JP4036539B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は単板式の撮像手段を用いた撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子カメラも高画質化が望まれ、電子スチルカメラではＶＧＡクラスの画素数が一般的になってきている。又、撮像素子であるＣＣＤも全画素を独立で読み出せる、いわゆるプログレッシブタイプになり高画質化が進んでいる。ノンインターレース（プログレッシブ）で撮像した画像はインターレース方式で撮像したものに比べ垂直解像度が高くなり、静止画としてはきれいになるが、ＴＶ信号がインターレース方式であるため、プログレッシブで撮像した信号そのものはＴＶでは表示できなかった。これを解決する手段としては、例えば特開昭６１−１５９８８１号公報に示されており、以下に、この従来の撮像装置について説明する。
【０００３】
図５は従来の撮像装置のブロック図を示すものである。図５において、撮像装置はＴＶカメラ５１であり、映像信号はスイッチ５２を介してフレームメモリに入力される。メモリ制御部５５はスイッチ５２，５６の切換えに同期して、このフレームメモリ５３，５４への書込み，読出しを制御するものである。
【０００４】
次に以上のように構成された撮像装置の動作について説明する。ＴＶカメラ５１よりノンインターレース方式で得た映像信号は、メモリ制御部５５の指令に基づいてスイッチ５２を介して、ｍ番フレーム目の映像信号はフレームメモリ５３へ、ｍ＋１番フレーム目の映像信号はフレームメモリ５４へ蓄積する。ｍ＋１番フレーム目が蓄積されている期間に、ｍ番フレーム目に蓄積された映像信号がメモリ制御部５５によってノンインターレースからインターレースの映像信号に変換されてスイッチ５６を介して出力される。次のフレームではスイッチ５２，５６が切り替えられて、ｍ＋１番フレーム目の映像信号がインターレースの映像信号に変換されて出力される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記のような従来の構成においては、３０フレームのノンインターレースの映像信号を６０フィールドのインターレースの映像信号の形式に変換していることになる。即ちＴＶカメラから出力されるノンインターレースの映像信号は１フレームの期間（１／３０秒）露光された信号であるため、ノンインターレースの撮像で動画の垂直解像度が向上しても、フィールド期間（１／６０秒）露光された映像信号よりも動解像度が劣ることになり、動画として欠点を有していた。
【０００６】
本発明は上記従来の問題点を解決するもので、ノンインターレースで撮像する際、垂直解像度が高く、且つ動解像度も高い撮像装置を実現することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本願の請求項１記載の発明は、写体像を撮像面に結像するレンズと、前記撮像面上の画像情報を光電変換しノンインターレースの信号を順次読み出す撮像手段と、前記撮像手段からの信号の利得を調整する利得調整手段と、前記利得調整手段で利得調整された信号に一定の信号処理を施して映像信号を生成する信号処理部と、前記撮像面内での被写体の動き情報を検出する動き検出手段と、前記動き検出手段の情報から、撮像手段の露光時間を調整する露光制御手段と、を備える撮像装置であって、前記露光制御手段は、前記被写体の動きが小さい場合には前記撮像手段の露光時間を１／６０秒以上に設定することを特徴とするものである。
【００１３】
本願の請求項２記載の発明は、請求項１の撮像装置において前記動き検出手段は、前記信号処理部の出力である輝度信号の情報から動きベクトルを抽出するものであり、前記露光制御手段は、前記動き検出手段によって抽出された動きベクトルの大きさが大きくなるにつれて前記撮像手段の露光時間を短くするように設定し、所定の輝度となるように絞りの設定値を決定することを特徴とするものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下本発明の第１の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は本発明の第１の実施の形態における撮像装置の全体のブロック図を示すものである。まず、本発明の映像処理の流れを図面を参照しながら説明する。レンズ１は被写体像を撮像面に結像するものであり、光量を調整する絞り２が付されている。被写体からの光Ｓ１はレンズ１及びその一部である絞り２により撮像手段であるＣＣＤ３の撮像面上に結像される。尚、絞り２を駆動するために図示しない駆動回路とモータが用いられる。ＣＣＤ３で光電変換され１フレームが１／３０秒のプログレッシブスキャンで読み出され、ノンインターレースの電気信号Ｓ２に変換される。