JP2009272797A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】設定された撮像フレームレートを維持しながら撮像を行うことができる撮像装置を提供する。
【解決手段】撮像素子２は、複数の画素を有する第１の領域および第２の領域を少なくとも備え、第１の領域を構成する全画素から第１の画像信号を読み出すと共に、第２の領域を構成する全画素のうち一部を間引いた画素から第２の画像信号を読み出し、所定の撮像フレームレートで撮像を行うことが可能である。領域設定部８は第１の領域の大きさを設定し、フレームレート設定部９は撮像フレームレートを設定する。制御部１０は、第１の領域の大きさと撮像フレームレートとに基づいて、第２の領域における画素の間引き率を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像フレームレートを設定することが可能な撮像装置に関する。

撮像領域を構成する全画素のうち一部の画素を間引き走査して画像信号を読み出す間引き撮像や、撮像領域内の所定領域を構成する全画素を順次走査して画像信号を読み出す順次撮像（ブロック撮像）を行うことが可能な撮像素子を備えた撮像装置がある。この撮像装置では、間引き撮像で得られた画像が表示されるので、画角を確認することが可能であり、また、順次撮像で得られた画像が表示されるので、注目する被写体の状態を確認することが可能である。なお、特許文献１には、同一フレーム内で間引き撮像と順次撮像のそれぞれによる画像信号を得ることが可能な撮像装置が記載されている。
特開２０００−３２３１８号公報

従来の撮像装置において、順次撮像を行う領域の大きさを撮影者が変更した場合、１フレーム当たりに画像信号を読み出す画素の数が変化するため、撮像フレームレートも変化する。例えば、画像信号を読み出す画素の数が多くなると撮像フレームレートは低下し、逆に画素数が少なくなると、撮像フレームレートを高くすることが可能となる。このため、順次撮像を行う領域の大きさによっては、所望のフレームレートで撮像を行うことができないという問題があった。

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであって、設定された撮像フレームレートを維持しながら撮像を行うことができる撮像装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、複数の画素を有する第１の領域および第２の領域を少なくとも備え、前記第１の領域を構成する全画素から第１の画像信号を読み出すと共に、前記第２の領域を構成する全画素のうち一部を間引いた画素から第２の画像信号を読み出し、所定の撮像フレームレートで撮像を行うことが可能な撮像素子と、前記第１の領域の大きさを設定する第１の設定手段と、前記撮像フレームレートを設定する第２の設定手段と、前記第１の設定手段によって設定された前記第１の領域の大きさと、前記第２の設定手段によって設定された前記撮像フレームレートとに基づいて、前記第２の領域における画素の間引き率を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする撮像装置である。

また、本発明の撮像装置において、前記第１の設定手段は、撮影者の指示に基づいて前記第１の領域を設定することを特徴とする。

また、本発明の撮像装置において、前記第２の設定手段は、撮影者の指示に基づいて前記撮像フレームレートを設定することを特徴とする。

本発明によれば、第１の設定手段によって設定された第１の領域の大きさと、第２の設定手段によって設定された撮像フレームレートとに基づいて、第２の領域における画素の間引き率を制御することによって、設定された撮像フレームレートを維持しながら撮像を行うことができるという効果が得られる。

以下、図面を参照し、本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態による撮像装置の構成を示している。レンズ１は、入射した光を集光し、撮像素子２の撮像領域上に被写体像を結像する。撮像素子２は撮像領域に複数の画素を備え、被写体像を光電変換により画像信号に変換して出力する。本実施形態の撮像素子２は、例えば画素毎に画像信号を読み出すことが可能なＣＭＯＳイメージセンサで構成されている。また、撮像領域内の所定領域を構成する全画素から画像信号を読み出す順次撮像と、撮像領域を構成する全画素のうち一部を間引いた画素から画像信号を読み出す間引き撮像とを同一フレーム内で行うことが可能である。

駆動制御部３は撮像素子２の動作を制御する。信号選択処理部４は、撮像素子２から出力されたアナログ画像信号をデジタル画像信号に変換し、画像信号を合成処理部５へ出力する。合成処理部５は、信号選択処理部４から出力される画像信号を合成する。

