JP2003189174A - 撮影装置及び撮影方法 - Google Patents

撮影装置及び撮影方法

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JP2003189174A
JP2003189174A JP2001387952A JP2001387952A JP2003189174A JP 2003189174 A JP2003189174 A JP 2003189174A JP 2001387952 A JP2001387952 A JP 2001387952A JP 2001387952 A JP2001387952 A JP 2001387952A JP 2003189174 A JP2003189174 A JP 2003189174A
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exposure
image pickup
pickup device
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JP2001387952A
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Takashi Masuda
孝 増田
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Acutelogic Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 手ぶれの影響による画像の劣化を実用領域ま
で低減された2枚連続して撮影可能な撮影装置及び撮影
方法を提供する。 【解決手段】 被写体からの受光により得られた画像を
光電変換して、画像信号を生成するCCD部3と、CC
D部3の入射側に配置され、閉じることによって、CC
D部3へ入射される光を遮る機械式シャッター2と、C
CD部3に対して、第1及び第2の露光制御を連続して
行い、第1の露光制御の前に機械式シャッター2を開
き、第2の露光制御が開始してから終了するまでの間
に、機械式シャッター2を閉じるマイコン7を備えてい
る。マイコン7からは、タイミングジェネレーター6を
介して、CCD部3、A/D変換部4、カメラ信号処理
部5に垂直タイミング信号VDを供給している。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像素子を用
いたデジタルスチールカメラ等の撮影装置及び撮影方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、テレビジョンカメラ、ビデオカメ
ラ、電子カメラなどの画像取込素子として、CCD(Ch
arge Coupled Device)撮像素子を始めとする固体撮像
素子が多く使われている。現在、撮像素子の解像度を増
やす努力がされ続け、結果として撮像素子の画素を小さ
くして画素数を増やし、近年では600万画素に至る撮
像素子が開発されている。
【0003】しかし、高解像度化の為に単に画素数を増
やすと製造コストが高くなったり、又、画素数を増やす
ことにより、装置が大きくなってしまう問題がある。
又、小型化において、高解像度を得るために必要な画素
数を満たそうとすると、1画素のサイズが極めて小さく
なり感度やダイナミックレンジ低減、更に、スミアやブ
ルーミングの発生などの理由から高解像度化にも限界が
ある。
【0004】一方、銀塩(普通のフィルム写真)に対し
て、デジタルスチールカメラの解像度は低く、撮影条件
によっては画質が著しく劣化することがある。
【0005】そこで、撮像素子の解像度を高めるため、
画素ずらしと呼ばれる技術がある。画素ずらしとは、一
度撮影した後、同じ撮像素子を例えば半ピッチずらして
再び撮影することである。この2つの撮影画像を合成し
て得られる画像を用いることにより、解像度を高めるこ
とが出来る。画素をずらす場合、撮像素子に入射される
光と撮像素子とが相対的にずれていれば良く、撮像素子
を入射される光に対してずらす方法、プリズム等を用い
て入射される光をずらす方法等がある。この画素ずらし
技術を用いれば、画素を1/2画素或いは1画素ずらす
ことにより、小型カメラにおいては、同じ画素数のカメ
ラなら1/2画素数で済むため、小型の映像素子を使
い、更に小型化が出来る。又、高級カメラにおいては、
