JP3964067B2 - 画像データ取得方法および装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は画像データ取得方法および装置に関し、詳細には、デジタル相関2重サンプリングを用いて、CCDから真の画像データを取得する画像データ取得方法および装置の改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より、イメージセンサとしてCCDを用いた電子スチルカメラが知られており、CCDの出力波形は図3に示すように、リセット期間tR 、ゼロレベル(フィードスルー)期間tF 、信号期間tS という3つの期間に分けられる。ここで、ゼロレベル期間tF の信号(フィードスルー信号)VF はリセット雑音を含み、その結果、ある程度の範囲内で上下し、この上下変動は信号期間tS の信号(画像信号)VS に影響を与えることとなり、単に画像信号VS の絶対値を出力しても、真の画像信号として用いることはできない。
【0003】
そこで、このようなフィードスルー信号VF の影響を除去するために、一般に相関2重サンプリングの手法が用いられる。この相関2重サンプリングは、信号期間tS の画像信号VS とゼロレベル期間tF のフィードスルー信号VF とに基づいて、真の画像信号VS ′を求めるものであり、一般にはアナログ領域でフィードスルー信号VF をサンプルホールドし、画像信号VS との差分VS ′(=VS −VF )を得るものである。
【0004】
また相関2重サンプリングをデジタル領域で行うデジタル相関2重サンプリングも知られている。このデジタル相関2重サンプリングは、フィードスルー信号VF および画像信号VS をそれぞれデジタル化してフィードスルーデータVF および画像データVS とした後に、両者の差分を算出して真の画像データVS ′を得る手法である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところでアナログ領域で行う相関2重サンプリングでは、上述した差分VS ′はアナログ値で出力され、後にデジタル信号処理を施す場合には、この差分VS ′をA/D変換することでデジタルデータを求めればよく、アナログの差分VS ′がデジタル領域のダイナミックレンジを超えた場合には、そのダイナミックレンジの最大値でクリップされるにすぎないが、デジタル相関2重サンプリングでは、フィードスルーデータVF および画像データVS の両者がいずれもデジタル領域のダイナミックレンジ内のデータに変換されなければ正確な画像データVS ′を得ることはできない。ここでフィードスルーデータVF については一般にある程度その変動幅が予測可能であるため、例えば8ビットのデジタルデータ(0〜255)に変換する場合は、概ね10程度の変動幅を見込んでおけばよいが、画像データVS についてはそのような予測は困難であり、フィードスルーデータVF が0となって、VF との差分VS ′(=VS −VF )が飽和値255とならない限り、画像信号VS が飽和値255を超える値に相当するものであっても、算出された真の画像データVS ′は飽和値255を下回るため、その画像データVS が飽和値を超えたものであるか否かの判定をすることができず、そのような適切でない画像データVS ′をも用いて、後の定量解析等が行われる虞がある。
【0006】
このような問題を回避するために、一般には、A/D変換のビット数を高めてデジタル領域のダイナミックレンジを拡大することが考えられるが、A/D変換のビット数を高めるのは、処理時間の大幅な延長を招来し、好ましくない。また、A/D変換のダイナミックレンジを全域に亘って活用することが、コストを抑制するうえでも望まれている。
【0007】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、信頼性の高い画像データか否かの判断を容易にさせることを可能にした、デジタル相関2重サンプリングを用いた画像データの取得方法および装置を提供することを目的とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の画像データの取得方法および装置は、デジタル相関2重サンプリングを行うに際して、フィードスルーデータとの差分を算出する前に、画像データ単独で飽和に至っているか否かを判定し、飽和に至っていた場合は、その旨の信号を出力することで、算出された真の画像データが信頼性の高い画像データであるか否かを、画像読影者等に容易に認識させるものである。
【0009】
すなわち本発明の画像データの取得方法は、ゼロレベル期間の信号をデジタル化したフィードスルーデータと信号期間の信号をデジタル化した画像データとに基づくデジタル相関2重サンプリングを用いて、CCDから真の画像データを取得する画像データ取得方法において、
前記デジタル化した画像データを所定の閾値と比較し、この比較結果、デジタル化した画像データが閾値に等しいかまたは大きいときは、真の画像データが飽和データである旨の信号を出力することを特徴とするものである。
