JP2006121164A - Imaging device - Google Patents
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Abstract
【課題】 イメージセンサのクロストークによる画質の劣化を、簡易な制御で効果的に再生する。
【解決手段】 イメージセンサの出力レベルに応じたクロストーク補正係数を読み出し、輝度信号補正回路を制御する。
【選択図】 図1PROBLEM TO BE SOLVED: To effectively reproduce deterioration of image quality due to crosstalk of an image sensor by simple control.
A crosstalk correction coefficient corresponding to an output level of an image sensor is read to control a luminance signal correction circuit.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、イメージセンサを用いた撮像装置に係るものであり、特に、イメージセンサの隣接画素へのクロストーク(電荷漏れ)の補正を行う撮像装置に関するものである。 The present invention relates to an imaging apparatus using an image sensor, and more particularly to an imaging apparatus that corrects crosstalk (charge leakage) to adjacent pixels of an image sensor.
イメージセンサにおいては、信号が隣接画素へ漏れこむクロストークが起きる。主な原因には、入射光が隣接画素に光学的に漏れこむことと、イメージセンサの基板内部で発生した信号電荷が拡散により隣接画素に電気的に漏れこむことの2つがある。 In the image sensor, crosstalk occurs in which a signal leaks to adjacent pixels. There are two main causes: incident light optically leaks into adjacent pixels and signal charge generated inside the image sensor substrate leaks into adjacent pixels due to diffusion.
また、入射光が増えるに従って、このクロストークも増えることが一般に知られている。クロストークにより、単一のイメージセンサに複数種類の色フィルタを搭載した単板カメラシステムでは、混色を引き起こして色再現性を劣化させ、3つのイメージセンサがそれぞれ、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)を透過する三板カメラシステムでは、クロストークが低域通過フィルタと等価なものになり、輝度信号の高域成分を劣化させてしまう。 It is generally known that this crosstalk increases as the incident light increases. Due to crosstalk, in a single-plate camera system in which multiple types of color filters are mounted on a single image sensor, color reproducibility is deteriorated by causing color mixing, and the three image sensors are respectively red (R) and green (G ), In a three-plate camera system that transmits blue (B), crosstalk becomes equivalent to a low-pass filter, which degrades the high-frequency component of the luminance signal.
このクロストークは、CCDイメージセンサに比べて、CMOSイメージセンサにおいて顕著である。 This crosstalk is more prominent in the CMOS image sensor than in the CCD image sensor.
このような状況に対して、例えば特許文献1では、混色成分を補正する補正係数を記憶するデータ記憶手段と、補正係数に基づいて混色成分を補正する混色補正手段とを有して、レンズのF値に応じて補正係数を読み出して混色成分(クロストーク)を補正している。
しかしながら、上記従来の技術においては、レンズのF値(絞り)を変えない限り同一の補正係数を読み出すため、入射光量の変化に絞りの変化が追従できない場合は、データ記憶手段から出力される補正係数が、本来、必要な値とは異なる値になるため、適切なクロストーク補正ができない、といった問題点を含んでいる。 However, in the above prior art, since the same correction coefficient is read unless the F value (aperture) of the lens is changed, if the change in the aperture cannot follow the change in the amount of incident light, the correction output from the data storage means Since the coefficient is originally different from a necessary value, there is a problem that appropriate crosstalk correction cannot be performed.
本発明は、以上の点に着目して成されたもので、撮像手段の出力レベルに応じて、データ記憶手段からクロストーク補正値を出力し、クロストーク補正を施すことにより、入射光量に応じた適切なクロストーク補正を行うもので、クロストークにより失われた画像の高域成分を容易に再生することができる撮像装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made paying attention to the above points. According to the output level of the image pickup means, the crosstalk correction value is output from the data storage means, and the crosstalk correction is performed, so that the amount of incident light is adjusted. Another object of the present invention is to provide an imaging apparatus that performs appropriate crosstalk correction and can easily reproduce high-frequency components of an image lost due to crosstalk.
