JP4806957B2 - 撮像装置 - Google Patents

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本発明は、被写体像を画像データとして取得するイメージセンサを備えるカメラモジュール用いた撮像装置に関する。
近年、携帯電話機等の情報端末にカメラモジュールを付加したデータ処理装置が提案されており、いつでも簡易に撮像を行うことができる点が評価されて一般に広く普及している。それに伴い、自動合焦装置を有した撮像装置や、撮像素子(イメージセンサ)の高画素化等のカメラモジュールの多機能化・高機能化が進んでおり、今後もさらなる向上が望まれている。以下、図5〜図9を参照して、従来のカメラ付き携帯電話機について説明する。
まず、図5を参照して従来のカメラ付き携帯電話機の構成について説明する。
制御部11は、この携帯電話機全体の制御を行い、例えば、通信制御部14を介して行なわれるメール、Web等のインターネット関連の処理、記憶部15に記憶された電話帳ソフトウェアやゲームソフトウェア等のソフトウェアの起動制御、カメラモジュール20から入力される画像データの圧縮、動画処理等を行う。この制御部11は、アプリケーションエンジン又はバックエンドと呼ばれる。
図6は、従来のカメラモジュール20の機能的構成を模式的に示したブロック図である。同図に示すように、カメラモジュール20は、レンズ等の撮像光学系21、撮像光学系21によりに結像される被写体の光学像を取得するイメージセンサ22、イメージセンサ22から出力される画像データに所定の処理を施すDSP回路30、DSP回路30での処理結果に基づいて搬送部241又は絞り部242を駆動させるアクチュエータ24を備えた構成が提案されており、本カメラモジュール20で取得される画像データは画像出力I/F23を介して制御部11に出力されるようになっている。
ここで、DSP回路30は、信号処理部31、評価値算出部32、駆動制御部33を有している。信号処理部31は、画像データに含まれる全画素に対し階調変換処理等の所定の信号処理を施す。評価値算出部32は、画像データに基づいて撮像に係る調整の指標となる画像評価値を算出する。駆動制御部33は、評価値算出部32で算出された画像評価値に基づいてアクチュエータ24を駆動させる駆動信号を生成し、撮像に係る調整を行うようになっている(例えば、非特許文献1参照)。
この構成では、被写体像を取得するためのイメージセンサ22と画像データの処理を行うDSP回路30を備えているため、カメラモジュール20内でシステムが簡潔しており、制御部11側では複雑な処理を行わずに高画質の画像データを得ることができる。また、イメージセンサ22とDSP回路30とは別な製造ルールとなるため、高画素化への対応も容易である。
また、図7に示すようにイメージセンサ22内に信号処理部31、評価値算出部32、駆動制御部33の機能を含め、シリアル通信I/F25を介して入力される制御部11からの制御信号に基づいてカメラモジュール20の各部が制御可能な構成が提案されている(例えば、非特許文献2参照)。このカメラモジュール20の構成では、図6で示したDSP回路30の機能をイメージセンサ22の1チップで実現できるためコスト、サイズ面で有利となっている。
また、図8に示すように制御部11内に信号処理部31、評価値算出部32の機能を含め、この評価値算出部32で算出される画像評価値に基づき、制御部11から図示しないインターフェースを介してアクチュエータ24を直接駆動させることが可能な構成が提案されている(例えば、非特許文献3参照)。この構成では、カメラモジュール20の構成を簡素化することができるため、カメラモジュール20自体のコストを安価に抑えることができる。
さらに、図9に示すように信号処理部31の機能を制御部11内に、評価値算出部32の機能を駆動制御部33内に含めた構成が提案されている(例えば、非特許文献4参照)。この構成では、駆動制御部33として独立した回路を備え、この駆動制御部33自らが算出した画像評価値に基づいてアクチュエータ24を駆動制御するようになっている。この場合、制御部11側とカメラモジュール20側とで処理を分散することが可能であるため、カメラモジュール20の固体舞に固有の特性(例えば、撮像光学系21のレンズ特性等)に因る制御の違いは、駆動制御部33で吸収させることができる。
富士通株式会社、"デジタルカメラ・携帯機器向け画像処理システムLSI新発売"、[online]、2005年4月20日、富士通株式会社、[2005年4月25日検索]、インターネット<URL:http://pr.fujitsu.com/jp/news/2005/04/20.html> MICRON、"MT9D111"、[online]、2005年2月11日、MICRON、[2005年4月25日検索]、インターネット<URL:http://download.micron.com/pdf/flyers/mt9d111_flyer.pdf> QUALCOMM、"MSM6550 Chipset Solution"、[online]、2005年2月、QUALCOMM、[2005年4月25日検索]、インターネット<URL:http://www.cdmatech.com/solutions/pdf/msm6550_chipset.pdf> MICRON、"MT9D011"、[online]、2004年8月9日、MICRON、[2005年4月25日検索]、インターネット<URL:http://download.micron.com/pdf/flyers/Japanese/mt9d011_(mi-2010)_flyer-ja.pdf>
