专利名称：固态成象装置的象素缺陷检测器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种设置在固态成象装置，诸如CCD中的象素缺陷检测器，用以自动检测在该固态成象装置中产生的缺陷。
在先有技术中，一般都知道，固态成象装置，诸如CCD等的质量可能由于制造过程中在其中产生的局部晶体缺陷(亦称“瑕疵”)而恶化。另外，出厂后由于宇宙射线的照射在固态成象装置中还会产生额外的瑕疵。这样的瑕疵可以分类为白瑕疵和黑瑕疵。
图6示出说明设置在固态成象装置中的不同光电传感器(亦称“象素”)响应入射光量的输出特性的曲线图。图6中，实线A代表正常象素的输出特性，虚线B代表具有白瑕疵的象素的输出特性，而点划线C代表具有黑瑕疵的象素的输出特性。正如从虚线B代表的输出特性可以看到的，白瑕疵是一种致使偏压总加在象素输出上的缺陷。此外，正如从点划线C代表的输出特性可以看到的，黑瑕疵是一种会使象素的灵敏度降低的缺陷。
先有技术中已经提出了各种传统的装置和方法，用来检测象素中的这种缺陷，并校正这样的象素的输出。
例如，日本公开让公众审查的公告No.8-195909中公开了一种装置，它包括ROM(只读存储器)，用来储存代表出厂前已经存在的CCD瑕疵的位置和电平的数据；和EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)，用来储存代表出厂后额外产生的CCD瑕疵的位置和电平的数据。按照这种装置，根据储存在ROM中的数据和储存在EEPROM中的数据对有瑕疵的CCD的输出进行校正。
日本公开让公众审查的公告No.7-7675中公开了一种技术，其中在对CCD的输出信号进行反γ校正之后进行CCD瑕疵的检测。之所以要进行反γ校正，是因为一旦进行γ校正，CCD的输出信号中由于瑕疵而出现的错误量减少了，因而瑕疵检测困难。
日本公开让公众审查的公告No.61-8666中公开了一种用同一行或列上的另一个象素的输出信号替换有瑕疵的象素的输出信号的技术。
但是，在先有技术中，不是在出厂之前就是在出厂之后进行的固态成象装置中瑕疵的检测需要用来产生入射在所述器件上的不同电平(暗到亮)的基准光的基准光发生器、一种辅助系统等。另外，在先有技术中，象素中瑕疵的检测和对该象素的输出的校正，除专业操作者以外，对任何一个人来说可能都是困难的。这些操作远非用户用一般方法能够完成的。
按照本发明的一个方面，一种固态成象装置的象素缺陷检测器包括所设置的多个光电传感器。该象素缺陷检测器包括计算部分，用来获得目标光电传感器的关于入射其上的不同光量的输出特性，以便根据其输出特性确定该受检光电传感器是否存在缺陷。
在本发明一个实施例中，象素缺陷检测器还包括图形存储器，用来储存光电传感器的输出信号。所述计算部分利用储存在该图形存储器中的受检光电传感器的输出信号来确定受检光电传感器的输出特性。
在本发明一个实施例中，分别用受检光电传感器的响应入射其上的不同光量的多个输出信号来表示受检光电传感器的输出特性。
按照本发明的另一个方面，提供一种用于包括多个光电传感器的固态成象装置的象素缺陷检测器。该象素缺陷检测器包括图形存储器，用来储存分别响应入射其上的不同光量的受检光电传感器的输出；和计算部分，用来根据入射光量、受检光电传感器的输出和下列表达式(1)，确定受检光电传感器的光电系数a和在无入射光量的情况下受检光电传感器的偏移输出电平b，以便把光电系数a和偏移输出电平b分别与预定的基准光电系数a0和预定的基准偏移输出电平b0相比，由此确定受检光电传感器是否存在缺陷
y(x)＝ax+b ...(1)式中y(x)代表受检光电传感器的输出，而x代表入射光量。
在本发明的一个实施例中，象素缺陷检测器还包括光学系统，用来把图形投射在该固态成象装置上。在光学系统相对于该固态成象装置散焦的情况下确定光电传感器的输出。
在本发明一个实施例中，入射在受检光电传感器上的光量包括没有光入射在固态成象装置上的入射光量，和另一个使固态成象装置处于接近溢出(overflow)状态的入射光量。
在本发明的一个实施例中，通过把预定的基准光电系数a0、预定的基准偏移输出电平b0和基准输出信号y0加到下列表达式(2)来确定入射光量xx＝(y0-b0)/a0...(2)在本发明的一个实施例中，把输出y0设置为与受检光电传感器相邻的多个光电传感器的各输出当中的中值。
在本发明的一个实施例中，所述相邻的光电传感器只包括那些在准备显示的多种颜色中显示与受检光电传感器所显示的相同颜色的光电转感器。
在本发明的一个实施例中，通过把受检光电传感器的光电系数a、受检光电传感器的偏移输出电平b、基准光电系数a0和基准偏移输出电平b0加到表达式(3)来确定受检光电传感器中是否存在缺陷若|a0-a|＜Δa和|b0-b|＜Δb，则无缺陷 ...(3)式中Δa和Δb是预定的阈值。
在本发明的一个实施例中，受检光电传感器的缺陷存在与否及类型是通过把受检光电传感器的光电系数a、受检光电传感器的偏移输出电平b、基准光电系数a0和基准偏移输出电平b0加到表达式(4)来确定的若|a0-a|＜Δa和|b0-b|＜Δb，则无缺陷；
若|a0-a|≥Δa，则为黑瑕疵；而若|b0-b|≥Δb，则为白瑕疵 ...(4)式中Δa和Δb是预定的阈值。
