JP2006060462A - Imaging device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、撮像装置に関し、特に、ホワイトバランスを調整する際に信号レベルが低い色のS/Nが劣化する問題を解決して、画質の品位を向上し得る撮像装置に関するものである。 The present invention relates to an image pickup apparatus, and more particularly to an image pickup apparatus that can improve the quality of image quality by solving the problem of deterioration of S / N of a color having a low signal level when white balance is adjusted.
露光時間等が異なる複数の画像を和が1の複数の係数で重み付け加算することにより、ダイナミックレンジの拡大と、低輝度側でのS/Nの劣化の防止とを行う従来の撮像装置が、下記特許文献1に開示されている。
A conventional imaging apparatus that performs dynamic range expansion and prevention of S / N degradation on the low luminance side by weighting and adding a plurality of images having different exposure times and the like with a plurality of coefficients having a sum of 1 is provided. It is disclosed in the following
また、電荷読み出しパルスの印加タイミングを各色ごとに異ならせることにより、光電変換素子の電荷蓄積期間を各色ごとに個別に制御し、それによってホワイトバランスを調整する従来の撮像装置が、下記特許文献2に開示されている。
Further, a conventional image pickup apparatus that individually controls the charge accumulation period of each photoelectric conversion element for each color by adjusting the charge read pulse application timing for each color and thereby adjusts the white balance is disclosed in
しかしながら、上記特許文献1に開示された従来の撮像装置は、電荷蓄積期間をフィールドごとに異ならせ、各色ごとに画像に重み付けをした後に加算(フレーム加算)するため、特に動きのある画像の場合に画像がぼけるという問題がある。
However, in the conventional imaging device disclosed in
また、上記特許文献2に開示された従来の撮像装置は、電荷読み出しパルスの印加タイミングを異ならせることによって電荷蓄積期間を制御しているため、電荷読み出しパルスの印加タイミングを各色ごとに個別に制御しなければならないという問題がある。
Further, since the conventional imaging device disclosed in
しかも、上記特許文献2に開示された従来の撮像装置では、電荷蓄積期間の終了時点を各色ごとに精密に制御する必要があるため、電荷読み出しパルスの印加タイミングを制御するための処理が複雑になるという問題もある。
Moreover, in the conventional imaging device disclosed in
本発明はかかる問題を解決するために成されたものであり、電荷蓄積期間を各色ごとに調整することなく、信号レベルの低い色のS/N劣化の少ないホワイトバランス調整を実現できる撮像装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and an imaging apparatus capable of realizing white balance adjustment with low S / N degradation of a low signal level color without adjusting the charge accumulation period for each color. The purpose is to obtain.
本発明に係る撮像装置は、感度特性及び飽和特性が互いに異なる複数の受光素子を有する撮像素子と、前記撮像素子の出力信号レベルを各色ごとに積算する積算手段と、前記積算手段による積算結果に基づいて、前記撮像素子の電荷蓄積期間を設定する電荷蓄積期間設定手段と、前記電荷蓄積期間内に得られた前記撮像素子の出力信号レベルの各色ごとの積算値に基づいて、ホワイトバランス調整を実施するホワイトバランス調整手段とを備える。 An image pickup apparatus according to the present invention includes an image pickup element having a plurality of light receiving elements having different sensitivity characteristics and saturation characteristics, an integration unit that integrates the output signal level of the image pickup element for each color, and an integration result by the integration unit. A charge accumulation period setting means for setting a charge accumulation period of the image sensor, and white balance adjustment based on an integrated value for each color of the output signal level of the image sensor obtained during the charge accumulation period. White balance adjusting means to be implemented.
本発明に係る撮像装置によれば、電荷蓄積期間を各色ごとに調整することなく、信号レベルの低い色のS/N劣化の少ないホワイトバランス調整を実現できる撮像装置を得ることができる。 According to the imaging apparatus according to the present invention, it is possible to obtain an imaging apparatus capable of realizing white balance adjustment with low S / N deterioration of a color with a low signal level without adjusting the charge accumulation period for each color.
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係る単板式撮像装置の全体構成を示すブロック図である。図1に示すように本実施の形態1に係る撮像装置は、レンズ1、絞り2、撮像素子3、CDS(Co-related Double Sampling:相関二重サンプリング)部4、A/D変換部5、リニア補正部6、AWB(Auto White Balance)部8、補間部9、画質処理部10、積算部13、及びCPU15を備えて構成されている。CPU15は、積算値判定部32、電荷蓄積期間制御部34、AWB制御部33、及び制御信号生成部100を有している。図1では、積算値判定部32、電荷蓄積期間制御部34、及びAWB制御部33が、いずれもCPU15内においてソフトウェアにて実現されている場合の例を示したが、別途ハードウェアとして構成することも可能である。
FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of a single-plate imaging apparatus according to
