JP2012090177A - Camera system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の増幅手段を有するカメラシステムに関するものである。 The present invention relates to a camera system having a plurality of amplification means.
低照度下で撮影可能なカメラを実現するには、より多くのゲインをかけることが望まれている。その為に、複数の増幅手段を設け、トータルでの増幅率を上げることで低照度性能を向上している(例えば、特許文献1参照)。このような従来の技術について図4を用いて説明する。 In order to realize a camera capable of photographing under low illuminance, it is desired to apply more gain. For this purpose, a plurality of amplifying means are provided to improve the low illuminance performance by increasing the total amplification factor (see, for example, Patent Document 1). Such a conventional technique will be described with reference to FIG.
撮像素子401は、不図示のレンズを介して撮像面上に結像された光学像を電気信号に変換し、画像信号として出力する。撮像素子401から出力された画像信号は、ゲイン分割ステップの大きい増幅器A402と、ゲイン分割ステップの小さい増幅器B403の二段階の増幅手段により増幅される。そして、カメラ制御回路404によりそれぞれの増幅器を組み合わせて切り替えながら増幅率を制御する。画像処理回路405は、増幅器A402と増幅器B403により増幅された画像信号に所定の信号処理を施してから出力する。
The
ここで、2種類の増幅器のゲイン切り替えは、ゲイン分割ステップの大きい増幅器A402のゲイン切り替わりを考慮にいれて、ゲイン分割ステップが小さい増幅器B403のゲインを変化させることで、2種類の増幅器を組み合わせたゲイン変化に線形な特性を持たせている。 Here, the gain switching of the two types of amplifiers takes into account the gain switching of the amplifier A402 having a large gain dividing step, and the two types of amplifiers are combined by changing the gain of the amplifier B403 having a small gain dividing step. The gain change has a linear characteristic.
しかしながら、上記の特許文献に開示された方法によりゲイン切り替え制御を行う場合には、組み合わせられる2種類のゲインの各ゲイン(増幅率)のバラツキ(誤差)が段差として発生し、2種類のゲインが同時に切り替わることでトータルゲインの段差となって表れる。すなわち、ゲイン変化に線形特性を得られず、ゲイン切り替え時に明るさが変動する輝度ショックが発生するという問題があった。これについて図5を用いて説明する。 However, when gain switching control is performed by the method disclosed in the above-mentioned patent document, variation (error) of each gain (amplification factor) of two types of gains to be combined is generated as a step, and the two types of gains are By switching at the same time, it appears as a step in the total gain. That is, there is a problem in that a linear shock cannot be obtained with a gain change, and a luminance shock occurs in which the brightness varies when the gain is switched. This will be described with reference to FIG.
図5において、(a)は分割ステップの小さい増幅器B403のゲイン切り替えステップであり、(b)は分割ステップの大きい増幅器A402のゲイン切り替えステップである。そして(c)はこれら2種類の増幅器を組み合わせたトータルゲインの切り替えステップである。上記したように、それぞれの増幅器にはゲインバラツキがあるので、2種類の増幅器のゲインが同時に切り替わった時に段差が生じている。 In FIG. 5, (a) is a gain switching step of the amplifier B403 with a small division step, and (b) is a gain switching step of the amplifier A402 with a large division step. (C) is a total gain switching step in which these two types of amplifiers are combined. As described above, each amplifier has a gain variation, so that a step is generated when the gains of the two types of amplifiers are switched simultaneously.
本発明は、複数の増幅手段を用いた際に発生するゲイン切り替え時の段差をなくし、段差が無く線形なトータルゲイン特性が実現できるカメラシステムを提供することを目的としてなされたものである。 An object of the present invention is to provide a camera system that eliminates a step at the time of gain switching that occurs when using a plurality of amplifying means, and that can realize a linear total gain characteristic without a step.
