JPWO2007145099A1 - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

撮像素子の出力信号を一つの特性により統一的に変換された状態に変換する特性変換を精度よく行うことを可能とする撮像装置を提供する。そのためには、撮像装置１に、複数種類の変換特性を有する撮像素子４と、出力信号に信号処理を行う信号処理部１２とを設け、信号処理部１２は、撮像素子４の入出力特性の変動補正を行う変動補正部１３と、撮像素子４の出力信号を一つの変換特性により統一的に変換された状態に変換する線形化部１４とを備え、変動補正部１３は、複数種類の変換特性をモデル化した演算式に基づいて変動補正を行う第１の補正部１３ａと、第１の補正部１３ａにより変動補正された出力信号のうち複数種類の変換特性の切換点近傍領域の出力信号を撮像素子４の特性と重なるように切換点の両側の２つの特性のモデル式を用いて補正する第２の補正部１３ｂとを設ける撮像装置とする。

Description

本発明は、入射光を電気信号に変換する撮像素子を有する撮像装置に関する。

従来から、デジタルカメラなどの撮像装置には、入射光を電気信号に変換する複数の画素を有する撮像素子が設けられている。また、近年では、複数種類の光電変換特性を有する撮像素子が提案されている。

複数種類の光電変換特性を有する撮像素子としては、例えば、入射光量に基づいて入射光を電気信号に線形変換する線形変換動作と対数変換する対数変換動作とを切り換えるリニアログ変換型センサがある（特許文献１参照）。これによれば、線形変換動作のみを行う撮像素子と比較して電気信号のダイナミックレンジが広くなるため、輝度範囲の広い被写体を撮影した場合でも全輝度情報を電気信号で表現することが可能となる。

このような複数種類の光電変換特性を有する撮像素子では、複数の特性により変化する出力信号が得られるため、信号処理の演算が複雑になるという問題がある。そこで、出力信号全体を複数種類の光電変換特性のうちいずれか一つの特性により統一的に変換された状態にする特性変換（以下、単に「統一する」ともいう）を行うことにより、信号処理を容易化する処理が行われている。

ところで、上記のような撮像素子は、画素の違いに起因して入出力特性にばらつきを有する場合がある。そのため、このようなばらつきを解消する方法として、各画素からの出力を補正して基準出力値に一致させる方法が提案されている（特許文献１及び特許文献２参照）。
特開平１１−２９８７９９号公報 特開平５−３０３５０号公報

しかしながら、特許文献１及び特許文献２に記載の補正方法では、撮影条件や環境条件などの駆動条件によって入出力特性が変動する場合に、基準条件における基準出力値と、実際の画素の出力値とのズレを補正することができない。そのため、電気信号全体を正確に線形変換された状態又は対数変換された状態に統一することができなかった。

また、上記の補正において、基準出力値として各特性の出力信号（線形変換信号や対数変換信号）を数式化した出力信号モデルを用いると、実際の撮像素子の出力信号は各特性の信号が混在する領域において滑らかな曲線状に変化していることから、この領域において実際の出力信号と出力信号モデルとの補正誤差が生じ、撮像素子の出力信号を正確に補正することができないという問題があった。

本発明の課題は、撮像素子の出力信号を一つの特性により統一的に変換された状態に変換する特性変換を精度よく行うことを可能とする撮像装置を提供することにある。

請求の範囲第１項記載の発明は、撮像装置であって、複数種類の変換特性によって入射光を電気信号に変換する複数の画素を有する撮像素子と、前記撮像素子の出力信号に対して信号処理を行う信号処理部とを備え、前記信号処理部は、前記撮像素子の少なくとも１つの駆動条件に起因して前記撮像素子の入出力特性が変動する場合に、この撮像素子の出力信号の変動補正を行う変動補正部と、前記撮像素子の出力信号を一つの変換特性により統一的に変換された状態に変換する特性変換部とを備え、前記変動補正部は、前記複数種類の変換特性をモデル化した演算式に基づいて変動補正を行う第１の補正部と、前記第１の補正部により変動補正された出力信号のうち前記複数種類の変換特性の切換点近傍領域の出力信号を前記撮像素子の特性と重なるように前記切換点の両側の２つの特性のモデル式を用いて補正する第２の補正部とを備えることを特徴とする。

ここで、撮像素子の駆動条件としては、外部条件と撮像条件とがある。外部条件としては温度などがあり、撮像条件としては画素の露光時間や制御電圧などがある。

請求の範囲第１項記載の発明によれば、撮像素子の少なくとも１つの駆動条件に起因して当該撮像素子の入出力特性が変動する場合に、この撮像素子から出力される電気信号の変動補正を行うので、駆動条件によって入出力特性が変動する場合であっても、従来と異なり、基準駆動条件における出力値と、撮像素子の実際の出力値とのズレが補正される。従って、特性変換によって電気信号を正確に線形変換された状態又は対数変換された状態に統一することができる。
また、第１の補正部において、モデル化した演算式に基づき、簡易かつ高速に変動補正を行うことができると共に、各特性の出力信号をモデル化した演算式に基づいて変動補正を行うと、実際の撮像素子の出力信号は切換点近傍領域において滑らかな曲線状に変化していることから出力信号モデルとの補正誤差が生じるが、第２の補正部において、切換点近傍領域の出力信号を切換点の両側の２つの特性のモデル式を用いて補正することにより、変換誤差を抑制して画質劣化を改善することが可能となる。

請求の範囲第２項記載の発明は、請求の範囲第１項記載の撮像装置であって、前記第１の補正部は、補正係数を導出する係数導出部と、前記補正係数に基づいて前記変動補正を行う演算処理部とを備えることを特徴とする。

ここで、補正係数を導出するとは、補正係数を算出することとしてもよいし、複数の補正係数の中から選択することとしてもよい。

請求の範囲第２項記載の発明によれば、上記の発明と同様の効果を得ることができる。

請求の範囲第３項記載の発明は、請求の範囲第２項記載の撮像装置であって、前記係数導出部は、前記駆動条件に基づいて前記補正係数を導出することを特徴とする。

請求の範囲第３項記載の発明によれば、係数導出部は駆動条件に基づいて補正係数を導出するので、導出される補正係数を演算処理部が用いることによって、駆動条件に起因する撮像素子の入出力特性の変動を正確に補正することができる。

請求の範囲第４項記載の発明は、請求の範囲第２項又は第３項記載の撮像装置であって、前記係数導出部は、前記駆動条件と、前記画素についての画素情報とに基づいて、画素毎に前記補正係数を導出し、前記演算処理部は、各画素について前記変動補正を行うことを特徴とする。

ここで、画素情報としては、画素のＩＤナンバー等の固有情報や、撮像素子中での位置情報などを用いることができる。

請求の範囲第４項記載の発明によれば、係数導出部は駆動条件及び画素情報に基づいて補正係数を導出するので、導出される補正係数を演算処理部が用いることによって、駆動条件や画素に起因する撮像素子の入出力特性の変動を正確に補正することができる。

請求の範囲第５項記載の発明は、請求の範囲第２項乃至第４項いずれか一項に記載の撮像装置であって、前記係数導出部は、少なくとも前記駆動条件の入力によって前記補正係数を導出するルックアップテーブルを備えることを特徴とする。

請求の範囲第５項記載の発明によれば、ルックアップテーブルにより補正係数を導出するので、演算によって補正係数を導出する場合と比較して、係数導出部の構成を簡素化すると共に導出処理を高速化することができる。

請求の範囲第６項記載の発明は、請求の範囲第２項乃至第４項いずれか一項に記載の撮像装置であって、前記係数導出部は、少なくとも前記駆動条件の入力によって前記補正係数を導出する演算器を備えることを特徴とする。

請求の範囲第６項記載の発明によれば、上記の発明と同様の効果を得ることができる。

請求の範囲第７項記載の発明は、請求の範囲第１項記載の撮像装置であって、前記第１の補正部は、前記駆動条件と、前記撮像素子の出力信号との入力によって前記変動補正後の電気信号を導出するルックアップテーブルを備えることを特徴とする。

請求の範囲第７項記載の発明によれば、変動補正部は駆動条件に基づいて変動補正後の電気信号を導出するので、駆動条件に起因する撮像素子の入出力特性の変動を正確に補正することができる。
また、ルックアップテーブルによって変動補正後の電気信号を導出するので、演算によって変動補正後の電気信号を導出する場合と比較して、変動補正部の構成を簡素化すると共に導出処理を高速化することができる。

