JP2008118377A - Imaging apparatus and driving method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、入射光に対して波長制限をかけて光電変換部に入射させる色フィルタを備えた撮像装置及びその駆動方法に関するものである。 The present invention relates to an imaging apparatus including a color filter that allows incident light to be incident on a photoelectric conversion unit while limiting the wavelength of the incident light, and a driving method thereof.
近年、ディジタルカメラやビデオカメラ等の撮像装置においては、撮像素子としてCCDやCMOS型イメージセンサー(以後、このCMOS型イメージセンサーを「CMOSセンサー」と称する)を使用するのが一般的である。 In recent years, in an imaging apparatus such as a digital camera or a video camera, a CCD or a CMOS type image sensor (hereinafter, this CMOS type image sensor is referred to as a “CMOS sensor”) is generally used as an imaging element.
上述した撮像装置のうち、CMOSセンサーを使用するものは、フォトダイオード(以後、このフォトダイオードを「PD」と称する)で発生した光キャリアをMOSトランジスタのゲート電極(フローティングディフュージョン=FD)に蓄積する。そして、走査回路からの駆動タイミングに従って、その電位変化を出力部へ電荷増幅して出力するものである。このCMOSセンサーとその周辺回路部とを含め、全てCMOSプロセスで実現したMOS型固定撮像素子は、近年、特に注目されている。 Among the imaging devices described above, those using a CMOS sensor accumulate light carriers generated by a photodiode (hereinafter, this photodiode is referred to as “PD”) in the gate electrode (floating diffusion = FD) of the MOS transistor. . Then, according to the drive timing from the scanning circuit, the potential change is amplified and output to the output unit. In recent years, MOS-type fixed imaging devices realized by the CMOS process, including the CMOS sensor and its peripheral circuit portion, have attracted particular attention in recent years.
この撮像素子は、カラー画像を撮像するために、画素を構成するPDの上面に色フィルタを配設しているものが一般的である。例えば、原色系の色フィルタとしては、1画素毎に、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)のいずれかの色フィルタを対応させる構造(いわゆるベイヤー配列構造)で撮像素子の出力信号の色分離を行い、各々の色信号として出力を行う。そして、当該色信号をガンマ変換及び輝度信号・色差信号として処理を行い、カラー画像を生成する。 In general, the image sensor has a color filter disposed on the upper surface of a PD constituting a pixel in order to capture a color image. For example, as a primary color filter, the output of the image sensor has a structure (so-called Bayer arrangement structure) in which any one of red (R), green (G), and blue (B) color filters is associated with each pixel. The signals are color-separated and output as each color signal. Then, the color signal is processed as a gamma conversion and a luminance signal / color difference signal to generate a color image.
また、画像として、通常、人が見た状態と等価になるよう、可視光領域のみを透過させるために、色フィルタの上面に、長波長側の光を除去するための赤外吸収フィルタや赤外カットフィルタ等を配設していることが一般的である。 Also, in order to transmit only the visible light region so that the image is normally equivalent to the state seen by humans, an infrared absorption filter or red filter for removing light on the long wavelength side is provided on the upper surface of the color filter. In general, an outer cut filter or the like is provided.
ところで、近年、撮像装置の使用用途として、一般な撮影(昼光撮影等)のみでなく、天体撮影への展開が求められている。当該天体撮影で要望される主なポイントは、赤い星雲等を描写するために、一般撮影ではカットしている近赤外領域、特にHα輝線(波長656.3nm)近辺の透過率があることである。 By the way, in recent years, as an intended use of an imaging apparatus, not only general photography (daylight photography etc.) but also development to astronomical photography is required. The main point required in the astronomical photography is that there is a transmittance in the near-infrared region that is cut in general photography, particularly in the vicinity of the Hα emission line (wavelength 656.3 nm) in order to depict a red nebula and the like. is there.
ここで、従来の天体撮影用撮像装置に用いるフィルタの分光特性の一例を図7に示し、従来の一般撮影(昼光撮影等)用撮像装置に用いるフィルタの分光特性の一例を図8に示す。図7及び図8には、赤色(R)、緑色(G)及び青色(B)の各色フィルタ、並びに、上述した長波長側の放射線を除去するための赤外カットフィルタ(もしくは赤外吸収フィルタ)の各波長における分光特性(感度特性)が示されている。また、一般撮影(昼光撮影等)用撮像装置においては、図8からわかるように、赤色透過は、波長650nm〜680nm近辺の光を非透過とすることで、透過領域を可視光に対応させている。 Here, FIG. 7 shows an example of the spectral characteristics of a filter used in a conventional astronomical imaging device, and FIG. 8 shows an example of the spectral characteristics of a filter used in a conventional imaging device for general photography (daylight photography, etc.). . FIGS. 7 and 8 show red (R), green (G), and blue (B) color filters, and an infrared cut filter (or infrared absorption filter) for removing the long-wavelength radiation described above. ) Shows the spectral characteristics (sensitivity characteristics) at each wavelength. Further, as can be seen from FIG. 8, in the imaging device for general photography (daylight photography etc.), the red transmission makes the transmission region correspond to the visible light by making the light around the wavelength of 650 nm to 680 nm non-transmission. ing.
また、図8の一般撮影(昼光撮影等)用撮像装置に用いるフィルタと図7の天体撮影用撮像装置に用いるフィルタとの近赤外領域における透過特性を比較した一例を図9に示す。
図9からわかるように、図7に示す天体撮影用撮像装置に用いるフィルタは、図8に示す一般撮影(昼光撮影等)用撮像装置に用いるフィルタと比べて、赤色透過において波長650nm〜680nm近辺の光の透過率が高く設定されている。
FIG. 9 shows an example of comparison of transmission characteristics in the near-infrared region between the filter used for the general imaging (daylight imaging) imaging device of FIG. 8 and the filter used for the astronomical imaging imaging device of FIG.
As can be seen from FIG. 9, the filter used in the astronomical imaging device shown in FIG. 7 has a wavelength of 650 nm to 680 nm in red transmission compared to the filter used in the imaging device for general imaging (daylight imaging etc.) shown in FIG. The light transmittance in the vicinity is set high.
