JP6057630B2 - Imaging device - Google Patents
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Description
この発明は、白飛びや黒つぶれが抑制された広ダイナミックレンジ画像データを得るための撮影を行う撮像装置に関する。 The present invention relates to an imaging apparatus that performs imaging to obtain wide dynamic range image data in which whiteout and blackout are suppressed.
デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像装置で明度差の大きなシーンを撮影したときに、明部では白とびが、暗部では黒つぶれが発生することがある。このような白とびや黒つぶれを補正する技術の1つとして、露光量の異なる複数枚の画像を撮影し、各画像に存在する白とびの無い領域と黒つぶれの無い領域を合成することで、明部や暗部が適切に再現された広ダイナミックレンジ画像データを生成する技術がある。また、動画にも対応した広ダイナミックレンジ画像データを生成するために、1フィールド期間内において露光量の異なる複数枚の画像を撮影する技術がある。 When a scene with a large brightness difference is photographed with an imaging apparatus such as a digital still camera or a digital video camera, overexposure may occur in bright areas and blackout may occur in dark areas. As one of the techniques for correcting such overexposure and underexposure, a plurality of images with different exposure amounts are photographed, and an area without overexposure and an underexposure area present in each image is synthesized. There is a technique for generating wide dynamic range image data in which bright portions and dark portions are appropriately reproduced. In addition, there is a technique for photographing a plurality of images having different exposure amounts within one field period in order to generate wide dynamic range image data corresponding to a moving image.
例えば、特許文献1には、固体撮像素子を通常のn倍速で駆動させるとともに、1フィールド期間内にn個のシャッタパルスを供給してシャッタ蓄積期間をきめ細かく制御することによって連続した階調の画像出力を得て、これらの画像出力をn個のフィールドメモリへホワイト・クリップをかけた後記憶させ、垂直同期パルスVDに同期して出力させた後に加算器により加算することによりダイナミックレンジの広い画像を生成する技術が記載されている。
For example,
また、特許文献2には、1フィールド期間内に、高画質な広ダイナミックレンジ画像を生成するために必要な合成用画像の輝度値を変更することにより、静止撮影時だけではなく動画撮影時においても1フィールド毎に高画質な広ダイナミックレンジ画像を生成する技術が記載されている。
Further, in
しかし、特許文献1では、固体撮像素子を通常のn倍速で駆動させると、消費電力が増大するという問題があった。また、特許文献2においては、動画撮影時にも1フィールド毎に高画質な広ダイナミックレンジ画像を生成しようとすると、通常撮影時に比べて高速に画像信号を読み出す必要があるので、消費電力が増大するという問題があった。
However,
本発明は上述した従来技術の問題に鑑み、消費電力の増大を抑えるとともに、動画撮影に好適な広ダイナミックレンジ画像を得るための撮影を行うことができる撮像装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems of the related art, and an object of the present invention is to provide an imaging apparatus capable of suppressing an increase in power consumption and performing shooting for obtaining a wide dynamic range image suitable for moving image shooting.
上述した課題を解決するために、発明1に係る撮像装置は、露光量の異なる複数の画像データを基に、広ダイナミックレンジの画像データを合成する撮像装置において、露光量に応じて光電変換された画素信号を生成するための画素が多数配列された撮像素子と、所定のフィールド時間毎に、第1の露光時間による第1の露光量と、上記第1の露光時間よりも短い時間である第2の露光時間によって上記第1の露光量よりも少ない第2の露光量に基づいて撮影を行う撮像制御部と、上記撮像素子から生成された画素信号と時間に応じて変化する参照信号を比較する比較部と、上記画素信号と、上記参照信号とが一致するまでの時間に応じた計数値を出力するカウンタ出力部を有し、上記画素信号に対してA/D変換を行ってデジタル値に変換するA/D変換制御部と、上記撮影によって得られた画像データを基に広ダイナミックレンジの画像データを合成する画像処理部と、を有し、上記A/D変換制御部は、上記第1の露光量に基づいて撮影を行うときは、上記参照信号をA/D変換終了時に第1電圧に設定して上記比較部に入力し、予め設定された第1レベル以下の画素信号のA/D変換のみを行い、上記第2の露光量に基づいて撮影を行うときは、上記参照信号をA/D変換開始時に第2電圧に設定して上記比較部に入力し、予め設定された第2レベル以上の画素信号のA/D変換のみを行い、上記第1電圧は、被写体輝度が第1の値に対応する、上記第1の露光時間で撮影して得られる画素出力の値であり、上記第2電圧は、被写体輝度が第2の値に対応する、上記第2の露光時間で撮影して得られる画素出力の値である。
To solve the problems described above, an imaging apparatus according to the
発明2に係る撮像装置は、上記発明1に係る撮像装置において、上記撮像制御部は、さらに、上記第1の露光時間と、上記第2の露光時間の間の時間となる第3の露光時間である、上記第1の露光量と上記第2の露光量の中間レベルの第3の露光量に基づいて撮影を行うものであり、上記A/D変換制御部は、上記第3の露光量に基づいて撮影を行うときは、上記参照信号を、A/D変換開始時に第3電圧に設定して、A/D変換終了時に第4電圧に設定して上記比較部に入力し、予め設定された第3レベルと予め設定された第4レベル画素信号の間のA/D変換のみを行い、上記第3電圧は、被写体輝度が上記第2の値に対応する、上記第3の露光時間で撮影して得られる画素出力の値であり、上記第4電圧は、被写体輝度が上記第1の値に対応する、上記第4の露光時なで撮影して得られる画素出力の値である。 The imaging apparatus according to a second aspect is the imaging apparatus according to the first aspect, wherein the imaging control unit further includes a third exposure time that is a time between the first exposure time and the second exposure time. in it, which performs photographing based on the third exposure amount of the intermediate level of the first exposure and the second exposure, the a / D conversion control unit, the third exposure When shooting based on the above, the reference signal is set to the third voltage at the start of A / D conversion, set to the fourth voltage at the end of A / D conversion, input to the comparison unit, and set in advance. There line a / D conversion only between the fourth-level pixel signal preset third level that is, the third voltage is subject luminance is corresponding to the second value, the third exposure The pixel output value obtained by photographing in time, and the fourth voltage is the first value of the subject brightness. Corresponding to a value of a pixel output obtained by photographing pats during the fourth exposure.
発明3に係る撮像装置は、上記発明1及び上記発明2に係る撮像装置において、上記A/D変換制御部は二重積分方式のA/D変換を行なうものである。
Imaging according to the
発明4に係る撮像装置は、上記発明1に係る撮像装置において、上記画像処理部によって生成された画像データを、上記所定のフィールド時間毎となる動画像として表示する表示部をさらに備える。
Imaging according to the present invention 4 apparatus, in the imaging apparatus according to the
本発明によれば、消費電力の増大を抑えるとともに、動画撮影に好適な広ダイナミックレンジ画像を得るための撮影を行うことができる撮像装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an imaging apparatus capable of performing shooting for suppressing an increase in power consumption and obtaining a wide dynamic range image suitable for moving image shooting.
