JP2003032555A

JP2003032555A - 撮像装置

Info

Publication number: JP2003032555A
Application number: JP2001219998A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Mori; 圭一森; Hideaki Yoshida; 英明吉田
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2001-07-19
Filing date: 2001-07-19
Publication date: 2003-01-31
Anticipated expiration: 2021-07-19
Also published as: JP4989825B2

Abstract

(57)【要約】【課題】フィールドによるタイミング差の問題を招くこ
となく、インターレース対応の分割型露光撮像を実現す
る。【解決手段】システムコントローラ１１２には、分割型
露光撮像を制御するための分割露光制御部１１２ｂが設
けられている。この分割型露光撮像はインターレース対
応のものであり、この分割型露光撮像の撮像シーケンス
においては、全電荷排出パルスＣＤＰによる電荷排出か
らメカシャッタ１０４による遮光までの全露光期間を奇
偶各フィールドで異なるタイミングによる露光分割を行
ない、得られた各部分撮像出力を信号処理部１０８ａで
奇偶各フィールド毎に個別に加算処理することにより全
露光期間に対応する１つのフレーム画像が生成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はＣＣＤ等の固体撮像
素子を用いて被写体像の撮像を行う撮像装置に関し、特
にインターレース駆動によって固体撮像素子からの信号
読み出しを行う撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＣＣＤ等の固体撮像素子を用いた
ディジタルスチルカメラにおいては、その撮像によって
得られた画像信号の画質向上を目的とした様々な特殊駆
動が考えられている。例えば、インターレース読み出し
型の撮像装置では、メカシャッタと素子シャッタとを併
用することで、奇偶の２フィールド間の露光時間差を無
くす工夫がなされている。すなわちこれは固体撮像素子
の全画素の電荷をオーバーフロードレインに排出するた
めの全電荷排出パルス（以下、ＣＤＰ；Charge Drain P
ulse）の出力によって露光を開始すると共に、露光開始
から所定期間後にメカシャッタによって固体撮像素子へ
の被写体光の入力を遮光した状態で、奇偶両フィールド
からの信号読み出しをフィールド順次に行う方式であ
る。

【０００３】また最近では、全画素の蓄積電荷を個別に
順次読み出す全画素順次読出し型の撮像素子を対象とし
た特殊駆動方式も開発されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】例えば、本出願人は、
先に、長時間シャッタ時等に生じる手ぶれ画像の記録を
防ぐために、全露光時間を複数の部分露光時間に分割し
て複数回の撮像（露光および信号読出し）を行なった後
に信号加算によって１枚の画像を生成する分割型露光撮
像を使用し、各回の部分露光撮像にて得られた複数の画
像間で位置ずれの補正を行ってから信号加算を行なう技
術を提案している。（特願平１１−２０１３５０号明細
書）これにより、ディジタルスチルカメラにおいても、ムー
ビーと同様に、デジタル演算処理による手ぶれ補正を実
現することが可能となる。またさらに、上記のような分
割型露光撮像は、長時間露光時におけるノイズ抑圧効果
等を得るための要素技術としても期待されている。

【０００５】しかし、上記のような分割型露光撮像はあ
くまで全画素順次読出し型の撮像素子を対象としたもの
であって、これをインターレース型の撮像素子にそのま
ま適用することはできない。インターレース型に適用す
ると、分割のタイミング（時間的境界）が奇偶２つのフ
ィールドで異なってしまい、フィールドによるタイミン
グ差の問題が生じてしまうからである。

【０００６】すなわち、従来インターレース型の撮像素
子の場合には、上記のようにメカシャッタを併用した静
止画フレーム撮像においては全電荷排出パルスＣＤＰに
よる全画素同時電荷排出（注：電荷排出を繰り返し何回
行なっても、その最後の排出実行（＝それ以後の排出停
止）によって実質的な露光開始時点が決まるものである
が、本明細書においてはそのような「最終的電荷排出実
行」のことを指して、単に全電荷排出パルスＣＤＰの出
力と称し、タイムチャート上も一つのパルス出力として
表現する）からメカシャッタ閉による光遮断までを実質
的露光時間とすることで、フィールドによるタイミング
差の無い１つのフレーム画を得ているが、上記分割型露
光撮像においては各部分撮像の実質的露光時間は電荷移
送のための電荷読み出しパルスＴＧＰによって分割され
ることになるから、奇偶の各フィールドを交互に読み出
すインターレース駆動を行なうと全画素同タイミングの
露光分割を行なうことが出来なくなってしまうものであ
った。

