JP2003101886A - Image pickup device - Google Patents
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Landscapes
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
- Color Television Image Signal Generators (AREA)
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、撮像装置、より詳
しくは、広ダイナミックレンジ画像を得ることが可能な
撮像装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image pickup device, and more particularly to an image pickup device capable of obtaining a wide dynamic range image.
【0002】[0002]
【従来の技術】デジタルカメラの進歩は近年目覚ましい
ものがあるが、従来より広く用いられていた銀塩写真と
比較すると、撮像素子のダイナミックレンジが狭いこと
が課題となっている。2. Description of the Related Art The progress of digital cameras has been remarkable in recent years, but the problem is that the dynamic range of the image pickup device is narrower than that of silver halide photography, which has been widely used in the past.
【0003】そこで、ダイナミックレンジが拡大された
画像を得るために、単一の撮像素子を備えたデジタルカ
メラにおいて、シャッタ速度を異ならせて2枚の画像を
連続して撮影し、これら2枚の画像を合成することによ
り広ダイナミックレンジ画像を得る技術が、従来より提
案されている。Therefore, in order to obtain an image with an expanded dynamic range, in a digital camera equipped with a single image pickup device, two images are continuously taken with different shutter speeds, and these two images are taken. A technique for obtaining a wide dynamic range image by synthesizing images has been conventionally proposed.
【0004】しかし、この場合には、2枚の画像を連続
して撮影する間に被写体が移動したりすると、画像間で
被写体位置が変化してしまういわゆる被写体ぶれが生じ
るために、画像の合成を行うことができない場合があ
る。従って、この技術は静的な被写体については有効で
あるものの、動的な被写体について対応することはでき
なかった。However, in this case, if a subject moves while two images are continuously shot, the subject position changes between the images, so-called subject blurring occurs, so that the images are combined. May not be possible. Therefore, although this technique is effective for static subjects, it cannot cope with dynamic subjects.
【0005】このような点を改善する技術として、例え
ば特開平11−98418号公報には、撮像系の光路を
分割することにより、2つのCCDに同一の光学像を結
像させ、2つのCCDの露光量をNDフィルタあるいは
電子シャッタの制御によって異ならせることにより、ほ
ぼ同時に露出の異なる2枚の画像を得ることができるよ
うにした撮像装置が提案されている。As a technique for improving such a point, for example, in Japanese Patent Laid-Open No. 11-98418, the optical path of the image pickup system is divided to form the same optical image on the two CCDs to form two CCDs. An image pickup apparatus has been proposed in which two exposure images having different exposures can be obtained almost at the same time by making the exposure amount of 2 different by controlling the ND filter or the electronic shutter.
【0006】また、露光の異なる2枚の画像に係る階調
変換特性を算出する手段としては、例えば特開2000
−228747号公報に記載されているような、各々の
画像の輝度エッジのヒストグラムを用いて、ダイナミッ
クレンジ拡大用の階調特性を計算する技術が挙げられ
る。As means for calculating the gradation conversion characteristics relating to two images with different exposures, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-2000
There is a technique for calculating the gradation characteristic for expanding the dynamic range by using the histogram of the luminance edge of each image as described in JP-A-228747.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平11−98418号公報に記載されたような、複数
の撮像素子を用いてダイナミックレンジ拡大を図る撮像
装置では、撮像素子を複数用いているために、コストが
高くなるという難点がある。特に、近年の高画素化され
た撮像素子を同じもの2枚用いる場合には、1枚だけを
用いる場合に比べてコストが大幅に上昇することにな
り、ひいては、製品価格にかなり大きな影響を及ぼすこ
とになる。However, in an image pickup apparatus for expanding the dynamic range by using a plurality of image pickup elements as described in Japanese Patent Laid-Open No. 11-98418, a plurality of image pickup elements are used. However, there is a drawback that the cost becomes high. In particular, in the case of using the same two image pickup devices with high pixel counts in recent years, the cost is significantly increased as compared with the case where only one image pickup device is used, and thus the product price is considerably affected. It will be.
【0008】また、複数の撮像素子を用いる場合は、処
理を工夫すれば空間周波数特性を広帯域化することがで
きる可能性があるが、上記公報には、画素ずらしなどの
特殊な技術を用いることなく広帯域化処理と広ダイナミ
ックレンジ処理を両立する技術については、特に記載さ
れていない。Further, when a plurality of image pickup devices are used, it is possible that the spatial frequency characteristic can be widened by devising the processing, but in the above publication, a special technique such as pixel shifting is used. There is no particular description of a technique for achieving both wide band processing and wide dynamic range processing.
【0009】さらに、露出の異なる画像を合成処理する
際には、通常は、各画像毎に異なる階調変換特性を用い
て階調変換が行われるが、この階調変換よって、合成画
像中の特に短時間露光の画像を用いた領域においてノイ
ズ特性が低下することがあった。Further, when synthesizing images having different exposures, gradation conversion is usually performed by using different gradation conversion characteristics for each image. In particular, the noise characteristics sometimes deteriorated in a region using an image exposed for a short time.
【0010】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、ダイナミックレンジや空間周波数帯域が広く良好
な画質の画像を得ることができる低コストな撮像装置を
提供することを目的としている。The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a low-cost image pickup apparatus capable of obtaining an image having a wide dynamic range and a wide spatial frequency band and good image quality.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、第1の発明による撮像装置は、同一の被写体に対
して複数の光学像を生成する光学系と、上記複数の光学
像の各々を撮像してアナログ画像として出力する互いに
特性の異なる複数の撮像素子と、これら複数の撮像素子
の露光量が互いに異なるように制御する露光制御手段
と、上記複数の撮像素子から出力されるアナログ画像を
デジタル画像に変換するA/D変換手段と、このA/D
変換手段により変換された複数のデジタル画像を合成し
て一枚の広ダイナミックレンジ画像を生成する合成手段
と、を具備したものである。In order to achieve the above object, the image pickup apparatus according to the first invention comprises an optical system for generating a plurality of optical images for the same subject and a plurality of optical images for the plurality of optical images. A plurality of image pickup devices having different characteristics for picking up images and outputting as analog images, exposure control means for controlling the exposure amounts of the plurality of image pickup devices to be different from each other, and an analog output from the plurality of image pickup devices A / D conversion means for converting an image into a digital image, and this A / D
And a synthesizing unit for synthesizing a plurality of digital images converted by the converting unit to generate one wide dynamic range image.
【0012】また、第2の発明による撮像装置は、上記
第1の発明による撮像装置において、上記複数の撮像素
子が、ダイナミックレンジを互いに異ならせることによ
り、上記特性を互いに異ならせているものである。An image pickup apparatus according to a second aspect of the present invention is the image pickup apparatus according to the first aspect of the present invention, wherein the plurality of image pickup elements have different dynamic ranges from each other, thereby making the characteristics different from each other. is there.
【0013】そして、第3の発明による撮像装置は、上
記第2の発明による撮像装置において、上記複数の撮像
素子が、さらに、画素サイズを互いに異ならせることに
より、上記特性を互いに異ならせているものである。An image pickup apparatus according to a third aspect of the present invention is the image pickup apparatus according to the second aspect of the present invention, wherein the plurality of image pickup elements further differ from each other in pixel size so that the characteristics are different from each other. It is a thing.
【0014】第4の発明による撮像装置は、上記第3の
発明による撮像装置において、上記複数の撮像素子が、
撮像可能な画角が互いに等しいものである。An image pickup device according to a fourth aspect is the image pickup device according to the third aspect, wherein the plurality of image pickup elements are
The angles of view that can be imaged are equal to each other.
【0015】第5の発明による撮像装置は、上記第1の
発明による撮像装置において、上記露光制御手段が、上
記合成手段による合成結果中の暗い部分と明るい部分と
の何れが重要であるかを判断する判断手段を有してな
り、暗い部分が重要であると判断した場合は、少なくと
も一つの撮像素子の露光量を標準露光量以上に制御し、
明るい部分が重要であると判断した場合は、少なくとも
一つの撮像素子の露光量を標準露光量以下に制御するも
のである。According to a fifth aspect of the present invention, in the image pickup apparatus according to the first aspect, the exposure control means determines which of a dark portion and a bright portion in the synthesis result by the synthesizing means is important. When it is determined that the dark part is important, the exposure amount of at least one image sensor is controlled to be equal to or higher than the standard exposure amount,
When it is determined that the bright portion is important, the exposure amount of at least one image pickup device is controlled to be equal to or less than the standard exposure amount.
【0016】第6の発明による撮像装置は、上記第1の
発明による撮像装置において、上記複数の撮像素子の内
の少なくとも一つは、モノクロ情報のみが得られるタイ
プの撮像素子であり、他の少なくとも一つは、カラー情
報が得られるタイプの撮像素子である。An image pickup apparatus according to a sixth aspect of the present invention is the image pickup apparatus according to the first aspect of the present invention, wherein at least one of the plurality of image pickup elements is an image pickup element of a type that can obtain only monochrome information. At least one is an image sensor of a type that can obtain color information.
【0017】第7の発明による撮像装置は、上記第1の
発明による撮像装置において、上記撮像素子が、画素毎
に異なる色成分を得るために複数色のカラーフィルタを
モザイク状に配列してなるモザイクカラーフィルタを有
するものであり、該カラーフィルタの配置は、上記複数
の撮像素子毎に異なるように構成されている。An image pickup device according to a seventh aspect of the present invention is the image pickup device according to the first aspect, wherein the image pickup element has a plurality of color filters arranged in a mosaic pattern in order to obtain different color components for each pixel. It has a mosaic color filter, and the arrangement of the color filter is different for each of the plurality of image pickup devices.
【0018】第8の発明による撮像装置は、上記第7の
発明による撮像装置において、上記モザイクカラーフィ
ルタが、同一の画素座標において得られる色成分が各撮
像素子間で異なるようにカラーフィルタを配置したもの
である。An image pickup apparatus according to an eighth aspect of the present invention is the image pickup apparatus according to the seventh aspect, wherein the mosaic color filter is arranged such that color components obtained at the same pixel coordinates are different among the image pickup elements. It was done.
【0019】第9の発明による撮像装置は、上記第8の
発明による撮像装置において、上記モザイクカラーフィ
ルタが、同一の画素座標に対して各撮像素子で得られた
画素値に対する線形演算を行うことにより、全画素にお
いて共通の色成分の値が算出可能となるように構成され
たものである。An image pickup apparatus according to a ninth aspect of the present invention is the image pickup apparatus according to the eighth aspect, wherein the mosaic color filter performs a linear operation on pixel values obtained by each image pickup element for the same pixel coordinates. Thus, the value of the color component common to all pixels can be calculated.
【0020】第10の発明による撮像装置は、上記第7
の発明による撮像装置において、上記モザイクカラーフ
ィルタが、上記複数の撮像素子の内のある撮像素子にお
いては良好な輝度の空間周波数帯域特性が得られる色材
の組み合わせにより構成されたものであり、他のある撮
像素子においては良好な色再現特性が得られる色材の組
み合わせにより構成されたものである。An image pickup apparatus according to a tenth aspect of the present invention is the image pickup apparatus according to the seventh aspect.
In the image pickup device according to the invention, the mosaic color filter is configured by a combination of coloring materials that can obtain a spatial frequency band characteristic of good luminance in an image pickup device among the plurality of image pickup devices, In the image pickup device having the above, it is configured by a combination of coloring materials that can obtain good color reproduction characteristics.
【0021】第11の発明による撮像装置は、上記第7
の発明による撮像装置において、上記モザイクカラーフ
ィルタが、上記複数の撮像素子の内のある撮像素子にお
いては良好な感度特性が得られる色材の組み合わせによ
り構成されたものであり、他のある撮像素子においては
良好な色再現特性が得られる色材の組み合わせにより構
成されたものである。An image pickup apparatus according to an eleventh invention is the above-mentioned seventh invention.
In the image pickup device according to the invention, the mosaic color filter is composed of a combination of coloring materials that can obtain good sensitivity characteristics in an image pickup device among the plurality of image pickup devices, and another image pickup device In (1), it is composed of a combination of coloring materials that can obtain good color reproduction characteristics.
