では、撮影ゲイン、露光時間、素子温度等の撮影条件を3段階の範囲に分けてそれぞれの範囲に対応する欠陥画素情報データを設けているが、撮影条件を2段階あるいは4段階以上の範囲に分けて各範囲の欠陥画素情報データを設けてもよい。また、記憶部27内に記憶されている各欠陥画素情報データを1つのデータにまとめて記憶してもよい。
次に、図25を用いて本発明の第4実施形態のデジタルカメラ75について説明を行う。上記第1実施形態のデジタルカメラ75では、疎G欠陥画素同士での補間処理や欠陥画素情報登録処理については優先順位を設けていないが、デジタルカメラ75では、個々の疎G欠陥画素の補間処理や登録処理についても優先順位を設けている。
上記第4実施形態では、疎G欠陥画素の画素補間処理や登録処理について優先順位を設けた場合を例に挙げて説明したが、他の種類のG欠陥画素についても同様に画素補間処理や登録処理に優先順位を設けてもよい。なお、R、B画素欠陥についても同様である。
次に、図31を用いて本発明の第5実施形態のデジタルカメラ83について説明を行う。上記各実施形態のデジタルカメラでは、外部の検査装置により得られた欠陥画素情報を欠陥画素情報データに登録しているが、デジタルカメラ83は、欠陥画素の判定と欠陥画素情報の登録を行う機能を有している。
上記第3実施形態のデジタルカメラ65では、図20に示したように、撮影条件(例えば撮影ゲイン、露光時間、素子温度)に応じて異なる欠陥画素情報データを記憶部27に格納し、この記憶部27から撮影条件に対応する欠陥画素情報データを取得して画素補間処理を行っているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図32に示すデジタルカメラ55aのように、欠陥画素情報データ57を1つのデータとして備え、この欠陥画素情報データ57から撮影条件に対応する欠陥画素情報を取り出してもよい。
Claims (12)
- 水平方向及び垂直方向に配列された光電変換素子により構成される複数の画素上に、複数色のカラーフィルタが所定のカラーフィルタ配列で配設されてなるカラー撮像素子であって、少なくとも1色の前記カラーフィルタは、前記水平及び垂直方向に隣接する同色の前記カラーフィルタの第1隣接数が相対的に少ない、或いは前記第1隣接数が共にM(0≦M≦4)である場合に斜め方向に隣接する同色の前記カラーフィルタの第2隣接数が相対的に少ない疎のフィルタと、相対的に多い密のフィルタとを含んでおり、前記複数の画素は、前記疎のフィルタに対応する疎の画素と、前記密のフィルタに対応する密の画素とを含むカラー撮像素子と、
前記複数の画素に含まれる欠陥画素であって、前記疎のフィルタに対応する疎欠陥画素と、前記密のフィルタに対応する密欠陥画素とを含む欠陥画素に関する欠陥画素情報を取得する取得手段と、
前記取得手段が取得した前記欠陥画素情報に基づき、前記欠陥画素の画素値を当該欠陥画素の周辺で且つ同色の前記カラーフィルタの下方に位置する周辺画素の画素値から補間処理により求める補間手段であって、前記密の画素の全画素数に対する前記密欠陥画素の補間の第1割合よりも、前記疎の画素の全画素数に対する前記疎欠陥画素の補間の第2割合を高くする補間手段と、
を備える撮像装置。 - 前記欠陥画素情報が登録された欠陥画素情報記憶手段であって、前記密の画素の全画素数に対する前記密欠陥画素の前記欠陥画素情報の登録数の割合よりも、前記疎の画素の全画素数に対する前記疎欠陥画素の前記欠陥画素情報の登録数の割合が高くされている欠陥画素情報記憶手段を備えており、
前記取得手段は、前記欠陥画素情報記憶手段から前記欠陥画素情報を取得する請求項1記載の撮像装置。 - 前記欠陥画素情報記憶手段には、撮影条件が変化したときに各撮影条件のいずれかで発生する前記欠陥画素の前記欠陥画素情報が登録されており、
前記取得手段は、前記撮影条件に対応した前記欠陥画素情報を前記欠陥画素情報記憶手段から取得する請求項2記載の撮像装置。 - 前記撮影条件には、前記カラー撮像素子のゲイン、露光時間、及び温度の少なくともいずれかが含まれる請求項3記載の撮像装置。