[実施形態1]
図1は撮像装置の構成を示すブロック図である。この撮像装置は、レンズ101と、レンズ101を駆動するモータ102と、フォーカス制御部103と、絞り機構104と、モータ105と、絞り制御部106と、シャッター機構107と、プランジャー108と、プランジャー制御部109と、撮像素子110と、AE処理部112と、AF処理部113と、画像処理部114と、LCDドライバ115と、LCD116と、不揮発性メモリ117と、内蔵メモリ118と、圧縮伸張部119と、着脱メモリ120と、CPU121と、入力部122と、電源部123と、データバス124を有している。
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of the imaging apparatus. This imaging apparatus includes a
レンズ101は、撮像素子110に被写体の光学像を結像するためのものである。モータ102は、レンズ101を駆動するものである。フォーカス制御部103は、モータ102によりレンズ104を合焦位置に駆動するためのものである。絞り機構104は、レンズ101を透過した被写体光束の開口径を制限するものである。モータ5は絞りが所定の大きさになるように絞り機構104を駆動するものである。絞り制御部106は、モータ105を制御するものである。シャッター機構107は、シャッターを開閉して撮像素子110へ被写体光を通過させたり遮蔽したりするためのものである。プランジャー108は、シャッター機構107を駆動するためのものである。プランジャー制御部109は、プランジャー108を駆動制御するためのものである。
The
撮像素子110は、撮像面に受けた光学像を電気信号に変換し、画像信号を生成するためのものである。撮像素子110は、画素列ごとに配置されたA/D変換器203(図2参照)を内蔵している。撮像素子110の各画素から読み出されたアナログ画像信号は、A/D変換器203によりデジタル信号に変換され、撮像素子110からデジタル画像データ(以下、アナログの「画像信号」に対応したデジタル信号を、単に、「画像データ」と称する。)が出力される。AE処理部112は、露出レベルが適正になるような露出時間や絞り値を演算する。
The
AF処理部113は、撮像素子110から出力された画像データの高周波成分に基づいて、被写体のピント状態を検出する。画像処理部114は、撮像素子110から読み出された画像データの同時化処理、階調変換処理、ホワイトバランス調整、エッジ処理、広ダイナミックレンジ画像データの合成処理等の各種画像処理を行なう。LCD116は、撮像された広ダイナミックレンジ画像その他の情報を表示するためのものである。LCDドライバ115は、LCD116を駆動するためのものである。不揮発性メモリ117は、種々のプログラム及びユーザの設定データ等を格納するためのものである。内蔵メモリ118は、高速書き込み/読み出しが可能なメモリであり、撮像素子110から読み出された画像データを一時的に記憶する。また、内蔵メモリ118は、画像処理部114における各種処理のワークメモリとして利用される。
The
圧縮伸張部119は、画像データを圧縮するとともに、この圧縮した画像データを圧縮前の画像データに戻す伸張処理を行なうためのものである。着脱メモリ120は、画像データを記録するためのカードメモリ等の不揮発性のメモリであり、カメラに対して着脱可能となっている。CPU121は、撮像装置全体を統括的に制御するためのものである。CPU121は、動画撮影や静止画撮影における露光量を制御したり、撮像タイミングを制御したりする撮像制御部としての機能を有する。また、CPU121は、A/D変換制御部の一部を構成する。入力部122は、撮像装置の各種モード設定やレリーズ操作等の各種操作を指示入力するためのものである。電源部123は撮像装置全体に電源を供給するためのものである。データバス124は各種データの送受信を行なうためのバスラインである。
The compression /
図2は、撮像素子110の概略構成を示すブロック図である。撮像部201には、n行m列の画素P11〜Pmnが配列されている。各画素列に対応して列並列A/D変換方式のA/D変換器203(A/D1〜A/Dm)が配置されている。垂直走査回路204は、各画素行に接続され、画素行1から画素行nまで行毎に順次に画素を選択して、この選択した画素の信号をA/D変換器に出力するための垂直走査信号(φS,φR、φT)を出力する回路である。垂直走査回路制御部205は、垂直走査回路204に接続され、各画素行に対して垂直走査信号を出力するタイミングを制御するための制御回路である。なお、垂直走査回路制御部205は、その機能の一部、又は全部をCPU121にもたせてもよい。
FIG. 2 is a block diagram illustrating a schematic configuration of the
ランプ波生成回路206は、列並列デジタルCDS(Correlated Double Sampling)方式A/D変換に必要な階段状のランプ波を出力する回路である。A/D変換器203は水平読み出し回路207に接続されている。水平読み出し回路207は、A/D変換器203から画素行毎にパラレルに出力された画像データを、シリアル信号に変換して撮像素子110の外部に出力するための回路である。A/D変換器203、及びランプ波生成回路206はA/D変換制御部の一部を構成する。なお、A/D変換の詳細については後述する。
The ramp
図3は、図2に示した撮像素子110における1画素の回路構成を示す図である。図3において、PD(Photo Diode)は光電変換部であり、FD(Floating Diffusion)は、光電変換部PDで生成された光電荷を一時的に保持する信号蓄積部である。ここで、信号蓄積部FDは遮光されており、画素部202に光が入射されていても、信号蓄積部FDに保持されている信号は変化しないようになっている。
FIG. 3 is a diagram showing a circuit configuration of one pixel in the
Tr1は、光電変換部PDをリセットするリセット部、及び光電変換部PDに蓄積した電荷を信号蓄積部FDに転送するゲート部としての機能を併用するトランジスタであり、電荷転送信号φTにより制御される。 The transistor Tr1 is a transistor that also functions as a reset unit that resets the photoelectric conversion unit PD and a gate unit that transfers charges accumulated in the photoelectric conversion unit PD to the signal storage unit FD, and is controlled by the charge transfer signal φT. .
Tr2は、増幅部として機能する増幅用トランジスタでありソースフォロワアンプを構成する。信号蓄積部FDに蓄積された信号VSFは、増幅用トランジスタTr2により増幅され、信号読出部として機能する選択トランジスタTr3を介して垂直信号線Lvに出力される。選択トランジスタTr3は、画素選択信号φSにより制御される。 Tr2 is an amplifying transistor that functions as an amplifying unit, and constitutes a source follower amplifier. Signal storage section FD accumulated signal V SF in is amplified by the amplifying transistor Tr2, is output to the vertical signal line Lv via the selection transistor Tr3 functioning as a signal readout section. The selection transistor Tr3 is controlled by a pixel selection signal φS.
Tr4は、光電変換部PDおよび信号蓄積部FDをリセットするリセット部として機能するトランジスタであり、画素リセット信号φRにより制御されるようになっている。 Tr4 is a transistor that functions as a reset unit that resets the photoelectric conversion unit PD and the signal storage unit FD, and is controlled by a pixel reset signal φR.
次に、図4を参照してA/D変換器203の構成を説明する。このA/D変換器203の基本構成は、列並列デジタルCDS方式として公知のものである(例えば、技術文献:CX−PAL71号、ソニー株式会社に掲載されている)。
Next, the configuration of the A /
A/D変換器203は、比較器401とラッチ回路402とカウンタ403を有している。比較器401の入力には、図2のFDに蓄積された信号V SF を伝送する垂直信号線Lvと、この垂直信号線LVの画素信号V SF と比較するための参照信号V RAMP を出力する信号線に接続される。ラッチ回路402には、カウンタ403の計数値を出力するためのカウンタ出力部、及び比較器401の出力部が接続される。カウンタ403には、カウンタクロック信号φ CTCK を供給するための信号線、カウンタ403をリセットするためのカウンタリセット信号φCRを供給するための信号線、及びカウンタ403をアップカウンタ、又はダウンカウンタのいずれかに切り替えるためのカウント方向信号φ UD を供給するための信号線が接続される。
The A /
参照信号V RAMP はランプ波生成回路206(図2参照)によって生成される。また、カウンタクロック信号φ CTCK 、カウンタリセット信号φ CR 、カウント方向信号φ UD は、垂直操作回路制御部205、及び垂直走査回路204によって生成される。なお、ランプ波生成回路206、垂直操作回路制御部205、及び垂直走査回路204はA/D変換制御部の一部を構成する。
The reference signal V RAMP is generated by the ramp wave generation circuit 206 (see FIG. 2). The counter clock signal φ CTCK , the counter reset signal φ CR , and the count direction signal φ UD are generated by the vertical operation
次に、実施形態1の動作を説明する。 Next, the operation of the first embodiment will be described.
実施形態1は、露光量を制御するパラメータとして露光時間を変えて同一被写体を2回撮影し、露光量が異なる2コマの画像データを合成して広ダイナミックレンジ画像データを生成するものである。 In the first embodiment, the same subject is photographed twice while changing the exposure time as a parameter for controlling the exposure amount, and two frames of image data with different exposure amounts are combined to generate wide dynamic range image data.
