JP4989825B2

JP4989825B2 - 撮像装置

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Publication number: JP4989825B2
Application number: JP2001219998A
Authority: JP
Inventors: 圭一森; 英明吉田
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2001-07-19
Filing date: 2001-07-19
Publication date: 2012-08-01
Anticipated expiration: 2021-07-19
Also published as: JP2003032555A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＣＣＤ等の固体撮像素子を用いて被写体像の撮像を行う撮像装置に関し、特にインターレース駆動によって固体撮像素子からの信号読み出しを行う撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＣＣＤ等の固体撮像素子を用いたディジタルスチルカメラにおいては、その撮像によって得られた画像信号の画質向上を目的とした様々な特殊駆動が考えられている。例えば、インターレース読み出し型の撮像装置では、メカシャッタと素子シャッタとを併用することで、奇偶の２フィールド間の露光時間差を無くす工夫がなされている。すなわちこれは固体撮像素子の全画素の電荷をオーバーフロードレインに排出するための全電荷排出パルス（以下、ＣＤＰ；Charge Drain Pulse）の出力によって露光を開始すると共に、露光開始から所定期間後にメカシャッタによって固体撮像素子への被写体光の入力を遮光した状態で、奇偶両フィールドからの信号読み出しをフィールド順次に行う方式である。
【０００３】
また最近では、全画素の蓄積電荷を個別に順次読み出す全画素順次読出し型の撮像素子を対象とした特殊駆動方式も開発されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、本出願人は、先に、長時間シャッタ時等に生じる手ぶれ画像の記録を防ぐために、全露光時間を複数の部分露光時間に分割して複数回の撮像（露光および信号読出し）を行なった後に信号加算によって１枚の画像を生成する分割型露光撮像を使用し、各回の部分露光撮像にて得られた複数の画像間で位置ずれの補正を行ってから信号加算を行なう技術を提案している。（特願平１１−２０１３５０号明細書）
これにより、ディジタルスチルカメラにおいても、ムービーと同様に、デジタル演算処理による手ぶれ補正を実現することが可能となる。またさらに、上記のような分割型露光撮像は、長時間露光時におけるノイズ抑圧効果等を得るための要素技術としても期待されている。
【０００５】
しかし、上記のような分割型露光撮像はあくまで全画素順次読出し型の撮像素子を対象としたものであって、これをインターレース型の撮像素子にそのまま適用することはできない。インターレース型に適用すると、分割のタイミング（時間的境界）が奇偶２つのフィールドで異なってしまい、フィールドによるタイミング差の問題が生じてしまうからである。
【０００６】
すなわち、従来インターレース型の撮像素子の場合には、上記のようにメカシャッタを併用した静止画フレーム撮像においては全電荷排出パルスＣＤＰによる全画素同時電荷排出（注：電荷排出を繰り返し何回行なっても、その最後の排出実行（＝それ以後の排出停止）によって実質的な露光開始時点が決まるものであるが、本明細書においてはそのような「最終的電荷排出実行」のことを指して、単に全電荷排出パルスＣＤＰの出力と称し、タイムチャート上も一つのパルス出力として表現する）からメカシャッタ閉による光遮断までを実質的露光時間とすることで、フィールドによるタイミング差の無い１つのフレーム画を得ているが、上記分割型露光撮像においては各部分撮像の実質的露光時間は電荷移送のための電荷読み出しパルスＴＧＰによって分割されることになるから、奇偶の各フィールドを交互に読み出すインターレース駆動を行なうと全画素同タイミングの露光分割を行なうことが出来なくなってしまうものであった。
