CN105100601B - 摄像装置及其控制方法和信号处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种摄像装置及其控制方法和信号处理装置。即使阴暗校正的数据量减小，所述摄像装置也能够进行具有足够精度的阴暗校正。所述摄像装置包括以二维矩阵形式配置的多个单位像素。多个单位像素中的各个单位像素包括具有第一感光度的多个第一感光度像素、以及具有与第一感光度不同的第二感光度的至少一个第二感光度像素。所述第一感光度像素和所述第二感光度像素被配置为使得所述第二感光度像素的重心位置与所述第一感光度像素的重心位置大致一致。

Description

摄像装置及其控制方法和信号处理装置
技术领域
本发明涉及一种诸如CCD或者CMOS图像传感器等的摄像装置及其控制方法、存储其控制程序的存储介质、以及用于该摄像装置的信号处理装置，并且特别地，本发明涉及一种具有以二维矩阵形式配置的各自具有不同感光度的像素的单位像素的摄像装置。
背景技术
通常，存在如下已知的摄像装置，该摄像装置对面积不同的两个以上的像素的输出进行合成，并且输出合成信号作为一个单位像素的信号，以扩大动态范围(参见日本特开2010-283573(JP 2010-283573A))。
图10是示出上述公开中所描述的摄像装置的像素配置的图。
如图10所示，单位像素包括面积不同的两个像素，并且以二维矩阵形式配置多个单位像素。单位像素1103设置有高感光度像素(高)1101和低感光度像素(低)1102。通过对高感光度像素1101和低感光度像素1102的输出进行合成或者选择来扩大动态范围。
另一方面，在诸如数字静态照相机等的摄像设备中，摄像装置的输出受到由摄像光学系统的周边变暗所导致的阴暗、以及摄像装置的感光度不均匀等的影响是已知的。可以进行阴暗校正，以使得整体图像的亮度变均匀，从而防止上述阴暗。例如，预先获得将通过拍摄具有均匀亮度分布的均匀亮度面所获得的图像转换为目标输出(即，图像)的转换属性。在拍摄时，使用相关的转换属性来校正通过拍摄所获得的图像的阴暗。
顺便提一句，在图10所示的摄像装置中，高感光度像素的重心位置不同于低感光度像素的重心位置。因此，需要高感光度像素的重心位置处的阴暗校正数据和低感光度像素的重心位置处的阴暗校正数据，从而进行具有足够精度的阴暗校正。因此，阴暗校正的数据量变大，这需要大量的存储容量并且增大了处理负荷。
发明内容
本发明提供一种即使减少阴暗校正的数据量也能够进行具有足够精度的阴暗校正的摄像装置及其控制方法、存储其控制程序的存储介质、及其信号处理装置。
因此，本发明的第一方面提供一种摄像装置，其中在所述摄像装置中以二维矩阵形式配置多个单位像素，其特征在于，所述多个单位像素中的各个单位像素包括：多个第一感光度像素，其具有第一感光度；以及至少一个第二感光度像素，其具有与所述第一感光度不同的第二感光度，并且被配置为使得所述至少一个第二感光度像素的重心位置与所述多个第一感光度像素的重心位置大致一致。
因此，本发明的第二方面提供一种摄像装置的控制方法，其中在所述摄像装置中以二维矩阵形式配置多个单位像素，其特征在于，所述多个单位像素中的各个单位像素包括感光度不同并且被配置为使得重心位置大致一致的多个像素，所述控制方法包括：校正步骤，用于基于预先设置的共用阴暗校正数据，对作为所述单位像素中的感光度不同的像素的输出的像素信号进行校正；以及合成步骤，用于接收在所述校正步骤中的阴暗校正后的像素信号，并且对所述像素信号进行合成以用作所述单位像素的输出。
因此，本发明的第三方面提供一种存储使计算机执行所述第二方面的控制方法的控制程序的非瞬态计算机可读存储介质。
