JP2006074693A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＣＣＤからの１画像分の電荷信号の読み出す期間よりも短い期間で露光を可能とし、手ぶれの許容範囲で、画像の明るいの静止画像を生成する撮像装置を提供する。 【解決手段】 被写体像を所定の露光期間内に時分割露光させて、その時分割露光により得られた電荷を垂直転送部に一時保存させる時分割露光可能なＣＣＤ１１と、このＣＣＤ１１の時分割露光により生成された時分割撮像信号を個々のフレーム撮像信号に分割するフレーム分割部１２と、この分割されたフレーム撮像信号を記臆させるフレームメモリ１３と、手ぶれ検出された際に、個々のフレーム撮像信号の相対的位置関係を補正し、その補正された個々のフレーム撮像信号を加算する手ぶれ補正加算部１６を備えた撮像装置。 【選択図】 図１

Description

本発明は、静止画像を撮影する撮像装置に係り、特に撮影時の手ぶれによる撮影画像のズレの補正機能を有する撮像装置に関する。

従来、静止画像を撮影する撮像装置である電子スチールカメラは、低照度下の長時間露光を行う場合に、手ぶれにより撮影した像にズレが生じることは広く知られている。この手ぶれによる撮影像のズレを防止する方法として、撮像面に対する被写体像の相対的動きを検出し、その動き情報を基に結像画像をシフトさせる光学系を駆動させて、撮像面に対して被写体像を相対的に静止させている。

又、動画を対象とした手ぶれ補正制御として、前記した光学系をシフトさせる方法と、メモリや撮像素子の駆動を制御して、撮像可能領域からの画枠を移動させる電子式の方法も用いられている。

これらの手ぶれ補正における手ぶれ検出としては、画像処理において被写体の移動量と方向を検出する動きベクトル検出と、角速度センサによるカメラ本体の揺れを直接検出する角速度検出が用いられる。

このような手ぶれ補正方法は、動画撮影においては有用であるが、静止画撮影時の長時間露光による１画像の中の像ブレを解消には不向きである。又、前記結像画像をシフトさせる特殊光学系は、構造が複雑となりコスト上昇の要因となると共に、特殊光学系の採用による結像性能の低下が生じる。

そこで、静止画像撮影に適し、長時間露光による１画像の中の手ぶれによる像ズレを補正可能とした電子スチールカメラである撮像装置が、例えば、特許文献１に提案されている。この特許文献１に提案されている電子スチールカメラは、露光開始からのカメラ本体のぶれ量を検出するぶれ量検出手段を設け、このぶれ量検出手段が露光開始からのぶれ量が所定量に達したことを検知すると、撮像素子からの画像信号を読み出す動作を、当初の露光開始からの露光時間が所定の時間に達するまで繰り返し行い、この繰り返し読み出された画像信号を加算することにより一つの画像信号を得ている。つまり、手ぶれにより分割して読み出された各々の画像信号同士には手ぶれに伴う位置ズレがあるが、その位置ズレは少ない。この少ない位置ズレは、補正手段による補正が容易となるために、位置ズレ補正された各々の画像信号を加算することで、手ぶれの許容範囲に収めた一つの静止画像信号を得ることができる。

一方、電子スチールカメラに用いる撮像素子の電荷結合素子（以下、ＣＣＤと称する）は、図５に示すような、インターライン型ＣＣＤ５０が用いられる。このインターライン型ＣＣＤ５０は、画素であるフォトダイオード５１の電荷を掃引するための垂直転送部５２に、各フォトダイオード５１に対して２つの電極を有しており、２つのフォトダイオード５１毎に４相（Ｖ１〜Ｖ４）の垂直駆動を行っている。なお、符号５３は水平転送部である。

このようなインターライン型ＣＣＤ５０は、ある露光期間内にフォトダイオード５１に蓄えられた電荷を垂直転送部５２に転送し、その転送後に垂直転送部５２の各電極にパルスを印加して、垂直転送部５１の電荷を水平転送部５３に順次出力させ、かつ、水平転送部５３から水平ライン毎の画像信号として順次出力する。
特開２００３−３２５４０号公報