【0022】第12の発明による撮像装置は、上記第1
1の発明による撮像装置において、上記良好な感度特性
が得られる色材の組み合わせとして、各色材の平均分光
透過率が等しいものが選択されている。An image pickup apparatus according to a twelfth aspect of the present invention is the above-mentioned first aspect.
In the image pickup apparatus according to the first aspect of the present invention, a combination of color materials having the same average spectral transmittance of each color material is selected as a combination of the color materials that can obtain the above-described excellent sensitivity characteristics.
【0023】第13の発明による撮像装置は、上記第1
の発明による撮像装置において、上記A/D変換手段
が、各撮像素子について、その撮像素子における露光量
が標準露光量を下回る程度に応じて、A/D変換の階調
数を減らすものである。An image pickup apparatus according to a thirteenth invention is the above-mentioned first one.
In the image pickup device according to the invention, the A / D conversion means reduces the number of gradations of A / D conversion for each image pickup device according to the extent to which the exposure amount of the image pickup device falls below the standard exposure amount. .
【0024】第14の発明による撮像装置は、上記第3
の発明による撮像装置において、上記合成手段が、A/
D変換された各撮像素子からのデジタル画像が同一サイ
ズの画像となるように拡大と縮小との少なくとも一方を
行うサイズ統一手段を有してなり、このサイズ統一手段
によってサイズが調整された画像を含む複数の画像を用
いて一枚の画像を合成するものである。An image pickup device according to the fourteenth invention is the above-mentioned third one.
In the image pickup apparatus according to the invention of claim 1,
It has a size unifying unit that performs at least one of enlarging and reducing so that the D-converted digital images from the respective image pickup devices become images of the same size. A single image is composed using a plurality of images including the image.
【0025】第15の発明による撮像装置は、上記第1
の発明による撮像装置において、上記合成手段が、各撮
像素子が飽和しない輝度範囲が複数の撮像素子間で重複
する場合には、複数の撮像素子から得たデジタル画像の
内の、重複する輝度範囲においてノイズが最も少ない画
像を用いて、画像を合成するものである。An image pickup device according to a fifteenth invention is the image pickup device according to the first invention.
In the image pickup device according to the invention, when the synthesizing means overlaps the brightness ranges in which the respective image pickup devices are not saturated, the overlapping brightness ranges in the digital image obtained from the plurality of image pickup devices. The image is synthesized by using the image with the least noise.
【0026】第16の発明による撮像装置は、上記第7
から第12の発明による撮像装置において、上記合成手
段が、複数の撮像素子からのデジタル画像を用いて、よ
り空間周波数帯域の広いデジタル画像を生成する多板色
分離手段をさらに有してなり、各撮像素子が飽和しない
輝度範囲が複数の撮像素子間で重複する場合には、重複
する輝度範囲に含まれる被写体に対する合成結果を、関
連する全ての撮像素子のデジタル画像から上記多板色分
離手段により生成するものである。The image pickup device according to the 16th aspect of the present invention is the image pickup device according to the 7th aspect.
In the image pickup device according to the twelfth invention, the synthesizing unit further includes a multi-plate color separating unit that generates a digital image with a wider spatial frequency band by using digital images from a plurality of image pickup elements. When the brightness ranges in which the image pickup devices are not saturated overlap each other between the plurality of image pickup devices, the multi-plate color separation unit obtains the composite result of the subjects included in the overlapping brightness ranges from the digital images of all the related image pickup devices. Is generated by.
【0027】第17の発明による撮像装置は、上記第1
6の発明による撮像装置において、上記多板色分離手段
が、上記複数の撮像素子からのデジタル画像に対して全
画素共通に得られる色成分を算出し、その色成分の値を
着目画素の近傍で比較することにより各画素におけるエ
ッジパターンを判断するエッジ判別手段を有してなり、
このエッジ判別手段による判断結果に基づいて、複数の
撮像素子からのデジタル画像から3原色成分を生成する
ものである。The image pickup apparatus according to the seventeenth aspect of the present invention is the above-mentioned first aspect.
In the image pickup device according to the sixth aspect of the present invention, the multi-plate color separation unit calculates a color component commonly obtained for all pixels in a digital image from the plurality of image pickup elements, and sets the value of the color component in the vicinity of the pixel of interest. And an edge discriminating means for discriminating an edge pattern in each pixel by comparing
The three primary color components are generated from the digital images from the plurality of image pickup devices based on the determination result by the edge determination means.
【0028】[0028]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図1から図8は本発明の第1の実
施形態を示したものであり、図1はSLカメラに表示装
置が接続されてなるカメラシステムの構成を示すブロッ
ク図、図2はSLカメラに搭載された2つのCCDの構
成を示す図、図3はSLカメラに搭載された2つのCC
Dの露光量の違いを示す線図、図4はA/D変換後の2
つのCCDの画素値および合成画像の階調特性とシーン
の絶対輝度との関係を示す線図、図5は各CCDからの
画素をそれぞれ合成するときの各階調変換特性を示す線
図、図6は標準露光が暗く設定された場合の2つのCC
Dの画素値および合成画像の階調特性とシーンの絶対輝
度との関係を示す線図、図7はSLカメラのSL合成回
路における合成処理の様子を示す図、図8はノイズ特性
に基づいて輝度区間毎に使用するCCDを切り替える変
形例を示す線図である。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 to 8 show a first embodiment of the present invention. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a camera system in which a display device is connected to an SL camera, and FIG. 2 is mounted on the SL camera. Showing the configuration of the two CCDs that are installed, and Fig. 3 shows the two CCs mounted on the SL camera.
A diagram showing the difference in the exposure amount of D, FIG. 4 shows 2 after A / D conversion.
6 is a diagram showing the relationship between the pixel value of one CCD and the gradation characteristic of the composite image and the absolute brightness of the scene. FIG. 5 is a diagram showing the gradation conversion characteristics when the pixels from each CCD are combined. Is two CCs when the standard exposure is set to dark
A diagram showing the relationship between the pixel value of D and the gradation characteristic of the combined image and the absolute brightness of the scene, FIG. 7 is a diagram showing the state of the combining process in the SL combining circuit of the SL camera, and FIG. 8 is based on the noise characteristic. It is a diagram which shows the modification which switches the CCD used for every brightness area.
【0029】この第1の実施形態は、本発明の撮像装置
をSLカメラ(スーパーラチチュードカメラ)に適用し
たものである。In the first embodiment, the image pickup apparatus of the present invention is applied to an SL camera (super latitude camera).
【0030】このカメラシステムは、図1に示すよう
に、被写体像を広ダイナミックレンジで撮像する撮像装
置たるSLカメラ1と、このSLカメラ1から出力され
る撮像信号に基づき画像を表示する表示装置14と、を
有してなり、上記SLカメラ1により広ダイナミックレ
ンジで撮像された信号が、上記表示装置14の階調再現
範囲に圧縮されて表示されるようになっている。As shown in FIG. 1, this camera system includes an SL camera 1 as an image pickup device for picking up a subject image in a wide dynamic range, and a display device for displaying an image based on an image pickup signal output from the SL camera 1. 14, and the signals captured by the SL camera 1 in a wide dynamic range are compressed and displayed in the gradation reproduction range of the display device 14.
【0031】上記SLカメラ1は、光束を集光すること
により被写体像を結像するための光学系2と、この光学
系2を介した入射光の光路を2つに分割する光学系たる
プリズム3と、このプリズム3による分割の結果生じる
2つの光学像をそれぞれ撮像してアナログの電気信号と
して出力する原色あるいは補色の単板式でなる撮像素子
たるCCD4a,4bと、これらのCCD4a,4bに
よる露光時間を制御するとともにその露光情報を後述す
るSL合成回路11に出力する露光制御手段たる露光制
御回路5と、上記CCD4a,4bから出力されるアナ
ログ信号をデジタル信号にそれぞれ変換するA/D変換
手段たるA/D変換回路6a,6bと、これらのA/D
変換回路6a,6bから出力されるデジタル信号をカラ
ー画像にそれぞれ変換する色分離回路7a,7bと、こ
の色分離回路7a,7bによりカラー化された画像をそ
れぞれ保持する画像バッファ8a,8bと、これらの画
像バッファ8a,8bに保持されている画像に基づき動
き検出を行いその結果を上記露光制御回路5に出力する
判断手段たる動き検出回路9と、上記画像バッファ8
a,8bに保持されている画像に基づきヒストグラムを
計算する合成手段たるヒストグラム計算回路10と、上
記画像バッファ8bに保持されている画像の拡大処理を
行う合成手段でありサイズ統一手段たる拡大回路12
と、上記露光制御回路5から出力される露光情報を参照
して上記ヒストグラム計算回路10により計算されたヒ
ストグラムに基づき上記画像バッファ8aの画像と上記
拡大回路12により拡大された画像とを階調変換して合
成することにより一枚の広ダイナミックレンジ画像を生
成する合成手段たるSL合成回路11と、このSL合成
回路11により合成された広ダイナミックレンジ画像を
出力する出力ポート13と、を有して構成されている。The SL camera 1 is an optical system 2 for forming a subject image by condensing a light flux, and a prism which is an optical system for dividing the optical path of incident light through the optical system 2 into two. 3 and CCDs 4a and 4b as primary-color or complementary-color single-plate image pickup devices that pick up two optical images resulting from division by the prism 3 and output as analog electric signals, and exposure by these CCDs 4a and 4b. An exposure control circuit 5 that controls the time and outputs the exposure information to an SL synthesizing circuit 11, which will be described later, and an A / D converter that converts the analog signals output from the CCDs 4a and 4b into digital signals. The barrel A / D conversion circuits 6a and 6b and these A / D converters
Color separation circuits 7a, 7b for converting the digital signals output from the conversion circuits 6a, 6b into color images, and image buffers 8a, 8b for holding the images colored by the color separation circuits 7a, 7b, respectively. A motion detection circuit 9 which is a judgment means for performing motion detection based on the images held in these image buffers 8a and 8b and outputting the result to the exposure control circuit 5, and the image buffer 8 described above.
A histogram calculating circuit 10 as a synthesizing means for calculating a histogram based on the images held in a and 8b, and an enlarging circuit 12 as a synthesizing means and a size unifying means for enlarging the image held in the image buffer 8b.
And gradation conversion between the image in the image buffer 8a and the image enlarged by the enlargement circuit 12 based on the histogram calculated by the histogram calculation circuit 10 with reference to the exposure information output from the exposure control circuit 5. And an output port 13 for outputting the wide dynamic range image synthesized by the SL synthesizing circuit 11. It is configured.
【0032】この出力ポート13から出力された画像
は、上述したように、外部の表示装置14に表示される
ようになっている。The image output from the output port 13 is displayed on the external display device 14 as described above.
【0033】上記CCD4a,4bは、より詳しくは、
図2(A)、図2(B)に示すように、撮像面全体の面
積は同じであるが、各画素の面積がCCD4bの画素p
2はCCD4aの画素p1の4倍(縦方向の画素サイズ
と横方向の画素サイズが各2倍)、一方、画素数はCC
D4aがCCD4bの4倍(縦方向の画素数と横方向の
画素数が各2倍)となっている。More specifically, the CCDs 4a and 4b are
As shown in FIGS. 2A and 2B, the area of the entire image pickup surface is the same, but the area of each pixel is the pixel p of the CCD 4b.
2 is 4 times the pixel p1 of the CCD 4a (the vertical pixel size and the horizontal pixel size are each 2 times), while the number of pixels is CC
D4a is four times as large as CCD4b (the number of pixels in the vertical direction and the number of pixels in the horizontal direction are twice each).
【0034】従って、CCD4aの撮像画角とCCD4
bの撮像画角は共に等しく、これらのCCD4a,4b
によりあるシーンを撮影した場合には、同一のシーンを
異なる解像度で撮像した画像が上記画像バッファ8a,
8bにそれぞれ記憶されることになる。Therefore, the imaging angle of view of the CCD 4a and the CCD 4
b has the same angle of view, and these CCDs 4a, 4b
When a certain scene is photographed by, the images obtained by picking up the same scene at different resolutions are displayed in the image buffer 8a,
8b, respectively.
【0035】次に、このようなカメラシステムの作用に
ついて説明する。Next, the operation of such a camera system will be described.
