JP2005086731A - Imaging apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等、固体撮像素子を有する撮像装置に関するものである。 The present invention relates to an imaging apparatus having a solid-state imaging device, such as a video camera or a digital still camera.
ビデオカメラ等、固体撮像素子を有する撮像装置において、静止画撮影時は固体撮像素子が一定の期間露光したあとメカシャッタを閉じて1フィールド期間以上の時間をかけて固体撮像素子からフィールドの信号量以上の信号を読み出して静止画を生成するのが一般的である。通常、動画撮影時は固体撮像装置からの読み出しはフィールド期間内にフィールドの信号量を読み出すため、静止画撮影時は動画は撮影できないことになる。 In an imaging apparatus having a solid-state imaging device such as a video camera, when shooting a still image, the solid-state imaging device is exposed for a certain period and then the mechanical shutter is closed, and it takes more than one field period to exceed the signal amount of the field from the solid-state imaging device. In general, a still image is generated by reading the above signal. Normally, during moving image shooting, readout from the solid-state imaging device reads out the signal amount of the field within the field period, and therefore moving images cannot be shot during still image shooting.
動画を撮影しながら静止画を撮影するには動画の連続する2つのフィールド画像を合成して1つのフレーム画像を生成する方法があるが、被写体がフィールド間で動いている場合、その動き部分はフレーム画とした場合「ぶれ」となってしまう。このぶれを補正して静止画を生成する方法として特開平11−187306号公報に記載されたものが知られている。 To capture a still image while shooting a moving image, there is a method of generating a single frame image by combining two continuous field images of the moving image. When the subject moves between fields, the moving part is If it is a frame image, it will be “blurred”. A method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-187306 is known as a method for generating a still image by correcting this blur.
図8は従来の撮像装置の構成図であり、レンズ81を通った映像は固体撮像素子82で光電変換され、CDS/AGC/ADCを1チップ化したIC83で信号成分がサンプリングされ、適度な振幅に調整された信号がデジタル変換される。デジタル信号処理IC87はカメラ信号処理部87a、デジタルオート部87c、同期信号発生部87d、マイコンインタフェース部87e、クロック発生部87f、周波数変換部87g、電子ズーム部87bから成り、IC83から出力された信号はカメラ信号処理部87aにてγ処理、輪郭補正などの輝度信号処理、色差生成のための色信号処理が施される。IC84は固体撮像素子82の駆動パルスやIC83でのサンプリングパルスを発生する。85aは水平各速度センサー、85bは垂直各速度センサーであり、手ぶれを検出する。88a、88bはフィールドメモリである。
FIG. 8 is a configuration diagram of a conventional imaging apparatus. An image passing through a
以上のように構成された従来の撮像装置について、以下その動作について説明する。 The operation of the conventional imaging apparatus configured as described above will be described below.
手ぶれ検出は、角速度センサーとして水平角速度センサー85a、垂直角速度センサー85bの2個を使い、マイコン86にて積分演算等を行うことによって、手ぶれ補正データを得る。垂直方向の手ぶれ補正はCCDイメージセンサー82を駆動するタイミング発生器84で、高速垂直転送パルス数を操作することによって、垂直方向の任意の信号の切り出しを行う。また、水平方向の手ぶれ補正は周波数変換部87gに内蔵されたデュアルポートのラインメモリを使って、周波数変換を行ないながら、水平方向の任意の信号の切り出しを行う。垂直方向の電子ズームは外部のフィールドメモリ88a及び88bを使い、水平方向の電子ズームは電子ズーム部87bに内蔵されたラインメモリを使って補間演算する。
In the camera shake detection, the horizontal angular velocity sensor 85a and the vertical
また、静止画記録時は2フィールド分のデータの相関を演算することにより動き検出を行い、いわゆるクリアフレーム処理を行う。出力としては、動画はデジタルVTRフォーマットでインターフェースし、デジタルVTR記録系に出力し、静止画はデジタルスチルフォーマットでインタフェースし、JPEG(Joint Photographic coding Experts Group)記録系に出力する。 Also, during still image recording, motion detection is performed by calculating the correlation of data for two fields, and so-called clear frame processing is performed. As output, moving images are interfaced in a digital VTR format and output to a digital VTR recording system, and still images are interfaced in a digital still format and output to a JPEG (Joint Photographic Coding Experts Group) recording system.