まず、図15のタイミングチャートを参照して、撮像装置の全体的な動作の流れを説明する。 First, the overall operation flow of the imaging apparatus will be described with reference to the timing chart of FIG.
図15のフィールド同期信号は画像信号読み出しタイミングの基準となる同期信号である。1フィールド期間露光(図15では露光時間(長)と記載した。)された画像信号は、オーバー露光による画像信号として、電子ローリングシャッタ制御により読み出される。読み出された画像信号はA/D変換され、オーバー露光画像データとして内蔵メモリ118に一時的に記憶される。
The field synchronization signal in FIG. 15 is a synchronization signal serving as a reference for image signal readout timing. An image signal that has been exposed for one field period (described as exposure time (long) in FIG. 15) is read out by electronic rolling shutter control as an image signal by overexposure. The read image signal is A / D converted and temporarily stored in the built-in
つぎに、1フィールド期間の途中の所定のタイミングで最初の画素行のすべての光電変換部PDがリセットされる。この光電変換部PDのリセットは、図3の画素リセット信号φRと電荷転送信号φTに同時にパルスを引加してTr4とTr1を同時にオンすることにより行う。同様な動作を最後の画素行まで順次繰り返し行う。図15の点線の斜線がこの動作を示している。そして、次のフィールド同期信号に同期して最初の画素行の電荷転信号φTにパルスを引加して、光電変換部PDに蓄積された画素信号をFDに転送し、つぎに選択トランジスタTr3をオンすることにより画素信号が読み出される。同様な動作を最後の画素行まで順次繰り返し行う。図15の点線による斜線隣の実線による斜線がこれを示している。ここで、点線による斜線から隣の実線による斜線までの時間が露光時間に相当する。読み出された短時間露光による画像信号はA/D変換され、アンダー露光画像データとして内蔵メモリ118に一時的に記憶される。
Next, all the photoelectric conversion units PD in the first pixel row are reset at a predetermined timing in the middle of one field period. The photoelectric conversion unit PD is reset by simultaneously applying pulses to the pixel reset signal φR and the charge transfer signal φT in FIG. 3 to simultaneously turn on Tr4 and Tr1. Similar operations are sequentially repeated until the last pixel row. The dotted diagonal lines in FIG. 15 indicate this operation. Then, in synchronization with the next field synchronization signal, a pulse is applied to the charge transfer signal φT of the first pixel row to transfer the pixel signal accumulated in the photoelectric conversion unit PD to the FD, and then the selection transistor Tr3 is turned on. The pixel signal is read by turning on. Similar operations are sequentially repeated until the last pixel row. This is indicated by the solid line adjacent to the dotted line in FIG. Here, the time from the oblique line indicated by the dotted line to the oblique line indicated by the adjacent solid line corresponds to the exposure time. The read image signal by the short exposure is A / D converted and temporarily stored in the built-in
なお、上記のような画素読み出し制御は、一般に電子ローリングシャッタ制御と称される。 The pixel readout control as described above is generally referred to as electronic rolling shutter control.
内蔵メモリ118に記憶された画像データのうち、アンダー露光による画像データは後述する所定のレベル変換が行われる。つぎに、画像処理回路114により、アンダー露光による画像データとオーバー露光による画像データに基づいて、後述する広ダイナミックレンジ画像データを合成するための画像処理が行われる。
Of the image data stored in the built-in
画像処理回路114により合成された広ダイナミックレンジ画像データは、圧縮伸張部119により圧縮処理が施された後、着脱メモリ120に記録される。また、画像処理回路114により合成された広ダイナミックレンジ画像データに対応した画像はLCD116に表示される。
The wide dynamic range image data synthesized by the
なお、図15においては、1フィールド期間をオーバー露光の露光時間としたが、アンダー露光の露光時間と同様に電子ローリングシャッタを利用して1フィール期間以外の露光時間に設定してもよい。図15に示した露光時間は一例に過ぎない。また、図15においては、動画データの生成について述べたが、レリーズスイッチを検出した直後のアンダー露光画像データ、及びオーバー露光画像データを合成して得られた広ダイナミックレンジ画像データを静止画像データとして記録するようにしてもよい。 In FIG. 15, one field period is an overexposure exposure time. However, an exposure time other than the one feel period may be set using an electronic rolling shutter in the same manner as the underexposure exposure time. The exposure time shown in FIG. 15 is only an example. In FIG. 15, generation of moving image data has been described, but underexposure image data immediately after the release switch is detected and wide dynamic range image data obtained by combining overexposure image data are used as still image data. It may be recorded.
つぎに本実施形態について詳細に説明する。 Next, this embodiment will be described in detail.
図5のタイミングチャートは、後述する本実施形態におけるA/D変換器203の動作と比較するために、通常撮影時のA/D変換器203の動作を示したものである。
The timing chart of FIG. 5, for comparison with the operation of the A /
図5において、画素選択信号φSが”H”の期間、信号蓄積部FDに蓄積された信号V SF が信号出力線LVに出力され、比較器401の一方の入力に供給される。画素リセット信号φ R のパルスがトランジスタTr4のゲートに印加されると、信号蓄積部FDの電圧は、電圧VDDにリセットされる。図5のV SF はφ R の印加と同時にリセット電圧まで上昇している。
In FIG. 5, during a period when the pixel selection signal φS is “H”, the signal V SF accumulated in the signal accumulation unit FD is output to the signal output line LV and supplied to one input of the
次に、A/D変換器203にカウンタリセット信号φ CR が印加されると、カウンタ403はリセット(カウンタ値は0)される。このとき、カウント方向信号φ UD はダウンカウントに設定されている。次にカウンタクロック信号φ CTCK がカウンタ403に出力されると同時に、参照信号V RAMP としての階段状のランプ波が比較器401の他方の入力に供給される。カウンタ403はダウンカウントを開始し、そのカウント数を表すデジタルデータ(カウンタ出力)がラッチ回路402に出力される。参照信号V RAMP が時間経過とともに低下してV SF と一致すると、比較器401の出力φ COUT が反転する。つぎに、このVCOUTの変化を受けて、カウンタ403はカウント動作をストップする。ここでカウンタ403には最終的に計数されたカウント値が保持されている。このカウンタに保持されているデジタルデータは、リセット信号V RST に相当する。
Next, the A /
カウンタクロックφ CTCK は、Nrst個のパルスが出力されるとパルス出力が停止されて一定の定常値になる。このパルス数Nrstは、リセット電圧V RST より若干大きなアナログ電圧をデジタルデータに変換可能なビット数であればよい。 When Nrst number of pulses are output, the counter clock φ CTCK is stopped to have a constant steady value. The number of pulses Nrst may if slightly larger analog voltage the number of bits that can be converted into digital data from the reset voltage V RST.
次に、トランジスタTr1のゲートに電荷転送信号φTが印加されると、所定の露光時間、光電変換部PDに蓄積された信号電荷が信号蓄積部FDに転送される。図5に示す画素信号V SIG がこの転送された信号電荷による電圧に相当する。φTのパルス出力に同期して、参照信号V RAMP がリセットされる。また、φTの出力に同期して、カウント方向φ UD はアップカウンタに切り替えられる。また、比較器401の出力φ COUT はφ R にほぼ同期して反転して”H”レベルになる。続いて、参照信号V RAMP が時間経過とともに低下しV SF と一致すると、比較器401の出力φ COUT が反転する。ラッチ回路402は、比較器401の出力信号の反転を受けて、カウンタ403のカウント数を表すデジタルデータをラッチする。また、カウンタ402のカウント動作がストップする。ここでラッチ回路402にラッチされたデジタルデータは、画素信号V SIG とリセット信号V RST の加算データに相当する。
Next, when the charge transfer signal φT is applied to the gate of the transistor Tr1, the signal charge stored in the photoelectric conversion unit PD is transferred to the signal storage unit FD for a predetermined exposure time. The pixel signal V SIG shown in FIG. 5 corresponds to the voltage due to the transferred signal charge. The reference signal V RAMP is reset in synchronization with the pulse output of φT. Further, in synchronization with the output of .phi.T, counting direction phi UD is switched to the up counter. Further, the output phi COUT of the
カウンタクロックφ CTCK は、N(sig+rst)個のパルスが出力されるとパルス出力が停止されて一定の定常値になる。上記パルス数N(sig+rst)は、リセット電圧V RST と画素信号V SIG を加算した電圧より若干大きなアナログ電圧をデジタルデータに変換可能なビット数であればよい。 When N (sig + rst) pulses are output, the counter clock φ CTCK is stopped and becomes a constant steady value. The number of pulses N (sig + rst) may be any number of bits that can convert an analog voltage slightly larger than the voltage obtained by adding the reset voltage V RST and the pixel signal V SIG into digital data.