本発明は、上記目的を達成するためになされたものであり、本発明のカメラシステムは、被写体の光学像を画像信号に変換して出力する撮像センサと、第1の分割ステップでゲインを変更して前記画像信号を増幅する第1の増幅手段と、前記第1の分割ステップよりも細かい第2の分割ステップでゲインを変更して前記画像信号を増幅する第2の増幅手段とを備え、前記第1の増幅手段のゲインと前記第2の増幅手段のゲインを組み合わせて所望のゲインで前記画像信号を増幅するカメラシステムであって、前記第1及び第2の増幅手段のいずれか一方のゲインを所定ゲイン上げる場合、他方のゲインを前記所定ゲイン下げるとともに前記所定ゲインに相当する分だけ前記撮像センサのシャッタ速度が遅くなるように制御し、その後、前記一方のゲインを前記所定ゲイン上げるとともに前記所定ゲインに相当する分だけ前記撮像センサの前記シャッタ速度が速くなるように制御する制御手段と、を有することを特徴とする。 The present invention has been made to achieve the above object, and the camera system of the present invention includes an image sensor that converts an optical image of a subject into an image signal and outputs the image signal, and changes the gain in the first division step. A first amplifying means for amplifying the image signal; and a second amplifying means for amplifying the image signal by changing the gain in a second division step finer than the first division step, A camera system for amplifying the image signal with a desired gain by combining the gain of the first amplifying means and the gain of the second amplifying means, wherein either one of the first and second amplifying means When the gain is increased by a predetermined gain, the other gain is decreased and the shutter speed of the image sensor is decreased by an amount corresponding to the predetermined gain. The gain and having a control means for the control such shutter speed increases the amount corresponding the image sensor corresponding to the predetermined gain with increasing the predetermined gain.
本発明によれば、撮像センサから出力される画像信号を複数の増幅手段を用いて増幅する場合に、トータルとしてリニアなゲイン特性を持つカメラシステムを提供することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to provide a camera system having a linear gain characteristic as a total when an image signal output from an imaging sensor is amplified using a plurality of amplifying means.
(実施例)
以下、図面を用いて本発明の実施例について説明する。図1は、本発明実施例のカメラシステムの構成を示すブロック図である。
(Example)
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a camera system according to an embodiment of the present invention.
図1において、撮像センサ101は、不図示のレンズを介して撮像センサ面に受光された被写体の光学像を電気信号に変換し、不図示のセンサ内増幅器で所定の信号レベルに増幅して画像信号として出力する。センサ駆動回路(タイミングジェネレータ)102は、撮像センサ101を駆動するための駆動信号を生成する。この駆動信号に同期したタイミングで撮像センサ101において変換された電気信号が画像信号として出力される。また、この駆動信号を制御することで、撮像センサ101において受光された光学像に応じて電荷が蓄積される蓄積時間(シャッタ速度)を変更する。
In FIG. 1, an
アナログ増幅回路103(第1の増幅手段)は、撮像センサ101から出力される画像信号を第1の分割ステップでゲイン(増幅率)を変更して増幅する。ここで撮像センサ101から出力される画像信号はアナログ画像信号であるため、アナログ増幅回路103は、アナログアンプで画像信号を増幅する。A/D変換部104は、アナログ画像信号をデジタル画像信号に変換する。
The analog amplification circuit 103 (first amplification means) amplifies the image signal output from the
デジタル増幅回路105(第2の増幅手段)は、A/D変換部104から出力されるデジタル画像信号を前記第1の分割ステップよりも細かい分割ステップでゲインを変更して増幅する。ここでA/D変換部104からの画像信号はデジタル画像信号であるため、デジタル増幅回路105は、デジタル画像信号に倍率を乗算することで画像信号を増幅する。
The digital amplifying circuit 105 (second amplifying means) amplifies the digital image signal output from the A /
そして、本実施例では、アナログ増幅回路103(第1の増幅手段)によるアナログゲインとデジタル増幅回路105(第2の増幅手段)によるデジタルゲインを組み合わせて、所望のゲインで撮像センサ101から出力される画像信号を増幅するように構成されている。デジタルゲインとアナログゲインを組み合わせることでトータルゲインとしてより大きなゲインをかけることが可能となる。