レンズ1は、被写体から送られてくる光信号を集光する。絞り2は、レンズ1から入射される光信号の量(以下「入射光量」と称す)を制御する。撮像素子3は、絞り2を通して入射された光信号を光電変換し、光信号に応じた電気信号を出力する。CDS部4は、撮像素子3から入力された信号に対して相関二重サンプリング法によるノイズ低減処理を実施し、その処理後の信号を出力する。A/D変換部5は、CDS部4から入力されたアナログ信号をディジタル信号に変換する。リニア補正部6は、撮像素子3の非直線特性を補正するものであり、A/D変換部5の出力を補正し、入射光量に比例したRAWデータ信号12として出力する。AWB部8は、CPU15から入力された制御信号24に基づき、リニア補正部6から入力されたRAWデータ信号12に対して、R(赤),G(緑),B(青)の各色のバランスを調整(以下「ホワイトバランス調整」と称す)して、その調整後の信号を出力する。
The
補間部9は、AWB部8から入力された信号に対して同時化処理を実施し、その処理後の信号を出力する。画質処理部10は、補間部9から入力された信号に対して、ノイズ低減、輪郭強調、及びガンマ調整等の画質処理を実施し、その処理後の信号を出力する。
The
積算部13は、制御信号生成部100から送られてくる積算エリア情報23に基づいて積算エリアごとに積算を行い、積算結果14を出力する。
The
制御信号生成部100は、本実施の形態1に係る単板式撮像装置のタイミング制御を司る。例えば、撮像素子3の電荷を読み出すタイミングと同期をとりながら、電荷蓄積期間制御部34、積算値判定部32、及びAWB制御部33のタイミング制御を行う。
The control
図1に示した例ではCPU15内に制御信号生成部100が構成されているが、CPU15とは別個のハードウェアにて構成することも可能である。これにより、CPU15においてタスク管理の軽減や処理の高速化等の利点が得られる。後述の実施の形態2,3についても同様である。
In the example illustrated in FIG. 1, the control
図2は、撮像素子3の構成の一例を示す平面図である。ベイヤー配列された複数の色フィルタ40のそれぞれに、受光部41が配設されている。色フィルタ40の配列は、ベイヤー配列のほかにハニカム配列等であってもよい。色フィルタ40が規則的に配設されているため、撮像素子3から時系列的にR,G,Bの各色の色信号が一定の規則に従って出力される。そのため、図1に示したRAWデータ信号12からR,G,Bの各色の色信号を取り出すことができる。
FIG. 2 is a plan view showing an example of the configuration of the
図3は、撮像素子3が有する受光部41の構成例を示す平面図である。受光部41は、感度特性及び飽和特性が互いに異なる2種類の受光素子50,51が一組として配置された構成を有している。受光素子50は高感度であるが飽和光量が小さい受光素子であり、受光素子51は低感度であるが飽和光量が大きい受光素子である。ここで、2種類の受光素子50,51を1画素内に並べて配置する構成のほかに、受光素子50が配置された画素と受光素子51が配置された画素とを別画素として、同一ライン、同一行、千鳥パターン等、規則的に配設する構成とすることも可能である。
FIG. 3 is a plan view illustrating a configuration example of the
図4は、受光素子50,51の感度特性を示すグラフである。グラフの横軸は入射光量Lであり、縦軸は出力信号レベルである。高感度の受光素子50は、入射光量がL1までは入射光量に比例して出力信号レベルが増加し、入射光量がL1以上になると出力信号レベルがS1(L1)でクリップする感度特性S1(L)を有している。
FIG. 4 is a graph showing the sensitivity characteristics of the
また、低感度の受光素子51は、入射光量がL2(>L1)になるまでは入射光量に比例して出力信号レベルが増加し、入射光量がL2以上になると出力信号レベルがS2(L2)でクリップする感度特性S2(L)を有している。受光素子51の感度特性S2(L)の傾きは、受光素子50の感度特性S1(L)の傾きよりも小さい。また、受光素子51の感度特性S2(L)に関して、入射光量がL1の時の出力信号レベルは、S2(L1)(<S1(L1))である。
Further, the low-sensitivity
感度特性M(L)は、受光素子50の感度特性S1(L)と受光素子51の感度特性S2(L)とを加算したものである。つまり、
M(L)=S1(L)+S2(L)
である。
The sensitivity characteristic M (L) is obtained by adding the sensitivity characteristic S1 (L) of the
M (L) = S1 (L) + S2 (L)
It is.
出力信号レベルM(L1)は、入射光量がL1の時の受光素子50,51の各出力信号レベルの加算結果である。入射光量がL1の時には受光素子50のみが飽和レベルに至っており、
M(L1)=S1(L1)+S2(L1)
となる。
The output signal level M (L1) is a result of adding the output signal levels of the
M (L1) = S1 (L1) + S2 (L1)
It becomes.
出力信号レベルM(L2)は、入射光量がL2の時の受光素子50,51の各出力信号レベルの加算結果である。入射光量がL2の時には受光素子50,51がともに飽和レベルに至っており、
M(L2)=S1(L2)+S2(L2)=S1(L1)+S2(L2)
となる。
The output signal level M (L2) is a result of adding the output signal levels of the
M (L2) = S1 (L2) + S2 (L2) = S1 (L1) + S2 (L2)
It becomes.
図1に示したリニア補正部6は、感度特性M(L)の折れ線状の特性(非線形特性)が、図4に一点鎖線で示した直線状の特性(線形特性)となるように、補正係数kを用いて補正(以下「リニア補正」と称する)を行う。つまり、リニア補正後の感度特性H(L)は、
H(L)=SI(L)+kS2(L)
である。
The linear correction unit 6 shown in FIG. 1 performs correction so that the polygonal characteristic (nonlinear characteristic) of the sensitivity characteristic M (L) becomes the linear characteristic (linear characteristic) shown by the one-dot chain line in FIG. Correction (hereinafter referred to as “linear correction”) is performed using the coefficient k. That is, the sensitivity characteristic H (L) after linear correction is
H (L) = SI (L) + kS2 (L)
It is.
補正係数kの値は、入射光量がL1の時の出力信号レベルS1(L1),S2(L1)によって算出することができる。図4に示した直線状の特性H(L)を得る場合は、k=S1(L1)/S2(L1)となる。この場合、図4に示した出力信号レベルH(L2)は、
H(L2)=S1(L1)+{S1(L1)/S2(L1)}×S2(L2)
となる。
The value of the correction coefficient k can be calculated from the output signal levels S1 (L1) and S2 (L1) when the amount of incident light is L1. When the linear characteristic H (L) shown in FIG. 4 is obtained, k = S1 (L1) / S2 (L1). In this case, the output signal level H (L2) shown in FIG.
