JP4888081B2 - 撮像装置、撮像方法、撮像システム及び画像処理装置 - Google Patents
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Description
ここで、破壊読み出し方式は、光電変換素子から電荷(画素信号)を読み出すときに、当該光電変換素子に蓄積された電荷を空にするリセット処理を伴うものである。
また、非破壊読み出し方式は、光電変換素子から電荷(画素信号)を読み出すときに、当該光電変換素子に蓄積された電荷を空にせず蓄積状態を維持したままで読み出すものである。つまり、電荷読み出し時にリセット処理を行わないため、設定された露光時間に至るまで、電荷の蓄積途中において、異なる露光時間に対して何度でも電荷の読み出しを行うことができる。従って、非破壊読み出し方式には、多段階露光を容易に実現することができるという利点がある。
また、特許文献2に記載の固体撮像装置は、光電変換素子を画素として行列状に2次元に配列した受光部に対して、水平有効期間内でタイミングの異なる第1及び第2の読み出し信号を出力する垂直走査回路と、水平有効期間内で2度のスタート信号を入力する水平走査回路とを設け、2度の読み出し動作を水平走査期間内で時間をずらして行うようにして、垂直信号線を複数設けることなく、独立に取り出すように構成することでワイドダイナミックレンジ化を実現するものである。
露光した光を電荷に変換して蓄積する光電変換素子が複数マトリクス状に配設された光電変換部と、フレーム毎の露光時間を制御する電子シャッタ機能とを備えた撮像素子であって、
前記光電変換部の全露光領域における前記光電変換素子の構成する各画素から、所定露光時間で露光された電荷を破壊読み出し方式で読み出す第1読出手段と、
前記第1読出手段が全露光領域から電荷の読み出しを行っている期間において、前記光電変換部の前記全露光領域の一部である特定領域における前記光電変換素子の構成する各画素から、複数回電荷を非破壊読み出し方式で読み出す第2読出手段と、を備えることを特徴としている。
露光した光を電荷に変換して蓄積する光電変換素子が複数マトリクス状に配設された光電変換部と、フレーム毎の露光時間を制御する電子シャッタ機能とを備えた撮像装置であって、
前記光電変換部の全露光領域における前記光電変換素子の構成する各画素から、所定露光時間で露光された電荷を破壊読み出し方式で読み出す第1読出手段と、
前記第1読出手段が電荷の読み出しを行っている期間において、前記光電変換部の前記全露光領域の一部である特定領域における前記光電変換素子の構成する各画素から、複数回電荷を非破壊読み出し方式で読み出す第2読出手段と、
前記第1読出手段で読み出された前記全露光領域に対する所定露光時間の電荷から構成される第1画素データに基づき、第1の画像データを生成する第1画像データ生成手段と、
前記第1画像データ生成手段で生成された第1の画像データを記憶する第1画像データ記憶手段と、
前記第2読出手段で読み出された前記特定領域に対するそれぞれ露光時間の異なる電荷から構成される複数種類の第2画素データに基づき、第2の画像データを生成する第2画像データ生成手段と、
前記第2画像データ生成手段で生成された第2の画像データを記憶する第2画像データ記憶手段と、
前記記憶された第2の画像データと、前記記憶された第1の画像データとを合成して撮像画像データを生成する撮像画像データ生成手段と、を備えることを特徴としている。
従って、例えば、動きのある被写体及び比較的暗い背景から構成される撮像対象に対して、第1読出手段によって、当該暗い背景に対して露光領域全体の画素を、例えば、暗い背景内容を認識可能な撮像画像を得るのに十分な長さの長露光時間で露光して、当該露光領域全体の各画素の電荷を読み出すことで長露光時間で露光された背景画像を得ることができる。一方、前記長露光時間による露光期間中において、前記動きのある被写体の領域を含むその周辺領域を特定領域として、当該特定領域の画素に対して、例えば、前記長露光時間よりも短い、複数種類(例えば、5種類など)の露光時間で順次露光される各画素から電荷を非破壊で順次読み出すことで、長露光時間時のフレームレートよりも高速なフレームレートで複数種類の露光時間で露光された特定領域の画像を得ることができる。更に、このようにして得られた、十分に露光された背景画像(露光領域全体の画像)と、多段露光された、動きのある被写体を含む特定領域の画像とを合成することができるので、背景と被写体とのコンストラストが高く、且つ動きのある被写体をはっきりと捉えた画像を生成することができるという効果が得られる。
前記全露光領域における前記特定領域の範囲を指定する基準信号を生成する特定領域基準信号生成手段を備えることを特徴としている。
このような構成であれば、特定領域基準信号生成手段によって、前記全露光領域における前記特定領域の範囲を指定する基準信号を生成することが可能である。
従って、例えば、全露光領域を与える基準信号(垂直同期信号0)とは非同期に、特定領域の範囲を指定する基準信号(垂直同期信号1)を、撮像装置に自動的に生成させることができるので、前記垂直同期信号1から、容易に特定領域のライン番号、画素番号を計数することができるという効果が得られる。
