JP2004304652A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画面の上下左右方向に前記撮像素子を位置移動させ、その複数位置でそれぞれ画像を撮像し、それらを合成することにより高精細化された合成画像を出力する撮像装置において、複数画像を撮像するための期間をできるだけ短縮し、合成画像を生成する時間間隔をより短くすることで、よりリアルタイム性を有する合成画像を得る。
【解決手段】撮像素子から部分読み出しされた映像信号を出力し、その部分読み出しされた映像信号を合成する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像装置、特に、テレビジョンカメラに係わり、撮像画像の高解像度化を実現するテレビジョンカメラの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、固体撮像素子を用いて撮像するテレビジョンカメラの解像度をより高精細化する場合に、固体撮像素子の画素間隔より短い距離、例えば、１／２画素間隔だけ固体撮像素子を水平方向や垂直方向へ移動させ、その移動前と移動後の映像を各々撮像し、それら撮像された映像信号を合成することで、より高精細化された映像信号を出力するとしたテレビジョンカメラが知られている。このような従来の技術を用いたテレビジョンカメラとしては、特開昭５８−１９６７７３号公報に示されたものがある。この場合、固体撮像素子を垂直に１／２画素移動、水平に１／２画素移動させ、その移動の組み合わせにより４箇所の映像信号が合成され、より高精細の映像信号となってテレビジョンカメラから出力される。
【０００３】
また、従来の撮像画像の高解像度化を行うための技術としては、特開２０００−３４１５７３号公報に記載されたものがある。この公報において、光軸を変位させずに通常解像度で撮像する通常解像度モードと、光軸を変位させて撮像した複数の画像を合成して高解像度画像を生成する高解像度モードとがあり、それらが切り換えられる監視システムについての記載がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭５８−１９６７７３号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開２０００−３４１５７３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来技術によっては、複数の画像を撮像し、それら撮像された画像を合成して１つの高解像度化された合成画像を得るようにしているため、その１合成画像当たり複数画像を撮像するための時間がかかる。そのため、合成画像を連続して得るためには、合成画像を生成するための時間間隔が長くなり、リアルタイム性がそこなわれることで、撮像された被写体の映像が不自然な動きを示すような映像となる恐れがある。また、合成される複数撮像画像間の撮像時間間隔と、撮像される被写体の移動速度との関係によっては、被写体の移動速度が高速なために、複数撮像画像間でその被写体の撮像された位置が大きく異なってしまった場合は、それら撮像画像を合成してしまうと、その被写体部分がぼやけた映像となってしまった合成画像となってしまう恐れがある。
【０００７】
本発明の目的は、合成画像を得るための複数画像を撮像するための期間をできるだけ短縮し、合成画像を生成する時間間隔をより短くすることで、よりリアルタイム性を有する合成画像を得ることができる撮像装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述の課題を解決するために、撮像して得た映像信号を出力する撮像素子と、前記撮像素子の画面の上下左右方向のいずれかを含む方向に前記撮像素子を位置移動させる機構と、前記位置でそれぞれ撮像された複数画像を合成することにより高精細化された合成画像を出力する画像合成回路とを有する撮像装置において、前記撮像素子は部分読み出しされた映像信号を出力し、前記合成回路は前記部分読み出しされた映像信号を合成することにより、前記合成画像を出力するものである。
【０００９】
