JP2003169259A - Imaging unit - Google Patents

Imaging unit

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JP2003169259A
JP2003169259A JP2001369453A JP2001369453A JP2003169259A JP 2003169259 A JP2003169259 A JP 2003169259A JP 2001369453 A JP2001369453 A JP 2001369453A JP 2001369453 A JP2001369453 A JP 2001369453A JP 2003169259 A JP2003169259 A JP 2003169259A
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JP
Japan
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image data
signal
exposure
image
rgb
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JP2001369453A
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Japanese (ja)
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Shinichi Nonaka
進一 野中
Toshiro Kinugasa
敏郎 衣笠
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Color Television Image Signal Generators (AREA)
  • Processing Of Color Television Signals (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an imaging unit employing a CMOS image sensor capable of photographing a photographing image without deterioration in the resolution of a low luminance part and a high luminance part of an object whose luminance distribution is extended over a wide range. <P>SOLUTION: The CMOS image sensor is driven for long time exposure and short time exposure to acquire two kinds of photographing images, and a memory once stores either of them. In the case of reading the other photographing image, the imaging image signal is read from the memory and mixing the two imaging image signals obtains an imaging signal with a wide dynamic range. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】CMOSイメージセンサを用
いた広ダイナミックレンジの映像を記録する撮像装置に
係る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image pickup apparatus for recording an image having a wide dynamic range using a CMOS image sensor.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、光学像を電気信号に変換して記録
する撮像装置においては、動画撮像装置にはCCDイメ
ージセンサが用いられることが多かった。最近では、省
電力の観点からCCDイメージセンサに比べて消費電力
の少ないCMOSイメージセンサがモバイル機器等に使
用される機会が増加しつつある。これら撮像素子を用い
た撮像装置で撮影をおこなう場合には、被写体の明るさ
を撮像信号から測定して被写体の信号レベルが適切にな
るように撮像素子の露光時間の調整して撮像素子の動作
点を最適化していた。
2. Description of the Related Art Conventionally, in an image pickup device for converting an optical image into an electric signal for recording, a CCD image sensor is often used in a moving image pickup device. Recently, from the viewpoint of power saving, a CMOS image sensor that consumes less power than a CCD image sensor is increasingly used in mobile devices and the like. When shooting with an image pickup device using these image pickup devices, the brightness of the subject is measured from the image pickup signal, and the exposure time of the image pickup device is adjusted so that the signal level of the subject is appropriate. The point was optimized.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】撮像対象となる被写体
の明るさの分布が広範囲に及ぶとき、上記の被写体の明
るさを撮像信号から測定して被写体の信号レベルが適切
になるように撮像素子の露光時間の調整して撮像素子の
動作点を最適化する技術を用いる場合において次のよう
な問題が生ずる。例えば被写体の高輝度部分の信号レベ
ルが適切になるように露光時間を合わせると、低輝度部
分の信号がつぶれてしまうので、低輝度部分の解像度が
出なくなる。このとき撮像素子から読み出される信号も
微弱になるのでS/Nも悪化する。逆に低輝度部分の信
号レベルが適切になるように露光時間を合わせると、高
輝度部分の信号が飽和状態になりその部分の画像は白一
色の状態になり、被写体の判別がつかなくなってしま
う。そこで、輝度分布が広範に及ぶ被写体の低輝度部分
と高輝度部分の解像度に劣化の無い撮像画像を撮影する
ことが可能なCMOSイメージセンサを用いた撮像装置
を提供することを本発明の課題とする。
When the brightness distribution of the object to be imaged is wide, the brightness of the object is measured from the image pickup signal so that the signal level of the object becomes appropriate. When the technique of optimizing the operating point of the image pickup device by adjusting the exposure time is used, the following problem occurs. For example, if the exposure time is adjusted so that the signal level of the high-luminance portion of the subject becomes appropriate, the signal of the low-luminance portion will be destroyed, and the resolution of the low-luminance portion will not be obtained. At this time, the signal read from the image pickup device also becomes weak, so that the S / N also deteriorates. Conversely, if the exposure time is adjusted so that the signal level in the low-brightness part becomes appropriate, the signal in the high-brightness part will be saturated and the image in that part will be in a single white color, making it difficult to distinguish the subject. . Therefore, it is an object of the present invention to provide an imaging device using a CMOS image sensor capable of capturing a captured image in which the resolution of a low-luminance portion and a high-luminance portion of a subject having a wide luminance distribution is not degraded. To do.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すため、
本発明は、光学像を電気的情報に変換するCMOSイメ
ージセンサと、CMOSイメージセンサより読み出され
る電気的情報をサンプリングしてディジタル撮像信号に
変換するCDS・A/D変換手段と、ディジタル撮像信
号を加工してRGBで表現される画像データに変換する
RGB処理手段と、RGBの画像データを記録するメモ
リ手段と、メモリ手段に格納されたRGB画像データ
と、RGB処理手段で新たに生成されたRGB画像デー
タを合成してさらに新たなRGB画像データを生成して
該さらに新たなRGB画像データから輝度信号と色差信
号を生成するY/C処理・混合手段とにより、撮像装置
を構成し、撮像装置を用いて以下の処理を行う。まず、
CMOSイメージセンサでは、短時間露光で取得した画
像データと長時間露光で取得した画像データを取り込む
処理を行う。そして、該画像データの一方をCMOSイ
メージセンサから読み出して第1の画像データとして該
フィールドメモリ手段に格納する。そして、該第1の画
像データと露光時間の異なるもう一方の画像データを該
CMOSイメージセンサから第2の画像データとして読
み出すと同時に該フィールドメモリ手段に該第1の画像
データを読み出して、該Y/C処理・混合手段で露光時
間の異なる該第1の画像データと該第2の画像データを
それぞれ或る適当な信号レベルでスライスし、段短時間
露光の画像データの高輝度側と長時間露光の画像データ
の低輝度側を繋ぎ合わせることで、高輝度部分と低輝度
部分の両方で解像度の高い広ダイナミックレンジの画像
信号が生成される。そして、生成された該広ダイナミッ
クレンジの撮像信号を該記録手段により記録する。
[Means for Solving the Problems] In order to solve the above problems,
The present invention relates to a CMOS image sensor that converts an optical image into electrical information, a CDS / A / D conversion unit that samples electrical information read from the CMOS image sensor and converts the electrical information into a digital imaging signal, and a digital imaging signal. RGB processing means for processing and converting into image data expressed in RGB, memory means for recording RGB image data, RGB image data stored in the memory means, and RGB newly generated by the RGB processing means. An image pickup device is configured by a Y / C processing / mixing unit that synthesizes image data to generate new RGB image data and generates a luminance signal and a color difference signal from the new RGB image data. The following processing is performed using. First,
The CMOS image sensor performs a process of capturing image data acquired by short-time exposure and image data acquired by long-time exposure. Then, one of the image data is read from the CMOS image sensor and stored in the field memory means as first image data. Then, the other image data having an exposure time different from that of the first image data is read out as second image data from the CMOS image sensor, and at the same time, the first image data is read out to the field memory means, and the Y / C processing / mixing means slices each of the first image data and the second image data having different exposure times at a certain appropriate signal level, and the high-luminance side and the long time of the stepwise short-time exposure image data By connecting the low-luminance sides of the exposure image data, an image signal with a wide dynamic range having high resolution is generated in both the high-luminance portion and the low-luminance portion. Then, the generated image signal of the wide dynamic range is recorded by the recording means.

