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JP4867441B2 - 固体撮像素子のキズ情報記憶装置、及びキズ情報記憶方法 - Google Patents

固体撮像素子のキズ情報記憶装置、及びキズ情報記憶方法 Download PDF

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Description

本発明は、例えばデジタルカメラに用いて好適な固体撮像素子のキズ情報記憶装置、及びキズ情報記憶方法に関するものである。
従来、CCDやCMOS等の固体撮像素子には複数種類のキズが不可避的に存在している。代表的なキズの種類としては、明時キズ(均一光が当たっている状態で、画素出力信号にあるレベル以上の大小があるもの)、暗時キズ(遮光した状態で、一定時間露光したときに、あるレベル以上の出力信号があるもの)等がある。そのため工場出荷時には、上記キズのある画素を検出し、そのアドレスをキズ情報としてメモリに記憶しておき、撮像時には前記キズ情報に基づいた画素補間等の補正処理が行われている。
一方、近年においては撮像素子の画素数が数メガピクセルに達しており、種々の制約によって前記キズ情報の全てを記憶するだけの記憶容量をシステムに確保することができない現状にある。係る不利を解消する技術として、例えば下記特許文献1には、構造欠陥があること、暗電量の程度、アドレス位置、キズの種類、読み出しタイミングの時期の順に、キズのある画素に優先順位を設け、より優先順位の高い画素のキズ情報をより多く記憶する技術が記載されている。
(例えば下記特許文献1参照)
特開2004−172973号公報
ところで、例えばデジタルカメラにおいては、一般に、撮像素子がキャプチャー時(撮影時)には全画素取り込みモードで駆動されるが、撮影待機状態のスルー時には画素間引きを行うモニタリングモードで駆動されており、スルー時には使用されない画素が存在している。また、近年のデジタルカメラに一般的に設けられている動画撮影モード(ムービーモード)での撮影時にも、基本的にはスルー時と同様の画素間引きが行われており、その際にも使用されない画素が存在している。
係ることから前述した技術を採用したとしても、キズ情報の記憶に十分な容量が確保できない場合や、記憶容量に比較しキズのある画素が多数存在する撮像素子を使用する場合にあっては、スルー時あるいは動画撮影時に使用される画素にキズのレベルが大きな画素があるにも拘わらず、その画素が補正できなくなる状況が発生しやすく、依然としてスルー時あるいは動画撮影時に撮像される動画像にキズ(白点や黒点)が現れる率が高いという問題があった。
本発明は、かかる従来の課題に鑑みてなされたものであり、スルー時あるいは動画撮影時に、画素のキズによる大きな画質低下がない高品質の画像を得ることが可能となる固体撮像素子のキズ情報記憶装置、及びキズ情報記憶方法と、それらの実現に使用されるプログラムを提供することを目的とする。
前記課題を解決するため請求項1の発明にあっては、固体撮像素子に存在するキズ画素を検出し、そのキズ画素のアドレスを示すキズ情報を記憶手段に記憶させるキズ情報記憶装置であって、前記キズの度合が所定の段階以上か否かを判定する判定手段と、前記判定手段による一方の判定結果の場合にのみ動作し、前記キズ画素が、前記固体撮像素子の所定の撮像動作に際して間引かれることなく常時使用される画素であるか否かを判断する判断手段と、前記キズ画素を、そのキズの度合に応じた順番で前記記憶手段に記憶させることを前提とし、前記判断手段の判断対象となったキズ画素については、常時使用される画素であると判断されたキズ画素のキズ情報を、常時使用される画素ではないと判断されたキズ画素のキズ情報よりも優先して前記記憶手段に記憶させる記憶制御手段とを備えたものとした。
また、請求項2の発明にあっては、前記判断手段は、前記判定手段にてキズの度合が所定の段階以上であると判定された場合のみ動作するものとした。
また、請求項3の発明にあっては、前記判断手段は、前記判定手段にキズの度合が所定の段階未満であると判定された場合のみ動作するものとした。
また、請求項4の発明にあっては、前記所定の段階は、前記記憶手段の容量に応じて設定されるものとした。
