JP2023175437A - Imaging apparatus and control method of the same - Google Patents
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Images
Abstract
Description
本発明は、撮像装置およびその制御方法に関するものである。 The present invention relates to an imaging device and a control method thereof.
従来、CMOSイメージセンサ等の撮像素子を用いて画像を撮影する撮像装置において、撮像素子の個体差により撮影される露出が異ならないよう、光に対する感度を調整することが一般的である。 2. Description of the Related Art Conventionally, in an imaging device that captures an image using an image sensor such as a CMOS image sensor, it is common to adjust the sensitivity to light so that the exposure of the image does not differ due to individual differences in the image sensor.
特に、赤画素(R画素)、青画素(B画素)、緑画素(G画素)などの色毎に感度調整を行うことができる撮像装置においては、所望の光源で、所望の色比になるように出力調整を行うことが多い。 In particular, in imaging devices that can adjust the sensitivity for each color such as red pixels (R pixels), blue pixels (B pixels), and green pixels (G pixels), the desired color ratio can be achieved using the desired light source. The output is often adjusted as follows.
ところで、上記のような撮像装置において、階調に関するダイナミックレンジを拡大する技術が提案されている。 By the way, in the above-mentioned imaging device, a technique has been proposed to expand the dynamic range regarding gradation.
特許文献1には、同一画素の信号に複数の異なる増幅ゲインをかけて同時に読み出し、信号処理により合成することで、ダイナミックレンジを拡大する技術が開示されている。
また、特許文献2には、検出した被写体の状態や撮影モード等に応じて、露出を変えた複数回の撮影を行い、信号処理により合成することで、ダイナミックレンジを拡大する技術が開示されている。
Additionally,
上記のようなダイナミックレンジを拡大する撮影においては、処理時間等がかかり、連写などには不向きであることなどを踏まえ、一般的な撮影とは異なるモードとして設定し、ユーザーが選択的に使い分けられるようにすることが多い。 Considering that shooting to expand the dynamic range as described above requires processing time and is not suitable for continuous shooting, etc., we have set it as a different mode from normal shooting, and users can selectively use it. I often try to make it possible to do so.
特許文献1、2に開示された方法で増幅ゲインの差を拡大して撮影を行い、ダイナミックレンジを拡大すると、画像信号が所定の出力レベル以下の画素の黒つぶれや、所定の出力レベルを超える画素の白飛びが発生しにくくなる。
When photographing is performed by enlarging the difference in amplification gain using the methods disclosed in
具体的には、増幅ゲインの高い画像の低輝度部を使用するとともに、増幅ゲインの低い画像で階調が残っている高輝度部に、増幅ゲインの高い画像との差分のゲインを乗じた画像を使用し、それらの画像を合成してダイナミックレンジの広い画像を生成することができる。 Specifically, the low-brightness part of the image with high amplification gain is used, and the high-brightness part of the image with low amplification gain where gradation remains is multiplied by the gain of the difference from the image with high amplification gain. can be used to combine these images to create an image with a wide dynamic range.
しかしながら、撮像素子の特性上、増幅ゲインが異なる場合、リニアリティが必ずしも一定ではない。そのため、低ゲイン画像を「高ゲイン画像の適正露出より高い出力領域」に合成しようとした場合、「低ゲイン画像は適正露出より低い出力領域」を増幅して使用することになるので、必ずしも、リニアリティが一致していない状態での合成となる懸念がある。この場合、合成箇所の画質劣化につながる可能性がある。 However, due to the characteristics of the image sensor, when the amplification gains are different, the linearity is not necessarily constant. Therefore, if you try to combine a low-gain image with an "output region higher than the proper exposure of the high-gain image", the "output region of the low-gain image is lower than the proper exposure" will be amplified and used. There is a concern that the synthesis may be performed without matching linearity. In this case, there is a possibility that the image quality of the composite portion will deteriorate.
本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ダイナミックレンジの広い画像を生成できる撮像装置において、複数画像の合成箇所での画質劣化を抑制することである。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to suppress deterioration in image quality at a point where multiple images are combined in an imaging device that can generate images with a wide dynamic range.
本発明に係わる撮像装置は、所定の露出で画像を取得する第1の撮影方式と、露出の異なる複数の画像を取得する第2の撮影方式とにより撮影を行うことが可能な撮像手段と、前記撮像手段で取得した画像における各画像の信号値を調整する調整手段と、前記第2の撮影方式により取得された前記複数の画像を合成することにより、高ダイナミックレンジ画像を生成する生成手段とを備え、前記調整手段は、前記第1の撮影方式と前記第2の撮影方式とで、異なる露出レベルにおいて各画像の信号値の調整を行うことを特徴とする。 An imaging device according to the present invention includes an imaging means capable of performing imaging using a first imaging method that acquires an image with a predetermined exposure and a second imaging method that acquires a plurality of images with different exposures; an adjusting means for adjusting the signal value of each image in the image acquired by the imaging means; and a generating means for generating a high dynamic range image by combining the plurality of images acquired by the second photographing method. The adjusting means adjusts the signal value of each image at different exposure levels in the first photographing method and the second photographing method.
