JPH07504303A - 微小画像信号の動的補正方法と装置 - Google Patents

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】 微小画像信号の動的補正方法と装置 旧胚！ 本発明は、被写体の画像を表す信号を供給する装置に関わる。より具体的には、 画像の照度あるいはカメラによる画像検出における変動に対して画像信号を動的 に補正する方法とｉｇとに関わる。

１町例童１ 画像信号を供給するシステムは、一般的に、被写体に合焦するように位置づけら れて被写体の画像を表す画像信号を供給するように構成されたカメラを備えてい る。Ｗ通、これらのシステムには、電気信号を供給するための個別の電荷結合素 子（ＣＣＤ）（画素という）からなるアレイを有するカメラを備えている。電気 信号の大きさは各画素に入射する光の強度を指示する。複数の信号を正しいタイ ミングでカメラから得ることにより、複数の信号は、カメラが合焦された被写体 の画像を表すのに使用され得る。

しかし、カメラで撮像される複数の個別の画素の固定パターン変動が、様々な要 因によって誘発される。本明細書で照度変動と呼ぶ要因は、光学素子の欠陥、埃 の集積、および位置決め誤差によって生じる照度の非均−さが原因である。ＣＣ Ｄ変動と呼ばれる要因は、ＣＯＤの性能上の二種類の欠陥に起因する。性能上の 欠陥は、各画素に対する光に感応する活性領埴における寸法公差変動が原因であ る。これらの寸法上の欠陥は、所定のセンサにおける画素間の感度の変動の原因 となる。この感度変動は、照度変動と数学的に同じ値を示す。照度変動は、その 原因が照度の非均−さてあろうとＣＣＤの寸法上の変動であろうと、＃Ｉ得補正 によって補正される。

固定パターン変動に寄与する他の要因は、ＣＯＤの性能によっても引き起こされ る。この要因をオフセット変動と呼ぶ、その原因は、ＣＣＤ内の暗電流信号すは わちＣＣＤに光が入射しないときにＣＣＤに存在する電流信号である。オフセッ ト変動は、画素に光が入射しないときの画素からの信号の大きさとして決定され る。照度変動とオフセット変動とは、各画素からの信号において二種類の誤差と して現出する。

このように、カメラからの画像信号を、照度の非均−さとＣＣＤの寸法上の変動 とに起因する明度変動に対して補正する方法と装置とを提供することがめられて いる。また、カメラからの画像信号をＣＣＤの暗電流に起因するオフセット変動 に対して補正する方法と装置とを提供することがめられている。

更に５画素素子アレイからの、被写体の画像を最も正確に表す複数の信号を得る ためには、各画素において上記のオフセット変動および照度変動を補正すること が必要である０画像化号を収集する従来のシステムは大抵、複数の信号を補正す るためのデータ処理方法を提供しようとするものであった。しかしながら、これ らの方法は、カメラから信号を得る速度と同じ速度では実行され得ないので、画 像信号を得るのに必要な時間に顕著な遅延をもたらすことになる。しかも、これ らの方法は正確さに欠ける。従って、ＣＣＤカメラからの複数の信号を補正する 方法と装置がめられる。この方法と装置によれば、カメラから複数の信号を収集 している間に高速に補正を実行でき、アナログ−デジタル変換の前に補正を実行 して、量子化ステップの数を最大にして信号レベルを測定することができる。

λ肌二監１ 本発明は、カメラによって供給される画像信号を実時間で補正する回路を備えて いる０画像化号は被写体の画像を表す。カメラは、複数の画素信号を供給する複 数の電荷結合素子を備えている。複数の画素信号は結合して画像信号となる。

本発明の回路は、複数の補正係数を格納するメモリを備えている。複数の補正係 数の各々は、複数の電荷結合素子のそれぞれ一つに対応づけられる０回路は、ま た、複数の補正係数の各々を対応する複数の画素信号のそれぞれ一つと組み合わ せる信号処理手段を備えている。本発明の第一の好適な実施例によれば、補正係 数は個々の電荷結合素子の未変調入射光と利得とに関連づけられている。また。

信号処理回路は、補正係数に複数の画素信号を乗算するように構成された回路で ある０本発明の第二の好適な実施例によれば、補正係数は、複数の電荷結合素子 のオフセットに対応するオフセット補正係数である。また、信号処理回路は、複 数のオフセット補正係数を複数の画素信号に加算する加算回路である。

