JP2010171856A - Imaging apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、静止画像及び動画像を撮像するデジタルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像装置に関する。 The present invention relates to an imaging apparatus such as a digital camera or a digital video camera that captures still images and moving images.
デジタルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像装置では、CMOSイメージセンサなどの撮像素子を用いて動画像を撮像する場合、メカシャッターを使用できないため、撮像素子の露光量を制御するために電子シャッター機能が必要となる。 In an imaging device such as a digital camera or a digital video camera, when a moving image is captured using an image sensor such as a CMOS image sensor, a mechanical shutter cannot be used. Therefore, an electronic shutter function is provided to control the exposure amount of the image sensor. Necessary.
電子シャッターとしては、露光時に撮像素子の各画素ごとに電荷を蓄積してから順次読み出す一括電子シャッターや高輝度で適正な露出が得られるスリットローリング電子シャッターが提案されている(特許文献1)。 As electronic shutters, a batch electronic shutter that sequentially reads out charges after being accumulated for each pixel of an image sensor during exposure and a slit rolling electronic shutter that can obtain appropriate exposure with high brightness have been proposed (Patent Document 1).
この種の電子シャッターを備える撮像装置では、動画像の記録中に任意のタイミングで静止画像を記録することができるものがある。また、動画像については、画像データを記録する以外にも電子ビューファインダー機能を実現するためにLCD等の表示装置へ画像データを連続表示するものがある。 Some image pickup apparatuses including this type of electronic shutter can record a still image at an arbitrary timing during recording of a moving image. In addition to recording image data, some moving images continuously display image data on a display device such as an LCD in order to realize an electronic viewfinder function.
このような機能を持つ撮像装置では、撮像素子から画像を連続して取得することにより生成する動画像を記録せずに表示装置へ表示する。そして、その後、撮像装置のシャッターボタン等により静止画像の撮影が指示されると、動画像の撮影による電子ビューファインダー機能を一時停止し、静止画像の撮影を行う。 In an imaging apparatus having such a function, a moving image generated by continuously acquiring images from an imaging element is displayed on a display device without being recorded. After that, when a still image is instructed by a shutter button or the like of the image pickup apparatus, the electronic viewfinder function by moving image shooting is temporarily stopped and a still image is shot.
ところで、このような撮像装置においては、動画像の撮影中に静止画像の撮影を行う場合には、通常、動画像の撮影を中断してから静止画像の撮影を行うが、動画像の撮影を中断することなく継続しながら任意のタイミングで静止画像も撮影できることが望まれる。 By the way, in such an image pickup apparatus, when taking a still image while shooting a moving image, the shooting of the still image is usually performed after the shooting of the moving image is interrupted. It is desired that a still image can be taken at an arbitrary timing while continuing without interruption.
しかし、静止画像と動画像に要求される性能はそれぞれ異なる。即ち、静止画像には空間的な解像度が高いことが要求され、動画像では時間的な解像度が優先される。 However, the performance required for still images and moving images is different. In other words, a still image is required to have a high spatial resolution, and a temporal resolution is given priority to a moving image.
例えば、静止画像に使用される画素数は、1000万画素を超えるものも多い。一方、動画像では、必要な画素数は30万画素程度、ハイビジョン(HDTV)のフル規格に対応しても200万画素程度であるが、30フレーム/秒、或いは60フレーム/秒のフレームレートが要求される。 For example, the number of pixels used for still images often exceeds 10 million pixels. On the other hand, in the case of moving images, the required number of pixels is about 300,000 pixels, and even if it corresponds to the full standard of HDTV (HDTV), it is about 2 million pixels. Required.
このため、静止画像も撮影可能な撮像装置における動画像の撮影では、必要な画素数が静止画像より少ないこともあって、撮像素子の全画素の情報を垂直方向に間引いて読み出す方法が取られることもある。 For this reason, when capturing a moving image in an imaging apparatus capable of capturing still images, the number of pixels required is smaller than that of still images, and a method of reading out information of all pixels of the image sensor in the vertical direction is taken. Sometimes.
また、静止画像の撮影は、動画像のフレームレートより遥かに長時間の露光によって1枚の静止画像を撮影したいという要求がある点で動画像と大きな違いがある。 Still image shooting is significantly different from moving images in that there is a demand for shooting a single still image by exposure much longer than the frame rate of the moving image.
