JP2001197362A - 固体撮像装置 - Google Patents
固体撮像装置Info
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- H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
- H04N23/70—Circuitry for compensating brightness variation in the scene
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- H04N23/76—Circuitry for compensating brightness variation in the scene by influencing the image signals
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- Signal Processing (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
- Studio Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 長時間露光信号と短時間露光信号を、なめら
かに合成させ、合成信号の画質を向上させることを目的
とする。 【解決手段】 長時間露光信号期間と短時間露光信号期
間を識別する信号を用いて、ゲイン設定値を切り替える
ＡＧＣ部ゲインセレクタ１３及びニーポイント設定値を
切り替えるニーポイントセレクタ１４により、長時間露
光信号用と短時間露光信号用のＡＧＣ部３のゲイン及び
ニー処理部４のニーポイントを独立に設定できるように
する。
かに合成させ、合成信号の画質を向上させることを目的
とする。 【解決手段】 長時間露光信号期間と短時間露光信号期
間を識別する信号を用いて、ゲイン設定値を切り替える
ＡＧＣ部ゲインセレクタ１３及びニーポイント設定値を
切り替えるニーポイントセレクタ１４により、長時間露
光信号用と短時間露光信号用のＡＧＣ部３のゲイン及び
ニー処理部４のニーポイントを独立に設定できるように
する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はビデオカメラ等に用
いられる、露光時間が長時間と短時間である長時間露光
信号と短時間露光信号の２種類の映像信号を１フィール
ド期間内に交互に出力する撮像素子と、前記長時間露光
信号と前記短時間露光信号を所定の輝度レベルで合成す
る手段とを備えた固体撮像装置において、特にニーポイ
ント、およびゲインの制御方法に関するものである。
いられる、露光時間が長時間と短時間である長時間露光
信号と短時間露光信号の２種類の映像信号を１フィール
ド期間内に交互に出力する撮像素子と、前記長時間露光
信号と前記短時間露光信号を所定の輝度レベルで合成す
る手段とを備えた固体撮像装置において、特にニーポイ
ント、およびゲインの制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】以下に従来の固体撮像素子のニー処理、
及びゲイン制御方法について説明する。
及びゲイン制御方法について説明する。
【０００３】図３は、２倍速駆動の撮像素子を用いた従
来の固体撮像素子のダイナミックレンジ拡大方式のの構
成図である。
来の固体撮像素子のダイナミックレンジ拡大方式のの構
成図である。
【０００４】図３において、撮像素子１は、水平ＣＣＤ
の転送速度が通常の２倍速度で、露光量が長時間と短時
間である２種類の映像信号を１フィールド期間内に交互
に出力できるものであり、その駆動は、撮像素子駆動用
タイミングパルス発生器１２により制御される。撮像素
子１より出力された映像信号は、相関二重サンプリング
（ＣＤＳ）処理部２により低域信号に変換後、オートゲ
イン制御（ＡＧＣ）部３によりゲイン制御された後、ダ
イナミックレンジを拡げるために、ニー処理部４によ
り、所定の輝度レベル以上の信号を圧縮する、いわゆる
ニー処理を実施する。所定の輝度レベルはニーポイント
であり、固定値である。このようなニー処理を実施した
後、Ａ／Ｄ変換器５により、アナログ信号からデジタル
信号に変換される。変換されたデジタル信号は、時間軸
変換器６により標準速度で且つ、同一タイミングである
長時間露光信号と短時間露光信号に分離後、合成処理部
７により所定の輝度レベル以下を長時間露光信号、それ
以上を短時間露光信号を用いる様に、且つ、なめらかに
合成された後、階調補正部８により階調補正され、メイ
ン信号処理部１１に送られる。このとき、輝度平均値検
波部９により、合成信号から輝度平均値を抽出し、これ
をマイクロコンピュータ１０に取り込む。マイクロコン
ピュータ１０は、輝度平均値と所定の輝度目標値を比較
し、輝度平均値が目標値より低い場合、オートゲイン制
御（ＡＧＣ）部３のゲインを上げることにより映像レベ
ルを上げて、逆の場合には、映像レベルを下げる様にオ
ートゲイン制御（ＡＧＣ）部３に設定するゲインを算出
し、映像レベルを制御している。