【0005】なお、本発明においては、CMOSイメー
ジセンサを用いているため、CCDとは異なる駆動によ
り露光時間の異なる信号を取得することが可能であり、
CMOSイメージセンサの第1のフォトダイオードの読
み出しと、次の第2のフォトダイオードの読み出しとの
間に、該第1のフォトダイオードの座標からある一定量
だけオフセットした座標のフォトダイオードの読み出し
処理を行うことにより、通常の倍速の該CMOSイメー
ジセンサの駆動により、露光時間の異なる2種類の画像
データを生成する構成とする。あるいは、CMOSイメ
ージセンサのフォトダイオードに、独立な2つの信号読
み出し口を設け、該2つの信号読み出し口から任意のフ
ォトダイオードに対して時間がずれるように2度の読み
出し処理をおこなうことにより、長時間露光の画像デー
タと短時間露光の画像データを生成する構成とする。
In the present invention, since the CMOS image sensor is used, it is possible to obtain signals with different exposure times by driving different from CCD.
Between the readout of the first photodiode of the CMOS image sensor and the readout of the next second photodiode, the readout processing of the photodiode of the coordinates offset by a certain amount from the coordinates of the first photodiode is performed. By doing so, the CMOS image sensor is driven at a normal double speed to generate two types of image data having different exposure times. Alternatively, the photodiode of the CMOS image sensor is provided with two independent signal reading ports, and two reading processes are performed so that the time is shifted from the two signal reading ports to an arbitrary photodiode. The configuration is such that image data for time exposure and image data for short exposure are generated.