この場合、静止画像に使用される撮像素子の画素の全てを動画像のフレームレートで読み出すことができれば、静止画像の露光時間中に撮像素子から取得した全ての動画像を画素毎に加算することによって、長時間露光の静止画に相当する画像を得ることができる。 In this case, if all the pixels of the image sensor used for the still image can be read out at the frame rate of the moving image, all the moving images acquired from the image sensor during the exposure time of the still image are added for each pixel. Thus, an image corresponding to a long-exposure still image can be obtained.
しかし、撮像素子の信号には、読み出すごとに読み出し回路に起因するノイズ(以下、読み出しノイズ)が重畳されるため、複数の画素を加算するとその分だけ読出しノイズも加算され、静止画像のS/Nが劣化してしまうことになる。 However, since the noise from the readout circuit (hereinafter referred to as readout noise) is superimposed on the signal of the image sensor every time readout is performed, readout noise is also added as much as the addition of a plurality of pixels. N will deteriorate.
そこで、本発明は、動画像の撮影を中断させたりフレームレートを低下させたりすることなく、S/Nの良好な長時間露光の静止画像を得ることができる撮像装置を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an imaging apparatus capable of obtaining a long-exposure still image with good S / N without interrupting moving image shooting or reducing the frame rate. To do.
上記目的を達成するために、本発明の撮像装置は、被写体像を光電変換する光電変換素子を含む複数の画素が行方向及び列方向に配置された撮像素子と、該撮像素子からの前記画素の信号の読み出し動作を制御する制御手段と、を備える撮像装置であって、前記撮像素子は、前記複数の画素のうちの一部の画素の信号について、フレーム毎に読み出す画素を行方向にずらしながら所定の周期で読み出す動画像用の読み出し動作と、前記複数の画素の全ての画素の信号を読み出す静止画像用の読み出し動作と、を有し、動画像の撮影中に静止画像の撮影が指示された後、所定の時間が経過するまでは前記動画像用の読み出し動作によって得られる画素の信号から動画像を生成し、前記所定の時間が経過した後、前記静止画像用の読み出し動作によって得られた画素信号、及び前記動画像用の読み出し動作によって既に得られている画素信号から静止画像を生成する、ことを特徴とする。 In order to achieve the above object, an image pickup apparatus according to the present invention includes an image pickup element in which a plurality of pixels including a photoelectric conversion element for photoelectrically converting a subject image are arranged in a row direction and a column direction, and the pixel from the image pickup element. And a control means for controlling the readout operation of the signal of the imaging device, wherein the imaging device shifts, in the row direction, pixels to be read out for each frame with respect to signals of some of the plurality of pixels. However, it has a readout operation for moving images that are read out in a predetermined cycle and a readout operation for still images that reads out the signals of all the pixels of the plurality of pixels, and instructs to take a still image during shooting of a moving image. After that, a moving image is generated from a pixel signal obtained by the moving image reading operation until a predetermined time elapses, and after the predetermined time elapses, the still image reading operation is performed. Generating still image from the pixel signal that has already been obtained by the read operation for pixel signals, and the moving image obtained I, characterized in that.
本発明によれば、動画像の撮影を中断させたりフレームレートを低下させたりすることなく、S/Nの良好な長時間露光の静止画像を得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain a long-exposure still image with good S / N without interrupting the shooting of moving images or reducing the frame rate.
以下、本発明の実施形態の一例を図面を参照して説明する。 Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施形態の一例である撮像装置の構成例を説明するためのブロック図である。 FIG. 1 is a block diagram for explaining a configuration example of an imaging apparatus which is an example of an embodiment of the present invention.