しかしながら、図7に示す天体撮影用撮像装置では、波長656.3nmであるHα輝線を透過させた場合、一般的な昼光環境下での撮影時に、長波長側(赤色光)の透過が多くなりすぎて、赤みがかった画像となってしまうという問題がある。 However, in the astronomical imaging apparatus shown in FIG. 7, when the Hα emission line having a wavelength of 656.3 nm is transmitted, the transmission on the long wavelength side (red light) is large during imaging in a general daylight environment. There is a problem that the image becomes too red and becomes reddish.
そのため、現状では、色フィルタの透過波長について、天体撮影及び一般撮影のどちらも可能な波長設定を行うことが非常に困難であった。 Therefore, at present, it is very difficult to set a wavelength that allows both astronomical photography and general photography for the transmission wavelength of the color filter.
上述の問題とは異なるが、透過波長による問題を回避するための提案として、昼夜兼用を目的として、ベイヤー配列の色フィルタのうち、1つを赤外透過フィルタとし、赤色フィルタと切り替えるという提案がなされている(特許文献1参照。)。また、光源によるホワイトバランスの補正を目的として、分光の異なる赤色もしくは緑色フィルタを備え、色差信号を求めてホワイトバランス用色信号として使用する提案がなされているフィルタ(特許文献2参照。)。 Although it is different from the above-mentioned problem, as a proposal for avoiding the problem due to the transmission wavelength, there is a proposal to switch one of the Bayer color filters to an infrared transmission filter and switch to a red filter for the purpose of combining day and night. (See Patent Document 1). In addition, for the purpose of correcting white balance by a light source, a filter that has a red or green filter with different spectrum and has been proposed to obtain a color difference signal and use it as a white balance color signal (see Patent Document 2).
しかしながら、特許文献1に示すように、色フィルタのうちの1つを完全に赤外透過フィルタ化してしまうと、一般撮影時に使用するのは困難になってしまうという問題がある。
また、特許文献2に示すように、分光の異なる同色フィルタを使用する提案では、あくまでホワイトバランス用として使用する目的であり、赤外領域の問題についての回避策としては不充分である。
However, as shown in
In addition, as shown in Patent Document 2, the proposal using the same color filters with different spectra is only for the purpose of white balance, and is insufficient as a workaround for the problem in the infrared region.
本発明は上述の問題点にかんがみてなされたものであり、昼光撮影等の一般撮影と天体撮影との両方の撮影において生成される各々の画像データを、共に高品質とすることを実現する撮像装置及びその駆動方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and realizes that each image data generated in both general photography such as daylight photography and astronomical photography has high quality. An object is to provide an imaging device and a driving method thereof.
本発明の撮像装置は、外部から入射した入射光を電気信号に変換する光電変換素子を有する画素が2次元状に配設された光電変換部と、前記光電変換部の上方に前記各画素に対応して設けられ、前記入射光に対して波長制限をかけて前記光電変換部に入射させる色フィルタと、前記色フィルタには、少なくとも、可視光領域に感度をもつ第1の赤色フィルタと、前記可視光領域と共に近赤外領域まで感度をもつ第2の赤色フィルタとが含まれており、撮影条件に応じて、前記第1の赤色フィルタに対応する画素の第1の出力信号と前記第2の赤色フィルタに対応する画素の第2の出力信号とに基づいて、赤色信号を決定する処理を行う処理手段とを有する。 An imaging apparatus according to the present invention includes a photoelectric conversion unit in which pixels having photoelectric conversion elements that convert incident light incident from the outside into an electric signal are two-dimensionally arranged, and each pixel above the photoelectric conversion unit. A color filter that is provided correspondingly and that is incident on the photoelectric conversion unit by limiting the wavelength of the incident light; and the color filter includes at least a first red filter having sensitivity in a visible light region; A second red filter having sensitivity up to the near-infrared region together with the visible light region, and a first output signal of the pixel corresponding to the first red filter and the And processing means for performing processing for determining a red signal based on the second output signal of the pixel corresponding to the second red filter.
本発明の撮像装置の駆動方法は、外部から入射した入射光を電気信号に変換する光電変換素子を有する画素が2次元状に配設された光電変換部と、前記光電変換部の上方に前記各画素に対応して設けられ、前記入射光に対して波長制限をかけて前記光電変換部に入射させる色フィルタとを備えた撮像装置の駆動方法であって、前記色フィルタには、少なくとも、可視光領域に感度をもつ第1の赤色フィルタと、前記可視光領域と共に近赤外領域まで感度をもつ第2の赤色フィルタとが含まれており、撮影条件に応じて、前記第1の赤色フィルタに対応する画素の第1の出力信号と前記第2の赤色フィルタに対応する画素の第2の出力信号とに基づいて、赤色信号を決定する処理を行う。 According to another aspect of the present invention, there is provided a driving method for an image pickup apparatus in which a pixel having a photoelectric conversion element that converts incident light incident from the outside into an electric signal is two-dimensionally arranged, and the photoelectric conversion unit is disposed above the photoelectric conversion unit. A driving method of an image pickup apparatus provided corresponding to each pixel and provided with a color filter that imposes a wavelength limit on the incident light and enters the photoelectric conversion unit, wherein the color filter includes at least: A first red filter having sensitivity in the visible light region and a second red filter having sensitivity to the near-infrared region together with the visible light region are included, and the first red filter is included depending on photographing conditions. Processing for determining a red signal is performed based on the first output signal of the pixel corresponding to the filter and the second output signal of the pixel corresponding to the second red filter.
本発明によれば、昼光撮影等の一般撮影と天体撮影との両方の撮影において生成される各々の画像データを、共に高品質とすることができる。
さらに、第1の赤色フィルタ及び第2の赤色フィルタに対応する各画素の出力信号に基づいて赤色信号を決定するようにしたので、従来設けられていた赤外カットフィルタ(もしくは赤外吸収フィルタ)等の部材を削減することができる。これにより、コスト的な利点を獲得することも可能となる。
According to the present invention, it is possible to improve the quality of each image data generated in both general photography such as daylight photography and astrophotography.
