JP2006237998A - Imaging device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、入射光を電気信号に変換する撮像素子を有する撮像装置に関する。 The present invention relates to an imaging apparatus having an imaging element that converts incident light into an electrical signal.
従来、デジタルカメラ等の撮像装置には、入射光を電気信号に変換する複数の画素を有する撮像素子が設けられている。これら複数の画素は、入射光量に基づいて電気信号への変換モードを切り換えるようになっており、より詳細には、入射光を電気信号に線形変換する線形変換モードと、対数変換する対数変換モードとを切り換えるようになっている。また、撮像素子の後段には、対数変換モード由来の電気信号を線形変換モード由来の状態に変換するか、或いは線形変換モード由来の電気信号を対数変換モード由来の状態に変換する特性変換を行う信号処理部が設けられており、電気信号全体を線形変換モード由来または対数変換モード由来の状態に統一して電気信号の処理を容易化するようになっている。 2. Description of the Related Art Conventionally, an imaging device such as a digital camera is provided with an imaging element having a plurality of pixels that convert incident light into an electrical signal. These pixels are designed to switch the conversion mode to an electric signal based on the amount of incident light, and more specifically, a linear conversion mode for linearly converting incident light into an electric signal and a logarithmic conversion mode for logarithmic conversion. And are to be switched. Further, in the subsequent stage of the image sensor, the electrical signal derived from the logarithmic conversion mode is converted into a state derived from the linear conversion mode, or the characteristic conversion is performed to convert the electrical signal derived from the linear conversion mode into a state derived from the logarithmic conversion mode. A signal processing unit is provided to facilitate the processing of the electrical signal by unifying the entire electrical signal into a state derived from the linear conversion mode or the logarithmic conversion mode.
このような撮像素子によれば、線形変換モードのみを行う撮像素子と比較して電気信号のダイナミックレンジが広くなるため、輝度範囲の広い被写体を撮影した場合であっても、全輝度情報を電気信号で表現することができる。 According to such an image sensor, since the dynamic range of the electric signal is wide compared to an image sensor that performs only the linear conversion mode, even when a subject having a wide luminance range is imaged, It can be expressed as a signal.
ところで、上記の複数の画素は、画素の違いに起因して、入出力特性にばらつきを有している。そのため、このようなばらつきを解消する方法として、各画素からの出力を補正して基準出力値に一致させる方法がある(例えば、特許文献1,2参照)。
しかしながら、上記特許文献に開示の補正方法では、撮影条件や環境条件などの駆動条件によって入出力特性が変動する場合に、基準条件における基準出力値と、実際の画素の出力値とのズレを補正することができない。そのため、電気信号全体を正確に線形変換モードまたは対数変換モード由来の状態に統一することができない。 However, the correction method disclosed in the above-mentioned patent document corrects the deviation between the reference output value under the reference condition and the actual pixel output value when the input / output characteristics fluctuate due to driving conditions such as shooting conditions and environmental conditions. Can not do it. For this reason, it is impossible to accurately unify the entire electrical signal to a state derived from the linear conversion mode or the logarithmic conversion mode.
本発明の課題は、電気信号を正確に線形変換モードまたは対数変換モード由来の状態に統一することができる撮像装置を提供することである。 The subject of this invention is providing the imaging device which can unify an electric signal correctly in the state derived from the linear transformation mode or the logarithmic transformation mode.
請求項1記載の発明は、撮像装置において、
入射光を電気信号に線形変換する線形変換モードと、対数変換する対数変換モードとを入射光量に基づいて切り換える複数の画素を有する撮像素子と、
電気信号に対して信号処理を行う信号処理部とを備え、
前記信号処理部は、
前記対数変換モード及び前記線形変換モードの一方の変換モード由来の電気信号を、他方の変換モード由来の状態に変換する特性変換を行う複数の特性変換部を、各駆動条件の各変域に対応付けて備え、
これら複数の特性変換部のうち、撮像時の前記駆動条件に対応する前記特性変換部で前記特性変換を行うことを特徴とする。
The invention according to
An imaging device having a plurality of pixels that switch between a linear conversion mode for linearly converting incident light into an electrical signal and a logarithmic conversion mode for logarithmic conversion based on the amount of incident light;
A signal processing unit that performs signal processing on the electrical signal,
The signal processing unit
A plurality of characteristic conversion units that perform characteristic conversion for converting an electrical signal derived from one of the logarithmic conversion mode and the linear conversion mode into a state derived from the other conversion mode, corresponding to each domain of each driving condition In preparation,
Among the plurality of characteristic conversion units, the characteristic conversion is performed by the characteristic conversion unit corresponding to the driving condition at the time of imaging.
ここで、撮像素子の駆動条件としては、外部条件と撮像条件とがある。外部条件としては温度などがあり、撮像条件としては画素の露光時間や制御電圧などがある。 Here, driving conditions for the image sensor include an external condition and an imaging condition. The external conditions include temperature, and the imaging conditions include pixel exposure time and control voltage.
請求項1記載の発明によれば、撮像素子の少なくとも1つの駆動条件に起因して当該撮像素子の入出力特性が変動する場合に、この撮像素子から出力される電気信号の特性変換を、撮像時の駆動条件に対応する特性変換部で行うので、電気信号を正確に線形変換モードまたは対数変換モード由来の状態に統一することができる。
なお、駆動条件の変域は、1つの値のみを含むこととしても良い。
According to the first aspect of the present invention, when the input / output characteristics of the image sensor fluctuate due to at least one drive condition of the image sensor, the characteristic conversion of the electric signal output from the image sensor is performed. Since it is performed by the characteristic conversion unit corresponding to the driving condition of time, the electric signal can be accurately unified to a state derived from the linear conversion mode or the logarithmic conversion mode.
Note that the drive condition region may include only one value.
請求項2記載の発明は、請求項1記載の撮像装置において、
複数の前記信号処理部を、各画素に対応付けて備えることを特徴とする。
The invention described in claim 2 is the imaging apparatus according to
A plurality of the signal processing units are provided in association with each pixel.
