JP4720130B2 - Imaging device - Google Patents
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Description
本発明は、複数の光電変換特性を切り換えることのできる固体撮像素子を有する撮像装置に関する。 The present invention relates to an imaging apparatus having a solid-state imaging device capable of switching a plurality of photoelectric conversion characteristics.
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2参照)。 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 (see Patent Document 2).
又、本出願人は、固体撮像素子の線形変換動作と対数変換動作が切換可能であるとき、線形変換動作によって得られた画像信号と対数変換動作によって得られた画像信号とを信号処理する際に一方の光電変換特性の画像信号を他方の光電変換特性に切り換えることで共通の回路によって処理可能とした撮像装置を提案している(特許文献3参照)。このような撮像装置において、例えば、フレーム毎に最適な光電変換特性に切り換えるような固体撮像素子を備える場合においても、出力される画像信号を全て一方の光電変換特性の画像信号に変換することができるため、後段の信号処理回路としてそれぞれの光電変換特性に応じた信号処理回路を設ける必要がなくなる。
しかしながら、特許文献3における撮像装置では、異なる光電変換特性の画像信号を常に同一の光電変換特性の画像信号に変換した後、共通の回路によってエッジ強調やガンマ補正などの各種信号処理を施すものとしているため、各光電変換特性によって色合いが悪くなったり、ホワイトバランスがずれてしまう。そのため、固体撮像素子の光電変換特性を切り換えてダイナミックレンジを切り換えたとき、それぞれの光電変換特性において階調性などが異なるため、同一のパラメータで各種信号処理を施した場合、コントラストや色バランスの悪い画像となることがある。
However, in the imaging apparatus disclosed in
このような問題を鑑みて、本発明は、固体撮像素子の光電変換特性を切り換えたとき、その光電変換特性に応じたパラメータによる信号処理を行う撮像装置を提供することを目的とする。 In view of such a problem, an object of the present invention is to provide an imaging apparatus that performs signal processing using parameters according to the photoelectric conversion characteristics when the photoelectric conversion characteristics of the solid-state imaging device are switched.
上記目的を達成するために、本発明の撮像装置は、複数の画素を有する固体撮像素子と、当該固体撮像素子から出力される画像信号の処理を行う信号処理回路と、を備え、前記固体撮像素子の光電変換特性を複数の光電変換特性から選択して切り換える撮像装置において、前記固体撮像素子から出力される画像信号より被写体の輝度分布を検出するとともに、検出した当該被写体の輝度分布に応じた光電変換特性を前記複数の光電変換特性から選択して、前記固体撮像素子の光電変換特性として設定する光電変換特性切換部を有するとともに、前記信号処理回路が、前記画像信号を処理するためのパラメータとして、前記複数の光電変換特性それぞれに応じた複数種類のパラメータを備え、選択された前記光電変換特性に応じたパラメータを前記複数種類のパラメータから選択して前記信号処理回路における処理のパラメータに設定することを特徴とする。 In order to achieve the above object, an imaging apparatus of the present invention includes a solid-state imaging device having a plurality of pixels, and a signal processing circuit that processes an image signal output from the solid-state imaging device, and the solid-state imaging In an imaging apparatus that selects and switches a photoelectric conversion characteristic of an element from a plurality of photoelectric conversion characteristics, the luminance distribution of a subject is detected from an image signal output from the solid-state imaging element, and the luminance distribution of the subject is detected A photoelectric conversion characteristic switching unit that selects a photoelectric conversion characteristic from the plurality of photoelectric conversion characteristics and sets the photoelectric conversion characteristic as a photoelectric conversion characteristic of the solid-state imaging device, and a parameter for the signal processing circuit to process the image signal A plurality of types of parameters corresponding to each of the plurality of photoelectric conversion characteristics, and parameters corresponding to the selected photoelectric conversion characteristics Select from serial plurality of types of parameters and sets the parameter of the processing in the signal processing circuit.
このような撮像装置において、前記光電変換特性切換部において、前記画像信号の信号レベルより被写体の輝度分布を検出し、その被写体の輝度分布に応じた光電変換特性に切り換える。そして、前記信号処理回路に対して、選択された前記光電変換特性に応じたパラメータを設定する。よって、前記信号処理回路では、前記光電変換特性に応じたパラメータを用いた信号処理を行うことで、入力された前記画像信号に対して最適に信号処理を行うことができる。 In such an imaging apparatus, the photoelectric conversion characteristic switching unit detects the luminance distribution of the subject from the signal level of the image signal, and switches to the photoelectric conversion characteristic according to the luminance distribution of the subject. Then, a parameter corresponding to the selected photoelectric conversion characteristic is set for the signal processing circuit. Therefore, the signal processing circuit can optimally perform signal processing on the input image signal by performing signal processing using a parameter corresponding to the photoelectric conversion characteristic.
又、前記信号処理回路が、前記固体撮像素子から出力される画像信号における最低輝度値に対する信号レベルを所定の基準値に変換する基準値補正を行う黒基準補正回路を備え、当該黒基準補正回路が、基準値補正を行うためのパラメータとして、前記各光電変換特性に応じた複数種類のパラメータを備えるようにすることで、前記光電変換特性を切り換えても、前記信号処理回路に与える画像信号の基準レベルを一定に保つことができる。 The signal processing circuit includes a black reference correction circuit that performs a reference value correction for converting a signal level corresponding to a minimum luminance value in an image signal output from the solid-state imaging device into a predetermined reference value, and the black reference correction circuit. However, by providing a plurality of types of parameters corresponding to the photoelectric conversion characteristics as parameters for performing the reference value correction, even if the photoelectric conversion characteristics are switched, the image signal to be supplied to the signal processing circuit The reference level can be kept constant.
更に、このとき、前記黒基準補正回路が、選択された前記光電変換特性に応じて前記基準値補正を行うためのパラメータとなる前記最低輝度値に対する信号レベルを設定するパラメータ設定部と、固体撮像素子から出力される画像信号から前記パラメータ設定部で設定された前記最低輝度値に対する信号レベルを前記画像信号から減算することで、基準値補正を行う減算器と、を備え、当該黒基準補正回路が、基準値補正を行うための前記最低輝度値に対する信号レベルとして、前記各光電変換特性に応じた複数種類の信号レベルを備える。 Further, at this time, the black reference correction circuit sets a signal level for the minimum luminance value that is a parameter for performing the reference value correction according to the selected photoelectric conversion characteristic, and solid-state imaging A subtractor for performing a reference value correction by subtracting a signal level for the lowest luminance value set by the parameter setting unit from the image signal output from an element, and the black reference correction circuit. However, a plurality of types of signal levels corresponding to the photoelectric conversion characteristics are provided as signal levels for the minimum luminance value for performing reference value correction.
又、前記信号処理回路が、前記画像信号の階調を変換する階調変換回路を備え、当該階調変換回路が、階調変換を行うためのパラメータとして、前記各光電変換特性に応じた複数種類のパラメータを備えるものとしても構わない。ダイナミックレンジが広くなる光電変換特性に対しては階調性を上げるパラメータが、ダイナミックレンジが狭くなる光電変換特性に対しては階調性を下げるパラメータが、設定されるようにしても構わない。 The signal processing circuit includes a gradation conversion circuit for converting the gradation of the image signal, and the gradation conversion circuit has a plurality of parameters corresponding to the photoelectric conversion characteristics as parameters for gradation conversion. It does not matter even if it has a kind of parameter. A parameter for increasing the gradation property may be set for the photoelectric conversion characteristics with a wide dynamic range, and a parameter for decreasing the gradation property for the photoelectric conversion characteristics with a narrow dynamic range.
更に、前記階調変換回路が、選択された前記光電変換特性に応じて前記階調変換を行うためのパラメータを設定するパラメータ設定部と、前記パラメータ設定部で設定された前記パラメータに従って、入力された前記画像信号の階調変換を行う階調変換部と、を備える。 Further, the gradation conversion circuit is input in accordance with a parameter setting unit for setting a parameter for performing the gradation conversion according to the selected photoelectric conversion characteristic, and the parameter set by the parameter setting unit. And a gradation conversion unit that performs gradation conversion of the image signal.
又、前記信号処理回路が、前記画像信号のノイズ成分を除去するとともにエッジ強調を行うコアリング回路を備え、当該コアリング回路が、ノイズ成分除去を行うためのパラメータとして、前記各光電変換特性に応じた複数種類のパラメータを備えるものとしても構わないし、又、エッジ強調を行うためのパラメータとして、前記各光電変換特性に応じた複数種類のパラメータを備えるものとしても構わないし、又、ノイズ成分除去及びエッジ強調を行うためのパラメータとして、前記各光電変換特性に応じた複数種類のパラメータを備えるものとしても構わない。 In addition, the signal processing circuit includes a coring circuit that removes noise components of the image signal and performs edge enhancement, and the coring circuit uses each of the photoelectric conversion characteristics as a parameter for performing noise component removal. A plurality of types of parameters may be provided, and a parameter for performing edge enhancement may be provided with a plurality of types of parameters according to the photoelectric conversion characteristics, and noise component removal may be performed. In addition, as a parameter for performing edge enhancement, a plurality of types of parameters corresponding to the respective photoelectric conversion characteristics may be provided.
このとき、当該コアリング回路が、入力された前記画像信号からノイズ成分を除去するローパスフィルタと、入力された前記画像信号から当該ローパスフィルタを通過した画像信号を減算して前記ノイズ成分を抽出する減算器と、当該減算器で得られた前記ノイズ成分をコアリング処理して、エッジ部分以外のノイズ成分を除去するコアリング部と、該コアリング部で得られたエッジ成分に所定量となるエッジ強調量を乗算する乗算器と、前記ローパスフィルタでノイズ成分が除去された前記画像信号に、前記乗算器で前記エッジ強調量が乗算された前記エッジ成分を加算して、エッジ強調された画像信号を出力する加算器と、を備え、前記各光電変換特性に応じて複数種類設定されるパラメータが、前記ローパスフィルタにおいてノイズ成分を除去するためのマトリックス状のローパスフィルタ係数、及び、前記コアリング回路でエッジ部分以外のノイズ成分を除去するためのコアリング係数、及び、前記乗算器でのエッジ強調量のいずれかである。このとき、ローパスフィルタ係数がn×nのマトリックス係数であり、例えば、3×3や5×5のマトリックス係数などが使用される。 At this time, the coring circuit extracts the noise component by subtracting the low-pass filter that removes the noise component from the input image signal and the image signal that has passed through the low-pass filter from the input image signal. A coring unit that corals the noise component obtained by the subtractor to remove noise components other than the edge portion, and the edge component obtained by the coring portion has a predetermined amount. An edge-enhanced image obtained by adding the edge component multiplied by the edge enhancement amount by the multiplier to the image signal from which the noise component has been removed by the multiplier and a multiplier for multiplying the edge enhancement amount. An adder that outputs a signal, and a plurality of types of parameters that are set according to the photoelectric conversion characteristics are noise components in the low-pass filter. Matrix of the low-pass filter coefficients to remove, and coring coefficient for eliminating the noise components other than the edge portion by the coring circuit, and is one of the edge enhancement amount of said multiplier. At this time, the low-pass filter coefficient is an n × n matrix coefficient, for example, a 3 × 3 or 5 × 5 matrix coefficient is used.
又、前記固体撮像素子から出力される画像信号が複数種類の色信号であり、1つの画素に対して当該複数種類の色信号が生成されて前記信号処理回路に与えられるとともに、前記信号処理回路が、前記各画素の前記色信号の種類毎に、他の色信号との相関関係を与えて色補正を行う色補正回路を備え、当該色補正回路が、色補正を行うためのパラメータとして、前記各光電変換特性に応じた複数種類のパラメータを備えるものとしても構わない。この色補正は、ある色合いを強調するための処理である。又、前記固体撮像素子が単板の固体撮像素子であり、各画素に対して前記複数種類の色信号を生成する色補間回路を備えるものとしても構わない。又、前記固体撮像素子が複数板の固体撮像素子であるものとしても構わない。 The image signal output from the solid-state imaging device is a plurality of types of color signals, and the plurality of types of color signals are generated for one pixel and applied to the signal processing circuit. However, for each type of the color signal of each pixel, a color correction circuit that performs a color correction by giving a correlation with another color signal, the color correction circuit as a parameter for performing the color correction, A plurality of types of parameters corresponding to the photoelectric conversion characteristics may be provided. This color correction is a process for emphasizing a certain hue. The solid-state imaging device may be a single-plate solid-state imaging device, and may include a color interpolation circuit that generates the plurality of types of color signals for each pixel. The solid-state image sensor may be a multi-plate solid-state image sensor.
そして、前記色補正回路が、前記色信号の種類毎に、選択された前記光電変換特性に応じて前記色補正を行うためのパラメータを設定するパラメータ設定部と、当該輝度範囲検出部で検出された前記輝度範囲に応じて前記色補正を行うためのパラメータを設定するパラメータ設定部と、入力された前記色信号と同一画素の全種類の色信号それぞれに前記パラメータ設定部で設定された前記パラメータを乗算する乗算器と、前記乗算器で前記パラメータが乗算された前記同一画素の全種類の色信号を加算して、入力された前記色信号の色補正を行う加算器と、を備える。 The color correction circuit is detected by a parameter setting unit that sets a parameter for performing the color correction according to the selected photoelectric conversion characteristic for each type of the color signal, and the luminance range detection unit. A parameter setting unit for setting a parameter for performing the color correction according to the luminance range; and the parameter set by the parameter setting unit for each of all types of color signals of the same pixel as the input color signal. And an adder that adds the color signals of all the same pixels multiplied by the parameter by the multiplier and corrects the color of the input color signal.
