JP7234015B2 - Imaging device and its control method - Google Patents
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Description
本発明は、撮像装置およびその制御方法に関する。 The present invention relates to an imaging device and its control method.
デジタルカメラなどの撮像装置を用いて、非常に明るい環境下で撮影する場合に、撮像光学系の透過率を下げることで、撮像素子に入射する光量を低下させて撮影する撮影方法が知られている。この撮影方法は、明るい環境下であっても、撮像素子の飽和を防ぎながら、絞りを開いて被写界深度の浅い被写体表現を実現すること、又は長秒露光を行って、例えば滝等の被写体の動いた軌跡を表現することを目的とする。この撮影方法には、従来は、NDフィルタ等の光学フィルタが用いられていた。 2. Description of the Related Art There is a well-known shooting method that reduces the amount of light incident on an image sensor by reducing the transmittance of an imaging optical system when shooting in a very bright environment using an imaging device such as a digital camera. there is This shooting method is to realize a subject expression with a shallow depth of field by opening the aperture while preventing the saturation of the image sensor even in a bright environment, or by performing a long exposure to create a scene such as a waterfall. The purpose is to express the trajectory of the subject's movement. Conventionally, an optical filter such as an ND filter has been used in this imaging method.
特許文献1は、光電変換部で変換された電荷を蓄積部に複数回転送し、複数回転送された電荷をまとめて蓄積することで、露光時間、露光量などの条件を変化させる撮像装置を開示している。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-200002 discloses an imaging device that transfers charges converted by a photoelectric conversion unit to a storage unit multiple times and accumulates the transferred charges collectively, thereby changing conditions such as exposure time and exposure amount. disclosed.
特許文献1が開示する撮像装置を適用し、露光を分割して短時間の蓄積を断続的に行うことで、光学フィルタを用いずに光量調整すること(電子ND)が可能となる。また、動画撮影においては、1フレーム期間において、短い蓄積期間を1フレーム期間に均等に分散させ、複数回まとめて蓄積することで、光学フィルタを用いずに光量調整を可能としつつ、パラパラ感の無い自然な動画を得ることができる。
By applying the imaging apparatus disclosed in
特許文献1が開示する装置を利用した電子NDによる撮影では、一回の露光を分割して行うので、露光ごとにメモリへ情報転送する際に、キャリアが消失してしまう。したがって、露光比率から求められる理想的な輝度情報に対して、誤差が発生する。なお、輝度情報とは、輝度を信号情報に変換した情報である。上記の輝度情報の誤差は、被写体輝度が低い場合、または露光の分割数が多い場合に大きくなる。また、上記電子NDによる撮影では、また、光量低下後の画像しか得られないので、被写体の輝度情報の変化と、上記の輝度情報の誤差とを区別できず、輝度情報の誤差を検出することが困難である。本発明は、露光を分割した撮影で得られる画像を、輝度情報に関して高精度に補正することが可能な撮像装置の提供を目的とする。 In electronic ND photography using the apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-200003, one exposure is divided, so the carrier disappears when information is transferred to the memory for each exposure. Therefore, an error occurs with respect to the ideal luminance information obtained from the exposure ratio. The luminance information is information obtained by converting luminance into signal information. The error in the above luminance information increases when the subject luminance is low or when the number of exposure divisions is large. Also, in the photographing by the electronic ND, since only an image after the amount of light is reduced can be obtained, it is impossible to distinguish between the change in the brightness information of the object and the above-described error in the brightness information, and it is difficult to detect the error in the brightness information. is difficult. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an imaging apparatus capable of highly accurately correcting luminance information of an image obtained by photographing with divided exposure.
本発明の一実施形態の撮像装置は、第1の分割数で時分割した露光による撮像で第1の画像を取得し、第2の分割数で時分割した露光による撮像で第2の画像を取得する撮像手段と、前記第1の画像と前記第2の画像との輝度情報の差に応じて、前記撮像手段による撮像で得られる前記第1の画像を補正する制御を行う制御手段と、を備える。 An imaging apparatus according to an embodiment of the present invention acquires a first image by imaging by time-division exposure with a first division number, and acquires a second image by imaging by time-division exposure with a second division number. imaging means for acquiring; control means for performing control for correcting the first image obtained by imaging by the imaging means according to the difference in luminance information between the first image and the second image; Prepare.
本発明の撮像装置によれば、露光を分割した撮影で得られる画像を、輝度情報に関して高精度に補正することが可能となる。 According to the image pickup apparatus of the present invention, it is possible to correct the luminance information of an image obtained by photographing with divided exposures with high accuracy.
(第1実施形態)
図1は、本実施形態の撮像装置の外観を示す図である。
図1に示す撮像装置は、デジタルカメラである。図1(A)は、撮像装置の正面を示す。図1(B)は、撮像装置の背面を示す。本体部151は、撮像装置の本体であり、内部に撮像素子、シャッタ装置、記録媒体等を収納している。撮像光学系152は、内部に絞り、レンズを有している。可動式の表示部153は、撮影情報や画像等の各種情報を表示する。表示部153は、ダイナミックレンジの広い映像もその輝度範囲を抑制することなく表示できるだけの表示輝度範囲を有している。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing the appearance of an imaging device according to this embodiment.
The imaging device shown in FIG. 1 is a digital camera. FIG. 1A shows the front of the imaging device. FIG. 1B shows the rear surface of the imaging device. The
スイッチST154は、主に静止画の撮影を行うために使用する操作部材である。スイッチMV155は、動画撮影を開始および停止するために用いられる操作部材である。撮影モード選択レバー156は、撮影モードを選択するために用いられる操作部材である。メニュー釦157は、撮像装置の機能設定を行う動作モード(機能設定モード)へ移行するために用いられる操作部材である。アップダウンスイッチ158、159は、各種の設定値を変更するために用いられる操作部材である。ダイアル160は、各種の設定値を変更するために用いられる操作部材である。再生ボタン161は、本体部151に収納されている記録媒体に記録されている映像を表示部153上で再生する動作モード(再生モード)へ移行するために用いられる操作部材である。
The switch ST154 is an operation member mainly used for shooting still images. A switch MV155 is an operation member used to start and stop moving image shooting. A shooting
図2は、撮像装置の機能ブロック図の一例である。
撮像装置は、撮像光学系152乃至無線I/F198を有する。撮像光学系152は、被写体の光学像を撮像素子184に結像させる。撮像素子184は、撮像光学系152を介して結像された被写体の光学像を電気的な映像信号に光電変換する。光軸180は、撮像光学系152の光軸である。絞り181は、撮像光学系152を通る光の量を調節する。絞り制御部182は、絞り181を制御する。光学フィルタ183は、撮像素子184に入射する光の波長、および撮像素子184に伝達する空間周波数を制限する。撮像素子184は、Ultra High Definition Televisionの規格を満たすに十分な画素数、信号読み出し速度、色域、ダイナミックレンジを有している。デジタル信号処理部187は、撮像素子184から出力されたデジタル映像データに各種の補正を行った後に、映像データを圧縮する。タイミング発生部189は、撮像素子184、デジタル信号処理部187に各種タイミング信号を出力する。
FIG. 2 is an example of a functional block diagram of an imaging device.
The imaging device has an imaging
システム制御CPU178は、各種演算と撮像装置全体を制御する。映像メモリ190は、画像データ(映像データ)を一時的に記憶する。表示I/F191は、映像を表示部153に表示するためのインタフェースである。記録媒体193は、映像データや付加データ等を記録するための記憶手段である。記録媒体193は、例えば着脱可能な半導体メモリ等である。記録I/F192は、記録媒体193にデータを記録、または記録媒体193からのデータの読み出しを行うためのインタフェースである。外部I/F196は、外部コンピュータ197等と通信するためのインタフェースである。プリントI/F194は、映像をプリンタ195に出力するためのインタフェースである。無線I/F198は、ネットワーク199と通信するためのインタフェースである。スイッチ入力部179は、スイッチST154、スイッチMV155等の複数の操作部材を含む。
A
図3は、撮像素子の構成の一例を示す図である。
撮像素子184は、2次元に配列された光電変換部(フォトダイオード)を有する複数の画素(画素部)を備える。図3では、撮像素子184が有する複数の画素部のうち、1行1列目(1,1)の画素部と最終行であるm行1列目(m、1)の画素部が示される。1行1列目(1,1)の画素部と、m行1列目(m、1)の画素部の構成は同じなので、構成要素は同じ番号で付番している。
FIG. 3 is a diagram showing an example of the configuration of an imaging device.
