JP2001069400A - 撮像装置 - Google Patents

撮像装置

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JP2001069400A
JP2001069400A JP24102199A JP24102199A JP2001069400A JP 2001069400 A JP2001069400 A JP 2001069400A JP 24102199 A JP24102199 A JP 24102199A JP 24102199 A JP24102199 A JP 24102199A JP 2001069400 A JP2001069400 A JP 2001069400A
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JP
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signal
image pickup
frame
field
brightness
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JP24102199A
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Akihito Nishizawa
明仁 西澤
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】オートフォーカスやオートアイリス等の制御の
応答性を損なうことを最小限に抑え、撮像装置の高感度
を実現する方法を提供すること。 【解決手段】撮像素子からの読み出しを通常レートで行
い撮像素子の外で過去の映像と加算して感度を上げる手
段と、撮像素子での露光時間を長くする二つの手段を設
け、高感度撮影が必要な明るさになってもある程度の明
るさが確保されている場合には撮像素子の外部加算で感
度を上げ、該外部加算では十分なS/Nが確保できない
明るさになった場合にのみ撮像素子での露光時間を伸ば
し感度を上げる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】撮像装置の高感度化を実現す
る方法に関する。
【0002】
【従来の技術】公開昭63−80688号では、撮像素
子での光電変換している期間を延ばすことで高感度化を
図り、撮像素子から出力される画像の枚数が減る為、メ
モリを映像の補間用に使用していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術は、撮
像素子から得られる画像の周期が蓄積時間に比例して伸
びる為、感度を上げるに従って、オートフォーカスやオ
ートアイリス等の制御が難しくなるという問題に付いて
は十分考慮されていなかった。
【0004】本発明は、上記制御特性を改善する方法を
提供することを課題とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決する為
に、撮像素子からの読み出しを通常レートで行い撮像素
子の外で過去の映像と加算して感度を上げる手段と、撮
像素子での露光時間を長くする二つの手段を設け、高感
度撮影が必要な明るさになってもある程度の明るさが確
保されている場合には撮像素子の外部加算で感度を上
げ、該外部加算では十分なS/Nが確保できない明るさ
になった場合にのみ撮像素子での露光時間を伸ばし感度
を上げる。
【0006】この構成により、高感度が必要になる明る
さになってもある程度の明るさがある範囲では従来と同
一周期で制御情報を生成できるのでオートフォーカスや
オートアイリス等の性能劣化を最小限に抑えることが出
来る。また、同一の制御アルゴリズムで制御が出来ると
いうメリットもある。従来例と比較しても必要なメモリ
容量が増加することも無い。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明の第一の実施例を図1を用
いて説明する。図1の実施例は、撮像素子1、CDS
2、AGC3、A/D4、カメラ処理回路5、乗算回路
6,8、加算回路7、NTSC/PAL変調回路9、同
期信号発生回路10、撮像素子駆動回路11、水晶発振
子12、パルスマスク回路13、メモリコントローラ1
4、I/Oセル15、SDRAM16(メモリ)16、
アイリス・フォーカス検波17、マイコン18、レンズ
19から成り、本実施例は、水晶発振子12が撮像素子
駆動回路11に接続され、撮像素子駆動回路11の二つ
の出力がパルスマスク回路13とCDS2に接続され、
パルスマスク回路13の出力が撮像素子1に接続され、