本発明によれば、ダイナミックレンジの広い画像を生成できる撮像装置において、複数画像の合成箇所での画質劣化を抑制することが可能となる。 According to the present invention, in an imaging device that can generate images with a wide dynamic range, it is possible to suppress image quality deterioration at a point where multiple images are combined.
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。さらに、添付図面においては、同一若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。 Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Note that the following embodiments do not limit the claimed invention. Although a plurality of features are described in the embodiments, not all of these features are essential to the invention, and the plurality of features may be arbitrarily combined. Furthermore, in the accompanying drawings, the same or similar components are designated by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.
図1は、本発明の一実施形態に係わる撮像装置100の概略構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an
図1において、制御部101は、後述するROM105に予め格納されたプログラムを読み出しながら、撮像装置100の各部分を制御する。例えば、制御部101が、後述する撮像部104に対して撮像動作の開始と終了について指示する。または、後述する画像処理部107に対して、ROM105に内蔵されたプログラムに基づいて、画像処理の指示を行う。ユーザーによる指示は、後述する操作部110によって撮像装置100に入力され、制御部101を介して、撮像装置100の各ブロックに伝達される。
In FIG. 1, a
駆動部102は、モーターなどによって構成され、制御部101の指示により、後述する撮影レンズである光学系103を駆動する。また、光学系103には、後述する撮像部104に対して入射する光束を制限するための絞りも配置されている。撮像部104は、CMOSセンサなどの撮像素子104aを備え、入射された光信号を電気信号に変換する光電変換を行う。
The
ROM105は、記録媒体としての読み出し専用の不揮発性メモリであり、撮像装置100が備える各ブロックの動作プログラムに加え、各ブロックの動作に必要なパラメータや、画像補正に必要な補正データ、調整データなどを記憶している。後述する感度補正に使用する調整データもROM105に記憶されている。
The
RAM106は、書き換え可能な揮発性メモリであり、撮像装置100が備える各ブロックの動作において、出力されたデータの一時的な記憶領域として用いられる。また、RAM106には、撮影時に必要な情報を記憶する領域も設けられており、例えば、深度合成動作時の光学系103の駆動範囲情報などもRAM106の所定領域に記憶される。
The
出力補正部111は、撮像部104の出力を受け、ROM105に記憶されている調整データに基づいて、出力値を補正する。補正は、主に出力値に対してデジタル的にゲインをかけることで、所望の出力との差をROM105に記憶されているデータに基づいて補正することにより行われる。
The
画像処理部107は、撮像部104から出力された画像データ、あるいは後述する内蔵メモリ109に記録されている画像データに対して、ホワイトバランス調整処理、色補間処理、フィルタリング処理などの様々な画像処理を行う。後述する感度の一部も画像処理部107で調整する。また、画像処理部107において、撮像部104が撮像した画像データに対して、JPEGなどの規格で、圧縮処理を行う。
The
表示部108は、RAM106に一時保存されている画像データ、または、後述する内蔵メモリ109に保存されている画像データ、あるいは、撮像装置100の設定画面などを表示するための液晶ディスプレイなどからなる。なお、後述する、第1の撮影方式である「通常撮影モード」を選択するか、第2の撮影方式である「高ダイナミックレンジ撮影モード」を選択するかの設定も、表示部108に表示された設定画面から、ユーザーが設定することができる。
The
内蔵メモリ109は、撮像部104が撮像した画像や画像処理部107が処理した画像データを記録する。
The built-in
操作部110は、例えば、撮像装置100に指示を入力するためのボタン、スイッチ、キー、モードダイヤルなどの操作部材や、表示部108に配置されたタッチパネルなどから構成される。ユーザーによる指示は、操作部110を経由して制御部101に伝達される。
The
図2は、撮像素子104aの概略構成を示す図である。撮像素子104aは、画素部20、垂直走査回路202、列出力線203、列増幅部204a,204b、列メモリ部205a,205b、水平走査回路206a,206b、水平信号線207a,207b、出力回路208a,208bを有する。
画素部20は、m行×n列の行列状に2次元配列された複数の画素201を備えて構成されている。なお、不図示であるが、画素201は、光電変換素子であるフォトダイオード、フォトダイオードに蓄積された電荷に基づく信号を出力する画素出力部、画素を選択する画素選択部を備える。
FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of the
The
垂直走査回路202は、画素201の画素選択部に電気的に接続されている。垂直走査回路202により画素201が選択されると、画素201で光電変換された画素信号は垂直走査回路202によって、選択された列出力線203に出力される。
The
列出力線203は、画素の各列に複数設けられており、それぞれが列増幅部204a,204bに電気的に接続可能である。画素信号は列出力線203を介して列増幅部204a,204bに入力される。列増幅部204a,204bは、列出力線毎に設けられた複数の増幅回路を備えている。
A plurality of
