JP2006324834A - Device and method for imaging - Google Patents
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Abstract
Description
撮像装置と撮像方法に係わる Related to imaging device and imaging method
本技術分野の背景技術として、例えば、特開2004−23747号公報(特許文献1)がある。該公報には、課題として「オートフォーカス制御の高速化を図り、かつ、オートフォーカス制御時のプレビュー表示を適正化することが可能な電子カメラを提供する。」と記載され、解決手段として「デジタルカメラにおけるCCD撮像素子10は、画像信号の読み出しモードとして、撮像素子内の全画素のうちの所定数の画素に対応する画像信号を読み出すドラフトモードと、このドラフトモードよりも少ない数の画素に対応する画像信号を読み出すことによって複数の画像を高速に読み出す自動合焦モードとを有する。シャッタボタンが半押し状態に押下されると、自動合焦モードで読み出された画像信号に基づいてオートフォーカス制御が行われ、表示部(背面LCD等)には、自動合焦モードに移行する直前にドラフトモードで読み出されていた画像信号に基づく画像Gbと自動合焦モードで読み出される画像信号に基づく画像Ghとの合成画像が表示される。」と記載されている。 As background art in this technical field, for example, there is JP-A-2004-23747 (Patent Document 1). This publication describes as a problem “Providing an electronic camera capable of speeding up autofocus control and optimizing preview display during autofocus control”. The CCD image pickup device 10 in the camera corresponds to a draft mode for reading an image signal corresponding to a predetermined number of pixels among all the pixels in the image pickup device as a read mode of the image signal, and a smaller number of pixels than the draft mode. An autofocus mode that reads out a plurality of images at high speed by reading out the image signal to be automatically focused when the shutter button is pressed halfway down, based on the image signal read out in the autofocus mode. Control is performed, and the display unit (back LCD, etc.) reads in draft mode immediately before shifting to autofocus mode. Has been described as. "The composite image of the image Gh based on the image signal read by the by the image Gb based on the image signal had an automatic focusing mode is displayed.
光電変換による撮像素子は製造プロセスの微細化技術に後押しされ、高画素化が進んでいる。撮像素子の高画素化により撮像装置の高解像度化が進んだ反面、デジタルスチルカメラでは撮像素子からの信号読み出し速度の限界を理由に、動画像処理のフレームレートを下げることを余儀なくされる事態が生じている。民生用ビデオカメラでは、撮像素子内で画素混合を行うことで実効的に画素数を減らしてから信号の読み出しを行うことで、動画像処理に要求されるフレームレートの撮影を行うものもある。 An image pickup device using photoelectric conversion is supported by a miniaturization technique of a manufacturing process, and the number of pixels is increasing. While the resolution of the imaging device has increased due to the increase in the number of pixels of the imaging device, the digital still camera is forced to reduce the frame rate of moving image processing due to the limitation of the signal readout speed from the imaging device. Has occurred. Some consumer video cameras capture a frame rate required for moving image processing by reading out signals after effectively reducing the number of pixels by performing pixel mixing in the image sensor.
また、デジタルスチルカメラにおいて画像の更新レートの早さが要求される場面では、例えば特開2004−23747に記載されているように、フォーカス動作をする際に画面の一部を切り出して読み出すことで画像の更新レートを上げて撮影のための制御を行う技術が記載されている。さらに、同発明によれば、フォーカス動作直前の撮像画像を保存してビューファインダ等に表示することで撮影される画角をビューファインダ等で確認できるとしている。 Also, in a scene where a high image update rate is required in a digital still camera, for example, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-23747, a part of the screen is cut out and read when performing a focusing operation. A technique for performing control for shooting by increasing an image update rate is described. Further, according to the present invention, it is possible to confirm the angle of view taken by saving the captured image immediately before the focus operation and displaying the image on the viewfinder or the like using the viewfinder or the like.