前記第2画素データは、前記第2読出手段において前記複数回の読み出しで得られる複数種類の露光時間における各露光時間で読み出された電荷から構成される画素データの画素値と、前記第2読出手段において前記各露光時間よりも短い露光時間で読み出された電荷から構成される画素データの画素値とのそれぞれの差分値に基づき構成されることを特徴としている。
従って、固定パターンノイズによる画質劣化を防ぐ又は低減することができるという効果が得られる。
また、上記第2画素データは、前記差分値そのものから構成しても良いし、差分値を補正するなどの差分値を加工した値から構成しても良い。
前記各露光時間よりも短い露光時間で読み出された電荷は、前記各露光時間の電荷よりも1つ前の露光時間で読み出された電荷であることを特徴としている。
このような構成であれば、複数種類の露光時間における各露光時間で読み出された画素データと、これらの各1つ前の露光時間で読み出された画素データとの差分値に基づき第2画素データを構成することが可能となるので、より高速なフレームレートの画像を取得することができる。
前記第2画像データ生成手段は、前記第2読出手段で読み出された前記特定領域に対する前記各第2画素データの画素値と所定閾値との比較結果に基づき各第2画素データが有効であるか否かを判定すると共に、有効であると判定された第2画素データに基づき前記第2画像データ記憶手段に記憶された第2の画像データを更新することを特徴としている。
これにより、特定領域における動きのある被写体の撮像画像データを簡易に生成することができる。なお、所定閾値は、被写体と背景との輝度差などに応じて適切な値を設定することで、様々な環境下の撮像対象に適応させることができる。
前記第2画像データ生成手段は、前記比較結果に基づき無効であると判定された第2画素データと同じ画素位置に対応する前記第1画像データ記憶手段に記憶された第1画素データに基づき、前記第2画像データ記憶手段に記憶された第2の画像データを更新することを特徴としている。
前記第2画像データ生成手段は、前記第2画素データの画素値の示す輝度が、前記所定閾値の示す輝度以上のときに、当該第2画素データを有効と判定することを特徴としている。
このような構成であれば、例えば、夜間において、動きのある被写体及びその背景から構成される撮像対象に対して、第2読出手段によって特定領域の画素から読み出された電荷に対応する第2画素データの示す輝度値が、所定輝度値以上の場合に当該第2画素データを有効とする。
前記第2画像データ生成手段は、前記第2読出手段における前記特定領域の各画素からの電荷の読み出し回数に応じて、前記第2画素データの画素値を補正することを特徴としている。
例えば、第1読出手段に対する所定露光時間の露光期間において、第2読出手段で複数種類の露光時間でそれぞれ露光された画素信号を取得したときに、第2読出手段では、所定露光時間よりも短い露光時間による露光を複数回行うことになるので、このようにして得られる第2画素データは、露光時間が短い分だけ、第1画素データに対して輝度レベルが低くなってしまう。そのため、第2画素データの輝度レベルを複数種類の露光時間における各露光時間に応じてそれぞれ補正する。なお、上記形態5のように、差分データとして第2画素データを生成する場合は、例えば、差分値を種類数倍して輝度レベルを補正することが可能である。例えば、5種類の露光時間で露光した場合は、差分値を単純に5倍するだけで第1画素データと同等の輝度レベルに補正することができる。
前記第1画像データ生成手段は、前記第1読出手段で読み出された前記全露光領域における前記各第1画素データの画素値と所定閾値との比較結果に基づき各第1画素データが有効であるか否かを判定すると共に、有効であると判定された第1画素データに基づき前記背景画像記憶手段に記憶された第1の画像データを更新することを特徴としている。
前記第1画像データ生成手段は、前記第1画素データの画素値の示す輝度が、前記所定閾値の示す輝度以下のときに、当該第1画素データを有効と判定することを特徴としている。
このような構成であれば、例えば、夜間において、動きのある被写体及びその背景から構成される撮像対象に対して、第1読出手段によって全露光領域の画素から読み出された電荷に対応する第1画素データの示す輝度値が、所定輝度値以下の場合に当該第1画素データを有効とすることが可能である。
前記第1画像データ生成手段は、前記第1画素データの画素値が示す輝度が、前記所定閾値の示す輝度より高いときに、当該第1画素データを無効と判定すると共に、当該無効と判定されたときに当該第1画素データによる前記第1画像データ記憶手段に記憶された第1の画像データの更新処理を行わないことを特徴としている。
前記撮像画像データ生成手段は、前記第2画像データ記憶手段から第2の画像データを読み出し、前記第1画像データ記憶手段から前記特定領域以外の領域に対応する第1の画像データ部分を読み出し、これら読み出した第2の画像データ及び第1の画像データ部分を合成して前記撮像画像データを生成することを特徴としている。
露光した光を電荷に変換して蓄積する光電変換素子が複数マトリクス状に配設された光電変換部と、フレーム毎の露光時間を制御する電子シャッタ機能とを備えた撮像素子に用いられる撮像方法であって、
前記光電変換部の全露光領域における前記光電変換素子の構成する各画素から、所定露光時間で露光された電荷を破壊読み出し方式で読み出す第1読出ステップと、
