JP4066530B2 - シェーディング補正装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、撮像素子読み出し電子式手ぶれ補正や、撮像素子読み出し電子ズームなどの撮像素子のから読み出しが変則読み出しの場合でも、正しくシェーディング補正を行うことができるようにしたシェーディング補正装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
多板式カラービデオカメラにおいて、各撮像素子、たとえば、ＣＣＤ固体撮像素子などの感度むらなどで発生するシェーディングによって、クロマシェーディング(色むら)や輝度シェーディング（輝度むら）が生じる。
従来、これらのシェーディングを補正するために、各撮像素子の感度を撮像面の複数個所で測定して同じ傾向の撮像素子を使用する方法（トリオリング）や、垂直や水平のパラボラ波形信号によってシェーディングを電気的に補正する方法などが提案されている。
【０００３】
しかしながら、トリオリングはシェーディングの傾向が同じイメージャを選別して使用するものであり、選別の手間が大きく、大量生産に不向きである。
また、パラボラ波形信号などによって、シェーディングを補正するものによれば、補正の自由度が小さく、どのようなシェーディングでも補正できるわけではない。
そこで、特開平０８−７９７７３号公報ではこれを解決するために、撮像素子より出力される撮像信号に補正係数をかけて、シェーディング補正をすることが開示されている。
【０００４】
すなわち、この公報の場合には、２次曲面関数発生器を座標値発生部と２次曲面関数演算部とで構成し、座標値発生部において、水平同期信号をリセット信号として、クロック信号をカウントすることにより、水平方向の座標値Ｘを得るとともに、水平同期信号をリセット信号として水平同期信号カウントすることにより垂直方向の座標値Ｙを出力する。
これらの座標値Ｘと座標値Ｙを、２次曲面関数演算部において、２次曲面関数ｆ_R（Ｘ，Ｙ）によって座標値（Ｘ，Ｙ）に対応した２次曲面関数演算部で演算し、このシェーディング補正係数ＣＯＥを補正アンプにおいて、撮像素子から得られる撮像信号にかけてシェーディング補正をするようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報のシェーディング補正装置では、前記撮像素子読み出し電子式手ぶれ補正や撮像素子読み出し電子ズームなどの撮像素子の変則駆動によるＣＣＤ読み出し時に、水平同期信号，垂直同期信号をリセット信号としてクロック信号をカウントして得た座標値と、ＣＣＤから読み出した信号の座標値(ライン番号)と一致しなくなり、正しいシェーディング補正が行えなくなってしまうという課題がある。
【０００６】
この発明は、上記従来の課題を解決するためになされたもので、撮像素子読み出し電子式手ぶれ補正や撮像素子読み出し電子ズームシステムなどの撮像素子の変則駆動時においても、特にハードウェアを増加することもなく、従来と同様の高性能のシェーディング補正を行うことができるシェーディング補正装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明のシェーディング補正装置は、水平同期信号をリセット信号としてクロック信号をカウントすることにより得られる水平方向の座標値と撮像素子のセンサーゲートパルスをリセット信号として撮像素子の垂直転送パルスをカウントすることにより得られる垂直方向の座標値とをＮ次曲面関数係数（Ｎは２以上の整数）によって近似したシェーディング補正係数を発生するＮ次曲面関数発生手段と、前記撮像素子より出力される撮像信号に前記Ｎ次曲面関数発生手段より出力される前記シェーディング補正係数をかけてシェーディング補正をするシェーディング補正手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、Ｎ次曲面関数発生手段において、水平方向の座標値は水平同期信号をリセット信号としてクロック信号をカウントすることにより得るとともに、撮像素子のセンサーゲートパルスをリセット信号として撮像素子の垂直転送パルスをカウントすることにより垂直方向の座標値を得る。
