JP5863377B2 - Fixed pattern noise detection device, removal device, and method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、映像信号から固定パターンノイズを検出し、更にはこれを除去する装置に関する。 The present invention relates to an apparatus for detecting and removing fixed pattern noise from a video signal.
撮像素子からの映像信号に含まれる固定パターンノイズ(FPN)の一般的な除去方法では、遮光された状態で暗電流成分を検出し、これを映像信号から差し引くことで固定パターンノイズを除去している。また、温度変化に依存する撮像素子に固有の固定パターンノイズを除去する方法として、水平走査を2倍速で行い、水平走査期間の前半に通常の撮影をし、後半にリセット直後、またはリセットした状態で走査を行い遮光された状態に対応する固定パターンノイズを取得する構成も提案されている(特許文献1)。 In a general removal method of fixed pattern noise (FPN) contained in a video signal from an image sensor, a dark current component is detected in a light-shielded state, and this is subtracted from the video signal to remove the fixed pattern noise. Yes. In addition, as a method of removing fixed pattern noise specific to an image sensor that depends on temperature change, horizontal scanning is performed at double speed, normal shooting is performed in the first half of the horizontal scanning period, and immediately after resetting in the second half or after resetting. A configuration is also proposed in which a fixed pattern noise corresponding to a light-shielded state is acquired by scanning in (Patent Document 1).
しかし、従来の一般的な固定パターンノイズを除去する方法では、固定パターンノイズを検出する際に撮像素子を遮光する必要がある。また、特許文献1の方法では、各水平ライン毎に高速で読み出しを行うとともに、その後映像信号を時間軸伸長して固定パターンノイズを分離し、更に検出された固定パターンノイズを水平走査期間の前半部を用いて撮影された映像信号から除去する必要があり処理が複雑になる。
However, in the conventional method for removing fixed pattern noise, it is necessary to shield the image sensor when detecting fixed pattern noise. In the method of
本発明は、外部デバイスの影響により撮像素子に発生する縦ライン状の固定パターンノイズを高速に検出することを課題としている。 It is an object of the present invention to detect at a high speed vertical line-shaped fixed pattern noise generated in an image sensor due to the influence of an external device.
本発明の固定パターンノイズ検出装置は、撮像素子の水平オプティカルブラック領域の画像データを記憶する第1記憶手段と、外部回路に起因して撮像素子に発生する縦状固定パターンノイズの全てのパターンデータを記憶する第2記憶手段と、水平オプティカルブラック領域の画像データと複数のパターンデータの比較を行って水平オプティカルブラック領域の画像データに最も近いパターンデータを特定するパターン特定手段と備えたことを特徴とする。 The fixed pattern noise detection apparatus of the present invention includes a first storage unit that stores image data of a horizontal optical black region of an image sensor, and all pattern data of vertical fixed pattern noise generated in the image sensor due to an external circuit. And a pattern specifying means for comparing the image data of the horizontal optical black area with a plurality of pattern data and specifying the pattern data closest to the image data of the horizontal optical black area. And
固定パターンノイズ検出装置は、水平オプティカルブラック領域の複数の水平ラインの加算平均を算出する加算平均算出手段を備えることが好ましく、第1記憶手段に記憶される画像データはこの加算平均手段により算出される。 The fixed pattern noise detection apparatus preferably includes an addition average calculation unit that calculates an average of a plurality of horizontal lines in the horizontal optical black region, and the image data stored in the first storage unit is calculated by the addition average unit. The
水平オプティカルブラック領域の水平方向の画素数は、固定パターンノイズの1周期を含む画素数以上であることが好ましい。また、水平オプティカルブラック領域は、前段水平オプティカルブラック領域であることが好ましい。 The number of pixels in the horizontal direction of the horizontal optical black region is preferably equal to or greater than the number of pixels including one period of fixed pattern noise. Further, the horizontal optical black region is preferably a previous horizontal optical black region.
