JP2003319256A

JP2003319256A - 電子撮像装置

Info

Publication number: JP2003319256A
Application number: JP2003116486A
Authority: JP
Inventors: E Sinner Charles; チャールズ・イー・シナー
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 2002-04-22
Filing date: 2003-04-22
Publication date: 2003-11-07
Also published as: US20030197795A1

Abstract

(57)【要約】【課題】薄暗く照明された被写体の高画質ビデオを取
り込むことのできるデジタルビデオカメラを提供する。【解決手段】本発明によるデジタルビデオカメラ１０
は、取り込まれた画像データをプログラム可能な可変利
得で増幅することのできるプログラム可能な可変利得増
幅器５２と、増幅された画像データから得られたビデオ
を格納するための記憶装置３８とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はデジタルビデオカメ
ラに関し、特に増幅した画像データから得られるビデオ
を格納するデジタルビデオカメラに関する。

【０００２】

【従来の技術】デジタルビデオカメラは、通常、光学素
子、光センサ、データ格納デバイス、コントローラおよ
びディスプレイを有し、これらはすべて一般にカメラハ
ウジング内に設けられている。電荷結合素子（ＣＣＤ）
または相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）光検出器の
アレイなど、デジタルビデオカメラにおいて光を電気信
号に変換するための様々なタイプの光センサが入手可能
である。（以下で論考する例示的なデジタルビデオカメ
ラは、後者、すなわち、光検出器アレイを含む。）

【０００３】光学素子は、通常、１つまたはそれ以上の
レンズおよび／または反射器を含む。光学素子は、シー
ンの画像を光検出器アレイ上に結像させる。光検出器ア
レイは、画像を示す電気画像データを生成する。コント
ローラは、画像データを処理し、それをデータ格納デバ
イスに、およびデータ格納デバイスから転送する。コン
トローラはまた、画像データをディスプレイおよび外部
コンピュータ、モニター等の出力デバイスに転送する。
さらに、コントローラは、後に再生のため、画像データ
を順番に並べてビデオを生成することができる。

【０００４】通常の光検出器アレイは、密接して位置す
る行および列に配置された多くの感光セルを含む。各感
光セルは、光検出器アレイに結像された画像の小部分を
表す画像データを生成する。感光セルによって生成され
た画像データは、組み合わせられ、モザイクに似た画像
全体を形成する。各感光セルは、所定の露出時間にわた
って受け取る光の強度に対応するデータ値を出力する。
画像データは、バッファリングされ、後処理されて、し
ばしばフレームと呼ばれる画像データの完全なセットが
得られる。順次取り込まれた静止フレームは、再生イベ
ント中にビデオとして共に順次ストリーミングされ、動
きを示す。

【０００５】ビデオ画質に影響を与える２つの主要な要
因、すなわち、フレームレート（すなわち、画像フレー
ムが取り込まれるレート）および各画像フレームの品質
がある。高画質ビデオの通常のフレームレートは、１秒
当たり３０フレーム（ｆｐｓ）である。このレートで
は、平均的な観察者は個々のフレームを認識することは
できないため、ビデオにおいて滑らかな動きを見ている
ように思う。さらに低いフレームレートでは、平均的な
観察者は、個々のフレームの停止した動きを見ることが
できる。従って、低いフレームレートで取り込まれたビ
デオは、絶えず画面が切り替わるように見える傾向があ
る。

【０００６】人間の目の残像によって、個々のフレーム
におけるノイズまたはエラーは平均化されて除去される
ため、ある場合にはフレームレートは、個々のフレーム
の品質よりも重要であるが、個々のフレームの画質は、
特に、暗くなり過ぎることによって、許容可能な閾値を
下回り得る。

【０００７】通常のデジタルビデオカメラは、個々のフ
レームの輝度、アパーチャおよび露出時間に影響を与え
る２つの主要な光制御機構を含む。アパーチャは、交互
に拡張または縮小して中央開口部の直径を変更する薄い
重複板からなる虹彩のような調整可能な機構である。ア
パーチャは、光検出器アレイの前にあるデジタルビデオ
カメラの光学素子内または付近に配置されている。この
ようにして、アパーチャの中央開口部を通過して光検出
器アレイに到達する光の量は調節され得る。アパーチャ
は、一般に、Ｆ値と呼ばれる少数の離散的な位置間で調
整可能である。Ｆ値がより小さいことは、アパーチャ開
口部がより大きいことを示し、この結果、光検出器アレ
イに到達する光の量が増加する。Ｆ値がより大きいこと
は、アパーチャ開口部がより小さいことを示し、この結
果、光検出器アレイに到達する光の量が減少する。アパ
ーチャが大きいと、画像フレームの輝度は増加するが、
被写界深度、すなわち、ピントの合っているように見え
る距離の範囲も狭くなるため、画像の輝度を増加させる
ために、単にアパーチャを最も広い設定にして開いてお
くことは必ずしも理想的ではない。