撮像素子の変則駆動時に撮像素子の駆動パルスも通常駆動時とは異なる駆動パルスになっても、撮像素子の駆動パルスと出力信号の関係は一定であるから、この駆動パルスをカウントして垂直方向の座標値を得ることにより、垂直方向の座標値と出力信号の関係は撮像素子の変則駆動時でも一致する。
この水平方向の座標値と垂直方向の座標値とをＮ次曲面関数によって近似したシェーディング補正係数を演算し、このシェーディング補正係数をシェーディング補正手段において撮像素子より出力される撮像信号にかけ、シェーディング補正をすることにより、撮像素子の変則駆動時でも、正しくシェーディング補正を行うことができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について図面に基づき説明する。図１はこの発明によるシェーディング補正装置の第１実施の形態の構成を示すブロック図であり、図２は図１で示すシェーディング補正装置を適用した赤色画像用、緑色画像用および青色画像用のＣＣＤ固体撮像素子を備える３板式カラービデオカメラの構成を示すブロック図である。
まず、この発明の理解を容易にするために、図１に示すこの発明によるシェーディング補正装置の第１実施の形態の具体的説明に先立ち、この第１実施の形態が適用されている図２の３板式カラービデオカメラから説明を行うことにする。
【００１０】
この図２に示す３板式カラービデオカメラは、クロマシェーディングの補正を行う場合の例を示している。
この図２において、赤色画像用、青色画像用のＣＣＤ固体撮像素子(図示せず)より得られる赤原色信号Ｒ、青原色信号Ｂは、それぞれシェーディング補正手段として、それぞれシェーディング補正ブロック１Ｒ，１Ｂからホワイトバランスコントロールアンプ２Ｒ，２Ｂ，ガンマ補正回路３Ｒ，３Ｂを介してマトリクス回路４に供給される。
【００１１】
また、緑色画像用のＣＣＤ固体撮像素子(図示せず)から得られる緑色原色信号Ｇは、ホワイトバランスコントロールアンプ２Ｇ、ガンマ補正回路３Ｇを介してマトリクス回路１４に供給される。
マトリクス回路４では、色信号Ｒ，Ｇ，Ｂがマトリクス処理され、輝度信号Ｙ、赤色差信号Ｒ−Ｙおよび青色差信号Ｂ−Ｙが出力される。
前記シェーディング補正ブロック１Ｒ，１Ｂのうちのシェーディング補正ブロック１Ｒの内部構成は、図１に示すように構成されている。
【００１２】
図１において、Ｎ次曲面関数発生手段としての２次曲面関数発生器１１は、座標値発生部１２，１３と２次曲面関数演算部１４とから構成されている。
座標値発生部１２は座標値Ｘを発生するもので、座標値発生部１２には、水平同期信号ＨＤとクロック信号ＣＫとが入力される。
座標値発生部１２は、この水平同期信号ＨＤをリセット信号として、クロック信号ＣＫをカウントすることにより、座標値Ｘを発生して２次曲面関数演算部１４に出力する。
【００１３】
また、座標値発生部１３は、座標値Ｙを得るものであるが、特にこの座標値発生部１３は、ＣＣＤ固体撮像素子読み出し電子式手ぶれ補正やＣＣＤ固体撮像素子読み出し電子ズームなどのＣＣＤ固体撮像素子からの読み出しが変則読み出しのシステムの場合に、ＣＣＤ固体撮像素子の駆動パルス（センサーゲートパルスＳＧ、垂直転送パルスＶＣＬＯＣＫ）から座標値Ｙを生成するようにしている。
すなわち、タイミング発生回路１５から図示しないＣＣＤ固体撮像素子駆動用パルス(以下、ＣＣＤ駆動パルスという)を発生させてＣＣＤ固体撮像素子を駆動すると同時に、このＣＣＤ駆動パルスであるセンサーゲートパルスＳＧと垂直転送パルスＶ_CLKを座標値発生部１３に出力する。
座標値発生部１３は、このセンサーゲートパルスＳＧをリセット信号として垂直転送パルスＶ_CLKをカウントすることにより、座標値Ｙを発生して２次曲面関数演算部１４に出力する。
【００１４】
座標値発生部１２で得られた座標値Ｘと、座標値発生部１３で得られた座標地Ｙは２次曲面関数演算部１４において、次の[数１]に示すような２次曲面関数係数ｆ_R（Ｘ，Ｙ）に対応してシェーディング補正係数ＣＯＥを演算する。
【００１５】
【数１】

この［数１］の係数ａ₀₀〜ａ₂₂はシステムコントローラを構成するマイコン(図示せず)より供給される。
