JP2001061108A - 撮像装置および撮像装置の制御方法 - Google Patents
撮像装置および撮像装置の制御方法Info
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- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
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Abstract
の基準レベルを基準値に基づいて設定する撮像装置およ
び撮像装置の制御方法を提供する。 【解決手段】 CCDより出力信号をアナログデジタル
変換したデジタル映像信号が出力され、前記デジタル映
像信号の標準レベル(黒レベル)を基準信号(オプティ
カルブラック)の積算平均化値に基づいて設定する際
に、基準信号の積算開始点および積算数を指定可能とし
て、1フィールド期間にCCDより複数回の読み出しを
行った際に出力されるデジタル映像信号の1フィールド
期間において、一番最初に伝送される基準信号を積算平
均化して利用すること、あるいは、積算開始位置および
積算数を指定することにより、1フィールド期間に複数
の映像信号が存在する映像信号が入力されても信号処理
系統を一系統準備するだけで映像信号の基準レベルの設
定が可能となる。
Description
にCCD等の撮像素子を備えたビデオカメラ等の撮像装
置に関する。
オカメラでは、図6に示すように、被写体の撮像を行う
CCD1と、CCD1から出力される撮像信号より相関
二重サンプリング法を用いてノイズ成分を除去すると共
に、所定の利得で増幅して出力する相関二重サンプリン
グ/自動利得制御(CDS/AGC)部2と、CDS/
AGC部2から出力されるアナログ映像信号をデジタル
映像信号にアナログデジタル変換するアナログデジタル
(AD)変換器3と、AD変換器3から出力されるデジ
タル映像信号に所定の信号処理を施して出力するデジタ
ルシグナルプロセッサ(DSP)4と、CCD1への電
源および駆動信号を供給する駆動回路(TG)5とから
構成されていた。
器3より出力されるデジタル映像信号の基準レベルを基
準信号に基づいて設定する基準値設定部、具体的にはデ
ジタル映像信号の黒レベルをオプティカルブラック(O
B)データに基づいてクランプするデジタルクランプ回
路を含んでいる。
写体からの光をレンズ等を通して受光し対応する映像信
号を発生する受光部100と、CCD1の一部をアルミ
板等で遮光して外部からの光が受光しないように構成さ
れた非受光部101とを有している。非受光部101は
水平黒基準検出素子HOBから構成されており、CCD
1からの読出しの際には、受光部100から出力された
信号は映像信号として後段回路にて所定の信号処理を施
され、非受光部101の水平黒基準検出素子HOBから
読出された全てのデータ(水平オプティカルブラック
(水平OB))は、DSP4の水平垂直OB積算平均値
処理部41にて積算され、この積算値の平均値が演算で
求められた後、この平均値を垂直方向にさらに積算し、
さらにその平均値を演算して得られた値をOBデータと
して出力される。この場合、OBデータは固定した位置
に存在しており、積算および平均値はテレビジョン標準
信号方式に準拠した垂直同期期間(VD)、水平同期期
間(HD)を用いるので、積算ライン数は固定値、例え
ば、以下に説明するように128ラインとなる。
しては、水平同期信号(HD)の立ち上がりからN画素
後、Nh(例えばNh=16)画素分積算し平均値を求め
る。次に、この水平の積算値を求め始めるスタートのラ
イン数は、垂直同期信号(VD)の立上がりからYライ
ン後に水平積算平均値を求め、そこからNv(例えばN
v=128)ライン後垂直積算平均値を求める。これは
通常CCD1を駆動させるTG5の仕様によりHDの立
ち上がりから何クロック後に水平のOBデータが始ま
り、VDの立ち上がりから何HD後に垂直のOBデータ
が始まると決められているためで、従って、TG5の仕
様に基づいてDSP4のOB積算平均演算を決めること
