JP6057630B2 - Imaging device - Google Patents

Imaging device Download PDF

Info

Publication number
JP6057630B2
JP6057630B2 JP2012200324A JP2012200324A JP6057630B2 JP 6057630 B2 JP6057630 B2 JP 6057630B2 JP 2012200324 A JP2012200324 A JP 2012200324A JP 2012200324 A JP2012200324 A JP 2012200324A JP 6057630 B2 JP6057630 B2 JP 6057630B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
conversion
exposure
image data
signal
pixel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2012200324A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2014057189A5 (en
JP2014057189A (en
Inventor
利雅 三浦
利雅 三浦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Corp filed Critical Olympus Corp
Priority to JP2012200324A priority Critical patent/JP6057630B2/en
Publication of JP2014057189A publication Critical patent/JP2014057189A/en
Publication of JP2014057189A5 publication Critical patent/JP2014057189A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6057630B2 publication Critical patent/JP6057630B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

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, Patent Document 1 discloses a continuous tone image by driving a solid-state imaging device at a normal n-fold speed and supplying n shutter pulses within one field period to finely control the shutter accumulation period. An output is obtained, and these image outputs are stored after being clipped to n field memories after being white clipped, and output in synchronization with the vertical synchronizing pulse VD, and then added by an adder, whereby an image having a wide dynamic range is obtained. Techniques for generating are described.

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 Patent Document 2, by changing the luminance value of a synthesis image necessary for generating a high-quality wide dynamic range image within one field period, not only during still shooting but also during moving image shooting. In addition, a technique for generating a high dynamic range image with high image quality for each field is described.

特開平9−200621号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-200261 特開2012−109849号公報JP 2012-109849 A

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, Patent Document 1 has a problem that power consumption increases when the solid-state imaging device is driven at a normal n-fold speed. Further, in Patent Document 2, if a high dynamic range image with high image quality is to be generated for each field even during moving image shooting, it is necessary to read out an image signal at a higher speed than during normal shooting, which increases power consumption. There was a problem.

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 invention 1 is based on a plurality of image data having different exposure amounts, in the imaging apparatus for synthesizing image data of a wide dynamic range, it is photoelectrically converted in accordance with an exposure amount An image sensor in which a large number of pixels for generating a pixel signal are arranged, a first exposure amount according to a first exposure time for each predetermined field time, and a time shorter than the first exposure time. An imaging control unit that performs imaging based on a second exposure amount that is smaller than the first exposure amount by a second exposure time, a pixel signal generated from the imaging element, and a reference signal that changes according to time A comparison unit for comparing, and a counter output unit for outputting a count value corresponding to a time until the pixel signal and the reference signal coincide with each other. Convert to value And A / D conversion control unit that includes a image processing unit for combining the image data with a wide dynamic range on the basis of the image data obtained by the photographing, the A / D conversion control unit, the first When shooting is performed based on the exposure amount, the reference signal is set to the first voltage at the end of the A / D conversion and is input to the comparison unit, and the A / D of the pixel signal below the preset first level is set. When only D conversion 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, and is input to the comparison unit . Only the A / D conversion of pixel signals of two or more levels is performed, and the first voltage is a pixel output value obtained by photographing with the first exposure time corresponding to the subject brightness corresponding to the first value. , The second voltage has a subject brightness corresponding to a second value, Is the value of pixel output obtained by photographing by light time.

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 invention 3 apparatus, the imaging apparatus according to the invention 1 and the present invention 2, the A / D converter control unit and performs A / D conversion of the double integration method.

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
Imaging according to the present invention 4 apparatus, in the imaging apparatus according to the invention 1, the image data generated by the image processing unit, further Ru comprising a display unit for displaying a moving image to be each the predetermined field time.

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.

