JP2007336329A - Image sensing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、イメージセンサを有し、画像信号を出力する撮像装置に関する。 The present invention relates to an imaging apparatus that includes an image sensor and outputs an image signal.
従来のCMOSイメージセンサを有する撮像装置は、画素の信号の蓄積時間帯を画素毎にシフトさせるローリングシャッター方式を採用している。そのため、蛍光灯等の点滅照明による照明光の影響を受けた場合、撮像装置が出力する画像に縞模様が発生する。この縞模様を抑制する撮像装置が特許文献1に開示されている。 A conventional imaging apparatus having a CMOS image sensor employs a rolling shutter system that shifts the accumulation time zone of pixel signals for each pixel. Therefore, a striped pattern is generated in an image output from the imaging device when affected by illumination light caused by blinking illumination such as a fluorescent lamp. An imaging apparatus that suppresses the stripe pattern is disclosed in Patent Document 1.
図8に示す特許文献1に記載の従来の撮像装置は、CMOSイメージセンサを搭載し、画像信号を出力するカメラ20と、1フィールド分の画像信号を記憶するFIFO21と、カメラ20からの現在の画像信号とFIFO21からの1フィールド遅れた画像信号とに基づいて、画素毎の画像信号の平均値を演算する演算部22とを有する。
The conventional imaging device described in Patent Document 1 shown in FIG. 8 includes a CMOS image sensor, a
カメラ20が50Hz電源による蛍光灯等による照明光の影響を受けた状態で画像を入力した場合、蛍光灯周期の整数倍の期間を画素の蓄積時間として設定すれば、蓄積される光強度は各画素で等しくなり、カメラ20が出力する画像信号は点滅照明光の影響を受けない。しかし、整数倍の関係が崩れると、カメラ20が出力する画像信号は点滅照明光の影響を受ける。
When an image is input while the
図9に、点滅照明光の影響を受けた画像信号91及び92と、演算部22により平均化された画像信号93とを示す。画面上に表示される信号が第1フィールドの画像信号91から第2フィールドの画像信号92に変化すると、画面上を縞模様が流れる。そのため、演算部22は、位相が180度異なる、FIFO21に記憶された第1フィールドの画像信号91と、現在入力した第2フィールドの画像信号92とを画素毎に平均化することにより、フリッカ補正を施す。これにより、演算部22から出力される画像信号は均一の信号93となり、画面上の縞模様はキャンセルされる。
また、図9と異なり、位相が120度ずつ異なる3つのフィールドを用いて画像信号を構成する場合、演算部22は3フィールド分の画像信号を平均化することによりフリッカ補正を行う。3フィールド分の画像信号と、フリッカ補正後の画像信号の波形を図10に示す。従来の撮像装置において、蛍光灯等の点滅照明の発光波形に歪みがある場合、カメラ20が出力する画像信号101、102、103に図10の斜線部分105に示すような歪みの影響が表れる。その結果、3フィールドの画像信号101、102、103を平均化した後の画像信号104に歪みの影響が残ってしまう。画像信号104に残存する歪み成分は、画面上で固定の薄い横縞となり、画質劣化要因となる。
In addition, unlike FIG. 9, when an image signal is configured using three fields whose phases are different by 120 degrees, the
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、フリッカ補正後の画像信号に残存する歪み成分を低減し、画質劣化抑制を図る撮像装置を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide an imaging apparatus that reduces distortion components remaining in an image signal after flicker correction and suppresses image quality deterioration.
本発明の撮像装置は、蓄積時間に応じた画像信号を出力するイメージセンサと、イメージセンサから出力される画像信号に対してフリッカ補正を施すフリッカ補正部と、フリッカ補正後の画像信号が静止画状態かどうかを検出する静止画検出部と、静止画検出部の検出結果に応じて、蓄積時間を制御する蓄積時間制御部と、フリッカ補正後の画像信号の特徴を検出する特徴検出部と、特徴検出部が検出した画像信号の特徴と、蓄積時間制御部が設定した蓄積時間とに基づいて、フリッカ補正後の画像信号に対して補正演算を施す補正演算部と、を有する。この構成により、本発明はフリッカ補正後の画像信号に残存する歪み成分を除去し、画質劣化抑制を実現できる。 An image pickup apparatus of the present invention includes an image sensor that outputs an image signal corresponding to an accumulation time, a flicker correction unit that performs flicker correction on the image signal output from the image sensor, and the image signal after flicker correction is a still image. A still image detection unit that detects whether the image is in a state, an accumulation time control unit that controls the accumulation time according to a detection result of the still image detection unit, a feature detection unit that detects a feature of the image signal after flicker correction, A correction calculation unit that performs a correction calculation on the image signal after flicker correction based on the feature of the image signal detected by the feature detection unit and the storage time set by the storage time control unit. With this configuration, the present invention can remove distortion components remaining in the image signal after flicker correction, and can realize image quality deterioration suppression.