Further, since the red signal is determined based on the output signal of each pixel corresponding to the first red filter and the second red filter, an infrared cut filter (or an infrared absorption filter) that has been conventionally provided. Etc. can be reduced. This also makes it possible to obtain cost advantages.
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の実施の形態に係る電子カメラ(撮像装置)100の概略構成を示すブロック図である。
図1において、110は、被写体の光学像101を撮像素子114に結像させるための周知の撮影用レンズである。111は、システム制御回路部150による制御に基づき、撮影用レンズ110を制御するレンズ制御部である。
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an electronic camera (imaging device) 100 according to an embodiment of the present invention.
In FIG. 1,
112は、撮像素子114の露光量を制御するシャッターである。140は、システム制御回路部150による制御に基づき、シャッター112を制御するシャッター制御部である。
A
115は、撮影用レンズ110を透過してきた光の余分な波長(色再現に影響する不要となる波長)をカットするためのローパスフィルタ(以下、これを「LPF」と称する)であり、撮影用レンズ110と撮像素子114との間に配設されている。114は、撮影用レンズ110、シャッター112及びLPF115を介して入射した被写体の光学像(入射光)101を画像信号として撮像する撮像素子である。本実施の形態では、撮像素子114として、CMOSセンサーを使用している。
ここで、撮像素子114の内部構成について説明する。
図2は、撮像素子114の内部構成を説明するための模式図である。
図2(a)に示すように、撮像素子114は、外部から入射した被写体の光学像(入射光)101を電気信号に変換する光電変換素子であるPDを有する画素が2次元行列状に配設された、半導体からなる光電変換部1141を備えている。そして、撮像素子114は、光電変換部1141の上面に、画素毎に、光を透過・集光するためのマイクロレンズ(ML)1142と、当該ML1142の上方に、ベイヤー配列で構成され分光透過率の異なる色フィルタ(CF)1143を有して構成されている。即ち、CF1143は、光電変換部1141の上方に各画素に対応して設けられ、入射光に対して波長制限をかけて光電変換部1141に入射させるものである。
Here, the internal configuration of the
FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the internal configuration of the
As shown in FIG. 2A, the
ここで、図2(b)に示すように、CF1143には、2次元行列状に配設された各画素に対応して、第1の赤色フィルタ(R1)、第2の赤色フィルタ(R2)、緑色フィルタ(G)及び青色フィルタ(B)のうちのいずれかのフィルタが設けられている。
Here, as shown in FIG. 2B, the
図2(a)に示すように、通常は、LPF115の一部として、赤外光をカットするための赤外カットフィルタIR_Cut(もしくは赤外吸収フィルタ)を配設するが、本実施の形態においては、当該フィルタを使用していない。
As shown in FIG. 2A, an infrared cut filter IR_Cut (or an infrared absorption filter) for cutting infrared light is usually provided as a part of the
図1に説明に戻って、116は、撮像素子114から出力されるアナログ信号をディジタル信号に変換するA/D変換器である。118は、撮像素子114、A/D変換器116及びD/A変換器126にクロック信号や制御信号を供給するタイミング発生回路部(TG)であり、メモリ制御回路部122及びシステム制御回路部150によって制御される。
Returning to FIG. 1,
120は、画像処理回路部であり、A/D変換器116からの画像データ(ディジタル信号)あるいはメモリ制御回路部122からの画像データに対して、所定の画素補間処理や色変換処理を行う。さらに、画像処理回路部120は、必要に応じて撮像した画像データを用いて所定の演算処理を行う。
An image
122は、メモリ制御回路部であり、A/D変換器116、タイミング発生回路部(TG)118、画像処理回路部120、画像表示メモリ124、D/A変換器126、及び、メモリ130を制御する。
A memory
ここで、A/D変換器116からの画像データは、画像処理回路部120及びメモリ制御回路部122を介して、あるいは直接、メモリ制御回路部122を介して、画像表示メモリ124あるいはメモリ130に書き込まれる。
Here, the image data from the A /
124は、画像表示メモリである。126は、ディジタル信号をアナログ信号に変換するD/A変換器である。128は、例えば、TFT方式のLCDからなる画像表示部である。130は、撮影された静止画像データや動画像データを格納するためのメモリであり、所定枚数の静止画像データや所定時間の動画像データを格納するのに十分な記憶容量を有している。
142は、システム制御回路部150による制御により、AF(オートフォーカス)処理を行う測距制御部である。144は、電子カメラ100による撮影環境における周囲温度を測定するための温度計である。146は、システム制御回路部150による制御により、AE(自動露出)処理を行う測光制御部である。また、測光制御部146は、フラッシュ部148と連携することにより、フラッシュ撮影機能も有する。148は、暗時の撮影に使用するフラッシュ部であり、AF補助光の投光機能等も兼ねている。
A distance
150は、電子カメラ100全体を統括的に制御するシステム制御回路部であり、周知のCPUなどを内蔵して構成されている。152は、システム制御回路部150の動作用の定数、変数、プログラムなどを記憶する記憶手段であるところのメモリであり、予め設定されているシェーディング補正データ等は、当該メモリ152に格納されている。154は、システム制御回路部150でのプログラムの実行に応じて、動作状態やメッセージなどを表示する表示部である。156は、後述するプログラムなどが格納された電気的に消去・記録可能なEEPROM等の記憶手段であるところの不揮発性メモリである。
160は、システム制御回路部150における各種の動作指示を入力するための周知のメインスイッチ(起動スイッチ)、シャッタースイッチ、モード設定ダイアル等を含んだ操作部である。
An operation unit 160 includes a known main switch (start switch), a shutter switch, a mode setting dial, and the like for inputting various operation instructions in the system
シャッタースイッチとしては、例えば、押し込むことで2つのスイッチ(SW1、SW2)が段階的にONし、第1段階(SW1 ON)でAF(オートフォーカス)処理、AE(自動露出)処理、AWB(オートホワイトバランス)処理、EF(フラッシュ調光)処理などが動作し、第2段階(SW2 ON)でシャッター112等の制御をし、撮像素子114から読み出した信号をA/D変換器116、メモリ制御回路部122を介して画像データとしてメモリ130に書き込む記録処理や、画像処理回路部120やメモリ制御回路部122での演算を用いた現像処理、メモリ130から画像データを読み出して圧縮を行い、記録媒体170に画像データを書き込む記録処理という一連の処理の動作開始を行わせる。
As the shutter switch, for example, two switches (SW1 and SW2) are turned on stepwise by pressing, and AF (autofocus) processing, AE (automatic exposure) processing, AWB (automatic exposure processing) are performed in the first step (SW1 ON). White balance) processing, EF (flash dimming) processing, etc. operate, control the
モード設定ダイアルとしては、例えば、各種撮影モード(自動撮影モード、プログラム撮影モード、シャッター速度優先撮影モード、絞り優先撮影モード、マニュアル撮影モード、夜景撮影モード、昼光撮影モード、天体撮影モード、ポートレート撮影モード等)の切り替えを行う。 Examples of mode setting dials include various shooting modes (automatic shooting mode, program shooting mode, shutter speed priority shooting mode, aperture priority shooting mode, manual shooting mode, night scene shooting mode, daylight shooting mode, astronomical shooting mode, portrait (Shooting mode etc.)
