JP2004304380A - Photographing apparatus - Google Patents

Photographing apparatus Download PDF

Info

Publication number
JP2004304380A
JP2004304380A JP2003093019A JP2003093019A JP2004304380A JP 2004304380 A JP2004304380 A JP 2004304380A JP 2003093019 A JP2003093019 A JP 2003093019A JP 2003093019 A JP2003093019 A JP 2003093019A JP 2004304380 A JP2004304380 A JP 2004304380A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
imaging
image
signal
output
imaging device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2003093019A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kenichi Kakumoto
兼一 角本
Yoshihiro Tanaka
良弘 田中
Katsuhiko Asai
克彦 浅井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Minolta Co Ltd
Original Assignee
Minolta Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Minolta Co Ltd filed Critical Minolta Co Ltd
Priority to JP2003093019A priority Critical patent/JP2004304380A/en
Publication of JP2004304380A publication Critical patent/JP2004304380A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photographing apparatus capable of simply correcting the image shake in real time. <P>SOLUTION: The photographing apparatus is provided with: a first imaging element 10 for carrying out ordinary photographing a second imaging element 20 for imaging an extracted luminance-changing part; and an image processing circuit 40 for using an imaging signal from the second imaging element 20 to apply processing to eliminate the image shake (image shake caused by camera-shake or the like) of the image taken by the first imaging element 10. When a part arises where luminance is changed by the mobile body existing in the photographing area seen from the second imaging element, the second imaging element 20 outputs an imaging signal of a level different from the level of an imaging signal denoting the other parts whose luminance does not change in the photographing area. The image processing circuit 40 carries out image shake elimination processing including e.g., processing of subtracting the imaging signal outputted from the element 20 from the imaging signal outputted from the element 10. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は撮影対象領域の撮像における画像振れを除去処理できる撮像装置に関する。
【0002】
【従来の技術とその問題点】
撮像装置により被写体を撮像する場合、撮像装置を支持する人の手等が振れると、得られる画像中に画像が流れたような画像振れが生じることがある。このような手振れ(画像振れ)を補正する技術として、従来、電子式補正と、光学式補正が知られている。例えば電子式補正として特許文献1が知られており、光学式補正として特許文献2が知られている。
【0003】
電子式補正では、1撮像フレーム内でリアルタイムに手振れを補正することができない。光学式補正ではフレームに関係なくリアルタイムに補正が可能であるが、手振れを検知する検知器が必要であり、且つ、光学系を制御する装置が必要である。
【0004】
【特許文献1】特開平4−255179号公報
【特許文献2】特開平3−200299号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、簡単にリアルタイムに画像振れを補正できる撮像装置を提供することを課題とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明者の一人は、先に、複雑な画像処理を必要とすることなく、簡単、迅速に動体を抽出撮像することができる撮像素子を開発している(特願平2002−375029)。この撮像素子は、撮像素子から見て被写体中に動体により輝度が変化する部分があるとき該部分については該被写体中の輝度変化しない他の部分を表す撮像信号とは異なるレベルの動体存在を示す撮像信号を出力することができるものであり、例えば、動体の少なくとも一部を静止背景部とは異なる画像濃度で表示できる撮像信号を生成することができる。
【0007】
この撮像素子によると、フレーム間にまたがる被写体の輝度変化を捉えることができ、通常の固体撮像素子では被写体の振れとして撮像される部分の情報が得られる。
【0008】
本発明者は、かかる動体抽出撮像可能の撮像素子の応用研究を重ねる過程でこの点に着目し、この撮像素子と通常撮像を行う撮像素子とを組み合わせ、これらにより同時刻に、同一撮像領域を撮像し、動体抽出撮像可能の撮像素子により得られる撮像信号を用いて通常撮像素子により得られる撮像信号を処理することで、簡単、迅速に手振れ等に起因する画像振れを除去できることを見い出した。
【0009】
かかる知見に基づき本発明は、前記課題を解決する撮像装置として、
撮影対象領域を通常撮像する第1撮像素子と、
前記撮影対象領域中に輝度が変化する部分が存在するとき該部分を抽出撮像できる第2撮像素子と、
前記第2撮像素子からの撮像信号を用いて前記第1撮像素子による撮像画像の画像振れを除去処理する画像処理部と、
を備えた撮像装置を提供する。
前記第2撮像素子による撮像領域は前記第1撮像素子による撮像領域と同一であることが好ましいが、両領域が全く重なりを有しない別領域とならない限りは、両領域は完全に同一領域でなくとも本発明は成立する。但し、第1撮像素子による撮像領域全体を画像振れ除去処理の対象領域とする場合、第2撮像素子による撮像領域は第1撮像素子による撮像領域全体をカバーする必要がある。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
実施形態の撮像装置は、撮影対象領域を通常撮像する第1撮像素子と、該撮影対象領域中に動体等による輝度変化部分が存在するとき該部分を抽出撮像できる第2撮像素子と、これら撮像素子を制御する素子コントローラと、画像処理部とを含んでいる。該画像処理部は、第2撮像素子からの撮像信号(撮像データ)を用いて第1撮像素子による撮像画像の画像振れを除去処理する。
【0011】
第2撮像素子は、前記素子コントローラの制御下に、前記撮像領域(撮影対象領域)中に動体等により輝度が変化する部分があるとき該部分については該撮像領域中の輝度変化しない他の部分を表す撮像信号とは異なるレベルの撮像信号を出力する。
【0012】
この撮像装置によると、第2撮像素子と通常撮像を行う第1撮像素子とで同一被写体(撮像素子から見れば、同一撮像領域)を同時に撮像し、前記画像処理部において、第2撮像素子により得られる撮像信号(撮像データ)を用いて通常撮像素子により得られる撮像信号(撮像データ)を処理することで、簡単にリアルタイムに手振れ等に起因する通常撮像素子の撮像画像における画像振れを除去することができる。
【0013】
この撮像装置は、撮像素子を支持する人の手等が振れることに起因する画像振れだけでなく、撮像領域中に高速移動する動体があることに起因して生じる画像振れについても除去処理できる。高速移動する動体が異なる方向に移動する2物体以上であっても、該動体に起因する画像振れを除去処理できる。
【0014】
該画像処理部が行う第2撮像素子からの撮像信号を用いて第1撮像素子による撮像画像の画像振れを除去する処理としては、
(1) 通常撮像用第1撮像素子から出力される撮像信号(撮像データ)から第2撮像素子から出力される撮像信号(撮像データ)を減算する処理を含む処理や、
(2) 第1撮像素子から出力される撮像信号(撮像データ)に第2撮像素子から出力される撮像信号(撮像データ)を加算する処理を含む処理を例示できる。
【0015】
減算処理を行う場合は、1フレーム内で、例えば動体が位置p1から位置p2へ移動したとすると、動体が位置p2にあるときの画像振れ除去後の画像データが得られ、加算処理を行う場合は、動体が位置p1にあるときの画像振れ除去後の画像データが得られる。
【0016】
画像処理部における画像振れ除去処理の切り替えを指示する切り替え指示部を設け、画像処理部は、第1撮像素子から出力される撮像信号から第2撮像素子から出力される撮像信号を減算する処理又は第1撮像素子から出力される撮像信号に第2撮像素子から出力される撮像信号を加算する処理を含む画像振れ除去処理を行うものとし、前記切り替え指示部により該画像処理部に対し該減算処理、加算処理の切り替え指示可能としてもよい。
このようにすれば、振れの無い静止画像を前後にコマ送りしながら確認するなどの作業に有利である。
【0017】
いずれにしても、前記画像処理部は、良好な画像を得るために、前記減算、加算等に伴って適切なオフセット処理を行うものであることが好ましい。
画像処理部における演算処理を容易化するため、第1撮像素子と第2撮像素子とで撮像画素数及び画素配列ピッチを同一にすることが好ましい。
【0018】
前記第2撮像素子の代表例として次のものを挙げることができる。すなわち、
それぞれが光電変換素子、該光電変換素子の出力を該素子への入射光量の対数値に比例する電気信号に変換するための対数変換用トランジスタを含む対数変換部及び該対数変換部からの出力を蓄積するための積分回路を備える複数の画素と、
前記各画素からの信号を受け取って出力するための出力回路とを備えており、
前記素子コントローラの制御下に、撮像時に前記対数変換用トランジスタに撮像のための第1電圧を印加した状態で、前記光電変換素子から対数変換部を介して出力される第1信号を前記積分回路に蓄積させ、該対数変換用トランジスタのリセット時に該対数変換用トランジスタに第2電圧を印加して該トランジスタをリセットして該リセットにより得られる第2信号を前記積分回路に蓄積させ、該第2電圧を通常撮像状態が得られる場合の電圧とは異ならせることで撮影対象領域中に動体等により輝度が変化する部分があるとき該部分については前記積分回路にそれぞれ蓄積された前記第1信号と前記第2信号との差分が該撮影対象領域中の輝度が変化しない他の部分についてのそれとは異なるものとなる輝度変化部分抽出撮像状態を実現し、
前記出力回路は前記第1信号と前記第2信号との差分に相当する信号を出力する撮像素子である。
【0019】
ところで、撮像領域中を動体が移動する場合において例えば該動体のエッジ部に着目すると、動体エッジ部が移動することで該エッジ部に対する静止背景部の輝度が撮像素子から見て変化する。従って、動体により輝度が変化する撮像領域中の部分は、該動体の少なくとも一部を示していると言える。
【0020】
そこで、いま述べた第2撮像素子における
「撮影対象領域中に輝度が変化する部分があるとき該部分については前記積分回路にそれぞれ蓄積された前記第1信号と前記第2信号との差分が該撮影対象領域中の輝度が変化しない他の部分についてのそれとは異なるものとなる輝度変化部分抽出撮像状態を実現し、」との点は、
「撮像領域(撮影対象領域)中に動体が含まれるとき該動体の少なくとも一部については前記積分回路にそれぞれ蓄積される前記第1信号と前記第2信号との差分が該撮像領域中に含まれる静止背景部についてのそれとは異なるものとなる動体抽出撮像状態を実現し、」と、或いは
