JPH07222032A

JPH07222032A - ビデオカメラおよび該ビデオカメラの使用に適した装置ならびに画像表示信号を生成する方法

Info

Publication number: JPH07222032A
Application number: JP6317254A
Authority: JP
Inventors: Ei Zooteia Ansonii; エイ．ゾーティアアンソニー; Uesutarinku Piitaa; ウエスタリンクピーター
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-12-20
Filing date: 1994-12-20
Publication date: 1995-08-18
Also published as: EP0660596A1; DE69416389D1; US5493334A; EP0660596B1; DE69416389T2

Abstract

(57)【要約】【目的】大規模なメモリなしに、撮像素子の経時変化
に対応できる暗信号補正装置および補正方法を提供す
る。【構成】画像における走査位置に基づいて、暗電流つ
まりブラックシェーディングの歪み信号の近似を生成
し、ブラックシェーディングの歪みを減らすために、通
常の撮像操作の間にカメラによって生成された画像信号
からこの近似信号を引き算するためのシェーディング補
正信号発生器を有する。走査カウンタは、現在読み取ら
れている画素の位置を表す位置信号を生成する。暗信号
の近似の成分を生成するために、２乗や定数の累乗など
の関数、および重み付けによって、位置信号は、シェー
ディング補正信号発生器において処理される。加算器
は、得られた歪み信号の近似値を、撮像装置信号から減
算することにより、ブラックシェーディングを減少させ
る。シェーディング補正信号発生器は、関数を予め選択
された複数の関数から自動的に選択するか、またはルッ
クアップテーブルによって関数を表す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、テレビカメラに関して
おり、特に、テレビカメラ用のブラックシェーディング
補正に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、テレビカメラはセンシング（sens
ing）、通信、科学的応用などの分野で様々な用途に広
く用いられている。高解像度システムなどの発達がなさ
れることによって、カメラの異常がテレビ視聴者に察知
されやすくなっている。その結果、カメラの改良が望ま
れる。カメラで起こる異常の１つは「暗電流（dark cur
rent）」、すなわち「ブラックシェーディング（black
shading）」とよばれるもので、これはカメライメージ
ャ（camera imager、実際の感光性スクリーン）自身の
特性に起因する電流、つまり電荷（信号）であって、そ
れに写る画像には依存しない。

【０００３】暗信号（dark signal）は、画像からの光
を遮断するためにキャップを付属するレンズにかぶせる
ときにはイメージャ信号（imager signal）として見る
ことができる。電荷結合素子（ＣＣＤ）イメージャにお
いて暗電流は、「漏れ（leakage）」としてみなされ、
これは画像蓄積期間（image integrating interval）中
に、イメージャの「Ａ」レジスタの各画素において累積
する電荷になる。このように、各画素は、蓄積期間中の
画像情報の蓄積に起因すると電荷部分を有し、また同じ
期間の間の暗電流に起因する電荷部分も有する。

【０００４】一般に、ＣＣＤイメージャの画素は、点欠
陥（point defect）以外は、他の画素と同様であり、し
たがって各画素における暗信号の寄与は、他の画素のそ
れと同じになる傾向がある。そのため、各画素から電荷
の単一の値を引き算すれば、暗電流の存在を補正するに
は十分であると考えられるかもしれない。しかしながら
電荷は、画素情報の列を、さらに処理するためにその情
報が記憶される「Ｂ」レジスタの中に、Ａレジスタに沿
って同時に移動することにより、ＣＣＤイメージャのＡ
レジスタの画素から読み出される。ＡレジスタからＢレ
ジスタへの電荷の転送する間に、暗電流は画素に蓄積さ
れ続け、最も長時間Ａレジスタに滞留（dwell）する画
素は、比較的短時間滞留する画素に比べてより多くの電
荷を暗電流から蓄積するという結果をまねく。このよう
に、Ｂ記憶レジスタにたどり着くまでに、電荷転送「プ
ルダウン（pull-down）」期間内にＡレジスタ全体を横
切らねばならない「上部」画素は、より早くＢレジスタ
に到達するＡレジスタの下部における画素に比べて、暗
電流からより多くの電荷を蓄積する。

【０００５】この効果により、イメージャ全体に「シェ
ーディング」が起こり、原則として、イメージャ信号か
らランプ状の（ramp-like）補正信号を減算することが
必要になる。このランプ波形は、画像の補正のため、画
像の下部から上部まで、読み出し画像情報の各列に与え
られる。放物線の補正波形が必要な場合もある。さらな
る補正波形が各行に沿って必要になる場合もあるが、そ
のような場合は、補正波形を加算することで総合補正波
形（total correction waveform）を作りだし、イメー
ジャ信号から引き算する。

【０００６】真空タイプの撮像管の場合、感光性スクリ
ーンは、スクリーンの感光性材料の厚さの微妙なばらつ
き、その導電率のばらつき、材料と下にある基板との間
の界面（interface）におけるばらつきなどに起因す
る、暗信号の変動の影響を受ける。そのために、チュー
ブ型の（tube-type）イメージャで要求される暗信号補
正は、ＣＣＤイメージャで要求される暗信号補正よりも
複雑である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来技術においては、次に示す問題があった。すなわ
ち、シェーディング補正のための複雑な補正波形を記憶
するためには、大容量のメモリが必要となる問題があっ
た。

【０００８】また撮像素子の暗信号が、経時変化や他の
要因による変化などによって、変動した場合、ユーザが
容易に、精度の高いシェーディング補正を行うことは困
難であった。

【０００９】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであり、その目的とするところは、小さいメモ
リ容量でシェーディング補正をおこなう装置および方法
を提供することにある。