前記光電変換特性切換部において、その信号レベルが最大となる飽和レベルの画像信号が第1所定画素数以上前記固体撮像素子より出力されたことを確認したとき、前記固体撮像素子のダイナミックレンジを拡げる光電変換特性を選択するものとしても構わない。 In the photoelectric conversion characteristic switching unit, when it is confirmed that an image signal having a saturation level that maximizes the signal level is output from the solid-state imaging device by a number equal to or more than a first predetermined number of pixels, the dynamic range of the solid-state imaging device is expanded. The photoelectric conversion characteristics may be selected.
又、前記光電変換特性切換部において、前記固体撮像素子より出力された画像信号の最大信号レベルが、その信号レベルが最大となる飽和レベルよりも所定の信号レベル分低い値である場合、前記固体撮像素子のダイナミックレンジを狭める光電変換特性を選択するものとしても構わない。更に、前記固体撮像素子より出力された画像信号の最大信号レベルが、第2所定画素数以上の画素から出力された信号レベルであるものとしても構わない。このとき、前記第1所定画素数が前記第2所定画素数よりも少ない値とすることで、ダイナミックレンジを拡げる場合と、ダイナミックレンジを狭める場合とで、ヒステリシスを与えることができる。 Further, in the photoelectric conversion characteristic switching unit, when the maximum signal level of the image signal output from the solid-state image sensor is a value lower by a predetermined signal level than the saturation level at which the signal level is maximum, the solid-state image signal Photoelectric conversion characteristics that narrow the dynamic range of the image sensor may be selected. Furthermore, the maximum signal level of the image signal output from the solid-state image sensor may be a signal level output from a pixel having a second predetermined number of pixels or more. At this time, by setting the first predetermined number of pixels to a value smaller than the second predetermined number of pixels, it is possible to provide a hysteresis when the dynamic range is expanded and when the dynamic range is decreased.
又、ダイナミックレンジを拡げるように光電変換特性を切り換える時間が、ダイナミックレンジを狭めるように光電変換特性を切り換える時間よりも短くなるように設定しても構わない。 The time for switching the photoelectric conversion characteristics so as to expand the dynamic range may be set to be shorter than the time for switching the photoelectric conversion characteristics so as to narrow the dynamic range.
又、上述の各固体撮像素子において、各光電変換特性が、入射光量に対して対数変換された電気信号を前記画像信号とする対数変換特性と、入射光量に対して線形変換された電気信号を前記画像信号とする線形変換特性とが、輝度に応じて切り替わるものとしても構わない。又、輝度範囲毎に異なる光電変換特性を備えるものとしても構わない。このとき、この特性の切り替わる輝度値を変化させることによって、前記固体撮像素子の光電変換特性を切り換える。 Further, in each of the above-described solid-state imaging devices, each photoelectric conversion characteristic includes a logarithmic conversion characteristic in which the electric signal logarithmically converted with respect to the incident light amount is the image signal, and an electric signal linearly converted with respect to the incident light amount. The linear conversion characteristics used as the image signal may be switched according to the luminance. Moreover, it does not matter as what has a different photoelectric conversion characteristic for every luminance range. At this time, the photoelectric conversion characteristic of the solid-state imaging device is switched by changing the luminance value at which the characteristic is switched.
本発明によると、固体撮像素子に対して設定された光電変換特性に応じた信号処理のパラメータが設定されるため、その光電変換特性に対して最適となる信号処理を画像信号に施すことができる。又、基準値補正を行うパラメータを設定された光電変換特性に応じたものとすることができるため、光電変換特性の差異により発生するオフセットを除去することができる。又、階調特性に対するパラメータを各光電変換特性に応じて設定することができるため、被写体のダイナミックレンジに応じた階調変換を施すことができる。又、ノイズ成分除去又はエッジ強調に対するパラメータを各光電変換特性に応じて設定することができるため、被写体のダイナミックレンジに応じたノイズ成分除去又はエッジ強調を施すことができ、画像信号をコントラストの良い高精度な画像信号に変換することができる。又、色補正に対するパラメータを各光電変換特性に応じて設定することができるため、被写体のダイナミックレンジに応じた色強調を行うことができ、色合いの良い画像信号に変換することができる。以上より、各光電変換特性に対して最適な信号処理を行うことができるため、被写体のダイナミックレンジに影響されることなく、コントラストが良く又SN比が高くなる高精度な画像を得ることができる。 According to the present invention, since the signal processing parameters are set according to the photoelectric conversion characteristics set for the solid-state imaging device, it is possible to perform signal processing that is optimal for the photoelectric conversion characteristics on the image signal. . In addition, since the parameter for performing the reference value correction can be set according to the set photoelectric conversion characteristic, an offset generated due to the difference in the photoelectric conversion characteristic can be removed. Further, since the parameter for the gradation characteristic can be set according to each photoelectric conversion characteristic, gradation conversion according to the dynamic range of the subject can be performed. In addition, since parameters for noise component removal or edge enhancement can be set according to each photoelectric conversion characteristic, noise component removal or edge enhancement can be performed according to the dynamic range of the subject, and the image signal has good contrast. It can be converted into a highly accurate image signal. In addition, since parameters for color correction can be set according to each photoelectric conversion characteristic, color enhancement according to the dynamic range of the subject can be performed, and the image signal can be converted into a good color. As described above, since it is possible to perform optimum signal processing for each photoelectric conversion characteristic, it is possible to obtain a highly accurate image with good contrast and high SN ratio without being affected by the dynamic range of the 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、本発明の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 showing the internal configuration of the imaging apparatus of the present invention.
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替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-state imaging device 2 having a different color filter for each pixel via the
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制御信号に基づいて、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。尚、この黒基準補正回路5の動作については、後述する。
The R signal, the G signal, and the B signal that are serially output from the solid-state imaging device 2 are amplified by the
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制御信号に基づいて、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。
The AE / WB evaluation
又、AE・WB評価値検出回路7では、FPN補正回路6からのRGB信号に基づいて、被写体に最適なダイナミックレンジを検出する。そして、この検出結果が全体制御部13に送出されると、全体制御部13において、検出されたダイナミックレンジに基づくダイナミックレンジ制御信号が生成される。尚、AE・WB評価値検出回路7におけるダイナミックレンジの検出動作については、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、その画素に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 signal, G signal, and B signal 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, r33 from the pixels G11, G31, G13, G33 are converted into the pixels G21, G41, G signals G21, g41, g12, g32, g23, g43, g14, g34 from G12, G32, G23, G43, G14, G34, and B signals b22, b42, b24, b44 from pixels G22, G42, G24, G44. Is output. At this time, the 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.
このように色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による色補正係数が、入力されるRGB信号の光電変換特性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。この色補正回路10における色補正係数a1〜a3,b1〜b3,c1〜c3の切換動作の詳細については、後述する。
rxkl=a1×rkl+a2×gkl+a3×bkl
gxkl=b1×rkl+b2×gkl+b3×bkl
bxkl=c1×rkl+c2×gkl+c3×bkl。
When the RGB signal is obtained for each pixel by performing the color interpolation processing in this way, the RGB signal of each pixel is given to the
rxkl = a1 * rkl + a2 * gkl + a3 * bkl
gxkl = b1 * rkl + b2 * gkl + b3 * bkl
bxkl = c1 * rkl + c2 * gkl + c3 * bkl.
尚、この色補正回路10での色補正処理を行わない場合は、以下のような色補正係数a1〜a3,b1〜b3,c1〜c3が全体制御部13より与えられる。
(a1,a2,a3)=(1.0,0.0,0.0)
(b1,b2,b3)=(0.0,1.0,0.0)
(c1,c2,c3)=(0.0,0.0,1.0)。
When the color correction process is not performed in the
(A1, a2, a3) = (1.0, 0.0, 0.0)
(B1, b2, b3) = (0.0, 1.0, 0.0)
(C1, c2, c3) = (0.0, 0.0, 1.0).
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のような関係の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。尚、階調変換回路11及びコアリング回路12の動作については、後述する。
The RGB signal that has been subjected to 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-state imaging device 2 in the imaging apparatus configured as shown in FIG. 1 will be described with reference to the drawings. FIG. 4 is a block diagram schematically showing a part of the configuration of the solid-state imaging device of this example, and FIG. 5 is a circuit diagram showing the configuration of each pixel.
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25−1,25−2,・・・,25−n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,25−1〜25−n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-state imaging device 2, G11 to Gmn represent pixels arranged in a matrix (matrix arrangement).
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-state imaging device 2 having such a configuration, as shown in FIG. 5, the pixels G11 to Gmn have the drain of the MOS transistor T1 connected to the anode of the photodiode PD to which the DC voltage VPD is applied to the cathode. The gate and drain of the MOS transistor T2 and the gate of the MOS transistor T3 are connected to the source of T1. The gate of the MOS transistor T4 and the drain of the MOS transistor T5 are connected to the source of the MOS transistor T3, and the drain of the MOS transistor T6 is connected to the source of the MOS transistor T4. The drain of the MOS transistor T6 is connected to the output signal line 26 (corresponding to the output signal lines 26-1 to 26-m in FIG. 4). The MOS transistors T1 to T6 are P-channel MOS transistors.
MOSトランジスタT2のソースにはライン25(図4のライン25−1〜25−n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 lines 25-1 to 25-n in FIG. 4), and the DC voltage VPD is applied to the drains of the MOS transistors T3 and T4. Further, the other end of the capacitor C to which the signal φVD is applied via the line 24 (corresponding to the lines 24-1 to 24-n in FIG. 4) is connected to the source of the MOS transistor T3. The DC voltage VRG is input to the source of the MOS transistor T5, and the signal φRS is input to the gate thereof. Further, signals φS and φV are input to the gates of the MOS transistors T1 and T6, respectively.
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-state imaging device 2 configured as described above will be described with reference to the time chart of FIG. First, when a pulse signal φVD having a voltage value Vm and a pulse signal φV are given and an image signal is output, the signal φVD is set to Vh, then the signal φS is set high to turn off the MOS transistor T1, and the reset operation is performed. Begins. Next, the signal φVPS applied to the source of the MOS transistor T2 is set to VH, and the source voltage of the MOS transistor T2 is increased, so that negative charges accumulated in the gate and drain of the MOS transistor T2 and the gate of the MOS transistor T3 are accumulated. Are quickly recombined. At this time, the signal φRS is set low, the MOS transistor T5 is turned on, and the voltage at the connection node between the capacitor C and the gate of the MOS transistor T4 is initialized.
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, the potential state of the MOS transistor T2 is returned to the original state, and then the signal φRS is set 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比例した電圧が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 luminance of the subject to be imaged is low and the amount of incident light incident on 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 linearly proportional to the integrated value of the light quantity appears at the gate of the MOS transistor T3. Also, when the luminance of the object 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した電圧となる。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 quantity flows from the capacitor C through the current amplified by the MOS transistor T3, the gate voltage of the MOS transistor T4 is equal to the integral value of the incident light quantity. Thus, the voltage changes linearly or in a natural logarithm. Then, by setting the voltage value of the signal φVD to Vm and supplying 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 when the luminance range of the subject is narrow, the voltage value VL is lowered to widen the luminance range for linear conversion, and when 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, and 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 sensor that can switch the dynamic range according to the luminance range of the subject, etc., by the
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, the solid-state imaging device having 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 pixels having other configurations such as a pixel having a configuration as shown in Patent Document 2. In addition, the inflection point between the linear conversion operation and the logarithmic conversion operation is changed by changing the voltage value VL of the signal φVPS at the time of imaging. The inflection point between the conversion operation and the logarithmic conversion operation may be changed. The inflection point may be changed by changing the reset time. Furthermore, each pixel is provided with an RGB filter, but other color filters such as cyan, magenta, and yellow may also be provided.
<ダイナミックレンジの検出動作の第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7によるダイナミックレンジの検出動作の第1例について、図面を参照して以下に説明する。図8は、本例のダイナミックレンジの検出動作を示すフローチャートである。
<First Example of Dynamic Range Detection Operation>
A first example of the dynamic range detection operation by the AE / WB evaluation
本例におけるAE・WB評価値検出回路7は、図8のフローチャートのように、まず、FPN補正回路6でFPN成分が除去されたRGB信号の信号レベルを確認することで、各画素の出力レベルを確認する(STEP1)。このFPN補正回路6から入力されるRGB信号の光電変換特性は、図9のようになる。この図9から確認できるように、FPN補正回路6でFPN成分が除去されるため、光電変換特性が線形変換特性から対数変換特性に変化する信号レベルVth、及び、画素が飽和状態となるために最大となる信号レベル(飽和レベル)Vmaxが、RGB信号それぞれにおいて等しくなる。
As shown in the flowchart of FIG. 8, the AE / WB evaluation
そして、各画素の出力レベルに相当する信号レベルが確認されると、その信号レベルの画素数を1つ計数する(STEP2)。即ち、STEP1において信号レベルVxが確認されると、この信号レベルVxに対する画素数が既にxである場合、信号レベルVxに対する画素数を1つ計数してx+1とする。その後、固体撮像素子2の画素G11〜Gmn全てに対する信号レベルが検出されたか否かを確認し(STEP3)、全ての画素について確認されていないときは(No)、STEP1に移行する。又、STEP3で全ての画素の輝度値が確認された場合(Yes)、各信号レベル毎の画素数より被写体のヒストグラムを生成する(STEP4)。尚、STEP3において全ての画素に対する信号レベルを検出しているが、全ての画素に対してではなく、例えば撮像領域の一部の画素の信号レベルを検出してヒストグラムを生成してもよい。
When the signal level corresponding to the output level of each pixel is confirmed, the number of pixels at that signal level is counted by one (STEP 2). That is, when the signal level Vx is confirmed in STEP1, if the number of pixels corresponding to the signal level Vx is already x, the number of pixels corresponding to the signal level Vx is counted as one and is set to x + 1. Thereafter, it is confirmed whether or not the signal levels for all the pixels G11 to Gmn of the solid-state imaging device 2 have been detected (STEP 3). If all the pixels have not been confirmed (No), the process proceeds to
このようにして被写体のヒストグラムを確認すると、このヒストグラムに基づいて、最大信号レベルを検出する(STEP5)。このとき、図10のようなヒストグラムが得られたとき、その画素数が所定数Gth1以上となる信号レベルから最大信号レベルVhが検出される。このように検出された最大信号レベルVhが、飽和レベルVmaxであるか否かが確認される(STEP6)。このとき、最大信号レベルVhが飽和レベルVmaxでない場合(No)、最大信号レベルVhが、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応じた所定閾値レベルVaと比較される(STEP7)。この所定閾値レベルVaは、固体撮像素子2に対して設定されるダイナミックレンジ毎に設定される値であり、ダイナミックレンジを変更する基準となる値である。 When the histogram of the subject is confirmed in this way, the maximum signal level is detected based on this histogram (STEP 5). At this time, when a histogram as shown in FIG. 10 is obtained, the maximum signal level Vh is detected from the signal level at which the number of pixels is equal to or greater than the predetermined number Gth1. It is confirmed whether or not the maximum signal level Vh detected in this way is the saturation level Vmax (STEP 6). At this time, when the maximum signal level Vh is not the saturation level Vmax (No), the maximum signal level Vh is compared with a predetermined threshold level Va corresponding to the dynamic range currently set for the solid-state imaging device 2 (STEP 7). ). The predetermined threshold level Va is a value set for each dynamic range set for the solid-state imaging device 2, and is a value serving as a reference for changing the dynamic range.