【0036】上記SLカメラ1による撮像動作が開始さ
れると、上記光学系2とプリズム3とにより同一のシー
ンに対する二つの光学像が形成され、CCD4a,4b
の撮像面に各結像される。これら原色あるいは補色単板
式のCCD4a,4bは、結像された光学像を光電変換
して、上記露光制御回路5により調整された電荷蓄積時
間だけ電荷の蓄積を行い、その後に撮像された画像信号
を出力する。When the image pickup operation by the SL camera 1 is started, two optical images of the same scene are formed by the optical system 2 and the prism 3, and the CCDs 4a, 4b are formed.
Each image is formed on the image pickup surface of. These primary color or complementary color single-plate CCDs 4a and 4b photoelectrically convert the formed optical image to accumulate charges for the charge accumulation time adjusted by the exposure control circuit 5, and then capture image signals. Is output.
【0037】このとき、上記露光制御回路5は、画素サ
イズの小さいCCD4aに対してはAEにより決定した
標準的な露光量を設定し、画素サイズの大きいCCD4
bに対しては、後述するように、撮影シーンに応じてそ
の1/β倍またはγ倍の露光量を設定する(ここに、β
>1,γ>1)。At this time, the exposure control circuit 5 sets a standard exposure amount determined by AE for the CCD 4a having a small pixel size, and the CCD 4 having a large pixel size.
For b, as will be described later, an exposure amount of 1 / β times or γ times is set according to the shooting scene (here, β
> 1, γ> 1).
【0038】以下では、これらの内の、1/β倍の露光
を短時間露光、γ倍の露光を長時間露光とそれぞれ呼ぶ
ことにする。Hereinafter, of these, 1 / β times exposure will be referred to as short-time exposure, and γ times exposure will be referred to as long-time exposure.
【0039】このように設定される露光量による、各C
CD4a,4bの飽和電荷量Vmaxを同一グラフ上に
プロットすると、図3に示すようになる。すなわち、撮
影シーンの絶対的な明るさに対して出力される信号は、
CCD4aについては符号21に示すようになり、一
方、CCD4bについては、短時間露光が緩やかな傾き
の符号22に示すように、また長時間露光が急な傾きの
符号23に示すように、それぞれなる。標準露光におい
て出力信号値Vが得られるシーンは、短時間露光では出
力信号値V/β、長時間露光では出力信号値γVとな
る。Each C according to the exposure amount set in this way
When the saturated charge amounts Vmax of the CDs 4a and 4b are plotted on the same graph, it becomes as shown in FIG. That is, the signal output for the absolute brightness of the shooting scene is
The CCD 4a is indicated by the reference numeral 21, while the CCD 4b is indicated by the reference numeral 22 having a gentle inclination in the short-time exposure and is shown by the reference numeral 23 having a steep inclination in the long-time exposure. . The scene in which the output signal value V is obtained in the standard exposure is the output signal value V / β in the short-time exposure and the output signal value γV in the long-time exposure.
【0040】このように、露光を異ならせて2枚のCC
Dでほぼ同時に同一の被写体を撮像することにより、広
い輝度範囲で飽和することなく画像信号を得ることがで
きる。また、CCD4a,4bは、画素サイズが異なる
ために、CCD4aのノイズレベルは符号24に示すよ
うに比較的高く、CCD4bのノイズレベルは符号25
に示すようにCCD4aと比較してかなり低くなる。In this way, two CCs with different exposures are used.
By capturing the same subject at D almost simultaneously, an image signal can be obtained without saturation in a wide luminance range. Further, since the CCDs 4a and 4b have different pixel sizes, the noise level of the CCD 4a is relatively high as indicated by reference numeral 24, and the noise level of the CCD 4b is 25.
As shown in (4), it is considerably lower than that of the CCD 4a.
【0041】次に、CCD4a,4bから出力されるア
ナログ画像は、上記A/D変換回路6a,6bによりそ
れぞれデジタル画像に変換される。Next, the analog images output from the CCDs 4a and 4b are converted into digital images by the A / D conversion circuits 6a and 6b, respectively.
【0042】このとき、A/D変換回路6aにより得ら
れるデジタル信号のビット幅は例えば10ビット、A/
D変換回路6bにより得られるデジタル信号のビット幅
は8ビット、とそれぞれ異なっている。At this time, the bit width of the digital signal obtained by the A / D conversion circuit 6a is, for example, 10 bits, and A / D
The bit width of the digital signal obtained by the D conversion circuit 6b is 8 bits, which are different from each other.
【0043】こうしてA/D変換回路6a,6bにより
デジタル化された信号は、色分離回路7a,7bにより
それぞれカラー化されて、上記画像バッファ8a,8b
にカラー画像として保持される。The signals digitized by the A / D conversion circuits 6a and 6b in this manner are colorized by the color separation circuits 7a and 7b, respectively, and then the image buffers 8a and 8b.
Stored as a color image.
【0044】これらの内の、画像バッファ8bに記憶さ
れた、CCD4bからの画素数の少ないカラー画像は、
拡大回路12によって、公知のキュービック補間法等を
用いることにより、画像バッファ8aに記憶されたCC
D4aからの画像のサイズに一致するように拡大処理が
行われる。Of these, the color image stored in the image buffer 8b and having a small number of pixels from the CCD 4b is
The enlargement circuit 12 uses a known cubic interpolation method or the like to store the CC stored in the image buffer 8a.
Enlargement processing is performed so as to match the size of the image from D4a.
【0045】その後、SL合成回路11は、後述するよ
うに、上記画像バッファ8aに記憶されている画像デー
タと、上記拡大回路12により拡大された画像データと
を、上記露光制御回路5からの露光情報を参照しなが
ら、ヒストグラム計算回路10により算出されたヒスト
グラムに基づき階調変換して合成し、一枚の広ダイナミ
ックレンジ画像を生成する。After that, the SL synthesizing circuit 11 exposes the image data stored in the image buffer 8a and the image data enlarged by the enlarging circuit 12 from the exposure control circuit 5 as described later. With reference to the information, gradation conversion is performed on the basis of the histogram calculated by the histogram calculation circuit 10 and synthesis is performed to generate one wide dynamic range image.
【0046】こうして生成された広ダイナミックレンジ
画像が、上記表示装置14に表示される。The wide dynamic range image thus generated is displayed on the display device 14.
【0047】なお、上記画像バッファ8a,8bは、各
々2枚の画像データを保持することができるだけの記憶
容量があり、前回の撮像動作において撮像された画像デ
ータは上書きされることなく残るようになっている。こ
れによって、後述するように、動き検出回路9の結果に
応じた露光制御を行うことが可能となっている。Each of the image buffers 8a and 8b has a storage capacity capable of holding two pieces of image data, so that the image data picked up in the previous image pickup operation remains without being overwritten. Has become. This makes it possible to perform exposure control according to the result of the motion detection circuit 9, as will be described later.
【0048】次に、上記SL合成回路11によって階調
変換と画像合成を行う様子を、図4、図5、図7を参照
して説明する。なお、ここでは、CCD4bにより短時
間露光を行う場合を例に挙げる。Next, how the SL synthesizing circuit 11 performs gradation conversion and image synthesizing will be described with reference to FIGS. 4, 5 and 7. In addition, here, the case where short-time exposure is performed by the CCD 4b will be described as an example.
【0049】まず図4を参照して、各CCD4a,4b
から得られた画像の画素値とシーンの輝度の関係につい
て説明する。First, referring to FIG. 4, each CCD 4a, 4b
The relationship between the pixel value of the image obtained from the above and the brightness of the scene will be described.
【0050】CCD4aから得られた画像の階調変換前
の画素値は符号26に示すように、また、CCD4bか
ら得られた画像の階調変換前の画素値は符号27に示す
ようになっている。また、符号28は、合成画像の階調
特性を示している。The pixel value before gradation conversion of the image obtained from the CCD 4a is shown by reference numeral 26, and the pixel value before gradation conversion of the image obtained from the CCD 4b is shown by reference numeral 27. There is. Reference numeral 28 indicates the gradation characteristic of the composite image.
【0051】SL合成回路11は、まず、露光の異なる
2枚の画像の合成結果における分担を示す切替輝度Lを
設定する。そして、図7(A)に示すようなCCD4a
から得られた画像と、図7(B)に示すようなCCD4
bから得られた画像との両方を、この切替輝度L以下の
輝度の被写体に対応する領域Rdと、そうでない領域R
bと、の2つに、図7(C)と図7(D)に示すように
それぞれ分割する。The SL synthesizing circuit 11 first sets the switching luminance L indicating the sharing of the synthesizing result of two images having different exposures. Then, the CCD 4a as shown in FIG.
The image obtained from the CCD 4 and the CCD 4 as shown in FIG.
Both the image obtained from b, the region Rd corresponding to the subject having the luminance equal to or lower than the switching luminance L and the region Rd not corresponding to the subject.
It is divided into two parts b and b as shown in FIG. 7 (C) and FIG. 7 (D).
【0052】上記切替輝度Lは、上記露光制御回路5か
らSL合成回路11に出力された2つのCCD4a,4
bの露光比の情報に基づいて、上記CCD4aからの出
力が飽和する輝度レベルに対して所定の係数を掛けたレ
ベルとなるように設定される。図4に示すような場合に
は、縦の点線で示したレベルが切替輝度Lとなってい
る。The switching luminance L is output from the exposure control circuit 5 to the SL synthesizing circuit 11 so as to output the two CCDs 4a, 4a.
Based on the information of the exposure ratio of b, the brightness level at which the output from the CCD 4a is saturated is set to a level obtained by multiplying a predetermined coefficient. In the case as shown in FIG. 4, the level indicated by the vertical dotted line is the switching luminance L.
【0053】次に、SL合成回路11は、CCD4a,
4bからの画像を、図7(E)、図7(F)に示すよう
に、それぞれ階調変換する。Next, the SL synthesizing circuit 11 includes the CCD 4a,
The image from 4b is subjected to gradation conversion as shown in FIGS. 7 (E) and 7 (F).
【0054】上記図4に示すような例の場合には、CC
D4aによる標準露光画像については、領域Rdを図5
(A)の符号32に示すような階調変換特性で変換し、
CCD4bによる短時間露光画像については、領域Rb
を図5(B)の符号34に示すような階調変換特性で変
換する。なお、図5における符号u1,u2は、図4に
示したように、上記切替輝度Lにそれぞれ対応する合成
前画素値であり、符号31はCCD4aの合成前の階調
特性を、符号33はCCD4bの合成前の階調特性を、
符号35はCCD4bの合成後のノイズレベルを、それ
ぞれ示している。In the case of the example shown in FIG. 4, CC
For the standard exposure image by D4a, the region Rd is shown in FIG.
The conversion is performed with the gradation conversion characteristic as indicated by reference numeral 32 in (A),
For the short-time exposure image by the CCD 4b, the area Rb
Is converted with a gradation conversion characteristic as indicated by reference numeral 34 in FIG. Note that reference numerals u1 and u2 in FIG. 5 are pre-combination pixel values respectively corresponding to the switching luminance L as shown in FIG. 4, reference numeral 31 is a gradation characteristic before combination of the CCD 4a, and reference numeral 33 is. The gradation characteristics of CCD4b before composition are
Reference numeral 35 indicates the noise level after the CCD 4b is combined.
【0055】これら図5(A)、図5(B)に示すよう
な階調変換特性は、例えば上記特開2000−2287
47号公報に記載されているようなダイナミックレンジ
拡大用の階調特性系計算アルゴリズムを用いて、ヒスト
グラム計算回路10により計算された各々の画像の輝度
エッジのヒストグラムに基づき決定される。このアルゴ
リズムを用いることにより、各々の階調特性を結合して
得られる、合成後のシーン輝度に対する画素値の関係を
表す総合階調特性が、図4の符号28に示すような連続
的なものになることが保証される。The gradation conversion characteristics as shown in FIGS. 5 (A) and 5 (B) are described in, for example, the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 2000-2287.
It is determined based on the histogram of the luminance edge of each image calculated by the histogram calculation circuit 10 using the gradation characteristic system calculation algorithm for expanding the dynamic range as described in Japanese Patent Publication No. 47. By using this algorithm, the total gradation characteristic, which is obtained by combining the gradation characteristics and represents the relationship of the pixel value with respect to the combined scene luminance, is continuous as shown by reference numeral 28 in FIG. Guaranteed to become.
