JP6851744B2 - Signal processing equipment, signal processing methods, programs and storage media - Google Patents
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Description
本発明は、複数の光電変換部を有する画素を複数備えた撮像素子の、欠陥を有する光電変換部から読み出された信号の補間の技術に関するものである。 The present invention relates to a technique for interpolating a signal read from a defective photoelectric conversion unit of an image pickup device having a plurality of pixels having a plurality of photoelectric conversion units.
1つのマイクロレンズに対して、複数の光電変換部を有する画素を複数備えた撮像素子が知られている。この撮像素子のそれぞれの画素において、複数の光電変換部の一部の光電変換部とそれ以外の光電変換部とから信号を読み出し、読み出した信号の位相差を求めることで、被写体までの距離情報を得ることができる。この複数の光電変換部の一部の光電変換部に欠陥がある場合や、この一部の光電変換部に接続される回路に不具合がある場合には、この光電変換部から読み出された信号はそのままでは位相差検出に用いることができない。 An image sensor having a plurality of pixels having a plurality of photoelectric conversion units for one microlens is known. In each pixel of the image pickup device, a plurality of out read part of the photoelectric conversion unit and Racing No. Toka other photoelectric conversion unit of the photoelectric conversion unit, by obtaining the phase difference between the signals out read, Distance information to the subject can be obtained. If there is a defect in some of the photoelectric conversion units of the plurality of photoelectric conversion units, or if there is a defect in the circuit connected to some of the photoelectric conversion units, the signal read from the photoelectric conversion unit is read. Cannot be used for phase difference detection as it is.
そこで、特許文献1には、1つのマイクロレンズに対して複数の光電変換部を有する画素を複数備えた撮像素子において、正常ではない光電変換部の信号に対して、周辺画素の光電変換部の信号を用いて補間する方法が開示されている。
Therefore, in
しかし、上記特許文献1に記載の補間方法では、正常ではない信号を出力する光電変換部を含む画素(以下、欠陥画素と呼ぶ)と同じカラーフィルタに対応する画素に含まれる光電変換部の信号を用いるため、補間に使える画素の自由度が低い。たとえば、ベイヤー配列にて構成された撮像素子であれば、同じカラーフィルタに対応する画素は、水平および垂直方向においては1つ置きにしか存在しない。そのため、特許文献1に記載の補間方法では、補間を行う際に、水平および垂直方向に隣接する画素の光電変換部から読み出された信号を用いることができない。
However, in the interpolation method described in
補間する際に用いる信号は、空間的に近い位置から読み出された信号を用いたほうが、補間する際の高周波成分の再現性が向上する。そのため、被写体の模様にもよるが、補間する際の高周波成分の再現性をさらに向上させるためには、補間する際に信号を参照する光電変換部を含む画素の位置は、補間対象の光電変換部を含む画素と同色の画素の位置に限定されないほうが望ましい。 When the signal used for interpolation is a signal read from a spatially close position, the reproducibility of the high frequency component at the time of interpolation is improved. Therefore, although it depends on the pattern of the subject, in order to further improve the reproducibility of the high frequency component during interpolation, the position of the pixel including the photoelectric conversion unit that refers to the signal during interpolation is the photoelectric conversion of the interpolation target. It is desirable that the position is not limited to the position of the pixel having the same color as the pixel including the part.
さらに、補間する際に用いる信号を読み出す光電変換部そのものの信号も正常ではない場合や、飽和していたりする場合も考えられる。あるいは、被写体の模様によっては、近傍の画素に含まれる光電変換部であっても、補間対象の光電変換部とは別の被写体に係る信号を出力している場合も考えられる。 Further, it is conceivable that the signal of the photoelectric conversion unit itself that reads out the signal used for interpolation may not be normal or may be saturated. Alternatively, depending on the pattern of the subject, even a photoelectric conversion unit included in nearby pixels may output a signal related to a subject different from the photoelectric conversion unit to be interpolated.
そこで、補間によって得られた信号の精度をさらに向上させるために、補間する際に信号を参照する光電変換部を含む画素の位置の自由度を向上させるとともに、状況に応じて参照する光電変換部から読み出された信号に適切な優先度を設けることが望ましい。
本発明は、正常ではない信号を出力する光電変換部に対して高い精度で信号を補間することができる装置を提供することを目的とする。
Therefore, in order to further improve the accuracy of the signal obtained by interpolation, the degree of freedom of the position of the pixel including the photoelectric conversion unit that refers to the signal at the time of interpolation is improved, and the photoelectric conversion unit that refers to the signal depending on the situation is improved. It is desirable to give an appropriate priority to the signal read from.
An object of the present invention is to provide a device capable of interpolating a signal with high accuracy for a photoelectric conversion unit that outputs an abnormal signal.
本発明は、複数の画素を有するとともに、各画素は1つのマイクロレンズと、前記マイクロレンズを介した光を受光する少なくとも第1の光電変換領域と第2の光電変換領域とを有するように構成された撮像素子から得られた信号を処理する信号処理装置であって、前記複数の画素の中の、第1の画素内の第1の光電変換領域からの信号に異常がある場合に、前記異常のある第1の光電変換領域の信号を補間するための第1の補間を行う補間手段を有し、前記補間手段は前記第1の画素内の第2の光電変換領域からの信号に対して所定の係数をかけることによって前記異常のある第1の光電変換領域からの信号を補間するように構成されているとともに、前記係数は前記第1の画素の周辺の少なくとも一つの周辺画素内の第2の光電変換領域の信号と前記少なくとも一つの周辺画素内の第1の光電変換領域の信号の比率に基づき決まる係数であり、前記補間手段は、所定の条件を満たす場合に、前記第1の画素に隣接し、かつ、前記第1の画素と異なる色の画素を前記周辺画素として選択し、前記所定の条件を満たさない場合に、前記第1の画素に隣接せず、かつ、前記第1の画素と同色の画素を前記周辺画素として選択することを特徴とする信号処理装置を提供する。 The present invention is configured to have a plurality of pixels, and each pixel has one microlens, and at least a first photoelectric conversion region and a second photoelectric conversion region that receive light through the microlenses. In a signal processing device that processes a signal obtained from the image pickup element, when there is an abnormality in the signal from the first photoelectric conversion region in the first pixel among the plurality of pixels, the above-mentioned It has an interpolation means for performing a first interpolation for interpolating a signal in a first photoelectric conversion region having an abnormality, and the interpolation means with respect to a signal from a second photoelectric conversion region in the first pixel. It is configured to interpolate the signal from the abnormal first photoelectric conversion region by multiplying it by a predetermined coefficient, and the coefficient is within at least one peripheral pixel around the first pixel. factor der determined based on the ratio of the second first signal of the photoelectric conversion region in the peripheral pixel signal and the at least one photoelectric conversion region is, the interpolation unit, when a predetermined condition is satisfied, the first When a pixel adjacent to one pixel and having a color different from that of the first pixel is selected as the peripheral pixel and the predetermined condition is not satisfied, the pixel is not adjacent to the first pixel and is described as described above. Provided is a signal processing apparatus characterized in that a pixel having the same color as the first pixel is selected as the peripheral pixel.
本発明によれば、1つのマイクロレンズに対して複数の光電変換部を有する画素を複数備えた撮像素子からの信号を処理する信号処理装置において、正常ではない信号を出力する光電変換部に対して高い精度で信号を補間することが可能となる。 According to the present invention, in a signal processing device that processes a signal from an image pickup device having a plurality of pixels having a plurality of photoelectric conversion units for one microlens, the photoelectric conversion unit that outputs an abnormal signal it is possible to interpolate a signal with high Te accuracy.