本発明では、上記従来の問題に鑑み、撮像手段の出力レベルに応じて、データ記憶手段からクロストーク補正値を出力し、クロストーク補正を施すことにより、入射光量に応じた適切なクロストーク補正を行うものである。 In the present invention, in view of the above-described conventional problems, the crosstalk correction value is output from the data storage unit according to the output level of the imaging unit, and the crosstalk correction is performed, so that the appropriate crosstalk correction according to the incident light amount is performed. Is to do.
なお、さらに説明すれば、本発明の第一の発明について下記のように示す。 Further, the first invention of the present invention will be described as follows.
(1)撮像手段と、該撮像手段のクロストーク補正値を記憶するデータ記憶手段と、該撮像手段の出力から輝度信号成分を生成する輝度信号成分手段と、該輝度信号成分を補正する輝度信号補正手段とを有し、該撮像手段の出力レベルに応じて、該データ記憶手段から該クロストーク補正値を出力し、該クロストーク補正値で、輝度信号補正手段を制御することを特徴とする撮像装置。 (1) Imaging means, data storage means for storing the crosstalk correction value of the imaging means, luminance signal component means for generating a luminance signal component from the output of the imaging means, and a luminance signal for correcting the luminance signal component Correction means, and outputs the crosstalk correction value from the data storage means according to the output level of the imaging means, and controls the luminance signal correction means with the crosstalk correction value. Imaging device.
本発明は、撮像手段の出力レベルに応じて、データ記憶手段からクロストーク補正値を出力し、クロストーク補正を施すことにより、入射光量に応じた適切なクロストーク補正を行うもので、クロストークにより失われた画像の高域成分を容易に再生することができる。 According to the present invention, the crosstalk correction value is output from the data storage unit according to the output level of the image pickup unit, and the crosstalk correction is performed to perform an appropriate crosstalk correction according to the amount of incident light. Therefore, the high frequency component of the lost image can be easily reproduced.
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.
本発明の第一の実施例を適用する撮像装置を図1に示す。図1は三板式撮像装置であり、撮像素子にはCMOSセンサを用いている。CMOSセンサ1〜3でそれぞれ赤色(R)、緑色(G)、青色(B)を光電変換された入力信号は、アナログフロントエンド(AFE)回路4〜6でノイズ除去、利得調整、アナログ−ディジタル(AD)変換等を行う。この後、輝度信号生成回路7で例えば、
Y=0.3*R+0.59*G+0.11*B 式(1)
式(1)の演算により、輝度信号を生成する。輝度信号生成回路7の出力は、輝度信号補正回路8でアパーチャ補正、ガンマ補正等の処理を行う。
An image pickup apparatus to which the first embodiment of the present invention is applied is shown in FIG. FIG. 1 shows a three-plate image pickup apparatus, and a CMOS sensor is used as an image pickup element. Input signals obtained by photoelectrically converting red (R), green (G), and blue (B) by the
Y = 0.3 * R + 0.59 * G + 0.11 * B Formula (1)
A luminance signal is generated by the calculation of Expression (1). The output of the luminance signal generation circuit 7 is processed by the luminance
AFE回路4〜6の出力は、色信号処理回路10へも送られ、ガンマ補正、ホワイトバランス等の処理を行い、色差信号R−Y,B−Yを生成する。色信号処理回路10の出力は輝度信号補正回路8の出力と、YC多重回路11で多重化される。
Outputs of the
AFE回路4〜6の出力は、さらに、クロストーク量記憶手段9へも入力される。クロストーク量記憶手段9はマイコン12の指示により、後述の動作によりクロストーク量を記憶し、クロストーク補正時にクロストーク補正値kを輝度信号補正回路8へ出力する。
The outputs of the
