JP7289635B2 - IMAGING DEVICE AND METHOD OF CONTROLLING IMAGING DEVICE - Google Patents
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Description
本発明は、撮像装置および撮像装置の制御方法に関する。 The present invention relates to an imaging device and an imaging device control method.
近年、イメージセンサには、画像の高解像度化および動画像の高フレーム化が要求されている。このような要求に対して、特許文献1では、撮像素子に画像の圧縮部を設け、ボトルネックとなる伝送路の帯域削減行っている。
In recent years, image sensors are required to have higher image resolution and higher frame rate for moving images. In response to such a demand, in
画像の圧縮方法には、フレーム内の参照のみを行うフレーム内圧縮と、フレーム間の画像を参照することで圧縮を行うフレーム間圧縮が存在する。フレーム内圧縮は、フレーム内の被写体依存で圧縮率が決まる。一方、フレーム間圧縮は、フレーム間の被写体の動きに大きく圧縮率が依存するため、動きの少ない場合において有利である。例えば、特許文献2では、フレームメモリを用いることで撮像中のフレーム以外の画像を一時保存し、その画像を参照することでフレーム間圧縮を実現している。
Image compression methods include intra-frame compression in which only reference is made within a frame, and inter-frame compression in which compression is performed by referring to images between frames. In intra-frame compression, the compression rate is determined depending on the object in the frame. On the other hand, inter-frame compression is advantageous when there is little movement, since the compression rate depends greatly on the movement of the subject between frames. For example, in
一方、特許文献3には、画素毎に1ビット型アナログデジタル変換器とカウンタを有する固体撮像素子が開示されている。固体撮像素子は、画素毎に受光素子の信号に対してアナログデジタル変換を行うため、列毎にアナログデジタル変換を行う固体撮像素子の持つ走査線数とフレームレートのトレードオフを解消することが可能である。この方式においては、受光素子に一定の電荷が蓄積されるたびにリセットするため、受光素子で飽和することがない。そして、検出可能な光量は、蓄積容量の電圧が基準電圧と一致したときに出力されるパルスの回数を数えるカウンタの上限により定まる。
On the other hand,
しかしながら、特許文献1のように圧縮部を有する撮像素子は、特許文献2に記載されているようなフレームメモリを使用するような複雑な圧縮を行うことが困難であるという課題がある。
However, the imaging device having a compression unit as in
本発明はこのような課題に鑑み、規模を抑えつつ、圧縮率を向上させることができる撮像装置および撮像装置の制御方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION In view of such problems, it is an object of the present invention to provide an image pickup apparatus and a control method for the image pickup apparatus that can improve the compression rate while suppressing the scale.
本発明の撮像装置は、光電変換により信号を生成する光電変換手段と、第1のフレームでは、光電変換手段により生成された信号を基に計数された計数値を生成し、前記第1のフレームとは異なる第2のフレームでは、光電変換手段により生成された信号を基に、前フレームの計数値の正負符号が反転された計数値に対して計数された計数値を生成する生成手段と、前記生成手段により生成された計数値を圧縮する圧縮手段とを有する。 The imaging apparatus of the present invention includes photoelectric conversion means for generating a signal by photoelectric conversion, and in a first frame, counted values are generated based on the signal generated by the photoelectric conversion means, and the first frame In a second frame different from the above , based on the signal generated by the photoelectric conversion means, generating means for generating a count value obtained by inverting the sign of the count value of the previous frame, and and compression means for compressing the count value generated by the generation means.
本発明によれば、規模を抑えつつ、圧縮率を向上させることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, a compression ratio can be improved, suppressing a scale.
以下に、本発明の好ましい実施形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は単なる例示であり、本発明は実施形態に記載された構成に限定するものではない。 Preferred embodiments of the present invention are described in detail below with reference to the accompanying drawings. The embodiments described below are merely examples, and the present invention is not limited to the configurations described in the embodiments.
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態による画素100の構成例を示す図である。画素100は、アバランシェフォトダイオード(以下、APDという)101と、クエンチ抵抗102と、波形整形回路103と、カウンタ104とを有する。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a
APD101は、クエンチ抵抗102を介して、逆バイアス電圧VAPDのノードに接続される。APD101は、光子が入射するとアバランシェ増倍による電荷を発生させ、発生した電荷をクエンチ抵抗102を介して逆バイアス電圧VAPDのノードに排出する。APD101は、光電変換手段であり、光電変換により信号を生成し、その生成した信号を波形整形回路103に出力する。
The
波形整形回路103は、APD101とクエンチ抵抗102との相互接続点に接続される。APD101とクエンチ抵抗102との相互接続点は、APD101の光子の入射に応じた電荷の生成および排出により電位が変化する。波形整形回路103は、APD101とクエンチ抵抗102との相互接続点の電位の変化に対して、増幅およびエッジ検出を行うことにより、電圧パルスPLSを生成する。このようにAPD101とクエンチ抵抗102と波形整形回路103は、光子の入射の有無を電圧パルスに変換することにより、1ビット型アナログデジタル変換器(受光部)として機能する。
A
カウンタ104は、波形整形回路103が生成する電圧パルスPLSの数を計数するカウンタであり、計数結果を出力することにより、露光期間中の画素値を多ビットで出力する。カウンタ104は、画素100に入力される駆動信号INV_RST,ZERO_RSTによって、カウンタ104のリセット、計数期間、およびカウンタの符号反転リセット動作を行う。
The
図2は、カウンタ104の構成例を示す図である。カウンタ104は、データを保持するフリップフロップ200と、計数を行う加算部201と、リセット信号の種別に基づいて初期値の種別を決定する選択部202と、符号反転を行う符号反転部203とを有する。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of the
符号反転部203は、フリップフロップ200の出力値CNTの論理反転値に「1」を加算することにより、フリップフロップ200の出力値CNTに対して正負符号が反転した値を出力する。すなわち、符号反転部203は、フリップフロップ200の出力値CNTに対する2の補数を出力する。
The
選択部202は、信号ZERO_RSTがハイレベルの場合には、「0」を加算部201に出力する。また、選択部202は、信号INV_RSTがハイレベルの場合には、符号反転部203の出力値を加算部201に出力する。また、選択部202は、信号ZERO_RSTおよびINV_RSTがローレベルの場合には、フリップフロップ200の出力値CNTを加算部201に出力する。
Selecting
加算部201は、選択部202の出力値に電圧パルスPLSを加算し、加算結果をフリップフロップ200に出力する。フリップフロップ200は、加算部201の加算結果を保持し、保持している値を計数値CNTとして出力する。フリップフロップ200は、非同期リセット信号により、クロック信号に非同期で、初期値0に初期化される。
The adding
信号ZERO_RSTをハイレベルにすることにより、所定の計数期間の電圧パルスPLDを計数することができる。また、信号INV_RSTをハイレベルにすることにより、今回の計数期間の計数値と前回の計数期間の計数値との差分を出力することができる。 By setting the signal ZERO_RST to high level, it is possible to count the voltage pulses PLD for a predetermined counting period. Also, by setting the signal INV_RST to high level, it is possible to output the difference between the count value in the current counting period and the count value in the previous counting period.
カウンタ104は、クロック信号に同期する同期カウンタである。クロック信号および非同期リセット信号は、固体撮像素子の全体で共通の信号である。カウンタ104は、フレームメモリを用いることなく、フレーム間の画素値の差分を算出することができる。なお、カウンタ104は、非同期カウンタでもよい。非同期カウンタは、半加算器や全加算器のような加算用演算器を用いることなく、計数を行うことが可能なため、さらなるコストの削減が可能となる。
Counter 104 is a synchronous counter that synchronizes with a clock signal. The clock signal and the asynchronous reset signal are signals common to the entire solid-state imaging device. The
図3は、非同期のカウンタ104の構成例を示す図である。カウンタ104は、データを保持するフリップフロップ300と、各ビットの符号反転用制御信号を出力する符号反転制御部301と、論理積(AND)素子302とを有する。なお、説明の簡単のため、4ビットの非同期カウンタ104の構成を説明する。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of the
フリップフロップ300は、端子PRSTへの入力信号がローレベルの場合には、出力端子Qをハイレベルにし、出力端子/Qをローレベルにする。また、フリップフロップ300は、端子PRSTへの入力信号がハイベルの場合には、出力端子Qおよび/Qのレベルを変化させない。また、フリップフロップ300は、端子RSTへの入力信号がローレベルの場合には、出力端子Qをローレベルにし、出力端子/Qをハイレベルにする。また、フリップフロップ300は、端子RSTへの入力信号がハイレベルの場合には、出力端子Qおよび/Qのレベルを変化させない。また、フリップフロップ300は、クロック端子に入力される信号の立ち上がりエッジに同期して、入力端子Dに入力された信号の正論理値を出力端子Qから出力し、入力端子Dに入力された信号の負論理値を出力端子/Qから出力する。
When the input signal to the terminal PRST is low level, the flip-
符号反転制御部301は、信号INV_RSTがローレベルの場合には、フリップフロップ300の端子PRSTおよびRSTにハイレベルを出力する。また、符号反転制御部301は、信号INV_RSTがハイレベルの場合には、フリップフロップ300の出力端子Qの信号を端子PRSTに出力し、フリップフロップ300の出力端子Qの論理反転信号をAND素子302に出力する。
The sign
AND素子302は、信号ZERO_RSTがハイレベルの場合に、フリップフロップ300の端子RSTにローレベルを出力し、信号ZERO_RSTがローレベルの場合に、フリップフロップ300の端子RSTに符号反転制御部301の出力信号を出力する。
The AND
次に、非同期カウンタ104の動作について説明を行う。フリップフロップ300は、出力端子Qの初期値が0であり、出力端子/Qの初期値が1である。カウンタ104の0ビット目を構成するフリップフロップ300は、電圧パルスPLSの立ち上がりを検知すると、入力端子Dの値を出力端子Qから出力し、入力端子Dの値の論理反転値を出力端子/Qから出力する。カウンタ104の1ビット目以降を構成するフリップフロップは、それぞれ、前段のフリップフロップの出力端子/Qの信号の立ち上がりを検知し、自己の入力端子Dの値を出力端子Qから出力し、自己の入力端子Dの値の論理反転値を出力端子/Qから出力する。各フリップフロップ300の出力端子Qは、例えば4ビットの計数値CNTを出力する。
Next, the operation of the
所定の期間が過ぎると、AND素子302は、制御部505の出力に基づいてリセット動作を行う。信号ZERO_RSTがハイレベルになると、各フリップフロップ300の出力端子Qの値が0にリセットされる。この時、単純な反転信号の場合は、1の補数表現となり、2の補数表現とならないため、信号処理に用いた際に加算器を単純な構成で表現できなくなる場合が存在する。そのため、2の補数表現にするため、信号INV_RSTが入力された後に、電圧パルスPLSに1回だけ立ち上がり信号が発生するように、制御部505から信号を入力する。このように制御することで、各ビットの反転信号に1を加算した値が初期値となるため、信号INV_RSTによって初期化した値を2の補数表現とすることが可能となる。
After the predetermined period has passed, AND
また、信号INV_RSTがハイレベルになると、符号反転制御部301は、各フリップフロップ300の出力端子Qの値の論理反転値をリセット値として各フリップフロップ300の端子PRSTおよびRSTに出力する。
Further, when the signal INV_RST becomes high level, the sign
図4は、1つの画素100の駆動方法を示すタイミングチャートである。複数の画素100を並列して駆動することにより、光学像をデジタル信号に変換する。APDは、APD101およびクエンチ抵抗102により生成される電位波形であり、波形整形回路103の入力電位波形を示す。電圧パルスPLSは、波形整形回路103の出力電圧である。信号CNT_RSTおよびINV_ENは、図5の制御部505により生成される。制御部505は、信号CNT_RSTおよびINV_ENを基に、信号ZERO_RSTおよびINV_RSTを生成する。
FIG. 4 is a timing chart showing how one
具体的には、信号INV_ENがローレベルの時に信号CNT_RSTがハイレベルの場合には、信号ZERO_RSTがハイレベルになる。また、信号INV_ENがハイレベルの時に信号CNT_RSTがハイレベルの場合には、信号INV_RSTがハイレベルになる。 Specifically, if the signal CNT_RST is high level when the signal INV_EN is low level, the signal ZERO_RST becomes high level. Also, if the signal CNT_RST is high level when the signal INV_EN is high level, the signal INV_RST becomes high level.