【００１０】本発明の他の目的は、撮像素子を使用する
ときに、ユーザが容易に、精度の高いシェーディング補
正をおこなうことができる装置および方法を提供するこ
とにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明によるビデオカメ
ラは、走査時に、画像を構成する画素（ピクセル）のマ
トリクスを表す画像信号を生成するイメージャであっ
て、該画像信号に所望されないブラック信号を加えて該
画像のシェーディングを生成するイメージャと、垂直お
よび水平制御信号に応答して該線走査イメージャを走査
し、該画像内の複数の画素位置のそれぞれにアクセスす
る、該イメージャに結合された走査手段と、現在走査さ
れている画素の位置を表す位置信号を生成する、該走査
手段に結合された位置決定手段と、第１算術関数によっ
て該位置信号を演算し、それによって第１補正信号成分
を生成する、該位置決定手段に結合された第１演算手段
と、第２算術関数によって該位置信号を演算し、それに
よって第２補正信号成分を生成する、該位置決定手段に
結合された第２演算手段と、該第１および第２補正信号
成分と、該画像信号とを組み合わせ、該ブラック信号を
該画像信号の他の成分に対して減少させる、該イメージ
ャならびに該第１および第２演算手段に結合された加算
手段と、を有しており、そのことにより上記目的が達成
される。

【００１２】ある実施例では、前記第１および第２演算
手段の少なくとも１つが、前記第１および第２算術関数
をそれぞれ実現するようにプログラムされたルックアッ
プテーブルを有する。

【００１３】本発明によるビデオカメラは、走査時に、
画像を構成する画素（ピクセル）のマトリクスを表す画
像信号を生成するイメージャであって、該画像信号に所
望されないブラック信号を加えて該画像のシェーディン
グを生成するイメージャと、垂直および水平制御信号に
それぞれ応答して該線走査イメージャを垂直方向および
水平方向に走査し、それぞれの方向について該画像内の
各画素位置を表す信号値を生成する、該イメージャに結
合された走査手段と、第１重み付け信号に応答する振幅
を有する定数暗信号補正成分を生成する、定数暗信号補
正成分信号生成手段と、該イメージャの該垂直走査に応
答して単調に変化し、第２重み付け信号に応答する振幅
を有する暗信号補正成分を生成する、垂直単調暗信号補
正成分生成手段と、該イメージャの該水平走査に応答し
て単調に変化し、第４重み付け信号に応答する振幅を有
する暗信号補正成分を生成する、水平単調暗信号補正成
分生成手段と、該イメージャの該垂直走査に応答して単
調に変化し、第３重み付け信号に応答する振幅を有する
累乗暗信号補正成分を生成する、垂直累乗暗信号補正成
分生成手段と、該イメージャの該水平走査に応答して単
調に変化し、第５重み付け信号に応答する振幅を有する
累乗暗信号補正成分を生成する、水平累乗暗信号補正成
分生成手段と、該定数暗信号補正成分信号、該垂直単調
暗信号補正成分、該水平単調暗信号補正成分、該垂直累
乗暗信号補正成分、および該水平累乗暗信号補正成分を
該画像信号から減算する加算手段であって、該イメージ
ャ、該定数暗信号補正成分信号生成手段、該垂直単調暗
信号補正成分生成手段、該水平単調暗信号補正成分生成
手段、該垂直累乗暗信号補正成分生成手段、および該水
平累乗暗信号補正成分生成手段に結合された加算手段
と、を有しており、そのことにより上記目的が達成され
る。

【００１４】ある実施例では、前記垂直単調暗信号補正
成分生成手段が、前記走査手段による前記画素位置の前
記垂直走査に応答して増加する垂直ランプ信号を生成す
る、該走査手段に結合された行計数手段を有し、前記水
平単調暗信号補正成分生成手段が、該走査手段による該
画素位置の前記水平走査に応答して増加する水平ランプ
信号を生成する、該走査手段に結合された列計数手段を
有する。

【００１５】ある実施例では、前記垂直累乗暗信号補正
成分生成手段が、前記垂直ランプ信号をそれ自身によっ
て乗算し、前記イメージャ上で現在走査されている画素
の垂直位置に依存した垂直累乗信号を生成する、前記行
計数手段に結合された垂直乗算手段を有する。

【００１６】ある実施例では、前記水平累乗暗信号補正
成分生成手段が、前記水平ランプ信号をそれ自身によっ
て乗算し、前記イメージャ上で現在走査されている画素
の水平位置に依存した水平累乗信号を生成する、前記列
計数手段に結合された水平乗算手段を有する。

【００１７】ある実施例では、前記垂直累乗暗信号補正
成分生成手段が、前記垂直ランプ信号によってアドレス
され、前記イメージャ上で現在走査されている画素の垂
直位置に依存した垂直累乗信号を生成する、前記行係数
手段に結合された第１の予めプログラムされたルックア
ップテーブルを有する。

【００１８】本発明による画像表示信号を生成する方法
は、暗信号の影響を受けるイメージャを用いて画像を撮
像し、暗信号が混合された画像表示信号を生成する工程
と、該イメージャを行および列毎に線走査方式で走査
し、それによって該画像表示信号が該画像内のそれぞれ
の位置を占有する連続した画素（ピクセル）を表す工程
と、現在走査されている画素の行および列位置を表す画
素位置信号を生成する工程と、算術処理によって該行お
よび列画素位置信号の１つを処理し、補正信号の重み付
けされていない第１成分を生成する工程と、算術処理に
よって該行および列画素位置信号の他の１つを処理し、
該補正信号の重み付けされていない第２成分を生成する
工程と、該補正信号の該第１および第２の重み付けされ
ていない成分を重み付けし、該補正信号の該第１および
第２成分を生成する工程と、該画像表示信号と、該補正
信号の該第１および第２成分とを、該暗信号を補正する
ように組み合わせる工程と、を包含しており、そのこと
により上記目的が達成される。