レンズ19を通し撮像素子1に入射した光が撮像素子1
で光電変換され、該光電変換された信号すなわち撮像素
子1の出力信号がCDS2に接続され、CDS2の出力
がAGC3に接続され、AGC3の出力がA/D4に接
続され、A/D4の出力がカメラ処理回路5に接続さ
れ、カメラ処理回路5の二つの出力がそれぞれアイリス
・フォーカス検波17と乗算回路6に接続され、アイリ
ス・フォーカス検波17の出力がマイコン18に接続さ
れ、乗算回路6の出力が加算回路7の一方の入力に接続
され、加算回路7の出力がNTSC/PAL変調回路9
とI/Oセル15の出力バッファの入力端子に接続さ
れ、I/Oセル15の出力端子がSDRAM16(画像
メモリ、シンクロナスDRAM)のデータ入出力に接続さ
れ、15の入力バッファの出力端子に乗算回路8が接続
され、乗算回路8の出力が加算回路7の他方の入力に接
続され、同期信号発生回路10からNTSC/PAL変
調回路9及び撮像素子駆動回路11及びメモリコントロ
ーラ14に同期信号が接続され、メモリコントローラ1
4から出力される二つの制御信号をそれぞれI/Oセル
15の出力バッファのイネーブル端子とSDRAM16
に接続され、マイコン18からの5種類の制御信号がレ
ンズ19のフォーカス及びアイリスとAGC3の利得と
パルスマスク回路13と乗算回路6,8の係数入力に接
続されている。
【0008】本実施例の動作は、撮像素子1で光電変換
した信号に雑音を除く処理と信号利得を調節するAGC
処理をCDS2及びAGC3で施し、A/D変換回路4
でディジタル信号に変換後、カメラ処理5で輝度及び色
差信号を生成し、SDRAM16から読み出した現フィ
ールド以前の輝度と該輝度と、SDRAM16から読み
出した現フィールド以前の色差信号と該色差信号とをそ
れぞれ適当な割合で加算して、該加算後の信号でNTS
C/PAL変調回路9でNTSCやPAL等のテレビジ
ョン信号を生成すると共に、該加算信号をSDRAM1
6に書き込んでいる。被写体の明るさの検出はカメラ信
号処理5からの信号をアイリス・フォーカス検波17で
領域毎に積分して行い、レンズ19内のアイリスやAG
C3の利得調整はマイコン18で該積分結果に基づいて
制御を行っている。また、フォーカス制御は上記と同様
にカメラ信号処理5からの信号をアイリス・フォーカス
検波17で周波数成分毎の電力を求め、該電力に基づき
マイコン18でレンズ19のフォーカスを動かすことで
実現している。該アイリス制御とフォーカス制御は画面
単位で制御用のデータを算出している。
【0009】以下、撮影環境すなわち被写体の明るさに
応じて動作の様子を説明する。
【0010】(1)アイリスの開き具合で信号量の調整
が可能な明るさの場合 マイコン18がアイリス・フォーカス検波17の結果及
びK1(AGC3の利得)に設定している値から被写体
の明るさを判断して、アイリス調整により必用な信号量
が得られると判断される時は、該マイコンがK2=1、
K3=0に設定すると共に、パルスマスク回路13をス
ルー状態にして、撮像素子1での露光時間を1フィール
ド又は1フレーム期間に設定する。この場合、撮像素子
1では1フィールド又は1フレーム期間光電変換を行い
該撮像素子内に信号電荷を蓄積し、該フィールド又はフ
レームの終わりで撮像素子内電荷を読み出し回路(一般
的には垂直CCD)に転送すると同時に、次のフィール
ド又はフレーム用の光電変換及び電荷の蓄積を開始し、
該読み出し回路から信号を読み出し、CDS2,AGC
3,A/D4,カメラ処理回路5、乗算回路6、加算回
路7及びNTSC/PAL変調回路9を介してテレビジ
ョン信号を得ている。 K2=1、K3=0であるため
SDRAM16からの信号は一切使用せずにカメラ処理
5からの信号のみで動作しており、1フィールド又は1
フレーム期間蓄積された電荷からテレビジョン信号を得
ている。
【0011】(2)アイリス調整のみでは十分な信号量
が確保できないもの、AGC利得を上げる事で信号量の
調整が可能な明るさの場合 マイコン18がアイリス・フォーカス検波17の結果及
びK1(AGC3の利得)に設定している値から被写体
の明るさを判断して、AGC利得の調整により必用な信
号量が得られると判断される時は、該マイコンがAGC
利得すなわちK1を制御すると共にK2=1、K3=0
に設定し、かつ、パルスマスク回路13をスルー状態に
して、前記(1)と同様の動作をする。
【0012】(3)アイリス調整、AGCの利得調整で
は十分な信号量が確保できないもの、アイリス・フォー
カス検波17からはマイコン18で使用可能なS/Nの
信号が得ることができる明るさの場合 マイコン18がアイリス・フォーカス検波17の結果及
