JP2002502577A - 拡張ダイナミックレンジイメージングシステム及びその方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 イメージングシステム及び方法。一実施形態において、イメージャは光検出器のアレイを有し、光検出器の各々は前記積分期間中に検出された光の結果として、積分期間中にチャージを蓄積し、アレイは、積分期間中の増加させるチャージ容量を有する。少なくとも１つ前の積分期間中に前記イメージャによって検出される輝度分散に基づいて、前記イメージャに結合するチャージ容量コントローラは、イメージャがアレイのチャージ容量を増加させる方法を調整する。

Description

【発明の詳細な説明】 拡張ダイナミックレンジイメージングシステム及びその方法 発明の背景 本発明はイメージングシステムに関し、特に、光検出器チャージ容量を、積分 期間の端部に向かって増加させ、イメージングシステムのダイナミックレンジを 拡張するイメージングシステムに関する。 関連技術の説明 電荷結合デバイス（ＣＣＤ）イメージセンサ及び相補型金属酸化膜半導体ＣＭ ＯＳイメージセンサを含む種々のタイプのイメージャ又はイメージセンサが、今 日使用されている。これらの装置は、通常ＣＣＤ及びＣＭＯＳイメージングシス テムに各々組み込まれている。そのようなシステムは、ピクセルアレイを含み、 各々、例えば、ＣＣＤ、インＣＭＯＳイメージセンサ、バーチャルゲート埋設ｎ −チャネル光検出器、Ｎ＋toＰ−基板フォトダイオード(N+to p-substrate phot odiode)又はホトゲート検出器などの光感応センサ部材を含んでいる。そのよう な光感応センサ部材を、本明細書では、一般に、光検出器と称す。 そのような装置の中で、光検出器は、光検出器の関連感知領域に到達する光強 度に従って、光学的積分期間中に、チャージ（電荷、charge）、故に電圧を蓄積 する。チャージが蓄積されるに従って、光検出器は充てんし始める。光検出器に ストアされるチャージは、ＣＣＤ型光検出器の「チャージウェル」の中にストア されると言われることがある。光検出器が満杯にチャージされると、一部、ブル ーミングを防止するために過剰チャージは短絡される。ブルーミングは、ピクセ ル飽和を越えた過剰チャージが隣接のピクセルにこぼれる現象であり、ぼやけや 関連した画像アーティファクトを引き起こす。しかし、光検出器が積分期間が終 わる前に満杯になり、追加の光子が光検出器とぶつかったとき、追加のチャージ は蓄積されることができない。このように、例えば、非常に明るい光が光検出器 に加えられる場合、積分期間の終了の前に光検出器は満杯になる可能性があり、 従って飽和して情報を失う。 レヴァイン(Levine)に付与された、１９７６年４月２７日の米国特許第3,953, 733号は、本明細書に全体で援用されており、この問題を避けるためのＣＣＤイ メージャ操作方法が教示されている。ＣＣＤ電極に加えられる電圧は、電極の下 に大量の空乏領域を形成し、それは、一定の最大のチャージ容量の「ポテンシャ ルウェル」又はチャージウェルを形成する。より大きな電極電圧は、それに対応 する大きなチャージ容量ウェルの形成を引き起こす。光検出器の最大チャージ容 量を制御する電圧、例えばＣＣＤ電極電圧を、本明細書ではチャージ容量制御電 圧と呼び、光検出器の中で蓄積されることができる最大のチャージを、本明細書 では光検出チャージ容量と呼ぶ。そのチャージ容量制御電圧は、ブルーミングバ リヤ電圧とも呼ばれている。それは、ブルーミングドレインとして作用し、ピク セルフォトダイオードからチャージを除去し、光学的過負荷中に隣接ピクセルに チャージがこぼれるのを避けるからである。 通常、加えられるチャージ容量制御電圧は、積分期間を通して一定であり、一 定のチャージ容量が、イメージャアレイの各ピクセル積分期間を通して存在する ようになっている。レヴァインは、チャージ容量制御電圧を積分期間中に変化さ せ、ＣＣＤイメージャの光学のダイナミックレンジを増加している。