JP5132125B2 - IMAGING DEVICE, ITS CONTROL METHOD, PROGRAM, AND STORAGE MEDIUM - Google Patents
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Description
本発明は、撮像装置において、メカニカルシャッターと電子シャッターを併用して撮像動作を行う技術に関するものである。 The present invention relates to a technique for performing an imaging operation using both a mechanical shutter and an electronic shutter in an imaging apparatus.
デジタルカメラ等の撮像装置に用いられる撮像素子としては、CCD或いはCMOSイメージセンサが一般的に用いられる。これら撮像素子を用いた撮像装置は、銀塩写真システム、特にネガフィルムと比較するとダイナミックレンジが狭く、高輝度部分や低輝度部分では信号が潰れてしまい階調表現が不十分である。広いダイナミックレンジを確保するには、被写体輝度に対する撮像素子の感度を低下させればよいが、それではS/Nが低下し画質が劣化してしまう。 A CCD or CMOS image sensor is generally used as an imaging device used in an imaging apparatus such as a digital camera. An image pickup apparatus using these image pickup elements has a narrow dynamic range as compared with a silver halide photographic system, particularly a negative film, and a signal is crushed in a high-luminance part and a low-luminance part, and gradation expression is insufficient. In order to ensure a wide dynamic range, the sensitivity of the image sensor with respect to the subject brightness may be reduced. However, this reduces the S / N and degrades the image quality.
そこで、ダイナミックレンジの広い画像を得るための手段として、露出量を異ならせて撮影動作を複数回行い、得られた画像を合成するといった方法も考えられている。しかし、合成する画像の撮影時刻が異なることから、動く被写体を静止画として撮影するには適していない。 Therefore, as a means for obtaining an image with a wide dynamic range, a method of performing a photographing operation a plurality of times with different exposure amounts and synthesizing the obtained images has been considered. However, it is not suitable for shooting a moving subject as a still image because the shooting times of the images to be combined are different.
CCDを用いた撮像装置においては、電荷を吐き捨ててから蓄積された電荷を転送するまでの電荷の蓄積時間を制御することで、この撮像素子の出力から得られる画像データの露出状態を制御することができる。この動作を通常電子シャッターと呼んでいる。特許文献1では、この特長を活かしてダイナミックレンジの広い画像を得る方法が開示されている。その内容によると、メカニカルシャッタを開口した後、まずCCDの全画素の電荷を吐き捨て、奇数フィールドは所定時間露光したところで蓄積電荷を転送することで露出状態を制御する。また、偶数フィールドは更に蓄積を継続した後にメカニカルシャッタを閉口することで露出状態を制御する。そして、得られた両フィールド画像を合成することにより画像のダイナミックレンジを拡げる。
In an image pickup apparatus using a CCD, the exposure state of image data obtained from the output of the image pickup device is controlled by controlling the charge accumulation time from when the charge is discharged until the accumulated charge is transferred. be able to. This operation is usually called an electronic shutter.
この方法ならば、1回の撮影動作で済むことから上記問題は解決されると考えられる。しかし、電荷吐き捨てによる露光開始時刻は全画素同時であるのに対し、メカニカルシャッタによる露光終了時刻はシャッタ走行方向位置によって異なる。そのため、偶数フィールドでは画素によって露出状態が異なるという問題がある。但し、この問題は偶数フィールドの露出制御を奇数フィールドと同様に蓄積電荷の転送によって行うことで回避できると考えられる。
一方、XYアドレス型の撮像素子であるCMOSイメージセンサは、CCDに比べて、スミアの発生が無視できるほど小さい、大判化の技術開発が進んでいる、などの利点がある。しかし、CMOSイメージセンサの電子シャッター動作では、所謂ローリングシャッタとして行毎に異なるタイミングで電荷蓄積を行っており、全ての画素において同時に蓄積動作を終了させることができない。CMOSイメージセンサの電荷蓄積時間を制御して露出制御を行おうとすると、走査線の最初の行と最後の行とで蓄積期間が1フレーム近くずれてしまうため、動く被写体を静止画として撮像するには適していないと考えられる。そのため、CMOSイメージセンサの露光終了制御はメカニカルシャッタによって行う必要があり、特許文献1のような構成をとることができない。
On the other hand, a CMOS image sensor, which is an XY address type image pickup device, has advantages such as the occurrence of smear is so small that it can be ignored compared to a CCD, and the development of large-format technology is progressing. However, in the electronic shutter operation of the CMOS image sensor, charge accumulation is performed at a different timing for each row as a so-called rolling shutter, and the accumulation operation cannot be completed simultaneously for all pixels. If exposure control is performed by controlling the charge accumulation time of the CMOS image sensor, the accumulation period is shifted by about one frame between the first and last rows of the scanning line, so that a moving subject is imaged as a still image. Is not considered suitable. Therefore, the exposure end control of the CMOS image sensor needs to be performed by a mechanical shutter, and the configuration as in
ところで、CMOSイメージセンサの電子シャッター動作では、電荷の蓄積開始のための各行におけるリセット動作は、各行における蓄積電荷の信号レベルの読み出し動作のタイミングから、電荷の蓄積に要する時間分だけ先駆けて行われることになる。このリセット動作の速度は、蓄積電荷の信号レベルの読み出し動作の走査速度と異ならせることもできる。 By the way, in the electronic shutter operation of the CMOS image sensor, the reset operation in each row for starting the charge accumulation is performed ahead of the time required for the charge accumulation from the timing of the read operation of the signal level of the accumulated charge in each row. It will be. The speed of the reset operation can be made different from the scanning speed of the read operation of the stored charge signal level.