AD変換部209a,209bは、ランプ信号(参照信号)発生回路や比較器で構成され、列増幅部204a,204bからの信号をデジタル信号に変換する。なお、AD変換部209a,209bでは、ランプ信号発生回路の調整などにより、出力値(信号値)の補正をすることが可能である。AD変換部209a,209bのランプ信号発生回路による出力値の調整を「第1の出力調整」とする。なお、上記のAD変換部、列増幅部等の構成は2系統に分かれているが、共通の回路として一律の増幅ゲインがかけられる構成でもよい。
The
列メモリ部205a,205bは、AD変換部209a,209bから出力されたデジタル信号を保持する。水平走査回路206a,206bは、列メモリ部205a,205bを水平信号線207a,207bに電気的に接続し、列メモリ部205a,205bの信号を出力回路208a,208bに出力する。出力回路208a,208bから出力された信号は、出力補正部111を介して、画像処理部107に出力される。
図3は、撮像素子104aにおける画素201、列出力線203、および列増幅部204のそれぞれの1列分の構成を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing the configuration of one column of each of the
1列の画素アレイは、画素201(1)~201(2n)(nは1以上の整数)からなり、列出力線203として、203(odd)、203(even)の2系統の列出力線が配置されている。
One column of pixel array consists of pixels 201(1) to 201(2n) (n is an integer of 1 or more), and two lines of column output lines, 203(odd) and 203(even), are used as the
列出力線203(odd)は、行選択スイッチSEL[2n-1]を介して奇数行の画素201(2n-1)に電気的に接続され、列出力線203(even)は、行選択スイッチSEL[2n]を介して偶数行の画素201(2n)に電気的に接続される。列増幅部204aは複数の列増幅回路302aを備え、同様に列増幅部204bは複数の列増幅回路302bを備える。
The column output line 203 (odd) is electrically connected to the odd-numbered row pixels 201 (2n-1) via the row selection switch SEL[2n-1], and the column output line 203 (even) is connected to the row selection switch SEL[2n-1]. It is electrically connected to the even-numbered row pixels 201 (2n) via SEL[2n]. The
列出力線203(odd)の一端は接続スイッチ301a(odd)を介して列増幅回路302aに電気的に接続され、列出力線203(odd)の他端は接続スイッチ301b(odd)を介して列増幅回路302bに電気的に接続される。
One end of the column output line 203(odd) is electrically connected to the
同様に、列出力線203(even)の一端は接続スイッチ301a(even)を介して列増幅回路302aに電気的に接続され、列出力線203(even)の他端は接続スイッチ301b(even)を介して列増幅回路302bに電気的に接続される。
Similarly, one end of the column output line 203 (even) is electrically connected to the
また、行選択スイッチSEL[1]~[2n]は、奇数行の画素201と列出力線203(odd)、偶数行の画素201と列出力線203(even)とをそれぞれ電気的に接続する。
Further, the row selection switches SEL[1] to [2n] electrically connect the
図4は、列増幅回路302a,302bの構成の一例を示す図である。なお、列増幅回路302a,302bは同様の構成を有しており、また列出力線203との電気的接続も同じであるので、列増幅回路の代表として列増幅回路302aについて説明する。
FIG. 4 is a diagram showing an example of the configuration of
列増幅回路302aは、差動増幅器401、入力容量C0、帰還容量C1,C2、スイッチS1,S2,Srを備えて構成されている。差動増幅器401の非反転入力ノードには参照電圧Vrefが入力され、反転入力ノードには入力容量C0の一端が電気的に接続される。入力容量C0の他端は、接続スイッチ301a(odd),301a(even)を介して、列出力線203(odd),203(even)にそれぞれ電気的に接続される。
The
差動増幅器401の反転入力ノードと出力ノードとはスイッチSr、スイッチS1および帰還容量C1、スイッチS2および帰還容量C2を介して電気的に接続可能である。スイッチS1およびスイッチS2の制御により、列増幅回路302aのゲインを切り替えることができる。
The inverting input node and output node of
例えば、スイッチS1,S2がオンである場合には、列増幅回路302aのゲインはC0/(C1+C2)となり、スイッチS1のみがオンである場合には、列増幅回路302aのゲインはC0/C1となる。また、スイッチS1,S2,Srがすべてオンとなることにより、差動増幅器401の出力ノードと反転入力ノードとが短絡され、帰還容量C1,C2がリセットされる。
本実施形態では、接続スイッチ301a(odd),301b(odd),301a(even),301b(even)によって、列出力線203と列増幅回路302a,302bとの電気的接続を切り替えている。さらに、列増幅回路302a,302bのゲインを切り替えて駆動することにより、通常撮影モードと高ダイナミックレンジ撮影モードとを切替える。
For example, when switches S1 and S2 are on, the gain of
In this embodiment, the electrical connections between the
以下、それぞれの動作モードでの駆動方法について、タイミングチャートを用いて説明する。
図5は、通常撮影モードにおけるタイミングチャートを示し、図6は、各タイミング期間における列出力線と接続スイッチとの電気的な接続状態を示す。また、図7は、列増幅回路302a,302bのゲイン設定のための各スイッチの電気的な接続状態を示す。
Hereinafter, driving methods in each operation mode will be explained using timing charts.
