專利名稱：成像裝置、成像控制方法以及成像控制程序的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適將成l象元件用于長(zhǎng)時(shí)間曝光成^f象的成像裝置、成 像控制方法以及成^f象控制程序。
背景技術(shù)：
當(dāng)在單位時(shí)間以少量的光照射成像裝置的膜或者成^象元件來 執(zhí)行成像時(shí)，需要通過設(shè)置諸如幾十秒、幾分鐘或者更長(zhǎng)的長(zhǎng)曝光 時(shí)間以使更多的光照射成像裝置或者膜。執(zhí)行這種成像的實(shí)例可以
包括在黑暗中執(zhí)行成像、對(duì)諸如星星等黑暗對(duì)象執(zhí)行成像以及通 過區(qū)域中的狹窄孔徑和深的纟從深才丸4亍灃青確成1泉。
在諸如CCD (電荷耦合裝置)或者CMOS (互補(bǔ)金屬氧化物 半導(dǎo)體)成像器等通過光電轉(zhuǎn)換將照射的光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)然后輸出 的成像裝置中，對(duì)于每個(gè)像素把預(yù)定周期(諸如幀率等)中輸出的 成4象信號(hào)加起來，以增大動(dòng)態(tài)范圍。在JP-A-5-236422中記載了這 樣的結(jié)構(gòu)對(duì)于每幀累加從成像裝置獲得的圖像信號(hào)，以增大動(dòng)態(tài) 范圍。
在諸如長(zhǎng)曝光等成像條件下，可以發(fā)生由成像元件的固定圖案 造成的黑暗時(shí)的白斑的數(shù)量增加和信號(hào)電平的升高，這往往會(huì)導(dǎo)致 通過成像所獲得的圖像數(shù)據(jù)噪聲非常多和視覺上不舒服。其原因如 下。在成4象裝置的4象素部中出現(xiàn)的泄露電流所引起的白斑(下文中，稱作白斑)是由于成像元件的特有的固定圖案引起的。白斑的信號(hào) 電平與曝光時(shí)間成比例地增加。因此，長(zhǎng)時(shí)間曝光可以將在短曝光 的黑信號(hào)電平附近的白斑的信號(hào)電平變成可見信號(hào)電平，然后，導(dǎo)
致在黑暗中的可見白斑的數(shù)量呈指數(shù)地增長(zhǎng)。
當(dāng)利用加法將泄漏電流造成的白斑的信號(hào)電平增加至超過存
儲(chǔ)字長(zhǎng)(memory word length )的電平時(shí)，在動(dòng)態(tài)范圍的上限處帶有 白斑的像素的信息被限幅(clip)而成為缺陷。當(dāng)屏幕上的白斑數(shù) 量充分小時(shí)，可以通過使用相鄰像素信號(hào)執(zhí)行插值(interpolation)
來解決該問題。
然而，如上所述，長(zhǎng)曝光可以導(dǎo)致多個(gè)白斑，其中， 一白斑可 能與另 一 白斑相鄰，所以^使用相鄰<象素的插<直不可能改善圖 <象質(zhì) 量。這需要通過加合成像信號(hào)以增大動(dòng)態(tài)范圍，同時(shí)消除白斑。
作為解決該問題的一個(gè)傳統(tǒng)方法， <吏用在對(duì)成^f象元件進(jìn)4亍了光 屏蔽的狀態(tài)下執(zhí)行成像所獲得的圖像信號(hào)來消除白斑。例如，首先， 通過在由來自對(duì)象的光照射成像元件的狀態(tài)下執(zhí)行成像，然后，在 相同的曝光時(shí)間內(nèi)通過在對(duì)成4象元件進(jìn)4亍光屏蔽的狀態(tài)下才丸4亍成 像，并且，對(duì)于每個(gè)像素從在由光照射成像元件的狀態(tài)下獲得的圖 像信號(hào)(下文中，稱作"非光屏蔽圖像信號(hào)")中減去在對(duì)成像元 件進(jìn)行光屏蔽的狀態(tài)下獲得的圖像信號(hào)(下文中，稱作"光屏蔽圖 像信號(hào)，，)。該方法可以消除白斑，因?yàn)樵诠馄帘螆D像信號(hào)中，白斑 像素的白斑信號(hào)電平與曝光時(shí)間相應(yīng)地增加，同時(shí)非白斑像素的信 號(hào)電平理想地為黑信號(hào)電平。
如上所述，JP-A-2003-219282和JP-A-8-51571描述了通過對(duì)每 個(gè)像素從非光屏蔽圖像信號(hào)中減去光屏蔽圖像信號(hào)以去除成像元 件的固定圖案噪聲的4支術(shù)。此外，4艮據(jù)JP-A-8-51571，將光屏蔽圖
6像信號(hào)的電平減少至1/N,并且將從非光屏蔽圖像信號(hào)減去減少至
1/N的光屏蔽圖像信號(hào)重復(fù)N次，從而更適當(dāng)?shù)厝コ装摺?
發(fā)明內(nèi)容
然而，存在這樣的問題在從非光屏蔽圖像信號(hào)中減去光屏蔽 圖像信號(hào)來消除白斑過程中，當(dāng)執(zhí)行很長(zhǎng)的曝光時(shí)，基于長(zhǎng)曝光所 累加的電荷的非光屏蔽圖像信號(hào)和光屏蔽圖像信號(hào)可以達(dá)到飽和 電平，因此，在非光屏蔽圖像信號(hào)和光屏蔽圖像信號(hào)中的白斑信號(hào) 電平的信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍顯著降低。
另一個(gè)問題是當(dāng)4丸行極長(zhǎng)曝光時(shí)，暗電流的累積變得不可忽 略。具體地，當(dāng)在極長(zhǎng)時(shí)間段內(nèi)執(zhí)行曝光時(shí)，僅由累積的暗電流的 電荷也可以使成像元件的輸出信號(hào)達(dá)到飽和電平。
鑒于以上所述，本發(fā)明的目的是提供在維持對(duì)象信號(hào)的足夠的 動(dòng)態(tài)范圍的同時(shí)可以有效去除白斑的成^f象裝置、成l象控制方法、以 及成像控制程序。
為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種成像裝置，包括
成像元件，具有多個(gè)像素，并將光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的電荷存儲(chǔ)在各 個(gè)像素中，并且基于存儲(chǔ)在各個(gè)像素中的電荷輸出包括像素?cái)?shù)據(jù)的 成像信號(hào)；
第一存儲(chǔ)器和第二存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)所述成像信號(hào)；
加法器，用于加合各個(gè)像素?cái)?shù)據(jù)的所述成像信號(hào)；
控制器，在非光屏蔽條件下，用于使所述成像元件輸出通過多 個(gè)分割次數(shù)將曝光時(shí)間分割成的每段分割曝光時(shí)間的所述成像信號(hào)，并且對(duì)于各個(gè)像素?cái)?shù)據(jù)，累加每段分割曝光時(shí)間的所述成像信
號(hào)，然后將累加的成像信號(hào)存儲(chǔ)在所述第一存儲(chǔ)器中；以及，在光 屏蔽條件下，用于使所述成像元件輸出通過多個(gè)分割次數(shù)將曝光時(shí) 間分割成的每段分割曝光時(shí)間的所述成像信號(hào)，并且對(duì)于各個(gè)像素 數(shù)據(jù)，累加每段分割曝光時(shí)間的所述成像信號(hào)，然后將累加的成像 信號(hào)存儲(chǔ)在所述第二存儲(chǔ)器中；以及
減法器，用于從存儲(chǔ)在所述第 一存儲(chǔ)器中的累加了所述多個(gè)分 割次數(shù)的各像素?cái)?shù)據(jù)中減去存儲(chǔ)在第二存儲(chǔ)器中的累加了所述多 個(gè)分割次數(shù)的各<象素#:據(jù)。
