JP2020031336A - 撮像装置 - Google Patents
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Abstract
Description
このような撮像素子は、入射光を光電変換し、画像データを生成し、その画像データを非圧縮の状態で(例えばRAWデータで)出力し、撮像素子外部の処理回路に伝送する。そして、画像データに対する、例えばデモザイク処理や欠陥補正等の信号処理は、イメージセンサ外部の処理回路にて行われていた(例えば、特許文献1参照)。
このような撮像性能の向上に伴い、1フレーム当たりの画像データのデータ量は増大し、かつ、1フレームの画像データがより高速に生成されるようになった。つまり、より大量のデータをより高速に処理する必要があった。
そのため、外部の処理回路の回路規模が増大し、例えばカメラなどにおいては小型化を阻害する要因になっている。
特許文献2では圧縮による出力データの増加と高速化に関する優位性については示されているが、上記のような撮像装置全体の最適な小型化の問題については考慮されていない。
本発明は上記のような問題を解決するためのものであり、撮像素子や信号処理部を小型化でき、しかもリアルタイムの画像表示等の画像処理が実現できる撮像装置を提供することにある。
を備える撮像素子と、
前記撮像素子の前記圧縮部から出力された圧縮データを行単位で間引き処理する第1のデータ加工手段と、
前記第1のデータ加工手段により少なくとも行単位で間引き処理された圧縮データを行単位で伸長処理する第1のデータ伸長手段と、
前記第1のデータ伸長手段によって行単位で伸長処理された圧縮データを行単位で現像する第1の現像手段と、
前記第1の現像手段からの行単位のデータを逐次表示する表示手段と、を有することを特徴とする。
図1に示す撮像装置は、光学鏡筒101、撮像素子102、画像処理部103、映像信号処理部104、圧縮伸張部105、制御部107、発光部108、操作部109、画像表示部110、画像記録部111、AF演算部112などを備える。
映像信号処理部104は、撮像素子102から画像信号を受けて、上記の各処理部によってAE処理、ホワイトバランス調整処理、色補正処理などの信号処理を行う。
操作部109は、例えばシャッタレリーズボタンなどの各種操作キーやレバー、ダイヤル、タッチパネルなどから構成され、ユーザによる入力操作に応じた制御信号を制御部107に出力する。
このように、撮像素子102は、半導体基板201と半導体基板202が多層構造を形成するように一体化されたモジュール(LSI(Large Scale Integration)チップとも称する)である。モジュール内部において半導体基板201と半導体基板202がこのように多層構造を形成することにより、撮像素子102は、半導体基板のサイズを増大させずに、より大規模な回路の実装を実現することができる。すなわち、撮像素子102は、コストの増大を抑制しながら、より大規模な回路を実装することができる。なお、多層構造においては、図2に示すような2層構造に限られず、3層以上の構成としてもよい。層構造を増やすことによって大容量のメモリ等を撮像素子102内に設けることが可能となる。
受光部211は、入射光を受光し、光電変換するためのものである。受光部211には、例えばフォトダイオード等の光電変換素子を有する単位画素が複数個、二次元状に配置されている。各単位画素には、光電変換により、入射光に相当する電荷が蓄積される。受光部211は、各単位画素において蓄積された電荷を電気信号(画素信号)としてA/D変換部212に供給する。なお、受光部211には位相差方式のデフォーカス検出を行うための焦点検出画素を設ける構成としてもよい。焦点検出画素としては、射出瞳を分離するために単位画素に入射光に対する光電変換を行うための複数の光電変換部を設ける構成でもよい。あるいは入射光の一部を遮光することによって画素毎に異なる射出瞳からの光を入射するための遮光層を光電変換部の前面に設ける構成でもよい。焦点検出画素は射出瞳を分離する方向に複数設ける必要があるが、本実施例においては、射出瞳を分離する方向を行方向とし、焦点検出画素も同様に行方向に設ける。後述する圧縮する単位と焦点検出画素の位置関係をそろえることにより、焦点検出画素から出力される信号を効率的に圧縮及び伸長することが可能となる。なお、受光部211の各画素には入射光を取り込むためのマイクロレンズ及び所定の分光透過率を有するカラーフィルタを有する。