在本发明的一个实施例中，基准光电系数a0和基准偏移输出电平b0是针对准备显示的颜色中的每一种规定的。
在本发明的一个实施例中，象素缺陷检测器还包括确定部分，用来根据受检光电传感器的地址数据确定受检光电传感器要显示的颜色。基准光电系数a0和基准偏移输出电平b0是根据该确定部分的确定结果来规定的。
这样，这里所描述的本发明就使为固态成象装置提供一种不需要基准光发生器、特殊的辅助系统等的象素缺陷检测器的优点成为可能的，并藉此使用户可以容易地进行该项检测。
当参考附图阅读和理解以下的详细描述时，本专业的技术人员将明白本发明的这些和其它优点。
图1是举例说明光电传感器的输入/输出特性的曲线图；图2是举例说明按照三原色Bayer图案的滤色器中三原色装置的平面视图；图3是举例说明包括按照本发明一个实施例的象素缺陷检测器的数字式静止照相机的方框图；图4是举例说明由图3所示装置完成的程序的流程图；图5是举例说明设置在图3所示的装置中的切换模块的方框图；而图6是举例说明光电传感器输入/输出特性的曲线图。
下面将首先一般地描述本发明。
如上所述，先有技术令来自基准光发生器的基准光照在整个固态成象装置上，利用特殊的辅助系统根据固态成象装置的输出信号检测有缺陷的象素，然后对这样的象素的输出进行校正，这样一种程序远非用户以一般方法所能完成的。
本发明假定不使用基准光发生器来施加基准光。在这样一种情况下，照射在固态成象装置上的入射光量便无法确定，有缺陷的象素无法通过简单地把一个象素的输出信号与相邻的另一象素的输出比较来识别。例如，参见图1的曲线图，当把正常的(亦即，无瑕疵的)象素响应入射光量的输出特性f1(x)与有黑缺陷的象素响应入射光量的输出特性f2(x)比较时，输出特性f1(x)和输出特性f2(x)之间的差值(例如，Δy1或Δy2)随着入射光量而变化。因此，除非能够准确地确定入射光量，否则有瑕疵的象素便无法根据这样的差值来识别。当有人试图仅仅根据输出特性f1(x)和输出特性f2(x)之间的一个差值来确定是否存在瑕疵时，瑕疵是否存在是无法精确确定的，因为白瑕疵和黑瑕疵无法准确地彼此区分。
于是，按照本发明，有瑕疵的象素利用描绘固态成象装置的输出特性的下列表达式(1)的函数来识别。
y(x)＝ax+b ...(1)这里，y(x)表示被检验的象素(或光电传感器)(下文称作“受检象素”)的输出电平，x表示入射光量，a表示该象素的光电系数，b表示无入射光时该象素的偏移输出电平。
当把一个正常的象素的函数与另一个正常象素的函数比较时，对于一个象素的系数a和b的数值分别接近另一个象素的值。此外，每一个正常象素的系数a和b的数值基本上与平均基准光电系数a0和平均基准偏移输出电平b0相等。对于有黑瑕疵的象素，光电系数a小于基准光电系数a0。对于有白瑕疵的象素，偏移输出电平b大于基准偏移输出电平b0。
一个象素的光电系数a和偏移输出电平b是一个常数，而与照射其上的入射光量无关。因此，可以通过获得该象素的上述函数来确定象素缺陷的存在与否及其类型。
当把N个不同的入射光量(从暗到亮)x0，x1，...，xN-1加在受检象素上，以此获得与该受检象素对应的N个输出电平y0，y1，...，yN-1时，该受检象素的输入/输出关系可以用下列表达式(5)表达，后者是在上述表达式(1)的基础上获得的。
通过利用最小二乘方法，把照射在受检象素上的入射光量xi和对于该光量x的实际输出电平yi代入下列的表达式(7)，在把用下列表达式(6)求出的误差平方和σ最小化(关于最小二乘方法，例如，见“Sensor and Signal Processing System II(传感器和信号传输系统II”，pp.10-11，1985，日本机械工程师版，Asakura Shoten出版)的条件下，即可求出该象素的光电系数a和偏移输出电平b。σ=Σi=0N-1(y(xi)-yi)2---(6)]]>Σxi2ΣxiΣxiNab=ΣxiyiΣyi---(7)]]>因为在本发明中不是使用基准光发生器，所以照射在受检象素上的入射光量xi不是基准光量，并因而不易规定。所以，在从上述表达式(7)求出光电系数a和偏移输出电平b之前，要估算入射光量xi。
为了估算照射在受检象素上的入射光量xi，用以下方法检验受检象素和预定象素区域内相邻象素的输出。本说明书所用“象素区域”一词指的是在成象屏幕上规定的区域，其中包括若干个包括受检象素在内的象素。检验所述数目的象素中的一些或全部的输出电平，以估算照射在受检象素上的入射光量。例如，检验受检象素和位于受检象素上面、下面、左侧和右侧的其它相邻的象素的输出。若具有相同类型缺陷的象素数目小于或等于所选象素数目的一半，则有可能通过由下列表达式(8)描述的中值滤波器获得所选象素输出电平的中值y0来获得正常象素的输出电平。
当y2＜y3＜y1＜y4＜y5时，
这里，yi(i＝1，…，5)表示从同一象素区域选出的5个象素的输出电平。
例如，式中y1表示正常象素的输出电平，y2和y3表示具有黑瑕疵的象素的输出电平(小于正常象素的输出电平)，y4和y5表示具有白瑕疵的象素的输出电平(大于正常象素的输出电平)，于是，通过中值滤波器获得的中值y0等于正常象素的输出电平y1。作为另一方案，当从象素区域只选出正常象素时，获得正常象素输出电平之间的中值。
