JP2006115191A - Imaging device, shading correction device, and shading correction method - Google Patents
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Abstract
【課題】 画面の隅々まで輝度や色のシェーディングの無い良好な画質を得る。
【解決手段】 受光量に応じて光電荷を発生し蓄積する受光部と、受光部の光電荷を一時的に蓄える一時蓄積部と有する撮像素子と、前記撮像素子の光電荷蓄積開始を制御する蓄積開始制御手段と、受光部の光電荷を一時蓄積部に転送する事で前記撮像素子の蓄積終了制御を行う蓄積終了制御手段を有する撮像装置において、前記蓄積開始制御手段と前記蓄積終了制御手段のどちらか一方もしくは両方の制御タイミングを画素毎、もしくは、ライン毎に変えることによって、画素毎、もしくは、ライン毎に光電荷蓄積時間を制御し、撮影画像のシェーディングを補正する。
【選択図】 図4PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a good image quality without luminance and color shading to every corner of a screen.
An imaging device having a light receiving portion that generates and accumulates photocharge according to the amount of received light, a temporary storage portion that temporarily stores the photocharge of the light receiving portion, and controls the start of photocharge accumulation of the imaging device. In the image pickup apparatus having the accumulation start control means and the accumulation end control means for controlling the accumulation end of the image pickup device by transferring the photoelectric charge of the light receiving part to the temporary accumulation part, the accumulation start control means and the accumulation end control means By changing one or both of the control timings for each pixel or line, the photocharge accumulation time is controlled for each pixel or line, thereby correcting the shading of the photographed image.
[Selection] Figure 4
Description
本発明は、固体撮像素子を用いた撮像装置およびシステムにおいて、画素毎、もしくは、ライン毎に光電荷蓄積時間を制御することで撮影画像のシェーディングを補正する、撮像装置、シェーディング補正装置およびシェーディング補正方法に関する。 The present invention relates to an image pickup apparatus, a shading correction apparatus, and a shading correction in which an image pickup apparatus and system using a solid-state image pickup device correct shading of a captured image by controlling a photocharge accumulation time for each pixel or line. Regarding the method.
従来、フィルムを用いたカメラの露光時間制御手段として、機械的な遮光部材であるメカシャッターを用いていた。近年、フィルムカメラに代わりデジタルカメラ等の固体撮像素子を用いた撮像装置が主流になりつつあるが、受光部の露光時間制御手段としては、多くは未だメカシャッターを用いている。 Conventionally, a mechanical shutter which is a mechanical light shielding member has been used as an exposure time control means of a camera using a film. In recent years, imaging devices using solid-state imaging devices such as digital cameras instead of film cameras are becoming mainstream, but many still use mechanical shutters as the exposure time control means of the light receiving unit.
メカシャッターを用いた場合、特に短秒時の露光ではシャッターを非常に高速に動作させる必要があり、機械的な精度が要求され、制御も難しくなる。一眼レフタイプのデジタルカメラにおいては、制御精度を向上させたフォーカルプレーンタイプのシャッターを用いている物もあるが、複雑な機構と精度が要求され、コストが高くなってしまう。 When a mechanical shutter is used, it is necessary to operate the shutter at a very high speed, particularly in exposure at a short time, and mechanical accuracy is required, and control becomes difficult. Although some single-lens reflex digital cameras use a focal plane type shutter with improved control accuracy, a complicated mechanism and accuracy are required, which increases costs.
固体撮像素子は本来、フィルムと違って撮像素子内部に露光開始制御手段および露光終了制御手段を組み込むことができ、電子シャッター動作を実現できる可能性を有している。この電子シャッターはメカシャッターに比べ制御性とコストの面で優位性があるため、研究開発が活発に行われている。 Unlike a film, a solid-state image sensor can inherently incorporate an exposure start control means and an exposure end control means inside an image sensor, and has the possibility of realizing an electronic shutter operation. Since this electronic shutter has advantages in terms of controllability and cost compared to a mechanical shutter, research and development are actively conducted.