【0006】[0006]

【発明の実施の形態】図1は本発明における実施形態の
一例として、広ダイナミックレンジCMOSイメージセ
ンサ撮像装置の構成をブロック図で示したものである。
同図において11は光学像を電気的情報に変換するCM
OSイメージセンサ、12はタイミング発生手段、13
はCMOSイメージセンサ11より読み出される電気的
情報をサンプリングしてディジタル撮像信号に変換する
CDS(ダブルサンプリング)・A/D変換手段、14
はディジタル撮像信号を加工してRGB画像データに変
換するRGB処理手段、15はフィールドメモリ手段、
16はフィールドメモリ15に格納されたRGB画像デ
ータとRGB処理手段14で新たに生成されたRGB画
像データを合成してさらに新たなRGB画像データを生
成し、新たなRGB画像データから輝度信号Yと色差信
号Cを生成するY/C処理混合手段、17は輝度信号Y
と色差信号Cを記録する画像信号記録手段、18は輝度
信号Yと色差信号Cをモニタリング装置で可能な信号フ
ォーマットに変換する表示系信号処理手段を示してい
る。また、図2はCMOSイメージセンサ11の構成の
一例で、21はリードゲート駆動制御手段、22はリセ
ットゲート駆動制御手段、23はフォトダイオード、2
4はリードゲートスイッチ、25はリセットゲートスイ
ッチを示している。以下、図1及び図2を用いて本実施
例の動作について説明する。
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a wide dynamic range CMOS image sensor imaging device as an example of an embodiment of the present invention.
In the figure, 11 is a CM for converting an optical image into electrical information.
OS image sensor, 12 is timing generation means, 13
Is a CDS (double sampling) / A / D conversion means for sampling electrical information read from the CMOS image sensor 11 and converting it into a digital image pickup signal, 14
Is an RGB processing means for processing a digital image pickup signal and converting it into RGB image data; 15 is a field memory means;
Reference numeral 16 synthesizes the RGB image data stored in the field memory 15 and the RGB image data newly generated by the RGB processing means 14 to generate new RGB image data, and a luminance signal Y is generated from the new RGB image data. Y / C processing mixing means for generating a color difference signal C, and 17 for a luminance signal Y
And 18 is an image signal recording means for recording the color difference signal C, and 18 is a display system signal processing means for converting the luminance signal Y and the color difference signal C into a signal format that can be used by the monitoring device. 2 shows an example of the configuration of the CMOS image sensor 11, 21 is a read gate drive control means, 22 is a reset gate drive control means, 23 is a photodiode, 2
Reference numeral 4 indicates a read gate switch, and 25 indicates a reset gate switch. The operation of this embodiment will be described below with reference to FIGS. 1 and 2.

【0007】まず初めに、CMOSイメージセンサ11
において、光学像を電気的信号に変換して撮像信号を生
成する。撮像信号は、CMOSイメージセンサを短時間
露光して獲得したもの及び長時間露光して獲得したもの
である。ここで、CMOSイメージセンサ11において
光学像が電気的信号に変換され撮像信号として読み出さ
れる手順を簡単に説明しておく。光学像の電気的信号へ
の変換は、CMOSイメージセンサ11のm行×n列の
グリッド上に配置されたフォトダイオード23で行なわ
れる。グリッド上に配置されたフォトダイオード23に
は、リードゲート駆動制御手段21及び22で開閉され
るリードゲートスイッチ24とリセットゲート駆動制御
手段21及び22で開閉されるリセットゲートスイッチ
25が接続されている。リードゲートスイッチ24とリ
セットゲートスイッチ25はリードゲート駆動制御手段
21とリセットゲート駆動制御手段22の2つのゲート
開閉手段によって、各々独立に開閉動作が行なわれる。
また、リードゲートスイッチの出力は行ごとに設けられ
た2段目のゲートスイッチに接続されており、該2段目
のゲートスイッチ出力は信号出力端子に接続されてい
る。
First, the CMOS image sensor 11
At, the optical image is converted into an electrical signal to generate an image pickup signal. The image pickup signal is obtained by short-time exposure of the CMOS image sensor and by long-time exposure. Here, a procedure of converting an optical image into an electrical signal and reading it as an image pickup signal in the CMOS image sensor 11 will be briefly described. The conversion of the optical image into an electric signal is performed by the photodiode 23 arranged on the grid of m rows × n columns of the CMOS image sensor 11. The photodiode 23 arranged on the grid is connected to a read gate switch 24 opened and closed by the read gate drive control means 21 and 22 and a reset gate switch 25 opened and closed by the reset gate drive control means 21 and 22. . The read gate switch 24 and the reset gate switch 25 are independently opened / closed by the two gate opening / closing means of the read gate drive control means 21 and the reset gate drive control means 22.
The output of the read gate switch is connected to the second-stage gate switch provided for each row, and the output of the second-stage gate switch is connected to the signal output terminal.

