JP5791975B2 - Solid-state imaging device and imaging device - Google Patents

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Description

本発明は、固体撮像装置及び撮像装置等に関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device, an imaging device, and the like.

デジタルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像装置には、光学像を電気信号に変換する撮像素子が搭載されている。近年、この撮像素子において、CCD(Charge Coupled Device)型からCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)型への置き換えが加速しつつある。   An imaging device that converts an optical image into an electrical signal is mounted on an imaging device such as a digital camera or a digital video camera. In recent years, in this imaging device, replacement from a CCD (Charge Coupled Device) type to a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) type is accelerating.

このCMOS型撮像素子は、その特徴を生かして、フルスキャン以外にも様々な形態の画素信号を読み出すことができる。例えば、水平及び垂直方向に複数の画素を加算した信号を取り出すムービースキャンにより、多種の解像度に対応した画素数の読み出しが可能である。   This CMOS image sensor can read out various types of pixel signals in addition to full scan by taking advantage of its features. For example, it is possible to read out the number of pixels corresponding to various resolutions by movie scanning for extracting a signal obtained by adding a plurality of pixels in the horizontal and vertical directions.

特開2005−278135号公報JP-A-2005-278135 特開2008−294913号公報JP 2008-294913 A

さて、画素加算により得られる画像は画素加算しない場合よりも低解像である。そのため、動画撮影中に高精細静止画を得たい場合には、例えば動画撮影中にシャッターが押された場合だけ静止画撮影を行う手法が考えられる。   Now, an image obtained by pixel addition has a lower resolution than when pixels are not added. Therefore, in order to obtain a high-definition still image during moving image shooting, for example, a method of performing still image shooting only when the shutter is pressed during moving image shooting can be considered.

しかしながら、この手法では、決定的瞬間にタイミングよくシャッターを押して静止画を取得することは難しい。そのため、画素加算による動画を撮影しておき、その動画から事後的に任意タイミングの高精細静止画を生成する手法が考えられる。   However, with this method, it is difficult to acquire a still image by pressing the shutter at a decisive moment. Therefore, it is conceivable to shoot a moving image by pixel addition and generate a high-definition still image at an arbitrary timing later from the moving image.

このような手法として、加算対象の画素の範囲である加算単位を重畳させて設定し、その加算単位に含まれる画素値を重み付け加算して低解像画像を取得し、その低解像動画から高精細静止画を復元する手法が考えられる。   As such a method, an addition unit that is a range of pixels to be added is superimposed and set, and a pixel value included in the addition unit is weighted and added to obtain a low-resolution image. A technique for restoring high-definition still images can be considered.

しかしながら、従来の画素加算手法(例えば特許文献1、2)では、加算単位を重畳させた画素加算や重み付け加算を実現できないという課題がある。   However, conventional pixel addition methods (for example, Patent Documents 1 and 2) have a problem that pixel addition and weighted addition in which addition units are superimposed cannot be realized.

本発明の幾つかの態様によれば、加算単位を重畳させて画素加算を行うことが可能な固体撮像装置及び撮像装置等を提供できる。   According to some aspects of the present invention, it is possible to provide a solid-state imaging device, an imaging device, and the like that can perform pixel addition by superimposing addition units.

本発明の一態様は、入射光を光電変換する複数の画素が配列された画素アレイ部と、前記画素アレイ部の行を選択し、垂直走査を行う行走査部と、選択された前記行の画素からのアナログ信号をデジタル信号の画素値に変換するA/D変換部と、前記画素値を記憶する第1〜第nのメモリー領域と、前記第1〜第nのメモリー領域に対して、前記画素値を書き込む制御を行う書き込み制御部と、加算対象となる画素の範囲である加算単位に含まれる画素値を、前記第1〜第nのメモリー領域から読み出す制御を行う読み出し制御部と、読み出された前記加算単位に含まれる画素値の重み付け加算を行い、加算後の画素値を加算画素値として出力する重み付け加算部と、を含み、前記書き込み制御部は、前記加算単位に含まれる各画素値を、それぞれ前記第1〜第nのメモリー領域のうちの異なるメモリー領域に記憶させ、前記読み出し制御部は、第1の加算単位に含まれる画素値を読み出す制御と、前記第1の加算単位と共通の画素を含む第2の加算単位に含まれる画素値を読み出す制御を行う固体撮像装置に関係する。   One embodiment of the present invention includes a pixel array unit in which a plurality of pixels that photoelectrically convert incident light are arranged, a row scanning unit that selects a row of the pixel array unit, performs vertical scanning, and An A / D converter that converts an analog signal from a pixel into a pixel value of a digital signal, a first to nth memory area that stores the pixel value, and a first to nth memory area, A write control unit that performs control to write the pixel value; a read control unit that performs control to read out a pixel value included in an addition unit that is a range of pixels to be added from the first to nth memory regions; A weighted addition unit that performs weighted addition of pixel values included in the read addition unit and outputs the pixel value after addition as an added pixel value, and the write control unit is included in the addition unit Each pixel value is Each of the first to n-th memory areas is stored in a different memory area, and the readout control unit is common to the first addition unit and the control to read out the pixel value included in the first addition unit. The present invention relates to a solid-state imaging device that performs control to read out pixel values included in a second addition unit including the pixels.

本発明の一態様によれば、加算単位に含まれる各画素値が、それぞれ第1〜第nのメモリー領域のうちの異なるメモリー領域に記憶され、その第1〜第nのメモリー領域から、共通の画素を有する第1、第2の加算単位に含まれる画素値を読み出す制御が行われる。そして、読み出された画素値の重み付け加算が行われ、各加算単位の加算画素値が出力される。これにより、加算単位を重畳させて画素加算を行うことが可能になる。また、加算単位の画素値を重み付け加算することが可能になる。   According to one aspect of the present invention, each pixel value included in the addition unit is stored in a different memory area among the first to nth memory areas, and is shared from the first to nth memory areas. Control is performed to read out pixel values included in the first and second addition units having the pixels. Then, weighted addition of the read pixel values is performed, and an added pixel value for each addition unit is output. This makes it possible to perform pixel addition by superimposing addition units. Further, it becomes possible to perform weighted addition of pixel values in increments.

また本発明の一態様では、前記第1〜第nのメモリー領域は、それぞれ独立したアドレス空間を有するメモリー領域であり、前記読み出し制御部は、前記加算単位に含まれる画素値を、前記第1〜第nのメモリー領域から並列に読み出してもよい。   In the aspect of the invention, each of the first to nth memory areas may be a memory area having an independent address space, and the read control unit may determine the pixel value included in the addition unit as the first value. The data may be read from the nth memory area in parallel.

このようにすれば、重畳シフト加算を行わない従来の固体撮像装置に比べて、各構成部位の処理速度を上げることなく、共通画素を有する加算単位の読み出しや、重み付け演算、加算演算を行うことが可能になる。   In this way, it is possible to read out an addition unit having a common pixel, perform a weighting operation, and an addition operation without increasing the processing speed of each component compared with a conventional solid-state imaging device that does not perform superposition shift addition. Is possible.

また本発明の一態様では、前記重み付け加算部は、前記第1の加算単位における前記共通の画素と、前記第2の加算単位における前記共通の画素に対して、異なる重み係数による重み付けを行ってもよい。   In the aspect of the invention, the weighting addition unit may weight the common pixel in the first addition unit and the common pixel in the second addition unit with different weighting factors. Also good.

このようにすれば、第1、第2の加算単位の加算演算において、共通画素にそれぞれ異なる重み付けを行うことができる。これにより、重畳する加算単位において、各加算単位の重み付け加算を実現することができる。   In this way, different weights can be applied to the common pixels in the addition operation of the first and second addition units. Thereby, the weighted addition of each addition unit can be realized in the addition unit to be superimposed.

また本発明の一態様では、前記第1の加算単位が、2行2列の画素により構成される場合に、前記第1〜第nのメモリー領域の第1、第2のメモリー領域は、第1のラインバッファーを構成し、それぞれ前記画素アレイ部の第1行の奇数列、偶数列の画素値を記憶し、前記第1〜第nのメモリー領域の第3、第4のメモリー領域は、第2のラインバッファーを構成し、それぞれ前記画素アレイ部の第2行の奇数列、偶数列の画素値を記憶し、前記読み出し制御部は、前記第1の加算単位を構成する2行2列の画素値を、前記第1、第2のラインバッファーから読み出してもよい。   In the aspect of the invention, when the first addition unit includes pixels of 2 rows and 2 columns, the first and second memory areas of the first to nth memory areas are 1 line buffer, storing pixel values of odd columns and even columns of the first row of the pixel array unit, respectively, the third and fourth memory regions of the first to nth memory regions are The second line buffer is configured to store the pixel values of the odd and even columns of the second row of the pixel array unit, respectively, and the read control unit is configured to store two rows and two columns configuring the first addition unit. These pixel values may be read from the first and second line buffers.

また本発明の一態様では、前記第2の加算単位が、前記第1の加算単位を1行1列シフトさせた2行2列の加算単位である場合に、前記第1〜第nのメモリー領域の第5、第6のメモリー領域は、第3のラインバッファーを構成し、それぞれ前記画素アレイ部の第3行の奇数列、偶数列の画素値を記憶し、前記読み出し制御部は、前記第2の加算単位を構成する2行2列の画素値を、前記第2、第3のラインバッファーから読み出してもよい。   In one aspect of the present invention, when the second addition unit is an addition unit of 2 rows and 2 columns obtained by shifting the first addition unit by 1 row and 1 column, the first to nth memories. The fifth and sixth memory regions of the region constitute a third line buffer and store the pixel values of the odd and even columns in the third row of the pixel array unit, respectively, and the read control unit The pixel values of 2 rows and 2 columns constituting the second addition unit may be read from the second and third line buffers.

これらのようにすれば、それぞれ2つのバンクにより3つのラインバッファーを構成し、その6つのバンクにより第1〜第6のメモリー領域(n=6)を構成できる。また、第1、第2の加算単位において、第2のラインバッファーから重複して画素値を読み出すことで、重畳シフト加算が可能になる。   In this way, three line buffers can be constituted by two banks, and the first to sixth memory areas (n = 6) can be constituted by the six banks. In addition, in the first and second addition units, overlapping shift addition can be performed by reading the pixel values redundantly from the second line buffer.

また本発明の一態様では、第3の加算単位を、前記第1の加算単位を1列シフトさせた2行2列の加算単位とし、第4の加算単位を、前記第1の加算単位を1行シフトさせた2行2列の加算単位とする場合に、前記読み出し制御部は、第1のフレームにおいて、前記第1、第2の加算単位の画素値を読み出し、前記第1のフレームの次の第2のフレームにおいて、前記第3、第4の加算単位の画素値を読み出してもよい。   In one embodiment of the present invention, the third addition unit is a 2-row, 2-column addition unit obtained by shifting the first addition unit by one column, and the fourth addition unit is the first addition unit. When the addition unit of 2 rows and 2 columns shifted by 1 row is used, the readout control unit reads out the pixel values of the first and second addition units in the first frame, In the next second frame, the pixel values of the third and fourth addition units may be read out.

このようにすれば、重畳シフトされた第1〜第4の加算単位の加算画素値を得ることができる。これにより、後述する推定演算処理を適用することが可能になり、簡素な推定演算処理により高解像画像を得ることが可能になる。   In this way, it is possible to obtain the addition pixel values of the first to fourth addition units that are shifted in superposition. Thereby, it becomes possible to apply the estimation calculation process mentioned later, and it becomes possible to obtain a high-resolution image by a simple estimation calculation process.

また本発明の一態様では、前記A/D変換部は、前記行走査部により選択された行の各列の前記アナログ信号を、並列に前記デジタル信号に変換する列並列A/D変換部であってもよい。   In the aspect of the invention, the A / D conversion unit may be a column parallel A / D conversion unit that converts the analog signal of each column of the row selected by the row scanning unit into the digital signal in parallel. There may be.

このようにすれば、1行の画素のアナログ信号を、並列にデジタル信号に変換することができる。これにより、高速なA/D変換が不要になるため、固体撮像装置の動作速度の低速化を図ることができる。   In this way, analog signals from one row of pixels can be converted into digital signals in parallel. This eliminates the need for high-speed A / D conversion, so that the operation speed of the solid-state imaging device can be reduced.