H (L2) = S1 (L1) + {S1 (L1) / S2 (L1)} × S2 (L2)
It becomes.
また、リニア補正を行わず、感度特性S1(L)と感度特性S2(L)とを単純に加算する場合には、k=1となる。補正係数kの値は、入射光量、撮像状態、又は被写体の状態等に応じて変動するため、撮像条件に応じて最適に、出力信号レベルのダイナミックレンジを改善(拡大)することが可能となる。 In addition, when linear correction is not performed and the sensitivity characteristic S1 (L) and the sensitivity characteristic S2 (L) are simply added, k = 1. Since the value of the correction coefficient k varies depending on the amount of incident light, the imaging state, the state of the subject, etc., the dynamic range of the output signal level can be improved (expanded) optimally according to the imaging conditions. .
図5は、図1に示した積算部13、積算値判定部32、AWB制御部33、及び電荷蓄積期間制御部34の構成を具体的に示すブロック図である。図1,5を参照して、積算部13は、積算部13a,13bを有している。また、積算値判定部32は、電荷蓄積期間設定部32aと補正量算出部32bとを有している。
FIG. 5 is a block diagram specifically showing the configuration of the
図5を参照して、積算部13aは、色抽出部30aと、R,G,Bの各色ごとに設けられた合計3個の信号レベル積算部31aとを有している。色抽出部30aは、図1に示したリニア補正部6から入力したRAWデータ信号12を、R,G,Bの各色ごとに分離する。各色ごとに分離されたRAWデータ信号12は各色の信号レベル積算部31aにそれぞれ入力され、各信号レベル積算部31aは、一定期間(例えば1フレーム期間)の間、対応する色の信号レベルをそれぞれ積算する。
Referring to FIG. 5, integrating
ここで、各信号レベル積算部31aには、図1に示したCPU15から、積算エリア情報23aがそれぞれ入力されている。積算エリア情報23aは、画面全体の中で信号レベルの積算処理を実施する対象となる一部のエリアを指定するための情報である。一例として、1画面を縦横にそれぞれ4分割した場合に得られる合計16個のエリアの中の中央部4個のエリアが、積算エリアとして指定される。各信号レベル積算部31aは、積算エリア情報23aによって指定された積算エリアを対象として、上記の信号レベルの積算処理をそれぞれ実施する。
Here,
各色ごとの信号レベルの積算値に関するデータ14aは、電荷蓄積期間設定部32aに入力される。電荷蓄積期間設定部32aは、データ14aに基づいて、各色の信号レベルの積算値を比較することにより、撮像状態の被写体の信号レベルのダイナミックレンジを確保できるように、図1に示した撮像素子3の電荷蓄積期間(後述する図7に示す時点T2)を設定する。電荷蓄積期間設定部32aによる電荷蓄積期間の設定手法については、後に詳述する。
電荷蓄積期間設定部32aによって設定された電荷蓄積期間に関するデータ16aは、電荷蓄積期間制御部34に入力される。電荷蓄積期間制御部34は、撮像素子3の電荷蓄積期間を制御すべく、データ16aに基づいて、撮像素子3の電子シャッター(図示しない)を制御するための制御信号21を生成して出力する。図1に示したように、制御信号21は撮像素子3に入力される。
なお、図1,5を参照して、電荷蓄積期間制御部34は、データ16aに基づいて、例えば絞り2の開閉量を制御するための制御信号20を併せて生成してもよい。
1 and 5, the charge accumulation
図5を参照して、積算部13bは、色抽出部30bと、R,G,Bの各色ごとに設けられた合計3個の信号レベル積算部31bとを有している。色抽出部30bは、電荷蓄積期間制御部34によって電荷蓄積期間が制御されたRAWデータ信号12を、R,G,Bの各色ごとに分離する。各色ごとに分離されたRAWデータ信号12は、対応する色の信号レベル積算部31bにそれぞれ入力され、各信号レベル積算部31bは、後述する図7に示すT2の電荷蓄積期間で得られたRAWデータ信号12を、CPU15から出力される積算エリア情報23bに基づいて積算し、そのエリアにおける平均出力信号、すなわち入射光量を算出する。
Referring to FIG. 5, integrating
各色ごとの信号レベルの積算値に関するデータ14bは、補正量算出部32bに入力される。補正量算出部32bは、データ14bに基づいて、各色の信号レベルの積算値を比較することにより、ホワイトバランスを適切に調整するための信号レベルの補正量を算出する。補正量算出部32bによる信号レベルの補正量の算出手法については、後に詳述する。
補正量算出部32bによって算出された信号レベルの補正量に関するデータ16bは、AWB制御部33に入力される。AWB制御部33は、データ16bに基づいて、図1に示したAWB部8を制御するための制御信号24を生成して出力する。図1に示したように、制御信号24はAWB部8に入力される。
図6は、図1に示した積算部13の他の構成例を示すブロック図である。図5,6を参照して、積算部13cは、互いに同じ機能を有する積算部13aと積算部13bとを共通化(1個に統一)したものである。積算部13cは、色抽出部30cと、R,G,Bの各色ごとに設けられた合計3個の信号レベル積算部31cとを有している。色抽出部30cは、色抽出部30aと色抽出部30bとを共通化したものであり、信号レベル積算部31cは、信号レベル積算部31aと信号レベル積算部31bとを共通化したものである。各信号レベル積算部31cには、図1に示したCPU15から積算エリア情報23cがそれぞれ入力される。積算エリア情報23cは、電荷蓄積期間の設定処理においては積算エリア情報23aに相当し、信号レベルの補正量の算出処理においては積算エリア情報23bに相当する。
FIG. 6 is a block diagram illustrating another configuration example of the integrating
図6に示すように互いに同じ機能を有する積算部13aと積算部13bとを共通化することにより、図5に示したように積算部13aと積算部13bとを個別に設ける場合と比較すると、装置構成の簡略化及びコストの低減を図ることができる。
Compared with the case where the
次に、図5に示した電荷蓄積期間設定部32aによる電荷蓄積期間の設定手法、及び補正量算出部32bによる信号レベルの補正量の算出手法について説明する。以下では、色温度が高い状態、即ち、G,Bの各色に対応する撮像素子40の出力信号レベルに比べて、R色に対応する撮像素子40の出力信号レベルが低い状態を仮定して説明する。但し、この仮定は一例であり、被写体の撮像状態によっては各色の撮像素子40の出力信号レベルの大小関係がこの仮定と異なる場合もあるが、その場合であっても本発明を適用することは可能である。
Next, a method for setting the charge accumulation period by the charge accumulation period setting unit 32a shown in FIG. 5 and a method for calculating the signal level correction amount by the correction
図7は、感度特性が図4のグラフで与えられる2個の受光素子50,51を有する撮像素子41(図3参照)を用いた場合の、電荷蓄積期間と出力信号レベルとの関係を示すグラフである。グラフの横軸は電荷蓄積期間であり、縦軸は、撮像素子41からの出力信号レベルの積算値である。電荷蓄積期間T1における各色の平均出力信号レベルを、R色:r1、G色:g1、B色:b1とした場合、平均出力信号レベルは、色温度が高い状態(青空、曇天、蛍光灯等)ではg1,b1>>r1となり、色温度が低い状態(白熱灯、ハロゲン、夕暮れ等)ではr1>>b1となる。このように、色温度に応じて各色の平均出力信号レベルは異なる。
FIG. 7 shows the relationship between the charge accumulation period and the output signal level in the case of using the imaging device 41 (see FIG. 3) having two