前記第1読出ステップで全露光領域から電荷の読み出しを行っている期間において、前記光電変換部の前記全露光領域の一部である特定領域における前記光電変換素子の構成する各画素から、複数回電荷を非破壊読み出し方式で読み出す第2読出ステップと、を含むことを特徴としている。
これにより、形態1の撮像素子と同等の作用及び効果が得られる。
露光した光を電荷に変換して蓄積する光電変換素子が複数マトリクス状に配設された光電変換部と、フレーム毎の露光時間を制御する電子シャッタ機能とを備えた撮像装置に用いられる撮像方法であって、
前記光電変換部の全露光領域における前記光電変換素子の構成する各画素から、所定露光時間で露光された電荷を破壊読み出し方式で読み出す第1読出ステップと、
前記第1読出ステップで電荷の読み出しを行っている期間において、前記光電変換部の前記全露光領域の一部である特定領域における前記光電変換素子の構成する各画素から、複数回電荷を非破壊読み出し方式で読み出す第2読出ステップと、
前記第1読出ステップで読み出された前記全露光領域に対する所定露光時間の電荷から構成される第1画素データに基づき、第1の画像データを生成する第1画像データ生成ステップと、
前記第1画像データ生成ステップで生成された第1の画像データを記憶する第1画像データ記憶ステップと、
前記第2読出ステップで読み出された前記特定領域に対するそれぞれ露光時間の異なる電荷から構成される複数種類の第2画素データに基づき、第2の画像データを生成する第2画像データ生成ステップと、
前記第2画像データ生成ステップで生成された第2の画像データを記憶する第2画像データ記憶ステップと、
前記記憶された第2の画像データと、前記記憶された第1の画像データとを合成して撮像画像データを生成する撮像画像データ生成ステップと、を含むことを特徴としている。
これにより、形態2の撮像装置と同等の作用及び効果が得られる。
露光した光を電荷に変換して蓄積する光電変換素子が複数マトリクス状に配設された光電変換部と、フレーム毎の露光時間を制御する電子シャッタ機能とを備えた撮像システムであって、
前記光電変換部の全露光領域における前記光電変換素子の構成する各画素から、所定露光時間で露光された電荷を破壊読み出し方式で読み出す第1読出手段と、
前記第1読出手段が電荷の読み出しを行っている期間において、前記光電変換部の前記全露光領域の一部である特定領域における前記光電変換素子の構成する各画素から、複数回電荷を非破壊読み出し方式で読み出す第2読出手段と、
前記第1読出手段で読み出された前記全露光領域に対する所定露光時間の電荷から構成される第1画素データに基づき、第1の画像データを生成する第1画像データ生成手段と、
前記第1画像データ生成手段で生成された第1の画像データを記憶する第1画像データ記憶手段と、
前記第2読出手段で読み出された前記特定領域に対するそれぞれ露光時間の異なる電荷から構成される複数種類の第2画素データに基づき、第2の画像データを生成する第2画像データ生成手段と、
前記第2画像データ生成手段で生成された第2の画像データを記憶する第2画像データ記憶手段と、
前記記憶された第2の画像データと、前記記憶された第1の画像データとを合成して撮像画像データを生成する撮像画像データ生成手段と、を備えることを特徴としている。
ここで、本システムは、単一の装置、端末その他の機器として実現するようにしてもよいし(この場合は、形態1と同等となる)、複数の装置、端末その他の機器を通信可能に接続したネットワークシステムとして実現するようにしてもよい。後者の場合、各構成要素は、それぞれ通信可能に接続されていれば、複数の機器等のうちいずれに属していてもよい。
露光した光を電荷に変換して蓄積する光電変換素子が複数マトリクス状に配設された光電変換部の全露光領域における前記光電変換素子の構成する各画素から、破壊読み出し方式で読み出された所定露光時間で露光された電荷から構成される第1画素データに基づき、第1の画像データを生成する第1画像データ生成手段と、
前記第1画像データ生成手段で生成された第1の画像データを記憶する第1画像データ記憶手段と、
前記第1読出手段が電荷の読み出しを行っている期間において、前記光電変換部の前記全露光領域の一部である特定領域における前記光電変換素子の構成する各画素から、非破壊読み出し方式で複数回読み出された電荷から構成される複数種類の第2画素データに基づき、第2の画像データを生成する第2画像データ生成手段と、
前記第2画像データ生成手段で生成された第2の画像データを記憶する第2画像データ記憶手段と、
前記記憶された第2の画像データと、前記記憶された第1の画像データとを合成して撮像画像データを生成する撮像画像データ生成手段と、を備えることを特徴としている。
これにより、形態2の撮像装置と同様に、十分に露光された背景画像(露光領域全体の画像)と、多段露光された、動きのある被写体を含む特定領域の画像とを合成することができるので、背景と被写体とのコンストラストが高く、且つ動きのある被写体をはっきりと捉えた画像を生成することができるという効果が得られる。