請求項2記載の発明によれば、信号処理部を各画素に対応付けて備えるので、画素毎に光電変換の変換特性や、入出力特性の変動量が異なる場合であっても、電気信号全体を正確に線形変換モードまたは対数変換モード由来の状態に統一することができる。 According to the second aspect of the present invention, since the signal processing unit is provided in association with each pixel, even if the conversion characteristics of photoelectric conversion and the fluctuation amount of the input / output characteristics are different for each pixel, the entire electric signal Can be accurately unified to a state derived from the linear transformation mode or the logarithmic transformation mode.
請求項3記載の発明は、請求項1または2記載の撮像装置において、
前記線形変換モードと前記対数変換モードとが切り換えられる境界での変曲出力信号値を導出する変曲信号導出部を備え、
前記信号処理部は、前記撮像素子からの出力信号の信号値と前記変曲出力信号値との大小に基づいて、前記撮像素子からの出力信号が前記一方の変換モード由来の電気信号である場合にのみ、前記信号処理を行うことを特徴とする。
The invention described in claim 3 is the imaging apparatus according to
An inflection signal deriving unit for deriving an inflection output signal value at a boundary where the linear transformation mode and the logarithmic transformation mode are switched;
The signal processing unit, when the output signal from the image sensor is an electric signal derived from the one conversion mode based on the magnitude of the signal value of the output signal from the image sensor and the inflection output signal value Only the signal processing is performed.
請求項3記載の発明によれば、撮像素子からの出力信号が前記一方の変換モード由来の電気信号である場合にのみ、信号処理部が信号処理を行うので、出力信号が前記他方の変換モード由来の電気信号である場合、つまり、前記一方の変換モードに由来の電気信号を他方の変換モードに由来の状態に変換する必要のない場合には、特性変換や変動補正などの信号処理が行われない。従って、無駄に信号処理を行う手間を省くことができるため、処理を高速化することができる。 According to the third aspect of the invention, the signal processing unit performs signal processing only when the output signal from the image sensor is an electrical signal derived from the one conversion mode, so that the output signal is the other conversion mode. If the electrical signal is derived from the other conversion mode, that is, it is not necessary to convert the electrical signal derived from the one conversion mode to a state derived from the other conversion mode, signal processing such as characteristic conversion and fluctuation correction is performed. I will not. Accordingly, it is possible to save time and effort for performing signal processing, and it is possible to speed up the processing.
請求項4記載の発明は、請求項3記載の撮像装置において、
前記変曲信号導出部は、前記駆動条件に基づいて前記変曲出力信号値を導出することを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the imaging apparatus according to the third aspect,
The inflection signal deriving unit derives the inflection output signal value based on the driving condition.
請求項4記載の発明によれば、駆動条件に基づいて変曲出力信号値を導出するので、変曲出力信号値の導出を正確に行うことができる。 According to the fourth aspect of the invention, since the inflection output signal value is derived based on the driving condition, the inflection output signal value can be accurately derived.
請求項5記載の発明は、請求項3または4記載の撮像装置において、
前記変曲信号導出部は、前記駆動条件と前記画素についての画素情報とに基づいて前記変曲出力信号値を導出することを特徴とする。
The invention according to
The inflection signal deriving unit derives the inflection output signal value based on the driving condition and pixel information about the pixel.
ここで、画素情報としては、画素のIDナンバー等の固有情報や、撮像素子中での位置情報などを用いることができる。
請求項5記載の発明によれば、駆動条件及び画素情報に基づいて変曲出力信号値を導出するので、変曲出力信号値の導出を正確に行うことができる。
Here, as the pixel information, unique information such as the ID number of the pixel, position information in the image sensor, or the like can be used.
According to the fifth aspect of the invention, since the inflection output signal value is derived based on the driving condition and the pixel information, the inflection output signal value can be accurately derived.
請求項6記載の発明は、請求項4または5記載の撮像装置において、
前記変曲信号導出部は、少なくとも前記駆動条件の入力によって前記変曲出力信号値を導出するルックアップテーブルを備えることを特徴とする。
The invention described in claim 6 is the imaging apparatus according to
The inflection signal deriving unit includes a lookup table for deriving the inflection output signal value based on at least the input of the driving condition.
請求項6記載の発明によれば、ルックアップテーブルによって変曲出力信号値を導出するので、演算によって導出する場合と比較して、変曲信号導出部の構成を簡素化するとともに、導出処理を高速化することができる。 According to the sixth aspect of the invention, since the inflection output signal value is derived by the lookup table, the configuration of the inflection signal deriving unit is simplified and the derivation process is performed as compared with the case of deriving by calculation. The speed can be increased.
請求項7記載の発明は、請求項4または5記載の撮像装置において、
前記変曲信号導出部は、少なくとも前記駆動条件の入力によって前記変曲出力信号値を導出する演算器を備えることを特徴とする。
The invention according to claim 7 is the imaging apparatus according to
The inflection signal deriving unit includes an arithmetic unit for deriving the inflection output signal value based on at least the input of the driving condition.
請求項7記載の発明によれば、請求項4または5記載の発明と同様の効果を得ることができる。 According to the seventh aspect of the invention, the same effect as that of the fourth or fifth aspect of the invention can be obtained.
請求項8記載の発明は、請求項1〜7の何れか一項に記載の撮像装置において、
前記駆動条件は、撮影時の温度と、前記画素の露光時間と、前記画素に対する制御電圧との少なくとも1つであることを特徴とする。
Invention of Claim 8 is an imaging device as described in any one of Claims 1-7,
The driving condition is at least one of a temperature during photographing, an exposure time of the pixel, and a control voltage for the pixel.
請求項8記載の発明によれば、請求項1〜7の何れか一項に記載の発明と同様の効果を得ることができる。 According to the invention described in claim 8, it is possible to obtain the same effect as the invention described in any one of claims 1-7.
請求項1記載の発明によれば、電気信号を正確に線形変換モードまたは対数変換モード由来の状態に統一することができる。 According to the first aspect of the present invention, it is possible to accurately unify electrical signals into a state derived from the linear conversion mode or the logarithmic conversion mode.
請求項2記載の発明によれば、請求項1記載の発明と同様の効果を得ることができるのは勿論のこと、電気信号全体を正確に線形変換モードまたは対数変換モード由来の状態に統一することができる。 According to the second aspect of the invention, the same effect as that of the first aspect of the invention can be obtained, and the entire electrical signal is accurately unified to a state derived from the linear conversion mode or the logarithmic conversion mode. be able to.