が出来る。
にTG5の仕様により固定であるので、水平積算数は水
平OB画素より少なく、かつ、2の乗数となる画素分を
選択し、水平積算開始位置も図7に示すようになるべく
OBデータが存在する中心を積算できるようにライン数
を選択することが望ましい。垂直の積算に関しては上述
したように例えば、128ライン分積算する。これは、
128の次の2乗値は256となり、NTSC方式の標
準テレビジョン信号で定められたライン数を越えてしま
うからで、従って、128が最大ライン数となる。垂直
積算開始位置も図8に示すようにVDの立ち上がりから
数ライン分後として、なるべくOBデータが存在する中
心を積算できるようにライン数を選択することが望まし
い。
い。その理由としては、デジタル処理に関しての割算
は、2の乗数値であれば下位ビットを捨てることで容易
に実現できるためであり、例えば、水平のOB画素が1
6画素以上32画素以下であれば16画素分積算した後
に下位4ビット削除すれば求められる。また、32画素
以上あれば32画素分積算し5ビットシフトすることで
も実現可能である。
に用いられる光学的な黒の基準を示す黒基準信号(オプ
ティカルブラック)であり、CCD1よりAD変換器3
を介して出力されるデジタル映像信号の基準レベルをこ
の黒基準信号に基づいてデジタルクランプ回路(基準設
定部)にて設定することにより、映像信号の基準レベル
を安定させることができる。
換器3から出力される信号のうち水平OBに関するデー
タについて、これを演算部41(水平垂直OB積算平均
値演算部)にて水平方向および垂直方向に積算して平均
値を演算したOBデータを求め、演算部42にてデジタ
ル映像信号とOBデータとの差分を求めて、この差分値
が零に近づくような信号処理を行うことによりOBデー
タに関してのデジタルクランプ処理を実行する。つま
り、AD変換器3から出力されたデジタル映像信号デー
タの基準レベル(黒レベル)がOBデータに基づいて設
定される。
内に複数(n)回CCDの読出しを実行し、1フィール
ド期間(VD)に複数の画像を撮像するいわゆる高速撮
像モードを備えたビデオカメラも開発され、商品化され
ている。このような高速撮像モードにおいては上述した
ように水平OBをさらに垂直方向に積算し、平均値を演
算して得たOBデータを使用することにより、各画像の
黒基準調整の精度をより向上させることができる。
41にて得られたOBデータは制御部9のCPU91に
よって読み取られると共に、そのデータが所定の範囲内
になるように処理した後、デジタルアナログ変換器(D
/A変換器)92に供給され、デジタル信号に対応する
アナログ信号を発生させてCDS/AGC2におけるオ
フセット電圧を調整する。
セット電圧を基準としてそれ以降CCD1から入力され
るOBデータに関する演算を実行する。つまり、オフセ
ット電圧の調整処理はCDS/AGC2、AD3、DS
P4、および制御部9におけるループ処理により繰り返
し実行され、DSP4に入力されるOBデータが常に所
定の範囲の値となるように制御される。
たような従来のデジタルクランプ処理においては、現在
の垂直同期信号から次の垂直同期信号がが到来するまで
の1フィールド期間(VD)にCCD1より複数回の読
出しを行い、1VDにn個の画像データ(n画面)を有
する映像信号データがDSP4に入力された場合、その
まま信号処理を実行すると、1VDに1個の画像データ
においてOBデータが存在する期間と、1VDにn個の
画像データが存在する期間とが重なり、また、ノイズ信
号が存在する期間となることもあり、本来のデジタルク
ランプ処理が実行できないことになり、また、予め1V
Dにn個の画像が存在するデータを処理する必要がある
場合は、平均積算ライン数が固定であれば、上述したn
に応じたクランプ処理を用意しておけばよいが、nが大
きくなるとクランプ処理に使用できる処理時間が短くな
るため、高速度に処理することができるCPUを使用す
ることが必要となり、高速度に処理が可能なCPUでは
発熱・消費電力が増大するため、冷却が必要で小型軽量