また本発明の他の態様は、上記のいずれかに記載の固体撮像装置と、前記加算画素値に基づいて、前記加算単位に含まれる画素値を推定する推定演算部と、を含み、第1のポジションに設定された第1ポジション加算単位と、前記第1のポジションがシフトされた第2のポジションに設定された第2ポジション加算単位とが、重畳する場合に、前記重み付け加算部は、前記第1、第2ポジション加算単位の前記加算画素値である第1、第2の加算画素値を出力し、前記推定演算部は、前記第1の加算画素値と、前記第2の加算画素値の差分値を求め、前記第1ポジション加算単位から重畳領域を除いた第1の領域の加算画素値である第1の中間画素値と、前記第2の加算単位から前記重畳領域を除いた第2の領域の加算画素値である第2の中間画素値との関係式を、前記差分値を用いて表し、前記関係式を用いて前記第1、第2の中間画素値を推定し、推定した前記第1の中間画素値を用いて前記加算単位に含まれる各画素の画素値を求める撮像装置に関係する。   Another aspect of the present invention includes the solid-state imaging device according to any one of the above and an estimation calculation unit that estimates a pixel value included in the addition unit based on the addition pixel value. When the first position addition unit set to the position of the second position addition unit set to the second position where the first position is shifted overlaps, the weighting addition unit The first and second addition pixel values which are the addition pixel values in the first and second position addition units are output, and the estimation calculation unit is configured to output the first addition pixel value and the second addition pixel value. The first intermediate pixel value, which is the added pixel value of the first region obtained by removing the overlap region from the first position addition unit, and the first value obtained by removing the overlap region from the second addition unit. The second medium that is the added pixel value of area 2 A relational expression with a pixel value is expressed using the difference value, the first and second intermediate pixel values are estimated using the relational expression, and the addition is performed using the estimated first intermediate pixel value. The present invention relates to an imaging device that obtains a pixel value of each pixel included in a unit.

本発明の他の態様によれば、重畳しながら画素シフトされた加算単位の加算画素値から中間画素値を推定し、推定した中間画素値から最終的な推定画素値を求めることができる。これにより、簡素な処理で撮像画像を推定できる。   According to another aspect of the present invention, it is possible to estimate an intermediate pixel value from an addition pixel value of an addition unit that has been pixel shifted while being superimposed, and obtain a final estimated pixel value from the estimated intermediate pixel value. Thereby, a captured image can be estimated by simple processing.

また本発明の他の態様では、前記推定演算部は、前記第1、第2の中間画素値を含む連続する中間画素値を中間画素値パターンとする場合に、前記中間画素値パターンに含まれる中間画素値間の関係式を前記加算画素値を用いて表し、前記中間画素値間の関係式で表された前記中間画素値パターンと前記加算画素値とを比較して類似性を評価し、前記類似性の評価結果に基づいて、前記類似性が最も高くなるように、前記中間画素値パターンに含まれる中間画素値を決定してもよい。   In another aspect of the present invention, the estimation calculation unit is included in the intermediate pixel value pattern when successive intermediate pixel values including the first and second intermediate pixel values are used as an intermediate pixel value pattern. A relational expression between intermediate pixel values is represented using the addition pixel value, the intermediate pixel value pattern represented by the relational expression between the intermediate pixel values is compared with the addition pixel value, and similarity is evaluated, Based on the similarity evaluation result, an intermediate pixel value included in the intermediate pixel value pattern may be determined so that the similarity becomes the highest.

このようにすれば、重畳しながら画素シフトされた加算単位により取得された複数の加算画素値に基づいて、中間画素値を推定により求めることができる。   In this way, an intermediate pixel value can be obtained by estimation based on a plurality of added pixel values acquired by an addition unit that is pixel-shifted while being superimposed.

重畳シフト加算についての説明図。Explanatory drawing about superposition shift addition. 重畳シフト加算についての説明図。Explanatory drawing about superposition shift addition. 重畳シフト加算についての説明図。Explanatory drawing about superposition shift addition. 本実施形態の固体撮像装置の構成例。1 is a configuration example of a solid-state imaging device of the present embodiment. 本実施形態の固体撮像装置の詳細な構成例。2 is a detailed configuration example of a solid-state imaging device according to the present embodiment. 固体撮像装置の重畳シフト加算動作についての説明図。Explanatory drawing about the superimposition shift addition operation | movement of a solid-state imaging device. ラインバッファーに対する書き込み動作についての説明図。Explanatory drawing about the write-in operation | movement with respect to a line buffer. ラインバッファーからの読み出し動作についての説明図。Explanatory drawing about the read-out operation from a line buffer. 本実施形態のタイミングチャートの例。An example of a timing chart of the present embodiment. 図10(A)、図10(B)は、推定画素値と中間画素値の説明図。10A and 10B are explanatory diagrams of an estimated pixel value and an intermediate pixel value. 復元推定処理についての説明図。Explanatory drawing about a restoration estimation process. 復元推定処理についての説明図。Explanatory drawing about a restoration estimation process. 復元推定処理についての説明図。Explanatory drawing about a restoration estimation process. 撮像装置の構成例。2 is a configuration example of an imaging device.

以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail. The present embodiment described below does not unduly limit the contents of the present invention described in the claims, and all the configurations described in the present embodiment are indispensable as means for solving the present invention. Not necessarily.

1.本実施形態の概要
本実施形態では、図2等で後述するように、重畳シフトされた加算単位を設定し、その加算単位に含まれる画素値を加算することにより低解像動画を取得する。そして、図10(A)〜図13で後述するように、その低解像動画から、撮像素子の解像度に相当する高解像静止画や高解像動画を復元する。
1. Outline of the present embodiment In this embodiment, as will be described later with reference to FIG. 2 and the like, a low-resolution moving image is acquired by setting an addition unit that is shifted by superimposition and adding pixel values included in the addition unit. Then, as will be described later with reference to FIGS. 10A to 13, a high-resolution still image and a high-resolution moving image corresponding to the resolution of the image sensor are restored from the low-resolution moving image.

事後的に高解像画像が得られるため、ユーザが好きなタイミングを指定することができ、決定的瞬間の画像を容易に得ることが可能である。また、加算単位が重畳シフトされていることで、簡素な処理で復元を行うことが可能である。   Since a high-resolution image can be obtained after the fact, the user can specify a desired timing, and an image at a decisive moment can be easily obtained. Further, since the addition unit is shifted in a superimposed manner, it is possible to perform restoration by a simple process.

2.重畳シフト加算の手法
まず、本実施形態が行う重畳シフト加算について説明する。図1に、重畳シフト加算における重み付け加算の説明図を示す。
2. Superposition shift addition method First, superposition shift addition performed by the present embodiment will be described. FIG. 1 is an explanatory diagram of weighted addition in superposition shift addition.

図1に示すように、第1の画素A(基準画素)をウエイト“1”で重み付けし、第2の画素Bをウエイト“1/2”で重み付けし、第3の画素Cをウエイト“1/2”で重み付けし、第4の画素Dをウエイト“1/4”で重み付けする。即ち、加算画素値GPは下式(1)により求められる。
GP=1×A+(1/2)×B+(1/2)×C+(1/4)×D (1)
As shown in FIG. 1, the first pixel A (reference pixel) is weighted with the weight “1”, the second pixel B is weighted with the weight “1/2”, and the third pixel C is weighted with “1”. / 2 "and the fourth pixel D is weighted by the weight" 1/4 ". That is, the added pixel value GP is obtained by the following equation (1).
GP = 1 * A + (1/2) * B + (1/2) * C + (1/4) * D (1)

なお、上記では加算画素数を2×2としたが、本実施形態はこれに限定されず、例えば加算画素数が3×3であってもよい。また、上記ではウエイトを1、1/2、1/4としたが、本実施形態はこれに限定されず、例えば下式(2)に示すようにウエイトを1、1/r、1/r(r≧1)としてもよい。
GP=1×A+(1/r)×B+(1/r)×C+(1/r)×D (2)
Although the number of added pixels is 2 × 2 in the above, the present embodiment is not limited to this, and for example, the number of added pixels may be 3 × 3. In the above description, the weights are set to 1, 1/2, and 1/4. However, the present embodiment is not limited to this, and for example, the weights are set to 1, 1 / r, 1 / r as shown in the following formula (2). 2 (r ≧ 1).
GP = 1 × A + (1 / r) × B + (1 / r) × C + (1 / r 2 ) × D (2)

次に図2〜図3を用いて、上記の画素加算の重畳シフトについて説明する。以下では、画素が8行8列に行列配列された固体撮像装置を例に説明する。   Next, the superposition shift of the above pixel addition will be described with reference to FIGS. Hereinafter, a solid-state imaging device in which pixels are arranged in a matrix of 8 rows and 8 columns will be described as an example.

図2に示すように、奇数フレーム(奇数フィールド)では、グループ(加算単位)GP11、GP13、・・・と、グループGP22、GP24、・・・について上記の重み付け加算を行う。例えばグループGP22は、グループGP11を1行1列シフトさせたものである。加算画素値は下式(3)により求められる。ここで、Dij(i,jは自然数)は画素Pijの画素値である。
GP11=1×D11+(1/2)×D12+
(1/2)×D21+(1/4)×D22,
GP13=1×D13+(1/2)×D14+
(1/2)×D23+(1/4)×D24,
・・・
GP22=1×D22+(1/2)×D23+
(1/2)×D32+(1/4)×D33,
GP24=1×D24+(1/2)×D25+
(1/2)×D34+(1/4)×D35,
・・・ (3)
As shown in FIG. 2, in the odd frame (odd field), the above weighted addition is performed on the groups (addition units) GP11, GP13,... And the groups GP22, GP24,. For example, the group GP22 is obtained by shifting the group GP11 by 1 row and 1 column. The added pixel value is obtained by the following expression (3). Here, Dij (i and j are natural numbers) is the pixel value of the pixel Pij.
GP11 = 1 × D11 + (1/2) × D12 +
(1/2) × D21 + (1/4) × D22,
GP13 = 1 × D13 + (1/2) × D14 +
(1/2) × D23 + (1/4) × D24,
...
GP22 = 1 × D22 + (1/2) × D23 +
(1/2) × D32 + (1/4) × D33,
GP24 = 1 × D24 + (1/2) × D25 +
(1/2) × D34 + (1/4) × D35,
(3)

図3に示すように、偶数フレーム(偶数フィールド)では、グループGP12、GP14、・・・と、グループGP21、GP23、・・・について上記の重み付け加算を行う。例えばグループGP12は、図2のグループGP11を1列シフトさせたものであり、グループGP21は、グループGP11を1列シフトさせたものである。加算画素値は下式(4)により求められる。
GP12=1×D12+(1/2)×D13+
(1/2)×D22+(1/4)×D23,
GP14=1×D14+(1/2)×D15+
(1/2)×D24+(1/4)×D25,
・・・
GP21=1×D21+(1/2)×D22+
(1/2)×D31+(1/4)×D32,
GP23=1×D23+(1/2)×D24+
(1/2)×D33+(1/4)×D34,
・・・ (4)
As shown in FIG. 3, in the even frame (even field), the above weighted addition is performed for the groups GP12, GP14,... And the groups GP21, GP23,. For example, the group GP12 is obtained by shifting the group GP11 of FIG. 2 by one column, and the group GP21 is obtained by shifting the group GP11 by one column. The added pixel value is obtained by the following expression (4).
GP12 = 1 × D12 + (1/2) × D13 +
(1/2) × D22 + (1/4) × D23,
GP14 = 1 × D14 + (1/2) × D15 +
(1/2) × D24 + (1/4) × D25,
...
GP21 = 1 × D21 + (1/2) × D22 +
(1/2) × D31 + (1/4) × D32,
GP23 = 1 × D23 + (1/2) × D24 +
(1/2) × D33 + (1/4) × D34,
(4)

このように、奇数フレームと偶数フレームで加算する画素の組み合わせを変更し、画素値の重畳シフト加算を行う。この重畳シフト加算について、画素P22を例により詳細に説明する。   In this way, the combination of pixels to be added in the odd frame and the even frame is changed, and the pixel value overlap shift addition is performed. This superposition shift addition will be described in detail using the pixel P22 as an example.

図2に示すように、奇数フレームにおいてGP11の4画素を加算する場合、画素P11を基準画素とし、画素P22に対してウエイト1/4を付与して加算を行う。GP22の4画素を加算する場合、画素P22を基準画素とし、画素P22に対してウエイト1を付与して加算を行う。   As shown in FIG. 2, when adding four pixels of GP11 in an odd frame, the pixel P11 is used as a reference pixel, and a weight 1/4 is given to the pixel P22 to perform addition. When adding the four pixels GP22, the pixel P22 is used as a reference pixel, and weight 1 is added to the pixel P22 to perform addition.

また図3に示すように、偶数フレームにおいてGP12の4画素を加算する場合、画素P12を基準画素とし、画素P22に対してウエイト1/2を付与して加算を行う。GP21の4画素を加算する場合、画素P21を基準画素とし、画素P22に対してウエイト1/2を付与して加算を行う。   Also, as shown in FIG. 3, when adding four pixels of GP12 in an even frame, the pixel P12 is used as a reference pixel, and weight 1/2 is added to the pixel P22 for addition. When adding the four pixels of GP21, the pixel P21 is used as a reference pixel, and the addition is performed with a weight 1/2 applied to the pixel P22.

このように、重畳シフト加算では、2つの加算単位に共通する特定の画素に対して、1フレーム内で組み合わせの異なる加算演算を2回実施する。また、その2回実施する加算演算では、その特定の画素に対するウエイト値を変更する。また、奇数フレームと偶数フレームでは、加算する画素の組み合わせを変更し、特定の画素に対するウエイト値を変更する。   As described above, in the superposition shift addition, addition operations having different combinations are performed twice within one frame for a specific pixel common to two addition units. In addition, in the addition operation performed twice, the weight value for the specific pixel is changed. Also, in odd frames and even frames, the combination of pixels to be added is changed, and the weight value for a specific pixel is changed.