【０００７】つまり、全画素順次読出し型の場合には１
つの電荷読み出しパルスＴＧＰによって全画素同時の信
号読み出しが開始されるため、全露光時間を複数の電荷
読み出しパルスＴＧＰによって分割しても各部分露光時
間毎に全画素同時の露光タイミングが得られるが、イン
ターレース型の場合には奇偶の一方のフィールドからの
信号読み出しの完了を待ってから他方のフィールドから
の信号読み出しを行うことが必要となるので、電荷読み
出しパルスＴＧＰによって露光時間を分割する方式の場
合には上記したフィールドによるタイミング差の問題が
生じることになるのである。その結果、特に初回に得ら
れるフレーム画像については、全電荷排出パルスＣＤＰ
による全画素同時電荷排出から電荷読み出しパルスＴＧ
Ｐの出力によって初回の部分露光が終了されるまでの時
間が奇数フィールドと偶数フィールドとで異なることに
なるため、奇偶フィールド毎に露光レベルの異なるライ
ンフリッカ画像となってしまう。また最後に得られるフ
レーム画像についても、電荷読み出しパルスＴＧＰの出
力からメカシャッタ閉による光遮断までの時間が奇数フ
ィールドと偶数フィールドとで異なるので、同様の問題
が生じる。

【０００８】本発明は上記事情を考慮してなされたもの
で、その目的とするところは、フィールドによるタイミ
ング差の問題を招くことなく、インターレース対応の分
割型露光撮像を実現することができる撮像装置を提供す
ることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、本発明の撮像装置は、固体撮像素子と、前記固体撮
像素子への被写体光入力を制御する光学的シャッタ手段
と、前記固体撮像素子の画素電荷信号をインターレース
読出しに対応した第１と第２の各フィールド毎に独立に
読出すことが可能な駆動手段と、前記駆動手段が前記撮
像素子から読出した信号に基づいて撮像信号を生成する
信号処理手段と、前記光学的シャッタ手段および前記駆
動手段および前記信号処理手段を制御する制御手段とを
具備し、前記駆動手段は前記各フィールド毎の信号読出
し動作の一部として前記固体撮像素子の画素部からの電
荷移送を実行する電荷読出しパルスＴＧＰの出力手段お
よび前記固体撮像素子の全フレームの画素電荷を同時に
排出する電荷排出パルスＣＤＰの出力手段を有したもの
であって、前記制御手段は、当該被写体撮像に際して
は、前記電荷排出パルスＣＤＰの出力またはその後に実
行された前記光学的シャッタ手段の開成により全露光を
開始させた後、前記光学的シャッタ手段による遮光によ
って全露光を終了させるに際し、前記全露光終了時点以
前に前記第１および第２の各フィールドに対応した前記
電荷読出しパルスＴＧＰをそれぞれ少なくとも１回ずつ
出力して第１と第２の各フィールドの信号読出しを行な
うことにより得られた第１群の部分露光信号および、前
記全露光を終了させる時点以後に第１および第２の各フ
ィールドに対応した前記電荷読出しパルスＴＧＰをそれ
ぞれ出力して第１と第２の各フィールドの信号読出しを
行なうことにより得られる第２群の部分露光信号とを前
記信号処理手段に入力し、前記信号処理手段において前
記第１と第２の各フィールド毎に前記第１群の部分露光
信号と前記第２群の部分露光信号とを加算することによ
り、当該被写体撮像に関する全露光に対応する第１と第
２の各フィールドの撮像信号をそれぞれ生成するように
構成されたものであることを特徴とする。

【００１０】この撮像装置においては、電荷排出から遮
光までの全露光期間を奇偶各フィールドで異なるタイミ
ングによる露光分割を行ない、得られた各部分撮像出力
を奇偶各フィールド毎に個別に加算処理することにより
全露光期間に対応する１つのフレーム画像が生成され
る。全露光期間は、電荷読出しパルスＴＧＰの出力タイ
ミングとは無関係に第１と第２のフィールド間で同一で
あるから、上記のようにフィールド毎に各部分撮像出力
を個別に信号加算することで、フィールド間にタイミン
グ差が無い高画質のフレーム画像を生成することが出来
る。

【００１１】また、被写体撮像に使用すべき露出時間を
制御する露出制御手段をさらに具備し、前記全露光の開
始時点から前記光学的シャッタ手段による全露光終了時
点に至る時間を、前記露出制御手段における露出時間に
対応させるように構成することで、適正露出のフレーム
画像を得ることが可能となる。