本発明の実施形態1、実施形態2に共通の撮像装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the imaging device common to Embodiment 1 and Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施形態1、実施形態2に共通の撮像素子の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the image pick-up element common to Embodiment 1 and Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施形態1、実施形態2に共通の撮像素子の1画素の回路構成を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure of 1 pixel of the image pick-up element common to Embodiment 1 and Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施形態1、実施形態2に共通のA/D変換器の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the A / D converter common to Embodiment 1 and Embodiment 2 of this invention. 通常撮影において、撮像素子から1画素の信号を読み出してA/D変換を行なうときのタイミングチャートである。5 is a timing chart when a signal of one pixel is read from the image sensor and A / D conversion is performed in normal photographing. 本発明の実施形態1、実施形態2におけるアンダー露光撮影により、撮像素子から1画素の信号を読み出してA/D変換を行なうときのタイミングチャートである。6 is a timing chart when a signal of one pixel is read from the image sensor and A / D conversion is performed by underexposure shooting in the first and second embodiments of the present invention. 本発明の実施形態1、実施形態2におけるオーバー露光撮影により、撮像素子から1画素の信号を読み出してA/D変換を行なうときのタイミングチャートである。6 is a timing chart when a signal of one pixel is read from an image sensor and A / D conversion is performed by overexposure shooting in Embodiments 1 and 2 of the present invention. 本発明の実施形態2における標準露光撮影により、撮像素子から1画素の信号を読み出してA/D変換を行なうときのタイミングチャートである。It is a timing chart when the signal of 1 pixel is read from an image sensor, and A / D conversion is performed by standard exposure photography in Embodiment 2 of the present invention. 通常撮影時の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である。6 is a timing chart showing the relationship between a field synchronization signal and a pixel selection signal φS during normal shooting. 本発明の実施形態1、実施形態2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である。6 is a timing chart showing a relationship between a field synchronization signal and a pixel selection signal φS in Embodiments 1 and 2 of the present invention. 本発明の実施形態1における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。It is a figure which shows the relationship between the image data image | photographed by the underexposure in Embodiment 1 of this invention, and the image data image | photographed by overexposure, and object brightness | luminance. 本発明の実施形態1における広ダイナミックレンジ画像データの合成処理の概念図である。It is a conceptual diagram of the synthetic | combination process of wide dynamic range image data in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施形態2における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の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the image data image | photographed by the image data image | photographed by the underexposure in Embodiment 2 of this invention, the image data image | photographed by the standard exposure, and the overexposure, and object brightness | luminance. 本発明の実施形態2における広ダイナミックレンジ画像データの合成処理の概念図である。It is a conceptual diagram of the synthetic | combination process of wide dynamic range image data in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施形態1における撮像装置の全体的な動作の流れを示す図である。It is a figure which shows the flow of the whole operation | movement of the imaging device in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施形態2における撮像装置の全体的な動作の流れを示す図である。It is a figure which shows the flow of the whole operation | movement of the imaging device in Embodiment 2 of this invention.

[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 lens 101, a motor 102 that drives the lens 101, a focus control unit 103, an aperture mechanism 104, a motor 105, an aperture control unit 106, a shutter mechanism 107, a plunger 108, a plan, Jar control unit 109, image sensor 110, AE processing unit 112, AF processing unit 113, image processing unit 114, LCD driver 115, LCD 116, nonvolatile memory 117, built-in memory 118, and compression / decompression A unit 119, a removable memory 120, a CPU 121, an input unit 122, a power source unit 123, and a data bus 124.

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 lens 101 is for forming an optical image of a subject on the image sensor 110. The motor 102 drives the lens 101. The focus control unit 103 is for driving the lens 104 to the in-focus position by the motor 102. The aperture mechanism 104 limits the aperture diameter of the subject light beam that has passed through the lens 101. The motor 5 drives the diaphragm mechanism 104 so that the diaphragm has a predetermined size. The aperture control unit 106 controls the motor 105. The shutter mechanism 107 is for opening and closing the shutter to allow the subject light to pass or shield the image sensor 110. The plunger 108 is for driving the shutter mechanism 107. The plunger control unit 109 is for driving and controlling the plunger 108.

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 imaging element 110 is for converting an optical image received on the imaging surface into an electrical signal and generating an image signal. The image sensor 110 includes an A / D converter 203 (see FIG. 2) arranged for each pixel column. The analog image signal read from each pixel of the image sensor 110 is converted into a digital signal by the A / D converter 203, and the digital image data (hereinafter, a digital signal corresponding to an analog “image signal”) is output from the image sensor 110. Is simply referred to as “image data”). The AE processing unit 112 calculates an exposure time and an aperture value so that the exposure level is appropriate.