STEP6において、最大信号レベルVhが飽和レベルVmaxであることが確認されると(Yes)、固体撮像素子2のダイナミックレンジを現在のダイナミックレンジより広いダイナミックレンジを最適なダイナミックレンジとして検出し、全体制御部13に通知する(STEP8)。又、STEP7において、最大信号レベルVhが所定閾値レベルVaより小さいことが確認されると(Yes)、固体撮像素子2のダイナミックレンジを現在のダイナミックレンジより狭いダイナミックレンジを最適なダイナミックレンジとして検出し、全体制御部13に通知する(STEP9)。更に、STEP7において、最大信号レベルVhが所定閾値レベルVa以上であることが確認されると(No)、現在設定されている固体撮像素子2のダイナミックレンジを最適なダイナミックレンジとして検出し、全体制御部13に通知する(STEP10)。
If it is confirmed in
尚、STEP8において最適なダイナミックレンジとして広いダイナミックレンジを検出するとき、最大信号レベルの画素数が多いと、そのダイナミックレンジが広くなるように最適なダイナミックレンジを設定する。又、STEP9において最適なダイナミックレンジとして狭いダイナミックレンジを検出するとき、最大信号レベルがその飽和レベル近傍の値であるとともに飽和レベルより小さい値となるダイナミックレンジを最適なダイナミックレンジとして設定する。
When a wide dynamic range is detected as the optimum dynamic range in
よって、例えば、固体撮像素子2の光電変換特性が図11のa3のような状態であるときに、飽和レベルVmaxとなる最大信号レベルの画素数が多いと、固体撮像素子2の光電変換特性が図11のa1となる最も広いダイナミックレンジD1を最適なダイナミックレンジに設定し、又、飽和レベルとなる最大信号レベルの画素数が少ないと、固体撮像素子2の光電変換特性が図11のa2となる次に広いダイナミックレンジD2を最適なダイナミックレンジに設定する。又、例えば、固体撮像素子2の光電変換特性が図11のa1のような状態であるときに最大信号レベルがVh1である場合、この最大信号レベルVh1に対応する輝度値Lh1に対する信号レベルを飽和レベルVmaxに最も近い値とする光電変換特性が確認される。よって、この輝度値Lh1に対する信号レベルがVh2となり飽和レベルVmaxに最も近い値となる光電変換特性a3によるダイナミックレンジD3を最適なダイナミックレンジに設定する。 Therefore, for example, when the photoelectric conversion characteristic of the solid-state imaging device 2 is in a state as shown by a3 in FIG. 11, if the number of pixels of the maximum signal level that is the saturation level Vmax is large, the photoelectric conversion characteristic of the solid-state imaging device 2 is When the widest dynamic range D1 that becomes a1 in FIG. 11 is set to the optimum dynamic range and the number of pixels of the maximum signal level that becomes the saturation level is small, the photoelectric conversion characteristics of the solid-state imaging device 2 are the same as a2 in FIG. The next wide dynamic range D2 is set to the optimum dynamic range. Further, for example, when the maximum signal level is Vh1 when the photoelectric conversion characteristic of the solid-state imaging device 2 is in the state as shown in a1 of FIG. 11, the signal level with respect to the luminance value Lh1 corresponding to the maximum signal level Vh1 is saturated. A photoelectric conversion characteristic having a value closest to the level Vmax is confirmed. Therefore, the dynamic range D3 based on the photoelectric conversion characteristic a3 that becomes the value closest to the saturation level Vmax when the signal level with respect to the luminance value Lh1 is Vh2 is set to the optimum dynamic range.
<ダイナミックレンジの検出動作の第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によるダイナミックレンジの検出動作の第2例について、図面を参照して以下に説明する。図12は、本例のダイナミックレンジの検出動作を示すフローチャートである。尚、図12のフローチャートにおいて、図8のフローチャートと同一の動作ステップについては、同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。
<Second example of dynamic range detection operation>
A second example of the dynamic range detection operation by the AE / WB evaluation
本例におけるAE・WB評価値検出回路7は、図12のフローチャートのように、第1例と同様、まず、STEP1〜STEP4において、FPN補正回路6でFPN成分が除去されたRGB信号の信号レベルにより固体撮像素子2の全画素の信号レベルを確認することで、各信号レベルの画素数を計数して被写体のヒストグラムを形成する。このようにして被写体のヒストグラムを確認すると、このヒストグラムから飽和レベルVmaxとなる画素数を確認する(STEP101)。
As shown in the flowchart of FIG. 12, the AE / WB evaluation
そして、この飽和レベルVmaxとなる画素数Gxが所定数Gth2(Gth2<Gth1)と比較される(STEP102)。このとき、飽和レベルVmaxとなる画素数Gxが所定数Gth2よりも少ないとき(No)、第1例と同様、その画素数が所定数Gth1以上となる信号レベルから最大信号レベルVhを検出する(STEP5)。そして、検出したこの最大信号レベルVhが、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応じた所定閾値レベルVaと比較される(STEP7)。 Then, the number of pixels Gx at the saturation level Vmax is compared with a predetermined number Gth2 (Gth2 <Gth1) (STEP 102). At this time, when the number of pixels Gx at the saturation level Vmax is smaller than the predetermined number Gth2 (No), the maximum signal level Vh is detected from the signal level at which the number of pixels is equal to or greater than the predetermined number Gth1 (No). (Step 5). The detected maximum signal level Vh is compared with a predetermined threshold level Va corresponding to the dynamic range currently set for the solid-state imaging device 2 (STEP 7).
STEP102において、飽和レベルVmaxとなる画素数Gxが所定数Gth2以上あることが確認されると(Yes)、固体撮像素子2のダイナミックレンジを現在のダイナミックレンジより広いダイナミックレンジを最適なダイナミックレンジとして検出し、全体制御部13に通知する(STEP8)。又、STEP7において、最大信号レベルVhが所定閾値レベルVaより小さいことが確認されると(Yes)、第1例と同様、固体撮像素子2のダイナミックレンジを現在のダイナミックレンジより狭いダイナミックレンジを最適なダイナミックレンジとして検出し、全体制御部13に通知する(STEP9)。更に、STEP7において、最大信号レベルVhが所定閾値レベルVa以上であることが確認されると(No)、第1例と同様、現在設定されている固体撮像素子2のダイナミックレンジを最適なダイナミックレンジとして検出し、全体制御部13に通知する(STEP10)。
In STEP102, when it is confirmed that the number of pixels Gx at the saturation level Vmax is equal to or greater than the predetermined number Gth2 (Yes), the dynamic range of the solid-state imaging device 2 is detected as a dynamic range wider than the current dynamic range as the optimum dynamic range. Then, it notifies the overall control unit 13 (STEP 8). If it is confirmed in
尚、STEP8において最適なダイナミックレンジとして広いダイナミックレンジを検出するとき、第1例と同様、最大信号レベルの画素数が多いと、そのダイナミックレンジが広くなるように最適なダイナミックレンジを設定する。又、STEP9において最適なダイナミックレンジとして狭いダイナミックレンジを検出するときも、第1例と同様、最大信号レベルがその飽和レベル近傍の値であるとともに飽和レベルより小さい値となるダイナミックレンジを最適なダイナミックレンジとして設定する。
When a wide dynamic range is detected as the optimum dynamic range in
本例のように、ダイナミックレンジを拡げるための閾値となる飽和レベルとなる画素数Gth2を、ダイナミックレンジを狭めるために確認する最大信号レベルVhを検出する際の画素数Gth1よりも少ない画素数とすることによって、被写体のダイナミックレンジが広くなった場合の方が、被写体のダイナミックレンジが狭くなった場合と比べて、少ない変化率で確認することができる。よって、ダイナミックレンジを拡げることを検出する感度をダイナミックレンジを狭めることを検出する感度よりも高くして、その変化にヒステリシスを与えることができる。 As in this example, the number of pixels Gth2, which is a saturation level serving as a threshold for expanding the dynamic range, is smaller than the number of pixels Gth1 when detecting the maximum signal level Vh to be checked to narrow the dynamic range. By doing so, it can be confirmed with a smaller change rate when the dynamic range of the subject becomes wider than when the dynamic range of the subject becomes narrower. Therefore, the sensitivity for detecting the expansion of the dynamic range can be made higher than the sensitivity for detecting the reduction of the dynamic range, and hysteresis can be given to the change.
上述のダイナミックレンジの検出動作の第1例及び第2例のようにして検出された最適なダイナミックレンジが全体制御部13に与えられるため、全体制御部13からのダイナミックレンジ制御信号により設定される固体撮像素子2の光電変換特性は、被写体に対して、線形変換特性で光電変換を行う輝度領域が可能な限り広くなるような光電変換特性となる。そして、全体制御部13よりダイナミックレンジ制御信号が出力されて固体撮像素子2の光電変換特性を切り換えるとき、ダイナミックレンジが広くなるように切り換えるときは、その切換時間を短くして急激に切り換え、又、ダイナミックレンジが狭くなるように切り換えるときは、その切換時間を長くして徐々に切り換える。
Since the optimum dynamic range detected as in the first and second examples of the dynamic range detection operation described above is given to the
<黒基準補正回路>
図1のように構成される撮像装置における黒基準補正回路の動作について、図面を参照して以下に詳細に説明する。図13は、黒基準補正回路の内部構成を示すブロック図である。
<Black reference correction circuit>
The operation of the black reference correction circuit in the imaging apparatus configured as shown in FIG. 1 will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 13 is a block diagram showing the internal configuration of the black reference correction circuit.
黒基準補正回路5は、図13に示すように、全体制御部13より与えられるダイナミックレンジ制御信号により黒レベルを設定する黒レベル設定部51と、AD変換回路4より入力されるRGB信号に対して黒レベル設定部51で設定された黒レベルを減算して基準値補正を行う減算器52と、を備える。このように黒基準補正回路5が構成されるとき、黒レベル設定部51では、ダイナミックレンジ制御信号によって設定される固体撮像素子2の光電変換特性と同数の黒レベルを、各光電変換特性と対応させて格納している。
As shown in FIG. 13, the black
この黒レベルの差異は、固体撮像素子2のリセット時間が有限であることより、固体撮像素子2に光電変換特性を設定する際に撮像動作時の信号φVPSの電圧値VLを変更するとき、リセット時の信号φVPSの電圧値VHとの差が大きいほど、そのリセット動作によるリセット効果が高くなることを原因として生じる。これは、信号φVPSの電圧値VH,VLの差が大きいことから、各画素から出力される撮像時の画像信号とリセット時のノイズ信号の差が大きくなるためである。 This black level difference is reset when the voltage value VL of the signal φVPS during the imaging operation is changed when the photoelectric conversion characteristics are set in the solid-state imaging device 2 because the reset time of the solid-state imaging device 2 is finite. The larger the difference from the voltage value VH of the time signal φVPS, the higher the reset effect by the reset operation. This is because the difference between the voltage values VH and VL of the signal φVPS is large, so that the difference between the image signal at the time of imaging output from each pixel and the noise signal at the time of reset is large.