「撮像領域(撮影対象領域)中に動体が含まれるとき該動体の少なくとも一部を該撮像領域中に含まれる静止背景部とは異なる濃度で表示できる撮像信号を生成する動体抽出撮像状態を実現し、」と言い換えることができる。
【0021】
いずれにしても、前記の「第2電圧を通常撮像状態が得られる場合の電圧とは異ならせる」態様としては、例えば、「第2電圧を第1電圧との差の絶対値が通常撮像状態が得られる場合の値より小さくなるように(例えば、通常撮像状態が実現される場合の略半分の値となるように)設定すること」や、「第2電圧の大きさは変更せずに、第2電圧の印加期間(第2電圧のパルス幅)を通常撮像状態が得られる場合より短く設定すること」を挙げることができる。要するに、後ほどの説明から分かるように、対数変換用トランジスタにリセット残しが生じるように、通常撮像状態が得られる場合の電圧とは異ならせればよい。
【0022】
また、前記光電変換素子と対数変換用トランジスタとを電気的に接離するためのスイッチをさらに備えていてもよい。その場合、前記撮像素子コントローラとして該スイッチをオフした状態で該対数変換用トランジスタに前記第2電圧を印加することによって該トランジスタをリセットするものを採用してもよい。
【0023】かかる第2撮像素子によると、静止背景部を一様な画像濃度で、動体の少なくとも一部を静止背景部よりは「明」又は「暗」の画像濃度で表示可能の撮像信号を得ることが可能である。より広く言えば、撮像領域中の輝度変化する部分を輝度変化しない部分よりは「明」又は「暗」の画像濃度で表示可能の撮像信号を得ることが可能である。
【0024】
そこで、かかる第2撮像素子を採用する場合、前記画像処理部は、該第2撮像素子により得られる撮像信号を、そのうち「明」信号はより明るく、「暗」信号はより暗く処理して、その後に画像振れ除去処理に用いるものでもよい。このようにすれば、より正確に画像振れを補正できる。
【0025】
次に図面を参照して撮像装置の幾つかの具体例について説明する。
<撮像装置例1>
(1)撮像装置例1の全体構成
この撮像装置(カメラ)は図1に示す構成のものである。
図1に示す撮像装置は、被写体(撮像素子から見て撮像領域)の通常撮像を行う固体撮像素子10及びもう一つの固体撮像素子20を含んでおり、さらに、これらの撮像素子動作を制御する素子コントローラ30及び画像処理回路40を含んでいる。固体撮像素子20は、撮像領域中の動体等による輝度変化部分を抽出撮像するもの、すなわち、輝度変化部分抽出撮像(以下、「動体抽出撮像」という。)を行うものである。
【0026】
被写体からの入射光(画像光)は光学系50を介してハーフミラーMに導かれ、ハーフミラーMを通過して第1撮像素子10に結像する一方、ハーフミラーMに反射されて第2撮像素子20に結像する。
【0027】
撮像素子10、20から出力される撮像信号はアナログディジタルコンバータA/Dによりディジタル化されて画像処理回路40に入力される。撮像素子10、20はそれぞれ素子コントローラ30に動作制御される。
【0028】
(2)通常撮像用の第1撮像素子10
次に図2から図5を参照して通常撮像用の第1撮像素子10を詳細に説明する。図2は撮像素子10の全体構成を示すブロック図である。図2には既述の素子コントローラ30も併せて示してある。図3は画素の配列された画素部等の構成を示す図、図4は一つの画素の構成を示す図、図5は通常撮像状態を実現するときの駆動電圧印加を示すタイミングチャートである。
【0029】
(2−1)撮像素子10の全体構成及び動作
撮像素子10は、図2に示すとおり、画素部G、これに接続された垂直走査回路1及び出力回路8を備えており、出力回路8には水平走査回路2が接続されているとともに出力アンプAmが接続されている。この出力アンプAmから前記のコンバータA/Dを介して画像処理回路40へ撮像信号が出力される。
【0030】
撮像素子10はまた、素子コントローラ30の指示のもとに画素部G等へ所定の各種電圧信号等を供給するための電圧レギュレータRgを備えている。また、素子コントローラ20の指示のもとに各部を所定のタイミングで動作させるためのタイミングジェネレータTGも備えている。
【0031】
画素部Gには、図3に示すように、撮像用の画素G11〜Gmnが行列配置(マトリクス配置)されている。垂直走査回路1は、各画素に走査用信号φVを与える行(ロウ)ライン31、32、・・・3nを順次走査していくとともに、ライン41、42、・・・4nを介して各画素の後述するキャパシタCに電圧φVDを供給する。
【0032】
水平走査回路2は、各画素から出力信号線61、62、・・・6mに導出される光電変換信号を画素ごとに水平方向(行方向)に順次読み出す。図3において5は電源ラインである。
なお、後ほど説明する図4においては行(ロウ)ラインは3で、φVD供給ラインは4で、出力信号線は6で示してある。
【0033】
各画素には、以上述べたライン31、32、・・・3n、41、42、・・・4n、出力信号線61、62、・・・6m、電源ライン5だけでなく、他のライン(例えば、クロックラインやバイアス供給ライン等)も接続されるが、図3ではこれらの図示を省略している。
【0034】
図2に示す出力回路8は、図3に示す定電流電源71、72、・・・7m、選択回路81、82、・・・8m及び補正回路9を含んでいる。
【0035】
定電流電源71、72、・・・7mは出力信号線61、62、・・・6mにそれぞれ接続されている。選択回路81、82、・・・8mは信号線61〜6mを介して画素G11〜Gmnから与えられる映像信号とノイズ信号をサンプルホールドする回路である。補正回路9は選択回路81、82、・・・8mから映像信号及びノイズ信号が順に送出されてくると、補正処理、すなわち映像信号とノイズ信号との差分を該映像信号から差し引く処理を行い、ノイズ除去された映像信号を外部に出力して画像表示に供する。なお、定電流源71〜7mのそれぞれの一端には直流電圧VPSが印加される。
【0036】
かかる固体撮像素子10においては、画素Gab(a:1≦a≦mの自然数、b:1≦b ≦nの自然数)からの出力である映像信号及びノイズ信号が、それぞれ、出力信号線6aを介して出力されるとともに、この出力信号線6aに接続された定電流電源7aによって増幅される。そして、画素Gabから出力された映像信号及びノイズ信号が順番に選択回路8aに送出されるとともに、この選択回路8aにおいて、該映像信号及びノイズ信号がサンプルホールドされ、その後、選択回路8aより、サンプルホールドされた映像信号が補正回路9に送出された後、同じくサンプルホールドされたノイズ信号が補正回路9に送出される。
【0037】
補正回路9では、選択回路8aより与えられた映像信号を、同じく選択回路8aより与えられたノイズ信号に基づいて補正処理して、ノイズ除去した映像信号を出力アンプAmを介して増幅して外部に出力する。選択回路81〜8m及び補正回路9のそれぞれの構成例として、本出願人が特開平2001−223948号公報において提示した構成などが挙げられる。なお、選択回路81、82、・・・8mに補正回路を含ませてもよい。
【0038】
(2−2)撮像素子10の画素構成
次に画素G11〜Gmnのそれぞれの1例を図4を参照して説明する。
図4に示す画素は、光電変換素子の1例であるフォトダイオードPD、該フォトダイオードPDの出力をそれへの入射光量の対数値に比例する電気信号に変換するための対数変換用MOSトランジスタT2を含む対数変換部L及び対数変換部Lの出力を蓄積するためのキャパシタCを含む積分回路IT等を備えている。
【0039】
さらに説明すると、各画素においては、アノード電位をVPDとした(接地電位でもよい)フォトダイオードPDのカソードにスイッチング用のMOSトランジスタT1のドレインが接続され、トランジスタT1のソースに対数変換用のMOSトランジスタT2のゲート及びドレインとMOSトランジスタT3のゲートが接続されている。トランジスタT3は対数変換された信号に相当する電流を流すためのものである。
【0040】
また、MOSトランジスタT3のソースにソースフォロワ増幅用のMOSトランジスタT5のゲート及びキャパシタリセット用のMOSトランジスタT4のドレインが接続され、MOSトランジスタT5のソースにスイッチング用(信号読み出し用)のMOSトランジスタT6のドレインが接続されている。そして、MOSトランジスタT6のソースが出力信号線6(図3の出力信号線61〜6mに相当)に接続されている。なお、MOSトランジスタT1〜T6はいずれもPチャンネル型のトランジスタである。
【0041】
対数変換用MOSトランジスタT2のソースには信号φVPSが入力される。MOSトランジスタT3、T5のドレインの電位はVPDとされる。なお、該ドレインは接地されていてもよい。MOSトランジスタT3のソースにはキャパシタCが接続され、該キャパシタCにはフォトダイオードPDからの電気信号をキャパシタCで積分するための参照電圧(信号φVD)が入力される。
【0042】
また、MOSトランジスタT4のソースには直流電圧RSBが入力され、該トランジスタT4のゲートに信号φRSTが入力される。さらに、MOSトランジスタT1のゲートにはトランジスタT1のオン、オフ操作のための信号φSが、MOSトランジスタT6のゲートにはトランジスタT6のオン、オフ操作のための信号φVが入力される。
【0043】
このように構成された画素において、MOSトランジスタT6及び出力信号線6を介して、−端に直流電圧VPSが印加された定電流電源7(図3の定電流電源71〜7mに相当する)が、MOSトランジスタT5のソースに接続される。
従って、MOSトランジスタT6がオンのとき、MOSトランジスタT5はソースフオロワのMOSトランジスタとして動作し、定電流電源7によって増幅された電圧信号を出力信号線6に出力する。
【0044】
このようにソースフオロワ回路を構成することにより、信号を大きく出力する増幅回路が構成される。従って、この増幅回路により十分大きく増幅された信号が得られるため、後続の信号処理回路(図示せず)での処理が容易になる。また、増幅回路の負荷抵抗部分を構成する定電流電源71〜7mを画素内に設けずに、列(カラム)方向に配置された複数の画素が接続される出力信号線61〜6m毎に設けることにより、負荷抵抗又は定電流電源の数を低減でき、半導体チップ上で増幅回路が占める面積を少なくできる。
【0045】
(2−3)撮像素子10による通常撮像及び感度バラツキ検出
次に、先ず、以上説明した撮像素子による通常の撮像動作及び各画素の感度バラツキ検出動作について説明する。
【0046】
対数変換用MOSトランジスタT2のソースに供給する信号φVPSは通常撮像状態を得るときにはハイ(High) とロー(Low) の電圧信号を用いる。すなわち、映像信号及び感度バラツキによるノイズ信号のそれぞれを読み出すときにはトランジスタT2をサブスレッショルド領域で動作させるための電圧をロー(Low)とし、トランジスタT2をリセットするときには、該電圧よりも高くトランジスタT2にローの信号φVPSを与えた時よりも大きい電流が流れ得るようにするハイ(Hi)の電圧を採用する。
なお、後述するように、ノイズ信号読出し後キャパシタCをリセットするときには、光電変換素子の残像信号除去のために、トランジスタT2のソースにハイとローの中間程度の値の電圧を印加する。
【0047】
キャパシタCに与える参照電圧φVDについては3値の電圧信号を採用する。すなわち、キヤパシタCを積分動作させる際の電圧値を最も高いVhとし、映像信号読み出し時の電圧値をVhよりも低いVmとし、ノイズ信号読み出し時の電圧値をVmよりもさらに低いVlとする。
【0048】
以下の説明において、電圧信号等の画素等への印加は電圧レギュレータRgから、タイミングジエネレータTGによるタイミング制御のもとに行われる。
【0049】
(2−3−1)映像信号(画像信号)出力
以下の説明において、MOSトランジスタT1をオン、オフする信号φSは撮像動作の間、常にロー(Low)であり、トランジスタT1はオン状態である。また、キャパシタリセット用トランジスタT4へ与える信号φRSTをハイ(Hi)としてトランジスタT4をオフとする。そしてMOSトランジスタT2がサブスレッシヨルド領域で動作するように、トランジスタT2のソースに与える信号φVPSをローとするとともにキャパシタCに与える信号φVDの電圧値をVhとしてキャパシタCによる積分動作を可能とする。
【0050】
このような状態においてフォトダイオードPDに被撮像領域からの光が入射されると、光電流が発生し、トランジスタT2のサブスレッショルド特性により、トランジスタT2、T3のゲートに光電流を、入射光量に対して自然対数的に変化するように変換した値に相当する電圧が発生する。
【0051】
この入射光量に対して自然対数的に変化する電圧に基づき、トランジスタT3で電流増幅されたドレイン電流がキヤパシタCから流れて、キヤパシタCが放電する。よって、MOSトランジスタT5のゲート電圧が、入射光量の積分値の自然対数値に比例した電圧となる。そして、キヤパシタCが積分動作を行うことで得られる映像信号を読み出すために、信号φVDの電圧値をVmとするとともに、MOSトランジスタT6にローのパルス信号φVを与える。これによりMOSトランジスタT5のゲート電圧に応じたソース電流がMOSトランジスタT6を介して出力信号線6へ流れる。
【0052】
このとき、トランジスタT5がソースフオロワ型のMOSトランジスタとして動作するため、出力信号線6には映像信号が電圧信号としてあらわれる。その後、信号φVをハイにしてトランジスタT6をオフするとともに、信号φVDの電圧値をVhとする。このようにトランジスタT5、T6を介して出力される映像信号は、トランジスタT5のゲート電圧に比例した値となり、そのためフォトダイオードPDへの入射光量の積分値の自然対数値に比例した信号となる。