CCDタイプの固体撮像素子では露光開始制御手段として撮像素子の基板電圧を制御し、露光終了制御手段としてフォトダイオードからVCCDへの転送制御を行うことで、電子シャッターを実現している。この方法では、露光開始および露光終了の制御が撮像素子の全画素に対して一括して行われるので、全画素の露光タイミングが等しくなるのが特徴である。それに対し、XYアドレス型の走査方法を採用するCMOSタイプ等の撮像素子では、画素毎、もしくは、ライン毎に画素の受光部に蓄積された不要電荷を除去する画素リセット制御を行うことで露光開始制御とし、画素毎、もしくは、ライン毎にそれぞれ所定の時間を経過してから信号電荷を読み出すことで露光終了制御とする電子シャッター動作を行うことができる。このような電子シャッターをローリング電子シャッターと呼ぶ。 In the CCD type solid-state imaging device, an electronic shutter is realized by controlling the substrate voltage of the imaging device as an exposure start control means and performing transfer control from the photodiode to the VCCD as an exposure end control means. This method is characterized in that the exposure start and the exposure end control are performed collectively for all the pixels of the image sensor, so that the exposure timings of all the pixels are equal. On the other hand, in an image sensor such as a CMOS type that employs an XY address type scanning method, exposure is started by performing pixel reset control for removing unnecessary charges accumulated in the light receiving portion of the pixel for each pixel or for each line. It is possible to perform an electronic shutter operation for controlling the end of exposure by reading out signal charges after a predetermined time has elapsed for each pixel or line for each control. Such an electronic shutter is called a rolling electronic shutter.
このローリング電子シャッターを用いることで、メカシャッターや全画素一括制御の電子シャッターでは不可能であった、画素毎、もしくは、ライン毎に自由にタイミングを変えた蓄積制御が可能になる。 By using this rolling electronic shutter, it is possible to perform accumulation control with the timing freely changed for each pixel or for each line, which was impossible with the mechanical shutter or the electronic shutter for all pixel batch control.
図1と図2、および、図3を用いて従来の撮像素子の構造と駆動方法について述べ、ローリング電子シャッター動作を説明する。 The structure and driving method of a conventional image sensor will be described with reference to FIGS. 1, 2 and 3, and the rolling electronic shutter operation will be described.
図1はXYアドレス型の走査方法を採る撮像素子の構成の模式図である。101は単位画素であり、102は光を電荷に変換するフォトダイオード(以下PDと表す)である。103は転送パルスφTXによってPDで発生した電荷を、電荷を一時的に蓄積しておくフローティングディフュージョン領域(以下FDと表す)104に転送する転送スイッチである。105はソースフォロアとして機能する増幅MOSアンプである。106は選択パルスφSELによって画素を選択する選択スイッチであり、107はリセットパルスφRESによってFDに蓄積された電荷を除去するリセットスイッチである。FD104、増幅MOSアンプ105、及び後述する定電流源109でフローティングディフュージョンアンプが構成され、選択スイッチ106で選択された画素の信号電荷が電圧に変換され信号出力線108を経て読み出し回路113に出力される。109は増幅MOSアンプ105の負荷となる定電流源である。110は読み出し回路113から出力信号を選択する選択スイッチであり、水平走査回路114によって駆動される。また、112はスイッチ103、106、107を選択するための垂直走査回路である。φTX、φRES、φSELそれぞれにおいて垂直走査回路112によって走査選択されたn番目の走査ラインをφTXn、φRESn、φSELnとする。 FIG. 1 is a schematic diagram of a configuration of an image sensor that employs an XY address type scanning method. Reference numeral 101 denotes a unit pixel, and reference numeral 102 denotes a photodiode (hereinafter referred to as PD) that converts light into electric charges. Reference numeral 103 denotes a transfer switch that transfers the charge generated in the PD by the transfer pulse φTX to a floating diffusion region (hereinafter referred to as FD) 104 in which the charge is temporarily stored. Reference numeral 105 denotes an amplification MOS amplifier that functions as a source follower. Reference numeral 106 denotes a selection switch that selects a pixel by a selection pulse φSEL, and reference numeral 107 denotes a reset switch that removes charges accumulated in the FD by a reset pulse φRES. The FD 104, the amplification MOS amplifier 105, and a constant current source 109 described later constitute a floating diffusion amplifier, and the signal charge of the pixel selected by the selection switch 106 is converted into a voltage and output to the readout circuit 113 via the signal output line 108. The Reference numeral 109 denotes a constant current source serving as a load for the amplification MOS amplifier 105. Reference numeral 110 denotes a selection switch that selects an output signal from the readout circuit 113 and is driven by the horizontal scanning circuit 114. Reference numeral 112 denotes a vertical scanning circuit for selecting the switches 103, 106, and 107. The nth scanning line selected by the vertical scanning circuit 112 in each of φTX, φRES, and φSEL is defined as φTXn, φRESn, and φSELn.
