JP2710317B2 - Color imaging device - Google Patents

Color imaging device

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JP2710317B2
JP2710317B2 JP62234133A JP23413387A JP2710317B2 JP 2710317 B2 JP2710317 B2 JP 2710317B2 JP 62234133 A JP62234133 A JP 62234133A JP 23413387 A JP23413387 A JP 23413387A JP 2710317 B2 JP2710317 B2 JP 2710317B2
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  • Color Television Image Signal Generators (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、対数カラー撮像装置に関し、特にダイナミ
ックレンジの拡大等の手段を有するものである。 [従来の技術] 一般に、撮像素子のダイナミックレンジは、50dB程度
であると言われている。ところが一般的な被写体の輝度
差、つまりダイナミックレンジは、これより大きいもの
が多く、100dB以上のこともある。この点を解決する手
段として特開昭60−52171号公報に記載されているよう
な技術的手段があるが、これはあくまで白黒画像を対象
としたものであり、カラー画像を対象とするものではな
い。 [発明が解決しようとする問題点] 特開昭60−52171号公報(特願昭58−160916号)に記
載されているダイナミックレンジ改善手段は、白黒画像
を対象としたものであり、カラー画像を対象とするもの
ではない。カラー画像を対象とする場合には、カラー画
像特有の性質に応じた格別の処理を行なう必要がある
が、現在のところその具体的手段がない。このため、カ
ラー撮像を行なう場合に、種々不具合があり、良好なカ
ラー画像を得ることか困難であった。 そこで本発明は、従来の撮像素子(例えば50dB)を用
いたものでありながら、カラー画像のダイナミックレン
ジを大幅に改善でき、極めて良好なカラー画像の撮像を
行なえるカラー撮像装置を提供することを目的とする。 [問題点を解決するための手段] 本発明は、上記問題点を解決し目的を達成するため
に、観察者が観察するためのカラー画像を撮像するカラ
ー撮像装置において、 被写体をカラー映像信号として入力するカラー映像信
号入力手段と、入力されたカラー映像信号から明るさを
表す信号成分を抽出する輝度信号抽出手段と、この輝度
信号抽出手段により抽出された明るさを表す信号成分を
非線形に圧縮する非線形圧縮手段と、前記入力されたカ
ラー映像信号の明るさを表わす信号成分が非線形に圧縮
された状態において前記非線形圧縮手段にて設定された
圧縮度を利用して入力時のカラー映像信号の彩度と圧縮
後の彩度が観察者の視覚上で略一定となるように新たに
カラー信号を合成するカラー信号合成手段とを備えたこ
とを特徴とするものである。 [作用] このような手段を講じたことにより、次のような作用
を呈する、RGBの三原色ベクトルで示される色空間は、
マトリクス変換により、第1図に示すように輝度信号Y
と、これに垂直な面として示される色相面M(R−Yと
B−Yの直交座標にて表示される)に分けて考えること
ができる。第1図中θは色相を示し、γは彩度を示し、
CBは色ベクトルを示している。ところで、カラー画像の
ダイナミックレンジを拡大するには、輝度信号Yのみを
圧縮すればよいのであるが、視覚上の彩度γは輝度Yで
規格化されたもの(彩度の絶対値が同じでも輝度が2倍
になれば、彩度は1/2となる)であるから、輝度Yの圧
縮化を彩度γに乗じなければならない。つまり輝度Yを
対数圧縮するときは、logY/YをR−Y,B−Yに乗じれば
よい。かくして前記手段を講じたことにより、視覚上で
の彩度、色相に影響なくダイナミックレンジを拡大する
ことが可能となる。 [実施例] 第2図および第3図は本発明の第1実施例の全体的構
成を示すブロック図である。第2図に示すように、結像
レンズ1、ハーフミラー2を通った光像は、撮像素子3
a,3bに入射する。撮像素子3a,3bは駆動回路4により駆
動され、光像を電気信号に変換する。この信号は、RGB
分離回路5,6に送られ、二組のRGB信号に分離される。 今、撮像素子3a,3bのダイナミックレンジを50dBと
し、ハーフミラー2の〔透過光量〕/〔反射光量〕を50
dBに設定すると、撮像素子3a,3bの撮像特性は第4図の
ようになる。第4図の入力座標は対数目盛となってい
る。第4図において、aは撮像素子3aの撮像特性であ
り、bは撮像素子3bの撮像特性である。上記撮像素子3
a,3bの出力を単純に加算すると、第5図のように折線近
似で表わされる100dBの対数撮像特性が得られる。第5
図の破線は理想的な対数特性を示している。上記折線の
部分を破線で示す理想的な対数特性にできるだけ接近さ
せるために、第2図に示すように対数増幅器7〜12を用
いている。 第6図は対数増幅器7〜12の内部構成を示す図で、第
5図の折線の範囲(50dB)を4段の折線でさらに対数特
性に近似させるようにした例である。第6図の13〜15は
それぞれ12.5dBの増幅度をもつ増幅器である。また16〜
19は12.5dBに相当する振幅でリミッタを行なうウィンド
ウ回路である。また20は加算器である。 第7図は第6図に示す対数増幅器の作用を示す図で、
21はウィンドウ回路16の出力、22はウィンドウ回路17の
出力、23はウィンドウ回路18の出力、24はウィンドウ回
路19の出力、をそれぞれ示す。これらの4個の出力を第
6図の加算器20で加算することにより、第7図に25で示
すような50dBのダイナミックレンジを有する理想的な対
数特性に近付けることができる。 なお第6図の例では4段で近似させる場合を示した
が、段数を増せばさらに良好な近似が得られることは言
うまでもない。実際にはウィンドウ回路16〜17に使用す
る半導体素子の対数特性を利用して少ない段数で実施可
能である。 上記説明から解かるように、二組のRGB出力をさらに
対数増幅器7〜12を通すことにより、理想的な対数特性
となし、これを第2図に示す如くRGB毎に加算器26,27,2
8にてそれぞれ加算することにより、一層正確な100dBの
ダイナミックレンジをもつ信号logR,logG,logBを得るこ
とができる。 ところで、カラー画像に関しては、前述したように信
号logR,logG,logBを、logY,logY(R−Y)/Y,logY(B
−Y)/Yの形に変換しなければならない。次にその手段
について説明する。 基本原理は逆対数増幅器によって逆変換を行ない、各
色信号R,G,Bを取出したのち、線形マトリクス変換回路
でY,R−Y,B−Yに変換し、その後においてlogY,logY
(R−Y)/Y,logY(B−Y)/Yに変換することにあ
る。ところが逆対数増幅器で100dBのダイナミックレン
ジをもつR,G,B信号に変換してから信号処理すること
は、現実には電気回路そのもののダイナミックレンジ
(S/N)の点で不可能である。しかるに、R,G,Bの相対比
率は視覚特性上、40dB以上は必要ないとされている。つ
まり、40dB以上であっても輝度、彩度、色相の相違が目
に感じないということである。この視覚特性を利用して
信号logR,logG,logBの逆対数変換回路をフローティング
ポイント方式によって実現することができる。以下その
具体的手段について説明する。 まず信号logR,logG,logBを第3図に示す増幅器29,30,
31で第8図の32に示すように2倍に増幅する。そして、
これらの出力の実時間平均値が常に第3図のウィンドウ
回路36,37,38のリミッタ値Wの半分すなわちW/2になる
ように減算器33,34,35でダイナミックに減算を行ない、
第8図の39のような特性となす。第8図の0〜wは50dB
のウィンドウ幅を示す。上記減算において減ずる値logM
は logM={(logR+logG+logB)/3}−W/2 なる式で表わされる。上記値logMは、第3図に示す平均
値演算回路40によってつくられる。ウィンドウ回路36,3
7,38のリミッタ値Wは、増幅器29,30,31の出力の50dB分
のダイナミックレンジに相当する。つまり、信号logR,l
ogG,logBの平均値を中心に±25dBの範囲の信号がウィン
ドウ回路36,37,38から出力されることになる。ここでウ
ィンドウの幅を50dBに選んだのは、前記40dBに対して10
dBの余裕をみて50dBに設定したからである。50dBのダイ
ナミックレンジであれば、良好なS/Nにて逆対数増幅器
(指数増幅器)を構成することができ、後のマトリクス
変換処理も容易となる。 第9図は逆対数増幅器41,42,43の内部構成を示す図で
ある。第9図において、61〜63は減算器、64〜67はマイ
ナス利得増幅器、68〜71はO(V)以下をクリップする
クリップ回路、72は加算器である。 第3図に示すウィンドウ回路36,37,38の各出力は、50
dBのダイナミックレンジをもつ逆対数増幅器41,42,43に
入力し、ここで入力に対して線形な値に変換されたの
ち、マトリクス変換回路44に入力する。マトリクス変換
回路44の出力を式で表わすと、 ここでlog-1は50dBのレンジとなる。 つまり ※ Mは前述の(R・G・B)1/3 となる。このマトリクス変換回路44の出力は、再度50dB
の対数増幅器45,46,47に入力され、対数圧縮がなされた
のち、加算器48,49,50によって前記平均値logMが加算さ
れる。これにより、100dBのダイナミックレンジをもつl
ogY,log(R−Y),log(B−Y)を合成することがで
きる。この後、logYは加算器51によって利得調整および
自動利得制御が行なわれ、係数Sを与えられる乗算器52
によってダイナミックレンジの調整が行なわれる。この
点に関しては、前記した特開昭60−52171号公報に開示
されている技術的手段を用い得る。 一方、log(R−Y)とlog(B−Y)は、減算器53,5
4によって対数増幅器45の出力であるlogYを減じられ、l
og{(R−Y)/Y},log{(B−Y)/Y}の形に変換さ
れる。そして100dBのダイナミックレンジをもつ逆対数
増幅器55,56によって(R−Y)/Y,(B−Y)/Yの形に
変換されたのち、乗算器57,58によって乗算器52の出力
であるlogYが乗算され、 logY/Y・(R−Y) logY/Y・(B−Y) の形に変換される。この後で、逆マトリクス回路59で
R′,G′,B′信号に変換したり、NTSC信号に変換したり
して、通常のカラーTV信号として取扱うことができる。 上記第1実施例によれば、ダイナミックレンジの狭い
撮像素子を用いたものでありながら、カラー画像のダイ
ナミックレンジを大幅に改善でき、極めて良好なカラー
画像の撮像を行なうことができる。 本発明の第2実施例を第10図を参照して以下に説明を
する。尚、第1実施例と同じ回路については同じ番号を
付ける。 第1実施例の第3図に示される増幅器29,30,31の出力
は第10図のγ補正回路72,73,74に入力され、ここでγ補
正が施される。つまり増幅器29,30,31の出力はlogR,log
G,logBと言う具合に対数圧縮が施されているため、R,G,
Bにγ補正をかけると言うことは、次式に示す様にこれ
らの信号にγをそれぞれ乗算すれば良いことになる。 logRγ=γ・logR logGγ=γ・logG logBγ=γ・logB ところで、γ補正回路は通常γ<1であるから、第10
図において72,73,74に示す様にそれぞれ抵抗R1,R2を用
いた抵抗分割による減算器で簡単に構成することができ
る。ただし、第12図に示す様にγ補正後の最大振幅値
(飽和値)を補正前のそれと一致させるために減衰の基
準電圧VRは補正前の最大振幅値(飽和値)に等しく設定
されている。次にγ補正を受けた信号logRγ,logGγ,lo
gBγは3つの入力端を有する平均値演算回路40に入力さ
れると共に、それぞれ減算器33,34,35及び加算器75,76,
77に入力される。平均値演算回路40と減算器33,34,35と
ウィンドウ回路36,37,38と逆対数増幅器41,42,43とマト
リクス回路78と対数増幅器45と加算器48の動作は前述の
第1実施例と同じである。マトリクス回路78はY信号の
みを作るためのものである。加算器48の出力であるlogY
(100dBのダイナミックレンジを持つ。)は次に加算器7
9によって利得調整または自動利得調整が行なわれ、乗
算器80によってダイナミックレンジ調整または自動ダイ
ナミックレンジ調整が行なわれる。加算器79に印加され
る利得調整電圧をlog b、乗算器80に印加されるダイナ
ミックレンジ調整電圧をaとすれば、乗算器80の出力は
a log bYとなる。切換スイッチ81と82は利得調整および
ダイナミックレンジ調整の自動制御と手動制御を切換選
択するためのものである。 次に自動利得調整と自動ダイナミックレンジ調整の原
理について説明する。自動利得調整は輝度信号の1画面
分の平均値、もしくは画面の一部分の平均値(自乗平均
でも良い)、もしくは画面の一部分に重みづけをした平
均値が一定となるように、帰還制御をすることで行なわ
れる。自動ダイナミックレンジ調整は輝度信号の1画面
分の標準偏差値、もしくは画面の一部分の標準偏差値、
もしくは画面の一部分に重みづけをした標準偏差値が一
定となる様に帰還制御をすることで行なわれる。第10図
のうち83は前述の輝度信号の平均値を求めるためのロー
パスフィルタである。ローパスフィルタ83の出力は比較
増幅器84によって、(可変抵抗VR1で設定できる)利得
基準電圧86と比較増幅器(差動増幅)された後、切換ス
イッチ81を経て加算器79に入力され、輝度信号と加算さ
れる。こうすることにより帰還ループが成立し、輝度信
号の平均値(ローパスフィルタ83の出力)が利得基準電
圧86と等しくなるように自動的に制御される。この様に
して自動利得制御を受けた輝度信号は次に乗算器80に入
力される。乗算器80の出力は標準偏差値を求める標準偏
差生成回路100に入力される。まず減算器100−1によっ
て輝度信号の平均値(ローパスフィルタ83の出力)が差
し引かれた後自乗検波器100−2によって検波が行なわ
れる。そしてローパスフィルタ100−3によって、その
平均値が求められた後に、平方根回路100−4に入力さ
れ、輝度信号の標準偏差値が求められる。この値は比較
増幅器85に入力され、(可変抵抗VR2で設定可能な)ダ
イナミックレンジ基準電圧87と比較増幅(差動増幅)さ
れた後、切換スイッチ82を経て乗算器80に入力され輝度
信号と乗算される。こうすることにより帰還ループが成
立し、輝度信号の標準偏差値がダイナミックレンジ基準
電圧87と等しくなるように自動的に制御される。尚、第
10図に示す標準偏差値を求める標準偏差生成回路100は
簡易化して第11図に示す標準偏差生成回路100′の様に
しても良い。つまり減算回路100−1で平均値を差し引
いた後、検波回路100−5で絶対値検波を行ない、ロー
パスフィルタ100−6で輝度信号の分散の平均値を求め
ても良い。このようにして利得とダイナミックレンジの
制御を受けた輝度信号は次に対数増幅器92に入力され
る。 尚、第10図において、切換スイッチ81とか82を図で示
す接点Sa側がオンするように切換えると、それぞれ可変
抵抗VR3,VR4で設定された利得設定電圧及びダイナミッ
クレンジ設定電圧が印加され、手動によって利得制御及
びダイナミックレンジ制御を行うことができる。 尚、例えば利得を手動制御、ダイナミックレンジを自
動制御のように選択できるし、この逆を選択することも
できる。 ところで、上記第1実施例においては色信号R−Y,B
−Yに輝度信号Yの圧縮度logY/Yを乗じることにより、
色相、彩度に影響を与えることなく輝度信号Yのみを圧
縮させている。これについては輝度信号Yの圧縮度logY
/YをR,G,Bそれぞれに乗算してlogY/Y・R,logY/Y・G,log
Y/Y・Bとしても同じ結果になる。このことはlogY,logY
/Y(R−Y),logY/Y(B−Y)を逆マトリクス回路に
通すとlogY/Y・R,logY/Y・G,logY/Y・Bとなることから
もわかる。そこで本実施例においては乗算器80の出力、
つまりa log bYを一旦、100dBの対数増幅器92によって
圧縮し、log(a log bY)の形にする。次にこの信号か
ら加算器48の出力であるlogYを減算器88によって減ずる
ことにより、log(a log bY/Y)の信号を得る。この減
算器88の出力を加算器75,76,77によってlogR,logG,logB
にそれぞれ加算することによってlog(a log bY/Y・
R),log(a log bY/Y・G),log(a log bY/Y・B)を
得ることができる。この後100dBの逆対数増幅器89,90,9
1でa log bY/Y・R,a log bY/Y・G,a log bY/Y・Bを得
ることができ、結果的に色相、彩度に影響を与えること
なく輝度信号のみを圧縮することができる。ここで上記
第1実施例し比較した第2実施例の特徴を述べると、第
1実施例においては色信号R−Y,B−Yは正負の振幅を
持つため、対数増幅器46,47と加算器49,50と減算器53,5
4と逆対数増幅器55,56は信号を正負に分けて、それぞれ
計算しなくてはならなくなり、回路が多少複雑になる。
これは対数の真数は数学的に正の値しか取れないためで
ある。ところがこの第2実施例においては正の値しかと
らないR,G,B信号のみで処理を行なうため、回路が簡単
になる。 次に以上の各実施例で使用しているフローティングポ
イント方式の他の方式を第13図と第14図を用いて説明す
る。 前述のフローティング方式の逆対数変換を行うものに
おいては、例えば第10図では入力信号はlogRγ,logGγ,
logBγ(第3図ではlogR,logG,logBである。)となり、
これらの信号の平均値をウィンドウ幅の中心に設定して
いる。これに対しこのフローティング方式のものでは入
力信号logRγ,logGγ,logBγ(又はlogR,logG,logBでも
良い。)の内の一番大きい信号を検出し、その一番大き
い信号をウィンドウの上限に設定し、この上限から−50
dBだけ下のレベルの範囲迄をウィンドウの幅にするもの
である。ウィンドウの幅より小さい信号、つまり最大信
号レベルより−50dB以下の信号は同一振幅として取り扱
っても、先述した様にカラー画像の人間の視覚特性上ま
ったく影響がないため、ウィンドウ回路で一旦切り捨て
てしまう。実際の回路は第14図に示す様に、logRγ,log
Gγ,logBγの信号はlogRγとlogGγ,logGγとlogBγ,lo
gBγとlogRγとをそれぞれ比較する比較器93と94と95に
入力される。そして各比較出力は最大値を判定するため
のリードオンリメモリROM(ルックアップテーブル)96
に入力される。リードオンリメモリ96からの判定信号は
高速マルチプレクサ97に入力され、最大信号を選択する
ために、ダイナミックに切換動作を行う切換信号として
機能する。この一連の動作により第13図に示すように常
にlogRγ,logGγ,logBγの信号のうち一番大きい信号が
常時選択されることになる。尚、ローパスフィルタ98は
切換ノイズを取るためのものである。そしてこの最大値
から−50dBのウィンドウ幅を取るために、ローパスフィ
ルタ98の出力は加算回路99で50dBのウィンドウ幅に相当
する電圧Wが加算された後減算回路33,34,35に入力さ
れ、減算されると共に加算回路48(第3図では48,49,50
となる)に入力されフローティングポイント方式のマト
リクス演算が行なわれる。 ところで以上の実施例は当然、ディジタル回路でその
まま構成することができる。第3図と第10図に示すアナ
ログ量のフローティングマトリクス演算回路はA/D変換
した後にリードオンリメモリ等を使用したルックアップ
テーブル方式による非線形なマトリクス演算により実行
しても良いし、浮動小数点演算方式のディジタルシグナ
ルプロセッサ(LSI化されている)によって実施しても
良いし、将来的にディジタル技術が進歩したときは実用
的である。 次に本発明に他の機能を付加した例について説明を行
なう。加算器48の出力は輝度信号を対数圧縮したもので
あるから、加算器48の後に2次元ハイパスフィルタを入
れることにより、照明ムラ等の乗法的雑音を除去した
り、構造強調を効率良く実施したりすることができる。
詳しい原理については特願昭60−272885に記載されてい
るので説明をはぶく。 上述の各実施例では撮像素子からR,G,Bの原色信号が
得られるものであった。カラー撮像素子としては補色
系、すなわち黄(Ye)、シアン(Cy)、マゼンタ(Ma)
等のカラーフィルタを使用する例もある。以下このよう
なカラー撮像素子を用いた場合の実施例について説明す
る。 第15図は補色フィルタの例を示す。Mg,G,Cy,Yeの4色
を使用している。第16図は第3実施例におけるカラー信
号処理回路のブロック図を示す、第15図に示すような補
色フィルタが受光面に取付けられた撮像素子から得られ
た対数特性をもつ信号logMa,logG,logCy,logYeが減算器
102〜105にそれぞれ入力される。減算される値logMは、 logM={(logMa+logG+logCy+logYe)/4}−W/2 なる式で与えられ、この値は平均値演算回路101にて生
成される。減算器102〜105より出力される信号の実時間
平均値は常にウィンドウ回路106〜109のリミッタ値Wの
半分となり、逆対数増幅器110〜113により線形な信号に
再現することができる。(尚、第14図に示す方式を用い
て最大レベルから50dB下までのウィンドウ幅にしても良
い。)逆対数増幅器110〜113より出力される線形な信号
Ma,G,Cy,Yeは、マトリクス回路114により輝度信号Y、
色差信号R−Y,B−Yに変換される。ここでマトリクス
回路114において行なわれる演算のマトリクスの係数は
補色フィルタの特性に対応して設定されることはもちろ
んである。第15図に示す補色フィルタの場合、フィルタ
透過率を適切に設定すれば輝度信号及び色差信号は次式
で表わされる。 Y=Ma+Cy+G+Ye R−Y=(G+Cy)−(Mg+Ye) B−Y=(Mg+Cy)−(G+Ye) すなわちマトリクスの係数は1となり、マトリクス回路
114は加算器または減算器のみの単純な構成となる。 さて、減算器102〜105によってマトリクス回路114よ
り出力された信号は、平均値Mで割られているものであ
る。従って、これらの信号は対数増幅器115〜117により
対数圧縮された後加算器118〜120によりlogMが加算され
ることでlogY,log(R−Y),log(B−Y)が得られ
る。logY信号は加算器121及び乗算器122により、第10図
に示す場合と同様に利得及びダイナミックレンジの制御
が行なわれる。一方、R−Y及びB−Y信号は減算器12
3,124によりlogY信号が減算された後、加算器126,127に
より対数増幅器125より出力されたlog(logY)が加算さ
れる。そして逆対数増幅器128,129により線形な信号に
変換され、視覚上の補正がされた信号(R−Y)′=
(R−Y)logY/Y,(B−Y)′=(B−Y)logY/Yが
得られる。なお、補色信号を用いた場合には通常のガン
マ補正は行なえないが、対数圧縮された輝度信号を抵抗
R3及びR4で分圧し、バイアス電圧Vを与えた減算器130
を通してガンマ補正するとともに、輝度信号に応じて色
差信号のレベルを調整することによりガンマ補正と同様
の効果を得ることが可能である。 尚、131は色差信号レベルの補正を行なうγ補正用関
数変換回路である。以上で得られた輝度信号Y′及び色
差信号(R−Y)′,(B−Y)′はNTSC信号に変換し
たり、逆マトリクス回路でR′,G′,B′信号に変換され
る。 第17図は本発明の第4実施例におけるカラー信号処理
回路を示し、この回路では補色フィルタを用いた場合の
カラー信号処理を行う。logMa,logG,logCy,logYeの信号
がフローティングポイント方式の逆対数増幅器により線
形な信号Mg,G,Cy,Yeに変換されることは、第16図に示す
実施例と同様である。これらの信号は4入力の加算器13
2により加算され、輝度信号Yが得られる。更に対数増
幅器115により対数圧縮された後、加算器118により係数
Mが加えられ、logY信号となる。加算器121及び乗算器1
22により利得及びダイナミックレンジの調整が行なわ
れ、圧縮された輝度信号Y′が得られる。 対数増幅器125を通ったY′信号とlogY信号とが減算
器133により減算され、log(Y′/Y)が得られる。この
信号とlogMg,logG,logCy,logYeとが加算器134〜137によ
りそれぞれ加えられ、各補色信号にY′/Yが乗算された
信号になる。この後、逆対数増幅器138〜141により、4
つの線形な信号Mg・Y′/Y,G・Y′/Y,Cy・Y′/Y,Ye・
Y′/Yが得られ、これらが4入力の加減算器142,143に
印加されて視覚上の補正がなされた色差信号(R−
Y)′,(B−Y)′が得られる。 以上説明したように、補色フィルタを使用した場合で
もR,G,Bの原色信号の場合と同様にカラー対数撮像を行
