JP2006157535A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 装置の複雑化及び高価格化を招くことなく、スミアやブルーミングの影響を除去した状態で暗ノイズ補正が行えて高品位な画像形成が可能な撮像装置を提供する。
【解決手段】 被写体光像を光電変換して得られる画像信号を生成する受光領域と光学的に遮光された遮光領域とを有する撮像手段と、撮像手段で生成された画像信号を抽出する画像信号抽出手段と、画像信号抽出手段で抽出された画像信号と予め設定しておいた基準信号とを比較して、その比較結果に基づいて黒レベル基準電圧設定に使用される画像信号を選択する信号選択手段と、信号選択手段で選択した画像信号を用いて黒レベル基準電圧を設定する黒レベル基準電圧設定手段と、を有する撮像装置。
【選択図】 図３

Description

本発明は、高い画素密度を有するＣＣＤを用いた撮像装置において、スミアやブルーミングの様な大きなノイズが発生する状況でも暗ノイズ補正を確実に行え、安定した黒レベルが得られる撮像装置に関する。

電子カメラ、スキャナ、ビデオカメラ等の撮像装置では、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）に代表される撮像素子により、被写体光学像を画像信号化して画像形成が行われる。これらの撮像装置では、暗ノイズ（熱雑音）と呼ばれる撮像素子で生ずる暗電流に起因する画像ノイズを発生させることがある。暗ノイズは、画像再現性や画質に大きな影響を与えるため、高品位な画像形成を実現するには補正等の操作によりその影響を除去する必要がある。そして、撮像装置の分野では暗ノイズを効率よく補正する技術がこれまでも種々検討されてきた。

ここで、一般的な暗ノイズの補正方法を図６で説明する。図６の（ａ）にはＣＣＤ５０の画素構成を、（ｂ）ないし（ｆ）にＣＣＤ５０における各種信号波形を示す。ＣＣＤ５０は、図６（ａ）に示すように、被写体の光学像を画像信号に変換する受光領域５２と、暗ノイズ検出用の画像信号を形成する遮光領域５３（以下、遮光領域５３をＯＢ領域；Ｏｐｔｉｃａｌ Ｂｌａｃｋ領域ともいう）とを有し、遮光領域５３は受光領域５２の周囲に配置された構造を有する。

ＣＣＤ５０は、受光領域５２とＯＢ領域５３各々に光電変換部に該当するフォトダイオード５１を画素単位で配置している。フォトダイオード５１は、図に示すように垂直シフトレジスタ（垂直ＣＣＤ）５４と接続し、さらに、垂直シフトレジスタはＣＣＤ５０の下部に設けられた水平シフトレジスタ（水平ＣＣＤ）５５と接続する。

ＯＢ領域５３に設けられたフォトダイオード５１は、光学的に完全に遮光されており、熱により生ずる暗ノイズに起因する電荷信号のみが形成される。なお、本発明では暗ノイズに起因する電荷信号のことも画像信号と呼ぶ。

フォトダイオード５１で生成された電荷信号は、ＣＣＤを駆動させるタイミングジェネレータから出力された電荷読み出しパルスにより垂直シフトレジスタ５４に読み出される。読み出された電荷は、タイミングジェネレータから出力された垂直転送パルスにより垂直方向に転送される。

また、タイミングジェネレータは水平１ライン分の電荷が各垂直シフトレジスタ５４から水平シフトレジスタ５５に与えられる毎に図６の（ｂ）に示す水平ＣＣＤ駆動信号（水平転送パルス）５８を出力する。電荷信号は、この水平転送パルス５８に応答して水平シフトレジスタ５５に読み出される結果、水平１ライン分に相当する電荷が水平方向に転送される。水平転送された電荷は、出力部５７を経て外部に出力される。このようにして、各々のフォトダイオード５１で生成された１画面分に相当する電荷がＣＣＤ５０から出力される。

ＣＣＤ５０から出力された画像信号は、図６の（ｃ）に示すように、前縁からダミービット信号、前段ＯＢ信号、被写体画像信号、後段ＯＢ信号より構成されるＣＤＳ出力信号５９となる。また、クランプ動作は、通常、水平方向の画素転送が行われている時に行われ、図６（ｄ）の水平ＯＢクランプ信号６０により、図６（ａ）のＣＣＤ撮像面５０右端の遮光領域５３を構成する画素（数十画素分に相当）に対して行われる。具体的には、水平クランプ信号６０に基づいてＣＤＳ出力信号５９の後段ＯＢ信号より暗ノイズ抽出が行われ、抽出された暗ノイズに基づいて画像信号の黒レベルを基準電位とする黒レベル基準電圧を設定する。この様にして設定された黒レベル基準電圧に基づいてＣＤＳ（相関二重サンプリング）回路でクランプ動作が行われることにより、暗ノイズ補正が行われる。

このように、水平ＯＢクランプ信号により暗ノイズ補正が行われるが、被写体中に強い光など非常に輝度の高い領域が存在するものを撮影すると、スジ状あるいはゴースト状のスミアと呼ばれるノイズや、ブルーミングと呼ばれる白抜け状のノイズが撮影画像上に発生することがある。

スミアやブルーミングは、例えば、太陽光やストロボ光、あるいは照明光などの光源からの強い光や鏡に強く反射した光が撮像装置に入射する状態で撮影が行われた時に、ＣＣＤの受光領域５２に非常に強い光が入射して受光領域５２が電気的に飽和するために生ずるものである。撮影画像上には、スジ状あるいはゴースト状、あるいは、白抜け状の画像不良として確認される。

すなわち、ＣＣＤ撮像面５０上に強い光が入射すると受光領域５２の許容量をオーバーする電荷が発生し、受光領域５２で収容し切れなかった余剰の電荷がＯＢ領域５３に入り込んでしまう。その結果、ＯＢ領域５３上の画像信号は本来の暗ノイズ分に相当する電荷に余剰分の電荷が重畳されるので、暗ノイズ分の電荷量を正しく検出することができなくなる。この様に、スミアやブルーミングが発生すると、ＣＣＤ撮像面５０の特定領域あるいは全領域にわたりノイズが発生することに加えて、適正な暗ノイズ補正を行うこともできなくなる。