図2はデジタルカメラの回路構成を表した図であり、全体制御演算部209がタイミング発生部207および、シャッター駆動装置204を制御することによってカメラ全体の露光/読み出し動作のタイミングを制御する。撮像素子205はタイミング発生部207を介して全体制御演算部209に制御される。ローリング電子シャッター動作においても、露光時以外のタイミングで撮像素子に光が当たると、PD、もしくは、FD等の本来は光電変換機能を有さない部分においても、不要な光電荷が発生し画質に悪影響を及ぼすので、露光時以外はメカシャッター203を制御し、遮光しておく必要がある。 FIG. 2 is a diagram illustrating a circuit configuration of the digital camera. The overall control calculation unit 209 controls the timing generation unit 207 and the shutter driving device 204 to control the timing of the exposure / readout operation of the entire camera. The image sensor 205 is controlled by the overall control calculation unit 209 via the timing generation unit 207. Even in the rolling electronic shutter operation, when light is applied to the image sensor at a timing other than the exposure time, unnecessary photocharge is generated even in a portion that does not originally have a photoelectric conversion function such as PD or FD, resulting in image quality. Since it has an adverse effect, it is necessary to control the mechanical shutter 203 and shield it from light except during exposure.
図3はローリング電子シャッター動作における駆動パルスと動作シーケンスを表したものである。なお図3では垂直走査回路112によって走査選択されたnラインからn+3ラインに関して記述している。 FIG. 3 shows a driving pulse and an operation sequence in the rolling electronic shutter operation. In FIG. 3, description is made with respect to n + 3 lines from n lines selected by the vertical scanning circuit 112.
ローリング電子シャッター動作では、nラインにおいて、まず時刻t31からt32の間、φRESnとφTXnにパルスを印加され転送スイッチ103及びリセットスイッチ107をオンにし、nライン目のPD102とFD104に蓄積されている不用電荷を除去するリセット動作を行う。時刻t32で転送スイッチ103がオフになり、PDに発生した光電荷が蓄積される蓄積動作が始まる。次に時刻t34においてφTXnにパルスを印加され転送スイッチ103をオンにし、PD102に蓄積された光電荷をFD104に転送する転送動作を行う。なお、リセットスイッチ107は、転送動作に先んじてオフする必要があり、本図では、時刻t32で転送スイッチ103と同時にオフとなる。ここで、時刻t32から時刻t35までが蓄積時間となる。nライン目の転送動作終了後φSELnにパルスが印加され選択スイッチ106がオンする事により、FD104で保持した電荷が電圧に変換され、読み出し回路113に出力される。読み出し回路113で一時的に保持された信号が水平走査回路114によって時刻t36より順次出力される。n+1ラインにおいては、nラインとは別のタイミングでリセット動作、蓄積動作、転送動作、読み出し動作が行われる。このとき、リセット動作、蓄積動作、転送動作は、nラインと露光時間を同じにするために全体にかかる時間は同じであるが、nラインのタイミングとは異なる、任意のタイミングで動作を行うことができる。すべてのラインで同時にリセット動作、蓄積動作、転送動作を行うことで、画面全体を同じタイミングで露光動作が可能となる。しかし、読み出し動作に関しては読み出し回路113を使用するので、nラインの読み出し動作を行っている間はn+1ラインの読み出し動作を行うことができない。通常はライン番号の順に順次読み出し動作が行われる。このため、リセット動作、蓄積動作、転送動作も読み出し動作のタイミングにならい、通常はライン順次に行われる。 In the rolling electronic shutter operation, at time n31 to time t32, first, a pulse is applied to φRESn and φTXn to turn on transfer switch 103 and reset switch 107, and unnecessary information accumulated in PD102 and FD104 on the nth line is used. A reset operation for removing charges is performed. At time t32, the transfer switch 103 is turned off, and an accumulation operation for accumulating the photocharge generated in the PD is started. Next, at time t <b> 34, a pulse is applied to φTXn to turn on the transfer switch 103, and a transfer operation for transferring the photocharge accumulated in the PD 102 to the FD 104 is performed. Note that the reset switch 107 needs to be turned off prior to the transfer operation, and in this figure, the reset switch 107 is turned off simultaneously with the transfer switch 103 at time t32. Here, the accumulation time is from time t32 to time t35. After the transfer operation for the nth line is completed, a pulse is