なうことができる。 ところで、上述した各実施例では、第1図に示すよう
に2つの撮像素子3a,3bを用いて、広いダナミックレン
ジ(例えば100dB)の信号を得ているが、撮像手段側で
その出力特性(光電変換特性)を対数特性にしたものに
してあると、撮像素子を1つにできるので、小型化でき
る等の利点がある。 以下、撮像側の出力特性を対数特性にした本発明の第
5実施例を説明する。 上記出力特性を対数特性にする方法として、例えば
(撮像)素子内対数圧縮することが挙げられる。この具
体例として、第18図に示す横型OFD(オーバーフロード
レイン)144を備えたIL−CCD(インタライン転送型CC
D)145を用いて実現することを説明する。 上記IL−CCD145は、縦方向の受光エレメント列146と
交互に垂直シフトレジスタ147を配置し、さらに受光エ
レメント列146と垂直シフトレジスタ147との間に配設し
た転送ゲート148にトランスファゲート信号φTGを印加
することによって、各垂直シフトレジスタ147には隣接
する受光エレメント列146で蓄積された信号電荷が転送
される。しかして、垂直シフトレジスタ147に垂直転送
クロックφVを印加することによって、信号電荷を垂直
(縦)方向に転送し、水平シフトレジスタ149に転送
し、この水平シフトレジスタ149に水平(横)方向の画
素数分の水平シフト様クロックφHを印加することによ
って、出力アンプ150を経てCCD出力信号を出力できる。
尚、各受光エレメント列146に隣接して形成されたオー
バーフロードレイン144は、通常は適宜値で正の電圧が
印加され(nチャンネルの場合)、受光エレメントで過
剰に蓄積された電荷をオーバーフローさせる等させる。
この実施例では、このオーバーフロードレイン144への
印加電圧を制御して出力特性を対数特性にするものであ
る。尚、ドレインは抵抗Rを介して接地されている。 素子内対数圧縮の方法は、基本的には素子145の各受
光エレメントのポテンシャル井戸の深さを露光時間tの
経過に伴い、次式で表わされる関数V(t)に従って変
化させる。 但し、ここで時間tは、最大露光時間(期間)T以下、
つまりO≦t≦Tである。又、Aは対数圧縮の度合(ダ
イナミックレンジ)を表わす定数であり、Bは利得を表
わす定数である。 上記(1)式を導くために、第18図に示す関数V
(t)を考える。 第18図において、横軸は時間t、縦軸はポテンシャル
井戸の深さを表わし、この関数V(t)はポテンシャル
井戸の深さの時間的変化を表わす曲線である。 すなわち、1露光期間中において、露光開始点から少
しだけ経過した時点では、ポテンシャル井戸の深さはご
く浅いため、極低輝度の光信号電荷は全てチャージされ
るが、それ以上の強度の輝度の光信号電荷はポテンシャ
ル井戸の深さに飽和してしまい、この飽和以上に余分の
電荷はOFD144に捨てられる。 しかして、時間と共に増加するポテンシャル井戸の深
さはV(t)で表わされる。この場合、各時間tでのポ
テンシャル井戸の深さ分の電荷量が嵩上げ分として、そ
の時間(t)でのV(t)の接線の傾きdV(t)/dtに
相当した光信号電荷の蓄積が繰り返されて、この関数V
(t)に従って増加する。上記時間tでの関数V(t)
での接線の傾きdV(t)/dtは、時間tと共に大きくな
る。このため、低輝度成分程電荷蓄積が行われる実質の
露光時間が長くなり、その分信号レベルが増大する。一
方、高輝度成分になる程、実質の露光時間は短くなり、
その分高輝度レベルでの信号増大が抑圧されることにな
る。 上記抑圧の割合が対数圧縮となるように関数V(t)
を以下のようにして求めることができる。 ある時間t1における関数V(t)の接線P(t1)は次
式で表わされる。 この傾きdV(t1)/dtを持った輝度の光電荷は露光期間
T中に、 だけ発生し、最大露光時間Tでの接線P(T)は、
(2)式より だけポテンシャル井戸にチャージされる。 従って、素子の出力特性に対数特性を持たせるために
は、 P(T)=A log{Q(T)} ……(5) なる関係が成立する必要がある。 ところで、入射光量が0の時(つまり電荷量が0の
時)、上記(5)式ではP(T)=−∞となってしまう
が、実際の光電変換特性では光電荷が0から始まるのに
対応して、P(T)も0から始まる必要がある。従っ
て、上記(5)式は、これを考慮して、 P(T)=A log{Q(T)+1} ……(5′) となるべきである。(すなわち、素子の光電変換特性の
縦軸を右に1だけシフトしたことと等価。)また、利得
を変えることは、Tを変化できるようにすることであ
り、例えばTをB倍すれば良く、(3),(4)式のT
をB・Tに置換すれば良い。 従って、(3),(4),(5′)式より となる。 ここで、時間t1は0からTまでの任意の時間tで、上
式が成立する必要があるので、t1をtに置換してとなり、この(7)式を整理すると となり、(1)式が求められる。 第20図に(1)式を満たす関数V(t)のグラフを示
す。 実際の回路上では、例えば100dBのダイナミックレン
ジの圧縮を行なう場合、t=Tにおける例えば暗電流の
様な雑音電荷の蓄積量が素子の最大飽和レベルEmaxの例
えば1/105となるように定数Aを決め、且つ100dBの光信
号がEmaxになる様に利得Bを定める。 参考までに、A=1,B=1のときV(t)は V(t)=log{T/(T−t)}−t/T となる。尚、ここでlogは自然対数を表わす。 第21図に素子内対数圧縮を行った時の素子の光電変換
特性を示す。但し、この特性は、ダイナミックレンジ50
dBの素子を使って、撮像ダイナミックレンジを100dBに
拡大した場合の例を示す。 上記IL−CCD145では、ポテンシャル井戸の深さを変化
させる方法として、OFDゲート電圧をOFDゲートの障壁が
一番低くなり、受光エリアにたまった全電荷をOFDに流
してしまうレベルV2から、OFDゲートの障壁の高さが一
番高くなるレベルV0まで、上記(1)式に従って連続的
に変化させることで行われる。 但し、実際にはOFDゲートにかける電圧は、電荷が負
であることにより、上記(1)式の極性を反転し、V2
ら減少させる減少関数となり、第22図の破線で示すもの
となる。尚、横軸は時間tで、Tは例えば1/30sec又は1
/60secである。 上記OFDゲート制御信号S3は、例えば次のようにして
生成される。 第23図はOFD制御信号発生回路のブロック図を示す。 先ず、利得、ダイナミックレンジが固定の基本システ
ムについて、第23図中の破線で示された流れに従って説
明する。 先ずシステムコントローラ151から出力されるタイミ
ング信号により、位相同期がかけられた鋸歯状波発生回
路152は、第24図(a)に示す鋸歯状波S1が出力され
る。この鋸歯状波S1は、周波数が60Hz(フィールド読出
し時)あるいは30Hz(フレーム読出し時)であり、ピー
ク電圧は例えばV1である。但し、このピーク電圧V1より
低い電圧レベルV2で、鋸歯状波S1をリミットした時に生
じる上辺の長さ部分が垂直ブランキングに相当する様に
設定されている。この鋸歯状波S1は、関数発生回路153
に入力され、上記(1)式に従った関数曲線V(t)の
反転出力S3が生成される。この出力S3は第24図(b)に
示す反転前の信号S2を反転した同図(c)に示す波形と
なる。つまり、この信号S3は、t=0のとき電圧レベル
V2であり、V0でクランプされた波形になっている。尚、
この関数発生回路153の特性に、撮像素子のγ特性を考
慮して、そのγ特性を補正した特性を(1)式のAの値
に持たせ、素子内でγ補正を行わせることもできる。例
えば、第22図の破線で示す制御信号S3から実線で示す制
御信号S3′にすることにより、γ補正された信号を出力
させることもできる。このように素子内でγ補正を行う
と、映像信号処理部に設けるγ補正回路が不要となり、
回路を簡単化できる。(この場合には、第25図,第43図
における破線部Bは不要になる。) ところで、被写体によって、全体に明るい被写体の場
合あるいはその逆で暗い被写体の場合がある。また、ダ
イナミックレンジの広い被写体もあれば、ダイナミック
レンジの狭い被写体もある。 従って、あらゆる被写体の情報を常に同一の圧縮特性
で撮像する必要がない場合、各画像を常に最大のS/Nの
ものにするべく、利得制御(自動利得制御:AGCとか手動
による利得制御)とかダイナミックレンジ制御(自動ダ
イナミックレンジ制御:ADCあるいは手動によるダイナミ
ックレンジ制御)を行えるようにすることは有効なもの
になる。 上記利得制御は露光時間を制御することで行うことが
でき、(1)式中のBを変化できるようにすれば良い。
この利得制御を行う制御回路は、第23図に示すように鋸
歯状波発生回路152の出力信号S1をリミッタ154に入力し
て、電圧レベルV2でリミットした後、減算器155に入力
し、電圧V2から減算する。この減算出力を乗算器156に
入力し、利得制御信号S4を乗算し、再度リミッタ157に
入力し、電圧V2でリミットし、減算器158に入力し、電
圧V2から減算する。この減算器158の出力信号S1′を関
数発生回路153に入力する。この時、利得制御信号S
4は、後段のカラー対数撮像用信号処理部(第25図参
照)からのlogY信号を用い、このlogY信号をLPF161を通
過させて1フィールド(あるいは1フレーム)分の積分
値を求め、可変抵抗162で適切なレベルに設定された電
圧が一方の入力端に印加された比較増幅器163の他方の
入力端に入力され、比較増幅された出力信号S4が切換ス
イッチ164を経て乗算器156に入力され乗算してAGCで制
御される。又、撮像者がこの切換スイッチ164を切換え
ることにより、可変抵抗165にて任意の値に設定された
電圧を乗算する手動による利得制御を行うこともでき
る。 上記切換スイッチ164を経て出力される信号S4は、
(1)式のBに相当する。 またダイナミックレンジ制御は、前記関数発生回路15
3をダイナミックレンジ制御信号S5でその特性を制御す
ることで行なわれる。 この時、ダイナミックレンジ制御信号S5は以下のよう
にして生成される。 先ず利得制御信号S4と同じくLPF161を通したlogY信号
と、このLPF161を通る前のlogY信号とを第10図の符号10
0で示す標準偏差生成回路(又は第11図の100′)に入力
し、この回路100から出力される信号を得る。 この信号を、(利得制御とは独立に設けられ、適切な
レベルに設定できる可変抵抗166が一方の入力端に印加
された)比較増幅器167の他方の入力端に印加し、この
比較増幅器167を通した比較出力で、切換スイッチ168を
通したダイナミックレンジ制御信号S5を関数発生回路15
3に入力してADCによるダイナミックレンジの制御を行
う。又、ADCで行うのでなく、撮像者が切換スイッチ168
を手動側に切換え、可変抵抗169で任意に設定された値
により手動制御することもできる。ここで、信号S5は、
(1)式のAに相当する。 上記第23図に示す実施例では、手動と自動による制御
を切換スイッチ164,168で行えるようにしている。 この第5実施例におけるカラー対数撮像用映像信号処
理部を第25図に示す。 本実施例では、対数特性を自動的にあるいは手動で可
変する。 ところで、第25図に示すカラー対数撮像用映像処理部
ではフローティングマトリクス演算を行なう際、1度リ
ニアに直した後、マトリクス変換を行ない、再度対数変
換を行なっている。 ここで用いる逆対数増幅器41〜43,89〜91、対数増幅
器45,92は素子からの出力の対数特性が固定ならば、そ
れに対応させて固定で良い。 しかし、素子からの出力の対数特性が素子内で、ある
いは、カラー対数撮像用映像処理部の前段で可変できる
場合、その時々の対数特性に応じて逆対数増幅器41〜4
3,89〜91、及び対数増幅器45,92の特性を変える必要が
ある。 そこで、ダイナミックレンジ制御用信号S5を用い、ま
ず逆対数増幅器41〜43,89〜91に対しては、割り算器171
により1/S5を作った後、この信号1/S5を用いて逆対数増
幅器41〜43及び89〜91の特性を制御することにより、補
正を行なう。 また、対数増幅器45,92に対しては、信号S5をそのま
ま用いて、対数増幅器45,92の特性を制御することによ
り補正を行なう。 上記逆対数増幅器41〜43を通した色信号MR,MG,MBは、
マトリクス回路78により輝度信号MYが生成され、対数増
幅器45に入力される。尚、破線Bは素子内でγ補正を行
う場合、つまり信号S3のかわりにS3′を用いた場合には
不要になる。 上記第5実施例では、OFDゲートを制御することで対
数圧縮を行うようにしているが、本発明の第6実施例で
は第26図に示すFT−CCD(フレーム転送型CCD)173を用
い、蓄積電位制御(ポテンシャル井戸の深さの制御)に
より同様の機能を実現している。(但し、IL−CCDのと
きでも、受光部を拡散フォトダイオードではなく、MOS
フォトダイオードとすると同じ原理が使える。) 第26図において、FT−CCD173は受光部174に隣接して
転送部175が設けられ、受光部174で蓄積された信号電荷
は、通常の使用法では高速の垂直転送信号CK1の印加に
より、転送部175に転送される。この転送部175に転送後
は第27図(c)に示す垂直転送クロックφV2で垂直方向
に1つ転送し、その後水平シフトレジスタ176に水平方
向の画素数の水平シフト用クロックφH(第27図(d)
参照)を印加することを繰り返して出力アンプを経てCC
D信号が出力される。 ところで、この実施例では上記垂直転送クロックCK1
を印加する前に、第27図(b)に示すように蓄積電位制
御信号S6を印加して、対数圧縮特性の電荷信号にした
後、上述のように高速の転送クロックCK1を印加して転
送部175に転送する。つまり、この実施例では受光部174
には蓄積電位制御信号S6と垂直転送クロックCK1とが印
加されることになり、これらをまとめて制御信号φV1
表わす。 第26図に示すように、上記制御信号φV1は、減算器17
7によって電圧V2から信号S3(第27図(a)参照)を減
算して生成された信号S6(第27図(b)参照)からさら
にCCD駆動用の垂直転送信号CK1を減算(但しIL−CCDに
応用する場合には、CCD駆動用信号CK1を減算する必要は
ない)してできた信号φV1を受光部174の入力端に印加
する。この場合信号S3を電圧V2から減算する代りに、第
23図に示す関数発生回路153内の反転前の信号(第24図
(b)に示す)をV2に加算しても良い。 またφV1は減算器177からの出力時に適当なレベルに
変換されている。 第28図は上記制御信号φV1が生成される様子を示す。
つまり、減算器177により電圧V2から信号S3を減算して
生成された第28図(b)に示す信号S6は、同図(a)に
示す信号CK1がさらに減算されて同図(c)に示す信号
φV1が生成される。 ところで、上記第5実施例ではIL−CCDの場合、OFDゲ
ートを制御して対数圧縮特性を実現したが、本発明の第
7実施例のように、トランスファゲートを制御して素子
内対数圧縮を行うこともできる。 第29図は第7実施例におけるトランスファゲート制御
による素子内対数圧縮IL−CCD178を示す。 この素子内対数圧縮IL−CCD178では、IL−CCDのOFDゲ
ートには正の電圧V0が印加され、受光部で蓄積された信
号電荷が過剰となった場合、OFDゲート側に流す。(電
圧V2レベル以上。)しかして、受光部で蓄積された信号
電荷は通常の使用法ではトランスファゲートクロックφ
TGの印加により、垂直シフトレジスタに転送され、転送
時以外は垂直シフトレジスタ側に信号電荷が漏れるのを
防止しているが、この実施例では電荷蓄積時(転送時以
外の時)に、垂直シフトレジスタ側に一部を漏らすよう
な制御信号を印加して対数圧縮特性にするものである。 このため、加算器179により第30図(a)に示す制御
信号S3と、同図(b)に示すトランスファゲート信号φ
TGとを加算して、同図(c)に示すような対数圧縮制御
信号φTG′を生成し、トランスファゲート端子に印加す
るようにしている。尚、上記トランスファゲート信号φ
TGはシステムコントローラから出力される。 また、Cは加算器179からの出力時に適当なレベルに
変換されている。 第30図(a)に示す制御信号S3は電荷蓄積時(露光
時)に印加され、この制御信号S3のために垂直シフトレ
ジスタ側に漏れた電荷分は、第30図(d)に示す垂直転
送クロックφV1によって掃き出すようにしている。この
ため、この垂直転送クロックφV1は、その撮像素子の許
容範囲内で最大のクロック速度にすることが望ましい。
一方、1露光期間後に出力されるトランスファゲート信
号φTGにより垂直シフトレジスタに転送された信号電荷
は、第30図(d),(e)に示す垂直転送クロックφV2
及び水平シフトレジスタ用クロックφHにより出力アン
プを経て対数圧縮されたCCD信号が出力される。この場
合、クロックφV2とクロックφHとは同期して出力され
る。(但し、φV2とφHとの位相は1/2ずらして印加さ
れる。) この第7実施例では、垂直シフトレジスタを信号電荷
の垂直転送機能以外に、過剰電荷の掃き出し機能を兼ね
させることにより、オーバフロー電荷の吸収能力を向上
させることができる。又、OFDゲートの負荷を軽減させ
ることができる。 さらに上記実施例では、アナログ回路で対数圧縮特性
にするための制御信号を生成しているが、例えば第31図
に示すようにディジタル回路で制御信号を生成すること
もできる。 第8実施例における制御信号発生回路は、第31図に示
すように、システムコントローラ151の出力信号はルッ
クアップテーブル(ROMテーブル等)180のアドレス端に
印加され、読出されたデータはD/Aコンバータ181でアナ
ログ信号に変換され、さらに適当なカットオフ特性を持
ったLPF182を通してスムージングして制御信号S3を生成
している。上記D/Aコンバータ181に入力される信号は第
32図の実線で示す細かいステップ状の信号となり、D/A
コンバータ181でアナログ信号に変換し、LPF182を通し
た信号は同図の破線で示す制御信号S3になる。 上記第8実施例では利得制御は、システムコントロー
ラ151に上記信号S4に応じてクロック速度を変化するこ
とで行われ、ダイナミックレンジ制御は同じく上記信号
S5に応じてルックアップテーブル180へのアドレスをコ
ントロールして対応した曲線の情報を読み出すことで行
われる。 上述した素子内対数圧縮特性を得る各実施例の他の実
施例として、第34図に示す方法を用いても良い。 本発明の第9実施例では、第34図に示すように、1露
光期間中にN回露光及び垂直シフトレジスタへの転送を
行い、垂直シフトレジスタ上でN回分のチャージ量を加
算し、素子内対数圧縮を行うものである。 但し、この時1回,2回,…,N回と露光する時間は、第
33図に示す様に(1)式に対応して非線形に減少させ、
且つOFDゲート電圧はゲートの高さが通常の1/Nとなる様
に設定される。N回の(垂直シフトレジスタへの)読出
し後には、通常の読出しと同様に信号電荷の読出しが行
われる。 第34図(a)に示すように各露光時間t1,t2,…の直
後に、トランスファゲートクロックφTGを印加し、各露
光時間で蓄積された信号電荷を垂直シフトレジスタに転
送し、この垂直シフトレジスタで加算する。(第18図の
IL−CCDに適用して説明している。)しかして、N回の
露光時の信号電荷の加算が終了した直後に、第34図
(b),(c)に示すように垂直転送クロックφV1及び
水平シフトレジスタ用クロックφHを印加して、出力端
からCCD信号を出力させる。 ところで、N個のトランスファゲートクロックφTG
加後に通常の読出しと同様にCCD信号を出力している間
に、受光部に蓄積された不要な信号電荷は、掃出しをす
るためトランスファゲートクロック(第34図(a)でφ
で示す)を1つ印加し、その後第34図(b)に示すよう
に垂直転送クロックφV2を垂直方向の画素数分印加し
(その後水平シフトレジスタに図示しない水平画素数分
のクロックを印加して)掃き出す。尚、OFDゲートには
第34図(d)に示すように、ゲート高さが1になる時の
電圧V0に対し、ゲート高さが1/N(ここでは例えば1/5)
となる電圧V1が印加される。 このようにして、この実施例ではCCDの光電変換出力
特性を対数特性に近似する折れ線特性となる。 撮像素子内で信号を対数圧縮して出力する方式を、CC
DではなくX−Yアドレス型の撮像素子に適用した本発
明の第10実施例を以下に説明する。X−Yアドレス型の
撮像素子は画面内の画素を順次走査していくため、画素
ごとに露光開始及び終了のタイミングが異なってくる。
このため、信号圧縮を行う場合に配慮が必要である。機
械式のシャッタを併用して露光開始・終了のタイミング
を決める場合とか面順次方式の内視鏡に用いる場合など
は、先ほどのCCDで述べた方式と同様に、全画素共通の
タイミングで信号を圧縮するパルスを加えてやればよ
い。しかし、一般的な場合には画素ごとの露光タイミン
グが異なってくるため、信号圧縮パルスも異なるタイミ
ングで印加する必要がある。この方法を、X−Yアドレ
ス型の撮像素子であるSIT(静電誘導トランジスタ)イ
メージセンサに適用した場合について以下に説明する。 第35図はSITイメージセンサの1画素183の構成を示
し、(a)は構造を示し、(b)は等価回路を示す。第
35図に示す画素183に光が入射するとゲート184に正孔が
蓄積してゲート電位が上昇し、ソース185及びドレイン1
86間に流れる電流が増加する。尚、符号187はゲート184
に接続されたキャパシタである。上記ソース185及びド
レイン186間の電流を各画素から検出して映像信号を得
る。このような撮像素子において出力信号を圧縮する方
法については特願昭58−213488において前述してある。
従って、ここで示されている原理を用いて、対数圧縮特
性が得られる撮像素子について説明する。第36図は撮像
素子装置188の全体の回路構成を示す。 この撮像素子装置188は、第35図に示す画素183がマト
リクス状に配列されている。各画素のゲート184は、行
ライン189−1,189−2,…,189−nに接続され、ソース18
5は列ライン190−1,190−2,…,190−mにそれぞれ接続
されている。尚、各画素183のドレイン186は、全画素共
通に接続されている。行ライン189−i(i=1,2,…
n)は、垂直走査回路191に接続され、列ライン190−j
(j=1,2,…m)は水平走査回路192及びリセット回路1
93に接続されている。 垂直走査回路191は、垂直シフトレジスタ194、アナロ
グシフトレジスタ195及び信号混合回路196を備えてい
る。水平走査回路192は、水平シフトレジスタ197、水平
選択スイッチ198及びビデオライン199を備えている。リ
セット回路193は、リセットスイッチ200から成る。上記
撮像素子装置188の動作タイミングを示す信号波形を第3
7図に示す。 第37図において、φsは水平走査回路192から出力さ
れるパルス。又、φG1,φG2,φGnは、垂直走査回路19
1から出力されるパルスであり、φRSはリセット回路193
に印加されるパルスである。 上記第36図に示す撮像素子装置188の動作を第37図を
参照して以下に説明する。 第37図の各パルスφG1,φG2,…φGnにおいて、電圧
VRDは該当する行ライン189−iを読出すための電圧であ
り、この電圧VRDが印加されるタイミングは垂直シフト
レジスタ194により与えられる。又、電圧VOFは水平ブラ
ンキング期間ごとに加えられる電圧であり、アナログシ
フトレジスタ195により与えられる。信号混合回路196は
垂直シフトレジスタ194、アナログシフトレジスタ195の
出力を適切なタイミングで混合し、パルスφG1,φG2
…を生成する。水平走査回路192においては、水平走査
期間ごとに水平シフトレジスタ197が動作することによ
り、水平選択スイッチ198,…,198が順次開き、列ライン
190−1,190−2,190−nの信号が順次ビデオライン199に
読みされる。リセット回路193においては、リセットス
イッチ200が水平ブランキング期間ごとにパルスφRS
同期して開く。いま行ライン189−1に接続される画素1
83について考える。パルスφG1がVRDとなった時に、水
平走査回路192の動作により各画素183の信号が順次読み
出される。続く水平ブランキング期間においてVOFが各
画素183を完全にリセットする高い値で印加され、また
リセットスイッチ200が開くことにより、画素183のリセ
ットが行われ、画素183のゲートは積分開始時の低い値
となる。一水平走査周期後の次の水平ブランキング期間
においてはVOFがやや低い値とされている。一方、各画
素183のゲート電位は、画素183に入射した光量に応じて
上昇している。光量の大きかった画素183に対してはゲ
ート電位がクリップされ、光量の小さい画素の電位はク
リップされずそのまま保たれる。このため、光量の大き
かった画素183の信号のみが圧縮される。次のブランキ
ング期間においても再び、この信号圧縮動作が行われ
る。圧縮のレベルは電圧VOFにより決められる。以下同
様に水平ブランキング期間ごとに信号圧縮が行われ、1
垂直走査周期後にφG1が再びVRDとなることにより、圧
縮された信号が読み出される。ここでVOFの電圧を第38
図φAで示されるように(1)式に従って変化させれ
ば、対数的に圧縮された信号出力が得られる。 他の行ライン189−i′(i′≠1)に接続された画
素183については、垂直走査回路191の働きにより、画素
93の読み出されるタイミングだけ遅延された信号φG
