JP2021002771A - 撮像装置、制御方法及びプログラム - Google Patents

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Abstract

【課題】グローバルシャッタモードを実現するのに有利な撮像装置を提供する。【解決手段】被写体を撮像する撮像装置であって、被写体からの光に対応する電荷を蓄積する撮像素子と、光に対する透過率を可変とし、撮像素子に前記光が入射する入射状態又は遮光する遮光状態を設定できるＮＤフィルタの透過率と、撮像素子の駆動を制御する制御部と、を有する。撮像素子の露光を開始する開始タイミングと、撮像素子の露光を終了する終了タイミングとが、撮像素子の各ラインでそれぞれ一致するグローバルシャッタモードと、当該グローバルシャッタモード以外のモードを設定できる。制御部は、グローバルシャッタモードを設定する場合と、グローバルシャッタモード以外のシャッタモードを設定する場合とで、撮像素子の各画素から電荷を読み出す読出方式を異ならせる。【選択図】図１

Description

本発明は、撮像装置、制御方法及びプログラムに関する。
映画撮影用のフィルムカメラでは、一般的に、フィルムのコマ送りに同期してフィルムへの開口窓の角度を調整して露光を制御するロータリーシャッタ方式が採用されている。一方、近年では、フィルムカメラのデジタル化に伴い、フィルムをコマ送りする必要がなくなり、撮像素子上で各画素の電荷の蓄積・リセットを制御することで露光時間を調整する電子シャッタ方式が一般的になっている。
電子シャッタ方式においては、コマ送りに同期して開口窓を移動させる必要はなく、撮像素子上の制御レジスタを電気信号で制御することが可能である。一方、ＣＭＯＳイメージセンサなどのローリングシャッタ型固体撮像素子においては、撮像素子上での露光開始と露光終了のタイミングが水平ラインごとに異なるため、撮像で得られる画像の画質が劣化することがある。例えば、高速で移動する被写体の輪郭が歪んで見えたり、フラッシュ発光などの短時間の光量の変化が垂直方向のラインごとに異なる（露光状態が異なる）ことに起因してフラッシュバンド現象が現れたりして、画質の劣化をもたらす場合がある。また、蛍光灯などの周期的に光量が変化する光源下で撮像した場合に垂直方向に縞模様に似たノイズが発生する蛍光灯フリッカ現象なども、ローリングシャッタに起因する画質の劣化をもたらす。
このようなローリングシャッタ型固体撮像素子による画質の劣化を低減するために、撮像素子と液晶シャッタ（液晶素材）とを組み合わせて各ラインの露光開始と露光終了のタイミングを合わせる撮像方式が提案されている（特許文献１及び２参照）。かかる撮像方式は、一般的に、グローバルシャッタモードと呼ばれている。
特許文献１には、画像を生成する際に、全水平ラインの一括リセットにより露光開始時間を一致させ、液晶シャッタを制御して撮像素子の全画素を遮光した後に各水平ラインの画素から信号（画像信号）を読み出す技術が開示されている。かかる技術によれば、撮像素子上の一括リセットにより各水平ラインの露光開始タイミングを一致させることができる。また、画像信号の読み出し自体のタイミングは一致していないが、液晶シャッタにより撮像素子の全画素を遮光してから水平ラインごとに画像信号を読み出しているため、実質的には、露光終了タイミングの一致が実現されている。
特許文献２には、露光開始タイミング及び露光終了タイミングを実質的に液晶シャッタで制御する技術が開示されている。かかる技術では、液晶シャッタにより撮像素子の全画素を遮光した状態で水平ラインごとに電荷の蓄積を開始し、全水平ラインの蓄積が開始された時点で液晶シャッタの透明度をあげることで、各水平ラインの露光開始タイミングを一致させている。また、所望の時間だけ露光を行った後で、液晶シャッタにより撮像素子の全画素を遮光し、水平ラインごとに電荷を読み出すことで、実質的に、各水平ラインの露光終了タイミングを一致させている。
特開２００８−１８０８１０号公報 特表２０１６−５０６６２５号公報