圧縮部1021は、A/D変換部212から供給される画像データを、行方向に所定の画素ブロック単位で所定の方法で圧縮することにより、圧縮データを生成する。これにより画像データのデータ量を低減させる。
そのため、本実施例の簡易圧縮では、A/D変換部212から供給される1行単位のしかも所定画素ブロック単位の画像データを、バッファせず、順次圧縮することができる方法を適用する。
例えば、簡易圧縮には、DPCM(Differential Pulse Code Modulation)を用いる圧縮方法を適用する。詳細については後ほど説明する。
圧縮部1021は、画像データを簡易圧縮して得られた圧縮データを出力部213に供給する。
画像処理部103は、撮像素子102において得られた画像データに対する画像処理を行う装置である。図2(A)に示されるように、画像処理部103は、入力部231、データ加工部1031、データ保持部1032、伸長部A1033および伸張部B1034などを有する。
データ加工部1031は、入力部231から供給される圧縮データを伸長部A1033に供給する。このとき、データ加工部1031では、1行ごとに圧縮データを伸長部A1033に供給するか否かを任意に決めて所定の行だけを伸長部A1033に供給する。つまり、圧縮データを行単位で逐次間引く処理を行う。なお、圧縮データを伸長部A1033に供給するか否かは、圧縮データ自体に関連付けられたフラグデータに基づいて行ってもよいし、画像処理部103に設けた不図示のカウンタ等に基づいて行ってもよい。また、圧縮データを伸長部A1033に供給するか否かは、1行ごとに行わずに圧縮部1021で行われる圧縮単位で行うようにしてもよい。
データ保持部1032は、入力部231から供給される圧縮データを伸長部B1034に供給する。データ保持部1032では、入力部231から供給される圧縮データを、一時的に保持し、データを出力する速度やタイミングを任意に変更しながら、伸長部B1034に圧縮データを供給する。データ保持部1032はRAMなどが用いられる。
これにより、撮像素子102から高速に出力される圧縮データを、データ保持部1032で一定量保持したのち、画像処理部103のデータ処理能力で処理が可能な速度までデータ出力速度を落として、伸長部B1034にデータを出力することができる。
DPCM処理部301は、A/D変換部212から供給される行単位の画像データ(1次元に並べられた画素データ)の、連続する画素データ同士の差分値を算出する。なお、撮像素子102から読み出されA/D変換された連続する画素データ内に異なる色のカラーフィルタに対応する画素データが含まれる場合には、同色のカラーフィルタに対応する画素データ同士で差分値を算出することが好ましい。
DPCM処理部301は、算出した各差分値をゴロム符号化部302に供給する。
このような構成とすることにより、圧縮部1021は、画像データ(RAWデータ)を不可逆ではあるが簡易に圧縮することができる。本実施例ではJPEG等の可逆圧縮によらず不可逆圧縮を撮像素子内で行うようにしたので回路規模を抑えることができ処理負荷も少なくて済む。ただし、一般にこのような不可逆圧縮をした場合にはフレーム単位で画像を記憶してから伸長しないと画像表示ができないが、本実施例では行単位で圧縮し伸長することによって行単位の画像をリアルタイムで逐次表示可能にしている。更にはAF演算なども並列にリアルタイムで逐次処理可能にしている。
なお、本実施例では圧縮率調整部を有しているのでバス221の最大伝送可能帯域幅内に収まるようにデータの帯域幅を最適化することができる。
なお、本実施形態においては以上の例を挙げたが、例えばハフマン符号化(Huffman Coding)やライス符号化(Rice Coding)でもよく、簡易圧縮は、この例に限らない。しかしゴロム符号化が撮像素子内の圧縮符号化方式としては負荷が少なく適している。
次に本実施例における圧縮部1021、データ加工部1031及び伸張部A1033の画像データ処理について、図5を参照して説明する。
図5においては、簡易的に、水平は6画素、垂直4行の24画素の画像データを例として記載しているが、受光部211は水平垂直ともにはるかに多くの画素を有する。
圧縮部1021で圧縮処理された行毎の圧縮データは、撮像素子の出力部213と画像処理部の入力部231を経て、データ加工部1031へ入力される。
データ加工部により行の逐次間引き処理が行われた圧縮データは、伸長部A1033に入力される。