加えられる。(この遅延は読み出し電圧VRDについては
垂直シフトレジスタ194で、電圧VOFについてはアナログ
シフトレジスタ195で与えられる。)従って、各画素183
の動作は行ライン189−1と全く同じことになり、対数
圧縮された信号がすべての画素183から得られる。 信号圧縮の程度はアナログシフトレジスタ195に入力
される対数圧縮用制御信号としてのパルスφAを変える
ことにより自由に設定できる。このパルスφAを常時O
ボルトとすれば圧縮されない線型の出力特性が得られ
る。又、このパルスφAを高電圧と低電圧とに切り換え
れば2線の折れ線で表わされる特性となる。また(1)
式の関数に合わせる場合にも、その振幅、傾き等を調節
することにより、対数圧縮のダイナミックレンジを変化
させることができる。このため、先に述べたAGC,ADCの
制御をパルスφAにより行うことができる。 尚、垂直走査回路191に用いるアナログシフトレジス
タ195として、例えばBBD(Bucket Brigade Device)を
使用することができる。これは第39図(a)に示される
ようにMOSトランジスタQ1とキャパシタC1とを多数段接
続したものであり、第39図(b)に示されるような構造
をもつ。BBDを使用すれば簡単な回路でアナログシフト
レジスタ195を構成することができる。 以上述べた方式により信号を対数圧縮して出力する方
式は、他のX−Yアドレス方式の撮像素子にも適用でき
る。 次にCMD(Charge Modulation Device)を用いた本発
明の第11実施例について説明する。 第40図はCMDの1画素の構成を示し、同図(a)は構
造を、同図(b)は等価回路を示す。通常ゲート201に
は負電圧が印加されている。光が入射した時にはゲート
201の下に正孔が蓄積し、電位が上昇する。ゲート201に
信号読み出しのため光蓄積時より高い電圧(負電圧)が
加えられると、ソース202及びドレイン203間の電流が光
量に応じて流れ、画素の信号が読み出される。ゲート20
1に正電圧を加えると、ゲート201下の正孔が消失し、リ
セットされる。撮像素子全体の構成は、第36図において
画素183を第40図に示されるCMD画素におきかえたものと
なる。また、リセット回路は不要である。動作タイミン
グを示す信号波形も第37図と同様であり、ただゲートパ
ルスφG1,φG2,…φGnの電圧をCMDに適するように変
更するだけでよい。 このような撮像素子において、信号読み出し後の水平
ブランキング期間にゲート201に正電圧が加えられるこ
とにより、画素がリセットされる。その次のブランキン
グ期間にはリセット時より低い電圧が加えられる。入射
した光量が大きい画素ではゲート電位が正電位となり、
信号がクリップされる。一方、光量が小さい画素では信
号がそのまま保たれる。このため、光量の大きかった画
素の信号のみが圧縮される。以下水平ブランキング期間
ごとにこの圧縮動作が行われ、ブランキング期間にゲー
トに加える電圧を(1)式の関数で変化させることによ
り、対数圧縮された信号出力が得られる。 さらに他のX−Yアドレス型撮像素子に適用した本発
明の第12実施例として、AMI(Amplified Mos Imager)
を用いた例を次に示す。 第41図はAMIの1画素204の等価回路を示す。フォトダ
イオード205がMOSトランジスタ206のゲートに接続さ
れ、MOSトランジスタ206のドレインにはMOSトランジス
タ207のソースに接続されている。フォトダイオード205
はダイオード208を介して正電圧によりリセットされ
る。光が入射するとフォトダイオード205のカソード電
位は低下する。このため、MOSトランジスタ206の電流は
光が強いほど減少し、これが出力信号として得られる。 撮像素子装置の構成は、第42図のようになる。基本的
には第36図と同様であり、同一要素には同一符号で表わ
している。1画素に対し読み出し用の行ライン209とリ
セット用の行ライン210の2本の行ラインが設けてあ
る。読み出し用の行ライン209は垂直シフトレジスタ194
に接続され、リセット用の行ライン210はアナログシフ
トレジスタ195に接続されている。 リセット用行ライン210に加えられる電圧VOFは信号読
み出し時にはOVに設定されている。信号読み出し後、高
い電圧が加えられると、各画素ではダイオード208を介
してフォトダイオード205がリセットされる。その後VOF
を低下させていくと、光量が小さい画素に対しては、光
信号がそのまま保持されるが、光量が大きい画素におい
ては電圧がクリップされるため、信号が圧縮される。こ
のVOFを(1)式に従って変化させることにより、対数
圧縮された信号を得ることができる。 以上種々の撮像素子について説明したように、X−Y
アドレス型の撮像素子においても、光量の大きい部分の
信号をクリップする電圧を適切に変化させ、且つこの電
圧を画素ごとに信号読み出しのタイミングに合わせて変
化させることにより、撮像素子内で信号を対数圧縮する
ことができる。 上記第18図以降の第5実施例ないし第12実施例は素子
内対数圧縮の例を説明しており、カラー撮像を行うに
は、素子前面にモザイク状等のカラーフィルタアレイを
取付けたり、あるいは3板式の構造にすることにより実
現できる。 これら対数圧縮特性を実現する素子を用いて、対数圧
縮カラー撮像装置を第25図のように実現できる。一方、
これら実施例の素子を用いて、素子内自動利得制御用信
号S4や自動ダイナミックレンジ制御用信号S5を作るため
のlogY信号に直列に電気的自動利得制御回路、自動ダイ
ナミックレンジ制御回路を組み合わせ、その出力を表示
用logY信号として用いる事により、逆にダイナミックレ
ンジの狭い被写体に対してはダイナミックレンジの伸長
を行なう事が可能となる。 第43図の映像信号処理部において破線で囲まれたAの
部分がこの動作を行う。第43図においてA以外の部分は
第25図と同一であり、またAの部分は第10図及び第11図
において説明してあるので、その説明を省略する。 これまでの素子内対数圧縮の各実施例は、固体撮像素
子、特にCCDを中心に上げてきたが、撮像素子として
は、ビジコンなどの撮像管もある。撮像管のうちビジコ
ンについては、もともと光電変換特性が対数特性となっ
ている。 従って、ビジコンを用いる場合は、そのままの出力を
用いて、logR,logG,logBとして、カラー対数撮像用映像
信号処理部へ入力する事で本目的を達成できる。 但し、この場合対数特性は、固定となり、ADC、マニ
ュアル調整は後段で電気的に行なう。 上述した第5ないし第12実施例における素子内対数圧
縮による効果として次のような利点を有する。 素子内対数圧縮を行なうことにより、 (1)素子からの出力そのものが対数特性を持っている
ため、後段の信号処理が簡単な構成ですみ、小型化でき
る。 (2)1つ又は1組(3板式の場合)の素子で対数圧縮
ができ、圧縮のためのメモリが不要である。 (3)1素子の出力中に、被写体の全ダイナミックレン
ジを入れることが可能であり、後段の回路処理で被写体
の任意の輝度レベルの像情報を抜き出して表示すること
もできる。 (4)素子内で、対数圧縮を行なっているので、素子外
で(複数の素子を使って、あるいは複数回撮像後メモリ
で合成する等して)対数圧縮を行なう場合に比べ、S/N
が良くなる。 CCD撮像素子内において信号を圧縮し、出力に対数特
性をもたせる実施例について先に説明した。さて、コン
トラストの低い被写体を撮像する場合などには、素子出
力に逆対数特性(指数特性)をもたせたほうが都合がよ
い。これは信号を対数変換した後に正の値の乗算及び減
算を行ない、表示するダイナミックレンジを狭くするこ
とに相当する。この操作を信号処理回路で行なうよりも
撮像素子内で行なうほうがS/Nの点で有利である。以
下、CCD撮像素子出力が指数特性を有するようにする実
施例について説明する。 第44図は本発明の第13実施例に用いられるCCDの素子
構成を示す。221は受光部、222は遮光された蓄積部であ
る。受光部221にはフォトダイオード223が行及び列に配
列されている。フォトダイオード列には遮光された垂直
シフトレジスタ224及びオーバーフロードレイン225が隣
接して配置されている。226はフォトダイオード223と垂
直シフトレジスタ224間の電荷転送を制御するトランス
ファゲートであり、227はフォトダイオードの飽和レベ
ルを制御するOFDゲートである。遮光された蓄積部222に
は垂直シフトレジスタ228が受光部221に接続して備えら
れており、また水平シフトレジスタ229が垂直シフトレ
ジスタ224に接続されている。水平シフトレジスタ229の
一端には出力アンプ230が接続されている。即ち、このC
CDはいわゆるフレームインターライントランスファCCD
(FITCCD)の構成をしている。 このような撮像素子においては蓄積された信号電荷は
すみやかに遮光蓄積部222に転送され、光蓄積時には受
光部221の垂直シフトレジスタ224は空となっている。そ
こで光蓄積時にトランスファゲート226の電位を適切に
制御し、フォトダイオード223から垂直シフトレジスタ2
24にあふれる電荷を信号としてとりだすことにより出力
に指数特性をもたせることができる。 第45図はフォトダイオード、垂直シフトレジスタ、オ
ーバーフロードレインの断面構造及びポテンシャル分布
を示す図である。第46図はトランスファゲートに印加す
るパルスφTGを示す。パルスφTGはフォトダイオード電
荷がすべて垂直シフトレジスタに転送するような正のレ
ベルVaから上に凸の曲線で減少するパルスである。この
曲線をV(t)で表わすと、V(t)は完全な指数特性
の出力を得るためには、時間tに対して次式を満足する
ように与えられる。 ここで、aは利得、bはダイナミックレンジ、cはOFD
ゲート電圧のDC分を調節するための定数である。 上記(8)式を満たす第46図に示す曲線V(t)のパ
ルスφTGを光蓄積期間にトランスファゲート226に印加
することによって、指数特性の出力を得ることができ
る。 尚、実用上は、第46図に示す連続曲線の代りに、折れ
線近似、その他の近似関数で近似しても良い。 上記第46図に示す曲線のパルスφTGを印加しながら、
光電荷を蓄積させると、蓄積開始当初にはフォトダイオ
ードと垂直シフトレジスタ間のポテンシャル障壁が低い
ため電荷が両者に分割して蓄積されるが(第47図
(a))、時間とともに障壁が高くなり電荷はフォトダ
イオードのみに蓄積されるようになる(第47図
(b))。この場合、入射光量が弱いほど電荷が障壁を
越えられなくなる時期ははやい。従って、垂直シフトレ
ジスタに蓄積される電荷については、入射光量が弱いほ
ど蓄積時間が短く、入射光量が強いほど蓄積時間が長い
ことになる。この結果、第48図に示される指数関数的な
入射強度対出力特性が得られる。この場合フォトダイオ
ードと垂直シフトレジスタの飽和電荷量が等しいものと
すると出力信号の飽和近傍での接線の傾きは2倍となっ
ており、対数変換した信号に2倍の利得をもたせたこと
に相当する。この倍率を更に増すためには、フォトダイ
オードの飽和電荷量を増す必要がある。すなわち倍率を
N倍とするためにはフォトダイオードの飽和電荷量を
(N−1)倍にする必要がある。これにはフォトダイオ
ード部の寸法を増すか、印加する電圧を増す必要がある
が、前者は素子寸法が増大し、また後者は耐圧上の制約
から困難である。 そこで、光蓄積時にフォトダイオードの電荷をパルス
的に排出することにより倍率を高くする方式について次
に記す。 第49図はトランスファゲートに印加するパルスφTG
びOFDゲートに印加するパルスφOFDGを示す。パルスφ
TGはVaから(8)式に従って減少し、OVに達すると電圧
がVaだけ高くされ、引き続き(8)式により連続的に変
化する。一方、φOFDGはφTGがOVに達する直前に正のパ
ルスが加えられる。この変化が適当な回数繰り返され
る。 このパルスφOFDGが加えられる場合、光蓄積開始から
の動作は前記実施例と同様である。そしてフォトダイオ
ードの電荷が飽和に達する瞬間にφOFDGのパルスが加え
られることにより、第50図(a)に示すようにフォトダ
イオードの電荷がオーバーフロードレインに排出され
る。この直後にフォトダイオードと垂直シフトレジスタ
の間のポテンシャル障壁は低くなり、第50図(b)に示
すように光蓄積が再開される。しかして、ポテンシャル
障壁が時間とともに高くなることにより第50図(c)に
示すように光量の強い画素の電荷のみが垂直シフトレジ
スタに蓄積されるようになる。この動作が繰り返される
ことにより、第51図に示す入力対出力特性が得られる。
蓄積途中の電荷排出をn回行なった場合、飽和近傍での
傾きは(n+2)倍となり、第49図に示すように、途中
で2回の排出を行なっている場合には利得は4倍とな
る。 第44図に示すようなCCD撮像素子では、当然、フォト
ダイオードに光電荷を蓄積するという通常の動作を行な
わせることができる。また、光蓄積中にフォトダイオー
ドとオーバーフロードレインとの間のポテンシャル障壁
を適切に増加させることにより、蓄積される信号電荷を
対数的に圧縮できることは先に述べたとおりである。そ
こで、この動作と先ほどの指数特性の動作とを切り換え
ることにより、同一素子を用いて対数特性出力と指数特
性出力とを行なうことかができる。このため、このよう
な素子の出力を既に述べたような対数撮像処理回路に接
続することにより、被写体に応じて観察するダイナミッ
クレンジを縮小あるいは拡大しながら撮像することが可
能となる。 対数撮像信号処理部の構成例を第52図に示す。基本的
には第3図と同様であり、同一構成要件には同一符号を
付してある。回路中対数増幅器231〜233が備えられてお
り、逆対数増幅器41〜43に入力される信号がスイッチ23
4〜239により切り換えられるようになっている。このス
イッチ234〜239の動作により素子出力が対数特性である
場合には逆対数増幅器41〜43に、また素子出力が指数特
性である場合には対数増幅器231〜233に信号を入力する
ことによって線型信号への変換を行なう。また、素子で
撮像しているダイナミックレンジが連続的に変化させて
設定されている場合には、それに応じて対数及び逆対数
増幅器の利得を制御し適切な変換を行なえばよく、これ
は第25図に説明されていることと同様である。 マトリクス回路44から出力された輝度信号は対数増幅
器45または指数増幅器240にスイッチ241,242により切り
換えて入力され、撮像時の対数または指数特性に戻され
る。また、素子出力が指数特性の場合にはフローティン
グポイント方式の演算は必要ないので、このときには平
均値演算回路40の出力はスイッチ243により、0レベル
に切り換えられる。これにより、減算器33,34,35及び加
算器48,49,50での加減算は特に行なわれず、指数特性の
出力に対しても、正しく視覚上の色差信号補正が行なわ
れる。 その他の処理は既に説明されていることと同様である
ので説明を省略する。 以上の実施例はフォトダイオードが拡散層により形成
されている場合であった。フォトダイオードをMOSゲー
トを用いたMOSフォトダイオードにより形成した場合の
本発明の第14実施例を次に示す。第53図はフォトダイオ
ード付近の断面構造及びポテンシャル分布を示す図であ
る。244はフォトダイオード上のゲート(PDゲート)、2
45は垂直シフトレジスタゲート、246はオーバーフロー
ドレインである。第54図はPDゲートに加えるパルスφ
PDGを示す。φPDGは0レベルから(8)式に準じて増加
するパルスである。 このようなパルスを加えながら光電荷を蓄積させる
と、蓄積開始当初にはPDゲート下のポテンシャル井戸が
浅いため、第55図(a)に示すように電荷が垂直シフト
レジスタにも蓄積されるが、時間とともにポテンシャル
井戸が深くなるためその後電荷は同図(b)に示すよう
にフォトダイオードのみに蓄積されるようになる。そし
て前の実施例と同様の原理により、指数特性をもつ出力
が得られる。指数特性の利得はMOSフォトダイオードの
飽和電荷量が大きいほど大きくとれる。 この実施例ではフォトダイオード上部に電極が存在す
るため、光感度がやや低下するが、トランスファゲート
とかオーバーフローコントロールゲートは必要なくな
り、構造が簡単になる特徴がある。 尚、第44図において、CCD撮像素子の構成をFIT−CCD
としたが、これは画像を連続的に撮像するためである。
1画面の撮像後、信号読み出しに必要な期間は撮像を停
止し、信号読み出しの終了後次の画面の光蓄積を開始す
るようにすれば、IL−CCDを使用することもできる。 また、オーバーフロードレインはフォトダイオードに
隣接しているものとしたが、これはフォトダイオード下
にP層を介してn基板を用いた、いわゆる縦型オーバー
フロードレインを用いるものでもよい。n基板に印加す
る電圧により、フォトダイオードとオーバーフロードレ
イン(n基板)との間のポテンシャル障壁を変化させる
ことで、前の実施例と同様の動作を行なわせることがで
きる。 前述の実施例では、素子内対数圧縮する装置及び方法
について述べたが、例えば、電子内視鏡の様に、照明手
段を有する場合、照明手段を形成する光源の光強度を変
化させることで、被写体照度を対数圧縮することができ
る。 この場合、撮像手段を形成する撮像素子がカラーフィ
ルタアレイ付きである場合には、白色照明のもとでカラ
ー撮像を行うものとなり、先願例(特開昭58−160917,U
SP−4584606)の方式に準ずる。 一方、撮像素子がカラーフィルタアレイを設けてない
モノクロ用のものである(RGB等の)面順次撮像方式の
場合の本発明の第15実施例について説明する。面順次撮
像方式の場合には、各照明光ごとに、例えば露光量(照
射光量つまり(光強度)×(時間))が1:300(素子単
体のダイナミックレンジが50dBのとき)の比となる様
に、照明光を順次変える。 各照明期間の後には、素子の垂直転送期間分の遮光期
間を設ける。この場合、照明手段はRGBの回転フィルタ
の各色ごとに各々色フィルタの(開口)窓の比率を1:30
0にしても良いし、あるいはRGBのストロボ照明の場合は
各色ごとに各々ON時間の比率を1:300にしても良い。 この様にして例えば2回、同一色Rで露光量を変え、
その出力データを1回目はR用フレームメモリに格納
し、2回目は、1回目のデータを前記R用フレームメモ
リから順次読み出しながら2回目の出力データと加算
後、前記フレームメモリの内容を加算後のデータに書き
換える。これをR,G,B各色ごとに行なうことにより、折
れ線近似の対数特性をもった画像データが各フレームメ
モリに蓄積される。RGB各色データがそろった後、ビデ
オD/Aコンバータを経て例えば第10図に示されるカラー
対数撮像用映像処理部に入力された後、RGB出力又はNTS
Cコンポジット出力としてモニタにカラー表示される。 (尚、この実施例において、フレームメモリを各色ご
とに段数分(本例では2段)用意し、各露光レベルごと
にフレームメモリに蓄積し、その後読み出し時に各段ご
との画素情報を加算しても良い。) 第56図はフレームメモリ部を中心とした電子スコープ
装置の構成を示す。 同図において電子スコープ装置301は、体腔内等に挿
入できるように細長にされた電子スコープ302と、この
電子スコープ302が接続され、光源部303及び信号処理手
段を内蔵したスコープ制御装置部304と、このスコープ
制御装置部304の映像出力端に接続された表示用のモニ
タ305とから構成される。 上記電子スコープ302の先端部306には、結像用の対物
レンズ307及びこの対物レンズ307の焦点面に配置した固
体撮像素子(SID)308が収納されている。又、この電子
スコープ302内には、照明光を伝送するライトガイド309
が挿通されており、その入射端面側を光源部303に接続
することによって、キセノンランプ310等からの白色光
が、第57図(a)又は(b)に示す回転フィルタ311又
は312を通したR(赤色)、G(緑色)、B(青色)の
面順次光が照射される。 しかして、ライトガイド309の出射端面から照明レン
ズ313を経て被写体側に出射される。 上記キセノンランプ310は、電源314の電力で発光す
る。又、RGB回転フィルタ311又は312は、モータ315で回
転駆動され、このモータ315はモータドライバ316の駆動
信号で駆動される。 上記スコープ制御装置部304内には図示しないSIDドラ
イバが配設され、このSIDドライバからのドライブ信号
の印加により、SID308から読出された信号は、信号ケー
ブルを介してフレームメモリ部317内のA/Dコンバータ31
8に入力され、ディジタル信号に変換される。このA/Dコ
ンバータ318を通した信号は、マルチプレクサ319を介し
て3つのマルチプレクサ321,322,323に入力される。 これら3つのマルチプレクサ321,322,323には、それ
ぞれ1対の加算器324a,324b;325a,325b;326a,326bと1
対のマルチプレクサ327a,327b;328a,328b;329a,329bと
が接続されている。 また、上記各1対の加算器324a,324b;325a,325b;326
a,326bの出力端と、上記マルチプレクサ321,322,323の
一方の接点とを切換える1対のマルチプレクサ327a,327
b;328a,328b;329a,329bの出力は、1対のバッファ333a,
333b;334a,334b;335a,335bを介して、1対のR用フレー
ムメモリ336a,336b、G用フレームメモリ337a,337b、B
用フレームメモリ338a,338bに入力される。これら1対
のフレームメモリ336a,336b;337a,337b;338a,338bはそ
れぞれラッチ339a,339b;340a,340b;341a,341bを介して
加算器324a,324b;325a,325b;326a,326bと接続され、フ
レームメモリ336a,336b;337a,337b;338a,338bから読み
出したデータとマルチプレクサ321,322,323からのデー
タとを加算してマルチプレクサ327a,327b;328a,328b;32
9a,329b及びバッファ333a,333b;334a,334b;335a,335bを
介して再びフレームメモリ336a,336b;337a,337b;338a,3
38bに書き込めるようにしてある。 又、各1対のフレームメモリ336a,336b;337a,337b;33
8a,338bは、それぞれマルチプレクサ342,343,344を介し
てビデオD/Aコンバータ345と接続されている。このビデ
オD/Aコンバータ345で変換されたアナログ信号は、例え
ば第10図に示す対数カラー撮像用映像処理部346に入力
され、その出力はモニタ305で表示される。 上記1対のフレームメモリ306a,306b;307a,307b;308
a,308bにおけるそそれぞれ一方のフレームメモリ306a,3
07a,308aは、例えば偶数フィールドでのリード、ライト
を行うためのものであり、他方のフレームメモリ306b,3
07b,308bは、奇数フィールドでのリード,ライトを行う
のに用いられる。 ところで、光源部303を形成するRGB回転フィルタ311
又は312を第57図に示す。 尚、第57図(a)は電子スコープ先端部306に内蔵し
たSID308として、ライン転送方式、フレーム転送方式あ
るいはX−Yアドレス方式のものを用いた場合の例であ
り、同図(b)は、インタライン転送方式を用いた場合
の例である。 第57図(a)において、Rダイクロイックフィルタ35
1a,351b、Gダイクロイックフィルタ352a,352b、Bダイ
クロイックフィルタ353a,353bは、フィルタ面積が1:300
の比に設定してある。(例えば1R,300R等は面積比が1:3
00であることを意味する。) 第57図(a)ではそれぞれのフィルタ(例えば351a,3
52b)との間に遮光部を設けてあるが、インタライン転
送方式のSIDの場合のRGB回転フィルタ312では、同図
(b)に示すように、遮光部を設けることなく、R,G,B
ダイクロイックフィルタ354a,354b;355a,355b;356a,356
bがそれぞれ連続して形成してあり、それぞれを354,35
5,356で示す。 各フィルタの色の判別は、スタートマーカ357(第57
図(a)の場合)、358(同図(b)の場合)の位置か
ら判別し、各露光後の読み出しのタイミングをリードマ
ーカ361a,361b;362a,362b;363a,363b(第57図(a)の
場合)、364a,364b;365a,365b;366a,366b(第57図
(b)の場合)を位置検出センサ(又はリーダ)367
(第56図参照)で検出している。以下、第57図(a)の
フィルタ311を用いた場合について説明する。 例えば1R(1G)、((1B))で示すR(G)
((B))ダイクロイックフィルタ351a(352a)((35
3a))で露光された偶数フィールドでの画像データは、
A/Dコンバータ318、マルチプレクサ319、マルチプレク
サ321(322)((323))、327a(328a)((329
a))、ラッチ333a(334a)((335a))を経てR用フ
レームメモリ336a(G用フレームメモリ337a)((B用
フレームメモリ338a))に書き込まれる(複合同順)。
次に300R(300G)((300B))で示すR(G)
((B))フィルタ351b(352b)((353b))で露光後
には、その画像データはA/Dコンバータ318、マルチプレ
クサ319、マルチプレクサ321(322)((323))、加算