フリッカ補正部は、点滅照明の点灯周期に応じてフリッカ補正を施しても良い。 The flicker correction unit may perform flicker correction according to the lighting cycle of the blinking illumination.
特徴検出部は、フリッカ補正後の画像信号に対して所定の水平期間内の平均値をライン単位で算出し、画像信号の特徴として出力しても良い。 The feature detection unit may calculate an average value within a predetermined horizontal period for the image signal after flicker correction, and output the average value as a feature of the image signal.
蓄積時間制御部は、静止画検出部の検出結果に応じて、イメージセンサの蓄積時間を設定すると共に、蓄積時間に関する情報を補正演算部に出力しても良い。 The accumulation time control unit may set the accumulation time of the image sensor according to the detection result of the still image detection unit, and may output information regarding the accumulation time to the correction calculation unit.
静止画検出部がフリッカ補正後の画像信号が静止画状態であると判断したとき、蓄積時間制御部は現在の蓄積時間と異なる蓄積時間を新たに設定しても良い。 When the still image detection unit determines that the image signal after flicker correction is in a still image state, the accumulation time control unit may newly set an accumulation time different from the current accumulation time.
補正演算部は、蓄積時間の異なるそれぞれの特徴検出部の出力信号の差異を検出し、その差異に基づいて、フリッカ補正後の画像信号に含まれる画質劣化起因となる周波数成分を除去しても良い。 The correction calculation unit detects a difference between the output signals of the feature detection units having different accumulation times, and based on the difference, removes a frequency component that causes image quality degradation included in the image signal after flicker correction. good.
本発明の撮像装置によれば、フリッカ補正後の画像信号に残存する歪み成分を除去し、画質劣化を抑制できるという格別な効果を奏する。 According to the imaging apparatus of the present invention, it is possible to remove a distortion component remaining in an image signal after flicker correction, and to achieve a special effect that image quality deterioration can be suppressed.
以下本発明を実施するための最良の形態について、図を参照して説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
[撮像装置の構成]
図1に、本発明の実施形態の撮像装置の構成を示す。本実施形態の撮像装置は、MOSによって構成され、蓄積時間に応じた動画又は静止画の画像信号を出力するイメージセンサ1、イメージセンサ1から出力される画像信号に対してフリッカ補正を施すフリッカ補正部2、フリッカ補正部2から出力される画像信号を入力し、イメージセンサ1により生成された画像信号が静止画状態かどうかを検出する静止画検出部6、静止画検出部6の検出結果に応じてイメージセンサ1の蓄積時間を制御する蓄積時間制御部5、フリッカ補正部2から出力される画像信号の特徴を検出する特徴検出部3、及び特徴検出部3と蓄積時間制御部5からの情報に基づいて、フリッカ補正部2から出力されるフリッカ補正後の画像信号に対して補正演算を施す補正演算部4を有する。
[Configuration of imaging device]
FIG. 1 shows a configuration of an imaging apparatus according to an embodiment of the present invention. The image pickup apparatus according to the present embodiment includes a MOS, and includes an image sensor 1 that outputs an image signal of a moving image or a still image corresponding to an accumulation time, and flicker correction that performs flicker correction on an image signal output from the image sensor 1. 2, the image signal output from the flicker correction unit 2 is input, and the still
[イメージセンサが受ける点滅照明光の影響]
イメージセンサ1は、ローリングシャッター方式を採用し、蓄積時間制御部5により設定された蓄積時間に従って、入力する光量に応じた電荷を画素に蓄積する。イメージセンサ1が入力する光量は、光強度が周期的に変動する蛍光灯等の点滅照明からの照明光の影響を受けて、変動する。
[Influence of blinking illumination light on image sensor]
The image sensor 1 employs a rolling shutter system, and accumulates charges according to the input light amount in the pixels according to the accumulation time set by the accumulation time control unit 5. The amount of light input by the image sensor 1 varies under the influence of illumination light from blinking illumination such as a fluorescent lamp whose light intensity varies periodically.
