JP2007124533A - Image pickup apparatus and picked-up image processing method - Google Patents
Image pickup apparatus and picked-up image processing method Download PDFInfo
- Publication number
- JP2007124533A JP2007124533A JP2005316974A JP2005316974A JP2007124533A JP 2007124533 A JP2007124533 A JP 2007124533A JP 2005316974 A JP2005316974 A JP 2005316974A JP 2005316974 A JP2005316974 A JP 2005316974A JP 2007124533 A JP2007124533 A JP 2007124533A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- image
- signal
- output
- signal processing
- unit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Studio Devices (AREA)
Abstract
Description
本発明は、例えば、カメラ一体型記録再生装置などに適用される画像撮像装置及び撮像画像処理方法に関する。 The present invention relates to an image capturing apparatus and a captured image processing method applied to, for example, a camera-integrated recording / reproducing apparatus.
図15は、従来の撮像装置の構成を示すブロック図である。
図15において、レンズ1を介して入射された入射光は被写体光量として、アイリス2を介してイメージセンサー3に供給される。ここで、イメージセンサー3はタイミング発生回路4で発生するタイミングで駆動される。イメージセンサー3では、供給された入射光はその被写体光量に対応した電気信号に変換される。
FIG. 15 is a block diagram illustrating a configuration of a conventional imaging device.
In FIG. 15, incident light incident through the
イメージセンサー3の出力は、サンプルホールド回路(S/H)及びAGC(自動ゲイン制御)回路5に供給される。サンプルホールド回路及びAGC回路5のサンプルホールド及びAGC出力は、A/D変換器6に供給され、ディジタル信号に変換される。A/D変換器6のディジタル出力は、画素信号のうちの黒レベルをクランプする黒クランプ回路7へ供給され、黒クランプされた出力はゲイン調整回路8へ供給される。ゲイン調整回路8の出力は同時化回路9へ供給され、同時化回路9で各画素信号の出力タイミングを同時化処理することによりR(赤)信号、G(緑)信号、B(青)信号へ変換される。なお、ここで、画素信号とは、R(赤)信号、G(緑)信号、B(青)信号を同時に取り出す前に、順次処理される画素単位の信号である。
The output of the
このRGB信号は、AE(自動露光)、AWB(自動ホワイトバランス)等の制御をするために基準値を検波する検波回路15と信号処理系のプリニー回路10へ供給され、RGB信号の信号レベルの圧縮がされる。プリニー回路10で前処理のためにレベルが圧縮された信号は、ガンマ補正回路(1/γ)11へ供給され、出力画像の特性を補正するガンマ補正がされる。ガンマ補正後の信号は、色信号系を作るための低域通過処理を行うLPF17へ供給された後に、ヒュー(色合い)/ゲインマトリクス18におけるヒュー(色合い)/ゲインのパラメータ調整により色差信号(R−Y/B−Y)へ変換され、画像信号として出力される。なお、ここで、画像信号とは、最終的に出力される画像の信号である。
This RGB signal is supplied to a
一方、RGB信号は、輝度変換マトリクス回路12へも供給され、この輝度変換マトリクス回路12からの出力は、ニー回路13で出力画像の特性に適合するように圧縮処理される。ニー回路13で圧縮された信号は、LPF14へ供給され、輝度信号Yとして出力される。これらのサンプルホールド回路及びAGC回路5からヒュー(色合い)/ゲインマトリクス18までの各信号処理、及び、アイリス2等における被写体光量の調整はコントロールバス19を介してマイクロコンピュータ15によって行われる。
On the other hand, the RGB signals are also supplied to the luminance
上述したイメージセンサー3として、従来からCCD(charge coupled device)等の固体撮像素子を用いた撮像装置が広く普及している。
しかしながら、民生用の撮像装置においては、業務用と違いコストを抑え、サイズの小型化の要求もあり、入射光に対するダイナミックレンジを十分に取れなくなってきている。そのため、撮影画角内に明るい被写体と暗い被写体が混在する場合には、明るい被写体が白とびしたり、暗い被写体が潰れたりすることがあった。
As the
However, in consumer imaging devices, unlike commercial use, cost is reduced and size reduction is required, and a dynamic range for incident light cannot be sufficiently obtained. Therefore, when a bright subject and a dark subject are mixed within the shooting angle of view, the bright subject may be overexposed or the dark subject may be collapsed.
また、イメージセンサー3の出力ダイナミックレンジが大きく取れたとしても、後段のサンプルホールド回路(S/H)5、A/D変換器6も同様にその信号を通せるだけの十分なダイナミックレンジを待たなければいけなかった。しかし、低消費電力化から、デバイスの電源電圧を下げることが必要とされるため、この点に関しても対応することは難しいものであった。
上記のような理由から、撮像装置として高価で、消費戦力も民生機よりは多少レベルの高い業務用機器にはダイナミックレンジを上げるという点で民生機は遠く及ばない状況であった。
Even if the output dynamic range of the
For the reasons described above, consumer devices were far from being expensive in terms of image pickup apparatuses and increased in dynamic range for commercial equipment that has a slightly higher level of consumption power than consumer devices.