監視カメラを設置する場合において、なるべく死角を作りたくない。監視カメラのレンズを広角レンズとすることで一度に広範囲を撮影すれば死角を少なくすることが可能である。しかしながら、広角レンズで広範囲を撮影した場合、遠くにある被写体は小さく撮影されるため遠くにある被写体の細部を確認することが出来なくなる。係る問題を解決するため、背景技術にある画素数の多い撮像素子を用いることが考えられるが、画像の更新レートが犠牲になるので被写体の変化に追従する速度が犠牲になる。また、特開2004−23747号公報に記載される技術のように、画面の一部を切り出すことにより画面の更新レートを上げて被写体に追従する技術(フォーカス制御について記載)もあるが、切り出し範囲外は事実上死角となってしまうため死角をなるべく作りたくないという主旨に反する。 When installing surveillance cameras, I don't want to make blind spots as much as possible. By using a wide-angle lens for the surveillance camera, it is possible to reduce the blind spot if a wide area is photographed at once. However, when photographing a wide range with a wide-angle lens, a subject far away is photographed small, making it impossible to confirm details of the subject far away. In order to solve such a problem, it is conceivable to use an image pickup device having a large number of pixels in the background art, but the image update rate is sacrificed, and thus the speed of following the change of the subject is sacrificed. In addition, there is a technique (described about focus control) that increases the screen update rate by cutting out a part of the screen to track the subject, as in the technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-23747. The outside is actually a blind spot, which is contrary to the idea of not wanting to make a blind spot as much as possible.
そこで、撮像素子の切り出し読み出しにより被写体の変化に追従しつつ、切り出し範囲外の部分がなるべく死角とならないよう撮影を行うことができると、使い勝手向上する。 Therefore, usability can be improved if it is possible to perform shooting so that a portion outside the cutout range does not become a blind spot as much as possible while following the change of the subject by cutout readout of the image sensor.
本発明が解決しようとする課題は、撮像装置の使い勝手向上である。 The problem to be solved by the present invention is to improve the usability of the imaging apparatus.
上記課題は、特許請求の範囲に記載の発明により解決される。 The above problems are solved by the invention described in the claims.
本発明によれば、撮像装置の使い勝手が向上する。 According to the present invention, usability of the imaging apparatus is improved.
以下、図を用いて、実施例を説明する。 Hereinafter, examples will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明おける撮像装置の構成の一例を示したものである。同図において、101は撮影対象から到来する光を撮像素子102の撮像面に結像させるための撮像レンズ、102は撮像面に照射された光を電気的なエネルギーに変換して電荷として蓄積する撮像素子、103及び104は撮像素子から読み出されるアナログの撮像信号をデジタルの撮像信号に変換するAD変換手段、105及び106はデジタルの撮像信号から輝度信号と色信号からなる画像信号を生成する信号処理手段1及び信号処理手段2、107及び108は画像信号の時間的変化から撮像物体の動きを認識する認識処理手段1及び認識処理手段2、109は信号処理手段1及び信号処理手段2で生成された2つの画像信号を合成する画像合成処理手段、110は撮像装置の動作を制御するコントローラ、111は撮像装置の動作タイミング基準を発生するタイミング発生手段を示している。また、112は信号処理手段1、信号処理手段2、認識処理手段1、認識処理手段2および画像合成処理手段が形成される信号処理手段であり、本発明ではデジタル信号処理手段と称す。
FIG. 1 shows an example of the configuration of an imaging apparatus according to the present invention. In the figure, 101 is an imaging lens for imaging light coming from a subject to be imaged on the imaging surface of the
上記撮像装置の動作を説明すると以下の通りとなる。 The operation of the imaging apparatus will be described as follows.
