DE102016117950A1

DE102016117950A1 - Bildsensor, Bildgebungsverfahren und Bildgebungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102016117950A1
Application number: DE102016117950.7A
Authority: DE
Inventors: Hirokazu Kobayashi; Nobuhiro Takeda
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2015-09-25
Filing date: 2016-09-23
Publication date: 2017-03-30
Also published as: JP2017063386A; CN106973196B; US20170094201A1; US10735678B2; CN106973196A; GB2543644A; GB2543644B; JP6289425B2; GB201615782D0

Abstract

Ein Bildsensor ist bereitgestellt mit einer Bildelementeinheit mit einer Vielzahl von Bildelementen, einer A/D-Umwandlungseinrichtung, die ein Bildsignal aus dem Bildelement in ein digitales Bildsignal umwandelt, einer Gradationsumwandlungseinrichtung, die eine Gradationsumwandlung bei dem digitalen Bildsignal durchführt, und einer Auswahleinrichtung, die Gradationsumwandlungskennlinien der durch die Gradationsumwandlungseinrichtung bei dem digitalen Bildsignal durchgeführten Gradationsumwandlung auswählt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Bildsensor und ein Bildgebungsverfahren, und insbesondere auf einen Gradationsprozess eines Bildsignals.
Beschreibung der verwandten Technik
Seit den kürzlich vergangenen Jahren wird ein durch ein 4K-Auflösungsbild dargestelltes Ultrahochdefinitionsvideobild allgemein verwendet, und auch ein Verfahren hinsichtlich 8K UHDTV (8K Ultra High Definition Television) wurde merklich entwickelt. Bei einer Bildgebungsvorrichtung erhöht sich zusätzlich zu einer Anforderung zum Realisieren der großen Anzahl an Bildelementen und einer hohen Bildwechselrate in der verwandten Technik eine Anforderung zum Realisieren von 10 oder mehr Bits durch Erhöhen einer Informationsmenge pro Bildelement.
Zum Realisieren dieser Anforderungen muss ein aus einem Bildsensor ausgegebenes Bildsignal innerhalb einer vorbestimmten Zeit, die durch eine Rahmenperiode oder dergleichen beschränkt ist, in ein digitales Multibit-Bildsignal A/D-gewandelt (analog/digital-gewandelt) werden, das 10 Bits stark übersteigt. Das A/D-gewandelte digitale Multibit-Bildsignal muss auch innerhalb einer vorbestimmten Zeit zu einer Bildverarbeitungseinheit einer Bildgebungsvorrichtung gesendet werden.
Als Einheit zum Senden des A/D-gewandelten digitalen Multibit-Bildsignals zu der Bildverarbeitungseinheit wird beispielsweise ein serielles Hochgeschwindigkeitsdifferenzübertragungssystem wie LVDS (Low Voltage Differential Signaling) oder dergleichen verwendet. Dabei muss zum Senden des digitalen Multibit-Bildsignals zu der Bildverarbeitungseinheit innerhalb einer vorbestimmten Zeit eine Übertragungsbandbreite verbessert werden, indem eine Sendefrequenz erhöht oder die Anzahl von Übertragungsanschlüssen erhöht wird. Oder eine Menge an Daten, die übertragen wird, muss durch Komprimieren des digitalen Multibit-Bildsignals oder dergleichen reduziert werden.
Beispielsweise offenbart die japanische Patentanmeldungsoffenlegung Nr. 2011-119868 eine Bildgebungsvorrichtung mit einer Kompressionseinheit zum reversiblen Komprimieren eines Videosignals, das aus einem Bildsensor ausgegeben wurde, einer Expandiereinheit zum Expandieren des komprimierten Videosignals, und einer Synthetisiereinheit zum Synthetisieren des expandierten Videosignals in ein Rahmenbild. Mit diesem Verfahren kann durch reversibles Komprimieren des digitalen Multibit-Bildsignals eine Menge an Daten, die zu einer Bildverarbeitungseinheit der Bildgebungsvorrichtung übertragen werden, reduziert werden.
Allerdings wird die Vorrichtung zum Senden eines derartigen digitalen Multibit-Bildsignals zu der Bildverarbeitungseinheit, dessen Anzahl an Bits größer als die in der verwandten Technik ist, zu einer Bildgebungsvorrichtung, in der Kosten hoch und die Herstellung sehr schwierig ist, da eine Sendefrequenz oder die Anzahl an Übertragungsanschlüssen erhöht werden muss. Selbst im Fall des Komprimierens des digitalen Multibit-Bildsignals wie in einem in der japanischen Patentanmeldungsoffenlegung Nr. 2011-119868 offenbarten Verfahren ist ein Schaltungsumfang für den Kompressionsprozess, der Ortsinformationen oder Zeitinformationen zwischen Rahmen verwendet, groß, und ferner ist der Expandierprozess in der Bildverarbeitungseinheit unverzichtbar, sodass die Kosten der Bildgebungsvorrichtung schließlich hoch sind.
KURZZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist ein Bildsensor bereitgestellt, mit einer Bildelementeinheit mit einer Vielzahl von Bildelementen, einer A/D-Umwandlungseinrichtung, die ein Bildsignal aus dem Bildelement in ein digitales Bildsignal umwandelt, einer Gradationsumwandlungseinrichtung, die eine Gradationsumwandlung bei dem digitalen Bildsignal durchführt, und einer Auswahleinrichtung, die Gradationsumwandlungskennlinien der durch die Gradationsumwandlungseinrichtung durchgeführten Gradationsumwandlung in das digitale Bildsignal auswählt.
Weitere Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen ersichtlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt ein Blockschaltbild eines Aufbaus eines Bildsensors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
2 zeigt ein Blockschaltbild eines Aufbaus einer Bildgebungsvorrichtung, bei der der Bildsensor gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung angewendet wird.
3 zeigt ein Beispiel von Gradationskennlinien, die eine Beziehung zwischen einer Anzeigeleuchtdichte und eines Kontrastschritts einer erfindungsgemäßen idealen Anzeigevorrichtung veranschaulichen.
4 zeigt ein Zeitablaufdiagramm eines Ansteuerverfahrens des Bildsensors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die 5A und 5B zeigen Darstellungen von Eingangs-/Ausgangskennlinien von Gradationsumwandlungseinheiten in dem Bildsensor gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
6 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Arbeitssequenz der Gradationsverarbeitungseinheit in dem Bildsensor gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
7 zeigt ein Zeitablaufdiagramm eines Ausgangssignals des Bildsensors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
8 zeigt ein Blockschaltbild eines Aufbaus eines Bildsensors gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
9 zeigt eine Äquivalenzschaltungsdarstellung, die einen Aufbau einer A/D-Umwandlungseinrichtung in dem Bildsensor gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht.
10 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Arbeitssequenz einer Gradationsverarbeitungseinheit in dem Bildsensor gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
11 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Arbeitssequenz einer Gradationsverarbeitungseinheit in einem Bildsensor gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
12 zeigt ein Blockschaltbild eines Aufbaus eines Bildsensors gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
13 zeigt eine schematische Darstellung einer Helligkeit eines digitalen Bildsignals gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
14 zeigt eine perspektivische Darstellung des Aufbaus des Bildsensors gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben.
(Erstes Ausführungsbeispiel)
Wie vorstehend beschrieben ist es zum Einstellen einer Informationsmenge pro Bildelement auf einen größeren Wert als den in der verwandten Technik zuerst erforderlich, dass ein aus einem Bildsensor ausgegebenes Bildsignal innerhalb einer begrenzten Zeit in ein digitales Multibit-Bildsignal A/D-gewandelt wird. Beispielsweise offenbart die japanische Patentanmeldungsoffenlegung Nr. 2009-141861 ein Verfahren bezüglich einer A/D-Umwandlungsvorrichtung vom Pipeline-Typ mit einer Vielzahl von A/D-Umwandlungsschaltungen, die in einer Kaskade miteinander verbunden sind, und einer A/D-Umwandlungseinheit zur A/D-Umwandlung eines abgetasteten und gehaltenen Signals mittels eines Pipeline-Formats. Mit diesem Verfahren kann das Bildsignal innerhalb einer vorbestimmten Zeit in das digitale Multibit-Bildsignal umgewandelt werden, das die Anforderung von UHDTV erfüllen kann.
Zum zweiten muss das A/D gewandelte digitale Multibit-Bildsignal innerhalb einer begrenzten Zeit zu der Bildverarbeitungseinheit der Bildgebungsvorrichtung übertragen werden. Zum Übertragen des digitalen Multibit-Bildsignals, in dem die Anzahl der Bits weitaus größer als 10 Bits in der verwandten Technik ist, zu der Bildverarbeitungseinheit wird allerdings wie vorstehend beschrieben die Vorrichtung eine Bildgebungsvorrichtung, bei der eine große Übertragungsbandbreite erforderlich ist, Kosten hoch sind, und die Herstellung sehr schwierig ist.
Selbstverständlich ist bekannt, dass sich ein Unterscheidungsschwellenwert einer Leuchtdichteänderung beruhend auf einer menschlichen Sehsinnkennlinie in Abhängigkeit von der Leuchtdichte unterscheidet. Es gibt eine Tendenz, dass, je geringer die Leuchtdichte ist, ein kleiner Kontrastschritt erkannt wird, und dass, je größer die Leuchtdichte ist, der Mensch unempfindlich wird. Bei dem Ausführungsbeispiel wird daher ein Verfahren beschrieben, bei dem Eingangs-/Ausgangskennlinien einer Gradationsumwandlung eines digitalen Bildsignals auf der Grundlage einer derartigen menschlichen Sehsinnkennlinie entsprechend einer Gradationskennlinie einer Anzeigevorrichtung, Leuchtdichteinformationen einer Fotografieszene oder dergleichen ausgewählt wird.
Zuerst wird ein Aufbau eines Bildsensor gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die 1 bis 7 beschrieben. 1 zeigt ein Beispiel eines Blockschaltbildes eines Aufbaus eines Bildsensors 201 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der in 1 gezeigte Bildsensor 201 des Ausführungsbeispiels ist durch eine Bildgebungseinheit 10 und eine Gradationsverarbeitungseinheit 11 gebildet. Die Bildgebungseinheit 11 weist eine Vielzahl von Bildelementen 1, eine Vielzahl von A/D-Umwandlungseinrichtungen 2, eine horizontale Abtastschaltung 101, eine vertikale Abtastschaltung 102 und eine Zeitvorgabeerzeugungsschaltung 103 auf. Die Gradationsverarbeitungseinheit 11 weist eine Gradationsauswahleinheit 110, eine Vielzahl von Gradationsumwandlungseinheiten 111 bis 113 und eine P/S-Umwandlungseinheit 114 auf.
Die Bildgebungseinheit 10 ist derart aufgebaut, dass die Vielzahl der Bildelemente 1 zweidimensional in der Reihenrichtung und der Spaltenrichtung angeordnet ist. In 1 bezeichnet ein Bildelement 1(pq) ein an einer Position vorhandenes Bildelement, die durch die p-te Reihe und die q-te Spalte bestimmt ist. Obwohl in 1 lediglich Bauelemente des Bildelements 1(00) veranschaulicht sind, und Bauelemente anderer Bildelemente nicht gezeigt sind, weist jedes Bildelement 1(pq) einen ähnlichen Aufbau auf. Obwohl das Bildelement 1(pq) der p-ten Reihe und der q-ten Spalte nachstehend als repräsentatives Bildelement beschrieben wird, gilt dies auch für die anderen Bildelemente. Das Bildelement 1(pq) ist derart aufgebaut, dass es eine Fotodiode 3, einen Transfertransistor 4, einen Verstärkungstransistor 5, einen Auswahltransistor 6 und einen Rücksetztransistor 7 aufweist.
