JP5577772B2 - 撮像装置 - Google Patents
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Description
本発明の第2の撮像装置は、撮像レンズと、複数の領域に分割され、領域毎に開状態および閉状態が切り替え制御される液晶シャッターと、線順次駆動される複数の受光画素を含むと共に、複数のフレームからなる撮像画像を取得する撮像素子と、液晶シャッターにおける各領域の開閉を切り替えると共に、撮像素子における露光および信号の読み出しを制御する制御部とを備えたものである。制御部は、撮像素子を駆動して、少なくとも第1のフレームと、第1のフレームの露光終了以降に露光が開始された第2のフレームとをそれぞれ取得し、第1のフレームの露光期間に対応して液晶シャッターの第1の領域を開状態、他の領域を閉状態にそれぞれ制御し、第2のフレームの露光期間に対応して液晶シャッターの第2の領域を開状態、他の領域を閉状態にそれぞれ制御し、第1および第2のフレームのそれぞれにおいて、フレーム開始時刻に1ライン目の露光を開始させ、かつ1ライン目の露光開始前に、液晶シャッターの1の領域を閉状態から開状態へ切り替える。
本発明の第3の撮像装置は、撮像レンズと、複数の領域に分割され、領域毎に開状態および閉状態が切り替え制御される液晶シャッターと、線順次駆動される複数の受光画素を含むと共に、複数のフレームからなる撮像画像を取得する撮像素子と、液晶シャッターにおける各領域の開閉を切り替えると共に、撮像素子における露光および信号の読み出しを制御する制御部とを備えたものである。制御部は、撮像素子を駆動して、少なくとも第1のフレームと、第1のフレームの露光終了以降に露光が開始された第2のフレームとをそれぞれ取得し、第1のフレームの露光期間に対応して液晶シャッターの第1の領域を開状態、他の領域を閉状態にそれぞれ制御し、第2のフレームの露光期間に対応して液晶シャッターの第2の領域を開状態、他の領域を閉状態にそれぞれ制御し、第1および第2のフレームのそれぞれにおいて、フレーム期間開始後に1ライン目の露光を開始させ、かつ1ライン目の露光開始前に、液晶シャッターの1の領域を開状態から閉状態へ切り替える。
尚、シャッターにおける「開状態」とは光の透過状態を示し、「閉状態」とは遮光状態を示す。
1.第1の実施の形態(露光開始および露光終了を線順次で行う場合の例)
2.変形例1(遮光状態から透過状態への遷移時に応答速度がより遅くなる特性を有する液晶シャッターを使用した例)
3.変形例2(シャッターの閉から開への切り替えタイミングを早めた例)
4.変形例3(シャッターの閉から開、開から閉への各切り替え、露光終了の各タイミングを早めた例)
5.変形例4(露光開始タイミングを遅らせた例)
6.変形例5(透過状態から遮光状態への遷移時に応答速度がより遅くなる特性を有する液晶シャッターを使用した例)
7.第2の実施の形態(グローバルリセット機能により、露光開始を一括して行う例)
8.変形例6(遮光状態から透過状態への遷移時に応答速度がより遅くなる特性を有する液晶シャッターを使用した例)
9.変形例7(シャッターの閉から開への切り替えタイミングを早めた例)
10.変形例8(透過状態から遮光状態への遷移時に応答速度がより遅くなる特性を有する液晶シャッターを使用した例)
11.変形例9(駆動シーケンスの切り替えによってシャッター制御を行う例)
12.画像処理例1(モーションブラー処理の例)
13.画像処理例2(画像補間処理の例)
[撮像装置1の全体構成]
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る撮像装置(撮像装置1)の全体構成を表したものである。この撮像装置1は、被写体の撮像画像(静止画または動画)として複数の視点画像(ここでは、左右の視点画像)を取得するものであり、撮像レンズ10a,10b、シャッター11、イメージセンサ12、信号処理/記憶部13および制御部20を備えている。
(1.撮像装置1の基本動作)
上記のような撮像装置1では、被写体からの光は、撮像レンズ10a、シャッター11および撮像レンズ10bを順に透過し、イメージセンサ12へ到達する。イメージセンサ12では、制御部20の制御により、受光光線に基づく撮像データが取得され、信号処理/記憶部13に出力される。信号処理/記憶部13は、各種信号処理部を有しており、入力された撮像データに対し、所定の信号処理、例えば、並べ替え処理、欠陥補正処理、デモザイク処理等を施すことにより、左右の視点画像を生成する。