例えば、レ ヴァインは、一実施形態で、離散的なステップで積分期間の端部に対する、チャ ージ容量制御電圧を増加させることによって、非線形の方法でチャージ容量制御 電圧（それ故に、チャージ容量）を増加することを教示している。レヴァインは 、積分期間の終わりに向かって、チャージ容量制御電圧及びチャージ容量を増加 させる他の方法も教示している。それは、例えば十分な複数の離散的なステップ を使用して、連続的に増加するチャージ容量制御電圧を実行するか、又は線形に 増加するチャージ容量制御電圧波形を使用してそのような波形の勾配を増加させ 、イメージングシステムのダイナミックレンジを拡張するものである。 所定のイメージャのダイナミックレンジを拡張するために、この方法が使用さ れてもよいが、拡張ダイナミックレンジが所定のフレームには利用されないこと も可能である。例えば、所定のシーンは、比較的暗く、従って、コントラスト比 及びシーン情報量の損失を犠牲にしてダイナミックレンジをこのように浪費する 可能性がある。これは監視目的に使用されるイメージングシステムの場合であろ う。 概要 イメージングシステム及び方法である。実施形態において、イメージャは光検 出器のアレイを有し、各々、積分期間中に検出される光の結果として、該積分期 間中にチャージを蓄積し、前記アレイは、積分期間中に増加するチャージ容量を 有する。前記イメージャに結合されたチャージ容量コントローラは、前記イメー ジャによって少なくとも１つの前の積分期間中に検出された輝度分布に基づいて 、イメージャがアレイのチャージ容量を増加させる方法を調整する。 図面の簡単な説明 本発明のこれら及び他の特徴、見地、利点は、以下の説明、添付の請求項及び 添付の中で図面からより明白になる。 図１Ａ〜Ｃは、本発明の実施形態に従った、イメージャのダイナミックレンジ を拡張する方法を図示した波形の線図である。 図２は、本発明の実施形態に従った、システムのダイナミックレンジを拡張す るために、使用されるチャージ容量制御電圧機能をダイナミックに決定する映像 処理システムのブロック図である。 図３は、図２の映像処理システムの操作の方法を図示した典型的なヒストグラ ムである。 好ましい実施形態の説明 図１Ａ〜Ｃは、本発明の実施形態に従った、イメージャのダイナミックレンジ を拡張する方法を図示した波形の線図である。図１Ａ〜Ｃの各々は、３つの光レ ベルＩ１、Ｉ２及びＩ３の、時間に対する相対的な信号チャージのグラフである 、Ｉ３は最高強度の光レベルで、Ｉ２は最低強度の光レベルである。相対的な信 号チャージは、フォトダイオードのチャージ蓄積領域又はウェルの中で、所定の 一定の強度の光に応答して蓄積するチャージである。時間ｔは、積分期間のｔ＝ ０からｔ＝１００％までで示され、通常、１秒の１／３０又は１／６０である。 相対的な信号チャージは、０．０〜１．０で示される、１．０は、光検出器の最 大のチャージ容量を示し、その点で光検出器が飽和する。 図１Ａは時間対積分期間中の相対的な信号チャージを示す光レベルＩ１、Ｉ２ 及びＩ３であり、従来技術で光検出器が動作されるように、固定チャージ容量制 御電圧が全積分期間加えられている。図示のように、高い光レベルの、Ｉ２及び Ｉ３の両方とも積分期間が終了する前に飽和している。それは各々光検出器のチ ャージ容量が越えるからである。故に、光レベルＩ２及びＩ３は、たとえそれら が異なっても両方共に光検出器から同じ信号読み出しを生じる。このように、光 レベルＩ２及びＩ３は積分期間の終了の前に、両方とも飽和しているので、生じ た画像が、これらの光レベルより上のいかなる画像細部も表示することも不可能 である。一定の定数チャージ容量制御電圧で動作するように構成される光検出器 のアレイは、積分期間全体で、光レベルＩ１、Ｉ２及びＩ３が全て測定されるこ とができるような十分なダイナミックレンジを有していない。 これは、監視目的の状況の場合であろう。例えばシーン内のダイナミックレン ジが、イメージャのダイナミックレンジを越える可能性があり、飽和又はブルー ミング、従って損失情報を引き起こす。