JP2006235719A - Imaging method and imaging apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固体撮像素子を用いた撮像方法及び撮像装置に関し、特に撮影画像の解像度を上げ、かつ撮像素子からの読み出しを高速にする技術に関するものである。 The present invention relates to an imaging method and an imaging apparatus using a solid-state imaging device, and more particularly to a technique for increasing the resolution of a captured image and speeding up reading from the imaging device.
従来、固体撮像装置の1つとして、複数の画素から構成されるMOS型の撮像素子(イメージセンサ)と、垂直走査回路と、水平走査回路とを備えたものが知られている。撮像素子における各画素は、露光期間中の受光量に応じて電荷を蓄積するフォトダイオードと、フォトダイオードから出力される電荷を一時蓄積する電荷蓄積部とを有している。そして、フォトダイオードに蓄積された電荷が画素信号として読み出される。各画素は、垂直走査回路からのリードパルス及びリセットパルスにより1行ごとに順次選択され、1行分の画素信号が水平走査回路からの走査パルスにより1列ごとに出力される。 2. Description of the Related Art Conventionally, as a solid-state imaging device, a device including a MOS type imaging device (image sensor) including a plurality of pixels, a vertical scanning circuit, and a horizontal scanning circuit is known. Each pixel in the image sensor includes a photodiode that accumulates charges according to the amount of light received during the exposure period, and a charge accumulation unit that temporarily accumulates charges output from the photodiodes. Then, the charge accumulated in the photodiode is read out as a pixel signal. Each pixel is sequentially selected for each row by a read pulse and a reset pulse from the vertical scanning circuit, and pixel signals for one row are output for each column by a scanning pulse from the horizontal scanning circuit.
撮像素子では、選択行の画素セルにのみリセットパルスを与え、選択行の電荷蓄積部の電位を高電位にすることで、増幅トランジスタがON状態となって画素信号が出力される。逆に、非選択行の画素セルの電荷蓄積部における電位を低電位に保てば、増幅トランジスタがOFF状態となるので、非選択行の画素信号が出力されることはない。具体的には、リセットパルスによって電荷蓄積部の電位を電源電圧の電位に設定したうえ、フォトダイオードに蓄積された電荷をリードパルスによって電荷蓄積部へと読み出す。読み出された電荷に相当する画素信号が増幅トランジスタで増幅されて出力される。最後にリセットパルスによって電荷蓄積部の電荷をクリアする。これらの動作を各行の画素に対して連続的に行う。 In the image sensor, a reset pulse is applied only to the pixel cells in the selected row, and the potential of the charge accumulation unit in the selected row is set to a high potential, whereby the amplification transistor is turned on and a pixel signal is output. On the other hand, if the potential in the charge storage portion of the pixel cells in the non-selected row is kept low, the amplification transistor is turned off, so that the pixel signal in the non-selected row is not output. Specifically, the potential of the charge storage unit is set to the potential of the power supply voltage by the reset pulse, and the charge stored in the photodiode is read to the charge storage unit by the read pulse. A pixel signal corresponding to the read charge is amplified by the amplification transistor and output. Finally, the charge in the charge storage unit is cleared by the reset pulse. These operations are continuously performed on the pixels in each row.
垂直走査回路及び水平走査回路では、各々シフトレジスタを用いて、電荷を読み出す画素を選択している。具体的には、駆動タイミング制御部が垂直走査回路となるシフトレジスタへと垂直走査スタートパルスを入力し、これをシフトさせながら行の選択を行い、選択された行に対して上述のリセットパルス及びリードパルスを入力している。更に、水平走査回路となるシフトレジスタへと水平走査スタートパルスを入力し、これをシフトさせながら列の選択を行い、選択された列に対して走査パルスを送る。 In each of the vertical scanning circuit and the horizontal scanning circuit, a pixel from which charges are read is selected using a shift register. Specifically, the drive timing control unit inputs a vertical scanning start pulse to a shift register serving as a vertical scanning circuit, selects a row while shifting it, and the above-described reset pulse and A lead pulse is being input. Further, a horizontal scanning start pulse is input to a shift register serving as a horizontal scanning circuit, and a column is selected while shifting this, and a scanning pulse is sent to the selected column.
これに関連して、第1の従来技術に係るシフトレジスタによれば、先行走査によって撮像素子の走査範囲を設定し、本走査時に任意の範囲を走査することができる。具体的には、先行走査時にシフトレジスタの1段目へスタートパルスを入力し、所望の位置まで当該スタートパルスをシフトさせた時点で、シフトレジスタ各段の情報を別途設けたメモリに転送する。本走査時には、メモリに記憶された情報をシフトレジスタ各段へ戻す。これにより、所望の位置から走査を開始することができる。走査を途中で止める場合には、メモリの記憶情報をクリアしたうえ、当該クリアされた情報をシフトレジスタ各段へ転送する(特許文献1参照)。 In this regard, according to the shift register according to the first prior art, it is possible to set the scan range of the image sensor by the preceding scan and scan an arbitrary range during the main scan. Specifically, a start pulse is input to the first stage of the shift register during the preceding scan, and when the start pulse is shifted to a desired position, information on each stage of the shift register is transferred to a separately provided memory. During the main scan, the information stored in the memory is returned to each stage of the shift register. Thereby, scanning can be started from a desired position. When scanning is stopped halfway, the stored information in the memory is cleared and the cleared information is transferred to each stage of the shift register (see Patent Document 1).
さて近年、小型のイメージセンサを搭載したカメラ付き携帯電話機が販売されている。それらの携帯電話機のカメラでは、あらゆる距離でピントが合うことが必要であるため、ピントが数十cmから無限遠までで合うように設計された固定焦点レンズが多く使われている。通常の撮影を行う際、静止画撮影前のモニタリング時はLCD(Liquid Crystal Display)に撮影画像が表示され、その画像を見ながら構図を決めて静止画撮影を行うことが一般的である。また、静止画撮影時には高画質の画像を残すために全画素を読み出しているが、モニタリング時にはLCDに画像を高フレームレートで表示するため、イメージセンサからの出力を間引いている。 In recent years, camera-equipped mobile phones equipped with small image sensors have been sold. In these mobile phone cameras, since it is necessary to focus at every distance, a fixed focus lens designed so that the focus can be adjusted from several tens of centimeters to infinity is often used. When performing normal shooting, a captured image is generally displayed on an LCD (Liquid Crystal Display) during monitoring before shooting a still image, and it is common to take a still image by determining the composition while viewing the image. In addition, all pixels are read in order to leave a high-quality image during still image shooting, but the output from the image sensor is thinned out in order to display an image on the LCD at a high frame rate during monitoring.