上記の広いダイナミックレンジが確保できない具体的な内容を図16に基づいて説明する。図16は、従来の撮像装置の動作を説明する図である。この図16は、図15で説明した従来の撮像装置における動作を説明するためにカメラ信号処理系のみを表すものである。図17は、撮像画像の例を示す図である。図16に示すような撮像装置において図17に示すような人物P及び空Sの画像を撮像した場合を例にとって説明する。図16において、レンズ1からニー回路13までの出力をS1~S11として、このS1〜S11に対応した入力と出力の関係を図18〜図24に示す特性図における横軸と縦軸として図示している。
Specific contents that cannot secure the wide dynamic range will be described with reference to FIG. FIG. 16 is a diagram for explaining the operation of a conventional imaging apparatus. FIG. 16 shows only the camera signal processing system in order to explain the operation of the conventional imaging apparatus explained in FIG. FIG. 17 is a diagram illustrating an example of a captured image. A case will be described as an example in which an image of the person P and the sky S as illustrated in FIG. 17 is captured by the imaging apparatus as illustrated in FIG. In FIG. 16, the outputs from the
図18は、レンズからアイリスまでの入出力光の特性図である。図19は、イメージセンサーの入出力の特性図である。
人物Pの顔が適当露出になるように撮像した場合、図18に示すように、横軸に示すレンズ1より入力された光は、アイリス2を通して、縦軸に示す出力光としてイメージセンサー3へ入力される。ここで、人物Pの出力光はイメージセンサー3のサチレーションレベルIs以内であるが、空Sの出力光はイメージセンサー3のサチレーションレベルIs以上である。しかし、イメージセンサー3のサチレーションレベルIs以上の信号はイメージセンサー3から出力されないため、図19に示されるように、Is以上の空Sの出力光の信号レベルは一定値SWTになってしまう。
FIG. 18 is a characteristic diagram of input / output light from the lens to the iris. FIG. 19 is a characteristic diagram of input / output of the image sensor.
When imaging is performed so that the face of the person P is appropriately exposed, the light input from the
図20は、背景の空の部分が白飛びする例を示す図である。
すなわち、上述の結果として出力される画像は、この図20に示されるようになって、背景の空Sの部分は一定値SWTになるため、白飛びしてしまうのである。仮に、イメージセンサー3の出力が十分なダイナミックレンジがあった場合でも、後段のサンプルホールド回路(S/H)5、A/D変換器6のダイナミックレンジが足りなければ同様の結果となる。
FIG. 20 is a diagram illustrating an example in which an empty part of the background is overexposed.
That is, the image output as a result described above is as shown in FIG. 20, and the background sky S portion has a constant value SWT, so that the image is overexposed. Even if the output of the
この白飛びを抑える方法としては、アイリス2により、イメージセンサー3への入力光をイメージセンサー3が飽和しないイメージセンサー3のサチレーションレベルIsにまで抑えてしまう他の方法がある。以下に、他の方法を説明する。
図21は、他のレンズからアイリスまでの入出力光の特性図である。図22は、他のイメージセンサーの入出力の特性図である。
この方法では、図21、図22に示すようにアイリス2からの出力光、イメージセンサー3からの出力光ともに、空部分Sの信号もイメージセンサー3のサチレーションレベルIsの空部分SBKに抑えて飽和せず階調を保つことができる。しかし、この場合は、人物部分PBKが必要な信号量を得られない。
As a method for suppressing the whiteout, there is another method in which the
FIG. 21 is a characteristic diagram of input / output light from another lens to the iris. FIG. 22 is a characteristic diagram of input / output of another image sensor.
In this method, as shown in FIGS. 21 and 22, both the output light from the
このため、結果として、人物部分PBKが背景と区別できない程度に黒つぶれしてしまう。図23は、この人物部分が黒つぶれする例を示したものである。
これを回避するために、一度信号をゲイン調整回路8でゲインを上げる処理をして、プリニー回路10、ガンマ補正回路11、ニー回路13を利用して、出力画像のダイナミックレンジD内に圧縮する方法がある。
For this reason, as a result, the person portion PBK is blackened to the extent that it cannot be distinguished from the background. FIG. 23 shows an example in which the person portion is blackened.
In order to avoid this, the signal is once increased by the
図24は、ゲイン調整回路の入出力の特性図である。図25は、プリニー回路、ガンマ補正回路、ニー回路から画像出力までの入出力の特性図である。
図24、25に示すように、ゲイン調整回路8の出力、最終的な画像出力ともに、人物部分PNA及び空部分SNAとしてダイナミックレンジDとしては目的の出力レベルを確保できる。しかし、この場合は信号量の小さな人物部分PBK及び空部分SBKをゲインアップすることで出力レベルを補っている。
FIG. 24 is a characteristic diagram of input / output of the gain adjustment circuit. FIG. 25 is a characteristic diagram of input / output from the pliny circuit, the gamma correction circuit, and the knee circuit to image output.
As shown in FIGS. 24 and 25, both the output of the gain adjusting
このため、人物部分PNAのノイズも増幅されS/Nの悪い画像になってしまうことになる。図26は、人物部分のノイズが増幅される例を示した図である。
そこで、1フィールド期間中に露出の異なる複数枚の画像を取り込み、その露出の適切な部分のみを合成して1枚の画像を得ることにより、ダイナミックレンジの拡大を図る方法が提案されている(特許文献1参照)。
For this reason, the noise of the person portion PNA is also amplified, resulting in an image having a poor S / N. FIG. 26 is a diagram illustrating an example in which the noise of the person portion is amplified.
