JP2018148444A - Imaging apparatus - Google Patents

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恭佑 河野
Kyosuke Kono
恭佑 河野
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rolling shutter type imaging apparatus capable of sufficiently resolving distortion of an image of a moving subject while reducing load of arithmetic processing.SOLUTION: An imaging apparatus 11 includes an imaging device for successively transferring electric charge in each pixel 14 synchronously with a clock signal. A control unit 21 selects a first operation mode for transferring electric charge synchronously with a clock signal of a first frequency and completing transfer of electric charge for one frame for first time and a second operation mode for transferring electric charge synchronously with a clock signal of a second frequency higher than the first frequency and completing transfer of electric charge for one frame for second time shorter than the first time. In operation of the second operation mode, time from start of transfer of electric charge for one frame up to start of transfer of next one frame is set as the first time.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明はローリングシャッター方式の撮像装置に関する。   The present invention relates to a rolling shutter type imaging apparatus.

ローリングシャッター方式の撮像装置は撮像素子上に多数ある画素の露光を順次時系列で行う。露光に時間差が生じる。これにより撮像される移動する被写体の像は歪む。特許文献1では、連続する2フレームの画像が生成される。2フレームの画像から、水平方向に移動する被写体が検出される。検出された移動する被写体に対し、撮像タイミングのずれに応じた補正処理が行われ、歪みが低減される。   A rolling shutter type imaging apparatus sequentially exposes a large number of pixels on an imaging element in time series. A time difference occurs in exposure. As a result, the image of the moving subject imaged is distorted. In Patent Document 1, a continuous two-frame image is generated. A subject moving in the horizontal direction is detected from the two-frame image. The detected moving subject is subjected to correction processing according to the shift in the imaging timing, and distortion is reduced.

特開2015−46812号公報JP2015-46812A

特許文献1に記載の撮像装置では移動する被写体の移動量を算出し、その移動量に応じ、被写体の歪みを演算にて補正し、移動していない背景画像と合成するという手法のため、複雑な演算回路が必要となる。また水平方向に移動する被写体以外の歪みは補正できない。   The imaging apparatus described in Patent Document 1 is complicated because it calculates a moving amount of a moving subject, corrects the distortion of the subject according to the moving amount, and synthesizes it with a background image that does not move. An arithmetic circuit is required. Also, distortion other than the subject moving in the horizontal direction cannot be corrected.

本発明は、複雑な演算回路を用いず、簡単な方式で任意の向きに移動する被写体の像の歪みを軽減することができるローリングシャッター方式の撮像装置を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a rolling shutter type imaging apparatus that can reduce distortion of an image of a subject moving in an arbitrary direction by a simple method without using a complicated arithmetic circuit.

本発明の一形態によれば、クロック信号に同期して画素ごとに電荷を順次転送する撮像素子を備えた撮像装置であって、第1周波数のクロック信号に同期して電荷を転送し、1フレーム分の電荷の転送を第1時間で完了させる第1動作モードと、前記第1周波数よりも高い第2周波数のクロック信号に同期して電荷を転送し、1フレーム分の電荷の転送を前記第1時間より短い第2時間で完了させる第2動作モードを選択する制御部を備え、前記第2動作モードで動作する場合、1フレームの電荷の転送の開始から、次の1フレームの電荷の転送開始までの時間を、前記第1時間とするとする撮像装置は提供される。   According to one embodiment of the present invention, an imaging apparatus includes an imaging device that sequentially transfers charges for each pixel in synchronization with a clock signal, and transfers charges in synchronization with a clock signal having a first frequency. The charge is transferred in synchronization with the first operation mode in which the transfer of the charge for the frame is completed in the first time and the clock signal having the second frequency higher than the first frequency, and the transfer of the charge for the one frame is A controller for selecting a second operation mode to be completed in a second time shorter than the first time, and when operating in the second operation mode, from the start of the transfer of one frame of charge, An imaging apparatus is provided in which the time until the start of transfer is the first time.

撮像素子は、第1動作モードでは、第1周波数のクロック信号に同期して画素ごとに電荷を順次転送し、第2動作モードでは、第2周波数のクロック信号に同期して画素ごとに電荷を順次転送する。第2動作モードでは、第1周波数よりも高い第2周波数に基づき電荷の転送は実施されるので、撮像素子で撮像される画像内で(水平方向および垂直方向を含む)どの方向に被写体の像が移動しても、第1動作モードのみで動作する場合と比較し、画素の間で露光の時間差が縮小され、移動する被写体の像の歪みは軽減される。   In the first operation mode, the image sensor sequentially transfers charges for each pixel in synchronization with the first frequency clock signal. In the second operation mode, the image sensor charges for each pixel in synchronization with the second frequency clock signal. Transfer sequentially. In the second operation mode, charge transfer is performed based on a second frequency that is higher than the first frequency. Therefore, in which direction (including the horizontal direction and the vertical direction) the image of the subject in the image captured by the image sensor. Even if is moved, the exposure time difference between the pixels is reduced and the distortion of the image of the moving object is reduced as compared with the case of operating only in the first operation mode.

