JPH05500444A

JPH05500444A - 固体イメージセンサの出力における感度変動を補償するための方法及び装置

Info

Publication number: JPH05500444A
Application number: JP3509666A
Authority: JP
Inventors: クック，ウィリアム・エイ; デルナ，ライオネル・ジェイ; パルルスキ，ケネス・エイ
Original assignee: イーストマン・コダック・カンパニー
Priority date: 1990-05-11
Filing date: 1991-05-08
Publication date: 1993-01-28
Also published as: EP0482182A1; WO1991018470A1; US5086343A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】イメージセンサの　におしる感度゛るための　び伎衡的分野この発明はイメージセンサからの画像信号の信号処理に、且つ更に詳細には、固体イメージセンサ上の種種のホトサイトの感度における変動を補償するための補正値を生成するための方法及び装置に関係している。

！量技術ホトダイオードの暗電流及び感度における変動並びに光源の非一様性は固体センサからの走査画像の品質における顕著な低下を生じさせることがある。これらの変動はシステムを照明なしのセンサについて校正して平均黒レベルを決定し且つ又システムを全照明下のセンサについて校正して平均最大（白）値を決定することによって補償されることができる。更に、次の二つの例に示されたように、各センサホトサイトに関して校正を行うことは周知である。米国特許第４６０２２９１号においては、イメージヤ配列からの「暗電流」　（すなわち、光が配列に当たらないときに得られた信号）はアナログ−ディジタル変換器を経てオフセット記憶装置に向けられ、そしてこの記憶装置は各ホトサイトからの暗電流電荷をディジタル形式で記憶する。オフセント値はその後各ホトサイトからの白レベル値（すなわち、一様な照明がイメージヤに当たったときに得られた信号）で処理されて、それの差が各ホトサイトに対する利得記憶装置に記憶される。米国特許４７６０４６４においては、白基板を複数回走査して各走査について得られたデータを記憶し、且つ現在の白値が前の白レベルより大きいときには前の白値を現在の白値により置き換えることによって各画素に対する白値が得られる。次にその最大値を用いて補正が行われる。

米国特許第４，３４３０２１号に記載された校正モードにおいては、センサには一様な明るさの場が与えられる。特定のセンサ素子が走査されると、生ビデオ信号が乗算器に加えられて、補正係数により乗算される。次に、実時間処理の乗算器信号が基準信号より大きいか又は小さいかを比較器が決定する。レジスタは、補正係数を一時的に記憶するものであって、そこで増分又は減分され、そして調整された補正係数値はその記憶場所に戻される。次に、画像素子が走査され、係数が再び記憶装置から引き出されて乗算器と指標レジスタとに加えω版そして上述の過程が繰り返される。更に多くの反復の後、補正係数は処理ビデオデータが基準信号に近づくように変更される。

上述のシステムのそれぞれにはある種の欠点がある。′２９１特許に開示された第１のシステムはただ一回の走査から係数を計算する。しかしながら、そのようなデータは基準物体におけるほこり粒子又は表面きずにより引き起こされた誤差を含むことがある。第２の参照文献、′４６４特許は複数回走査を行うが、ことごとくの調整を観察された最大変動の方へそらせており、実質上最大雑音信号へクランプする傾向がある。最後の参照文献、′０２１特許は基準値の方への収束を達成するが、乗算器及び比較器を必要とする比較的複雑なシステムの出費を伴う。

発凹世ガ号云従来の技術によってとられた方策とは異なり、我我は対数的に量子化された信号空間においてできるだけ多くの校正を行うことにある種の利点を見いだした。

一つには、乗算段階が単純な加算になる。これは、乗算器が大きく、且つ加算器に比べてチップ上で大きい面積を消費する場合、そのような回路が望ましくはディジタル集積回路において実現されることが実感されるときには合格点以上の意義がある。更に、任意のチップ節約単純化は原価を低減し且つ素子ごとの補正のような普通に複雑な特徴を促進する。