In this embodiment, the analog gain by the analog amplifier circuit 103 (first amplifier means) and the digital gain by the digital amplifier circuit 105 (second amplifier means) are combined and output from the
画像処理回路106は、デジタル増幅回路105で増幅されたデジタル画像信号に対して、ガンマ補正処理、色補正処理、ノイズリダクションといった各種信号処理を行う。カメラ制御回路107は、センサ駆動回路102に対してシャッタ速度(蓄積時間)情報を出力する。また、アナログ増幅回路103、デジタル増幅回路104に対してゲイン情報を出力する。また、不図示のレンズユニットによるズーム動作、フォーカス合焦動作、絞り制御動作といった制御もあわせて行う。
The
メモリ回路108は、アナログ増幅回路103によるアナログゲインのバラツキ(誤差)データ、デジタル増幅回路104によるデジタルゲインのバラツキ(誤差)データをそれぞれあらかじめ記憶している。また、画像メモリ回路109には、画像処理回路106により各種信号処理が施された画像信号が書き込まれる。D/A変換部110は、画像処理回路106から出力されるデジタル画像信号をアナログ画像信号に変換して外部のモニタなどに出力する。
The
次に、アナログ増幅回路103のアナログゲイン、デジタル増幅回路105のデジタルゲインの各々におけるゲインのバラツキについて説明する。表1は、アナログ増幅回路103のアナログゲイン、デジタル増幅回路105のデジタルゲイン、撮像センサ101の蓄積時間(シャッタ速度)の各々における6dBあたりのゲイン切り替えの分割ステップ数とゲイン(増幅率)のバラツキ(誤差)を示す表である。
Next, gain variations in the analog gain of the
表1から明らかなように、アナログゲインに比べてデジタルゲインの方が、ゲインを切り替える際の分割ステップ数が多く、ゲイン(増幅率)のバラツキ(誤差)は小さい。また、撮像センサのシャッタ速度(蓄積時間)をゲインにdB換算してアナログゲイン及びデジタルゲインの双方と比較した場合、アナログゲイン及びデジタルゲインの双方よりもシャッタ速度(蓄積時間)の方がゲインを切り替える際の分割ステップ数が多く、ゲイン(増幅率)のバラツキ(誤差)が小さい。 As is apparent from Table 1, the digital gain has a larger number of division steps when switching the gain and the gain (amplification factor) variation (error) is smaller than the analog gain. In addition, when the shutter speed (accumulation time) of the image sensor is converted to a gain in dB and compared with both the analog gain and the digital gain, the shutter speed (accumulation time) has a higher gain than both the analog gain and the digital gain. The number of division steps when switching is large, and variation (error) in gain (amplification factor) is small.
アナログ増幅回路103によるアナログゲインのバラツキは、アナログアンプの回路特性に依存し、デジタル増幅回路105によるデジタルゲインのバラツキは、デジタル処理するビット幅に依存する。これに対してシャッタ速度(蓄積時間)のバラツキは、撮像センサを駆動するタイミング信号のクロック周波数の精度に依存するが、この精度は一般的に数10ppm(parts per million)であるので、シャッタ速度のバラツキはアナログゲインやデジタルゲインと比較して相対的に小さくなる。
The variation in analog gain due to the
そこで本実施例では、アナログ増幅回路103によるアナログゲイン及びデジタル増幅回路105によるデジタルゲインの切り替え時に、センサ駆動回路による撮像センサのシャッタ速度(蓄積時間)を変更するように構成した。そして、アナログゲイン、デジタルゲインそれぞれのバラツキ(誤差)をシャッタ速度(蓄積時間)の微調整によって吸収し、トータルとしてゲイン段差が無く、増幅率が線形になるようなゲイン制御を可能としている。
In this embodiment, the shutter speed (accumulation time) of the image sensor by the sensor drive circuit is changed when the analog gain by the
図2は、本発明の実施例におけるカメラ制御回路107の制御によるゲイン(増幅率)の切り替え方法を説明する図である。図2において、(a)はデジタル増幅回路105によるデジタルゲインの切り替わりを示している。デジタル増幅回路105は、表1に示したように設定できるゲインの分割ステップがアナログ増幅回路103よりも小さいため、細かい分割ステップでゲインを変更することが可能である。(b)はアナログ増幅回路103によるアナログゲインの切り替わりを示している。アナログ増幅回路103は、表1に示したように設定できるゲインの分割ステップがデジタル増幅回路105よりも大きいため、デジタルゲインと比較して大きな幅でゲインを変更する。(c)はセンサ駆動回路102による撮像センサ101のシャッタ速度(蓄積時間)の切り替わりを示している。(d)はデジタルゲイン、アナログゲイン、及びシャッタ速度(蓄積時間)のトータルゲインを示している。
FIG. 2 is a diagram for explaining a gain (amplification factor) switching method under the control of the
本実施例では、次のようにしてアナログゲイン、デジタルゲインの各々で生じるゲインのバラツキを吸収して、段差のないリニアなトータルゲインを実現している。 In this embodiment, the gain variation generated in each of the analog gain and the digital gain is absorbed as follows, and a linear total gain without a step is realized.