請求の範囲第８項記載の発明は、請求の範囲第７項記載の撮像装置であって、前記ルックアップテーブルは、前記駆動条件と、前記画素についての画素情報と、前記撮像素子の出力信号との入力によって前記変動補正後の電気信号を導出することを特徴とする。

請求の範囲第８記載の発明によれば、駆動条件と、画素情報とに基づいて変動補正後の電気信号を導出するので、駆動条件や画素に起因する撮像素子の入出力特性の変動を正確に補正することができる。

請求の範囲第９項記載の発明は、請求の範囲第１項記載の撮像装置であって、前記第２の補正部は、前記駆動条件ごとの前記複数種類の変換特性の切換点に応じて前記切換点近傍領域の出力信号の補正を行うことを特徴とする。

請求の範囲第９項記載の発明によれば、複数種類の変換特性の切換点は撮像素子の駆動条件に応じて変動するが、この切換点に応じて切換点近傍領域の出力信号の補正を行うことにより、変換誤差を更に効果的に抑制することが可能となる。

請求の範囲第１０項記載の発明は、請求の範囲第１項又は第９項記載の撮像装置であって、前記第２の補正部は、前記切換点近傍領域の出力信号の入力により前記撮像素子の特性と重なるように前記切換点の両側の２つの特性のモデル式を用いて補正された出力信号を導出するルックアップテーブルを備えることを特徴とする。

請求の範囲第１０項記載の発明によれば、ルックアップテーブルにより補正後の出力信号を導出するので、演算によって補正を行う場合と比較して、第２の補正部の構成を簡素化すると共に導出処理を高速化することができる。

請求の範囲第１１項記載の発明は、請求の範囲第１項乃至第１０項いずれか一項に記載の撮像装置であって、複数の前記変動補正部を、各画素に対応づけて備えることを特徴とする。

請求の範囲第１１項項記載の発明によれば、変動補正部を各画素に対応付けて備えるので、画素毎に入出力特性の変動量が異なる場合であっても、正確に変動補正を行うことができる。

請求の範囲第１２項記載の発明は、請求の範囲第１項乃至第１１項いずれか一項に記載の撮像装置であって、複数の前記特性変換部を、各画素に対応づけて備えることを特徴とする。

請求の範囲第１２項記載の発明によれば、特性変換部を各画素に対応付けて備えるので、画素毎に光電変換の変換特性が異なる場合であっても、電気信号全体を正確に線形変換された状態又は対数変換された状態に統一することができる。

請求の範囲第１３項記載の発明は、請求の範囲第１項乃至第１２項いずれか一項に記載の撮像装置であって、前記複数種類の変換特性の切換点における切換わり点信号値を導出する導出部を備え、前記信号処理部は、前記撮像素子からの出力信号の信号値と前記切換わり点信号値との大小に基づき、前記撮像素子からの出力信号が前記複数種類の変換特性のいずれか一つの特性により変換された電気信号である場合にのみ、前記信号処理を行うことを特徴とする。

請求の範囲第１３項記載の発明によれば、撮像素子の出力信号が複数種類の変換特性のいずれか一つの特性により変換された電気信号である場合にのみ、信号処理部が信号処理を行うので、他方の変換特性により変換された状態にする必要のない場合には、特性変換や変動補正などの信号処理が行われない。従って、無駄に信号処理を行う手間を省くことができるため、処理を高速化することができる。

請求の範囲第１４項記載の発明は、請求の範囲第１３項記載の撮像装置であって、前記導出部は前記駆動条件に基づいて前記切換わり点信号値を導出することを特徴とする。

請求の範囲第１４項記載の発明によれば、駆動条件に基づいて切換点における出力信号値を導出するので、切換わり点信号値の導出を正確に行うことができる。

請求の範囲第１５項記載の発明は、請求の範囲第１３項又は第１４項記載の撮像装置であって、前記導出部は前記駆動条件と前記画素についての画素情報とに基づいて前記切換わり点信号値を導出することを特徴とする。

請求の範囲第１５項記載の発明によれば、駆動条件及び画素情報に基づいて切換わり点信号値を導出するので、切換わり点信号値の導出を正確に行うことができる。

請求の範囲第１６項記載の発明は、請求の範囲第１４項又は第１５項記載の撮像装置であって、前記導出部は少なくとも前記駆動条件の入力により前記切換わり点信号値を導出するルックアップテーブルを備えることを特徴とする。

請求の範囲第１６項記載の発明によれば、ルックアップテーブルによって切換わり点信号値を導出するので、演算によって導出する場合と比較して、導出部の構成を簡素化すると共に導出処理を高速化することができる。

請求の範囲第１７項記載の発明は、請求の範囲第１４項又は第１５項記載の撮像装置であって、前記導出部は少なくとも前記駆動条件の入力により前記切換わり点信号値を導出する演算器を備えることを特徴とする。

請求の範囲第１７項記載の発明によれば、上記と同様の効果を得ることができる。

請求の範囲第１８項記載の発明は、請求の範囲第１項乃至第１７項いずれか一項に記載の撮像装置であって、前記駆動条件は、撮影時の温度と、前記画素の露光時間と、前記画素に対する制御電圧との少なくとも１つであることを特徴とする。

請求の範囲第１８項記載の発明によれば、上記と同様の効果を得ることができる。

請求の範囲第１９項記載の発明は、請求の範囲第１項乃至第１８項いずれか一項に記載の撮像装置であって、前記複数の画素は入射光を電気信号に線形変換する線形変換特性と入射光を電気信号に対数変換する対数変換特性とを入射光量に応じて切り換え可能に構成されていることを特徴とする。

請求の範囲第１９項記載の発明によれば、撮像素子としてリニアログ変換型センサを備えた撮像装置において上記と同様の作用を得ることが可能となる。

請求の範囲第１項記載の発明によれば、駆動条件によって撮像素子の入出力特性が変動する場合でも、特性変換によって電気信号を正確に線形変換された状態又は対数変換された状態に統一することが可能となる。また、簡易かつ高速に変動補正を行うことができると共に、切換点近傍領域の出力信号を実際の撮像素子の特性に合わせて切換点の両側の２つの特性のモデル式を用いて補正して変換誤差を抑制し、画質劣化を改善することが可能となる。

請求の範囲第２項記載の発明によれば、上記の発明と同様の効果を得ることができる。

請求の範囲第３項記載の発明によれば、駆動条件に起因する撮像素子の入出力特性の変動を正確に補正することが可能となる。

請求の範囲第４項記載の発明によれば、駆動条件や画素に起因する撮像素子の入出力特性の変動を正確に補正することが可能となる。

請求の範囲第５項記載の発明によれば、ルックアップテーブルにより係数導出部の構成を簡素化すると共に導出処理を高速化することが可能となる。

請求の範囲第６項記載の発明によれば、上記の発明と同様の効果を得ることが可能となる。

請求の範囲第７項記載の発明によれば、駆動条件に起因する撮像素子の入出力特性の変動を正確に補正することができる。また、ルックアップテーブルにより変動補正部の構成を簡素化すると共に導出処理を高速化することが可能となる。

請求の範囲第８項記載の発明によれば、駆動条件や画素に起因する撮像素子の入出力特性の変動を正確に補正することが可能となる。

請求の範囲第９項記載の発明によれば、駆動条件ごとの切換点に応じて補正を行うことにより変換誤差を更に効果的に抑制することが可能となる。

請求の範囲第１０項記載の発明によれば、ルックアップテーブルにより第２の補正部の構成を簡素化すると共に導出処理を高速化することが可能となる。

請求の範囲第１１項記載の発明によれば、画素毎に入出力特性の変動量が異なる場合でも、正確に変動補正を行うことが可能となる。

請求の範囲第１２項記載の発明によれば、画素毎に光電変換の変換特性が異なる場合でも、電気信号全体を正確に線形変換された状態又は対数変換された状態に統一することが可能となる。