本發(fā)明提供了 一種成像控制方法，用于使用成像元件執(zhí)行成 像，所述成像元件具有多個(gè)像素，并將光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的電荷存儲(chǔ)在 每個(gè)像素中，并且基于存儲(chǔ)在每個(gè)像素中的電荷輸出包括像素?cái)?shù)據(jù) 的成像信號(hào)，所述方法包括以下步驟
通過使所述成像元件輸出所述成像信號(hào)來執(zhí)行成像；
在非光屏蔽條件下，使所述成像元件將通過多個(gè)分割次數(shù)使曝 光時(shí)間分割成的每個(gè)分割曝光時(shí)間的所述成像信號(hào)作為非光屏蔽 圖像信號(hào)輸出；
對(duì)于各個(gè)像素?cái)?shù)據(jù)，累加每段分割曝光時(shí)間的所述非光屏蔽圖
像信號(hào)；
在光屏蔽條件下，使所述成像元件將通過多個(gè)分割次數(shù)使曝光 時(shí)間分割成的每個(gè)分割曝光時(shí)間的所述成像信號(hào)作為光屏蔽圖像 信號(hào)輸出；
8對(duì)于各個(gè)像素?cái)?shù)據(jù)，累加每段分割曝光時(shí)間的所述光屏蔽圖像
信號(hào)；
從在光屏蔽狀態(tài)下的被累加了所述多個(gè)分割次數(shù)的各像素?cái)?shù) 據(jù)中減去在非光屏蔽狀態(tài)下的被累加了所述多個(gè)分割次數(shù)的各像
素?cái)?shù)據(jù)。
本發(fā)明提供了 一種成像控制程序，用于使計(jì)算機(jī)執(zhí)行成像方 法，所述成4象方法用于4吏用成<象元件執(zhí)4亍成<象，所述成《象元件具有 多個(gè)像素，并將光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的電荷存儲(chǔ)在各個(gè)像素中，并且基于 存儲(chǔ)在各個(gè)像素中的電荷輸出包括像素?cái)?shù)據(jù)的成像信號(hào)，所述成像
方法包纟舌以下步駛《
通過使所述成像元件輸出所述成像信號(hào)來執(zhí)行成像；
在非光屏蔽條件下，使所述成像元件將通過多個(gè)分割次數(shù)使曝 光時(shí)間分割成的每個(gè)分割曝光時(shí)間的所述成像信號(hào)作為非光屏蔽 圖像信號(hào)輸出；
對(duì)于各個(gè)像素?cái)?shù)據(jù)，累加每段分割曝光時(shí)間的所述非光屏蔽圖 像信號(hào)；
在光屏蔽條件下，使所述成像元件將通過多個(gè)分割次數(shù)使曝光 時(shí)間分割成的每個(gè)分割曝光時(shí)間的所述成像信號(hào)作為光屏蔽圖像 信號(hào)輸出；
對(duì)于各個(gè)像素?cái)?shù)據(jù)，累加每段分割曝光時(shí)間的所述光屏蔽圖像 信號(hào)；
9從在光屏蔽狀態(tài)下的被累加了所述多個(gè)分割次數(shù)的各像素?cái)?shù)據(jù)中減去在非光屏蔽狀態(tài)下的被累加了所述多個(gè)分割次數(shù)的各像
素?cái)?shù)據(jù)。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，在分割了曝光時(shí)間的每個(gè)定時(shí)處，從在非光屏蔽條件下的成像元件讀取電荷，然后，基于該讀取的電荷從成像信號(hào)中去除與暗電流分量相對(duì)應(yīng)的分量，然后，對(duì)于每次讀取順序地累加去除了暗電流分量的凄t字成像信號(hào)，并且存儲(chǔ)在第一存儲(chǔ)器中，然后，當(dāng)曝光時(shí)間結(jié)束時(shí)，從存儲(chǔ)在第一存儲(chǔ)器中的數(shù)字成像信號(hào)中減去與在對(duì)應(yīng)于曝光時(shí)間的時(shí)間周期期間內(nèi)存儲(chǔ)在光屏蔽條件下的成像元件中的電荷相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，然后，輸出結(jié)果。因此，具有防止在第一存儲(chǔ)器的數(shù)字成像信號(hào)的累加中的數(shù)據(jù)限幅并且能夠確-床動(dòng)態(tài)范圍的優(yōu)點(diǎn)。
圖1為用于概念地說明本發(fā)明的實(shí)施方式的示意圖2為示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的成像裝置的結(jié)構(gòu)實(shí)例的框
圖3為示出存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)實(shí)例的示意圖4為示出加法/減法器的結(jié)構(gòu)實(shí)例的^I圖5為示出成像裝置的成像操作的實(shí)例的時(shí)序圖6為示出才艮據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的處理的流程圖7示出了確定分割曝光時(shí)間的數(shù)量的處理和確定4艮據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的每幅圖像的曝光時(shí)間的處理的流程圖；圖8示出了才艮據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式確定分割的曝光時(shí)間的次教:的處理和確定每幅圖 <象的曝光時(shí)間的處理的流禾呈圖9示出了4艮據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的處理的另一實(shí)例的流程
圖io示出了用于說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的控制優(yōu)點(diǎn)的實(shí)
例的示意圖11示出了用于說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的控制優(yōu)點(diǎn)的實(shí)例的示意圖；以及
圖12示出了用于說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的控制優(yōu)點(diǎn)的實(shí)
例的示意圖。
符號(hào)說明
1 成<象裝置 12 成〗象元4牛
13 A/D轉(zhuǎn)換器 14 數(shù)字鉗位器
15 加法/減法器 16 存儲(chǔ)器
19 控制器
具體實(shí)施例方式
以下將參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施方式。圖l概念地示出了根據(jù)本發(fā)明的曝光處理。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，首先，在來自對(duì)象的光照射成像元件的狀態(tài)下，在分割的曝光時(shí)間對(duì)成^f象元件進(jìn)4亍曝光(分時(shí)曝光)，然后，累加通過分時(shí)曝光所獲得的非光屏蔽圖像
ii信號(hào)(參見圖1A)。接下來，在對(duì)成像元件進(jìn)行光屏蔽的狀態(tài)下，
以相同的方法在分割的曝光時(shí)間對(duì)成^f象元件曝光進(jìn)4亍分割曝光(分時(shí)曝光)，然后，累加在對(duì)成像元件進(jìn)行光屏蔽的狀態(tài)下通過分時(shí)