化を実現するための高密度実装が困難となったり、ビデ
オカメラのバッテリ駆動可能時間が短くなったり、さら
に、CPUを含む部品のコストが増大するという問題点
を有していた。
あり、1VDに複数(n)の画像が存在する映像信号よ
りOBデータ(オプティカルブラック基準信号の積算平
均値)を求める際の積算開始位置(積算開始点)と積算
ライン数(積算数)とを指定することにより、あるい
は、1VD内の最初に到来するデジタル映像信号が存在
する期間のオプティカルブラック基準信号を積算平均す
ることによりオプティカルブラック信号を正確に積算蓄
積できる撮像装置を提供することを目的とする。
めに、本発明の撮像装置は、被写体からの光を受光して
映像信号を出力する受光領域および被写体からの光を受
光せずに基準信号を出力する非受光領域を有する撮像素
子と、前記映像信号をアナログデジタル変換してデジタ
ル映像信号を出力するアナログデジタル変換手段と、前
記基準信号を積算平均するための積算開始点および積算
数を指定する制御手段と、前記積算開始点および前記積
算数に基づいて前記基準信号を積算平均して積算平均値
を出力する演算処理部と、前記デジタル映像信号の基準
レベルを前記積算平均値に基づいて設定する基準設定部
とから構成したことを特徴とする。また、本発明の撮像
装置の制御方法は、被写体からの光を受光する撮像素子
の受光領域より映像信号を出力し、被写体からの光を受
光しない撮像素子の非受光領域より基準信号を出力し、
前記映像信号をアナログデジタル変換してデジタル映像
信号を出力し、前記基準信号を積算平均するための積算
開始点および積算数を指定し、前記積算開始点および前
記積算数に基づいて前記基準信号を積算平均して積算平
均値を出力し、前記デジタル映像信号の基準レベルを前
記積算平均値に基づいて設定することを特徴とする。さ
らに、本発明の撮像装置は、被写体からの光を受光して
映像信号を出力する受光領域および被写体からの光を受
光せず基準信号を出力する非受光領域を有する撮像素子
を有し、前記撮像素子より1フィールド期間にn(nは
2以上の整数)回読出しを行い、前記映像信号をアナロ
グデジタル変換してデジタル映像信号として出力する撮
像装置において、1フィールド期間内において、前記撮
像素子より最初に出力される基準信号を少なくとも積算
平均して積算平均値を出力する演算処理部と、前記積算
平均値が得られた1フィールド期間の次の1フィールド
期間に前記撮像素子より出力される前記デジタル映像信
号の基準レベルを前記積算平均値に基づいて設定する基
準設定部とから構成したことを特徴とする。さらに、本
発明の撮像装置の制御方法は、被写体からの光を受光す
る撮像素子の受光領域より映像信号を出力し、被写体か
らの光を受光しない撮像素子の非受光領域より基準信号
を出力し、前記撮像素子より1フィールド期間にn(n
は2以上の整数)回読出しを行い、前記映像信号をアナ
ログデジタル変換してデジタル映像信号を出力し、1フ
ィールド期間内において、前記撮像素子より最初に出力
される基準信号を少なくとも積算平均して積算平均値を
出力し、前記積算平均値が得られた1フィールド期間の
次の1フィールド期間に前記撮像素子より出力される前
記デジタル映像信号の基準レベルを前記積算平均値に基
づいて設定することを特徴とする。
図である。従来技術と同一の構成要素については同一の
符号を付してその説明を省略する。
信号はDSP44に供給され、一方は水平OB積算平均
部410に入力されるとともに、他方は演算部420の
一方の入力端子に供給される。水平OB積算平均部41
0は制御部9のCPU91からの演算情報の指定に基づ
き水平OBを積算し平均化の演算を実行する。つまり水
平OBデータがCCD1から読み出される期間にAD変
換器3より出力される水平OBデータを積算して平均化
の演算処理を実行して水平OBデータの積算平均値を得
る。
信号から次の垂直同期信号が到来するまでの期間である
1フィールド期間(VD)に4個(n=4)の映像デー
タが存在する場合を例にとって説明すると、積算開始位
置(積算開始点)および積算ライン数(積算数)はCP