The
1つの画素部は、フォトダイオード500、第1の転送トランジスタ501A、第1の信号保持部507A、第2の転送トランジスタ502A、第3の転送トランジスタ501B、第2の信号保持部507B、第4の転送トランジスタ502Bを有する。すなわち、画素部は、図3に示す例では、1つのフォトダイオード500に対して複数(例えば2つ)の信号保持部507A、507Bを有している。信号保持部を有する撮像素子184の基本構造は、特許文献1にて開示されているので説明は省略する。
One pixel portion includes a
また、画素部は、第5の転送トランジスタ503と、フローティングディフュージョン領域508と、リセットトランジスタ504と、増幅トランジスタ505と、選択トランジスタ506とを有する。
The pixel portion also includes a
第1の転送トランジスタ501Aは、転送パルスφTX1Aで制御される。第2の転送トランジスタ502Aは、転送パルスφTX2Aで制御される。第3の転送トランジスタ501Bは、転送パルスφTX1Bで制御される。また、第4の転送トランジスタ502Bは、転送パルスφTX2Bで制御される。また、リセットトランジスタ504は、リセットパルスφRESで制御される。選択トランジスタ506は、選択パルスφSELで制御される。また、第5の転送トランジスタ503は、転送パルスφTX3で制御される。各制御パルスは、不図示の垂直走査回路から送出される。また、520、521は電源線を示し、523は信号出力線を示す。
The
図4は、撮像素子における蓄積および読み出しを説明する図である。
図4を参照して、撮像素子が有する全ての画素部から画像信号を読み出す全画素読み出しモードでの動作を説明する。撮像素子の蓄積は、フォトダイオード500で発生した電荷を信号保持部507A、507Bに転送することである。また、画像信号の読み出しは、信号保持部507A、507Bに保持された電荷をフローティングディフュージョン領域508を介して撮像素子184の外部に出力することである。
FIG. 4 is a diagram for explaining accumulation and readout in the image sensor.
The operation in the all-pixel readout mode for reading out image signals from all the pixel units of the image sensor will be described with reference to FIG. Accumulation of the image sensor is to transfer the charge generated in the
図4において、横軸は、時間経過を示す。横軸方向は、全ての画素信号が連続的に取り込まれる様子を示す。また、縦軸は、垂直走査の順番を示す。図中では便宜的に8行が示されるが、実際の撮像素子は、数千行を有するので、最終行をm行としている。縦軸方向は、1行目からm行目まで1行ごとに順次走査されている様子を示す。図中の斜めの実線で囲われている時間Tfは、一行ごとの電荷の蓄積時間を示している。破線は、蓄積された電荷の読み出しを示している。 In FIG. 4, the horizontal axis indicates the passage of time. The horizontal axis indicates how all pixel signals are captured continuously. The vertical axis indicates the order of vertical scanning. Although eight rows are shown in the drawing for the sake of convenience, since the actual imaging device has several thousand rows, the last row is m rows. The direction of the vertical axis indicates that the lines are sequentially scanned line by line from the first line to the m-th line. The time Tf enclosed by the oblique solid line in the figure indicates the charge accumulation time for each row. The dashed line indicates the readout of the accumulated charge.
図5は、撮像素子からの画素数の間引き動作を説明する図である。
間引き動作は、撮像素子から画素数を間引いて画像信号を読み出す動作である。一般に、再生された動画に一種のコマ送り的なパラパラ感があると品位が大きく失われてしまう。動画にパラパラ感が出ないようにするためには、一連の撮影において、1フレーム期間に近い蓄積時間を設定する必要がある。すなわち、フレームレートが30フレーム/秒の場合に、1/30秒といった蓄積時間が適切となる。数千行の画素を有する撮像素子において、画像を蓄積し、全ての行で読み出しを実行する場合、読み出しにかかる時間を少なくするために、画素数を間引いて読み出すことが行われる。
FIG. 5 is a diagram for explaining the operation of thinning out the number of pixels from the image sensor.
The thinning operation is an operation of thinning out the number of pixels from the image sensor and reading out an image signal. In general, if a reproduced moving image has a kind of frame-by-frame flicker, the quality of the moving image is greatly lost. In order to prevent moving images from appearing jerky, it is necessary to set an accumulation time close to one frame period in a series of shootings. That is, when the frame rate is 30 frames/second, an accumulation time of 1/30 seconds is appropriate. In an imaging device having several thousand rows of pixels, when an image is stored and all rows are read out, the number of pixels is thinned out and read out in order to reduce the time required for readout.
図5において、横軸は、時間経過を示し、縦軸は、垂直走査の順番を示す。飛び越し走査の行数は、一撮影周期中に動作が完了するように設定されている。図5に示す例では、ハッチングを施していない行が動画読み出し行、ハッチングを施した行が間引き行である。読み出し行と、間引き行の関係を、フレームレートによって変化させてもよい。 In FIG. 5, the horizontal axis indicates the passage of time, and the vertical axis indicates the order of vertical scanning. The number of lines of interlaced scanning is set so that the operation is completed within one imaging cycle. In the example shown in FIG. 5, unhatched rows are moving image readout rows, and hatched rows are thinning rows. The relationship between readout rows and thinned rows may be changed according to the frame rate.
例えば、読み出し行から取得される画像信号に係る画像を、本画像(第1の画像)とする。本画像は、表示または記録のために出力される画像である。本画像が取得される行をna行とする。すなわち、全てのna行を合わせた領域(第1の領域)に含まれる画素部から本画像が取得される。また、例えば、間引き行から取得される画像信号に係る画像を、参照画像(第2の画像)とする。参照画像は、輝度情報の差を検知するために用いられる画像である。参照画像が取得される行をnb行とする。すなわち、全てのnb行を合わせた領域(第2の領域)に含まれる画素部から参照画像が取得される。 For example, the image associated with the image signal acquired from the readout row is assumed to be the main image (first image). This image is an image output for display or recording. The row from which the main image is acquired is assumed to be na row. That is, the main image is acquired from the pixel portion included in the area (first area) including all the na rows. Also, for example, an image related to an image signal acquired from a thinned row is set as a reference image (second image). A reference image is an image used to detect differences in luminance information. Let the row from which the reference image is acquired be nb rows. That is, the reference image is acquired from the pixel portion included in the area (second area) including all nb rows.
図6は、撮像素子の第1の駆動シーケンスを示すタイミングチャートの一例である。
シャッタ速度1/30秒の設定で動画撮影を行うことを想定する。撮像装置は、1フレーム中での蓄積(露光)を第1の分割数(図6では8)で分割(時分割)し、第1の分割数で時分割された露光に係る各々の分割露光時間で蓄積を行う。撮像装置は、1フレームで蓄積を8回加算することで、本画像に係る画像信号を得る。この例では、第1の分割数は、後述する第2の分割数より大きい値に初期設定される。
FIG. 6 is an example of a timing chart showing the first driving sequence of the imaging device.
Assume that a moving image is shot with a shutter speed of 1/30 second. The imaging device divides (time-divisions) the accumulation (exposure) in one frame by a first division number (8 in FIG. 6), and each divided exposure related to the exposure time-divided by the first division number Accumulate over time. The imaging device obtains an image signal related to the main image by performing eight accumulations in one frame. In this example, the first division number is initialized to a larger value than the second division number, which will be described later.