以上のように従来の撮像装置は、静止画記録時、フィールドメモリ88a、88bに蓄積された2フィールド分のデータの相関を演算することにより動き検出を行い、いわゆるクリアフレーム処理を行う。
しかしながら従来の撮像装置では、静止画はクリアフレーム処理にて生成するが、クリアフレーム処理時、2フィールド分のデータの相関を演算することにより動き検出を行なっている。2フィールドで動き検出すると、フレームの状態でラインごとに濃淡があるような被写体である場合、フレームを構成する2つのフィールドは異なる値になるため静止している被写体にもかかわらず動きと誤判断し、クリアフレーム処理時に高精細な画像を生成できないという課題を有している。 However, in the conventional imaging apparatus, a still image is generated by clear frame processing, but motion detection is performed by calculating the correlation of data for two fields during clear frame processing. When motion is detected in two fields, if the subject is such that there are shades for each line in the state of the frame, the two fields constituting the frame have different values, so the motion is erroneously determined despite the stationary subject. However, there is a problem that a high-definition image cannot be generated during clear frame processing.
本発明は上記問題点に鑑み、連続する2フィールド画像から高精細なフレーム静止画を生成することができるためメカシャッタ機能を使わないで高精細な静止画を撮影することができる撮像装置を提供することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention provides an imaging apparatus that can generate a high-definition still image without using a mechanical shutter function because it can generate a high-definition frame still image from continuous two-field images. For the purpose.
この目的を達成するために本発明の撮像装置は、レンズと前記レンズを介した光を電気信号に変換する固体撮像素子と、前記固体撮像素子の出力信号をアナログ処理した後デジタル信号に変換する手段と、前記デジタル信号を蓄積する書き換え可能なメモリと、画像の動き部分を検出する動き検出部と、2つのフィールド画像を合成してフレーム画像を生成するフレーム合成部を備え、前記動き検出部は前記メモリに蓄積された画像および前記デジタル信号による連続した4フィールドの画像を用いて動き部分の動きレベルを検出して出力し、前記フレーム合成部は、前記連続した4フィールドの画像のうち連続する2フィールド画像に対して前記動き検出部で検出された動きレベルに応じて異なる補間処理を施して合成してフレーム画像を生成して出力する事を特徴とする。 In order to achieve this object, an imaging apparatus of the present invention converts a lens, a solid-state imaging device that converts light passing through the lens into an electrical signal, and converts the output signal of the solid-state imaging device into a digital signal after analog processing. Means, a rewritable memory for storing the digital signal, a motion detection unit for detecting a motion part of an image, and a frame synthesis unit for generating a frame image by synthesizing two field images, the motion detection unit Detects and outputs the motion level of the moving part using the image stored in the memory and the continuous four-field image based on the digital signal, and the frame composition unit continuously outputs the continuous four-field image. The frame image is synthesized by applying different interpolation processing to the two-field image to be processed according to the motion level detected by the motion detection unit. And characterized in that it forms output.
本発明の撮像装置は、連続する2フィールド画像から高精細なフレーム静止画を生成することができるためメカシャッタ機能を使わないで高精細な静止画を撮影することができる。 Since the imaging apparatus of the present invention can generate a high-definition frame still image from continuous two-field images, it can capture a high-definition still image without using a mechanical shutter function.