更に、操作部160には、上述した以外に、単写/連写を切り替える単写/連写スイッチ、静止画/動画撮像モード切り替えスイッチ、撮影感度(ISO感度)を設定するISO感度設定スイッチ、各種システムに電源供給するための電源スイッチが含まれる。なお、本実施の形態では、動画撮像モードという文言を使用するが、当該動画撮像とは、動画記録に限ったものではなく、ビューファインダー等に画像をほぼリアルタイムで表示させる表示用動画撮像も含んだものである。 In addition to the above, the operation unit 160 includes a single / continuous shooting switch for switching between single shooting / continuous shooting, a still image / moving image shooting mode switching switch, an ISO sensitivity setting switch for setting shooting sensitivity (ISO sensitivity), A power switch for supplying power to various systems is included. In this embodiment, the term “moving image capturing mode” is used. However, the moving image capturing is not limited to moving image recording, and includes moving image capturing for display in which a viewfinder or the like displays an image almost in real time. It is a thing.
182は、電池検出回路やDC−DCコンバータ等から構成されている電源制御部である。186は、アルカリ電池やリチウム電池などの一次電池、NiCd電池やNiMH電池、Li電池などの二次電池、あるいは、ACアダプタなどからなる電源部である。170は、メモリカードやハードディスクなどの着脱可能な記録媒体である。
A power
次に、CF1143の分光特性(感度特性)について説明する。
図3は、撮像素子114が有しているCF1143の分光特性の一例を示す特性図である。この図3に示すCF1143の分光特性は、LPF115を介したCF1143の分光特性を示している。
Next, spectral characteristics (sensitivity characteristics) of
FIG. 3 is a characteristic diagram illustrating an example of spectral characteristics of the
図2(b)に示すように各ベイヤー配列で配設されたフィルタにおいて、図3に示すように、その感度は、短波長側から、青色フィルタ(B)、緑色フィルタ(G)、第1の赤色フィルタ(R1)、第2の赤色フィルタ(R2)となっている。 As shown in FIG. 3, the sensitivity of the filters arranged in each Bayer array as shown in FIG. 2B is as follows: blue filter (B), green filter (G), first filter from the short wavelength side. Red filter (R1) and second red filter (R2).
ここで、第1の赤色フィルタ(R1)と第2の赤色フィルタ(R2)の分光感度は、近赤外領域(図3の長波長側)で異なっている。具体的には、第2の赤色フィルタ(R2)がHα輝線(波長656.5nm)近辺まで感度が高くなっているのに対して、第1の赤色フィルタ(R1)ではHα輝線の近辺での感度が低めになっている。即ち、第1の赤色フィルタ(R1)は可視光領域に感度をもつフィルタであり、第2の赤色フィルタ(R2)は可視光領域と共に近赤外領域まで感度をもつフィルタとなっている。したがって、近赤外領域の光に関しては、第1の赤色フィルタ(R1)に発生する出力に比べて、第2の赤色フィルタ(R2)の出力レベルが高くなる。 Here, the spectral sensitivities of the first red filter (R1) and the second red filter (R2) are different in the near infrared region (long wavelength side in FIG. 3). Specifically, the sensitivity of the second red filter (R2) is high up to the vicinity of the Hα emission line (wavelength 656.5 nm), whereas the first red filter (R1) has a sensitivity in the vicinity of the Hα emission line. Sensitivity is low. That is, the first red filter (R1) is a filter having sensitivity in the visible light region, and the second red filter (R2) is a filter having sensitivity to the near infrared region together with the visible light region. Therefore, for the light in the near infrared region, the output level of the second red filter (R2) is higher than the output generated in the first red filter (R1).
