JP4103741B2 - Imaging device - Google Patents
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Description
本発明は、入射光量に対して線形的に変化する電気信号を出力する線形変換動作と、入射光量に対して自然対数的に変化する電気信号を出力する対数変換動作との間で、その光電変換動作を切り換えることが可能な撮像装置に関する。 The present invention provides a photoelectric conversion between a linear conversion operation that outputs an electric signal linearly changing with respect to an incident light amount and a logarithmic conversion operation that outputs an electric signal that naturally changes logarithmically with respect to the incident light amount. The present invention relates to an imaging device capable of switching a conversion operation.
従来、入射光量に対して線形変換する線形変換動作を行う固体撮像素子においては、そのダイナミックレンジが2桁と狭いため、広い輝度範囲の輝度分布を構成する被写体を撮像したときは、ダイナミックレンジ以外の範囲の輝度情報は出力されない。又、従来の固体撮像装置として、入射光量に対して対数変換する対数変換動作を行うものがある(特許文献1参照)。この固体撮像素子においては、そのダイナミックレンジが5〜6桁と広いため、少々広い輝度範囲の輝度分布を構成する被写体を撮像しても、輝度分布内の全輝度情報を電気信号に変換して出力することができる。しかしながら、被写体の輝度分布に対してその撮像可能領域が広くなるので、撮像可能領域内の低輝度領域又は高輝度領域において、輝度データの無い領域ができてしまう。これらに対して、本出願人は、上述の線形変換動作と対数変換動作とを切り換えることが可能なものを提案している(特許文献2)。 Conventionally, in a solid-state imaging device that performs a linear conversion operation that linearly converts the amount of incident light, its dynamic range is as narrow as two orders of magnitude, so when imaging a subject that constitutes a luminance distribution in a wide luminance range, other than the dynamic range The luminance information in the range is not output. Further, as a conventional solid-state imaging device, there is one that performs a logarithmic conversion operation for logarithmically converting the amount of incident light (see Patent Document 1). In this solid-state imaging device, the dynamic range is as wide as 5 to 6 digits. Therefore, even if an image of a subject constituting a luminance distribution in a slightly wide luminance range is captured, all luminance information in the luminance distribution is converted into an electrical signal. Can be output. However, since the imageable area becomes wider with respect to the luminance distribution of the subject, an area without luminance data is formed in the low luminance area or the high luminance area in the imageable area. On the other hand, the present applicant has proposed what can switch between the above-described linear conversion operation and logarithmic conversion operation (Patent Document 2).
又、これらの固体撮像素子を備える撮像装置において、色フィルタを設けることでカラー画像が撮像されるとき、撮像時の光源の分光分布や色フィルタの透過率が異なるために、各色信号の光電変換特性が異なるものとなる。よって、このようなカラー画像を撮像する撮像装置において、この各色信号の光電変換特性を一致させるためのホワイトバランス処理が施される。そこで、本出願人は、対数変換動作を行う固体撮像素子を備えた撮像装置において、色温度検出回路で検出した色温度に基づいてホワイトバランス処理回路でホワイトバランス処理を施す撮像装置を提案している(特許文献3)。又、本出願人は、対数変換動作を行う固体撮像素子を備えた撮像装置において、AD変換器においてAD変換する際にオフセット電圧を切り換えることでホワイトバランス処理を施す撮像装置を提案している(特許文献4)。
しかしながら、特許文献3及び特許文献4における撮像装置では、対数変換特性のみによる光電変換動作を行う固体撮像素子から出力される画像信号をホワイトバランス補正することに対しては有効であるが、線形変換特性による光電変換動作を行う固体撮像素子については、ホワイトバランスをとることができない。そのため、特許文献2のように対数変換特性及び線形変換特性を自動に切り換えることが可能な固体撮像素子を用いた場合、従来のホワイトバランス処理のように乗除算又は加減算のみのホワイトバランス処理では、十分にホワイトバランスをとることができない。又、このような固体撮像素子を用いた場合、各色信号によって異なる光電変換特性が重なりあう輝度範囲においてホワイトバランス処理を施した場合、その演算処理が複雑なものとなる。
However, the imaging devices in
このような問題を鑑みて、本発明は、その光電変換特性において線形変換特性と対数変換特性とが自動的に切り替わる固体撮像素子を備えるとき、いずれの特性により出力される信号に対しても簡単な演算処理でホワイトバランス処理を行うことができる撮像装置を提供することを目的とする。 In view of such a problem, the present invention is simple for any signal output by any of the characteristics when the solid-state imaging device in which the linear conversion characteristic and the logarithmic conversion characteristic are automatically switched in the photoelectric conversion characteristic is provided. An object of the present invention is to provide an image pickup apparatus capable of performing white balance processing with simple calculation processing.
上記目的を達成するために、本発明の撮像装置は、入射光量に対して線形的に変化する電気信号を出力する第1状態と入射光量に対して自然対数的に変化する電気信号を出力する第2状態との間で切換可能な画素を備えるとともに複数種類の色フィルタが設けられた固体撮像素子と、該固体撮像素子から出力される前記色フィルタの種類毎の色信号に対してホワイトバランス処理を行うホワイトバランス回路と、を備える撮像装置において、前記複数種類の色信号の1つを基準となる第1色信号とし、該基準色信号以外の色信号を第2色信号としたとき、前記固体撮像素子において、前記第1色信号を出力する画素と前記第2色信号を出力する画素とが、前記第1状態と前記第2状態との切換点を同一の輝度値とし、前記ホワイトバランス回路において、前記第2色信号の種類毎に、当該第2色信号の前記第1状態と前記第2状態との切換点となる輝度値に対する信号レベルを閾値レベルとして設定し、当該閾値レベルに基づいて前記第2色信号の光電変換特性が前記第1状態による線形変換特性又は前記第2状態による対数変換特性のいずれであるか識別し、識別した光電変換特性に応じて、前記第2色信号にホワイトバランス処理を施すことを特徴とする。 In order to achieve the above object, an imaging apparatus according to the present invention outputs a first state in which an electric signal that linearly changes with respect to an incident light quantity and an electric signal that changes in a natural logarithm with respect to the incident light quantity. A solid-state imaging device including a pixel that can be switched between the second state and a plurality of types of color filters, and a white balance for the color signals for each type of the color filter output from the solid-state imaging device In an imaging apparatus including a white balance circuit that performs processing, when one of the plurality of types of color signals is used as a reference first color signal and a color signal other than the reference color signal is used as a second color signal, In the solid-state imaging device, the pixel that outputs the first color signal and the pixel that outputs the second color signal have the same luminance value at the switching point between the first state and the second state, and Balance times In this case, for each type of the second color signal, a signal level with respect to a luminance value serving as a switching point between the first state and the second state of the second color signal is set as a threshold level, and based on the threshold level. The photoelectric conversion characteristic of the second color signal is identified as a linear conversion characteristic according to the first state or a logarithmic conversion characteristic according to the second state, and the second color signal is determined according to the identified photoelectric conversion characteristic. A white balance process is applied to the above.
このような撮像装置において、前記第1状態と前記第2状態の切換点となる輝度値よりも低輝度領域では前記色信号が前記第1状態で変換された前記線形変換特性とされ、前記第1状態と前記第2状態の切換点となる輝度値よりも高輝度領域では前記色信号が前記第2状態で変換された前記対数変換特性とされる。このとき、前記閾値レベルより信号レベルが小さいと、前記第2色信号の光電変換特性が前記線形変換特性であると識別される。又、前記閾値レベルより信号レベルが大きいと、前記第2色信号の光電変換特性が前記対数変換特性であると識別される。 In such an imaging device, the color signal is converted into the linear conversion characteristic in the first state in the luminance region lower than the luminance value serving as a switching point between the first state and the second state, and the first In the luminance region higher than the luminance value serving as a switching point between the first state and the second state, the logarithmic conversion characteristic obtained by converting the color signal in the second state is used. At this time, if the signal level is smaller than the threshold level, the photoelectric conversion characteristic of the second color signal is identified as the linear conversion characteristic. If the signal level is higher than the threshold level, the photoelectric conversion characteristic of the second color signal is identified as the logarithmic conversion characteristic.
尚、本明細書及び請求の範囲における「輝度」とは、光源の放射エネルギーの強度に相関する単一の値であれば良く、測光学的な輝度を意味するものではなく、例えば、固体撮像素子からのGチャネルの出力値(G信号の信号レベル)などで光源の強度を表した場合なども含む。 The “luminance” in the present specification and claims may be a single value correlated with the intensity of the radiant energy of the light source, and does not mean photometric luminance. For example, solid-state imaging This includes the case where the intensity of the light source is expressed by the output value of the G channel from the element (signal level of the G signal) or the like.
又、前記ホワイトバランス回路が、前記第2色信号の信号レベルと当該第2色信号に対する前記閾値レベルとを比較して、当該第2色信号の光電変換特性を確認する比較器と、前記線形変換特性の前記第2色信号を、前記第1信号の線形変換特性に基づいて変換する第1演算部と、前記対数変換特性の前記第2色信号を、前記第1信号の対数変換特性に基づいて変換する第2演算部と、前記比較器で前記第2色信号の光電変換特性が前記線形変換特性であることが確認されたとき、第1演算部からの信号を選択して出力し、又、前記比較器で前記第2色信号の光電変換特性が前記対数変換特性であることが確認されたとき、第2演算部からの信号を選択して出力する選択部と、を備える。 In addition, the white balance circuit compares the signal level of the second color signal with the threshold level for the second color signal to confirm the photoelectric conversion characteristics of the second color signal, and the linear said second color signal conversion characteristics, the a first operation unit that converts, based on a linear conversion characteristic of the first signal, said second color signal of the logarithmic conversion characteristics, the logarithmic conversion characteristic of the first signal a second arithmetic unit that converts, based on, when the photoelectric conversion characteristic of the second color signal by the comparator, it was confirmed the a linear conversion characteristic, selects a signal from the first processor And a selection unit that selects and outputs a signal from the second arithmetic unit when the comparator confirms that the photoelectric conversion characteristic of the second color signal is the logarithmic conversion characteristic. Prepare.
又、前記各第2色信号に対する前記ホワイトバランス回路でのホワイトバランス処理に用いる前記第1演算式及び前記第2演算式へのパラメータと前記第2色信号の光電変換特性を識別するための前記閾値レベルとを設定し、前記パラメータと前記閾値レベルとを前記ホワイトバランス回路へ送出する制御部を備える。 Further, the first arithmetic expression used for white balance processing in the white balance circuit for each of the second color signals, the parameter to the second arithmetic expression, and the photoelectric conversion characteristics of the second color signal are identified. A control unit is provided for setting a threshold level and sending the parameter and the threshold level to the white balance circuit.
このとき、前記ホワイトバランス回路が、前記色信号の種類を確認する色信号検出部と、前記第2色信号の種類毎に、前記第1及び第2演算部に与える前記パラメータと前記比較器に与える前記閾値レベルを切り換えるパラメータ設定部と、を備え、前記制御部より前記第2色信号の種類毎に与えられた前記パラメータ及び前記閾値レベルを前記色信号検出部で検出された前記第2色信号の種類毎に前記パラメータ設定部で切り換えて前記第1及び第2演算部と前記比較器に与えることで、前記第2色信号の種類毎にホワイトバランス処理を行うものとしても構わない。 At this time, the white balance circuit provides a color signal detection unit for confirming the type of the color signal, the parameter given to the first and second arithmetic units for each type of the second color signal, and the comparator. A parameter setting unit that switches the threshold level to be applied, and the second color detected by the color signal detection unit with the parameter and the threshold level given for each type of the second color signal from the control unit. The white balance processing may be performed for each type of the second color signal by switching the parameter setting unit for each signal type and supplying the signal to the first and second arithmetic units and the comparator.
又、前記ホワイトバランス回路が、前記第2色信号の種類毎に、前記比較部及び前記第1及び第2演算部及び前記選択部を備え、前記制御部より前記第2色信号の種類毎に与えられた前記パラメータと前記閾値レベルとが、前記第2色信号の種類毎に設けられた前記第1及び第2演算部と前記比較器とに与えられるものとしても構わない。 The white balance circuit includes the comparison unit, the first and second calculation units, and the selection unit for each type of the second color signal, and the control unit sets the second color signal for each type of the second color signal. The given parameter and the threshold level may be given to the first and second arithmetic units and the comparator provided for each type of the second color signal.
そして、これらの撮像装置において、前記第1演算部が、前記パラメータによって設定される第1演算値を乗算する乗算器であり、前記第2演算部が、前記パラメータによって設定される第2演算値を加算する加算器である。 In these imaging apparatuses, the first calculation unit is a multiplier that multiplies the first calculation value set by the parameter, and the second calculation unit is a second calculation value set by the parameter. Is an adder.
又、前記第1色信号の光電変換特性と前記第2色信号の光電変換特性の関係を表す評価値を、前記第2色信号の種類毎に、前記固体撮像素子から入力される前記第1色信号及び前記第2色信号の信号レベルの関係より検出する評価値検出回路を備え、前記パラメータ、前記閾値レベル及び前記第1状態と前記第2状態との切換点となる輝度値が、前記評価値と前記第1色信号の光電変換特性に基づいて設定されるものとしても構わない。このとき、外部から指示されることで、前記評価値検出回路が動作し、前記パラメータ、前記閾値レベル及び前記第1状態と前記第2状態との切換点となる輝度値が求められるものとしても構わないし、所定フレーム毎に、前記評価値検出回路が動作し、前記パラメータ、前記閾値レベル及び前記第1状態と前記第2状態との切換点となる輝度値が求められるものとしても構わない。 In addition, an evaluation value representing a relationship between the photoelectric conversion characteristics of the first color signal and the photoelectric conversion characteristics of the second color signal is input from the solid-state imaging device for each type of the second color signal. An evaluation value detection circuit that detects the relationship between the color signal and the signal level of the second color signal is provided, and the parameter, the threshold level, and the luminance value serving as a switching point between the first state and the second state are It may be set based on the evaluation value and the photoelectric conversion characteristic of the first color signal. At this time, the evaluation value detection circuit may be operated by being instructed from the outside, and the parameter, the threshold level, and the luminance value serving as a switching point between the first state and the second state may be obtained. Alternatively, the evaluation value detection circuit may be operated for each predetermined frame, and the parameter, the threshold level, and the luminance value serving as a switching point between the first state and the second state may be obtained.