また、請求項5の発明にあっては、前記判定手段にて一方の判定結果となったキズ画素全てのキズ情報を、前記記憶手段に記憶しきれない時は、異常として警告を発する警告手段を更に備えたものとした。
また、請求項6の発明にあっては、固体撮像素子に存在するキズ画素を検出し、そのキズ画素のアドレスを示すキズ情報を記憶手段に記憶させるキズ情報記憶方法であって、前記キズの度合が所定の段階以上か否かを判定する第1の工程と、前記第1の工程による一方の判定結果の場合にのみ動作し、前記キズ画素が、前記固体撮像素子の所定の撮像動作に際して間引かれることなく常時使用される画素であるか否かを判断する第2の工程と、前記キズ画素を、そのキズの度合に応じた順番で前記記憶手段に記憶させることを前提とし、前記第2の工程の判断対象となったキズ画素については、常時使用される画素であると判断されたキズ画素のキズ情報を、常時使用される画素ではないと判断されたキズ画素のキズ情報よりも優先して前記記憶手段に憶させる第3の工程とを含む方法とした。
また、請求項7の発明にあっては、固体撮像素子に存在するキズ画素を検出し、そのキズ画素のアドレスを示すキズ情報を記憶手段に記憶させるキズ情報記憶装置が有するコンピュータを、前記キズの度合が所定の段階以上か否かを判定する判定手段と、前記判定手段による一方の判定結果の場合にのみ動作し、前記キズ画素が、前記固体撮像素子の所定の撮像動作に際して間引かれることなく常時使用される画素であるか否かを判断する判断手段と、前記キズ画素を、そのキズの度合に応じた順番で前記記憶手段に記憶させることを前提とし、前記判断手段の判断対象となったキズ画素については、常時使用される画素であると判断されたキズ画素のキズ情報を、常時使用される画素ではないと判断されたキズ画素のキズ情報よりも優先して前記記憶手段に記憶させる記憶制御手段として機能させるプログラムとした。
以上のように本発明によれば、キズ情報の記憶に使用可能な記憶容量に比較してキズのある画素の数が遙かに多い場合であっても、画素間引きを伴う撮像動作時に使用される画素のうちで、キズの度合が大きな画素については、そのキズ情報を確実に記憶することができるようにした。よって、スルー時あるいはムービー撮影時に、画素のキズによる大きな画質低下がない高品質の画像を得ることが可能となる。
以下、本発明の一実施の形態を図にしたがって説明する。図1は、本発明に係るデジタルカメラ1の電気的構成を示すブロック図である。このデジタルカメラ1は、通常の静止画機能に加え動画撮影機能を有するものであって、以下の構成を備えている。
すなわちデジタルカメラ1はシステムの全体の制御を行うCPU2と、撮像レンズ3によって感光部に結像された被写体の光学像に応じたアナログの撮像信号を出力する固体撮像素子であるCCD4を備えている。CCD4はTG(Timing Generator)5により所定の周期で走査駆動されて、結像された被写体の光学像を画素毎に光電変換し、光の強さに応じた画素信号からなるアナログの撮像信号をアナログ処理部6に出力する。また、CCD4は、CPU2から送られるシャッターパルスに応じ電荷蓄積時間を変化されることにより電子シャッターとしても機能する。
前記アナログ処理部6は、CCD4から入力した撮像信号に含まれるノイズを除去するCDS(Correlated Double Sampling:相関二重サンプリング回路)と、CDSを経た撮像信号を増幅するアナログアンプであるAGC(ゲイン調整アンプ)と、AGCで増幅され調整されたアナログの撮像信号をデジタル信号に変換するAD(A/D変換器)とからなり、デジタルデータ化した撮像信号をCPU2に出力する。
CPU2は、画像データの圧縮・伸張を含む各種のデジタル信号処理機能を確保されており、アナログ処理部6から出力された撮像信号を、アドレス・データバス7を介して順次DRAM8に送り画素データとして蓄積する。また、DRAM8に蓄積された画素データを液晶モニタ9の解像度(画素数)に応じて画素間引きしながら、所定の画像処理ブロック単位で読み出し、R,G,B毎のデジタルの画像データを生成し、輝度信号及び色差信号からなるYUVデータへ変換し、さらに変換後のYUVデータに基づきビデオ信号を生成して液晶モニタ9へ送る。