特許文献１及び２に開示された技術では、露光タイミング（露光開始タイミングや露光終了タイミング）に差が生じる期間においては、液晶シャッタにより撮像素子の全画素を遮光し続けているため、この期間は撮像素子を露光することができない。そのため、所望の露光時間に加えて、露光タイミングの差の分だけ撮像素子の蓄積時間を延ばす必要がある。これは、被写体を繰り返し撮像し続ける動画撮像では、フレームレートに応じた撮像周期のなかで露光に用いる時間が制限されることを意味する。従って、露光タイミングの差の大きさ次第では、設定可能なフレームレートが制限されることになってしまう。
本発明は、このような従来技術の課題に鑑みてなされ、グローバルシャッタモードを実現するのに有利な撮像装置を提供することを例示的目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての撮像装置は、被写体を撮像する撮像装置であって、前記被写体からの光に対応する電荷を蓄積する撮像素子と、前記光に対する透過率を可変とし、前記撮像素子に前記光が入射する入射状態、又は、前記撮像素子に対する前記光の入射を遮光する遮光状態を設定できるＮＤフィルタの透過率と、前記撮像素子の駆動を制御する制御部と、を有し、前記撮像装置が設定可能なシャッタモードとして、前記ＮＤフィルタと前記撮像素子の駆動を制御することで、前記撮像素子の露光を開始する開始タイミングと、前記撮像素子の露光を終了する終了タイミングとが、前記撮像素子の各ラインでそれぞれ一致するグローバルシャッタモードと、当該グローバルシャッタモード以外のモードを設定でき、前記制御部は、前記シャッタモードとして、前記グローバルシャッタモードを設定する場合と、前記グローバルシャッタモード以外のシャッタモードを設定する場合とで、前記撮像素子の各画素から電荷を読み出す読出方式を異ならせることを特徴とする。
本発明の更なる目的又はその他の側面は、以下、添付図面を参照して説明される実施形態によって明らかにされるであろう。
本発明によれば、例えば、グローバルシャッタモードを実現するのに有利な撮像装置を提供することができる。
本発明の一側面としての撮像装置の構成を示す概略図である。 一般的なグローバルシャッタモードを説明するための図である。 複数の読出方式のそれぞれに関する具体的な数値例を示す図である。 ユーザインタフェース（ＵＩ）の一例を示す図である。 読出方式を設定する処理を説明するためのフローチャートである。 複数の読出方式のそれぞれに関する具体的な数値例を示す図である。 複数の読出方式のそれぞれに関する具体的な数値例を示す図である。
以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。更に、添付図面においては、同一もしくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。
図１は、本発明の一側面としての撮像装置１の構成を示す概略図である。撮像装置１は、被写体を撮像して、例えば、被写体の動画像を得ることが可能な撮像装置であって、本実施形態では、デジタルカメラとして具現化される。撮像装置１は、レンズ群１０と、液晶パネル１１と、撮像素子１２と、信号処理部１３と、画像処理部１４と、記録処理部１５と、記録媒体１６とを有する。更に、撮像装置１は、露出制御部１７と、フォーカス制御部１８と、ズーム制御部１９と、主制御部２０と、操作部２１と、記憶部２２と、メモリ２３とを有する。
レンズ群１０は、絞りを用いて露出を制御するための機構やフォーカス動作及びズーム動作を制御するための機構を含む。レンズ群１０は、被写体からの光（入射光）を、液晶パネル１１を介して、撮像素子上に導いて光学像を形成する。この際、レンズ群１０に含まれる絞りを駆動させたり、液晶パネル１１における液晶の透明度（減光率）を変更したり、撮像素子１２の各画素での電荷の蓄積時間や電気信号の増幅率を制御したりすることで、撮像画像の露出（明るさ）を制御する。なお、レンズ群１０としては、所謂レンズ一体型の撮像装置として、撮像装置１が備える構成であってもよい。また、レンズ群１０を備えた交換レンズユニットを撮像装置１に着脱可能な構成であってもよい。この場合、一般的にマウントと称される結合部分を撮像装置１及び交換レンズユニットがそれぞれ備え、かかるマウントを介して、両者が着脱可能な関係であればよい。