請求項3記載の発明によれば、請求項1または2記載の発明と同様の効果を得ることができるのは勿論のこと、処理を高速化することができる。
請求項4記載の発明によれば、請求項3記載の発明と同様の効果を得ることができるのは勿論のこと、変曲出力信号値の導出を正確に行うことができる。
According to the third aspect of the invention, the same effect as that of the first or second aspect of the invention can be obtained, and the processing can be speeded up.
According to the invention described in claim 4, the same effect as that of the invention described in claim 3 can be obtained, and the inflection output signal value can be accurately derived.
請求項5記載の発明によれば、請求項3または4記載の発明と同様の効果を得ることができるのは勿論のこと、変曲出力信号値の導出を正確に行うことができる。 According to the fifth aspect of the invention, the inflection output signal value can be accurately derived as well as the same effect as that of the third or fourth aspect of the invention.
請求項6記載の発明によれば、請求項4または5記載の発明と同様の効果を得ることができるのは勿論のこと、変曲信号導出部の構成を簡素化するとともに、導出処理を高速化することができる。
According to the invention described in claim 6, the same effect as that of the invention described in
請求項7記載の発明によれば、請求項4または5記載の発明と同様の効果を得ることができる。
請求項8記載の発明によれば、請求項1〜7の何れか一項に記載の発明と同様の効果を得ることができる。
According to the seventh aspect of the invention, the same effect as that of the fourth or fifth aspect of the invention can be obtained.
According to the invention described in claim 8, it is possible to obtain the same effect as the invention described in any one of claims 1-7.
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。
図1は、本発明に係る撮像装置1の概略構成を示すブロック図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an
この図に示すように、撮像装置1は、レンズ群10及び絞り11を介して入射光を受光する撮像素子2を備えている。これらレンズ群10及び絞り11としては、従来より公知のものが用いられている。
As shown in FIG. 1, the
撮像素子2は、図2に示すように、行列配置(マトリクス配置)された複数の画素G11〜Gmn(但し、n,mは1以上の整数)を有している。
各画素G11〜Gmnは、入射光を光電変換して電気信号を出力するものである。これら画素G11〜Gmnは、入射光量に基づいて電気信号への変換モードを切り換えるようになっており、本実施の形態においては、図3に実線で示すように、所定入射光量th未満の入射光量に対しては入射光を線形変換する線形変換モードを、所定入射光量th以上の入射光量に対しては入射光を対数変換する対数変換モードを行うようになっている。
As shown in FIG. 2, the imaging element 2 has a plurality of pixels G 11 to G mn (where n and m are integers of 1 or more) arranged in a matrix (matrix arrangement).
Each of the pixels G 11 to G mn photoelectrically converts incident light and outputs an electrical signal. These pixels G 11 to G mn switch the conversion mode to an electric signal based on the amount of incident light. In the present embodiment, as shown by the solid line in FIG. A linear conversion mode for linearly converting incident light is performed for the incident light amount, and a logarithmic conversion mode for logarithmically converting the incident light is performed for an incident light amount equal to or greater than the predetermined incident light amount th.
ここで、線形変換モードと対数変換モードとが切り換えられる境界、いわゆる変曲点は撮像素子2における画素G11〜Gmnの駆動条件、例えば撮影時での露光時間や制御電圧などによって変化するようになっている。具体的には、図4に示すように、露光時間が「t1」〜「t3」の順に短くなるほど、変曲点での出力信号値(以下、変曲出力信号値Hとする)と前記所定入射光量thとは「I」〜「III」の順に大きくなる。また、図5に示すように、制御電圧が「V1」〜「V3」の順に小さくなるほど、画素G11〜Gmnの変曲出力信号値Hは「IV」〜「VI」の順に大きくなる。なお、図4,図5中、「a1」〜「a3」,「b」〜「d」,「a」,「d1」〜「d3」はそれぞれ定数である。このうち、露光時間t1〜t3の駆動条件下での線形変換モードにおける入出力特性の傾きa1〜a3は、当該露光時間t1〜t3に対して比例関係を有している。また、制御電圧V1〜V3の駆動条件下での対数変換モードにおける入出力特性の切片d1〜d3は、当該制御電圧V1〜V3に対して比例関係を有している。 Here, the boundary at which the linear conversion mode and the logarithmic conversion mode are switched, the so-called inflection point, changes depending on the driving conditions of the pixels G 11 to G mn in the image sensor 2, for example, the exposure time and control voltage at the time of photographing. It has become. Specifically, as shown in FIG. 4, as the exposure time becomes shorter in the order of “t 1 ” to “t 3 ”, the output signal value at the inflection point (hereinafter referred to as the inflection output signal value H) The predetermined incident light amount th increases in the order of “I” to “III”. Further, as shown in FIG. 5, as the control voltage decreases in the order of “V 1 ” to “V 3 ”, the inflection output signal value H of the pixels G 11 to G mn increases in the order of “IV” to “VI”. Become. 4 and 5, “a 1 ” to “a 3 ”, “b” to “d”, “a”, and “d 1 ” to “d 3 ” are constants. Of these, the gradient a 1 ~a 3 input-output characteristic in the linear conversion mode in the driving conditions of the exposure time t 1 ~t 3 has a proportional relationship with respect to the exposure time t 1 ~t 3 . Also, sections d 1 to d 3 of input-output characteristics in the logarithmic conversion mode in the driving conditions of the control voltage V 1 ~V 3 has a proportional relationship with respect to the control voltage V 1 ~V 3.