撮像素子は、光電変換を行う画素が撮像面上に碁盤目状に並べられており、各々の画素に対してA及びB2つの信号読み出しルートが設けられている(図3)。撮像信号の読み出しは撮像素子に設けられた読み出し制御手段(図示せず)が、各々の画素に設けられたスイッチA及びスイッチBを開閉することで配線A若しくは配線Bを介して撮像信号を出力端子A若しくは出力端子Bへ送り出すことによって行われる。 In the imaging device, pixels that perform photoelectric conversion are arranged in a grid pattern on the imaging surface, and two signal readout routes A and B are provided for each pixel (FIG. 3). The readout control means (not shown) provided in the imaging device outputs the imaging signal via the wiring A or the wiring B by opening and closing the switch A and the switch B provided in each pixel. This is done by sending it to terminal A or output terminal B.
出力端子A及び出力端子Bの各出力端子から読み出される画素の範囲は、コントローラが該読み出し制御手段に設定する開始位置と終了位置を対角線とする領域で決定され、出力端子Aか読み出される領域と出力端子Bから読み出される領域が重複した場合には、各々の領域が排他になるように、コントローラが設定するどちらか一方の領域を優先する。 The range of pixels read from each output terminal of the output terminal A and the output terminal B is determined by an area having a start line and an end position set by the controller in the read control unit as diagonal lines, and is read from the output terminal A. When areas read from the output terminal B overlap, priority is given to one of the areas set by the controller so that each area becomes exclusive.
信号の読み出し順序は、開始位置から終了位置に向けて水平方向若しくは垂直方向のラインごとに順次読み出しを行うものとする。図10はN×M画素の領域に対して水平方向のラインごとに読み出す場合の読み出し順序を図示したものである。同図に示したようにN×M画素の領域を水平のラインごとに読み出す場合には開始画素を先頭に水平方向に連続N画素の順次読み出しが終了したら、次のラインという形で合計Mラインの画素について読み出しを行う。但し、排他領域の読み出し停止期間に差し掛かった場合は、その期間についての信号読み出しが行われないようスイッチの開閉動作を停止する。また、全画素の読み出しを高速で行う場合には、必要に応じて同色フィルタにより分光された光で露光した画素の読み出しスイッチの幾つかを同時に開閉して信号を加算することで全画素の読み出し期間する。例えば、4画素の信号を加算する場合においては、図11のような色フィルタ配列を持たせた撮像素子であれば、図12に示すような順序で信号の読み出しを行うようにする。 It is assumed that the signal reading order is performed sequentially for each line in the horizontal direction or the vertical direction from the start position to the end position. FIG. 10 illustrates the reading order when reading is performed for each line in the horizontal direction with respect to the N × M pixel region. As shown in the figure, when reading out the area of N × M pixels for each horizontal line, when the sequential reading of the consecutive N pixels in the horizontal direction is completed with the start pixel as the head, a total of M lines in the form of the next line is completed. Reading is performed for the pixels. However, when the readout stop period of the exclusive area is reached, the switch opening / closing operation is stopped so that signal readout is not performed during that period. Also, when all pixels are read at high speed, all pixels are read by simultaneously opening and closing some of the readout switches for the pixels exposed with light dispersed by the same color filter and adding signals as necessary. Period. For example, when signals of four pixels are added, the signals are read out in the order shown in FIG. 12 if the image sensor has a color filter array as shown in FIG.