液晶パネル１１は、被写体からの光に対する透過率を可変とし、撮像素子１２に光が入射する入射状態、又は、撮像素子１２に対する光の入射を遮光する遮光状態を設定するためのＮＤフィルタ（Ｎｅｕｔｒａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｆｉｌｔｅｒ）として機能する。本実施形態では、液晶パネル１１は、レンズ群１０と撮像素子１２との間に配置されているが、これに限定されるものではなく、透過率に応じて光を減光可能であればよい。例えば、液晶パネル１１は、レンズ群１０の外側（レンズ群１０よりも被写体側）に配置されていてもよいし、レンズ群１０の内部に配置されてレンズとともに光軸方向に移動する構成であってもよい。また、本実施形態では、電気的に透過率を制御可能な液晶パネル１１を例に説明するが、液晶素材である必要はなく、電気的に高速で透過率を変更可能であれば他の物性のシャッタであってもよい。更に、液晶パネル１１の駆動方式についてもＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）方式に限定されるものではなく、他の駆動方式であってもよい。更に、本実施形態では、液晶パネル１１を撮像装置１の内部に備える構成について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、液晶パネル１１を内蔵したユニットを撮像装置１に着脱可能な構成であってもよい。例えば、ユーザビリティの向上を実現するために、上述したマウントを備えたマウントユニット自体を撮像装置１に対して着脱可能な構成において、かかるマウントユニットの内部に液晶パネル１１を備える構成であればよい。
撮像素子１２は、マトリクス状に配列された複数の画素を含み、被写体からの光に対応する電荷を蓄積する。信号処理部１３は、撮像素子１２の各画素から読み出された電荷を画像信号（電気信号）に変換して画像処理部１４に出力する。画像処理部１４は、信号処理部１３から出力された画像信号に対して、ゲイン補正などの輝度補正処理、ホワイトバランス補正などの色補正処理、その他の信号処理などを行う。また、画像処理部１４は、出力デバイスに応じて、画像信号に対して非線形変換処理を行う。記録処理部１５は、画像処理部１４から出力された画像信号に対して信号の符号化を行い、記録に適した形式やサイズの画像信号に変換する。記録媒体１６は、記録処理部１５から出力された記録可能な形式の画像信号を記録する。
主制御部２０は、ＣＰＵに代表されるプロセッサを含み、記憶部２２に記憶されたプログラムを実行して、撮像装置１の各部を制御して撮像装置１を動作させる（上述した一連の処理の流れを制御する）。記憶部２２は、電気的に消去及び記憶可能な不揮発性の記憶媒体であって、例えば、主制御部２０の動作用の定数やプログラムなどを記憶（格納）する。メモリ２３は、例えば、記憶部２２から読み出されたプログラムなどを展開するワークメモリとして機能する。
主制御部２０は、操作部２１を介して、ユーザからの操作を受け付ける。主制御部２０は、操作部２１で受け付けた操作に対応する各種の撮像モードや被写体の明るさに基づいて、露出制御部１７、フォーカス制御部１８及びズーム制御部１９を介して、露出、フォーカス及びズームに関する設定を行う。なお、本実施形態では、主制御部２０とは別に露出制御部１７、フォーカス制御部１８及びズーム制御部１９を設けているが、主制御部２０と露出制御部１７、フォーカス制御部１８及びズーム制御部１９とを一体的に構成してもよい。
主制御部２０は、本実施形態では、撮像素子１２に対するシャッタモードとして、グローバルシャッタモードを提供する。グローバルシャッタモードとは、撮像素子１２の各画素での電荷の蓄積を開始する露光開始タイミング、及び、撮像素子１２の各画素での電荷の蓄積を終了する露光終了タイミングを一致させるシャッタモードである。主制御部２０は、液晶パネル１１の透過率と、撮像素子１２の各画素での電荷の蓄積及び読み出しとを制御することでグローバルシャッタモードを提供する。