しかも、第2動作モードであっても、個々の電荷ごとに次の1フレームの転送の開始まで第1時間が確保される(すなわち1フレームの時間分の露光時間が確保できる)ので、第1動作モード時と同等に露光時間は確保されることができる。単純にフレームレートが第2周波数に設定される場合に比べて感度の低下は回避されることができる。例えば、単純にフレームレートが60fpsから120fpsに高められると、画素の間で露光の時刻の差が縮小され、移動する被写体の像の歪みは軽減される。しかしながら、露光時間が2分の1に減少することから、感度は2分の1に低下してしまう。   Moreover, even in the second operation mode, the first time is secured until the start of the transfer of the next one frame for each individual charge (that is, the exposure time for one frame time can be secured). The exposure time can be secured as in the operation mode. A decrease in sensitivity can be avoided as compared with a case where the frame rate is simply set to the second frequency. For example, when the frame rate is simply increased from 60 fps to 120 fps, the difference in exposure time between the pixels is reduced, and the distortion of the image of the moving subject is reduced. However, since the exposure time is reduced by half, the sensitivity is reduced by half.

撮像装置は、前記撮像素子で撮像される画像内で被写体の像の移動を検出する移動検出部をさらに備えてもよい。移動検出部は移動する被写体の像の形状を認識し、同形状の被写体の像の移動量を検出することにより速度を算出する。このとき、前記制御部は、前記移動検出部で前記被写体の像の移動が検出されない場合、前記第1動作モードを選択し、前記移動検出部で前記被写体の像の移動が検出された場合、前記第2動作モードを選択すればよい。   The imaging apparatus may further include a movement detection unit that detects movement of a subject image in an image captured by the imaging element. The movement detection unit recognizes the shape of the image of the moving subject, and calculates the speed by detecting the movement amount of the image of the subject having the same shape. At this time, when the movement detection unit does not detect the movement of the subject image, the control unit selects the first operation mode, and when the movement detection unit detects the movement of the subject image, The second operation mode may be selected.

画像内で被写体の像の移動が検出されない限り、撮像素子は、第1周波数のクロック信号に同期して画素ごとに電荷を転送する。それぞれの画素で露光する時刻に差があるものの、被写体の像は静止していることから、画像の歪みは回避されることができる。被写体の像の移動が検出されたときだけ撮像素子で第2周波数が設定されるので、移動する被写体の像の歪みは軽減され、また被写体の像が静止しているときは第2周波数より低い第1周波数が設定されるため、常時第2周波数が設定される場合と比べ消費電力は低減される。   Unless the movement of the image of the subject is detected in the image, the image sensor transfers the charge for each pixel in synchronization with the clock signal of the first frequency. Although there is a difference in the exposure time for each pixel, the image of the subject is stationary, so image distortion can be avoided. Since the second frequency is set by the image sensor only when movement of the subject image is detected, distortion of the moving subject image is reduced, and is lower than the second frequency when the subject image is stationary. Since the first frequency is set, the power consumption is reduced compared to the case where the second frequency is always set.

前記制御部は、前記移動検出部が検出した前記画像内での前記被写体の像の移動速度に応じて前記第2周波数を変更してもよい。クロック信号に同期して画素ごとに電荷を転送する撮像素子では、移動する被写体の歪み量は被写体の像の移動速度に依存する。したがって、移動する被写体の像の移動速度に応じて第2周波数が設定されれば、第2周波数は過度に高められることはなく、適切に消費電力の増大は抑制されることができる。   The control unit may change the second frequency according to a moving speed of the image of the subject in the image detected by the movement detection unit. In an image sensor that transfers charges for each pixel in synchronization with a clock signal, the amount of distortion of a moving subject depends on the moving speed of the subject image. Therefore, if the second frequency is set according to the moving speed of the moving subject image, the second frequency is not excessively increased, and an increase in power consumption can be appropriately suppressed.

前記撮像装置は、前記撮像素子で撮像される画像内で前記被写体の像の高さを検出する高さ検出部をさらに備えてもよい。クロック信号に同期して画素ごとに電荷を転送する撮像素子では、移動する被写体の歪み量は被写体の高さに依存する。したがって、移動する被写体の移動速度とともに高さに基づき第2周波数が設定されれば、第2周波数は過度に高められることはなく、適切に消費電力の増大は抑制されることができる。   The imaging apparatus may further include a height detection unit that detects a height of the image of the subject in an image captured by the imaging element. In an image sensor that transfers charges for each pixel in synchronization with a clock signal, the amount of distortion of a moving subject depends on the height of the subject. Therefore, if the second frequency is set based on the moving speed of the moving subject and the height, the second frequency is not excessively increased, and an increase in power consumption can be appropriately suppressed.