これら画素G11〜Gmnのレンズ群10側には、それぞれレッド(Red)、グリーン(Green)及びブルー(Blue)のうち何れか1色のフィルタ(図示せず)が配設されている。また、画素G11〜Gmnには、図2に示すように、電源ライン20や信号印加ラインLA1〜LAn,LB1〜LBn,LC1〜LCn、信号読出ラインLD1〜LDmが接続されている。なお、画素G11〜Gmnには、クロックラインやバイアス供給ライン等のラインも接続されているが、図2ではこれらの図示を省略している。
Filters (not shown) of any one of red, green, and blue are disposed on the
信号印加ラインLA1〜LAn,LB1〜LBn,LC1〜LCnは画素G11〜Gmnに対して信号φv,φVPS(図8参照)を与えるようになっている。これら信号印加ラインLA1〜LAn,LB1〜LBn,LC1〜LCnには、垂直走査回路21が接続されている。この垂直走査回路21は、後述の信号生成部48(図1参照)からの信号に基づいて信号印加ラインLA1〜LAn,LB1〜LBn,LC1〜LCnに信号を印加するものであり、信号を印加する対象の信号印加ラインLA1〜LAn,LB1〜LBn,LC1〜LCnをX方向に順次切り換えるようになっている。
The signal application lines L A1 to L An , L B1 to L Bn , and L C1 to L Cn give signals φ v and φ VPS (see FIG. 8) to the pixels G 11 to G mn . A
信号読出ラインLD1〜LDmには、各画素G11〜Gmnで生成された電気信号が導出されるようになっている。これら信号読出ラインLD1〜LDmには定電流源D1〜Dm及び選択回路S1〜Smが接続されている。
定電流源D1〜Dmの一端(図中下側の端部)には、直流電圧VPSが印加されるようになっている。
The electric signals generated by the pixels G 11 to G mn are derived from the signal readout lines L D1 to L Dm . Constant current sources D 1 to D m and selection circuits S 1 to S m are connected to these signal read lines L D1 to L Dm .
A DC voltage V PS is applied to one end (lower end portion in the figure) of the constant current sources D 1 to D m .
選択回路S1〜Smは、各信号読出ラインLD1〜LDmを介して画素G11〜Gmnから与えられるノイズ信号と撮像時の電気信号とをサンプルホールドするものである。これら選択回路S1〜Smには、水平走査回路22及び補正回路23が接続されている。水平走査回路22は、電気信号をサンプルホールドして補正回路23に送信する選択回路S1〜Smを、Y方向に順次切り換えるものである。また、補正回路23は、選択回路S1〜Smから送信されるノイズ信号及び撮像時の電気信号に基づき、当該電気信号からノイズ信号を除去するものである。
The selection circuits S 1 to S m sample-hold the noise signals given from the pixels G 11 to G mn through the signal readout lines L D1 to L Dm and the electrical signals at the time of imaging. A
なお、選択回路S1〜Sm及び補正回路23としては、特開平2001−223948号公報に開示のものを用いることができる。また、本実施の形態においては、選択回路S1〜Smの全体に対して補正回路23を1つのみ設けることとして説明するが、選択回路S1〜Smのそれぞれに対して補正回路23を1つずつ設けることとしても良い。
As the selection circuits S 1 to S m and the
以上の撮像素子2には、図1に示すように、アンプ12及びADコンバータ13を介して、黒基準設定部14及び信号処理部3がこの順に接続されている。
As shown in FIG. 1, the black
黒基準設定部14は、デジタル信号の最低レベルを設定するものである。
信号処理部3は、対数変換モードによって撮像素子2から出力される電気信号に対して信号処理を行うものであり、図6に示すように、線形化部36、セレクタ35及び出力部31cを備えている。なお、図6では、ADコンバータ13や制御装置46等の図示を省略している。
The black
The signal processing unit 3 performs signal processing on the electrical signal output from the image sensor 2 in the logarithmic conversion mode, and includes a
線形化部36は、複数の第1〜第4変換テーブル36a〜36dを備えている。
これら第1〜第4変換テーブル36a〜36dは、本発明における特性変換部であり、図3に矢印Zで示すように、撮像素子2から出力される電気信号のうち、対数変換モード由来の電気信号を線形変換モード由来の状態に特性変換するようになっている。
The
These first to fourth conversion tables 36a to 36d are characteristic conversion units according to the present invention. As indicated by an arrow Z in FIG. 3, among the electric signals output from the image sensor 2, the electric power derived from the logarithmic conversion mode is used. The signal is characteristically converted to a state derived from the linear conversion mode.
また、第1〜第4変換テーブル36a〜36dは、画素G11〜Gmnの各駆動条件の変域、本実施の形態においては各駆動条件の値によって規定された第1〜第4駆動条件に対応付けられている。具体的には、第1変換テーブル36aは、画素G11〜Gmnの露光時間がt1で温度がK1の第1駆動条件に対応している。また、第2変換テーブル36bは、露光時間がt2で温度がK1の第2駆動条件に対応している。また、第3変換テーブル36cは、露光時間がt1で温度がK2の第3駆動条件に対応している。また、第4変換テーブル36dは、露光時間がt2で温度がK2の第4駆動条件に対応している。 Further, the first through fourth conversion table 36a~36d are first to fourth driving condition variable area of each driving condition of the pixel G 11 ~G mn, in this embodiment as defined by the value of the driving conditions Is associated with. Specifically, the first conversion table 36a corresponds to the first driving condition in which the exposure time of the pixels G 11 to G mn is t 1 and the temperature is K 1 . The second conversion table 36b, the exposure time is temperature t 2 corresponds to the second driving condition of K 1. The third conversion table 36c corresponds to the third driving condition in which the exposure time is t 1 and the temperature is K 2 . The fourth conversion table 36d, the exposure time is temperature t 2 corresponds to the fourth driving condition of K 2.
これら第1〜第4変換テーブル36a〜36dの変換特性は、画素G11〜Gmnの露光時間及び温度が第1〜第4駆動条件である場合に当該画素G11〜Gmnから対数変換モードで出力される電気信号が正確に線形変換モード由来の状態となるように設定されている。具体的には、例えば第1,第2変換テーブル36a,36bの変換特性は、図7(a),(b)に示すように、撮像時における画素G11〜Gmnの露光時間がt1,t2、温度がK1である場合に当該画素G11〜Gmnから対数変換モードで出力される電気信号が正確に線形変換モード由来の状態となるように設定されている。このような第1〜第4変換テーブル36a〜36dの変換特性は、実験や理論計算により求めることができる。 These first to conversion characteristics of the fourth conversion table 36a~36d is logarithmic conversion mode when the exposure time and temperature of the pixel G 11 ~G mn is the first to fourth driving condition from the pixel G 11 ~G mn Is set so that the electric signal output in the above is accurately derived from the linear conversion mode. Specifically, for example, the conversion characteristics of the first and second conversion tables 36a and 36b are as follows. As shown in FIGS. 7A and 7B, the exposure time of the pixels G 11 to G mn at the time of imaging is t 1. , T 2 , when the temperature is K 1 , the electric signals output from the pixels G 11 to G mn in the logarithmic conversion mode are set to be accurately derived from the linear conversion mode. Such conversion characteristics of the first to fourth conversion tables 36a to 36d can be obtained by experiments or theoretical calculations.