の転送速度が通常の２倍速度で、露光量が長時間と短時
間である２種類の映像信号を１フィールド期間内に交互
に出力できるものであり、その駆動は、撮像素子駆動用
タイミングパルス発生器１２により制御される。撮像素
子１より出力された映像信号は、相関二重サンプリング
（ＣＤＳ）処理部２により低域信号に変換後、オートゲ
イン制御（ＡＧＣ）部３によりゲイン制御された後、ダ
イナミックレンジを拡げるために、ニー処理部４によ
り、所定の輝度レベル以上の信号を圧縮する、いわゆる
ニー処理を実施する。所定の輝度レベルはニーポイント
であり、固定値である。このようなニー処理を実施した
後、Ａ／Ｄ変換器５により、アナログ信号からデジタル
信号に変換される。変換されたデジタル信号は、時間軸
変換器６により標準速度で且つ、同一タイミングである
長時間露光信号と短時間露光信号に分離後、合成処理部
７により所定の輝度レベル以下を長時間露光信号、それ
以上を短時間露光信号を用いる様に、且つ、なめらかに
合成された後、階調補正部８により階調補正され、メイ
ン信号処理部１１に送られる。このとき、輝度平均値検
波部９により、合成信号から輝度平均値を抽出し、これ
をマイクロコンピュータ１０に取り込む。マイクロコン
ピュータ１０は、輝度平均値と所定の輝度目標値を比較
し、輝度平均値が目標値より低い場合、オートゲイン制
御（ＡＧＣ）部３のゲインを上げることにより映像レベ
ルを上げて、逆の場合には、映像レベルを下げる様にオ
ートゲイン制御（ＡＧＣ）部３に設定するゲインを算出
し、映像レベルを制御している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】２倍速駆動の撮像素子
を用いたダイナミックレンジ拡大信号処理では、短時間
露光信号の露光時間を短くするほど、ダイナミックレン
ジを拡げることができるが、長時間露光信号と短時間露
光信号の露光時間の差が大きくなるほど、長時間露光信
号と短時間露光信号の光量変化に対する信号量の変化量
の割合がなめらかに合成することが難しくなる。長時間
露光信号の露光時間は、１垂直走査時間（ＮＴＳＣ方式
の場合、約１／６０秒）からブランキング期間（約１／
１０００秒）を差し引いた時間以下であり、短時間露光
信号の露光時間は、ブランキング期間が最大となるが、
ダイナミックレンジ性能を向上させるために、従来、１
／２０００秒で抑えていた短時間露光信号の露光時間
を、１／４０００秒まで短くしようとすると、合成部分
のなめらかさは半減し、階調感が悪化する。すなわち、
ダイナミックレンジ性能を向上させるために、短時間露
光信号の露光時間を短くすると、画質が劣化する。
を用いたダイナミックレンジ拡大信号処理では、短時間
露光信号の露光時間を短くするほど、ダイナミックレン
ジを拡げることができるが、長時間露光信号と短時間露
光信号の露光時間の差が大きくなるほど、長時間露光信
号と短時間露光信号の光量変化に対する信号量の変化量
の割合がなめらかに合成することが難しくなる。長時間
露光信号の露光時間は、１垂直走査時間（ＮＴＳＣ方式
の場合、約１／６０秒）からブランキング期間（約１／
１０００秒）を差し引いた時間以下であり、短時間露光
信号の露光時間は、ブランキング期間が最大となるが、
ダイナミックレンジ性能を向上させるために、従来、１
／２０００秒で抑えていた短時間露光信号の露光時間
を、１／４０００秒まで短くしようとすると、合成部分
のなめらかさは半減し、階調感が悪化する。すなわち、
ダイナミックレンジ性能を向上させるために、短時間露
光信号の露光時間を短くすると、画質が劣化する。
【０００６】この課題を解決するためには、ダイナミッ
クレンジ性能を向上させるために、短時間露光信号の露
光時間を短くしても、合成部の階調感を劣化させず、よ
りなめらかな合成を行うと同時に、短時間露光信号の露
光時間を短くすることで得られたダイナミックレンジ性
能の改善効果を損なわないようにする方法が必要があ
る。
クレンジ性能を向上させるために、短時間露光信号の露
光時間を短くしても、合成部の階調感を劣化させず、よ
りなめらかな合成を行うと同時に、短時間露光信号の露
光時間を短くすることで得られたダイナミックレンジ性
能の改善効果を損なわないようにする方法が必要があ
る。
【０００７】そのために、よりなめらかな合成を行う方
法であるが、まず、ダイナミックレンジ拡大が必要な被
写体を撮像するときに限り、長時間露光信号のニーポイ
ントを合成レベルより下げるように制御する。次に、Ｓ
／Ｎ劣化を許容できる範囲で、短時間露光信号のゲイン
上げることにする。このような処理を事前に行い、合成
すると、長時間露光信号と短時間露光信号の、合成部付
近における光量変化に対する信号量の変化量、すなわ
ち、光量変化に対する傾きが、お互いに近づくために、
よりなめらかな合成が可能になる。
法であるが、まず、ダイナミックレンジ拡大が必要な被
写体を撮像するときに限り、長時間露光信号のニーポイ
ントを合成レベルより下げるように制御する。次に、Ｓ
／Ｎ劣化を許容できる範囲で、短時間露光信号のゲイン
上げることにする。このような処理を事前に行い、合成
すると、長時間露光信号と短時間露光信号の、合成部付