【0008】いま、フォトダイオード23で構成される
平面に光学像が結像されると各々のフォトダイオード2
3は光学像が持つ光エネルギーによって励起されて電荷
をチャージする。ここで、チャージされる電荷の量は各
々のフォトダイオードに照射された光エネルギーの量と
ほぼ比例するので、各々のフォトダイオードが光学像に
曝された時間、即ち露光時間が全て等しい状態となる
時、CMOSイメージセンサに配置された各々のフォト
ダイオードにチャージされた電荷の分布は、CMOSイ
メージセンサ上に結ばれた光学的象の輝度分布を反映し
たものとなる。この状態で、1行1列目のリードゲート
スイッチと1行目に設けられた2段目のゲートスイッチ
を開放(以降この動作をリードアクセスと表現する)する
とフォトダイオード内に蓄積された電荷は信号出力端子
を介して放電され、1行1列目のフォトダイオードに照
射された光エネルギーは電圧変化として表現される。ま
たこれとは逆に1行1列目のリセットゲートスイッチを
開放(以降この動作をリセットアクセスと表現する)する
とフォトダイオード内に蓄積された電荷は外部に排出さ
れ電荷の蓄積はリセットされる。このリードアクセスを
例えば1行1列目、1行2列目…1行n列目、2行1列
目…i行k列目…m行n列目と順番にスキャニングする
ようにリードアクセスを行い、被写体の撮像信号を取得
する。またこのとき、このスキャニング動作を一定の周
期(例えば、フィールド周期)で繰り返し行うと、ある任
意のフォトダイオードに着目すれば一旦リードされてか
ら次にリードされるまでの間フォトダイオードで光エネ
ルギーによる電荷の蓄積が行なわれることとなり、スキ
ャンニングの周期はこれ即ち露光時間ということにな
る。さらに、上記のリードアクセススキャニング動作に
先行してリセットアクセススキャニング動作を行なった
場合、図5(任意のフォトダイオードにおけるリードア
クセスタイミングとリセットアクセスタイミングを示す
図)に示した露光時間の斜線部分にあたる期間にフォト
ダイオード内に蓄積された電荷が、リードゲートスイッ
チを介して排出されるので、リセットアクセスタイミン
グからリードアクセスタイミングまでの遅延時間(以降
この時間をオフセット時間と表現する)に蓄積された電
荷が信号として読み出されることになる。このオフセッ
ト時間を調整することでスキャンニング周期よりも短い
露光時間で撮影した撮像信号を取得する。さらにここ
で、図6(図5におけるリセットアクセスを1フィール
ドおきに休止する場合のリードアクセスタイミングとリ
セットアクセスタイミングを示す図)示すように、フィ
ールドBのリードアクセスに対応したリセットアクセス
を休止すると、フィールドAで読み出される撮像信号の
露光時間は短時間(フィールド周期以下)にフィールドB
で読み出される撮像信号の露光時間は長時間(フィール
ド周期以上)になる。この結果、CMOSイメージセン
サから読み出される撮像信号は長時間露光のそれと短時
間露光のそれが1フィールドおきに切り替わり、短時間
露光の撮像信号と長時間露光の撮像信号が得られる。
Now, when an optical image is formed on the plane formed by the photodiodes 23, each photodiode 2
3 is excited by the light energy of the optical image and charges. Here, since the amount of electric charge to be charged is almost proportional to the amount of light energy applied to each photodiode, the time when each photodiode is exposed to the optical image, that is, the exposure time is all equal. At this time, the distribution of the charges charged in the photodiodes arranged in the CMOS image sensor reflects the brightness distribution of the optical image formed on the CMOS image sensor. In this state, when the read gate switch in the 1st row and 1st column and the gate switch in the 2nd stage provided in the 1st row are opened (hereinafter, this operation is referred to as read access), the charge accumulated in the photodiode is The light energy discharged through the signal output terminal and applied to the photodiode in the first row and the first column is expressed as a voltage change. On the contrary, when the reset gate switch in the 1st row and 1st column is opened (hereinafter, this operation is referred to as reset access), the charge accumulated in the photodiode is discharged to the outside and the charge accumulation is reset. The read access is performed by scanning the read access in the order of, for example, the 1st row and 1st column, the 1st row and 2nd column ... 1st row and nth column, the 2nd row and 1st column ... i row, kth column, and the mth row and nth column. Then, the image pickup signal of the subject is acquired. At this time, if this scanning operation is repeatedly performed at a constant cycle (for example, a field cycle), if attention is paid to a certain arbitrary photodiode, light energy is generated by the photodiode from one read to the next read. The charge is accumulated, and the scanning cycle is the exposure time. Further, when the reset access scanning operation is performed prior to the above read access scanning operation, the period corresponding to the shaded portion of the exposure time shown in FIG. 5 (a diagram showing read access timing and reset access timing in an arbitrary photodiode) Since the charge accumulated in the photodiode is discharged through the read gate switch, the charge accumulated during the delay time from the reset access timing to the read access timing (hereinafter this time is referred to as offset time) is It will be read out as a signal. By adjusting this offset time, an image pickup signal taken with an exposure time shorter than the scanning cycle is acquired. Further, here, as shown in FIG. 6 (a diagram showing read access timing and reset access timing when the reset access in FIG. 5 is paused every other field), when the reset access corresponding to the read access in the field B is paused, The exposure time of the imaging signal read in the field A is short in the field B and shorter than the field B.
The exposure time of the image pickup signal read in (2) becomes long (more than the field period). As a result, the imaging signal read from the CMOS image sensor switches between long-time exposure and short-time exposure every other field, and a short-time exposure imaging signal and a long-time exposure imaging signal are obtained.