【００１９】ある実施例では、算術処理工程の少なくと
も１つが、入力値を定数乗する工程を包含する。

【００２０】ある実施例では、入力値を定数乗する前記
工程が、２乗する工程を包含する。

【００２１】ある実施例では、前記算術処理工程の少な
くとも１つが、定数を、前記位置信号の１つに依存して
累乗する工程を包含する。

【００２２】本発明によるビデオカメラの使用に適した
装置は、画素位置のマトリクスの列に沿って水平に走査
され、画素位置のマトリクスの行に沿って垂直に走査さ
れ、該画素位置のそれぞれにおいて画像内容を表す出力
画像信号を生成するイメージャを有し、該画像信号が、
所望されないブラック信号歪みの影響を受け該画像にシ
ェーディングを発生するビデオカメラの使用に適した装
置であって、該垂直走査中に走査される該画素位置に応
答して、該垂直画素位置の第１所定関数に従って変化
し、該ブラック信号歪みのそれぞれの垂直成分を近似す
る垂直補正信号を生成する手段と、該水平走査中に走査
される該画素位置に応答して、該水平画素位置の第２所
定関数に従って変化し、該ブラック信号歪みのそれぞれ
の水平成分を近似する水平補正信号を生成する手段と、
該水平および垂直走査中に走査される画素位置に応答し
て、該水平および垂直画素位置の第３所定関数に従って
変化し、該ブラック信号歪みの成分を近似する組み合わ
せ補正信号を生成する手段と、該垂直、水平および組み
合わせ補正信号と、該画像信号とを組み合わせ、該画像
信号の該暗信号歪みを低下させる手段と、を有してお
り、そのことにより上記目的が達成される。

【００２３】

【作用】本発明によれば、カメラは、暗電流つまりブラ
ックシェーディングの近似を生成し、通常の撮像動作中
にカメラによって発生された信号から、その近似信号を
引き算する。本発明の一実施例によれば、カウンタは、
現在読み出されている画素を表す位置信号を発生し、そ
の位置信号は、乗算および／または２乗などの関数およ
び重み付けによって処理され、暗信号の近似成分をつく
る。ダークシェーディング（dark shading）を減らすた
めに、これらの成分はイメージャ信号から引き算され
る。また、ある実施例によれば、これらの関数は、複数
の予め選択された関数から自動的に選択され、ルックア
ップテーブルによって実現される。

【００２４】また本発明の一実施例によれば、近似信号
を生成するための関数は、ルックアップテーブルによっ
て実現される。

【００２５】近似信号を生成するための関数として、例
えば、位置信号の変化に直線的に変化するランプ関数、
「位置信号」の累乗の関数、定数の「位置信号」乗の関
数、およびこれらを組み合わせた関数を用いる。これら
の関数の独立変数としては、画素の行カウントおよび列
カウントを用いてもよい。累乗関数として、２乗関数を
用いてもよい。

【００２６】

【実施例】図１は、マルチイメージャカラーカメラ（mu
ltiimager color camera）の１つのイメージャ（イメー
ジャ）ともみなされる、モノクロのカメラ１０を示す簡
単なブロック図である。図１において、レンズ１２は、
矢印１４で示される画像を、横軸ｘおよび縦軸ｙに対応
づけられたイメージャ（結像装置）１６上の表面上に結
像させる。イメージャ１６は、サチコン（saticon）ま
たはプランビコン（plumbicon）撮像装置などの真空管
型デバイスであっても、または電荷結合素子（ＣＣ
Ｄ）、バケットブリゲード素子（ＢＢＤ）などを用いた
半導体装置であってもよい。円筒体で示された画像読み
出し構成１８（image readout arrangement）は、イメ
ージャ１６に付属するもので、走査制御発生器２０およ
び、画像読み出し構成１８へのカプリング（coupling）
２２ａおよび２２ｂによって、電荷つまり電流を読み出
し、また、出力信号パス２４によって画像（およびこれ
に付随する暗信号）を表現する信号を発生するために設
けられている。

【００２７】当業者には、図１の走査発生器２０が動作
する場合、読み出し装置１８は、ｘ軸に平行な行に沿っ
てスクリーン１６を読み取り、各行を読み取るたびにス
クリーン１６の下部（もしくは上部）に近づくようにし
てスクリーン全体（もしくは、少なくともそのアクティ
ブな部分）を読みとることがわかるであろう。走査発生
器２０は連続的に動作し、スクリーンの他の部分におい
て光が蓄積される間に、感光性スクリーンの一部から信
号を読みとる。

【００２８】図１の読み出し装置１８によってスクリー
ンから生成された信号は、低雑音で増幅するために前置
増幅器２６に与えられ、そして前置増幅器２６の出力か
ら加算回路２８の非反転（＋）入力ポートに与えられ
る。シェーディング補正発生器３０は、パス３３によっ
て走査発生器２０に接続され、走査発生器２０は、現在
読み取られている画素の行および列に関する情報を受け
取り、後述のように、シェーディング（shading）補正
信号を生成する。

【００２９】前置増幅器２６によって生成された出力信
号は、オプションの（optional）累算器２７（点線で示
す）にも送られる。後述するように、累算器２７は所定
の補正関数の効率を測定する。累算器２７が使用される
とき、システムは、候補となる関数のグループの中から
使用される補正関数を自動的に選択する。画質の客観的
な測定をおこなうための、累算器２７などの装置がない
場合、関数の選択は、人間の操作者によっておこなわれ
る。

【００３０】図１のスクリーン１６から現在読み取られ
ている画素に関係するシェーディング補正信号は、現在
の画素を表す信号から補正信号を引き算するために、信
号パス３１を経て加算回路２８の反転（−）入力ポート
に与えられ、これにより、暗信号の補正をされた映像信
号が生成される。