FIG. 5 shows a timing chart in the normal photographing mode, and FIG. 6 shows the electrical connection state between the column output line and the connection switch in each timing period. Further, FIG. 7 shows the electrical connection state of each switch for setting the gain of the
図5~図7において、垂直パルスPVが垂直走査回路202に供給され、垂直パルスPVに同期して、2行毎に行選択スイッチSEL[1]~[n]がON状態に遷移する。撮影のモードが通常撮影モードである場合は、時刻t0~t1に、行選択スイッチSEL[1],SEL[2]がONとなり、1行目と2行目の画素201が選択され、画素信号が読み出される。同様に、時刻t1~t2で行選択スイッチSEL[3],SEL[4]がONとなり、時刻t2~t3の期間で行選択スイッチSEL[5]、SEL[6]がONとなり、それぞれの選択された画素信号が読み出される。図示していないがこのような動作が画素部20に配列された行数2n分(つまりn回)繰り返される。
5 to 7, the vertical pulse PV is supplied to the
また、撮影した信号を読み出すモードが高速読み出しモードである場合には、スイッチ301a(odd),301b(even)が常にONである。このため、列出力線203(odd)に電気的に接続される奇数行の画素信号は、それぞれ列増幅回路302aにより増幅され、列出力線203(even)に電気的に接続される偶数行の画素信号は、それぞれ列増幅回路302bによって増幅される。
Further, when the mode for reading out the photographed signal is the high-speed reading mode, the
通常撮影モードでは、列増幅回路302a,302bのスイッチS1a,S2a,S1b,S2bはONであり、列増幅回路302a,302bのゲインはともに同一のゲインCo/(C1+C2)となる。
In the normal photographing mode, the switches S1a, S2a, S1b, and S2b of the
上記の通り、通常撮影モードでは、同時に選択される行は2行毎であり、奇数行と偶数行がそれぞれ異なる列増幅回路302a,302bで読み出される。このように、2行分の画素信号データを同時に読み出すことで、読み出しの高速化を実現することができる。
As described above, in the normal photographing mode, every two rows are selected at the same time, and odd-numbered rows and even-numbered rows are read out by different
図8は、高ダイナミックレンジ撮影モードおけるタイミングチャートを示し、図9は、各タイミング期間における列出力線の接続スイッチの電気的な接続状態を示す。また、図10は、列増幅回路302a,302bのゲイン設定のための各スイッチの電気的接続状態を示す。
FIG. 8 shows a timing chart in the high dynamic range imaging mode, and FIG. 9 shows the electrical connection state of the column output line connection switch in each timing period. Further, FIG. 10 shows the electrical connection state of each switch for setting the gain of the
ここでの高ダイナミックレンジ撮影モードは、1回の撮像で得られる同一画素の出力信号を複数の異なる増幅ゲインにより読み出す駆動方法である。本実施形態では、1つの撮像素子104aにおいて、複数行の画素の信号を同時に読み出す通常撮影モードと、同一画素の信号を複数の列増幅回路によって読み出す高ダイナミックレンジ撮影モードを選択可能である。
The high dynamic range imaging mode here is a driving method in which the output signal of the same pixel obtained by one imaging is read out using a plurality of different amplification gains. In this embodiment, in one
高ダイナミックレンジ撮影モードにおいては、垂直走査パルスPVに同期して、時刻t0~t1では行選択スイッチSEL[1]が選択され、時刻t1~t2では行選択スイッチSEL[2]が選択され、時刻t2~t3ではSEL[3]が選択される。このように1行毎に画素が選択される。 In the high dynamic range shooting mode, in synchronization with the vertical scanning pulse PV, the row selection switch SEL[1] is selected from time t0 to t1, the row selection switch SEL[2] is selected from time t1 to t2, and the row selection switch SEL[2] is selected from time t1 to t2. SEL[3] is selected from t2 to t3. In this way, pixels are selected row by row.