機械的なアイリスを調整することによっ て、イメージャレンズが「絞られる」場合、全ての３つの光レベルＩ１、Ｉ２及 びＩ３の勾配を、どれも飽和しないように効果的に低くすることができるが、画 像の暗い領域における信号対雑音比が低減され、再度、情報の損失を引き起こす 。 故に、レヴァインに関して先に述べたように、積分期間中に、なんらかの態様 でチャージ容量制御電圧が増加するチャージ容量制御電圧機能を使用することに よってイメージングシステムのダイナミックレンジを拡張することが有効である 。一実施形態において、このチャージ容量制御電圧機能は、積分期間の第一の期 間中に第一のチャージ容量制御電圧Ｖ１が光検出器に加えられ、より高いチャー ジ容量制御電圧Ｖ２が、この第一の期間の後積分期間の終了まで光検出器に加え られるツーステップ非線形電圧機能である。この実施形態で、電圧Ｖ２は、最大 チャージ容量制御電圧である、即ち、電圧Ｖ２によって、光倹出器が最大のチャ ージ容量を有するようになり、電圧Ｖ１はＶ２の電圧の一部であり、それによっ て光検出器は、最大チャージ容量の、対応した一部であるチャージ容量を有する ようになる。 このように、チャージ容量制御電圧Ｖ１は、積分期間の指定された一部分であ る第一の期間中から加えられ、チャージ容量制御電圧Ｖ２は、第一の期間後の、 積分期間の残りと等しい第二の期間に加えられる。電圧Ｖ１が加えられる第一の 期間の長さを増加させ、Ｖ２が加えられる第二の期間を対応して減少することに よって、より高い全面ダイナミックレンジが得られることができる。 本発明では、チャージ容量制御電圧機能が変化され、飽和を回避し且つシーン のコントラスト比及び情報量が最大にするために十分なダイナミックレンジが提 供される。先に述べたように、ツーステップ非線形電圧機能では、第一と第二の 期間の間でどのように積分期間を分けるかといった方法を変えることによってチ ャージ容量制御電圧機能は変化される。よりダイナミックなレンジは、より高い 強度光レベルコントラスト情報のいくらかの損失を犠牲にして、第一の期間を長 くし、第二の期間を短くすることによって得られることができる。最大のチャー ジ容量制御電圧が全体の積分期間中に加えられる場合は飽和するであろうが、第 二の期間中に追加のチャージを加えることができるので、飽和しない強度の光レ ベルは、「圧縮される」と呼ばれるであろう。それは、低強度光レベルよりも短 い期間余分のチャージを光検出器に加えるからである。 このように、チャージ容量制御電圧Ｖ１が、時間ｔ＝０〜ｔ１まで加えられ、 チャージ容量制御電圧Ｖ２が時間Δｔ１中加えられる。ここで、Δｔ１は時間ｔ １と積分期間の終了との間の期間である。Ｖ１が加えられる期間ｔ１を増加させ 、Ｖ２が加えられる期間Δｔ１を対応して低減することによって、より高い全面 ダイナミックレンジが得られることができる。このように、一実施形態では、所 定の第一のチャージ容量制御電圧Ｖ１及び第二のチャージ容量制御電圧Ｖ２に対 して、チャージ容量制御電圧機能は、時間ｔ１がいつ起こるかを変えることによ って変化される。 そのようなチャージ容量制御電圧機能を、図１Ｂ及び１Ｃで示す。各々、電圧 Ｖ１がＶ２に変わる異なった時間を有している。今、図１Ｂについて述べる。チ ャージ容量制御電圧Ｖ１は、最大のチャージ容量制御電圧Ｖ２の８０％までセッ トされる。電圧Ｖ１は、時間ｔ１で電圧Ｖ２に増加させられる。このように、時 間ｔ１までに、最大のチャージ容量の僅か８０％のチャージ容量による一時的な 飽和点がある。それは、より大きい電圧Ｖ２が時間ｔ１の後、加えられるときに 存在する。これによってこの光レベル１２と１３との間でコントラストの分化が できるようになり、それは、全体の積分期間を通して定数チャージ容量制御電圧 が使用される図１Ａで示した実施態様を使用した場合は不可能であったことであ る。これは、光レベルＩ３はまだ飽和しているが、光レベルＩ２はそうでないか らであり、その結果光レベルＩ３は、光検出器の中で光レベルＩ２より大きなチ ャージを生じ、それは、画像においてそのような光レベルに差異を認めるために 使用されることができる。 