計数値CNTは、カウンタ104の出力値を表す。カウンタ104は、信号CNT_RSTがローレベルである期間を撮像期間として前述の計数および初期化動作を行う。なお、カウンタ104は、信号CNT_RSTがローレベルである状態でカウントを行うが、別途イネーブル信号に応じてカウントを行ってもよい。
A count value CNT represents the output value of the
READ_ENは、カウンタ104の出力値を垂直伝送路508(図5)に出力するタイミングを表しており、信号CNT_RSTと同一のタイミングで発行される。なお、信号CNT_RSTと同一のタイミングで信号READ_ENは発行されるが、それに限定されない。具体的には、読み出し信号とリセット信号を個別に持ち、発行のタイミングをずらすことで垂直伝送路508への転送タイミングを任意に設定してもよい。
READ_EN represents the timing of outputting the output value of the
次に、画素100の駆動方法を説明する。タイミングt400では、信号INV_ENがローレベルの状態で、信号CNT_RSTがハイレベルになるため、信号ZERO_RSTがハイレベルになる。信号ZERO_RSTがハイレベルになると、カウンタ104は、クロック信号に同期して、計数値CNTを0にクリアする。なお、実際は、クロック信号に同期して計数値CNTに反映されるため、計数値CNTに遅延が発生するが、略同一のタイミングとして説明を行う。
Next, a method for driving the
タイミングt401では、信号ZERO_RSTがローレベルになり、露光が開始され、撮像期間が開始する。また、信号ZERO_RSTがローレベルになると、信号INV_ENがハイレベルになり、次に信号CNT_RSTがハイレベルになった際には、信号ZERO_RSTではなく、信号INV_RSTがハイレベルになる。 At timing t401, the signal ZERO_RST becomes low level, exposure starts, and the imaging period starts. Further, when the signal ZERO_RST becomes low level, the signal INV_EN becomes high level, and when the signal CNT_RST becomes high level next time, not the signal ZERO_RST but the signal INV_RST becomes high level.
タイミングt402では、APD101に光子が入射したことにより、APD101には、アバランシェ増倍された電荷が発生し、APD101の電位が変化する。APD101は、クエンチ抵抗102を介して電荷を排出するので、APD101が再び一定の電位になるまで時間がかかる。波形整形回路103は、APD101の電位の立ち下がりエッジを検出し、短時間の電圧パルスPLSを生成する。この電圧パルスPLSは、カウンタ104に入力される。カウンタ104は、電圧パルスPLSを計数し、計数値CNTが1となる。
At timing t402, a photon is incident on the
タイミングt401~t403では、電圧パルスPLSが発生するたびに、カウンタ104は、計数値CNTをインクリメントし続ける。タイミングt401~t403では、5回の電圧パルスPLSが発生し、計数値CNTは5となる。撮像期間は、タイミングt401~t403である。
During timings t401 to t403, the
タイミングt403では、計数値CNTが5の状態で、信号CNT_RSTおよびREAD_ENがハイレベルになる。信号READ_ENがハイレベルになると、計数値CNTが垂直伝送路508に伝送され、撮像期間が完了する。計数値CNTの5は、タイミングt401~t403の撮像期間のフレームの画素値に対応する。タイミングt401~t403の撮像期間のフレームは、フレーム内圧縮のためのフレームである。
At timing t403, the count value CNT is 5 and the signals CNT_RST and READ_EN go high. When the signal READ_EN becomes high level, the count value CNT is transmitted to the
また、タイミングt403では、信号INV_ENがハイレベルのため、信号INV_RSTがハイレベルとなり、計数値CNTの値が5の正負符号反転値である-5となる。 Further, at timing t403, since the signal INV_EN is at a high level, the signal INV_RST is at a high level, and the value of the count value CNT becomes -5 which is the sign-inverted value of 5.
タイミングt404では、信号INV_RSTとINV_ENとREAD_ENがローレベルとなり、露光が開始し、次のフレームの撮像期間が開始する。タイミングt404~t405では、タイミングt401~t403と同様に、電圧パルスPLSが発生するたびに、カウンタ104は、計数値CNTをインクリメントし続ける。タイミングt404~t405では、4回の電圧パルスPLSが発生しているため、カウンタ104は、-5の計数値CNTに対して4回インクリメントし、-1の計数値CNTを出力する。
At timing t404, the signals INV_RST, INV_EN, and READ_EN become low level, exposure starts, and the imaging period of the next frame starts. During timings t404 to t405, similarly to timings t401 to t403,
タイミングt405では、計数値CNTが-1の状態で、タイミングt403と同様に、信号CNT_RSTおよびREAD_ENがハイレベルになる。信号READ_ENがハイレベルになると、-1の計数値CNTが垂直伝送路508に伝送され、撮像期間が完了する。-1の計数値CNTは、今回の撮像期間のフレームの電圧パルスPLSの発生数から、前回の撮像期間のフレームの電圧パルスPLSの発生数を減算した値である。すなわち、-1の計数値CNTは、今回のフレームと前回のフレームの電圧パルスPLSの発生数の差分である。タイミングt404~t405の撮像期間のフレームは、フレーム間圧縮のためのフレームである。
At timing t405, while the count value CNT is -1, the signals CNT_RST and READ_EN go high as at timing t403. When the signal READ_EN becomes high level, the count value CNT of -1 is transmitted to the
また、タイミングt405では、信号INV_ENがローレベルのため、信号ZERO_RSTがハイレベルとなり、計数値CNTが0となる。 At timing t405, since the signal INV_EN is at low level, the signal ZERO_RST becomes high level and the count value CNT becomes zero.