- 前記カラーフィルタ配列は、前記1色の前記カラーフィルタが2×2画素以上に対応する配列パターンで隣接して配置されてなる正方配列と、前記1色の前記カラーフィルタが前記水平方向及び垂直方向に前記1色とは異なる色の前記カラーフィルタに隣接して配置されてなる孤立配列とを有する請求項1から4のいずれか1項記載の撮像装置。
- 前記1色の前記カラーフィルタは、輝度信号を得るために最も寄与する第1の色に対応する第1のフィルタであり、
前記カラーフィルタ配列は、前記第1のフィルタと、前記第1の色以外の2色以上の第2の色に対応する第2のフィルタとがN×N(N:3以上の奇数)画素に対応する配列パターンで配列された基本配列パターンを含み、該基本配列パターンが水平方向及び垂直方向に繰り返して配置される請求項5記載の撮像装置。 - 前記第1のフィルタは、前記基本配列パターン内の2つの対角線上に配置されており、
前記カラーフィルタ配列は、前記第1のフィルタで構成される2×2画素に対応する配列パターンの正方配列を含む請求項6記載の撮像装置。 - 前記複数の画素には、前記疎の画素と前記密の画素とが前記水平、垂直、斜めの各方向のいずれかにおいて隣接してなる第1の連画素が複数含まれており、
前記補間手段は、前記欠陥画素情報に基づき、前記欠陥画素の中に前記疎欠陥画素と前記密欠陥画素とが前記各方向のいずれかにおいて隣接してなる第1の連欠陥画素が含まれている場合に、前記第1の連画素の全数に対する前記第1の連欠陥画素の補間の第3割合を、前記第2割合よりも高くする請求項5から7のいずれか1項記載の撮像装置。 - 前記複数の画素には、2つの前記疎の画素が前記水平、垂直、斜めの各方向のいずれかにおいて近接してなる第2の連画素が複数含まれており、
前記補間手段は、前記欠陥画素情報に基づき、前記欠陥画素の中に2つの前記疎欠陥画素が前記各方向のいずれかにおいて近接してなる第2の連欠陥画素が含まれている場合に、前記第2の連画素の全数に対する前記第2の連欠陥画素の補間の第4割合を、前記第2割合よりも高くする請求項5から8のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前記複数の画素には、2つの前記密の画素が前記水平、垂直、斜めの各方向のいずれかにおいて隣接または近接してなる第3の連画素が複数含まれており、
前記補間手段は、前記欠陥画素情報に基づき、前記欠陥画素の中に2つの前記密欠陥画素が前記各方向のいずれかにおいて隣接または近接してなる第3の連欠陥画素が含まれている場合に、前記第3の連画素の全数に対する前記第3の連欠陥画素の補間の第5割合を、前記第2割合よりも高くする請求項5から9のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前記複数の画素には、前記疎の画素及び前記密の画素が前記水平、垂直、斜めの各方向のいずれかにおいて隣接してなる第1の連画素と、2つの前記疎の画素が前記各方向のいずれかにおいて近接してなる第2の連画素とがそれぞれ複数含まれており、
前記補間手段は、前記欠陥画素情報に基づき、前記欠陥画素の中に前記疎欠陥画素と前記密欠陥画素とが前記各方向のいずれかにおいて隣接してなる第1の連欠陥画素と、2つの前記疎欠陥画素が前記各方向のいずれかにおいて近接してなる第2の連欠陥画素とが含まれている場合に、前記第1の連画素の全数に対する前記第1の連欠陥画素の補間の第3割合よりも、前記第2の連画素の全数に対する前記第2の連欠陥画素の補間の第4割合を高くする請求項5から7のいずれか1項記載の撮像装置。 - 前記複数の画素には、2つの前記密の画素が前記水平、垂直、斜めの各方向のいずれかにおいて隣接または近接してなる第3の連画素が複数含まれており、
前記補間手段は、前記欠陥画素情報に基づき、前記欠陥画素の中に、前記第1の連欠陥画素と、前記第2の連欠陥画素と、2つの前記密欠陥画素が前記各方向のいずれかにおいて隣接または近接してなる第3の連欠陥画素とが含まれている場合に、前記第3の連画素の全数に対する前記第3の連欠陥画素の補間の第5割合を、前記第3割合及び前記第4割合よりも低くする請求項11記載の撮像装置。
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