JP5945397B2 - 撮像装置及びストリーキング補正方法 - Google Patents

Description

本発明は、撮像装置及びストリーキング補正方法等に関する。

デジタルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像装置には、光学像を電気信号に変換する撮像素子が搭載されている。近年では、ＣＣＤ（Charge Coupled Device、電荷結合素子）型の撮像素子から、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor、相補型金属酸化膜半導体）型の撮像素子への置き換えが加速しつつある。

ＣＭＯＳ型撮像素子は、撮像面に２次元状に配列された多数の画素の電荷を順次読み出すようになっている。その配列画素の列毎に信号増幅機能やＡ／Ｄ（Analog to Digital）変換機能を持たせた回路を、素子上に搭載したＣＭＯＳ型撮像素子が、各種報告されている。

これらの撮像素子を利用した撮像装置において、高輝度被写体（例えば、強力なスポット光）を撮像した場合、撮像された画像データにストリーキングが生じる場合がある。このストリーキングは、画像データにおいて高輝度被写体の左右に発生し、水平方向に帯状のデータを形成する。

特開２００５−１３０３３１号公報 特開２００８−２３６２７１号公報 特開２００８−１７１５５号公報

上記のストリーキングは、画像データにおけるノイズ成分であり、著しく画質を劣化させる要因となり得る。そのため、何らかの補正手段を用いて信号処理を施すことにより、ストリーキングを軽減する必要があるという課題がある。

例えば特許文献１には、撮像面を遮光した水平遮光部を撮像素子に設け、その水平遮光部が出力する信号の変動分を検出することで、ストリーキング成分の減算を行う手法が開示されている。

しかしながら、この手法では、一旦、撮像素子を遮光して水平遮光部の信号レベルを取得し、次に被写体を撮像して水平遮光部の信号レベルを取得し、これらの信号レベルからストリーキング成分を抽出する必要がある。そのため、撮像シーケンスが複雑化し、補正処理レスポンスが遅くなることで、撮像装置の操作性という観点で課題が残る。

また特許文献２には、垂直遮光部の信号レベルを基準として、水平遮光部の信号に現れるストリーキング成分を検出し、そのストリーキング成分の補正を行う手法が開示されている。

しかしながら、この手法では、垂直遮光部の信号レベルを基準として水平遮光部の信号に現れるストリーキング成分を検出するため、撮像素子の水平シェーディング特性の影響を強く受ける可能性がある。そのため、ストリーキング成分の検出精度が劣化する可能性がある。

また特許文献３には、撮像素子内部に設けられた列処理回路において、電源ライン及び接地ラインのインピーダンス設計を最適化し、ストリーキングの発生を抑制する手法が開示されている。

しかしながら、この手法では、列処理回路における電源ライン及び接地ラインのインピーダンスが最適化されることにより、ストリーキングノイズ抑圧の理想形態に近づくが、製造上の観点で特性の不均一性を考慮した場合には、各インピーダンスを精度良く管理することは困難である。

本発明の幾つかの態様によれば、ストリーキングの補正精度を向上可能な撮像装置及びストリーキング補正方法等を提供できる。

本発明の一態様は、複数の画素が行列状に配列され、撮像光学系により結像された被写体像を受光する有効領域と、遮光された複数列の画素により構成される第１遮光領域と、遮光された複数列の画素により構成される第２遮光領域と、を有する画素配列部と、前記画素配列部の行を順次選択する垂直走査部と、選択された前記行における各列の画素からの画素信号を処理し、処理後の前記画素信号を行信号として出力する列処理部と、を備え、前記列処理部は、前記有効領域及び前記第１遮光領域の画素からの前記画素信号を処理する第１列処理部と、前記第２遮光領域の画素からの前記画素信号を処理する第２列処理部と、を有し、前記第１列処理部及び前記第２列処理部に対して電源電圧を供給する電源ライン及び接地電圧を供給する接地ラインは、それぞれ異なる電源ライン及び接地ラインである撮像装置に関係する。

本発明の一態様によれば、有効領域及び第１遮光領域からの画素信号を処理する第１列処理部と、第２遮光領域からの画素信号を処理する第２列処理部には、それぞれ独立した電源ラインにより電源電圧が供給される。また、第１列処理部と第２列処理部には、それぞれ独立した接地ラインにより接地電圧が供給される。これにより、ストリーキングの補正精度を向上することが可能になる。

また本発明の一態様では、前記第１遮光領域に対応する行信号である第１遮光領域信号のＭ行分を平均化する処理を行って第１Ｍ行平均化信号を出力する第１平均化処理部と、前記第２遮光領域に対応する行信号である第２遮光領域信号のＭ行分を平均化する処理を行って第２Ｍ行平均化信号を出力する第２平均化処理部と、前記第１Ｍ行平均化信号と前記第２Ｍ行平均化信号に基づいて、前記第１遮光領域信号におけるストリーキングを検出するストリーキング検出部と、前記ストリーキングの検出結果に基づいて、前記ストリーキングを補正するストリーキング補正部と、を備えてもよい。

また本発明の一態様では、前記第１平均化処理部は、前記第１遮光領域信号の、前記Ｍ行よりも大きいＮ行分を平均化したＮ行平均化信号と、前記第１Ｍ行平均化信号と、を出力し、前記ストリーキング検出部は、前記ストリーキングの開始行と終了行を検出し、前記ストリーキング補正部は、前記開始行から所定行数が経過するまでのストリーキング開始領域、及び前記終了行から所定行数が経過するまでのストリーキング終了領域において、前記第１Ｍ行平均化信号を選択し、前記ストリーキング開始領域の終わりから前記ストリーキング終了領域の始まりまでの領域において、前記Ｎ行平均化信号を選択する選択部と、前記選択された信号を基準信号として、前記有効領域に対応する行信号である有効領域信号に対してクランプ処理を行うクランプ処理部と、を有してもよい。