次に、図2〜図4を参照して、左右の視点画像取得の原理について説明する。但し、図2〜図4は、撮像装置1における撮像レンズ10a,10b、シャッター11およびイメージセンサ12を上面側からみた図である。
続いて、上記のようなシャッター11の開閉切り替え動作、イメージセンサ12の露光および読み出し動作について、比較例(比較例1,2)を挙げて詳細に説明する。図5に、比較例1に係るイメージセンサ(CCD)およびシャッターの駆動タイミング、図6に、比較例2に係るイメージセンサ(CMOS)およびシャッターの駆動タイミングをそれぞれ示す。図7には、本実施の形態に係るイメージセンサ(CMOS)およびシャッターの駆動タイミングを示す。但し、各図において(A)はイメージセンサにおける露光期間および読み出し、(B)はシャッターの右領域および左領域における開閉切り替えを表す。尚、以下では、右視点画像に対応するフレームをフレームRまたはフレームR1、左視点画像に対応するフレームをフレームLまたはフレームL1として説明する。また、本明細書において、フレーム期間frは、動画としての1フレーム期間を2分割にした期間に相当するものであり(2fr=動画としての1フレーム期間)である。また、(A)図において斜線部分は、ライン毎の露光(露出)期間を模式的に表したものである。
CCDをイメージセンサとして用いた比較例1では、面順次で画面一括駆動されるため、図5(A)に示したように、各フレームR,Lでは、画面全体において露光期間TL,TRに時間的なずれがなく、信号の読み出し(Read)も同時刻になされている。このため、比較例1では、シャッターにおける右側の領域100Rと左側の領域100Lとの開閉切り替えは、図5(B)に示したようにすればよい。即ち、フレームRの露光期間TRでは、領域100Rが開(OPEN)状態(領域100Lが閉(CLOSE)状態)となるように、フレームLの露光期間TLでは、領域100Lが開状態(領域100Rが閉状態)となるように切り替えを行う。具体的には、フレームRの露光開始時刻(フレームLの露光終了時刻)に同期して、領域100Rが開、領域100Lが閉となり、フレームRの露光終了時刻(フレームLの露光開始時刻)に同期して、領域100Rが閉、領域100Lが開となるような制御がなされる。即ち、比較例1では、領域100Rの開期間T100(R)および領域100Lの開期間T100(L)はそれぞれ、フレーム期間frに等しく、ここでは露光期間TL,TRにも等しくなっている。
ところが、イメージセンサとして、例えばローリングシャッタータイプのCMOSセンサを用いた場合、上記CCDの場合と異なり、例えば画面の上部から下部に向けて線順次で駆動がなされる。即ち、図6(A)に示したように、各フレームR,Lでは、露光開始および露光終了のタイミングや信号読み出し(Read)のタイミングがライン毎に異なる。このため、画面内の位置によって、露光期間TL,TRに時間的なずれが生じる。従って、上記比較例1と同様のタイミングで、シャッターの開閉を切り替えると、各フレームR,Lにおいて、1フレーム全体(全ライン)の露光が終了する前に、透過光路が切り替わってしまう。この結果、各フレームR,Lでは、領域100R,100Lの各透過光が混ざって受光され、クロストークが発生する(図6(B))。例えば、フレームRでは、本来、画面全域において領域100Rの透過光のみを受光することが理想的であるのに対し、実際には、画面の上部側でのみ領域100Rの透過光が受光され、画面の下部側では領域100Lの透過光が受光されることとなる。このように、1フレームにおいて左右両方の光線が混在するクロストークが生じると、上述した複数の視点画像間における視差量が低減する(平面的な画像に近づく)、あるいは画面の上部側と下部側とで立体感が異なる等、所望の立体感を得にくくなってしまう。
これに対し本実施の形態では、図7(A)に示したように、制御部20が、時間的に連続するフレームのうち、ある時刻に取得されるフレーム(フレームR1)と、このフレームR1の全ライン分の読み出し(Read(R))終了以降(露光終了以降)に1ライン目の露光が開始されたフレームL1とをそれぞれ有効フレームとして取得する。換言すると、フレームR1後のフレームであって、フレームR1の全ライン分の読み出しが終了する前(全ライン分の露光が終了する前)に露光開始となるフレーム(フレームR1,L1間のフレームX)は、無効フレームとする。このフレームXは、例えば、読み出し(Read(0))後、信号処理/記憶部13において、各種信号処理部へ出力しないようにするか、あるいは読み出し(Read(0))自体を行わないようにすればよい。また、図7(B)に示したように、シャッター11の領域11R,11Lの開期間TOPEN(R),TOPEN(L)を、例えばフレーム期間frの2倍の長さとなるように、シャッター11を切り替え制御する。尚、ここでは、フレーム期間frと露光期間TL,TRは等しくなっている。このように、本実施の形態では、1フレーム分が間引かれたフレームR1,L1,…を有効フレームとし、シャッター11の開期間TOPEN(R),TOPEN(L)をフレーム期間frの2倍に設定する。