In view of this, a method has been proposed in which a plurality of images with different exposures are captured during one field period, and only a suitable part of the exposure is synthesized to obtain one image to increase the dynamic range ( Patent Document 1).
また、同様に露光時間の異なる複数の撮影画像を利用する方法(例えば、特許文献2参照)や、被写体を光量比が可変できる手段により分離して得た複数の画像信号のうち、最適な露出の部分のみを集めて一枚の画像を合成するという方法も提案されている(例えば、特許文献3参照)。さらに、光路分割部材を用いて光路を像の上半分と下半分に分けて各部分空間像の位置に撮像部を配置した画像分割光学系も提案されている(例えば、特許文献4参照)。
しかし、特許文献1に記載の方法では、1フィールド間に複数枚の画像を取り込まなければならないので、撮像素子の高速な駆動が要求されるため、要求される多画素化には向かなかった。
また、特許文献2に記載の方法は、画像の取り込みに時間的なずれが生じるため、動体などの撮影が不可能であった。また、露光量を絞り等で変更する方法も開示されているが、異なる絞りの複数の画像を合成すると背景のぼけ具合の違いから正常な画像合成を行うことができなかった。
However, in the method described in
In addition, the method described in
さらに、特許文献3に記載の方法は、ダイナミックレンジの拡大は図れるが、露出の不適当な部分の信号は捨てられてしまうため感度的に不利となる。そして、被写体により光量比を変化させるための光量制御が複雑になるため、動画撮影のようなリアルタイム性が要求される撮像装置には向かないものであった。
従って、いずれの方法でも撮像画像の画質が低下するという不都合が生じていた。また、特許文献4に記載の技術では、画像の解像度を上げることはできるが、ダイナミックレンジを上げることはできなかった。
Furthermore, although the method described in
Therefore, any method has a disadvantage that the image quality of the captured image is deteriorated. The technique described in
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、画像出力に必要なダイナミックレンジを確保するとともに、画質の低下も少なくし、更に光量の制御が簡単に行える動画撮影に適した画像撮像装置を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and is suitable for moving image shooting that secures a dynamic range necessary for image output, reduces image quality deterioration, and can easily control the amount of light. The object is to provide an apparatus.
上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明の画像撮像装置は、被写体からの入力光を取り込む光学系と、光学系を介して入射された被写体光量を調整する光量調整部と、光量調整部により調整された入力光を複数に分光する分光部と、分光部により複数に分光された入力光をそれぞれ電気信号へ変換する複数の撮像部と、複数の撮像部により変換された複数の電気信号から画素信号を生成するための複数の第1の信号処理部と、複数の第1の信号処理部により複数に分配されて信号処理された複数の画素信号を混合する混合部と、混合部により混合された画素信号より出力画像として出力可能な画像信号を取り出す第2の信号処理部と、第2の信号処理部により取り出された画像信号を出力画像のダイナミックレンジ内に収めるための圧縮部と、を備えたものである。 In order to solve the above problems and achieve the object of the present invention, an image pickup apparatus of the present invention includes an optical system that captures input light from a subject, and a light amount adjustment unit that adjusts the amount of light of the subject incident through the optical system. A spectral unit that splits the input light adjusted by the light amount adjusting unit into a plurality of light, a plurality of imaging units that convert the input light split into a plurality of light by the spectral unit into electrical signals, and a plurality of imaging units. A plurality of first signal processing units for generating pixel signals from a plurality of electrical signals, and a mixing unit for mixing a plurality of pixel signals distributed and signal-processed by the plurality of first signal processing units A second signal processing unit that extracts an image signal that can be output as an output image from the pixel signals mixed by the mixing unit, and the image signal extracted by the second signal processing unit is stored in the dynamic range of the output image. A compression unit for those equipped with.
また、本発明の撮像画像処理方法は、光学系を介して入射された被写体光量を調整するステップと、この光量が調整された入力光を複数に分光するステップと、この複数に分光された入力光をそれぞれ複数の電気信号へ変換するステップと、この変換された複数の電気信号から複数の画素信号を生成するための第1の信号処理を行うステップと、この第1の信号処理により複数に分配され信号処理された複数の画素信号を混合するステップと、この混合された画素信号より出力画像として出力可能な画像信号を取り出すための第2の信号処理を行うステップと、この第2の信号処理により取り出された画像信号を出力画像のダイナミックレンジ内に収めるために出力画像を圧縮するステップと、を含むものである。 Further, the captured image processing method of the present invention includes a step of adjusting a subject light amount incident via an optical system, a step of splitting the input light whose light amount has been adjusted into a plurality, and an input split into the plurality of inputs. A step of converting light into a plurality of electrical signals, a step of performing a first signal processing for generating a plurality of pixel signals from the plurality of converted electrical signals, and a plurality of steps by the first signal processing. A step of mixing a plurality of distributed and signal-processed pixel signals, a step of performing a second signal processing for extracting an image signal that can be output as an output image from the mixed pixel signals, and the second signal Compressing the output image so that the image signal extracted by the processing falls within the dynamic range of the output image.