曝光所獲得的光屏蔽圖像信號(hào)(參見圖1B)。最后，從累加的非光屏蔽圖像信號(hào)中減去累加的光屏蔽圖像信號(hào)以獲得成像信號(hào)(參見圖1C)。
此外，在本發(fā)明的實(shí)施方式中，分別如圖1A和1B所示，對(duì)于分時(shí)曝光的每次曝光，通過數(shù)字鉗位從曝光所獲得的非光屏蔽圖像信號(hào)和光屏蔽圖像信號(hào)中減去由成像元件的暗電流引起的信號(hào)分量"暗(dark)"(下文中，稱作暗電流分量"暗")，然后，分別累加減去了由暗電流引起的信號(hào)分量"暗"(下文中，稱作暗電流分量"暗")的非光屏蔽圖像信號(hào)和減去了暗電流分量"暗"的光屏蔽圖像信號(hào)。
具體地，在來自對(duì)象的光照射成像元件的非光屏蔽情況下，如圖1A所示，從第一次曝光所獲得的非光屏蔽圖像信號(hào)IMG,、第二
次曝光所獲得的非光屏蔽圖像信號(hào)IMG2.....作為在非光屏蔽條
件下最后曝光的第n次曝光所獲得的非光屏蔽圖像信號(hào)IMG。的每一個(gè)中減去暗電流分量"暗"，然后，對(duì)每個(gè)像素將這些減去了暗電流分量"暗"的非光屏蔽圖像信號(hào)累加起來，以獲得相加后的非光屏蔽圖^f象信號(hào)IMGadd。這可以由下式(l)表示注意，式(l)中的IMGi為通過在曝光時(shí)間t內(nèi)對(duì)成像元件進(jìn)4亍曝光所獲得的非光屏蔽圖像信號(hào)。此外，注意，通過鉗位來消除暗電流分量"暗"并且該暗電流分量"暗"的分量隨溫度而變化。
/A/G認(rèn)=t (/MG, _ …(1 )
12類似地，在對(duì)成像元件進(jìn)行光屏蔽的光屏蔽條件下，如圖IB
所示，通過數(shù)字鉗位從第 一 次曝光所獲得的光屏蔽圖像信號(hào)
IMGdk,、第二次曝光所獲得的光屏蔽圖像信號(hào)IMGdk2.....作為
在光屏蔽條件下最后曝光的第n次曝光所獲得的光屏蔽圖像信號(hào)IMGdkn的每個(gè)中減去暗電流分量"暗"，然后，對(duì)每個(gè)像素4巴這些減去了暗電流分量"暗，，的光屏蔽圖像信號(hào)累加起來，以獲得相加后的光屏蔽圖像信號(hào)IMGdkadd。這可以通過下式(2)表示注意，式(2)中的IMGdki為通過在曝光時(shí)間t內(nèi)對(duì)成4象元件進(jìn)行曝光所獲得的光屏蔽圖像信號(hào)。
/MJ勘fiW =尤(/MG《-…(2 )
,=1
當(dāng)結(jié)束光屏蔽條件的周期時(shí)，如下式(3)所示，對(duì)于每個(gè)像
素，從相加了的非光屏蔽圖像信號(hào)IMGadd減去相加了的光屏蔽圖像
信號(hào)IMGdkadd。于是，得到了最后成像信號(hào)IMGnradd(參見圖1C)。由于從非光屏蔽圖像信號(hào)中除去了固定圖案引起的白斑和暗電流的影響，所以成像信號(hào)IMGnradd也得到寬的動(dòng)態(tài)范圍。
/MG"r = /MG"必_ …(3 )
如果這些非光屏蔽圖像信號(hào)和光屏蔽圖像信號(hào)為數(shù)字信號(hào)，則將存儲(chǔ)器用于累加這些信號(hào)。例如，對(duì)于非光屏蔽圖像信號(hào)，當(dāng)將第一次曝光所獲得的第一非光屏蔽圖像信號(hào)寫入存儲(chǔ)器并且通過第二次曝光獲得第二非光屏蔽圖像信號(hào)時(shí)，從存儲(chǔ)器讀取第一非光屏蔽圖像信號(hào)，然后，將第二非光屏蔽圖像信號(hào)與第一非光屏蔽圖像信號(hào)相加，然后，將相加的結(jié)果重寫入存儲(chǔ)器。
在實(shí)施方式中，將分配給在存儲(chǔ)器中的一個(gè)像素的位數(shù)(thenumber of bits )和與用于進(jìn)行非光屏蔽圖像信號(hào)或者光屏蔽圖像信號(hào)的相加的加法器中的一個(gè)4象素的運(yùn)算相對(duì)應(yīng)的位凄t沒置為大于
在A/D轉(zhuǎn)換成l象元件的llr出的A/D轉(zhuǎn)換器中的一個(gè)《象素邀:l居時(shí)的A/D (才莫擬至凄t字)轉(zhuǎn)換的量化位凄t ( quantization bit rate )。當(dāng)4巴非光屏蔽圖像信號(hào)或者光屏蔽圖像信號(hào)相加時(shí)，這可以減少限幅和舍入誤差，因此，改善了成4象質(zhì)量。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的成像裝置1的結(jié)構(gòu)實(shí)例。在成l象裝置1中，通過成l象元件12 ^t妄收經(jīng)由光學(xué)系統(tǒng)10和扭4成快門ll入射的光，并且通過光電轉(zhuǎn)換被轉(zhuǎn)換為電信號(hào)(成像信號(hào))。對(duì)成像信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理，并且通過A/D轉(zhuǎn)換器13轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)(數(shù)字成像信號(hào))。除了機(jī)械快門，諸如液晶快門也可以被用作快門。凄t字成^象信號(hào)在^t字^"位器(digital clamper) 14、加法/減法器15、以及存儲(chǔ)器16中進(jìn)4亍后述的處理，然后，由信號(hào)處理器17進(jìn)行預(yù)定圖像處理，然后，將在存儲(chǔ)處理器18中將所處理的信號(hào)記錄至記錄媒體中。記錄媒體可以是非易失可重寫存儲(chǔ)器21。為了確認(rèn)捕捉的圖像等，圖像信號(hào)處理器17還才是供用于顯示在取景器20上的圖像數(shù)據(jù)。
控制器19控制整個(gè)成像裝置1。例如，控制器19包括CPU(中央處理單元)、ROM(只讀存儲(chǔ)器)、RAM(隨機(jī)存儲(chǔ)器)、以及用于生成用于成像元件的驅(qū)動(dòng)控制和定時(shí)控制(逐幀、逐像素等)的同步信號(hào)的同步信號(hào)生成器。CPIH吏用RAM作為工作存儲(chǔ)器^f艮據(jù)存儲(chǔ)在ROM中的程序控制成像裝置1的各種分量。UI部25包括用于開始成像的釋放按鈕；以及用于設(shè)置成像裝置1的各種功能的多個(gè)控制，諸如快門速度、光圏、縮放、以及焦距，并且輸出基于這些控制所執(zhí)行的操作的控制信號(hào)至控制器19 。
光學(xué)系統(tǒng)10包括透4竟系統(tǒng)、光圏枳4勾、焦3巨才幾構(gòu)、縮i文才幾構(gòu)等，其中，光圈、聚焦、縮放等基于控制器19或者手動(dòng)操作來控制。枳4成快門11可以阻斷透4竟系統(tǒng)10和成^象元4牛12之間的光
14路，并且物理地阻斷入射到成像元件12的光。例如，當(dāng)用戶按下
釋放按鈕(未示出)時(shí)，通過控制器19的控制機(jī)械快門11打開， 并且光通過光學(xué)系統(tǒng)IO入射到成像裝置12上。例如，才艮據(jù)預(yù)先i殳 定的快門速度，從變成開啟時(shí)經(jīng)過預(yù)定時(shí)間后，機(jī)械快門11自動(dòng)關(guān)閉。