本発明の固定パターンノイズ除去装置は、上記の固定パターン検出装置により特定されるパターンデータに基づき撮像素子の映像信号から固定パターンノイズを除去することを特徴とする。また、本発明の電子内視鏡装置は、上記固定パターンノイズ除去装置を備えたことを特徴としている。 The fixed pattern noise removing device of the present invention is characterized in that fixed pattern noise is removed from a video signal of an image sensor based on pattern data specified by the fixed pattern detecting device. Also, an electronic endoscope apparatus according to the present invention is characterized by including the fixed pattern noise removing apparatus.
本発明の固定パターンノイズ検出方法は、撮像素子の水平オプティカルブラック領域の画像データを記憶し、外部回路に起因して撮像素子に発生する縦状固定パターンノイズの全てのパターンデータを記憶し、水平オプティカルブラック領域の画像データと複数のパターンデータの比較を行って水平オプティカルブラック領域の画像データに最も近いパターンデータを特定することを特徴とする。 The fixed pattern noise detection method of the present invention stores image data of the horizontal optical black region of the image sensor, stores all pattern data of the vertical fixed pattern noise generated in the image sensor due to the external circuit, and horizontally The pattern data closest to the image data in the horizontal optical black area is specified by comparing the image data in the optical black area with a plurality of pattern data.
本発明によれば、外部デバイスの影響により撮像素子に発生する縦ライン状の固定パターンノイズを高速に検出することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fixed pattern noise of the vertical line shape which generate | occur | produces in an image pick-up element by the influence of an external device can be detected at high speed.
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図1は、本発明の一実施形態である固定パターンノイズ(FPN)除去装置を備えた撮像装置の構成を示すブロック図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of an imaging apparatus including a fixed pattern noise (FPN) removing apparatus according to an embodiment of the present invention.
撮像装置10は例えば電子内視鏡装置であり、内視鏡挿入部先端に設けられた撮像素子(CCD)11で生成される映像信号は、アナログ信号処理回路12において所定のアナログ画像処理が施された後、AD変換回路13においてデジタルの画像データに変換される。画像データは、FPN補正演算回路14に入力され、後述するように抽出データ保存用メモリ15、パターンデータ記録用メモリ16、およびFPN比較回路17を用いて撮像素子11に発生する縦ライン状の固定パターンノイズ(FPN)を特定(検出)する。
The
FPN補正演算回路14による固定パターンノイズ検出処理(後述)は、撮像装置10の電源が投入された際に行われる。固定パターンノイズが特定された後、FPN補正演算回路14では、特定された固定パターンノイズが撮像素子11からの映像信号(画像データ)から除去されデジタル信号処理(DSP)回路18に出力される。
Fixed pattern noise detection processing (described later) by the FPN correction
デジタル信号処理回路18では、従来周知の各種の画像処理が必要に応じて施され、その後画像データは例えばモニタやビデオプリンタ(図示せず)などの外部装置、あるいは不揮発性の記録媒体(図示せず)などへと必要に応じて出力される。
In the digital
図2は、撮像素子11の構成を模式的に示す平面図である。図2において、縦線で覆われた中央に配置された矩形領域11Aが実際に映像の撮影に用いられる有効画素領域である。また、有効画素領域11Aの周囲の領域11Bは、遮光され、ペデスタルレベル等の決定に用いられるオプティカルブラック(OB)領域である。
FIG. 2 is a plan view schematically showing the configuration of the
有効画素領域11Aの左右(水平ライン方向)両側のオプティカルブラック領域11Bは、水平オプティカルブラック領域と呼ばれ、上下(垂直ライン方向)に設けられた領域は、垂直オプティカルブラック領域と呼ばれる。また本明細書では、水平オプティカルブラック領域のうち、撮像素子11から最初に読み出される側の領域を、前段水平オプティカルブラック領域、その反対側を後段水平オプティカルブラック領域として参照する。本実施形態では、前段水平オプティカルブラック領域の破線領域19に含まれる画素データを用いて撮像素子11からの映像信号に含まれる固定パターンノイズの一部を抽出する。
The optical
次に図1〜図3を参照して本実施形態における固定パターンノイズの検出・除去方法について説明する。 Next, a fixed pattern noise detection / removal method according to this embodiment will be described with reference to FIGS.