しかし、光レベルＩ３が飽和しているので、第一の期間の時間ｔ１は、光レベ ルＩ３のまわりの強度の光レベルは互いに区別することができない。図１Ｃでは 電圧時間ｔ１より後でＶ１が電圧Ｖ２に時間ｔ２で切り換わる。この実施におい て、光レベルＩ２もＩ３も飽和せず、Ｉ３まで全ての光レベルが、互いに区別で きるようになる。 本発明において、映像データの各フレームが光検出器のアレイに捕らえられる 前に、チャージ容量制御電圧機能は、最適に調整されて、捕らえられるシーン又 は画像の最も明るい部分でさえ飽和が回避され、シーンのコントラスト比及び情 報量を最大にする十分なダイナミックレンジが提供される。これは、第一の期間 をセットするために、前の画像からのダイナミックフィードバック制御を使用し て、シーンの最も明るいオブジェクトがちょうどイメージャの飽和容量に到達す るようにすることによってなされる。その内容を以下に更に詳細に説明する。前 のフレーム又は画像からの情報は、前のフレームの輝度分散が、捕らえられるべ き次のフレームの輝度分散の信頼できる予測値であるという仮定に基づいて使用 される。 認識されるように、チャージ容量制御電圧を変化することは、効果的にピクセ ルチャージ容量を変え、フレーム時間の大半に対して最大チャージ容量の一部分 で積分し、チャージ容量を積分時間の終了の方に向かって最大のチャージ容量に 増加させることのみによってピクセルのダイナミックレンジを拡張する。これに よって、シーンの明るい領域と暗い領域との両方における細部の同時に起こるイ メージングができるようになる。チャージ容量制御電圧のダイナミックな調整は 、積分時間中の効果的な非線形の光検出応答を作る。 図２に、チャージ容量制御電圧機能をダイナミックに決定するための映像処理 システム２００のブロック図を示す。これは、本発明の実施形態に従って、シス テムのダイナミックレンジを拡張するために使用されるものである。システム２ ００は、ピクセルのアレイを含むイメージャ２０１を含み、各々が光検出器を含 む。システム２００は、更にイメージャ２０１に結合されたチャージ容量コント ローラ２０２を含む。チャージ容量コントローラ２０２は、ヒストグラマ２０４ 、フィードバック関数発生器２０６、コントラストコレクタ２０５、ヒストグラ ム等化／投影ブロック２０７及びＭＵＸ２１０及び２１１を含む。システム２０ ０は出力モニタ２２０も含み、それはチャージ容量コントローラ２０２のＭＵＸ ２１１の出力に結合されている。イメージャ２０１のピクセルアレイは、例えば ＣＣＤ又はＣＭＯＳアレイであってもよく、一実施形態では、各ピクセルによっ て積分期間中に蓄積されるチャージの量に対応して各ピクセル１２ビット出力ピ クセル値（４０９６のレベル）を提供する。出力モニタ２２０は、８ビット入力 ピクセル情報を必要とする。ヒストグラマ２０４及びコントラストコレクタ２０ ５は、イメージャ２０１にライン２１２を通して結合するか又は結合可能であり 、フィードバック関数発生器２０６は、イメージャ２０１にライン２１３を通し て結合するか又は結合可能である。 捕らえられたピクセルのフレームの出力ピクセル情報は、イメージャ２０１に よって、バス２１２を通して、ヒストグラマ２０４及びコントラストコレクタ２ ０５に送られる。タップライン２１６は、ＭＵＸ２１０及び２１１への入力の場 合のように更に出力ピクセル情報を提供する。ヒストグラマ２０４の出力は、ラ イン２１４を通して、フィードバック関数発生器２０６の入力及びヒストグラム 等化／投影ブロック２０７の入力に加えられる。フィードバックブロックは、ラ イン２１３を通してイメージャ２０１の入力に機能情報を、コントラストコレク タ２０５の入力に逆数機能情報を提供する。コントラストコレクタ２０５の出力 は、ＭＵＸ２１０及びライン２１７を通して、ヒストグラム等化／投影ブロック ２０７及びＭＵＸ２１１に加えられる。