applied to φSELn and the selection switch 106 is turned on, whereby the charge held in the FD 104 is converted into a voltage and output to the reading circuit 113. The signals temporarily held by the reading circuit 113 are sequentially output from the horizontal scanning circuit 114 from time t36. In the n + 1 line, a reset operation, an accumulation operation, a transfer operation, and a read operation are performed at timings different from those of the n line. At this time, the reset operation, the accumulation operation, and the transfer operation are performed at an arbitrary timing different from the timing of the n line, although the time required for making the exposure time the same as that of the n line is the same. Can do. By performing the reset operation, the accumulation operation, and the transfer operation simultaneously on all the lines, the entire screen can be exposed at the same timing. However, since the read circuit 113 is used for the read operation, the n + 1 line read operation cannot be performed while the n line read operation is being performed. Usually, read operations are sequentially performed in the order of line numbers. For this reason, the reset operation, the accumulation operation, and the transfer operation are usually performed line-sequentially in accordance with the timing of the read operation.
一方で、一眼レフタイプのデジタルカメラでは、撮像素子として従来の135サイズのフィルムに近い大判のものが用いられ、コンシューマタイプのデジタルカメラで用いられる小さな固体撮像素子に比べ製造上のばらつき等により、シェーディングが発生しやすい問題があった。 On the other hand, in a single-lens reflex type digital camera, a large-sized one close to a conventional 135 size film is used as an image sensor, and due to manufacturing variations compared to a small solid-state image sensor used in a consumer type digital camera, There was a problem that shading was likely to occur.
さらに、撮像素子が大きいため、主レンズからの入射光線が撮像素子周辺部では撮像素子に垂直に入射せず、角度を持つことによって撮像素子中央部に比べ感度が劣ってしまう問題があった。 Furthermore, since the image pickup device is large, incident light from the main lens does not enter the image pickup device perpendicularly at the periphery of the image pickup device, and there is a problem that the sensitivity is inferior to the image pickup device central portion due to the angle.
さらに、主レンズそのものがもつ周辺光量落ち特性によって、撮像素子中央部に入射する光の強度に比べ周辺部に入射する光の強度が落ちてしまう問題がある。特に、レンズ交換式のデジタル一眼レフカメラでは、超広角レンズから超望遠レンズまで、さまざまな焦点距離を持つレンズを取り付けることができ、周辺光量落ち特性もレンズの種類やズーム位置、フォーカス位置、絞りによってまちまちである。 Furthermore, there is a problem in that the intensity of light incident on the peripheral portion is lower than the intensity of light incident on the central portion of the image sensor due to the peripheral light amount drop characteristic of the main lens itself. In particular, interchangeable-lens digital single-lens reflex cameras can be equipped with lenses with various focal lengths, from super-wide-angle lenses to super-telephoto lenses. Depending on the situation.
上記のような問題は、すべて撮影画像のシェーディングとして現れ、画質に悪い影響を与える。固体撮像素子は、一般にフィルムに比べてダイナミックレンジが劣っているため、フィルムの場合よりもシェーディングが画質に与える悪影響は大きい。 All of the above problems appear as shading of the photographed image and adversely affect the image quality. Since a solid-state image sensor generally has a lower dynamic range than a film, shading has a greater adverse effect on image quality than a film.