【0010】
ここで、所定の閾値とは、A/D変換におけるデジタル領域のダイナミックレンジを広く活用する観点から、デジタル領域の最大値(8ビットであれば255、10ビットであれば1023)とするのが好ましい。この場合、デジタル化した画像データが閾値より大きくなることはないため、閾値に等しければ真の画像データが飽和データである旨の信号を出力するようにすればよい。
【0011】
さらにフィードスルーデータを第2の閾値と比較し、この比較結果、フィードスルーデータが第2の閾値に等しいかまたは小さいときは、真の画像データが飽和データである旨の信号を出力するようにしてもよく、この場合、第2の閾値はデジタル領域の最小値0を採用するのが好ましい。通常は、この第2の閾値はフィードスルーデータが等しくならないように設定されるべきであるが、ノイズ等の影響が大きい場合等予測を超えて、フィードスルーデータがデジタル領域の下限値(最小値)0となった場合にも、真の画像データの信頼性に問題が生じるため、上述した、画像データ単独で飽和に至っているか否かの判定と併せて行うのが好ましい。
【0012】
本発明の画像データの取得装置は、上述した本発明の画像データの取得方法を実施する装置であって、ゼロレベル期間の信号をデジタル化したフィードスルーデータと信号期間の信号をデジタル化した画像データとに基づくデジタル相関2重サンプリングを用いて、CCDから真の画像データを取得する画像データ取得装置において、
前記デジタル化した画像データを所定の閾値と比較する比較手段と、該比較手段による前記比較結果、デジタル化した画像データが閾値に等しいかまたは大きいときは、前記真の画像データが飽和データである旨の信号を出力する出力データインターフェースとを備えたことを特徴とするものである。
【0013】
さらに、フィードスルーデータを第2の閾値と比較する第2の比較手段と、この第2の比較手段による比較の結果、フィードスルーデータが第2の閾値に等しいかまたは小さいときは、前記真の画像データが飽和データである旨の信号を出力する第2の出力データインターフェースとを備えた構成とするのが、より好ましい。
【0014】
なお、第2の比較手段は上記比較手段が、第2の出力データインターフェースは上記出力データインターフェースが、それぞれ機能的に兼ねるものであってもよい。
【0015】
【発明の効果】
本発明の画像データの取得方法および取得装置によれば、CCDからの出力をデジタル相関2重サンプリングにより画像データとして得るに際して、フィードスルーデータとの差分を算出する前に、画像データ単独で飽和に至っているか否かを判定し、飽和に至っていた場合は、その旨の信号を出力することで、算出された真の画像データが信頼性の高い画像データであるか否かを、画像読影者等に容易に認識させることができる。この結果、飽和値を超えているために、信頼性の低いこのような真の画像データを、後の定量解析等に供することが無くなり、誤った結果を導出するのを回避することができる。
【0016】
また、A/D変換のビット数を高めることがないため、処理時間の大幅な延長やコストアップを招来することもない。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の画像データの取得装置の具体的な実施の形態について、図面を用いて説明する。
【0018】
図1は、本発明の画像データの取得装置の一実施形態の構成を示す図である。図示の画像データの取得装置は、受光面上に結像された所定の被写体の像を光電的に検出する冷却CCD10と、CCD10のアナログ出力波形に対して所定の信号処理を施すアナログ画像処理回路20と、アナログ画像処理回路20の出力のうち、CCD10のゼロレベル期間tF (図3参照)および信号期間tS に対応する期間において8ビットのデジタル信号(0〜255)にサンプリングするA/Dコンバータ30と、ゼロレベル期間tF にサンプリングして得られたフィードスルーデータVF を一時的に記憶し、差分計算機40に出力するフィードスルーレベルメモリ40と、信号期間tS にサンプリングして得られた画像データVS を、差分計算機60に出力するとともに、デジタル信号の飽和値255と比較して画像データVS が飽和値255と等しいときは、後述する出力データインターフェース70に、画像データVS が飽和値255に達した旨を示す飽和信号を出力する飽和レベル比較器50と、所定のタイミングでフィードスルーメモリ40から入力されたフィードスルーデータVF と飽和レベル比較器50から入力された画像データVS とに基づいて、それらの差分VS ′(=VS −VF )を算出して出力データインターフェース70に出力する差分計算機60と、差分計算機60から入力された差分である真の画像データVS ′を所定のタイミングで外部の処理装置に出力する出力データインターフェース70と、CCD10、A/Dコンバータ30、差分計算機60および出力データインターフェース70の作動タイミングを制御するタイミングコントローラ80とを備えた構成である。