【０００８】第２の主要な光制御機構は、露出時間であ
る。これは、画像光が単一のフレームについて光検出器
アレイに入射することを許される時間量である。露出時
間は、通常、１秒の何分の１か（例えば、１秒の１／７
５）で表される。露出時間が短いほど、被写体の動きを
止めて１フレームを記録するカメラの能力は向上する
が、画像に対して集められる光は少なくなる。従って、
露出時間は、被写体の動きを停止することと、適切に明
るい画像のために十分な光を取り込むこととの相反する
必要性のバランスをとるように調整される。

【０００９】さらに、露出時間を増加させて明るい画像
を可能にするためには、各フレームのさらなる露出時間
を可能にするためにフレームレートが低減される必要が
あり得る。すなわち、各フレームに対する露出時間が長
いと、１秒間において３０フレームを取り込み、処理お
よび格納するための十分な時間がなくなる。

【００１０】アパーチャおよび露出時間は、被写界深度
などの他の関連する考慮事項の管理および被写体の動き
の停止などを行いながら、画像の輝度を制御する必要が
ある場合に、調整される。自動露出（ＡＥ）アルゴリズ
ムは、アパーチャおよび露出時間を含む、デジタルビデ
オカメラの光調整機構を全体的または部分的に制御する
ために用いられ得る。従って、調整可能なアパーチャお
よび露出時間を有するデジタルビデオカメラは、恐らく
は自動制御下において、広範囲な通常の十分な照明条件
にわたってビデオを取り込むことができる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、通常のデジタ
ルビデオカメラは、薄暗く照明された被写体の高画質ビ
デオを取り込むことはできない。十分に明るいフレーム
を取り込むのに必要な長い露出時間によって、動いてい
る被写体はムラのある画像になり、許容不可能な程度に
低いフレームレートを必要とすることになる。デジタル
ビデオカメラは、連続して被写体を照明するライトが備
えられ得るが、これらは、ビデオにおいてスポットライ
ト効果を生み出し、大量の電力を必要とする傾向がある
ため、状況によっては煩わしくまたは不適切になり得
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本明細書に開示される１
つの例示的な実施形態では、電子撮像装置（electronic
imaging device）は、画像取り込みデバイスと、電気
信号の大きさを調整するための、画像取り込みデバイス
に接続されたプログラム可能な可変利得増幅器（アナロ
グ、デジタルまたはその両方）と、調整された電気信号
から得られるビデオを格納するためのメモリデバイスと
を有し得る。

【００１３】本明細書に開示される別の例示的な実施形
態では、デジタルビデオカメラは、アナログ信号を発す
る画像取り込みデバイスと、アナログ信号の大きさを調
整するための、画像取り込みデバイスに接続されたプロ
グラム可能なアナログ可変利得増幅器と、増幅されたア
ナログ信号から得られるデジタルビデオを格納するため
のメモリデバイスとを有し得る。

【００１４】例示的な現在好ましい実施形態は、図面に
例示される。

【００１５】

【発明の実施の形態】増幅されたビデオの生成および格
納によって、ビデオカメラは、ビデオ画像データを運ぶ
信号を増幅し、この結果得られる増幅画像信号を格納す
ることによって、低い光環境で動作することができる。
プログラム可能な可変利得増幅器は、光検出器アレイ
（またはそれと同等の機能をもつもの）と格納媒体との
間の画像パイプライン内に配置される。ビデオカメラが
低い光条件または画像信号における低レベルを検出する
と、可変利得増幅器は、画像信号を増幅するようにプロ
グラムされる。可変利得増幅器はまた、その機能がビデ
オカメラにおいて望ましい場合には、手動でもプログラ
ムされ得る。

【００１６】画像信号は、結果として得られる個々の画
像フレームおよび全体的なビデオにおいて目に見える詳
細を生成する必要がある場合、可変利得増幅器によって
画像フレームにカラーシフトまたはノイズが導入される
点まで増幅され得る。観察者の目の残像によって、個々
の画像フレームにおけるエラーを平均化して除去する傾
向があるため、個々の画像フレームにおけるカラーシフ
トまたはノイズのいくつかは、ビデオストリームの大抵
の観察者には見えないことに留意されたい。さらに、ユ
ーザにとっては、高品質ではあるが非常に暗いビデオよ
りは、品質はやや低いが明るくはっきりした画像を取り
込む方がより重要であり得る。増幅ビデオの生成および
格納によって、ビデオカメラは、低い光条件においても
可能な限り最高のフレームレートを維持し、被写体の動
きによる画像のスミアを最小限に抑えることができる。
増幅ビデオの生成および格納は、ほとんどコストを伴わ
ずに機能を加える、大抵のビデオカメラにおいて現存す
る構成要素を用いて行われる可能性が高い。

