JP2005303687A - Smear removing circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固体撮像素子から取り出される画像信号に対して、固体撮像素子の垂直転送動作に起因して発生するスミアを除去するようにしたスミア除去回路に関する。 The present invention relates to a smear removing circuit that removes smear generated due to a vertical transfer operation of a solid-state image sensor from an image signal extracted from the solid-state image sensor.
固体撮像素子を用いた撮像装置においては、固体撮像素子の露光状態を最適に保つように露光制御手段が設けられる。この露光制御手段としては、固体撮像素子に入射する光量を被写体の輝度に応じて制御する機械的な絞り機構や、固体撮像素子の露光時間を被写体の輝度に応じて伸縮制御する、いわゆる電子シャッタなどが知られている。 In an imaging apparatus using a solid-state imaging device, an exposure control unit is provided so as to keep the exposure state of the solid-state imaging device optimal. As this exposure control means, a mechanical aperture mechanism that controls the amount of light incident on the solid-state image sensor according to the brightness of the subject, or a so-called electronic shutter that controls the exposure time of the solid-state image sensor according to the brightness of the subject. Etc. are known.
図5は、フレーム転送方式のCCD固体撮像素子を用いた撮像装置の構成を示すブロック図である。 FIG. 5 is a block diagram illustrating a configuration of an imaging apparatus using a frame transfer type CCD solid-state imaging device.
固体撮像素子1は、撮像部1i、蓄積部1s、水平転送部1h及び出力部1dより構成される。撮像部1i及び蓄積部1sは、互いに平行に配列される垂直(列)方向に連続する複数のシフトレジスタからなる。撮像部1iのシフトレジスタの各ビットが複数の受光ビットを形成して受光部をなし、各受光ビットに被写体映像に対応して発生する情報電荷を蓄積する。設定された露光時間が経過すると、撮像部1iから蓄積部1sへ垂直方向にフレーム転送が行われる。蓄積部1sは遮光膜で覆われ、光の入射による電荷発生を防止されるので、フレーム転送された撮像部1iからの信号電荷をそのまま保持することができる。水平転送部1hは、蓄積部1sの複数のシフトレジスタの各出力がそれぞれ各ビットに接続される単一のシフトレジスタからなり、蓄積部1sに蓄積される1画面分の情報電荷を1行単位で受け取り、順次水平(行)方向に転送して出力する。そして、出力部1dは、電気的に独立した容量及びその容量の電位変化を取り出すアンプからなり、水平転送部1hから出力される情報電荷を1ビット単位で容量に受けて電圧値に変換し、画像信号Y0(t)として出力する。
The solid-
アナログ信号処理回路2は、固体撮像素子1から出力される画像信号Y0(t)を取り込み、サンプルホールド、AGC(自動利得制御)等の処理を施し、所定のフォーマットに従う画像信号Y1(t)として出力する。A/D変換回路3は、アナログ信号処理回路2から出力される画像信号Y1(t)をアナログ信号処理回路2の処理動作(固体撮像素子1の出力動作)に同期してデジタルデータに変換し、固体撮像素子1の各受光ビットに対応した画像データD1(n)を生成する。そして、デジタル信号処理回路4は、画像データD1(n)を取り込み、輪郭補正や1画面単位での積分処理、さらに、カラー撮像の場合には、色バランスの制御やフィルタリング等の処理を施し、新たな画像データD2(n)として出力する。この画像データD2(n)は、D/A変換回路によりアナログ値に変換されて表示装置に転送されるか、あるいは、そのまま記録媒体に記録される。
The analog
フレーム転送方式の固体撮像素子1においては、撮像部1iの各受光ビットに蓄積される情報電荷を蓄積部1sの蓄積ビットまで転送する際、光を受けて常に電荷を発生している受光ビットを通過させている。このため、受光ビット内を転送される過程で、不要な電荷、即ち、スミア電荷が情報電荷に混入し、再生画面上にスミアを発生させている。例えば、図6に示すように、撮像部1iの一部に明るいスポット光があたっている場合、各受光ビットに蓄積される情報電荷を蓄積部1sの蓄積ビットへ転送する際、スポット光のあたっている部分を通過して転送される情報電荷に多量のスミア電荷が混入することになる。これによって、固体撮像素子1から得られる画像信号を表示する再生画面上では、明るい被写体の下の位置にスミアが発生し易くなる。
In the solid-
図7は、従来のスミア除去回路の構成を示すブロック図である。尚、このスミア除去回路は、固体撮像素子の撮像部の各受光ビットに蓄積される情報電荷量をデジタルの画像データとして演算処理するものであり、図5に示す撮像装置において、デジタル信号処理回路4の入力側に付加される。 FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of a conventional smear removing circuit. The smear removing circuit performs arithmetic processing on the amount of information charges accumulated in each light receiving bit of the imaging unit of the solid-state imaging device as digital image data. In the imaging apparatus shown in FIG. 4 is added to the input side.