以上説明したA/D変換動作の結果、最終的にラッチ回路402にラッチされたカウント結果は、画素信号V SIG とリセット信号V RST の加算データから、V RST を減算した画素信号VSIGに相応したデジタルの画素データに等しい。そして、このラッチ回路402にラッチされた画素データは、撮像素子の水平読み出し回路207(図1参照)を介して、他の列の同一ラインの画素データとともに撮像素子110から、シリアルデータに変換されて読み出される。上述したA/D変換方式は、一般に二重積分方式と呼ばれるものである。
As a result of the A / D conversion operation described above, the count result finally latched in the
なお、図5は所定の画素行に属する1画素のA/D変換動作を示すが、この所定の画素行に属するすべての画素について、画素列毎に配置されたA/D変換器により同時並列的に同様のA/D変換動作が実行される。そして最初の画素信号V SIG のA/D変換が終了すると、次の画素行について同様のA/D変換が実行される。以上の動作が最後の画素行の画素の画素信号V SIG の読み出しが完了するまで行なわれる。 FIG. 5 shows an A / D conversion operation of one pixel belonging to a predetermined pixel row. All the pixels belonging to the predetermined pixel row are simultaneously parallelized by A / D converters arranged for each pixel column. Therefore, the same A / D conversion operation is executed. When the A / D conversion of the first pixel signal V SIG is completed, the same A / D conversion is executed for the next pixel row. The above operation is performed until the reading of the pixel signal V SIG of the pixel in the last pixel row is completed.
図9に、通常撮影時におけるフィールド同期信号と画素選択信号φSとの関係を表すタイミングチャートを示す。 FIG. 9 is a timing chart showing the relationship between the field synchronization signal and the pixel selection signal φS during normal shooting.
この画像データの読み出し時間は、略1フィールド期間に設定されている。この読み出された画像データは、画像処理部114により、同時化処理、諧調処理、ホワイトバランス処理等の画像処理が施された後、動画としてLCD116に表示されたり、圧縮伸張部119で圧縮処理が施され動画データ又は静止画データとして着脱メモリ120に記録されたりする。
The readout time for this image data is set to approximately one field period. The read image data is subjected to image processing such as synchronization processing, gradation processing, and white balance processing by the
図6は、いわゆるAPEX(Additive system of Photographic EXposure)演算に基づく標準露光よりも小さな露光(以下「アンダー露光」と称する。)で撮影するときの、A/D変換器203の動作を示すタイミングチャートである。図6の基本的な動作は図5と同様であるので、以下においては図5と異なるところのみ説明する。
6, when shooting in the so-called APEX (Additive system of Photographic EXposure) smaller exposure than the standard exposure based on calculation (hereinafter referred to as "under-exposure".), Timing illustrating the operation of the A /
図6においては、アップカウント開始時の参照信号V RAMP の値が図5と異なるのみで、その他は図5と同様である。アンダー露光においては、ランプ波生成回路206により、アップカウント開始時のV RAMP の電圧を図5の通常撮影時の電圧よりもV START1 だけ低い値に設定する。いま、図5と同様にしてダウンカウントが終了し、カウンタ403にはリセット信号V RST に相当する計数値が保持されているとする。つぎに、参照信号V RAMP が時間経過とともに低下し、このV RAMP とV SF が一致すると、比較器401の出力φ COUT が反転する。この信号の反転を受けて、ラッチ回路402は、カウンタ403のカウント数を表すデジタルデータをラッチする。また、カウンタ402のカウント動作がストップする。
6 is the same as FIG. 5 except that the value of the reference signal V RAMP at the start of up-counting is different from that in FIG. In underexposure, the
ラッチ回路402にラッチされた画素データは、撮像素子の水平読み出し回路207(図1参照)を介して、他の列の同一ラインの画素データとともに撮像素子110から、シリアルデータに変換されて読み出される。
The pixel data latched by the
以上説明したA/D変換動作の結果、最終的にラッチ回路402にラッチされたカウント結果は、画素信号V SIG がV START1 以下では0、画素信号V SIG がV START1 以上では、V SF (=V SIG +V RST )からV START1 +V RST を減算した画素データ(=V SIG −V START1 )に等しい。
Above-described A / D conversion result of the operation, finally latched counted result to the
したがって、アンダー露光の撮影においては、画像合成処理回路114により、A/D変換器203の出力データが0のときはそのままにし、それ以外のデータに対しては、V START1 に相応したデジタル値を加算するデータ変換処理が行われる。これにより、V START1 より大きいV SF を出力する画素の正しい画素信号VSIGを得ることができる。後述する画像合成処理を説明するための図11の太い実線(アンダー露光)は、このデータのレベル変換が行われた画像データV SIG_AD と被写体輝度との関係を示す。例えば、A/D変換器のMSBを12ビット、このMSBに対応するA/D変換器の入力アナログ電圧を1V、V START1 を0.3Vとすると、V START1 に相応したデジタル値は、2^12*0.3/1=1229となり、ダウンカウント時間が通常撮影時の約30%短縮される。
Therefore, in under-exposure shooting, the image
図6は1画素のA/D変換動作を示すが、それぞれの画素行に属するすべての画素について、画素列毎に配置されたA/D変換器により同時並列的に同様のA/D変換動作が実行される。そして最初の行の画素信号VSIGのA/D変換が終了すると、次の画素行について同様のA/D変換が実行される。以上の動作が最後の画素行の画素の画素信号V SIG の読み出しが完了するまで行なわれる。 FIG. 6 shows an A / D conversion operation for one pixel. Similar A / D conversion operations are simultaneously performed in parallel by an A / D converter arranged for each pixel column for all pixels belonging to each pixel row. Is executed. When the A / D conversion of the pixel signal V SIG in the first row is completed, the same A / D conversion is executed for the next pixel row. The above operation is performed until the reading of the pixel signal V SIG of the pixel in the last pixel row is completed.