因此，本发明的第四方面提供一种信号处理装置，用于对作为摄像装置的输出的像素信号进行处理，其中在所述摄像装置中以二维矩阵形式配置多个单位像素，其特征在于，所述多个单位像素中的各个单位像素包括感光度不同并且被配置为使得重心位置大致一致的多个像素，所述信号处理装置包括：校正单元，用于基于预先设置的共用阴暗校正数据，对作为所述单位像素中的感光度不同的像素的输出的像素信号进行校正；以及合成单元，用于接收所述校正单元的阴暗校正后的像素信号，并且对所述像素信号进行合成以用作所述单位像素的输出。
根据本发明，由于对像素进行配置以使得感光度不同的像素的重心位置大致一致，因此可以使用共用阴暗校正数据来进行像素信号的阴暗校正。结果，即使减少阴暗校正数据的量也能够进行具有足够精度的阴暗校正。
通过以下参考附图对典型实施例的说明，本发明的其它特征将变得明显。
附图说明
图1是示出根据本发明的第一实施例的摄像装置的像素配置的图。
图2是示出作为图1所示的摄像装置的例子的具有9行×6列的单位像素的摄像装置的图。
图3是示意性示出图2所示的摄像装置所具有的信号处理电路的例子的框图。
图4是示出图3所示的阴暗校正电路中所使用的阴暗校正数据的例子的图。
图5A是示出在利用图3所示的合成电路合成之前光接收面(传感器面)的照度与摄像装置(传感器)的输出之间的关系的图。
图5B是示出在合成之后光接收面(传感器面)的照度与摄像装置(传感器)的输出之间的关系的图。
图6是示出根据本发明的第二实施例的摄像装置的像素配置的图。
图7是示出根据本发明的第三实施例的摄像装置的像素配置的图。
图8是示出根据本发明的第四实施例的摄像装置的像素配置的图。
图9是示出根据本发明的第五实施例的摄像装置的像素配置的图。
图10是示出传统的摄像装置的像素配置的图。
具体实施方式
以下将参考附图详细说明根据本发明的实施例。
图1是示出根据本发明的第一实施例的摄像装置的像素配置的图。
示出的摄像装置例如是CCD或者CMOS图像传感器，并且用于诸如数字静态照相机等的摄像设备。在该摄像装置中，单位像素104包括光接收部的面积相互不同的高感光度像素(高)101和102以及低感光度像素(低)103。即，感光度相互不同的高感光度像素101和102以及低感光度像素103配置在单位像素104中。以二维矩阵形式配置多个单位像素104。
如图所示，高感光度像素101和102具有面积相同的开口(即，光接收部)，并且被配置在单位像素104的周边。另一方面，低感光度像素103被配置在单位像素104的中央。
即，在图1所示的例子中，高感光度像素101和102以及低感光度像素103被配置在单位像素104中，以使得高感光度像素101和102的重心位置(高感光度像素101和高感光度像素102的组合面积的重心位置)与低感光度像素103的重心位置大致一致。
图2是示出作为图1所示的摄像装置的例子的具有9行×6列的单位像素的摄像装置的图。
在图2所示的例子中，示出总共具有54个(9行×6列)单位像素104的摄像装置。将表示行编号和列编号的索引给予各个单位像素104。
图3是示意性示出图2所示的摄像装置所具有的信号处理电路的例子的框图。应该注意的是，在所示的例子中示出一个单位像素的信号处理电路。
图3所示的信号处理电路具有A/D转换器301～303、高感光度像素相加电路304、阴暗校正电路305、以及合成电路306。
在图3所示的例子中，高感光度像素101和102以及低感光度像素103的光电二极管具有(示出为黑点的)信号电荷读取门。针对每一行和每一个开口设置A/D转换器(列A/D转换器)301、302和303。
A/D转换器302对从高感光度像素101读出的像素信号(以下称为“第一高感光度像素信号”)进行A/D转换，以生成第一高感光度像素数字信号。类似地，A/D转换器301对从高感光度像素102读出的像素信号(以下称为“第二高感光度像素信号”)进行A/D转换，以生成第二高感光度像素数字信号。另外，A/D转换器303对从低感光度像素103读出的低感光度像素信号进行A/D转换，以生成低感光度像素数字信号。
