专利名称：摄像装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有摄像元件的摄像装置。
背景技术：
叠加在装配在电子摄像机上的摄像元件的像素信号中的暗电流成分，在该电子摄像机内的信号处理电路中被补偿。其补偿方法，已提出了各种方案(特开平7-236093号公报等)。
但是以往的补偿方法，是在认为摄像元件的各像素输出的暗电流成分在各像素间大致均匀的前提下实施的，因此对于由FDA引起的暗电流成分无法可靠地进行补偿。
这里，FDA为，配至于摄像元件输出端的浮动扩散放大器(FDA；Floating Diffusion Amplifier)的简称。
该FDA为进行工作需要外加偏置电流，但是如果外加电流，FDA就会发热。
如果产生这种发热情况，尤其是电荷储蓄时间为数秒钟(30秒以上)时，摄像元件的像素信号中就叠加不可忽视的程度的暗电流。
且发热是以辐射传播的，所以其暗电流的程度随像素的位置而不同。因此，由FDA引起的、发生在摄像元件的暗电流成分是局部性的。
该局部性的暗电流成分，通过以往的补偿方法是无法可靠地进行补偿。
因此，为减少该局部性的暗电流成分，提出了仅在摄像元件的电荷储蓄时间长达数秒钟时暂时地控制FDA的偏置电流的技术，但是不能完全的消除发热现象，所以不充分。
发明内容
因此本发明的目的在于，提供对如FDA引起的暗电流成分的在摄像元件中局部性的发生的暗电流成分也能可靠地进行补偿的摄像装置。
本发明的摄像装置，其特征在于，包括存储装置，用于预先存储表示叠加于配置在摄像元件上的规定的有效像素区域上的各有效像素的像素信号中的暗电流成分、以及配置于该摄像元件上的规定的光学黑斑区域上的各光学黑斑像素的输出信号间关系的信息；暗电流取得装置，用于根据前述存储装置所存储的前述信息和前述输出信号求出前述暗电流成分；以及补偿装置，用于对前述像素信号补偿前述暗电流取得装置求出的暗电流成分。
因此，摄像元件中局部性的产生的暗电流成分被可靠地补偿。
前述存储装置存储的信息优选为对前述有效像素区域的每行表示前述暗电流成分与前述输出信号之比的信息。
因此，存储装置的容量被限制到很少。此外，用于该补偿的运算(此为乘法运算)很简单。
前述存储装置存储的信息优选为对前述有效像素区域的每行表示前述暗电流成分与前述输出信号之差的信息。
因此，存储装置的容量被限制到很少。此外，用于该补偿的运算(此为减法运算)很简单。
前述存储装置存储的信息优选为对前述有效像素区域的每个有效像素表示输出与前述暗电流成分相等的输出信号的光学黑斑像素在前述光学黑斑区域中的位置的信息。
因此，虽然存储装置的容量变大，但补偿的精度提高了。
此外，前述光学黑斑区域优选是由比前述有效像素区域的首行还要先读出的至少1行的光学黑斑像素构成。
因此，可以实时地进行暗电流补偿。
图1为第1实施方式(以及后述的第2实施方式、第3实施方式)的电子摄像机的结构图。
图2为说明摄像元件11的图。
图3为表示FDA在发热时，遮挡外光的状态中的各行Li(i＝1，…，n)的各像素信号Sij(即暗电流成分Dij)(i＝1，…，n，j＝1，…，m)、以及此时的垂直于光学黑斑部的OBh的各输出信号SObj(j＝1，1，…，m)的图。
图4为暗电流补偿电路15的结构图。
图5为暗电流补偿电路15的工作流程图。
图6为说明第2实施方式的特征的图。
图7为暗电流补偿电路25的结构图。
图8为暗电流补偿电路25的工作流程图。
图9为表示暗电流成分相等的各个像素的图。
图10为暗电流补偿电路35的结构图。
具体实施例方式
以下，参照图面对本发明的实施方式进行说明。
参照图1、图2、图3、图4、图5对本发明的第实施方式进行说明。
本实施方式为，应用本发明的电子摄像机(摄像装置)的实施方式。