本発明の更に別の実施例によれば、装置は、被写体を照明するための光を供給し 且つ光の強度を示す光信号を供給する先組立体を備えている。信号処理回路は、 更に、光信号に応じて基準係数とオフセット係数とを変更し、もって、画像信号 は光の強度の変動に対して補正される。

【証曵囚里女星朋 図１は、本発明に従って構成されたカメラシステムの説明図である。

図２は、図１に示すデータプロセッサの詳細説明図である。

ｌ更グ昆組ｌ盈朋 本発明は、カメラからの画像信号を、利得、照度およびオフセットの固定パター ン変動に対して動的に補正する方法と装置とを提供する。カメラシステム１００ を図１に示す、カメラシステム１００は、被写体の画像を表す画像信号を供給す るＣＣＤカメラ１０２を備えている。カメラシステム１００は１例えば、医用検 体の収集および分析用のカメラシステムである。しかし、様々な透過性の被写体 から画像信号を得るように構成されたカメラシステム１００に対して本発明が適 用され得るということを、当業者は理解するであろう。

スライド１０４が運動コントローラ１０６に装着されている。運動コントローラ １．０６は、データプロセッサ１０８に走査信号を供給して、スライド１０４が 収集対象の画像方向に移動しつつあることを示す、運動コントローラ１０６は。

当業者には容易に調達可能な適切な装置で構成されている。

照明系１１２は、ストロボ光源１１４と光検出センサ１１６とビームスブリツタ １１８とを備えている。照明系１１２は、更に、収光・投影光学素子１１３とレ ンズ・開口１１５と集光レンズ・開口１１７とを備えている０次にこれらの素子 について詳細に考察する。ストロボ光源１１４は、データプロセッサ１０８から 受信した閃光信号に応答して閃光を供給する。ストロボ光源１１４は、また、強 度信号に応答し、供給された閃光の強度を変化させる。データプロセッサ１０８ は、走査信号に応答し、カメラ１０２とストロボ光源１１４とを同期させて画像 を収集する０本明細書に記載の本発明に係わるストロボ光源１１４については。

市販の種々のストロボ光源の中がら適宜のものを選択することは当業者には容易 である。更に、本発明に関する上記の説明においては閃光を供給するための手段 としてストロボ光源１１４に言及したが、本発明の範囲と精神とから逸脱するこ となく、連続光を供給するように構成された他の装置を代用することも当業者に は明らかであろう。

光検出センサ１１６は、ビームスプリッタ１１８を介してストロボ光源１１４か ら閃光の一部を受光するように構成されている。ビームスプリッタ１１８は、光 ビームを分割するための市販の装置で構成され得る。光検出センサ１１６は。

ストロボ光源１１４によって供給される光の強度を示す光信号を供給するように 構成されている。光信号は、データプロセッサ１０８に供給され、後に一層詳細 に説明するが、カメラ１０２から受信した画像信号を補正するために使用される 。

収光・投影光学素子１．１３とレンズ・開口１１５と集光レンズ・開口１１７と は、各々、ストロボ光源１１４から光検出センサ１１６とスライド１０４とへ閃 光を光学的に伝達するために設けられている。閃光を光学的に伝達するための適 当な標準的な素子については、市販のものから調達可能であり、選択も当業者に は容易である。更に、ストロボ光源１１４から光検出センサ１１６とスライド１ ０４とへ閃光を光学的に伝達するための装置については、本発明の範囲と精神と から逸脱することなく上記以外の装置を設けることも当業者には明がであろう。

カメラ１０２は、複数の信号を出力する複数の電荷結合素子を備えているビデオ カメラで構成されている。この場合、データプロセッサ１０８への画像信号を生 成すべく、複数の信号は結合される。当技術分野で周知のように、複数個の電荷 結合素子（画素素子ともいう）は、各々が入射光の強度を示す信号を供給する。

しかし、複数の画素素子は互いに独立した別個のものであるため、一つ一つの利 得特性とオフセット特性とは僅かに異なる。このため、生成された画像信号はや や不正確となる。更に、ＣＣＤ画素に入射する米麦ｌｌ照明光は、光量が非均− なため生成された画素信号の正確さを更に低下させる。このため、データプロセ ッサ１０８は、カメラ１０２の画素素子から受信した複数の信号を１画素素子間 のオフセット、利得、および照度の非均一性における変動に対して補正する回路 を備えている。