一般に撮像素子11では、DSP(18)内部のPLLなど、高速駆動されるデバイスをノイズ源とする縦ライン状の固定パターンノイズが発生する。このような外部回路に起因する固定パターンノイズは各水平ラインにおいて同一パターンを呈する。したがって、予め固定パターンノイズを測定しておき、これを映像信号から減ずれば、外部回路に起因する固定パターンノイズを映像信号から除去できる。
In general, the
しかし、例えばPLLの位相は電源が投入される毎に変化するため、撮像素子11に現れる固定パターンノイズも電源を投入する度に変化する。そのため、このような固定パターンノイズを除去するには、電源が投入される度にそのときの固定パターンノイズを抽出・特定する必要がある。
However, for example, since the phase of the PLL changes every time the power is turned on, the fixed pattern noise appearing in the
一方、外部回路に起因する固定パターンノイズは周期的であり、発生する周期によりそのパターンの数も限られている。そのため予め位相も含めた全てのパターンの例えば1周期分以上のデータをメモリ16に記録しておき、電源投入時に撮像素子11に発生する固定パターンノイズの1周期分以上の画像データを抽出し、それがどのパターンに一致するかを特定すれば、水平ライン全体に亘る固定パターンノイズを特定でき、水平ライン全体に亘る固定パターンノイズを抽出または記憶しておく必要がない。
On the other hand, fixed pattern noise caused by an external circuit is periodic, and the number of patterns is limited depending on the generated period. Therefore, for example, data of one cycle or more of all patterns including the phase is recorded in the
このようなことから本実施形態では、遮光されている水平オプティカルブラック領域、特に前段水平オプティカルブラック領域19から固定パターンノイズの1周期を含む画像データを抽出して抽出データ保存用メモリ15に記憶し、これをFPN比較回路17において予め測定されメモリ16に記憶された固定パターンノイズのデータと比較することで撮像素子11に発生している外部回路に起因する固定パターンノイズを検出・特定する。
For this reason, in the present embodiment, image data including one cycle of fixed pattern noise is extracted from the shielded horizontal optical black region, particularly the preceding horizontal optical
しかし、各水平ラインには、固定パターンノイズ以外のノイズも含まれるため、1水平ラインの1周期分程度の画像データのみからパターンを正確に特定することは実際には困難である。そのため、本実施形態では、水平オプティカルブラック領域の複数の水平ラインから固定パターンノイズの少なくとも1周期を含む画素数の画像データを取得して抽出データ保存用メモリ15に記憶する。そしてFPN補正演算回路14において、例えば図3に示されるように、これらの加算平均を取ることで固定パターンノイズ以外のノイズを低減した画像データを生成し、抽出データ保存用メモリ15に記憶する。
However, since each horizontal line includes noise other than fixed pattern noise, it is actually difficult to accurately specify a pattern only from image data for one period of one horizontal line. Therefore, in the present embodiment, image data having the number of pixels including at least one period of the fixed pattern noise is acquired from a plurality of horizontal lines in the horizontal optical black area and stored in the extracted
固定パターンノイズ以外のノイズを十分に低減するには、500ライン以上の加算平均を取ることが好ましいが、水平オプティカルブラック領域には全ての水平ラインが含まれるため、多くの水平ラインの画像データを利用できる。そのため本実施形態では固定パターンノイズを精度よく抽出でき、1周期の比較でも正確にパターンの特定が可能である。なお本実施形態では電源投入され電源が安定した後、前段水平オプティカルブラック領域19の全ライン分の加算平均が算出され、予め記憶されたパターンとの比較がFPN比較回路17において行われる。
In order to sufficiently reduce noise other than fixed pattern noise, it is preferable to take an average of 500 lines or more. However, since the horizontal optical black area includes all horizontal lines, a large number of horizontal line image data can be obtained. Available. Therefore, in this embodiment, fixed pattern noise can be extracted with high accuracy, and a pattern can be specified accurately even by comparison of one cycle. In the present embodiment, after the power is turned on and the power is stabilized, the addition average of all the lines in the preceding horizontal optical
FPN比較回路17における比較により、加算平均として得られた画像データがどのパターンの固定パターンノイズに対応するかが特定されると、FPN補正演算回路14では、その後開始される被写体の撮影において、映像信号(有効画素領域11Aの画像データ)から特定された固定パターンノイズを除去し、デジタル信号処理回路18を介してノイズ除去後の映像信号をモニタ(図示せず)等に出力する。
When the comparison in the
次に図4のフローチャートを参照して、固定パターンノイズの特定・除去方法のより詳細な手順について説明する。 Next, with reference to the flowchart of FIG. 4, a more detailed procedure of the method for identifying and removing fixed pattern noise will be described.