図1に示すように、本実施形態の撮像装置は、撮像レンズ101により結像された被写体像を光電変換する撮像素子102を備えており、撮像素子102は、本実施形態では、CMOSイメージセンサが使用される。
As shown in FIG. 1, the imaging apparatus of the present embodiment includes an
撮像素子102から出力されるアナログ画像信号は、AFE103によりデジタル信号に変換される。DSP(Disital Signal Processer)104は、AFE103から出力されるデジタル画像信号に対する各種画像処理や圧縮・伸張処理などを行なう。
The analog image signal output from the
記録媒体105は、撮像装置に着脱自在に装着され、撮影した画像データを記録する。表示部106は、LCD等により構成され、撮影した画像や各種メニュー画面などを表示する。TG(タイミングジェネレータ)107は、撮像素子101に駆動信号を供給する。CPU108は、AFE103、DSP104及びTG107を制御する。RAM109は、画像データなどを一時記憶するためのメモリである。
A
次に、図2〜図4を参照して、撮像素子102の構成例について説明する。
Next, a configuration example of the
図2は、撮像素子102の複数の画素200のうち、1画像の構成例を説明するための回路図である。
FIG. 2 is a circuit diagram for explaining a configuration example of one image among the plurality of
図2において、PD(フォトダイオード)201は、入射した光信号を光電変換し、露光量に応じた電荷を蓄積する光電変換素子である。転送ゲート202は、信号txをHighレベルにすることで、PD201に蓄積されている電荷がFD(フローティングディフュージョン)203に転送される。
In FIG. 2, a PD (photodiode) 201 is a photoelectric conversion element that photoelectrically converts an incident optical signal and accumulates charges according to the exposure amount. The
FD203は、FDアンプ204のゲートに接続されており、このFDアンプ204によりPD201から転送されてきた電荷量が電圧量に変換される。
The
FDリセットスイッチ205は、FD203をリセットするためのスイッチであり、信号resfをHighレベルとすることにより、FD203がリセットされる。また、PD201の電荷をリセットする場合には、信号txと信号resfを同時にHighレベルとすることで、転送ゲート202及びFDリセットスイッチ205の両方をONし、FD203を経由してPD201のリセットを行うことになる。
The
画素選択スイッチ206は、信号selをHighレベルとすることにより、FDアンプ204で電圧に変換された画素信号が画素200の出力voutに出力される。
The
図3は、各画素200からの信号を共通に読み出す回路の一例を説明するための回路図である。
FIG. 3 is a circuit diagram for explaining an example of a circuit for commonly reading signals from the
図3において、垂直出力線301は、列毎に設けられ、1列分の画素200の出力voutが接続される。
In FIG. 3, the
S信号転送スイッチ302は、画素200から読み出される画素信号Sを保持容量304に転送するためのスイッチである。信号tsをHighレベルにすることにより、S信号転送スイッチ302を介して垂直出力線301の画素信号Sが保持容量304に保持される。
The S
N信号転送スイッチ303は、画素200から読み出されるノイズ信号Nを保持容量305に転送するためのスイッチである。信号tnをHighレベルにすることにより、N信号転送スイッチ303を介して垂直出力線301のノイズ信号Nが保持容量305に保持される。
The N
水平転送スイッチ306,307は、信号phがHighレベルとなることによりONされ、保持容量304の画素信号Sと保持容量305のノイズ信号Nを水平出力線308へ転送する。
The horizontal transfer switches 306 and 307 are turned on when the signal ph becomes High level, and transfer the pixel signal S of the
水平出力線308は、差動増幅器309の入力に接続されており、差動増幅器308では画素信号Sとノイズ信号Nとの差分をとると同時に所定のゲインをかけ、最終的な画像信号を出力端子へ出力する。
The
ここで、列共通読出し回路300は、各画素列毎に配置され、垂直出力線301、S信号転送スイッチ302、N信号転送スイッチ303、保持容量304,305、水平転送スイッチ306,307は、撮像素子102が有する画素列と同数だけ存在する。
Here, the column
図4は、撮像素子102の全体の構成例を説明するための図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining an example of the overall configuration of the
図4に示すように、撮像素子102は、複数の画素200が行方向及び列方向に配置され、各列毎に列共通読出し回路300に接続されている。なお、水平転送スイッチ306及び307は、図4では、便宜上、列共通読出し回路300と別に表示しているが、実際には、上述したように、列共通読出し回路300に含まれる。
As shown in FIG. 4, in the
垂直走査回路401は、resp1,resf1,tx1,sel1等の駆動信号を各画素200に供給する。水平走査回路402は、出力する信号phをHighレベルにすることによって、各列の保持容量304及び保持容量305の信号が順次、水平出力線308に転送され、更に差動増幅器309を介して出力端子へ出力される。
