KR101136217B1 - 고체 촬상 회로 및 카메라 시스템 - Google Patents

고체 촬상 회로 및 카메라 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 픽셀 어레이에 기인하는 셰이딩을 적절히 보정하는 것을 과제로 한다.
고체 촬상 회로(10)는 촬상부(20)와 화상 처리부(30)를 구비한다. 촬상부(20)는 촬영 광학계에 의해 결상된 광상(光像)을 광전 변환하는 복수의 픽셀 회로를 배열한 픽셀 어레이(21)를 구비한다. 화상 처리부(30)는 촬상부(20)에 의해 취득된 2차원 화상에 대하여, 촬영 광학계의 광축에 대응하는 위치와는 다른 위치에 극값 위치를 갖는 복수의 제1 보정 계수를 이용한 제1 셰이딩 보정을 실시한다.

Description

고체 촬상 회로 및 카메라 시스템{SOLID STATE IMAGING CIRCUIT AND CAMERA SYSTEM}
본 발명은 고체 촬상 회로 및 카메라 시스템에 관한 것으로, 특히, 고체 촬상 회로의 셰이딩 보정 기능에 관한 것이다.
최근, 고체 촬상 회로는 디지털 스틸 카메라나 휴대형 단말기 등의 여러 가지 전자 기기에 내장되어 있다. 예컨대, 휴대형 단말기에 관해서는, 카메라 시스템의 소형화가 필수이기 때문에, 카메라 시스템에 탑재되는 고체 촬상 회로의 소형화가 진행되고 있고, 고체 촬상 회로 내의 픽셀 어레이의 허용 면적이 작아지고 있다. 픽셀 어레이를 구성하는 픽셀 회로 내의 포토다이오드(감광 영역)의 면적을 작게 함으로써, 픽셀 어레이의 소면적화가 실현되지만, 픽셀 회로의 감도 저하가 생긴다. 또, 카메라 시스템의 소형화를 실현하기 위해서, 고체 촬상 회로의 소형화뿐만 아니라 촬영 렌즈의 소형화도 실시되고 있다. 촬영 렌즈가 소형화되면, 촬영 렌즈로부터 고체 촬상 회로에서의 픽셀 어레이의 주변부로의 입사광의 각도가 커져, 셰이딩이 생긴다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 종래 기술로서는, 고체 촬상 회로의 화상 처리부에 있어서 촬영 렌즈에 기인하는 셰이딩에 맞춰 게인 보정을 실시 하는 셰이딩 보정 회로를 설치하는 방법이 알려져 있다. 또, 셰이딩 보정 기능에 관련된 기술은 예컨대 특허문헌 1～3에 개시되어 있다.
[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제2005-341033호 공보
[특허문헌 2] 일본 특허 공개 평성 제11-27526호 공보
[특허문헌 3] 일본 특허 공개 제2006-253970호 공보
휴대형 단말기 등의 카메라 시스템에 이용되는 고체 촬상 회로에 대해서는, 카메라 시스템의 소형화에 대응하기 위해 픽셀 어레이의 면적을 작게 할 필요가 있다. 그러나, 카메라 시스템의 소형화가 진행됨에 따라 픽셀 어레이를 구성하는 픽셀 회로에서 포토다이오드의 영역을 확보하기 위해서는, 인접하여 배치되는 픽셀 회로에 대하여 다른 구성을 적용하는 것이 필요해지고 있다. 이러한 구성의 픽셀 어레이에서는, 입사광량이 인접 행에서 상하 변동하기 때문에, 촬상 렌즈에 기인하는 셰이딩과는 별도로, 픽셀 어레이에 기인하는 셰이딩이 생겨, 입사광량의 감쇠율이 최소가 되는 위치(입사광량이 최대가 되는 위치)가 촬상 렌즈의 광축에 대응하는 위치와 다른 위치에 존재하게 된다. 종래 기술에서의 셰이딩 보정에서는, 픽셀 어레이에 있어서 입사광량의 감쇠율이 최소가 되는 위치가 촬상 렌즈의 광축에 대응하는 위치에 존재하는 것을 전제로 하고 있으며, 전술과 같은 픽셀 어레이에 기인하는 셰이딩을 적절히 보정하는 것은 불가능하다.
