JP4403635B2 - ダイナミックレンジ拡大カメラ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ダイナミックレンジ拡大の機能を有するビデオカメラなどのダイナミックレンジ拡大カメラにかかわり、特には、小型化および画質改善についての有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ビデオカメラのダイナミックレンジは、ＣＭＯＳセンサなどの光電変換手段のダイナミックレンジで制約を受けるという性質があり、その限りにおいて、十分な性能を得る上での障害となっている。
【０００３】
そこで、露光量の異なる映像信号を合成することにより、ダイナミックレンジの高い映像信号を得るように工夫されたダイナミックレンジ拡大カメラが提案されている。
【０００４】
図７は従来の技術におけるダイナミックレンジ拡大カメラの概略的構成を示すブロック図である。図７において、符号の４０は被写体などからの光束を入射して光電変換により光信号を電気信号に変換するとともに、その変換された電気信号の出力形態としてそれぞれ通常の映像信号期間の１／２に時間圧縮された長時間露光信号（ＬＯＮＧ信号）５１と短時間露光信号（ＳＨＯＲＴ信号）５２とを別々かつラインごとに交互に出力するように構成されてなる特殊な光電変換手段である。ここで、この光電変換手段４０が特殊な構成のものであることに着目しておく必要がある。４１は光電変換手段４０から出力された１／２時間圧縮の長時間露光信号（ＬＯＮＧ信号）５１を入力して通常の映像信号期間に時間伸長した通常の長時間露光信号（ＬＯＮＧ信号）５３に走査変換して出力する第１の走査変換手段、４２は光電変換手段４０から出力された１／２時間圧縮の短時間露光信号（ＳＨＯＲＴ信号）５２を入力して通常の映像信号期間に時間伸長した通常の短時間露光信号（ＳＨＯＲＴ信号）５４に走査変換して出力する第２の走査変換手段、４３は第１の走査変換手段４１からの時間伸長された通常の長時間露光信号（ＬＯＮＧ信号）５３と第２の走査変換手段４２からの時間伸長された通常の短時間露光信号（ＳＨＯＲＴ信号）５４とを同期をとった（同時化した）状態で合成し、合成映像信号５５として出力する信号合成手段である。
【０００５】
図８は上記のように構成された従来の技術におけるダイナミックレンジ拡大カメラの動作を説明するタイミングチャートである。図８（Ａ）は映像信号の水平同期信号を示す。
【０００６】
図８（Ｂ）は、光電変換手段４０によって通常の映像信号期間の１／２に時間圧縮された長時間露光信号（ＬＯＮＧ信号）５１と短時間露光信号（ＳＨＯＲＴ信号）５２とがラインごとに交互に出力されている状態を示す。時間圧縮された長時間露光信号（ＬＯＮＧ信号）５１は第１の走査変換手段４１に入力され、時間圧縮された短時間露光信号（ＳＨＯＲＴ信号）５２は第２の走査変換手段４２に入力される。
【０００７】
図８（Ｃ）は、入力した１／２時間圧縮の長時間露光信号（ＬＯＮＧ信号）５１を第１の走査変換手段４１によって走査変換することにより通常の映像信号期間に時間伸長した通常の長時間露光信号（ＬＯＮＧ信号）５３が生成出力され、また、入力した１／２時間圧縮の短時間露光信号（ＳＨＯＲＴ信号）５２を第２の走査変換手段４２によって走査変換することにより通常の映像信号期間に時間伸長した通常の短時間露光信号（ＳＨＯＲＴ信号）５４が生成出力され、さらに、それら２つの通常の長時間露光信号（ＬＯＮＧ信号）５３と短時間露光信号（ＳＨＯＲＴ信号）５４とが同時化されている状態を示す。
【０００８】
前記の時間伸長され同時化された通常の映像信号期間の長時間露光信号（ＬＯＮＧ信号）５３と短時間露光信号（ＳＨＯＲＴ信号）５４とは同期した状態で信号合成手段４３に入力される。信号合成手段４３は、入力した通常の映像信号期間の長時間露光信号（ＬＯＮＧ信号）５３と短時間露光信号（ＳＨＯＲＴ信号）５４とを合成し、合成映像信号５５として出力する。
【０００９】
図９は入力信号レベルと出力信号レベルとの相関を示している。ガンマ特性、ニー特性、ホワイトバランスなどに関係するものである。
【００１０】
図９（Ａ）は、第１の走査変換手段４１から信号合成手段４３に入力される時間伸長された通常の映像信号期間の長時間露光信号（ＬＯＮＧ信号）５３を示す。この長時間露光信号（ＬＯＮＧ信号）５３は、入力信号レベルが比較的に小さい範囲では出力信号レベルは入力信号レベルにほぼ比例するが、入力信号レベルが大きく高輝度になると出力信号レベルは飽和の領域に入ってしまうことになる。その要因は長時間露光そのものにある。
【００１１】
図９（Ｂ）は、第２の走査変換手段４２から信号合成手段４３に入力される時間伸長された通常の映像信号期間の短時間露光信号（ＳＨＯＲＴ信号）５４を示す。この短時間露光信号（ＳＨＯＲＴ信号）５４は、入力信号レベルの広い範囲にわたって出力信号レベルは入力信号レベルにほぼ比例する。つまり、飽和は起こさない。短時間露光のためである。
【００１２】
図９（Ｃ）は、信号合成手段４３によって長時間露光信号（ＬＯＮＧ信号）５３と短時間露光信号（ＳＨＯＲＴ信号）５４とを合成した結果の合成映像信号５５を示す。この合成映像信号５５においては、図９（Ａ）の長時間露光信号（ＬＯＮＧ信号）５３単独のときの水平フラットな部分つまり飽和領域を、図９（Ｂ）の短時間露光信号（ＳＨＯＲＴ信号）５４の勾配だけ傾斜させることとなっており、結果として、入力信号レベルが大きく高輝度になっても飽和しない出力信号レベルを得ることができている。すなわち、ダイナミックレンジを広げている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように構成された従来技術のダイナミックレンジ拡大カメラにおいては、次のような問題がある。
【００１４】
（１）すなわち、まず、光電変換手段４０上において長時間露光信号（ＬＯＮＧ信号）５１と短時間露光信号（ＳＨＯＲＴ信号）５２とが同時刻でラインごとに交互に存在するような構成となっているので、長時間露光信号が飽和する状態となったときには、長時間露光信号の転送漏れ分が短時間露光信号に漏れ込み、悪影響を与える結果、画質が低下するおそれがある。
【００１５】
（２）上記の（１）の問題を回避するべく光電変換手段の取り扱い電荷量を低減することが考えられるが、そうすると随伴してダイナミックレンジも狭くなってしまい、やはり画質の低下を招く。
【００１６】
（３）光電変換手段上で長時間露光信号と短時間露光信号とをラインごとに交互となるように電荷を走査しなければならないため、光電変換手段の回路構成が相当に複雑なものとなる。
【００１７】
（４）以上の（１）〜（３）のいずれもが原因となって、光電変換手段自体のチップサイズが大型化してしまい、カメラの小型化のトレンド（技術動向）とマッチングしない。また、不必要なコストアップを招く結果となる。
【００１８】
本発明は上記した課題の解決を図るべく創作したものであって、ダイナミックレンジ拡大を有効に達成しながら、光電変換手段の小型化およびコストダウンを図ることを目的としている。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
ダイナミックレンジ拡大カメラについての本発明は、次のような手段を講じることにより、上記の課題を解決するものである。
【００２０】
光電変換手段を通常の倍以上の駆動周波数で駆動することにより、長時間露光信号と短時間露光信号とを面順次に出力させるように構成する。光電変換手段から出力される時間圧縮された長時間露光信号と短時間露光信号のそれぞれに対応して、第１の記憶手段と第２の記憶手段とを設ける。第１の記憶手段は一時記憶した時間圧縮された長時間露光信号を通常の駆動周波数で読み出すことにより、時間伸長された長時間露光信号を出力する。同様に、第２の記憶手段は一時記憶した時間圧縮された短時間露光信号を通常の駆動周波数で読み出すことにより、時間伸長された短時間露光信号を出力する。さらに、信号合成手段を用意し、この信号合成手段に前記の時間圧縮された長時間露光信号と短時間露光信号とを入力して、同期をとって（同時化して）両者を合成することにより合成映像信号を生成する。