Die Fotodiode 3 wandelt Licht, das über ein optisches Fotografiesystem eintritt (siehe 2, die nachstehend beschrieben wird), fotoelektrisch um und erzeugt einer Lichtstärke entsprechende Ladungen. Der Transfertransistor 4 überträgt die in der Fotodiode 3 erzeugten Ladungen zu einem Transferknoten. Der Transferknoten ist eine Diffusionsregion mit schwebendem Potential, die an einem Verbindungspunkt von drei Anschlüssen eines Drainanschlusses des Transfertransistors 4, eines Sourceanschlusses des Rücksetztransistors 7 und eines Gateanschlusses des Verstärkungstransistors 5 erzeugt wird. Die von der Fotodiode 3 übertragenen Ladungen werden in dem Transferknoten gehalten. Der Verstärkungstransistor 5 verstärkt ein Signal, das einer Menge an Ladungen entspricht, die in dem Transferknoten gehalten werden, und gibt es aus. Der Auswahltransistor 6 wählt das Bildelement 1 aus, das mit einer Spaltenausgangsleitung 104 verbunden ist. Der Rücksetztransistor 7 setzt die in dem Transferknoten gehaltenen Ladungen durch eine vorbestimmte Spannungsquelle zurück.
Die vertikale Abtastschaltung 102 führt die Bildelementauswahl in der Spaltenrichtung mittels eines Verfahrens durch, bei dem der Transfertransistor 4, der Auswahltransistor 6 und der Rücksetztransistor 7 sequentiell zu vorbestimmten Zeitpunkten in der vertikalen Richtung (Spaltenrichtung oder dergleichen) gesteuert werden. Ein Sourceanschluss des Auswahltransistors 6 ist mit der Spaltenausgangsleitung 104 derselben Spalte verbunden und gibt eine Spannung zu der A/D-Umwandlungseinheit 2 derselben Spalte aus, die der Menge an in der Fotodiode 3 erzeugten Ladungen entspricht. VL_q (q = 0, 1, ...) in 1 bezeichnet einen Spannungswert der Spaltenausgangsleitung 104 der q-ten Spalte. AD_q (q = 0, 1, ...) bezeichnet die A/D-Umwandlungseinrichtung 2 der q-ten Spalte.
Die A/D-Umwandlungseinrichtung 2 ist derart aufgebaut, dass sie eine Vergleichseinrichtung 21 und eine Zählerschaltung 22 aufweist. Die Vergleichseinrichtung 21 vergleicht den Spannungswert VL_q der Spaltenausgangsleitung 104 mit einem RAMP-Signal, das sich proportional zur Zeit erhöht oder verringert. Die Zählerschaltung 22 gibt ein Ausgangssignal von der Vergleichseinrichtung 21 in einen Freigabeanschluss ein und führt einen Zählvorgang entsprechend einem Ergebnis des Vergleichs zwischen dem Spannungswert VL_q der Spaltenausgangsleitung und dem RAMP-Signal aus oder stoppt den Zählvorgang. Somit wird ein Signalwert, der der Menge an in der Fotodiode 3 erzeugten Ladungen entspricht, als Zählwert der Zählerschaltung 22 gehalten.
Die horizontale Abtastschaltung 101 wählt den in der Zählerschaltung 22 gehaltenen Zählwert in der horizontalen Richtung (Reihenrichtung) sequentiell aus und gibt ihn zu einer horizontalen Ausgangsleitung 105 aus. Somit wird ein digitales Bildsignal HL_p einer Reihe der p-ten Reihe ausgelesen. Dies gilt auch für die von der p-ten Reihe verschiedenen Reihen. Die Zeitvorgabeerzeugungsschaltung 103 gibt Zeitvorgabesignale zu der horizontalen Abtastschaltung 101, der vertikalen Abtastschaltung 102, der A/D-Umwandlungseinrichtung 2 und dergleichen aus. Die Zeitvorgabesignale können durch Auswählen mehrerer in einem ROM oder dergleichen gespeicherter Muster realisiert werden, was nachstehend beschrieben wird. Ein Ansteuermuster der Zeitvorgabeerzeugungsschaltung 103 wird durch eine Systemsteuereinheit gesteuert (siehe 2, die nachstehend beschrieben wird).
Die erste Gradationsumwandlungseinheit 111 gibt das zu der horizontalen Ausgangsleitung 105 übertragene digitale Bildsignal HL_p sequentiell in eine LUT (Nachschlagetabelle) mit vorbestimmten Eingangs-/Ausgangskennlinien ein, wandelt die Gradation um und gibt das Ergebnis aus. Dies gilt für die zweite Gradationsumwandlungseinheit 112 und die dritte Gradationsumwandlungseinheit 113. Die Vielzahl der Gradationsumwandlungseinheiten 111 bis 113 weisen verschiedene nichtlineare Eingangs-/Ausgangskennlinien auf, und eine von diesen wird durch die Gradationsauswahleinheit 110 ausgewählt. Die PS-Umwandlungseinheit 114 ist eine bekannte Parallel-Seriell-Umwandlungseinheit. Die PS-Umwandlungseinheit 114 wandelt das Bildsignal, das durch eine der Gradationsumwandlungseinheiten 111 bis 113 gradationsumgewandelt wurde, in ein Signal eines seriellen Hochgeschwindigkeitsübertragungsformats wie LVDS oder dergleichen um und gibt es zu einem Ausgangsanschluss 12 aus.
Nachstehend wird eine Bildgebungsvorrichtung beschrieben, bei der der Bildsensor 201 des Ausführungsbeispiels angewendet werden kann. 2 zeigt ein Beispiel eines Blockschaltbildes eines Aufbaus der Bildgebungsvorrichtung, bei der der Bildsensor 201 des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung angewendet wird. Die in 2 veranschaulichte Bildgebungsvorrichtung des Ausführungsbeispiels weist ein optisches Fotografiesystem 200, den Bildsensor 201, einen Bildspeicher 202, eine Bildverarbeitungseinheit 203, eine Systemsteuereinheit 204, einen ROM 205 und eine Aufzeichnungsschaltung 206 auf. Die Bildgebungsvorrichtung weist auch eine Anzeigeschaltung 207, eine Anzeigevorrichtung 208, eine Gradationskennlinienempfangseinheit 209, eine Linsenantriebsschaltung 210 und ein Aufzeichnungsmedium 211 auf.
Die Systemsteuereinheit 204 steuert die gesamte Bildgebungsvorrichtung. Alle oder ein Teil der Programme, die durch die Systemsteuereinheit 204 ausgeführt werden, wurden im ROM 205 gespeichert. Ein erforderliches Programm wird ausgelesen und in dem jeweiligen Steuermodus ausgeführt. Die Systemsteuereinheit 204 passt einen Brennpunkt des optischen Fotografiesystems 200 durch Ansteuern der Linsenantriebsschaltung 210 an. Der Bildsensor 201 empfängt durch das optische Fotografiesystem 200 fokussiertes Licht, das bezüglich des Brennpunkts angepasst wurde, wandelt das Licht fotoelektrisch in ein elektrisches Bildsignal um, und führt bei dem Bildsignal wie vorstehend beschrieben eine A/D-Umwandlung und eine Gradationsumwandlung durch. Das gradationsumgewandelte Bildsignal wird sequentiell zu der Bildverarbeitungseinheit 203 übertragen, bei jedem Rahmen gesammelt, und vorübergehend in dem Bildspeicher 202 gespeichert. Nachdem das Bildsignal eines oder einer Vielzahl von Rahmen vorübergehend im Bildspeicher 202 gespeichert wurde, werden durch die Bildverarbeitungseinheit 203 vorbestimmte Bildverarbeitungen durchgeführt. Beispielsweise sind Bildverarbeitungsprozesse, wie ein Weißabgleich, 3-Ebene-Simultanverarbeitung, Rauschreduktion, Schärfeanpassung und dergleichen, die nicht in dem Bildsensor 201 ausgeführt werden, in den Bildverarbeitungsprozessen enthalten, die durch die Bildverarbeitungseinheit 203 ausgeführt werden. Das bildverarbeitete Bild wird in der Aufzeichnungsschaltung 206 ferner einer Kompression wie JPEG (Joint Photographic Experts Group) oder dergleichen unterzogen, und danach im Aufzeichnungsmedium 211 aufgezeichnet.
Nachdem das bildverarbeitete Bild einer Anzeigeformatanpassung durch die Anzeigeschaltung 207 hinsichtlich einer Auflösung wie 8K UHDTV, 4K, HDTV oder dergleichen, einer Bildwechselfrequenz, eines Leuchtdichtebereichs, eines Farbbereichs und dergleichen unterzogen wurde, kann ein resultierendes Bild auch auf der Anzeigevorrichtung 208 angezeigt werden. Die Anzeigevorrichtung 208 kann integriert mit der Bildgebungsvorrichtung aufgebaut sein, oder kann separat von der Bildgebungsvorrichtung aufgebaut sein. Im zweiten Fall ist die Bildgebungsvorrichtung mit der Anzeigevorrichtung 208 über einen Verbindungsanschluss verbunden.
Die Gradationsauswahleinheit 110 wählt eine aus der ersten Gradationsumwandlungseinheit 111, der zweiten Gradationsumwandlungseinheit 112 und der dritten Gradationsumwandlungseinheit 113 mittels der Steuerung der Systemsteuereinheit 204 aus. Beispielsweise wird bei dem Ausführungsbeispiel die Gradationsumwandlungseinheit 111, 112 oder 113 mit den geeignetsten Eingang-/Ausgangskennlinien auf der Grundlage von Gradationskennlinien hinsichtlich eines Anzeigeleuchtdichtebereichs und des Kontrastschritts der Anzeigevorrichtung 208 ausgewählt, die von der Anzeigevorrichtung 208 über die Anzeigeschaltung 207 empfangen werden. Oder Informationen über die Gradationskennlinien können auch über die Gradationskennlinienempfangseinheit 209 empfangen werden. In diesem Fall kann die Gradationskennlinienempfangseinheit 209 durch eine U/I (Benutzerschnittstelle) oder dergleichen der Bildgebungsvorrichtung gebildet sein.
Im Allgemeinen ändert sich der Kontrastschritt der Anzeigevorrichtung 208 in Abhängigkeit von ihrer Anzeigeleuchtdichte L. Wie in der folgenden in ITU-R Rec. BT1886 spezifizierten Gleichung (1) gezeigt ist, wird ein anhand des maximalen Werts standardisierter Eingangssignalpegel, d.h., ein Signalpegel V (0 ≤ V ≤ 1) des Ausgangsanschlusses 12 des Bildsensors 201 hoch γ als Basis angezeigt. L = a(V + b)^Y (1)
Wobei a und b vorbestimmte Konstanten bezeichnen. In diesem Fall kann der Kontrastschritt wie in der folgenden Gleichung (2) unter Verwendung eines Differentialwerts der vorstehenden Gleichung (1) ausgedrückt werden. (dL/dv)/L = (aγ(V + b)^Y-1)/L = (aγ(V + b)^Y-1)/(a(V + b)^γ) = γ/(V + b) (2)
Da wie vorstehend eingeführt im Allgemeinen der Kontrastschritt proportional zum γ-Wert ist, kann er durch den γ-Wert ersetzt werden.