図3に示したような分光特性をもつCF1143を有する撮像素子114の出力信号を色変換処理する際、画像処理回路部120によって各画素の出力信号をR、G、Bの三原色を使った(ベイヤーによる)色変換を行う。この色変換処理を行う際に、本実施の形態においては、赤色信号Rの出力として、同じ比率でR1及びR2を使用するのではなく、例えば、Hα輝線のある近赤外領域を強調したい天体撮影等においては、『R=R2』(R2のみ使用)とする。なお、この際、可視光領域の赤色信号を加える意味で、R=R1+R2としてもよい。
When the output signal of the
また、他の撮影(例えば、一般的な昼光撮影等)においては、近赤外感度による赤味を抑えた方がより色再現性が良いため、例えば、図4に示す、『R=(R1−R2)』(この場合、図4のx及びyは1)等に代表される2画素差分処理を行うものとする。この場合、当然ながら、R1及びR2の出力感度が波長−出力の対応が取れるように、差分演算を行う際に、図4のR=(x・R1)−(y・R2)のように、各R1及びR2に対応する画素の出力信号に係数(x、y)を掛けてもよい。ここで、xは、R1に対応する画素の出力信号(第1の出力信号)に掛け合わせる係数(第1の係数)であり、yは、R2に対応する画素の出力信号(第2の出力信号)に掛け合わせる係数(第2の係数)である。即ち、画像処理回路部(処理手段)120では、撮影条件に応じて、第1の赤色フィルタ(R1)に対応する画素の出力信号(第1の出力信号)と第2の赤色フィルタ(R1)に対応する画素の出力信号(第2の出力信号)とから、赤色信号Rを決定する処理を行う。 Further, in other shooting (for example, general daylight shooting), since the color reproducibility is better when the redness due to the near infrared sensitivity is suppressed, for example, “R = ( R1-R2) ”(in this case, x and y in FIG. 4 are 1) and so on. In this case, as a matter of course, when performing the difference calculation so that the output sensitivities of R1 and R2 can correspond to wavelength-output, R = (x · R1) − (y · R2) in FIG. The output signals of the pixels corresponding to R1 and R2 may be multiplied by coefficients (x, y). Here, x is a coefficient (first coefficient) multiplied by the output signal (first output signal) of the pixel corresponding to R1, and y is the output signal (second output) of the pixel corresponding to R2. Signal) is a coefficient (second coefficient) to be multiplied. That is, in the image processing circuit unit (processing unit) 120, the output signal (first output signal) of the pixel corresponding to the first red filter (R1) and the second red filter (R1) according to the shooting conditions. The process of determining the red signal R from the output signal (second output signal) of the pixel corresponding to is performed.
上述した色変換処理の変更は、例えば、当該電子カメラ100の設定モード(例えば、図1のメモリ152において設定された撮影モード)によって変更すればよい。この場合、電子カメラ100の設定モードが『天体撮影モード』ならば、上述したように、例えばR=R2とし、当該設定モードが天体撮影モード以外の『昼光撮影を含む一般撮影モード』ならば、例えばR=(R1−R2)というように変更等を行う。また、撮影条件(長秒撮影・測光値・リモコン撮影等)が天体撮影の条件に近い場合は、例えば、自動的にR2の使用比率を上げる(即ち、係数yを大きくする)にようにしてRの値を変更してもよい。
The color conversion process described above may be changed depending on, for example, the setting mode of the electronic camera 100 (for example, the shooting mode set in the
次に、電子カメラ(撮像装置)100の駆動方法について説明する。
図5は、本発明の実施の形態に係る電子カメラ(撮像装置)100の駆動方法を示すフローチャートである。
Next, a method for driving the electronic camera (imaging device) 100 will be described.
FIG. 5 is a flowchart showing a driving method of electronic camera (imaging device) 100 according to the embodiment of the present invention.
まず、ステップS101において、システム制御回路部150は、例えば、操作部160のモード設定ダイアル(撮影モード設定手段)等から、操作者により設定された撮影モードを検出する。ここで、検出された撮影モードは、前述したように、メモリ152に記憶されて設定される。
First, in step S101, the system
続いて、ステップS102において、システム制御回路部150は、ステップS101で検出した撮影モードが天体撮影モードであるか否かを判断する。この判断の結果、天体撮影モードである場合には、ステップS103に進み、一方、天体撮影モード以外の一般撮影モードである場合には、ステップS104に進む。
Subsequently, in step S102, the system
ステップS103において、システム制御回路部150は、設定された天体撮影モードに基づいて、例えば、その内部メモリに記憶されている設定値や操作部160による設定条件等により、当該天体撮影モードによる電子カメラ100の撮影条件を設定する。一方、ステップS104において、システム制御回路部150は、設定された一般撮影モードにおける各撮影モードに基づいて、例えば、その内部メモリに記憶されている設定値や操作部160による設定条件等により、当該各撮影モードに応じた電子カメラ100の撮影条件を設定する。
In step S103, the system
ステップS103又はS104に処理が終了した後、ステップS105において、システム制御回路部150は、ステップS103又はS104で設定された撮影条件に基づく撮影を行う。
After the processing ends in step S103 or S104, in step S105, the system
具体的に、システム制御回路部150は、設定された撮影条件に基づいて、レンズ制御部111に撮影用レンズ110の駆動を行わせ、また、シャッター制御部140にシャッター112の駆動を行わせる等の制御を行う。これにより、撮像素子114には、撮影用レンズ110、シャッター112及びLPF115を介して、被写体の光学像(入射光)101が入射する。そして、撮像素子114では、光電変換部1141において、第1の赤色フィルタ(R1)及び第2の赤色フィルタ(R2)を含むCF1143を透過した入射光を、各画素毎に電気信号(画像信号)に変換する。
Specifically, the system
その後、撮像素子114で撮像された電気信号(画像信号)は、A/D変換器116において、アナログ/デジタル変換されて、画像処理回路部120に画像データとして出力される。
Thereafter, an electrical signal (image signal) captured by the
続いて、ステップS106において、画像処理回路部120は、システム制御回路部150による制御に基づいて、A/D変換器116から出力された画像データに対して、色変換処理を行う。具体的に、画像処理回路部120は、赤色信号Rについては、設定された撮影条件(撮影モード)に応じて、第1の赤色フィルタ(R1)に対応する画素の出力信号と第2の赤色フィルタ(R2)に対応する画素の出力信号とに基づいて決定する。この画像処理回路部120による色変換処理について、以下に図6を用いてより詳細に説明する。
Subsequently, in step S <b> 106, the image
図6は、本発明の実施の形態に係る電子カメラ(撮像装置)100において、画像処理回路部120で色変換処理した後の各色フィルタの分光特性の一例を示す特性図である。
FIG. 6 is a characteristic diagram showing an example of spectral characteristics of each color filter after color conversion processing is performed by the image
図6に示す例では、一般撮影及び天体撮影において共に、赤色信号Rについては、色変換処理の際に、第1の赤色フィルタ(R1)及び第2の赤色フィルタ(R2)に対応する各画素の出力信号の差分演算による処理を行う場合を示している。そして、赤色信号Rについては、算出した演算処理結果に基づいて、また、その他の青色信号B及び緑色信号Gについては、それぞれ、青色フィルタ(B)及び緑色フィルタ(G)に対応する画素の出力信号に基づいて、色変換処理を行っている。 In the example shown in FIG. 6, in both general imaging and astronomical imaging, for the red signal R, each pixel corresponding to the first red filter (R1) and the second red filter (R2) at the time of color conversion processing. The case where the process by the difference calculation of this output signal is performed is shown. Then, for the red signal R, the output of the pixels corresponding to the blue filter (B) and the green filter (G) for the other blue signal B and green signal G, respectively, based on the calculated calculation processing result. Color conversion processing is performed based on the signal.
