JP2011077817A - 撮像装置及び撮像方法 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像素子の水平同期信号の間隔が均等でない場合に、撮像素子の各ラインの画素信号の蓄積時間の差によって生じる輝度段差現象を低減することができる撮像装置を提供する。
【解決手段】この撮像装置は、同期信号発生部１０５で発生した垂直同期信号及び水平同期信号に従って、各ラインの画素の信号の蓄積開始タイミングを順次ずらして処理する撮像素子１０２と、該撮像素子１０２に対する画素信号の蓄積時間を設定する設定部１０４と、水平同期信号の間隔から撮像素子１０２の各ラインの画素信号の蓄積時間を算出し、算出した蓄積時間と設定部１０４により設定された蓄積時間とに基づき、補正係数を生成する補正係数生成部１０６と、撮像素子１０２から出力される映像信号に前記補正係数を乗算することにより、該映像信号を補正する補正部１０７とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ローリングシャッター方式の撮像素子を有する撮像装置及び撮像方法に関する。

デジタルビデオカメラ等の撮像装置では、ＣＭＯＳセンサやＣＣＤセンサ等の撮像素子は、垂直同期期間を表す垂直同期信号及び水平同期期間を表す水平同期信号に従って、各画素の出力信号の蓄積及び読み出しを行う。

垂直同期期間は、ＮＴＳＣ，ＰＡＬ等の動画規格によって予め定められた固定的な間隔で動作する。これに対して、水平同期期間は、撮像素子から読み出される画素数や読み出し方式によって必要とされる期間が異なるため、必ずしも、一定の水平同期期間の整数倍が垂直同期期間に一致するとは限らない。

例えば、図３に示すように、垂直同期期間をＶ、水平同期期間をＨ、垂直同期期間Ｖに対する水平同期期間Ｈの数をＮとした場合に、Ｖ＝Ｎ×Ｈ＋αのように、端数期間αが生じることがある。

従来、垂直同期信号及び水平同期信号を発生する同期信号発生回路は、垂直同期期間中のいずれかの水平同期期間をＨ＋αに変更して端数期間αを吸収し、その他の期間がＨになるように同期信号を生成することで垂直同期期間Ｖが一定になるように動作している。

また、近年、ＣＭＯＳセンサに代表されるように、撮像素子の画素の各ラインが水平同期信号に同期して、順次、画素信号の蓄積の開始および読み出しを行うローリングシャッター方式のものが多くなってきている（特許文献１）。

ローリングシャッター方式は、撮像素子の全画素の信号を同時に蓄積及び読み出しを行うＣＣＤセンサのようなグローバルシャッター方式に比較してラインごとに画素信号の蓄積期間が異なるという特徴がある。

特開２００９−１４１８０５号公報

しかし、ローリングシャッター方式の撮像素子を用いた撮像装置では、上記のように、端数期間αを吸収するために水平同期期間をＨ＋αに変更した期間（以下「端数調整期間」という。）有する水平同期信号で撮像素子を駆動した場合に、次の問題が生じる。

図３は、同期信号に従って、撮像素子の各ラインがローリングシャッター方式で画素信号の蓄積および読み出しを行う様子を示すタイミングチャート図である。

図３において、ＶＤは垂直同期信号、ＨＤは水平同期信号、ＨＣＮＴはライン番号、ＲＳＴは各ラインの画素信号の蓄積開始タイミング、ＲＤは各ラインの画素信号の読み出しタイミングである。水平同期信号ＨＤに従って、各ラインの画素信号の蓄積開始タイミングＲＳＴ及び読み出しタイミングＲＤが順次切り替わっている。あるラインにおいて画素信号の蓄積開始タイミングＲＳＴから読み出しタイミングＲＤまでの時間がそのラインの蓄積時間に相当する。

水平同期期間が一定の場合には、各ラインの画素信号の蓄積時間は均等になるが、水平同期信号において端数調整期間により水平同期期間の間隔の均等性が失われると、蓄積時間中に端数調整期間が存在するラインと存在しないラインとで蓄積時間に差が生じる。

そのため、撮像素子から出力される画像信号において、あるラインの上下での蓄積時間差によって信号レベルに差が生じて映像信号の明るさの違い（以下「輝度段差現象」という。）が発生してしまう。