撮像素子184は、図5に示すように、垂直方向に複数行の画素列がある。図6には、図5に示す第na行に関する制御動作のタイミングが示される。この制御動作と同様の制御動作が水平同期信号φHにより垂直方向に走査されることで、撮像素子184の全画素の蓄積動作が行われる。
As shown in FIG. 5, the
垂直同期信号φVの立ち上がり時刻t1は、1撮影周期(撮影期間)すなわち1フレームが開始される時刻を示す。1フレームが開始されるt1から画像信号が読み出されるt6までの時間である1/30秒が、1撮影周期に相当する。撮影条件としては、1/30秒の1撮影周期中に行われる1/960秒の露光を8回蓄積、加算することにより、NDフィルタを使用した場合と等価な1/120秒相当の露光量が得られる。1撮影周期中において、タイミング発生部189及びシステム制御CPU178によって、撮像素子184が制御される。
The rise time t1 of the vertical synchronization signal φV indicates the time when one shooting cycle (shooting period), that is, one frame starts. 1/30 second, which is the time from t1 at which one frame is started to t6 at which the image signal is read, corresponds to one imaging cycle. As for the shooting conditions, 8 exposures of 1/960 seconds are accumulated and added during one shooting cycle of 1/30 seconds to obtain an exposure amount equivalent to 1/120 seconds, which is equivalent to using an ND filter. is obtained. The
時刻t1において、垂直同期信号φVがハイレベルになり、同時に水平同期信号φH
がハイレベルになる。時刻t2において、第na行の転送パルスφTX2A(na)が、ハイレベルとなると、第na行の第2の転送トランジスタ502Aがオンとなる。このとき、既に全行のリセットパルスφRES(na)がハイレベルになり、リセットトランジスタ504がオン状態になっているので、第na行のフローティングディフュージョン領域508、第1の信号保持部507Aがリセットされる。なお、時刻t2には、第na行の選択パルスφSEL(na)は、ローレベルになっている。
At time t1, the vertical synchronizing signal φV becomes high level, and at the same time, the horizontal synchronizing signal φH
becomes high level. At time t2, when the transfer pulse φTX2A(na) of the na-th row becomes high level, the
時刻t31において、第na行の転送パルスφTX3(na)がローレベルとなると、第3の転送トランジスタ503がオフとなり、第1行のフォトダイオード500のリセットが解除されて、フォトダイオード500で電荷の蓄積が開始される。以下の説明では、信号電荷を単に電荷と記述する。
At time t31, when the transfer pulse φTX3(na) of the na-th row becomes low level, the
時刻t41において、第na行の転送パルスφTX1(na)がハイレベルとなると、第1の転送トランジスタ501Aがオンとなり、フォトダイオード500に蓄積された電荷が、第na行の電荷を保持する信号保持部507Aに転送される。時刻t51において、第1行の転送パルスφTX1A(na)がローレベルとなると、第3の転送トランジスタ501Aがオフとなり、フォトダイオード500に蓄積された電荷の信号保持部507Aへの転送が終了する。同時に、第na行の転送パルスφTX3(na)がハイレベルとなり、第3の転送トランジスタ503がオンとなり、第na行のフォトダイオード500がリセットされて、フォトダイオード500での電荷の蓄積が終了する。
At time t41, when the transfer pulse φTX1(na) of the na-th row becomes high level, the
時刻t31から時刻t51が、1撮影周期における1回の蓄積時間1/960秒に相当し、右上がり斜線部領域の蓄積時間602-1として図示される。上記のような蓄積動作が離散的に8回行われる。各々の蓄積動作に対応する蓄積時間(分割露光時間)が、右上がり斜線部領域の蓄積時間602-1~602-8として図示される。なお、蓄積時間602-2~602-8における制御動作は、蓄積時間602-1における制御動作と同様であるので、説明を省略する。 The period from time t31 to time t51 corresponds to one accumulation time of 1/960 seconds in one imaging cycle, and is illustrated as an accumulation time 602-1 in the shaded area extending upward to the right. The accumulation operation as described above is discretely performed eight times. Accumulation times (divided exposure times) corresponding to the respective accumulation operations are shown as accumulation times 602-1 to 602-8 in areas with diagonal lines extending upward to the right. Note that the control operation in the accumulation times 602-2 to 602-8 is the same as the control operation in the accumulation time 602-1, so the explanation is omitted.
時刻t6において、第na行のリセットパルスφRES(1)がローレベルとなると、第na行のリセットトランジスタ504がオフとなって、フローティングディフュージョン領域508のリセット状態が解除される。同時に、第na行の転送パルスφTX2A(na)と、第na行の選択パルスφSEL(na)がハイレベルとなると、第na行の転送トランジスタ502Aと選択トランジスタ506がオンとなって、第na行の画像信号の読み出しが可能となる。さらに、フローティングディフュージョン領域508の電位の変化に応じた出力が、増幅トランジスタ505及び選択トランジスタ506を介して信号出力線523に読み出され、不図示の読み出し回路に供給されて、第na行の画像信号として外部に出力される。時刻t6において、垂直同期信号φVがハイレベルになり、次の撮影周期が開始される。
At time t6, when the reset pulse φRES(1) of the na-th row becomes low level, the
図7は、撮像素子の第2の駆動シーケンスを示すタイミングチャートの一例である。
撮像装置は、露光を第2の分割数(図7では1)で分割して、分割後の分割露光時間で蓄積を行い、1フレームでの蓄積により、参照画像に係る画像信号を得る。参照画像は、本画像との輝度情報の差を検出するために用いられる。
FIG. 7 is an example of a timing chart showing the second driving sequence of the imaging element.
The imaging device divides the exposure by the second division number (1 in FIG. 7), accumulates in the divided exposure time after division, and obtains an image signal related to the reference image by accumulation in one frame. The reference image is used to detect the difference in luminance information from the main image.
図7中のφSEL(nb)の立ち上がり時刻t1+Δtは、図6に示すt1で撮影周期(1フレーム)が開始される時刻に、任意の時間増分が足された時刻を示す。図7に示す各時刻は、この時間増分が足された状態を示すために、すべての時刻に対して、+Δtを記載している。時間増分が足される理由は、動画撮影では、1撮影周期で1行目からm行目まで取得された画像を、順番に読み込んで行くためである。フレームが開始されるt1+Δtから画像信号が読み出されるt6+Δtまでの時間である1/30秒が1撮影周期に相当する。 A rise time t1+Δt of φSEL(nb) in FIG. 7 indicates a time obtained by adding an arbitrary time increment to the time when the imaging cycle (one frame) starts at t1 shown in FIG. Each time shown in FIG. 7 is described with +Δt for all times to indicate the state in which this time increment is added. The reason why the time increment is added is that in moving image shooting, the images acquired from the 1st row to the m-th row in one shooting cycle are read in order. 1/30 second, which is the time from t1+.DELTA.t when the frame starts to t6+.DELTA.t when the image signal is read out, corresponds to one imaging cycle.