液晶モニタ9は、記録モードが設定されているときには、所定のフレーム周期で更新される被写体画像すなわちスルー画像等を表示する。また、操作補助用として各種のメニュー画面や、記録画像サイズの設定用等の種々の設定画面、メッセージ等を表示する。
静止画モードでの撮影時には、DRAM8に蓄積された全画素データについて前述した画像処理ブロック単位のYUVデータが、CPU2によって所定の方式で圧縮符号化された後、その画像データが静止画モードでは内蔵フラッシュメモリ10や、カードインターフェース11を介して着脱自在な各種のメモリーカード12に静止画ファイルとして記録される。また、動画モードでの撮影時には、DRAM8に蓄積された全画素データが、CPU2によって、その時点で設定されている動画像の画素数に応じていったん画素間引きされた後、間引き後の画素データに基づく画像処理ブロック単位のYUVデータが、所定の方式で圧縮符号化された後、フレーム毎に順次内蔵フラッシュメモリ10や、カードインターフェース11を介して着脱自在な各種のメモリーカード12に送られ、最終的には所定の動画記録方式(例えばMotion−JPEGやMPEG)の動画ファイルとして記録される。
また、再生モードにおいては、上記のように記録された静止画像や動画像のデータが、CPU2によって伸張復号化された後、前記液晶モニタ9において再生される。
キー入力部13は、電源キー、シャターキー、記録モードと再生モードとの動作切り替えに使用される動作モードキー、静止画、動画の別を含む各種の撮影モードの切り替えに使用される撮影モードキー等のスイッチ類により構成され、ユーザーによるキー操作に応じた操作信号をCPU2に送る。例えば記録モードでシャッターキーが押された撮影操作時には、それを示すトリガー信号をCPU2に出力する。
前記内蔵フラッシュメモリ10には、前述した圧縮後の画像データを記憶するための画像記憶領域とは別にプログラム領域が確保されている。プログラム領域には、CPU2に画像データの圧縮・伸張や、色調整処理を含む各種の画像信号処理や、AE制御等を行わせるための各種プログラムと、それらのプログラムに基づく動作に必要な各種データが記憶されている。特に本実施の形態においては、再生モードが設定されているとき、必要に応じてCPU2に後述する動作を行わせるためのプログラム、及び撮影動作に際してCPU2に後述する処理を行わせることにより、CPU2を本発明の判断手段、記憶制御手段として機能させるためのプログラムが記憶されている。
また、内蔵フラッシュメモリ10は本発明の記憶手段であって、前記CCD4における明時キズや暗時キズ等が存在する画像のアドレス、つまりキズ情報が上記の各種プログラムと共に記憶されている。
次に、以上の構成からなるデジタルカメラ1の本発明に係る動作について説明する。図2は、デジタルカメラ1の出荷前の所定の段階で、例えばデジタルカメラ1に予め用意されている所定の検査モードが設定されることによりCPU2が実行するキズ検出・記憶処理の手順を示したフローチャートである。
CPU2は、例えば上記検査モードの設定とともに動作を開始し、まずキズ検出用全画素取り込みを実施する(ステップS1)。係る処理は、明時キズや暗時キズ等の予め決められてるキズの種類に応じて露光方法を変えながら、CCD4を駆動して全画素の撮像信号を取り込む処理であり、取り込んだ撮像信号はデジタルの撮像データとしてDRAM8に記憶する。
次に、取り込んだ撮像データについて画素毎にキズレベル(キズの度合)を取得するとともに、キズレベルが大きい順に画素(具体的には画素のアドレスデータ)をソートする(ステップS2)。なお、本実施の形態では、上記画素毎のキズレベルとして、キズの種類を横断する統一的なキズレベル、すなわち製品としての使用時におけるキズ補正の必要度(優先度)に応じたキズレベルを取得する。
引き続き、全画素の各々について、そのキズレベル(Vth)が予め決められている第1の比較レベル(Level1)以上であるか否かを順に確認し、第1の比較レベル(Level1)以上であれば(ステップS3でYES)、その画素のアドレスを、内蔵フラッシュメモリ10の所定領域にキズ情報として記憶する(ステップS4)。そして、上記比較、及びアドレスの記憶を全画素が終了するまでの間実行する(ステップS7でNO)。つまり、キズレベルが第1の比較レベル(Level1)以上の画素のアドレスを無条件に記憶する。