ヒストグラム等化／投影ブロック２０７ の出力は、ライン２１８及びＭＵＸ２１１を通してモニタ２２０の入力に加えら れる。 このように当業者によって認識されるチャージ容量コントローラ２０２の機能 （即ちヒストグラマ２０４、フィードバック関数発生器２０６、コントラストコ レクタ２０５、ヒストグラム等化／投影ブロック２０７及びＭＵＸ２１０及び２ １１）の幾つか又は全ては、専用のディジタル信号処理ハードウェア、特定用途 向け集積回路（ＡＳＩＣ）で、又は適切にプログラムされた汎用コンピュータプ ロセッサによってリアルタイムで実行されてもよい。 システム２００は、次のように、ダイナミックにチャージ容量制御電圧機能を 調整し、イメージャ２０１の性能を最適化するために動作する。初めに、シーン （フレーム０）がイメージャ２０１によって捕らえられ、ヒストグラマ２０４に 加えられる。当業者によって認識されるように、ヒストグラマは、ピクセルのグ レーレベル（即ち輝度又は強度）を表す「ビン」に受信されるピクセルをソート する。ヒストグラマ２０４は、このように所定のフレームのグローバル輝度分散 を表す情報を含むヒストグラムを提供する。この分散から、チャージ容量制御電 圧機能は、次の画像を拡大又は圧縮するどちらにも調整されることができ、イメ ージャ２０１のグレースケール分析の全体の４０９６レベルが使用される。 図３に、図２の信号処理システム２００の操作の方法を示す典型的なヒストグ ラム３００を示す。典型的なヒストグラム３００は、フレーム０のピクセルのグ ローバル輝度分散を示す。この分散から、フレーム０についての輝度又は強度情 報は、ヒストグラムを受信するフィードバック関数発生器２０６によって決定さ れることができる。フィードバック関数発生器２０６は、次のフレームを捕らえ るために、イメージャ２０１の第一の期間をセットする機能情報を発生させ、そ の結果フレーム０の最も明るいオブジェクトのレベルの光が、飽和しないが、イ メージャの飽和点にちょうど到達するようになる。所定のレベルの光が、イメー ジャの飽和点にちょうど到達することは、積分期間の終わりに、このレベルの光 は、光検出器が、全チャージ容量に殆ど到達することを引き起こすことを意味す る。このように、関数発生器２０６によってツーステップ非線形電圧機能のため に発生させられる機能情報は、第一の電圧Ｖ１が第二の電圧Ｖ２に変わらなけれ ばならない積分期間中の、時間を示す数である 例えば、ヒストグラム３００はフィードバック関数発生器２０６によって使用 されることができ、どれがオブジェクト（ピクセルのクラスタ）であると思われ る画像の最も明るい部分の強度又は輝度であるかが決定される。単にフレームの 中で明るいピクセルの輝度レベルを使用するよりはむしろ、そのような分析がな されることができ、欠陥のある（常に白い）ピクセル又はほんの少しの明るいピ クセルだけに基づいて決定されることを避ける。このように、例えば、１００の 明るいピクセルの輝度レベル又はグレースケールに基づいて、次のフレームにど んなチャージ容量制御電圧機能を使用するべきかに関する決定は、フィードバッ ク関数発生器２０６によってなされる。図１Ｂに示すように、このように、例え ば、フレーム０の最も明るいオブジェクト（単に少しの絶縁されたピクセルだけ でなく）が約１２の強度を有するならば、フィードバック関数発生器２０６は、 ｔ１より僅かに少なく第一の期間をセットする機能情報を発生させる。しかし、 図１Ｃで示すように、フレーム０の最も明るいオブジェクトが約Ｉ３の強度を有 するならば、フィードバック関数発生器２０６は、およそｔ２に第一の期間をセ ットする機能情報を発生させる。このように、本発明のチャージ容量制御電圧機 能のダイナミックな調整を使用することによって、捕らえられる次のフレームは 、イメージャの作用ダイナミックレンジに、効果的に「圧縮される」が、コント ラスト比及びシーン情報量を最大にするために必要な最小の大きさに圧縮される 。 一実施形態において、関数発生器２０６によって提供される機能情報に従って 、イメージャ２０１は積分期間中のチャージ容量制御電圧を制御する。