【００２１】
以上のようにして生成された合成映像信号は、ダイナミックレンジが拡大されたものとなるが、そのために必要とする光電変換手段は、従来の技術の場合のような特殊なものではなく、通常のタイプの光電変換手段を採用することが可能となる。
【００２２】
光電変換手段において面順次に長時間露光信号と短時間露光信号を生成するに際して、通常の倍以上の駆動周波数で駆動することによりそのようにするので、長時間露光信号を生成するための長時間露光と短時間露光信号を生成するための短時間露光とを光電変換手段において時間をずらせて行うことが可能となっている。したがって、たとえ、長時間露光信号が光電変換手段上で飽和しても、長時間露光信号の転送漏れ分が短時間露光信号に悪影響を与え、画質を低下させるといった不都合は生じないですむ。したがって、また、光電変換手段における取り扱い電荷量をことさら低減するといった特別の対応をとらなくてもよく、ダイナミックレンジの不測の減少を招かないですむ。さらに、従来技術の場合のような複雑な構成の特殊タイプではなく通常タイプの光電変換手段の採用が可能であるので、光電変換手段のチップサイズの不必要な拡大を招かないですむ。そして、カメラの小型化が有利となるとともに、コスト面でも有利である。
【００２３】
このように本発明によると、上記のようなすぐれた付加価値を有しながらもダイナミックレンジ拡大を行うことができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を総括的に説明する。
【００２５】
本願第１の発明のダイナミックレンジ拡大カメラは、長時間露光と、当該長時間露光よりも短い時間露光を行なう短時間露光を交互に繰り返すと共に、当該長時間露光して得られる長時間露光信号と、当該短時間露光して得られる短時間露光信号と、を通常の倍以上の駆動周波数で面順次に出力する光電変換手段と、前記光電変換手段から出力される長時間露光信号を一時記憶し通常の駆動周波数で読み出しを行う第１の記憶手段と、前記光電変換手段から出力される短時間露光信号を一時記憶し通常の駆動周波数で読み出しを行う第２の記憶手段と、前記第１の記憶手段から読み出される時間伸長された長時間露光信号と前記第２の記憶手段から読み出される時間伸長された短時間露光信号とを同期をとって合成し合成映像信号を出力する信号合成手段とを備えたという構成になっている。
【００２６】
この第１の発明による作用については、上記の〔課題を解決するための手段〕の項で説明したのと実質的に同様のものとなる。すなわち、光電変換手段上で長時間露光信号の飽和においてその転送漏れ分が短時間露光信号に悪影響を与えるといったことがないために画質が改善され、簡単な構成の通常タイプの光電変換手段を用いてダイナミックレンジ拡大を実現し、カメラの小型化およびコストダウンを図ることが可能となる。
【００２７】
本願第２の発明のダイナミックレンジ拡大カメラは、上記の第１の発明において、前記光電変換手段における長時間露光の終了と短時間露光の開始との間に電荷掃き捨てを行うように構成してあるというものである。
【００２８】
この第２の発明によると、上記の通常タイプの光電変換手段でダイナミックレンジ拡大を実現するという作用に加えて、さらに次のような作用を発揮する。すなわち、光電変換手段において長時間露光が終了した直後に光電変換手段から電荷掃き捨てを行うので、引き続いての短時間露光に対して長時間露光が悪影響を与えることが回避される。すなわち、長時間露光信号がたとえ飽和状態となったとしても、その転送漏れ分が短時間露光信号に漏れ込むおそれがなく、品質の高い画質を確保することが可能となっている。
【００２９】
本願第３の発明のダイナミックレンジ拡大カメラは、上記の第２の発明において、前記光電変換手段における長時間露光と短時間露光とを垂直周期内で完了し、かつ、前記光電変換手段から前記第１の記憶手段への長時間露光信号の転送の完了後に前記光電変換手段から前記第２の記憶手段への短時間露光信号の転送を開始するように構成してあるというものである。
【００３０】
この第３の発明によると、上記の通常タイプの光電変換手段でダイナミックレンジ拡大を実現するという作用に加えて、さらに次のような作用を発揮する。すなわち、これは、光電変換手段において通常の倍以上の駆動周波数で面順次走査するということに相当している。そして、長時間露光信号の転送が完了して初めて短時間露光信号の転送を開始するので、仮に飽和状態の長時間露光信号であっても短時間露光信号には悪影響を与えないですみ、画質改善を図ることが可能となる。
【００３１】
本願第４の発明のダイナミックレンジ拡大カメラは、上記の第１〜第３の発明において、前記光電変換手段における垂直周期が１／６０秒であるときに、前記長時間露光の露光時間を１／１００秒に設定してあることを特徴としている。
【００３２】
この第４の発明によると、上記の通常タイプの光電変換手段でダイナミックレンジ拡大を実現するという作用に加えて、さらに次のような作用を発揮する。すなわち、一般にビデオカメラは、その垂直周期がＮＴＳＣ方式に準拠した１／６０秒となっている。そのビデオカメラを関東圏の５０Ｈｚの電源地域で使用すると、そのままでは、電源周波数の２倍の周波数すなわち１／１００秒で点滅する蛍光灯照明のためにフリッカが生じるおそれがある。１／６０秒と１／１００秒とでは差分があるためである。
【００３３】
ところが、この第４の発明においては、上記のように長時間露光についての露光時間を１／１００秒となしてあるので、蛍光灯の点滅の位相に対してカメラの動作タイミングがどのようにずれても、入射され蓄積（積分）される光量が常に一定となり、長時間露光信号についてはフリッカの影響を排除することが可能となっている。
【００３４】
本願第５の発明のダイナミックレンジ拡大カメラは、上記の第１〜第４の発明において、前記光電変換手段として通常の映像信号表示画素以上の画素数を有するＣＭＯＳセンサを採用し、さらに、前記第１の記憶手段から前記信号合成手段に転送される時間伸長された長時間露光信号から動きベクトルを検出する動きベクトル検出手段を設け、検出した動きベクトルに基づいて生成された補正信号に基づいて前記光電変換手段をフィードバック制御して所定の画素数領域の切り出しを行って手ぶれ補正するように構成してあるというものである。
【００３５】
この第５の発明によると、簡単な構成の通常タイプの光電変換手段を用いてのダイナミックレンジ拡大を行いながら、時間伸長された長時間露光信号の高速応答性をもつ動きベクトルに基づいて確実な手ぶれ補正をも可能となしてある。
【００３６】
本願第６の発明のダイナミックレンジ拡大カメラは、上記の第１〜第４の発明において、前記光電変換手段として通常の映像信号表示画素以上の画素数を有するＣＭＯＳセンサを採用し、さらに、前記第１の記憶手段から前記信号合成手段に転送される時間伸長された長時間露光信号から動きベクトルを検出する動きベクトル検出手段を設け、検出した動きベクトルに基づいて生成された補正信号に基づいて前記第１の記憶手段および第２の記憶手段をフィードバック制御して所定の画素数領域の切り出しを行って手ぶれ補正するように構成してあるというものである。
【００３７】
この第６の発明によると、簡単な構成の通常タイプの光電変換手段を用いてのダイナミックレンジ拡大を行いながら、時間伸長された長時間露光信号の高速応答性をもつ動きベクトルに基づいて確実な手ぶれ補正をも可能となしてある。
【００３８】
本願第７の発明のダイナミックレンジ拡大カメラは、上記の第１〜第６の発明において、前記光電変換手段として通常の映像信号表示画素以上の画素数を有するＣＭＯＳセンサを採用し、さらに、水平方向または垂直方向あるいは水平垂直両方向で所定の画素数のみ切り出すことで手ぶれ補正を行うように構成してあるというものである。
【００３９】
この第７の発明によると、簡単な構成の通常タイプの光電変換手段を用いてのダイナミックレンジ拡大を行いながら、画素余裕を利用して手ぶれ補正を確実なものとなしてある。なお、一般にＰＡＬ方式の有効画素数はＮＴＳＣ方式に比べて水平、垂直ともに約２０％大きいので、その画素余裕を利用して画質劣化なしに手ぶれ補正が行える。