上述した本発明の画像撮像装置及び撮像画像処理方法によれば、分光部(あるいは分光するステップ)により入力光を複数に分光して、複数に分配されて信号処理された複数の画素信号を混合部(あるいは混合するステップ)により混合して、圧縮部(あるいは圧縮するステップ)により画像信号を出力画像のダイナミックレンジ内に収めるようにしている。 According to the above-described image pickup apparatus and picked-up image processing method of the present invention, the input light is split into a plurality of parts by the spectroscopic unit (or the step of splitting), and the plurality of pixel signals distributed and signal processed are mixed. The image signal is mixed within the dynamic range of the output image by the compression unit (or the compression step).
これにより、例えば、CCDなどの撮像素子を使用した撮像装置に関して、広いダイナミックレンジを確保する上で一番ネックとなる、撮像素子自体のダイナミックレンジ、及びその後段のアナログデバイスのダイナミックレンジを、業務用撮像装置のように高価で特別な(例えば、電源電圧を高くしてダイナミックレンジを広く取るような)部品を使用したりすることなく、安価なイメージセンサーとアナログデバイスのみを使用して、ダイナミックレンジの拡大を実現することができる。 As a result, for example, regarding an imaging device using an imaging device such as a CCD, the dynamic range of the imaging device itself and the dynamic range of the analog device in the subsequent stage, which are the biggest bottleneck in securing a wide dynamic range, Without using expensive and special parts (such as increasing the power supply voltage and widening the dynamic range) like an image pickup device, and using only an inexpensive image sensor and analog device. The expansion of the range can be realized.
本発明によれば、分光部により入力光を複数に分光して、複数に分配されて信号処理された複数の画素信号を混合部により混合して、圧縮部により画像信号を出力画像のダイナミックレンジ内に収めることにより、画像出力に必要なダイナミックレンジを確保するとともに、撮像画像の画質を向上させることができるという効果を奏する。 According to the present invention, the input light is divided into a plurality of parts by the spectroscopic unit, a plurality of pixel signals distributed and signal processed are mixed by the mixing unit, and the image signal is converted by the compression unit to the dynamic range of the output image. By being within, the dynamic range necessary for image output is ensured and the image quality of the captured image can be improved.
以下、本発明の実施の形態について、適宜、図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の実施の形態における撮像装置の構成を示すブロック図である。図1において、図15に対応するものには、同一の符号を付してある。
図1において、レンズ1を介して入射された入射光は被写体光量として、アイリス2を介して、分光器21へ入射される。分光器21は入射光をおよそ半分に分光して、半分に分光された入射光の被写体光量はそれぞれ、3に示すイメージセンサーA、20に示すイメージセンサーBへ入力される。イメージセンサー3、20はタイミング発生回路4で発生する、タイミングで駆動される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings as appropriate.
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of an imaging apparatus according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, components corresponding to those in FIG.
In FIG. 1, incident light incident through the
イメージセンサー3、20では、分光器21より供給された入射光の被写体光量がそれぞれ2系統の電気信号に変換される。イメージセンサー3、20の出力は、それぞれ別々の系統のサンプルホールド回路及びAGC回路5、24に供給される。次に、2系統のサンプルホールド回路及びAGC回路5、24の出力は、それぞれ別の系統のA/D変換器6、25に供給され、ディジタル信号に変換される。2系統のA/D変換器6、25のディジタル出力は、それぞれ別々の系統の画素信号のうちの黒レベルをクランプする黒クランプ回路7、26へ供給される。
In the
この2系統の黒クランプ回路7、26で黒レベルをクランプされた出力は、それぞれ別々のリニアリティ調整回路22、27へ供給される。この2系統のリニアリティ調整回路22、27を使用してリニアリティを補正するとともに、2系統の調整データを記憶しておくための補正値記憶領域24がマイクロコンピュータ15に接続されている。これらのサンプルホールド回路及びAGC回路5、24からヒュー(色合い)/ゲインマトリクス18までの各信号処理、及び、アイリス2等における被写体光量の調整はコントロールバス19を介してマイクロコンピュータ15によって行われる。
The outputs whose black level is clamped by the two
次に、リニアリティ調整回路22、27の2系統の出力は、画素混合ブロック23へ供給される。この画素混合ブロック23で、2系統のそれぞれの画素信号を混合する。このとき画素混合ブロック23のビット長は、2系統の信号A、Bの最大レベルを足したレベルが十分通せるだけのビット長をもつものとする。また、分光器21は、2系統のサンプルホールド回路及びAGC回路5、24、A/D変換器6、25における信号処理のダイナミックレンジ内の光量となるように2系統に分光される。
Next, the two outputs of the
次に、画素混合ブロック23で画素混合された出力は、ゲイン調整回路8へ供給される。ゲイン調整回路8の出力は同時化回路9へ供給され、同時化回路9で各画素信号の出力タイミングを同時化処理することによりR信号、G信号、B信号へ変換される。なお、ここで、画素信号とは、R(赤)信号、G(緑)信号、B(青)信号を同時に取り出す前に、順次処理される画素単位の信号である。このRGB信号は、AE、AWB等の制御のための基準値を検波する検波回路15と、後段の信号処理系の前処理のために信号レベルの圧縮処理を行うプリニー回路10へ供給される。プリニー回路で前処理のためにレベルが圧縮された信号は、ガンマ補正回路11へ供給され、出力画像の特性を補正するガンマ補正が施される。
Next, the output obtained by pixel mixing in the
ガンマ補正後の信号は、色差信号で表される色信号系を作るための低域通過処理を行うLPF17へ供給される。低域通過処理後の信号は、ヒュー(色合い)/ゲインマトリクス18においてヒュー(色合い)/ゲインのパラメータ調整により色差信号(R−Y/B−Y)へ変換され、画像信号として出力される。なお、ここで、画像信号とは、最終的に出力される画像の信号である。
一方、RGB信号は、輝度変換マトリクス回路12へも供給され、この出力は、ニー回路13で信号レベルが圧縮処理された後に、LPF14へ供給され、低域通過処理後の信号は、輝度信号Yとして出力される。
The signal after the gamma correction is supplied to the
On the other hand, the RGB signal is also supplied to the luminance
図2は、撮像装置の動作を説明する図である。
図1で示した撮像装置における実際の動作を図2に基づいて説明する。この図は、図1で説明した本実施の形態の撮像装置におけるカメラ信号処理系のみを表すものである。図2に示すような撮像装置を使用して、従来技術として示した図17と同様に、人物P及び空Sの画像を撮像した場合を例にとって説明する。図2において、レンズ1からニー回路13までの出力をS1〜S11として、それぞれの入出力を図3〜図14の特性図における縦軸及び横軸の信号に対応させて図示している。なお、サンプルホールド回路及びAGC回路5、24からリニアリティ調整回路22、27の2系統の出力はチャンネルA及びチャンネルBとする。
FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of the imaging apparatus.