近における光量変化に対する信号量の変化量、すなわ
ち、光量変化に対する傾きが、お互いに近づくために、
よりなめらかな合成が可能になる。
【０００８】しかし、短時間露光信号の露光時間を短く
して、ダイナミックレンジを改善したにもかかわらず、
短時間露光信号のゲインを、ただ、上げただけでは、ダ
イナミックレンジ改善効果を失う結果となるので、これ
を補うために、短時間露光信号のニーポイントを合成レ
ベルより高いポイントに設定できるようにする。これ
は、すなわち、短時間露光信号に疑似的なガンマ処理を
施すことになる。このとき、長時間露光信号のニーポイ
ントは、前述の理由により、別途、独立に制御する必要
があるので、長時間露光信号と短時間露光信号のニーポ
イントは、異なるレベルに設定できるような回路構成が
必要になる。また、ゲインについても、長時間露光信号
のゲインとは、低照度被写体を撮像するときに、最大に
なるように制御されるものであるが、同様なゲイン制御
を、短時間露光信号に対して実施するべきではない。つ
まり、低照度部と高照度部が混在するような被写体を撮
像したとき、且つ、低照度部の照度が、ゲインを上げな
ければならないほど、暗い条件のとき、長時間露光信号
はゲインアップさせる必要があるが、同様に短時間露光
信号をゲインアップさせると、高輝度画像部分のＳ／Ｎ
が不必要に悪化することになるからである。つまり、短
時間露光信号に対するゲイン制御は、長時間露光信号に
対するゲイン制御とは全く性格が異なり、なめらかな合
成を行うために実施するもので良い。
して、ダイナミックレンジを改善したにもかかわらず、
短時間露光信号のゲインを、ただ、上げただけでは、ダ
イナミックレンジ改善効果を失う結果となるので、これ
を補うために、短時間露光信号のニーポイントを合成レ
ベルより高いポイントに設定できるようにする。これ
は、すなわち、短時間露光信号に疑似的なガンマ処理を
施すことになる。このとき、長時間露光信号のニーポイ
ントは、前述の理由により、別途、独立に制御する必要
があるので、長時間露光信号と短時間露光信号のニーポ
イントは、異なるレベルに設定できるような回路構成が
必要になる。また、ゲインについても、長時間露光信号
のゲインとは、低照度被写体を撮像するときに、最大に
なるように制御されるものであるが、同様なゲイン制御
を、短時間露光信号に対して実施するべきではない。つ
まり、低照度部と高照度部が混在するような被写体を撮
像したとき、且つ、低照度部の照度が、ゲインを上げな
ければならないほど、暗い条件のとき、長時間露光信号
はゲインアップさせる必要があるが、同様に短時間露光
信号をゲインアップさせると、高輝度画像部分のＳ／Ｎ
が不必要に悪化することになるからである。つまり、短
時間露光信号に対するゲイン制御は、長時間露光信号に
対するゲイン制御とは全く性格が異なり、なめらかな合
成を行うために実施するもので良い。
【０００９】従って、ニーポイント設定と同様に、ゲイ
ン設定についても、長時間露光信号と短時間露光信号
は、独立に異なる設定ができるようにする必要がある。
ン設定についても、長時間露光信号と短時間露光信号
は、独立に異なる設定ができるようにする必要がある。
【００１０】しかしながら上記の従来の固体撮像装置で
は、長時間露光信号と短時間露光信号が、時系列に撮像
素子から出力され、ニー処理部、及びオートゲイン制御
部に対して、長時間露光信号と短時間露光信号に独立に
異なるゲイン設定、およびニーポイント設定ができない
という問題を有している。
は、長時間露光信号と短時間露光信号が、時系列に撮像
素子から出力され、ニー処理部、及びオートゲイン制御
部に対して、長時間露光信号と短時間露光信号に独立に
異なるゲイン設定、およびニーポイント設定ができない
という問題を有している。
【００１１】本発明は上記従来の問題を解決するもの
で、長時間露光信号と短時間露光信号をなめらかに合成
させ、ダイナミックレンジ性能を向上させながら、合成
信号の画質を向上することができる固体撮像装置を提供
することを目的とする。
で、長時間露光信号と短時間露光信号をなめらかに合成
させ、ダイナミックレンジ性能を向上させながら、合成
信号の画質を向上することができる固体撮像装置を提供
することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の固体撮像装置
は、露光時間が長時間と短時間である２種類の映像信号
を１フィールド期間内に交互に出力する撮像素子と、長
時間露光信号と短時間露光信号を所定の輝度レベルで合
成する手段とを備えた固体撮像装置において、長時間露
光信号と短時間露光信号のゲインおよびニーポイント
を、それぞれに設定する手段を備えたものであり、長時
間露光信号と短時間露光信号を合成することで、ダイナ
ミックレンジの拡大を行い、長時間露光信号と短時間露
光信号のゲインおよびニーポイントを、それぞれ設定す
ることで、合成部分の階調感を改善するという作用を有
する。
は、露光時間が長時間と短時間である２種類の映像信号
を１フィールド期間内に交互に出力する撮像素子と、長
時間露光信号と短時間露光信号を所定の輝度レベルで合
成する手段とを備えた固体撮像装置において、長時間露