U91より演算情報として水平OB積算演算部410に
供給され、これらの演算情報に従って演算して得られた
水平OBの積算平均値が垂直OB積算演算部430に供
給され、水平OB積算演算部410と同様にCPU91
より積算開始位置(積算開始点)および積算ライン数
(積算数)が垂直OB積算演算部430に演算情報とし
て供給され、これらに基づいて演算が実行されて水平O
Bの積算平均値を垂直方向に積算した平均した値である
OBデータが得られ、格納部450に蓄積される。
ン数はまずそれを実現させるTG5の仕様で決まるの
で、この仕様に基づき積算開始位置や積算ライン数を決
める。決めるポイントは積算部分がなるべくデータの中
心になるように、積算ライン数は2の乗数となるように
する。例えば、上述したTG5では、VDの立上がりか
ら22H後にデータが始まり、68H後にデータが終わ
るものとすると、1映像は46Hであり、よって図3に
示すように積算ライン数は32Hと決めることが出来
る。積算開始位置は積算範囲が中心に来るように46−
32=14の半分の7H、映像開始位置からスタートさ
せる。よってスタート位置は22+7=29H後とな
る。
されたOBデータは演算回路410の他方の入力端子に
供給され、AD変換器3より入力されたデジタル映像信
号より減算されて差分信号が出力される。この差分が零
に近づくような処理を演算実行して、この結果としてデ
ジタル映像信号の基準レベル(黒レベル)がOBデータ
に基づいて設定される。また、次の1VDでは新たなO
Bでデータが積算平均化の演算で求められて、格納部4
50に蓄積された前のOBデータと置換され、更新され
て蓄積される。
基準レベルをこの黒基準信号に基づいて基準設定部(デ
ジタルクランプ回路)にて設定することにより、映像信
号の基準レベルを安定させることができる。具体的には
デジタルクランプ回路にて映像信号にデジタルクランプ
処理を行い、映像信号データの基準レベル(黒レベル)
をOBデータに基づいて設定する信号処理が行われる。
つまり、図1に示したDSP44ではAD変換器3から
出力される信号のうち水平OBに関するデータについ
て、これを水平OB積算平均値演算部410および垂直
OB積算平均値演算部430にて水平および垂直方向に
積算して平均値(OBデータ)を求め、格納部450に
蓄積して、演算部420にてデジタル映像信号とOBデ
ータとの差分を求めて、この差分値が零に近づくような
信号処理を行うことによりOBデータに関してのクラン
プ処理を実行する。DSP44は入力されるデジタル映
像信号の基準レベル(黒レベル)を基準値で設定するデ
ジタルクランプ回路を構成している。
データは制御部9のCPU91によって読取られると共
に、そのデータが所定の範囲内になるように処理された
後、、デジタルアナログ変換器(DA変換器)92に供
給され、デジタル信号に対応するアナログ信号を発生さ
せてCDS/AGC2におけるオフセット電圧を調整す
る。CDS/AGC2ではこの調整されたオフセット電
圧を基準としてそれ以降CCD1から入力されるOBデ
ータに関する演算を実行する。つまり、オフセット電圧
の調整処理はCDS/AGC2、AD3、DSP4、お
よび制御部9におけるループ処理により繰り返し実行さ
れ、DSP44に入力されるOBデータが常に所定の範
囲の値となるように制御される。
て具体的に説明する。DSP44はデジタルカウンタを
有しており(図1に図示せず)、このデジタルカウンタ
は図2に示すように垂直同期信号の立上りエッジでリセ
ットされ、カウントを開始する。制御部9のCPU91
よりの積算開始位置の指定には、このデジタルカウンタ
のカウント値を使用する。上記の説明では立上りエッジ
でリセットされるカウンタの例を説明したが、立下がり
エッジでリセットされるカウンタを使用することも可能
であり、また、他の形式のデジタルカウンタを使用する
ことも可能である。
の乗数としておくことにより、積算値の平均値を求める
際もCPU91より指定するビットシフトを実行するこ
とで、演算結果が得られる。1フィールドは通常252