各画素から出力される撮像時の画像信号とリセット時のノイズ信号の差が大きくなることより、同一の最低輝度としたとき、線形変換特性の輝度領域が広い光電変換特性としたときほど、固体撮像素子2から出力される最低輝度に対する画像信号の信号レベルが高くなり、逆に、対数変換特性の輝度領域が広い光電変換特性としたときほど、固体撮像素子2から出力される最低輝度に対する画像信号の信号レベルが低くなる。よって、黒レベル設定部51に格納される黒レベルは、線形変換特性の輝度領域が広い光電変換特性に対するものほど高い値となり、逆に、対数変換特性の輝度領域が広い光電変換特性に対するものほど低い値となる。即ち、全体制御部13より与えられるダイナミックレンジ制御信号によって、図11のような光電変換特性a1〜a4に切り換えられるとき、光電変換特性a1,a2,a3,a4の順に、黒レベル設定部51に格納される黒レベルが低い値となる。
Because the difference between the image signal output from each pixel at the time of imaging and the noise signal at the time of resetting becomes large, the solid state becomes more solid when the same minimum luminance is obtained and the photoelectric conversion characteristic has a wider luminance region of the linear conversion characteristic. The signal level of the image signal with respect to the minimum luminance output from the image sensor 2 becomes higher, and conversely, the image with respect to the minimum luminance output from the solid-state image sensor 2 as the logarithmic conversion characteristic has a wider luminance region. The signal level of the signal is lowered. Therefore, the black level stored in the black
このような各光電変換特性に応じた黒レベルが黒レベル設定部51に格納される黒基準補正回路5は、全体制御部13よりダイナミックレンジ制御信号が入力されると、まず、このダイナミックレンジ制御信号によって決定される光電変換特性と同一の光電変換特性が確認される。このとき、ダイナミックレンジ制御信号によって決定される光電変換特性と各黒基準レベルに対応して格納している光電変換特性とを順番に比較し、同一の光電変換特性を確認するようにしても構わない。
In the black
そして、ダイナミックレンジ制御信号によって決定される光電変換特性と同一の光電変換特性を確認すると、確認した光電変換特性に対応する黒レベルを読み出して、減算器52に与える。即ち、図11のような光電変換特性a1〜a4に切り換えられるとともに、光電変換特性a1〜a4それぞれに対して黒レベルVb1〜Vb4が格納されているとき、例えば、ダイナミックレンジ制御信号によって光電変換特性a2となるように設定されると、黒レベルVb2が読み出されて減算器52に与えられる。このようにして、黒レベル設定部51で設定された黒レベルが減算器52に与えられると、減算器52では、AD変換回路4から出力されるRGB信号から黒レベル設定部51で設定された黒レベルを減算して、FPN補正回路6に出力する。よって、FPN補正回路6に対して、基準値補正を行ったRGB信号を出力することができる。
When the photoelectric conversion characteristic identical to the photoelectric conversion characteristic determined by the dynamic range control signal is confirmed, the black level corresponding to the confirmed photoelectric conversion characteristic is read and provided to the
<色補正回路>
図1のように構成される撮像装置における色補正回路の動作について、図面を参照して以下に詳細に説明する。図14は、色補正回路の内部構成を示すブロック図である。
<Color correction circuit>
The operation of the color correction circuit in the imaging apparatus configured as shown in FIG. 1 will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 14 is a block diagram showing the internal configuration of the color correction circuit.
色補正回路10は、図14に示すように、全体制御部13からのダイナミックレンジ制御信号によりRGB信号それぞれに対する色補正係数を設定する係数設定部102r,102g,102bと、係数設定部102rで設定された色補正係数a1,a2,a3がそれぞれ与えられる乗算器103rr,103rg,103rbと、係数設定部102gで設定された色補正係数b1,b2,b3がそれぞれ与えられる乗算器103gr,103gg,103gbと、係数設定部102bで設定された色補正係数c1,c2,c3がそれぞれ与えられる乗算器103br,103bg,103bbと、乗算器103rr,103rgからの出力を加算する加算器104rと、乗算器103rb及び加算器104rからの出力を加算する加算器105rと、乗算器103gr,103ggからの出力を加算する加算器104gと、乗算器103gb及び加算器104gからの出力を加算する加算器105gと、乗算器103br,103bgからの出力を加算する加算器104bと、乗算器103bb及び加算器104bからの出力を加算する加算器105bと、を備える。
As shown in FIG. 14, the
このとき、係数設定部102r,102g,102bそれぞれでは、ダイナミックレンジ制御信号によって設定される固体撮像素子2の光電変換特性と同数の色補正係数a1〜a3,b1〜b3,c1〜c3を、各光電変換特性と対応させて格納している。よって、全体制御部13よりダイナミックレンジ制御信号が係数設定部102r,102g,102bそれぞれに入力されると、まず、このダイナミックレンジ制御信号によって決定される光電変換特性と同一の光電変換特性を確認し、確認した光電変換特性に応じた色補正係数a1〜a3,b1〜b3,c1〜c3を読み出す。このとき、ダイナミックレンジ制御信号によって決定される光電変換特性と各色補正係数に対応して格納している光電変換特性とを順番に比較し、同一の光電変換特性を確認するようにしても構わない。
At this time, in each of the
又、固体撮像素子2のダイナミックレンジを拡げるにつれて、色補間回路9から入力されるRGB信号による色合いが淡くなるため、ダイナミックレンジが広くなるほど色強調が行われるような色補正係数a1〜a3,b1〜b3,c1〜c3が格納されている。具体的には、固体撮像素子2の光電変換特性における線形変換特性となる輝度領域が広くなるほど、色補正係数a1,b2,c3の値が1.0に近い値とされ、逆に、固体撮像素子2の光電変換特性における対数変換特性となる輝度領域が広くなるほど、色補正係数a1,b2,c3の値が1.0よりも大きな値とされる。又、色補正係数a1〜a3,b1〜b3,c1〜c3の値はそれぞれ、a1+a2+a3=1、b1+b2+b3=1、c1+c2+c3=1を満たす値とされる。このような色補正係数a1〜a3,b1〜b3,c1〜c3の値が、ダイナミックレンジがax,ay,azの順に大きくなる光電変換特性ax,ay,azに対して、例えば、以下のように設定される。
Further, as the dynamic range of the solid-state image pickup device 2 is expanded, the color tone by the RGB signal input from the
光電変換特性ax
(a1,a2,a3)=( 1.2,-0.1,-0.1)
(b1,b2,b3)=(-0.1, 1.2,-0.1)
(c1,c2,c3)=(-0.1,-0.1, 1.2)
光電変換特性ay
(a1,a2,a3)=( 1.35,-0.175,-0.175)
(b1,b2,b3)=(-0.175, 1.35,-0.175)
(c1,c2,c3)=(-0.175,-0.175, 1.35)
光電変換特性az
(a1,a2,a3)=( 1.5,-0.25,-0.25)
(b1,b2,b3)=(-0.25, 1.5,-0.25)
(c1,c2,c3)=(-0.25,-0.25, 1.5)。
Photoelectric conversion characteristics ax
(A1, a2, a3) = (1.2, -0.1, -0.1)
(B1, b2, b3) = (− 0.1, 1.2, −0.1)
(C1, c2, c3) = (− 0.1, −0.1, 1.2)
Photoelectric conversion characteristics ay
(A1, a2, a3) = (1.35, -0.175, -0.175)
(B1, b2, b3) = (-0.175, 1.35, -0.175)
(C1, c2, c3) = (-0.175, -0.175, 1.35)
Photoelectric conversion characteristics az
(A1, a2, a3) = (1.5, -0.25, -0.25)
(B1, b2, b3) = (− 0.25, 1.5, −0.25)
(C1, c2, c3) = (− 0.25, −0.25, 1.5).
よって、光電変換特性axに対応したダイナミックレンジ制御信号が全体制御部13から係数設定部102r,102g,102bに与えられると、係数設定部102rが色補正係数(a1,a2,a3)を(1.2,-0.1,-0.1)として乗算器103rr,103rg,103rbに与え、係数設定部102gが色補正係数(b1,b2,b3)を(-0.1,1.2,-0.1)として乗算器103gr,103gg,103gbに与え、係数設定部1102bが色補正係数(c1,c2,c3)を(-0.1,-0.1,1.2)として乗算器103br,103bg,103bbに与える。
Therefore, when a dynamic range control signal corresponding to the photoelectric conversion characteristic ax is given from the
又、光電変換特性ayに対応したダイナミックレンジ制御信号が全体制御部13から係数設定部102r,102g,102bに与えられると、係数設定部102rが色補正係数(a1,a2,a3)を(1.35,-0.175,-0.175)として乗算器103rr,103rg,103rbに与え、係数設定部102gが色補正係数(b1,b2,b3)を(-0.175,1.35,-0.175)として乗算器103gr,103gg,103gbに与え、係数設定部102bが色補正係数(c1,c2,c3)を(-0.175,-0.175,1.35)として乗算器103br,103bg,103bbに与える。
When a dynamic range control signal corresponding to the photoelectric conversion characteristic ay is given from the
又、光電変換特性azに対応したダイナミックレンジ制御信号が全体制御部13から係数設定部102r,102g,102bに与えられると、係数設定部102rが色補正係数(a1,a2,a3)を(1.5,-0.25,-0.25)として乗算器103rr,103rg,103rbに与え、係数設定部102gが色補正係数(b1,b2,b3)を(-0.25,1.5,-0.25)として乗算器103gr,103gg,103gbに与え、係数設定部102bが色補正係数(c1,c2,c3)を(-0.25,-0.25,1.5)として乗算器103br,103bg,103bbに与える。
When a dynamic range control signal corresponding to the photoelectric conversion characteristic az is given from the
このように、係数設定部102rで設定された色補正係数a1,a2,a3がそれぞれ乗算器103rr,103rg,103rbに与えられると、乗算器103rrにおいてR信号に色補正係数a1が、乗算器103rgにおいてG信号に色補正係数a2が、乗算器103rbにおいてB信号に色補正係数a3がそれぞれ乗算される。同様に、係数設定部102gで設定された色補正係数b1,b2,b3がそれぞれ乗算器103gr,103gg,103gbに与えられると、乗算器103grにおいてR信号に色補正係数b1が、乗算器103ggにおいてG信号に色補正係数b2が、乗算器103gbにおいてB信号に色補正係数b3がそれぞれ乗算される。同様に、係数設定部102bで設定された色補正係数c1,c2,c3がそれぞれ乗算器103br,103bg,103bbに与えられると、乗算器103brにおいてR信号に色補正係数c1が、乗算器103bgにおいてG信号に色補正係数c2が、乗算器103bbにおいてB信号に色補正係数c3がそれぞれ乗算される。
As described above, when the color correction coefficients a1, a2, and a3 set by the
そして、乗算器103rrで色補正係数a1が乗算されたR信号に乗算器103rgで色補正係数a2が乗算されたG信号が加算器104rで加算された後、更に、乗算器103rbで色補正係数a3が乗算されたB信号が加算器105rで加算され、色補正されたR信号が出力される。同様に、乗算器103grで色補正係数b1が乗算されたR信号に乗算器103ggで色補正係数b2が乗算されたG信号が加算器104gで加算された後、更に、乗算器103gbで色補正係数b3が乗算されたB信号が加算器105gで加算され、色補正されたG信号が出力される。同様に、乗算器103brで色補正係数c1が乗算されたR信号に乗算器103bgで色補正係数c2が乗算されたG信号が加算器104bで加算された後、更に、乗算器103bbで色補正係数c3が乗算されたB信号が加算器105bで加算され、色補正されたB信号が出力される。
Then, the R signal multiplied by the color correction coefficient a1 by the multiplier 103rr is added by the
よって、例えば、光電変換特性ayに対応したダイナミックレンジ制御信号が全体制御部13から係数設定部102r,102g,102bに与えられると、係数設定部102rが、色補正係数(a1,a2,a3)を(1.35,-0.175,-0.175)として乗算器103rr,103rg,103rbに与え、又、係数設定部102gが、色補正係数(b1,b2,b3)を(-0.175,1.35,-0.175)として乗算器103gr,103gg,103gbに与え、又、係数設定部102bが、色補正係数(c1,c2,c3)を(-0.175,-0.175,1.35)として乗算器103br,103bg,103bbに与える。
Therefore, for example, when a dynamic range control signal corresponding to the photoelectric conversion characteristic ay is given from the
そして、乗算器103rrでR信号rklに1.35となる色補正係数a1が乗算され、乗算器103rgでG信号gklに-0.175となる色補正係数a2が乗算され、乗算器103rbでB信号bklに-0.175となる色補正係数a3が乗算される。又、乗算器103grでR信号rklに-0.175となる色補正係数b1が乗算され、乗算器103ggでG信号gklに1.35となる色補正係数b2が乗算され、乗算器103gbでB信号bklに-0.175となる色補正係数b3が乗算される。又、乗算器103brでR信号rklに-0.175となる色補正係数c1が乗算され、乗算器103bgでG信号gklに-0.175となる色補正係数c2が乗算され、乗算器103bbでB信号bklに1.35となる色補正係数c3が乗算される。 The multiplier 103rr multiplies the R signal rkl by the color correction coefficient a1 of 1.35, the multiplier 103rg multiplies the G signal gkl by the color correction coefficient a2 of −0.175, and the multiplier 103rb multiplies the B signal bkl by −. The color correction coefficient a3 which is 0.175 is multiplied. Further, the multiplier 103gr multiplies the R signal rkl by a color correction coefficient b1 of −0.175, the multiplier 103gg multiplies the G signal gkl by a color correction coefficient b2 of 1.35, and the multiplier 103gg multiplies the B signal bkl by −. The color correction coefficient b3 which is 0.175 is multiplied. The multiplier 103br multiplies the R signal rkl by a color correction coefficient c1 of −0.175, the multiplier 103bg multiplies the G signal gkl by the color correction coefficient c2 of −0.175, and the multiplier 103bb multiplies the B signal bkl by the multiplier 103bb. A color correction coefficient c3 of 1.35 is multiplied.
その後、加算器104rで1.35×rklとなるR信号に-0.175×gklとなるG信号が加算された後、加算器105rで-0.175×bklとなるB信号が加算されて、1.35×rkl-0.175×gkl-0.175×bklとなる色補正されたR信号rxklが出力される。又、加算器104gで-0.175×rklとなるR信号に1.35×gklとなるG信号が加算された後、加算器105gで-0.175×bklとなるB信号が加算されて、-0.175×rkl+1.35×gkl-0.175×bklとなる色補正されたG信号gxklが出力される。又、加算器104bで-0.175×rklとなるR信号に-0.175×gklとなるG信号が加算された後、加算器105bで1.35×bklとなるB信号が加算されて、-0.175×rkl-0.175×gkl+1.35×bklとなる色補正されたB信号bxklが出力される。
Thereafter, the
<階調変換回路>
図1のように構成される撮像装置における階調変換回路の動作について、図面を参照して以下に詳細に説明する。図15は、階調変換回路の内部構成を示すブロック図である。図16は、階調変換回路における入出力と光電変換特性との関係を示すグラフである。尚、以下の説明においては、説明を簡略化するために、光電変換特性が線形変換特性と対数変換特性の2つの変換特性を有する場合について説明する。
<Tone conversion circuit>
The operation of the gradation conversion circuit in the imaging apparatus configured as shown in FIG. 1 will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 15 is a block diagram showing the internal configuration of the gradation conversion circuit. FIG. 16 is a graph showing the relationship between input / output and photoelectric conversion characteristics in the gradation conversion circuit. In the following description, in order to simplify the description, a case will be described in which the photoelectric conversion characteristic has two conversion characteristics of a linear conversion characteristic and a logarithmic conversion characteristic.