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 AF processing unit 113 detects the focus state of the subject based on the high frequency component of the image data output from the image sensor 110. The image processing unit 114 performs various types of image processing such as synchronization processing of image data read from the image sensor 110, gradation conversion processing, white balance adjustment, edge processing, and wide dynamic range image data synthesis processing. The LCD 116 is for displaying a captured wide dynamic range image and other information. The LCD driver 115 is for driving the LCD 116. The nonvolatile memory 117 is for storing various programs and user setting data. The built-in memory 118 is a memory capable of high-speed writing / reading, and temporarily stores image data read from the image sensor 110. The built-in memory 118 is used as a work memory for various processes in the image processing unit 114.

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 / decompression unit 119 is for performing decompression processing for compressing the image data and returning the compressed image data to the image data before compression. The detachable memory 120 is a non-volatile memory such as a card memory for recording image data, and is detachable from the camera. The CPU 121 is for overall control of the entire imaging apparatus. The CPU 121 has a function as an imaging control unit that controls the exposure amount in moving image shooting and still image shooting and controls the imaging timing. Further, the CPU 121 constitutes a part of the A / D conversion control unit. The input unit 122 is for inputting instructions for various operations such as various mode settings and release operations of the imaging apparatus. The power supply unit 123 is for supplying power to the entire imaging apparatus. The data bus 124 is a bus line for transmitting / receiving various data.

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 image sensor 110. In the imaging unit 201, pixels P11 to Pmn of n rows and m columns are arranged. A column parallel A / D conversion type A / D converter 203 (A / D1 to A / Dm) is arranged corresponding to each pixel column. The vertical scanning circuit 204 is connected to each pixel row, selects pixels sequentially for each row from the pixel row 1 to the pixel row n, and outputs the selected pixel signal to the A / D converter. This is a circuit for outputting scanning signals (φS, φR, φT). The vertical scanning circuit control unit 205 is a control circuit that is connected to the vertical scanning circuit 204 and controls the timing at which a vertical scanning signal is output to each pixel row. Note that the vertical scanning circuit control unit 205 may cause the CPU 121 to have part or all of the functions.

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 wave generation circuit 206 is a circuit that outputs a stepped ramp wave necessary for column-parallel digital CDS (Correlated Double Sampling) A / D conversion. The A / D converter 203 is connected to the horizontal readout circuit 207. The horizontal readout circuit 207 is a circuit for converting the image data output from the A / D converter 203 in parallel for each pixel row into a serial signal and outputting the serial signal to the outside of the image sensor 110. The A / D converter 203 and the ramp wave generation circuit 206 constitute a part of the A / D conversion control unit. Details of the A / D conversion will be described later.

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 image sensor 110 shown in FIG. In FIG. 3, PD (Photo Diode) is a photoelectric conversion unit, and FD (Floating Diffusion) is a signal storage unit that temporarily holds photocharges generated by the photoelectric conversion unit PD. Here, the signal storage unit FD is shielded from light so that the signal held in the signal storage unit FD does not change even when light is incident on the pixel unit 202.

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 / D converter 203 will be described with reference to FIG. The basic configuration of the A / D converter 203 is a known as a column parallel digital CD S scheme (e.g., technical literature: CX-PAL71 No., listed on Sony Corporation).

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L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 / D converter 203 includes a comparator 401, a latch circuit 402, and a counter 403. The input of the comparator 401, and the vertical signal line Lv for transmitting a signal V SF which is accumulated in the FD in FIG. 2, outputs the reference signal V RAMP to be compared with the pixel signal V SF of the vertical signal line L V Connected to the signal line. The latch circuit 402 is connected to a counter output unit for outputting the count value of the counter 403 and an output unit of the comparator 401. The counter 403, a signal line for supplying a counter clock signal phi signal CTCK, counter 403 signal line for supplying a counter reset signal phi CR for resetting the and the up-counter the counter 403, or any of the down counter whether the signal line for supplying a count direction signal phi UD to switch to is connected.

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 circuit control unit 205 and the vertical scanning circuit 204. The ramp wave generation circuit 206, the vertical operation circuit control unit 205, and the vertical scanning circuit 204 constitute a part of the A / D conversion control unit.

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 memory 118 as overexposure image data.

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 memory 118 as underexposure image data.

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 memory 118, image data obtained by underexposure undergoes a predetermined level conversion described later. Next, the image processing circuit 114 performs image processing for synthesizing wide dynamic range image data, which will be described later, based on the image data by underexposure and the image data by overexposure.