【００１７】本明細書に記載される例示的な実施形態で
は、画像信号は、デジタルビデオカメラ内で増幅され
る。しかし、増幅ビデオの生成および格納は、デジタル
ビデオカメラと共に使用されることに限定されず、非デ
ジタルビデオカメラ、ビデオ取り込み能力を有するスチ
ルカメラ等の、画像データが電気的に増幅され得る任意
の画像取り込み装置において用いられ得る。

【００１８】デジタルビデオカメラにおける画像信号
は、例えば、光検出器アレイとアナログ−デジタル（Ａ
／Ｄ）変換器との間にアナログ増幅器を用いること、ま
たはＡ／Ｄ変換器の後にデジタル乗算器を用いることを
含む、任意の適当な様式で増幅され得る。デジタルスチ
ルカメラ内で画像データを増幅する適当な例示的な方法
は、Schinnerその他の「DIGITAL CAMERA AND METHOD OF
IMPROVING IMAGE QUALITY IN LIVE VIEW MODE」という
名称の２０００年９月１４日付けで出願された米国特許
出願第０９／６６１，８８３号に記載されている。上記
の特許出願は、ライブビューモードで画質を向上させる
ための装置および方法を開示している。ライブビューモ
ードは、増幅された画像データが液晶ディスプレイに送
信され、ユーザが対象物の静止画像を取り込むのを助け
るモードとして説明され得る。ライブビューモードで
は、増幅画像データは、単に液晶ディスプレイに送信さ
れるだけで、メモリには格納されない。画像が取り込ま
れると、画像データの増幅が停止され、可能な限り最も
高い品質の画像を取り込む。

【００１９】ここで、図面、特に図１を参照する。図１
は、本システムの１つの例示的な実施形態に従って構築
された例示的なデジタルビデオカメラ１０を示してい
る。デジタルビデオカメラ１０は、以下の４つの動作モ
ードで動作し得る。すなわち、１）ユーザが取り込みボ
タン３４を押すとビデオが取り込まれ得るビデオ取り込
み動作モード、２）ユーザがレビューするために、格納
されたビデオが取り出されて表示されるレビューモー
ド、３）カメラが、パーソナルコンピュータ、独立型モ
ニター、または格納もしくは表示の目的でビデオを受け
取る他のタイプの通信デバイスに接続され得る接続モー
ド、および４）ユーザが取り込みボタン３４を押すと静
止写真が取り込まれ得る静止取り込み動作モードであ
る。

【００２０】デジタルビデオカメラ１０は、ズーミン
グ、アパーチャ調整および画像調整を容易にするレンズ
／アパーチャシステム１２が内部に設けられたハウジン
グ１６を有し得る。レンズ／アパーチャシステム１２
は、取り込むべきシーンを結像させ、光学的にズームさ
せるための一次レンズシステム１４を有する。レンズ／
アパーチャシステム１２はまた、通過する光の量を調整
するためのアパーチャ１８および光検出器アレイ５０に
到達する光を調節するためのシャッタ２０を有する。

【００２１】デジタルビデオカメラ１０は、ハウジング
１６内に設けられた制御パネル２４上のボタンのセット
によって制御される。デジタルビデオカメラ１０には、
電源オン／オフボタン２６、モード選択ボタン２８、ズ
ームインボタン３０、ズームアウトボタン３２および取
り込みボタン３４などのボタンが設けられ得る。

【００２２】デジタルビデオカメラ１０はまた、マイク
ロプロセッサ３６、プログラムコードおよび画像を格納
するための内部メモリ記憶ユニット３８、レンズ／アパ
ーチャシステム１２を制御するための、マイクロプロセ
ッサ３６に応答するステッパモータ４０、シャッタ２
０、画像データ（ビデオおよび／または画像）を格納す
るためのメモリカード４４を受け取るための取り外し可
能なメモリデバイス４２、および画像およびメッセージ
を表示するための液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）４６を有
し得る。マイクロプロセッサ３６は、汎用プロセッサま
たは特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を含む、デジタ
ルビデオカメラ１０の制御に適当な任意のタイプであり
得る。

【００２３】デジタルビデオカメラ１０は、プログラム
可能な可変利得増幅器５２、アナログ−デジタル（Ａ／
Ｄ）変換器５６、およびデジタル乗算器５４を含む増幅
構成要素を有する。光検出器アレイ５０は、デジタルビ
デオカメラ１０に入る画像を示すアナログ電気信号を生
成する。光検出器アレイ５０によって生成される電気信
号は、多くのＡ／Ｄ変換器（例えば、５６）が必要とす
るよりも弱いため、通常のデジタルビデオカメラは、Ａ
／Ｄ変換器（例えば、５６）に対して光検出器アレイ５
０の出力を増幅するための一定の利得係数を有するアナ
ログ増幅器を有する。一定の利得係数は、通常の範囲の
光条件にわたって画質を最適化するために従来用いられ
てきた。この利得係数は、変化する照明条件に従って調
整されない。上記のように、画像信号の可変増幅は、画
像データにおいてノイズおよび他のエラーを導入または
増加することがある。この可変増幅によって、より良好
な採光で取り込まれるよりも低い品質のビデオとなり得
る。しかし、ユーザは、補助の照明を用いることなく、
この可変増幅がなければ得られないビデオを低い光条件
で取り込むことができる。