撮像装置は、例えば、1/30秒の1撮影周期中に行われる1/120秒の1回の蓄積により、NDフィルタを使用した場合と等価な1/120秒相当の露光量を得る。1撮影周期中において、タイミング発生部189及びシステム制御CPU178によって撮像素子184が制御される。時刻t1において、垂直同期信号φVがハイレベルになり、同時に水平同期信号φHがハイレベルになる。時刻t2+Δtにおいて、第1行の転送パルスφTX2(nb)がハイレベルとなると、第m行の第2の転送トランジスタ502Aがオンとなる。このとき、既に全行のリセットパルスφRES(nb)がハイレベルになり、リセットトランジスタ504がオン状態になっているので、第nb行のフローティングディフュージョン領域508、第1の信号保持部507Aがリセットされる。なお、時刻t2+Δtには、第nb行の選択パルスφSEL(nb)は、ローレベルになっている。
For example, the imaging apparatus obtains an exposure amount equivalent to 1/120 second, which is equivalent to using an ND filter, by accumulating once in 1/120 second during one shooting period of 1/30 second. The
時刻t3+Δtにおいて、第nb行の転送パルスφTX3(nb)がローレベルとなると、第3の転送トランジスタ503がオフとなり、第nb行のフォトダイオード500のリセットが解除されて、フォトダイオード500で電荷の蓄積が開始される。
At time t3+Δt, when the transfer pulse φTX3(nb) of the nb-th row becomes low level, the
時刻t4+Δtにおいて、第nb行の転送パルスφTX1(nb)がハイレベルとなると、第1の転送トランジスタ501Aがオンとなり、フォトダイオード500に蓄積された電荷が、第m行の電荷を保持する信号保持部507Aに転送される。時刻t5+Δtにおいて、第nb行の転送パルスφTX1(nb)がローレベルとなると、第3の転送トランジスタ501Aがオフとなり、フォトダイオード500に蓄積された電荷の信号保持部507Aへの転送が終了する。同時に、第nb行の転送パルスφTX3(nb)がハイレベルとなり、第3の転送トランジスタ503がオンとなり、第nb行のフォトダイオード500がリセットされ、フォトダイオード500での電荷の蓄積が終了する。
At time t4+Δt, when the transfer pulse φTX1(nb) for the nb-th row becomes high level, the
時刻t3+Δtから時刻t5+Δtが、1撮影周期における1回の蓄積時間1/120秒に相当し、右上がり斜線部領域の蓄積時間602として図示される。時刻t6+Δtにおいて、第nb行のリセットパルスφRES(nb)がローレベルとなると、第nb行のリセットトランジスタ504がオフとなって、フローティングディフュージョン領域508のリセット状態が解除される。同時に、第nb行の転送パルスφTX2A(nb)と、第nb行の選択パルスφSEL(nb)がハイレベルとなると、第nb行の転送トランジスタ502Aと選択トランジスタ506がオンとなって、第nb行の画像信号の読み出しが可能となる。さらに、フローティングディフュージョン領域508の電位の変化に応じた出力が、増幅トランジスタ505及び選択トランジスタ506を介して信号出力線523に読み出され、不図示の読み出し回路に供給されて、第nb行の画像信号として外部に出力される。時刻t6+Δtにおいて、垂直同期信号φVがハイレベルになり、次の撮影周期が開始される。
The period from time t3+Δt to time t5+Δt corresponds to one accumulation time of 1/120 second in one imaging period, and is illustrated as accumulation time 602 in the region of the diagonally shaded area extending upward to the right. At time t6+Δt, when the reset pulse φRES(nb) of the nb-th row becomes low level, the
図8は、輝度情報の差を検出する構成の一例を説明する図である。
デジタル信号処理部187は、第1信号処理部187aと第2信号処理部187bとを有する。第1信号処理部187aは、本画像を生成する。第2信号処理部187bは、参照画像を生成する。また、システム制御CPU178は、出力画像生成部178bと画像比較処理部178とを有する。出力画像生成部178bは、本画像の映像としての出力処理を実行する。画像比較処理部178は、本画像と参照画像とを比較する。タイミング発生部189は、第1分割数制御部189aと第2分割数制御部189bとを有する。第1分割数制御部189aは、第1の分割数すなわち本画像を取得する際の露光の分割数を制御する。第2分割数制御部189bは、第2の分割数すなわち参照画像を取得する際の露光の分割数を制御する。
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a configuration for detecting a difference in luminance information.
The digital
タイミング発生部189により、露光の分割数の制御が行われ、撮像素子184により、結像された被写体の光学像が電気的な映像信号に変換される。変換された映像信号は、デジタル信号処理部187に入力される。本画像を生成する第1信号処理部187aに、第1の分割数で分割した露光によって得られる画像信号が入力される。また、参照画像を生成する第1信号処理部187bに、第2の分割数で分割した露光によって得られる画像信号が入力される。入力された映像信号に対して、デジタル信号処理部187が、各種の補正を行い、映像出力および輝度情報の差の検出に使用される本画像と、輝度情報の差の検出に使用される参照画像とが生成される。生成された本画像と参照画像は、システム制御CPU178に入力される。システム制御CPU178内の画像比較処理部178aが、本画像と参照画像とを比較し、輝度情報の差を算出する。
The
輝度情報の差(輝度情報差)が基準(所定範囲)を超えている場合、画像比較処理部178aが、輝度情報の差を補正するための制御情報をタイミング発生部189に送信する。タイミング発生部189は、画像比較処理部178aから受信した制御情報に基づいて、第1の分割数を変更し、変更された第1の分割数を撮像素子184へ反映させる。具体的には、タイミング発生部189は、第1の分割数を小さくすることによって、次回の撮影周期以降(撮影期間以降)に得られる本画像の輝度情報を補正する。これにより、輝度情報差を所定範囲内とすることができる。露光の分割数が変更された後に撮像素子184から出力された信号に対して、第1信号処理部187aが各種の画像処理を施し、本画像を生成する。生成された本画像は、システム制御CPU178に入力され、出力画像生成部178bにより、映像としての出力処理が行われる。
When the luminance information difference (luminance information difference) exceeds the reference (predetermined range), the image
図9は、撮像装置の動作処理の例を説明するフローチャートである。
図9に示す動作処理は、システム制御CPU178とタイミング発生部189の制御によって実現される。
FIG. 9 is a flowchart illustrating an example of operation processing of the imaging device.
The operation processing shown in FIG. 9 is realized by the control of the
S101において、処理が開始する。S102において、システム制御CPU178が、本画像の平均輝度情報aを算出する。また、S103において、システム制御CPU178が、参照画像の平均輝度情報bを算出する。S104において、システム制御CPU178が、本画像の平均輝度情報aと参照画像の平均輝度情報bとの差分|a-b|を求め、輝度情報差Eを算出する。続いて、S105において、システム制御CPU178が、輝度情報差Eが閾値Cを超えているかを判断する。輝度情報差Eが閾値Cを超えていない場合は、処理がS107に進む。S107において、処理が終了する。輝度情報差Eが閾値Cを超えている場合は、処理がS106に進む。
The process starts at S101. In S102, the
S106において、システム制御CPU178が、タイミング発生部189を制御して、次回の撮影周期以降における露光の分割数を小さくする。これにより、画像比較による露光の分割数のフィードバックが行われ、次回の撮影周期以降において取得される本画像が、分割数が少ない画像に近づくように補正される。例えば、動画撮影の場合には、画像比較時には、既に次回の撮影周期の画像蓄積が開始されるので、次々回の撮影周期について、露光の分割数のフィードバックが行われる。
In S106, the
図10は、撮影時の露光の分割数と輝度情報との関係を示す図である。
図10(A)と図10(B)とでは、撮影されている被写体の明るさが異なる。K1、K2は、露光の分割数が1の時の平均輝度情報を示す。一点鎖線K1L、K2Lは、露光の分割を行っても輝度情報が変化しない理想線を示す。+dK1から-dK1の範囲、及び+dK2から-dK2の値の範囲は、輝度情報の変化の許容範囲を示す。図10(A)に対応する被写体の明るさは、図10(B)に対応する被写体より明るく、平均輝度情報K1とK2とは、以下の関係にある。
K1>K2
FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the number of divisions of exposure at the time of shooting and luminance information.
10A and 10B differ in the brightness of the photographed subject. K1 and K2 indicate average luminance information when the exposure division number is one. The dashed-dotted lines K1L and K2L represent ideal lines where luminance information does not change even if exposure is divided. The range of values from +dK1 to -dK1 and from +dK2 to -dK2 indicate the allowable range of change in luminance information. The brightness of the subject corresponding to FIG. 10A is brighter than the subject corresponding to FIG. 10B, and the average brightness information K1 and K2 have the following relationship.
K1 > K2
図10(A),(B)における実線は、露光の分割を行った場合、分割数が大きいほど、輝度が下がっていることを示す。これは、分割された露光ごとにメモリへ情報転送する際にキャリアが消失するので、露光比率から求められる理想的な輝度情報に対して誤差が発生するためである。図10(A)と図10(B)とを比較すると、被写体輝度が低いほうが、露光の分割による輝度情報の変化が大きいことがわかる。露光により蓄積されるキャリアに対して転送で消失するキャリアの割合が大きくなるからである。生成される画像が輝度情報の低下後であるので、被写体の輝度情報の変化と露光の分割による輝度情報の変化を区別できないという問題がある。 The solid lines in FIGS. 10A and 10B indicate that when the exposure is divided, the luminance decreases as the number of divisions increases. This is because the carrier disappears when information is transferred to the memory for each divided exposure, and an error occurs with respect to the ideal luminance information obtained from the exposure ratio. Comparing FIG. 10A and FIG. 10B, it can be seen that the lower the subject brightness, the greater the change in brightness information due to exposure division. This is because the proportion of carriers lost due to transfer to the carriers accumulated due to exposure increases. Since the generated image is obtained after the brightness information has been lowered, there is a problem that the change in the brightness information of the subject cannot be distinguished from the change in the brightness information due to the division of the exposure.