以下では、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態は本発明を実施するための一例にすぎず、本発明は図示された構成に限定されるものではない。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The following embodiments are merely examples for carrying out the present invention, and the present invention is not limited to the illustrated configuration.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施形態に係る信号処理装置の一例としての撮像装置の構成を示すブロック図である。同図において、撮像素子100は、撮像光学系で形成された被写体の光学像を電気信号に光電変換する。撮像素子100は後述するCPU(中央処理装置)103等によって制御され、静止画または動画を撮像する。また、後述するように、撮像素子は、複数色からなるカラーフィルタに覆われている。AFE(アナログフロントエンド)101は、撮像素子100から出力されたアナログの画像信号に対して、ゲイン調整や所定の量子化ビットに対応してデジタル変換を行う。TG(タイミングジェネレータ)102は、撮像素子100およびAFE101の駆動タイミングを制御する。本実施形態では、撮像素子100の外部にAFE101、TG102を配置しているが、それらは撮像素子内に内蔵される構成であってもかまわない。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an image pickup apparatus as an example of the signal processing apparatus according to the embodiment of the present invention. In the figure, the
上述のように、CPU103は撮像素子の各部を制御するためのコンピュータプログラムを実行する。操作部104は、撮像命令や撮像条件等の設定をCPU103に対して行う。表示部105は、撮像した静止画像や動画像およびメニュー等の表示を行うディスプレイである。RAM106は、AFE101でデジタル変換された画像データや、後述の画像処理部108で処理された画像データを記憶する画像データ記憶手段の機能と、CPU103が動作を行う際のワークメモリの機能を兼備する。なお、本実施形態では、これらの機能を、RAM106を用いて行うようにしているが、アクセス速度が十分に速くて動作上問題のないレベルのメモリであれば、他のメモリを適用することも可能である。ROM107は、CPU103が各部の動作を制御するためにロードして実行するコンピュータプログラムを格納する記憶媒体として機能する。また、撮像素子100における欠陥のある光電変換部位置や信号の飽和レベルなどの情報も、工場出荷時から、ROM107に格納されている。なお、ここでいう欠陥のある光電変換部とは、光電変換部の構成自体に欠陥があるものだけでなく、光電変換部に接続される回路に欠陥があるものも含む。すなわち、結果的に出力される信号が正常ではないとみなされる光電変換部を、欠陥のある光電変換部ということとする。画像処理部108は、撮像された静止画または動画の補正や圧縮等の処理を行う。また、後述するA像データとB像データへの分離機能や、画像の補正機能や、静止画像、動画像の生成機能を備える。
As described above, the
AF演算部109は、相関演算部120から出力される相関演算の結果を用いて、フォーカスレンズの駆動量を算出する。フラッシュメモリ110は、静止画データおよび動画データを記録するための、着脱可能なフラッシュメモリである。本実施形態では、記録媒体としてフラッシュメモリを適用しているが、その他のデータ書き込み可能な不揮発メモリでもよい。また、これらのメモリを内蔵した形態でもよい。
The
フォーカルプレーンシャッタ111は、静止画撮像時に露光秒時を調節する。本実施形態では、フォーカルプレーンシャッタ111にて撮像素子100の露光秒時を調節する構成であるが、これに限られるものではなく、撮像素子100が電子シャッタ機能を有し、制御パルスで露光秒時を調節する構成であってもよい。フォーカス駆動回路112は、光学系の焦点位置を変更するものであり、AF演算部109の焦点検出結果に基づいてフォーカスアクチュエータ114の駆動を制御し、フォーカスレンズとしての第3レンズ119を光軸方向に進退駆動して焦点調節を行う。絞り駆動回路113は、絞りアクチュエータ115の駆動を制御して絞り117の開口径を制御する。第1レンズ116は、撮像光学系(共通光学系)の先端に配置され、光軸方向に進退可能に保持される。絞り117は、その開口径を調節することで撮像時の光量を調節する。そして、絞り117およびズームレンズとしての第2レンズ118は一体となって光軸方向に進退し、第1レンズ116の進退動作との連動により、変倍作用(ズーム機能)を実現する。第3レンズ119は、光軸方向の進退により、撮像光学系の焦点を調節する。相関演算部120は、撮像素子100から出力される画素信号を用いて相関演算を行う。
The focal plane shutter 111 adjusts the exposure seconds when capturing a still image. In the present embodiment, the focal plane shutter 111 adjusts the exposure seconds of the
図2は、撮像素子100の構成を説明するための図である。図2(a)は、撮像素子100の構成を示す。図2(a)において、撮像素子は、画素が2次元に配列された画素アレイ100aと、画素アレイ100aの画素の行を選択する垂直走査回路100d、画素アレイ100aの画素の列を選択する水平走査回路100cを持つ。また、撮像素子100はさらに、画素アレイ100aの画素のうち、垂直走査回路100dおよび水平走査回路100cによって選択される画素の信号を読み出すための読み出し回路100bを備える。垂直走査回路100dは、画素アレイ100aの行を選択し、CPU103から出力される水平同期信号に基づき、TG102から出力される読み出しパルスを、選択行において有効にする。読み出し回路100bは列毎に設けられたアンプやメモリを有し、走査行の画素信号を、アンプを介してメモリに格納する。メモリに格納された1行分の画素信号は、水平走査回路100cによって列方向に順に選択され、出力回路100eを介して外部に出力される。この動作を繰り返し、すべての画素の信号を外部に出力する。
FIG. 2 is a diagram for explaining the configuration of the
撮像素子100の画素アレイ100aを図2(b)に示す。図2(b)において、マイクロレンズアレイは、水平方向にh個、垂直方向にv個配置されたマイクロレンズ100fを含む。PD(フォトダイオード)100h、100gは光電変換を行う光電変換部であり、後述するA像用光電変換部、B像用光電変換部を構成する。各画素は、PD2つに対して1つのマイクロレンズ100fが上部に配置される構成となっている。すなわち、各画素は、1つのマイクロレンズに対して光電変換部を複数備える。マイクロレンズ100fを共有している2つのPDで1画素を構成する場合、画素アレイ100aは水平方向にh個、垂直方向にv個の画素を含む。PD100hとPD100gで蓄積された信号は、後述する画素転送動作によって、同時または独立に電圧に信号に変換され、前述した読出し動作によって外部に出力される。PD100hとPD100gは、マイクロレンズを介して分割された瞳からの光を入射する、瞳分割構成となっており、互いに位相差を持った別々の像が入射される。そのため、PD100hとPD100gの信号を読み出し、前述の相関演算部120において相関演算処理を行い、その結果を用いて前述のAF演算部109でフォーカスレンズの駆動量を計算することができる。ここではPD100hをA像用光電変換部、PD100gをB像用光電変換部とする。図2(b)では、マイクロレンズ1つに対してPDが2つ配置される構成であるが、これに限られるものではない。マイクロレンズ1つに対してPDが上下または左右に複数配置される構成であっても本発明を適用することができ、または4つ以上に瞳分割することもできる。たとえば、図2(c)では、PDが4つ配置される例を示している。画素100iは、PD100j、PD100k、PD100mおよびPD100nを有する。PD100j、PD100k、PD100mおよびPD100nには、それぞれ異なる瞳からの異なる位相の像が入射し、別々に信号を読み出すことが可能である。もしくは、状況に応じ、PD100jとPD100kの信号を加算して読み出し、PD100mとPD100nの信号を加算して読み出すことで、水平方向の位相差を相関演算部120での演算を経て取得することができる。または、PD100jとPD100mの信号を加算して読み出し、PD100kとPD100nの信号を加算して読み出すことで、垂直方向の位相差を相関演算部120での演算を経て取得することができる。このように、PDから得られた信号を位相差検出のために使うことができる。図2(d)は、各マイクロレンズに対して配置されたカラーフィルタを示す図である。図2(d)での1マスは、1つのマイクロレンズに対応するカラーフィルタを意味する。マイクロレンズに書いてある「R」、「B」および「G」の文字は、カラーフィルタの色相を表しており、それぞれ「赤」、「青」および「緑」に相当する。本実施形態では、図2(d)で示したように、ベイヤー配列のカラーフィルタに基づいて説明するが、この限りでなく、たとえばイエロー、マゼンダ、シアン、グリーンの4つの色相が2×2に配置されたカラーフィルタなどを用いても実施できる。
The
以下においては、マイクロレンズ1つに対してPDが2つ配置される構成を用いて実施形態を説明する。図3は、画素アレイ100aに設けられた複数の画素のうち、隣り合う2行(j行と(j+1)行)、2列(i列と(i+1)列)分の画素と、2列(i列と(i+1)列)分の読み出し回路100bの構成を示す等価回路図である。
In the following, an embodiment will be described using a configuration in which two PDs are arranged for one microlens. FIG. 3 shows pixels for two adjacent rows (j rows and (j + 1) rows) and two columns (i columns and (i + 1) columns) and two columns (of the plurality of pixels provided in the
j行目の画素301の転送スイッチ302aには制御信号ΦTXA(j)が入力され、転送スイッチ302bのゲートには、制御信号ΦTXB(j)が入力される。リセットスイッチ304は、リセット信号ΦR(j)により制御され、行選択スイッチ306は、行選択信号ΦS(j)によって制御される。同様に、(j+1)行目の画素は、制御信号ΦTXA(j+1)およびΦTXB(j+1)、リセット信号ΦR(j+1)、および行選択信号ΦS(j+1)により制御される。なお、制御信号ΦTXA(j)およびΦTXB(j)、リセット信号ΦR(j)、行選択信号ΦS(j)は、垂直走査回路100dにより制御される。
The control signal ΦTXA (j) is input to the
また、画素列毎に垂直信号線308を設けており、各々の垂直信号線308は、各列に設けられた読み出し回路100bの電流源307および転送スイッチ310a、310bに接続される。
Further,