請求の範囲第１３項記載の発明によれば、無駄に信号処理を行う手間を省くことができるため、処理を高速化することが可能となる。

請求の範囲第１４項記載の発明によれば、切換わり点信号値の導出を正確に行うことができる。

請求の範囲第１５項記載の発明によれば、切換わり点信号値の導出を正確に行うことができる。

請求の範囲第１６項記載の発明によれば、ルックアップテーブルにより導出部の構成を簡素化すると共に導出処理を高速化することが可能となる。

請求の範囲第１７項記載の発明によれば、上記と同様の効果を得ることができる。

請求の範囲第１８項記載の発明によれば、上記と同様の効果を得ることができる。

請求の範囲第１９項記載の発明によれば、撮像素子としてリニアログ変換型センサを備えた撮像装置において上記と同様の効果を得ることが可能となる。

本発明に係る撮像装置の概略構成を示すブロック図である。 撮像素子の構成を示すブロック図である。 画素の構成を示す回路図である。 画素及び線形化部の動作を説明するための図である。 露光時間と変曲点との関係を示す図である。 制御電圧と変曲点との関係を示す図である。 信号処理部及び変曲信号導出部を示すブロック図である。 補正係数αを示す図である。 撮像素子の特性及び出力信号モデルの例を示すグラフである。 撮像素子の特性及び出力信号モデルの例を示すグラフである。 撮像素子の特性及び出力信号モデルの例を示すグラフである。 撮像素子の特性及び出力信号モデルの例を示すグラフである。 撮像素子の特性及び出力信号モデルの例を示すグラフである。 撮像素子の特性を示すグラフである。 線形変換信号及び対数変換信号の混合比を示すグラフである。 変動補正及び特性変換の処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 撮像装置
２ レンズ群
３ 絞り
４ 撮像素子
９ アンプ
１０ ＡＤコンバータ
１１ 黒基準設定部
１２ 信号処理部
１３ 変動補正部
１４ 線形化部
１５ 係数導出部
１５ａ ルックアップテーブル
１６ 演算処理部
１７ ルックアップテーブル
１８ 変曲信号導出部
１８ａ ルックアップテーブル
１９ 画像処理部
２０ ＡＷＢ処理部
２１ 色補間部
２２ 色補正部
２３ 階調変換部
２４ 色空間変換部
２５ 評価値算出部
２６ 制御装置
２７ 露光制御処理部
２８ 信号生成部

［実施の形態］
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態の撮像装置１の概略構成を示すブロック図である。

この図に示すように、撮像装置１は、レンズ群２及び絞り３を介して入射光を受光する撮像素子４を備えている。これらレンズ群２及び絞り３としては、従来より公知のものが用いられている。

ここで、本発明の撮像素子は複数種類の変換特性によって入射光を電気信号に変換する複数の画素を有する撮像素子であり、複数の変換特性の出力信号が切換点を介して連続的に変化するようになっている。

本実施形態の撮像素子４は、入射光量に基づいて入射光を電気信号に線形変換する線形変換動作と対数変換する対数変換動作とを切り換えるリニアログ変換型センサとして構成されている。すなわち、撮像素子４の出力信号は変曲点を介してリニア領域からログ領域に連続的に変化するようになっている。ここで、「変曲点」とは線形変換動作と対数変換動作との境界を意味し、複数種類の変換特性を有する撮像素子の出力信号の「切換点」の下位概念となる語である。

撮像素子４は、図２に示すように、行列配置（マトリクス配置）された複数の画素Ｇ_１１〜Ｇ_ｍｎ（但し、ｎ，ｍは１以上の整数）を有している。

各画素Ｇ_１１〜Ｇ_ｍｎのレンズ群２側には、レッド（Ｒｅｄ）、グリーン（Ｇｒｅｅｎ）及びブルー（Ｂｌｕｅ）のうち、いずれか１色のフィルタ（図示せず）が配設されている。なお、画素Ｇ_１１〜Ｇ_ｍｎにシアン（Ｃｙａｎ）、マゼンタ（Ｍａｇｅｎｔａ）及びイエロー（Ｙｅｌｌｏｗ）などの他の色
フィルタを設けてもよい。

また、画素Ｇ_１１〜Ｇ_ｍｎには、図２に示すように、電源ライン５や信号印加ラインＬ_Ａ１〜Ｌ_Ａｎ，Ｌ_Ｂ１〜Ｌ_Ｂｎ，Ｌ_Ｃ１〜Ｌ_Ｃｎ、信号読出ラインＬ_Ｄ１〜Ｌ_Ｄｍが接続されている。なお、画素Ｇ_１１〜Ｇ_ｍｎには、クロックラインやバイアス供給ラインなどのラインも接続されているが、図２ではこれらの図示を省略している。

信号印加ラインＬ_Ａ１〜Ｌ_Ａｎ，Ｌ_Ｂ１〜Ｌ_Ｂｎ，Ｌ_Ｃ１〜Ｌ_Ｃｎは、画素Ｇ_１１〜Ｇ_ｍｎに対して信号φ_ｖ，φ_ＶＰＳ（図３参照）を与えるようになっている。これら信号印加ラインＬ_Ａ１〜Ｌ_Ａｎ，Ｌ_Ｂ１〜Ｌ_Ｂｎ，Ｌ_Ｃ１〜Ｌ_Ｃｎには、垂直走査回路６が接続されている。この垂直走査回路６は、信号生成部２８（図１参照）からの信号に基づいて信号印加ラインＬ_Ａ１〜Ｌ_Ａｎ，Ｌ_Ｂ１〜Ｌ_Ｂｎ，Ｌ_Ｃ１〜Ｌ_Ｃｎに信号を印加するものであり、信号を印加する対象の信号印加ラインＬ_Ａ１〜Ｌ_Ａｎ，Ｌ_Ｂ１〜Ｌ_Ｂｎ，Ｌ_Ｃ１〜Ｌ_ＣｎをＸ方向に順次切り換えるようになっている。

信号読出ラインＬ_Ｄ１〜Ｌ_Ｄｍには、各画素Ｇ_１１〜Ｇ_ｍｎで生成された電気信号が導出されるようになっている。これら信号読出ラインＬ_Ｄ１〜Ｌ_Ｄｍには定電流源Ｄ_１〜Ｄ_ｍ及び選択回路Ｓ_１〜Ｓ_ｍが接続されている。

定電流源Ｄ_１〜Ｄ_ｍの一端（図中下側の端部）には、直流電圧Ｖ_ＰＳが印加されるようになっている。

選択回路Ｓ_１〜Ｓ_ｍは、各信号読出ラインＬ_Ｄ１〜Ｌ_Ｄｍを介して画素Ｇ_１１〜Ｇ_ｍｎから与えられるノイズ信号と撮像時の電気信号とをサンプルホールドするものである。この選択回路Ｓ_１〜Ｓ_ｍには、水平走査回路７及び補正回路８が接続されている。水平走査回路７は、電気信号をサンプルホールドして補正回路８に送信する選択回路Ｓ_１〜Ｓ_ｍを、Ｙ方向に順次切り換えるものである。また、補正回路８は、選択回路Ｓ_１〜Ｓ_ｍから送信されるノイズ信号及び撮像時の電気信号に基づき、当該電気信号からノイズ信号を除去するものである。

なお、選択回路Ｓ_１〜Ｓ_ｍ及び補正回路８としては、特開平２００１−２２３９４８号公報に開示のものを用いることができる。また、本実施の形態においては、選択回路Ｓ_１〜Ｓ_ｍの全体に対して補正回路８を１つのみ設けることとして説明するが、選択回路Ｓ_１〜Ｓ_ｍのそれぞれに対して補正回路８を１つずつ設けることとしてもよい。

次に、各画素Ｇ_１１〜Ｇ_ｍｎについて説明する。

各画素Ｇ_１１〜Ｇ_ｍｎは、図３に示すように、フォトダイオードＰ及びトランジスタＴ_１〜Ｔ_３を備えている。なお、トランジスタＴ_１〜Ｔ_３は、バックゲートの接地されたＮチャネルのＭＯＳトランジスタである。

フォトダイオードＰには、レンズ群２及び絞り３を通過した光が当たるようになっている。このフォトダイオードＰのカソードＰ_ｋには直流電圧Ｖ_ＰＤが印加されており、アノードＰ_ＡにはトランジスタＴ_１のドレインＴ_１Ｄ及びゲートＴ_１Ｇと、トランジスタＴ_２のゲートＴ_２Ｇとが接続されている。