【0056】SL合成回路11は、上述したような階調
変換を行った後に、CCD4aからの画像の領域Rdと
CCD4bからの画像の領域Rbとを、図7(G)に示
すようにように組み合わせて、一枚の合成画像を完成さ
せる。After performing the gradation conversion as described above, the SL synthesizing circuit 11 sets the image area Rd from the CCD 4a and the image area Rb from the CCD 4b as shown in FIG. 7 (G). Combine to complete a single composite image.
【0057】ここで、合成画像のノイズ特性についてみ
ると、短時間露光の画像では図5(B)に示すように、
切替輝度Lに対応する画素値の付近では階調変換特性は
かなり傾きが大きいために、符号35に示すように、ノ
イズが急増する。そこで本実施形態では、短時間露光に
用いるCCDを、画素サイズが大きくノイズの少ないC
CD4bとすることにより、この点に対応してノイズが
増加することのないように緩和している。Here, looking at the noise characteristics of the composite image, as shown in FIG.
In the vicinity of the pixel value corresponding to the switching brightness L, the gradation conversion characteristic has a considerably large slope, so that noise sharply increases as indicated by reference numeral 35. Therefore, in the present embodiment, the CCD used for the short-time exposure is a C with a large pixel size and less noise.
By adopting CD4b, noise is alleviated so as not to increase corresponding to this point.
【0058】また、短時間露光画像は、図5(B)の符
号34に示すような階調変換曲線を用いて階調変換され
るために、合成結果において比較的少ない階調数しか占
めない。そのために、本実施形態では、CCD4bから
出力される短時間露光画像に対するA/D変換のビット
長を少なくすることにより、実質的に画質を落とすこと
なく、画像バッファ8bのメモリ量を削減することがで
きるように構成している。Further, since the short-time exposure image is gradation-converted by using the gradation conversion curve as shown by reference numeral 34 in FIG. 5B, the composition result occupies a relatively small number of gradations. . Therefore, in the present embodiment, by reducing the bit length of the A / D conversion for the short-time exposure image output from the CCD 4b, the memory amount of the image buffer 8b can be reduced without substantially lowering the image quality. It is configured to be able to.
【0059】続いて、前回撮像したときの画像との差分
を用いた露光制御の機能について図6を参照して説明す
る。Next, the function of the exposure control using the difference from the image captured last time will be described with reference to FIG.
【0060】SL合成回路11による上述したような画
像合成の処理が終了すると、動き検出回路9は、以下の
ような動作を行うようになっている。When the SL synthesizing circuit 11 completes the above-described image synthesizing process, the motion detecting circuit 9 operates as follows.
【0061】まず、画像バッファ8a,8bの各々に対
して、今回撮像分の画像と前回撮像分の画像とから差分
を計算し、この差分が所定の閾値以上で、かつ画素値が
前回画像および今回画像の両方共に飽和していない領域
を決定する。そして、この領域内の被写体輝度のヒスト
グラムを作成して、ヒストグラム最多の輝度と、このヒ
ストグラム最多の輝度におけるヒストグラム値とを求め
る。First, for each of the image buffers 8a and 8b, a difference is calculated from the image captured this time and the image captured last time, and the difference is not less than a predetermined threshold and the pixel value is the same as the previous image. This time, the area where both images are not saturated is determined. Then, a histogram of the subject brightness in this area is created, and the brightness with the most histogram and the histogram value at this brightness with the most histogram are obtained.
【0062】このようなヒストグラムに関する演算を上
記画像バッファ8a,8bに保持されている画像データ
の各々について行った後に、得られたヒストグラムの最
大値を比較して、最大値を与える方の画像バッファにつ
いて、得られたヒストグラム最多の輝度を最終結果とす
る。After performing such a calculation related to the histogram on each of the image data held in the image buffers 8a and 8b, the maximum values of the obtained histograms are compared and the image buffer of the one giving the maximum value is compared. For, the final luminance is the maximum luminance obtained in the histogram.
【0063】こうして求められた輝度値が、上記露光制
御回路5に出力される。The brightness value thus obtained is output to the exposure control circuit 5.
【0064】露光制御回路5は、動き検出回路9から出
力されてきた輝度値が適正露光になるような露光量を標
準露光量に設定する。そして、この標準露光量がある閾
値以下となる場合には、露光量が少なすぎると判断し
て、CCD4bの露光量を標準露光量のγ倍に設定し、
一方、ある閾値よりも大きい場合には、CCD4bの露
光量を標準露光量の1/β倍に設定する。The exposure control circuit 5 sets a standard exposure amount such that the brightness value output from the motion detection circuit 9 is a proper exposure amount. If the standard exposure amount is less than a certain threshold value, it is determined that the exposure amount is too small, and the exposure amount of the CCD 4b is set to γ times the standard exposure amount,
On the other hand, when it is larger than a certain threshold value, the exposure amount of the CCD 4b is set to 1 / β times the standard exposure amount.
【0065】上記CCD4bの露光量が標準露光量の1
/β倍に設定された場合は、該CCD4bからの画像の
画素値と輝度との関係は図6の符号37に示すように、
また、CCD4aからの画像については符号36に示す
ように、さらに、合成後の階調特性は符号38に示すよ
うに、それぞれなる。こうして切替輝度LもCCD4b
が飽和しない範囲に変更され、合成結果は、長時間露光
のCCD4bからの画像のRd部分と、標準露光のCC
D4aからの画像のRb部分と、の組み合わせになる。The exposure amount of the CCD 4b is 1 of the standard exposure amount.
When set to / β times, the relationship between the pixel value of the image from the CCD 4b and the brightness is as shown by reference numeral 37 in FIG.
Further, the image from the CCD 4a is indicated by reference numeral 36, and further, the gradation characteristic after the combination is indicated by reference numeral 38. In this way, the switching brightness L is also the CCD 4b.
Is changed to a range where saturation does not occur, and the combined result is the Rd portion of the image from the CCD 4b for long-time exposure and the CC for standard exposure.
It becomes a combination with the Rb portion of the image from D4a.
【0066】この場合においても、CCD4bの画素サ
イズが大きいために、合成結果の暗い部分のノイズ特性
が改善されており、S/Nで見たダイナミックレンジは
拡大されている。Also in this case, since the pixel size of the CCD 4b is large, the noise characteristic in the dark portion of the combined result is improved, and the dynamic range seen in S / N is expanded.
【0067】なお、上述では拡大回路12により拡大処
理のみを行ったが、拡大縮小回路として、必要に応じて
縮小処理を行うようにすることも可能である。In the above description, only the enlarging process is performed by the enlarging circuit 12, but the enlarging / reducing circuit may perform the reducing process as needed.
【0068】このような第1の実施形態によれば、2枚
のCCDの特性を画像合成時の異なる階調変換特性によ
る変換に応じて異ならせるとともに、A/D変換時の出
力階調数が最適となるように設定しておくことにより、
必要以上の高価な部品等を用いることなく、合成画像の
画質を改善することができる低コストな撮像装置とな
る。According to the first embodiment as described above, the characteristics of the two CCDs are made different according to the conversion by the different gradation conversion characteristics at the time of image combination, and the number of output gradations at the A / D conversion is set. By setting so that
A low-cost imaging device capable of improving the image quality of a composite image without using more expensive parts than necessary.
【0069】特に、複数の撮像素子同士で画素サイズを
異ならせて、短時間露光用のCCDの画素サイズを大き
くすることにより、ノイズ抑制などの機能を付加した特
殊なCCD等を用いることなく、階調変換特性の違いに
応じたダイナミックレンジ特性を容易に得ることがで
き、合成画像のノイズ特性を改善することができる。In particular, by making the pixel size of the plurality of image pickup devices different from each other to increase the pixel size of the CCD for short-time exposure, without using a special CCD or the like having a function such as noise suppression, A dynamic range characteristic corresponding to a difference in gradation conversion characteristic can be easily obtained, and a noise characteristic of a composite image can be improved.
【0070】また、その際に、画素サイズの大きいCC
Dの画素数を減らして画角を他方のCCDと同一に保
ち、合成時に拡大処理を行ってサイズを合わせるように
したために、合成画像の全域でダイナミックレンジを拡
大することが可能となる。そして、合成時の画素数が同
一となるために、合成回路の構成が簡単となり、拡張性
も向上する。At that time, CC having a large pixel size
Since the number of pixels of D is reduced to keep the angle of view the same as that of the other CCD and the enlargement processing is performed at the time of composition to match the sizes, it is possible to expand the dynamic range in the entire area of the composite image. Since the number of pixels at the time of composition is the same, the composition of the composition circuit is simple and the expandability is improved.
【0071】さらに、複数の撮像素子の画角を同一とし
たために、撮像素子毎に倍率の異なる光学系等を採用す
る必要がなく、同一の光学系を用いて光路を分割する等
の簡単な構成を採用することができるために、コストを
削減して小型な撮像装置とすることができる。Further, since the plurality of image pickup elements have the same angle of view, it is not necessary to adopt an optical system having a different magnification for each image pickup element, and it is easy to divide the optical path using the same optical system. Since the configuration can be adopted, the cost can be reduced and the imaging device can be made small.
【0072】そして、A/D変換時の出力階調数(ビッ
ト長)を、合成結果に占める階調範囲が狭い短時間露光
の撮像素子ほど減らすようにしたために、本来それほど
階調数を必要としないはずのデータに必要以上の階調数
を持たせてしまう無駄がなくなる。その結果、合成結果
の画質を劣化させることなく実質的に維持しながら、撮
像素子の出力を処理する回路の性能や、画像処理を行う
途中で必要になる画像バッファのサイズを削減すること
ができる。Since the number of output gradations (bit length) at the time of A / D conversion is reduced for a short-time exposure image pickup device having a narrow gradation range in the combined result, such a large number of gradations is originally required. There is no waste of giving unnecessary gradations to the data that should not be processed. As a result, it is possible to reduce the performance of the circuit that processes the output of the image sensor and the size of the image buffer required during the image processing, while substantially maintaining the image quality of the combined result without deteriorating. .
【0073】加えて、露出制御においては、露光量の異
なるCCDの出力の各々から動領域を検出して、合成結
果において明るい部分と暗い部分の何れが重要であるか
を判断して露出を設定し、各CCDの分担する撮像輝度
範囲を変更するようにしているために、注目すべき重要
な被写体に対して適切な露出を設定して、明瞭に表示さ
れるようにすることができる。In addition, in the exposure control, the moving area is detected from each of the outputs of the CCDs having different exposure amounts, the exposure is set by judging which of the bright portion and the dark portion is important in the combined result. However, since the image pickup luminance range shared by each CCD is changed, it is possible to set an appropriate exposure for an important subject to be noticed so that it can be displayed clearly.
【0074】なお、本実施形態は、上述したような構成
に限らず、種々の変更や応用が可能である。The present embodiment is not limited to the above-mentioned configuration, and various modifications and applications are possible.
【0075】例えば、上述では2板式の撮像系を用いて
いたが、3つ以上のCCDを用いる場合でも、合成時に
受ける階調変換特性に応じた最適な特性のCCDを選択
して、各CCDの露出を異ならせて撮像することによ
り、上述と同様に、ダイナミックレンジが拡大された高
品質の画像を得ることができる。For example, although the two-plate type image pickup system is used in the above description, even when three or more CCDs are used, the CCD having the optimum characteristic corresponding to the gradation conversion characteristic received at the time of combining is selected, and each CCD is selected. By capturing images with different exposures, it is possible to obtain a high-quality image with an expanded dynamic range, as described above.
【0076】また、短時間露光用のCCDの画素サイズ
を必ず大きくする必要があるわけではなく、同一画素サ
イズであっても、ダイナミックレンジを大きくとること
ができ、相対的にノイズの少ない特性のCCDであれば
よい。この場合にも、合成結果のノイズ特性を改善する
ことが可能である。Further, it is not always necessary to increase the pixel size of the CCD for short-time exposure, and even if the pixel size is the same, a large dynamic range can be obtained, and the characteristics of relatively low noise can be obtained. Any CCD will do. Also in this case, it is possible to improve the noise characteristic of the synthesis result.