光信号と短時間露光信号のゲインおよびニーポイント
を、それぞれに設定する手段を備えたものであり、長時
間露光信号と短時間露光信号を合成することで、ダイナ
ミックレンジの拡大を行い、長時間露光信号と短時間露
光信号のゲインおよびニーポイントを、それぞれ設定す
ることで、合成部分の階調感を改善するという作用を有
する。
【００１３】また、本発明の固体撮像装置は、長時間露
光信号と短時間露光信号のゲインおよびニーポイントを
それぞれ設定する手段は、長時間露光信号の期間と前記
短時間露光信号の期間を識別する信号を発生する長時間
／短時間露光信号期間識別パルス発生器と、ゲイン設定
手段と、ニーポイント設定手段とを有し、長時間／短時
間露光信号期間識別パルス発生器からの識別信号を用い
て、ゲイン設定値およびニーポイント設定値を切り替え
ることにより、長時間露光信号と短時間露光信号に対す
るゲインおよびニーポイントを、それぞれ独立に設定で
きるようにしたものであり、１系統のゲイン調整回路及
び、ニーポイント設定回路を用いて、長時間露光信号と
短時間露光信号のゲイン及びニーポイントを任意に設定
するという作用を有する。
光信号と短時間露光信号のゲインおよびニーポイントを
それぞれ設定する手段は、長時間露光信号の期間と前記
短時間露光信号の期間を識別する信号を発生する長時間
／短時間露光信号期間識別パルス発生器と、ゲイン設定
手段と、ニーポイント設定手段とを有し、長時間／短時
間露光信号期間識別パルス発生器からの識別信号を用い
て、ゲイン設定値およびニーポイント設定値を切り替え
ることにより、長時間露光信号と短時間露光信号に対す
るゲインおよびニーポイントを、それぞれ独立に設定で
きるようにしたものであり、１系統のゲイン調整回路及
び、ニーポイント設定回路を用いて、長時間露光信号と
短時間露光信号のゲイン及びニーポイントを任意に設定
するという作用を有する。
【００１４】また、本発明の固体撮像装置は、短時間露
光信号による画像を複数ブロックに分割して、各ブロッ
クごとに輝度平均値を検出する手段と、検出された輝度
平均値から、最適なゲイン及びニーポイントを算出する
アルゴリズムを実行するマイクロコンピュータを備えた
ものであり、短時間露光画像の状態に応じて、最適なゲ
イン及びニーポイントを自動的に設定するという作用を
有する。
光信号による画像を複数ブロックに分割して、各ブロッ
クごとに輝度平均値を検出する手段と、検出された輝度
平均値から、最適なゲイン及びニーポイントを算出する
アルゴリズムを実行するマイクロコンピュータを備えた
ものであり、短時間露光画像の状態に応じて、最適なゲ
イン及びニーポイントを自動的に設定するという作用を
有する。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。図１は、本発明の実施の形態におけるダイ
ナミックレンジ拡大方式のニーポイント制御の構成図で
ある。
て説明する。図１は、本発明の実施の形態におけるダイ
ナミックレンジ拡大方式のニーポイント制御の構成図で
ある。
【００１６】図１において、撮像素子１は、水平ＣＣＤ
の転送速度が通常の２倍速度で、露光量が長時間と短時
間である２種類の映像信号を１フィールド期間内に交互
に出力できるものであり、その駆動は、撮像素子駆動用
タイミングパルス発生器１２により制御される。撮像素
子１より出力された映像信号は、相関二重サンプリング
（ＣＤＳ）処理部２により低域信号に変換後、オートゲ
イン制御（ＡＧＣ）部３によりゲイン制御された後、ダ
イナミックレンジを拡げるために、ニー処理部４によ
り、所定の輝度レベル以上の信号を圧縮する、いわゆる
ニー処理を実施する。
の転送速度が通常の２倍速度で、露光量が長時間と短時
間である２種類の映像信号を１フィールド期間内に交互
に出力できるものであり、その駆動は、撮像素子駆動用
タイミングパルス発生器１２により制御される。撮像素
子１より出力された映像信号は、相関二重サンプリング
（ＣＤＳ）処理部２により低域信号に変換後、オートゲ
イン制御（ＡＧＣ）部３によりゲイン制御された後、ダ
イナミックレンジを拡げるために、ニー処理部４によ
り、所定の輝度レベル以上の信号を圧縮する、いわゆる
ニー処理を実施する。
【００１７】本発明では、１系統のオートゲイン制御
（ＡＧＣ）部３及び、ニー処理部４のゲイン、およびニ
ーポイントの設定値を、長時間露光信号と短時間露光信
号とで切り替えることにより、長時間露光信号と短時間
露光信号のゲインおよびニーポイントを、それぞれ独立
に設定できるようにしたものであり、オートゲイン制御
（ＡＧＣ）部３に与えられるゲインは、オートゲイン制
御（ＡＧＣ）部３のゲインセレクタ１３により、また、
ニー処理部４に与えられるニーポイントはニーポイント
セレクタ１４を用いて、独立にゲイン、及びニーポイン
トを設定することができる。各セレクタの切り替え信号
は、撮像素子駆動用タイミングパルス発生器１２に内蔵
した、長時間／短時間露光信号期間識別パルス発生器１
５より、図３に示すような識別パルスを出力する。
（ＡＧＣ）部３及び、ニー処理部４のゲイン、およびニ
ーポイントの設定値を、長時間露光信号と短時間露光信