スミア除去回路30は、固体撮像素子での垂直転送の時間差によって発生するスミア成分を除去する。即ち、固体撮像素子の各受光ビットに蓄積される情報電荷の転送経路の差に起因して発生するスミア成分を除去するためにスミア除去回路が設けられる。
The
スミア除去回路30は、減算器11、加算器12、ラインメモリ13、乗算器14及び係数発生部36により構成される。減算器11は、1行単位で連続して入力される第1の画像データS1(n)からスミアデータT2(n)を減算し、スミア成分を含まない第2の画像データS2(n)として出力する。加算器12は、減算器11から出力される第2の画像データS2(n)とラインメモリ13から読み出される累加算データT1(n)とを加算し、その加算データをラインメモリ13に供給する。ラインメモリ13は、1画面分の第1の画像データS1(n)の入力が完了する毎にリセットされ、加算器12から入力される加算データを1行毎に記憶する。これにより、加算器12では1画面の第2の画像データS2(n)が各列で累加算され、ラインメモリ13には累加算データT1(n)が記憶されることになる。
The
乗算器14は、ラインメモリ13から読み出される累加算データT1(n)に対し、露光時間Tsによって決定される所定の係数kを乗算してスミア成分を表すスミアデータT2(n)を生成する。そして、係数発生部36は、固体撮像素子の露光状態を表す露光時間Tsに応答し、固体撮像素子の各受光ビットでの露光時間に対応した係数kを発生し、乗算器14に供給する。
The
このようなスミア除去回路30によれば、固体撮像素子の各受光ビットに蓄積される情報電荷が1行ずつ垂直方向に転送される毎に各受光ビットから混入されるスミア電荷が順次累加算される。そして、その累加算値によって情報電荷が転送される過程で混入するスミア成分が表されるため、この値を第1の画像データS1(n)から減算することによりスミア成分を除去できる。
According to such a
係数発生回路36は、フレーム毎に露光時間Tsが入力され、少なくとも1垂直走査期間の間同一データが保持され、その間は同一の係数kが設定される。
The
続いて、スミア除去回路30でのスミア除去の原理を説明する。
Next, the principle of smear removal in the
図8は、スミア除去回路30によるスミア除去の原理を説明する図で、固体撮像素子の受光ビットの各行毎の出力電荷量Vi,jを示す。尚、この図においては、各受光ビットが受ける光の量が全て均一である場合を示している。
FIG. 8 is a diagram for explaining the principle of smear removal by the
フレーム転送方式の固体撮像素子の場合、i行j列の受光ビットから得られる出力電荷量Vi,jは、受光ビットの単位時間あたりの蓄積電荷量をEi,j(t)とすると、式1によって与えられる。 In the case of a frame transfer type solid-state imaging device, the output charge amount Vi, j obtained from the light receiving bit of i row and j column is expressed by the following equation, assuming that the accumulated charge amount per unit time of the light receiving bit is Ei, j (t). Given by.