本発明の請求項1〜5に記載の発明は、レンズと、前記レンズを介した光を電気信号に変換する固体撮像素子と、前記固体撮像素子の出力信号をアナログ処理した後デジタル信号に変換する変換手段と、前記デジタル信号を蓄積する書き換え可能な記憶手段と、画像の動き部分を検出する動き検出手段と、2つのフィールド画像を合成してフレーム画像を生成するフレーム合成手段とを備え、前記動き検出手段は、前記記憶手段に蓄積された複数フィールドの画像を用いて動き部分の動きレベルを検出して出力し、前記フレーム合成手段は、前記複数フィールドの画像のうち連続する少なくとも2フィールド画像に対して前記動き検出手段で検出された動きレベルに応じて異なる補間処理を施して合成してフレーム画像を生成して出力するものであり、これにより、連続する2フィールド画像から高精細なフレーム静止画を生成することができるためメカシャッタ機能を使わないで高精細な静止画を撮影することができるという作用を有する。 According to the first to fifth aspects of the present invention, a lens, a solid-state image sensor that converts light passing through the lens into an electric signal, and an output signal of the solid-state image sensor are converted into a digital signal after analog processing. Conversion means, rewritable storage means for accumulating the digital signal, motion detection means for detecting a motion part of the image, and frame synthesis means for synthesizing two field images to generate a frame image, The motion detection means detects and outputs a motion level of a motion part using a plurality of field images accumulated in the storage means, and the frame composition means outputs at least two consecutive fields of the plurality of field images. A frame image is generated and output by performing different interpolation processing on the image according to the motion level detected by the motion detection means and combining the images. , And the thereby has the effect that it is possible to take a high-resolution still image without a mechanical shutter function it is possible to generate a high-definition frame still image from two successive field images.
以下、本発明の実施の形態について、図1から図7を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
(実施の形態1)
図1は、本発明の撮像装置の実施の形態1の構成を示すブロック図であって、1はレンズ、2はレンズ1からの光学信号を結像し電気信号に変換して出力する固体撮像素子、3は固体撮像素子2からの電気信号に対してアナログ信号処理およびアナログ/デジタル変換(AD変換)を行うAFE、4はメモリ、5はAFE3からの映像信号とメモリ4からの映像信号とにより被写体画像の動き検出を行う動き検出手段である動き検出部、6は動き検出部5からの動き情報に基づきAFE3及びメモリ4からのフィールド画像からフレーム画像を合成するフレーム合成手段であるフレーム合成部、7はAFE3から出力される画像データおよびメモリ4に書き込まれた画像を1ライン毎交互に読み出すことで得られるフレーム画像データに対して輝度、色信号生成、γ処理、輪郭補正などのカメラ画像に必要な処理を行うカメラ信号処理手段であるカメラ信号処理部である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of
以上のように構成された本発明の実施の形態1について、以下にその動作を説明する。 The operation of the first embodiment of the present invention configured as described above will be described below.
レンズ1を介した被写体像は固体撮像素子2で電気画像信号に変換されインターレース読み出しされ、AFE3にてアナログ処理をした後、デジタル信号に変換される。デジタル信号に変換された画像信号はフィールド毎にメモリ4に書き込まれる。
The subject image via the
ここで、画像信号はA0、B0、A1、B1というフィールドの順番で固体撮像素子2から出力されているものとすると、動き検出部5はメモリ4に書き込まれているA0、B0、A1フィールド画像とAFE3から出力されているB1フィールド画像の連続した4フィールド画像を基に動き検出を行い、第1の動き情報D1と第2の動き情報D2とを出力する。
Here, assuming that the image signal is output from the solid-
フレーム合成部6は、B1フィールド画像とその対となるA1フィールド画像とでフレーム画像を生成するが、その際に第1の動き情報D1と第2の動き情報D2とにより、A1フィールドとB1フィールド間での動き部分について、補間処理を行い、A1’、B1’としてメモリ4に書き込む。
The
カメラ信号処理部7は、AFE3から出力される画像データおよびメモリ4に書き込まれたA1’、B1’を1ライン毎交互に読み出すことで得られるフレーム画像データに対して輝度、色信号生成、γ処理、輪郭補正などのカメラ画像に必要な処理を行う。
The camera
図2は実施の形態1における動き検出部5の構成を示すものであり、図中21a、21bは減算器であり、22a、22bは入力値を絶対値化する絶対値部である絶対値部であり、23a、23b、24a、24bは比較器であり、25、26はOR回路である。
FIG. 2 shows a configuration of the
以上のように構成された動き検出部5について以下にその動作を説明する。
The operation of the
連続した4フィールド画像A0、B0、A1、B1に対して、減算器21a、21bにおいて同じ空間位置のフィールド同士の差分を演算し、絶対値部22a、22bによりそれぞれの差分を絶対値化し、subA、subBとして出力する。(式1A、式1B)
subA = |A1−A0| ・・・ (式1A)
subB = |B1−B0| ・・・ (式1B)
比較器23aは絶対値化されたAフィールドの差分subAと比較値a1を比較し、subA≧比較値a1の場合「1」を出力し、それ以外は「0」を出力する。
比較器24aは絶対値化されたAフィールドの差分subAと比較値a2を比較し、subA≧比較値a2の場合「1」を出力し、それ以外は「0」を出力する。
比較器23bは絶対値化されたBフィールドの差分subBと比較値b1を比較し、subB≧比較値b1の場合「1」を出力し、それ以外は「0」を出力する。
比較器24bは絶対値化されたBフィールドの差分subBと比較値b2を比較し、subB≧比較値b2の場合「1」を出力し、それ以外は「0」を出力する。
The
subA = | A1-A0 | (Formula 1A)
subB = | B1-B0 | (Formula 1B)
The comparator 23a compares the difference subA of the A field converted into the absolute value with the comparison value a1, and outputs “1” when subA ≧ comparison value a1, and outputs “0” otherwise.