図2にクロストーク量記憶手段9の内部回路を示す。AFE回路4〜6の出力信号はレベル合成回路91で加算される。加算比は特に限定するものではないが、上述の輝度信号生成回路7で用いた式(1)と共通の加算比を用いる場合は、レベル合成回路91は設けず、輝度信号生成回路7の出力をクロストーク量記憶手段9に入力してもよい。
FIG. 2 shows an internal circuit of the crosstalk amount storage means 9. Output signals of the
レベル合成回路91の出力はメモリ92に記憶され、同時にセレクタ94にも入力される。
The output of the
カウンタ93はマイコン12からカウンタのインクリメントを許可する信号CENを受け取り、CENが有効な期間は不図示のクロックが入力される毎にインクリメントを行い、その値をセレクタ94に送出する。セレクタ94では、クロストーク量測定時に“1”になるTEST信号をマイコン12から入力し、TEST=“0”の通常使用時は、レベル合成回路91の出力を選択し、TEST=“1”のクロストーク量測定時にはカウンタ93の出力を選択する。セレクタ94の出力は、メモリ92のアドレス信号となる。マイコン12からはメモリ92の書き込みを許可するWENもメモリ92に送る。
The
図3に輝度信号補正回路8の内部回路を示す。アパーチャ補正回路81では、高域通過フィルタ(HPF)811で、信号の高域を抽出する。ゲイン生成回路812では図1のクロストーク量記憶手段9の出力kに基づいて、ハードウェア構成もしくはROMテーブル等の手段によりアパーチャゲインAPCGを生成し、乗算器813でHPF811の出力とAPCGを掛け合わせる。加算器814で輝度信号生成回路7の出力と、乗算器842の出力を加算することで、アパーチャ補正を施す。アパーチャ補正回路81の出力はガンマ補正回路82に送られ、ガンマ補正を施す。
FIG. 3 shows an internal circuit of the luminance
図4に入射光量とそのときのクロストーク量との関係の一例を示す。図4のような特性を得るためには、工場調整時等に入射光に対するクロストークを測定してメモリ92に格納しておく必要がある。なお、メモリ92には、不揮発性メモリを使用するのが望ましいが、これに限ったものではない。
FIG. 4 shows an example of the relationship between the amount of incident light and the amount of crosstalk at that time. In order to obtain the characteristics as shown in FIG. 4, it is necessary to measure the crosstalk with respect to the incident light during factory adjustment or the like and store it in the
図8にクロストーク測定原理の説明図を示す。8A,8B,8CはCMOSセンサ1〜3のうちの3画素を抜き出したもので、各画素はマイクロレンズ801、色フィルタ802、配線層803、フォトダイオード804、シリコン基板805からなる。クロストーク測定時にはCMOSセンサ1〜3の一部の領域を遮光版810で覆う。図8では、画素8Aを遮光版810で覆い、画素8B,8Cは通常通り入射光811を受ける例を示している。クロストークはシリコン基板805を通じた隣接画素への電荷の漏れであるから、遮光した画素8Aの出力値を測定すれば、入射光811に対するクロストーク量を測定できる。
FIG. 8 is an explanatory diagram of the principle of crosstalk measurement. 8A, 8B, and 8C are extracted from three pixels of the
図11にクロストーク測定の手順を表すフローチャートを示す。ステップ(S)1101で測定を開始する際、マイコン12でTEST信号を“1”にする。S1102でCMOSセンサの一部の領域を遮光板810で遮光する。S1103でマイコン12からWEN信号を出力し、メモリ92への書き込みを可能にする。次に、S1104で、あるレベルの入射光711を照射する。S1105では遮光した領域の端の画素(図8における8A)の画素の出力レベルを測定する。図1に示すように撮像素子にCMOSセンサを用いると、所望の位置の画素を自由に読み出せる。ここで読み出した信号を、S1106でメモリ92に書き込む。このときのアドレス値はマイコン12で制御されたカウンタ93の出力値である。このときのアドレス値を、入射光711のレベル値と一致するようにしておく。S1107で測定を継続すると判断したときは、アドレスをインクリメントする(S1108)。S1109では、アドレスのインクリメントに対応するだけ照射レベルを変更するように不図示の光源を制御し、再びS1104で照射を行う。
FIG. 11 is a flowchart showing the procedure of crosstalk measurement. When the measurement is started in step (S) 1101, the microcomputer 12 sets the TEST signal to “1”. In S1102, a partial area of the CMOS sensor is shielded by the
S1107で測定を終了すると判断したときは、S1110でマイコン12からのWEN信号を変更し、メモリ92への書き込みを不可にする。そして、S1111ではマイコン12の指示でTEST信号を“0”にして、クロストークの測定を終了する。
If it is determined in S1107 that the measurement is to be terminated, the WEN signal from the microcomputer 12 is changed in S1110 to disable writing to the
通常使用時には、工場調整時等に測定したクロストーク特性を用いて、クロストークを補正する。以下でその動作を説明する。 During normal use, crosstalk is corrected using crosstalk characteristics measured during factory adjustment. The operation will be described below.