【０００７】
つまり、全画素順次読出し型の場合には１つの電荷読み出しパルスＴＧＰによって全画素同時の信号読み出しが開始されるため、全露光時間を複数の電荷読み出しパルスＴＧＰによって分割しても各部分露光時間毎に全画素同時の露光タイミングが得られるが、インターレース型の場合には奇偶の一方のフィールドからの信号読み出しの完了を待ってから他方のフィールドからの信号読み出しを行うことが必要となるので、電荷読み出しパルスＴＧＰによって露光時間を分割する方式の場合には上記したフィールドによるタイミング差の問題が生じることになるのである。その結果、特に初回に得られるフレーム画像については、全電荷排出パルスＣＤＰによる全画素同時電荷排出から電荷読み出しパルスＴＧＰの出力によって初回の部分露光が終了されるまでの時間が奇数フィールドと偶数フィールドとで異なることになるため、奇偶フィールド毎に露光レベルの異なるラインフリッカ画像となってしまう。また最後に得られるフレーム画像についても、電荷読み出しパルスＴＧＰの出力からメカシャッタ閉による光遮断までの時間が奇数フィールドと偶数フィールドとで異なるので、同様の問題が生じる。
【０００８】
本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、フィールドによるタイミング差の問題を招くことなく、インターレース対応の分割型露光撮像を実現することができる撮像装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するため、本発明の撮像装置は、インターレース型の固体撮像素子と、前記固体撮像素子への被写体光入力を制御する光学的シャッタ手段と、前記固体撮像素子の画素電荷信号をインターレース読出しに対応した第１と第２の各フィールド毎に独立に読出すことが可能な駆動手段と、前記駆動手段が前記撮像素子から読出した信号に基づいて撮像信号を生成する信号処理手段と、前記光学的シャッタ手段および前記駆動手段および前記信号処理手段を制御する制御手段とを具備し、前記駆動手段は前記各フィールド毎の信号読出し動作の一部として前記固体撮像素子の画素部からの電荷移送を実行する電荷読出しパルスＴＧＰの出力手段および前記固体撮像素子の全フレームの画素電荷を同時に排出する電荷排出パルスＣＤＰの出力手段を有したものであって、前記制御手段は、当該被写体撮像に際しては、前記電荷排出パルスＣＤＰの出力またはその後に実行された前記光学的シャッタ手段の開成により全露光を開始させた後、前記光学的シャッタ手段による遮光によって全露光を終了させるに際し、前記全露光終了時点以前に前記第１および第２の各フィールドに対応した前記電荷読出しパルスＴＧＰをそれぞれ少なくとも１回ずつ交互に出力して当該電荷読出しパルスＴＧＰの各回の出力に対応した第１と第２の各フィールドの信号読出しを当該フィールドとは異なるフィールドの次回の電荷読出しパルスＴＧＰの出力までに行なうことにより得られた第１群の部分露光信号および、前記全露光を終了させる時点以後に第１および第２の各フィールドに対応した前記電荷読出しパルスＴＧＰをそれぞれ出力して第１と第２の各フィールドの信号読出しを行なうことにより得られる第２群の部分露光信号とを前記信号処理手段に入力し、前記信号処理手段において前記第１と第２の各フィールド毎に前記第１群の部分露光信号と前記第２群の部分露光信号とを加算することにより、当該被写体撮像に関する全露光に対応する第１と第２の各フィールドの撮像信号をそれぞれ生成するように構成されたものであることを特徴とする。
【００１０】
この撮像装置においては、電荷排出から遮光までの全露光期間を奇偶各フィールドで異なるタイミングによる露光分割を行ない、得られた各部分撮像出力を奇偶各フィールド毎に個別に加算処理することにより全露光期間に対応する１つのフレーム画像が生成される。全露光期間は、電荷読出しパルスＴＧＰの出力タイミングとは無関係に第１と第２のフィールド間で同一であるから、上記のようにフィールド毎に各部分撮像出力を個別に信号加算することで、フィールド間にタイミング差が無い高画質のフレーム画像を生成することが出来る。