まず、アナログ増幅回路103によるアナログゲインを0dBから6dBに一段分上げる場合、それに先だって、デジタル増幅回路105によるデジタルゲインを6dBから0dBに下げる。それと同時に、撮像センサ101のシャッタ速度を1/60秒から1/30秒に遅くなるように制御する。ここではデジタルゲインを6dBから0dBに下げるのに伴って、シャッタ速度を1/60秒から1/30秒に切り替えて1/30秒長くすることで、6dB分のゲインをシャッタ速度で補っている。
First, when the analog gain by the
ここで、デジタルゲインに0.1dBのバラツキ(誤差)が発生している場合、デジタルゲインを6dBから0dBに下げるように制御したとしても実際には0dBではなく、0.1dBまでしか下がらないことになる。そこで、本実施例では、デジタルゲインの0.1dB分の誤差をシャッタ速度で吸収している。具体的には、{1/30−(0.1dB分のゲインに相当するシャッタ秒数)}秒となるようにシャッタ速度を制御する。0.1dB分のゲインをシャッタ速度に換算すると0.00038秒となるため、シャッタ速度が(1/30−0.00038)秒となるように制御すれば、デジタルゲインの誤差を吸収してトータルゲインが6dBになる。 Here, when a variation (error) of 0.1 dB occurs in the digital gain, even if the digital gain is controlled to decrease from 6 dB to 0 dB, it is actually not 0 dB but only 0.1 dB. become. Therefore, in this embodiment, the digital gain error of 0.1 dB is absorbed at the shutter speed. Specifically, the shutter speed is controlled to be {1 / 30− (the number of shutter seconds corresponding to a gain of 0.1 dB)} seconds. If the gain of 0.1 dB is converted into shutter speed, it becomes 0.00038 seconds. Therefore, if the shutter speed is controlled to be (1 / 30-0.00038) seconds, the digital gain error is absorbed and totaled. The gain is 6 dB.
次に、アナログ増幅回路103によるアナログゲインを0dBから6dBに上げると同時に、撮像センサ101のシャッタ速度を1/30秒から1/60秒に戻して速くなるように制御する。ここではアナログゲインを0dBから6dBに上げるのに伴って、シャッタ速度を1/30秒から1/60秒に切り替えて1/30秒短くすることで、シャッタ速度で6dB分のゲインを下げている。
Next, the analog gain by the
ここで、アナログゲインに0.5dB分のバラツキ(誤差)が発生している場合、アナログゲインを0dBから6dBに上げる制御を行ったとしても、実際には6dBではなく6.5dBまで上がってしまうことになる。そこで、本実施例では、上記したデジタルゲインの0.1dB分のバラツキに加えて、アナログゲインの0.5dB分のバラツキをシャッタ速度で吸収している。具体的には、{1/60−(0.1dB分+0.5dB分のゲインに相当するシャッタ秒数)}秒となるようにシャッタ速度を制御する。シャッタ速度が1/60秒の時に、0.6dBのゲインをシャッタ速度に換算すると0.0012秒となるため、シャッタ速度が(1/60−0.0012)秒となるように制御すれば、デジタルゲイン及びアナログゲインの誤差を吸収してトータルゲインが6dBになる。 Here, if the analog gain has a variation (error) of 0.5 dB, even if control is performed to increase the analog gain from 0 dB to 6 dB, it actually increases to 6.5 dB instead of 6 dB. It will be. Therefore, in this embodiment, in addition to the above-described variation of 0.1 dB of the digital gain, the variation of 0.5 dB of the analog gain is absorbed at the shutter speed. Specifically, the shutter speed is controlled to be {1 / 60− (the number of shutter seconds corresponding to a gain of 0.1 dB + 0.5 dB)} seconds. When the shutter speed is 1/60 seconds, the gain of 0.6 dB is converted into the shutter speed, which is 0.0012 seconds. Therefore, if the shutter speed is controlled to be (1 / 60-0.0012) seconds, Absorbing digital gain and analog gain errors, the total gain is 6 dB.