同じ画素数の撮像素子を利用して倍の解像度のカメラを
作ることが可能である。
【0006】又、従来の電子カメラの場合、ダイナミッ
クレンジと呼ばれる感光許容範囲が、普通のカメラに比
べ狭かったため、明るすぎる部分は白く飛んでしまい、
暗すぎる部分は黒くつぶれてしまうということが起こり
がちだった。この問題を解決するために、露光時間を短
くして明るい部分を撮影したものと、露光時間を長くし
て暗い部分を撮影したものとを合成して、ダイナミック
レンジを広げる手法がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかし、画素ずらしに
おいて得られる問題点として、1度目の撮影と2度目の
撮影との間に時間のずれが生じることが挙げられてい
る。詳述すると、画像の取り込みの速度は、CCD又は
CMOSセンサーから露光によって得られた電気量を順
次読み出すことにより得られる。この読み出しはこれを
制御するタイミングジェネレーターによって周期的に呼
び出される。
【0008】図4は、従来の方法における撮影方法のタ
イミングチャートである。同図では、従来の方法におい
て、タイミングジェネレーターより供給されるVD垂直
タイミング(VD:Virtical Drive)信号と、画像の露
光のタイミングを示している。
【0009】同図に示すように、VD信号は、周期的に
パルスの立ち下がりを持ち、露光は、VD信号のパルス
の立ち下がりのタイミングで終了し、ある一定時間露光
する。この後、画像信号の読み出しを行う。従来の画素
ずらし方法においては、これを2回続けることにより、
2枚の画像の撮影を行っていた。
【0010】この場合、露光の開始時間を任意に決める
ことが出来るが、終了時間については、VD信号のパル
スの立ち下がりのタイミングと決まっている。つまり、
このVD信号の周期より短く露光し、かつ、2枚の画像
を間隔をおかずに連続して露光する方法がなかった。
【0011】これにより、従来の方法においては、間隔
をおかずに連続して2枚の画像を撮影することが出来な
かった。更に、従来の画素ずらし技術を用いた撮影方法
においては、図4に示されているように、画像1枚目と
画像2枚目の撮影時間に時間のずれが生じるため、1枚
の画像を取得するために、手ぶれの影響による画像の劣
化が生じていた。
【0012】例えば、水平方向に1688画素、垂直方
向に1248画素を持ち、サンプリング周波数が18M
Hzである210万画素を持つ一般的な電子カメラにつ
いて考える。この電子カメラの場合、1枚の画像信号の
読み出しを行うために、1688*1248/(18
M)=117m秒の時間を要する。1枚の画像の露光時
間を1/200秒だとすると、2枚の画像を撮影するに
は、122m秒必要としていた。この間、常に、露光さ
れていなければならない。一方、手ぶれによる影響が実
用的に問題にならない露光時間は、1/120秒=8.
3m秒である。従って、従来の方法において2枚の画像
を撮影する場合、連続して撮影しようとしても122m
秒間の露光が必要になるので、手ぶれによる影響が発生
してしまう。
【0013】又、ダイナミックレンジが狭い問題点を解
決するために、露光時間を変えて連続して2枚の画像を
撮影する手法があるが、この場合においても、上述した
理由により、画像1枚目と画像2枚目の撮影時間に時間
のずれが生じるため、一枚の画像を取得するために、手
ぶれの影響による画像の劣化が生じていた。
【0014】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
のである。従って本発明の目的は、間隔をおかずに連続
して2枚の画像を撮影することが可能な撮影装置及び撮
影方法を提供することである。
【0015】更に本発明の目的は、手ぶれの影響による
画像の劣化を実用領域まで低減した画像ずらし方式の撮
影装置及び撮影方法を提供するものである。
【0016】更に本発明の目的は、2枚の画像を合成す
ることによって、ダイナミックレンジの広い画像を取得
できる撮影装置及び撮影方法を提供するものである。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明の第1の特徴は、
(イ)被写体からの受光により得られた画像を光電変換
して、画像信号を生成する撮像素子部、(ロ)撮像素子
部の入射側に配置され、閉じることによって、撮像素子