ただし、その間に記憶メモリフル、つまり内蔵フラッシュメモリ10の所定領域に空きがなくなった場合には(ステップS5でYES)、CCD4自体の不良、又は他の不良(例えばシステムの撮像系の不良)が存在すると判断し、直ちにキズ検出・記憶処理を中止して所定の警告処理、例えば液晶モニタ9における異常メッセージの表示処理等に移行する(ステップS6)。
次に、記憶メモリフルとなることなく、前述した第1の比較レベル(Level1)以上の画素のアドレスの記憶が終了したら(ステップS7でYES)、キズレベルが第1の比較レベル(Level1)未満である確認対象画素について、各々のキズレベルが、第1の比較レベル(Level1)よりもレベルが低い予め決められている第2の比較レベル(Level2)以上であるか否かを順に確認する(ステップS8)。
ここで、第2の比較レベル(Level2)以上であったときには(ステップS8でYES)、さらに当該画素(のアドレス)がスルー時や動画撮影時において使用される画(のアドレス)であるか否かを確認し、使用される画があれば(ステップS9でYES)、その画素のアドレスを、内蔵フラッシュメモリ10の所定領域にキズ情報としてさらに記憶する(ステップS10)。そして、上記比較、及びアドレスの記憶を前記確認対象画素の全てについて終了するまでの間実行する(ステップS12でNO)。つまり、キズレベルが第1の比較レベル(Level1)未満で、かつ第2の比較レベル(Level2)以上の画素のアドレスについて、スルー時や動画撮影時において使用される(間引き対象とならない)画像のアドレスを優先して記憶する。
ただし、その間に、記憶メモリフルとなった場合には(ステップS11でYES)、前述したステップS3,S4の処理を繰り返していたときと同様、CCD4自体の不良、又は他の不良が存在すると判断し、直ちにキズ検出・記憶処理を中止して所定の警告処理に移行する(ステップS6)。
引き続き、記憶メモリフルとなることなく、キズレベルが第2の比較レベル(Level2)以上で、かつスルー時や動画撮影時において使用される画像のアドレスの記憶が終了したら(ステップS12でYES)、それ以後、キズレベルが第1の比較レベル(Level1)未満である画素について、各画素のアドレスをキズレベルが大きいものから順に、内蔵フラッシュメモリ10の所定領域にキズ情報としてさらに記憶する(ステップS13)。なお、係る処理ではステップS9で記憶済みのアドレスについては、その記憶を処理スキップするか、又は上書き処理する。つまり、キズレベルが第2の比較レベル(Level2)未満の画素のアドレスについて、スルー時や動画撮影時において使用されると否とに関係なく、キズレベルが大きいものから順に記憶する。
以後、記憶メモリフルとなるまでステップS13を繰り返し(ステップS14でNO)、その間に記憶メモリフルとなったら(ステップS14でYES)、その時点でキズ検出・記憶処理を終了する。
そして、デジタルカメラ1においては、製品として使用されているときの撮像時、つまり静止画モードや動画モードでのCCD4の駆動時には、CPU2が上述したキズ検出・記憶処理により内蔵フラッシュメモリ10に記憶したキズ情報に基づき、明時キズや暗時キズ等が存在する画像の値(画素データ)を、例えば周辺画素の値を用いた画素補間等による補正処理によって補正する。
ここで、上述したキズ検出・記憶処理においては、前述したようにキズレベルが第1の比較レベル(Level1)未満で、かつ第2の比較レベル(Level2)以上の画素のアドレスについては、スルー時や動画撮影時において使用される画像のアドレスが優先して記憶される。そのため、スルー時や動画撮影時に使用される画素に、キズレベルがある程度大きな画素、本実施の形態では第2の比較レベル(Level2)以上の画素がある場合には、そのキズ情報を確実に記憶することができる。
つまり、内蔵フラッシュメモリ10に確保可能なキズ情報の記憶容量に比較して、キズのある画素の数が遙かに多い場合であっても、スルー時や動画撮影時に使用される画素に、キズレベルがある程度大きな画素があれば、その画素の値を内蔵フラッシュメモリ10に記憶されているキズ情報に基づいて確実に補正することができる。
