JPH10341376A - 撮像装置及びシェーディング補正方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 垂直方向シェーディングを軽減する。 【解決手段】 撮像装置２１は、撮像信号を出力するＣ
ＣＤ１００に被着されて温度を測定する温度センサ５
と、上記撮像信号のレベルを検出するＤＳＰ１６と、上
記ＣＣＤ１００に固有のパラメータを記憶するパラメー
タテーブル４、上記温度及びパラメータに基づいて補正
量を算出する補正量算出部３、及び補正波形を出力する
補正波形出力部２を備えるシェーディング補正部１と、
上記撮像信号を上記補正波形に基づいて補正するビデオ
アンプ１４とを有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、垂直方向シェー
ディングを軽減した二次元固体撮像素子を備える撮像装
置、及び上記固体撮像素子の上記シェーディングを補正
するシェーディング補正方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】光学的像を撮像信号に変換するために、
入射する光で電荷を励起して取り出す画素が規則正しく
配置された受光部と、上記電荷を順次読み出す信号読み
出し部とが、半導体上に集積回路として形成された固体
撮像素子が提供されている。上記固体撮像素子として
は、画素としてホトダイオード、信号読み出し部として
ＣＣＤ（Charge Coupled Device）シフトレジスタを用
いる、ＣＣＤ撮像素子が提供されている。

【０００３】上記ＣＣＤ撮像素子の方式の一つに、フレ
ーム・インターライン・トランスファ（Frame Interlin
e Transfer; FIT）方式がある。このＦＩＴ方式のＣＣ
Ｄ撮像素子は、図１１に示すように、ホトダイオード１
０３ａと読み出しゲート１０３ｂとからなるユニットセ
ル１０３とこのユニッセル１０３から読み出した電荷を
垂直方向に転送する垂直ＣＣＤ１０４とを備える撮像部
１０１と、上記垂直ＣＣＤ１０４にて読み出した電荷を
垂直方向に転送する垂直ＣＣＤ１０５を備える蓄積部１
０２と、上記蓄積部１０２の垂直ＣＣＤ１０５に蓄積さ
れた電荷を水平方向に転送する水平ＣＣＤ１０６と、ア
ンプ１０７とから構成される。

【０００４】ＦＩＴ方式のＣＣＤ撮像素子は、撮像部１
０１の垂直ＣＣＤ１０４における転送が高速であり、上
記垂直ＣＣＤ１０４への光のもれ込む時間が短縮される
ので、通常のインターライン・トランスファ（Interlin
e Transer; IT）方式に比較するとスメアの低減が可能
であるという特長を有する。このため、ＦＩＴ方式のＣ
ＣＤ撮像素子は、高品位な画質を要求する業務用放送局
用のカメラに利用されることがある。

【０００５】ところで、ＦＩＴ方式のＣＣＤ撮像素子
（以下、単にＣＣＤという。）においては、一様な入射
光に対しても、垂直方向に撮像信号のレベルが指数関数
状に不均一となる垂直方向シェーディング、いわゆるバ
ーチカル・ソー・シェーディング（Vatrical Saw Shadi
ng）が知られている。上記垂直方向シェーディングは、
ＦＩＴ方式のＣＣＤから出力される撮像信号の画質を劣
化させる。

【０００６】従来、垂直方向シェーディングを軽減する
ために、この垂直方向シェーディングのレベルが温度に
依存する性質を利用して、温度対補正量のカーブを予め
作成しておき、検出した温度に応じて上記カーブから対
応するレベルを読み出すことにより、レベルの補正を行
うことがあった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、垂直方向シェ
ーディングのレベルは、ＦＩＴ方式のＣＣＤの素子毎に
ばらつきがあり、このばらつきは高温時には増加する性
質がある。このため、従来のような、温度対補正量のカ
ーブを予め作成しておきこのカーブに基づいてＣＣＤの
各素子に対する補正を行う方法では、垂直方向シェーデ
ィングのレベルの低減には限界があった。

