JP2015035786A - 撮像装置及びその制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 ピークホールド及びミニマムホールド合成画像撮影を実施しながら、適切なOBレベルで撮影途中の画像のレビュー表示を提供すること。
【解決手段】 複数の画素からそれぞれ第1の画素信号を出力する撮像素子(102)と、少なくとも第1のメモリ領域と第2のメモリ領域とを有するRAM(106)と、撮像素子から出力された第1の画素信号と、第1のメモリ領域に記憶され第1の画素信号に対応する画素の第2の画素信号とを比較し、第1の画素信号が予め決められた条件を満たす場合に、第1の画素信号を第2の画素信号として第1のメモリ領域に記憶するように制御するとともに、第2の画素信号のオフセットを修正することで第3の画素信号を生成し、該第3の画素信号を第2のメモリ領域に記憶するように制御し、その後、第3の画素信号を出力するように制御するCPU(104)とを有する。
【選択図】 図1
【解決手段】 複数の画素からそれぞれ第1の画素信号を出力する撮像素子(102)と、少なくとも第1のメモリ領域と第2のメモリ領域とを有するRAM(106)と、撮像素子から出力された第1の画素信号と、第1のメモリ領域に記憶され第1の画素信号に対応する画素の第2の画素信号とを比較し、第1の画素信号が予め決められた条件を満たす場合に、第1の画素信号を第2の画素信号として第1のメモリ領域に記憶するように制御するとともに、第2の画素信号のオフセットを修正することで第3の画素信号を生成し、該第3の画素信号を第2のメモリ領域に記憶するように制御し、その後、第3の画素信号を出力するように制御するCPU(104)とを有する。
【選択図】 図1
Description
本発明は、撮像装置及びその制御方法に関し、特に複数画像をピークホールドまたはミニマムホールド合成する撮像装置及びその制御方法に関するものである。
従来、連写によって得られた複数の画像を用いて合成画像を作成する場合、被写体を所定の時間間隔で連続的に撮影して得られた所定枚の画像を時系列順に保持し、時系列的な合成範囲を指定した合成処理が行われている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、上述の特許文献に開示された従来技術では、最大値を保持していくピークホールドや、最小値を保持していくミニマムホールド合成処理を実施した場合に、OBレベル変動による色相及び輝度の変化への対処をしていない。
本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、ピークホールドまたはミニマムホールド合成画像撮影を実施しながら、適切なOBレベルに補正された撮影画像をレビュー表示させることができるように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、複数の画素からそれぞれ第1の画素信号を出力する撮像手段と、少なくとも第1のメモリ領域と第2のメモリ領域とを有するメモリ手段と、前記撮像手段から出力された前記第1の画素信号と、前記第1のメモリ領域に記憶され前記第2の画素信号に対応する画素の第2の画素信号とを比較し、前記第1の画素信号が予め決められた条件を満たす場合に、前記第1の画素信号を前記第2の画素信号として前記第1のメモリ領域に記憶するように制御するとともに、前記第1のメモリ領域に記憶された前記第2の画素信号のオフセットを修正することで第3の画素信号を生成し、生成された前記第3の画素信号を前記第2のメモリ領域に記憶するように制御し、その後、前記第2のメモリ領域に記憶された前記第3の画素信号を出力するように制御する制御手段とを有する。
本発明によれば複数枚のピークホールドまたはミニマムホールド合成画像撮影を実施しながら、適切なOBレベルに補正された撮影画像をレビュー表示させることができる。
以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。
<第1の実施形態>
図1は、第1の実施形態における撮像装置1の構成を示すブロック図である。図1において、光学部101を介して入射した被写体像は、撮像素子102の受光部に結像され、撮像素子102は結像された被写体像を電気信号に変換する。また、撮像素子102は、OB(オプティカルブラック)クランプ、A/D変換を行い、デジタル撮像信号を生成してDSP107に出力する。
図1は、第1の実施形態における撮像装置1の構成を示すブロック図である。図1において、光学部101を介して入射した被写体像は、撮像素子102の受光部に結像され、撮像素子102は結像された被写体像を電気信号に変換する。また、撮像素子102は、OB(オプティカルブラック)クランプ、A/D変換を行い、デジタル撮像信号を生成してDSP107に出力する。