号とで切り替えることにより、長時間露光信号と短時間
露光信号のゲインおよびニーポイントを、それぞれ独立
に設定できるようにしたものであり、オートゲイン制御
（ＡＧＣ）部３に与えられるゲインは、オートゲイン制
御（ＡＧＣ）部３のゲインセレクタ１３により、また、
ニー処理部４に与えられるニーポイントはニーポイント
セレクタ１４を用いて、独立にゲイン、及びニーポイン
トを設定することができる。各セレクタの切り替え信号
は、撮像素子駆動用タイミングパルス発生器１２に内蔵
した、長時間／短時間露光信号期間識別パルス発生器１
５より、図３に示すような識別パルスを出力する。
【００１８】ゲイン処理、ニー処理を実施した映像信号
は、Ａ／Ｄ変換器５により、アナログ信号からデジタル
信号に変換され、時間軸変換器６により標準速度で且
つ、同一タイミングである長時間露光信号と短時間露光
信号に分離後、７の合成処理部により所定の輝度レベル
以下を長時間露光信号、それ以上を短時間露光信号を用
いる様に、且つ、なめらかに合成される。
は、Ａ／Ｄ変換器５により、アナログ信号からデジタル
信号に変換され、時間軸変換器６により標準速度で且
つ、同一タイミングである長時間露光信号と短時間露光
信号に分離後、７の合成処理部により所定の輝度レベル
以下を長時間露光信号、それ以上を短時間露光信号を用
いる様に、且つ、なめらかに合成される。
【００１９】図５は、従来の固体撮像装置におけるニー
ポイント制御による合成動作を説明するための図であ
る。
ポイント制御による合成動作を説明するための図であ
る。
【００２０】最終映像出力にて、１００％レベル付近が
合成レベルとなるように、合成レベルと合成幅を規定す
る。長時間露光信号 Ylong は合成レベル以上から圧縮
を開始させるゲインＫを乗じた信号 K×Ylongを作成
し、短時間露光信号 Yshort にはオフセット値 Yoffset
を加算した後、合成レベル以下で圧縮されるゲイン（１
−Ｋ）を乗じた信号 (1-K)×（Yshort + Yoffset）を作
成し、両者を加算することで、合成信号 Ymix を作成す
る。
合成レベルとなるように、合成レベルと合成幅を規定す
る。長時間露光信号 Ylong は合成レベル以上から圧縮
を開始させるゲインＫを乗じた信号 K×Ylongを作成
し、短時間露光信号 Yshort にはオフセット値 Yoffset
を加算した後、合成レベル以下で圧縮されるゲイン（１
−Ｋ）を乗じた信号 (1-K)×（Yshort + Yoffset）を作
成し、両者を加算することで、合成信号 Ymix を作成す
る。
【００２１】従来例では、ニーポイントレベルは固定で
あり、合成レベルとほぼ同じ、最終映像出力にて、１０
０％付近に設定する。
あり、合成レベルとほぼ同じ、最終映像出力にて、１０
０％付近に設定する。
【００２２】ＮＴＳＣ方式の場合、長時間露光信号の露
光時間は、１垂直走査時間（ＮＴＳＣ方式の場合、約１
／６０秒）からブランキング期間（約１／１０００秒）
を差し引いた時間以下であり、短時間露光信号の露光時
間は、ブランキング期間が最大となるが、合成部分の画
質劣化を許容できる限界として、短時間露光信号の最小
露光時間を、１／２０００秒とした。さらに、ダイナミ
ックレンジ性能を向上させるために、従来、１／２００
０秒で抑えていた短時間露光信号の露光時間を、１／４
０００秒まで短くしようとすると、合成部分のなめらか
さは半減し、階調感が悪化する。合成レベルをニーポイ
ントレベルと同じとする従来例では、短時間露光信号の
露光時間を１／２０００秒とすると、長時間露光信号の
露光時間が約１／６０秒なので、入射光量と信号量の関
係は、図２の様になり、合成ポイント付近の長時間露光
信号と短時間露光信号の入射光量と信号量変化率、すな
わち、傾き比は、露光時間比となり、 （長時間露光信号の傾き）：（短時間露光信号の傾き）
＝ １：１／３２ となる。合成ポイント付近の長時間露光信号と短時間露
光信号の傾きが近いほど、なめらかさに合成できる。
光時間は、１垂直走査時間（ＮＴＳＣ方式の場合、約１
／６０秒）からブランキング期間（約１／１０００秒）
を差し引いた時間以下であり、短時間露光信号の露光時
間は、ブランキング期間が最大となるが、合成部分の画
質劣化を許容できる限界として、短時間露光信号の最小
露光時間を、１／２０００秒とした。さらに、ダイナミ
ックレンジ性能を向上させるために、従来、１／２００
０秒で抑えていた短時間露光信号の露光時間を、１／４
０００秒まで短くしようとすると、合成部分のなめらか
さは半減し、階調感が悪化する。合成レベルをニーポイ
ントレベルと同じとする従来例では、短時間露光信号の
露光時間を１／２０００秒とすると、長時間露光信号の
露光時間が約１／６０秒なので、入射光量と信号量の関
係は、図２の様になり、合成ポイント付近の長時間露光
信号と短時間露光信号の入射光量と信号量変化率、すな
わち、傾き比は、露光時間比となり、 （長時間露光信号の傾き）：（短時間露光信号の傾き）
＝ １：１／３２ となる。合成ポイント付近の長時間露光信号と短時間露
光信号の傾きが近いほど、なめらかさに合成できる。