The
図5は、撮像素子102における画素200の配置例を説明するための説明図である。なお、図5では、説明の便宜上、画素200の行数を15行のみとする。また、静止画を構成する際には、全ての画素200の信号に基づいて1画面を構成し、動画を生成する際には、撮像素子102の一部の画素である画素行501の信号に基づいて1画面を構成する。この画素行501の読み出し動作が後述する図6の実線枠601の読み出し動作に相当する。画素行502及び画素行503の画素は、動画像には使用されない画素である。
FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining an arrangement example of the
図5では、5n+1行目が画素行501となっているが、動画像の撮影中に長時間露光の静止画像の撮影が開始されると、その後の動画フレームでは、動画像に使用される画素行501をフレーム毎に行方向(矢印A方向)にずらしていく。また、画素行502,503についても同様に行方向にずらしていく。
In FIG. 5, the 5n + 1 row is the
この際、画素行502では、後述するように、それまで蓄積されていた電荷を静止画像の生成のために読み出しておくため、後述する図6の斜線枠603の読み出し動作が行われる。また、画素行503は、動画像のための信号読み出しの際には、撮像素子102からの読み出しは行われず、間引かれるものとする。
At this time, as will be described later, in the pixel row 502, in order to read out the charges accumulated so far in order to generate a still image, a reading operation of a hatched
次に、図6〜図8を参照して、撮像素子102における、動画像の撮影の際の画素信号の読み出し動作、及び動画像の撮影中に長時間露光の静止画像を撮影する際の画素信号の読み出し動作について説明する。
Next, referring to FIG. 6 to FIG. 8, the pixel signal reading operation at the time of capturing a moving image and the pixels at the time of capturing a long-exposure still image during capturing of the moving image in the
図6は、撮像素子102の画素200の信号の読み出し動作を模式的に示す図である。図6の横軸は時刻を示し、縦軸は画素行の番号を示している。
FIG. 6 is a diagram schematically illustrating a signal read operation of the
図6において、実線枠601及び斜線枠603は、撮像素子102の1行分の画素信号を、PD201からFD203を経由して撮像素子102の出力端子まで読み出す動作を示している。
In FIG. 6, a
実線枠601は、フレームの動画像を生成するための画素信号の読み出し動作であり、読み出された信号は動画を生成するために使用されるとともに、最終的に生成される静止画像にも信号を使用するため、RAM109に一時的に記憶される。
A
斜線枠603は、次のフレームの動画像のための画素信号の蓄積を開始するために、それまで蓄積されていた画素信号を読み出す動作であり、最終的に生成される静止画像にこの信号を使用するため、RAM109に一時的に記憶される。実線枠601、斜線枠603のいずれの場合も、信号の読み出し動作は同じである。これらの読み出し動作において、信号を読み出された画素は、後述するように、信号読み出し直後にPD201の電荷がリセットされ、再び次の読み出しに備えた蓄積状態に入る。
The hatched
破線枠602は、動画像に画素信号を使用しない画素行のPD201の電荷を1行分クリアするリセット動作である。この際、垂直出力線301以降の読出し回路の動作は不要であり、それらの読出し回路の電流をオフすることで、消費電力を低減することも可能である。
A
次に、図7及び図8を参照して、実線枠601,破線枠602,斜線枠603のそれぞれの1行分の動作タイミングを順に説明する。
Next, with reference to FIG. 7 and FIG. 8, the operation timings for one row of the
図7は、実線枠601及び斜線枠603の1行分の読み出し動作を説明するためのタイミングチャート図である。
FIG. 7 is a timing chart for explaining the reading operation for one row of the
図7において、resf,sel,txの後に付加した番号は、信号を読み出そうとしている画素行の番号に対応する。ここでは第1行目を例にとって記載している。また、phに付加した番号は、画素列の番号を示し、ph1は第1列目の列読出し回路に入力される信号phを、ph2は第2列目の列読出し回路に入力される信号phを示している。 In FIG. 7, numbers added after resf, sel, and tx correspond to the numbers of pixel rows from which signals are to be read. Here, the first line is described as an example. The number added to ph indicates the number of the pixel column, ph1 is a signal ph input to the first column read circuit, and ph2 is a signal ph input to the second column read circuit. Is shown.