一旦得到正常象素的输出电平，就有可能通过把输出电平y0加到下列表达式(2)来获得照射在受检象素上的入射光量x。
x＝(y0-b0)/a0…(2)这里，a0表示各正常象素之中的平均基准光电系数，而b0表示各正常象素之中的平均基准偏移输出电平。
针对所施加N个不同入射光量(从暗到亮)，x0，x1，...，xN-1中的每一个，求出该象素区域中正常象素的输出电平y0。把输出电平y0加到上述表达式(1)，以便计算每一个入射光量x0，x1，...，xN-1。
一旦如上所述地确定照射在受检象素上的入射光量x0，x1，...，xN-1，就有可能通过把所求出的入射光量和响应该入射光量从所述目标象素实际输出的电平y0，y1，...，yN-1加到上述表达式(7)来求出受检象素的光电系数a和偏移输出电平b。
为了显示多种颜色，基准光电系数a0随着准备显示的相应颜色而改变。例如，为了以三原色R，G和B产生彩色显示，可能必须针对每一种原色R，G和B规定基准光电系数a0。在这样的情况下，选择象素区域中的受检象素和处于同一象素区域中并描绘与受检象素同一颜色的象素，用上述表达式(8)求出所选象素之中的中值输出电平。然后，根据上述表达式(1)计算入射光量，并根据上述表达式(7)计算光电系数a。
用分别表示三原色R，G和B的预定的基准光电系数值a0R，a0G和a0B代替上述表达式(1)中的a0。另外，求出的关于三原色R，G和B的光电系数分别用aR，aG和aB表示。
不必求出三原色中每一种原色的偏移输出电平b和基准偏移输出电平b0，但是这些数值可以通用于三原色之间。
在和像本发明一样不使用专门装置，诸如基准光发生器的地方，令均匀的光量入射整个固态成象装置是非常困难的。因此，在本发明中，可能必须使包括受检象素的象素区域的尺寸达到最小，以便让均匀的光量入射整个象素区域。
图2举例说明三原色Bayer图案的滤色器。当采用这样一种滤色器来产生彩色显示时，对于原色R围绕受检象素R1规定象素区域mask1，并从象素区域mask1选择9个象素R1，R0，以获得照射在受检象素上的入射光量。类似地，对于原色B围绕受检象素B1规定象素区域mask2，并从象素区域mask2选择9个象素B1，B0，以获得照射在受检象素上的入射光量。对于原色G围绕受检象素G1规定象素区域mask3或mask4，并从象素区域mask3或mask4选择9个或5个象素G1，G0，以获得照射在受检象素上的入射光量。
使用相对较小的象素区域mask4，以获得照射在受检象素G1上准确的入射光量，因为在三原色中人眼对原色G最为敏感。
用这样的方法，对每一个受检象素求出入射光量和输出电平，以便获得与受检象素所显示的颜色对应的光电系数aR，aG及aB中的一个以及对三原色R，G和B通用的基准偏移输出电平b0。然后，根据下列的表达式(9)，(10)和(11)确定缺陷是否存在及其类型。
在受检象素显示原色R的地方，受检象素具有若|a0R-aR|＜ΔaR而且|b0-b|＜ΔbR，则无缺陷；若|a0R-aR|≥ΔaR，则为黑瑕疵；而若|b0-b|≥ΔbR，则为白瑕疵。
...(9)在受检象素显示原色B的地方，受检象素具有若|a0B-aB|＜ΔaB而且|b0-b|＜ΔbB，则无缺陷；若|a0B-aB|≥ΔaB，则为黑瑕疵；而若|b0-b|≥ΔbB，则为白瑕疵。
...(10)在受检象素显示原色G的地方，受检象素具有若|a0G-aG|＜ΔaG而且|b0-b|＜ΔbG，则无缺陷；若|a0G-aG|≥ΔaG，则为黑缺陷；而若|b0-b|≥ΔbG，则为白缺陷。
...(11)这里，ΔaR，ΔaB，ΔaG及ΔbR，ΔbB，ΔbG是阈值，它们是为相应的原色R，G，B单独规定的，以改善检测和判断的精度。
为了根据上述表达式(7)求出光电系数a和偏移输出电平b，表达式(7)的左侧必须不为0，亦即，下列表达式(12)必须成立。换句话说，上述表达式(5)的一系列N个函数必须是彼此独立的。在接近理想状态(例如，基本上没有白噪声存在的地方)的条件下，一系列N个函数是彼此相关的，于是下列表达式(12)不能成立。因而，光电系数a＝a0，偏移输出电平b＝b0。Σxi2ΣxiΣxiN≠0---(12)]]>
用上述方法，对每一个受检象素确定缺陷是否存在及其类型。然后，若受检象素有缺陷，则对该象素的输出电平进行校正。
加在有白瑕疵的象素的输出上的偏置电压随着温度而变化，而有黑瑕疵的象素灵敏度恶化。因此，简单地在这样的象素的输出上加上或从其中减去一个恒定电压是不能充分地校正该象素的输出的。最好利用一个或多个相邻象素中的每一个的输出信号来校正有缺陷的象素的输出信号。
为了校正有缺陷的象素的输出信号，由于下述原因，利用在水平方向上与受检象素相邻的一个或多个相邻象素中每一个的输出信号，再加上在垂直方向上与受检象素相邻的一个或多个象素的输出信号，比仅仅利用或者在水平方向或者在垂直方向上与受检象素相邻的一个或多个象素的输出信号更为可取。例如，当有缺陷的受检象素位于沿着被成象对象的边缘时，在水平方向上与受检象素相邻的象素的输出很可能与在垂直方向上与受检象素相邻的象素的输出大不相同。在这样的情况下，仅仅利用或者在水平方向上或者在垂直方向上与受检象素相邻的象素的输出信号来校正受检象素的输出信号，会得出虚假的颜色。