【００２４】本システムの例示的な実施形態では、プロ
グラム可能な可変利得増幅器５２（マイクロプロセッサ
／ＡＳＩＣ３６で制御される）は、光検出器アレイ５０
とＡ／Ｄ変換器５６との間に配置され、それの間のアナ
ログ電気信号を可変的に増幅する。低い光条件では、プ
ログラム可能な可変利得増幅器５２は、光検出器アレイ
５０からの電気信号を増幅するためのより大きな利得係
数でプログラムされ、それによって、得られるビデオの
輝度を増加させる。

【００２５】プログラム可能な可変利得増幅器５２から
のアナログ電気画像信号は、Ａ／Ｄ変換器５６内でデジ
タル電気画像信号に変換される。Ａ／Ｄ変換器５６は、
一定の間隔で到来するアナログ信号をサンプリングし、
入力における変化する信号レベルを示す数字のストリー
ムを生成する。このようにして、入力における低レベル
電気信号は、小さな数字になり、入力における高レベル
電気信号は、大きな数字になる。

【００２６】Ａ／Ｄ変換器５６から得られるデジタル電
気信号は、デジタル乗算器５４によって処理され、信号
が所望の範囲にスケーリングされ、画像データが効果的
に増幅される。

【００２７】マイクロプロセッサ３６は、光検出器アレ
イ５０、プログラム可能な可変利得増幅器５２、Ａ／Ｄ
変換器５６、およびデジタル乗算器５４に電気的に接続
され、画像データが内部メモリ３８またはメモリカード
４４などのメモリデバイスに格納される前に画像データ
の増幅を制御する。

【００２８】電子増幅の分野における当業者には明白で
あるが、画像信号は、プログラム可能な可変利得増幅器
５２もしくはデジタル乗算器５４またはその両方を用い
て増幅され、特定のデジタルビデオカメラにおいて得ら
れる構成要素を用いた増幅の必要性とのバランスをとっ
ている。光検出器アレイ５０の感度は一定しているた
め、プログラム可能な可変利得増幅器５２は、画像信号
がＡ／Ｄ変換器５６の入力範囲内に十分に入り、画像デ
ータ範囲の低いおよび高い端部が共にＡ／Ｄ変換器５６
によって検出可能となるように調整され、低いまたは高
い端部のいずれかにおいて画像データがクリッピングさ
れるのを防止するべきである。例えば、プログラム可能
な可変利得増幅器は、最大の信号レベルがＡ／Ｄ変換器
５６の最大入力レベルを上回らないように調整されるべ
きである。このように、アナログ増幅は、Ａ／Ｄ変換器
５６の最大入力レベルまで、プログラム可能な可変利得
増幅器５２によって行われ得る。

【００２９】同様に、増幅は、デジタル画像信号の上部
が除去されるクリッピングが発生する前のあるレベルま
で、デジタル乗算器５４において行われる。アナログ増
幅またはデジタル乗算を用いるかの選択は、デジタルビ
デオカメラ設計者による設計上の選択の問題であるが、
少なくとも何らかのアナログ増幅を含むことは、Ａ／Ｄ
変換器５６の感度の点から賢明なことであり得る。

【００３０】照明条件が時間とともに変化し得るため、
デジタルビデオカメラの設計者は、デジタルビデオカメ
ラに輝度を評価させ、連続してまたは所定の間隔で、増
幅を再調整するようにさせ得る。

【００３１】限定はされないが１つの例示的な実施形態
では、プログラム可能な可変利得増幅器５２は、約−
３．３ｄＢの最小（Ｇｍｉｎ）と約３４．８ｄＢの最大
（Ｇｍａｘ）との間の利得範囲を有する。プログラム可
能な可変利得増幅器５２のデフォルト利得係数は、カメ
ラを製造した時点で、所定のレベルまたは通常の利得係
数（Ｇｎｏｍ）に固定される。例えば、プログラム可能
な可変利得増幅器５２は、限定はされないが例示的な実
施形態では、約１１．４ｄＢのＧｎｏｍに設定され得
る。（必要な利得範囲および最適デフォルト利得係数
は、光検出器アレイ５０およびＡ／Ｄ変換器５６を含
む、システム内の他の構成要素の仕様によって決ま
る。）

【００３２】デジタルビデオカメラ１０は、所望のフレ
ームレートを維持するために、アパーチャ１８を最大の
レンズアパーチャ（最大の光が光検出器アレイ５０に到
達する）に設定し、光検出器アレイ５０の露出時間を最
大に設定した後、過度に暗い画像フレームが生成される
と、画像信号を増幅し始める。１つの例示的な実施形態
では、この最大の露出時間は、１秒の約１／７５であ
り、例示的なデジタルビデオカメラでは、３０ｆｐｓの
フレームレートとなる。