撮像素子11やデジタル信号処理回路18等に電源が投入されると図4のFPNシーケンスがFPN補正演算回路14を中心に開始される。ステップS100では、撮像素子11から画像データが読み出され、前段水平オプティカルブラック(OB)領域19の画像データが少なくとも固定パターンノイズの1周期分以上の画素数に亘り抽出データ保存用メモリ15に格納される。格納された画像データは、例えば全水平ライン分垂直ライン毎に加算され、その平均値が画像データAvとしてパターンデータ記録用メモリ16に格納される。なお、画像データAvは例えば固定パターンノイズの1周期分の画像数に対応し、画像データAvからは上記相加平均演算により固定パターンノイズ以外のノイズが低減されている。
When power is supplied to the
次にパターン検出シーケンスが開始され、ステップS102、104において、パターンデータ記録用メモリ16から予め記録されている固定パターンノイズのパターンデータが順次読み出され、FPN比較回路17においてパターンデータ記録用メモリ16に保存された画像データAvとの比較演算が行われる。本実施形態では、例えばパターンデータの総数Nからカウントダウンされ、カウント値nに対応するパターンデータBnが順次パターンデータ記録用メモリ16から読み出され、画像データAvとの差Cn(=Av−Bn)が計算されメモリに格納される。なお、ステップS104では、カウント値nが0になったか、すなわち全てのパターンデータに対する比較演算が終了したか否かが判定される。
Next, a pattern detection sequence is started. In steps S102 and S104, pattern data of fixed pattern noises recorded in advance from the pattern
全てのパターンデータBnと画像データAvの比較演算が終了すると、ステップS106において、差Cnの絶対値|Cn|がそれぞれ計算され、絶対値が最も小さいカウント値nに対応するパターンデータBnが、固定パターンノイズのデータとして特定(検出)される。 When the comparison operation of all the pattern data Bn and the image data Av is completed, the absolute value | Cn | of the difference Cn is calculated in step S106, and the pattern data Bn corresponding to the count value n having the smallest absolute value is fixed. It is specified (detected) as pattern noise data.
ステップS108では、FPN補正演算回路14において、撮像素子11からの画像信号(画像データ)から固定パターンノイズとして特定されたパターンデータBnが減算される。そして撮像素子11による撮影が開始されると、固定パターンノイズが映像信号から除去され、デジタル信号処理回路18へと出力されてこの処理は終了する。
In step S108, the FPN
以上のように本実施形態の撮像装置では、水平オプティカルブラック領域の画像データを用いることで撮像素子全体を遮光することなく簡略な構成で外部回路に起因する固定パターンノイズを検出し、これを映像信号から除去することができる。 As described above, the image pickup apparatus according to the present embodiment detects fixed pattern noise caused by an external circuit with a simple configuration without using the image data of the horizontal optical black region to shield the entire image pickup element, and displays this as an image. It can be removed from the signal.
また、本実施形態では水平オプティカルブラック領域の画像データを用いることで、有効画素領域が遮光されていない状態で固定パターンノイズの検出が行われる場合においても、垂直オプティカルブラック領域の画像データを用いる場合に比べ、スミアなどの影響を防止でき、より正確な固定パターンノイズの除去が可能になる。また更に、垂直オプティカルブラック領域に含まれる水平ラインの数は少ないため、この領域の画像データを用いて高い精度で固定パターンノイズを検出するには、何フィールドもの画像データが必要となるが、本実施形態では1、2フィールドの画像データで十分であり高速な処理が可能となる。 Further, in the present embodiment, by using the image data of the horizontal optical black area, even when the fixed pattern noise is detected in a state where the effective pixel area is not shielded from light, the image data of the vertical optical black area is used. Compared to the above, it is possible to prevent the influence of smear and the like, and it is possible to more accurately remove fixed pattern noise. Furthermore, since the number of horizontal lines included in the vertical optical black area is small, image data of many fields is required to detect fixed pattern noise with high accuracy using image data in this area. In the embodiment, image data of one or two fields is sufficient, and high-speed processing is possible.