器324a(325a)((326a))、マルチプレクサ327a(32
8a)((329a))及びバッファ333a(334a)((335
a))を経てR用フレームメモリ336a(337a)((338
a))に取込まれる。尚、各フレームメモリ336a〜338b
はデータ書込みの速度と読み出しの速度は、各々SID308
の転送能力及びモニタ305の表示のタイミングにより独
立に決められる。また、第58図に示すようにデータの書
込み時は、同図(a)に示すようにアドレスが指定され
た期間に対し、同図(b)で示すように2倍の速度でリ
ード/ライトが行われ、同図(c)に示すようにリード
時にフレームメモリから読出されたデータはラッチで取
込まれ、且つライト信号時にホールドして出力できるよ
うにしている。 つまりラッチ339a〜341bはリードのタイミングに同期
して、各フレームメモリ336a〜338bからのデータをラッ
チする。1Rのフィルタ351aのもとで撮像され、ラッチ33
9aにラッチされたデータは、300Rのフィルタ351bで撮像
されたデータが入力されると、加算器324aで加算された
後(偶数フィールドの場合)、ライトのタイミングで再
びR用フレームメモリ336aに書込まれる。 つまり、Rフィルタ351a,351bを用いたRの全露光が
終了した場合、R用フレームメモリ336aには(1R+300
R)の照明のもとでのデータが格納される。 G,Bについても同様である。 これをR,G,Bと繰り返して、1フィールド分のRGBデー
タが記憶される。この動作が終了すると、マルチプレク
サ321〜323,342〜344とが切換えられて、同様の動作を
他方のR,G,B用フレームメモリ336b,337b,338bで、該フ
レームメモリ336b,337b,338bへのデータ書込みを順次行
うと同時に、上記書込まれた一方のR,G,B用フレームメ
モリ336a,337a,338aはリードモードになり、これらフレ
ームメモリ336a,337a,338aから同時にデータが読出さ
れ、3チャンネルのビデオD/Aコンバータ345を経て、後
段のカラー対数撮像用映像信号処理部(例えば第10図に
示すもの)346に送られ、その出力はモニタ305で表示さ
れる。 尚、第56図に示す光源部303において、モータ315は、
ロータリエンコーダ、タコメータ等の回転速度検出部37
1で検出された回転速度が入力されるモータドライバ316
で一定速度に回転が制御される。 尚、上記フレームメモリ部317、モータドライバ316等
はシステムコントロール部151で制御される。 上記説明では第57図(a)の回転フィルタ311を用い
た場合で説明したが、SID308としてIL−CCDを用いた場
合とは同図(b)に示す回転フィルタ312を用い、各リ
ードマーク364a〜364bのタイミングで垂直シフトレジス
タに転送し、撮像面では同一色に対しては連続露光を行
う。 データを取込んだ後の動作は、上記の説明と同一とな
る。 上記IL−CCDを用いた場合、素子シャッタ機能を活用
しているため、圧縮比の設定変更が可能となり、同一色
での露光を連続して行えるため、遮光部を最小限に抑え
られるため、(回転フィルタ一周部分での)露光期間の
割合を大きくできるメリットを有する。 上記第15実施例では、照明期間をコントロールして対
数圧縮したカラー撮像を行うものであるが、素子内対数
圧縮した撮像素子を用いて電子スコープに適用するに
は、従来の電子スコープの一部を前述した素子内対数圧
縮した実施例のカラー撮像装置に置換することにより、
実現できる。 また、電子スコープの撮像方式をRGB面順次撮像方式
とする場合、カラーフィルタアレイのつかない前記素子
内対数圧縮のシステムを用い、且つ、例えばRGB回転カ
ラーフィルタを組込んだ専用光源、マルチプレクサ、A/
Dコンバータ、3フレーム分(実際には、上記第15実施
例と同じく、容量的には6フレーム分が望ましい)のフ
レームメモリ、ビデオD/Aコンバータ等を組込むことで
実現可能である。 上述のようなカラー対数圧縮特性で電子スコープを形
成すると、ラチチュードが狭いという欠点がある一般の
電子スコープの特性を改善できる。 例えば、食道や腸など奥行きの深い被写体の場合等、
従来の電子スコープによる画像では、被写体の奥の部が
黒くつぶれ、手前が白く飽和してしまうような不具合が
生じるが、この対数圧縮特性の電子スコープによれば、
そのような不具合を解消でき、より識別し易い状態での
観察、測定が可能となるばかりではなく、被写体の全て
のダイナミックレンジの画像情報を例えばテープとかデ
ィスク等に記録できるため、ルーチン検査とか、あるい
は画像処理の際非常に有利となる。 対数カラー撮像を電子カメラに応用した実施例につい
て以下に説明する。 電子カメラは銀塩フィルムに像を露光するカメラに代
り、撮像素子から出力される電気信号を記録媒体に記録
することにより、静止画を記録再生するものである。第
59図にこの概念図を示す。 401は電子カメラ撮像機、402は再生機を示す。撮像機
401ではレンズ403を用いて被写体の像を撮像素子404に
投影する。撮像素子404の出力は信号処理回路405を経て
記録媒体406例えば磁気ディスクに記録される。この磁
気ディスクを再生機402にかけ、記録再生回路により読
み出された信号を信号処理回路407を通してTVモニタ408
に出力し、画像を再生する。このような電子カメラシス
テム400において対数カラー撮像を行なう場合、前述し
た信号の対数圧縮・カラー信号の処理といった機能を撮
像機、再生機にどのように盛り込むかにより種々の方式
が考えられる。 第60図に示す第16実施例は撮像機401内に対数撮像処
理をすべて盛りこんだ実施例である。撮像機401内では
撮像素子404の映像出力が信号処理回路405に入力され
る。信号処理回路405内には例えば第3図に示されるよ
うな対数撮像処理回路409がある。前述したような手段
により、例えば100dBのダイナミックレンジを有する映
像信号は、ここで輝度信号の対数圧縮処理及び色差信号
の視覚上の補正処理をうけ、記録媒体406に記録され
る。上記の処理をうけた信号のダイナミックレンジは、
通常の信号と同じく50dB程度に圧縮されているため、通
常の場合と同じ記録容量で記録することができ、例えば
スチルビデオフロッピーシステム規格の場合、1フィー
ルドの信号が磁気ディスクの1トラックに記録される。 信号が記録された記録媒体は再生機402において再生
され、信号が信号処理回路407に入力される。この場
合、信号処理回路は対数撮像を行なわない通常の画像に
対するものと全く同一でよい。映像信号は信号処理回路
407より出力され、TVモニタに送出される。 以上説明したように、対数カラー撮像処理をすべて撮
像機401側で行なう場合には、信号の利得及びダイナミ
ックレンジの制御はすべて撮像機401側で行なう必要が
ある。これらの制御は撮像機401に利得ダイナミックレ
ンジ設定用のスイッチ及び可変抵抗等を設け、手動で設
定するようにすればよい。また撮像素子404を連続的に
動作させ、複数枚の画像を連続的に撮像する場合(連写
モード)においては自動で設定させることもできる。こ
れには第10図に示されるような自動利得調整回路及び自
動ダイナミックレンジ調整回路を使用し、前フレームの
輝度信号の平均値を用いて自動調整を行なう。 1枚の画像だけを撮像する場合には、このように前フ
レームの情報を利用した自動制御はできない。この場合
には撮像機401内に測光素子を設け、撮像開始時に測光
した情報を用いて利得及びダイナミックレンジを設定さ
せ、撮像を行なうようにすることができる。 第61図は対数撮像処理を再生機で行なう第17実施例に
示す。撮像機401においては露光量が50dBだけ異なる2
枚の画像(ダイナミックレンジ50dB)を撮像して記録媒
体に記録する。その手段として、例えば撮像素子404の
光蓄積時間を機械的シャッターあるいは撮像素子自体の
シャッター動作により16.7msに設定して撮像する。この
時の映像信号を信号処理回路405を介して記録媒体406に
記録する。続いて光蓄積時間を0.05msに設定して撮像す
る。この映像信号を再び記録媒体に記録する。このよう
な手段により、露光量が50dB異なる信号が例えば磁気デ
ィスクの2トラックに記録される。すなわち、この場合
には記録媒体の記録容量は通常の2倍を必要とする。一
方、再生機402においては記録媒体に記録された2枚の
画像が1枚の画像に対数撮像処理される。例えば、磁気
ディスクの2トラックがダブルヘッドにより再生され、
2枚の画像が同時に読み出される。この画像信号は信号
処理回路407内のRGB分離回路により1対の原色信号とさ
れた後、第2図に示されているのと同様にして対数増幅
器により対数変換された後の各原色ごとに2枚分の信号
が加算され、100dBのダイナミックレンジをもつ原色信
号とされる。以下、信号処理回路407内の対数撮像処理
回路409において輝度信号の圧縮及び色差信号の補正が
行なわれる。処理をうけた映像信号は再生機より出力さ
れ、TVモニタに映出される。 この実施例のように対数撮像処理回路を再生機402側
に設けた場合には、画像の利得及びダイナミックレンジ
が再生機402において自由に設定できるという特徴があ
り、すでに記録媒体に記録されている画像に対しても画
像の効果を変えながら観察することができる。 上記の方式では、記録媒体の容量が通常の2倍必要で
あるが、データの圧縮を行なうことにより記録媒体の容
量を小さくすることができる。 第62図は記録媒体の容量が小さくて済む本発明の第18
実施例である。 再生機401内の撮像素子404から出力された信号はデー
タ圧縮回路410において圧縮される。この信号は記録増
幅器411を介して記録媒体に記録される。再生機402にお
いては記録媒体406から読み出された信号がデータ伸長
回路412により圧縮前の信号に戻されたのち、信号処理
回路413に送られる。ここで対数撮像処理回路409により
輝度信号の圧縮及び色差信号の補正が行なわれ、映像信
号が得られる。 この実施例においても前記第17実施例と同様に再生機
内に対数撮像処理回路を備えているため画像の利得及び
ダイナミックレンジを自由に設定することができる。ま
た、信号処理回路407の最終段内に関数変換回路を設
け、輝度信号を変化させることもできる。これにより輝
度信号を対数圧縮だけでなく、画像再現上最良の効果を
もつように設定することができる。 次に、対数撮像の処理を行なう回路を撮像機と再生機
とに分割して備えさせた第19実施例について説明する。
このような場合について種々の具体例が考えられるが、
第63図は信号の対数圧縮のみを撮像機において行なう例
を示す。 対数圧縮を行なうには対数増幅器を用いることもでき
るが、先に記した方式により撮像素子自体で対数圧縮を
行うことがS/Nの点から有利である。第63図において撮
像機401には素子内で対数圧縮を行なう撮像素子404がお
かれ、その出力は信号処理回路405に入力される。 414は撮像素子を駆動する駆動回路である。先に説明
したように、駆動回路414から撮像素子404のオーバーフ
ロードレインに加えられるパルスの形状を変化させるこ
とにより利得及びダイナミックレンジが変化する。 この制御を自動で行なう場合には、先に述べたように
logYの信号が必要である。第63図の構成では、logY信号
が再生機側に出力されるためその代りに撮像素子から得
られるlogG信号を使用することで実用上十分に自動利得
制御及び自動ダイナミックレンジ制御を行うことができ
る。 撮像素子から出力された対数圧縮された信号は記録媒
体に記録され、例えば記録媒体として磁気ディスクを使
用する場合には信号処理回路405内のFM変調器415により
FM変調され、記録増幅器416により増幅されて磁気ディ
スク417に書き込まれる。なお、撮像時にダイナミック
レンジを変化させている場合には、そのダイナミックレ
ンジを示す信号も磁気ディスクに記録しておく。 再生機402においては、磁気ディスク417から読み出さ
れた信号が再生増幅器418により増幅され、FM変調器419
により原信号に戻される。さらに色分離回路420によりl
ogR,logG,logBの信号に分離される。これらの信号は逆
対数増幅器421により線型信号に変換されるが、この時
に記録されているダイナミックレンジを参照し、適切な
逆変換を行なう必要がある。逆対数増幅器として、例え
ば先に述べたようなフローティングポイント方式の構成
とすることができる。線型信号となったR,G,B信号はマ
トリクス回路422により輝度信号Yと色差信号R−Y,B−
Yに変換される。この後輝度信号は対数増幅器423によ
り再び対数圧縮される。この時の圧縮度は先ほどの撮像
時の圧縮度の値と同じにしてもよいし、画像の再現効果
をみながら適当に設定してもよい。 色差信号R−Y,B−Yは補正回路424によりlogY/Yが乗
算され視覚上の補正がなされる。これらの処理をうけた
信号Y′,(R−Y)′,(B−Y)′はエンコーダ42
5によりNTSC信号に変換され、モニタに出力される。 第64図は本発明の第20実施例を示す。この実施例では
記録媒体としてICメモリを用いている。撮像機401にお
いて、撮像素子404より出力された信号はA/Dコンバータ
426によりデジタル値に変換される。ここで、先ほどと
同様に撮像素子404には駆動回路414より信号圧縮パルス
を印加し、出力に対数特性をもたせておくことが好まし
い。この場合、A/Dコンバータ426の量子化ビット数とし
ては8ビットあれば48dBの信号を記録できるが、後に再
生機側でよりせまい光量範囲の画像だけを観察する場合
に量子化誤差がめだたないためには、量子化ビット数を
10〜12ビット程度備えておくことが望ましい。デジタル
値に変換された映像信号はデータ圧縮回路427及び符号
化回路428によりデータ量が減らされた後ICメモリ429に
記録される。 再生機402においては、ICメモリ429から出力された信
号がデータ伸長回路430により原信号に復元された後、
色分離回路431によりlogR,logG,logBの信号に分離され
る。この後、信号処理回路432内において線型信号へ変
換された後、マトリクス演算により輝度・色差信号に変
換される。さらに輝度信号の圧縮、色差信号の補正処理
とされた後、映像信号として出力される。なお、以上の
再生機における処理は、ICメモリからデジタル値として
信号が得られるため、そのままデジタル演算により処理
を進めていくことができるが、その場合でも最終的に出
力される映像信号はD/Aコンバータによりアナログ信号
とされる。 なお、例えば第56図に示す装置において、照明強度が
1:300でそれぞれ撮像した信号を1フレームづつ交互に
モニタで表示するようにすることもできる。 尚、対数圧縮する場合、logY/Yを色差信号log(R−
Y),log(B−Y)に乗じて色調がずれない様にしてい
るが、この比率を変化できるようにして色強調を行うこ
ともできる。 [発明の効果] 以上述べたように本発明によれば、対数圧縮等を行う
手段を形成してあるので、所望とするダイナミックレン
ジのカラー映像を得ることができる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial applications]   The present invention relates to a logarithmic color imaging device, and more particularly to a dynamic color imaging device.
It has means such as expansion of the work range. [Conventional technology]   Generally, the dynamic range of the image sensor is about 50 dB
Is said to be. However, the brightness of general subjects
The difference, or dynamic range, is larger
There are many, sometimes more than 100dB. Hand to solve this point
As described in JP-A-60-52171
Technical means, but only for black and white images
And not for color images.
No. [Problems to be solved by the invention]   JP-A-60-52171 (Japanese Patent Application No. 58-160916)
The dynamic range improvement means listed is for black and white images
And for color images
is not. When targeting color images, color images
It is necessary to perform special processing according to the unique characteristics of the image
However, there is no concrete means at present. For this reason,
When performing color imaging, there are various
It was difficult to obtain color images.   Therefore, the present invention uses a conventional image sensor (for example, 50 dB).
Color dynamic image
Significantly improve color image quality.
It is an object of the present invention to provide a color imaging device that can perform the operation. [Means to solve the problem]   The present invention solves the above problems and achieves the object.
The color that captures the color image for the observer to observe
-In imaging devices,   A color video signal that inputs the subject as a color video signal
Signal input means and the brightness from the input color video signal
A luminance signal extracting means for extracting a signal component to be represented;
The signal component representing the brightness extracted by the signal extracting means is
A non-linear compression means for performing non-linear compression, and
The signal component representing the brightness of the color video signal is nonlinearly compressed
Set by the non-linear compression means
Saturation and compression of color video signal at input using compression degree
A new color saturation has been added so that the later
Color signal synthesizing means for synthesizing color signals.
It is characterized by the following. [Action]   The following actions are taken by taking such measures.
The color space represented by the RGB three primary color vectors is
By the matrix conversion, as shown in FIG.
And a hue plane M (R-Y and
(Displayed in the rectangular coordinates of BY)
Can be. In FIG. 1, θ indicates the hue, γ indicates the saturation,
CB indicates a color vector. By the way, the color image
To extend the dynamic range, only the luminance signal Y
It is sufficient to compress, but the visual saturation γ is
Standardized (the brightness is doubled even if the absolute value of saturation is the same)
, The saturation is halved).
The reduction must be multiplied by the saturation γ. That is, the luminance Y
For logarithmic compression, multiply logY / Y by RY and BY
Good. By taking the above measures,
The dynamic range without affecting color saturation and hue
It becomes possible. [Example]   FIGS. 2 and 3 show the overall structure of the first embodiment of the present invention.
It is a block diagram showing composition. As shown in FIG.
The light image passing through the lens 1 and the half mirror 2 is
It is incident on a and 3b. The image pickup devices 3a and 3b are driven by the drive circuit 4.
To convert the light image into an electrical signal. This signal is RGB
The signals are sent to the separation circuits 5 and 6, and are separated into two sets of RGB signals.   Now, the dynamic range of the imaging devices 3a and 3b is set to 50 dB.
Then, [the amount of transmitted light] / [the amount of reflected light] of the half mirror 2 is 50
When set to dB, the imaging characteristics of the imaging elements 3a and 3b are as shown in FIG.
Become like The input coordinates in Fig. 4 are on a logarithmic scale.
You. In FIG. 4, a is an imaging characteristic of the image sensor 3a.
B is the imaging characteristic of the image sensor 3b. Above image sensor 3
When the outputs of a and 3b are simply added, as shown in Fig. 5,
A logarithmic imaging characteristic of 100 dB expressed in a similar manner is obtained. Fifth
The broken line in the figure indicates an ideal logarithmic characteristic. Of the above broken line
As close as possible to the ideal logarithmic characteristic indicated by the broken line
Logarithmic amplifiers 7 to 12 as shown in FIG.