また、スミアやブルーミングの影響が存在する状態でＡＥ（Ａｕｔｏ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ；自動露光）、ＷＢ（Ｗｈｉｔｅ Ｂａｌａｎｃｅ；ホワイトバランス）、ＡＦ（Ａｕｔｏ Ｆｏｃｕｓ）制御といった調整作業を行うと、これらに大きな誤差要因を発生させる恐れがあり、撮像画像の基本性能に大きな影響を与えることになる。したがって、補正操作等によりスミアやブルーミングの影響を除去する必要がある。

ＣＣＤの受光面に強烈な光が入射した時に発生するスミアやブルーミングの影響を除去する補正技術はこれまでも検討されてきた。例えば、撮影時に機械的シャッタ等の遮光部材でＣＣＤを遮光し、ＣＣＤの転送路で発生したスミアを予め掃き出しておいてから撮像面上部の遮光領域でＯＢクランプ動作を行う方法がある。また、ＣＣＤから画像信号が出力され、最初に第１のクランプ手段でダミービット期間における信号レベルでクランプを行い直流電位を固定し、画像信号中のＯＢ信号成分を所定レベルでクリップする。その後、第２のクランプ手段でクリップ手段から出力された画像信号をクランプすることにより、スミアやブルーミングでＯＢレベルが変動した状態でもクランプ処理を適切に行えるようにした技術がある。（例えば、特許文献１参照）
この様に、ＣＣＤ受光面に強烈な光が入射した時に発生するノイズの影響をなくす補正技術が検討され、仮に、スミアやブルーミングなどのノイズが発生した状態で撮影を行っても、デジタルカメラなどのＣＣＤを搭載した撮像装置の暗ノイズ補正を適正に行えるようになっていた。
特開２０００−３３３０７７号公報（段落０００６等参照）

ところで、デジタルカメラの高性能化が進展するに伴い、撮像素子の性能も高解像度、高精細な画像再現が可能なものが求められる様になってきた。例えば、初期のデジタルカメラに搭載されていた撮像素子は、ＶＧＡ（Ｖｉｄｅｏ Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ａｒｒａｙ；画素数＝６４０×４８０画素）が主流だったが、最近では、ＳＸＧＡ（Ｓｕｐｅｒ Ｅｘｔｅｎｄｅｄ Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ａｒｒａｙ；画素数＝１２８０×９６０画素）や５００万画素クラスという非常に高い画素密度を有する撮像素子が普及する様になった。そして、高い画素密度を有する撮像素子は、スミアやブルーミングの発生確率が高くなりがちで、高品位な画像再現性や画質を向上させる上での懸念材料となっている。

スミアやブルーミングなどのノイズの補正方法は、上述した、撮影時に機械的なシャッタ等の遮光部材でＣＣＤを遮光し、ＣＣＤの転送路に発生したスミアやノイズをあらかじめ掃き出した後、撮像面上部のＯＢ画素領域でＯＢクランプ動作を行い、スミアやブルーミングの影響を軽減させる技術が一般的である。

しかしながら、機械的シャッタ等の遮光部材を設ける方法は、部品点数の増大や撮像装置の構造を複雑化させるといった問題が懸念される。とりわけ、最近ではコンパクトで高性能のデジタルカメラが市場では求められており、この様なユーザニーズを満足させることが難しくなる。さらに、部品点数の増加は価格に跳ね返るので市場競争力に足かせをかけることになってしまう。その上、機械的シャッタは遮光性のみを達成するもので、撮影待機時や動画撮影時の画像取込みに寄与できる様な性能を兼ね備えているものではなく、電子シャッタの様な汎用性を期待できるものではなかった。

また、特許文献１のスミアやブルーミング補正方法では、最初に第１のクランプ手段で、ＣＣＤから出力された画像信号をダミービット期間における信号レベルでクランプして直流電位を固定する。次に、第１のクランプ手段から出力された画像信号は、クリップ手段に与えられてＯＢ期間のＯＢ信号成分が所定レベルでクリップされる。その結果、クリップ手段でスミアやブルーミングの影響による異常信号が制限され、第２のクランプ手段では、クリップ手段から出力された画像信号に基づいてＯＢ期間における信号レベルでのクランプが行われることになる。したがって、スミアやブルーミングによりＯＢレベルが変動しても、適切なＯＢクランプ動作を行うことが可能である。

しかしながら、ＣＣＤ撮像面下部の水平シフトレジスタ付近に高輝度被写体が位置するような撮影を行った場合、受光領域５２で収容し切れなかった余剰の電荷が近傍の垂直シフトレジスタ５４を経由して、水平シフトレジスタ５５にまで漏れ込み、そして水平シフトレジスタ５５の前縁に設けられているダミービット画素に異常信号が重畳する場合がある。この場合、第１のクランプ手段は、異常信号が重畳したダミービット信号をクランプして直流電位を固定することになり、誤った電位設定を招いてしまう。

すなわち、スミアやブルーミングの影響が水平シフトレジスタ５５にまで及ぶ場合があり、この様な場合でも適切な補正操作が行える撮像装置が求められており、とりわけ、画素密度の高い撮像素子を有する撮像装置に対して安定したスミアやブルーミング補正が行える技術の確立が急がれていた。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、高い画素密度を有する撮像素子を用いた撮像装置に対し、装置の複雑化や高価格化を招くことなく、高輝度の被写体撮影を行ってもスミアやブルーミングの影響を確実に除去して、暗ノイズ補正を安定かつ確実に行うことの可能な撮像装置を提供することを目的とする。

上記目的は、下記の請求項１〜４に記載の発明によって達成される。

（請求項１）
被写体光像を光電変換して得られる画像信号を生成する受光領域と、光学的に遮光された遮光領域と、を有する撮像手段と、
前記撮像手段で生成された画像信号を抽出する画像信号抽出手段と、
前記画像信号抽出手段で抽出された画像信号と予め設定しておいた基準信号とを比較し、その比較結果に基づいて黒レベル基準電圧設定に使用される画像信号を選択する信号選択手段と、
前記信号選択手段により選択された画像信号を用いて黒レベル基準電圧を設定する黒レベル基準電圧設定手段と、
を有することを特徴とする撮像装置。