成^象元件12可以為4吏用了 CMOS (互補(bǔ)金屬氧4匕物半導(dǎo)體) (下文中，縮寫為CMOS)的圖像傳感器。成像元件12也可以為 CCD (電荷耦合裝置)。在以下描述中，假設(shè)成像元件12為CMOS。 眾所周知，CMOS可以控制讀取每個(gè)像素，例如，可以控制對(duì)每行 讀取 像素信號(hào)。在CMOS中，讀取所提取的電荷，并且重置該電荷。 滾動(dòng)快門和全域快門都可以用于成l象元件12。
在使用滾動(dòng)快門中，在重置各行之后，開始曝光，并且當(dāng)曝光 時(shí)間結(jié)束時(shí)，輸出一行像素信號(hào)。因此，每行的曝光時(shí)間是逐行改 變的。在4吏用全域快門中，同時(shí)在所有行中^U亍重置，并且同時(shí)在 所有4亍中開始曝光。然后，在整個(gè)成^f象區(qū)域內(nèi)同時(shí)讀取乂人光每文二擬> 管向電荷檢測(cè)器的信號(hào)電荷。
成像元件12輸出用于各像素的成像信號(hào)。從成像元件12輸出 的成像信號(hào)通過信號(hào)處理器(未示出)進(jìn)行諸如噪聲抑制和增益控 制的信號(hào)處理，并且輸入至A/D轉(zhuǎn)換器13。 A/D轉(zhuǎn)換器13按每個(gè) 像素將作為模擬信號(hào)輸入的成像信號(hào)轉(zhuǎn)換為量化位數(shù)X的數(shù)字信
將從A/D轉(zhuǎn)換器13輸出的數(shù)字成像信號(hào)提供給數(shù)字鉗位器14。 數(shù)字鉗位器14數(shù)字鉗位該被提供的數(shù)字成像信號(hào)，并且將其黑信 號(hào)電平固定為預(yù)定值。作為實(shí)例，數(shù)字鉗位器14從A/D轉(zhuǎn)換成像 元件12的輸出所獲得的數(shù)字成像信號(hào)的每個(gè)像素所對(duì)應(yīng)的信號(hào)中 減去與用作光學(xué)黑體的多個(gè)像素相對(duì)應(yīng)的信號(hào)的平均值。將通過數(shù)字鉗位器14固定的黑信號(hào)電平的數(shù)字成像信號(hào)提供 給加法/減法器15。力口法/減法器15包括加法部15A和減法部15B, 并且使用存儲(chǔ)器16執(zhí)行被提供的數(shù)字成像信號(hào)的累加和兩個(gè)累加
數(shù)據(jù)之間的減法。
例如，如圖3所示，存儲(chǔ)器16包括存儲(chǔ)區(qū)域16A和存儲(chǔ)區(qū)域 16B(在圖3中，分別作為區(qū)域#1和區(qū)域#2示出)，其中，每個(gè)均 可以包括至少一幀的數(shù)字成像數(shù)據(jù)?？梢灾鹣袼卦L問存儲(chǔ)區(qū)域16A 和存卩諸區(qū)域16B的每個(gè)，其中，分配^合一個(gè)〗象素的位^:大于A/D轉(zhuǎn) 換器13的每個(gè)像素的量化位數(shù)。例如，如果A/D轉(zhuǎn)換器13在量化 位數(shù)為14的情況下A/D轉(zhuǎn)換一個(gè)l象素的數(shù)據(jù)并輸出，則在存^f諸區(qū) 域16A和存儲(chǔ)區(qū)域16B中一個(gè)像素至少分配15位。更優(yōu)選地，對(duì) 于一個(gè)Y象素分配更多必:凄丈。
圖4示出了加法/減法器15的結(jié)構(gòu)的實(shí)例。在加法/減法器15 中，力。法部15A包4舌加法器30和開關(guān)31和32。減法部15B包4舌 減法器33。例如，加法器30的字長(zhǎng)(位數(shù))至少長(zhǎng)于A/D轉(zhuǎn)換器 13的每個(gè)像素的量化位數(shù)。開關(guān)31和32用于選擇存儲(chǔ)區(qū)域16A 或者16B。
作為實(shí)例，當(dāng)使用存儲(chǔ)區(qū)域16A執(zhí)行數(shù)據(jù)累加時(shí)，開關(guān)31和 32分別選擇輸出端31A和32A。將提供給加法/減法器15的數(shù)字成 像信號(hào)提供給加法器30的一個(gè)輸入端。另一方面，從存儲(chǔ)器16A 讀取數(shù)據(jù)并且通過開關(guān)32纟是供給加法器30的另 一輸入端。加法器 30 4巴輸入至一個(gè)輸入端的數(shù)字成像信號(hào)和輸入至另一輸入端的凄史 據(jù)相加。通過開關(guān)31將利用加法器30相加的結(jié)果重寫至存〗諸區(qū)i或 16A。注意，力。法器30在對(duì)應(yīng)于每個(gè)像素的兩個(gè)數(shù)據(jù)之間進(jìn)行加合。
如上所述，在存儲(chǔ)器16中，分配給一個(gè)像素的位數(shù)大于A/D 轉(zhuǎn)換器13的每個(gè)像素的量化位數(shù)。這可以減少數(shù)字成像數(shù)據(jù)的累
16加時(shí)可能產(chǎn)生的由進(jìn)位引起的數(shù)據(jù)限幅和執(zhí)行數(shù)據(jù)舍入所引起的誤差。
在減法部15B的減法中，將從每個(gè)像素的存儲(chǔ)區(qū)域16A讀取 的數(shù)據(jù)提供給減法器33的一個(gè)輸入端。另一方面，將從每個(gè)像素 的存儲(chǔ)區(qū)域16B讀取的數(shù)據(jù)提供給減法器33的另 一輸入端。減法 器33從輸入至一個(gè)輸入端的數(shù)據(jù)減去輸入至另一輸入端的凄t據(jù)。 例如，減法器33在與每個(gè)4象素相對(duì)應(yīng)的兩個(gè)^t據(jù)之間^丸行減法。
將從加法/減法器15所輸出的數(shù)字成像信號(hào)提供給圖像信號(hào)處 理器17。例如，圖像信號(hào)處理器17將所提供的數(shù)字成像信號(hào)轉(zhuǎn)換 成預(yù)定格式的圖像數(shù)據(jù)，并且對(duì)圖像數(shù)據(jù)執(zhí)行諸如圖像質(zhì)量校正等 圖像處理。將從圖像信號(hào)處理器17輸出的圖像數(shù)據(jù)提供給存儲(chǔ)處 理器18。存儲(chǔ)處理器18使用諸如JPEG (聯(lián)合圖像專家組)等方法 的給定壓縮編碼方法對(duì)提供的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮編碼，并且將編碼 數(shù)據(jù)記錄到諸如存儲(chǔ)器21的記錄J 某體中。
將參照?qǐng)D5所示的時(shí)序圖描述在如上結(jié)構(gòu)的成^f象裝置1中的成 像操作的實(shí)例。在該描述中，快門速度設(shè)定為l分鐘，并且按下釋 放按鈕和打開機(jī)械快門期間的1分鐘被分割成三個(gè)曝光時(shí)間(每個(gè) 20秒)來執(zhí)行曝光。
在時(shí)間ti處，按下釋放按鈕成為按下狀態(tài)(參見圖5A)。例如， 當(dāng)從變成按下狀態(tài)后在過去與快門速度相對(duì)應(yīng)的時(shí)間周期時(shí)，釋放 按4丑自動(dòng)變成抬起(OFF)狀態(tài)。在時(shí)間t!處，才幾械快門11變成打 開(參見圖5B),經(jīng)由光學(xué)系統(tǒng)10來自對(duì)象的光照射成4象元件12， 并且在非光屏蔽條件下對(duì)成l象元件12曝光。
例如，在時(shí)間t!處，當(dāng)按下釋放按鈕時(shí)，控制器19生成垂直 同步信號(hào)VD (參見圖5C )并且將該信號(hào)提供給成像元件12。響應(yīng)于垂直同步信號(hào)VD，成像元件12使用全域快門功能(GSH )使存
儲(chǔ)在所有像素中的電荷同時(shí)輸出并且重置在所有像素中的電荷。