【００１１】
また、被写体撮像に使用すべき露出時間を制御する露出制御手段をさらに具備し、前記全露光の開始時点から前記光学的シャッタ手段による全露光終了時点に至る時間を、前記露出制御手段における露出時間に対応させるように構成することで、適正露出のフレーム画像を得ることが可能となる。
【００１２】
また、前記各部分露光信号に対して、それら各部分露光信号に対応する各部分露光時間の値に応じたゲインを適用するための可変増幅手段を設けることにより、各部分撮像に対応して異なるゲインを適用することが好ましい。これによって量子化ノイズの低減や後段の処理（例えば位置ずれ検出のための相関演算など）の容易化を図ることができるから、ぶれ（位置ずれ）補正カメラを容易に得ることができる。
【００１３】
また、各部分撮像に対応して異なるゲインを適用した場合には、第１と第２の各フィールド毎の前記第１群の部分露光信号と前記第２群の部分露光信号との加算に際しては、前記ゲインに対応した所定の重み係数による重み付け加算を行なうことが好適である。これによって露光時間が短い部分撮像（従って高いゲインが適用された部分画像）に起因する画質劣化を回避することができる。
【００１４】
また、全露光終了時点以前における各フィールドの信号読出しのための前記電荷読出しパルスＴＧＰのうち最初の出力（有効出力）は、前記全露光の開始時点から１フィールド読み出し期間経過した時点で行なわれるようにすることで、電荷排出パルスＣＤＰの出力タイミングを電荷読出しパルスＴＧＰの出力タイミングに一致させた場合には初回の部分露光においても少なくとも１フィールド読み出し期間分の露光時間を確保することが可能となり、画質劣化を防止することが出来る。
【００１５】
さらに、フィールド毎に各部分撮像出力を個別に信号加算する際には、各フィールド毎に、前記第１群の部分露光信号と前記第２群の部分露光信号との間の位置ずれの補正を行い、その位置ずれ補正後の部分露光信号同士を加算することで、手ぶれ補正を行うことが出来る。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１には、本発明の一実施形態に係わる撮像装置の構成が示されている。ここでは、ディジタルスチルカメラとして実現した場合を例示して説明することにする。図中１０１は撮像レンズ系、１０２はレンズ系１０１を駆動するためのレンズ駆動機構、１０３はレンズ系１０１の絞りを制御するための露出制御機構、１０４はメカニカルシャッタ、１０５は被写体像を光電変換するためのＣＣＤカラー撮像素子、１０６は撮像素子１０５を駆動するためのＣＣＤドライバ、１０７はアナログゲインコントロールアンプ（ＧＣＡ）１０７ａ，Ａ／Ｄ変換器１０７ｂ等を含むプリプロセス回路、１０８は色信号生成処理，マトリックス変換処理，その他各種のディジタル演算処理を行なうディジタルプロセス回路、１０９はカードインターフェース、１１０はメモリカード、１１１はＬＣＤ画像表示系を示している。ディジタルプロセス回路１０８には、デジタル演算処理のためのバッファメモリ１０８ａおよび信号処理部１０８ｂが設けられている。
【００１７】
また、図中の１１２は各部を統括的に制御するためのシステムコントローラ（ＣＰＵ）、１１３は各種ＳＷからなる操作スイッチ系、１１４は操作状態及びモード状態等を表示するための操作表示系、１１５はレンズ駆動機構１０２を制御するためのレンズドライバ、１１６は発光手段としてのストロボ、１１７は露出制御機構１０３及びストロボ１１６を制御するための露出制御ドライバ、１１８は各種設定情報等を記憶するための不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）を示している。
【００１８】