また、最近の携帯電話機はバーコードを認識する機能を有しているものが多く、予めURL(Uniform Resource Locator)や名刺の情報の入ったバーコードを作成しておけば、バーコードを読み込むことでインターネットに接続したり、アドレス交換したりする際に入力の手間を省くことが可能である。また入力間違いも防ぐことができる。しかし、携帯電話機に内蔵されているカメラはまだ解像度が良くないものもあるため、バーコードのような細かい画像を認識するためには工夫が必要である。 Also, many recent mobile phones have a barcode recognition function. If a barcode containing URL (Uniform Resource Locator) and business card information is created in advance, the barcode can be read. It is possible to save time and effort when connecting to the Internet or exchanging addresses. In addition, input errors can be prevented. However, some cameras built in mobile phones still have poor resolution, so some effort is needed to recognize fine images such as barcodes.
第2の従来技術によれば、カメラ付き携帯電話機でバーコードを読み取る際に、通常撮影時とは設定を変えてバーコード撮影用に最適化する。具体的には、コードの明と暗のコントラストが強調されるようにホワイトバランスや露出を調整したり、輪郭をより強調するように補正係数を調整したりする(特許文献2参照)。
固定焦点レンズを使用して2次元バーコード等の小さな画像を撮影する場合、固定焦点レンズは遠くのものにピントが合いやすく、近くの被写体にはピントが合いにくいため、ピントの合う位置では被写体が小さく、被写体に接近して写すとピントが合わずぼけてしまうことがある。このため、固定焦点レンズでのバーコード認識率は低く、バーコード認識の機能が付いたカメラ付き携帯電話機にはマクロレンズやAF(オートフォーカス)機能が必要になっている。しかしながら、コストの関係上、マクロレンズやAF機能を搭載できない携帯電話機でもバーコード認識機能への対応が必要となっている。 When shooting a small image such as a two-dimensional barcode using a fixed focus lens, the fixed focus lens is easy to focus on distant objects, and it is difficult to focus on nearby objects. May be out of focus when taken close to the subject. For this reason, the barcode recognition rate with a fixed focus lens is low, and a cellular phone with a camera having a barcode recognition function requires a macro lens and an AF (autofocus) function. However, due to cost, even a mobile phone that cannot be equipped with a macro lens or AF function needs to support a barcode recognition function.
本発明は、このような課題を解決するものであって、高解像度に読み出しができ、又は高解像度かつ高速に読み出しができるバーコード撮影時の撮像素子の駆動方法及び撮像装置を提供することを目的とする。 The present invention solves such a problem, and provides a driving method and an imaging apparatus for an image sensor at the time of barcode shooting that can be read at high resolution or can be read at high resolution and high speed. Objective.
上記課題を解決するため、本発明の撮像装置は、2次元に配置された複数の画素を有する撮像素子(センサ)と、当該撮像素子に蓄積された電荷を読み出すために当該撮像素子を駆動する垂直走査回路及び水平走査回路とを備える。そして、第1の画素間隔で撮像信号が形成されるモニタモードと、第1の画素間隔よりも狭い第2の画素間隔で撮像信号が形成される画像認識モード(例えば、バーコード撮影モード)との切り替えを行うこととする。 In order to solve the above problems, an imaging device of the present invention drives an imaging device (sensor) having a plurality of pixels arranged two-dimensionally and the image sensor to read out charges accumulated in the imaging device. A vertical scanning circuit and a horizontal scanning circuit. A monitor mode in which an imaging signal is formed at a first pixel interval, and an image recognition mode (for example, a bar code imaging mode) in which an imaging signal is formed at a second pixel interval that is narrower than the first pixel interval. Switching.
例えばバーコード撮影モードに切り替えられると、モニタモードよりも読み出す画素の間隔を狭くするセンサ駆動に切り替える。更に高速に駆動するためには、バーコード撮影モードに切り替えられた場合、垂直走査又は水平走査のスタートパルスを全画素領域よりも小さい範囲を駆動するように設定し、モニタモードよりも読み出す画素の間隔を狭くするセンサ駆動に切り替える。 For example, when the mode is switched to the barcode photographing mode, the sensor driving is switched so that the interval between pixels to be read is narrower than that in the monitor mode. In order to drive at a higher speed, when switching to the bar code shooting mode, the start pulse of vertical scanning or horizontal scanning is set so as to drive a range smaller than the entire pixel area, and the pixel read out from the monitor mode is set. Switch to sensor drive to narrow the interval.
また、バーコード撮影モードに切り替えたときには、画角が狭くなっているため被写体を読み出し範囲内に収めることが難しい。この課題を解決するためには、バーコード撮影に切り替えた直後は広い範囲を読み出しておき、被写体が検出されたら必要範囲だけ読み出すようにセンサ駆動を切り替える。 Further, when the mode is switched to the barcode photographing mode, it is difficult to keep the subject within the reading range because the angle of view is narrow. In order to solve this problem, a wide range is read immediately after switching to barcode shooting, and sensor driving is switched so that only a necessary range is read when a subject is detected.
また、上記センサ駆動ではバーコード撮影時の画角が狭くなるため、手ぶれの影響が大きくなる。この課題を解決するためには、被写体の移動を検出し、移動量に応じて読み出し位置及び撮像範囲を変更する。 Further, in the sensor driving, the angle of view at the time of barcode shooting is narrowed, so that the influence of camera shake becomes large. In order to solve this problem, the movement of the subject is detected, and the reading position and the imaging range are changed according to the movement amount.
本発明によれば、AF機能やマクロレンズのない固定焦点レンズでも、撮像素子に相当するセンサの構造を変えることなく、スタートパルスによって、バーコード撮影に適した高解像度又は高フレームレートの撮像方法及び撮像装置を実現できる。 According to the present invention, even with a fixed focus lens without an AF function or a macro lens, an imaging method with a high resolution or a high frame rate suitable for barcode photography can be performed by a start pulse without changing the structure of a sensor corresponding to an imaging device. And an imaging device is realizable.