将第一高感光度像素数字信号和第二高感光度像素数字信号发送给高感光度像素相加电路304。高感光度像素相加电路304将第一高感光度像素数字信号数字和第二高感光度像素数字信号数字地相加，并将相加后的高感光度像素数字信号发送至阴暗校正电路305。
将相加后的高感光度像素数字信号以及低感光度像素数字信号发送给阴暗校正电路305。阴暗校正电路305使用下述共用阴暗校正数据来对相加后的高感光度像素数字信号以及低感光度像素数字信号进行阴暗校正。
图4是示出图3所示的阴暗校正电路305中所使用的阴暗校正数据的例子的图。
图4所示的阴暗校正数据表示使用图2所示的摄像装置的摄像光学系统的周边变暗的程度。
在生成图4所示的阴暗校正数据的情况下，拍摄预定均匀亮度面，并且将最亮像素的值设置为“0”。接着，利用计数值示出相对于该最亮像素(参考像素)的光量的对象像素的光量减少。计数被写作为对数。例如，接收光量是参考像素的接收光量的一半的对象像素的计数变为“8”。
例如，由于与图2所示的单位像素(0，0)相关的阴暗校正数据是计数19(参见图4)，因此单位像素(0，0)接收相对于参考像素(4，2)所接收的光量的(1/2)(19/8)的光量。因此，将因子2(19/8)与单位像素(0，0)的高感光度像素101和102的输出相乘，以及将因子2(19/8)与单位像素(0，0)的低感光度像素103的输出相乘。接着，针对其它单位像素进行类似的阴暗校正。
合成电路306根据预定判断水平从阴暗校正后的高感光度像素数字信号和低感光度像素数字信号中选择感光度可用的信号，校正感光度比率，并且输出校正后的信号。
图5A是示出在利用图3所示的合成电路306的合成之前光接收面(传感器面)的照度与摄像装置(传感器)的输出之间的关系的图。图5B是示出在合成之后光接收面(传感器面)的照度与摄像装置(传感器)的输出之间的关系的图。
如图5A所示，设置合成阈值Mth作为合成电路36中的判断水平。在传感器面照度低的情况下，使用与高感光度像素的输出相对应的阴暗校正后的高感光度像素数字信号。另一方面，在传感器面照度高的情况下，使用与低感光度像素的输出相对应的阴暗校正后的低感光度像素数字信号。这覆盖了宽的动态范围。
即，合成电路306根据相加后的高感光度像素数字信号(参考像素信号)，选择阴暗校正后的高感光度像素数字信号(图5A所示的高感光度像素输出)和低感光度像素数字信号(图5A所示的低感光度像素输出)中的一个。这里，在图5A所示的高感光度像素输出(即，水平)低于合成阈值Mth的情况下，合成电路306使用高感光度像素输出。
另一方面，在高感光度像素输出不低于合成阈值Mth(即，在高感光度像素输出变得接近饱和)的情况下，合成电路306使用低感光度像素输出。在使用低感光度像素输出的情况下，需要校正与高感光度像素输出的感光度比率。例如，如果高感光度像素的感光度是低感光度像素的感光度的256倍，则将通过使低感光度像素输出与256相乘来校正感光度比率。
因此，如图5B所示，合成电路306生成单位像素输出，并且扩大单位像素输出的动态范围。
因而，由于使用共用阴暗校正数据，因此在本发明的第一实施例中，阴暗校正的数据量减少，并且进行具有足够精度的阴暗校正。
接下来，将说明根据本发明的第二实施例的摄像装置的像素配置。
图6是示出根据本发明的第二实施例的摄像装置的像素配置的图。
在图6所示的摄像装置中，单位像素701包括光接收部的面积相互不同的高感光度像素(高)702和703、中感光度像素(中)704和705、以及低感光度像素(低)706。以二维矩阵形式配置多个单位像素701。
如图所示，高感光度像素702和703具有面积相同的开口(即，光接收部)，并且被配置在单位像素701的周边。另外，中感光度像素704和705分别被配置在高感光度像素702和703的内侧。并且，低感光度像素706被配置在单位像素701的中央。