電子スチールカメラに用いられるインターライン型ＣＣＤ５０は、垂直転送部５２に転送されている電荷が、一つの撮像画面分出力し終わらないうちは、垂直転送部５２に電荷が残っている状態となる。

このようなインターライン型ＣＣＤ５０を用いた電子スチールカメラにおいて、低照度の条件下で撮影するとシャッター速度は遅くなり、手ぶれが最も発生しやすい要因となる。また、連続撮影を行う場合は、ＣＣＤから一つの撮像画面分の電荷信号を読み出す時間よりも短い間隔での連続撮影は行うことができない。

つまり、上述した特許文献１に提案されているぶれ量検出手段によりぶれ量が所定値に達したことを検知して、インターライン型ＣＣＤ５０からの画像信号を読み出す動作を当初の露光開始からの露光時間が所定の時間に達するまで繰り返し行う電子スチールカメラは、当初の露光開始から露光時間が所定の時間に達するまでに繰り返される露光と電荷信号の出力の回数は、垂直転送部５２からの全ての電荷を読み出し出力する時間に影響される。

このため、当初の露光時間内に、手ぶれ検知した際に出力される画像信号の数に限界があり、手ぶれ補正後の画像信号を加算して生成される一つの画像信号は暗い画像となる課題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、電荷結合素子からの一つの画像分の電荷信号を読み出す期間よりも短い期間での露光を可能とし、当初の露光期間内において、多くの数の撮像信号を生成し、手ぶれは許容範囲で、画像の明るいの静止画像を生成できる撮像装置を提供することを目的としている。

本発明の撮像装置は、撮影レンズを通して結像された被写体像を所定の露光期間内に時分割露光させて多段の時分割撮像信号を生成する撮像手段と、前記撮像手段により生成された所定の露光期間内の多段の時分割撮像信号を個々の時分割撮像信号に分割して記憶させる撮像信号分割記憶手段と、手ぶれ検出された際に、前記撮像信号分割記憶手段に記憶されている個々の時分割撮像信号の間の相対的位置関係を補正し、その補正された個々の時分割撮像信号を合成加算する手ぶれ補正加算手段と、この手ぶれ補正加算手段により合成加算された撮像信号に所定の信号処理を施して撮影映像データを生成する映像信号処理手段と、を具備することを特徴としている。

本発明の撮像装置の前記撮像手段は、１撮像画面の所定の露光期間内に多段の時分割露光させ、その多段の時分割露光により得られた電荷を垂直転送部に一時保存させる多段の時分割露光可能な電荷結合素子を有することを特徴としている。

本発明の撮像装置の前記撮像信号分割記憶手段は、前記撮像手段の多段の時分割露光可能な電荷結合素子の垂直転送部に一時保存されている多段の時分割電荷を読み出し、多段の時分割撮像信号を生成し、その多段の時分割撮像信号から個々の時分割信号に分割する分割部と、この分割部により分割された個々の時分割信号を記憶する記憶部とを有することを特徴としている。

本発明の撮像装置の前記手ぶれ補正加算手段は、手ぶれが検出された場合、前記撮像信号分割記憶手段に記憶されている個々の時分割撮像信号の相対的位置関係のズレを補正し、そのズレ補正された個々の時分割撮像信号を合成加算して１画面の撮像信号を生成することを特徴としている。

また、本発明の撮像装置の前記手ぶれ補正加算手段は、手ぶれが検出されない場合は、前記撮像信号分割記憶手段に記憶されている個々の時分割撮像信号を合成加算して１画面の撮像信号を生成することを特徴としている。

本発明の撮像装置は、電荷結合素子からの一つの画像分の電荷信号を読み出す期間よりも短い期間での露光を可能となり、低照度下での手ぶれも最小化でき、手ぶれ補正は時分割生成された撮像画像の画角のみの補正の簡素な補正が可能となり、かつ、所望の明るさの撮像画像が得られる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。本発明の撮像装置の一実施形態について、図１乃至図４を用いて説明する。