この撮像装置1は、1フレーム期間(1回の露光期間)に、センサセルアレイの全露光領域(全走査領域)に対する通常露光時間(ユーザ等によって任意に設定される時間)の露光による画像を撮像すると共に、同じ1フレーム期間に、センサセルアレイの特定領域(露光領域の一部から構成)に対する複数種類の露光時間の露光による画像を撮像する機能を備えた撮像素子を有する撮像処理系を備える。つまり、特定領域に対しては、通常露光時間の露光時における画素信号の読み出し速度よりも高速に且つ複数回の画素信号の読み出しが行われる。そして、画素列毎に順次、光電変換された画素信号が出力される。また、本実施の形態において、撮像装置1は、動きのある被写体の存在する領域及びその周辺領域を動き領域とし(例えば、ユーザにより任意に設定)、この動き領域を撮像するセンサセルの領域を前記特定領域として設定する。以降は、特定領域を動き領域と称して説明を行う。
撮像装置1は、図1に示すように、通常露光時間の露光期間において、センサセルアレイ56(後述)の全露光領域における通常露光時間で露光された各画素のラインから破壊読み出し方式で画素信号を読み出すと共に、動き領域における複数種類の露光時間(本実施の形態においては、いずれも通常露光時間以下の時間で且つ重複無し)で露光された各画素のラインから非破壊読み出し方式によって各種類毎の画素信号を読み出し、これら読み出した画素のライン毎の画素信号の画素データ(デジタルデータ)を順次出力する領域走査対応撮像処理系10(以下、撮像処理系10と称す)と、領域走査対応撮像処理系10から出力された、全露光領域の各画素からの通常露光時間の露光に対応する画素データに基づき背景画像を生成し、特定領域の各画素からの複数種類の露光時間の露光にそれぞれ対応する画素データに基づき動き領域の画像(以下、動き領域画像という)を生成し、これら生成した背景画像及び動き領域画像を合成して撮像画像を生成する映像処理系12と、動き領域画像データ、動き領域背景画像データ、背景画像データなどの各種画像データを記憶するフレームメモリ14とを含んで構成される。
領域別走査対応型撮像素子100(以下、撮像素子100と称す)は、被写体からの光を撮像レンズ(不図示)でセンサセルアレイ56(後述)に集光し、その集光量に応じた電荷をセンサセルアレイ56の各画素に蓄積させる。また、撮像素子100は、映像処理系12のタイミング制御器12b(後述)から出力される駆動信号(ピクセルクロック、水平同期信号及び垂直同期信号)に基づいて、センサセルアレイ56の全露光領域の各画素列に蓄積されている電荷群を電圧群に順次変換する。また、後述する走査ラインスキャナ54の生成する特定領域_垂直同期信号に基づいて、センサセルアレイ56の動き領域の各画素列に蓄積されている電荷群を電圧群に順次変換する。そして、動き領域に対する複数種類の露光時間で露光された電荷群を変換してなる電圧群は、第1水平転送部58(後述)の有する、第1ラインメモリを含んで構成される第1出力チャンネル(以下、CH1と称す)を介して第1のAFE102に順次出力させ、他方の全露光領域に対する通常露光時間で露光された電荷群を変換してなる電圧群は、第2水平転送部60(後述)の有する、第2ラインメモリS及び第2ラインメモリNを含んで構成される第2出力チャンネル(以下、CH2と称す)を介して第2のAFE10dに順次出力させる。また、本実施の形態においては、全露光領域に対して、CH2を介して破壊読み出し方式で各画素からの電荷の読み出しを行い、特定(動き)領域に対して、CH1を介して非破壊読み出し方式で各画素からの電荷の読み出しを行うことによって、電子シャッタ機能による1回の露光期間(通常露光時間)において、全露光領域における通常露光時間での露光時の電荷群と、動き領域における複数種類の露光時間での露光時の電荷群とをそれぞれ独立に読み出すようになっている。
第1のAFE102は、図3に示すように、クランプ回路102aと、増幅回路102bと、A/D変換回路102cとを含んで構成される。
クランプ回路102aは、撮像素子100からの画素信号を受信し、それが遮光領域の信号かを検出し、遮光領域と検出された場合はその信号レベルが黒(基準)レベルになるように、入力信号全てに対してクランプ処理を行い、このクランプ処理後の画素信号を増幅回路102bに出力する。
A/D変換回路102cは、増幅回路102bからの画素信号(アナログデータ)を、画素データ(デジタルデータ)に変換して映像処理系12へと出力する。
なお、第1のAFE102及び第2のAFE104は、同一の内部構成となるので、第2のAFE104に対する内部構成の説明は省略する。
撮像素子100は、図4に示すように、基準タイミング発生器50と、駆動パルス発生器52と、走査ラインスキャナ54と、センサセルアレイ56と、第1水平転送部58と、第2水平転送部60とを含んで構成される。
基準タイミング発生器50は、映像処理系12のタイミング制御器12b(後述)からの垂直同期信号及び水平同期信号に基づき、基準タイミング信号を発生する。
走査ラインスキャナ54は、映像処理系12の通信器12a(後述)からの開始ライン番号及び走査領域幅を指定する各種駆動制御信号に基づき、全露光領域に対するリセットラインの位置を選択してリセットライン選択信号を生成し、全露光領域及び特定(動き)領域に対する読み出しラインの位置をそれぞれ選択して読み出しライン選択信号(2ライン分)を生成し、これら生成した選択信号を駆動パルス発生器52に出力する。