また本発明の一態様では、前記ストリーキング検出部は、前記第１Ｍ行平均化信号と前記第２Ｍ行平均化信号の差分信号においてエッジを検出するエッジ検出部と、前記検出されたエッジから、前記ストリーキングの開始エッジ及び終了エッジであるか否かを判定することで、前記開始行と前記終了行とを検出するストリーキング判定部と、を有してもよい。

また本発明の一態様では、前記ストリーキング判定部は、前記エッジが検出された後の所定の判定領域において、前記差分信号が第１所定値以上である場合、前記エッジが前記ストリーキングの開始エッジであると判定し、前記エッジが検出された後の所定の判定領域において、前記差分信号が前記第１所定値よりも小さい第２所定値以下である場合、前記エッジが前記ストリーキングの終了エッジであると判定してもよい。

また本発明の他の態様は、複数の画素が行列状に配列された画素配列部が、撮像光学系により結像された被写体像を受光する有効領域と、遮光された複数列の画素により構成される第１遮光領域と、遮光された複数列の画素により構成される第２遮光領域と、で構成され、前記第１遮光領域に対応する行信号である第１遮光領域信号のＭ行分を、平均化する処理を行って、第１Ｍ行平均化信号を出力し、前記第２遮光領域に対応する行信号である第２遮光領域信号のＭ行分を、平均化する処理を行って、第２Ｍ行平均化信号を出力し、前記第１Ｍ行平均化信号と前記第２Ｍ行平均化信号に基づいて、前記有効領域に対応する行信号である有効領域信号におけるストリーキングを検出し、前記ストリーキングの検出結果に基づいて、前記ストリーキングを補正するストリーキング補正方法に関係する。

また本発明の他の態様では、前記第１遮光領域信号の、前記Ｍ行よりも大きいＮ行分を平均化する処理を行ってＮ行平均化信号を出力し、前記ストリーキングの開始行と終了行を検出し、前記開始行から所定行数が経過するまでのストリーキング開始領域及び前記終了行から所定行数が経過するまでのストリーキング終了領域において、前記第１Ｍ行平均化信号を選択し、前記ストリーキング開始領域の終わりから前記ストリーキング終了領域の始まりまでの領域において、前記Ｎ行平均化信号を選択し、前記選択された信号を基準信号として、前記有効領域信号に対してクランプ処理を行うことにより、前記ストリーキングを補正してもよい。

本実施形態の撮像装置に対する比較構成例。 比較構成例の撮像装置により高輝度被写体を撮像した場合に取得される画像データの例。 図３（Ａ）〜図３（Ｄ）は、比較構成例の撮像装置におけるストリーキング補正についての説明図。 比較構成例の撮像装置におけるストリーキング補正についての説明図。 本実施形態の固体撮像装置の構成例。 本実施形態の水平信号処理部の構成例。 水平信号処理部が行う処理のフローチャート。 図８（Ａ）、図８（Ｂ）は、本実施形態の撮像装置により高輝度被写体を撮像した場合に取得される画像データの例。 図９（Ａ）〜図９（Ｄ）は、本実施形態の撮像装置におけるストリーキング補正についての説明図。 撮像装置の第１の変形構成例。 撮像装置の第２の変形構成例。 撮像装置の第３の変形構成例。

以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。

１．比較構成例
従来の撮像装置により高輝度の被写体を撮影すると、画像の水平方向に帯状のノイズ（ストリーキング）を生じる場合がある。本実施形態では、ストリーキングを過不足なく補正することが可能であり、また、その補正によるＳ／Ｎ低下を抑制することが可能である。まず、本実施形態を説明する前にストリーキングについて説明する。

図１に、本実施形態の撮像装置に対する比較構成例を示す。図１に示す固体撮像装置１は、画素配列部２（撮像面）、垂直走査部５、列処理部６、水平走査部８、電源端子９、接地端子１１、出力端子１３を含む。

画素配列部２には、遮光領域ＯＢと有効領域ＶＲが設けられており、遮光領域ＯＢは、画素配列の垂直方向を長辺とする領域である。垂直走査部５により選択された行の画素信号ＳＢ、ＳＶＲが列処理部６により処理され、処理後の信号が水平走査部８に入力される。列処理部６には、各列に対応して、それぞれ処理回路が設けられており、その処理回路が各列の画素信号を処理する。これら各列の処理回路には、共通の電源電圧ＶＤＤ１及び接地電圧ＧＮＤが、電源端子９及び接地端子１１を介して供給される。水平走査部８は、各行の画素信号を行信号ＯＵＴに変換し、行信号ＯＵＴを出力端子１３から出力する。

図２に、比較構成例の撮像装置により、矩形状の強力な高輝度（ハイライト）被写体を撮像した場合に取得される画像データの例を示す。図２において、６１は有効領域ＶＲの暗部領域データを示し、６２は有効領域ＶＲの高輝度領域のデータを示し、６５は有効領域ＶＲのストリーキングデータを示し、６７は遮光領域データを示し、６８は遮光領域ＯＢのストリーキングデータを示す。

例えば、図２のＡ１に示す列に注目すると、有効領域ＶＲの高輝度領域６２を撮影する画素では、画素回路部で光電変換された信号は高レベルの信号となる。この高レベルの信号は、列処理部６に入力され、列処理部６の増幅回路などにより更に大きなレベルの信号に変換される。この際、６５や６８に示すようにストリーキングが発生する。

ストリーキング発生の主な要因は、列処理部６の電源ライン及び接地ラインが持つ内部抵抗成分により、電源電圧ＶＤＤ１の降下や接地電圧ＧＮＤの上昇が起きることにある。例えば、高輝度被写体の撮像信号が列処理部６において処理される際、Ａ１に示す列の信号を処理する処理回路は、高レベルの信号を増幅するため大きな電流を流す。そのため、列処理部６に水平方向に接続される電源ラインや接地ラインに大きな電流が流れ、ＶＤＤ１やＧＮＤの電圧変動を引き起こす。電源ラインや接地ラインは、Ａ１以外の列の信号を処理する処理回路にも接続されているため、ＶＤＤ１やＧＮＤの電圧変動は、高輝度被写体以外の撮像信号を処理している処理回路にも強く影響する。そのため、列処理部６が不正規な動作状態となりストリーキングを生じることとなる。

