JP2005175571A - 撮像装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】動画と静止画を時分割で処理することにより、インターレースCCDを用いた撮像装置で、動画撮影中にCCD出力画素を全て使った静止画撮影を可能にする。
【解決手段】第1の選択手段3は、動画撮影時はCCD1の出力を、静止画撮影時はIP変換手段7の出力を選択してカメラ信号処理手段4に入力する。第2の選択手段12は、動画撮影時は第1の係数発生手段9の出力を、静止画撮影時は第2の係数発生手段10の出力を選択して補間手段5に入力する。第2の係数発生手段10は係数保持手段11を介して、1フィールド前の補間手段の最終補間係数を初期値として選択できる。1フィールド期間を動画信号処理期間と静止画信号処理期間に分割し、期間を判別する判別信号を用いて第1および第2の選択手段3および12を切り替えることにより、動画と静止画の処理を並行して実行でき、静止画ズーム処理をも可能にする。
【選択図】図1

Description

本発明は、静止画撮影が可能なビデオカメラに関するものである。
近年、静止画撮影機能を搭載したビデオカメラが各社から発売されてきている。静止画画素数は100万画素を超えるものが大半であり、中には300万画素を超えるものも出てきている。これらのビデオカメラに使われている撮像装置について説明する。
図9は従来の撮像装置のシステム構成を示す図である。まず動画撮影時について動作を説明する。レンズ(図示せず)、絞り(図示せず)を通って入射した光はCCD1で光電変換され、映像信号として出力される。説明の便宜上、ここではCCD1はインターレースCCDとして説明する。選択手段3は、動画撮影時はCCD1の出力を選択し、カメラ信号処理手段4に入力する。カメラ信号処理手段4は、入力信号(補色または原色データ)に対してホワイトバランス処理、γ補正、輝度信号および色差信号の作成、輪郭強調など一連のカメラ信号処理を施す。画素数変換手段5は、カメラ信号処理手段4の出力をNTSCやPALなどのテレビジョン方式で表示可能な画素数に変換して出力する。選択手段8は、動画撮影時は画素数変換手段5の出力を選択してカメラ出力として出力する。
次に静止画撮影時の動作を説明する。静止画撮影ボタン(図示せず)が押されると、絞り(図示せず)が閉じられ、CCD1での光電変換の結果得られた2フィールド分のインターレース映像信号は、メモリ手段2に入力される。メモリ手段2は2フィールド分の映像信号を記憶できる容量を持つ。メモリ手段2は、入力された2フィールドのインターレース映像信号を1フレームのプログレッシブ映像信号に変換して出力する。選択手段3は、静止画撮影時はメモリ手段2の出力を選択し、カメラ信号処理手段4に入力する。カメラ信号処理手段4は、入力信号(補色または原色データ)に対してホワイトバランス処理、γ補正、輝度信号および色差信号の作成、輪郭強調など一連のカメラ信号処理を施す。選択手段8は、静止画撮影時はカメラ信号処理手段4の出力を選択してカメラ出力として出力する。
CCD1にプログレッシブCCDを用いた場合は、図10のようにメモリ手段2と選択手段3を省略可能である。ただし、画素数変換手段5の出力がプログレッシブ映像信号になるため、インターレース映像信号を出力する場合には、プログレッシブ映像信号をインターレース映像信号に変換するためのメモリ手段9が別途必要になる。
特開平5−336498号公報
解決しようとする問題点は、第1にインターレースCCDを用いた従来の撮像装置では、動画撮影中にCCD出力画素を全て使った静止画撮影ができない点である。図9でCCD1はインターレースCCDであるから、カメラ信号処理手段4と画素数変換手段5の出力を同時に出力しても、カメラ信号処理手段4の出力はインターレース信号であるため、静止画垂直画素数はCCD出力画素数の1/2になってしまい、静止画垂直解像度は1/2に劣化する。
第2に、インターレースCCDを用いた従来の撮像装置では、動画撮影中にCCD出力画素を全て使った静止画撮影を行うと、回路規模、コスト、消費電力が増大する点である。例えば図11のように、2系統のカメラ信号処理手段4および10を設け、一方はCCD1から出力されるインターレース映像信号、他方はメモリ手段2から出力されるプログレッシブ映像信号を処理し、カメラ信号処理手段4のインターレース映像信号出力は画素数変換手段5を経て動画として出力し、カメラ信号処理手段10のプログレッシブ映像信号出力は静止画として出力するといった構成が必要である。