An actual operation in the imaging apparatus shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. This figure represents only the camera signal processing system in the imaging apparatus of the present embodiment described in FIG. A case where an image of the person P and the sky S is captured using the imaging apparatus as shown in FIG. 2 as in FIG. 17 shown as the prior art will be described as an example. In FIG. 2, the outputs from the
図3は、レンズ1からアイリス2までの入出力光の特性図である。
図3に示すように、横軸に示す被写体からのレンズ1の入力光に対して、縦軸に示すアイリス2からの出力光が、アイリス2を通して、分光器21へ入力される。ここで、人物Pの出力光はイメージセンサー3のサチレーションレベルIs以内であるが、空Sの出力光はイメージセンサー3のサチレーションレベルIs以上である。
FIG. 3 is a characteristic diagram of input / output light from the
As shown in FIG. 3, the output light from the
図4は、分光器の入出力光の特性図であり、図4AはチャンネルA、図4BはチャンネルBである。
分光器21により、入力光は図4A、Bのように、チャンネルAとチャンネルBへ1/2に分光されて出力される。図4A、Bに示されるように、チャンネルAとチャンネルBとでそれぞれ光量が1/2となったことで、人物PA、PB及び空SA、PBの出力光はいずれもイメージセンサーのサチレーションレベルIs内に収めることができる。
FIG. 4 is a characteristic diagram of the input / output light of the spectroscope. FIG. 4A is channel A, and FIG.
As shown in FIGS. 4A and 4B, the spectroscope 21 splits the input light into the channel A and the channel B in half and outputs them. As shown in FIGS. 4A and 4B, the light amounts of the channels A and B are halved, so that the output light of the persons PA and PB and the sky SA and PB are all at the saturation level Is of the image sensor. Can fit inside.
図5は、イメージセンサーの入出力の特性図であり、図5AはチャンネルA、図5BはチャンネルBである。
上述したように、チャンネルAとチャンネルBとでそれぞれ光量が1/2となったため、図5A、Bに示すように、イメージセンサー3からの人物PA、PB及び空SA、PBの出力レベルは、サンプルホールド回路(S/H)及びAGC回路5,24の入力ダイナミックレンジIsの範囲内となるように欲しい領域の全信号レベルを取り出すことが可能となる。
5A and 5B are graphs showing input / output characteristics of the image sensor. FIG. 5A shows channel A, and FIG.
As described above, since the amount of light in each of the channels A and B is halved, as shown in FIGS. 5A and 5B, the output levels of the persons PA and PB and the sky SA and PB from the
ここで、イメージセンサー3の最大出力Isを考慮して、後段のサンプルホールド回路(S/H)及びAGC回路5,24、A/D変換器6,25、などの画素混合処理前の信号処理系を選択しておけば、つまりチャンネルAとチャンネルBの回路としてそれぞれを設定しておけば、イメージセンサー3よりの出力は、そのままのダイナミックレンジを保持したまま画素混合ブロック23の入力段へ入力されることになる。
Here, in consideration of the maximum output Is of the
図6は、画素混合ブロックの入出力の特性図である。
画素混合ブロック23へ入力されたチャンネルAとチャンネルBの人物PAとPB及び空SAとPBの出力信号は、画素混合ブロック23にて加算され、図6に示すような人物P及び空Sの出力を得る。
FIG. 6 is a characteristic diagram of input / output of the pixel mixture block.