又、前記評価値検出回路において、前記第2色信号の種類毎に、前記固体撮像素子から与えられる前記第1色信号及び前記第2色信号それぞれの平均値との関係に基づいて、前記評価値が求められるものとしても構わない。 In the evaluation value detection circuit, for each type of the second color signal, the evaluation is performed based on the relationship between the average values of the first color signal and the second color signal given from the solid-state imaging device. It does not matter if the value is required.
又、前記評価値検出回路において、前記第2色信号の種類毎に、前記固体撮像素子から与えられた入射光量に対して線形的に変化した前記第1色信号及び前記第2色信号それぞれの平均値との関係に基づいて、第1評価値が求められるとともに、前記固体撮像素子から与えられた入射光量に対して対数的に変化した前記第1色信号及び前記第2色信号それぞれの平均値との関係に基づいて、第2評価値が求められ、前記第1評価値及び前記第2評価値を加重加算することで、前記第1色信号の光電変換特性と前記第2色信号の光電変換特性の関係を表す評価値を求めるものとしても構わない。このとき、入射光量に対して線形的に変化した信号を出力する画素数と、入射光量に対して対数的に変化した信号を出力する画素数との関係に基づいて、前記加重加算における重み係数を設定する。 In the evaluation value detection circuit, for each type of the second color signal, each of the first color signal and the second color signal linearly changed with respect to the incident light amount given from the solid-state imaging device. Based on the relationship with the average value, the first evaluation value is obtained, and the average of each of the first color signal and the second color signal logarithmically changed with respect to the incident light amount given from the solid-state imaging device. A second evaluation value is obtained based on the relationship with the value, and the first evaluation value and the second evaluation value are weighted and added, whereby the photoelectric conversion characteristic of the first color signal and the second color signal An evaluation value representing the relationship between photoelectric conversion characteristics may be obtained. At this time, based on the relationship between the number of pixels that output a signal that linearly changes with respect to the incident light amount and the number of pixels that output a signal that changes logarithmically with respect to the incident light amount, the weighting coefficient in the weighted addition Set.
更に、前記第1色信号の光電変換特性を、前記固体撮像素子のダイナミックレンジに基づいて決定するとともに、前記第2色信号の光電変換特性を、前記第1色信号の光電変換特性と前記評価値に基づいて決定する。 Further, the photoelectric conversion characteristic of the first color signal is determined based on the dynamic range of the solid-state imaging device, and the photoelectric conversion characteristic of the second color signal is determined from the photoelectric conversion characteristic of the first color signal and the evaluation. Determine based on the value.
又、前記評価値検出回路で前記評価値を求める際、前記固体撮像素子から出力される前記各種類の色信号における光電変換特性が同一の信号レベルで前記線形変換特性と前記対数変換特性との間で切り替わるように、前記固体撮像素子が駆動される。 In addition, when the evaluation value is obtained by the evaluation value detection circuit, the linear conversion characteristic and the logarithmic conversion characteristic are obtained at the same signal level in the photoelectric conversion characteristic in each type of color signal output from the solid-state imaging device. The solid-state imaging device is driven so as to switch between them.
前記固体撮像素子が、各画素毎に複数種類の色フィルタが設けられた単板の固体撮像素子であっても構わないし、複数種類の異なる色フィルタ毎に複数板の固体撮像素子により形成されているものであっても構わない。 The solid-state image sensor may be a single-plate solid-state image sensor provided with a plurality of types of color filters for each pixel, and is formed by a plurality of plates of solid-state image sensors for each of a plurality of different color filters. It does not matter if it is.
更に、上述の撮像装置において、前記パラメータ、前記閾値レベル及び前記第1状態と前記第2状態との切換点となる輝度値が、太陽光やタングステン光や蛍光灯などの撮影環境に応じて予め格納され、外部より当該撮影環境が指定されることで、前記パラメータ、前記閾値レベル及び前記第1状態と前記第2状態との切換点となる輝度値が設定されるものとしても構わない。 Further, in the above-described imaging apparatus, the parameter, the threshold level, and the luminance value serving as a switching point between the first state and the second state are preliminarily set according to a shooting environment such as sunlight, tungsten light, or a fluorescent lamp. It is possible to store the parameter, the threshold level, and the luminance value to be a switching point between the first state and the second state by specifying the shooting environment from the outside.
本発明によると、各色信号の光電変換特性における線形変換特性と対数変換特性との切換点を同一の輝度値とすることによって、線形変換特性を備える輝度範囲と対数変換特性を備える輝度範囲を、種類の異なる色信号に対して同一の輝度範囲とすることができる。よって、種類の異なる色信号間において、線形変換特性を備える輝度範囲と対数変換特性を備える輝度範囲が重ならない。そのため、線形変換特性の第2色信号を第1色信号の線形変換特性に基づいて変換する演算を行うとともに、対数変換特性の第2色信号を第1色信号の対数変換特性に基づいて変換する演算を行うことによって、簡単な演算処理によりホワイトバランス処理を行うことができる。 According to the present invention, by setting the switching point between the linear conversion characteristic and the logarithmic conversion characteristic in the photoelectric conversion characteristic of each color signal to the same luminance value, the luminance range having the linear conversion characteristic and the luminance range having the logarithmic conversion characteristic are obtained. The same luminance range can be set for different types of color signals. Therefore, the luminance range having the linear conversion characteristic and the luminance range having the logarithmic conversion characteristic do not overlap between different types of color signals. Therefore, the second color signal having the linear conversion characteristic is converted based on the linear conversion characteristic of the first color signal, and the second color signal having the logarithmic conversion characteristic is converted based on the logarithmic conversion characteristic of the first color signal. By performing the calculation, white balance processing can be performed by simple calculation processing.
又、評価値検出回路を設けることによって、各色信号の関係を確認することができる各色信号に対する評価値を検出することができる。よって、演算パラメータを、評価値と基準となる色信号の光電変換特性により容易に求めることができる。又、入射光量に対して線形的に変化した色信号と入射光量に対して対数的に変化した色信号とのそれぞれに対して評価値を求めた後、これらの評価値を加重加算して各色信号の評価値を設定することで、より高精度な評価値を得ることができる。更に、線形的に変化した信号を出力する画素数と、入射光量に対して対数的に変化した信号を出力する画素数との関係に基づいて、前記加重加算における重み係数を設定するため、演算パラメータを撮像した被写体の輝度分布に応じたものに設定することができる。よって、撮像した被写体の輝度分布に応じたホワイトバランス処理を施すことができる。 Further, by providing the evaluation value detection circuit, it is possible to detect the evaluation value for each color signal that can confirm the relationship between the color signals. Therefore, the calculation parameter can be easily obtained from the photoelectric conversion characteristics of the evaluation value and the reference color signal. In addition, after obtaining an evaluation value for each of the color signal linearly changing with respect to the incident light amount and the color signal changing logarithmically with respect to the incident light amount, these evaluation values are weighted and added to each color. By setting the evaluation value of the signal, a more accurate evaluation value can be obtained. Furthermore, since the weight coefficient in the weighted addition is set based on the relationship between the number of pixels that output a linearly changed signal and the number of pixels that output a logarithmically changed signal with respect to the incident light quantity, The parameter can be set according to the luminance distribution of the imaged subject. Therefore, it is possible to perform white balance processing according to the luminance distribution of the imaged subject.
<撮像装置の構成>
本発明の実施形態である撮像装置の構成について、図1を参照して説明する。図1は、撮像装置の内部構成を示すブロック図である。
<Configuration of imaging device>
A configuration of an imaging apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a block diagram illustrating an internal configuration of the imaging apparatus.
図1の撮像装置は、複数のレンズから構成される光学系1と、光学系1を通じて入射される光の入射光量を電気信号に変換する固体撮像素子2と、固体撮像素子2から出力される電気信号を増幅するアンプ3と、アンプ3で増幅された電気信号をデジタル信号に変換するAD変換回路4と、AD変換回路4からのデジタル信号の最低レベルを設定する黒基準補正回路5と、黒基準補正回路5で黒基準値により補正されたデジタル信号が固体撮像素子2の各画素の感度などによるFPN(固定パターンノイズ:Fixed Pattern Noise)を除去するFPN補正回路6と、FPN補正回路6でFPN除去されたデジタル信号より自動露出制御(AE)及びホワイトバランス(WB)を行うためのそれぞれの評価値を検出するAE・WB評価値検出回路7と、FPN補正回路6でFPN除去されたデジタル信号について色バランスがとれるように各色信号毎に補正を行うWB制御回路8と、WB制御回路8から出力される隣接する複数の画素の色信号に基づいて各色信号の補間を行う色補間回路9と、色補間回路9から出力される各色信号を他の色信号により色合いを各画素毎に補正する色補正回路10と、色補正回路10から出力されるデジタル信号の階調変換を行う階調変換回路11と、階調変換回路11から出力されるデジタル信号についてエッジ強調などの処理を施すコアリング回路12と、各ブロックの制御を行う全体制御部13と、光学系1に備えられる絞り1aによる露光量を制御する絞り制御部14と、固体撮像素子2及びAD変換回路4に動作タイミング用のクロックを与えるタイミング生成回路15と、を備える。
1 is output from an
このように構成される撮像装置においては、光学系1を介して光が各画素毎に異なる色フィルタを備えた固体撮像素子2に入射されると、各画素において光電変換動作が行われ、各画素毎に異なる色信号となるアナログ信号が出力される。即ち、図2のように、RGBによるベイヤ型配列となる色フィルタが固体撮像素子2に設けられるとき、Rとなる色フィルタが設けられた画素からは赤色を表すR信号が、Gとなる色フィルタが設けられた画素からは緑色を表すG信号が、Bとなる色フィルタが設けられた画素からは青色を表すB信号が、それぞれ出力される。尚、固体撮像素子2は、後述するように、全体制御部13によって駆動条件が変更されることにより、線形変換動作と対数変換動作とが切り換わる輝度位置が変更される。これによって、固体撮像素子2のダイナミックレンジが変化する。切換点が高輝度側になるほどダイナミックレンジが広くなる。
In the imaging apparatus configured as described above, when light is incident on the solid-
この固体撮像素子2からシリアルに出力されるR信号及びG信号及びB信号が、アンプ3において増幅された後、AD変換回路4においてデジタル信号に変換される。このようにデジタル信号に変換されたR信号及びG信号及びB信号が黒基準補正回路5に与えられると、全体制御部13から与えられるダイナミックレンジデータに基づいて、最低輝度値となる黒レベルが基準値(0)に補正される。即ち、固体撮像素子2のダイナミックレンジによって黒レベルが異なるため、AD変換回路4から出力されるR信号及びG信号及びB信号それぞれの信号レベルに対して、黒レベルとなる信号レベルが減算されることで、基準値補正が行われる。
The R signal, the G signal, and the B signal that are serially output from the solid-
この黒基準補正が行われたR信号及びG信号及びB信号は、FPN補正回路6において格納しているFPN成分を減算することによって、FPN成分が除去される。このFPN成分は、固体撮像素子2内の各画素を構成するMOSトランジスタの閾値バラツキなどが原因となって生じるオフセットバラツキである。尚、このFPN成分を抽出する際、RGB信号それぞれについて、均一光照射時に固体撮像素子2から出力される各画素に対する画像信号から色フィルタの透過率の差異に基づくオフセットを減算する。このとき、このような各色フィルタの透過率に基づくオフセットを、均一光照射時のRGB信号それぞれの平均値により求めるものとし、この平均値を均一光照射時のRGB信号から減算することで、各画素のFPN成分を抽出するものとしても構わない。このようにFPN成分が除去されたR信号及びG信号及びB信号が、AE・WB評価値検出回路7及びWB制御回路8に与えられる。
The FPN component is removed from the R signal, the G signal, and the B signal subjected to the black reference correction by subtracting the FPN component stored in the
AE・WB評価値検出回路7では、与えられたR信号及びG信号及びB信号より成る画像信号の輝度値を確認することにより、被写体の輝度範囲を表す輝度の平均値分布範囲を算出し、露光量を設定するAE評価値として全体制御部13に送出する。このAE評価値に基づいて全体制御部13が絞り1aの開口度を制御することで、露光量が制御される。又、AE・WB評価値検出回路7では、与えられたR信号及びG信号及びB信号よりそれぞれの輝度比及び輝度差を確認し、ホワイトバランスを行うための基準値であるWB評価値を算出し、全体制御部13に送出する。そして、WB制御回路8では、全体制御部13より与えられるWB評価値及びダイナミックレンジデータに基づいて、R信号及びG信号及びB信号が、同一の光電変換特性となるようにホワイトバランス処理が施される。このAE・WB評価値検出回路7及びWB制御回路8の詳細については後述する。
The AE / WB evaluation
WB制御回路8でホワイトバランス処理が施されたR信号及びG信号及びB信号は、色補間回路9において色補間処理が施される。図2のようなRGBによるベイヤ型配列となる色フィルタが固体撮像素子2に設けられているとき、各画素から出力される色信号は、その画素が設けられる色フィルタによる色信号のみである。よって、色補間回路9において、他の色信号が隣接する画素の色信号により生成されることで、色補間処理が施される。
The R, G, and B signals that have been subjected to white balance processing by the
そして、RGBそれぞれの色フィルタが各画素G11〜G44に図2のように配列されているとき、画素G11,G31,G13,G33からR信号r11,r31,r13,r33が、画素G21,G41,G12,G32,G23,G43,G14,G34からG信号g21,g41,g12,g32,g23,g43,g14,g34が、画素G22,G42,G24,G44からB信号b22,b42,b24,b44が、出力される。このとき、画素G22,G23,G32,G33のRGB信号が、以下の式のように表される。 When the RGB color filters are arranged in the pixels G11 to G44 as shown in FIG. 2, the R signals r11, r31, r13, and r33 are converted from the pixels G11, G31, G13, and G33 to the pixels G21, G41, and G33, respectively. G12, G32, G23, G43, G14, G34 to G signals g21, g41, g12, g32, g23, g43, g14, g34, and pixels G22, G42, G24, G44 to B signals b22, b42, b24, b44 Is output. At this time, RGB signals of the pixels G22, G23, G32, and G33 are expressed by the following equations.