ここで、奇数フレームとは、連続する動画フレームにおいて交互に現れるフレームの一方であり、偶数フレームとはその他方である。また、フレームとは、例えば撮像素子により画像が撮像されるタイミングや、画像処理において1つの撮像画像が処理されるタイミングである。あるいは、画像データにおける1つの画像も適宜フレームと呼ぶ。   Here, an odd frame is one of frames that appear alternately in successive moving image frames, and an even frame is the other. The frame is, for example, a timing at which an image is picked up by an image sensor or a timing at which one picked-up image is processed in image processing. Alternatively, one image in the image data is also referred to as a frame as appropriate.

3.固体撮像装置
図4に、上記の重畳シフト加算を行う本実施形態の固体撮像装置の構成例を示す。固体撮像装置は、画素アレイ部100、行走査部110(行走査回路)、A/D変換部120(A/D変換器)、制御部140、書き込み制御部141(メモリー記録制御部)、読み出し制御部142(メモリー読み出し制御部)、メモリー150(記憶部)、ウエイト処理部160(ウエイト処理回路)、加算部170(加算回路)、データ出力制御部180を含む。
3. Solid-State Imaging Device FIG. 4 shows a configuration example of the solid-state imaging device of the present embodiment that performs the above-described superposition shift addition. The solid-state imaging device includes a pixel array unit 100, a row scanning unit 110 (row scanning circuit), an A / D conversion unit 120 (A / D converter), a control unit 140, a writing control unit 141 (memory recording control unit), and readout. A control unit 142 (memory read control unit), a memory 150 (storage unit), a weight processing unit 160 (wait processing circuit), an addition unit 170 (addition circuit), and a data output control unit 180 are included.

この構成例は、列並列AD変換器搭載型のCMOS型イメージセンサーとして構成した場合の例である。   This configuration example is an example of a configuration as a CMOS image sensor equipped with a column parallel AD converter.

具体的には、画素アレイ部100には、光電変換素子を含む単位画素P11〜P88が行列状に2次元配列される。単位画素P11〜P88は、例えばフォトダイオードやフォトトランジスターなどで構成される。画素アレイ部100には、単位画素の各行に対応する行選択線101、単位画素の各列に対応する列信号線102が設けられる。   Specifically, in the pixel array unit 100, unit pixels P11 to P88 including photoelectric conversion elements are two-dimensionally arranged in a matrix. The unit pixels P11 to P88 are composed of, for example, a photodiode or a phototransistor. The pixel array unit 100 is provided with a row selection line 101 corresponding to each row of unit pixels and a column signal line 102 corresponding to each column of unit pixels.

行走査部110は垂直走査を行う。具体的には、行走査部110は、水平方向に沿って並ぶ単位画素を行選択線101により選択し、行選択線101を垂直方向に沿って順次選択していくことにより走査を行う。   The row scanning unit 110 performs vertical scanning. Specifically, the row scanning unit 110 performs scanning by selecting unit pixels arranged in the horizontal direction with the row selection line 101 and sequentially selecting the row selection line 101 along the vertical direction.

選択された行の各単位画素からの信号は、列信号線102によりA/D変換部120に入力される。A/D変換部120は、列並列A/D変換を行う。即ち、A/D変換部120は、各列に対応する複数のA/D変換部AD1〜AD8(A/D変換器アレイ)を有し、1行分の単位画素からの信号を一斉にA/D変換処理する。   A signal from each unit pixel in the selected row is input to the A / D converter 120 via the column signal line 102. The A / D conversion unit 120 performs column parallel A / D conversion. That is, the A / D conversion unit 120 includes a plurality of A / D conversion units AD1 to AD8 (A / D converter arrays) corresponding to the respective columns, and signals from unit pixels for one row are collectively A. / D conversion processing.

メモリー150(メモリー群)は、A/D変換部120によりデジタルデータに変換された各画素データを格納するメモリーセルにより構成されたメモリー群である。具体的には、メモリー150は、複数のメモリー領域MR1〜MRn(nは自然数)に分割された構造を有する。   The memory 150 (memory group) is a memory group including memory cells that store pixel data converted into digital data by the A / D conversion unit 120. Specifically, the memory 150 has a structure divided into a plurality of memory regions MR1 to MRn (n is a natural number).

書き込み制御部141は、画素データをメモリー150に書き込む制御を行う。具体的には、書き込み制御部141は、上述した加算単位の各画素データを、それぞれ異なるメモリー領域に格納する制御を行う。書き込み制御部141は、メモリー150に対する書き込み制御として、例えばアドレス制御、データバス制御、ライト制御を行う。   The write control unit 141 performs control to write pixel data into the memory 150. Specifically, the writing control unit 141 performs control to store each pixel data of the above-described addition unit in different memory areas. The write control unit 141 performs, for example, address control, data bus control, and write control as write control for the memory 150.

読み出し制御部142は、メモリー150から画素データを読み出す制御を行う。具体的には、読み出し制御部142は、各メモリー領域に対して並列的に読み出しを行う構成であり、異なるメモリー領域に格納されている加算単位の画素データを並列に読み出す。読み出し制御部142は、メモリー150からの読み出し制御として、例えばアドレス制御、データバス制御、リード制御を行う。   The read control unit 142 performs control to read pixel data from the memory 150. Specifically, the read control unit 142 is configured to read in parallel to each memory area, and reads pixel data of addition units stored in different memory areas in parallel. The read control unit 142 performs, for example, address control, data bus control, and read control as read control from the memory 150.

制御部140は、行走査部110と書き込み制御部141と読み出し制御部142の統括制御を行う。   The control unit 140 performs overall control of the row scanning unit 110, the write control unit 141, and the read control unit 142.

ウエイト処理部160は、メモリー150から読み出された画素データに対してウエイト処理を行う。加算部170は、ウエイト処理された画素データを加算する処理を行い、加算した画素データを加算画素値として出力する。データ出力制御部180は、加算画素値を後段に対して出力する制御を行う。又は、データ出力制御部180は、画素加算を行わない場合には読み出し制御部142からの画素データを出力する制御を行う。   The weight processing unit 160 performs weight processing on the pixel data read from the memory 150. The adding unit 170 performs a process of adding the weighted pixel data, and outputs the added pixel data as an added pixel value. The data output control unit 180 performs control to output the added pixel value to the subsequent stage. Alternatively, the data output control unit 180 performs control to output pixel data from the read control unit 142 when pixel addition is not performed.

4.固体撮像装置の詳細な構成例
図5に、本実施形態の固体撮像装置の詳細な構成例を示す。以下では、画素アレイが8×8画素であり、図1〜図3で上述した4画素の重畳シフト加算を行う場合を例に説明する。
4). Detailed Configuration Example of Solid-State Imaging Device FIG. 5 shows a detailed configuration example of the solid-state imaging device of the present embodiment. Hereinafter, a case where the pixel array is 8 × 8 pixels and the superposition shift addition of 4 pixels described above with reference to FIGS. 1 to 3 is performed will be described as an example.

固体撮像装置は、画素アレイ部100、行走査部110、A/D変換部120、制御部140、ウエイト処理部160、加算部170、データ出力制御部180、ラインバッファーセレクター241、データセレクター242、第1〜第3のラインバッファーLB1〜LB3を含む。なお以下では、図4で上述した構成要素と同様の構成要素には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。   The solid-state imaging device includes a pixel array unit 100, a row scanning unit 110, an A / D conversion unit 120, a control unit 140, a weight processing unit 160, an addition unit 170, a data output control unit 180, a line buffer selector 241, a data selector 242, First to third line buffers LB1 to LB3 are included. In the following, the same components as those described above with reference to FIG. 4 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.

ラインバッファーLB1〜LB3は、図4のメモリー150を構成する。各ラインバッファーは、2つのバンク(Bank)により構成される。バンクは図4のメモリー領域に対応し、各バンクは4つのメモリーセルにより構成される。具体的には、ラインバッファーLB1はメモリーセルm11〜m18により構成される。メモリーセルm11〜m18のうち奇数列のメモリーセルにより第1のバンクBK1が構成され、偶数列のメモリーセルにより第2のバンクBK2が構成される。同様に、ラインバッファーLB2、LB3は、それぞれメモリーセルm21〜m28、m31〜m38により構成される。第3〜第6のバンクBK3〜BK6は、それぞれメモリーセルm21〜m28の奇数列、偶数列、メモリーセルm31〜m38の奇数列、偶数列により構成される。   The line buffers LB1 to LB3 constitute the memory 150 in FIG. Each line buffer is composed of two banks. A bank corresponds to the memory area of FIG. 4, and each bank is composed of four memory cells. Specifically, the line buffer LB1 includes memory cells m11 to m18. Of the memory cells m11 to m18, odd-numbered memory cells constitute a first bank BK1, and even-numbered memory cells constitute a second bank BK2. Similarly, the line buffers LB2 and LB3 are configured by memory cells m21 to m28 and m31 to m38, respectively. The third to sixth banks BK3 to BK6 are composed of odd and even columns of memory cells m21 to m28, and odd and even columns of memory cells m31 to m38, respectively.

ラインバッファーセレクター241は、画素アレイ部100の各行の画素データを順次ラインバッファーLB1〜LB3に格納する。具体的には、ラインバッファーセレクター241は、第1行、第4行、第7行の画素データをラインバッファーLB1に格納し、第2行、第5行、第8行の画素データをラインバッファーLB2に格納し、第3行、第6行の画素データをラインバッファーLB3に格納する。   The line buffer selector 241 sequentially stores the pixel data of each row of the pixel array unit 100 in the line buffers LB1 to LB3. Specifically, the line buffer selector 241 stores the pixel data of the first row, the fourth row, and the seventh row in the line buffer LB1, and the pixel data of the second row, the fifth row, and the eighth row. The pixel data of the third row and the sixth row are stored in the line buffer LB3.

データセレクター242は、ラインバッファーLB1〜LB3のうち2つのラインバッファーへ同時にアクセスする。即ち、データセレクター242は、4つのバンクに対して並列にアクセス可能であり、各バンクそれぞれ1つずつのメモリーセルから同時に4つの画素データを読み出す。例えば、バンクBK1〜BK6はそれぞれ独立したアドレス空間を有するメモリー領域であり、各バンクのアドレスを指定することにより複数のバンクに並列にアクセスを行う。   The data selector 242 simultaneously accesses two line buffers among the line buffers LB1 to LB3. That is, the data selector 242 can access the four banks in parallel, and simultaneously reads out four pixel data from one memory cell in each bank. For example, the banks BK1 to BK6 are memory areas having independent address spaces, and a plurality of banks are accessed in parallel by designating addresses of the banks.

ウエイト処理部160は、第1〜第4の乗算部MP1〜MP4を有する。乗算部MP1〜MP4は、並列に読み出された4つの画素データに対してそれぞれウエイト1、1/2、1/2、1/4を乗算する。   The weight processing unit 160 includes first to fourth multiplication units MP1 to MP4. Multipliers MP1 to MP4 multiply the four pixel data read in parallel by weights 1, 1/2, 1/2, and 1/4, respectively.

データ出力制御部180は、例えばLVDS(Low Voltage Differential Signaling)により後段との通信を行い、加算画素値のデータを後段に伝送する。   The data output control unit 180 communicates with the subsequent stage by, for example, LVDS (Low Voltage Differential Signaling), and transmits the data of the added pixel value to the subsequent stage.

5.動作
次に図6〜図9を用いて、上記の固体撮像装置の重畳シフト加算動作について説明する。なお以下では、画素Pijの画素データ(画素値)をDijとする。
5. Operation Next, the superimposed shift addition operation of the solid-state imaging device will be described with reference to FIGS. In the following, pixel data (pixel value) of the pixel Pij is assumed to be Dij.

まず書き込み動作について説明する。図6に示すように、第1行の画素P11〜P18の画素データD11〜D18は、ラインバッファーLB1に格納される。このとき、画素配列において隣り合う位置に配置されている画素のデータは1つのラインバッファー内にて異なるバンクに格納される。以降、第2行の画素P21〜P28の画素データD21〜D28がラインバッファーLB2に格納され、第3行の画素P31〜P38の画素データD31〜D38がラインバッファーLB3に格納される動作が順次行われる。   First, the write operation will be described. As shown in FIG. 6, the pixel data D11 to D18 of the pixels P11 to P18 in the first row are stored in the line buffer LB1. At this time, the data of the pixels arranged at adjacent positions in the pixel array are stored in different banks in one line buffer. Thereafter, the pixel data D21 to D28 of the pixels P21 to P28 in the second row are stored in the line buffer LB2, and the operations in which the pixel data D31 to D38 of the pixels P31 to P38 in the third row are stored in the line buffer LB3 are sequentially performed. Is called.

例えば第1行の画素データの書き込み動作について、図7を用いて説明する。図7に示すように、例えば画素P11、P12のデータは、バンクBK1、BK2の同一アドレス“0”に格納される。即ち、バンクBK1、BK2のメモリーセルm11、m12は、同一のアドレスによりアクセスされるメモリーセルである。同様に、画素P13、P14のデータはアドレス“1”、画素P15、P16のデータはアドレス“2”、画素P17、P18のデータはアドレス“3”に格納される。   For example, a writing operation of pixel data in the first row is described with reference to FIG. As shown in FIG. 7, for example, the data of the pixels P11 and P12 are stored in the same address “0” of the banks BK1 and BK2. That is, the memory cells m11 and m12 of the banks BK1 and BK2 are memory cells accessed by the same address. Similarly, the data of the pixels P13 and P14 are stored at the address “1”, the data of the pixels P15 and P16 are stored at the address “2”, and the data of the pixels P17 and P18 are stored at the address “3”.