图1为本实施方式(以及后述的第2实施方式、第3实施方式)的电子摄像机的结构图。
本实施方式的电子摄像机10，包括，CCD摄像元件11、相关双取样电路(CDS)12、可编程增益放大器(PGA)13、A/D转换器14、暗电流补偿电路15、信号处理电路16、图像处理电路17、图像存储器18、偏移(offset)补偿电路19等。在摄像元件11上，形成了被未图示的摄影镜头成像的被照物体的像。
从CCD摄像元件依次输出的像素信号，依次在相关双取样电路12、可编程增益放大器13、A/D转换器14、暗电流补偿电路15、信号处理电路16中进行处理。处理后的各像素信号，以帧为单位在图像处理电路17中进行处理，然后储存在图像存储器18。
其中，暗电流补偿电路15是本实施方式的电子摄像机10的特征部(其详情后述)。
再者，偏移补偿电路19是对1帧中的各像素信号大致相等的进行偏移补偿的电路。
图2为说明CCD摄像元件11的图。
如图2(a)所示，在摄像元件11上配有有效像素区域11a、光学黑斑区域OB、浮动扩散放大器(FDA)11b、水平传送CCD11c(未图示有效像素区域11a内的垂直传送CCD)。
有效像素区域11a内的各有效像素Pij的像素信号Sij(i＝1，…，n，j＝1，…，m)，通过水平传送CCD11c以及FDA11b依次被读出。
再者，「i」为行序号，「j」为表示行内的各像素位置的序号。按读出的顺序分别从前端开始为1，…，n，1，…，m。
在这里，针对图2(a)中的附上标号OBh的垂直光学黑斑部OBh进行说明。
垂直光学黑斑部OBh由比有效像素区域11a的首行L1更靠近水平传送CCD11c而配置的1行光学黑斑像素POBj(j＝1，…，m)构成。
这些光学黑斑像素POBj(j＝1，…，m)的各输出信号SOBj(j＝1，…，m)，也通过水平传送CCD11c以及FDA11b依次被读出。
再者，读出配置于此位置的垂直光学黑斑部OBh的输出信号SOBj(j＝1，…，m)，也比首行L1的各像素信号S1j(j＝1，…，m)还早。
如图2(b)中同心圆状的曲线所示，该垂直光学黑斑部OBh，与有效像素区域11a一样，也受由FDA11b引起的发热的影响。
因此，基于该垂直光学黑斑部OBh的各输出信号SOBj(j＝1，…，m)，就可以分别求出有效像素区域11a中局部性的生成的暗电流成分、即，各像素信号Sij(i＝1，…，n，j＝1，…，m)中个别的叠加的暗电流成分Dij(i＝1，…，n，j＝1，…，m)。
图3为表示FDA在发热时，遮挡外光的状态中的各行Li(i＝1，…，n)的各像素信号Sij(即暗电流成分Dij)(i＝1，…，n，j＝1，…，m)、以及此时的垂直于光学黑斑部的OBh的各输出信号SObj(j＝1，1，…，m)的图。
从图3可知，暗电流成分Dij的大小在各行间是不同的。但是，行Li的暗电流成分Dij(j＝1，…，m)形成的各曲线Ci(i＝1，…，n)，与垂直光学黑斑部的OBh的各输出信号SOBj(j＝1，…，m)分别形成的曲线COB相关。
本实施方式中，认为各曲线Ci(i＝1，…，n)与曲线COB之间分别成立正比例关系。
此时，利用各输出信号SOBj(j＝1，…，m)、以及对于此行Li预先确定的系数γi，在下式(1)中求出行Li的各暗电流成分Dij(j＝1，…，m)，。
Dij＝γi×SOBj(j＝1，…，m)…(1)图4为暗电流补偿电路15的结构图。
图5为暗电流补偿电路15的工作流程图。
如图4所示，暗电流补偿电路15具备运算电路15a、行存储器15b、检查表(LUT)15c、加法器15d。检查表15c对应本发明的存储装置、运算电路15a以及行存储器15b对应本发明的暗电流取得装置、加法器15d对应本发明的补偿装置。
在此检查表15c中，使对行Li预先确定的系数γi对应行Li的行序号「i」，预先分别对各行Li(i＝1，…，n)进行储存。