画素G22のR信号r22、G信号g22、B信号b22
r22=(r11+r31+r13+r33)/4
g22=(g21+g12+g32+g23)/4
b22=b22
画素G32のR信号r32、G信号g32、B信号b32
r32=(r31+r33)/2
g32=g32
b32=(b22+b42)/2
画素G23のR信号r23、G信号g23、B信号b23
r23=(r13+r33)/2
g23=g23
b23=(b22+b24)/2
画素G33のR信号r33、G信号g33、B信号b33
r33=r33
g33=(g32+g23+g43+g34)/4
b33=(b22+b42+b24+b44)/4
R signal r22, G signal g22, B signal b22 of pixel G22
r22 = (r11 + r31 + r13 + r33) / 4
g22 = (g21 + g12 + g32 + g23) / 4
b22 = b22
R signal r32, G signal g32, B signal b32 of the pixel G32
r32 = (r31 + r33) / 2
g32 = g32
b32 = (b22 + b42) / 2
R signal r23, G signal g23, B signal b23 of pixel G23
r23 = (r13 + r33) / 2
g23 = g23
b23 = (b22 + b24) / 2
R signal r33, G signal g33, B signal b33 of pixel G33
r33 = r33
g33 = (g32 + g23 + g43 + g34) / 4
b33 = (b22 + b42 + b24 + b44) / 4
このように画素補間処理を行うことで、各画素毎にRGB信号が得られると、各画素のRGB信号が色補正回路10に与えられ、各画素の色合いを強調するための色補正処理が施される。このとき、RGB信号はそれぞれ、他の色信号の値により色補正が施される。即ち、画素GklのRGB信号rkl,gkl,bklを以下の式に代入することによって、色合い補正が施された画素GklのRGB信号rxkl,gxkl,bxklが生成される。この際、a1〜a3,b1〜b3,c1〜c3によるマトリックス係数が、全体制御部13から入力されるダイナミックレンジ制御信号に基づいて切り換えられて、各画素のRGB信号による色合いが強調される。
By performing pixel interpolation processing in this way, when RGB signals are obtained for each pixel, the RGB signals of each pixel are given to the
rxkl=a1×rkl+a2×gkl+a3×bkl
gxkl=b1×rkl+b2×gkl+b3×bkl
bxkl=c1×rkl+c2×gkl+c3×bkl
rxkl = a1 * rkl + a2 * gkl + a3 * bkl
gxkl = b1 * rkl + b2 * gkl + b3 * bkl
bxkl = c1 * rkl + c2 * gkl + c3 * bkl
色補正回路10で色補正が施されたRGB信号は、階調変換回路11に与えられて、適切な出力レベルとなるように、全体制御部13から入力されるダイナミックレンジ制御信号及びAE評価値に基づいて、γカーブに基づく変化やデジタルゲインの変化により階調特性を変化させる。そして、エッジ成分に対して、図3に示すように、基準信号レベルからみて所定範囲内の出力をすべて基準信号レベルに変換するレベル変換特性を備えるコアリング回路12において、RGB信号それぞれに重畳したノイズ成分が除去されるとともに、エッジ成分が抽出されてエッジ強調処理が施される。
The RGB signal subjected to the color correction by the
<固体撮像素子の構成例>
図1のように構成される撮像装置における固体撮像素子2の構成について、図面を参照して説明する。図4は、本例の固体撮像素子の一部の構成を概略的に示すブロック図であり、図5は、各画素の構成を示す回路図である。
<Configuration example of solid-state imaging device>
The configuration of the solid-
固体撮像素子2は、図4に示すように、G11〜Gmnは行列配置(マトリクス配置)された画素を示している。21は垂直走査回路であり、各画素に信号φVを与える行(ライン)23−1,23−2,・・・,23−nを順次走査していくとともに、ライン24−1,24−2,・・・,24−nを介して各画素に信号φVDを、ライン25r,25g,25bを介して各画素に信号φVPSを、それぞれ与える。22は水平走査回路であり、画素から出力信号線26−1,26−2,・・・,26−mに導出された光電変換信号を画素ごとに水平方向に順次読み出す。20は電源ラインである。各画素に対し、上記ライン23−1〜23−n,24−1〜24−n,25r,25g,25bや出力信号線26−1〜26−m、電源ライン20だけでなく、他のライン(例えば、クロックラインやバイアス供給ライン等)も接続されるが、図4ではこれらについて省略する。
As shown in FIG. 4, in the solid-
尚、ライン25r,25g,25bはそれぞれ、RGBフィルタが設けられた画素に対して接続される。よって、Rフィルタが設けられた画素には、ライン25rからの信号φVPSが入力され、Gフィルタが設けられた画素には、ライン25gからの信号φVPSが入力され、Bフィルタが設けられた画素には、ライン25bからの信号φVPSが入力されることで、各色信号毎に、光電変換特性を切り換えることができる。
The
又、出力信号線26−1〜26−mのそれぞれには、定電流源27−1〜27−mが接続されるとともに、信号線26−1〜26−mのそれぞれを介して与えられる画素G11〜Gmnから与えられる画像信号とノイズ信号をサンプルホールドする選択回路28−1〜28−mが設けられる。そして、補正回路29に選択回路28−1〜28−mから画像信号及びノイズ信号が順に送出されると、この補正回路29で補正処理が行われて、ノイズ除去された画像信号が外部に出力される。尚、定電流源27−1〜27−mの一端に直流電圧VPSが印加される。
Also, constant current sources 27-1 to 27-m are connected to the output signal lines 26-1 to 26-m, and pixels are provided via the signal lines 26-1 to 26-m, respectively. Selection circuits 28-1 to 28-m for sample-holding image signals and noise signals supplied from G11 to Gmn are provided. Then, when the image signal and the noise signal are sequentially transmitted from the selection circuits 28-1 to 28-m to the
このような固体撮像素子において、画素Gab(a:1≦a≦mの自然数、b:1≦b≦nの自然数)からの出力となる画像信号及びノイズ信号が、それぞれ、出力信号線26−aを介して出力されるとともに、この出力信号線26−aに接続された定電流源27−aによって増幅される。そして、画素Gabから出力された画像信号及びノイズ信号が順番に選択回路28−aに送出されるとともに、この選択回路28−aにおいて、送出された画像信号及びノイズ信号がサンプルホールドされる。その後、選択回路28−aより、サンプルホールドされた画像信号が補正回路29に送出された後、同じくサンプルホールドされたノイズ信号が補正回路29に送出される。補正回路29では、選択回路28−aより与えられた画像信号を、同じく選択回路28−aより与えられたノイズ信号に基づいて補正処理して、ノイズ除去した画像信号をアンプ3に出力する。
In such a solid-state imaging device, an image signal and a noise signal output from the pixel Gab (a natural number of a: 1 ≦ a ≦ m, b: 1 ≦ b ≦ n) are respectively output signal lines 26- The signal is output via a and amplified by a constant current source 27-a connected to the output signal line 26-a. The image signal and noise signal output from the pixel Gab are sequentially sent to the selection circuit 28-a, and the sent image signal and noise signal are sampled and held in the selection circuit 28-a. Thereafter, after the sampled and held image signal is sent to the
このような構成の固体撮像素子2において、画素G11〜Gmnは、図5に示すように、カソードに直流電圧VPDが印加されたフォトダイオードPDのアノードにMOSトランジスタT1のドレインが接続され、MOSトランジスタT1のソースにMOSトランジスタT2のゲート及びドレインとMOSトランジスタT3のゲートが接続される。又、MOSトランジスタT3のソースにMOSトランジスタT4のゲート及びMOSトランジスタT5のドレインが接続され、MOSトランジスタT4のソースにMOSトランジスタT6のドレインが接続される。そして、MOSトランジスタT6のドレインが出力信号線26(図4の出力信号線26−1〜26−mに相当する)に接続される。尚、MOSトランジスタT1〜T6は、PチャネルのMOSトランジスタである。
In the solid-
MOSトランジスタT2のソースにはライン25(図4のライン25r,25g,25bに相当する)を介して信号φVPSが入力され、MOSトランジスタT3,T4のドレインに直流電圧VPDが印加される。又、MOSトランジスタT3のソースには、その一端にライン24(図4のライン24−1〜24−nに相当する)を介して信号φVDが与えられるキャパシタCの他端が接続される。又、MOSトランジスタT5のソースには直流電圧VRGが入力され、そのゲートに信号φRSが入力される。更に、MOSトランジスタT1,T6のゲートにはそれぞれ、信号φS,φVが入力される。
The signal φVPS is input to the source of the MOS transistor T2 via the line 25 (corresponding to the
尚、信号φVPSは2値の電圧信号で、入射光量が所定値を超えたときにMOSトランジスタT2をサブスレッショルド領域で動作させるための電圧をVLとし、又、この電圧よりも高くMOSトランジスタT2を導通状態にする電圧をVHとする。又、信号φVDは、3値の電圧信号であり、キャパシタCを積分動作させる際の電圧値を最も高いVhとし、画像信号読み出し時の電圧値をVhよりも低いVmとし、ノイズ信号読み出し時の電圧値をVmよりも低いVlとする。 The signal φVPS is a binary voltage signal. When the amount of incident light exceeds a predetermined value, the voltage for operating the MOS transistor T2 in the subthreshold region is VL, and the voltage higher than this voltage is used for the MOS transistor T2. The voltage for making the conductive state is VH. The signal φVD is a ternary voltage signal, the voltage value when integrating the capacitor C is set to the highest Vh, the voltage value when reading the image signal is set to Vm lower than Vh, and the noise signal is read The voltage value is set to Vl lower than Vm.
このように構成される固体撮像素子2における画素G11〜Gmnの動作について、図6のタイムチャートを参照して説明する。まず、電圧値Vmのパルス信号φVDとパルス信号φVが与えられて画像信号が出力されると、信号φVDをVhとした後、信号φSをハイにしてMOSトランジスタT1をOFFにして、リセット動作が始まる。次に、MOSトランジスタT2のソースに与える信号φVPSをVHにして、MOSトランジスタT2のソース電圧を高くすることで、MOSトランジスタT2のゲート及びドレイン、そしてMOSトランジスタT3のゲートに蓄積された負の電荷が速やかに再結合される。このとき、信号φRSをローとして、MOSトランジスタT5をONにして、キャパシタCとMOSトランジスタT4のゲートとの接続ノードの電圧を初期化する。
The operation of the pixels G11 to Gmn in the solid-
そして、MOSトランジスタT2のソースに与える信号φVPSをVLにして、MOSトランジスタT2のポテンシャル状態を基の状態に戻した後、信号φRSをハイにして、MOSトランジスタT5をOFFにする。その後、キャパシタCが積分動作を行って、キャパシタCとMOSトランジスタT4のゲートとの接続ノードの電圧が、リセットされたMOSトランジスタT2のゲート電圧に応じたものとなる。そして、パルス信号φVをMOSトランジスタT6のゲートに与えてMOSトランジスタT6をONにするとともに信号φVDの電圧値をVlにする。このとき、MOSトランジスタT4がソースフォロワ型のMOSトランジスタとして動作するため、出力信号線26にはノイズ信号が電圧信号として現れる。その後、再び、パルス信号φRSをMOSトランジスタT5に与えて、キャパシタCとMOSトランジスタT4のゲートとの接続ノードの電圧をリセットした後、信号φSをローにしてMOSトランジスタT1を導通させて撮像動作が行える状態にする。
Then, the signal φVPS applied to the source of the MOS transistor T2 is set to VL to return the potential state of the MOS transistor T2 to the original state, and then the signal φRS is set to high to turn off the MOS transistor T5. Thereafter, the capacitor C performs an integration operation, and the voltage at the connection node between the capacitor C and the gate of the MOS transistor T4 becomes in accordance with the reset gate voltage of the MOS transistor T2. Then, the pulse signal φV is applied to the gate of the MOS transistor T6 to turn on the MOS transistor T6 and set the voltage value of the signal φVD to Vl. At this time, since the MOS transistor T4 operates as a source follower type MOS transistor, a noise signal appears on the
このようにノイズ信号が出力された後、MOSトランジスタT1がONとされると、撮像動作が開始される。このとき、信号φRSをハイとして、MOSトランジスタT5をOFFとする。又、MOSトランジスタT2のソースに与える信号φVPSをVLとするとともに、キャパシタCに与える信号φVDの電圧値をVhとして、積分動作を行うようにする。そして、フォトダイオードPDより入射光量に応じた光電荷がMOSトランジスタT2に流れ込むと、MOSトランジスタT2はカットオフ状態であるので、光電荷がMOSトランジスタT2のゲートに蓄積される。 After the noise signal is output in this way, the imaging operation is started when the MOS transistor T1 is turned on. At this time, the signal φRS is set high and the MOS transistor T5 is turned off. Further, the signal φVPS applied to the source of the MOS transistor T2 is set to VL, and the voltage value of the signal φVD applied to the capacitor C is set to Vh to perform the integration operation. When photocharge corresponding to the amount of incident light flows from the photodiode PD into the MOS transistor T2, the MOS transistor T2 is in a cut-off state, so that the photocharge is accumulated at the gate of the MOS transistor T2.