これを利用して、特許文献2にはCMOSイメージセンサのリセット動作をメカニカルシャッタの走行に沿う速度で1ラインずつ行って露出制御を行う構成が開示されている。特許文献2に開示されている構成では、メカニカルシャッタの走行に沿う速度で1ラインずつリセット動作を行って電荷蓄積を開始してから、メカニカルシャッタで遮光し、その後に蓄積電荷の信号レベルの読み出し動作を1ラインずつ行う。リセット動作とメカニカルシャッタの走行の間隔とを調整することで、画像データの露出制御を行うことができる。この方法では、リセット動作をメカニカルシャッタの走行に沿う速度で1ラインずつ行う。そのため、走査線の最初のラインと最後のラインとの蓄積時間のずれは、先幕である遮光羽根(以下、先羽根という)と後幕である遮光羽根(以下、後羽根という)を備えたメカニカルシャッタを用いた場合と同程度にまで改善することができる。この構成によれば、CMOSイメージセンサを用いているために動画撮像時のスミアを抑制することができるとともに、高速シャッタが可能となり、CMOSイメージセンサにて動く被写体の静止画撮像を行うことが可能となる。
Using this,
しかしながら、特許文献2においても、ダイナミックレンジの広い画像を得るための方法については言及されていない。
However,
従って、本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、CMOSイメージセンサを用いた撮像装置において、良好なS/Nを保ちつつ、ダイナミックレンジを広くし、且つ動体の静止画撮影に対する適応性も確保することである。 Accordingly, the present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to widen a dynamic range while maintaining good S / N in an imaging apparatus using a CMOS image sensor, and to make a moving object stationary. It is also necessary to ensure adaptability to image shooting.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係わる撮像装置は、マトリクス状に多数の画素が配列された撮像素子と、前記撮像素子を遮光するように走行するシャッター幕を有するメカニカルシャッターと、前記撮像素子の各画素に蓄積された電荷をリセットして露光を開始させるリセット走査を行うリセット走査手段と、前記撮像素子の第1の行よりも第2の行の露光時間が短くなるように、前記リセット走査手段及び前記メカニカルシャッターを制御する制御手段と、前記第1の行から読み出される第1の画素データと前記第2の行から読み出される第2の画素データを用いて画像データを生成する生成手段と、を有し、前記生成手段は、前記画像データにおける前記第2の行に対応するデータを、当該第2の行から読み出された前記第2の画素データの値が当該第2の画素データの飽和レベルと前記第1及び第2の行の露光時間とに基づく第1の所定値以上の場合は当該第2の画素データに基づくデータとし、当該第2の行から読み出された前記第2の画素データの値が前記第1の所定値未満の場合は前記第1の画素データに基づくデータとすることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, an imaging apparatus according to the present invention includes an imaging element in which a large number of pixels are arranged in a matrix and a shutter curtain that travels so as to shield the imaging element. A mechanical shutter; reset scanning means for performing reset scanning for resetting charges accumulated in each pixel of the image sensor and starting exposure; and an exposure time of a second row than the first row of the image sensor. Using the reset scanning means and the control means for controlling the mechanical shutter, the first pixel data read from the first row, and the second pixel data read from the second row so as to be shortened a generating means for generating the image data, wherein the generating means, the data corresponding to said second row in the image data, read out from the second row The second pixel data if the value of the second pixel data is equal to or more than the first predetermined value based on the exposure time of the saturation level and the first and second row of the second pixel data and data based on, if the second value of the second pixel data read out from the row is less than the first predetermined value, characterized in that the data based on the first pixel data .