【0019】
なお本実施形態においては、図示したように太線で示したフィードスルーレベルメモリ40、飽和レベル比較器50、差分計算機60、出力インターフェースおよびタイミングコントローラ80は、同一のプログラム可能な集積回路で構成されたものであるが、本発明はこの態様に限るものではない。
【0020】
次に本実施形態の画像データの取得装置の作用について説明する。
【0021】
冷却CCD10は、所定のリセット信号によりリセットされ、リセット期間tR を経てゼロレベル期間tF に移行し、さらに画像信号の取り込み開始の信号により信号期間tS に移行する。信号期間tS 中は、その受光面上に結像された像に対応した電荷が蓄積される。このようにしてCCD10から出力された出力(アナログ)はアナログ画像処理回路20により、対数増幅等の所定の信号処理が施され、図3に示すものとなる。
【0022】
アナログ画像処理回路20により処理されたCCD10の出力は、タイミングコントローラ80の制御により、A/Dコンバータ30で、ゼロレベル期間tF 中と信号期間tS 中とでそれぞれ8ビットのデジタルデータにサンプリングされ、フィードスルーデータVF および画像データVS に変換される。
【0023】
ここでフィードスルーデータVF は、フィードスルーレベルメモリ40に一旦格納され、他方の画像データVS は、飽和レベル比較器50に入力される。飽和レベル比較器50は、入力された画像データVS を差分計算機60に出力するとともに、予め記憶されている飽和値255と比較し、飽和値と等しい場合は出力データインターフェース70に、画像データVS が飽和値255に達している旨の信号を送出する。
【0024】
差分計算機60には、飽和レベル比較器50から画像データVS が入力されるとともに、フィードスルーレベルメモリ40からフィードスルーデータVF が入力され、デジタル相関2重サンプリング処理により、それらの差分である真の画像データVS ′が算出され、出力データインターフェース70にその真の画像データVS ′が出力される。
【0025】
出力データインターフェース70は、入力された真の画像データVS ′を外部の定量解析装置等の処理装置に出力するが、飽和レベル比較器50から、画像データVS が飽和値255に達している旨の信号を受けている場合は、その信号を併せて出力する。
【0026】
この結果、画像データVS が飽和値255に達している場合には、その信号の存在により、出力された真の画像データVS ′が信頼性の低い画像データであることを、オペレータに容易に認識させることができ、飽和値を超えているために、信頼性の低いこのような真の画像データVS ′を、定量解析等に供することが無くなり、誤った定量解析結果が導出されるのを回避することができる。
【0027】
一方、画像データVS が飽和値255より小さい(VS <255)場合は、飽和レベル比較器50から、画像データVS が飽和値255に達している旨の信号は出力されないため、出力データインターフェース70からもその信号は出力されず、したがって真の画像データVS ′が信頼性の高い画像データであることを、オペレータに認識させることができ、信頼性の高い真の画像データVS ′として安心して定量解析等に供することができる。
【0028】
図2は本発明の画像データ取得装置の他の実施形態を示す図である。図示の画像データ取得装置は、飽和レベル比較器50′が、信号期間tS にサンプリングして得られた画像データVS をデジタル信号の飽和値255と比較するだけでなく、ゼロレベル期間tF にサンプリングして得られたフィードスルーデータVF をデジタル信号の下限値0と比較し、画像データVS が飽和値255と等しいとき、および/またはフィードスルーデータVF が下限値0に等しいときは、出力データインターフェース70に、画像データVS が飽和値255に達した旨および/またはフィードスルーデータVF が下限値0に達した旨を示す飽和信号を出力するものである点以外は、図1に示した画像データ取得装置と同じ構成である。
【0029】
次に本実施形態の画像データの取得装置の作用について説明する。
【0030】
CCD10から出力されたアナログ出力はアナログ画像処理回路20により、帯域制限等の所定の信号処理が施され、アナログ画像処理回路20により処理されたCCD10の出力は、タイミングコントローラ80の制御により、A/Dコンバータ30で、ゼロレベル期間tF 中と信号期間tS 中とでそれぞれ8ビットのデジタルデータにサンプリングされ、フィードスルーデータVF および画像データVS に変換される。
【0031】
ここでフィードスルーデータVF は飽和レベル比較器50′に入力され、飽和レベル比較器50′は、入力されたフィードスルーデータVF をフィードスルーレベルメモリ40に出力するとともに、予め記憶されている下限値0と比較し、この下限値と等しい場合は出力データインターフェース70に、フィードスルーデータVF が下限値0に達している旨の信号を送出する。