時刻t0~t1では、接続スイッチ301a(odd),301b(odd)がONとなり、接続スイッチ301a(even),301b(even)がOFFとなる。選択された1行目(奇数行)の画素信号が2つの列増幅回路302a,302bにより増幅される。
From time t0 to t1, the connection switches 301a (odd) and 301b (odd) are turned on, and the connection switches 301a (even) and 301b (even) are turned off. The selected pixel signal of the first row (odd row) is amplified by two
次の時刻t1~t2では、接続スイッチ301a(odd),301b(odd)がOFFとなり、接続スイッチ301a(even)および301b(even)がONとなる。これにより、選択された2行目(偶数行)の画素信号が2つの列増幅回路302a,302bにより増幅される。
At the next time t1 to t2, the connection switches 301a (odd) and 301b (odd) are turned off, and the connection switches 301a (even) and 301b (even) are turned on. Thereby, the pixel signal of the selected second row (even row) is amplified by the two
続いて時刻t2~t3では、時刻t0~t1の電気的な接続状態と同様に選択された3行目(奇数行)の画素信号が2つの列増幅回路302a,302bにより増幅される。
Subsequently, from time t2 to t3, the pixel signal of the selected third row (odd number row) is amplified by the two
このように、画素の読み出しが、画素部20に配列される行数2n分繰り返される。このとき、図10に示すように、列増幅回路302aでは、スイッチS1a,S2aがONとなり、列増幅回路302aのゲインはC0/(C1+C2)となる。一方、列増幅回路302bでは、スイッチS1bのみがONとなり、列増幅回路302bのゲインはC0/C1となる。
In this way, pixel reading is repeated for the number of 2n rows arranged in the
例えば、各容量の値をC0=800[fF]、C1=50[fF]、C2=750[fF]とすると、列増幅回路302aのゲインは1倍、列増幅回路302bのゲインは16倍(=出力として3段高い状態)となる。
For example, if the values of each capacitance are C0 = 800 [fF], C1 = 50 [fF], and C2 = 750 [fF], the gain of the
これにより、同一露光をされた画素の電荷を、後段の画像処理部107に送る際、低ゲインの列増幅回路302aは、高ゲインの列増幅回路302bに比べて、出力が回路の上限になりにくい状況を作ることができる。なお、上述のゲインは16倍に限定されることなく、任意のゲインGを用いることができる。
As a result, when sending charges of pixels that have been exposed to the same light to the subsequent
上記のように列増幅回路302a,302bから出力された信号は、AD変換部209a,209b、列メモリ部205a,205b等を介して、出力回路208から出力される。その後、出力補正部111で出力値の補正が実施された後、画像処理部107でダイナミックレンジ拡大処理がなされる。
The signals output from the
ダイナミックレンジ拡大処理では、例えば、信号が所定のレベルより低い画素は、高ゲインの信号をそのまま使用し、信号が所定のレベルより高い画素は、低ゲインの信号を使用し、画像データを生成する。 In dynamic range expansion processing, for example, for pixels whose signal is lower than a predetermined level, a high-gain signal is used as is, and for pixels whose signal is higher than a predetermined level, a low-gain signal is used to generate image data. .
高ダイナミックレンジ撮影モードのダイナミックレンジ拡大処理の具体例について図11を用いて説明する。図11は、高ダイナミックレンジ撮影モードにおける露光量に対する出力値を示した図である。なお、出力値は、通常撮影モードにおける適正露出を基準に感度調整した値を示している。 A specific example of dynamic range expansion processing in the high dynamic range shooting mode will be described using FIG. 11. FIG. 11 is a diagram showing output values with respect to exposure amount in the high dynamic range shooting mode. Note that the output value indicates a value obtained by adjusting the sensitivity based on the appropriate exposure in the normal shooting mode.
図11(a)は、列増幅回路302bを用いる高ゲイン側を経由した出力信号と、列増幅回路302aを用いる低ゲイン側を経由した出力信号の、画像処理部107へ入力する前の状態を示している。
FIG. 11A shows the state of the output signal via the high gain side using the
撮像装置として、同時に画像を取得するため、高ゲイン側が適正露出となる露光条件(撮影条件)で撮影された場合、低ゲイン側の露出は、列増幅回路302bと列増幅回路302aのゲイン差分だけ暗くなる。
As the imaging device acquires images at the same time, when a photograph is taken under exposure conditions (photographing conditions) in which the high gain side provides proper exposure, the exposure on the low gain side is only the gain difference between the
図11(b)は、列増幅回路302aを用いる低ゲイン側を経由した出力信号と、その信号に対して画像処理部107によって高ダイナミックレンジ画像の合成用に段数補正した(ゲインをかけた)信号を示している。
FIG. 11(b) shows an output signal that has passed through the low gain side using the
低ゲインと高ゲインのゲイン比分を乗算することで、同時に取得した高ゲイン画像に近い信号出力まで信号レベルを上げることができる。 By multiplying the gain ratio between the low gain and the high gain, the signal level can be increased to a signal output close to the high gain image obtained at the same time.
図11(c)は、ダイナミックレンジ拡大処理として、図11(a)の高ゲイン側の信号と、図11(b)の低ゲイン側の信号を段数補正した(段数差に相当する増幅率で増幅した)信号を、所望の合成露出領域で合成した状態を示している。 FIG. 11(c) shows that, as a dynamic range expansion process, the high gain side signal in FIG. 11(a) and the low gain side signal in FIG. This shows a state in which the amplified) signals are combined at a desired combination exposure area.
電荷量として少ない低ゲイン側の信号は、撮像素子として露出(輝度)のリニアリティが低い状況であるため、合成領域に関して、リニアリティがズレやすく、色毎にもズレが生じるので、結果として、色比のずれも生じてしまう。 Since the signal on the low gain side, which has a small amount of charge, has a low exposure (brightness) linearity as an image sensor, the linearity tends to shift in the composite area, and shifts occur for each color, resulting in poor color ratio. A deviation may also occur.
そこで、本実施形態におけるモード毎の感度調整目標について、図12、図13を用いて説明する。 Therefore, the sensitivity adjustment target for each mode in this embodiment will be explained using FIGS. 12 and 13.
図12は、本実施形態の通常撮影モードにおける露光量に対する出力補正の一例を示した図である。 FIG. 12 is a diagram showing an example of output correction for the exposure amount in the normal shooting mode of this embodiment.