此外，最好单独地对准备显示的三原色进行输出电平校正。例如，在显示三原色R，G和B的地方，最好利用三原色Bayer图案的颜色分布对原色G进行比较精确的校正，因为原色G比其它原色R和B更重要。
例如，正如图2中举例说明的，象素区域mask1是围绕受检象素R1为原色R规定的，而象素区域mask2是围绕受检象素B1为原色B规定的。假定受检象素R1和B1校正后的输出电平为y(i，j)，处于同一象素区域内并代表与受检象素R1或B1同一颜色的其余8个象素的输出电平的平均值根据下列表达式(13)确定。
y(i，j)＝[y(i-2，j-2)+y(i，j-2)+y(i+2，j-2)+y(i-2，j)+y(i+2，j)+y(i-2，j+2)
+y(i，j+2)+y(i+2，j+2)]/8 …(13)象素区域mask4是围绕受检象素G1为原色G规定的，亦如图2举例中说明的。假定，受检象素G1校正后的输出电平为y(i，j)，处于同一象素区域内并代表与受检象素G1同一颜色的其它4个象素的输出电平的平均值根据下列表达式(14)确定。
y(i，j)＝[y(i-1，j-1)+y(i+1，j-1)+y(i-1，j+1)+y(i+1，j+1)]/4…(14)在表达式(13)和(14)中，诸如“(i，j)”等符号表示坐标点。
利用相对较小的象素区域mask4来获得受检象素G1的准确的入射光量，因为在三原色中人眼对原色G最敏感。
按照本发明一个实施例的象素缺陷检测器用来检测诸如数字式静止照相机的固态成象装置(例如，CCD)中的象素缺陷。数字式静止照相机设有用来检测象素缺陷的特殊的操作方式。在该特殊方式中，固态成象装置中缺陷的检测是响应用户预定的操作基本上自动地进行的。这样，把有缺陷的象素的位置及其输出特性记录下来。然后，在正常的拍摄方式下，根据所记录的数据校正每一个有缺陷的象素的输出信号。
为了进行象素的缺陷检测，不对固态成象装置的输出信号进行γ校正，使得出现在来自有缺陷的象素的输出信号中的差错数量不减少。
在按照本发明这个实施例的象素缺陷检测器中，通过把不同的光量加在固态成象装置上来确定固态成象装置的输出特性。可以单独地或组合地使用数字式静止照相机的各种功能，诸如光圈、闪光灯、快门速度等，以便改变入射在固态成象装置上的光量。
在象素缺陷检测方式中，数字式静止照相机最好散焦，以便让均匀的光电平入射在整个固态成象装置上。例如，即使用数字式静止照相机将具有均匀灰度的墙或板成象、以便在整个固态成象装置上获得均匀的入射光电平，在对象的灰度上仍然会有某种不均匀性和/或在对象照明上仍然会有某种不均匀性。通过使数字式静止照相机散焦，可以使这样的不均匀性模糊化，从而在整个固态成象装置上施加更加均匀的入射光电平。
图3是举例说明一种包括本发明一个实施例的象素缺陷检测器的数字式静止照相机的方框图。参见图3，光通过透镜部分1、光圈2和快门3入射到固态成象装置(例如，CCD)4上，从而把图象投射在固态成象装置4的成象屏幕上。固态成象装置4包括多个光电传感器(象素)，排列成行和列，而图象就投射在这样的象素阵列上。这些象素的输出信号通过切换模块5依次送到图象处理部分6。闪光灯7与快门3的开/闭同步地发光，以便照射在对象上。用户用一组操作键8来操作数字式静止照相机。
图象处理部分6主要包括图形存储器11、EEPROM(电可擦可编程只读存储器)12、数据表13、控制信号产生部分14和处理器15。图形存储器11储存固态成象装置4的象素的输出电平，亦即描绘成象后的画面的图象数据。一般，图形存储器11能够储存至少3帧图象。EEPROM12储存光电系数a0R，a0G，a0B，分别针对三原色R，G和B预先确定的阈值ΔaR，ΔaG，ΔaB和ΔbR，ΔbG，ΔbB；基准偏移输出电平b0；和固态成象装置4成象屏幕的尺寸(用成象屏幕水平方向I0上的象素数目乘以垂直方向J0上的象素数目表示)。数据表13储存诸如对图象数据进行γ校正用的数据，和对图象数据进行JPEG(联合照相专家组)压缩用的数据。控制信号产生部分14响应处理器15的指令，产生控制透镜部分1、光圈2、快门3、固态成象装置4、切换模块5、闪光灯7等用的控制信号。处理器15控制图象处理部分6，处理图象数据和进行各种其它算术操作。
可以在单片LSI(大规模集成电路)上制成图象处理部分6。
在本发明这个实施例的数字式静止照相机中，可以通过操作操作键组8来选择正常拍摄方式。
在正常的拍摄方式下，响应操作键组8的适当操作，处理器15驱动透镜部分1，以便把投射在固态成象装置4的成象屏幕上的图象聚焦(自动聚焦)；调整光圈2的光圈数刻度；开/闭快门3；并控制闪光灯7使之与快门3的开/闭同步地发光。结果，图象由固态成象装置4成象。然后处理器15通过切换模块5从固态成象装置4接收图象数据；临时把图象数据存入图形存储器11；对该图象数据进行图像处理(例如，γ校正和影像压缩)；并将处理后的图象数据送往记录介质(未示出)的记录机构。该记录机构把处理后的图象数据记录在记录介质上。