【0053】
(2−3−2)感度バラツキ検出(ノイズ信号出力)
図5に示すように、電圧値Vmのパルス信号φVDとローのパルス信号φVが与えられて映像信号が出力されると、信号φVDをVhとした後、信号φSをハイにしてトランジスタT1をオフにしてリセット動作を開始させる。このとき、トランジスタT2のソース側より正の電荷が流れ込み、トランジスタT2のゲート及びドレイン、そしてトランジスタT3のゲートに蓄積された負の電荷が再結合され、ある程度まで、トランジスタT2のゲート及びドレインのポテンシャルが上がる。
【0054】
しかし、トランジスタT2のゲート及びドレインのポテンシャルがある値まで上がると、そのリセット速度が遅くなる。特に、明るい被撮像領域が急に暗くなった場合にこの傾向が顕著となる。よって、次に、トランジスタT2のソースに与える信号φVPSをハイにする。このように、トランジスタT2のソース電圧を高くすることで、トランジスタT2のソース側から流入する正の電荷の量が増加し、トランジスタT2のゲート及びドレイン、そしてトランジスタT3のゲートに蓄積された負の電荷が速やかに再結合される。このとき、信号φRSTをローとしてトランジスタT4をオンにして、キヤパシタCとトランジスタT5のゲートとの接続ノードの電圧を初期化する。
【0055】
そして、信号φVPSをハイにすることで、トランジスタT2のゲート及びドレインのポテンシャルがさらに高くなると、トランジスタT2のソースに与える信号φVPSをローにして、トランジスタT2のポテンシャル状態をもとの状態に戻す。このように、トランジスタT2のポテンシャルの状態がもとの状態にリセットされると、信号φRSTをハイにして、トランジスタT4をオフにする。
【0056】
すると、キヤパシタCが積分動作を行って、キヤパシタCとトランジスタT5のゲートとの接続ノードの電圧が、リセットされたトランジスタT2のゲート電圧に応じたものとなる。そこで、パルス信号φVをトランジスタT6のゲートに与えてトランジスタT6をオンにするとともに信号φVDの電圧値をVlにする。これにより、トランジスタT2、T3の特性のバラツキに起因する各画素の感度のバラツキを表す出力電流が出力信号線6に流れる。
【0057】
このとき、トランジスタT5がソースフオロワ型のMOSトランジスタとして動作するため、出力信号線6にはノイズ信号が電圧信号としてあらわれる。その後、φSをローとしてトランジスタT1を導通させてトランジスタT2のソースに与える電圧をハイとローの中間程度の値の電圧とし、パルス信号φRSTをトランジスタT4に与えて、キヤパシタCとトランジスタT5のゲートとの接続ノードの電圧をリセットし、撮像動作が行える状態にする。
【0058】
以上の説明においては、光電変換により得られた電気信号を積分するためにキャパシタCに与える電圧φVDをVh、Vm、Vlの3値としたが、該電気信号積分のためにキャパシタCに与える電圧φVDは一定であっても構わない。しかし、前記のような3値を採用することで、ノイズが除去された映像信号におけるオフセットを低くすることができ、それにより、撮像素子の後段に接続されるアナログ/デジタル変換器等の動作範囲を有効に利用することができる。なお、映像信号読み出し時にキヤパシタCに与える信号φVDの電圧値を積分時に与える電圧値より高くするようにしても構わない。
【0059】
また、以上説明した撮像素子では、PチヤンネルのMOSトランジスタを用いて各画素を構成したが、画素をNチヤンネルのMOSトランジスタを用いて構成しても構わない。このとき、各素子の極性が逆になる。固体撮像素子に設けられる定電流電源71〜7mについても、図3と逆の極性となる。このようなこと以外は既に説明した撮像素子と実質上同様である。
【0060】
(3)動体抽出撮像用の第2撮像素子20
(3−1)第2撮像素子20の構成
動体抽出撮像用の第2撮像素子20は、図2から図4に示す撮像素子10において図5に示す駆動に代えて図6に示すように駆動し、それにより動体抽出撮像を可能とする以外は第1撮像素子10と同様である。第2撮像素子20における撮像画素数及び画素配列ピッチは第1撮像素子10と同じである。
【0061】
(3−2)第2撮像素子20の動作
映像信号出力のための動作は第1撮像素子10の場合と同様である。しかし、ノイズ信号出力動作において、MOSトランジスタT2のリセット処理において採用する信号φVPSとして、前記通常撮像状態の場合におけるノイズ信号出力の場合のハイの信号φVPSに代えて、図6に示すように、ハイとローの中間程度の値の電圧信号が採用される。これにより動体抽出(輝度変化部分抽出)を行える。それ以外は第1素子10におけるノイズ出力処理と同様である。なお、第1撮像素子10におけるノイズ信号出力の場合のロー信号φVPSに代えてハイとローの中間程度の値の電圧信号を採用するようにしてもよい。
【0062】
この素子20においても、素子10と同様に、φVPSをローにして撮像を行ったときに各画素から出力される映像信号と、φVPSをハイとローの中間程度の値にしてMOSトランジスタT2をリセットしたとき各画素から出力される雑音信号(ノイズ信号)との差分が、補正回路9による差分処理により該映像信号から差し引かれて出力される。
【0063】
しかし、MOSトランジスタT2のリセット処理において採用する信号φVPSとして、第1素子10の場合におけるノイズ信号出力の場合のハイの信号φVPSに代えて、ハイとローの中間程度の値の電圧信号が採用される結果、MOSトランジスタT2にリセット残しが生じる。しかも、該リセット残しはMOSトランジスタT2の特性により入射光量の多かった画素ほど多く、入射光量の少なかった画素ほど小さくなる。従って、前記差分処理後の映像信号は、輝度が変化しない被写体部分を撮像した各画素については同様の値となる。かくして被写体における静止背景部については略一様にグレー表示可能の信号が出力される。これを用いて静止背景部については略一様にグレーで表示させることが可能である。
【0064】
一方、動体等については、輝度が「暗」→「明」、「暗」→「明」→「暗」、「明」→「暗」、「明」→「暗」→「明」などと映像信号の積分期間中に変化する。
【0065】
輝度が「暗」→「明」に変化し、リセット期間の開始まで「明」状態のままであった場合、映像信号は、積分期間中常時「明」状態であったときと比較して高くなる。雑音信号はリセット開始時の積分回路入力部の電圧にのみ依存した値となるため、リセット開始時は「明」状態であるので、雑音信号は常時「明」状態のときと同じである。すると、差分処理後の映像信号出力は減少し、素子20への入射光が「暗」→「明」に変化した部分を暗く表示できるものとなる。また、常時「暗」状態であったときと比較すると、映像信号は低く、雑音信号も低くなるが、雑音信号が低くなる量より映像信号が低くなる量の方が少なく、差分処理後の映像信号出力は減少する。
【0066】
輝度が「暗」→「明」→「暗」に変化し、リセット期間の開始まで「暗」状態のままであった場合、映像信号は、積分期間中常時「暗」状態であったときと比較して低くなる。雑音信号はリセット開始時の積分回路入力部の電圧にのみ依存した値となるため、リセット開始時は「暗」状態であるので、雑音信号は常時「暗」状態のときと同じである。すると、差分処理後の映像信号出力は増加し、素子20への入射光が「暗」→「明」→「暗」に変化した部分を明るく表示できるものとなる。
【0067】
輝度が「明」→「暗」に変化する場合は、同様の理由で、差分処理後の映像信号出力は増加し、輝度変化部分を明るく表示できるものとなる。
輝度が「明」→「暗」→「明」に変化する場合は、差分処理後の映像信号出力は減少し、輝度変化部分を暗く表示できるものとなる。
このような現象により被写体中の、そこからの入射光が変化した部分を抽出でき、これにより動体の存在を検出できる。
【0068】
前記通常撮像用の撮像素子10で動体を含む被写体を撮像して1フレーム分の画像をディスプレイに表示するとすれば、例えば図7(A)に示すような画像となり、撮像素子20で同じ動体を含む同じ被写体を同時刻に撮像して1フレーム分の画像をディスプレイに表示するとすれば図7(B)に示すような画像となる。
【0069】
図7(A)及び図7(B)において、動体は明るい球体であり、一様に暗い背景の前を図中右から左へ高速移動している。撮像素子10による通常撮像では図7(A)に示すように被写体振れに相当する部分が「明」と「暗」の中間的な濃度で表示される。撮像素子20による動体抽出撮像では図7(B)に示すように、被写体中の輝度に変化が無い部分は中間的な均一な濃度で表示され、球体の移動により「暗」から「明」に変化する部分は暗く、「明」から「暗」に変化する部分は明るく表示される。
【0070】
(4)撮像装置例1における画像振れ除去処理
以上説明した通常撮像用の第1撮像素子10から出力される撮像信号及び動体抽出用の第2撮像素子20から出力される撮像信号は、それぞれA/Dコンバータにてディジタル化されて画像処理回路40に入力される。画像処理回路40は、撮像素子10の撮像信号(画像データ)から撮像素子20の撮像信号(画像データ)を減算し、さらにオフセット調整することで、二つの素子10、20からの画像データを合成し、これにより撮像素子10よる通常撮像画像の画像振れを除去処理し、処理後の画像データを出力してディスプレイによる表示、記録媒体への記録等に供する。
【0071】
さらに説明すると、本発明者の研究によれば、通常撮像素子で動体を撮像して得られる第n+1番目フレームの撮像信号から一つ前の第n番目フレームの撮像信号を減算し、適切にオフセット調整を行うと、動体抽出型撮像素子による撮像データと類似の撮像データが得られる。
【0072】
このことは、動体抽出型撮像素子の撮像データは通常撮像素子におけるフレーム間の動体の変化を反映したものとみなすことができることを意味している。
一方、動体抽出型撮像素子においては、1フレーム内での被写体輝度変化に対しても動体抽出機能を発揮する。この1フレーム内での輝度変化は通常撮像素子においては、被写体振れや、カメラ支持手段の振れ(手振れ等)に相当する。
【0073】
既述のように、動体抽出型撮像素子の撮像データは動体による輝度変化を反映したものであるから、通常撮像素子の1フレームの撮像データから同時刻における動体抽出型撮像素子の1フレームの撮像データを減算し、適切なオフセット調整を行うことで、被写体振れや手振れ等に起因する画像振れを打ち消すことができる。
【0074】
図7(C)は、図7(A)に示される画像データから図7(B)に示される画像データを減算し、背景部の濃度が図7(A)の背景部の濃度に近づくようにオフセット処理した画像である。結果的に、通常撮像による図7(A)の画像から被写体振れに相当する部分(画像振れ部分)が除去されるように補正されている。
【0075】
画象処理回路40では、このように、通常撮像素子10によって撮像される第nフレームの撮像信号L(n)から、動体抽出型撮像素子20によって撮像される第nフレームの撮像信号D(n)を減算し、オフセット調整αを行うことで二つの素子10、20からのデータを合成している。すなわち、
L1(n)=L(n)−D(n)+α
となるL1(n)を演算によって生成し、これを一つの画象データとして出力する。
かくして、動体の高速移動、手振れ等により生じた画像振れを簡単な信号処理によりリアルタイムでキャンセルした映像信号を得ることができる。
【0076】
<撮像装置例2>
この撮像装置は図1等に示す撮像装置において画像処理回路40を次のように動作するものに変更したものであり、それ以外は図1等に示す撮像装置と同じである。
【0077】
この撮像装置における画像処理回路は、撮像素子20からの撮像信号D(n)を加工して、該撮像信号のうち「明」信号をより明るく、「暗」信号をより暗く変換処理し、その後に、撮像素子10の撮像信号L(n)から該処理後の撮像信号を減算し、オフセット処理を実行することで、より正確に画像振れ補正がなされた画像データL2(n)を出力する。
具体的には、この撮像装置は、撮像装置例1において画像処理回路の行う演算処理が、
L2(n)=L(n)−f(D(n))+α
となるL2(n)を生成する演算処理に変更されたものである。
f(D(n))は変数D(n)のγ調整に相当する変換を行う演算を意味している。
【0078】
<撮像装置例3>
この撮像装置は図1等に示す撮像装置において画像処理回路40を次のように動作するものに変更したものであり、それ以外は図1等に示す撮像装置と同じである。
【0079】
この撮像装置における画像処理回路は、通常撮像素子10によって撮像される第n+1番目のフレームの撮像信号L(n+1)に、動体抽出型撮像素子20によって撮像される第n+1番目フレームの撮像信号D(n+1)を加算し、オフセット調整を行う。
これにより通常撮像素子10の一つ前の第nフレームのデータL(n)から画像振れを除去した画象データを生成、出力する。
【0080】
<撮像装置例4>
この撮像装置は、前記例3の撮像装置において画像処理回路を次の処理を行うものに変更した撮像装置である。
【0081】
すなわち、この撮像装置における画像処理回路は、前記例2の撮像装置の場合と同様に、撮像素子20からの撮像信号D(n+1)を加工して、「明」信号をより明るく、「暗」信号をより暗く変換処理し、その後に、撮像素子10の撮像信号L(n+1)に該処理後の撮像信号を加算し、オフセット処理を実行することで、より正確に画像振れ補正がなされた画像データを出力する。