よって、撮像する被写体の輝度が低くフォトダイオードPDに入射される入射光量が少ない場合は、MOSトランジスタT2のゲートに蓄積された光電荷量に応じた電圧がMOSトランジスタT2のゲートに現れるため、入射光量の積分値に対して線形的に変化する電圧がMOSトランジスタT3のゲートに現れる。又、撮像する被写体の輝度が高くフォトダイオードPDに入射される入射光量が多く、MOSトランジスタT2のゲートに蓄積された光電荷量に応じた電圧が高くなると、MOSトランジスタT2がサブスレッショルド領域で動作を行うため、入射光量に対して自然対数的に変化する電圧がMOSトランジスタT3のゲートに現れる。 Therefore, when the brightness of the subject to be imaged is low and the amount of incident light entering the photodiode PD is small, a voltage corresponding to the amount of photocharge accumulated at the gate of the MOS transistor T2 appears at the gate of the MOS transistor T2, A voltage that changes linearly with respect to the integrated value of the amount of light appears at the gate of the MOS transistor T3. Also, when the luminance of the subject to be imaged is high and the amount of incident light entering the photodiode PD is large, and the voltage according to the amount of photocharge accumulated at the gate of the MOS transistor T2 increases, the MOS transistor T2 operates in the subthreshold region. Therefore, a voltage that changes logarithmically with respect to the amount of incident light appears at the gate of the MOS transistor T3.
この入射光量に対して線形的に又は自然対数的に変化する電圧がMOSトランジスタT3で電流増幅されたドレイン電流がキャパシタCから流れるため、MOSトランジスタT4のゲート電圧が、入射光量の積分値に対して線形的又は自然対数的に変化する電圧となる。そして、信号φVDの電圧値をVmとするとともに、MOSトランジスタT6にパルス信号φVを与えることで、MOSトランジスタT4のゲート電圧に応じたソース電流が、MOSトランジスタT6を介して出力信号線6へ流れる。このとき、MOSトランジスタT4がソースフォロワ型のMOSトランジスタとして動作するため、出力信号線6には画像信号が電圧信号として現れる。その後、信号φVをハイにしてMOSトランジスタT6をOFFにするとともに、信号φVDの電圧値をVhとする。
Since a drain current that is linearly or naturally logarithmically changed with respect to the incident light amount flows from the capacitor C, the gate voltage of the MOS transistor T4 is set to the integrated value of the incident light amount. Thus, the voltage changes linearly or in a natural logarithm. Then, by setting the voltage value of the signal φVD to Vm and applying the pulse signal φV to the MOS transistor T6, a source current corresponding to the gate voltage of the MOS transistor T4 flows to the
このように動作するとき、撮像時の信号φVPSの電圧値VLが低くなり、リセット時の信号φVPSの電圧値VHとの差を大きくするほど、MOSトランジスタT2のゲート・ソース間のポテンシャルの差が大きくなり、MOSトランジスタT2がカットオフ状態で動作する被写体輝度の割合が大きくなる。よって、図7のように、電圧値VLが低いほど、線形変換する被写体輝度の割合が大きくなる。そこで、例えば、被写体の輝度範囲を検出し、被写体の輝度範囲が狭いと電圧値VLを低くして、線形変換する輝度範囲を広くし、又、被写体の輝度範囲が広いと電圧値VLを高くして、対数変換する輝度範囲を広くすることで、被写体の特性に合った光電変換特性とすることができる。尚、電圧値VLを最小とするとき、常に線形変換する状態とし、又、電圧値VLを最大とするとき、常に対数変換する状態とすることもできる。 When operating in this way, the voltage value VL of the signal φVPS at the time of imaging decreases, and the potential difference between the gate and the source of the MOS transistor T2 increases as the difference from the voltage value VH of the signal φVPS at the time of reset increases. The ratio of subject luminance at which the MOS transistor T2 operates in the cutoff state increases. Therefore, as shown in FIG. 7, the lower the voltage value VL, the larger the ratio of subject luminance to be linearly converted. Therefore, for example, the luminance range of the subject is detected, and if the luminance range of the subject is narrow, the voltage value VL is lowered to widen the luminance range for linear conversion, and if the luminance range of the subject is wide, the voltage value VL is increased. By widening the luminance range for logarithmic conversion, photoelectric conversion characteristics that match the characteristics of the subject can be obtained. It should be noted that when the voltage value VL is minimized, it is possible to always perform linear conversion. When the voltage value VL is maximized, it is possible to always perform logarithmic conversion.
このように動作する固体撮像素子2の画素G11〜Gmnに与える信号φVPSの電圧値VLの値を全体制御部13が切り換えることによって、被写体の輝度範囲などに応じてダイナミックレンジを切り換えられる固体撮像素子2とすることができる。即ち、全体制御部13が信号φVPSの電圧値VLの値を切り換えることで、固体撮像素子2の画素G11〜Gmnにおける線形変換動作から対数変換動作へ切り替わる変極点(輝度値)を設定することができる。尚、撮像時に対数変換動作に変わるときのMOSトランジスタT2のゲート電圧に至るまでにMOSトランジスタT2に流れ込む光電荷量が、全ての画素において等しい。
The solid-state image pickup device in which the dynamic range can be switched according to the luminance range of the subject by the overall control unit 13 switching the voltage value VL of the signal φVPS given to the pixels G11 to Gmn of the solid-state
尚、本構成例では、図5のように構成される画素を備えた固体撮像素子としたが、このような構成に限られるものではなく、線形変換動作と対数変換動作を各画素において自動的に切り換えることが可能なものであれば、特許文献2に示されるような構成の画素などのような他の構成の画素より構成されるものとしても構わない。又、撮像時の信号φVPSの電圧値VLを変更することで線形変換動作と対数変換動作との変極点を変更するものとしたが、リセット時の信号φVPSの電圧値VHを変更することで線形変換動作と対数変換動作との変極点を変更するものとしても構わない。又、リセット時間を変更することで上記変極点を変更するものとしても構わない。更に、各画素にRGBフィルタを備えるものとしたが、シアン(Cyan)、マゼンタ(Magenta)、イエロー(Yellow)などの他の色フィルタを備えるものとしても構わない。
In this configuration example, a solid-state imaging device including pixels configured as shown in FIG. 5 is used. However, the present invention is not limited to this configuration, and linear conversion operation and logarithmic conversion operation are automatically performed in each pixel. As long as it can be switched to the above, it may be composed of a pixel having another configuration such as a pixel having a configuration as shown in
<AE・WB評価値検出回路の第1例>
図1のように構成される撮像装置におけるAE・WB評価値検出回路の第1例について、図面を参照して以下に詳細に説明する。図8は、本例のAE・WB評価値検出回路の内部構成を示すブロック図である。
<First Example of AE / WB Evaluation Value Detection Circuit>
A first example of the AE / WB evaluation value detection circuit in the imaging apparatus configured as shown in FIG. 1 will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 8 is a block diagram showing the internal configuration of the AE / WB evaluation value detection circuit of this example.
本例のAE・WB評価値検出回路7は、図8に示すように、FPN補正回路6でFPN成分が除去されたRGB信号それぞれが与えられるとともに線形変換又は対数変換のいずれが施された信号であるかを確認する光電変換特性判別部71r,71g,71bと、線形変換された(線形変換特性を備えた)RGB信号それぞれの平均値r1av,g1av,b1avを求める平均値演算部72r,72g,72bと、対数変換された(対数変換特性を備えた)RGB信号それぞれの平均値r2av,g2av,b2avを求める平均値演算部73r,73g,73bと、平均値演算部72r,72gそれぞれから与えられるRG信号それぞれの平均値r1av,g1avよりR信号に対するWB評価値wr1を求めるWB評価値演算部74rと、平均値演算部72g,72bそれぞれから与えられるGB信号それぞれの平均値g1av,b1avよりB信号に対するWB評価値wb1を求めるWB評価値演算部74bと、平均値演算部73r,73gそれぞれから与えられるRG信号それぞれの平均値r2av,g2avよりR信号に対するWB評価値wr2を求めるWB評価値演算部75rと、平均値演算部73g,73bそれぞれから与えられるGB信号それぞれの平均値g2av,b2avよりB信号に対するWB評価値wb2を求めるWB評価値演算部75bと、WB評価値演算部74r,75rそれぞれからのWB評価値wr1,wr2を加重加算することによってR信号に対するWB評価値wrを生成して全体制御部13に出力する加重加算部76rと、WB評価値演算部74b,75bそれぞれからのWB評価値wb1,wb2を加重加算することによってB信号に対するWB評価値wbを生成して全体制御部13に出力する加重加算部76bと、を備える。
As shown in FIG. 8, the AE / WB evaluation
又、全体制御部13は、図9に示すように、固体撮像素子2のダイナミックレンジを調整するとともにタイミング生成回路15から出力されるクロックのタイミングを制御するセンサ駆動部131と、AE・WB評価値検出回路7で検出されたAE評価値及びWB評価値に従ってセンサ駆動部131を制御するとともにWB制御回路8に与えるデータを生成するマイコン132と、固体撮像素子2のダイナミックレンジに応じた換言すれば線形変換特性と対数変換特性との切換点の位置に応じた光電変換特性を与えるデータを格納するメモリ133と、を備える。マイコン132は、例えば、被写体の輝度範囲に応じて適切なダイナミックレンジが得られるように固体撮像素子2のダイナミックレンジを変更するためのダイナミックレンジ制御信号をセンサ駆動部131に与える。センサ駆動部131はこのダイナミックレンジ制御信号に基づいて駆動条件を変更し、固体撮像素子2のダイナミックレンジを変更する。
Further, as shown in FIG. 9, the overall control unit 13 adjusts the dynamic range of the solid-
図8のように構成されるAE・WB評価値検出回路7の動作について、図面を参照して以下に説明する。このAE・WB評価値検出回路7においてWB評価値wr,wbが求められるとき、RGBフィルタが設けられた各画素に対してライン25r,25g,25bより与えられる信号φVPSの値が等しくなるように設定される。そして、まず、光電変換特性判別部71r,71g,71bそれぞれに、FPN補正回路6でFPN成分が除去されたRGB信号が与えられる。このように入力されるRGB信号の典型例を図10に示す。尚、図10は、輝度値に対するRGB信号の信号レベルの関係を表したグラフで、輝度値は対数値で表される。即ち、全体制御部13のマイコン132からのダイナミックレンジ制御信号によってセンサ駆動部131から上述の固体撮像素子2へ与える信号φVPSの電圧VLが設定されるとき、黒基準補正回路5やFPN補正回路6でオフセットを除くため、信号φVPSの電圧VLによって決定する各画素のMOSトランジスタT2の動作が切り替わるポテンシャル位置を略等しいものとすることができる。よって、図10のように、RGB信号それぞれにおいて、線形変換特性から対数変換特性に切り替わる変極点となる信号レベルが等しくなる。
The operation of the AE / WB evaluation
このRGB信号における線形変換特性から対数変換特性に切り替わる変極点となる信号レベルを閾値レベルVthとする。そして、全体制御部13のセンサ駆動部131によって上述の固体撮像素子2へ与える信号φVPSの電圧VLが設定されるとき、この閾値レベルVthが、ダイナミックレンジデータとして、全体制御部13のマイコン132から光電変換特性判別部71r,71g,71bそれぞれに与えられる。よって、光電変換特性判別部71r,71g,71bでは、信号レベルが閾値レベルVthより高ければ対数変換された信号であると判断し、信号レベルが閾値レベルVth以下の場合は線形変換された信号であると判断する。尚、信号レベルが、閾値レベルVth以上のときに対数変換された信号であると判断し、閾値レベルVthより低いときに線形変換された信号であると判断するようにしても良い。以下の説明についても同様である。
A signal level serving as an inflection point at which the linear conversion characteristic in the RGB signal is switched to the logarithmic conversion characteristic is defined as a threshold level Vth. When the voltage VL of the signal φVPS to be given to the solid-
そして、光電変換特性判別部71rにおいて信号レベルが閾値レベルVth以下で線形変換された信号であると判断されたR信号は、平均値演算部72rに与えられ、又、光電変換特性判別部71rにおいて信号レベルが閾値レベルVthより高く対数変換された信号であると判断されたR信号は、平均値演算部73rに与えられる。同様に、光電変換特性判別部71gにおいて信号レベルが閾値レベルVth以下で線形変換された信号であると判断されたG信号は、平均値演算部72gに与えられ、又、光電変換特性判別部71gにおいて信号レベルが閾値レベルVthより高く対数変換された信号であると判断されたG信号は、平均値演算部73gに与えられる。又、光電変換特性判別部71bにおいて信号レベルが閾値レベルVth以下で線形変換された信号であると判断されたB信号は、平均値演算部72bに与えられ、又、光電変換特性判別部71bにおいて信号レベルが閾値レベルVthより高く対数変換された信号であると判断されたB信号は、平均値演算部73bに与えられる。
Then, the R signal determined by the photoelectric conversion
そして、平均値演算部72r,72g,72bではそれぞれ、光電変換特性判別部71r,71g,71bそれぞれから与えられる線形変換されたRGB信号それぞれの信号レベルを加算するとともに、与えられたRGB信号それぞれの総数を計数する。同様に、平均値演算部73r,73g,73bではそれぞれ、光電変換特性判別部71r,71g,71bそれぞれから与えられる対数変換されたRGB信号それぞれの信号レベルを加算するとともに、与えられたRGB信号それぞれの総数を計数する。このようにして、光電変換特性判別部71r,71g,71bから全てのRGB信号が出力されると、全て出力したことを示す信号が、光電変換特性判別部71rから平均値演算部72r,73rへ、光電変換特性判別部71gから平均値演算部72g,73gへ、光電変換特性判別部71bから平均値演算部72b,73bへ、それぞれ送出される。
The
その後、平均値演算部72r,72g,72b,73r,73g,73bそれぞれにおいては、加算合計した信号レベルを与えられた信号の総数によって除算することで平均値演算を行う。このようにすることで、線形変換されたR信号の平均値r1avが平均値演算部72rからWB評価値演算部74rに、線形変換されたG信号の平均値g1avが平均値演算部72gからWB評価値演算部74r,74bに、線形変換されたB信号の平均値b1avが平均値演算部72bからWB評価値演算部74bに、それぞれ、送出される。同様に、対数変換されたR信号の平均値r2avが平均値演算部73rからWB評価値演算部75rに、対数変換されたG信号の平均値g2avが平均値演算部73gからWB評価値演算部75r,75bに、対数変換されたB信号の平均値b2avが平均値演算部73bからWB評価値演算部75bに、それぞれ、送出される。
Thereafter, in each of the average
そして、線形変換されたRG信号の平均値r1av,g1avが与えられたWB評価値演算部74rでは、RG信号の平均値r1av,g1avと全体制御部13のマイコン132より与えられるG信号の光電変換特性より、線形変換されたR信号に対するWB評価値wr1が求められるとともに、線形変換されたGB信号の平均値g1av,b1avが与えられたWB評価値演算部74bでは、GB信号の平均値g1av,b1avと全体制御部13のマイコン132より与えられるG信号の光電変換特性より、線形変換されたB信号に対するWB評価値wb1が求められる。
Then, in the WB evaluation
同様に、対数変換されたRG信号の平均値r2av,g2avが与えられたWB評価値演算部75rでは、RG信号の平均値r2av,g2avと全体制御部13のマイコン132より与えられるG信号の光電変換特性より、対数変換されたR信号に対するWB評価値wr2が求められるとともに、対数変換されたGB信号の平均値g2av,b2avが与えられたWB評価値演算部75bでは、GB信号の平均値g2av,b2avと全体制御部13のマイコン132より与えられるG信号の光電変換特性より、対数変換されたB信号に対するWB評価値wb2が求められる。尚、WB評価値演算部74r,74b,75r,75bはそれぞれ、全体制御部13のマイコン132より、固体撮像素子2のダイナミックレンジに応じたG信号の光電変換特性が与えられる。
Similarly, in the WB
このWB評価値演算部74r,74b,75r,75bにおける処理動作について、代表としてWB評価値演算部74r,75rを例にとって説明する。全体制御部13のマイコン132より、図11のようなG信号の光電変換特性がWB評価値演算部74r,74b,75r,75bに与えられるものとする。このとき、WB評価値演算部74rでは、まず、図11(a)のように、G信号の平均値g1avにおける輝度値LavをG信号の光電変換特性に基づいて求める。即ち、G信号の線形変換特性領域が、(1)式で表されるとき、(1)式にG信号の平均値g1avを代入して逆算することで、輝度値Lav(=(g1av−C)/Ag)を求めることができる。
Processing operations in the WB evaluation
V=Ag×L+C …(1)
(V:信号レベル、L:輝度、Ag:G信号に対する光電変換係数、C:オフセット)
V = Ag × L + C (1)
(V: signal level, L: luminance, Ag: photoelectric conversion coefficient for G signal, C: offset)
そして、この輝度値Lavに対してR信号の平均値r1avが得られるものとみなすことにより、R信号に対する光電変換係数Ar(=(r1av−C)/Lav)を求めて、図11(b)のように、線形変換特性領域におけるR信号の光電変換特性を求める。尚、R信号の線形変換特性領域を表す式は、(2)式のように表されるとともに、そのオフセットCが(1)式と等しいものとする。 Then, assuming that the average value r1av of the R signal is obtained for this luminance value Lav, the photoelectric conversion coefficient Ar (= (r1av−C) / Lav) for the R signal is obtained, and FIG. Thus, the photoelectric conversion characteristic of the R signal in the linear conversion characteristic region is obtained. It should be noted that the expression representing the linear conversion characteristic region of the R signal is expressed as Expression (2), and the offset C is equal to Expression (1).