具体的に、赤色信号Rについて、図6に示した例では、一般撮影時には近赤外領域の感度を除外したR=(x・R1)−(y・R2)による演算処理を行い、天体撮影時には近赤外領域に感度を延ばしたR=(x・R1)−(z・R2)による演算処理をしている。ここで、xは、R1に対応する画素の出力信号(第1の出力信号)に掛け合わせる係数(第1の係数)であり、y及びz(zはyと異なる値)は、R2に対応する画素の出力信号(第2の出力信号)に掛け合わせる係数(第2の係数)である。即ち、画像処理回路部120では、R1及びR2に対応する各々の画素の出力信号について演算時に用いる比率(掛け合わせる係数の比率:y/x,z/x)を撮影条件によって変更させて赤色信号Rを決定し、近赤外領域の感度を変化させている。また、画像処理回路部120では、第1の赤色フィルタ(R1)に対応する画素の出力信号と第2の赤色フィルタ(R2)に対応する画素の出力信号とを差分処理することによって、入射光の赤外領域における電気信号を除去するようにしている。
Specifically, for the red signal R, in the example shown in FIG. 6, an arithmetic process is performed by R = (x · R1) − (y · R2) excluding the sensitivity in the near-infrared region at the time of general photography, and astronomical photography. Occasionally, arithmetic processing is performed by R = (x · R1) − (z · R2), in which the sensitivity is extended to the near infrared region. Here, x is a coefficient (first coefficient) to be multiplied with the output signal (first output signal) of the pixel corresponding to R1, and y and z (z is a value different from y) corresponds to R2. This is a coefficient (second coefficient) multiplied by the output signal (second output signal) of the pixel to be processed. In other words, the image
その後、画像処理回路部120において所定の画像処理が行われた後、ステップS107において、画像処理回路部120で処理された画像データが画像表示メモリ124あるいはメモリ130に記録される。
Thereafter, after predetermined image processing is performed in the image
以上のステップS101〜S107の処理を経ることにより、R1及びR2に対応する各々の画素の出力信号から、撮影条件に応じて生成された赤色信号Rにおける画像データの記録が行われる。 Through the processes in steps S101 to S107 described above, image data is recorded in the red signal R generated according to the shooting conditions from the output signals of the pixels corresponding to R1 and R2.
本実施の形態によれば、異なる感度をもつ赤色フィルタ(R1、R2)に対応する画素を備え、撮影条件によって使用する各画素の出力信号の比率を変更することによって、1つの撮像装置で一般撮影及び天体撮影の両撮影を行うことができる。これにより、撮像装置における撮影可能シーンを拡張することができる。 According to the present embodiment, it is possible to use one imaging device by providing pixels corresponding to red filters (R1, R2) having different sensitivities, and changing the ratio of output signals of each pixel to be used according to shooting conditions. Both shooting and astronomical shooting can be performed. Thereby, the scene which can be image | photographed in an imaging device is expandable.
また、赤色フィルタの分光感度の設定(R1−R2の差分処理を行うこと等)によって、従来設けられていた赤外カットフィルタ(もしくは赤外吸収フィルタ)等の部材を削減することができ、コスト的な利点を獲得することも可能となる。 In addition, by setting the spectral sensitivity of the red filter (for example, performing the difference processing of R1-R2), members such as an infrared cut filter (or an infrared absorption filter) that have been conventionally provided can be reduced, and the cost can be reduced. It is also possible to acquire special advantages.
なお、赤色信号Rを算出するための演算処理に関しては、本実施の形態のように画像処理回路部120内で行うのが一般的であり、画像処理回路部120の色変換動作(RAW画像から色変換)前もしくは色変換動作中に行うのが最も効果的である。しかしながら、本発明においてはこれに限定されるものではなく、例えば、RAW画像化する際のA/D変換器116で演算を行っても何ら問題はない。
Note that the arithmetic processing for calculating the red signal R is generally performed in the image
(本実施の形態の変形例)
上述した形態では、赤色信号Rとして、第1の赤色フィルタ(R1)及び第2の赤色フィルタ(R2)に対応する画素の出力信号を同一の演算結果=出力値として画像処理(色変換処理)を行うような手法を用いている。しかしながら、当該手法は、簡易ながら、2画素分に1画素データの補間を行うため、解像度がわずかながら下がってしまうという難点がある。
(Modification of this embodiment)
In the above-described embodiment, as the red signal R, image processing (color conversion processing) is performed with the output signals of the pixels corresponding to the first red filter (R1) and the second red filter (R2) as the same calculation result = output value. A technique that performs However, although this method is simple, it interpolates one pixel data for two pixels, and thus has a drawback that the resolution is slightly lowered.
そこで、本実施の形態の変形例として、R1及びR2において、各々の画素の出力信号に対して、撮影条件によって、各々のR1及びR2に対応する各画素に掛ける係数を変化させるようにする。これにより、各画素の解像度を損なうことなく、各撮影シーンに応じた色再現をより高品質に実現することができる。 Therefore, as a modification of the present embodiment, in R1 and R2, the coefficient applied to each pixel corresponding to each R1 and R2 is changed according to the shooting conditions for the output signal of each pixel. As a result, it is possible to realize color reproduction according to each shooting scene with higher quality without impairing the resolution of each pixel.