【００１２】また、前記各部分露光信号に対して、それ
ら各部分露光信号に対応する各部分露光時間の値に応じ
たゲインを適用するための可変増幅手段を設けることに
より、各部分撮像に対応して異なるゲインを適用するこ
とが好ましい。これによって量子化ノイズの低減や後段
の処理（例えば位置ずれ検出のための相関演算など）の
容易化を図ることができるから、ぶれ（位置ずれ）補正
カメラを容易に得ることができる。

【００１３】また、各部分撮像に対応して異なるゲイン
を適用した場合には、第１と第２の各フィールド毎の前
記第１群の部分露光信号と前記第２群の部分露光信号と
の加算に際しては、前記ゲインに対応した所定の重み係
数による重み付け加算を行なうことが好適である。これ
によって露光時間が短い部分撮像（従って高いゲインが
適用された部分画像）に起因する画質劣化を回避するこ
とができる。

【００１４】また、全露光終了時点以前における各フィ
ールドの信号読出しのための前記電荷読出しパルスＴＧ
Ｐのうち最初の出力（有効出力）は、前記全露光の開始
時点から１フィールド読み出し期間経過した時点で行な
われるようにすることで、電荷排出パルスＣＤＰの出力
タイミングを電荷読出しパルスＴＧＰの出力タイミング
に一致させた場合には初回の部分露光においても少なく
とも１フィールド読み出し期間分の露光時間を確保する
ことが可能となり、画質劣化を防止することが出来る。

【００１５】さらに、フィールド毎に各部分撮像出力を
個別に信号加算する際には、各フィールド毎に、前記第
１群の部分露光信号と前記第２群の部分露光信号との間
の位置ずれの補正を行い、その位置ずれ補正後の部分露
光信号同士を加算することで、手ぶれ補正を行うことが
出来る。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を説明する。図１には、本発明の一実施形態に係
わる撮像装置の構成が示されている。ここでは、ディジ
タルスチルカメラとして実現した場合を例示して説明す
ることにする。図中１０１は撮像レンズ系、１０２はレ
ンズ系１０１を駆動するためのレンズ駆動機構、１０３
はレンズ系１０１の絞りを制御するための露出制御機
構、１０４はメカニカルシャッタ、１０５は被写体像を
光電変換するためのＣＣＤカラー撮像素子、１０６は撮
像素子１０５を駆動するためのＣＣＤドライバ、１０７
はアナログゲインコントロールアンプ（ＧＣＡ）１０７
ａ，Ａ／Ｄ変換器１０７ｂ等を含むプリプロセス回路、
１０８は色信号生成処理，マトリックス変換処理，その
他各種のディジタル演算処理を行なうディジタルプロセ
ス回路、１０９はカードインターフェース、１１０はメ
モリカード、１１１はＬＣＤ画像表示系を示している。
ディジタルプロセス回路１０８には、デジタル演算処理
のためのバッファメモリ１０８ａおよび信号処理部１０
８ｂが設けられている。

【００１７】また、図中の１１２は各部を統括的に制御
するためのシステムコントローラ（ＣＰＵ）、１１３は
各種ＳＷからなる操作スイッチ系、１１４は操作状態及
びモード状態等を表示するための操作表示系、１１５は
レンズ駆動機構１０２を制御するためのレンズドライ
バ、１１６は発光手段としてのストロボ、１１７は露出
制御機構１０３及びストロボ１１６を制御するための露
出制御ドライバ、１１８は各種設定情報等を記憶するた
めの不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）を示している。

【００１８】本実施形態のカメラにおいては、システム
コントローラ１１２が全ての制御を統括的に行ってお
り、露出制御機構１０３およびメカシャッタ１０４とＣ
ＣＤドライバ１０６によるＣＣＤ撮像素子１０５の駆動
を制御して露光（電荷蓄積）及び信号の読み出しを行な
い、それをプリプロセス回路１０７を介してＡ／Ｄ変換
してディジタルプロセス回路１０８に取込んで、ディジ
タルプロセス回路１０８内で各種信号処理を施した後に
カードインターフェース１０９を介してメモリカード１
１０に記録するようになっている。