図２を参照して、撮像素子１２の駆動（電荷の蓄積及び読み出し）の制御と、液晶パネル１１の駆動（濃度（透過率））の制御とを組み合わせて実現される一般的なグローバルシャッタモードを説明する。図２の上部には、撮像素子１２における各ラインの画素での露光開始タイミングと、撮像素子１２における各ラインの画素での露光終了タイミングとが示されている。なお、露光終了タイミングは、撮像素子１２における各ラインの画素に蓄積された電荷の読み出しを開始するタイミングでもある。ここでは、撮像装置１に設定されているフレームレートに応じた最大の露光時間を実現する場合を例に説明する。
まず、撮像素子１２の駆動について着目する。主制御部２０は、撮像素子１２に対してフレームレートに応じた垂直同期信号Ｖｄを入力する。主制御部２０から入力された垂直同期信号Ｖｄに同期して、撮像素子１２は、最上部のラインの画素から、順次、電荷の蓄積を開始する。そして、主制御部２０から次の垂直同期信号Ｖｄが入力される直前のタイミングにおいて、撮像素子１２は、最上部のラインの画素から、順次、電荷の蓄積を終了し、電荷（画像信号）の読み出しが開始される。
次に、液晶パネル１１の駆動について着目する。図２の下部には、撮像素子１２の駆動に応じた液晶パネル１１の濃度（透過率）の変化が示されている。液晶パネル１１は、撮像素子１２の各画素での電荷の蓄積が順次開始される前のタイミングにおいて、濃度を最大にして撮像素子１２の全体を遮光する（即ち、着色により撮像素子１２に対する光の入射を遮光する遮光状態とする）。そして、液晶パネル１１は、撮像素子１２の最下部のラインの画素での電荷の蓄積が開始されたタイミングにおいて、濃度を最小にして撮像素子１２に光を入射させる（即ち、消色により撮像素子１２に光が入射する入射状態とする）。液晶パネル１１の濃度が最小になると、即ち、消色が完了すると、撮像素子１２の各画素は同時に露光される。この際、液晶パネル１１は、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）による電圧変化に応答し、濃度を高速で（瞬間的に）変化させることが可能である。但し、液晶パネル１１の濃度を高速で変化させることが可能であっても、実際には微小な時間を要しているため、その間に、撮像素子１２の各画素が露光されて電荷を蓄積してしまう。液晶パネル１１の消色の期間は、液晶パネル１１の濃度が中間濃度であるとして、実質的に、消色の期間の半分の期間は、撮像素子１２の各画素が露光されているとみなすことができる。
撮像素子１２の各画素が同時に露光され、所望の露光時間が経過すると、液晶パネル１１は、濃度を最大にして撮像素子１２の全体を遮光する。かかる着色の際も、実際には微小な時間を要しているため、その間に、撮像素子１２の各画素が露光されて電荷を蓄積してしまう。従って、液晶パネル１１の着色の期間は、液晶パネル１１の濃度が中間濃度であるとして、実質的に、着色の期間の半分の期間は、撮像素子１２の各画素が露光されているとみなすことができる。液晶パネル１１による撮像素子１２の全体の遮光が完了すると、撮像素子１２の最上部のラインの画素から、順次、電荷の読み出しを開始する。
このように、主制御部２０は、撮像素子１２の駆動と液晶パネル１１の駆動とを同期して制御する。これにより、ローリングシャッタ型の撮像素子１２においても、各ラインの画素での露光開始タイミング、及び、各ラインの画素での露光終了タイミングを一致させ、グローバルシャッタモードを実現することができる。
図２において、１つの垂直同期信号Ｖｄに対応する期間における露光時間に着目すると、撮像素子１２を遮光状態とする期間や液晶パネル１１の着色及び消色に要する時間に対応する期間は、上述したように、撮像素子１２を露光することができない。従って、グローバルシャッタモードにおいては、撮像素子１２を露光可能な時間が大きく制限される。また、撮像素子１２を露光可能な時間が制限されるということは、被写体を撮像して画像を取得する周期（撮像周期）、即ち、フレームレートの制限にもつながる。このように、グローバルシャッタモードでは、撮像装置１に設定可能なフレームレートが制限されてしまう。