このようにしてアンダー露光により撮影されて読み出された1フィールドの画像信号は、内蔵メモリ118に一時的に記憶される。
The image signal of one field imaged and read by under-exposure in this way is temporarily stored in the built-in
図7は、APEX演算に基づく標準露光よりも大きな露光(以下「オーバー露光」と称する。)で撮影するときの、A/D変換器203の動作を示すタイミングチャートである。図7の基本的な動作は図5と同様であるので、以下においては図5と異なるところのみ説明する。
FIG. 7 is a timing chart showing the operation of the A /
図7においては、アップカウント終了時の参照信号V RAMP の値が図5と異なるのみで、その他は図5と同様である。オーバー露光においては、アップカウント終了時のV RAMP の最大値を図5の通常撮影時の電圧よりも高い値V END1 に設定する。FDに蓄積された信号V SF がV END1 よりも小さい場合は、参照信号V RAMP が時間経過とともに低下しVSFと一致すると、比較器401の出力φCOUTが反転する。ラッチ回路402は、比較器401の出力信号の反転を受けて、カウンタ403のカウント数を表すデジタルデータをラッチする。また、カウンタ402のカウント動作がストップする。一方、FDに蓄積された信号V SF がV END1 よりも大きい場合は、V RAMP がV END1 に達した時点で、ランプ波生成回路206により、V RAMP を強制的に画素信号V SIG が取り得る最大値以上の値に設定する。すると、比較器401の出力φCOUTは強制的に反転し、これにより、カウンタ403のカウンタ出力はラッチ回路402によりラッチされる。
7 is the same as FIG. 5 except that the value of the reference signal V RAMP at the end of the up-count is different from that in FIG. In overexposure , the maximum value of V RAMP at the end of the up-count is set to a value V END1 higher than the voltage at the time of normal photographing in FIG. When the signal V SF stored in the FD is smaller than V END1 , the output φ COUT of the
ラッチ回路402にラッチされた画素データは、撮像素子の水平読み出し回路207(図1参照)を介して、他の列の同一ラインの画素データとともに撮像素子110から、シリアルデータに変換されて読み出される。
The pixel data latched by the
以上説明したA/D変換動作の結果、最終的にラッチ回路402にラッチされたカウント結果は、V SF (画素信号V SIG とリセット信号V RST を加算したもの)とV RST を減算した画素信号V SIG に等しい。なお、V SF がV END1 より大きい値のときは、ラッチ回路402には強制的にV SF は一定のV END1 に相応したカウント値がラッチされる。
As a result of the A / D conversion operation described above, the count result finally latched in the
すなわち、図7におけるA/D変換器203の出力データは、V SF がV END1 よりも小さいときはVSIGに相応した画像データであり、V SF がV END1 より大きいときはV END1 に相応した画像データである。後述する画像合成処理を説明するための図11の細い実線(オーバー露光)は、上述したようなA/D変換が行われた画像データV SIG_AD と被写体輝度との関係を示す。例えば、A/D変換器のMSBを12ビット、このMSBに対応するA/D変換器の入力アナログ電圧を1V、V END1 を0.6Vとすると、V END1 に相応したデジタル値は、2^12*0.6/1=2458となり、アップカウント時間が通常撮影時の約60%に短縮される。
That is, the output data of the A /
図7は1画素のA/D変換動作を示すが、それぞれの画素行に属するすべての画素について、画素列毎に配置されたA/D変換器により同時並列的に同様のA/D変換動作が実行される。そして最初の画素信号V SIG のA/D変換が終了すると、次の画素行について同様のA/D変換が実行される。以上の動作が最後の画素行の画素信号V SIG の読み出しが完了するまで行なわれる。 FIG. 7 shows an A / D conversion operation for one pixel. Similar A / D conversion operations are simultaneously performed in parallel by an A / D converter arranged for each pixel column for all pixels belonging to each pixel row. Is executed. When the A / D conversion of the first pixel signal V SIG is completed, the same A / D conversion is executed for the next pixel row. The above operation is performed until the reading of the pixel signal V SIG of the last pixel row is completed.
このようにして、オーバー露光により撮影されて読み出された1フィールドの画像信号は、内蔵メモリ118に一時的に記憶される。そして、画像処理回路114により、内蔵メモリ118に記憶されたアンダー露光撮影により生成された画像データと、オーバー露光撮影により生成された画像データを基に、次に述べる広ダイナミックレンジ画像を合成する画像処理が行われる。
In this way, the image signal of one field imaged and read by overexposure is temporarily stored in the built-in
図11はアンダー露光により撮影された画像データ及びオーバー露光により撮影された画像データと被写体輝度との関係を示す図である。同図において横軸は被写体の輝度、縦軸は画像データの値(画像信号V SIG をA/D変換した値にレベル変換処理が施された値であり、V SIG_AD とする。)を表す。アンダー露光の撮影の場合は、図11の太い実線で示すように、V SIG_AD は、既述の通り、V SIG がV START1 以下(被写体輝度がBV STRT1 以下)のときは0である。また、V SIG がV START1 以上(被写体輝度がBV STRT1 以上)のときは、被写体輝度がBV START1 のときV SIG_AD =V START1 を基点として被写体輝度に比例して大きくなる。 FIG. 11 is a diagram showing the relationship between image data captured by underexposure, image data captured by overexposure, and subject brightness. In the figure, the horizontal axis represents the luminance of the subject, and the vertical axis represents the value of the image data (the value obtained by subjecting the image signal V SIG to A / D conversion and level conversion processing, and is referred to as V SIG_AD ). In the case of underexposure shooting, as shown by the thick solid line in FIG. 11, V SIG_AD is 0 when V SIG is V START1 or less (subject luminance is BV STRT1 or less), as described above. Further, when V SIG is equal to or higher than V START1 (subject brightness is equal to or higher than BV START1 ), when the subject brightness is BV START1 , V SIG_AD = V START1 is set to be proportional to the subject brightness.
一方、オーバー露光による撮影の場合は、図11の細い実線で示すように、V SIG がV END1 以下(被写体輝度がBVEND以下)のときは被写体輝度に比例して大きくなり、V SIG がV END1 以上(被写体輝度がBV END1 以上)の場合は、一定値(=V END1 )となる。 On the other hand, in the case of shooting by overexposure, as shown by a thin solid line in FIG. 11, when V SIG is V END1 or less (subject luminance is BVEND or less), V SIG increases in proportion to the subject luminance, and V SIG is V END1. In the case of the above (subject luminance is BV END1 or more), it is a constant value (= V END1 ).
図12は広ダイナミックレンジ画像の合成処理を説明するための合成処理の概念図である。同図において、直線(a)のうち太い実線は、アンダー露光で撮影された画像データのうち、V START1 以上の値を有する画像データの値を、オーバー露光の撮影と同じ露光条件で撮影したものと仮定したときの値に変換した直線である。例えば、シャッタースピードのみを変えて、アンダー露光撮影(シャッタースピード:T1)とオーバー露光撮影(シャッタースピード:T2)を行った場合、アンダー露光撮影で得られた画像データをK倍(K=T2/T1)する。 FIG. 12 is a conceptual diagram of the synthesis process for explaining the synthesis process of the wide dynamic range image. In the figure, the thick solid line in the straight line (a) is obtained by photographing the value of image data having a value equal to or greater than VSTART1 among the image data photographed by underexposure under the same exposure conditions as the overexposure photographing. It is a straight line converted into a value when assumed. For example, when underexposure shooting (shutter speed: T1) and overexposure shooting (shutter speed: T2) are performed while changing only the shutter speed, the image data obtained by underexposure shooting is multiplied by K (K = T2 / T1).
ここで、図12の直線(a)で表される画像データのうち、BV START1 とBV END1 の間の被写体輝度に対応した画像データについては、アンダー露光撮影又はオーバー露光撮影のいずれか一方の画像データを選択する。 Here, among the image data represented by the straight line (a) in FIG. 12, for the image data corresponding to the subject brightness between BV START1 and BV END1 , either the underexposure shooting or the overexposure shooting is used. Select data.
図12から明らかなように、合成画像データの最大値は、画像データの最大値Maxを越えるので、ニーポイントを設定して高輝度部分を圧縮した諧調特性に変換する。図12の曲線(b)に従って変換された画像データは、圧縮伸張部119により圧縮された後、着脱メモリ」120に記録される。また、図12の曲線(b)に従って変換された画像データは、LCD116によって画像表示される。
As is clear from FIG. 12, the maximum value of the composite image data exceeds the maximum value Max of the image data, so that a knee point is set and converted to a gradation characteristic obtained by compressing the high luminance portion. The image data converted according to the curve (b) in FIG. 12 is compressed by the compression /
また、図12から明らかなように、アンダー露光撮影とオーバー露光撮影においては、被写体輝度の重複する部分が必要である。その必用十分な条件はBV START1 <BV END1 となることである。したがって、V START1 及びV END1 は上記不等式が成立するように設定する。 Further, as is apparent from FIG. 12, in underexposure shooting and overexposure shooting, overlapping portions of subject brightness are required. The necessary and sufficient condition is that BV START1 <BV END1 . Therefore, V START1 and V END1 are set so that the above inequality is satisfied.