セレクタ35は、画素G11〜Gmnからの電気信号と前記変曲出力信号値Hとの大小を判別し、画素G11〜Gmnからの電気信号が前記変曲出力信号値H以下の場合には、画素G11〜Gmnからの出力信号を出力部31cに出力するようになっている。また、このセレクタ35は、画素G11〜Gmnからの電気信号が前記変曲出力信号値Hより大きい場合、つまり対数変換モード由来の電気信号が画素G11〜Gmnから出力される場合には、画素G11〜Gmnからの出力信号を線形化部36の何れか1つの変換テーブル36a〜36dに出力するようになっている。具体的には、セレクタ35は、露光時間及び温度が前記第1駆動条件を満たす場合には画素G11〜Gmnからの出力信号を第1変換テーブル36aに、前記第2駆動条件を満たす場合には第2変換テーブル36bに、前記第3駆動条件を満たす場合には第3変換テーブル36cに、前記第4駆動条件を満たす場合には第4変換テーブル36dに、出力するようになっている。
The
出力部31cは、セレクタ35または第1〜第4変換テーブル36a〜36dから入力される電気信号を出力するものである。
The
この信号処理部3には、図1に示すように、変曲信号導出部34及び画像処理部4がそれぞれ接続されている。
As shown in FIG. 1, an inflection
変曲信号導出部34は、画素G11〜Gmnの露光時間情報及び温度情報と、画素情報とに基づいて前記変曲出力信号値Hを導出するものであり、本実施の形態においては、これらの情報の入力によって変曲出力信号値Hを導出するルックアップテーブル34aを備えている。なお、画素G11〜Gmnの露光時間情報とは、露光時間についての情報であり、温度情報とは、温度についての情報である。また、画素情報としては、各画素G11〜GmnのIDナンバー等の固有情報や、撮像素子中での位置情報などが用いられている。
The inflection
画像処理部4は、画素G11〜Gmnからの電気信号全体によって構成される画像データに対して画像処理を行うものであり、AWB(Auto White Balance)処理部40、色補間部41、色補正部42、階調変換部43及び色空間変換部44を備えている。これらAWB処理部40、色補間部41、色補正部42、階調変換部43及び色空間変換部44は、信号処理部3に対してこの順に接続されている。
The image processing unit 4 performs image processing on image data constituted by the entire electrical signals from the pixels G 11 to G mn , and includes an AWB (Auto White Balance)
AWB処理部40は画像データに対してホワイトバランス処理を行うものであり、色補間部41は、同色の前記フィルタが設けられた複数の近接画素からの電気信号に基づいて、これら近接画素間に位置する画素について、この色の電気信号を補間演算するものである。色補正部42は画像データの色合いを補正するものであり、より詳細には、各色の電気信号を他の色の電気信号に基づき画素G11〜Gmnごとに補正するものである。階調変換部43は画像データの階調変換を行うものであり、色空間変換部44はRGB信号をYCbCr信号に変換するものである。
The
また、信号処理部3には、評価値算出部5及び制御装置46がこの順に接続されている。
評価値算出部5は、AWB処理部40でのホワイトバランス処理(AWB処理)に用いられるAWB評価値や、露光制御処理部47での露出制御処理(AE処理)に用いられるAE評価値を算出するものである。
Further, the evaluation
The evaluation
制御装置46は、撮像装置1の各部を制御するものであり、上述のアンプ12、黒基準設定部14、信号処理部3、変曲信号導出部34、AWB処理部40、色補間部41、色補正部42、階調変換部43及び色空間変換部44と接続されている。また、制御装置46は、露光制御処理部47を介して絞り11と接続され、信号生成部48を介して撮像素子2及びADコンバータ13と接続されている。
The
続いて、本実施の形態における画素G11〜Gmnについて説明する。
各画素G11〜Gmnは、図8に示すように、フォトダイオードP及びトランジスタT1〜T3を備えている。なお、トランジスタT1〜T3は、バックゲートの接地されたNチャネルのMOSトランジスタである。
Next, the pixels G 11 to G mn in this embodiment will be described.
As shown in FIG. 8, each of the pixels G 11 to G mn includes a photodiode P and transistors T 1 to T 3 . The transistors T 1 to T 3 are N-channel MOS transistors whose back gates are grounded.
フォトダイオードPには、レンズ群10及び絞り11を通過した光が当たるようになっている。このフォトダイオードPのカソードPkには直流電圧VPDが印加されており、アノードPAにはトランジスタT1のドレインT1D及びゲートT1Gと、トランジスタT2のゲートT2Gとが接続されている。
The light that has passed through the
トランジスタT1のソースT1Sには信号印加ラインLC(図2のLC1〜LCnに相当)が接続されており、この信号印加ラインLCから信号φVPSが入力されるようになっている。ここで、信号φVPSは2値の電圧信号であり、より詳細には、入射光量が所定値を超えたときにトランジスタT1をサブスレッショルド領域で動作させるための電圧値VHと、トランジスタT1を導通状態にする電圧値VLとの2つの値をとるようになっている。 A signal application line L C (corresponding to L C1 to L Cn in FIG. 2) is connected to the source T 1S of the transistor T 1 , and the signal φ VPS is input from the signal application line L C. Yes. Here, the signal φ VPS is a binary voltage signal, and more specifically, a voltage value VH for operating the transistor T 1 in the subthreshold region when the amount of incident light exceeds a predetermined value, and the transistor T 1. The voltage value VL for setting the current to the conductive state is taken.