【0082】
<撮像装置例5>
この撮像装置(カメラ)は図8に示す構成のものである。
図8に示す撮像装置は、被写体の通常撮像を行う固体撮像素子10及び動体抽出撮像を行う固体撮像素子20を含んでおり、さらに、これらの撮像素子動作を制御する素子コントローラ30及び画像処理回路400、該回路400を制御するコントローラ60及びコントローラ60に接続された操作パネルPAを含んでいる。図示を省略しているが撮像素子10、20へ被写体からの画像光を導く、図1に示すものと同様の光学系及びハーフミラーも備えている。
【0083】
撮像素子10、20及び素子コントローラ30は撮像装置例1における撮像素子10、20及びコントローラ30と同じものである。
撮像素子10、20から出力される撮像信号はアナログディジタルコンバータA/Dによりディジタル化されて画像処理回路400に入力される。撮像素子10、20はそれぞれ素子コントローラ30に動作制御される。
【0084】
この撮像装置では、画像処理回路400は撮像装置例1又は2における減算処理を含む画像振れ除去処理、撮像装置例3又は4における加算処理を含む画像振れ除去処理のいずれも行える回路である。かかる減算処理を含む画像振れ除去処理と加算処理を含む画像振れ除去処理の切り替えはコントローラ60を介して操作パネルPAからオペレータ指示により行える。
【0085】
この撮像装置によると、振れの無い静止画像を前後にコマ送りしながら確認するなどの作業を行える利点がある。
【0086】
<撮像装置例6>
この撮像装置(カメラ)は図9に示す構成のものである。
図9に示す撮像装置は、固体撮像素子10、固体撮像素子20、これらの撮像素子動作を制御する素子コントローラ30、撮像素子10の撮像信号がアナログディジタルコンバータA/Dを介して入力される第1画像処理回路701、撮像素子20の撮像信号がアナログディジタルコンバータA/Dを介して入力される第2画像処理回路702、これら回路701、702から出力される画像データを記憶する記憶装置80を備えている。
【0087】
この撮像装置は、さらに、記憶装置80に記憶された画像データを、コントローラ90の指示のもとに読みだして所定の処理を施して出力する第3画像処理回路700及びコントローラ90に指示を出す操作パネルPA’も備えている。
【0088】
撮像素子10、20及び素子コントローラ30は撮像装置例1における撮像素子10、20及びコントローラ30と同じものである。なお、図示を省略しているが、撮像素子10、20へ被写体からの画像光を導く、図1に示すものと同様の光学系及びハーフミラーも備えている。
【0089】
第1画像処理回路701はゲイン調整、オフセット調整等の所定の処理を行い、第2画像処理回路702もゲイン調整、オフセット調整等の所定の処理を行う。第3画像処理回路700は、撮像装置例1と同様の減算処理を含む画像振れ除去処理、撮像装置例3と同様の加算処理を含む画像振れ除去処理等の所定の複数の処理のいずれも行える回路である。かかる複数種類の処理の切り替えはコントローラ90を介して操作パネルPA’からオペレータ指示により行える。
【0090】
この撮像装置によると、撮像素子10、20のそれぞれからの出力信号を個別に蓄積し、蓄積されたデータを再生する際に画像振れ除去のために合成処理できる。画像処理回路によって直ちに各撮像素子からの出力信号を合成処理するのではなく、このように撮像素子10、20のそれぞれの出力信号を個別のデータとして一旦蓄積したものを再生するときに合成処理を行うので、合成処理の条件を任意に変更して何度でも処理を実行することができる。
【0091】
なお、第2画像処理回路702は、撮像装置例2、4の場合と同様に、撮像装置20からの撮像信号のうち「明」信号についてはより明るく、「暗」信号についてはより暗く変換処理できるものでもよい。その場合には、第3画像処理回路700における画像振れ除去処理はかかる変換処理後の信号を用いて行うことができる。
【0092】
<さらに他の撮像装置の例>
以上説明した撮像装置例1〜6では二つの撮像素子10、20からのアナログディジタル変換処理後の画像データを合成処理しているが、アナログディジタルコンバータA/Dより前段に差動アンプを設けるなどして、各撮像素子からの信号をアナログ信号の状態で合成することも可能である。このようにすると、画像振れ除去処理を行う画像処理回路の負担がそれだけ軽減される。
【0093】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によると、簡単にリアルタイムに画像振れを補正できる撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の1実施形態の撮像装置の全体構成を示すブロック図である。
【図2】通常撮像用及び動体抽出撮像用の固体撮像素子の構成を示すブロック図である。
【図3】画素の配列された画素部等の構成を示す図である。
【図4】一つの画素の構成を示す図である。
【図5】通常撮像用撮像素子(第1撮像素子)における素子駆動電圧印加例を示すタイミングチャートである。
【図6】動体抽出撮像用の撮像素子(第2撮像素子)おける素子駆動電圧印加例を示すタイミングチャートである。
【図7】図7(A)は第1撮像素子による通常撮像での、動体を含む被写体の撮像例を示し、図7(B)は第2撮像素子による動体抽出撮像での、同じ動体を含む被写体の同時刻の撮像例を示しており、図7(C)は画像振れ除去処理後の画像例を示している。
【図8】本発明の他の実施形態の撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図9】本発明のさらに他の実施形態の撮像装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
10 通常撮像用の第1撮像素子
20 動体抽出撮像用の第2撮像素子
30 撮像素子コントローラ
40、400、700、701、702 画像処理回路
50 光学系
60、90 画像処理回路のコントローラ
80 記憶装置
PA、PA’ 操作パネル
A/D アナログ/デジタルコンバータ
G 画素部 81〜8m 選択回路
1 垂直走査回路 9 補正回路
2 水平走査回路 10 電圧制御部
3、31〜3n 行(ロウ)ライン Am 出力アンプ
4、41〜4n ライン Rg 電圧レギュレータ
5 電源ライン TG タイミングジエネレータ
6、61〜6m 出力信号線 G11〜Gmn 画素
71〜7m 定電流電源 PD フォトダイオード
8 出力回路
T1 スイッチング用MOSトランジスタ
T2 対数変換用MOSトランジスタ
T3 MOSトランジスタ
T4 キャパシタリセット用MOSトランジスタ
T5 ソースフォロワ増幅用MOSトランジスタ
T6 信号読出し用MOSトランジスタ
C キャパシタ(積分用コンデンサ)
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an imaging apparatus capable of removing image blurring during imaging of a shooting target area.
[0002]
[Conventional technology and its problems]
When an image of a subject is picked up by an image pickup device, if a hand or the like of a person who supports the image pickup device shakes, image shake may occur as if the image flows in an obtained image. Conventionally, electronic correction and optical correction have been known as techniques for correcting such camera shake (image shake). For example, Patent Literature 1 is known as electronic correction, and Patent Literature 2 is known as optical correction.
[0003]
Electronic correction cannot correct camera shake in real time within one imaging frame. Optical correction can be performed in real time irrespective of the frame, but requires a detector for detecting camera shake and a device for controlling the optical system.
[0004]
[Patent Document 1] JP-A-4-255179
[Patent Document 2] JP-A-3-200299
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, an object of the present invention is to provide an imaging apparatus that can easily correct image shake in real time.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
One of the present inventors has previously developed an imaging device capable of extracting and imaging a moving object simply and quickly without requiring complicated image processing (Japanese Patent Application No. 2002-375029). This image sensor, when viewed from the image sensor, has a part whose luminance changes due to a moving object in a subject, and indicates the presence of a moving object at a level different from that of an image signal representing another part of the subject whose luminance does not change. It can output an imaging signal. For example, it can generate an imaging signal that can display at least a part of a moving object with an image density different from that of a still background portion.
[0007]
According to this imaging device, it is possible to detect a change in luminance of a subject extending between frames, and to obtain information on a portion captured as a shake of the subject in a normal solid-state imaging device.
[0008]
The present inventor has paid attention to this point in the course of conducting application research on such an imaging element capable of moving body extraction imaging, combining this imaging element with an imaging element that performs normal imaging, and by using these, the same imaging area is formed at the same time. It has been found that by processing an imaging signal obtained by an ordinary imaging element using an imaging signal obtained by an imaging element capable of capturing and extracting a moving object, it is possible to easily and quickly remove an image shake caused by a camera shake or the like.
[0009]
Based on such knowledge, the present invention provides an imaging device that solves the above-described problems.