【００２３】一方、ダイナミックレンジ性能を改善する
ためには、短時間露光信号の露光時間をさらに短くすれ
ば良く、従来、１／２０００秒であった最短露光時間を
１／４０００秒まで短くすると、ダイナミックレンジ性
能は２倍改善できるが、合成ポイント付近の長時間露光
信号と短時間露光信号の傾き比は、 （長時間露光信号の傾き）：（短時間露光信号の傾き）
＝ １：１／６４ となり、合成部分の画質が劣化する。
ためには、短時間露光信号の露光時間をさらに短くすれ
ば良く、従来、１／２０００秒であった最短露光時間を
１／４０００秒まで短くすると、ダイナミックレンジ性
能は２倍改善できるが、合成ポイント付近の長時間露光
信号と短時間露光信号の傾き比は、 （長時間露光信号の傾き）：（短時間露光信号の傾き）
＝ １：１／６４ となり、合成部分の画質が劣化する。
【００２４】しかし、上記、本実施例の構成によれば、
長時間露光信号と短時間露光信号のゲイン、及びニーポ
イントを独立に設定できるようにしたので、図２に示す
ように、長時間露光信号のニーポイント及び、短時間露
光信号のゲイン及びニーポイントを特有の設定に制御し
た後、合成することができる。
長時間露光信号と短時間露光信号のゲイン、及びニーポ
イントを独立に設定できるようにしたので、図２に示す
ように、長時間露光信号のニーポイント及び、短時間露
光信号のゲイン及びニーポイントを特有の設定に制御し
た後、合成することができる。
【００２５】まず、ダイナミックレンジが必要な被写体
を撮像するときに限り、通常１００％である長時間露光
信号のニーポイントを８０％付近まで下げる。合成レベ
ルは変わらずに１００％付近の設定としておくので、長
時間露光信号は、ニー処理による圧縮が実施された輝度
レベルに合成ポイントが存在し、合成のなめらかさを、
従来の２倍改善することができる。
を撮像するときに限り、通常１００％である長時間露光
信号のニーポイントを８０％付近まで下げる。合成レベ
ルは変わらずに１００％付近の設定としておくので、長
時間露光信号は、ニー処理による圧縮が実施された輝度
レベルに合成ポイントが存在し、合成のなめらかさを、
従来の２倍改善することができる。
【００２６】ここで、短時間露光信号専用の輝度平均値
検波部１６により、短時間露光信号の輝度平均値を検出
し、これをマイクロコンピュータ１０に取り込み、マイ
クロコンピュータに搭載したアルゴリズムは、短時間露
光信号の輝度平均値が大きいとき、ダイナミックレンジ
が必要な被写体と判断し、長時間露光信号のニーポイン
トを下げる様に制御する。
検波部１６により、短時間露光信号の輝度平均値を検出
し、これをマイクロコンピュータ１０に取り込み、マイ
クロコンピュータに搭載したアルゴリズムは、短時間露
光信号の輝度平均値が大きいとき、ダイナミックレンジ
が必要な被写体と判断し、長時間露光信号のニーポイン
トを下げる様に制御する。
【００２７】次に、短時間露光信号に対しては、まず、
短時間露光信号のゲインを２倍程度に固定する。
短時間露光信号のゲインを２倍程度に固定する。
【００２８】短時間露光信号のゲイン設定は、長時間露
光信号のゲイン設定とは異なり、合成のなめらかさの改
善のみを目的とする。長時間露光信号のゲインとは、低
照度被写体を撮像するときに、最大になるように制御さ
れるものであるが、同様なゲイン制御を、短時間露光信
号に対して実施するべきではない。つまり、低照度部と
高照度部が混在するような被写体を撮像したとき、且
つ、低照度部の照度が、ゲインを上げなければならない
ほど、暗い条件のとき、長時間露光信号はゲインアップ
させる必要があるが、同様に短時間露光信号をゲインア
ップさせると、高輝度画像部分のＳ／Ｎが不必要に悪化
することになるからである。つまり、短時間露光信号に
対するゲイン制御は、長時間露光信号に対するゲイン制
御とは全く性格が異なり、なめらかな合成を行うために
実施するもので良い。しかし、短時間露光信号の露光時
間を短くして、ダイナミックレンジを改善したにもかか
わらず、短時間露光信号のゲインを２倍固定にするだけ
では、ダイナミックレンジ改善効果を失う結果となるの
で、これを補うために、短時間露光信号のニーポイント
を合成レベルより高いポイントに設定する。すなわち、
短時間露光信号用のニーポイントを最終映像出力にて、
１００％以上に固定すると、図２に示されるように、短
時間露光信号に折れ線ガンマ処理を実施することと同等
になり、ダイナミックレンジの改善効果を損なうこと無
く、合成のなめらかさを２倍改善できる。
光信号のゲイン設定とは異なり、合成のなめらかさの改
善のみを目的とする。長時間露光信号のゲインとは、低
照度被写体を撮像するときに、最大になるように制御さ
れるものであるが、同様なゲイン制御を、短時間露光信
号に対して実施するべきではない。つまり、低照度部と
高照度部が混在するような被写体を撮像したとき、且
つ、低照度部の照度が、ゲインを上げなければならない
ほど、暗い条件のとき、長時間露光信号はゲインアップ
させる必要があるが、同様に短時間露光信号をゲインア
ップさせると、高輝度画像部分のＳ／Ｎが不必要に悪化
することになるからである。つまり、短時間露光信号に