そこで、本実施形態では、撮像素子１２に対するシャッタモードとして、グローバルシャッタモードを提供する場合と、グローバルシャッタモード以外のシャッタモードを提供する場合とで、撮像素子１２の各画素から電荷を読み出す読出方式を異ならせる。例えば、主制御部２０は、グローバルシャッタモードを提供する場合において、撮像装置１に設定されているフレームレート又は露光時間に基づいて、撮像素子１２の各画素から電荷を読み出す際の読出方式を決定する。読出方式に関しては、フレームレート及び露光時間が互いに異なる複数の読出方式が記憶部２２に予め記憶されている。主制御部２０は、記憶部２２に記憶された複数の読出方式から、撮像装置１に設定されているフレームレート又は露光時間を満たす１つの読出方式を選択することで、撮像素子１２の各画素から電荷を読み出す際の読出方式を決定する。これにより、上述したようなグローバルシャッタモードにおける課題を解決することができる。
グローバルシャッタモードでは、上述したように、液晶パネル１１の着色及び消色の期間と、撮像素子１２の各ラインの画素での露光開始タイミングの差及び露光終了タイミングの差の期間とに準じて制御可能な露光時間が制限される。特に、撮像素子１２の各ラインの画素での露光開始タイミングの差及び露光終了タイミングの差の期間は長く、露光時間への影響が大きい。従って、撮像素子１２の各ラインの画素での露光開始タイミングの差及び露光終了タイミングの差の期間を小さくすることが露光時間及びフレームレートの制限を減らすことにつながる。
ローリングシャッタ型の撮像素子１２において電荷を読み出す画素の数と、それに要する露光開始タイミングの差及び露光終了タイミングの差との関係の具体的な数値例を図３に示す。ここでは、映画撮影で標準的に用いられる２４ｆｐｓをフレームレートとすると、１秒間に２４枚の画像を周期的に撮像するため、１つの垂直同期信号Ｖｄに対応する期間は、４１．７ｍｓｅｃ（１／２４ｓｅｃ）となる。
撮像画像のサイズが水平方向（水平画素数）で４５００［ｐｉｘ］、垂直方向（垂直画素数）で２５３２［ｐｉｘ］であり、露光開始タイミングの差及び露光終了タイミングの差が１２．５［ｍｓｅｃ］となる読出方式ＲＭ１を考える。この場合、露光可能時間は、図３に示すように、０［ｍｓｅｃ］〜１９．７［ｍｓｅｃ］となる。
露光開始タイミングの差及び露光終了タイミングの差は、撮像素子１２から電荷を読み出す際の読出方式によって変化する。例えば、読出方式ＲＭ２では、読出方式ＲＭ１と比較して、画像信号のビット数を１４ビットから１２ビットに減らしているため（ビット深度を異ならせているため）、露光開始タイミングの差及び露光終了タイミングの差が小さい読出方式となる。このような読出方式を設定することで、グローバルシャッタモード以外のシャッタモードを提供する場合における読出方式と比較して、露光開始タイミングの差及び露光終了タイミングの差が小さい読出方式を実現することができる。
また、一般的には、電子防振や幾何変形などの画像処理のために、記録媒体１６に記録すべき画像のサイズを超えて余剰画素を含んだ画素から電荷を読み出し、画像処理部１４で画質向上に利用する場合がある。このような場合、余剰画素を減らし、記録媒体１６に記録すべき画像のサイズ、即ち、ＱＦＨＤ画像（水平画素数３８４０［ｐｉｘ］、垂直画素数２１６０［ｐｉｘ］）を読み出すことが可能である。これにより、図３に示すように、読出方式ＲＭ２と同様に、露光開始タイミングの差及び露光終了タイミングの差が小さい読出方式ＲＭ３を実現することができる。
伝統的なフィルムカメラにおいては、コマ送り時の開口窓の開口角度を基準として露光時間を表現していた。その際、標準的には、フレームレートの半分の時間となる１８０度が基準となる露光時間として重宝されてきた。図３に示すように、読出方式ＲＭ１においては、基準として用いられてきた露光時間である１８０［ａｎｇｌｅ］を設定（選択）することができない。一方、本実施形態のように、グローバルシャッタモードにおいて、読出方式ＲＭ２や読出方式３などのローリングシャッタの小さな読出方式に変更することで、撮像装置１に設定可能な露光時間の範囲を拡大することが可能となる。これにより、基準となる露光時間１８０［ａｎｇｌｅ］を設定可能とし、ユーザの利用性を向上させることができる。