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明に係る撮像装置の構成例を示している。図1の撮像装置は、撮像素子10と、垂直走査回路11と、水平走査回路12と、DSP(Digital Signal Processor)20とを備えている。撮像素子10は、例えばMOS型のイメージセンサであって、n行m列(n及びmはいずれも2以上の偶数)の画素配列を有している。垂直走査回路11及び水平走査回路12は、撮像素子10から読み出しを行う画素を選択するように当該撮像素子10を駆動するための回路であって、第1の従来技術として説明したシフトレジスタをそれぞれ備えている。すなわち、図1の垂直走査回路11及び水平走査回路12によれば、先行走査によって撮像素子10の走査範囲を設定し、本走査時に任意の範囲を走査することができる。
FIG. 1 shows a configuration example of an imaging apparatus according to the present invention. The image pickup apparatus of FIG. 1 includes an
DSP20は、走査モード切替部21と、駆動タイミング制御部22と、信号処理部23と、画像出力部24と、バーコード検出部25と、バーコード認識部26とを備えている。走査モード切替部21は、バーコード撮影指令を受け取ると、撮像素子10の駆動方式をモニタモードからバーコード撮影モードへと切り替える。駆動タイミング制御部22は、垂直走査回路11及び水平走査回路12の各々の動作を制御するための回路であって、垂直走査スタートパルスVSTP、垂直走査クロック信号VCLK及び垂直走査レンジ制御信号VRNGを垂直走査回路11へ、水平走査スタートパルスHSTP、水平走査クロック信号HCLK及び水平走査レンジ制御信号HRNGを水平走査回路12へそれぞれ供給する。ここに、垂直走査レンジ制御信号VRNG及び水平走査レンジ制御信号HRNGは、シフトレジスタ各段の情報を記憶するための前述のメモリの動作を制御するための信号である。信号処理部23は、撮像素子10から水平走査回路12を経て得られた撮像信号PIXを受け取り、相関二重サンプリング、自動ゲイン調整、アナログ・ディジタル変換等の処理に加えて、ホワイトバランス調整、輪郭強調等の前処理を撮像信号PIXに施す。画像出力部24は、不図示のLCDへのディジタル画像出力を司る。バーコード検出部25は、前のフレームで撮像された信号から被写体(バーコード)の位置及びサイズを検出したり、1フレーム前と2フレーム前に撮像された信号から被写体の移動方向と移動量とを検出したりする機能を有する。このようにして得られた情報は、走査モード切替部21へ送られる。バーコード認識部26は、検出されたバーコードの認識処理を行う。
The DSP 20 includes a scanning
なお、走査モード切替部21はマイクロコードで実現することができる。駆動タイミング制御部22や信号処理部23はDSP20の外部にあっても構わない。
The scanning
図2は、撮像素子10の全画素領域を画素読み出し範囲とする例を示している。この場合、垂直走査回路11の走査範囲が1〜nに、水平走査回路12の走査範囲が1〜mにそれぞれ設定される。ただし、モニタモードでは画素間引き読み出しが、バーコード撮影モードでは全画素読み出しがそれぞれ実行される。
FIG. 2 shows an example in which the entire pixel area of the
図3は、図2に対応したモニタモードのタイミング図である。モニタモードではフレームレートを上げるために、読み出す画素を間引いている。図3によれば、以下に説明するように、垂直方向の画素を1行ずつ間引いて読み出すことになる。 FIG. 3 is a timing diagram of the monitor mode corresponding to FIG. In the monitor mode, pixels to be read are thinned out in order to increase the frame rate. According to FIG. 3, as described below, pixels in the vertical direction are read out by thinning out one row at a time.
まず、間引かない行においては、垂直走査回路11に供給された垂直走査スタートパルスVSTPが垂直走査クロック信号VCLKによってシフトされながら行が選択される。そして水平走査回路12に水平走査スタートパルスHSTPが供給され、水平走査回路12が水平走査クロック信号HCLKによって水平走査スタートパルスHSTPをシフトしながら水平方向の1〜m列の画素を選択し、選択された画素の画素信号が順次出力されることにより、画素読み出しが行われる。読み出された1つの画素信号又は複数の画素信号で1つの撮像信号PIXが構成される。ここで撮像信号PIXとは実際に表示デバイスに表示等される際の1ピクセルに相当する信号である。なお、実際のMOSイメージセンサの読み出しにおいては、リードパルスやリセットパルスを含む複数のパルスの組み合わせによって画素信号が出力されるが、背景技術として既に説明しているのでここでは説明を省略する。一方、間引かれる行においては、水平走査スタートパルスHSTPが入力されないので、垂直走査回路11によって行が選択されても、その行の画素は読み出されない。この2つの読み出し方法を周期的に繰り返すことによって、高フレームレートの撮像が実現できる。
First, in a row that is not thinned out, a row is selected while the vertical scanning start pulse VSTP supplied to the
図3を用いて更に詳細に説明する。まず垂直走査スタートパルス(VSTP)201が垂直走査回路11のうち撮像素子10の1行目に対応する位置に供給される。その結果、撮像素子10の1行目が選択される。また、水平走査スタートパルス(HSTP)202が水平走査回路12に供給される。その結果、1行1列の画素が選択され、読み出される。次に水平走査回路12に水平走査クロック信号HCLKが供給されることにより、水平走査スタートパルスHSTPが2列目に移動する。その結果、1行2列の画素が選択され、読み出される。以上の動作が繰り返され、水平走査回路12にm個の水平走査クロック信号HCLKが入力されることにより、1行目の1〜m列の画素が全て読み出される。
This will be described in more detail with reference to FIG. First, a vertical scanning start pulse (VSTP) 201 is supplied to a position corresponding to the first row of the
次に垂直走査回路11に垂直走査クロック信号(VCLK)203が供給されて、垂直走査スタートパルスVSTPが2行目に移動する。その結果、2行目が選択される。しかし、水平走査スタートパルスHSTPは供給されない。このため、画素が選択されることはなく、読み出しは行われない。
Next, the vertical scanning clock signal (VCLK) 203 is supplied to the
駆動タイミング制御部22は、不図示のクロック発生回路から出力される基準クロック信号を分周することにより、垂直走査クロック信号VCLKとして長いクロック信号と短いクロック信号との2種類を生成し、垂直走査回路11へと供給している。垂直走査クロック信号(VCLK)203が短いクロック信号であるのは、2行目の読み出しを行わないので、垂直走査スタートパルスVSTPを3行目に素早く移動させ、フレームレートを上げるためである。
The drive
次に、垂直走査回路11に垂直走査クロック信号(VCLK)204が供給されて、垂直走査スタートパルスVSTPが3行目に移動する。その結果、3行目が選択される。また、水平走査スタートパルス(HSTP)205が水平走査回路12に供給される。その結果、3行1列の画素が選択され読み出される。その後、水平走査回路12に水平走査クロック信号HCLKが供給されるごとに水平走査スタートパルスHSTPが移動し、3行目の1〜m列の画素が順次選択され、読み出される。
Next, the vertical scanning clock signal (VCLK) 204 is supplied to the
以上を繰り返すことにより、奇数行目の画素が読み出されるが、偶数行目の画素の読み出しは行われない。1フレームの画素の読み出しが終了すると、再び垂直走査スタートパルスVSTPが供給され、2フレーム目の画素の読み出しが開始される。 By repeating the above, pixels in odd rows are read out, but pixels in even rows are not read out. When the reading of the pixels of one frame is completed, the vertical scanning start pulse VSTP is supplied again, and the reading of the pixels of the second frame is started.