このようなシェーディングを補正する方法としては、デジタルデータに変換した後に演算によって補正する方法があるが(たとえば、特許文献1参照)、デジタルデータを演算することにより丸め誤差が発生したり掛け算等の演算によってノイズも増大し、シェーディング補正は行われるものの、その副作用として画質に悪影響を与えてしまっていた。
上記課題を解決するために、本発明は、固体撮像素子の電子シャッター動作を用いて画素毎、もしくは、ライン毎に受光部の光電荷蓄積タイミングを制御することで、上記のようなシェーディングを補正し、画面の隅々まで輝度や色のムラのない良好な画質を得ることができる撮像装置、シェーディング補正装置、シェーディング補正方法を提供することを目的とする。 In order to solve the above-described problems, the present invention corrects the above-described shading by controlling the photocharge accumulation timing of the light receiving unit for each pixel or for each line using the electronic shutter operation of the solid-state imaging device. It is another object of the present invention to provide an imaging device, a shading correction device, and a shading correction method that can obtain a good image quality without luminance and color unevenness to every corner of the screen.
上記課題を解決するために、出願に係る発明は、受光量に応じて光電荷を発生し蓄積する受光部と、受光部の光電荷を一時的に蓄える一時蓄積部と有する撮像素子と、前記撮像素子の光電荷蓄積開始を制御する蓄積開始制御手段と、受光部の光電荷を一時蓄積部に転送する事で前記撮像素子の蓄積終了制御を行う蓄積終了制御手段を有する撮像装置において、前記蓄積開始制御手段と前記蓄積終了制御手段のどちらか一方もしくは両方の制御タイミングを画素毎、もしくは、ライン毎に変えることによって、画素毎、もしくは、ライン毎に光電荷蓄積時間を制御し、撮影画像のシェーディングを補正する。 In order to solve the above-described problem, the invention according to the application is directed to an image sensor including a light receiving unit that generates and accumulates photocharge according to the amount of received light, a temporary accumulation unit that temporarily stores the photocharge of the light receiving unit, In the imaging apparatus, comprising: an accumulation start control unit that controls an optical charge accumulation start of the image sensor; and an accumulation end control unit that performs an accumulation end control of the image sensor by transferring the photocharge of the light receiving unit to the temporary accumulation unit. By changing the control timing of one or both of the accumulation start control means and the accumulation end control means for each pixel or for each line, the photocharge accumulation time is controlled for each pixel or for each line, and the photographed image is obtained. Correct shading.
本出願に係る発明によれば、受光量に応じて光電荷を発生し蓄積する受光部と、受光部の光電荷を一時的に蓄える一時蓄積部と有する撮像素子と、前記撮像素子の光電荷蓄積開始を制御する蓄積開始制御手段と、受光部の光電荷を一時蓄積部に転送する事で前記撮像素子の蓄積終了制御を行う蓄積終了制御手段を有する撮像装置において、前記蓄積開始制御手段と前記蓄積終了制御手段のどちらか一方もしくは両方の制御タイミングを画素毎、もしくは、ライン毎に変えることによって、画素毎、もしくは、ライン毎に光電荷蓄積時間を制御することで、撮影画像のシェーディングを補正し、画面の隅々まで明るさや色のバランスが崩れることのない良好な画像が得られる。 According to the invention of the present application, an image sensor having a light receiving unit that generates and accumulates photocharge according to the amount of received light, a temporary storage unit that temporarily stores the photocharge of the light receiving unit, and the photocharge of the image sensor In an imaging apparatus having an accumulation start control means for controlling the accumulation start, and an accumulation end control means for controlling the accumulation end of the image sensor by transferring the photocharge of the light receiving section to the temporary accumulation section, the accumulation start control means By changing the control timing of either one or both of the storage end control means for each pixel or for each line, the photo charge accumulation time is controlled for each pixel or for each line, thereby shading the captured image. It is possible to obtain a good image without correcting the brightness and color balance to every corner of the screen.