（請求項２）
前記信号選択手段は、
前記予め設定しておいた基準信号と、前記画像信号抽出手段により抽出された画像信号とを比較し、
前記画像信号抽出手段により抽出された画像信号レベルが、前記基準信号のレベル以下であると判定した時に、
前記画像信号抽出手段により抽出された画像信号を前記黒レベル基準電圧設定手段に送出するように、選択するものであることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。

（請求項３）
前記画像信号抽出手段により抽出された画像信号はＯＢ信号、ダミービット信号あるいはブランキング信号であることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。

（請求項４）
前記撮像手段で生成された画像信号に補正を行う補正信号を生成する補正信号生成手段と、
前記補正信号生成手段により生成された補正信号を用いて、前記遮光領域で生成された画像信号を補正する画像信号補正手段と、を有し、
前記画像信号補正手段は、前記黒レベル基準電圧設定手段で設定された黒レベル基準電圧の下で、前記遮光領域で生成された画像信号の補正を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。

本発明では、画像信号抽出手段が、撮像手段であるＣＣＤで生成した画像信号から遮光領域の画像信号、ダミービット信号、ブランキング信号を抽出し、これらの信号を信号選択手段に送出する。信号選択手段では予め設定しておいた基準信号と画像信号抽出手段で抽出された画像信号とを比較し、画像信号抽出手段で抽出された画像信号のレベルが基準信号のレベル以下であると判断した時に、画像信号抽出手段で抽出された画像信号を黒レベル基準電圧設定手段に送出している。

黒レベル基準電圧設定手段は、撮像装置の暗ノイズ補正を行う画像信号補正手段で使用される黒レベル基準電圧を設定するものであり、本発明では、画像信号抽出手段で抽出された画像信号よりスミアやブルーミングの影響を受けていない画像信号を用いて黒レベル基準電圧の設定が行えるようになっている。そして、画像信号補正手段ではスミアやブルーミングの影響を受けていない画像信号により設定された基準電圧の下で暗ノイズ補正が行われる。

この様に、本発明によれば、太陽光線の様な強い光が入った撮影を行ってスミアやブルーミングの様な大きなノイズが発生した状況でも、その影響を受けていない画像信号で安定した暗ノイズ補正を行うことが可能である。とりわけ、高い画素密度を有するＣＣＤを用いた撮像装置は、従来技術ではスミアやブルーミングの影響を完全に除去して暗ノイズ補正を行うことが極めて困難だっただけに、本発明による暗ノイズ補正を経て画像形成が行え、高画素ＣＣＤの特性が反映された高解像、高精細の美しい画像が確実に得られる。

本発明に係る撮像装置の具体的な実施形態としては、デジタルカメラが代表的であるが、この他にカメラ付きの携帯電話機やスキャナ、デジタルビデオカメラなども含まれる。

図１及び図２を用いて、本発明に係る撮像装置の代表的な実施形態の１つであるデジタルカメラの外観を説明する。図１（ａ）は、本発明に係るデジタルカメラ１の正面図、（ｂ）は背面図である。また、図２（ａ）は、デジタルカメラ１の上面図、（ｂ）は側面図である。図に示す様に、デジタルカメラ１は、撮像部２、及び、カメラ本体部３より構成される。

撮像部２は、マクロズームからなる撮影レンズ及びＣＣＤ等の光電変換素子からなる撮像手段とアナログ信号処理回路とを有し、被写体の光学像（被写体光像）を画像信号（ＣＣＤの各画素で光電変換された電荷信号により構成される画像信号）に変換して取り込んだ後、ＡＤ変換して出力するものである。

撮像部２の内部には、後述するマクロズームレンズ２０１が配設され、マクロズームレンズ２０１が配設された箇所の後方に後述するＣＣＤエリアセンサ２０２を備えた撮像回路（図示せず）が設けられている。

また、撮像部２内には、適所にフラッシュ光の被写体からの反射光を受光する調光センサを備えた調光回路（図示せず）が設けられている。

カメラ本体部３は、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ；液晶表示素子）からなるＬＣＤ表示部６、ＥＶＦ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｖｉｅｗ Ｆｉｎｄｅｒ；電子ビューファインダ）７、デジタルカメラ１を図示しないパーソナルコンピュータに接続する外部接続端子１２を有しており、撮像部２で取り込まれた画像信号に所定の信号処理を施し、ＬＣＤ表示部６やＥＶＦ７への画像表示、後述するメモリカード１３などの記録媒体への画像記録、あるいはパーソナルコンピュータへの画像の転送といった処理を行う。

図１（ａ）に示す様に、カメラ本体部３の前面には、上部適所にフラッシュ４が設けられている。また、図１（ｂ）に示す様に、カメラ本体部３の背面の略中央部には撮影画像の表示や、記録画像の再生表示を行うＬＣＤ表示部６とＥＶＦ７が設けられている。

カメラ本体部３の上面には、図２（ａ）に示す様に、撮影画像をキャプチャしメモリカード１３に記録するシャッタボタン５と、シャッタボタン５の近くに「記録モード」（図中のＲＥＣ）と「再生モード」（図中のＰＬＡＹ）とを切換設定する撮影モード切換スイッチ１１が設けられている。記録モードは、撮影待機状態から露光制御のプロセスを経て撮影にいたる写真撮影を行う時のモードであり、再生モードは、メモリカード１３に記録された撮影画像をＬＣＤ表示部６やＥＶＦ７に再生表示するモードである。

また、図２（ａ）に示す様に、カメラ本体部３の上面には、撮影感度を切り換えるための撮影感度切換スイッチ１０が設けられている。撮影感度切換スイッチ１０は、スイッチを押す度に、例えば、撮影感度がＩＳＯ１００からＩＳＯ８００までサイクリックに切り換り、撮影時の状況に適した感度を選択することが可能である。

