摄像设备的制作方法

专利名称：摄像设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于拍摄被摄体图像的摄像设备。
背景技术：
已经存在如电子照相机等许多摄像设备，该电子照相机用
于对通过包括电荷耦合器件(CCD)、互补金属氧化物半导体 (CMOS)传感器等固态摄像元件拍摄到的静止图像和/或运动图 像进行记录和/或再现。
根据上述摄像设备，由于所提供的各种类型电源的电压波 动，输出信号经常波动，并且该波动的结果经常显现在输出图 像上。当出现如下输出信号时，电平在多行上波动，其中该输 出信号受到以比通过摄像元件来读取对应于 一 行的数据所需要 的时间段长的间隔出现的渐进电压波动的影响。因此，在输出 图像上出现垂直阴影。当出现电压波动的间隔变得更短时，更 频繁地出现垂直阴影，从而在图像上出现水平条紋。
由于电压波动而导致出现上述垂直阴影的图案并不总是恒 定的。也就是说，在图像上出现的垂直阴影的形状随每次拍摄 而改变。因此，难于使用预先准备的校正数据。
因此，如在日本特开2005-175930中/>开的，需要通过使用 摄像元件中光学遮挡的水平光学黑(optical-black, OB)区域的输 出值来校正形状随每次摄像而改变的垂直阴影。
例如，已经存在如下方法在如图像引擎(image engine)等 数字信号处理电路中，计算水平OB区域的每行的输出信号的平 均值，并从该行的有效像素区域的输出信号中减去计算出的平 均值。
此外，存在如下方法针对摄像单元的输出信号，通过使 用模拟信号处理电路的水平OB钳位单元，来对行的有效像素区 域的输出信号进行移位，从而使得每行的水平OB区域的输出信 号的平均值变成该行的暗基准值。
顺便提及，如在日本特开2002-64196中公开的，构成水平 OB区域的OB像素包括下列两种类型的OB像素。
第一OB像素包括如光电二极管等光电转换元件以及用于 输出由光电转换元件生成的信号的层。通过使用铝等来光学遮 挡第一0B1^象素的前面。
第二OB像素不包括光电转换元件和/或包括光电转换元 件，但不包括用于输出由光电转换元件生成的信号的层。不同 于从第一OB像素输出的信号，从第二OB像素输出的信号不包 括在光电转换元件中出现的暗电流分量。因此，可以通过提供 第一OB像素和第二OB像素两者，并将从第一OB像素输出的信 号与从第二OB像素输出的信号进行比较，来估计进行拍摄的环 境中的暗电流的量。此外，不会从第二OB像素输出由暗电流引 起的缺陷，并且不会输出在每个像素中出现的噪声分量。因此， 从第二OB像素输出的信号能够用于校正不是从像素生成的其 它噪声分量。
另一方面，正如接收来自被摄体的光的有效像素部，从第 一OB像素输出的信号包含暗电流。因此，需要从第一OB像素 输出的4言号，乂人而进4亍垂直暗阴影4交正(vertical-dark-shading correction),以吸收从有效4象素部输出的信号的暗电流分量的 电平波动。
然而，当在通过使用从第一OB像素输出的信号进行的垂直 暗阴影校正期间，在任意第一OB像素中出现强噪声时，校正精 确度显著受噪声影响。因此，在某些拍摄条件下，难以精确地
进行垂直暗阴影校正，并且图像质量可能劣化。
例如，如果为少量的入射光设置长的累积时间，则在从像
素输出的信号中所包括的噪声也增大。因此，从第一OB像素输 出的信号的偏差可能变大。也就是说，OB像素之间的输出信号 偏差可能变大。在这种情况下，根据从第一OB像素输出的信号 所生成的校正数据也逐行变化。结果，如果通过使用校正数据 来进行校正，则校正后获得的输出图像可能逐行变化，并且可 能在图像上出现水平条紋。
如果在出现^艮多暗电流的环境下，即在高温环境下和/或在 长曝光时间时进行拍摄，缺陷像素出现的可能性增加，其中， 缺陷像素所生成的暗电流量比由位于缺陷像素周围的像素所生 成的暗电流量大。如果存在缺陷像素，则缺陷像素所在的行的 第一OB像素的输出信号的平均值受缺陷像素影响，并且上述行 的校正值与其它行的校正值明显不同。因此，如果通过使用校 正数据进行水平暗阴影校正，则仅对包括缺陷像素的与第一OB 像素相对应的行进行不适当的校正。结果，在校正后获得的图 像上可能出现水平线。
在任何情况下，如果为每行设置足够数量的第一 O B像素并 且增加第一 O B像素的数量，则能够降低为每行设置的第一 O B 像素的平均值的偏差，其中该第一OB像素用于计算生成校正数 据所使用的平均值。
然而，布置第一OB像素的区域的大小的不必要增大导致芯 片大小的增大，从而使得成本增加。因此，限制布置第一OB 像素的水平OB区域的大小。
因此，如果进行已知的垂直暗阴影校正，则优选对校正数 据进行平滑化，以消除噪声分量的影响。然而，即使平滑化后 的校正数据不影响对渐进垂直暗阴影进行校正，但是平滑化后
的校正数据的使用使得难以正确地校正如上述水平条紋等具有 高频率的垂直阴影分量。
因此，对于与拍摄条件和/或拍摄环境无关地以高精确度来 进行垂直暗阴影校正，仍存在改善空间。

发明内容
本发明提供 一 种允许在不增加摄像元件的大小的情况下提 高暗阴影校正的精确度的摄像设备。