電気信号Ｓ２は利得調整手段、ここではＡＧＣ４でゲインアップされる。次いでカメラ信号処理部５は映像をノンインターレースの輝度信号Ｓ３と色差信号Ｓ４に分離すると共に、平均輝度信号Ｓ７を算出する。輝度信号Ｓ３と色差信号Ｓ４とはスイッチ９に与えられる。スイッチ９はメモリ制御部７からの信号に基づいてフレーム毎にスイッチングすることにより、ｍ番のフレームの輝度信号Ｓ３Ａ，色差信号ＳＡ４はメモリ６ａに書込む。又ｍ＋１番フレーム目の輝度信号Ｓ３Ｂ，色差信号Ｓ４Ｂはメモリ６ｂに書込む。メモリ６ａ，６ｂは映像信号を夫々１フレーム分記憶する記憶手段である。メモリ６ａに蓄積されたデータは、メモリ６ｂにデータが蓄積されている間にメモリ制御部７よりノンインターレースの信号をインターレースの信号に変換した形式で読出され、ｍ番フレーム目のインターレースの輝度信号Ｓ５Ａと色差信号Ｓ６Ａとして出力される。同様にしてメモリ６ｂに蓄積されたデータは、メモリ６ａにデータが蓄積されている間にメモリ制御部７でノンインターレースの信号をインターレースの信号に変換した形式で読出され、ｍ＋１番フレーム目のインターレースの輝度信号Ｓ５Ｂと色差信号Ｓ６Ｂとして出力される。信号Ｓ５ＡとＳ５Ｂ及びＳ６ＡとＳ６Ｂはスイッチ１０により時系列のインターレースの輝度信号Ｓ５と色差信号Ｓ６として出力される。
【００１７】
一方、カメラ信号処理部５において輝度信号Ｓ３は積分されて画像の平均輝度信号Ｓ７が算出され、露光制御部８に出力される。露光制御部８は撮像手段の露光時間が１フィールド期間以下の一定期間となるように撮像手段を制御すると共に、平均輝度が所定値となるように絞りを制御する露光制御手段である。即ち露光制御部８はまずＣＣＤ３の露光時間が例えば１／６０秒になるよう、電荷排出パルスＳ８をＣＣＤ３に送る。露光制御の動作は平均輝度信号Ｓ７があらかじめ設定された目標の輝度になるように制御信号Ｓ９を送出し、絞り２を開閉することにより行われる。絞り２が最大に開いても、目標の輝度に達しない場合には、ＡＧＣ４へゲインアップ信号Ｓ１０を送り目標の輝度になるよう制御される。
【００１８】
尚、カメラ信号処理部５は輝度信号と色差信号を形成する処理としているが、Ｒ，Ｇ，Ｂ信号を形成する処理をする回路でも良い。この場合もＲ，Ｇ，Ｂの信号より平均輝度信号を生成して露光を制御することができる。又露光制御部８でＣＣＤ３の露光時間を１フィールド期間の１／６０秒としているが、１／６０秒よりも短い時間であれば、任意に設定することができる。特に動きの早い被写体が頻繁に現れる環境では、露光時間を短くしておく必要がある。但し露光時間の設定を短かくしすぎると、被写体があまり暗くなくても、絞りを開放した状態でＡＧＣ４でゲインアップをしなければならなくなり、Ｓ／Ｎを劣化させてしまう場合がある。
【００１９】
（第２の実施の形態）
次に第２の実施の形態について説明する。図２は本発明の第２の実施の形態における撮像装置の全体のブロック図を示すものであり、第１の実施の形態と同一部分は同一符号を付して詳細な説明を省略する。第２の実施の形態は第１の実施の形態と比較して、絞りを構成要素としておらず、露光制御部２８の制御方法も異なる。本実施の形態により露光制御部２８は、平均輝度信号Ｓ７があらかじめ設定された目標の輝度になるように、電荷排出パルスＳ２８をＣＣＤ３へ送出し、１フィールドの露光時間以下の範囲内でＣＣＤ３の露光時間を変える。例えば被写体が明るいところから暗いところにカメラをパンニングする場合、被写体が明るいときには露光時間が短くなるよう電荷排出パルスＳ２８を設定し、被写体が暗くなるに従って露光時間が長くなるように電荷排出パルスＳ２８を変化させていく。そして露光時間が１／６０秒に達した時点で、目標の輝度に達しない場合は電荷排出パルスＳ２８による露光制御から、ＡＧＣ４での制御に切り替え、ＡＧＣ４へゲインアップ信号Ｓ２０を送り目標の輝度になるよう制御する。本実施の形態では１フィールド期間の露光時間、即ち１／６０秒を制御の切り替わり点としているが、第１の実施の形態と同様の理由でこの切り替えの時間を１／６０秒よりも短い時間内で任意に設定することができる。
【００２０】
（第３の実施の形態）
次に第３の実施の形態について説明する。図３は本発明の第３の実施の形態における撮像装置の全体のブロック図を示すものであり、第１の実施の形態と同一部分は同一符号を付して詳細な説明を省略する。本発明の第１，第２の実施の形態は動解像度を低下させないために、露光時間をインターレースと同程度にすることがポイントになっているが、動きのある被写体は露光時間を短く撮影し、動きの無い被写体は露光時間を長くしてＳ／Ｎを劣化させない方法が望ましい。そこで第３の実施の形態では、被写体の動きを検出する動き検出部３０を設けている。動き検出部３０はカメラ信号処理部５の出力である輝度信号Ｓ３を前のフレームの輝度信号と比較して動きの量と方向を示す動きベクトルＳ３２を検出し、露光制御部３８に出力する。