【００４０】
（具体的な実施の形態）
以下、本発明のダイナミックレンジ拡大カメラの具体的な実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。
【００４１】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１におけるダイナミックレンジ拡大カメラの概略的構成を示すブロック図である。図１において、符号の１０は被写体などからの光束を入射して光電変換により光信号を電気信号に変換するのであるが、露光形態として長時間露光と短時間露光との２方式を交互に繰り返し、それぞれ長時間露光信号２１と短時間露光信号２２を通常の倍以上の駆動周波数で面順次に出力するように構成されている通常タイプの光電変換手段である。この光電変換手段１０が従来の技術の特殊な光電変換手段４０と違って、通常タイプのものであるという点に留意する必要がある。１１は光電変換手段１０から出力された通常の倍以上のレートの長時間露光信号２１を一時記憶するとともに読み出しは通常の駆動周波数で行う第１の記憶手段、１２は光電変換手段１０から出力された通常の倍以上のレートの短時間露光信号２２を一時記憶するとともに読み出しは通常の駆動周波数で行う第２の記憶手段、１３は第１の記憶手段１１から通常の駆動周波数で読み出された時間伸長された長時間露光信号２３と第２の記憶手段１２から通常の駆動周波数で読み出された時間伸長された短時間露光信号２４とを同期をとった（同時化した）状態で合成し、ダイナミックレンジ拡大された１系統の合成映像信号２５として出力する信号合成手段である。
【００４２】
図２は上記のように構成された本実施の形態１におけるダイナミックレンジ拡大カメラの動作を説明するタイミングチャートである。図２（Ａ）は映像信号の垂直同期信号を示す。１Ｖは垂直周期を表す。
【００４３】
図２（Ｂ）は、光電変換手段１０における露光の状態を示すもので、長時間露光と短時間露光とがそれぞれ垂直周期（１Ｖ）内に１回ずつ行われる。これは、露光量の累積を三角形で示している。長時間露光の勾配と短時間露光の勾配とは互いに等しくなっている。長時間露光の方は露光時間が長いため、三角形の高さも大きくなっている。
【００４４】
図２（Ｃ）は、光電変換手段１０に蓄積された電荷の読み出しタイミングを示している。すなわち、タイミングＴ１において長時間露光の電荷読み出しを行い、タイミングＴ２において短時間露光の電荷読み出しを行う。なお、ここで、長時間露光の時間が垂直周期（１Ｖ）の１／２以上となるようにＴ１を設定しておく。
【００４５】
図２（Ｄ）は、光電変換手段１０から面順次で出力された時間圧縮された長時間露光信号２１と短時間露光信号２２のタイミングを示している。すなわち、長時間露光の電荷の読み出しタイミングＴ１から長時間露光信号２１の出力が行われ、また、短時間露光の電荷読み出しタイミングＴ２から短時間露光信号２２の出力が行われる。このとき、光電変換手段１０を通常の倍以上の駆動周波数で動作させるので、図示のように、長時間露光信号２１および短時間露光信号２２はともに、その出力期間が垂直周期（１Ｖ）の１／２以下に時間圧縮される。
【００４６】
光電変換手段１０からの短時間露光の電荷読み出しタイミングＴ２は、このタイミングＴ２よりも前に、図２（Ｄ）における光電変換手段１０からの長時間露光信号２１の読み出しが完了しているように、タイミングＴ２を定めてある。
【００４７】
長時間露光の電荷の読み出しタイミングＴ１を時刻ａとし、短時間露光の開始を時刻ｂとし、長時間露光信号２１の第１の記憶手段１１への転送終了を時刻ｃとし、短時間露光信号２４の第２の記憶手段１２への転送開始を時刻ｄとする。長時間露光信号２１の転送開始は時刻ａであり、長時間露光信号２１の転送終了の時刻ｃより前に短時間露光の開始時刻ｂが設定されている。短時間露光信号２４の転送開始の時刻ｄは読み出しタイミングＴ２であるが、この時刻ｄよりも前に長時間露光信号２１の転送終了の時刻ｃがくるように設定されている。
【００４８】
また、短時間露光信号２２の出力が完了する前に、次の長時間露光が開始されているが、長時間露光の電荷蓄積が低レベルの間に短時間露光信号２２の出力が完了しておれば、特に不都合はない。
【００４９】
光電変換手段１０から出力された時間圧縮された長時間露光信号２１は第１の記憶手段１１に一時記憶され、また、時間圧縮された短時間露光信号２２は第２の記憶手段１２に一時記憶される。
【００５０】
図２（Ｅ）に示すように、第１の記憶手段１１に記憶されている長時間露光信号２１および第２の記憶手段１２に記憶されている短時間露光信号２２のそれぞれは、次の垂直周期（１Ｖ）の期間において、通常の駆動周波数で読み出され、通常の時間軸のもとで伸長される。このとき、時間伸長された長時間露光信号２３の読み出しと時間伸長された短時間露光信号２４の読み出しとは同時化されている。通常時間軸に伸長された長時間露光信号２３と短時間露光信号２４とは同期の状態で信号合成手段１３に入力される。そして、信号合成手段１３は、入力した長時間露光信号２３と短時間露光信号２４とを同時化の状態で合成し、図２（Ｆ）に示すように合成映像信号２５を生成して出力する。この長時間露光信号２３と短時間露光信号２４との合成および合成映像信号２５の出力は、次の短時間露光が終了する時まで、あるいは次の長時間露光が始まる時までに完了することになる。
【００５１】
以上により、従来の技術の図９で説明したのと同様の理由により、ダイナミックレンジが拡大された１系統の合成映像信号２５が生成出力されることになる。採用している光電変換手段１０は通常の光電変換手段であるので、従来技術のような特殊な光電変換手段を使用せずに、良好な信号出力特性を有する状態でダイナミックレンジを拡大することができる。
【００５２】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２は、蛍光灯照明下でのフリッカ（ちらつき）防止にかかわるものである。
【００５３】
図３に示すように、長時間露光にかかわる露光時間を１／１００秒となしてある。垂直周期（１Ｖ）は１／６０秒である。
【００５４】
なお、Ｔ３は光電変換手段１０における長時間露光の電荷読み出しのタイミングであるが、このタイミングＴ３から所定の期間αにわたって、光電変換手段１０から電荷掃き捨てを行うこととしている。そして、タイミングＴ４からタイミングＴ５にかけて短時間露光を行うこととしている。
【００５５】
一般のビデオカメラは、その垂直周期（１Ｖ）がＮＴＳＣ方式に準拠した１／６０秒となっている。そのビデオカメラを関東圏の５０Ｈｚの電源地域で使用すると、そのままでは、電源周波数の２倍の周波数すなわち１／１００秒で点滅する蛍光灯照明のためにフリッカが生じるおそれがある。
【００５６】
ところが、本実施の形態１のダイナミックレンジ拡大カメラにおいては、上記のように長時間露光についての露光時間を１／１００秒となしてあるので、蛍光灯の点滅の位相に対してカメラの動作タイミングがどのようにずれても、入射され蓄積される光量が常に一定となり、長時間露光信号２１についてはフリッカの影響を排除することができる。
【００５７】
また、電荷掃き捨てを行うことにより、引き続いての短時間露光に対して長時間露光が悪影響を与えることが回避される。すなわち、長時間露光信号がたとえ飽和状態となったとしても、その転送漏れ分が短時間露光信号に漏れ込むおそれがなく、品質の高い画質を確保することが可能となっている。
【００５８】
もちろん、実施の形態１の場合と同様に、従来技術のような特殊な光電変換手段を使用せずに、良好な信号出力特性を有する状態でダイナミックレンジを拡大することができるという効果も発揮する。
【００５９】
（実施の形態３）
実施の形態３は、ＣＭＯＳセンサにおける手ぶれ補正をも考慮したより高次のダイナミックレンジ拡大カメラについてのものである。ここでは、動きベクトルの検出をもって光電変換手段そのものを制御することを通じて、手ぶれ補正を行うように構成してある。
【００６０】