よって、スルー時あるいはムービー撮影時には、画素のキズ(白点や黒点)による大きな画質低下がない高品質の画像を得ることができる。
なお、本実施の形態の前述したキズ検出・記憶処理では、キズレベルが第1の比較レベル(Level1)未満で、かつ第2の比較レベル(Level2)以上の画素のアドレスの記憶に先立ち、キズレベルが第1の比較レベル(Level1)以上の画素のアドレスを予め無条件に記憶するようにしたが、その処理(ステップS3〜ステップS7)は廃止することができる。つまり、キズレベルがある比較レベル以上の全画素のアドレスについて、スルー時や動画撮影時において使用される画像のアドレスを優先して記憶するようにしてもよい。その場合においても、上記ある比較レベルを、内蔵フラッシュメモリ10に確保可能なキズ情報の記憶容量と、キズのある画素の数として想定される画素数とを勘案して適宜設定することにより、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
また、キズレベルが第2の比較レベル(Level2)未満の画素のアドレスについては、スルー時や動画撮影時において使用されると否とに関係なく、キズレベルが大きいものから順に記憶したが、内蔵フラッシュメモリ10に確保可能なキズ情報の記憶容量と、キズのある画素の数として想定される画素数との関係にもよるが、場合によっては、キズレベルが第2の比較レベル(Level2)未満の全ての画素について、スルー時や動画撮影時において使用される画像のアドレスを優先して記憶するようにしてもよい。
さらに、例えばCCD4の全画素数に比較し、スルー時や動画撮影時において使用される画素数が遙かに少ない場合には、全てのキズレベルの画素について、スルー時や動画撮影時において使用される画像のアドレスを優先して記憶するようにしてもよい。
また、画素毎のキズレベルとして、キズの種類を横断する統一的なキズレベルを設定し、キズ検出・記憶処理を行うようにしたが、例えば各画素にキズの種類毎にキズレベルを設定し、前述したステップS3〜ステップS7の処理、ステップS8〜ステップS12の処理、ステップS13,S14の処理からなる3段階の処理の各々をキズの種類毎に行うようにしても構わない。
また、本実施の形態では、スルー時や動画撮影時における画素間引きが、CCD4から全画素の画素データが取り込まれた後、液晶モニタ9の解像度やその時点で設定されている動画像の画素数に応じて行われるものについて説明したが、本発明は、スルー時や動画撮影時における画素間引きが、CCD4の駆動モードを変更することによって、CCD4から画素データが取り込まれる時点(画素毎の蓄積電荷の出力時点)で行われるものにも適用可能である。
また、CCD4のキズ情報をデジタルカメラ1の出荷前の所定の段階で内蔵フラッシュメモリ10の所定領域に記憶するようにしたが、これに限らず、CCD4のキズ情報は、不揮発性の記憶媒体であれば内蔵フラッシュメモリ10以外の他の記憶媒体に記憶してもよい。また、前記キズ検出・記憶処理は製品の出荷後に行われてもよい。例えばデジタルカメラ1メインテナンス時に必要に応じて行われてもよく、さらには、前記内蔵フラッシュメモリ10にファームウェアとして記憶される制御プログラムに、CPU2に前記キズ検出・記憶処理を行わせるためのプログラムを含めておき、ファームウェアのバージョンアップを行った際に、自動的に前記キズ情報が内蔵フラッシュメモリ10等に記憶されるようにしても構わない。
また、本発明は、固体撮像素子としてCCDを有するデジタルカメラ以外にも、CMOS等のように不可避的にキズが存在するの固体撮像素子を有するデジタルカメラにも適用可能である。
また、以上の説明においては、本発明を静止画撮影機能と動画撮影機能とを有するデジタルカメラに適用した場合について説明したが、これに限らず本発明はデジタルビデオカメラ、カメラ付き携帯電話、カメラ付きPDA等の他の撮像装置にも適用することができる。また、静止画撮影機能のみ、あるいは動画撮影機能のみを有するもの(スルー画像の表示機能の有無は問わない。)にも適用することができる。
また、本発明に係る前述したキズ画素の検出、及びキズ画素のアドレス情報の記憶処理は、デジタルカメラ等の撮像装置に組み込まれた状態の固体撮像素子に限らず、撮像装置に組み込まれる以前の固体撮像素子を対象として行ってもよい。すなわち本発明のキズ情報記憶装置は、必ずしも撮像装置に組み込まれたものである必要はない。