次に読み出し動作と重み付け加算処理について説明する。本実施形態では、図2等で説明した2×2画素の加算単位に対応して、並列読み出しの対象となるラインバッファーの組み合わせは3通りとなる。具体的には、第1行と第2行、第4行と第5行、第7行と第8行で構成される加算単位の画素データはラインバッファーLB1、LB2から読み出される。第2行と第3行、第5行と第6行で構成される加算単位の画素データはラインバッファーLB2、LB3から読み出される。第3行と第4行、第6行と第7行で構成される加算単位の画素データはラインバッファーLB3、LB1から読み出される。   Next, the read operation and the weighted addition process will be described. In the present embodiment, there are three combinations of line buffers to be subjected to parallel reading corresponding to the addition unit of 2 × 2 pixels described in FIG. Specifically, pixel data in an addition unit composed of the first row and the second row, the fourth row and the fifth row, and the seventh row and the eighth row are read from the line buffers LB1 and LB2. Pixel data in the addition unit composed of the second row and the third row, and the fifth row and the sixth row are read from the line buffers LB2 and LB3. Pixel data in the addition unit composed of the third row and the fourth row, and the sixth row and the seventh row are read from the line buffers LB3 and LB1.

このラインバッファーの組み合わせにおける各バンクへの画素データの記録/読み出し(Write/Read)について、図8を用いて説明する。図8では、“W”は、各バンクへの画素データ記録状態を表し、“R”は、各バンクからの画素データ読み出し状態を表す。図8に示すように、2つのラインバッファーからの読み出しを行っているとき、残りのラインバッファーに対して画素データの記録を行う。例えば、ラインバッファーLB1、LB2のバンクBK1〜BK4から画素データを読み出しているとき、ラインバッファーLB3のバンクBK5、BK6に対して画素データの書き込みを行う。   Recording / reading (Write / Read) of pixel data to each bank in this combination of line buffers will be described with reference to FIG. In FIG. 8, “W” represents the pixel data recording state in each bank, and “R” represents the pixel data read state from each bank. As shown in FIG. 8, when reading from two line buffers is performed, pixel data is recorded in the remaining line buffers. For example, when pixel data is read from the banks BK1 to BK4 of the line buffers LB1 and LB2, the pixel data is written to the banks BK5 and BK6 of the line buffer LB3.

図6には、第1行と第2行の画素データがラインバッファーから読み出される場合の動作状態を模式的に表している。以下では、この場合を例に重み付け加算処理について説明する。   FIG. 6 schematically shows an operation state when the pixel data of the first row and the second row are read from the line buffer. Hereinafter, the weighted addition process will be described using this case as an example.

図6に示すように、行走査部110により第3行の画素P31〜P38が選択され、A/D変換部120により画素データD31〜D38が出力される。ラインバッファーセレクター241は、ラインバッファーLB3のバンクBK5、BK6を占有している状態であり、画素データD31〜D38をバンクBK5、BK6へ書き込む動作を行う。   As shown in FIG. 6, the pixels P31 to P38 in the third row are selected by the row scanning unit 110, and the pixel data D31 to D38 are output by the A / D conversion unit 120. The line buffer selector 241 occupies the banks BK5 and BK6 of the line buffer LB3, and performs an operation of writing the pixel data D31 to D38 to the banks BK5 and BK6.

ラインバッファーLB1のバンクBK1、BK2には、第1行の画素データD11〜D18が格納されており、ラインバッファーLB2のバンクBK3、BK4には、第2行の画素データD21〜D28が格納されている状態である。データセレクター242は、バンクBK1〜BK4からグループGP11、GP13、GP15、GP17の画素データを順次読み出す。データセレクター242は、読み出した4つの画素データを、ウエイト演算の組み合わせに応じてウエイト処理部160の乗算部MP1〜MP4に出力する。   The bank data BK1 and D18 of the first row are stored in the banks BK1 and BK2 of the line buffer LB1, and the pixel data D21 to D28 of the second row are stored in the banks BK3 and BK4 of the line buffer LB2. It is in a state. The data selector 242 sequentially reads pixel data of the groups GP11, GP13, GP15, and GP17 from the banks BK1 to BK4. The data selector 242 outputs the read four pixel data to the multiplication units MP1 to MP4 of the weight processing unit 160 in accordance with the combination of weight calculations.

例えば、グループGP11を例にとると、データセレクター242は、バンクBK1〜BK4のアドレス“0”番地に格納されている画素データを同時に読み出す。データセレクター242は、画素データD11、D12、D21、D22を、対応するウエイトの乗算部MP1、MP2、MP3、MP4へそれぞれ出力する。   For example, taking the group GP11 as an example, the data selector 242 simultaneously reads out the pixel data stored in the address “0” of the banks BK1 to BK4. The data selector 242 outputs the pixel data D11, D12, D21, and D22 to the corresponding weight multiplication units MP1, MP2, MP3, and MP4, respectively.

ウエイト処理部160は、入力された各画素データに対して所定のウエイト演算処理を実施する。具体的には、ウエイト“1”の乗算部MP1は、入力画素データD11をそのまま出力値とする。ウエイト“1/2”の乗算部MP2、MP3は、入力画素データ値D12、D21を1ビット右シフトして出力値とする。ウエイト“1/4”の乗算部MP4は、入力画素データ値D22を2ビット右シフトして出力値とする。ウエイト処理部160は、ウエイト演算した各画素データ値を後段の加算部170へ出力する。   The weight processing unit 160 performs a predetermined weight calculation process on each input pixel data. Specifically, the multiplication unit MP1 having the weight “1” uses the input pixel data D11 as an output value as it is. The weights “1/2” multiplication units MP2 and MP3 shift the input pixel data values D12 and D21 to the right by 1 bit to obtain output values. The multiplication unit MP4 having the weight “1/4” shifts the input pixel data value D22 to the right by 2 bits to obtain an output value. The weight processing unit 160 outputs each pixel data value subjected to the weight calculation to the subsequent addition unit 170.

加算部170は、ウエイト演算された4つの画素データの加算演算を行う。加算演算によって得られた結果が、単位画素P11、P12、P21、P22に対するウエイト演算4画素加算を実施した演算値となり、その演算値は後段のデータ出力制御部180へ出力される。上記のウエイト演算及び加算演算処理を順次実施し、グループGP11、GP13、GP15、GP17の演算を実施する。   The addition unit 170 performs an addition operation of the four pixel data subjected to the weight operation. The result obtained by the addition calculation is a calculation value obtained by performing the weight calculation four-pixel addition on the unit pixels P11, P12, P21, and P22, and the calculation value is output to the data output control unit 180 at the subsequent stage. The above weight calculation and addition calculation processes are sequentially performed, and the calculations of the groups GP11, GP13, GP15, and GP17 are performed.

データ出力制御部180は、図示しない後段処理のインターフェースに応じたインターフェースにより、加算部170から順次入力される加算画素データを後段へ出力する。例えば、データ出力制御部180は、順次入力される加算画素データを、8画素データで1セットとし、そのデータをLVDSデータ構造に信号変換して出力する。   The data output control unit 180 outputs the addition pixel data sequentially input from the addition unit 170 to the subsequent stage through an interface corresponding to an interface (not shown) of the subsequent process. For example, the data output control unit 180 sets the sequentially added pixel data as a set of 8 pixel data, converts the data into a LVDS data structure, and outputs the data.

次に図9を用いて、上記動作の動作タイミングについて説明する。図9には、画素アレイ部100の第1行から第4行までの画素データ読み出し期間におけるタイミングチャートを示す。   Next, the operation timing of the above operation will be described with reference to FIG. FIG. 9 shows a timing chart in the pixel data readout period from the first row to the fourth row of the pixel array unit 100.

図9のA1に示すように、第1行の走査期間において第1行の画素データがA/D変換部120から出力される。A2に示すように、ラインバッファーLB1のアクセス状態が書き込み状態に設定され、ラインバッファーセレクター241からの制御により第1行の画素データがバンクBK1、BK2のアドレス“00”〜“03”に順次格納される。このとき、1つのアドレスにつき2列書き込むため、2列に1回書き込み動作を行えばよく、全画素読み出しの場合に比べて書き込み動作回数は1/2でよい。   As shown by A1 in FIG. 9, the pixel data of the first row is output from the A / D conversion unit 120 in the scanning period of the first row. As shown in A2, the access state of the line buffer LB1 is set to the write state, and the pixel data of the first row is sequentially stored in the addresses “00” to “03” of the banks BK1 and BK2 under the control of the line buffer selector 241. Is done. At this time, since two columns are written for one address, the write operation may be performed once in two columns, and the number of write operations may be ½ compared to the case of all pixel readout.

次にA3に示すように、第2行の走査期間において第2行の画素データが出力され、A4に示すように、ラインバッファーLB2のアクセス状態が書き込み状態に設定され、第2行の画素データがバンクBK3、BK4に格納される。   Next, as shown in A3, the pixel data of the second row is output in the scanning period of the second row, and as shown in A4, the access state of the line buffer LB2 is set to the write state, and the pixel data of the second row is set. Are stored in the banks BK3 and BK4.

次にA5に示すように、第3行の走査期間においてラインバッファーLB1、LB2が読み出し状態に設定され、データセレクター242からの制御により第1行と第2行の画素データがバンクBK1〜BK4から読み出される。このとき、1つのアドレスにつき、加算単位の4画素データが同時に読み出され、アドレス“00”〜“03”が指定されることで4つの加算単位が順次読み出される。書き込み動作と同様に、全画素読み出しの場合に比べて読み出し動作回数は1/2でよい。またA6に示すように、第3行の走査期間において第3行の画素データが出力され、A7に示すように、ラインバッファーLB3のアクセス状態が書き込み状態に設定され、第3行の画素データがバンクBK5、BK6に格納される。   Next, as shown in A5, the line buffers LB1 and LB2 are set in the reading state in the scanning period of the third row, and the pixel data of the first row and the second row are transferred from the banks BK1 to BK4 under the control of the data selector 242. Read out. At this time, four pixel data of the addition unit is simultaneously read for one address, and the four addition units are sequentially read by designating the addresses “00” to “03”. Similar to the writing operation, the number of reading operations may be ½ compared to the case of all-pixel reading. Further, as shown in A6, the pixel data of the third row is output in the scanning period of the third row, and as shown in A7, the access state of the line buffer LB3 is set to the write state, and the pixel data of the third row is changed. Stored in the banks BK5 and BK6.

次にA8に示すように、バンクBK1〜BK4から読み出された4画素のデータは、データセレクター242からウエイト処理部160へ入力される。その4画素のデータに対して、ウエイト処理部160により×1、×1/2、×1/2、×1/4のウエイト演算が実施される。A9に示すように、ウエイト演算の結果が加算部170に入力され、加算演算が行われ、その結果が加算画素値として出力される。これらの処理は、第3行の走査期間内において、1行分の加算単位の数である4回実施される。   Next, as shown at A8, the four-pixel data read from the banks BK1 to BK4 is input from the data selector 242 to the weight processing unit 160. The weight processing unit 160 performs weight calculations of x1, x1 / 2, x1 / 2, and x1 / 4 on the data of the four pixels. As indicated by A9, the result of the weight calculation is input to the adding unit 170, the addition calculation is performed, and the result is output as the added pixel value. These processes are performed four times, which is the number of addition units for one row, in the scanning period of the third row.

なお本実施形態では、上記の重畳シフト加算ではなく従来のような全画素読み出しを行うことも可能である。本実施形態の固体撮像装置が画素読み出しを行う場合、データセレクター242は、従来の列走査回路に相当する動作を行う。即ち、データセレクター242は、ラインバッファーの2つのバンクから1行分の画素データを1画素ずつ順次読み出し、その画素データをデータ出力制御部180に対して出力する。   In this embodiment, it is possible to perform conventional all-pixel readout instead of the above-described superposition shift addition. When the solid-state imaging device of this embodiment performs pixel readout, the data selector 242 performs an operation corresponding to a conventional column scanning circuit. That is, the data selector 242 sequentially reads out pixel data for one row from two banks of the line buffer one by one, and outputs the pixel data to the data output control unit 180.

ここで、上記の実施形態では図1〜図3に示す加算単位とウエイトによる加算処理の場合を例に説明したが、本実施形態はこれに限定されない。例えば、ラインバッファー及びその内部のバンクの構造を変更し、書き込み制御部や読み出し制御部の制御方法を変更することで、その他の加算組み合わせに対しても対応可能である。   Here, in the above embodiment, the case of the addition processing using the addition unit and weight shown in FIGS. 1 to 3 has been described as an example, but the present embodiment is not limited to this. For example, it is possible to cope with other addition combinations by changing the structure of the line buffer and its internal bank and changing the control method of the write control unit and the read control unit.