図2に、50Hz蛍光灯の光強度の波形を示す。50Hz電源による蛍光灯は、100Hz周期の光強度で発光する。イメージセンサ1が50Hz蛍光灯の影響を受けた画像を入力した場合、蛍光灯の発光周期100Hzの整数倍の期間を画素の蓄積時間として設定しておけば、蓄積される光強度は各画素で等しくなり、点滅照明光の影響を受けなくなる。しかし、整数倍の関係が崩れると各画素に蓄積される光強度が異なってしまうため、イメージセンサ1が出力する画像信号は、フリッカの要因となる縞模様を含む画像信号になる。 FIG. 2 shows the waveform of the light intensity of a 50 Hz fluorescent lamp. A fluorescent lamp with a 50 Hz power source emits light with a light intensity of 100 Hz period. When the image sensor 1 inputs an image affected by a 50 Hz fluorescent lamp, if a period of an integral multiple of the fluorescent lamp's light emission period of 100 Hz is set as the pixel accumulation time, the accumulated light intensity is determined for each pixel. It becomes equal and is not affected by flashing illumination light. However, since the light intensity accumulated in each pixel is different when the integer multiple relationship is broken, the image signal output from the image sensor 1 is an image signal including a stripe pattern that causes flicker.
図3(a)(b)(c)に、50Hz蛍光灯の発光周期の1/2の時間で、イメージセンサ1が電荷を蓄積した場合の画像全体で均一な輝度を有する画像の画像信号を例示する。図3(a)(b)(c)における垂直期間は、33msecである。第1フィールドから第3フィールドの画像信号を画面上に表示すると横縞模様が流れる。 FIGS. 3A, 3B, and 3C show image signals of an image having uniform brightness over the entire image when the image sensor 1 accumulates electric charges in a time that is half of the light emission period of the 50 Hz fluorescent lamp. Illustrate. The vertical period in FIGS. 3A, 3B, and 3C is 33 msec. When the image signals of the first field to the third field are displayed on the screen, a horizontal stripe pattern flows.
[フリッカ補正]
図4に、位相が120度ずつずれるように垂直期間が設定されている場合の第1、第2、第3フィールドの画像信号41、42、43の波形と、本実施形態の撮像装置が補正演算部4から出力する出力信号44の波形を示す。本実施形態において、イメージセンサ1は、第1、第2、第3フィールドの画像信号41、42、43の位相が120度ずつずれるように垂直期間を設定して、画像信号41、42、43を出力する。フリッカ補正部2は、先に入力した第1フィールドとその次に入力した第2フィールドの画像信号を記憶して、イメージセンサ1から新たに入力した第3フィールドの画像信号と、記憶している第1フィールドと第2フィールドの画像信号とに基づいて画素毎の平均値を演算することにより、フリッカ補正を施す。しかし、蛍光灯等の点滅照明の発光波形に歪みがあると、フリッカ補正部2から出力される画像信号は、図10の画像信号104に示すように、画質劣化起因となる周波数成分、すなわち歪み成分が残った、薄い縞模様を含む画像信号となる。そのため、本実施形態の撮像装置は、以下のように残存する歪み成分を除去して、均一な画像信号44を補正演算部4から出力する。
[Flicker correction]
FIG. 4 shows the waveforms of the image signals 41, 42, and 43 in the first, second, and third fields when the vertical period is set so that the phase is shifted by 120 degrees, and the imaging apparatus of the present embodiment corrects the waveform. The waveform of the
[残存する歪み成分の除去]
静止画検出部6は、フィールドの画像信号を記憶して、フィールド間における画面上の数ヶ所の画像データが変化したかどうかを検出することにより、フリッカ補正部2から出力されるフリッカ補正後の画像信号が静止画状態かどうかを検出する。静止画検出部6が、静止画状態であると判断すると、静止画状態であることを示す静止画判断情報を蓄積時間制御部5に出力する。
[Removal of remaining distortion components]
The still