トランジスタＴ_１のソースＴ_１Ｓには信号印加ラインＬ_Ｃ（図２のＬ_Ｃ１〜Ｌ_Ｃｎに相当）が接続されており、この信号印加ラインＬ_Ｃから信号φ_ＶＰＳが入力されるようになっている。ここで、信号φ_ＶＰＳは２値の電圧信号であり、より詳細には、入射光量が所定値を超えたときにトランジスタＴ_１をサブスレッショルド領域で動作させるための電圧値ＶＨと、トランジスタＴ_１を導通状態にする電圧値ＶＬとの２つの値をとるようになっている。

また、トランジスタＴ_２のドレインＴ_２Ｄには直流電圧Ｖ_ＰＤが印加されており、トランジスタＴ_２のソースＴ_２Ｓは行選択用のトランジスタＴ_３のドレインＴ_３Ｄに接続されている。

このトランジスタＴ_３のゲートＴ_３Ｇには信号印加ラインＬ_Ａ（図２のＬ_Ａ１〜Ｌ_Ａｎに相当）が接続されており、この信号印加ラインＬ_Ａから信号φ_Ｖが入力されるようになっている。また、トランジスタＴ_３のソースＴ_３Ｓは信号読出ラインＬ_Ｄ（図２のＬ_Ｄ１〜Ｌ_Ｄｍに相当）に接続されている。

なお、以上のような画素Ｇ_１１〜Ｇ_ｍｎとしては、特開２００２−７７７３３号公報に開示のものを用いることができる。

以上の構成により、各画素Ｇ_１１〜Ｇ_ｍｎは入射光を光電変換して電気信号を出力するようになっている。本実施形態の画素Ｇ_１１〜Ｇ_ｍｎは、入射光量に基づいて電気信号への変換動作を切り換えるようになっており、図４に実線で示すように、所定入射光量ｔｈ未満の入射光量に対しては入射光を線形変換する線形変換動作を、所定入射光量ｔｈ以上の入射光量に対しては入射光を対数変換する対数変換動作を行うようになっている。なお、図４では、線形変換特性と対数変換特性の２種類の変換特性によって入射光を電気信号に変換する画素Ｇの例について説明したが、これに限られない。例えば、傾きの異なる二つの線形変換特性と一つの対数変換特性の３種類の変換特性を有する画素であってもよい。

また、線形変換動作と対数変換動作とが切り換えられる境界、いわゆる変曲点は撮像素子４における画素Ｇ_１１〜Ｇ_ｍｎの駆動条件、例えば撮影時での露光時間や制御電圧などによって変化するようになっている。

すなわち、露光時間が短くなるほど、トランジスタＴ_２のゲートＴ_２ＧとソースＴ_２Ｓとの間のポテンシャルの差が大きくなり、トランジスタＴ_２がカットオフ状態で動作する被写体輝度の割合、つまり線形変換する被写体輝度の割合が大きくなる。これにより、露光時間が短くなるほど線形変換動作の割合は大きくなるようになっている。また、撮像素子４に対する制御電圧、つまり、信号φ_ＶＰＳの電圧値ＶＬ、電圧値ＶＨの差が大きくなる場合や、温度が低くなる場合にも、線形変換する被写体輝度の割合は大きくなる。そのため、これら制御電圧や露光時間、温度などを変化させることによって、画像信号のダイナミックレンジや、切換点すなわち変曲点での前記所定入射光量ｔｈ、切換点での出力信号値（切換わり点信号値）すなわち変曲点での出力信号値（以下、変曲出力信号値Ｈとする）を制御することができる。

具体的には、例えば、被写体の輝度範囲が狭い場合には電圧値ＶＬを低くして線形変換する輝度範囲を広くすると共に、被写体の輝度範囲が広い場合には電圧値ＶＬを高くして対数変換する輝度範囲を広くすることで、画素Ｇ_１１〜Ｇ_ｍｎの光電変換特性を被写体の特性に合わせることができる。更に、電圧値ＶＬを最小とするときには常に画素Ｇ_１１〜Ｇ_ｍｎを線形変換する状態とし、電圧値ＶＬを最大とするときには常に画素Ｇ_１１〜Ｇ_ｍｎを対数変換する状態とすることもできる。

例えば、図５に示すように、露光時間が「ｔ_１」〜「ｔ_３」の順に短くなるほど、変曲点における変曲出力信号値Ｈと前記所定入射光量ｔｈとは「Ｉ」〜「ＩＩＩ」の順に大きくなる。また、図６に示すように、制御電圧が「Ｖ_１」〜「Ｖ_３」の順に小さくなるほど、画素Ｇ_１１〜Ｇ_ｍｎの変曲出力信号値Ｈは「ＩＶ」〜「ＶＩ」の順に大きくなる。なお、図５、図６中、「ａ_１」〜「ａ_３」、「ｂ」〜「ｄ」、「ａ」、「ｄ_１」〜「ｄ_３」はそれぞれ定数である。このうち、露光時間ｔ_１〜ｔ_３の駆動条件下での線形変換動作における入出力特性の傾きａ_１〜ａ_３は、当該露光時間ｔ_１〜ｔ_３に対して比例関係を有している。また、制御電圧Ｖ_１〜Ｖ_３の駆動条件下での対数変換動作における入出力特性の切片ｄ_１〜ｄ_３は、当該制御電圧Ｖ_１〜Ｖ_３に対して比例関係を有している。以下、所定入射光量ｔｈが最も小さいとき、つまり、線形変換動作の行われる割合が最も小さく、対数変換動作の行われる割合が最も大きいときの露光時間ｔ_１を、基準露光時間とする。

図１に戻り、撮像素子４には、アンプ９及びＡＤコンバータ１０を介して、黒基準設定部１１及び信号処理部１２がこの順に接続されている。

アンプ９は、従来から公知のものが用いられるようになっており、撮像素子４により光電変換された信号を増幅するようになっている。

ＡＤコンバータ１０は、アンプ９において増幅された電気信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するようになっている。

黒基準設定部１１は、デジタル信号の最低レベルを設定するものである。

信号処理部１２は、対数変換動作によって撮像素子４から出力される電気信号に対して信号処理を行うものであり、図７に示すように、変動補正部１３及び線形化部１４を備えている。

変動補正部１３は、撮像素子４の駆動条件すなわち画素Ｇ_１１〜Ｇ_ｍｎの露光時間や画素Ｇ_１１〜Ｇ_ｍｎに印加する制御電圧などに起因して撮像素子４の入出力特性が変動する場合に、この撮像素子４から出力される電気信号の変動補正を行うものであり、第１の補正部１３ａ及び第２の補正部１３ｂを備えて構成されている。

図７に示すように、第１の補正部１３ａは、係数導出部１５及び演算処理部１６を備えて構成されている。

第１の補正部１３ａが備える係数導出部１５は、画素Ｇ_１１〜Ｇ_ｍｎの露光時間についての露光時間情報と、画素Ｇ_１１〜Ｇ_ｍｎについての画素情報とに基づいて画素Ｇ_１１〜Ｇ_ｍｎごとに補正係数α_１１〜α_ｍｎを導出するものであり、本実施の形態においては、露光時間情報及び画素情報の入力によって補正係数α_１１〜α_ｍｎを算出するルックアップテーブル１５ａを備えている。

ここで、例えば、撮像時の露光時間が露光時間ｔ_２（変数）（図５参照）である場合は、補正係数αはα＝ｃＬｎ（ａ_１／ａ_２）＝ｃＬｎ（ｔ_１／ｔ_２）で示される値であり、換言すれば、図８（ａ）に示すように、露光時間ｔ_２の駆動条件下で撮像素子４から対数変換された電気信号が正確に線形変換された状態の電気信号となるような変換特性を有する仮想の変換テーブル（図中の点線参照）と、基準変換テーブル１４ａ（図中の実線参照）との入力軸（図中のｘ軸）上での距離である。なお、このような仮想の変換テーブルは、実験や理論計算などによって求めることができ、仮想の変換テーブルと基準変換テーブル１４ａとは、互いに平行な関係となっている。また、図８（ａ）中では、線形領域に対する各変換テーブルの図示を省略している。