なお、要求されるフレームレートに応じて、読み出される行間隔は自由に設定可能である。例えば、更にフレームレートを上げるために3行に1行のみ読み出す場合には、垂直走査回路11に垂直走査クロック信号VCLKが3回供給されるごとに水平走査スタートパルスHSTPを1回供給するようにすればよい。間引きで読み出す際の駆動方法は他の駆動でもよい。また、水平方向にも画素間引きを行ってもよい。
Note that the read-out line interval can be freely set according to the required frame rate. For example, when only one row is read out in three rows in order to further increase the frame rate, the horizontal scanning start pulse HSTP is supplied once every time the vertical scanning clock signal VCLK is supplied to the
図4は、図2に対応したバーコード撮影モードのタイミング図である。当初、図1の撮像装置はモニタモードにある。モニタモードにおいては、動画像をモニタリングするために、前述の画素間引き読み出しが行われている。ここで、ユーザの操作等によってバーコード撮影モードに切り替えられると、走査モード切替部21は、撮像素子10の駆動方式を画素間引き読み出しから全画素読み出しへと切り替える。
FIG. 4 is a timing chart of the barcode photographing mode corresponding to FIG. Initially, the imaging apparatus of FIG. 1 is in the monitor mode. In the monitor mode, the above-described pixel thinning readout is performed in order to monitor a moving image. Here, when the barcode photographing mode is switched by a user operation or the like, the scanning
走査モード切替部21によってバーコード撮影モードに切り替えられた場合、まず垂直走査回路11及び水平走査回路12の走査範囲を決定する。言い換えれば、何行目から読み出しを開始し、何行目に読み出しを終了するか、また、何列目から読み出しを開始し、何列目に読み出しを終了するかを決定する。図4の例においては、垂直走査回路11は1〜n、水平走査回路12は1〜mの範囲を走査するように設定する。すなわち、全範囲の走査を行う。なお、垂直走査回路11と水平走査回路12との関係は、水平走査回路12のシフトレジスタがm回シフトすると垂直走査回路11のシフトレジスタが1回シフトするものとする。
When the barcode mode is switched by the scanning
垂直走査回路11は1からnまで、水平走査回路12は1からmまでそれぞれ走査したらリセットされるように設定されているため、各々のシフトレジスタで走査範囲の画素読み出しが終了したら、次のフレームの読み出しに移る。以下、詳細フローを説明する。
Since the
(1) 走査モード切替部21はセンサ駆動を変更するための切り替え処理を行う。具体的には、読み出し方法の切り替えを行うための駆動切り替え信号を駆動タイミング制御部22へと供給する。
(1) The scanning
(2) 垂直走査回路11の走査範囲を1〜nに、水平走査回路12の走査範囲を1〜mにそれぞれ設定する。
(2) The scanning range of the
(3) 垂直走査スタートパルスVSTPを垂直走査回路11の1段目に、水平走査スタートパルスHSTPを水平走査回路12の1段目にそれぞれ入力する。垂直走査回路11によって1行目が選択されている間、水平走査回路12に水平走査クロック信号HCLKが順次供給されることにより1〜m列の画素が順次選択され、各画素から読み出しが行われる。m列目の画素読み出しが終わると、水平走査回路12中の水平走査スタートパルスHSTPはリセットされる。
(3) The vertical scanning start pulse VSTP is input to the first stage of the
(4) 垂直走査回路11に垂直走査クロック信号VCLKが供給されて2行目が選択されるとともに、水平走査回路12の1段目に水平走査スタートパルスHSTPが入力される。そして、水平走査回路12に水平走査クロック信号HCLKが順次供給されることにより、2行目から1〜m列の画素が順次選択され、各画素から信号の読み出しが行われる。
(4) The vertical scanning clock signal VCLK is supplied to the
以上の処理を、行間引きを行うことなく、n行目まで繰り返して行うことによって、n×mの全画素を読み出すことができる。読み出されたn×m個の画素信号は、n×m個の撮像信号PIXとして後段の画像処理へと入力される。 By repeating the above processing up to the nth row without performing row thinning, all n × m pixels can be read out. The read n × m pixel signals are input to the subsequent image processing as n × m image signals PIX.
以上のとおり、図1の撮像装置においては、モニタモードで画素間引きを行ってフレームレートを上げる一方、バーコード撮影時には全画素読み出しを行うことによって解像度を高くし、AF機能やマクロレンズのない固定焦点レンズであっても、バーコードの認識率を向上させることが可能となる。 As described above, in the image pickup apparatus of FIG. 1, the frame rate is increased by performing pixel thinning in the monitor mode, while the resolution is increased by reading all pixels during bar code shooting, and there is no fixed AF function or macro lens. Even with a focus lens, the barcode recognition rate can be improved.