第2水平転送部60は、センサセルアレイ56の全露光領域における通常露光時間に対応する画素信号データ(リセット直前のデータ)及びリセット直後の画素信号データを、各画素のライン毎にCH2の第2ラインメモリS及び第2ラインメモリNにそれぞれ記憶し、当該記憶した通常露光時間及びリセット直後の画素信号データを、差動増幅回路62を介して第2のAFE104に出力する。
走査ラインスキャナ54は、図5に示すように、全露光領域走査カウンタ54aと、全露光領域走査アドレスデコーダ54bと、特定(動作)領域走査カウンタ54cと、特定領域走査アドレスデコーダ54dと、ORロジック54eとを含んで構成される。
全露光領域走査カウンタ54aは、基準タイミング発生器50からの垂直同期信号及び水平同期信号に基づいて、カウントアップ動作を繰り返す。ここで、カウンタの値は、全露光領域の画素のライン番号に対応しており、このライン番号は、全露光領域走査アドレスデコーダ54bに出力される。
ORロジック54eは、全露光領域走査アドレスデコーダ54bからの読み出しライン制御信号と、特定(動作)領域走査アドレスデコーダ54dからの読み出しライン制御信号とに基づき、各ライン毎にOR演算を行い、全露光領域に対する最終的な読み出しライン選択信号を生成すると共に、特定(動作)領域に対する最終的な読み出しライン選択信号を生成する。これら生成した読み出しライン選択信号は駆動パルス発生器52に出力される。
ここで、本発明の露光時間の制御は、センサセルアレイ56の全露光領域(全走査領域)に対して、全露光領域における各画素のラインの蓄積電荷のクリア(リセット)及び通常露光時間の画素信号の読み出しを行う通常走査ライン(読み出しライン)L2を設定すると共に、センサセルアレイ56の特定(動作)領域(特定走査領域)に対して、複数種類の露光時間の画素信号の非破壊読み出しを行う高速走査ライン(読み出しライン)L1を設定する。そして、1回の露光期間(通常露光時間)において、通常露光時間時の画素信号の読み出し及びリセット並びに複数種類の露光時間時の画素信号の非破壊読み出しがそれぞれ独立に実行されるように行われる。つまり、通常走査ラインL2及び高速走査ラインL1は、図6に示すように、全露光領域における画素のライン(例えば、第1〜第18ライン)に順次通常露光時間分の電荷が蓄積されると、通常走査ラインL2が各画素のラインの画素信号を順次読み出すと共に、その蓄積電荷を順次クリアするように設定される。一方、特定領域の画素のライン(例えば、第9〜第12ライン)においては、通常露光時間分の電荷が蓄積される期間中、複数種類の露光時間の各露光時間において各画素のラインの画素信号を非破壊で順次読み出すように高速走査ラインL1がそれぞれ設定される。
通信器12aは、外部システムコントローラ(不図示)から、センサセルアレイ56の特定(動作)領域に対する開始ライン番号と走査領域幅とに関する情報を取得し、当該取得した開始ライン番号と走査領域幅とを示す駆動制御信号を、撮像処理系10の走査ラインスキャナ54に出力する。
飽和画像判定部70は、1つ前の露光時間で取得したレベル補正前の生のデータである動き領域の画素データ(以下、基準画素データと称す)の輝度値が、特定の閾値以上の場合は、動き領域の画像生成は無効であると判定して動き領域の画像生成処理を行わず、一方、特定の閾値より小さい場合は、動き領域の画像生成は有効であると判定して動き領域の画像生成処理に移行する。ここで、特定の閾値とは飽和レベルを指し、飽和レベルを超えた画素は無効とする(詳細は後述)。また、飽和画像判定部70は、基準画素データから構成される動き領域の基準画像データ(生データ)をフレームメモリ14に記憶保持するようになっている。
図9(a)及び(b)に示すように、1フレーム(通常露光時間)の露光において、センサセルアレイ56の各画素に蓄積される電荷量は時間の経過と共に増加する。動き領域においては、非破壊読み出し方式で各画素から電荷を読み出すので、露光中に電荷の読み出しを何度行っても各画素の蓄積電荷量が維持される。そして、図9(a)は動きのある高輝度の画素値の増加を示し、一方、図9(b)は低輝度の背景領域の増加を示す。すなわち、図9(a)の例では、撮像対象の光量が図9(b)の例の撮像対象よりも大きく、図9(b)の例よりも蓄積電荷量の増加率が高くなる。この増加率の違いから動きのある画素か背景領域かを判定する。なお、図9中のリセットタイミングは、センサセルアレイ56に蓄積された電荷を空にするタイミングであり、このタイミングが通常露光時間を決定する。
画素データ判定部80は、高速走査画像生成器12cから高速走査画素データを取得し、この高速走査画素データの示す輝度値が特定の閾値以上か否かを判定する。そして、特定の閾値以上であると判定した場合は、当該高速走査画素データを「有効」とし、特定の閾値より小さいと判定した場合は、当該高速走査画素データを「無効」とする。すなわち、閾値以下のときは背景領域、と判定する。この「有効」又は「無効」のフラグ情報は、画素データ選択部82に入力される。
背景画素判定・更新器12eは、図8(c)に示すように、画素データ判定部90と、画素データ選択部92と、画素データ更新部94とを含んで構成される。
図7に戻って、メモリアクセス調停器12fは、背景画素判定・更新器12e、高速走査画像生成器12c、動き領域画素判定・更新器12d及び出力読出器12gの4系統からのフレームメモリ14に対する読み込み・書き込み命令に応じて、これら4系統のフレームメモリ14の画像データへのアクセス要求を調停しアクセスを行う。