在本发明这个实施例的数字式静止照相机中，可以通过操作操作键组8来选择象素缺陷检测方式。选择象素缺陷检测方式时，处理器15执行图4流程图中举例说明的程序，以便自动检测有缺陷的象素，将该象素的坐标位置存入EEPROM12。于是，不需要任何专用仪器或知识，即可由用户进行缺陷象素的检测。
首先，处理器15在图形存储器11中准备一个区域，用来储存3帧图象，并且停止诸如γ校正、图像压缩和透镜部分1的自动聚焦等功能(步骤101)。处理器15还驱动透镜部分1，以便将透镜部分1的焦距设置为例如，无穷大(∞)(步骤102)。
设置快门3的释放时间为0之后，处理器15通过切换模块5接收来自固态成象装置4的每一个象素的输出信号，并将象素的输出电平存入图形存储器11的第一图象存储区域(步骤103)。
当把快门3的释放时间设置为0时，入射在固态成象装置4的每一个象素上的光量为0，从而每一个象素的输出都处于最低电平。
随后，处理器15把光圈2设置为“开”，并使快门3开/闭，而同时控制闪光灯7与快门3的开/闭同步地发光。然后，处理器15通过切换模块5接收来自固态成象装置4的每一个象素的输出信号，并将象素的输出电平存入图形存储器11的第二图象数据存储区域(步骤104)。
在上述操作中，这样设置快门3的释放时间，使得入射到每一个象素的光量使固态成象装置4处于接近溢出的状态(亦即，使入射光量达到最大，但又不使固态成象装置4处于溢出状态)，从而使象素的输出电平达到最大。如上所述，最好使用具有均匀灰度电平的墙或板来检测有缺陷的象素，使得由固态成象装置4成象的图象具有大体上均匀的灰度。另外，由于把透镜部分1的焦距调整为∞，所以，由固态成象装置成象的图象变得模糊，以便提供更加均匀的灰度。这种具有均匀灰度的图象在检测输出电平特别低的象素(亦即，特别暗的象素)或输出电平特别高的象素(亦即，特别亮的象素)、亦即有缺陷的象素时是可取的。
另外，处理器15充分地缩小光圈2，并使快门3开/闭，而同时控制闪光灯7，使之与快门3的开/闭同步地发光。然后，处理器15通过切换模块5接收来自固态成象装置4每一个象素的输出信号，并将象素的输出电平存入图形存储器11的第三图象数据储存区域(步骤105)。
由于快门3是在充分地缩小光圈2而且闪光灯7发光的同时开/闭的，所以，入射在固态成象装置4的每一个象素上的光量、因而每一个象素的输出电平分别处于步骤103的和步骤104的相应的量之间。在步骤104和105中，数字式静止照相机的拍摄对象最好是一样的。在步骤105，如上所述，最好将具有均匀灰度的墙或板成象。由于把透镜部分1的焦距调整为∞，所以，由固态成象装置4成象的图象就变得模糊，从而提供均匀的灰度。
用这样的方法，以下3种输出电平分别在步骤103，104和105中储存在图形存储器11最小入射光量下固态成象装置4的每一个象素的输出电平；中等入射光量下固态成象装置4的每一个象素的输出电平；最大入射光量下固态成象装置4的每一个象素的输出电平。
这样，上述表达式(5)(N-1＝2)所表示的输入/输出关系对于固态成象装置4的每一个象素都成立。
然后，处理器15通过依次地指定地址，亦即坐标位置(i，j)，依次地给固态成象装置4的象素编址。每指定一个坐标位置(i，j)，就根据位置的坐标i和j确定所指定的坐标位置(i，j)上的象素要显示的是哪一种原色R，G和B，而同时计算上述所编址的象素的函数，以便确定该象素是否存在缺陷及其类型。
在本发明的这个实施例中，使用如图2举例说明的原色Bayer图案的滤色器，从而有可能根据该位置的坐标i和j确定在坐标位置(i，j)上的象素要显示的是哪一种原色R，G和B。
首先，处理器15将坐标位置(i，j)初始化为(0，0)。另外，处理器15从EEPROM12读出各种数据，诸如光电系数a0R，a0G，a0B，针对相应的原色R，G和B预先确定的阈值ΔaR，ΔaG，ΔaB和ΔbR，ΔbG，ΔbB；基准偏移输出电平b0；和固态成象装置4成象屏幕的尺寸(用成象屏幕上水平方向的象素数目(I0-1)乘以垂直方向的象素数目(J0-1)表示)。(步骤106)然后，处理器15确定坐标位置(i，j)中的坐标i和j中的每一个是否偶数(步骤107，108)。
初始化之后，每一个初始化的坐标i＝0和j＝0都被确定为偶数(亦即在步骤107和108都给出“是”)。在如图2所举例说明的原色bayer图案中，其中坐标i和j均为偶数的坐标位置上的任何一个象素都显示原色R。因此，确定显示原色R的象素的缺陷是否存在及其类型(步骤109)。
在步骤109，处理器15假定坐标位置(0，0)上的象素是受检象素，并从分别在步骤103-105已经存入图形存储器11的3个图象数据中提取所有必要的象素的的输出电平。处理器15还根据上述表达式(8)和(2)确定入射到受检象素的光量，根据上述表达式(7)确定受检象素的光电系数a和偏移输出电平b，再根据上述表达式(9)确定受检象素是否存在缺陷及其类型。若该受检象素有缺陷，则将受检象素的缺陷类型(亦即，白瑕疵或黑瑕疵)及其坐标位置存入图形存储器11。
此后，处理器15确定右边下一个坐标位置(i+1，j)是否落在成象屏幕水平尺寸(I0-1)以外(步骤110)。若步骤110给出“否”，则处理器15令i加1，以更新坐标位置(i，j)(步骤111)。然后，过程返回步骤107。