【０００８】この発明は、上述の実情に鑑みてなされる
ものであって、上記温度対補正量のカーブに基づく従来
の方式よりも、さらに垂直方向シェーディングのレベル
を低減させる制御装置及び方法を提供することを目的と
する。

【０００９】

【発明を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに、この発明に係る撮像装置は、二次元固体撮像素子
と、上記固体撮像素子の温度を測定する温度測定手段
と、上記固体撮像素子のパラメータを読み出されるパラ
メータテーブルと、上記温度及びパラメータに応じて補
正量を算出する算出手段と、上記固体撮像素子の撮像信
号のフレームの上端部に見られる撮像信号のレベルの垂
直方向への指数関数的な変化である垂直方向シェーディ
ングを上記補正量に基づいて補正する補正手段とを有す
るものである。

【００１０】また、この発明に係るシェーディング補正
方法は、上記固体撮像素子の温度を測定する温度測定工
程と、上記固体撮像素子のパラメータをパラメータテー
ブルから読み出す読出工程と、上記温度及びパラメータ
に基づいて補正量を算出する算出工程と、上記固体撮像
素子の撮像信号のフレームの上端部に見られる撮像信号
の垂直方向への指数関数的な変化である垂直方向シェー
ディングを上記補正量に基づいて補正する補正工程とを
有するものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、この
発明に係る撮像装置及びシェーディング補正方法につい
て詳細に説明する。

【００１２】上記撮像装置は、図１に示すように、ＣＣ
Ｄ１００にて取得した撮像信号に所定の処理を施し、映
像信号として出力するものである。この撮像装置は、図
２に示すように、この撮像装置２１とモニタ２２とを伝
送線２３で接続して使用されることもある。図中には、
被写体１１が、モニタ２２中の画像１８として表示され
ている。

【００１３】上記撮像装置２１は、図１に示すように、
被写体１１からの入射光に光学的変換を施すレンズ１２
と、このレンズ１２により結ばれた光学的像を撮像信号
に変換するＣＣＤ１００とを有している。

【００１４】上記レンズ１２は、被写体１１からの入射
光に対して所定の光学的変換を施し、ＣＣＤ１００の撮
像部１０１に光学的像として結像させる。上記ＣＣＤ１
００は、上述したように、各画素に入射する光をユニッ
トセル１０３毎に電荷に変換し、クロック信号に従って
シフトレジスタにて順次転送し、撮像信号として出力す
る。上記ＣＣＤ１００には、このＣＣＤ１００の温度を
測定する温度センサ５が被着されている。

【００１５】また、この撮像装置２１は、上記ＣＣＤ１
００から得られる撮像信号を増幅するビデオアンプ１４
と、このビデオアンプ１４から与えられる撮像信号をア
ナログ信号からデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部１
５と、このＡ／Ｄ変換部１５にてデジタル信号とされた
撮像信号に処理を施して映像信号とするデジタル・シグ
ナル・プロセッサ（Digital Signal Processor; DSP）
１６と、撮像信号の垂直方向シェーディングを補正する
シェーディング補正部１とを有している。

【００１６】上記ビデオアンプ１４は、上記ＣＣＤ１０
０から与えられる撮像信号を所定のレベルまで増幅す
る。また、このビデオアンプ１４は、上記ＣＣＤ１００
から与えられる撮像信号が間歇的であるので、この撮像
信号に対してサンプル／ホールドを行うことにより連続
信号とする機能を有する場合もある。さらに、このビデ
オアンプ１４は、上記シェーディング補正部１から与え
られる補正波形に基づいて撮像信号を補正する。

【００１７】即ち、上記ＣＣＤから与えられる撮像信号
の垂直方向成分の、フレームの上端部に対応する部分に
は、図３中のＡに示すように、垂直方向シェーディング
と称される指数関数状の異状Ｐが見られる。この垂直方
向シェーディングは、図４に示すフレームＦにおいて、
第１の垂直方向シェーディング部ＶＳ１及び第２の垂直
方向シェーディング部ＶＳ２に見られるように、画像を
不均一にして画質を劣化させる。