また、本発明に係わる撮像装置の制御方法は、マトリクス状に多数の画素が配列された撮像素子と、前記撮像素子を遮光するように走行するシャッター幕を有するメカニカルシャッターと、前記撮像素子の各画素に蓄積された電荷をリセットして露光を開始させるリセット走査を行うリセット走査手段と、前記撮像素子の第1の行よりも第2の行の露光時間が短くなるように、前記リセット走査手段及び前記メカニカルシャッターを制御する制御手段と、を有する撮像装置の制御方法であって、前記第1の行から読み出される第1の画素データと前記第2の行から読み出される第2の画素データを用いて画像データを生成する生成ステップを有し、前記生成ステップは、前記画像データにおける前記第2の行に対応するデータを、当該第2の行から読み出された前記第2の画素データの値が当該第2の行の画素データの飽和レベルと前記第1及び第2の行の露光時間とに基づく第1の所定値以上の場合は当該第2の画素データとし、当該第2の行から読み出された前記第2の画素データの値が前記第1の所定値未満の場合は前記第1の画素データに基づくデータとすることを特徴とする。 The image pickup apparatus control method according to the present invention includes an image pickup device in which a large number of pixels are arranged in a matrix, a mechanical shutter having a shutter curtain that travels so as to shield the image pickup device, and each of the image pickup devices. Reset scanning means for performing reset scanning for resetting charges accumulated in the pixels and starting exposure, and the reset scanning means so that the exposure time of the second row is shorter than that of the first row of the image sensor. And a control means for controlling the mechanical shutter, wherein the first pixel data read from the first row and the second pixel data read from the second row are obtained. has a generation step of generating image data by using the generating step, the data corresponding to the second row in the image data, the second The If the value of the second pixel data read out of the first predetermined value or more based on the exposure time of the saturation level and the first and second row of pixel data of the second row from the second pixel data, the a value of the second pixel data read out is less than the first predetermined value from the second row, characterized in that the data based on the first pixel data And
また、本発明に係わるプログラムは、上記の制御方法をコンピュータに実行させることを特徴とする。 A program according to the present invention causes a computer to execute the above control method.
また、本発明に係わる記憶媒体は、上記のプログラムを記憶したことを特徴とする。 A storage medium according to the present invention stores the above program.
本発明によれば、CMOSイメージセンサを用いた撮像装置において、良好なS/Nを保ちつつ、ダイナミックレンジを広くし、且つ動体の静止画撮影に対する適応性も確保することが可能となる。 According to the present invention, in an imaging apparatus using a CMOS image sensor, it is possible to widen the dynamic range and to ensure adaptability to still image shooting of a moving object while maintaining good S / N.
以下、本発明の好適な一実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の一実施形態に係わる撮像装置の構成を示す図である。 FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an imaging apparatus according to an embodiment of the present invention.
図1において、101はマトリクス状に多数の画素が配列された撮像素子でありCMOSイメージセンサが使用される。102はアナログ・フロント・エンド(AFE)であり、撮像素子101からの信号に対し、アナログ−デジタル変換、OBクランプ、ゲイン可変アンプなどの機能を有する。OBクランプ処理とは、撮像素子の遮光部(オプティカルブラック:OB)の出力が所定値となるよう信号に対してオフセット調整を行なう処理である。103はDSP(DigitalSignalProseccer)であり、AFE102からのデータに対して各種補正処理及び現像処理を行なう。またDSP103では、ROM106、RAM107等各種メモリの制御、記録媒体108への画像データの書き込み処理等が行なわれる。
In FIG. 1,
104は、撮像素子101、AFE102、DSP103にクロック信号や制御信号を供給する駆動信号発生器であり、CPU105により制御される。
A
105はDSP103、駆動信号発生器104の制御、及び測光・測距など不図示の各部を使ったカメラ機能の制御を行なうCPUである。CPU105には、電源スイッチ109、シャッタースイッチ(SW1)110、シャッタースイッチ(SW2)111の各スイッチ、モードダイアル112が接続され、それぞれの状態に応じた処理を実行する。
106はカメラの制御プログラムや各種補正データを記憶するROM、107はDSP103で処理される画像データや補正データを一時的に記憶するRAMである。RAM107はROM106より高速のアクセスが可能である。
A
108は撮影された画像を保存するコンパクトフラッシュ(登録商標)カード等の記録媒体であり、不図示のコネクタを介してカメラと接続される。 Reference numeral 108 denotes a recording medium such as a compact flash (registered trademark) card for storing a photographed image, which is connected to a camera via a connector (not shown).