【0077】また、監視カメラなどのように色情報がそ
れほど重要でない場合は、片方のCCD、例えば短時間
露光用のCCDをモノクロCCDとし、画像を合成する
際に切替輝度以上の被写体はモノクロとして合成するこ
とにより、用途に応じた必要な性能を満たしたまま、シ
ステム全体の低コスト化を達成することができる。When color information is not so important as in a surveillance camera, one of the CCDs, for example, a CCD for short-time exposure, is a monochrome CCD, and when synthesizing images, a subject having a switching brightness or higher is monochrome. By synthesizing, cost reduction of the entire system can be achieved while satisfying the required performance according to the application.
【0078】画像合成を行うときにも、本実施形態では
切替輝度を境界として、それよりも暗い輝度の被写体を
標準露光CCDにより分担し、明るい輝度の被写体を短
時間露光CCDにより分担するようにしたが、両方のC
CDのノイズ特性と、合成時における階調変換の結果生
じるノイズの増幅量とを考慮して、例えば図8に示すよ
うに、区分的に合成結果のノイズ特性が最適になるよう
に切り替えを行うことも考えられる。Even when images are combined, in the present embodiment, with the switching brightness as a boundary, the subject having a darker brightness is shared by the standard exposure CCD and the object having a brighter brightness is shared by the short exposure CCD. But both C
In consideration of the noise characteristics of the CD and the amplification amount of noise generated as a result of gradation conversion during synthesis, switching is performed so that the noise characteristics of the synthesis result are piecewise optimized as shown in FIG. 8, for example. It is also possible.
【0079】すなわち、図8において、CCD4aから
の8bit出力は符号41に示すようになり、また、C
CD4bからの8bit出力は符号42に示すようにな
る。さらに、これらのCCD4a,4bからの画像に階
調変換を行った結果を合成して得られる合成画像の階調
変換特性は、符号43に示すようになる。That is, in FIG. 8, the 8-bit output from the CCD 4a is as shown by reference numeral 41, and C
The 8-bit output from the CD 4b is shown by reference numeral 42. Further, reference numeral 43 indicates the gradation conversion characteristic of the combined image obtained by combining the results of gradation conversion on the images from these CCDs 4a and 4b.
【0080】領域Rg1は、上述と同様に、合成画像に
おいて、シーンの絶対輝度が切替輝度L以上となる領域
であり、CCD4bからの画像が利用された輝度範囲を
示している。Similar to the above, the region Rg1 is a region where the absolute luminance of the scene is equal to or higher than the switching luminance L in the composite image, and indicates the luminance range in which the image from the CCD 4b is used.
【0081】これに対して、領域Rg2は、各CCD4
a,4bからの画像に階調変換を行った際に、CCDの
ノイズ特性と階調変換特性により、切替輝度L以下の輝
度レベルでありながら、階調変換後の画像においてCC
D4bからの画像のノイズ特性がCCD4aよりも優れ
ている範囲を示している。この部分においては、切替輝
度L以下の輝度であっても、CCD4bからの画像を利
用した方が、画質は向上する。On the other hand, the area Rg2 is provided in each CCD 4
When gradation conversion is performed on the images from a and 4b, due to the noise characteristics and gradation conversion characteristics of the CCD, although the brightness level is equal to or lower than the switching brightness L, the image after gradation conversion has CC
The range in which the noise characteristic of the image from D4b is superior to that of the CCD 4a is shown. In this portion, the image quality is improved by using the image from the CCD 4b even if the luminance is the switching luminance L or less.
【0082】このような範囲は、各々のCCDのノイズ
特性が予め定量的に把握されていれば、各CCDからの
画像が受ける階調変換特性が与えられることにより、計
算することが可能である。If the noise characteristic of each CCD is quantitatively grasped beforehand, such a range can be calculated by giving the gradation conversion characteristic received by the image from each CCD. .
【0083】こうして、各重複区間においてノイズ特性
の最も良くなる撮像素子からの信号を用いて合成するこ
とにより、合成画像のノイズ特性をより改善することが
できる。In this way, the noise characteristic of the combined image can be further improved by synthesizing using the signal from the image pickup device having the best noise characteristic in each overlapping section.
【0084】図9から図15は本発明の第2の実施形態
を示したものであり、図9はSLカメラに表示装置が接
続されてなるカメラシステムの構成を示すブロック図、
図10はSLカメラに搭載された2つのCCDの構成を
示す図、図11はSLカメラに搭載された2つのCCD
からの情報を利用することができる有効輝度範囲を示す
線図、図12は統合色分離回路の処理を示すフローチャ
ート、図13は統合色分離回路においてエッジ方向を判
断する際の近傍画素のペアを示す図、図14は統合色分
離回路において算出されるM5の3×3画素でなる近傍
画素における4通りのタイプを示す図、図15は統合色
分離回路において近傍のタイプとエッジ方向の組み合わ
せに対するR成分とB成分の計算式等を示す図表であ
る。FIGS. 9 to 15 show a second embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a block diagram showing the structure of a camera system in which a display device is connected to an SL camera,
FIG. 10 is a diagram showing the configuration of two CCDs mounted on the SL camera, and FIG. 11 is two CCDs mounted on the SL camera.
12 is a diagram showing an effective luminance range in which the information from can be used, FIG. 12 is a flowchart showing the processing of the integrated color separation circuit, and FIG. 13 is a pair of neighboring pixels when the edge direction is determined in the integrated color separation circuit. FIG. 14 is a diagram showing four types of neighboring pixels of 3 × 3 pixels of M5 calculated in the integrated color separation circuit, and FIG. 15 is a diagram showing combinations of neighboring types and edge directions in the integrated color separation circuit. 6 is a chart showing calculation formulas for R component and B component.
【0085】この第2の実施形態において、上述の第1
の実施形態と同様である部分については同一の符号を付
して説明を省略し、主として異なる点についてのみ説明
する。In the second embodiment, the above-mentioned first embodiment is used.
The same parts as those of the embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. Only different points will be mainly described.
【0086】この第2の実施形態のカメラシステムにお
ける撮像装置たるSLカメラ51は、上述した第1の実
施形態のSLカメラ1とほぼ同様に構成されているが、
CCD4a,4bに代えて異なる構成の撮像素子たるC
CD54a,54bを用い、上記色分離回路7a,7b
が設けられておらず、さらに動き検出回路9に代えて合
成手段、多板色分離手段、エッジ判別手段を兼ねた統合
色分離回路52を用いている点が異なっている。The SL camera 51, which is an image pickup device in the camera system of the second embodiment, is constructed in substantially the same manner as the SL camera 1 of the first embodiment described above.
Instead of the CCDs 4a and 4b, C which is an image pickup device having a different configuration
Using the CDs 54a and 54b, the color separation circuits 7a and 7b
Is not provided, and an integrated color separation circuit 52 that also serves as a synthesizing unit, a multi-plate color separating unit, and an edge determining unit is used instead of the motion detecting circuit 9.
【0087】上記CCD54a,54bは、互いに同一
画素数でかつ同一画素サイズであるが、一方のCCD5
4aが図10(A)に示すようなR,G,Bのモザイク
カラーフィルタを有する原色単板式のCCD、他方のC
CD54bが図10(B)に示すようなY,C,Wa,
Wbのモザイクカラーフィルタを有する補色単板式のC
CDとなっている。The CCDs 54a and 54b have the same number of pixels and the same pixel size, but one CCD 5
4a is a CCD of a primary color single plate type having R, G, B mosaic color filters as shown in FIG.
CD 54b has Y, C, Wa, as shown in FIG.
Complementary color single plate type C with Wb mosaic color filter
It's a CD.
【0088】上記CCD54bの補色フィルタを構成す
る各色フィルタの分光特性は、各画素で得られる画素値
V_x(xはY,Wa,Wb,Cの何れか)が、同一の被
写体の同一露出での撮影時に、CCD54aの原色フィ
ルタR,G,Bを有する画素において得られる画素値V
_R,V_G,V_Bに対して、次の数式1を満足するように
調整されている。The spectral characteristics of the respective color filters forming the complementary color filter of the CCD 54b are the same when the pixel value V_x (x is Y, Wa, Wb or C) obtained at each pixel is the same for the same subject and the same exposure. The pixel value V obtained in the pixel having the primary color filters R, G, B of the CCD 54a at the time of photographing
_R, V_G, and V_B are adjusted so as to satisfy the following formula 1.
【数1】V_Y=V_R+V_G V_C=V_B+V_G V_Wa=α×V_R+V_G+β×V_B V_Wb=β×V_R+V_G+α×V_B ここにa,βは、所定の定数である。[Equation 1] V_Y = V_R + V_G V_C = V_B + V_G V_Wa = α × V_R + V_G + β × V_B V_Wb = β × V_R + V_G + α × V_B Here, a and β are predetermined constants.
【0089】また、上記統合色分離回路52は、後述す
るように、画像バッファ8a,8bに記憶された単板画
像をカラー画像に変換する処理を行うものである。Further, the integrated color separation circuit 52 performs a process of converting the single-plate image stored in the image buffers 8a and 8b into a color image, as described later.
【0090】次に、このようなカメラシステムの作用に
ついて説明する。Next, the operation of such a camera system will be described.
【0091】上記SLカメラ51による撮像動作が開始
されると、上記光学系2とプリズム3とにより同一のシ
ーンに対する二つの光学像が形成され、単板式のCCD
54a,54bの撮像面に各結像される。When the image pickup operation by the SL camera 51 is started, two optical images for the same scene are formed by the optical system 2 and the prism 3, and a single plate CCD is formed.
Each image is formed on the image pickup surfaces of 54a and 54b.
【0092】これら単板式のCCD54a,54bは、
結像された光学像を光電変換して、上記露光制御回路5
により調整された電荷蓄積時間だけ電荷の蓄積を行い、
その後に撮像された画像信号を出力する。These single plate CCDs 54a and 54b are
The formed optical image is photoelectrically converted to the exposure control circuit 5 described above.
The charge is stored for the charge storage time adjusted by
After that, the image signal captured is output.
【0093】このとき、上記露光制御回路5は、補色単
板式のCCD54bに対してはAEにより決定した標準
的な露光量を設定し、原色単板式のCCD54aに対し
てはその1/γ(ここに、γ>1)倍の露光量(いわゆ
る短時間露光量)を設定する。At this time, the exposure control circuit 5 sets a standard exposure amount determined by AE for the complementary color single plate type CCD 54b, and 1 / γ (here) for the primary color single plate type CCD 54a. Then, an exposure amount γ> 1) times (so-called short-time exposure amount) is set.
【0094】このように設定される露光量による、各C
CD54a,54bの飽和電荷量Vmaxを同一グラフ
上にプロットすると、図11に示すようになる。すなわ
ち、撮影シーンの絶対的な明るさに対して出力される信
号は、CCD54aについては短時間露光となって緩や
かな傾きの符号61に示すようになり、一方、CCD5
4bについては符号62に示すようになる。Each C according to the exposure amount set in this way
The saturation charge amounts Vmax of the CDs 54a and 54b are plotted on the same graph as shown in FIG. That is, the signal output with respect to the absolute brightness of the photographic scene becomes a short-time exposure for the CCD 54a, as shown by the reference numeral 61 with a gentle inclination, while the CCD 5a
For 4b, reference numeral 62 is used.
【0095】このように、露光を異ならせて2枚のCC
Dでほぼ同時に同一の被写体を撮像することにより、広
い輝度範囲で飽和することなく信号が得られる。また、
CCD4a,4bは、上述したように画素サイズが同一
であるために、ここではノイズレベルは何れも符号63
に示すように同一となっている。As described above, two CCs with different exposures are used.
By capturing the same subject at D almost simultaneously, a signal can be obtained without being saturated in a wide luminance range. Also,
Since the CCDs 4a and 4b have the same pixel size as described above, the noise levels are both 63 in this example.
It is the same as shown in.
【0096】次に、CCD54a,54bから出力され
るアナログ信号は、上記A/D変換回路6a,6bによ
り、それぞれ10ビットのビット幅のデジタル信号に変
換された後に、上記画像バッファ8a,8bに単板状態
のままの画像として保持される。Next, the analog signals output from the CCDs 54a and 54b are converted into digital signals having a bit width of 10 bits by the A / D conversion circuits 6a and 6b, respectively, and then converted into the image buffers 8a and 8b. The image is held as a single plate.