転送スイッチ310aのゲートには制御信号ΦTNが入力され、転送スイッチ310bのゲートには制御信号ΦTSが入力される。また、転送スイッチ312aおよび転送スイッチ312bのゲートには、水平走査回路100cから出力される制御信号ΦPH(i)が入力される。蓄積容量部311aは、転送スイッチ310aがオン状態で転送スイッチ312aがオフ状態にあるときに、垂直信号線308の出力を蓄積する。同様に、蓄積容量部311bは、転送スイッチ310bがオン状態で転送スイッチ312bがオフ状態にあるときに、垂直信号線308の出力を蓄積する。
The control signal ΦTN is input to the gate of the
水平走査回路100cの列選択信号ΦPH(i)によりi列目の転送スイッチ312aと転送スイッチ312bとをオン状態にすることで、蓄積容量部311aおよび蓄積容量部311bの出力がそれぞれ別の水平出力線を介して出力回路100eに転送される。
By turning on the
上記構成を有する撮像素子100から信号を読み出す読み出し動作として、加算読み出し動作(第1の読み出し動作)と、分割読み出し動作(第2の読み出し動作)とを選択的に行うことが可能である。以下、加算読み出し動作と分割読み出し動作について説明する。なお、本実施形態では、各制御信号がH(high)の状態の時に各スイッチがオン、L(low)の時にオフとなるものとして説明する。
As a read operation for reading a signal from the
<加算読み出し動作>(第1の読み出し動作)
図4(a)は、加算読み出し動作により撮像素子100のj行目の画素から信号を読み出す動作のタイミングを示している。時刻T1において、リセット信号ΦR(j)がHになる。次に、時刻T2において、制御信号ΦTXA(j)とΦTXB(j)がHになると、j行目の画素100fのPD100h、100gがリセットされる。
<Additive read operation> (first read operation)
FIG. 4A shows the timing of the operation of reading a signal from the pixel of the j-th row of the
次に、時刻T3で制御信号ΦTXA(j)とΦTXB(j)がLになると、PD100h、100gは電荷蓄積を開始する。続いて、時刻T4で行選択信号ΦS(j)がHになると、行選択スイッチ306がオン状態となって垂直信号線308に接続され、ソースフォロアアンプ305が動作状態となる。
Next, when the control signals ΦTXA (j) and ΦTXB (j) become L at time T3, PD100h and 100g start charge accumulation. Subsequently, when the row selection signal ΦS (j) becomes H at time T4, the
次に、時刻T5でリセット信号ΦR(j)がLにされた後、時刻T6で制御信号ΦTNがHになると、転送スイッチ310aがオン状態となり、垂直信号線308上のリセット解除後の信号(ノイズ信号)が蓄積容量部311aに転送される。
Next, when the reset signal ΦR (j) is set to L at time T5 and then the control signal ΦTN becomes H at time T6, the
次に、時刻T7で制御信号ΦTNがLにされ、蓄積容量部311aにノイズ信号が保持される。その後、時刻T8で制御信号ΦTXA(j)とΦTXB(j)がHになると、PD100h、100gの電荷がFD領域(フローティングディフュージョン領域)303に転送される。このとき、2つのPD100h、100gの電荷が同じFD領域303に転送されるので、2つのPD100h、100gの電荷が混合された信号(1画素分の光信号+ノイズ信号)が垂直信号線308に出力される。
Next, the control signal ΦTN is set to L at time T7, and the noise signal is held in the
続いて時刻T9で制御信号ΦTXA(j)とΦTXB(j)がLにされる。その後、時刻T10で制御信号ΦTSがHになると、転送スイッチ310bがオン状態になり、垂直信号線308上の信号(1画素分の光信号+ノイズ信号)が蓄積容量部311bに転送される。次に時刻T11で制御信号ΦTSがLにされ、蓄積容量部311bに1画素分の光信号+ノイズ信号が保持された後、時刻T12で行選択信号ΦS(j)がLにされる。
Subsequently, at time T9, the control signals ΦTXA (j) and ΦTXB (j) are set to L. After that, when the control signal ΦTS becomes H at time T10, the
この後、水平走査回路100cの列選択信号ΦPHによって、第1画素列から最終画素列まで転送スイッチ312a、312bが順にHにされる。これにより、蓄積容量部311aのノイズ信号と、311bの1画素分の光信号+ノイズ信号がそれぞれ異なる水平出力線を介して出力回路100eに転送される。出力回路100eでは、この2つの水平出力線の差分(1画素分の光信号)を算出し、これに所定ゲインを乗じた信号を出力する。以下、上述した加算読み出し動作により得られた信号を、「第1の加算信号」と呼ぶ。
After that, the transfer switches 312a and 312b are sequentially set to H by the row selection signal ΦPH of the
<分割読み出し動作>(第2の読み出し動作)
次に、分割読み出し動作について図4(b)を用いて説明する。図4(b)は、分割読み出し動作により撮像素子100のj行目の画素から信号を読み出す動作のタイミングを示している。時刻T1においてリセット信号ΦR(j)がHにされる。続いて、時刻T2においてΦTXA(j)とΦTXB(j)がHになると、j行目の画素301のPD100h、100gがリセットされる。次に、時刻T3で制御信号ΦTXA(j)とΦTXB(j)がLになると、PD100h、100gは電荷蓄積を開始する。続いて、時刻T4で行選択信号ΦS(j)がHとなると、行選択スイッチ306がオン状態となって垂直信号線308に接続され、ソースフォロアアンプ305が動作状態となる。
<Split read operation> (second read operation)
Next, the split read operation will be described with reference to FIG. 4 (b). FIG. 4B shows the timing of the operation of reading a signal from the pixel on the jth row of the
時刻T5でリセット信号ΦR(j)がLにされた後、時刻T6で制御信号ΦTNがHになると、転送スイッチ310aがオン状態となり、垂直信号線308上のリセット解除後の信号(ノイズ信号)が蓄積容量部311aに転送される。
When the reset signal ΦR (j) is set to L at time T5 and then the control signal ΦTN becomes H at time T6, the
次に、時刻T7で制御信号ΦTNがLにされ、蓄積容量部311aにノイズ信号が保持された後、時刻T8でΦTXA(j)がHになると、PD100hの電荷がFD領域303に転送される。このとき、2つのPD100h、100gのうち一方(ここではPD100h)の電荷をFD領域303に転送するので、PD100hの電荷に応じた信号だけが垂直信号線308に出力される。
Next, when the control signal ΦTN is set to L at time T7, the noise signal is held in the
次に、時刻T9で制御信号ΦTXA(j)がLにされた後、時刻T10で制御信号ΦTSがHになると、転送スイッチ310bがオン状態になり、垂直信号線308上の信号(1PD分の光信号+ノイズ信号)が蓄積容量部311bに転送される。次に時刻T11で制御信号ΦTSがLにされる。
Next, when the control signal ΦTXA (j) is set to L at time T9 and then the control signal ΦTS becomes H at time T10, the
この後、水平走査回路100cの列選択信号ΦPHによって、第1画素列から最終画素列まで転送スイッチ312a、312bが順にHにされる。これにより、蓄積容量部311aのノイズ信号と、311bの1PD分の光信号+ノイズ信号がそれぞれ別の水平出力線で出力回路100eに転送される。出力回路100eでは、この2つの水平出力線の差分(1PD分の光信号)を算出し、これに所定ゲインを乗じた信号を出力する。以下、上述した読み出し動作により得られた信号を、「分割信号」と呼ぶ。
After that, the transfer switches 312a and 312b are sequentially set to H by the row selection signal ΦPH of the
その後、時刻T12でΦTXA(j)およびΦTXB(j)がHとなり、先に転送したPD100hの電荷に加えて、更にPD100gの電荷と新たに発生したPD100hの電荷とがFD領域303に転送される。このとき、2つのPD100h、100gの電荷が同じFD領域303に転送されるので、2つのPD100h、100gの電荷が混合された信号(1画素分の光信号+ノイズ信号)が垂直信号線308に出力される。
After that, at time T12, ΦTXA (j) and ΦTXB (j) become H, and in addition to the previously transferred PD100h charge, the PD100g charge and the newly generated PD100h charge are further transferred to the
続いて時刻T13で制御信号ΦTXA(j)とΦTXB(j)がLにされた後、時刻T14で制御信号ΦTSがHになると、転送スイッチ310bがオン状態になる。これにより、垂直信号線308上の信号(1画素分の光信号+ノイズ信号)蓄積容量部311bに転送される。
Subsequently, after the control signals ΦTXA (j) and ΦTXB (j) are set to L at time T13, when the control signal ΦTS becomes H at time T14, the
次に時刻T15で制御信号ΦTSがLにされ、蓄積容量部311bに1画素分の光信号+ノイズ信号が保持された後、時刻T16で行選択信号ΦS(j)がLにされる。
Next, the control signal ΦTS is set to L at time T15, the optical signal + noise signal for one pixel is held in the
この後、水平走査回路100cの列選択信号ΦPHによって、第1画素列から最終画素列まで転送スイッチ312a、312bが順にHにされる。これにより、蓄積容量部311a、311bのノイズ信号と、1画素分の光信号+ノイズ信号がそれぞれ異なる水平出力線で出力回路100eに転送される。出力回路100eでは、この2つの水平出力線の差分(1画素分の光信号)を算出し、これに所定のゲインを乗じた信号を出力する。以下、上記読み出し動作により得られた信号を、第1の加算信号と区別するために、「第2の加算信号」と呼ぶ。
After that, the transfer switches 312a and 312b are sequentially set to H by the row selection signal ΦPH of the