109はカメラを起動させるための電源スイッチ、110は測光処理、測距処理等の動作開始を指示するシャッタースイッチSW1である。また、111はミラー部材113及びメカニカルシャッター115を駆動し、撮像素子101から読み出した信号をAFE102、DSP103を介して記録媒体108に書き込む一連の撮像動作の開始を指示するシャッタースイッチSW2である。112はモードダイアルであり、様々なカメラの動作モードを設定するダイアルスイッチである。なお、シャッタースイッチ(SW1)110は、不図示のレリーズボタンの半押しでONするスイッチであり、シャッタースイッチ(SW2)111は、不図示のレリーズボタンの全押しでONするスイッチである。
113は撮影光路内に位置するミラー部材であり、撮像装置が非撮影状態(図1に示す状態)にある場合において、撮影レンズ(不図示)を通過した被写体光束のうちの一部の光束は、このミラー部材113で反射してファインダ光学系114に導かれる。これにより、撮影者は、ファインダ光学系114を介して被写体像を観察することができる。
シャッタースイッチSW2がONされて撮像装置が非撮影状態から撮影状態に移行すると、ミラー部材113が撮影光路から退避する。これにより、撮影レンズからの被写体光束は、CMOSイメージセンサである撮像素子101側に向かう。ここで、撮像素子101に対して物体側(レンズ側)にはフォーカルプレンシャッター(以下、メカニカルシャッター)115が配置されている。メカニカルシャッター115は、複数の遮光羽根で構成されたメカ後幕(シャッター幕)を有する。
When the shutter switch SW2 is turned on and the imaging apparatus shifts from the non-photographing state to the photographing state, the
116はシャッター駆動回路であり、CPU105はこのシャッター駆動回路116を介してメカニカルシャッター115の駆動を制御する。
本実施形態の撮像装置は、一般的なメカ先幕に代えて撮像素子101のラインによって走行タイミングの異なる2つの電子シャッター(電子先幕1、電子先幕2)を採用し、2つの電子先幕とメカ後幕を用いて撮影を行う構成となっている。
The image pickup apparatus of the present embodiment employs two electronic shutters (electronic
図2(a)は撮像素子101及びメカニカルシャッター115のメカ後幕をレンズ側から光軸方向に沿って観察した様子を示す図である。
FIG. 2A is a diagram illustrating a state in which the mechanical rear curtain of the
201は撮像素子101の画素領域を示し、202がメカニカルシャッター115(メカ後幕)を示す。撮影時には1ラインずつ画素の蓄積電荷をクリアして、撮影のための電荷蓄積を開始する電荷蓄積開始走査が行われる。以下、このような電荷蓄積開始走査をリセット走査と称し、実際にリセット動作中のラインをリセットラインと称する。1回の撮影中にリセット走査は2回行われ、それぞれ奇数行、偶数行を対象とする。ここで、奇数行対象のリセット走査及びリセットラインをそれぞれリセット走査1、リセットライン1と呼び、偶数行対象のリセット走査及びリセットラインをそれぞれリセット走査2、リセットライン2と呼ぶこととする。図中の203がリセットライン1、204がリセットライン2を表す。いずれもリセット走査は矢印205の方向に行われる。撮影レンズを介して撮像素子101に結像した被写体像は上下が反転するため、リセット走査は画像上部から下部へ行われることになる。
201 indicates a pixel region of the
リセット走査開始から所定時間経過後、メカ後幕の走行を開始する。206はメカ後幕の先端部を示し、リセットライン1(203)とメカ後幕先端部206とにより形成される領域207が露光によって奇数ラインの電荷蓄積が行われている領域(電荷蓄積領域1)である。また同様に、リセットライン2(204)とメカ後幕先端部206とにより形成される領域208が露光によって偶数ラインの電荷蓄積が行われている領域(電荷蓄積領域2)である。
After a predetermined time has elapsed from the start of reset scanning, the mechanical rear curtain starts to travel.
図2(b)には縦軸を撮像素子の垂直位置、横軸を時刻として電子先幕及びメカ後幕の駆動の様子を示す。 FIG. 2B shows how the electronic front curtain and the mechanical rear curtain are driven with the vertical axis representing the vertical position of the image sensor and the horizontal axis representing time.
209,210がそれぞれリセットライン1(電子先幕1)、リセットライン2(電子先幕2)の推移である。211はメカ後幕の走行の様子である。リセット走査1の開始時刻t1からメカ後幕走行開始時刻t3までの時間(Δt12+Δt23)が奇数ラインの露光時間に相当する。同様にリセット走査2の開始時刻t2からメカ後幕走行開始時刻t3までの時間Δt23が偶数ラインの露光時間に相当する。電子先幕1、電子先幕2はメカ後幕の走行特性に沿う速度でリセット走査されるため、画像上下での露光時間の差は発生しない。
このように、奇数行と偶数行でリセット走査を独立することにより、露光時間の異なる画像信号を1回の撮影動作で取得することが出来る。 As described above, by independently performing reset scanning in odd rows and even rows, it is possible to acquire image signals having different exposure times in one shooting operation.
次に図3を用いてカメラの制御フローを説明する。 Next, the control flow of the camera will be described with reference to FIG.