フレームメモリ14は、図7に示すように、動き領域基準画像データ、動き領域画像データ、動き領域背景画像データ、背景画像データ等の各種画像データを記憶するメモリであり、メモリアクセス調停器12fから読み出し要求があると、その要求が示す画素データを読み出させる。また、フレームメモリ14は、メモリアクセス調停器12fから書き込み要求があると、その書き込み要求が示す画素データを書き込ませる。
高速走査画像生成器12cは、複数種類の露光時間にそれぞれ対応する高速走査画素データをCH1を介して取得すると、飽和画像判定部70において、この高速走査画素データの輝度値が、特定の閾値(飽和値)以上の場合は、動き領域の画像生成は無効であると判定して動き領域の画像生成処理を行わず、一方、特定の閾値より小さい場合は、動き領域の画像生成は有効であると判定して動き領域の画像生成処理に移行する。
このように生成されたレベル補正後の高速走査画素データは、動き領域画素判定・更新器12dに出力される。
出力読出器12gは、このようにして、フレームメモリ14内に構成された動き領域画像データ及び背景画像データを、外部の出力(表示)装置からの出力タイミングに同期して、メモリアクセス調停器12fを介して読み出し、この読み出した画像データを出力装置に出力する。具体的には、出力装置からのピクセルクロック、水平同期信号及び素直同期信号に基づき、読み出す画素データのアドレス番号を計数し、アドレス番号が背景画像データの番号であれば、フレームメモリ14内の背景画像データを、画素のライン毎に順次読み出して出力装置に出力し、アドレス番号が動き領域画像データの番号であれば、フレームメモリ14内の動き領域画像データを画素のライン毎に順次読み出して出力装置に出力する。これにより、通常走査(通常露光時間の露光)で得られた画素データから構成される背景画像データと、高速走査(複数種類の露光時間の露光)で得られた画素データから構成される動き領域画像データとが合成された画像を出力することが可能である。
また、上記実施の形態においては、動き領域画像データを生成(更新)するときに、輝度値と特定の閾値とに基づき、高速走査画素データ及び背景画素データのいずれか一方を選択して更新データを生成し、当該生成した更新データを用いて行うようにしたがこれに限らず、判定処理を行わずに高速走査画素データのみを用いて更新データを生成し、動き領域画像データの生成(更新)を行うようにしても良い。
Claims (10)
- 露光した光を電荷に変換して蓄積する光電変換素子が複数マトリクス状に配設された光電変換部と、フレーム毎の露光時間を制御する電子シャッタ機能とを備えた撮像装置であって、
連続して入力される同期信号に基づき、前記光電変換部の全露光領域における前記光電変換素子の構成する各画素から、所定露光時間で露光された電荷を破壊読み出し方式で繰り返し読み出す第1読出手段と、
前記第1読出手段が電荷の読み出しを行っている各フレーム期間において、前記光電変換部の前記全露光領域の一部である特定領域における前記光電変換素子の構成する各画素から、複数回電荷を非破壊読み出し方式で読み出す第2読出手段と、
前記第1読出手段で読み出された前記全露光領域に対する所定露光時間の電荷から構成される第1画素データに基づき、第1の画像データを生成する第1画像データ生成手段と、
前記第1画像データ生成手段で生成された第1の画像データを記憶する第1画像データ記憶手段と、
前記第2読出手段で読み出された前記特定領域に対するそれぞれ露光時間の異なる電荷から構成される複数種類の第2画素データに基づき、第2の画像データを生成する第2画像データ生成手段と、
前記第2画像データ生成手段で生成された第2の画像データを記憶する第2画像データ記憶手段と、
前記記憶された第2の画像データと、前記記憶された第1の画像データとを合成して撮像画像データを生成する撮像画像データ生成手段と、を備え、
前記第1画像データ生成手段は、前記第1読出手段で読み出された前記全露光領域における前記各第1画素データの画素値の示す輝度と所定閾値とを比較し、前記第1画素データの画素値の示す輝度が所定閾値以下であると判定したときに、当該第1画素データを有効と判定し、前記第1画素データの画素値の示す輝度が前記所定閾値より高いと判定したときに、当該第1画素データを無効と判定し、有効であると判定した場合は、当該有効であると判定した第1画素データに基づき前記第1画像データ記憶手段に記憶された第1の画像データを更新し、無効であると判定した場合は、当該無効であると判定した第1の画素データによる第1の画像データの更新処理を行わないようになっており、
前記第2画像データ生成手段は、前記第2読出手段で読み出された前記特定領域に対する前記各第2画素データの画素値の示す輝度と所定閾値との比較結果に基づき各第2画素データが有効であるか否かを判定すると共に、有効であると判定された第2画素データに基づき前記第2画像データ記憶手段に記憶された第2の画像データを更新するようになっていることを特徴とする撮像装置。 - 前記第2画素データは、前記第2読出手段において前記複数回の読み出しで得られる複数種類の露光時間における各露光時間で読み出された電荷から構成される画素データの画素値と、前記第2読出手段において前記各露光時間よりも短い露光時間で読み出された電荷から構成される画素データの画素値とのそれぞれの差分値に基づき構成され、