在图6所示的例子中，高感光度像素702和703、中感光度像素704和705、以及低感光度像素706被配置在单位像素701中，以使得高感光度像素、中感光度像素、以及低感光度像素的重心位置大致一致。即，高感光度像素702和703的重心位置(高感光度像素702和703的组合面积的重心位置)、中感光度像素704和705的重心位置(中感光度像素704和705的组合面积的重心位置)、以及低感光度像素706的重心位置大致一致。
图6所示的摄像装置的处理电路与图3所示的处理电路同样地具有构成单位像素的每一个像素的A/D转换器、高感光度像素相加电路、阴暗校正电路、以及合成电路，并且图6所示的摄像装置的处理电路还具有将中感光度像素704和705的输出相加的中感光度像素相加电路。接着，阴暗校正电路以参考图4所说明的相同方式使用共用阴暗校正数据，进行相加后的高感光度像素数字信号(高感光度像素输出)、相加后的中感光度像素数字信号(中感光度像素输出)、以及低感光度像素数字信号(低感光度像素输出)的阴暗校正。
另外，该处理电路具有第一合成阈值Mth1和第二合成阈值Mth2(Mth1<Mth2)。在阴暗校正后的高感光度像素输出低于第一合成阈值Mth1的情况下，合成电路使用阴暗校正后的高感光度像素输出。另外，在阴暗校正后的高感光度像素输出不低于第一合成阈值Mth1但是低于第二合成阈值Mth2的情况下，合成电路使用阴暗校正后的中感光度像素输出。接着，在阴暗校正后的高感光度像素输出不低于第二合成阈值Mth2的情况下，合成电路使用阴暗校正后的低感光度像素输出。
在这种情况下，在使用中感光度像素输出或者低感光度像素输出的情况下，合成电路以与第一实施例相同的方式来校正与高感光度像素输出的感光度比率。
图7是示出根据本发明的第三实施例的摄像装置的像素配置的图。
如图所示，高感光度像素702和703具有面积相同的开口(即，光接收部)，并且被配置在单位像素801的周边。另外，中感光度像素802和低感光度像素803被配置在高感光度像素702和703的内侧。在该实施例中，低感光度像素803和中感光度像素802的重心位置之间的差小到可以忽略。在这种情况下，没有必要配置两个中感光度像素。高感光度像素702和703、中感光度像素802以及低感光度像素803被配置在单位像素801中，以使得高感光度像素702和703的重心位置、中感光度像素802的重心位置以及低感光度像素803的重心位置大致一致。
因此，即使在单位像素包括感光度相互不同的四个以上的像素的情况下，也对像素进行配置，以使得感光度不同的像素的重心位置大致一致。
图7所示的摄像装置的处理电路与图3所示的处理电路同样地包括构成单位像素的每一个像素的A/D转换器、高感光度像素相加电路、阴暗校正电路、以及合成电路。接着，阴暗校正电路以参考图4所说明的相同方式使用共用阴暗校正数据，进行高感光度像素输出、中感光度像素输出、以及低感光度像素输出的阴暗校正。
另外，该处理电路具有第一合成阈值Mth1和第二合成阈值Mth2(Mth1<Mth2)。在阴暗校正后的高感光度像素输出低于第一合成阈值Mth1的情况下，合成电路使用阴暗校正后的高感光度像素输出。另外，在阴暗校正后的高感光度像素输出不低于第一合成阈值Mth1但是低于第二合成阈值Mth2的情况下，合成电路使用阴暗校正后的中感光度像素输出。接着，在阴暗校正后的高感光度像素输出不低于第二合成阈值Mth2的情况下，合成电路使用阴暗校正后的低感光度像素输出。在这种情况下，在使用中感光度像素输出或者低感光度像素输出的情况下，合成电路以与第一实施例相同的方式来校正与高感光度像素输出的感光度比率。
图8是示出根据本发明的第四实施例的摄像装置的像素配置的图。
在图8所示的摄像装置中，单位像素901包括光接收部的面积相互不同的高感光度像素(高)902和低感光度像素(低)903和904。以二维矩阵形式配置多个单位像素901。
如图所示，低感光度像素903和904具有面积相同的开口(即，光接收部)，并且被配置在单位像素901的角落。另外，高感光度像素902被配置在除低感光度像素903和904以外的区域中。