タイミングt406では、信号CNT_RSTとZERO_RSTとREAD_ENがローレベルとなり、信号INV_ENがハイレベルとなる。タイミングt406~t407では、タイミングt401~t403と同様に、電圧パルスPLSが発生するたびに、カウンタ104は、計数値CNTをインクリメントし続ける。タイミングt406~t407では、4回の電圧パルスPLSが発生しているため、カウンタ104は、0の計数値CNTに対して4回インクリメントし、4の計数値CNTを出力する。タイミングt406~t407の撮像期間のフレームは、フレーム内圧縮のためのフレームである。
At timing t406, the signals CNT_RST, ZERO_RST, and READ_EN become low level, and the signal INV_EN becomes high level. During timings t406 to t407,
タイミングt407~t408では、タイミングt403~t404と同様に、信号CNT_RST、INV_EN、ZERO_RSTおよびREAD_ENが制御され、計数値CNTが垂直伝送路508に伝送される。
At timings t407 to t408, the signals CNT_RST, INV_EN, ZERO_RST and READ_EN are controlled and the count value CNT is transmitted to the
以降、画素100は、タイミングt404~t406と同様の動作と、タイミングt406~t408と同様の動作を交互に繰り返す。このように動作することで、カウンタ104は、電圧パルスPLSの発生数を計数し、計数値CNTを出力する。カウンタ104は、計数値CNTとして、現フレームの撮像期間の電圧パルスPLSの発生数と、現フレームと前フレームの電圧パルスPLSの発生数の差分とを交互に出力する。これは、フレームメモリを用いて、フレーム間の同一の画素100の差分値を出力することと等しい。
Thereafter, the
図5は、固体撮像素子500の構成例を示す図である。固体撮像素子500は、撮像装置であり、上記の複数の画素100と、垂直選択回路507と、出力スイッチ501と、水平選択回路502と、出力スイッチ503と、タイミングジェネレータ(TG)504と、制御部505と、圧縮部506とを有する。複数の画素100は、2次元行列状に配列される。
FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of the solid-
TG504は、内部のカウンタに基づいて、撮像期間や転送期間などのタイミング信号を生成し、垂直選択回路507と制御部505と水平選択回路502にタイミング信号を出力する。
The
制御部505は、撮像期間に基づいて、信号INV_RSTおよびZERO_RST等を画素100に出力する。なお、信号INV_RSTおよびZERO_RSTを読み出し制御信号READ_ENと同じタイミングにする場合には、制御部505は、各画素100に対する信号INV_RSTおよびZERO_RSTを順に出力するように制御する。
The
垂直選択回路507は、撮像期間の終了するタイミングになると、出力スイッチ501に対してハイレベルのREAD_ENを出力する。出力スイッチ501は、ハイレベルのREAD_ENが入力されると、画素100が出力する計数値CNTを垂直伝送路508に伝送する。複数の垂直伝送路508は、画素100の列毎に設けられる。各列の画素100は、順に、出力スイッチ501を介して、垂直伝送路508に計数値CNTを出力する。
The
なお、信号INV_RSTおよびZERO_RSTは、各々異なる信号として説明をしたが、それに限定されない。例えば、信号INV_ENおよびCNT_RSTを画素100の入力信号とし、画素100の中で信号INV_RSTおよびZERO_RSTを生成してもよい。また、画素100は、少なくとも信号INV_RSTおよびZERO_RSTをバイナリエンコードした状態で入力し、リセットの選択信号として用いてもよい。
Although the signals INV_RST and ZERO_RST have been described as different signals, they are not limited to this. For example, signals INV_EN and CNT_RST may be input signals to
水平選択回路502は、出力スイッチ503を制御する。複数の出力スイッチ503は、画素100の列毎に設けられる。各列の出力スイッチ503は、順に、各列の垂直伝送路508を水平伝送路509に接続する。
A
圧縮部506は、水平伝送路509の計数値CNTを順に圧縮し、固体撮像素子500の外部に圧縮データを出力する。固体撮像素子500は、図4の各撮像期間のフレーム毎に、すべての画素100の計数値CNTを圧縮し、圧縮データを出力する。
The
図6は、圧縮部506の構成例を示すブロック図である。圧縮部506は、量子化部600と、エントロピー符号化部601と、符号量制御部602と、符号量計測部603とを有する。
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration example of the
量子化部600は、符号化ブロック単位で画素100の計数値CNTを入力し、符号化ブロック内で水平方向に隣接する画素100の計数値CNTの差分値を算出し、その差分値を量子化し、量子化データを生成する。
The
エントロピー符号化部601は、入力される量子化データ(シンボル)の出現頻度に基づいて、それぞれの量子化データに符号を割り当て、符号化データ604を生成する。エントロピー符号化の方式は、例えば、ゴロム符号化またはハフマン符号化であるが、それらに限定されない。
The
符号量計測部603は、エントロピー符号化部601が生成する符号化ブロック単位の符号化データ量を計測する。符号量制御部602は、符号量計測部603により計測された符号化データ量に基づき、量子化部600の量子化ステップを制御する。
The code
図7は、圧縮部506の処理を示すフローチャートである。圧縮処理が開始されると、量子化部600は、符号化ブロック単位の画素100の計数値CNTを入力する。
FIG. 7 is a flow chart showing the processing of the
最初に、ステップS701では、量子化部600は、符号化ブロック内で水平方向に隣接する画素100の計数値CNTの差分値を算出する。
First, in step S701, the
次に、ステップS702では、量子化部600は、ステップS701で算出された差分値を所定の値を用いて量子化する。所定の値は、量子化ステップを決定するパラメータであり、後述の符号量制御部602によって動的に決定される。以降、所定の値をQP(Quantization Parameter:量子化パラメータ)という。量子化部600は、差分値をQPで除算し、除算結果の小数部を四捨五入することによって、量子化を行う。
Next, in step S702, the
次に、ステップS703では、エントロピー符号化部601は、量子化された差分値に対して符号の割り当てを行い、符号化データ604を生成する。符号量計測部603は、エントロピー符号化部601が生成する符号化ブロック単位の符号化データ量を計測する。
Next, in step S<b>703 , the
次に、ステップS704では、符号量制御部602は、符号化ブロック単位の符号化データ量が目標符号化データ量に収まっているか否かを判定する。目標符号化データ量は、固体撮像素子500の出力帯域に収まる符号化データ量が設定される。符号量制御部602は、符号化ブロック単位の符号化データ量が目標符号化データ量に収まっていない場合には、ステップS705に進み、符号化ブロック単位の符号化データ量が目標符号化データ量に収まっている場合には、ステップS706に進む。
Next, in step S704, the code
ステップS705では、符号量制御部602は、符号化ブロック単位の符号化データ量と、目標符号化データ量との差分に応じて、QPを増加または減少し、符号化ブロック単位の符号化データ量が目標符号化データ量に収まるように符号量制御を行う。その後、符号量制御部602は、ステップS702に戻り、上記の処理を繰り返す。
In step S705, the code
ステップS706では、符号量制御部602は、各符号化ブロックの量子化に用いたQPと、エントロピー符号化部601の符号割り当て情報(符号化パラメータ)と、圧縮フラグとを、符号化データ604に対応付けて出力する。圧縮フラグは、フレーム内圧縮またはフレーム間圧縮を示す情報である。図4のタイミングt401~t403の撮像期間のフレームでは、圧縮フラグは、フレーム内圧縮を示す情報である。図4のタイミングt404~t405の撮像期間のフレームでは、圧縮フラグは、フレーム間圧縮を示す情報である。図4のタイミングt406~t407の撮像期間のフレームでは、圧縮フラグは、フレーム内圧縮を示す情報である。
In step S706, the code
以上のように、圧縮部506は、タイミングt401~t403の撮像期間のフレームおよびタイミングt406~t407の撮像期間のフレームでは、フレーム内圧縮を行うことができる。また、圧縮部506は、タイミングt404~t405の撮像期間のフレームでは、フレームメモリとして用いられるDRAMやSRAMを用いることなく、フレーム間圧縮を行うことができる。
As described above, the
一般的に、フレーム間圧縮は、フレーム間の動きベクトルが存在しない場合に、高い圧縮率を実現することが可能となり、伝送路の帯域を逼迫しやすいフレームレートの高い読み出しに相性がよい。また、読み出される1フレーム内の画素数がかなり多く、フレームレートが低い読み出しの時には、フレーム内圧縮は相性が良い。そのため、固体撮像素子500は、読み出しのレートに基づいて、本実施形態の機能を用いるか否かを制御してもよい。
In general, inter-frame compression can achieve a high compression rate when there is no inter-frame motion vector, and is well suited for high-frame-rate readout, which tends to impose a strain on the bandwidth of transmission channels. Further, when the number of pixels in one frame to be read is quite large and the frame rate is low, intra-frame compression is well suited. Therefore, the solid-
図8は、撮像システム800の構成例を示す図である。撮像システム800は、上記の固体撮像素子500の他に、光学系ユニット801と、伸張部802と、キャプチャー部803と、デジタル信号処理部804と、外部記録装置805とを有する。
FIG. 8 is a diagram showing a configuration example of an
光学系ユニット801は、フォーカスを調整するためのフォーカシングレンズを含む光学レンズ群、シャッター、絞り、レンズ制御部等を有し、固体撮像素子500上に光学像を結像する。
The
固体撮像素子500は、図5の固体撮像素子500であり、光学系ユニット801によって結像された像を光電変換し、画素100の計数値CNTの圧縮を行い、符号化データを伸張部802に出力する。符号化データには、QPと、符号化パラメータと、圧縮フラグとが対応付けられている。
The solid-
伸張部802は、符号化データに対応付けられたDPと符号化パラメータと圧縮フラグに基づいて、符号化データに対して伸張処理を行い、伸張結果のデータをキャプチャー部803に出力する。伸張部802は、圧縮フラグがフレーム内圧縮を示す情報である場合には、内部のDRAM等の記憶装置に現フレームの伸張結果を出力する。また、伸張部802は、圧縮フラグがフレーム間圧縮を示す情報である場合には、内部の記憶装置に記憶されている前フレームの伸張結果を読み出し、フレーム間参照を行って現フレームの伸張を行う。
The