【００１９】ＣＣＤカラー撮像素子１０５としては、例
えば縦型オーバーフロードレイン構造でインターレース
（飛越走査）型のものが用いられる。ＣＣＤ撮像素子１
０５の駆動制御は、ＣＣＤドライバ１０６から出力され
る各種駆動信号（全電荷排出パルスＣＤＰ、画素部から
垂直転送路への電荷移送のための電荷読み出しパルスＴ
ＧＰ、および垂直駆動パルス、水平駆動パルス等）を用
いて行われる。この場合、電荷読み出しパルスＴＧＰは
奇遇２つのフィールドそれぞれに対応して２系統用意さ
れており、撮像素子１０５の画素電荷信号を奇遇のフィ
ールド毎に独立に読出すことができる。全電荷排出パル
スＣＤＰは、各画素（光電変換部）の最大電荷蓄積レベ
ル（オーバーフローレベルＯＦＬ）を決定するための基
板バイアス電圧（ＶＳＵＢ）に重畳して出力されるパル
ス（ＶＳＵＢパルス）であり、全電荷排出パルスＣＤＰ
の出力により各画素の電荷を基板（オーバーフロードレ
イン）に排出してリセットすることができる。

【００２０】また、システムコントローラ１１２には、
図示のように、被写体撮像の測光結果またはマニュアル
操作に基づいて撮影に必要な適正露出時間を決定・制御
する露出制御部１１２ａと、分割型露光撮像を制御する
ための分割露光制御部１１２ｂとが設けられている。こ
の分割型露光撮像はインターレース対応のものであり、
この分割型露光撮像の撮像シーケンスにおいては、全電
荷排出パルスＣＤＰによる電荷排出からメカシャッタ１
０４による遮光までの全露光期間を奇偶各フィールドで
異なるタイミングによる露光分割を行ない、得られた各
部分撮像出力を信号処理部１０８ａで奇偶各フィールド
毎に個別に加算処理することにより全露光期間に対応す
る１つのフレーム画像を生成するという処理が行われ
る。

【００２１】図２は、分割型露光撮像の撮像シーケンス
を示すタイミングチャートである。図中、ＴＧＡ，ＴＧ
Ｂは第１および第２の２つのフィールド（Ａフィール
ド，Ｂフィールド）にそれぞれ対応する電荷読み出しパ
ルスを示している。分割型露光撮像においては、奇偶の
両フィールド（本例ではＡ，Ｂ２つのフィールド）から
の信号読み出しを交互に行うために、図示のようにフレ
ーム蓄積モードでのムービー駆動が行われる。すなわ
ち、この方式による露光時間分割の最小単位は１フレー
ム（２フィールド）読み出し期間である。例えばＮＴＳ
Ｃ駆動の場合標準では１／３０秒となるが、この場合の
「読み出し期間」は転送レートを上げることによって任
意に短縮することができるものであり本質的では無い
（レートＮ倍の場合は最小単位は標準の１／３０秒の１
／Ｎ倍に短縮される）。本例では１フレーム読み出し期
間を１／６０秒（すなわち１フィールド読み出し期間が
１／１２０秒）とする。この時間をＴlimitと書く。

【００２２】この場合、フレーム蓄積モードでのムービ
ー駆動では、図示のように、ＴＧＡ，ＴＧＢはそれぞれ
１フィールド読み出し期間分の時間差をおきながら、各
々１フレーム読み出し期間間隔で順次発生される。つま
り、ＴＧＡとＴＧＢが１フィールド読み出し期間の間隔
で交互に発生されることになる。ＴＧＡが出力される
と、後続の１フィールド期間でＡフィールドの画素電荷
信号が垂直転送路、水平転送路を介して読み出され、ま
たＴＧＢが出力されると、後続の１フィールド期間でＢ
フィールドの画素電荷信号が垂直転送路、水平転送路を
介して読み出される。

【００２３】図２では、全露光時間（Ｔtotal)がＡフィ
ールドでは４つの部分露光期間ＴA1〜ＴA4に分割され、
Ｂフィールドでは３つの部分露光期間ＴB1〜ＴB3に分割
される場合のタイミング例を示している。すなわち、全
電荷排出パルスＣＤＰが出力されてから最初の電荷読み
出しパルスＴＧＡが出力されるまでがＡフィールドの初
回の部分露光期間（ＴA1）となり、ＴA1の露光で得られ
た部分露光信号（Ａ１）が続く１フィールド期間で読み
出される。そして、最初の電荷読み出しパルスＴＧＡの
出力から１フィールド期間経過した時点で、最初の電荷
読み出しパルスＴＧＢが出力される。全電荷排出パルス
ＣＤＰが出力されてから最初の電荷読み出しパルスＴＧ
Ｂが出力されるまでがＢフィールドの初回の部分露光期
間（ＴB1）となり、ＴB1の露光で得られた部分露光信号
（Ｂ１）が該当する電荷読み出しパルスＴＧＢに続く１
フィールド期間で読み出される。このようにして、Ａフ
ィールドとＢフィールドの部分露光信号が交互に読み出
されていく。