ここで、t1及びt2は、各受光ビットにおける情報電荷の露光開始時刻及び露光終了時刻であり、Δtは、各受光ビットに蓄積された情報電荷がフレーム転送時に1つの受光ビットを通過するのに要する時間である。この式1で、右辺の第1項は、所定の露光時間Ts(=t2−t1)中に1つの受光ビットに蓄積される情報電荷量を示し、第2項は、1つの受光ビットに蓄積された情報電荷が撮像部から蓄積部までフレーム転送される過程で混入するスミア電荷量を示している。即ち、受光ビットの単位時間あたりの蓄積電荷量Ei,j(t)を時刻t1から時刻t2まで積分した値によって各受光ビットに蓄積される情報電荷量が表される。そして、単位時間あたりの蓄積電荷量Ei,j(t)をΔtの分だけ積分した値によってフレーム転送時に情報電荷が1つの受光ビットを通過する間にその受光ビットで発生する電荷量が表され、この積分値を転送経路にある受光ビットの分だけ加算した値によってスミア電荷量が表される。
Here, t1 and t2 are the exposure start time and the exposure end time of the information charge in each light receiving bit, and Δt is the information charge accumulated in each light receiving bit passes through one light receiving bit during frame transfer. It takes time. In
ここで、時刻t1から時刻t2まで、さらには、時刻t2+nΔtまでの時間が短く、その間の入射光量が変化しないと仮定すると、受光ビットの単位時間あたりの蓄積電荷量Ei,j(t)を一定値(この値をEi,jとする)とすることができ、式1の計算結果は式2となる。
Here, assuming that the time from time t1 to time t2 and further from time t2 + nΔt is short and the amount of incident light during that time does not change, the accumulated charge amount Ei, j (t) per unit time of the received light bit is constant. A value (this value is assumed to be Ei, j), and the calculation result of
さらに、時刻t1から時刻t2までの間に各受光ビットに蓄積される情報電荷量、即ち、Ts・Ei,jをSi,jに置き換えると、式2は式3に変形される。
Further, if the information charge amount accumulated in each light receiving bit from time t1 to time t2, that is, Ts · Ei, j is replaced with Si, j,
従って、各受光ビットに真に蓄積される情報電荷量Si,jは、式4によって与えられることになる。
Therefore, the information charge amount Si, j that is truly accumulated in each light receiving bit is given by
即ち、固体撮像素子の各受光ビットから得られる出力電荷量Vi,jからスミア電荷量を差し引いた値が各受光ビットに蓄積される情報電荷量Si,jとなる。 That is, the value obtained by subtracting the smear charge amount from the output charge amount Vi, j obtained from each light receiving bit of the solid-state imaging device is the information charge amount Si, j accumulated in each light receiving bit.
スミア除去回路30は、上述の式4の演算を実行するものであり、加算器12及びラインメモリ13の組み合わせによって右辺第2項のΣ演算が実行され、乗算器14によって右辺第2項の係数kの乗算が実行される。そして、乗算器14から取り出される演算結果を減算器11によって右辺第1項に相当する第1の画像データS1(n)から減算することにより式4の演算が完了することになる。従って、固体撮像素子で情報電荷の垂直転送に起因して発生するスミア成分は、除去されることになる。
近年、デジタルカメラやその他のカメラ機能付きの携帯端末等において、固体撮像素子の画素数の向上は、プレビュー用のモニタの画素数の向上に比べて著しくなっている。そのため、メモリ等の記録媒体に画像を記録する際には、固体撮像素子の画素数に応じた高解像度の画像を撮影するが、プレビュー時にはプレビューモニタの画素数に応じた少ない画素数での撮影で十分である。また、プレビュー時には消費電力を抑制するためフラッシュ撮影は行わないことが多い。このような状況の下、夜間あるいは屋内での撮影など被写体が暗い場合には、各画素に蓄積される情報電荷量が少ないため、それら情報電荷を隣接する画素間で混合することが行われる。 In recent years, in digital cameras and other mobile terminals with camera functions, the number of pixels of a solid-state imaging device has been significantly improved compared to the number of pixels of a preview monitor. For this reason, when recording an image on a recording medium such as a memory, a high-resolution image corresponding to the number of pixels of the solid-state image sensor is captured, but at the time of preview, capturing with a small number of pixels corresponding to the number of pixels of the preview monitor is performed. Is enough. Also, flash photography is often not performed during preview in order to reduce power consumption. Under such circumstances, when the subject is dark, such as shooting at night or indoors, the amount of information charge accumulated in each pixel is small, so that the information charge is mixed between adjacent pixels.
図9は、撮像部1iと蓄積部1sの境界部分における転送方向の模式的な断面図及びポテンシャル図の一例であり、撮像部1iと蓄積部1sの境界部分で情報電荷を混合する固体撮像素子である。タイミングT0(T9)からT8までを繰り返すことで、撮像部1iの各転送電極には3相のフレーム転送クロックφf1〜φf3が印加され、蓄積部1sの各転送電極には3相の垂直転送クロックφv1〜φv3が印加されて、それぞれチャネル領域内のポテンシャルの制御が行われる。ここで、垂直転送クロックφv1〜φv3については、フレーム転送クロックφf1〜φf3に対して周期を3倍に設定しており、これにより情報電荷を撮像部から蓄積部へ転送する過程で、転送方向に隣接する混合画素単位数3毎に情報電荷を混合すると共に画素数の間引きを行っている。 FIG. 9 is an example of a schematic cross-sectional view and a potential diagram in the transfer direction at the boundary between the imaging unit 1i and the storage unit 1s, and a solid-state imaging device that mixes information charges at the boundary between the imaging unit 1i and the storage unit 1s. It is. By repeating the timing T0 (T9) to T8, the three-phase frame transfer clocks φf1 to φf3 are applied to the transfer electrodes of the imaging unit 1i, and the three-phase vertical transfer clocks are applied to the transfer electrodes of the storage unit 1s. φv1 to φv3 are applied to control the potential in the channel region. Here, the vertical transfer clocks φv1 to φv3 are set to have a period three times that of the frame transfer clocks φf1 to φf3, and in the process of transferring information charges from the imaging unit to the storage unit, Information charges are mixed for every three adjacent mixed pixel units, and the number of pixels is thinned out.