本実施形態のカメラにおいては、システムコントローラ１１２が全ての制御を統括的に行っており、露出制御機構１０３およびメカシャッタ１０４とＣＣＤドライバ１０６によるＣＣＤ撮像素子１０５の駆動を制御して露光（電荷蓄積）及び信号の読み出しを行ない、それをプリプロセス回路１０７を介してＡ／Ｄ変換してディジタルプロセス回路１０８に取込んで、ディジタルプロセス回路１０８内で各種信号処理を施した後にカードインターフェース１０９を介してメモリカード１１０に記録するようになっている。
【００１９】
ＣＣＤカラー撮像素子１０５としては、例えば縦型オーバーフロードレイン構造でインターレース（飛越走査）型のものが用いられる。ＣＣＤ撮像素子１０５の駆動制御は、ＣＣＤドライバ１０６から出力される各種駆動信号（全電荷排出パルスＣＤＰ、画素部から垂直転送路への電荷移送のための電荷読み出しパルスＴＧＰ、および垂直駆動パルス、水平駆動パルス等）を用いて行われる。この場合、電荷読み出しパルスＴＧＰは奇遇２つのフィールドそれぞれに対応して２系統用意されており、撮像素子１０５の画素電荷信号を奇遇のフィールド毎に独立に読出すことができる。全電荷排出パルスＣＤＰは、各画素（光電変換部）の最大電荷蓄積レベル（オーバーフローレベルＯＦＬ）を決定するための基板バイアス電圧（ＶＳＵＢ）に重畳して出力されるパルス（ＶＳＵＢパルス）であり、全電荷排出パルスＣＤＰの出力により各画素の電荷を基板（オーバーフロードレイン）に排出してリセットすることができる。
【００２０】
また、システムコントローラ１１２には、図示のように、被写体撮像の測光結果またはマニュアル操作に基づいて撮影に必要な適正露出時間を決定・制御する露出制御部１１２ａと、分割型露光撮像を制御するための分割露光制御部１１２ｂとが設けられている。この分割型露光撮像はインターレース対応のものであり、この分割型露光撮像の撮像シーケンスにおいては、全電荷排出パルスＣＤＰによる電荷排出からメカシャッタ１０４による遮光までの全露光期間を奇偶各フィールドで異なるタイミングによる露光分割を行ない、得られた各部分撮像出力を信号処理部１０８ａで奇偶各フィールド毎に個別に加算処理することにより全露光期間に対応する１つのフレーム画像を生成するという処理が行われる。
【００２１】
図２は、分割型露光撮像の撮像シーケンスを示すタイミングチャートである。図中、ＴＧＡ，ＴＧＢは第１および第２の２つのフィールド（Ａフィールド，Ｂフィールド）にそれぞれ対応する電荷読み出しパルスを示している。分割型露光撮像においては、奇偶の両フィールド（本例ではＡ，Ｂ２つのフィールド）からの信号読み出しを交互に行うために、図示のようにフレーム蓄積モードでのムービー駆動が行われる。すなわち、この方式による露光時間分割の最小単位は１フレーム（２フィールド）読み出し期間である。例えばＮＴＳＣ駆動の場合標準では１／３０秒となるが、この場合の「読み出し期間」は転送レートを上げることによって任意に短縮することができるものであり本質的では無い（レートＮ倍の場合は最小単位は標準の１／３０秒の１／Ｎ倍に短縮される）。本例では１フレーム読み出し期間を１／６０秒（すなわち１フィールド読み出し期間が１／１２０秒）とする。この時間をＴlimitと書く。
【００２２】
この場合、フレーム蓄積モードでのムービー駆動では、図示のように、ＴＧＡ，ＴＧＢはそれぞれ１フィールド読み出し期間分の時間差をおきながら、各々１フレーム読み出し期間間隔で順次発生される。つまり、ＴＧＡとＴＧＢが１フィールド読み出し期間の間隔で交互に発生されることになる。ＴＧＡが出力されると、後続の１フィールド期間でＡフィールドの画素電荷信号が垂直転送路、水平転送路を介して読み出され、またＴＧＢが出力されると、後続の１フィールド期間でＢフィールドの画素電荷信号が垂直転送路、水平転送路を介して読み出される。
【００２３】
図２では、全露光時間（Ｔtotal)がＡフィールドでは４つの部分露光期間ＴA1〜ＴA4に分割され、Ｂフィールドでは３つの部分露光期間ＴB1〜ＴB3に分割される場合のタイミング例を示している。すなわち、全電荷排出パルスＣＤＰが出力されてから最初の電荷読み出しパルスＴＧＡが出力されるまでがＡフィールドの初回の部分露光期間（ＴA1）となり、ＴA1の露光で得られた部分露光信号（Ａ１）が続く１フィールド期間で読み出される。そして、最初の電荷読み出しパルスＴＧＡの出力から１フィールド期間経過した時点で、最初の電荷読み出しパルスＴＧＢが出力される。全電荷排出パルスＣＤＰが出力されてから最初の電荷読み出しパルスＴＧＢが出力されるまでがＢフィールドの初回の部分露光期間（ＴB1）となり、ＴB1の露光で得られた部分露光信号（Ｂ１）が該当する電荷読み出しパルスＴＧＢに続く１フィールド期間で読み出される。このようにして、ＡフィールドとＢフィールドの部分露光信号が交互に読み出されていく。