【００３３】低い光条件において画像信号を増幅するよ
うにデジタルビデオカメラ１０を設計またはプログラム
することに関する詳細は用途によって異なるため、詳細
な一般的説明はしない。しかし、以下、デジタルビデオ
カメラ１０における画像信号増幅の例示的な手動および
自動制御について記載する。

【００３４】ここで、図２Ａを参照する。デジタルビデ
オカメラ１０において、画像信号の増幅が必要かどうか
の例示的な判定について記載する。デジタルビデオカメ
ラ１０は、露出時間が自動的に計算されるビデオ取り込
みモードに設定される（１１０）。デジタルビデオカメ
ラ１０は、画像信号に対して公称の利得設定Ｇｎｏｍと
し、少なくとも部分的には、光検出器アレイ５０に入射
する光の輝度に基づいて適切な露出時間を計算する。自
動的に計算された露出時間は、理想的な露出時間であ
り、デジタルビデオカメラ１０は、最も近い利用可能な
露出時間を自動的に選択する。このようにして、低い光
条件における自動的に計算された露出時間は、長過ぎて
所望のフレームレート内に適合せず、フレームレートが
低減されるか、画像信号が増幅される必要がある。

【００３５】自動的に計算された露出時間が可能な限り
最大の露出時間よりも大きくない場合には（１１２）、
画像信号を増幅するための利得係数は、デフォルト利得
係数Ｇｎｏｍに設定される（１１４）。すなわち、自動
的に計算された露出時間が露出時間の得られる範囲内で
ある場合、デジタルビデオカメラ１０は、画像信号の増
幅を保証するのに十分に低い光条件内にはない。

【００３６】自動的に計算された露出時間が得られる最
大の露出時間よりも大きく（１１２）、かつアパーチャ
が最も広い設定に設定されている場合（１１６）、画像
信号の増幅は、低い光条件のために保証される（１２
０）。自動的に計算された露出時間が露出時間の得られ
る範囲内にあるが、アパーチャがさらに広く開かれ得る
場合、デジタルビデオカメラ１０は、画像信号の増幅が
保証されていることを示す前に、まず、アパーチャを広
げる（１２２）。

【００３７】このように、デジタルビデオカメラ１０
は、増幅が保証されていることを示す（１２０）前に、
まず、２つの主要な光制御機構、すなわち、露出時間お
よびアパーチャ設定がその最大の輝度設定に設定されて
いるかどうかを判定する。

【００３８】画像信号の増幅が保証されている場合（１
２０）、デジタルビデオカメラ１０は、ユーザに画像信
号増幅を手動で調整するよう促すか、または自動画像信
号増幅を開始することができる。

【００３９】手動制御利得画像信号増幅が、低い光条件のために保証されている場
合、ユーザは、プログラム可能な可変利得増幅器５２、
デジタル乗算器５４またはその両方の利得を手動で調整
するように促され得る。ユーザに画像の輝度を調整させ
るユーザインターフェースを設けてもよく、マイクロプ
ロセッサまたはＡＳＩＣ３６は、ユーザ入力に基づい
て、プログラム可能な可変利得増幅器５２および／また
はデジタル乗算器５４を制御する。図２Ｂに示される手
動利得調整プロセス２００では、ユーザは、画像の輝度
を手動で調整し、液晶ディスプレイ４６上で調整の結果
をモニターし得る。

【００４０】ユーザインターフェースは、オーバーレイ
アイコン（図示せず）、透かしなどのＬＣＤ４６上の画
像に重ねられたグラフィカルディスプレイを有し、フィ
ードバックを提供し得る。ユーザは、アップおよびダウ
ンボタン６０、６２（図１）などのデジタルビデオカメ
ラ１０上のボタンを押すことによって利得または画像輝
度を調整する。アップボタン６０が押し下げられる度
に、プログラム可能な可変利得増幅器５２および／また
はデジタル乗算器５４の利得は、最大の総利得に到達す
るまで、漸進的ステップ（例えば、３ｄＢステップ）で
増加する。

【００４１】画像信号は、デジタルビデオカメラ１０の
設計に従って、プログラム可能な可変利得増幅器５２も
しくはデジタル乗算器５４またはその両方によって増幅
され得ることに再び留意されたい。例えば、１つの例示
的な実施形態では、プログラム可能な可変利得増幅器５
２における利得は、まず、利得がＧｍａｘ（例えば、３
４．８ｄＢのＧｍａｘ値）に到達するまで増加し得る。
この時点で、ユーザがアップボタン６０を押し続けるな
らば、デジタル乗算器５４の乗算器係数は、得られる画
像のピークが可能な限り最大の値またはその付近に到達
するまで、漸進的ステップで増加し得る。