前記制御部は、前記被写体の移動が検出されると、前記第2周波数を所定の時定数で上昇させてもよい。撮像素子上の画素の露光時間は、あるフレームで電荷の転送が完了してから次のフレームで電荷の転送を開始するまでの時間となる。従って第1周波数から第1周波数と乖離した第2周波数に例えば1フレームで切り替えた場合、電荷の転送の完了から次のフレームでの電荷の転送の開始までの時間が短くなるため、前述の露光時間は短縮されてしまう。切り替え後の1フレームの画像は暗くなる。第2周波数を除々に上昇させることによりこの現象を軽減することができる。詳細については後述する。   The control unit may increase the second frequency by a predetermined time constant when the movement of the subject is detected. The exposure time of the pixels on the image sensor is the time from the completion of charge transfer in a certain frame to the start of charge transfer in the next frame. Therefore, when switching from the first frequency to the second frequency that deviates from the first frequency, for example, in one frame, the time from the completion of charge transfer to the start of charge transfer in the next frame is shortened. Time will be shortened. The image of one frame after switching becomes dark. This phenomenon can be reduced by gradually increasing the second frequency. Details will be described later.

前記制御部は、前述の方法に代えて前記第2周波数に応じて個々の画素ごとにゲインを設定してもよい。画素ごとに露光時間に差が生じても、制御部は露光時間の差に応じて個々の画素ごとにゲインを調整する。この方法においても、前述の画像が暗くなる現象は軽減されることができる。   The control unit may set a gain for each individual pixel according to the second frequency instead of the method described above. Even if there is a difference in exposure time for each pixel, the control unit adjusts the gain for each pixel according to the difference in exposure time. Also in this method, the phenomenon that the image becomes dark can be reduced.

以上のように開示の撮像装置によれば、複雑な演算回路を用いずに、移動する被写体の像の歪みを十分に解消することができるローリングシャッター方式の撮像装置は提供される。   As described above, according to the disclosed imaging apparatus, it is possible to provide a rolling shutter type imaging apparatus that can sufficiently eliminate distortion of an image of a moving subject without using a complicated arithmetic circuit.

本発明の一実施形態に係る撮像装置の構成を概略的に示す概念図である。1 is a conceptual diagram schematically showing a configuration of an imaging apparatus according to an embodiment of the present invention. 第1周波数で特定されるフレーム内で被写体の像の時間配分を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows time distribution of the image of a to-be-photographed object within the flame | frame specified by 1st frequency. 第2周波数に切り替えられた際にフレーム内で被写体の像の時間配分を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows time distribution of the image of a to-be-photographed object within a flame | frame when switched to a 2nd frequency. 第1周波数から第2周波数に切り替わる際に生じる露光時間の短縮を概念的に示す図である。It is a figure which shows notionally the shortening of the exposure time which arises when switching from a 1st frequency to a 2nd frequency.

以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

図1は本発明の一実施形態に係る撮像装置11の構成を概略的に示す。撮像装置11は、被写体に応じて画像信号を出力する撮像素子12を備える。撮像素子12は、表示装置13の画面に倣って行列配置される画素14を備える。水平方向(横方向)の画素数はWピクセルであって垂直方向(縦方向)の画素数はHピクセルである。個々の画素14では、露光時間に応じてRGB(赤緑青)の色ごとに電荷が蓄積される。ここでは、画素14は水平方向にW列で垂直方向にH列(W>Hの横長)の配列で配置される。   FIG. 1 schematically shows a configuration of an imaging apparatus 11 according to an embodiment of the present invention. The imaging device 11 includes an imaging element 12 that outputs an image signal according to a subject. The image sensor 12 includes pixels 14 arranged in a matrix following the screen of the display device 13. The number of pixels in the horizontal direction (lateral direction) is W pixels, and the number of pixels in the vertical direction (vertical direction) is H pixels. In each pixel 14, charges are accumulated for each color of RGB (red, green, and blue) according to the exposure time. Here, the pixels 14 are arranged in an array of W columns in the horizontal direction and H columns in the vertical direction (W> H horizontally long).