図４は本発明の実施の形態３のダイナミックレンジ拡大カメラの構成を示すブロック図である。符号の１０〜１３については既述のとおりであるので説明を省略するが、新たな要素として、符号の１４は第１の記憶手段１１から読み出される通常時間軸に伸長された長時間露光信号２３を入力して、動きベクトルを検出する動きベクトル検出回路である。動きベクトルを短時間露光信号２４から検出するよりも、長時間露光信号２３から検出した方が応答性が高い。この動きベクトル検出回路１４は、検出した動きベクトルに基づいて補正信号Ｓｃを生成し、この補正信号Ｓｃを光電変換手段１０に与えることにより、光電変換手段１０の垂直駆動や水平駆動の制御を行って手ぶれ補正を行うように構成してある。すなわち、検出した動きベクトルを打ち消すようなネガティブフィードバック制御を行うことにより、手ぶれ補正を行うこととしている。
【００６１】
もちろん、実施の形態１の場合と同様に、従来技術のような特殊な光電変換手段を使用せずに、良好な信号出力特性を有する状態でダイナミックレンジを拡大することができるという効果も発揮する。
【００６２】
（実施の形態４）
ＣＭＯＳセンサにおける手ぶれ補正をも考慮したより高次のダイナミックレンジ拡大カメラについての別の形態が本実施の形態４である。ここでは、動きベクトルの検出をもって第１および第２の記憶手段を制御することを通じて、手ぶれ補正を行うように構成してある。
【００６３】
図５は本発明の実施の形態４のダイナミックレンジ拡大カメラの構成を示すブロック図である。符号の１０〜１３については既述のとおりであるので説明を省略するが、新たな要素として、符号の１４は上記の実施の形態３と同様の第１の記憶手段１１から読み出される通常時間軸に伸長された長時間露光信号２３を入力して、動きベクトルを検出する動きベクトル検出回路である。この動きベクトル検出回路１４は、検出した動きベクトルに基づいて補正信号Ｓｃを生成し、この補正信号Ｓｃを第１の記憶手段１１と第２の記憶手段１２とに共通に与えることにより、各記憶手段１１，１２の読み出しアドレスの制御を行って手ぶれ補正を行うように構成してある。すなわち、検出した動きベクトルを打ち消すようなネガティブフィードバック制御を行うことにより、手ぶれ補正を行うこととしている。
【００６４】
もちろん、実施の形態１の場合と同様に、従来技術のような特殊な光電変換手段を使用せずに、良好な信号出力特性を有する状態でダイナミックレンジを拡大することができるという効果も発揮する。
【００６５】
（実施の形態５）
実施の形態５は、ＣＭＯＳセンサの画素余裕を利用して手ぶれ補正を行うように構成したものである。
【００６６】
光電変換手段１０として水平方向または垂直方向あるいは水平垂直両方向において通常の映像信号表示画素以上の画素数を有するＣＭＯＳセンサを使用し、水平画素または垂直画素あるいは水平垂直双方の所定の画素数のみ切り出して出力されるように構成するとよい。
【００６７】
図６（Ａ）は、光電変換手段１０として垂直方向に画素余裕を有するＣＭＯＳセンサを使用した場合の光電変換領域Ａ１と信号出力領域Ａ２を示す。光電変換領域Ａ１は信号出力領域Ａ２よりも上下方向でサイズが大きくなっており、その分、画素余裕がある。その画素余裕の範囲内でウインドウを上下方向に動かして手ぶれ補正を行う。
【００６８】
図６（Ｂ）は、光電変換手段１０として水平垂直両方向に画素余裕を有するＣＭＯＳセンサを使用した場合の光電変換領域Ａ１と信号出力領域Ａ２を示す。光電変換領域Ａ１は信号出力領域Ａ２よりも上下方向および左右方向でサイズが大きくなっており、その分、画素余裕がある。その画素余裕の範囲内でウインドウを上下左右方向に動かして手ぶれ補正を行う。
【００６９】
もちろん、実施の形態１の場合と同様に、従来技術のような特殊な光電変換手段を使用せずに、良好な信号出力特性を有する状態でダイナミックレンジを拡大することができるという効果も発揮する。
【００７０】
なお、ＣＭＯＳセンサにおいて手ぶれ補正を行うと、過剰な駆動周波数の上昇を回避しつつ、ダイナミックレンジ拡大が可能となる。
【００７１】
【発明の効果】
ダイナミックレンジ拡大カメラについての本発明によれば、光電変換手段において面順次に長時間露光信号と短時間露光信号を生成するに際して、通常の倍以上の駆動周波数で駆動することで実現するので、光電変換手段において時間をずらせて長時間露光と短時間露光を行うことが可能であり、たとえ、長時間露光信号が光電変換手段上で飽和しても、長時間露光信号の転送漏れ分が短時間露光信号に悪影響を与えて画質を低下させるといった不都合は生じないですむ。したがって、また、光電変換手段における取り扱い電荷量をことさら低減するといった特別の対応をとらなくてもよく、ダイナミックレンジの不測の減少を招かないですむ。さらに、従来技術の場合のような複雑な構成の特殊タイプではなく通常タイプの光電変換手段の採用が可能であるので、光電変換手段のチップサイズの不必要な拡大を招かないですみ、カメラの小型化およびコスト面が有利なものとなる。つまりは、上記のようなすぐれた付加価値を有しながらもダイナミックレンジ拡大を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１におけるダイナミックレンジ拡大カメラの概略的構成を示すブロック図
【図２】 本発明の実施の形態１におけるダイナミックレンジ拡大カメラの動作を説明するタイミングチャート
【図３】 本発明の実施の形態２のダイナミックレンジ拡大カメラのタイミングチャート
【図４】 本発明の実施の形態３におけるダイナミックレンジ拡大カメラの概略的構成を示すブロック図
【図５】 本発明の実施の形態４におけるダイナミックレンジ拡大カメラの概略的構成を示すブロック図
【図６】 本発明の実施の形態５のダイナミックレンジ拡大カメラにおける光電変換手段としてＣＭＯＳセンサを採用する場合の画素読み出し範囲を示す概念図
【図７】 従来の技術におけるダイナミックレンジ拡大カメラの概略的構成を示すブロック図
【図８】 従来の技術におけるダイナミックレンジ拡大カメラの動作を説明するタイミングチャート
【図９】 ダイナミックレンジ拡大カメラにおける入力信号レベルと出力信号レベルとの相関を示す特性図
【符号の説明】
１０…光電変換手段
１１…第１の記憶手段
１２…第２の記憶手段
１３…信号合成手段
１４…動きベクトル検出手段
２１…時間圧縮された長時間露光信号
２２…時間圧縮された短時間露光信号
２３…時間伸長された長時間露光信号
２４…時間伸長された短時間露光信号
２５…ダイナミックレンジ拡大された合成映像信号
Ｓｃ…補正信号
Ａ１…光電変換領域
Ａ２…信号出力領域
【発明の属する技術分野】
本発明は、ダイナミックレンジ拡大の機能を有するビデオカメラなどのダイナミックレンジ拡大カメラにかかわり、特には、小型化および画質改善についての有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ビデオカメラのダイナミックレンジは、ＣＭＯＳセンサなどの光電変換手段のダイナミックレンジで制約を受けるという性質があり、その限りにおいて、十分な性能を得る上での障害となっている。
【０００３】
そこで、露光量の異なる映像信号を合成することにより、ダイナミックレンジの高い映像信号を得るように工夫されたダイナミックレンジ拡大カメラが提案されている。
【０００４】
図７は従来の技術におけるダイナミックレンジ拡大カメラの概略的構成を示すブロック図である。図７において、符号の４０は被写体などからの光束を入射して光電変換により光信号を電気信号に変換するとともに、その変換された電気信号の出力形態としてそれぞれ通常の映像信号期間の１／２に時間圧縮された長時間露光信号（ＬＯＮＧ信号）５１と短時間露光信号（ＳＨＯＲＴ信号）５２とを別々かつラインごとに交互に出力するように構成されてなる特殊な光電変換手段である。ここで、この光電変換手段４０が特殊な構成のものであることに着目しておく必要がある。４１は光電変換手段４０から出力された１／２時間圧縮の長時間露光信号（ＬＯＮＧ信号）５１を入力して通常の映像信号期間に時間伸長した通常の長時間露光信号（ＬＯＮＧ信号）５３に走査変換して出力する第１の走査変換手段、４２は光電変換手段４０から出力された１／２時間圧縮の短時間露光信号（ＳＨＯＲＴ信号）５２を入力して通常の映像信号期間に時間伸長した通常の短時間露光信号（ＳＨＯＲＴ信号）５４に走査変換して出力する第２の走査変換手段、４３は第１の走査変換手段４１からの時間伸長された通常の長時間露光信号（ＬＯＮＧ信号）５３と第２の走査変換手段４２からの時間伸長された通常の短時間露光信号（ＳＨＯＲＴ信号）５４とを同期をとった（同時化した）状態で合成し、合成映像信号５５として出力する信号合成手段である。