CPU104は、撮像装置1全体の制御を行い、ROM105は、撮像装置1を駆動するためのファームウェアなどの情報を記憶する。RAM106は、撮像素子102から出力された1画面分の撮像信号を記録できる容量を有する第1のメモリ領域と、第1のメモリ領域と同程度の容量を有する第2のメモリ領域を有する。CPU104は、ROM105及びRAM106を用いて、撮像装置1の各部に指示を送る。
DSP107は、撮像素子102から出力される撮像信号に対して、各種の信号処理を行うことにより、所定のフォーマットによる静止画または動画の映像信号(例えばYUV信号等)を生成する。さらに、DSP107は、ライブビュー駆動時の撮像素子102からの撮像信号を基に、露出制御動作や、主被写体の検出及び撮像装置1から主被写体までの距離の検出も行う。
外部インターフェース108には、各種エンコーダーやD/A変換器が設けられ、外部機器(第1の実施形態では、ディスプレイ112、メモリ媒体109、操作パネル111)との間で、各種制御信号やデータをやり取りする。
メモリ媒体109は、各種メモリカード等であって、撮影された画像を適宜保存しておくことができる。メモリ媒体コントローラ110は、メモリ媒体109を交換可能にしている。なお、メモリ媒体109としては、各種メモリカードの他に、磁気や光を用いたディスク媒体等を用いることができる。
操作パネル111は、撮像装置1における撮影に際し、ユーザが各種の指示を行うための入力キーを設けている。CPU104は、操作パネル111からの入力信号を監視し、その入力内容に基づいて各種の動作制御を実行する。ディスプレイ112は、撮像装置1に組み込まれ、撮像した画像を表示する。なお、撮像装置1に組み込まれた表示装置に加えて、外部の表示装置に画像データを伝送し、表示できる構成とすることも勿論可能である。
次に、図2(a)を参照して、第1の実施形態に係る撮像素子102の画素構成について説明する。受光画素部201は、光学部101からの光を受けて光電変換を行う(非遮光画素)。遮光画素部202は、光学部101からの光を受けないように遮光構造が設けられている。VOB領域203は、遮光画素部202のうち、撮像素子102から出力される撮像信号からDSP107がOBレベルを参照するための領域である。HOB領域204は、遮光画素部202のうち、DSP107でピークホールドまたはミニマムホールド合成された画像からOBレベルを参照するための領域である。
次に、図3を参照して、第1の実施形態の撮像装置1における画像合成方法について説明する。操作パネル111の入力信号を受けて撮影を開始すると、S301において、RAM106内の第1及び第2のメモリ領域を0LSBにリセットする。
S302では撮像素子102の露光を開始し、S303において露光を終了して、撮像素子102から、DSP107へ撮像信号の読み出しを開始する。ここで、読み出しは、図2(a)の上部から行うものとする。従って、受光画素部201よりも先にVOB領域203から撮像信号が読み出される。
S304では、撮像素子102からの出力がVOB領域203の画素信号であるかどうかを判断し、VOB領域203の画素から出力された画素信号であればS305へと進み、VOB領域203の画素以外から出力された画素信号であればS306へと進む。S305では、得られた画素信号を用いてDSP107においてOBレベルを演算し、S310へと進む。S306では、S305で得られたOBレベルを用いて、読み出された撮像信号に対してOBクランプ処理を施し、S307に進む。
S307では、撮像素子102から読み出され、S306でOBクランプ処理を施された各画素の画素信号(第1の画素信号)の信号値(q1)と、第1のメモリ領域の読み出した画素に対応するアドレスに記憶された画素信号(第2の画素信号)の信号値(q2)とを比較する。q1>q2であればS309へと進み、それ以外の場合はS308へと進む。S308では、第1のメモリ領域に記憶された画素信号値(q2)をそのまま保持する。S309では、第1のメモリ領域に記憶された画素信号値(q2)を撮像素子102の画素信号値(q1)の値で上書きする。このS307からS309の動作は、撮像素子102の画素信号値(q1)と第1のメモリ領域に記憶された画素信号値(q2)とのピークホールド合成となる。1枚目の画像の撮影時には、第1のメモリ領域は0LSBにリセットされているためq1>q2となり、撮像素子102から読み出した画素信号値q1がq2として第1のメモリ領域に記憶されていくことになる。
S310では、撮像素子102の撮像信号をすべて読み終えたかの確認を行い、読み終えていなければ、S311へ進んで撮像素子102から次の画素の信号値の読み出しを行いS305に戻る。一方、撮像素子102の撮像信号を読み終えていれば、S312へ進む。
S312では、第1のメモリ領域に記憶された画素信号(第2の画素信号)のうち、HOB領域204から出力された画素信号に基づいて、受光画素部201から出力された画素信号のオフセットを修正する。そして、オフセットを修正することで生成された画素信号(第3の画素信号)を第2のメモリ領域に記憶する。そして、S313では、第2のメモリ領域に記憶された画素信号に基づいて、DSP107によりカラー画像を生成し、ディスプレイ112への表示出力及びメモリ媒体109への記録が行われる。