係数ａ₀₀〜ａ₂₂は後述する補正アンプ１６で赤原色信号Ｒに対してシェーディング補正係数ＣＯＥを乗算したとき赤色画像用の撮像素子のシェーディングが緑色画像用の撮像素子のシェーディングとほぼ一致するように、あらかじめ赤色画像用および緑色画像用の撮像素子の複数点における感度が測定され、その測定点の感度に基づいて算出されて不揮発性メモリ（図示せず）に格納されている。
【００１６】
座標値（Ｘ，Ｙ）に対応して２次曲面関数演算部１４より出力されるシェーディング補正係数ＣＯＥはシェーディング補正手段としての補正アンプ１６を構成する乗算器１７に供給される。
乗算器１７には、撮像素子から読み出されてディジタル化されたディジタルの赤原色信号Ｒが供給され、この赤原色信号Ｒにシェーディング補正係数ＣＯＥがかけられることにより、シェーディング補正が行われて出力される。
この際、座標値発生部１３はセンサーゲートパルスＳＧをリセット信号として垂直転送パルスＶ_CLKをカウントすることにより座標値Ｙを得ており、ＣＣＤ固体撮像素子を変則読み出しで駆動する場合に、当然ＣＣＤ駆動パルスも通常駆動時と異なるパルスになる。
【００１７】
しかし、ＣＣＤ固体撮像素子に対してどのような変則駆動を行っていても、駆動パルスと出力信号との関係、すなわち、垂直転送パルスＶ_CLKの本数と出力信号のライン数は一定である。
したがって、駆動パルスの垂直転送パルスＶ_CLKをカウントして座標値Ｙを作っていることにより、ＣＣＤ固体撮像素子に対してどのような変則駆動を行っていても、座標値Ｙと出力信号との関係は一定である。
【００１８】
これにより駆動パルスから使用した座標値をシェーディング補正係数ＣＯＥに使用することにより、ＣＣＤ固体撮像素子の変則駆動時においても、正しくシェーディング補正を行うことができる。
このようにすることにより、赤色画像用の撮像素子のシェーディングが緑色画像用の撮像素子のシェーディングとほぼ一致するようにシェーディング補正が行われる。
【００１９】
なお、信号入力がアナログの赤原色信号Ｒの場合に、補正アンプ１６は、たとえば、図３に示すように構成される。
すなわち、赤原色信号Ｒは補正アンプ１６を構成するゲインコントロールアンプ１８を介して入力され、このゲインコントロールアンプ１８のゲインはシェーディング補正係数ＣＯＥがＤ／Ａコンバータ１９でアナログ信号に変換されたもので制御される。
また、前記図２は、シェーディング補正ブロック１Ｒの構成を示しているが、シェーディング補正ブロック１Ｂも同様に構成され、シェーディング補正ブロック１Ｂでは、青色画像用の撮像素子のシェーディングが緑色画像用の撮像素子のシェーディングとほぼ一致するようにシェーディング補正が行われる。
【００２０】
このように、この第１実施の形態では、シェーディング補正ブロック１Ｒと１Ｂでそれぞれ赤色画像用と緑色画像用の撮像素子のシェーディングが緑色画像用の撮像素子とほぼ一致するようにシェーディング補正が行われるため、クロマシェーディングの補正を良好に行うことができる。
また、撮像素子より得られる赤原色信号Ｒおよび青原色信号Ｂにシェーディング補正系数ＣＯＥをかけてシェーディング補正するものであり、電気的にシェーディング補正が行われるものであるから、従来のトリオリングとは異なり、大量生産に適した補正を行うことができる。
さらに、２次曲面関数で近似したシェーディング補正係数ＣＯＥが使用されているために、シェーディング補正力が高く、クロマシェーディングをほぼ完全に補正することができる。
【００２１】
次に、この発明のシェーディング補正装置を適用した別の３板式カラービデオカメラについて説明する。図４は赤色画像用、緑色画像用、青色画像用のＣＣＤ撮像素子を備える図２とは異なる３板式カラービデオカメラの構成を示すブロック図である。
この図４に示す３板式カラービデオカメラは、クロマシェーディングおよび輝度シェーディングの双方の補正が行われるようにしたものである。
図４において、図２と対応する部分には、同一符号を付している。赤色画像用、緑色画像用、青色画像用のＣＣＤ撮像素子(図示せず)より得られる赤原色信号Ｒ、緑原色信号Ｇ、青原色信号Ｂはそれぞれシェーディング補正ブロック５Ｒ，５Ｇ，５Ｂホワイトバランスコントロールアンプ２Ｒ，２Ｇ，２Ｂガンマ補正回路３Ｒ，３Ｇ，３Ｂを介してマトリクス回路４に供給される。