【００４２】ダウンボタン６２は、プログラム可能な可
変利得増幅器５２におけるＧｍｉｎ（約−３．３ｄＢ）
の利得およびデジタル乗算器５４における１以下の乗算
器係数などの最小の総利得設定に到達するまで、プログ
ラム可能な可変利得増幅器５２および／またはデジタル
乗算器５４の利得を同様の値（例えば、３ｄＢステップ
値）だけ減少させる。

【００４３】レンズ、光検出器アレイ、ＬＣＤおよび他
のカメラ構成要素間の差のために性能はカメラによって
異なるため、プログラム可能な可変利得増幅器５２およ
び／またはデジタル乗算器５４の利得定数は、カメラ設
計によって決定されることに留意されたい。

【００４４】図２Ｂを参照する。手動利得設定プロセス
２００は、恐らくは、利得または画像の輝度に関するさ
らなるグラフィカル情報と共に、ＬＣＤ４６上に画像を
表示する（２０２）ことによって開始する。例えば、利
得が増加または減少され得ることを示す上向きおよび下
向き矢印がＬＣＤ４６の画像上に表示され得る。（例え
ば、利得が増加され得る場合、上向き矢印が表示され、
利得が最大値である場合には、上向き矢印は消える。）
画像を表示した（２０２）後、「アップボタンが作動さ
れたか」の判定（２０４）が提供され得る。アップボタ
ン６０が作動された場合、「アップボタンが作動された
か」の判定（２０４）の結果は肯定であり、「利得が最
大に設定されたか」の判定（２０６）が提供され得る。
プログラム可能な可変利得増幅器５２および／またはデ
ジタル乗算器５４は、すでに最大（例えば、Ｇｍａｘ）
となっている場合、「ユーザの要求を無視し、メッセー
ジを表示する」ステップ（２０８）が提供され得る。ス
テップ（２０８）において、利得を増加させるユーザ要
求を無視した後、アイコンは、「アップアイコンを消去
する」ステップ（２１０）において消去され、ビデオが
取り込まれ得る（２５２）。

【００４５】「アップボタンが作動されたか」の判定
（２０４）に再び戻る。アップボタン６０が作動されな
かった場合、「アップボタンが作動されたか」の判定
（２０４）の結果は否定である。「アップボタンが作動
されたか」の判定２０４からの否定結果で、「ダウンボ
タンが作動されたか」の判定（２２０）が提供され得
る。ダウンボタン６２が作動されなかった場合、「ダウ
ンボタンが作動されたか」の判定２２０の結果は否定で
ある。ダウンボタン６２が作動された場合、「ダウンボ
タンが作動されたか」の判定２２０の結果は肯定であ
る。「ダウンボタンが作動されたか」の判定（２２０）
からの肯定結果で、「利得が最小に設定されたか」の判
定（２２２）が提供され得る。プログラム可能な可変利
得増幅器５２および／またはデジタル乗算器５４の利得
が最小値Ｇｍｉｎである場合、結果は肯定であり、「ユ
ーザの要求を無視して、メッセージを表示する」ステッ
プ（２２４）が提供され得る。ステップ（２２４）後、
「ダウンアイコンを消去する」ステップ（２２６）が提
供され、ビデオが取り込まれ得る（２５２）。

【００４６】再び「利得が最小に設定されたか」の判定
（２２２）に戻る。利得が最小に設定されていない場
合、結果は否定である。判定（２２２）に対する否定結
果で、「利得を１値減少させる」ステップ２３０が提供
され得る。上記のように、この値は、３ｄＢなどの任意
の離散値であり得る。ステップ（２３０）を提供した
後、「利得が最小に設定されたか」の判定（２３２）が
提供され得る。利得が最小に設定されていない場合、判
定（２３２）の結果は否定であり、ビデオが取り込まれ
得る。利得が最小に設定された場合、判定（２３２）の
結果は肯定であり、「ダウンアイコンを消去する」ステ
ップ（２２６）が提供され得る。

【００４７】「利得が最大に設定されたか」の判定（２
０６）に戻る。利得が最大に設定されていない場合、判
定２０６の結果は否定であり、「利得を１値増加させ
る」ステップ（２４０）が提供され得る。上記のよう
に、この値は、３ｄＢなどの任意の離散値であり得る。
プログラム可能な可変利得増幅器５２および／またはデ
ジタル乗算器５４において利得を調整した後、「利得が
最大に設定されたか」の判定（２４２）が提供され得
る。利得が最大に設定されている場合、判定（２４２）
に対する結果は肯定であり、「アップアイコンを消去す
る」ステップ（２１０）が提供され得る。利得が最大に
設定されていない場合、判定（２４２）に対する結果は
否定であり、ビデオが取り込まれ得る（２５２）。