S314では、撮影が終了したかの判定を行い、終了していない場合にはS303に戻って次の露光を開始する。撮影が終了した場合には、通常のライブビュー表示等に戻る。
ここで、S312にてオフセットを修正した結果を第2のメモリ領域に記憶する理由を以下に述べる。ピークホールド後の画像に対してオフセットを修正した場合、各露光後のピークホールド合成の度にオフセットの修正が行われる。このオフセットの修正は、第1のメモリ領域に記憶された信号値を、撮像素子102の出力信号のHOB領域204の信号値と、第1のメモリ領域に記憶されているHOB領域204の信号値との差分だけ引き下げることに相当する。
一方、複数画像のピークホールド合成を実施する場合、S303からS310の処理によりピークホールド合成を行うと、暗信号に含まれるランダムノイズによりOBレベルは上昇する。これは、2枚の画像のランダムノイズ成分のうち、高いほうの値を選択的に抽出しつつメモリの更新を行うためである。
このため、露光の度に第1のメモリ領域の信号値に対してオフセットの修正を施して信号値を上書きしてしまうと、上書きのたびに受光画素部201で露光して得られた画素信号値が低下する。この結果、複数画像のピークホールド合成に対して、第1のメモリ領域の画素信号に対してオフセットの修正を施した場合では、正常なカラー画像が得られない。
そこで、上記のように2つのメモリ領域を用い、撮像素子102から読み出された直後の画像に対しては、VOB領域203の信号値を基にOBクランプ処理を施して第1のメモリ領域に保持する。そして、第1のメモリ領域に保持されたOBクランプ処理後の画像に対してHOB領域204の信号値を基にオフセットを修正し、処理後の信号値を第2のメモリ領域に記憶する。このように2段回のOBレベル修正を行うことで、ピークホールド合成画像撮影を実施しながら、適切なOBレベルで撮影途中画像のレビュー表示を行うことができる。
なお、図3に示す処理を次のように変更することで、ミニマムホールド合成を行うことができる。まず、S301で第1及び第2のメモリ領域を最大値にリセットし、S307においてq1<q2であるかどうかを判断する。そして、q1<q2であればS309へと進み、それ以外の場合にはS308へと進むようにする。
また、上述したような第2のメモリ領域を用いたオフセットの修正は、ピークホールド合成及びミニマムホールド合成と黒レベルに重畳されるランダムノイズが組み合されることにより必要となるものである。このため、上記機能を有する撮像装置においても、通常の1枚画像の撮影を行う際には、上記のような第2のメモリ領域を用いたOBレベルの修正は不要である。
<第2の実施形態>
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。なお、撮像装置1の構成は図1に示すものと同様であるため、ここでは説明を省略する。上述した第1の実施形態とは、撮像素子102の動作が異なる。以下、相違点について詳しく説明する。
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。なお、撮像装置1の構成は図1に示すものと同様であるため、ここでは説明を省略する。上述した第1の実施形態とは、撮像素子102の動作が異なる。以下、相違点について詳しく説明する。
図2(b)は、第2の実施形態に係る撮像素子102において、図2(a)に示す構成のうち、信号を出力する領域を示す図である。本第2の実施形態にかかる撮像素子102は、第1の実施形態と異なり、VOB領域203及びHOB領域204の画素信号値を撮像素子102の外部に出力しない構成となっている。これは、撮像素子102のデジタル化に伴い、第1の実施形態に示す構成では撮像素子102の外で行っていたOBクランプ処理を撮像素子102の内部で行うことが可能となったためである。これにより、主にOBクランプされた受光画素部201の出力信号(第1の画素信号)をDSP107に送信することで、撮像素子102からの出力信号数を減らし、連写速度を向上することが可能となる。
しかし、このような撮像素子102を用いた場合では、OBレベルを参照可能な領域からの信号が撮像素子102から出力されないため、第1の実施形態と同様の方法ではDSP107においてオフセットを修正することができない。そこで第2の実施形態では、以下で説明する数式に従いOBレベルを計算から求め、計算値に応じたシフトを行うことにより正常なOBレベルを得ることを特徴とする。
次に、図4を用いて、第2の実施形態の撮像装置1における画像合成方法について説明する。上述した第1の実施形態で図3を参照して説明した処理とは、S304からS306の処理が無い点、及び、S312の代わりに、S412の処理が行われる点が異なる。それ以外は図3を参照して説明した処理と同様であるので同じ参照番号を付し、説明を省略する。
S412では、オフセットの修正に用いる理論値を求め、求めた理論値を基にオフセット修正処理を実施する。以下、この理論値の算出方法について説明する。