【００１８】そこで、上記ビデオアンプ１４は、上記シ
ェーディング補正部１から与えられる、図３中のＢに示
す補正波形に基づいて、例えば図中Ａに示したような垂
直方向シェーディングの見られる撮像信号を補正し、図
中Ｃに示すような垂直方向に一様な撮像信号とする。例
えば、図中Ａの撮像信号に対して上記補正波形を加算す
ることができる。ここで、上記補正波形には、図中Ａの
Ｐに見られる垂直方向シェーディングを補正するため
に、図中ＢのＱのような変化部が見られる。

【００１９】このような均一な撮像信号を用いると、図
５のフレームＦに示すように、画像は一様となり、図４
中のフレームＦの第１の垂直方向シェーディングＶＳ１
及び第２の垂直方向シェーディングＶＳ２に見られたよ
うな不均一は消失している。

【００２０】図１中のアナログ／デジタル変換部１５
は、上記ビデオアンプ１４から与えられる撮像信号をア
ナログ信号からデジタル信号に変換する。

【００２１】上記ＤＳＰ１６は、上記アナログ／デジタ
ル変換部１５にてデジタル信号に変換された撮像信号に
対して処理を施す。例えば、このＤＳＰ１６は、上記ア
ナログ／デジタル変換部１５から撮像信号としてＲＧＢ
信号が与えられる場合には、このＲＧＢ信号をコンポジ
ット信号に変換することもある。また、このＤＳＰ１６
においては、撮像信号のレベルを検出して、このレベル
を上記シェーディング補正部１に与える。

【００２２】ここで、上記ＤＳＰ１６は、図６に示すよ
うに、撮像信号のフレームＦにおいて、上記ＣＣＤ１０
０の光学的黒とされた部分ＯＰＢにおける画素ＰＡ及び
画素ＰＢの撮像信号のレベルＡ及びレベルＢを検出する
ことがある。また、上記ＤＳＰ１６は、撮像信号のフレ
ームＦにおける任意のエリアの信号を積分して検出する
機能を有しているので、例えば、図７に示すように、撮
像信号の光学的黒の部分ＯＰＢの領域ＯＰＢ１及び領域
ＯＰＢ２のそれぞれについて積分を行い、レベルを検出
することも可能である。

【００２３】ここで、上記光学的黒の部分は、図８に示
すようにＣＣＤ１００の撮像部１０１の図中右端と下端
の部分を遮光部１０１ｂとして設けられることがある。
この遮光部１０１ｂの受光素子からの出力信号レベルが
光学的黒となる。上記撮像部１０１の遮光部１０１ｂ以
外の部分は、有効画素１０１ａとなる。

【００２４】上記シェーディング補正部１は、上記ＣＣ
Ｄ１００に固有のパラメータを記憶するパラメータテー
ブル４と、このパラメータテーブルから読み出したパラ
メータと上記温度センサ５で検出した温度とに基づいて
補正量を算出する補正量算出部３と、この補正量算出部
３にて算出された補正量を補正波形として出力する補正
波形出力部２とから構成されている。このシェーディン
グ補正部１は、マイコンとそれに付随する回路にて構成
されることもある。

【００２５】即ち、このシェーディング補正部１は、上
記温度センサ１６から与えられる温度に基づいて、シェ
ーディング補正の補正波形を上記ビデオアンプ１４に与
える。これらのパラメータは、垂直方向のシェーディン
グのレベルが指数関数的に増加するので、接した２との
データ間の補正量カーブをモデリングすることにより、
例えば以下のようにして求められる。