更新后的坐标位置(i，j)的坐标i现在是1，是奇数。于是，i被确定为奇数(步骤107给出“否”)，而同时j仍旧被确定为偶数(步骤115给出“是”)。在图2举例说明的原色Bayer图案中，这样一个坐标位置上的任何一个象素都显示原色G。因此，确定显示原色G的象素是否存在缺陷及其类型(步骤112)。
在步骤112，处理器15假定坐标位置(1，0)上的象素是受检象素，并从分别在步骤103-105存入图形存储器11中的3个数据图象提取所有必要象素的输出电平。处理器15再根据上述表达式(8)和(2)确定入射到受检象素上的光量，根据上述表达式(7)确定受检象素的光电系数a和偏移输出电平b，再根据上述表达式(10)确定受检象素是否存在缺陷及其类型。若该受检象素有缺陷，则将受检象素的缺陷类型(亦即，白瑕疵或黑瑕疵)及其坐标位置存入图形存储器11。
在图2举例说明的原色Bayer图案中，坐标位置(i，0)上的象素交替地对应原色R和G。因此，随后对坐标位置(i，0)上的其它象素，如上所述，交替地进行步骤109和112以确定在每一个坐标位置(i，0)上受检象素是否存在缺陷及其类型，同时储存任何一个有缺陷的受检象素的这样的数据。
然后，当i+1等于I0(步骤110给出“是”)时，处理器15确定位置(i，j)下面的下一个坐标位置(i，j+1)是否落在成象屏幕垂直尺寸(J0-1)以外(步骤113)。若步骤113给出“否”，则处理器15令j加1，以将坐标j更新为1(步骤114)。由于坐标j是奇数(步骤108和步骤115给出“否”)，所以，根据坐标i是否偶数的判决结果，或者执行步骤112，或者执行步骤116(步骤107)。
在步骤112，如上所述，确定显示原色G的象素是否存在缺陷及其类型。在步骤116，确定显示原色B的象素是否存在缺陷及其类型。为了进行确定，处理器15从分别在步骤103-105存入图形存储器11中的3个数据图象中提取所有必要的象素的输出电平。处理器15再根据上述表达式(8)和(2)确定入射到受检象素上的光量，根据上述表达式(7)确定受检象素的光电系数a和偏移输出电平b，再根据上述表达式(11)确定受检象素是否存在缺陷及其类型。若该受检象素有缺陷，则将受检象素的缺陷类型(亦即，白瑕疵或黑瑕疵)及其坐标位置存入图形存储器11。
在图2中举例说明的原色Bayer图案中，坐标位置(i，1)上的象素交替地对应于原色B和G。因此，如上所述，随后对坐标位置(i，1)上的其它象素，交替地执行步骤116和步骤112，以便确定每一个坐标位置(i，1)上的象素是否存在缺陷及其类型，同时储存任何一个有缺陷的受检象素的这样的数据。
随后，随着坐标j加1，坐标i依次地从0变化到(I0-1)，以便确定坐标位置(0-(I0-1)，j)上的每一个象素是否存在缺陷及其类型。当确定i+1等于(I0-1)(步骤110给出“是”)，同时j+1等于(j0-1)(步骤113给出“是”)时，全部象素的是否存在缺陷及其类型的确定工作完成。然后，处理器15从图形存储器11读出每一个有缺陷的象素的缺陷类型及其坐标位置，并将该数据存入EEPROM12。
当把固态成象装置4的每一个有缺陷的象素的缺陷类型及其坐标位置存入EEPROM12之后选择上述拍摄方式时，执行下述过程，以便校正每一个有缺陷的象素的输出电平。
当用户操作操作键组8选择正常拍摄方式时，固态成象装置4形成图象，而处理器15从固态成象装置4通过切换模块5接收图象数据。
切换模块5具有如图5举例说明的结构，并包括3个端子SW1，SW2和SW3。当把线段5a切换到端子SW1时，固态成象装置4的输出直接传输到处理器15，从而把每一个象素输出电平存入图形存储器11。
处理器15从EEPROM12读出有缺陷的象素的坐标位置(i，j)，以便根据坐标i和j来识别有缺陷的象素所显示的颜色，并按从该象素输出信号的时序，把切换模块5切换到端一SW2或SW3。具体地说，处理器15以类似于步骤107，108和115的方法，根据坐标i和确定有缺陷的象素所显示的颜色。然后，若该象素所显示的颜色被确定为R或B，则处理器15按从该象素输出信号的时序把切换模块5切换到端子SW2。若该象素所显示的颜色被确定为G，则处理器15按从该象素输出信号的时序把切换模块5切换到端子SW3。
当处理器15通过切换模块5的端子SW2接收原色R或B的有缺陷象素的输出信号时，处理器15进行上述表达式(13)的计算，以便求出有缺陷象素的输出电平(把完成上述表达式(13)计算所必需的数据从固态成象装置4传输到图形存储器11之后)，并把所求出的输出电平存入图形存储器11内所述有缺陷象素的地址中。
当处理器15通过切换模块5的端子SW3接收原色G的有缺陷象素的输出信号时，处理器15进行上述表达式(14)的计算，以便求出有缺陷象素的输出电平(把进行上述表述式(14)计算所必需的数据从固态成象装置4传输到图形存储器11之后)，并把所求出的输出电平存入图形存储器11内所述有缺陷象素的地址中。
这样，通过把切换模块5的线段5a切换到端子SW1，SW2或SW3，就有可能以基本上实时的方式校正有缺陷象素的输出电平，而同时把图象数据从固态成象装置4存入图形存储器11。