なお、全画素読み出しを行うことによって、バーコードの認識率は高まるものの、撮像領域内のバーコードが占める領域が小さ過ぎるとバーコードの認識は難しい。そのため、ユーザがどの領域内にバーコードを写せばよいかを示すガイドを、OSD(On Screen Display)を用いてモニタ内に表示させると更に良い。 Although the barcode recognition rate increases by performing all-pixel reading, barcode recognition is difficult if the area occupied by the barcode in the imaging region is too small. For this reason, it is better to display a guide indicating in which area the user should copy the barcode on the monitor using OSD (On Screen Display).
さて、図4のセンサ駆動ではバーコード認識に不要な部分まで撮像しているため、バーコード撮影モードでのフレームレートが遅くなる。そこで、フレームレートを落とさずに、バーコード認識率を向上させる方法を説明する。 Now, since the sensor drive in FIG. 4 captures an image even in a portion unnecessary for barcode recognition, the frame rate in the barcode photographing mode becomes slow. Therefore, a method for improving the barcode recognition rate without reducing the frame rate will be described.
図5は、図1の撮像装置のバーコード撮影モードにおける画素読み出し範囲をj行目からk行目までに制限した例を示している。つまり、走査範囲を垂直走査回路11についてj〜kとし、画素読み出し範囲を狭くしている。ただし、水平方向についても画素読み出し範囲を狭くするものであっても構わない。
FIG. 5 shows an example in which the pixel readout range in the barcode shooting mode of the imaging apparatus of FIG. 1 is limited from the j-th row to the k-th row. That is, the scanning range is j to k for the
図6は、図5の画素読み出し範囲に対応したタイミング図である。走査モード切替部21によってバーコード撮影モードに切り替えられた場合、まず垂直走査回路11及び水平走査回路12の走査範囲を決定する。図6の例においては、垂直走査回路11はj〜k、水平走査回路12は1〜mの範囲を走査するように設定する。
FIG. 6 is a timing diagram corresponding to the pixel readout range of FIG. When the barcode mode is switched by the scanning
垂直走査回路11はkまで、水平走査回路12はmまで走査されたらリセットされるように設定されているため、垂直走査回路11がjからkまで走査されたら、次のフレームの読み出しのために垂直走査スタートパルスVSTPを生成する必要がある。また、水平走査回路12が1からmまで走査されたら、次の行の読み取りのために水平走査スタートパルスHSTPを発生させる必要がある。以下、詳細フローを説明する。
Since the
(1) 走査モード切替部21はセンサ駆動を変更するための切り替え処理を行う。具体的には、読み出し方法の切り替えを行うための駆動切り替え信号を駆動タイミング制御部22へと供給する。
(1) The scanning
(2) 垂直走査回路11の走査範囲をj〜kに、水平走査回路12の走査範囲を1〜mにそれぞれ設定する。
(2) The scanning range of the
(3) 垂直走査スタートパルスVSTPを垂直走査回路11のj段目に、水平走査スタートパルスHSTPを水平走査回路12の1段目にそれぞれ入力する。垂直走査回路11によってj行目が選択されている間、水平走査回路12に水平走査クロック信号HCLKが順次供給されることにより1〜m列の画素が順次選択され、各画素から読み出しが行われる。m列目の画素読み出しが終わると、水平走査回路12中の水平走査スタートパルスHSTPはリセットされる。
(3) The vertical scanning start pulse VSTP is input to the j-th stage of the
(4) 垂直走査回路11に垂直走査クロック信号VCLKが供給されて(j+1)行目が選択されるとともに、水平走査回路12の1段目に水平走査スタートパルスHSTPが入力される。そして、水平走査回路12に水平走査クロック信号HCLKが順次供給されることにより、(j+1)行目から1〜m列の画素が順次選択され、各画素から信号の読み出しが行われる。
(4) The vertical scanning clock signal VCLK is supplied to the
以上の処理を、行間引きを行うことなく、k行目まで繰り返し行うことによって、(k−j+1)×mの全画素を読み出すことができる。読み出された(k−j+1)×m個の画素信号は、(k−j+1)×m個の撮像信号PIXとして後段の画像処理へと入力される。そして、k行目の読み出しが終了すると垂直走査スタートパルスVSTPが再び垂直走査回路11に入力されることにより、次のフレームの読み出しがスタートする。
By repeating the above processing up to the k-th row without performing line thinning, all (k−j + 1) × m pixels can be read out. The read out (k−j + 1) × m pixel signals are input to subsequent image processing as (k−j + 1) × m imaging signals PIX. When the reading of the k-th row is completed, the vertical scanning start pulse VSTP is input again to the
以上のとおり、図6のセンサ駆動によれば、バーコード撮影時に必要な領域における全画素読み出しを行うことによってモニタモードに比べて解像度を高くし、バーコードの認識率を向上させることが可能となる。更に、バーコード撮影モードにおいても読み出される画素の数はあまり多くならないので、素早くバーコード認識を行い、フレームレートを向上させることも可能となる。特にマクロレンズを持たない固定焦点レンズであれば、実際にバーコードが含まれる領域は小さくなり、読み出される画素数も少なくなる。また、バーコード撮像領域をOSDで表示させなくとも、読み出されている領域内にできるだけ大きくバーコードを写せばよいので、ユーザがバーコード認識操作をやりやすくなる。 As described above, according to the sensor driving of FIG. 6, it is possible to increase the resolution and improve the barcode recognition rate by performing all pixel readout in a necessary area at the time of barcode shooting compared to the monitor mode. Become. Furthermore, since the number of pixels to be read out is not so large even in the barcode shooting mode, barcode recognition can be performed quickly and the frame rate can be improved. In particular, in the case of a fixed focus lens that does not have a macro lens, the area that actually includes the barcode is reduced, and the number of pixels to be read is also reduced. In addition, even if the barcode imaging area is not displayed on the OSD, it is only necessary to copy the barcode as large as possible in the read area, so that the user can easily perform the barcode recognition operation.