また、画素情報としては、各画素Ｇ_１１〜Ｇ_ｍｎのＩＤナンバーなどの固有情報や、撮像素子４の中における位置情報などが用いられている。

第１の補正部１３ａが備える演算処理部１６は、係数導出部１５で導出された補正係数α_１１〜α_ｍｎに基づいて、画素Ｇ_１１〜Ｇ_ｍｎごとに変動補正を行うものであり、本実施形態においては、対数変換動作によって各画素Ｇ_１１〜Ｇ_ｍｎより出力される電気信号から、補正係数α_１１〜α_ｍｎを減算するようになっている。これにより、変動補正後の対数変換された電気信号は、基準変換テーブル１４ａによって正確に線形変換された状態の電気信号に特性変換することが可能な状態となる。

具体的には、例えば図８（ａ）に示すように、露光時間ｔ_２（図５参照）の駆動条件において画素Ｇ_１１〜Ｇ_ｍｎから対数変換された電気信号の信号値がＸ_２であるとする。この場合、対数変換された信号値Ｘ_２が正確に線形変換された状態の電気信号に特性変換されるとき、つまり、信号値Ｘ_２が前記仮想の変換テーブルで特性変換されるときには、特性変換後の出力信号値はＹ_２である。これに対し、信号値Ｘ_２をそのまま基準変換テーブル１４ａによって特性変換すると、特性変換後の信号値はＹ_１であるが、信号値Ｘ_２を補正係数αで減算した信号値Ｘ_１（＝Ｘ_２−α）を基準変換テーブル１４ａによって特性変換したときには、特性変換後の信号値はＹ_２である。つまり、対数変換された信号値Ｘ_２を補正係数αで減算することにより、減算後の電気信号は基準変換テーブル１４ａにより正確に線形変換された状態の電気信号に特性変換することが可能な状態となる。

第２の補正部１３ｂは、基準変換テーブル１４ａと重なるように補正された電気信号のうち、撮像素子４の変換特性の切換点近傍領域の電気信号を、実際の撮像素子４の特性と重なるよう切換点の両側の２つの特性のモデル式を用いて補正するものであり、図７に示すように、ルックアップテーブル１７を備えて構成されている。本実施形態では、変曲点近傍領域の電気信号を、変曲点（切換点）の両側の２つの特性のモデル式を用いて補正するようになっている。

すなわち、本実施形態の撮像素子４はリニアログ変換型センサであり、実際の撮像素子４の特性は、変曲点近傍領域において滑らかな曲線状となる。このため、図８（ａ）に示す基準変換テーブル（１４ａ）のままでは、変曲点近傍領域において実際の撮像素子４の特性との補正誤差が生じ、変換誤差の要因となる。

例えば、図９は入射光量に対する撮像素子４の出力信号を示すグラフである。図９において、線形領域及び対数領域の出力信号をそれぞれ数式化した出力信号モデルとしてのグラフは、変曲点近傍領域において実際の撮像素子４の特性と補正誤差が生じている。

また、図１０は図９の入射光量を対数軸としたグラフである。出力信号モデルでは対数領域が直線状となっており、実際の撮像素子４の特性との補正誤差がより明確になっている。
一方、図１１は、図９の撮像素子４の出力を対数軸としたグラフである。やはり対数領域において直線状の出力信号モデルが実際の撮像素子４の特性と補正誤差が生じている。

更に、図１２は、撮像素子４の駆動条件の設定、すなわち露光時間や制御電圧の設定によって変曲点が複数となった場合の入射光量に対する撮像素子４の出力信号を示すものであり、図１０と同様に入射光量を対数軸としたグラフである。図１２では、複数の変曲点近傍領域のいずれにおいても出力信号モデルと実際の撮像素子４の特性との補正誤差が生じており、また、変曲点によって補正誤差の度合いも異なっている。

また、図１３は、図１２の撮像素子４の出力を対数軸としたグラフであるが、やはり複数の変曲点近傍領域のいずれにおいても出力信号モデルと実際の撮像素子４の特性とに補正誤差が生じており、また、変曲点によって補正誤差の度合いも異なっている。

そこで、第２の補正部１３ｂは、ルックアップテーブル１７により、第１の補正部１３ａから出力された電気信号のうち、変曲点近傍領域の電気信号を変曲点の両側の２つの特性のモデル式を用いて補正し、実際の撮像素子４の特性との補正誤差を抑制するようになっている。

また、第２の補正部１３ｂは、撮像素子４の駆動条件ごとの変曲点に応じてルックアップテーブル１７の値を変更し又は変曲点ごとにルックアップテーブル１７を作成しておくことにより、駆動条件ごとの変曲点に応じて上記補正を行い、変換誤差を抑制するようになっている。

ルックアップテーブル１７は、第１の補正部１３ａから出力された電気信号のうち、変曲点近傍領域の電気信号の入力により、変曲点近傍領域の電気信号が実際の撮像素子４の特性と重なるよう変曲点の両側の２つの特性のモデル式を用いて補正された電気信号を導出するようになっている。

この際、第２の補正部１３ｂは、変曲信号導出部１８（図１参照）から入力される変曲出力信号値に基づいて変曲点近傍領域を判断し、変曲点近傍領域の電気信号をルックアップテーブル１７に入力させるようになっている。ここで、図１４（ａ）は図８（ａ）に対応する実際の撮像素子４の特性を示すものであり、変曲点をＸ_１、Ｘ_２に対し、入力信号Ｘ＝Ｘ_１−ｍ１〜Ｘ_１＋ｎ１、Ｘ＝Ｘ_２−ｍ２〜Ｘ_２＋ｎ２の範囲が変曲点近傍領域とされている。なお、図１４では、図１１と同様に、撮像素子４の出力が対数軸とされている。本実施形態の第２の補正部１３ｂは、変曲出力信号値の入力により、図１４の係数ｍ，ｎを導出する図示しないルックアップテーブルを備えており、このルックアップテーブルを用いて変曲点近傍領域を判断するようになっている。

また、変曲点近傍領域の電気信号を変曲点の両側の２つの特性のモデル式を用いて補正するためのパラメータは、撮像素子４の特性に合うように予め実験的に求めておくことが可能であり、これによりルックアップテーブル１７を作成しておくことができる。

例えば、本実施形態の撮像素子４としてのリニアログ変換型センサの特性は、下記式（１）又は下記式（２）などの演算式によって表すことができる。下記式（１）は図１４（ａ）の基準変換テーブルを表し、下記式（２）は図１４（ａ）の露光時間ｔ_２に対する変換テーブルを表している。

図１４（ａ）のグラフでは縦軸が対数軸であり、上記式（１）、（２）の係数β_１、β_２は線形領域の項の係数を示し、係数γ_１、γ_２は対数領域の項の係数を示している。

また、図１５（ａ）に撮像素子４の変曲点近傍領域における係数β_ａの変化の一例を、図１５（ｂ）に係数γ_ａの変化の一例を示す。図１５（ａ）に示すように、変曲点近傍領域において係数β_ａは徐々に減少する一方で、図１５（ｂ）に示すように、係数γ_ａは係数β_ａとは反対に徐々に増大している。このように、変曲点近傍領域では、図１５（ａ）及び図１５（ｂ）に示す混合比により線形変換特性と対数変換特性とが混在しており、撮像素子４の出力信号は滑らかな曲線を描いて変化している。

このように、実際の撮像素子４の特性は上記式（１）又は上記式（２）などの演算式によって表すことが可能であり、この実際の撮像素子４の特性に基づき、第１の補正部１３ａから出力された電気信号のうち、変曲点近傍領域の電気信号を変曲点の両側の２つの特性のモデル式を用いて補正するためのパラメータを実験的に求めることにより、ルックアップテーブル１７を作成しておくことが可能である。

また、撮像素子４の切換点近傍領域（変曲点近傍領域）における特性は、上記式（１）又は（２）などの演算式で表すのみならず、実際に撮像素子４の特性を測定することにより求めることも可能である。

図７に戻り、線形化部１４は、複数種類の変換特性を有する撮像素子４の出力信号を一つの変換特性により統一的に変換された状態に変換する特性変換部である。本実施形態に示す線形化部１４は、線形変換特性と対数変換特性の２種類の変換特性を有する撮像素子４の出力信号を一方の線形変換特性により統一的に変換された状態の電気信号に変換（統一）するようになっている。なお、線形化部１４に代えて対数変換特性により統一的に変換された状態の電気信号に変換する対数化部を備えた信号処理部１２としてもよい。図７に示すように、線形化部１４は、セレクタ１４ｂ、基準変換テーブル１４ａ及び出力部１４ｃを備えている。なお、図７では、ＡＤコンバータ１０や制御装置２６などの図示を省略している。