在時(shí)間t,之后，當(dāng)使用全域快門功能重置在所有像素中的電荷 時(shí)，立即開始在每個(gè)Y象素中存儲(chǔ)電荷。在時(shí)間t2處，當(dāng),人時(shí)間t!過 去預(yù)定時(shí)間周期(在本實(shí)例中，20秒)時(shí)，控制器19生成另一垂 直同步信號(hào)VD并且將該信號(hào)提供給成像元件12。
因?yàn)檫@是在按下釋放按鈕之后像素第一次被讀取，所以在時(shí)間 12處的垂直同步信號(hào)VD 1"吏在存1"諸區(qū)域16A和16B中的存^f渚器16 的存儲(chǔ)內(nèi)容被清除。用于清除存儲(chǔ)器的定時(shí)至少應(yīng)該在存儲(chǔ)器16 中的數(shù)據(jù)累加開始之前。例如，可以在按下釋放按鈕時(shí)清除存儲(chǔ)器， 并不4又限于〗象素的第一次讀耳又。
響應(yīng)于垂直同步信號(hào)VD,利用用滾動(dòng)快門功能(RSH)成<象 元件12逐行順序讀耳又存^f諸在^象素中的電荷(參見圖5D)并且將其 作為成像信號(hào)輸出。在已經(jīng)讀出存儲(chǔ)電荷的每個(gè)像素中，在讀出之 后立即開始存儲(chǔ)電荷。
將從成像元件12順序逐行輸出的成像信號(hào)通過A/D轉(zhuǎn)換器13 A/D轉(zhuǎn)換為每個(gè)像素的量化位數(shù)為X的數(shù)字成像信號(hào)。然后，通過 數(shù)字鉗位器14對(duì)數(shù)字成像信號(hào)鉗位，并且固定其黑信號(hào)電平。如 參照?qǐng)D1所述的，通過數(shù)字鉗位器14的鉗位處理，實(shí)現(xiàn)了從成像 信號(hào)中減去成像元件的暗電流分量"暗"的處理。
將利用數(shù)字鉗位器14進(jìn)行了4甘位的數(shù)字成像信號(hào)4是供鄉(xiāng)合加法/ 減法器15并且累加地寫入存^f渚器16 (參見圖5E)?，F(xiàn)在，在時(shí)間 12處，機(jī)械快門ll打開，并且成像元件12利用來自對(duì)象的光進(jìn)行 曝光。即，這時(shí)，數(shù)字成像信號(hào)對(duì)應(yīng)于上述非光屏蔽圖像信號(hào)。
18例如，參照?qǐng)D4，在加法/減法器15中，分別通過開關(guān)31和32 選4奪端子31A和32A。將數(shù)字成像信號(hào)提供給加法器30的一個(gè)輸 入端。另一方面，將從存儲(chǔ)器16的存儲(chǔ)區(qū)域16A讀取的數(shù)據(jù)提供 給加法器30的另一輸入端。這時(shí)，從時(shí)間ti開始存^f諸在存^f諸器16 中的內(nèi)容已經(jīng)被清除，并且對(duì)于每個(gè)像素，將值"0"提供給加法 器30的另 一輸入端。加法器30對(duì)每個(gè)像素執(zhí)行在提供給兩個(gè)輸入 端的兩個(gè)數(shù)據(jù)之間的加法。將相加的結(jié)果通過開關(guān)31重寫至存儲(chǔ) 區(qū)域16A。
此外，在從時(shí)間t2開始分別經(jīng)過了第二預(yù)定時(shí)間周期和第三預(yù) 定時(shí)間周期的時(shí)間b和tt處，與時(shí)間t2—樣，在成像元件12中使 用滾動(dòng)快門功能執(zhí)行對(duì)于每個(gè)像素的逐行讀取電荷的處理，響應(yīng)于 讀耳又處理，對(duì),人成〗象元件12輸出的數(shù)字成#^言號(hào)進(jìn)4亍4計(jì)位處理， 以及進(jìn)行將鉗位的數(shù)字成像信號(hào)寫入至存儲(chǔ)區(qū)域16A的處理。如上 所述，對(duì)每個(gè)像素利用加法器30將/人存儲(chǔ)區(qū)域16A讀取的凄t據(jù)和 被鉗位且提供給加法/減法器15的數(shù)字成像數(shù)據(jù)進(jìn)行加合，然后將 加合的結(jié)果重寫入存儲(chǔ)區(qū)域16A,從而執(zhí)行向存儲(chǔ)區(qū)域16A的數(shù)組 成像信號(hào)的寫入。
注意，在圖5所示的實(shí)例中，在時(shí)間t4處，讀取在機(jī)械快門11 打開的狀態(tài)下的在最后分割曝光時(shí)間期間內(nèi)存儲(chǔ)在像素中的電荷。 例如，時(shí)間U為機(jī)械快門ll從打開過渡至關(guān)閉的點(diǎn)。
以這種方法，通過在枳4成快門11打開且來自對(duì)象的光照射成 像元件12時(shí)的分時(shí)曝光，如參照?qǐng)D1A和式(1 )所述，對(duì)從非光 屏蔽圖像信號(hào)中減去暗電流分量"暗"的結(jié)果執(zhí)行加合的處理。
當(dāng)機(jī)械快門11從打開過渡至關(guān)閉時(shí)，然后，成像元件12在自 動(dòng)關(guān)閉情況下進(jìn)行曝光，即，在光屏蔽狀態(tài)下，成像元件12進(jìn)行 曝光。在圖5的實(shí)例中，成像元件12被光屏蔽并且在機(jī)械快門11打開的幾乎相同時(shí)間周期內(nèi)對(duì)成l象元件12進(jìn)4亍曝光(在該實(shí)例中，
l分鐘)，并且成l象元件12 ,皮來自對(duì)象的光曝光。通過在該光屏蔽 狀態(tài)下的曝光，如參照?qǐng)D1B和式(2)所述，對(duì)從光屏蔽圖像信號(hào) 中減去暗電流分量"暗，，的結(jié)果進(jìn)行加合的處理。
如上所述，在機(jī)械快門11關(guān)閉情況下的曝光幾乎與如上所述 的成像元件12被來自對(duì)象的光照射情況類似地進(jìn)行。在從時(shí)間t4 經(jīng)過了預(yù)定時(shí)間周期的時(shí)間ts處，控制器19生成垂直同步信號(hào)VD (參見圖5C)并且將該信號(hào)提供給成像元件12，該時(shí)間t4為讀:f又 在成像元件12被曝光狀態(tài)下的最后分割曝光時(shí)間期間內(nèi)存儲(chǔ)在像 素中的電荷的時(shí)間點(diǎn)。響應(yīng)于垂直同步信號(hào)VD,成4象元件12<吏用 全域快門功能使存儲(chǔ)在所有像素中的電荷同時(shí)輸出并且立即開始 將電荷存儲(chǔ)在每個(gè)像素中(參見圖5D)。
在從時(shí)間t5經(jīng)過了與非光屏蔽圖像信號(hào)的曝光中的分割曝光時(shí) 間相對(duì)應(yīng)的預(yù)定時(shí)間周期(在該實(shí)例中，20秒)的時(shí)間t6處，控制 器19生成另一垂直同步信號(hào)VD，并且將該信號(hào)提供給成像元件 12。響應(yīng)于垂直同步信號(hào)VD,成像元件12使用滾動(dòng)快門功能順序 逐^亍讀耳又存儲(chǔ)在j象素中的電荷(參見圖5D)，并且將該電荷作為成 像信號(hào)輸出。在已經(jīng)讀出存儲(chǔ)的電荷的每個(gè)像素中，在讀出之后立 即開始存儲(chǔ)電荷。
通過A/D轉(zhuǎn)換器13將從成像元件12輸出的成像信號(hào)轉(zhuǎn)換為每 個(gè)像素量化位數(shù)為X的數(shù)字成像信號(hào)。然后，通過數(shù)字鉗位器14 對(duì)數(shù)字成像信號(hào)進(jìn)行鉗位，并且固定其黑信號(hào)電平。將黑信號(hào)電平 固定的數(shù)字成像信號(hào)提供給加法/減法器15，并且如上所述，將每 個(gè)《象素的值累加地寫入存〗諸器16。將在光屏蔽狀態(tài)下曝光成^象元件 12所獲得的數(shù)字成像信號(hào)寫至存儲(chǔ)器16的存儲(chǔ)區(qū)域16B。