次に、図３（Ａ）〜図３（Ｄ）を用いて、比較構成例の撮像装置におけるストリーキング補正について説明する。

図３（Ａ）には、有効領域ＶＲ及び遮光領域ＯＢにおけるストリーキング成分の例を示す。例えば図２のＡ２〜Ａ４に示す列の信号には、図３（Ａ）に示すように、ストリーキング成分が生じる。図３（Ｂ）に示すように、比較構成例では、遮光領域ＯＢの信号に対して、水平方向及び垂直方向に平均化処理（例えば遮光領域の複数行分の信号を平均化する処理）を行う。処理後の信号では、平均化によりストリーキング成分のエッジがなまっている。

次に、図３（Ｂ）の信号を基準として、有効領域ＶＲの信号に対して水平クランプ処理を行う。図３（Ｃ）に示すように、図３（Ａ）の信号（図２のＡ３、Ａ４）に対して水平クランプ処理を行うと、基準信号がなまっているため、画像の垂直方向においてストリーキング６５のエッジ部に補正の過不足が発生する。また、図３（Ｄ）に示すように、高輝度領域６２の信号（図２のＡ１）に対して水平クランプ処理を行った場合も、同様に、画像の垂直方向において高輝度領域６２のエッジ部に補正の過不足が発生する。これらの過不足は、不正規に行われた輪郭強調処理のような見え方をし、撮像画質を著しく劣化させる原因となる。

さて、仮に図３（Ａ）の信号を基準として有効領域ＶＲの信号を水平クランプ処理したとする。この場合、図３（Ａ）の信号は平均化されていないため、ストリーキング６５や高輝度領域６２のエッジ部において、ストリーキング補正の過不足は発生しない。しかしながら、遮光領域ＯＢの信号を垂直方向に平均化する処理を行っていないため、遮光領域ＯＢの各行において信号を平均した値が垂直方向において不均一な場合、図３（Ａ）の信号は垂直方向にノイズを持った信号となってしまう。そのため、ストリーキング補正後の画像全体にはノイズによる横縞が現れてしまい、結果として、取得画像のＳＮＲ（Signal to Noise Ratio）を悪化させることになる。

図４に、この特徴を定性的にグラフ化した模式図を示す。図４に示すように、水平クランプ処理後の信号において、横縞ノイズ及びストリーキング補正過不足量は、遮光領域ＯＢの信号を平均化する際の平均行数に依存する。具体的には、平均行数に対して、横縞ノイズとストリーキング補正過不足量とがトレードオフの関係にある。即ち、平均行数を変化させて一方を小さくすると他方が大きくなり、横縞ノイズとストリーキング補正過不足量をともに小さくすることはできない。

２．固体撮像装置
次に、上記の課題を解決可能な本実施形態の撮像装置の構成例について説明する。本実施形態の撮像装置は、図５に示す固体撮像装置１、図６に示す水平信号処理部５１を含む。まず、図５に示す固体撮像装置１について説明する。

固体撮像装置１（撮像素子）は、画素配列部２（撮像面、受光面）、垂直走査部５（垂直走査回路）、列処理部６（列処理回路）、水平走査部８（水平走査回路）、電源端子９、１０、接地端子１１、１２（グランド端子）、出力端子１３（撮像信号出力端子）を含む。なお図５では、本実施形態の説明上必要な端子（例えば電源端子や接地端子、出力端子）についてのみ図示しており、固体撮像装置１の動作上必要な他の端子は省略する。

画素配列部２には、光情報を電気情報に変換する画素（光電変換素子）と、その画素の蓄積電荷を画素信号に変換する画素回路とが、２次元に配列される。個々の画素は、２次元の位置や座標により指定される。画素は、例えばフォトダイオードやフォトトランジスタなどで構成される。なお以下では２次元配列として行列状の画素配列を例にとり説明する。

画素配列部２には、第１遮光領域ＯＢ１、第２遮光領域ＯＢ２、有効領域ＶＲが設けられる。遮光領域ＯＢ１、ＯＢ２は、画素が光学的に遮光されている領域であり、遮光された状態における信号レベルを表す黒レベルを、電気信号として出力する。遮光領域ＯＢ１、ＯＢ２は、長辺が垂直方向（垂直走査方向、行走査方向）と平行な矩形領域であり、長辺の行数は有効領域ＶＲの行数と同一である。短辺は水平方向（水平走査方向、列走査方向）と平行であり、短辺の列数は例えば数十列（広義には複数列）である。遮光領域ＯＢ２は、水平方向における画素配列部２の一端に設けられ、遮光領域ＯＢ１は、遮光領域ＯＢ２と有効領域ＶＲの間に設けられる。

撮像動作において画素配列部２が露光を開始すると、所定の光蓄積時間を経過した後、垂直走査部５が画素配列部２に対して垂直走査を行う。この垂直走査では、１行の画素、即ち有効領域ＶＲ及び遮光領域ＯＢ１、ＯＢ２の水平方向に並ぶ画素を同時に選択し、その選択する行を順次移動することにより走査を行う。選択された画素の画素回路は、画素信号を列処理部６に対して出力する。以下では、この選択された１行分の画素信号を、行信号と呼ぶ。

列処理部６は、垂直走査部５により選択された行の行信号に対して、信号処理を行う。例えば列処理部６には、画素配列部２の列毎に対応して処理回路が設けられている。処理回路は、例えば、画素信号を増幅処理するアナログ増幅回路や、その増幅信号をＡ／Ｄ変換処理するＡ／Ｄ変換回路等により構成される。