【0009】該短時間露光の撮像信号と長時間露光の撮
像信号は、何れもCDS・A/D変換手段13において
サンプリングが行なわれた後、ディジタル撮像信号に変
換される。ディジタル撮像信号はRGB処理手段14で
RGB成分に分離され、RGBディジタル信号が生成さ
れる。ここでRGBディジタル信号は長時間露光で撮像
したものと短時間露光で撮像したものがフィールド毎に
交互に切り替わり、その一方をフィールドメモリ手段1
5に格納する。もう一方のRGBディジタル信号はY/
C処理混合手段16に供給する。同時に該フィールドメ
モリ手段に前のフィールドで格納したRGBディジタル
信号を読み出してこちらもY/C処理混合手段16に供
給する。Y/C処理混合手段16では、これら露光時間
の異なる2つのRGB信号を或る任意の信号レベルでス
ライスし、長時間露光のRGBディジタル信号の低輝度
側と短時間露光のRGBディジタル信号の高輝度側をつ
なぎ合わせる。図7はその長時間露光の画像信号と短時
間露光の画像信号の結合の様子を示した図であり、い
ま、或るラインにおける被写体の輝度分布が図7のAの
ごとき状態であったとしたとき、短時間露光の画像信号
の信号レベルの分布が図7のB、長時間露光の画像信号
の信号レベルの分布が図7のCのようになったとする。
このとき、長時間露光の画像信号は被写体の高輝度部分
で飽和してしまい被写体の輝度分布を忠実に表せていな
いことが見て伺える。そこで該長時間露光の画像信号を
飽和レベルよりも少し低いレベルでスライスして、その
レベルより高い部分に相当する信号成分を短時間露光の
画像信号から切り出して、任意の係数を乗算して長時間
露光の信号に加算して、元の被写体の輝度分布を忠実に
表した画像信号を合成する。その結果図7のDに示した
ような、長時間露光と短時間露光の混合画像信号を得
る。こうして得られたRGBの信号はY/C処理混合手
段16でさらに輝度信号Yと色差信号Cに変換される。
そして、該輝度信号Yと色差信号Cは画像信号記録手段
17と表示系信号処理手段18へ供給され、画像信号記
録手段17では撮影した映像の記録を、表示系信号処理
手段18ではモニタリング手段へ供給するのに適した信
号フォーマットに変換される。以上が図1に示した広ダ
イナミックレンジCMOSイメージセンサ撮像装置の動
作である。
Both the short-time exposure image pickup signal and the long-time exposure image pickup signal are converted into digital image pickup signals after being sampled by the CDS / A / D conversion means 13. The digital image pickup signal is separated into RGB components by the RGB processing means 14, and an RGB digital signal is generated. Here, the RGB digital signals are alternately switched for each field between a long-time exposure imaged image and a short-time exposure imaged image, and one of them is switched to the field memory means 1.
Store in 5. The other RGB digital signal is Y /
It is supplied to the C treatment mixing means 16. At the same time, the RGB digital signals stored in the previous field in the field memory means are read out and supplied also to the Y / C processing mixing means 16. The Y / C processing mixing means 16 slices these two RGB signals having different exposure times at a certain arbitrary signal level to obtain a low brightness side of the RGB digital signal of the long exposure and a high RGB digital signal of the short exposure. Connect the brightness side. FIG. 7 is a diagram showing how the long-exposure image signal and the short-exposure image signal are combined, and it is assumed that the luminance distribution of the subject on a certain line is in the state shown in FIG. 7A. At this time, it is assumed that the signal level distribution of the short-time exposure image signal is B as shown in FIG. 7, and the signal level distribution of the long-time exposure image signal is as shown in C of FIG.
At this time, it can be seen that the long-exposure image signal is saturated in the high-luminance portion of the subject and does not faithfully represent the subject's luminance distribution. Therefore, the image signal of the long-time exposure is sliced at a level slightly lower than the saturation level, and the signal component corresponding to the portion higher than the saturation level is cut out from the image signal of the short-time exposure and multiplied by an arbitrary coefficient. An image signal that faithfully represents the luminance distribution of the original subject is added to the time exposure signal to synthesize it. As a result, a mixed image signal of long-time exposure and short-time exposure as shown in D of FIG. 7 is obtained. The RGB signals thus obtained are further converted into a luminance signal Y and a color difference signal C by the Y / C processing mixing means 16.
Then, the luminance signal Y and the color difference signal C are supplied to the image signal recording means 17 and the display system signal processing means 18, and the image signal recording means 17 records the captured image, and the display system signal processing means 18 to the monitoring means. Converted to a signal format suitable for delivery. The above is the operation of the wide dynamic range CMOS image sensor imaging device shown in FIG.