部へ入射される光を遮る遮光手段、(ハ)撮像素子部に
対して、第1及び第2の露光制御を連続して行い、第1
の露光制御の前に遮光手段を開き、第2の露光制御が開
始してから終了するまでの間に、遮光手段を閉じる処理
制御部とからなる撮影装置であることである。ここで、
撮像素子とは、CCDやCMOSのことである。又、遮
光手段とは、機械式シャッター等のことであり、撮像素
子への光の入射を遮るものである。本発明の第1の特徴
における撮影装置によれば、第1の露光制御で一定時間
露光して1枚目の画像を取得し、更に、第2の露光制御
を行い、機械式シャッターを閉じることによって、一定
時間の露光を確保して2枚目の画像を取得する。本発明
の第1の特徴における撮影装置によれば、タイミングパ
ルスによって決定される露光終了時間に関わらず、第1
の露光制御と第2の露光制御のタイミングを自由に設定
することが可能である。従って、第1の露光制御と第2
の露光制御を、間隔をおかずに連続して行わせることが
出来る。
【0018】又、第1及び第2の露光制御の間に、撮像
素子部に対して画素ずらしを行っても良い。これによ
り、画素ずらし方式を用いた撮影装置において、第1の
露光制御と第2の露光制御を連続して行わせることが可
能なので、手ぶれの影響による画像の画素ずらしの効果
の劣化を実用領域まで低減することが出来る。更に、撮
像素子部に対して画素ずらしを行うときに、縦、横、斜
め方向のいずれか1方向にずらすことにより、第1の露
光制御によって得られた第1の画像と第2の露光制御に
よって得られた第2の画像から得られる合成した画像
は、解像度が均一に高くなったものとすることが出来
る。
【0019】更に、処理制御部は、第1及び第2の露光
制御における露光時間を変化させても良い。これによ
り、実露光時間が短い画像1枚目において明るい部分の
画像を取得し、実露光時間が長い画像2枚目において暗
い部分の画像を取得し、取得した2枚の画像を合成する
ことができる。従って、ダイナミックレンジの広い画像
を取得することができる。
【0020】本発明の第2の特徴は、被写体からの受光
により得られた画像を光電変換して、画像信号を生成す
る撮像素子部と、撮像素子部の入射側に配置され、閉じ
ることによって、撮像素子部へ入射される光を遮る遮光
手段とからなる撮影装置に用いられる撮影方法であるこ
とである。即ち、(イ)遮光手段が開くステップ、
(ロ)撮像素子部が、第1の露光制御を開始するステッ
プ、(ハ)撮像素子部が、第1の露光制御を終了するス
テップ、(ニ)撮像素子部が、第2の露光制御を開始す
るステップ、(ホ)遮光手段が閉じるステップ、(ヘ)
撮像素子部が、第2の露光制御を終了するステップとか
ら撮影方法である。
【0021】又、第1の露光制御を終了するステップの
後で、撮像素子部に対して画素ずらしを行うステップを
行っても良い。この場合、縦、横、斜め方向のいずれか
1方向にずらすことが好ましい。
【0022】更に、第1及び第2の露光制御における露
光時間を変化させても良い。
【0023】
【発明の実施の形態】次に、図面を参照して、本発明の
最良の実施の形態を説明する。以下の図面の記載におい
て、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付し
ている。ただし、システム構成を示すブロック図等は模
式的なものである。
【0024】(第1の実施の形態)図1は、本発明の第
1の実施の形態に係る撮影装置である電子カメラの機能
ブロック図である。
【0025】レンズ部1とCCD3によって撮影部が構
成される。レンズ部1は、被写体を結像面に結像させる
光学系を構成し、図示しないが、マイコン7からの制御
信号が供給され、自動絞り制御動作、自動焦点制御動作
がなされる。CCD3は、撮像素子(イメージセンサ
ー)のことであり、所定の数の撮像素子の画素を有し、
レンズ部1の結像面の位置に設けられる。CCD3は、
レンズ部1から入射されて得られた画像を光電変換して
画像信号を生成し、出力する。CCD3から出力された
画像信号は、A/D変換部4に入力され、A/D変換部
4において、例えば、1サンプル10ビットのデジタル
撮影信号を発生する。A/D変換部4は、相関二重サン
プリング回路の構成とされ、ノイズの除去、波形整形、
欠損画素の補償等がなされる。
【0026】A/D変換部4から出力されたデジタル撮
影信号は、カメラ信号処理部5に入力される。カメラ信