階調変換回路11は、図15に示すように、色補正回路10から入力される各画素のRGB信号それぞれの光電変換特性について確認するコンパレータ111r,111g,111bと、コンパレータ111r,111g,111bからの出力によりRGB信号それぞれを階調変換する際の演算式を設定する演算式設定部112r,112g,112bと、演算式設定部112r,112g,112bそれぞれから与えられる演算式に従って色補正回路10から入力される各画素のRGB信号それぞれの階調変換を行う階調変換部113r,113g,113bと、を備える。
As shown in FIG. 15, the
このような構成の階調変換回路11において、コンパレータ111r,111g,111bでは、色補正回路10から入力されるRGB信号の信号レベルと閾値となる信号レベルを比較することによって、各信号の光電変換特性を確認する。以下に、コンパレータ111rを代表して、その動作について説明する。色補正回路10から出力されるR信号の信号レベルと被写体の輝度値との関係を表す光電変換特性が図16のように表されるとき、閾値となる信号レベルとして閾値レベルV1が設定される。この閾値レベルV1に対応する輝度値が図16のようにL1となるとき、輝度値L1より低い輝度範囲において、その光電変換特性が線形変換特性であるものとし、又、輝度値L1より高い輝度範囲において、その光電変換特性が対数変換特性であるものとする。又、以下では、輝度値L1より低い輝度範囲を線形領域、輝度値L1より高い輝度範囲を対数領域とする。更に、色補正回路10から出力されるGB信号それぞれについても、既にWB制御回路8でホワイトバランス処理が施された後なので、R信号と同様、図16のような光電変換特性となり、線形領域と対数領域とを識別するための閾値レベルが輝度値L1に対応する信号レベルV1となる。
In the
よって、コンパレータ111rでは、この閾値レベルV1に基づいて、各画素毎に、R信号の光電変換特性が線形領域及び対数領域のいずれの領域のものであるかを確認する。即ち、信号レベルが閾値レベルV1より低いR信号が入力されたときは、線形領域のものであることが確認され、又、信号レベルが閾値レベルV1以上のR信号が入力されたときは、対数領域のものであることが確認される。同様に、コンパレータ111gでは、閾値レベルV1に基づいて、各画素毎に、G信号の光電変換特性が線形領域及び対数領域のいずれの領域のものであるかを、コンパレータ111bでは、閾値レベルV1に基づいて、各画素毎に、B信号の光電変換特性が線形領域及び対数領域のいずれの領域のものであるかを、それぞれ確認する。又、コンパレータ111r,111g,111bにおいて、ダイナミックレンジ制御信号によって設定される固体撮像素子2の光電変換特性と同数の閾値レベルV1が、各光電変換特性と対応して格納される。
Therefore, the comparator 111r confirms, for each pixel, whether the photoelectric conversion characteristic of the R signal is in a linear region or a logarithmic region based on this threshold level V1. That is, when an R signal whose signal level is lower than the threshold level V1 is input, it is confirmed that the signal is in the linear region, and when an R signal whose signal level is equal to or higher than the threshold level V1 is input, logarithm Confirmed to be in the area. Similarly, in the
このコンパレータ111r,111g,111bそれぞれで確認された結果がそれぞれ、演算式設定部112r,112g,112bに与えられて、その結果に基づいて、RGB信号それぞれの階調変換を行うための演算式fr,fg,fbが設定される。この演算式fr,fg,fbとしてそれぞれ、線形領域、対数領域の2領域に応じた2種類の演算式が、全体制御部13のダイナミックレンジ制御信号によって設定される固体撮像素子2の各光電変換特性毎に演算式設定部112r,112g,112bで格納される。よって、例えば、ダイナミックレンジがax,ay,azの順に大きくなる光電変換特性ax,ay,azそれぞれに対する演算式fr,fg,fbによる階調変換特性が、図17〜図19のように表される。又、光電変換特性ax,ay,azそれぞれに対する閾値レベルV1がそれぞれ、V1x,V1y,V1zとされる。
The results confirmed by the
即ち、光電変換特性axに対応したダイナミックレンジ制御信号が全体制御部13から与えられると、図17のように、線形領域においては0〜V1xの信号レベルが0〜Vx1(Vx1=V1x/Ax,Ax>1)に変換されるような演算式とされ、又、対数領域においてはV1x〜Vmaxの信号レベルがVx1〜Vmaxに変換されるような演算式とされる。又、光電変換特性ayに対応したダイナミックレンジ制御信号が全体制御部13から与えられると、図18のように、線形領域においては0〜V1yの信号レベルが0〜Vy1(Vy1=V1y/Ay,Ay>1)に変換されるような演算式とされ、又、対数領域においてはV1y〜Vmaxの信号レベルがVy1〜Vmaxに変換されるような演算式とされる。又、光電変換特性azに対応したダイナミックレンジ制御信号が全体制御部13から与えられると、図19のように、線形領域においては0〜V1zの信号レベルが0〜Vz1(Vz1=V1z/Az,Az>1)に変換されるような演算式とされ、又、対数領域においてはV1z〜Vmaxの信号レベルがVz1〜Vmaxに変換されるような演算式とされる。
That is, when a dynamic range control signal corresponding to the photoelectric conversion characteristic ax is given from the
よって、コンパレータ111r,111g,111bでは、ダイナミックレンジ制御信号が全体制御部13から与えられると、閾値レベルV1として、ダイナミックレンジ制御信号によって設定される光電変換特性に応じた値が読み出され、入力されるRGB信号それぞれの信号レベルとの比較動作が行われる。又、演算式設定部112r,112g,112bではそれぞれ、まず、ダイナミックレンジ制御信号が全体制御部13から与えられると、階調変換を行うための演算式fr,fg,fbとして、ダイナミックレンジ制御信号によって設定される光電変換特性に応じた2種類の演算式が読み出される。そして、コンパレータ111r,111g,111bからの比較結果が演算式設定部112r,112g,112bが与えられると、演算式設定部112r,112g,112bではそれぞれ、読み出した2種類の演算式から比較結果に応じた演算式を演算式fr,fg,fbとして選択して、階調変換部113r,113g,113bに与える。
Therefore, when the dynamic range control signal is given from the
このように、演算式設定部112r,112g,112bで設定された演算式fr,fg,fbがそれぞれ階調変換部113r,113g,113bに与えられると、階調変換部113rにおいて演算式frに応じたR信号の階調変換が、階調変換部113gにおいて演算式fgに応じたG信号の階調変換が、階調変換部113bにおいて演算式fbに応じたB信号の階調変換がそれぞれ行われる。よって、階調変換部113r,113g,113bでは、図17〜図19のような階調変換を行うことで、RGB信号それぞれにおいて、線形領域の階調を下げるとともに、対数領域の階調を上げる。
As described above, when the arithmetic expressions fr, fg, and fb set in the arithmetic expression setting units 112r, 112g, and 112b are respectively given to the
よって、例えば、全体制御部13から与えられるダイナミックレンジ制御信号が光電変換特性axを設定するものであるとき、コンパレータ111r,111g,111bでは、閾値レベルV1としてV1xを読み出して、入力されるRGB信号の信号レベルを閾値レベルV1xと比較する。又、演算式設定部112r,112g,112bではそれぞれ、演算式fr,fx,fzとして、図17のような関係をもつ線形領域及び対数領域における2種類の演算式を読み出す。そして、コンパレータ111r,111gそれぞれにおいて、画素GklのRG信号rxkl,gxklの信号レベルが閾値レベルV1xより低い値となり、その光電変換特性が線形領域におけるものであることが確認され、又、コンパレータ111bにおいて、画素GklのB信号bklの信号レベルが閾値レベルV1xより高い値となり、その光電変換特性が対数領域におけるものであることが確認されるものとする。
Therefore, for example, when the dynamic range control signal given from the
このとき、演算式設定部112r,112gそれぞれによって図17の線形領域による演算式fr,fgが階調変換部113r,113gそれぞれに与えられ、又、演算式設定部112bによって図17の対数領域による演算式fbが階調変換部113bに与えられる。そして、階調変換部113rにおいて、信号レベルが0〜V1xの範囲のR信号rxklが0〜Vx1の範囲の信号レベルのR信号ryklに、又、階調変換部113gにおいて、信号レベルが0〜V1xの範囲のG信号gxklが0〜Vx1の範囲の信号レベルのG信号gyklに、信号レベルがV1x〜Vmaxの範囲のB信号bxklがVx1〜Vmaxの範囲の信号レベルのB信号byklに、それぞれ変換されることで階調変換される。
At this time, the arithmetic expression setting units 112r and 112g respectively give the arithmetic expressions fr and fg based on the linear regions in FIG. 17 to the
この階調変化回路11の他の実施形態として、コンパレータ111r,111g,111b及び演算式設定部112r,112g,112bを設ける代わりに、図17〜図19の各入出力特性が記憶されたLUT(ルックアップテーブル)、即ち、光電変換特性の数に対応した複数のLUTを備え、ダイナミックレンジ制御信号によってLUTを切り換えることにより、階調変換を行うようにしても構わない。このLUTを用いることにより、コンパレータ111r,111g,111b及び演算式設定部112r,112g,112bを設ける必要がなく、階調変換回路11の構成をより簡略化することができる。このようなLUTを用いた場合、図17〜図19の入力(縦軸)がLUTの入力に相当し、図17〜図19の出力(横軸)がLUTにより階調変換された出力信号に相当する。従って、図17〜図19の入出力特性が記憶されたLUTによっても、線形領域の階調を下げるとともに、対数領域の階調を上げることができる。
As another embodiment of the
<コアリング回路>
図1のように構成される撮像装置におけるコアリング回路の動作について、図面を参照して以下に詳細に説明する。図20は、コアリング回路の内部構成を示すブロック図である。
<Coring circuit>
The operation of the coring circuit in the imaging apparatus configured as shown in FIG. 1 will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 20 is a block diagram showing the internal configuration of the coring circuit.
コアリング回路12は、図20に示すように、階調変換回路11で階調変換されたRGB信号それぞれのノイズ成分を除去するローパスフィルタ(LPF)121r,121g,121bと、階調変換回路11からのRGB信号からLPF121r,121g,121bそれぞれからでノイズ成分が除去されたRGB信号を減算することでノイズ成分を抽出する減算器122r,122g,122bと、減算器122r,122g,122bそれぞれから出力されるRGB信号のノイズ成分をコアリング演算処理するコアリング部123r,123g,123bと、コアリング部123r,123g,123bでコアリング演算処理することで得られたRGB信号それぞれのエッジ成分にエッジ強調量βが乗算される乗算器124r,124g,124bと、乗算器124r,124g,124bそれぞれからのRGB信号のエッジ成分をLPF121r,121g,121bでノイズ成分が除去されたRGB信号それぞれに加算する加算器125r,125g,125bと、を備える。
As shown in FIG. 20, the
このような構成のコアリング回路12において、ローパスフィルタ121r,121g,121bは、n画素×n画素のマトリックス演算を行うもので、そのn×nのマトリックス係数(LPF係数)が全体制御部13より与えられる。又、コアリング部123r,123g,123bでは、その入出力が図3のような関係となる。即ち、入力が−αより大きくαより小さいときは出力が0となり、入力が−α以下であるときは出力が入力に対してαを加えた値となり、又はα以上であるときは出力が入力に対してαを減じた値となる。尚、以下では、この値αをコアリング係数とし、このコアリング係数αが全体制御部13より与えられる。又、乗算器124r,124g,124bで乗算されるエッジ強調量βも全体制御部13より与えられる。そして、LPF係数及びコアリング係数α及びエッジ強調量βは、ダイナミックレンジ制御信号と同様、AE・WB評価値検出回路7で検出された最適なダイナミックレンジの大きさによって設定される。
In the
このとき、例えば、LPF係数を5×5のマトリックス係数とするとともに、LPF係数及びコアリング係数α及びエッジ強調量βを、aX,aYの順にダイナミックレンジが広くなる2種類の光電変換特性aX,aYに対して、以下のように設定する。 At this time, for example, the LPF coefficient is a 5 × 5 matrix coefficient, and the LPF coefficient, the coring coefficient α, and the edge enhancement amount β are converted into two types of photoelectric conversion characteristics aX, Set as follows for aY.
光電変換特性aX
LPF係数: 4 0 9 0 4
0 9 20 9 0
9 20 88 20 9
0 9 20 9 0
4 0 9 0 1
コアリング係数α: 2
エッジ強調量β: 2
光電変換特性aY
LPF係数: 1 2 4 2 1
2 6 11 6 2
4 11 24 11 4
2 6 11 6 2
1 2 4 2 1
コアリング係数α: 4
エッジ強調量β: 3。
Photoelectric conversion characteristics aX
LPF coefficient: 4 0 9 0 4
0 9 20 9 0
9 20 88 20 9
0 9 20 9 0
4 0 9 0 1
Coring coefficient α: 2
Edge enhancement amount β: 2
Photoelectric conversion characteristics aY
LPF coefficient: 1 2 4 2 1
2 6 11 6 2
4 11 24 11 4
2 6 11 6 2
1 2 4 2 1
Coring coefficient α: 4
Edge enhancement amount β: 3.