Have been.   FIG. 6 is a diagram showing the internal configuration of logarithmic amplifiers 7 to 12, and FIG.
The range of the broken line (50dB) in Fig. 5 is further logarithmically
This is an example in which the characteristics are approximated. 13 to 15 in FIG.
Each amplifier has an amplification of 12.5 dB. Also 16 ~
19 is a window that performs a limiter with an amplitude equivalent to 12.5 dB
C. 20 is an adder.   FIG. 7 is a diagram showing the operation of the logarithmic amplifier shown in FIG.
21 is the output of the window circuit 16, 22 is the output of the window circuit 17.
Output, 23 is the output of the window circuit 18, 24 is the window number
The output of the road 19 is shown. These four outputs are
The addition by the adder 20 in FIG.
Ideal pair with 50dB dynamic range
It can approach numerical characteristics.   In the example of FIG. 6, a case where approximation is performed in four stages is shown.
However, it can be said that a better approximation can be obtained by increasing the number of stages.
Needless to say. Actually used for window circuits 16-17
Can be implemented with a small number of stages using the logarithmic characteristics of semiconductor devices
Noh.   As can be seen from the above description, two sets of RGB outputs
Ideal logarithmic characteristics by passing through logarithmic amplifiers 7-12
As shown in FIG. 2, this is added to the adders 26, 27, 2 for each RGB.
By adding each at 8, more accurate 100dB
Obtain signals logR, logG, logB with dynamic range
Can be.   By the way, regarding color images,
The numbers logR, logG, logB are converted to logY, logY (RY) / Y, logY (B
−Y) must be converted to the form / Y. Then the means
Will be described.   The basic principle is that the inverse transformation is performed by an antilogarithmic amplifier.
After extracting color signals R, G, B, linear matrix conversion circuit
To Y, R−Y, BY, and then logY, logY
(RY) / Y, logY (BY) / Y
You. However, with a logarithmic amplifier, a dynamic range of 100 dB
Signal processing after converting to R, G, B signal with edge
Is actually the dynamic range of the electrical circuit itself
(S / N) is not possible. However, the relative ratio of R, G, B
According to the visual characteristics, the rate is not required to be more than 40 dB. One
In other words, even at 40 dB or more, differences in luminance, saturation, and hue are
I do not feel it. Using this visual characteristic
Floating antilogarithmic conversion circuit for signals logR, logG, logB
It can be realized by the point method. The following
Specific means will be described.   First, the signals logR, logG, logB are converted to amplifiers 29, 30,
At 31, amplification is doubled as shown at 32 in FIG. And
The real-time average of these outputs is always the window in Figure 3.
Half of the limiter value W of the circuits 36, 37, 38, that is, W / 2
Subtractors 33, 34, 35 perform subtraction dynamically as
The characteristics are as shown in FIG. 8 to 50 are 50 dB.
Indicates the window width. The value logM to be reduced in the above subtraction
Is logM = {(logR + logG + logB) / 3}-W / 2 It is represented by the following formula. The above value logM is the average shown in FIG.
It is created by the value operation circuit 40. Window circuit 36,3
The limiter value W of 7,38 is 50 dB of the output of the amplifiers 29,30,31.
Of the dynamic range. That is, the signal logR, l
A signal in the range of ± 25 dB around the average value of ogG and logB
The signals are output from the dough circuits 36, 37, and 38. Here
The window width was selected to be 50 dB, because the window width was 10 dB.
This is because 50 dB was set in consideration of the margin of dB. 50dB die
Antilogarithmic amplifier with good S / N if in the dynamic range
(Exponential amplifier) can be composed of a matrix after
Conversion processing is also facilitated.   FIG. 9 is a diagram showing the internal configuration of the antilog amplifiers 41, 42 and 43.
is there. In FIG. 9, 61 to 63 are subtractors, and 64 to 67 are
Eggplant gain amplifier, 68-71 clips below O (V)
A clip circuit 72 is an adder.   Each output of the window circuits 36, 37 and 38 shown in FIG.
Antilog amplifiers 41, 42, 43 with a dynamic range of dB
Input, where it was converted to a linear value for the input.
That is, it is input to the matrix conversion circuit 44. Matrix conversion
Expressing the output of circuit 44 as an equation: Where log-1Is in the range of 50dB.   I mean   * M is the aforementioned (R, G, B)1/3 Becomes The output of this matrix conversion circuit 44 is again 50 dB
Logarithmic amplifiers 45, 46, 47
Thereafter, the average value logM is added by adders 48, 49, and 50.
It is. This gives a dynamic range of 100 dB
ogY, log (RY), log (BY) can be synthesized.
Wear. After this, logY is adjusted by the adder 51 for gain adjustment and
A multiplier 52 for which automatic gain control is performed and a coefficient S is given.
Thus, the dynamic range is adjusted. this
The point is disclosed in the above-mentioned JP-A-60-52171.
The technical means used may be used.   On the other hand, log (RY) and log (BY) are subtractors 53,5
The logY, the output of logarithmic amplifier 45, is reduced by 4 and l
og {(RY) / Y}, log {(BY) / Y}
It is. And antilog with 100dB dynamic range
Amplifiers 55 and 56 form (RY) / Y, (BY) / Y
After the conversion, the output of the multiplier 52 is output by the multipliers 57 and 58.
Multiplied by logY, logY / Y ・ (RY) logY / Y ・ (BY) Is converted to the form After this, the inverse matrix circuit 59
Convert to R ', G', B 'signal or NTSC signal
Thus, it can be handled as a normal color TV signal.   According to the first embodiment, the dynamic range is narrow.
Although it uses an image sensor, the color image die
Greatly improved natural range, extremely good color
An image can be captured.   The second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
I do. Note that the same circuits as those in the first embodiment have the same numbers.
wear.   Output of amplifiers 29, 30, 31 shown in FIG. 3 of the first embodiment
Is input to the gamma correction circuits 72, 73, and 74 in FIG.
Positive is given. In other words, the outputs of amplifiers 29, 30, 31 are logR, log
Since logarithmic compression is applied to G, logB, R, G,
Applying γ correction to B means this as shown in the following equation.
It suffices to multiply these signals by γ. logRγ= Γ · logR logGγ= Γ · logG logBγ= Γ · logB   By the way, since the γ correction circuit usually has γ <1, the tenth
Use resistors R1 and R2 as shown at 72, 73 and 74 in the figure.
It can be easily configured with a subtractor by resistance division
You. However, as shown in Fig. 12, the maximum amplitude value after gamma correction
(Saturation value) to make it equal to that before correction.
Reference voltage VRIs set equal to the maximum amplitude value (saturation value) before correction
Have been. Next, the signal logR that has undergone gamma correctionγ, logGγ, lo
gBγIs input to an average calculation circuit 40 having three inputs.
And subtractors 33, 34, 35 and adders 75, 76, respectively.
Entered in 77. Average value calculation circuit 40 and subtractors 33, 34, 35
Window circuits 36, 37, 38, antilog amplifiers 41, 42, 43 and mat
The operations of the Rix circuit 78, the logarithmic amplifier 45, and the adder 48 are as described above.
This is the same as the first embodiment. The matrix circuit 78
It is for making only. LogY which is the output of adder 48
(It has a dynamic range of 100dB.)
9 for gain adjustment or automatic gain adjustment.
Dynamic range adjustment or automatic die
The dynamic range adjustment is performed. Applied to adder 79
The gain adjustment voltage is log b and the dyna
Assuming that the mic range adjustment voltage is a, the output of the multiplier 80 is
a log bY. The changeover switches 81 and 82 adjust the gain and
Switching between automatic control and manual control of dynamic range adjustment
It is for choosing.   Next, the source of automatic gain adjustment and automatic dynamic range adjustment
Will be described. Automatic gain adjustment is one screen of luminance signal
The average value of minutes, or the average value of a part of the screen (root mean square)
Or a weighted flat portion of the screen
The feedback control is performed so that the average value is constant.
It is. Automatic dynamic range adjustment is one screen of luminance signal
Minute standard deviation, or the standard deviation of a portion of the screen,
Or the weighted standard deviation of one part of the screen
This is performed by performing feedback control so as to be constant. Fig. 10
Of which, 83 are rows for calculating the average value of the aforementioned luminance signal.
It is a pass filter. Compare the output of low-pass filter 83
Gain (set by variable resistor VR1) by amplifier 84
After the reference voltage 86 and the comparison amplifier (differential amplification),
The signal is input to the adder 79 via the switch 81 and added to the luminance signal.
It is. In this way, a feedback loop is established, and the luminance signal
The average value of the signal (the output of the low-pass filter 83) is
The pressure is automatically controlled to be equal to 86. Like this
Then, the luminance signal subjected to the automatic gain control is input to the multiplier 80 next.
Is forced. The output of the multiplier 80 is the standard deviation
It is input to the difference generation circuit 100. First, the subtractor 100-1
Average value of the luminance signal (output of the low-pass filter 83)
After being subtracted, detection is performed by the square detector 100-2.
It is. And, by the low-pass filter 100-3,
After the average value is obtained, it is input to the square root circuit 100-4.
Then, a standard deviation value of the luminance signal is obtained. This value is compared
The amplifier (85)
Dynamic range reference voltage 87 and comparative amplification (differential amplification)
After being input to the multiplier 80 via the changeover switch 82,
Multiplied by the signal. This creates a feedback loop.
And the standard deviation of the luminance signal is based on the dynamic range.
It is automatically controlled to be equal to the voltage 87. In addition,
The standard deviation generation circuit 100 for obtaining the standard deviation value shown in FIG.
Simplified to the standard deviation generation circuit 100 'shown in FIG.
You may. That is, the average value is subtracted by the subtraction circuit 100-1.
After that, absolute value detection is performed by the detection circuit 100-5,
Calculate the average of the variance of the luminance signal with the pass filter 100-6
May be. In this way, the gain and dynamic range
The controlled luminance signal is then input to logarithmic amplifier 92.
You.   In FIG. 10, the changeover switches 81 and 82 are shown.
When the contact Sa is switched on,
Gain setting voltage and dynamics set by resistors VR3 and VR4
A clean range setting voltage is applied, and gain control and
And dynamic range control.   Note that, for example, the gain is manually controlled and the dynamic range is automatically controlled.
Can be selected like dynamic control, and vice versa.
it can.   By the way, in the first embodiment, the color signals RY, B
By multiplying −Y by the degree of compression logY / Y of the luminance signal Y,
Only the luminance signal Y is compressed without affecting hue and saturation.
Shrinking. For this, the degree of compression logY of the luminance signal Y
/ Y is multiplied by R, G, B respectively, and logY / YR, logY / YG, log
The same result is obtained for Y / Y · B. This is logY, logY
/ Y (RY), logY / Y (BY) to inverse matrix circuit
When passed, logY / Y ・ R, logY / Y ・ G, logY / Y ・ B
I understand. Therefore, in this embodiment, the output of the multiplier 80,
In other words, a log bY is temporarily changed by a logarithmic amplifier 92 of 100 dB.
Compress and log (a log bY). Then this signal
And subtract logY, which is the output of adder 48, by subtractor 88.
As a result, a signal of log (a log bY / Y) is obtained. This reduction
The output of the arithmetic unit 88 is logR, logG, logB by the adders 75, 76, 77.
Log (a log bY / Y ・
R), log (a log bY / Y • G), log (a log bY / Y • B)
Obtainable. Then 100dB anti-log amplifier 89,90,9
1 gives a log bY / Y ・ R, a log bY / Y ・ G, a log bY / Y ・ B
That can affect hue and saturation
And only the luminance signal can be compressed. Where the above
The features of the second embodiment compared with the first embodiment will be described.
In one embodiment, the color signals RY and BY have positive and negative amplitudes.
Logarithmic amplifiers 46 and 47, adders 49 and 50, and subtractors 53 and 5
4 and antilog amplifiers 55 and 56 separate the signal into positive and negative
The calculations have to be done and the circuit becomes somewhat complicated.
This is because the logarithm of the logarithm can only be mathematically positive.
is there. However, in the second embodiment, only positive values
The circuit is simple because it processes only R, G, B signals that do not
become.   Next, the floating port used in each of the above embodiments
Another method of the int method will be described with reference to FIGS. 13 and 14.
You.   To perform antilogarithmic conversion of the above floating method
For example, in FIG. 10, the input signal is logRγ, logGγ,
logBγ(In Fig. 3, they are logR, logG, and logB.)
Set the average of these signals to the center of the window width
I have. In contrast, the floating type
Force signal logRγ, logGγ, logBγ(Or even logR, logG, logB
good. ) Is detected and the largest signal is detected.
Signal is set to the upper limit of the window, and -50
The width of the window up to the level range below by dB
It is. The signal smaller than the width of the window,
Signals below -50 dB below the signal level are treated as having the same amplitude.
However, as described above, the human visual characteristics of color images
Since it has no effect, it is truncated once in the window circuit
Would. The actual circuit is logR as shown in Fig. 14.γ, log
Gγ, logBγSignal is logRγAnd logGγ, logGγAnd logBγ, lo
gBγAnd logRγTo comparators 93, 94, and 95, respectively.
Is entered. And each comparison output is to determine the maximum value
Read-only memory ROM (lookup table) 96
Is input to The judgment signal from the read only memory 96 is
Selects the maximum signal input to the high-speed multiplexer 97
Therefore, as a switching signal for performing a dynamic switching operation
Function. By this series of operations, as shown in FIG.
To logRγ, logGγ, logBγThe largest signal is
It will always be selected. The low-pass filter 98
This is for removing the switching noise. And this maximum
To obtain a window width of -50 dB from
The output of the filter 98 is equivalent to a window width of 50 dB by the adder circuit 99
Is added to the subtraction circuits 33, 34, 35
Are subtracted and added by an adder circuit 48 (48, 49, 50 in FIG. 3).
And the floating point method
Rix operation is performed.   By the way, the above embodiment is, of course, a digital circuit.
It can be configured as it is. The analyzer shown in FIGS. 3 and 10
A / D conversion of floating log arithmetic circuit for log amount
Lookup using read-only memory
Executed by non-linear matrix operation by table method
Or a floating-point arithmetic digital signal.
Even if implemented by a
Good and practical when digital technology advances in the future
It is a target.   Next, an example in which another function is added to the present invention will be described.
Now. The output of the adder 48 is obtained by logarithmically compressing the luminance signal.
Therefore, a two-dimensional high-pass filter is inserted after the adder 48.
Eliminates multiplicative noise such as uneven lighting.
Thus, structure emphasis can be efficiently performed.
The detailed principle is described in Japanese Patent Application No. 60-272885.
Therefore, I will not explain.   In each of the above-described embodiments, the R, G, and B primary color signals are output from the image sensor.
It was obtained. Complementary color for color image sensor
System: yellow (Ye), cyan (Cy), magenta (Ma)
There is also an example of using a color filter such as. Like this below
An example in which a simple color image sensor is used will be described.
You.   FIG. 15 shows an example of a complementary color filter. Mg, G, Cy, Ye four colors
You are using FIG. 16 shows a color signal in the third embodiment.
FIG. 15 shows a block diagram of a signal processing circuit.
The color filter is obtained from an image sensor attached to the light receiving surface.
Signals logMa, logG, logCy, logYe with logarithmic characteristics are subtracters
Input to 102 to 105 respectively. The value logM to be subtracted is logM = {(logMa + logG + logCy + logYe) / 4} −W / 2 This value is generated by the average value calculation circuit 101.
Is done. Real time of signals output from subtractors 102 to 105
The average value is always the limit value W of the window circuits 106 to 109.
Halved and converted to a linear signal by antilog amplifiers 110-113
Can be reproduced. (Note that using the method shown in Fig. 14
To a window width of 50 dB below the maximum level.
No. ) Linear signals output from antilog amplifiers 110 to 113
Ma, G, Cy, and Ye are converted into luminance signals Y and
The signals are converted into color difference signals RY and BY. Where the matrix
The coefficients of the matrix of the operation performed in the circuit 114 are
Needless to say, it is set according to the characteristics of the complementary color filter.
It is. In the case of the complementary color filter shown in FIG.
If the transmittance is set appropriately, the luminance signal and color difference signal
Is represented by Y = Ma + Cy + G + Ye RY = (G + Cy)-(Mg + Ye) BY = (Mg + Cy)-(G + Ye) That is, the coefficient of the matrix is 1, and the matrix circuit
Reference numeral 114 denotes a simple configuration including only an adder or a subtractor.   Now, the matrix circuit 114 is calculated by the subtracters 102 to 105.
The output signal is divided by the average value M.
You. Therefore, these signals are converted by logarithmic amplifiers 115-117.
After logarithmic compression, logM is added by adders 118 to 120.
LogY, log (RY), log (BY)
You. The logY signal is obtained by the adder 121 and the multiplier 122 in FIG.
Control of gain and dynamic range as shown in
Is performed. On the other hand, the RY and BY signals are subtracted by a subtractor 12.
After the logY signal is subtracted by 3,124, the adder 126,127
The log (logY) output from the logarithmic amplifier 125 is added.
It is. And a linear signal by antilog amplifiers 128 and 129
Converted and visually corrected signal (RY) '=
(RY) logY / Y, (BY) '= (BY) logY / Y
can get. When using complementary color signals, the normal gun
Correction cannot be performed, but logarithmically compressed luminance signal
Subtractor 130 divided by R3 and R4 to give bias voltage V
Gamma correction and color according to the luminance signal
Same as gamma correction by adjusting the level of the difference signal
It is possible to obtain the effect of   Reference numeral 131 denotes a gamma correction function for correcting the color difference signal level.
It is a number conversion circuit. The luminance signal Y 'and the color obtained above
The difference signals (RY) 'and (BY)' are converted to NTSC signals.
Or converted to R ', G', B 'signals by the inverse matrix circuit.
You.   FIG. 17 shows color signal processing in the fourth embodiment of the present invention.
This shows a circuit, in which a complementary color filter is used.
Perform color signal processing. logMa, logG, logCy, logYe signals
Is connected by a floating point anti-log amplifier.
It is shown in Fig. 16 that the signal is converted into a shape signal Mg, G, Cy, Ye.
This is the same as the embodiment. These signals are input to a 4-input adder 13
2 to obtain a luminance signal Y. Further logarithmic increase
After being log-compressed by the width unit 115, the coefficient is added by the adder 118.
M is added, resulting in a logY signal. Adder 121 and multiplier 1
Adjustment of gain and dynamic range by 22
As a result, a compressed luminance signal Y 'is obtained.   Y 'signal passed through logarithmic amplifier 125 and logY signal are subtracted
The log (Y '/ Y) is obtained by the subtractor 133. this
The signal and logMg, logG, logCy, logYe are added by adders 134 to 137.
And each complementary color signal is multiplied by Y '/ Y.
Signal. Thereafter, the antilogarithmic amplifiers 138 to 141 output 4
Two linear signals Mg-Y '/ Y, G-Y' / Y, Cy-Y '/ Y, Ye
Y ′ / Y are obtained, and these are added to the 4-input
The color difference signal (R-
Y) ′, (BY) ′ are obtained.   As explained above, when using the complementary color filter
Also performs color logarithmic imaging in the same way as for the R, G, B primary color signals.
Can be.   By the way, in each embodiment described above, as shown in FIG.
A wide dynamic lens using two image sensors 3a and 3b
Signal (for example, 100 dB)
The output characteristics (photoelectric conversion characteristics) are converted to logarithmic characteristics.
In this case, the number of image sensors can be reduced to one.
There are advantages such as   Hereinafter, the second embodiment of the present invention in which the output characteristics of the imaging side are logarithmic characteristics
Five embodiments will be described.   As a method of converting the output characteristics to logarithmic characteristics, for example,
(Imaging) Logarithmic compression within the element is mentioned. This tool
As an example, a horizontal OFD (overflow
IL-CCD (interline transfer type CC) with Rain 144
D) A description will be given of realization using 145.   The IL-CCD 145 has a light receiving element row 146 in the vertical direction.
The vertical shift registers 147 are alternately arranged, and
Between the element row 146 and the vertical shift register 147.
Transfer gate 148TGApply
By doing so, each vertical shift register 147 is adjacent
Signal charges accumulated in the light receiving element row 146
Is done. Then, vertical transfer to vertical shift register 147
Clock φVThe signal charge by applying
Transfer in the (vertical) direction and transfer to the horizontal shift register 149
The horizontal (horizontal) image is stored in the horizontal shift register 149.
Horizontal shift-like clock φ for prime numberHBy applying
Thus, a CCD output signal can be output via the output amplifier 150.
In addition, an aperture formed adjacent to each light receiving element row 146
The bar flow drain 144 normally has an appropriate value and a positive voltage.
Applied (in the case of n-channel),
The excess accumulated charges are caused to overflow.
In this embodiment, the overflow drain 144
It controls the applied voltage to make the output characteristics logarithmic.
You. The drain is grounded via a resistor R.   The method of logarithmic compression in the element is basically the
The depth of the potential well of the optical element is determined by the exposure time t.
As time passes, it changes according to a function V (t) represented by the following equation.
To Here, the time t is equal to or less than the maximum exposure time (period) T,
That is, O ≦ t ≦ T. A is the degree of logarithmic compression (da
B is a constant that represents the dynamic range).
It is a constant to pass.   In order to derive the above equation (1), the function V shown in FIG.
Consider (t).   In FIG. 18, the horizontal axis represents time t, and the vertical axis represents potential.
Represents the depth of the well, and this function V (t) is the potential
It is a curve showing the temporal change of the depth of a well.   That is, during one exposure period, a small distance from the exposure start point
After a short time, the depth of the potential well is
Because of the shallow depth, all the light signal charges of extremely low brightness are charged.
However, optical signal charges of higher intensity are
Saturates to the depth of the well, and extra than this saturation
The charge is discarded in the OFD 144.   Thus, the depth of the potential well increases with time.
The magnitude is represented by V (t). In this case, the points at each time t
The amount of charge at the depth of the tensile well is considered
To the slope dV (t) / dt of the tangent of V (t) at time (t)
The accumulation of the corresponding optical signal charges is repeated, and this function V
It increases according to (t). Function V (t) at time t
The slope dV (t) / dt of the tangent increases with time t.
You. Therefore, the lower the luminance component, the more the charge accumulation is performed.
The exposure time becomes longer, and the signal level increases accordingly. one
On the other hand, the higher the luminance component, the shorter the actual exposure time becomes,
The signal increase at the high luminance level is suppressed accordingly.
You.   The function V (t) is set such that the above-mentioned suppression ratio becomes logarithmic compression.
Can be obtained as follows.   Some time t1Tangent P (t) of the function V (t) at1) Is next
It is expressed by an equation. This slope dV (t1) Photo charge of luminance with / dt is the exposure period
During T And the tangent P (T) at the maximum exposure time T is
From equation (2) Only the potential well is charged.   Therefore, to make the output characteristics of the element have a logarithmic characteristic
Is P (T) = A log {Q (T)} (5) The following relationship must be established.   By the way, when the incident light amount is 0 (that is, when the charge amount is 0).