これまでは、グローバルシャッタモードを選択（提供）した場合に、ローリングシャッタの小さな読出方式に変更することで、露光時間及びフレームレートの制限を減らすことができることについて説明した。但し、露光時間及びフレームレートの制限を減らすために、画像処理に必要な余剰画素を減らしたり、画像信号のビット深度を減らしたりすることは、撮像画像の画質の劣化につながる可能性がある。ユーザが設定したいフレームレートやシャッタ速度によっては、グローバルシャッタモードを選択した場合であっても、ローリングシャッタの小さな読出方式に変更する必要がないこともある。従って、撮像画像の画質の劣化とフレームレート又はシャッタ速度とのバランスを考えて、読出方式を決定（選択）するとよい。
図４は、グローバルシャッタモードを提供する際のモードをユーザに選択させるユーザインタフェース（ＵＩ）の一例を示す図である。かかるＵＩは、主制御部２０の制御下において、例えば、タッチパネルなどの表示装置を含む操作部２１を介して、ユーザに提供される。ＵＩでは、グローバルシャッタモードにおいて、撮像素子１２の各画素から電荷を読み出して得られる画像の画質を優先する画質優先モード（第１モード）、又は、フレームレートを優先するフレームレート優先モード（第２モード）をユーザに選択させる。
画質優先モードでは、予め設定されている画像のサイズに応じた範囲で実現可能なフレームレート又はシャッタ速度を設定可能とする。例えば、図３に示す読出方式ＲＭ１を例とすると、水平画像サイズが４．５Ｋに設定されている場合、設定可能な露光時間は、０〜１９．７ｍｓｅｃであり、約４５ｆｐｓまでのフレームレートが設定可能である。但し、実際には、フレームレートとして５０ｆｐｓや５９．９４ｆｐｓを設定したいユースケースもある。また、設定可能な最大のフレームレートとして４５ｆｐｓを設定することはできるが、設定可能なシャッタ速度が限りなく速く、利用性が低くなってしまうユースケースもある。このような場合に対応するために、本実施形態では、設定可能なフレームレートを優先するモードとして、フレームレート優先モードを選択可能としている。フレームレート優先モードでは、フレームレートに制限は設けずに、撮像装置１に設定されたフレームレートに応じて、撮像素子１２から電荷を読み出す際の読出方式を変更する。例えば、フレームレート優先モードでは、撮像装置１に設定されたフレームレートを満たす読出方式のうち、撮像画像の画質が最大となる読出方式が設定（選択）される。
図５を参照して、フレームレート優先モードにおいて、読出方式を設定する処理について説明する。Ｓ１００において、主制御部２０は、撮像装置１に設定されているフレームレートを取得する。Ｓ１０１において、主制御部２０は、撮像装置１に設定されている露光時間（シャッタ速度）を取得する。Ｓ１０２において、主制御部２０は、Ｓ１００で取得したフレームレートと、Ｓ１０１で取得した露光時間とを用いて、１つの垂直同期信号Ｖｄに対応する期間における余裕時間を算出する。具体的には、１つの垂直同期信号Ｖｄに対応する期間をフレームレートの逆数として算出し、そこから、Ｓ１０１で取得した露光時間と、液晶パネル１１の着色及び消色に要する時間を減算する。このようにして算出された時間は、１つの垂直同期信号Ｖｄに対応する期間で残っている余裕時間であり、撮像素子１２からの電荷の読み出しに費やすことができる時間に相当する。Ｓ１０３において、主制御部２０は、Ｓ１０２で算出した余裕時間に基づいて、撮像装置１（例えば、記憶部２２）に予め記憶されている複数の読出方式から、撮像画像の画質が最大となる読出方式を設定する。