図11は、本実施形態における露光の分割数の制御による効果を説明する図である。
図11(A)は、第1の分割数で分割された露光で取得される本画像を示す。図11(B)は、第2の分割数で分割された露光で取得される参照画像を示す。図11(C)は、補正後の本画像を示す。図11(A)乃至図11(C)では、画像を表現する斜線の間隔が、輝度情報の大きさに対応している。図11(A)の本画像と、図11(B)の参照画像とを比較することにより、被写体の輝度変化と区別して、露光の分割による輝度情報の変化を検出することができる。そして、輝度情報の検出結果から、輝度情報の変化が許容範囲に収まる適切な分割数を決定し、図11(C)に示す画像を出力することができる。
FIG. 11 is a diagram for explaining the effect of controlling the number of exposure divisions in this embodiment.
FIG. 11A shows the main image obtained by exposure divided by the first division number. FIG. 11B shows a reference image acquired with exposures divided by the second division number. FIG. 11C shows the main image after correction. In FIGS. 11(A) to 11(C), the interval between diagonal lines representing the image corresponds to the magnitude of luminance information. By comparing the main image in FIG. 11A and the reference image in FIG. 11B, it is possible to detect changes in luminance information due to division of exposure while distinguishing from changes in luminance of the subject. Then, from the detection result of the luminance information, it is possible to determine an appropriate number of divisions so that the change in the luminance information falls within the permissible range, and output the image shown in FIG. 11C.
図12は、撮影時の露光の分割数と輝度情報との関係の具体例を示す図である。
前述した図11に対応する第1の分割数は、66、第2の分割数は、1であるものとする。図12に示すグラフからは、露光の分割数が、約32より小さければ許容範囲内となる。分割数が約66である場合、輝度情報はK3aとなるので、許容範囲から外れていることがわかる。撮像装置が、露光の分割数を下げる制御を行い、例えば第1の分割数を24とすれば、輝度情報がK3bとなり、輝度情報の変化が許容範囲内となる。
FIG. 12 is a diagram showing a specific example of the relationship between the number of divisions of exposure at the time of shooting and luminance information.
It is assumed that the first division number corresponding to FIG. 11 described above is 66, and the second division number is 1. In FIG. From the graph shown in FIG. 12, if the exposure division number is less than about 32, it falls within the allowable range. When the number of divisions is about 66, the luminance information is K3a, which is out of the allowable range. If the imaging apparatus performs control to reduce the number of exposure divisions, for example, if the first division number is set to 24, the brightness information becomes K3b, and the change in brightness information falls within the allowable range.
撮像装置が、露光の分割数を、輝度情報の変化が許容範囲内にある限り、出来るだけ大きい分割数に変更するのが好ましい。露光の分割数が少なくなると、動体表現が不自然になるが、輝度情報の変化が許容範囲内にある限り、分割数を多くすることで、動体の表現の不自然化を抑えつつ、高精度に輝度情報を補正できる。 It is preferable that the imaging device changes the number of divisions of exposure to the largest possible number of divisions as long as the change in luminance information is within the allowable range. If the number of exposure divisions is small, the expression of moving objects becomes unnatural. can correct luminance information.
以上のことから、本実施形態の撮像装置によれば、輝度情報の変化が許容範囲に収まらない場合は、適切な分割数を求めて、画像の補正を行うことができる。また、撮像装置は、輝度情報の変化が許容範囲内である場合は、分割数を下げる制御は行わない。したがって、本実施形態によれば、分割数を必要以上に下げてしまわず、動体の表現が不自然になってしまうことを抑制できる。また、本実施形態では、撮像に使用する撮像素子からの情報を基に輝度情報の変化を求めるので、輝度情報を測定するための輝度センサ等を別途設ける必要がなく、カメラ構成が複雑化しない。なお、図3に示すように、撮像素子が備える1つの画素部が2つの信号保持部を有しているが、第1実施形態は、1つの信号保持部で実現可能である。もちろん、2つの信号保持部を利用し、本画像に係る電荷と参照画像に係る電荷とを異なる信号保持部に蓄積するようにしてもよい。 As described above, according to the imaging apparatus of the present embodiment, when the change in luminance information does not fall within the allowable range, it is possible to obtain an appropriate number of divisions and correct the image. Also, when the change in luminance information is within the allowable range, the imaging device does not perform control to decrease the number of divisions. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to prevent the expression of a moving object from becoming unnatural without reducing the number of divisions more than necessary. In addition, in this embodiment, changes in luminance information are obtained based on information from the image sensor used for imaging, so there is no need to separately provide a luminance sensor or the like for measuring luminance information, and the camera configuration does not become complicated. . As shown in FIG. 3, one pixel unit included in the image sensor has two signal holding units, but the first embodiment can be realized with one signal holding unit. Of course, two signal holding units may be used, and the charges related to the main image and the charges related to the reference image may be accumulated in different signal holding units.
本実施形態では、露光の分割数を変更し、画像の輝度情報を補正しているが、撮像装置は、露光の分割によって得られる各々の分割露光時間を変更し、1撮影周期中の総露光量を減少させ、画像の輝度情報を補正するようにしてもよい。撮像装置は、例えば、図6における蓄積時間602-1~602-8を減少させることで、1撮影周期の総露光量を変更する。 In this embodiment, the number of exposure divisions is changed to correct the luminance information of the image. The amount may be decreased to correct the luminance information of the image. The imaging apparatus changes the total exposure amount for one imaging cycle by decreasing the accumulation times 602-1 to 602-8 in FIG. 6, for example.
(第2実施形態)
次に、第2実施形態について説明する。第1実施形態と同様の部分については、同じ番号を付すことで説明を省略する。第2実施形態の撮像装置が第1実施形態の撮像装置と異なる点は、撮像装置が、画素部内の複数(例えば2つ)の信号保持部に、異なる露光の分割数で得られた電荷を蓄積する点である。図3を参照して説明したように、1つの画素部内には、第1信号保持部507Aと第2信号保持部507Bが設けられている。この2つの信号保持部を適用して、1撮影期間内で、本画像と参照画像とを取得することができる。第1信号保持部507Aが、本画像を保存する第1の保存部として機能する。また、第2信号保持部507Bが、参照画像を保存する第2の保存部として機能する。2つの信号保持部を利用して、異なる分割数で分割された露光で得られた2つの画像を取得することで、画素ごとの輝度情報の比較が可能となる。
(Second embodiment)
Next, a second embodiment will be described. Parts similar to those in the first embodiment are denoted by the same numbers, and descriptions thereof are omitted. The image pickup apparatus of the second embodiment differs from the image pickup apparatus of the first embodiment in that the image pickup apparatus stores charges obtained by different exposure division numbers in a plurality of (for example, two) signal holding units in the pixel unit. It is a point to accumulate. As described with reference to FIG. 3, one pixel portion includes a first
図13は、撮像素子の駆動シーケンスを示すタイミングチャートである。
シャッタ速度1/30秒の設定で動画撮影を行うことを想定する。撮像装置は、1フレーム中での蓄積を加算することにより、画像信号を得る。
FIG. 13 is a timing chart showing the driving sequence of the imaging device.
Assume that a moving image is shot with a shutter speed of 1/30 second. An imaging device obtains an image signal by adding accumulations in one frame.