また、上記の実施形態では、図1に示すウエイトを、単純なデジタルデータのビットシフト演算で実現する場合を例に説明したが、本実施形態はこれに限定されない。例えば、ウエイト処理部を乗算器/除算器構成としたり、ルックアップテーブル構成としたりすることで、その他のウエイトを付与するウエイト演算を行ってもよい。   In the above embodiment, the case where the weight shown in FIG. 1 is realized by a simple bit shift operation of digital data has been described as an example. However, the present embodiment is not limited to this. For example, the weight processing for assigning other weights may be performed by setting the weight processing unit to a multiplier / divider configuration or a lookup table configuration.

以上の実施形態によれば、図5に示すように、固体撮像装置は画素アレイ部100と行走査部110とA/D変換部120と第1〜第nのメモリー領域MR1〜MRnと書き込み制御部141と読み出し制御部142と重み付け加算部(ウエイト処理部160、加算部170)を含む。   According to the above embodiment, as shown in FIG. 5, the solid-state imaging device includes the pixel array unit 100, the row scanning unit 110, the A / D conversion unit 120, the first to nth memory regions MR1 to MRn, and the write control. Unit 141, read control unit 142, and weighting addition unit (weight processing unit 160, addition unit 170).

画素アレイ部100は、入射光を光電変換する複数の画素P11〜P88が配列される。行走査部110は、画素アレイ部100の行を選択し、垂直走査を行う。A/D変換部120は、その選択された行の画素からのアナログ信号をデジタル信号の画素値(画素データ)に変換する。第1〜第nのメモリー領域MR1〜MRnは、その画素値を記憶する。書き込み制御部141は、その第1〜第nのメモリー領域MR1〜MRnに対して、画素値を書き込む制御を行う。読み出し制御部142は、加算対象となる画素の範囲である加算単位(画素のグループ)に含まれる画素値を、第1〜第nのメモリー領域MR1〜MRnから読み出す制御を行う。重み付け加算部は、その読み出された加算単位に含まれる画素値の重み付け加算を行い、加算後の画素値を加算画素値として出力する。   In the pixel array unit 100, a plurality of pixels P11 to P88 that photoelectrically convert incident light are arranged. The row scanning unit 110 selects a row of the pixel array unit 100 and performs vertical scanning. The A / D converter 120 converts the analog signal from the pixel in the selected row into a pixel value (pixel data) of a digital signal. The first to nth memory areas MR1 to MRn store the pixel values. The write control unit 141 performs control to write pixel values to the first to nth memory regions MR1 to MRn. The read control unit 142 performs control to read pixel values included in an addition unit (a group of pixels) that is a range of pixels to be added from the first to nth memory regions MR1 to MRn. The weighted addition unit performs weighted addition of the pixel values included in the read addition unit, and outputs the added pixel value as the added pixel value.

この場合に、書き込み制御部141は、加算単位に含まれる各画素値を、それぞれ第1〜第nのメモリー領域MR1〜MRnのうちの異なるメモリー領域に記憶させる。読み出し制御部142は、第1の加算単位(例えば図2のGP11)に含まれる画素値を読み出す制御と、第1の加算単位と共通の画素(P22)を含む第2の加算単位(GP22)に含まれる画素値を読み出す制御を行う。   In this case, the writing control unit 141 stores each pixel value included in the addition unit in a different memory area among the first to nth memory areas MR1 to MRn. The read control unit 142 reads out the pixel value included in the first addition unit (eg, GP11 in FIG. 2), and the second addition unit (GP22) including the pixel (P22) common to the first addition unit. The pixel value included in is controlled to be read.

このようにすれば、加算単位を重畳させて画素加算を行うことが可能になる。即ち、共通の画素を有する第1、第2の加算単位の画素値をメモリー領域MR1〜MRnから読み出し、その画素値を加算できる。また、重み付け加算部が読み出された画素値に重み付けすることにより、重み付け加算できる。   In this way, pixel addition can be performed with the addition units superimposed. That is, the pixel values of the first and second addition units having a common pixel can be read from the memory areas MR1 to MRn, and the pixel values can be added. Further, the weighted addition unit can perform weighted addition by weighting the read pixel values.

また本実施形態では、図7等で説明したように、第1〜第nのメモリー領域MR1〜MRn(バンクBK1〜BK6)は、それぞれ独立したアドレス空間を有するメモリー領域である。読み出し制御部142は、加算単位に含まれる画素値を、第1〜第nのメモリー領域MR1〜MRnから並列に読み出す。   In the present embodiment, as described with reference to FIG. 7 and the like, the first to nth memory areas MR1 to MRn (banks BK1 to BK6) are memory areas having independent address spaces. The read control unit 142 reads pixel values included in the addition unit in parallel from the first to nth memory regions MR1 to MRn.

このようにすれば、重畳シフト加算を行わない従来の固体撮像装置に比べて、各構成部位(例えばA/D変換部、メモリー等)の処理速度(例えばクロック周波数)を上げることなく、重畳読み出しや、ウエイト演算、加算演算を行うことが可能になる。例えば、図2に示す加算単位GP11、GP22の画素値を1画素ずつ読み出すとする。この場合、重畳画素P22を2回読み出す必要があるため、重畳させない場合に比べて読み出し処理速度を速くする必要がある。この点、本実施形態によれば、加算単位の画素値をメモリー領域MR1〜MRnから並列に読み出すため、読み出し回数を減らすことができ、処理速度を上げることなく重畳シフト加算を行うことができる。   In this way, compared with a conventional solid-state imaging device that does not perform superposition shift addition, superimposition readout is performed without increasing the processing speed (for example, clock frequency) of each component (for example, A / D conversion unit, memory, etc.). In addition, it is possible to perform weight calculation and addition calculation. For example, assume that the pixel values of the addition units GP11 and GP22 shown in FIG. In this case, since it is necessary to read the superimposed pixel P22 twice, it is necessary to increase the reading processing speed compared to the case where the superimposed pixel P22 is not superimposed. In this respect, according to the present embodiment, pixel values in increments are read out in parallel from the memory regions MR1 to MRn, so that the number of readouts can be reduced and superposition shift addition can be performed without increasing the processing speed.

また、並列読み出しにより、全画素読み出しの場合よりも各行における処理時間を短縮できるため、高フレームレート化を図ることが可能になる。例えば加算単位が2×2画素の場合、各行において2列に1回読み出し動作を行えばよいため、全画素読み出しに比べて読み出し処理時間を1/2にできる。なお、重み付け加算部(ウエイト処理部160や加算部170)を並列処理化すれば、更に処理速度を短縮することが可能である。   In addition, the parallel readout can shorten the processing time in each row as compared with the case of all-pixel readout, so that a high frame rate can be achieved. For example, when the addition unit is 2 × 2 pixels, it is only necessary to perform the readout operation once in two columns in each row, so that the readout processing time can be halved compared to the readout of all pixels. If the weighted addition unit (the weight processing unit 160 or the addition unit 170) is processed in parallel, the processing speed can be further reduced.

また、処理速度を上げる必要がないため、図9等で説明したように水平同期信号(HS)、垂直同期信号(VS)に同期した制御系によりラインバッファーのアクセス制御を行うことができる。これにより、複雑な制御系を構築することなく、重畳シフト加算のような複雑な加算演算処理に対応できる。   Further, since there is no need to increase the processing speed, line buffer access control can be performed by a control system synchronized with the horizontal synchronizing signal (HS) and the vertical synchronizing signal (VS) as described with reference to FIG. Thereby, it is possible to cope with a complicated addition calculation process such as superposition shift addition without constructing a complicated control system.

また本実施形態では、上式(3)、(4)で説明したように、重み付け加算部は、第1の加算単位(GP11)における共通の画素(P22)と、第2の加算単位(GP22)における共通の画素(P22)に対して、異なる重み係数(1/4、1)による重み付けを行う。   In this embodiment, as described in the above formulas (3) and (4), the weighted addition unit includes the common pixel (P22) in the first addition unit (GP11) and the second addition unit (GP22). ) Is weighted with different weighting factors (1/4, 1) for the common pixel (P22).

このようにすれば、第1、第2の加算単位の加算演算において、重畳する画素にそれぞれ異なる重み付けを行うことができ、重畳シフト加算における重み付け加算を実現することができる。   In this way, in the addition operation of the first and second addition units, different weights can be applied to the pixels to be superimposed, and weighted addition in the superimposed shift addition can be realized.

また本実施形態では、第1の加算単位(GP11)は2行2列の画素により構成される。この場合に、図6に示すように、第1、第2のメモリー領域(バンクBK1、BK2)は、第1のラインバッファーLB1を構成し、それぞれ画素アレイ部100の第1行の奇数列、偶数列の画素値を記憶する。第3、第4のメモリー領域(バンクBK3、BK4)は、第2のラインバッファーLB2を構成し、それぞれ画素アレイ部100の第2行の奇数列、偶数列の画素値を記憶する。読み出し制御部(データセレクター242)は、第1の加算単位(GP11)を構成する2行2列の画素値を、第1、第2のラインバッファーLB1、LB2から読み出す。   In the present embodiment, the first addition unit (GP11) is composed of pixels in 2 rows and 2 columns. In this case, as shown in FIG. 6, the first and second memory areas (banks BK1, BK2) constitute a first line buffer LB1, and each of the odd-numbered columns in the first row of the pixel array unit 100, Store the pixel values of even columns. The third and fourth memory areas (banks BK3 and BK4) constitute the second line buffer LB2, and store the pixel values of the odd and even columns in the second row of the pixel array unit 100, respectively. The read control unit (data selector 242) reads out the pixel values of 2 rows and 2 columns constituting the first addition unit (GP11) from the first and second line buffers LB1 and LB2.

また本実施形態では、第2の加算単位(GP22)は、第1の加算単位(GP11)を1行1列シフトさせた2行2列の加算単位である。この場合に、第5、第6のメモリー領域(バンクBK5、BK6)は、第3のラインバッファーLB3を構成し、それぞれ画素アレイ部100の第3行の奇数列、偶数列の画素値を記憶する。読み出し制御部(データセレクター242)は、第2の加算単位(GP22)を構成する2行2列の画素値を、第2、第3のラインバッファー(LB2、LB3)から読み出す。   In the present embodiment, the second addition unit (GP22) is an addition unit of 2 rows and 2 columns obtained by shifting the first addition unit (GP11) by 1 row and 1 column. In this case, the fifth and sixth memory areas (banks BK5 and BK6) constitute the third line buffer LB3, and store the pixel values of the odd and even columns in the third row of the pixel array unit 100, respectively. To do. The read control unit (data selector 242) reads the pixel values of 2 rows and 2 columns constituting the second addition unit (GP22) from the second and third line buffers (LB2, LB3).

これらのようにすれば、それぞれ2つのバンクを有する3つのラインバッファーによりメモリーを構成し、その6つのバンクにより第1〜第6のメモリー領域MR1〜MR6(n=6)を構成できる。また、第1、第2の加算単位において、第2のラインバッファーLB2から重複して画素値を読み出すことで、重畳シフト加算が可能になる。   In this way, a memory is constituted by three line buffers each having two banks, and the first to sixth memory regions MR1 to MR6 (n = 6) can be constituted by the six banks. In addition, in the first and second addition units, the overlap shift addition can be performed by reading the pixel values redundantly from the second line buffer LB2.

また本実施形態では、第3の加算単位(例えば図3のGP12)を、第1の加算単位(GP11)を1列シフトさせた2行2列の加算単位とし、第4の加算単位(GP21)を、第1の加算単位(GP11)を1行シフトさせた2行2列の加算単位とする。この場合に、読み出し制御部(データセレクター242)は、第1のフレーム(奇数フレーム)において、第1、第2の加算単位(GP11、GP22)の画素値を読み出し、第1のフレームの次の第2のフレーム(偶数フレーム)において、第3、第4の加算単位(GP12、GP21)の画素値を読み出す。   Further, in the present embodiment, the third addition unit (eg, GP12 in FIG. 3) is set as a 2 × 2 addition unit obtained by shifting the first addition unit (GP11) by one column, and the fourth addition unit (GP21 ) Is an addition unit of 2 rows and 2 columns obtained by shifting the first addition unit (GP11) by 1 row. In this case, the readout control unit (data selector 242) reads out the pixel values of the first and second addition units (GP11, GP22) in the first frame (odd number frame), and next to the first frame. In the second frame (even frame), the pixel values of the third and fourth addition units (GP12, GP21) are read out.

このようにすれば、重畳シフトされた4つの加算単位(GP11、GP12、GP21、GP22)の加算画素値を得ることができる。これにより、後述する復元推定処理を適用することが可能になり、簡素な復元推定処理により高解像画像を得ることが可能になる。   By doing this, it is possible to obtain the addition pixel values of the four addition units (GP11, GP12, GP21, GP22) shifted in superposition. As a result, it is possible to apply a restoration estimation process to be described later, and a high-resolution image can be obtained by a simple restoration estimation process.

また本実施形態では、A/D変換部120は、行走査部110により選択された行の各列のアナログ信号を、並列にデジタル信号に変換する列並列A/D変換部である。   In the present embodiment, the A / D conversion unit 120 is a column parallel A / D conversion unit that converts the analog signals of the respective columns in the row selected by the row scanning unit 110 into digital signals in parallel.