このように構成されるコアリング回路12に、画素GklのR信号rykl及びG信号gykl及びB信号byklが階調変換回路11より入力されたとき、全体制御部13において確認された固体撮像素子2の光電変換特性に基づくLPF係数及びコアリング係数α及びエッジ強調量βがそれぞれ、LPF121r,121g,121b及びコアリング部123r,123g,123b及び乗算器124r,124g,124bそれぞれにおいて設定される。そして、この設定されたLPF係数に従ってLPF121r,121g,121bが動作することで、LPF121rよりR信号ryklからノイズ成分が除去されたR信号rzklが、LPF121gよりG信号gyklからノイズ成分が除去されたG信号gzklが、LPF121bよりB信号byklからノイズ成分が除去されたB信号bzklが、それぞれ出力される。
When the R signal rykl, the G signal gykl, and the B signal bykl of the pixel Gkl are input from the
その後、減算器122rにおいて階調変換回路11からのR信号ryklからLPF121rからのR信号rzklが減算され、減算器122gにおいて階調変換回路11からのG信号gyklからLPF121gからのG信号gzklが減算され、減算器122bにおいて階調変換回路11からのB信号byklからLPF121bからのB信号bzklが減算される。よって、減算器122rからR信号のノイズ成分nrkl(=rykl−rzkl)が、減算器122gからG信号のノイズ成分ngkl(=gykl−gzkl)が、減算器122bからB信号のノイズ成分nbkl(=bykl−bzkl)が、それぞれ出力される。
Thereafter, the R signal rzkl from the LPF 121r is subtracted from the R signal rykl from the
そして、コアリング部123rでは、入力されたノイズ成分nrklが図3の入出力関係によるコアリング処理が成されてエッジ成分erklに変換され、又、コアリング部123gでは、入力されたノイズ成分ngklが図3の入出力関係によるコアリング処理が成されてエッジ成分egklに変換され、又、コアリング部123bでは、入力されたノイズ成分nbklが図3の入出力関係によるコアリング処理が成されてエッジ成分ebklに変換される。即ち、コアリング部123rを代表して説明すると、ノイズ成分nrklが以下の式ようにエッジ成分erklに変換されて出力される。
erkl=nrkl+α (nrkl≦−α)
erkl=0 (−α<nrkl<α)
erkl=nrkl−α (α≦nrkl)。
In the
erkl = nrkl + α (nrkl ≦ −α)
erkl = 0 (-α <nrkl <α)
erkl = nrkl−α (α ≦ nrkl).
このようにしてコアリング部123r,123g,123bそれぞれでエッジ成分erkl,egkl,ebklが得られると、乗算部124rでエッジ成分erklにエッジ強調量βが、乗算部124gでエッジ成分egklにエッジ強調量βが、乗算部124bでエッジ成分ebklにエッジ強調量βが、それぞれ乗算される。そして、加算部125rにおいて、ノイズ除去されたR信号rzklにエッジ強調されたエッジ成分β×erklが加算され、加算部125gにおいて、ノイズ除去されたG信号gzklにエッジ強調されたエッジ成分β×egklが加算され、加算部125bにおいて、ノイズ除去されたB信号bzklにエッジ強調されたエッジ成分β×ebklが加算される。よって、加算部125r,125g,125bそれぞれからエッジ強調されたRGB信号が出力される。
When the edge components erkl, egkl, and ebkl are obtained in the
このとき、コアリング回路12の各部におけるRGB信号の状態が、図21のように遷移する。即ち、図21(a)のようなRGB信号が入力されると、LPF121r,121g,121bでノイズ除去されることで、図21(b)のようなRGB信号が得られる。又、減算器122r,122g,122bそれぞれにおいて、階調変換回路11からのRGB信号をLPF121r,121g,121bからのRGB信号で減算することで、図21(c)のようなRGB信号のノイズ成分が得られる。そして、このRGB信号のノイズ成分がコアリング回路123r,123g,123bに入力されることで、図21(d)のようなエッジ成分が得られた後、乗算器124r,124g,124bでエッジ強調量βが乗算されて、図21(e)のようなエッジ成分に変換される。加算部125r,125g,125bで乗算器124r,124g,124bからのRGB信号のエッジ成分がLPF121r,121g,121bからのRGB信号に加算されることで、図21(f)のようにエッジ強調されたRGB信号が出力される。
At this time, the state of the RGB signal in each part of the
尚、本実施形態において、階調変換回路11で、その光電変換特性が線形変換特性となる領域の階調性を下げるとともに、その光電変換特性が対数変換特性となる領域の階調性を上げることによって、全輝度範囲における光電変換特性の階調性が均一になるようにしたが、光電変換特性が線形変換特性となる領域の階調性を下げるだけで全輝度範囲における光電変換特性の階調性が均一になるようにしても構わないし、又、光電変換特性が対数変換特性となる領域の階調性を上げるだけで全輝度範囲における光電変換特性の階調性が均一になるようにしても構わない。
In the present embodiment, the
又、本実施形態において、固体撮像素子2の光電変換特性が線形変換特性から対数変換特性に変化するものとしたが、高輝度側と低輝度側において異なる線形変換特性となるものとしても構わない。このとき、固体撮像素子2の各画素への露光量を切り換えることによって、光電変換特性を切り換える。即ち、絞りによるレンズの開口率や露光時間を切り換えることによって光電変換特性を切り換えることができる。 In the present embodiment, the photoelectric conversion characteristic of the solid-state imaging device 2 is changed from the linear conversion characteristic to the logarithmic conversion characteristic. However, the linear conversion characteristic may be different between the high luminance side and the low luminance side. . At this time, the photoelectric conversion characteristics are switched by switching the exposure amount to each pixel of the solid-state imaging device 2. That is, the photoelectric conversion characteristics can be switched by switching the aperture ratio of the lens by the diaphragm and the exposure time.
更に、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、色補間回路を除去することができる。又、固体撮像素子を、色フィルタの備えられることのないモノクロの画像信号を出力する固体撮像素子としても構わない。 Further, in the present embodiment, a single-plate solid-state image pickup device in which a plurality of types of color filters are provided in one solid-state image pickup device. For example, a three-plate solid-state image pickup device including a solid-state image pickup device 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, the color interpolation circuit can be removed. Further, the solid-state imaging device may be a solid-state imaging device that outputs a monochrome image signal without a color filter.
又、上述のダイナミックレンジの検出動作の第1例及び第2例において、固体撮像素子2からのRGB信号の信号レベルに基づいて被写体の輝度分布を確認するものとしたが、被写体の輝度状態を測定する測光素子からの信号に基づいて被写体の輝度分布を確認するものとしても構わない。更に、上述の撮像装置及び撮像システムにおいて、複数種類の光電変換特性に応じて信号処理動作に用いる各パラメータが格納されるものとしたが、各パラメータ毎に基準となる光電変換特性に対する基準値を格納するとともに、この基準となる光電変換特性との関係に基づいて、各パラメータの値を格納した基準値より算出するものとしても構わない。 Further, in the first and second examples of the dynamic range detection operation described above, the luminance distribution of the subject is confirmed based on the signal level of the RGB signal from the solid-state imaging device 2, but the luminance state of the subject is determined. The luminance distribution of the subject may be confirmed based on the signal from the photometric element to be measured. Furthermore, in the above-described imaging apparatus and imaging system, each parameter used for the signal processing operation is stored according to a plurality of types of photoelectric conversion characteristics. However, a reference value for the photoelectric conversion characteristics serving as a reference is set for each parameter. In addition to storing, the value of each parameter may be calculated from the stored reference value based on the relationship with the reference photoelectric conversion characteristic.
<撮像システム>
上述の撮像装置においては、ホワイトバランス処理を含む各種信号処理を撮像装置内で行うものとしたが、これらの各種信号処理を撮像装置において行うことなく、撮像装置で得られたデータが与えられたコンピュータにおいて上述の各種信号処理を行うような撮像システムを構成することもできる。以下では、このような撮像装置とコンピュータを含む撮像システムについて、図面を参照して説明する。
<Imaging system>
In the imaging device described above, various signal processing including white balance processing is performed in the imaging device, but data obtained by the imaging device is given without performing these various signal processes in the imaging device. An imaging system that performs the above-described various signal processes in a computer can also be configured. Hereinafter, an imaging system including such an imaging apparatus and a computer will be described with reference to the drawings.
この撮像システムは、図22に示すように、被写体を撮像してRGB信号を生成する撮像装置200と、撮像装置200から出力されるRGB信号を受信してホワイトバランス処理を含む各種信号処理を施すコンピュータ250と、によって構成される。このとき、撮像装置200において、被写体を撮像して得たRGB信号に対して黒基準補正及びFPN補正を行うとともに、露光量設定を行うためのAE評価値の検出を行う。それに対して、コンピュータ250では、WB評価値の検出を行うとともに、撮像装置200から与えられたRGB信号に対してホワイトバランス処理以降の各種信号処理を施す。
As shown in FIG. 22, the imaging system receives an RGB signal output from the
このような撮像システムにおいて、撮像装置200が、光学系1、固体撮像素子2、アンプ3、AD変換回路4、黒基準補正回路5、FPN補正回路6、絞り制御部14、及びタイミング生成回路15と、AE評価値を検出するAE評価値検出回路7aと、各ブロックの制御を行う全体制御部13aと、FPN補正回路6でFPN補正されたRGB信号を一時的に格納するメモリ201と、メモリ201に一時的に格納したRGB信号を読み出して外部に送信する入出力インターフェース202と、を備える。
In such an imaging system, the
又、コンピュータ250は、PC(Personal Computer)やPDA(Personal Digital Assistant)などであり、データの処理演算を行うCPU(Central Processing Unit)251と、データを一時的に格納するメモリ252と、アプリケーションやデータが格納されるハードディスク253と、データの入力を行うキーボードやマウスなどの入力部254と、映像を表示するディスプレイ255と、外部とのデータのやりとりを行う入出力インターフェース256と、を備える。
The
このように、撮像装置200及びコンピュータ250がそれぞれ構成するとき、コンピュータ250において、RGB信号に対してホワイトバランス処理以降の各種信号処理を施すためのアプリケーションがハードディスク253に格納されている。このアプリケーションをハードディスク253より読み出して、メモリ252に格納させることで、WB評価値の検出動作とホワイトバランス処理以降の各種信号処理を行うことができる。又、このアプリケーションを起動することによって、ユーザが各種信号処理におけるパラメータを指定するためのユーザインターフェース(UI)がディスプレイ255に表示される。
As described above, when the
以下では、この撮像システムにおける撮像装置200及びコンピュータ250それぞれの動作について、図面を参照して説明する。
Hereinafter, operations of the
まず、撮像装置200においては、図1の撮像装置と同様、固体撮像素子2に光が入射されると、アナログ信号となるRGB信号が生成されて、アンプ3で増幅された後、A/D変換回路4でデジタル信号に変換される。このデジタル信号となるRGB信号は、黒基準補正回路5において、最低輝度値となる黒レベルが基準値に補正された後、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。そして、FPN成分が除去されたRGB信号がメモリ201に格納される。このように動作するとき、FPN成分が除去されたRGB信号がAE評価値検出回路7aに与えられると、被写体の輝度範囲を確認し、絞り制御部14によって設定される絞り1aの開口度を決めるAE評価値が検出される。
First, in the
又、撮像装置200は、撮像動作を行う際に固体撮像素子2に対して設定された光電変換特性を示すダイナミックレンジ情報を、撮像した画像毎に確認し、その画像のRGB信号とともにメモリ201に格納する。このダイナミックレンジ情報は、以下の4つの情報の(1)、(2)の少なくともいずれか一方と、(3)、(4)の少なくともいずれか一方と、を備えるか、又は、(1)〜(4)の少なくともいずれか一方のみを備える。
(1)固体撮像素子2の光電変換特性の変極点Vth
(2)固体撮像素子2の光電変換特性を設定するためのモード番号M
(3)固体撮像素子2の光電変換特性を示す近似式の係数A,C,γ,δ(この近似式については後述する)
(4)撮像装置200の撮像条件
In addition, the
(1) Inflection point Vth of the photoelectric conversion characteristics of the solid-state imaging device 2
(2) Mode number M for setting the photoelectric conversion characteristics of the solid-state imaging device 2
(3) Coefficients A, C, γ, and δ representing the photoelectric conversion characteristics of the solid-state imaging device 2 (this approximate expression will be described later)
(4) Imaging conditions of the
これらのダイナミックレンジ情報において、固体撮像素子2の光電変換特性の変極点Vthは、固体撮像素子2の光電変換特性対数変換特性から線形変換特性に変更する際のRGB信号の信号レベルを示す。又、固体撮像素子2の光電変換特性を設定するためのモード番号Mは、このモード番号Mがコンピュータ250側で設定されることで、撮像装置200の固体撮像素子2の光電変換特性が設定されるものである。又、固体撮像素子2の光電変換特性を示す近似式の係数は、線形変換特性を表す(イ)式 V=A×L+C における係数A,Cと、対数変換特性を表す(ロ)式 V=γ×ln(L)+δ における係数γ,δとによって構成される。又、撮像装置200の撮像条件とされるとき、信号φVPSの電圧値VH,VLの電圧差ΔVPSと、固体撮像素子2への露光時間txと、絞り1aの開口率rxと、固体撮像素子2の内部アンプ及びアンプ3での増幅率axが、ダイナミックレンジ情報となる。この撮像装置200の撮像条件をダイナミックレンジ情報としたときは、(イ)式における係数Aと(露光時間×絞り1aの開口率×増幅率)との関係が既知であるとともに、(ロ)式における係数δと信号φVPSの電圧差ΔVPS、及び、係数γと増幅率の関係が既知である。
In these dynamic range information, the inflection point Vth of the photoelectric conversion characteristic of the solid-state image sensor 2 indicates the signal level of the RGB signal when the photoelectric conversion characteristic logarithmic conversion characteristic of the solid-state image sensor 2 is changed to the linear conversion characteristic. Further, the mode number M for setting the photoelectric conversion characteristics of the solid-state imaging device 2 is set on the
又、コンピュータ250は、入力部254が操作されることで、ハードディスク253よりアプリケーションが読み出されて、アプリケーションによって指定される動作が開始されると、ディスプレイ255に、UIとして、図23のような画面が表示される。図23の画面には、撮像されて得られた画像を表示する画像表示領域X1と、画像の鮮鋭度や色の濃淡の設定などの画像処理条件の設定を行う画像処理条件設定領域X2と、撮像装置200で撮像された画像の取り込みの開始を指示するための画像取得ボタンX3と、ホワイトバランス処理を行う際に基準とする光電変換特性を設定するためのWB設定領域X4と、色補正されたRGB信号信号に対して施す階調変換後の階調特性を示す階調特性表示領域X5と、が表示される。
When the
このとき、画像処理条件設定領域X2において、スクロールバーSB1が操作されて画像の鮮鋭度が変更されると、コアリング回路12におけるエッジ成分を設定するためのエッジ強調量βが変更され、又、スクロールバーSB2が操作されて画像の色の濃淡が変更されると、色補正処理におけるマトリックス係数a1〜a3,b1〜b3,c1〜c3が変更される。このとき、撮像装置200から与えられるダイナミックレンジ情報に基づいて得られるエッジ強調量又は色補正処理におけるマトリックス係数を基準として変更されるものとしても構わないし、予め設定された所定値のエッジ強調量又は色補正処理におけるマトリックス係数を基準として変更されるものとしても構わない。
At this time, when the sharpness of the image is changed by operating the scroll bar SB1 in the image processing condition setting region X2, the edge enhancement amount β for setting the edge component in the
又、画像処理条件設定領域X2において、3つのオプションボタンOb1〜Ob3が指定されることで、スクロールバーSB1,SB2それぞれによって指定されるエッジ強調量β及びマトリックス係数a1〜a3,b1〜b3,c1〜c3を用いる対象となる画像が指定される。即ち、スクロールバーSB1,SB2で指定されたエッジ強調量β及びマトリックス係数a1〜a3,b1〜b3,c1〜c3の使用が、オプションボタンOb1が指定された場合は、得られた画像が光電変換特性が線形変換特性及び対数変換特性のいずれの場合においても行われることを示し、又、オプションボタンOb2が指定された場合は、得られた画像が光電変換特性が線形変換特性の場合においてのみ行われることを示し、更に、オプションボタンOb3が指定された場合は、得られた画像が光電変換特性が対数変換特性の場合においてのみ行われることを示す。 In addition, when the three option buttons Ob1 to Ob3 are designated in the image processing condition setting area X2, the edge enhancement amount β and the matrix coefficients a1 to a3, b1 to b3, and c1 designated by the scroll bars SB1 and SB2 respectively. An image to be a target using ~ c3 is designated. That is, when the edge enhancement amount β and the matrix coefficients a1 to a3, b1 to b3, and c1 to c3 specified by the scroll bars SB1 and SB2 are used, and the option button Ob1 is specified, the obtained image is photoelectrically converted. When the option button Ob2 is designated, the image is obtained only when the photoelectric conversion characteristic is the linear conversion characteristic. Further, when the option button Ob3 is designated, it indicates that the obtained image is performed only when the photoelectric conversion characteristic is the logarithmic conversion characteristic.