【0010】次に、図1に示した広ダイナミックレンジ
CMOSイメージセンサ撮像装置において、CMOSイ
メージセンサを倍速で駆動することで、長時間露光の撮
像データと短時間露光の撮像データを得る方法について
説明を行う。図8は通常読み出しを行った場合の信号の
読み出しパターンと、倍速読み出しを行った場合の信号
読み出しパターンを示したものである。図8に示すよう
に通常の倍速でCMOSイメージセンサから倍速で電荷
を読み出し、その読み出しパターンは通常の読み出しパ
ターンの間にリードアクセスする位置を通常の読み出し
位置から行方向にa行、列方向にb列オフセットさせる
ようにして電荷の読み出しを行うようにすることで、図
9(倍速読み出し時のある任意のフォトダイオード着目
したリードアクセスタイミングを示す図)に示すよう
に、或る任意のフォトダイオードから露光時間の異なる
蓄積電荷が読み出されることになる。その結果、1フィ
ールドの期間に異なる露光時間を持つ2つの画像データ
を取得することが出来る。
Next, in the wide dynamic range CMOS image sensor image pickup device shown in FIG. 1, a method for obtaining long-time exposure image pickup data and short-time exposure image pickup data by driving the CMOS image sensor at double speed will be described. I do. FIG. 8 shows a signal read pattern when normal reading is performed and a signal read pattern when double speed reading is performed. As shown in FIG. 8, charges are read from the CMOS image sensor at a normal double speed and at a double speed, and the read pattern is located at a position where the read access is performed in the row direction from the normal read position in the row direction and in the column direction. By reading out the charges by offsetting the b columns, as shown in FIG. 9 (a diagram showing read access timing focusing on an arbitrary photodiode at the time of double-speed reading), an arbitrary photodiode is read. Therefore, the accumulated charges having different exposure times are read out. As a result, it is possible to acquire two image data having different exposure times in one field period.

【0011】図3は2線読み出し式のCMOSイメージ
センサを用いた広ダイナミックレンジ撮像装置の構成の
一例を示したものである。同図において31は2線読み
出し式のCMOSイメージセンサ、32はCDS・A/
D手段2、33はRGB処理手段2を示しており、その
他は図1のCMOSイメージセンサを用いた広ダイナミ
ックレンジ撮像装置の構成と同様である。また、図4は
図3の2線読み出し式のCMOSイメージセンサの構成
を示したものである。図2のCMOSイメージセンサと
の相違点はリセット用の電荷排出部を信号出力部2に変
更した点である。この変更行い、新たに設けた22はC
DS・A/D手段2、23はRGB処理手段2もちいて
信号出力部2から読み出される信号をRGB信号に変換
して、信号出力部1から読み出した撮像信号から得たR
GB信号を繋ぐ処理を行うことで、図1の例で示した、
CMOSイメージセンサを倍速読み出し場合と同じ効果
が得られる。
FIG. 3 shows an example of the configuration of a wide dynamic range image pickup device using a two-line readout type CMOS image sensor. In the figure, 31 is a two-line readout type CMOS image sensor, and 32 is a CDS / A /
D means 2 and 33 represent the RGB processing means 2, and the rest is the same as the configuration of the wide dynamic range imaging device using the CMOS image sensor of FIG. Further, FIG. 4 shows a configuration of the two-line readout type CMOS image sensor of FIG. The difference from the CMOS image sensor of FIG. 2 is that the reset charge discharging unit is changed to the signal output unit 2. After making this change, the newly installed 22 is C
The DS / A / D units 2 and 23 use the RGB processing unit 2 to convert the signal read from the signal output unit 2 into an RGB signal, and obtain R from the image pickup signal read from the signal output unit 1.
By performing the process of connecting GB signals, as shown in the example of FIG.
The same effect as when the CMOS image sensor is read at double speed can be obtained.