Nun wird angenommen, dass eine minimale Anzeigeleuchtdichte Lb eine Leuchtdichte der Anzeigevorrichtung ist, die auch mit V = 0 verursacht wird. Das heißt, Lb = a(b)^γ. Es wird auch angenommen, dass eine maximale Anzeigeleuchtdichte Lw die höchste Leuchtdichte der Anzeigevorrichtung ist, die nicht über V = 1 hinaus anzeigen kann. Das heißt, Lw = a(1+b)^y. Werte der Konstanten a und b können aus Lb und Lw durch die folgenden Gleichungen (3) und (4) erhalten werden. a = (Lw^1/γ – Lb^1/γ)^γ (3) b = Lb^1/γ/(Lw^1/γ – Lb^1/γ) (4)
Die Gradationsauswahleinheit 110 empfängt Informationen der Gradationskennlinien der Anzeigevorrichtung 208 über die Systemsteuereinheit 204, die den Kontrastschritt, der beispielsweise durch den γ-Wert ersetzt ist, und den Anzeigeleuchtdichtebereich enthalten, der durch die maximale Anzeigeleuchtdichte Lw bestimmt ist. Die Eingangs-/Ausgangskennlinien, in denen ein Grad der Übereinstimmung mit einer inversen Funktion der Gleichung (1) im Anzeigeleuchtdichtebereich Lw bis Lb am größten ist, werden von den Gradationsumwandlungseinheiten 110 bis 113 ausgewählt.
Eine durch die folgende Gleichung (5) gezeigte Kontrastempfindlichkeitsfunktion S(L, u) ist als Funktion bekannt, die von einer Ortsfrequenz u und der Anzeigeleuchtdichte L beruhend auf den menschlichen Sehsinnkennlinien abhängig ist.
3 zeigt ein Beispiel der Gradationskennlinien, die eine Beziehung zwischen der Anzeigeleuchtdichte und dem Kontrastschritt in der idealen Anzeigevorrichtung veranschaulichen, in der die Bedingungen vorausgesetzt sind. Eine Achse der Ordinate in 3 gibt einen Umkehrwert der Kontrastempfindlichkeitsfunktion S(L, u) an, die durch die vorstehende Gleichung (5) gezeigt ist, und eine Achse der Abszisse gibt die Anzeigeleuchtdichte L (cd/cm²) an. Die Eingangs-/Ausgangskennlinien können nicht nur durch den γ-Wert ausgedrückt werden. Als generelle Tendenz ist erwünscht, dass viele Gradationen der Leuchtdichte, die kleiner oder gleich weniger cd/cm² ist, innerhalb des Anzeigeleuchtdichtebereichs der Anzeigevorrichtung 208 und der Anzahl der Gradationen zugeordnet werden, die der Leuchtdichte zugeordnet werden, die größer oder gleich mehreren zehn cd/cm² aus dem Anzeigeleuchtdichtebereich ist. Durch Anweisen der Gradationsauswahl 110 über die Gradationskennlinienempfangseinheit 209 kann der Benutzer auch die Optimale der Vielzahl der Gradationsumwandlungseinheiten 111 bis 113 auswählen.
Als Eingangs-/Ausgangskennlinien der Gradationsumwandlungseinheiten 111 bis 113, die diesmal auszuwählen ist, kann eine derartige Gradationsumwandlung verwendet werden, bei der die Leuchtdichte, die beispielsweise in ITU-R Rec. BT2020, ITU-R Rec. BT709 oder dergleichen spezifiziert ist, hoch 0,45 als Basis verwendet wird. Oder es kann auch eine Gradationsumwandlung verwendet werden, bei der ein Logarithmus (LOG), der häufig in einem Filmausdruck verwendet wird, als Basis verwendet wird. Ist die Gradationsumwandlung nicht besonders erforderlich, kann auch eine lineare Umwandlung ausgewählt werden.
Obwohl die Gradationsverarbeitungseinheit 11 beispielsweise auf einer Schaltungsplatine gebildet ist, die von der der Bildgebungseinheit 10 verschieden ist, kann sie auf der Oberfläche auf der gegenüberliegenden Seite der Lichteinfallsfläche des Bildelements 1(pq) der Bildgebungseinheit 10 geschichtet und erzeugt werden. In diesem Fall werden eine Platine, auf der das Bildelement 1(pq) erzeugt wird, und die Platine, auf der die Gradationsverarbeitungseinheit 11 und dergleichen erzeugt werden, durch verschiedene Schritte erzeugt, und danach werden diese Platinen verbunden. Es ist wünschenswert, den Bildsensor als sogenannten Rückseiteneinfallstyp(Rückseitenbestrahlungstyp)-Bildsensor 201 auszubilden, bei dem die Platine, auf der die Gradationsverarbeitungseinheit 11 und dergleichen erzeugt wurden, als Trägerplatine verwendet wird, und die Lichteinfallsfläche des Bildelements 1(pq) Masse ist, um belichtet zu werden. In diesem Fall müssen die vertikale Abtastschaltung 102, die horizontale Abtastschaltung 101 und dergleichen der Bildgebungseinheit 10 nicht auf der Platine vorhanden sein, auf der das Bildelement 1(pq) erzeugt wurde. Beispielsweise ist auch ein derartiger Aufbau möglich, dass sie zusammen auf der Trägerplatinenseite mit der Gradationsverarbeitungseinheit 11 und dergleichen erzeugt sind, und wenn diese Platinen verbunden werden, wird die Ansteuerung verschiedener Arten von Transistoren und dergleichen, die das Bildelement 1(pq) bilden, durch einen vorbestimmten elektrischen Kontakt gesteuert.
Nachstehend werden ein Ansteuerverfahren der Bildgebungseinheit 10 und eine Arbeitssequenz der Gradationsverarbeitungseinheit 11 beschrieben. 4 zeigt ein Beispiel eines Zeitablaufdiagramms eines Ansteuerverfahrens des Bildsensors 201 zu der Zeit, wenn die Bildelemente einer Reihe der Bildgebungseinheit 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung parallel A/D-gewandelt werden.
Die Achse der Abszisse gibt die Zeit t an, und die Achse der Ordinate gibt eine Größe des Signals an. Steuersignale SEL, RES und TX werden jeweils Gateanschlüssen des Auswahltransistors 6, des Rücksetztransistors 7 und des Transfertransistors 4 in dem Bildelement (pq) zugeführt. Diese Transistoren werden eingeschaltet, wenn eine Spannung des jeweiligen dem Gateanschluss zugeführten Steuersignals auf hohem Pegel ist, und werden ausgeschaltet, wenn es auf niedrigem Pegel ist. 4 zeigt auch eine Änderung des Signalpegels jeweils der Spannung VLq der Spaltenausgangsleitung 104 der q-ten Spalte, des RAMP-Signals, eines Ausgangssignals COMP der Vergleichseinrichtung 21, eines Zählwerts CNT der Zählerschaltung 22 und eines horizontalen Abtastsignals HSR, das durch die horizontale Abtastschaltung 101 erzeugt wird.
Über einen Zeitabschnitt zwischen der Zeit t0 und der Zeit t1 wird das Steuersignal RES auf hohen Pegel gesetzt, und der Rücksetztransistor 7 wird eingeschaltet. Somit wird der Transferknoten auf eine vorbestimmte Leistungsspannung rückgesetzt. Da das Steuersignal RES danach zur Zeit t1 auf niedrigen Pegel gesetzt wird, wird der Rücksetztransistor 7 ausgeschaltet. Demnach wird der Transferknoten in einen Zustand mit schwebendem Potential versetzt, und der Spannungswert wird zur Zeit t2 nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit stabil. Da sich das Steuersignal SEL über diesen Zeitabschnitt auf hohem Pegel befindet, wurde die Spannung des Transferknotens über den Auswahltransistor 6 zu der Spaltenausgangsleitung 104 übertragen. Das heißt, die Spannung VLq der Spaltenausgangsleitung 104 in 4 zeigt eine zeitabhängige Änderung des Spannungswerts des Transferknotens. Obwohl der Spannungswert VLq der Spaltenausgangsleitung 104 der q-ten Spalte auf hohem Pegel ist, da der Gateanschluss des Rücksetztransistors 7 über einen Zeitabschnitt zwischen t1 und t2 eingeschaltet ist, wird auf den nachfolgenden Betrieb kein besonderer Einfluss ausgeübt.
Zur Zeit t2, wenn der Spannungswert VLq der Spaltenausgangsleitung 104 stabil wird, wird das RAMP-Signal zum Messen eines Referenzpegels N erzeugt. Durch Zählen einer Ablaufzeit, bis das RAMP-Signal und der Spannungswert VLq der Spaltenausgangsleitung 104 gleich sind, wird ein A/D-Umwandlungswert des Referenzpegels N vor Übertragung der Signalladungen gemessen. Da zur Zeit t2 VLq < RAMP ist, ist die Ausgangsspannung COMP der Vergleichseinrichtung 120 auf hohem Pegel. Die Zählerschaltung 22 arbeitet unter Verwendung der Ausgangsspannung COMP der Vergleichseinrichtung 21 als Freigabesignal. Da zur Zeit t3 VLq > RAMP ist, ändert sich die Ausgangsspannung COMP der Vergleichseinrichtung 21 auf den niedrigen Pegel. Somit tritt die Zählerschaltung 22 in einen Stoppzustand ein, und die A/D-Umwandlung des Referenzpegels N wird automatisch beendet. Über einen Zeitabschnitt zwischen t4 und t5 ist das Steuersignal TX auf den hohen Pegel gesetzt. Daher wird der Transfertransistor 4 eingeschaltet, und die Ladungen, die durch die Fotodiode 3 fotoelektrisch umgewandelt wurden, werden zu dem Transferknoten übertragen. Daher erscheint ein Spannungsabfall aufgrund der zu dem Transferknoten übertragenen Landungen als Spannung VLq der Spaltenausgangsleitung 104.
Zur Zeit t6, wenn der Spannungswert VLq der Spaltenausgangsleitung 104 stabil wird, wird das RAMP-Signal zum Messen eines Signalpegels S erzeugt. Durch Zählen einer Ablaufzeit, bis das RAMP-Signal und der Spannungswert VLq der Spaltenausgangsleitung 104 gleich sind, wird ein A/D-Umwandlungswert des Signalpegels S gemessen, der den Signalladungen entspricht. Wurde die Zählerschaltung 22 bis zur Zeit t6 auf den Referenzpegel N heruntergezählt, wird dann, wenn der Zählvorgang ab der Zeit t6 gestartet wird, eine Summe des Referenzpegels N und des Signalpegels S, der den Signalladungen entspricht, heraufgezählt. Daher ist zur Zeit t7 VLq > RAMP, und wenn der Zählvorgang beendet ist, wird der Signalpegel S als Zählwert der Zählerschaltung 22 gehalten. Obwohl nachstehend Gründe beschrieben werden, ist ein Wert von ungefähr 24 Bits als Genauigkeit der A/D-Umwandlung wünschenswert, d.h., als Bit-Breite. Die Genauigkeit der A/D-Umwandlung und die Bit-Breite werden durch einen Neigungsgrad des RAMP-Signals, eine Mastertaktfrequenz während des Zählvorgangs oder dergleichen bestimmt.
Zur Zeit t8 wird das Steuersignal SEL auf den niedrigen Pegel gesetzt, und der Auswahltransistor 6 wird ausgeschaltet. Somit wird die Ausgabe zu der Spaltenausgangsleitung 106 beendet. Danach wird über einen Zeitabschnitt zwischen t8 und t9 das horizontale Abtastsignal erzeugt, und der in der Zählerschaltung 22 aufgezeichnete A/D-umgewandelte Signalpegel S wird sequentiell in der horizontalen Richtung ausgewählt. Demnach werden die digitalen Bildsignale einer Reihe spaltensequentiell zu der horizontalen Ausgangsleitung 105 übertragen.