次に、バーコード検出部25からの情報をもとにバーコード撮影モードにおける画素読み出し範囲を自動的に決定する方法を説明する。
Next, a method for automatically determining the pixel readout range in the barcode photographing mode based on information from the
図7(a)及び図7(b)は、ユーザの操作性向上のため、被写体(バーコード)の位置及びサイズに関する情報をもとに画素読み出し範囲を変更する動作を示している。バーコード撮影に切り替えられた直後は、図7(a)のとおり、センサをn×mの全画素を読み出すような駆動に切り替える。そして、先行走査により、垂直走査回路11の走査範囲を1〜nに、水平走査回路12の走査範囲を1〜mにそれぞれ設定する。このときに撮影された画像から、バーコード検出部25にてバーコードを検出する。バーコードが検出された場合には、図7(b)のように、当該バーコード付近の範囲のみを読み出す駆動に切り替える。具体的には、検出したバーコードの位置及びサイズから画素読み出し範囲を決定する。読み出し範囲が1〜jと決定された場合、垂直走査回路11の走査範囲を1〜jに、水平走査回路12の走査範囲を1〜mにそれぞれ設定するのである。これにより、広い撮像範囲から必要範囲のみを自動的に読み出すので、撮影者がバーコードを狭い画角に収めなくてもよい。
FIGS. 7A and 7B show an operation of changing the pixel readout range based on information on the position and size of the subject (barcode) in order to improve user operability. Immediately after switching to barcode shooting, as shown in FIG. 7A, the sensor is switched to drive so as to read out all n × m pixels. The scanning range of the
図8(a)及び図8(b)は、例えば手ぶれの影響を排除するため、被写体(バーコード)の移動方向及び移動量に関する情報をもとに画素読み出し範囲を変更する動作を示している。図8(a)によれば、垂直走査回路11の走査範囲をi〜jに設定することにより、被写体であるバーコードが画素読み出し範囲の中に収まっている。ところが、手ぶれが生じると、垂直走査回路11の走査範囲をi〜jに設定したままでは、図8(b)に太い破線で示すように、被写体が画素読み出し範囲の中に収まらなくなる。そこで、バーコード検出部25は、連続2フレームの画像から、例えば切り出しシンボルのような目印になる画像を認識し、その移動方向及び移動量を検出する。このように移動が検出されたら、走査モード切替部21及び駆動タイミング制御部22は、次のフレームの垂直方向の読み出し開始位置をk=(j+移動量)に、読み出し終了位置をl=(k+読み出し幅)に変更するのである。ここで、バーコード検出部25で検出された移動方向がマイナス方向、移動量がxであれば、垂直走査スタートパルスVSTPの入力位置を(i+x)に変更し、移動方向がプラス方向、移動量がxであれば垂直走査スタートパルスVSTP入力位置を(i−x)に変更する。
FIGS. 8A and 8B show an operation of changing the pixel readout range based on information on the moving direction and moving amount of the subject (barcode) in order to eliminate, for example, the influence of camera shake. . According to FIG. 8A, by setting the scanning range of the
以上のとおり、図8(a)及び図8(b)にて説明したセンサ駆動によれば、前のフレームから移動量を検出し、読み出し開始位置を変更することによって被写体の移動に追従することができる。また、移動量検出については、従来の撮像装置においてもMPEGの圧縮符号化等で行っているので、MPEGにおける動きベクトルを流用すれば回路規模の増大は少ない。被写体の動き検出に使用するフレームは何フレーム前の信号を使用しても構わない。例えば連続3フレームで移動を検出し、次のフレームから読み出し開始位置を変更してもよい。被写体の移動が検出されなかった場合は、走査モード切替部21はセンサ駆動の切り替え処理を行わず、前フレームでのセンサ駆動を維持してもよい。また、水平方向にも読み出し範囲を狭くしている場合は、水平方向のみ及び垂直水平両方で動き検出をしてもよい。
As described above, according to the sensor driving described in FIGS. 8A and 8B, the movement amount is detected from the previous frame, and the movement of the subject is followed by changing the reading start position. Can do. Further, since the movement amount detection is performed by MPEG compression coding or the like in the conventional imaging apparatus, if the motion vector in MPEG is used, the increase in circuit scale is small. Any number of previous frames may be used as a frame for detecting the motion of the subject. For example, the movement may be detected in three consecutive frames, and the reading start position may be changed from the next frame. When the movement of the subject is not detected, the scanning
さて、上述の実施形態はあくまで一例であり、これに限定されるものではなく、種々の変形が可能である。以下に変形例を説明する。 The above-described embodiment is merely an example, and the present invention is not limited to this, and various modifications can be made. A modification will be described below.
上述の実施形態はバーコード撮像モードにおいて全ての画素を読み出すこととしているが、必ずしも全ての画素を読み出す必要はない。本発明の特徴的な構成はモニタモードと比較してバーコード撮像モードにおいて同一領域内の撮像信号PIXの数を多くすること、言い換えれば、読み出された撮像信号PIXの間隔を狭くすることにあり、その最良の形態として全画素を読み出して撮像信号PIXの間隔を最小としている。 In the above-described embodiment, all the pixels are read out in the barcode imaging mode, but it is not always necessary to read out all the pixels. The characteristic configuration of the present invention is to increase the number of imaging signals PIX in the same area in the barcode imaging mode compared to the monitor mode, in other words, to narrow the interval of the readout imaging signals PIX. In the best mode, all the pixels are read out to minimize the interval between the imaging signals PIX.
バーコード撮影用に調整された画像処理モードを用意し、コードの明暗を強調するように露出、階調特性、ホワイトバランス等を調整したり、輪郭を強調するように輪郭強調の補正係数を変更したりしてもよい。また、更にズーム処理を加えることにより、バーコードの占める領域を広くして認識率を高めてもよい。 Image processing mode adjusted for barcode shooting is prepared, and exposure, gradation characteristics, white balance, etc. are adjusted to emphasize the contrast of the code, and the edge enhancement correction coefficient is changed to enhance the outline. You may do it. Further, by further zooming, the area occupied by the barcode may be widened to increase the recognition rate.