每当CCD摄像元件11(参照图1)中1帧的电荷储蓄结束时，该暗电流补偿电路15进行以下的工作。
如图5所示，暗电流补偿电路15首先取入自CCD摄像元件11最初发送的垂直光学黑斑部OBh的输出信号SOB1，SOB2，…，SOBm，存储到行存储器15b中(步骤S11)。
此外，暗电流补偿电路15的运算电路15a参照检查表15c，读出首行L1的行序号「1」所对应着的系数「γ1」。
运算电路15a通过把此系数γ1分别与储存于行存储器15b的信号SOB1，SOB2，…，SOBm进行乘法运算(式(1))，分别求出暗电流成分D11，D12，…，D1m(步骤S13)。
另一方面，由CCD摄像元件11继续发送到垂直光学黑斑部OBh的输出信号SOB1，SOB2，…，SOBm的首行L1的像素信号S11，S12，…，S1m依次被输入到加法器15d。
运算电路15a通过将在步骤S13中求出的暗电流成分D11，D12，…，D1m反转输入该加法器15d，从像素信号S11，S12，…，S1m中分别减去暗电流成分D11，D12，…，D1m(步骤14)。
通过该减法运算，对首行L1的像素信号暗电流补偿被进行。
进而，暗电流补偿电路15中被依次输入由CCD摄像元件11随后送出的行L2，L3…的各像素信号S21，S22，…，S31，S32，…，上述的步骤S13，S14中的处理对这些行L2，L3…也与对首行L1的方法一样地进行(步骤S15→S16“否”→S13→S14→S15)。
如果末行Ln对应的处理结束(步骤S16“是”)，就完成了1帧的暗电流补偿。
如上所述，垂直光学黑斑部OBh的各输出信号SOBj(j＝1，…，m)，表示在CCD摄像元件11中局部性的生成的暗电流成分的状态。
以上说明的本实施方式的暗电流补偿电路15，预存储该输出信号SOBj(j＝1，…，m)与暗电流成分Dij(i＝1，…，n，j＝1，…，m)间的关系(在这里为系数γi(i＝1，…，n))的同时(图4标号15c)，通过其系数γi(i＝1，…，n)与输出信号SOBj(j＝1，…，m)进行乘法运算求出各暗电流成分Dij(i＝1，…，n，j＝1，…，m)(步骤S13)，进而通过把该暗电流成分Dij(i＝1，…，n，j＝1，…，m)从像素信号Sij(i＝1，…，n，j＝1，…，m)中进行减法运算，进行暗电流补偿(步骤S14)。
通过此暗电流补偿电路15的工作，在本实施方式的电子摄像机10中，CCD摄像元件11上局部性的生成的暗电流成分被可靠地补偿。
此外，被本实施方式的暗电流补偿电路15中使用的是比有效像素区域11a的首行L1还要先读出的垂直光学黑斑OBh的信号，因此暗电流补偿电路15能够实时地进行暗电流补偿。
此外，在本实施方式的暗电流补偿电路15中，输出信号SOBj(j＝1，…，m)与暗电流成分Dij(i＝1，…，n，j＝1，…，m)间的关系通过「系数γi(i＝1，…，n)」被近似的表达，所以暗电流成分Dij(i＝1，…，n，j＝1，…，m)的取得(步骤S13)可以通过简单的运算(在这里为乘法运算)进行。
此外，本实施方式的暗电流补偿电路15中，对于有效像素区域11a的每1行只存储1个系数γ，因此检查表15c被抑制成小规模。
参照图1、图6、图7、图8对本发明的第2实施方式进行说明。
本实施方式为应用本发明的电子摄像机的实施方式。并且，以下只对与第1实施方式的不同点进行说明，其他说明将省略掉。
如图1所示，本实施方式的电子摄像机20，在第1实施方式的电子摄像机10中，取代暗电流补偿电路15而具有暗电流补偿电路25。
在上述第1实施方式中，如图3所示，认为行Li的各暗电流成Dij(j＝1，…，m)形成的各曲线Ci(i＝1，…，n)与垂直光学黑斑部OBh的各输出信号SOBj(j＝1，…，m)形成的曲线COB之间分别成立正比例关系。