Time), P (T) = − ∞ in the above equation (5)
However, in actual photoelectric conversion characteristics, although the photocharge starts from 0,
Correspondingly, P (T) must also start from 0. Follow
Therefore, the above equation (5) takes this into account, P (T) = A log {Q (T) +1} (5 ') Should be. (That is, the photoelectric conversion characteristics of the device
Equivalent to shifting the vertical axis to the right by one. ) Also gain
Changing T is to be able to change T
For example, it suffices to multiply T by B, and T in equations (3) and (4)
May be replaced with BT.   Therefore, from equations (3), (4) and (5 '), Becomes   Where time t1Is an arbitrary time t from 0 to T,
Since the equation needs to hold, t1With tAnd rearranging this equation (7) Equation (1) is obtained.   FIG. 20 shows a graph of the function V (t) satisfying the expression (1).
You.   In an actual circuit, for example, a dynamic range of 100 dB
When the compression of the current is performed, for example, the dark current at t = T
Example where the amount of accumulated noise charge is the maximum saturation level Emax of the device
For example, 1/10FiveDetermine the constant A so that
The gain B is determined so that the signal becomes Emax.   For reference, when A = 1 and B = 1, V (t) is V (t) = log {T / (T-t)}-t / T Becomes Here, log represents a natural logarithm.   Fig. 21 shows the photoelectric conversion of the device when logarithmic compression is performed.
Show characteristics. However, this characteristic has a dynamic range of 50
100dB imaging dynamic range using dB element
An example in the case of enlargement is shown.   In the above IL-CCD145, the depth of the potential well is changed
One way to do this is to increase the OFD gate voltage by the OFD gate barrier.
All charges accumulated in the light receiving area become the lowest and flow to the OFD.
Level VTwoThe height of the OFD gate barrier
Highest level V0Up to continuous according to the above formula (1)
It is performed by changing to.   However, the voltage applied to the OFD gate is actually negative.
By reversing the polarity of the above equation (1),TwoOr
The function shown in broken lines in Fig. 22
Becomes Note that the horizontal axis is time t, and T is, for example, 1/30 sec or 1
/ 60sec.   The above OFD gate control signal SThreeIs, for example,
Generated.   FIG. 23 shows a block diagram of an OFD control signal generation circuit.   First, a basic system with fixed gain and dynamic range.
The system is explained according to the flow indicated by the broken line in FIG.
I will tell.   First, the timing output from the system controller 151
Phase-locked sawtooth wave generation
The path 152 has a sawtooth wave S shown in FIG.1Is output
You. This sawtooth wave S1Has a frequency of 60Hz (field readout
At 30 Hz (when reading out frames).
Voltage is, for example, V1It is. However, this peak voltage V1Than
Low voltage level VTwoAnd the sawtooth wave S1Raw when limit
So that the length of the upper side of the screen corresponds to vertical blanking
Is set. This sawtooth wave S1Is a function generation circuit 153
To the function curve V (t) according to the above equation (1).
Inverted output SThreeIs generated. This output SThreeIs shown in Fig. 24 (b).
Signal S before inversion shownTwoThe waveform shown in FIG.
Become. That is, this signal SThreeIs the voltage level when t = 0
VTwoAnd V0The waveform is clamped by. still,
Consider the γ characteristics of the image sensor in the characteristics of the function generation circuit 153.
In consideration of this, the characteristic obtained by correcting the γ characteristic is represented by the value of A in equation (1).
Γ correction can be performed in the device. An example
For example, the control signal S indicated by a broken line in FIG.ThreeFrom the solid line
Control signal SThree'To output a gamma-corrected signal
It can also be done. Perform gamma correction in the element in this way
And the gamma correction circuit provided in the video signal processing unit becomes unnecessary,
The circuit can be simplified. (In this case, see Fig. 25 and Fig. 43
Is unnecessary. )   By the way, depending on the subject, a bright subject
Or vice versa for dark subjects. Also,
Some subjects have a wide dynamic range, some are dynamic
Some subjects have a narrow range.   Therefore, the information of every subject always has the same compression characteristics.
If it is not necessary to take images at
Gain control (automatic gain control: AGC or manual
Gain control) or dynamic range control (automatic
Dynamic range control: ADC or manual dynamic range control
Is effective.
become.   The above gain control can be performed by controlling the exposure time.
It is sufficient if B in equation (1) can be changed.
A control circuit for performing this gain control has a sawtooth as shown in FIG.
Output signal S of tooth wave generation circuit 1521Into the limiter 154
And the voltage level VTwoAnd then input to the subtractor 155
And the voltage VTwoSubtract from This subtraction output is output to multiplier 156.
Input and gain control signal SFour, And again to the limiter 157
Input and voltage VTwoAnd input to the subtractor 158,
Pressure VTwoSubtract from The output signal S of the subtractor 1581
It is input to the number generation circuit 153. At this time, the gain control signal S
FourIs a signal processing unit for color logarithmic imaging at the subsequent stage (see FIG. 25).
This logY signal is passed through LPF161.
1 field (or 1 frame) integration
Value, and set the voltage to the appropriate level with the variable resistor 162.
Pressure is applied to one input, the other
Output signal S input to the input terminal and compared and amplifiedFourIs switching
The signal is input to the multiplier 156 via the switch 164, multiplied, and controlled by the AGC.
Is controlled. Also, the photographer switches this changeover switch 164.
By setting the variable resistor 165 to an arbitrary value
Manual gain control to multiply voltage is also available
You.   The signal S output through the changeover switch 164FourIs
This corresponds to B in equation (1).   The dynamic range control is performed by the function generation circuit 15.
3 is the dynamic range control signal SFiveControl its characteristics with
It is done by doing.   At this time, the dynamic range control signal SFiveIs as follows
Is generated.   First, the gain control signal SFourLogY signal through LPF161
And the logY signal before passing through this LPF 161 are denoted by reference numeral 10 in FIG.
Input to the standard deviation generation circuit indicated by 0 (or 100 'in FIG. 11)
Then, a signal output from the circuit 100 is obtained.   This signal is provided (independently of the gain control,
Variable resistor 166 that can be set to level is applied to one input terminal
To the other input of the comparison amplifier 167
With the comparison output through the comparison amplifier 167, the changeover switch 168 is set.
Dynamic range control signal S passedFiveThe function generator 15
3 to control the dynamic range by the ADC.
U. Also, instead of using the ADC, the photographer sets the switch 168
To the manual side, and the value set arbitrarily with the variable resistor 169.
Can also be controlled manually. Where the signal SFiveIs
This corresponds to A in equation (1).   In the embodiment shown in FIG. 23, manual and automatic control
Can be performed by the changeover switches 164 and 168.   Video signal processing for color logarithmic imaging in the fifth embodiment
The control section is shown in FIG.   In this embodiment, the logarithmic characteristic can be automatically or manually set.
Change.   By the way, the image processing unit for color logarithmic imaging shown in FIG.
When performing a floating matrix operation,
After converting to near, perform matrix conversion and logarithmic conversion again.
Exchange.   Antilog amplifiers 41 to 43, 89 to 91 used here, logarithmic amplification
If the logarithmic characteristic of the output from the element is fixed,
It may be fixed corresponding to this.   However, the logarithmic characteristic of the output from the element is inside the element.
Or, it can be changed before the video processing unit for color logarithmic imaging
In this case, antilogarithmic amplifiers 41 to 4 are used depending on the logarithmic characteristics at that time.
It is necessary to change the characteristics of 3,89-91 and logarithmic amplifiers 45,92
is there.   Therefore, the dynamic range control signal SFiveUsing
For the antilog amplifiers 41 to 43, 89 to 91, the divider 171
By 1 / SFiveAfter making this signal 1 / SFiveAntilogarithmic increase using
By controlling the characteristics of the width gauges 41-43 and 89-91,
Do the right thing.   For the logarithmic amplifiers 45 and 92, the signal SFiveAs it is
By controlling the characteristics of the logarithmic amplifiers 45 and 92.
Correction.   The color signals MR, MG, MB passed through the antilog amplifiers 41 to 43 are
The luminance signal MY is generated by the matrix circuit 78, and the logarithm is increased.
It is input to the width unit 45. Note that the broken line B indicates that gamma correction is performed in the device.
The signal SThreeInstead of SThree
It becomes unnecessary.   In the fifth embodiment, the control is performed by controlling the OFD gate.
Although the number compression is performed, in the sixth embodiment of the present invention,
Uses FT-CCD (frame transfer type CCD) 173 shown in Fig. 26
For storage potential control (control of potential well depth)
More similar functions are realized. (However, with IL-CCD
The light receiving part is not a diffused photodiode, but a MOS
The same principle can be used for a photodiode. )   In FIG. 26, the FT-CCD 173 is adjacent to the light receiving section 174.
A transfer unit 175 is provided, and signal charges accumulated in the light receiving unit 174
Is the fast vertical transfer signal CK in normal usage1To the application of
Thus, the data is transferred to the transfer unit 175. After transferring to this transfer unit 175
Is the vertical transfer clock φV shown in FIG. 27 (c).TwoVertical
To the horizontal shift register 176.
Clock φH for horizontal shift of the number of pixels in the direction (FIG. 27 (d)
Repeat) to apply CC through output amplifier
D signal is output.   By the way, in this embodiment, the vertical transfer clock CK is used.1
Before applying the voltage, as shown in FIG.
Control signal S6To make a charge signal with logarithmic compression characteristics
Then, as described above, the high-speed transfer clock CK1Apply and roll
Transfer to the sending unit 175. That is, in this embodiment, the light receiving unit 174
Has a storage potential control signal S6And vertical transfer clock CK1And seal
Control signals φV1so
Express.   As shown in FIG. 26, the control signal φV1Is the subtractor 17
Voltage V by 7TwoFrom the signal SThree(See Fig. 27 (a))
Signal S6(See Fig. 27 (b))
The vertical transfer signal CK for driving the CCD1Is subtracted (however, IL-CCD
When applying, the CCD drive signal CK1Need to subtract
No) signal φV1Is applied to the input end of the light receiving section 174
I do. In this case the signal SThreeThe voltage VTwoInstead of subtracting
The signal before inversion in the function generation circuit 153 shown in FIG.
(Shown in (b))TwoMay be added.   ΦV1To an appropriate level when output from the subtractor 177
Has been converted.   FIG. 28 shows the control signal φV1Is generated.
That is, the voltage VTwoFrom the signal SThreeSubtract
The generated signal S shown in FIG. 28 (b)6Is shown in FIG.
Indicating signal CK1Is further subtracted to obtain the signal shown in FIG.
φV1Is generated.   By the way, in the fifth embodiment, in the case of IL-CCD, OFD
The logarithmic compression characteristic was realized by controlling the
Controlling the transfer gate as in the seventh embodiment
Inner log compression can also be performed.   FIG. 29 shows the transfer gate control in the seventh embodiment.
2 shows a logarithm-compressed IL-CCD178 in the device.   The logarithmic compression IL-CCD178 in the device uses the OFD gate of the IL-CCD.
Positive voltage V0Is applied and the signal accumulated in the light receiving
When the signal charge becomes excessive, it flows to the OFD gate side. (Den
Pressure VTwoLevel or higher. ) However, the signal accumulated in the light receiving section
The charge is the transfer gate clock φ in normal usage.
TGIs transferred to the vertical shift register and transferred.
Other than when the signal charge leaks to the vertical shift register side.
However, in this embodiment, during charge accumulation (after transfer)
Outside), so that some of it leaks to the vertical shift register side
A simple control signal is applied to achieve logarithmic compression characteristics.   Therefore, the control shown in FIG.
Signal SThreeAnd the transfer gate signal φ shown in FIG.
TGAnd logarithmic compression control as shown in FIG.
Signal φTG'And apply it to the transfer gate terminal.
I am trying to. Note that the transfer gate signal φ
TGIs output from the system controller.   C is set to an appropriate level when output from the adder 179.
Has been converted.   The control signal S shown in FIG.ThreeIndicates the time of charge accumulation (exposure
The control signal SThreeVertical shift
The charge leaked to the transistor side is the vertical rotation shown in Fig. 30 (d).
Transmission clock φV1To sweep it out. this
Therefore, this vertical transfer clock φV1Is the license of the image sensor.
It is desirable to have the maximum clock speed within the range.
On the other hand, the transfer gate signal output after one exposure period
No.φTGSignal charges transferred to the vertical shift register by
Is the vertical transfer clock φV shown in FIGS. 30 (d) and (e).Two
And output is canceled by the horizontal shift register clock φH.
After that, the logarithmically compressed CCD signal is output. This place
Clock φVTwoAnd clock φH are output in synchronization with each other.
You. (However, φVTwoAnd φH are applied with a phase shift of 1/2.
It is. )   In the seventh embodiment, signal charges are stored in a vertical shift register.
In addition to the vertical transfer function of
To improve the overflow charge absorption capacity
Can be done. Also reduce the load on the OFD gate
Can be   Further, in the above embodiment, the logarithmic compression characteristic is
A control signal is generated for
Generating control signals with digital circuits as shown in
Can also.   The control signal generation circuit in the eighth embodiment is shown in FIG.
The output signal of the system controller 151 is
At the address end of the backup table (ROM table, etc.) 180
The applied and read data is analyzed by the D / A converter 181.
It is converted to a log signal and has an appropriate cutoff characteristic.
Control signal S by smoothing through theThreeGenerate a
doing. The signal input to the D / A converter 181 is
The signal becomes a fine step-like signal as shown by the solid line in Fig. 32, and the D / A
The signal is converted to an analog signal by the converter 181 and passed through the LPF 182.
The control signal S shown by the broken line in FIG.Threebecome.   In the eighth embodiment, the gain control is performed by the system control.
LA 151 to the above signal SFourClock speed
And dynamic range control is also performed by the above signal
SFiveAddress to lookup table 180 according to
Control by reading the information of the corresponding curve.
Will be   Another embodiment of each embodiment for obtaining the above-described logarithmic compression characteristics in the element.
As an example, the method shown in FIG. 34 may be used.   In the ninth embodiment of the present invention, as shown in FIG.
Expose N times and transfer to vertical shift register during light period
And add the charge amount for N times on the vertical shift register.
And performs logarithmic compression within the element.   However, at this time, the exposure time of once, twice,.
As shown in Fig. 33, nonlinearly decreasing according to equation (1),
And the OFD gate voltage is such that the gate height is 1 / N of normal
Is set to N reads (to vertical shift register)
After that, signal charges are read out in the same manner as in normal readout.
Will be   As shown in FIG. 34 (a), each exposure time t1, TTwo, ...
Later, the transfer gate clock φTGAnd apply each dew
The signal charge accumulated during the light time is transferred to the vertical shift register.
And then add it by this vertical shift register. (Fig. 18
The description applies to the IL-CCD. ) But N times
Immediately after the addition of the signal charges at the time of exposure is completed, FIG.
As shown in (b) and (c), the vertical transfer clock φV1as well as
Apply the horizontal shift register clock φH to output terminal
To output the CCD signal.   By the way, N transfer gate clocks φTGmark
After the CCD signal is output after normal
In addition, unnecessary signal charges accumulated in the light receiving
Transfer gate clock (φ in FIG. 34 (a)).
) And then apply one as shown in FIG. 34 (b).
Vertical transfer clock φVTwoIs applied for the number of pixels in the vertical direction.
(After that, the horizontal shift register has the number of horizontal pixels (not shown).
(With the clock applied). In addition, OFD gate
As shown in FIG. 34 (d), when the gate height becomes 1
Voltage V0In contrast, the gate height is 1 / N (here, for example, 1/5)
Voltage V1Is applied.   Thus, in this embodiment, the CCD photoelectric conversion output
The polygonal line characteristic approximates the characteristic to the logarithmic characteristic.   The method of logarithmically compressing and outputting signals in the image sensor is called CC.
The present invention applied to XY address type image sensor instead of D
The tenth embodiment will be described below. XY address type
Since the image sensor sequentially scans the pixels in the screen, the pixels
The timing of the start and end of the exposure differs every time.
Therefore, care must be taken when performing signal compression. Machine
Exposure start / end timing using mechanical shutter
Or when using a field sequential endoscope
Is common to all pixels, similar to the method described in the previous CCD.
Just add a pulse to compress the signal at the right time
No. However, in the general case, the exposure timing
Signal compression pulse is also different
Need to be applied with This method is applied to the XY address
SIT (Static Induction Transistor)
The case where the present invention is applied to the image sensor will be described below.   Fig. 35 shows the structure of one pixel 183 of the SIT image sensor.
(A) shows the structure, and (b) shows an equivalent circuit. No.
When light enters the pixel 183 shown in FIG. 35, holes are generated in the gate 184.
Accumulates, the gate potential rises, and the source 185 and drain 1
The current flowing between 86 increases. Reference numeral 187 is a gate 184
Is connected to the capacitor. Source 185 and de
Detecting the current between the rain 186 from each pixel and obtaining the video signal
You. How to compress the output signal in such an image sensor
The law is described in Japanese Patent Application No. 58-213488.
Therefore, using the principles presented here,
An imaging element that can obtain the characteristics will be described. Figure 36 shows imaging
14 shows an overall circuit configuration of the element device 188.   In the image sensor device 188, the pixel 183 shown in FIG.
It is arranged like a liquor. The gate 184 of each pixel is
, 189-n connected to lines 189-1, 189-2,.
5 is connected to column lines 190-1, 190-2, ..., 190-m respectively
Have been. The drain 186 of each pixel 183 is common to all pixels.
Connected. Row line 189-i (i = 1, 2,...)
n) is connected to the vertical scanning circuit 191 and the column lines 190-j
(J = 1, 2,... M) are the horizontal scanning circuit 192 and the reset circuit 1
Connected to 93.   The vertical scanning circuit 191 includes a vertical shift register 194, an analog
A shift register 195 and a signal mixing circuit 196.
You. The horizontal scanning circuit 192 includes a horizontal shift register 197,
A selection switch 198 and a video line 199 are provided. Re
The set circuit 193 includes a reset switch 200. the above
A signal waveform indicating the operation timing of the image pickup device
Figure 7 shows.   In FIG. 37, φs is output from the horizontal scanning circuit 192.
Pulse. Also, φG1, ΦG2, ΦGnIs the vertical scanning circuit 19
This pulse is output from 1 and φRSIs the reset circuit 193
Is a pulse applied to.   The operation of the image pickup device 188 shown in FIG.
This is described below with reference to FIG.   Each pulse φ in Fig. 37G1, ΦG2, ... φGnAt the voltage
VRDIs a voltage for reading the corresponding row line 189-i.
This voltage VRDIs applied vertically shift
Provided by register 194. Also, voltage VOFIs a horizontal bra
Voltage that is applied every
Provided by the shift register 195. The signal mixing circuit 196
Vertical shift register 194, analog shift register 195
The output is mixed at an appropriate timing, and the pulse φG1, ΦG2,
... is generated. In the horizontal scanning circuit 192, the horizontal scanning
The horizontal shift register 197 operates every period.
, The horizontal selection switches 198,…, 198 are sequentially opened,
190-1,190-2,190-n signals are sequentially sent to video line 199
Read. In the reset circuit 193, the reset switch
Switch 200 is pulse φ every horizontal blanking periodRSTo
Open synchronously. Pixel 1 now connected to row line 189-1
Think about 83. Pulse φG1Is VRDWhen the water
The signal of each pixel 183 is read sequentially by the operation of the flat scan circuit 192.
Will be issued. In the subsequent horizontal blanking period, VOFIs each
Applied at a high value to completely reset pixel 183, and
When the reset switch 200 is opened, the reset of the pixel 183 is performed.
The gate of pixel 183 has a low value at the start of integration.
Becomes Next horizontal blanking period after one horizontal scanning cycle
At VOFIs a slightly lower value. On the other hand,
The gate potential of the element 183 depends on the amount of light incident on the pixel 183.
It is rising. For pixels 183 with a large amount of light,
The clip potential is clipped, and the potential of pixels with a small amount of light is
It is kept without being ripped. Therefore, the amount of light
Only the signal of the pixel 183 is compressed. Next blanket
This signal compression operation is performed again during the
You. Compression level is voltage VOFIs determined by Hereinafter the same
As described above, signal compression is performed every horizontal blanking period.
Φ after vertical scanning cycleG1But again VRDPressure
The compressed signal is read. Where VOFThe voltage of the 38th
Figure φAIs changed according to equation (1) as shown by
For example, a logarithmically compressed signal output is obtained.   Image connected to another row line 189-i '(i' ≠ 1)
For the element 183, the pixel is operated by the operation of the vertical scanning circuit 191.
Signal φ delayed by 93 read timingsGBut
Added. (This delay is equal to the read voltage VRDabout
In the vertical shift register 194, the voltage VOFAbout analog
It is provided by a shift register 195. ) Therefore, each pixel 183
Is exactly the same as row line 189-1,
A compressed signal is obtained from all pixels 183.   The degree of signal compression is input to the analog shift register 195
Pulse φ as a control signal for logarithmic compressionAchange
Can be set freely. This pulse φAIs always O
Bolts provide linear output characteristics that are not compressed
You. Also, this pulse φASwitch between high voltage and low voltage
In this case, the characteristic is represented by two broken lines. Also (1)
Adjust the amplitude, slope, etc. even when matching the function of the formula
Change the dynamic range of logarithmic compression
Can be done. For this reason, AGC and ADC
Pulse control φACan be performed.   The analog shift register used for the vertical scanning circuit 191
For example, a BBD (Bucket Brigade Device)
Can be used. This is shown in FIG. 39 (a)
MOS transistor Q1 and capacitor C1
Structure as shown in FIG. 39 (b)
With. Analog shift with simple circuit using BBD
Register 195 can be configured.   The method of logarithmically compressing the signal and outputting it using the method described above
The formula can be applied to other XY address type image sensors.
You.   Next, use the CMD (Charge Modulation Device)
An eleventh embodiment will be described.   FIG. 40 shows the configuration of one pixel of CMD, and FIG.
FIG. 2B shows an equivalent circuit. Normally on gate 201
Has a negative voltage applied. Gate when light enters
Holes accumulate under 201 and the potential increases. To gate 201
Higher voltage (negative voltage) than during light accumulation due to signal reading
When applied, the current between source 202 and drain 203
It flows according to the amount, and the signal of the pixel is read. Gate 20
When a positive voltage is applied to 1, holes below the gate 201 disappear, and
Set. The overall configuration of the image sensor is shown in FIG.
Pixel 183 is replaced with the CMD pixel shown in Fig. 40.
Become. Further, a reset circuit is unnecessary. Operation timing
The signal waveform indicating the signal is the same as in FIG.
Loose φG1, ΦG2, ... φGnVoltage to suit CMD
Just change it.   In such an image sensor, the horizontal
A positive voltage is applied to the gate 201 during the blanking period.
Thus, the pixel is reset. The next blankin
During the reset period, a voltage lower than that at the time of reset is applied. incident
In a pixel having a large amount of light, the gate potential becomes a positive potential,
The signal is clipped. On the other hand, pixels with low light
No. is kept as it is. For this reason, images with large light
Only raw signals are compressed. Below horizontal blanking period
This compression operation is performed every
By changing the voltage applied to the
Thus, a logarithmically compressed signal output is obtained.   The present invention applied to still another XY address type image sensor
As the twelfth embodiment of the Ming, AMI (Amplified Mos Imager)
An example using is shown below.   FIG. 41 shows an equivalent circuit of one pixel 204 of the AMI. Photoda
Ide 205 is connected to the gate of MOS transistor 206.