【００３１】図１のカメラ構成１０によって生成され
た、補正された映像信号は、例えば各種幾何学的歪みの
補正、カラーバランス補正、およびアパーチャ補正等を
含む他の処理を施されるように調整される。カメラの出
力信号は、補正された映像信号および走査発生器２０か
らの同期信号（sync）を含み、それらは後の処理段階で
映像信号に結合され得る。

【００３２】図１はまた、光がレンズに入射して感光性
スクリーン１６に入るのを防ぐための、レンズ１２を覆
うレンズキャップ４０を示す。レンズキャップが適切に
レンズ１２上に配置されていれば、出力信号パス２４上
に生成された信号は全て暗信号にならざるを得ない。

【００３３】２次元スクリーン上のシェーディングを２
次元の図面で表すのは難かしい。しかし２次元の図は、
１次元におけるシェーディングの変動なら容易に表し得
る。図２（ａ）は、代表的なイメージャの第２００行目
から得られた補正されない暗信号を示す。図２（ｂ）
は、第２００列目から得られた補正されない暗信号をプ
ロットした図である。信号がはっきり見えるのを助ける
ために、３２の強度単位の一定のオフセット値が、図２
（ａ）および図２（ｂ）の実際の信号強度、ならびに図
４（ａ）、図４（ｂ）、図６（ａ）および図６（ｂ）の
実際の信号強度に加算されている。図２（ａ）および図
２（ｂ）から、２次元的暗信号関数は、複雑であり、ラ
ンプ（ramp）状や放物線状などの単純な波形による補正
では、扱えきれないことがわかる。

【００３４】図１に示されるように、補正されない信号
は、信号パス３２によってシェーディング補正信号発生
器３０に与えられる。図３は、一実施例によるシェーデ
ィング補正信号発生器３０を示す簡単なブロック図であ
る。図１に対応する構成要素は、図３でも同じ参照番号
で示される。図３では、行カウンタ３１０が、現在読み
取られている行の番号に関する情報を、信号パス３３を
介して、図１の走査発生器２０から受け取る。この情報
は、単に行の最初あるいは最後などの走査線上のある定
まった点において発生するパルスであり得る。行カウン
タ３１０は、簡単には、現在のカウントが現在の行を表
す累算器であればよい。同様に、列カウンタ３１２は、
走査に関する情報を受け取って、行に沿って各画素をカ
ウントする。通例の走査の構成では、列カウンタ３１２
は、行カウンタ３１０に比べて非常に早い速度でカウン
トを行う。このように、通常の構成では、列カウンタ３
１２は、スクリーンから読みとられた「画像」情報の第
１行の５００個以上の画素をカウントし、行の終わりの
パルスによってゼロにリセットされ、次いで、画像情報
の第２行について同様の数字をカウントし、そして全て
の行がカウントされるまで水平方向（Ｈ）について同様
のカウントを続ける。同様に、行カウンタは垂直方向
（Ｖ）にカウントを行い、必要に応じて、フィールドま
たはフレームの終わりでゼロにリセットされ得る。

【００３５】図３の行カウンタ３１０および列カウンタ
３１２が、ともに生成したカウントは、図３に示す補正
信号構成の残りの部分への入力である２つの変数信号を
なす。第３の入力は、直流（ＤＣ）電圧源である発生器
３１４からの一定値入力であり、これを用いる理由は以
下に述べる。重み付け入力信号ｗ₀、ｗ₁、ｗ₂、ｗ₃およ
びｗ₄もまた、重み付けデータバス３０９を介して受け
取られる。発生器３１４からのＤＣ信号は、第１の乗算
器３２１の入力ポートに与えられる。行カウントは、第
２の乗算器３２２の入力ポートと、他の乗算器３３１の
両方の入力ポートとに与えられる。カウンタ３１２から
の列カウントは、乗算器３２４の入力ポートと、他の乗
算器３３２の両方の入力ポートとに与えられる。乗算器
３３１は、その両方の入力ポートで行カウントを受け取
り、行カウントの２乗値に等しい、行２乗カウントを生
成するために、行カウントを行カウントに掛ける。この
行２乗カウント信号は、乗算器３３１から乗算器３２３
の入力ポートに与えられる。同様に、乗算器３３２は、
その両方の入力ポートで列カウントを受取り、列カウン
トの２乗値に等しい列２乗カウントを生成する。この列
２乗カウント信号は、乗算器３３１から乗算器３２５の
入力ポートに与えられる。

【００３６】また図３に示されるように、重み付け信号
（重み）ｗ₀は、重み付けデータバス３０９を介してプ
ロセッサ３０８から、また、単極双投（single-pole, d
ouble throw）スイッチ３４１（図示された切り替え位
置にある）を介して、乗算器３２１の他の入力ポートに
与えられる。また、重みｗ₁、ｗ₂、ｗ₃およびｗ₄は、バ
ス３０９並びにスイッチ３４２、３４３、３４４および
３４５を介して、それぞれ乗算器３２２、３２３、３２
４および３２５の他の入力ポートに与えられる。

【００３７】乗算器３２１、３２２、３２３、３２４お
よび３２５の各乗算器からの乗算された、つまり積出力
信号は、各々、対応する累算器（Ａ）３５１、３５２、
３５３、３５４および３５５に与えられ、累算された
（accumulated）信号は、データパス３５７を介して、
重み付け生成を助けるために制御プロセッサ３０８に与
えられる。乗算器３２１、３２２、３２３、３２４およ
び３２５の出力における積信号は、所望のシェーディン
グ補正信号を信号パス３１上に生成するために、加算回
路３６１、３６２、３６３および３６４を含む加算回路
のネットワーク３６０によって加算される。より具体的
には、乗算器３２１および３２２からの出力積信号が加
算回路３６１に与えられ、乗算器３２３および３２４か
らの出力積信号が加算回路３６２で加算される。加算回
路３６１および３６２からの加算信号は、加算回路３６
３に与えられ、その加算出力は、さらに他の加算回路３
６４に与えられ、この回路で乗算器３２５からの出力信
号に加算される。