前記各露光時間よりも短い露光時間で読み出された電荷は、前記各露光時間の電荷よりも1つ前の露光時間で読み出された電荷であり、
前記第2画像データ生成手段は、前記第2読出手段で前記1つ前の露光時間で読み出された前記特定領域に対する前記各第2画素データである各基準画素データの画素値の示す輝度と前記所定閾値とを比較し、前記基準画素データの画素値の示す輝度が前記所定閾値より小さいと判定したときに、当該基準画素データを用いた画像生成が有効であると判定し、前記基準画素データの画素値の示す輝度が前記所定閾値以上であると判定したときに、当該基準画素データを用いた画像生成が無効であると判定し、前記画像生成が有効であると判定した場合に、当該有効であると判定された基準画素データに対応する差分値を用いた前記第2画素データの更新処理を行うようになっていることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 - 前記第2画像データ生成手段は、前記基準画素データを用いた前記差分値を前記特定領域の各画素からの電荷の読み出し回数倍することでレベル補正した第2画素データを生成し、前記画像生成が有効であると判定した場合に、前記レベル補正後の第2画素データの画素値の示す輝度と前記所定閾値とを比較し、前記レベル補正後の第2画素データの画素値の示す輝度が前記所定閾値以上であると判定したときに、当該第2画素データを有効と判定し、前記レベル補正後の第2画素データの画素値の示す輝度が前記所定閾値よりも小さいと判定したときに、当該第2画素データを無効と判定し、有効であると判定された場合は、当該有効であると判定された第2画素データに基づき前記第2画像データ記憶手段に記憶された第2の画像データを更新し、無効であると判定された場合は、当該無効であると判定された第2画素データと同じ画素位置に対応する前記第1画像データ記憶手段に記憶された第1画素データに基づき、前記第2画像データ記憶手段に記憶された第2の画像データを更新することを特徴とする請求項2に記載の撮像装置。
- 前記撮像画像データ生成手段は、前記第2画像データ記憶手段から第2の画像データを読み出し、前記第1画像データ記憶手段から前記特定領域以外の領域に対応する第1の画像データ部分を読み出し、これら読み出した第2の画像データ及び第1の画像データ部分を合成して前記撮像画像データを生成することを特徴とする請求項3に記載の撮像装置。
- 前記所定閾値は、飽和レベルであることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 前記特定領域は、撮像領域における動きのある被写体の存在する領域とその周辺の領域とに基づき設定されることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 前記全露光領域における前記特定領域の範囲を指定する基準信号を生成する特定領域基準信号生成手段を備えることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 露光した光を電荷に変換して蓄積する光電変換素子が複数マトリクス状に配設された光電変換部と、フレーム毎の露光時間を制御する電子シャッタ機能とを備えた撮像装置に用いられる撮像方法であって、
連続して入力される同期信号に基づき、前記光電変換部の全露光領域における前記光電変換素子の構成する各画素から、所定露光時間で露光された電荷を破壊読み出し方式で繰り返し読み出す第1読出ステップと、
前記第1読出ステップで電荷の読み出しを行っている各フレーム期間において、前記光電変換部の前記全露光領域の一部である特定領域における前記光電変換素子の構成する各画素から、複数回電荷を非破壊読み出し方式で読み出す第2読出ステップと、
前記第1読出ステップで読み出された前記全露光領域に対する所定露光時間の電荷から構成される第1画素データに基づき、第1の画像データを生成する第1画像データ生成ステップと、
前記第1画像データ生成ステップで生成された第1の画像データを記憶する第1画像データ記憶ステップと、
前記第2読出ステップで読み出された前記特定領域に対するそれぞれ露光時間の異なる電荷から構成される複数種類の第2画素データに基づき、第2の画像データを生成する第2画像データ生成ステップと、
前記第2画像データ生成ステップで生成された第2の画像データを記憶する第2画像データ記憶ステップと、
前記記憶された第2の画像データと、前記記憶された第1の画像データとを合成して撮像画像データを生成する撮像画像データ生成ステップと、を含み、
前記第1画像データ生成ステップにおいては、前記第1読出ステップで読み出された前記全露光領域における前記各第1画素データの画素値の示す輝度と所定閾値とを比較し、前記第1画素データの画素値の示す輝度が所定閾値以下であると判定したときに、当該第1画素データを有効と判定し、前記第1画素データの画素値の示す輝度が前記所定閾値より高いと判定したときに、当該第1画素データを無効と判定し、有効であると判定した場合は、当該有効であると判定した第1画素データに基づき前記第1画像データ記憶ステップにおいて記憶された第1の画像データを更新し、無効であると判定した場合は、当該無効であると判定した第1の画素データによる第1の画像データの更新処理を行わないようになっており、