信号選択処理部４および合成処理部５の具体的な動作は以下の通りである。本実施形態では、図２に示すように、撮像領域２００内の順次撮像領域２０１で順次撮像が行われて画像２１０が生成される。また、撮像領域２００内の順次撮像領域２０１以外の間引き撮像領域２０２で間引き撮像が行われて画像２１１が生成される。順次撮像領域２０１内の領域２０１ａは、最終的にフォーカス確認用の画像に用いられる領域である。

信号選択処理部４には、順次撮像で得られた画像２１０に対応した画像信号（以下、順次画像信号とする）と、間引き撮像で得られた画像２１１に対応した画像信号（以下、間引き画像信号とする）とが１フレーム期間内に入力される。信号選択処理部４は、画像２１０のうち一部の領域の画像２２０の順次画像信号と、画像２１１に対応した間引き画像信号を合成処理部５へ出力する。また、信号選択処理部４は、画像２１０を構成する全画素のうち一部の画素を間引いた画像２１２を生成する処理も行う。すなわち、信号選択処理部４は、順次画像信号に対して間引き処理を行うことによって、画像２１２に対応した間引き画像信号を生成し、合成処理部５へ出力する。

合成処理部５は、一部の画素を間引いた画像２１１，２１２を合成し、撮像画角に対応した画像２２１を生成する処理を行う。すなわち、合成処理部５は、画像２１１，２１２のそれぞれに対応した間引き画像信号を合成し、画像２２１に対応した間引き画像信号を生成する。また、合成処理部５は、画像２２０，２２１を合成した画像２３０を生成する処理も行う。画像２３０は、順次画像信号で構成されるフォーカス確認用の画像２３１と、間引き画像信号で構成される画角確認用の画像２３２とで構成されている。合成処理部５は、画像２２０に対応した順次画像信号から、画像２３１に対応した順次画像信号を生成すると共に、画像２２１に対応した間引き画像信号から、画像２３２に対応した間引き画像信号を生成し、両方の画像信号を合成して信号処理部６へ出力する。この際に、合成処理部５は、適宜、画素数を変換する処理も行う。

信号処理部６は、表示に適した画像を生成するため、合成処理部５から出力された画像信号に対して、ノイズ除去、階調変換、輪郭強調等の処理を行う。表示部７は、信号処理部６によって処理された画像信号に基づいて画像を表示する。

領域設定部８は、撮影者からの指示に基づいて、順次撮像を行う順次撮像領域を設定する。図示せぬユーザインタフェースを介して、撮影者が順次撮像領域を設定すると、領域設定部８は、その領域の位置および大きさに関する領域情報を生成する。領域情報は領域設定部８から駆動制御部３、信号選択処理部４、および制御部１０へ出力される。駆動制御部３は、領域情報に基づいて、撮像素子２からの順次画像信号および間引き画像信号の読み出し領域を制御する。信号選択処理部４は、領域情報に基づいて画像信号を選択し、適宜、合成処理部５へ出力する。

フレームレート設定部９は、撮影者からの指示に基づいて撮像フレームレートを設定する。図示せぬユーザインタフェースを介して、撮影者が撮像フレームレートを設定すると、フレームレート設定部９は、その撮像フレームレートに関するフレームレート情報を生成する。フレームレート情報はフレームレート設定部９から駆動制御部３、表示部７、および制御部１０へ出力される。駆動制御部３は、フレームレート情報に基づいて、撮像素子２からの順次画像信号および間引き画像信号の読み出しタイミングを制御する。表示部７は、フレームレート情報が示す撮像フレームレートと同じ表示フレームレートで画像を表示する。制御部１０は、領域情報およびフレームレート情報に基づいて、間引き撮像を行う間引き撮像領域の間引き率（領域を構成する全画素に対する読み出し画素の割合）を制御する。

撮像フレームレートが高く設定された場合や、撮像フレームレートが一定でも順次撮像領域が大きな領域に設定された場合には、画像信号を読み出す画素の数を抑えなければならない。しかし、順次撮像領域で画像信号を読み出す画素を間引いてしまうと、フォーカスを正確に確認することが困難である。一方、間引き撮像領域でより多くの画素を間引いても、画角の確認に対する影響は少ない。そこで、本実施形態では、順次撮像領域の大きさおよび撮像フレームレートに応じて間引き撮像領域の間引き率を制御することによって、設定されたフレームレートを維持しながら撮像を行うことを可能としている。