【0012】[0012]

【発明の効果】本発明によれば、CMOSイメージセン
サから長時間露光と短時間露光の双方の画像データを取
得することが可能となり、それらを適当に繋ぎ合わせる
ことでCMOSイメージセンサが本来持っているダイナ
ミックレンジ以上の輝度分布を有する撮像画像を撮像す
ることが出来る。
According to the present invention, it is possible to obtain both long-time exposure image data and short-time exposure image data from a CMOS image sensor, and by properly connecting them, the CMOS image sensor originally has it. It is possible to capture a captured image having a luminance distribution that is equal to or greater than the existing dynamic range.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】広ダイナミックレンジCMOSイメージセンサ
撮像装置構成の一例を示すブロック図
FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of a wide dynamic range CMOS image sensor imaging device.

【図2】図1におけるCMOSイメージセンサの構成例2 is a configuration example of the CMOS image sensor in FIG.

【図3】2線読み出し式のCMOSイメージセンサを用
いた広ダイナミックレンジ撮像装置の構成の一例を示す
ブロック図
FIG. 3 is a block diagram showing an example of a configuration of a wide dynamic range imaging device using a 2-line readout type CMOS image sensor.

【図4】図3の2線読み出し式のCMOSイメージセン
サの構成例
4 is a configuration example of the two-line read-out type CMOS image sensor of FIG.

【図5】任意のフォトダイオードにおけるリードアクセ
スタイミングとリセットアクセスタイミングを示す図
FIG. 5 is a diagram showing read access timing and reset access timing in an arbitrary photodiode.

【図6】図5におけるリセットアクセスを1フィールド
おきに休止する場合のリードアクセスタイミングとリセ
ットアクセスタイミングを示す図
FIG. 6 is a diagram showing read access timing and reset access timing when the reset access in FIG. 5 is suspended every other field.

【図7】長時間露光の画像信号と短時間露光の画像信号
の結合の様子を示す図
FIG. 7 is a diagram showing how the long-time exposure image signal and the short-time exposure image signal are combined.

【図8】通常読み出しと倍速読み出しの読み出しパター
ンを比較する図
FIG. 8 is a diagram comparing read patterns of normal read and double speed read.

【図9】倍速読み出し時のある任意のフォトダイオード
着目したリードアクセスタイミングを示す図
FIG. 9 is a diagram showing read access timing focusing on an arbitrary photodiode during double speed reading.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 CMOSイメージセンサ 12 タイミング発生手段 13 CDS・A/D変換手段 14 RGB処理手段 15 フィールドメモリ手段 16 Y/C処理混合手段 17 画像信号記録手段 18 表示系信号処理手段 21 リードゲート駆動制御手段 22 リセットゲート駆動制御手段 23 フォトダイオード 24 リードゲートスイッチ 24 リセットゲートスイッチ 31 2線読み出し式のCMOSイメージセンサ 32 CDS・A/D手段2 33 RGB処理手段2 11 CMOS image sensor 12 Timing generation means 13 CDS / A / D conversion means 14 RGB processing means 15 Field memory means 16 Y / C treatment mixing means 17 Image signal recording means 18 Display system signal processing means 21 Read Gate Drive Control Means 22 Reset gate drive control means 23 Photodiode 24 reed gate switch 24 Reset gate switch 31 2-line readout type CMOS image sensor 32 CDS / A / D means 2 33 RGB processing means 2