列処理部６は、有効領域ＶＲの画素信号ＳＶＲ及び遮光領域ＯＢ１の画素信号ＳＢ１が入力される第１列処理部ＣＬ１と、遮光領域ＯＢ２の画素信号ＳＢ２が入力される第２列処理部ＣＬ２を含む。列処理部ＣＬ１、ＣＬ２は、接続される電源端子及び接地端子が異なっており、信号の処理機能については同一である。即ち、列処理部ＣＬ１には、電源端子９から電源ラインＶＬ１を介して電源電圧ＶＤＤ１が供給され、接地端子１１から接地ラインＧＬ１（グランドライン）を介して接地電圧ＧＮＤ１（グランド電圧）が供給される。列処理部ＣＬ２には、電源端子１０から電源ラインＶＬ２を介して電源電圧ＶＤＤ２が供給され、接地端子１２から接地ラインＧＬ２（グランドライン）を介して接地電圧ＧＮＤ２（グランド電圧）が供給される。

電源ラインＶＬ１、ＶＬ２は、固体撮像装置１の内部において独立した電源ラインであり、接地ラインＧＬ１、ＧＬ２は、固体撮像装置１の内部において独立した接地ラインである。そのため、ＶＬ１、ＧＬ１のインピーダンスにより生じる電圧ドロップや電圧上昇は列処理部ＣＬ２に影響せず、有効領域ＶＲにおいてストリーキングが生じても、その影響が遮光領域ＯＢ２の列処理に及ばないようになっている。

なお、固体撮像装置１の外部では、ＶＤＤ１、ＶＤＤ２やＧＮＤ１、ＧＮＤ２は、別個の電源から供給されてもよいし、共通の電源部から供給されてもよい。共通の電源から供給される場合、端子までのインピーダンスができるだけ小さい方が望ましい。

列処理部６により処理された行信号ＤＶＲ、ＤＢ１、ＤＢ２は、水平走査部８により水平走査される。水平走査部８は、行信号のうち、選択した列の信号を出力し、その選択する列を順次移動することにより水平走査を行う。水平走査により得られた時系列の画素信号は、撮像信号ＯＵＴ（出力信号）として出力端子１３から出力される。

３．水平信号処理部
次に、固体撮像装置１からの撮像信号ＯＵＴに対して行う水平信号処理について説明する。図６に、水平信号処理部５１の構成例を示す。水平信号処理部５１は、水平クランプ処理部５２、第１平均化処理部５３（第１黒レベル検出部）、第２平均化処理部５４（第２黒レベル検出部）、ストリーキング検出部５５（比較処理部）、選択処理部５８を含む。

平均化処理部５３は、撮像信号ＯＵＴのうち、遮光領域ＯＢ１の行信号ＤＢ１に対して平均化処理を行う。具体的には、平均化処理部５３は、固体撮像装置１から水平走査周期で順次送られてくる行信号ＤＢ１を、行単位で平均化する処理を行い、処理後の信号を１行平均化信号ＡＶ１１として出力する。また平均化処理部５３は、行単位で平均化された信号のＮ（複数）行分を平均化する処理を行い、処理後の信号をＮ行平均化信号ＡＶＮ１として出力する。この平均化処理には、種々の平均化手法を用いることができる。例えば、１又はＮ行分の画素信号を単純加算平均する処理であってもよいし、１又はＮ行分の画素数に対応する所定のカットオフ周波数をもつローパスフィルタ処理であってもよい。平均化処理された信号は、順次送られてくる行信号により更新され、平均化処理部５３内の図示しないバッファメモリに一時記憶される。

平均化処理部５４は、撮像信号ＯＵＴのうち、遮光領域ＯＢ２の行信号ＤＢ２に対して平均化処理を行う。具体的には、平均化処理部５４は、固体撮像装置１から水平走査周期で順次送られてくる行信号ＤＢ２を、行単位で平均化する処理を行い、処理後の信号を１行平均化信号ＡＶ１２として出力する。

なお、平均化処理部５３、５４において、行信号を行単位で平均化処理する際には、画素欠陥信号などの異常信号を除去して平均化処理することが望ましい。

ストリーキング検出部５５は、平均化処理部５３、５４からの平均化信号ＡＶ１１、ＡＶ１２を、水平走査周期毎に順次比較する処理を行うことでストリーキングを検出する。具体的には、ストリーキング検出部５５は、エッジ検出部５６、ストリーキング判定部５７を含む。

エッジ検出部５６は、１行平均化信号ＡＶ１２を基準として、１行平均化信号ＡＶ１１の立ち上がりエッジと立ち下がりエッジを検出し、検出信号ＥＧを出力する。ストリーキング判定部５７は、エッジが検出された場合に、そのエッジがストリーキング成分のエッジであるか否かを判定する。即ち、ストリーキング判定部５７は、立ち上がりエッジが検出された後に（例えばエッジ検出から所定行数後に）、ＡＶ１１とＡＶ１２の差分信号が第１所定値より大きい場合には、ストリーキング成分の立ち上がりエッジであると判定する。また、ストリーキング判定部５７は、立ち下がりエッジが検出された後に、ＡＶ１１とＡＶ１２の差分信号が第２所定値（例えば第１所定値より小さい値）より小さい場合には、ストリーキング成分の立ち下がりエッジであると判定する。これらの判定条件を満たさないエッジは、ストリーキング成分のエッジではなく、例えばノイズであると判定される。

選択処理部５８は、ストリーキング検出の結果に基づいて、水平クランプ処理の基準信号を選択する。具体的には、選択処理部５８は、選択信号出力部５９、選択部６０を含む。

選択信号出力部５９は、ストリーキング成分のエッジが検出された場合、そのエッジを含むエッジ領域（垂直エッジ領域）において、選択信号ＳＥＬをアクティブ（例えばハイレベル“Ｈ”）にする。エッジ領域は、エッジが検出された行から開始して、所定行数（例えばＮ行）後の行において終了する領域である。なお、エッジ領域は、エッジが検出された行よりも前の行から開始してもよい。選択信号出力部５９は、エッジ領域以外の領域においては、選択信号ＳＥＬを非アクティブ（例えばローレベル“Ｌ”）にする。