根据本发明的一个方面， 一种摄像设备，包括摄像元件， 其包括有效像素部和遮光像素部，其中所述有效像素部用于接 收被摄体的光学图像并生成图像信号，所述遮光像素部包括被 遮光的多个像素部；信号处理单元，用于设置从所述有效像素 部发送的输出信号的基准电平；以及控制单元，用于基于所述 摄像元件的累积时间、所述摄像元件的环境温度、以及从所述 摄像元件输出的信号的增益至少之一，来在设置在所迷遮光像 素部中的用于设置所述基准电平的至少两个区域之间切换，其 中，所述遮光像素部包括具有不同结构的第一遮光像素部和第 二遮光像素部，以及其中，所述控制单元在使用所述第一遮光 像素部作为用于设置所述基准电平的区域的情况与使用所述第
一遮光像素部和所述第二遮光像素部中的每个作为用于设置所 述基准电平的区域的情况之间切换。
根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本发明的 其它特征和方面将显而易见。


图1是示出摄像设备的示例结构的框图。 图2示出摄像元件的像素区域的示例结构。 图3是示出根据本发明第 一 实施例的模拟信号处理电路的 例子的框图。
图4是示出根据本发明第二实施例的数字信号处理电路的 例子的框图。
图5是示出根据第 一 实施例进行的垂直暗阴影校正的示例 过程的流程图。
图6 A是根据第二实施例如何对校正数据进行平滑化的例子。
图6 B也用于示例性说明根据第二实施例如何对才交正数据 进行平滑化。
图6 C是根据第二实施例如何对校正数据进行平滑化的例子。
图6 D也是根据第二实施例如何对校正数据进行平滑化的 例子。
图7是示出根据第二实施例进行的垂直暗阴影校正的示例 过程的流程图。
具体实施例方式
下面参考附图将详细说明本发明的各种示例性实施例、特 征和方面。
图l是示出摄像设备的示例结构的框图。
在图l中，设置了包括透镜和光圈的光学系统101、机械快 门102、将入射光转换成电信号的摄像元件103、对从摄像元件 103输出的图像信号进行模拟信号处理的模拟信号处理电路 104、以及在模拟信号处理电路104中进行相关双采样的CDS电 路105。
此外，还设置了信号放大器106,用于在模拟信号处理电
路104中放大才莫拟信号；钳位电路107，用于进行光学黑(0B)4计 位；模拟/数字(A/D)转换器108，用于在模拟信号处理电路104 中将模拟信号转换成数字信号；以及定时信号生成电路IIO,用 于生成使摄像元件10 3和模拟信号处理电路10 4运行的信号。
此外，i殳置了驱动电^各111，用于驱动光学系统IOI、才几 械快门102和摄像元件103;数字信号处理电路112，用于进行通 过拍摄获得的图像数据所必需的数字信号处理；图像存储器 113，用于存储已经进行了信号处理的图像数据；以及记录介质 114，其能够从摄像设备移除。
此外，设置了记录电路115,用于将已经进行了信号处理 的图像数据记录到记录介质114上；图像显示装置116,用于显 示已经进行了信号处理的图像数据；显示电路117,用于进行控 制以在图像显示装置116上显示图像；以及系统控制单元118， 用于控制整个摄像设备。系统控制单元118控制如下各个的操 作定时信号生成电路IIO、驱动电路lll、数字信号处理电路 112、图像存储器113、记录电路115、显示电路117、非易失性 存储器119以及易失性存储器120。
非易失性存储器(R0M)119用于存储写有由系统控制单元 118进行的控制方法的程序、用于执行该程序的参数以及如缺陷 地址(flaw address)上的数据等校正数据。易失性存储器120是用 于根据需要来存储存储在非易失性存储器119中的程序、控制数 据以及校正数据的易失性存储器(随机存取存储器(RAM))。
温度检测单元121用于检测摄像元件103的温度和/或在其 周围设置的电路的温度。累积时间设置单元122用于设置摄像元 件103的累积时间。系统控制单元118基于由累积时间设置单元 122设置的累积时间，来向定时信号生成电路110发送驱动摄像 元件103的指令。拍摄模式设置单元123用于进行如ISO感光度
设置等拍摄条件设置、在静止图像拍摄和/或运动图像拍摄之间 切换等。
在下文中，将说明上述摄像设备的拍摄操作。当接通摄像
设备的电源时，系统控制单元118开始运行，并且从非易失性存 储器119向易失性存储器120传送必要的程序、控制数据和校正 数据以及/或者将必要的程序、控制数据和校正数据存储在非易 失性存储器120中。当系统控制单元118控制摄像设备时，使用 上述程序和/或数据。然后，将附加程序和/或附加数据项从非 易失性存储器119传送到易失性存储器120，并且系统控制单元 118根据需要读取并使用存储在非易失性存储器119中的数据。
光学系统101基于从系统控制单元118发送的控制信号，通 过驱动光图和透镜，来在摄像元件103上形成调整了亮度的被摄 体图像。
当拍摄静止图像时，与摄像元件103的电子快门的操作相关 联地驱动机械快门102,从而控制摄像元件103的曝光时间。此 外，当拍摄运动图像时，将机械快门102保持在打开状态，使得 在视频拍摄期间摄像元件10 3总是暴露至光。
通过根据操作脉冲信号生成的驱动脉冲信号来驱动摄像元 件103,其中该操作脉冲信号由定时信号生成电路110生成。然 后，摄像元件10 3通过光电转换将关于被摄体图像的数据转换成 电信号，并且输出该电信号作为模拟图像信号。