また、上記実施形態では、垂直走査回路11及び水平走査回路12として任意の位置にスタートパルスを入力できるシフトレジスタを用いている。しかし、通常の1行目又は1列目のみにパルス入力が可能なシフトレジスタを用いてもよい。例えば、必要とされる領域に到達するまで水平走査スタートパルスHSTPを入力せずに垂直走査スタートパルスVSTPを空送りさせ、必要な領域内では水平走査スタートパルスHSTPを全て入力し、必要な領域の画素読み出しが終了した後には再び水平走査スタートパルスHSTPを入力しなければ、必要な領域で全ての画素が読み出される。
In the above embodiment, the
また、本発明の対象はバーコードだけでなく、テキスト(例えばURL等)や、通常撮影時に任意の範囲を高解像度で撮影したい場合にも有効である。 Further, the object of the present invention is effective not only for barcodes but also for text (for example, URLs) and for shooting an arbitrary range with high resolution during normal shooting.
本発明は、マクロレンズの搭載がコストと実装面積の上で難しい場合でも認識率の高いバーコード撮影が可能であり、カメラ付き携帯電話機において特に有効である。しかしながら、マクロレンズやAF機能を同時に使用することによって、更に認識率を上げることも可能である。 The present invention enables bar code photography with a high recognition rate even when it is difficult to mount a macro lens in terms of cost and mounting area, and is particularly effective in a mobile phone with a camera. However, the recognition rate can be further increased by using the macro lens and the AF function at the same time.
上記実施形態ではモニタモードで画素間引き読み出しを行い、バーコード撮影モードで全画素読み出しを行う例を説明しているが、モニタモードにおいて画素混合読み出しを行う構成としてもよい。画素混合読み出しにおいては複数画素の信号を混合して1つの撮像信号PIXとする。画素混合読み出しにおいても全画素の読み出しを行う場合はあるが、全画素読み出しとの差異は1つの画素からの画素信号で1つの撮像信号PIXを構成しているか、複数の画素からの画素信号で1つの撮像信号PIXを構成しているかにある。すなわち、モニタモードにおいては全画素を読み出すとともに複数の画素からの画素信号で1つの撮像信号PIXを構成し(画素混合読み出しモード)、バーコード撮影モードにおいては全画素を読み出すとともに1つの画素からの画素信号で1つの撮像信号PIXを構成するような形態が考えられる。なお、画素混合読み出しは必ずしも全画素を読み出す必要はなく、画素間引きを行いながら読み出した画素信号を混合して1つの撮像信号PIXを構成するものであっても構わない。 In the above-described embodiment, an example in which pixel decimation readout is performed in the monitor mode and all pixel readout is performed in the barcode photographing mode has been described. In pixel mixed readout, signals from a plurality of pixels are mixed to form one image signal PIX. Even in the pixel mixture readout, all pixels may be read out. However, the difference from the all pixel readout is that one imaging signal PIX is composed of pixel signals from one pixel or pixel signals from a plurality of pixels. Whether one imaging signal PIX is configured or not. That is, in the monitor mode, all pixels are read out, and one image pickup signal PIX is constituted by pixel signals from a plurality of pixels (pixel mixture reading mode). In the bar code shooting mode, all pixels are read out and read from one pixel. A form in which one image pickup signal PIX is configured with pixel signals is conceivable. It is not always necessary to read out all the pixels in the pixel mixture reading, and the pixel signals read out while performing pixel thinning may be mixed to form one imaging signal PIX.
本発明に係る撮像方法及び撮像装置は、バーコード認識機能やテキストリーダ機能付きの携帯電話機等の情報端末に有効である。また、高解像度で残したい画像を撮影する場合にも有効である。 The imaging method and the imaging apparatus according to the present invention are effective for an information terminal such as a mobile phone with a barcode recognition function and a text reader function. It is also effective when shooting an image that you want to retain at high resolution.
10 撮像素子
11 垂直走査回路
12 水平走査回路
20 DSP
21 走査モード切替部
22 駆動タイミング制御部
23 信号処理部
24 画像出力部
25 バーコード検出部
26 バーコード認識部
HCLK 水平走査クロック信号
HRNG 水平走査レンジ制御信号
HSTP 水平走査スタートパルス
PIX 撮像信号
VCLK 垂直走査クロック信号
VRNG 垂直走査レンジ制御信号
VSTP 垂直走査スタートパルス
DESCRIPTION OF
21 Scanning
Claims (17)
第1の画素間隔で撮像信号が形成されるモニタモードにて撮像を行うステップと、
前記モニタモードから、第2の画素間隔で撮像信号が形成される画像認識モードへとモード切り替えを行うステップと、
前記画像認識モードにおいて撮像を行うとともに対象画像を認識するステップとを備え、
前記第1の画素間隔と比べて前記第2の画素間隔の方が狭いことを特徴とする撮像方法。 An imaging method for imaging using an imaging element having a plurality of pixels arranged two-dimensionally,
Performing imaging in a monitor mode in which imaging signals are formed at first pixel intervals;
Switching the mode from the monitor mode to an image recognition mode in which an imaging signal is formed at a second pixel interval;
Recognizing a target image while performing imaging in the image recognition mode,
The imaging method, wherein the second pixel interval is narrower than the first pixel interval.
前記撮像素子の水平方向では前記第1の画素間隔と前記第2の画素間隔とが等しく、かつ前記撮像素子の垂直方向では前記第1の画素間隔と比べて前記第2の画素間隔の方が狭いことを特徴とする撮像方法。 The imaging method according to claim 1,
In the horizontal direction of the image sensor, the first pixel interval and the second pixel interval are equal, and in the vertical direction of the image sensor, the second pixel interval is greater than the first pixel interval. An imaging method characterized by being narrow.
前記撮像素子の垂直方向と水平方向との双方で、前記第1の画素間隔と比べて前記第2の画素間隔の方が狭いことを特徴とする撮像方法。 The imaging method according to claim 1,
The imaging method, wherein the second pixel interval is narrower than the first pixel interval in both the vertical direction and the horizontal direction of the imaging element.
前記画像認識モードは、バーコードを撮影して認識処理を行うバーコード撮影モードであることを特徴とする撮像方法。 The imaging method according to claim 1,
The imaging method according to claim 1, wherein the image recognition mode is a barcode photographing mode for photographing a barcode and performing a recognition process.