選択部６０は、選択信号ＳＥＬがアクティブの場合、基準信号ＳＱとして１行平均化信号ＡＶ１１を選択し、選択信号ＳＥＬが非アクティブの場合、基準信号ＳＱとしてＮ行平均化信号ＡＶＮ１を選択する。即ち、ストリーキング成分のエッジ領域では１行平均化信号ＡＶ１１が基準信号ＳＱとして選択される。

なお、ストリーキング検出部５５が、ストリーキング成分のエッジであるか否かを判定した後、選択部６０が、エッジ開始に遡ってＡＶ１１を選択することになる。そのため、平均化処理部５３は、ＡＶ１１、ＡＶＮ１を図示しないバッファメモリにバッファリングして遅延させ、その遅延させたＡＶ１１、ＡＶＮ１を選択部６０に出力する。

水平クランプ処理部５２は、選択された基準信号ＳＱを基準として、有効領域ＶＲからの行信号ＤＶＲに対して水平クランプ処理（ＤＣ成分固定処理、減算処理）を行い、処理後の信号ＣＬＱを出力する。

なお、平均化処理部５３は、Ｎ行平均化信号として複数種類の信号を出力してもよい。例えば、図６に示すように、２行平均化信号、４行平均化信号、８行平均化信号、・・・を生成し、選択部６０が、これらの信号の中から任意の１つをＮ行平均化信号として選択してもよい。

次に、図７に、水平信号処理部５１が行う処理のフローチャートを示す。図７に示す処理が開始されると、ステップＳ１０１に示すように、平均化処理部５３が、遮光領域ＯＢ１からの行信号ＤＢ１を平均化する処理を行い、１行平均化信号ＡＶ１１とＮ行平均化信号ＡＶＮ１を出力する。また、平均化処理部５４が、遮光領域ＯＢ２からの行信号ＤＢ２を平均化する処理を行い、１行平均化信号ＡＶ１２を出力する。

次にステップＳ１０２に示すように、ストリーキング検出部５５が、１行平均化信号ＡＶ１１と１行平均化信号ＡＶ１２の比較処理を行う。具体的には、ＡＶ１１からＡＶ１２を減算した差分信号を求める。次にステップＳ１０３に示すように、比較処理で得られた差分信号に基づいて、エッジ検出を行う。次にステップＳ１０４に示すように、差分信号とエッジ検出結果に基づいて、ストリーキング判定を行う。

ストリーキング判定においてストリーキング成分のエッジであると判定された場合、ステップＳ１０５に示すように、選択部６０が、１行平均化信号ＡＶ１１を基準信号ＳＱとして選択し、水平クランプ処理部５２が、ＡＶ１１を基準として水平クランプ処理を行う。ストリーキング判定においてストリーキング成分のエッジであると判定されなかった場合、ステップＳ１０６に示すように、選択部６０が、Ｎ行平均化信号ＡＶＮ１を基準信号ＳＱとして選択し、水平クランプ処理部５２が、ＡＶＮ１を基準として水平クランプ処理を行う。

以上の処理を行うことで、ストリーキング成分のエッジ領域において、水平クランプ処理の基準信号を選択的に切り替えることができる。これにより、高輝度被写体を撮像した際のストリーキングを、画質劣化を最小限に留めながら補正（低減処理）できる。また、ストリーキングが発生していない通常信号時において、画質に影響を与えることなく水平クランプ処理を行うことができる。この点について、以下に詳細に説明する。

４．ストリーキング補正
図８（Ａ）に、本実施形態の固体撮像装置１により、矩形状の強力な高輝度（ハイライト）被写体を撮像した場合に取得される画像データの例を示す。図８（Ａ）において、６１は有効領域ＶＲの暗部領域データを示し、６２は有効領域ＶＲの高輝度領域のデータを示し、６３は第１遮光領域ＯＢ１のデータを示し、６４は第２遮光領域ＯＢ２のデータを示し、６５は有効領域ＶＲのストリーキングデータを示し、６６は第１遮光領域ＯＢ１のストリーキングデータを示す。

図８（Ｂ）のＢ１に示すように、遮光領域ＯＢ２からは、ストリーキング成分を含まない信号が取得される。Ｂ２に示すように、遮光領域ＯＢ１からは、ストリーキング成分Ｄ３を含む信号が取得される。Ｂ３に示すように、有効領域ＶＲにおいて高輝度被写体が撮影されない列からは、ストリーキング成分Ｄ２を含む信号が取得される。Ｂ４に示すように、有効領域ＶＲにおいて高輝度被写体が撮影された列からは、ハイライト成分Ｄ１を含む信号が取得される。本実施形態では、ストリーキング成分Ｄ２と、ハイライト成分Ｄ１に含まれるストリーキング成分とを、補正する。

選択処理部５８の具体的な処理の一例を以下に記す。図９（Ａ）には、１行平均化信号ＡＶ１１を示す。図９（Ｂ）には、Ｎ行平均化信号ＡＶＮ１を示す。図９（Ｃ）に示すように、ステップＳ１０３において検出された、１行平均化信号ＡＶ１１及びＡＶ１２の差分から検出されたエッジにおいて、エッジ検出信号ＥＧが“Ｈ”レベルとなる。ストリーキング成分のエッジと判定された場合、選択信号ＳＥＬは、検出されたエッジ位置から信号値が確実に安定する行までの領域をエッジ領域Ｔ１１、Ｔ１２として選択し、そのエッジ領域において“Ｈ”レベルとなる。