そこで、本発明は、撮像素子の水平同期信号の間隔が均等でない場合に、撮像素子の各ラインの画素信号の蓄積時間の差によって生じる輝度段差現象を低減することができる仕組みを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の撮像装置は、あらかじめ定められた間隔の垂直同期信号を発生するとともに、２つの垂直同期信号の間に所定数の水平同期信号を発生する同期信号発生手段と、前記垂直同期信号及び前記水平同期信号に従って、各ラインの画素の信号の蓄積開始タイミングを順次ずらして処理する撮像素子と、該撮像素子に対する画素信号の蓄積時間を設定する設定手段と、前記水平同期信号の間隔から前記撮像素子の各ラインの画素信号の蓄積時間を算出し、算出した蓄積時間と前記設定手段により設定された蓄積時間とに基づき、補正係数を生成する補正係数生成手段と、前記撮像素子から出力される映像信号に前記補正係数を乗算することにより、該映像信号を補正する補正手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、撮像素子の水平同期信号の間隔が均等でない場合に、撮像素子の各ラインの画素信号の蓄積時間の差によって生じる輝度段差現象を低減することができる。

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。 本実施形態の撮像素子において、同期信号に従って、撮像素子の各ラインがローリングシャッター方式で画素信号の蓄積および読み出しを行う様子を示すタイミングチャート図である。 従来の撮像素子において、同期信号に従って、撮像素子の各ラインがローリングシャッター方式で画素信号の蓄積および読み出しを行う様子を示すタイミングチャート図である。

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。

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。

図１に示すように、本実施形態の撮像装置は、レンズ群１０１を通じて撮像素子１０２に被写体の光学像が結像される。撮像素子１０２は、水平・垂直同期信号に従って、ラインごとに画素信号の蓄積開始および読出し処理を行うローリングシャッター方式とされている。ＡＦＥ（アナログフロントエンド）１０３は、撮像素子１０２から出力されたアナログ映像信号を増幅してＡ／Ｄ変換し、変換したデジタル映像信号を補正部１０７に出力する。

設定部１０４は、撮像素子１０２の各画素の蓄積開始・読み出しタイミング（蓄積時間）や読出しライン数を設定し、設定した情報を撮像素子１０２、同期信号発生部１０５、及び補正係数生成部１０６に出力する。同期信号発生部１０５は、あらかじめ定められた間隔の垂直同期信号を発生するとともに、２つの垂直同期信号の間に所定数の水平同期信号を発生して、補正係数生成部１０６及び撮像素子１０２に出力する。

ここで、撮像素子１０２の受光面上に光学像が結像されると、撮像素子１０２の各画素のフォトダイオードに、各々の画素での信号の蓄積開始・読み出しタイミング及び入射光量に応じた光電荷が発生する。

そして、撮像素子１０２は、同期信号発生部１０５から出力された垂直同期信号及び水平同期信号に従って、各ラインの画素の信号の蓄積開始タイミングおよび読出しタイミングを順次ずらして処理するローリングシャッター方式の蓄積・読出し処理を行う。

補正係数生成部１０６は、同期信号発生部１０５から出力された水平同期信号の間隔に従って、各ラインの実際の画素信号の蓄積時間を算出し、算出した蓄積時間と設定部１０４で設定された蓄積時間とに基づき補正係数を生成する。なお、補正係数の生成処理の詳細については、後述する。補正部１０７は、ＡＦＥ１０３から出力されたデジタル映像信号に補正係数生成部１０６で生成された補正係数を乗算して該デジタル映像信号を補正し、カメラ信号処理部１０８に出力する。

カメラ信号処理部１０８は、補正部１０７で補正されたデジタル映像信号に対して所定のカメラ信号処理を施し、処理後の映像信号を表示部１１０に出力するとともに、記録用信号処理部１０９を介してＤＶＤディスクやメモリカード等の記録媒体１１１に出力する。これにより、表示部１１０に撮像画像が表示されるとともに、記録媒体１１１に撮像画像が記録される。

次に、図２を参照して、補正係数生成部１０６における補正係数の生成処理について説明する。図２は、同期信号に従って、撮像素子１０２の各ラインがローリングシャッター方式で画素信号の蓄積および読み出しを行う様子を示すタイミングチャート図である。

図２において、ＶＤは垂直同期信号、ＨＤは水平同期信号、ＨＣＮＴはライン番号、ＲＳＴは各ラインの画素信号の蓄積開始タイミング、ＲＤは各ラインの画素信号の読み出しタイミングである。