列増幅回路302a,302bの出力信号を破線で示している。また、その後段の「第1の出力調整手段」であるAD変換部209a,209b、および撮像部104の後段の「第2の出力調整手段」である出力補正部111でゲイン補正をかけた、画像処理部107に送られる信号を実線で示している。列増幅回路302a,302bと、出力補正部111は、画像処理部107の前段に設けられている。
The output signals of
後述する高ダイナミックレンジ撮影モードと対比するため、低ゲイン(例えばISO100)と高ゲイン(ISO800)の各色(G,R,B)の信号を示している。なお、各補正は、各撮像装置の感度毎に、露光量によらず、一律のゲインをかけて補正している。 For comparison with the high dynamic range photographing mode described later, signals of each color (G, R, B) with low gain (for example, ISO 100) and high gain (ISO 800) are shown. Note that each correction is performed by applying a uniform gain to each sensitivity of each imaging device, regardless of the exposure amount.
通常撮影モードでは、最も被写体が遭遇しやすい所望の光源での適正露出条件で、R,G,Bが適正出力になるように、露出および各色信号のバランスを、AD変換部209a,209bと出力補正部111で調整ゲインをかけることにより調整する。
In the normal shooting mode, the exposure and the balance of each color signal are adjusted and output by the
通常撮影モードでは、撮像装置が設定している感度が低ゲイン、高ゲインに関わらず、適正露出で各色が同様の各色信号のバランスとなる。通常撮影モードでの調整する目標としている露出条件を「第1の所定露出レベル」と呼ぶ。 In the normal shooting mode, regardless of whether the sensitivity set by the imaging device is low gain or high gain, each color has a similar balance of color signals with proper exposure. The target exposure condition to be adjusted in the normal shooting mode is referred to as a "first predetermined exposure level."
図13は、高ダイナミックレンジ撮影モードにおける露光量に対する出力補正の一例を示した図である。 FIG. 13 is a diagram showing an example of output correction for the exposure amount in the high dynamic range shooting mode.
図12と同様に、列増幅回路302a,302bの出力信号を破線、その後段のAD変換部209a,209b、および撮像部104の後段の出力補正部111でゲイン補正をかけた、画像処理部107に送られる信号を実線で示している。低ゲイン(例えばISO100)と高ゲイン(ISO800)の各色(G、R、B)を示している。
Similarly to FIG. 12, the output signals of the
高ダイナミックレンジ撮影モードでは、画像処理部107でのダイナミックレンジ拡大処理において、高ゲインの画像と、低ゲインを段数補正した画像の合成露出領域で、色毎に所望の出力になり、所望の色比になるように、低ゲインと高ゲインの各々での露出レベルにおいて出力補正を行う。具体的には、画像処理部107での、低ゲイン画像に高ゲインと低ゲインの段数差分の増幅を行う前に出力補正を行う。
In the high dynamic range shooting mode, in the dynamic range expansion process in the
例えば、合成露出領域(合成露出範囲)が「高ゲインでの適正露出+0.5段周辺」だとすると、高ゲイン側の出力補正は「適正露出+0.5段」の出力値に対して行う。また、低ゲイン側は、合成時の段数補正前の状態として「適正-2.5段」の出力値に対して色毎の輝度目標(色比目標)を設定する。すなわち、この例では、「適正-2.5段」の露出レベルにおいて各色の出力を調整し、色比のバランスを合わせる。ここで、高ダイナミックレンジ撮影モードでの低ゲイン画像の調整目標としている露出条件(ここでは、「適正-2.5段」)を、「第2の所定露出レベル」と呼ぶ。上記のような補正を行うことにより、合成露出領域での露出ズレ、色比ズレを軽減することができる。 For example, if the composite exposure region (composite exposure range) is "appropriate exposure at high gain + around 0.5 stops", output correction on the high gain side is performed for the output value of "appropriate exposure + 0.5 stops". Furthermore, on the low gain side, a luminance target (color ratio target) for each color is set for an output value of "appropriate -2.5 stages" as a state before stage number correction during composition. That is, in this example, the output of each color is adjusted at the exposure level of "appropriate -2.5 steps" to balance the color ratio. Here, the exposure condition (here, "appropriate -2.5 stops") that is the adjustment target for the low gain image in the high dynamic range shooting mode is referred to as the "second predetermined exposure level." By performing the above-described correction, it is possible to reduce exposure deviation and color ratio deviation in the composite exposure area.
この点について、もう少し詳しく説明する。 Let me explain this point in a little more detail.
低ゲイン画像を段数補正して高ゲイン画像と合成する合成領域は、もともと出力が低い領域であり、リニアリティが崩れかけている領域である。そのため、低ゲイン画像を単純に増幅して段数補正するだけでは、高ゲイン画像との合成領域において、色比がズレる場合がある。 The synthesis region in which the low gain image is corrected by the number of steps and synthesized with the high gain image is a region where the output is originally low, and the linearity is about to collapse. Therefore, simply amplifying the low gain image and correcting the number of stages may result in a shift in color ratio in the region where it is combined with the high gain image.