【００２４】全電荷排出パルスＣＤＰが出力されてから
適正露光時間分だけ経過した時点で、メカシャッタ１０
４が閉じられる。このメカシャッタ閉により全露光期間
が終了される。もちろん、バブル撮影モードの場合には
シャッターが押されている間は露光し続け、シャッター
が離された時点でメカシャッタ１０４を閉じても良い。

【００２５】図２の例では、ＴA3の露光で得られた部分
露光信号（Ａ３）の読み出し期間中にメカシャッタが閉
じられた場合が示されている。これにより、Ａフィール
ドでは４回目の部分露光期間（ＴA4）が、続く電荷読み
出しパルスＴＧＡの出力前に終了され、Ｂフィールドで
は３回目の部分露光期間（ＴB3）が、続く電荷読み出し
パルスＴＧＢの出力前に終了される。全露光期間は、
Ａ，Ｂ両フィールドとも全く同じである。

【００２６】メカシャッタ閉後の電荷読み出しパルスＴ
ＧＢの出力により、ＴB3の露光で得られた部分露光信号
（Ｂ３）が読み出され、そしてその後に出力される電荷
読み出しパルスＴＧＡにより、ＴA4の露光で得られた部
分露光信号（Ａ４）が読み出される。

【００２７】そして、図３に示すように、Ａフィールド
の部分露光信号Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４の加算と、Ｂフ
ィールドの部分露光信号Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４の加算
が信号処理部１０８ｂにより個別に行われ、加算によっ
て得られたＡ，Ｂ両フィールドのフィールド画同士を合
成することにより静止画記録用のフレーム画が生成され
る。なお上記各フィールド別に行なわれる加算処理につ
いては、基本的な処理としては、ただ単純に得られたデ
ータを加算するだけで良い。ただ、本実施形態において
は後述のように、量子化ノイズの低減であるとかのぶれ
補正等の処理の簡略化等の事情を考慮して、さらに高度
な処理を行なうものである。

【００２８】次に、上記分割型露光撮像にて行われる具
体的な動作について説明する。

【００２９】まず、撮影に先立ってマニュアル設定また
は測光結果に基づいて撮影に必要な適正露光時間Ｔtota
lが設定される。Ｔtotal＞Ｔlimit（Ｔlimit＝１フィー
ルド期間）の場合に分割型露光撮像を行なう。

【００３０】（甲）Ｔtotal≦Ｔlimitの場合には、本撮
像の露出時間Ｔexp＝Ｔtotalに設定して通常の１回の露
光を行ない撮像信号を読み出す。そして適宜各種信号処
理を施してメモリカード１１０に記録する。（乙）Ｔtotal＞Ｔlimitの場合には、本撮像を複数回の
連続した露光に分けて行ない、各回毎に得られた撮像信
号を公知のディジタル演算技術により加算して一つの長
時間露光画像とし、さらに適宜各種信号処理を施してメ
モリカード１１０に記録する。

【００３１】この際、図２に示されているように、ＴA
2、ＴA3、ＴB2（ＣＤＰもシャッタ閉も含まない部分露
光期間＝中間期間とする）は等しくＴlimitに設定され
る。（ぶれを最小とするため最短時間に設定。もちろ
ん、ぶれ補正を前提としない場合にはＴlimit以上の任
意の期間に設定し得る。）撮像素子１０５からの読み出し信号に対してゲインコン
トロールアンプＧＣＡ１０７ａが施すアナログ信号増幅
の標準ゲインをＧ0とする。この標準ゲインＧ0の値は、
（甲）の場合、つまり分割型露光を行わない通常撮影の
場合に用いられる値である。中間期間対応の読み出し
（転送）期間（Ａ２，Ｂ２，Ｂ３）のゲインはどれも等
しくＧm＝Ｇ0×Ｔtotal／Ｔlimitに設定される。

【００３２】同様にＡ１読み出し期間のゲインＧA1＝Ｇ
0×Ｔtotal／ＴA1、Ｂ１読み出し期間のゲインＧB1＝Ｇ
0×Ｔtotal／ＴB1、Ａ４読み出し期間のゲインＧA4＝Ｇ
0×Ｔtotal／ＴA4、Ｂ３読み出し期間のゲインＧB3＝Ｇ
0×Ｔtotal／ＴB3、に設定される。