まず、ステップS301でカメラを起動する電源スイッチ109がONされているか否か判定し、OFFならステップS301を繰り返す。ここで電源スイッチ109がONされていれば、ステップS302でモードダイアル112が撮影モードに設定されているか否かを判別する。撮影モードに設定されていれば続いてステップS304へ進み、その他のモードに設定されていればステップS303で選択されているモードに応じた処理を行ないステップS301へ戻る。
First, in step S301, it is determined whether or not the
ステップS304では、シャッタースイッチ(SW1) 110がONしているか否か判定する。SW1がOFFしている場合、ステップS304の処理を繰り返す。SW1がONしている場合には、ステップS305に進む。 In step S304, it is determined whether the shutter switch (SW1) 110 is ON. If SW1 is OFF, the process of step S304 is repeated. If SW1 is ON, the process proceeds to step S305.
ステップS305では、不図示の測光制御部及び測距制御部を用いて、絞り値およびシャッター速度を決定する測光処理、撮影レンズ焦点を被写体に合わせる測距処理が行なわれる。 In step S305, photometry processing for determining the aperture value and shutter speed and distance measurement processing for adjusting the focus of the taking lens to the subject are performed using a photometry control unit and a distance measurement control unit (not shown).
測光・測距処理が終了すると、続くステップS306でシャッタースイッチ(SW2)111の状態が判定される。SW2がOFFしている場合にはステップS306を繰り返し、ONしている場合にはステップS307の撮影処理が実行される。この撮影処理の詳細については後述する。 When the photometry / ranging process is completed, the state of the shutter switch (SW2) 111 is determined in a subsequent step S306. If SW2 is OFF, step S306 is repeated. If SW2 is ON, the photographing process of step S307 is executed. Details of this photographing process will be described later.
撮影処理が終了すると、ステップS308へ進み、撮影した画像データに対しDSP103で現像処理が行なわれる。続いてステップS309で、現像処理の終了した画像データに対し圧縮処理が行なわれRAM107の空き領域に格納される。
When the photographing process is completed, the process proceeds to step S308, where the
ステップS310では、RAM107に格納されている画像データが読み出され、記録媒体108への記録処理が実行される。記録処理終了後、ステップS301へ戻り次の撮影に備える。
In step S310, the image data stored in the
次に、ステップS307の撮影処理の詳細について図4を用いて説明する。 Next, details of the photographing process in step S307 will be described with reference to FIG.
まずステップS401でミラー部材113をミラーアップ位置に移動させる。ステップS402では、前述の測光処理(ステップS305)で得られた測光データに基づいて、所定の絞り値まで絞りを駆動する。
First, in step S401, the
ステップS403で駆動信号発生器104を介して撮像素子101のリセット走査1を開始し電子先幕1を走行させる。これによって、奇数ラインに配置された画素において、それまで蓄積されていた電荷が一度クリアされ、本撮影のための電荷蓄積が開始される。
In step S403, reset scanning 1 of the
続くステップS404で電子先幕1走行開始から時間Δt12が経過するまで待った後、ステップS405でリセット走査2を開始し電子先幕2を走行させる。この走査によって、偶数ラインに配置された画素において、それまで蓄積されていた電荷が一度クリアされ、本撮影のための電荷蓄積が開始される。
In the next step S404, after waiting for the time Δt12 to elapse from the start of the electronic
電子先幕2の走行後、ステップS406でさらに時間Δt23が経過するのを待った後、ステップS407でメカ後幕の走行を開始し露光を終了する。ここまでの動作によって、奇数行に配置された画素には(Δt12+Δt23)の間の露光に相当する電荷が蓄積され、偶数行に配置された画素にはΔt23の間の露光に相当する電荷が蓄積された状態になる。
After the electronic
メカ後幕の走行が完了すると、ステップS408で開放の絞り値まで絞りを駆動し、ステップS409ではミラーダウン位置までミラー部材113を駆動する。
When the running of the mechanical rear curtain is completed, the aperture is driven to the open aperture value in step S408, and the
ステップS410では設定した電荷蓄積時間が経過するまで待ち、撮像素子101の電荷蓄積を終了する(ステップS411)。最後にステップS412で撮像素子101の信号が読み出され、一連の処理を終了してメインの処理へ復帰する。
In step S410, the process waits until the set charge accumulation time elapses, and ends the charge accumulation of the image sensor 101 (step S411). Finally, in step S412, the signal from the
以上が本実施形態におけるカメラの一連の撮影動作のフローである。 The above is the flow of a series of shooting operations of the camera in this embodiment.
次に、ステップ412の撮像信号読出しによって得られた画像信号からダイナミックレンジの広い画像を生成する方法の例を図5、図6を用いて説明する。 Next, an example of a method for generating an image having a wide dynamic range from the image signal obtained by reading the imaging signal in step 412 will be described with reference to FIGS.
