CN1245826C - 摄像装置及摄像方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种摄像装置及摄像方法，即使被拍摄物体亮度低，也能得到不会混入随基板偏置电压的变动而产生的杂波的图像。该摄像装置包括：亮度计算部件，其根据摄像元件的摄像信号求出被拍摄物体亮度；电荷存储时间控制部件，其在求出的被拍摄物体亮度比规定值低时，禁止摄像元件根据电荷排放脉冲进行电荷排放，以垂直传输期的整数倍的时间间隔，控制摄像元件电荷存储时间；曝光控制部件，该曝光控制部件在以所述垂直传输期的整数倍的时间间隔控制所述电荷存储时间时，根据所述摄像元件输出信号的放大率或光圈值，控制电荷存储量。

Description

摄像装置及摄像方法

技术领域

本发明涉及摄像装置的曝光控制。

背景技术

作为在使用纵向溢出(overflow)结构的CCD作为摄像元件的摄像装置中对摄像元件的曝光量进行控制的技术，在特开平11-8802号公报、特开平6-62323号公报中公开的所谓的电子快门技术已公知。

该技术通过在基板偏压上施加电压，将光电转换部上存储的电荷向基板侧排放而开始新的电荷存储，通过控制从这时到将光电转换部所存储的电荷读出到垂直传输部的时间，来控制曝光量。

发明内容

但是，在进行上述电子快门动作时，由于施加高电压的连续脉冲(以下称为“电荷排放脉冲”)作为基板偏压，有时基板偏压会产生电压变动。

图9表示电压变动发生时的时间图。

在垂直同步期间的特定的时间，把读出脉冲施加到垂直传输时钟，由该读出脉冲将光电转换部上存储的电荷读出到垂直传输路径，由后续的垂直CCD传输脉冲依次进行传输。

另一方面，将电荷排放脉冲施加到基板偏压上，来进行光电转换部上存储的电荷的排放。由于该电荷排放脉冲是高电压，因此在脉冲发生时和脉冲停止时，会使基板偏压产生一些电压变动。

因此，由于电子快门的动作而在基板偏压产生变动的情况下执行从摄像元件读出电荷的动作时，存在由上述基板偏压引起的杂波叠加在读出信号上的问题，在由于被拍摄物体亮度低而将摄像元件的输出放大读出时，这一问题尤其明显。

图10表示产生了该杂波的图像。由于混入了随基板偏压的变动而产生的杂波，在图像中产生了横条纹(上下错位)。

本发明是鉴于上述情况作出的，目的是提供一种摄像装置和摄像方法，即使被拍摄物体亮度低，也能得到不会混入随基板偏置电压的变动而产生的杂波的图像。

为了解决上述问题，本发明的摄像装置包括：亮度计算部件，其根据所述摄像元件的摄像信号求出被拍摄物体亮度；电荷存储时间控制部件，其在所述求出的被拍摄物体亮度比规定值低时，禁止所述摄像元件根据所述电荷排放脉冲进行电荷排放，以垂直传输期的整数倍的时间间隔，控制所述摄像元件的电荷存储时间；和曝光控制部件，该曝光控制部件在以所述垂直传输期的整数倍的时间间隔控制所述电荷存储时间时，根据所述摄像元件输出信号的放大率或光圈值，控制电荷存储量。

此外，本发明的摄像方法为：根据所述摄像元件的摄像信号求出被拍摄物体亮度；所述求出的被拍摄物体亮度比规定值低时，禁止所述摄像元件根据所述电荷排放脉冲进行电荷排放，以垂直传输期的整数倍的时间间隔，控制所述摄像元件的电荷存储时间；以所述垂直传输期的整数倍的时间间隔控制所述电荷存储时间时，根据所述摄像元件输出信号的放大率或光圈值，控制电荷存储量。