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 image processing circuit 114 is subjected to compression processing by the compression / decompression unit 119 and then recorded in the removable memory 120. An image corresponding to the wide dynamic range image data synthesized by the image processing circuit 114 is displayed on the LCD 116.

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 / D variant exchanger 203 in this embodiment described below, shows the operation of the A / D converter 203 at the time of normal photographing.

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 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 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 comparator 401. When the pulse of the pixel reset signal phi R is applied to the gate of the transistor Tr4, a voltage signal accumulation unit FD is reset to the voltage VDD. V SF of FIG. 5 is increased to simultaneously reset voltage and the application of phi R.

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 / D converter 203 to a counter reset signal phi CR is applied, the counter 403 is reset (count value is 0) is the. At this time, the count direction signal φ UD is set to the down count. Next, the counter clock signal φ CTCK is output to the counter 403, and at the same time, a stepped ramp wave as the reference signal V RAMP is supplied to the other input of the comparator 401. The counter 403 starts down-counting, and digital data (counter output) representing the count number is output to the latch circuit 402. When the reference signal V RAMP decreases with time and coincides with V SF , the output φ COUT of the comparator 401 is inverted. Next, in response to this change in VCOUT, the counter 403 stops counting. Here, the counter 403 holds the count value finally counted. The digital data held in this counter corresponds to the reset signal VRST .

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 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 comparator 401 becomes substantially synchronous with inverted "H" level to the phi R. Subsequently, when the reference signal V RAMP decreases with time and coincides with V SF , the output φ COUT of the comparator 401 is inverted. The latch circuit 402 receives the inversion of the output signal of the comparator 401 and latches digital data representing the count number of the counter 403. Further, the counting operation of the counter 402 is stopped. Here, the digital data latched by the latch circuit 402 corresponds to addition data of the pixel signal V SIG and the reset signal V RST .

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 latch circuit 402 corresponds to the pixel signal V SIG obtained by subtracting V RST from the addition data of the pixel signal V SIG and the reset signal V RST. Is equal to the digital pixel data. Then, the pixel data latched by the latch circuit 402 is converted into serial data from the image sensor 110 together with pixel data of the same line in other columns via the horizontal readout circuit 207 (see FIG. 1) of the image sensor. Read out. The A / D conversion method described above is generally called a double integration method.

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 image processing unit 114, and then displayed on the LCD 116 as a moving image, or compressed by the compression / decompression unit 119. Is recorded in the removable memory 120 as moving image data or still image data.

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 / D variant exchanger 203 It is a chart. Since the basic operation of FIG. 6 is the same as that of FIG. 5, only the differences from FIG. 5 will be described below.

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 ramp generation circuit 206 sets the voltage of V RAMP at the start of up-counting to a value lower by V START1 than the voltage at the time of normal photographing in FIG. Now, it is assumed that the down-counting is completed in the same manner as in FIG. 5, and the counter 403 holds a count value corresponding to the reset signal VRST . Next, when the reference signal V RAMP decreases with time and this V RAMP and V SF match, the output φ COUT of the comparator 401 is inverted. In response to the inversion of this signal, the latch circuit 402 latches digital data representing the count number of the counter 403. Further, the counting operation of the counter 402 is stopped.

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 latch circuit 402 is converted into serial data and read out from the image sensor 110 together with the pixel data of the same line in other columns through the horizontal readout circuit 207 (see FIG. 1) of the image sensor. .

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 latch circuit 402, the pixel signal V SIG is V START1 Hereinafter 0, the pixel signal V SIG is V START1 or more, V SF (= It is equal to pixel data (= V SIG -V START1 ) obtained by subtracting V START1 + V RST from V SIG + V RST ).

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、 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 composition processing circuit 114 keeps the output data of the A / D converter 203 when it is 0, and sets the digital value corresponding to V START1 for the other data. Data conversion processing to be added is performed. Thereby, a correct pixel signal V SIG of a pixel that outputs V SF larger than V START1 can be obtained. A thick solid line (underexposure) in FIG. 11 for explaining an image composition process to be described later indicates the relationship between the image data V SIG_AD on which the level conversion of this data has been performed and the subject brightness. For example, 12-bit MSB of the A / D converter, 1V input analog voltage of the A / D converter corresponding to the MSB, the the V START1 and 0.3V, digital values corresponding to V START1 is 2 ^ 12 * 0.3 / 1 = 1229, and the downcount time is shortened by about 30% compared to normal shooting.