【００２６】上記ＣＣＤ１００において、温度Ｔ１にお
けるシェーディングのレベルＨ１と、上記温度Ｔ１より
高い第２の温度Ｔ２におけるシェーディングのレベルＨ
２を測定する。そして、ｎを整数、上記シェーディング
のレベルが２倍になる温度差をＷとすると、上記温度Ｔ
１、

【００２７】

【数５】

【００２８】及び Ｋｂ＝Ｈ１−Ｋａ をパラメータとすることができる。

【００２９】但し、パラメータＫａを定義する式中のΔ
Ｔは、 ΔＴ＝Ｔ２−Ｔ１−ｎ×Ｗ （０≦Ｔ＜Ｗ） である。

【００３０】上記補正量算出部３は、上記パラメータテ
ーブル４からパラメータＫａ、Ｋｂ及びＴ１を、上記温
度センサ５から温度を与えられ、これらパラメータ及び
温度に基づいて補正量を算出する。この補正量Ｈは、垂
直方向のシェーディングが指数関数的に増加するので、
次式にて与えられる。

【００３１】

【数６】

【００３２】但し、ｎは整数であり、ΔＴは ΔＴ＝ｎ×Ｗ−Ｔ＋Ｔ１ （０≦Ｔ＜Ｗ） にて与えられる。なお、ｎに負の数を許せば、Ｔ１以下
の場合の補正量も算出できる。

【００３３】図９に示すように、上記補正量Ｈは、温度
Ｔについて温度差Ｗ毎に指数関数的に増加し、ΔＴ及び
ｎは、Ｔ２又はＴに対して一意に求められる。

【００３４】上記補正波形出力部２は、上記補正量算出
部３から与えられる補正量に基づいて補正波形を出力
し、上記ビデオアンプ１４に与える。

【００３５】そして、上記撮像装置２１は、デジタル／
アナログ変換部１７を有している。このデジタル／アナ
ログ変換部１７は、上記ＤＳＰ１６からデジタル信号と
して与えられる映像信号をアナログ信号に変換する。こ
のデジタル／アナログ変換部１７にてアナログ信号に変
換された映像信号の画像を例えば上記モニタ２２にて表
示すると、上記ＣＣＤ１００にて撮像した被写体１１を
画像１８とすることができる。

【００３６】このように、上記撮像装置２１は、垂直方
向シェーディングを補正するのに適当のレベルをＣＣＤ
１００毎に複数の温度にて測定し、それを用いてＦＩＴ
方式のＣＣＤに顕著に見られる垂直方向シェーディング
の補正カーブをモデリングすることにより、各ＣＣＤ１
００に応じた補正を行うことを可能とした。

【００３７】即ち、この撮像装置２１は、より正確な補
正を行うために温度対補正量の実測値を用いている。ま
た、この撮像装置２１は、有限の既知の測定点を用いて
補正カーブをモデリングしている。

【００３８】続いて、上記シェーディング補正方法につ
いて説明する。このシェーディング補正方法は、図１０
に示すように、ステップＳ１からステップＳ６までの６
個の工程から構成される。

【００３９】ステップＳ１においては、図６のフレーム
Ｆに示したように、ＣＣＤ１００の一部の光学的黒の部
分ＯＰＢの画素ＰＡ及び画素ＰＢにおける撮像信号のレ
ベルＡ及びレベルＢを測定する。そして、検出した上記
レベルＡ及びレベルＢを上記シェーディング補正部１の
補正量算出部３に与え、次のステップＳ２に進む。

【００４０】ステップＳ２においては、上記補正量算出
部３において、上記レベルＡ及びレベルＢの差分を行
い、この差分の値によって分岐する。即ち、レベルＡが
レベルＢより大きい場合（Ａ＞Ｂ）には“ＹＥＳ”とし
てステップＳ３に進み、これ以外の場合には“ＮＯ”と
してステップＳ５に進む。