附图说明

图1表示应用本发明的摄像装置的结构框图。

图2表示CCD摄像元件和驱动电路的结构。

图3是与本发明有关的曝光控制方法的程序曲线图。

图4是表示大致的曝光控制步骤的流程图。

图5表示曝光控制动作的时间图。

图6表示曝光控制动作的时间图。

图7表示曝光控制动作的时间图。

图8表示曝光控制动作的时间图。

图9表示电压变动发生时的时间图。

图10表示产生杂波的图像。

具体实施方式

图1是表示应用本发明的摄像装置的结构框图。

该摄像装置包括：由变焦镜头111、聚焦镜头112构成的镜头组；用于控制曝光的光圈机构113；将被拍摄物体像转换为电信号的CCD摄像元件16；将CCD摄像元件16的信号转换为数字信号的摄像电路2；与信号总线100连接的、对转换为数字信号的摄像信号实施各种处理的AE处理部3、AF处理部4、图像处理电路5、非易失性存储器6、内置存储器7、压缩扩展部8、装卸存储器9、LCD驱动器10。

另外，该摄像装置还包括：对各部分进行统一控制的主CPU1；由各种操作开关构成的输入部12；用于显示操作状态及模式状态等的LCD17；用于驱动控制镜头的变焦控制部101、聚焦控制部102、电机121、122；用于控制光圈113的光圈控制部103、电机123；用于控制CCD16的TG电路14、CCD驱动器15；输出报警等的扬声器13；电源部11。

该摄像装置中，主CPU1统一进行全部控制，特别是负责曝光控制、通过驱动控制CCD摄像元件16来读出信号、与图像处理有关的一系列的处理。

下面对该摄像装置的动作进行说明。

输入部12中设置有变焦操纵杆、释放开关SW、电源开关等各种操作开关。这里，摄像者操作释放开关SW将其按压到第一阶段，进行AE、AF动作。

在AE动作中，把来自摄像电路2的图像信号取入AE处理部3。在AE处理部3中，算出对规定区域的图像信号进行累计所得的AE估计值，并将该值传输到主CPU1。

在主CPU1中，将AE估计值与内部基准值进行比较，例如判断出被拍摄物体亮度低时，通过TG电路14使摄像电路2的放大率增加，或者通过光圈控制部103，指示进行打开光圈113等操作。从而进行适当的曝光控制。

接着进行AF动作，把来自摄像电路2的图像信号输入到AF处理部4，在AF处理部4中，通过滤波处理从图像信号中取出高频成分，然后，算出对该高频成分进行累计所得的AF估计值或对比度值，并将该值传输到主CPU1。在主CPU1中，控制聚焦控制部102对电机122的驱动，使AF估计值最大，从而进行对焦控制。

如果将释放开关SW按压到第二阶段，则开始通常的摄像动作。

被拍摄物体像通过变焦镜头111、聚焦镜头112及光圈113，在摄像元件16上成像。然后，把摄像元件16上产生的摄像信号输入到摄像电路2，进行CDS(相关双重脉冲调制)、信号放大等处理后，转换为数字信号输出到信号总线100。

AE处理部3、AF处理部4、图像处理电路5、非易性存储器6、内置存储器7、压缩扩展部8、装卸存储器9、LCD驱动器10等与信号总线100连接。

把来自摄像电路2的图像数据暂时缓存在内置存储器7内后，在图像处理电路5中对其进行Y/C、彩色矩阵等处理。然后在压缩扩展部8进行图像压缩后存储到装卸存储器9。另一方面，把来自摄像电路2的图像数据作为视频信号输入到LCD驱动器10，作为通过图像(スル一画像)显示在LCD17上。

另外，在摄像者进行图像的再现操作时，读出保存在装卸存储器9中的图像数据，在压缩扩展部8进行扩展处理后，在图像处理电路5转换为所需尺寸的图像，并输入到LCD驱动器10，在LCD17上显示。

另外，在非易失性存储器6中存储用于进行以上说明的各种处理的各种程序或设定值。

图2是CCD摄像元件16和驱动电路的结构示意图。

CCD摄像元件16由摄像区域内配置成矩阵状的光传感器22、垂直传输路径23、水平传输路径24及输出放大器25构成。

垂直传输路径23是与各光传感器22的垂直列对应设置的、从各光传感器22读出存储电荷向垂直方向传输的寄存器。水平传输路径24是将从垂直传输路径23传输的电荷向水平方向传输的寄存器。而输出放大器25将从水平传输路径24传输的电荷转换为电压并放大。

CCD驱动器15产生驱动垂直传输路径23的垂直传输脉冲ΦV1～ΦV4和驱动水平传输路径24的水平传输脉冲ΦH1、ΦH2以及排放光传感器22上存储的电荷的电荷排放脉冲ΦSUB。并且，该CCD驱动器15的脉冲输出动作由TG电路14控制。

