JP3536502B2 - デジタルスチルカメラ - Google Patents
デジタルスチルカメラInfo
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- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
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Description
偶数奇数両フィールドの出力を用いて被写体像を記録す
るデジタルスチルカメラにかかわり、特に輝度域の大き
な被写体に対し、高輝度領域の階調の欠損および低輝度
域でのノイズ混入によるざらつき感を抑制する技術に関
する。
チルカメラが市場に出ている。これらデジタルカメラの
中には、安価に設計するため、家庭用ビデオカメラに使
用されているCCDを用いているものも知られている。
は、ビデオ信号(NTSC)出力にあわせて設計されている
ため、例えば約40万個あるCCD中の受光素子の半分の情
報しか一度に読み出すことができない。そこで、静止画
を記録する場合、偶数ラインと奇数ラインの画像情報
(フィールド)を一つのフレームとして構成しなおす必
要がある。
の取り込み時間にタイムラグが生じてしまい、動きのあ
る被写体を撮影した場合では輪郭部でぎざぎざが目立っ
てしまうという問題が生じる。
に内蔵した機械シャッターを閉めることにより、偶奇両
フィールドでの露出量を同じにしつつ、偶奇フィールド
のタイムラグをなくす方式が知られている。
ルスチルカメラは静止画として安定して十分な画質を得
られるまでにはいたっていない。これは、ビデオのよう
な動画よりも、静止画の方が、はるかにその画像の欠損
を認識しやすい人間の特性によるものである。
には、階調再現が不十分になるために、高輝度領域で階
調欠損が起こったり、低輝度域でノイズ混入によるざら
つき感が認められる等の不具合が生じやすくなる。
は、撮像素子であるCCDのダイナミックレンジの低さに
起因するものである。図2はCCDの光電特性である。図
2で示すように、高輝度領域ではCCDの蓄積電荷量が飽
和するため、明暗を検出できない部分が生じる。また、
低輝度領域ではCCDの蓄積電荷量がノイズレベル以下に
なってしまうため、ここでも明暗が検出されない部分が
発生する。
きなCCD、S/Nの高いCCDを用いる必要があった。
ある。
ダイナミックレンジの低いCCDを用いても、高輝度域
における階調の欠損や低輝度域でのノイズ混入によるざ
らつき感の発生をできるだけ生じないようにするデジタ
ルスチルカメラを提供することを目的とする。
カメラは、画像撮影用CCDの偶数奇数両フィールドの
出力を用いて被写体像を記録するデジタルスチルカメラ
において、絞りと、機械シャッターと、前記CCDの偶
数奇数両フィールドに蓄えられた電荷量をデジタル信号
に変換するA/Dコンバーターと、前記偶数奇数両フィ
ールドから得られたデジタル信号を1フレームの画像デ
ータに合成する画像データ演算手段と、前記絞りと機械
シャッターとCCDの電子シャッターの制御を行う露出
量制御手段と、を備え、被写体輝度域が大である場合
に、前記露出量制御手段は、前記機械シャッターを開口
した後、前記偶数奇数両フィールドに同時に電荷量を初
期化するリセットパルスを与え、その後一方のフィール
ドに蓄えられた電荷を転送する電荷転送パルスを与え、
前記電荷転送パルスを印加して所定時間後に前記機械シ
ャッターを閉口させ、しかる後に他方のフィールドに蓄
えられた電荷を転送する電荷転送パルスを与え、前記画
像データ演算手段は、前記偶数奇数両フィールドから得
られたデジタル信号をレベルシフトさせた後、1フレー
ムの画像データに合成することを特徴とする。なお、偶
数奇数両フィールドに電荷量を初期化するリセットパル
スを与えた後、機械シャッターを開口させるようにして
もよい。
ジタルカメラのシステムブロック図である。
明るさが測定され、CPU6に内包される露出量制御手段61
において露出量(絞り、露出時間)が決定される。引き
続いて、露出量制御手段61により、絞り2、CCD3の電子
シャッター速度、機械シャッター2の開口時間(機械シ
ャッター速度)が設定され、タイミングジェネレータ8
で時間制御されて、被写体の露光が行われる。露光によ
りCCD3上の各受光素子(フォトダイオード(図示せ
ず))で光電変換が行われる。この後、CCD3の奇数フィ
ールド、偶数フィールドに蓄えられた電荷は、A/Dコン
バータ4を経てデジタルデータ化され、フレームメモリ