第3に、プログレッシブCCDを用いた従来の撮像装置では、動画撮影中にCCD出力画素を全て使った静止画撮影を行うと、コスト、電力が増大する点である。この場合は図10と同様の回路構成で済むが、一般にプログレッシブCCDはコストが高く、画素数が同じであれば駆動周波数はインターレースCCDの2倍となるので、消費電力が増大する。
本発明は、映像信号の垂直ブランキング期間に静止画を処理する構成とするため、動画撮影中に静止画撮影が可能になることを最も主要な特徴とする。
本発明は、映像信号の垂直ブランキング期間に静止画を処理する構成とするため、動画撮影中に静止画撮影が可能になることを最も主要な特徴とする。
本発明の撮像装置は、動画と静止画を時分割で処理することにより、インターレースCCDを用いて動画撮影中にCCD出力画素を全て使った静止画撮影が可能になり、垂直方向のズーム処理を断続的に行うことで同時撮影時の静止画ズーム処理を可能にするという利点がある。
本発明の請求項1及び2に記載の発明は、撮像素子と、前記撮像素子の出力信号を記憶する記憶手段と、前記記憶手段の出力であるインターレース映像信号をプログレッシブ映像信号に変換するIP変換手段と、前記撮像素子の出力信号または前記IP変換手段の出力信号のいずれかを選択して出力する第1の選択手段と、前記第1の選択手段の出力信号から輝度信号および色差信号を作成するカメラ信号処理手段と、前記カメラ信号処理手段の出力信号に対して補間処理を施す補間手段と、前記補間手段出力信号の画素数を所定の画素数に変換する画素数変換手段と、補間係数を発生する第1および第2の係数発生手段と、前記補間手段の係数を保持し、前記第2の係数発生手段に入力する係数保持手段と、前記第1および第2の係数発生手段の出力を選択して前期補間手段に出力する第2の選択手段と、前記第1および第2の選択手段を制御するための制御信号を出力する同期信号発生手段とを備え、垂直走査期間を第1および第2の垂直走査期間に分割し、前記第1の選択手段において、前記第1の垂直走査期間は前記撮像素子の出力信号を、前記第2の垂直走査期間は前記記憶手段の出力信号を選択するよう制御し、前記第2の選択手段において、前記第1の垂直走査期間は前記第1の係数発生手段の出力信号を、前記第2の垂直走査期間は前記第2の係数発生手段の出力信号を選択するよう制御し、前記第1の垂直走査期間における前記画素数変換手段の出力信号を動画出力信号とし、前記第2の垂直走査期間における前記補間手段の出力信号を静止画出力信号とするものであり、これにより、動画撮影中に静止画撮影を可能にし、静止画ズーム処理を可能にするという目的を実現した。
以下、本発明の実施の形態である撮像装置について説明する。
(実施の形態1)
図1は本発明の撮像装置の実施の形態を示すブロック図である。
図において、1は撮像素子であるCCDで、本実施の形態ではインターレース方式のCCDを使用した。2は後述する同期信号発生手段6からの同期信号により動作制御されCCD1からの映像信号を記憶するメモリ手段、7はメモリ手段2からの映像信号をインターレース方式からプログレッシブ方式へ変換して出力するIP変換手段、3はメモリ手段2の出力とIP変換手段7の出力とを切り換える第1の選択手段で、動画撮影時はCCD1からの出力を選択し、静止画撮影時はIP変換手段7からの出力を選択する。4は第1の選択手段3で選択した映像信号に対してガンマ補正などの各種信号処理を施すカメラ信号処理手段、5はカメラ信号処理手段4からの映像信号に対して選択手段12からの補間係数に基づき拡大(ズーム)処理を行う補間手段、6は補間手段5からの映像信号を表示手段(図示せず)に表示可能な画素数に変換する画素数変換手段、8はメモリ手段2と第1の選択手段3及び8に同期信号を出力する同期信号発生手段、9はカメラ信号処理手段4で用いる動画用の信号処理パラメータを第1の係数として発生する第1係数発生手段、10はカメラ信号処理手段4で用いる静止画用の信号処理パラメータを第2の係数として発生する第2の係数発生手段で、第1の係数と第2の係数は異なる係数となっている。12は同期信号発生手段8からの制御により第1係数発生手段9か第2係数発生手段10のうちいずれかを選択し補間手段5に出力する第2の選択手段、11は各フィールドにおける最終の静止画用垂直方向補間係数を保持する係数保持手段である。