次に、図2(A)の撮像素子102により実行される撮像処理の流れの例を、図6のフローチャートを参照して説明する。
この撮像処理は、撮像素子102が、被写体を撮像し、その被写体の画像データを得る際に実行される。
撮像処理が開始されると、ステップS601において、受光部211は、有効画素領域の各単位画素において、入射光を光電変換する。
ステップS603において、圧縮部1021は、ステップS602の処理により得られた、デジタルデータの画素データの集合である画像データを1行単位で圧縮することにより、圧縮データを生成する。
ステップS604において、出力部213は、ステップS603の処理により得られた圧縮データを、撮像素子102の外部(バス221)に行単位で出力する。
ステップS606において、データ加工部1031に圧縮データが行単位で入力されると、圧縮データの一部の行の削除を行い、データの間引き処理を逐次行う。
ステップS607において、伸長部A1033で圧縮データを1行単位で伸長することで、再度画像データへと戻す。
一方、ステップS610において、ステップS605で入力部231から行単位で出力された圧縮データをデータ保持部1032で一時的に保持する。データ保持部1032以降のデータ転送についても、データ保持部1032からのデータの出力速度をデータの入力時の速度よりも低下させることで、データバス幅を減らすことができる。例えば、データの入力速度を毎秒120フレームとした場合に、出力速度を毎秒30フレームとすることで、データバス幅を4分の1にすることができる。
ステップS611において、伸長部B1034で圧縮データを伸長することで、再度画像データへと戻す。
なお、本実施例においてはステップS605において、圧縮データが画像処理部103に入力されたのち、データ加工部1031およびデータ保持部1032へ出力される構成としたがこれに限られるものではない。例えば、圧縮データをすべてデータ保持部1032へ保持した後に必要な領域のみ間引いて読み出すことで、データ加工部1031で行う圧縮データの間引き動作を実現することも可能である。
一方、画像処理部に更にデータ加工部B735を有し、データ加工部B735では入力される画像データをフレーム単位でデータの削除を行い、出力するデータ量を削減することで、リアルタイムのフォーカス制御やリアルタイムの画像表示ができる。それと同時に、データバスを大きくすることなく制御部107を介して動画記録を実現することができる。
図7は本実施例における撮像素子と画像処理部の主な構成例を示すブロック図である。
撮像素子の構成は図2と同様のため説明は省略する。
また、画像処理部の構成についても、入力部231、データ加工部1031、データ保持部1032、伸長部A1033、伸長部B1034は図2の構成と同じであるため説明は省略する。
このデータ加工部B735では、動画撮影モードにおいて、入力部から出力された圧縮データについてフレーム間引き処理を行った後、伸長部B1034へ圧縮データを出力する。
これにより、データを一時的に保持することなくデータバス幅が小さいままでもデータを転送することができる。
また、本実施例では、伸長部A1033で伸長されたデータは、制御部107内のAF演算部112に送られ、撮像光学系の焦点状態を示すデフォーカス量の算出にリアルタイムで用いられる。まさ、画像表示部110に送られてリアルタイムの画像表示にも使われる。
一方、伸長部B1034で伸長されたデータは、制御部107を介して動画データとして画像記録部111に記録される。なお、静止画撮影モードではデータ加工部B735は使われず、データ保持部1032で一旦保持された画像を伸長部B1034で伸長してから制御部107を介して静止画として画像記録部110において記録する。またその際必要に応じてJPEGなどの圧縮をしてから記録をしてもよい。
図8はデータ加工部B735における圧縮データのデータ処理の様子を模式的に示したものである。図8では、図5での説明と同様、4行の圧縮された圧縮データを用いて説明する。
図9は動画撮影モードにおけるフローチャートであり、図9において、ステップS601〜ステップS609およびステップS612〜ステップS613の処理は図6で説明した処理と同じであるため説明を省略する。ただし、動画撮影モードなので撮像素子は例えば1/60周期で撮影動作を行う。
ステップS605において、入力部231では、ステップS604の処理により出力された圧縮データが画像処理部103を介してデータ加工部1031およびデータ加工部B735へ出力される。