前記第2画像データ生成ステップにおいては、前記第2読出ステップで読み出された前記特定領域に対する前記各第2画素データの画素値の示す輝度と所定閾値との比較結果に基づき各第2画素データが有効であるか否かを判定すると共に、有効であると判定された第2画素データに基づき前記第2画像データ記憶ステップにおいて記憶された第2の画像データを更新するようになっていることを特徴とする撮像方法。 - 露光した光を電荷に変換して蓄積する光電変換素子が複数マトリクス状に配設された光電変換部と、フレーム毎の露光時間を制御する電子シャッタ機能とを備えた撮像システムであって、
連続して入力される同期信号に基づき、前記光電変換部の全露光領域における前記光電変換素子の構成する各画素から、所定露光時間で露光された電荷を破壊読み出し方式で繰り返し読み出す第1読出手段と、
前記第1読出手段が電荷の読み出しを行っている各フレーム期間において、前記光電変換部の前記全露光領域の一部である特定領域における前記光電変換素子の構成する各画素から、複数回電荷を非破壊読み出し方式で読み出す第2読出手段と、
前記第1読出手段で読み出された前記全露光領域に対する所定露光時間の電荷から構成される第1画素データに基づき、第1の画像データを生成する第1画像データ生成手段と、
前記第1画像データ生成手段で生成された第1の画像データを記憶する第1画像データ記憶手段と、
前記第2読出手段で読み出された前記特定領域に対するそれぞれ露光時間の異なる電荷から構成される複数種類の第2画素データに基づき、第2の画像データを生成する第2画像データ生成手段と、
前記第2画像データ生成手段で生成された第2の画像データを記憶する第2画像データ記憶手段と、
前記記憶された第2の画像データと、前記記憶された第1の画像データとを合成して撮像画像データを生成する撮像画像データ生成手段と、を備え、
前記第1画像データ生成手段は、前記第1読出手段で読み出された前記全露光領域における前記各第1画素データの画素値の示す輝度と所定閾値とを比較し、前記第1画素データの画素値の示す輝度が所定閾値以下であると判定したときに、当該第1画素データを有効と判定し、前記第1画素データの画素値の示す輝度が前記所定閾値より高いと判定したときに、当該第1画素データを無効と判定し、有効であると判定した場合は、当該有効であると判定した第1画素データに基づき前記第1画像データ記憶手段に記憶された第1の画像データを更新し、無効であると判定した場合は、当該無効であると判定した第1の画素データによる第1の画像データの更新処理を行わないようになっており、
前記第2画像データ生成手段は、前記第2読出手段で読み出された前記特定領域に対する前記各第2画素データの画素値の示す輝度と所定閾値との比較結果に基づき各第2画素データが有効であるか否かを判定すると共に、有効であると判定された第2画素データに基づき前記第2画像データ記憶手段に記憶された第2の画像データを更新するようになっていることを特徴とする撮像システム。 - 露光した光を電荷に変換して蓄積する光電変換素子が複数マトリクス状に配設された光電変換部の全露光領域における前記光電変換素子の構成する各画素から、連続して入力される同期信号に基づき、破壊読み出し方式で繰り返し読み出された所定露光時間で露光された電荷から構成される第1画素データに基づき、第1の画像データを生成する第1画像データ生成手段と、
前記第1画像データ生成手段で生成された第1の画像データを記憶する第1画像データ記憶手段と、
前記第1読出手段が電荷の読み出しを行っている各フレーム期間において、前記光電変換部の前記全露光領域の一部である特定領域における前記光電変換素子の構成する各画素から、非破壊読み出し方式で複数回読み出された電荷から構成される複数種類の第2画素データに基づき、第2の画像データを生成する第2画像データ生成手段と、
前記第2画像データ生成手段で生成された第2の画像データを記憶する第2画像データ記憶手段と、
前記記憶された第2の画像データと、前記記憶された第1の画像データとを合成して撮像画像データを生成する撮像画像データ生成手段と、を備え、
前記第1画像データ生成手段は、前記第1読出手段で読み出された前記全露光領域における前記各第1画素データの画素値の示す輝度と所定閾値とを比較し、前記第1画素データの画素値の示す輝度が所定閾値以下であると判定したときに、当該第1画素データを有効と判定し、前記第1画素データの画素値の示す輝度が前記所定閾値より高いと判定したときに、当該第1画素データを無効と判定し、有効であると判定した場合は、当該有効であると判定した第1画素データに基づき前記第1画像データ記憶手段に記憶された第1の画像データを更新し、無効であると判定した場合は、当該無効であると判定した第1の画素データによる第1の画像データの更新処理を行わないようになっており、
前記第2画像データ生成手段は、前記第2読出手段で読み出された前記特定領域に対する前記各第2画素データの画素値の示す輝度と所定閾値との比較結果に基づき各第2画素データが有効であるか否かを判定すると共に、有効であると判定された第2画素データに基づき前記第2画像データ記憶手段に記憶された第2の画像データを更新するようになっていることを特徴とする画像処理装置。
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