本発明の撮像装置に用いるインターライン型の多段時分割電荷結合素子（以下、単に多段時分割ＣＣＤと称する）１１について図１を用いて説明する。

この多段時分割ＣＣＤ１１は、各フォトダイオード１に対して、それぞれ４つの転送電極Ｖ１Ａ，Ｖ１Ｂ，Ｖ３Ａ，Ｖ３Ｂを有する４倍の転送を可能とする垂直転送部２を設けている。なお、図中の符号３は、水平転送部である。

この多段時分割ＣＣＤ１１のフォトダイオード１において光電変換された電荷は、垂直転送部２の転送電極Ｖ１Ａ，Ｖ１Ｂ，Ｖ３Ａ，Ｖ３Ｂに時分割して順次転送する。すなわち、図３に示すように、１つのフォトダイオード１からは、４回の露光期間１〜４がインターリーブされた形で電荷が転送電極Ｖ１Ａ，Ｖ１Ｂ，Ｖ３Ａ，Ｖ３Ｂに転送されて貯えられる。

従来のＣＣＤ５０は、一つの静止画像分の電荷を読み出すための必要な時間をＴとすると、ＣＣＤ５０の露光時間は最長でＴとなる。しかし、本発明に用いる多段時分割ＣＣＤ１１は、露光時間Ｔの間に垂直転送部２に４回の電荷の転送が可能としている。このため、転送タイミングの時間をずらして露光時間Ｔ／４の露光を４回行うことが可能となる。

つまり、多段時分割ＣＣＤ１１は、図４に示すように、一つの静止画像の１露光期間を第１から第４のフレーム露光期間の４つに時分割して露光した電荷を垂直転送部２にそれぞれ転送することができる。すなわち、１露光期間であるシャッタ速度を４つフレーム露光期間に時分割するために、１つのフレームの露光期間は４倍の早さのシャッタ速度となる。

このような多段時分割ＣＣＤ１１を用いた撮像装置の構成について図２を用いて説明する。多段時分割ＣＣＤ１１からの多段時分割露光により得られた１つの静止画像の撮像信号を４つのフレームの撮像信号に分割するフレーム分割部１２、このフレーム分割部１２において４つのフレームに分割された撮像信号を一時記憶するフレームメモリ１３、撮像装置本体の手ぶれを検出する手ぶれ検出部１５、この手ぶれ検出部１５において、手ぶれが検出された際に、フレームメモリ１３に記憶されている４つのフレームの撮像信号のズレを補正すると共に、そのズレ補正後の４つのフレームの撮像信号を加算して一つの撮像信号を生成する手ぶれ補正加算部１６、この手ぶれ補正加算部１６において、手ぶれ補正と加算処理されて生成された一つの撮像信号を圧縮符号化処理して輝度及び色情報からなる映像データを生成する映像信号処理部１７、及び多段時分割ＣＣＤ１１、フレーム分割部１２、並びに映像信号処理部１７の駆動タイミングを制御するパルスを生成する同期パルス発生部１４からなっている。

多段時分割ＣＣＤ１１は、同期パルス発生部１４からの制御パルスの基で、撮影レンズを通して結像された被写体像を所定の露光期間内に時分割露光させる。この時分割露光により垂直転送部１２の転送電極Ｖ１Ａ，Ｖ１Ｂ，Ｖ３Ａ，Ｖ３Ｂにフォトダイオード１からの電荷が時分割転送されて貯えられる。その垂直転送部２３の転送電極Ｖ１Ａ，Ｖ１Ｂ，Ｖ３Ａ，Ｖ３Ｂに貯えられた４つに時分割された電荷は、同期パルス発生部１４からの制御パルスの基で、水平転送部３により水平ライン単位毎に転送されて出力される。つまり、この多段時分割ＣＣＤ１１からの出力は、図３に示すように、水平ラインに露光期間１〜４の電荷からなる。