適切な補正回路２００を図２に示す１回路２００は、カメラ１０２がらのＷ像信 号を受信し増幅する増幅器２０２を備えている。増幅器２０２は、画像信号を。

利得と照度とにおける画素間の変動に対して補正する利得補正回路２０４に結合 されている。利得補正回路２０４は、乗算回路２０８に接続され、制御回路２１ Ｏからのタイミング信号と制御信号とに応答してｊ！ｉ像信号に予め設定された 複数の利得係数を乗算するための利得部２０６を備えている。利得部２０６は、 乗算回路２０８にアナログ補正信号を供給するだめのデジタル−アナログ変換器 に接続されたメモリ装置を備えている。メモリは、予め設定された補正係数を格 納するためのものである。デジタル−アナログ変換器は、ステップの分解能がア ナログ−デジタル変換器２２２のそれより少なくなるように構成されている。こ れは。

アナログ−デジタル変換器のステップ幅内に補正が納まることを可能にし、アナ ログ−デジタル変換器２２２のダイナミックレンジを犠牲にすることなく正確な 補正をもたらす。

以上考察したように５画像信号は、カメラ１０２内の個別の電荷結合素子すなわ ち画素素子から成るアレイからの複数の信号を含んでいる。上述の通り、複数の 電荷結合素子の利得と入射照度とは僅かに変動する。このため、複数の利得補正 係数が利得部２０６のメモリに格納されている。各利得補正係数はカメラ１０２ のそれぞれの電荷結合素子に対応づけられている。制御回路２１０は、タイミン グ信号と制御信号とを利得部２０６に供給して、乗算器２０８内の画像信号の対 応部分を各利得係数に乗算させる。これによって１画像信号の各部分において対 応する電荷結合素子の性能の変動あるいは入射照度の変動を補正することで、利 得変動あるいは照度の非均−さによる望ましくない影響を、生成された画像信号 から実質的に除去することができる。

同様に、オフセット補正回路２１２は、複数のオフセット補正係数を格納するた めのオフセットメモリとデジタル−アナログ変換器とを備えたオフセット部２１ ４を備えている０品補正係数は、カメラ１０２の複数の電荷結合素子のそれぞれ 一つに対応づけられている。オフセット補正回路２１２は、利得補正回路２゜４ からの画像信号をオフセット部２１４内のメモリに格納された複数のオフセット 補正係数に加算するための加算回路２１６を備えている。オフセット部２１４は 、制御回路２１０からのタイミング信号と制御信号とに応答してそれぞれの電荷 結合素子に対応する画像信号の部分に加算されるオフセット補正係数を供給する 。

このように、上記の回路は、各電荷結合素子から受信した信号がカメラ１０２か ら出力される度にその信号の利得とオフセットとを補正するための装置を提供す る。利得部２０６内の利得メモリに格納された利得補正係数とオフセット部２１ ４内のオフセットメモリに格納されたオフセット補正係数とが様々な方法で決定 され得ることは、当業者には明らかであろう１本発明の好適な実施例においては 、校正スライド１０４ｆ図１）が設けられており、もって、利得補正係数とオフ セット補正係数とが決定されて利得部２０６内の利得メモリとオフセット部２１ ４内のオフセットメモリとにそれぞれ格納されている。しかし、オフセット補正 係数と利得補正係数とを決定するための他の多数の方法と装置とが供給され得る ということを、当業者は理解するであろう。

更に、利得補正とオフセット補正とが、アナログ−デジタル変換器２２２による 変換の前にアナログ信号に対して実行されるので、アナログ−デジタル変換器２ ２２のダイナミックレンジを犠牲にすることはないことも当業者には明白であろ う。例えば、補正を変換の後に実施した場合、アナログ−デジタル変換器２２２ のダイナミックレンジの一部が、ピーク信号レベルより低い信号レベルに対して 未使用のままになる。そして、変換器のダイナミックレンジの当該未使用部分は 必然的に画像信号から除かれる。

更に、本発明は、ストロボ光源１１４からの光の強度の変動に応じてオフセット を変化させる装置を提供する。光検出センサ１１６は、積分器２１８に光信号を 供給して光検出センサ１１６が検出した総エネルギーを決定する。積分器２１８ は、サンプルホールド回路２２０によってサンプリングされる。サンプルホール ド回路の出力は、ストロボ光源１１４によって供給されたエネルギーすなわちス ライド１０４に供給されたエネルギーを示す。オフセット部２１４は、サンプル ホールド回路２２０によって供給された信号に応答して各オフセット補正係数を 変化させる。この目的のために、オフセット部２１４内のデジタル−アナログ変 換器の基準入力端子が、サンプルホールド回路２２０からの信号を受信するよう に結合されている。これによって、ストロボ光源１１４によって供給される光の 強度の変動に応じて、本来のデジタル量のアナログ信号への変換を決定するため の基準値が変化する。すなわち、オフセットの変動量はストロボの強度の関数と して把握できるので、アナログ−デジタル回路２２２のダイナミックレンジを犠 牲にすることなく任意の範囲をカバーするようにオフセット量を設定できる。