また、図10は、撮像部1iと蓄積部1sの境界部分における転送方向の模式的な断面図及びポテンシャル図の他の一例であり、撮像部1iと蓄積部1sの境界部分で情報電荷を混合する固体撮像素子である。タイミングT0(T9)からT8までを繰り返すことで、撮像部1iの各転送電極には3相のフレーム転送クロックφf1〜φf3が印加され、蓄積部1sの各転送電極には3相の垂直転送クロックφv1〜φv3が印加されて、それぞれチャネル領域内のポテンシャルの制御が行われる。ここでも、垂直転送クロックφv1〜φv3については、フレーム転送クロックφf1〜φf3に対して周期を3倍に設定しており、これにより情報電荷を撮像部から蓄積部へ転送する過程で、転送方向に隣接する混合画素単位数3毎に情報電荷を混合すると共に画素数の間引きを行っている。ただし、混合画素単位である3画素のうち中央の1画素の情報電荷は、タイミングT4において基板側に排出している。このようなポテンシャル制御により、図11のようないわゆるモザイク型カラーフィルタ配置の場合に、同一色の情報電荷のみ混合することができる。
従来は、固体撮像素子の各受光ビットから得られる1ビット毎の出力電荷量Vi,jからスミア電荷量を順次差し引いて情報電荷量Si,jを算出していたため、上記のように転送方向に隣接する画素の情報電荷を混合する場合には、スミア電荷量を算出できず情報電荷量を算出できないという問題があった。
FIG. 10 is another example of a schematic cross-sectional view and a potential diagram in the transfer direction at the boundary between the imaging unit 1i and the storage unit 1s, and the information charge is mixed at the boundary between the imaging unit 1i and the storage unit 1s. A solid-state imaging device. By repeating the timing T0 (T9) to T8, the three-phase frame transfer clocks φf1 to φf3 are applied to the transfer electrodes of the imaging unit 1i, and the three-phase vertical transfer clocks are applied to the transfer electrodes of the storage unit 1s. φv1 to φv3 are applied to control the potential in the channel region. Here again, the vertical transfer clocks φv1 to φv3 are set to have a period three times that of the frame transfer clocks φf1 to φf3, so that in the process of transferring information charges from the imaging unit to the storage unit, Information charges are mixed for every three adjacent mixed pixel units, and the number of pixels is thinned out. However, the information charge of one central pixel among the three pixels which are mixed pixel units is discharged to the substrate side at timing T4. By such potential control, in the case of a so-called mosaic type color filter arrangement as shown in FIG. 11, only information charges of the same color can be mixed.
Conventionally, the information charge amount Si, j is calculated by sequentially subtracting the smear charge amount from the output charge amount Vi, j for each bit obtained from each light receiving bit of the solid-state imaging device. When the information charges of adjacent pixels are mixed, there is a problem that the smear charge amount cannot be calculated and the information charge amount cannot be calculated.
本発明は、上記問題点を解決することを目的とし、転送方向に所定の混合画素単位数で情報電荷を混合する固体撮像素子においても、スミア電荷量を算出して情報電荷量を算出することができるスミア除去回路を提供することを目的とする。
An object of the present invention is to solve the above-described problems, and to calculate the amount of information charge by calculating the amount of smear charge even in a solid-state imaging device that mixes information charge by a predetermined number of mixed pixel units in the transfer direction. An object of the present invention is to provide a smear removing circuit capable of performing the above.