そこで、本実施形態では、低ゲイン画像を段数補正する前に、低ゲイン画像の段数補正後に合成する出力レベルのポイントの色比を、合成するべき高ゲインの色比に合わせておく。これにより、合成ポイントでの色比ズレを少なくすることができ、合成後の色比のリニアリティを改善することができる。 Therefore, in this embodiment, before correcting the number of stages of the low gain image, the color ratio of the output level points to be combined after correcting the number of stages of the low gain image is adjusted to the color ratio of the high gain to be combined. Thereby, it is possible to reduce the color ratio deviation at the compositing point, and it is possible to improve the linearity of the color ratio after compositing.
(変形例)
なお、上記の実施形態の高ダイナミックレンジ撮影モードは、複数露出の撮影画像を、異なるゲイン(低ゲイン、高ゲイン)で同時に取得する例を挙げて説明しているが、本発明はそれに限定されるものではない。
(Modified example)
Note that although the high dynamic range shooting mode of the above embodiment is explained using an example in which multiple exposure images are simultaneously acquired with different gains (low gain, high gain), the present invention is not limited to this. It's not something you can do.
例えば、異なる露光時間の画像取得で複数の露出画像を取得する高ダイナミックレンジ撮影モードにおいても、適正露光撮影と、アンダー露出、オーバー露出の撮影時の露出調整値を変更して画像を得ることで、同様の効果を得ることが可能である。 For example, even in high dynamic range shooting mode, where multiple exposure images are acquired by acquiring images with different exposure times, images can be obtained by changing the exposure adjustment value during proper exposure shooting, underexposure, and overexposure shooting. , it is possible to obtain similar effects.
本明細書の開示は、以下の撮像装置、制御方法を含む。 The disclosure of this specification includes the following imaging device and control method.
(項目1)
所定の露出で画像を取得する第1の撮影方式と、露出の異なる複数の画像を取得する第2の撮影方式とにより撮影を行うことが可能な撮像手段と、
前記撮像手段で取得した画像における各画像の信号値を調整する調整手段と、
前記第2の撮影方式により取得された前記複数の画像を合成することにより、高ダイナミックレンジ画像を生成する生成手段とを備え、
前記調整手段は、前記第1の撮影方式と前記第2の撮影方式とで、異なる露出レベルにおいて各画像の信号値の調整を行うことを特徴とする撮像装置。
(Item 1)
an imaging means capable of photographing using a first photographing method that acquires an image with a predetermined exposure and a second photographing method that acquires a plurality of images with different exposures;
Adjustment means for adjusting the signal value of each image in the image acquired by the imaging means;
generating means for generating a high dynamic range image by combining the plurality of images acquired by the second imaging method,
The image pickup apparatus is characterized in that the adjustment means adjusts the signal value of each image at different exposure levels in the first photography method and the second photography method.
(項目2)
前記各画像の信号値の調整は、各色信号のバランスの調整であることを特徴とする項目1に記載の撮像装置。
(Item 2)
The imaging device according to
(項目3)
前記調整手段は、前記第1の撮影方式では、第1の所定露出レベルにおいて画像の信号値を調整し、前記第2の撮影方式では、複数の露出の異なる画像を撮影する複数の撮影条件の少なくとも1つについて、前記第1の所定露出レベルとは異なる第2の所定露出レベルにおいて画像の信号値を補正することを特徴とする項目1または2に記載の撮像装置。
(Item 3)
In the first photographing method, the adjustment means adjusts the signal value of the image at a first predetermined exposure level, and in the second photographing method, the adjusting means adjusts the signal value of the image at a first predetermined exposure level, and in the second photographing method, adjusts the signal value of the image under a plurality of photographing conditions for photographing a plurality of images with different exposures. 3. The imaging device according to
(項目4)
前記第2の撮影方式では、前記調整手段は、前記複数の画像を合成した後の所定の露出範囲において、各色信号のバランスが所定の範囲に収まるように調整を行うことを特徴とする項目1乃至3のいずれか1項目に記載の撮像装置。
(Item 4)
(項目5)
前記第2の撮影方式では、前記撮像手段は、同一画素の信号を異なるゲインで増幅することにより、前記複数の画像を取得することを特徴とする項目1乃至4のいずれか1項目に記載の撮像装置。
(Item 5)
According to any one of
(項目6)
前記調整手段は、前記複数の画像に対して共通の補正を行う第1の出力調整手段と、該第1の出力調整手段の後段に配置され、前記複数の画像のそれぞれに異なる補正を行うことが可能な第2の出力調整手段とを有し、前記第2の出力調整手段が各色信号のバランスを調整することを特徴とする項目1乃至5のいずれか1項目に記載の撮像装置。
(Item 6)
The adjustment means includes a first output adjustment means that performs a common correction on the plurality of images, and is arranged after the first output adjustment means and performs different corrections on each of the plurality of images. 6. The imaging device according to any one of
(項目7)
前記第1の出力調整手段は、AD変換に用いる参照信号を調整することにより、前記複数の画像の信号値を補正することを特徴とする項目6に記載の撮像装置。
(Item 7)
7. The imaging device according to
(項目8)
前記生成手段は、前記複数の画像の間の露出レベルの差に相当する増幅率を、前記複数の画像のうちの露出レベルの低い画像に乗じて、前記複数の画像を合成することを特徴とする項目1乃至7のいずれか1項目に記載の撮像装置。
(Item 8)
The generating means combines the plurality of images by multiplying an image with a lower exposure level among the plurality of images by an amplification factor corresponding to a difference in exposure level between the plurality of images. The imaging device according to any one of
(項目9)
前記調整手段は、前記生成手段の前段に配置されていることを特徴とする項目1乃至8のいずれか1項目に記載の撮像装置。