ステップS902において、データ加工部B735から圧縮データが出力されると、伸長部B1034で圧縮データを伸長し、再度画像データへと戻す。
なお、実施例において逐次として説明しているものは、例えば1行のデータが来たらその1行のデータを画像表示したりデフォーカス量演算し、次の行のデータが来たら、その行のデータを画像表示したりデフォーカス量演算することを意味する。また、行単位として説明しているものは1行単位でもよいし、複数行単位であってもよいことは言うまでもない。
102 撮像素子
103 画像処理部
104 映像信号処理部
105 圧縮伸張部
107 制御部
108 発光部
109 操作部
110 画像表示部
111 画像記録部
112 AF演算部
1021 圧縮部
1031 データ加工部
1032 データ保持部
1033 伸張部A
1034 伸張部B
201 半導体基板
202 半導体基板
211 受光部
212 A/D変換部
213 出力部
221 バス
231 入力部
301 DPCM処理部
302 ゴロム符号化部
303 圧縮率調整部
401 圧縮率逆調整部
402 ゴロム復号部
403 逆DPCM処理部
Claims (15)
- 複数の画素を含み画素信号を形成する受光部と、前記画素信号をA/D変換するA/D変換部と、前記A/D変換部の出力を行方向の所定画素ブロック単位で圧縮する圧縮部と、
を備える撮像素子と、
前記撮像素子の前記圧縮部から出力された圧縮データを行単位で間引き処理する第1のデータ加工手段と、
前記第1のデータ加工手段により少なくとも行単位で間引き処理された圧縮データを行単位で伸長処理する第1のデータ伸長手段と、
前記第1のデータ伸長手段によって行単位で伸長処理された圧縮データを行単位で現像する第1の現像手段と、
前記第1の現像手段からの行単位のデータを逐次表示する表示手段と、を有することを特徴とする撮像装置。 - 前記撮像素子の圧縮部で行方向の所定画素ブロック単位で圧縮された圧縮データを更にフレーム単位で間引き処理する第2のデータ加工手段を有することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
- 前記第2のデータ加工手段によってフレーム単位で間引き処理されたデータを伸長処理する第2のデータ伸長手段を有することを特徴とする請求項2に記載の撮像装置。
- 前記第2のデータ伸長手段からの出力を現像処理する第2の現像手段を有することを特徴とする請求項3に記載の撮像装置。
- 前記第2の現像手段の出力を動画として記録する記録手段を有することを特徴とする請求項4に記載の撮像装置。
- 前記表示手段は、前記第1の現像手段からの行単位のデータをリアルタイム表示することを特徴とする請求項1から請求項5のうちいずれか1項に記載の撮像装置。
- 前記第1の現像手段の出力を用いてリアルタイムにデフォーカス量を演算するためのデフォーカス量演算手段を有することを特徴とする請求項1から請求項6のうちいずれか1項に記載の撮像装置。
- 前記撮像素子から出力された圧縮データを一時的に保存するデータ保持手段を有することを特徴とする請求項1から請求項7のうちいずれか1項に記載の撮像装置。
- 前記圧縮部は、前記A/D変換部の出力を、行方向の所定画素ブロック単位で不可逆圧縮するものであることを特徴とする請求項1から請求項8のうちいずれか1項に記載の撮像装置。
- 前記圧縮部は、前記A/D変換部の出力をDPCM処理するDPCM処理部を有することを特徴とする請求項1から請求項9のうちいずれか1項に記載の撮像装置。
- 前記圧縮部は、前記DPCM処理部の出力を符号化する符号化手段を有することを特徴とする請求項10に記載の撮像装置。
- 前記圧縮部は、前記符号化手段から出力されたデータの圧縮率を調整する圧縮率調整手段を有することを特徴とする請求項11に記載の撮像装置。
- 前記圧縮率調整手段は圧縮率を所定範囲内にするように調整を行うことを特徴とする請求項12に記載の撮像装置。
- 前記符号化手段はゴロム符号化手段を含むことを特徴とする請求項11から請求項13のうちいずれか1項に記載の撮像装置。
- 前記撮像素子は多層構造を形成する複数の基板を有し、
前記受光部と前記圧縮部は別の基板に形成されることを特徴とする請求項1から請求項14のうちいずれか1項に記載の撮像装置。
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