まず、信号selをHighレベルにして画素選択スイッチ206をONする。その後、信号resfをLowレベルにしてFDリセットスイッチ205をOFFし、FD203のリセットを開放する。
First, the signal sel is set to High level, and the
次に、信号tnをONしてN信号転送スイッチ303を介して保持容量305にN信号を記憶する。続いて信号tnをLowレベルにし、N信号転送スイッチ303をOFFした後、信号tsをHighレベルにしてS信号転送スイッチ302をONすると共に、信号txをHighレベルにすることで転送ゲート202をONする。
Next, the signal tn is turned ON and the N signal is stored in the holding
この動作により、選択されている行のPD201に蓄積されていた信号がFDアンプ204、画素選択スイッチ206を介して垂直出力線301へ出力され、更に、S信号転送スイッチ302を介して保持容量304へ記憶される。
By this operation, the signal accumulated in the
次に、信号tx、tsをLowレベルにして転送ゲート202、S信号転送スイッチ302を閉じた後、信号resfをHighレベルにしてFDリセットスイッチ205をONし、FD203をリセットする。
Next, the signals tx and ts are set to Low level, the
その後、各列の信号phによって水平転送スイッチ306,307を順次ONし、各列の保持容量304の信号、保持容量305の信号を水平出力線308と差動増幅器309を介して出力端子に出力する。
Thereafter, the horizontal transfer switches 306 and 307 are sequentially turned on by the signal ph of each column, and the signal of the
信号phによって各列の信号を出力している期間に、再度信号resf,txをHighレベルとしているが、この動作によってFDリセットスイッチ205と転送ゲート202を介してPD201のリセットが行われる。
The signals resf and tx are set to the high level again during the period when the signal of each column is output by the signal ph, but the
図8は、破線枠602の1行分のリセット動作を説明するためのタイミングチャート図である。
FIG. 8 is a timing chart for explaining the reset operation for one row of the
リセット動作は、1行分の信号読出し動作(図7)の信号selをLowレベルに固定しただけのものである。リセットされている行の画素選択スイッチ206はOFFしているため、信号ts、tn、phの動作は直接関係ないため、点線で示している。
In the reset operation, the signal sel of the signal read operation for one row (FIG. 7) is simply fixed at the low level. Since the
ここでは、図8のts、tn、phの各信号は図7に示す読出し動作と同様にしているが、画素信号を読み出していないので、これらの信号をLowレベルに固定して消費電力の低減を図ることも可能である。信号phが出力されている期間に信号resf,txがHighレベルとなることにより、PD201の信号がリセットされる。
Here, the ts, tn, and ph signals in FIG. 8 are the same as in the readout operation shown in FIG. 7, but since the pixel signals are not read out, these signals are fixed at the low level to reduce power consumption. It is also possible to plan. When the signals resf and tx are at a high level during the period when the signal ph is output, the signal of the
図6に戻って、動画像の取得及び動画像の撮影中の静止画像の取得の動作について説明する。 Returning to FIG. 6, the operation of acquiring a moving image and acquiring a still image during shooting of the moving image will be described.
静止画像の撮影指示が為される前の動画像の撮影中においては、動画像に使用される行(ここでは、5n+1行目)の画素信号が実線枠601の読み出し動作によって所定の周期で撮像素子102から読み出され、動画像が生成される。動画像に使用される行以外の行に関しては、破線枠602のリセット動作により、PD201の電荷がフレーム毎にリセットされることになる。
During shooting of a moving image before a still image shooting instruction is given, pixel signals in a row (here, 5n + 1 row) used for the moving image are picked up at a predetermined cycle by a reading operation of the
読み出された画素信号は行方向(垂直方向)に間引かれたものであるため、そのまま画像を生成すると画像の縦横比が合わないため、DSP104にて列方向(水平方向)の画素情報を間引く処理を行なった上で動画像を生成する。
Since the read pixel signals are thinned out in the row direction (vertical direction), if the image is generated as it is, the aspect ratio of the image does not match, so the
次に、時刻t0において、不図示のシャッタースイッチが押下されることによって静止画像の撮影の指示が為される。静止画像の撮影の指示が為されると、まず、時刻t1からの1フレーム期間(フレームa)で、動画像に使用される行(5n+1行目)の画素はPD201に蓄積された信号が読み出された後、PD201の電荷がリセットされ、次の蓄積状態に入る。
Next, at time t0, a still image is instructed by pressing a shutter switch (not shown). When an instruction to shoot a still image is given, first, in one frame period (frame a) from time t1, pixels in the row (5n + 1 row) used for the moving image read the signal accumulated in the
また、動画像に使用される行以外の行(5n+2、5n+3、5n+4、5n+5行目)の画素は、PD201の信号を読み出すことなくリセットが行われ、次の蓄積状態に入る。DSP104では、時刻t1以前と同様に、得られた5n+1行目の画素信号から動画像用の1フレームを生成する。
Further, the pixels in the rows (5n + 2, 5n + 3, 5n + 4, 5n + 5) other than the row used for the moving image are reset without reading the signal of the
時刻t2からのフレームb期間においては、5n+1行目及び5n+2行目の画素信号が読み出され、それ以外の行(5n+3、5n+4、5n+5行目)は、リセットも読出しも行われず、そのまま蓄積を継続される。 In the frame b period from time t2, the pixel signals of the 5n + 1 and 5n + 2 rows are read out, and the other rows (5n + 3, 5n + 4, 5n + 5 row) are not reset and read out and are stored as they are. Will continue.