【００３３】この意味は２つある。１つは露光時間が短
くなることで各回のＡ／Ｄ量子化ノイズが大きくなるこ
とを回避する。他の１つは各部分露光画像の被写体信号
成分のレベルが相対的に等しくなるようにする。（ぶれ
補正のための動きベクトル検出処理が単純化できる。）
以上のように行われた本撮像信号に基づく画像生成処理
は以下のようなものである。以下の処理はＡフィールド
とＢフィールドそれぞれについて同様に行なう。

【００３４】まず上記各回の露光による撮像信号（Ｓ
[k](i,j）：ただしｉ，ｊは任意画素の座標、kは何回目
の部分露光かを示す）を後述の動きベクトル検出手法を
用いて解析することにより各部分露光信号間の動き情報
である動きベクトル（Ｖ[k]＝(x[k],y[k]））を求め
る。つまり、例えばＡフィールドについては部分露光画
像Ａ１とＡ２との間で動きベクトル（Ｖ[2]）、部分露光
画像Ａ２とＡ３との間で動きベクトル（Ｖ[3]）、部分
露光画像Ａ３とＡ４との間で動きベクトル（Ｖ[4]）が
検出される。そして検出した動きベクトル情報に基づい
て各回の撮影画枠をシフトさせつつ加算を行ない最終的
な撮像画像Ｓout(i,j)を生成する。Ｂフィールドについ
ても同様の処理が行われる。

【００３５】ここで、図４に示すように、Ｓout(i,j)は
生成画像の画枠サイズに対応した所定の画素数ｐ×ｑ
（１≦ｉ≦ｐ，１≦ｊ≦ｑ）を有したものであり、ぶれ
による移動分を見込んで撮像素子１０５の全画枠（有効
撮像エリア）よりも少し小さいサイズに設定する。

【００３６】加算処理に際して、第ｋ回目の露光分まで
加算が終わった中間的なＳout(i,j)をＳout[k](i,j)と
記す。また初回の露光（ｋ＝１）の時は撮影画枠中心つ
まり生成画像画枠の中心は図４のように有効撮像エリア
の中央に設定されているが、説明を簡略化するため有効
撮像エリアの座標はこの状態において生成画像の座標
(i,j)と同数値となるように設定されているものとす
る。（従って、この状態における生成画枠外には負値座
標も存在する。）上記動きベクトルＶ[k]＝(x[k],y
[k]）の定義を（絵柄の変化が無い被写体部分に関し
て）（１）Ｓ[k](i+x[k],j+y[k]）＝Ｓ[k-1](i,j) （ｋ＝2
〜ｎ）とし、Ｖ[1]からＶ[k]までの総和である累積動きベクト
ルΣＶ[k]を（２）ΣＶ[k]＝（Σx[k],Σy[k]）＝（x[1]+x[2]+・・
・+x[k]，y[1]+y[2]+・・・+y[k]）とすると、毎回の加算処理は（３）Ｓout[1](i,j)＝Ｓ[1](i,j）×Ｇ0／Ｇ1 （１
≦ｉ≦ｐ，１≦ｊ≦ｑ）Ｓout[k](i,j)＝Ｓout[k-1](i,
j)＋Ｓ[k](i+Σx[k],j+Σy[k])×Ｇ0／Ｇk で表わすことができる。（なお各重み付け係数Ｇ0／Ｇk
はＴk／Ｔtotalに等しい。）各重み付け係数Ｇ0／Ｇkを用いた重み付け加算は、動き
ベクトル検出後に行われる。このようにして、動きベク
トル検出は可変ゲインによって露光レベルを等しくした
部分画像同士で行い、実際の信号加算に際しては、その
被写体信号成分に関して上述の基本的な加算処理（単一
のゲインの元で得られた各データを単純に加算したも
の）と等価な結果が得られるように、各ゲインの逆比に
応じた重み付け加算が行われる。

【００３７】最終的な生成画像はＳout(i,j)＝Ｓout
[ｎ](i,j) によって求められる。（上記例ではＡフィ
ールドではｎ＝４、Ｂフィールドではｎ＝３）このようにして生成されたＡ，Ｂの各フィールド画像は
最終的にはこれを合わせて１つのフレーム画像として統
合され（すなわちその後の取扱いにおいては各フィール
ドは区別されない）、その後に（甲）の場合と同じ通常
の各種信号処理を経てメモリカード１１０に記録され
る。