【0097】次に、画像バッファ8a,8b内の単板画
像は、上記統合色分離回路52によりカラー画像に変換
される。この統合色分離回路52では、両方の単板画像
を有効に利用して、各々の単板画像に対するカラー化を
行うようになっている。Next, the single plate images in the image buffers 8a and 8b are converted into color images by the integrated color separation circuit 52. In this integrated color separation circuit 52, both single-plate images are effectively used to perform colorization on each single-plate image.
【0098】すなわち、図11に示すように、何れのC
CD54a,54bにおいても、信号出力が符号63に
示すノイズレベル以上でかつ飽和レベルVmax以下に
なるような有効輝度範囲が存在する。この有効輝度範囲
の被写体については、何れの単板画像のデータを利用す
ることも可能である。そこで、統合色分離回路52は、
何れの画像においても3×3画素でなる近傍画素内の画
素全てがノイズレベル以上飽和レベル以下の条件を満足
するような画素からなる領域Dを求めて、この領域D内
では、図12に示すようなフローチャートに沿って処理
を行い、RGBカラー画像を生成するようになってい
る。That is, as shown in FIG. 11, which C
The CDs 54a and 54b also have an effective luminance range in which the signal output is equal to or higher than the noise level indicated by reference numeral 63 and is equal to or lower than the saturation level Vmax. For a subject in this effective brightness range, it is possible to use data of any single plate image. Therefore, the integrated color separation circuit 52
In any of the images, an area D composed of pixels in which all the pixels in the neighboring pixels of 3 × 3 pixels satisfy the condition of the noise level or more and the saturation level or less is obtained. The processing is performed according to such a flow chart to generate an RGB color image.
【0099】以下では、この図12に示すフローチャー
トに沿って説明を行う。この説明中において、「M1」
はCCD54aに対応する画像バッファ8a内の単板画
像、「M2」はCCD54bに対応する画像バッファ8
b内の単板画像、その他のM3〜M6は、中間結果の画
像を表している。In the following, description will be given according to the flowchart shown in FIG. In this description, "M1"
Is a single plate image in the image buffer 8a corresponding to the CCD 54a, and "M2" is the image buffer 8 corresponding to the CCD 54b.
The single plate image in b and the other M3 to M6 represent images of intermediate results.
【0100】また、偶数画素とは、図10(C)のハッ
チングを施したような位置にある画素を指し、奇数画素
とは、図10(C)中のその他の画素を指している。す
なわち、縦方向および横方向に配列された画素の画素座
標を(k,l)(ここに、k,lは1以上の整数)で表
すと、k+lが奇数となるものが偶数画素、k+lが偶
数となるものが奇数画素である。具体的には、(1,
1)、(2,2)、(1,3)、(3,1)等が奇数画
素となり、(1,2)、(2,1)、(1,4)、
(2,3)等が偶数画素となる。Further, the even-numbered pixel means a pixel at a position as hatched in FIG. 10 (C), and the odd-numbered pixel means another pixel in FIG. 10 (C). That is, when the pixel coordinates of pixels arranged in the vertical direction and the horizontal direction are represented by (k, l) (here, k, l is an integer of 1 or more), those in which k + 1 is an odd number are even pixels, and k + l is Those that are even are odd pixels. Specifically, (1,
1), (2,2), (1,3), (3,1), etc. are odd pixels, and (1,2), (2,1), (1,4),
(2, 3) and the like are even pixels.
【0101】処理が開始されると、まず、画像M2との
露光量の違いを補償するために、画像M1をγ倍して、
これを新たにM1とする(ステップS1)。When the processing is started, first, in order to compensate for the difference in the exposure amount from the image M2, the image M1 is multiplied by γ and
This is newly designated as M1 (step S1).
【0102】次に、画像M2の各画素値から、露光量補
償された画像M1の対応する位置の画素値を減算して、
その結果を画像M3の画素値とする(ステップS2)。
その結果、M3においては、上記数式1によって、奇数
画素ではR+G−R=GまたはB+G−B=Gを計算す
ることにより、G成分が得られる。また、偶数画素で
は、CCD54bの対応位置の色フィルタがWaである
かまたはWbであるかに応じて、αR+βB+G−G=
αR+βB、または、βR+αB+G−G=βR+a
B、の何れかが得られる。Next, from each pixel value of the image M2, the pixel value at the corresponding position of the exposure-compensated image M1 is subtracted,
The result is set as the pixel value of the image M3 (step S2).
As a result, in M3, the G component is obtained by calculating R + G-R = G or B + G-B = G in the odd-numbered pixel by the above-mentioned mathematical expression 1. In the even-numbered pixels, αR + βB + G−G =, depending on whether the color filter at the corresponding position of the CCD 54b is Wa or Wb.
αR + βB or βR + αB + G−G = βR + a
Either B or B is obtained.
【0103】続いて、M3の奇数画素とM1の偶数画素
とを組み合わせてM4を作成する(ステップS3)。M
3の奇数画素とM1の偶数画素とは、何れもG成分であ
るために、M4は全画素がG成分だけからなる画像であ
る。Then, M4 is created by combining the odd pixels of M3 and the even pixels of M1 (step S3). M
Since the odd-numbered pixels of 3 and the even-numbered pixels of M1 both have G components, M4 is an image in which all pixels have only G components.
【0104】そして、M4の各画素において、その3×
3画素でなる近傍画素におけるエッジの方向を判断する
(ステップS4)。すなわち、図13に示すようなある
画素を中心とする3×3画素でなる近傍画素において、
同じ番号が付されている近傍画素ペアの画素値の差の絶
対値を4通り計算して、その差の最小値を与えるペアの
番号をエッジ方向のラベルとする。Then, in each pixel of M4, 3 ×
The direction of the edge in the neighboring pixels of 3 pixels is determined (step S4). That is, in a neighboring pixel composed of 3 × 3 pixels centered on a certain pixel as shown in FIG.
The absolute value of the difference between the pixel values of the neighboring pixel pairs with the same number is calculated in four ways, and the number of the pair that gives the minimum value of the difference is used as the label in the edge direction.
【0105】さらに、M3の偶数画素とM1の奇数画素
とを組み合わせてM5を作成する。このM5は、3×3
画素でなる近傍画素を例示すると、その位置に応じて、
図14に示すような4通りのタイプとなる。そして、M
5の各画素の3×3画素でなる近傍画素において、上記
ステップS4でラベルされたエッジ方向にある近傍画素
のペアを平均し、M6の画素値とする(ステップS
5)。これらM5,M6は、近傍のタイプとエッジ方向
との組み合わせに対して、図15の表に示すような値を
とる。Further, M5 is created by combining the even pixels of M3 and the odd pixels of M1. This M5 is 3x3
If a neighboring pixel made up of pixels is exemplified, depending on its position,
There are four types as shown in FIG. And M
In the neighboring pixels of 3 × 3 pixels of each pixel of 5, the pairs of neighboring pixels in the edge direction labeled in step S4 are averaged to obtain the pixel value of M6 (step S6).
5). These M5 and M6 take values as shown in the table of FIG. 15 for the combination of the neighborhood type and the edge direction.
【0106】次に、M5,M6の画素値毎の演算を行っ
て、R,B成分を求める。このときの計算式は、図15
に示した図表における最も右側の列に記載したようにな
る。この数式中のM5,M6は、ある画素位置における
M5、M6の画素値を示し、R,Bはその画素位置の
R,B成分をそれぞれ示している。また、各係数C1 〜
C5 は、次の数式2を満足するものである。Next, the calculation is performed for each pixel value of M5 and M6 to obtain the R and B components. The calculation formula at this time is shown in FIG.
It is as described in the rightmost column in the chart shown in. In the formula, M5 and M6 represent the pixel values of M5 and M6 at a certain pixel position, and R and B represent the R and B components of that pixel position, respectively. Also, each coefficient C1 ~
C5 satisfies the following expression 2.
【数2】 [Equation 2]
【0107】これらの計算式は、何れも、次の数式3に
示すような形、つまりAll of these calculation formulas have the form shown in the following formula 3, that is,
【数3】
の形に書けるために、P11〜P22でなる係数の行列を、
図14に示したような4種類の近傍(タイプI〜IV)と
図13に示したような4種類のエッジ方向(タイプ1〜
4)との組み合わせによる合計16通りについてROM
に記憶しておき、線形演算である行列演算を行うことに
より、容易にR成分とB成分の計算を実現することがで
きる。また、G成分は、上記ステップS3においてM4
として構成されているために、これにより、RGB成分
が得られたことになる(ステップS6)。[Equation 3] To write in the form of, the matrix of coefficients P11-P22 is
Four types of neighborhoods (types I to IV) shown in FIG. 14 and four types of edge directions (types 1 to IV) shown in FIG.
ROM for a total of 16 combinations by combination with 4)
It is possible to easily realize the calculation of the R component and the B component by storing them in the memory and performing a matrix calculation which is a linear calculation. The G component is M4 in step S3.
As a result, the RGB components are obtained (step S6).
【0108】CCD54bに対応する画像バッファ8b
内の画像については、領域Dに属する画素に対しては、
上記図12に示したような処理を実行することにより得
られた結果をそのまま使用することができる。また、領
域Dに属さない画素に対しては、画像バッファ8aの画
素値はノイズの影響を大きく受けているために、統合色
分離回路52は、画像バッファ8bの画素値のみから補
間することにより、RGB成分を求める。Image buffer 8b corresponding to CCD 54b
For the image inside, for the pixels belonging to the area D,
The result obtained by executing the processing shown in FIG. 12 can be used as it is. Further, for pixels that do not belong to the region D, the pixel value of the image buffer 8a is greatly affected by noise, so the integrated color separation circuit 52 interpolates only from the pixel values of the image buffer 8b. , RGB components are obtained.
【0109】上記図10(B)に示したようなフィルタ
配置からわかるように、3×3画素でなる近傍画素にお
いては、常に4種類のフィルタが全て含まれている。統
合色分離回路52は、各画素の3×3画素でなる近傍画
素に対して、同じフィルタ種類毎に平均値と相互の差分
の絶対値の最大値vi を求める(ここに、i=C,Y,
Wa,Wb)。そして、vi が小さなものから3つ選択
して、対応する3つの平均値Ax,Ay,Az(x,
y,zは、C,Y,Wa,Wbの内の何れか三つ)を用
いて、As can be seen from the filter arrangement as shown in FIG. 10B, all the four types of filters are always included in the neighboring pixels of 3 × 3 pixels. The integrated color separation circuit 52 obtains the maximum value vi of the absolute value of the average value and the mutual difference for each of the same filter types for the neighboring pixels of 3 × 3 pixels of each pixel (where i = C, Y,
Wa, Wb). Then, three of the ones having the smallest vi are selected, and the corresponding three average values Ax, Ay, Az (x,
y and z are any three of C, Y, Wa and Wb),
【数4】
のような線形演算である行列演算により、各画素のRG
B成分を求める。ここに数式4におけるP11〜P33は、
4種類のフィルタからどの3つが選ばれたかに応じて、
予め計算されている定数である。[Equation 4] RG of each pixel by matrix operation which is a linear operation like
Find the B component. Here, P11 to P33 in Equation 4 are
Depending on which three were chosen from the four types of filters,
It is a constant calculated in advance.
【0110】そして、このように、領域Dの内外で全画
素のRGB値を計算した後に、統合色分離回路52は、
結果を画像バッファ8bに出力して保持させる。After calculating the RGB values of all pixels inside and outside the area D in this way, the integrated color separation circuit 52
The result is output to the image buffer 8b and held therein.
【0111】一方、CCD54aに対応する画像バッフ
ァ8a内の画像については、領域Dに属する画素に対し
ては、上記図12に示したような処理を実行することに
より得られた結果を、露出比を考えて1/γ倍する必要
がある。On the other hand, for the image in the image buffer 8a corresponding to the CCD 54a, the results obtained by executing the processing shown in FIG. Therefore, it is necessary to multiply by 1 / γ.