更に、本実施形態では、固定パターンノイズの1周期分のメモリのみで十分なので、メモリ容量を節約できる。 Furthermore, in this embodiment, only a memory for one period of fixed pattern noise is sufficient, so that memory capacity can be saved.
なお、本実施形態では撮像装置として、電子内視鏡装置を例に説明を行ったが、電子内視鏡以外でも、例えばメカニカルシャッタ等の遮光手段を持たず、固定パターンノイズを検出する際に撮像素子の遮光が困難な撮像装置(例えばカメラ機能付携帯電話など)であれば、本実施形態を適用することができる。 In the present embodiment, an electronic endoscope apparatus has been described as an example of an imaging apparatus. However, other than the electronic endoscope, for example, when a fixed pattern noise is detected without a light shielding unit such as a mechanical shutter. The present embodiment can be applied to any imaging device (for example, a mobile phone with a camera function) in which it is difficult to shield the imaging element.
なお、本実施形態では前段水平オプティカルブラック領域の画像データを用いたが、後段水平オプティカルブラック領域の画像データを同様に用いることもできる。但しこの場合には、クランプが行われる部分を避ける必要がある。 In the present embodiment, the image data of the front horizontal optical black area is used, but the image data of the rear horizontal optical black area can be used in the same manner. However, in this case, it is necessary to avoid a portion where clamping is performed.
また、本実施形態では、水平オプティカルブラック領域の画像データの相加平均値と予め測定、記録されたパターンデータとの差を用いて最も適正なパターンを特定したが、両データの比較には、従来周知のデータ一致度を評価する他の方法を採用してもよい。 In the present embodiment, the most appropriate pattern is specified using the difference between the arithmetic average value of the image data of the horizontal optical black region and the pattern data measured and recorded in advance. Other methods for evaluating the data matching degree that are conventionally known may be adopted.
10 撮像装置
11 撮像素子
11A 有効画素領域
11B オプティカルブラック領域
14 FPN補正演算回路
15 抽出データ保存用メモリ(第1記憶手段)
16 パターンデータ記録用メモリ(第2記憶手段)
17 FPN比較回路
19 前段水平オプティカルブラック領域
DESCRIPTION OF
16 Pattern data recording memory (second storage means)
17
Claims (7)
外部回路に起因して前記撮像素子に発生する縦状固定パターンノイズの全てのパターンデータを記憶する第2記憶手段と、
前記水平オプティカルブラック領域の画像データと前記複数のパターンデータの比較を行って前記水平オプティカルブラック領域の画像データに最も近いパターンデータを特定するパターン特定手段と
を備えることを特徴とする固定パターンノイズ検出装置。 First storage means for storing image data of a horizontal optical black region of the image sensor;
Second storage means for storing all pattern data of the vertical fixed pattern noise generated in the image sensor due to an external circuit;
Fixed pattern noise detection comprising: pattern specifying means for comparing image data of the horizontal optical black region and the plurality of pattern data to specify pattern data closest to the image data of the horizontal optical black region apparatus.
外部回路に起因して前記撮像素子に発生する縦状固定パターンノイズの全てのパターンデータを記憶し、
前記水平オプティカルブラック領域の画像データと前記複数のパターンデータの比較を行って前記水平オプティカルブラック領域の画像データに最も近いパターンデータを特定する
ことを特徴とする固定パターンノイズ検出方法。
Stores the image data of the horizontal optical black area of the image sensor,
Stores all pattern data of vertical fixed pattern noise generated in the image sensor due to an external circuit,
A fixed pattern noise detection method comprising: comparing image data of the horizontal optical black region and the plurality of pattern data to identify pattern data closest to the image data of the horizontal optical black region.
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