フレームbでも、動画像は5n+1行目の信号から生成される。また、それと同時に5n+1行目及び5n+2行目の信号が静止画像用の信号としてRAM109に一時的に記憶される。
Even in the frame b, a moving image is generated from the signal in the (5n + 1) th row. At the same time, the signals in the 5n + 1 and 5n + 2 rows are temporarily stored in the
時刻t3からのフレームc期間においては、5n+2行目及び5n+3行目の画素信号が読み出され、それ以外の行(5n+1、5n+4、5n+5行目)は、リセットも読出しも行われず、そのまま蓄積を継続される。 In the frame c period from the time t3, the pixel signals of the 5n + 2 and 5n + 3 rows are read, and the other rows (5n + 1, 5n + 4, 5n + 5 rows) are not reset and read, and are stored as they are. Will continue.
フレームcでは、動画像は5n+2行目の信号から生成される。また、それと同時に5n+2行目及び5n+3行目の信号が静止画像用の信号としてRAM109に一時的に記憶される。5n+2行目の信号は、既にRAM109に保持されている以前の画素データ(フレームbのデータ)と加算して記憶される。
In the frame c, a moving image is generated from the signal on the 5n + 2nd row. At the same time, the signals in the 5n + 2 and 5n + 3 rows are temporarily stored in the
時刻t4からのフレームd期間においては、5n+3行目及び5n+4行目の画素信号が読み出され、それ以外の行(5n+1、5n+2、5n+5行目)は、リセットも読出しも行われず、そのまま蓄積を継続される。 In the frame d period from the time t4, the pixel signals of the 5n + 3th row and the 5n + 4th row are read, and the other rows (5n + 1, 5n + 2, 5n + 5th row) are not reset and read, and are stored as they are. Will continue.
フレームdでは、動画像は5n+3行目の信号から生成される。また、それと同時に5n+3行目及び5n+4行目の信号が静止画像用の信号としてRAM109に一時的に記憶される。5n+3行目の信号は、既にRAM109に保持されている以前の画素データ(フレームcのデータ)と加算して記憶される。
In frame d, a moving image is generated from the signal in the (5n + 3) th row. At the same time, the signals on the 5n + 3 and 5n + 4 rows are temporarily stored in the
時刻t5からのフレームe期間においては、5n+4行目及び5n+5行目の画素信号が読み出され、それ以外の行(5n+1、5n+2、5n+3行目)は、リセットも読出しも行われず、そのまま蓄積を継続される。 In the frame e period from time t5, the pixel signals of the 5n + 4th row and the 5n + 5th row are read out, and the other rows (5n + 1, 5n + 2, 5n + 3th row) are not reset and read out, and are stored as they are. Will continue.
フレームeでは、動画像は5n+4行目の信号から生成される。また、それと同時に5n+4行目及び5n+5行目の信号が静止画像用の信号としてRAM109に一時的に記憶される。5n+4行目の信号は、既にRAM109に保持されている以前の画素データ(フレームdのデータ)と加算して記憶される。
In the frame e, the moving image is generated from the signal on the 5n + 4th row. At the same time, the signals in the 5n + 4th and 5n + 5th rows are temporarily stored in the
時刻t6からのフレームf期間においては、5n+5行目及び5n+1行目の画素信号が読み出され、それ以外の行(5n+2、5n+3、5n+4行目)は、リセットも読出しも行われず、そのまま蓄積を継続される。 In the frame f period from time t6, the pixel signals of the 5n + 5th row and the 5n + 1th row are read out, and the other rows (5n + 2, 5n + 3, 5n + 4th row) are not reset and read out and are stored as they are. Will continue.