【００３８】図３の構成はまた、非補正信号パス３２を
有する。このパスは、図１の前置増幅器２６からスイッ
チ３４１〜３４５（「〜」の記号は、「…から…まで」
という語に相当する）の第２の接点に非補正信号を運
ぶ。スイッチ３４１〜３４５の図示された位置では、非
補正信号は図３の構成では使用されない。

【００３９】図３に示される補正波形発生器３０を有す
る図１のカメラの通常の操作では、シェーディング補正
信号の定数成分は、乗算器３２１において、発生器３１
４からの直流に重みｗ₀の値をかけることで生成され
る。この定数値は、暗信号の定数成分を補償するため
に、後述の方法で決定される。この成分は、例えばそこ
に現れるオフセット値が、意図するオフセットよりもむ
しろイメージャによるものであった場合、図２（ａ）の
約３２の強度値に該当する。また、通常動作の間には、
垂直つまりｙ軸方向のランプ状の補償信号成分が、行カ
ウントに重みｗ₂を掛けることによって、乗算器３２２
において生成される。

【００４０】同様に、水平つまりｘ軸方向のランプ状の
補償信号成分が、列カウントに重みｗ₃を掛けることに
よって乗算器３２４において生成される。ｘ軸方向とｙ
軸方向における放物線補正波形は、乗算器３３１および
３３２でそれぞれ生成された行２乗信号および列２乗信
号に、重みｗ₃およびｗ₅を掛けることによって、乗算器
３２３および３２５において生成される。このように、
重みの大きさによって独立して調整可能な振幅で、定数
補正信号成分ならびに垂直および水平方向の、ランプお
よび放物線補正信号成分は、乗算器３２１〜３２５の出
力で生成される。これらの成分は加算構成３６０によっ
て加算され、パス３１を介して図１の加算回路２８の反
転入力ポートに与えられ、さらにこれらの成分を非補正
信号から減算することによって、補正信号が生成され
る。

【００４１】イメージャ１６の特定の暗電流関数を補償
する補正信号は、以下に開示されるように自動的に生成
されうる。

【００４２】補正信号は、最小２乗法（least-squares
procedure）によって評価される。最小２乗評価の一般
的な理論では、ｄ（ｘ）がｆ（ｘ）によってモデル化さ
れるべき関数であるとし、ｆ（ｘ）は以下の数１で定義
される。

【００４３】

【数１】

【００４４】ここでｘは、入力ベクトルを表し、ｗ₀,ｗ
₁,… ｗ_N-1は、ｆ（ｘ）がｄ（ｘ）のモデルになるよ
うにする重みを表す。

【００４５】最小２乗評価では、数２を満たすｗ_i（ベ
クトルｗ）の組を求める。

【００４６】

【数２】

【００４７】多次元関数の極限値（extreme value）つ
まり極値（extrema）は、関数の偏微分関数が０のとき
に得られ、下記の数３を満たす。

【００４８】

【数３】

【００４９】数１と数３とを組み合わせると、数４が得
られる。

【００５０】

【数４】

【００５１】そして、行列式数５が導かれる。

【００５２】

【数５】

【００５３】ここで、Ｎ１＝Ｎ−１である。行列表記を
用いると、数５は、数６に変形される。

【００５４】

【数６】

【００５５】興味があるのはｗのみであるので、Ｆの逆
行列を求めるだけでよい。その結果、重み付け係数ｗ
が、数７に示すように決定される。

【００５６】

【数７】

【００５７】暗信号の補正に上記の理論を適用するに
は、ｄ（ｘ）がモデル化されるべき暗信号になる。ここ
でベクトルｘは、数８によって与えられる。

【００５８】

【数８】

【００５９】この場合、補正信号、つまり信号ｄ（ｘ）
を補償するために画像に組み合わされる信号は、信号−
ｆ（ｘ）である。補正画像の重み付け関数であるｗを求
めるためには、Ｆ^-1およびｄを求めて、それらの積を計
算せねばならない。Ｆ^-1は、ｄ（ｘ）に独立であるが、
モデルのために選択された関数ｆ（ｘ）には依存するこ
とに留意されたい。このように、Ｆ^-1は、選択されたモ
デル化関数ｆ（ｘ）に基づいて「オフライン」で計算さ
れうる。ベクトルｄ、すなわちｄ（ｘ）ｆ_i（ｘ）のみ
が、「オンライン」で計算されねばならない。要約する
と、重みを計算するための手順は、以下のステップを有
する。

【００６０】（ａ）モデル化関数ｆ_i（ｘ）を選択（ｂ）数５および数６を用いてオフラインでＦ^-1を計算（ｃ）ｄ（ｘ）ｆ_i（ｘ）によって、ｄベクトルをオン
ラインで測定（ｄ）数７を用いて重みを計算スイッチ３４１〜３４５をそのもう一方の端子位置に投
入し（つまり、非補正信号を送る位置にし）、レンズに
キャップをかぶせることにより、図１および図３の構成
において重みが確定される。次に、非補正暗信号が、重
みｗ₀〜ｗ₄の代わりに乗算器３２１〜３２５の各々に与
えられる。これは暗信号に、画像中の画素の位置に基づ
いた、定数、ランプまたは放物線入力を掛けるという効
果をもたらす。