露光制御部３８は動きベクトルの絶対値に応じて露光時間を決定するものであり、動きベクトルの絶対値が大きければ露光時間を短くし、小さければ露光時間を長くするように電荷排出パルスＳ３８を出力してＣＣＤ３を制御する。この状態で、平均輝度信号Ｓ７が目標の輝度に達するように、まず制御信号Ｓ３３により絞り２を調整する。このとき絞りを開放してもなお露光不足の状態の場合には、ＡＧＣ４での制御に切り替え、ＡＧＣ４へゲインアップ信号Ｓ３０を送り目標の輝度になるよう制御する。第３の実施の形態では被写体の動きに応じて露光時間が決まるため、動解像度を良好な状態にすることができる。動きが少ない被写体の場合には、１／６０秒以上に露光時間を長くできるため、比較的Ｓ／Ｎの良い画像が得られることになる。
【００２１】
（第４の実施の形態）
次に第４の実施の形態について説明する。図４は本発明の第４の実施の形態における撮像装置の全体のブロック図を示すものであり、第１の実施の形態と同一部分は同一符号を付して詳細な説明を省略する。前述した第１，第２，第３の実施の形態はＣＣＤ３の露光時間を露光制御部の出力である電荷排出パルスで調整することが基本となっているが、第４の実施の形態では絞り４２にメカニカルなシャッター機能を持たせることで、露光時間を調節する構成になっている。露光制御部４８は絞り４２に１／３０秒のサイクルで、１／６０秒は絞り４２を開き、１／６０秒は絞り４２を閉じる動作を行わせる制御信号Ｓ４９を生成する。この制御信号を用いて絞り４２を制御することにより、ＣＣＤ３の露光時間を実質的に１／６０秒に固定させる。この状態で、平均輝度信号Ｓ７が目標の輝度に達するように制御信号Ｓ４９に、絞り４２が開いている状態での開口径を設定する指令を加えることにより、絞り４２により輝度を適正に調整する。絞りを最大に開放してもなお露光不足の状態の場合には、ＡＧＣ４での制御に切り替わり、ＡＧＣ４へゲインアップ信号Ｓ４０を送り目標の輝度になるよう制御する。第４の実施の形態ではＣＣＤ３で電荷排出パルスによる露光調整を行わないため、電荷排出パルスによる露光調整時に問題となる蛍光灯のような被写体を撮影したときのフリッカーの発生や、被写界深度の違和感などを生じない品位の良い画像が得られることになる。
【００２２】
【発明の効果】
以上のように本願の請求項１，２の発明によれば、被写体の動きに応じて露光時間が決まるため、動解像度を良好な状態とすることができる。更に被写体の動きが少ない場合には、１フィールド期間を超えて露光時間を長く設定できるため、Ｓ／Ｎ比の画像が得られるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における撮像装置のブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態における撮像装置のブロック図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態における撮像装置のブロック図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態における撮像装置のブロック図である。
【図５】従来の撮像装置のブロック図である。
【符号の説明】
１ レンズ
２，４２ 絞り
３ ＣＣＤ
４ ＡＧＣ
５ カメラ信号処理部
６ａ，６ｂ，５３，５４ メモリ
７，５５ メモリ制御部
８，２８，３８，４８ 露光制御部
９，１０，５２，５６ スイッチ
３０ 動き検出部
５１ ＴＶカメラ

Claims (2)

1. 被写体像を撮像面に結像するレンズと、
   前記撮像面上の画像情報を光電変換しノンインターレースの信号を順次読み出す撮像手段と、
   前記撮像手段からの信号の利得を調整する利得調整手段と、
   前記利得調整手段で利得調整された信号に一定の信号処理を施して映像信号を生成する信号処理部と、
   前記撮像面内での被写体の動き情報を検出する動き検出手段と、
   前記動き検出手段の情報から、撮像手段の露光時間を調整する露光制御手段と、
   を備える撮像装置であって、
   前記露光制御手段は、前記被写体の動きが小さい場合には前記撮像手段の露光時間を１／６０秒以上に設定することを特徴とする撮像装置。
2. 前記動き検出手段は、前記信号処理部の出力である輝度信号の情報から動きベクトルを抽出するものであり、
   前記露光制御手段は、前記動き検出手段によって抽出された動きベクトルの大きさが大きくなるにつれて前記撮像手段の露光時間を短くするように設定し、所定の輝度となるように絞りの設定値を決定することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。

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