なお、以上の説明においては、図12の直線(a)で表される画像データのうち、BV START1 とBV END1 の間の被写体輝度に対応した画像データについては、アンダー露光撮影又はオーバー露光撮影のいずれか一方の画像データを選択するとしたが、アンダー露光撮影による画像データとオーバー露光撮影による画像データの加算平均値を採用してもよい。 In the above description, among the image data represented by the straight line (a) in FIG. 12, the image data corresponding to the subject brightness between BV START1 and BV END1 is subjected to underexposure shooting or overexposure shooting. Although either one of the image data is selected, an addition average value of the image data obtained by underexposure photography and the image data obtained by overexposure photography may be employed.
また、以上の説明においては、アンダー露光撮影による画像データをオーバー露光の画像データに変換する際に、アンダー露光撮影による画像データに露光時間比を乗算してデータ変換をしたが、この場合、撮像素子や回路特性の誤差により画質が劣化することがある。この問題を解決するために、アンダー露光撮影とオーバー露光撮影の被写体輝度が重複する部分の画素データの統計的処理(例えば総和)により正確に露光量比を求め、この露光量比によりアンダー露光撮影による画像データをオーバー露光の画像データに変換するようにしてもよい。 In the above description, when converting the image data obtained by underexposure shooting to image data for overexposure, the image data obtained by underexposure shooting is multiplied by the exposure time ratio, and data conversion is performed. Image quality may be deteriorated due to an error in element or circuit characteristics. In order to solve this problem, an accurate exposure amount ratio is obtained by statistical processing (for example, summation) of pixel data in a portion where the subject brightness of underexposure shooting and overexposure shooting overlaps. The image data may be converted into overexposed image data.
本実施形態によれば、アンダー露光撮影においては、FDに蓄積された信号VSFのうちV START1 以下の信号電圧に対するアップカウントが行われないのでA/D変換を高速化することができる。また、オーバー露光撮影においては、FDに蓄積された信号V SF のうちV END1 以上の信号電圧に対するアップカウントが行われないのでA/D変換を高速化することができる。図10に、アンダー露光撮影又はオーバー露光撮影におけるフィールド同期信号と画素選択信号φSとの関係を表すタイミングチャートを示す。図9の通常撮影時と比較してフィールド期間を短くすることができる。 According to this embodiment, in the under-exposure shooting may speed up the A / D conversion so is not performed up count for V START1 following signal voltage of the signal V SF which is accumulated in the FD. Further, in the over-exposure shooting, it is possible to speed up the A / D conversion so is not performed up count for V END1 or more signal voltage of the signal V SF which is accumulated in the FD. FIG. 10 is a timing chart showing the relationship between the field synchronization signal and the pixel selection signal φS in underexposure shooting or overexposure shooting. The field period can be shortened as compared with the normal photographing in FIG.
したがって、本実施形態においては撮像素子を高速駆動することなく短時間でA/D変換を行うことができるので、消費電力を低減することができる。また、撮像素子を高速駆動することなく広ダイナミックレンジ画像データを高速に生成することができるので、動画撮影に好適な広ダイナミックレンジ画像データを得るための撮影を行うことができる。
[実施形態2]
次に、本発明の実施形態2について説明する。
Therefore, in the present embodiment, A / D conversion can be performed in a short time without driving the image sensor at high speed, so that power consumption can be reduced. In addition, since wide dynamic range image data can be generated at high speed without driving the image sensor at high speed, shooting for obtaining wide dynamic range image data suitable for moving image shooting can be performed.
[Embodiment 2]
Next,
実施形態1においては、アンダー露光、オーバー露光のそれぞれにより撮影されて読み出された画像データを基に広ダイナミックレンジ画像データを合成した。これに対して本実施形態は、アンダー露光撮影、標準露光撮影、及びオーバー露光撮影により読み出された画像データを基に、広ダイナミックレンジ画像データを合成するものである。 In the first embodiment, wide dynamic range image data is synthesized based on image data that has been captured and read by underexposure and overexposure. On the other hand, this embodiment synthesizes wide dynamic range image data based on image data read by underexposure shooting, standard exposure shooting, and overexposure shooting.
以下の説明においては実施形態1と異なるところのみを説明する。 In the following description, only differences from the first embodiment will be described.
図16に撮像装置の全体的な動作の流れを示す。 FIG. 16 shows the overall operation flow of the imaging apparatus.
図16においては、図15のアンダー露光撮影とオーバー露光撮影の間に標準露光撮影が加わった点、及びアンダー露光撮影、オーバー露光撮影、標準露光撮影のそれぞれの撮影により得られた画像データを合成して広ダイナミックレンジ画像データを合成する点以外は、実施形態1と同様である。 In FIG. 16, standard exposure photography is added between underexposure photography and overexposure photography in FIG. 15, and image data obtained by underexposure photography, overexposure photography, and standard exposure photography are combined. Thus, the second embodiment is the same as the first embodiment except that the wide dynamic range image data is synthesized.
つぎに本実施形態について詳細に説明する。 Next, this embodiment will be described in detail.
図8は、APEX演算に基づく標準露光で撮影するときの、A/D変換器203の動作を示すタイミングチャートである。本実施形態においては、実施形態1におけるオーバー露光撮影とアンダー露光撮影に加えて標準露光撮影を行い、この標準露光撮影において被写体の中間的な輝度分布を有する部分の画像データを生成する。標準露光撮影においては、FDに蓄積された信号V SF が、V START2 からV END2 の間の信号のみをアップカウントする。アップカウントの開始時の動作は、実施形態1ではV RAMP の初期値がV START1 であったのに対して本実施形態ではV START2 である点以外は、実施形態1におけるアンダー露光撮影におけるA/D変換の動作と同じである。また、アップカウント終了時の動作は、実施形態1ではアップカウント終了時のV RAMP の値がV END1 であったのに対して本実施形態ではV END2 である点以外は、実施形態1におけるオーバー露光撮影におけるA/D変換の動作と同じである。
FIG. 8 is a timing chart showing the operation of the A /
図8は1画素のA/D変換動作を示すが、それぞれの画素行に属するすべての画素について、画素列毎に配置されたA/D変換器により同時並列的に同様のA/D変換動作が実行される。そして最初の画素信号V SIG のA/D変換が終了すると、次の画素行について同様のA/D変換が実行される。以上の動作が最後の画素行の画素信号V SIG の読み出しが完了するまで行なわれる。 FIG. 8 shows an A / D conversion operation for one pixel. Similar A / D conversion operations are simultaneously performed in parallel by an A / D converter arranged for each pixel column for all pixels belonging to each pixel row. Is executed. When the A / D conversion of the first pixel signal V SIG is completed, the same A / D conversion is executed for the next pixel row. The above operation is performed until the reading of the pixel signal V SIG of the last pixel row is completed.