前記撮像信号が形成される前記撮像素子の領域は、前記モニタモードと比べて前記画像認識モードの方が小さいことを特徴とする撮像方法。 The imaging method according to claim 1,
An imaging method, wherein an area of the imaging element in which the imaging signal is formed is smaller in the image recognition mode than in the monitor mode.
前記撮像信号が形成される前記撮像素子の領域は、前記撮像素子の水平方向では前記モニタモードと前記画像認識モードとで等しく、かつ前記撮像素子の垂直方向では前記画像認識モードの方が前記モニタモードより狭いことを特徴とする撮像方法。 The imaging method according to claim 5, wherein
The area of the image sensor in which the image signal is formed is equal in the monitor mode and the image recognition mode in the horizontal direction of the image sensor, and in the image recognition mode in the vertical direction of the image sensor. An imaging method characterized by being narrower than the mode.
前記画像認識モードでは、前記撮像信号が形成される前記撮像素子の領域内の全ての画素から画素信号を読み出し、1つの画素から読み出された画素信号によって1つの撮像信号が構成されることを特徴とする撮像方法。 The imaging method according to claim 5, wherein
In the image recognition mode, pixel signals are read from all the pixels in the area of the imaging element where the imaging signals are formed, and one imaging signal is configured by pixel signals read from one pixel. A characteristic imaging method.
前記モニタモードでは、前記撮像素子の所定の行を構成する画素を間引いて画素信号の読み出しを行う画素間引き読み出しによって撮像信号を形成することを特徴とする撮像方法。 The imaging method according to claim 5, wherein
In the monitor mode, an imaging signal is formed by pixel thinning readout in which pixels constituting a predetermined row of the imaging device are thinned and pixel signals are read out.
前記モニタモードでは、前記撮像素子の複数の画素の各々から読み出された画素信号を混合して1つの撮像信号を構成する画素混合読み出しによって撮像信号を形成することを特徴とする撮像方法。 The imaging method according to claim 5, wherein
In the monitor mode, an image pickup signal is formed by mixing pixel signals that are read from each of a plurality of pixels of the image pickup device to form a single image pickup signal, thereby forming an image pickup signal.
前記撮像素子の全画素領域内から対象画像の位置を検出するステップを更に備え、
前記検出された対象画像の位置に応じて、前記撮像信号が形成される前記撮像素子の領域を決定することを特徴とする撮像方法。 The imaging method according to claim 5, wherein
Detecting the position of the target image from within the entire pixel region of the image sensor;
An imaging method comprising: determining a region of the imaging element in which the imaging signal is formed according to the detected position of the target image.
時系列的に連続する複数のフレームを用いて前記撮像信号から被写体の動きを検出するステップと、
前記検出された被写体の動きに応じて、前記撮像信号が形成される前記撮像素子の領域を移動するステップとを更に備えたことを特徴とする撮像方法。 The imaging method according to claim 5, wherein
Detecting the movement of the subject from the imaging signal using a plurality of frames that are continuous in time series; and
And a step of moving a region of the image sensor in which the imaging signal is formed in accordance with the detected movement of the subject.
前記被写体の動きを検出するステップは、MPEGの圧縮符号化における動きベクトルを検出するステップであることを特徴とする撮像方法。 The imaging method according to claim 11.
The step of detecting the motion of the subject is a step of detecting a motion vector in MPEG compression coding.
前記モニタモードと前記画像認識モードとで、輪郭強調、階調特性、コントラスト、明るさ、ホワイトバランス、露出、UVゲインのうち少なくとも1つを変更することを特徴とする撮像方法。 The imaging method according to claim 1,
An imaging method, wherein at least one of contour enhancement, gradation characteristics, contrast, brightness, white balance, exposure, and UV gain is changed between the monitor mode and the image recognition mode.
前記撮像素子に蓄積された電荷を読み出すために前記撮像素子を駆動する垂直走査回路及び水平走査回路と、
第1の画素間隔で撮像信号が形成されるモニタモードと、第2の画素間隔で撮像信号が形成される画像認識モードとの切り替えを行うための切替手段と、
前記画像認識モードで撮像された対象画像の認識処理を行うための認識手段とを備え、
前記第1の画素間隔と比べて前記第2の画素間隔の方が狭いことを特徴とする撮像装置。 An image sensor having a plurality of pixels arranged two-dimensionally;
A vertical scanning circuit and a horizontal scanning circuit for driving the image sensor to read out electric charges accumulated in the image sensor;
A switching unit for switching between a monitor mode in which an imaging signal is formed at a first pixel interval and an image recognition mode in which an imaging signal is formed at a second pixel interval;
Recognizing means for performing recognition processing of a target image captured in the image recognition mode,
The imaging device, wherein the second pixel interval is narrower than the first pixel interval.
前記垂直走査回路及び前記水平走査回路の各々の動作を制御するための制御手段を更に備え、
前記制御手段は、前記撮像信号が形成される前記撮像素子の領域が前記モニタモードと比べて前記画像認識モードの方が小さくなるように制御することを特徴とする撮像装置。 The imaging device according to claim 14.
A control means for controlling the operation of each of the vertical scanning circuit and the horizontal scanning circuit;
The image pickup apparatus according to claim 1, wherein the control unit performs control so that an area of the image pickup element where the image pickup signal is formed is smaller in the image recognition mode than in the monitor mode.
前記撮像素子の全画素領域内から対象画像の位置を検出するための手段を更に備え、
前記検出された対象画像の位置に応じて、前記撮像信号が形成される前記撮像素子の領域を決定することを特徴とする撮像装置。 The imaging device according to claim 15, wherein
Means for detecting the position of the target image from within the entire pixel region of the image sensor;
An image pickup apparatus, wherein an area of the image pickup element in which the image pickup signal is formed is determined according to the detected position of the target image.
時系列的に連続する複数のフレームを用いて前記撮像信号から被写体の動きを検出するための手段を更に備え、
前記検出された被写体の動きに応じて、前記撮像信号が形成される前記撮像素子の領域を移動することを特徴とする撮像装置。 The imaging device according to claim 15, wherein
Means for detecting movement of the subject from the imaging signal using a plurality of frames that are continuous in time series,
An image pickup apparatus that moves in the region of the image pickup device where the image pickup signal is formed in accordance with the detected movement of the subject.
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