フレームfでは、動画像は5n+5行目の信号から生成される。また、それと同時に5n+5行目及び5n+1行目の信号が静止画像用の信号としてRAM109に一時的に記憶される。5n+5行目及び5n+1行目の信号は、既にRAM109に保持されている以前の画素データ(フレームe以前のデータ)と加算して記憶される。
In the frame f, a moving image is generated from the signal on the 5n + 5th row. At the same time, the signals of the 5n + 5th row and the 5n + 1th row are temporarily stored in the
そして、静止画像の所定の蓄積時間Tsが経過すると、フレームgの動作に入る。時刻t7を超えても静止画像の蓄積時間に至らない場合には、フレームb〜fの動作を繰返し、フレーム毎に読み出す行をずらしながら動画像を取得していくと共に、読出した信号をRAM109に保持された静止画像用のデータに加算しながら記憶していく。
Then, when a predetermined accumulation time Ts of the still image has elapsed, the operation of the frame g is started. If the still image accumulation time is not reached even after the time t7, the operation of the frames b to f is repeated, the moving image is acquired while shifting the row to be read for each frame, and the read signal is stored in the
フレームgでは、動画像に使用する行(5n+1行目)を含め、静止画像に使用する全行の信号を読み出す。フレームgでは、5n+1行目の信号から動画像が生成される。また、読み出された全行の信号は、RAM109に保持された静止画像用のデータにそれぞれ加算される。
In the frame g, the signals of all the rows used for the still image including the row used for the moving image (5n + 1th row) are read out. In frame g, a moving image is generated from the signal on the (5n + 1) th row. Further, the read signals of all rows are added to the still image data held in the
これにより、撮像素子102の全ての画素において、静止画蓄積時間Tsの時間分の蓄積信号が得られたことになり、長時間蓄積の静止画像が生成される。
Thereby, in all the pixels of the
ここで、図6中の期間Bの部分は、動画像用の信号の蓄積期間を示し、期間Cの部分は静止画像用の信号の蓄積期間を示す(期間Bに蓄積された信号は最終的に加算されることにより、静止画像にも使用される)。 Here, the period B in FIG. 6 indicates the accumulation period of the moving image signal, and the period C indicates the accumulation period of the still image signal (the signal accumulated in the period B is finally Is also used for still images).
期間Bに蓄積された信号は1フレーム毎に読み出されるが、期間Cに蓄積された信号は複数フレームに亘って蓄積が継続された後に読み出されることになる。これにより、1枚の静止画像の信号を得るための読み出し回数を抑え、ノイズの混入を極力抑制することができる。 The signal accumulated in the period B is read out every frame, but the signal accumulated in the period C is read out after the accumulation is continued over a plurality of frames. As a result, the number of readouts for obtaining a single still image signal can be suppressed, and mixing of noise can be suppressed as much as possible.
このように、本実施形態では、静止画蓄積時間Tsは6フレーム分の時間であるにも拘らず、それぞれの画素は3回しか読出し動作が行われていない。このため、読み出しノイズも3回分に抑えられ、ノイズの少ない静止画像を得られる。これにより、動画像の撮影を中断させたりフレームレートを低下させたりすることなく、S/Nの良好な長時間露光の静止画像を得ることができる。 As described above, in this embodiment, although the still image accumulation time Ts is a time corresponding to 6 frames, each pixel is read out only three times. For this reason, readout noise is also reduced to three times, and a still image with less noise can be obtained. As a result, it is possible to obtain a long-exposure still image with good S / N without interrupting the shooting of a moving image or reducing the frame rate.
また、静止画蓄積時間Tsがより長い場合には、図6のフレームb〜fの動作を繰り返すことによって対応できる。動画像を生成する画素行の間引き周期が大きい場合には、各画素の読出し回数はより少なく抑えられるため、よりノイズの少ない静止画像を得ることができる。 Further, when the still image accumulation time Ts is longer, it can be dealt with by repeating the operations of the frames b to f in FIG. When the thinning cycle of a pixel row for generating a moving image is large, the number of times of reading out each pixel can be suppressed to a smaller value, so that a still image with less noise can be obtained.