次に、本実施形態における間引き率の制御方法を説明する。第１の例では、図３（ａ）に示すように、撮像素子２の全体画角に対応した領域である全体領域３００が４０９６×３０７２画素で構成され、撮影者により設定される順次撮像領域として表示用の順次画像信号を生成する領域である順次画像生成領域３１０が１０２４×７６８画素で構成されている。また、図３（ｂ）に示すように、表示画像において、全体領域３２０が１０２４×７６８画素で構成されている。全体領域３２０のうち、全体領域３００に対応した間引き画像信号に基づいた画像を表示する領域である間引き画像表示領域３３０が５１２×３８４画素で構成され、残りが、順次画像信号に基づいた画像を表示する領域（以下、順次画像表示領域とする）である。

全体領域３００の横方向の画素数（４０９６）と順次画像生成領域３１０の横方向の画素数（１０２４）の比は１：４であり、全体領域３００の縦方向の画素数（３０７２）と順次画像生成領域３１０の縦方向の画素数（７６８）の比も１：４である。以下、このような順次撮像領域を設定し、表示する場合を４倍拡大（拡大率４）と定義する。４倍拡大では、画像表示領域３３０を生成するために、撮像素子２の全体画角に対応した全体領域３００の行方向の間引き率は１／８となる。すなわち、８行当たり１行の画像信号の読み出しが行われる。

第２の例では、図４（ａ）に示すように、全体画角に対応した領域である全体領域４００が４０９６×３０７２画素で構成され、順次画像生成領域４１０が５１２×３８４画素で構成されている。また、図４（ｂ）に示すように、表示画像において、全体領域４２０が１０２４×７６８画素で構成されている。全体領域４２０のうち、全体領域４００に対応した間引き画像表示領域４３０が５１２×３８４画素で構成され、残りが、順次画像表示領域である。

全体領域４００の横方向の画素数（４０９６）と順次画像生成領域４１０の横方向の画素数（５１２）の比は１：８であり、全体領域４００の縦方向の画素数（３０７２）と順次画像生成領域４１０の縦方向の画素数（３８４）の比も１：８である。したがって、これは８倍拡大（拡大率８）である。８倍拡大では、行方向の間引き率は１／４となる。すなわち、４行当たり１行の画像信号の読み出しが行われる。

より具体的には、以下のようにして間引き率が決定される。制御部１０は、以下の（１）式に従って間引き率を算出する。ただし、間引き率をＡとし、拡大率をｂとし、撮像フレームレート（表示フレームレートに等しいとする）をｆとし、全有効ライン数をｙとし、垂直ブランキング期間（垂直回帰期間）のライン数換算値をｖとし、１ラインの読み出し時間をｈとする。
Ａ＝（ｂ−１）／｛ｂ／ｆ／（ｙ＋ｖ）／ｈ−１｝ ・・・（１）

例えば４倍拡大の場合、ｂ＝４、ｆ＝１２０、ｙ＝３０７２、ｖ＝４、ｈ＝７．８５８（μｓｅｃ）とすると、以下の（２）式よりＡ＝８となる。
Ａ＝（４−１）／｛４／１２０／（３０７２＋４）／（７．８５８×１０^−６）−１｝
＝７．９１
≒８ ・・・（２）

また、８倍拡大の場合、ｂ＝８、ｆ＝１２０、ｙ＝３０７２、ｖ＝４、ｈ＝７．８５８（μｓｅｃ）とすると、以下の（３）式よりＡ＝４となる。
Ａ＝（８−１）／｛８／１２０／（３０７２＋４）／（７．８５８×１０^−６）−１｝
＝３．９８
≒４ ・・・（３）

上記の説明では、行単位で画素を間引いているが、列単位で画素を間引いてもよいし、行単位と列単位の両方で画素を間引いてもよい。

次に、撮像に係る動作を説明する。図５は、撮像開始前の撮像条件の設定に係る処理の流れを示している。まず、順次撮像を行う順次撮像領域の位置および大きさに関する領域情報が領域設定部８から制御部１０へ出力される。制御部１０は、領域情報に基づいて順次撮像領域の画素数（上記の例では行数）を識別し、保持する（ステップＳ１００）。また、制御部１０は、全体領域の画素数を予め保持しており、全体領域の画素数から順次撮像領域の画素数を引いた残りの画素数を、間引き撮像を行う間引き撮像領域の画素数として保持する（ステップＳ１１０）。