この多段時分割ＣＣＤ１１から出力された露光期間１〜４の電荷は、相関二重サンプリング等の信号処理を行って撮像信号が生成される。この相関二重サンプリング等により得られた撮像信号は、一つの撮像画像を構成する撮像信号は、露光期間１〜４に時分割されたそれぞれの時分割撮像信号の集合である。従って、露光期間１の第１フレーム露光期間の撮像信号、露光期間２の第２フレーム露光期間の撮像信号、露光期間３の第３フレーム露光期間の撮像信号、及び露光期間４の第４フレーム露光期間の撮像信号からなる撮像信号である。つまり、多段時分割ＣＣＤ１１は、撮影レンズ及び相関二重サンプリングなどの信号処理を含む撮像手段である。

この第１〜第４のフレーム露光期間からなる撮像信号は、フレーム分割部１２において、第１〜第４のフレーム露光期間の撮像信号を分割して、第１〜第４の個々のフレーム撮像信号に分割する。つまり、図４に示すように、１露光期間の撮像信号を第１から第４のフレーム露光期間の撮像信号に分割する。

このフレーム分割部１２において、分割された第１〜第４のフレーム露光期間毎の撮像信号は、フレームメモリ１３にそれぞれ一時記憶する。このフレームメモリ１３は、一つの静止画像を４つに時分割された撮像信号を記憶するための記憶容量を有しているＤＲＡＭ等が用いられる。つまり、このフレーム分割部１２とフレームメモリ１３により撮像信号分割記憶手段を構成している。

手ぶれ検出部１５は、撮像装置本体の手ぶれを検出するための角速度センサが設けられている。この角速度センサは、撮像装置から被写体を見た時、左右方向であるＸ軸方向の回転中心と、上下方向であるＹ軸方向の回転中心とする角速度を検出するセンサがそれぞれ設けられている。

また、この手ぶれ検出部１５は、角速度センサに変えて、時分割された撮像信号の相対的位置のズレを検出する方法もある。

手ぶれ検出部１５により手ぶれが検出されると、手ぶれ補正加算手段である手ぶれ補正加算部１６は、フレームメモリ１３に記憶されている時分割された第１〜第４のフレーム露光期間毎の撮像信号の相互の位置ズレを検出し、その位置ズレの補正を行う。

一般的に、撮像レンズの焦点距離などの条件によるが、銀塩カメラにおいて、シャッタ速度を１／３０秒で撮影した場合の手ぶれによる撮像画像のブレは目立つが、シャッタ速度を１／６０秒で撮影すると手ぶれによる撮像画像のブレは目立たない手ぶれ許容範囲での撮影が可能といわれている。

このことから、本発明の撮像装置に用いる多段時分割ＣＣＤ１１は、例えば、一つの静止画を１／１５秒のシャッタ速度で撮像する際に、第１〜第４のフレームに時分割して露光するために、１つのフレームの露光時間は、４倍のシャッタ速度の１／６０秒の露光期間となる。このために、１つのフレームの露光期間の手ぶれは、撮像画像に生じるブレとしては目立たないブレが最小化された許容範囲とすることができる。しかし、第１〜第４のフレーム露光期間は、時間的に異なるために、４つのフレームの撮像信号の相互の位置ズレ、すなわち、画角の違いを生ずる。そこで、手ぶれ検出部１５の手ぶれ検出に応じて、第１〜第４のフレーム露光期間の撮像信号の切り出し位置を変えて、第１〜第４のフレーム撮像信号の画角を合わせる補正を行い、その画角補正された第１〜第４のフレーム撮像信号を加算することにより手ぶれを許容範囲内とする撮像画像が得られる。

また、手ぶれの有無に拘わらず、１つの静止画像を撮像するための１露光期間を第１〜第４のフレームに時分割して露光させるために、１つのフレーム露光期間は短い（シャッタ速度が速い）ために生成される１つフレームの露光期間の撮像信号は暗くなるが、これら第１〜第４のフレームの露光期間の撮像信号を加算することにより当初設定された露光期間の明るさの撮像信号を得ることができる。