セレクタ１４ｂは、撮像素子４からの電気信号と前記変曲出力信号値Ｈとの大小を判別し、撮像素子４からの電気信号が前記変曲出力信号値Ｈより大きい場合、つまり対数変換された電気信号が撮像素子４から出力される場合には、撮像素子４からの出力信号を基準変換テーブル１４ａに出力し、変曲出力信号値Ｈ以下の場合には出力部１４ｃに出力するようになっている。

基準変換テーブル１４ａは、図４に矢印Ｚで示すように、撮像素子４から出力される電気信号のうち、対数変換された電気信号を、入射光から線形変換された状態に特性変換するものである。この基準変換テーブル１４ａの変換特性は、撮像素子４の駆動条件が所定の基準条件である場合、本実施の形態においては画素Ｇ_１１〜Ｇ_ｍｎの露光時間が前記基準露光時間ｔ_１である場合に前記撮像素子４から対数変換動作で出力される電気信号が正確に線形変換された状態となるように設定されている。

出力部１４ｃは、セレクタ１４ｂ又は基準変換テーブル１４ａから入力される電気信号を出力するものである。

図１に戻り、信号処理部１２には、変曲信号導出部１８及び画像処理部１９がそれぞれ接続されている。

変曲信号導出部１８は、露光時間情報と画素情報とに基づいて変曲出力信号値Ｈを導出するものであり、本実施形態においては、図７に示すように、露光時間情報及び画素情報の入力によって変曲出力信号値Ｈを導出するルックアップテーブル１８ａを備えている。

画像処理部１９は、画素Ｇ_１１〜Ｇ_ｍｎからの電気信号全体によって構成される画像データに対して画像処理を行うものであり、ＡＷＢ（Ａｕｔｏ Ｗｈｉｔｅ Ｂａｌａｎｃｅ）処理部２０、色補間部２１、色補正部２２、階調変換部２３及び色空間変換部２４を備えている。これらＡＷＢ処理部２０、色補間部２１、色補正部２２、階調変換部２３及び色空間変換部２４は信号処理部１２に対してこの順に接続されている。

ＡＷＢ処理部２０は、画像データに対してホワイトバランス処理を行うものであり、色補間部２１は、同色のフィルタが設けられた複数の近接画素からの電気信号に基づき、これら近接画素間に位置する画素について、この色の電気信号を補間演算するものである。色補正部２２は画像データの色合いを補正するものであり、より詳細には、各色の電気信号を他の色の電気信号に基づき画素Ｇ_１１〜Ｇ_ｍｎごとに補正するものである。階調変換部２３は画像データの階調変換を行うものであり、色空間変換部２４はＲＧＢ信号をＹＣｂＣｒ信号に変換するものである。

また、信号処理部１２には、評価値算出部２５及び制御装置２６がこの順に接続されている。

評価値算出部２５は、ＡＷＢ処理部２０でのホワイトバランス処理（ＡＷＢ処理）に用いられるＡＷＢ評価値や、露光制御処理部２７での露出制御処理（ＡＥ処理）に用いられるＡＥ評価値を算出するものである。

制御装置２６は、撮像装置１の各部を制御するものであり、図１に示すように、アンプ９、黒基準設定部１１、信号処理部１２、変曲信号導出部１８、ＡＷＢ処理部２０、色補間部２１、色補正部２２、階調変換部２３及び色空間変換部２４と接続されている。

また、制御装置２６は、露光制御処理部２７を介して絞り３と接続され、信号生成部２８を介して撮像素子４及びＡＤコンバータ１０と接続されている。

露光制御処理部２７は、絞り制御機構などにより構成され、評価値算出部２５の出力信号などのフィードバックを受けながら制御装置２６からの制御信号により絞り３を制御するようになっている。

信号生成部２８は、撮像素子４の撮影動作を制御するようになっている。すなわち、制御装置２６からの撮影制御信号に基づいて所定のタイミングパルス（画素駆動信号、水平同期信号、垂直同期信号、水平走査回路駆動信号、垂直走査回路駆動信号など）を生成して撮像素子４に出力するようになっている。また、信号生成部２８はＡＤ変換用のタイミング信号も生成するようになっている。

続いて、撮像装置１の撮像動作について、図１６を参照して説明する。

まず、撮像素子４が各画素Ｇ_１１〜Ｇ_ｍｎへの入射光を光電変換し、線形変換又は対数変換された電気信号をアナログ信号として出力する。具体的には、各画素Ｇ_１１〜Ｇ_ｍｎが信号読出ラインＬ_Ｄに電気信号を出力すると、この電気信号を定電流源Ｄが増幅し、選択回路Ｓが順にサンプルホールドする。そして、サンプルホールドされた電気信号が選択回路Ｓから補正回路８に送出されると、補正回路８がノイズを除去して電気信号を出力する。

次に、撮像素子４から出力されたアナログ信号をアンプ９が増幅し、ＡＤコンバータ１０がデジタル信号に変換する。次に、黒基準設定部１１がデジタル信号の最低レベルを設定した後、図１６に示すように、このデジタル信号を信号処理部１２の線形化部１４及び変動補正部１３に送信する（ステップＴ１、ステップＵ１）。また、制御装置２６が撮像素子４の各画素Ｇ_１１〜Ｇ_ｍｎの露光時間情報と、画素情報とを変動補正部１３及び変曲信号導出部１８に送信する（ステップＵ１、ステップＳ１）。

露光時間情報及び画素情報を受信したら、変曲信号導出部１８は、ルックアップテーブル１８ａによって変曲出力信号値Ｈを導出し（ステップＳ２）、変動補正部１３と線形化部１４のセレクタ１４ｂとに送信する（ステップＳ３）。このように、ルックアップテーブル１８ａが露光時間及び画素情報に基づいて変曲出力信号値Ｈを導出するので、変曲出力信号値Ｈの導出が正確かつ高速に行われる。

変曲信号導出部１８からの変曲出力信号値Ｈを受信したら（ステップＵ２）、変動補正部１３は画素Ｇ_１１〜Ｇ_ｍｎからの出力信号の信号値と変曲出力信号値Ｈ（より詳細には変曲点近傍領域）との大小を比較し（ステップＵ３）、画素Ｇ_１１〜Ｇ_ｍｎからの出力信号の信号値が変曲出力信号値Ｈ以下である場合（より詳細には変曲出力信号Ｈ近傍領域（図１５のｍａ相当）よりも小さい場合）、つまり画素Ｇ_１１〜Ｇ_ｍｎからの出力信号が線形変換された電気信号である場合（ステップＵ３；Ｙｅｓ）は、変動補正部１３は処理を終了する。

一方、ステップＵ３において画素Ｇ_１１〜Ｇ_ｍｎからの出力信号が変曲出力信号値Ｈより大きい場合（より詳細には変曲出力信号Ｈ近傍領域（図１５のｍａ相当）以上の場合）、つまり画素Ｇ_１１〜Ｇ_ｍｎからの出力信号が線形変換された電気信号でない場合（ステップＵ３；Ｎｏ）には、変動補正部１３の第１の補正部１３ａは、ルックアップテーブル１５ａにより画素Ｇ_１１〜Ｇ_ｍｎごとに補正係数α_１１〜α_ｍｎを導出し（ステップＵ４）、演算処理部１６により画素Ｇ_１１〜Ｇ_ｍｎごとに変動補正を行う（ステップＵ５）。続いて、第２の補正部１３ｂは、変動補正後の電気信号のうち変曲点近傍領域の電気信号を、実際の撮像素子４の特性と重なるよう変曲点の両側の２つの特性のモデル式を用いて補正する（ステップＵ６）。具体的には、ルックアップテーブル１７に変曲点近傍領域の電気信号を入力することにより、変曲点の両側の２つの特性のモデル式を用いて補正された変曲点近傍領域の電気信号を導出する。続いて、変動補正部１３は変動補正後の電気信号を線形化部１４のセレクタ１４ｂに送信する（ステップＵ７）。