撮像素子184は、図5に示すように、垂直方向に複数行の画素列がある。図13には、図5に示す第na行に関する制御動作のタイミングが示される。この制御動作と同様の制御動作が水平同期信号φHにより垂直方向に走査されることで、撮像素子184の全画素の蓄積動作が行われる。
垂直同期信号φVの立ち上がり時刻t1は、1撮影周期(1フレーム)の開始される時刻を示す。また、1フレームが開始されるt1から画像信号が読み出されるt9までの時間である1/30秒が、1撮影周期に相当する。第1信号保持部507Aで生成される画像に対応する露光の分割数は8である。撮像装置は、1/30秒の1撮影周期中に行われる1/960秒の露光を8回蓄積、加算することにより、NDフィルタを使用した場合と等価な1/120秒相当の露光量を得ることができる。第2信号保持部507Bで生成される画像に係る露光の分割数は1であり、1フレーム中に1/120秒の1度の連続した蓄積が行われる。
As shown in FIG. 5, the
The rise time t1 of the vertical synchronization signal φV indicates the time when one shooting cycle (one frame) starts. Also, 1/30 second, which is the time from t1 at which one frame is started to t9 at which the image signal is read, corresponds to one imaging cycle. The exposure division number corresponding to the image generated by the first
時刻t1において、垂直同期信号φVがハイレベルになり、同時に水平同期信号φHがハイレベルになる。時刻t2において、第na行の転送パルスφTX2A(na)及びφTX2B(na)がハイレベルとなると、第na行の第2の転送トランジスタ502A及び、502Bがオンとなる。このとき既に全行のリセットパルスφRES(na)がハイレベルになり、リセットトランジスタ504がオン状態になっている。したがって、第na行のフローティングディフュージョン領域508、第1の信号保持部507A及び第2の信号保持部507Bがリセットされる。なお、時刻t2には、第na行の選択パルスφSEL(na)はローレベルになっている。
At time t1, the vertical synchronizing signal φV goes high, and at the same time the horizontal synchronizing signal φH goes high. At time t2, when the transfer pulses φTX2A(na) and φTX2B(na) of the na-th row become high level, the
時刻t31において、第na行の転送パルスφTX3(na)がローレベルとなると、第3の転送トランジスタ503がオフとなり、第1行のフォトダイオード500のリセットが解除されて、フォトダイオード500で電荷の蓄積が開始される。時刻t41において、第na行の転送パルスφTX1A(na)がハイレベルとなると、第1の転送トランジスタ501Aがオンとなり、フォトダイオード500に蓄積された電荷が、第na行の電荷を保持する第1信号保持部507Aに転送される。
At time t31, when the transfer pulse φTX3(na) of the na-th row becomes low level, the
時刻t51において、第1行の転送パルスφTX1A(na)がローレベルとなると、第3の転送トランジスタ501Aがオフとなり、フォトダイオード500に蓄積された電荷の第1信号保持部507Aへの転送が終了する。同時に、第na行の転送パルスφTX3(na)がハイレベルとなり、第3の転送トランジスタ503がオンとなり、第na行のフォトダイオード500がリセットされて、フォトダイオード500での電荷の蓄積が終了する。
At time t51, when the transfer pulse φTX1A (na) of the first row becomes low level, the
時刻t31から時刻t51が、1撮影周期における1回の蓄積時間1/960秒に相当し、右上がり斜線部領域の蓄積時間602-1として図示される。上記のような蓄積動作が離散的に8回行われる。各々の蓄積動作に対応する蓄積時間(分割露光時間)が、右上がり斜線部領域の蓄積時間602-1~602-8として図示される。なお、蓄積時間602-2~602-8における制御動作は、蓄積時間602-1における制御動作と同様であるので、説明を省略する。 The period from time t31 to time t51 corresponds to one accumulation time of 1/960 seconds in one imaging cycle, and is illustrated as an accumulation time 602-1 in the shaded area extending upward to the right. The accumulation operation as described above is discretely performed eight times. Accumulation times (divided exposure times) corresponding to the respective accumulation operations are shown as accumulation times 602-1 to 602-8 in areas with diagonal lines extending upward to the right. Note that the control operation in the accumulation times 602-2 to 602-8 is the same as the control operation in the accumulation time 602-1, so the explanation is omitted.
時刻t6において、第na行のリセットパルスφRES(1)がローレベルとなると、第na行のリセットトランジスタ504がオフとなって、フローティングディフュージョン領域508のリセット状態が解除される。同時に、第na行の転送パルスφTX2A(na)と第na行の選択パルスφSEL(na)がハイレベルとなると、第na行の転送トランジスタ502Aと第na行の選択トランジスタ506がオンとなって、第na行の画像信号の読み出しが可能となる。
At time t6, when the reset pulse φRES(1) of the na-th row becomes low level, the
第1信号保持部507Aにおいて、フローティングディフュージョン領域508の電位の変化に応じた信号が、増幅トランジスタ505及び選択トランジスタ506を介して信号出力線523に読み出される。信号出力線523に読み出された信号が、不図示の読み出し回路に供給されて、本画像に係る画像情報として外部に出力される。時刻t7において、第na行の転送パルスφTX3(na)がローレベルとなると、第3の転送トランジスタ503がオフとなり、第1行のフォトダイオード500のリセットが解除されて、フォトダイオード500で電荷の蓄積が開始される。時刻t7から時刻t9が、1撮影周期における1回の蓄積時間1/120秒に相当し、右上がり斜線部領域の蓄積時間603-1として図示される。
In the first
時刻t8において、第na行の転送パルスφTX1B(na)がハイレベルとなると、第1の転送トランジスタ501Bがオンとなり、フォトダイオード500に蓄積された電荷が、第na行の電荷を保持する第2信号保持部507Bに転送される。時刻t9において、第1行の転送パルスφTX1B(na)がローレベルとなると、第3の転送トランジスタ501Bがオフとなり、フォトダイオード500に蓄積された電荷の第2信号保持部507Bへの転送が終了する。同時に、第na行の転送パルスφTX3(na)がハイレベルとなり、第3の転送トランジスタ503がオンとなり、第na行のフォトダイオード500がリセットされて、フォトダイオード500での電荷の蓄積が終了する。
At time t8, when the transfer pulse φTX1B(na) of the na-th row becomes high level, the
時刻t10において、第na行のリセットパルスφRES(1)がローレベルとなると、第na行のリセットトランジスタ504がオフとなって、フローティングディフュージョン領域508のリセット状態が解除される。同時に、第na行の転送パルスφTX2B(na)と第na行の選択パルスφSEL(na)がハイレベルとなると、第na行の転送トランジスタ502Bと第na行の選択トランジスタ506とがオンとなって、第na行の画像信号の読み出しが可能となる。
At time t10, when the reset pulse φRES(1) of the na-th row becomes low level, the
第2信号保持部507Bにおいて、フローティングディフュージョン領域508の電位の変化に応じた信号が、増幅トランジスタ505及び選択トランジスタ506を介して信号出力線523に読み出される。信号出力線523に読み出された信号が、不図示の読み出し回路に供給されて、参照画像に係る画像情報として外部に出力される。時刻t10において、垂直同期信号φVがハイレベルになり、次の撮影周期が開始される。
In the second
図14は、輝度情報の差を検出する構成の一例を説明する図である。
図8を参照して説明した第1実施形態との差異を中心に説明する。
第1信号処理部187によって生成された本画像と、第2信号処理部187bによって生成された参照画像とが、システム制御CPU178が有する画像比較処理部178aに入力される。画像比較処理部178aが、本画像と参照画像とを比較し、輝度情報の差を算出する。輝度情報の差(輝度情報差)が基準(所定範囲)を超えている場合、画像比較処理部178aが、輝度情報の差を補正するための制御情報を出力画像生成部178bに送信する。出力画像生成部178bは、画像比較処理部178aから受信した制御情報に基づいて、本画像の輝度情報を補正する。これにより、今回の撮影周期で取得された本画像が、分割数が少ない画像に近づくように補正される。
FIG. 14 is a diagram illustrating an example of a configuration for detecting a difference in luminance information;
The description will focus on differences from the first embodiment described with reference to FIG.
The main image generated by the first
図15は、第2実施形態の効果を説明する図である。
図15(A)は、第1信号処理部187aによって生成された本画像を示す。図15(B)は、第2信号処理部187bによって生成された参照画像を示す。図15(C)は、補正後の本画像を示す。図15(A)乃至図15(C)では、画像を表現する斜線の間隔が、輝度情報の大きさに対応している。
FIG. 15 is a diagram for explaining the effects of the second embodiment.