The comparator 24a compares the difference subA of the A field converted into the absolute value with the comparison value a2, and outputs “1” when subA ≧ comparison value a2, and outputs “0” otherwise.
The
The comparator 24b compares the difference subB of the B field converted into an absolute value with the comparison value b2, and outputs “1” when subB ≧ comparison value b2, and outputs “0” otherwise.
以上の処理は、同じ空間位置のフィールド同士を比較した場合、静止している部分はそれぞれ同じ値になり、動いている部分は違う値になるため同じ空間位置のフィールド同士の差分が大きいほどその画素は動いている可能性が高いため、比較器の出力値が1か0かでその画素は動き部分の画素か否かを示していることになる。 In the above processing, when comparing fields at the same spatial position, the stationary part has the same value, and the moving part has a different value, so the difference between the fields at the same spatial position is larger. Since there is a high possibility that the pixel is moving, whether the output value of the comparator is 1 or 0 indicates whether the pixel is a moving part pixel.
OR回路25は比較器23aと23bの出力のORをとって第1の動き情報D1として出力し、OR回路26は比較器24aと24bの出力のORをとって第2の動き情報D2として出力する。ここで、比較値a1、比較値a2、比較値b1、比較値b2は書き換え可能な任意の値であり、比較値a1≧比較値a2、比較値b1≧比較値b2とすることで、D1はD2に比べより動きらしさの高い情報とする。
The OR
図3は実施の形態1におけるフレーム合成部6の構成を示すものであり、図中31は画像データを1ライン分遅延させる第1の遅延手段である第1の遅延器であり、32は入力される2つのデータを補間処理する第1の補間手段である第1の補間部であり、33は選択手段であるセレクタであり、34は画像データを1ライン分遅延させる第2の遅延手段である第2の遅延器であり、35、36は入力される3つのデータを用いて補間処理をする第2及び第3の補間手段である第2及び第3の補間部であり、図中()内の数字はA1、B1で生成されるフレーム画像の相対的なライン位置を示しており、以下にその動作を説明する。
FIG. 3 shows the configuration of the
フレーム合成部6には連続した2フィールド画像A1、B1が入力され、B1はA1に対し、空間位置が1ライン上のフィールド画像としている。第1の補間部32はA1(3)と1ライン遅延したA1(1)とでB1(2)のライン位置の画像を補間生成し、これをB1hとする。
Two consecutive field images A1 and B1 are input to the
セレクタ33は第1の動き情報D1が1である場合、A1の補間で生成されたB1hを選択し、D1が0である場合B1(2)そのものを選択して第1の動き補正されたB1画像mB1として出力する。
The
第2の遅延器34は動き補正されたB1画像mA1を1ライン分遅延させ、第2の補間部35は1ライン分遅延したmB1画像(0)と、1ライン分遅延したA1画像(1)と、mB1画像(2)の連続する3ラインの画像に対して第2の動き情報D2が「1」である場合フィルタ処理を施して出力し、D2が0である場合、1ライン分遅延したA1そのものを出力し、これを動き補正されたA1画像A1’とする。
The
第3の補間部36は1ライン分遅延したA1画像と(1)、mB1画像と(2)、A1画像(3)の連続する3ラインの画像に対して第2の動き情報D2が1である場合、フィルタ処理を施して出力し、D2が「0」である場合1ライン分遅延したmB1画像そのものを出力し、これを動き補正されたB1画像B1’とする。
The
