JP2009033586A - Imaging apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、撮像装置に関し、より具体的には、複数の異なる撮影条件を周期的に繰り返しながら、動画像を記録する撮像装置に関する。 The present invention relates to an imaging apparatus, and more specifically to an imaging apparatus that records a moving image while periodically repeating a plurality of different imaging conditions.
複数の異なる撮影条件を周期的に繰り返しながら、動画像を撮影し記録する技術が、知られている。特許文献1には、このような撮影により、Motion JPEG方式で圧縮記録した動画像を、撮影条件に対応して動画再生する技術が、記載されている。
動画像を記録する場合、そのデータ量が膨大であることから、圧縮符号化して、記録するのが普通である。特に、動画像では、時間的に近接したフレーム間の相関を利用したフレーム間圧縮が広く行われている。 When a moving image is recorded, the amount of data is enormous, and therefore it is usually recorded after compression encoding. In particular, inter-frame compression using correlation between temporally adjacent frames is widely performed in moving images.
異なる撮影条件を周期的に繰り返しながら撮影した画像では、フレーム間相関が低くなり、圧縮符号化の符号化効率が低下する。特に、撮影条件として露出条件を繰り返し変化させた場合、隣接するフレーム間の相関が著しく失われ、符号化効率を低下させていた。 In an image shot while periodically repeating different shooting conditions, the inter-frame correlation is lowered, and the coding efficiency of compression coding is lowered. In particular, when the exposure condition is repeatedly changed as the photographing condition, the correlation between adjacent frames is remarkably lost, and the encoding efficiency is lowered.
本発明は、複数の異なる撮影条件を周期的に繰り返しながら撮影する場合の符号化効率を改善した撮像装置を提示することを目的とする。 It is an object of the present invention to provide an imaging apparatus that improves the encoding efficiency when shooting while periodically repeating a plurality of different shooting conditions.
本発明に係る撮像装置は、複数の異なる撮影条件を周期的に繰り返しながら、高速レートで画像を撮像する撮像手段と、前記撮像手段により撮像された画像を、同じ撮影条件のものをまとめてそれぞれ通常レートの動画像として圧縮符号化する符号化手段とを具備することを特徴とする。 An imaging device according to the present invention includes an imaging unit that captures an image at a high rate while periodically repeating a plurality of different imaging conditions, and images captured by the imaging unit are grouped under the same imaging condition. And encoding means for compressing and encoding as a normal-rate moving image.
本発明により、複数の異なる撮影条件で周期的に撮影された画像を、同じ撮影条件のものでまとめて圧縮符号化するので、符号化効率の高い符号化方式を適用可能になる。これにより、符号化効率を改善できる。 According to the present invention, since images periodically shot under a plurality of different shooting conditions are collectively compressed and encoded under the same shooting conditions, an encoding method with high encoding efficiency can be applied. Thereby, encoding efficiency can be improved.