さらに、本発明は、前記撮像素子が、前記部分読み出しされた映像信号および通常読み出しされた映像信号を出力し、前記合成回路は、前記出力された部分読み出しされた映像信号と通常読み出しされた映像信号とを合成するものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下この発明の実施の形態について図を用いて説明する。まず、従来から用いられている固体撮像素子およびその駆動回路のブロック構成例について、図２を用いて説明する。この図において、１は固体撮像素子（以下、ＣＣＤとも称す）で、このＣＣＤ１は、入射された光を光電変換してその結果得られた電荷を蓄積できるようにしたフォトダイオード２１と、フォトダイオード２１から蓄積された電荷が転送され、該転送された電荷をさらに垂直方向、すなわちこの図では下方へ転送可能な垂直転送部２２と、垂直転送部２２から電荷が転送され、該転送された電荷をさらに水平方向、すなわちこの図では右方へ転送可能な水平転送部２３と、水平転送部２３から送られた電荷を増幅し該増幅されて得られた映像出力信号をＣＣＤ１から出力するアンプ２４とを有する。２０は撮像素子駆動回路で、ＣＣＤ１を駆動するためのタイミングを有する各駆動信号を発生する。
【００１１】
次に、上述の各部における基本的な動作について説明する。ＣＣＤ１は撮像素子駆動回路２から出力される駆動信号により制御される。なお、図２においては、固体撮像装置の外部から入力されるトリガ信号によって、そのトリガ信号入力後の所定期間に固体撮像素子に露光された光を光電変換して得た電荷による信号を、映像信号として固体撮像素子から出力する撮像装置の例を示している。そのため、撮像素子駆動回路２は、入力されたトリガ信号および原振信号および水平同期パルス信号に応じて、フォトダイオード２１に蓄積された電荷をそのフォトダイオード２１から垂直転送部２２へ転送するためのＸＳＧパルス信号を出力する。さらに、撮像素子駆動回路２は、垂直転送部２２での電荷の転送と、垂直転送部２２から水平転送部２３への電荷の転送とを行わせるための垂直転送パルス信号を生成出力する。さらに、撮像素子駆動回路２は、フォトダイオード２１に蓄積された電荷をそこから一時掃き出して、フォトダイオード２１を電荷蓄積されていない状態にするようリセットするためのＶＳＵＢ信号を生成出力する。
【００１２】
次に、図２に示された固体撮像素子およびその駆動回路のブロック構成例における、通常読み出しモード時と、部分読み出しモード時の動作ついて、説明する。
【００１３】
通常読み出しモード時は、垂直同期信号（以下ＶＤ信号と称す）からＸＳＧパルス信号とＶＳＵＢパルス信号が作られる。このＶＳＵＢパルス信号の終わった後からその次のＸＳＧパルス信号が始まるまでの期間が、光電変換された電荷の蓄積期間となる。そして、ＸＳＧパルス信号でもって、蓄積された電荷がフォトダイオード２１から垂直転送部２２へ読み出された後、ＣＣＤ１の垂直方向の画素の段数分すべてが、順次垂直転送部２２から水平転送部２３へ転送され、アンプ２４を介してＣＣＤ１の出力信号として出力される。ここで、ＶＤ信号の周期は、通常ＣＣＤ１が上記蓄積期間に蓄積された電荷すべてを順次出力するのに要する時間以上とされる。つまり、ＶＤ信号の周期としては、ＣＣＤ１の垂直方向の画素の段数分以上の数の水平走査周波数周期を有するのが、通常の読み出しモード時の方法としては一般的である。
【００１４】
それに対して、部分読み出しモード時は、ＣＣＤ１の画面切換のためのフレーム周波数を高速化させることでＶＤ信号の周期を蓄積期間に蓄積された電荷すべてを順次出力するのに要する時間より短くすることにより、すなわち、ＣＣＤ１の垂直方向の全画素の段数分より少ない段数分だけに応じた期間とすることにより、ＣＣＤ１が、あるフレーム分の電荷を出力し終える前に、次のフレーム分の電荷の出力が行われるとしたものである。この駆動方法は、上記に示した通常の駆動方法に比べ、フレーム周波数が高速化できる利点がある。
【００１５】
以下、この部分読み出しモード時の方法について説明する。この部分読み出しモード時の方法を用いる場合の垂直同期信号であるＶＤ１信号は、その周期を通常読み出しモード時の方法の場合のＶＤ信号の周期よりも短くする。ここで、１３０万画素の順次読み出しができるＣＣＤ１を用いた場合を例にとって、部分読み出しモードについて説明する。
【００１６】
１３０万画素の順次読み出しができるＣＣＤ１としては、通常の読み出しモードの場合のＶＤ信号の周期が１０４４Ｈ（Ｈは水平同期信号の周期を表す）、同じく通常読み出しモードの場合のＣＣＤ１の垂直方向の画素の段数（１フレーム分の映像信号出力期間に相当する）が１０３４Ｈであるとする。
【００１７】