在本实施方式中，如图6所示，认为行Li的各暗电流成分Dij(j＝1，…，m)形成的各曲线Ci(i＝1，…，n)与垂直光学黑斑部OBh的各输出信号SOBj(j＝1，…，m)形成的曲线COB之差一定。
此时，利用各输出信号SOBj(j＝1，…，m)，以及对该行Li预先确定的减法运算值Δi，在下式(2)中求出行Li的各暗电流成分Dij(j＝1，…，m)。
Dij＝SOBj-Δi(j＝1，…，m)…(2)图7为暗电流补偿电路25的结构图。
图8为暗电流补偿电路25的工作流程图。
如图7所示，在暗电流补偿电路25中，具有取代如图4所示的第1实施方式的暗电流补偿电路15中的运算电路15a的运算电路25a、以及取代检查表15c的检查表25c。
在检查表25c中，对行Li预先确定的减法运算值Δi与各行Li的行序号「i」对应，并预先分别对各行Li(i＝1，…，n)进行储存。
如图8所示，该暗电流补偿电路25的工作流程图为，取代图5所示的工作流程图中的步骤S13实行下述的步骤S23的图。
在步骤S23中，运算电路25a参照检查表25c，读出与行Li的行序号「i」对应的减法运算值「Δi」。进而，运算电路25a通过把减法运算值「Δi」从储存在行存储器15b中的信号SOB1，SOB2，…，SOBm的各值中减出(式(2))，分别求出暗电流成分Di1，Di2，…，Dim。
即，本实施方式的暗电流补偿电路25将作为输出信号SOBj(j＝1，…，m)与暗电流成分Dij(i＝1，…，n，j＝1，…，m)间的关系的减法运算值「Δi」(i＝1，…，n)预存储的同时(图7标号25c)，通过将减法运算值「Δi」(i＝1，…，n)从输出信号SOBj(j＝1，…，m)中的减出求出各暗电流成分Dij(i＝1，…，n，j＝1，…，m)(步骤S23)，进而通过将此暗电流成分Dij(i＝1，…，n，j＝1，…，m)从像素信号Sij(i＝1，…，n，j＝1，…，m)减除，进行暗电流补偿(步骤S14)。
如此，本实施方式的暗电流补偿电路25在预存储的信息为‘减法运算值「Δi」(i＝1，…，n)’，且暗电流成分的取得是通过减法运算进行的方面，与第1实施方式的暗电流补偿电路15不同。
但是，在使用表示CCD摄像元件11中局部性的生成的暗电流成分的状态的垂直光学黑斑部OBh的输出信号SOB的方面，与第1实施方式的暗电流补偿电路15相同。
因此，在本实施方式的电子摄像机20中，也与第1实施方式的电子摄像机10一样，在CCD摄像元件11中局部性的生成的暗电流成分被可靠地补偿。
此外，在本实施方式的暗电流补偿电路25中使用的是比有效像素区域11a的首行L1还要先读出的垂直光学黑斑部OBh的信号，因此暗电流补偿电路25可以实时地进行暗电流补偿。
此外，在本实施方式的暗电流补偿电路25中，输出信号SOBj(j＝1，…，m)与暗电流成分Dij(i＝1，…，n，j＝1，…，m)间的关系由「减法运算值Δi(i＝1，…，n)」近似的表示，因此暗电流成分Dij(i＝1，…，n，j＝1，…，m)的取得(步骤S23)可通过简单的运算(在此为减法运算)进行。
此外，在本实施方式的暗电流补偿电路25中，把减法运算值Δ以在有效像素区域11a的每1行只对应1个地进行存储，因此检查表25c被抑制成小规模。
参照图1、图2、图9、图10对本发明的第3实施方式进行说明。
本实施方式为应用本发明的电子摄像机的实施方式。并且，以下只对与第1实施方式或第2实施方式的不同点进行说明，其他说明将省略掉。
如图1所示，本实施方式的电子摄像机30取代第1实施方式的电子摄像机10中的暗电流补偿电路15而具有暗电流补偿电路35。
在上述第1实施方式或第2实施方式中，认为行Li的各暗电流成Dij(j＝1，…，m)形成的各曲线Ci(i＝1，…，n)与垂直光学黑斑部OBh的各输出信号SOBj(j＝1，…，m)形成的曲线COB之间分别成立正比例关系。