以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施例の概略構成ブロック図を示す。撮影レンズ10は、被写体の光学像を撮像素子12に入射する。撮影レンズ10は、撮像素子12の入射光量を制御する光学絞りを具備する。撮像素子12は、撮像面に結像した光学像を電気信号に変換する。カメラ信号処理部14は、撮像素子12からの画像信号にガンマ変換及び色バランス調整等の周知の処理を施し、所定形式の画像データに変換する。撮影レンズ10、撮像素子12及びカメラ信号処理部14からなる部分が、特許請求の範囲の撮像手段に相当する。
FIG. 1 shows a schematic block diagram of an embodiment of the present invention. The photographing
符号化部16は、カメラ信号処理部14からの画像データを圧縮する。符号化部16は、カメラ信号処理部14からの画像データを同じ撮影条件のフレーム毎に振り分けるフレーム分配部18と、フレーム分配部18により振り分けられたフレームを撮影条件毎に圧縮符号化する圧縮処理部20とからなる。圧縮処理部20は、本実施例では、4つのデータ圧縮回路22〜28からなる。各データ圧縮回路22〜28は、入力するフレーム画像を同じ撮影条件のものでまとめて圧縮し、圧縮画像データからなる所定形式のストリームデータを生成する。各データ圧縮回路22〜28は、圧縮符号化のためのフレームメモリを具備する。
The
データ圧縮回路22〜28から出力されるストリームデータは、記録媒体30に記録される。記録媒体30は、例えば、光ディスク又はハードディスク等からなる。
Stream data output from the
制御部32は、撮影レンズ10、撮像素子12,カメラ信号処理部14,符号化部16及び記録媒体30を統括的に制御する。
The
本実施例では、撮像素子12を通常レート(30フレーム/秒)の4倍のレート、即ち、120フレーム/秒(高速レート)で動作させ、各フレームを互いに異なる4つの撮影条件で繰り返し撮像する。カメラ信号処理部14及びフレーム分配部18も、120フレーム/秒で動作する。これに対し、データ圧縮回路22〜28は、それぞれが通常レート、即ち30フレーム/秒で動作する。記録媒体30は、データ圧縮回路22〜28から出力される4系統のストリームデータを記録する書き込み能力を具備する。なお、記録媒体30に書き込まれた4系統のストリームデータは、再生時に伸長(復号)した後、いずれかの系統のストリームデータを選択的に不図示の表示装置にて表示することができる。このときの表示装置の表示レートは30フレーム/秒であり、個々のストリームデータのフレームレートに対応する。
In this embodiment, the
図2及び図3を参照して、本実施例による撮影フレームの変化の様子を説明する。図2(a),(b),(c),(d)は、4つの異なる撮影条件に応じた画像例を示す。撮影条件は例えば、露光量であり、撮影レンズ10の絞り、撮像素子12のシャッタ速度、又はカメラ信号処理部14のゲインで調節可能である。図2(a)は最も露光量が多い画像を示し、図2(b)、図2(c)と少なくなり、図2(d)が最も露光量が少ない画像を示す。
With reference to FIG. 2 and FIG. 3, how the photographing frame is changed according to the present embodiment will be described. 2A, 2B, 2C, and 2D show examples of images corresponding to four different shooting conditions. The photographing condition is, for example, the exposure amount, and can be adjusted by the aperture of the photographing
本実施例では、通常レートの4倍のレートで撮像素子12を動作させ、且つ、フレーム毎に4つの異なる撮影条件を順番に繰り返す。図3は、このように撮影されたフレームの変化の様子を示す。図3で、横軸は時間間隔を示す。通常レートのフレーム間に4枚のフレーム画像が撮影される。各フレーム画像のフレーム間隔は1/120秒(sec)である。
In this embodiment, the
図3で、フレーム1a,2a,3aは、同じ撮影条件Aで撮影されたフレームである。フレーム1b,2b,3bは、同じ撮影条件Bで撮影されたフレームである。フレーム1c,2c,3cは、同じ撮影条件Cで撮影されたフレームである。フレーム1d,2d,3dは、同じ撮影条件Dで撮影されたフレームである。例えば、撮影条件Aを最適露出量とし、撮影条件B,C,Dを順に一定の露出補正量だけ補正した露出値とする。
In FIG. 3,
図3に示すフレーム画像に対する本実施例の符号化動作を説明する。制御部32は、撮像素子12を通常レートの4倍のレートで撮影するように制御し、撮影レンズ10の絞りを通常レートの1周期内に4段階で変化するように制御する。カメラ信号処理部14は、撮像素子12からの4倍レートのフレーム画像を処理して、符号化部16に供給する。
The encoding operation of this embodiment for the frame image shown in FIG. 3 will be described. The