このようにすれば、1行の画素のアナログ信号を、並列にデジタル信号に変換することができる。これにより、高速なA/D変換が不要になるため、固体撮像装置の動作速度の低速化を図ることができる。   In this way, analog signals from one row of pixels can be converted into digital signals in parallel. This eliminates the need for high-speed A / D conversion, so that the operation speed of the solid-state imaging device can be reduced.

6.復元推定処理
次に、重畳シフト加算により取得した加算画素値から高解像画像を推定により復元する処理について詳細に説明する。なお以下では、加算画素値{a00、a10、a11、a01}を例に説明する(i,jは0以上の整数)が、他の加算画素値についても同様である。また、加算単位が2×2画素毎に設定される場合を例に説明するが、これに限定されず、例えば3×3画素毎であってもよい。
6). Restoration Estimation Processing Next, processing for restoring a high-resolution image by estimation from the addition pixel value acquired by superposition shift addition will be described in detail. In the following, the addition pixel values {a 00 , a 10 , a 11 , a 01 } will be described as an example (i and j are integers of 0 or more), but the same applies to other addition pixel values. Further, the case where the addition unit is set for every 2 × 2 pixels will be described as an example, but the present invention is not limited to this, and may be, for example, every 3 × 3 pixels.

図10(A)、図10(B)に、推定画素値と中間画素値の説明図を示す。図10(A)に示す加算画素値{a00、a11}は、図2で説明したグループGP11、GP22の加算画素値に対応する。加算画素値{a10、a01}は、図3で説明したグループGP12、GP21の加算画素値に対応する。推定処理では、この加算画素値を用いて、最終的な推定画素値v00〜v22を推定する。推定画素値vijは、図2で説明した画素Pijの画素値Dijに対応する。 10A and 10B are explanatory diagrams of the estimated pixel value and the intermediate pixel value. The added pixel values {a 00 , a 11 } shown in FIG. 10A correspond to the added pixel values of the groups GP11 and GP22 described with reference to FIG. The addition pixel values {a 10 , a 01 } correspond to the addition pixel values of the groups GP12 and GP21 described with reference to FIG. In the estimation process, final estimated pixel values v 00 to v 22 are estimated using the added pixel values. The estimated pixel value v ij corresponds to the pixel value Dij of the pixel Pij described in FIG.

図10(B)に示すように、まず加算画素値a00〜a11から中間画素値b00〜b21(中間推定画素値)を推定する。中間画素値は2画素加算値に対応し、例えばb00は画素値v00とv01の加算値に対応する。これらの中間画素値b00〜b21から最終的な画素値v00〜v22を推定する。 As shown in FIG. 10B, first, intermediate pixel values b 00 to b 21 (intermediate estimated pixel values) are estimated from the added pixel values a 00 to a 11 . Intermediate pixel value corresponds to 2-pixel sum values, for example, b 00 corresponds to the sum of the pixel values v 00 and v 01. The final pixel values v 00 to v 22 are estimated from these intermediate pixel values b 00 to b 21 .

まず中間画素値を推定する処理について説明する。以下では、水平方向の最初の行の中間画素値b00〜b20を推定する場合を例に説明する。次の行の中間画素値b01〜b21についても同様の手法により推定される。 First, a process for estimating the intermediate pixel value will be described. Hereinafter, a case where the intermediate pixel values b 00 to b 20 of the first row in the horizontal direction are estimated will be described as an example. The intermediate pixel values b 01 to b 21 in the next row are estimated by the same method.

図11に示すように、中間画素値b00〜b20は、水平方向の最初の行の加算画素値a00、a10に基づいて推定される。説明を簡単にするために、例えば重み係数r=2とすると、加算画素値a00、a10は下式(5)で表される。
00=v00+(1/2)v01+(1/2)v10+(1/4)v11
10=v10+(1/2)v11+(1/2)v20+(1/4)v21 (5)
As shown in FIG. 11, the intermediate pixel values b 00 to b 20 are estimated based on the added pixel values a 00 and a 10 in the first row in the horizontal direction. For the sake of simplicity, for example, assuming that the weighting factor r = 2, the addition pixel values a 00 and a 10 are expressed by the following expression (5).
a 00 = v 00 + (1/2) v 01 + (1/2) v 10 + (1/4) v 11 ,
a 10 = v 10 + (1/2 ) v 11 + (1/2) v 20 + (1/4) v 21 (5)

下式(6)に示すようにb00、b10、b20を定義する。
00=v00+(1/r)v01=v00+(1/2)v01
10=v10+(1/r)v11=v10+(1/2)v11
20=v20+(1/r)v21=v20+(1/2)v21 (6)
B 00 , b 10 , and b 20 are defined as shown in the following formula (6).
b 00 = v 00 + (1 / r) v 01 = v 00 + (1/2) v 01 ,
b 10 = v 10 + (1 / r) v 11 = v 10 + (1/2) v 11 ,
b 20 = v 20 + (1 / r) v 21 = v 20 + (1/2) v 21 (6)

次に、上式(6)を用いて上式(5)を変形すると、下式(7)が成り立つ。
00=b00+(1/2)b10
10=b10+(1/2)b20 (7)
Next, when the above equation (5) is transformed using the above equation (6), the following equation (7) is established.
a 00 = b 00 + (1/2) b 10 ,
a 10 = b 10 + (1/2) b 20 (7)

上式(7)において、a00、a10に所定の重み係数を掛けて差分δiを取り、整理すると、下式(8)が成り立つ。
δi=a10−2a00
=(1/2)b20−2b00 (8)
In the above equation (7), a difference δi 0 is obtained by multiplying a 00 and a 10 by a predetermined weighting factor, and the following equation (8) is established.
δi 0 = a 10 -2a 00
= (1/2) b 20 -2b 00 (8)

00を未知数(初期変数)とすると、下式(9)に示すように、中間画素値b10、b20をb00の関数として求めることができる。このようにして、b00を未知数として高精細な中間画素値{b00,b10,b20}の組合せパターンが求められる。
00=(未知数),
10=2(a00−b00),
20=4b00+2δi=4b00+2(a10−2a00) (9)
If b 00 is an unknown (initial variable), intermediate pixel values b 10 and b 20 can be obtained as a function of b 00 as shown in the following equation (9). In this way, a high-definition combination pattern of intermediate pixel values {b 00 , b 10 , b 20 } is obtained with b 00 as an unknown.
b 00 = (unknown number),
b 10 = 2 (a 00 −b 00 ),
b 20 = 4b 00 + 2δi 0 = 4b 00 +2 (a 10 −2a 00 ) (9)

次に、未知数b00を求める手法について説明する。図12に示すように、加算画素値のパターン{a00,a10}と中間画素値のパターン{b00,b10,b20}を比較する。そして、その誤差Eが最小になる未知数b00を導出し、中間画素値b00として設定する。 Next, a description will be given of a method of obtaining the unknown b 00. As shown in FIG. 12, the addition pixel value pattern {a 00 , a 10 } and the intermediate pixel value pattern {b 00 , b 10 , b 20 } are compared. Then, an unknown number b 00 that minimizes the error E is derived and set as the intermediate pixel value b 00 .

具体的には、加算画素値{aij}と中間画素値{bij,b(i+1)j}には、下式(10)の関係が成り立つ。この下式(10)による重み付けを考慮すると、下式(11)に示す評価関数Ejが求められる。そして、この評価関数Ejにより、パターン{a00,a10}とパターン{b00,b10,b20}の類似性評価を行う。
ij=bij+(1/2)b(i+1)j (10)

Figure 0005791975
Specifically, the relationship of the following formula (10) is established between the added pixel value {a ij } and the intermediate pixel value {b ij , b (i + 1) j }. Considering the weighting by the following equation (10), the evaluation function Ej shown in the following equation (11) is obtained. Then, with this evaluation function Ej, similarity evaluation between the pattern {a 00 , a 10 } and the pattern {b 00 , b 10 , b 20 } is performed.
a ij = b ij + (1/2) b (i + 1) j (10)
Figure 0005791975

図13に示すように、Ejを最小にする未知数b00(=α)を求め、b00の値を決定できる。そして、推定したb00の値を上式(9)に代入し、b10,b20が求められる。 As shown in FIG. 13, an unknown b 00 (= α) that minimizes Ej is obtained, and the value of b 00 can be determined. Then, the estimated value of b 00 is substituted into the above equation (9) to obtain b 10 and b 20 .

次に、求めた中間画素値bijを用いて最終推定画素値vijを求める手法について説明する。以下では、左端垂直列(i=0列)を例に説明する。最終推定画素値vijは、中間画素値bijを求めた手法と同様に求められる。即ち、上式(7)を下式(12)に置き換えれば、以降の処理は同様である。
00=v00+(1/2)v01
01=v01+(1/2)v02 (12)
Next, a method for obtaining the final estimated pixel value v ij using the obtained intermediate pixel value b ij will be described. In the following, description will be given taking the leftmost vertical column (i = 0 column) as an example. The final estimated pixel value v ij is obtained in the same manner as the method for obtaining the intermediate pixel value b ij . That is, if the above equation (7) is replaced with the following equation (12), the subsequent processing is the same.
b 00 = v 00 + (1/2) v 01 ,
b 01 = v 01 + (1/2) v 02 (12)

7.撮像装置
図14に、上述の重畳シフトサンプリングと復元処理を行う撮像装置の構成例を示す。撮像装置は、撮像光学系300(レンズ)、光学ローパスフィルター310、固体撮像装置320、表示処理部330、モニター表示部340、データ記録部350(記憶部)、画素値推定演算部360(推定演算部)、画像出力部370を含む。
7). Imaging Device FIG. 14 shows a configuration example of an imaging device that performs the above-described superposition shift sampling and restoration processing. The imaging device includes an imaging optical system 300 (lens), an optical low-pass filter 310, a solid-state imaging device 320, a display processing unit 330, a monitor display unit 340, a data recording unit 350 (storage unit), and a pixel value estimation calculation unit 360 (estimation calculation). Part) and an image output part 370.

なお、本実施形態の撮像装置はこの構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素を追加したりする等の種々の変形実施が可能である。例えば、画素値推定演算部360と画像出力部370を、撮像装置の外部の画像処理装置(例えばPC)により構成してもよい。   Note that the imaging apparatus according to the present embodiment is not limited to this configuration, and various modifications such as omitting some of the components or adding other components are possible. For example, the pixel value estimation calculation unit 360 and the image output unit 370 may be configured by an image processing device (for example, a PC) outside the imaging device.

撮像光学系300は、被写体を結像する。光学ローパスフィルター310は、例えば固体撮像装置320の解像度に対応する帯域を通過させる。固体撮像装置320(例えば12メガピクセル)は、例えばCCDやCMOSセンサーにより構成される。固体撮像装置320は、加算単位の設定や加算読み出しを制御し、フュージョンフレーム(fusion-frame)を取得する。フュージョンフレームとは、重畳シフトサンプリングにより得られた画像である。データ記録部350は、例えばメモリーカード等で実現され、フュージョンフレームによる動画を記録する。モニター表示部340は、動画のライブビュー表示や、再生された動画の表示を行う。   The imaging optical system 300 forms an image of a subject. The optical low-pass filter 310 passes a band corresponding to the resolution of the solid-state imaging device 320, for example. The solid-state imaging device 320 (for example, 12 megapixels) is configured by, for example, a CCD or a CMOS sensor. The solid-state imaging device 320 controls setting of addition units and addition reading, and acquires a fusion frame. A fusion frame is an image obtained by superposition shift sampling. The data recording unit 350 is realized by a memory card or the like, for example, and records a moving image using a fusion frame. The monitor display unit 340 displays a live view of a moving image and a reproduced moving image.

画素値推定演算部360は、最終推定画素値の推定を行う。画像出力部370は、最終推定画素値に基づいて静止画や動画を出力する。画像出力部370は、アンチエリアシングフィルター371、374、ローパスフィルター372、アンダーサンプリング部373を含む。   The pixel value estimation calculation unit 360 estimates a final estimated pixel value. The image output unit 370 outputs a still image or a moving image based on the final estimated pixel value. The image output unit 370 includes anti-aliasing filters 371 and 374, a low-pass filter 372, and an undersampling unit 373.

アンチエリアシングフィルター371は、最終推定画素値をアンチエリアシング処理し、高解像静止画(例えば12メガピクセル)を出力する。ローパスフィルター372は、最終推定画素値をハイビジョンの帯域に制限する。アンダーサンプリング部373は、帯域制限された最終推定画素値を、ハイビジョンの画素数にアンダーサンプリングする。アンチエリアシングフィルター374は、アンダーサンプリングされた画像をアンチエリアシング処理し、ハイビジョン動画(例えば2メガピクセル)を出力する。なお、アンダーサンプリングせずに、高解像動画(例えば12メガピクセル)を出力してもよい。   The anti-aliasing filter 371 performs anti-aliasing processing on the final estimated pixel value and outputs a high-resolution still image (for example, 12 megapixels). The low-pass filter 372 limits the final estimated pixel value to the high vision band. The undersampling unit 373 undersamples the band-limited final estimated pixel value to the number of high-definition pixels. The anti-aliasing filter 374 performs anti-aliasing processing on the undersampled image and outputs a high-definition moving image (for example, 2 megapixels). Note that a high-resolution moving image (for example, 12 megapixels) may be output without undersampling.