に蓄えられる。さらに、前記デジタルデータは、CPU6に
内包される画像データ演算手段62により、一枚のフレー
ムとしての画像データとなるように演算がなされる。生
成された画像データは圧縮もしくは非圧縮の状態でフラ
ッシュメモリ7に記録される。
り、2種類の露光方法が用意されている。ここで、この
2つの方法の選択は、被写体輝度域の大小の判断に応じ
て撮影者に判断させ、図示しないマニュアルスイッチに
より選択してもよいし、選択手段をCPUに内包させ、CCD
の測光情報をもとに被写体輝度域の大小に応じてCPUで
自動判断させてもよい。
光方法に関して説明する。ここで、「被写体輝度域の大
きくない」とは、具体的には、例えば5Ev以内である。
度域の部分におさまる。このため、外部測光素子、もし
くはCCDによって測光された平均露出量で記録がおこな
われても、階調再現上の破綻は発生しない。
て、奇数フィールド、偶数フィールドでの露光時間を示
すタイムチャートである。本実施例では、機械シャッタ
ーとCCDの電子シャッターとの組み合わせで露出時間が
制御される。ここで電子シャッターとは、CCD中の受光
素子の電荷量を初期化するリセットパルスと、受光素子
に蓄積された電荷を垂直レジスタに送るための電荷転送
パルスを印加することである。
される。次に、時刻t1においてCCDの奇数フィールド、
偶数フィールド双方にその受光素子の電荷量を初期化す
るリセットパルスが送られる。この時点で、偶奇両フィ
ールドとも機械的(光路的)にも電気的にも蓄光可能な
状態となる。続いて、予めCPUで算出された露出時間Tex
後の時刻t2に奇数フィールドの受光素子に蓄えられた電
荷をCCDの垂直レジスタに送るための電荷転送パルスが
送られる。これと同期して機械シャッターが閉じられ
る。奇数フィールドには、時間Tex分の露光に相応する
電荷が発生しており、これが前記のCCDの垂直レジス
タ、水平レジスタを経て、A/Dコンバータに送られる。C
CDの設計上の制約から、偶数フィールドの電荷転送は、
時刻t2より時間Tf後にならざるをえないため、偶数フィ
ールドは電気的には時刻t2から時刻t2+Tfの間でも、蓄
光可能な状態にある。しかしながら前述したように、時
刻t2で機械シャッターが閉じられるため、偶数フィール
ドには奇数フィールドと同様に時間Tex分の露光に相応
する電荷が発生する。従って、偶奇両フィールドで電荷
転送タイミングが異なるにもかかわらず、同一時間、同
一露光量が得られる。そして時刻t2+Tfに偶数フィール
ドの受光素子に蓄えられた電荷をCCDの垂直レジスタに
送るための電荷転送パルスが送られ、時間Tex分の露光
に相応する電荷が前記のCCDの垂直レジスタ、水平レジ
スタを経てA/Dコンバータに送られる。
タイミングは機械シャッター開口後の電荷リセットパル
ス印加時刻としたが、偶奇両フィールドへの電荷リセッ
トパルス印加後に機械シャッターを開口させるように
し、この機械シャッターを開口時刻としてもよい。
光終了タイミングは奇数フィールドの電荷転送パルス印
加時刻、及びこれに同期させた機械シャッター閉口時刻
としたが、奇数フィールドの電荷転送パルス印加前に機
械シャッター閉口させるようにし、この機械シャッター
閉口時刻としてもよい。
力レベルとの関係図である。フレームメモリに蓄えられ
た偶奇両フィールドのデジタル信号は、1フレームの画
像データに生成する演算手段を内包するCPUにより、一
枚のフレームとしての画像データとなるように演算がな
される。
法に関して説明する。
度域から高輝度域にわたる。前述した輝度域の大きくな
い場合と同様にして、外部測光素子、もしくはCCDによ
って測光された平均露出量でそのまま記録がおこなわれ
ると、低輝度域と高輝度域の一部がCCDの有効記録輝度
域のレンジを超え、階調再現上の破綻が発生する。
と奇数フィールドでの露出量は前記の平均露出量に前後
するように与えられる。ここで、偶奇両フィールド間で
の露出量の差はCCDの測光値にもとづいてCPUにより算出
する構成としても良いし、撮影者が任意に決める構成と
してもよい。
フィールドと偶数フィールドでの露光時間を示すタイム
チャートである。
される。次に、時刻t1においてCCDの奇数フィールド、
偶数フィールド双方にその受光素子の電荷量を初期化す
るリセットパルスが送られる。この時点で、偶奇両フィ
ールドとも機械的(光路的)にも電気的にも蓄光可能な
状態となる。続いて、予めCPUで算出された奇数フィー
ルドの露出時間 Tex/od後の時刻t2に、奇数フィールド
の受光素子に蓄えられた電荷をCCDの垂直レジスタに送