続いて、撮像フレームレートに関するフレームレート情報がフレームレート設定部９から制御部１０へ出力される。制御部１０は、フレームレート情報に基づいて撮像フレームレートを識別し、保持する（ステップＳ１２０）。制御部１０は、順次撮像領域の画素数と全体領域の画素数から拡大率を算出し、さらに例えば（１）式に従って間引き率を算出する（ステップＳ１３０）。

図６は撮像開始後の処理の流れを示している。まず、１フレーム期間内で順次撮像および間引き撮像が行われ、撮像素子２から順次画像信号（図２の画像２１０に対応）および間引き画像信号（図２の画像２１１に対応）が信号選択処理部４へ出力される（ステップＳ２００，Ｓ２１０）。このとき、駆動制御部３は、領域情報に基づいて、順次画像信号および間引き画像信号の読み出し領域を制御すると共に、フレームレート情報に基づいて、順次画像信号および間引き画像信号の読み出しタイミングを制御する。

信号選択処理部４は、順次画像信号（図２の画像２１０に対応）から、順次撮像領域の一部の領域に対応した順次画像信号（図２の画像２２０に対応）と間引き画像信号（図２の画像２１２に対応）を生成し、それらを合成処理部５へ出力する（ステップＳ２２０）。合成処理部５は、間引き撮像で生成した間引き画像信号と、順次画像信号から生成した間引き画像信号とを合成し、画角全体の間引き画像信号（図２の画像２２１に対応）を生成する（ステップＳ２３０）。続いて、合成処理部５は、順次画像信号と間引き画像信号を合成して表示用の画像信号（図２の画像２３０に対応）を生成し、信号処理部６へ出力する（ステップＳ２４０）。

信号処理部６は、合成処理部５から出力された画像信号に対して所定の処理を施し、表示部７へ出力する。表示部７は、信号処理部６から出力された画像信号に基づいて画像を表示する（ステップＳ２５０）。以上が１フレーム分の処理の内容であり、上記のステップＳ２００〜Ｓ２５０を繰り返すことにより、動画像の表示が行われる。

上述したように、本実施形態によれば、順次撮像領域の大きさと撮像フレームレートとに基づいて、間引き撮像領域における画素の間引き率を制御することによって、設定された撮像フレームレートを維持しながら撮像を行うことができる。また、領域設定部８を介して撮影者が順次撮像領域の大きさを指定した場合や、フレームレート設定部９を介して撮影者が撮像フレームレートを指定した場合でも、適切な間引き率で撮像フレームレートを維持しながら撮像を行うことができる。

以上、図面を参照して本発明の実施形態について詳述してきたが、具体的な構成は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

本発明の一実施形態による撮像装置の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態において得られる画像の処理内容を示す参考図である。 本発明の一実施形態における間引き率の制御方法を説明するための参考図である。 本発明の一実施形態における間引き率の制御方法を説明するための参考図である。 本発明の一実施形態による撮像装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態による撮像装置の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１・・・レンズ、２・・・撮像素子、３・・・駆動制御部、４・・・信号選択処理部、５・・・合成処理部、６・・・信号処理部、７・・・表示部、８・・・領域設定部（第１の設定手段）、９・・・フレームレート設定部（第２の設定手段）、１０・・・制御部（制御手段）

Claims (3)

1. 複数の画素を有する第１の領域および第２の領域を少なくとも備え、前記第１の領域を構成する全画素から第１の画像信号を読み出すと共に、前記第２の領域を構成する全画素のうち一部を間引いた画素から第２の画像信号を読み出し、所定の撮像フレームレートで撮像を行うことが可能な撮像素子と、
   前記第１の領域の大きさを設定する第１の設定手段と、
   前記撮像フレームレートを設定する第２の設定手段と、
   前記第１の設定手段によって設定された前記第１の領域の大きさと、前記第２の設定手段によって設定された前記撮像フレームレートとに基づいて、前記第２の領域における画素の間引き率を制御する制御手段と、
   を備えたことを特徴とする撮像装置。
2. 前記第１の設定手段は、撮影者の指示に基づいて前記第１の領域を設定することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記第２の設定手段は、撮影者の指示に基づいて前記撮像フレームレートを設定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の撮像装置。

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