キャプチャー部803は、伸張部802が出力する各フレームの画素信号の有効期間および種別を判定し、デジタル信号処理部804に出力する。デジタル信号処理部804は、各フレームの画素信号に対して、ホワイトバランス補正、同時化処理、動画像の符号化処理等のデジタル信号処理を行って、画像を外部記録装置805に出力する。外部記録装置805は、デジタル信号処理部804から出力された画像をメモリカードに記録する。
The
以上のように、固体撮像素子500は、タイミングt401~t403の撮像期間のフレームでは、各画素100の電圧パルスPLSの発生数を計数値CNTとして計数し、フレーム内圧縮により符号化データを生成する。また、固体撮像素子500は、タイミングt404~t405の撮像期間のフレームでは、現フレームと前フレームの各画素100の電圧パルスPLSの発生数の差分値を計数値CNTとして計数し、フレーム間圧縮により符号化データを生成する。
As described above, the solid-
固体撮像素子500は、フレーム内圧縮のフレームと、フレーム間圧縮のフレームとを交互に繰り返す。フレーム間圧縮は、フレームメモリを用いずに、実現できる。フレーム間圧縮を行うことにより、圧縮率が高くなり、符号データ量を削減することができる。また、被写体に依存する圧縮率の変動が少なくなる。また、フレーム間圧縮では、計数値CNTが0付近の値になるため、CMOSトランジスタのスイッチング電流が少なくなる。
The solid-
固体撮像素子500は、1ビット型アナログデジタル変換器とカウンタ104を有する。1ビット型アナログデジタル変換器は、APD101と、クエンチ抵抗102と、波形整形回路103とを有する。固体撮像素子500は、フレームメモリを用いずに、小さな回路規模で、フレーム間圧縮が可能である。
The solid-
図4のように、カウンタ104は、偶数フレームでは、APD101により生成された信号を基に計数された計数値CNTを生成する。また、カウンタ104は、奇数フレームでは、APD101により生成された信号を基に、前フレームの計数値CNTの正負符号が反転された計数値に対して計数された計数値CNTを生成する。偶数フレームと奇数フレームは、時系列的に異なるフレームである。
As shown in FIG. 4, the
具体的には、カウンタ104は、偶数フレームでは、前フレームの計数値CNTを初期値にリセットし、APD101により生成された信号を基に、リセットされた計数値に対して計数する。また、カウンタ104は、奇数フレームでは、前フレームの計数値CNTの論理反転値に1を加算することにより、前フレームの計数値CNTの正負符号を反転させる符号反転部203を有する。なお、偶数フレームと奇数フレームを入れ替えてもよい。
Specifically, in even frames, the
(第2の実施形態)
第1の実施形態では、符号反転部203は、フリップフロップ200の出力値CNTに対して正負符号が反転した値を出力する。これにより、固体撮像素子500は、フレームメモリを用いずに、フレーム間の画素値の差分値を算出および圧縮し、コストを抑えて高い圧縮率を実現できる。また、符号反転部203は、フリップフロップ200の出力値CNTに対する2の補数を、フリップフロップ200の出力値CNTに対して正負符号が反転した値として出力する。これにより、伸張部802以降の処理を簡便にすることができる。しかし、符号反転部203は、フリップフロップ200の出力値CNTの論値反転だけではなく、1を加算する処理が必要となるため、カウンタ104の規模が大きくなり、カウンタ104の制御が複雑になるという課題がある。この課題は、画素100の数が多くなるほど、顕著になる。
(Second embodiment)
In the first embodiment, the
本発明の第2の実施形態では、図9の符号反転部900は、フリップフロップ200の出力値CNTに対する1の補数を出力する。これにより、撮像システム800は、伸張部802以降の処理を簡便にしつつ、回路規模の削減を行うことができる。
In the second embodiment of the present invention, the
図9は、第2の実施形態による同期カウンタ104の構成例を示す図である。以下、本実施形態が第1の実施形態と異なる点を説明する。図9のカウンタ104は、図2のカウンタ104に対して、符号反転部203の代わりに符号反転部900を設けたものである。符号反転部900は、フリップフロップ200の出力値CNTの論理反転値を、フリップフロップ200の出力値CNTに対する1の補数として、選択部202に出力する。符号反転部900は、符号反転部203と比べて、1を加算する加算部が存在しないため、同期カウンタ104の回路規模を削減することができる。選択部202と加算部201とフリップフロップ200の動作は、図2のものと同様である。選択部202は、信号INV_RSTがハイレベルの場合には、符号反転部900の出力値を加算部201に出力する。加算部201は、選択部202の出力値に電圧パルスPLSを加算し、加算結果をフリップフロップ200に出力する。フリップフロップ200は、加算部201の加算結果を保持し、保持している値を計数値CNTとして出力する。
FIG. 9 is a diagram showing a configuration example of the
また、図9の同期カウンタ104を図3と同様な非同期カウンタで構成する場合には、図3で説明したようにハイレベルの信号INV_RSTが発行された後に1を加算する目的で、電圧パルスPLSをハイレベルに制御する必要がなくなり、制御が簡便となる。また、電圧パルスPLSの線に対して制御部505の出力ノードを接続する必要がなくなるため、配線の混雑性やトランジスタの駆動能力を向上させるための追加の電力が緩和される。
When the
図10は、本実施形態による圧縮部506の構成例を示す図である。図10の圧縮部506は、図6の圧縮部506に対して、2の補数化部1000を追加したものである。2の補数化部1000は、タイミングt401~t403とt406~t407のフレーム内圧縮のフレームでは、補数選択信号がローレベルであるため、カウンタ104の計数値CNTをそのまま量子化部600に出力する。また、2の補数化部1000は、タイミングt404~t405のフレーム間圧縮のフレームでは、補数選択信号がハイレベルであるため、カウンタ104の計数値CNTに1を加算し、2の補数表現に変換し、加算結果を量子化部600に出力する。これにより、図10の量子化部600の入力値は、図6の量子化部600の入力値と同じになる。量子化部600とエントロピー符号化部601と符号量制御部602と符号量計測部603の動作は、図6のものと同じである。本実施形態によれば、信号INV_RSTが入力された際の正負符号反転のための回路規模削減および制御性向上を図ることができる。
FIG. 10 is a diagram showing a configuration example of the
なお、圧縮部506内の2の補数化部1000が1を加算する構成について説明したが、これに限定されない。例えば、固体撮像素子500は、図6の圧縮部506を有し、図8の伸張部802が1の補数の入力値に対して伸張処理を行った上で、現フレームと前フレームとの差分を1の補数として現フレームの画素データを復元してもよい。つまり、複数の画素100の構成を簡便化し、パス上で1カ所に束ねられる部分で補数表現処理を吸収すればよい。
Although the configuration in which the 2's
以上のように、カウンタ104および2の補数化部1000は、偶数フレームでは、APD101により生成された信号を基に計数された計数値CNTを生成する。また、カウンタ104および2の補数化部1000は、奇数フレームでは、APD101により生成された信号を基に、前フレームの計数値CNTの正負符号が反転された計数値に対して計数された計数値CNTを生成する。
As described above, the
カウンタ104は、奇数フレームでは、前フレームの計数値CNTの論理反転値に対して計数する。2の補数化部1000は、奇数フレームでは、カウンタ104により計数された計数値CNTに1を加算する。
The
(第3の実施形態)
図11は、本発明の第3の実施形態による固体撮像素子500の構成例を示す図である。以下、本実施形態が第1の実施形態と異なる点を説明する。図11の固体撮像素子500は、図5の固体撮像素子500に対して、2本の制御線1101および1102を有する点が異なる。
(Third embodiment)
FIG. 11 is a diagram showing a configuration example of a solid-
制御部505は、制御線1101を介して、偶数行の画素100に対して、信号EVEN_INV_RSTおよびEVEN_ZERO_RSTを出力する。信号EVEN_INV_RSTおよびEVEN_ZERO_RSTは、それぞれ、図1の信号INV_RSTおよびZERO_RSTに対応する。
The
また、制御部505は、制御線1102を介して、奇数行の画素100に対して、信号ODD_INV_RSTおよびODD_ZERO_RSTを出力する。信号ODD_INV_RSTおよびODD_ZERO_RSTは、それぞれ、図1の信号INV_RSTおよびZERO_RSTに対応する。
Also, the
図12は、本実施形態による固体撮像素子500の制御方法を示すタイミングチャートである。固体撮像素子500は、複数の画素100を並列に駆動することにより、光学像をデジタル信号に変換する。
FIG. 12 is a timing chart showing the control method of the solid-
EVEN_APDは、偶数行の画素100において、APD101およびクエンチ抵抗102により生成される電位波形であり、波形整形回路103の入力電位波形を示す。ODD_APDは、奇数行の画素100において、APD101およびクエンチ抵抗102により生成される電位波形であり、波形整形回路103の入力電位波形を示す。
EVEN_APD is a potential waveform generated by the
電圧パルスEVEN_PLSは、偶数行の画素100内の波形整形回路103の出力電圧である。電圧パルスODD_PLSは、奇数行の画素100内の波形整形回路103の出力電圧である。
The voltage pulse EVEN_PLS is the output voltage of the
信号CNT_RST、EVEN_INV_ENおよびODD_INV_ENは、図11の制御部505により生成される。制御部505は、信号CNT_RST、EVEN_INV_ENおよびODD_INV_ENを基に、信号EVEN_ZERO_RST、EVEN_INV_RST、ODD_ZERO_RSTおよびODD_INV_RSTを生成する。
Signals CNT_RST, EVEN_INV_EN and ODD_INV_EN are generated by
具体的には、信号EVEN_INV_ENがローレベルの時に信号CNT_RSTがハイレベルの場合には、信号EVEN_ZERO_RSTがハイレベルになる。また、信号EVEN_INV_ENがハイレベルの時に信号CNT_RSTがハイレベルの場合には、信号EVEN_INV_RSTがハイレベルになる。 Specifically, when the signal EVEN_INV_EN is low level and the signal CNT_RST is high level, the signal EVEN_ZERO_RST becomes high level. Also, if the signal CNT_RST is high level when the signal EVEN_INV_EN is high level, the signal EVEN_INV_RST becomes high level.
また、信号ODD_INV_ENがローレベルの時に信号CNT_RSTがハイレベルの場合には、信号ODD_ZERO_RSTがハイレベルになる。また、信号ODD_INV_ENがハイレベルの時に信号CNT_RSTがハイレベルの場合には、信号ODD_INV_RSTがハイレベルになる。 Also, if the signal CNT_RST is high level when the signal ODD_INV_EN is low level, the signal ODD_ZERO_RST becomes high level. Also, if the signal CNT_RST is high level when the signal ODD_INV_EN is high level, the signal ODD_INV_RST becomes high level.