対するゲイン制御は、長時間露光信号に対するゲイン制
御とは全く性格が異なり、なめらかな合成を行うために
実施するもので良い。しかし、短時間露光信号の露光時
間を短くして、ダイナミックレンジを改善したにもかか
わらず、短時間露光信号のゲインを２倍固定にするだけ
では、ダイナミックレンジ改善効果を失う結果となるの
で、これを補うために、短時間露光信号のニーポイント
を合成レベルより高いポイントに設定する。すなわち、
短時間露光信号用のニーポイントを最終映像出力にて、
１００％以上に固定すると、図２に示されるように、短
時間露光信号に折れ線ガンマ処理を実施することと同等
になり、ダイナミックレンジの改善効果を損なうこと無
く、合成のなめらかさを２倍改善できる。
【００２９】従って、長時間露光信号のニーポイント制
御と合わせて、４倍の改善が可能となり、合成ポイント
の傾き比は、短時間露光信号の露光時間を１／４０００
秒とした場合でも、 （長時間露光信号の傾き）：（短時間露光信号の傾き）
＝ １：１／１６ となり、ダイナミックレンジ性能は従来比２倍の改善、
同時に、合成部分のなめらかさも従来比２倍の改善が可
能となる。
御と合わせて、４倍の改善が可能となり、合成ポイント
の傾き比は、短時間露光信号の露光時間を１／４０００
秒とした場合でも、 （長時間露光信号の傾き）：（短時間露光信号の傾き）
＝ １：１／１６ となり、ダイナミックレンジ性能は従来比２倍の改善、
同時に、合成部分のなめらかさも従来比２倍の改善が可
能となる。
【００３０】合成信号は、階調補正部８により、画像の
ヒストグラム度数の大きい階調程、コントラストが強調
されるような補正を実施した後、メイン信号処理回路１
１に送られる。このとき、輝度平均値検波部９により、
合成信号から輝度平均値を抽出し、これをマイクロコン
ピュータ１０に取り込む。マイクロコンピュータ１０
は、輝度平均値と所定の輝度目標値を比較し、輝度平均
値が目標値より低い場合、オートゲイン制御（ＡＧＣ）
部３の長時間露光信号用のゲインを上げることにより映
像レベルを上げて、逆の場合には、映像レベルを下げる
様にオートゲイン制御（ＡＧＣ）部３に設定するゲイン
を算出し、映像レベルを制御する。
ヒストグラム度数の大きい階調程、コントラストが強調
されるような補正を実施した後、メイン信号処理回路１
１に送られる。このとき、輝度平均値検波部９により、
合成信号から輝度平均値を抽出し、これをマイクロコン
ピュータ１０に取り込む。マイクロコンピュータ１０
は、輝度平均値と所定の輝度目標値を比較し、輝度平均
値が目標値より低い場合、オートゲイン制御（ＡＧＣ）
部３の長時間露光信号用のゲインを上げることにより映
像レベルを上げて、逆の場合には、映像レベルを下げる
様にオートゲイン制御（ＡＧＣ）部３に設定するゲイン
を算出し、映像レベルを制御する。
【００３１】以上のように、長時間露光信号と短時間露
光信号のゲインおよびニーポイントを、それぞれ独立に
制御可能な構成とすることで、長時間露光信号と短時間
露光信号を、なめらかに合成させ、ダイナミックレンジ
性能を向上させながら、合成信号の画質を向上させるこ
とができる。また、低照度部と高照度部が混在するよう
な被写体を撮像したとき、且つ、低照度部の照度が、ゲ
インを上げなければならないほど、暗い条件のとき、長
時間露光信号はゲインアップしても、短時間露光信号は
ゲイン固定なので、高輝度画像部分のＳ／Ｎが悪化しな
いという効果も有する。
光信号のゲインおよびニーポイントを、それぞれ独立に
制御可能な構成とすることで、長時間露光信号と短時間
露光信号を、なめらかに合成させ、ダイナミックレンジ
性能を向上させながら、合成信号の画質を向上させるこ
とができる。また、低照度部と高照度部が混在するよう
な被写体を撮像したとき、且つ、低照度部の照度が、ゲ
インを上げなければならないほど、暗い条件のとき、長
時間露光信号はゲインアップしても、短時間露光信号は
ゲイン固定なので、高輝度画像部分のＳ／Ｎが悪化しな
いという効果も有する。
【００３２】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、露光量の
異なる２種類の映像信号を合成してダイナミックレンジ
を拡大する固体撮像装置において、長時間露光信号と短
時間露光信号のゲインおよびニーポイントを、それぞれ
独立に制御可能な構成とすることで、ダイナミックレン
ジ性能を向上させながら、長時間露光信号と短時間露光
信号を、なめらかに合成させ、合成信号の画質を向上さ
せることができる優れた固体撮像装置を提供できるもの
である。
異なる２種類の映像信号を合成してダイナミックレンジ
を拡大する固体撮像装置において、長時間露光信号と短
時間露光信号のゲインおよびニーポイントを、それぞれ
独立に制御可能な構成とすることで、ダイナミックレン
ジ性能を向上させながら、長時間露光信号と短時間露光
信号を、なめらかに合成させ、合成信号の画質を向上さ
せることができる優れた固体撮像装置を提供できるもの
である。
【図１】本発明の実施の形態におけるダイナミックレン
ジ拡大方式のニーポイント制御の構成図
ジ拡大方式のニーポイント制御の構成図