符号化部16では、フレーム分配部18が、カメラ信号処理部14からのフレーム画像データを、撮影条件毎A,B,C,Dにそれぞれ対応するデータ圧縮回路22〜28に分配する。例えば、フレーム分配部18は、撮影条件Aのフレーム1a,2a,3aの画像データをデータ圧縮回路22に供給し、撮影条件Bのフレーム1b,2b,3bの画像データをデータ圧縮回路24に供給する。フレーム分配部18は、撮影条件Cのフレーム1c,2c,3cの画像データをデータ圧縮回路26に供給し、撮影条件Dのフレーム1d,2d,3dの画像データをデータ圧縮回路28に供給する。図4は、各データ圧縮回路22〜28で処理されるフレームの様子を示す。
In the
各データ圧縮回路22〜28は、入力されたフレーム画像を順次、圧縮処理して、ストリームデータを形成する。例えば、データ圧縮回路22には、フレーム1a,2a,3aの画像データが順に入力する。フレーム1a,2a,3aは、撮影された際のフレーム間隔は離れているが、撮影条件、すなわち露出条件は同一である。さらに、フレーム1a,2a,3aのフレーム間隔は、通常レートのフレーム間隔に等しいので、通常レートで撮影した画像程度のフレーム間相関が期待可能である。これにより、データ圧縮回路22は、フレーム1a,2a,3aにフレーム間圧縮処理を適用でき、高い符号化効率で圧縮符号化できる。同様のフレーム間相関が、データ圧縮回路24,26,28についても期待できる。この結果、本実施例では、各データ圧縮回路22〜28は、フレーム間圧縮を利用する高い符号化効率で入力フレームを圧縮でき、全体として高い符号化効率を実現できる。
Each
各データ圧縮回路22〜28の圧縮符号化で生成されたストリームデータは、記録媒体30に記録される。制御部32では、これらのストリームデータの関係を記述した管理情報を作成し、記録媒体30に記録する。図5は、記録媒体30に記録される情報の模式図を示す。ストリームA〜Dは、それぞれデータ圧縮回路22〜28で圧縮により生成されたストリームである。管理情報には、少なくとも、これら記録されたストリームA〜Dが、同一の撮像素子12でほぼ同時に撮影された画像データであることと、各ストリームA〜Dの撮影条件が記録される。この管理情報によって、あとからこれらのストリームA〜Dの再生又は編集等が可能となる。例えば、各ストリームA〜Dが露出条件を変えて撮影した同一の構図の画像である場合、再生時に露出条件を選択できるようになる。或いは、これらのストリームA〜Dのうち複数を合成して、ダイナミックレンジを広げた動画像として再生することが可能となる。
Stream data generated by the compression encoding of each of the
以上、説明した様に、本実施例によれば、同一の撮影条件であるフレーム画像を、それぞれが独立した動画像であると見なして圧縮符号化してストリームデータを形成し記録することで、全体として高い符号化効率を実現できる。 As described above, according to the present embodiment, the frame image having the same shooting condition is regarded as an independent moving image, is compressed and encoded, and stream data is formed and recorded. High encoding efficiency can be realized.
なお、通常レートの4倍のフレームレートで撮影する場合を説明したが、4倍に限定されない。基本的に、n個の撮影条件を周期的に繰り返す場合、n倍のフレームレートで撮影し、n個のストリームを記録する。 In addition, although the case where it image | photographs with the frame rate 4 times the normal rate was demonstrated, it is not limited to 4 times. Basically, when n shooting conditions are periodically repeated, shooting is performed at a frame rate of n times and n streams are recorded.
また、本実施例では、複数のデータ圧縮回路22〜28を並列に動作させたが、1つのデータ圧縮回路を時分割で動作させてもよい。この時分割動作により、見かけ上、複数のデータ圧縮回路が並列動作しているのと同様の作用を実現できる。
In this embodiment, the plurality of
また、フレーム画像は一例であり、フィールド画像に対しても、同様に撮影条件毎にストリームを形成することで、同等の効果が得られることは明らかである。従って、本明細書中で、フレームはフィールドを含むと理解されるべきである。 Also, the frame image is an example, and it is obvious that the same effect can be obtained by forming a stream for each shooting condition in the same manner for the field image. Therefore, in this specification, it should be understood that a frame includes a field.