カメラ本体部３の背面には、図１（ｂ）に示す様に、再生時に再生画像のコマ送りを行ったり、撮影時にズーム操作を行うための再生コマ送りスイッチ／ズームスイッチ９が設けられている。再生コマ送りスイッチ／ズームスイッチ９における再生画像のコマ送りとは、カメラを再生モードに設定しメモリカード１３に記録された画像をコマ番号とともにＬＣＤ表示部６に順次表示する様にしたものである。なお、ＬＣＤ表示部６への画像表示を昇順方向（撮影順の方向）若しくは降順方向（撮影順と逆の方向）に変更指示することも可能である。また、撮影時のズーム操作は、再生コマ送りスイッチ／ズームスイッチ９を操作することにより、マクロズームレンズ２０１をテレ方向若しくはワイド方向にズーミングすることである。

さらに、カメラ本体部３の背面には、画像表示を行うための表示手段であるＬＣＤ表示部６とＥＶＦ７とを選択するＥＶＦ切換スイッチ８が設けられている。

次に、デジタルカメラ１の制御系について図３を用いて説明する。図３は、本発明に係るデジタルカメラ１の制御系のブロック図である。なお、図３では、図１及び図２に示した部材と同じ部材には同一の番号を付与した。
撮像部２内のマクロズームレンズ２０１は、開口量が固定された絞り部材（固定絞り）が設けられ、被写体光像を結像する。ＣＣＤエリアセンサ２０２（以下ＣＣＤ２０２という。）は、Ｒ（赤）光、Ｇ（緑）光、Ｂ（青）光の各色透過フィルターがピクセル単位（画素単位）で市松模様状に配置されたカラーエリア撮像センサで、マクロズームレンズ２０１により結像された被写体光像をＲ（赤）光、Ｇ（緑）光、Ｂ（青）光の各色成分の画像信号（各画素単位で受光された画素信号の信号列からなる信号）に光電変換するものである。すなわち、ＣＣＤ２０２は、本発明に係る撮像装置の撮像手段として機能する。

撮像部２では、撮影待機状態で露出制御（ＣＣＤ２０２の露光量調節）が行えるが、撮影待機状態では絞りドライバ２１５により絞りが開放固定絞りに設定されるので、ＣＣＤ２０２の電荷蓄積時間の調節により露出制御が行われる。すなわち、撮影待機状態における露出制御は、シャッタスピードに相当するＣＣＤ２０２の電荷蓄積時間の調節により行われるものである。

電荷蓄積時間の調節は以下のように行われる。先ず、ＣＣＤ２０２により測光された光量データより選択された測光エリアに基づいてカメラ本体部３に設けられたカメラ制御ＣＰＵ３１３で露出制御データが算出される。そして、算出された露出制御データと予め設定されているプログラム線図のデータに基づき、露光時間データが算出されタイミングジェネレータ２１３に送られる。これらのデータに基づいてタイミングジェネレータ２１３よりＣＣＤ２０２に適正な露光時間となる電荷蓄積時間の情報がフィードバックされて電荷蓄積時間の調節が行われる。

なお、被写体輝度が低輝度の時、適切なシャッタスピードの設定ができず適正な露光制御を行うことができない場合があるが、この様な場合、シャッタスピードの調整とともにＡＧＣ回路２０５のゲイン調整を行うことで適正な露出制御を実現させることができる。すなわち、低輝度時の場合、アナログ信号処理ＩＣ（回路）２０３内のＡＧＣ回路２０５のゲイン調整をシャッタスピード調整と組み合わせることで、双方の調整による相乗的な効果が得られて画像信号のレベル調整が可能になり、適正な露出制御が実現される。

また、撮影時における露出制御は、前述したカメラ制御ＣＰＵ３１３で算出された露出制御データと予め設定されたプログラム線図に基づく情報により、絞りドライバ２１５とタイミングジェネレータ２１３によりＣＣＤ２０２への適正な露光量が制御される。

タイミングジェネレータ２１３は、後述するカメラ本体部３の基準クロック発生部３１０から送信される基準クロックに基づいてＣＣＤ２０２の駆動制御信号を生成するものである。タイミングジェネレータ２１３で生成される駆動制御信号には、例えば、ＣＣＤ２０２における露出開始及び終了タイミングを制御する積分開始／終了のタイミング信号、各画素の受光信号の読出制御信号（水平同期信号、垂直同期信号、転送信号等）等のクロック信号が挙げられ、これらのクロック信号がＣＣＤ２０２に供給されるとＣＣＤ２０２では各クロック信号に対応した駆動制御が行われる。

また、タイミングジェネレータ２１３は、基準クロック発生部３１０から供給された基準クロックに基づいて、後述するアナログ信号処理ＩＣ２０３内のＣＤＳ回路２０４で使用されるサンプリング信号やＯＢクランプ信号を生成し、これらの信号をＣＤＳ回路２０４に供給するものである。

さらに、タイミングジェネレータ２１３は、アナログ信号処理ＩＣ２０３内のスイッチ回路２０７で使用される、図６に示すダミービットサンプリング信号６２や、ブランキングサンプリング信号６１を生成するとともに、これらの信号をスイッチ回路２０７に供給するものである。

この様に、タイミングジェネレータ２１３は、本発明に係る撮像装置における補正信号生成手段として機能するものである。

アナログ信号処理ＩＣ（回路）２０３は、ＣＣＤ２０２で電荷蓄積を完了して（デジタルカメラ１の露出制御を完了して）光電変換により形成された画像信号に、以下のような所定の処理を行う。すなわち、図３に示す様に、アナログ信号処理ＩＣ２０３は、ＣＤＳ回路２０４、ＡＧＣ回路２０５、Ａ／Ｄ変換器２０６等より構成され、これらの各構成部を介して取り込まれた画像信号に所定の処理を行う。ここで、アナログ信号処理ＩＣ２０３で取り込まれた画像信号への処理について説明する。

ＣＤＳ（相関二重サンプリング）回路２０４は、ＣＣＤ２０２から読み出された画像信号を読み出した時に発生するノイズを低減させたり、また、画像信号中の暗ノイズを補正して、画像信号の補正を行うものである。なお、暗ノイズの補正は、黒レベル基準電圧設定部２１２で生成された黒レベル基準電圧下でのＯＢクランプ動作により行われる。すなわち、ＣＤＳ（相関二重サンプリング）回路２０４は、本発明に係る撮像装置における画像信号補正手段として機能するものである。