しかしながら、図6の構成では、イメージセンサ22とDSP回路30との2チップ構成となるため、カメラモジュール20のサイズが増大してしまい、コストが高くなるという問題がある。また、図7の構成では、イメージセンサ22と同じ製造ルールで信号処理部31を作製するため、イメージセンサ22の高画素化に伴って信号処理部31のサイズが増大するという問題があり、また消費電力も増加するため高画素化に対応させることは困難である。
また、図8の構成では、カメラモジュール20により撮像される画像データに関する全ての信号処理を制御部11が行うため、この信号処理に係る回路を制御部11に内蔵する必要があり、回路数の増加のよりコストが増加するとともに、回路サイズが増大してしまうという問題がある。また、ソフトウェア処理により信号処理を行う場合、高速なCPU(Central Processing Unit)が必要となる。さらに、アプリケーションエンジンは、主に信号処理用として設計されているため、AF(オートフォーカシング)制御、AE(オートエクスポージャー)制御等のメカコントロール的な動作の制御に適していない。また、近時の携帯電話機は、カメラ機能以外の機能の負荷が増大してきているため、カメラモジュール20の撮像に係る全ての処理をアプリケーションエンジンのみで実現するのは困難である。
また、図9の構成では、駆動制御部33は、図6の構成のDSP回路30と比較し、評価値算出部32のみ搭載することになるため小型且つ安価に製造することができるが、2チップ構成となるためサイズが増大するという問題がある。また、駆動制御部33は、評価値算出部32の機能を有するため汎用的なマイコンを用いることができず、専用の回路として製造する必要があるためコストが増大するという問題がある。
本発明の課題は、カメラモジュールのサイズ及び製造に係るコストを抑え、且つ、後段のアプリケーションエンジンにかかる負荷を軽減して画像データを取得することが可能な撮像装置を提供することである。
上記課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、
本体ユニットと、前記本体ユニットに接続されるカメラモジュールと、を含む撮像装置であって、
前記カメラモジュールは、被写体像を画像データとして取得するとともに前記取得された画像データに基づいて撮像に係る調整の指標となる画像評価値を算出する評価値算出手段を備えるイメージセンサと、被写体像を前記イメージセンサの結像面上に結像させるための撮像光学系と、前記イメージセンサで取得された画像データを外部に出力する画像出力手段と、前記イメージセンサで算出された画像評価値を外部に出力する評価値出力手段と、を備え、
前記本体ユニットは、前記カメラモジュールから出力される画像評価値に基づいて撮像に係る調整を行う制御信号を前記カメラモジュールに出力する制御手段を備えたことを特徴としている。
更に、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、
前記画像評価値は、少なくともオートフォーカシング評価値、オートエクスポージャー評価値、オートホワイトバランス評価値の何れか又は全てを含むことを特徴としている。
更に、請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の発明において、
前記イメージセンサが、CMOSセンサであることを特徴としている。
更に、請求項に記載の発明は、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の発明において、
前記カメラモジュールの撮像に係る調整を行う制御信号を外部から入力可能な制御信号入力手段を更に備えたことを特徴としている。
更に、請求項に記載の発明は、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の発明において、
前記本体ユニットは、前記カメラモジュールから出力された画像データに所定の信号処理を施す信号処理手段を更に備えたことを特徴としている。
更に、請求項に記載の発明は、請求項に記載の発明において、
前記制御手段は、前記信号処理手段に前記画像評価値に基づいた信号処理を施させることを特徴としている。
請求項1に記載の発明によれば、イメージセンサが撮像に係る調整の指標となる画像評価値を算出する評価値算出手段を備えるので、当該イメージセンサを用いたカメラモジュールのサイズ及び製造に係るコストを抑え、且つ、後段のアプリケーションエンジンにかかる負荷を軽減して画像データを取得することができる。また、カメラモジュールから出力される画像評価値に基づいて当該カメラモジュールの撮像に係る調整を行うことが可能であるため、取得される画像データの再現性を向上することができる。