さらに、本発明をデジタルカメラ等に接続可能な装置に適用し、その装置が有するコンピュータ(CPU)に前述したキズ検出・記憶処理を行わせるようにしてもよ
また、キズ画素のアドレス情報が記憶される記憶媒体については、それが固体撮像素子と一体化されたものでもよく、また、それが固体撮像素子と共に撮像装置に組み込まれることがないものであっても構わない。
本発明に係るデジタルカメラのブロック図である。 CPU2が実行するキズ検出・記憶処理の手順を示したフローチャートである。
符号の説明
1 デジタルカメラ
2 CPU
4 CCD
10 内蔵フラッシュメモリ

Claims (7)

  1. 固体撮像素子に存在するキズ画素を検出し、そのキズ画素のアドレスを示すキズ情報を記憶手段に記憶させるキズ情報記憶装置であって、
    前記キズの度合が所定の段階以上か否かを判定する判定手段と、
    前記判定手段による一方の判定結果の場合にのみ動作し、前記キズ画素が、前記固体撮像素子の所定の撮像動作に際して間引かれることなく常時使用される画素であるか否かを判断する判断手段と、
    前記キズ画素を、そのキズの度合に応じた順番で前記記憶手段に記憶させることを前提とし、前記判断手段の判断対象となったキズ画素については、常時使用される画素であると判断されたキズ画素のキズ情報を、常時使用される画素ではないと判断されたキズ画素のキズ情報よりも優先して前記記憶手段に記憶させる記憶制御手段と
    を備えたことを特徴とする固体撮像素子のキズ情報記憶装置。
  2. 前記判断手段は、前記判定手段にてキズの度合が所定の段階以上であると判定された場合のみ動作することを特徴とする請求項1記載の固体撮像素子のキズ情報記憶装置。
  3. 前記判断手段は、前記判定手段にキズの度合が所定の段階未満であると判定された場合のみ動作することを特徴とする請求項1載の固体撮像素子のキズ情報記憶装置。
  4. 前記所定の段階は、前記記憶手段の容量に応じて設定されることを特徴とする請求項1記載の固体撮像素子のキズ情報記憶装置
  5. 前記判定手段にて一方の判定結果となったキズ画素全てのキズ情報を、前記記憶手段に記憶しきれない時は、異常として警告を発する警告手段を更に備えたことを特徴とする請求項記載の固体撮像素子のキズ情報記憶装置
  6. 固体撮像素子に存在するキズ画素を検出し、そのキズ画素のアドレスを示すキズ情報を記憶手段に記憶させるキズ情報記憶方法であって、
    前記キズの度合が所定の段階以上か否かを判定する第1の工程と、
    前記第1の工程による一方の判定結果の場合にのみ動作し、前記キズ画素が、前記固体撮像素子の所定の撮像動作に際して間引かれることなく常時使用される画素であるか否かを判断する第2の工程と、
    前記キズ画素を、そのキズの度合に応じた順番で前記記憶手段に記憶させることを前提とし、前記第2の工程の判断対象となったキズ画素については、常時使用される画素であると判断されたキズ画素のキズ情報を、常時使用される画素ではないと判断されたキズ画素のキズ情報よりも優先して前記記憶手段に憶させる第3の工程と
    を含むことを特徴とする体撮像素子のキズ情報記憶方法。
  7. 固体撮像素子に存在するキズ画素を検出し、そのキズ画素のアドレスを示すキズ情報を記憶手段に記憶させるキズ情報記憶装置が有するコンピュータを、
    前記キズの度合が所定の段階以上か否かを判定する判定手段と、
    前記判定手段による一方の判定結果の場合にのみ動作し、前記キズ画素が、前記固体撮像素子の所定の撮像動作に際して間引かれることなく常時使用される画素であるか否かを判断する判断手段と、
    前記キズ画素を、そのキズの度合に応じた順番で前記記憶手段に記憶させることを前提とし、前記判断手段の判断対象となったキズ画素については、常時使用される画素であると判断されたキズ画素のキズ情報を、常時使用される画素ではないと判断されたキズ画素のキズ情報よりも優先して前記記憶手段に記憶させる記憶制御手段と
    して機能させるプログラム。
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