撮像素子12はいわゆるローリングシャッター方式で動作する。すなわち、個々の画素14に蓄積された電荷はクロック信号に同期して転送される。電荷の転送は、0行0列の画素「0」から水平方向に順番に画素「1」、画素「2」、…画素「W−1」で実施され、続いて垂直方向に1行ずれて1行0列の画素「W」から画素「W+1」…画素「2W−1」で実施され、垂直方向に1行ずつずれながら水平方向に走査されて、最終行の画素「(H−1)W」…画素「H×W−1」で実施される。こうして1フレーム分の画像信号(映像信号)は出力される。その後、再び電荷の転送は0行0列の画素「0」に戻る。こうしたローリングシャッター方式は、グローバルシャッター方式に比べて、露光後の電荷を保持するバッファといった記憶回路を必要としないことから、安価に製造されることがでる。   The image sensor 12 operates by a so-called rolling shutter system. That is, the charges accumulated in the individual pixels 14 are transferred in synchronization with the clock signal. The charge transfer is carried out in order from the pixel “0” in the 0th row and the 0th column in the horizontal direction in the pixel “1”, the pixel “2”,. The pixel “W” from the pixel “W” in the first row and the zeroth column is executed from the pixel “W + 1”... To the pixel “2W−1” and scanned in the horizontal direction while shifting by one row in the vertical direction. W ”... Implemented with pixel“ H × W−1 ”. Thus, an image signal (video signal) for one frame is output. Thereafter, the charge transfer returns to the pixel “0” in the 0th row and the 0th column. Compared with the global shutter system, such a rolling shutter system does not require a storage circuit such as a buffer for holding the charge after exposure, and can be manufactured at a low cost.

個々の画素14では、制御部21からのリセット信号により蓄積された電荷がゼロとなり、その後、一定期間電荷の蓄積(露光)が行われ、最終的に電荷は転送される。あるフレームでの画素へのリセット信号の入力から次のフレームでの画素の電荷の転送の開始までが露光時間となる。リセット信号の入力から個々の画素に入光した光子の数に応じた電荷は蓄積される。   In each pixel 14, the charge accumulated by the reset signal from the control unit 21 becomes zero, and thereafter, charge accumulation (exposure) is performed for a certain period, and the charge is finally transferred. The exposure time is from the input of the reset signal to the pixel in a certain frame until the start of the transfer of the charge of the pixel in the next frame. Charges corresponding to the number of photons entering each pixel from the input of the reset signal are accumulated.

撮像装置11は、撮像素子12に接続されるゲインアンプ15を備える。ゲインアンプ15は撮像素子12から映像信号を受信する。ゲインアンプ15は、制御部21から供給されるゲインパラメータに応じて映像信号を増幅する。撮像素子12およびゲインアンプ15は例えばCMOS(相補型金属酸化膜半導体)センサとして構成されればよい。その他、CMOS画像センサに代えてCCD(電荷結合素子)センサその他の画像センサが用いられてもよい。   The imaging device 11 includes a gain amplifier 15 connected to the imaging device 12. The gain amplifier 15 receives a video signal from the image sensor 12. The gain amplifier 15 amplifies the video signal according to the gain parameter supplied from the control unit 21. The image sensor 12 and the gain amplifier 15 may be configured as, for example, a CMOS (complementary metal oxide semiconductor) sensor. In addition, a CCD (charge coupled device) sensor or other image sensor may be used instead of the CMOS image sensor.

撮像装置11は、撮像素子12に接続されるクロック供給部16を備える。クロック供給部16は、制御部21から供給される制御信号で特定される周波数で撮像素子12にクロック信号を供給する。クロック供給部16は例えば水晶振動子に組み合わせられた分周回路あるいは逓倍回路で構成されることができる。クロック供給部16から供給されるクロック信号を基に撮像素子12上の画素14の露光開始、露光終了およびリセットのタイミングが決定される。その他、クロック供給部16は例えば電圧制御水晶発振器(VCXO)で構成されてもよい。その場合には、クロック供給部11には制御信号として電圧が印加される。クロック供給部16は、電圧の大きさに応じて設定される周波数のクロック信号を出力する。   The imaging device 11 includes a clock supply unit 16 connected to the imaging element 12. The clock supply unit 16 supplies a clock signal to the image sensor 12 at a frequency specified by the control signal supplied from the control unit 21. The clock supply unit 16 can be constituted by, for example, a frequency divider circuit or a multiplier circuit combined with a crystal resonator. Based on the clock signal supplied from the clock supply unit 16, the exposure start, exposure end, and reset timing of the pixel 14 on the image sensor 12 are determined. In addition, the clock supply unit 16 may be composed of, for example, a voltage controlled crystal oscillator (VCXO). In this case, a voltage is applied to the clock supply unit 11 as a control signal. The clock supply unit 16 outputs a clock signal having a frequency set according to the magnitude of the voltage.