ＡＧＣ回路２０５は、ＣＤＳ回路２０４で処理された画像信号に対し、前述した撮影感度切換スイッチ１０により選択された撮影感度に基づいてゲイン調整を行い、撮影感度を制御するものである。

Ａ／Ｄ変換器２０６は、ＡＧＣ回路２０５から入力された画像信号をデジタル信号に変換するもので、具体的には、入力された画像信号を画素信号単位に１２ビットのデジタル信号に変換する。デジタル信号への変換は、基準クロック発生部３１０から入力されるＡ／Ｄ変換用クロックに基づいて行われる。

スイッチ回路２０７は、Ａ／Ｄ変換器２０６でデジタル変換された画像信号中より、暗ノイズ成分で構成されるＯＢ領域の画像信号やダミービット信号、あるいはブランキング信号を抽出するもので、図６の（ｄ）ないし（ｆ）に示した様な水平ＯＢクランプ信号６０、ダミービットサンプリング信号６２、ブランキングサンプリング信号６１として抽出する。

ＯＢメモリ２０８は、スイッチ回路２０７で抽出されたＯＢ領域の画像信号を一時記憶する。また、ダミービット／ブランキングメモリ２０９は、スイッチ回路２０７で抽出されたダミービット信号、あるいはブランキング信号を一時記憶する。

信号選択器２１０は、スイッチ回路２０７で抽出されたＯＢ信号、ダミービット信号、ブランキング信号が、スミアやブルーミングの影響で異常信号となっていないかを検出するとともに、その検出結果に基づいて、異常のない適正な信号を判定し、その信号を後述する黒レベル基準電圧設定部２１２に送出するものである。なお、黒レベル基準電圧設定部２１２は、後述するＣＤＳ回路２０４で暗ノイズ補正を行う時に使用される黒レベル基準電圧を設定するものである。

具体的には、信号選択器２１０は、ＯＢメモリ２０８に記録されたＯＢ信号を読み出し、このＯＢ信号と予め設定しておいた基準値となるＯＢ信号とを比較することにより、異常信号になっていないかどうかを検出する。そして、ＯＢメモリ２０８に記録されたＯＢ信号より基準値を超える異常信号を検出しなければ、得られたＯＢ信号をそのまま黒レベル基準電圧設定部２１２に送出する。

一方、ＯＢ信号が基準値を超える異常信号であると検出した場合は、信号選択器２１０はダミービット／ブランキングメモリ２０９に記録されているダミービット信号、あるいはブランキング信号を読み出して、これらの信号が異常信号になっていないかを判定する。判定方法は、ＯＢ信号の時と同様、ダミービット／ブランキングメモリ２０９に記録されているダミービット信号あるいはブランキング信号と予め設定しておいた基準値となるこれらの信号とを比較する。

得られたダミービット信号、あるいは、ブランキング信号が基準値を超える異常信号を検出しない時はこれらの信号が適正なものと判定して、黒レベル基準電圧設定部２１２に送出する。一方、得られたダミービット信号、あるいは、ブランキング信号より基準値を超える異常信号を検出した時は、信号選択器２１０は予め設定されている基準値となる信号を黒レベル基準電圧設定部２１２に送出する。このように、信号選択器２１０は、スイッチ回路２０７で得られたＯＢ信号、あるいは、ダミービット信号やブランキング信号から、スミアやブルーミングの影響による異常信号を順次検知し、その検知結果に基づいて、黒レベル基準電圧設定部２１２には異常信号のない信号を送出するように選択する。

すなわち、信号選択器２１０は、スイッチ回路２０７で得られた全ての信号に異常信号を検出した場合には、予め設定しておいた基準値となる信号を選択し、これを黒レベル基準電圧設定部２１２に送出する。そして、黒レベル基準電圧設定部２１２にスミアやブルーミングの影響を排除した適正な信号を常時供給している。このように、信号選択器２１０は、本発明に係る撮像装置における信号選択手段に該当する。

黒レベル基準電圧設定部２１２は、前述したＣＤＳ回路２０４での暗ノイズ補正を行う際に使用される黒レベル基準電圧を生成するもので、本発明に係る撮像装置における黒レベル基準電圧設定手段として作動する。黒レベル基準電圧設定部２１２で生成される黒レベル基準電圧は、前述した信号選択器２１０で比較選択された画像信号に基づいて生成されたものである。

ここで、ＣＣＤ２０２から読み出された画像信号にスミアやブルーミングによるノイズが重畳されている場合の暗ノイズ補正を行う方法を図４の信号選択器２１０の動作を示す模式図と図５のフローチャートを用いて説明する。図４の（ａ）はＣＣＤ５０の画素構成を、（ｂ）は水平ＣＣＤ駆動信号を、（ｃ）ないし（ｅ）は下記状況におけるＣＤＳ回路２０４での出力信号波形を示す。

すなわち、図４（ｃ）に示すＣＤＳ回路２０４の出力信号波形７１は、スミアやブルーミングが発生していないときのものである。また、図４（ｄ）に示す出力信号波形７２は、図４（ａ）に示す様にＣＣＤ５０の右側ＯＢ領域５３付近に非常に高い輝度を有する領域ＬＲ１が存在する被写体を撮影し、スミアやブルーミングによるノイズが発生したケースである。さらに、図４（ｅ）に示すＣＤＳ回路２０４の出力信号波形７３は、ＣＣＤ５０の撮像画面下部の水平シフトレジスタ５５付近に非常に高い輝度を有する領域ＬＲ２が存在する被写体を撮影してスミアやブルーミングによるノイズが発生したケースである。また、図５は、スミアやブルーミングによるノイズが重畳している状態で暗ノイズ補正を行う時のフローを示す図である。

最初に、デジタルカメラ１を記録モードに設定して撮影待機状態にする。撮影待機状態にすると、デジタルカメラ１のＬＣＤ表示部６に撮影待機画像が表示される（ステップＳ１）。次に、ステップＳ１で表示された撮影待機画像をＡ／Ｄ変換器２０６でデジタル化処理した後（ステップＳ２）、スイッチ回路２０７により、Ａ／Ｄ変換器２０６でデジタル化処理した画像信号よりＯＢ信号やダミービット信号、あるいはブランキング信号（図示せず）を、各々水平ＯＢクランプ信号６０、ダミービットサンプリング信号６２、ブランキングサンプリング信号６１を用いて抽出する（ステップＳ３）。