ここで、具体的な数値を参照しながら複数の読出方式から１つの読出方式を設定する処理を説明する。読出方式と、設定可能なフレームレートとの関係の一例を図６に示す。読出方式ＲＭ１、ＲＭ３乃至ＲＭ７は、それぞれ、画像のサイズと画像信号のビット深度とが異なる。記録媒体１６に記録すべき画像がＱＦＨＤ画像である場合、撮像装置１に設定されているフレームレート及びシャッタ速度に応じて、読出方式ＲＭ１、ＲＭ３乃至ＲＭ５から最大の画質を実現することができる読出方式を設定する。例えば、フレームレートを２９．９７ｆｐｓ、シャッタ速度を１／１００ｓｅｃに設定した場合には、読出方式ＲＭ３が設定される。読出方式ＲＭ３では、フレームレート２９．９７ｆｐｓにおいては１／７５秒まで設定可能であり、撮像画像の画質が最もよい読出方式となる。
また、読出方式４や読出方式５が設定された場合でも、ＱＦＨＤ画像未満の読み出し画素数となるが、例えば、画像処理におけるアップコンバートによりＱＦＨＤ画像を生成することで記録媒体１６に記録すべき画像のサイズを維持することができる。
記録媒体１６に記録すべき画像のサイズをＦＨＤ画像（水平画素数１９２０［ｐｉｘ］、垂直画素数１０８０［ｐｉｘ］）、フレームレートを５０ｆｐｓ、シャッタ速度を１／２５０ｓｅｃとする場合を考える。この場合に適した読出方式の一例を図７に示す。読出方式ＲＭ４、ＲＭ５’、ＲＭ６及びＲＭ７は、それぞれ、画像のサイズと画像信号のビット深度とが異なる。読出方式ＲＭ４は、ＦＨＤ画像以上の画像サイズ（余剰画素）を撮像素子１２から読み出すことになるが、その余剰画素を用いてＦＨＤ画像を生成するオーバーサンプリング処理により画質を向上させてもよい。フレームレート５０ｆｐｓにおける１つの垂直同期信号Ｖｄに対応する期間が２０ｍｓｅｃ、シャッタ速度１／２５０ｓｅｃ（４ｍｓｅｃ）、液晶パネル１１の着色及び消色に要する時間９．５ｍｓｅｃから、読出時間が６．５ｍｓｅｃ以下である必要がある。この場合、読出方式５’が設定される。
このように、フレームレート優先モードにおいて、撮像装置１に設定されたフレームレート及びシャッタ速度に応じて最適な画質が得られる読出方式を設定することで、グローバルシャッタモードを実現しながら任意のフレームレートが設定可能となる。
本実施形態では、液晶素材などの電気的に透過率を制御可能な物性シャッタとローリングシャッタ型固体撮像素子とを組み合わせ、任意のフレームレートで記録可能な撮像装置１について説明した。また、撮像素子１２から電荷を読み出す際の具体的な読出方式の仕様を一例として示しながら説明したが、読出時間や画素数、ビット深度など仕様の異なる撮像素子に対しても本実施形態は適用可能である。また、読出時間の異なる読出方式として、画素数やビット深度を条件として制御仕様を説明したが、他の条件により読出方式が異なっていてもよい。例えば、積層構造の撮像素子による読み出しを利用して読出時間を短縮する方法、１つの画素から感度を変えながら複数回読み出す方式を切り替える方法、焦点検出用の視差を発生させる画像の読出方式を切り替える方法などでもよい。また、本実施形態では、画像の出力先については省略したが、出力先としては、再生機器、撮像装置、その他の機器であってもよく、本発明を制限するものではない。
本発明は、上述の実施形態の１つ以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１つ以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
発明は上記実施形態に制限されるものではなく、発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、発明の範囲を公にするために請求項を添付する。
１：撮像装置 １１：液晶パネル １２：撮像素子 ２０：主制御部

Claims (10)

  1. 被写体を撮像する撮像装置であって、
    前記被写体からの光に対応する電荷を蓄積する撮像素子と、
    前記光に対する透過率を可変とし、前記撮像素子に前記光が入射する入射状態、又は、前記撮像素子に対する前記光の入射を遮光する遮光状態を設定できるＮＤフィルタの透過率と、前記撮像素子の駆動を制御する制御部と、を有し、
    前記撮像装置が設定可能なシャッタモードとして、前記ＮＤフィルタと前記撮像素子の駆動を制御することで、前記撮像素子の露光を開始する開始タイミングと、前記撮像素子の露光を終了する終了タイミングとが、前記撮像素子の各ラインでそれぞれ一致するグローバルシャッタモードと、当該グローバルシャッタモード以外のモードを設定でき、