【００２２】
マトリクス回路４では、赤原色信号Ｒ、緑原色信号Ｇ、青原色信号Ｂがマトリクス処理され、輝度信号Ｙ，赤色差信号Ｒ−Ｙおよび青色差信号Ｂ−Ｙが出力される。
シェーディング補正ブロック５Ｒは、図１に示すシェーディング 補正ブロック１Ｒと同様に構成され、シェーディング補正ブロック５Ｒでは、赤色画像用の撮像素子のシェーディングがほぼゼロとなるようにシェーディング補正が行われる。
この場合、マイコンより供給される前記係数ａ₀₀〜ａ₂₂は、補正アンプ１６で赤原色信号Ｒに対してシェーディング補正係数ＣＯＥを乗算したとき、赤色画像用の撮像素子のシェーディングがほぼゼロとなるように、あらかじめ赤色画像用の撮像素子の感度が測定され、その測定点の感度に基づいて算出されて不揮発性メモリに格納されている。
【００２３】
また、シェーディング補正ブロック５Ｇ，５Ｂも図１で示すシェーディング補正ブロック１Ｒと同様に構成され、シェーディング補正ブロック５Ｇ，５Ｂでは、それぞれ緑色画像用、青色画像用の撮像素子のシェーディングがほぼゼロとなるように、シェーディング補正が行われる。
【００２４】
このように、この図４で示す３板式カラービデオカメラの場合においては、シェーディング補正ブロック５Ｒ，５Ｇ，５Ｂでそれぞれ赤色画像用、緑色画像用、青色画像用の撮像素子のシェーディングがほぼゼロとなるようにシェーディング補正が行われるため、クロマシェーディングおよび輝度シェーディングの双方の補正を良好に行うことができる。
撮像素子より得られる赤原色信号Ｒ、緑原色白信号Ｇ，青原色信号Ｂにシェーディング補正係数ＣＯＥをかけてシェーディング補正するものであり、電気的にシェーディング補正が行われるから、トリオリングとは異なり、大量生産に適した補正を行うことができる。
さらに、２次曲面関数で近似した補正係数ＣＯＥが使用されるために、シェーディング補正能が高く、クロマシェーディングおよび輝度シェーディングをほぼ完全に補正することができる。
【００２５】
なお、上記第１実施の形態では、２次曲面関数演算部１４では、補正係数ＣＯＥを２次曲面関数を使用して演算するものを示したが、３次以上の曲面関数を使用して演算することもできる。
ただし、現状のＣＣＤ固体撮像素子で発生しているシェーディングは、その空間的な分布があまり複雑ではなく、２次曲面関数による近似はシェーディング補正という目的には、十分な精度である。
また、上記第１実施の形態では、３板式カラービデオカメラに適用した例を示したが、この発明はその他の多板式カラービデオカメラ、単板式のカラービデオカメラ、さらには、白黒ビデオカメラにも同様に適用することができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、Ｎ次曲面関数発生手段において水平同期信号をリセット信号としてクロック信号をカウントすることにより水平方向の座標値を得るとともに、垂直方向の座標値は撮像素子のセンサーゲートパルスをリセット信号として撮像素子の垂直転送パルスをカウントすることにより得て、これらの水平方向の座標値と垂直方向の座標値にＮ次曲面関数係数をかけてシェーディング補正係数を演算し、撮像素子から出力される撮像信号にこのシェーディング補正系数をかけることにより、シェーディングを補正するようにしたので、電子式手ぶれ補正や電子ズームなどの撮像素子の変則駆動時においても、特にハードウェアの増加などを要すること無く、高性能のシェーディング補正を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明によるシェーディング補正装置の第１実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図２】図１のシェーディング補正装置を適用した３板式カラービデオカメラの構成を示すブロック図である。