以下本発明を実施するための最良の形態を、実施例により詳しく説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to examples.
図2と図4、図5を用いて本発明の第1の実施例を説明する。 A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図2において、レリーズボタンが押されることでカメラが撮影動作を開始すると、全体制御演算部209は、あらかじめ記憶している撮像素子自体のシェーディング、および、レンズ制御部202から取得したレンズ情報、絞り情報、瞳位置情報等から、撮影画像のシェーディング量を演算し、垂直方向のシェーディングをキャンセルするように画像の全ライン数分の垂直シェーディング補正係数を算出する。レリーズボタンが押されてから実際の露光動作が始まるまでのレリーズタイムラグ期間中に、全体制御演算部209は、タイミング発生部207に対して、AE等の露出制御によって決定した露光秒時ともに、算出した全ライン数分の垂直シェーディング補正情報をセットする。撮像素子205は、XYアドレス型の走査方法を採る撮像素子であり、タイミング発生部207によって蓄積、読み出し動作等の制御をされる。 In FIG. 2, when the camera starts a shooting operation by pressing the release button, the overall control calculation unit 209 performs the shading of the image sensor itself stored in advance, the lens information acquired from the lens control unit 202, the aperture From the information, pupil position information, etc., the shading amount of the captured image is calculated, and vertical shading correction coefficients for the total number of lines of the image are calculated so as to cancel the shading in the vertical direction. During the release time lag period from when the release button is pressed until the actual exposure operation starts, the overall control calculation unit 209 calculates the exposure time determined by exposure control such as AE to the timing generation unit 207. Set the vertical shading correction information for the total number of lines. The image sensor 205 is an image sensor that adopts an XY address type scanning method, and the timing generation unit 207 controls accumulation and reading operations.
図4は第1の実施例におけるシャッターシーケンス図である。まず、メカシャッターの先幕を制御することで、撮像素子の露光面を物理的に射光状態から露光状態に切り替える。次に、すべてのラインを同じタイミングで一括リセット動作を行うことで、撮像素子のすべてのPDの不要電荷をリセットし、画面全体で同じタイミングで蓄積動作に入る。このとき、タイミング発生部207は、あらかじめセットされた露光秒時と全ライン数分の垂直シェーディング補正係数に従って、各ラインにおける蓄積時間、すなわち、各ラインにおける転送動作のタイミングを決定し、各ライン別々に転送動作を行う。 FIG. 4 is a shutter sequence diagram in the first embodiment. First, by controlling the front curtain of the mechanical shutter, the exposure surface of the image sensor is physically switched from the light emission state to the exposure state. Next, by performing a batch reset operation for all lines at the same timing, unnecessary charges of all PDs of the image sensor are reset, and an accumulation operation is started at the same timing for the entire screen. At this time, the timing generation unit 207 determines the accumulation time in each line, that is, the timing of the transfer operation in each line, according to the preset exposure time and the vertical shading correction coefficient for the total number of lines. Perform the transfer operation.
すべてのラインの転送動作が終了すると、メカシャッターの後幕を制御し、撮像素子を物理的に遮光する。メカシャッターは画面上部のライン番号の若い順に遮光し、かつ、撮像素子の転送動作よりも速いスピードで動作するので、メカシャッター制御と同時に、先頭ラインから画像の読み出しを開始し、全画像データを読み出すまで繰り返す。 When all the lines have been transferred, the rear curtain of the mechanical shutter is controlled to physically shield the image sensor. Since the mechanical shutter shields light from the smallest line number at the top of the screen and operates at a speed faster than the transfer operation of the image sensor, reading the image from the first line is started simultaneously with the mechanical shutter control, and all image data is Repeat until read.