このようにして読み出した第2の加算信号から、一方のPD100hに対応する分割信号を差し引くことで、他方のPD100gに対応する分割信号を得ることができる。このようにして得られた一対の分割信号を「焦点検出用信号」と呼ぶ。そして、得られた焦点検出用信号に対して公知の相関演算を行うことにより、信号間の位相差を算出することができる。 By subtracting the division signal corresponding to one PD100h from the second addition signal read in this way, the division signal corresponding to the other PD100g can be obtained. The pair of divided signals obtained in this way is called a "focus detection signal". Then, the phase difference between the signals can be calculated by performing a known correlation calculation on the obtained focus detection signal.
上記の分割読み出し動作と加算読み出し動作とは、同じ画素に対しても、必要に応じて、切り替えることができる。ただし、本実施形態では、補間の対象となる画素と後述する周辺画素とにおいては、分割読み出し動作が行われるものとする。 The above-mentioned divided read operation and additive read operation can be switched as necessary even for the same pixel. However, in the present embodiment, it is assumed that the division reading operation is performed between the pixel to be interpolated and the peripheral pixels described later.
なお、リセット、電荷の蓄積、および、信号の読み出しという一連の動作をPD100hに対して行った後、同様の動作をPD100gに対して行うことで、1回の電荷蓄積動作に対して2つのPD100h、100gの信号を独立に読み出すようにしてもよい。このようにして2回に分けて読み出したPD100h、100gの信号は、加算することで第2の加算信号を得ることができる。また、以上にも述べたように、マイクロレンズ1つに対して2つのPDが配置される構成に限られるものではなく、3つ以上のPDを有する構成であっても同様の考え方で複数回に分けて信号を読みだすことが可能である。 After performing a series of operations of resetting, charge accumulation, and signal reading on the PD100h, the same operation is performed on the PD100g to perform two PD100h operations for one charge accumulation operation. , 100 g of signal may be read out independently. The PD100h, 100g signals read out in two steps in this way can be added to obtain a second addition signal. Further, as described above, the configuration is not limited to the configuration in which two PDs are arranged for one microlens, and even in the configuration having three or more PDs, the same idea is applied multiple times. It is possible to read the signal separately.
<欠陥のある光電変換部から読み出された信号の補間方法>
次に、本実施形態における欠陥がある光電変換部から読み出された信号の補間方法について説明する。図5は、マイクロレンズ1つに対して2つのPDが配置される構成において、1つの画素の1つのPDにのみ欠陥がある場合を示す図である。ここで、画素500の左に配置されているPD501に欠陥があり、正しい信号を取得できないため、このPD501の信号が補間の対象となる。これに対し同じ画素500の右に配置されているPD502には欠陥がないものとする。なお、各々の画素の上部に書いてある文字は、カラーフィルタの色相を表している。
<Interpolation method of the signal read from the defective photoelectric conversion unit>
Next, a method of interpolating the signal read from the defective photoelectric conversion unit in the present embodiment will be described. FIG. 5 is a diagram showing a case where only one PD of one pixel has a defect in a configuration in which two PDs are arranged for one microlens. Here, since the PD 501 arranged to the left of the
画像処理部108は、PD501の信号に対して、以下の(式1)で、周辺画素それぞれの2つの光電変換部の信号の加重平均の結果の比を用いて補間することができる。
The
上記の(式1)では、S501は補間によって得られるPD501の信号値を意味し、w1、w2、w3およびw4は、加重係数を表す。画像処理部108は、PD501を有する画素500の上下左右に配置された周辺画素510乃至540のそれぞれに含まれる2つのPDの信号値S511乃至S542と、画素500に含まれる他方のPD502との信号値S502を用いて補間する。具体的には、周辺画素510乃至540のそれぞれにおいてPD501と同じく左側にあるPD511、PD521、PD531およびPD541の信号値S511、S521、S531およびS541に対し、加重係数を掛けて加算した値を求める。さらに、周辺画素510乃至540のそれぞれにおいてPD501と反対側となる右側にあるPD512、PD522、PD532およびPD542の信号値S512、S522、S532およびS542に対して、加重係数を掛けて加算した値を求める。そして、左側のPDの信号値を用いて加重平均して得られた値と、右側のPDの信号値を用いて加重平均して得られた値との比を算出する。この比は、画素500を中心として複数画素を含む領域における、左側のPDと右側のPDの平均的な比率に相当する。そして、算出した比に、画素500の、正常な信号を出力するとみなされた右側のPD502の信号値に掛けて得られた値を、画素500の左側のPD501の信号の補間の値とする。
In the above (Equation 1), S501 means the signal value of PD501 obtained by interpolation, and w1, w2, w3 and w4 represent the weighting coefficient. The
ここで、加重係数w1乃至w4は、画素500の周囲の画素の状態や被写体に応じてその値を変更することより、補間の精度を向上させる役目を有している。例えば、周辺画素に欠陥のある画素が含まれている場合、この画素から得られたPDの信号値を用いて上記の比を求めてしまうと、周辺画素における平均的な比率から乖離した値となる場合がある。そのため、画像処理部108は、ROM107に記憶された欠陥の情報に基づき、欠陥があると判断された周辺画素から得られた信号値に与える加重係数を0に設定する。たとえば、画素500に含まれるPD511とPD512の少なくとも一方に欠陥があるときには、PD511とPD512から得られる信号値S511とS512に対する加重係数w1を0に設定する。
Here, the weighting coefficients w1 to w4 have a role of improving the accuracy of interpolation by changing the values thereof according to the state of the pixels around the
あるいは、いずれかのPDから読み出した信号値が、ROM107に予め記憶された飽和レベルに達している場合には、このPDを含む画素から得られた信号値に対応する加重係数を0に設定する。少なくとも一方のPDから読み出した信号値が飽和していれば、そのPDから読み出された信号値は本来の被写体に応じた信号値よりも小さな値となっており、正しい値ではないため、精度の高い比の計算に用いることができないためである。
Alternatively, when the signal value read from any of the PDs has reached the saturation level stored in advance in the
このように、上述した方法によれば、まず処理対象となる画素の周辺画素を用いて、同一のマイクロレンズに対応する複数のPD間の信号値の比を求める。そして、これを欠陥のあるPDと同一のマイクロレンズに対応する別のPDから得られた信号値に掛けることで、欠陥のあるPDの信号値を補間している。同一マイクロレンズに対応するPD間の信号値の比は、PDに入射する被写体上の領域の違いに起因するものであるため、この比を求める場合には、処理対象となる画素と異なる色相に対応する画素を用いることができる。そのため、(式1)に示したように、処理対象となる画素に隣接する、処理対象と異なる色相に対応する画素を用いてPD間の信号値の比を求めることが可能である。 As described above, according to the above-mentioned method, first, the ratio of the signal values between a plurality of PDs corresponding to the same microlens is obtained by using the peripheral pixels of the pixel to be processed. Then, by multiplying this by a signal value obtained from another PD corresponding to the same microlens as the defective PD, the signal value of the defective PD is interpolated. Since the ratio of the signal values between PDs corresponding to the same microlens is due to the difference in the area on the subject incident on the PD, when obtaining this ratio, the hue is different from that of the pixel to be processed. Corresponding pixels can be used. Therefore, as shown in (Equation 1), it is possible to obtain the ratio of the signal values between the PDs by using the pixels adjacent to the pixels to be processed and corresponding to the hue different from that of the processing target.