但是，这些特定的关系都是近似地表示实际关系，因此在第1实施方式或第2实施方式中，尽管检查表15c、25b的规模被抑制，但仍认为在暗电流补偿中多少产生误差。
本实施方式的暗电流补偿电路15构成为最重视暗电流补偿的精度的结构。
这里，发热影响原本就如图2(b)所示的那样以辐射状扩张，因此与作为发热源的FDA11b的距离相等的各个像素中，叠加于其像素信号的暗电流成分也相等。
图9中示出了这些暗电流成分相等的像素彼此连接的曲线。
有效像素区域11a内的有效像素Pij的暗电流成分Dij与在垂直光学黑斑部OBh内、配置于自FDA11b的距离与该有效像素Pij相等的位置R(i，y)上的光学黑斑像素POBR(i，j)的暗电流成分相等。
因此，为求出有效像素Pij的暗电流成分Dij，可以参照垂直光学黑斑部OBh内、配置于自FDA11b的距离与该有效像素Pij相等的位置R(i，j)上的光学黑斑像素POBR(i，j)的输出信号SOBR(i，j)。
即，利用各输出信号SOBj(j＝1，…，m)、以及对其有效像素Pij被预先确定的参照位置R(i，j)，在下式(3)中求出有效像素Pij的暗电流成分Dij。
Dij＝SOBR(i，j)(j＝1，…，m)…(3)
图10为暗电流补偿电路35的结构图。
如图10所示，在暗电流补偿电路35中，具有取代图4所示的第1实施方式的暗电流补偿电路15中的运算电路15a的运算电路35a、以及取代检查表15c的检查表35c。
在检查表35c中，对于有效像素Pij预先确定的参照位置R(i，j)与各有效像素Pij的像素位置「i，j 」对应，并且预先分别对各有效像素Pij(i＝1，…，n，j＝1，…，m)进行储存。
该暗电流补偿电路35的工作流程为，取代图5所示的工作流程图中的步骤S13实行下述的步骤A的图。
在步骤A中，运算电路35a首先参照检查表35c，读出被与行Li的第一个像素Pi1的位置「i，1」的参照位置「R(i，1)」。
进而，运算电路35a通过从行存储器15b中参照配置于该参照位置R(i，1)的光学黑斑像素POBR(i，1)的信号SOBR(i，1)(式(3))，求出暗电流成分Di1。
同样，运算电路35a通过从检查表35c中读出与后续的有效像素Pi2，Pi3，…对应的的参照位置「R(i，2)，R(i，3)，…」，从行存储器15b中参照配置在这些参照位置「R(i，2)，R(i，3)，…」的光学黑斑像素POBR(i，2)，POBR(i，3)，…的信号SOBR(i，2)，SOBR (i，3)，…(式(3))，求出暗电流成分Di2，Di3，…(以上为步骤A)。
即，本实施方式的暗电流补偿电路25将作为输出信号SOBj(j＝1，…，m)与暗电流成分Dij(i＝1，…，n，j＝1，…，m)间的关系的参照位置R(i，j)(i＝1，…，n，j＝1，…，m)预存储的同时(图10标号35c)，通过参照配置于此参照位置R(i，j)(i＝1，…，n，j＝1，…，m)的光学黑斑像素POBR(i，j)的信号SOBR(i，j)，求出各暗电流成分Dij(i＝1，…，n，j＝1，…，m)(步骤A)，进而通过将此暗电流成分Dij(i＝1，…，n，j＝1，…，m)从像素信号Sij(i＝1，…，n，j＝1，…，m)中减出进行暗电流补偿(步骤S14)。
上述本实施方式的暗电流补偿电路35的预储存的信息为各有效像素分别对应的信息，因此检查表35c的规模变大，但是其信息为「参照位置R(i，j)(i＝1，…，n，j＝1，…，m)」，并非是近似了暗电流成分Dij和输出信号SOBj之间关系的值。因此，暗电流补偿的精度很高。
此外，在本实施方式的暗电流补偿电路35中使用的是比有效像素区域11a的首行L1还要先读出的垂直光学黑斑部OBh的信号，因此暗电流补偿电路35可以实时地进行暗电流补偿。