このようにして得られた撮像素子の出力画像は、一様な輝度面を撮影した場合、図5のようにシェーディング補正されている。図5のa)は、画面全体を一様時間露光したときに得られる撮像素子の垂直方向のシェーディングである。このシェーディングをキャンセルするように、シェーディング補正係数を算出し、b)のようにライン毎の露光時間を制御するため、一様な輝度面を撮影した場合に、センサの出力の段階でシェーディングは補正されており、c)のような一様なセンサ出力が得られる。露光時間を制御する方法は、基準クロックの周波数を上げることで分解能を向上させることができ、デジタルデータでシェーディング補正する場合に比べよりスムーズな補正が可能である。さらに、デジタルデータでシェーディング補正をする際は掛け算等を用いるため、演算による丸め誤差が生じたり、ノイズも演算により増やしてしまう可能性があるが、露光時間を制御する方法では丸め誤差は無く、画像処理をする前に補正が完了しているので、画面の領域によってノイズ量が変わることも無い。したがって、デジタルデータを演算してシェーディング補正をする方法に比べ、補正後の画質は優れている。 The output image of the image sensor obtained in this way is subjected to shading correction as shown in FIG. 5 when a uniform luminance surface is photographed. FIG. 5A shows the shading in the vertical direction of the image sensor obtained when the entire screen is exposed for a uniform time. The shading correction coefficient is calculated so as to cancel this shading, and the exposure time for each line is controlled as in b). Therefore, when a uniform luminance surface is photographed, the shading is corrected at the output stage of the sensor. Thus, a uniform sensor output as shown in c) can be obtained. In the method of controlling the exposure time, the resolution can be improved by increasing the frequency of the reference clock, and smoother correction is possible compared to the case of performing shading correction with digital data. In addition, when shading correction is performed on digital data, multiplication or the like is used, which may cause rounding errors due to computation and noise may also increase due to computation. However, there is no rounding error in the method of controlling the exposure time, and image processing Since the correction is completed before performing the process, the amount of noise does not change depending on the screen area. Therefore, the image quality after correction is superior to the method of performing shading correction by calculating digital data.
さらに、本実施例では、ライン毎に転送タイミングを制御することで垂直方向のみのシェーディング補正を行っているが、同様に水平方向にも転送タイミングを制御することで水平シェーディング補正をすることも可能である。 Furthermore, in this embodiment, the shading correction only in the vertical direction is performed by controlling the transfer timing for each line. Similarly, the horizontal shading correction can also be performed by controlling the transfer timing in the horizontal direction. It is.
図2と図6を用いて本発明の第2の実施例を説明する。 A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
第1の実施例では、撮像素子のライン毎のリセット動作を制御することで垂直シェーディング補正を行ったが、ここではライン毎の転送動作を制御することで、垂直シェーディング補正を行う。 In the first embodiment, the vertical shading correction is performed by controlling the reset operation for each line of the image sensor, but here the vertical shading correction is performed by controlling the transfer operation for each line.
第1の実施例と同様に、全体制御演算部209は、あらかじめ記憶している撮像素子自体のシェーディング、および、レンズ制御部202から取得したレンズ情報、絞り情報、瞳位置情報等から、撮影画像のシェーディング量を演算し、垂直方向のシェーディングをキャンセルするように画像の全ライン数分の垂直シェーディング補正係数を算出する。レリーズボタンが押されてから実際の露光動作が始まるまでのレリーズタイムラグ期間中に、全体制御演算部209は、タイミング発生部207に対して、AE等の露出制御によって決定した露光秒時ともに、算出した全ライン数分の垂直シェーディング補正情報をセットする。 As in the first embodiment, the overall control calculation unit 209 uses a pre-stored shading of the image sensor itself, lens information acquired from the lens control unit 202, aperture information, pupil position information, and the like to take a captured image. Are calculated, and vertical shading correction coefficients corresponding to the total number of lines of the image are calculated so as to cancel the shading in the vertical direction. During the release time lag period from when the release button is pressed until the actual exposure operation starts, the overall control calculation unit 209 calculates the exposure time determined by exposure control such as AE to the timing generation unit 207. Set the vertical shading correction information for the total number of lines.