蓄積時間制御部5は、静止画検出部6から静止画判断情報を受け取ると、現在設定されている所定の蓄積時間よりも短い蓄積時間を歪み成分検出用の値としてイメージセンサ1に対して設定すると共に、新たに設定した歪み成分検出用の蓄積時間の情報を含む蓄積時間設定情報を補正演算部4に出力する。その後、所定時間が経過すると、蓄積時間制御部5は蓄積時間の設定値を元の所定値に戻して、イメージセンサ1に蓄積時間を設定すると共に、元の蓄積時間に関する情報を蓄積時間設定情報として補正演算部4に出力する。蓄積時間制御部5は、蓄積時間の設定値を歪み成分検出用の値に変更した時の画像変化の影響を考慮して、現在設定されている所定の蓄積時間よりも短い蓄積時間の長さを決定する。
When the storage time control unit 5 receives the still image determination information from the still
図5に、本実施形態の蓄積時間の設定に関する動作フローを示す。フリッカ補正部2は、イメージセンサ1から出力される画像信号が点滅照明光の影響を受けているかどうかを判断する(S501)。点滅照明光の影響を受けていれば、フリッカ補正部2はフリッカ補正を施す。静止画検出部6は、フリッカ補正部2から出力される画像信号が静止画状態かどうかを判断する(S502)。静止画検出部6が静止画状態であると判断すれば、蓄積時間制御部5は蓄積時間の設定値を所定値から歪み成分検出用の値に変更し(S503)、イメージセンサ1に変更した値の蓄積時間を設定する。蓄積時間制御部5は、蓄積時間を変更してから所定時間が経過したかどうかを判断する(S504)。所定時間が経過していれば、蓄積時間制御部5は蓄積時間を元の値、すなわち変更前の所定値に戻す(S505)。点滅照明光の影響を受けていない場合(S501でNo)や静止画状態でない場合(S502でNo)は、蓄積時間の設定値は変更しない。
FIG. 5 shows an operation flow relating to the setting of the accumulation time according to the present embodiment. The flicker correction unit 2 determines whether the image signal output from the image sensor 1 is affected by the blinking illumination light (S501). If the flickering illumination light is affected, the flicker correction unit 2 performs flicker correction. The still
図6に、特徴検出部3における画像信号の特徴の検出範囲と検出結果の波形31とを示す。特徴検出部3は、フリッカ補正部2から出力される画像信号の所定の水平期間内に平均値検出範囲を設け、平均値検出範囲の垂直期間方向における画像信号の平均値を水平ライン単位で計算し、その平均値を画像信号の特徴として補正演算部4に出力する。このように、所定の水平期間内に平均値検出範囲を設けることにより、特徴検出部3は画面全体の画像信号のデータを記憶して処理しなくても良くなる。よって、特徴検出部3を簡易な回路で実現できる。
FIG. 6 shows the detection range of the feature of the image signal in the feature detection unit 3 and the
図7に、補正演算部4の内部構成の一例を示す。補正演算部4は、蓄積時間制御部5から転送された蓄積時間設定情報を入力し、所定値の蓄積時間に応じたゲインAと歪み成分検出用の値の蓄積時間に応じたゲインBとを出力するゲイン演算部10、特徴検出部3の出力信号を記憶するFIFO11、FIFO11の出力とゲインBとを乗算する乗算器12、特徴検出部3の出力信号とゲインAとを乗算する乗算器13、乗算器13の出力値から乗算器12の出力値を減算する減算器14、及びフリッカ補正部2の出力信号から減算器14の出力値を減算する減算器15を有する。
FIG. 7 shows an example of the internal configuration of the
ゲインAとゲインBは、蓄積時間の設定値の違いから蓄積される光量が異なることを踏まえて決定される。つまり、蓄積時間の設定値が元の所定値の時における特徴検出部3の出力信号にゲインAを乗算して得られる信号と、FIFO11に記憶された蓄積時間の設定値が歪み成分検出用の値の時の特徴検出部3の出力信号とゲインBとを乗算して得られる信号の各々において、点滅照明の発光の歪みによる影響を受けている以外の信号レベルが同一となるようにゲインAとゲインBが算出される。蓄積時間は短い方が、点滅照明の発光歪み成分が多く残留する。これは、ローリングシャッター方式が光量の移動平均を算出する方式に近いため、蓄積時間が長いとローパルフィルタ効果が大きくなり、歪み成分をより抑制することになるからである。
The gain A and the gain B are determined based on the fact that the amount of light accumulated differs from the difference in the accumulation time setting value. That is, the signal obtained by multiplying the output signal of the feature detection unit 3 by the gain A when the set value of the accumulation time is the original predetermined value and the set value of the accumulation time stored in the
蓄積時間制御部5が蓄積時間の設定値を歪み成分検出用の値から所定値に戻したときに、減算器14は、蓄積時間の設定値が元の所定値のときにおける乗算器13の出力値と、蓄積時間の設定値が歪み成分検出用の値のときにおける乗算器12の出力値との差分を算出して、点滅照明の発光歪みに伴う画像信号の歪み部分を抜き出す。減算器15はこの差分をフリッカ補正部2の出力信号から差し引く。これにより、補正演算部4から出力される画像信号は、画質劣化起因となる歪み成分を含まない又は歪み成分を低減した信号となる。