このように、画素Ｇ_１１〜Ｇ_ｍｎの露光時間に起因して当該画素Ｇ_１１〜Ｇ_ｍｎの入出力特性が変動する場合でも、第１の補正部１３ａの変動補正により、基準露光時間ｔ_１における出力値と画素Ｇ_１１〜Ｇ_ｍｎの実際の出力値とのズレが補正される。また、係数導出部１５が撮像時の露光時間及び画素情報に基づいて補正係数α_１１〜α_ｍｎを導出するので、演算処理部１６が補正係数α_１１〜α_ｍｎを用いることにより、撮像素子４の入出力特性の変動が正確に補正される。また、ルックアップテーブル１５ａにより、係数α_１１〜α_ｍｎが正確かつ高速に導出される。また、画素Ｇ_１１〜Ｇ_ｍｎからの出力信号が対数変換された電気信号である場合にのみ変動補正を行うので、無駄に変動補正が行われないこととなり、信号処理が高速化される。また、第２の補正部１３ｂにより、変曲点近傍領域において変動補正後の電気信号と実際の撮像素子４の特性との補正誤差が防止される。

続いて、線形化部１４では変曲信号導出部１８からの変曲出力信号値Ｈを受信すると（ステップＴ２）、線形化部１４のセレクタ１４ｂは画素Ｇ_１１〜Ｇ_ｍｎからの出力信号の信号値と変曲出力信号値Ｈとの大小を比較し（ステップＴ３）、画素Ｇ_１１〜Ｇ_ｍｎからの出力信号が変曲出力信号値Ｈ以下である場合（ステップＴ３；Ｙｅｓ）には、出力部１４ｃを介して画素Ｇ_１１〜Ｇ_ｍｎからの出力信号をそのまま出力する（ステップＴ４）。一方、画素Ｇ_１１〜Ｇ_ｍｎからの出力信号が変曲出力信号値Ｈより大きい場合（ステップＴ３；Ｎｏ）には、セレクタ１４ｂは変動補正部１３から変動補正後の電気信号を受信し（ステップＴ５）、この電気信号に対して基準変換テーブル１４ａに特性変換を行わせた後（ステップＴ６）、出力部１４ｃを介して出力する（ステップＴ７）。

このように、線形化部１４では画素Ｇ_１１〜Ｇ_ｍｎからの出力信号が対数変換された電気信号である場合にのみ特性変換を行うので、無駄に特性変換が行われないこととなり、信号処理が高速化される。

次に、線形化部１４から出力される電気信号に基づいて評価値算出部２５が前記ＡＷＢ評価値、ＡＥ評価値を算出する。

次に、算出されたＡＥ評価値に基づいて制御装置２６が露光制御処理部２７を制御し、撮像素子４に対する露光量を調節させる。

また、ＡＷＢ評価値や、前記黒基準設定部１１で設定された前記最低レベルなどに基づいて制御装置２６がＡＷＢ処理部２０を制御し、信号処理部１２から出力される画像データに対してホワイトバランス処理を行わせる。

そして、ＡＷＢ処理部２０から出力される画像データに基づいて色補間部２１、色補正部２２、階調変換部２３及び色空間変換部２４がそれぞれ画像処理を行った後、画像データを出力する。

このように本実施形態の撮像装置１によれば、撮像素子４の少なくとも１つの駆動条件に起因して撮像素子４の入出力特性が変動する場合に、撮像素子４から出力される電気信号の変動補正を行うので、駆動条件によって入出力特性が変動する場合であっても、従来と異なり、基準駆動条件における出力値と、撮像素子４の実際の出力値とのズレが補正される。従って、特性変換によって電気信号を正確に線形変換された状態に統一することができる。

また、第１の補正部１３ａにおいて、モデル化した演算式に基づき、簡易かつ高速に変動補正を行うことができる。また、第１の補正部１３ａで各特性の出力信号をモデル化した演算式に基づいて変動補正を行うと、実際の撮像素子４の出力信号は変曲点近傍領域において滑らかな曲線状に変化していることから、出力信号モデルとの補正誤差が生じるが、変曲点近傍領域の出力信号を変曲点の両側の２つの特性のモデル式を用いて補正することにより、変換誤差を抑制して画質劣化を改善することが可能となる。

また、係数導出部１５は駆動条件に基づいて補正係数を導出するので、導出される補正係数を演算処理部１６が用いることによって、駆動条件に起因する撮像素子４の入出力特性の変動を正確に補正することができる。

また、係数導出部１５は駆動条件及び画素情報に基づいて補正係数を導出するので、導出される補正係数を演算処理部１６が用いることによって、駆動条件や画素に起因する撮像素子４の入出力特性の変動を正確に補正することができる。

また、ルックアップテーブル１５ａにより補正係数を導出するので、演算によって補正係数を導出する場合と比較して、係数導出部１５の構成を簡素化すると共に導出処理を高速化することができる。

また、変動補正部１３は駆動条件に基づいて変動補正後の電気信号を導出するので、駆動条件に起因する撮像素子４の入出力特性の変動を正確に補正することができる。また、ルックアップテーブルによって変動補正後の電気信号を導出することにより、演算によって変動補正後の電気信号を導出する場合と比較して、変動補正部１３の構成を簡素化すると共に導出処理を高速化することができる。

また、駆動条件と、画素情報とに基づいて変動補正後の電気信号を導出するので、駆動条件や画素に起因する撮像素子４の入出力特性の変動を正確に補正することができる。

また、複数種類の変換特性の切換点は撮像素子４の駆動条件に応じて変動するが、この切換点に応じて切換点近傍領域の出力信号の補正を行うことにより、変換誤差を更に効果的に抑制することが可能となる。

また、ルックアップテーブル１７により補正後の出力信号を導出するので、演算によって補正を行う場合と比較して、第２の補正部１３ｂの構成を簡素化すると共に導出処理を高速化することができる。

また、変動補正部１３を各画素に対応付けて備えるので、画素毎に入出力特性の変動量が異なる場合であっても、正確に変動補正を行うことができる。

また、線形化部１４を各画素に対応付けて備えるので、画素毎に光電変換の変換特性が異なる場合であっても、電気信号全体を正確に線形変換された状態に統一することができる。

また、撮像素子４の出力信号が複数種類の変換特性のいずれか一つの特性により変換された電気信号である場合にのみ信号処理部１２が信号処理を行うので、他方の変換特性により変換された状態にする必要のない場合は、特性変換や変動補正などの信号処理が行われない。従って、無駄に信号処理を行う手間を省くことができるため、処理を高速化することができる。

また、駆動条件に基づいて変曲出力信号値を導出するので、変曲出力信号値の導出を正確に行うことができる。

また、駆動条件及び画素情報に基づいて変曲出力信号値を導出するので、変曲出力信号値の導出を正確に行うことができる。

また、ルックアップテーブル１８ａによって変曲出力信号値を導出するので、演算によって導出する場合と比較して、変曲信号導出部の構成を簡素化すると共に導出処理を高速化することができる。

［実施の形態の変形例］
次に、上記の実施形態の変形例について説明する。なお、上記の実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

本変形例における変動補正部１３の第１の補正部１３ａは、各画素Ｇ_１１〜Ｇ_ｍｎの制御電圧に起因して画素Ｇ_１１〜Ｇ_ｍｎの入出力特性が変動する場合に、この画素Ｇ_１１〜Ｇ_ｍｎから出力される電気信号の変動補正を行うようになっている。

具体的には、第１の補正部１３ａの係数導出部１５は、図６及び図８（ｂ）に示すように、所定入射光量ｔｈが最も小さいときの制御電圧Ｖ_１を基準制御電圧とし、制御電圧Ｖ_２（変数）の駆動条件に対応する仮想の変換テーブルと、基準制御電圧Ｖ_１の駆動条件に対応する基準変換テーブル１４ａとの入力軸（図８（ｂ）中のｘ軸）上での距離Ｘ_２−Ｘ_１＝ｄ_１−ｄ_２＝ｍ_１Ｖ_１−ｍ_２Ｖ_２（但し、ｍ_２＝ｄ_２／Ｖ_２、ｍ_１＝ｄ_１／Ｖ_１）を補正係数αとして用いるようになっている。