CDS电路105根据由定时信号生成电路110生成的操作脉 沖，来从由摄像元件103输出的模拟图像信号中去除时钟同步噪 声。信号放大器106对从CDS电路105输出的模拟图像信号施加 具有基于入射光量所确定的放大系数的增益。钳位电路107通过 使用摄像单元103的水平OB区域的输出信号作为基准电压，来 对由信号放大器106放大的模拟图像信号进行钳位。然后，A/D
转换器10 8将模拟图像信号转换成数字图像信号。
接着，数字信号处理电路112生成由于对水平O B区域的信 号进行平均处理而产生的关于垂直暗阴影校正的数据，并且通 过使用该校正数据来进行垂直阴影校正处理，其中该信号包括 在数字图像信号中。此外，数字信号处理电路112对数字图像信 号进行包括颜色转换、白平衡处理、伽玛校正等图像处理、分 辨率转换处理以及图像压缩处理等。图像存储器113用于临时存 储进行信号处理的数字图像信号，并存储作为已经进行了信号 处理等数字图像信号的图像数据等。
通过显示电路117将由数字信号处理电路112进行了分辨率 转换处理的图像数据转换成适合于图像显示装置116的信号(例 如，以国家电视标准委员会(NTSC)格式等生成的模拟信号)， 并且在图像显示装置116上进行显示。在另一种情况下，通过记 录电路115将由数字信号处理电路112进行了信号处理的图像数 据和/或存储在图像存储器113中的图像数据转换成为适合于记 录介质114的数据(如，具有分层结构的文件系统数据)，并且将 其记录到记录介质114上。
系统控制单元118可能不使数字信号处理电路112进行信号 处理，而可以进行控制使得将数字图像信号以其原始形式输出 到图像存储器113和/或记录电路115作为图像数据。
在接收到从系统控制单元118发出的请求时，数字信号处理 处理112将包括在信号处理期间生成的数字图像信号和/或图像 数据的信息输出到系统控制单元118。例如，该信息包括关于图 像的空间频率、指定区域的平均值和压缩图像的数据量等的信 息，或者从它们中提取的信息。此外，在接收到从系统控制单 元118发出的请求时，记录电路115将关于记录介质114的类型、 空闲空间等的信,t输出到系统控制单元118 。
此外，将说明在将图像数据记录到记录介质1 1 4上时进行的
再现操作。记录电路115基于从系统控制单元118发送的控制信 号，读取来自记录介质114的图像数据。当该图像数据是关于压 缩图像的数据时，与先前说明的情况一样，数字信号处理电路 112基于从系统控制单元118发送的控制信号，进行图像展开处 理，并且将该图像数据存储在图像存储器113中。通过数字信号 处理电路112对存储在图像存储器113中的图像数据进行分辨率 转换处理，通过显示电路117将其转换成适合于图像显示装置 116的信号，并且在图像显示装置116上进行显示。
图2示出摄像元件103的像素区域的示例结构。
在图2中，i殳置了垂直OB部201、第一水平OB部(第一遮光 像素部)202以及第二水平OB部(第二遮光像素部)203。第一水平 OB部202和第二水平OB部203形成水平OB部。垂直OB部201 、 第一水平OB部202和第二水平OB部203中的每个包括多个傳-素，其中，通过使用铝等对像素中的每个的前面进行遮光。上 述部中的垂直OB部201和第 一水平OB部202中的每个均包括具 有如光电二极管等光电转换元件的第一OB像素。
另一方面，第二水平OB部203包括至少一个不包括如光电 二极管等光电转换元件的像素。或者，即使第二OB像素包括光 电转换元件，第二OB像素也不包括用于将由光电转换元件生成 的电信号传送到摄像元件的输出单元的单元。也就是说，第二 OB像素包括至少一个具有用于防止输出由光电转换元件生成 的信号的单元的《象素。有效像素部204包括至少一个未被遮光 的、并且接收关于被摄体图像的数据并生成信号电荷的有效像 素。第 一 计算区域205包括部分和/或全部第 一 水平OB部202。 第二计算区域206包括部分和/或全部第二水平OB部203 。
第一示例性实施例
图3是示出根据本发明第 一 实施例的模拟信号处理电路104 的框图。
在第 一 实施例中，通过使用上述才莫拟信号处理电^各104的水 平OB钳位功能来进行垂直暗阴影校正。
在图3中，摄像元件103、模拟信号处理电路104、 CDS电路 105、信号》文大器106、钳位电路107以及A/D转换器108与参考 图l说明的相同。在信号放大器106的输出侧与钳位电路107的输 入侧之间插入电容器301 。基于反馈系统构成的钳位电压生成电 路302将A/D转换器108的输出侧连接至钳位电路107 。
将从摄像元件10 3发送的图像信号发送到模拟信号处理电 路104。 CDS电路105采样并保持发送到模拟信号处理电路104 的图像信号，并且信号放大器106将预定增益施加到图像信号。 然后，使从信号放大器106输出的图像信号通过电容器301,从 而去除图像信号的直流(DC)分量。然后，将该图像信号发送到 钳位电路107。钳位电^各107基于从钳位电压生成电路302输出的 钳位控制电压作为基准电压，来对发送到的图像信号进行钳位。
将钳位后的模拟图像信号发送到A/D转换器108,并将其转 换成数字图像信号。作为从模拟信号处理电路104输出的信号， 输出数字图像信号，并且将其发送到钳位电压生成电路302。钳 位电压生成电路302对包括在数字图像信号中的水平OB区域的 输出信号按每行和/或以预定间隔进行积分，并且生成钳位控制 电压，从而^f吏得积分值变为恒定。