又、WB設定領域X4において、5つのオプションボタンWb1〜Wb5が指定されることで、ホワイトバランス処理を行う際のWB評価値wr,wbが設定される。即ち、オプションボタンWb1が指定されると、撮像装置200から与えられるRGB信号に基づいて自動的に設定されたWB評価値wr,wbを用いてホワイトバランス処理を行うことが設定され、オプションボタンWb2〜Wb5が指定されると、予め設定された値となるWB評価値wr,wbを用いてホワイトバランス処理を行うことが設定される。尚、オプションボタンWb2〜WB5が指定される場合はそれぞれ、蛍光灯下での画像に応じたWB評価値wr,wb、白熱灯下での画像に応じたWB評価値wr,wb、屋外晴天時での画像に応じたWB評価値wr,wb、屋外曇天時での画像に応じたWB評価値wr,wbのそれぞれが設定される。
In addition, by specifying the five option buttons Wb1 to Wb5 in the WB setting area X4, WB evaluation values wr and wb for performing white balance processing are set. That is, when the option button Wb1 is designated, it is set to perform white balance processing using the WB evaluation values wr and wb that are automatically set based on the RGB signals given from the
又、階調特性表示領域X5において、表示された階調特性が、色補正処理されたRGB信号それぞれに対して階調変換する際の変換前後の関係を示す。そして、表示された階調特性における線形変換特性からの対数変換特性に切りかわる変極点の位置を変更することで、そのダイナミックレンジにおいて、線形変換特性による信号となる線形領域における階調の大きさと、対数変換特性による信号となる対数領域における階調の大きさとを設定することができる。尚、階調特性の変極点の位置は、撮像装置200から与えられるダイナミックレンジ情報に基づいて得られた位置を基準として設定されるものとしても構わないし、予め設定された所定位置を基準として設定されるものとしても構わない。又、階調特性を示す複数のLUTを備え、このLUTを切り換えることで、階調特性表示領域X5に表示するLUTを変更するものとしても構わない。
In the gradation characteristic display area X5, the displayed gradation characteristic indicates a relationship before and after conversion when gradation conversion is performed on each of the RGB signals subjected to color correction processing. Then, by changing the position of the inflection point that switches from the linear conversion characteristic to the logarithmic conversion characteristic in the displayed gradation characteristic, in the dynamic range, the magnitude of the gradation in the linear region that is a signal by the linear conversion characteristic The gradation size in the logarithmic region that becomes a signal based on the logarithmic conversion characteristic can be set. The position of the inflection point of the gradation characteristic may be set with reference to a position obtained based on dynamic range information given from the
このように、コンピュータ250においてアプリケーションが起動されて、図23のようなUIがディスプレイ255に表示されたとき、コンピュータ250が図24のフローチャートに従って動作することで、撮像装置200で撮像された画像がディスプレイ255に表示される。まず、コンピュータ250において、入力部254が操作されて、UI画面内の画像取得ボタンX3が押されると(STEP1)、入出力インターフェース256に入出力インターフェース202が接続された撮像装置200に対して、撮像装置200との回線を確保する(STEP2)。このとき、撮像装置200とコンピュータ250との間で、通信の要求と応答を繰り返すことで、回線を確保することができる。
As described above, when the application is started in the
そして、撮像装置200との回線が確保されたか否かを確認し(STEP3)、撮像装置200との回線が確保されたことを確認したとき(Yes)、撮像装置200に対して撮像して得られたRGB信号の出力を要求する(STEP4)。このとき、撮像装置200は、コンピュータ250からのRGB信号の出力要求を受信すると、メモリ201に格納している1フレーム分のRGB信号とダイナミックレンジ情報とを読み出して、入出力インターフェース202より出力する。このとき、1フレーム分のRGB信号によるフレームデータが生成されて出力されるとき、ダイナミックレンジ情報がフレームデータのヘッダ部分に付加されている。
Then, it is confirmed whether or not a line with the
そして、撮像装置200からのフレームデータを入出力インターフェース256で受信されて、ハードディスク253の一時記憶領域に格納されると(STEP5)、このフレームデータのヘッダ部分からダイナミックレンジ情報を取得する(STEP6)。この取得したダイナミックレンジ情報によって、各信号処理に用いるパラメータを設定するとともに、設定されたパラメータに応じた表示を、ディスプレイ255のUI画像に対して行う(STEP7)。
When the frame data from the
即ち、ホワイトバランス処理に対するWB検出値wr,wb、色補正処理に対するマトリックス係数a1〜a3,b1〜b3,c1〜c3、階調変換処理に対する階調特性、コアリング処理に対するエッジ強調量βをそれぞれ設定するとともに、設定された各パラメータに応じた表示を、画像処理条件設定領域X2、WB設定領域X4、WB設定領域X4それぞれにおいて行う。 That is, WB detection values wr and wb for white balance processing, matrix coefficients a1 to a3, b1 to b3 and c1 to c3 for color correction processing, tone characteristics for tone conversion processing, and edge enhancement amount β for coring processing, respectively. In addition to setting, display corresponding to each set parameter is performed in each of the image processing condition setting area X2, the WB setting area X4, and the WB setting area X4.
又、このように各パラメータが設定されるとき、色補正処理で用いる色補正係数を各画素のRGB信号毎に設定するために、ダイナミックレンジ情報より得られる変極点Vth、モード番号M、係数A,C,γ,δ、又は、撮像装置200の撮像条件より、光電変換特性を確認する。そして、確認した光電変換特性に応じた色補正係数を、予めハードディスク253のアプリケーションとともに格納される各光電変換特性に対応した色補正係数から選択して読み出す。
Further, when each parameter is set in this way, in order to set the color correction coefficient used in the color correction processing for each RGB signal of each pixel, the inflection point Vth obtained from the dynamic range information, the mode number M, the coefficient A , C, γ, δ, or the imaging conditions of the
このとき、変極点Vthがダイナミックレンジ情報に含まれるときは、この変極点Vthにより光電変換特性を認識し、又、係数A,C,γ,δがダイナミックレンジ情報に含まれるときは、(イ)、(ロ)式により光電変換特性を認識する。又、モード番号Mがダイナミックレンジ情報に含まれるときは、予めハードディスク253のアプリケーションとともに格納されるモード番号Mに対応した変極点Vthを読み出し、この変極点Vthにより光電変換特性を認識する。
At this time, when the inflection point Vth is included in the dynamic range information, the photoelectric conversion characteristics are recognized by the inflection point Vth, and when the coefficients A, C, γ, and δ are included in the dynamic range information, ), (B) to recognize photoelectric conversion characteristics. When the mode number M is included in the dynamic range information, the inflection point Vth corresponding to the mode number M stored together with the application of the
又、撮影条件(電圧差ΔVPS、露光時間tx、開口率rx、増幅率ax)がダイナミックレンジ情報に含まれるときは、基準値となる係数A0,C0,γ0、露光時間tx0、開口率rx0、増幅率ax0が予めハードディスク253のアプリケーションとともに格納されている。そして、まず、光電変換特性を表す(イ)、(ロ)式の係数A,C,γ,δが、以下の、(ハ)〜(ヘ)式に基づいて算出されることで設定される。尚、β0は、予めハードディスク253のアプリケーションとともに格納される信号φVPSの電圧差ΔVPSに対応した値である。その後、この係数A,C,γ,δより確認されるによる(イ)、(ロ)式より、光電変換特性を認識する。
A=A0×(tx/tx0)×(rx/rx0)×(ax/ax0) …(ハ)
C=C0 …(ニ)
γ=γ0×(tx/tx0) …(ホ)
δ=δ0×(tx/tx0) …(ヘ)
When the shooting conditions (voltage difference ΔVPS, exposure time tx, aperture ratio rx, amplification factor ax) are included in the dynamic range information, the coefficients A0, C0, γ0 serving as reference values, the exposure time tx0, the aperture ratio rx0, The amplification factor ax0 is stored together with the application of the
A = A0 × (tx / tx0) × (rx / rx0) × (ax / ax0) (C)
C = C0 (D)
γ = γ0 × (tx / tx0) (e)
δ = δ0 × (tx / tx0) (f)
更に、階調変換処理において用いる階調特性を確認するために、ダイナミックレンジ情報より得られる変極点Vth、モード番号M、係数A,C,γ,δ、又は、撮像装置200の撮像条件より、各画素のRGB信号それぞれの光電変換特性を判別するための閾値レベルV1(図6参照)を設定する。このときも、上述の色補正処理の場合と同様にして、ダイナミックレンジ情報より光電変換特性を確認すると、確認された光電変換特性における変極点Vthを求めるとともに、求めた変極点Vthをそのまま閾値レベルV1と設定する。 Further, in order to confirm the gradation characteristics used in the gradation conversion process, the inflection point Vth obtained from the dynamic range information, the mode number M, the coefficients A, C, γ, δ, or the imaging conditions of the imaging device 200 A threshold level V1 (see FIG. 6) for determining the photoelectric conversion characteristic of each RGB signal of each pixel is set. Also at this time, when the photoelectric conversion characteristics are confirmed from the dynamic range information as in the case of the color correction process described above, the inflection point Vth in the confirmed photoelectric conversion characteristics is obtained, and the obtained inflection point Vth is directly used as the threshold level. Set to V1.