此后，对储存在图形存储器11的图象数据进行图像处理(例如，γ校正和图像压缩)，并把处理后的图象数据送往记录介质(未示出)的记录机构，以便把处理后的图象数据录入记录介质。
代替以类似于图4所举例说明的步骤107，108和115的方法，根据坐标i和j确定有缺陷的象素显示的颜色的方法，可以利用当其最低有效位为0时i或j是偶数，而为1时是奇数这一事实来完成所述确定工作。这样，若i和j之间异或为假，则确定该象素显示的颜色是R或B；若为真，则确定显示G。
在选择上述象素缺陷检测方式时，线段5a总与端子SW1连接。
正如从以上描述中看到的，用本发明这个实施例的数字式静止照相机，只需通过多次图象拍摄操作获得3个数据图象，无需使用基准光发生器、专用辅助系统等，就可能自动地检测有缺陷的象素的坐标位置和缺陷类型，并校正有缺陷象素的输出信号。因此，甚至用户都可以容易地进行有缺陷象素的检测和校正。
本发明不限于上述特定的实施例。对上述实施例可以作出各种各样的修改。例如，尽管在上述实施例中，每一个象素的光电系数a和偏移输出电平b是根据分别响应3个不同的入射光量的3个输出电平确定的，但是，作为另一方案，可以根据两个或4个不同的入射光量的2个或4个输出电平确定光电系数a和偏移输出电平b。
当根据两个入射光量的两个输出电平来确定光电系数a和偏移输出电平b时，可以不必使用上述表达式(5)，(6)和(7)。相反，可以通过根据表达式(8)和(2)求出两个不同的入射光量以及检测响应这两个入射光量来自象素的两个输出电平而获得光电系数a和偏移输出电平b。
在上述实施例中，象素的输出是用线性函数逼近的，使得算术电路的规模、计算量和计算所需的时间都在可行的范围之内。严格地说，光电传感器的输出特性是非线性的。当用单一线性函数难以逼近光电传感器的输出特性时，可以把多个线性函数或其它类型的函数结合使用，只要把算术电路的规模、计算量和计算所要求的时间等方面的可能的增大减到最小。不论使用任何一种函数，都可以通过用函数表达象素的实际输出特性，并把该函数的系数与另一个函数的系数比较来确定象素的缺陷存在与否及其类型。
作为替代方案，正常象素的输出电平可以用不同与上述表达式(8)的中值滤光器的适当的装置来确定。例如，可以在排除同一象素区域内与受检象素相邻的象素的输出电平中的最大和最小输出电平之后利用中值滤光器确定正常象素的输出电平，或者作为替代方案，可以通过对同一象素区域内与受检象素相邻的象素的输出电平进行众所周知的统计运算来确定正常象素的输出电平。另外，围绕受检象素可以规定与上述不同的各种各样的象素区域。
尽管在上述实施例中把CCD描述为示范性的固态成象装置，但是，本发明并不限于此。例如，作为另一方案，本发明可以用于其它类型的固态成象装置，诸如电荷注入器件(CID)或电荷触发器件(CPD)。另外，作为另一方案，本发明可以用于数字式静止照相机以外的固态成象装置，诸如电视摄像机或胶片扫描器。
尽管在上述实施例中描述了原色Bayer图案的滤色器，作为另一方案，本发明可以采用其它类型的滤色器，其中按照给定规律安排三原色和互补色。
如上所述，按照本发明，确定受检光电传感器响应入射在该受检光电传感器上的不同光量的输出特性，以便根据该输出特性检测受检光电传感器的缺陷。
作为另一方案，按照本发明，可以把受检光电传感器响应不同入射光量的输出存入图形存储器，以便根据入射光量、受检光电传感器的输出和表达式(1)确定受检光电传感器的光电系数a和没有入射光情况下的偏移输出电平b。通过分别把光电系数a和偏移输出电平b与预定的基准光电系数a0和预定的基准偏移输出电平b0加以比较，来检测受检光电传感器的缺陷。
y(x)＝ax+b 。。。(1)这里，y(x)表示受检光电传感器的输出，而x表示入射光量。
如上所述，确定受检光电传感器的输出特性，以便根据输出特性检测受检光电传感器的缺陷。这样，不必像先有技术那样使用基准光发生器、特殊的辅助系统等，即使普通用户也能容易地检测光电传感器的缺陷。不仅可以确定缺陷存在与否，还可以确定缺陷的类型。
另外，按照本发明，在使固态成象装置散焦的同时确定光电传感器的输出。因此，基本上均匀的光量入射在围绕受检光电传感器的象素区域上。因此，有可能根据同一象素区域中多个光电传感器的输出信号识别正常光电传感器的输出信号，以此估算实际的入射光量。
另外，测量了无光入射在固态成象装置上时的入射光量和使固态成象装置处于接近溢出状态的另一个入射光量。这些入射光量可以通过适当地控制视频摄像机或数字式静止照相机的快门速度、光圈、闪光灯等而容易地获得。
对于彩色显示器，将用于不同颜色的光电传感器分开检验。因此，有可能准确地确定光电传感器的缺陷存在与否及其类型。
另外，对于彩色显示器，根据象素的地址数据(亦即，坐标位置)来确定每一个象素显示的颜色，从而可以更快完成计算。
在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对本专业技术人员来说各种其它修改将是明显的并容易作出。因此，不打算把后附的权利要求书的范围限于这里所作的描述，而是打算对该权利要求书作广义的解释。
权利要求
1.一种用于包括多个光电传感器的固态成象装置的象素缺陷检测器，所述象素缺陷检测器包括计算部分，用来获得受检光电传感器在入射其上的不同光量下的输出特性，以便根据其输出特性确定所述受检光电传感器是否存在缺陷。