図4は上述した動作における画像のイメージを示したものであり、(a)は連続する4フィールド間の被写体の状態を表しており、o1は静止している垂直方向に濃淡を繰り返す被写体であり、o2は矢印方向に移動している被写体である。(b0)、(b1)、(b2)、(b3)は連続する4フィールドであるA0、B0、A1、B1の画像であり、それぞれのo1、o2(a)で説明した被写体である。(cA)、(cB)はそれぞれA0とA1間での動き検出情報とB0とB1間での動き検出情報を示しており、mA、mBはそれぞれの動き部分を示すものである。動き検出は図2で説明したように同一フィールド間の差分(図2中、 subA、subB)で検出するため、静止部分(被写体o1)は差分が無く、動き部分(被写体o2)の部分のみが検出される。(d)は(cA)(cB)をORしたものであり、mABが4フィールド間の動き部分を示すものである。(r)はA1とB1をそのまま合成したフレーム画像であり、動き部分(被写体o2)はブレた画像となってしまう。(e)はA1とB1を合成したフレーム画像であり、(d)におけるmAB部分はB1を用いず、A1を補間して生成しているため、(r)でブレた画像となった被写体o2はブレず、また、静止部分(被写体o1)は高精細なフレーム画像として生成される。 FIG. 4 shows an image of the image in the above-described operation. FIG. 4A shows the state of the subject between four consecutive fields, and o1 is a subject that repeats light and shade in the vertical direction that is stationary. , O2 is a subject moving in the direction of the arrow. (B0), (b1), (b2), and (b3) are images of A0, B0, A1, and B1, which are four consecutive fields, and the subjects described in o1 and o2 (a). (CA) and (cB) show motion detection information between A0 and A1 and motion detection information between B0 and B1, respectively, and mA and mB show the respective motion parts. As described with reference to FIG. 2, since motion detection is performed based on the difference between the same fields (subA and subB in FIG. 2), there is no difference in the stationary part (subject o1), and only the part of the moving part (subject o2) is detected. Detected. (D) is an OR of (cA) and (cB), and mAB indicates a moving part between four fields. (R) is a frame image obtained by synthesizing A1 and B1 as they are, and the moving part (subject o2) becomes a blurred image. (E) is a frame image obtained by synthesizing A1 and B1, and the mAB portion in (d) is generated by interpolating A1 without using B1, and therefore the subject o2 that has become a blurred image in (r). The stationary part (subject o1) is generated as a high-definition frame image.
以上の動作により、連続する2フィールド画像から高精細なフレーム静止画を生成することができるためメカシャッタ機能を使わないで高精細な静止画を撮影することができる。 With the above operation, a high-definition frame still image can be generated from two continuous field images, so a high-definition still image can be taken without using the mechanical shutter function.
なお、以上の説明では動き検出部において減算器1a、1bで得られる差分の絶対値で動き検出を行っていたが、減算器1a、1bで得られる差分に対してフィルタ処理を行ってから絶対値化し動き検出を行う構成にすればランダムノイズの影響を少なくし、誤動作を抑えることができる。 In the above description, the motion detection unit performs motion detection using the absolute value of the difference obtained by the subtractors 1a and 1b. If it is configured to perform the motion detection by quantification, it is possible to reduce the influence of random noise and suppress malfunctions.