【００６１】例えば、発生器３１４からの一定のＤＣ入
力は、乗算器３２１において各画素における暗信号に乗
算され、この各画素に対する積は、累算器３５１に与え
られる。累算器３５１は、フィールドまたはフレーム全
体、もしくは複数のフレームにわたり、乗算器３２１か
らの積信号を累算（accumulate）する。その結果得られ
た累算（accumulation）は、ＤＣ発生器３１４からの一
定値によって変更された、暗信号の定数成分を表したも
のである。同様に、乗算器３２２および３２４は、それ
ぞれ、暗信号を垂直および水平方向のランプ関数（ram
p）で乗算し、累算器３５２および３５４は、フィール
ドまたは選択された一定数のフレームの全ての画素に対
する、各積信号を累算する。

【００６２】図３の乗算器３２３および３２５はそれぞ
れ暗信号を、垂直および水平方向の放物線信号で乗算
し、累算器３５３および３５５は、それぞれ、ｄ（ｘ）
ｆ_i（ｘ）に対応する、得られた積信号を累算する。累
算された信号はバス３５７のデータパスによって、累算
器３５１〜３５５からプロセッサ３０８に読みとられ
る。プロセッサ３０８は、上述の説明に即して数７を用
いて、累算された信号から重みｗ₀〜ｗ₄の計算を行う。
その後、レンズキャップが外され、これらの重みを乗算
器３２１〜３２５に与えるために、スイッチ３４１〜３
４５が図示された位置に投入され、通常の操作が行われ
得る。

【００６３】図４（ａ）は、図２（ａ）および図２
（ｂ）のプロットをつくったイメージャの暗信号イメー
ジを、上述の装置を用いて、数９で与えられる補正関数
ｆ（ｈ，ｖ）で補正した第２００行のプロットを示す。

【００６４】

【数９】

【００６５】図４（ｂ）は、列の補正と同じ関数ｆ
（ｈ，ｖ）で補正された、第２００列の対応するプロッ
トを示す。図４（ａ）および図４（ｂ）のプロットと、
図２（ａ）および図２（ｂ）の非補正プロットとをそれ
ぞれ比較すると、補正はなされたがその補正が不完全で
あることが分かる。つまり、選択された補正関数ｆが、
さらに追加された、または別の項を有利に含み得ること
が示唆されている。

【００６６】図５は、下記の数１０で与えられる関数ｆ
（ｈ，ｖ）を実現する、本発明の補正信号発生器の一部
を示す簡単なブロック図である。

【００６７】

【数１０】

【００６８】この関数は、図３の補正信号発生器によっ
て生成された関数とは異なる。図５の構成要素の中で図
３の構成要素に該当するものは、同じ参照番号で示され
ている。図５では、ＤＣ発生器３１４からの定数値信号
は、重みｗ₁で乗算されるために乗算器３２１に与えら
れる。行カウンタ３１０からの行信号は、重みｗ₂で乗
算されるために乗算器３２２に与えられる。行信号は、
２乗されるために乗算器３３１の両方の入力ポートに与
えられる。列カウンタ３１２からの列信号は、図３の構
成と同様に、重みｗ₃で乗算されるために乗算器３２４
に与えられる。図３の構成とは異なり、図５の行カウン
タ３１０からの行信号は、ランダムアクセスルックアッ
プテーブル（ＬＵＴ）として設計されたメモリ構成５３
２に与えられる。このルックアップテーブルは、数１０
の成分ｅ^-10vを実現する値で予めプログラムされてい
る。ＬＵＴ５３２は、予めプログラムされた読み出し専
用メモリ（ＲＯＭ）であるが、望ましくは、不揮発性の
再プログラミング可能なランダムアクセスメモリ（ＲＡ
Ｍ）である。乗算器５３１からのｖ²成分は、重みｗ₂で
乗算されるために乗算器３２３に与えられ、ＬＵＴ５３
２からのｅ^-10v成分は、重みｗ₄で乗算されるために乗
算器３２４に与えられる。

【００６９】図６（ａ）および図６（ｂ）は、数１０で
与えられる補正関数ｆ（ｈ，ｖ）によって補正された暗
信号の第２００行および第２００列のプロットを示す。

【００７０】図示されるように、この補正は図４（ａ）
および図４（ｂ）に比べて改良されている。

【００７１】図７は、図３および図５の構成による関数
と同じ関数、および他の関数を生成可能な、本発明の補
正信号発生器の一部を示す簡単なブロック図である。図
７の構成成分の中で、図３の構成要素に該当するもの
は、同じ参照番号で示されている。図７では、行カウン
タ３１０および列カウンタ３１２からの行および列信号
は、ＬＵＴ７３１、７３２、７３３、７３４および７３
４_LASTの各々に入力アドレスとして与えられる。各ＬＵ
Ｔは、ＬＵＴ５３２に関して後述するように、行および
列のカウントを特定の関数に関連づける情報で予めプロ
グラミングされる。その結果得られる、カウントについ
ての関数は、ＬＵＴ７３１〜７３４_LASTから、対応する
乗算器３２２〜３２５_LASTに与えられる。ＬＵＴメモリ
７３１〜７３４_LASTは、フルのフレームメモリである必
要はなく、下位ビットが記録されず、それによって、信
号を表す量子化（ビット数）に比較して振幅の量子化が
粗くなるような限られた深さしか有していなくてもよい
し、かつ／あるいは、上位ビットに同様に限られたアド
レスしかなく、その結果、互いに隣接する２、４、８…
Ｎ個の「ブロック」を同じように扱ってもよい。このよ
うに、メモリＬＵＴ７３１〜７３４_LASTは、必要であれ
ば比較的小さくできる。もちろんＬＵＴ７３１〜７３４
_LASTのメモリは、同じメモリ構造の中の異なる部分また
は異なるページであってもよい。