【0032】
画像データVS も飽和レベル比較器50′に入力され、飽和レベル比較器50′は、入力された画像データVS を差分計算機60に出力するとともに、予め記憶されている飽和値255と比較し、飽和値と等しい場合は出力データインターフェース70に、画像データVS が飽和値255に達している旨の信号を送出する。
【0033】
差分計算機60には、飽和レベル比較器50′から画像データVS が入力されるとともに、フィードスルーレベルメモリ40からフィードスルーデータVF が入力され、デジタル相関2重サンプリング処理により、それらの差分である真の画像データVS ′が算出され、出力データインターフェース70にその真の画像データVS ′が出力される。
【0034】
出力データインターフェース70は、入力された真の画像データVS ′を外部の定量解析装置等の処理装置に出力するが、飽和レベル比較器50′から、フィードスルーデータVF が下限値0に達している旨の信号および/または画像データVS が飽和値255に達している旨の信号を受けている場合は、その信号を併せて出力する。
【0035】
この結果、フィードスルーデータVF が下限値0に達している場合および/または画像データVS が飽和値255に達している場合には、それらの信号の存在により、出力された真の画像データVS ′が信頼性の低い画像データであることを、オペレータに容易に認識させることができ、飽和値を超えているために、信頼性の低いこのような真の画像データVS ′を、定量解析等に供することが無くなり、誤った定量解析結果が導出されるのを回避することができる。
【0036】
一方、フィードスルーデータVF が下限値0より大きく(0<VF )、かつ画像データVS が飽和値255より小さい(VS <255)場合は、飽和レベル比較器50′から、フィードスルーデータVF が下限値0に達している旨の信号および画像データVS が飽和値255に達している旨の信号はいずれも出力されないため、出力データインターフェース70からもそれらの信号は出力されず、したがって真の画像データVS ′が信頼性の高い画像データであることを、オペレータに認識させることができ、信頼性の高い真の画像データVS ′として安心して定量解析等に供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の画像データの取得装置の一実施形態を示す図
【図2】本発明の画像データの取得装置の他の実施形態を示す図
【図3】CCD出力波形を示す図
【符号の説明】
10 CCD
20 アナログ画像処理回路
30 A/Dコンバータ
40 フィードスルーメモリ
50 飽和レベル比較器
60 差分計算機
70 出力データインターフェース
80 タイミングコントローラ
Claims (2)
- ゼロレベル期間の信号をデジタル化したフィードスルーデータと信号期間の信号をデジタル化した画像データとに基づくデジタル相関2重サンプリングを用いて、CCDから真の画像データを取得する画像データ取得方法において、
前記デジタル化した画像データを所定の閾値と比較するとともに、前記フィードスルーデータを第2の閾値と比較し、
前記デジタル化した画像データが前記閾値に等しいかまたは大きく、前記フィードスルーデータが前記第2の閾値に等しいかまたは小さいときは、前記真の画像データが飽和データである旨の信号を出力することを特徴とする画像データの取得方法。 - ゼロレベル期間の信号をデジタル化したフィードスルーデータと信号期間の信号をデジタル化した画像データとに基づくデジタル相関2重サンプリングを用いて、CCDから真の画像データを取得する画像データ取得装置において、
前記デジタル化した画像データを所定の閾値と比較する比較手段と、
前記フィードスルーデータを第2の閾値と比較する第2の比較手段と、
前記デジタル化した画像データが前記閾値に等しいかまたは大きく、前記フィードスルーデータが前記第2の閾値に等しいかまたは小さいときは、前記真の画像データが飽和データである旨の信号を出力する出力データインターフェースと、
を備えたことを特徴とする画像データの取得装置。
Priority Applications (1)
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JP06644799A JP3964067B2 (ja) | 1999-03-12 | 1999-03-12 | 画像データ取得方法および装置 |
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JP06644799A JP3964067B2 (ja) | 1999-03-12 | 1999-03-12 | 画像データ取得方法および装置 |
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