信号EVEN_ZERO_RSTは、偶数行の画素100に入力される信号ZERO_RSTである。信号EVEN_INV_RSTは、偶数行の画素100に入力される信号INV_RSTである。
The signal EVEN_ZERO_RST is the signal ZERO_RST that is input to the
信号ODD_ZERO_RSTは、奇数行の画素100に入力される信号ZERO_RSTである。信号ODD_INV_RSTは、奇数行の画素100に入力される信号INV_RSTである。
The signal ODD_ZERO_RST is the signal ZERO_RST that is input to the
計数値EVEN_CNTは、偶数行の画素100内のカウンタ104の出力値を表す。計数値ODD_CNTは、奇数行の画素100内のカウンタ104の出力値を表す。カウンタ104は、信号CNT_RSTがローレベルである期間を撮像期間として前述の計数および初期化動作を行う。なお、カウンタ104は、信号CNT_RSTがローレベルである状態でカウントを行うが、別途イネーブル信号に応じてカウントを行ってもよい。
The count value EVEN_CNT represents the output value of the
READ_ENは、カウンタ104の出力値を垂直伝送路508(図11)に出力するタイミングを表しており、信号CNT_RSTと同一のタイミングで発行される。なお、信号CNT_RSTと同一のタイミングで信号READ_ENは発行されるが、それに限定されない。具体的には、読み出し信号とリセット信号を個別に持ち、発行のタイミングをずらすことで垂直伝送路508への転送タイミングを任意に設定してもよい。
READ_EN represents the timing of outputting the output value of the
次に、画素100の駆動方法を説明する。タイミングt400では、信号EVEN_INV_ENがローレベルであり、信号ODD_INV_ENがハイレベルである状態で、信号CNT_RSTがハイレベルになるため、信号EVEN_ZERO_RSTとODD_INV_RSTがハイレベルになる。信号EVEN_ZERO_RSTがハイレベルになると、偶数行のカウンタ104は、クロック信号に同期して、計数値EVEN_CNTを0にクリアする。また、信号ODD_INV_RSTがハイレベルになると、計数値ODD_CNTは、直前の計数値ODD_CNTに対して正負符号が反転した値になる。ここでは、撮像開始状態であり、カウンタ104のレジスタ値が不定値のため、計数値ODD_CNTは、不定値となる。なお、実際は、クロック信号に同期して計数値EVEN_CNTとODD_CNTに反映されるため、計数値EVEN_CNTとODD_CNTに遅延が発生するが、略同一のタイミングとして説明を行う。
Next, a method for driving the
タイミングt401では、信号EVEN_ZERO_RSTおよびODD_INV_RSTがローレベルになり、露光が開始され、撮像期間が開始する。また、信号EVEN_ZERO_RSTおよびODD_INV_RSTがローレベルになると、信号EVEN_INV_ENがハイレベルになり、信号ODD_INV_ENがローレベルになる。次に信号CNT_RSTがハイレベルになった際には、信号EVEN_ZERO_RSTではなく信号EVEN_INV_RSTがハイレベルになり、信号ODD_INV_RSTではなく信号ODD_ZERO_RSTがハイレベルになる。 At timing t401, the signals EVEN_ZERO_RST and ODD_INV_RST become low level, exposure starts, and the imaging period starts. Also, when the signals EVEN_ZERO_RST and ODD_INV_RST go low, the signal EVEN_INV_EN goes high and the signal ODD_INV_EN goes low. Next, when the signal CNT_RST becomes high level, the signal EVEN_INV_RST becomes high level instead of the signal EVEN_ZERO_RST, and the signal ODD_ZERO_RST becomes high level instead of the signal ODD_INV_RST.
タイミングt402では、APD101に光子が入射したことにより、APD101には、アバランシェ増倍された電荷が発生し、APD101の電位が変化する。APD101は、クエンチ抵抗102を介して電荷を排出するので、APD101が再び一定の電位になるまで時間がかかる。偶数行および奇数行の波形整形回路103は、それぞれ、APD101の電位の立ち下がりエッジを検出し、短時間の電圧パルスEVEN_PLSおよびODD_PLSを生成する。この電圧パルスEVEN_PLSおよびODD_PLSは、それぞれ、偶数行および奇数行のカウンタ104に入力される。偶数行のカウンタ104は、電圧パルスEVEN_PLSを計数し、計数値EVEN_CNTが1となる。奇数行のカウンタ104は、電圧パルスODD_PLSを計数し、計数値ODD_CNTが不定値となる。
At timing t402, a photon is incident on the
タイミングt401~t403では、電圧パルスEVEN_PLSおよびODD_PLSが発生するたびに、偶数行および奇数行のカウンタ104は、計数値EVEN_CNTおよびODD_CNTをインクリメントし続ける。タイミングt401~t403では、5回の電圧パルスEVEN_PLSおよび5回の電圧パルスODD_PLSが発生し、計数値EVEN_CNTは5となり、計数値ODD_CNTは不定値となる。 During timings t401 to t403, the even-row and odd-row counters 104 continue to increment the count values EVEN_CNT and ODD_CNT each time the voltage pulses EVEN_PLS and ODD_PLS are generated. At timings t401 to t403, five voltage pulses EVEN_PLS and five voltage pulses ODD_PLS are generated, the count value EVEN_CNT becomes 5, and the count value ODD_CNT becomes an undefined value.
タイミングt403では、計数値EVEN_CNTが5の状態で、信号CNT_RSTおよびREAD_ENがハイレベルになる。信号READ_ENがハイレベルになると、計数値EVEN_CNTおよびODD_CNTが垂直伝送路508に順に伝送され、撮像期間が完了する。計数値EVEN_CNTの5は、タイミングt401~t403の撮像期間のフレームの画素値に対応する。偶数行の画素100にとって、タイミングt401~t403の撮像期間のフレームは、フレーム内圧縮のためのフレームである。
At timing t403, the count value EVEN_CNT is 5 and the signals CNT_RST and READ_EN go high. When the signal READ_EN becomes high level, the count values EVEN_CNT and ODD_CNT are transmitted to the
また、タイミングt403では、信号EVEN_INV_ENがハイレベルのため、信号EVEN_INV_RSTがハイレベルとなり、計数値EVEN_CNTの値が5の正負符号反転値である-5となる。また、信号ODD_INV_ENがローレベルのため、信号ODD_ZERO_RSTがハイレベルとなり、計数値EVEN_CNTの値が0となる。 Also, at timing t403, since the signal EVEN_INV_EN is at a high level, the signal EVEN_INV_RST is at a high level, and the value of the count value EVEN_CNT becomes -5, which is the sign-inverted value of 5. Also, since the signal ODD_INV_EN is at low level, the signal ODD_ZERO_RST is at high level and the value of the count value EVEN_CNT is zero.
タイミングt404では、信号EVEN_INV_RST、ODD_ZERO_RST、EVEN_INV_ENおよびREAD_ENがローレベルになり、信号ODD_INV_ENがハイレベルになり、露光が開始し、次のフレームの撮像期間が開始する。タイミングt404~t405では、タイミングt401~t403と同様に、電圧パルスEVEN_PLSおよびODD_PLSが発生するたびに、偶数行および奇数行のカウンタ104は、計数値EVEN_CNTおよびODD_CNTをインクリメントし続ける。 At timing t404, the signals EVEN_INV_RST, ODD_ZERO_RST, EVEN_INV_EN and READ_EN become low level, the signal ODD_INV_EN becomes high level, exposure starts, and the imaging period of the next frame starts. At timings t404 to t405, the even-row and odd-row counters 104 continue to increment the count values EVEN_CNT and ODD_CNT each time the voltage pulses EVEN_PLS and ODD_PLS are generated, similarly to the timings t401 to t403.
タイミングt404~t405では、4回の電圧パルスEVEN_PLSおよび4回の電圧パルスODD_PLSが発生している。偶数行のカウンタ104は、-5の計数値EVEN_CNTに対して4回インクリメントし、-1の計数値EVEN_CNTを出力する。奇数行のカウンタ104は、0の計数値ODD_CNTに対して4回インクリメントし、4の計数値ODD_CNTを出力する。
Between timings t404 and t405, four voltage pulses EVEN_PLS and four voltage pulses ODD_PLS are generated. The
タイミングt405では、計数値EVEN_CNTが-1であり、計数値ODD_CNTが4の状態で、タイミングt403と同様に、信号CNT_RSTおよびREAD_ENがハイレベルになる。信号READ_ENがハイレベルになると、垂直伝送路508に計数値EVEN_CNTおよびODD_CNTが順に伝送され、撮像期間が完了する。
At timing t405, the count value EVEN_CNT is -1 and the count value ODD_CNT is 4, and the signals CNT_RST and READ_EN go high as at timing t403. When the signal READ_EN becomes high level, the count values EVEN_CNT and ODD_CNT are sequentially transmitted to the
-1の計数値EVEN_CNTは、今回の撮像期間のフレームの電圧パルスEVEN_PLSの発生数から、前回の撮像期間のフレームの電圧パルスEVEN_PLSの発生数を減算した値である。すなわち、-1の計数値CNTは、今回のフレームと前回のフレームの電圧パルスEVEN_PLSの発生数の差分である。偶数行の画素100にとって、タイミングt404~t405の撮像期間のフレームは、フレーム間圧縮のためのフレームである。
The count value EVEN_CNT of -1 is a value obtained by subtracting the number of voltage pulses EVEN_PLS generated in the frame in the previous imaging period from the number of voltage pulses EVEN_PLS generated in the frame in the current imaging period. That is, the count value CNT of -1 is the difference between the number of voltage pulses EVEN_PLS generated in the current frame and the previous frame. For the
4の計数値ODD_CNTは、今回の撮像期間のフレームの電圧パルスODD_PLSの発生数であり、奇数行の画素100の画素値に対応する。奇数行の画素100にとって、タイミングt404~t405の撮像期間のフレームは、フレーム内圧縮のためのフレームである。
A count value ODD_CNT of 4 is the number of voltage pulses ODD_PLS generated in the frame during the current imaging period, and corresponds to the pixel values of the
また、タイミングt405では、信号EVEN_INV_ENがローレベルのため、信号EVEN_ZERO_RSTがハイレベルとなり、計数値EVEN_CNTが0となる。また、信号ODD_INV_ENがハイレベルのため、信号ODD_INV_RSTがハイレベルとなり、計数値ODD_CNTは、正負符号が反転し、4から-4になる。 Also, at timing t405, since the signal EVEN_INV_EN is at low level, the signal EVEN_ZERO_RST becomes high level and the count value EVEN_CNT becomes zero. Also, since the signal ODD_INV_EN is at a high level, the signal ODD_INV_RST is at a high level, and the sign of the count value ODD_CNT is inverted from 4 to -4.