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 memory 118.

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 / D converter 203 when photographing with exposure larger than the standard exposure based on the APEX calculation (hereinafter referred to as “overexposure”). Since the basic operation of FIG. 7 is the same as that of FIG. 5, only the differences from FIG. 5 will be described below.

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 comparator 401 is inverted when the reference signal V RAMP decreases with time and coincides with V SF . The latch circuit 402 receives the inversion of the output signal of the comparator 401 and latches digital data representing the count number of the counter 403. Further, the counting operation of the counter 402 is stopped. On the other hand, when the signal V SF which is accumulated in the FD is greater than V END1 is, when the V RAMP reaches V END1, the ramp generating circuit 206, obtained forcibly taken pixel signal V SIG is a V RAMP Set to a value greater than the maximum value. Then, the output φ COUT of the comparator 401 is forcibly inverted, whereby the counter output of the counter 403 is latched by the latch circuit 402.

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 latch circuit 402 is converted into serial data and read out from the image sensor 110 together with the pixel data of the same line in other columns through the horizontal readout circuit 207 (see FIG. 1) of the image sensor. .

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 latch circuit 402 is a pixel signal obtained by subtracting V SF (the sum of the pixel signal V SIG and the reset signal V RST ) and V RST. Equal to V SIG . Incidentally, when V SF is V END1 larger value, forcibly V SF the latch circuit 402 is count value corresponding to a certain V END1 is latched.

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、 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 / D converter 203 in FIG. 7, when V SF is less than V END1 is image data corresponding to V SIG, when V SF is greater than V END1 is commensurate with V END1 Image data. A thin solid line ( overexposure ) in FIG. 11 for explaining an image composition process to be described later indicates a relationship between the image data V SIG_AD subjected to the A / D conversion as described above and the subject luminance. For example, 12-bit MSB of the A / D converter, 1V input analog voltage of the A / D converter corresponding to the MSB, the the V END1 to 0.6V, digital values corresponding to V END1 is 2 ^ 12 * 0.6 / 1 = 2458, and the up-count time is shortened to about 60% of the normal shooting time.

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 memory 118. Then, the image processing circuit 114 combines the image data generated by the underexposure shooting stored in the built-in memory 118 and the image data generated by the overexposure shooting to synthesize a wide dynamic range image described below. Processing is performed.

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 / decompression unit 119 and then recorded in the removable memory 120. The image data converted according to the curve (b) in FIG.

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, Embodiment 2 of the present invention will be described.

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 / D converter 203 when photographing with standard exposure based on the APEX operation. In the present embodiment, standard exposure shooting is performed in addition to the overexposure shooting and underexposure shooting in the first embodiment, and image data of a portion having an intermediate luminance distribution of the subject is generated in the standard exposure shooting. In a standard-exposure shooting, the signal V SF which is accumulated in the FD is, counts up the signal only between V END2 from V START2. Starting operation of the up count, except in this embodiment is a V START2 whereas the initial values of V RAMP in Embodiment 1 was V START1, A in the under-exposure shooting in Embodiment 1 / This is the same as the D conversion operation. Further, the operation at the end of the up-count is the same as that of the first embodiment except that the value of V RAMP at the end of the up-count is V END1 in the first embodiment, but is V END2 in the present embodiment. This is the same as the A / D conversion operation in exposure photography.

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 memory 118. Then, the image processing circuit 114 uses the image data read by the underexposure shooting stored in the built-in memory 118, the image data read by the standard exposure shooting, and the image data read by the overexposure shooting. The image processing for synthesizing the wide dynamic range image data is performed by the image synthesizing processing described below.

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 image processing circuit 114 as described in the first embodiment. As a result, it is 0 when V SIG is V START1 or less (subject brightness is BV STRT1 or less). Further, when V SIG is equal to or higher than V START1 , when the subject brightness is BV START1 , V SIG_AD = V START1 is used as a base point and increases in proportion to the subject brightness.

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 removable memory 120 after being compressed by the compression / decompression unit 119. The image data converted according to the curve (b) in FIG. 14 is displayed on the LCD 116 via the LCD driver 115.