例えば図８（Ｂ）に示す信号Ｂ３を例にとると、図９（Ｄ）に示すように、エッジ領域Ｔ１１、Ｔ１２では、エッジが急峻な１行平均化信号ＡＶ１１を基準として水平クランプ処理が行われる。そのため、図３（Ｃ）等で説明したような過不足を生じることなく、ストリーキング成分のエッジ領域を補正できる。また、エッジ領域以外の領域ＴＮでは、Ｎ行平均化信号ＡＶＮ１を基準として水平クランプ処理が行われる。そのため、図４で説明したような横縞ノイズの増加を招くことなく、ストリーキング成分を補正できる。

以上の実施形態によれば、図５に示すように、撮像装置は、複数の画素が行列状に配列された画素配列部２と、画素配列部２の行を順次選択する垂直走査部５と、選択された行における各列の画素からの画素信号を処理し、処理後の画素信号を行信号（ＤＶＲ、ＤＢ１、ＤＢ２）として出力する列処理部６と、を含む。

画素配列部２は、撮像光学系により結像された被写体像を受光する有効領域ＶＲと、遮光された複数列の画素により構成される第１遮光領域ＯＢ１と、遮光された複数列の画素により構成される第２遮光領域ＯＢ２と、を有する。列処理部６は、有効領域ＶＲ及び第１遮光領域ＯＢ１の画素からの画素信号ＳＶＲ、ＳＢ１を処理する第１列処理部ＣＬ１と、第２遮光領域ＯＢ２の画素からの画素信号ＳＢ２を処理する第２列処理部ＣＬ２と、を有する。第１列処理部ＣＬ１及び第２列処理部ＣＬ２に対して電源電圧を供給する電源ライン及び接地電圧を供給する接地ラインは、それぞれ異なる電源ラインＶＬ１、ＶＬ２及び接地ラインＧＬ１、ＧＬ２である。

ここで、それぞれ異なる電源ライン及び接地ラインであるとは、第２列処理部ＣＬ２には、第１列処理部ＣＬ１に対して電源電圧ＶＤＤ１を供給する第１電源ラインＶＬ１とは異なる第２電源ラインＶＬ２により電源電圧ＶＤＤ２が供給され、第１列処理部ＣＬ１に対して接地電圧ＧＮＤ１を供給する第１接地ラインＧＬ１とは異なる第２接地ラインＧＬ２により接地電圧ＧＮＤ２が供給されるということである。

本実施形態によれば、特定の遮光領域（ＯＢ２）の信号を、他の領域（ＯＢ１、ＶＲ）の信号を処理する列処理部ＣＬ１とは電源ラインＶＬ２及び接地ラインＧＬ２が独立した列処理部ＣＬ２により、処理できる。そのため、図８（Ａ）等で説明したように、高輝度被写体を撮影した場合に、列処理部ＣＬ１で処理される大きな信号による電源電圧ＶＤＤ１及び接地電圧ＧＮＤ１の変動の影響を受けずに、遮光領域信号ＤＢ２を出力できる。これにより、遮光領域信号ＤＢ２を用いてストリーキング成分を高精度に検出し補正することが可能になる。

また、遮光領域ＯＢ１とＯＢ２は複数列の画素により構成され、ともに垂直方向に長辺をもつ領域であるため、特性（例えばノイズ特性）を近づけることができる。この遮光領域ＯＢ１に特性の近い遮光領域ＯＢ２の信号を基準としてストリーキング成分を検出することで、ストリーキング成分を高精度に検出し補正することが可能になる。

具体的には、図６に示すように、撮像装置は第１平均化処理部５３と第２平均化処理部５４とストリーキング検出部５５とストリーキング補正部（選択処理部５８、水平クランプ処理部５２に対応する）を含む。第１平均化処理部５３は、第１遮光領域信号ＤＢ１のＭ行分を平均化する処理を行って第１Ｍ行平均化信号（例えばＡＶ１１）を出力する。第２平均化処理部５４は、第２遮光領域信号ＤＢ２のＭ行分を平均化する処理を行って第２Ｍ行平均化信号（例えばＡＶ１２）を出力する。ストリーキング検出部５５は、第１Ｍ行平均化信号（ＡＶ１１）と第２Ｍ行平均化信号（ＡＶ１２）に基づいて、第１遮光領域信号ＤＢ１におけるストリーキングを検出する。ストリーキング補正部は、ストリーキングの検出結果に基づいてストリーキングを補正する。

ここで、第１遮光領域信号ＤＢ１とは、列処理部ＣＬ１が出力する行信号のうち、第１遮光領域ＯＢ１に対応する行信号である。また、第２遮光領域信号ＤＢ２とは、列処理部ＣＬ２が出力する行信号であり、第２遮光領域ＯＢ２に対応する行信号である。

このようにすれば、ストリーキングの影響を受けず且つ特性の近い遮光領域ＯＢ２の信号を基準として遮光領域ＯＢ１のストリーキングを検出できる。例えば特許文献２では、ストリーキングの影響を受けない遮光領域として水平方向に長い遮光領域を用いるため、垂直方向に長い遮光領域との特性の違いにより、ストリーキング検出精度が低下するおそれがある。この点、本実施形態によれば、共に垂直方向に長い特性の近い遮光領域を用いてストリーキングを検出できる。

ここで、図６等ではＭ行が１行である場合を例に説明したが、本実施形態はこれに限定されず、Ｍは他の自然数であってもよい。また、Ｍ（及び後述するＮ）は必ずしも自然数に限定されない。Ｍ行平均化信号とは、遮光領域における黒レベルを表す信号であり、黒レベルを検出するための種々の検出処理により生成される信号である。