また、トランジスタT2のドレインT2Dには直流電圧VPDが印加されており、トランジスタT2のソースT2Sは行選択用のトランジスタT3のドレインT3Dに接続されている。 Further, the drain T 2D of the transistor T 2 are are DC voltage V PD is applied, is connected to the drain T 3D of the transistor T 3 for source T 2S row selection transistor T 2.
このトランジスタT3のゲートT3Gには信号印加ラインLA(図2のLA1〜LAnに相当)が接続されており、この信号印加ラインLAから信号φVが入力されるようになっている。また、トランジスタT3のソースT3Sは信号読出ラインLD(図2のLD1〜LDmに相当)に接続されている。 A signal application line L A (corresponding to L A1 to L An in FIG. 2) is connected to the gate T 3G of the transistor T 3 , and a signal φ V is input from the signal application line L A. ing. The source T 3S of the transistor T 3 is connected to the signal readout line L D (corresponding to L D1 to L Dm in FIG. 2).
なお、以上のような画素G11〜Gmnとしては、特開2002−77733号公報に開示のものを用いることができる。 As the pixels G 11 to G mn as described above, those disclosed in JP-A-2002-77733 can be used.
ここで、上述の図4で示したように露光時間が短くなるほど線形変換モードの割合が大きくなるのは、露光時間が短くなるほど、トランジスタT2のゲートT2GとソースT2Sとの間のポテンシャルの差が大きくなり、トランジスタT2がカットオフ状態で動作する被写体輝度の割合、つまり線形変換する被写体輝度の割合が大きくなるためである。また、図4では図示していないが、撮像素子2に対する制御電圧、つまり、信号φVPSの電圧値VL,VHの差が大きくなる場合や、温度が低くなる場合にも、線形変換する被写体輝度の割合は大きくなる。そのため、これら制御電圧や露光時間、温度などを変化させることによって、画像信号のダイナミックレンジや、前記変曲点での前記所定入射光量th,前記変曲出力信号値Hを制御することができる。具体的には、例えば、被写体の輝度範囲が狭い場合には電圧値VLを低くして線形変換する輝度範囲を広くするとともに、被写体の輝度範囲が広い場合には電圧値VLを高くして対数変換する輝度範囲を広くすることで、画素G11〜Gmnの光電変換特性を被写体の特性に合わせることができる。更に、電圧値VLを最小とするときには常に画素G11〜Gmnを線形変換する状態とし、電圧値VLを最大とするときには常に画素G11〜Gmnを対数変換する状態とすることもできる。 Here, as shown in FIG. 4 described above, the proportion of the linear conversion mode increases as the exposure time decreases. The potential between the gate T 2G and the source T 2S of the transistor T 2 decreases as the exposure time decreases. the difference becomes large, the proportion of subject brightness that transistor T 2 is operated in a cut-off state, that is, the ratio of the object luminance linear conversion is increased. Although not shown in FIG. 4, subject luminance to be linearly converted even when the control voltage for the image sensor 2, that is, when the difference between the voltage values VL and VH of the signal φ VPS is large or the temperature is low. The proportion of increases. Therefore, the dynamic range of the image signal, the predetermined incident light amount th at the inflection point, and the inflection output signal value H can be controlled by changing the control voltage, exposure time, temperature, and the like. Specifically, for example, when the luminance range of the subject is narrow, the voltage value VL is lowered to widen the luminance range for linear conversion, and when the subject luminance range is wide, the voltage value VL is increased to logarithmically. By widening the luminance range to be converted, the photoelectric conversion characteristics of the pixels G 11 to G mn can be matched with the characteristics of the subject. Furthermore, the constantly state that linearly converting the pixel G 11 ~G mn when to minimize the voltage value VL, always be a state for logarithmically converting the pixel G 11 ~G mn is when the maximum voltage value VL.
続いて、撮像装置1の撮像動作について、図9を参照しながら説明する。
まず、撮像素子2が各画素G11〜Gmnへの入射光を光電変換し、線形変換モードまたは対数変換モード由来の電気信号をアナログ信号として出力する。具体的には、各画素G11〜Gmnが信号読出ラインLDに電気信号を出力すると、この電気信号を定電流源Dが増幅し、選択回路Sが順にサンプルホールドする。そして、サンプルホールドされた電気信号が選択回路Sから補正回路23に送出されると、補正回路23がノイズを除去して電気信号を出力する。
Subsequently, an imaging operation of the
First, the image sensor 2 photoelectrically converts incident light to the pixels G 11 to G mn and outputs an electrical signal derived from the linear conversion mode or the logarithmic conversion mode as an analog signal. Specifically, when each of the pixels G 11 to G mn outputs an electrical signal to the signal readout line L D , the electrical signal is amplified by the constant current source D, and the selection circuit S sequentially samples and holds it. When the sampled and held electric signal is sent from the selection circuit S to the
次に、この電気信号がアンプ12、ADコンバータ13、黒基準設定部14を介して信号処理部3のセレクタ35に送信される。また、制御装置46から撮像素子2の各画素G11〜Gmnの露光時間情報及び温度情報と、画素情報とがセレクタ35及び変曲信号導出部34に送信される。更に、露光時間情報及び温度情報と、画素情報とに基づいて変曲信号導出部34のルックアップテーブル34aで導出された変曲出力信号値Hがセレクタ35に送信される(ステップR1)。
Next, this electric signal is transmitted to the
このように、ルックアップテーブル34aが露光時間情報、温度情報及び画素情報に基づいて変曲出力信号値Hを導出するので、変曲出力信号値Hの導出が正確に行われる。また、ルックアップテーブル34aによって変曲出力信号値Hを導出するので、演算によって導出する場合と比較して、変曲信号導出部34の構成が簡素化されるとともに、導出処理が高速化される。
Thus, since the lookup table 34a derives the inflection output signal value H based on the exposure time information, the temperature information, and the pixel information, the inflection output signal value H is accurately derived. In addition, since the inflection output signal value H is derived from the lookup table 34a, the configuration of the inflection