図1のような三板カメラシステムではクロストークが発生すると、輝度信号成分が隣接画素に漏れこむ。これは画像を低域通過回路(LPF)に通したのと等価である。従って、画像の高域成分が劣化し、ボケた画像になってしまう。そこで本発明では、アパーチャ補正回路81とガンマ補正回路82を、測定したクロストーク量で制御して、劣化した高域成分を再生することで、クロストーク補正を行う。
In the three-plate camera system as shown in FIG. 1, when crosstalk occurs, a luminance signal component leaks into adjacent pixels. This is equivalent to passing the image through a low-pass circuit (LPF). Therefore, the high frequency component of the image is deteriorated, resulting in a blurred image. Therefore, in the present invention, the
上述のクロストーク測定動作により、クロストーク量記憶手段9は、入力信号レベルに対するクロストーク量kを出力するので、入力信号のレベルに対して最適なクロストーク補正を行うことができる。 By the above-described crosstalk measurement operation, the crosstalk amount storage unit 9 outputs the crosstalk amount k with respect to the input signal level, so that the optimum crosstalk correction can be performed for the level of the input signal.
本発明では、ゲイン生成回路812の入出力特性を図6(a)または(b)のようにする。図6(a)では、クロストーク量kの値が大きくなるにつれ、アパーチャゲインAPCを大きくさせる。これにより、クロストーク量が比較的大きく、画像の高域が大幅に落ちたときには、アパーチャ補正を強めに掛けて、クロストークによって失われた高域成分を再生する。
In the present invention, the input / output characteristics of the
また、ゲイン生成回路812の入出力特性を図6(b)のようにして、複数の直線でアパーチャゲインAPCの特性を決めてもよい。
Further, the input / output characteristics of the
アパーチャ補正を強めにかけると、付加したエッジ成分は高レベル側に飽和しやすく、ややもすると、エッジ部分が白くなったり、ぎらついたりすることがある。そこで、ガンマ補正を制御してエッジ成分の飽和を防ぐ必要がある。このときのガンマ補正回路82の入出力特性を図5に示す。kの値が低いとき、即ちクロストーク量が少ない場合は、アパーチャゲインAPCGは低く、エッジの飽和は起きにくいので、高輝度領域の出力を抑える必要はないが、kの値が高いとき、即ちクロストーク量が多い場合は、アパーチャゲインAPCGが高く、エッジの飽和は起きやすいので、ガンマの入出力特性を変えて高輝度領域の出力を抑える必要がある。なお、ガンマ補正回路82の実現方法は、ハードウェアで構成しても、ROMテーブルで構成してもよい。
When the aperture correction is increased, the added edge component is likely to saturate to the high level side, and the edge portion may become white or glaring. Therefore, it is necessary to control the gamma correction to prevent edge component saturation. The input / output characteristics of the
本発明の第二の実施例で適用されるクロストーク量記憶手段9の内部構成を図12に示す。第一の実施例では、クロストーク測定時のメモリ92のアドレスを発生させる方法として、入射光811に相当する値をカウンタ93で発生させていたが、本実施例では、クロストーク量を遮光した画素8Aから読み出す直前のクロック期間に、遮光しない画素8Bの信号、即ち入射光量を読み出して、Dフリップフロップ(DFF)95に蓄積しておき、次のクロック期間で、遮光した画素8Aからクロストーク量を読み出し、DFF95の出力をアドレスとして、メモリ92に書き込む。この動作により、第一の実施例と同様、入射光量に対応するクロストーク量kを出力するルックアップテーブルを実現することができる。
FIG. 12 shows the internal configuration of the crosstalk amount storage means 9 applied in the second embodiment of the present invention. In the first embodiment, as a method of generating the address of the