因此，在钳位电路107、 A/D转换器108和钳位电压生成电 路302之间生成闭合环路。然后，钳位电压生成电路302设置在 反馈时间处使用的时间常数(反馈增益)，并且进行反馈控制， 使得从模拟信号处理电路104输出的数字图像信号的OB电平变 为恒定。图5是示出根据第 一 实施例进行的垂直暗阴影校正的示例 过程的流程图。当设置了静止图像拍摄模式时，开始与步骤
S501相对应的处理。
在步骤S501中，信号放大器106设置增益，并进行初始设 置，该初始设置包括如光圏值、曝光时间等拍摄条件。
在步骤S 5 0 2中，系统控制单元118判断由温度检测单元121 检测到的摄像元件103的温度和/或设置在其周围的电路的温度 是否等于和/或高于阈值。如果检测到的温度等于和/或高于阈 值，则处理进入步骤S510。否则，处理进入步骤S503。
在步骤S503中，判断由累计时间设置单元122设置的摄像 元件10 3的累积时间的值是否等于和/或大于阈值。如果判断为 所设置的累积时间值等于和/或大于阈值，使得进行长曝光，则 处理进入步骤S510。否则，处理进入步骤S504。
在步骤S504中，判断由信号放大器106设置的增益的值是 否小于阈值。如果判断为所设置的增益的值小于阈值，则处理 进入步骤S510。如果判断为所设置的增益的值等于和/或大于阈 值，则处理进入步骤S505。
因此，当摄像元件103的环境温度小于阈值并且摄像元件 103的累积时间的值小于阈值时，判断为极有可能在有效像素部 204中仅出现少量暗电流。在这种情况下，处理进入步骤S505。 否则，判断为极有可能在有效像素部204中出现大量暗电流。在 这种情况下，处理进入步骤S510。根据上述实施例，当进行判 断的值任意之一大于阈值时，处理进入步骤S510。然而，可以 在不限于上述实施例的情况下实现本发明。也就是说，当进行 判断的值中的至少两个大于阈值时，处理可以进入步骤S510。 此外，可以将点数赋予这些值中的每个值，使得当总点数大于 阈值时，处理进入步骤S510。
在步骤S505中，系统控制单元118将第一计算区域205和第 二计算区域206中的每个确定为钳位电压生成电路302所参考的 区域，从而生成钳位控制电压。
如果很少出现暗电流，则在包括至少一个第一OB像素的第 一计算区域205的电平与包括至少一个第二OB像素的第二计算 区域206的电平之间的差小，其中，在从第一OB像素输出的信 号中包括暗电流，在从第二OB像素输出的信号中不包括暗电 流。因此，按每行和/或以预定间隔对第一计算区域205和第二 计算区域206两者的输出信号进行积分，并且能够生成钳位控制 电压，从而使得积分值变为恒定。结果，可以增加用于生成钳 位电压的水平0 B区域的像素数，并且能够降低每行的钳位电压 的偏差。
在步骤S506中，系统控制单元118将钳位电压生成电路302 的反馈增益的值设置为比在后面将说明的步骤S511中设置的 反馈增益的值高的值。这是因为估计出很少出现暗电流从而使 得在水平OB区域中很少出现由暗电流引起的缺陷，并且即使增 加反馈增益在图像中出现水平线的可能性也很小。
此外，随着由信号放大器106设置的增益增加，出现具有高 频率的垂直暗阴影的可能性也随之增加。因此，如果判断为增 益值等于和/或大于阈值，则处理进入步骤S505和S506,并且将 反馈增益设置为高的值。
在步骤S507中，驱动电路111根据从系统控制单元118发出 的指令来控制机械快门102,并且定时信号生成电路110通过控 制摄像元件103来进行拍摄。然后，将由摄像元件103获得的模 拟图像信号发送到模拟信号处理电路104。模拟信号处理电路 104的钳位电压生成电路302通过使用第 一 计算区域205和第二 计算区域206中的每个的输出信号来生成钳位电压，并且校正沿
垂直方向生成的暗阴影分量。然后，将已经进行了暗阴影校正 的图像信号转换成数字图像信号，并且将其发送到数字信号处
理电路112。
在步骤S508中，数字信号处理电路112计算摄像元件103的 第 一计算区域205的输出信号的平均值。
在步骤S509中，对从有效像素部输出的图像信号统一进行 偏移校正，使得在步骤S508中计算出的平均值变成暗电平的基 准值，并且处理进入步骤S513。
在步骤S513中，数字信号处理电路112将校正后的数字图 像信号输出到图像存储器113、记录电路115或者显示电路117 中的每个，并且对关于拍摄到的图像的数据进行显示处理和/ 或记录处理。
另一方面，在步骤S510中，系统控制单元118仅将第一计 算区域205确定为钳位电压生成电路302参考的区域，从而生成 钳位控制电压。
如果出现了某种程度的暗电流，则在包括第一OB像素的第 一计算区域205的电平与包括第二OB像素的第二计算区域206 的电平之间的差增大，其中，第一OB像素的输出信号包括暗电 流，第二OB像素的输出信号不包括暗电流。因此，正如第一水 平OB部202 ，当对出现某种程度的暗电流的有效像素部204的输 出信号进行校正时，使用不包括暗电流的第二水平OB部203的 输出信号是不恰当的。因此，钳位电压生成电路302应当通过仅 使用第一水平OB部202的第一计算区域205来生成钳位控制电 压。