同様に、アナログ−デジタル回路２２２は、サンプルホールド回路２２０から光 信号を受信するように結合された基準入力端子を備えている。アナログ−デジタ ル回路２２２は、オフセット補正回路２１２から受信したアナログ画像信号を複 数のデジタル信号に変換するように構成されている。複数のデジタル信号はスラ イド１０４の画像を表す。アナログ−デジタル回路２２２の基準入力端子はすン ブルホールド回路２２０から光信号を受信するので、アナログ−デジタル変換１ ｉ２２２のダイナミックレンジは、ストロボ光源１１４によって供給される光の 強度に比例して変調される。このため、ストロボ光源によって供給される光の強 度の変動が画像信号に影響を与えることはなく、画像信号は、ストロボ光源１１ ４によって供給される光の強度に係わりなく、検体の透過率の直接測度である。

本発明の好適な実施例を数例のみ詳細に説明してきたが、本発明の然るべき範囲 と精神とから逸脱することなく本発明を多様に修正し変更することは当業者には 明らかであろう、従って、本発明は添付の請求項に限定される以外何等の制限も 受けない。

フロントページの続き （８１）指定国　ＥＰ（ＡＴ、ＢＥ、ＣＨ，ＤＥ。

ＤＫ、ＥＳ、ＦＲ，ＧＢ、ＧＲ，ＩＥ、ＩＴ、ＬＵ、ＭＣ，ＮＬ、ＰＴ、ＳＥ） 、０Ａ（ＢＦ、ＢＪ、ＣＦ、ＣＧ、　ＣＩ、　ＣＭ、　ＧＡ、　ＧＮ、　ＭＬ、 　ＭＲ，ＳＮ、　ＴＤ。

ＴＧ）、　ＡＵ、　ＢＢ、　ＢＧ、　ＢＲ，ＣＡ、　ＣＺ、　ＦＩ。

ＨＵ、ＪＰ、ＫＰ、ＫＲ，ＬＫ、ＭＧ、ＭＮ、ＭＷ、ＮＯ，ＮＺ、ＰＬ、ＲＯ， ＲＵ、ＳＤ、ＳＫ、ＵＡ（７２）発明者　シュミット、ロバート　シー。

アメリカ合衆国、　９８０５２　ワシントン、レッドモンド、ワンハンドレッド シックスティファースト　ブレイス　ノースイースト

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. １．カメラ（１０２）によって供給される画像信号であって、被写体の測定され た透過率を表すものを補正する装置であって、被写体を照明するための光を供給 し且つ前記光の強度を示す光信号を供給する光源手段（１１２）と、 前記光信号に応答するデータ処理手段（１０８）であって、前記画像信号が前記 光の強度の変動に対して補正されるように前記画像信号を補正するものと、を具 備する装置。
2. ２．前記データ処理手段１０８が、画像信号を受信するためのアナログ入力端子 と前記光信号を受信するための基準入力端子とを有するアナログーデジタル変換 器（２２２）を備えており、前記アナログ−デジタル変換器（２２２）の出力端 子は補正画像信号を供給する請求の範囲第１項に記載の装置。
3. ３．カメラ（１０２）が、複数のそれぞれの画素信号を供給する複数の電荷結合 素子を備えており、複数の画素信号は結合して画像信号を供給し、前記データ処 理手段（２１２）が、 複数のオフセット係数を格納するオフセット補正手段（２１２）であって、各オ フセット係数は前記複数の電荷結合素子（１０２）のそれぞれ一つに対応づけら れており、前記オフセット補正手段（２１２）は、更に、前記複数のオフセット 係数を複数の画素信号のそれぞれ一つとを組み合わせることによって、複数の電 荷結合素子（１０２）間のオフセットにおける変動に対して画像信号を補正する ように構成されているもの、 を備えている請求の範囲第１項に記載の装置。
4. ４．前記オフセット補正手段（２１２）が、更に、前記光信号に応答して前記複 数のオフセット補正係数の値を変化させる手段を備えている請求の範囲第３項に 記載の装置。
5. ５．前記オフセット補正手段（２１２）が、更に、前記複数のオフセット補正係 数を格納するメモリ手段と、複数のオフセット補正係数を受信するためのデジタ ル入力端子と前記光信号を受信するための基準入力端子とを有するデジタルーア ナログ変換器（２２２）であって、前記デジタルーアナログ変換器（２２２）の 出力端子は光信号に応答して変化させられた複数のオフセット係数を供給する、 ものと、を備えている請求の範囲第３項に記載の装置。