【０００５】
図８は上記のように構成された従来の技術におけるダイナミックレンジ拡大カメラの動作を説明するタイミングチャートである。図８（Ａ）は映像信号の水平同期信号を示す。
【０００６】
図８（Ｂ）は、光電変換手段４０によって通常の映像信号期間の１／２に時間圧縮された長時間露光信号（ＬＯＮＧ信号）５１と短時間露光信号（ＳＨＯＲＴ信号）５２とがラインごとに交互に出力されている状態を示す。時間圧縮された長時間露光信号（ＬＯＮＧ信号）５１は第１の走査変換手段４１に入力され、時間圧縮された短時間露光信号（ＳＨＯＲＴ信号）５２は第２の走査変換手段４２に入力される。
【０００７】
図８（Ｃ）は、入力した１／２時間圧縮の長時間露光信号（ＬＯＮＧ信号）５１を第１の走査変換手段４１によって走査変換することにより通常の映像信号期間に時間伸長した通常の長時間露光信号（ＬＯＮＧ信号）５３が生成出力され、また、入力した１／２時間圧縮の短時間露光信号（ＳＨＯＲＴ信号）５２を第２の走査変換手段４２によって走査変換することにより通常の映像信号期間に時間伸長した通常の短時間露光信号（ＳＨＯＲＴ信号）５４が生成出力され、さらに、それら２つの通常の長時間露光信号（ＬＯＮＧ信号）５３と短時間露光信号（ＳＨＯＲＴ信号）５４とが同時化されている状態を示す。
【０００８】
前記の時間伸長され同時化された通常の映像信号期間の長時間露光信号（ＬＯＮＧ信号）５３と短時間露光信号（ＳＨＯＲＴ信号）５４とは同期した状態で信号合成手段４３に入力される。信号合成手段４３は、入力した通常の映像信号期間の長時間露光信号（ＬＯＮＧ信号）５３と短時間露光信号（ＳＨＯＲＴ信号）５４とを合成し、合成映像信号５５として出力する。
【０００９】
図９は入力信号レベルと出力信号レベルとの相関を示している。ガンマ特性、ニー特性、ホワイトバランスなどに関係するものである。
【００１０】
図９（Ａ）は、第１の走査変換手段４１から信号合成手段４３に入力される時間伸長された通常の映像信号期間の長時間露光信号（ＬＯＮＧ信号）５３を示す。この長時間露光信号（ＬＯＮＧ信号）５３は、入力信号レベルが比較的に小さい範囲では出力信号レベルは入力信号レベルにほぼ比例するが、入力信号レベルが大きく高輝度になると出力信号レベルは飽和の領域に入ってしまうことになる。その要因は長時間露光そのものにある。
【００１１】
図９（Ｂ）は、第２の走査変換手段４２から信号合成手段４３に入力される時間伸長された通常の映像信号期間の短時間露光信号（ＳＨＯＲＴ信号）５４を示す。この短時間露光信号（ＳＨＯＲＴ信号）５４は、入力信号レベルの広い範囲にわたって出力信号レベルは入力信号レベルにほぼ比例する。つまり、飽和は起こさない。短時間露光のためである。
【００１２】
図９（Ｃ）は、信号合成手段４３によって長時間露光信号（ＬＯＮＧ信号）５３と短時間露光信号（ＳＨＯＲＴ信号）５４とを合成した結果の合成映像信号５５を示す。この合成映像信号５５においては、図９（Ａ）の長時間露光信号（ＬＯＮＧ信号）５３単独のときの水平フラットな部分つまり飽和領域を、図９（Ｂ）の短時間露光信号（ＳＨＯＲＴ信号）５４の勾配だけ傾斜させることとなっており、結果として、入力信号レベルが大きく高輝度になっても飽和しない出力信号レベルを得ることができている。すなわち、ダイナミックレンジを広げている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように構成された従来技術のダイナミックレンジ拡大カメラにおいては、次のような問題がある。
【００１４】
（１）すなわち、まず、光電変換手段４０上において長時間露光信号（ＬＯＮＧ信号）５１と短時間露光信号（ＳＨＯＲＴ信号）５２とが同時刻でラインごとに交互に存在するような構成となっているので、長時間露光信号が飽和する状態となったときには、長時間露光信号の転送漏れ分が短時間露光信号に漏れ込み、悪影響を与える結果、画質が低下するおそれがある。
【００１５】
（２）上記の（１）の問題を回避するべく光電変換手段の取り扱い電荷量を低減することが考えられるが、そうすると随伴してダイナミックレンジも狭くなってしまい、やはり画質の低下を招く。
【００１６】
（３）光電変換手段上で長時間露光信号と短時間露光信号とをラインごとに交互となるように電荷を走査しなければならないため、光電変換手段の回路構成が相当に複雑なものとなる。
【００１７】
（４）以上の（１）〜（３）のいずれもが原因となって、光電変換手段自体のチップサイズが大型化してしまい、カメラの小型化のトレンド（技術動向）とマッチングしない。また、不必要なコストアップを招く結果となる。
【００１８】
本発明は上記した課題の解決を図るべく創作したものであって、ダイナミックレンジ拡大を有効に達成しながら、光電変換手段の小型化およびコストダウンを図ることを目的としている。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
ダイナミックレンジ拡大カメラについての本発明は、次のような手段を講じることにより、上記の課題を解決するものである。
【００２０】
光電変換手段を通常の倍以上の駆動周波数で駆動することにより、長時間露光信号と短時間露光信号とを面順次に出力させるように構成する。光電変換手段から出力される時間圧縮された長時間露光信号と短時間露光信号のそれぞれに対応して、第１の記憶手段と第２の記憶手段とを設ける。第１の記憶手段は一時記憶した時間圧縮された長時間露光信号を通常の駆動周波数で読み出すことにより、時間伸長された長時間露光信号を出力する。同様に、第２の記憶手段は一時記憶した時間圧縮された短時間露光信号を通常の駆動周波数で読み出すことにより、時間伸長された短時間露光信号を出力する。さらに、信号合成手段を用意し、この信号合成手段に前記の時間圧縮された長時間露光信号と短時間露光信号とを入力して、同期をとって（同時化して）両者を合成することにより合成映像信号を生成する。
【００２１】
以上のようにして生成された合成映像信号は、ダイナミックレンジが拡大されたものとなるが、そのために必要とする光電変換手段は、従来の技術の場合のような特殊なものではなく、通常のタイプの光電変換手段を採用することが可能となる。
【００２２】
光電変換手段において面順次に長時間露光信号と短時間露光信号を生成するに際して、通常の倍以上の駆動周波数で駆動することによりそのようにするので、長時間露光信号を生成するための長時間露光と短時間露光信号を生成するための短時間露光とを光電変換手段において時間をずらせて行うことが可能となっている。したがって、たとえ、長時間露光信号が光電変換手段上で飽和しても、長時間露光信号の転送漏れ分が短時間露光信号に悪影響を与え、画質を低下させるといった不都合は生じないですむ。したがって、また、光電変換手段における取り扱い電荷量をことさら低減するといった特別の対応をとらなくてもよく、ダイナミックレンジの不測の減少を招かないですむ。さらに、従来技術の場合のような複雑な構成の特殊タイプではなく通常タイプの光電変換手段の採用が可能であるので、光電変換手段のチップサイズの不必要な拡大を招かないですむ。そして、カメラの小型化が有利となるとともに、コスト面でも有利である。
【００２３】
このように本発明によると、上記のようなすぐれた付加価値を有しながらもダイナミックレンジ拡大を行うことができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を総括的に説明する。
【００２５】