A first image sensor that normally captures an image of the imaging target area;
A second image pickup device capable of extracting and imaging the portion where the luminance changes in the imaging target region when the portion is changed;
An image processing unit that removes image shake of an image captured by the first image sensor using an image signal from the second image sensor;
An imaging device provided with:
It is preferable that the imaging region of the second imaging device is the same as the imaging region of the first imaging device. However, as long as the two regions are not different regions having no overlap at all, the two regions are not completely the same region. In both cases, the present invention is established. However, when the entire imaging region of the first imaging device is set as the target region of the image blur removal processing, the imaging region of the second imaging device needs to cover the entire imaging region of the first imaging device.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
The imaging apparatus according to the embodiment includes a first imaging element that normally captures an imaging target area, a second imaging element that can extract and image a luminance change portion due to a moving object or the like in the imaging target area, An element controller for controlling the elements and an image processing unit are included. The image processing unit uses an image pickup signal (image pickup data) from the second image pickup device to remove image shake of an image picked up by the first image pickup device.
[0011]
When there is a portion in which the luminance changes due to a moving object or the like in the imaging area (imaging target area) under the control of the element controller, the second imaging element includes another part in the imaging area where the luminance does not change. Is output at a level different from that of the image signal representing the image signal.
[0012]
According to this imaging device, the second imaging device and the first imaging device that performs normal imaging simultaneously image the same subject (the same imaging region when viewed from the imaging device), and the image processing unit uses the second imaging device By processing an imaging signal (imaging data) obtained by the normal imaging device using the obtained imaging signal (imaging data), it is possible to easily remove image shake in a captured image of the normal imaging device due to camera shake or the like in real time. be able to.
[0013]
This imaging apparatus can remove not only image shake caused by a shake of a hand or the like of a person supporting an image sensor, but also image shake caused by a moving object moving at high speed in an image pickup area. Even if the moving body that moves at high speed is two or more objects that move in different directions, the image blur caused by the moving body can be removed.
[0014]
The processing performed by the image processing unit to remove the image blur of the image captured by the first image sensor using the imaging signal from the second image sensor includes:
(1) a process including a process of subtracting an imaging signal (imaging data) output from the second imaging device from an imaging signal (imaging data) output from the first imaging device for normal imaging;
(2) A process including a process of adding an imaging signal (imaging data) output from the second imaging device to an imaging signal (imaging data) output from the first imaging device can be exemplified.
[0015]
In the case of performing the subtraction processing, for example, assuming that the moving object moves from the position p1 to the position p2 in one frame, the image data after the image shake removal when the moving object is at the position p2 is obtained, and the addition processing is performed. Can obtain image data after image blur removal when the moving object is at the position p1.
[0016]
A switching instruction unit that instructs switching of the image blur removal processing in the image processing unit, wherein the image processing unit subtracts an imaging signal output from the second imaging element from an imaging signal output from the first imaging element; or An image blur removal process including a process of adding an image signal output from the second image sensor to an image signal output from the first image sensor is performed, and the subtraction process is performed on the image processing unit by the switching instruction unit. Alternatively, an instruction to switch the addition process may be made possible.
This is advantageous for operations such as checking a still image without shake while moving forward and backward by frames.
[0017]
In any case, it is preferable that the image processing unit performs an appropriate offset process along with the subtraction, the addition, and the like in order to obtain a good image.
In order to facilitate arithmetic processing in the image processing unit, it is preferable that the number of imaging pixels and the pixel array pitch be the same between the first image sensor and the second image sensor.
[0018]
The following are typical examples of the second image sensor. That is,
Each is a photoelectric conversion element, a logarithmic conversion unit including a logarithmic conversion transistor for converting the output of the photoelectric conversion element into an electric signal proportional to the logarithmic value of the amount of light incident on the element, and the output from the logarithmic conversion unit. A plurality of pixels having an integrating circuit for storing;
An output circuit for receiving and outputting a signal from each of the pixels,
Under the control of the element controller, a first signal output from the photoelectric conversion element via the logarithmic conversion unit is applied to the integration circuit while a first voltage for imaging is applied to the logarithmic conversion transistor during imaging. When the logarithmic conversion transistor is reset, a second voltage is applied to the logarithmic conversion transistor to reset the transistor, and a second signal obtained by the reset is stored in the integration circuit. When there is a portion in which the luminance changes due to a moving object or the like in the imaging target region by making the voltage different from the voltage when the normal imaging state is obtained, the portion includes the first signal stored in the integration circuit and the first signal stored in the integration circuit. A difference-changed part extraction imaging state is realized in which the difference from the second signal is different from that of the other part of the object area where the luminance does not change. ,
The output circuit is an image sensor that outputs a signal corresponding to a difference between the first signal and the second signal.
[0019]
By the way, in the case where the moving body moves in the imaging area, for example, focusing on the edge of the moving body, the luminance of the stationary background portion with respect to the edge changes when the moving body edge moves, as viewed from the imaging device. Therefore, it can be said that a portion in the imaging region where the luminance changes depending on the moving object indicates at least a part of the moving object.
[0020]
Therefore, in the second imaging device just described,
"When there is a portion where the luminance changes in the shooting target area, the difference between the first signal and the second signal stored in the integration circuit is the same for the portion where the brightness in the shooting target area does not change. To realize a brightness change portion extraction imaging state that is different from that for the portion of
"When a moving object is included in the imaging region (imaging target region), for at least a part of the moving object, the difference between the first signal and the second signal stored in the integration circuit is included in the imaging region. A moving object extraction imaging state that is different from that of the still background portion to be obtained, "or
"When a moving object is included in an imaging region (imaging target region), a moving object extraction imaging state is generated in which an imaging signal that can display at least a part of the moving object at a different density from a still background portion included in the imaging region is realized. Then, it can be rephrased.
[0021]
In any case, as the above-mentioned “making the second voltage different from the voltage when the normal imaging state is obtained”, for example, “the absolute value of the difference between the second voltage and the first voltage is the normal imaging state” Is set to be smaller than the value in the case of obtaining (for example, to be substantially half the value in the case where the normal imaging state is realized) "or" without changing the magnitude of the second voltage. And setting the application period (pulse width of the second voltage) of the second voltage to be shorter than when the normal imaging state is obtained. In short, as will be understood from the description below, the voltage may be different from the voltage in the case where the normal imaging state is obtained so that the reset remains in the logarithmic conversion transistor.
[0022]
Further, a switch for electrically connecting and disconnecting the photoelectric conversion element and the logarithmic conversion transistor may be further provided. In this case, the image sensor controller may be configured to reset the transistor by applying the second voltage to the logarithmic conversion transistor in a state where the switch is turned off.
According to the second image pickup device, an image pickup signal capable of displaying a still background portion with a uniform image density and at least a part of a moving object with a "bright" or "dark" image density than the still background portion can be obtained. It is possible to get. More broadly, it is possible to obtain an image signal that can be displayed with a “bright” or “dark” image density in a portion where the luminance changes in the imaging region than in a portion where the luminance does not change.
[0024]
Therefore, when employing the second image sensor, the image processing unit processes the image signal obtained by the second image sensor, of which the “bright” signal is brighter and the “dark” signal is darker, Thereafter, it may be used for image blur removal processing. This makes it possible to correct image shake more accurately.
[0025]
Next, some specific examples of the imaging device will be described with reference to the drawings.
<Imaging device example 1>
(1) Overall configuration of imaging device example 1
This imaging device (camera) has the configuration shown in FIG.
The imaging apparatus shown in FIG. 1 includes a solid-state imaging device 10 and another solid-state imaging device 20 that perform normal imaging of a subject (an imaging region viewed from the imaging device), and further controls the operation of these imaging devices. It includes an element controller 30 and an image processing circuit 40. The solid-state imaging device 20 is configured to extract and image a luminance change portion due to a moving object or the like in an imaging region, that is, to perform luminance change portion extraction imaging (hereinafter, referred to as “moving object extraction imaging”).
[0026]
The incident light (image light) from the subject is guided to the half mirror M via the optical system 50, passes through the half mirror M, and forms an image on the first image sensor 10, while being reflected by the half mirror M and the second image. An image is formed on the image sensor 20.
[0027]
The imaging signals output from the imaging devices 10 and 20 are digitized by an analog / digital converter A / D and input to the image processing circuit 40. The operation of each of the imaging devices 10 and 20 is controlled by the device controller 30.
[0028]
(2) First imaging element 10 for normal imaging
Next, the first imaging device 10 for normal imaging will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 2 is a block diagram illustrating the overall configuration of the image sensor 10. FIG. 2 also shows the element controller 30 described above. FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a pixel portion or the like in which pixels are arranged, FIG. 4 is a diagram showing a configuration of one pixel, and FIG. 5 is a timing chart showing driving voltage application when realizing a normal imaging state.
[0029]
(2-1) Overall configuration and operation of the image sensor 10
As shown in FIG. 2, the image sensor 10 includes a pixel unit G, a vertical scanning circuit 1 and an output circuit 8 connected to the pixel unit G, and the output circuit 8 is connected to the horizontal scanning circuit 2 and an output amplifier. Am is connected. An imaging signal is output from the output amplifier Am to the image processing circuit 40 via the converter A / D.
[0030]
The imaging element 10 also includes a voltage regulator Rg for supplying various predetermined voltage signals and the like to the pixel unit G and the like under the instruction of the element controller 30. Further, a timing generator TG for operating each unit at a predetermined timing under the instruction of the element controller 20 is also provided.
[0031]
As shown in FIG. 3, pixels G11 to Gmn for imaging are arranged in a matrix (matrix arrangement) in the pixel unit G. The vertical scanning circuit 1 sequentially scans row (row) lines 31, 32,..., 3n for applying a scanning signal φV to each pixel, and outputs each pixel via lines 41, 42,. Is supplied to a capacitor C described later.
[0032]
The horizontal scanning circuit 2 sequentially reads out the photoelectric conversion signals derived from each pixel to the output signal lines 61, 62,... 6m in the horizontal direction (row direction) for each pixel. In FIG. 3, reference numeral 5 denotes a power supply line.
In FIG. 4, which will be described later, the row (row) line is indicated by 3, the φVD supply line is indicated by 4, and the output signal line is indicated by 6.
[0033]
3n, 41, 42,... 4n, output signal lines 61, 62,... 6m, power supply line 5, and other lines ( For example, a clock line and a bias supply line are also connected, but these are not shown in FIG.
[0034]
The output circuit 8 shown in FIG. 2 includes the constant current power supplies 71, 72,... 7m, the selection circuits 81, 82,.
[0035]
7m are connected to output signal lines 61, 62, ... 6m, respectively. The selection circuits 81, 82,..., 8m are circuits that sample and hold video signals and noise signals given from the pixels G11 to Gmn via the signal lines 61 to 6m. When the video signal and the noise signal are sequentially transmitted from the selection circuits 81, 82,... 8m, the correction circuit 9 performs a correction process, that is, a process of subtracting the difference between the video signal and the noise signal from the video signal. The video signal from which noise has been removed is output to the outside for image display. Note that a DC voltage VPS is applied to one end of each of the constant current sources 71 to 7m.
[0036]
In the solid-state imaging device 10, a video signal and a noise signal output from the pixel Gab (a: a natural number of 1 ≦ a ≦ m, b: 1 ≦ b ≦ n) are output to the output signal line 6a, respectively. And is amplified by a constant current power supply 7a connected to the output signal line 6a. The video signal and the noise signal output from the pixel Gab are sequentially sent to the selection circuit 8a, and the video signal and the noise signal are sampled and held in the selection circuit 8a. After the held video signal is transmitted to the correction circuit 9, the sampled and held noise signal is also transmitted to the correction circuit 9.