【００４８】自動利得画像信号の増幅が保証され（図２Ａを参照）、デジタル
ビデオカメラ１０が自動利得制御モードにある場合、図
３の例示的なプロセスなどのプロセスが実行され得る。
自動利得制御プロセス３００は、手動利得制御プロセス
２００（図２Ｂ）の代わりに、プログラム可能な可変利
得増幅器５２および／またはデジタル乗算器５４の利得
を自動的に調整する。

【００４９】ここで、図３を参照する。自動利得制御プ
ロセス３００は、実質的な変更が必要な場合にのみ利得
を調整し、得られるビデオを乱したり、利得値の変動を
引き起こしたりし得るあまりにも頻繁な細かい変更を避
ける。利得制御プロセスにおけるこのヒステリシスを実
施するために、デジタルビデオカメラ１０は、自動的に
計算された露出時間（ＥＴ）が、前に計算された露出時
間（ＥＴ_LAST）に０．６６６を乗算したものよりも少な
いか（３３０）、または前に計算された露出時間（ＥＴ
_LAST）に１．５を乗算したものよりも大きいか（３３
２）を判定する。ＥＴは、自動露出アルゴリズムによっ
て計算されることに留意されたい。

【００５０】自動的に計算された露出時間が、前に計算
された露出時間の０．６６６倍と１．５倍との間の範囲
内である場合には、デジタルビデオカメラ１０は、画像
信号の利得を調整せずに、直接ビデオを取り込む（３４
６）方へ進む。しかし、自動的に計算された露出時間
（ＥＴ）が、前に計算された露出時間からこの範囲外に
なる位十分に変化した場合には、デジタルビデオカメラ
１０は、自動的に計算された露出時間に従って必要な利
得を計算する（３３４）。

【００５１】例示的な実施形態では、必要な利得は、自
動的に計算された露出時間を所望の標的露出時間（ＥＴ
_TGT）で除算することによって計算される（３３４）。
例えば、所望の標的露出時間が１秒の１／７５であり、
自動的に計算された露出時間が１秒の１／２５（３０ｆ
ｐｓを可能にするには長過ぎる）である場合、利得は、
１／２５を１／７５で除算して、必要な利得は３である
と計算される。

【００５２】（自動的に計算される露出時間（ＥＴ）
は、利得の計算に用いられた後、前に計算された露出時
間ＥＴ_LASTの上にデジタルビデオカメラ１０内で格納さ
れ得る。）

【００５３】次に、デジタルビデオカメラ１０は、計算
された利得が可能な利得範囲内であるかどうかを判定す
る。計算された利得が最大可能利得より大きい（３３
５）場合には、利得は、最大可能利得値に設定される
（３３７）。計算された利得が最小可能利得よりも小さ
い（３３６）場合には、利得は、最小可能利得値に設定
される（３３８）。

【００５４】上記のように、利得は、プログラム可能な
可変利得増幅器５２もしくはデジタル乗算器５４または
その両方において適用され得る。この例示的な実施形態
では、利得は、アナログ部分とデジタル部分とに分割さ
れる。計算された利得のアナログ部分は、プログラム可
能な可変利得増幅器５２において適用され、デジタル部
分は、デジタル乗算器５４において適用される。２つの
構成要素５２および５４の間の利得の分割については、
上述した以外には記載しない。これは、一部分、Ａ／Ｄ
変換器５６の入力範囲およびデジタル乗算器５４からの
出力範囲によって決まる。

【００５５】従って、利得のアナログ部分は、部分的な
利得を画像信号に提供するようにプログラム可能な可変
利得増幅器５２をプログラムすることによって適用され
る（３４０）。プログラム可能な可変利得増幅器５２の
プログラミングは、デバイス特有であり、利得係数をｄ
Ｂなどの他の単位に変換することを必要とし得る。

【００５６】残りのデジタル利得を提供するようにデジ
タル乗算器５４をプログラムするために、デジタルカウ
ント（デジタル画像信号を乗算するために用いられる数
字）が計算されなければならない。デジタルカウント計
算をよりよく理解するために、１６ビットワードを想定
した場合、６５５３５の最大デジタルカウントが約−
０．５と約１０００との間の利得範囲に対して可能であ
ることを理解されたい。この点で、デジタルカウント
は、ｘ−ｙ軸グラフ上でプロットされ、直線近似を提供
することができる。直線は、以下の式で表される。

【００５７】

【数１】

【００５８】上記の実数式は十分であるが、当業者には
言うまでもなく、整数数値演算を用いる方がより単純か
つ簡単である。従って、係数は、デジタルカウントを０
から６５５３５の範囲内に保持する整数に丸められ、以
下の式が得られる。デジタルカウント＝６４×デジタル
利得＋３２

【００５９】

【表１】

【００６０】デジタルカウントが計算されると（３４
２）、ＡＳＩＣ３６のマイクロプロセッサは、所望のデ
ジタルカウントに設定した状態で、デジタル乗算器５４
を構成する（３４４）。次に、デジタルビデオカメラ１
０は、増幅ビデオを生成および格納する準備ができる
（３４６）。