まず、図5を参照して、本第2の実施形態のOBレベル変動量の計算原理について説明する。撮像素子102の出力のうち、遮光された画素が取り得る値の確率密度関数をf(n,x)で定義する。ここで、画像枚数をnと定義し、遮光された画素が取り得る値をxと定義する。光の入らない画素には、画素の暗電流などに起因するランダム成分が含まれており、この影響により信号分布は正規分布となる。まず、ピークホールド合成なし(n=1)のときには、その信号値の確率密度関数は、式(1)となる。
次に、ピークホールド合成及びミニマムホールド合成で、遮光された画素の信号値がどのように変化するかについて、図5を用いて説明する。図5(a)は、2枚の画像のピークホールド後の信号値の組み合わせ表である。ここでは、2枚目の画像に当たる、撮像素子102からの出力と、第1のメモリ領域に記録されている1枚目の画像の画素出力の組み合わせに応じた、ピークホールド合成後の画素出力を表している。
ピークホールド合成を行った際の、2枚目以降のピークホールド合成後の理論値g(n,x)は、式(2)に示す確率密度関数により表すことができる。
式(2)において、右辺第1項は、最小の画素信号値から合成中の2枚の画像のうち大きい方の値までの分布確率の第1の和、右辺第2項は、最小の画素信号値から合成中の2枚の画像のうち大きい方の値より1小さい値までの分布確率の第2の和である。そして、理論値g(n,x)は、第1の和から第2の和を引いて求めた確率分布から得られる期待値である。
また、図5(b)は2枚の画像のミニマムホールド後に取り得る値の組み合わせ表である。ここでは、2枚目の画像に当たる、撮像素子102からの出力と、第1のメモリ領域に記録されている1枚目の画像の画素出力の組み合わせに応じた、ミニマムホールド合成後の画素出力を表している。
次に、露光した画像枚数をnとした場合、ミニマムホールド合成なし(n=1)のときには、その信号値の確率密度関数は、式(3)となる。
式(4)において、右辺第1項は、最大の画素信号値から合成中の2枚の画像のうち小さい方の値までの分布確率の第3の和、右辺第2項は、最大の画素信号値から合成中の2枚の画像のうち小さい方の値より1大きい値までの分布確率の第4の和である。そして、理論値e(n,x)は、第3の和から第4の和を引いて求めた確率分布から得られる期待値である。
次に、式(2)に示すピークホールド合成後に遮光された画素の信号値分布がどのように変化するかを図6(a)に示す。ここでは、ピークホールド合成も用いた1〜4回目の撮影結果について示している。ここでは、遮光された画素の平均レベル(OBレベル)を512LSBとし、ランダムノイズによるばらつき(標準偏差)を32とした。なお、ピークホールド合成1回目の結果は、最初の第1のメモリ領域の内部と完全に置き換わるため、撮像素子102から出力された一枚画像と等しい。
図6(a)に示す通り、ピークホールド合成を繰り返していくに従い、信号値分布が高出力側にシフトする。この際の平均値を図6(b)に示す。図6(b)は信号値分布より、遮光された画素の平均値を求めた結果である。ここでは、横軸にピークホールド枚数を取っているが、ピークホールド枚数が増えるほど、OBレベルが高くなる。
実際の画像では、ISO感度などの撮影条件により、OBレベルのランダムノイズ量は設計段階で予測することが可能であるため、このように初期の平均値と標準偏差値を基にピークホールド後のOBレベルの修正量を求めることが可能となる。そこで、上記のように撮像素子102の出力にOBレベルを参照する領域が無くとも、OBレベルを計算により求め、ピークホールド画像合成を含んだ撮影を実施することで、撮影途中画像のレビュー表示を行うことが可能となる。
撮像素子102からHOB領域からの画素信号出力が無い場合には、上記のようにして得られたOBレベルの信号値を撮像装置のISO感度や撮影時の露光時間や撮像素子102の温度などを変数としたテーブルとして、ROM105に記憶しておく。そして、ピークホールド合成を含む撮影時には、記憶されたテーブルに基づいて、ISO感度や撮影時の露光時間や撮像素子102の温度に応じたオフセット修正を行う。
なお、第1の実施形態と同様にS301で第1及び第2のメモリ領域を最大値にリセットし、S307においてq1<q2であるかどうかを判断し、q1<q2であればS309へと進みそれ以外の場合にはS308へと進むことで、ミニマムホールド合成となる。
なお、本第2の実施形態では、撮像素子102の画素部が第1の実施形態と同様の構成を有し、出力される領域が異なる場合ついて説明した。しかしながら本発明はこれに限るものではなく、図2(b)に示す画素配列、即ち、VOB領域203及びHOB領域204を有さない撮像素子102を用いた場合にも、本願発明を適用することが可能である。
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種々の変形及び変更が可能である。
Claims (12)
- 複数の画素からそれぞれ第1の画素信号を出力する撮像手段と、