本実施形態では、電子シャッターを実現する構成として、スリットローリングシャッターを用いて説明した(但し、長時間露光を要する暗時の撮影を前提としているため、PD201のリセットは読み出しとほぼ同時に行われる構成となっている)。しかし、全画素のPD201の電荷を同時にFD203へ転送する一括電子シャッターを用いた構成にしても構わない。
In this embodiment, a slit rolling shutter has been described as a configuration that realizes an electronic shutter (however, since it is premised on shooting in the dark that requires long exposure, a configuration in which the
また、本実施形態では、動画像のみを撮影する期間は、毎フレーム同じ行(実施形態では、5n+1行目)を読み出しているが、静止画像の蓄積中と同様に、フレーム毎に読出し行を変更しても構わない。更に、動画像のみを撮影する期間は、全画素の信号を毎フレーム読み出す構成としても構わない。 In the present embodiment, the same row (5n + 1 row in the embodiment) is read out every frame during the period for capturing only moving images. However, as in the case of accumulation of still images, the readout row is read every frame. You can change it. Furthermore, the period for capturing only a moving image may be configured to read out signals of all pixels every frame.
また、本実施形態では、静止画像の蓄積中は、信号を読み出す行をフレーム毎に1行ずつシフトしているが、フレーム毎に異なれば組合せはこれに限られるものではなく、カラーフィルタのベイヤ配列を考慮し、2行毎にシフトするなどの方法を採っても構わない。 In this embodiment, while still images are being accumulated, the row from which a signal is read is shifted by one row for each frame. However, the combination is not limited to this as long as it is different for each frame. In consideration of the arrangement, a method such as shifting every two rows may be adopted.
また、本実施形態では、1フレーム期間中に全画素を読み出すこともできるものとして記載しており、従って、静止画像の取得後もそのままのフレームレートで動画像の撮影を継続することが可能である。しかし、静止画像の取得後は一旦動画像の撮影を中断する構成にしてもよい。その場合には、時間的に1フレーム期間内に全画素を読み出すことができない構成であってもよい。 Further, in this embodiment, it is described that all pixels can be read out during one frame period. Therefore, it is possible to continue shooting a moving image at the same frame rate even after acquiring a still image. is there. However, the configuration may be such that once the still image is acquired, the shooting of the moving image is interrupted. In that case, a configuration in which all the pixels cannot be read within one frame period in time may be used.
なお、本発明は、上記実施形態に例示したものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。 In addition, this invention is not limited to what was illustrated to the said embodiment, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it can change suitably.
102 撮像素子
201 PD
202 転送ゲート
203 FD
205 FDリセットスイッチ
206 画素選択スイッチ
300 列共通読出し回路
102
202
205 FD reset
Claims (4)
前記撮像素子は、前記複数の画素のうちの一部の画素の信号について、フレーム毎に読み出す画素を行方向にずらしながら所定の周期で読み出す動画像用の読み出し動作と、
前記複数の画素の全ての画素の信号を読み出す静止画像用の読み出し動作と、を有し、
動画像の撮影中に静止画像の撮影が指示された後、所定の時間が経過するまでは前記動画像用の読み出し動作によって得られる画素の信号から動画像を生成し、
前記所定の時間が経過した後、前記静止画像用の読み出し動作によって得られた画素信号、及び前記動画像用の読み出し動作によって既に得られている画素信号から静止画像を生成する、ことを特徴とする撮像装置。 An imaging device comprising: an imaging device in which a plurality of pixels including a photoelectric conversion device for photoelectrically converting a subject image are arranged in a row direction and a column direction; and a control unit that controls a reading operation of a signal of the pixel from the imaging device. A device,
The image pickup device, for a signal of a part of the plurality of pixels, for a moving image that is read out in a predetermined cycle while shifting pixels to be read out for each frame in a row direction;
A readout operation for a still image that reads out signals of all the pixels of the plurality of pixels, and
A moving image is generated from a pixel signal obtained by the moving image readout operation until a predetermined time elapses after a still image is instructed during moving image shooting.
After the predetermined time has elapsed, a still image is generated from a pixel signal obtained by the still image readout operation and a pixel signal already obtained by the moving image readout operation. Imaging device.
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