撮像素子から読み出された撮像信号は、AD変換手段1及び、AD変換手段2でADアナログの撮像信号からデジタルの撮像信号に変換され、デジタル信号処理手段に供給される。
The image pickup signal read from the image pickup device is converted from an AD analog image pickup signal into a digital image pickup signal by the
デジタル信号処理手段では、まず、信号処理手段1及び信号処理手段2を用いて撮像素子に設けられた2つの出力端子から読み出された2つの撮像信号を個別に処理して2つの画像信号を生成する。この時、一方の撮像素子からの信号読み出し範囲を撮像素子の撮像面全体、もう一方の撮像素子からの信号読み出し範囲を撮像素子の撮像面の一部にセットすれば、カメラが撮影できる画角全体の撮像画像(以降、「バックグランド画像」称す)と、その一部を切り取った撮像画像(以降、「注目画像」と称す)の2つの画像信号が生成される。生成されたバックグランド画像と注目画像は、それぞれ認識処理手段1及び、認識処理手段2に供給され新規に撮像された撮像画像とそれ以前に撮像された撮像画像の比較を行い撮影物体の動きを検出し、画面内の各位置における動きの量(x:水平方向の移動量、y:垂直方向の移動量)を示す情報(以降動きベクトル情報と称す)を抽出しパラメータ化しデータベース化する。また、バックグランド画像と注目画像は画像合成処理手段により合成されてモニタ出力となるが、合成の方法としてはコントローラから注目画像の位置情報を取得してバックグランド画像に注目画像をはめ込む形にする。このとき、注目画像の読み出し範囲はバックグランド画像の読み出し範囲に比べて狭いため、単位画素あたりの読み出し時間を同じくした場合、バックグランド画像を1枚生成する間に複数毎の注目画像を生成することが出来る。いま仮に、注目画像の生成レートがバックグランド画像の生成レートの3倍であったとするとバックグランド画像1枚に対して、3枚の注目画像が生成される。このことを利用することで、3枚の注目画像のおのおのに対してバックグランド画像を合成した3枚の合成画像を生成することが可能となり、結果としては3枚の高精細な全体画像が構成される(図6に画像合成の様子を示す)。この時の連続的に撮像する際の画像処理のサイクルを示すと図7となる。また、ここで構成される3枚の画像は動きのある部分についてのみ着目して画面の更新を行った画像と等価であり、画面内の動きに対して追従性の高い画像となる。
The digital signal processing means first processes two image signals read from two output terminals provided in the image sensor using the signal processing means 1 and the signal processing means 2 to obtain two image signals. Generate. At this time, if the signal readout range from one imaging device is set to the entire imaging surface of the imaging device and the signal readout range from the other imaging device is set to a part of the imaging surface of the imaging device, the angle of view at which the camera can shoot Two image signals of the entire captured image (hereinafter referred to as “background image”) and a captured image obtained by cutting out a part of the captured image (hereinafter referred to as “target image”) are generated. The generated background image and the target image are respectively compared with the newly captured image supplied to the
コントローラは、デジタル信号処理手段で得た撮影画像の動きベクトル情報をもとに、撮像画像のバックグランド画像を形成する監視エリア上から注目画像の切り出しを行う範囲を示す注目エリアを決定する。撮像装置の初期状態としては、注目エリアの無い状態からスタートするが、注目エリアの決定は次の様に行う。図2aに示したような監視エリア内において移動物体(図2aの破線部内)が存在する場合の動きベクトル分布を図示すると図2のようになる。注目エリアの設定はこの動きベクトルの分布をもとに設定し、図5に示したように動きのある部分を囲むよう、なお且つ物体の移動を考慮して物体の移動方向に大きくなるよう設定する。また、一度注目エリアに設定された領域については、該当注目エリア内の動きベクトル情報を用いて、次の処理サイクルにおける注目エリアを予測して注目エリア領域の更新を行う。図8はバックグランド画像の生成を行うごとに一回の注目エリア更新を行う様子を図示したもので、図7におけるバックグランド画像Aの生成期間の最後に生成された注目画像c以前の注目画像における動きベクトル情報から、バックグランド画像B読み出し期間の注目エリアを設定する。また、注目エリア外で新たな動きを検出した場合、例えば図7におけるバックグランド画像Aの動きベクトル情報を解析して新たな動きが検出された場合には、バックグランド画像Bの生成タイミングに注目エリアを追加して、予測エリアと注目エリアの2つのエリアの注目画像を生成させる。また、エリアの予測の際に同一エリア内で方向の異なる動きベクトル郡が存在する場合、次のエリア予測においてエリアの分割を行う(図13)。また、複数のエリアの予測結果が重なる場合にはエリアの結合も行う(図14)。さらに、監視エリア全体わたり動きに対する追従性を上げたい場合においては、静止画としての解像度は低下してしまうが撮像素子を画素混合モードに設定して画素混合を行うことで監視エリア全体の更新レートを早くするように撮像装置を制御する。 Based on the motion vector information of the captured image obtained by the digital signal processing means, the controller determines an attention area indicating a range in which the attention image is cut out from the monitoring area that forms the background image of the captured image. The initial state of the imaging apparatus starts from a state where there is no area of interest, but the area of interest is determined as follows. FIG. 2 shows a motion vector distribution in the case where a moving object (in the broken line portion in FIG. 2A) exists in the monitoring area as shown in FIG. 2A. The attention area is set based on the distribution of the motion vector, and is set so as to surround the moving part as shown in FIG. 5 and to increase in the moving direction of the object in consideration of the movement of the object. To do. For the region once set as the attention area, the attention area in the next processing cycle is predicted to update the attention