るための電荷転送パルスが送られる。ここでTex/od=Tex
/ave-ΔTexであり、Tex/aveは前記の平均露出量から算
出される露出時間、ΔTexは前記の偶奇両フィールドの
露出量差から算出される露出時間差の1/2である。奇数
フィールドには時間Tex/od分の露光に相応する電荷が発
生しており、これが前記のCCDの垂直レジスタ、水平レ
ジスタを経て、A/Dコンバータに送られる。つづいて、
時刻t3=t2+2ΔTexに機械シャッターが閉じられる。偶
数フィールドは電気的には時刻t3から時刻t2+Tfの間も
蓄光可能な状態にある。しかしながら、前述したように
時刻t3で機械シャッターが閉じられるため、偶数フィー
ルドの受光素子に蓄えられる電荷量は時間Tex/ev=Tex/a
ve+ΔTex分の露光に相応する量となる。そして、時刻t2
+Tfに偶数フィールドの受光素子に蓄えられた電荷をCCD
の垂直レジスタに送るための電荷転送パルスが送られ、
時間Tex/ev=Tex/ave+ΔTex分の露光に相応する電荷が前
記のCCDの垂直レジスタ、水平レジスタを経て、A/Dコン
バータに送られる。以上のようにして偶奇両フィールド
間で所定量、露出時間が変えられる。
偶奇フィールドの露光量とCCDの光電特性を示す図であ
る。前述したように、偶奇フィールド間で露出時間が変
えられることにより両フィールド間で2ΔE分の露光量差
が与えられる。奇数フィールドでは小さめの露出時間に
より小さめの露光量が与えられるため、被写体の高輝度
領域に対してCCDの蓄積電荷量が飽和電荷量に達しな
い。これにより、被写体の高輝度領域から中輝度域の明
暗情報を記録することが可能となる。同様に偶数フィー
ルドでは大きめの露出時間により大きめの露光量が与え
られるため、被写体の低輝度領域に対してCCDの蓄積電
荷量がノイズレベルを越える。これにより、被写体の高
輝度領域から中輝度域の明暗情報を記録することが可能
となる。
ルドに記録された情報は、演算手段を内包するCPUで以
下のようにレベルがシフトされた後、合成され一枚のフ
レーム情報となされる。
それぞれでの被写体輝度と出力レベルとの関係図であ
る。奇数フィールド、偶数フィールドは標準的な露出に
対してΔE分前後に変化させられているため、それぞれ
の出力レベルyは以下の関係式に基づき、補正がなされ
る。 奇数フィールド 0≦y<Hi-γΔE y=y +γΔE Hi-γΔE≦y≦Max y=y +γΔE(Max-y)/(γΔE+Max-Hi) 偶数フィールド 0≦y<Lo+γΔE y=yLo/(γΔE+Lo) Lo+γΔE≦y≦Max y=y -γΔE ここで、Max:最高レベル値、Hi:ハイライトレベル
値、Lo:シャドウレベル値、γ:輝度と出力レベル間の
勾配であり、適宜の値が設定されるが、出力レベルが0
〜255である場合Hiは200〜230、Loは30〜5に設定される
のが望ましい。また、ΔEは、0.5Ev〜1Evに設定される
ことが望ましい。
の出力レベルを合成して、図7の中央の折実線で示され
る被写体輝度と出力レベルの関係が得られ、1フレーム
の画像データが得られる。
度領域で、奇数フィールドでは低輝度領域で実質的に出
力レベル情報が欠落する。これらの領域に関しては、実
質的な情報を有する片側のフィールドの出力レベルを元
に補間により出力レベルが決定される。一般に高輝度領
域や低輝度領域は、高空間周波数の情報が含まれること
が少ないため、画像データとして破綻をきたすことはな
い。
は、フィールド間で露出を変化させる必要のない輝度域
が狭い被写体を対象とする場合と同じである。このた
め、被写体輝度域の大小による階調再現の軟調、硬調差
も少なくてすみ、撮影者の混乱を招かない。
るため、撮影者が、機械シャッター音により撮影の終了
を関知できる。
タルスチルカメラによれば、ダイナミックレンジの低い
安価なCCDを用いても、輝度域の大きな被写体に対し、
高輝度領域の階調の欠損および低輝度域でのノイズ混入
によるざらつき感を抑制した画像を生成することが可能
となる。
ムブロック図である。
ールド、偶数フィールドでの露光時間を示すタイムチャ
ートである。
輝度とAD変換された後の出力レベルとの関係図である。
ド、偶数フィールドでの露光時間を示すタイムチャート
である。
ールドの露光量とCCDの光電特性を示す図である。
偶数フィールドのそれぞれでの被写体輝度とAD変換され
た後の出力レベルとの関係図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 画像撮影用CCDの偶数奇数両フィール
ドの出力を用いて被写体像を記録するデジタルスチルカ