撮影条件が露出量である例を説明したが、撮影条件は、露出量に限定されない。例えば、撮影条件として露出量決定方式を異ならせてもよい。即ち、露出を決定する際の画像領域として、画面全体、画面の中央部、又は画面の一部といった、異なる範囲を設定する場合であっても良い。また、予め設定された撮影モードを順次、選択する場合でも良い。例えば、スポットライトモードやスポーツモードといった、特定の撮影画面にあわせて設定された撮影モードを選択する場合でも良い。あるいは、カメラ信号処理部14における画像調整パラメータが異なる場合でも良い。すなわち、コントラストやダイナミックレンジなどのパラメータ設定が異なる場合でも良い。
Although the example in which the shooting condition is the exposure amount has been described, the shooting condition is not limited to the exposure amount. For example, the exposure amount determination method may be varied as the photographing condition. That is, a different range such as the entire screen, the central portion of the screen, or a part of the screen may be set as the image area when determining the exposure. Alternatively, a preset shooting mode may be sequentially selected. For example, a shooting mode set in accordance with a specific shooting screen such as a spotlight mode or a sports mode may be selected. Alternatively, the image adjustment parameters in the camera
図6は、本発明の実施例2の概略構成ブロック図を示す。図1に示す実施例と同じ機能の構成要素には同じ符号を付してある。 FIG. 6 shows a schematic block diagram of the second embodiment of the present invention. Constituent elements having the same functions as those in the embodiment shown in FIG.
本実施例では、符号化部16aの圧縮処理部20aのデータ圧縮回路22a〜28aの機能が、データ圧縮回路22〜28とは異なる。図6に示す実施例では、データ圧縮回路24aのみが動きベクトル探索機能(Motion Estimation)を具備し、他のデータ圧縮回路22a,26a,28aは動きベクトル探索機能を持たず、データ圧縮回路24aの動きベクトル探索結果を利用する。即ち、フレーム間圧縮に必要な機能(ここでは、動きベクトル探索機能)の一部を1つのデータ圧縮回路24aのみに持たせ、残る他のデータ圧縮回路22a,26a,28aは、データ圧縮回路24aの持つ機能の演算結果を利用するようにした。
In the present embodiment, the functions of the
符号化部16aの動作を説明する。フレーム分配部18が、カメラ信号処理部14からの撮影フレームの画像データを、同じ撮影条件のフレーム毎に、圧縮処理部20aのデータ圧縮回路22a〜28aに振り分ける。データ圧縮回路24aのME部40が、動きベクトルを探索する。
The operation of the
動き探索処理は、MPEG2及びMPEG4などの代表的なフレーム間圧縮方式で採用されている。具体的には、画像をブロック単位に分割し、過去または未来の画像(参照フレーム)から、そのブロックに近似するブロックを探し出し、ブロック間の動き(動きベクトル)、参照フレーム及び参照モードを決定する処理である。フレーム間圧縮では、動き探索処理による動きベクトル、参照フレーム及び参照モードからブロック間差分情報を生成し、圧縮符号化する。 The motion search process is adopted in typical inter-frame compression methods such as MPEG2 and MPEG4. Specifically, the image is divided into blocks, a block that approximates the block is searched from past or future images (reference frames), and the motion (motion vector) between the blocks, the reference frame, and the reference mode are determined. It is processing. In inter-frame compression, inter-block difference information is generated from a motion vector, a reference frame, and a reference mode obtained by motion search processing, and is compressed and encoded.