もちろん、下記の(式2)に示すように、画像処理部108は、周辺画素のうち処理対象の画素と同色画素に含まれる2つのPDから得られた信号値の加重平均して得られた値の比を用いて、欠陥のあるPDの信号値を補間することもできる。
Of course, as shown in (Equation 2) below, the
上記の(式2)では、補間の対象となる画素500が色相Gに対応する場合には、画素500と同じ色相Gのカラーフィルタを有する画素の信号を用いて補間を行うものである。色相Gに対応する画素は、色相RおよびBに対応する画素よりも密度が高いため、同色画素を用いた場合であっても、補間の対象となる画素と周辺画素との距離が近く、精度の高い比を求めることができる。
In the above (Equation 2), when the
次に、図6は、Rの色相のカラーフィルタを有する画素の左のPD601が欠陥であることを示す。画像処理部108は、PD601の信号に対して、以下の(式3)または(式4)を用いて補間することができる。
Next, FIG. 6 shows that the PD601 on the left of the pixel having the R hue color filter is defective. The
上記の(式3)では、S601は補間によって得られるPD601の信号を意味し、w1乃至w4は加重係数を表す。PD601を有する画素600の上下左右に配置されている周辺画素610乃至640のそれぞれにおいて、PD601と同じく左側にあるPD611乃至641の信号値S611乃至S644に対し、加重係数を掛けて加算した値を求める。さらに、周辺画素611乃至641のそれぞれにおいて、PD601と反対側となる右側にあるPD612乃至642の信号値S612乃至S642に対し、加重係数を掛けて加算した値を求める。そして、左側のPDの信号値を用いて加重平均して得られた値と、右側のPDの信号値を用いて加重平均して得られた値との比を算出する。そして、算出した比に、画素600の右側のPD602の信号S602に掛けて得られた値を、画素600の左側のPD601の信号の補間の値とする。
In the above (Equation 3), S601 means the signal of PD601 obtained by interpolation, and w1 to w4 represent the weighting coefficient. For each of the
同様に、上記の(式4)のように、画像処理部108は、周辺画素のうち処理対象の画素と同色画素650、660、670および680に含まれる2つのPDから得られた信号値の加重平均して得られた値の比を用いて、欠陥のあるPDの信号値を補間することもできる。
Similarly, as described in (Equation 4) above, the
さらに、上記の(式3)と(式4)のどちらか一方を用いて補間を行うのでなく、両方用いてもよい。つまり、周辺画素610乃至680のそれぞれにおいて、PD601と同じく左側にあるPD611乃至681の信号値に対して、加重係数を掛けて加算した値を求める。さらに、周辺画素610乃至680のそれぞれにおいて、PD601と反対側になる右側にあるPD612乃至682の信号値に対して、加重係数を掛けて加算した値を求める。そして、左側のPDの信号値を用いて加重平均して得られた値と、右側のPDの信号値を用いて加重平均して得られた値との比を算出する。そして、算出した比に、画素600の右側のPD602の信号値に掛けて得られた値を、画素600の左側のPD601の信号の補間の値とする。
Further, instead of performing interpolation using either one of the above (Equation 3) and (Equation 4), both may be used. That is, in each of the
なお、画像処理部108は、(式3)と(式4)とを状況に応じて選べるように構成してもよい。例えば、補間の対象となる画素の中心とした5画素×5画素の領域を設定し、それぞれのカラーフィルタに対応する正常な光電変換部から読み出された信号値を用いて、それぞれのカラーフィルタに対応する信号値の平均値を求める。そして、いずれか1つのカラーフィルタに対応する信号値に平均値が、他のカラーフィルタに対応する信号値の平均値よりも、予め設定した閾値を超えて大きい場合には、(式4)を用いるようにし、それ以外の場合には(式3)を用いる。
The
これは、特定のカラーフィルタの信号値のみが大きい場合には、補正の対象となる画素と異なるカラーフィルタに対応する画素の信号値を用いて補間を行うと、精度が低下する可能性が高くなるためである。例えば、色相Rに対応する信号値の平均値のみが大きく、色相Gおよび色相Bに対応する信号値の平均値が小さい場合を考える。色相RについてはS/N比が大きいため、ノイズ成分の影響をほとんど受けずに左右のPD間の信号値の比を得ることができるが、色相Gおよび色相BはS/N比が小さくなるため、PD間の信号値の比を得る際にノイズ成分が大きく影響してしまう。このような場合には、色相Rに対応する画素に含まれる光電変換部の信号を補間するためには、色相Rに対応する周辺画素から得られたPD間の信号値の比を用いることが望ましい。反対に、それぞれの色相に対応する信号値の平均値が類似していれば、色相によってノイズ成分の影響の程度が大きく異なることはないため、色相GおよびBに対応する周辺画素から得られたPD間の信号値の比を用いてもよい。 This is because when only the signal value of a specific color filter is large, the accuracy is likely to decrease if interpolation is performed using the signal value of a pixel corresponding to a color filter different from the pixel to be corrected. This is to become. For example, consider a case where only the average value of the signal values corresponding to the hue R is large and the average value of the signal values corresponding to the hue G and the hue B is small. Since the S / N ratio of the hue R is large, the ratio of the signal values between the left and right PDs can be obtained with almost no influence of the noise component, but the S / N ratio of the hue G and the hue B is small. Therefore, the noise component has a great influence when obtaining the ratio of the signal values between PDs. In such a case, in order to interpolate the signal of the photoelectric conversion unit included in the pixel corresponding to the hue R, it is possible to use the ratio of the signal values between the PDs obtained from the peripheral pixels corresponding to the hue R. desirable. On the contrary, if the average values of the signal values corresponding to the respective hues are similar, the degree of influence of the noise component does not differ greatly depending on the hues, so that the peripheral pixels corresponding to the hues G and B are obtained. The ratio of the signal values between PDs may be used.
また、上述した加重係数は、欠陥や飽和の有無だけでなく、被写体の輝度や色合いの変化によって変更するようにしてもよい。補間の際に参照する周辺画素は、被写体上のごく近い領域に対応する信号値を出力するため、被写体の輝度や色合いに変化がなければ、周辺画素における左右のPDの信号値の比率は類似するはずである。反対に、いずれかの周辺画素において、他の画素と比べて左右のPDの信号値に比率が大きく異なるのであれば、被写体の輝度や色合いが変化する領域に掛かっている可能性が高い。 Further, the above-mentioned weighting coefficient may be changed not only by the presence or absence of defects or saturation but also by changes in the brightness and hue of the subject. Since the peripheral pixels referenced during interpolation output signal values corresponding to areas very close to the subject, the ratio of the left and right PD signal values in the peripheral pixels is similar if there is no change in the brightness or hue of the subject. Should do. On the contrary, if the ratio of the signal values of the left and right PDs of any of the peripheral pixels is significantly different from that of the other pixels, it is highly possible that the peripheral pixels are in the region where the brightness and color of the subject change.