従来のシステムにおいては、平均出力信号レベルが高いG色信号に基づいて電荷蓄積期間を設定することにより、入射光量をL1に調整していた(図7のg1)。このため、平均出力信号レベルが低いR色については入射光量が少ないため(図7のr1)、ホワイトバランス調整がなされる場合に、平均出力信号レベルが高い信号g1,b1に比べて量子化誤差が大きくなり、低階調における色S/Nの劣化や粒状性悪化等の弊害が発生する。 In the conventional system, the incident light amount is adjusted to L1 by setting the charge accumulation period based on the G color signal having a high average output signal level (g1 in FIG. 7). For this reason, since the amount of incident light is small for the R color with a low average output signal level (r1 in FIG. 7), when white balance adjustment is performed, the quantization error is higher than the signals g1 and b1 with a high average output signal level. As a result, an adverse effect such as deterioration of color S / N or deterioration of graininess occurs at a low gradation.
そこで、平均出力信号レベルの低いR色信号の入射光量がL1を満たすように、電荷蓄積期間をT2に調整する。この場合、平均出力信号レベルが高い色信号g2,b2については、受光素子51の感度特性によってダイナミックレンジの改善が行われており、飽和することなく出力信号を取り出すことができる。そこで、リニア補正部6において、受光素子50と受光素子51との感度特性の違いを考慮して出力信号レベルの補正を行うことにより、低階調における色S/Nの劣化や粒状性悪化等の弊害の発生を回避できる。
Therefore, the charge accumulation period is adjusted to T2 so that the incident light amount of the R color signal having a low average output signal level satisfies L1. In this case, for the color signals g2 and b2 having a high average output signal level, the dynamic range is improved by the sensitivity characteristic of the
また、高感度の受光素子50の電荷蓄積期間と低感度の受光素子51の電荷蓄積期間とが同一に設定されるため、撮像画面の同時性が保たれる特徴がある。同時性の効果として、高感度の受光素子50と低感度の受光素子51との撮像データをぶれ補正して合成する必要がなく、撮像装置のシステムの低コスト化を図ることができる。
Further, since the charge accumulation period of the high-sensitivity
これまで、平均出力信号レベルを用いる構成について説明したが、出力信号レベルの最大値をCPU15にて検出することにより、図4に示した入射光量L2の出力信号レベルM(L2)の受光素子51の飽和レベルを検出することができ、受光素子51が飽和レベルでクリップしない状態の電荷蓄積期間に微調整(電荷蓄積期間T2をT1の方向へ短縮)することが可能となる。これにより、ダイナミックレンジを確保した上で、単色の飽和に伴うホワイトバランスのずれ抑制や飽和領域の色づきを補正することが可能となる。
The configuration using the average output signal level has been described so far, but the
図8は、電子シャッターの動作と電荷蓄積期間との関係を示したタイミングチャートである。図1,8を参照して、電荷排出期間T1shにおいては、電子シャッター駆動パルスがCPU15から撮像素子3に一定間隔で間欠的に印加される。その結果、電子シャッターが間欠的に駆動して、撮像素子3が有する受光素子50,51の蓄積電荷が基板に排出される。つまり、電荷排出期間T1shにおいては、受光素子50,51による電荷蓄積動作は行われない。
FIG. 8 is a timing chart showing the relationship between the operation of the electronic shutter and the charge accumulation period. Referring to FIGS. 1 and 8, during the charge discharge period T1sh, an electronic shutter drive pulse is intermittently applied from the
一方、電荷蓄積期間T1expにおいては、撮像素子3には電子シャッター駆動パルスは印加されず、電子シャッターは駆動されない。その結果、受光素子50,51は電荷蓄積動作を行う。
On the other hand, in the charge accumulation period T1exp, the electronic shutter driving pulse is not applied to the
フレーム期間FR1は一定であるため、電荷蓄積期間設定部32aによって設定された電荷蓄積期間を確保するためには、電荷排出期間T1shの長さを調整する必要がある。そのため、設定された電荷蓄積期間の長さに応じて、CPU15から撮像素子3に印加する電子シャッター駆動パルスの個数を増減する。
Since the frame period FR1 is constant, it is necessary to adjust the length of the charge discharge period T1sh in order to ensure the charge accumulation period set by the charge accumulation period setting unit 32a. Therefore, the number of electronic shutter drive pulses applied from the
図7を参照して、次に、補正量算出部32bは、電荷蓄積動作を開始(時点ゼロ)した後、電荷蓄積期間が経過した時点(時点T2)における、G色の平均出力信号レベルg2とR色の平均出力信号レベルr2とに基づいて、R色の信号レベルの補正量を算出する。具体的には、g2−r2の差分を補正すべく、g2/r2なる補正量を算出する。その結果、図1に示したAWB部8において、R色の信号レベルに対してg2/r2倍のゲイン調整がなされ、ホワイトバランスが適切に調整される。
Referring to FIG. 7, next, the correction
なお、図7に示した例では、時点T2におけるG色の平均出力信号レベルg2とB色の平均出力信号レベルb2とがほぼ等しいため、B色についての補正は不要である。しかしながら、平均出力信号レベルb2が平均出力信号レベルg2よりも無視できない程度に小さい場合には、上記のR色に対する補正と同様の手法によって、B色の出力信号レベルを補正することも可能である。 In the example shown in FIG. 7, the G color average output signal level g2 and the B color average output signal level b2 at the time point T2 are substantially equal, so correction for the B color is not necessary. However, when the average output signal level b2 is so small that it cannot be ignored than the average output signal level g2, the output signal level for B color can be corrected by the same method as the correction for the R color. .