When the storage time control unit 5 returns the set value of the storage time from the distortion component detection value to a predetermined value, the
このように、画像信号が静止画状態のときは、蓄積時間の設定値を短くして照明の発光歪み成分が多く含まれる信号を生成し、元の画像信号から歪み成分を差し引くことにより、フリッカ補正後の残存する歪み成分を除去することができる。これにより、画面上に縞模様が流れなくなる。 As described above, when the image signal is in a still image state, a flicker is obtained by generating a signal containing a large amount of light emission distortion components by shortening the set value of the accumulation time and subtracting the distortion components from the original image signal. The distortion component remaining after correction can be removed. Thereby, a striped pattern does not flow on the screen.
なお、フリッカ補正部2の出力信号から差し引く、乗算器14の出力値の大きさを考慮する場合、ゲインAとゲインBを算出するときに相関をとっても良い。また、相関をとらない場合は、減算器14と減算器15の間に、減算器14の出力結果に所定のゲインを乗算する乗算器を設けて、その乗算器の出力値をフリッカ補正部2の出力信号から差し引いても良い。
In consideration of the magnitude of the output value of the
なお、本実施形態においては、変更する蓄積時間は元の蓄積時間よりも短くしたが、本発明は蓄積時間の設定値を変更することにより得られる画像信号と元の画像信号との差分から歪み成分を抽出する方式であるため、変更する蓄積時間の設定値は元の蓄積時間より長くしても良い。変更する蓄積時間の設定値を元の蓄積時間より長くした場合でも、本実施形態と同様の効果が得られる。 In this embodiment, the accumulation time to be changed is shorter than the original accumulation time, but the present invention is distorted from the difference between the image signal obtained by changing the set value of the accumulation time and the original image signal. Since this is a method of extracting components, the set value of the accumulation time to be changed may be longer than the original accumulation time. Even when the set value of the accumulation time to be changed is longer than the original accumulation time, the same effect as in the present embodiment can be obtained.
なお、本実施形態においては、位相が120度ずつ異なる3フィールドの画像信号に対してフリッカ補正を施す場合について説明したが、画像を構成するフィールドの数は3つに限らず、例えば位相が180度異なる2フィールド分の画像信号を用いる場合であっても本発明を適用できる。例えば、イメージセンサ1は位相が180度異なるように垂直期間を設定して画像信号を出力し、フリッカ補正部2は2フィールド分の画像信号を用いてフリッカ補正を施しても良い。このようなフリッカ補正後の画像信号に対しても、残存する歪み成分を除去することができる。 In the present embodiment, the case where the flicker correction is performed on the image signals of three fields whose phases are different by 120 degrees has been described. However, the number of fields constituting the image is not limited to three. The present invention can be applied even when image signals for two different fields are used. For example, the image sensor 1 may set the vertical period so that the phases are different by 180 degrees and output an image signal, and the flicker correction unit 2 may perform flicker correction using the image signals for two fields. The remaining distortion component can be removed from the image signal after such flicker correction.