The person PA and PB and sky SA and PB output signals of channel A and channel B input to the
ここで、画素混合ブロック23への入力のチャンネルAとチャンネルBの人物PAとPB及び空SAとPBのダイナミックレンジIsに対して、画素混合ブロック23からの出力である信号処理系の入力ダイナミックレンジGMoは2倍となる。なお、画素混合ブロック23以降の信号処理系では、ダイナミックレンジGMoはIsの2倍の信号量を十分通せるビット長を確保するものとする。
Here, the input dynamic range of the signal processing system that is the output from the
画素混合ブロック23よりの出力は、プリニー回路10へ入力される。プリニー回路10では、その後段においてビット長が足りない場合には、あらかじめここで高域部分を圧縮しておく。後段の信号処理のビット長が十分な場合にはここで圧縮せず、そのままの信号をガンマ補正回路11へ入力してもよい。ここでは、後段のビット長が十分あるものとしてプリニー回路10による圧縮処理を省略する。
The output from the
図7は、γ回路(ガンマ補正回路)の入出力の特性図である。
画素混合ブロック23の出力はそのままガンマ補正回路11へ入力され、図7に示すようなガンマ補正後の出力が得られる。ここで、ガンマ補正回路11の出力最大値γoは、最終出力画像のダイナミックレンジSoよりも大きく、このままでは空S部分の信号が切れてしまうことになる。
FIG. 7 is a characteristic diagram of input / output of the γ circuit (gamma correction circuit).
The output of the
図8は、ニー回路の入出力の特性図である。図9は、ニー回路から画像出力までの入出力の特性図である。
このため、ニー回路13で図8に示すようなニー特性によって、ニー回路出力を最終出力画像のダイナミックレンジSo内に収まるように圧縮する。
これにより、最終的に図9に示すような空S`部分の信号を最終出力画像のダイナミックレンジSo内に収めるように圧縮した画像出力を得る。
FIG. 8 is a characteristic diagram of input / output of the knee circuit. FIG. 9 is a characteristic diagram of input / output from the knee circuit to image output.
For this reason, the
As a result, an image output in which the signal of the empty S ′ portion as shown in FIG. 9 is finally compressed so as to be within the dynamic range So of the final output image is obtained.
この方法を用いれば、チャンネルAとチャンネルBの画素を混合して必要な信号レベルを得ているので、S/Nの低下を抑え、しかも、ダイナミックレンジを2倍にすることができる。また、アナログデバイスでのダイナミックレンジ拡大は小型化、消費電力等の問題などで非常に難しいが、本実施の形態の方法では、消費電力の増大を必要とせず、比較的容易なディジタル信号処理のビット長の確保のみで実現することが可能となる。 If this method is used, the required signal level is obtained by mixing the pixels of channel A and channel B, so that the reduction in S / N can be suppressed and the dynamic range can be doubled. In addition, although it is very difficult to expand the dynamic range in an analog device due to problems such as downsizing and power consumption, the method of this embodiment does not require increase in power consumption, and relatively easy digital signal processing is possible. This can be realized only by securing the bit length.
上記の例で説明した場合は、分光器21、イメージセンサー3,20、サンプルホールド回路及びAGC回路5、24、A/D変換器6、25の特性が理想的な場合について説明したが、実際には分光器21の特性ばらつき、イメージセンサー3,20、サンプルホールド回路及びAGC回路5、24、A/D変換器6、25による、感度や処理の特性の直線性を示すリニアリティのバラツキが発生する。
In the example described above, the case where the characteristics of the spectroscope 21, the
以下に、それらニアリティのバラツキに対する補正に関して説明する。
図10は、分光器の特性のバラツキを示す図である。図11は、イメージセンサーのバラツキを示す図である。
図10に示すように、チャンネルA、チャンネルB間で実線から点線までの分光器21の特性バラツキによって、分光器21よりの出力はレベル差が生じる。この分光器21からの出力がイメージセンサー3,20へ入力されると、イメージセンサー3,20の出力には、これに対して実線から点線までのイメージセンサー3,20による感度差、リニアリティのバラツキが付加されるため、図11に示すようにバラツキが増大する。
In the following, correction for variations in nearness will be described.
FIG. 10 is a diagram illustrating variation in characteristics of the spectrometer. FIG. 11 is a diagram illustrating variations in image sensors.
As shown in FIG. 10, the output from the spectroscope 21 has a level difference due to the characteristic variation of the spectroscope 21 from the solid line to the dotted line between the channel A and the channel B. When the output from the spectroscope 21 is input to the
イメージセンサー3,20の出力のレベル差、黒レベルの差をサンプルホールド(S/H)及びAGC5によりレベル調整後に、黒クランプ回路7、26により起点を合わせるようにして両者の差分を引く補正をし、チャンネルA、チャンネルB間のレベル差を補正する。
After adjusting the level difference between the output levels of the
図12は、サンプルホールド(S/H)から黒クランプ回路によるレベル差の補正を示す図である。
この補正によって、図12の細い実線と点線で示されるチャンネルA、チャンネルBにおけるサンプルホールド(S/H)から黒クランプ回路によるレベル差が、太い実線及び点線で示されるように変更されるため、チャンネルA、チャンネルB間のバラツキが改善される。
しかし、このままでは、まだチャンネルA、チャンネルB間でリニアリティに差があり、階調特性、S/Nの劣化につながるため、リニアリティ調整回路22,27にて、チャンネルA、チャンネルBのリニアリティを補正する。
FIG. 12 is a diagram illustrating level difference correction by the black clamp circuit from the sample hold (S / H).
Due to this correction, the level difference due to the black clamp circuit from the sample hold (S / H) in the channel A and channel B indicated by the thin solid line and the dotted line in FIG. 12 is changed as indicated by the thick solid line and the dotted line. The variation between channel A and channel B is improved.