(Item 9)
9. The imaging device according to any one of
(項目10)
所定の露出で画像を取得する第1の撮影方式と、露出の異なる複数の画像を取得する第2の撮影方式とにより撮影を行うことが可能な撮像手段を備える撮像装置を制御する方法であって、
前記撮像手段で取得した画像における各画像の信号値を調整する調整工程と、
前記第2の撮影方式により取得された前記複数の画像を合成することにより、高ダイナミックレンジ画像を生成する生成工程とを有し、
前記調整工程では、前記第1の撮影方式と前記第2の撮影方式とで、異なる露出レベルにおいて各画像の信号値の調整を行うことを特徴とする撮像装置の制御方法。
(Item 10)
A method for controlling an imaging device including an imaging means capable of performing imaging using a first imaging method that acquires an image with a predetermined exposure and a second imaging method that acquires a plurality of images with different exposures. hand,
an adjustment step of adjusting the signal value of each image in the image acquired by the imaging means;
a generation step of generating a high dynamic range image by combining the plurality of images acquired by the second imaging method,
A method for controlling an imaging apparatus, wherein in the adjustment step, signal values of each image are adjusted at different exposure levels in the first imaging method and the second imaging method.
(他の実施形態)
また本発明は、上述の実施形態の1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ーがプログラムを読み出し実行する処理でも実現できる。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現できる。
(Other embodiments)
The present invention also provides a system or device with a program that implements one or more functions of the above-described embodiments via a network or a storage medium, and one or more processors in a computer of the system or device reads the program. This can also be achieved by executing a process. It can also be implemented by a circuit (eg, ASIC) that implements one or more functions.
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。 The invention is not limited to the embodiments described above, and various changes and modifications can be made without departing from the spirit and scope of the invention. Therefore, the following claims are hereby appended to disclose the scope of the invention.
100:撮像装置、101:制御部、102:駆動部、103:光学系、104:撮像部、104a:撮像素子、105:ROM、106:RAM、107:画像処理部、108:表示部、109:内蔵メモリ、110:操作部、111:出力補正部、20:画素部、201:画素、202:垂直走査回路、203:列出力線、204:列増幅部、205:列メモリ部、206:水平走査回路、207:水平信号線、208:反転アンプ、209:AD変換部 100: Imaging device, 101: Control unit, 102: Drive unit, 103: Optical system, 104: Imaging unit, 104a: Imaging element, 105: ROM, 106: RAM, 107: Image processing unit, 108: Display unit, 109 : built-in memory, 110: operation section, 111: output correction section, 20: pixel section, 201: pixel, 202: vertical scanning circuit, 203: column output line, 204: column amplification section, 205: column memory section, 206: Horizontal scanning circuit, 207: Horizontal signal line, 208: Inverting amplifier, 209: AD conversion section
Claims (10)
前記撮像手段で取得した画像における各画像の信号値を調整する調整手段と、
前記第2の撮影方式により取得された前記複数の画像を合成することにより、高ダイナミックレンジ画像を生成する生成手段とを備え、
前記調整手段は、前記第1の撮影方式と前記第2の撮影方式とで、異なる露出レベルにおいて各画像の信号値の調整を行うことを特徴とする撮像装置。 an imaging means capable of photographing using a first photographing method that acquires an image with a predetermined exposure and a second photographing method that acquires a plurality of images with different exposures;
Adjustment means for adjusting the signal value of each image in the image acquired by the imaging means;
generating means for generating a high dynamic range image by combining the plurality of images acquired by the second imaging method,
The image pickup apparatus is characterized in that the adjustment means adjusts the signal value of each image at different exposure levels in the first photography method and the second photography method.
前記撮像手段で取得した画像における各画像の信号値を調整する調整工程と、
前記第2の撮影方式により取得された前記複数の画像を合成することにより、高ダイナミックレンジ画像を生成する生成工程とを有し、
前記調整工程では、前記第1の撮影方式と前記第2の撮影方式とで、異なる露出レベルにおいて各画像の信号値の調整を行うことを特徴とする撮像装置の制御方法。 A method for controlling an imaging device including an imaging means capable of performing imaging using a first imaging method that acquires an image with a predetermined exposure and a second imaging method that acquires a plurality of images with different exposures. hand,
an adjustment step of adjusting the signal value of each image in the image acquired by the imaging means;
a generation step of generating a high dynamic range image by combining the plurality of images acquired by the second imaging method,
A method for controlling an imaging apparatus, wherein in the adjustment step, signal values of each image are adjusted at different exposure levels in the first imaging method and the second imaging method.
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