タイミングt406では、信号CNT_RST、EVEN_ZERO_RST、ODD_INV_EN、ODD_INV_RSTおよびREAD_ENがローレベルとなり、信号EVEN_INV_ENがハイレベルとなる。 At timing t406, the signals CNT_RST, EVEN_ZERO_RST, ODD_INV_EN, ODD_INV_RST and READ_EN become low level, and the signal EVEN_INV_EN becomes high level.
タイミングt406~t407では、タイミングt401~t403と同様に、電圧パルスEVEN_PLSおよびODD_PLSが発生する度に、偶数行および奇数行のカウンタ104は、計数値EVEN_CNTおよびODD_CNTをインクリメントし続ける。 At timings t406 to t407, the even-row and odd-row counters 104 continue to increment count values EVEN_CNT and ODD_CNT each time voltage pulses EVEN_PLS and ODD_PLS are generated, similarly to timings t401 to t403.
タイミングt406~t407では、4回の電圧パルスEVEN_PLSが発生しているため、偶数行のカウンタ104は、0の計数値EVEN_CNTに対して4回インクリメントし、4の計数値EVEN_CNTを出力する。偶数行の画素100にとって、タイミングt406~t407の撮像期間のフレームは、フレーム内圧縮のためのフレームである。
Since four voltage pulses EVEN_PLS are generated at timings t406 to t407, the even-numbered
タイミングt406~t407では、4回の電圧パルスODD_PLSが発生しているため、奇数行のカウンタ104は、-4の計数値EVEN_CNTに対して4回インクリメントし、0の計数値EVEN_CNTを出力する。奇数行の画素100にとって、タイミングt406~t407の撮像期間のフレームは、フレーム間圧縮のためのフレームである。
Since four voltage pulses ODD_PLS are generated at timings t406 to t407, the odd-numbered
タイミングt407~t408では、タイミングt403~t404と同様に、信号CNT_RST、EVEN_INV_EN、ODD_INV_EN、EVEN_ZERO_RST、ODD_INV_RSTおよびREAD_ENが制御される。計数値EVEN_CNTおよびODD_CNTは、垂直伝送路508に伝送される。
At timings t407 to t408, signals CNT_RST, EVEN_INV_EN, ODD_INV_EN, EVEN_ZERO_RST, ODD_INV_RST and READ_EN are controlled in the same manner as at timings t403 to t404. Count values EVEN_CNT and ODD_CNT are transmitted to
以降、偶数行および奇数行の画素100は、タイミングt404~t406と同様の動作と、タイミングt406~t408と同様の動作を交互に繰り返す。偶数行のカウンタ104は、計数値EVEN_CNTとして、現フレームの撮像期間の電圧パルスEVEN_PLSの発生数と、現フレームと前フレームの電圧パルスEVEN_PLSの発生数の差分とを交互に出力する。奇数行のカウンタ104は、計数値ODD_CNTとして、現フレームの撮像期間の電圧パルスODD_PLSの発生数と、現フレームと前フレームの電圧パルスODD_PLSの発生数の差分とを交互に出力する。
After that, the
なお、信号ODD_INV_RSTおよびODD_ZERO_RSTと信号EVEN_INV_RSTおよびEVEN_ZERO_RSTは、各々異なる信号として説明したが、これに限定されない。例えば、偶数行の画素100は、信号EVEN_INV_ENおよびCNT_RSTを入力し、内部で、信号EVEN_INV_RSTおよびEVEN_ZERO_RSTを生成してもよい。また、奇数行の画素100は、信号ODD_INV_ENおよびCNT_RSTを入力し、内部で、信号ODD_INV_RSTおよびODD_ZERO_RSTを生成してもよい。また、偶数行の画素100は、少なくとも信号EVEN_INV_RSTおよびEVEN_ZERO_RSTをバイナリエンコードした状態で入力し、リセットの選択信号として用いてもよい。また、奇数行の画素100は、少なくとも信号ODD_INV_RSTおよびODD_ZERO_RSTをバイナリエンコードした状態で入力し、リセットの選択信号として用いてもよい。
Although the signals ODD_INV_RST and ODD_ZERO_RST and the signals EVEN_INV_RST and EVEN_ZERO_RST have been described as different signals, they are not limited to this. For example, even row
次に、図7を参照しながら、圧縮部506の処理を説明する。ステップS701~S705の処理は、第1の実施形態と同じである。
Next, the processing of the
ステップS706では、符号量制御部602は、各符号化ブロックの量子化に用いたQPと、エントロピー符号化部601の符号割り当て情報(符号化パラメータ)と、圧縮フラグとを、符号化データ604に対応付けて出力する。圧縮フラグは、フレーム内圧縮またはフレーム間圧縮を示す情報である。
In step S706, the code
図12のタイミングt401~t403の撮像期間のフレームでは、偶数行の画素100の圧縮フラグは、フレーム内圧縮を示す情報であり、奇数行の画素100の圧縮フラグは、フレーム間圧縮を示す情報である。
In the frames during the imaging period from timing t401 to t403 in FIG. 12, the compression flags of the
図12のタイミングt404~t405の撮像期間のフレームでは、偶数行の画素100の圧縮フラグは、フレーム間圧縮を示す情報であり、奇数行の画素100の圧縮フラグは、フレーム内圧縮を示す情報である。
In the frames during the imaging period from timing t404 to t405 in FIG. 12, the compression flags of the even-numbered
図12のタイミングt406~t407の撮像期間のフレームでは、偶数行の画素100の圧縮フラグは、フレーム内圧縮を示す情報であり、奇数行の画素100の圧縮フラグは、フレーム間圧縮を示す情報である。
In the frames during the imaging period from timing t406 to t407 in FIG. 12, the compression flags of
以上のように、圧縮部506は、タイミングt401~t403の撮像期間のフレームでは、偶数行の画素100に対してフレーム内圧縮を行い、奇数行の画素100に対してフレーム間圧縮を行う。また、圧縮部506は、タイミングt404~t405の撮像期間のフレームでは、偶数行の画素100に対してフレーム間圧縮を行い、奇数行の画素100に対してフレーム内圧縮を行う。また、圧縮部506は、タイミングt406~t407の撮像期間のフレームでは、偶数行の画素100に対してフレーム内圧縮を行い、奇数行の画素100に対してフレーム間圧縮を行う。フレーム間圧縮は、フレームメモリを用いることなく、圧縮処理を行うことができる。
As described above, the
固体撮像素子500は、偶数行の画素100に対して、フレーム単位で、フレーム内圧縮とフレーム間圧縮を交互に行い、奇数行の画素100に対して、フレーム単位で、フレーム間圧縮とフレーム内圧縮を交互に行う。これにより、圧縮後のデータ量を平滑化することができる。
The solid-
次に、図8の撮像システム800が第1の実施形態と異なる点を説明する。伸張部802は、符号化データに対応付けられたDPと符号化パラメータと圧縮フラグに基づいて、符号化データに対して伸張処理を行い、伸張結果のデータをキャプチャー部803に出力する。伸張部802は、偶数行または偶数行の画素100の圧縮フラグがフレーム内圧縮を示す情報である場合には、内部のDRAM等の記憶装置に現フレームの伸張結果を出力する。また、伸張部802は、偶数行または奇数行の画素100の圧縮フラグがフレーム間圧縮を示す情報である場合には、内部の記憶装置に記憶されている前フレームの伸張結果を読み出し、フレーム間参照を行って現フレームの伸張を行う。伸張部802は、偶数行の伸張結果と奇数行の伸張結果を1枚の画像に合成し、合成した画像をキャプチャー部803に出力する。
Next, the difference of the
以上のように、本実施形態によれば、偶数行および奇数行でフレーム内圧縮およびフレーム間圧縮を交互に行うことにより、伝送路の帯域をフレーム間で平均的な帯域に設定することができる。 As described above, according to this embodiment, intra-frame compression and inter-frame compression are alternately performed on even-numbered rows and odd-numbered rows, so that the bandwidth of the transmission path can be set to an average bandwidth between frames. .