Nachstehend wird die Arbeitssequenz der Gradationsverarbeitungseinheit 11 unter Bezugnahme auf die 5A, 5B und 6 beschrieben. Die 5A und 5B zeigen Darstellungen der Eingangs-/Ausgangskennlinien der Gradationsumwandlungseinheiten 111 bis 113 in dem Bildsensor 201 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Eine Achse der Abszisse gibt einen Pegel eines Eingangssignals an, das als digitales Bildsignal eingeben wird. Die Achse der Ordinate gibt einen Ausgangspegel an. In 5A sind sowohl die Achse der Abszisse als auch die Achse der Ordinate durch einen linearen Maßstab ausgedrückt. In 5B sind sowohl die Achse der Abszisse als auch die Achse der Ordinate durch einen logarithmischen Maßstab ausgedrückt.
In den 5A und 5B gibt eine gestrichelte Linie f1 die Eingangs-/Ausgangskennlinien der ersten Gradationsumwandlungseinheit 111 an. Die gestrichelte Linie f1 gibt die bekannten Eingangs-/Ausgangskennlinien an, bei denen das Eingangssignal hoch 0,45 als Basis verwendet wird, wobei angenommen wird, dass das Eingangssignal auf einen 22-Bit-Wert mit dem Umfang von 2²² LSB eingestellt ist, und das Ausgangssignal auf einen 12-Bit Wert mit einem Umfang von 2¹² LSB eingestellt ist. Eine Linie mit abwechselnden langen und kurzen Strichen f2 gibt die Eingangs-/Ausgangskennlinien der zweiten Gradationsumwandlungseinheit 112 an. Die Linie mit abwechselnden langen und kurzen Strichen f2 gibt die Eingangs-/Ausgangskennlinien an, bei denen ein Logarithmus (LOG) des Eingangssignals, der bei einem Filmausdruck oder dergleichen bekannt ist, als Basis verwendet wird, wobei angenommen wird, dass das Eingangssignal auf einen 24-Bit Wert mit dem Umfang von 2²⁴ LSB gesetzt ist, und das Ausgangssignal auf einen 12-Bit-Wert mit dem Umfang von 2¹² LSB gesetzt ist. Beim Vergleich mit den Eingangs-/Ausgangskennlinien der ersten Gradationsumwandlungseinheit 111, die durch die gestrichelte Linie f1 gezeigt sind, ist die Steigung (der Ableitungswert anhand des Eingangssignals) bei geringer Leuchtdichte größer und die Gradationen einer größeren Anzahl als der der Eingangs-/Ausgangskennlinien der ersten Gradationsumwandlungseinheit 111 sind zugeordnet. Andererseits haben die Kennlinien von f2 bei hoher Leuchtdichte, die 2²² LSB überschreitet, obwohl die Anzahl der zugeordneten Gradationen gering ist, ein Änderungsausmaß, ohne bei 2¹² LSB abgeschnitten zu sein. Während ausführliche Gradationen bei einer Anzeigeleuchtdichte erforderlich sind, die kleiner oder gleich 50 cd/cm² in dem Filmausdruck ist, ist es erforderlich, dass eine geringe Gradationsänderung trotz hoher Leuchtdichte verbleibt, um Raum für eine Bearbeitung einer Szene mit vielen hellen Abschnitten oder dergleichen zu belassen. Unter der Annahme, dass die Achse der Abszisse ein proportionales Verhältnis mit der Anzeigeleuchtdichte der Anzeigevorrichtung 208 hat, und beispielsweise 2²² LSB der Achse der Abszisse 1000 cd/cm² entspricht, ist, da die Achse der Abszisse, die 1 LSB der Achse der Ordinate entspricht, ungefähr gleich 290 LSB ist, sie gleich 0,07 cd/cm². Das heißt, die Eingangs-/Ausgangskennlinien der ersten Gradationsumwandlungseinheit 111 sind in einem Fall geeignet, in dem die Anzeigevorrichtung 208 verwendet wird, bei der 1000 cd/cm² die maximale Anzeigeleuchtdichte ist, und 0,07 cd/cm² die minimale Anzeigeleuchtdichte ist. Ein Grad der Übereinstimmung mit der inversen Funktion der in der Gleichung (1) gezeigten Gradationskennlinien, die in ITU-R Rec. BT1886 spezifiziert sind, ist am größten. Wird andererseits der Logarithmus (LOG) als Basis wie bei den Eingangs-/Ausgangskennlinien der zweiten Gradationsumwandlungseinheit 112 verwendet, die durch die Linie mit alternierenden langen und kurzen Strichen f2 gezeigt sind, ist, obwohl eine Gradation eines bestimmten Ausmaßes auch einem hellen Abschnitt zugeordnet werden kann, ein Grad der Übereinstimmung mit der inversen Funktion der in Gleichung (1) gezeigten Gradationskennlinien gering. Gleichermaßen gibt in den 5A und 5B eine durchgezogene Linie f3 Eingangs-/Ausgangskennlinien der dritten Gradationsumwandlungseinheit 113 an. Gemäß den durch die durchgezogene Linie f3 gezeigten Eingangs-/Ausgangskennlinien der dritten Gradationsumwandlungseinheit 113 ist die maximale Anzeigeleuchtdichte hoch und ist gleich 4000 cd/cm², und die minimale Anzeigeleuchtdichte ist niedrig und ist gleich 0,002 cd/cm². Daher sind die Eingangs-/Ausgangskennlinien der dritten Gradationsumwandlungseinheit 113 die für die Anzeigevorrichtung 203 großer Leistungsfähigkeit geeigneten Eingangs-/Ausgangskennlinien. Üblicherweise ist es bei der Anzeigevorrichtung mit einem derartig großen Anzeigeleuchtdichtenbereich, um einen groben Schritt zu der Zeit, wenn die Anzeigeleuchtdichte um die minimale Gradation von 1 LSB geändert wurde, nicht wahrnehmbar zu machen, erforderlich, eine Quantisierungsgenauigkeit des Signals um ein derartiges geändertes Ausmaß zu verbessern und eine Bitbreite zu erhöhen. Wenn zu diesem Zeitpunkt eine Gradationsgenauigkeit bereitgestellt ist, die gleichförmig und ausreichend unabhängig von der Leuchtdichte ist, ist sie bei der Übertragung des digitalen Signals ziemlich verschwenderisch. Im Fall der Verwendung der Eingangs-/Ausgangskennlinien der dritten Gradationsumwandlungseinheit 113 wird das Ausgangssignal daher auf den Ausgangswert mit dem Umfang 2¹² LSB eingestellt, und das Signal wird in das Bildsignal der Bitbreite von 12 Bits gemäß dem minimalen Kontrastschritt umgewandelt, mit dem der Mensch wahrnimmt, und der in 3 beschrieben wurde.
6 zeigt ein Beispiel eines Ablaufdiagramms einer Verarbeitungssequenz der Gradationsverarbeitungseinheit 11 in dem Bildsensor 201 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. In Schritt S601 werden Informationen hinsichtlich der Gradationskennlinien der Anzeigevorrichtung 208 empfangen. Der Anzeigeleuchtdichtebereich, der durch die minimale Anzeigeleuchtdichte Lb und die maximale Anzeigeleuchtdichte Lw bestimmt ist, und die Informationen hinsichtlich des Kontrastschritts sind in den empfangenen Informationen enthalten. In Schritt S602 wird die minimale Anzeigeleuchtdichte unterschieden. Ist die minimale Anzeigeleuchtdichte kleiner als 0,07 cd/cm², geht die Verarbeitungsroutine zu Schritt S603. Ist sie größer oder gleich 0,07 cd/cm², folgt Schritt S607. In Schritt S603 wird die maximale Anzeigeleuchtdichte unterschieden. Ist die maximale Anzeigeleuchtdichte größer als 1000 cd/cm², folgt Schritt S604. Ist sie kleiner oder gleich 1000 cd/cm², folgt Schritt S605.
In Schritt S604 wird die dritte Gradationsumwandlungseinheit 113, d.h., werden die Eingangs-/Ausgangskennlinien ausgewählt, die für die Anzeigevorrichtung geeignet sind, deren Anzeigeleuchtdichtebereich groß ist. In Schritt S607 wird die erste Gradationsumwandlungseinheit 111, d.h., werden die Eingangs-/Ausgangskennlinien ausgewählt, die für die Anzeigevorrichtung geeignet sind, deren Anzeigeleuchtdichtebereich eng ist.
In Schritt S605 wird ein Grad einer Übereinstimmung mit einer inversen Funktion der zweiten Gradationsumwandlungseinheit 112 erhalten. Das heißt, da die inverse Funktion der zweiten Gradationsumwandlungseinheit 112 eine Exponentialfunktion der Leuchtdichte ist, wird eine Differenz zwischen einem derartigen Kontrastschritt (vorbestimmten Wert) und dem Kontrastschritt der Anzeigevorrichtung 208 berechnet, und ein Wert innerhalb eines Bereichs von der minimalen Anzeigeleuchtdichte zur maximalen Anzeigeleuchtdichte wird integriert. Bei diesem Beispiel kann die Differenz durch Addieren eines Gewichts zu dem Integrationswert der Leuchtdichte berechnet werden, die kleiner oder gleich 1000 cd/cm² ist, indem insbesondere den Gradationskennlinien der geringen Leuchtdichte Bedeutung beigefügt wird. Dieser Integrationswert wird als Fehler mit einem vorbestimmten Schwellenwert verglichen. Ist er kleiner als der Schwellenwert, folgt Schritt S606. Ist er größer oder gleich dem Schwellenwert, folgt Schritt S604. In Schritt S606 wird die zweite Gradationsumwandlungseinheit 112, d.h., werden die Eingangs-/Ausgangskennlinien ausgewählt, dass die Informationen von 4000 cd/cm² beibehalten werden, während der niedrigen Leuchtdichte viele Gradationen zugeordnet werden.
Wenn in Schritt S608 das Fotografieren gestartet wird, wird in Schritt S609 die Gradationsumwandlung bei einem Rahmen eines fotografierten Videobildes auf der Grundlage der in den Schritten S604, S606 und S607 ausgewählten Eingangs-/Ausgangskennlinien ausgeführt. Wird das Fotografieren nicht gestartet, kehrt die Verarbeitungsroutine zu Schritt S601 zurück, und die vorstehenden Prozesse werden wiederholt. Wenn das Fotografieren in Schritt S610 endet, ist die Verarbeitungssequenz der Gradationsverarbeitungseinheit 11 beendet. Wird das Fotografieren nicht beendet und das Fotografieren des nächsten Rahmens gestartet, wird die Gradationsumwandlung dieses Rahmens ausgeführt.
Zur Umwandlung des Bildsignals der Ausgabe eines Umfangs von 2¹² LSB wird trotz der nichtlinearen Eingangs-/Ausgangskennlinien, wie in den Gradationsumwandlungseinheiten 111 bis 113 gezeigt, um einen Quantisierungsfehler zu erhalten, der so klein als möglich ist, eine vergleichsweise große Anforderung im Eingangssignal verursacht, d.h., nicht nur hinsichtlich der A/D-Umwandlungsgenauigkeit des Bildsensors 201, sondern auch bezüglich der Bitbreite. Theoretisch soll der maximale Wert jedes Differentialkoeffizienten (Steigung) der Gradationsumwandlungseinheiten 111 bis 113 im Wesentlichen kleiner oder gleich 1 LSB sein. Gemäß der zweiten Gradationsumwandlungseinheit 112, deren Differentialquotient am größten unter den Gradationsumwandlungseinheiten 111 bis 113 ist, d.h., den Eingangs-/Ausgangskennlinien, bei denen der Logarithmus (LOG) als Basis verwendet wird, kann die vorstehende Anforderung erfüllt werden, wenn die A/D-Umwandlung der Bitbreite von 23 auf 24 Bits ausgeführt wird. Gemäß den Eingangs-/Ausgangskennlinien der dritten Gradationsumwandlungseinheit 113 kann die vorstehende Anforderung erfüllt werden, wenn die A/D-Umwandlung der Bitbreite von 21 auf 24 Bits bei einer äußerst niedrigen Leuchtdichte nahe der Ausgabe von 1 LSB ausgeführt wird.