[0037]
The correction circuit 9 corrects the video signal supplied from the selection circuit 8a based on the noise signal also supplied from the selection circuit 8a, amplifies the noise-removed video signal via the output amplifier Am, and outputs the amplified signal. Output to As a configuration example of each of the selection circuits 81 to 8m and the correction circuit 9, there is a configuration presented by the present applicant in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-223948. .. 8m may include a correction circuit.
[0038]
(2-2) Pixel Configuration of Image Sensor 10
Next, one example of each of the pixels G11 to Gmn will be described with reference to FIG.
The pixel shown in FIG. 4 is a photodiode PD, which is an example of a photoelectric conversion element, and a logarithmic conversion MOS transistor T2 for converting the output of the photodiode PD into an electric signal proportional to the logarithmic value of the amount of incident light. And an integration circuit IT including a capacitor C for storing the output of the logarithmic conversion unit L.
[0039]
More specifically, in each pixel, the drain of the switching MOS transistor T1 is connected to the cathode of the photodiode PD whose anode potential is VPD (or may be the ground potential), and the source of the transistor T1 is a MOS transistor for logarithmic conversion. The gate and drain of T2 are connected to the gate of MOS transistor T3. The transistor T3 flows a current corresponding to the logarithmically converted signal.
[0040]
The source of the MOS transistor T3 is connected to the gate of the source follower amplification MOS transistor T5 and the drain of the capacitor reset MOS transistor T4, and the source of the MOS transistor T5 is connected to the switching (signal reading) MOS transistor T6. The drain is connected. The source of the MOS transistor T6 is connected to the output signal line 6 (corresponding to the output signal lines 61 to 6m in FIG. 3). Each of the MOS transistors T1 to T6 is a P-channel transistor.
[0041]
The signal φVPS is input to the source of the logarithmic conversion MOS transistor T2. The drain potentials of the MOS transistors T3 and T5 are set to VPD. Note that the drain may be grounded. A capacitor C is connected to the source of the MOS transistor T3, and a reference voltage (signal φVD) for integrating the electric signal from the photodiode PD with the capacitor C is input to the capacitor C.
[0042]
The DC voltage RSB is input to the source of the MOS transistor T4, and the signal φRST is input to the gate of the transistor T4. Further, a signal φS for turning on and off the transistor T1 is input to the gate of the MOS transistor T1, and a signal φV for turning on and off the transistor T6 is input to the gate of the MOS transistor T6.
[0043]
In the pixel thus configured, the constant current power supply 7 (corresponding to the constant current power supplies 71 to 7m in FIG. 3) to which the DC voltage VPS is applied to the minus terminal via the MOS transistor T6 and the output signal line 6 is provided. , Connected to the source of the MOS transistor T5.
Therefore, when the MOS transistor T6 is on, the MOS transistor T5 operates as a source follower MOS transistor and outputs a voltage signal amplified by the constant current power supply 7 to the output signal line 6.
[0044]
By configuring the source follower circuit in this way, an amplifier circuit that outputs a large signal is configured. Therefore, a signal which is sufficiently amplified by this amplifier circuit is obtained, so that processing in a subsequent signal processing circuit (not shown) is facilitated. Further, the constant current power supplies 71 to 7m constituting the load resistance portion of the amplifier circuit are not provided in the pixels but are provided for each of the output signal lines 61 to 6m to which a plurality of pixels arranged in the column direction are connected. Thus, the number of load resistors or constant current power supplies can be reduced, and the area occupied by the amplifier circuit on the semiconductor chip can be reduced.
[0045]
(2-3) Normal imaging and sensitivity variation detection by the imaging device 10
Next, first, a normal imaging operation by the above-described imaging device and a sensitivity variation detection operation of each pixel will be described.
[0046]
As the signal φVPS supplied to the source of the logarithmic conversion MOS transistor T2, a high (High) and low (Low) voltage signal is used to obtain a normal imaging state. That is, the voltage for operating the transistor T2 in the sub-threshold region is set to low when reading out the video signal and the noise signal due to the sensitivity variation, and when the transistor T2 is reset, the voltage applied to the transistor T2 is higher than the voltage. A high (Hi) voltage that allows a larger current to flow than when the signal φVPS is applied is adopted.
As will be described later, when the capacitor C is reset after reading the noise signal, a voltage having a value between about high and low is applied to the source of the transistor T2 in order to remove an afterimage signal from the photoelectric conversion element.
[0047]
As the reference voltage φVD applied to the capacitor C, a ternary voltage signal is employed. That is, the voltage value when the capacitor C is integrated is set to the highest Vh, the voltage value for reading the video signal is set to Vm lower than Vh, and the voltage value for reading the noise signal is set to Vl lower than Vm.
[0048]
In the following description, application of a voltage signal or the like to a pixel or the like is performed from a voltage regulator Rg under timing control by a timing generator TG.
[0049]
(2-3-1) Video signal (image signal) output
In the following description, the signal φS for turning on and off the MOS transistor T1 is always low during the imaging operation, and the transistor T1 is on. Further, the signal φRST applied to the capacitor resetting transistor T4 is set high (Hi) to turn off the transistor T4. Then, the signal φVPS applied to the source of the transistor T2 is set low and the voltage value of the signal φVD applied to the capacitor C is set to Vh so that the integration operation by the capacitor C is enabled so that the MOS transistor T2 operates in the sub-threshold region. .
[0050]
When light from the imaging area enters the photodiode PD in such a state, a photocurrent is generated, and a photocurrent is applied to the gates of the transistors T2 and T3 due to the sub-threshold characteristic of the transistor T2. As a result, a voltage corresponding to a value converted so as to change in a natural logarithm is generated.
[0051]
Based on the voltage which changes in a natural logarithm with respect to the incident light amount, the drain current amplified by the transistor T3 flows from the capacitor C, and the capacitor C discharges. Therefore, the gate voltage of the MOS transistor T5 becomes a voltage proportional to the natural logarithm of the integrated value of the amount of incident light. Then, in order to read a video signal obtained by performing the integration operation by the capacitor C, the voltage value of the signal φVD is set to Vm, and a low pulse signal φV is given to the MOS transistor T6. As a result, a source current corresponding to the gate voltage of the MOS transistor T5 flows to the output signal line 6 via the MOS transistor T6.
[0052]
At this time, since the transistor T5 operates as a source follower type MOS transistor, a video signal appears on the output signal line 6 as a voltage signal. Thereafter, the signal φV is set high to turn off the transistor T6, and the voltage value of the signal φVD is set to Vh. As described above, the video signal output via the transistors T5 and T6 has a value proportional to the gate voltage of the transistor T5, and is therefore a signal proportional to the natural logarithm of the integrated value of the amount of light incident on the photodiode PD.
[0053]
(2-3-2) Sensitivity variation detection (noise signal output)
As shown in FIG. 5, when a pulse signal φVD having a voltage value Vm and a low pulse signal φV are supplied and a video signal is output, the signal φVD is set to Vh, and then the signal φS is set high to turn off the transistor T1. To start the reset operation. At this time, positive charges flow from the source side of the transistor T2, and the negative charges accumulated in the gate and drain of the transistor T2 and the gate of the transistor T3 are recombined. Goes up.
[0054]
However, when the potential of the gate and drain of the transistor T2 rises to a certain value, the reset speed becomes slow. In particular, this tendency becomes remarkable when a bright imaging region suddenly becomes dark. Therefore, next, the signal φVPS applied to the source of the transistor T2 is set to high. As described above, by increasing the source voltage of the transistor T2, the amount of positive charges flowing from the source side of the transistor T2 increases, and the negative and accumulated charges at the gate and drain of the transistor T2 and the gate of the transistor T3. The charges recombine quickly. At this time, the signal φRST is set to low to turn on the transistor T4, thereby initializing the voltage of the connection node between the capacitor C and the gate of the transistor T5.
[0055]
When the potential of the gate and the drain of the transistor T2 is further increased by raising the signal φVPS to high, the signal φVPS supplied to the source of the transistor T2 is lowered to return the potential state of the transistor T2 to the original state. As described above, when the potential state of the transistor T2 is reset to the original state, the signal φRST is set high and the transistor T4 is turned off.
[0056]
Then, the capacitor C performs an integration operation, and the voltage at the connection node between the capacitor C and the gate of the transistor T5 becomes in accordance with the reset gate voltage of the transistor T2. Therefore, a pulse signal φV is supplied to the gate of the transistor T6 to turn on the transistor T6 and set the voltage value of the signal φVD to Vl. As a result, an output current representing a variation in sensitivity of each pixel due to a variation in the characteristics of the transistors T2 and T3 flows through the output signal line 6.
[0057]
At this time, since the transistor T5 operates as a source follower type MOS transistor, a noise signal appears on the output signal line 6 as a voltage signal. After that, φS is set to low, the transistor T1 is turned on, the voltage applied to the source of the transistor T2 is set to a voltage of an intermediate value between high and low, and the pulse signal φRST is applied to the transistor T4 to connect the capacitor C with the gate of the transistor T5. Of the connection node is reset so that the imaging operation can be performed.
[0058]
In the above description, the voltage φVD applied to the capacitor C for integrating the electric signal obtained by the photoelectric conversion is set to the three values of Vh, Vm, and Vl, but the voltage applied to the capacitor C for integrating the electric signal is described. φVD may be constant. However, by adopting the three values as described above, it is possible to reduce the offset in the video signal from which noise has been removed, thereby reducing the operating range of an analog / digital converter or the like connected downstream of the image sensor. Can be used effectively. Note that the voltage value of the signal φVD applied to the capacitor C at the time of reading the video signal may be higher than the voltage value applied at the time of integration.
[0059]
In the above-described imaging device, each pixel is configured using a P-channel MOS transistor. However, the pixel may be configured using an N-channel MOS transistor. At this time, the polarity of each element is reversed. The polarity of the constant current power supplies 71 to 7m provided in the solid-state imaging device is opposite to that of FIG. Except for the above, the imaging device is substantially the same as the already described imaging device.
[0060]
(3) Second imaging element 20 for moving body extraction imaging
(3-1) Configuration of the second image sensor 20
The second imaging device 20 for moving body extraction imaging is driven as shown in FIG. 6 instead of the driving shown in FIG. 5 in the imaging device 10 shown in FIGS. 2 to 4, thereby enabling the moving body extraction imaging. Is the same as that of the first image sensor 10. The number of imaging pixels and the pixel arrangement pitch in the second imaging device 20 are the same as those in the first imaging device 10.
[0061]
(3-2) Operation of second image sensor 20
The operation for outputting the video signal is the same as that of the first imaging device 10. However, in the noise signal output operation, as shown in FIG. 6, instead of the high signal φVPS in the case of the noise signal output in the normal imaging state, the signal φVPS employed in the reset processing of the MOS transistor T2 is changed to a high level as shown in FIG. And a voltage signal having a value approximately between the low and high values. Thereby, moving object extraction (extraction of a luminance change portion) can be performed. Otherwise, the process is the same as the noise output process in the first element 10. Note that, instead of the low signal φVPS in the case of outputting a noise signal in the first image sensor 10, a voltage signal having a value intermediate between high and low may be adopted.
[0062]
Also in the element 20, similarly to the element 10, the video signal output from each pixel when imaging is performed with φVPS low and the MOS transistor T2 reset by setting φVPS to an intermediate value between high and low. Then, the difference from the noise signal (noise signal) output from each pixel is subtracted from the video signal by the difference processing by the correction circuit 9 and output.