본 발명은 이러한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 픽셀 어레이에 기인 하는 셰이딩을 적절히 보정하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 형태에서는, 카메라 시스템에 탑재되는 고체 촬상 회로는, 픽셀 어레이를 갖는 촬상부와, 화상 처리부를 구비한다. 픽셀 어레이는 촬영 광학계에 의해 결상된 광상(光像)을 광전 변환하는 복수의 픽셀 회로를 배열하여 구성된다. 또, 픽셀 어레이는, 소정 수의 픽셀 회로마다 공통의 데이터 출력 경로를 마련하여 구성된다. 화상 처리부는 촬상부에 의해 취득된 2차원 화상에 대하여, 촬영 광학계의 광축에 대응하는 위치와는 다른 위치에 극값 위치를 갖는 복수의 제1 보정 계수를 이용한 제1 셰이딩 보정을 실시한다. 복수의 제1 보정 계수는 2차원 화상의 행마다 또는 열마다 극값 위치를 설정할 수 있다. 복수의 제1 보정 계수는 2차원 화상의 색성분마다 극값 위치를 설정할 수 있다. 복수의 제1 보정 계수는 극값 위치에 관하여 비대칭으로 설정할 수 있다. 또, 화상 처리부는 2차원 화상에 대하여, 제1 셰이딩 보정을 실시하는 것에 부가하여, 촬영 광학계의 광축에 대응하는 위치에 극값 위치를 갖는 복수의 제2 보정 계수를 이용한 제2 셰이딩 보정을 실시한다. 복수의 제2 보정 계수는 극값 위치에 관하여 대칭이다. 제1 셰이딩 보정은 픽셀 어레이에 기인하는 셰이딩에 관한 셰이딩 보정이다. 제2 셰이딩 보정은 촬영 광학계에 기인하는 셰이딩에 관한 셰이딩 보정이다. 이상과 같은 구성에 의해 픽셀 어레이에 기인하는 셰이딩 및 촬영 광학계에 기인하는 셰이딩의 쌍방을 적절히 보정할 수 있다. 따라서, 고체 촬상 회로의 성능 향상 및 회로 규모 저감에 크게 기여할 수 있다.
본 발명에 따르면, 픽셀 어레이에 기인하는 셰이딩을 적절히 보정할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 이용하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태를 나타내고 있다. 본 발명의 일 실시형태에 있어서, 이미지 센서(10)는 예컨대 휴대 전화기의 카메라 시스템에 적용되고 있다. 이미지 센서(10)는 센서부(20) 및 ISP[Image Signal Processing]부(30)를 구비한다. 센서부(20)는 픽셀 어레이(21) 및 데이터 독출 회로(22)를 구비한다. 픽셀 어레이(21)는 카메라 시스템의 촬영 렌즈에 의해 결상된 광상을 광전 변환하는 복수의 픽셀 회로를 2차원적으로 배열하여 구성되어 있다. 또한, 픽셀 어레이(21)는 주지의 베이어 배열을 적용하여 구성되어 있다. 또, 픽셀 어레이(21)는, 이미지 센서(10)의 소형화를 목적으로 하여, 예컨대, 1×4 공동형(shared) 구성(4개의 픽셀 회로마다 공통의 데이터 독출 경로를 설치한 구성)을 채용하고 있다. 데이터 독출 회로(22)는 픽셀 어레이(21)로부터 독출한 데이터에 대하여, CDS[Correlated Double Sampling] 처리나 ADC[Analog-to-Digital Conversion] 처리 등을 실시한다.