例えば、天体撮影モード時には、R1における画素の出力値としては、R1の画素の出力信号と(R1−R2)の差分出力信号とを比較し、その差が所定よりも大きい場合(≒近赤外出力が大きい場合)には、R1における出力値にもR2を用いるようにする。一方、その差が所定よりも小さい場合には、R1の画素の出力信号もしくはそれに係数(例えば、CMOSセンサの出力信号の所定エリアでの(R1/R2)の比率等)掛けした値を出力値として用いて、R1の画素の出力信号を生かすようにする。ここで、R2の画素の出力信号は、自己の出力をそのまま使用してよい。 For example, in the astrophotography mode, the output value of the pixel at R1 is compared with the output signal of the pixel at R1 and the difference output signal at (R1-R2), and the difference is larger than a predetermined value (≈near infrared) When the output is large), R2 is also used as the output value at R1. On the other hand, when the difference is smaller than a predetermined value, an output value obtained by multiplying the output signal of the pixel R1 or a coefficient (for example, the ratio of (R1 / R2) in a predetermined area of the output signal of the CMOS sensor). To use the output signal of the pixel R1. Here, the output signal of the pixel of R2 may use its own output as it is.
また、例えば、昼光撮影等の一般撮影モード時には、R2における画素の出力値としては、R2の画素の出力信号と(R1−R2)の差分出力信号とを比較し、その差が所定よりも小さい場合(≒近赤外出力が小さい場合)には、R2の画素の出力信号を、一般撮影用出力として代用できるとして使用する。ここで、R1の画素の出力信号は、(R1−R2)の差分出力信号を使用する。 Further, for example, in the general shooting mode such as daylight shooting, the output value of the pixel in R2 is compared with the output signal of the pixel of R2 and the difference output signal of (R1-R2), and the difference is larger than a predetermined value. If it is small (≈when the near-infrared output is small), the output signal of the R2 pixel is used as a substitute for general imaging output. Here, the differential output signal of (R1-R2) is used as the output signal of the pixel of R1.
上記のように、出力値に応じて、演算方法・画素使用比率を変更させることで、より有効に画素出力信号を使用した画像処理が可能となる。 As described above, image processing using the pixel output signal can be performed more effectively by changing the calculation method and the pixel use ratio according to the output value.
なお、本発明の実施の形態で記載している出力とは、生画像(RAW画像)データの出力に限定されるものではなく、色変換等に使用する画素出力レベル(いわゆる画像処理に使用する画素出力レベル)として判定できれば、何ら問題はない。即ち、RAW画像データとして出力する値が、すでに本実施の形態における演算処理を行った出力である必要はない。例えば、当該RAW画像データに撮影モード等の情報も付帯情報として備え、当該付帯情報から、色変換等の画像処理を行う際にどのような演算処理を行うかを判定して各画素出力レベルの処理を行うことも可能である。 The output described in the embodiment of the present invention is not limited to the output of raw image (RAW image) data, but is a pixel output level used for color conversion or the like (used for so-called image processing). If it can be determined as a pixel output level), there is no problem. That is, the value output as RAW image data does not have to be an output that has already been subjected to the arithmetic processing in the present embodiment. For example, the RAW image data includes information such as a shooting mode as supplementary information. From the supplementary information, it is determined what kind of calculation processing is performed when performing image processing such as color conversion, and the output level of each pixel. It is also possible to perform processing.
また、演算処理においても差分・係数等の演算に関しては、本実施の形態に記載の方法のみに限定されるものではなく、例えば、R1、R2の出力の平均値を使用したり、所定エリアでのR1、R2の比率を画像全体に使用する等の演算を行っても何ら問題はない。 Also, in the calculation process, the calculation of the difference / coefficient is not limited to the method described in the present embodiment. For example, the average value of the outputs of R1 and R2 is used, or in a predetermined area. There is no problem even if calculation is performed such as using the ratio of R1 and R2 for the entire image.
さらには、本発明は、本実施の形態で説明した分光に特化したものではなく、異なる2種類の分光より近赤外と可視光の2つの分光を導き出すことが特徴であるため、例えば、『R1、R2の分光がともに急峻なものであるものを使用し、2つの画素の加算、乗算等により最適なR感度を求める』ものや、『赤外カットフィルタは省かず、可視光エリアで急峻な分光をもつR1と、有効波長が広く近赤外まで網羅したR2を使用し、一般撮影モードではR1及びR2ともに自己の出力を使用し、天体撮影モードではR2の出力を基にR信号を生成する』もの等も本発明の意とするところである。 Furthermore, the present invention is not specialized for the spectroscopy described in the present embodiment, and is characterized by deriving two spectra of near infrared and visible light from two different types of spectroscopy. “Use R1 and R2 spectra that are both steep, find the optimum R sensitivity by adding and multiplying two pixels,” and “Infrared cut filter is not omitted. R1 with a steep spectrum and R2 with a wide effective wavelength up to the near infrared are used. In general imaging mode, both R1 and R2 use their own outputs. In astronomical imaging mode, the R signal is based on the output of R2. And the like "are also intended by the present invention.
加えて、本実施の形態ではふれていないが、画像データを色変換する際に使用する画像変換のパラメータに関しては、各モード(天体撮影モード、一般撮影モード等)で個別に持つことは何ら問題ないものである。また、本実施の形態では、撮像素子としてCMOSセンサを用いているが、本発明はそれに限定されるものではなく、例えば、撮像素子としてCCDを用いた撮像装置であっても、同様の効果を得られるものである。 In addition, although not mentioned in the present embodiment, regarding the image conversion parameters used for color conversion of image data, there is no problem in individually having each mode (astrophotography mode, general shooting mode, etc.). There is nothing. In this embodiment, a CMOS sensor is used as an image sensor. However, the present invention is not limited to this, and for example, the same effect can be obtained even in an image pickup apparatus using a CCD as an image sensor. It is obtained.