また本実施形態では、図６に示すように、ストリーキング補正部は、選択部６０と、クランプ処理部（水平クランプ処理部５２）と、を含む。第１平均化処理部５３は、第１遮光領域信号ＤＢ１の、Ｍ行よりも大きいＮ行分を平均化したＮ行平均化信号ＡＶＮ１と、第１Ｍ行平均化信号ＡＶ１１と、を出力する。図９（Ａ）〜図９（Ｄ）で説明したように、ストリーキング検出部５５は、ストリーキングの開始行と終了行を検出する。選択部６０は、開始行から所定行数が経過するまでのストリーキング開始領域Ｔ１１、及び終了行から所定行数が経過するまでのストリーキング終了領域Ｔ１２において、第１Ｍ行平均化信号（ＡＶ１１）を選択する。選択部６０は、ストリーキング開始領域Ｔ１１の終わりからストリーキング終了領域Ｔ１２の始まりまでの領域ＴＮにおいて、Ｎ行平均化信号ＡＶＮ１を選択する。クランプ処理部は、選択された信号を基準信号として、有効領域信号ＤＶＲに対してクランプ処理を行うことにより、ストリーキングを補正する。

ここで、有効領域信号ＤＶＲとは、列処理部ＣＬ１が出力する行信号のうち、有効領域ＶＲに対応する行信号である。

このようにすれば、ストリーキング補正の過不足を生むエッジ領域では、１行平均化信号を用いることで補正の過不足を低減でき、エッジ部以外では、Ｎ行平均化信号を用いることでＳ／Ｎの高い画像を得ることができる。

また本実施形態では、ストリーキング検出部５５はエッジ検出部５６とストリーキング判定部５７を含む。エッジ検出部５６は、第１Ｍ行平均化信号（ＡＶ１１）と第２Ｍ行平均化信号（ＡＶ１２）の差分信号においてエッジを検出する。ストリーキング判定部５７は、検出されたエッジから、ストリーキングの開始エッジ及び終了エッジであるか否かを判定することで、ストリーキングの開始行と終了行とを検出する。

具体的には、ストリーキング判定部５７は、検出されたエッジが、ストリーキングの開始エッジであるか否かの判定を行い、ストリーキングの開始エッジであると判定した場合には、そのエッジが検出された行をストリーキングの開始行とする。またストリーキング判定部５７は、検出されたエッジが、ストリーキングの終了エッジであるか否かを判定し、ストリーキングの終了エッジであると判定した場合には、そのエッジが検出された行をストリーキングの終了行とする。

より具体的には、ストリーキング判定部５７は、エッジが検出された後の所定の判定領域において、差分信号が第１所定値以上である場合、そのエッジがストリーキングの開始エッジであると判定する。またストリーキング判定部５７は、エッジが検出された後の所定の判定領域において、差分信号が、第１所定値よりも小さい第２所定値以下である場合、そのエッジがストリーキングの終了エッジであると判定する。

ここで、所定の判定領域とは、エッジが検出された行から所定行数後の領域であり、例えば１又は複数の行から構成される領域である。この判定領域において、継続的に差分信号が第１所定値以上（又は第２所定値以下）である場合に、開始エッジ（又は終了エッジ）であると判定される。

このようにすれば、エッジ検出及びスリーキング判定によりストリーキングの開始行と終了行を検出でき、その開始行と終了行を用いてストリーキング開始領域とストリーキング終了領域を設定できる。

５．変形構成例
なお図５では、列処理部６のみにおいて独立した２系統の電源ライン及び接地ラインが設けられる場合を例に説明したが、本実施形態はこれに限定されない。例えば、図１０に示すように、有効領域ＶＲ及び遮光領域ＯＢ１の画素回路に対して電源電圧や接地電圧を供給する電源端子１５、接地端子１７、電源ラインＶＬ３、接地ラインＧＬ３と、遮光領域ＯＢ２の画素回路に対して電源電圧や接地電圧を供給する電源端子１６、接地端子１８、電源ラインＶＬ４、接地ラインＧＬ４とが、分離されてもよい。

今後の技術的な進歩を鑑みれば、さらなる画素の微細化や、固体撮像装置を駆動する電圧の低電圧化は必至である。そうなった場合に、ストリーキングが必ずしも列処理部６のみで発生するとは限らず、画素回路で発生する可能性が大きくなる。図１０の固体撮像装置１は、このような場合にもストリーキングの影響を受けない黒レベルを出力可能である。

また図５、図６では、水平信号処理部５１が固体撮像装置１の外部に設けられる場合を例に説明したが、本実施形態はこれに限定されない。例えば、図１１に示すように、水平信号処理部５１を固体撮像装置１に内蔵し、水平信号処理部５１を列処理部６と水平走査部８の間に設けてもよい。また、図１２に示すように、水平信号処理部５１を固体撮像装置１に内蔵し、更に図１０と同様に画素回路に対して独立した２系統の電源ライン及び接地ラインを設けてもよい。これらの固体撮像装置１においても、図５〜図９で説明した実施形態と同様のストリーキング補正効果を得ることができる。

なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また固体撮像装置、水平信号処理部、撮像装置等の構成、動作も本実施形態で説明したものに限定に限定されず、種々の変形実施が可能である。

１ 固体撮像装置、２ 画素配列部、５ 垂直走査部、６ 列処理部、
８ 水平走査部、９，１０ 電源端子、１１，１２ 接地端子、
１３ 出力端子、１５，１６ 電源端子、１７，１８ 接地端子、
５１ 水平信号処理部、５２ 水平クランプ処理部、
５３ 第１平均化処理部、５４ 第２平均化処理部、
５５ ストリーキング検出部、５６ エッジ検出部、
５７ ストリーキング判定部、５８ 選択処理部、５９ 選択信号出力部、
６０ 選択部、６２ 高輝度領域、６５ ストリーキング、
ＡＶ１１ 第１１行平均化信号、ＡＶ１２ 第２１行平均化信号、
ＡＶＮ１ Ｎ行平均化信号、ＣＬ１ 第１列処理部、
ＣＬ２ 第２列処理部、Ｄ１ ハイライト成分、
Ｄ２，Ｄ３ ストリーキング成分、ＤＢ１ 第１遮光領域信号、
ＤＢ２ 第２遮光領域信号、ＤＶＲ 有効領域信号、
ＥＧ エッジ検出信号、ＧＬ１〜ＧＬ４ 第１〜第４接地ライン、
ＧＮＤ，ＧＮＤ１，ＧＮＤ２ 接地電圧、ＯＢ 遮光領域、
ＯＢ１ 第１遮光領域、ＯＢ２ 第２遮光領域、ＯＵＴ 撮像信号、
ＳＢ，ＳＢ１，ＳＢ２，ＳＶＲ 画素信号、ＳＥＬ 選択信号、
ＳＱ 基準信号、Ｔ１１，Ｔ１２ エッジ領域、
ＴＮ エッジ領域以外の領域、ＶＤＤ１〜ＶＤＤ４ 電源電圧、
ＶＬ１〜ＶＬ４ 第１〜第４電源ライン、ＶＲ 有効領域