【００６１】言うまでもなく、アナログ利得およびデジ
タルカウントを求めるために数学的計算をする代わり
に、ルックアップテーブル法などの他の方法も用いるこ
とができる。

【００６２】デジタルビデオカメラ１０には、画像信号
の自動または手動増幅を停止する制御部が設けられてい
てもよい。

【００６３】上記のデジタルビデオカメラによって、ユ
ーザは、照明条件が低いときに、許容可能なフレームレ
ートでビデオを取り込むことができる。アパーチャおよ
び取り込み時間は最大なっても、デジタルビデオカメラ
は、画像信号を増幅させることによって、これらの照明
条件でビデオを生成および格納することができる。

【００６４】本明細書では、本発明の例示的な現在好ま
しい実施形態について記載したが、言うまでもなく、発
明の概念は、様々に具現化および使用され、併記の特許
請求の範囲は、従来技術によって限定されていること以
外は、このような変形を含むものとして解釈されること
が意図される。例えば、デジタルビデオカメラに関して
上述した増幅ビデオデータの格納は、ビデオ取り込みモ
ードにある非デジタルビデオカメラまたはデジタルスチ
ルカメラなどの任意の適当な撮像装置に適用され得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】デジタルビデオカメラの例示的なブロック図で
ある。

【図２Ａ】ビデオ画像データの利得を手動で調整するた
めの例示的なアルゴリズムを示す高レベルのフローチャ
ートである。

【図２Ｂ】ビデオ画像データの利得を手動で調整するた
めの例示的なアルゴリズムを示す高レベルのフローチャ
ートである。

【図３】ビデオ画像データの自動利得を提供するための
例示的なプロセスの高レベルフローチャートである。

【符号の説明】

３８：内部メモリ記憶装置５２：プログラム可能な可変利得増幅器５４：デジタル乗算器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画像取り込みデバイスと、前記画像取り込みデバイスに接続され、電気信号の大き
さを調整するプログラム可能な増幅器と、前記調整された電気信号から得られるビデオを格納する
ためのメモリデバイスと、を備えた電子撮像装置。
【請求項２】前記プログラム可能な増幅器が、少なく
とも部分的に前記ビデオのフレームレートに基づいて前
記大きさを調整する、請求項１に記載の電子撮像装置。
【請求項３】前記電気信号の大きさが、デジタル領域
で実行されるときの乗算器係数を含む、請求項１に記載
の電子撮像装置。
【請求項４】前記画像取り込みデバイスに接続され、
前記電気信号をデジタル信号に変換するアナログ−デジ
タル変換器と、前記アナログ−デジタル変換器に接続され、前記デジタ
ル信号の大きさを増加させるデジタル乗算器と、をさらに備えている、請求項１に記載の電子撮像装置。
【請求項５】前記プログラム可能な増幅器が、電気的
レートに適用する増幅度を計算するための利得制御アル
ゴリズムを有するマイクロプロセッサに接続されてい
る、請求項１に記載の電子撮像装置。
【請求項６】ビデオ画像データを格納するための方法
であって、光を電気信号に変換するステップと、前記電気信号を増幅するステップと、前記増幅された電気信号から得られる前記ビデオ画像デ
ータを格納するステップと、を含む方法。
【請求項７】画像取り込み装置を作成する方法であっ
て、カメラハウジングを用意するステップと、光センサを前記カメラハウジング内に取り付けるステッ
プと、プログラム可能な増幅器を前記光センサに接続し、前記
光センサによって生成される電気信号の大きさを調整す
るステップと、メモリデバイスを前記プログラム可能な増幅器に動作的
に関連付け、前記調整された電気信号から得られるビデ
オを格納するステップと、を含む方法。
【請求項８】ビデオを生成する装置であって、光を電気信号に変換する手段と、前記電気信号を、フレームレートを有するビデオに変換
する手段と、前記電気信号を前記フレームレートの関数としてアルゴ
リズムによって増幅する手段と、を備えた装置。
【請求項９】アナログ信号を発する画像取り込みデバ
イスと、前記画像取り込みデバイスに接続され、前記アナログ信
号をデジタル信号に変換するアナログ−デジタル変換器
と、前記アナログ−デジタル変換器に接続され、前記デジタ
ル信号の大きさを増加させるデジタル乗算器と、前記増加されたデジタル信号から得られるビデオを格納
するためのメモリデバイスと、を備えたデジタルビデオカメラ。
【請求項１０】信号を発する画像取り込みデバイス
と、前記画像取り込みデバイスに接続され、前記信号の大き
さを調整するプログラム可能なアナログ増幅器と、前記調整された信号から得られるデジタルビデオを格納
するためのメモリデバイスと、を備えたデジタルビデオカメラ。