ここで、部分読み出しモード時の方法として、ＶＤ１信号の１周期当たり７５２Ｈ分、すなわち、水平走査線数が７５２本分の画素の部分読み出しを行うとすると、例えば、７５２Ｈ分の画素の電荷が垂直転送部２２へ転送され、そのうち有効領域とする４７０Ｈ分が水平転送部２３へ転送された後、、残りの７５２Ｈ−４７０Ｈ＝２８２Ｈ分の電荷が垂直転送部２２から、水平転送部２３に掃き出される前に、ＸＳＧパルス信号によってフォトダイオードから次の電荷が垂直転送部２２に移動するために、垂直転送部２２では、新しいフレームの電荷２８２Ｈ分と前フレームから残留している電荷２８２Ｈ分とが混合される。そして、その混合映像信号は不要な信号となるために、その混合映像信号の分の画面分が、有効画面とはならずに、有効画面の範囲が狭められることとなる。
【００１８】
以上説明したように、部分読み出し動作を行うことで、有効画面の範囲が狭くなったとしても、垂直同期の周期を１０４４Ｈから例えば７５２Ｈとするごとくに、より短くすることができるので、より高速度な撮像を行うことができる。
【００１９】
次に、本発明の一実施例である、上述した通常読み出しモードと部分読み出しモードを切り換え可能な撮像装置のブロック構成について、図１を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態の一例である撮像装置のブロック構成例を示した図である。
【００２０】
この図において、ＣＰＵ８によりタイミング発生回路４を制御し、タイミング発生回路４より圧電素子制御回路７にタイミングパルスを送る。圧電素子制御回路７に入力されたタイミングパルスにより圧電素子制御回路７で圧電素子３２，３５を制御する制御信号を出力する。圧電素子３２，３５に入力された制御信号電圧に応じてその圧電素子３２，３５が伸縮し、撮像素子１を移動させて、移動させた位置に応じた撮像素子１の出力信号を得る。撮像素子１の出力信号は、プロセス回路１１で波形成形されたのち、モード切替回路３を介して、フレーム切替回路１２により選択されたフレームメモリ１３−ａ、１３−ｂ、１３−ｃ、１３−ｄにフレーム映像信号ごとに記録される。フレーム切替回路１２は、ＣＰＵ８で制御する。そして、画像合成回路１５で、フレームメモリ１３−ａ、１３−ｂ、１３−ｃ、１３−ｄに記録された信号による４枚の画像を合成し、１枚の高解像度画像とした映像信号を、映像信号処理回路１６で映像信号処理した上で、後段（図示せず）へ出力する。
【００２１】
圧電素子３２，３５は、撮像素子１をＸ方向に変動させるプレート２５とＹ方向に変動させるプレート２６とに接続されている。プレート２５、２６と撮像素子１との接続の様子を図３に示す。この図において、圧電素子３２の伸縮によりプレート２５上の撮像素子１をＸ方向に移動させる。また、圧電素子３５の伸縮によりプレート２６上に取り付けられたプレート２５および撮像素子１をＹ方向に移動させる。
【００２２】
この移動の様子を図４を用いて説明する。図４は、位置移動を行ったときと行わなかったときの相対的な画素位置の関係を表した模式図である。この図において、圧電素子３２，３５の寸法を伸縮させずに所定の寸法とした時の撮像画素位置が画素位置５１−ａ、５２−ａ、５３−ａ、５４−ａ、５５−ａ、５６−ａであり、圧電素子３２をＸ方向に１／２画素間隔だけ伸縮させた時の撮像画素位置が画素位置５１−ｂ、５２−ｂ、５３−ｂ、５４−ｂ、５５−ｂ、５６−ｂであり、圧電素子３５をＹ方向に１／２画素間隔だけ伸縮させた時の撮像画素位置が画素位置５１−ｃ、５２−ｃ、５３−ｃ、５４−ｃ、５５−ｃ、５６−ｃであり、圧電素子３２，３５をＸ方向とＹ方向共に１／２画素間隔伸縮させた時の撮像画素位置が画素位置５１−ｄ、５２−ｄ、５３−ｄ、５４−ｄ、５５−ｄ、５６−ｄである。
【００２３】
このようにして、複数回、この例では４回撮像された複数画像を、その画素位置に応じて並べ直すことで、１合成画像を得ることができる。
【００２４】
一方、ＣＰＵ８は、タイミング発生回路４を制御し、タイミング発生回路４より撮像素子駆動回路２へもタイミングパルスを送る。撮像素子駆動回路２に入力されたタイミングパルスにより、上述した通常読み出しモードと部分読み出しモードのうち、どちらか一方の動作モードが選択され、その選択されたモードに応じた制御信号を撮像素子１へ出力する。撮像素子１は、通常読み出しモードと部分読み出しモードのうち、入力された制御信号に応じたモードの映像信号を出力する。
【００２５】