図6は第2の実施例におけるシャッターシーケンス図である。まず、メカシャッターの先幕を制御することで、撮像素子の露光面を物理的に射光状態から露光状態に切り替える。次に、タイミング発生部207は、あらかじめセットされた露光秒時と全ライン数分の垂直シェーディング補正係数に従って、各ラインにおけるリセット動作のタイミングを決定し、各ライン別々にリセット動作を行う。つまり、各ライン別々に撮像素子のすべてのPDの不要電荷をリセットし、別々のタイミングで蓄積動作に入ることで、各ラインの露光時間を制御する。次に、露光秒時に従って一括電荷転送タイミングを決定し、全画面で一括して同じタイミングでPDからFDに電荷を転送する。 FIG. 6 is a shutter sequence diagram in the second embodiment. First, by controlling the front curtain of the mechanical shutter, the exposure surface of the image sensor is physically switched from the light emission state to the exposure state. Next, the timing generation unit 207 determines the reset operation timing in each line according to the preset exposure time and the vertical shading correction coefficients for the total number of lines, and performs the reset operation for each line separately. That is, the exposure time of each line is controlled by resetting unnecessary charges of all PDs of the image sensor for each line and entering the accumulation operation at different timings. Next, the collective charge transfer timing is determined according to the exposure time, and the charge is transferred from the PD to the FD at the same timing all over the screen.
次に、メカシャッターの後幕を制御し、撮像素子を物理的に遮光する。メカシャッターは画面上部のライン番号の若い順に遮光し、かつ、撮像素子の転送動作よりも速いスピードで動作するので、メカシャッター制御と同時に、先頭ラインから画像の読み出しを開始し、全画像データを読み出すまで繰り返す。 Next, the rear curtain of the mechanical shutter is controlled to physically shield the image sensor. Since the mechanical shutter shields light from the smallest line number at the top of the screen and operates at a speed faster than the transfer operation of the image sensor, reading the image from the first line is started simultaneously with the mechanical shutter control, and all image data is Repeat until read.
上記のような動作により、シェーディング補正係数に従ってライン毎に蓄積時間を変えて垂直方向シェーディングを補正し、ムラのない良好な画像を得ることができる。 With the operation as described above, the vertical shading is corrected by changing the accumulation time for each line according to the shading correction coefficient, and a good image without unevenness can be obtained.
さらに、ライン毎の蓄積時間を変える方法としては、リセットタイミングと電荷転送タイミングのどちらか一方だけをライン毎に変えるだけでなく、両方変えることで蓄積時間を変えても良く、算出したシェーディング補正係数に従ってライン毎の蓄積時間を制御すれば、シェーディング補正が可能となる。 Furthermore, as a method of changing the accumulation time for each line, not only one of the reset timing and the charge transfer timing may be changed for each line, but the accumulation time may be changed by changing both, and the calculated shading correction coefficient If the accumulation time for each line is controlled according to the above, shading correction can be performed.
101 単位画素
102 フォトダイオード
103 転送スイッチ
104 蓄積領域
105 増幅MOSアンプ
106 選択スイッチ
107 リセットスイッチ
108 信号出力線
109 負荷電流源
110 水平選択スイッチ
111 出力アンプ
112 垂直走査回路
113 読み出し回路
114 水平走査回路
201 レンズ部
202 レンズ制御部
203 シャッター
204 シャッター駆動装置
205 撮像素子
206 撮像信号処理回路
207 タイミング発生部
208 メモリ部
209 全体制御演算部
210 記録媒体制御I/F部
211 記録媒体
212 外部I/F部
213 測光装置
214 測距装置
101 Unit Pixel 102 Photodiode 103 Transfer Switch 104 Storage Area 105 Amplification MOS Amplifier 106 Selection Switch 107 Reset Switch 108 Signal Output Line 109 Load Current Source 110 Horizontal Selection Switch 111 Output Amplifier 112 Vertical Scan Circuit 113 Read Circuit 114 Horizontal Scan Circuit 201 Lens Unit 202 Lens control unit 203 Shutter 204 Shutter driving device 205 Imaging element 206 Imaging signal processing circuit 207 Timing generation unit 208 Memory unit 209 Overall control calculation unit 210 Recording medium control I / F unit 211 Recording medium 212 External I / F unit 213 Photometry Device 214 Ranging device
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2004
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