そして、スイッチ回路２０７で抽出された各々の信号を、ＯＢメモリ２０８やダミービット／ブランキングメモリ２０９に一時記録する（ステップＳ４、Ｓ５）。

次に、信号選択器２１０は、ステップＳ４でＯＢメモリ２０８に一時記録したＯＢ信号を読み出し（ステップＳ６）、このＯＢ信号レベルと予め設定しておいた基準値レベルとを比較して（ステップＳ７）、ＯＢ信号レベルが基準値レベルを上回っているか否かを判定する（ステップＳ８）。ＯＢ信号レベルが、図４（ｃ）に示す様に、基準値未満であれば（ステップＳ８；Ｙｅｓ）、信号選択器２１０はＯＢ信号にスミアやブルーミングによる異常信号が発生していないものと判断して、このＯＢ信号を黒レベル基準電圧設定部２１２に送出する（ステップＳ９）。

黒レベル基準電圧設定部２１２は、信号選択器２１０で選択されたこのＯＢ信号に基づいて黒レベル基準電圧を設定し（ステップＳ１０）、ＣＤＳ回路２０４では、設定された黒レベル基準電圧の下でＯＢクランプを行うことにより暗ノイズ補正を実施する（ステップＳ１１）。すなわち、スミアやブルーミングによる異常信号が発生していない時は、ＯＢ信号レベルが、図４（ｃ）に示すように、予め設定しておいた基準値レベルを下回っており、ＣＤＳ回路２０４で形成される出力信号は図４（ｃ）の７１で示す波形となる。

一方、図４（ｄ）の様にＯＢ信号レベルが基準値レベルを超えている場合（ステップＳ８；Ｎｏ）、信号選択器２１０は、ＯＢ信号にスミアやブルーミングによる異常信号が含まれていると判断し、このＯＢ信号を黒レベル基準電圧設定部２１２には送出しないようにする。そして、黒レベル基準電圧設定部２１２に送出する信号はスイッチ回路２０７で抽出されたダミービット信号またはブランキング信号を基準レベルと比較することにより決定する。

すなわち、信号選択器２１０は、ステップＳ５でダミービット／ブランキングメモリ２０９に一時記録したダミービット信号またはブランキング信号を読み出し（ステップＳ１２）、このダミービット信号またはブランキング信号と予め設定しておいた基準値レベルとを比較して（ステップＳ１３）、ダミービット信号レベルまたはブランキング信号レベルが基準値レベルよりも低いか否かを判定する（ステップＳ１４）。

ダミービット信号レベル又はブランキング信号レベルが基準値レベルよりも低い場合（ステップＳ１４；Ｙｅｓ）、このダミービット信号またはブランキング信号を黒レベル基準電圧設定部２１２に送出する（ステップＳ１５）。そして、黒レベル基準電圧設定部２１２では、ダミービット信号またはブランキング信号に基づいて黒レベル基準電圧の設定が行われ（ステップＳ１０）、ＣＤＳ回路２０４ではこの黒レベル基準電圧の下でのＯＢクランプにより暗ノイズ補正が行われる（ステップＳ１１）。

この様に、ＯＢ信号にスミアやブルーミングによる異常信号が含まれていると信号選択器２１０によって判断された場合、ダミービット信号またはブランキング信号に基づく黒レベル基準電圧設定が行われる。そして、この時にＣＤＳ回路２０４で形成される出力信号波形は、図４（ｄ）の７２に示すように、ＯＢ信号レベルが異常信号を重畳して基準値レベルを超えているが、ダミービット信号レベルまたはブランキング信号レベルが基準値レベルよりも低いので、得られた信号に基づいて暗ノイズ補正を行うことが可能である。

また、ダミービット信号レベルまたはブランキング信号レベルが基準値レベルを超えている場合（ステップＳ１４；Ｎｏ）、信号選択器２１０は、ダミービット信号またはブランキング信号がスミアやブルーミングによる異常信号を含んでいるものと判断して、このダミービット信号またはブランキング信号を黒レベル基準電圧設定部２１２に送出せずに予め設定された基準値の信号を黒レベル基準電圧設定部２１２に送出する（ステップＳ１６）。そして、黒レベル基準電圧設定部２１２では基準値信号に基づいて黒レベル基準電圧設定が行われ（ステップＳ１０）、ＣＤＳ回路２０４ではこの黒レベル基準電圧の下で暗ノイズ補正を行う（ステップＳ１１）。

なお、このときＣＤＳ回路２０４で形成される出力信号波形は、図４（ｅ）の７３に示すように、ＯＢ信号レベルとダミービット信号レベルまたはブランキング信号レベルのいずれも異常信号を重畳して基準値レベルを超えたものとなっている。そして、本発明ではこの様なケースでは予め設定しておいた基準信号を用いて黒レベル基準電圧を設定することにより、スミアやブルーミングによる異常信号の影響を受けずに黒レベル基準信号の設定を行うことが可能である。

この様に、本発明では、ＣＣＤ２０２を構成する遮光領域の画像信号や水平シフトレジスタにスミアやブルーミングが重畳されていても、信号選択器２１０が、スミアやブルーミングの影響を受けていない信号を選択し、選択した信号を黒レベル基準電圧設定部２１２へ送出する。その結果、ＣＤＳ回路２０４は、常にスミアやブルーミングの影響を排除した状態で設定された黒レベル基準電圧に基づいて暗ノイズ補正が行われるので、安定した黒色レベルを得ることが可能である。

再び、図３のブロック図を用いて本発明に係る撮像装置を説明する。ＣＣＤ２０２で読み出された画像信号は、アナログ信号処理ＩＣ２０３で所定の処理が施されて、デジタル画像信号に変換される。デジタル画像信号は、画像処理ＣＰＵ３０１に取り込まれて所定の処理が行われる。