次に、セレクタ35は、変曲出力信号値Hと画素G11〜Gmnからの出力信号の信号値との大小を比較し(ステップR2)、画素G11〜Gmnからの出力信号が変曲出力信号値H以下である場合(ステップR2;Yes)には、出力部31cを介して画素G11〜Gmnからの出力信号をそのまま出力する(ステップR3)。
Next, the
また、ステップR2において画素G11〜Gmnからの出力信号が変曲出力信号値Hより大きい場合(ステップR2;No)には、セレクタ35は画素G11〜Gmnの露光時間及び温度が前記第1駆動条件を満たすか否かを判別し(ステップR4)、満たす場合(ステップR4;Yes)には画素G11〜Gmnからの出力信号に対して第1変換テーブル36aに特性変換を行わせた後(ステップR5)、出力部31cを介して特性変換後の電気信号を出力する(ステップR6)。
When the output signal from the pixels G 11 to G mn is larger than the inflection output signal value H in Step R 2 (Step R 2; No), the
また、ステップR4において露光時間及び温度が前記第1駆動条件を満たさない場合(ステップR4;No)には、セレクタ35は露光時間及び温度が前記第2駆動条件を満たすか否かを判別し(ステップR7)、露光時間及び温度が前記第2駆動条件を満たす場合(ステップR7;Yes)には、画素G11〜Gmnからの出力信号に対して第2変換テーブル36bに特性変換を行わせた後(ステップR8)、出力部31cを介して特性変換後の電気信号を出力する(ステップR9)。
When the exposure time and temperature do not satisfy the first drive condition in step R4 (step R4; No), the
また、ステップR7において露光時間及び温度が前記第2駆動条件を満たさない場合(ステップR7;No)には、セレクタ35は露光時間及び温度が前記第3駆動条件を満たすか否かを判別し(ステップR10)、露光時間及び温度が前記第3駆動条件を満たす場合(ステップR10;Yes)には、画素G11〜Gmnからの出力信号に対して第3変換テーブル36cに特性変換を行わせた後(ステップR11)、出力部31cを介して特性変換後の電気信号を出力する(ステップR12)。
If the exposure time and temperature do not satisfy the second drive condition in step R7 (step R7; No), the
また、ステップR10において露光時間及び温度が前記第3駆動条件を満たさない場合(ステップR10;No)には、セレクタ35は露光時間及び温度が前記第4駆動条件を満たすものとして、画素G11〜Gmnからの出力信号に対して第4変換テーブル36dに特性変換を行わせた後(ステップR13)、出力部31cを介して特性変換後の電気信号を出力する(ステップR14)。
If the exposure time and temperature do not satisfy the third drive condition in step R10 (step R10; No), the
次に、信号処理部3から出力される電気信号に基づいて評価値算出部5が前記AWB評価値,AE評価値を算出する。
次に、算出されたAE評価値に基づいて制御装置46が露光制御処理部47を制御し、撮像素子2に対する露光量を調節させる。
また、AWB評価値や、前記黒基準設定部14で設定された前記最低レベル等に基づいて制御装置46がAWB処理部40を制御し、信号処理部3から出力される画像データに対してホワイトバランス処理を行わせる。
Next, the evaluation
Next, based on the calculated AE evaluation value, the
The
そして、AWB処理部40から出力される画像データに基づいて色補間部41、色補正部42、階調変換部43及び色空間変換部44がそれぞれ画像処理を行った後、画像データを出力する。
The
以上の撮像装置1によれば、画素G11〜Gmnの露光時間及び温度などの駆動条件によって当該画素G11〜Gmnの入出力特性が変動する場合であっても、この画素G11〜Gmnから出力される電気信号の特性変換を、撮像時の駆動条件に対応する第1〜第4変換テーブル36a〜36dで行うので、電気信号を正確に線形変換モード由来の状態に統一することができる。
According to the
また、画素G11〜Gmnからの出力信号が対数変換モード由来の電気信号である場合にのみ、信号処理部3が特性変換を行うので、出力信号が線形変換モード由来の電気信号である場合、つまり、対数変換モード由来の電気信号を線形変換モード由来の状態に変換する必要のない場合には、特性変換が行われない。従って、無駄に信号処理を行う手間を省くことができるため、処理を高速化することができる。 Further, since the signal processing unit 3 performs characteristic conversion only when the output signals from the pixels G 11 to G mn are electrical signals derived from the logarithmic conversion mode, the output signal is an electrical signal derived from the linear conversion mode. That is, when it is not necessary to convert the electrical signal derived from the logarithmic conversion mode to the state derived from the linear conversion mode, characteristic conversion is not performed. Accordingly, it is possible to save time and effort for performing signal processing, and it is possible to speed up the processing.
また、複数の画素G11〜Gmnに対して信号処理部3を1つのみ備えるので、各画素G11〜Gmnに対応付けて複数の信号処理部3を備える場合と比較して、撮像装置1の構成を簡素化することができる。
Further, since the signal processing section 3 for a plurality of pixels G 11 ~G mn comprises only one, as compared with the case where a plurality of signal processing unit 3 in association with each pixel G 11 ~G mn, imaging The configuration of the
なお、上記の実施の形態においては、信号処理部3は1つのみ設けられていることとして説明したが、各画素G11〜Gmnに対応付けて複数設けられることとしても良い。
また、撮像素子2の駆動条件として露光時間及び温度を用いることとして説明したが、制御電圧を用いることとしても良い。
In the above-described embodiment, it has been described that only one signal processing unit 3 is provided. However, a plurality of signal processing units 3 may be provided in association with the pixels G 11 to G mn .
Moreover, although it has been described that the exposure time and the temperature are used as the driving conditions of the image sensor 2, a control voltage may be used.
また、信号処理部3は1つのみ設けられていることとして説明したが、各画素G11〜Gmnに対応付けて複数設けられることとしても良い。この場合には、画素G11〜Gmnごとに光電変換の変換特性が異なる場合であっても、電気信号全体を正確に線形変換モードまたは対数変換モード由来の状態に統一することができる。 Moreover, although it has been described that only one signal processing unit 3 is provided, a plurality of signal processing units 3 may be provided in association with each of the pixels G 11 to G mn . In this case, even if the conversion characteristics of the photoelectric conversion are different for each of the pixels G 11 to G mn , the entire electric signal can be accurately unified to a state derived from the linear conversion mode or the logarithmic conversion mode.