Das Signal, das wie vorstehend beschrieben gradationsumgewandelt wurde, wird durch die PS-Umwandlungseinheit 114 in ein Signal eines seriellen Hochgeschwindigkeitsdifferenzübertragungsformats wie LVDS oder dergleichen umgewandelt. Da das Signal ein Signal einer Bitbreite von 12 Bits selbst in dem Fall einer Übertragung über eine der Gradationsumwandlungseinheiten 111 bis 113 ist, wird es in das Signal eines wie in 7 gezeigten Übertragungsformats umgewandelt. In 7 gibt D11 einer Datenleitung DATEN das höchstwertige Bit des Bildelementsignals an, und D0 gibt das niedrigstwertige Bit an. Von der Datenleitung DATEN werden Daten sequentiell vom höchstwertigen Bit an als Informationen, die zeigen, ob die jeweiligen Bits D11 bis D0 gleich 1 oder 0 sind, synchron sowohl mit einer steigenden Flanke als auch einer fallenden Flanke einer Taktleitung LVCLK übertragen. Beispielsweise ist unter der Annahme, dass die Taktleitung LVCLK gleich 250 MHz ist, eine Übertragungsgeschwindigkeit gleich 500 Mbps, da die Daten einer Menge von 2 Bits insgesamt sowohl bei einer steigenden Flanke als auch einer fallenden Flanke des Takts übertragen werden. Dieses System wird Doppeldatenraten-(DDR-)System genannt.
Wenn die Gradationsverarbeitungseinheit 11 nicht vorhanden ist, und die breiten Daten einer Menge von 24 Bits innerhalb eines Bereichs von der minimalen Anzeigeleuchtdichte bis zur maximalen Anzeigeleuchtdichte wie vorstehend beschrieben ohne Gradationsumwandlung übertragen werden, dauert es unter der Annahme, dass die Übertragungsgeschwindigkeit gleich ist, doppelt so lang, da die Daten einer doppelten Menge übertragen werden. Zur Übertragung der Daten in derselben Zeit ist daher eine doppelte Übertragungsgeschwindigkeit, d.h., 1 Gbps erforderlich. Dies resultiert in einer Erhöhung des Stroms zum Anheben einer Durchlassrate zur Zeit eines Mikroherstellungsprozesses oder einer Polaritätsänderung eines Halbleiters, einer Erhöhung der Anzahl an Anschlüssen zum Zweck des Hinzufügens einer Preemphasenschaltung oder Realisierens einer Parallelkonstruktion unter Verwendung einer Doppelschaltungskonfiguration oder dergleichen, sodass die Kosten steigen. Da außerdem die Entwicklung der Schaltungsplatine unter Berücksichtigung einer mit der Bildverarbeitungseinheit 203 oder dergleichen übereinstimmenden Impedanz erforderlich ist, steigt die Herstellungsschwierigkeit.
Daher wird bei dem Ausführungsbeispiel das digitale Bildsignal mit einer Bitbreite von 24 Bits vom A/D-Wandler 2 in der Bildgebungseinheit 10 durch die Gradationsumwandlungseinheiten 111 bis 113 in ein Bildsignal mit einer Bitbreite von 12 Bits gradationsumgewandelt, und wird zu dem Ausgangsanschluss 12 ausgegeben. Somit kann eine Datenübertragungsmenge pro Bildelement reduziert werden. Daher kann das Bildsignal zu der Bildverarbeitungseinheit 203 ohne die Verwendung einer Anzahl von Ausganganschlüssen 12 auf parallele Weise oder merkliche Anhebung einer LVDS-Datenrate übertragen werden. Da ferner eine Vielzahl von Gradationsumwandlungseinheiten 111 bis 113 mit verschiedenen Eingangs-/Ausgangskennlinien bereitgestellt sind und beliebig ausgewählt werden, kann die Gradationsumwandlung durch Wiederspiegeln der erforderlichen Gradationskennlinien anhand einer Anforderung von der Anzeigevorrichtung 208 oder dem Benutzer ausgeführt werden. Die iterative Gradationsumwandlung oder ein Abfall der damit verbundenen Informationen kann verhindert werden. Bei dem Ausführungsbeispiel sind die Eingangsbitbreite in die Gradationsumwandlungseinheiten 111 bis 113 und die Ausgangsbitbreite aus den Gradationsumwandlungseinheiten 111 bis 113 nicht unbedingt auf die vorstehenden Werte beschränkt. Es reicht aus, dass die Ausgangsbitbreite aus den Gradationsumwandlungseinheiten 111 bis 113 kleiner als die Eingangsbitbreite in die Gradationsumwandlungseinheiten 111 bis 113 ist.
Wie vorstehend beschrieben ist bei dem Ausführungsbeispiel eine Vielzahl von Gradationsumwandlungseinheiten mit den verschiedenen nichtlinearen Eingangs-/Ausgangskennlinien für eine Gradationsumwandlung des digitalen Bildsignals in ein Bildsignal mit einer kleineren Bitbreite vorgesehen. Auf der Grundlage der Gradationskennlinien der Anzeigevorrichtung zur Anzeige des Bildsignals wählt die Gradationsauswahleinheit die Gradationsumwandlungseinheit aus der Vielzahl der Gradationsumwandlungseinheiten aus, die für die Gradationsumwandlung des digitalen Bildsignals verwendet wird. Somit sind die Kosten verringert und die Übertragungsdatenmenge des digitalen Bildsignals kann verringert werden.
Wenn die Übertragungsdatenmenge pro Bildelement verringert werden kann, kann eine Übertragungsbandbreite unterdrückt werden, da eine für die serielle Hochgeschwindigkeitsdifferenzübertragung erforderliche Zeit verkürzt werden kann. Die Gradationsumwandlungseinheit mit den optimalen Eingangs-/Ausgangskennlinien kann gemäß den Gradationskennlinien der Anzeigevorrichtung, den Leuchtdichteinformationen einer Fotografieszene oder dergleichen ausgewählt werden. Ferner kann die Erfindung auch bei einer Bildgebungsvorrichtung angewendet werden, bei der ein dynamischer Bereich-Erweiterungsprozess durch die starke Gradationsbildumwandlung unter Unterdrückung der Erhöhung der Bandbreite ausgeführt wird.
(Zweites Ausführungsbeispiel)
Nachstehend wird ein Aufbau eines Bildsensors gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die 8 und 10 beschrieben. Im ersten Ausführungsbeispiel wurde das Verfahren der Auswahl der optimalen Gradationsumwandlungseinheit aus den Gradationsumwandlungseinheiten 111 bis 113 auf der Grundlage der Informationen der Gradationskennlinien der Anzeigevorrichtung beschrieben. Im zweiten Ausführungsbeispiel wird ferner ein Verfahren der Auswahl der optimalen Gradationsumwandlungseinheit aus den Gradationsumwandlungseinheiten 111 bis 113 gemäß den Leuchtdichteinformationen des fotografierten Videobildes beschrieben.
Wenn beispielsweise eine große Menge hoher Leuchtdichteinformationen in dem fotografierten Bild enthalten ist, die größer oder gleich mehreren 10 cd/cm² sind, ist es ziemlich verschwenderisch, wenn ein Prozess ausgeführt wird, dass viele Gradationen zu mittleren/niedrigen Leuchtdichteinformationen kleiner als wenige cd/cm² durch Verringern der hohen Leuchtdichteinformationen zugeordnet werden. Bei dem Ausführungsbeispiel wird daher ein Vorgang, dass die Gradationsumwandlung gleichförmig ungeachtet der Leuchtdichteinformationen des fotografierten Bildes durchgeführt wird, nicht ausgeführt, sondern ein Vorgang berücksichtigt, dass die Gradation derart ausgewählt wird, dass sie zu einer Szene passt, und ein erhaltenes Bildsignal zu der Gradationsverarbeitungseinheit ausgegeben wird. Das heißt, bei dem Ausführungsbeispiel wird das Verfahren der Auswahl der Gradationsumwandlungseinheit mit den optimalen Eingangs-/Ausgangskennlinien nicht nur auf der Grundlage einer über die Gradationskennlinienempfangseinheit 209 empfangenen Anweisung oder der Informationen der Gradationskennlinien der Anzeigevorrichtung 208, sondern auch gemäß den Leuchtdichteinformationen beschrieben, die durch Analyse der Fotografieszene erhalten werden.
8 zeigt ein Beispiel eines Blockschaltbilds eines Aufbaus eines Bildsensors 201b gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Verglichen mit dem Bildsensor 201 des in 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiels unterscheidet sich der Bildsensor 201b des zweiten Ausführungsbeispiels hinsichtlich eines Punkts, dass eine Gradationsverarbeitungseinheit 11b ferner einen Leuchtdichtebestimmungsspeicher 115 und eine hohe Leuchtdichte-Bestimmungseinheit 116 aufweist. Ein Aufbau an einer A/D-Umwandlungseinrichtung 2b einer Bildgebungseinheit 20b unterscheidet sich.
Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel auch hinsichtlich eines Punkts, dass der Bildsensor 201b eine Signalleitung zum Hinzufügen eines Flags zum Bestimmen der Gradationsumwandlungseinheit 111, 112 oder 113, die durch die Gradationsauswahleinheit 110 ausgewählt wird, zu dem Bildsignal und Ausgeben eines resultierenden Signals zu dem Ausgangsanschluss 12 aufweist. Da der weitere Aufbau dem des ersten Ausführungsbeispiels gleicht, wird auf eine Beschreibung hier verzichtet. Der Leuchtdichtebestimmungsspeicher 115 speichert vorübergehend das digitale Bildsignal vor der Gradationsumwandlung, das aus der A/D-Umwandlungseinrichtung 2b ausgegeben wird. Die hohe Leuchtdichte-Bestimmungseinheit 116 unterscheidet die Leuchtdichte des Bildes während des Fotografierens auf der Grundlade des in dem Leuchtdichtebestimmungsspeicher 115 gespeicherten digitalen Bildsignals und gibt ein Unterscheidungsergebnis zu der Gradationsauswahleinheit 110 aus. Nachstehend wird ein bestimmtes Leuchtdichteunterscheidungsverfahren beschrieben.
9 zeigt eine äquivalente Schaltungsdarstellung eines Aufbaus der A/D-Umwandlungseinrichtung 2b in dem Bildsensor 201b gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Verglichen mit der A/D-Umwandlungseinrichtung 2 im ersten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich die A/D-Umwandlungseinrichtung 2b im zweiten Ausführungsbeispiel hinsichtlich des Punktes, dass sie einen Schalter 24, der durch ein Steuersignal LAT gesteuert wird, und eine 0/1-Signalspeicherschaltung 23 eines Bits aufweist, die mit einem Ausgang der Vergleichseinrichtung 21 über den Schalter 24 verbunden ist. Das Steuersignal LAT wird allen Spalten gemeinsam zugeführt. Die Signalspeicherschaltung 23 kann den Ausgangwert der Vergleichseinrichtung 21 zu einer beliebigen Zeit ab der Zeitvorgabe speichern, wenn das Steuersignal LAT gesteuert wird. Durch Speichern des Werts zu einer bestimmten Zeit in einem Zeitabschnitt zwischen der Zeit t6 und der Zeit t8 des in 4 veranschaulichten Zeitablaufdiagramms kann daher beispielsweise ein derartiges helles Bildelement erfasst werden, dass die Ausgabe der Vergleichseinrichtung 21 selbst bei dieser bestimmten Zeit nicht in den niedrigen Pegel invertiert wird.