此外，在图8所示的例子中，高感光度像素902以及低感光度像素903和904被配置在单位像素901中，以使得高感光度像素902的重心位置与低感光度像素903和904的重心位置(低感光度像素903和904的组合面积的重心位置)大致一致。
处理电路设置有用于将低感光度像素903和904的(A/D转换后的)输出相加的低感光度像素相加电路，来代替图3所示的高感光度像素相加电路304。应该注意的是，由于阴暗校正电路和合成电路的操作与上述说明的类似，因此省略与该操作有关的描述。
图9是示出根据本发明的第五实施例的摄像装置的像素配置的图。
在图9所示的摄像装置中，单位像素1001包括光接收部的面积相互不同的高感光度像素(高)1002、中感光度像素(中)1003和1004、以及低感光度像素(低)1005和1006。以二维矩阵形式配置多个单位像素1001。
如图所示，中感光度像素1003和1004具有面积相同的开口(即，光接收部)，并且类似地，低感光度像素1005和1006具有面积相同的开口。低感光度像素1005和1006被配置在单位像素1001的角落，并且中感光度像素1003和1004被配置在单位像素1001中除低感光度像素1005和1006以外的面积的周边。并且，高感光度像素1002被配置在单位像素1001的中央。
在图9所示的例子中，高感光度像素1002、中感光度像素1003和1004、以及低感光度像素1005和1006被配置在单位像素1001中，以使得高感光度像素1002的重心位置、中感光度像素1003和1004的重心位置、以及低感光度像素1005和1006的重心位置大致一致。
处理电路设置有用于将中感光度像素1003和1004的(A/D转换后的)输出相加的中感光度像素相加电路和用于将低感光度像素1005和1006的(A/D转换后的)输出相加的低感光度像素相加电路，来替代图3所示的高感光度像素相加电路304。应该注意的是，由于阴暗校正电路和合成电路的操作与上述说明的类似，因此省略与该操作有关的描述。
如上所述，本发明的实施例能够在如下的摄像装置中在不增加阴暗校正时所使用的阴暗校正数据的数据量的情况下进行阴暗校正，其中在该摄像装置中配置了具有至少两个像素的单位像素，该至少两个像素各自的光接收部的面积相互不同。
在上述实施例中，通过摄像装置中所设置的信号处理电路来进行阴暗校正处理和合成处理。应该注意的是，可以不通过摄像装置中所设置的信号处理电路来进行阴暗校正处理和合成处理。例如，可以通过安装有摄像装置的摄像设备中的信号处理电路来进行阴暗校正处理和合成处理。
尽管已经说明了本发明的实施例，但是，本发明不限于上述实施例，本发明包括各种修改，只要不偏离本发明的概念。
例如，上述实施例的功能可以实现为由摄像装置执行的控制方法。另外，可以通过计算机来执行具有上述实施例的功能的控制程序。应该注意的是，控制程序记录在例如计算机可读存储介质中。
其它实施例
本发明的实施例还可以通过如下的方法来实现，即，通过网络或者各种存储介质将执行上述实施例的功能的软件(程序)提供给系统或装置，该系统或装置的计算机或是中央处理单元(CPU)、微处理单元(MPU)读出并执行程序的方法。
尽管参考典型实施例说明了本发明，但是应该理解，本发明不局限于所公开的典型实施例。所附权利要求书的范围符合最宽的解释，以包括所有这些修改以及等同结构和功能。
本申请要求2014年5月21日提交的日本专利申请2014-105213的优先权，在此通过引用包含这些申请的全部内容。

Claims (9)

1.一种摄像设备，其包括：
摄像装置，在所述摄像装置中以二维矩阵形式配置多个单位像素，
其特征在于，所述多个单位像素中的各个单位像素包括：
多个第一感光度像素，其配置在该单位像素的周边，各个第一感光度像素具有基于第一光接收区域的第一感光度，其中，在所述单位像素中，沿对角方向配置所述多个第一感光度像素；以及