本発明は、複数の受光ビットが行方向及び列方向に配列された受光部を有する固体撮像素子から、各受光ビットに蓄積される情報電荷を垂直方向に転送すると共に、情報電荷を転送方向に隣接する画素で所定の混合画素単位数毎に混合した後、1行ずつ順次水平方向に転送出力して得られる画像信号に対し、情報電荷の垂直方向の転送過程で混入するスミア成分を除去するスミア除去回路において、前記固体撮像素子の各受光ビットに蓄積された情報電荷量から情報電荷の露光時間と情報電荷の垂直方向への転送周期及び前記混合画素単位数との比に基づいて推定した各受光ビット毎のスミア電荷量を情報電荷の垂直転送経路にある受光ビットの分だけ累加算し、前記固体撮像素子の各受光ビットに蓄積される情報電荷を転送出力して得られる出力電荷量を表す1行単位で連続する第1の画像データから前記累加算値を個々に差し引いて第2の画像データを得ることを特徴とする。 The present invention transfers information charges accumulated in each light receiving bit in a vertical direction and also transfers information charges in the transfer direction from a solid-state imaging device having a light receiving portion in which a plurality of light receiving bits are arranged in a row direction and a column direction. Smear components mixed in the vertical transfer process of information charges are removed from the image signal obtained by sequentially transferring and outputting one row at a time in the horizontal direction after mixing for every predetermined number of mixed pixel units in adjacent pixels. In the smear removing circuit, the information charge amount accumulated in each light receiving bit of the solid-state imaging device is estimated based on the ratio between the exposure time of the information charge, the transfer period of the information charge in the vertical direction, and the number of mixed pixel units. It is obtained by accumulating the amount of smear charge for each light receiving bit by the amount of light receiving bits in the vertical transfer path of information charge, and transferring and outputting the information charge accumulated in each light receiving bit of the solid-state image sensor. Wherein the obtaining a second image data by subtracting individually the accumulated sum from the first image data continuous one line at a time representative of the output charge.
本発明によれば、各受光ビットに蓄積される情報電荷を転送方向に隣接する画素で所定の混合画素単位数で混合する固体撮像素子において、垂直方向に転送する過程で発生するスミア成分をスミア除去回路によって算出することができ、その算出結果を出力電荷量から順次差し引くことで、スミア成分を効率よく除去することができる。従って、撮影状態に合わせて、固体撮像素子の情報電荷を転送方向に隣接する画素で所定の混合画素単位数で混合しても、スミア成分の除去が可能になり、あらゆる状況において最適な映像を再生することができる。
According to the present invention, smear components generated in the process of transferring in the vertical direction are smeared in a solid-state imaging device that mixes information charges accumulated in each light receiving bit in a predetermined number of mixed pixel units in pixels adjacent in the transfer direction. The smear component can be efficiently removed by subtracting the calculation result sequentially from the output charge amount. Therefore, the smear component can be removed even if the information charge of the solid-state image sensor is mixed in a predetermined number of mixed pixel units in adjacent pixels in the transfer direction according to the shooting state, and an optimal image can be obtained in all situations. Can be played.
図1は、本発明のスミア除去回路の構成を示すブロック図である。尚、このスミア除去回路は、固体撮像素子の撮像部の各受光ビットに蓄積される情報電荷量をデジタルの画像データとして演算処理するものである。 FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a smear removing circuit of the present invention. The smear removing circuit performs arithmetic processing on the amount of information charges accumulated in each light receiving bit of the imaging unit of the solid-state imaging device as digital image data.
スミア除去回路10は、固体撮像素子での垂直転送の時間差によって発生するスミア成分を除去する。即ち、固体撮像素子の各受光ビットに蓄積される情報電荷の転送経路の差に起因して発生するスミア成分を除去するためにスミア除去回路が設けられる。
The
スミア除去回路10は、減算器11、加算器12、ラインメモリ13、乗算器14及び係数発生部16により構成される。従来のスミア除去回路30と相違する点は、乗算器14は、ラインメモリ13から読み出される累加算データT1(n)に対し、露光時間Ts及び混合画素単位数mによって決定される所定の係数m・kを乗算してスミア成分を表すスミアデータT2(n)を生成する。係数発生部16は、固体撮像素子の各受光ビットでの露光時間Ts及び混合画素単位数mによって決定される所定の係数m・kを発生し、乗算器14に供給する。
The
このようなスミア除去回路10によれば、固体撮像素子の各受光ビットに蓄積される情報電荷が1行ずつ垂直方向に転送される毎に各受光ビットから混入されるスミア電荷の量が順次累加算される。そして、その累加算値によって情報電荷が転送される過程で混入するスミア成分が表されるため、この値を第1の画像データS1(n)から減算することによりスミア成分を除去した第2の画像データS2(n)を得ることができる。
According to such a
係数発生回路16は、フレーム毎に露光時間Ts及び混合画素単位数mが入力され、少なくとも1垂直走査期間の間同一データが保持され、その間は同一の係数m・kが設定される。 The coefficient generation circuit 16 receives the exposure time Ts and the mixed pixel unit number m for each frame, holds the same data for at least one vertical scanning period, and sets the same coefficient m · k during that period.