このように本実施の形態1に係る撮像装置によれば、電荷蓄積期間設定部32aは、図7に示した時点T2を電荷蓄積期間として設定し、補正量算出部32bは、時点T2における、G色の平均出力信号レベルg2とR色の平均出力信号レベルr2とに基づいて、R色の信号レベルの補正量を算出する。従って、図1に示したAWB部8における電気的なゲイン調整としては、R色の信号レベルに対してg2/r2倍のゲイン調整を行えば足りる。ところで、図7を参照して、従来の撮像装置のように時点T1においてR色の信号レベルを補正しようとする場合は、R色の信号レベルに対してg1/r1倍のゲイン調整を行う必要がある。図7から明らかなように、g2−r2の差分はg1−r1の差分よりも小さいため、g2/r2はg1/r1よりも小さくなる。従って、本実施の形態1に係る撮像装置によれば、時点T1においてR色の信号レベルを補正する場合と比較すると、AWB部8における電気的なゲイン調整量を少なくすることができ、その結果、ゲイン調整に起因するR色のS/Nの劣化を抑制することができる。
Thus, according to the imaging apparatus according to the first embodiment, the charge accumulation period setting unit 32a sets the time point T2 shown in FIG. 7 as the charge accumulation period, and the correction
実施の形態2.
図9は、本発明の実施の形態2に係る3板式撮像装置が備える撮像素子3の構成を示す模式図である。撮像素子3は、R色の色フィルタ43Rが配設されたR色の撮像素子43と、G色の色フィルタ44Gが配設されたG色の撮像素子44と、B色の色フィルタ45Bが配設されたB色の撮像素子45とを備えている。撮像素子43からはR色に対応する出力信号SRが出力され、撮像素子44からはG色に対応する出力信号SGが出力され、撮像素子45からはB色に対応する出力信号SBが出力される。各撮像素子43〜45は、図3に示した高感度の受光素子50と低感度の受光素子51とを有している。
FIG. 9 is a schematic diagram illustrating a configuration of the
図10は、本発明の実施の形態2に係る3板式撮像装置の全体構成を示すブロック図である。図10に示すように本実施の形態2に係る撮像装置は、レンズ1、絞り2、R,G,B3枚の撮像素子3a〜3c、CDS部4a、A/D変換部5a、リニア補正部6、AWB部8、画質処理部10、積算部13、及びCPU15を備えて構成されている。CPU15は、積算値判定部32、電荷蓄積期間制御部34、AWB制御部33、及び制御信号生成部100を有している。図10では、積算値判定部32、電荷蓄積期間制御部34、及びAWB制御部33が、いずれもCPU15内においてソフトウェアにて実現されている場合の例を示したが、別途ハードウェアとして構成することも可能である。
FIG. 10 is a block diagram showing an overall configuration of a three-plate imaging device according to
レンズ1は、被写体から送られてくる光信号を集光する。絞り2は、レンズ1から入射される光信号の入射光量を制御する。撮像素子3a〜3cは、絞り2を通して入射されたR,G,Bの各色の光信号を光電変換し、光信号に応じた電気信号を出力する。CDS部4aは、撮像素子3a〜3cから入力された信号に対して相関二重サンプリング法によるノイズ低減処理を実施し、その処理後の信号を出力する。A/D変換部5aは、CDS部4aから入力されたアナログ信号をディジタル信号に変換する。リニア補正部6は、撮像素子3a〜3cの非直線特性を補正するものであり、A/D変換部5aの出力を補正し、入射光量に比例したRAWデータ信号12として出力する。AWB部8は、CPU15から入力された制御信号24に基づき、リニア補正部6から入力されたRAWデータ信号12に対してホワイトバランス調整を行い、その調整後の信号を出力する。
The
画質処理部10は、AWB部8から入力された信号に対して、ノイズ低減、輪郭強調、及びガンマ調整等の画質処理を実施し、その処理後の信号を出力する。
The image
図7を参照し、G色の出力信号レベルに着目して、電荷蓄積期間がゼロからT1まではG色の平均出力信号レベルは急速に上昇し、電荷蓄積期間がT1の時点で、G色に対応する受光素子50の電荷蓄積量が飽和する。時点T1以降は、G色の平均出力信号レベルは緩やかに上昇する。
Referring to FIG. 7, paying attention to the output signal level of G color, the average output signal level of G color rises rapidly from zero to T1 during the charge accumulation period, and when the charge accumulation period is T1, G color The amount of charge accumulated in the
R色の出力信号レベルに着目して、R色は出力信号レベルが低いため、時点T1においても、R色に対応する受光素子50の電荷蓄積量は飽和しない。時点T1でのR色の平均出力信号レベルはr1(<g1)である。R色に対応する受光素子50の電荷蓄積量は、時点T2において飽和する。時点T2でのR色の平均出力信号レベルはr2(=g1)である。
Paying attention to the output signal level of the R color, since the output signal level of the R color is low, the charge accumulation amount of the
図11は、図5に対応して、本実施の形態2に係る積算部13、積算値判定部32、AWB制御部33、及び電荷蓄積期間制御部34の構成を具体的に示すブロック図である。図9に示した撮像素子43,44,45からそれぞれ出力された出力信号SR,SG,SBは、図10に示したCDS部4a、A/D変換部5a、及びリニア補正部6によって処理された後、図11に示す対応する色の信号レベル積算部31aにそれぞれ入力される。
FIG. 11 is a block diagram specifically showing the configuration of integrating
各信号レベル積算部31aは、積算エリア情報23aによって指定された積算エリアを対象として、一定期間(例えば1フレーム期間)の間、出力信号SR,SG,SBの各信号レベルをそれぞれ積算する。色温度が高い状態での撮像であることと、R色の色フィルタ43Rに対する分光感度特性の影響とにより、R色に関する信号レベルの積算値は、G色に関する信号レベルの積算値よりも大幅に小さくなる。各色ごとの信号レベルの積算値に関するデータ14aは、電荷蓄積期間設定部32cに入力される。
Each signal