ライン以下であるので、積算ライン数は128が上限と
なる。これは、128の次の2乗値は256となり、N
TSC方式の標準テレビジョン信号で定められたライン
数を越えてしまうからで、従って、128が最大ライン
数となる。
にビットシフトで実現できる。シフト量1ということは
2で割るということであり、シフト量2というのは22
である4で割るということになる。すなわちシフト量n
とは2nで割るということである。垂直方向に関しては
NTSCでは252ラインしかないので、積算しシフト
で平均が求められる上限は128となる。1VD期間内
に複数個の映像期間が存在する場合は、その映像期間の
ライン数によりシフト量が決められる。例えば映像期間
ライン数が80Hであれば加算ライン数64、シフト量
6となり、映像期間ライン数が63Hであれば加算ライ
ン数32、シフト量5と決めることが出来る。
とをCPU91より指定することにより、1VDにn個
の映像データを含むデジタル映像信号に関してもデジタ
ルクランプデータを正確に得ることができる。また、1
VDに1回の読み出しにより、1VDに1個の映像デー
タを含み、垂直同期信号に同期した信号(通常の映像信
号)であっても、積算開始位置との積算ライン数とをC
PU91より指定することにより対応することが可能で
ある。
る。図4は本発明の第2実施例の動作を示す図である。
デジタルカウンタ(図示せず)が、1VDにn個のデジ
タル映像信号の垂直同期信号、つまり、図4に示した例
では、1VDに4回(n=4)到来する垂直同期信号の
立上りエッジにてリセットされるように構成したもので
ある。図2に示した場合に比べてデジタルカウンタがデ
ジタル映像信号毎にリセットされる。このように、デジ
タルカウンタは1VDにn回リセットされる。つまり、
図4に示した場合は、n=4の場合であるので、OBデ
ータが期間A、B、C、およびDのそれぞれの期間、合
計4回得られるので、期間AからDの各期間毎に得られ
たOBデータをさらに積算して平均化した値をOBデー
タとして格納部450に蓄積して、次の1VD内のデジ
タル映像信号との差分値に基づいて制御を行うことによ
り、つまり、1VDに到来する全てのOBデータをそれ
ぞれ積算平均化して積算平均値(第1の積算平均値)を
得た後、これをさらに積算平均して得た積算平均値(第
2の積算平均値=基準値)に基づいて、積算平均値(第
2の積算平均値)が得られた1VD期間の次の1VD期
間のデジタル映像信号の基準レベル(黒レベル)をデジ
タルクランプ処理にて設定することによりカウント値の
精度がさらに向上してクランプ精度もさらに向上する。
およびD各期間のOBデータを積算平均する例を説明し
たが、例えば、AおよびB、AおよびC、AおよびD、
A、B、およびC、BおよびC、BおよびD、B、C、
およびD、CおよびD等の一部のOBデータの複数を積
算平均した積算平均値を基準値として、この基準値に基
づいてデジタル映像信号の基準レベル(黒レベル)を設
定するデジタルクランプ処理を行うことも可能である。
CD1よりn回読出しが実行され、n個の映像信号が含
まれている信号のデジタルクランプ処理をする場合にお
いてもCPU91よりnに対応した積算開始位置および
積算ライン数の指定をすることにより適切なデジタルク
ランプ処理が可能となり、また積算ライン数を2の乗数
に設定することにより、平均化するための演算処理をビ
ットシフト動作で実現できるので、処理の簡略化が可能
となる。
る。図5は本発明の第3実施例の動作を示す図である。
図4に示した例では、1VDに4回(n=4)画像が到
来する例を説明したが、例えば、図5に示すように1H
Dに2回、1VDに2回画像が到来する場合にも本発明
は適用可能である。この場合は、図5に示したa、b、
c、dの各部分のOBデータをそれぞれ水平方向に積算
して平均しさらに垂直方向に積算して平均化して得られ
たa、b、c、dの各部分積算平均値をさらにそれぞれ
積算して平均した積算平均値をOBデータとして格納部
450に蓄積して、次の1VD内のデジタル映像信号と
の差分値に基づいて制御を行うことも可能である。