号処理部5は、デジタルクランプ回路、欠陥補償回路、
輝度信号処理回路、色信号処理回路、輪郭補正回路、自
動絞り制御回路、自動焦点制御回路、自動ホワイトバラ
ンス補正回路等が含まれる。カメラ信号処理部5は、A
/D変換部4から出力されたデジタル撮影信号(CCD
デジタル撮影信号)から変換された輝度信号及び色差信
号からなるコンポーネント信号の形式でデジタル画像信
号生成し、出力する。カメラ信号処理部5から出力され
たデジタル撮影信号は、図示しないが、記憶装置等に出
力され、記憶装置に記憶される。
【0027】タイミングジェネレーター6は、CCD3
の読み出しタイミングパルスを発生すると同時に、A/
D変換部4のクロック及びカメラ信号処理部5への取り
込みクロックを生成している。更に、同期処理して行う
ための、水平同期信号HDと垂直同期信号VDを発生す
る。タイミングジェネレーター6から発生されたこれら
の信号は、CCD部3、A/D変換部4、カメラ信号処
理部5に供給される。
【0028】更に、本発明の撮影装置は、レンズ部1と
CCD部3の間に、機械式シャッター2が設置されてい
る。機械式シャッター2は、シャッター駆動回路8を介
して、マイコン(制御部)7によって制御されている。
機械式シャッター2の開閉により、CCD部3に入射さ
れる光を調節し、画像の露光を制御することが出来る。
【0029】マイコン7は、CCD部3に対して、第1
及び第2の露光制御を間隔をあけずに連続して行う。こ
の場合、マイコン7は、第1の露光制御の前に機械式シ
ャッター2を開き、第2の露光制御が開始してから終了
するまでの間に、機械式シャッター2を閉じるこれによ
り、垂直タイミング信号VDを基準にした、任意の露光
時間で2枚の画像の撮影を連続して行うことが出来る。
即ち、間隔をあけずに連続して2枚の画像の撮影を行う
ことが出来る。更にマイコン7は、第1の露光制御の
後、CCD部3の撮像素子に対して画素をずらし、第2
の露光制御を行う。第1の露光制御で得られた画像と第
2の露光制御で得られた画像を合成することにより、2
倍の画素数を持つ画像を取得することが出来る。
【0030】画素をずらすとき、縦方向或いは横方向へ
は1画素、斜め方向へは1/2画素ずらす。画素を、縦
方向或いは横方向へ1画素ずらす場合、1画素当たり2
色の情報を持つことになり、画素をずらさないときと比
べて2倍の情報量を持つことになる。又、斜め方向へ1
/2画素ずらす場合、撮像素子数が2倍になる。これに
より、画素を均一に増やすことが出来る。
【0031】図2は、本発明の第1の実施の形態におけ
る撮影方法のタイミングチャートである。図2において
は、水平同期(VD)信号のタイミングを(a)、機械
式シャッター2のタイミングを(b)、露光のタイミン
グを(c)、機械式シャッター2のタイミング(b)と
露光のタイミング(c)の論理積を取って実現される実
露光のタイミング(d)を示している。ここで、時間t
は、1枚の撮影に必要な露光時間で、時間t’は、時間
tよりも長い時間である。又、時刻T2から前に時間t
遡った時刻を時刻T4、時刻T2から時間t経過した時
刻を時刻T5と定義する。図2を参照して、時刻T1か
ら時刻T2の間で、1枚目の画像を撮影し、時刻T2か
ら時刻T3の間で、2枚目の画像を撮影する場合のタイ
ミングの一例を説明する。
【0032】(a)VD信号:時刻T1、時刻T2、時
刻T3の様に、周期的にタイミングパルスを供給してい
る。
【0033】(b)機械式シャッター:時刻T1を経過
してから時刻T4までの間に機械式シャッターを開き、
時刻T5で機械式シャッターを閉じる。即ち、時刻T1
以降で、かつ、時刻T2から遡って時間t以上の時間を
確保できるタイミングで、機械式シャッターを開き、更
に、時刻T2から時間t経過したタイミングで、機械式
シャッターを閉じる。
【0034】(c)露光:時刻T4から画像1枚目の露
光を開始し、時刻T2に画像1枚目の露光を終了し、か
つ、画像2枚目の露光を開始する。更に、時刻T3に画
像2枚目の露光を終了する。即ち、時刻T2から遡って
時間tを確保できるタイミングで画像1枚目の露光を開
始し、時刻T2で終了する。更に、時刻T2で画像2枚
目の露光を開始し、時刻T2から時間t’経過し、か
つ、時刻T3までのタイミングで、露光を終了する。
【0035】この様にして機械式シャッターのタイミン
グ(b)及び露光のタイミング(c)により、実露光
(d)が得られる。画像1一枚目の実露光は、時刻T4