図２に示すように、撮像素子１０２は、水平同期信号ＨＤに従って、各ラインの画素信号の蓄積開始タイミングＲＳＴ及び読み出しタイミングＲＤが順次切り替わっている。あるラインの画素信号の蓄積時間Ｔは、蓄積開始タイミングＲＳＴから読み出しタイミングＲＤまでの時間に相当する。

例えば、垂直同期期間をＶ、水平同期期間をＨ、端数調整期間をＨ＋αとし、１つの垂直同期期間Ｖに対する水平同期期間Ｈの数をＮライン、撮像素子１０２からの有効画素の読出しラインを第Ｐｓラインから第Ｐｅラインとする。そして、設定部１０４において、蓄積開始タイミングＲＳＴから読出しタイミングＲＤまでに相当する画素信号の蓄積時間をＭラインとして設定した場合、通常期間として設定される蓄積時間Ｔ１は、Ｔ１＝Ｍ×Ｈになる。

これに対して、端数調整期間Ｈ＋α以降の蓄積時間Ｍラインの期間で読み出されるラインの画素信号の蓄積時間Ｔ２は、Ｔ２＝Ｍ×Ｈ＋αとなり、設定部１０４で設定された蓄積時間Ｔ１に対して実際の蓄積時間が変動する。ここで、端数調整期間Ｈ＋α以降の蓄積時間Ｍラインの期間を「蓄積時間変動期間」という。

次に、端数調整期間Ｈ＋αを第（Ｐｓ−１）ラインに発生させる場合を考える。蓄積時間がＭラインであるので、蓄積時間変動期間は、第Ｐｓラインから第（Ｐｓ＋Ｍ−１）ラインまでになる。

ここで、補正係数生成部１０６は、通常期間の設定された蓄積時間Ｔ１と蓄積時間変動期間の蓄積時間Ｔ２とが略同一になるように補正係数Ｋを生成する。補正係数生成部１０６は、例えば、通常期間の補正係数Ｋ１をＫ１＝１とすると、蓄積時間変動期間の補正係数Ｋ２をＫ２＝Ｔ１／Ｔ２＝（Ｍ×Ｈ）／（Ｍ×Ｈ＋α）として生成する。

そして、補正部１０７において、ＡＦＥ１０３から出力されたデジタル映像信号に対して、補正係数生成部１０６で生成された補正係数を乗算して該デジタル映像信号を補正する。これにより、撮像素子１０２の水平同期信号の間隔が均等でない場合においても、撮像素子１０２の各ラインの蓄積時間の差によって生じる輝度段差現象を低減することができる。

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。

１０２ 撮像素子
１０４ 設定部
１０５ 同期信号発生部
１０６ 補正係数生成部
１０７ 補正部

Claims (3)

1. あらかじめ定められた間隔の垂直同期信号を発生するとともに、２つの垂直同期信号の間に所定数の水平同期信号を発生する同期信号発生手段と、
   前記垂直同期信号及び前記水平同期信号に従って、各ラインの画素の信号の蓄積開始タイミングを順次ずらして処理する撮像素子と、
   該撮像素子に対する画素信号の蓄積時間を設定する設定手段と、
   前記水平同期信号の間隔から前記撮像素子の各ラインの画素信号の蓄積時間を算出し、算出した蓄積時間と前記設定手段により設定された蓄積時間とに基づき、補正係数を生成する補正係数生成手段と、
   前記撮像素子から出力される映像信号に前記補正係数を乗算することにより、該映像信号を補正する補正手段と、を備えることを特徴とする撮像装置。
2. 前記補正係数生成手段は、前記算出した蓄積時間と前記設定手段により設定された蓄積時間とが略同一になるように前記補正係数を生成する、ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. あらかじめ定められた間隔の垂直同期信号を発生するとともに、２つの垂直同期信号の間に所定数の水平同期信号を発生する同期信号発生ステップと、
   前記垂直同期信号及び前記水平同期信号に従って、各ラインの画素の信号の蓄積開始タイミングを順次ずらして処理する撮像素子に対する画素信号の蓄積時間を設定する設定ステップと、
   前記水平同期信号の間隔から前記撮像素子の各ラインの画素信号の蓄積時間を算出し、算出した蓄積時間と前記設定ステップで設定された蓄積時間とに基づき、補正係数を生成する補正係数生成ステップと、
   前記撮像素子から出力される映像信号に前記補正係数を乗算することにより、該映像信号を補正する補正ステップと、を備えることを特徴とする撮像方法。