【００３８】ここで上記動きベクトルを検出する方法に
ついては任意の公知の手法を用いることができるが、一
例を示せば撮影画枠に対して所定の部分エリアを検出エ
リアとして設けておき、この検出エリアに関してある仮
定された動きベクトルＶ[k]に基づいて画像の相関評価
値を算出する。例えば上記（１）の左辺と右辺の差の絶
対値の総和 Σ｜Ｓ[k-1](i,j)−Ｓ[k](i+x[k],j+y[k]）｜（ここ
でのΣは（２）とは異なりｉ，ｊに関する総和記号）を求める。Ｖ[k]の仮定を変更する毎に得られた各相関
評価値を比較して最小値（相関度最大に対応、完全一致
の場合０となる）を与えるＶ[k]を求める動きベクトル
とすれば良い。上記したとおり各部分露光画像の被写体
信号成分のレベルが相対的に等しく保たれているから、
このように比較的単純な演算処理で動きベクトルを求め
ることが可能になっている。

【００３９】なお、この他にも以下のような様々な実施
形態が考えられる。

【００４０】・ＣＤＰをＴＧと実質同時（同時または直
前）のタイミングとすれば、初回の部分露光時間が一方
のフィールドでは中間と同じ露光時間、他方ではその半
分となり、処理が単純化でき、かつ最初の部分画像の極
端な劣化が生じない。また動き検出の誤動作も回避でき
る。なお、この場合ＣＤＰと同時のＴＧは信号読み出し
に関しては無効なもの、つまり初回以前の空読み出し
（ダミー）と見なす。この様子を図５に示す。図５は、
ＣＤＰをＴＧＡと同じタイミングてせ発生した場合の例
である。この場合、ＣＤＰと同時発生されるＴＧＡによ
るＡフィールドの信号読み出しはダミーとなり、電荷読
出しパルスＴＧＰのうち最初の有効出力は、ＣＤＰの出
力による全露光の開始時点から１フィールド読み出し期
間経過した時点となる。

【００４１】この場合でも最終回の部分露光で得られる
画像については（少なくとも一方のフィールドでは）そ
の部分露光時間が短くなり画質劣化、さらには動きベク
トル検出の誤動作の懸念がある。この回避策としては、１）その前までの動きベクトルから予測する。これは、
最終回の部分露光画像とその一つ前の部分露光画像との
間の動きベクトルについては、一つ前の部分露光画像と
さらに一つ前の部分露光画像との間で検出された動きベ
クトルをそのまま援用するものである。

【００４２】２）シャッタ閉タイミングを（例えば）Ｔ
Ｇと同じタイミングまたはその直前に限定する。これは
長時間露光の場合には、基本的には露光時間を厳密に微
調整することは不要であるということを前提としてい
る。

【００４３】・動き検出については、例えばＡＥ，ＡＦ
等のために本撮像前に行われる事前の画像解析（動きベ
クトル解析）に基づいて行ったり、あるいは例えばジャ
イロセンサなどの別センサからの信号に基づいて位置補
正を行うようにしても良い。

【００４４】・部分露光型撮像は長時間露光時のみなら
ず、例えば「流し撮り」の効果を得たい場合などにも有
効である。すなわち、例えば自動車などの動く被写体を
動きベクトル検出エリア（この場合の動きベクトル検出
エリアは撮像画枠よりも小さく設定する）に合わせてお
くことにより、撮影画枠を自動車の動きに追従して自動
的に位置補正することができるので、流し撮り操作を行
わずとも背景画像だけを自動的にぶらすことができ、速
度感のある画像を撮ることができる。

【００４５】・全露光の開始は、上記では電荷排出パル
スＣＤＰの最終出力によって行なっているが、これに変
えて（事前にメカシャッタを閉成しておき、電荷排出パ
ルスＣＤＰの最終出力の後にこの）メカシャッタを開成
することによって全露光を開始させても良い。

【００４６】・全露光時間の終了はＣＣＤ１０５への被
写体光の入力を遮光すればよいので、メカシャッタの
他、例えば液晶シャッタなどの種々の光学的シャッタ手
段を利用することが出来る。

【００４７】また、上記実施形態には種々の段階の発明
が含まれており、開示される複数の構成要件における適
宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例え
ば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要
件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で
述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられてい
る効果が得られる場合には、この構成要件が削除された
構成が発明として抽出され得る。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
フィールドによるタイミング差の問題を招くことなく、
インターレース対応の分割型露光撮像を実現することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係わるディジタルカメラ
の構成を示すブロック図。