続いて、スミア除去回路10でのスミア除去の原理を説明する。
Next, the principle of smear removal in the
図2は、図9のように転送方向に隣接する混合画素単位数3毎に情報電荷を混合する固体撮像素子におけるスミア除去回路10によるスミア除去の原理を説明する図である。固体撮像素子の受光ビットの情報電荷量Si,jを3画素混合した行毎の出力電荷量Vi,jを示す。尚、この図においては、各受光ビットが受ける光の量が全て均一である場合を示している。
各受光ビットに蓄積された情報電荷がフレーム転送時に1つの受光ビットを通過するのに要する時間Δtとし、露光時及びフレーム転送時にその間の入射光量が変化しないと仮定すると、式3に基づき式5によって与えられる。
FIG. 2 is a diagram for explaining the principle of smear removal by the
Assuming that the time required for the information charge accumulated in each light-receiving bit to pass through one light-receiving bit during frame transfer and assuming that the amount of incident light does not change during exposure and frame transfer,
ここで、右辺第3項及び第4項は、混合した混合画素単位内における後発の2画素の情報電荷が同一の混合画素単位内の受光ビットを転送により通過する時に蓄積される電荷であるため、スミア電荷とは言えず、むしろ情報電荷といって良い。そのため、右辺第3項及び第4項は無視できるので、式5は式6のように変形される。
Here, the third term and the fourth term on the right side are the charges accumulated when the information charges of the subsequent two pixels in the mixed pixel unit are transferred by passing through the light receiving bits in the same pixel unit. It is not a smear charge, but rather an information charge. Therefore, since the third term and the fourth term on the right side can be ignored,
従って、式6の右辺第1項を、情報電荷が混合される混合画素単位の受光ビットに真に蓄積される情報電荷量Wi,jと置き換えると、Wi,jは式7によって与えられることになる。
Therefore, if the first term on the right side of
図3は、図10のように転送方向に隣接する3画素の中央の1画素の情報電荷を排出して混合画素単位数3毎に情報電荷を混合する固体撮像素子におけるスミア除去回路10によるスミア除去の原理を説明する図である。固体撮像素子の受光ビットの情報電荷量Si,jを転送方向に隣接する画素で混合画素単位数3毎に混合した行毎の出力電荷量Vi,jを示す。尚、この図においては、各受光ビットが受ける光の量が全て均一である場合を示している。
FIG. 3 shows smearing by the
各受光ビットに蓄積された情報電荷がフレーム転送時に1つの受光ビットを通過するのに要する時間Δtとし、露光時及びフレーム転送時にその間の入射光量が変化しないと仮定すると、式3に基づき式8によって与えられる。
Assuming that the time required for the information charge accumulated in each light-receiving bit to pass through one light-receiving bit during frame transfer and assuming that the amount of incident light does not change during exposure and frame transfer,
ここで、右辺第3項及び第4項は、情報電荷を混合した混合画素単位のうち最後発の1画素の情報電荷が同一の混合画素単位の受光ビットを転送により通過する時に蓄積される電荷であるため、スミア電荷とは言えず、むしろ情報電荷といって良い。そのため、右辺第3項及び第4項は無視できるので、式8は式9のように変形される。
Here, the third term and the fourth term on the right side are the charges accumulated when the information charge of the last one pixel among the mixed pixel units mixed with the information charge passes through the light receiving bit of the same mixed pixel unit by transfer. Therefore, it cannot be called a smear charge, but rather an information charge. Therefore, since the third term and the fourth term on the right side can be ignored,
式9の右辺第1項を、情報電荷が混合される混合画素単位の受光ビットに真に蓄積される情報電荷量Wi,jと置き換え、情報電荷を混合する混合画素単位の中央の画素で発生する情報電荷は、両端の画素で発生する情報電荷の平均値に等しいとすると、式9は式10のように変形できる。
The first term on the right side of Equation 9 is replaced with the information charge amount Wi, j that is truly stored in the light receiving bit of the mixed pixel unit in which the information charge is mixed, and is generated in the center pixel of the mixed pixel unit in which the information charge is mixed Assuming that the information charge to be equal is the average value of the information charges generated at the pixels at both ends, Expression 9 can be transformed into
結局、情報電荷量Wi,jは式7と同様の演算で算出できる。一般的に混合画素単位数をmとすると、情報電荷が混合される混合画素単位の受光ビットに真に蓄積される情報電荷量Wi,jは、式11で与えられる。
Eventually, the information charge amount Wi, j can be calculated by the same calculation as in Equation 7. In general, when the number of mixed pixel units is m, the information charge amount Wi, j that is truly accumulated in the light receiving bit of the mixed pixel unit in which the information charges are mixed is given by