20例如，在加法/減法器15中，分別通過開關(guān)31和32選擇端子 31B和32B。將數(shù)字成像信號(hào)提供給加法器30的一個(gè)輸入端。另一 方面，將從存儲(chǔ)器16的存^f諸區(qū)域16B中讀耳又的數(shù)據(jù)^是供給加法器 30的另一輸入端。這時(shí)，清除從時(shí)間^開始存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器16中的 內(nèi)容，并且將值"0"提供給用于每個(gè)加法器30的另一輸入端。加 法器30對(duì)每個(gè)像素進(jìn)行提供給兩個(gè)輸入端的兩個(gè)數(shù)據(jù)間的加法。 通過開關(guān)31將相加的結(jié)果重寫至存儲(chǔ)區(qū)域16B。
此外，在/人時(shí)間t6分別經(jīng)過了第二預(yù)定時(shí)間周期和第三預(yù)定時(shí)
間周期的時(shí)間h和18處，和時(shí)間16—樣，執(zhí)行從成像元件12讀取 像素的處理、由A/D轉(zhuǎn)換器13每個(gè)像素量化位數(shù)為X的A/D轉(zhuǎn)換 的處理、通過凄t字4甘位器14 4計(jì)位處理、以及將凄t字成〗象信號(hào)累加 地寫至存儲(chǔ)區(qū)域16B的處理。
當(dāng)在時(shí)間t8處讀耳又在光屏蔽狀態(tài)下曝光成^f象元件12的最后分
割曝光時(shí)間期間內(nèi)存儲(chǔ)在像素中的電荷時(shí)，基于上式(3)執(zhí)行在 累加的非光屏蔽圖像信號(hào)和累加的光屏蔽圖像信號(hào)之間減法。
例如，從存儲(chǔ)區(qū)域16A和16B讀取與每個(gè)4象素相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)， 并且將數(shù)據(jù)分別提供給減法器33的一端和另 一端。減法器33從提 供給一個(gè)輸入端的數(shù)據(jù)中減去^是供給另 一輸入端的凄t據(jù)。對(duì)寫入至 存儲(chǔ)區(qū)域16A和存儲(chǔ)區(qū)域16B的一幀像素?cái)?shù)據(jù)的全部執(zhí)行該處理。 這有效地去除由于成l象元件12的固定圖案引起的白斑，并且能夠 獲得抑制了由暗電流分量的累加引起的動(dòng)態(tài)范圍劣化的捕捉圖像 數(shù)據(jù)。
圖6為示出才艮據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的曝光處理的實(shí)例的流程 圖。例如，根據(jù)給定程序控制器19執(zhí)行流程中的各判定。在流程處理之前，設(shè)置快門速度，并且確定由快門速度確定的
曝光時(shí)間在進(jìn)行曝光時(shí)#1分割為多少個(gè)分割曝光時(shí)間。在圖7A的 步驟S21中，在工廠中將每幅圖像的曝光時(shí)間設(shè)置為3分鐘、5分 鐘等。當(dāng)執(zhí)行成像時(shí)，用戶將快門速度(機(jī)械快門速度)設(shè)置為例 如60分鐘(步驟S22 )。如在步驟S23中所示的，分割曝光時(shí)間的 數(shù)量由快門速度除以每幅圖像的曝光時(shí)間來確定(=60分鐘/3分鐘 =20)。作為其他方法，如圖7B所示，在步驟S31中，在工廠中將 分割曝光時(shí)間的數(shù)量設(shè)置為例如20。在步驟S32中，當(dāng)執(zhí)行成像時(shí)， 用戶將快門速度設(shè)置為例如60分鐘。在步驟S33中，每幅圖像的 曝光時(shí)間由快門速度除以分割曝光時(shí)間的凄t量來確定(=60分鐘 /20=3分鐘)。當(dāng)通過長(zhǎng)曝光時(shí)間執(zhí)行成像時(shí)，不需要預(yù)置快門速度。 取而代之，如在圖8的步驟S41中，預(yù)置一段分割曝光時(shí)間，并且 當(dāng)抬起禾奪ii^安4丑時(shí)，完成曝光。
返回圖6的流程圖，在步驟S10中，等待從成像元件12讀取 電荷的定時(shí)。如果確定是讀耳又定時(shí)，則例如纟空制器19生成垂直同 步信號(hào)VD并且將該信號(hào)^是供給成^f象元件12。在4妄下來的步驟Sll 中，確定通過該定時(shí)從成像元件12讀取的電荷是否為在按下釋放 按鈕之后通過第一曝光存儲(chǔ)的電荷。例如，在圖5的時(shí)間12處從成 像元件12讀取的電荷被確定為在按下釋放按鈕之后通過第一曝光 存4諸的電荷。
在步驟S11中，如果確定不是通過第一曝光存儲(chǔ)的電荷，則處 理跳轉(zhuǎn)到步驟S13。相反，如果確定是通過第一曝光存4諸的電荷， 則處理前進(jìn)至步驟S12,然后，清除存儲(chǔ)器16的存儲(chǔ)內(nèi)容，然后， 處理前進(jìn)至步驟S13。在步驟S13中，確定是在成像元件12被來自 對(duì)象的光照射的情況下執(zhí)4于曝光，還是在成4象元件12 ^皮光屏蔽的 情況下沖丸行曝光。如果確定是在成4象元件12 ^皮來自對(duì)象的光照射
22的情況下執(zhí)行曝光，則處理前進(jìn)至步驟S14。相反，如果是在成像
元件12 ^皮光屏蔽的情況下4丸行曝光的，則處理前進(jìn)至步驟S15。
在步-驟S14中，將通過在成^f象元件12 ^皮來自對(duì)象的光照射的 情況下執(zhí)行的曝光獲得的作為數(shù)字成像信號(hào)的非光屏蔽圖像信號(hào) 提供給加法/減法器15，并且如上所述地將其累加地寫入至存儲(chǔ)器 16的存儲(chǔ)區(qū)域16A。相反，在步驟S15中，將通過在成像元件12 被光屏蔽的情況下#1行的曝光獲得的作為數(shù)字成<象信號(hào)的光屏蔽 圖像信號(hào)提供給加法/減法器15,并且如上所述地將其累加地寫入 至存儲(chǔ)器16的存儲(chǔ)區(qū)域16B。
當(dāng)數(shù)字成像信號(hào)已經(jīng)被累加地寫入至存儲(chǔ)區(qū)域16A或者16B 時(shí)，處理前進(jìn)至步驟S16，在該步艱《中，確定是否已經(jīng)完成了對(duì)應(yīng) 于設(shè)定的曝光時(shí)間的分割lt量的預(yù)定lt量的曝光。如果確定還沒有 完成預(yù)定ft量的曝光，則處理返回至步艱《SIO，并且等纟寺從成l象元 件12讀耳又電荷的另一定時(shí)。
另一方面，如果在步驟S16中確定已經(jīng)完成了預(yù)定凄史量的曝光， 則處理前進(jìn)至步每聚S17。在步艱《S17中，在加法/減法器15中，沖艮 據(jù)上式(3 ),對(duì)于每個(gè)像素執(zhí)行從累加地寫入至存儲(chǔ)區(qū)域16A的非 光屏蔽圖像信號(hào)中減去累加地寫入至存儲(chǔ)區(qū)域16B的光屏蔽圖像 信號(hào)的處理。對(duì)寫至存4渚區(qū)域16A和存4諸區(qū)域16B的一幀4象素教:據(jù) 的全部纟丸4于每個(gè) <象素的該減法處理。
參照在圖9A和圖9B所示的流程描述如參照?qǐng)D8所述的在工 廠中設(shè)置分割曝光時(shí)間并在抬起釋方文按4丑時(shí)完成曝光的處理。
首先，如圖9A中的流程圖所示，在非光屏蔽條件下執(zhí)行處理。 在圖9A中，將與在圖6中的步驟SIO、 Sll、 S12、以及S14相對(duì) 應(yīng)的處理步驟分別表示為步驟SllO、 Slll、 S112、以及S114。