本願第１の発明のダイナミックレンジ拡大カメラは、長時間露光と、当該長時間露光よりも短い時間露光を行なう短時間露光を交互に繰り返すと共に、当該長時間露光して得られる長時間露光信号と、当該短時間露光して得られる短時間露光信号と、を通常の倍以上の駆動周波数で面順次に出力する光電変換手段と、前記光電変換手段から出力される長時間露光信号を一時記憶し通常の駆動周波数で読み出しを行う第１の記憶手段と、前記光電変換手段から出力される短時間露光信号を一時記憶し通常の駆動周波数で読み出しを行う第２の記憶手段と、前記第１の記憶手段から読み出される時間伸長された長時間露光信号と前記第２の記憶手段から読み出される時間伸長された短時間露光信号とを同期をとって合成し合成映像信号を出力する信号合成手段とを備えたという構成になっている。
【００２６】
この第１の発明による作用については、上記の〔課題を解決するための手段〕の項で説明したのと実質的に同様のものとなる。すなわち、光電変換手段上で長時間露光信号の飽和においてその転送漏れ分が短時間露光信号に悪影響を与えるといったことがないために画質が改善され、簡単な構成の通常タイプの光電変換手段を用いてダイナミックレンジ拡大を実現し、カメラの小型化およびコストダウンを図ることが可能となる。
【００２７】
本願第２の発明のダイナミックレンジ拡大カメラは、上記の第１の発明において、前記光電変換手段における長時間露光の終了と短時間露光の開始との間に電荷掃き捨てを行うように構成してあるというものである。
【００２８】
この第２の発明によると、上記の通常タイプの光電変換手段でダイナミックレンジ拡大を実現するという作用に加えて、さらに次のような作用を発揮する。すなわち、光電変換手段において長時間露光が終了した直後に光電変換手段から電荷掃き捨てを行うので、引き続いての短時間露光に対して長時間露光が悪影響を与えることが回避される。すなわち、長時間露光信号がたとえ飽和状態となったとしても、その転送漏れ分が短時間露光信号に漏れ込むおそれがなく、品質の高い画質を確保することが可能となっている。
【００２９】
本願第３の発明のダイナミックレンジ拡大カメラは、上記の第２の発明において、前記光電変換手段における長時間露光と短時間露光とを垂直周期内で完了し、かつ、前記光電変換手段から前記第１の記憶手段への長時間露光信号の転送の完了後に前記光電変換手段から前記第２の記憶手段への短時間露光信号の転送を開始するように構成してあるというものである。
【００３０】
この第３の発明によると、上記の通常タイプの光電変換手段でダイナミックレンジ拡大を実現するという作用に加えて、さらに次のような作用を発揮する。すなわち、これは、光電変換手段において通常の倍以上の駆動周波数で面順次走査するということに相当している。そして、長時間露光信号の転送が完了して初めて短時間露光信号の転送を開始するので、仮に飽和状態の長時間露光信号であっても短時間露光信号には悪影響を与えないですみ、画質改善を図ることが可能となる。
【００３１】
本願第４の発明のダイナミックレンジ拡大カメラは、上記の第１〜第３の発明において、前記光電変換手段における垂直周期が１／６０秒であるときに、前記長時間露光の露光時間を１／１００秒に設定してあることを特徴としている。
【００３２】
この第４の発明によると、上記の通常タイプの光電変換手段でダイナミックレンジ拡大を実現するという作用に加えて、さらに次のような作用を発揮する。すなわち、一般にビデオカメラは、その垂直周期がＮＴＳＣ方式に準拠した１／６０秒となっている。そのビデオカメラを関東圏の５０Ｈｚの電源地域で使用すると、そのままでは、電源周波数の２倍の周波数すなわち１／１００秒で点滅する蛍光灯照明のためにフリッカが生じるおそれがある。１／６０秒と１／１００秒とでは差分があるためである。
【００３３】
ところが、この第４の発明においては、上記のように長時間露光についての露光時間を１／１００秒となしてあるので、蛍光灯の点滅の位相に対してカメラの動作タイミングがどのようにずれても、入射され蓄積（積分）される光量が常に一定となり、長時間露光信号についてはフリッカの影響を排除することが可能となっている。
【００３４】
本願第５の発明のダイナミックレンジ拡大カメラは、上記の第１〜第４の発明において、前記光電変換手段として通常の映像信号表示画素以上の画素数を有するＣＭＯＳセンサを採用し、さらに、前記第１の記憶手段から前記信号合成手段に転送される時間伸長された長時間露光信号から動きベクトルを検出する動きベクトル検出手段を設け、検出した動きベクトルに基づいて生成された補正信号に基づいて前記光電変換手段をフィードバック制御して所定の画素数領域の切り出しを行って手ぶれ補正するように構成してあるというものである。
【００３５】
この第５の発明によると、簡単な構成の通常タイプの光電変換手段を用いてのダイナミックレンジ拡大を行いながら、時間伸長された長時間露光信号の高速応答性をもつ動きベクトルに基づいて確実な手ぶれ補正をも可能となしてある。
【００３６】
本願第６の発明のダイナミックレンジ拡大カメラは、上記の第１〜第４の発明において、前記光電変換手段として通常の映像信号表示画素以上の画素数を有するＣＭＯＳセンサを採用し、さらに、前記第１の記憶手段から前記信号合成手段に転送される時間伸長された長時間露光信号から動きベクトルを検出する動きベクトル検出手段を設け、検出した動きベクトルに基づいて生成された補正信号に基づいて前記第１の記憶手段および第２の記憶手段をフィードバック制御して所定の画素数領域の切り出しを行って手ぶれ補正するように構成してあるというものである。
【００３７】
この第６の発明によると、簡単な構成の通常タイプの光電変換手段を用いてのダイナミックレンジ拡大を行いながら、時間伸長された長時間露光信号の高速応答性をもつ動きベクトルに基づいて確実な手ぶれ補正をも可能となしてある。
【００３８】
本願第７の発明のダイナミックレンジ拡大カメラは、上記の第１〜第６の発明において、前記光電変換手段として通常の映像信号表示画素以上の画素数を有するＣＭＯＳセンサを採用し、さらに、水平方向または垂直方向あるいは水平垂直両方向で所定の画素数のみ切り出すことで手ぶれ補正を行うように構成してあるというものである。
【００３９】
この第７の発明によると、簡単な構成の通常タイプの光電変換手段を用いてのダイナミックレンジ拡大を行いながら、画素余裕を利用して手ぶれ補正を確実なものとなしてある。なお、一般にＰＡＬ方式の有効画素数はＮＴＳＣ方式に比べて水平、垂直ともに約２０％大きいので、その画素余裕を利用して画質劣化なしに手ぶれ補正が行える。
【００４０】
（具体的な実施の形態）
以下、本発明のダイナミックレンジ拡大カメラの具体的な実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。
【００４１】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１におけるダイナミックレンジ拡大カメラの概略的構成を示すブロック図である。図１において、符号の１０は被写体などからの光束を入射して光電変換により光信号を電気信号に変換するのであるが、露光形態として長時間露光と短時間露光との２方式を交互に繰り返し、それぞれ長時間露光信号２１と短時間露光信号２２を通常の倍以上の駆動周波数で面順次に出力するように構成されている通常タイプの光電変換手段である。この光電変換手段１０が従来の技術の特殊な光電変換手段４０と違って、通常タイプのものであるという点に留意する必要がある。１１は光電変換手段１０から出力された通常の倍以上のレートの長時間露光信号２１を一時記憶するとともに読み出しは通常の駆動周波数で行う第１の記憶手段、１２は光電変換手段１０から出力された通常の倍以上のレートの短時間露光信号２２を一時記憶するとともに読み出しは通常の駆動周波数で行う第２の記憶手段、１３は第１の記憶手段１１から通常の駆動周波数で読み出された時間伸長された長時間露光信号２３と第２の記憶手段１２から通常の駆動周波数で読み出された時間伸長された短時間露光信号２４とを同期をとった（同時化した）状態で合成し、ダイナミックレンジ拡大された１系統の合成映像信号２５として出力する信号合成手段である。
【００４２】
図２は上記のように構成された本実施の形態１におけるダイナミックレンジ拡大カメラの動作を説明するタイミングチャートである。図２（Ａ）は映像信号の垂直同期信号を示す。１Ｖは垂直周期を表す。