area using the motion vector information in the attention area. FIG. 8 illustrates a state in which the attention area is updated once every time the background image is generated. The attention image before the attention image c generated at the end of the generation period of the background image A in FIG. The attention area of the background image B readout period is set from the motion vector information at. Further, when a new motion is detected outside the attention area, for example, when a new motion is detected by analyzing the motion vector information of the background image A in FIG. 7, attention is paid to the generation timing of the background image B. An area is added to generate an attention image of two areas, a prediction area and an attention area. In addition, when there are motion vector groups having different directions in the same area in the area prediction, the area is divided in the next area prediction (FIG. 13). When the prediction results of a plurality of areas overlap, the areas are also combined (FIG. 14). Furthermore, when it is desired to improve the tracking performance over the entire monitoring area, the resolution as a still image is reduced, but the update rate of the entire monitoring area is set by performing pixel mixing with the image sensor set to the pixel mixing mode. The imaging apparatus is controlled so as to speed up the process.
タイミング発生手段は、画像の更新サイクルの基準となる信号を発生させ、撮像素子、デジタル信号処理手段、コントローラの動作シーケンスを同期させる。例えば、基準となる信号としてバックグランド画像の更新周期で変動する2値のパルスを発生することで、撮像素子、デジタル信号処理手段、コントローラは該2値のパルスの変化点を基準として、内部動作タイミングをコントロールしシステム全体としての同期をとる。 The timing generation unit generates a signal that serves as a reference for an image update cycle, and synchronizes the operation sequences of the image sensor, the digital signal processing unit, and the controller. For example, by generating a binary pulse that fluctuates in the background image update cycle as a reference signal, the image sensor, the digital signal processing means, and the controller perform internal operations based on the change point of the binary pulse. Control the timing and synchronize the whole system.
以上によれば、撮影物体の動きに対する追従性が高く、なお且つ高精細で一度に広い領域の撮影画像を撮影することが出来る。 According to the above, it is possible to take a photographed image of a wide area at a time with high definition and high followability to the movement of the photographed object.
以下、使用する撮像素子として、ランダムアクセス可能且つ読み出し出力を一つしか設けない撮像素子を用いて撮像装置を構成する場合の実施例をします。撮像素子として、ランダムアクセス可能な撮像素子を用いれば、フィルタの配列を工夫することで、画素の役割をバックグランド用と注目画像用に役割をグループ分けして、バックグランド画像の画素と注目画像の画素を時分割で読み出すことが可能である。図15は、その時の撮像装置の構成例を示したもので、ここでは例えばAD変換の周期をAD変換器1とAD変換器2で180度オフセットさせることで、信号処理手段に供給する信号を分離することが出来る。グループ分けを列ごとに行った例を図4にその時の画素フィルタの配列例を図16に示す。また、AD変換のオフセットの様子は図17に示す。図15の撮像素子において画像を読み出す範囲は、バックグランドに関しては全画角、注目エリアについての指定は、第1の実施例同様コントローラの指定による。以上によれば、第1の実施例と同様に高精細で動きに対して追従性のよい撮像が行える撮像装置を実現できる。また、第2の実施例では、注目エリアの画像を形成する画素とバックグランド作る画素が独立であるため、注目エリアの予測は、注目エリアの画像生成毎に行えるため追従の精度を高める効果が得られる。本実施例の説明図(図15)ではAD変換器を2つとしているが、ADを一つにしてAD変換後にデジタルデータを振り分けてもよい。
The following is an example when an imaging device is configured using an imaging device that can be randomly accessed and has only one readout output as the imaging device to be used. If an image sensor that can be randomly accessed is used as the image sensor, by devising the arrangement of the filters, the roles of the pixels are grouped for the background and the image of interest, and the pixels of the background image and the image of interest Can be read out in a time-sharing manner. FIG. 15 shows an example of the configuration of the imaging apparatus at that time. Here, for example, the signal supplied to the signal processing unit is obtained by offsetting the AD conversion cycle by 180 degrees between the
本発明は撮像装置の構成とその撮像方法に適用される。 The present invention is applied to a configuration of an imaging apparatus and an imaging method thereof.