OBデータを積算平均する例を説明したが、例えば、a
およびb、aおよびc、aおよびd、a、b、および
c、bおよびc、bおよびd、b、c、およびd、cお
よびd等の一部のOBデータの複数を積算平均した積算
平均値を基準値として、この基準値に基づいてデジタル
映像信号の基準レベル(黒レベル)を設定するデジタル
クランプ処理を行うことも可能である。
CD1よりn回読出しが実行され、1VDにCCD1よ
りm回読出しが実行されn×m個の映像信号が含まれて
いる信号のデジタルクランプ処理をする場合においても
CPU91よりnに対応した積算開始位置および積算ラ
イン数の指定をすることにより適切なデジタルクランプ
処理が可能となり、また積算ライン数を2の乗数に設定
することにより、平均化するための演算処理をビットシ
フト動作で実現できるので、処理の簡略化が可能とな
る。
よび撮像装置の制御方法では、1フィールド期間内に複
数の映像信号が存在するような形式のデジタル映像信号
データのデジタルクランプ処理を行うデジタルクランプ
回路を単一の構成にて得ることが可能で、また、高速度
な処理速度を有する基幹部品を使用することなく、デジ
タルクランプ処理を実行でき、発熱、消費電力、コスト
の増大を招くことがないという利点を有する。
図である。
である。
る。
る。
Claims (4)
- 【請求項1】被写体からの光を受光して映像信号を出力
する受光領域および被写体からの光を受光せずに基準信
号を出力する非受光領域を有する撮像素子と、 前記映像信号をアナログデジタル変換してデジタル映像
信号を出力するアナログデジタル変換手段と、 前記基準信号を積算平均するための積算開始点および積
算数を指定する制御手段と、 前記積算開始点および前記積算数に基づいて前記基準信
号を積算平均して積算平均値を出力する演算処理部と、 前記デジタル映像信号の基準レベルを前記積算平均値に
基づいて設定する基準設定部とからなる撮像装置。 - 【請求項2】被写体からの光を受光する撮像素子の受光
領域より映像信号を出力し、 被写体からの光を受光しない撮像素子の非受光領域より
基準信号を出力し、 前記映像信号をアナログデジタル変換してデジタル映像
信号を出力し、 前記基準信号を積算平均するための積算開始点および積
算数を指定し、 前記積算開始点および前記積算数に基づいて前記基準信
号を積算平均して積算平均値を出力し、 前記デジタル映像信号の基準レベルを前記積算平均値に
基づいて設定することを特徴とする撮像装置の制御方
法。 - 【請求項3】被写体からの光を受光して映像信号を出力
する受光領域および被写体からの光を受光せず基準信号
を出力する非受光領域を有する撮像素子を有し、前記撮
像素子より1フィールド期間にn(nは2以上の整数)
回読出しを行い、前記映像信号をアナログデジタル変換
してデジタル映像信号として出力する撮像装置におい
て、 1フィールド期間内において、前記撮像素子より最初に
出力される基準信号を少なくとも積算平均して積算平均
値を出力する演算処理部と、 前記積算平均値が得られた1フィールド期間の次の1フ
ィールド期間に前記撮像素子より出力される前記デジタ
ル映像信号の基準レベルを前記積算平均値に基づいて設
定する基準設定部とを有することを特徴とする撮像装
置。 - 【請求項4】被写体からの光を受光する撮像素子の受光
領域より映像信号を出力し、 被写体からの光を受光しない撮像素子の非受光領域より
基準信号を出力し、 前記撮像素子より1フィールド期間にn(nは2以上の
整数)回読出しを行い、 前記映像信号をアナログデジタル変換してデジタル映像
信号を出力し、 1フィールド期間内において、前記撮像素子より最初に
出力される基準信号を少なくとも積算平均して積算平均
値を出力し、 前記積算平均値が得られた1フィールド期間の次の1フ
ィールド期間に前記撮像素子より出力される前記デジタ
ル映像信号の基準レベルを前記積算平均値に基づいて設
定することを特徴とする撮像装置の制御方法。
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