【００２４】
全電荷排出パルスＣＤＰが出力されてから適正露光時間分だけ経過した時点で、メカシャッタ１０４が閉じられる。このメカシャッタ閉により全露光期間が終了される。もちろん、バブル撮影モードの場合にはシャッターが押されている間は露光し続け、シャッターが離された時点でメカシャッタ１０４を閉じても良い。
【００２５】
図２の例では、ＴA3の露光で得られた部分露光信号（Ａ３）の読み出し期間中にメカシャッタが閉じられた場合が示されている。これにより、Ａフィールドでは４回目の部分露光期間（ＴA4）が、続く電荷読み出しパルスＴＧＡの出力前に終了され、Ｂフィールドでは３回目の部分露光期間（ＴB3）が、続く電荷読み出しパルスＴＧＢの出力前に終了される。全露光期間は、Ａ，Ｂ両フィールドとも全く同じである。
【００２６】
メカシャッタ閉後の電荷読み出しパルスＴＧＢの出力により、ＴB3の露光で得られた部分露光信号（Ｂ３）が読み出され、そしてその後に出力される電荷読み出しパルスＴＧＡにより、ＴA4の露光で得られた部分露光信号（Ａ４）が読み出される。
【００２７】
そして、図３に示すように、Ａフィールドの部分露光信号Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４の加算と、Ｂフィールドの部分露光信号Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４の加算が信号処理部１０８ｂにより個別に行われ、加算によって得られたＡ，Ｂ両フィールドのフィールド画同士を合成することにより静止画記録用のフレーム画が生成される。なお上記各フィールド別に行なわれる加算処理については、基本的な処理としては、ただ単純に得られたデータを加算するだけで良い。ただ、本実施形態においては後述のように、量子化ノイズの低減であるとかのぶれ補正等の処理の簡略化等の事情を考慮して、さらに高度な処理を行なうものである。
【００２８】
次に、上記分割型露光撮像にて行われる具体的な動作について説明する。
【００２９】
まず、撮影に先立ってマニュアル設定または測光結果に基づいて撮影に必要な適正露光時間Ｔtotalが設定される。Ｔtotal＞Ｔlimit（Ｔlimit＝１フィールド期間）の場合に分割型露光撮像を行なう。
【００３０】
（甲）Ｔtotal≦Ｔlimitの場合には、本撮像の露出時間Ｔexp＝Ｔtotalに設定して通常の１回の露光を行ない撮像信号を読み出す。そして適宜各種信号処理を施してメモリカード１１０に記録する。
（乙）Ｔtotal＞Ｔlimitの場合には、本撮像を複数回の連続した露光に分けて行ない、各回毎に得られた撮像信号を公知のディジタル演算技術により加算して一つの長時間露光画像とし、さらに適宜各種信号処理を施してメモリカード１１０に記録する。
【００３１】
この際、図２に示されているように、ＴA2、ＴA3、ＴB2（ＣＤＰもシャッタ閉も含まない部分露光期間＝中間期間とする）は等しくＴlimitに設定される。（ぶれを最小とするため最短時間に設定。もちろん、ぶれ補正を前提としない場合にはＴlimit以上の任意の期間に設定し得る。）
撮像素子１０５からの読み出し信号に対してゲインコントロールアンプＧＣＡ１０７ａが施すアナログ信号増幅の標準ゲインをＧ0とする。この標準ゲインＧ0の値は、（甲）の場合、つまり分割型露光を行わない通常撮影の場合に用いられる値である。中間期間対応の読み出し（転送）期間（Ａ２，Ｂ２，Ｂ３）のゲインはどれも等しくＧm＝Ｇ0×Ｔtotal／Ｔlimitに設定される。
【００３２】
同様にＡ１読み出し期間のゲインＧA1＝Ｇ0×Ｔtotal／ＴA1、Ｂ１読み出し期間のゲインＧB1＝Ｇ0×Ｔtotal／ＴB1、Ａ４読み出し期間のゲインＧA4＝Ｇ0×Ｔtotal／ＴA4、Ｂ３読み出し期間のゲインＧB3＝Ｇ0×Ｔtotal／ＴB3、に設定される。