このようにして標準露光により撮影されて読み出された1フィールドの画像信号は、内蔵メモリ118に一時的に記憶される。そして、画像処理回路114により、内蔵メモリ118に記憶されたアンダー露光撮影により読み出された画像データ、標準露光撮影により読み出された画像データ、及びオーバー露光撮影により読み出された画像データを基に、次に述べる画像合成処理により広ダイナミックレンジ画像データを合成するための画像処理が行われる。
Thus, the image signal of one field imaged and read by the standard exposure is temporarily stored in the built-in
図13はアンダー露光により撮影された画像データ、標準露光により撮影された画像データ及びオーバー露光により撮影された画像データと被写体輝度と関係を示す図である。被写体輝度と画像データとの関係を示す図である。同図において横軸は被写体の輝度、縦軸は画像データの値(画像信号V SIG をA/D変換した値にレベル変換処理が施された値であり、V SIG_AD とする。)を表す。アンダー露光による撮影の場合は、図13の中間レベルの太い実線で示すように、V SIG_AD は、実施形態1で説明したように画像処理回路114によってデータのレベル変換が行われる。その結果、V SIG がV START1 以下(被写体輝度がBV STRT1 以下)のときは0である。また、V SIG がV START1 以上のときは、被写体輝度がBV STRT1 のときV SIG_AD =V START1 を基点として被写体輝度に比例して大きくなる。
FIG. 13 is a diagram illustrating the relationship between image data captured by underexposure, image data captured by standard exposure, image data captured by overexposure, and subject brightness. It is a figure which shows the relationship between to-be-photographed object brightness | luminance and image data. In the figure, the horizontal axis represents the luminance of the subject, and the vertical axis represents the value of the image data (the value obtained by subjecting the image signal V SIG to A / D conversion and level conversion processing, and is referred to as V SIG_AD ). In the case of photographing by underexposure, as shown by the solid line at the middle level in FIG. 13, the level of data of V SIG_AD is converted by the
オーバー露光による撮影の場合は、図11の細い実線で示すように、V SIG がV END1 以下(被写体輝度がBV END 以下)のときは被写体輝度に比例して大きくなり、V SIG がV END1 以上(被写体輝度がBV END1 以上)の場合は、一定値(BV END1 )となる。 In the case of shooting by overexposure, as shown by a thin solid line in FIG. 11, when V SIG is V END1 or less (subject brightness is BV END or less), the ratio increases in proportion to the subject brightness, and V SIG is V END1 or more. When the subject brightness is equal to or higher than BV END1 , it is a constant value (BV END1 ).
標準露光による撮影の場合は、図13の最も太い実線で示すように、V SIG_AD は、V SIG がV START2 以下(被写体輝度がBV STRT2 以下)のときは0であり、V SIG がV START2 以上(被写体輝度がBV STRT2 以上)で且つV END2 以下(被写体輝度がBVEND2以下)のときは、被写体輝度がBV STRT2 のときV SIG_AD =V START2 を基点として被写体輝度に比例して大きくなる。そして、V SIG がV END2 以上(被写体輝度がBV END2 以上)の場合は、一定値(=BV END2 )となる。 For imaging by standard exposure, as indicated by the most thick solid line in FIG. 13, V SIG_AD is 0 when the following V SIG is V START2 (subject brightness BV STRT2 less), V SIG is V START2 more and V END2 following (subject brightness BV STRT2 or higher) (subject brightness BV END2 less) when the subject luminance is increased in proportion to the object luminance as a base point V SIG_AD = V START2 when BV STRT2. When V SIG is equal to or higher than V END2 (subject brightness is equal to or higher than BV END2 ), the value is constant (= BV END2 ).
図14は広ダイナミックレンジ画像の合成処理を説明するための合成処理の概念図である。同図において、直線(a)のうち中間レベルの太い実線は、アンダー露光で撮影された画像データのうち、V START1 −V RST 以上の値を有する画像データを、オーバー露光の撮影と同じ露光条件で撮影したものと仮定したときの値に変換した直線である。この変換の方法は実施形態1と同様に行う。 FIG. 14 is a conceptual diagram of a synthesis process for explaining the synthesis process of a wide dynamic range image. In the figure, a straight line thick line in the middle level of (a), among the image data captured by the underexposure, the image data having a V START1 -V RST or more values, the same exposure conditions as shooting overexposure It is a straight line converted into a value when it is assumed that the image was taken at. This conversion method is performed in the same manner as in the first embodiment.
ここで、図14の直線(a)で表される画像データのうち、BV START2 とBV END1 の間の被写体輝度に対応した画像データ、及びBV START1 とBV END2 の間の被写体輝度に対応した画像データについては、アンダー露光撮影又はオーバー露光撮影のいずれか一方の画像データを選択する。 Here, among the image data represented by a straight line (a) of FIG. 14, BV START2 and BV image data corresponding to the object luminance between the END1, and BV START1 and an image corresponding to the subject luminance between BV END2 As for the data, either one of the underexposure shooting and the overexposure shooting is selected.
図14から明らかなように、合成画像データの最大値は、画像データの最大値Maxを越えるので、ニーポイントを設定して高輝度部分を圧縮した諧調特性に変換する。図14の曲線(b)に従って変換された画像データは、圧縮伸張部119により圧縮された後、着脱メモリ120に記録される。また、図14の曲線(b)に従って変換された画像データは、LCDドライバ115を介してLCD116によって画像表示される。
As is clear from FIG. 14, the maximum value of the composite image data exceeds the maximum value Max of the image data, so that a knee point is set and converted to a gradation characteristic obtained by compressing the high luminance part. The image data converted according to the curve (b) of FIG. 14 is recorded in the
また、図14から明らかなように、アンダー露光撮影、標準露光撮影、及びオーバー露光撮影においては、被写体輝度の重複する部分が必要である。その必用十分な条件はBVBV START2 <BV END1 、且つBV START1 <BV END2 となることである。したがって、V START1 、V END1 、V START2 、V END2 は上記不等式が成立するように設定する。 As is apparent from FIG. 14, in underexposure shooting, standard exposure shooting, and overexposure shooting, overlapping portions of subject luminance are necessary. Its necessity sufficient condition is that the BVBV START2 <BV END1, and BV START1 <BV END2. Therefore, V START1, V END1, V START2, V END2 is set such that the inequality holds.
なお、以上の説明においては、図14の直線(a)で表される画像データのうち、BV START1 とBV END2 の間の被写体輝度に対応した画像データ、及びBV START2 とBV END1 の間の被写体輝度に対応した画像データについては、いずれか一方の画像データを選択するとしたが、アンダー露光撮影による画像データと標準露光撮影による画像データの加算平均処理、及び標準露光撮影による画像データとオーバー露光撮影による画像データの加算平均値を採用してもよい。 In the above description, among the image data represented by a straight line (a) of FIG. 14, the image data corresponding to the object luminance between BV START1 and BV END2, and BV START2 the subject between BV END1 For image data corresponding to the brightness, either one of the image data is selected. However, the image data obtained by underexposure photography and the image data obtained by standard exposure photography are added, and the image data obtained by standard exposure photography and overexposure photography are obtained. The addition average value of the image data may be adopted.
また、以上の説明においては、アンダー露光撮影による画像データ及び標準露光撮影による画像データをオーバー露光の画像データに変換する際に、露光時間の比を乗算して画像データを変換したが、この場合、撮像素子や回路特性の誤差により画質が劣化することがある。この問題を解決するために、アンダー露光撮影又は標準露光撮影と、オーバー露光撮影の被写体輝度が重複する部分の画素データのそれぞれの統計的処理(例えば総和)により正確に露光量比を求め、この露光量比によりアンダー露光撮影による画像データをオーバー露光の画像データに変換するようにしてもよい。 In the above description, when converting the image data obtained by underexposure photography and the image data obtained by standard exposure photography to overexposure image data, the image data is converted by multiplying the exposure time ratio. The image quality may be deteriorated due to an error of the image sensor or circuit characteristics. In order to solve this problem, the exposure amount ratio is accurately obtained by statistical processing (for example, summation) of the pixel data of the portion where the subject brightness of the underexposure shooting or the standard exposure shooting and the overexposure shooting overlap. You may make it convert the image data by underexposure photography into the image data of overexposure by exposure amount ratio.
また、図16に示す露光時間の組み合わせは一例であってさまざまな露光時間の組み合わせが考えられる。 Further, the combinations of exposure times shown in FIG. 16 are examples, and various combinations of exposure times are conceivable.
本実施形態においては、実施形態1のアンダー露光撮影、オーバー露光撮影に加えて標準露光撮影を行い、これら3種類の露光に基づく画像データを合成して広ダイナミックレンジ画像を合成するので、実施形態1に比べて、より広い輝度範囲を有する被写体に対しても白飛びや黒つぶれが抑制された広ダイナミックレンジ画像データを得ることができる。 In this embodiment, standard exposure shooting is performed in addition to the underexposure shooting and overexposure shooting in the first embodiment, and image data based on these three types of exposure is combined to synthesize a wide dynamic range image. Compared to 1, it is possible to obtain wide dynamic range image data in which whiteout and blackout are suppressed even for a subject having a wider luminance range.