图3是与本发明有关的曝光控制方法的程序曲线图。图4是表示大致的曝光控制步骤的流程图。以下，参照图3、图4对与本发明有关的曝光控制方法进行说明。

本摄像装置在显示通过图像时(S1)，从图像信号中取得AE估计值(S2)，根据该值计算被拍摄物体亮度Bv(S3)，然后，根据被拍摄物体亮度Bv的值选择曝光控制方式。

另外，在曝光运算中使用(1)式中所示的顶点运算。

Ev＝Av+Tv＝Sv+Bv              (1)

这里，Ev：曝光、Av：光圈、Tv：快门速度、Sv：放大率

被拍摄物体亮度Bv在3以上时，按照程序曲线图，设定放大率Sv＝5(ISO＝100)，光圈Av为3(Fno＝2.8)。然后，根据通过(2)式的顶点运算求出快门速度Tv(S5)。

Tv＝Sv+Bv-Av                  (2)

接着利用这些值进行曝光设定(S10)。

图5是表示曝光控制动作的时间图。

如图5所示，本摄像装置在显示通过图像的情况下，与垂直同步信号的间隔同步地输出读出脉冲，按照顺序反复执行上述的曝光运算和曝光设定。在此，把垂直同步信号的间隔称为帧期间。

图5中，在第1帧期间的曝光①所示的曝光时间内存储的电荷，在第2帧期间被读出，依据该值算出AE估计值，根据上述方法进行适当的曝光时间的运算。然后在第3帧期间设定作为结果得到的适当的曝光值，并反映在第4帧期间内曝光②所示的曝光时间中。

图4中，被拍摄物体亮度Bv在0以上不到3时，按照程序曲线图，设定快门速度Tv＝5(快门速度＝1/30)，光圈Av为3(Fno＝2.8)。然后根据(3)式中的顶点运算求出放大率Sv(S6)。

Sv＝Tv+Av-Bv                    (3)

然后使用这些值进行曝光设定(S10)。

图6是曝光控制动作的时间图。

图中，与垂直同步信号的间隔同步地输出读出脉冲，但与图5不同，不进行电荷排放脉冲的输出。这是由于通过使快门速度与垂直同步信号的周期一致，不需要排放动作。因此，由于在该动作中不输出电荷排放脉冲，可以得到基板偏压没有变动而无杂波的通过图像。

图6中，在第1帧期间的曝光①所示的曝光时间内存储的电荷，在第2帧期间被读出，依据该值算出AE估计值，根据上述方法进行曝光时间为1/30的运算。然后，在第3帧期间设定作为结果得到的适当曝光值，同时设定停止电荷排放脉冲的输出，并反映在第4帧期间内曝光②所示的曝光时间中。

图4中，被拍摄物体亮度Bv在-1以上不到0时，按照程序曲线图，设定快门速度Tv＝4(快门速度＝1/15)，光圈Av为3(Fno＝2.8)。然后根据(3)式中的顶点运算求出放大率Sv(S7)。

然后使用这些值进行曝光设定(S10)。

图7是曝光控制动作的时间图。

在该图中，与垂直同步信号的间隔的2倍周期同步地输出读出脉冲，与图5不同，不进行电荷排放脉冲的输出。这是由于通过使快门速度与垂直同步信号的2倍周期一致，不需要排放动作。因此，由于在该动作中不输出电荷排放脉冲，可以得到基板偏压没有变动而无杂波的通过图像。

图7中，在第1、2帧期间的曝光①所示的曝光时间存储的电荷，在第3帧期间被读出，依据该值算出AE估计值，利用上述方法，进行曝光时间为1/15的运算。在第4帧期间设定作为结果得到的适当的曝光值，同时进行停止电荷排放脉冲的输出的设定，并反映在第5、6帧期间内曝光②所示的曝光时间中。

图4中，被拍摄物体亮度Bv在-2以上不到-1时，按照程序曲线图，设定快门速度Tv＝3(快门速度＝1/7.5)，光圈Av为3(Fno＝2.8)。然后根据(3)式中的顶点运算求出放大率Sv(S8)。