なお、このダイナミックレンジの広い画像を生成するために画像信号を合成する処理は、撮像装置内部のDSP103で行ってもよいし、撮像装置の外部の画像処理装置により行ってもよい。
Note that the process of synthesizing image signals to generate an image with a wide dynamic range may be performed by the
図5は被写体輝度と画素データの関係を示した図である。奇数ライン(ODD)と偶数ライン(EVEN)の露光時間はそれぞれ(Δt12+Δt23)、Δt23であるから、Psat1未満の領域におけるそれぞれの画素データの関係は、
ODD=EVEN*(Δt12+Δt23)/Δt23
とみなせる。
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between subject brightness and pixel data. Since the exposure times of the odd line (ODD) and the even line (EVEN) are (Δt12 + Δt23) and Δt23, respectively, the relationship between the pixel data in the region below Psat1 is
ODD = EVEN * (Δt12 + Δt23) / Δt23
Can be considered.
Sat1は画素データの飽和点であり、撮像素子101内部の回路構成やAFE102で行われるA/D変換などによって決まる値である。奇数ライン、偶数ラインの画素データがSat1に達する被写体輝度をPsat1、Psat2とすると、その関係も
Psat2=Psat1*(Δt12+Δt23)/Δt23
となり、偶数ラインは奇数ラインに対し、(Δt12+Δt23)/Δt23倍のダイナミックレンジを持つことになる。
Sat1 is a saturation point of the pixel data, and is a value determined by a circuit configuration inside the
Thus, the even line has a dynamic range (Δt12 + Δt23) / Δt23 times that of the odd line.
しかしながら、逆に同一輝度に対して露光時間が短いことから偶数ラインでは光信号成分に対するショットノイズの割合が高くなり、S/Nは奇数ラインに比べて低くなる。このため、被写体輝度がPsat1未満の領域においてはS/Nの良好な奇数ラインの画素データを使用し、被写体輝度がPsat1以上の領域についてのみ偶数ラインのデータを使用して画素データを合成する。 However, on the contrary, since the exposure time is short for the same luminance, the ratio of shot noise to the optical signal component is high in the even lines, and the S / N is low compared to the odd lines. For this reason, pixel data of odd lines with good S / N is used in an area where the subject brightness is less than Psat1, and pixel data is synthesized using data of even lines only in an area where the subject brightness is Psat1 or higher.
図6(a)は撮像素子101の一部の画素配置を表した図である。白で示す画素は奇数ラインに配置された画素群であり、ハッチングで示す画素が偶数ラインに配置された画素群である。図6(b)はそれぞれのラインに対応する画素データを示す。
FIG. 6A illustrates a partial pixel arrangement of the
いま、画素データd53及びd54に着目すると、合成後の画素データd53’及びd54’を下式によって算出する。β=(Δt12+Δt23)/Δt12とすると、
d53’= d53 :d53<Sat1
d53’= β*(d52+d54)/2 :d53=Sat1
d54’= (d53+d55)/2 :d54<Sat1/β
d54’= β*d54 :d54≧Sat1/β
である。
Now, focusing on the pixel data d53 and d54, the combined pixel data d53 ′ and d54 ′ are calculated by the following equations. If β = (Δt12 + Δt23) / Δt12,
d53 ′ = d53: d53 <Sat1
d53 ′ = β * (d52 + d54) / 2: d53 = Sat1
d54 ′ = (d53 + d55) / 2: d54 <Sat1 / β
d54 ′ = β * d54: d54 ≧ Sat1 / β
It is.
これによって、低輝度域から中輝度域にかけては良好なS/Nを保ちながら、高輝度域でも信号が潰れないダイナミックレンジの広い画像を得ることが出来る。ダイナミックレンジは、奇数ラインのみの場合と比較して、(Δt12+Δt23)/Δt23倍に拡大されることになる。 As a result, it is possible to obtain an image with a wide dynamic range in which a signal is not destroyed even in a high luminance region while maintaining a good S / N from a low luminance region to a medium luminance region. The dynamic range is expanded by (Δt12 + Δt23) / Δt23 times compared to the case of only odd lines.
以上が本発明の実施形態の説明であるが、これにより、良好なS/Nを保ちつつダイナミックレンジの広い画像を得ることが出来る。また、露光時間の異なる画素データを1回の撮影で同時に取得できるため、動く被写体の静止画撮影にも適した撮像装置を提供できる。 The above is the description of the embodiment of the present invention. With this, it is possible to obtain an image with a wide dynamic range while maintaining good S / N. In addition, since pixel data having different exposure times can be simultaneously acquired by one shooting, an imaging device suitable for still image shooting of a moving subject can be provided.