【００７２】暗電流補償のセットアップ中、図４の構成
を有するコントローラー、つまりプロセッサ３０８は、
不揮発性メモリに予め記憶された、数９および数１０の
関数のようないくつかの予め選択された関数をそれぞれ
順に選択してもよい。このセットアップのプロセスは、
（ａ）重みを０に設定するステップ、（ｂ）１つのフィ
ールドまたはフレームを走査し、累算器出力を読みとる
ステップ、（ｃ）最初の選択関数をＬＵＴにロードする
ステップ、（ｄ）最初の選択関数について、累算器出力
を用いて重みを決定し、記憶するステップ、（ｅ）その
決定に応じて重みを設定するステップ、（ｆ）イメージ
ャ１６から暗画像を読み取るステップ、および（ｇ）暗
画像が読み取られた後で、オプションの累算器２７に保
持された値を読み取って記憶するステップ、という連続
したステップを含む。（ａ）から（ｇ）までのステップ
は、第２、第３の関数から最後の関数までの、記憶され
た関数の各々について繰り返される。記憶された関数が
全て処理されると、それらの関数（およびそれらの対応
する重み）は、累算器２７から最も小さい値になるよう
に選択され、使われる。

【００７３】本発明の構成によれば、従来技術のような
大きなメモリを必要とすることなく、経時変化や他の要
因による暗電流の変動に適応できる自動暗信号補正が実
現される。

【００７４】本発明の他の実施例は当業者には自明であ
ろう。例えば、図１のシェーディング補正加算器２８
は、必要ならば、前置増幅器２６の後ではなく前に配置
されてもよい。

【００７５】

【発明の効果】本発明によれば、カメラは、暗電流つま
りブラックシェーディングを近似する関数により近似信
号を生成し、通常の撮像動作中にカメラによって発生さ
れた画像信号から、その近似信号を引き算する。このこ
とにより、少なくとも次の効果が得られる。

【００７６】（１）小さいメモリ容量で、シェーディン
グ補正をおこなうことができる。

【００７７】（２）撮像素子を使用するときに、ユーザ
が容易にシェーディング補正をおこなうことができる。

【００７８】また、ある実施例によれば、近似関数生成
のための関数を実現するためにルックアップテーブルを
用いる。このことにより、シェーディング補正に必要な
時間を短縮できる。

【００７９】本発明の他の実施例によれば、近似信号を
生成するための関数として、例えば、位置信号の変化に
直線的に変化するランプ関数、「位置信号」の累乗の関
数、定数の「位置信号」乗の関数を組み合わせて用い
る。このことにより、精度の高い補正が可能となる。ま
た関数の独立変数として、画素の行カウントおよび列カ
ウントを用いることにより、２次元上でのシェーディン
グ補正が可能となる。また累乗の関数として、２乗関数
を選択した場合、乗算器の２つの入力端子に同一の信号
を入力することにより、簡単な構成で２乗関数を実現で
きる。関数として、定数の「位置信号」乗の関数を用い
れば、さらに精度の高いシェーディング補正が可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるカメラの簡単なブロック図であ
る。

【図２】（ａ）は、イメージャの水平方向の暗信号をプ
ロットした図である。（ｂ）は、イメージャの垂直方向
の暗信号をプロットした図である。

【図３】図１の構成で使用され得る補正信号発生器の簡
単なブロック図である。

【図４】（ａ）は、本発明の構成により第１の関数で補
正された、図２（ａ）に対応する暗信号をプロットした
図である。（ｂ）は、本発明の構成により第１の関数で
補正された、図２（ｂ）に対応する暗信号をプロットし
た図である。

【図５】図３の構成の代わりに、図１の構成で使用され
得る、他の補正信号発生器を示す簡単なブロック図であ
る。

【図６】（ａ）は、本発明の構成により第２の関数で補
正された、図２（ａ）に対応する暗信号をプロットした
図である。（ｂ）は、本発明の構成により第２の関数で
補正された、図２（ｂ）に対応する暗信号をプロットし
た図である。