【００４３】
図２（Ｂ）は、光電変換手段１０における露光の状態を示すもので、長時間露光と短時間露光とがそれぞれ垂直周期（１Ｖ）内に１回ずつ行われる。これは、露光量の累積を三角形で示している。長時間露光の勾配と短時間露光の勾配とは互いに等しくなっている。長時間露光の方は露光時間が長いため、三角形の高さも大きくなっている。
【００４４】
図２（Ｃ）は、光電変換手段１０に蓄積された電荷の読み出しタイミングを示している。すなわち、タイミングＴ１において長時間露光の電荷読み出しを行い、タイミングＴ２において短時間露光の電荷読み出しを行う。なお、ここで、長時間露光の時間が垂直周期（１Ｖ）の１／２以上となるようにＴ１を設定しておく。
【００４５】
図２（Ｄ）は、光電変換手段１０から面順次で出力された時間圧縮された長時間露光信号２１と短時間露光信号２２のタイミングを示している。すなわち、長時間露光の電荷の読み出しタイミングＴ１から長時間露光信号２１の出力が行われ、また、短時間露光の電荷読み出しタイミングＴ２から短時間露光信号２２の出力が行われる。このとき、光電変換手段１０を通常の倍以上の駆動周波数で動作させるので、図示のように、長時間露光信号２１および短時間露光信号２２はともに、その出力期間が垂直周期（１Ｖ）の１／２以下に時間圧縮される。
【００４６】
光電変換手段１０からの短時間露光の電荷読み出しタイミングＴ２は、このタイミングＴ２よりも前に、図２（Ｄ）における光電変換手段１０からの長時間露光信号２１の読み出しが完了しているように、タイミングＴ２を定めてある。
【００４７】
長時間露光の電荷の読み出しタイミングＴ１を時刻ａとし、短時間露光の開始を時刻ｂとし、長時間露光信号２１の第１の記憶手段１１への転送終了を時刻ｃとし、短時間露光信号２４の第２の記憶手段１２への転送開始を時刻ｄとする。長時間露光信号２１の転送開始は時刻ａであり、長時間露光信号２１の転送終了の時刻ｃより前に短時間露光の開始時刻ｂが設定されている。短時間露光信号２４の転送開始の時刻ｄは読み出しタイミングＴ２であるが、この時刻ｄよりも前に長時間露光信号２１の転送終了の時刻ｃがくるように設定されている。
【００４８】
また、短時間露光信号２２の出力が完了する前に、次の長時間露光が開始されているが、長時間露光の電荷蓄積が低レベルの間に短時間露光信号２２の出力が完了しておれば、特に不都合はない。
【００４９】
光電変換手段１０から出力された時間圧縮された長時間露光信号２１は第１の記憶手段１１に一時記憶され、また、時間圧縮された短時間露光信号２２は第２の記憶手段１２に一時記憶される。
【００５０】
図２（Ｅ）に示すように、第１の記憶手段１１に記憶されている長時間露光信号２１および第２の記憶手段１２に記憶されている短時間露光信号２２のそれぞれは、次の垂直周期（１Ｖ）の期間において、通常の駆動周波数で読み出され、通常の時間軸のもとで伸長される。このとき、時間伸長された長時間露光信号２３の読み出しと時間伸長された短時間露光信号２４の読み出しとは同時化されている。通常時間軸に伸長された長時間露光信号２３と短時間露光信号２４とは同期の状態で信号合成手段１３に入力される。そして、信号合成手段１３は、入力した長時間露光信号２３と短時間露光信号２４とを同時化の状態で合成し、図２（Ｆ）に示すように合成映像信号２５を生成して出力する。この長時間露光信号２３と短時間露光信号２４との合成および合成映像信号２５の出力は、次の短時間露光が終了する時まで、あるいは次の長時間露光が始まる時までに完了することになる。
【００５１】
以上により、従来の技術の図９で説明したのと同様の理由により、ダイナミックレンジが拡大された１系統の合成映像信号２５が生成出力されることになる。採用している光電変換手段１０は通常の光電変換手段であるので、従来技術のような特殊な光電変換手段を使用せずに、良好な信号出力特性を有する状態でダイナミックレンジを拡大することができる。
【００５２】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２は、蛍光灯照明下でのフリッカ（ちらつき）防止にかかわるものである。
【００５３】
図３に示すように、長時間露光にかかわる露光時間を１／１００秒となしてある。垂直周期（１Ｖ）は１／６０秒である。
【００５４】
なお、Ｔ３は光電変換手段１０における長時間露光の電荷読み出しのタイミングであるが、このタイミングＴ３から所定の期間αにわたって、光電変換手段１０から電荷掃き捨てを行うこととしている。そして、タイミングＴ４からタイミングＴ５にかけて短時間露光を行うこととしている。
【００５５】
一般のビデオカメラは、その垂直周期（１Ｖ）がＮＴＳＣ方式に準拠した１／６０秒となっている。そのビデオカメラを関東圏の５０Ｈｚの電源地域で使用すると、そのままでは、電源周波数の２倍の周波数すなわち１／１００秒で点滅する蛍光灯照明のためにフリッカが生じるおそれがある。
【００５６】
ところが、本実施の形態１のダイナミックレンジ拡大カメラにおいては、上記のように長時間露光についての露光時間を１／１００秒となしてあるので、蛍光灯の点滅の位相に対してカメラの動作タイミングがどのようにずれても、入射され蓄積される光量が常に一定となり、長時間露光信号２１についてはフリッカの影響を排除することができる。
【００５７】
また、電荷掃き捨てを行うことにより、引き続いての短時間露光に対して長時間露光が悪影響を与えることが回避される。すなわち、長時間露光信号がたとえ飽和状態となったとしても、その転送漏れ分が短時間露光信号に漏れ込むおそれがなく、品質の高い画質を確保することが可能となっている。
【００５８】
もちろん、実施の形態１の場合と同様に、従来技術のような特殊な光電変換手段を使用せずに、良好な信号出力特性を有する状態でダイナミックレンジを拡大することができるという効果も発揮する。
【００５９】
（実施の形態３）
実施の形態３は、ＣＭＯＳセンサにおける手ぶれ補正をも考慮したより高次のダイナミックレンジ拡大カメラについてのものである。ここでは、動きベクトルの検出をもって光電変換手段そのものを制御することを通じて、手ぶれ補正を行うように構成してある。
【００６０】
図４は本発明の実施の形態３のダイナミックレンジ拡大カメラの構成を示すブロック図である。符号の１０〜１３については既述のとおりであるので説明を省略するが、新たな要素として、符号の１４は第１の記憶手段１１から読み出される通常時間軸に伸長された長時間露光信号２３を入力して、動きベクトルを検出する動きベクトル検出回路である。動きベクトルを短時間露光信号２４から検出するよりも、長時間露光信号２３から検出した方が応答性が高い。この動きベクトル検出回路１４は、検出した動きベクトルに基づいて補正信号Ｓｃを生成し、この補正信号Ｓｃを光電変換手段１０に与えることにより、光電変換手段１０の垂直駆動や水平駆動の制御を行って手ぶれ補正を行うように構成してある。すなわち、検出した動きベクトルを打ち消すようなネガティブフィードバック制御を行うことにより、手ぶれ補正を行うこととしている。
【００６１】
もちろん、実施の形態１の場合と同様に、従来技術のような特殊な光電変換手段を使用せずに、良好な信号出力特性を有する状態でダイナミックレンジを拡大することができるという効果も発揮する。
【００６２】
（実施の形態４）
ＣＭＯＳセンサにおける手ぶれ補正をも考慮したより高次のダイナミックレンジ拡大カメラについての別の形態が本実施の形態４である。ここでは、動きベクトルの検出をもって第１および第２の記憶手段を制御することを通じて、手ぶれ補正を行うように構成してある。
【００６３】
図５は本発明の実施の形態４のダイナミックレンジ拡大カメラの構成を示すブロック図である。符号の１０〜１３については既述のとおりであるので説明を省略するが、新たな要素として、符号の１４は上記の実施の形態３と同様の第１の記憶手段１１から読み出される通常時間軸に伸長された長時間露光信号２３を入力して、動きベクトルを検出する動きベクトル検出回路である。この動きベクトル検出回路１４は、検出した動きベクトルに基づいて補正信号Ｓｃを生成し、この補正信号Ｓｃを第１の記憶手段１１と第２の記憶手段１２とに共通に与えることにより、各記憶手段１１，１２の読み出しアドレスの制御を行って手ぶれ補正を行うように構成してある。すなわち、検出した動きベクトルを打ち消すようなネガティブフィードバック制御を行うことにより、手ぶれ補正を行うこととしている。