次に、上記第1の実施の形態におけるシャッターおよびイメージセンサの他の駆動例(変形例1〜5)について説明する。以下の変形例1〜5の駆動例は、上記第1の実施の形態と同様、撮像装置1において、制御部20がシャッター11およびイメージセンサ12を駆動する際のタイミング制御に関するものである。但し、変形例1〜5では、シャッター11として、特に以下のような液晶シャッターを用いた場合に特有の駆動例に関するものである。
図8は、液晶シャッターとしてのシャッター11の平面構成を模式的に表したものであり、(A)は領域11Lを開(領域11Rを閉)、(B)は領域11Rを開(領域11Lを閉)とした場合を示す。このように、シャッター11は、例えば円形の平面形状を左右に分割する2つの領域11R,11Lを有している。図9は、シャッター11の領域11R,11Lの境界付近の断面図である。
図10は、変形例1に係るイメージセンサおよびシャッターの駆動タイミングを表したものであり、(A)はイメージセンサにおける露光期間および読み出し、(B)は低温時のシャッターの開閉切り替え、(C)は高温時のシャッターの開閉切り替えを示す。図11は、変形例1に係るシャッターの(A)高温時および(B)低温時における各応答特性を表したものである。
図12は、変形例2に係るイメージセンサおよびシャッターの駆動タイミングを表したものであり、(A)はイメージセンサにおける露光期間および読み出し、(B)は低温時のシャッターの開閉切り替えを示す。
図13は、変形例3に係るイメージセンサおよびシャッターの駆動タイミングを表したものであり、(A)はイメージセンサにおける露光期間および読み出し、(B)は低温時のシャッターの開閉切り替えを示す。
図14は、変形例4に係るイメージセンサおよびシャッターの駆動タイミングを表したものであり、(A)はイメージセンサにおける露光期間および読み出し、(B)は低温時のシャッターの開閉切り替えを示す。
図15は、変形例5に係るイメージセンサおよびシャッターの駆動タイミングを表したものであり、(A)はイメージセンサにおける露光期間および読み出し、(B)は低温時のシャッターの開閉切り替え、(C)は高温時のシャッターの開閉切り替えを示す。図16は、変形例5に係るシャッターの(A)高温時および(B)低温時における各応答特性を表したものである。
図17は、本発明の第2の実施の形態に係るイメージセンサおよびシャッターの駆動タイミングを表したものであり、(A)はイメージセンサにおける露光期間および読み出し、(B)は低温時のシャッターの開閉切り替えを示す。本実施の形態における駆動動作は、上記第1の実施の形態と同様、撮像装置1において、制御部20がシャッター11およびイメージセンサを駆動する際のタイミング制御に関するものである。但し、本実施の形態では、イメージセンサにおける機能が上記第1の実施の形態と異なっている。
次に、上記第2の実施の形態におけるシャッターおよびイメージセンサの他の駆動例(変形例6〜8)について説明する。以下の変形例6〜8の駆動例は、上記第2の実施の形態と同様、撮像装置1において、制御部20がシャッター11と、グローバルリセット機能を有するイメージセンサ12とを駆動する際のタイミング制御に関するものである。また、但し、変形例6〜8の駆動例では、シャッター11として、上記第1の実施の形態の変形例において説明した液晶シャッターを用いた場合に特有の駆動動作に関するものである。
図18は、変形例10に係るイメージセンサおよびシャッターの駆動タイミングを表したものであり、(A)はイメージセンサにおける露光期間および読み出し、(B)は低温時のシャッターの開閉切り替え、(C)は高温時のシャッターの開閉切り替えを示す。
図19は、変形例7に係るイメージセンサおよびシャッターの駆動タイミングを表したものであり、(A)はイメージセンサにおける露光期間および読み出し、(B)は低温時のシャッターの開閉切り替えを示す。
図20は、変形例8に係るイメージセンサおよびシャッターの駆動タイミングを表したものであり、(A)はイメージセンサにおける露光期間および読み出し、(B)は低温時のシャッターの開閉切り替え、(C)は高温時のシャッターの開閉切り替えを示す。