から時刻T2の間行われ、画像2枚目の実露光は、時刻
T2から時刻T5の間行われる。即ち、時刻T2から遡
って時間tの実露光と、時刻T2から時間tの実露光を
得ることが出来る。
【0036】具体的に、1枚の撮影に必要な露光時間で
ある時間tが5m秒だとすると、10m秒の間に、2枚
の画像を撮影することができる。前述した、水平方向に
1688画素、垂直方向に1248画素を持ち、サンプ
リング周波数が18MHzである210万画素を持つ電
子カメラにおいて、2枚の画像を撮影するのに必要とな
る122m秒と比べて、格段に露光時間を短縮すること
ができる。
【0037】本発明の第1の実施の形態においては、間
隔をおかずに連続して2枚の画像を撮影できるので、手
ぶれによる画像のボケを最小限に抑えることが可能であ
る。これにより、画素ずらしにおける画像の解像度を上
げることが出来る。即ち、本発明の撮影装置及び撮影方
法を用いると、同一撮像素子で2倍の解像度を得ること
が出来る。又、同一画質を得るための撮像素子数を1/
2に抑えることが出来るので、撮影装置の小型化を実現
することが出来る。
【0038】(第2の実施の形態)本発明の第2の実施
の形態における撮影装置の機能ブロック図は、第1の実
施の形態と同様である。
【0039】図3は、本発明の第2の実施の形態におけ
る撮影方法のタイミングチャートである。ここで、時間
t1及びt2は、それぞれ1枚の撮影に必要な露光時間
で、t2はt1よりも長い時間である。又、時間t’
は、時間tよりも長い時間である。
【0040】又、時刻T2から前に時間t1遡った時刻
を時刻T4、時刻T2から時間t2経過した時刻を時刻
T5と定義する。図3を参照して、時刻T1から時刻T
2の間で、1枚目の画像を撮影し、時刻T2から時刻T
3の間で、2枚目の画像を撮影する場合のタイミングの
一例を説明する。
【0041】(a)VD信号:時刻T1、時刻T2、時
刻T3の様に、周期的にタイミングパルスを供給してい
る。
【0042】(b)機械式シャッター:時刻T1を経過
してから時刻T4までの間に機械式シャッターを開き、
時刻T5で機械式シャッターを閉じる。即ち、時刻T1
以降で、かつ、時刻T2から遡って時間t1以上の時間
を確保できるタイミングで、機械式シャッターを開き、
更に、時刻T2から時間t2経過したタイミングで、機
械式シャッターを閉じる。
【0043】(c)露光:時刻T4から画像1枚目の露
光を開始し、時刻T2に画像1枚目の露光を終了し、か
つ、画像2枚目の露光を開始する。更に、時刻T3に画
像2枚目の露光を終了する。即ち、時刻T2から遡って
時間t1を確保できるタイミングで画像1枚目の露光を
開始し、時刻T2で終了する。更に、時刻T2で画像2
枚目の露光を開始し、時刻T2から時間t’経過し、か
つ、時刻T3までのタイミングで、露光を終了する。
【0044】この様にして機械式シャッターのタイミン
グ(b)及び露光のタイミング(c)により、実露光
(d)が得られる。画像1一枚目の実露光は、時刻T4
から時刻T2で時間t1で行われ、画像2枚目の実露光
は、時刻T2から時刻T5で時間t2で行われる。即
ち、時刻T2から遡って時間t1の実露光と、時刻T2
から時間t2の実露光を得ることが出来る。
【0045】本発明の第2の実施の形態においては、画
像1枚目と画像2枚目の実露光時間を変えている。これ
により、実露光時間が短い画像1枚目において明るい部
分の画像を取得し、実露光時間が長い画像2枚目におい
て暗い部分の画像を取得し、取得した2枚の画像を合成
することができる。従って、本発明の第2の実施の形態
によれば、ダイナミックレンジの広い画像を取得するこ
とができる。
【0046】(その他の実施の形態)上記のように、本
発明は第1及び第2の実施の形態によって記載したが、
この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定す
るものであると理解すべきではない。この開示から当業
者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明
らかとなろう。
【0047】本発明は、画素ずらしを行うことのできる
撮影装置、或いは、ダイナミックレンジを広げることの
できる撮影装置として説明したが、大変早いスピードで
移動する物体の移動量を撮影する場合等、連続して2枚
の写真を撮りたい場合にも最適である。