図12のように、偶数行のカウンタ104は、偶数フレームでは偶数行のAPD101により生成された信号を基に計数された現フレームの計数値EVEN_CNTを生成する。偶数行のカウンタ104は、奇数フレームでは偶数行のAPD101により生成された信号を基に計数された前フレームの計数値と偶数行のAPD101により生成された信号を基に計数された現フレームの計数値の差分を示す計数値EVEN_CNTを生成する。
As shown in FIG. 12, the even-numbered
奇数行のカウンタ104は、偶数フレームでは奇数行のAPD101で生成された信号を基に計数された前フレームの計数値と奇数行のAPD101で生成された信号を基に計数された現フレームの計数値との差分を示す第2の計数値ODD_CNTを生成する。また、奇数行のカウンタ104は、奇数フレームでは奇数行のAPD101により生成された信号を基に計数された現フレームの計数値ODD_CNTを生成する。なお、奇数行と偶数行を入れ替えてもよい。ここで、すべての画素100は、偶数行の画素100および奇数行の画素100から成る空間的に異なる複数のフレームに分割される。その場合、偶数行の画素100は、第1のフレームに対応し、奇数行の画素100は、第2のフレームに対応する。
The odd-numbered
(第4の実施形態)
図13は、本発明の第4の実施形態による固体撮像素子500の構成例を示す図である。固体撮像素子500は、フレームメモリ1301を用いて、フレーム間の伝送帯域を平滑化する。以下、本実施形態が第3の実施形態と異なる点を説明する。図13の固体撮像素子500は、図11の固体撮像素子500に対して、圧縮部506の代わりに、フレームメモリ1301および圧縮部1302を設けたものである。フレームメモリ1301は、水平伝送路509の計数値CNTを格納し、その格納した計数値CNTを圧縮部1302に出力する。圧縮部1302は、フレームメモリ1301から前フレームの計数値CNTを入力し、水平伝送路509から現フレームの計数値CNTを入力し、圧縮する。
(Fourth embodiment)
FIG. 13 is a diagram showing a configuration example of a solid-
制御部505は、制御線1101を介して、偶数行の画素100に対して、信号EVEN_INV_RSTを出力せず、各フレーム間でハイレベルパルスの信号EVEN_ZERO_RSTを出力する。偶数行の画素100では、図2の選択部202は、信号EVEN_ZERO_RSTがハイレベルの場合に「0」を加算部201に出力し、信号EVEN_ZERO_RSTがローレベルの場合にフリップフロップ200の出力値CNTを加算部201に出力する。偶数行のカウンタ104は、全フレームにおいて、タイミングt401~t403のように、電圧パルスEVEN_PLSの発生数を計数値EVEN_CNTとして出力する。
The
また、制御部505は、制御線1201を介して、奇数行の画素100に対して、信号ODD_INV_RSTを出力せず、各フレーム間でハイレベルパルスの信号ODD_ZERO_RSTを出力する。奇数行の画素100では、図2の選択部202は、信号ODD_ZERO_RSTがハイレベルの場合には「0」を加算部201に出力し、信号ODD_ZERO_RSTがローレベルの場合にはフリップフロップ200の出力値CNTを加算部201に出力する。奇数行のカウンタ104は、全フレームにおいて、タイミングt404~t405のように、電圧パルスODD_PLSの発生数を計数値ODD_CNTとして出力する。
In addition, the
図14は、図13の圧縮部1302の構成例を示す図である。図14の圧縮部1302は、図6の圧縮部506に対して、減算器1400および選択部1401を追加したものである。減算器1400は、水平伝送路509から入力した現フレームの計数値EVEN_CNTまたはODD_CNTから、フレームメモリ1301から入力した前フレームの計数値EVEN_CNTまたはODD_CNTを減算し、減算結果を選択部1401に出力する。すなわち、減算器1400は、現フレームの計数値と前フレームの計数値との差分を、フレーム間差分信号として出力する。
FIG. 14 is a diagram showing a configuration example of the
減算器1400の出力値は、図12のタイミングt404~t405のフレームの-1の計数値EVEN_CNTと、タイミングt406~t407のフレームの0の計数値ODD_CNTに対応する。水平伝送路509の値は、タイミングt401~t403のフレームの5の計数値EVEN_CNTと、タイミングt404~t405のフレームの4の計数値ODD_CNTと、タイミングt406~t407のフレームの4の計数値EVEN_CNTに対応する。
The output value of the
選択部1401は、制御部505の選択信号に応じて、減算器1400の出力値または水平伝送路509の出力値を、量子化部600に出力する。選択部1401は、図12に示すように、偶数フレームでは、奇数行の場合には、減算器1400の出力値を量子化部600に出力し、偶数行の場合には、水平伝送路509の出力値を量子化部600に出力する。また、選択部1401は、図12に示すように、奇数フレームでは、偶数行の場合には、減算器1400の出力値を量子化部600に出力し、奇数行の場合には、水平伝送路509の出力値を量子化部600に出力する。
The
図15は、固体撮像素子500の制御方法を示すタイミングチャートである。図15では、説明の簡便化のため、遅延時間を無視して表している。水平伝送路509は、水平伝送路509から伝送された計数値が偶数行の計数値または奇数行の計数値であるかの種別を示している。FrameCntは、現在の撮像期間のフレーム番号であり、撮像期間および読み出し期間が完了するとインクリメントされる。LineCntは、水平伝送路509から伝送された計数値の行番号である。RAM_AREAは、フレーム番号FrameCntおよび行番号LineCntに対応したフレームメモリ1301の格納領域を示している。
FIG. 15 is a timing chart showing a control method of the solid-
図16は、フレームメモリ1301の格納領域RAM_AREAを示す図である。格納領域RAM_AREAは、フレーム番号FrameCntおよび行番号LineCntに基づいてアクセスされるフレームメモリ1301の領域である。
FIG. 16 is a diagram showing the storage area RAM_AREA of the
フレーム番号FrameCntが0の場合、行番号LineCntが0および2の場合には、それぞれ、水平伝送路509の計数値は格納領域RAM_AREAの0および1に書き込まれる。また、フレーム番号FrameCntが0の場合、行番号LineCntが1および3の場合には、それぞれ、格納領域RAM_AREAの1および2から計数値を読み出す。
When the frame number FrameCnt is 0, and when the line number LineCnt is 0 and 2, the count value of the
フレーム番号FrameCntが1~5に関しても同様に、フレーム番号FrameCntおよび行番号LineCntに対応した格納領域RAM_AREAに水平伝送路509の計数値を書き込む、もしくは格納領域RAM_AREAから計数値を読み出す。
Similarly, when the frame number FrameCnt is 1 to 5, the count value of the
フレーム番号FrameCntの0~5の格納領域RAM_AREAの制御が完了すると、次フレームでは、フレーム番号FrameCntの0に戻り、再度、フレーム番号FrameCntの0~5の格納領域RAM_AREAの制御が行われる。
When the control of the storage areas RAM_AREA of
このように処理を行うことで、フレームメモリ1301の容量を固体撮像素子500の行数分だけ持たなくてもよいため、コスト削減が可能となる。なお、このフレームメモリ1301の制御による必要な容量は、水平画素数×(垂直行数÷2+2)となる。
By performing processing in this manner, the capacity of the
図15において、RAM_CZは、フレームメモリ1301に対する制御信号であって、ローレベルの時に後述のRAM_WZに基づいた命令を有効にする。RAM_WZは、フレームメモリ1301に対する書き込み制御信号であって、ローレベルの時にRAM_Dの計数値を格納領域RAM_AREAに書き込み、ハイレベルの時に格納領域RAM_AREAからRAM_Qに計数値を読み出す。このタイミングチャート中のXは、Don‘tCareを示し、どのような入力であってもよいことを示す。
In FIG. 15, RAM_CZ is a control signal for the
タイミングt1500では、0フレーム目の撮像期間が完了し、垂直伝送路508および水平伝送路509を介して0行目の計数値が順次転送開始される。この時、フレーム番号FrameCntは0フレーム目であり、行番号LineCntは0行目である。現フレームの0行目の水平伝送路509の計数値は、所定の格納領域RAM_AREAの0に書き込みされると同時に、圧縮部1302に出力される。
At timing t1500, the imaging period of the 0th frame is completed, and the count values of the 0th row are sequentially transferred via the
タイミングt1501では、0行目の水平伝送路509からの転送が完了し、1行目の水平伝送路509からの転送が開始される。行番号LineCntは+1加算され、所定の格納領域RAM_AREAの1に格納されている前フレームの1行目の計数値の読み出し処理を行う。読み出された前フレームの1行目の計数値は、現フレームの1行目の計数値とともに圧縮部1302に出力される。圧縮部1302では、減算器1400は、現フレームの1行目の計数値から前フレームの1行目の計数値を減算し、減算結果を選択部1401を介して量子化部600に出力する。
At timing t1501, transfer from the
タイミングt1502では、タイミングt1500と同様に、水平伝送路509を介して偶数行である2行目の計数値が転送される。現フレームの2行目の計数値は、格納領域RAM_AREAの1に書き込みされると同時に、圧縮部1302に出力される。圧縮部1302では、選択部1401は、現フレームの2行目の計数値を量子化部600に出力する。
At timing t1502, as at timing t1500, the count value of the second even row is transferred via the
タイミングt1503では、タイミングt1501と同様に、水平伝送路509を介して奇数である3行目の計数値が転送される。所定の格納領域RAM_AREAの2に格納されている前フレームの3行目の計数値の読み出し処理を行う。読み出された前フレームの3行目の計数値は、現フレームの3行目の計数値とともに圧縮部1302に出力される。圧縮部1302では、減算器1400は、現フレームの3行目の計数値から前フレームの3行目の計数値を減算し、減算結果を選択部1401を介して量子化部600に出力する。
At timing t1503, the count value of the third row, which is an odd number, is transferred via the
タイミングt1504では、3行目の計数値の出力が完了し、1フレーム目の撮像期間が開始する。 At timing t1504, the output of the third row count value is completed, and the imaging period of the first frame starts.