請求項2に記載の発明によれば、少なくともオートフォーカシング評価値、オートエクスポージャー評価値、オートホワイトバランス評価値の何れか又は全ての画像評価値に基づいて、撮像に係る調整を行うことが可能であるため、取得される画像データの再現性を向上することができる。
請求項3に記載の発明によれば、イメージセンサにCMOSセンサを用いることができる。
請求項に記載の発明によれば、カメラモジュールの外部から当該カメラモジュールの撮像に係る調整を行うことができる。
請求項に記載の発明によれば、カメラモジュールから出力される画像データに所定の信号処理を施すことができる。
請求項に記載の発明によれば、信号処理手段に画像評価値に基づいた信号処理を施させることが可能であるため、取得される画像データの再現性を向上することができる。
以下、本発明の撮像装置をカメラ機能付き携帯電話機10に適用した例を、図1〜図4を参照して詳細に説明する。なお、本実施の形態では、後述するカメラモジュール20がカメラモジュールに、携帯電話機10(カメラモジュール20を除く)が本体ユニットに対応する。
図1に携帯電話機10の機能的構成を示す。図1に示すように、携帯電話機10は、制御部11、表示部12、操作部13、通信制御部14、記憶部15、信号処理部31、音声入出力部16、カメラモジュール20等を備えて構成されている。
制御部11は、携帯電話機10を構成する各機能部への指示や各機能部間のデータの入出力を行い、CPUやROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等により構成される。より具体的には、制御部11は、ROM及び/又は記憶部15に記憶されているシステムプログラムを読み出し、RAM内に形成されたワークメモリに展開し、該システムプログラムに従って各部を制御する。また、制御部11は、ROM及び/又は記憶部15に記憶されている各種処理プログラム等のアプリケーションプログラムを読み出してワークメモリに展開し、各種処理を実行し、それらの処理結果をRAM内のワークメモリに記憶するとともに、表示部12に表示させる。そして、ワークメモリに格納した処理結果を記憶部15に記憶させる。この制御部11は、アプリケーションエンジン又はバックエンドと呼ばれる。
また、制御部11は、信号処理部31を有している。信号処理部31は、カメラモジュール20から入力された画像データに含まれる全画素に対し所定の画像処置を施す。画像処理としては、例えば、シェーディング補正処理、欠陥画素補正処理、ガンマ補正処理、階調変換処理、鮮鋭性調整処理、色変換処理等が挙げられる。
さらに、制御部11は、カメラモジュール20から入力される画像評価値に基づいてカメラモジュール20の各部を統括制御する。具体的には、画像評価値に含まれるAF(オートフォーカシング)評価値に応じ、後述する駆動制御部に制御信号を送信することで撮像光学系21の位置を変更し、イメージセンサの結像面上に結像される被写体像の焦点を調整する。また、画像評価値に含まれるAE(オートエクスポージャー)評価値に応じて、駆動制御部に制御信号を送信することで絞り部242の開口率を変更、又はイメージセンサ22から出力される画像データの取り出しタイミングを変更することで露出を調整する。また、画像評価値に含まれるAWB(オートホワイトバランス)評価値に応じ、イメージセンサ22で取得される画像データのRGBゲイン(例えば、R/Bゲイン)、を変更することでホワイトバランスを調整する。
このように、画像評価値に応じた調整を行うことにより、カメラモジュール20で取得される画像データの再現性を向上することができる。
表示部12は、表示制御回路、LCD(Liquid Crystal Display)パネル等により構成され(何れも不図示)、制御部11から入力される表示データに基づいて画面表示を行う。
操作部13は、カーソルキー、文字/数字キー、各種機能キー等を有し、そのキー操作による押下信号を制御部11に出力する。
通信制御部14は、アンテナ141を含む無線通信部で構成され、制御部11から入力される指示に従って、不図示の無線基地局との間で所定の通信方式に準拠した携帯電話機用の通信プロトコル(例えば、W−CDMAやcdma2000)を実行し、この通信方式で設定される通信チャネルにより、送受話音声の送受信や各種データ通信を実行する。
記憶部15は、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリ等により構成され、携帯電話機10に対応するシステムプログラム、及びシステムプログラム上で実行可能な各種処理プログラム、アプリケーションプログラム及びこれらのプログラムで処理されたデータ等を記憶する。
音声入出力部16は、マイク、スピーカ、増幅器、A/D変換部、及びD/A変換部等を有し、マイクから入力されるユーザの音声信号をデジタル音声情報に変換し、その音声情報を制御部11に出力するとともに、受話中に制御部11から入力される音声情報や、着信音、操作確認音等の音声情報をアナログの音声信号に変換して増幅し、スピーカから出力する。
次に、図2を参照してカメラモジュール20について説明する。
カメラモジュール20は、図2に示すように、撮像光学系21、イメージセンサ22、画像出力I/F23、アクチュエータ24、シリアル通信I/F25、駆動制御部33等により構成されている。