Beispielsweise wird das Signal des Bildelements, in dem der in der Signalspeicherschaltung 23 gespeicherte Wert an 1 (hohem Pegel) gehalten wird, in der horizontalen Richtung (Reihenrichtung) und der vertikalen Richtung (Spaltenrichtung) durch einen (nicht gezeigten) Addierer des Bildsensors 201b addiert. Da das Bildelement, bei dem die Leuchtdichte in dem relevanten Rahmen einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt, gezählt werden kann, kann die A/D-Umwandlungseinrichtung 2b als hohe Leuchtdichte-Zähler verwendet werden. Die auf diese Weise erhaltenen hohen Leuchtdichte-Informationen werden zu der hohe Leuchtdichte-Bestimmungseinheit 116 übertragen.
10 zeigt ein Beispiel eines Ablaufdiagramms einer Verarbeitungssequenz der Gradationsverarbeitungseinheit 11b im Bildsensor 201b gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. In Schritt S1001 wird das Fotografieren gestartet. In Schritt S1002 werden die durch den Benutzer festgelegten Gradationskennlinien über die Gradationskennlinienempfangseinheit 209 empfangen. Als Informationen der empfangenen Gradationskennlinien gibt es beispielsweise die minimale Anzeigeleuchtdichte, die der Benutzer fordert, und dergleichen. Wenn in Schritt S1003 die minimale Anzeigeleuchtdichte kleiner als 0,07 cd/cm² ist, geht die Verarbeitungsroutine zu Schritt S1004. Ist sie größer oder gleich 0,07 cd/cm², folgt Schritt S1008. In Schritt S1004 wird das Bildsignal vorübergehend sequentiell in dem Leuchtdichtebestimmungsspeicher 115 von der Reihe gespeichert, bei der die A/D-Umwandlung beendet wurde.
In Schritt S1005 wird ein Zählergebnis des hohe Leuchtdichte-Zählers unter Verwendung des Aufbaus der A/D-Umwandlungseinrichtung 2b mit einem vorbestimmten Schwellenwert verglichen. Wird bestimmt, dass der Zählwert des hohe Leuchtdichte-Zählers größer als der vorbestimmte Schwellenwert ist, und die Anzahl hoher Leuchtdichte-Bildelemente groß ist, folgt Schritt S1006. Wird bestimmt, dass der Zählwert des hohe Leuchtdichte-Zählers kleiner oder gleich dem Schwellenwert ist, und die Anzahl hoher Leuchtdichte-Bildelemente nicht groß ist, folgt Schritt S1007. Eine derartige Unterscheidung beruhend auf dem Schwellenwert wird in der hohe Leuchtdichte-Bestimmungseinheit 116 durchgeführt. Ein Ergebnis der Unterscheidung wird zu der Gradationsauswahleinheit 110 übertragen.
In Schritt S1006 wird die dritte Gradationsumwandlungseinheit 113, d.h., werden die Eingangs-/Ausgangskennlinien ausgewählt, die für die Anzeigevorrichtung geeignet sind, deren Anzeigeleuchtdichtebereich breit ist. In Schritt S1007 wird die zweite Gradationsumwandlungseinheit 112, d.h., werden die Eingangs-/Ausgangskennlinien ausgewählt, in denen, obwohl der Anzeigeleuchtdichtebereich breit ist, der niedrigen Leuchtdichte die Gradationen der Anzahl größer als die in der dritten Gradationsumwandlungseinheit 113 zugeordnet wurden. Werden der Leuchtdichte innerhalb eines Bereichs von der niedrigen Leuchtdichte zur hohen Leuchtdichte viele Gradationen wie bei der dritten Gradationsumwandlungseinheit 113 trotz einer Tatsache ungleichmäßig zugeordnet, dass die Anzahl hoher Leuchtdichte-Bildelemente klein ist, braucht die hohe Leuchtdichte, in der die Anzahl an Bildelementen gering ist, viele Gradationen, sodass eine große Verschwendung auftritt. Durch Auswählen der Eingangs-/Ausgangskennlinien, in denen der Logarithmus (LOG) als Basis verwendet wird, wird die Anzahl an Gradationen der hohen Leuchtdichte, in der die Anzahl an Bildelementen klein ist, daher verringert, und eine Verschwendung kann reduziert werden. Außerdem kann der Leuchtdichte innerhalb eines Bereichs von der niedrigen Leuchtdichte, in der die Anzahl an Bildelementen groß ist, zur mittleren Leuchtdichte eine größere Anzahl an Gradationen zugeordnet werden. In Schritt S1008 wird die erste Gradationsumwandlungseinheit 111, d.h., werden die Eingangs-/Ausgangskennlinien ausgewählt, die für die Anzeigevorrichtung geeignet sind, deren Anzeigeleuchtdichtebereich eng ist.
In Schritt S1009 wird die Gradationsumwandlung des digitalen Bildsignals, das vorübergehend in dem Leuchtdichtebestimmungsspeicher 115 gespeichert wurde, durch die eine in Schritt S1006, S1007 oder S1008 ausgewählte Gradationsumwandlungseinheit durchgeführt. Wurde das Fotografieren in Schritt S1010 beendet, wird ein Flag zum Bestimmen der am Ende des Rahmens ausgewählten Gradationsumwandlungseinheit 111, 112 oder 113 zu dem Bildsignal hinzugefügt, ein resultierendes Signal wird ausgegeben, und die Verarbeitungssequenz der Gradationsverarbeitungseinheit 11b ist beendet. Selbst in dem Fall, in dem eine beliebige der Gradationsumwandlungseinheiten mit den verschiedenen Eingangs-/Ausgangskennlinien unter den Rahmen ausgewählt wurde, können die Kennlinien der in dem Bildsensor 201b ausgeführten Gradationsumwandlung berücksichtigt werden, wenn die Bildverarbeitung erneut in der Bildverarbeitungseinheit 203 oder der Anzeigeschaltung 207 ausgeführt wird. Ist das Fotografieren nicht beendet, kehrt die Verarbeitungsroutine zu Schritt S1001 zurück. Wie vorstehend beschrieben, kann gemäß dem Ausführungsbeispiel unter Beibehaltung der Wirkung des ersten Ausführungsbeispiels die Gradationsumwandlung mit den Eingangs-/Ausgangskennlinien ausgeführt werden, die für die Fotografieszene geeigneter sind.
Der vorstehende hohe Leuchtdichte-Zähler ist nicht immer auf den Aufbau der als Beispiel gezeigten A/D-Umwandlungseinrichtung 2b beschränkt. Beispielsweise ist ein Strommonitor in der A/D-Umwandlungseinrichtung 2b vorgesehen, und ihr Stromwert kann auch als hohe Leuchtdichte-Zähler verwendet werden. Der Grund dafür besteht darin, dass, wenn die Anzahl heller Bildelemente groß ist, eine Zeit, die bis zum Invertieren der Vergleichseinrichtung 21 und Stoppen der Zählerschaltung 22 erforderlich ist, lang wird, und sich der elektrische Energieverbrauch etwas erhöht. Die Anzahl hoher Leuchtdichte-Bildelemente kann auch beruhend auf dieser leichten Erhöhungskomponente unterschieden werden. Das Bild, das vorübergehend in dem Leuchtdichtebestimmungsspeicher 115 gespeichert wurde, wird durch die hohe Leuchtdichte-Bestimmungseinheit 116 analysiert, und die Anzahl hoher Leuchtdichte-Bildelemente, deren Leuchtdichte größer oder gleich einem vorbestimmten Schwellenwert ist, oder die Anzahl niedrigerer Leuchtdichte-Bildelemente, deren Leuchtdichte kleiner als der vorbestimmte Schwellenwert ist, kann gezählt werden. Ein niedrige Leuchtdichte-Zähler kann durch den Aufbau der in dem Ausführungsbeispiel gezeigten A/D-Umwandlungseinrichtung 2b aufgebaut sein, oder kann mit dem vorstehenden hohe Leuchtdichte-Zähler kombiniert werden, und kann zum Auswählen der für die Szene geeigneten Eingangs-/Ausgangskennlinien aus den drei Gradationsumwandlungseinheiten 111 bis 113 funktionsfähig gemacht werden.
Wie vorstehend beschrieben ist die Leuchtdichtebestimmungseinheit bei dem Ausführungsbeispiel zur Unterscheidung der Leuchtdichte des in dem Leuchtdichtebestimmungsspeicher gespeicherten digitalen Bildsignals vorgesehen. Die Gradationsauswahleinheit wählt die Gradationsumwandlungseinheit auf der Grundlage eines Ergebnisses der Unterscheidung durch die Leuchtdichtebestimmungseinheit aus. Somit kann die Gradationsumwandlungseinheit mit den optimalen Eingangs-/Ausgangskennlinien gemäß der Fotografieszene ausgewählt werden, und die Gradationsumwandlung mit den für die Fotografieszene geeigneteren Eingangs-/Ausgangskennlinien kann ausgeführt werden.
(Drittes Ausführungsbeispiel)
Ein Aufbau eines Bildsensors gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird unter Bezugnahme auf 11 beschrieben. Obwohl bei dem zweiten Ausführungsbeispiel die Gradationsumwandlung mit den Eingangs-/Ausgangskennlinien ausgeführt werden kann, die für die Fotografieszene geeigneter sind, erhöht sich ein Umfang des Bildsensors 201, da der Leuchtdichtebestimmungsspeicher 115 zum vorübergehenden Speichern des digitalen Bildsignals vor der Gradationsumwandlung aufgebaut ist. Obwohl es einfacher ist als im Fall der Verbesserung des Bandes zur Übertragung des Bildsignals zur Außenseite des Bildsensors 201, muss ein Übertragungsband zwischen dem Leuchtdichtebestimmungsspeicher 115 und der horizontalen Ausgangsleitung 105 sichergestellt werden.
Bei dem Ausführungsbeispiel wird daher eine Verarbeitungssequenz der Gradationsverarbeitungseinheit 11 beschrieben, die die Gradationsumwandlung mit den Eingangs-/Ausgangskennlinien, die für die Fotografieszene geeignet sind, ohne Bereitstellung des Leuchtdichtebestimmungsspeichers 115 eines großen Umfangs im Bildsensor 201 ausführen kann. Verglichen mit dem ersten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich das dritte Ausführungsbeispiel von diesem hinsichtlich eines in 6 gezeigten Ablaufdiagramms der Verarbeitungssequenz der Gradationsverarbeitungseinheit 11. Da der weitere Aufbau dem des ersten Ausführungsbeispiels gleicht, wird auf seine Beschreibung verzichtet.
11 zeigt ein Beispiel des Ablaufdiagramms der Verarbeitungssequenz der Gradationsverarbeitungseinheit 11 in dem Bildsensor 201 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. In Schritt S1101 wird das Fotografieren gestartet. In Schritt S1102 werden die durch den Benutzer festgelegten Gradationskennlinien über die Gradationskennlinienempfangseinheit 209 empfangen. Als empfangene Gradationskennlinien gibt es beispielsweise die minimale Anzeigeleuchtdichte, die der Benutzer fordert, oder dergleichen.