However, there is still a difference in linearity between channel A and channel B, and this leads to deterioration of gradation characteristics and S / N. Therefore, the
図13は、理想直線と実際の入出力の差分を示す図である。
図13に示すように、リニアリティ調整回路22,27では、理想的な入出力特性になるように、理想直線と実際の入出力信号の差分をあらかじめ測定し、マイクロコンピュータ15によって、補正値記憶領域24に補正値を記憶させておく。
FIG. 13 is a diagram illustrating a difference between an ideal straight line and actual input / output.
As shown in FIG. 13, in the
これにより、補正値をもとにリニアリティ調整回路22,27にて補正値との差分を引く補正を行い、チャンネルA、チャンネルB間でリニアリティのとれた出力が得られる。図14は、このリニアリティ調整回路により入出力を補正した結果を示す図である。
Accordingly, the
なお、チャンネルA、チャンネルB間でリニアリティの差がそれほど大きくないときは、一方側のリニアリティのみを補正して、他方のリニアリティと合わせることで整合性をとってもよい。
これをもとに、前述のように画素混合、信号処理系による信号レベルの圧縮を行うことで、感度を損なうことなく、S/Nの悪化も最小限に抑え、さらにダイナミックレンジの拡大を実現することが可能となる。
If the difference in linearity between channel A and channel B is not so large, only the linearity on one side may be corrected and matched with the other linearity.
Based on this, pixel mixing and signal level compression by the signal processing system as described above minimizes S / N deterioration and reduces the dynamic range without losing sensitivity. It becomes possible to do.
本実施の形態によれば、業務用撮像装置のように、高価な部品を使用したりすることなく、安価な撮像素子、及び、イメージセンサーの出力をA/D変換してディジタル信号にするまでのアナログ信号処理部分に、ダイナミックレンジを大きく取れるような特別な部品(例えば、電源電圧レベルを高くしたような)を使用しなくてもダイナミックレンジの拡大を実現でき、そのために、著しいS/Nの劣化等の問題もない画像撮像装置を提供できる。電源電圧を上げる必要がないので、電源の削減にもつながり、トータルでのパワー削減にもつながる。 According to the present embodiment, it is possible to A / D convert the output of an inexpensive image sensor and the image sensor into a digital signal without using expensive parts as in a commercial imaging apparatus. The analog signal processing part of the system can realize a wide dynamic range without using a special part that can take a large dynamic range (for example, a high power supply voltage level). It is possible to provide an image pickup apparatus that is free from problems such as deterioration of the image quality. Since there is no need to increase the power supply voltage, it also leads to a reduction in power supply, which leads to a total power reduction.
また、通常は、2系統の信号系間のバラツキを抑えるために、デバイスのペアリングを行ったり、また、ハイスペックな部品を要求されるが、本実施の形態においては、分光器のばらつき、イメージセンサーのばらつき、及び、アナログデバイスのばらつきに関する補正処理も同時に行っているため、上記のような制約を軽減することが可能である。上述した例では、分光器により2系統に光及び信号を分配する例を示したが、2系統に限らず、信号処理系のダイナミックレンジの範囲内に収めるために、3系統、4系統に分配してもよい。 In addition, in order to suppress the variation between the two signal systems, device pairing or high-spec parts are usually required. Since the correction processing regarding the variation of the image sensor and the variation of the analog device is also performed at the same time, it is possible to reduce the above-described restriction. In the above-described example, the light and the signal are distributed to the two systems by the spectroscope. However, not only the two systems but also the three systems and the four systems are distributed in order to be within the dynamic range of the signal processing system. May be.
上述した本実施の形態に限らず、本発明の特許請求の範囲内であれば、適宜、その構成を変更しうることはいうまでもない。 It goes without saying that the configuration can be changed as appropriate within the scope of the present invention, not limited to the embodiment described above.