The MOS transistor 206 has a drain connected to a MOS transistor.
207 is connected to the source. Photodiode 205
Is reset by a positive voltage via the diode 208
You. When light enters, the cathode voltage of the photodiode 205
The rank drops. Therefore, the current of the MOS transistor 206 is
The intensity decreases as the light intensity increases, and this is obtained as an output signal.   The configuration of the imaging device is as shown in FIG. Basic
Is the same as FIG. 36, and the same elements are denoted by the same reference numerals.
doing. A row line 209 for reading is connected to one pixel.
Two row lines 210 are provided for the set.
You. The row line 209 for reading is the vertical shift register 194
Row line 210 for reset is connected to the analog shift
Connected to the register 195.   Voltage V applied to reset row line 210OFIs a signal reading
At the time of protruding, it is set to OV. High after signal read
When a different voltage is applied, each pixel passes through a diode 208.
Then, the photodiode 205 is reset. Then VOF
As the pixel is reduced, the light intensity is reduced
The signal is kept as it is, but in pixels with a large amount of light
The signal is compressed because the voltage is clipped. This
VOFIs changed according to the equation (1) to obtain the logarithm
A compressed signal can be obtained.   As described above for the various image sensors, XY
Even in an address type image sensor,
Change the voltage at which the signal is clipped appropriately and
The voltage changes for each pixel according to the signal readout timing.
To compress the signal logarithmically in the image sensor
be able to.   The fifth to twelfth embodiments after FIG.
Explains an example of inner logarithmic compression.
Has a mosaic-like color filter array on the front of the device.
By mounting or using a three-plate structure,
Can appear.   Using elements that realize these logarithmic compression characteristics, logarithmic pressure
A reduced color imaging device can be realized as shown in FIG. on the other hand,
Using the elements of these embodiments, the signal for automatic gain control in the element is used.
No.SFourAnd signal S for automatic dynamic range controlFiveTo make
Automatic gain control circuit, automatic die in series with the logY signal
Combination of the dynamic range control circuit and display of its output
Conversely, by using it as a logY signal for
Extended dynamic range for narrow subjects
Can be performed.   In the video signal processing unit of FIG.
The part performs this operation. In FIG. 43, parts other than A
It is the same as FIG. 25, and the part A is shown in FIG. 10 and FIG.
, The description is omitted.   Each embodiment of the logarithmic compression within the device up to now
Devices, especially CCDs.
There is also an imaging tube such as a vidicon. Vidiko out of the tube
The photoelectric conversion characteristic is originally a logarithmic characteristic.
ing.   Therefore, when using a vidicon, output
Using logR, logG, logB, the image for color logarithmic imaging
This object can be achieved by inputting the signal to the signal processing unit.   However, in this case, the logarithmic characteristics are fixed, and ADC and
The manual adjustment is performed electrically at a later stage.   Logarithmic pressure in the device in the fifth to twelfth embodiments described above
The following advantages are obtained as the effect of the reduction.   By performing logarithmic compression within the element, (1) The output from the element itself has a logarithmic characteristic
Therefore, the signal processing at the subsequent stage can be simplified and the size can be reduced.
You. (2) Logarithmic compression with one or one set (for three-plate type) of elements
And no memory is required for compression. (3) During the output of one element, the entire dynamic range of the subject
Can be inserted, and the subject can be
Extract and display image information of any brightness level
Can also. (4) Since logarithmic compression is performed inside the element, outside the element
(Use multiple devices or memory after multiple imaging
S / N compared to performing logarithmic compression
Will be better.   The signal is compressed in the CCD image sensor, and the logarithm
The embodiment having the property has been described above. Well, Con
When capturing an image of a subject with low trust, etc.
It is more convenient to give the force an antilogarithmic characteristic (exponential characteristic)
No. This involves multiplying and subtracting positive values after logarithmic transformation of the signal.
Calculation to reduce the displayed dynamic range.
And Rather than performing this operation with a signal processing circuit
Performing in an image sensor is advantageous in terms of S / N. Less than
Below, the CCD image sensor output is set to have exponential characteristics.
An example will be described.   FIG. 44 shows a CCD device used in a thirteenth embodiment of the present invention.
The configuration is shown. 221 is a light receiving unit, and 222 is a light-shielded storage unit.
You. Photodiodes 223 are arranged in rows and columns in the light receiving section 221.
Are lined up. Vertically shaded photodiode rows
Next to shift register 224 and overflow drain 225
It is arranged in contact. 226 is perpendicular to photodiode 223
Transformer controlling charge transfer between direct shift registers 224
227 is the saturation level of the photodiode.
This is an OFD gate that controls the signal. In the storage section 222 that is shielded from light
Is provided with a vertical shift register 228 connected to the light receiving unit 221.
The horizontal shift register 229 has a vertical shift register.
It is connected to the register 224. Horizontal shift register 229
An output amplifier 230 is connected to one end. That is, this C
CD is a so-called frame interline transfer CCD
(FITCCD).   In such an image sensor, the accumulated signal charge is
The light is immediately transferred to the light-blocking storage unit 222, and is received during light storage.
The vertical shift register 224 of the optical unit 221 is empty. So
Here, during light accumulation, the potential of the transfer gate 226 is properly adjusted.
Control the vertical shift register 2 from the photodiode 223
Output by extracting the charge overflowing as 24 as a signal
Can have an exponential characteristic.   Figure 45 shows the photodiode, vertical shift register,
Structure and potential distribution of bar flow drain
FIG. FIG. 46 shows the case where voltage is applied to the transfer gate.
Pulse φTGIs shown. Pulse φTGIs the photodiode
A positive signal such that all loads transfer to the vertical shift register
This is a pulse that decreases from the bell Va in a convex curve. this
When the curve is represented by V (t), V (t) is a perfect exponential characteristic.
Satisfies the following equation with respect to time t.
As given. Where a is gain, b is dynamic range, c is OFD
It is a constant for adjusting the DC component of the gate voltage.   The curve V (t) shown in FIG.
Loose φTGIs applied to the transfer gate 226 during the light accumulation period.
The output of the exponential characteristic
You.   In practice, instead of the continuous curve shown in FIG.
Line approximation or other approximation functions may be used.   The pulse φ of the curve shown in FIG.TGWhile applying
When photocharges are accumulated, the
Potential barrier between the logic and vertical shift registers is low
Therefore, the charge is divided and accumulated in both (Fig. 47
(A)), the barrier increases with time and the charge is
It becomes accumulated only in the iod (Fig. 47
(B)). In this case, the weaker the amount of incident light, the more the charge
The time cannot be exceeded soon. Therefore, the vertical shift
Regarding the electric charge stored in the
The accumulation time is short, and the accumulation time is longer as the incident light intensity is stronger.
Will be. As a result, the exponential function shown in FIG.
An incident intensity versus output characteristic is obtained. In this case the photo
Mode and the vertical shift register have the same saturation charge.
Then the slope of the tangent near the saturation of the output signal doubles
The logarithmically converted signal has twice the gain
Is equivalent to To further increase this magnification, a photo die
It is necessary to increase the saturation charge of the ode. That is, the magnification
In order to make it N times, the saturation charge of the photodiode must be
It is necessary to multiply (N-1) times. This is a photodio
It is necessary to increase the size of the card part or increase the applied voltage
However, in the former, the element size increases, and in the latter, there is a restriction on the withstand voltage.
Difficult from.   Therefore, the charge of the photodiode is pulsed during light accumulation.
About the method of increasing the magnification by discharging the waste
It writes in.   Fig. 49 shows the pulse φ applied to the transfer gate.TGPassing
And the pulse φ applied to the OFD gateOFDGIs shown. Pulse φ
TGDecreases from Va according to equation (8), and when OV is reached, the voltage
Is increased by Va, and continuously changes according to equation (8).
Become On the other hand, φOFDGIs φTGJust before reaching OV
Ruth is added. This change is repeated an appropriate number of times
You.   This pulse φOFDGIs added, from the start of light accumulation
Is the same as in the previous embodiment. And photodio
At the moment when the charge of theOFDGPulse
As a result, as shown in FIG.
Iodine charge is drained to the overflow drain
You. Immediately after this, the photodiode and vertical shift register
The potential barrier between the two becomes lower, as shown in FIG.
Light accumulation is resumed as before. Thus, the potential
As the barrier rises over time,
As shown in FIG.
Will be accumulated in the star. This operation is repeated
Thus, the input-output characteristics shown in FIG. 51 are obtained.
When charge discharge during accumulation is performed n times,
The slope becomes (n + 2) times, and as shown in FIG.
In the case of two discharges, the gain is quadrupled.
You.   In a CCD image sensor as shown in FIG.
The normal operation of storing photocharges in the diode is performed.
I can make it. Also, during photo accumulation,
Barrier between the drain and overflow drain
By appropriately increasing the
As described above, logarithmic compression can be performed. So
Switching between this operation and the operation of the exponential characteristic
By using the same element, logarithmic output and exponential
Sexual output. Therefore, like this
The output of the various elements is connected to the logarithmic imaging processing circuit as described above.
By continuing, the dynamics observed according to the subject
Capable of imaging while reducing or expanding cleansing
It works.   FIG. 52 shows a configuration example of the logarithmic imaging signal processing unit. Basic
Is the same as FIG. 3, and the same reference numerals denote the same components.
It is attached. Logarithmic amplifiers 231-233 are provided in the circuit.
The signals input to the antilog amplifiers 41 to 43 are
4 to 239 can be switched. This
Device outputs have logarithmic characteristics due to the operation of switches 234 to 239
In this case, the antilogarithmic amplifiers 41 to 43 and the element output
Input signal to logarithmic amplifiers 231-233
Thus, conversion to a linear signal is performed. Also, in the element
The dynamic range of the image is continuously changed
If set, log and antilog accordingly
It is only necessary to control the gain of the amplifier and perform appropriate conversion.
Is similar to that described in FIG.   The luminance signal output from the matrix circuit 44 is logarithmically amplified.
To switch 45 or exponential amplifier 240 by switches 241,242.
Input and return to logarithmic or exponential characteristics at the time of imaging.
You. If the element output is exponential,
In this case, there is no need to use
The output of the average value calculation circuit 40 is set to 0 level by the switch 243.
Is switched to. As a result, the subtracters 33, 34, 35 and the adder
Addition and subtraction in the arithmetic units 48, 49, and 50 are not performed, and
Correct visual color difference signal correction for output
It is.   Other processing is the same as that already described.
Therefore, the description is omitted.   In the above embodiment, the photodiode is formed by the diffusion layer.
That was the case. Photo diode to MOS gate
When formed by MOS photodiodes using
A fourteenth embodiment of the present invention will be described below. Figure 53 is a photo-diode
FIG. 3 is a diagram showing a cross-sectional structure and a potential distribution near a node.
You. 244 is the gate on the photodiode (PD gate), 2
45 is vertical shift register gate, 246 is overflow
It is a drain. Fig. 54 shows the pulse φ applied to the PD gate.
PDGIs shown. φPDGIncreases from level 0 according to equation (8)
Pulse.   Accumulate photocharges while applying such pulses
In the beginning of the accumulation, the potential well under the PD gate
Due to the shallow depth, the charge shifts vertically as shown in Fig. 55 (a).
It is also accumulated in the register, but potential over time
Since the well becomes deeper, the electric charge thereafter becomes as shown in FIG.
Is accumulated only in the photodiode. Soshi
The output has an exponential characteristic according to the same principle as the previous embodiment.
Is obtained. The exponential gain is
The larger the saturation charge, the larger the charge.   In this embodiment, an electrode exists above the photodiode.
Therefore, light sensitivity is slightly reduced, but transfer gate
Or an overflow control gate is no longer necessary.
And the structure is simple.   In FIG. 44, the configuration of the CCD image sensor is shown as a FIT-CCD.
The reason for this is that images are continuously captured.
After imaging one screen, stop imaging for the period necessary for signal readout.
Stop and start the light accumulation of the next screen after signal reading is completed.
In this case, an IL-CCD can be used.   The overflow drain is connected to the photodiode.
Adjacent, but this is below the photodiode
So-called vertical over using n substrate through P layer
A flow drain may be used. Apply to n substrate
Voltage and the overflow drain
To change the potential barrier between
This allows the same operation as in the previous embodiment to be performed.
Wear.   In the above embodiment, the apparatus and method for compressing the logarithm within the element are described.
However, for example, as in an electronic endoscope,
If there are steps, the light intensity of the light source forming the illumination means is changed.
Illuminance can be logarithmically compressed.
You.   In this case, the image pickup device forming the image pickup means is a color filter.
If equipped with a filter array, color
-Image pickup is performed, and the prior application example (Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-160917, U.S.A.)
SP-4584606).   On the other hand, the image sensor does not have a color filter array
For monochrome (RGB etc.) plane sequential imaging
A fifteenth embodiment of the present invention will be described. Sequential shooting
In the case of the image method, for example, an exposure amount (illumination)
The irradiance (that is, (light intensity) x (time)) is 1: 300 (element
(When the dynamic range of the body is 50dB)
Next, the illumination light is sequentially changed.   After each illumination period, the shading period for the vertical transfer period of the element
Provide a gap. In this case, the lighting means is an RGB rotation filter
1:30 for the ratio of the (aperture) window of each color filter for each color
Can be set to 0, or for RGB strobe lighting
The ratio of the ON time for each color may be 1: 300.   In this way, for example, the exposure amount is changed twice for the same color R,
The output data is stored in the R frame memory for the first time.
Second, the first data is stored in the R frame memo.
Addition to the second output data while sequentially reading from the memory
Then, the contents of the frame memory are written into the added data.
Change. By performing this for each of the R, G, B colors,
Image data with logarithmic characteristics of line approximation
It accumulates in moly. After the RGB color data is complete,
For example, the color shown in Fig. 10 via the D / A converter
After input to the video processing unit for logarithmic imaging, RGB output or NTS
The color is displayed on the monitor as C composite output.   (In this embodiment, the frame memory is stored for each color.
For each exposure level (2 stages in this example), and for each exposure level
Is stored in the frame memory at each
May be added. )   Fig. 56 shows an electronic scope focusing on the frame memory section
1 shows a configuration of an apparatus.   In the figure, an electronic scope device 301 is inserted into a body cavity or the like.
The electronic scope 302 is elongated so that it can be inserted
The electronic scope 302 is connected, and the light source unit 303 and the signal processing unit
Scope control unit 304 with built-in step and this scope
A monitor for display connected to the video output terminal of the controller 304
305.   The tip 306 of the electronic scope 302 has an objective for imaging.
Lens 307 and a fixed lens disposed on the focal plane of the objective lens 307.
A body image sensor (SID) 308 is housed. Also, this electron
A light guide 309 for transmitting illumination light is provided in the scope 302.
Is inserted, and the incident end face side is connected to the light source section 303.
The white light from the xenon lamp 310 etc.
Is the rotary filter 311 or the rotary filter 311 shown in FIG. 57 (a) or (b).
Is R (red), G (green), B (blue) through 312
Light is irradiated in a sequential manner.   Then, from the exit end face of the light guide 309, the illumination lens
The light is emitted toward the subject through a noise 313.   The xenon lamp 310 emits light with the power of the power supply 314.
You. The RGB rotation filter 311 or 312 is rotated by the motor 315.
This motor 315 is driven by a motor driver 316
Driven by signals.   An SID drive (not shown) is installed in the scope control unit 304.
Drive signal from this SID driver
The signal read from SID 308 by applying
A / D converter 31 in frame memory unit 317 via cable
8 and converted to a digital signal. This A / D
The signal passing through the inverter 318 passes through a multiplexer 319.
Input to the three multiplexers 321, 322, 323.   These three multiplexers 321,322,323
One pair of adders 324a, 324b; 325a, 325b; 326a, 326b and 1
Paired multiplexers 327a, 327b; 328a, 328b; 329a, 329b and
Is connected.   Further, the above-mentioned pair of adders 324a, 324b; 325a, 325b; 326
a, 326b and the multiplexers 321,322,323
A pair of multiplexers 327a and 327 for switching between one of the contacts
b; 328a, 328b; 329a, 329b output is a pair of buffers 333a,
333b; 334a, 334b; 335a, 335b, a pair of R frames
Memory 336a, 336b, G frame memory 337a, 337b, B
Input to the frame memories 338a and 338b. These one pair
Frame memories 336a, 336b; 337a, 337b; 338a, 338b
Via latches 339a, 339b; 340a, 340b; 341a, 341b, respectively.
Connected to the adders 324a, 324b; 325a, 325b; 326a, 326b.
Read from frame memories 336a, 336b; 337a, 337b; 338a, 338b
Data and data from multiplexers 321, 322, 323
327a, 327b; 328a, 328b; 32
9a, 329b and buffers 333a, 333b; 334a, 334b; 335a, 335b
Via frame memory 336a, 336b; 337a, 337b; 338a, 3 again
38b can be written.   Also, a pair of frame memories 336a, 336b; 337a, 337b; 33
8a and 338b go through multiplexers 342, 343 and 344, respectively.
Connected to the video D / A converter 345. This bidet
The analog signal converted by the D / A converter 345
For example, input to the video processing unit 346 for logarithmic color imaging shown in FIG.
The output is displayed on the monitor 305.   The pair of frame memories 306a, 306b; 307a, 307b; 308
a, 308b, one frame memory 306a, 3
07a and 308a are, for example, read and write in even field
And the other frame memories 306b, 3
07b and 308b perform reading and writing in odd fields
Used for   By the way, the RGB rotation filter 311 forming the light source unit 303
Or 312 is shown in FIG.   FIG. 57 (a) shows the electronic scope built into the tip 306.
Line transfer method and frame transfer method
Or XY address system.
FIG. 2B shows the case where the interline transfer method is used.
This is an example.   In FIG. 57 (a), the R dichroic filter 35
1a, 351b, G dichroic filters 352a, 352b, B die
Croic filters 353a and 353b have a filter area of 1: 300
The ratio is set. (For example, 1R, 300R, etc. have an area ratio of 1: 3
Means 00. )   In FIG. 57 (a), each filter (for example, 351a, 3
52b), a light-shielding part is provided.
In the RGB rotation filter 312 in the case of the transmission method SID,
As shown in (b), R, G, B
Dichroic filters 354a, 354b; 355a, 355b; 356a, 356
b are each formed continuously, and each is 354, 35
Shown at 5,356.   The color of each filter is determined by using the start marker 357 (No. 57).
(In the case of Fig. (A)) and 358 (in the case of Fig. (B))
And read timing after each exposure.
361a, 361b; 362a, 362b; 363a, 363b (Fig. 57 (a)
Case), 364a, 364b; 365a, 365b; 366a, 366b (Fig. 57
In the case of (b)), the position detection sensor (or reader) 367
(See Fig. 56). Hereinafter, FIG. 57 (a)
The case where the filter 311 is used will be described.   For example, 1R (1G), R (G) indicated by ((1B))
((B)) Dichroic filters 351a (352a) ((35
3a) The image data in the even field exposed in
A / D converter 318, multiplexer 319, multiplex
321 (322) ((323)), 327a (328a) ((329
a)), the latch 333a (334a) ((335a))
Frame memory 336a (G frame memory 337a) ((B
It is written to the frame memory 338a)) (composite same order).
Next, R (G) indicated by 300R (300G) ((300B))
((B)) After exposure with filter 351b (352b) ((353b))
The A / D converter 318
Kusa 319, multiplexer 321 (322) ((323)), addition
324a (325a) ((326a)), multiplexer 327a (32
8a) ((329a)) and buffers 333a (334a) ((335
a)) through the R frame memory 336a (337a) ((338
a)). In addition, each frame memory 336a-338b
Indicates the data writing speed and reading speed are SID308
Depending on the transfer capacity of the
It is decided to stand up. Also, as shown in FIG.
At the time of embedding, an address is specified as shown in FIG.
(B), the speed is twice as fast as
Read / write is performed and read as shown in FIG.
Sometimes the data read from the frame memory is latched.
Can be held and output at the time of a write signal.
I'm trying.   That is, latches 339a-341b are synchronized with the read timing
Data from each frame memory 336a-338b
Touch. It is imaged under the 1R filter 351a and the latch 33
The data latched in 9a is captured by the 300R filter 351b
When the input data is input, it is added by the adder 324a.
Later (for even fields),
And written into the R frame memory 336a.   That is, the total exposure of R using the R filters 351a and 351b is
Upon completion, (1R + 300) is stored in the R frame memory 336a.
Data under the lighting of R) is stored.   The same applies to G and B.   This is repeated for R, G, B, and RGB data for one field is
Data is stored. When this operation is completed, the multiplex
321 to 323 and 342 to 344 are switched to perform the same operation.
The other frame memory 336b, 337b, 338b for R, G, B
Write data to the frame memories 336b, 337b, 338b sequentially
At the same time, the R, G, B frame
Mori 336a, 337a, and 338a are in read mode,
Data is simultaneously read from the flash memory 336a, 337a, 338a.
After passing through the 3-channel video D / A converter 345,
A video signal processing unit for color logarithmic imaging of a stage (for example, see FIG. 10)
346), the output of which is displayed on the monitor 305.
It is.   In the light source unit 303 shown in FIG. 56, the motor 315
Rotation speed detector 37 such as rotary encoder, tachometer, etc.
Motor driver 316 to which the rotation speed detected in 1 is input
The rotation is controlled at a constant speed.   The frame memory 317, motor driver 316, etc.
Is controlled by the system control unit 151.   In the above description, the rotary filter 311 shown in FIG.
As described above, when the IL-CCD is used as SID308,
In this case, the rotation filter 312 shown in FIG.
Vertical shift register at the timing of the data marks 364a to 364b
The same color on the image pickup surface.
U.   The operation after data acquisition is the same as described above.
You.   Utilizes the element shutter function when using the above IL-CCD
The compression ratio setting can be changed,
Exposure can be performed continuously, minimizing light-shielding parts
Of the exposure period (at one round of the rotating filter)
It has the advantage that the ratio can be increased.   In the fifteenth embodiment, the illumination period is controlled to
Performs color imaging with several compressions, but the logarithm
Applying to an electronic scope using a compressed image sensor
Is the logarithmic pressure inside the element described above,
By replacing with the color imaging device of the reduced embodiment,
realizable.   In addition, the imaging method of the electronic scope is changed to the RGB plane sequential imaging method.
, The element without the color filter array
Use a system of internal logarithmic compression and, for example,
Light source, multiplexer, A /
D converter for 3 frames (actually the 15th implementation
(Similar to the example, capacity is preferably 6 frames.)
By incorporating frame memory, video D / A converter, etc.
It is feasible.   An electronic scope is formed with the above-mentioned color logarithmic compression characteristics.
When it is formed, there is a disadvantage that the latitude is narrow
The characteristics of the electronic scope can be improved.   For example, for deep subjects such as the esophagus and intestines,
In a conventional electronic scope image, the back of the subject
There is a problem that it is crushed black and the front side is saturated with white
However, according to the electronic scope of this logarithmic compression characteristic,
Such a problem can be resolved, and
Not only can observation and measurement become possible,
Image information of the dynamic range of
Can be recorded on a disk, etc.