【0112】また、領域Dに属さない画素については、
画像バッファ8aの画素値のみから補間することによ
り、RGB成分を求める。この補間は、CCD54aが
通常の原色ベイヤー配列のものであるために、公知のベ
イヤー配列用の補間方式で補間が行なわれる。For pixels not belonging to the area D,
The RGB components are obtained by interpolating only the pixel values of the image buffer 8a. This interpolation is performed by a known interpolation method for the Bayer array because the CCD 54a has a normal primary color Bayer array.
【0113】そして、このように、領域Dの内外で全画
素のRGB値を計算した後に、統合色分離回路52は、
結果を画像バッファ8aに出力して保持させる。After calculating the RGB values of all pixels inside and outside the area D in this way, the integrated color separation circuit 52
The result is output to the image buffer 8a and held therein.
【0114】こうして統合色分離回路52により各画像
バッファの単板画像のカラー化が行われた後に、SL合
成回路11は、上述した第1の実施形態と同様にして、
画像バッファ8a,8bの画像を合成して、一枚の広ダ
イナミックレンジ画像を生成する。After the single color image of each image buffer is colorized by the integrated color separation circuit 52 in this way, the SL synthesizing circuit 11 performs the same processing as in the first embodiment described above.
The images in the image buffers 8a and 8b are combined to generate one wide dynamic range image.
【0115】こうして生成された広ダイナミックレンジ
画像が、上記出力ポート13から出力されて、上記表示
装置14に表示される。The wide dynamic range image thus generated is output from the output port 13 and displayed on the display device 14.
【0116】このような第2の実施形態によれば、上述
した第1の実施形態とほぼ同様の効果を奏するととも
に、互いに色フィルタ特性(色フィルタ配置)が異なる
複数のCCDを用いて、各CCDの露出を異ならせて撮
像し、その結果を合成する際に、何れのCCDにおいて
もノイズレベル以上で飽和レベル以下となる重複した有
効輝度範囲において、両方のCCDの出力を利用して色
分離を行うようにしたために、空間周波数帯域が広く、
かつ広ダイナミックレンジの合成画像を得ることができ
る。According to the second embodiment as described above, substantially the same effect as that of the above-described first embodiment is obtained, and a plurality of CCDs having different color filter characteristics (color filter arrangement) from each other are used. When the CCDs are imaged with different exposures and the results are combined, color separation is performed by using the outputs of both CCDs in the overlapping effective luminance range where the CCDs are above the noise level and below the saturation level in both CCDs. As a result, the spatial frequency band is wide,
Moreover, a composite image having a wide dynamic range can be obtained.
【0117】さらに、2枚のCCDから得られる画像に
画素値毎の演算を施せば、全画素でG成分を得ることが
できるように色フィルタの配置等を工夫したために、広
い空間周波数帯域の色分離が容易である。こうして、全
画素で得られる共通の色成分の信号は広い空間周波数帯
域となるために、この色成分の信号を手がかりにして色
分離を行うことにより、他の色成分の信号も広帯域化す
ることが可能となり、その処理も簡単化することができ
る。Furthermore, when the calculation is performed for each pixel value on the images obtained from the two CCDs, the arrangement of color filters is devised so that the G component can be obtained for all the pixels. Easy color separation. In this way, the signal of the common color component obtained in all pixels has a wide spatial frequency band. Therefore, by performing color separation using this color component signal as a clue, the band of other color components can also be broadened. It becomes possible and the processing can be simplified.
【0118】特に、各画素の近傍で、全画素で得られる
共通の色成分であるG成分のエッジ方向を判別して、そ
の方向に基づいて補間を行うことにより、G成分以外の
成分を得ているために、比較的簡単な回路構成で、G成
分以外の成分も含む全色成分の広帯域な色分離を、容易
に行うことができる。Particularly, in the vicinity of each pixel, the edge direction of the G component, which is a common color component obtained in all pixels, is discriminated, and interpolation is performed based on that direction to obtain components other than the G component. Therefore, it is possible to easily perform broadband color separation of all color components including components other than the G component with a relatively simple circuit configuration.
【0119】なお、本実施形態は、上述したような構成
に限らず、種々の変更や応用が可能である。The present embodiment is not limited to the above-mentioned configuration, and various modifications and applications are possible.
【0120】例えば、各CCDの色フィルタの選択の仕
方としては、本実施形態のように広帯域な色分離を行う
ように特に選択するに限るものではなく、両者の色フィ
ルタ配置が、同一の画素位置で異なるようにするだけで
も、高画質化を図ることが可能である。For example, the method of selecting the color filters of each CCD is not limited to the method of performing wideband color separation as in the present embodiment, and the color filter arrangements of both pixels are the same. Higher image quality can be achieved simply by making the positions different.
【0121】この場合には、両CCDで得られる画像に
対して露出比を補償した後に、差分を計算する。差分が
大きく生じた部分は、モザイクフィルタ配列の影響によ
り色モアレが発生している可能性が高いために、その部
分の彩度を低下させることにより、色モアレを低減する
ことができる。In this case, the difference is calculated after compensating the exposure ratio for the images obtained by both CCDs. Since there is a high possibility that color moire occurs due to the influence of the mosaic filter array in the portion where the difference is large, it is possible to reduce the color moire by reducing the saturation of that portion.
【0122】こうして、撮像素子のフィルタ配置を同一
画素位置で互いに異なる色情報が得られるようにしてお
くことにより、容易に広帯域化を図ることができる。In this way, by setting the filter arrangement of the image pickup device so that different color information can be obtained at the same pixel position, it is possible to easily widen the band.
【0123】また、一方のCCDを広帯域の輝度信号が
得られる色材により構成した色フィルタを備えたCCD
とし、他方のCCDを色再現性の高い色材により構成し
た色フィルタを備えたCCDとして特化することによ
り、色分離を行うときには広帯域の輝度信号が得られる
CCDから輝度成分を取得し、色再現性の高いCCDか
ら色差成分を計算して、両者を合成するようにしてもよ
い。これにより、双方のCCDの特性を利用して、輝度
特性および色再現特性に優れた高画質な画像を得ること
が可能となる。A CCD having a color filter in which one of the CCDs is made of a color material capable of obtaining a luminance signal in a wide band.
By specializing the other CCD as a CCD provided with a color filter composed of a color material having high color reproducibility, a luminance component is acquired from the CCD that can obtain a broadband luminance signal when performing color separation, and The color difference components may be calculated from the CCD having high reproducibility, and both may be combined. As a result, it becomes possible to obtain a high-quality image excellent in luminance characteristics and color reproduction characteristics by utilizing the characteristics of both CCDs.
【0124】さらに、一方が高感度特性の得られる色材
により構成した色フィルタを備えたCCD、他方が色再
現性の高い色材により構成した色フィルタを備えたCC
Dとなるように構成しても良い。この場合には、高感度
特性の得られる色フィルタを備えたCCDを標準露光に
用いることにより、標準露光のシャッタ速度を高速にす
ることができる。また、色再現性の高い色フィルタを備
えたCCDは相対的に感度が低いために、これを短時間
露光に用いることにより、短時間露光のシャッタ速度を
相対的に遅く設定することができる。これは、ノイズ特
性とシャッタ制御との両方の観点から、好ましい構成と
なっている。こうして、短時間露光用に低感度の素子、
長時間露光用に高感度の素子を用いることにより、撮像
装置全体として所定の輝度範囲を撮像するのに必要なシ
ャッタ速度のレンジを相対的に狭くすることができ、シ
ャッタ制御が容易になる。Further, one of the CCDs is provided with a color filter composed of a color material capable of obtaining high sensitivity characteristics, and the other is a CC provided with a color filter composed of a color material having high color reproducibility.
You may comprise so that it may become D. In this case, by using a CCD provided with a color filter having high sensitivity characteristics for standard exposure, the shutter speed of standard exposure can be increased. Further, since the CCD provided with the color filter having high color reproducibility has relatively low sensitivity, the shutter speed for short-time exposure can be set relatively slow by using this CCD for short-time exposure. This is a preferable configuration from the viewpoint of both noise characteristics and shutter control. In this way, a low-sensitivity element for short-time exposure,
By using a high-sensitivity element for long-time exposure, it is possible to relatively narrow the range of shutter speeds required for capturing an image in a predetermined luminance range in the image pickup apparatus as a whole, and shutter control is facilitated.
【0125】特に、本実施形態の場合は、上記CCD5
4bの色フィルタにおいて定数α,βを適切に設定し
て、色フィルタ間で感度差が少なくなる(平均分光透過
率が色フィルタ間でほぼ均等となる)ようにすれば、こ
の条件を満たすために、露光量を増やしたときに特定の
画素だけが飽和してしまうような現象が発生しなくな
り、撮像素子の感度特性を改善することができる。In particular, in the case of this embodiment, the CCD 5
This condition is satisfied if the constants α and β are appropriately set in the color filter 4b so that the sensitivity difference between the color filters is reduced (the average spectral transmittance is substantially equal among the color filters). In addition, the phenomenon that only a specific pixel is saturated does not occur when the exposure amount is increased, and the sensitivity characteristic of the image sensor can be improved.
【0126】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲内にお
いて種々の変形や応用が可能であることは勿論である。The present invention is not limited to the above-described embodiments, and it goes without saying that various modifications and applications are possible without departing from the spirit of the invention.
【0127】[0127]
【発明の効果】以上説明したように本発明の撮像装置に
よれば、低コストで、ダイナミックレンジや空間周波数
帯域が広く良好な画質の画像を得ることができる。As described above, according to the image pickup apparatus of the present invention, it is possible to obtain an image of good quality with a wide dynamic range and a wide spatial frequency band at low cost.
【図1】本発明の第1の実施形態において、SLカメラ
に表示装置が接続されてなるカメラシステムの構成を示
すブロック図。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a camera system in which a display device is connected to an SL camera according to a first embodiment of the present invention.
【図2】上記第1の実施形態におけるSLカメラに搭載
された2つのCCDの構成を示す図。FIG. 2 is a diagram showing a configuration of two CCDs mounted on the SL camera according to the first embodiment.
【図3】上記第1の実施形態におけるSLカメラに搭載
された2つのCCDの露光量の違いを示す線図。FIG. 3 is a diagram showing a difference in exposure amount between two CCDs mounted on the SL camera according to the first embodiment.
【図4】上記第1の実施形態において、A/D変換後の
2つのCCDの画素値および合成画像の階調特性とシー
ンの絶対輝度との関係を示す線図。FIG. 4 is a diagram showing a relationship between pixel values of two CCDs after A / D conversion, gradation characteristics of a composite image, and absolute brightness of a scene in the first embodiment.
【図5】上記第1の実施形態において、各CCDからの
画素をそれぞれ合成するときの各階調変換特性を示す線
図。FIG. 5 is a diagram showing each gradation conversion characteristic when the pixels from each CCD are combined in the first embodiment.
【図6】上記第1の実施形態において、標準露光が暗く
設定された場合の2つのCCDの画素値とシーンの絶対
輝度との関係を示す線図。FIG. 6 is a diagram showing a relationship between pixel values of two CCDs and absolute brightness of a scene when standard exposure is set dark in the first embodiment.
【図7】上記第1の実施形態のSLカメラのSL合成回
路における合成処理の様子を示す図。FIG. 7 is a diagram showing a state of a combining process in an SL combining circuit of the SL camera of the first embodiment.
【図8】上記第1の実施形態において、ノイズ特性に基
づいて輝度区間毎に使用するCCDを切り替える変形例
を示す線図。FIG. 8 is a diagram showing a modified example of switching the CCD to be used for each luminance section based on a noise characteristic in the first embodiment.
【図9】本発明の第2の実施形態において、SLカメラ
に表示装置が接続されてなるカメラシステムの構成を示
すブロック図。FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of a camera system in which a display device is connected to an SL camera according to a second embodiment of the present invention.
【図10】上記第2の実施形態におけるSLカメラに搭
載された2つのCCDの構成を示す図。FIG. 10 is a diagram showing a configuration of two CCDs mounted on the SL camera according to the second embodiment.
【図11】上記第2の実施形態におけるSLカメラに搭
載された2つのCCDからの情報を利用することができ
る有効輝度範囲を示す線図。FIG. 11 is a diagram showing an effective luminance range in which information from two CCDs mounted on the SL camera according to the second embodiment can be used.