【図３】この発明によるシェーディング補正装置における補正アンプの他の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図４】この発明によるシェーディング補正装置を適用してクロマシェーディングと輝度シェーディングの双方の補正を行う３板式カラービデオカメラの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１Ｒ，１Ｂ，５Ｒ，５Ｇ，５Ｂ……シェーディング補正ブロック、２Ｒ，２Ｇ，２Ｂ……ホワイトバランスコントロールアンプ、３Ｒ，３Ｇ，３Ｂ……ガンマ補正回路、４……マトリクス回路、１１……２次曲面関数発生器、１２，１３……座標値発生部、１４……２次曲面関数演算部、１５……タイミング発生器、１６……補正アンプ、１７……乗算器、１８……ゲインコントロールアンプ、１９……Ｄ／Ａコンバータ。

Claims (8)

1. 水平同期信号をリセット信号としてクロック信号をカウントすることにより得られる水平方向の座標値と撮像素子のセンサーゲートパルスをリセット信号として撮像素子の垂直転送パルスをカウントすることにより得られる垂直方向の座標値とをＮ次曲面関数係数（Ｎは２以上の整数）によって近似したシェーディング補正係数を発生するＮ次曲面関数発生手段と、
   前記撮像素子より出力される撮像信号に前記Ｎ次曲面関数発生手段より出力される前記シェーディング補正係数をかけてシェーディング補正をするシェーディング補正手段と、
   を備えることを特徴とするシェーディング補正装置。
2. 前記撮像素子として赤色画像用、緑色画像用および青色画像用の撮像素子を備え、前記シェーディング補正手段として前記赤色画像用および前記青色画像用の撮像素子のシェーディングをそれぞれ補正する第１および第２のシェーデング補正部を有し、前記第１および第２のシェーディング補正部では、それぞれ前記赤色画像用および青色画像用の撮像素子のシェーディングが前記緑色画像用の撮像素子のシェーディングとほぼ一致するようにシェーディング補正が行われることを特徴とする請求項１記載のシェーディング補正装置。
3. 前記撮像素子として赤色画像用、緑色画像用および青色画像用の撮像素子を備え、前記シェーディング補正手段として前記赤色画像用、緑色画像用および青色画像用の撮像素子のシェーディングをそれぞれ補正する第１、第２および第３のシェーディング補正部を有し、前記第１、第２および第３のシェーディング補正部では、それぞれ前記赤色画像用、緑色画像用および青色画像用の撮像素子のシェーディングがほぼゼロとなるようにシェーディング補正が行われることを特徴とする請求項１記載のシェーディング補正装置。
4. 前記センサーゲートパルスは、前記撮像素子を駆動する駆動パルスを発生するタイミングパルス発生器から出力されることを特徴とする請求項１記載のシェーディング補正装置。
5. 前記撮像素子の垂直転送パルスは、前記撮像素子を駆動する駆動パルスを発生するタイミングパルス発生器から出力されることを特徴とする請求項１記載のシェーディング補正装置。
6. 前記Ｎ次曲面関数発生手段は、前記水平同期信号をリセット信号として前記クロック信号をカウントすることにより水平方向の座標値を得る第１の座標値発生部と、前記撮像素子のセンサーゲートパルスをリセット信号として前記撮像素子の垂直転送パルスをカウントすることにより垂直方向の座標値を得る第２の座標値発生部と、前記水平方向の座標値と前記垂直方向の座標値とをＮ次曲面関数係数によって近似したシェーディング補正係数を発生するＮ次曲面関数演算部とを備えることを特徴とする請求項１記載のシェーディング補正装置。
7. 前記シェーディング補正手段は、前記撮像素子より出力される撮像信号に前記Ｎ次曲面関数発生手段より出力される前記シェーディング補正係数をかけてシェーディング補正をした撮像信号を出力する乗算器を備えることを特徴とする請求項１記載のシェーディング補正装置。
8. 前記シェーディング補正手段は、前記Ｎ次曲面関数発生手段より出力される前記シェーディング補正係数をアナログ信号に変換するＤ／Ａコンバータと、前記撮像素子から出力されるアナログの撮像信号を入力して前記Ｄ／Ａコンバータで変化されたアナログのシェーディング補正係数によりゲインをコントロールしてこのアナログの撮像信号を出力するゲインコントロールアンプとを備えることを特徴とする請求項１記載のシェーディング補正装置。

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