以上の実施形態によれば、図14に示すように、撮像装置(撮像システム。例えばデジタルカメラ)は、固体撮像装置320と推定演算部(画素値推定演算部360)を含む。図10(A)で説明したように、推定演算部は、加算画素値{a00、a10、a11、a01}に基づいて、加算単位に含まれる画素の画素値{v00、v10、v11、v01}を推定する。 According to the above embodiment, as illustrated in FIG. 14, the imaging device (imaging system, for example, a digital camera) includes the solid-state imaging device 320 and the estimation calculation unit (pixel value estimation calculation unit 360). As described with reference to FIG. 10A, the estimation calculation unit, based on the addition pixel values {a 00 , a 10 , a 11 , a 01 }, the pixel values {v 00 , v of pixels included in the addition unit. 10 , v 11 , v 01 }.

図10(A)に示すように、第1のポジションに設定された第1ポジション加算単位(例えばa00)と、第1のポジションがシフトされた第2のポジションに設定された第2ポジション加算単位(例えばa10)は重畳する。 As shown in FIG. 10A, the first position addition unit (for example, a 00 ) set to the first position and the second position addition set to the second position where the first position is shifted. Units (eg, a 10 ) overlap.

この場合に、重み付け加算部(図4のウエイト処理部160、加算部170)は、第1、第2ポジション加算単位の加算画素値である第1、第2の加算画素値(a00、a10)を出力する。上式(8)に示すように、推定演算部は、第1、第2の加算画素値a00、a10の差分値δiを求める。図10(B)に示すように、第1の中間画素値b00は、加算単位a00から重畳領域(v10、v11)を除いた第1の領域(v00、v01)の加算画素値である。第2の中間画素値b20は、加算単位a10から重畳領域(v10、v11)を除いた第2の領域(v20、v21)の加算画素値である。上式(9)に示すように、第1、第2の中間画素値b00、b20の関係式を、差分値δiを用いて表す。図12等に示すように、その関係式を用いて第1、第2の中間画素値b00、b20を推定する。推定した第1の中間画素値b00を用いて加算単位に含まれる各画素の画素値{v00、v10、v11、v01}を求める。 In this case, the weighting addition unit (the weight processing unit 160 and the addition unit 170 in FIG. 4) performs the first and second addition pixel values (a 00 , a which are addition pixel values in the first and second position addition units). 10 ) is output. As shown in the above equation (8), the estimation calculation unit obtains a difference value δi 0 between the first and second addition pixel values a 00 and a 10 . As shown in FIG. 10B, the first intermediate pixel value b 00 is an addition of the first area (v 00 , v 01 ) obtained by removing the overlapping area (v 10 , v 11 ) from the addition unit a 00. It is a pixel value. The second intermediate pixel value b 20 is an addition pixel value of the second region (v 20 , v 21 ) obtained by removing the overlap region (v 10 , v 11 ) from the addition unit a 10 . As shown in the above equation (9), a relational expression between the first and second intermediate pixel values b 00 and b 20 is expressed using a difference value δi 0 . As shown in FIG. 12 and the like, the first and second intermediate pixel values b 00 and b 20 are estimated using the relational expression. Using the estimated first intermediate pixel value b 00 , pixel values {v 00 , v 10 , v 11 , v 01 } of each pixel included in the addition unit are obtained.

このようにすれば、重畳シフトされた加算画素値から中間画素値を一旦推定し、その重畳シフトされた中間画素値から推定画素値を求めることで、高解像画像の推定処理を簡素化できる。例えば、2次元フィルターの繰り返し演算(特開2009−124621号公報)や、初期値の設定に適当な部分を探索(特開2008−243037号公報)する等の複雑な処理が不要となる。   In this way, it is possible to simplify the estimation process of the high-resolution image by once estimating the intermediate pixel value from the addition pixel value subjected to the superposition shift and obtaining the estimation pixel value from the intermediate pixel value subjected to the superposition shift. . For example, complicated processing such as a repetitive calculation of a two-dimensional filter (Japanese Patent Laid-Open No. 2009-124621) and a search for a part suitable for setting an initial value (Japanese Patent Laid-Open No. 2008-243037) are not required.

ここで、重畳するとは、加算単位と加算単位が重なった領域を有することであり、例えば図10(A)に示すように、加算単位a00と加算単位a10が、2つの推定画素v10、v11を共有することである。 Here, superimposing means having an area where the addition unit and the addition unit overlap. For example, as shown in FIG. 10A, the addition unit a 00 and the addition unit a 10 are two estimated pixels v 10. is to share the v 11.

また、加算単位のポジションとは、撮像画像における加算単位の位置や座標のことであり、あるいは、推定処理における推定画素値データ(画像データ)上での加算単位の位置や座標のことである。また、シフトされたポジションとは、元のポジションから画素シフトされたポジションであり、元のポジションと位置や座標が一致しないポジションのことである。   Further, the position of the addition unit is the position and coordinates of the addition unit in the captured image, or the position and coordinates of the addition unit on the estimated pixel value data (image data) in the estimation process. The shifted position is a position shifted from the original position by a pixel, and is a position where the position and coordinates do not coincide with the original position.

また本実施形態では、第1、第2の中間画素値(例えばb00、b20)を含む連続する中間画素値を中間画素値パターン{b00、b10、b20}とする。上式(9)に示すように、推定演算部は、中間画素値パターンに含まれる中間画素値の間の関係式を加算画素値a00、a10を用いて表す。図12に示すように、中間画素値の間の関係式で表された中間画素値パターンと加算画素値とを比較して類似性を評価する。その類似性の評価結果に基づいて、類似性が最も高くなるように中間画素値パターンに含まれる中間画素値b00、b10、b20を決定する。 In this embodiment, continuous intermediate pixel values including the first and second intermediate pixel values (for example, b 00 , b 20 ) are set as intermediate pixel value patterns {b 00 , b 10 , b 20 }. As shown in the above equation (9), the estimation calculation unit represents the relational expression between the intermediate pixel values included in the intermediate pixel value pattern using the added pixel values a 00 and a 10 . As shown in FIG. 12, the similarity is evaluated by comparing the intermediate pixel value pattern represented by the relational expression between the intermediate pixel values and the added pixel value. Based on the similarity evaluation result, the intermediate pixel values b 00 , b 10 , and b 20 included in the intermediate pixel value pattern are determined so that the similarity is the highest.

このようにすれば、重畳されながら画素シフトされた加算単位により取得された複数の加算画素値に基づいて、中間画素値を推定できる。   In this way, the intermediate pixel value can be estimated based on a plurality of added pixel values acquired by the addition unit that is pixel-shifted while being superimposed.

ここで、中間画素値パターンとは、推定処理に用いられる範囲の中間画素値のデータ列(データの組み)である。また、加算画素値パターンとは、推定処理に用いられる範囲の加算画素値のデータ列である。   Here, the intermediate pixel value pattern is a data string (a set of data) of intermediate pixel values in a range used for estimation processing. The addition pixel value pattern is a data string of addition pixel values in a range used for the estimation process.

また本実施形態では、上式(11)に示すように、推定演算部は、中間画素値の間の関係式で表された中間画素値パターン{b00、b10、b20}と加算画素値{a00、a10}との誤差を表す評価関数Ejを求める。評価関数Ejの値が最小となるように中間画素値パターンに含まれる中間画素値b00、b10、b20を決定する。 Further, in the present embodiment, as shown in the above equation (11), the estimation calculation unit includes the intermediate pixel value pattern {b 00 , b 10 , b 20 } represented by the relational expression between the intermediate pixel values and the addition pixel. An evaluation function Ej representing an error from the values {a 00 , a 10 } is obtained. The intermediate pixel values b 00 , b 10 and b 20 included in the intermediate pixel value pattern are determined so that the value of the evaluation function Ej is minimized.

このようにすれば、誤差を評価関数で表し、その評価関数の極小値に対応する中間画素値を求めることで、中間画素値の値を推定できる。例えば、上述のように最小二乗法を用いて未知数を求めることで、簡素な処理で中間画素推定の初期値を設定できる。例えば、初期値設定に適当な画像部分の探索(特開2008−243037号公報)が不要である。   In this way, the value of the intermediate pixel value can be estimated by expressing the error by the evaluation function and obtaining the intermediate pixel value corresponding to the minimum value of the evaluation function. For example, as described above, the initial value of the intermediate pixel estimation can be set with a simple process by obtaining the unknown using the least square method. For example, searching for an image portion suitable for initial value setting (Japanese Patent Laid-Open No. 2008-243037) is unnecessary.

また本実施形態では、上式(5)に示すように、加算単位の各画素値(例えば、v00、v10、v01、v11)が重み付け加算された加算画素値(a00)を取得する。取得された加算単位の加算画素値(a00、a10)に基づいて、加算単位の各画素の画素値(v00、v10、v01、v11)を推定する。 In the present embodiment, as shown in the above equation (5), an addition pixel value (a 00 ) obtained by weighting and adding each pixel value (for example, v 00 , v 10 , v 01 , v 11 ) of the addition unit is used. get. Based on the obtained addition pixel value (a 00 , a 10 ) of the addition unit, the pixel value (v 00 , v 10 , v 01 , v 11 ) of each pixel of the addition unit is estimated.

このようにすれば、加算単位の各画素値を重み付け加算して加算画像を取得し、取得した加算画像から高解像画像の画素値を推定できる。これにより、推定処理において、被写体の持つ高周波成分の再現性を向上できる。すなわち、加算単位の画素値を単純加算した場合には、矩形の窓関数を結像にコンボリューションすることになる。一方、加算単位の画素値を重み付け加算した場合には、矩形よりも高周波成分を多く含む窓関数を結像にコンボリューションすることになる。そのため、被写体の持つ高周波成分をより多く含む加算画像を取得でき、推定画像での高周波成分の再現性を向上できる。   If it does in this way, each pixel value of an addition unit will carry out weighted addition, an addition image will be acquired, and the pixel value of a high-resolution image can be estimated from the acquired addition image. Thereby, in the estimation process, the reproducibility of the high-frequency component of the subject can be improved. That is, when the pixel values of the addition unit are simply added, a rectangular window function is convoluted for imaging. On the other hand, when the pixel value of the addition unit is weighted and added, a window function containing more high frequency components than the rectangle is convoluted for imaging. Therefore, it is possible to acquire an added image that includes more high-frequency components of the subject, and to improve the reproducibility of the high-frequency components in the estimated image.

なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また固体撮像装置、撮像装置等の構成、動作も本実施形態で説明したものに限定に限定されず、種々の変形実施が可能である。   Although the present embodiment has been described in detail as described above, it will be easily understood by those skilled in the art that many modifications can be made without departing from the novel matters and effects of the present invention. Accordingly, all such modifications are intended to be included in the scope of the present invention. For example, a term described with a different term having a broader meaning or the same meaning at least once in the specification or the drawings can be replaced with the different term in any part of the specification or the drawings. In addition, the configuration and operation of the solid-state imaging device, the imaging device, and the like are not limited to those described in the present embodiment, and various modifications can be made.

100 画素アレイ部、101 行選択線、102 列信号線、
110 行走査部、120 A/D変換部、140 制御部、
141 書き込み制御部、142 読み出し制御部、150 メモリー、
160 ウエイト処理部、170 加算部、180 データ出力制御部、
241 ラインバッファーセレクター、242 データセレクター、
300 撮像光学系、310 光学ローパスフィルター、
320 固体撮像装置、330 表示処理部、340 モニター表示部、
350 データ記録部、360 画素値推定演算部、370 画像出力部、
371 アンチエリアシングフィルター、372 ローパスフィルター、
373 アンダーサンプリング部、374 アンチエリアシングフィルター、
AD1〜AD8 複数のA/D変換部、BK1〜BK6 第1〜第6のバンク、
D11〜D38 画素データ、Ej 評価関数、GP11 加算単位、
LB1〜LB3 第1〜第3のラインバッファー、
MP1〜MP4 第1〜第4の乗算部、
MR1〜MRn 第1〜第nのメモリー領域、P11〜P88 画素、
P22 共通の画素、aij 加算画素値、bij 中間画素値、
m11〜m38 メモリーセル、vij 推定画素値、δi 差分値
100 pixel array section, 101 row selection line, 102 column signal line,
110 line scanning unit, 120 A / D conversion unit, 140 control unit,
141 write control unit, 142 read control unit, 150 memory,
160 weight processing unit, 170 addition unit, 180 data output control unit,
241 Line buffer selector, 242 Data selector,
300 imaging optical system, 310 optical low-pass filter,
320 solid-state imaging device, 330 display processing unit, 340 monitor display unit,
350 data recording unit, 360 pixel value estimation calculation unit, 370 image output unit,
371 Anti-aliasing filter, 372 Low-pass filter,
373 Undersampling unit, 374 Anti-aliasing filter,
AD1 to AD8 A / D conversion units, BK1 to BK6, first to sixth banks,
D11 to D38 pixel data, Ej evaluation function, GP11 addition unit,
LB1 to LB3 first to third line buffers,
MP1 to MP4, first to fourth multiplication units,
MR1 to MRn 1st to nth memory areas, P11 to P88 pixels,
P22 common pixel, a ij addition pixel value, b ij intermediate pixel value,
m11 to m38 memory cell, v ij estimated pixel value, δi 0 difference value