代替実施 形態で、関数発生器２０６は、発生させられる機能に従って、積分期間中にライ ン２１３を通って、直接にイメージャ２０１にチャージ容量制御電圧に提供する 。他の代替え実施形態で、フィードバック関数発生器２０６は、機能情報を発生 させ、フレーム０の最も明るいオブジェクトのレベルの光がイメージャを飽和さ せないことのみを確保するが、このレベルの光が、殆ど、又は、ちょうどイメー ジャを飽和させることは確保しない。 システム２００は、必要に応じて、捕らえられた映像フレームに更に信号処理 を提供する。第一に、チャージ容量制御電圧のよりダイナミックな調整が、積分 時間中に、効果的に非線形の光検出応答を作るので、この機能の逆数機能は、フ ィードバック関数発生器２０６によって発生させられ、コントラストコレクタ２ ０５に加えられる。チャージが蓄積される非線形の態様が、適切に対応する光輝 度レベルにマップされることができるようになり、それは、ピクセルによって示 されるチャージを引き起こす。これは、真に本当の色及びコントラスト表示を維 持するのに役立つ、それは、ピクセルカラーが複合のイメージングセンサ部材に よって表されるカラーイメージングに必要である。認識されるように、カラーピ クセルを作るために幾つかのセンサ部材が結合されるときに、コントラスト修正 は重要である。１つのカラー構成要素（例えば赤）を含む１つのセンサ部材が低 い輝度を含むならば、それは圧縮されず、他の部材（例えば青）は非常に明るく 圧縮され、この釣合いのとれていない圧縮が修正されず、検出されるカラーは、 シーンの本当の表示でない。各ピクセルの上で逆機能を実行することによって、 赤いピクセルは、この場合、変わらずに残り、センサ部材の輝度間でコントラス トを復元し、シーンの実際のカラーを真に表すために青いピクセルは圧縮が解除 される。 コントラストが維持されることが必要で、画像がイメージャピクセル（例えば １２のビット）のダイナミックなレンジからより高い光学のシーンダイナミック レンジ（例えば１６のビット）まで拡大されるときこのコントラスト修正は、ま た、グレースケール画像で使用されることができる。このように、イメージャの 各ピクセル２０１が僅か１２ビット解像度であっても、コントラストコレクタ２ ０５の出力は、例えば、１６ビットのダイナミックレンジを有することができる 。 ヒストグラム等化器／投影ブロック２０７は、一実施形態で、最適に受信され た入力画像（例えばライン２１６及びＭＵＸ２１０を経たイメージャ２０１から の１２ビット画像又はコントラストコレクタ２０５及びＭＵＸ２１０を経た１６ ビットのコントラスト修正画像）の広いダイナミックレンジをより低いダイナミ ックレンジモニタ（例えば８ビット解像度出力モニタ２２０）に表示するために 使用される。これは、映像チェーンの中の各リンクの情報量を最大にすることに よってこの出力モニタ２２０の上で効果的に最大の情報量を表示するために役に 立つ。 認識されるように、ヒストグラム等化及びヒストグラム投影は、いわゆる「ポ イントプロセッシング」技術を使用してコントラスト強調の一般に使用される方 法である。そのような技術を使用すること、グレーレベルの均一な密度を有する 画像は、大部分の情報を視聴者に提出するために表示コントラストを一般に最大 にする。そのような技術も、クリッピングなしでより高い解像度データを、限ら れた解像度のモニタの最適の表示のためにより小さい解像度モニタにマップする 。このように、ヒストグラム等化器／投影ブロック２０７のヒストグラム等化は 、グレースケールを再分散し、シーンの明るい領域及び暗い領域における細かい 細部が適切に強化される。そのような処理を実行する、ヒストグラム等化器／投 影ブロック２０７は、ヒストグラムだけを必要とするそれは、フィードバック関 数発生器２０６からすでに利用できる。 所望の場合は、出力モニタ２２０にライン２１６の上の修正されてない映像を 通すためにマルチプレクサ２１１をセットすることによって、ライン２１６によ り、コントラストコレクタ２０５のコントラスト修正がバイパスされることがで きるようになる。