その結果として、この発明に従って実現された補正回路は素子ごとの基準で画像値に現れる照度及び感度に対する補償を与える。すなわち、複数の標本値が各ホトサイトから生成され且つイメージセンサが一様な透過率（又は反射率）の物体を画像化する。校正値は次に対数校正信号に変換される。各ホトサイトに対応する複数の対数的に量子化された校正信号から各ホトサイトに対して対数補正値が生成される。これらの補正値は次に記憶され、そしてイメージセンサが正規の物体を走査しているときに、結果として生じる画像値は走査画像値に記憶補正値を適用することによって変更される。各補正値はそれゆえに画像値を生成する。

この発明の特定の実施例においては、補正値は各ホトサイトに対応する複数の対数校正信号の平均値に基づいており、各変更は対数画像値に対数補正値を加算することによって完成される。

凹面例間単な反型この発明は図面に関して説明されるが、この図面はこの発明によるビデオ補正回路の構成図を示している。

■　るための　のこの発明の典型的な応用例を図解するために一般的な電子的画像化システムが図面に部分的に示されているが、この発明が、ホトサイトの可変性又は光源の非一様性のような要因のために感度変動を呈する任意の形式の光電子的走査システムについて使用され得ることは容易に理解されるであろう、光源の非一様性は、フィルム透明画を照明するために線形走査器によって与えられるように、物体を走査するための照明をシステム自体が与える場合には時に問題である。更に、この説明は特に、この発明の一部分を形成し、又はこの発明とより直接的に共働する素子だけに向けられる。ここに明確に示され又は説明されない走査システムの素子は技術上既知のものから選択されることができる。

図面に示された電子的画像化システムはタイミング・制御論理回路部分１２からのクロック信号により駆動される電荷結合素子（ＣＯＤ）イメージセンサ１０を備えている。このイメージセンサの出力はイメージヤ感度変動及び／又は光源非一様性に起因する前述の変動を持った一連の光値である。これらの光値はアナログ−ディジタル変換器１４によってディジタル化されて黒レベル補正回路１６に加えられる。回路１６は通常の黒基準発生器及び通常の黒基準クランプを含んでおり、これらは画像全体のための安定なセンサ黒基準値を確立するために使用される。この黒基準値はセンサに対する平均の熱的暗電流雑音補正オフセント値であって、これは信号から除去されなければ後続のすべての調整及び補正を変造することになる。黒基準回路１６は最初にタイミング・制御論理回路部分１２によって可能化されて、暗電流信号値の標本を収集して、これから平均！４基準値を計算する。光値がその後処理されると、平均黒基準値は回路１６において各光値から減算される。

黒レベル補正回路１６の出力は線形一対数ＲＯＭ探索表１８によって対数的量子化空間へ変換される。対数信号は次に利得補正回路２０に加えられる。利得補正回路は二つのモード、すなわち校正モード及び正規モードで動作する。イメージセンサ１０はそれに応じて駆動されて（校正モード中）ホトサイトが一様な照明を受けている間一連の校正値を与え又は（正規モード中）ホトサイトが物体照明を受けている間一連の画像値を与える。利得制御回路２０はタイミング・制御論理回路部分１２からの「モード選択」信号によって動作させられて、それに応じて画素値を処理する。ホトサイトに対する利得補正値は校正モードにおいてはまず利得レベル平均化回路２２において計算されて利得補正記憶装置２４に記憶される。正規モードにおいては、利得補正値は利得補正記憶装置２４から読み取られて補正加算器２６において画像値に加算される。補正された画像値はクリッピング回路２８によって処理されて出力レジスタ３０ヘラツチされる。加算器２６による加算は対数空間において行われているので、画像値は乗算形式の演算で規準化されている。