23在第一步務(wù)聚S101中，將表示在一分割曝光時(shí)間內(nèi)才丸4亍曝光的數(shù)量的計(jì)數(shù)值CNT1初始化為0。然后，與圖6的流程所示的處理 類似地，執(zhí)行在非光屏蔽條件下的曝光。在步驟S102中，每當(dāng)在 一分割曝光時(shí)間內(nèi)4丸行曝光時(shí)增加計(jì)數(shù)值CNT1并存儲(chǔ)該計(jì)數(shù)值。 然后，如果在步驟S103中確定抬起按鈕被釋放，則在步驟S104中， 在存儲(chǔ)區(qū)域#1中執(zhí)行非光屏蔽圖像信號(hào)的加合。接下來，如在圖9B的流程中所示，在光屏蔽條件下執(zhí)行處理。 在圖9B中，將與圖6的步驟S10、 Sll、 S12、以及S15相對(duì)應(yīng)的 處理步-驟分別表示為步-驟S210、 S211、 S212、以及S215。在第一步驟S201中，將表示在一分割曝光時(shí)間內(nèi)執(zhí)行曝光的數(shù)量的計(jì)數(shù) 值CNT2初始化為0。在步驟S202中，每當(dāng)在一分割曝光時(shí)間內(nèi)才丸 行曝光時(shí)增加計(jì)數(shù)值CNT1并存儲(chǔ)該計(jì)數(shù)值。然后，在步驟S203 中如果確定CNT1等于CNT2，則在步驟S217中，從存儲(chǔ)在存儲(chǔ)區(qū) 域# 1中的非光屏蔽圖像信號(hào)的加合結(jié)果中減去存儲(chǔ)在存儲(chǔ)區(qū)域#2 中的光屏蔽圖像信號(hào)的加合結(jié)果。參照?qǐng)D10至圖12描述了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的上述控制的 優(yōu)點(diǎn)的實(shí)例。參照?qǐng)D10描述了在一分割曝光時(shí)間內(nèi)4丸4亍每次曝光 時(shí)減去暗電流分量"暗"之后累加數(shù)字成像信號(hào)的優(yōu)點(diǎn)的實(shí)例。注 意，在以下描述中，假定對(duì)象信號(hào)分量為基于成像元件12的輸出 捕捉圖像信號(hào)的信號(hào)分量，其中，成像元件12的固定圖案所引起 的噪聲分量和暗電流分量"暗"被從捕捉的圖像信號(hào)中去除。當(dāng)執(zhí)行長(zhǎng)曝光時(shí)，隨曝光時(shí)間增加，對(duì)象信號(hào)分量增加，同時(shí) 暗電流分量也^皮累加。結(jié)果，如圖IOA所示，在曝光時(shí)間et處作 為對(duì)象信號(hào)分量和暗電流分量的總和的非光屏蔽圖像信號(hào)分量達(dá) 到了作為A/D轉(zhuǎn)換器的最大輸出信號(hào)電平的X位，并且在曝光時(shí) 間et或者稍后的時(shí)間處，非光屏蔽圖4象信號(hào)分量電平々包和并^皮限幅。因此，在曝光時(shí)間et或者稍后的時(shí)間處，對(duì)象信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍明顯降4氐。在該實(shí)施例中，在長(zhǎng)曝光情況下，分割曝光時(shí)間并且執(zhí)行分時(shí) 曝光，并且此外，每當(dāng)4丸行在一分割曝光時(shí)間內(nèi)的曝光時(shí)，從對(duì)象 信號(hào)分量中減去暗電流分量。因此，在非光屏蔽圖像信號(hào)分量到達(dá) A/D轉(zhuǎn)換器的最大輸出信號(hào)電平之前，暗電流分量"暗"被去除， 可以僅累加對(duì)象信號(hào)分量作為非光屏蔽圖像信號(hào)，并且如圖IOB所 示，可以確-f呆動(dòng)態(tài)范圍。參照?qǐng)D11描述了從通過在成像元件12被來自對(duì)象的光照射的 情況下執(zhí)行的曝光獲得的非光屏蔽圖像信號(hào)中減去在成像元件12 被光屏蔽的情況下執(zhí)行的曝光獲得的光屏蔽圖像信號(hào)的優(yōu)點(diǎn)的實(shí) 例。非光屏蔽圖像信號(hào)為基于來自對(duì)象的光的對(duì)象信號(hào)分量和基于 成像元件12的固定圖案的噪聲分量的合成信號(hào)。當(dāng)執(zhí)行長(zhǎng)曝光時(shí)， 隨曝光時(shí)間的增加，累加對(duì)象信號(hào)分量及其基于固定圖案的噪聲分 量。結(jié)果，如圖11A所示，累加的噪聲分量壓縮了對(duì)象信號(hào)分量的 動(dòng)態(tài)范圍。在該實(shí)施例中，首先，通過在扭4成快門11打開的狀態(tài)下通過 曝光來獲得非光屏蔽圖像信號(hào)，然后，在機(jī)械快門11關(guān)閉的狀態(tài) 下，在與非光屏蔽圖像信號(hào)幾乎相同的曝光時(shí)間內(nèi)通過曝光來獲得 光屏蔽圖像信號(hào)。光屏蔽圖像信號(hào)僅為基于成像元件12的固定圖 案的累加噪聲分量。因此，如圖11B所示，在曝光獲得光屏蔽圖像 信號(hào)之后，從非光屏蔽圖像信號(hào)分量中減去光屏蔽圖像信號(hào)分量， 從而獲得僅含對(duì)象信號(hào)分量的非光屏蔽圖像信號(hào)，并且能夠確保對(duì) 象信號(hào)分量的動(dòng)態(tài)范圍。參照?qǐng)D12描述了在用于累加數(shù)字成像信號(hào)的存儲(chǔ)器16中對(duì)一 個(gè)像素分配位:數(shù)大于A/D轉(zhuǎn)換器13中的一個(gè)l象素的量化位數(shù)的優(yōu)點(diǎn)的實(shí)例。注意，在圖12A和圖12B中，表示非光屏蔽圖^象信號(hào)分 量的線表示在存儲(chǔ)區(qū)域16A中的值，并且表示缺陷分量的線表示在 存儲(chǔ)區(qū)域16B中的值。在存儲(chǔ)區(qū)域16A中的非光屏蔽圖像信號(hào)分量 和在存儲(chǔ)區(qū)域16B中的缺陷分量之間的差為基于來自對(duì)象的光的對(duì)象信號(hào)分量。首先，考慮在存儲(chǔ)器16中的分配給一個(gè)像素的位數(shù)與A/D轉(zhuǎn) 換器13的一個(gè)^f象素的量化位^t (X位)相同。在這種情況下，如 圖12A所示，隨曝光時(shí)間的增加，累加非光屏蔽圖像信號(hào)分量，然 后在存儲(chǔ)區(qū)域16A中，例如在曝光時(shí)間et處、ft據(jù)長(zhǎng)度為X位的 情況下，累加的非光屏蔽圖像信號(hào)分量飽和，并且在曝光時(shí)間et 或者稍后的時(shí)間處，對(duì)X位或者更高位的累加分量限幅。然后，在 曝光時(shí)間et或者稍后的時(shí)間處，大幅度地減小了作為從累加的非光 屏蔽圖像信號(hào)分量中減去累加的缺陷分量的結(jié)果的對(duì)象信號(hào)分量 的動(dòng)態(tài)范圍。因此，在本發(fā)明的實(shí)施方式中，分配給在存儲(chǔ)器16中的一個(gè) 像素的位數(shù)(Y位)大于A/D轉(zhuǎn)換器13的一個(gè)像素的量化位數(shù)。 如圖12B所示，即使當(dāng)執(zhí)行長(zhǎng)曝光時(shí)，這也能夠抑制累加的非光屏 蔽圖像信號(hào)分量在存儲(chǔ)區(qū)域16A中飽和，并且能夠確保對(duì)象信號(hào)分 量的動(dòng)態(tài)范圍(參見圖12C)。2權(quán)利要求