Is very advantageous in image processing.   An example in which logarithmic color imaging is applied to an electronic camera
This will be described below.   Electronic cameras replace cameras that expose images on silver halide film.
And record the electrical signal output from the image sensor on a recording medium.
By doing so, a still image is recorded and reproduced. No.
Figure 59 shows this conceptual diagram.   Reference numeral 401 denotes an electronic camera imaging device, and 402 denotes a playback device. Imaging machine
At 401, an image of a subject is captured by an image sensor 404 using a lens 403.
Project. The output of the image sensor 404 passes through the signal processing circuit 405
The recording medium 406 is recorded on, for example, a magnetic disk. This magnet
The disc is loaded on the player 402 and read by the recording / reproducing circuit.
The output signal is sent to a TV monitor 408 through a signal processing circuit 407.
And play back the image. Such an electronic camera system
When performing logarithmic color imaging in the system 400,
Functions such as logarithmic compression and color signal processing
Various methods depending on how to incorporate it into the image machine and playback device
Can be considered.   The sixteenth embodiment shown in FIG.
This is an example that incorporates all the principles. In the imager 401
The video output of the image sensor 404 is input to the signal processing circuit 405.
You. In the signal processing circuit 405, for example, as shown in FIG.
There is such a logarithmic imaging processing circuit 409. Means as described above
With a dynamic range of, for example, 100 dB
Here, the image signal is a logarithmic compression process of the luminance signal and a color difference signal.
Is subjected to visual correction processing, and is recorded on the recording medium 406.
You. The dynamic range of the signal after the above processing is
Since it is compressed to about 50 dB like a normal signal,
It is possible to record with the same recording capacity as usual, for example,
In the case of the still video floppy system standard, one fee
The field signal is recorded on one track of the magnetic disk.   The recording medium on which the signal has been recorded is reproduced by the reproducer 402.
The signal is input to the signal processing circuit 407. This place
In this case, the signal processing circuit
It may be exactly the same as the corresponding one. Video signal is a signal processing circuit
Output from 407 and transmitted to TV monitor.   As described above, all logarithmic color imaging
In the case of performing on the image machine 401 side, signal gain and dynamics
It is necessary to perform all control of the
is there. These controls are performed by the gain dynamic
Provision of a switch and a variable resistor for setting
Should be set. Also, the image sensor 404 is continuously
Operate to capture multiple images continuously (continuous shooting
Mode), it can be set automatically. This
This includes an automatic gain adjustment circuit as shown in FIG.
Using the dynamic dynamic range adjustment circuit,
Automatic adjustment is performed using the average value of the luminance signal.   When capturing only one image, the front
Automatic control using frame information is not possible. in this case
Is equipped with a photometric element in the
Gain and dynamic range are set using the
To take an image.   FIG. 61 shows a 17th embodiment in which logarithmic imaging processing is performed by a playback device.
Show. In the imaging device 401, the exposure amount differs by 50 dB 2
Takes an image (dynamic range 50dB)
Record on the body. As the means, for example, the imaging device 404
The light accumulation time is reduced by the mechanical shutter or the image sensor itself.
An image is taken at a shutter speed of 16.7 ms. this
The video signal at the time to the recording medium 406 via the signal processing circuit 405.
Record. Next, set the light accumulation time to 0.05 ms to perform imaging.
You. This video signal is recorded again on the recording medium. like this
For example, a signal with an exposure amount different by 50 dB
It is recorded on two tracks of the disk. That is, in this case
Requires the recording capacity of the recording medium to be twice that of a normal recording medium. one
On the other hand, in the reproducing device 402, the two sheets recorded on the recording medium
The image is subjected to logarithmic imaging processing into one image. For example, magnetic
Two tracks of the disc are played by the double head,
Two images are read simultaneously. This image signal is a signal
The RGB separation circuit in the processing circuit 407 generates a pair of primary color signals.
After that, logarithmic amplification is performed in the same manner as shown in FIG.
Signal for each primary color after logarithmic conversion
Is added, and the primary color signal has a dynamic range of 100 dB.
No. Hereinafter, logarithmic imaging processing in the signal processing circuit 407 will be described.
The circuit 409 compresses the luminance signal and corrects the color difference signal.
Done. The processed video signal is output from the player.
Is shown on the TV monitor.   As in this embodiment, the logarithmic imaging processing circuit is
, The image gain and dynamic range
Has the characteristic that it can be set freely in the player 402.
The image already recorded on the recording medium.
It can be observed while changing the effect of the image.   The above method requires twice the capacity of the recording medium
However, by compressing the data,
The amount can be reduced.   FIG. 62 shows an 18th embodiment of the present invention in which the capacity of the recording medium is small.
This is an example.   The signal output from the image sensor 404 in the playback device 401
Compression in the data compression circuit 410. This signal is
The information is recorded on the recording medium via the width device 411. Playback machine 402
The signal read from the recording medium 406
After being restored to the signal before compression by the circuit 412, signal processing
The signal is sent to the circuit 413. Here, the logarithmic imaging processing circuit 409
The compression of the luminance signal and the correction of the color difference signal are performed,
No. is obtained.   In this embodiment as well, as in the case of the seventeenth embodiment,
The gain of the image and the
The dynamic range can be set freely. Ma
A function conversion circuit is provided in the last stage of the signal processing circuit 407.
In addition, the luminance signal can be changed. This shines
The best effect on image reproduction as well as logarithmic compression of the degree signal
Can be set to have.   Next, a circuit for performing logarithmic imaging processing is provided by an imaging device and a playback device.
A nineteenth embodiment, which is divided and provided, will be described.
Although various specific examples can be considered for such a case,
Fig. 63 shows an example in which only logarithmic compression of a signal is performed by an image pickup device.
Is shown.   A logarithmic amplifier can be used to perform logarithmic compression.
However, logarithmic compression is performed by the image sensor itself using the method described above.
Performing is advantageous in terms of S / N. Taken in Fig. 63
The image sensor 401 has an image sensor 404 that performs logarithmic compression within the device.
Then, the output is input to the signal processing circuit 405.   Reference numeral 414 denotes a drive circuit for driving the image sensor. Explained first
As described above, the drive circuit 414 overflows the image sensor 404.
It can change the shape of the pulse applied to the low drain.
Changes the gain and dynamic range.   When performing this control automatically, as described above,
A logY signal is required. In the configuration of Fig. 63, the logY signal
Is output to the playback device side, so the
Automatically gains practically enough by using logG signal
Control and automatic dynamic range control
You.   The logarithmically compressed signal output from the image sensor is
For example, a magnetic disk is used as a recording medium.
When using, the FM modulator 415 in the signal processing circuit 405
FM modulated, amplified by the recording amplifier 416, and
Written to disk 417. Note that the dynamic
If the range is changed, its dynamic level
The signal indicating the image is also recorded on the magnetic disk.   In the reproducing device 402, the data read from the magnetic disk 417 is read.
The amplified signal is amplified by the regenerative amplifier 418 and the FM modulator 419
To return to the original signal. Further, the color separation circuit 420
It is separated into ogR, logG, and logB signals. These signals are inverted
The signal is converted to a linear signal by the logarithmic amplifier 421.
Refer to the dynamic range recorded in
Inverse conversion needs to be performed. As an antilog amplifier,
For example, the configuration of the floating point method as described above
It can be. The R, G, B signals that have become linear signals are
The luminance signal Y and the color difference signals R-Y, B-
Converted to Y. Thereafter, the luminance signal is output by the logarithmic amplifier 423.
Again logarithmically compressed. The compression degree at this time is
May be the same as the value of the compression degree at the time, or the effect of image reproduction
It may be set appropriately while watching.   The color difference signals RY and BY are multiplied by logY / Y by the correction circuit 424.
And a visual correction is made. Received these processes
The signals Y ', (RY)' and (BY) 'are
The signal is converted into an NTSC signal by 5 and output to the monitor.   FIG. 64 shows a twentieth embodiment of the present invention. In this example
An IC memory is used as a recording medium. In the imager 401
The signal output from the image sensor 404 is an A / D converter
It is converted to a digital value by 426. Where
Similarly, a signal compression pulse is sent from the drive circuit 414 to the image sensor 404.
It is preferable that the output has a logarithmic characteristic.
No. In this case, the quantization bit number of the A / D converter 426 is used.
With 8 bits, a signal of 48 dB can be recorded.
When observing only images in the narrower light range on the greige machine
In order to minimize the quantization error in
It is desirable to have about 10 to 12 bits. Digital
The video signal converted to the value is converted to a data compression circuit 427 and a code.
After the data amount is reduced by the conversion circuit 428, the data
Be recorded.   In the reproducing device 402, the signal output from the IC memory 429 is output.
After the signal is restored to the original signal by the data decompression circuit 430,
The signal is separated into logR, logG, and logB signals by the color separation circuit 431.
You. Thereafter, the signal is converted into a linear signal in the signal processing circuit 432.
After the conversion, it is converted into a luminance / color difference signal by matrix operation.
Is replaced. In addition, compression of luminance signal and correction of color difference signal
Is output as a video signal. The above
The processing in the player is performed as digital values from IC memory.
Since the signal is obtained, it is processed by digital operation as it is
, But even in that case,
The input video signal is an analog signal by a D / A converter
It is said.   For example, in the apparatus shown in FIG.
1: 300 alternately captures the imaged signal one frame at a time
It can also be displayed on a monitor.   When logarithmic compression is performed, logY / Y is converted to the color difference signal log (R-
Y), log (BY) is multiplied to prevent color shift
However, color emphasis must be performed so that this ratio can be changed.
Can also be. [The invention's effect]   As described above, according to the present invention, logarithmic compression and the like are performed.
Means, the desired dynamic lens
You can get a color image.

【図面の簡単な説明】 第1図ないし第9図は本発明の第1実施例に係り、第1
図は第1実施例の原理図、第2図及び第3図は全体的構
成を示すブロック図、第4図は撮像素子の特性を示す
図、第5図は二つの撮像素子の出力を単純に加算した場
合の特性を示す図、第6図は対数増幅器の内部構成を示
す図、第7図は第6図に示す対数増幅器の作用を示す
図、第8図は逆対数変換回路の作用を示す図、第9図は
逆対数増幅器の内部構成を示す図、第10図は本発明の第
2実施例におけるカラー信号処理回路のブロック図、第
11図は第10図に示すものと異る構成の標準偏差生成回路
を示すブロック図、第12図は第2実施例におけるγ補正
回路の動作説明図、第13図は他のフローティングポイン
ト演算回路を構成するマルチプレクサの切換動作を示す
説明図、第14図は入力信号の最大レベルを基準としてウ
インドウ幅を設定する部分の構成を示すブロック図、第
15図は本発明の第3実施例における補色フィルタを示す
説明図、第16図は本発明の第3実施例におけるカラー信
号処理回路の構成図、第17図は本発明の第4実施例にお
けるカラー信号処理回路の構成図、第18図は本発明の第
5実施例における固体撮像素子の構成を示す説明図、第
19図は第18図の固体撮像素子の受光エリアのポテンシャ
ル井戸の深さを露光時間と共に変化させて対数圧縮特性
にするための説明図、第20図は第19図のポテンシャル井
戸の深さを対数圧縮特性に設定した場合の特性を示すグ
ラフ、第21図は対数圧縮特性に設定した場合の固体撮像
素子の入出力を示す特性図、第22図はオーバーフロード
レインゲートに印加する制御信号の波形図、第23図はオ
ーバーフロードレインゲートに印加する制御信号発生回
路の構成を示すブロック図、第24図はオーバーフロード
レインゲートに印加する制御信号を生成する動作の説明
図、第25図は第5実施例におけるカラー映像処理部の構
成図、第26図は本発明の第6実施例におけるカラー映像
処理部の構成図、第27図は第6実施例の動作説明用タイ
ミングチャート、第28図は第6実施例における蓄積電位
の制御信号を生成するための動作説明用タイミングチャ
ート、第29図は本発明の第7実施例における固体撮像素
子を示す説明図、第30図は第29図に示す固体撮像素子に
より素子内対数圧縮する動作説明図、第31図は本発明の
第8実施例におけるディジタル式の制御信号発生回路の
構成を示すブロック図、第32図は、第31図の制御信号発
生回路により発生される制御信号の波形図、第33図は本
発明の第9実施例における素子内対数圧縮する方法の説
明図、第34図は、第9実施例の動作説明図、第35図は本
発明の第10実施例における1画素の構造及び等価回路を
示す図、第36図は第10実施例における素子内対数圧縮す
る固体撮像素子装置を示す構成図、第37図は第10実施例
の動作説明用タイミングチャート、第38図はアナログシ
フトレジスタに印加される制御信号パルスの波形図、第
39図は第10実施例におけるアナログシフトレジスタを構
成するBBDを示す図、第40図は本発明の第11実施例にお
けるCMDの1画素の構造及び等価回路を示す図、第41図
は本発明の第12実施例におけるAMIの1画素の等価回路
図、第42図はAMIを用いた素子内対数圧縮撮像素子装置
の構成図、第43図は素子内対数圧縮する固体撮像素子を
用いた映像処理部の構成図、第44図本発明の第13実施例
に用いられるフレームインターライントランスファ型固
体撮像素子の構成図、第45図は第13実施例の1画素部分
の断面構造及びポテンシャル分布を示す図、第46図はト
ランスファゲートに印加される制御信号の波形図、第47
図は第13実施例における動作説明図、第48図は第13実施
例による入射光強度に対する出力特性を示す特性図、第
49図は飽和電荷量を増すために制御信号を複数回に分け
て印加する場合の波形図、第50図は第49図の制御信号を
用いた場合の動作説明図、第51図は飽和電荷量を大きく
した場合の入力光強度に対する出力特性を示す図、第52
図は対数及び指数特性のいずれの撮像信号にも対応でき
る映像処理部の構成図、第53図は本発明の第14実施例に
おけるMOSフォトダイオード付近の断面構造及びポテン
シャル分布を示す図、第54図はMOSフォトダイオードに
印加される制御信号の波形図、第55図は動作説明図、第
56図は本発明の第15実施例面順次式電子スコープ装置の
構成図、第57図は面順次照明を行う際のRGB回転フィル
タを示す説明図、第58図はライトモード時でのフレーム
メモリ及びラッチに関するタイミングチャート、第59図
は本発明を電子カメラに応用した場合の概略図、第60図
は撮像機側に対数撮像処理機能を内蔵した本発明の第16
実施例の構成図、第61図は再生機側に対数撮像処理機能
を内蔵した本発明の第17実施例の構成図、第62図は本発
明の第18実施例の構成図、第63図は対数圧縮のみを撮像
機で行う本発明の第19実施例の構成図、第64図は記録媒
体としてICメモリを用いた本発明の第20実施例の構成図
である。 1……結像レンズ、2……ハーフミラー、3a,3b……撮
像素子、7〜12,45〜47……対数増幅器、13〜15,29〜31
……増幅器、16〜19,36〜38……ウィンドウ回路、20,26
〜28,48〜50,51,72……加算器、33〜35,53,54,61〜63…
…減算器、40……平均値演算回路、41〜43,55,56……逆
対数増幅器、44……マトリクス変換回路、52,57,58……
乗算器、59……逆マトリクス変換回路、60……NTSC変換
部、68〜71……クリップ回路。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 to FIG. 9 relate to a first embodiment of the present invention, and FIG.
FIGS. 2 and 3 are block diagrams showing the overall configuration, FIG. 4 is a diagram showing the characteristics of the image sensor, and FIG. 5 is a simplified diagram showing the outputs of the two image sensors. 6 shows the internal configuration of the logarithmic amplifier, FIG. 7 shows the operation of the logarithmic amplifier shown in FIG. 6, and FIG. 8 shows the operation of the antilogarithmic conversion circuit. FIG. 9 is a diagram showing the internal configuration of an antilog amplifier, FIG. 10 is a block diagram of a color signal processing circuit in a second embodiment of the present invention, and FIG.
FIG. 11 is a block diagram showing a standard deviation generating circuit having a configuration different from that shown in FIG. 10, FIG. 12 is an explanatory diagram of the operation of the gamma correction circuit in the second embodiment, and FIG. FIG. 14 is a block diagram showing a configuration of a portion for setting a window width with reference to a maximum level of an input signal, and FIG.
FIG. 15 is an explanatory diagram showing a complementary color filter according to the third embodiment of the present invention, FIG. 16 is a configuration diagram of a color signal processing circuit according to the third embodiment of the present invention, and FIG. 17 is a fourth embodiment of the present invention. FIG. 18 is a configuration diagram of a color signal processing circuit. FIG. 18 is an explanatory diagram showing a configuration of a solid-state imaging device according to a fifth embodiment of the present invention.
19 is an explanatory diagram for changing the depth of the potential well in the light receiving area of the solid-state imaging device of FIG. 18 with the exposure time to obtain a logarithmic compression characteristic, and FIG. 20 shows the depth of the potential well of FIG. FIG. 21 is a graph showing characteristics when the logarithmic compression characteristic is set, FIG. 21 is a characteristic diagram showing input / output of the solid-state imaging device when the logarithmic compression characteristic is set, and FIG. 22 is a waveform of a control signal applied to the overflow drain gate. FIG. 23 is a block diagram showing a configuration of a control signal generation circuit applied to an overflow drain gate, FIG. 24 is an explanatory diagram of an operation for generating a control signal applied to an overflow drain gate, and FIG. 25 is a fifth embodiment. FIG. 26 is a configuration diagram of a color video processing unit according to the sixth embodiment of the present invention, FIG. 27 is a timing chart for explaining the operation of the sixth embodiment, and FIG. 29 is a timing chart for explaining an operation for generating a control signal of an accumulation potential in the sixth embodiment, FIG. 29 is an explanatory diagram showing a solid-state imaging device in the seventh embodiment of the present invention, and FIG. 30 is a solid-state image sensor shown in FIG. FIG. 31 is an explanatory diagram of the operation of compressing the logarithm in the element by the image pickup element, FIG. 31 is a block diagram showing the configuration of a digital control signal generation circuit in the eighth embodiment of the present invention, and FIG. 32 is the control signal generation circuit of FIG. FIG. 33 is a waveform diagram of a control signal generated by the circuit, FIG. 33 is an explanatory diagram of a method for compressing the logarithm in the element in the ninth embodiment of the present invention, FIG. 34 is an operational explanatory diagram of the ninth embodiment, and FIG. FIG. 36 is a diagram showing a structure and an equivalent circuit of one pixel in a tenth embodiment of the present invention. FIG. 36 is a configuration diagram showing a solid-state image pickup device which performs logarithmic compression in the device in the tenth embodiment, and FIG. 37 is a tenth embodiment. 38 is a timing chart for explaining the operation of the example. Waveform diagram of the control signal pulse applied to Torejisuta, the
FIG. 39 is a diagram showing a BBD constituting an analog shift register in the tenth embodiment, FIG. 40 is a diagram showing a structure and an equivalent circuit of one pixel of the CMD in the eleventh embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 42 is an equivalent circuit diagram of one pixel of the AMI in the twelfth embodiment, FIG. 42 is a configuration diagram of an intra-element logarithmic compression imaging device using the AMI, and FIG. FIG. 44 is a configuration diagram of a processing unit, FIG. 44 is a configuration diagram of a frame interline transfer type solid-state imaging device used in the thirteenth embodiment of the present invention, and FIG. 45 is a cross-sectional structure and a potential distribution of one pixel portion of the thirteenth embodiment. FIG. 46 is a waveform diagram of a control signal applied to the transfer gate, and FIG.
FIG. 48 is an explanatory diagram of the operation in the thirteenth embodiment.
FIG. 49 is a waveform diagram when a control signal is applied in a plurality of times in order to increase the saturation charge amount, FIG. 50 is an operation explanatory diagram when the control signal of FIG. 49 is used, and FIG. 51 is a saturation charge diagram. FIG. 52 is a diagram showing output characteristics with respect to input light intensity when the amount is increased.
FIG. 53 is a configuration diagram of an image processing unit capable of responding to both logarithmic and exponential characteristic imaging signals. FIG. 53 is a diagram showing a cross-sectional structure and potential distribution near a MOS photodiode in a fourteenth embodiment of the present invention. FIG. 55 is a waveform diagram of a control signal applied to the MOS photodiode, FIG. 55 is an operation explanatory diagram, and FIG.
FIG. 56 is a configuration diagram of a field sequential type electronic scope apparatus according to the fifteenth embodiment of the present invention, FIG. 57 is an explanatory view showing an RGB rotation filter when performing field sequential illumination, and FIG. 58 is a frame memory in a light mode. FIG. 59 is a schematic diagram when the present invention is applied to an electronic camera, and FIG. 60 is a sixteenth embodiment of the present invention in which a logarithmic imaging processing function is built in the imaging device.
FIG. 61 is a block diagram of a seventeenth embodiment of the present invention having a built-in logarithmic imaging processing function on the reproducing apparatus side, FIG. 61 is a block diagram of an eighteenth embodiment of the present invention, FIG. Is a block diagram of a nineteenth embodiment of the present invention in which only an logarithmic compression is performed by an image pickup device, and FIG. 64 is a block diagram of a twentieth embodiment of the present invention using an IC memory as a recording medium. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Image forming lens, 2 ... Half mirror, 3a, 3b ... Image sensor, 7-12, 45-47 ... Logarithmic amplifier, 13-15, 29-31
…… Amplifier, 16-19,36-38 …… Window circuit, 20,26
~ 28,48 ~ 50,51,72 ... Adder, 33 ~ 35,53,54,61 ~ 63 ...
... Subtractor, 40 ... Average calculation circuit, 41-43,55,56 ... Anti-log amplifier, 44 ... Matrix conversion circuit, 52,57,58 ...
Multiplier, 59: inverse matrix conversion circuit, 60: NTSC conversion section, 68 to 71: clip circuit.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 1.観察者が観察するためのカラー画像を撮像するカラ
ー撮像装置であって、 被写体をカラー映像信号として入力するカラー映像信号
入力手段と、 入力されたカラー映像信号から明るさを表す信号成分を
抽出する輝度信号抽出手段と、 この輝度信号抽出手段により抽出された明るさを表す信
号成分を非線形に圧縮する非線形圧縮手段と、 前記入力されたカラー映像信号の明るさを表わす信号成
分が非線形に圧縮された状態において、前記非線形圧縮
手段にて設定された圧縮度を利用して、入力時のカラー
映像信号の彩度と圧縮後の彩度が観察者の視覚上で略一
定となるように新たにカラー信号を合成するカラー信号
合成手段と、 を備えたことを特徴とするカラー撮像装置。
(57) [Claims] A color image pickup device for picking up a color image for an observer to observe, comprising: a color image signal input means for inputting a subject as a color image signal; and extracting a signal component representing brightness from the input color image signal. Luminance signal extracting means; non-linear compressing means for non-linearly compressing the signal component representing the brightness extracted by the luminance signal extracting means; and a signal component representing the brightness of the input color video signal being non-linearly compressed. In this state, the saturation of the color video signal at the time of input and the saturation after compression are newly set so as to be substantially constant on the observer's eyes by using the compression degree set by the non-linear compression means. A color imaging apparatus comprising: a color signal synthesizing unit that synthesizes a color signal.
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