【００３３】
この意味は２つある。１つは露光時間が短くなることで各回のＡ／Ｄ量子化ノイズが大きくなることを回避する。他の１つは各部分露光画像の被写体信号成分のレベルが相対的に等しくなるようにする。（ぶれ補正のための動きベクトル検出処理が単純化できる。）
以上のように行われた本撮像信号に基づく画像生成処理は以下のようなものである。以下の処理はＡフィールドとＢフィールドそれぞれについて同様に行なう。
【００３４】
まず上記各回の露光による撮像信号（Ｓ[k](i,j）：ただしｉ，ｊは任意画素の座標、kは何回目の部分露光かを示す）を後述の動きベクトル検出手法を用いて解析することにより各部分露光信号間の動き情報である動きベクトル（Ｖ[k]＝(x[k],y[k]））を求める。つまり、例えばＡフィールドについては部分露光画像Ａ１とＡ２との間で動きベクトル（Ｖ[2]）、部分露光画像Ａ２とＡ３との間で動きベクトル（Ｖ[3]）、部分露光画像Ａ３とＡ４との間で動きベクトル（Ｖ[4]）が検出される。そして検出した動きベクトル情報に基づいて各回の撮影画枠をシフトさせつつ加算を行ない最終的な撮像画像Ｓout(i,j)を生成する。Ｂフィールドについても同様の処理が行われる。
【００３５】
ここで、図４に示すように、Ｓout(i,j)は生成画像の画枠サイズに対応した所定の画素数ｐ×ｑ（１≦ｉ≦ｐ，１≦ｊ≦ｑ）を有したものであり、ぶれによる移動分を見込んで撮像素子１０５の全画枠（有効撮像エリア）よりも少し小さいサイズに設定する。
【００３６】
加算処理に際して、第ｋ回目の露光分まで加算が終わった中間的なＳout(i,j)をＳout[k](i,j)と記す。また初回の露光（ｋ＝１）の時は撮影画枠中心つまり生成画像画枠の中心は図４のように有効撮像エリアの中央に設定されているが、説明を簡略化するため有効撮像エリアの座標はこの状態において生成画像の座標(i,j)と同数値となるように設定されているものとする。（従って、この状態における生成画枠外には負値座標も存在する。）
上記動きベクトルＶ[k]＝(x[k],y[k]）の定義を（絵柄の変化が無い被写体部分に関して）
（１）Ｓ[k](i+x[k],j+y[k]）＝Ｓ[k-1](i,j) （ｋ＝2〜ｎ）
とし、Ｖ[1]からＶ[k]までの総和である累積動きベクトルΣＶ[k]を
（２）ΣＶ[k]＝（Σx[k],Σy[k]）＝（x[1]+x[2]+・・・+x[k]，y[1]+y[2]+・・・+y[k]）
とすると、毎回の加算処理は
（３）Ｓout[1](i,j)＝Ｓ[1](i,j）×Ｇ0／Ｇ1 （１≦ｉ≦ｐ，１≦ｊ≦ｑ）
Ｓout[k](i,j)＝Ｓout[k-1](i,j)＋Ｓ[k](i+Σx[k],j+Σy[k])×Ｇ0／Ｇk
で表わすことができる。（なお各重み付け係数Ｇ0／Ｇk はＴk／Ｔtotalに等しい。）
各重み付け係数Ｇ0／Ｇkを用いた重み付け加算は、動きベクトル検出後に行われる。このようにして、動きベクトル検出は可変ゲインによって露光レベルを等しくした部分画像同士で行い、実際の信号加算に際しては、その被写体信号成分に関して上述の基本的な加算処理（単一のゲインの元で得られた各データを単純に加算したもの）と等価な結果が得られるように、各ゲインの逆比に応じた重み付け加算が行われる。
【００３７】
最終的な生成画像はＳout(i,j)＝Ｓout[ｎ](i,j) によって求められる。（上記例ではＡフィールドではｎ＝４、Ｂフィールドではｎ＝３）
このようにして生成されたＡ，Ｂの各フィールド画像は最終的にはこれを合わせて１つのフレーム画像として統合され（すなわちその後の取扱いにおいては各フィールドは区別されない）、その後に（甲）の場合と同じ通常の各種信号処理を経てメモリカード１１０に記録される。
【００３８】
ここで上記動きベクトルを検出する方法については任意の公知の手法を用いることができるが、一例を示せば撮影画枠に対して所定の部分エリアを検出エリアとして設けておき、この検出エリアに関してある仮定された動きベクトルＶ[k]に基づいて画像の相関評価値を算出する。例えば上記（１）の左辺と右辺の差の絶対値の総和