データ圧縮回路24aは、内部のME部40による動き探索結果を使って、入力フレームを圧縮符号化する。ME部40による動き探索結果は他のデータ圧縮回路22a,26a,28aに供給される。他のデータ圧縮回路22a,26a,28aは、データ圧縮回路24aのME部40の探索結果、すなわち、動きベクトル、参照フレーム及び参照モードを使い、入力フレームを圧縮符号化する。各データ圧縮回路22a〜28aの圧縮符号化で生成されたストリームデータは、実施例1と同様に、記録媒体30に記録される。
The
データ圧縮回路22a,26a,28aで処理されるフレームは、データ圧縮回路24aで処理されるフレームとは撮影時刻が異なり、各データ圧縮回路22a〜28aで処理される画像の動きには、違いが生じ得る。しかし、通常のレートよりも高速なフレームレートで撮影しているので、この違いはわずかであり、動きベクトル探索結果も、大きな違いは生じない。従って、データ圧縮回路24aでの動き探索結果を共用して圧縮処理を行っても、動きベクトルの違いによる差は少なく、圧縮効率が大きく低下することはない。
The frames processed by the
動きベクトル探索処理は、一般に処理量が多く、演算処理や回路規模が大きい。本実施例では、これを共用化するので、全体として、回路規模又はコストを削減できる。特に、複数系統のデータ圧縮を独立したハードウェアで並列的に動作させる場合、動きベクトル探索処理のための回路規模と消費電力を大幅に削減できる。 The motion vector search process generally requires a large amount of processing, and has a large arithmetic process and circuit scale. In the present embodiment, since this is shared, the circuit scale or cost can be reduced as a whole. In particular, when a plurality of systems of data compression are operated in parallel by independent hardware, the circuit scale and power consumption for motion vector search processing can be greatly reduced.
複数のデータ圧縮回路22a〜28aを並列に動作させたが、1つのデータ圧縮回路を時分割で動作させてもよい。この時分割動作により、見かけ上、複数のデータ圧縮回路が並列動作しているのと同様の作用を実現できる。撮影条件の繰り返し周期の最初のデータ圧縮処理で動きベクトルを探索し、後続のデータ圧縮処理では、先の動きベクトル探索結果を利用すれば良い。回路規模と消費電力の削減には役立たないが、圧縮符号化処理の短縮又は省略につながり、演算時間を削減できる。
Although the plurality of
フレーム間圧縮に必要な処理機能として動きベクトル探索を例に説明したが、本発明は、フレーム間圧縮に必要なその他の機能をも同様に扱うことができることは明らかである。 Although motion vector search has been described as an example of a processing function necessary for interframe compression, it is obvious that the present invention can similarly handle other functions necessary for interframe compression.
10:撮影レンズ
12:撮像素子
14:カメラ信号処理部
16,16a:符号化部
18:フレーム分配部
20,20a:圧縮処理部
22〜28,22a〜28a:データ圧縮回路
30:記録媒体
32:制御部
40:動きベクトル探索部
10: photographic lens 12: imaging device 14: camera
Claims (11)
前記撮像手段により撮像された画像を、同じ撮影条件のものをまとめてそれぞれ通常レートの動画像として圧縮符号化する符号化手段
とを具備することを特徴とする撮像装置。 Imaging means for capturing images at a high rate while periodically repeating a plurality of different imaging conditions;
An image pickup apparatus comprising: an encoding unit that compresses and encodes images captured by the image capturing unit as moving images at a normal rate by grouping images having the same shooting conditions.
前記撮像手段により撮像された画像を、撮影条件に応じて同じ撮影条件の画像が同じデータ圧縮手段に供給されるように、前記複数のデータ圧縮手段に分配する分配手段
とを具備することを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の撮像装置。 The encoding means includes a plurality of data compression means;
A distribution unit that distributes the image captured by the imaging unit to the plurality of data compression units so that an image under the same imaging condition is supplied to the same data compression unit according to the imaging condition. The imaging apparatus according to any one of claims 1 to 4.
残りのデータ圧縮手段は、前記1つのデータ圧縮手段の前記処理機能の結果を利用する
ことを特徴とする請求項6に記載の撮像装置。 One data compression means of the plurality of data compression means has a processing function necessary for compression encoding of the image,
The imaging apparatus according to claim 6, wherein the remaining data compression unit uses a result of the processing function of the one data compression unit.
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