校正モード中、最大期待信号値の、全照明下のセンサ出力に対する比の平均値が計算される。補正値は、焦点ぼけｒＤｍｉｎＪフィルタ３４、すなわち、利得校正物体として役立つ公称透明画材料の最小濃度に対応する濃度を持ったフィルタ、を通して光源３２によりセンサ１０を照明してセンサ上の各ホトサイトからの複数の値を平均化することによって利得補正回路２０において計算される。（別の方法として、利得校正物体は照明源に対する透明な「開ゲート」開口部でもよく、又は反射材料を走査するときには一様な基板でもよいであろう。）更に詳しくは、各ホトサイトからの２５６の値が平均化される。まず、対数探索表１８からの各対数信号が減算器３２に加えられて、マルチプレクサ３４により与えられた対数基準値との対数差（すなわち、線形空間における比）が得られる。この減算値は、差レジスタ３６ヘラツチされるが、「所望の」対数空間利得校正信号レベルと実際の対数空間利得校正信号レベルとの間の差、すなわち線形空間においてはこれら二つの量の比を表している。平均化過程の第２段階においては、差レジスタ３６における差値は加算器３８に加えら娠そしてこの加算器は差値を補正レジスタ４０からの「移動相」値と加え合わせる。加え合わされた結果は和レジスタ４２へ基準値は１０２３の基準十進値又は外部処理装置（図示されていない）により供給されたプログラム可能な値ｒＧＡＩＮＲＥＦ　Ｊからマルチプレクサ３４によって選択される。通常の、デフオールド、基準値は１０２３である（これは探索表１８からの減算器３２への１０ビツト入力に関係している）。基準値を１０２３であるように選択することによって、差レジスタ３６に記憶された値は常に正になり、従ってその後の「移動平均」値は常に正の値になる。この実施例では、プログラム可能な基準値ｒＧＡＩＮＲＥＦ　Ｊが選択されたならば、使用者はセンサからの信号レベルが基準値を超えないことを確実にしなければならないが、これは利得平均化回路２２が正の利得基準値だけを加算するように特に設計されているためである。

（しかしながら、この回路が正の値はもとより負の値をも処理するように既知の方法で変更され得るであろうことは理解されるべきである。同様に、基準値は回路のビット容量に直接関係しており、黒くなったビット長入力に対しては異なったものになる。）利得補正記憶装置２４は補正レジスタ４０及び和レジスタ４２とのインタフェース接続を行って、補正レジスタ４０への書込み及び和レジスタ４２からの読取りを行う。記憶装置２４は、適当な「移動相」補正値が適当な時点で補正レジスタ４０ヘロードされ且つ和レジスタ４０からの結果として生じる「和」値が利得補正記憶装置２４における同じ記憶場所へ再び書き込まれるように論理回路部分１２によってアドレスされることを必要とする。この方法で新しい和値は特定のホトサイトに対する前の「移動相」値をオーバライドする。−たん２５６の校正モード反復からの各センサホトサイトに対する補正値が加え合わされると、補正レジスタ４０の出力は適当な利得補正和に等しくなり、利得校正モードは完了する。

正規動作モードにおいては、利得校正物体３４が光路から除去され、且つ走査されるべき正規物体が光路へ挿入される。イメージセンサ１０における各ホトサイトに対して利得補正記憶装置２４に記憶された利得補正は各対応する画像値が補正加算器２６に加えられたときにアクセスされる。従って、各ホトサイトに対する独特の利得補正が使用されて、このホトサイトに対して発生された画素値（との加算、又は線形空間においては乗算によって）を変更する。この発明の好適な実施においては、利得加算器３８は差レジスタ３６からの１０ビツト差値を補正レジスタ４０からの１６ビツト「移動相」値と組み合わせて、１６ビツト和を和レジスタ４２に供給する。従って、「移動相」値の八つの最上位ピッ）　（ＭＳＢ）は２５６の加算後適当な利得補正値、すなわち２５６加算の平均値を表している。

正規動作モードにおいては、八つの？ｌＳＢだけが記憶装置２４から加えられることが必要である。この平均化はビットシフト回路部４４によって得られるが、これは補正レジスタ４０と加算器２６との間の適当なハードワイヤリングを表していて、８ビツトシフトを実施する。

採択実施例においては、補正信号は全範囲濃度信号の〃の最大値に限定されており、これは０．７５ｆｉ度単位に対応している。これは８ピント補正値が補正加算器２６において１０ビット画像値と組み合わされて、全範囲画像値の区より大きい補正値が利得平均化回路２２をオーバフローすることになるからである。更に、校正モード中に入力された対数校正値はマルチプレクサ３４により与えられた値と２５６超の符号値だけ異なってはならない、明らかに、これらの限定はこの発明の態様ではなく、この発明を実施するために使用された特定の回路のＢ様である。