上記変形例1〜8では、シャッター11として液晶シャッターを用いた場合において、その応答特性に応じたタイミング制御について説明したが、例えば次のように駆動シーケンスを制御するようにしてもよい。ここで、図21に、液晶シャッターにおける透過率変化(応答特性)について示す。液晶シャッターは、前述のように電圧制御によってその透過率を変化させるが、具体的には、開状態(透過状態)および閉状態(遮光状態)がそれぞれ時分割で交互に繰り返されるようなシーケンスの電圧で駆動される。本変形例では、制御部20が液晶シャッターの駆動シーケンスを複数保持しており、応答速度やオープン時平均透過率が所望の値となるように、液晶シャッターの応答特性に応じて、それら駆動シーケンスの切り替えを行う。尚、オープン時平均透過率とは、シャッターの開閉を周期的に繰り返す駆動状態における開期間での透過率の平均値である。
次に、上述したような複数の視点画像を取得するための撮像装置1において、好適な画像処理例について説明する。特に、撮影対象が連続的な動きを伴う動画(フレームR1,L1を時分割で交互に繰り返し取得する場合)である場合に有効な処理を挙げる。また、これらの画像処理は、例えば制御部20の制御に基づいて、信号処理/記憶部13が行う。
図22は、通常の動画フレームレートで撮影した画像(元画像F:F1,F2,F3,…)と、これに対応する左視点画像(L:L1,L2,L3,…)および右視点画像(R:R1,R2,R3,…)の一例を時間軸に沿って並べたものである。撮像装置1では、左視点画像(L)および右視点画像(R)が時分割で交互に取得されるため、左視点画像(L)および右視点画像(R)では、元画像(F)における1フレーム(1フィールド)分を時間的に間引いたような画像群となる。
図24は、左視点画像(L:L1,L2,…)および右視点画像(R:R1,R2,…)の一例を時間軸に沿って並べたものある。撮像装置1では、左視点画像(L)と右視点画像(R)が時分割で交互に取得されるため、実際には、左視点画像(L)の各画像と右視点画像(R)の各画像が、互いに同時刻に撮影されたものではない。このため、例えば、動きのある被写体を撮影した場合、左視点画像および右視点画像を、フレームシーケンシャルタイプのディスプレイを用いて左右交互に順次出力するのであれば問題はないが、これらを同時に出力する場合には、不自然な立体感となってしまう。これは、左右の視点画像間において、視差による被写体像の変化と、動きによる被写体像の変化とが、明確に分離されないことに起因する。
Claims (19)
- 撮像レンズと、
複数の領域に分割され、前記領域毎に開状態および閉状態が切り替え制御されるシャッターと、
線順次駆動される複数の受光画素を含むと共に、複数のフレームからなる撮像画像を取得する撮像素子と、
前記シャッターにおける各領域の開閉を切り替えると共に、前記撮像素子における露光および信号の読み出しを制御する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記撮像素子を駆動して、少なくとも第1のフレームと、前記第1のフレームの露光終了以降に露光が開始された第2のフレームとをそれぞれ取得し、
前記撮像素子における前記複数の受光画素の露光開始を一括して行うと共に、露光終了および読み出しを線順次で行い、かつ
前記第1のフレームの開始時刻に応じて、前記シャッターの第1の領域を閉状態から開状態へ切り替えると共に他の領域を閉状態とし、1フレーム期間経過時刻に応じて、前記第1の領域を開状態から閉状態へ切り替えると共に1ライン目から信号の読み出しを開始し、
前記第2のフレームの開始時刻に応じて、前記シャッターの第2の領域を閉状態から開状態へ切り替えると共に他の領域を閉状態とし、1フレーム期間経過時刻に応じて、前記第2の領域を開状態から閉状態へ切り替えると共に1ライン目から信号の読み出しを開始する
撮像装置。 - 前記シャッターは、液晶シャッターである
請求項1に記載の撮像装置。 - 前記液晶シャッターは、透光状態から遮光状態へ遷移する場合よりも、遮光状態から透光状態へ遷移する場合に応答速度が遅くなる特性を有する
請求項2に記載の撮像装置。 - 前記液晶シャッターは、遮光状態から透光状態へ遷移する場合よりも、透光状態から遮光状態へ遷移する場合に応答速度が遅くなる特性を有する
請求項2に記載の撮像装置。 - 前記制御部は、前記液晶シャッターの応答特性に応じて、各フレームの露光開始および露光終了のタイミング、前記液晶シャッターにおける開閉の切り替えタイミング、前記液晶シャッターへの駆動シーケンスのうち少なくとも1つを制御する
請求項2に記載の撮像装置。 - 前記制御部は、各フレームにおいて、