画像処理ＣＰＵ３０１は、マイクロコンピュータからなり、前述した撮像部２及びカメラ本体部３を構成する各部材の作動を制御することにより、デジタルカメラ１の撮影動作を統括的に制御するものである。以下、画像処理ＣＰＵ３０１で行われるデジタル画像信号への処理について説明する。

最初に、画像処理ＣＰＵ３０１に取り込まれた画像信号は、ＣＣＤ２０２から出力される画像信号の読出しに同期して画像メモリ３１５に書き込まれる。したがって、画像処理ＣＰＵ３０１で行われる処理に使用されるデジタル画像信号は、画像メモリ３１５に記録されたものを画像メモリ３１５から取り出し、各ブロックでの処理に供されるものである。

図３に示す様に、画像処理ＣＰＵ３０１は画素補間部３０２よりマトリクス演算部３０６にかけての一連のデジタル画像信号に所定の処理を行う部位を有する。

画素補間部３０２は、画像メモリ３１５に記録された画像データをＲ、Ｇ、Ｂの各画素フィルタパターンでマスキングし、その後で平均補間（画素補間ともいう）を行うものである。このうち、高帯域にまで画素を有するＧの画素フィルタパターンは、周辺４画素の中間２値の平均値に置換して平均補間を行うメディアン（中間値）フィルタであり、ＲとＢの画素フィルタパターンは周辺９画素から同色に対して平均補間を行うものである。

解像度変換部３０３は、画素補間部３０２で画素補間を行った画像信号に対して、水平方向及び垂直方向に縮小処理や間引き処理を行い、デジタルカメラ１の撮像部２で設定された記録画像画素数に対応可能な解像度に変換するものである。同時にモニタ表示用の画像信号に対しても水平画素の間引き処理を行い、ＬＣＤ表示部６やＥＶＦ７に表示可能な低解像度の画像信号に変換することも可能である。

ホワイトバランス制御部（ＷＢ制御部）３０４は、解像度変換部３０３で解像度変換処理を行ったＲ、Ｇ、Ｂ各色成分の画像信号に対してレベル変換を行うもので、このレベル変換処理をホワイトバランス処理という。ホワイトバランス処理は、例えば、撮影待機時に画像メモリ３１５より読み出された画像データの輝度や彩度のデータ等より、本来白と思われる部分を推測して、その部分のＲ、Ｇ、Ｂの各平均強度や、Ｇ／Ｒ比、Ｇ／Ｂ比を求め、Ｒ、Ｂの補正ゲインとして補正制御を行うものである。

ガンマ補正部３０５は、画像信号のγ特性を補正して画像信号を出力機器の特性に適したものに変換するもので、具体的な処理方法としては、例えば、非線形変換処理を行い、８ビットの画像信号に変換するなどの方法が挙げられる。

マトリックス演算部３０６は、ガンマ補正処理した画像信号Ｒ、Ｇ、Ｂを輝度信号（Ｙ信号）と色差信号（Ｃｒ（Ｒ−Ｙ）信号、Ｃｂ（Ｂ−Ｙ）信号）に変換するものである。

そして、これらの部位で所定の処理を施されたデジタル画像信号は再度、画像メモリ３１５に格納される。

また、画像処理ＣＰＵ３０１は、本発明に係るデジタルカメラ１で行われる露光制御や焦点制御に使用される信号をカメラＣＰＵ３１３に供給するＡＥ制御部（自動露光制御部）３０８やＡＦ制御部（自動焦点制御部）３０９を有する。

ＡＥ制御部３０８は、画像メモリ３１５に書き込まれたデータより、予め設定されてある撮像面上の測光エリアに関する画像データを読み出し、このデータをカメラＣＰＵ３１３に出力するものである。カメラＣＰＵ３１３は、上述したように、ＡＥ制御部３０８で読み出された測光エリアの画像データに基づいて、タイミングジェネレータ２１３、ＡＧＣ回路２０５、絞りドライバ２１５の作動を制御し、デジタルカメラ１における露出制御を行う。

ＡＦ制御部（自動焦点制御部）３０９は、画像メモリ３１５に書き込まれたデータより、予め設定されてある撮像面上の測距エリアに関する画像データを読み出し、このデータをカメラＣＰＵ３１３へ出力するものである。カメラＣＰＵ３１３は、ＡＦ制御部３０９で読み出された測距エリアに関する（画像）データに基づいて測距演算を行い、その結果に基づいてフォーカスモタードライバ２１４の作動を制御し、デジタルカメラ１におけるＡＦ制御を行う。

画像処理ＣＰＵ３０１内の基準クロック発生部３１０は、デジタルカメラ１の駆動制御に使用される基準クロックを生成し、これを各回路に供給する。基準クロック発生部３１０で生成される基準クロックは、例えば、タイミングジェネレータ２１３に使用されるものやＡ／Ｄ変換器２０６で使用されるＡ／Ｄ変換用クロックなどが挙げられる。

また、画像処理ＣＰＵ３０１は、撮影画像の圧縮を行う画像圧縮部３０７を有しており、画像圧縮部３０７では撮影画像にＪＰＥＧ（Ｊｏｉｎｔ Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃ Ｃｏｄｉｎｇ Ｅｘｐｅｒｔｓ Ｇｒｏｕｐ）方式などの画像圧縮処理を施して、所定の圧縮率に圧縮した画像データを生成する。そして、この圧縮画像データはメモリカードドライバ３１２を介してメモリカード１３に記録される。

この様に、デジタルカメラ１では、画像処理ＣＰＵ３０１において撮像部２より取り込まれた画像信号に上述したような信号処理を行い、これらの処理を行った画像信号を画像メモリ３１５に記録する。

本発明に係るデジタルカメラ１では、撮影モード切換スイッチ１１で設定されたモードに基づいて撮像部２で取り込まれた画像信号を以下の様に記録したり、ＬＣＤ表示部６やＥＶＦ７へ表示する様にしている。

撮影待機状態（撮影モード切換スイッチ１１で記録モード（ＲＥＣ）に設定した状態）では、撮像部２より例えば１／３０秒毎などの所定間隔で画像信号がカメラ本体部３に取り込まれる。取り込まれた画像信号は、画像処理ＣＰＵ３０１中の画素補間部３０２からマトリクス演算部３０６において所定の信号処理が施された後デジタル画像信号として画像メモリ３１５に記録される。そして、画像メモリ３１５に記録した画像信号を読み出し、読み出した画像信号をビデオエンコーダ３１１で、ＮＴＳＣ／ＰＡＬにエンコードし、これをフィールド画像としてＬＣＤ表示部６やＥＶＦ７に画像表示される。