V=Ar×L+C …(2) V = Ar × L + C (2)
このように線形変換特性領域におけるR信号の光電変換特性を求めると、閾値レベルVthとなるRG信号それぞれに対する輝度Lrth,Lgthが、図11(c)のようなRG信号それぞれの光電変換特性より求められる。即ち、(1)、(2)式それぞれに、閾値レベルVthが代入されて逆算されることにより、輝度Lgth(=(Vth−C)/Ag),Lrth(=(Vth−C)/Ar)が求められる。このようにして求められた閾値レベルVthとなるRG信号それぞれの輝度Lrth,Lgthによって、線形変換されたR信号に対するWB評価値wr1が、その差分値Lgth−Lrthとして求められる。 When the photoelectric conversion characteristic of the R signal in the linear conversion characteristic region is obtained in this way, the luminances Lrth and Lgth for the RG signals having the threshold level Vth are obtained from the photoelectric conversion characteristics of the RG signals as shown in FIG. It is done. That is, the luminance levels Lgth (= (Vth−C) / Ag) and Lrth (= (Vth−C) / Ar) are calculated by substituting the threshold level Vth into each of the expressions (1) and (2). Is required. The WB evaluation value wr1 for the linearly converted R signal is obtained as the difference value Lgth-Lrth based on the luminances Lrth and Lgth of the RG signals having the threshold level Vth thus obtained.
又、WB評価値演算部75rでは、まず、図12(a)のように、G信号の平均値g2avにおける輝度値の対数値ln(Lav)をG信号の光電変換特性に基づいて求める。即ち、G信号の対数変換特性領域が、(3)式で表されるとき、(3)式にG信号の平均値g2avを代入して逆算することで、輝度値の対数値ln(Lav)(=(g2av−βg)/α)を求めることができる。尚、図12におけるG信号の光電変換特性は、図11におけるG信号の光電変換特性と等しいものである。
Further, in the WB evaluation
V=α×ln(L)+βg …(3)
(α:所定の増幅率、βg:G信号に対する光電変換係数の対数変換値)
V = α × ln (L) + βg (3)
(Α: predetermined amplification factor, βg: logarithmic conversion value of photoelectric conversion coefficient for G signal)
そして、この輝度値の対数値ln(Lav)に対してR信号の平均値r2avが得られるものとみなすことにより、R信号に対する光電変換係数の対数変換値βr(=r2av−α×ln(Lav)=r2av−g2av+βg)を求めて、図12(b)のように、対数変換特性領域におけるR信号の光電変換特性を求める。尚、R信号の対数変換特性領域を表す式は、(4)式のように表されるとともに、その増幅率αが(3)式と等しいものとする。 Then, by assuming that the average value r2av of the R signal is obtained for the logarithmic value ln (Lav) of this luminance value, the logarithmic conversion value βr (= r2av−α × ln (Lav) of the photoelectric conversion coefficient for the R signal is obtained. ) = R2av−g2av + βg), and the photoelectric conversion characteristic of the R signal in the logarithmic conversion characteristic region is obtained as shown in FIG. The expression representing the logarithmic conversion characteristic region of the R signal is expressed as the following expression (4), and the amplification factor α is equal to the expression (3).
V=α×ln(L)+βr …(4) V = α × ln (L) + βr (4)
このように対数変換特性領域におけるR信号の光電変換特性を求めると、閾値レベルVthとなるRG信号それぞれに対する輝度の対数値ln(Lrth),ln(Lgth)が、図12(c)のようなRG信号それぞれの光電変換特性より求められる。即ち、(3)、(4)式それぞれに、閾値レベルVthが代入されて逆算されることにより、輝度の対数値ln(Lgth)(=(Vth−βg)/α),ln(Lrth)(=(Vth−βr)/α)が求められる。よって、閾値レベルVthとなるRG信号それぞれに対する輝度Lrth(=exp((Vth−βr)/α)),Lgth(=exp((Vth−βg)/α))が最終的に求められる。このようにして求められた閾値レベルVthとなるRG信号それぞれの輝度Lrth,Lgthによって、対数変換されたR信号に対するWB評価値wr2が、その差分値Lgth−Lrthとして求められる。 When the photoelectric conversion characteristic of the R signal in the logarithmic conversion characteristic region is obtained in this way, the logarithmic values ln (Lrth) and ln (Lgth) of the luminance for each RG signal having the threshold level Vth are as shown in FIG. It is obtained from the photoelectric conversion characteristics of each RG signal. That is, by substituting the threshold level Vth into each of the equations (3) and (4) and calculating backward, the logarithmic value of luminance ln (Lgth) (= (Vth−βg) / α), ln (Lrth) ( = (Vth−βr) / α). Therefore, the luminance Lrth (= exp ((Vth−βr) / α)) and Lgth (= exp ((Vth−βg) / α)) for each RG signal having the threshold level Vth is finally obtained. The WB evaluation value wr2 for the logarithmically converted R signal is obtained as the difference value Lgth-Lrth based on the luminances Lrth and Lgth of the RG signals having the threshold level Vth thus obtained.
WB評価値演算部74r,74b,75r,75bそれぞれにおいて、このような処理動作を行うことによって、WB評価値wr1,wb1,wr2,wb2が出力されると、WB評価値wr1,wr2が加重加算部76rに与えられるとともに、WB評価値wb1,wb2が加重加算部76bに与えられる。この加重加算部76r,76bそれぞれに対して、全体制御部13のマイコン132より、設定された固体撮像素子2のダイナミックレンジに応じた重み係数が与えられる。よって、加重加算部76rにおいて、WB評価値wr1,wr2に対する重み係数xr,yrが与えられるとき、WB評価値wrが(5)式のように求められる。又、加重加算部76rにおいて、WB評価値wb1,wb2に対する重み係数xb,ybが与えられるとき、WB評価値wbが(6)式のように求められる。
When the WB evaluation values wr1, wb1, wr2, and wb2 are output by performing such processing operations in the WB evaluation
wr=xr×wr1+yr×wr2 …(5)
wb=xb×wb1+yb×wb2 …(6)
wr = xr * wr1 + yr * wr2 (5)
wb = xb × wb1 + yb × wb2 (6)
このようにして加重加算部76r,76bで求められたWB評価値wr,wbは、全体制御部13のマイコン132に与えられる。マイコン132では、このWB評価値wr,wbとダイナミックレンジデータに基づいて、WB制御部8に与える設定値を決定する。尚、本例において、加重加算部76r,76bに与えられる重み係数xr,yr,xb,ybは、設定された固体撮像素子2のダイナミックレンジに応じて設定されるものとしたが、被写体の輝度分布範囲又は輝度値などに応じてマイコン132が設定し、加重加算部76r,76bに与えるものとしても構わない。又、重み係数xr,yr,xb,ybが外部から設定されるものとしても構わない。
The WB evaluation values wr and wb obtained by the
<AE・WB評価値検出回路の第2例>
図1のように構成される撮像装置におけるAE・WB評価値検出回路7の第2例について、図面を参照して以下に詳細に説明する。図13は、本例のAE・WB評価値検出回路の内部構成を示すブロック図である。尚、図13に示すAE・WB評価値検出回路において、図8のAE・WB評価値検出回路と同一の目的で使用する部分については、その詳細な説明を省略し、同一の符号を付す。
<Second Example of AE / WB Evaluation Value Detection Circuit>
A second example of the AE / WB evaluation
本例のAE・WB評価値検出回路7は、図13に示すように、光電変換特性判別部71r,71g,71bと、平均値演算部72r,72g,72b,73r,73g,73bと、WB評価値演算部74r,74b,75r,75bと、加重加算部76r,76bと、光電変換特性判別部71r,71g,71bで確認された線形変換された信号及び対数変換された信号それぞれの総数を計数するとともにこれらの計数値によって重み係数xr,yr,xb,ybを設定する重み係数設定部77と、を備える。このAE・WB評価値検出回路7においてWB評価値wr,wbが求められるとき、RGBフィルタが設けられた各画素に対してライン25r,25g,25bより与えられる信号φVPSの値が等しくなるように設定される。
As shown in FIG. 13, the AE / WB evaluation
このように構成されるとき、光電変換特性判別部71r,71g,71b、平均値演算部72r,72g,72b,73r,73g,73b、WB評価値演算部74r,74b,75r,75b、及び、加重加算部76r,76bは、第1例におけるAE・WB評価値検出回路(図8)と同様の動作を行う。即ち、光電変換特性判別部71r,71g,71bでは、入力されるRGB信号の信号レベルと閾値レベルVthとを比較して、対数変換された信号であるか、又は、線形変換された信号であるかを判別する。そして、光電変換特性判別部71r,71g,71bで線形変換された信号であることが確認されたRGB信号が平均値演算部72r,72g,72bに与えられ、その平均値r1av,g1av,b1avが求められ、又、光電変換特性判別部71r,71g,71bで対数変換された信号であることが確認されたRGB信号が平均値演算部73r,73g,73bに与えられ、その平均値r2av,g2av,b2avが求められる。
When configured in this manner, the photoelectric conversion
その後、WB評価値演算部74rにおいて、平均値r1av,g1av及びG信号の光電変換特性に基づいて、線形変換されたR信号に対するWB評価値wr1が求められるとともに、WB評価値演算部75rにおいて、平均値r2av,g2av及びG信号の光電変換特性に基づいて、対数変換されたR信号に対するWB評価値wr2が求められる。又、WB評価値演算部74bにおいて、平均値g1av,b1av及びG信号の光電変換特性に基づいて、線形変換されたB信号に対するWB評価値wb1が求められるとともに、WB評価値演算部75bにおいて、平均値g2av,b2av及びG信号の光電変換特性に基づいて、対数変換されたB信号に対するWB評価値wb2が求められる。そして、加重加算部76rにおいて、重み係数設定部77から与えられる重み係数xr,yrを用いて、WB評価値wr1,wr2の加重加算を行うことで、WB評価値wrが求められるとともに、加重加算部76bにおいて、重み係数設定部77から与えられる重み係数xb,ybを用いて、WB評価値wb1,wb2の加重加算を行うことで、WB評価値wbが求められる。
Thereafter, the WB evaluation
このようにWB評価値wr,wbを求める際、第1例と異なり、重み係数設定部77において、加重加算部76r,76bに与える重み係数xr,yr,xb,ybが設定される。よって、以下では、この重み係数設定部77の動作について、説明する。まず、光電変換特性判別部71r,71g,71bよりRGB信号に対する判別結果が重み付け係数設定部77に与えられると、与えられた判別結果に応じて、線形変換された信号の総数又は対数変換された信号の総数を計数する。よって、光電変換特性判別部71rより平均値演算部72r,73rそれぞれに送出されたR信号の総数がn1r,n2rであり、光電変換特性判別部71gより平均値演算部72g,73gそれぞれに送出されたG信号の総数がn1g,n2gであり、光電変換特性判別部71bより平均値演算部72b,73bそれぞれに送出されたB信号の総数がn1b,n2bであるとき、線形変換された信号の総数がn1(=n1r+n1g+n1b)となり、又、対数変換された信号の総数がn2(=n2r+n2g+n2b)となる。
Thus, when obtaining the WB evaluation values wr and wb, unlike the first example, the weighting
そして、線形変換された信号の総数n1と対数変換された信号の総数n2との比によって、重み付け係数xr,yr,xb,ybを設定する。このとき、例えば、xr=xb=n1/(n1+n2)、yr=yb=n2/(n1+n2)と設定するようにして、その総数が大きくなる信号に対する重み付け係数が大きくなるように設定する。このようにして重み付け係数xr,yr,xb,ybが設定されると、重み付け係数xr,yrが加重加算部76rに与えられるとともに、重み付け係数xb,ybが加重加算部76bに与えられる。
Then, the weighting coefficients xr, yr, xb, yb are set according to the ratio of the total number n1 of linearly converted signals and the total number n2 of logarithmically converted signals. At this time, for example, xr = xb = n1 / (n1 + n2) and yr = yb = n2 / (n1 + n2) are set so that the weighting coefficient for a signal whose total number increases is increased. When the weighting coefficients xr, yr, xb, yb are set in this way, the weighting coefficients xr, yr are given to the
尚、本例のAE・WB評価値設定部7において、重み付け係数設定部77で、RGB信号全てを対象とする線形変換された信号の総数n1と対数変換された信号の総数n2とを用いて、重み付け係数xr,yr,xb,ybが求められるものとしたが、RGB信号それぞれを対象とする線形変換された信号の総数n1r,n1g,n1bと対数変換された信号の総数n2r,n2g,n2bとを用いて、重み付け係数xr,yr,xb,ybが求められるものとしても構わない。このとき、重み付け係数xr,yrが、線形変換されたR信号の総数n1rと対数変換されたR信号の総数n2rとの関係により求められるとともに、重み付け係数xb,ybが、線形変換されたB信号の総数n1bと対数変換されたB信号の総数n2bとの関係により求められるものとしても構わない。又、重み付け係数xr,yrが、線形変換されたRG信号それぞれの総数n1r,n1gと対数変換されたRG信号の総数n2r,n2gとの関係により求められるとともに、重み付け係数xb,ybが、線形変換されたGB信号の総数n1g,n1bと対数変換されたGB信号の総数n2g,n2bとの関係により求められるものとしても構わない。
In the AE / WB evaluation
又、主被写体を検出するオートフォーカス(AF)機能を備えるとき、AF機能により検出した主被写体を中心とする領域の画素に対して、線形変換された信号を出力する画素数と対数変換された信号を出力する画素数との関係により、重み付け係数を設定するものとしても構わない。 In addition, when an autofocus (AF) function for detecting the main subject is provided, the pixels in the region centered on the main subject detected by the AF function are logarithmically converted with the number of pixels that output a linearly converted signal. The weighting coefficient may be set according to the relationship with the number of pixels that output a signal.