撮像光学系21は、ガラスやプラスチック等からなる光学レンズであって、その光路上において被写体の光画像をイメージセンサ22の結像面上に結像させる。
イメージセンサ22は、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)やCCD(Charge Coupled Device)等の撮像素子であって、撮像光学系21により受光面上に結像された被写体像を電気信号に変換して画像データを生成し、この画像データをRAWデータの状態で画像出力I/F23へ出力する。また、イメージセンサ22は、シリアル通信I/F25を介して行われる制御部11からのレジスタ制御により、ゲイン値、画像サイズ、フレームレート等が変更される。なお、ここでイメージセンサ22は、デジタルの画像データを出力する機能までを含んだものとする。例えば、CMOSを用いる場合には、このCMOSがイメージセンサに相当し、CCDを用いる場合には、CCDから出力されるアナログの画像データをデジタルに変換するAFE(Analog Front End)をも含めたものに相当する。
また、イメージセンサ22は、イメージセンサ22で取得される画像データに基づいて、撮像に係る調整の指標となる画像評価値を算出する評価値算出部32を有している。評価値算出部32は、算出した画像評価値をシリアル通信I/F25を介して制御部11に出力する。この画像評価値には、少なくともAF評価値、AE評価値、AWB評価値が含まれており、それぞれ制御部11による合焦調整、露出調整、ホワイトバランス調整の際の指標となっている。
具体的に、評価値算出部32は、イメージセンサ22で取得される画像データから高周波領域の所定の周波数帯域の信号成分を抽出し、この抽出された信号を積算した値をAF評価値として導出する。また、評価値算出部32は、イメージセンサ22で取得される画像データの輝度値の平均値をAE評価値として導出する。また、評価値算出部32は、イメージセンサ22で取得される画像データからTTL(Through The Lens)式のホワイトバランス調整に必要なRGBフィルタ毎の画素値の平均値をAWB評価値として導出する。
このように、イメージセンサ22が評価値算出部32を備えたことにより、カメラモジュール20のサイズ及び製造に係るコストを抑え、且つ、後段の制御部11に負荷をかけることなく画像データを取得することができる。また、イメージセンサ22としてCMOSを用いるような場合、CMOS製造工程においてCMOS内に評価値算出部32を実行する回路を設けることは、その回路の構成上比較的容易であるため特に好適である。
画像出力I/F23は、CCP2(Compact Camera Port 2:登録商標)等の高速なシリアルインターフェースやパラレルインターフェースであって、イメージセンサ22から入力される画像データ等を携帯電話機10の制御部11に送信する。
アクチュエータ24は、ステッピンモータやピエゾ素子が用いられ、駆動制御部33から入力される駆動信号に応じて、搬送部241を駆動させることにより、撮像光学系21を移動させ焦点距離を変更させる。また、アクチュエータ24は、駆動制御部33から入力される駆動信号に応じて絞り部242を開閉させることにより、撮像光学系21の絞り値を変更させる。
シリアル通信I/F25は、I2C(登録商標)等のシリアルインターフェースであって、制御部11との間で制御信号等のデータの送受信を行う。
駆動制御部33は、制御部11から入力される制御信号に応じて、アクチュエータ24を駆動させる駆動信号を生成する。なお、本実施の形態では、駆動制御部33を介してアクチュエータ24を駆動させる態様としたが、これに限らず、例えば、図3に示すように制御部11からアクチュエータ24を直接駆動させることが可能な構成としてもよく、この場合、シリアル通信I/F25とは異なる他のインターフェースを備えることとしてもよい。
次に、本実施の形態の動作を図4のフローチャートを参照して説明する。
図4は、携帯電話機10における撮像調整処理の流れを示すフローチャートである。なお、本撮像調整処理は、制御部11と不図示のROM及び/又は記憶部15に記憶された制御プログラムとの協働によるソフトウェア処理により実行される処理を示している。また、ステップS11〜ステップS13においては、評価値算出部32により実行される処理を示している。
本処理の前提として、カメラモジュール20を起動する旨の押下信号の入力に基づき、カメラモジュール20が制御部11により起動された状態であるものとする。
まず、カメラモジュール20により被写体の画像データを取得されると(ステップS11)、この画像データに基づいて画像評価値が評価値算出部32で算出される(ステップS12)。
そして、ステップS11で取得された画像データが画像出力I/F23を介して出力されるとともに、ステップS12で算出された画像評価値がシリアル通信I/F25を介して出力される(ステップS13)。なお、本実施の形態では、画像評価値をシリアル通信I/F25を介して出力することとしたが、これに限らず、画像出力I/Fを介して出力することとしてもよく、この場合、画像評価値を画像信号の帰線期間中等に重畳させて出力することとしてもよい。