メラにおいて、 絞りと、機械シャッターと、前記CCDの偶数奇数両フ
ィールドに蓄えられた電荷量をデジタル信号に変換する
A/Dコンバーターと、前記偶数奇数両フィールドから
得られたデジタル信号を1フレームの画像データに合成
する画像データ演算手段と、前記絞りと機械シャッター
とCCDの電子シャッターの制御を行う露出量制御手段
と、を備え、 被写体輝度域が大である場合に、前記露出量制御手段
は、前記機械シャッターを開口した後、前記偶数奇数両
フィールドに同時に電荷量を初期化するリセットパルス
を与え、その後一方のフィールドに蓄えられた電荷を転
送する電荷転送パルスを与え、前記電荷転送パルスを印
加して所定時間後に前記機械シャッターを閉口させ、し
かる後に他方のフィールドに蓄えられた電荷を転送する
電荷転送パルスを与え、前記画像データ演算手段は、前
記偶数奇数両フィールドから得られたデジタル信号をレ
ベルシフトさせた後、1フレームの画像データに合成す
るデジタルスチルカメラ。 - 【請求項2】 画像撮影用CCDの偶数奇数両フィール
ドの出力を用いて被写体像を記録するデジタルスチルカ
メラにおいて、 絞りと、機械シャッターと、前記CCDの偶数奇数両フ
ィールドに蓄えられた電荷量をデジタル信号に変換する
A/Dコンバーターと、前記偶数奇数両フィールドから
得られたデジタル信号を1フレームの画像データに合成
する画像データ演算手段と、前記絞りと機械シャッター
とCCDの電子シャッターの制御を行う露出量制御手段
と、を備え、 被写体輝度域が大である場合に、前記露出量制御手段
は、前記偶数奇数両フィールドに電荷量を初期化するリ
セットパルスを与えた後、前記機械シャッターを開口さ
せ、その後一方のフィールドに蓄えられた電荷を転送す
る電荷転送パルスを与え、前記電荷転送パルスを印加し
て所定時間後に前記機械シャッターを閉口させ、しかる
後に他方のフィールドに蓄えられた電荷を転送する電荷
転送パルスを与え、前記画像データ演算手段は、前記偶
数奇数両フィールドから得られたデジタル信号をレベル
シフトさせた後、1フレームの画像データに合成するデ
ジタルスチルカメラ。 - 【請求項3】 被写体輝度域が5Ev以上である場合
を、被写体輝度域が大とする請求項1または2に記載の
デジタルスチルカメラ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP01691096A JP3536502B2 (ja) | 1996-02-01 | 1996-02-01 | デジタルスチルカメラ |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP01691096A JP3536502B2 (ja) | 1996-02-01 | 1996-02-01 | デジタルスチルカメラ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH09214829A JPH09214829A (ja) | 1997-08-15 |
JP3536502B2 true JP3536502B2 (ja) | 2004-06-14 |
Family
ID=11929305
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP01691096A Expired - Fee Related JP3536502B2 (ja) | 1996-02-01 | 1996-02-01 | デジタルスチルカメラ |
Country Status (1)
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JP (1) | JP3536502B2 (ja) |
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JP4989825B2 (ja) * | 2001-07-19 | 2012-08-01 | オリンパス株式会社 | 撮像装置 |
KR101133733B1 (ko) * | 2009-12-10 | 2012-04-09 | 삼성전자주식회사 | 전자 셔터를 이용한 다단계 노출 방법 및 이를 이용한 촬영 장치 |
-
1996
- 1996-02-01 JP JP01691096A patent/JP3536502B2/ja not_active Expired - Fee Related
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