スミア除去回路10は、上述の式11の演算を実行するものであり、加算器12及びラインメモリ13の組み合わせによって右辺第2項のΣ演算が実行され、乗算器14によって右辺第2項の係数m・kの乗算が実行される。そして、乗算器14から取り出される演算結果を減算器11によって右辺第1項に相当する第1の画像データS1(n)から減算することにより式8の演算が完了することになる。従って、各受光ビットに蓄積される情報電荷を転送方向に隣接する画素で所定の混合画素単位数で混合する固体撮像素子においても、本発明により情報電荷の垂直転送に起因して発生するスミア成分は、除去されることになる。
なお、転送方向に隣接する画素での情報電荷の混合はプレビュー時などに行うものであり、メモリ等の記録媒体に画像を記録する際には固体撮像素子の画素数に応じた高解像度の画像を撮影するため行われない。よって、本発明における混合画素単位数mは1以上である自然数が、撮影状況に応じて係数発生部に入力される。
また、上記の実施形態では、転送方向に隣接する画素での情報電荷の混合は、撮像部1iと蓄積部1sの境界部分で行っていたが、これに限らず蓄積部1s内のいずれか、または蓄積部1sと水平転送部1hの境界部分で行っても良い。
The
Note that the mixing of information charges at pixels adjacent in the transfer direction is performed during preview or the like, and when recording an image on a recording medium such as a memory, a high-resolution image corresponding to the number of pixels of the solid-state image sensor Not done for shooting. Therefore, a natural number having a mixed pixel unit number m of 1 or more in the present invention is input to the coefficient generation unit according to the shooting situation.
Further, in the above embodiment, the mixing of the information charges in the pixels adjacent in the transfer direction is performed at the boundary portion between the imaging unit 1i and the storage unit 1s. Alternatively, it may be performed at the boundary between the storage unit 1s and the horizontal transfer unit 1h.
以上のような固体撮像素子のスミア電荷量の算出方法は、フレーム転送方式の固体撮像素子の他、情報電荷読み出し用のシフトレジスタが各受光ビットに隣接して配置されるインターライン方式の固体撮像素子にも適用することができる。 The method for calculating the smear charge amount of the solid-state imaging device as described above is based on the interline-type solid-state imaging in which a shift register for reading out information charges is arranged adjacent to each light receiving bit in addition to the frame transfer type solid-state imaging device. It can also be applied to elements.
ここでaは、各受光ビットからシフトレジスタ部への電荷の漏れ込みの割合を表す係数であり、1未満の定数で表される。 Here, a is a coefficient representing the rate of charge leakage from each light receiving bit to the shift register unit, and is represented by a constant less than 1.
インターライン方式の固体撮像素子の場合、各受光ビットに蓄積された情報電荷は、遮光されたシフトレジスタ内へ直接転送されるため、フレーム転送方式の固体撮像素子のように、各受光ビットに発生する電荷がそのままスミア電荷となることはない。しかしながら、受光ビットに隣接して配置されるシフトレジスタに、各受光ビットから転送された情報電荷を一時的に蓄積するようにしているため、次画面の情報電荷を蓄積している受光ビットから漏れ出した情報電荷の一部がスミア電荷となって情報電荷に混入する。この混入の度合いは、各受光ビットに入射される光の強度に比例しており、その比例係数をaとして表している。この係数aの値は、固体撮像素子の構造や受光ビットに入射する光の波長によって異なるため、実際の撮像によって得られる出力をモニタしながら最適値を決定することが好ましい。
この式12によって得られる出力電荷量は、フレーム転送方式の固体撮像素子の場合と同様に、スミア成分については、図4におけるスミア除去回路20により除去される。このとき、係数発生回路26はaを乗じた係数a・m・kを出力する。
In the case of an interline solid-state image sensor, the information charge accumulated in each light-receiving bit is directly transferred into the light-shielded shift register, so that it is generated in each light-receiving bit like a frame transfer type solid-state image sensor. The generated charge does not become a smear charge as it is. However, since the information charge transferred from each light receiving bit is temporarily stored in the shift register arranged adjacent to the light receiving bit, it leaks from the light receiving bit storing the next screen information charge. A part of the generated information charge becomes a smear charge and is mixed into the information charge. The degree of mixing is proportional to the intensity of light incident on each light receiving bit, and the proportionality coefficient is represented as a. Since the value of the coefficient a varies depending on the structure of the solid-state imaging device and the wavelength of light incident on the light receiving bit, it is preferable to determine the optimum value while monitoring the output obtained by actual imaging.