前述した本実施の形態に係る電子カメラ(撮像装置)100を構成する図1の各手段、並びに電子カメラ100の駆動方法を示した図5の各ステップは、コンピュータのRAMやROMなどに記憶されたプログラムが動作することによって実現できる。このプログラム及び当該プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体は本発明に含まれる。
1 constituting the electronic camera (imaging device) 100 according to the present embodiment described above, and the steps of FIG. 5 showing the driving method of the
具体的に、前記プログラムは、例えばCD−ROMのような記憶媒体に記録し、或いは各種伝送媒体を介し、コンピュータに提供される。前記プログラムを記録する記憶媒体としては、CD−ROM以外に、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、光磁気ディスク、不揮発性メモリカード等を用いることができる。他方、前記プログラムの伝送媒体としては、プログラム情報を搬送波として伝搬させて供給するためのコンピュータネットワーク(LAN、インターネットの等のWAN、無線通信ネットワーク等)システムにおける通信媒体を用いることができる。また、この際の通信媒体としては、光ファイバ等の有線回線や無線回線などが挙げられる。 Specifically, the program is recorded in a storage medium such as a CD-ROM, or provided to a computer via various transmission media. As a storage medium for recording the program, a flexible disk, a hard disk, a magnetic tape, a magneto-optical disk, a nonvolatile memory card, and the like can be used in addition to the CD-ROM. On the other hand, as the transmission medium of the program, a communication medium in a computer network (LAN, WAN such as the Internet, wireless communication network, etc.) system for propagating and supplying program information as a carrier wave can be used. Moreover, examples of the communication medium at this time include a wired line such as an optical fiber, a wireless line, and the like.
また、コンピュータが供給されたプログラムを実行することにより本実施の形態に係る電子カメラ100の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムがコンピュータにおいて稼働しているOS(オペレーティングシステム)或いは他のアプリケーションソフト等と共同して本実施の形態に係る電子カメラ100の機能が実現される場合や、供給されたプログラムの処理の全て、或いは一部がコンピュータの機能拡張ボードや機能拡張ユニットにより行われて本実施の形態に係る電子カメラ100の機能が実現される場合も、かかるプログラムは本発明に含まれる。
Further, by executing the program supplied by the computer, not only the functions of the
100 電子カメラ(撮像装置)
101 被写体の光学像(入射光)
110 撮影用レンズ
111 レンズ制御部
112 シャッター
114 撮像素子
115 ローパスフィルタ(LPF)
116 A/D変換器
118 タイミング発生回路部(TG)
120 画像処理回路部
122 メモリ制御回路部
124 画像表示メモリ
126 D/A変換器
128 画像表示部
130 メモリ
140 シャッター制御部
142 測距制御部
144 温度計
146 測光制御部
148 フラッシュ部
150 システム制御回路部
152 メモリ
154 表示部
156 不揮発性メモリ
160 操作部
170 記録媒体
182 電源制御部
186 電源部
1141 光電変換部
1142 マイクロレンズ(ML)
1143 色フィルタ(CF)
100 Electronic camera (imaging device)
101 Optical image of subject (incident light)
DESCRIPTION OF
116 A /
120 Image
1143 color filter (CF)
Claims (6)
前記光電変換部の上方に前記各画素に対応して設けられ、前記入射光に対して波長制限をかけて前記光電変換部に入射させる色フィルタと、
前記色フィルタには、少なくとも、可視光領域に感度をもつ第1の赤色フィルタと、前記可視光領域と共に近赤外領域まで感度をもつ第2の赤色フィルタとが含まれており、
撮影条件に応じて、前記第1の赤色フィルタに対応する画素の第1の出力信号と前記第2の赤色フィルタに対応する画素の第2の出力信号とに基づいて、赤色信号を決定する処理を行う処理手段と
を有することを特徴とする撮像装置。 A photoelectric conversion unit in which pixels having photoelectric conversion elements for converting incident light incident from the outside into electric signals are two-dimensionally arranged;
A color filter provided above the photoelectric conversion unit corresponding to each of the pixels and allowing the incident light to enter the photoelectric conversion unit with a wavelength limit;
The color filter includes at least a first red filter having sensitivity in the visible light region and a second red filter having sensitivity to the near infrared region together with the visible light region,
Processing for determining a red signal based on a first output signal of a pixel corresponding to the first red filter and a second output signal of a pixel corresponding to the second red filter in accordance with an imaging condition An imaging device comprising: processing means for performing
前記処理手段は、前記撮影モード設定手段により設定されたモードに基づいて、前記第1の出力信号と前記第2の出力信号における処理方法を変更して、前記赤色信号を決定することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の撮像装置。 At least a shooting mode setting means capable of setting a mode related to shooting conditions suitable for astronomical shooting and a mode related to shooting conditions suitable for general shooting;
The processing means changes the processing method for the first output signal and the second output signal based on the mode set by the shooting mode setting means, and determines the red signal. The imaging device according to any one of claims 1 to 4.
前記色フィルタには、少なくとも、可視光領域に感度をもつ第1の赤色フィルタと、前記可視光領域と共に近赤外領域まで感度をもつ第2の赤色フィルタとが含まれており、
撮影条件に応じて、前記第1の赤色フィルタに対応する画素の第1の出力信号と前記第2の赤色フィルタに対応する画素の第2の出力信号とに基づいて、赤色信号を決定する処理を行うことを特徴とする撮像装置の駆動方法。 A pixel having a photoelectric conversion element that converts incident light incident from the outside into an electric signal is arranged in a two-dimensional manner, and is provided above the photoelectric conversion unit corresponding to each pixel. A driving method of an imaging apparatus including a color filter that imposes a wavelength limit on incident light and enters the photoelectric conversion unit,
The color filter includes at least a first red filter having sensitivity in the visible light region and a second red filter having sensitivity to the near infrared region together with the visible light region,
Processing for determining a red signal based on a first output signal of a pixel corresponding to the first red filter and a second output signal of a pixel corresponding to the second red filter in accordance with an imaging condition A method for driving an imaging apparatus, comprising:
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