また、画像記録時は、前述した様に、設定された記録解像度の画像とするために画像圧縮部３０７で圧縮処理を行った後、得られた圧縮画像をメモリカードドライバー３１２を介してメモリカード１３に記録する。

一方、再生モード（撮影モード切換スイッチ１１で再生モード（ＰＬＡＹ）に設定した状態）では、メモリカード１３より読み出された画像信号に画像処理ＣＰＵ３０１で所定の信号処理を施した後、ビデオエンコーダ３１１を介してＬＣＤ表示部６やＥＶＦ７に表示する。

なお、図３中のスイッチ群３１４は、図１及び図２のシャッタボタン５、ＥＶＦ切換スイッチ８、再生コマ送りスイッチ／ズームスイッチ９、撮影感度切換スイッチ１０、撮影モード切換スイッチ１１、に対応するスイッチである。

以上の様に、本発明に係る撮像装置では、ＣＣＤ撮像面上に強い光が入射してスミアやブルーミングが発生する様な状況で、スミアやブルーミングによる影響がＯＢ領域のみならず、水平シフトレジスタ等にまで及んだ場合にも迅速かつ確実にスミアやブルーミングの影響を排除できるので、ＯＢクランプ動作による暗ノイズの補正を安定して行うことが可能である。

とりわけ、本発明は、ＳＸＧＡや５００万画素クラスの高い画素密度を有する撮像素子を用いた撮像装置でのスミアやブルーミングの影響を部品点数を増やすことなく迅速かつ確実に解消させるものであり、より高度な解像力や精細性が要求される撮像装置に対し、画像品質の向上と安定した操作性を提供する画期的な技術である。

本発明に係るデジタルカメラの正面図、及び、背面図である。 本発明に係るデジタルカメラの上面図、及び、側面図である。 本発明に係るデジタルカメラのブロック構成図である。 本発明に係るデジタルカメラの信号選択器の動作を示す模式図である。 本発明に係わるデジタルカメラのスミア補正の流れを示すフローチャートである。 一般的な暗ノイズの補正方法の例を示す模式図である。

符号の説明

１ デジタルカメラ
２ 撮像部
２０１ マクロズームレンズ
２０２ ＣＣＤエリアセンサ
２０３ アナログ信号処理ＩＣ
２０４ ＣＤＳ回路
２０５ ＡＧＣ回路
２０６ Ａ／Ｄ変換器
２０７ スイッチ回路
２０８ ＯＢメモリ
２０９ ダミービット／ブランキングメモリ
２１０ 信号選択器
２１１ Ｄ／Ａ変換器
２１２ 黒レベル基準電圧設定部
２１３ タイミングジェネレータ
２１４ フォーカスモータードライバ
２１５ 絞りドライバ
３ カメラ本体部
３０１ 画像処理ＣＰＵ
３０２ 画素補間部
３０３ 解像度変換部
３０４ ホワイトバランス制御部
３０５ ガンマ補正部
３０６ マトリックス演算部
３０７ 画像圧縮部
３０８ ＡＥ制御部
３０９ ＡＦ制御部
３１０ 基準クロック発生部
３１１ ビデオエンコーダ
３１２ メモリカードドライバ
３１３ カメラ制御ＣＰＵ
３１４ スイッチ群
３１５ 画像メモリ
４ フラッシュ
５ シャッタボタン
６ ＬＣＤ表示部
７ ＥＶＦ
８ ＥＶＦ切切換スイッチ
９ 再生コマ送りスイッチ／ズームスイッチ
１０ 撮影感度切換スイッチ
１１ 撮影モード切換スイッチ
１２ 外部接続端子
１３ メモリカード
５０ ＣＣＤ
５１ フォトダイオード
５２ 受光領域
５３ 遮光領域
５４ 垂直シフトレジスタ（垂直ＣＣＤ）
５５ 水平シフトレジスタ（水平ＣＣＤ）
５６ ダミービット
５７ 出力部
５８ 水平ＣＣＤ駆動信号（水平転送パルス）
５９ ＣＤＳ出力信号
６０ 水平ＯＢクランプ信号
６１ ブランキングサンプリング信号
６２ ダミービットサンプリング信号
７１、７２、７３ 出力信号波形
ＬＲ１、ＬＲ２ 高輝度領域

Claims (4)

1. 被写体光像を光電変換して得られる画像信号を生成する受光領域と、光学的に遮光された遮光領域と、を有する撮像手段と、
   前記撮像手段で生成された画像信号を抽出する画像信号抽出手段と、
   前記画像信号抽出手段で抽出された画像信号と予め設定しておいた基準信号とを比較し、その比較結果に基づいて黒レベル基準電圧設定に使用される画像信号を選択する信号選択手段と、
   前記信号選択手段により選択された画像信号を用いて黒レベル基準電圧を設定する黒レベル基準電圧設定手段と、
   を有することを特徴とする撮像装置。
2. 前記信号選択手段は、
   前記予め設定しておいた基準信号と、前記画像信号抽出手段により抽出された画像信号とを比較し、
   前記画像信号抽出手段により抽出された画像信号レベルが、前記基準信号のレベル以下であると判定した時に、
   前記画像信号抽出手段により抽出された画像信号を前記黒レベル基準電圧設定手段に送出するように、選択するものであることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記画像信号抽出手段により抽出された画像信号はＯＢ信号、ダミービット信号あるいはブランキング信号であることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
4. 前記撮像手段で生成された画像信号に補正を行う補正信号を生成する補正信号生成手段と、
   前記補正信号生成手段により生成された補正信号を用いて、前記遮光領域で生成された画像信号を補正する画像信号補正手段と、を有し、
   前記画像信号補正手段は、前記黒レベル基準電圧設定手段で設定された黒レベル基準電圧の下で、前記遮光領域で生成された画像信号の補正を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。

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