また、本変形例における第２の補正部１３ｂも、上記の実施形態と同様に、第１の補正部１３ａから出力された電気信号のうち、変曲点近傍領域の電気信号を、ルックアップテーブル１７により変曲点の両側の２つの特性のモデル式を用いて補正するようになっている。本実施形態でも、実際の撮像素子４の特性は下記式（３）又は下記式（４）で表すことができ、これらの演算式に基づいて補正に必要なパラメータを実験的に求めて、ルックアップテーブル１７を作成しておくことができる。なお、下記式（３）は図１４（ｂ）における基準変換テーブルによる出力信号Ｙ_１を表し、下記式（４）は図１４（ｂ）における変換テーブルによる出力信号Ｙ_２を表している。

このような場合にも、上記の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

なお、上記の実施形態及び変形例においては、変動補正部１３は線形化部１４の前段に配設されることとして説明したが、後段に配設されることとしてもよく、係数導出部１５を線形化部１４の前段に、演算処理部１６を後段に設けてもよい。

また、撮像素子４の駆動条件として、露光時間や制御電圧を用いることとして説明したが、温度を用いることとしてもよい。

また、変動補正部１３の第１の補正部１３ａは、変動補正後の電気信号を導出する演算処理部１６を備えることとして説明したが、駆動条件や画素情報、撮像素子４から出力される電気信号などの入力によって変動補正後の電気信号を導出するルックアップテーブルを備えることとしてもよい。この場合は、上記の実施形態と同様の効果を得ることができると共に、演算により変動補正後の電気信号を導出する場合と比較して変動補正部１３の構成を簡素化することが可能となる。

また、変動補正部１３及び線形化部１４は１つずつ設けられていることとして説明したが、各画素Ｇ_１１〜Ｇ_ｍｎに対応づけて複数設けてもよい。特に、線形化部１４が複数設けられる場合には、画素Ｇ_１１〜Ｇ_ｍｎごとに光電変換の変換特性が異なる場合であっても、電気信号全体を正確に線形変換された状態に統一することができる。また、変動補正部１３を複数設けることにより、画素Ｇ_１１〜Ｇ_ｍｎごとに入出力特性の変動量が異なる場合であっても、正確に変動補正を行うことができる。

また、係数導出部１５は、駆動条件と画素情報とに基づいて画素Ｇ_１１〜Ｇ_ｍｎごとに補正係数α_１１〜α_ｍｎを導出することとして説明したが、駆動条件のみに基づいて、画素Ｇ_１１〜Ｇ_ｍｎに共通の補正係数αを導出することとしてもよい。

また、係数導出部１５は、補正係数を導出する基準変換テーブル１４ａを備えることとして説明したが、駆動条件などの入力によって補正係数を導出する演算器を備えることとしてもよい。

また、本発明における特性変換部を、対数変換された電気信号を線形変換によって生成された状態に特性変換する線形化部１４として説明したが、線形変換された電気信号を対数変換された状態に特性変換するものとしてもよい。

また、変曲信号導出部１８は、駆動条件と画素情報とに基づいて変曲出力信号値Ｈを導出するものとしたが、駆動条件のみに基づいて導出してもよい。また変曲信号導出部１８は、変曲出力信号値Ｈを導出するルックアップテーブル１８ａを備えることとしたが、変曲出力信号値Ｈを導出する演算器を備えてもよい。
また、線形化部１４は基準変換テーブル１４ａによって特性変換を行うこととしたが、指数変換するなどの演算によって行ってもよい。

また、画素Ｇ_１１〜Ｇ_ｍｎは図３のような構成を有することとしたが、線形変換動作と対数変換動作とを切り換え可能であれば、例えば上述の特許文献１に示されるような構成を有するものであってもよい。

Claims (19)

1. 複数種類の変換特性によって入射光を電気信号に変換する複数の画素を有する撮像素子と、
   前記撮像素子の出力信号に対して信号処理を行う信号処理部とを備え、
   前記信号処理部は、
   前記撮像素子の少なくとも１つの駆動条件に起因して前記撮像素子の入出力特性が変動する場合に、この撮像素子の出力信号の変動補正を行う変動補正部と、
   前記撮像素子の出力信号を一つの変換特性により統一的に変換された状態に変換する特性変換部とを備え、
   前記変動補正部は、前記複数種類の変換特性をモデル化した演算式に基づいて変動補正を行う第１の補正部と、前記第１の補正部により変動補正された出力信号のうち前記複数種類の変換特性の切換点近傍領域の出力信号を前記撮像素子の特性と重なるように前記切換点の両側の２つの特性のモデル式を用いて補正する第２の補正部とを備えることを特徴とする撮像装置。
2. 前記第１の補正部は、
   補正係数を導出する係数導出部と、
   前記補正係数に基づいて前記変動補正を行う演算処理部とを備えることを特徴とする請求の範囲第１項記載の撮像装置。
3. 前記係数導出部は、前記駆動条件に基づいて前記補正係数を導出することを特徴とする請求の範囲第２項記載の撮像装置。
4. 前記係数導出部は、前記駆動条件と、前記画素についての画素情報とに基づいて、画素毎に前記補正係数を導出し、
   前記演算処理部は、各画素について前記変動補正を行うことを特徴とする請求の範囲第２項又は第３項記載の撮像装置。
5. 前記係数導出部は、少なくとも前記駆動条件の入力によって前記補正係数を導出するルックアップテーブルを備えることを特徴とする請求の範囲第２項乃至第４項いずれか一項に記載の撮像装置。
6. 前記係数導出部は、少なくとも前記駆動条件の入力によって前記補正係数を導出する演算器を備えることを特徴とする請求の範囲第２項乃至第４項いずれか一項に記載の撮像装置。
7. 前記第１の補正部は、
   前記駆動条件と、前記撮像素子の出力信号との入力によって前記変動補正後の電気信号を導出するルックアップテーブルを備えることを特徴とする請求の範囲第１項記載の撮像装置。
8. 前記ルックアップテーブルは、前記駆動条件と、前記画素についての画素情報と、前記撮像素子の出力信号との入力によって前記変動補正後の電気信号を導出することを特徴とする請求の範囲第７項記載の撮像装置。
9. 前記第２の補正部は、前記駆動条件ごとの前記複数種類の変換特性の切換点に応じて前記切換点近傍領域の出力信号の補正を行うことを特徴とする請求の範囲第１項記載の撮像装置。
10. 前記第２の補正部は、前記切換点近傍領域の出力信号の入力により前記撮像素子の特性と重なるように前記切換点の両側の２つの特性のモデル式を用いて補正された出力信号を導出するルックアップテーブルを備えることを特徴とする請求の範囲第１項又は第９項記載の撮像装置。
11. 複数の前記変動補正部を、各画素に対応づけて備えることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第１０項いずれか一項に記載の撮像装置。
12. 複数の前記特性変換部を、各画素に対応づけて備えることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第１１項いずれか一項に記載の撮像装置。
13. 前記複数種類の変換特性の切換点における切換わり点信号値を導出する導出部を備え、
    前記信号処理部は、前記撮像素子からの出力信号の信号値と前記切換わり点信号値との大小に基づき、前記撮像素子からの出力信号が前記複数種類の変換特性のいずれか一つの特性により変換された電気信号である場合にのみ、前記信号処理を行うことを特徴とする請求の範囲第１項乃至第１２項いずれか一項に記載の撮像装置。
14. 前記導出部は前記駆動条件に基づいて前記切換わり点信号値を導出することを特徴とする請求の範囲第１３項記載の撮像装置。
15. 前記導出部は前記駆動条件と前記画素についての画素情報とに基づいて前記切換わり点信号値を導出することを特徴とする請求の範囲第１３項又は第１４項記載の撮像装置。
16. 前記導出部は少なくとも前記駆動条件の入力により前記切換わり点信号値を導出するルックアップテーブルを備えることを特徴とする請求の範囲第１４項又は第１５項記載の撮像装置。
17. 前記導出部は少なくとも前記駆動条件の入力により前記切換わり点信号値を導出する演算器を備えることを特徴とする請求の範囲第１４項又は第１５項記載の撮像装置。
18. 前記駆動条件は、撮影時の温度と、前記画素の露光時間と、前記画素に対する制御電圧との少なくとも１つであることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第１７項いずれか一項に記載の撮像装置。
19. 前記複数の画素は入射光を電気信号に線形変換する線形変換特性と入射光を電気信号に対数変換する対数変換特性とを入射光量に応じて切り換え可能に構成されていることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第１８項いずれか一項に記載の撮像装置。