撮像装置11は、ゲインアンプ15に接続されるイメージシグナルプロセッサ17を備える。イメージシグナルプロセッサ17はゲインアンプ15から映像信号を受信する。イメージシグナルプロセッサ17は、受信した映像信号にガンマ補正処理その他の画像処理を施して出力する。撮像装置11ではイメージシグナルプロセッサ17に表示装置13や記録装置が接続されることができる。例えば表示装置13の画面にはイメージシグナルプロセッサ17から出力された映像信号に基づき映像が表示される。   The imaging device 11 includes an image signal processor 17 connected to the gain amplifier 15. The image signal processor 17 receives a video signal from the gain amplifier 15. The image signal processor 17 performs gamma correction processing and other image processing on the received video signal and outputs the processed video signal. In the imaging device 11, a display device 13 and a recording device can be connected to the image signal processor 17. For example, a video is displayed on the screen of the display device 13 based on the video signal output from the image signal processor 17.

撮像装置11は、イメージシグナルプロセッサ17に接続される移動検出部19と、その後段に接続される高さ検出部20を備える。高さ検出部20は移動体検出部19から被写体の形状と移動ベクトルをデータとして受信し、その被写体の撮像素子12上における最上位置と最下位置の垂直方向の差を算出することで高さの検出を行う。移動検出部19は、イメージシグナルプロセッサ17から映像信号を受信する。移動検出部19は、撮像素子12で撮像される画像内で被写体の像の移動を検出する。検出にあたって移動検出部19は前後2つのフレームの画像を比較する。2つのフレームは時間的に連続するフレームであればよい。フレームの画像は一時的にメモリといった記憶装置に記憶されればよい。メモリは例えば移動検出部19を構成するマイクロプロセッサユニットに内蔵されればよい。移動検出部19は移動ベクトルに基づき垂直方向の移動速度および水平方向の移動速度を検出する。   The imaging device 11 includes a movement detection unit 19 connected to the image signal processor 17 and a height detection unit 20 connected to the subsequent stage. The height detection unit 20 receives the shape and movement vector of the subject from the moving body detection unit 19 as data, and calculates the height difference between the uppermost position and the lowermost position on the image sensor 12 of the subject. Detection is performed. The movement detector 19 receives a video signal from the image signal processor 17. The movement detection unit 19 detects the movement of the subject image in the image captured by the image sensor 12. In the detection, the movement detection unit 19 compares the images of two frames before and after. The two frames may be frames that are temporally continuous. The frame image may be temporarily stored in a storage device such as a memory. For example, the memory may be built in a microprocessor unit constituting the movement detection unit 19. The movement detector 19 detects a vertical movement speed and a horizontal movement speed based on the movement vector.

移動検出部19の移動ベクトルおよびその後段に接続される高さ検出部20の高さの検出にあたって、例えば画像内で複数の特徴点を検出する。一般に、特徴点は、横方向の輪郭および縦方向の輪郭の両方が存在する点のことである。つまり、物体の角である。移動検出部19は、特徴点の周囲の画像を、前回のフレームの画像と照らし合わせて、類似している箇所を探索する。類似している箇所が現フレームと前フレームで同じであれば、この特徴点は移動していないとみなされる。類似している箇所が異なれば、この特徴点は前のフレームの場所から移動したとみなされる。こうして、移動する像の移動ベクトルは特定される。移動ベクトルの長さは速度E[pixel/1フレームの時間]とみなされる。高さ検出部20は特徴点の最上位置と最下位置とに基づき、移動する像の高さF[pixel]を特定する。ここで、この特徴点と同じ方向に同程度の速度で移動する特徴点がこの付近に複数あるとき、それらをすべて含む矩形が「移動する像」とみなされる。また、移動ベクトルおよび高さは第2周波数を決定する際に用いられるものであって、精度が高くなくとも画像そのものが崩れるようなことはない。   In detecting the movement vector of the movement detection unit 19 and the height of the height detection unit 20 connected to the subsequent stage, for example, a plurality of feature points are detected in the image. In general, a feature point is a point where both a horizontal outline and a vertical outline exist. That is, the corner of the object. The movement detection unit 19 compares the image around the feature point with the image of the previous frame and searches for a similar part. If the similar part is the same in the current frame and the previous frame, the feature point is regarded as not moving. If the similar parts are different, this feature point is considered to have moved from the previous frame location. Thus, the movement vector of the moving image is specified. The length of the movement vector is regarded as the speed E [pixel / 1 frame time]. The height detection unit 20 specifies the height F [pixel] of the moving image based on the uppermost position and the lowermost position of the feature points. Here, when there are a plurality of feature points that move at the same speed in the same direction as this feature point, a rectangle including all of the feature points is regarded as a “moving image”. Further, the movement vector and the height are used when determining the second frequency, and the image itself does not collapse even if the accuracy is not high.