所望の場合は、出力モニタ２２０にライン２１７の上で修正さ れてない映像を通すためにマルチプレクサ２１１をセットすることによって、ラ イン２１７により、ヒストグラム等化器／投影ブロック２０７のヒストグラム等 化及び投影がバイパスされることができるようになる。このように、ＭＵＸ２１ ０及び２１１を適切に切り換えることによって、４つの映像信号のうちの１つが 、出力モニタ２２０の上で表示されるであろう。即ち、（１）未処理（即ち、コ ントラストコレクタ２０５及びヒストグラム等化器／投影ブロック２０７をスキ ップ）、（２）コントラスト強化（即ち、ヒストグラム等化器／投影ブロック２ ０７をスキップ）、（３）ヒストグラム強化（即ち、コントラストコレクタ２０ ５をスキップ）、又は（４）ヒストグラム及びコントラスト強化、である。 認識されるように、本発明のダイナミックなフィードバックは、図１Ｂ及び１ Ｃで示した２電圧非線形機能以外のチャージ容量制御電圧機能と共に使用されて もよい。例えば、複数の離散的なステップ及び電圧、又は、線形に増加するチャ ージ容量制御電圧波形のように、連続的に増加するチャージ容量制御電圧が使用 されてもよい。これらの場合には、ヒストグラマ２０４によって提供されるグロ ーバル輝度分散情報が、適切にこれらの機能を調整するために使用される。この ように、例えば、連続的に増加させているチャージ容量制御電圧が使用されるな らば、前のフレームにおける明るいオブジェクトの輝度は、チャージ容量制御電 圧機能の形を調整するために使用され、この輝度の光レベルがちょうど飽和する 。この場合、フィードバック関数発生器２０６は、それは、チャージ容量制御電 圧機能を変える方法をイメージャ２０１に指示する機能情報を発生させる。 また、すぐ前のフレーム以外の前のフレームからのヒストグラムが使用されて もよいことが認識される。例えば、最後の５つのフレームの実行平均のヒストグ ラムが、使用されてもよい。 本発明の性質を説明するために上で記載及び示した細部、素材及び部分の構成 の種々の変化が以下の請求項で挙げる発明の原理及び範囲から逸脱することなく 当業者によってなされてもよいことが理解されるであろう。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 レヴィン，ピーター，エー. アメリカ合衆国 ニュー ジャージー州 トレントン アール．アール．４ ダンバ ー ドライヴ 38 (72)発明者 パントゥソ，フランシス，ピー. アメリカ合衆国 ニュー ジャージー州 ロビンズヴィル スプリング ガーデン ロード 30

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． （ａ）光検出器のアレイを有し、該光検出器の各々が、積分期間中の光 検出の結果として該積分期間中にチャージを蓄積し、前記アレイが該積分期間中 に増加するチャージ容量を有するイメージャと、 （ｂ）前記イメージャに結合され、少なくとも１つ前の積分期間中の前記イメ ージャによって検出された輝度分散に基づいて、前記イメージャが前記アレイの チャージ容量をどのように増加させるかを調整するチャージ容量コントローラと 、を含むイメージングシステム。 ２．前記イメージャが、前記積分期間の後、前記光検出器の各々によって蓄積 されたチャージに従って映像フレームを提供し、 前記イメージャが、どのように機能を変えるかを指定した機能情報及び機能に 従って、前記積分期間中に前記アレイのチャージ容量を増加させ、 前記チャージ容量コントローラが、前記イメージャによって提供される少なく とも１つ前の映像フレームの輝度分散に従って機能情報を発生させる関数発生器 を含む請求項１記載のイメージングシステム。 ３．前記チャージ容量コントローラが、更に、前記イメージャに及び前記関数 発生器に結合されたヒストグラマを含み、前記ヒストグラマは、前記イメージャ によって提供され且つ輝度分散を含むヒストグラムを関数発生器に提供する映像 フレームを受信する請求項２記載のイメージングシステム。 ４．前記チャージ容量コントローラは、ヒストグラム等化／投影ブロックを更 に含み、前記ヒストグラマ及び前記イメージャに結合され、前記ヒストグラム等 化／投影ブロックは、現在の映像フレームのためにヒストグラムを使用して、モ ニタ上の映像フレームの情報をもった内容を最適に表示する請求項３記載のイメ ージングシステム。 ５．前記チャージ容量コントローラが、更にコントラストコレクタを含み、前 記関数発生器が逆関数情報を発生させ、該コントラストコレクタが前記イメージ ャによって提供される映像フレーム受信し、前記関数発生器によって提供された 逆関数情報を受信し、前記積分期間中に増加された前記光検出器のアレイのチャ ージ容量によって引き起こされた映像フレーム内の影響を除去する逆関数情報を 使用する請求項２記載のイメージングシステム。 ６．前記イメージャが、前記積分期間の第一の部分で前記光検出器のアレイに 第一のチャージ容量制御電圧を、前記第一の部分の後で前記光検出器のアレイに 第二のチャージ容量制御電圧を加えることによって、前記積分期間中に前記光検 出器のアレイのチャージ容量を増加させ、第一の部分の長さは前記関数発生器に よって提供される機能情報に従って決定され、前記第二のチャージ容量制御電圧 は前記第一のチャージ容量制御電圧より大きい請求項２記載のイメージングシス テム。 ７．前記関数発生器が、前記イメージャによって提供された最も近い前の映像 フレームの輝度分散に従って機能情報を発生させ、 前記最も近い前の映像フレームの中で最も明るいオブジェクトの輝度レベルを 有し且つ積分期間中にイメージャの光検出器に影響を与える光が、積分期間の終 わりで光検出器のチャージ容量を越えて蓄積するチャージを引き起こさないよう に、該機能情報が前記関数発生器によって発生される、 請求項２記載のイメージングシステム。 ８．光が、前記積分期間の終わりで、チャージが光検出器のチャージ容量にち ょうど到達するがそれを越えないことを引き起こすように、前記機能情報が関数 発生器によって発生される請求項７記載のイメージングシステム。 ９．前記イメージャが、バーチャルゲート埋設ｎ−チャネル光検出器のアレイ を有する相補型金属酸化膜半導体イメージャであり、前記光検出器の各々が、前 記光検出器に加えられるチャージ容量制御電圧の大きさに関連したチャージ容量 を有する請求項１記載のイメージングシステム。 １０．前記イメージャが、アレイチャージ結合デバイス（ＣＣＤ）光検出器を 含み、該ＣＣＤ光検出器の各々が、該ＣＣＤ光検出器に加えられるチャージ容量 制御電圧の大きさに関連したチャージ容量を有する請求項１記載のイメージング システム。 １１．光検出器のアレイを有するイメージャに結合したチャージ容量コントロ ーラを含み、該光検出器の各々が、積分期間中に検出された光の結果として該積 分期間中にチャージを蓄積し、該アレイが該積分期間中に増加するチャージ容量 を有しており、少なくとも１つ前の積分期間中に、該イメージャによって検出さ れた輝度分散を基礎として該チャージ容量コントローラが、該イメージャがアレ イのチャージ容量をどのように増加させるかを調整するイメージングシステム。 １２．（ａ）積分期間中の検出される光の結果として、積分期間中に光検出器 の各々がチャージを蓄積する、イメージャの光検出器のアレイのチャージ容量を 増加させるステップと、 （ｂ）少なくとも１つ前の積分期間中に、前記イメージャによって検出される 輝度分散を基礎にして、前記アレイのチャージ容量がどのように増加させられる かを調整するステップと、を含む方法。 １３．（ａ）積分期間中に検出される光の結果として、積分期間中に光検出器 の各々がチャージを蓄積する、イメージャの光検出器のアレイのチャージ容量を 増加させる手段と、 （ｂ）少なくとも１つ前の積分期間中に、前記イメージャによって検出される 輝度分散を基礎にして、前記アレイのチャージ容量がどのように増加させられか を調整する手段と、を含むイメージングシステム。