在步骤S511中，系统控制单元118将钳位电压生成电路302 的反馈增益设置为比在步骤S 5 0 6中设置的反馈增益的值低的 值。由于估计出出现了某种程度的暗电流，因此进行上述处理，
使得钳位控制电压不容易受到由暗电流引起的缺陷像素的影响。
在步骤S512中，驱动电路111根据从系统控制单元118发出 的指令来控制机械快门102,并且定时信号生成电路110通过控 制摄像元件103来进行拍摄。然后，将由摄像元件103获得的模 拟图像信号发送i 'j模拟信号处理电路10 4 。模拟信号处理电路 104的钳位电压生成电路302仅对第 一计算区域205的输出信号 按每行和/或以预定间隔进行积分，生成钳位控制电压从而使得 积分值变为恒定，并校正沿垂直方向生成的暗阴影分量。然后， 将已经进行了暗阴影校正的图像信号转换成数字图像信号，并 将其发送到数字信号处理电路112。然后，处理进入上述步骤 S513,从而对关于拍摄到的图像的数据进行显示处理和/或记录 处理。
因此，根据第一实施例，模拟信号处理电路104根据摄像元 件103的温度和/或设置在其周围的电路的温度、摄像元件103 的累积时间以及信号放大器10 6的增益，在所参考的水平0 B区 域之间切换，从而获得钳位控制电压。
尽管已经参考图l至图5说明了根据第一实施例的摄像设 备，但可以以各种形式来实现本发明，而不限于第一实施例。
例如，钳位电压生成电路302的反馈增益的设置值可以根据 所参考的区域的大小而改变，从而生成钳位控制电压。随着所
参考的水平OB区域的大小增加，反馈增益的值可以增加，从而 生成钳位控制电压。此外，随着水平OB区域的大小减小，反馈 增益的值可以减小。
在其它情况下，即使为了生成钳位控制电压所参考的水平 OB区域的大小减小，如果能够假定信号放大器106的增益低并 且水平0 B区域的输出信号稳定，则反馈增益的值也可以增加。
第二示例性实施例
图4是示出在本发明的第二实施例中使用的数字信号处理 电路112的例子的框图。
在第二实施例中，通过使用上述数字信号处理电路112来进 行数字垂直阴影校正操作和暗偏移(dark offset)钳位操作。
在图4中，数字信号处理电路112包括第一数字信号处理单 元401、暗偏移钳位电路402和第二数字信号处理单元403。
第 一数字信号处理单元401对从模拟信号处理电路104输出
的图像信号进行包括各种类型的阴影校正等的校正。
暗偏移钳位电路402对从第 一数字信号处理单元401输出的 图像信号进行偏移校正，从而校正暗电平。暗偏移钳位电路402 包括并列连接到第 一数字信号处理电路401的输出侧的存储器 404和开关405。暗偏移钳位电路402还包括通过开关405连接到 第一数字信号处理单元401的平均化电路406。此外，暗偏移钳 位电路402包括连接到存储器404和平均化电路406中的每个的 输出侧的减法器407以及连接到减法器407的输出侧的加法器 408。
第二数字信号处理单元4 0 3对从暗偏移钳位电路4 0 2的加法 器408输出的图像信号进行伽玛处理、白平衡处理等。
首先，将从模拟信号处理电路10 4输出的数字图像信号发送 到第一数字信号处理单元401。第一数字信号处理单元401对发 送至其的数字图像信号进行包括水平阴影校正、垂直暗阴影校
正等各种类型的校正。
具体地，如下进行垂直暗阴影校正。将从模拟信号处理电 路10 4输出的数字图像信号以行为单位发送到第 一 数字信号处 理单元401。第一数字信号处理单元401计算包括在每行的数字 图像信号中的水平OB区域的输出信号的平均值，并且根据需要
将关于平滑化后的平均值的数据确定为用于进行垂直阴影校正 的校正数据。
接着，从各行的有效像素部2 0 4发送的图像信号中减去与各 行相对应的校正数据。通过对每行进行相同的校正来完成垂直 暗阴影校正。
将从第一数字信号处理单元401输出的图像信号进一步发 送到暗偏移钳位电^各402 。暗偏移4甘位电路402对图 <象信号进行 暗电平的偏移校正。首先，存储器404存储从第一数字信号处理 单元401发送的有效像素部204的图像信号。
当读取第 一 计算区域205的输出信号时，暗偏移钳位电路 4 02使开关4 0 5保持接通状态，并且将上述输出信号发送到平均 化电路406。平均化电路406计算第 一 计算区域205的输出信号的 平均值。将关于计算出的平均值的数据发送到减法器407，从而 从自存储器404输出的图像信号的值中减去该关于计算出的平 均值的数据。然后，将减去了第一计算区域205的平均值的图像 信号发送到加法器408,在该加法器408中添加预定偏移值。因 此，基于第 一计算区域205的输出信号的平均值来确定整个有效 像素部204的图像信号的DC分量。
将从暗偏移钳位电路402输出的图像信号发送到第二数字 信号处理单元403。第二数字信号处理单元403对图像信号进行 包括伽玛处理、白平衡处理等所谓的显影处理。
这里，代替第一数字信号处理单元401,第二数字处理单元 403可以进行数字垂直阴影校正。当第二数字信号处理单元403 进行数字垂直阴影校正时，将关于摄像元件103的整个像素区域 的图像信号的数据存储在第二数字信号处理单元403的存储器 电路(未示出)中。然后，第二数字信号处理单元403提取关于包 括在上述图像信号中的水平OB部的图像信号的数据，计算所提