以上のように構成された本実施の形態の撮像装置について、以下その動作について説明する。
まず、動画撮影時の動作について説明する。
レンズ(図示せず)、絞り(図示せず)を通って入射した光はCCD1で光電変換され、映像信号として出力される。ここでCCD1はインターレースCCDである。CCD1の出力信号は選択手段3に入力される。選択手段3は、動画撮影時はCCD1の出力を選択し、カメラ信号処理手段4に入力する。カメラ信号処理手段4は、入力信号(補色または原色データ)に対してホワイトバランス処理、γ補正、輝度信号および色差信号の作成、輪郭強調など一連のカメラ信号処理を施す。補間手段5は、カメラ信号処理手段4の出力にズーム処理を施す。画素数変換手段6は、補間手段5の出力をNTSCやPALなどのテレビジョン方式で表示可能な画素数に変換して出力する。
次に静止画撮影時の動作を、図2を参照しながら説明する。図2は静止画撮影時のタイミングを示す図である。(1)〜(4)はフィールドを示す番号である。同図のように、あるタイミングで静止画撮影ボタン(図示せず)が押されると、続くフィールド(1)〜(4)の期間に、CCD1からは動画として撮影された連続する4フィールドのインターレース映像信号A1、B1、A2、B2が出力される。この時、従来の静止画撮影のように絞りを閉じるとCCD1が露光されず、出力信号が途切れ、動画撮影に悪影響を与えるため、絞り(図示せず)を閉じる制御は行わない。
インターレース映像信号A1、B1、A2は、メモリ手段2に入力される。第2のメモリ手段3は3フィールド分の映像信号を記憶できる容量を持つ。フィールド(4)の期間に第2のメモリ手段3からは、連続する3フィールドのインターレース映像信号A1、B1、A2が同時に出力され、IP変換手段7に入力される。IP変換手段7には、CCD1の出力信号も供給される。IP変換手段7では、空間位置が同一の信号A1とA2、およびB1とB2より画面内の動きを検出し、動きが無いと判断した場合はA1とB1からプログレッシブ信号を作成し、動きがあると判断した場合は、B1と、B1を走査線補間した信号B1*から擬似的にプログレッシブ信号を作成し、出力する。
IP変換手段7の動作イメージを図3に示す。図3(a)は連続する4フィールドを示す。画像は円形の物体が画面を横切るものである。A1とA2、B1とB2の差をそれぞれ求め、差の絶対値が所定の値を超える領域を抽出することにより、画像の動き領域が検出される。動き領域は図3(b)のハッチング部のようになる。図3(b)の静止部分(ハッチング無し)は図3(c)左のようにA1、B1からフレームを構成し、動き部分(ハッチング有り)は図3(c)右のようにB1と、B1を垂直補間したB1*からフレームを構成する。この結果、IP変換手段4の出力は図3(d)のようにB1と同時刻のフレームが擬似的に得られることになる。
選択手段3は、静止画撮影時はIP変換手段7の出力を選択し、カメラ信号処理手段4に入力する。カメラ信号処理手段4は、入力信号に対してホワイトバランス処理、γ補正、輝度信号および色差信号の作成、輪郭強調など一連のカメラ信号処理を施す。補間手段5は、カメラ信号処理手段4の出力信号にズーム処理を施し、静止画出力として出力する。
同期信号発生手段8は、メモリ手段2の書き込みおよび読み出し制御信号を発生するとともに、選択手段3の制御信号を発生する。ここで、1フィールド期間を動画信号処理期間と静止画信号処理期間に分け、同期信号発生手段8で動画・静止画処理期間判別信号を作成し、この判別信号を用いて選択手段3を切り替えることにより、動画と静止画の処理を並行して実行することが可能になる。以下、この制御を行う場合について説明する。
図4は動画撮影時における同期信号発生手段8の内部信号である垂直同期信号と、映像信号のタイミングを示すものである。図4ではNTSC方式を例にあげて説明している。垂直同期信号の周期は262.5H(H:水平走査期間)であり、これに対して映像信号は240H存在するため、差し引き22.5Hの垂直ブランキング期間が存在する。ここで動画処理期間を240H、静止画処理期間を22.5Hとし、垂直ブランキング期間に静止画処理を行うことが考えられる。この様子を図5に示す。