イメージセンサの　における　、　゛るための　び！−」１二ｆ補正回路（２０）はイメージセンサ（１０）からのディジタル化信号を処理して、センサの出力における変動を補償するための利得補正値を生成する。利得校正物体（３４）を結像させている間、センサは各ホトサイトに関係している複数の校正値が生成される校正モードにおいて動作させられる。ディジタル化校正値は利得レベル平均化回路（２２）による処理のために対数空間へ変換される。対数校正信号はまず最大期待信号値に対応する基準値から減算される。差信号は対のレジスタ（３６゜４２）及び加算器（３８）によって順次累算されて、その和は利得記憶装置（２４）に記憶される。その後の正規動作モードにおいては、各ホトサイトに対する加合せ信号　、が利得記憶装置（２４）から探索され且つビットシフトされて、各ホトサイトに対する平均補正値が形成される。補正値は類億のホトサイトからのセンサ信号と同期して加算器（２６）に加えられてそれと共に対数空間において加算され、利得補償を与える。

国際調査報告国際調査報告

Claims

【特許請求の範囲】１．複数の離散的ホトサイトを有するイメージセンサ（１０）であって、校正モードにおいてはこのイメージセンサが利得校正物体（３４）を画像化している間各ホトサイトからの複数の校正値を生成するように動作することのできる前記のイメージセンサから得られた画像値に現れる変動を補償するために補正値を生成するための補正回路であって、校正値を対数校正信号に変換するための装置（１８）、各ホトサイトに対応する複数の対数校正信号から各ホトサイトに対する対数補正値を生成するための装置（２２）、前記の対数補正値を記憶するための装置（２４）、及び前記の記憶された補正値を画像値の変更のために適用して、これにより各補正値が画像値を生成するホトサイトに関係するようにするための装置（４０，４４）、を備えている前記の補正回路。２．前記の補正値生成装置（２２）が補正値を各ホトサイトに対応する複数の対数校正信号の平均値に基づかせる、請求項１に記載の回路。３．前記の補正値生成回路（２２）が、最大期待信号値に対応する基準値から各対数校正信号を減算するための装置（３２）、及び結果として生じる信号から前記の対数補正値を生成するための装置（３８）を含んでいる、請求項１に記載の回路。４．前記のイメージセンサ（１０）が正規モードにおいてセンサが物体照明を受けている間ホトサイトからの画像値を生成するように動作可能であり、前記の回路が、校正値及び画像値をそれぞれ対数校正信号及び対数画像信号に変換するための装置（１８）、画像値を変更するために対数空間において動作可能な装置（２６）を備えており、且つ前記の装置（４０．４４）が前記の記憶された補正値を前記の変更装置に加えて、これにより各補正値が画像値を生成するホトサイトに関係するようにする、請求項１に記載の回路。５．前記の補正値生成装置（２２）が補正値を各ホトサイトに対応する複数の対数校正信号の平均値に基づかせて、これから平均補正値を生成する、請求項４に記載の回路。６．前記の変更装置（２６）が平均補正値を各画素値に加算する、請求項５に記載の回路。７．前記の補正値生成装置（２２）が、最大期待信号値に対応する基準値から各対数校正信号を減算するための装置（３２）、及び結果として生じる信号から前記の対数補正値を生成するための装置を含んでいる、請求項４に記載の回路。８．イメージセンサ（１０）の出力における変動を補償する方法であって、利得校正物体（３４）をイメージセンサ（１０）上に結像させる段階、イメージセンサ上の各ホトサイトに関する複数の校正値を生成する段階、校正値をディジタル化する段階、ディジタル化値を対数信号に変換する段階、各ホトサイトに閲する複数の値から各ホトサイトに対する対数補正値を生成する段階、対数補正値を記憶する段階、対数空間における記憶補正値をイメージセンサ（１０）からその後生成された画像値に適用して変動を補償する段階、を含んでいる前記の方法。９．対数補正値を生成する段階が、最大期待信号値に対応する基準値を生成する段階、基準値から各対数信号を減算する段階、及び各ホトサイトに対する減算された対数信号を累算して各ホトサイトに対する対数補正値を形成する段階、を含んでいる、請求項８に記載の方法。１０．記憶補正値を適用する段階が、各記憶補正値をビットシフトさせて平均化を行う段階、及び平均化された補正値を類似のホトサイトからの画像値に加算する段階を含んでいる、請求項９に記載の方法。