1.一種成像裝置，包括成像元件，具有多個(gè)像素，并將光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的電荷存儲(chǔ)在各個(gè)像素中，并且基于存儲(chǔ)在各個(gè)像素中的電荷輸出包括像素?cái)?shù)據(jù)的成像信號(hào)；第一存儲(chǔ)器和第二存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)所述成像信號(hào)；加法器，用于加合各個(gè)像素?cái)?shù)據(jù)的所述成像信號(hào)；控制器，在非光屏蔽條件下，用于使所述成像元件輸出通過多個(gè)分割次數(shù)將曝光時(shí)間分割成的每段分割曝光時(shí)間的所述成像信號(hào)，并且對(duì)于各個(gè)像素?cái)?shù)據(jù)，累加每段分割曝光時(shí)間的所述成像信號(hào)，然后將累加的成像信號(hào)存儲(chǔ)在所述第一存儲(chǔ)器中；以及，在光屏蔽條件下，用于使所述成像元件輸出通過多個(gè)分割次數(shù)將曝光時(shí)間分割成的每段分割曝光時(shí)間的所述成像信號(hào)，并且對(duì)于各個(gè)像素?cái)?shù)據(jù)，累加每段分割曝光時(shí)間的所述成像信號(hào)，然后將累加的成像信號(hào)存儲(chǔ)在所述第二存儲(chǔ)器中；以及減法器，用于從存儲(chǔ)在所述第一存儲(chǔ)器中的累加了所述多個(gè)分割次數(shù)的各像素?cái)?shù)據(jù)中減去存儲(chǔ)在第二存儲(chǔ)器中的累加了所述多個(gè)分割次數(shù)的各像素?cái)?shù)據(jù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像裝置，進(jìn)一步包括A/D轉(zhuǎn)換器，用于A/D轉(zhuǎn)換所述成像信號(hào)以輸出數(shù)字成 像信號(hào)；以及數(shù)字鉗位器，用于從所述數(shù)字成像信號(hào)中去除與所述成 4象元件的暗電流分量相7十應(yīng)的分量。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的成像裝置，其中，分配給存儲(chǔ)在所述第二存儲(chǔ)器中的一個(gè)像素的字長(zhǎng)長(zhǎng)于 分配給所述凄t字成傳j言號(hào)的一個(gè)〗象素的第一字長(zhǎng)。
4. —種成像控制方法，用于4吏用成<象元件沖丸4亍成<象，所述成^f象元 件具有多個(gè)像素，并將光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的電荷存儲(chǔ)在每個(gè)像素 中，并且基于存儲(chǔ)在每個(gè)像素中的電荷輸出包括像素?cái)?shù)據(jù)的成 像信號(hào)，所述方法包括以下步驟通過使所述成像元件輸出所述成像信號(hào)來執(zhí)行成像；在非光屏蔽條件下，使所述成像元件將通過多個(gè)分割次 數(shù)使曝光時(shí)間分割成的每個(gè)分割曝光時(shí)間的所述成像信號(hào)作 為非光屏蔽圖像信號(hào)輸出；對(duì)于各個(gè)像素?cái)?shù)據(jù)，累加每,炎分割曝光時(shí)間的所述非光 屏蔽圖像信號(hào)；在光屏蔽條件下，使所述成像元件將通過多個(gè)分割次數(shù) 使曝光時(shí)間分割成的每個(gè)分割曝光時(shí)間的所述成像信號(hào)作為 光屏蔽圖像信號(hào)輸出；對(duì)于各個(gè)像素?cái)?shù)據(jù)，累加每段分割曝光時(shí)間的所述光屏 蔽圖像信號(hào)；從在光屏蔽狀態(tài)下的被累加了所述多個(gè)分割次數(shù)的各像 素?cái)?shù)據(jù)中減去在非光屏蔽狀態(tài)下的被累加了所述多個(gè)分割次 數(shù)的各像素?cái)?shù)據(jù)。
5. —種成像控制程序，用于使計(jì)算機(jī)執(zhí)行成像方法，所述成像方 法用于使用成像元件執(zhí)行成像，所述成像元件具有多個(gè)像素， 并將光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的電荷存儲(chǔ)在各個(gè)像素中，并且基于存儲(chǔ)在 各個(gè)像素中的電荷輸出包括像素?cái)?shù)據(jù)的成像信號(hào)，所述成像方 法包4舌以下步艱朵通過使所述成像元件輸出所述成像信號(hào)來執(zhí)行成像；在非光屏蔽條件下，使所述成像元件將通過多個(gè)分割次 數(shù)使曝光時(shí)間分割成的每個(gè)分割曝光時(shí)間的所述成像信號(hào)作 為非光屏蔽圖像信號(hào)輸出；對(duì)于各個(gè)像素?cái)?shù)據(jù)，累加每段分割曝光時(shí)間的所述非光 屏蔽圖像信號(hào)；在光屏蔽條件下，使所述成像元件將通過多個(gè)分割次數(shù) 使曝光時(shí)間分割成的每個(gè)分割曝光時(shí)間的所述成像信號(hào)作為 光屏蔽圖像信號(hào)輸出；對(duì)于各個(gè)像素?cái)?shù)據(jù)，累加每段分割曝光時(shí)間的所述光屏 蔽圖像信號(hào)；從在光屏蔽狀態(tài)下的被累加了所述多個(gè)分割次數(shù)的各像 素?cái)?shù)據(jù)中減去在非光屏蔽狀態(tài)下的被累加了所述多個(gè)分割次 數(shù)的各像素?cái)?shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種成像裝置、成像控制方法以及成像控制程序。將通過在分割曝光時(shí)間內(nèi)所獲得的成像信號(hào)A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字成像信號(hào)。從數(shù)字成像信號(hào)中減去暗電流分量。累加減法處理的結(jié)果，并且將其存儲(chǔ)在第一存儲(chǔ)器中。接下來，在成像元件被光屏蔽的狀態(tài)下，在分割的曝光時(shí)間內(nèi)執(zhí)行曝光。將獲得的成像信號(hào)A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字成像信號(hào)。從數(shù)字成像信號(hào)減去暗電流分量。累加減法處理的結(jié)果，并且將其順序存儲(chǔ)在第二存儲(chǔ)器中。從存儲(chǔ)在第一存儲(chǔ)器中的數(shù)字成像信號(hào)中減去存儲(chǔ)在第二存儲(chǔ)器中的數(shù)字成像信號(hào)。然后，輸出減去后的結(jié)果。分配給第一存儲(chǔ)器和第二存儲(chǔ)器中的一個(gè)像素的字長(zhǎng)長(zhǎng)于一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換的像素的字長(zhǎng)。
文檔編號(hào)H04N5/355GK101682699SQ200880020029
公開日2010年3月24日 申請(qǐng)日期2008年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月14日
發(fā)明者佐藤伸行, 喜多光昭, 小山隆浩, 水口淳, 石橋真哉, 若月雅史 申請(qǐng)人:索尼株式會(huì)社