そこで、そこで画像処理部108は、図5で示した撮像素子に対して、まず周辺画素510、520、530および540のそれぞれの2つのPDの信号値の比を算出する。つまり、下記の(式5)の比R510、R520、R530およびR540を算出する。
Therefore, the
そして、上記の比R510、R520、R530およびR540を互いに比較し、偏差の大きい画素に対して小さい加重係数を設定した上で、加重平均して補間後の信号値を算出する。
つまり例えば
S601=S602x(w1xR510+w2xR520+w3xR530+w4xR540)・・・(式5−2)
という計算によって補間値S601を求めてもよい。
Then, the above ratios R510, R520, R530 and R540 are compared with each other, a small weighting coefficient is set for a pixel having a large deviation, and then the weighted average is calculated to calculate the signal value after interpolation.
That is, for example, S601 = S602x (w1xR510 + w2xR520 + w3xR530 + w4xR540) ... (Equation 5-2)
The interpolation value S601 may be obtained by the calculation.
上記の設定方法を、さらに下記のように変形することができる。補間の対象となる画素500の上下にある対称な画素510と画素520とのそれぞれの2つのPDの信号値の比R510とR520とを算出する。この2つの比の差|R510−R520|を算出する。この差が予め定められた閾値以上の値となれば、垂直方向における被写体の輝度や色合いの変化が大きいと判定し、加重係数w1とw2とを、0に設定する。
The above setting method can be further modified as follows. The ratios R510 and R520 of the signal values of the two PDs of the
同様に、補間の対象となる画素500の左右にある画素530と画素540とのそれぞれの2つのPDの信号値の比R530とR540とを算出し、比の差|R530−R540|も算出する。この差が予め定められた閾値以上の値となれば、加重係数w3とw4とともに、0に設定する。もし、|R510−R520|と|R510−R520|の両方が閾値以上の場合には、加重係数w1乃至w4を全て1にする。あるいは、|R510−R520|と|R510−R520|の大きさの比率に反比例するように、加重係数を加重係数w1乃至w4を設定する。すなわち、|R510−R520|のほうが小さければ、画素R510とR520に対応する加重係数w1およびw2を加重係数w3およびw4よりも大きくすればよい。反対に、|R510−R520|のほうが大きければ、加重係数w1およびw2を加重係数w3およびw4よりも小さくすればよい。
Similarly, the ratios R530 and R540 of the signal values of the two PDs of the
上記したように、補間の計算で加重係数を用いることにより、信ぴょう性の低い信号のデータにより小さい加重係数を与え、補間でより正確な欠陥画素の信号を得ることができる。 As described above, by using the weighting coefficient in the calculation of interpolation, a smaller weighting coefficient can be given to the data of the signal having low reliability, and a more accurate signal of defective pixels can be obtained by interpolation.
なお、以上の説明は、1つのマイクロレンズに対して、2つのPDが配置される構成をもとにして説明したが、これに限られるわけではない。たとえば、1つのマイクロレンズに対して、4つのPDが配置される構成においても、本実施形態を実施することができる。図7は、1つのマイクロレンズに対して、4つのPDが配置される構成を示す。以下では、図7に示した構成を用いて、本実施形態における補間方法を用いる場合の処理について説明する。図7では、PD701に欠陥があるものとする。 The above description is based on the configuration in which two PDs are arranged for one microlens, but the description is not limited to this. For example, the present embodiment can be implemented even in a configuration in which four PDs are arranged for one microlens. FIG. 7 shows a configuration in which four PDs are arranged for one microlens. Hereinafter, processing when the interpolation method in the present embodiment is used will be described using the configuration shown in FIG. 7. In FIG. 7, it is assumed that PD701 is defective.
図7に示した構成では、上述したように、たとえば、画素700において、水平方向の位相差を検出する場合、PD701とPD702との信号を加算して読み出し、PD703とPD704との信号を加算して読み出す必要がある。ここでは、PD701とPD702を含む領域を第1の光電変換領域と呼び、PD703とPD704を含む領域を第2の光電変換領域と呼ぶ。PD701には欠陥があるため、PD701とPD702との信号を加算して読み出すと、第1の光電変換領域としての正しい信号が得られない。
In the configuration shown in FIG. 7, as described above, for example, when detecting the phase difference in the horizontal direction in the
周辺画素710においても、水平の位相差を検出する場合、PD711とPD712との信号を加算して読み出し、PD713とPD714との信号を加算して読み出す必要がある。ここでは、画素700における第1の光電変換領域の位置に対応する位置にある、PD711とPD712とを第3の光電変換領域と呼ぶ。同様に、画素700における第2の光電変換領域の位置に対応する位置にある、PD713とPD714と第4の光電変換領域と呼ぶ。画素720乃至740においても、画素700における第1の光電変換領域の位置に対応する位置にある光電変換部を第3の光電変換領域、画素700における第2の光電変換領域の位置に対応する位置にある光電変換部を第4の光電変換領域と呼ぶ。
When detecting the horizontal phase difference also in the
図5に示した素子に倣って、画像処理部108は、PD701とPD702との信号に対して、下記の(式6)を用いて補間することができる。
Following the element shown in FIG. 5, the
ただし、A1はS711とS712を加算した値で、A2はS721とS722を加算した値で、A3はS731とS732を加算した値、A4はS741とS742を加算した値である。同様に、B1はS713とS714を加算した値で、B2はS723とS724を加算した値で、B3はS733とS734を加算した値、B4はS743とS744を加算した値である。 However, A1 is a value obtained by adding S711 and S712, A2 is a value obtained by adding S721 and S722, A3 is a value obtained by adding S731 and S732, and A4 is a value obtained by adding S741 and S742. Similarly, B1 is a value obtained by adding S713 and S714, B2 is a value obtained by adding S723 and S724, B3 is a value obtained by adding S733 and S734, and B4 is a value obtained by adding S743 and S744.
(式6)で示した方法では、欠陥があるPD701を有する画素700では、PD701とPD702との信号を加算して読み出す。他の画素においても、同様に、左側にある2つのPDの信号を加算して読み出し、右側にある2つのPDの信号を加算して読み出す。周辺画素710乃至740のそれぞれにおいて、左側の2つのPDの信号に対し、加重係数を掛けて加重平均した値を求める。さらに、周辺画素710乃至740のそれぞれにおいて、右側の2つのPDの信号に対しても、加重係数を掛けて加重平均した値を求める。そして、左側の2つのPDの信号値を用いて加重平均して得られた値と、右側の2つのPDの信号値を用いて加重平均して得られた値との比を算出する。そして、算出した比に、画素700の右側にあるPD703とPD704との信号値の和に掛けて、PD701とPD702との信号値の和が得られる。この値を、水平方向の位相差の検出に用いる。
In the method shown in (Equation 6), in the
同様に、垂直方法の位相差を検出する場合、画素700において、PD701とPD703との信号を加算して読み出し、PD702とPD704との信号を加算して読み出す必要がある。周辺画素においても同様である。画像処理部108は、PD701とPD703との信号に対して、下記の(式7)を用いて補間することができる。
Similarly, when detecting the phase difference of the vertical method, it is necessary to add and read the signals of PD701 and PD703 and add and read the signals of PD702 and PD704 in the
ただし、C1はS711とS713を加算した値で、C2はS721とS723を加算した値で、C3はS731とS733を加算した値、C4はS741とS743を加算した値である。同様に、D1はS712とS714を加算した値で、D2はS722とS724を加算した値で、D3はS732とS734を加算した値、D4はS742とS744を加算した値である。 However, C1 is a value obtained by adding S711 and S713, C2 is a value obtained by adding S721 and S723, C3 is a value obtained by adding S731 and S733, and C4 is a value obtained by adding S741 and S743. Similarly, D1 is a value obtained by adding S712 and S714, D2 is a value obtained by adding S722 and S724, D3 is a value obtained by adding S732 and S734, and D4 is a value obtained by adding S742 and S744.