撮像装置11は、クロック供給部16およびゲインアンプ15に接続される制御部21を備える。制御部21は、クロック供給部16に、クロック信号の周波数を指定する制御信号を送信する。制御信号では、例えば、第1周波数と、第1周波数よりも高い第2周波数とが指定される。制御部21は、第1周波数のクロック数で画素数に応じて1フレーム時間を規定する。速度Eが大きいほど、また高さFが高い程、第2周波数を高く指定することにより像の歪みは軽減される。制御部21は、1フレーム分の電荷の転送完了後に1フレーム時間内に無信号期間(ブランキング期間)を設定する。   The imaging device 11 includes a control unit 21 connected to the clock supply unit 16 and the gain amplifier 15. The control unit 21 transmits a control signal designating the frequency of the clock signal to the clock supply unit 16. In the control signal, for example, a first frequency and a second frequency higher than the first frequency are designated. The control unit 21 defines one frame time according to the number of pixels with the number of clocks of the first frequency. The higher the speed E and the higher the height F, the higher the second frequency is specified, thereby reducing image distortion. The control unit 21 sets a non-signal period (blanking period) within one frame time after the transfer of charges for one frame is completed.

制御部21は、第1周波数から第1周波数より高い所定の第2周波数への切り替えた後に、当該第2周波数を所定の時定数で前述の所定の第2周波数から上昇させてもよい。クロック信号の周波数は徐々に変化する。これにより露光時間の短縮は緩和され画面が急激に暗くなる現象は軽減される。この原理について詳述する。第1周波数から第2周波数への切り替えに伴う露光時間について図4に示す。画面上端にある最初の画素の最大の露光時間T1はその画素の電荷を転送してから、次のフレームの同画素の転送開始までの時間となる。以下同様に像の上部分の露光時間T2、像の下部分の最大の露光時間T3、画面下端にある最後の画素の露光時間T4を定義している。0フレーム目は第1周波数で動作しており、1フレーム目は第2周波数で動作する。第2周波数は第1周波数より周波数が高いため、上記で規定したT1と比較し、T2、T3、T4は短くなりT1>T2>T3>T4となる。すなわち画像の下に向かって露光時間が短くなり、画像が急激に暗くなる。T1とT2、T3、T4の差が大きい程この現象は顕著となる。そこで、第2周波数を除々に(所定の時定数で)上昇させることでT1とT2、T3、T4の差を抑制することが可能となり、画面が急激に暗くなる現象が軽減される。   After switching from the first frequency to a predetermined second frequency higher than the first frequency, the control unit 21 may raise the second frequency from the predetermined second frequency with a predetermined time constant. The frequency of the clock signal changes gradually. As a result, the shortening of the exposure time is alleviated, and the phenomenon that the screen becomes dark suddenly is reduced. This principle will be described in detail. FIG. 4 shows the exposure time associated with switching from the first frequency to the second frequency. The maximum exposure time T1 of the first pixel at the upper end of the screen is the time from the transfer of the charge of the pixel to the start of the transfer of the same pixel in the next frame. Similarly, the exposure time T2 of the upper part of the image, the maximum exposure time T3 of the lower part of the image, and the exposure time T4 of the last pixel at the lower end of the screen are defined. The 0th frame operates at the first frequency, and the first frame operates at the second frequency. Since the second frequency is higher than the first frequency, T2, T3, and T4 are shorter than T1 defined above, and T1> T2> T3> T4. That is, the exposure time becomes shorter toward the bottom of the image, and the image becomes darker. This phenomenon becomes more remarkable as the difference between T1 and T2, T3, and T4 increases. Therefore, by gradually increasing the second frequency (with a predetermined time constant), it becomes possible to suppress the difference between T1, T2, T3, and T4, and the phenomenon that the screen becomes dark suddenly is reduced.

上記動作に代えて、画像信号の増幅により画像が急激に暗くなる現象を回避させてもよい。制御部21は、ゲインアンプ15に、増幅率を特定するパラメータ信号を送信する。増幅率を設定するパラメータ信号の値は、制御部21が撮像素子12を制御する際に送信している各画素14の露光時間に反比例して制御部21で算出されればよい。   Instead of the above operation, a phenomenon in which an image suddenly becomes dark by amplification of an image signal may be avoided. The control unit 21 transmits a parameter signal that specifies the amplification factor to the gain amplifier 15. The value of the parameter signal that sets the amplification factor may be calculated by the control unit 21 in inverse proportion to the exposure time of each pixel 14 that is transmitted when the control unit 21 controls the image sensor 12.