Claims (9)

入射光を光電変換する複数の画素が配列された画素アレイ部と、
前記画素アレイ部の行を選択し、垂直走査を行う行走査部と、
選択された前記行の画素からのアナログ信号をデジタル信号の画素値に変換するA/D変換部と、
前記画素値を記憶する第1〜第nのメモリー領域と、
前記第1〜第nのメモリー領域に対して、前記画素値を書き込む制御を行う書き込み制御部と、
加算対象となる画素の範囲である加算単位に含まれる画素値を、前記第1〜第nのメモリー領域から読み出す制御を行う読み出し制御部と、
読み出された前記加算単位に含まれる画素値の重み付け加算を行い、加算後の画素値を加算画素値として出力する重み付け加算部と、
を含み、
前記書き込み制御部は、
前記加算単位に含まれる各画素値を、それぞれ前記第1〜第nのメモリー領域のうちの異なるメモリー領域に記憶させ、
前記読み出し制御部は、
第1の加算単位に含まれる画素値を読み出す制御と、前記第1の加算単位と共通の画素を含む第2の加算単位に含まれる画素値を読み出す制御を行い、
前記第1の加算単位が、2行2列の画素により構成される場合に、
前記第1〜第nのメモリー領域の第1、第2のメモリー領域は、
第1のラインバッファーを構成し、それぞれ前記画素アレイ部の第1行の奇数列、偶数列の画素値を記憶し、
前記第1〜第nのメモリー領域の第3、第4のメモリー領域は、
第2のラインバッファーを構成し、それぞれ前記画素アレイ部の第2行の奇数列、偶数列の画素値を記憶し、
前記読み出し制御部は、
前記第1の加算単位を構成する2行2列の画素値を、前記第1、第2のラインバッファーから読み出すことを特徴とする固体撮像装置。
A pixel array unit in which a plurality of pixels that photoelectrically convert incident light are arranged;
A row scanning unit that selects a row of the pixel array unit and performs vertical scanning;
An A / D converter that converts an analog signal from the pixel in the selected row into a pixel value of a digital signal;
First to nth memory areas for storing the pixel values;
A write control unit that performs control to write the pixel values to the first to nth memory areas;
A read control unit that performs control to read out pixel values included in an addition unit that is a range of pixels to be added from the first to nth memory areas;
A weighted addition unit that performs weighted addition of pixel values included in the read addition unit and outputs the pixel value after addition as an added pixel value;
Including
The write control unit
Each pixel value included in the addition unit is stored in a different memory area among the first to nth memory areas,
The read control unit
A control to read the pixel values included in the first addition unit, have row control for reading the pixel values included in the second summing unit including a common pixel and the first summation unit,
When the first addition unit is composed of pixels of 2 rows and 2 columns,
The first and second memory areas of the first to nth memory areas are:
Forming a first line buffer, storing pixel values of odd columns and even columns of the first row of the pixel array unit, respectively;
The third and fourth memory areas of the first to nth memory areas are:
Configuring a second line buffer, storing pixel values of odd columns and even columns of the second row of the pixel array unit, respectively;
The read control unit
2. A solid-state imaging device , wherein pixel values of 2 rows and 2 columns constituting the first addition unit are read from the first and second line buffers .
請求項1において、
前記第1〜第nのメモリー領域は、
それぞれ独立したアドレス空間を有するメモリー領域であり、
前記読み出し制御部は、
前記加算単位に含まれる画素値を、前記第1〜第nのメモリー領域から並列に読み出すことを特徴とする固体撮像装置。
In claim 1,
The first to nth memory areas are
Each memory area has an independent address space,
The read control unit
A solid-state imaging device, wherein pixel values included in the addition unit are read in parallel from the first to nth memory areas.
請求項1又は2において、
前記重み付け加算部は、
前記第1の加算単位における前記共通の画素と、前記第2の加算単位における前記共通の画素に対して、異なる重み係数による重み付けを行うことを特徴とする固体撮像装置。
In claim 1 or 2,
The weighted addition unit includes:
A solid-state imaging device, wherein the common pixel in the first addition unit and the common pixel in the second addition unit are weighted with different weighting factors.
請求項において、
前記第2の加算単位が、前記第1の加算単位を1行1列シフトさせた2行2列の加算単位である場合に、
前記第1〜第nのメモリー領域の第5、第6のメモリー領域は、
第3のラインバッファーを構成し、それぞれ前記画素アレイ部の第3行の奇数列、偶数列の画素値を記憶し、
前記読み出し制御部は、
前記第2の加算単位を構成する2行2列の画素値を、前記第2、第3のラインバッファーから読み出すことを特徴とする固体撮像装置。
In claim 1 ,
When the second addition unit is an addition unit of 2 rows and 2 columns obtained by shifting the first addition unit by 1 row and 1 column,
The fifth and sixth memory areas of the first to nth memory areas are:
Configuring a third line buffer, storing pixel values of odd columns and even columns of the third row of the pixel array unit, respectively;
The read control unit
2. A solid-state imaging device, wherein pixel values of 2 rows and 2 columns constituting the second addition unit are read from the second and third line buffers.
請求項において、
第3の加算単位を、前記第1の加算単位を1列シフトさせた2行2列の加算単位とし、第4の加算単位を、前記第1の加算単位を1行シフトさせた2行2列の加算単位とする場合に、
前記読み出し制御部は、
第1のフレームにおいて、前記第1、第2の加算単位の画素値を読み出し、前記第1のフレームの次の第2のフレームにおいて、前記第3、第4の加算単位の画素値を読み出すことを特徴とする固体撮像装置。
In claim 4 ,
The third addition unit is an addition unit of 2 rows and 2 columns obtained by shifting the first addition unit by 1 column, and the fourth addition unit is 2 rows 2 obtained by shifting the first addition unit by 1 row. If the column addition unit is used,
The read control unit
Reading out the pixel values of the first and second addition units in the first frame, and reading out the pixel values of the third and fourth addition units in the second frame next to the first frame. A solid-state imaging device.
請求項1乃至のいずれかにおいて、
前記A/D変換部は、
前記行走査部により選択された行の各列の前記アナログ信号を、並列に前記デジタル信号に変換する列並列A/D変換部であることを特徴とする固体撮像装置。
In any one of Claims 1 thru | or 5 ,
The A / D converter is
A solid-state imaging device, comprising: a column parallel A / D conversion unit that converts the analog signal of each column of a row selected by the row scanning unit into the digital signal in parallel.
請求項1乃至のいずれかに記載の固体撮像装置と、
前記加算画素値に基づいて、前記加算単位に含まれる画素値を推定する推定演算部と、
を含み、
第1のポジションに設定された第1ポジション加算単位と、前記第1のポジションがシフトされた第2のポジションに設定された第2ポジション加算単位とが、重畳する場合に、
前記重み付け加算部は、
前記第1、第2ポジション加算単位の前記加算画素値である第1、第2の加算画素値を出力し、
前記推定演算部は、
前記第1の加算画素値と、前記第2の加算画素値の差分値を求め、
前記第1ポジション加算単位から重畳領域を除いた第1の領域の加算画素値である第1の中間画素値と、前記第2の加算単位から前記重畳領域を除いた第2の領域の加算画素値である第2の中間画素値との関係式を、前記差分値を用いて表し、
前記関係式を用いて前記第1、第2の中間画素値を推定し、推定した前記第1の中間画素値を用いて前記加算単位に含まれる各画素の画素値を求めることを特徴とする撮像装置。
A solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 6 ;
An estimation calculation unit that estimates a pixel value included in the addition unit based on the addition pixel value;
Including
When the first position addition unit set in the first position and the second position addition unit set in the second position shifted from the first position overlap,
The weighted addition unit includes:
Outputting first and second addition pixel values which are the addition pixel values of the first and second position addition units;
The estimation calculation unit includes:
A difference value between the first addition pixel value and the second addition pixel value is obtained;
A first intermediate pixel value, which is an added pixel value of the first area obtained by removing the overlapping area from the first position addition unit, and an added pixel of the second area obtained by removing the overlapping area from the second addition unit. A relational expression with the second intermediate pixel value that is a value is expressed using the difference value,
The first and second intermediate pixel values are estimated using the relational expression, and the pixel value of each pixel included in the addition unit is obtained using the estimated first intermediate pixel value. Imaging device.
請求項において、
前記推定演算部は、
前記第1、第2の中間画素値を含む連続する中間画素値を中間画素値パターンとする場合に、前記中間画素値パターンに含まれる中間画素値間の関係式を前記加算画素値を用いて表し、
前記中間画素値間の関係式で表された前記中間画素値パターンと前記加算画素値とを比較して類似性を評価し、
前記類似性の評価結果に基づいて、前記類似性が最も高くなるように、前記中間画素値パターンに含まれる中間画素値を決定することを特徴とする撮像装置。
In claim 7 ,
The estimation calculation unit includes:
When successive intermediate pixel values including the first and second intermediate pixel values are used as an intermediate pixel value pattern, a relational expression between intermediate pixel values included in the intermediate pixel value pattern is obtained using the added pixel value. Represent,
Comparing the intermediate pixel value pattern represented by the relational expression between the intermediate pixel values and the added pixel value to evaluate similarity;
An image pickup apparatus, comprising: determining an intermediate pixel value included in the intermediate pixel value pattern based on the similarity evaluation result so that the similarity becomes the highest.
入射光を光電変換する複数の画素が配列された画素アレイ部と、
前記画素アレイ部の行を選択し、垂直走査を行う行走査部と、
選択された前記行の画素からのアナログ信号をデジタル信号の画素値に変換するA/D変換部と、
前記画素値を記憶する第1〜第nのメモリー領域と、
前記第1〜第nのメモリー領域に対して、前記画素値を書き込む制御を行う書き込み制御部と、
加算対象となる画素の範囲である加算単位に含まれる画素値を、前記第1〜第nのメモリー領域から読み出す制御を行う読み出し制御部と、
読み出された前記加算単位に含まれる画素値の重み付け加算を行い、加算後の画素値を加算画素値として出力する重み付け加算部と、
前記加算画素値に基づいて、前記加算単位に含まれる画素値を推定する推定演算部と、
を含み、
前記書き込み制御部は、
前記加算単位に含まれる各画素値を、それぞれ前記第1〜第nのメモリー領域のうちの異なるメモリー領域に記憶させ、
前記読み出し制御部は、
第1の加算単位に含まれる画素値を読み出す制御と、前記第1の加算単位と共通の画素を含む第2の加算単位に含まれる画素値を読み出す制御を行い、
第1のポジションに設定された第1ポジション加算単位と、前記第1のポジションがシフトされた第2のポジションに設定された第2ポジション加算単位とが、重畳する場合に、
前記重み付け加算部は、
前記第1、第2ポジション加算単位の前記加算画素値である第1、第2の加算画素値を出力し、
前記推定演算部は、
前記第1の加算画素値と、前記第2の加算画素値の差分値を求め、
前記第1ポジション加算単位から重畳領域を除いた第1の領域の加算画素値である第1の中間画素値と、前記第2の加算単位から前記重畳領域を除いた第2の領域の加算画素値である第2の中間画素値との関係式を、前記差分値を用いて表し、
前記関係式を用いて前記第1、第2の中間画素値を推定し、推定した前記第1の中間画素値を用いて前記加算単位に含まれる各画素の画素値を求めることを特徴とする撮像装置。
A pixel array unit in which a plurality of pixels that photoelectrically convert incident light are arranged;
A row scanning unit that selects a row of the pixel array unit and performs vertical scanning;
An A / D converter that converts an analog signal from the pixel in the selected row into a pixel value of a digital signal;
First to nth memory areas for storing the pixel values;
A write control unit that performs control to write the pixel values to the first to nth memory areas;
A read control unit that performs control to read out pixel values included in an addition unit that is a range of pixels to be added from the first to nth memory areas;
A weighted addition unit that performs weighted addition of pixel values included in the read addition unit and outputs the pixel value after addition as an added pixel value;
An estimation calculation unit that estimates a pixel value included in the addition unit based on the addition pixel value;
Including
The write control unit
Each pixel value included in the addition unit is stored in a different memory area among the first to nth memory areas,
The read control unit
A control to read the pixel values included in the first addition unit, have row control for reading the pixel values included in the second summing unit including a common pixel and the first summation unit,
When the first position addition unit set in the first position and the second position addition unit set in the second position shifted from the first position overlap,
The weighted addition unit includes:
Outputting first and second addition pixel values which are the addition pixel values of the first and second position addition units;
The estimation calculation unit includes:
A difference value between the first addition pixel value and the second addition pixel value is obtained;
A first intermediate pixel value, which is an added pixel value of the first area obtained by removing the overlapping area from the first position addition unit, and an added pixel of the second area obtained by removing the overlapping area from the second addition unit. A relational expression with the second intermediate pixel value that is a value is expressed using the difference value,
The first and second intermediate pixel values are estimated using the relational expression, and the pixel value of each pixel included in the addition unit is obtained using the estimated first intermediate pixel value. Imaging device.
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