このとき、上述の圧電素子３２，３５の制御に対応してモード選択がなされる。そのため、部分読み出しモードで撮像された映像信号が、それぞれ画素位置制御された複数映像信号が得られ、それら部分読み出し映像信号として、それぞれフレームメモリ１３−ａ〜１３−ｄへ記録される。そうして、部分読み出しモードの映像信号を基とした合成画像が得られるため、より高速な撮像動作とすることができる。
【００２６】
また、複数画素位置ごとの映像信号の内、部分読み出しモードの場合の映像と、通常読み出しモードの場合の映像とをフレームメモリ１３−ａ〜１３−ｄに記録し、それらモードの異なる映像どうしを基に合成画像を得ることもできる。そうした場合、部分読み出しした画像情報を合成することで、必要な画像範囲について高精細かつ高速化できる。また、部分読み出しでは不要画面となる画像範囲であっても、通常読み出しモードの映像だけを基に、それを補間するようにした画像部分を有する合成画像を得ることで、その部分については高解像度化されなくても、合成画像全体で欠損のない合成画像を得ることができる。
【００２７】
なお、高解像度モードと、通常解像度モードおよび部分読み出し動作だけのモードのとを切り替えられるように、モード切替回路３が配置されている。モード切替回路３は、ＣＰＵ８により制御されている。高解像度モード以外の時は、圧電素子３２，３５の伸縮を停止し、モード切替回路３によって映像信号が通常露光画像メモリ１４に記録されるようにし、通常画像やパーシャルスキャン画像などを得られるようにする。
【００２８】
モード設定は、モード設定スイッチ９と外部リモート回路１０からリモート（ＲＳ−２３２Ｃ、ＩＥＥＥ１３９４、ＵＳＢ、ＣＡＭＥＲＡ ＬＩＮＫ、Ｂｌｏｏｔｏｏｔｈなどによる）で制御できる。また、トリガ入力回路５が配置され、トリガ入力があった時だけ圧電素子を伸縮させる動作モードとすること事もできる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、複数の画像を撮像し、それら撮像された画像を合成して１つの高解像度化された合成画像を得るようにしている場合でも、合成画像を生成する時間間隔をより短くすることで、よりリアルタイム性を有する合成画像を得ることができる。
【００３０】
また、部分読み出しでは不要画面となる画像範囲であっても、通常モードの映像情報を基に、それを補間するようにした合成画像を得ることで、その部分については高解像度化されなくても、欠損することなく映像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例である撮像装置のブロック構成例を示した図。
【図２】従来から用いられる固体撮像素子およびその駆動回路のブロック構成例を示す図。
【図３】プレート２３、２４と撮像素子１との接続の様子を示す図。
【図４】位置移動を行ったときと行わなかったときの相対的な画素位置の関係を表した模式図。
【符号の説明】
１…撮像素子（ＣＣＤ）、 ２…撮像素子駆動回路、 ３…モード切替回路、４…タイミング発生回路、 ５…トリガ入力回路、 ７…圧電素子制御回路、８…ＣＰＵ、 ９…モード設定スイッチ、 １０…外部リモート制御回路、 １１…プロセス回路、 １２…フレーム切替回路、 １３−ａ，１３−ｂ，１３−ｃ，１３−ｄ…フレームメモリ、 １４…通常露光画像メモリ、 １５…画像合成回路、 １６…映像信号処理回路、 ２１…フォトダイオード、 ２２…垂直転送部、 ２３…水平転送部、 ２４…アンプ、 ２５，２６…プレート、 ３１，３４…板はり、 ３２，３５…圧電素子、 ３３、３６…圧縮コイルバネ（スプリング）、 ３８…スペーサ。

Claims (2)

1. 映像信号を出力する撮像素子と、前記撮像素子の画面の上下左右方向の少なくともいずれかを含む方向に前記撮像素子を位置移動させる機構と、前記位置でそれぞれ撮像された複数画像を合成することで高精細化された合成画像を出力する画像合成回路とを有する撮像装置において、
   前記撮像素子は部分読み出しされた映像信号を出力し、前記合成回路は前記部分読み出しされた映像信号を合成することにより前記合成画像を出力することを特徴とする撮像装置。
2. 請求項１に記載の撮像装置において、
   前記撮像素子は、前記部分読み出しされた映像信号および通常読み出しされた映像信号を出力し、
   前記合成回路は、前記出力された部分読み出しされた映像信号と通常読み出しされた映像信号とを合成することを特徴とする撮像装置。

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