ISP부(30)는 베이어 데이터 보정 회로(31), 보간 처리 회로(32), 화질 조정 회로(33), 밝기 조정 회로(34), 출력 포맷 변환 회로(35), PLL[Phase Locked Loop](36), 타이밍 발생기(37) 및 I2C[Inter Integrated Circuit](38)를 구비한다. 베이어 데이터 보정 회로(31)는, 센서부(20)에서의 데이터 독출 회로(22)의 출력 데이터(베이어 데이터)에 대하여, 결함 보정 처리, 감도 보정 처리, 셰이딩 보정 처리, 노이즈 필터 처리 등을 실시한다. 보간 처리 회로(32)는 베이어 데이터 보정 회로(31)의 출력 데이터(RAW 데이터)에 대하여, RGB 보간 처리 등을 실시한다. 화질 조정 회로(33)는 보간 처리 회로(32)의 출력 데이터에 대하여, 색 조정 처리, AWB[Auto White Balance) 처리, 윤곽 강조 처리, 노이즈 필터 처리, 감마 보정 처리 등을 실시한다. 밝기 조정 회로(34)는 센서부(20)에 있어서의 데이터 독출 회로(22)에 대한 제어 처리로서, 화질 조정 회로(33)의 출력 데이터에 기초한 AGC[Auto Gain Control] 처리나 깜빡임 소거(flicker cancel) 처리 등을 실시한다. 출력 포맷 변환 회로(35)는 화질 조정 회로(33)의 출력 데이터에 대하여, 해상도 변환 처리나 포맷 변환 처리 등을 실시한다. 예컨대, 출력 포맷 변환 회로(35)에서는, YUV(422) 형식, YCbCr 형식이나 RGB(565) 형식 등으로의 포맷 변환이 가능하다. PLL(36)은 ISP부(30) 내에서 사용되는 기준 클록 신호를 생성한다. 타이밍 발생기(37)는, ISP부(30) 내의 각 회로의 동작 타이밍을 규정하는 타이밍 신호를 생성한다. I2C(38)는 외부 장치와의 인터페이스 회로로서 기능한다. 이상과 같은 구성의 이미지 센서(10)에 있어서, 주로 베이어 데이터 보정 회로(31)의 셰이딩 보정 처리에 대하여 본 발명이 적용되고 있다.
도 2, 도 3은 1×4 공동형 구성의 픽셀 어레이의 문제점을 나타내고 있다. 1×4 공동형 구성의 픽셀 어레이(21)에 있어서, 종방향(상하 방향)에 인접한 4개의 픽셀 회로[포토다이오드(R1)를 갖는 R성분용 픽셀 회로, 포토다이오드(B1)를 갖는 B성분용 픽셀 회로, 포토다이오드(R2)를 갖는 R성분용 픽셀 회로 및 포토다이오드(B2)를 갖는 B성분용 픽셀 회로]에 착안하면, 도 2에서도 알 수 있듯이, 포토다이오드에 대한 배선(W1, W2)의 위치는 다르고, 픽셀 피치와 포토다이오드 피치는 다른 구성으로 되어 있다. 이 때문에, i번째의 RG행과 i+1번째의 RG행에서는, R성분용 픽셀 회로의 포토다이오드로의 입사광량이 변하게 된다. 또, 픽셀 어레이(21)의 중심(촬영 렌즈의 광축에 대응하는 위치) 부근에서도, 포토다이오드 피치와 픽셀 피치의 어긋남이 존재하기 때문에, 포토다이오드로의 입사광량에 차가 생긴다. 따라서, R성분용 픽셀 회로의 포토다이오드(R1, R2)로의 입사광량과 픽셀 어레이(21)의 종방향 위치의 관계는, 픽셀 어레이(21)의 상측 경계(U), 중심(C) 및 하측 경계(D)를 이용하면, 도 3에 나타낸 것과 같이 되고, 입사광량의 감쇠율이 최소가 되는 위치(입사광량이 최대가 되는 위치)는 픽셀 어레이(21)의 중심(C)에서 어긋난다. 이러한 현상은 GB행에 있어서의 B성분용 픽셀 회로의 포토다이오드(B1, B2)로의 입사광량에 관해서도 마찬가지로 생기지만, 픽셀 어레이(21)의 구성상, 입사광량의 감쇠율이 최소가 되는 위치는, 픽셀 어레이(21)의 중심(C)에 관하여 RG행에서의 R성분용 픽셀 회로의 포토다이오드(R1, R2)로의 입사광량과는 반대측에 존재한다.