Wenn in Schritt S1103 die minimale Anzeigeleuchtdichte kleiner als 0,07 cd/cm² ist, folgt S1104. Ist sie gleich oder größer als 0,07 cd/cm², folgt S1109. In Schritt S1104 wird die Gradationsumwandlung sequentiell durch die ausgewählte Gradationsumwandlungseinheit 111, 112 oder 113 von der Reihe durchgeführt, bei der die A/D-Umwandlung beendet wurde. Das Bildsignal wird durch die P/S-Umwandlungseinheit 114 in ein Signal eines seriellen Hochgeschwindigkeitsdifferenzübertragungsformats wie LVDS oder dergleichen umgewandelt und über den Ausgangsanschluss 12 zu der Bildverarbeitungseinheit 203 der Bildgebungsvorrichtung übertragen. Das übertragene Signal wird vorübergehend im Bildspeicher 202 der Bildgebungsvorrichtung gespeichert. Da eine Bildanalyse, die nachstehend beschrieben wird, bei dem ersten Rahmen nicht ausgeführt wird, wird die Gradationsumwandlung in einem Zustand durchgeführt, in dem die vorbestimmte Gradationsumwandlungseinheit (beispielsweise die erste Gradationsumwandlungseinheit 111) ausgewählt wurde.
In Schritt S1105 analysiert die Bildverarbeitungseinheit 203 das im Bildspeicher 202 der Bildgebungsvorrichtung vorübergehend gespeicherte Bild. In Schritt S1106 wird als Ergebnis der Bildanalyse durch die Bildverarbeitungseinheit 203 die Anzahl hoher Leuchtdichtbildelemente mit einem vorbestimmten Schwellenwert verglichen. Ist die Anzahl hoher Leuchtdichte-Bildelemente größer als der vorbestimmte Schwellenwert, folgt Schritt S1107. Ist sie gleich oder kleiner als der Schwellenwert, folgt Schritt S1108. Diese Unterscheidung beruhend auf dem Schwellenwert wird durch die Systemsteuereinheit 204 der Bildgebungsvorrichtung durchgeführt, und ein Ergebnis des Vergleichs wird zu der Gradationsauswahleinheit 111 des Bildsensors 201 übertragen.
In S1107 wird die dritte Gradationsumwandlungseinheit 113, d.h., werden die Eingangs-/Ausgangskennlinien ausgewählt, die für die Anzeigevorrichtung geeignet sind, deren Anzeigeleuchtdichtebereich breit ist. In Schritt S1108 wird die zweite Gradationsumwandlungseinheit 112, d.h., werden die Eingangs-/Ausgangskennlinien ausgewählt, bei denen, obwohl der Anzeigeleuchtdichtebereich breit ist, die Gradationen mit der Zahl größer als die in der dritten Gradationsumwandlungseinheit 113 der niedrigen Leuchtdichte zugeordnet sind, und der Logarithmus (LOG) als Basis verwendet wird. In Schritt S1109 wird die erste Gradationsumwandlungseinheit 111, d.h., werden die Eingangs-/Ausgangskennlinien ausgewählt, die für die Anzeigevorrichtung geeignet sind, deren Anzeigeleuchtdichtebereich eng ist, und die Gradationsumwandlung des aktuellen Rahmens wird ausgeführt.
Wenn das Fotografieren in Schritt S1110 beendet ist, wird ein Flag zum Bestimmen der am Ende des Rahmens ausgewählten Gradation zu dem Bildsignal hinzugefügt, ein resultierendes Signal wird ausgegeben, und die Verarbeitungssequenz der Gradationsverarbeitungseinheit 11 ist beendet. Auch wenn die Gradationsumwandlungseinheiten 111 bis 113 mit den Eingangs-/Ausgangskennlinien, die sich unter den Rahmen unterscheiden, wie vorstehend beschrieben ausgewählt wurden, können die Kennlinien der im Bildsensor 201 ausgeführten Gradationsumwandlung berücksichtigt werden, wenn die Bildverarbeitung erneut durch die Bildverarbeitungseinheit 203 und die Anzeigeschaltung 207 ausgeführt wird. Ist das Fotografieren nicht beendet, kehrt die Verarbeitungsroutine zu Schritt S1101 zurück, und die vorstehenden Prozesse werden wiederholt. In Schritt S1104 kann im zweiten und den folgenden Durchläufen die Gradationsumwandlung des digitalen Bildsignals des nächsten Rahmens beruhend auf einer Art der in den vorhergehenden Schritten S1107, S1108 und S1109 ausgewählten Eingangs-/Ausgangskennlinien ausgeführt werden.
Da die Informationen der Anzahl hoher Leuchtdichte-Bildelemente des vorhergehenden Rahmens wiedergespiegelt ist und eine der Gradationsumwandlungseinheiten 111 bis 113 mit den für die Szene geeigneten Eingangs-/Ausgangskennlinien auf diese Weise ausgewählt wird, kann die Erfindung insbesondere dann angewendet werden, wenn eine Leuchtdichteänderung zwischen den Rahmen sanft ist. Als Leuchtdichteinformationsanalyse im Bildspeicher 202 kann neben einem Verfahren des Vergleichens mit dem Schwellenwert wie vorstehend beschrieben eine Histogrammanalyse und Kombination dieser angeführt werden. Ein Leuchtdichtemittelwert kann verwendet werden, der für jeden Bildbereich erhalten wird.
Wie vorstehend beschrieben wählt die Gradationsauswahleinheit in dem Ausführungsbeispiel die Gradationsumwandlungseinheit auf der Grundlage eines Ergebnisses der Leuchtdichteunterscheidung bezüglich des in dem Bildspeicher gespeicherten Bildes aus. Es kann die Gradationsumwandlungseinheit mit den optimalen Eingangs-/Ausgangskennlinien entsprechend der Fotografieszene ausgewählt werden. Der Bildsensor weist keinen Leuchtdichtebestimmungsspeicher oder dergleichen auf, und eine Vergrößerung des Umfangs der Anzeigevorrichtung kann unterdrückt werden.
(Viertes Ausführungsbeispiel)
Ein Aufbau eines Bildsensors gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 12 bis 14 beschrieben. Bei dem Ausführungsbeispiel werden Modifikationen des ersten bis dritten Ausführungsbeispiels beschrieben. 12 zeigt ein Beispiel eines Blockschaltbildes eines Aufbaus eines Bildsensors 201c gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel. In dem Bildsensor 201c sind Bauelemente, die jenen im ersten bis dritten Ausführungsbeispiel beschriebenen gemeinsam sind, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und auf ihre ausführliche Beschreibung wird hier verzichtet. Nachstehend werden für das vierte Ausführungsbeispiel besondere Abschnitte und Bauelemente beschrieben, die nur im vierten Ausführungsbeispiel verwendet werden.
Eine Bildgebungseinheit 10c und eine Gradationsverarbeitungseinheit 11c, die in 12 gezeigt sind, sind separate Halbleitersubstrate und sind elektrisch miteinander über vier Via-Elektroden VIA0 bis VIA3 verbunden. Als Via-Elektrode kann beispielsweise die TSV (Through Silicon Via) oder dergleichen verwendet werden.
In 12 wird eine Via-Elektrode VIA0 in der Bildgebungseinheit 10c von Bildelementbereichen mit vier Bildelementen 1(00), 1(01), 1(10) und 1(11) gemeinsam verwendet. Bildsignale dieser vier Bildelemente werden unter Verwendung einer A/D-Umwandlungseinrichtung AD0 der Gradationsverarbeitungseinheit 11c analog/digital gewandelt. Auch die Via-Elektroden VIA1 bis VIA3 werden gleichermaßen durch die vier Bildelemente gemeinsam genutzt, und die Bildsignale werden unter Verwendung von A/D-Umwandlungseinrichtungen AD1 bis AD3 der Gradationsverarbeitungseinheit 11c jeweils analog/digital gewandelt.
Die Zeitvorgabeerzeugungsschaltung 103 führt eine Auswahlsteuerung sequentiell alle vier Bildelemente durch, die sich eine Via-Elektrode VIAq und die A/D-Umwandlungseinrichtung ADq teilen. Beispielsweise wählen VIA0 und AD0 das Bildelement 1(00) aus und wandeln das Signal, das durch das Bildelement 1(00) fotoelektrisch umgewandelt wurde, in ein digitales Bildsignal entsprechend einer Zeit t0 bis zu einer Zeit t8 in dem in 4 gezeigten Zeitablaufdiagramm des ersten Ausführungsbeispiels um. Gleichermaßen wird auch in VIA1 bis VIA3 und AD1 bis AD3 jeweils ein Bildelement 1(02), ein Bildelement 1(20) oder ein Bildelement 1(22) ausgewählt, und das Bildsignal wird in ein digitales Bildsignal umgewandelt.
Gradationsverarbeitungseinheiten 11_0 bis 11_3 sind jeweils für die Gradationsverarbeitungseinheit 11c in Übereinstimmung mit den vier Via-Elektroden VIA0 bis VIA3 vorgesehen, und sind mit den entsprechenden A/D-Umwandlungseinrichtungen AD0 bis AD3 verbunden. Ferner weist der Bildsensor 201c die drei Gradationsumwandlungseinheiten 111 bis 113 mit verschiedenen Eingangs-/Ausgangskennlinien, die Gradationsauswahleinheit 110, den Leuchtdichtebestimmungsspeicher 115, die hohe Leuchtdichte-Bestimmungseinheit 116 und die PS-Umwandlungseinheit 114 auf. Wenn sie jeweils parallel in jeder Teilungseinheit der Via-Elektroden und der A/D-Umwandlungseinrichtungen betrieben werden, kann das digitale Bildsignal mit größerer Geschwindigkeit gradationsumgewandelt werden. Wie im zweiten Ausführungsbeispiel weist die A/D-Umwandlungseinrichtung AD0 einen hohe Leuchtdichte-Zähler auf, der das Steuersignal LAT als Schwellenwertsteuersignal verwendet, und wird für die Unterscheidung durch die hohe Leuchtdichte-Bestimmungseinheit 116 verwendet. Ein bestimmtes Flag der durch die Gradationsauswahleinheit 110 ausgewählten Gradationsumwandlungseinheit 111, 112 oder 113 kann auch bei jeder Teilungseinheit der Via-Elektroden und der A/D-Umwandlungseinrichtungen zu dem Signal hinzugefügt werden.
Mit dem vorstehenden Aufbau können auch die Gradationsumwandlungseinheiten mit den verschiedenen Eingangs-/Ausgangskennlinien für jeden Bildbereich ausgewählt werden. Beispielsweise wird ein Fall angenommen, in dem die digitalen Bildsignale mit weißen, grauen und schwarzen Bildelementen 1(00) bis 1(33) entsprechend einer in 13 veranschaulichten Bildelementverteilung erhalten wurden. Das Bildelement 1(00) ist beinahe weiß, und das Bildelement 1(33) ist beinahe schwarz. Es wird angenommen, dass alle 14 Bildelemente, die zwischen diesen zwei Bildelementen vorhanden sind, grau sind und einen geringen Leuchtdichtegradienten aufweisen. Bei einer derartigen Szene tendiert der hohe Leuchtdichte-Zähler der A/D-Umwandlungseinrichtung AD0 dazu, einen Zählwert zu erhöhen, sodass die dritte Gradationsumwandlungseinheit 113 ausgewählt wird, in der der hohen Leuchtdichte viele Gradationen zugeordnet wurden. Andererseits hat der hohe Leuchtdichte-Zähler der A/D-Umwandlungseinrichtung AD3 mit der Erhöhung eines Zählwerts seine Schwierigkeit, sodass die zweite Gradationsumwandlungseinheit 112 oder die erste Gradationsumwandlungseinheit 111 ausgewählt wird, in der der geringen Leuchtdichte viele Gradationen zugeordnet wurden. Der hohe Leuchtdichte-Zähler jeder A/D-Umwandlungseinrichtung AD1 und AD2 gibt einen Zwischenzählwert zwischen diesen an, sodass eine beliebige der Gradationsumwandlungseinheiten entsprechend einem Ergebnis des Zählens ausgewählt wird.