又、上述の第1例及び第2例のAE・WB評価値設定部7において、G信号の光電変換特性がWB評価値演算部74r,74b,75r,75bに与えられて、WB評価値wr1,wb1,wr2,wb2が求められるものとしたが、線形変換された信号の平均値における輝度値L1avがWB評価値演算部74r,74bに与えられるとともに、対数変換された信号の平均値における輝度値L2avがWB評価値演算部75r,75bに与えられて、WB評価値wr1,wb1,wr2,wb2が求められるものとしても構わない。
In the AE / WB evaluation
このとき、WB評価値演算部74rでは、線形変換されたRG信号それぞれの平均値r1av,g1avと輝度値L1avとの関係より、RG信号それぞれの光電変換特性を確認し、RG信号それぞれの閾値レベルVthに相当する輝度値の差となるWB評価値wr1を求める。同様に、WB評価値演算部75rでは、対数変換されたRG信号それぞれの平均値r2av,g2avと輝度値L2avとの関係より、RG信号それぞれの光電変換特性を確認し、WB評価値wr2を求める。同様に、WB評価値演算部74bでは、線形変換されたGB信号それぞれの平均値g1av,b1avと輝度値L1avとの関係より、GB信号それぞれの光電変換特性を確認し、WB評価値wb1を求め、又、WB評価値演算部75bでは、対数変換されたGB信号それぞれの平均値g2av,b2avと輝度値L2avとの関係より、GB信号それぞれの光電変換特性を確認し、WB評価値wb2を求める。
At this time, the WB evaluation
<全体制御部による光電変換特性検出動作>
以下に、全体制御部によるRGB信号の光電変換特性検出動作について説明する。AE・WB評価値設定部の第1例又は第2例のように動作して、AE・WB評価値設定部7においてWB評価値wr,wbが設定されると、図9のような構成の全体制御部13のマイコン132に与えられる。マイコン132では、WB評価値wr,wbを確認すると、WB評価値wr,wbと固体撮像素子2に対して設定したダイナミックレンジの大きさに基づいて、メモリ133よりRGB信号それぞれに対する光電変換特性を読み出す。そして、マイコン132は、WB制御回路8においてホワイトバランス処理を行うためのデータテーブルを生成し、WB制御回路8に与える。
<Photoelectric conversion characteristic detection operation by the overall control unit>
Below, the photoelectric conversion characteristic detection operation | movement of the RGB signal by the whole control part is demonstrated. When the AE / WB evaluation
このとき、メモリ133には、G信号の光電変換特性が、固体撮像素子2のダイナミックレンジの大きさに応じて、例えば、図7のグラフのように離散的に格納され、又、RB信号それぞれの光電変換特性が、上記各ダイナミックレンジ毎にWB評価値に応じて、例えば、図14のグラフのように離散的に格納される。又、図7のグラフのように、G信号の光電変換特性として4種類の光電変換特性a1〜a4が格納され、図14のグラフのように、ダイナミックレンジの大きさに対するRB信号の光電変換特性として6種類の光電変換特性b1〜b6が格納されるとき、メモリ133内では、4×6種類の光電変換特性が格納されるものとなる。
At this time, the photoelectric conversion characteristics of the G signal are discretely stored in the
このとき、光電変換特性の線形変換特性領域を表す(7)式におけるパラメータA,Cと、光電変換特性の対数変換特性領域を表す(8)式におけるパラメータα,βとが、メモリ133内に24種類分格納される。尚、図14は、図7における光電変換特性a2に応じたダイナミックレンジが選択されたときにおけるG信号の光電変換特性を基準としたものである。
At this time, the parameters A and C in the equation (7) representing the linear conversion characteristic region of the photoelectric conversion property and the parameters α and β in the equation (8) representing the logarithmic conversion property region of the photoelectric conversion property are stored in the
V=A×L+C …(7)
V=α×ln(L)+β …(8)
V = A × L + C (7)
V = α × ln (L) + β (8)
そして、固体撮像素子2が所定のダイナミックレンジを持つように設定されたとき、選択されたダイナミックレンジに応じたG信号の光電変換特性をメモリ133より読み出す。又、AE・WB評価値検出回路7よりWB評価値wr,wbが与えられたとき、選択されたダイナミックレンジとWB評価値wrに応じたR信号の光電変換特性と、選択されたダイナミックレンジとWB評価値wbに応じたB信号の光電変換特性と、をメモリ133より読み出す。即ち、図7における光電変換特性a2に応じたダイナミックレンジとなるように固体撮像素子2をセンサ駆動部131が駆動制御するとき、まず、メモリ133よりG信号の光電変換特性として光電変換特性a2が読み出される。そして、ΔL1となるWB評価値wrと、−ΔL2となるWB評価値wbが与えられると、R信号の光電変換特性として光電変換特性b4が、又、B信号の光電変換特性として光電変換特性b2がそれぞれ、メモリ133より読み出される。
Then, when the solid-
このようにして、RGB信号それぞれの光電変換特性が確認されると、RB信号の光電変換特性における線形変換特性から対数変換特性に切り替わる輝度値をG信号において切り替わる輝度値Lgthに設定し、輝度値Lgthに対するRB信号それぞれの信号レベルVrth,Vbthを閾値レベルとして求める。即ち、R信号の光電変換特性の線形変換特性領域において(9)式が成り立つとともに、B信号の光電変換特性の線形変換特性領域において(10)式が成り立つとき、R信号の閾値レベルVrth(=Ar×Lgth+C)とB信号の閾値レベルVbth(=Ab×Lgth+C)が求められる。又、G信号の閾値レベルVgthは、ダイナミックレンジ制御信号より確認される光電変換特性の閾値レベルVthとされる。 When the photoelectric conversion characteristics of each of the RGB signals are confirmed in this way, the luminance value that switches from the linear conversion characteristic to the logarithmic conversion characteristic in the photoelectric conversion characteristics of the RB signal is set to the luminance value Lgth that switches in the G signal. The signal levels Vrth and Vbth of the RB signals with respect to Lgth are obtained as threshold levels. That is, when the equation (9) holds in the linear conversion characteristic region of the photoelectric conversion characteristic of the R signal and the equation (10) holds in the linear conversion characteristic region of the photoelectric conversion property of the B signal, the threshold level Vrth (= Ar × Lgth + C) and the threshold level Vbth (= Ab × Lgth + C) of the B signal are obtained. Further, the threshold level Vgth of the G signal is set to the threshold level Vth of the photoelectric conversion characteristic confirmed from the dynamic range control signal.
V=Ar×L+C …(9)
V=Ab×L+C …(10)
V = Ar × L + C (9)
V = Ab × L + C (10)
このようにして、RB信号の閾値レベルVrth,Vbthが求められると、RB信号の光電変換特性の対数変換特性領域が求められる。WB評価値wrとG信号の光電変換特性よりR信号の光電変換特性の対数変換特性が(11)式のような関係となることが確認されるとき、R信号の閾値レベルVrthが求められると、R信号の光電変換特性の対数変換特性が(12)式のような関係となる。又、WB評価値wbとG信号の光電変換特性よりB信号の光電変換特性の対数変換特性が(13)式のような関係となることが確認されるとき、B信号の閾値レベルVbthが求められると、B信号の光電変換特性の対数変換特性が(14)式のような関係となる。 Thus, when the threshold levels Vrth and Vbth of the RB signal are obtained, the logarithmic conversion characteristic region of the photoelectric conversion characteristic of the RB signal is obtained. When it is confirmed that the logarithmic conversion characteristic of the photoelectric conversion characteristic of the R signal has a relationship as shown in the equation (11) from the photoelectric conversion characteristic of the WB evaluation value wr and the G signal, the threshold level Vrth of the R signal is obtained. , The logarithmic conversion characteristic of the photoelectric conversion characteristic of the R signal has a relationship as shown in the equation (12). Further, when it is confirmed that the logarithmic conversion characteristic of the photoelectric conversion characteristic of the B signal is as shown in the equation (13) from the photoelectric conversion characteristic of the WB evaluation value wb and the G signal, the threshold level Vbth of the B signal is obtained. Then, the logarithmic conversion characteristic of the photoelectric conversion characteristic of the B signal has a relationship as shown in the equation (14).