【図２】同実施形態で用いられる分割露光型撮像の撮像
シーケンスを示すタイミングチャート。

【図３】同実施形態で用いられるフィールド毎の個別の
信号加算処理の様子を示す図。

【図４】同実施形態で用いられるＣＣＤの有効撮像エリ
アと生成画像画枠との関係を示す図。

【図５】同実施形態で用いられる分割露光型撮像の撮像
シーケンスの変形例を示すタイミングチャート。

【符号の説明】

１０１…レンズ系１０２…レンズ駆動機構１０３…露出制御機構１０４…メカシャッタ１０５…ＣＣＤカラー撮像素子１０６…ＣＣＤドライバ１０７…プリプロセス回路１０７ａ…ゲインコントロールアンプ１０８…ディジタルプロセス回路１０９…カードインターフェース１１０…メモリカード１１１…ＬＣＤ画像表示系１１２…システムコントローラ（ＣＰＵ）１１２ａ…露出制御部１１２ｂ…分割露光制御部

フロントページの続きＦターム(参考） 5C022 AA13 AB55 AC42 AC69 5C024 AX01 BX01 CY22 EX31 GY01 GZ02 GZ42 HX22 HX28 JX14 JX42

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固体撮像素子と、前記固体撮像素子への被
写体光入力を制御する光学的シャッタ手段と、前記固体
撮像素子の画素電荷信号をインターレース読出しに対応
した第１と第２の各フィールド毎に独立に読出すことが
可能な駆動手段と、前記駆動手段が前記撮像素子から読
出した信号に基づいて撮像信号を生成する信号処理手段
と、前記光学的シャッタ手段および前記駆動手段および
前記信号処理手段を制御する制御手段とを具備し、前記駆動手段は前記各フィールド毎の信号読出し動作の
一部として前記固体撮像素子の画素部からの電荷移送を
実行する電荷読出しパルスＴＧＰの出力手段および前記
固体撮像素子の全フレームの画素電荷を同時に排出する
電荷排出パルスＣＤＰの出力手段を有したものであっ
て、前記制御手段は、当該被写体撮像に際しては、前記電荷
排出パルスＣＤＰの出力またはその後に実行された前記
光学的シャッタ手段の開成により全露光を開始させた
後、前記光学的シャッタ手段による遮光によって全露光
を終了させるに際し、前記全露光終了時点以前に前記第
１および第２の各フィールドに対応した前記電荷読出し
パルスＴＧＰをそれぞれ少なくとも１回ずつ出力して第
１と第２の各フィールドの信号読出しを行なうことによ
り得られた第１群の部分露光信号および、前記全露光を
終了させる時点以後に第１および第２の各フィールドに
対応した前記電荷読出しパルスＴＧＰをそれぞれ出力し
て第１と第２の各フィールドの信号読出しを行なうこと
により得られる第２群の部分露光信号とを前記信号処理
手段に入力し、前記信号処理手段において前記第１と第
２の各フィールド毎に前記第１群の部分露光信号と前記
第２群の部分露光信号とを加算することにより、当該被
写体撮像に関する全露光に対応する第１と第２の各フィ
ールドの撮像信号をそれぞれ生成するように構成された
ものであることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】被写体撮像に使用すべき露出時間を制御す
る露出制御手段をさらに具備し、前記全露光の開始時点
から前記光学的シャッタ手段による全露光終了時点に至
る時間を、前記露出制御手段における露出時間に対応さ
せるように構成されていることを特徴とする請求項１記
載の撮像装置。
【請求項３】前記各部分露光信号に対して、それら各部
分露光信号に対応する各部分露光時間の値に応じたゲイ
ンを適用するための可変増幅手段をさらに具備すること
を特徴とする請求項１または２記載の撮像装置。
【請求項４】前記信号処理手段において行なう前記第１
と第２の各フィールド毎の前記第１群の部分露光信号と
前記第２群の部分露光信号との加算に際しては、前記ゲ
インに対応した所定の重み係数による重み付け加算を行
なうように構成されていることを特徴とする請求項３記
載の撮像装置。
【請求項５】前記全露光終了時点以前における各フィー
ルドの信号読出しのための前記電荷読出しパルスＴＧＰ
のうち最初の出力は、前記全露光の開始時点から１フィ
ールド読み出し期間経過した時点で行なわれるように構
成されている請求項１乃至４のいずれか１項記載の撮像
装置。
【請求項６】前記信号処理手段において行なう前記第１
と第２の各フィールド毎の前記第１群の部分露光信号と
前記第２群の部分露光信号との加算に際しては、各フィ
ールド毎に、前記第１群の部分露光信号と前記第２群の
部分露光信号との間の位置ずれの補正が行われ、その位
置ずれ補正後の部分露光信号同士を加算するように構成
されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか
１項記載の撮像装置。