再者，在上述的各本实施方式的电子摄像机中，局部性的暗电流成分被可靠地进行补偿，所以对于外加于CCD摄像元件11的FDA上的偏置电流，可以不特别地抑制。
此外，在上述的第1实施方式、第2实施方式的暗电流补偿电路15、25中，检查表15c、25c把与垂直光学黑斑部的关系(γ，Δ)对各行分别进行存储，但是也可以构成为以下的结构。
即，检查表15c、25c把与垂直光学黑斑部的关系(γ，Δ)只对首行进行存储，且对于其他行，分别存储这些行与前一行的关系。另一方面，运算电路15a、25a在求得上述各行的暗电流成分时，参照前一行的暗电流成分。
若构成为该结构，垂直光学黑斑部的信号只在求出首行的暗电流成分时需要参照，因此可以省略行存储器15b。
此外，在上述的第3实施方式的电子摄像机30中，把应在暗电流补偿电路35中参照的光学黑斑像素的数设为m(有效像素区域的1行量)，但是也可以大于1行，这样能进一步提高精度。
此外，上述各实施方式的电子摄像机10、20、30在暗电流补偿电路15、25、35中参照垂直光学黑斑部的信号，但是也可以参照水平光学黑斑部等，当然也可以参照光学黑斑区域的其他部分的输出信号。但是，参照垂直光学黑斑部的输出信号，如上所述因能够实时地进行暗电流补偿，所以是有利的。
此外，在上述各实施方式的电子摄像机10、20、30中，暗电流补偿电路15、25、35和信号处理电路16分别由不同的电路构成，但是如果变更信号处理电路16的一部分，使得其进行与暗电流补偿电路15、25、35相同的处理，就可以将它们作成同一电路。
此外，在上述的各实施方式中，将作为摄像元件而配置了CCD摄像元件的电子摄像机举为例子，但是本发明也同样可以适用于配置CMOS型摄像元件之外的其他摄像元件的电子摄像机。
权利要求
1.一种摄像装置，其特征在于，包括存储装置，用于预先存储表示叠加于配置在摄像元件上的规定的有效像素区域上的各有效像素的像素信号中的暗电流成分、以及配置于该摄像元件上的规定的光学黑斑区域上的各光学黑斑像素的输出信号间关系的信息；暗电流取得装置，用于根据前述存储装置所存储的前述信息和前述输出信号求出前述暗电流成分；以及补偿装置，用于对前述像素信号补偿前述暗电流取得装置求出的暗电流成分。
2.在权利要求1中所述的摄像装置，其特征在于，前述存储装置存储的信息为对前述有效像素区域的每行表示前述暗电流成分与前述输出信号之比的信息。
3.在权利要求1中所述的摄像装置，其特征在于，前述存储装置存储的信息为对前述有效像素区域的每行表示前述暗电流成分与前述输出信号之差的信息。
4.在权利要求1中所述的摄像装置，其特征在于，前述存储装置存储的信息为对前述有效像素区域的每个有效像素表示输出与前述暗电流成分相等的输出信号的光学黑斑像素在前述光学黑斑区域中的位置的信息。
5.在权利要求1中所述的摄像装置，其特征在于，前述光学黑斑区域由比前述有效像素区域的首行还要先读出的至少1行的光学黑斑像素构成。
全文摘要
本发明的目的在于提供一种摄像装置，使得对于如FDA引起的暗电流成分的摄像元件中局部性的生成的暗电流成分也能够可靠地进行补偿。本发明的摄像装置，其特征在于，包括存储装置，用于预先存储表示叠加于配置在摄像元件上的规定的有效像素区域的各有效像素的像素信号的暗电流成分、以及配置于该摄像元件上规定的光学黑斑区域的各光学黑斑像素的输出信号间关系的信息；暗电流取得装置，用于根据前述存储装置所存储的前述信息和前述输出信号求出前述暗电流成分；补偿装置，用于对前述像素信号补偿前述暗电流取得装置求出的暗电流成分。
文档编号H04N5/369GK1527591SQ20031011302
公开日2004年9月8日 申请日期2003年12月25日 优先权日2003年1月16日
发明者西泽务, 森吉造 申请人:株式会社尼康