101 撮像レンズ
102 撮像素子
103 AD変換手段1
104 AD変換手段2
105 信号処理手段1
106 信号処理手段2
107 認識処理手段2
108 認識処理手段1
109 画像合成処理手段
110 コントローラ
111 タイミング発生手段
1502 撮像素子
101
104 AD conversion means 2
105 Signal processing means 1
106 Signal processing means 2
107 Recognition processing means 2
108 Recognition processing means 1
109 Image composition processing means 110 Controller 111 Timing generation means 1502 Imaging device
Claims (10)
該撮像素子の各信号読み出しルートから並行して出力される複数の信号を処理する信号処理手段と、
該信号処理手段が処理した複数の信号を合成して1つの信号を生成する合成手段と、
を備えることを特徴とする撮像装置。 An image sensor having a plurality of signal readout routes for each pixel and outputting signals in parallel from each signal readout route;
Signal processing means for processing a plurality of signals output in parallel from each signal readout route of the image sensor;
Combining means for combining a plurality of signals processed by the signal processing means to generate one signal;
An imaging apparatus comprising:
前記撮像素子から並行して出力される複数の信号は、画角および/またはフレームレートが異なること、
を特徴とする撮像装置。 In claim 1,
The plurality of signals output in parallel from the image sensor have different angles of view and / or frame rates,
An imaging apparatus characterized by the above.
前記撮像素子から並行して出力される複数の信号のうち、第1の信号は該撮像素子が撮像可能な最大画角に略等しい画角であり、第2の信号は該画角よりも小さい画角であること、
を特徴とする撮像装置。 In claim 1 or 2,
Of the plurality of signals output in parallel from the image sensor, the first signal has an angle of view substantially equal to the maximum angle of view that can be imaged by the image sensor, and the second signal is smaller than the angle of view. The angle of view,
An imaging apparatus characterized by the above.
を特徴とする撮像装置。 4. The imaging apparatus according to claim 3, wherein the frame rate of the first signal is smaller than the frame rate of the second signal.
前記信号処理手段の出力信号より撮像物体の動きを検出する認識処理手段と、
を備え、
前記第2の信号は、該認識処理手段により動きが検出された部分を含む所定の画角であること、
を特徴とする撮像装置。 In claim 3 or 4,
Recognition processing means for detecting the movement of the imaging object from the output signal of the signal processing means;
With
The second signal has a predetermined angle of view including a portion in which movement is detected by the recognition processing means;
An imaging apparatus characterized by the above.
10. The imaging device according to claim 8, wherein one of the two or more imaging signals divided by time in a dot-sequential manner generates a captured image in a maximum range that can be captured by the imaging device. The remaining image signal is an image signal that is used to generate a captured image that is obtained by cutting out the area where the object is moving and the area surrounding the area where the object is moving within the range that can be captured by the image capturing apparatus. Set the corner, shoot with the frame rate of the moving part raised, and generate a composite image that combines the moving part and all the captured images cut out of the periphery of the captured image of the maximum range An imaging method for generating a moving image using the same.
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