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 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 SYMBOLS 101 ... Lens 102 ... Motor 103 ... Focus control part 104 ... Aperture mechanism 105 ... Motor 106 ... Aperture control part 107 ... Shutter mechanism 108 ... Plunger 109 ... Plunger control part 110 ... Imaging element 112 ... AE process part 113 ... AF process Part 114: Image processing part 115 ... LCD driver 116 ... LCD
117: Non-volatile memory 118 ... Built-in memory 119 ... Compression / decompression unit 120 ... Detachable memory 121 ... CPU
122 ... Input unit 123 ... Power supply unit 124 ... Data bus

Claims (4)

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、
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.
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ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の撮像装置。 The A / D conversion control section imaging apparatus according to claim 1 or claim 2, characterized in that for performing A / D conversion of the double integration method. 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たことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 The imaging apparatus according to claim 1, further comprising a display unit that displays the image data generated by the image processing unit as a moving image for each predetermined field time .
JP2012200324A 2012-09-12 2012-09-12 Imaging device Active JP6057630B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012200324A JP6057630B2 (en) 2012-09-12 2012-09-12 Imaging device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012200324A JP6057630B2 (en) 2012-09-12 2012-09-12 Imaging device

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2014057189A JP2014057189A (en) 2014-03-27
JP2014057189A5 JP2014057189A5 (en) 2015-10-08
JP6057630B2 true JP6057630B2 (en) 2017-01-11

Family

ID=50614150

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012200324A Active JP6057630B2 (en) 2012-09-12 2012-09-12 Imaging device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6057630B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3319013A1 (en) 2016-11-03 2018-05-09 Thomson Licensing Method and device for estimating cast shadow regions and/or highlight regions in images
JP7129264B2 (en) 2018-08-03 2022-09-01 キヤノン株式会社 Imaging device

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05316413A (en) * 1992-05-12 1993-11-26 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Image pickup device
JP4929090B2 (en) * 2007-07-26 2012-05-09 パナソニック株式会社 Solid-state imaging device and driving method thereof
JP2009152669A (en) * 2007-12-18 2009-07-09 Sony Corp Imaging apparatus, imaging processing method and imaging control program
JP4831146B2 (en) * 2008-09-01 2011-12-07 ソニー株式会社 Digital-analog conversion circuit, solid-state imaging device, and imaging apparatus
JP2012095218A (en) * 2010-10-28 2012-05-17 Canon Inc Imaging apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
JP2014057189A (en) 2014-03-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5422745B2 (en) Imaging apparatus and imaging method
EP1156673B1 (en) Image input apparatus
JP4208904B2 (en) Imaging apparatus, control method therefor, and imaging system
JP6278713B2 (en) Imaging apparatus and imaging method
JP2015109503A (en) Image sensor and operation method of image sensor, imaging apparatus, electronic apparatus and program
JP6082274B2 (en) Imaging apparatus and control method thereof
JP2010147816A (en) Imaging apparatus and control method thereof
US11290648B2 (en) Image capture apparatus and control method thereof
JP2010074535A (en) Photographing apparatus and photographing method
JP6762710B2 (en) Imaging device and its control method
US20180220058A1 (en) Image capture apparatus, control method therefor, and computer-readable medium
JPH11168659A (en) Electronic camera
JP6750852B2 (en) Imaging device and method for controlling imaging device
JP2007173986A (en) Imaging apparatus and control method thereof, computer program, and storage medium
JP6057630B2 (en) Imaging device
JP2013146001A5 (en)
JP2013146001A (en) Image pickup device
JP2014057189A5 (en)
US11368610B2 (en) Image capture apparatus and control method therefor
JP2000013685A (en) Image pickup device
JP2004080380A (en) Solid-state image pickup device and method for adjusting output corresponding to sensitivity of light receiving element
JP2015109502A (en) Image sensor and operation method of image sensor, imaging apparatus, electronic apparatus and program
JP2020057883A (en) Imaging apparatus
JP2014171207A (en) Imaging apparatus and control method therefor
US11539903B2 (en) Imaging apparatus and method of controlling the same and non-transitory computer-readable storage medium

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20150423

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20150825

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20150825

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20150825

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20160613

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160624

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160818

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20161114

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20161206

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6057630

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250