図2は画像内に像Aが存在する状態を表したものである。この画像はローリングシャッター方式で動作する撮像素子12で撮像されたものである。フレームレートをR[frame/sec]、画像の縦方向の画素数をH[pixel]、像Aの高さをF[pixel]としている。像Aの高さF[pixel]は高さ検出部20において前述の方法で算出される。また、このとき最上のラインと最下のラインとの転送の時間差はF/(R×H)秒となる。また移動検出部19において前述の方法で算出される被写体の像の速度をK[pixel/sec]とすると、像の最上と最下とではずれ量G=時間差(F/(R×H))×速度K=F×K/(R×H)[pixel]が生じる。ずれ量Gが像Aの歪みとなる。歪みの抑制にあたって制御部21は第1周波数に代えて第2周波数を設定する制御信号をクロック供給部16に送信する。こうして第2周波数に変更される。図3に示されるように、制御部21で設定される倍率Lに応じてクロック信号は第1周波数から第2周波数に高められる。その結果、ずらすタイミングは画素14と画素14との間で1/L倍で短縮される。こうして画素14の間で露光の時刻の差が縮小されるので、移動する被写体の像の歪みは軽減される。   FIG. 2 shows a state where the image A exists in the image. This image is picked up by the image pickup device 12 that operates in a rolling shutter system. The frame rate is R [frame / sec], the number of pixels in the vertical direction of the image is H [pixel], and the height of the image A is F [pixel]. The height F [pixel] of the image A is calculated by the height detection unit 20 by the method described above. At this time, the transfer time difference between the uppermost line and the lowermost line is F / (R × H) seconds. Also, assuming that the velocity of the subject image calculated by the above-described method in the movement detector 19 is K [pixel / sec], the shift amount G = time difference (F / (R × H)) between the top and bottom of the image. X Speed K = F x K / (R x H) [pixel] occurs. The shift amount G becomes the distortion of the image A. In suppressing the distortion, the control unit 21 transmits a control signal for setting the second frequency instead of the first frequency to the clock supply unit 16. Thus, the second frequency is changed. As shown in FIG. 3, the clock signal is increased from the first frequency to the second frequency according to the magnification L set by the control unit 21. As a result, the shifting timing is shortened by 1 / L times between the pixels 14 and 14. Thus, the difference in exposure time between the pixels 14 is reduced, so that the distortion of the image of the moving subject is reduced.

また、第1周波数から第2周波数に変更した後、ずれ量Gの大きさに応じて第2周波数の値を変更させてもよい。具体的にはずれ量Gに比例した値とする。変更にあたっては前述の通り制御部21がクロック供給部16に変更に応じた制御信号を送信すればよい。ずれ量Gは前述の通り被写体の像の高さF、および速度Kに比例するため、被写体の像の高さFが高くなる程、また速度Kが大きくなる程、第2周波数は高く変更され、また逆に高さF、速度Kが小さくなれば、第2周波数は低く変更される。これにより、いかなる被写体の像であっても常に歪みが軽減されることができる。   Further, after changing from the first frequency to the second frequency, the value of the second frequency may be changed according to the magnitude of the shift amount G. Specifically, the value is proportional to the deviation amount G. In the change, the control unit 21 may transmit a control signal corresponding to the change to the clock supply unit 16 as described above. Since the shift amount G is proportional to the height F and the speed K of the subject image as described above, the second frequency is changed to be higher as the height F of the subject image increases and the speed K increases. On the contrary, if the height F and the speed K are reduced, the second frequency is changed to be lower. Thereby, distortion can always be reduced for any subject image.

このとき、1フレームを構成する全ての画素14の転送時間は1/R×1/L秒に短縮される。制御部21は、1フレーム分の電荷の転送完了後に1フレーム時間内にブランキングを設定する。ブランキング期間にも画素14は電荷を蓄積する(露光を行う)ことができるため、第1周波数と同等に露光時間は確保される。単純にフレームレートが第2周波数に設定される場合に比べて感度の低下は回避されることができる。   At this time, the transfer time of all the pixels 14 constituting one frame is shortened to 1 / R × 1 / L seconds. The control unit 21 sets blanking within one frame time after the transfer of charge for one frame is completed. Since the pixel 14 can accumulate charges (perform exposure) also during the blanking period, the exposure time is ensured equivalent to the first frequency. A decrease in sensitivity can be avoided as compared with a case where the frame rate is simply set to the second frequency.