【0048】又、本発明の実施の形態においては、電子
カメラを用いて説明したが、デジタルビデオカメラ等の
撮影装置にも適応可能である。
【0049】この様に、本発明はここでは記載していな
い様々な実施の形態等を含むことは勿論である。従っ
て、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請
求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるも
のである。
【0050】
【発明の効果】本発明によれば、間隔をおかずに連続し
て2枚の画像を撮影することが可能な撮影装置及び撮影
方法を提供することが出来る。
【0051】更に本発明によれば、手ぶれの影響による
画像の劣化を実用領域まで低減した画像ずらし方式の撮
影装置及び撮影方法を提供することが出来る。
【0052】更に本発明によれば、2枚の画像を合成す
ることによって、ダイナミックレンジの広い画像を取得
できる撮影装置及び撮影方法を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る撮影装置の1
種である電子カメラの機能ブロック図である。
【図2】本発明の第1の実施の形態における撮影方法の
タイミングチャートである。
【図3】本発明の第2の実施の形態における撮影方法の
タイミングチャートである。
【図4】従来の方法における撮影方法のタイミングチャ
ートである。
【符号の説明】
1 レンズ部 2 機械式シャッター 3 CCD部 4 A/D変換部 5 カメラ信号処理部 6 タイミングジェネレーター 7 マイコン(制御部) 8 シャッター駆動回路

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被写体からの受光により得られた画像を
    光電変換して、画像信号を生成する撮像素子部と、 前記撮像素子部の入射側に配置され、閉じることによっ
    て、前記撮像素子部へ入射される光を遮る遮光手段と、 前記撮像素子部に対して、第1及び第2の露光制御を連
    続して行い、前記第1の露光制御の前に前記遮光手段を
    開き、前記第2の露光制御が開始してから終了するまで
    の間に、前記遮光手段を閉じる処理制御部とからなるこ
    とを特徴とする撮影装置。
  2. 【請求項2】 前記処理制御部は、前記第1及び第2の
    露光制御の間に、前記撮像素子部に対して画素ずらしを
    行うことを特徴とする請求項1に記載の撮影装置。
  3. 【請求項3】 前記処理制御部は、前記第1及び第2の
    露光制御の間に、前記撮像素子部を縦、横、斜めのいず
    れか一方向へずらさせることを特徴とする請求項2に記
    載の撮影装置。
  4. 【請求項4】 前記処理制御部は、前記第1及び第2の
    露光制御における露光時間を変化させることを特徴とす
    る請求項1に記載の撮影装置。
  5. 【請求項5】 被写体からの受光により得られた画像を
    光電変換して、画像信号を生成する撮像素子部と、前記
    撮像素子部の入射側に配置され、閉じることによって、
    前記撮像素子部へ入射される光を遮る遮光手段とからな
    る撮影装置に用いられる撮影方法であって、 前記遮光手段が開くステップと、 前記撮像素子部が、第1の露光制御を開始するステップ
    と、 前記撮像素子部が、第1の露光制御を終了するステップ
    と、 前記撮像素子部が、第2の露光制御を開始するステップ
    と、 前記遮光手段が閉じるステップと、 前記撮像素子部が、第2の露光制御を終了するステップ
    とからなることを特徴とする撮影方法。
  6. 【請求項6】 前記第1の露光制御を終了するステップ
    の後で、 前記撮像素子部に対して画素ずらしを行うステップが行
    われることを特徴とする請求項5に記載の撮影方法。
  7. 【請求項7】 前記撮像素子部をずらすステップは、前
    記撮像素子を縦、横、斜めのいずれか一方向へずらさせ
    ることを特徴とする請求項6に記載の撮影方法。
  8. 【請求項8】 前記撮像素子部をずらすステップは、前
    記第1及び第2の露光制御における露光時間を変化させ
    ることを特徴とする請求項5に記載の撮影方法。
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