FIG. 15A shows the main image generated by the first
図15(A),(B)に示す各画像内の(na)、(ma)、(nb)、(mb)は、画素の位置を示す。画素の位置関係は、(na)と(nb)、(ma)と(mb)がそれぞれ同じ位置関係である。 (na), (ma), (nb), and (mb) in each image shown in FIGS. 15A and 15B indicate pixel positions. The positional relationship of pixels is the same for (na) and (nb), and for (ma) and (mb).
露光の分割数が多いとキャリア損失の影響で輝度情報が減少してしまう。したがって、上記画像のそれぞれの画素の輝度情報X(na)、X(nb)、X(ma)、X(mb)を比較すると、以下のような関係になる。
X(na)<X(nb) ・・・式(1)
X(ma)<X(mb) ・・・式(2)
If the number of exposure divisions is large, luminance information will decrease due to carrier loss. Therefore, when the brightness information X(na), X(nb), X(ma), and X(mb) of each pixel of the image are compared, the following relationships are obtained.
X(na)<X(nb) Expression (1)
X(ma)<X(mb) Expression (2)
また、仮に、露光を分割せずに生成された画像を(K)とし、それぞれ対応する画素を(nK)、(mK)とし、それぞれの画素の輝度情報X(nK)、X(mK)を理想の輝度情報とすと、以下の式(3)、式(4)に示す関係が成り立つ。
露光の分割によるキャリア損失の影響が少ない画素X(nb)、X(mb)が理想輝度情報X(nK)、X(mK)に近くなることがわかる。
X(na)<X(nb)≒X(nK) ・・・式(3)
X(ma)<X(mb)≒X(mK) ・・・式(4)
Let (K) be the image generated without dividing the exposure, let (nK) and (mK) be the corresponding pixels, respectively, and let X(nK) and X(mK) be the luminance information of the respective pixels. Assuming ideal luminance information, the relationships shown in the following equations (3) and (4) hold.
It can be seen that pixels X(nb) and X(mb), which are less affected by carrier loss due to exposure division, are closer to the ideal luminance information X(nK) and X(mK).
X(na)<X(nb)≈X(nK) Expression (3)
X(ma)<X(mb)≈X(mK) Equation (4)
第2実施形態では、画像比較処理部178aが、図15(A)に示す本画像と、図15(B)に示す参照画像とで、それぞれ対応する画素毎に輝度情報を比較し、輝度情報の差を算出する。画像比較処理部178aは、算出された輝度情報の差に基づいて、輝度情報の差を補正するための制御情報を生成する。出力画像生成部178bが、生成された制御情報に基づいて、本画像の輝度情報の倍率を変化させ、適正な輝度情報へ補正した画像を出力する。これにより、本画像を分割数が少ない画像に近づくように補正することができる。
In the second embodiment, the image
図16は、画素nと画素mの輝度情報の例を示す図である。
図16(A)に示すように、(na)画素の輝度情報が100、(nb)画素の輝度情報が200、(nK)画素の輝度情報が205である場合を想定する。(na)画素の輝度情報を約2.0倍にすれば、適正な輝度情報205に近くなるように画像の補正を行うことができる。また、例えば、図16(B)に示すように、(ma)画素の輝度情報が、50、(nb)画素の輝度情報が、60、(mK)画素の輝度情報が、65である場合を想定する。輝度情報の倍率を約1.2倍にすれば、適正な輝度情報65に近くなるように画像の補正を行うことができる。上述した例では、撮像装置は、本画像と参照画像の画素ごとに輝度情報を比較し、輝度情報の差に対して輝度情報の倍率を補正する。撮像装置が、本画像と参照画像の行ごとに輝度情報を比較、輝度情報の差を算出し、輝度情報の差に応じて、撮像素子184において電荷の増幅を行い、画像の輝度情報を補正してもよい。第2実施形態によれば、露光の分割数を変更することなく、画像の補正を行うことができる。したがって、分割数を必要以上に下げてしまうことがなく、動体の表現が不自然になってしまうことを抑制できる。
FIG. 16 is a diagram showing an example of luminance information of pixel n and pixel m.
As shown in FIG. 16A, it is assumed that the luminance information of the (na) pixel is 100, the luminance information of the (nb) pixel is 200, and the luminance information of the (nK) pixel is 205. FIG. (na) By multiplying the luminance information of the pixels by approximately 2.0, the image can be corrected so as to approximate the
(第3実施形態)
次に、第3実施形態について説明する。画像を生成するための露光の分割に関する構成は、第1実施形態と同様である。第3実施形態の撮像装置は、撮像素子の画面外領域を、参照画像を取得する第2の領域として用いる。画面外領域は、撮影モードに応じて表示または記録のために画像信号が出力されるか否かを変更可能な領域である。具体的には、動画撮影モードでは表示または記録のために画像信号が出力されない領域を画面外領域とする。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment will be described. The configuration regarding division of exposure for generating an image is the same as in the first embodiment. The imaging apparatus of the third embodiment uses the out-of-screen area of the imaging element as the second area for acquiring the reference image. The out-of-screen area is an area in which it is possible to change whether or not image signals are output for display or recording according to the shooting mode. Specifically, in the moving image shooting mode, an area in which an image signal is not output for display or recording is defined as an out-of-screen area.
図17は、静止画撮影モードで生成された画像の画像サイズと、動画撮影モードで生成された画像の画像サイズとを示す図である。
実線で囲んだ範囲が、撮像素子184で撮像可能な領域であるとともに、静止画撮影モードで生成される静止画の領域(静止画領域)である。実線内部の右上がり斜線部で示した範囲が、動画撮影モードで生成される動画の領域(動画領域)である。図17に示す例では、静止画領域では、画面比率4:3である。動画領域では、画面比率16:9である。したがって、動画撮影モードでは、静止画撮影モードに対して、表示または記録のために画像信号が出力される領域が、縦方向に縮み、画面に表示されない画面外領域が発生する。画面外領域においても、撮像光学系を通して被写体光は入射している。
FIG. 17 is a diagram showing the image size of an image generated in still image shooting mode and the image size of an image generated in moving image shooting mode.
A range surrounded by a solid line is an area that can be imaged by the
図18は、動画撮影モードでの、画面内領域と画面外領域の一例を示す図である。
図18では、画面内領域(a)で生成される画像を本画像とする。この例では、画面内領域(a)は、動画撮影モードにおいて、表示または記録のために画像信号が出力される領域である。また、画面外領域(b1)と画面外領域(b2)とを有する画面外領域で生成される画像を参照画像とする。画面内領域(a)と画面外領域とは、互いに近接する領域同士で比較することが望ましい。近接した領域であれば、入射する被写体像はほぼ同じとなるからである。画面領域(a)内のna1と,画面外領域(b1)内のnb1とが、近接する領域である。したがって、撮像装置は、na1を本画像の中の参照画像と比較する領域とし、nb1を参照画像の中の本画像と比較する領域とする。
FIG. 18 is a diagram showing an example of an in-screen area and an out-of-screen area in the moving image shooting mode.
In FIG. 18, the image generated in the screen area (a) is the main image. In this example, the in-screen area (a) is an area where image signals are output for display or recording in the moving image shooting mode. An image generated in an out-of-screen area having an out-of-screen area (b1) and an out-of-screen area (b2) is used as a reference image. It is desirable to compare the in-screen area (a) and the out-of-screen area in areas that are close to each other. This is because, if the areas are close to each other, the incident subject images are almost the same. Na1 in the screen area (a) and nb1 in the outside area (b1) are adjacent areas. Therefore, the imaging device sets na1 as an area to be compared with the reference image in the main image, and sets nb1 as an area in the reference image to be compared with the main image.