本発明の第三の実施例で適用される輝度信号補正回路8の内部回路を図9に示す。
FIG. 9 shows an internal circuit of the luminance
一般に、撮像素子の内部でクロストークが起こる場合、クロストーク量kにより、画像の高域成分の劣化の仕方が変わる。つまり、クロストークと等価なLPFの特性が変わるので、本実施例では、クロストーク量kに応じて、アパーチャ補正回路81のフィルタ特性を切り換える。
In general, when crosstalk occurs inside an image sensor, the way in which high frequency components of an image are deteriorated varies depending on the crosstalk amount k. That is, since the LPF characteristic equivalent to crosstalk changes, in this embodiment, the filter characteristic of the
クロストーク量kが多い場合、即ち、k≧aのときは、図7(a)の周波数特性をもつHPF811をセレクタ816で選択する。
When the crosstalk amount k is large, that is, when k ≧ a, the
この場合は、電荷の漏れこみによって、隣接画素とのレベル差が無くなりやすいので、輝度信号の最高域が劣化する。従って、失われた最高域を再生するために、図7(a)のような周波数特性をもつフィルタを用いる。 In this case, since the level difference from the adjacent pixels is likely to disappear due to the leakage of electric charges, the highest range of the luminance signal is deteriorated. Therefore, a filter having frequency characteristics as shown in FIG. 7A is used to reproduce the lost highest band.
クロストーク量kが少ない場合、即ち、k<aのときは、図7(b)の周波数特性をもつBPF815をセレクタ816で選択する。このときは、電荷の漏れこみがあるにせよ、隣接画素とのレベル差がある程度保たれるので、中域を補正するために、図7(b)のような周波数特性をもつフィルタを用いる。
When the crosstalk amount k is small, that is, when k <a, the
本発明の第四の実施例で適用されるカメラ信号処理回路8の内部構成を図10に示す。第三の実施例では、クロストーク量kに応じてアパーチャ補正回路81のフィルタの特性を切り換える例として、2つのフィルタとセレクタを用いる例を挙げたが、本実施例では、パラメータkでフィルタ818のタップ係数、またはタップ数を切り換える。
FIG. 10 shows an internal configuration of the camera
その他の動作は第三の実施例と同様である。 Other operations are the same as those of the third embodiment.
1、2、3 MOSセンサ
4、5,6 AFE
7 輝度信号生成回路
8 輝度信号補正処理回路
9 クロストーク量記憶手段
10 色信号処理回路
11 YC多重回路
12 マイコン
1, 2, 3
7 luminance
Claims (5)
該撮像手段の出力レベルに応じて、該データ記憶手段から該クロストーク補正値を出力し、該クロストーク補正値で、輝度信号補正手段を制御することを特徴とする撮像装置。 Imaging means, data storage means for storing the crosstalk correction value of the imaging means, luminance signal component means for generating a luminance signal component from the output of the imaging means, and luminance signal correction means for correcting the luminance signal component Have
An imaging apparatus, wherein the crosstalk correction value is output from the data storage unit in accordance with the output level of the imaging unit, and the luminance signal correction unit is controlled by the crosstalk correction value.
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2004
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