───────────────────────────────────────────────────── 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 9/64 H01L 27/14 D (72)発明者 衣笠 敏郎 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所デジタルメディア開発本 部内 Fターム(参考) 4M118 AA02 AB01 BA14 CA02 DD09 DD12 FA06 GC08 5C024 AX01 CX43 CX47 GY31 GZ41 HX23 HX28 HX55 5C065 BB48 CC01 DD15 GG18 GG21 GG27 GG44 5C066 AA01 AA11 CA07 EE01 KE07─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued Front Page (51) Int.Cl. 7 Identification Code FI Theme Coat (Reference) H04N 9/64 H01L 27/14 D (72) Inventor Toshiro Kinugasa 292 Yoshida-cho, Totsuka-ku, Yokohama-shi, Kanagawa F-Term (Reference) 4M118 AA02 AB01 BA14 CA02 DD09 DD12 FA06 GC08 5C024 AX01 CX43 CX47 GY31 GZ41 HX23 HX28 HX55 5C065 BB48 CC01 DD15 GG18 GG21 GG27 GG44 5C066 A0701A11A11A11A11A11A11A11A11

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】光学像を電気的情報に変換するCMOSイ
メージセンサと、 該CMOSイメージセンサより読み出される電気的情報
をサンプリングしてディジタル撮像信号に変換するCD
S・A/D変換手段と、 該ディジタル撮像信号を加工してRGBで表現される画
像データに変換するRGB処理手段と、 該RGB処理手段から出力されたRGB画像データを記
憶するメモリ手段と、 該メモリ手段に格納されたRGB画像データと該RGB
処理手段で新たに生成されたRGB画像データを合成し
てさらに新たなRGB画像データを生成し、新たなRG
B画像データから輝度信号と色差信号を生成するY/C
処理・混合手段と、を具備する撮像装置において、 該CMOSイメージセンサは、長時間露光を行って得た
長時間露光画像データと、該CMOSイメージセンサで
短時間露光を行って得た短時間露光画像データを生成
し、 該メモリ手段は、長時間露光あるいは短時間露光の何れ
か一方の画像データを記憶し、 該YC処理・混合手段は、該メモリ手段に記憶された画
像データとは露光時間の異なる画像データの生成タイミ
ングを合わせて、該メモリ手段に記憶された画像データ
の読み出しをおこなうことにより、該短時間露光画像デ
ータと該長時間露光画像データを合成することを特徴と
する撮像装置。
1. A CMOS image sensor for converting an optical image into electrical information, and a CD for sampling electrical information read from the CMOS image sensor and converting it into a digital image pickup signal.
S / A / D conversion means, RGB processing means for processing the digital image pickup signal and converting it into image data expressed in RGB, and memory means for storing the RGB image data output from the RGB processing means, RGB image data and the RGB stored in the memory means
The RGB image data newly generated by the processing means is combined to generate new RGB image data, and a new RG is generated.
Y / C for generating a luminance signal and a color difference signal from B image data
In the image pickup apparatus including a processing / mixing unit, the CMOS image sensor includes long-time exposure image data obtained by performing long-time exposure, and short-time exposure obtained by performing short-time exposure by the CMOS image sensor. Image data is generated, the memory means stores the image data of either long-time exposure or short-time exposure, and the YC processing / mixing means compares the image data stored in the memory means with the exposure time. Of the image data stored in the memory means in accordance with the generation timings of the different image data, thereby synthesizing the short-time exposure image data and the long-time exposure image data. .
【請求項2】前記CMOSイメージセンサの第1のフォ
トダイオードの読み出しと、次の第2のフォトダイオー
ドの読み出しとの間に、該第1のフォトダイオードの座
標からある一定量だけオフセットした座標のフォトダイ
オードの読み出し処理を行うことにより、通常の倍速の
該CMOSイメージセンサの駆動により、露光時間の異
なる2種類の画像データを生成することを特徴とする請
求項1に記載の撮像装置。
2. Between the readout of the first photodiode of the CMOS image sensor and the readout of the next second photodiode, a coordinate offset by a certain amount from the coordinate of the first photodiode is used. The image pickup apparatus according to claim 1, wherein two types of image data having different exposure times are generated by driving the CMOS image sensor at a normal double speed by performing a reading process of the photodiode.
【請求項3】前記CMOSイメージセンサのフォトダイ
オードに、独立な2つの信号読み出し口を設け、該2つ
の信号読み出し口から任意のフォトダイオードに対して
時間がずれるように2度の読み出し処理を行うことによ
り、長時間露光の画像データと短時間露光の画像データ
を生成することを特徴とする請求項1に記載の撮像装
置。
3. A photodiode of the CMOS image sensor is provided with two independent signal reading ports, and two reading processes are performed so that the time is shifted from the two signal reading ports to an arbitrary photodiode. The image pickup apparatus according to claim 1, wherein the image data for long exposure and the image data for short exposure are thereby generated.
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