本実施形態では、制御部21は、移動検出部19で被写体の像の移動が検出されない限り制御信号で第1周波数を指定する。移動検出部19で被写体の像の移動が検出されると、制御信号で第2周波数が指定される。画像内で被写体の像の移動が検出されない限り、撮像素子12は、第1周波数のクロック信号に同期して画素ごとに電荷を転送する。それぞれの画素で露光する時刻に差があるものの、被写体の像は静止していることから、画像の歪みは回避されることができる。こうして被写体の像の移動が検出されたときだけ撮像素子12で第2周波数が設定されるので、単純にフレームレートが第2周波数に設定される場合に比べて周波数が低く抑えられ、消費電力は軽減される。   In the present embodiment, the control unit 21 designates the first frequency with the control signal unless the movement detection unit 19 detects the movement of the subject image. When movement of the subject image is detected by the movement detector 19, the second frequency is designated by the control signal. As long as the movement of the image of the subject is not detected in the image, the image sensor 12 transfers the charge for each pixel in synchronization with the clock signal of the first frequency. Although there is a difference in the exposure time for each pixel, the image of the subject is stationary, so image distortion can be avoided. Since the second frequency is set by the image sensor 12 only when the movement of the subject image is detected in this way, the frequency can be suppressed lower than when the frame rate is simply set to the second frequency, and the power consumption is reduced. It is reduced.

11…撮像装置、12…撮像素子、14…画素、16…クロック供給部、19…移動検出部(および高さ検出部)、21…制御部。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Imaging device, 12 ... Image sensor, 14 ... Pixel, 16 ... Clock supply part, 19 ... Movement detection part (and height detection part), 21 ... Control part.

Claims (6)

クロック信号に同期して画素ごとに電荷を順次転送する撮像素子を備えた撮像装置であって、
第1周波数のクロック信号に同期して電荷を転送し、1フレーム分の電荷の転送を第1時間で完了させる第1動作モードと、前記第1周波数よりも高い第2周波数のクロック信号に同期して電荷を転送し、1フレーム分の電荷の転送を前記第1時間より短い第2時間で完了させる第2動作モードを選択する制御部を備え、
前記第2動作モードで動作する場合、1フレームの電荷の転送の開始から、次の1フレームの電荷の転送開始までの時間を、前記第1時間とすることを特徴とする撮像装置。
An imaging device including an imaging device that sequentially transfers charges for each pixel in synchronization with a clock signal,
A first operation mode in which charges are transferred in synchronization with a clock signal of the first frequency and transfer of charges for one frame is completed in a first time, and a clock signal of a second frequency higher than the first frequency is synchronized. And a controller that selects a second operation mode for transferring charges and completing transfer of charges for one frame in a second time shorter than the first time,
When operating in the second operation mode, an imaging apparatus characterized in that a time from the start of charge transfer of one frame to the start of transfer of charge of the next one frame is defined as the first time.
請求項1に記載の撮像装置において、前記撮像素子で撮像される画像内で被写体の像の移動を検出する移動検出部をさらに備え、前記制御部は、前記移動検出部で前記被写体の像の移動が検出されない場合、前記第1動作モードを選択し、前記移動検出部で前記被写体の像の移動が検出された場合、前記第2動作モードを選択することを特徴とする撮像装置。   The imaging apparatus according to claim 1, further comprising a movement detection unit that detects movement of a subject image in an image captured by the imaging element, wherein the control unit is configured to detect the subject image by the movement detection unit. An imaging apparatus, wherein when the movement is not detected, the first operation mode is selected, and when the movement detection unit detects the movement of the image of the subject, the second operation mode is selected. 請求項2に記載の撮像装置において、前記制御部は、前記移動検出部が検出した前記画像内での前記被写体の像の移動速度に応じて前記第2周波数を変更することを特徴とする撮像装置。   The imaging device according to claim 2, wherein the control unit changes the second frequency according to a moving speed of the image of the subject in the image detected by the movement detection unit. apparatus. 請求項2に記載の撮像装置において、前記撮像素子で撮像される画像内で前記被写体の像の高さを検出する高さ検出部をさらに備え、前記制御部は、移動する前記被写体の像の高さに応じて前記第2周波数を変更することを特徴とする撮像装置。   The imaging apparatus according to claim 2, further comprising a height detection unit that detects a height of the image of the subject in an image captured by the image sensor, wherein the control unit is configured to detect the image of the moving subject. An imaging apparatus, wherein the second frequency is changed according to height. 請求項3または4に記載の撮像装置において、前記制御部は、前記被写体の移動が検出されると、前記第2周波数を所定の時定数で上昇させることを特徴とする撮像装置。   5. The imaging apparatus according to claim 3, wherein the control unit increases the second frequency with a predetermined time constant when the movement of the subject is detected. 請求項3または4に記載の撮像装置において、前記制御部は、前記第2周波数に応じて個々の画素ごとにゲインを設定することを特徴とする撮像装置。   5. The imaging device according to claim 3, wherein the control unit sets a gain for each individual pixel according to the second frequency. 6.
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