また、本実施形態においては、アンダー露光の撮影においては、FDに蓄積された信号V SF のうちV START1 −V RST 以下の信号電圧に対するアップカウントが行われないのでA/D変換を高速化することができる。また標準露光撮影においては、FDに蓄積された信号V SF のうちV START2 −V RST 以下及びV END2 −V RST 以上の信号電圧に対するアップカウントが行われないのでA/D変換を高速化することができる。 In the present embodiment, in underexposure shooting, the A / D conversion is speeded up because no up-counting is performed on signal voltages below V START1 -V RST among the signals V SF accumulated in the FD. be able to. In the standard-exposure shooting, to speed up the A / D conversion so is not performed up count for V START2 -V RST less and V END2 -V RST or more signal voltage of the signal V SF which is accumulated in the FD Can do.
さらに、オーバー露光の撮影においては、FDに蓄積された信号V SFのうちV END1 −V RST 以上の信号電圧に対するアップカウントが行われないのでA/D変換を高速化することができる。 Further, in the shooting of the over exposure, it is possible to speed up the A / D converter since the up count for V END1 -V RST or more signal voltage of the accumulated signal V S F to the FD is not performed.
したがって、本実施形態においては撮像素子を高速駆動することなく短時間でA/D変換を行うことができるので、消費電力を低減することができる。また、撮像素子を高速駆動することなく広ダイナミックレンジ画像データを高速に生成することができるので、動画撮影に好適な広ダイナミックレンジ画像を得るための撮影を行うことができる。 Therefore, in the present embodiment, A / D conversion can be performed in a short time without driving the image sensor at high speed, so that power consumption can be reduced. In addition, since wide dynamic range image data can be generated at high speed without driving the image sensor at high speed, shooting for obtaining a wide dynamic range image suitable for moving image shooting can be performed.
実施形態1においては、アンダー露光、オーバー露光のそれぞれにより撮影されて読み出された画像データを基に広ダイナミックレンジ画像を合成した。また、実施形態2においては、アンダー露光、適正露光、及びオーバー露光により撮影されて読み出された画像データを基に、広ダイナミックレンジ画像を合成した。しかし、本発明はこれらに限ることなく、アンダー露光、適正露光、オーバー露光の任意の組み合わせにより広ダイナミックレンジ画像を合成する撮像装置に適用可能である。 In the first embodiment, a wide dynamic range image is synthesized based on image data captured and read by each of underexposure and overexposure. In the second embodiment, a wide dynamic range image is synthesized based on image data that has been shot and read by underexposure, proper exposure, and overexposure. However, the present invention is not limited to, underexposed, proper exposure, by any combination of over-exposure can be applied to an imaging apparatus you synthesize a wide dynamic range image.
また、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を
逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することもできる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成することもできる。さらに異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。このように、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変形や応用が可能である。
Further, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and the constituent elements can be modified and embodied without departing from the spirit of the invention in the implementation stage. Various inventions can also be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined. Thus, various modifications and applications are possible without departing from the spirit of the invention.
101…レンズ
102…モータ
103…フォーカス制御部
104…絞り機構
105…モータ
106…絞り制御部
107…シャッター機構
108…プランジャー
109…プランジャー制御部
110…撮像素子
112…AE処理部
113…AF処理部
114…画像処理部
115…LCDドライバ
116…LCD
117…不揮発性メモリ
118…内蔵メモリ
119…圧縮伸張部
120…着脱メモリ
121…CPU
122…入力部
123… 電源部
124… データバス
DESCRIPTION OF
117:
122 ...
Claims (4)
露光量に応じて光電変換された画素信号を生成するための画素が多数配列された撮像素子と、
所定のフィールド時間毎に、第1の露光時間による第1の露光量と、上記第1の露光時間よりも短い時間である第2の露光時間によって上記第1の露光量よりも少ない第2の露光量に基づいて撮影を行う撮像制御部と、
上記撮像素子から生成された画素信号と時間に応じて変化する参照信号を比較する比較部と、上記画素信号と、上記参照信号とが一致するまでの時間に応じた計数値を出力するカウンタ出力部を有し、上記画素信号に対してA/D変換を行ってデジタル値に変換するA/D変換制御部と、
上記撮影によって得られた画像データを基に広ダイナミックレンジの画像データを合成する画像処理部と、
を有し、
上記A/D変換制御部は、上記第1の露光量に基づいて撮影を行うときは、上記参照信号をA/D変換終了時に第1電圧に設定して上記比較部に入力し、予め設定された第1レベル以下の画素信号のA/D変換のみを行い、上記第2の露光量に基づいて撮影を行うときは、上記参照信号をA/D変換開始時に第2電圧に設定して上記比較部に入力し、予め設定された第2レベル以上の画素信号のA/D変換のみを行い、
上記第1電圧は、被写体輝度が第1の値に対応する、上記第1の露光時間で撮影して得られる画素出力の値であり、
上記第2電圧は、被写体輝度が第2の値に対応する、上記第2の露光時間で撮影して得られる画素出力の値である、
ことを特徴とする撮像装置。 In an imaging device that combines image data with a wide dynamic range based on a plurality of image data with different exposure amounts,
An imaging device in which a large number of pixels for generating a pixel signal photoelectrically converted according to an exposure amount are arranged;
For each predetermined field time , a second exposure time that is smaller than the first exposure amount due to the first exposure amount according to the first exposure time and the second exposure time that is shorter than the first exposure time . An imaging control unit that performs imaging based on the exposure amount;
A comparison unit that compares the pixel signal generated from the image sensor with a reference signal that changes according to time, and a counter output that outputs a count value according to the time until the pixel signal matches the reference signal An A / D conversion control unit that performs A / D conversion on the pixel signal to convert the pixel signal into a digital value ;
An image processing unit that synthesizes image data of a wide dynamic range based on the image data obtained by the shooting,
Have
The A / D conversion control unit sets the reference signal to the first voltage at the end of the A / D conversion and inputs the first reference signal to the comparison unit when photographing based on the first exposure amount. When only A / D conversion of the pixel signal of the first level or less is performed and shooting is performed based on the second exposure amount, the reference signal is set to the second voltage at the start of A / D conversion. Input to the comparison unit, and perform only A / D conversion of a pixel signal of a second level or higher set in advance,
The first voltage is a pixel output value obtained by photographing with the first exposure time corresponding to the first value of the subject brightness,
The second voltage is a pixel output value obtained by photographing with the second exposure time, in which the subject brightness corresponds to the second value.
An imaging apparatus characterized by that.
上記A/D変換制御部は、上記第3の露光量に基づいて撮影を行うときは、上記参照信号を、A/D変換開始時に第3電圧に設定して、A/D変換終了時に第4電圧に設定して上記比較部に入力し、予め設定された第3レベルと予め設定された第4レベル画素信号の間のA/D変換のみを行い、
上記第3電圧は、被写体輝度が上記第2の値に対応する、上記第3の露光時間で撮影して得られる画素出力の値であり、
上記第4電圧は、被写体輝度が上記第1の値に対応する、上記第4の露光時なで撮影して得られる画素出力の値である、
ことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 The imaging control unit further includes a third exposure time that is a time between the first exposure time and the second exposure time, the first exposure amount and the second exposure amount. Shooting is performed based on the third exposure amount at the intermediate level,
The A / D conversion control unit sets the reference signal to the third voltage at the start of A / D conversion, and sets the reference signal at the end of the A / D conversion when shooting based on the third exposure amount . 4 is set to a voltage input to the comparator unit, have rows of a / D conversion only between the fourth-level pixel signal set in advance a preset third level,
The third voltage is a pixel output value obtained by photographing with the third exposure time, in which the subject brightness corresponds to the second value,
The fourth voltage is a value of a pixel output obtained by photographing without exposure at the time of the fourth exposure, in which the subject brightness corresponds to the first value.
The imaging apparatus according to claim 1.
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