この手ぶれ補正加算部１６において、手ぶれ補正と加算処理されて生成された撮像信号は、映像信号処理部１７において、圧縮符号化処理して輝度及び色情報等の映像データを生成して、映像出力端子１８から図示していない記録メディアに記録させたり、あるいは、モニタに撮像画像を表示させる。

以上説明したように、本発明の撮像装置は、多段時分割ＣＣＤを用いることにより１撮像画像を時分割して高速連続撮影が可能となり、低照度下での手ぶれも最小化でき、かつ、時分割生成された撮像画像の画角のみの補正により簡素な手ぶれ補正が可能となり、かつ、所望の明るさの撮像画像が得られる。

本発明の一実施形態である撮像装置に用いる多段時分割電荷結合素子の構成を説明する説明図。 本発明の一実施形態である撮像装置の構成を示すブロック図。 本発明の一実施形態である撮像装置に用いる多段時分割電荷結合素子の垂直転送部からの電荷の取り出し作用を説明する説明図。 本発明の一実施形態である撮像装置に用いる多段時分割電荷結合素子の垂直転送部からの１露光期間の時分割露光期間を説明する説明図。 従来の撮像装置に用いられるインターライン型電荷結合素子の構成を説明する説明図。

符号の説明

１ フォトダイオード、２ 垂直転送部、３ 水平転送部、１１ 多段時分割電荷結合素子、１２ フレーム分割部、１３ フレームメモリ、１４ 同期パルス発生部、１５ 手ぶれ検出部、１６ 手ぶれ補正加算部、１７ 映像信号処理部
代理人 弁理士 伊藤 進

Claims (5)

1. 撮影レンズを通して結像された被写体像を所定の露光期間内に時分割露光させて多段の時分割撮像信号を生成する撮像手段と、
   前記撮像手段により生成された所定の露光期間内の多段の時分割撮像信号を個々の時分割撮像信号に分割して記憶させる撮像信号分割記憶手段と、
   手ぶれ検出された際に、前記撮像信号分割記憶手段に記憶されている個々の時分割撮像信号の間の相対的位置関係を補正し、その補正された個々の時分割撮像信号を合成加算する手ぶれ補正加算手段と、
   この手ぶれ補正加算手段により合成加算された撮像信号に所定の信号処理を施して撮影映像データを生成する映像信号処理手段と、
   を具備することを特徴とした撮像装置。
2. 前記撮像手段は、１撮像画面の所定の露光期間内に多段の時分割露光させ、その多段の時分割露光により得られた電荷を垂直転送部に一時保存させる多段の時分割露光可能な電荷結合素子を有することを特徴とした請求項１記載の撮像装置。
3. 前記撮像信号分割記憶手段は、前記撮像手段の多段の時分割露光可能な電荷結合素子の垂直転送部に一時保存されている多段の時分割電荷を読み出し、多段の時分割撮像信号を生成し、その多段の時分割撮像信号から個々の時分割信号に分割する分割部と、この分割部により分割された個々の時分割信号を記憶する記憶部とを有することを特徴とした請求項１又は２のいずれかに記載の撮像装置。
4. 前記手ぶれ補正加算手段は、手ぶれが検出された場合、前記撮像信号分割記憶手段に記憶されている個々の時分割撮像信号の相対的位置関係のズレを補正し、そのズレ補正された個々の時分割撮像信号を合成加算して１画面の撮像信号を生成することを特徴とした請求項１乃至３のいずれかに記載の撮像装置。
5. 前記手ぶれ補正加算手段は、手ぶれが検出されない場合は、前記撮像信号分割記憶手段に記憶されている個々の時分割撮像信号を合成加算して１画面の撮像信号を生成することを特徴とした請求項１乃至３のいずれかに記載の撮像装置。

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