又、コアリング処理において用いるLPF係数及びコアリング係数α及びエッジ強調量βを確認するために、ダイナミックレンジ情報より得られる変極点Vth、モード番号M、係数A,C,γ,δ、又は、撮像装置200の撮像条件より、各画素のRGB信号それぞれの光電変換特性を確認する。このときも、上述の色補正処理の場合と同様にして、ダイナミックレンジ情報より光電変換特性を確認する。そして、確認した光電変換特性に応じたLPF係数及びコアリング係数α及びエッジ強調量βを、予めハードディスク253のアプリケーションとともに格納される各光電変換特性に対応したLPF係数及びコアリング係数α及びエッジ強調量βから選択して読み出す。
In order to confirm the LPF coefficient and the coring coefficient α and the edge enhancement amount β used in the coring process, the inflection point Vth, the mode number M, the coefficients A, C, γ, δ obtained from the dynamic range information, or From the imaging conditions of the
このように設定されたパラメータがメモリ252に格納されたアプリケーションに与えられると、このアプリケーションによって、STEP5で受信されたフレームデータより得られるRGB信号に対して、設定されたパラメータに応じた信号処理が行われる(STEP8)。即ち、フレームデータより得られるRGB信号に対して、ホワイトバランス処理、色補間処理、色補正処理、階調変換処理、コアリング処理の順に、各信号処理を施す。尚、この各信号処理については、図1に示す撮像装置内における信号処理と同一であるため、その詳細な説明は省略する。
When the parameters set in this way are given to the application stored in the
このようにして信号処理されたRGB信号によるフレームデータがハードディスク253に格納されるとともに、このフレームデータによる画像が、ディスプレイ255の画像表示領域X1に表示される(STEP9)。そして、入力部254が操作されて、画像処理条件設定領域X2、WB設定領域X4、WB設定領域X4における操作が成されて、各パラメータの変更が指示されたか否かが確認される(STEP10)。そして、パラメータの変更が指示されている場合(Yes)、指示された変更量に応じて各パラメータを変更した後(STEP11)、STEP8に移行する。
The frame data based on the RGB signals subjected to the signal processing is stored in the
又、STEP3において回線の確保が確認できなかったときは(No)、回線が接続されていないことを示す表示をディスプレイ255に行うとともに(STEP12)、STEP2に移行する。更に、STEP10において、各パラメータの変更の指示が確認されなかった場合(No)、動作を終了する。
If it is not confirmed in
このように、本システムによると、コンピュータ250側で、演算負荷のかかる各信号処理が行われるため、撮像装置200の構成が簡単になるとともに、その処理速度を速くすることができる。又、本システムにおいて、撮像装置200で、コンピュータ250に出力する信号を、上述の静止画像によるフレームデータだけでなく、動画像によるフレームデータやストリームデータとしても構わない。このとき、複数の静止画像のフレームデータにより動画像とされる場合、ダイナミックレンジ情報を各フレームデータのヘッダに記録するようにし、又、時間軸での画像圧縮も行うようなストリームデータにより動画像とされる場合、このストリームデータとは別の情報としてダイナミックレンジ情報を送信する。
As described above, according to the present system, each signal processing with a calculation load is performed on the
更に、撮像装置200において、全体制御部13aで、コンピュータ250に送信するRGB信号によるフレームデータ又はストリームデータを、JPEGやモーションJPEG又はMPEGなどの圧縮画像にフォーマット変換して、入出力インターフェース202より出力するものとしても構わない。又、コンピュータ250において、ディスプレイ255に表示するUIに、画像表示領域X1に表示される画像のヒストグラムを表示したり、対数変換特性による画素領域と線形変換特性による画素領域とを識別するための表示を行うようにしても構わない。
Further, in the
又、図22の撮像システムにおいて、撮像装置200が、黒基準補正回路5及びFPN成分補正回路6を備えるものとしたが、撮像装置200が、図22の構成から黒基準補正回路5及びFPN成分補正回路6が除かれた構成とし、コンピュータ250において黒基準補正処理及びFPN補正処理が行われるものとしても構わない。このとき、黒基準補正処理を行うための黒レベルと、FPN補正処理を行うためのFPN成分と、がダイナミックレンジ情報とともに送信されるものとしても構わない。
In the imaging system of FIG. 22, the
更に、このようにコンピュータ250において黒基準補正処理及びFPN補正処理が行われるとき、この黒レベル及びFPN成分を、コンピュータ250が、アプリケーションとともにハードディスク253に格納するものとしても構わない。このとき、黒レベルについては、光電変換特性の変極点Vthに対しても複数格納され、この予め格納されている黒レベルより、上述のようにしてダイナミックレンジ情報によって得られる光電変換特性の変極点Vthに応じた黒レベルが選択される。又、FPN成分については、個々の撮像装置200における固体撮像素子2によって異なるため、個々の撮像装置200毎に格納される。
Furthermore, when the black reference correction process and the FPN correction process are performed in the
更に、コンピュータ250において、ホワイトバランス処理を行う際、RGB信号を、その光電変換特性が全て対数変換特性による信号や、その光電変換特性が全て線形変換特性による信号に変換した後に、ホワイトバランス処理を行うものとしても構わない。即ち、光電変換特性が全て対数変換特性による信号に変換する場合は、線形変換特性によって得られた信号値を対数変換特性による信号値に変換し、又、光電変換特性が全て線形変換特性による信号に変換する場合は、対数変換特性によって得られた信号値を線形変換特性による信号値に変換する。尚、このような変換処理についての演算については、LUTを参照して行われるものとしても構わないし、演算式によって行われるものとしても構わない。
Further, when the
又、図22の撮像システムにおいて、撮像装置200の入出力インターフェース202とコンピュータ250の入出力インターフェース256とが通信接続されることで、撮像装置200で撮像されて得られたフレームデータがコンピュータ250に送信されるものとしたが、撮像装置200がフレキシブルディスクやコンパクトフラッシュやメモリカードなどの記録メディアにフレームデータ又はストリームデータを記録する記録部を備えるとともに、コンピュータ250がこの記録メディアのフレームデータ又はストリームデータを読み出す再生部を備えるものとしても構わない。このようにすることで、記録メディアを介して、撮像装置200からコンピュータ250に、撮像して得られたフレームデータ又はストリームデータを転送することができる。
In the imaging system of FIG. 22, the input /
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)
前記固体撮像素子から出力される画像信号より被写体の輝度分布を検出するとともに、検出した当該被写体の輝度分布に応じた光電変換特性を前記複数の光電変換特性から選択して、前記固体撮像素子の光電変換特性として設定する光電変換特性切換部を有するとともに、
前記信号処理回路が、前記固体撮像素子から出力される画像信号における最低輝度値に対する信号レベルを所定の基準値に変換する基準値補正を行う黒基準補正回路と、信号から固定パターンノイズを除去する固定パターンノイズ補正回路と、前記画像信号を処理するためのパラメータとして、前記複数の光電変換特性それぞれに応じた複数種類のパラメータを備え、
前記輝度分布を検出する際の画像信号が、黒基準補正および固定パターンノイズキャンセル後の画像データであり、
選択された前記光電変換特性に応じたパラメータを前記複数種類のパラメータから選択して前記信号処理回路における処理のパラメータに設定することを特徴とする撮像装置。 A solid-state imaging device having a plurality of pixels, and a signal processing circuit for processing an image signal output from the solid-state imaging device, and selecting a photoelectric conversion characteristic of the solid-state imaging element from the plurality of photoelectric conversion characteristics In the imaging device to switch,
A luminance distribution of a subject is detected from an image signal output from the solid-state imaging device, and a photoelectric conversion characteristic corresponding to the detected luminance distribution of the subject is selected from the plurality of photoelectric conversion characteristics, and the solid-state imaging device While having a photoelectric conversion characteristic switching unit set as a photoelectric conversion characteristic,
The signal processing circuit removes fixed pattern noise from the signal, and a black reference correction circuit that performs reference value correction for converting a signal level corresponding to the lowest luminance value in the image signal output from the solid-state imaging device to a predetermined reference value As a parameter for processing the fixed pattern noise correction circuit and the image signal, a plurality of types of parameters corresponding to each of the plurality of photoelectric conversion characteristics,
The image signal when detecting the luminance distribution is image data after black reference correction and fixed pattern noise cancellation,
An imaging apparatus, wherein a parameter corresponding to the selected photoelectric conversion characteristic is selected from the plurality of types of parameters and set as a processing parameter in the signal processing circuit.
選択された前記光電変換特性に応じて前記基準値補正を行うためのパラメータとなる前記最低輝度値に対する信号レベルを設定するパラメータ設定部と、
固体撮像素子から出力される画像信号から前記パラメータ設定部で設定された前記最低輝度値に対する信号レベルを前記画像信号から減算することで、基準値補正を行う減算器と、を備え、
当該黒基準補正回路が、基準値補正を行うための前記最低輝度値に対する信号レベルとして、前記各光電変換特性に応じた複数種類の信号レベルを備えることを特徴とする請求項2に記載の撮像装置。 The black reference correction circuit is
A parameter setting unit for setting a signal level for the minimum luminance value, which is a parameter for performing the reference value correction according to the selected photoelectric conversion characteristic;
A subtractor that performs reference value correction by subtracting the signal level for the lowest luminance value set by the parameter setting unit from the image signal output from the solid-state image sensor,
3. The imaging according to claim 2, wherein the black reference correction circuit includes a plurality of types of signal levels corresponding to the photoelectric conversion characteristics as signal levels for the lowest luminance value for performing reference value correction. 4. apparatus.
当該階調変換回路が、階調変換を行うためのパラメータとして、前記各光電変換特性に応じた複数種類のパラメータを備えることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載の撮像装置。 The signal processing circuit includes a gradation conversion circuit for converting the gradation of the image signal;
The imaging according to any one of claims 1 to 3, wherein the gradation conversion circuit includes a plurality of types of parameters corresponding to the photoelectric conversion characteristics as parameters for performing gradation conversion. apparatus.
選択された前記光電変換特性に応じて前記階調変換を行うためのパラメータを設定するパラメータ設定部と、
前記パラメータ設定部で設定された前記パラメータに従って、入力された前記画像信号の階調変換を行う階調変換部と、
を備えることを特徴とする請求項4に記載の撮像装置。 The gradation conversion circuit is
A parameter setting unit for setting parameters for performing the gradation conversion according to the selected photoelectric conversion characteristics;
A gradation conversion unit that performs gradation conversion of the input image signal in accordance with the parameters set by the parameter setting unit;
The imaging apparatus according to claim 4, further comprising:
当該コアリング回路が、ノイズ成分除去を行うためのパラメータとして、前記各光電変換特性に応じた複数種類のパラメータを備え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 signal processing circuit includes a coring circuit that removes noise components of the image signal and performs edge enhancement,
The coring circuit, as a parameter for the noise component removing image pickup apparatus according to any one of claims 1 to 6, characterized in that it comprises a plurality of types of parameters corresponding to the respective photoelectric conversion characteristics .
当該コアリング回路が、エッジ強調を行うためのパラメータとして、前記各光電変換特性に応じた複数種類のパラメータを備え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 signal processing circuit includes a coring circuit that removes noise components of the image signal and performs edge enhancement,
The coring circuit, as a parameter for performing edge enhancement, the imaging device according to any one of claims 1 to 6, characterized in that it comprises a plurality of types of parameters corresponding to the respective photoelectric conversion characteristics.
当該コアリング回路が、ノイズ成分除去及びエッジ強調を行うためのパラメータとして、前記各光電変換特性に応じた複数種類のパラメータを備え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 signal processing circuit includes a coring circuit that removes noise components of the image signal and performs edge enhancement,
The coring circuit, as a parameter for the noise component removing and edge enhancement, according to any one of claims 1 to 6, characterized in that it comprises a plurality of types of parameters corresponding to the respective photoelectric conversion characteristics Imaging device.
入力された前記画像信号からノイズ成分を除去するローパスフィルタと、
入力された前記画像信号から当該ローパスフィルタを通過した画像信号を減算して前記ノイズ成分を抽出する減算器と、
当該減算器で得られた前記ノイズ成分をコアリング処理して、エッジ部分以外のノイズ成分を除去するコアリング部と、
該コアリング部で得られたエッジ成分に所定量となるエッジ強調量を乗算する乗算器と、
前記ローパスフィルタでノイズ成分が除去された前記画像信号に、前記乗算器で前記エッジ強調量が乗算された前記エッジ成分を加算して、エッジ強調された画像信号を出力する加算器と、
を備え、
前記各光電変換特性に応じて複数種類設定されるパラメータが、前記ローパスフィルタにおいてノイズ成分を除去するためのマトリックス状のローパスフィルタ係数、及び、前記コアリング回路でエッジ部分以外のノイズ成分を除去するためのコアリング係数、及び、前記乗算器でのエッジ強調量のいずれかであることを特徴とする請求項7〜請求項9のいずれかに記載の撮像装置。 The coring circuit is
A low pass filter for removing noise components from the input image signal;
A subtractor that subtracts the image signal that has passed through the low-pass filter from the input image signal to extract the noise component;
Coring the noise component obtained by the subtractor to remove a noise component other than the edge portion;
A multiplier that multiplies the edge component obtained by the coring unit by an edge enhancement amount that is a predetermined amount;
An adder that adds the edge component multiplied by the edge enhancement amount by the multiplier to the image signal from which noise components have been removed by the low-pass filter, and outputs an edge-enhanced image signal;
With
A plurality of types of parameters set according to the photoelectric conversion characteristics remove matrix-like low-pass filter coefficients for removing noise components in the low-pass filter and noise components other than edge portions in the coring circuit. coring factor for, and, an imaging device according to any one of claims 7 to claim 9, characterized in that either of the edge enhancement amount of said multiplier.
前記信号処理回路が、前記各画素の前記色信号の種類毎に、他の色信号との相関関係を与えて色補正を行う色補正回路を備え、
当該色補正回路が、色補正を行うためのパラメータとして、前記各光電変換特性に応じた複数種類のパラメータを備えることを特徴とする請求項1〜請求項10のいずれかに記載の撮像装置。 The image signal output from the solid-state imaging device is a plurality of types of color signals, and the plurality of types of color signals are generated for one pixel and supplied to the signal processing circuit.
The signal processing circuit includes a color correction circuit that performs color correction by giving a correlation with another color signal for each type of the color signal of each pixel,
The color correction circuit, as a parameter for performing color correction, image pickup apparatus according to any one of claims 1 to 10, characterized in that it comprises a plurality of types of parameters corresponding to the respective photoelectric conversion characteristics.
前記色信号の種類毎に、
選択された前記光電変換特性に応じて前記色補正を行うためのパラメータを設定するパラメータ設定部と、
入力された前記色信号と同一画素の全種類の色信号それぞれに前記パラメータ設定部で設定された前記パラメータを乗算する乗算器と、
前記乗算器で前記パラメータが乗算された前記同一画素の全種類の色信号を加算して、入力された前記色信号の色補正を行う加算器と、
を備えることを特徴とする請求項11に記載の撮像装置。 The color correction circuit is
For each type of color signal,
A parameter setting unit for setting a parameter for performing the color correction according to the selected photoelectric conversion characteristic;
A multiplier that multiplies each of the color signals of the same pixel as the input color signal by the parameter set by the parameter setting unit;
An adder that adds all the color signals of the same pixel multiplied by the parameter by the multiplier and corrects the color of the input color signal;
The imaging apparatus according to claim 11 , further comprising:
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