びK1(AGC3の利得)に設定している値から被写体
の明るさを判断して、アイリスの調整及びAGC利得の
調整すなわち該K1の調整のみでは必用な信号量が得ら
れ無いが、アイリス・フォーカス検波17からはマイコ
ン18で使用可能なS/Nの信号が得れると判断される
時は、該マイコンがK2=1に設定し、パルスマスク回
路13をスルー状態にして、撮像素子1での露光時間を
1フィールド又は1フレーム期間に設定すると共に、K
3の値を制御して必用な信号量を確保している。カメラ
処理回路5からの出力だけでは十分な信号量が確保でき
ないため該K3の制御により、SDRAM16に保持し
ている現フィールド又はフレーム以前の信号を加算回路
7で加算して必用な信号量を確保している。該加算回路
7で加算されたデータはNTSC/PAL変調回路9で
テレビジョン信号を作ると同時に次のフィールド又はフ
レーム時の加算信号用にSDRAM16に記憶してい
る。従って、SDRAM16には常に現フィールド又は
フレーム以前の信号が保持されている。該加算は信号レ
ベルを上げると同時に前のフィールドと相関がある信号
の方が相関が無い雑音より大きくなる為、S/Nを改善
する効果も得られる。また、S/Nが多少悪いもののフ
ィールド又はフレーム間隔でマイコン18にアイリス・
フォーカス検波17から検波データが送られるため、該
データで制御されるフォーカス等がスムーズに制御でき
る上に、制御アルゴリズムを変えないで済む効果があ
る。
【0013】(4)アイリス・フォーカス検波17から
はマイコン18で使用可能なS/Nの信号が得られ無い
ほど暗い被写体になった場合 マイコン18がアイリス・フォーカス検波17の結果、
K1(AGC3の利得)K3に設定している値から被写
体の明るさを判断して、マイコン18で使用できるS/
Nの信号が確保できない暗い被写体であると判断される
時は、該マイコンがK2=1、K3=0に設定すると共
に、パルスマスク回路13をNフィールド又はNフレー
ムに一回の割合でスール状態にして、撮像素子1での露
光時間をNフィールド又はNフレーム期間に設定する。
この場合、撮像素子1ではNフィールド又はNフレーム
期間光電変換を行い該撮像素子内に信号電荷を蓄積し、
Nフィールド又はNフレームの蓄積終了の終わりで撮像
素子内電荷を読み出し回路(一般的には垂直CCD)に
転送すると同時に、次のNフィールド又はNフレーム期
間の光電変換及び電荷の蓄積を開始し、かつ、該読み出
し回路から1フィールド又は1フレーム期間でNフィー
ルド又はNフレーム期間蓄積した信号を読み出し、CD
S2,AGC3,A/D4,カメラ処理回路5、乗算回
路6、加算回路7及びNTSC/PAL変調回路9を介
してテレビジョン信号を得ると同時に該カメラ処理回路
5からの信号をSDRAM16に書き込んでいる。この
場合、Nフィールド又はNフレーム期間期間に1フィー
ルド又は1フレーム期間しかテレビジョン信号が得られ
ないため、正しい信号が得られないフィールド又はフレ
ームではK2=0,K3=1に設定して該SDRAM上
に記録した信号からテレビジョン信号を生成している。
この場合、フォーカス制御の動作を遅くする必要が有る
が、(3)の状態よりS/Nを改善効果が大きいのでよ
り暗い被写体を鮮明に写す事が出来る。
【0014】上記のように、被写体の明るさを検出する
手段を設け、該明るさを検出する手段の結果の基づいて
フィールドもしくはフレーム間での画像を混合する手段
と光電変換時間を制御する手段を制御する事で、フォー
カス等にカメラ制御の性能保持と高感度化を両立する事
が出来る。また、撮像素子で露光を伸ばして得た信号
と、SDRAM16に保持した以前のフィールド信号を
混合をしても良い。
【0015】本発明では、AGC回路の利得だけでは十
分な信号量が確保できない明るさになっても感度向上と
S/N改善の信号加算を撮像素子の外部で行う為、アイ
リスやオートフォーカス等の制御データが通常撮影時と
同一のレートで得られるので、急に明るくなった場合で
も瞬時に最適な露光を実現できるし、撮影の場所を変え
た場合でもフォーカスが瞬時に追従できる。また、通常
撮影時と同一のアルゴリズムでアイリスやオートフォー
カス等の制御ができるのでプログラムの量を増加させな
い効果も有る。
【0016】第二の実施例を図2を用いて説明する。本
実施例は図1の実施例において現フィールドとそれ以前
のフィールドの信号加算をカメラ処理を施す前に行った
例であり、第一の実施例と本質的に等しく同等の効果が
得られる。別の効果としては撮像素子からの出力の方が
輝度及び色差に直した時の出力より信号のビット数が少
ないのでメモリの容量を削減できる効果も有る。
【0017】
【発明の効果】本発明によれば、通常の撮像では十分な