図5は、動画・静止画同時撮影時のタイミングを示すものである。同図のように、同期信号発生手段9から出力される動画・静止画処理期間判別信号を用いて、262.5Hのうち240Hを動画処理、20Hを静止画処理に割り当てる。静止画データは20ラインずつ分割処理される。この例を図6に示す。図6のように960ラインから成る静止画の場合は、20ラインずつ48分割処理されることになり、48フィールドの期間で1枚の静止画が処理可能となる。カメラ信号処理手段4から分割出力された静止画信号は、後段の記録手段(図示せず)で結合処理され、記録媒体に記録される。
ここで、カメラのズーム処理について考える。静止画撮影を主目的とするデジタルカメラで使用するCCDは、水平・垂直の画素間隔が等しい「正方画素」と呼ばれる種類のものである。デジタルカメラ出力の表示手段であるパソコンやプリンタは水平・垂直の画素間隔を等しく表示するため、静止画画素およびCCD画素も正方画素になっている。これに対して動画撮影を主目的とするビデオカメラで使用するCCDは、水平・垂直の画素間隔が異なる「長方画素」と呼ばれる種類のものが多いため、出力される静止画をそのまま表示すると、縦横の比が崩れて縦長や横長に表示されてしまう。従って、長方画素CCDを用いているビデオカメラでの静止画撮影においては、パソコンやプリンタで静止画を正しい縦横比で表示するために、ズーム処理を用いて正方画素に変換する必要がある。以下、静止画をズーム処理する場合の動作について説明する。
まず、ズーム処理の原理について説明する。図7は、映像信号のズーム処理のイメージを示すものである。上段は入力される画素であり、下段はズーム処理出力である。図7は1.2倍(6/5倍)ズームの例である。出力画素(1)は、入力画素(1)をそのまま出力する。出力画素(2)は、入力画素(1)と(2)を1/6と5/6の重みで加算して出力する。出力画素(3)は、入力画素(2)と(3)を2/6と4/6の重みで加算して出力する。以下同様に、入力画素の画素間隔の5/6の画素間隔を持つ出力画素を作成するように処理する。出力画素の下に記載しているKn(n=0,1,2,・・・)は各出力画素を求めるのに必要な重みの値であり、数1に従って求められる。
n=FRAC(Kn-1+5/6) (n=0,1,2,・・・) ・・・(数1)
このKnを補間係数と表現する。ここで、FRAC()は、()内の値の小数部を取り出すことを意味する関数である。上記のズーム処理の原理は映像信号の水平方向・垂直方向ともに成り立つものである。
動画の水平・垂直方向、ならびに静止画の水平方向のズーム処理は上記の処理を毎ライン繰り返し行えば良いが、本発明における静止画の垂直方向に関しては少し事情が異なる。本発明の構成では、図5に示すように静止画は1フィールド期間に20ラインずつしか処理されないため、垂直方向のズーム処理は断続的に行う必要がある。また、図6に示したように1枚の静止画を20ラインずつ分割処理することになるため、分割のつなぎ目において垂直方向の補間係数は連続している必要がある。これに必要な構成を、図1を参照して説明する。
図1の第1の係数発生手段9は適当な値を初期値として数1に示す式に基づいて動画用補間係数を発生し、第2の係数発生手段10は静止画処理の最初のフィールド(分割処理の最初のフィールド)では適当な値を初期値として、2フィールド目以降では係数保持手段11の出力を初期値として静止画用補間係数を発生する。係数保持手段11は各フィールドにおける最終の静止画用垂直方向補間係数を保持する。第2の選択手段12は、動画処理期間には第1の係数発生手段の出力を、静止画処理期間には第3の選択手段の出力を選択し、補間手段5に入力する。補間手段5では第2の選択手段12の出力を補間係数としてズーム処理を行う。