また、フリッカ補正部2は、イメージセンサ1から出力される画像信号が点滅照明の影響を受けているかどうかを判断して、画像信号が点滅照明の影響を受けていると判断した場合に、フリッカ補正を施しても良い。例えば、フリッカ補正部2は、イメージセンサ1から出力される画像信号に対して、所望の水平ラインの輝度の平均値をフィールド毎に算出する。前フィールドにおける水平ラインの輝度の平均値は記憶しておく。画像信号の位相が180度異なる場合、フリッカ補正部2は、現フィールドの所望の水平ラインの輝度の平均値を算出した後、前フィールドと現フィールドの各平均値を用いて、2フィールド分の平均値を算出する。フリッカ補正部2は、現フィールドの所望の水平ラインの平均値と2フィールド分の平均値との差を比較し、その比較結果の正負がフィールド毎に反転する場合に、イメージセンサ1から出力される画像信号が点滅照明の影響を受けていると判断して、フリッカ補正を施しても良い。 Further, the flicker correction unit 2 determines whether the image signal output from the image sensor 1 is affected by the blinking illumination, and when it is determined that the image signal is affected by the blinking illumination, the flicker is performed. Corrections may be made. For example, the flicker correction unit 2 calculates an average value of luminance of a desired horizontal line for each field with respect to the image signal output from the image sensor 1. The average value of the luminance of the horizontal line in the previous field is stored. When the phase of the image signal is 180 degrees different, the flicker correction unit 2 calculates the average value of the luminance of the desired horizontal line in the current field, and then uses the average value of the previous field and the current field for two fields. The average value is calculated. The flicker correction unit 2 compares the difference between the average value of a desired horizontal line in the current field and the average value of two fields. When the result of the comparison is inverted for each field, the flicker correction unit 2 is output from the image sensor 1. The flicker correction may be performed by determining that the image signal is affected by blinking illumination.
本発明は、フリッカ補正後の画像信号に残存する画質劣化の要因となる周波数成分を低減できるという効果を有し、撮像装置等として有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention has an effect of reducing frequency components that cause image quality degradation remaining in an image signal after flicker correction, and is useful as an imaging device or the like.
1 イメージセンサ
2 フリッカ補正部
3 特徴検出部
4 補正演算部
5 蓄積時間制御部
6 静止画検出部
10 ゲイン演算部
11 FIFO
20 カメラ
21 FIFO
22 演算部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Image sensor 2 Flicker correction part 3
20
22 Calculation unit
Claims (6)
前記イメージセンサから出力される画像信号に対してフリッカ補正を施すフリッカ補正部と、
フリッカ補正後の前記画像信号が静止画状態かどうかを検出する静止画検出部と、
前記静止画検出部の検出結果に応じて、前記蓄積時間を制御する蓄積時間制御部と、
フリッカ補正後の前記画像信号の特徴を検出する特徴検出部と、
前記特徴検出部が検出した前記画像信号の特徴と、前記蓄積時間制御部が設定した前記蓄積時間とに基づいて、フリッカ補正後の前記画像信号に対して補正演算を施す補正演算部と、
を有することを特徴とする撮像装置。 An image sensor that outputs an image signal according to the accumulation time;
A flicker correction unit that performs flicker correction on an image signal output from the image sensor;
A still image detection unit for detecting whether the image signal after flicker correction is in a still image state;
An accumulation time control unit that controls the accumulation time according to a detection result of the still image detection unit;
A feature detector for detecting features of the image signal after flicker correction;
A correction calculation unit that performs a correction calculation on the image signal after flicker correction based on the feature of the image signal detected by the feature detection unit and the storage time set by the storage time control unit;
An imaging device comprising:
The correction calculation unit detects a difference between output signals of the feature detection units having different accumulation times, and based on the difference, removes a frequency component that causes image quality degradation included in the image signal after flicker correction. The imaging apparatus according to claim 5, wherein:
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Cited By (2)
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JP2012134784A (en) * | 2010-12-22 | 2012-07-12 | Canon Inc | Imaging apparatus |
JP2017040879A (en) * | 2015-08-21 | 2017-02-23 | キヤノン株式会社 | Imaging apparatus, control method, program, and storage medium |
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