ここで、第1乃至第4の光電変換領域の信号値をそれぞれ、SS1、SS2、SS3、SS4と定義すれば、上記の(式6)および(式7)の代わりに、下記の(式8)を用いることもできる。 Here, if the signal values in the first to fourth photoelectric conversion regions are defined as SS1, SS2, SS3, and SS4, respectively, instead of the above (Equation 6) and (Equation 7), the following (Equation 8) ) Can also be used.
ただし、上記のNは、計算に用いる周辺画素の数である。 However, the above N is the number of peripheral pixels used in the calculation .
同色の周辺画素750、760、770および780からの信号を用いて補間するとき、同様な方法が使える。
A similar method can be used when interpolating with signals from
なお、上述した1つの画素が2つのPDを有する撮像素子において、欠陥のあるPDを第1の光電変換領域と、同じ画素にある別のPDを第2の光電変換領域とみなせる。たとえば、図5に示した撮像素子において、PD501を第1の光電変換領域と、PD502を第2の光電変換領域とみなせる。同様に、PD511、521、531および541のそれぞれを第3の光電変換領域と、PD512、522、532および542のそれぞれを第4の光電変換領域とみなせる。こういう解釈のもとで、1つの画素が2つのPDを有する撮像素子でも、上記の(式8)を適用することができる。 In the image sensor in which one pixel has two PDs, the defective PD can be regarded as the first photoelectric conversion region, and another PD in the same pixel can be regarded as the second photoelectric conversion region. For example, in the image pickup device shown in FIG. 5, PD501 can be regarded as a first photoelectric conversion region and PD502 can be regarded as a second photoelectric conversion region. Similarly, PD511, 521, 513 and 541 can be regarded as the third photoelectric conversion region, and PD512, 522, 532 and 542 can be regarded as the fourth photoelectric conversion region, respectively. Based on this interpretation, the above (Equation 8) can be applied even to an image sensor in which one pixel has two PDs.
また、1つのマイクロレンズに対して、4つを超える数のPDを有する画素の構造の撮像素子の場合でも、上記方法に倣って補間することができる。 Further, even in the case of an image sensor having a pixel structure having more than four PDs for one microlens, interpolation can be performed according to the above method.
ここまで説明をした、欠陥のある光電変換部と同一画素内にある第2の光電変換領域から読み出された信号レベルを用いて欠陥のある光電変換部を含む第1の光電変換領域の補間を行う方法を、第1の補間と呼ぶ。 Interpolation of the first photoelectric conversion region including the defective photoelectric conversion unit using the signal level read from the second photoelectric conversion region in the same pixel as the defective photoelectric conversion unit described so far. The method of performing the above is called the first interpolation.
この第1の補間は、第2の光電変換領域から正しい信号を得られない場合は、使うことができない。このような場合には、第1の補間の代わりに、第2の補間を使うことが必要となる。 This first interpolation cannot be used if the correct signal cannot be obtained from the second photoelectric conversion region. In such a case, it is necessary to use the second interpolation instead of the first interpolation.
第2の補間は、背景技術で説明した技術と同様の補間である。 Second interpolation is a technique similar to the interpolation described in the background art.
後述の図8のステップS808では、画像処理部108は、欠陥のある光電変換部を含む画素と同じカラーフィルタに対応する複数の周辺画素に含まれ、かつ、マイクロレンズに対して欠陥のある光電変換部の信号と同じ位置に存在する光電変換部を選択する。
In step S808 of FIG. 8 described later , the
たとえば、図6に示した撮像素子を用いるときは、PD601の信号値は、下記の(式9)により求めることができる。(式9)では、欠陥のあるPD601の補間の値は、欠陥画素600と同色の4つの周辺画素650乃至680周辺画素において、PD601と同じく、左側にあるPD651乃至PD681の信号値の平均により求められることを示している。
For example, when the image sensor shown in FIG. 6 is used, the signal value of PD601 can be obtained by the following (Equation 9). In (Equation 9), the interpolation value of the defective PD601 is obtained by averaging the signal values of the PD651 to PD681 on the left side of the four
なお、PD651乃至PD681の信号値の単純平均の代わりに、加重平均を用いてもよい。 A weighted average may be used instead of the simple average of the signal values of PD651 to PD681.
図8は、上記の補間方法を用いるときのフローチャートの一例である。 FIG. 8 is an example of a flowchart when the above interpolation method is used.
ステップS801で、CPU103は、ROM107に格納されている欠陥のある光電変換部の情報を読み出す。ステップS802で、CPU103が、ステップS801で読み出した欠陥のある光電変換部の情報と照らし合わせ、処理中の画素が欠陥のある光電変換部を含むかどうかを判断する。処理中の画素が欠陥のある光電変換部を含む画素でなければ、ステップS810へ移行する。処理中の画素が欠陥のある光電変換部を含む画素であれば、ステップS803へ移行する。
In step S801, the
ステップS803で、CPU103が、さらに同一の画素内に、欠陥のある光電変換部の信号を補間するために必要な正常な光電変換領域が存在するかどうかについて判断する。補間するために必要な正常な光電変換領域が存在していれば、ステップS804へ移行し、CPU103が、第1の補間を用いて補間することを決定する。反対に、補間するために必要な正常な光電変換領域が無ければ、ステップS807へ移行し、CPU103が、第2の補間を用いて補間することを決定する。
In step S803, the
ステップS804で、画像処理部108は、補間に用いる光電変換領域を含む周辺画素を決める。その一例としては、前述したように、最も近い画素を周辺画素としても良いし、最も近い同色の画素を周辺画素としても良い。ステップS806で、画像処理部108は、補間の決算に用いる加重係数を決める。加重係数を決めるには、前述した方法を用いる。
In step S804, the
ここでステップS807に戻り、続くステップS808では、画像処理部108は、欠陥のある光電変換領域を含む画素と同じカラーフィルタに対応する複数の周辺画素を選択する。
Here, the process returns to step S807, and in the subsequent step S808, the
ステップS809で、画像処理部108は、選択された画素に含まれる光電変換領域の信号を用いて補間の計算を行う。ステップS810で、CPU103は、すべての画素の処理が終了しているかどうかを判断する。すべての画素の処理が終了していなければ、ステップS802に戻る。
In step S809, the
本実施形態によれば、1つのマイクロレンズに対して、複数の光電変換部を有する画素を複数備えた撮像素子で、一部の光電変換部に欠陥がある画素に対して補間をする場合、補間に用いる周囲画像を決める自由度をより高く提供することができる。 According to the present embodiment, when an image sensor having a plurality of pixels having a plurality of photoelectric conversion units is provided for one microlens and interpolation is performed for pixels having defects in some of the photoelectric conversion units. It is possible to provide a higher degree of freedom in determining the surrounding image used for interpolation.
(その他の実施形態)
以上の実施形態は、撮像装置での実施をもとに説明したが、撮像装置に限定するものではない。たとえば、撮像素子を内蔵した携帯機器などで実施してもよい。
(Other embodiments)
Although the above embodiments have been described based on the implementation in the image pickup apparatus, the present embodiment is not limited to the image pickup apparatus. For example, it may be carried out in a portable device having a built-in image sensor.
なお、本発明は、上述の実施形態の1つ以上の機能を実現するプログラムを、ネットワークまたは記憶媒体を介してシステムまたは装置に供給し、そのシステムまたは装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサーがプログラムを読み出し作動させる処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(たとえば、ASIC)によっても実現可能である。 In the present invention, a program that realizes one or more functions of the above-described embodiment is supplied to a system or device via a network or a storage medium, and one or more processors in the computer of the system or device program. It can also be realized by the process of reading and operating. It can also be realized by a circuit (for example, ASIC) that realizes one or more functions.