信号量が得られない明るさであっても、撮像素子内部で
の信号加算と外部での信号加算を選択できるようにし、
アイリスやフォーカス等に制御がある程度できる明るさ
の場合には外部加算とすることにより、撮像素子から通
常のレートの信号を得ることができ、スムーズなカメラ
制御が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示す図
【図2】本発明の第2の実施例を示す図
【符号の説明】
1・・・撮像素子 2・・・CDS 3・・・AGC 4・・・A/D 5・・・カメラ処理回路 6,8・・・乗算回路 7・・・加算回路 9・・・NTSC/PAL変調回路 10・・・同期信号発生回路 11・・・撮像素子駆動回路 12・・・水晶発振子 13・・・パルスマスク回路 14・・・メモリコントローラ 15・・・I/Oセル 16・・・SDRAM16 17・・・アイリス・フォーカス検波 18・・・マイコン 19・・・レンズ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】撮像素子と該撮像素子を駆動する手段と該
    撮像素子からのアナログ信号をディジタルに変換するA
    D変換手段と画像メモリとを有する撮像装置において、 該撮像素子駆動手段に光電変換時間を制御する手段と、
    該AD変換後のディジタル信号で現フィールドもしくは
    フレーム信号とそれ以前のフィールドもしくはフレーム
    信号とを混合する手段と、被写体の明るさを検出する手
    段を設け、該明るさを検出する手段の結果に基づいて該
    光電変換時間を制御する手段と該フィールドもしくはフ
    レーム間での画像を混合する手段を制御する制御手段と
    を有することを特徴とする撮像装置。
  2. 【請求項2】撮像素子と該撮像素子を駆動する手段と該
    撮像素子からのアナログ信号をディジタルに変換するA
    D変換手段と画像メモリとを有する撮像装置において、 該撮像素子駆動手段に光電変換時間を制御する手段と、
    撮像素子からの信号レベルを制御するAGC制御手段
    と、該AD変換後のディジタル信号で現フィールドもし
    くはフレーム信号とそれ以前のフィールドもしくはフレ
    ーム信号とを混合する手段と、被写体の明るさを検出す
    る手段を設け、該明るさを検出する手段の結果に基づい
    て該AGC制御手段を制御し、該AGC制御でも信号量
    を確保できなくなった場合に該光電変換時間を制御する
    手段と該フィールドもしくはフレーム間での画像を混合
    する手段を制御して信号量を確保する制御手段とを有す
    ることを特徴とする撮像装置。
  3. 【請求項3】請求項1及び2記載の撮像装置において、
    撮像素子駆動手段に設けた光電変換時間を制御する手段
    は1フィールドもしくはフレーム以上で蓄積時間を制御
    することを特徴としている撮像装置。
  4. 【請求項4】請求項1及び2記載の撮像装置において、
    現フィールドもしくはフレーム信号とそれ以前のフィー
    ルドもしくはフレーム信号とを混合する手段は前のフィ
    ールドもしくはフレーム信号を任意の割合で現フィール
    ドもしくはフレーム信号に加算する手段を設けたことを
    特徴とする撮像装置。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007312348A (ja) * 2006-04-18 2007-11-29 Fujitsu Ltd 手ぶれ補正機能付き撮像装置、手ぶれ補正方法、手ぶれ補正処理の前処理プログラム、および、保存画像決定プログラム
KR100852629B1 (ko) 2006-06-02 2008-08-18 연세대학교 산학협력단 다초점 영상 시퀀스를 이용한 홍채인식 시스템 및 방법
JP2008283329A (ja) * 2007-05-09 2008-11-20 Matsushita Electric Ind Co Ltd 撮像装置、画像出力方法、集積回路
KR100885576B1 (ko) * 2002-06-07 2009-02-24 엘지전자 주식회사 홍채 인식 시스템의 슬릿을 이용한 다초점 장치
US8164642B2 (en) 2006-09-28 2012-04-24 Nikon Corporation Image-capturing device with a destructive read-type image sensor

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