然后使用这些值进行曝光设定(S10)。

图8是曝光控制动作的时间图。

图中，与垂直同步信号的间隔的4倍周期同步地输出读出脉冲，与图5不同，不进行电荷排放脉冲的输出。这是通过使由于快门速度与垂直同步信号的4倍周期一致，不需要排放动作。因此，由于在该动作中不输出电荷排放脉冲，可以得到基板偏压没有变动而无杂波的通过图像。

图8中，在第1～4帧期间的曝光①所示的曝光时间存储的电荷，在第5帧期间被读出，依据该值算出AE估计值，利用上述方法，进行曝光时间为1/7.5的运算。在第8帧期间设定作为结果得到的适当的曝光值，同时进行停止电荷排放脉冲的输出的设定，并反映在以后帧期间所示的曝光时间中。

图4中，被拍摄物体亮度Bv在-3以上不到-2时，按照程序曲线图，设定快门速度Tv＝2(快门速度＝1/3.75)，光圈Av为3(Fno＝2.8)。然后根据(3)式中的顶点运算求出放大率Sv(S9)。

然后使用这些值进行曝光设定(S10)。

曝光控制动作也与上述动作相同，与垂直同步信号的间隔8倍的周期同步地输出读出脉冲，与图5不同，不进行电荷排放脉冲的输出。因此，由于该动作中不输出电荷排放脉冲，可以得到基板偏压没有变动而无杂波的通过图像。

另外，在本实施方式中，在被拍摄物体亮度不超过3的情况下，对电荷排放脉冲进行抑制，但本发明并不仅限于这一方式，也可以在被拍摄物体亮度不超过3以外的其他值时，对电荷排放脉冲进行抑制，并且，也可以适当选定此时的快门速度Tv、光圈Av值。

另外，在本实施方式中，与垂直同步信号的间隔的偶数倍的周期同步地输出读出脉冲，但本发明并不仅限于这一方式，也可以与垂直同步信号的间隔的整数倍的周期同步地输出读出脉冲。

此外，在根据程序曲线图的曝光控制中通过改变放大率Sv来进行控制，但也可以控制光圈Av。

另外，在本实施方式中，对通过图像的杂波降低方法进行了说明，但并不仅限于这一实施方式，本技术领域的技术人员可以容易地在正式曝光中应用该方法。

另外与本发明有关的各功能，既可以作为程序装入主CPU1来实现，也可以用硬件来实现。

由于在上述实施方式中包含各个阶段的发明，通过对所公开的多个构成要件进行适当组合，可以提出各种发明。例如，在即使去掉在实施方式中所示的全部构成要件中的几个构成要件，也可以解决发明所要解决的问题，可以得到发明效果中所述的效果的情况下，可以将去掉该构成要件的结构，作为发明提出来。

根据以上所说明的本发明，即使被拍摄物体亮度低，也可以得到不会混入随基板偏压的变动而产生的杂波的图像。

Claims (2)

1.一种摄像装置，通过改变施加到摄像元件的电荷排放脉冲和电荷读出脉冲之间的间隔，控制所述摄像元件的电荷存储量，其特征在于，包括：

亮度计算部件，其根据所述摄像元件的摄像信号求出被拍摄物体亮度；

电荷存储时间控制部件，其在所述求出的被拍摄物体亮度比规定值低时，禁止所述摄像元件根据所述电荷排放脉冲进行电荷排放，以垂直传输期的整数倍的时间间隔，控制所述摄像元件的电荷存储时间；和

曝光控制部件，该曝光控制部件在以所述垂直传输期的整数倍的时间间隔控制所述电荷存储时间时，根据所述摄像元件输出信号的放大率或光圈值，控制电荷存储量。

2.一种摄像方法，通过改变施加到摄像元件的电荷排放脉冲和电荷读出脉冲之间的间隔，控制所述摄像元件的电荷存储量，其特征在于，

根据所述摄像元件的摄像信号求出被拍摄物体亮度；

所述求出的被拍摄物体亮度比规定值低时，禁止所述摄像元件根据所述电荷排放脉冲进行电荷排放，以垂直传输期的整数倍的时间间隔，控制所述摄像元件的电荷存储时间；

以所述垂直传输期的整数倍的时间间隔控制所述电荷存储时间时，根据所述摄像元件输出信号的放大率或光圈值，控制电荷存储量。

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