100 撮像素子
101 AFE
102 TG
103 CPU
104 操作部
105 表示部
106 RAM
107 ROM
108 画像処理部
109 AF演算部
110 フラッシュメモリ
111 フォーカルプレーンシャッタ
112 フォーカス駆動回路
113 絞り駆動回路
114 フォーカスアクチュエータ
115 絞りアクチュエータ
116 第1レンズ
117 絞り
118 第2レンズ
119 第3レンズ
120 相関演算部
100
102 TG
103 CPU
104
107 ROM
108
Claims (15)
前記複数の画素の中の、第1の画素内の第1の光電変換領域からの信号に異常がある場合に、前記異常のある第1の光電変換領域の信号を補間するための第1の補間を行う補間手段を有し、前記補間手段は前記第1の画素内の第2の光電変換領域からの信号に対して所定の係数をかけることによって前記異常のある第1の光電変換領域からの信号を補間するように構成されているとともに、前記係数は前記第1の画素の周辺の少なくとも一つの周辺画素内の第2の光電変換領域の信号と前記少なくとも一つの周辺画素内の第1の光電変換領域の信号の比率に基づき決まる係数であり、
前記補間手段は、所定の条件を満たす場合に、前記第1の画素に隣接し、かつ、前記第1の画素と異なる色の画素を前記周辺画素として選択し、前記所定の条件を満たさない場合に、前記第1の画素に隣接せず、かつ、前記第1の画素と同色の画素を前記周辺画素として選択することを特徴とする信号処理装置。 An image pickup device having a plurality of pixels, each pixel having one microlens and at least a first photoelectric conversion region and a second photoelectric conversion region for receiving light through the microlens. A signal processing device that processes the signal obtained from
When there is an abnormality in the signal from the first photoelectric conversion region in the first pixel among the plurality of pixels, the first for interpolating the signal in the first photoelectric conversion region having the abnormality. The interpolation means has an interpolation means for performing interpolation, and the interpolation means is applied to a signal from the second photoelectric conversion region in the first pixel by a predetermined coefficient to obtain the abnormality from the first photoelectric conversion region. The coefficient is configured to interpolate the signals of the second photoelectric conversion region in at least one peripheral pixel around the first pixel and the first in the at least one peripheral pixel. It is a coefficient determined based on the ratio of signals in the photoelectric conversion region of.
When the interpolation means satisfies a predetermined condition, a pixel adjacent to the first pixel and having a color different from that of the first pixel is selected as the peripheral pixel, and the predetermined condition is not satisfied. In addition, a signal processing apparatus characterized in that a pixel that is not adjacent to the first pixel and has the same color as the first pixel is selected as the peripheral pixel.
前記補間手段は、前記信号の比率の違いに応じて前記係数を設定することを特徴とする請求項4に記載の信号処理装置。 Of the peripheral pixels, the ratio of the signal is calculated for each of the two pixels located symmetrically across the pixel.
The signal processing device according to claim 4, wherein the interpolation means sets the coefficient according to a difference in the ratio of the signals.
前記検出手段は、少なくとも一部の前記光電変換領域の出力が飽和のレベルに達していることが検出された画素に含まれる光電変換領域に対する係数を、0に設定することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の信号処理装置。 It has a detecting means for detecting that the output of each of the photoelectric conversion regions of the plurality of pixels has reached the saturation level.
The detection means is characterized in that the coefficient with respect to the photoelectric conversion region included in the pixel in which it is detected that the output of at least a part of the photoelectric conversion region has reached the saturation level is set to 0. The signal processing apparatus according to any one of 1 to 7.
前記周辺画素の、前記第1の光電変換領域に対応する光電変換領域の信号の平均を用いて行うことを特徴とする請求項10に記載の信号処理装置。 In the second interpolation,
The signal processing apparatus according to claim 10, wherein the signal processing apparatus is performed by using the average of the signals of the photoelectric conversion region corresponding to the first photoelectric conversion region of the peripheral pixels.
前記補間手段は、前記記憶手段により記憶された情報が示す光電変換領域を含む光電変換領域を、前記第1の補間の対象にすることを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の信号処理装置。 It has a storage means for storing information indicating a defective photoelectric conversion area, and has a storage means.
The interpolating means according to any one of claims 1 to 11, wherein the photoelectric conversion area including the photoelectric conversion area indicated by the information stored by the storage means is the target of the first interpolation. The signal processing device described.
前記複数の画素の中の、第1の画素内の第1の光電変換領域からの信号に異常がある場合に、前記異常のある第1の光電変換領域の信号を補間するための補間ステップを有し、前記補間ステップにおいては前記第1の画素内の第2の光電変換領域からの信号に対して所定の係数をかけることによって前記異常のある第1の光電変換領域からの信号を補間するように構成されているとともに、前記係数は前記第1の画素の周辺の少なくとも一つの周辺画素内の第2の光電変換領域の信号と前記少なくとも一つの周辺画素内の第1の光電変換領域の信号の比率に基づき決まる係数であり、
前記補間ステップにおいては、所定の条件を満たす場合に、前記第1の画素に隣接し、かつ、前記第1の画素と異なる色の画素を前記周辺画素として選択し、前記所定の条件を満たさない場合に、前記第1の画素に隣接せず、かつ、前記第1の画素と同色の画素を前記周辺画素として選択することを特徴とする信号処理方法。 An image pickup device having a plurality of pixels, each pixel having one microlens and at least a first photoelectric conversion region and a second photoelectric conversion region for receiving light through the microlens. It is a signal processing method that processes the signal obtained from
When there is an abnormality in the signal from the first photoelectric conversion region in the first pixel among the plurality of pixels, an interpolation step for interpolating the signal in the first photoelectric conversion region having the abnormality is performed. In the interpolation step, the signal from the first photoelectric conversion region having the abnormality is interpolated by multiplying the signal from the second photoelectric conversion region in the first pixel by a predetermined coefficient. The coefficient is the signal of the second photoelectric conversion region in at least one peripheral pixel around the first pixel and the first photoelectric conversion region in the at least one peripheral pixel. It is a coefficient determined based on the ratio of signals,
In the interpolation step, when a predetermined condition is satisfied, a pixel adjacent to the first pixel and having a color different from that of the first pixel is selected as the peripheral pixel, and the predetermined condition is not satisfied. In this case, a signal processing method characterized in that a pixel that is not adjacent to the first pixel and has the same color as the first pixel is selected as the peripheral pixel.
前記複数の画素の中の、第1の画素内の第1の光電変換領域からの信号に異常がある場合に、前記異常のある第1の光電変換領域の信号を補間するための補間ステップを有し、前記補間ステップにおいては前記第1の画素内の第2の光電変換領域からの信号に対して所定の係数をかけることによって前記異常のある第1の光電変換領域からの信号を補間するように構成されているとともに、前記係数は前記第1の画素の周辺の少なくとも一つの周辺画素内の第2の光電変換領域の信号と前記少なくとも一つの周辺画素内の第1の光電変換領域の信号の比率に基づき決まる係数であり、
前記補間ステップにおいては、所定の条件を満たす場合に、前記第1の画素に隣接し、かつ、前記第1の画素と異なる色の画素を前記周辺画素として選択し、前記所定の条件を満たさない場合に、前記第1の画素に隣接せず、かつ、前記第1の画素と同色の画素を前記周辺画素として選択することを特徴とする信号処理用コンピュータプログラム。 An image pickup device having a plurality of pixels, each pixel having one microlens and at least a first photoelectric conversion region and a second photoelectric conversion region for receiving light through the microlens. A computer program for signal processing that processes the signal obtained from
When there is an abnormality in the signal from the first photoelectric conversion region in the first pixel among the plurality of pixels, an interpolation step for interpolating the signal in the first photoelectric conversion region having the abnormality is performed. In the interpolation step, the signal from the first photoelectric conversion region having the abnormality is interpolated by multiplying the signal from the second photoelectric conversion region in the first pixel by a predetermined coefficient. The coefficient is the signal of the second photoelectric conversion region in at least one peripheral pixel around the first pixel and the first photoelectric conversion region in the at least one peripheral pixel. It is a coefficient determined based on the ratio of signals,
In the interpolation step, when a predetermined condition is satisfied, a pixel adjacent to the first pixel and having a color different from that of the first pixel is selected as the peripheral pixel, and the predetermined condition is not satisfied. In this case, a computer program for signal processing, characterized in that a pixel that is not adjacent to the first pixel and has the same color as the first pixel is selected as the peripheral pixel.
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