取的图像信号的垂直投影数据，并将计算出的垂直投影数据确 定为校正数据。
图7是示出根据第二实施例进行的垂直暗阴影校正的示例
过程的流程图。当设置了静止图像拍摄模式时，开始与步骤
S701相对应的处理。
在步骤S701中，信号放大器106设置增益，并进行初始设 置，该初始设置包括如光圏值、曝光时间等拍摄条件。
在步骤S702中，驱动电路111基于从系统控制单元118发出 的指令来控制机械快门102，并且定时信号生成电路110通过控 制摄像元件103来进行拍摄。
在步骤S 7 0 3中，系统控制单元118判断由温度检测单元121 检测到的摄像元件103的温度和/或设置在其周围的电路的温度 是否等于和/或高于阈值。如果检测到的温度的值等于和/或高 于阈值，则处理进入步骤S710。如果检测到的温度的值低于阈 值，则处理进入步骤S704。
在步骤S704中，判断由累积时间设置单元122设置的摄像 元件103的累积时间的值是否等于和/或大于阈值。如果判断为 所设置的累积时间值大于阈值，使得进行长曝光，则处理进入 步骤S710。否则，处理进入步骤S705。
在步骤S705中，判断由信号放大器106设置的增益的值是 否小于阈值。如果判断为所设置的增益的值小于阈值，则处理 进入步骤S710。如果判断为所设置的增益的值等于和/或大于阈 值，则处理进入步骤S706。
因此，当摄像元件103的环境温度的值和/或设置在其周围 的电路的环境温度的值小于阈值并且摄像元件10 3的累积时间 的值小于阈值时，判断为极有可能在有效像素部204中仅出现少 量暗电流。在这种情况下，处理进入步骤S706。否则，判断为
极有可能在有效像素部204中出现大量暗电流。在这种情况下， 处理进入步骤S710。根据上述实施例，当进行判断的值中任何 之一大于阈值时，处理进入步骤S710。然而，在不限于上述实 施例的情况下可以实现本发明。也就是说，当进行判断的值中 的至少两个值大于阈值时，处理可以进入步骤S710。此外，可 以将点数赋予这些值中的每个，从而使得当总点数大于阈值时， 处理进入步骤S710。
在步骤S706,系统控制单元118将第 一 计算区域205和第二 计算区域206中的每个确定为第一数字信号处理单元401所参考 的区域，从而计算水平OB区域的输出信号的平均值。第一数字 信号处理单元401计算包括在每行的数字图像信号中的第 一计 算区域205和第二计算区域206的输出信号的平均值，并且将关 于平均值的数据确定为校正数据。
如果很少出现暗电流，则可以降低包括至少一个第一OB 像素的第一计算区域205的电平与包括至少一个第二OB像素的 第二计算区域206的电平之间的差，其中，在从第一OB像素输 出的信号中包括暗电流，在从第二OB像素输出的信号中不包括 暗电流。因此，通过使用第一计算区域205和第二计算区域206 两者的输出信号的平均值，能够生成校正数据。结果，可以增 加用于生成校正数据的水平OB区域的像素数，并且能够降低针 对每行所生成的校正数据中的偏差。此外，还可以通过不进行 后面将说明的步骤S712中的校正数据平滑化来校正具有高频 率的垂直阴影。
此外，随着信号放大器106设置的增益增大，出现具有高频 率的垂直暗阴影的可能性也随之增大。因此，如果在步骤S705 判断为增益值等于和/或大于阈值，则处理进入步骤S706,并且
据平滑化。
在步骤S707中，第一数字信号处理单元401从自有效像素 部204输出的图像信号中减去该校正数据，并且进行垂直暗阴影 校正。
在步骤S708中，暗偏移钳位电路402的平均化电路406计算 第 一 计算区域2 0 5的输出信号的平均值。
在步骤S709中，暗偏移钳位电路402的减法器407从图像信 号中减去在步骤S708中计算出的平均值，并且加法器408将预 定偏移值与图像信号相加。下面说明在步骤S709中进行钳位的 原因。也就是说，由于在步骤S706从图像数据中减去的校正数 据包括从第二计算区域205发送的、不包括暗电流的输出信号， 因此应当对暗电流进4亍补偿。
在步骤S715中，第二数字信号处理单元403通过对图像信 号进行伽玛处理、白平衡处理等来生成图像数据，将该图像数 据发送到图像存储器113、记录电路115或显示电路117,并且对
关于拍摄到的图像的数据进行显示处理和/或记录处理。
另一方面，在步骤S710中，系统控制单元118仅将第 一计 算区域205确定为第一数字信号处理单元401所参考的区域，从 而计算水平OB区域的数字信号的平均值。第一数字信号处理单 元4 01计算包括在每行的数字图像信号中的第 一 计算区域2 0 5的
输出信号的平均值，并且将关于平均值的数据确定为校正数据。 如果可能出现某种程度的暗电流，则包括第一OB像素的第 一计算区域205的电平与包括第二OB像素的第二计算区域206 的电平之间的差增大，其中，第一OB像素的输出信号包括暗电 流，第二OB像素的输出信号不包括暗电流。因此，正如第一水 平OB部202 ，当对出现某种程度的暗电流的有效像素部204的输 出信号进行校正时，使用不包含暗电流的第二水平OB部的输出
信号是不恰当的。因此，第一数字信号处理单元应当通过仅使
用第 一 水平OB部202的第 一计算区域205来生成校正数据。
在步骤S711中，系统控制单元118判断在生成图像信号时所 需要的、摄像元件103的累积时间是否等于和/或大于阚值。如 果累积时间等于和/或大于阈值，则处理进入步骤S712。否则， 处理进入步骤S714。