도 4는 베이어 데이터 보정 회로의 셰이딩 보정 처리에서 이용되는 제1 보정 계수의 일례를 나타내고 있다. 도 5는 베이어 데이터 보정 회로의 셰이딩 보정 처리에서 이용되는 제2 보정 계수의 일례를 나타내고 있다. 베이어 데이터 보정 회 로(31)의 셰이딩 보정 처리에서는, 전술한 것과 같은 경향을 갖는 픽셀 어레이(21)에 기인하는 셰이딩을 보정하기 위해서, 복수의 제1 보정 계수를 이용한 제1 셰이딩 보정 처리가 실시된다. 제1 보정 계수에 대해서는, 데이터 독출 회로(22)의 출력 데이터에 대응하는 2차원 화상의 열마다 2차원 화상의 중심(촬영 렌즈의 광축에 대응하는 위치)에 대한 극값 위치의 오프셋을 설정가능하다. 또, 제1 보정 계수에 대해서는, 2차원 화상의 색성분마다 2차원 화상의 중심에 대한 극값 위치의 오프셋을 설정가능하다. 또한, 제1 보정 계수에 대해서는, 극값 위치에 관하여 비대칭으로 설정가능하다. 예컨대, 도 3에 나타낸 것과 같은 픽셀 어레이(21)에 기인하는 셰이딩을 보정하는 경우, 셰이딩 보정 처리에서 이용되는 제1 보정 계수의 값과 2차원 화상의 종방향 위치와의 관계는, 2차원 화상의 상측 경계(U), 중심(C) 및 하측 경계(D)를 이용하면, 도 4에 나타낸 것과 같이 된다. 포토다이오드[R1(R2)]를 갖는 R성분용 픽셀 회로에 대응하는 제1 보정 계수에 관해서는, 포토다이오드[R1(R2)]로의 입사광량의 감쇠율이 최소가 되는 픽셀 어레이(21)의 종방향 위치에 대응하는 2차원 화상의 종방향 위치가 극값 위치[Cr1(Cr2)]로서 설정된다. 마찬가지로, 포토다이오드[B1(B2)]를 갖는 B성분용 픽셀 회로에 대응하는 제1 보정 계수에 관해서는, 포토다이오드[B1(B2)]로의 입사광량의 감쇠율이 최소가 되는 픽셀 어레이(21)의 종방향 위치에 대응하는 2차원 화상의 종방향 위치가 극값 위치[Cb1(Cb2)]로서 설정된다. 이러한 제1 셰이딩 보정 처리가 실시됨으로써, 픽셀 어레이(21)에 기인하는 셰이딩이 적절히 보정된다.
또, 촬영 렌즈에 기인하는 셰이딩에 관해서는, 픽셀 어레이(21)로의 입사광 량의 감쇠율은, 픽셀 어레이(21)의 중심에서 최소가 되고, 픽셀 어레이(21)의 중심에 관해서 대칭이 된다. 또, 촬영 렌즈에 기인하는 셰이딩에 관해서는, 픽셀 어레이(21)로의 입사광량의 감쇠율은, 색성분마다의 차이가 존재하지 않는다. 베이어 데이터 보정 회로(31)의 셰이딩 보정 처리에서는, 이러한 경향을 갖는 촬영 렌즈에 기인하는 셰이딩을 보정하기 위해서, 복수의 제2 보정 계수를 이용한 제2 셰이딩 보정 처리도 실시된다. 제2 보정 계수에 대해서는, 2차원 화상의 중심이 극값 위치로서 설정되고, 2차원 화상의 중심에 관하여 대칭이 되도록 설정된다. 예컨대, 셰이딩 보정 처리에서 이용되는 제2 보정 계수의 값과 2차원 화상의 종방향 위치의 관계는, 2차원 화상의 상측 경계(U), 중심(C) 및 하측 경계(D)를 이용하면, 도 5에 나타낸 것과 같이 된다. 이러한 제2 셰이딩 보정 처리가 실시됨으로써, 촬영 렌즈에 기인한 셰이딩도 적절히 보정된다.