[0063]
However, instead of the high signal φVPS in the case of the noise signal output in the case of the first element 10, a voltage signal having an intermediate value between high and low is employed as the signal φVPS employed in the reset processing of the MOS transistor T2. As a result, a reset remains in the MOS transistor T2. In addition, the reset residue is larger for a pixel having a larger incident light amount and smaller for a pixel having a smaller incident light amount due to the characteristics of the MOS transistor T2. Therefore, the video signal after the difference processing has the same value for each pixel that captures an image of a subject portion whose luminance does not change. Thus, a signal capable of gray display is output substantially uniformly for the still background portion of the subject. By using this, the still background portion can be displayed almost uniformly in gray.
[0064]
On the other hand, for moving objects, the brightness is “dark” → “bright”, “dark” → “bright” → “dark”, “bright” → “dark”, “bright” → “dark” → “bright”, etc. It changes during the integration period of the video signal.
[0065]
If the brightness changes from “dark” to “bright” and remains in the “bright” state until the start of the reset period, the video signal will be higher than in the “bright” state during the integration period. Become. Since the noise signal has a value depending only on the voltage of the integration circuit input section at the start of reset, the noise signal is in the “bright” state at the start of reset, and thus the noise signal is always the same as in the “bright” state. Then, the output of the video signal after the difference processing decreases, and the portion where the light incident on the element 20 changes from “dark” to “bright” can be displayed dark. In addition, when compared with the case where the video signal is always in the “dark” state, the video signal is lower and the noise signal is lower, but the amount of the video signal lower than the amount of the noise signal is smaller, and the video after the difference processing is performed. The signal output decreases.
[0066]
If the brightness changes from “dark” to “bright” to “dark” and remains in the “dark” state until the start of the reset period, the video signal will always be in the “dark” state during the integration period. It is lower than the comparison. Since the noise signal has a value dependent only on the voltage of the integration circuit input portion at the start of reset, the noise signal is in the “dark” state at the start of reset, and thus the noise signal is always the same as in the “dark” state. Then, the output of the video signal after the difference processing increases, and the portion where the light incident on the element 20 changes from “dark” to “bright” to “dark” can be displayed brightly.
[0067]
When the brightness changes from “bright” to “dark”, the video signal output after the difference processing increases for the same reason, and the brightness change portion can be displayed brightly.
When the brightness changes from “bright” to “dark” to “bright”, the output of the video signal after the difference processing decreases, and the brightness change portion can be displayed dark.
Due to such a phenomenon, it is possible to extract a portion of the subject in which the incident light has changed, thereby detecting the presence of a moving object.
[0068]
If an image of a subject including a moving object is captured by the imaging element 10 for normal imaging and an image for one frame is displayed on a display, for example, an image as shown in FIG. If the same subject is imaged at the same time and an image for one frame is displayed on the display, an image as shown in FIG. 7B is obtained.
[0069]
7A and 7B, the moving object is a bright sphere, and moves at high speed from right to left in the figure in front of a uniformly dark background. In normal imaging by the imaging device 10, as shown in FIG. 7A, a portion corresponding to subject shake is displayed at an intermediate density between “bright” and “dark”. In the moving body extraction imaging by the imaging device 20, as shown in FIG. 7B, a portion in the subject where there is no change in luminance is displayed at an intermediate uniform density, and the sphere moves from “dark” to “bright”. The part that changes is dark, and the part that changes from “bright” to “dark” is displayed bright.
[0070]
(4) Image blur removal processing in imaging apparatus example 1
The imaging signal output from the first imaging element 10 for normal imaging and the imaging signal output from the second imaging element 20 for moving object extraction described above are digitized by an A / D converter, respectively, and are processed by an image processing circuit. Input to 40. The image processing circuit 40 combines the image data from the two devices 10 and 20 by subtracting the image signal (image data) of the image sensor 20 from the image signal (image data) of the image sensor 10 and further adjusting the offset. Then, the image blur of the normal captured image by the image sensor 10 is removed, and the processed image data is output and provided for display on a display, recording on a recording medium, and the like.
[0071]
More specifically, according to the study of the present inventor, the imaging signal of the previous n-th frame is subtracted from the imaging signal of the (n + 1) -th frame obtained by imaging the moving object with the normal imaging device, and the image signal is appropriately offset. When the adjustment is performed, image data similar to image data obtained by the moving object extraction type image sensor is obtained.
[0072]
This means that the imaging data of the moving object extraction type imaging device can be regarded as reflecting the change of the moving object between frames in the normal imaging device.
On the other hand, the moving object extraction type imaging device exhibits the moving object extracting function even when the subject luminance changes within one frame. The change in luminance within one frame corresponds to a shake of a subject or a shake of a camera supporting means (such as a shake of a camera) in an ordinary imaging device.
[0073]
As described above, since the imaging data of the moving object extraction type imaging device reflects the change in luminance due to the moving object, the imaging of one frame of the moving object extraction type imaging device at the same time from the imaging data of one frame of the normal imaging device at the same time By subtracting the data and performing an appropriate offset adjustment, it is possible to cancel image shake caused by subject shake, hand shake, and the like.
[0074]
FIG. 7C subtracts the image data shown in FIG. 7B from the image data shown in FIG. 7A so that the density of the background part approaches the density of the background part of FIG. Is an image subjected to offset processing. As a result, correction is performed so that a portion corresponding to subject shake (image shake portion) is removed from the image of FIG. 7A obtained by normal imaging.
[0075]
In this way, the image processing circuit 40 converts the imaging signal L (n) of the n-th frame captured by the normal imaging device 10 into the imaging signal D (n) of the n-th frame captured by the moving object extraction type imaging device 20. ) Is subtracted and the offset adjustment α is performed to synthesize data from the two elements 10 and 20. That is,
L1 (n) = L (n) -D (n) + α
L1 (n) is generated by calculation, and this is output as one piece of image data.
Thus, it is possible to obtain a video signal in which the image blur caused by the high-speed movement of the moving object, the camera shake, or the like is canceled in real time by simple signal processing.
[0076]
<Imaging device example 2>
This imaging apparatus is the same as the imaging apparatus shown in FIG. 1 and the like except that the image processing circuit 40 in the imaging apparatus shown in FIG. 1 and the like is changed to operate as follows.
[0077]
The image processing circuit in the image pickup apparatus processes the image pickup signal D (n) from the image pickup device 20, converts the “bright” signal of the image pickup signal to be brighter, and converts the “dark” signal to be darker. Then, by subtracting the processed image signal from the image signal L (n) of the image sensor 10 and performing an offset process, the image data L2 (n) on which the image blur correction has been performed more accurately is output.
Specifically, in this imaging apparatus, the arithmetic processing performed by the image processing circuit in the imaging apparatus example 1 is
L2 (n) = L (n) -f (D (n)) + α
This is changed to an arithmetic process for generating L2 (n).
f (D (n)) means an operation for performing conversion corresponding to γ adjustment of the variable D (n).
[0078]
<Imaging device example 3>
This imaging apparatus is the same as the imaging apparatus shown in FIG. 1 and the like except that the image processing circuit 40 in the imaging apparatus shown in FIG. 1 and the like is changed to operate as follows.
[0079]
The image processing circuit in the imaging apparatus includes an imaging signal L (n + 1) of the (n + 1) th frame captured by the imaging element 10 and an imaging signal D (n) of the (n + 1) th frame captured by the moving object extraction type imaging element 20. (n + 1) is added to perform offset adjustment.
As a result, image data in which the image blur has been removed from the data L (n) of the n-th frame immediately before the normal imaging element 10 is generated and output.
[0080]
<Imaging device example 4>
This imaging device is an imaging device in which the image processing circuit in the imaging device of Example 3 is changed to one that performs the following processing.
[0081]
That is, the image processing circuit in this image pickup device processes the image pickup signal D (n + 1) from the image pickup device 20 to make the “bright” signal brighter and “dark” as in the case of the image pickup device of Example 2 above. The image is subjected to conversion processing to make the signal darker, and thereafter, the image pickup signal after the processing is added to the image pickup signal L (n + 1) of the image pickup device 10 and the offset processing is executed, so that the image in which the image shake correction is more accurately performed. Output data.
[0082]
<Imaging device example 5>
This imaging device (camera) has the configuration shown in FIG.
The imaging device shown in FIG. 8 includes a solid-state imaging device 10 for performing normal imaging of a subject and a solid-state imaging device 20 for performing moving body extraction imaging, and further includes an element controller 30 and an image processing circuit that control the operation of these imaging devices. 400, a controller 60 for controlling the circuit 400, and an operation panel PA connected to the controller 60. Although not shown, an optical system similar to that shown in FIG. 1 and a half mirror for guiding image light from a subject to the image pickup devices 10 and 20 are also provided.
[0083]
The imaging devices 10 and 20 and the device controller 30 are the same as the imaging devices 10 and 20 and the controller 30 in the imaging device example 1.
The imaging signals output from the imaging devices 10 and 20 are digitized by an analog / digital converter A / D and input to the image processing circuit 400. The operation of each of the imaging devices 10 and 20 is controlled by the device controller 30.
[0084]
In this imaging apparatus, the image processing circuit 400 is a circuit capable of performing both image blur removal processing including subtraction processing in the imaging apparatus example 1 or 2, and image blur removal processing including addition processing in the imaging apparatus example 3 or 4. Switching between the image shake removal processing including the subtraction processing and the image shake removal processing including the addition processing can be performed by an operator's instruction from the operation panel PA via the controller 60.
[0085]
According to this imaging apparatus, there is an advantage that a work such as checking a still image without shake while moving forward and backward by frames can be performed.
[0086]
<Imaging device example 6>
This imaging device (camera) has the configuration shown in FIG.
The imaging apparatus shown in FIG. 9 includes a solid-state imaging device 10, a solid-state imaging device 20, an element controller 30 that controls the operation of these imaging devices, and a imaging signal of the imaging device 10 that is input via an analog-to-digital converter A / D. One image processing circuit 701, a second image processing circuit 702 to which an image pickup signal of the image pickup device 20 is input via an analog / digital converter A / D, and a storage device 80 for storing image data output from these circuits 701 and 702. Have.
[0087]
The imaging apparatus further issues an instruction to the third image processing circuit 700 that reads out the image data stored in the storage device 80 under the instruction of the controller 90, performs predetermined processing, and outputs the processed image data, and the controller 90. An operation panel PA 'is also provided.
[0088]
The imaging devices 10 and 20 and the device controller 30 are the same as the imaging devices 10 and 20 and the controller 30 in the imaging device example 1. Although not shown, an optical system similar to that shown in FIG. 1 and a half mirror for guiding image light from a subject to the imaging devices 10 and 20 are also provided.
[0089]
The first image processing circuit 701 performs predetermined processing such as gain adjustment and offset adjustment, and the second image processing circuit 702 also performs predetermined processing such as gain adjustment and offset adjustment. The third image processing circuit 700 can perform any of a plurality of predetermined processes such as an image blur removal process including a subtraction process similar to the imaging device example 1 and an image blur removal process including an addition process similar to the imaging device example 3. Circuit. Switching of the plurality of types of processing can be performed by an operator's instruction from the operation panel PA 'via the controller 90.