なお、本実施形態においては、電子先幕1のリセット走査の対象ライン及び電子先幕2のリセット走査の対象ラインをそれぞれ奇数ラインと偶数ラインとし、1ライン毎に交互に配置した。しかし、勿論その配置はそれに限られるものではなく、周期的に配置される構成であればどのようなものでも構わない。例えば、図7に示すように2ライン毎に交互に配置するようにすれば、露光時間の異なる2つの画像信号それぞれにカラーフィルタのベイヤ配列のR(赤)、G(緑)、B(青)の信号成分が含まれる。この構成をとることで、露光時間の異なる画素データの合成が行いやすくなる。
In this embodiment, the reset scanning target line of the electronic
また、本実施形態では電子先幕1と電子先幕2によって露光時間が異なる2種類の領域を形成しているが、3種類の領域を形成しても勿論構わない。その際には、図8に示すように電子先幕のためのリセット走査を撮影動作中にもう1回(計3回)行う必要がある。このとき、図9のようにそれぞれのリセット走査の対象ラインを3ラインに1ラインの周期で、かつ、互いに異なるラインとなるように配置すると、撮影後の画像信号の合成処理を行ない易い。
In the present embodiment, two types of regions having different exposure times are formed by the electronic
また、露光時間の異なる画素データの合成方法については、本実施形態で述べたものに限られるものではなく、他の計算式によるものでも勿論構わない。 Further, the method for synthesizing pixel data having different exposure times is not limited to that described in the present embodiment, and may be based on another calculation formula.
さらに、本実施形態のような複数の電子先幕によって露光時間が異なる領域を形成する駆動モードと、それとは別に全行を対象とする電子先幕1回のみの駆動モードを用意し、カメラの撮影モードに応じていずれかの駆動モードを選択するようにしてもよい。前者のモードにおいては広いダイナミックレンジを確保できるが、画素間のデータ演算を行うために場合によっては画像の解像度が犠牲になる可能性もある。後者のモードにおいてはダイナミックレンジは狭いままだが解像度も従来通りである。従って、カメラの撮影モードに応じていずれかの駆動モードを選択するようにしてもよい。 In addition, a driving mode for forming regions with different exposure times by a plurality of electronic front curtains as in this embodiment, and a driving mode for only one electronic front curtain for all rows are prepared separately. One of the drive modes may be selected according to the shooting mode. In the former mode, a wide dynamic range can be ensured. However, in some cases, the resolution of the image may be sacrificed in order to perform data calculation between pixels. In the latter mode, the dynamic range remains narrow but the resolution is the same as before. Therefore, any one of the drive modes may be selected according to the shooting mode of the camera.
(他の実施形態)
また、各実施形態の目的は、次のような方法によっても達成される。すなわち、前述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体(または記録媒体)を、システムあるいは装置に供給する。そして、そのシステムあるいは装置のコンピュータ(またはCPUやMPU)が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行する。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、前述した実施形態の機能が実現されるだけでなく、本発明には次のような場合も含まれる。すなわち、プログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼働しているオペレーティングシステム(OS)などが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される。
(Other embodiments)
The object of each embodiment is also achieved by the following method. That is, a storage medium (or recording medium) in which a program code of software that realizes the functions of the above-described embodiments is recorded is supplied to the system or apparatus. Then, the computer (or CPU or MPU) of the system or apparatus reads and executes the program code stored in the storage medium. In this case, the program code itself read from the storage medium realizes the functions of the above-described embodiments, and the storage medium storing the program code constitutes the present invention. Further, by executing the program code read by the computer, not only the functions of the above-described embodiments are realized, but the present invention includes the following cases. That is, based on the instruction of the program code, an operating system (OS) running on the computer performs part or all of the actual processing, and the functions of the above-described embodiments are realized by the processing.
さらに、次のような場合も本発明に含まれる。すなわち、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張カードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれる。その後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張カードや機能拡張ユニットに備わるCPUなどが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される。 Furthermore, the following cases are also included in the present invention. That is, the program code read from the storage medium is written in a memory provided in a function expansion card inserted into the computer or a function expansion unit connected to the computer. Thereafter, based on the instruction of the program code, the CPU or the like provided in the function expansion card or function expansion unit performs part or all of the actual processing, and the functions of the above-described embodiments are realized by the processing.
本発明を上記記憶媒体に適用する場合、その記憶媒体には、先に説明した手順に対応するプログラムコードが格納されることになる。 When the present invention is applied to the above storage medium, the storage medium stores program codes corresponding to the procedure described above.