この時の動画および静止画ズーム処理の様子を図8に示す。図8は動画処理期間の240Hおよび静止画処理期間の20Hの垂直方向補間係数を拡大表示したものである。動画用垂直補間係数は毎フィールド初期値K0から始まり、1ライン毎に更新されてK239まで進むという動作を繰り返す。これに対して静止画用垂直補間係数は、1フィールド目は初期値K0から始まり、1ライン毎に更新されてK19まで進む。1フィールド目の最終値K19は係数保持手段11に退避・格納される。2フィールド目の垂直補間係数はK19に続くK20を初期値として始まり、1ライン毎に更新されてK39まで進む。2フィールド目の最終値K39は係数保持手段11に退避・格納される。以下、同様に繰り返すことで静止画分割処理においてもズーム処理が可能になる。また、動画用補間係数は静止画用補間係数とは独立に設定できるため、動画と静止画で異なるズーム倍率を設定することも可能である。
以上のように、本発明によれば、動画処理を行わない垂直ブランキング期間を用いて静止画を処理することができ、静止画にズーム処理を行うことも可能になる。
なお、上記実施の形態では、CCD1を単一のCCDとして説明したが、複数のCCDを用いても良い。
また、上記実施の形態では、IP変換手段4での処理を連続する4フィールドから動き領域を求めるものとしたが、動き検出に用いるフィールド数は4フィールドに限るものではない。
また、上記実施の形態では、動画処理期間を240H、静止画処理期間を20Hとして説明したが、それぞれの処理期間はこの値に限定するものではない。
また、上記実施の形態では、ズーム処理の説明を2画素から1画素を補間するとして説明したが、補間に用いる画素数は3画素以上でも良い。
以上のように、本発明によれば、動画撮影と静止画撮影を同時に行うことができる。また、垂直ブランキング期間に静止画処理が可能であることを活かすことによって、絞りを閉じる従来方式の静止画撮影直後に動画撮影モードに切り替える場合などに、静止画処理の完了を待つ必要無く動画撮影を開始してモードの移行期間を短縮するといった用途にも適用できる。
本発明の撮像装置の構成を示すブロック図 静止画撮影時のタイミングを示すタイミング図 IP変換の動作イメージを示すイメージ図 動画撮影時のタイミングを示すタイミング図 動画静止画同時撮影時のタイミングを示すタイミング図 静止画分割処理のイメージを示すイメージ図 ズーム処理のイメージを示すイメージ図 動画・静止画用垂直補間係数のタイミングを示すタイミング図 従来の撮像装置の構成を示すブロック図 従来の撮像装置の構成を示すブロック図 従来の撮像装置の構成を示すブロック図
符号の説明
1 CCD(撮像素子)
2 メモリ手段(記憶手段)
3 第1の選択手段
4 カメラ信号処理手段
5 補間手段
6 画素数変換手段
7 IP変換手段
8 同期信号発生手段
9 第1の係数発生手段
10 第2の係数発生手段
11 係数保持手段
12 第2の選択手段

Claims (2)

  1. 撮像素子と、前記撮像素子の出力信号を記憶する記憶手段と、前記記憶手段の出力であるインターレース映像信号をプログレッシブ映像信号に変換するIP変換手段と、前記撮像素子の出力信号または前記IP変換手段の出力信号のいずれかを選択して出力する第1の選択手段と、前記第1の選択手段の出力信号から輝度信号および色差信号を作成するカメラ信号処理手段と、前記カメラ信号処理手段の出力信号に対して補間処理を施す補間手段と、前記補間手段出力信号の画素数を所定の画素数に変換する画素数変換手段と、補間係数を発生する第1および第2の係数発生手段と、前記補間手段の係数を保持し、前記第2の係数発生手段に入力する係数保持手段と、前記第1および第2の係数発生手段の出力を選択して前期補間手段に出力する第2の選択手段と、前記第1および第2の選択手段を制御するための制御信号を出力する同期信号発生手段とを備え、
    垂直走査期間を第1および第2の垂直走査期間に分割し、前記第1の選択手段において、前記第1の垂直走査期間は前記撮像素子の出力信号を、前記第2の垂直走査期間は前記記憶手段の出力信号を選択するよう制御し、前記第2の選択手段において、前記第1の垂直走査期間は前記第1の係数発生手段の出力信号を、前記第2の垂直走査期間は前記第2の係数発生手段の出力信号を選択するよう制御し、前記第1の垂直走査期間における前記画素数変換手段の出力信号を動画出力信号とし、前記第2の垂直走査期間における前記補間手段の出力信号を静止画出力信号とすることを特徴とする撮像装置。
  2. 前記第1の垂直走査期間は垂直有効期間、前記第2の垂直走査期間は垂直ブランキング期間であるとした、請求項1に記載の撮像装置。
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