一方、携帯電話機10側では、カメラモジュール20から画像評価値が入力されると、この画像評価値に応じてカメラモジュール20の各部を制御するための制御信号がシリアル通信I/F25を介してカメラモジュール20に送信され(ステップS14)、この制御信号に基づいてカメラモジュール20の各部の設定値が調整される(ステップS15)。
また、カメラモジュール20から入力された画像データに対して画像評価値に応じた信号処理が信号処理部31により施され(ステップS15)、本処理は終了する。この信号処理された画像データは、制御部11の制御により表示部12に表示されたり、記憶部15に記憶される。
上述したステップS11〜ステップS16までの処理は、カメラモジュール20が起動されている間、常時又は所定の間隔毎に行われるものとする。
以上のように、本実施の形態によれば、イメージセンサが撮像に係る調整の指標となる画像評価値を算出する評価値算出手段を備えるので、カメラモジュールのサイズ及び製造に係るコストを抑え、且つ、制御部11(アプリケーションエンジン)にかかる負荷を軽減して画像データを取得することができる。
また、カメラモジュール20で取得された画像データに対し、信号処理部31に画像評価値に基づいた信号処理を施させることが可能であるため、取得される画像データの再現性を向上することができる。
本実施の形態における記述は、本発明に係る撮像装置の一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態における携帯電話機10の細部構成及び詳細動作に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本発明の撮像装置を備えた撮像装置として、携帯電話機10を用いて説明したが、これに限らず、デジタルカメラやカメラ機能を備えたPDA等であってもよい。
本発明に係る携帯電話機の機能的構成を模式的に示すブロック図である。 本発明に係るカメラモジュールの機能的構成を模式的に示すブロック図である。 本発明に係るカメラモジュールの機能的構成を模式的に示すブロック図である。 撮像調整処理の手順を示すフローチャートである。 従来の携帯電話機の機能的構成を模式的に示すブロック図である。 従来のカメラモジュールの機能的構成を模式的に示すブロック図である。 従来のカメラモジュールの機能的構成を模式的に示すブロック図である。 従来のカメラモジュールの機能的構成を模式的に示すブロック図である。 従来のカメラモジュールの機能的構成を模式的に示すブロック図である。
符号の説明
10 携帯電話機(本体ユニット)
11 制御部
12 表示部
13 操作部
14 通信制御部
15 記憶部
16 音声入出力部
20 カメラモジュール(カメラモジュール)
21 撮像光学系(撮像光学系)
22 イメージセンサ(イメージセンサ)
23 画像出力I/F
24 アクチュエータ
241 搬送部
242 絞り部
25 シリアル通信I/F(評価値出力手段、制御信号入力手段)
30 DSP回路
31 信号処理部(信号処理手段)
32 評価値算出部(評価値算出手段)
33 駆動制御部

Claims (6)

  1. 本体ユニットと、前記本体ユニットに接続されるカメラモジュールと、を含む撮像装置であって、
    前記カメラモジュールは、被写体像を画像データとして取得するとともに前記取得された画像データに基づいて撮像に係る調整の指標となる画像評価値を算出する評価値算出手段を備えるイメージセンサと、被写体像を前記イメージセンサの結像面上に結像させるための撮像光学系と、前記イメージセンサで取得された画像データを外部に出力する画像出力手段と、前記イメージセンサで算出された画像評価値を外部に出力する評価値出力手段と、を備え、
    前記本体ユニットは、前記カメラモジュールから出力される画像評価値に基づいて撮像に係る調整を行う制御信号を前記カメラモジュールに出力する制御手段を備えたことを特徴とする撮像装置。
  2. 前記画像評価値は、少なくともオートフォーカシング評価値、オートエクスポージャー評価値、オートホワイトバランス評価値の何れか又は全てを含むことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置
  3. 前記イメージセンサが、CMOSセンサであることを特徴とする請求項1または2に記載の撮像装置
  4. 前記カメラモジュールの撮像に係る調整を行う制御信号を外部から入力可能な制御信号入力手段を更に備えたことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の撮像装置
  5. 前記本体ユニットは、前記カメラモジュールから出力された画像データに所定の信号処理を施す信号処理手段を更に備えたことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の撮像装置。
  6. 前記制御手段は、前記信号処理手段に前記画像評価値に基づいた信号処理を施させることを特徴とする請求項に記載の撮像装置。
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