101 撮像素子
102 AFE
103 DSP
104 タイミング発生回路
105 CPU
106 ROM
107 RAM
108 記録媒体
109 電源スイッチ
110,111 シャッタースイッチ
112 モードダイアル
113 ミラー部材
114 ファインダー光学系
115 メカニカルシャッター
116 シャッター駆動回路
101
103 DSP
104
106 ROM
107 RAM
108 Recording medium 109 Power switch 110, 111 Shutter switch 112
Claims (8)
前記撮像素子を遮光するように走行するシャッター幕を有するメカニカルシャッターと、
前記撮像素子の各画素に蓄積された電荷をリセットして露光を開始させるリセット走査を行うリセット走査手段と、
前記撮像素子の第1の行よりも第2の行の露光時間が短くなるように、前記リセット走査手段及び前記メカニカルシャッターを制御する制御手段と、
前記第1の行から読み出される第1の画素データと前記第2の行から読み出される第2の画素データを用いて画像データを生成する生成手段と、を有し、
前記生成手段は、前記画像データにおける前記第2の行に対応するデータを、当該第2の行から読み出された前記第2の画素データの値が当該第2の画素データの飽和レベルと前記第1及び第2の行の露光時間とに基づく第1の所定値以上の場合は当該第2の画素データに基づくデータとし、当該第2の行から読み出された前記第2の画素データの値が前記第1の所定値未満の場合は前記第1の画素データに基づくデータとすることを特徴とする撮像装置。 An image sensor in which a large number of pixels are arranged in a matrix;
A mechanical shutter having a shutter curtain that travels to shield the image sensor;
Reset scanning means for performing reset scanning for resetting the charge accumulated in each pixel of the image sensor and starting exposure;
Control means for controlling the reset scanning means and the mechanical shutter so that the exposure time of the second row is shorter than the first row of the image sensor;
Generating means for generating image data using first pixel data read from the first row and second pixel data read from the second row;
The generating means is configured to obtain data corresponding to the second row in the image data, and the value of the second pixel data read from the second row is equal to a saturation level of the second pixel data and the second pixel data. When the first predetermined value or more based on the exposure times of the first and second rows is greater than or equal to the second pixel data, the second pixel data read from the second row imaging device if the value is less than said first predetermined value, characterized in that the data based on the first pixel data.
前記生成手段は、前記画像データにおける前記第2の行に対応するデータを、当該第2の行から読み出された前記第2の画素データの値が前記第1の所定値未満の場合は当該第2の行に隣接する前記第1の行から読み出された前記第1の画素データに基づくデータとすることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 The first row and the second row are arranged on the image sensor so as to be adjacent to each other at a constant period,
Said generating means, said data corresponding to the second row in the image data, the second case the value of the second pixel data read out from the row is less than the first predetermined value the The imaging apparatus according to claim 1, wherein the imaging device is data based on the first pixel data read from the first row adjacent to the second row.
前記生成手段は、前記画像データにおける前記第2の行に対応するデータを、当該第2の行から読み出された前記第2の画素データの値が前記第1の所定値未満の場合は当該第2の行に隣接する2つの前記第1の行から読み出された前記第1の画素データを平均したデータとすることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 The first row and the second row are alternately arranged on the image sensor,
Said generating means, said data corresponding to the second row in the image data, the second case the value of the second pixel data read out from the row is less than the first predetermined value the The imaging apparatus according to claim 1, wherein the first pixel data read from the two first rows adjacent to the second row is averaged data.
前記第1の行から読み出される第1の画素データと前記第2の行から読み出される第2の画素データを用いて画像データを生成する生成ステップを有し、
前記生成ステップは、前記画像データにおける前記第2の行に対応するデータを、当該第2の行から読み出された前記第2の画素データの値が当該第2の行の画素データの飽和レベルと前記第1及び第2の行の露光時間とに基づく第1の所定値以上の場合は当該第2の画素データとし、当該第2の行から読み出された前記第2の画素データの値が前記第1の所定値未満の場合は前記第1の画素データに基づくデータとすることを特徴とする撮像装置の制御方法。 An image sensor in which a large number of pixels are arranged in a matrix, a mechanical shutter having a shutter curtain that travels so as to shield the image sensor, and resetting the charge accumulated in each pixel of the image sensor to start exposure Reset scanning means for performing reset scanning, and control means for controlling the reset scanning means and the mechanical shutter so that the exposure time of the second row is shorter than the first row of the image sensor. A method for controlling an imaging apparatus,
A generation step of generating image data using first pixel data read from the first row and second pixel data read from the second row;
In the generating step, the data corresponding to the second row in the image data is set to a saturation level of the pixel data of the second row, the value of the second pixel data read from the second row. And the first pixel value based on the exposure time of the first and second rows, the second pixel data is read out from the second row when the value is equal to or greater than a first predetermined value. When the value is less than the first predetermined value, the data is based on the first pixel data.
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