至少一个第二感光度像素，其具有基于第二光接收区域的第二感光度，其中所述第二光接收区域比该单位像素所包括的多个第一感光度像素的第一光接收区域的总区域小，其中各单位像素的各个第一感光度像素的第一光接收区域的大小和构成与该单位像素的第二感光度像素的第二光接收区域不同，并且所述多个第一感光度像素配置在该第二感光度像素的周边；
相加电路，用于将作为所述多个第一感光度像素的输出的像素信号相加，以使得该单位像素所包括的多个第一感光度像素的第一光接收区域的总区域的重心位置与所述至少一个第二感光度像素的第二光接收区域的重心位置大致一致；以及
校正电路，用于基于预先设置的共用阴暗校正数据，对所述至少一个第二感光度像素的第二感光度像素信号和通过所述相加电路进行了相加得到的相加后的第一感光度像素信号进行校正。
2.根据权利要求1所述的摄像设备，其中，所述多个单位像素中的各个单位像素还包括至少一个第三感光度像素，所述至少一个第三感光度像素具有基于第三光接收区域的、与所述第一感光度和所述第二感光度不同的第三感光度，并且所述至少一个第三感光度像素被配置在所述多个第一感光度像素的内部，以使得所述至少一个第三感光度像素的第三光接收区域的重心位置与所述多个第一感光度像素的第一光接收区域的总区域的重心位置和所述至少一个第二感光度像素的第二光接收区域的重心位置大致一致。
3.根据权利要求1所述的摄像设备，其中，所述阴暗校正数据是根据单位像素与作为利用安装有所述摄像装置的照相机拍摄预定均匀亮度面的情况下的最亮像素的参考像素的光量比而生成的。
4.根据权利要求1所述的摄像设备，其中，还包括合成单元，所述合成单元用于接收通过所述校正电路进行了阴暗校正得到的校正后的像素信号，并且对所述校正后的像素信号进行合成以用作所述单位像素的输出。
5.根据权利要求4所述的摄像设备，其中，所述合成单元在作为所述校正后的像素信号之一的参考像素信号的水平低于预定的合成阈值的情况下，将所述参考像素信号用作所述单位像素的输出，以及在所述参考像素信号的水平不低于所述合成阈值的情况下，将除所述参考像素信号以外的其它像素信号用作所述单位像素的输出。
6.根据权利要求5所述的摄像设备，其中，所述合成单元在所述其它像素信号用作所述单位像素的输出的情况下，校正所述其它像素信号的感光度。
7.根据权利要求5所述的摄像设备，其中，所述参考像素信号是具有最高感光度的像素的输出。
8.根据权利要求1所述的摄像设备，其中，还包括AD转换器，所述AD转换器与所述多个第一感光度像素和所述至少一个第二感光度像素相对应，
其中，所述相加电路还用于对作为由所述AD转换器转换为数字信号的、所述多个第一感光度像素的输出的像素信号进行相加。
9.一种摄像设备的控制方法，所述摄像设备包括摄像装置，在所述摄像装置中以二维矩阵形式配置多个单位像素，其特征在于，所述多个单位像素中的各个单位像素包括多个第一感光度像素和至少一个第二感光度像素，所述多个第一感光度像素配置在该单位像素的周边，各个第一感光度像素具有基于第一光接收区域的第一感光度，其中，在所述单位像素中，沿对角方向配置所述多个第一感光度像素，所述至少一个第二感光度像素具有基于第二光接收区域的第二感光度，所述第二光接收区域比该单位像素所包括的多个第一感光度像素的第一光接收区域的总区域小，其中各单位像素的各个第一感光度像素的第一光接收区域的大小和构成与该单位像素的第二感光度像素的第二光接收区域不同，并且所述多个第一感光度像素配置在该第二感光度像素的周边，所述控制方法包括：
相加步骤，用于将作为所述多个第一感光度像素的输出的像素信号相加，以使得该单位像素所包括的多个第一感光度像素的第一光接收区域的总区域的重心位置与所述至少一个第二感光度像素的第二光接收区域的重心位置大致一致；以及
校正步骤，用于基于预先设置的共用阴暗校正数据，对所述至少一个第二感光度像素的第二感光度像素信号和在所述相加步骤中进行了相加得到的相加后的第一感光度像素信号进行校正。
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