また、本発明における特性変換部を、対数変換モード由来の電気信号を線形変換によって生成された状態に特性変換する第1〜第4変換テーブル36a〜36dとして説明したが、線形変換モード由来の電気信号を対数変換モード由来の状態に特性変換するものとしても良い。 Moreover, although the characteristic conversion part in this invention was demonstrated as the 1st-4th conversion tables 36a-36d which carry out characteristic conversion of the electric signal derived from logarithmic conversion mode to the state produced | generated by linear conversion, The signal may be subjected to characteristic conversion into a state derived from the logarithmic conversion mode.
また、変曲信号導出部34は、駆動条件と画素情報とに基づいて変曲出力信号値Hを導出することとして説明したが、駆動条件のみに基づいて導出することとしても良い。また変曲信号導出部34は、変曲出力信号値Hを導出するルックアップテーブル34aを備えることとして説明したが、変曲出力信号値Hを導出する演算器を備えることとしても良い。
Further, although the inflection
また、信号処理部3は、第1〜第4変換テーブル36a〜36dによって特性変換を行うこととして説明したが、指数変換する等の演算によって行うこととしても良い。 In addition, the signal processing unit 3 has been described as performing characteristic conversion using the first to fourth conversion tables 36a to 36d, but may be performed by calculation such as exponential conversion.
また、画素G11〜Gmnは図8のような構成を有することとして説明したが、線形変換モードと対数変換モードとを切り換え可能であれば、例えば上述の特許文献1に示されるような構成を有することとしても良い。
Further, the pixels G 11 to G mn have been described as having the configuration as shown in FIG. 8. However, if the linear conversion mode and the logarithmic conversion mode can be switched, for example, the configuration as shown in
更に、各画素G11〜GmnにRGBフィルタを設けることとして説明したが、シアン(Cyan)、マゼンタ(Magenta)及びイエロー(Yellow)などの他の色フィルタを設けることとしても良い。 Furthermore, although it has been described that an RGB filter is provided for each of the pixels G 11 to G mn , other color filters such as cyan, magenta, and yellow may be provided.
1 撮像装置
2 撮像素子
3 信号処理部
34 変曲信号導出部
34a ルックアップテーブル
36a 第1変換テーブル(特性変換部)
36b 第2変換テーブル(特性変換部)
36c 第3変換テーブル(特性変換部)
36d 第4変換テーブル(特性変換部)
G11〜Gmn 画素
DESCRIPTION OF
36b Second conversion table (characteristic conversion unit)
36c 3rd conversion table (characteristic conversion part)
36d Fourth conversion table (characteristic conversion unit)
G 11 ~G mn pixels
Claims (8)
電気信号に対して信号処理を行う信号処理部とを備え、
前記信号処理部は、
前記対数変換モード及び前記線形変換モードの一方の変換モード由来の電気信号を、他方の変換モード由来の状態に変換する特性変換を行う複数の特性変換部を、各駆動条件の各変域に対応付けて備え、
これら複数の特性変換部のうち、撮像時の前記駆動条件に対応する前記特性変換部で前記特性変換を行うことを特徴とする撮像装置。 An imaging device having a plurality of pixels that switch between a linear conversion mode for linearly converting incident light into an electrical signal and a logarithmic conversion mode for logarithmic conversion based on the amount of incident light;
A signal processing unit that performs signal processing on the electrical signal,
The signal processing unit
A plurality of characteristic conversion units that perform characteristic conversion for converting an electrical signal derived from one of the logarithmic conversion mode and the linear conversion mode into a state derived from the other conversion mode, corresponding to each domain of each driving condition In preparation,
An imaging apparatus characterized in that the characteristic conversion is performed by the characteristic conversion unit corresponding to the driving condition at the time of imaging among the plurality of characteristic conversion units.
複数の前記信号処理部を、各画素に対応付けて備えることを特徴とする撮像装置。 The imaging device according to claim 1,
An imaging apparatus comprising a plurality of the signal processing units in association with each pixel.
前記線形変換モードと前記対数変換モードとが切り換えられる境界での変曲出力信号値を導出する変曲信号導出部を備え、
前記信号処理部は、前記撮像素子からの出力信号の信号値と前記変曲出力信号値との大小に基づいて、前記撮像素子からの出力信号が前記一方の変換モード由来の電気信号である場合にのみ、前記信号処理を行うことを特徴とする撮像装置。 The imaging apparatus according to claim 1 or 2,
An inflection signal deriving unit for deriving an inflection output signal value at a boundary where the linear transformation mode and the logarithmic transformation mode are switched;
The signal processing unit, when the output signal from the image sensor is an electric signal derived from the one conversion mode based on the magnitude of the signal value of the output signal from the image sensor and the inflection output signal value An image pickup apparatus that performs the signal processing only in
前記変曲信号導出部は、前記駆動条件に基づいて前記変曲出力信号値を導出することを特徴とする撮像装置。 The imaging device according to claim 3.
The inflection signal deriving unit derives the inflection output signal value based on the driving condition.
前記変曲信号導出部は、前記駆動条件と前記画素についての画素情報とに基づいて前記変曲出力信号値を導出することを特徴とする撮像装置。 The imaging device according to claim 3 or 4,
The inflection signal deriving unit derives the inflection output signal value based on the driving condition and pixel information about the pixel.
前記変曲信号導出部は、少なくとも前記駆動条件の入力によって前記変曲出力信号値を導出するルックアップテーブルを備えることを特徴とする撮像装置。 The imaging device according to claim 4 or 5,
The imaging apparatus according to claim 1, wherein the inflection signal deriving unit includes a lookup table for deriving the inflection output signal value by at least input of the driving condition.
前記変曲信号導出部は、少なくとも前記駆動条件の入力によって前記変曲出力信号値を導出する演算器を備えることを特徴とする撮像装置。 The imaging device according to claim 4 or 5,
The inflection signal deriving unit includes an arithmetic unit that derives the inflection output signal value based on at least the input of the driving condition.
前記駆動条件は、撮影時の温度と、前記画素の露光時間と、前記画素に対する制御電圧との少なくとも1つであることを特徴とする撮像装置。 In the imaging device according to any one of claims 1 to 7,
The image pickup apparatus, wherein the driving condition is at least one of a temperature at the time of photographing, an exposure time of the pixel, and a control voltage for the pixel.
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