Σ｜Ｓ[k-1](i,j)−Ｓ[k](i+x[k],j+y[k]）｜（ここでのΣは（２）とは異なりｉ，ｊに関する総和記号）
を求める。Ｖ[k]の仮定を変更する毎に得られた各相関評価値を比較して最小値（相関度最大に対応、完全一致の場合０となる）を与えるＶ[k]を求める動きベクトルとすれば良い。上記したとおり各部分露光画像の被写体信号成分のレベルが相対的に等しく保たれているから、このように比較的単純な演算処理で動きベクトルを求めることが可能になっている。
【００３９】
なお、この他にも以下のような様々な実施形態が考えられる。
【００４０】
・ＣＤＰをＴＧと実質同時（同時または直前）のタイミングとすれば、初回の部分露光時間が一方のフィールドでは中間と同じ露光時間、他方ではその半分となり、処理が単純化でき、かつ最初の部分画像の極端な劣化が生じない。また動き検出の誤動作も回避できる。なお、この場合ＣＤＰと同時のＴＧは信号読み出しに関しては無効なもの、つまり初回以前の空読み出し（ダミー）と見なす。この様子を図５に示す。図５は、ＣＤＰをＴＧＡと同じタイミングてせ発生した場合の例である。この場合、ＣＤＰと同時発生されるＴＧＡによるＡフィールドの信号読み出しはダミーとなり、電荷読出しパルスＴＧＰのうち最初の有効出力は、ＣＤＰの出力による全露光の開始時点から１フィールド読み出し期間経過した時点となる。
【００４１】
この場合でも最終回の部分露光で得られる画像については（少なくとも一方のフィールドでは）その部分露光時間が短くなり画質劣化、さらには動きベクトル検出の誤動作の懸念がある。この回避策としては、
１）その前までの動きベクトルから予測する。これは、最終回の部分露光画像とその一つ前の部分露光画像との間の動きベクトルについては、一つ前の部分露光画像とさらに一つ前の部分露光画像との間で検出された動きベクトルをそのまま援用するものである。
【００４２】
２）シャッタ閉タイミングを（例えば）ＴＧと同じタイミングまたはその直前に限定する。これは長時間露光の場合には、基本的には露光時間を厳密に微調整することは不要であるということを前提としている。
【００４３】
・動き検出については、例えばＡＥ，ＡＦ等のために本撮像前に行われる事前の画像解析（動きベクトル解析）に基づいて行ったり、あるいは例えばジャイロセンサなどの別センサからの信号に基づいて位置補正を行うようにしても良い。
【００４４】
・部分露光型撮像は長時間露光時のみならず、例えば「流し撮り」の効果を得たい場合などにも有効である。すなわち、例えば自動車などの動く被写体を動きベクトル検出エリア（この場合の動きベクトル検出エリアは撮像画枠よりも小さく設定する）に合わせておくことにより、撮影画枠を自動車の動きに追従して自動的に位置補正することができるので、流し撮り操作を行わずとも背景画像だけを自動的にぶらすことができ、速度感のある画像を撮ることができる。
【００４５】
・全露光の開始は、上記では電荷排出パルスＣＤＰの最終出力によって行なっているが、これに変えて（事前にメカシャッタを閉成しておき、電荷排出パルスＣＤＰの最終出力の後にこの）メカシャッタを開成することによって全露光を開始させても良い。
【００４６】
・全露光時間の終了はＣＣＤ１０５への被写体光の入力を遮光すればよいので、メカシャッタの他、例えば液晶シャッタなどの種々の光学的シャッタ手段を利用することが出来る。
【００４７】
また、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、フィールドによるタイミング差の問題を招くことなく、インターレース対応の分割型露光撮像を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係わるディジタルカメラの構成を示すブロック図。
【図２】同実施形態で用いられる分割露光型撮像の撮像シーケンスを示すタイミングチャート。
【図３】同実施形態で用いられるフィールド毎の個別の信号加算処理の様子を示す図。
【図４】同実施形態で用いられるＣＣＤの有効撮像エリアと生成画像画枠との関係を示す図。