【図12】上記第2の実施形態における統合色分離回路
の処理を示すフローチャート。FIG. 12 is a flowchart showing the processing of the integrated color separation circuit in the second embodiment.
【図13】上記第2の実施形態の統合色分離回路におい
てエッジ方向を判断する際の近傍画素のペアを示す図。FIG. 13 is a diagram showing a pair of neighboring pixels when determining an edge direction in the integrated color separation circuit of the second embodiment.
【図14】上記第2の実施形態の統合色分離回路におい
て算出されるM5の3×3画素でなる近傍画素における
4通りのタイプを示す図。FIG. 14 is a diagram showing four types of neighboring pixels formed by 3 × 3 pixels of M5 calculated by the integrated color separation circuit of the second embodiment.
【図15】上記第2の実施形態の統合色分離回路におい
て近傍のタイプとエッジ方向の組み合わせに対するR成
分とB成分の計算式等を示す図表。FIG. 15 is a table showing calculation formulas for R and B components for combinations of neighboring types and edge directions in the integrated color separation circuit of the second embodiment.
1,51…SLカメラ(撮像装置)
2…光学系
3…プリズム(光学系)
4a,4b,54a,54b…CCD(撮像素子)
5…露光制御回路(露光制御手段)
6a,6b…A/D変換回路(A/D変換手段)
7a,7b…色分離回路
8a,8b…画像バッファ
9…動き検出回路(判断手段)
10…ヒストグラム計算回路(合成手段)
11…SL合成回路(合成手段)
12…拡大回路(合成手段、サイズ統一手段)
13…出力ポート
14…表示装置
52…統合色分離回路(合成手段、多板色分離手段、エ
ッジ判別手段)1, 51 ... SL camera (imaging device) 2 ... Optical system 3 ... Prism (optical system) 4a, 4b, 54a, 54b ... CCD (imaging device) 5 ... Exposure control circuit (exposure control means) 6a, 6b ... A / D conversion circuit (A / D conversion means) 7a, 7b ... Color separation circuits 8a, 8b ... Image buffer 9 ... Motion detection circuit (determination means) 10 ... Histogram calculation circuit (synthesis means) 11 ... SL synthesis circuit (synthesis means) 12 ... Enlarging circuit (combining means, size unifying means) 13 ... Output port 14 ... Display device 52 ... Integrated color separation circuit (combining means, multi-plate color separating means, edge discriminating means)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H04N 9/04 H04N 9/04 B 9/07 9/07 D // H04N 101:00 101:00 Fターム(参考) 5C022 AA00 AB06 AB14 AB37 AC42 AC69 CA00 5C024 AX01 BX01 BX04 CX46 DX04 EX17 EX18 EX48 EX52 GY01 HX23 HX50 HX51 HX58 5C065 AA03 BB48 CC01 DD02 EE01 EE05 GG18 GG21 GG30 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) H04N 9/04 H04N 9/04 B 9/07 9/07 D // H04N 101: 00 101: 00 F term (Reference) 5C022 AA00 AB06 AB14 AB37 AC42 AC69 CA00 5C024 AX01 BX01 BX04 CX46 DX04 EX17 EX18 EX48 EX52 GY01 HX23 HX50 HX51 HX58 5C065 AA03 BB48 CC01 DD02 EE01 EE05 GG18 GG21 GG30
Claims (17)
成する光学系と、 上記複数の光学像の各々を撮像してアナログ画像として
出力する互いに特性の異なる複数の撮像素子と、 これら複数の撮像素子の露光量が互いに異なるように制
御する露光制御手段と、 上記複数の撮像素子から出力されるアナログ画像をデジ
タル画像に変換するA/D変換手段と、 このA/D変換手段により変換された複数のデジタル画
像を合成して、一枚の広ダイナミックレンジ画像を生成
する合成手段と、 を具備したことを特徴とする撮像装置。1. An optical system for generating a plurality of optical images for the same subject; a plurality of image pickup elements having different characteristics for picking up each of the plurality of optical images and outputting as an analog image; Exposure control means for controlling the exposure amounts of the image pickup elements to be different from each other, A / D conversion means for converting an analog image output from the plurality of image pickup elements into a digital image, and conversion by the A / D conversion means. An image pickup apparatus comprising: a synthesizing unit configured to synthesize a plurality of digital images thus generated to generate one wide dynamic range image.
ンジを互いに異ならせることにより、上記特性を互いに
異ならせているものであることを特徴とする請求項1に
記載の撮像装置。2. The image pickup apparatus according to claim 1, wherein the plurality of image pickup devices have different characteristics by making the dynamic ranges different from each other.
イズを互いに異ならせることにより、上記特性を互いに
異ならせているものであることを特徴とする請求項2に
記載の撮像装置。3. The image pickup apparatus according to claim 2, wherein the plurality of image pickup elements further have different characteristics by making pixel sizes different from each other.
が互いに等しいものであることを特徴とする請求項3に
記載の撮像装置。4. The image pickup apparatus according to claim 3, wherein the plurality of image pickup elements have mutually equal image pickup angles of view.
る合成結果中の暗い部分と明るい部分との何れが重要で
あるかを判断する判断手段を有してなり、暗い部分が重
要であると判断した場合は、少なくとも一つの撮像素子
の露光量を標準露光量以上に制御し、明るい部分が重要
であると判断した場合は、少なくとも一つの撮像素子の
露光量を標準露光量以下に制御するものであることを特
徴とする請求項1に記載の撮像装置。5. The exposure control means comprises a judging means for judging which of a dark portion and a bright portion in the synthesis result by the synthesizing means is important, and the dark portion is important. If it is determined, the exposure amount of at least one image sensor is controlled to be equal to or higher than the standard exposure amount, and if it is determined that the bright part is important, the exposure amount of at least one image sensor is controlled to be equal to or less than the standard exposure amount. The image pickup apparatus according to claim 1, wherein the image pickup apparatus is one.
つは、モノクロ情報のみが得られるタイプの撮像素子で
あり、他の少なくとも一つは、カラー情報が得られるタ
イプの撮像素子であることを特徴とする請求項1に記載
の撮像装置。6. At least one of the plurality of image pickup devices is an image pickup device of a type that can obtain only monochrome information, and at least another one is an image pickup device of a type that can obtain color information. The image pickup apparatus according to claim 1, wherein:
を得るために複数色のカラーフィルタをモザイク状に配
列してなるモザイクカラーフィルタを有するものであ
り、該カラーフィルタの配置は、上記複数の撮像素子毎
に異なるように構成されていることを特徴とする請求項
1に記載の撮像装置。7. The image pickup device has a mosaic color filter in which color filters of a plurality of colors are arranged in a mosaic pattern in order to obtain different color components for each pixel, and the arrangement of the color filters is as described above. The image pickup apparatus according to claim 1, wherein the plurality of image pickup elements are different from each other.
画素座標において得られる色成分が各撮像素子間で異な
るようにカラーフィルタを配置したものであることを特
徴とする請求項7に記載の画像処理装置。8. The image processing according to claim 7, wherein the mosaic color filter has color filters arranged such that color components obtained at the same pixel coordinates are different between image pickup devices. apparatus.
画素座標に対して各撮像素子で得られた画素値に対する
線形演算を行うことにより、全画素において共通の色成
分の値が算出可能となるように構成されたものであるこ
とを特徴とする請求項8に記載の撮像装置。9. The mosaic color filter can calculate a common color component value for all pixels by performing a linear operation on pixel values obtained by each image sensor for the same pixel coordinates. The image pickup apparatus according to claim 8, wherein the image pickup apparatus is configured as described above.
複数の撮像素子の内のある撮像素子においては良好な輝
度の空間周波数帯域特性が得られる色材の組み合わせに
より構成されたものであり、他のある撮像素子において
は良好な色再現特性が得られる色材の組み合わせにより
構成されたものであることを特徴とする請求項7に記載
の撮像装置。10. The mosaic color filter is composed of a combination of coloring materials capable of obtaining a spatial frequency band characteristic of good luminance in an image pickup device among the plurality of image pickup devices, and there are others. The image pickup apparatus according to claim 7, wherein the image pickup element is configured by a combination of color materials that can obtain good color reproduction characteristics.
複数の撮像素子の内のある撮像素子においては良好な感
度特性が得られる色材の組み合わせにより構成されたも
のであり、他のある撮像素子においては良好な色再現特
性が得られる色材の組み合わせにより構成されたもので
あることを特徴とする請求項7に記載の撮像装置。11. The mosaic color filter is composed of a combination of color materials capable of obtaining good sensitivity characteristics in one of the plurality of image pickup elements, and in another certain image pickup element. The image pickup apparatus according to claim 7, wherein the image pickup apparatus is configured by a combination of color materials that can obtain good color reproduction characteristics.
組み合わせとして、各色材の平均分光透過率が等しいも
のが選択されていることを特徴とする請求項11に記載
の撮像装置。12. The image pickup apparatus according to claim 11, wherein a combination of color materials having good sensitivity characteristics is selected so that the average spectral transmittance of each color material is the same.
ついて、その撮像素子における露光量が標準露光量を下
回る程度に応じて、A/D変換の階調数を減らすもので
あることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。13. The A / D conversion means reduces the number of gradations of A / D conversion for each image pickup device according to the extent to which the exposure amount of the image pickup device falls below the standard exposure amount. The image pickup apparatus according to claim 1, wherein the image pickup apparatus is provided.
撮像素子からのデジタル画像が同一サイズの画像となる
ように拡大と縮小との少なくとも一方を行うサイズ統一
手段を有してなり、このサイズ統一手段によってサイズ
が調整された画像を含む複数の画像を用いて一枚の画像
を合成するものであることを特徴とする請求項3に記載
の撮像装置。14. The synthesizing means has a size unifying means for performing at least one of enlargement and reduction so that the digital images from the respective A / D-converted image pickup devices have the same size. 4. The image pickup apparatus according to claim 3, wherein one image is composed by using a plurality of images including an image whose size is adjusted by the size unifying unit.
ない輝度範囲が複数の撮像素子間で重複する場合には、
複数の撮像素子から得たデジタル画像の内の、重複する
輝度範囲においてノイズが最も少ない画像を用いて、画
像を合成するものであることを特徴とする請求項1に記
載の撮像装置。15. The synthesizing means, when the luminance ranges in which the respective image pickup elements are not saturated overlap among a plurality of image pickup elements,
The image pickup apparatus according to claim 1, wherein the images are combined by using an image having the least noise in an overlapping luminance range among digital images obtained from a plurality of image pickup elements.
のデジタル画像を用いて、より空間周波数帯域の広いデ
ジタル画像を生成する多板色分離手段をさらに有してな
り、各撮像素子が飽和しない輝度範囲が複数の撮像素子
間で重複する場合には、重複する輝度範囲に含まれる被
写体に対する合成結果を、関連する全ての撮像素子のデ
ジタル画像から上記多板色分離手段により生成するもの
であることを特徴とする請求項7から請求項12の何れ
か一項に記載の撮像装置。16. The synthesizing means further comprises multi-plate color separating means for generating a digital image having a wider spatial frequency band by using digital images from a plurality of image pickup elements, and each image pickup element is saturated. In the case where the brightness ranges that do not overlap are overlapped between the plurality of image pickup devices, the composite result for the subjects included in the overlapping brightness ranges is generated by the multi-plate color separation means from the digital images of all the related image pickup devices. The imaging device according to any one of claims 7 to 12, wherein the imaging device is present.
像素子からのデジタル画像から全画素共通に得られる色
成分を算出し、その色成分の値を着目画素の近傍で比較
することにより各画素におけるエッジパターンを判断す
るエッジ判別手段を有してなり、このエッジ判別手段に
よる判断結果に基づいて、複数の撮像素子からのデジタ
ル画像から3原色成分を生成するものであることを特徴
とする請求項16に記載の撮像装置。17. The multi-plate color separation means calculates a color component commonly obtained from all the pixels from digital images from the plurality of image pickup devices, and compares the values of the color components in the vicinity of the pixel of interest. It is characterized in that it comprises edge discrimination means for discriminating an edge pattern in each pixel, and generates three primary color components from digital images from a plurality of image pickup devices based on the discrimination result by the edge discrimination means. The imaging device according to claim 16.
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