이상과 같은 본 발명의 일 실시형태에서는, 제1 및 제2 셰이딩 보정 처리가 실시됨으로써, 픽셀 어레이(21)에 기인하는 셰이딩 및 촬영 렌즈에 기인하는 셰이딩의 쌍방을 적절히 보정할 수 있으며, 촬영 화상에서의 색얼룩을 없애는 것이 가능하게 된다. 따라서, 이미지 센서(10)의 성능 향상 및 소형화에 크게 기여할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시형태에서는, 제1 보정 계수에 관하여 2차원 화상의 열마다 2차원 화상의 중심에 대한 극값 위치의 오프셋을 설정할 수 있는 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이러한 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 픽셀 어레이의 구성에 따라서는 제1 보정 계수에 관해서 2차원 화상의 행마다 2차원 화상의 중심에 대한 극값 위치의 오프셋을 설정할 수 있도록 해도 좋다.
이상, 본 발명에 대하여 상세히 설명했지만, 전술한 실시형태 및 그 변형예는 발명의 일례에 불과하며, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다. 본 발명을 일탈하지 않는 범위에서 변형 가능한 것은 분명하다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태를 도시한 설명도.
도 2는 1×4 공동형 구성의 픽셀 어레이의 문제점을 도시한 제1 설명도.
도 3은 1×4 공동형 구성의 픽셀 어레이의 문제점을 도시한 제2 설명도.
도 4는 베이어 데이터 보정 회로의 셰이딩 보정 처리에서 이용되는 제1 보정 계수의 일례를 도시한 설명도.
도 5는 베이어 데이터 보정 회로의 셰이딩 보정 처리에서 이용되는 제2 보정 계수의 일례를 도시한 설명도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 이미지 센서
20: 센서부
21: 픽셀 어레이
22: 데이터 독출 회로
30: ISP부
31: 베이어 데이터 보정 회로
32: 보간 처리 회로
33: 화질 조정 회로
34: 밝기 조정 회로
35: 출력 포맷 변환 회로
36: PLL
37: 타이밍 발생기
38: I2C

Claims (9)

  1. 촬영 광학계에 의해 결상된 광상(光像)을 광전 변환하는 복수의 픽셀 회로를 배열한 픽셀 어레이를 갖는 촬상부와,
    상기 촬상부에 의해 취득된 2차원 화상에 대하여, 상기 촬영 광학계의 광축에 대응하는 위치와는 다른 위치에 극값 위치를 갖는 복수의 제1 보정 계수를 이용한 제1 셰이딩 보정을 실시하는 화상 처리부
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 제1 보정 계수는, 상기 2차원 화상의 행마다 또는 열마다 극값 위치를 설정 가능한 것을 특징으로 하는 고체 촬상 회로.
  3. 제1항에 있어서, 상기 복수의 제1 보정 계수는, 상기 2차원 화상의 색성분마다 극값 위치를 설정 가능한 것을 특징으로 하는 고체 촬상 회로.
  4. 제1항에 있어서, 상기 복수의 제1 보정 계수는, 극값 위치에 관하여 비대칭으로 설정 가능한 것을 특징으로 하는 고체 촬상 회로.
  5. 제1항에 있어서, 상기 픽셀 어레이는, 소정 수의 픽셀 회로마다 공통의 데이터 출력 경로를 마련하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 회로.
  6. 제1항에 있어서, 상기 화상 처리부는, 상기 2차원 화상에 대하여, 상기 제1 셰이딩 보정을 실시하는 것에 부가하여, 상기 촬영 광학계의 광축에 대응하는 위치에 극값 위치를 갖는 복수의 제2 보정 계수를 이용한 제2 셰이딩 보정을 실시하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 회로.
  7. 제6항에 있어서, 상기 복수의 제2 보정 계수는, 극값 위치에 관하여 대칭인 것을 특징으로 하는 고체 촬상 회로.
  8. 제6항에 있어서, 상기 제1 셰이딩 보정은, 상기 픽셀 어레이에 기인하는 셰이딩에 관한 셰이딩 보정이고,
    상기 제2 셰이딩 보정은, 상기 촬영 광학계에 기인하는 셰이딩에 관한 셰이딩 보정인 것을 특징으로 하는 고체 촬상 회로.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 고체 촬상 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 카메라 시스템.
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