電荷蓄積期間設定部32cは、データ14aに基づいて、各色の信号レベルの積算値を比較することにより、撮像素子3の電荷蓄積期間を各色ごとに個別に設定する。具体的には、図7を参照して、時点ゼロから時点T1までの期間を、G,Bの各色の電荷蓄積期間の長さとして設定し、時点ゼロから時点T2までの期間を、R色の電荷蓄積期間の長さとして設定する。時点T2は、時点T1と、その時点T1での平均出力信号レベルr1,g1とに基づいて求めることができる。式で表すと、T2=(g1/r1)×T1となる。ここで、電荷蓄積期間設定部32cは、電荷蓄積期間の終了時点を、R,G,Bの全色に関して同時点に設定する。従って、R色の電荷蓄積期間の開始時点が、G,Bの各色の電荷蓄積期間の開始時点よりも、T2−T1に相当する時間だけ早い時点に設定されることとなる。換言すれば、電荷蓄積期間設定部32cは、時点T1におけるG色の平均出力信号レベルg1とR色の平均出力信号レベルr1との差に応じて、R色の電荷蓄積期間の開始時点を、G,Bの各色の電荷蓄積期間の開始時点よりも早い時点に設定する。
The charge accumulation period setting unit 32c individually sets the charge accumulation period of the
図12は、R,G,Bの各色の電子シャッターの動作と、R,G,Bの各色の電荷蓄積期間との関係を示したタイミングチャートである。例えばフレーム期間FR3(N)に着目して、R色の電荷蓄積期間T3expRは、G,Bの各色の電荷蓄積期間T3expG,T3expBよりも早く開始されている。また、電荷蓄積期間T3expR,T3expG,T3expBの終了時点は全て同一であり、フレーム期間FR3(N)の最後に印加される1個の電荷読出クロックによって、全ての色の蓄積電荷量が読み出される。 FIG. 12 is a timing chart showing the relationship between the operation of the electronic shutters for each color of R, G, and B and the charge accumulation period for each color of R, G, and B. For example, focusing on the frame period FR3 (N), the R color charge accumulation period T3expR is started earlier than the G and B charge accumulation periods T3expG and T3expB. The end points of the charge accumulation periods T3expR, T3expG, and T3expB are all the same, and the accumulated charge amounts of all colors are read out by one charge read clock applied at the end of the frame period FR3 (N).
図11を参照して、各信号レベル積算部31bは、積算エリア情報23bによって指定された積算エリアを対象として、電荷蓄積期間制御部34によって電荷蓄積期間が制御された出力信号SR,SG,SBを入力し、対応する色の信号レベルをそれぞれ積算する。各色ごとの信号レベルの積算値に関するデータ14bは、補正量算出部32dに入力される。補正量算出部32dは、データ14bに基づいて、各色の信号レベルの積算値を比較することにより、ホワイトバランスを適切に調整するための信号レベルの補正量を算出する。
Referring to FIG. 11, each signal
このように本実施の形態2に係る撮像装置によれば、電荷蓄積期間設定部32cは、図7に示した時点T1におけるG色の平均出力信号レベルg1とR色の平均出力信号レベルr1との差に応じて、図12に示すようにR色の電荷蓄積期間T3expRをG色の電荷蓄積期間T3expGよりも長く設定し、T3expR=T2とする。従って、延長された電荷蓄積期間T3expRによる撮像においては、電荷蓄積期間T3expRが延長されない場合と比較して、R色の平均出力信号レベルが増加する。その結果、補正量算出部32dにおけるR色の平均出力信号レベルのゲイン補正量を、r1/g1=1とすることができる。あるいは、電荷蓄積期間T3expRの延長制御を行わない場合と比較して、ゲイン補正量算出部32dにおけるR色の平均出力信号レベルのゲイン補正量を少なくすることができる。
As described above, according to the imaging apparatus according to the second embodiment, the charge accumulation period setting unit 32c determines the G average output signal level g1 and the R average output signal level r1 at the time T1 illustrated in FIG. 12, the R color charge accumulation period T3expR is set longer than the G color charge accumulation period T3expG, and T3expR = T2. Therefore, in the imaging with the extended charge accumulation period T3expR, the average output signal level of R color increases as compared with the case where the charge accumulation period T3expR is not extended. As a result, the gain correction amount of the R average output signal level in the correction
そのため、本実施の形態2に係る撮像装置によれば、AWB部8における電気的なゲイン調整量を少なくすることができ、その結果、ゲイン調整に起因するR色のS/Nの劣化を抑制することができる。また、3板方式とすることによって補間処理を行うことが不要となり、図10に示した構成でシステムを構築することが可能で、色純度の向上、補間処理による偽色の発生を防止することが可能となる。
Therefore, according to the imaging apparatus according to the second embodiment, the electrical gain adjustment amount in the
なお、以上の説明では、説明の簡単化のため、R色の電荷蓄積期間T3expRのみを延長する例について述べたが、図7に示した時点T1と、その時点T1での平均出力信号レベルb1,g1とに基づいて、B色の電荷蓄積期間T3expRを延長することも可能である。 In the above description, for simplification of description, an example in which only the R charge storage period T3expR is extended has been described. However, the time T1 illustrated in FIG. 7 and the average output signal level b1 at the time T1 are illustrated. , G1 and the B color charge accumulation period T3expR can be extended.