Claims (7)

1. 複数の画素が行列状に配列され、撮像光学系により結像された被写体像を受光する有効領域と、遮光された複数列の画素により構成される第１遮光領域と、遮光された複数列の画素により構成される第２遮光領域と、を有する画素配列部と、
   前記画素配列部の行を順次選択する垂直走査部と、
   選択された前記行における各列の画素からの画素信号を処理し、処理後の前記画素信号を行信号として出力する列処理部と、
   を備え、
   前記列処理部は、
   前記有効領域及び前記第１遮光領域の画素からの前記画素信号を処理する第１列処理部と、
   前記第２遮光領域の画素からの前記画素信号を処理する第２列処理部と、
   を有し、
   前記第１列処理部及び前記第２列処理部に対して電源電圧を供給する電源ライン及び接地電圧を供給する接地ラインは、それぞれ異なる電源ライン及び接地ラインであることを特徴とする撮像装置。
2. 請求項１において、
   前記第１遮光領域に対応する行信号である第１遮光領域信号のＭ行分を平均化する処理を行って第１Ｍ行平均化信号を出力する第１平均化処理部と、
   前記第２遮光領域に対応する行信号である第２遮光領域信号のＭ行分を平均化する処理を行って第２Ｍ行平均化信号を出力する第２平均化処理部と、
   前記第１Ｍ行平均化信号と前記第２Ｍ行平均化信号に基づいて、前記第１遮光領域信号におけるストリーキングを検出するストリーキング検出部と、
   前記ストリーキングの検出結果に基づいて、前記ストリーキングを補正するストリーキング補正部と、
   を備えることを特徴とする撮像装置。
3. 請求項２において、
   前記第１平均化処理部は、前記第１遮光領域信号の、前記Ｍ行よりも大きいＮ行分を平均化したＮ行平均化信号と、前記第１Ｍ行平均化信号と、を出力し、
   前記ストリーキング検出部は、前記ストリーキングの開始行と終了行を検出し、
   前記ストリーキング補正部は、
   前記開始行から所定行数が経過するまでのストリーキング開始領域、及び前記終了行から所定行数が経過するまでのストリーキング終了領域において、前記第１Ｍ行平均化信号を選択し、前記ストリーキング開始領域の終わりから前記ストリーキング終了領域の始まりまでの領域において、前記Ｎ行平均化信号を選択する選択部と、
   前記選択された信号を基準信号として、前記有効領域に対応する行信号である有効領域信号に対してクランプ処理を行うクランプ処理部と、
   を有することを特徴とする撮像装置。
4. 請求項３において、
   前記ストリーキング検出部は、
   前記第１Ｍ行平均化信号と前記第２Ｍ行平均化信号の差分信号においてエッジを検出するエッジ検出部と、
   前記検出されたエッジから、前記ストリーキングの開始エッジ及び終了エッジであるか否かを判定することで、前記開始行と前記終了行とを検出するストリーキング判定部と、
   を有することを特徴とする撮像装置。
5. 請求項４において、
   前記ストリーキング判定部は、
   前記エッジが検出された後の所定の判定領域において、前記差分信号が第１所定値以上である場合、前記エッジが前記ストリーキングの開始エッジであると判定し、
   前記エッジが検出された後の所定の判定領域において、前記差分信号が前記第１所定値よりも小さい第２所定値以下である場合、前記エッジが前記ストリーキングの終了エッジであると判定することを特徴とする撮像装置。
6. 複数の画素が行列状に配列された画素配列部が、撮像光学系により結像された被写体像を受光する有効領域と、遮光された複数列の画素により構成される第１遮光領域と、遮光された複数列の画素により構成される第２遮光領域と、で構成され、
   前記第１遮光領域に対応する行信号である第１遮光領域信号のＭ行分を、平均化する処理を行って、第１Ｍ行平均化信号を出力し、
   前記第２遮光領域に対応する行信号である第２遮光領域信号のＭ行分を、平均化する処理を行って、第２Ｍ行平均化信号を出力し、
   前記第１Ｍ行平均化信号と前記第２Ｍ行平均化信号に基づいて、前記有効領域に対応する行信号である有効領域信号におけるストリーキングを検出し、
   前記ストリーキングの検出結果に基づいて、前記ストリーキングを補正することを特徴とするストリーキング補正方法。
7. 請求項６において、
   前記第１遮光領域信号の、前記Ｍ行よりも大きいＮ行分を平均化する処理を行ってＮ行平均化信号を出力し、
   前記ストリーキングの開始行と終了行を検出し、
   前記開始行から所定行数が経過するまでのストリーキング開始領域及び前記終了行から所定行数が経過するまでのストリーキング終了領域において、前記第１Ｍ行平均化信号を選択し、
   前記ストリーキング開始領域の終わりから前記ストリーキング終了領域の始まりまでの領域において、前記Ｎ行平均化信号を選択し、
   前記選択された信号を基準信号として、前記有効領域信号に対してクランプ処理を行うことにより、前記ストリーキングを補正することを特徴とするストリーキング補正方法。