As in the case of the frame transfer type solid-state imaging device, the smear component is removed by the
1 固体撮像素子
1i 撮像部
1s 蓄積部
1h 水平転送部
1d 出力部
2 アナログ信号処理回路
3 A/D変換回路
4 デジタル信号処理回路
10 スミア除去回路
11 減算器
12 加算器
13 ラインメモリ
14 乗算器
16 係数発生部
20 スミア除去回路
26 係数発生部
30 スミア除去回路
36 係数発生部
1 Solid-state image sensor
1i Imaging unit 1s Accumulating unit 1h Horizontal transfer unit
20
36 Coefficient generator
Claims (4)
前記固体撮像素子の各受光ビットに蓄積された情報電荷量から情報電荷の露光時間と情報電荷の垂直方向への転送周期及び前記混合画素単位数との比に基づいて推定した各受光ビット毎のスミア電荷量を情報電荷の垂直転送経路にある受光ビットの分だけ累加算し、前記固体撮像素子の各受光ビットに蓄積される情報電荷を転送出力して得られる出力電荷量を表す1行単位で連続する第1の画像データから前記累加算値を個々に差し引いて第2の画像データを得ることを特徴とするスミア除去回路。 From a solid-state imaging device having a light receiving section in which a plurality of light receiving bits are arranged in a row direction and a column direction, information charges accumulated in each light receiving bit are transferred in a vertical direction, and information charges are transferred between adjacent pixels in the transfer direction. In a smear removing circuit that removes smear components mixed in a vertical transfer process of information charges from an image signal obtained by sequentially transferring and outputting one row at a time in the horizontal direction after mixing every predetermined number of mixed pixel units ,
For each light receiving bit estimated from the amount of information charge accumulated in each light receiving bit of the solid-state imaging device based on the ratio of the information charge exposure time to the information charge vertical transfer period and the number of mixed pixel units One row unit representing the amount of output charge obtained by accumulating the amount of smear charge by the amount of light receiving bits in the information charge vertical transfer path and transferring the information charge accumulated in each light receiving bit of the solid-state imaging device A smear removing circuit, wherein the second image data is obtained by subtracting the cumulative addition values individually from the first image data continuous in step (b).
前記混合画素単位数は撮影状況に応じて切り換えられることを特徴とするスミア除去回路。
The smear removal circuit according to claim 1,
The smear removing circuit according to claim 1, wherein the number of mixed pixel units is switched according to a photographing situation.
前記第1の画像データからスミアデータを減算して第2の画像データを生成する減算器と、この減算器から出力される前記第2の画像データを各列毎に第1行目から順次累加算しながら1行分の累加算データを記憶するラインメモリと、このラインメモリから読み出される前記累加算データに前記固体撮像素子の各受光ビットでの情報電荷の露光時間及び情報電荷の垂直方向への転送周期に応じて決定される係数を乗算して前記スミアデータを生成する乗算回路と、を有することを特徴とするスミア除去回路。
The smear removal circuit according to any one of claims 1 and 2,
A subtractor that subtracts smear data from the first image data to generate second image data, and the second image data output from the subtractor is sequentially accumulated from the first row for each column. A line memory for storing cumulative addition data for one row while adding, and the cumulative addition data read from the line memory in the vertical direction of the information charge exposure time and information charge at each light receiving bit of the solid-state imaging device And a multiplier circuit for generating the smear data by multiplying a coefficient determined in accordance with a transfer cycle of the smear removal circuit.
前記固体撮像素子の各受光ビットでの情報電荷の露光時間及び混合画素単位数に基づいて所定の係数を発生するスミア係数発生部を含むことを特徴とするスミア除去回路。
The smear removal circuit according to claim 3.
A smear removal circuit comprising a smear coefficient generator for generating a predetermined coefficient based on an exposure time of information charges at each light receiving bit of the solid-state imaging device and the number of mixed pixel units.
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