(実施の形態2)
図5は、本発明装置の実施の形態2の構成図であり、1はレンズ、2は固体撮像素子、3はアナログ処理およびAD変換を行うAFE、54は信号を一時的に記憶する記憶手段であるメモリ、5は動き検出手段である動き検出部、56はフレーム合成手段であるフレーム合成部、7はカメラ信号処理手段であるカメラ信号処理部である。同図において1、2、3、5、7は図1の構成と同様であるのでここでの説明は省略する。図1と異なるのはメモリ54とフレーム合成部56の動作内容が変わった点であり、以下その動作について説明する。
(Embodiment 2)
FIG. 5 is a configuration diagram of
まず、動き検出部5で検出した第2の動き情報D2はいったんメモリ54に書き込まれる。フレーム合成部56は第1の動き情報D1により、A1フィールドに対し、動き部分について補間処理を行い、A1’としてメモリ54に書き込む。ここまでの処理をシーケンス1とする。
First, the second motion information D <b> 2 detected by the
次に、メモリ54からシーケンス1で書き込んだA1’を読み出し(memA1’)、B1を読み出し、シーケンス1で書き込んだ第2の動き情報D2を読み出し(D2mem)、フレーム合成後、D2memの値を基に補間処理を行い動き補正を行ったフレームデータAB’としてメモリ54に再度書き込む。この処理をシーケンス2とする。
Next, A1 ′ written in
図6は実施の形態2におけるフレーム合成部56の構成を示すものであり、図中、61は画像データを1ライン分記録できるラインメモリであり、62は入力される2つのデータを補間処理する第1の補間手段である第1の補間部であり、63はセレクタであり、64は画像データを1ライン分記録できるメモリであり、65、66は入力される3つのデータを用いて補間処理をする第2及び第3の補間手段である第2及び第3の補間部であり、67は選択手段であるセレクタである。図中()内の数字はフィールドデータA1、B1で生成されるフレーム画像の相対的なライン位置を示しており、以下にその動作を説明する。
FIG. 6 shows the configuration of the
まずシーケンス1の処理では、フレーム合成部56には連続した2フィールド画像A1、B1が入力され、B1はA1に対し、空間位置が1ライン上のフィールド画像としている。第1の補間部62はA1(3)とラインメモリ61により1ライン遅延したA1(1)とでB1(2)のライン位置の画像を補間生成し、これをB1hとする。セレクタ63は第1の動き情報D1が「1」である場合、A1の補間で生成されたB1hを選択し、D1が「0」である場合B1(2)そのものを選択して第1の動き補正されたB1画像B1’として出力する。
First, in the process of
シーケンス2の処理では、メモリ64からmemB1’(2)とA1(3)とD2memを同じラインを2回繰り返して読み出す。ラインメモリ61及び64は1ラインおきに書き込み処理を行い、ラインメモリ61及び64の出力データは常時A1、memB1’より1ライン前のデータを読み出すようにし、それぞれA1h(0)、memB1’h(1)とする。
In the process of
第2の補間部65は1ライン分遅延したmemB1’h画像と(0)、1ライン分遅延したA1画像と(1)、memB1’画像(2)の連続する3ラインの画像に対して、メモリ54から読み出した第2の動き情報memD2が「1」である場合フィルタ処理を施して出力し、memD2が「0」である場合1ライン分遅延したA1そのものを出力し、これを動き補正されたA1画像hA1とする。
The
第3の補間部66は1ライン分遅延したA1画像と(1)、memB1’画像と(2)、A1画像(3)の連続する3ラインの画像に対してメモリ54から読み出した第2の動き情報memD2が「1」である場合フィルタ処理を施して出力し、D2が「0」である場合1ライン分遅延したmemB1’画像そのものを出力し、これを動き補正されたB1画像hB1とし、セレクタ7はhA1とhB1を1ライン毎に切り替えて出力することで、動き補正されたフレーム画像AB’として出力する。
The
図7はフレーム合成部56で説明した信号のタイミングの模式図であり、B1入力、A1入力、memB1’入力、ラインメモリ1出力、ラインメモリ2出力memD2入力それぞれを表す□は1ライン分のデータであり、□内の数値はフレームでのラインの順番である。
FIG. 7 is a schematic diagram of the timing of the signals described in the
以上の動作により、連続する2フィールド画像から高精細なフレーム静止画を生成することができるためメカシャッタ機能を使わないで高精細な静止画を撮影することができる。 With the above operation, a high-definition frame still image can be generated from two continuous field images, so a high-definition still image can be taken without using the mechanical shutter function.
本発明にかかる撮像装置は、メカシャッタ用を用いずに撮影中の動画から、高精細な静止画を生成することによって、固体撮像素子を有するビデオカメラやデジタルカメラ等の用途にも適用できる。 The image pickup apparatus according to the present invention can be applied to uses such as a video camera and a digital camera having a solid-state image pickup device by generating a high-definition still image from a moving image being shot without using a mechanical shutter.
1 レンズ
2 固体撮像素子
3 AFE
4 メモリ
5 動き検出部
6 フレーム合成部
7 カメラ信号処理部
1
4
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