V=α×ln(L)+βr …(11)
V=α×ln(L)+βr+Vrth−Vth …(12)
V=α×ln(L)+βb …(13)
V=α×ln(L)+βb+Vbth−Vth …(14)
V = α × ln (L) + βr (11)
V = α × ln (L) + βr + Vrth−Vth (12)
V = α × ln (L) + βb (13)
V = α × ln (L) + βb + Vbth−Vth (14)
このようにすることで、線形変換特性領域が(9)式のような関係となるとともに対数変換特性領域が(12)式のような関係となるような光電変換特性がR信号に対して得られるように、固体撮像素子2のRフィルタを備えた画素に対する信号φVPSの電圧値VL又は電圧値VHを設定する。又、線形変換特性領域が(10)式のような関係となるとともに対数変換特性領域が(14)式のような関係となるような光電変換特性がB信号に対して得られるように、固体撮像素子2のBフィルタを備えた画素に対する信号φVPSの電圧値VL又は電圧値VHを設定する。更に、線形変換特性領域が(15)式のような関係となるとともに対数変換特性領域が(16)式のような関係となるような光電変換特性がG信号に対して得られるように、固体撮像素子2のGフィルタを備えた画素に対する信号φVPSの電圧値VL又は電圧値VHを設定する。
In this way, photoelectric conversion characteristics are obtained with respect to the R signal so that the linear conversion characteristic region has a relationship as expressed by equation (9) and the logarithmic conversion characteristic region has a relationship as expressed by equation (12). As described above, the voltage value VL or the voltage value VH of the signal φVPS for the pixel having the R filter of the solid-
V=Ag×L+C …(15)
V=α×ln(L)+βg …(16)
V = Ag × L + C (15)
V = α × ln (L) + βg (16)
又、上述のようにして設定した(9)式によるR信号の光電変換特性と(15)式によるG信号の光電変換特性とに基づいて、R信号の線形変換部分に対するホワイトバランス処理を行うためのパラメータSr1(=Ag/Ar)が、又、上述のようにして設定した(12)式によるR信号の光電変換特性と(16)式によるG信号の光電変換特性とに基づいて、R信号の対数変換部分に対するホワイトバランス処理を行うためのパラメータSr2(=βg−βr−Vrth+Vth)が、それぞれ求められる。同様に、上述のようにして設定した(10)式によるB信号の光電変換特性と(15)式によるG信号の光電変換特性とに基づいて、B信号の線形変換部分に対するホワイトバランス処理を行うためのパラメータSb1(=Ag/Ab)が、又、上述のようにして設定した(14)式によるB信号の光電変換特性と(16)式によるG信号の光電変換特性とに基づいて、B信号の対数変換部分に対するホワイトバランス処理を行うためのパラメータSb2(=βg−βb−Vbth+Vth)が、それぞれ求められる。このようにして求められたパラメータSr1,Sr2,Sb1,Sb2が、RB信号の閾値レベルVrth,VbthとともにWB制御回路8に与えられる。
Further, based on the photoelectric conversion characteristic of the R signal according to the equation (9) set as described above and the photoelectric conversion characteristic of the G signal according to the equation (15), white balance processing is performed on the linear conversion portion of the R signal. Parameter Sr1 (= Ag / Ar) of the R signal based on the photoelectric conversion characteristic of the R signal according to the equation (12) and the photoelectric conversion characteristic of the G signal according to the equation (16) set as described above. The parameter Sr2 (= βg−βr−Vrth + Vth) for performing the white balance processing on the logarithmic conversion portion is obtained. Similarly, the white balance processing is performed on the linear conversion portion of the B signal based on the photoelectric conversion characteristic of the B signal according to the equation (10) set as described above and the photoelectric conversion characteristic of the G signal according to the equation (15). Parameter Sb1 (= Ag / Ab) for the B signal based on the photoelectric conversion characteristic of the B signal according to the equation (14) set as described above and the photoelectric conversion characteristic of the G signal according to the equation (16). Parameters Sb2 (= βg−βb−Vbth + Vth) for performing white balance processing on the logarithmic conversion portion of the signal are respectively obtained. The parameters Sr1, Sr2, Sb1, Sb2 obtained in this way are given to the
このとき、例えば、上述のように、ダイナミックレンジ制御信号とWB評価値wr,wbから、RGB信号の光電変換特性がそれぞれ、光電変換特性b4,a2,b2となるものと確認されたとき、図15のように、閾値レベルVthとなるRGB信号の輝度値Lrth,Lgth,Lbthの関係が、Lrth>Lgth>Lbthとなる。そして、RB信号の光電変換特性が切り替わる輝度値をLgthとしてRB信号の光電変換特性を変更したとき、図16のように、RGB信号の閾値レベルVrth,Vgth,Vbthの関係が、Vrth<Vgth<Vbthとなる。このように、同一の輝度値でRGB信号の光電変換特性が切り替わるように、固体撮像素子2のRGBフィルタそれぞれを備えた画素に与える信号φVPSが設定されるため、RGB信号それぞれの線形変換特性領域及び対数変換特性領域が同一の輝度範囲となり、異なる色信号の間で、その線形変換特性領域と対数変換特性領域が重なる輝度範囲がなくなる。
At this time, for example, as described above, when it is confirmed from the dynamic range control signal and the WB evaluation values wr and wb that the photoelectric conversion characteristics of the RGB signals are the photoelectric conversion characteristics b4, a2 and b2, respectively. As shown in FIG. 15, the relationship between the luminance values Lrth, Lgth, and Lbth of the RGB signals at the threshold level Vth is Lrth> Lgth> Lbth. Then, when the luminance value at which the photoelectric conversion characteristic of the RB signal switches is Lgth and the photoelectric conversion characteristic of the RB signal is changed, as shown in FIG. 16, the relationship among the threshold levels Vrth, Vgth, and Vbth of the RGB signal is Vrth <Vgth < Vbth. In this way, since the signal φVPS to be given to the pixels each including the RGB filter of the solid-
尚、固体撮像素子2のダイナミックレンジを離散的に切り換えるものとして、以上のように説明したが、固体撮像素子2のダイナミックレンジを連続的に切り換える場合においては、次のような動作処理を行うようにしても構わない。まず、メモリ133には、固体撮像素子2のダイナミックレンジを離散的に切り換える場合と同様、複数段階の光電変換特性を格納する。そして、設定された固体撮像素子2のダイナミックレンジの値(例えば、信号φVPSの電圧値VL)が、離散的に設定された2つのダイナミックレンジの間の値となるとき、離散的に設定された2つのダイナミックレンジに対する2つの光電変換特性をメモリ133から読み出す。
In addition, although it demonstrated as above as what switches the dynamic range of the solid-
そして、固体撮像素子2に対して設定されたダイナミックレンジの値(例えば、信号φVPSの電圧値VL)と離散的に設定された2つのダイナミックレンジの値との関係より、メモリ133より読み出して2つの光電変換特性の各係数((7)式のA及び(8)式のα,β)を補間処理することで、新たな光電変換特性を生成する。そして、このように生成した光電変換特性を、現在固体撮像素子2に対して設定しているダイナミックレンジに対するG信号の光電変換特性として用いる。
Then, the dynamic range value set for the solid-state imaging device 2 (for example, the voltage value VL of the signal φVPS) is read from the
即ち、例えば、図7のグラフのように、固体撮像素子2の光電変換特性a1〜a4に対する4種類のデータテーブルがメモリ133に格納されているとともに、光電変換特性a2,a3の間となる光電変換特性となるダイナミックレンジが固体撮像素子2に対して設定されるものとする。このとき、光電変換特性a2,a3を補間処理することで、現在固体撮像素子2に対して設定されているダイナミックレンジに対する光電変換特性axが、図17のように求められ、G信号の光電変換特性として用いられる。このようにして求められたG信号の光電変換特性とWB評価値wr,wbとを用いて、RB信号の光電変換特性それぞれを求める。尚、このとき、G信号の光電変換特性と、WB評価値wr,wbから得られる閾値レベルVthでの輝度差を用いてRB信号の光電変換特性が逆算されるものとしても構わない。
That is, for example, as in the graph of FIG. 7, four types of data tables for the photoelectric conversion characteristics a1 to a4 of the solid-
上述の説明においては、RGB信号それぞれの光電変換特性をメモリ133に格納しているが、G信号の光電変換特性のみをメモリ133に格納し、RB信号の光電変換特性は前述のWB評価値wr、wbより演算で求めるようにしても良い。例えば、R信号に関して光電変換特性の線形特性領域を表す(7)式におけるパラメータA(Ar)は以下の(17)〜(19)式より算出することができる。
In the above description, the photoelectric conversion characteristics of each of the RGB signals are stored in the
Vth=Ag×Lg+C …(17)
Vth=Ar×(Lg+wr)+C …(18)
(17)、(18)式より
Ar=(Ag×Lg)/(Lg+wr) …(19)
但し、AgはG信号に対する光電変換係数、LgはG信号の輝度を示す。
Vth = Ag × Lg + C (17)
Vth = Ar × (Lg + wr) + C (18)
From the equations (17) and (18) Ar = (Ag × Lg) / (Lg + wr) (19)
However, Ag shows the photoelectric conversion coefficient with respect to G signal, Lg shows the brightness | luminance of G signal.
又、R信号の対数特性領域についても同様に、演算により求めることができ、更に、B信号に関する光電変換特性もR信号同様、演算により求めることができる。このように、演算により光電変換特性を求めた場合、精度の高いホワイトバランス処理を行うことができる。 Similarly, the logarithmic characteristic region of the R signal can be obtained by calculation. Further, the photoelectric conversion characteristic regarding the B signal can be obtained by calculation similarly to the R signal. As described above, when the photoelectric conversion characteristics are obtained by calculation, high-accuracy white balance processing can be performed.
<WB制御回路の第1例>
図1のように構成される撮像装置におけるWB制御回路の第1例について、図面を参照して以下に詳細に説明する。図18は、本例のWB制御回路の内部構成を示すブロック図である。尚、本例のWB制御回路8は、全体制御部13によるパラメータSr1,Sr2,Sb1,Sb2及び閾値レベルVrth,Vbthが与えられる。
<First Example of WB Control Circuit>
A first example of the WB control circuit in the imaging apparatus configured as shown in FIG. 1 will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 18 is a block diagram showing the internal configuration of the WB control circuit of this example. The
本例のWB制御回路8は、図18に示すように、FPN補正回路6でFPN成分が除去されたR信号の光電変換特性が線形変換特性であるか対数変換特性であるかを識別する比較器81rと、FPN補正回路6でFPN成分が除去されたB信号の光電変換特性が線形変換特性であるか対数変換特性であるかを識別する比較器81bと、線形変換特性となるRB信号それぞれにパラメータSr1,Sb1を乗算する乗算器82r,82bと、対数変換特性となるRB信号それぞれにパラメータSr2,Sb2を加算する加算器83r,83bと、乗算器82rからのR信号及び加算器83rからのR信号のいずれかを選択して出力する選択部84rと、乗算器82bからのB信号及び加算器83bからのB信号のいずれかを選択して出力する選択部84bと、選択部84r,84bそれぞれから出力されるRB信号とFPN補正回路6でFPN成分が除去されたG信号との出力タイミングを調整するタイミング調整部85と、を備える。
As shown in FIG. 18, the
このように構成されるWB制御回路8は、全体制御部13でパラメータSr1,Sr2,Sb1,Sb2及び閾値レベルVrth,Vbthが設定されると、閾値レベルVrth,Vbthがそれぞれ比較器81r,81bに与えられ、パラメータSr1,Sb1がそれぞれ乗算器82r,82bに与えられ、パラメータSr2,Sb2がそれぞれ加算器83r,83bが与えられる。その後、FPN補正回路6からR信号が与えられると、このR信号が比較器81r及び乗算器82r及び加算器83rに入力される。
In the
そして、比較器81rでは、入力されるR信号の信号レベルVrを閾値レベルVrthと比較する。又、乗算器82rにおいてR信号の信号レベルVrに対してパラメータSr1を乗算し、加算器83rにおいてR信号の信号レベルVrに対してパラメータSr2を加算する。このとき、信号Rの信号レベルVrが閾値レベルVrth以下であるとき、比較器81rでR信号の光電変換特性が線形変換特性であることが確認されるため、選択部84rによって乗算器82rからのR信号が選択される。又、信号Rの信号レベルVrが閾値レベルVrthより大きいとき、比較器81rでR信号の光電変換特性が対数変換特性であることが確認されるため、選択部84rによって加算器83rからのR信号が選択される。
The
同様に、FPN補正回路6からB信号が与えられると、このB信号が比較器81b及び乗算器82b及び加算器83bに入力される。そして、比較器81bでは、入力されるB信号の信号レベルVbを閾値レベルVbthと比較する。又、乗算器82bにおいてB信号の信号レベルVbに対してパラメータSb1を乗算し、加算器83bにおいてB信号の信号レベルVbに対してパラメータSb2を加算する。このとき、信号Bの信号レベルVbが閾値レベルVbth以下であるとき、比較器81bでB信号の光電変換特性が線形変換特性であることが確認されるため、選択部84bによって乗算器82bからのB信号が選択される。又、信号Bの信号レベルVbが閾値レベルVbthより大きいとき、比較器81bでB信号の光電変換特性が対数変換特性であることが確認されるため、選択部84bによって加算器83bからのB信号が選択される。
Similarly, when a B signal is provided from the
このように動作することで、輝度値がLgth以下となる輝度範囲を表すRB信号それぞれの光電変換特性が、G信号の線形変換特性と同等のものに切り換えられるとともに、輝度値がLgthより高い輝度範囲を表すRB信号それぞれの光電変換特性が、G信号の対数変換特性と同等のものに切り換えられ、RB信号それぞれにホワイトバランス処理が施される。そして、選択部84r,84bそれぞれからホワイトバランス処理後の信号レベルに変換されたRB信号と、FPN補正回路6でFPN補正されたG信号とが、タイミング調整部85に入力される。このタイミング調整部85では、選択部84r,84bから出力され変換処理されたRB信号と、変換処理が行われることのないG信号とを出力するためのタイミングを調整する。このように出力タイミングが調整されたRGB信号が後段の色補間回路9に出力され、後段の各回路で各画素に応じた信号処理を行うことができる。
By operating in this way, the photoelectric conversion characteristics of each RB signal representing a luminance range in which the luminance value is equal to or less than Lgth are switched to the same as the linear conversion characteristic of the G signal, and the luminance value is higher than Lgth. The photoelectric conversion characteristics of each RB signal representing the range are switched to those equivalent to the logarithmic conversion characteristics of the G signal, and each RB signal is subjected to white balance processing. Then, the RB signal converted to the signal level after white balance processing and the G signal subjected to FPN correction by the
<WB制御回路の第2例>
図1のように構成される撮像装置におけるWB制御回路の第2例について、図面を参照して以下に詳細に説明する。図19は、本例のWB制御回路の内部構成を示すブロック図である。尚、本例のWB制御回路8は、全体制御部13によるパラメータSr1,Sr2,Sb1,Sb2及び閾値レベルVrth,Vbthが与えられる。
<Second Example of WB Control Circuit>
A second example of the WB control circuit in the imaging apparatus configured as shown in FIG. 1 will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 19 is a block diagram showing the internal configuration of the WB control circuit of this example. The
本例のWB制御回路8は、図19に示すように、FPN補正回路6でFPN成分が除去されたRB信号の光電変換特性が線形変換特性であるか対数変換特性であるかを閾値レベルVxthに基づいて識別する比較器81と、線形変換特性となるRB信号それぞれにパラメータS1を乗算する乗算器82と、対数変換特性となるRB信号それぞれにパラメータS2を加算する加算器83と、乗算器82からのRB信号及び加算器83からのRB信号及びFPN補正回路6からのG信号のいずれかを選択して出力する選択部84と、FPN補正回路6でFPN成分が除去されたRGB信号を検出するRGB検出部86と、RGB検出部での検出結果より閾値レベルVxthとパラメータS1,S2を設定するパラメータ設定部87と、RGB検出部86の検出結果と比較器81の比較結果により選択部84の選択動作を制御する選択制御部88と、を備える。
As shown in FIG. 19, the
このように構成されるWB制御回路8は、全体制御部13でパラメータSr1,Sr2,Sb1,Sb2及び閾値レベルVrth,Vbthが設定されると、パラメータ設定部87に与えられて格納する。そして、FPN補正回路6から入力された信号がR信号であることがRGB信号検出部86で検出されると、閾値レベルVxthをVrthとするとともにパラメータS1,S2をSr1,Sr2とし、又、FPN補正回路6から入力された信号がB信号であることがRGB信号検出部86で検出されると、閾値レベルVxthをVbthとするとともにパラメータS1,S2をSb1,Sb2とする。
When the parameters Sr1, Sr2, Sb1, Sb2 and threshold levels Vrth, Vbth are set by the overall control unit 13, the
よって、RGB検出部86でR信号が検出されると、比較器81において入力されるR信号の信号レベルVrを閾値レベルVrthと比較し、又、乗算器82においてR信号の信号レベルVrに対してパラメータSr1を乗算し、加算器83においてR信号の信号レベルVrに対してパラメータSr2を加算する。又、選択制御部88において、選択部84が乗算器82又は加算器83からの出力を選択するように制御する。即ち、比較器81の比較結果がVr≦Vrthであるときは、選択部84が乗算器82からのR信号を選択するように、又、比較器81の比較結果がVr>Vrthであるときは、選択部84が加算器83からのR信号を選択するように、選択制御部88が選択部84を制御する。
Therefore, when the R signal is detected by the