【００６４】
もちろん、実施の形態１の場合と同様に、従来技術のような特殊な光電変換手段を使用せずに、良好な信号出力特性を有する状態でダイナミックレンジを拡大することができるという効果も発揮する。
【００６５】
（実施の形態５）
実施の形態５は、ＣＭＯＳセンサの画素余裕を利用して手ぶれ補正を行うように構成したものである。
【００６６】
光電変換手段１０として水平方向または垂直方向あるいは水平垂直両方向において通常の映像信号表示画素以上の画素数を有するＣＭＯＳセンサを使用し、水平画素または垂直画素あるいは水平垂直双方の所定の画素数のみ切り出して出力されるように構成するとよい。
【００６７】
図６（Ａ）は、光電変換手段１０として垂直方向に画素余裕を有するＣＭＯＳセンサを使用した場合の光電変換領域Ａ１と信号出力領域Ａ２を示す。光電変換領域Ａ１は信号出力領域Ａ２よりも上下方向でサイズが大きくなっており、その分、画素余裕がある。その画素余裕の範囲内でウインドウを上下方向に動かして手ぶれ補正を行う。
【００６８】
図６（Ｂ）は、光電変換手段１０として水平垂直両方向に画素余裕を有するＣＭＯＳセンサを使用した場合の光電変換領域Ａ１と信号出力領域Ａ２を示す。光電変換領域Ａ１は信号出力領域Ａ２よりも上下方向および左右方向でサイズが大きくなっており、その分、画素余裕がある。その画素余裕の範囲内でウインドウを上下左右方向に動かして手ぶれ補正を行う。
【００６９】
もちろん、実施の形態１の場合と同様に、従来技術のような特殊な光電変換手段を使用せずに、良好な信号出力特性を有する状態でダイナミックレンジを拡大することができるという効果も発揮する。
【００７０】
なお、ＣＭＯＳセンサにおいて手ぶれ補正を行うと、過剰な駆動周波数の上昇を回避しつつ、ダイナミックレンジ拡大が可能となる。
【００７１】
【発明の効果】
ダイナミックレンジ拡大カメラについての本発明によれば、光電変換手段において面順次に長時間露光信号と短時間露光信号を生成するに際して、通常の倍以上の駆動周波数で駆動することで実現するので、光電変換手段において時間をずらせて長時間露光と短時間露光を行うことが可能であり、たとえ、長時間露光信号が光電変換手段上で飽和しても、長時間露光信号の転送漏れ分が短時間露光信号に悪影響を与えて画質を低下させるといった不都合は生じないですむ。したがって、また、光電変換手段における取り扱い電荷量をことさら低減するといった特別の対応をとらなくてもよく、ダイナミックレンジの不測の減少を招かないですむ。さらに、従来技術の場合のような複雑な構成の特殊タイプではなく通常タイプの光電変換手段の採用が可能であるので、光電変換手段のチップサイズの不必要な拡大を招かないですみ、カメラの小型化およびコスト面が有利なものとなる。つまりは、上記のようなすぐれた付加価値を有しながらもダイナミックレンジ拡大を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１におけるダイナミックレンジ拡大カメラの概略的構成を示すブロック図
【図２】 本発明の実施の形態１におけるダイナミックレンジ拡大カメラの動作を説明するタイミングチャート
【図３】 本発明の実施の形態２のダイナミックレンジ拡大カメラのタイミングチャート
【図４】 本発明の実施の形態３におけるダイナミックレンジ拡大カメラの概略的構成を示すブロック図
【図５】 本発明の実施の形態４におけるダイナミックレンジ拡大カメラの概略的構成を示すブロック図
【図６】 本発明の実施の形態５のダイナミックレンジ拡大カメラにおける光電変換手段としてＣＭＯＳセンサを採用する場合の画素読み出し範囲を示す概念図
【図７】 従来の技術におけるダイナミックレンジ拡大カメラの概略的構成を示すブロック図
【図８】 従来の技術におけるダイナミックレンジ拡大カメラの動作を説明するタイミングチャート
【図９】 ダイナミックレンジ拡大カメラにおける入力信号レベルと出力信号レベルとの相関を示す特性図
【符号の説明】
１０…光電変換手段
１１…第１の記憶手段
１２…第２の記憶手段
１３…信号合成手段
１４…動きベクトル検出手段
２１…時間圧縮された長時間露光信号
２２…時間圧縮された短時間露光信号
２３…時間伸長された長時間露光信号
２４…時間伸長された短時間露光信号
２５…ダイナミックレンジ拡大された合成映像信号
Ｓｃ…補正信号
Ａ１…光電変換領域
Ａ２…信号出力領域
Claims (7)
- 長時間露光と、当該長時間露光よりも短い時間露光を行なう短時間露光を交互に繰り返すと共に、当該長時間露光して得られる長時間露光信号と、当該短時間露光して得られる短時間露光信号と、を通常の倍以上の駆動周波数で面順次に出力する光電変換手段と、
前記光電変換手段から出力される長時間露光信号を一時記憶し通常の駆動周波数で読み出しを行う第１の記憶手段と、
前記光電変換手段から出力される短時間露光信号を一時記憶し通常の駆動周波数で読み出しを行う第２の記憶手段と、
前記第１の記憶手段から読み出される時間伸長された長時間露光信号と前記第２の記憶手段から読み出される時間伸長された短時間露光信号とを同期をとって合成し合成映像信号を出力する信号合成手段とを備えていることを特徴とするダイナミックレンジ拡大カメラ。 - 前記光電変換手段における長時間露光の終了と短時間露光の開始との間に電荷掃き捨てを行うように構成してあることを特徴とする請求項１に記載のダイナミックレンジ拡大カメラ。
- 前記光電変換手段における長時間露光と短時間露光とを垂直周期内で完了し、かつ、前記光電変換手段から前記第１の記憶手段への長時間露光信号の転送の完了後に前記光電変換手段から前記第２の記憶手段への短時間露光信号の転送を開始するように構成してあることを特徴とする請求項２に記載のダイナミックレンジ拡大カメラ。
- 前記光電変換手段における垂直周期が１／６０秒であるときに、前記長時間露光の露光時間を１／１００秒に設定してあることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載のダイナミックレンジ拡大カメラ。
- 前記光電変換手段として通常の映像信号表示画素以上の画素数を有するＣＭＯＳセンサを採用し、さらに、前記第１の記憶手段から前記信号合成手段に転送される時間伸長された長時間露光信号から動きベクトルを検出する動きベクトル検出手段を設け、検出した動きベクトルに基づいて生成された補正信号に基づいて前記光電変換手段をフィードバック制御して所定の画素数領域の切り出しを行って手ぶれ補正するように構成してあることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかに記載のダイナミックレンジ拡大カメラ。
- 前記光電変換手段として通常の映像信号表示画素以上の画素数を有するＣＭＯＳセンサを採用し、さらに、前記第１の記憶手段から前記信号合成手段に転送される時間伸長された長時間露光信号から動きベクトルを検出する動きベクトル検出手段を設け、検出した動きベクトルに基づいて生成された補正信号に基づいて前記第１の記憶手段および第２の記憶手段をフィードバック制御して所定の画素数領域の切り出しを行って手ぶれ補正するように構成してあることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかに記載のダイナミックレンジ拡大カメラ。
- 前記光電変換手段として通常の映像信号表示画素以上の画素数を有するＣＭＯＳセンサを採用し、さらに、水平方向または垂直方向あるいは水平垂直両方向で所定の画素数のみ切り出すことで手ぶれ補正を行うように構成してあることを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれかに記載のダイナミックレンジ拡大カメラ。
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