在步骤S712中，第 一数字信号处理单元401通过对与多个 行相对应的校正数据进行平均，来使该校正数据平滑化。当摄 像元件103的累积时间长时，出现由暗电流导致的缺陷像素的可 能性增大。因此，通过使用与多个行相对应的校正数据来使该 校正数据平滑化，从而防止仅过度校正关于出现缺陷像素的行 的数据。
图6A、 6B、 6C和6D用于示例性示出如何对校正数据进行 平滑化。
图6A示意性示出水平0B部的像素区域的结构。在图6A中， 为了简便，计算区域仅包括单个缺陷像素，该缺陷像素的输出 大于设置在该缺陷像素周围的像素的输出。此外，其它像素的 输出信号中的每个输出信号不包括噪声分量，并且输出信号的 值一致。
图6B示出根据图6A中示出的水平OB部所生成的垂直投影 数据，并且包括每行的像素的平均输出值。如从图6B清晰可见， 仅与包含缺陷像素的行相对应的垂直投影数据的值大于与其它 行相对应的垂直投影数据的值。如果将较大值的垂直投影数据 照原样用于垂直阴影校正，则对包括缺陷像素的行进行适合于 比用于校正的本来值大的值的校正。结果，在校正后获得的图 像中出现与比本来值小的值相对应的水平线。
图6C和6D中的每个示出对图6B中示出的垂直投影数据进行平滑化的结果。通过对包括用于校正的行和在用于校正的行
两旁的两个行的三个行的值进行平均，来对图6C中示出的垂直 投影数据进行平滑化。此外，通过对包括用于校正的行和在用 于校正的行两旁的四个行的五个行的值进行平均，来对图6 D中 示出的垂直投影数据进行平滑化。更具体地，在用于校正的行 的一侧设置该四个行中两个行，并且在用于校正的行的另 一侧 设置其它两行。在图6C和6D的每个中，缺陷像素对垂直投影数 据的影响变得无关紧要。此外，随着用于平滑化垂直投射数据 的行数增加，缺陷像素影响变得愈发无关紧要。对与每行相对 应的校正数据进行上述平滑化。
然而，如果用于进行上述平滑化的行数不必要地增加，则 难于校正如紧密生成的水平条紋等具有高频率的垂直阴影，该 垂直阴影以比用于进行上述平滑化的行数之间的间隔小的间隔 出现。
因此，可以通过根据拍摄环境来改变平滑化的程度，如仅 在容易出现明显缺陷的高温时间和/或长曝光时间时增加用于 进行平滑化的行数等，来以提高的效率实现垂直阴影校正。
现在回来参考图7，在步骤S713中，第一数字信号处理单 元401将平均化后的校正数据乘以预定系数，从而获取新的校正 数据。
在步骤S714中，第 一数字信号处理单元401通过从自有效 像素部204输出的图像信号中减去在步骤S711和/或步骤S713中 获得的校正数据来进行暗阴影校正。由于在步骤S714中进行的 暗阴影校正未使用第二计算区域206的不包括暗电流的输出信 号，则可以不进行在步骤S709中进行的偏移校正。因此，在步 骤S714中进行暗阴影校正之后，处理进入步骤S715。
因此，根据第二实施例，第一数字信号处理单元401根据摄
像元件103的温度和/或设置在其周围的电路的温度、摄像元件 103的累积时间以及信号放大器106的增益，在所参考的水平OB 区域之间进行切换，从而计算暗阴影的校正值。
此外，尽管在第二实施例中不对在步骤S706中计算出的校 正数据进行平滑化，但可以进行平滑化。然而，对于校正具有 高频率的垂直阴影，用于进行平滑化的校正数据的行数应当小 于在步骤S712中使用的行数。
此外，根据第一实施例和第二实施例中的每个，基于摄像 元件103的温度和/或设置在其周围的电路的温度、摄像元件103 的累积时间以及信号放大器10 6的增益值，来确定所参考的水平 OB区域。然而，在不限于上述实施例的情况下可以实现本发明。 例如，如果能够估计出由于其它因素，例如正如长时间使用设 置在摄像设备中的液晶监视器的情况，摄像元件103的暗电流增 加，则可以根据上述因素来在用于进行暗阴影校正的水平OB 区域之间进行切换。
尽管已经参考典型实施例说明了本发明，但是应该理解， 本发明不限于所公开的典型实施例。所附权利要求书的范围符 合最宽的解释，以包含所有这类修改、等同结构和功能。
权利要求
1.一种摄像设备，包括摄像元件，其包括有效像素部和遮光像素部，其中所述有效像素部用于接收被摄体的光学图像并生成图像信号，所述遮光像素部包括被遮光的多个像素部；信号处理单元，用于设置从所述有效像素部发送的输出信号的基准电平；以及控制单元，用于基于所述摄像元件的累积时间、所述摄像元件的环境温度、以及从所述摄像元件输出的信号的增益至少之一，来在设置在所述遮光像素部中的用于设置所述基准电平的至少两个区域之间切换，其中，所述遮光像素部包括具有不同结构的第一遮光像素部和第二遮光像素部，以及其中，所述控制单元在使用所述第一遮光像素部作为用于设置所述基准电平的区域的情况与使用所述第一遮光像素部和所述第二遮光像素部中的每个作为用于设置所述基准电平的区域的情况之间切换。
2. 根据权利要求l所述的摄像设备，其特征在于，在所述 第一遮光像素部和所述第二遮光像素部中，仅所述第一遮光像 素部包括至少 一 个光电转换元件。
3. 根据权利要求l所述的摄像设备，其特征在于， 所述第一遮光像素部和所述第二遮光像素部中的每个包括至少一个光电转换元件，以及其中，在所述第一遮光^f象素部和所述第二遮光像素部中， 仅所述第一遮光像素部包括至少一个用于输出由所述光电转换 元件生成的电荷的层。