【図２】本発明の実施の形態におけるニーポイント制御
による合成動作を説明するための図
による合成動作を説明するための図
【図３】長時間露光信号と短時間露光信号の期間識別パ
ルスのタイミングチャート
ルスのタイミングチャート
【図４】従来の固体撮像素子のダイナミックレンジ拡大
方式のニー処理及びゲイン制御の構成図
方式のニー処理及びゲイン制御の構成図
【図５】従来の固体撮像装置におけるニーポイント制御
による合成動作を説明するための図
による合成動作を説明するための図
１ 撮像素子 ２ 相関二重サンプリング（ＣＤＳ）処理部 ３ オートゲイン制御（ＡＧＣ）部 ４ ニー処理部 ５ Ａ／Ｄ変換器 ６ 時間軸変換器 ７ 合成処理部 ８ 階調補正部 ９ 輝度平均値検波部 １０ マイクロコンピュータ １１ メイン信号処理部 １２ 撮像素子駆動用タイミングパルス発生器 １３ ＡＧＣ部ゲインセレクタ １４ ニーポイントセレクタ １５ 長時間／短時間露光信号期間識別パルス発生器 １６ 短時間露光信号専用輝度平均値検波部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 神谷 正行 神奈川県横浜市港北区綱島東四丁目３番１ 号 松下通信工業株式会社内 Ｆターム(参考） 5C022 AA11 AB03 AB17 AB20 AC42
Claims (3)
- 【請求項１】 露光時間が長時間と短時間である長時間
露光信号と短時間露光信号の２種類の映像信号を１フィ
ールド期間内に交互に出力する撮像素子と、前記長時間
露光信号と前記短時間露光信号を所定の輝度レベルで合
成する手段とを備えた固体撮像装置において、前記長時
間露光信号と前記短時間露光信号のゲインおよびニーポ
イントを、それぞれ設定する手段を備えたことを特徴と
する固体撮像装置。 - 【請求項２】 前記長時間露光信号と前記短時間露光信
号のゲインおよびニーポイントをそれぞれに設定する手
段は、前記長時間露光信号の期間と前記短時間露光信号
の期間を識別する信号を発生する長時間／短時間露光信
号期間識別パルス発生器と、ゲイン設定手段と、ニーポ
イント設定手段とを有し、前記長時間／短時間露光信号
期間識別パルス発生器からの識別信号を用いて、ゲイン
設定値およびニーポイント設定値を切り替えることによ
り、前記長時間露光信号と前記短時間露光信号に対する
ゲインおよびニーポイントを、それぞれ独立に設定でき
るようにしたことを特徴とする請求項１記載の固体撮像
装置。 - 【請求項３】 前記短時間露光信号による画像を複数ブ
ロックに分割して、各ブロックごとに輝度平均値を検出
する手段と、検出された前記輝度平均値から前記ゲイン
およびニーポイントを算出するアルゴリズムを実行する
マイクロコンピュータを備えたことを特徴とする請求項
１または２記載の固体撮像装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000005516A JP3642245B2 (ja) | 2000-01-14 | 2000-01-14 | 固体撮像装置 |
| EP01100739A EP1117252A1 (en) | 2000-01-14 | 2001-01-12 | Solid state imaging apparatus |
| US09/759,257 US6972800B2 (en) | 2000-01-14 | 2001-01-16 | Solid state imaging apparatus for a video camera capable of independently performing a knee point adjustment and a gain control |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000005516A JP3642245B2 (ja) | 2000-01-14 | 2000-01-14 | 固体撮像装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001197362A true JP2001197362A (ja) | 2001-07-19 |
| JP3642245B2 JP3642245B2 (ja) | 2005-04-27 |
Family
ID=18534173
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000005516A Expired - Fee Related JP3642245B2 (ja) | 2000-01-14 | 2000-01-14 | 固体撮像装置 |
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|---|---|
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| EP (1) | EP1117252A1 (ja) |
| JP (1) | JP3642245B2 (ja) |
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