    前記制御部は、前記シャッタモードとして、前記グローバルシャッタモードを設定する場合と、前記グローバルシャッタモード以外のシャッタモードを設定する場合とで、前記撮像素子の各画素から電荷を読み出す読出方式を異ならせることを特徴とする撮像装置。
  2. 前記グローバルシャッタモードを設定する場合の方が、前記グローバルシャッタモード以外のシャッタモードを設定する場合における読出方式よりも、前記撮像素子の各ラインでの前記開始タイミングの差及び前記終了タイミングの差が小さいことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
  3. 前記制御部は、前記グローバルシャッタモードを設定する場合と、前記グローバルシャッタモード以外のシャッタモードを設定する場合とで、前記撮像素子において電荷を読み出す画素の数を異ならせることを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
  4. 前記制御部は、前記グローバルシャッタモードを設定する場合と、前記グローバルシャッタモード以外のシャッタモードを設定する場合とで、前記撮像素子において電荷を読み出す垂直方向の画素の数を異ならせることを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
  5. 前記制御部は、前記グローバルシャッタモードを設定する場合と、前記グローバルシャッタモード以外のシャッタモードを設定する場合とで、前記撮像素子の各画素から電荷を読み出して得られる画像のビット深度を異ならせることを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
  6. 前記制御部は、前記グローバルシャッタモードを設定する場合において、前記撮像装置に設定されているフレームレート又は露光時間に基づいて、前記撮像素子の各画素から電荷を読み出す読出方式を決定することを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載の撮像装置。
  7. フレームレート及び露光時間が互いに異なる複数の読出方式を記憶する記憶部を更に有し、
    前記制御部は、前記記憶部に記憶された複数の読出方式から、前記撮像装置に設定されているフレームレート又は露光時間を満たす１つの読出方式を選択することを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
  8. 前記グローバルシャッタモードを設定する場合に、前記撮像素子の各画素から電荷を読み出して得られる画像の画質を優先する第１モード、又は、フレームレートを優先する第２モードを選択可能であることを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載の撮像装置。
  9. 被写体からの光に対応する電荷を蓄積する撮像素子を備えた撮像装置の制御方法であって、
    前記光に対する透過率を可変とし、前記撮像素子に前記光が入射する入射状態、又は、前記撮像素子に対する前記光の入射を遮光する遮光状態を設定できるＮＤフィルタと、前記撮像素子の駆動を制御する制御工程を有し、
    前記制御工程では、前記ＮＤフィルタの透過率と前記撮像素子の駆動を制御することで、前記撮像素子の露光を開始する開始タイミングと、前記撮像素子の露光を終了する終了タイミングとが、前記撮像素子の各ラインでそれぞれ一致するグローバルシャッタモードと、当該グローバルシャッタモード以外のモードを設定でき、
    前記グローバルシャッタモードが設定されている場合と、前記グローバルシャッタモード以外のシャッタモードが設定されている場合とで、前記撮像素子の各画素から電荷を読み出す読出方式が異なることを特徴とする制御方法。
  10. 請求項９に記載の制御方法の各工程をコンピュータに実行させるためのプログラム。
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