4. 根据权利要求2所述的摄像设备，其特征在于，当所述摄像元件的累积时间小于阈值时，所述控制单元通 过使用所述第一遮光像素部和所述第二遮光像素部中的每个的 输出信号来设置所述基准电平，以及其中，当所述摄像元件的累积时间至少等于或大于所述阈 值时，所述控制单元通过仅使用所述第 一 遮光像素部的输出信 号来设置所述基准电平。
5. 根据权利要求2所述的摄像设备，其特征在于，当所述摄像元件的环境温度低于阈值时，所述控制单元通 过使用所述第一遮光像素部和所述第二遮光像素部中的每个的 输出信号来设置所述基准电平，以及其中，当所述摄像元件的环境温度至少等于或高于所述阔 值时，所述控制单元通过仅使用所述第 一遮光4象素部的输出信 号来设置所述基准电平。
6. 根据权利要求2所述的摄像设备，其特征在于，当从所述摄像元件输出的信号的增益至少等于或大于阈值 时，所述控制单元通过使用所述第一遮光像素部和所述第二遮光像素部中的每个的输出信号来设置所述基准电平，以及其中，从所述摄像元件输出的信号的增益小于所述阔值时， 所述控制单元通过仅使用所述第 一 遮光像素部的输出信号来设 置所述基准电平。
7. 根据权利要求3所述的摄像设备，其特征在于，当所述摄像元件的累积时间小于阈值时，所述控制单元通 过使用所述第一遮光像素部和所述第二遮光像素部中的每个的 输出信号来设置所述基准电平，以及其中，当所述摄像元件的累积时间至少等于或大于所述阔 值时，所述控制单元通过仅使用所述第 一 遮光像素部的输出信 号来设置所述基准电平。
8. 根据权利要求3所述的摄像设备，其特征在于， 当所述摄像元件的环境温度低于阈值时，所述控制单元通 过使用所述第一遮光像素部和所述第二遮光像素部中的每个的 输出信号来设置所述基准电平，以及其中，当所述摄像元件的环境温度至少等于或高于所述阈 值时，所述控制单元通过仅使用所述第 一 遮光像素部的输出信 号来设置所述基准电平。
9. 根据权利要求3所述的摄像设备，其特征在于，当从所述摄像元件输出的信号的增益至少等于或者大于阈 值时，所述控制单元通过使用所述第一遮光像素部和所述第二 遮光像素部中的每个的输出信号来设置所述基准电平，以及其中，当从所述摄像元件输出的信号的增益小于所述阈值 时，所述控制单元通过仅使用所述第 一 遮光像素部的输出信号 来设置所述基准电平。
10. 根据权利要求l所述的摄像设备，其特征在于，所述信号处理单元包括基于反馈系统形成的钳位电路，所 迷钳位电路用于基于所述遮光像素部的信号来调整所述有效像 素部的输出信号的基准电平，以及其中，所述信号处理单元基于所述摄像元件的累积时间、 所述摄像元件的环境温度、以及从所述摄像元件输出的信号的 增益至少之一，来改变反馈增益。
11. 根据权利要求10所述的摄像设备，其特征在于，当所 述摄像元件的累积时间小于阈值时，所述钳位电路将所述反馈 增益设置为比在所述累积时间等于和/或大于所述阈值时获得 的值高的值。
12. 根据权利要求10所述的摄像设备，其特征在于，当所 述摄像元件的环境温度低于阈值时，所述钳位电路将所述反馈 增益设置为比在所述环境温度至少等于和/或高于所述阈值时 获得的值高的值。
13. 根据权利要求10所述的摄像设备，其特征在于，当从 所述摄像元件输出的信号的增益至少等于或大于阈值时，所述 钳位电路将所述反馈增益设置为比在从所述摄像元件输出的信 号的增益小于所述阈值时获得的值高的值。
14. 根据权利要求l所述的摄像设备，其特征在于，所述信号处理单元针对所述摄像元件的每行计算所述有效 像素部的信号的基准电平，以及其中，所述信号处理单元基于所述摄像元件的累积时间、 所述摄像元件的环境温度、以及从所述摄像元件输出的信号的 增益至少之一，来判断是否对所述基准电平进行平滑化。
15. 根据权利要求14所述的摄像设备，其特征在于，当所 述摄像元件的累积时间小于阈值时，所述信号处理单元不对所 述基准电平进行平滑化，以及当所述累积时间等于和/或大于所 述阈值时，所述信号处理单元对所述基准电平进行平滑化。
16. 根据权利要求14所述的摄像设备，其特征在于，当所 述摄像元件的环境温度低于阈值时，所述信号处理单元不对所 述基准电平进行平滑化，以及当所述环境温度至少等于和/或高 于所述阈值时，所述信号处理单元对所述基准电平进行平滑化。
17. 根据权利要求14所述的摄像设备，其特征在于，当从 所述摄像元件输出的信号的增益至少等于或大于阈值时，所述 信号处理单元不对所述基准电平进行平滑化，以及当从所述摄 像元件输出的信号的增益小于所述阈值时，所述信号处理单元 对所述基准电平进行平滑化。
全文摘要
提供了一种用于与拍摄条件和/或拍摄环境无关地进行具有提高的精确度的垂直暗阴影校正的摄像设备。该摄像设备包括摄像元件，其具有包括未被遮光的多个像素部的有效像素部以及包括被遮光的多个像素部的遮光像素部；信号处理单元，用于设置从有效像素部发送的输出信号的基准电平；以及控制单元，用于基于拍摄条件和/或环境条件，在设置在遮光像素部中的用于设置基准电平的多个区域之间进行切换。
文档编号H04N5/353GK101374195SQ20081013492
公开日2009年2月25日 申请日期2008年8月7日 优先权日2007年8月9日
发明者铃木聪史 申请人:佳能株式会社