フレーム開始時刻に1ライン目の露光を開始させ、
前記1ライン目の露光開始前に、前記シャッターの1の領域を閉状態から開状態へ切り替える
請求項5に記載の撮像装置。 - 前記制御部は、各フレームにおいて、
1フレーム期間終了前に1ライン目の露光を終了し、
前記1の領域の開状態から閉状態への切り替えを、全ラインの露光終了後で、かつ次のフレームの1ライン目の露光開始前に行う
請求項6に記載の撮像装置。 - 前記制御部は、各フレームにおいて、
フレーム期間開始後に1ライン目の露光を開始させ、
前記1ライン目の露光開始前に、前記シャッターの1の領域を開状態から閉状態へ切り替える
請求項5に記載の撮像装置。 - 前記液晶シャッターの応答速度を検出する検出部を有する
請求項5に記載の撮像装置。 - 前記検出部は、温度センサを含む
請求項9に記載の撮像装置。 - 前記シャッターは、第1および第2の領域として左右に光路を分割する2つの領域を有し、
前記制御部は、前記第1および第2のフレームとして左視点画像および右視点画像を取得する
請求項1に記載の撮像装置。 - 前記制御部は、前記左視点画像および前記右視点画像を時分割で交互に繰り返し取得する
請求項11に記載の撮像装置。 - 前記制御部は、複数の左視点画像および右視点画像のそれぞれに対し、モーションブラー処理を施す
請求項12に記載の撮像装置。 - 前記制御部は、複数の左視点画像において時間的に前後の関係にある1つ以上の左視点画像同士、および複数の右視点画像において時間的に前後の関係にある1つ以上の右視点画像同士を用いて、補間画像を生成する
請求項12に記載の撮像装置。 - 撮像レンズと、
複数の領域に分割され、前記領域毎に開状態および閉状態が切り替え制御される液晶シャッターと、
線順次駆動される複数の受光画素を含むと共に、複数のフレームからなる撮像画像を取得する撮像素子と、
前記液晶シャッターにおける各領域の開閉を切り替えると共に、前記撮像素子における露光および信号の読み出しを制御する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記撮像素子を駆動して、少なくとも第1のフレームと、前記第1のフレームの露光終了以降に露光が開始された第2のフレームとをそれぞれ取得し、
前記第1のフレームの露光期間に対応して前記液晶シャッターの第1の領域を開状態、他の領域を閉状態にそれぞれ制御し、前記第2のフレームの露光期間に対応して前記液晶シャッターの第2の領域を開状態、他の領域を閉状態にそれぞれ制御し、
前記第1および第2のフレームのそれぞれにおいて、フレーム開始時刻に1ライン目の露光を開始させ、かつ前記1ライン目の露光開始前に、前記液晶シャッターの1の領域を閉状態から開状態へ切り替える
撮像装置。 - 前記制御部は、前記第1および第2のフレームのそれぞれにおいて、
1フレーム期間終了前に1ライン目の露光を終了し、
前記一の領域の開状態から閉状態への切り替えを、全ラインの露光終了後で、かつ次のフレームの1ライン目の露光開始前に行う
請求項15に記載の撮像装置。 - 前記制御部は、前記撮像素子における前記複数の受光画素の露光開始、露光終了および読み出しを線順次で行う
請求項15に記載の撮像装置。 - 前記制御部は、前記撮像素子における前記複数の受光画素の露光開始を一括して行い、露光終了および読み出しを線順次で行う
請求項15に記載の撮像装置。 - 撮像レンズと、
複数の領域に分割され、前記領域毎に開状態および閉状態が切り替え制御される液晶シャッターと、
線順次駆動される複数の受光画素を含むと共に、複数のフレームからなる撮像画像を取得する撮像素子と、
前記液晶シャッターにおける各領域の開閉を切り替えると共に、前記撮像素子における露光および信号の読み出しを制御する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記撮像素子を駆動して、少なくとも第1のフレームと、前記第1のフレームの露光終了以降に露光が開始された第2のフレームとをそれぞれ取得し、
前記第1のフレームの露光期間に対応して前記液晶シャッターの第1の領域を開状態、他の領域を閉状態にそれぞれ制御し、前記第2のフレームの露光期間に対応して前記液晶シャッターの第2の領域を開状態、他の領域を閉状態にそれぞれ制御し、
前記第1および第2のフレームのそれぞれにおいて、フレーム期間開始後に1ライン目の露光を開始させ、かつ前記1ライン目の露光開始前に、前記液晶シャッターの1の領域を開状態から閉状態へ切り替える
撮像装置。
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