以上のように本実施例では、アナログ増幅回路103によるアナログゲイン、デジタル増幅回路105によるアナログゲインの切り替え時に、センサ駆動回路による撮像センサ101のシャッタ速度制御を組み合わせている。そして、このような制御により、アナログゲイン、デジタルゲインそれぞれのバラツキを吸収して、トータルとして段差のないリニアなゲイン制御が可能となる。
As described above, in this embodiment, when the analog gain by the
次に、本発明の実施例におけるゲイン(増幅率)の切り替え方法の流れを図3のフローチャートを用いて説明する。図3のフローチャートは、カメラ制御回路107の制御により実行される。アナログゲイン、デジタルゲインの各ゲインのバラツキ分をdBからシャッタ速度に換算するための変換テーブルをメモリ回路108に記憶しておき、ゲインアップ/ゲインダウンしたときのゲインの過不足分をシャッタ速度に換算して吸収する制御を行う。
Next, the flow of the gain (amplification factor) switching method in the embodiment of the present invention will be described with reference to the flowchart of FIG. The flowchart in FIG. 3 is executed under the control of the
ステップ301において、ゲイン変更ルーチンを開始する。ステップ302において、これからゲインを変更するのがアナログ増幅器103によるアナログゲインであるのか、デジタル増幅回路105によるデジタルゲインであるのかを判定する。これからアナログ増幅回路103によるアナログゲインを変更する場合には、ステップ303に進む。
In
ステップ303では、メモリ回路108にあらかじめ記憶されているアナログゲインのバラツキデータ(変換テーブル)を読み出して補正用パラメータとして一時的に記憶する。ステップ304において、アナログ増幅回路103によるアナログゲインを所定ゲイン(例えば6dB)変更する。
In
また、ステップ302において、これからデジタル増幅回路105によるデジタルゲインを変更する場合には、ステップ305に進む。ステップ305では、メモリ回路108にあらかじめ記憶されているデジタルゲインのバラツキデータ(変換テーブル)を読み出して補正用パラメータとして一時的に記憶する。ステップ306において、デジタルゲインを所定ゲイン(例えば6dB)変更する。
If the digital gain by the
ステップ304又は306において各ゲインが変更されたら、ステップ307に進んで、ステップ303又は305において読み出されたゲインのバラツキデータ(変換テーブル)に基づいてゲインのバラツキを吸収するようにシャッタ速度を変更する。ステップ308において、ゲイン変更ルーチンが終了する。
When each gain is changed in
これらの一連の制御を行うことでアナログゲイン、デジタルゲインそれぞれのバラツキを吸収して、トータルゲインとしてゲイン段差、バラツキの無い線形なゲイン制御が可能となる。ここで、上記の制御は1周期内で行うことが望ましいが、複数の周期をまたがって制御してもよい。 By performing a series of these controls, variations in the analog gain and the digital gain are absorbed, and linear gain control without gain steps and variations as the total gain becomes possible. Here, the above control is desirably performed within one period, but may be performed over a plurality of periods.
(その他の実施例)
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア(プログラム)を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ(またはCPUやMPU等)がプログラムを読み出して実行する処理である。
(Other examples)
The present invention can also be realized by executing the following processing. That is, software (program) that realizes the functions of the above-described embodiments is supplied to a system or apparatus via a network or various storage media, and a computer (or CPU, MPU, or the like) of the system or apparatus reads the program. It is a process to be executed.
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で様々の変形、及び変更が可能である。 As mentioned above, although preferable embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these embodiment, A various deformation | transformation and change are possible within the range of the summary.
101 撮像センサ
102 センサ駆動回路
103 アナログ増幅回路
105 デジタル増幅回路
106 画像処理回路
107 カメラ制御回路
108 メモリ回路
109 画像メモリ回路
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記第1及び第2の増幅手段のいずれか一方のゲインを所定ゲイン上げる場合、他方のゲインを前記所定ゲイン下げるとともに前記所定ゲインに相当する分だけ前記撮像センサのシャッタ速度が遅くなるように制御し、その後、前記一方のゲインを前記所定ゲイン上げるとともに前記所定ゲインに相当する分だけ前記撮像センサの前記シャッタ速度が速くなるように制御する制御手段と、
を有することを特徴とするカメラシステム。 An imaging sensor that converts an optical image of a subject into an image signal and outputs the image signal, a first amplification unit that amplifies the image signal by changing a gain in a first division step, and finer than the first division step A second amplifying means for amplifying the image signal by changing the gain in a second division step, and combining the gain of the first amplifying means and the gain of the second amplifying means with a desired gain. A camera system for amplifying the image signal,
When the gain of either one of the first and second amplifying means is increased by a predetermined gain, the other gain is decreased by the predetermined gain and the shutter speed of the image sensor is decreased by an amount corresponding to the predetermined gain. Then, a control means for controlling the one of the gains to increase the predetermined gain and to increase the shutter speed of the imaging sensor by an amount corresponding to the predetermined gain;
A camera system comprising:
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