[0090]
According to this imaging apparatus, output signals from each of the imaging elements 10 and 20 can be individually stored, and when the stored data is reproduced, a synthesis process can be performed to remove image blur. Rather than immediately synthesizing the output signals from the respective image sensors by the image processing circuit, the synthesizing process is performed when the output signals of the image sensors 10 and 20 are temporarily stored as individual data. Therefore, the conditions of the synthesis processing can be changed arbitrarily and the processing can be executed any number of times.
[0091]
The second image processing circuit 702 performs the conversion process such that the “bright” signal is brighter and the “dark” signal is darker in the imaging signals from the imaging device 20 as in the imaging device examples 2 and 4. Anything that can be done. In that case, the image blur removal processing in the third image processing circuit 700 can be performed using the signal after the conversion processing.
[0092]
<Example of Still Another Imaging Device>
In the imaging apparatus examples 1 to 6 described above, the image data after the analog-to-digital conversion processing from the two imaging elements 10 and 20 are synthesized, but a differential amplifier is provided before the analog-to-digital converter A / D. Then, it is also possible to combine the signals from the respective image sensors in the form of analog signals. By doing so, the load on the image processing circuit that performs the image blur removal processing is reduced accordingly.
[0093]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide an imaging apparatus that can easily correct image shake in real time.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating an overall configuration of an imaging device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of a solid-state imaging device for normal imaging and moving body extraction imaging.
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a pixel unit and the like in which pixels are arranged.
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of one pixel.
FIG. 5 is a timing chart illustrating an example of application of an element driving voltage in an imaging element for normal imaging (first imaging element).
FIG. 6 is a timing chart showing an example of application of an element drive voltage in an imaging element (second imaging element) for moving body extraction imaging.
7A illustrates an example of imaging of a subject including a moving object in normal imaging by a first imaging device, and FIG. 7B illustrates the same moving object in moving object extraction imaging by a second imaging device. FIG. 7C shows an example of an image of the subject included at the same time, and FIG. 7C shows an example of the image after the image blur removal processing.
FIG. 8 is a block diagram illustrating a configuration of an imaging device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a block diagram illustrating a configuration of an imaging apparatus according to yet another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
10 First imaging device for normal imaging
20 Second imaging device for moving body extraction imaging
30 Image sensor controller
40, 400, 700, 701, 702 Image processing circuit
50 Optical system
60, 90 Controller for image processing circuit
80 storage device
PA, PA 'operation panel
A / D analog / digital converter
G pixel section 81-8m selection circuit
1 vertical scanning circuit 9 correction circuit
2 horizontal scanning circuit 10 voltage controller
3, 31-3n Row (Row) Line Am Output Amplifier
4, 41-4n line Rg voltage regulator
5 Power line TG Timing generator
6, 61 to 6 m Output signal line G11 to Gmn Pixel
71-7m constant current power supply PD photodiode
8 Output circuit
T1 switching MOS transistor
T2 MOS transistor for logarithmic conversion
T3 MOS transistor
T4 MOS transistor for capacitor reset
T5 MOS transistor for source follower amplification
T6 MOS transistor for signal reading
C capacitor (capacitor for integration)

Claims (5)

撮影対象領域を通常撮像する第1撮像素子と、
前記撮影対象領域中に輝度が変化する部分が存在するとき該部分を抽出撮像できる第2撮像素子と、
前記第2撮像素子からの撮像信号を用いて前記第1撮像素子による撮像画像の画像振れを除去処理する画像処理部と、
を備えたことを特徴とする撮像装置。
A first image sensor that normally captures an image of the imaging target area;
A second image pickup device capable of extracting and imaging the portion where the luminance changes in the imaging target region when the portion is changed;
An image processing unit that removes image shake of an image captured by the first image sensor using an image signal from the second image sensor;
An imaging device comprising:
前記第2撮像素子は、前記部分については前記撮影対象領域中の輝度変化しない他の部分を表す撮像信号とは異なるレベルの撮像信号を出力し、前記画像処理部は、前記第1撮像素子から出力される撮像信号から前記第2撮像素子から出力される撮像信号を減算する処理を含む画像振れ除去処理を行う請求項1記載の撮像装置。The second image sensor outputs an image signal of a different level from an image signal representing another portion of the portion to be photographed where the luminance does not change in the portion. The image pickup apparatus according to claim 1, wherein the image pickup apparatus performs an image blur removal process including a process of subtracting an image signal output from the second image sensor from the output image signal. 前記第2撮像素子は、前記部分については前記撮影対象領域中の輝度変化しない他の部分を表す撮像信号とは異なるレベルの撮像信号を出力するものであり、
前記画像処理部における画像振れ除去処理の切り替えを指示する切り替え指示部が設けられており、
前記画像処理部は、前記第1撮像素子から出力される撮像信号から前記第2撮像素子から出力される撮像信号を減算する処理又は前記第1撮像素子から出力される撮像信号に前記第2撮像素子から出力される撮像信号を加算する処理を含む画像振れ除去処理を行うものであり、前記切り替え指示部は該画像処理部に対し該画像振れ除去処理の切り替えを指示できる請求項1記載の撮像装置。
The second image sensor outputs an image signal of a different level from an image signal representing another portion of the portion to be imaged that does not change in luminance, with respect to the portion,
A switching instruction unit for instructing switching of image blur removal processing in the image processing unit is provided,
The image processing unit is configured to perform a process of subtracting an imaging signal output from the second imaging device from an imaging signal output from the first imaging device or the second imaging to an imaging signal output from the first imaging device. 2. The image pickup apparatus according to claim 1, wherein the image shaking removal processing includes processing for adding an image pickup signal output from the element, and the switching instruction unit can instruct the image processing unit to switch the image shake removing processing. apparatus.
前記第1撮像素子と第2撮像素子とは撮像画素数及び画素配列ピッチが同じである請求項1、2又は3記載の撮像装置。The imaging device according to claim 1, wherein the first imaging device and the second imaging device have the same number of imaging pixels and the same pixel arrangement pitch. 前記第2撮像素子は、
それぞれが光電変換素子、該光電変換素子の出力を該素子への入射光量の対数値に比例する電気信号に変換するための対数変換用トランジスタを含む対数変換部及び該対数変換部からの出力を蓄積するための積分回路を備える複数の画素と、
前記各画素からの信号を受け取って出力するための出力回路とを備えており、
撮像時に前記対数変換用トランジスタに撮像のための第1電圧を印加した状態で、前記光電変換素子から対数変換部を介して出力される第1信号を前記積分回路に蓄積させ、該対数変換用トランジスタのリセット時に該対数変換用トランジスタに第2電圧を印加して該トランジスタをリセットし、該リセットにより得られる該対数変換部からの第2信号を前記積分回路に蓄積させ、該第2電圧を通常撮像状態が得られる場合の電圧とは異ならせることで撮影対象領域中に輝度が変化する部分があるとき該部分については前記積分回路にそれぞれ蓄積された前記第1信号と前記第2信号との差分が該撮影対象領域中の輝度が変化しない他の部分についてのそれとは異なるものとなる輝度変化部分抽出撮像状態を実現し、
前記出力回路は前記第1信号と前記第2信号との差分に相当する信号を出力する請求項1から4のいずれかに記載の撮像装置。
The second image sensor includes:
Each is a photoelectric conversion element, a logarithmic conversion unit including a logarithmic conversion transistor for converting the output of the photoelectric conversion element into an electric signal proportional to the logarithmic value of the amount of light incident on the element, and the output from the logarithmic conversion unit. A plurality of pixels having an integrating circuit for storing;
An output circuit for receiving and outputting a signal from each of the pixels,
In a state where a first voltage for imaging is applied to the logarithmic conversion transistor during imaging, a first signal output from the photoelectric conversion element via the logarithmic conversion unit is accumulated in the integration circuit, and the logarithmic conversion is performed. At the time of resetting the transistor, a second voltage is applied to the logarithmic conversion transistor to reset the transistor, a second signal obtained from the logarithmic conversion unit from the logarithmic conversion unit is accumulated in the integration circuit, and the second voltage is When there is a portion where the luminance changes in the imaging target region by making the voltage different from the voltage when the normal imaging state is obtained, the first signal and the second signal respectively stored in the integration circuit are included in the portion where the luminance changes. The difference of the brightness change portion extraction imaging state that is different from that of the other portion in which the brightness in the shooting target area does not change is realized,
The imaging device according to claim 1, wherein the output circuit outputs a signal corresponding to a difference between the first signal and the second signal.
JP2003093019A 2003-03-31 2003-03-31 Photographing apparatus Withdrawn JP2004304380A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003093019A JP2004304380A (en) 2003-03-31 2003-03-31 Photographing apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003093019A JP2004304380A (en) 2003-03-31 2003-03-31 Photographing apparatus

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2004304380A true JP2004304380A (en) 2004-10-28

Family

ID=33405909

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003093019A Withdrawn JP2004304380A (en) 2003-03-31 2003-03-31 Photographing apparatus

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2004304380A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006054450A1 (en) * 2004-11-19 2006-05-26 Konica Minolta Opto, Inc. Imaging element, image input device, and imaging device
JP2011502367A (en) * 2007-04-23 2011-01-20 テセラ テクノロジーズ アイルランド リミテッド Camera motion detection and estimation

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006054450A1 (en) * 2004-11-19 2006-05-26 Konica Minolta Opto, Inc. Imaging element, image input device, and imaging device
JP4798501B2 (en) * 2004-11-19 2011-10-19 コニカミノルタオプト株式会社 IMAGING ELEMENT, IMAGE INPUT DEVICE, AND IMAGING DEVICE
JP2011502367A (en) * 2007-04-23 2011-01-20 テセラ テクノロジーズ アイルランド リミテッド Camera motion detection and estimation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5784426B2 (en) Imaging device
JP4973115B2 (en) Solid-state imaging device, driving method of solid-state imaging device, and imaging device
US8081250B2 (en) Image pickup apparatus having a correction unit for correction of noise components generated by clamping circuits
US8134624B2 (en) Method and apparatus providing multiple exposure high dynamic range sensor
US8330843B2 (en) Solid-state image sensing device, method for driving solid-state image sensing device, and image sensing system incorporated with solid-state image sensing device
US7046238B2 (en) Solid state imaging apparatus and method for driving the same
US20040085469A1 (en) Method to eliminate bus voltage drop effects for pixel source follower amplifiers
US20020186308A1 (en) Apparatus and method for reducing smear in digital images captured using frame-transfer CCD sensor
JP6557455B2 (en) Imaging apparatus, control method therefor, program, and storage medium
US7349015B2 (en) Image capture apparatus for correcting noise components contained in image signals output from pixels
US7295237B2 (en) Image capturing apparatus capable of extracting a moving object
JP2004304380A (en) Photographing apparatus
US7999871B2 (en) Solid-state imaging apparatus, and video camera and digital still camera using the same
JP3823919B2 (en) Imaging device
US10623642B2 (en) Image capturing apparatus and control method thereof with change, in exposure period for generating frame, of conversion efficiency
JP2011009834A (en) Imager and imaging method
JP2004304378A (en) Photographing apparatus
JP2004304377A (en) Photographing apparatus
JP4691996B2 (en) Imaging device, imaging element driving method, and imaging element driving program
JP2007166419A (en) Solid-state imaging apparatus
CN116668822A (en) Image processing apparatus for synthesizing image, control method thereof, and storage medium
JP2004304379A (en) Photographing device
JP2000175075A (en) Clamping device and its method

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20050613

A300 Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20060606