2.按照权利要求1的固态成象装置用的象素缺陷检测器，其特征在于所述象素缺陷检测器还包括图形存储器，用来储存所述光电传感器的输出信号；以及所述计算部分利用储存在所述图形存储器中的所述受检光电传感器的所述输出信号来确定所述受检光电传感器的所述输出特性。
3.按照权利要求1的固态成象装置用的象素缺陷检测器，其特征在于所述受检光电传感器的所述输出特性由所述受检光电传感器的分别响应入射其上的不同光量的多个输出信号来表示。
4.一种用于包括多个光电传感器的固态成象装置的象素缺陷检测器，所述象素缺陷检测器包括图形存储器，用来储存所述受检光电传感器分别响应入射其上的不同光量的输出；和计算部分，用来根据所述入射光量、所述受检光电传感器的所述输出和下述表达式(1)，确定所述受检光电传感器的光电系数a和所述受检光电传感器在无入射光量的情况下的偏移输出电平b，以便把所述光电系数a和所述偏移输出电平b分别与预定的基准光电系数a0和预定的基准偏移输出电平b0比较，由此确定受检光电传感器中是否存在缺陷y(x)＝ax+b ...(1)式中y(x)代表所述受检光电传感器的所述输出，而x代表所述入射光量。
5.按照权利要求1的固态成象装置用的象素缺陷检测器，其特征在于所述象素缺陷检测器还包括光学系统，用来把图形投射在所述固态成象装置上；以及在所述光学系统相对于所述固态成象装置散焦的情况下确定所述光电传感器的所述输出。
6.按照权利要求4的固态成象装置用的象素缺陷检测器，其特征在于所述象素缺陷检测器还包括光学系统，用来把图形投射在所述固态成象装置上；以及在所述光学系统相对于所述固态成象装置散焦的情况下确定所述光电传感器的所述输出。
7.按照权利要求1的固态成象装置用的象素缺陷检测器，其特征在于所述入射在所述受检光电传感器上的所述光量包括没有光入射在所述固态成象装置上时的入射光量，和使所述固态成象装置处于接近溢出状态的另一个入射光量。
8.按照权利要求4的固态成象装置用的象素缺陷检测器，其特征在于所述入射在所述受检光电传感器上的所述光量包括没有光入射在所述固态成象装置上时的入射光量，和使所述固态成象装置处于接近溢出状态的另一个入射光量。
9.按照权利要求4的固态成象装置用的象素缺陷检测器，其特征在于通过把预定的基准光电系数a0、预定的基准偏移输出电平b0和基准输出信号y0加到下述表达式(2)来确定所述入射光量xx＝(y0-b0)/a0...(2)
10.按照权利要求9的固态成象装置用的象素缺陷检测器，其特征在于把所述输出y0设置为与所述受检光电传感器相邻的多个光电传感器的输出中的中值。
11.按照权利要求10的固态成象装置用的象素缺陷检测器，其特征在于所述相邻的光电传感器只包括那些在准备显示的多种颜色中显示与所述受检光电传感器所显示的相同的颜色的光电传感器。
12.按照权利要求4的固态成象装置用的象素缺陷检测器，其特征在于通过把所述受检光电传感器的所述光电系数a、所述受检光电传感器的所述偏移输出电平b、所述基准光电系数a0和所述基准偏移输出电平b0加到下述表达式(3)来确定所述受检光电传感器是否存在缺陷若|a0-a|＜Δa和|b0-b|＜Δb，则无缺陷 ...(3)式中Δa和Δb是预定的阈值。
13.按照权利要求4的固态成象装置用的象素缺陷检测器，其特征在于通过把所述受检光电传感器的所述光电系数a、所述受检光电传感器的所述偏移输出电平b、所述基准光电系数a0和所述基准偏移输出电平b0加到下述表达式(4)来确定所述受检光电传感器的缺陷存在与否及类型若|a0-a|＜Δa和|b0-b|＜Δb，则无缺陷；若|a0-a|≥Δa，则为黑瑕疵；而若|b0-b|≥Δb，则为白瑕疵 ...(4)式中Δa和Δb是预定的阈值。
14.按照权利要求12的固态成象装置用的象素缺陷检测器，其特征在于所述基准光电系数a0和所述基准偏移输出电平b0是针对准备显示的颜色中的每一种规定的。
15.按照权利要求13的固态成象装置用的象素缺陷检测器，其特征在于所述基准光电系数a0和所述基准偏移输出电平b0是针对准备显示的颜色中的每一种规定的。
16.按照权利要求12的固态成象装置用的象素缺陷检测器，其特征在于所述象素缺陷检测器还包括确定部分，用来根据所述受检光电传感器的地址数据确定所述受检光电传感器要显示的颜色；以及根据所述确定部分的确定结果来规定所述基准光电系数a0和所述基准偏移输出电平b0。
17.按照权利要求13的固态成象装置用的象素缺陷检测器，其特征在于所述象素缺陷检测器还包括确定部分，用来根据所述受检光电传感器的地址数据确定所述受检光电传感器要显示的颜色；以及根据所述确定部分的确定结果来规定所述基准光电系数a0和所述基准偏移输出电平b0。
全文摘要
本发明的象素缺陷检测器用于包括多个光电传感器的固态成象装置。象素缺陷检测器包括:计算部分,用来获得受检光电传感器在入射其上的不同光量下的输出特性,以便根据其输出特性确定受检光电传感器是否存在缺陷。
文档编号H04N5/335GK1248857SQ9911873
公开日2000年3月29日 申请日期1999年9月8日 优先权日1998年9月8日
发明者张小忙, 久保登 申请人:夏普公司