図19および図20は、撮影時の環境温度に応じた、露光の分割数と輝度情報との関係の一例を示す図である。
図19(A)は、環境温度T1で撮影した場合の、露光の分割数と輝度情報との関係を示す。また、図19(B)および図20は、環境温度T2で撮影した場合の、露光の分割数と輝度情報との関係を示す。
19 and 20 are diagrams showing an example of the relationship between the number of exposure divisions and luminance information according to the environmental temperature at the time of shooting.
FIG. 19A shows the relationship between the number of exposure divisions and luminance information when shooting at the environmental temperature T1. Also, FIGS. 19B and 20 show the relationship between the exposure division number and the luminance information in the case of photographing at the environmental temperature T2.
図19および図20に示すK1、K2は、分割数が1の時の平均輝度情報を示す。一点鎖線K1L、K2Lは、分割による露光を行っても輝度情報が変化しない理想線を示している。+dK1から-dK1の範囲、+dK2から-dK2の範囲は、輝度情報の変化の許容範囲を示す。 K1 and K2 shown in FIGS. 19 and 20 indicate average luminance information when the number of divisions is one. The dashed-dotted lines K1L and K2L indicate ideal lines where the brightness information does not change even if exposure by division is performed. The range from +dK1 to -dK1 and the range from +dK2 to -dK2 indicate the permissible range of change in luminance information.
実線は、分割による露光を行った場合、分割数が大きいほど、輝度が下がっている事を示している。これは、分割された露光ごとにメモリへ情報転送する際にキャリアが消失するため、露光比率から求められる理想的な輝度情報低下に対して差が発生するためである。 The solid line indicates that the luminance decreases as the number of divisions increases when exposure is performed by division. This is because the carrier disappears when information is transferred to the memory for each divided exposure, resulting in a difference with respect to the ideal luminance information reduction obtained from the exposure ratio.
図19(A)と図19(B)とを比較すると、環境温度の変化により、輝度情報の低下量が変化している。露光の分割数が大きいほど、温度環境の変化による輝度情報の低下量が大きいことがわかる。露光の分割数が少ない場合には、輝度情報が環境温度の変化の影響を受け難い。したがって、露光の分割数を小さくすることで、輝度情報の低下を許容範囲内に補正することが可能である。 Comparing FIG. 19(A) and FIG. 19(B), it can be seen that the amount of decrease in luminance information changes due to changes in the environmental temperature. It can be seen that the greater the number of exposure divisions, the greater the decrease in luminance information due to changes in the temperature environment. When the number of exposure divisions is small, luminance information is less susceptible to changes in environmental temperature. Therefore, by reducing the number of exposure divisions, it is possible to correct the decrease in luminance information within an allowable range.
本画像を取得するための第1の分割数が54、参照画像を取得するための第2の分割数が1である場合を想定する。図20に示すグラフからは、露光の分割数が約23より小さい場合は、許容範囲内となり、露光の分割数が約54である場合は、輝度情報はK3aとなって、許容範囲から外れる。輝度情報が許容範囲から外れると、撮像装置が、露光の分割数を下げる制御を行う。撮像装置が、例えば、第1の分割数を12に変更することで、輝度情報がK3bとなり、許容範囲内となる。 Assume that the first number of divisions for obtaining the main image is 54, and the second number of divisions for obtaining the reference image is one. From the graph shown in FIG. 20, when the exposure division number is less than about 23, it falls within the allowable range, and when the exposure division number is about 54, the luminance information is K3a, which is out of the allowable range. When the luminance information deviates from the allowable range, the imaging device performs control to reduce the number of exposure divisions. When the imaging device changes the first division number to 12, for example, the brightness information becomes K3b, which is within the allowable range.
本実施形態の撮像装置によれば、環境温度に応じて、露光の分割数を制御することで、環境温度が変化した場合においても、適切な分割数を求めて画像の補正を行うことができる。撮像装置が、例えば、長秒露光等の露光時間に応じて、露光の分割数を制御してもよいし、電磁ノイズの変化に応じて、露光の分割数を制御するようにしてもよい。 According to the imaging apparatus of this embodiment, by controlling the number of exposure divisions according to the environmental temperature, even when the environmental temperature changes, it is possible to obtain an appropriate number of divisions and perform image correction. . For example, the imaging device may control the number of divisions of exposure according to the exposure time such as long exposure, or may control the number of divisions of exposure according to changes in electromagnetic noise.
なお、輝度情報と所定の分割数における誤差量に関するテーブルデータを記録媒体193に記憶しておき、通常時は、撮像装置がテーブルデータを参照して画像の補正を行うようにしてもよい。そして、環境変化が発生した場合、または発生が予測される場合は、撮像装置は、本画像と参照画像との輝度度情報を比較して、本画像を補正するようにしてもよい。
It should be noted that table data relating to the amount of error in the luminance information and the predetermined number of divisions may be stored in the
(その他の実施形態)
本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。
(Other embodiments)
The present invention supplies a program that implements one or more functions of the above-described embodiments to a system or device via a network or a storage medium, and one or more processors in the computer of the system or device reads and executes the program. It can also be realized by processing to It can also be implemented by a circuit (for example, ASIC) that implements one or more functions.
178 システム制御CPU
189 タイミング発生部
178 system control CPU
189 timing generator
Claims (11)
前記第1の画像と前記第2の画像との輝度情報の差に応じて、前記撮像手段による撮像で得られる前記第1の画像を補正する制御を行う制御手段と、を備える
ことを特徴とする撮像装置。 an imaging means for acquiring a first image by imaging by time-division exposure with a first division number and acquiring a second image by imaging by time-division exposure with a second division number;
and a control means for performing control for correcting the first image obtained by imaging by the imaging means according to the difference in luminance information between the first image and the second image. imaging device.
ことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 2. The imaging apparatus according to claim 1, wherein the control means performs control to correct the first image when the difference in luminance information exceeds a predetermined range.
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の撮像装置。 3. The imaging according to claim 1, wherein the control means corrects the first image acquired after the next imaging period by changing the first division number. Device.
ことを特徴とする請求項3に記載の撮像装置。 4. The imaging apparatus according to claim 3, wherein said control means reduces said first division number.
ことを特徴とする請求項4に記載の撮像装置。 The control means corrects the first image acquired after the next imaging period by changing the divided exposure time related to the exposure time-divided by the first division number. The imaging device according to claim 4.
前記制御手段は、前記輝度情報の差に応じて、今回の撮影期間において取得される前記第1の画像を補正する
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の撮像装置。 The imaging means acquires the first image and the second image within one imaging period,
3. The imaging apparatus according to claim 1, wherein the control means corrects the first image acquired during a current imaging period according to the difference in luminance information.
各々の前記画素部は、前記第1の画像を保存する第1の保存部と、前記第2の画像を保存する第2の保存部とを有する
ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の撮像装置。 The imaging means includes a plurality of pixel units having photoelectric conversion units,
7. The pixel unit according to any one of claims 1 to 6, wherein each pixel unit has a first storage unit that stores the first image and a second storage unit that stores the second image. 1. The imaging device according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の撮像装置。 The imaging apparatus according to any one of claims 1 to 7, wherein the control means corrects luminance information of the first image.
光電変換部を有する複数の画素部を備え、
第1の領域の前記画素部から前記第1の画像を取得し、
第2の領域の前記画素部から前記第2の画像を取得する
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の撮像装置。 The imaging means is
comprising a plurality of pixel units each having a photoelectric conversion unit,
obtaining the first image from the pixel portion of the first region;
The imaging device according to any one of claims 1 to 5, wherein the second image is obtained from the pixel portion in the second area.
ことを特徴とする請求項9に記載の撮像装置。 10. The imaging apparatus according to claim 9, wherein the second area is an area in which whether or not an image signal is output for display or recording can be changed according to a shooting mode.
前記第1の画像と前記第2の画像との輝度情報の差に応じて、前記撮像手段による撮像で得られる前記第1の画像を補正する制御を行う工程とを有する
ことを特徴とする撮像装置の制御方法。 a step of acquiring a first image by imaging by exposure time-divided by a first division number and acquiring a second image by imaging by exposure time-divided by a second division number;
and performing control for correcting the first image obtained by imaging by the imaging means according to the difference in luminance information between the first image and the second image. How to control the device.
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