【００４１】算出工程であるステップＳ３においては、
前回に、レベルＡがレベルＢよりも大きかった場合（Ａ
＞Ｂ）には、“ＹＥＳ”としてステップＳ４に進み、そ
うでなかった場合には“ＮＯ”として、“収束”にてこ
の一連の工程を終了する。

【００４２】ステップＳ４においては、補正量より１を
減じ、ステップＳ１に戻る。

【００４３】同じく算出工程であるステップＳ５におい
ては、前回に、レベルＡがレベルＢよりも小さかった場
合（Ａ＜Ｂ）には、“ＹＥＳ”としてステップＳ６に進
み、そうでなかった場合には“ＮＯ”として、“収束”
にてこの一連の工程を終了する。

【００４４】ステップＳ６においては、補正量に１を加
え、ステップＳ１に戻る。

【００４５】なお、上記補正量としては、適当な値を初
期値として設定しておくこともできる。また、ステップ
Ｓ４及びステップＳ６において上記補正値に加減される
数は、１に限られない。

【００４６】このようにして、例えば上記レベルＡ及び
レベルＢを検出することによって、シェーディングの測
定を行い、上述の手順によって補正量の調整を行い、補
正量が収束するまで測定と調整を交互に繰り返す。そし
て、収束したときの温度と補正量を記憶する。これによ
って、例えばｎ個（ｎ＞１）の温度−補正データ対（Ｔ
１，Ｎ１）、・・・、（Ｔｎ，Ｈｎ）を得て、これらの
補正値を用いてシェーディング補正ができる。このよう
な工程は、例えば電源オン時等に実行することができ
る。

【００４７】

【発明の効果】上述のように、この発明は、従来問題と
なっていた二次元ＣＣＤの垂直方向シェーディングの補
正を、有限の既知の測定点を用いてモデリングするた
め、制御マイコンに負担を余りかけずに、より正確な補
正が可能となった。これにより、垂直方向シェーディン
グが殆ど問題のないレベルまで軽減され、画質を向上さ
せることが可能になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】撮像装置の概略的な構成を示すブロック図であ
る。