【図５】同実施形態で用いられる分割露光型撮像の撮像シーケンスの変形例を示すタイミングチャート。
【符号の説明】
１０１…レンズ系
１０２…レンズ駆動機構
１０３…露出制御機構
１０４…メカシャッタ
１０５…ＣＣＤカラー撮像素子
１０６…ＣＣＤドライバ
１０７…プリプロセス回路
１０７ａ…ゲインコントロールアンプ
１０８…ディジタルプロセス回路
１０９…カードインターフェース
１１０…メモリカード
１１１…ＬＣＤ画像表示系
１１２…システムコントローラ（ＣＰＵ）
１１２ａ…露出制御部
１１２ｂ…分割露光制御部

Claims

インターレース型の固体撮像素子と、前記固体撮像素子への被写体光入力を制御する光学的シャッタ手段と、前記固体撮像素子の画素電荷信号をインターレース読出しに対応した第１と第２の各フィールド毎に独立に読出すことが可能な駆動手段と、前記駆動手段が前記撮像素子から読出した信号に基づいて撮像信号を生成する信号処理手段と、前記光学的シャッタ手段および前記駆動手段および前記信号処理手段を制御する制御手段とを具備し、
前記駆動手段は前記各フィールド毎の信号読出し動作の一部として前記固体撮像素子の画素部からの電荷移送を実行する電荷読出しパルスＴＧＰの出力手段および前記固体撮像素子の全フレームの画素電荷を同時に排出する電荷排出パルスＣＤＰの出力手段を有したものであって、
前記制御手段は、当該被写体撮像に際しては、前記電荷排出パルスＣＤＰの出力またはその後に実行された前記光学的シャッタ手段の開成により全露光を開始させた後、前記光学的シャッタ手段による遮光によって全露光を終了させるに際し、前記全露光終了時点以前に前記第１および第２の各フィールドに対応した前記電荷読出しパルスＴＧＰをそれぞれ少なくとも１回ずつ交互に出力して当該電荷読出しパルスＴＧＰの各回の出力に対応した第１と第２の各フィールドの信号読出しを当該フィールドとは異なるフィールドの次回の電荷読出しパルスＴＧＰの出力までに行なうことにより得られた第１群の部分露光信号および、前記全露光を終了させる時点以後に第１および第２の各フィールドに対応した前記電荷読出しパルスＴＧＰをそれぞれ出力して第１と第２の各フィールドの信号読出しを行なうことにより得られる第２群の部分露光信号とを前記信号処理手段に入力し、前記信号処理手段において前記第１と第２の各フィールド毎に前記第１群の部分露光信号と前記第２群の部分露光信号とを加算することにより、当該被写体撮像に関する全露光に対応する第１と第２の各フィールドの撮像信号をそれぞれ生成するように構成されたものであることを特徴とする撮像装置。
被写体撮像に使用すべき露出時間を制御する露出制御手段をさらに具備し、前記全露光の開始時点から前記光学的シャッタ手段による全露光終了時点に至る時間を、前記露出制御手段における露出時間に対応させるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
前記各部分露光信号に対して、それら各部分露光信号に対応する各部分露光時間の値に応じたゲインを適用するための可変増幅手段をさらに具備することを特徴とする請求項１または２記載の撮像装置。
前記信号処理手段において行なう前記第１と第２の各フィールド毎の前記第１群の部分露光信号と前記第２群の部分露光信号との加算に際しては、前記ゲインに対応した所定の重み係数による重み付け加算を行なうように構成されていることを特徴とする請求項３記載の撮像装置。
前記全露光終了時点以前における各フィールドの信号読出しのための前記電荷読出しパルスＴＧＰのうち最初の出力は、前記全露光の開始時点から１フィールド読み出し期間経過した時点で行なわれるように構成されている請求項１乃至４のいずれか１項記載の撮像装置。
前記信号処理手段において行なう前記第１と第２の各フィールド毎の前記第１群の部分露光信号と前記第２群の部分露光信号との加算に際しては、各フィールド毎に、前記第１群の部分露光信号と前記第２群の部分露光信号との間の位置ずれの補正が行われ、その位置ずれ補正後の部分露光信号同士を加算するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の撮像装置。