Ist das bestimmte Flag der für jeden Bildelementbereich ausgewählten Gradationsumwandlungseinheit 111, 112 oder 113 hinzugefügt und zusammen mit dem gradationsumgewandelten Bildsignal zu dem Ausgangsanschluss 12 ausgegeben, kann in der Bildverarbeitungseinheit 203 der Bildgebungsvorrichtung eine Bereichssynthetisierung unter Berücksichtigung der Flag-Informationen durchgeführt werden. Während beispielsweise das gradationsumgewandelte Bildsignal auf ein Signal mit einer Bitbreite von 12 Bits eingestellt ist, und ein zur Übertragung des Signals von dem Bildsensor zu der Bildverarbeitungseinheit 203 erforderliches Band verringert ist, kann in der Bildverarbeitungseinheit 203 auch ein dynamischer Bereichserweiterungsprozess ausgeführt werden, bei dem das Signal in ein Bild einer höheren Gradation umgewandelt wird, bei der der maximale Bereich breiter als 2¹² LSB ist.
14 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Schichtaufbaus der Bildgebungseinheit 10c und der Gradationsverarbeitungseinheit 11c des Bildsensors 201c gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Wenn ein Herstellungsprozess eines Halbleiters verwendet wird, der verglichen mit der Bildgebungseinheit 10c mit einer fotoempfindlichen Ebene, die zum Fotografieren erforderlich ist, ferner mikrohergestellt wurde, ist ein Extraraum auf der Seite der Gradationsverarbeitungseinheit 11c weiter erhöht. Unter Verwendung des erzeugten Extraraums kann daher auch eine Schaltung zur Verarbeitung von Informationen neu hinzugefügt werden, die in die hohe Leuchtdichte-Bestimmungseinheit 116 eingegeben werden. Beispielsweise ist eine Bildanalyseschaltung der Art, dass eine Informationsmenge arithmetisch bei jeder Ortsfrequenz pro Leuchtdichtebereich berechnet und ein Leuchtdichtebereich mit der größten Informationsmenge bestimmt wird, oder dergleichen, auch zur Ausgestaltung der Erfindung wirksam. Ferner kann die Erfindung auch bei einer Bildgebungsvorrichtung angewendet werden, bei der der dynamische Bereichserweiterungsprozess durch eine höhere Gradationsbildumwandlung ausgeführt wird, während eine Erhöhung der Bandbreite unterdrückt wird.
Wie vorstehend beschrieben wird bei dem Ausführungsbeispiel die Bildelementeinheit in eine Vielzahl von Bildelementbereiche bereichsunterteilt, und eine Vielzahl von Gradationsverarbeitungseinheiten, die jeweils die Vielzahl der Gradationsumwandlungseinheiten und die Gradationsauswahleinheit aufweisen, sind in Übereinstimmung mit jedem der Bildelementbereiche vorgesehen. Somit können auch die Gradationsumwandlungseinheiten mit den verschiedenen Eingangs-/Ausgangskennlinien für den jeweiligen Bildbereich ausgewählt werden. Das Halbleitersubstrat, das die Gradationsverarbeitungseinheit mit der Vielzahl der Gradationsumwandlungseinheiten und der Gradationsauswahleinheit enthält, und das Halbleitersubstrat, das die Bildelementbereiche enthält, in denen die Bildelementeinheit bereichsunterteilt wurde, werden übereinander gelegt und in einer Schichtform angeordnet. Unter Verwendung des erzeugten Extraraums kann demnach eine Schaltung zur Verarbeitung von Informationen neu hinzugefügt werden, die in die hohe Leuchtdichte-Bestimmungseinheit 116 eingegeben werden.
(Weitere Ausführungsbeispiele)
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehenden Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern es sind viele Modifikationen möglich. Beispielsweise ist der Aufbau der in den vorstehenden Ausführungsbeispielen offenbarten Bildgebungsvorrichtungen lediglich ein Beispiel. Der Bildsensor, bei dem die Erfindung angewendet werden kann, ist nicht auf den in den 1, 8 und 12 gezeigten Aufbau beschränkt. Ferner ist der Aufbau der Bildgebungsvorrichtung nicht auf den in 2 gezeigten Aufbau beschränkt. Obwohl die vorstehenden Ausführungsbeispiele den Fall veranschaulichen, in dem die Gradationsverarbeitungseinheit 11 derart aufgebaut ist, dass sie drei Gradationsumwandlungseinheiten umfassend die erste Gradationsumwandlungseinheit 111, die zweite Gradationsumwandlungseinheit 112 und die dritte Gradationsumwandlungseinheit 113 aufweist, ist die Erfindung nicht auf diesen Aufbau beschränkt. Selbst in dem Fall, in dem die Gradationsverarbeitungseinheit 11 derart aufgebaut ist, dass sie N (N ist eine natürliche Zahl größer gleich 2) Gradationsumwandlungseinheiten aufweist, können selbstverständlich ähnliche Wirkungen erhalten werden.
[00100] Ausführungsbeispiele der Erfindung können auch durch einen Computer eines Systems oder einer Vorrichtung, der auf einem Speichermedium (das vollständiger als "nichtflüchtiges computerlesbares Speichermedium" bezeichnet werden kann) aufgezeichnete computerausführbare Anweisungen ausliest und ausführt, um die Funktionen der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele durchzuführen, und/oder der eine oder mehrere Schaltungen (beispielsweise eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC)) zur Durchführung der Funktionen der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele enthält, und durch ein durch den Computer des Systems oder der Vorrichtung durchgeführtes Verfahren beispielsweise durch Auslesen und Ausführen der computerausführbaren Anweisungen aus dem Speichermedium zur Durchführung der Funktionen der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele und/oder Steuern der einen oder mehreren Schaltungen zur Durchführung der Funktionen der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele realisiert werden. Der Computer kann einen oder mehrere Prozessoren (beispielsweise Zentralverarbeitungseinheit (CPU), Mikroverarbeitungseinheit (MPU)) umfassen, und kann ein Netzwerk separater Computer oder separater Prozessoren zum Auslesen und Ausführen der computerausführbaren Anweisungen enthalten. Die computerausführbaren Anweisungen können dem Computer beispielsweise von einem Netzwerk oder dem Speichermedium bereitgestellt werden. Das Speichermedium kann beispielsweise eine Festplatte, einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM), einen Nurlesespeicher (ROM), einen Speicher verteilter Rechensysteme, eine optische Scheibe (wie eine Kompaktdisk (CD), Digital Versatile Disk (DVD) oder Blue-Ray Disk (BD^TM), eine Flash-Speichereinrichtung, eine Speicherkarte oder dergleichen enthalten.
Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist ersichtlich, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Dem Schutzbereich der folgenden Patentansprüche soll die breiteste Interpretation zum Umfassen all solcher Modifikationen und äquivalenten Strukturen und Funktionen zukommen.
Ein Bildsensor ist bereitgestellt mit einer Bildelementeinheit mit einer Vielzahl von Bildelementen, einer A/D-Umwandlungseinrichtung, die ein Bildsignal aus dem Bildelement in ein digitales Bildsignal umwandelt, einer Gradationsumwandlungseinrichtung, die eine Gradationsumwandlung bei dem digitalen Bildsignal durchführt, und einer Auswahleinrichtung, die Gradationsumwandlungskennlinien der durch die Gradationsumwandlungseinrichtung durchgeführten Gradationsumwandlung bei dem digitalen Bildsignal auswählt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2011-119868 [0005, 0006]
JP 2009-141861 [0024]

Claims

Bildsensor (201) mit einer Bildelementeinheit (1) mit einer Vielzahl von Bildelementen und einer A/D-Umwandlungseinrichtung (2) zur Umwandlung eines Bildsignals von dem Bildelement in ein digitales Bildsignal, gekennzeichnet durch eine Gradationsumwandlungseinrichtung (111, 112, 113) zur Durchführung einer Gradationsumwandlung bei dem digitalen Bildsignal und eine Auswahleinrichtung (110) zur Auswahl von Gradationsumwandlungskennlinien der durch die Gradationsumwandlungseinrichtung bei dem digitalen Bildsignal durchgeführten Gradationsumwandlung.
Bildsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahleinrichtung die Gradationsumwandlungskennlinien auf der Grundlage von Eigenschaften einer externen Vorrichtung (208) zur Ausführung eines vorbestimmten Prozesses bei dem Bildsignal auswählt.
Bildsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahleinrichtung die Gradationsumwandlungskennlinien auf der Grundlage von Gradationskennlinien einer Anzeigevorrichtung (208) zur Anzeige des Bildsignals auswählt.
Bildsensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gradationskennlinien Informationen hinsichtlich eines Anzeigeleuchtdichtebereichs oder eines Kontrastschritts der Anzeigevorrichtung enthalten.
Bildsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner gekennzeichnet durch einen Leuchtdichtebestimmungsspeicher (115) zur Speicherung des digitalen Bildsignals und eine Leuchtdichtebestimmungseinrichtung 116 zur Unterscheidung einer Leuchtdichte des in dem Leuchtdichtebestimmungsspeicher gespeicherten digitalen Bildsignals, und wobei die Auswahleinrichtung die Gradationsumwandlungskennlinien auf der Grundlage eines Ergebnisses der Unterscheidung durch die Leuchtdichtebestimmungseinrichtung auswählt.
Bildsensor nach Anspruch 5, ferner gekennzeichnet durch einen hohe Leuchtdichte-Zähler zum Zählen der Anzahl von Bildelementen, in denen eine Leuchtdichte größer oder gleich einem vorbestimmten Schwellenwert ist, oder der Anzahl von Bildelementen, in denen die Leuchtdichte kleiner als der Schwellenwert in dem in dem Leuchtdichtebestimmungsspeicher gespeicherten digitalen Bildsignal ist, und wobei die Leuchtdichtebestimmungseinrichtung die Leuchtdichte des in dem Leuchtdichtebestimmungsspeicher gespeicherten Bildes auf der Grundlage eines Zählwerts durch den hohe Leuchtdichte-Zähler unterscheidet.
Bildsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildelementeinheit in eine Vielzahl von Bildelementbereichen bereichsunterteilt ist, und eine Vielzahl von Gradationsverarbeitungseinrichtungen jeweils mit der Gradationsumwandlungseinrichtung und der Auswahleinrichtung in Übereinstimmung mit jedem der Bildelementbereiche vorgesehen ist.
Bildsensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Halbleitersubstrat, das die Gradationsverarbeitungseinrichtung enthält, und ein Halbleitersubstrat, das den Bildelementbereich enthält, überlagert sind und in einer Schichtform angeordnet und durch zumindest eine oder mehrere Via-Elektroden elektrisch miteinander verbunden sind.
Bildsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahleinrichtung ein Flag zum Bestimmen der ausgewählten Gradationsumwandlungskennlinien zu dem Bildsignal hinzufügt.
Bildsensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von A/D-Umwandlungseinrichtungen in Übereinstimmung mit jedem der Bildelementbereiche vorgesehen ist.
Bildgebungsvorrichtung mit einem Bildsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und einer Bildverarbeitungseinrichtung (203) zum Unterscheiden einer Leuchtdichte des Bildsignals, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahleinrichtung die Gradationsumwandlungskennlinien auf der Grundlage eines Ergebnisses der Unterscheidung durch die Bildverarbeitungseinrichtung auswählt.
Bildgebungsverfahren, gekennzeichnet durch A/D-Umwandeln eines Bildsignals von einem Bildelement in ein digitales Bildsignal, Auswählen von Gradationsumwandlungskennlinien einer Gradationsumwandlung bei dem digitalen Bildsignal und Durchführen der Gradationsumwandlung bei dem digitalen Bildsignal unter Verwendung der ausgewählten Gradationsumwandlungskennlinien.