6. ６．カメラ（１０２）が、複数のそれぞれの画素信号を供給する複数の電荷結合 素子（１０２）を備えており、複数の画素信号は結合して画像信号を供給し、前 記データ処理手段（１０８）が、 複数の利得係数を格納する利得補正手段（２０４）であって、各利得係数は前記 複数の電荷結合素子（１０２）のそれぞれ一つに対応づけられており、前記利得 補正手段（２０４、２０８）は、更に、前記複数の利得係数に複数の画素信号を のそれぞれ一つを乗算することにより、複数の電荷結合素子の感度と入射照度と における変動に対して画像信号を補正するように構成されているもの、を備えて いる請求の範囲第１項に記載の装置。
7. ７．複数のオフセット係数を格納するオフセット補正手段（２１２）であって、 各オフセット係数は前記複数の電荷結合素子（１０２）のそれぞれ一つに対応づ けられており、前記オフセット補正手段（２１２）は、更に、前記複数のオフセ ット係数を複数の画素信号のそれぞれ一つに加算することにより、複数の電荷結 合素子（１０２）間のオフセットにおける変動に対して画像信号を補正するよう に構成されているもの、 を更に備えている請求の範囲第６項に記載の装置。
8. ８．前記オフセット補正手段（２１２）が、更に、前記光信号に応答して前記複 数のオフセット補正係数の値を変化させる手段を備えている請求の範囲第７項に 記載の装置。
9. ９．前記オフセット補正手段（２１２）が、更に、前記複数のオフセット補正係 数を格納するメモリ手段（２１４）と、複数のオフセット補正係数を受信するた めのデジタル入力端子と前記光信号を受信するための基準入力端子とを有するデ ジタルーアナログ変換器（２２２）であって、前記デジタルーアナログ変換器（ ２２２）の出力端子は光信号に応答して変化させられた複数のオフセット補正係 数を供給する、ものと、を備えている請求の範囲第７項に記載の装置。
10. １０．カメラ（１０２）によって供給される画像信号であって、画像信号は複写 体の画像を表し、カメラ（１０２）は複数の画素信号を供給する複数の電荷結合 素子（１０２）を備えており、複数の画素信号は結合して画像信号になる、もの を補正する回覧であって、 複数の補正係数を格納するメモリ手段（２０６）であって、前記複数の補正係数 の各々は複数の電荷結合素子（１０２）のそれぞれ一つに対応づけられている、 ものと、 前記複数の補正係数の各々をそれに対応する複数の画素信号のそれぞれ一つと組 み合わせる信号処理手段（２００）と、を具備する回路。
11. １１．前記信号処理手段（２００）が、更に、前記複数の補正係数を複数の画素 信号に加算する手段（２１６）を備えている請求の範囲第１０項に記載の回路。
12. １２．前記信号処理手段（２００）が、更に、前記複数の補正係数に前記複数の 画素信号を乗算する手段（２０８）を備えている請求の範囲第１０項に記載の回 路。
13. １３．前記メモリ手段（２０６）が、各々が複数の電荷結合素子（１０２）のそ れぞれ一つに対応している複数の利得補正係数と、各々が複数の電荷結合素子（ １０２）のそれぞれ一つに対応している複数のオフセット補正係数とを格納する 手段を備えている請求の範囲第１０項に記載の回路。
14. １４．前記信号処理手段（２００）が、前記複数のオフセット補正係数を複数の 画素信号に加算する加算器（２１６）と、 複数の利得補正係数に複数の画素信号を乗算する乘算器（２０８）と、を備えて いる請求の範囲第１３項に記載の回路。
15. １５．被写体を照明するための光を供給し且つ前記光の強度を示す光信号を供給 する光源手段（１１２）であって、前記信号処理手段（２００）は、前記光信号 に応答して前記複数の補正係数を変更する、ものを更に備えている請求の範囲第 １０項に記載の回路。