実施の形態3.
図13は、本発明の実施の形態3に係る単板式撮像装置の全体構成を示すブロック図である。図13に示すように本実施の形態3に係る撮像装置は、レンズ1、絞り2、撮像素子3、CDS部4、A/D変換部5、リニア補正部6、色抽出合成処理部70、補間部9、画質処理部10、積算部13、及びCPU15を備えて構成されている。撮像素子3の構成は、図2に示した構成と同様である。本実施の形態3において、撮像素子3が備える各撮像素子41は、図3に示した高感度の受光素子50と低感度の受光素子51とを有している。色抽出合成処理部70は、CPU15からの制御信号82によって制御される。
FIG. 13 is a block diagram showing an overall configuration of a single-plate imaging apparatus according to
CPU15は、電荷蓄積期間制御部34、積算値判定部32、色抽出合成制御部101、及び制御信号生成部100を有している。図13では、電荷蓄積期間制御部34、積算値判定部32、及び色抽出合成制御部101が、いずれもCPU15内においてソフトウェアにて実現されている場合の例を示したが、別途ハードウェアとして構成することも可能である。色抽出合成制御部101は、積算値判定部32の判定結果に基づき、制御信号82によって色抽出合成処理部70を制御する。
The
図14は、図13に示した色抽出合成処理部70の構成を具体的に示すブロック図である。色抽出合成処理部70は、数フレーム分の画像データを記憶可能な画像メモリ(フィールドメモリ)71と、画像データ抽出部72と、画像データ合成部73とを有している。G色及びB色の平均出力信号レベルがほぼ同じで、R色の平均出力信号レベルが低い場合、画像データ抽出部72は、画像メモリ71に記憶されているG色及びB色の画像データを抽出する。続くフレームにおいて、画像データ抽出部72は、R色の平均出力信号レベルが、前フレームで抽出したG色及びB色の平均出力信号レベルと同じになるように調整して、画像メモリ71に記憶されているR色の画像データを抽出する。画像データ合成部73は、抽出したR,G,Bの各色の画像データを合成する。
FIG. 14 is a block diagram specifically showing the configuration of the color extraction /
図7,13を参照して、時点ゼロから時点T1までの期間が第1の電荷蓄積期間T2exp1として設定され、時点ゼロから時点T2までの期間が第2の電荷蓄積期間T2exp2として設定される。設定された電荷蓄積期間T2exp1,T2exp2に関するデータ16aは、電荷蓄積期間制御部34に入力される。電荷蓄積期間制御部34は、撮像素子3の電荷蓄積期間を制御すべく、データ16aに基づいて、撮像素子3の電子シャッターを制御するための制御信号21を生成して出力する。制御信号21は撮像素子3に入力される。
7 and 13, a period from time zero to time T1 is set as a first charge accumulation period T2exp1, and a period from time zero to time T2 is set as a second charge accumulation period T2exp2.
図15は、電子シャッターの動作と電荷蓄積期間との関係を示したタイミングチャートである。図14,15を参照して、まず、フレーム期間FR2(N)においては、第1の電荷蓄積期間T2exp1による撮像が行われる。この撮像によって取得された画像(以下「第1の画像」と称する)は、画像メモリ71に記憶される。続くフレーム期間FR2(N+1)においては、第2の電荷蓄積期間T2exp2による撮像が行われる。この撮像によって取得された画像(以下「第2の画像」と称する)も、第1の画像と同様に画像メモリ71に記憶される。
FIG. 15 is a timing chart showing the relationship between the operation of the electronic shutter and the charge accumulation period. With reference to FIGS. 14 and 15, first, in the frame period FR2 (N), imaging is performed in the first charge accumulation period T2exp1. An image acquired by this imaging (hereinafter referred to as “first image”) is stored in the
なお、フレーム期間FR2(N)における第1の電荷蓄積期間T2exp1と、フレーム期間FR2(N+1)における第2の電荷蓄積期間T2exp2とは、フレーム期間FR2(N−1)以前のフレーム期間において検出された結果に基づいて設定される。 Note that the first charge accumulation period T2exp1 in the frame period FR2 (N) and the second charge accumulation period T2exp2 in the frame period FR2 (N + 1) are detected in the frame period before the frame period FR2 (N−1). It is set based on the result.