少なくとも第1のメモリ領域と第2のメモリ領域とを有するメモリ手段と、
前記撮像手段から出力された前記第1の画素信号と、前記第1のメモリ領域に記憶され前記第1の画素信号に対応する画素の第2の画素信号とを比較し、前記第1の画素信号が予め決められた条件を満たす場合に、前記第1の画素信号を前記第2の画素信号として前記第1のメモリ領域に記憶するように制御するとともに、前記第1のメモリ領域に記憶された前記第2の画素信号のオフセットを修正することで第3の画素信号を生成し、生成された前記第3の画素信号を前記第2のメモリ領域に記憶するように制御し、その後、前記第2のメモリ領域に記憶された前記第3の画素信号を出力す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撮像装置。 - 前記予め決められた条件は、前記第1の画素信号が第2の画素信号よりも大きいことであることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
- 前記予め決められた条件は、前記第1の画素信号が第2の画素信号よりも小さいことであることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
- 前記撮像手段から出力された前記第1の画素信号にOBクランプ処理を施すOBクランプ手段を更に有し、
前記制御手段は、前記OBクランプ手段によりOBクランプ処理を施された前記第1の画素信号を前記第2の画素信号と比較することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前記撮像手段はOBクランプ手段を含み、OBクランプ処理を施した第1の画素信号を出力することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 前記複数の画素は、遮光された遮光画素と、遮光されていない非遮光画素とを含み、
前記制御手段は、前記第1のメモリ領域に記憶された前記第2の画素信号のうち、前記遮光画素の第2の画素信号に基づいて、前記非遮光画素の第2の画素信号のオフセットを修正することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前記制御手段は、撮影条件に応じて、オフセットを修正するための理論値を求めることを特徴とする請求項1乃至3及び5のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 前記撮影条件は、ISO感度、露光時間、温度の少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項7に記載の撮像装置。
- 前記撮影条件に応じた理論値をテーブルとして記録していることを特徴とする請求項7または8に記載の撮像装置。
- 前記撮影条件に応じた理論値は、合成中の画像の画素信号値の組み合わせについて、各組み合わせの分布確率をそれぞれ求め、最小の画素信号値から合成中の画像のうち大きい方の値までの分布確率の第1の和を取り、最小の画素信号値から合成中の画像のうち大きいほうの値より1小さい値までの分布確率の第2の和を取り、第1の和から第2の和を引いて求めた確率分布から得られる期待値であることを特徴とする請求項7に記載の撮像装置。
- 前記撮影条件に応じた理論値は、合成中の画像の画素出力の組み合わせについて、各組み合わせの分布確率をそれぞれ求め、最大の画素信号値から合成中の画像のうち小さい方の値までの分布確率の第3の和を取り、最大の画素信号値から合成中の画像のうち小さい方の値より1大きい値までの分布確率の第4の和を取り、第3の和から第4の和を引いて求めた確率分布から得られる期待値であることを特徴とする請求項7に記載の撮像装置。
- 複数の画素からそれぞれ第1の画素信号を出力する撮像手段と、少なくとも第1のメモリ領域と第2のメモリ領域とを有するメモリ手段とを有する撮像装置の制御方法であって、
制御手段が、前記撮像手段から出力された前記第1の画素信号と、前記第1のメモリ領域に記憶され前記第1の画素信号に対応する画素の第2の画素信号とを比較し、前記第1の画素信号が予め決められた条件を満たす場合に、前記第1の画素信号を前記第2の画素信号として前記第1のメモリ領域に記憶するように制御するとともに、前記第1のメモリ領域に記憶された前記第2の画素信号のオフセットを修正することで第3の画素信号を生成し、生成された前記第3の画素信号を前記第2のメモリ領域に記憶するように制御し、その後、前記第2のメモリ領域に記憶された前記第3の画素信号を出力するように制御する制御工程と
を有することを特徴とする撮像装置の制御方法。
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2013
- 2013-08-09 JP JP2013166996A patent/JP2015035786A/ja active Pending
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