【図２】上記装置の使用の態様の一例を示す模式図であ
る。

【図３】上記装置のＣＣＤの撮像信号の垂直成分、補正
信号、及び補正された撮像信号の垂直成分を示すタイム
チャートである。

【図４】上記撮像信号のフレームに見られる垂直方向シ
ェーディングを示す正面図である。

【図５】上記撮像信号を補正して垂直方向シェーディン
グを軽減したフレームを示す正面図である。

【図６】上記装置のＤＳＰにてレベル検出をする、撮像
信号のフレームの光学的黒の部分の画素を示す正面図で
ある。

【図７】上記装置のＤＳＰにて積分をしてレベル検出を
する、撮像信号のフレームの光学的黒の部分の領域を示
す正面図である。

【図８】上記ＣＣＤの撮像部における、光学的黒の部分
を示す正面図である。

【図９】上記ＣＣＤのシェーディングの補正値カーブの
モデリングを説明するグラフである。

【図１０】シェーディング補正方法の一連の手順を示す
フローチャートである。

【図１１】フレーム・インターライン・トランスファ
（FIT）方式のＣＣＤの構造を示す平面図である。

【符号の説明】

１ シェーディング補正部、２ 補正波形出力部、３
補正量算出部、４ パラメータテーブル、２１ 撮像装
置、１００ ＣＣＤ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 二次元固体撮像素子と、 上記固体撮像素子の温度を測定する温度測定手段と、 上記固体撮像素子のパラメータを読み出されるパラメー
   タテーブルと、 上記温度及びパラメータに応じて補正量を算出する算出
   手段と、 上記固体撮像素子の撮像信号のフレームの上端部に見ら
   れる撮像信号のレベルの垂直方向への指数関数的な変化
   である垂直方向シェーディングを上記補正量に基づいて
   補正する補正手段とを有することを特徴とする撮像装
   置。
2. 【請求項２】 上記算出手段は、上記固体撮像素子の温
   度Ｔにおける補正量Ｈを、整数ｎ、上記シェーディング
   のレベルが２倍になる温度差Ｗ、上記パラメータテーブ
   ルから読み出したパラメータＫａ、Ｋｂ及びＴ１を用
   い、 【数１】 但し ΔＴ＝Ｔ−Ｔ１−ｎ×Ｗ （０≦Ｔ＜Ｗ） にて算出することを特徴とする請求項１記載の撮像装
   置。
3. 【請求項３】 上記固体撮像素子は、フレーム・インタ
   ーライン・トランスファ方式のＣＣＤであることを特徴
   とする請求項２記載の撮像装置。
4. 【請求項４】 上記パラメータテーブルは、このパラメ
   ータテーブルに記憶されるパラメータＫａ、Ｋｂ及びＴ
   １を、第１の測定温度Ｔ１における上記シェーディング
   のレベルＨ１、上記温度Ｔ１より高い第２の測定温度Ｔ
   ２における上記シェーディングのレベルＨ２、整数ｎ、
   上記シェーディングのレベルが２倍になる温度差Ｗを用
   い、上記温度Ｔ１、 【数２】 及び Ｋｂ＝Ｈ１−Ｋａ 但し、 ΔＴ＝Ｔ２−Ｔ１−ｎ×Ｗ （０≦Ｔ＜Ｗ） とすることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
5. 【請求項５】 上記固体撮像素子は、フレーム・インタ
   ーライン・トランスファ方式のＣＣＤであることを特徴
   とする請求項４記載の撮像装置。
6. 【請求項６】 二次元固体撮像素子の撮像信号をシェー
   ディング補正するシェーディング補正方法において、 上記固体撮像素子の温度を測定する温度測定工程と、 上記固体撮像素子のパラメータをパラメータテーブルか
   ら読み出す読出工程と、 上記温度及びパラメータに基づいて補正量を算出する算
   出工程と、 上記固体撮像素子の撮像信号のフレームの上端部に見ら
   れる撮像信号の垂直方向への指数関数的な変化である垂
   直方向シェーディングを上記補正量に基づいて補正する
   補正工程とを有することを特徴とするシェーディング補
   正方法。
7. 【請求項７】 上記算出工程においては、上記固体撮像
   素子の温度Ｔにおける補正量Ｈを、整数ｎ、上記シェー
   ディングのレベルが２倍になる温度差Ｗ、上記パラメー
   タテーブルから読み出したパラメータＫａ、Ｋｂ及びＴ
   １を用い、 【数３】 但し ΔＴ＝Ｔ−Ｔ１−ｎ×Ｗ （０≦Ｔ＜Ｗ） にて算出することを特徴とする請求項６記載のシェーデ
   ィング補正方法。
8. 【請求項８】 上記固体撮像素子は、フレーム・インタ
   ーライン・トランスファ方式のＣＣＤであることを特徴
   とする請求項７記載のシェーディング補正方法。
9. 【請求項９】 上記パラメータテーブルは、このパラメ
   ータテーブルに記憶されるパラメータＫａ、Ｋｂ及びＴ
   １を、第１の測定温度Ｔ１における上記シェーディング
   のレベルＨ１、上記温度Ｔ１より高い第２の測定温度Ｔ
   ２における上記シェーディングのレベルＨ２、整数ｎ、
   上記シェーディングのレベルが２倍になる温度差Ｗを用
   い、上記温度Ｔ１、 【数４】 及び Ｋｂ＝Ｈ１−Ｋａ 但し、 ΔＴ＝Ｔ２−Ｔ１−ｎ×Ｗ （０≦Ｔ＜Ｗ） とすることを特徴とする請求項６記載のシェーディング
   補正方法。
10. 【請求項１０】 上記固体撮像素子は、フレーム・イン
    ターライン・トランスファ方式のＣＣＤであることを特
    徴とする請求項９記載のシェーディング補正方法。