1…レンズ、2…アイリス、3…イメージセンサー、4…タイミング発生回路、5…サンプルホールド回路及びAGC回路、6…A/D変換器、7…黒クランプ回路、8…ゲイン調整回路、9…同時化回路、10…プリニー回路、11…ガンマ補正回路,12…輝度変換マトリクス、13…ニー回路、14…LPF、15…マイクロコンピュータ、16…検波回路、17…LPF、18…ヒュー(色合い)/ゲインマトリクス、19…コントロールバス、20…イメージセンサー、21…分光器、22…リニアリティ調整回路、23…画素混合ブロック、24…サンプルホールド回路及びAGC回路、25…A/D変換器,26…黒クランプ回路、27…リニアリティ調整回路、28…補正値記憶領域
DESCRIPTION OF
Claims (6)
上記被写体からの入力光を取り込む光学系と、
上記光学系を介して入射された被写体光量を調整する光量調整部と、
上記光量調整部により調整された入力光を複数に分光する分光部と、
上記分光部により複数に分光された入力光をそれぞれ電気信号へ変換する複数の撮像部と、
上記複数の撮像部により変換された複数の電気信号から画素信号を生成するための複数の第1の信号処理部と、
上記複数の第1の信号処理部により複数に分配されて信号処理された複数の画素信号を混合する混合部と、
上記混合部により混合された画素信号より出力画像として出力可能な画像信号を取り出す第2の信号処理部と、
上記第2の信号処理部により取り出された上記画像信号を出力画像のダイナミックレンジ内に収めるための圧縮部と、
を備えたことを特徴とする画像撮像装置。 An image imaging device that performs signal processing on an image signal obtained by imaging a subject and outputs an output image with a predetermined dynamic range,
An optical system that captures input light from the subject,
A light amount adjustment unit for adjusting the amount of light of the subject incident through the optical system;
A spectroscopic unit that splits the input light adjusted by the light amount adjusting unit into a plurality of parts,
A plurality of imaging units each converting the input light split into a plurality of light by the spectroscopic unit into electrical signals;
A plurality of first signal processing units for generating pixel signals from a plurality of electrical signals converted by the plurality of imaging units;
A mixing unit that mixes a plurality of pixel signals distributed and signal-processed by the plurality of first signal processing units;
A second signal processing unit that extracts an image signal that can be output as an output image from the pixel signals mixed by the mixing unit;
A compression unit for storing the image signal extracted by the second signal processing unit within a dynamic range of an output image;
An image pickup apparatus comprising:
上記光学系を介して入射された被写体光量を調整するステップと、
上記光量調整された入力光を複数に分光するステップと、
上記複数に分光された入力光をそれぞれ複数の電気信号へ変換するステップと、
上記変換された複数の電気信号から複数の画素信号を生成するための第1の信号処理を行うステップと、
上記第1の信号処理により複数に分配されて信号処理された複数の画素信号を混合するステップと、
上記混合された画素信号より出力画像として出力可能な画像信号を取り出す第2の信号処理を行うステップと、
上記第2の信号処理により取り出された画像信号を出力画像のダイナミックレンジ内に収めるために画像信号を圧縮するステップと、
を含むことを特徴とする撮像画像処理方法。 A captured image processing method for performing signal processing on an image signal obtained by imaging a subject and outputting an output image with a predetermined dynamic range,
Adjusting the amount of subject light incident through the optical system;
Spectroscopically splitting the input light whose light amount has been adjusted,
Converting each of the input light split into a plurality of the signals into a plurality of electrical signals;
Performing first signal processing for generating a plurality of pixel signals from the plurality of converted electrical signals;
Mixing a plurality of pixel signals distributed and signal-processed by the first signal processing;
Performing a second signal processing for extracting an image signal that can be output as an output image from the mixed pixel signal;
Compressing the image signal so that the image signal extracted by the second signal processing falls within the dynamic range of the output image;
A captured image processing method comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005316974A JP2007124533A (en) | 2005-10-31 | 2005-10-31 | Image pickup apparatus and picked-up image processing method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005316974A JP2007124533A (en) | 2005-10-31 | 2005-10-31 | Image pickup apparatus and picked-up image processing method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007124533A true JP2007124533A (en) | 2007-05-17 |
Family
ID=38147838
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005316974A Pending JP2007124533A (en) | 2005-10-31 | 2005-10-31 | Image pickup apparatus and picked-up image processing method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2007124533A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010009583A (en) * | 2008-05-30 | 2010-01-14 | Panasonic Corp | Dynamic range compression apparatus, dynamic range compression method, program, integrated circuit and imaging apparatus |
-
2005
- 2005-10-31 JP JP2005316974A patent/JP2007124533A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010009583A (en) * | 2008-05-30 | 2010-01-14 | Panasonic Corp | Dynamic range compression apparatus, dynamic range compression method, program, integrated circuit and imaging apparatus |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11785170B2 (en) | Combined HDR/LDR video streaming | |
US7663669B2 (en) | Imaging apparatus including an XY-address-scanning imaging device, imaging method, and recording medium | |
US7102669B2 (en) | Digital color image pre-processing | |
US7859589B2 (en) | Imaging apparatus, and exposure control apparatus, method, and program | |
JP2006148931A (en) | SoC CAMERA SYSTEM EMPLOYING COMPLEMENTARY COLOR FILTER | |
US8218021B2 (en) | Image capture apparatus, method of controlling the same, and program | |
JP4544308B2 (en) | Image processing apparatus, imaging apparatus, method, and program | |
US8384799B2 (en) | Image processing apparatus and image processing method | |
US7667748B2 (en) | Method and apparatus of defective pixel correction for a solid-state imaging device | |
EP1494485B1 (en) | Video signal processing apparatus and video signal processing method | |
US8872935B2 (en) | Imaging apparatus and imaging operation processing method | |
JP2012134745A (en) | Image signal processing device | |
JP2006025167A (en) | Imaging processing method, imaging processing circuit, and imaging apparatus | |
JP2007124533A (en) | Image pickup apparatus and picked-up image processing method | |
JP2557620B2 (en) | Imaging device | |
JP2004072371A (en) | Camera device and its exposure controlling method | |
JP2007082023A (en) | Imaging apparatus and imaging method | |
KR100319860B1 (en) | Camcorder White Balance Compensator | |
JP2004200888A (en) | Imaging device | |
JP4145704B2 (en) | White balance circuit | |
JP5597124B2 (en) | Image signal processing device | |
JPH09130814A (en) | Solid-state image pickup device | |
JP3869149B2 (en) | Imaging device | |
JPH06284433A (en) | Film picture reader | |
JP2000270339A (en) | Television camera apparatus |