【図７】図３の構成の代わりに、図１の構成で使用され
得る、さらに他の補正信号発生器を示す簡単なブロック
図である。

【符号の説明】

１２レンズ１４画像１６イメージャ１８画像読み出し構成２０走査制御発生器２６前置増幅器２８加算回路３０シェーディング補正信号発生器４０レンズキャップ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】走査時に、画像を構成する画素（ピクセ
ル）のマトリクスを表す画像信号を生成するイメージャ
であって、該画像信号に所望されないブラック信号を加
えて該画像のシェーディングを生成するイメージャと、垂直および水平制御信号に応答して該線走査イメージャ
を走査し、該画像内の複数の画素位置のそれぞれにアク
セスする、該イメージャに結合された走査手段と、現在走査されている画素の位置を表す位置信号を生成す
る、該走査手段に結合された位置決定手段と、第１算術関数によって該位置信号を演算し、それによっ
て第１補正信号成分を生成する、該位置決定手段に結合
された第１演算手段と、第２算術関数によって該位置信号を演算し、それによっ
て第２補正信号成分を生成する、該位置決定手段に結合
された第２演算手段と、該第１および第２補正信号成分と、該画像信号とを組み
合わせ、該ブラック信号を該画像信号の他の成分に対し
て減少させる、該イメージャならびに該第１および第２
演算手段に結合された加算手段と、を有するビデオカメ
ラ。
【請求項２】前記第１および第２演算手段の少なくと
も１つが、前記第１および第２算術関数をそれぞれ実現
するようにプログラムされたルックアップテーブルを有
する、請求項１に記載のビデオカメラ。
【請求項３】走査時に、画像を構成する画素（ピクセ
ル）のマトリクスを表す画像信号を生成するイメージャ
であって、該画像信号に所望されないブラック信号を加
えて該画像のシェーディングを生成するイメージャと、垂直および水平制御信号にそれぞれ応答して該線走査イ
メージャを垂直方向および水平方向に走査し、それぞれ
の方向について該画像内の各画素位置を表す信号値を生
成する、該イメージャに結合された走査手段と、第１重み付け信号に応答する振幅を有する定数暗信号補
正成分を生成する、定数暗信号補正成分信号生成手段
と、該イメージャの該垂直走査に応答して単調に変化し、第
２重み付け信号に応答する振幅を有する暗信号補正成分
を生成する、垂直単調暗信号補正成分生成手段と、該イメージャの該水平走査に応答して単調に変化し、第
４重み付け信号に応答する振幅を有する暗信号補正成分
を生成する、水平単調暗信号補正成分生成手段と、該イメージャの該垂直走査に応答して単調に変化し、第
３重み付け信号に応答する振幅を有する累乗暗信号補正
成分を生成する、垂直累乗暗信号補正成分生成手段と、該イメージャの該水平走査に応答して単調に変化し、第
５重み付け信号に応答する振幅を有する累乗暗信号補正
成分を生成する、水平累乗暗信号補正成分生成手段と、該定数暗信号補正成分信号、該垂直単調暗信号補正成
分、該水平単調暗信号補正成分、該垂直累乗暗信号補正
成分、および該水平累乗暗信号補正成分を該画像信号か
ら減算する加算手段であって、該イメージャ、該定数暗
信号補正成分信号生成手段、該垂直単調暗信号補正成分
生成手段、該水平単調暗信号補正成分生成手段、該垂直
累乗暗信号補正成分生成手段、および該水平累乗暗信号
補正成分生成手段に結合された加算手段と、を有するビ
デオカメラ。
【請求項４】前記垂直単調暗信号補正成分生成手段
が、前記走査手段による前記画素位置の前記垂直走査に
応答して増加する垂直ランプ信号を生成する、該走査手
段に結合された行計数手段を有し、前記水平単調暗信号補正成分生成手段が、該走査手段に
よる該画素位置の前記水平走査に応答して増加する水平
ランプ信号を生成する、該走査手段に結合された列計数
手段を有する、請求項３に記載のビデオカメラ。
【請求項５】前記垂直累乗暗信号補正成分生成手段
が、前記垂直ランプ信号をそれ自身によって乗算し、前
記イメージャ上で現在走査されている画素の垂直位置に
依存した垂直累乗信号を生成する、前記行計数手段に結
合された垂直乗算手段を有する、請求項４に記載のビデ
オカメラ。
【請求項６】前記水平累乗暗信号補正成分生成手段
が、前記水平ランプ信号をそれ自身によって乗算し、前
記イメージャ上で現在走査されている画素の水平位置に
依存した水平累乗信号を生成する、前記列計数手段に結
合された水平乗算手段を有する、請求項４に記載のビデ
オカメラ。
【請求項７】前記垂直累乗暗信号補正成分生成手段
が、前記垂直ランプ信号によってアドレスされ、前記イ
メージャ上で現在走査されている画素の垂直位置に依存
した垂直累乗信号を生成する、前記行係数手段に結合さ
れた第１の予めプログラムされたルックアップテーブル
を有する、請求項４に記載のビデオカメラ。
【請求項８】暗信号の影響を受けるイメージャを用い
て画像を撮像し、暗信号が混合された画像表示信号を生
成する工程と、該イメージャを行および列毎に線走査方式で走査し、そ
れによって該画像表示信号が該画像内のそれぞれの位置
を占有する連続した画素（ピクセル）を表す工程と、現在走査されている画素の行および列位置を表す画素位
置信号を生成する工程と、算術処理によって該行および列画素位置信号の１つを処
理し、補正信号の重み付けされていない第１成分を生成
する工程と、算術処理によって該行および列画素位置信号の他の１つ
を処理し、該補正信号の重み付けされていない第２成分
を生成する工程と、該補正信号の該第１および第２の重み付けされていない
成分を重み付けし、該補正信号の該第１および第２成分
を生成する工程と、該画像表示信号と、該補正信号の該第１および第２成分
とを、該暗信号を補正するように組み合わせる工程と、
を包含する画像表示信号を生成する方法。
【請求項９】算術処理工程の少なくとも１つが、入力
値を定数乗する工程を包含する、請求項８に記載の方
法。
【請求項１０】入力値を定数乗する前記工程が、２乗
する工程を包含する、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】前記算術処理工程の少なくとも１つ
が、定数を、前記位置信号の１つに依存して累乗する工
程を包含する、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】画素位置のマトリクスの列に沿って水
平に走査され、画素位置のマトリクスの行に沿って垂直
に走査され、該画素位置のそれぞれにおいて画像内容を
表す出力画像信号を生成するイメージャを有し、該画像
信号が、所望されないブラック信号歪みの影響を受け該
画像にシェーディングを発生するビデオカメラの使用に
適した装置であって、該垂直走査中に走査される該画素位置に応答して、該垂
直画素位置の第１所定関数に従って変化し、該ブラック
信号歪みのそれぞれの垂直成分を近似する垂直補正信号
を生成する手段と、該水平走査中に走査される該画素位置に応答して、該水
平画素位置の第２所定関数に従って変化し、該ブラック
信号歪みのそれぞれの水平成分を近似する水平補正信号
を生成する手段と、該水平および垂直走査中に走査される画素位置に応答し
て、該水平および垂直画素位置の第３所定関数に従って
変化し、該ブラック信号歪みの成分を近似する組み合わ
せ補正信号を生成する手段と、該垂直、水平および組み合わせ補正信号と、該画像信号
とを組み合わせ、該画像信号の該暗信号歪みを低下させ
る手段と、を有する装置。