同様に、RGB検出部86でB信号が検出されると、比較器81において入力されるB信号の信号レベルVbを閾値レベルVbthと比較し、又、乗算器82においてB信号の信号レベルVbに対してパラメータSb1を乗算し、加算器83においてB信号の信号レベルVbに対してパラメータSb2を加算する。又、選択制御部88において、選択部84が乗算器82又は加算器83からの出力を選択するように制御する。即ち、比較器81の比較結果がVb≦Vbthであるときは、選択部84が乗算器82からのB信号を選択するように、又、比較器81の比較結果がVb>Vbthであるときは、選択部84が加算器83からのB信号を選択するように、選択制御部88が選択部84を制御する。更に、RGB検出部86でG信号が検出されると、選択制御部88によって選択部84がFPN補正回路6からのG信号を選択するように制御される。
Similarly, when the RGB signal is detected by the
このように動作することで、輝度値がLgth以下となる輝度範囲を表すRB信号それぞれの光電変換特性が、G信号の線形変換特性と同等のものに切り換えられるとともに、輝度値がLgthより高い輝度範囲を表すRB信号それぞれの光電変換特性が、G信号の対数変換特性と同等のものに切り換えられ、RB信号それぞれにホワイトバランス処理が施される。そして、ホワイトバランス処理が施されたRB信号と、FPN補正回路6でFPN補正されたG信号とが、選択部84で選択して出力される。
By operating in this way, the photoelectric conversion characteristics of each RB signal representing a luminance range in which the luminance value is equal to or less than Lgth are switched to the same as the linear conversion characteristic of the G signal, and the luminance value is higher than Lgth. The photoelectric conversion characteristics of each RB signal representing the range are switched to those equivalent to the logarithmic conversion characteristics of the G signal, and each RB signal is subjected to white balance processing. Then, the
上述のようにして、AE・WB評価値検出回路7、WB制御回路8及び全体制御部13が動作することで、ホワイトバランス処理が施されるとき、所定数のフレーム毎に1フレームだけ、AE・WB評価値検出回路7及び全体制御部13によって、ホワイトバランス処理で用いるパラメータ及び閾値レベルと固体撮像素子2のRGBフィルタそれぞれを備えた画素の光電変換特性とを設定するものとしても構わない。即ち、所定数のフレーム毎に1フレームのときだけ、図15のようにRGB信号の閾値レベルが等しくなるように固体撮像素子2の各画素に与える信号φVPSを同一のものとする。そして、他のフレームのときは、図16のようにRGB信号の光電変換特性が切り替わる輝度値が等しくなるように、固体撮像素子2のRGBフィルタが設けられた各画素に対してライン25r,25g,25bを介して与える信号φVPSを異なるものとする。
As described above, the AE / WB evaluation
尚、ホワイトバランス処理で用いるパラメータ及び閾値レベルを設定するように、撮像装置のユーザによって外部から入力されたとき、図15のようにRGB信号の閾値レベルが等しくなるように固体撮像素子2の各画素に与える信号φVPSを同一のものとして、パラメータ及び閾値レベルやライン25r,25g,25bを介して与える信号φVPSの値を設定するものとしても構わない。又、太陽光やタングステン光や蛍光灯などの撮影環境に応じたパラメータ及び閾値レベルやライン25r,25g,25bを介して与える信号φVPSの値が予め設定され、撮像装置のユーザによって撮影環境が外部から入力されたとき、その入力されたパラメータ及び閾値レベルやライン25r,25g,25bを介して与える信号φVPSの値を設定するものとしても構わない。
Each of the solid-
尚、本実施形態において、固体撮像素子を画像信号からノイズ信号を減算することで素子内で画素バラツキを除去するように動作するものとし、FPN補正回路において画像信号内に更に残存するFPN成分を除去するようにしたが、固体撮像素子においてノイズ信号の読み出しを行うことなく、FPN補正回路において画素バラツキなどにより発生するFPN成分全てを除去するようにしても構わない。 In this embodiment, the solid-state imaging device is operated so as to remove pixel variation in the device by subtracting the noise signal from the image signal, and the FPN component further remaining in the image signal in the FPN correction circuit. However, the FPN correction circuit may be configured to remove all FPN components generated by pixel variation or the like without reading the noise signal in the solid-state imaging device.
又、本実施形態において、複数種類の色フィルタを1つの固体撮像素子に設けた単板の固体撮像素子としたが、例えば、RGBの色フィルタ毎に固体撮像素子を備えた三板の固体撮像素子のように、同一の色フィルタが備えられた固体撮像素子を色フィルタの種類毎に備える構成としても構わない。このとき、図20のように、図1の固体撮像素子2の代わりに、全画素にRフィルタが備えられた固体撮像素子2rと、全画素にGフィルタが備えられた固体撮像素子2gと、全画素にBフィルタが備えられた固体撮像素子2bとが設けられる。よって、固体撮像素子2rの全画素に対してライン25rが接続され、又、固体撮像素子2gの全画素に対してライン25gが接続され、又、固体撮像素子2bの全画素に対してライン25bが接続される。
In the present embodiment, a single-plate solid-state image sensor having a plurality of types of color filters provided in one solid-state image sensor is used. For example, a three-plate solid-state image sensor having a solid-state image sensor for each RGB color filter As described above, a solid-state imaging device having the same color filter may be provided for each type of color filter. At this time, as shown in FIG. 20, instead of the solid-
1 光学系
2 固体撮像素子
3 アンプ
4 AD変換回路
5 黒基準補正回路
6 FPN補正回路
7 AE・WB評価値検出回路
8 WB制御回路
9 色補間回路
10 色補正回路
11 階調変換回路
12 コアリング回路
13 全体制御部
14 絞り制御部
15 タイミング生成回路
DESCRIPTION OF
Claims (14)
前記複数種類の色信号の1つを基準となる第1色信号とし、該基準色信号以外の色信号を第2色信号としたとき、
前記固体撮像素子において、
前記第1色信号を出力する画素と前記第2色信号を出力する画素とが、前記第1状態と前記第2状態との切換点を同一の輝度値とし、
前記ホワイトバランス回路において、
前記第2色信号の種類毎に、当該第2色信号の前記第1状態と前記第2状態との切換点となる輝度値に対する信号レベルを閾値レベルとして設定し、
当該閾値レベルに基づいて前記第2色信号の光電変換特性が前記第1状態による線形変換特性又は前記第2状態による対数変換特性のいずれであるか識別し、
識別した光電変換特性に応じて、前記第2色信号にホワイトバランス処理を施すことを特徴とする撮像装置。 Provided with a plurality of pixels that can be switched between a first state that outputs an electrical signal that changes linearly with respect to the amount of incident light and a second state that outputs an electrical signal that changes logarithmically with respect to the amount of incident light. In an imaging apparatus comprising: a solid-state imaging device provided with a type of color filter; and a white balance circuit that performs white balance processing on a color signal for each type of the color filter output from the solid-state imaging device.
When one of the plurality of types of color signals is used as a reference first color signal and a color signal other than the reference color signal is used as a second color signal,
In the solid-state imaging device,
The pixel that outputs the first color signal and the pixel that outputs the second color signal have the same luminance value at the switching point between the first state and the second state,
In the white balance circuit,
For each type of the second color signal, a signal level with respect to a luminance value serving as a switching point between the first state and the second state of the second color signal is set as a threshold level,
Identifying whether the photoelectric conversion characteristic of the second color signal is a linear conversion characteristic according to the first state or a logarithmic conversion characteristic according to the second state based on the threshold level;
An image pickup apparatus that performs white balance processing on the second color signal in accordance with the identified photoelectric conversion characteristics.
前記第2色信号の信号レベルと当該第2色信号に対する前記閾値レベルとを比較して、当該第2色信号の光電変換特性を確認する比較器と、
前記線形変換特性の前記第2色信号を、前記第1信号の線形変換特性に基づいて変換する第1演算部と、
前記対数変換特性の前記第2色信号を、前記第1信号の対数変換特性に基づいて変換する第2演算部と、
前記比較器で前記第2色信号の光電変換特性が前記線形変換特性であることが確認されたとき、第1演算部からの信号を選択して出力し、又、前記比較器で前記第2色信号の光電変換特性が前記対数変換特性であることが確認されたとき、第2演算部からの信号を選択して出力する選択部と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 The white balance circuit is
A comparator that compares the signal level of the second color signal with the threshold level for the second color signal to confirm the photoelectric conversion characteristics of the second color signal;
It said second color signal of the linear conversion characteristic, a first operation unit that converts, based on a linear conversion characteristic of said first signal,
A second operation unit of the second color signal of the logarithmic conversion characteristics, that converts, based on the logarithmic conversion characteristic of the first signal,
When the photoelectric conversion characteristic of the second color signal is confirmed to be the linear conversion characteristic by the comparator, the signal from the first arithmetic unit is selected and output, and the second color signal is output by the comparator. When it is confirmed that the photoelectric conversion characteristic of the color signal is the logarithmic conversion characteristic, a selection unit that selects and outputs a signal from the second calculation unit;
The imaging apparatus according to claim 1, further comprising:
前記色信号の種類を確認する色信号検出部と、
前記第2色信号の種類毎に、前記第1及び第2演算部に与える前記パラメータと前記比較器に与える前記閾値レベルを切り換えるパラメータ設定部と、
を備え、
前記制御部より前記第2色信号の種類毎に与えられた前記パラメータ及び前記閾値レベルを前記色信号検出部で検出された前記第2色信号の種類毎に前記パラメータ設定部で切り換えて前記第1及び第2演算部と前記比較器に与えることで、前記第2色信号の種類毎にホワイトバランス処理を行うことを特徴とする請求項3に記載の撮像装置。 The white balance circuit is
A color signal detector for confirming the type of the color signal;
A parameter setting unit that switches between the parameter given to the first and second computing units and the threshold level given to the comparator for each type of the second color signal;
With
The parameter given by the control unit for each type of the second color signal and the threshold level are switched by the parameter setting unit for each type of the second color signal detected by the color signal detection unit. The image pickup apparatus according to claim 3, wherein white balance processing is performed for each type of the second color signal by giving the first and second arithmetic units and the comparator.
前記制御部より前記第2色信号の種類毎に与えられた前記パラメータと前記閾値レベルとが、前記第2色信号の種類毎に設けられた前記第1及び第2演算部と前記比較器とに与えられることを特徴とする請求項3に記載の撮像装置。 The white balance circuit includes the comparison unit, the first and second calculation units, and the selection unit for each type of the second color signal,
The parameter and the threshold level given for each type of the second color signal from the control unit are the first and second arithmetic units and the comparator provided for each type of the second color signal. The imaging apparatus according to claim 3, wherein the imaging apparatus is provided.
前記第2演算部が、前記パラメータによって設定される第2演算値を加算する加算器であることを特徴とする請求項2〜請求項5のいずれかに記載の撮像装置。 The first calculation unit is a multiplier for multiplying a first calculation value set by the parameter;
The imaging apparatus according to claim 2, wherein the second calculation unit is an adder that adds a second calculation value set by the parameter.
前記パラメータ、前記閾値レベル及び前記第1状態と前記第2状態との切換点となる輝度値が、前記評価値と前記第1色信号の光電変換特性に基づいて設定されることを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれかに記載の撮像装置。 The first color signal input from the solid-state image sensor for each type of the second color signal, with an evaluation value representing the relationship between the photoelectric conversion characteristic of the first color signal and the photoelectric conversion property of the second color signal. And an evaluation value detection circuit for detecting from the relationship of the signal level of the second color signal,
The parameter, the threshold level, and a luminance value serving as a switching point between the first state and the second state are set based on the evaluation value and a photoelectric conversion characteristic of the first color signal. The imaging device according to any one of claims 1 to 6.
前記第2色信号の種類毎に、
前記固体撮像素子から与えられた入射光量に対して線形的に変化した前記第1色信号及び前記第2色信号それぞれの平均値との関係に基づいて、第1評価値が求められるとともに、
前記固体撮像素子から与えられた入射光量に対して対数的に変化した前記第1色信号及び前記第2色信号それぞれの平均値との関係に基づいて、第2評価値が求められ、
前記第1評価値及び前記第2評価値を加重加算することで、前記第1色信号の光電変換特性と前記第2色信号の光電変換特性の関係を表す評価値を求めることを特徴とする請求項7に記載の撮像装置。 In the evaluation value detection circuit,
For each type of the second color signal,
A first evaluation value is obtained based on the relationship between the average value of each of the first color signal and the second color signal that linearly changes with respect to the amount of incident light applied from the solid-state imaging device,
Based on the relationship between the average value of each of the first color signal and the second color signal logarithmically changed with respect to the amount of incident light applied from the solid-state imaging device, a second evaluation value is obtained.
An evaluation value representing a relationship between a photoelectric conversion characteristic of the first color signal and a photoelectric conversion characteristic of the second color signal is obtained by weighted addition of the first evaluation value and the second evaluation value. The imaging device according to claim 7.
前記第2色信号の光電変換特性を、前記第1色信号の光電変換特性と前記評価値に基づいて決定することを特徴とする請求項7〜請求項10のいずれかに記載の撮像装置。 While determining the photoelectric conversion characteristics of the first color signal based on the dynamic range of the solid-state imaging device,
The imaging apparatus according to claim 7, wherein the photoelectric conversion characteristic of the second color signal is determined based on the photoelectric conversion characteristic of the first color signal and the evaluation value.
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