画像データ抽出部72は、画像メモリ71に記憶されている第1の画像の中から、G,Bの各色に対応する画像データ(以下「第1の画像データ」と称する)を抽出し、抽出した第1の画像データを画像データ合成部73に送る。また、画像データ抽出部72は、画像メモリ71に記憶されている第2の画像の中から、R色に対応する画像データ(以下「第2の画像データ」と称する)を抽出し、抽出した第2の画像データを画像データ合成部73に送る。画像データ合成部73は、第1の画像データと第2の画像データとを合成することにより、1枚の画像に相当する画像データを生成する。
The image
このように本実施の形態3に係る撮像装置によれば、電荷蓄積期間設定部80は、互いに長さが異なる第1の電荷蓄積期間T2exp1(=T1)と第2の電荷蓄積期間T2exp2(=T2)とを設定する。そして、第1の電荷蓄積期間T2exp1による撮像によって第1の画像が取得され、第2の電荷蓄積期間T2exp2による撮像によって第2の画像が取得され、画像データ合成部73は、第1の画像の中から抽出されたG,Bの各色に対応する第1の画像データと、第2の画像の中から抽出されたR色に対応する第2の画像データとを合成することにより、1枚の画像に相当する画像データを生成する。従って、画像データ合成部73によって得られた画像データは、R,G,Bの各色の信号レベルがほぼ一致しているため、図1に示したAWB部8を省略することができる。その結果、AWB調整に伴ったゲイン調整に起因するR色のS/Nの劣化を回避することができる。
As described above, according to the imaging device according to the third embodiment, the charge accumulation period setting unit 80 includes the first charge accumulation period T2exp1 (= T1) and the second charge accumulation period T2exp2 (= T2) is set. Then, the first image is acquired by imaging in the first charge accumulation period T2exp1, the second image is acquired by imaging in the second charge accumulation period T2exp2, and the image
なお、以上の説明では、説明の簡単化のため、G,Bの各色の電荷蓄積期間T2exp1を同一にする例について述べたが、図7に示した時点T1と、その時点T1での平均出力信号レベルb1,g1とに基づいて、B色の電荷蓄積期間を設定してもよい。この場合は、R,G,Bの各色ごとに個別の電荷蓄積期間が設定されるため、連続する3フレーム期間を用いて各色ごとに画像を取得し、画像メモリ71に記憶されている3枚の画像から抽出された画像データを、画像データ合成部73によって合成することとなる。
In the above description, for simplification of description, an example in which the charge accumulation periods T2exp1 of the colors G and B are made the same has been described. However, the time T1 shown in FIG. 7 and the average output at the time T1 are shown. A B color charge accumulation period may be set based on the signal levels b1 and g1. In this case, since an individual charge accumulation period is set for each color of R, G, and B, an image is acquired for each color using three consecutive frame periods, and the three images stored in the
3,41,43〜45 撮像素子、8 AWB部、13 積算部、31a〜31c 信号レベル積算部、32 積算値判定部、32a,32c 電荷蓄積期間設定部、32b 補正量算出部、33 AWB制御部、34 電荷蓄積期間制御部、50,51 受光素子、70 色抽出合成処理部、71 画像メモリ、72 画像データ抽出部、73 画像データ合成部。
3, 41, 43 to 45 Image sensor, 8 AWB unit, 13 integrating unit, 31a to 31c signal level integrating unit, 32 integrated value determining unit, 32a, 32c charge accumulation period setting unit, 32b correction amount calculating unit, 33
Claims (6)
前記撮像素子の出力信号レベルを各色ごとに積算する積算手段と、
前記積算手段による積算結果に基づいて、前記撮像素子の電荷蓄積期間を設定する電荷蓄積期間設定手段と、
前記電荷蓄積期間内に得られた前記撮像素子の出力信号レベルの各色ごとの積算値に基づいて、ホワイトバランス調整を実施するホワイトバランス調整手段と
を備える撮像装置。 An image sensor having a plurality of light receiving elements having different sensitivity characteristics and saturation characteristics;
Integrating means for integrating the output signal level of the image sensor for each color;
Charge accumulation period setting means for setting a charge accumulation period of the image sensor based on the accumulation result by the accumulation means;
An image pickup apparatus comprising: a white balance adjustment unit that performs white balance adjustment based on an integrated value for each color of the output signal level of the image pickup element obtained during the charge accumulation period.
高感度かつ飽和光量が小さい第1の受光素子と、
低感度かつ飽和光量が大きい第2の受光素子と
を含む、請求項1に記載の撮像装置。 The plurality of light receiving elements are:
A first light receiving element having high sensitivity and a small saturated light amount;
The imaging apparatus according to claim 1, further comprising a second light receiving element having low sensitivity and a large saturation light amount.
前記第1の電荷蓄積期間による撮像によって取得された第1の画像と、前記第2の電荷蓄積期間による撮像によって取得された第2の画像とを記憶する画像記憶部と、
前記画像記憶部に記憶されている前記第1及び第2の画像の中から、前記第1の色に対応する第1の画像データ及び前記第2の色に対応する第2の画像データをそれぞれ抽出する画像データ抽出部と、
前記画像データ抽出部によって抽出された前記第1及び第2の画像データを合成する画像データ合成部と
をさらに備える、請求項1〜3のいずれか一つに記載の撮像装置。
The charge accumulation period setting means sets a first charge accumulation period for the first color, sets a second charge accumulation period for the second color,
An image storage unit that stores a first image acquired by imaging in the first charge accumulation period and a second image acquired by imaging in the second charge accumulation period;
First image data corresponding to the first color and second image data corresponding to the second color are respectively selected from the first and second images stored in the image storage unit. An image data extraction unit to be extracted;
The imaging apparatus according to claim 1, further comprising: an image data synthesis unit that synthesizes the first and second image data extracted by the image data extraction unit.
Priority Applications (1)
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2010009584A (en) * | 2008-05-29 | 2010-01-14 | Sony Corp | Display device |
-
2004
- 2004-08-19 JP JP2004239324A patent/JP2006060462A/en active Pending
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