タイミングt1505では、1フレーム目の撮像期間が終了し、垂直伝送路508および水平伝送路509を介して1フレーム目の0行目の計数値が順次転送開始される。この時、フレーム番号FrameCntは1であり、行番号LineCntは0である。所定の格納領域RAM_AREAの0から前フレームの0行目の計数値が読み出される。読み出された前フレームの0行目の計数値と、現フレームの0行目の計数値は、圧縮部1302に出力される。圧縮部1302では、減算器1400は、現フレームの0行目の計数値から前フレームの0行目の計数値を減算し、減算結果を選択部1401を介して量子化部600に出力する。
At timing t1505, the imaging period of the first frame ends, and the count values of the 0th row of the first frame start to be sequentially transferred via the
タイミングt1506では、0行目の水平伝送路509からの転送が完了し、水平伝送路509から1行目の計数値の転送が開始される。行番号LineCntは+1加算される。水平伝送路509の現フレームの1行目の計数値は、所定の格納領域RAM_AREAの1に書き込まれると同時に、圧縮部1302に出力される。圧縮部1302では、選択部1401は、現フレームの1行目の計数値を量子化部600に出力する。
At timing t1506, the transfer from the 0th row
タイミングt1507では、タイミングt1505と同様に、水平伝送路509を介して1フレーム目の2行目の計数値が転送される。所定の格納領域RAM_AREAの1から前フレームの2行目の計数値が読み出される。読み出された前フレームの2行目の計数値と、現フレームの2行目の計数値は、圧縮部1302に出力される。圧縮部1302では、減算器1400は、現フレームの2行目の計数値から前フレームの2行目の計数値を減算し、減算結果を選択部1401を介して量子化部600に出力する。
At timing t1507, the count value of the second row of the first frame is transferred via the
タイミングt1508では、タイミングt1506と同様に、水平伝送路509から3行目の計数値が転送される。水平伝送路509の現フレームの3行目の計数値は、所定の格納領域RAM_AREAの1に書き込まれると同時に、圧縮部1302に出力される。圧縮部1302では、選択部1401は、現フレームの3行目の計数値を量子化部600に出力する。タイミングt1509では、1フレーム目の処理が終了する。
At timing t1508, the count value of the third row is transferred from the
以上のように、固体撮像素子500は、偶数フレームおよび奇数フレームに応じた偶数行および奇数行のフレームメモリ1301に対する書き込みおよび読み出し動作を繰り返し制御する。これにより、偶数フレームでは、奇数行のみ前フレームの奇数行を参照し、現フレームと前フレームの計数値の差分を得ることができる。奇数フレームでは、偶数行のみ前フレームの偶数行を参照し、現フレームと前フレームの計数値の差分を得ることができる。圧縮部1302は、圧縮処理により、フレーム間の伝送路帯域の平滑化が可能となる。
As described above, the solid-
フレームメモリ1301は、APD101により生成された信号を基に計数された前フレームの計数値を記憶する。減算器1400は、偶数フレームの奇数行と奇数フレームの偶数行では、APD101により生成された信号を基に計数された前フレームの計数値と、APD101により生成された信号を基に計数された現フレームの計数値との差分を示す計数値を生成する。
A
なお、本実施形態では、偶数フレームおよび奇数フレームに基づいた偶数行の画素および奇数行の画素のフレーム間参照動作について説明を行ったが、この制御に限定されるものではない。例えば、偶数フレームおよび奇数フレームに基づいて水平方向の偶数列の画素および奇数列の画素のフレーム間参照動作に使用することも可能である。 In this embodiment, the inter-frame reference operation for even-numbered pixels and odd-numbered pixels based on even-numbered frames and odd-numbered frames has been described, but the control is not limited to this. For example, it can be used for inter-frame referencing of pixels in horizontal even and odd columns based on even and odd frames.
また、1つのマイクロレンズの下に射出瞳を2分割して配置された2つの画素を配置するような技術においても、分割された左側の画素および右側の画素を上記の偶数列の画素および奇数列の画素として制御したとしても同様の効果を得ることが可能となる。 In addition, in the technique of arranging two pixels under one microlens by dividing the exit pupil into two, the divided left pixel and right pixel are used as the even-numbered pixels and the odd-numbered pixels. A similar effect can be obtained even if the pixels are controlled as columns.
つまり、画素の種別を2種類に分類し、偶数フレームおよび奇数フレームに基づいて各種類の画素をそれぞれフレームメモリ1301に対して書き込みおよび読み出すように制御し、圧縮処理を行うことで、フレーム間の伝送路帯域の平滑化が可能となる。
That is, the pixel types are classified into two types, and each type of pixel is controlled to be written to and read from the
第1~第4の実施形態の固体撮像素子500は、デジタルカメラ、ビデオカメラの他、スマートフォン、タブレット、工業用カメラ、医療用カメラ、車載カメラ等に適用可能である。また、カウンタ104は、APD101に入射する光子の数をカウントする例を説明したが、これに限定されない。カウンタ104は、フォトダイオードが生成する光電変換信号と、時間と共に変化するランプ信号との大小関係が逆転するまでの時間をカウントすることにより、アナログデジタル変換を行うものでもよい。
The solid-
なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。 It should be noted that the above-described embodiments are merely examples of specific implementations of the present invention, and the technical scope of the present invention should not be construed to be limited by these. That is, the present invention can be embodied in various forms without departing from its technical concept or main features.
101 APD、102 クエンチ抵抗、103 波形整形回路、104 カウンタ、506 圧縮部 101 APD, 102 quench resistor, 103 waveform shaping circuit, 104 counter, 506 compression section
Claims (32)
第1のフレームでは、光電変換手段により生成された信号を基に計数された計数値を生成し、前記第1のフレームとは異なる第2のフレームでは、光電変換手段により生成された信号を基に、前フレームの計数値の正負符号が反転された計数値に対して計数された計数値を生成する生成手段と、
前記生成手段により生成された計数値を圧縮する圧縮手段と
を有することを特徴とする撮像装置。 photoelectric conversion means for generating a signal by photoelectric conversion;
In the first frame, a count value is generated based on the signal generated by the photoelectric conversion means, and in the second frame different from the first frame , the signal generated by the photoelectric conversion means is generated. a generation means for generating a count value counted against a count value obtained by inverting the sign of the count value of the previous frame;
and compression means for compressing the count value generated by the generation means.
前記第2のフレームでは、前記第1のフレームの計数値の論理反転値に対して計数する計数手段と、
前記計数手段により計数された第2のフレームの計数値に1を加算する加算手段とを有することを特徴とする請求項1~4のいずれか1項に記載の撮像装置。 The generating means is
in the second frame, counting means for counting against a logically inverted value of the count value in the first frame;
5. The imaging apparatus according to claim 1, further comprising adding means for adding 1 to the count value of the second frame counted by said counting means.
前記複数の画素の各々は、前記光電変換手段と前記生成手段とを有し、
前記圧縮手段は、前記複数の画素の中の前記生成手段により生成された計数値を順に圧縮することを特徴とする請求項5または6に記載の撮像装置。 The imaging device has a plurality of pixels,
each of the plurality of pixels has the photoelectric conversion means and the generation means;
7. The imaging apparatus according to claim 5, wherein said compressing means sequentially compresses the count values generated by said generating means among said plurality of pixels.
第1のフレームでは、光電変換手段により生成された信号を基に計数された計数値を生成し、前記第1のフレームとは異なる第2のフレームでは、光電変換手段により生成された信号を基に、前フレームの計数値が論理反転された計数値に対して計数された計数値を生成する生成手段と、
前記生成手段により生成された計数値を圧縮する圧縮手段と
を有することを特徴とする撮像装置。 photoelectric conversion means for generating a signal by photoelectric conversion;
In the first frame, a count value is generated based on the signal generated by the photoelectric conversion means, and in the second frame different from the first frame , the signal generated by the photoelectric conversion means is generated. generating means for generating a count value obtained by logically inverting the count value of the previous frame;
and compression means for compressing the count value generated by the generation means.
光電変換により信号を生成する第2の光電変換手段と、
第1のフレームでは、前記第1の光電変換手段により生成された信号を基に計数された第1の計数値を生成する第1の生成手段と、
前記第1のフレームでは、前記第2の光電変換手段により生成された信号を基に計数された前フレームの計数値と前記第2の光電変換手段により生成された信号を基に計数された前記第1のフレームの計数値との差分を示す第2の計数値を生成する第2の生成手段と、
前記第1の生成手段により生成された第1の計数値および前記第2の生成手段により生成された第2の計数値を圧縮する圧縮手段と
を有することを特徴とする撮像装置。 a first photoelectric conversion means for generating a signal by photoelectric conversion;
a second photoelectric conversion means for generating a signal by photoelectric conversion;
In the first frame, first generation means for generating a first count value counted based on the signal generated by the first photoelectric conversion means;
In the first frame, the count value of the previous frame counted based on the signal generated by the second photoelectric conversion means and the count value counted based on the signal generated by the second photoelectric conversion means a second generating means for generating a second count value indicating a difference from the count value of the first frame;
and compression means for compressing the first count value generated by the first generation means and the second count value generated by the second generation means.
前記第2の生成手段は、前記第2のフレームでは、前記第2の光電変換手段により生成された信号を基に計数された第2の計数値を生成することを特徴とする請求項13に記載の撮像装置。 In the second frame, the first generation means generates a count value of the previous frame counted based on the signal generated by the first photoelectric conversion means and the signal generated by the first photoelectric conversion means. generating a first count value indicating a difference from the count value of the second frame counted based on
14. The method according to claim 13, wherein said second generation means generates a second count value counted based on the signal generated by said second photoelectric conversion means in said second frame. The imaging device described.
前記第2の生成手段は、偶数フレームでは、前記第2の光電変換手段により生成された信号を基に計数された前フレームの計数値と前記第2の光電変換手段により生成された信号を基に計数された現フレームの計数値との差分を示す第2の計数値を生成し、奇数フレームでは、前記第2の光電変換手段により生成された信号を基に計数された現フレームの第2の計数値を生成することを特徴とする請求項13または14に記載の撮像装置。 The first generation means generates a first count value of the current frame counted based on the signal generated by the first photoelectric conversion means in even frames, and generates the first count value in odd frames. a first frame indicating a difference between a count value of a previous frame counted based on the signal generated by the photoelectric conversion means and a count value of the current frame counted based on the signal generated by the first photoelectric conversion means; produces a count of
The second generating means, in an even-numbered frame, is based on the count value of the previous frame counted based on the signal generated by the second photoelectric conversion means and the signal generated by the second photoelectric conversion means. a second count value indicating a difference from the count value of the current frame counted in the odd-numbered frame; 15. The imaging apparatus according to claim 13, wherein the count value of .
前記第2の生成手段は、前記第1のフレームでは、前記第2の光電変換手段により生成された信号を基に、前フレームの第2の計数値の正負符号が反転された計数値に対して計数された第2の計数値を生成することを特徴とする請求項13~15のいずれか1項に記載の撮像装置。 The first generation means resets the first count value to an initial value in the first frame, and generates the reset first count value based on the signal generated by the first photoelectric conversion means. generating a first count value counted against the count value;
In the first frame, the second generation means generates a count value obtained by inverting the sign of the second count value of the previous frame based on the signal generated by the second photoelectric conversion means. 16. The imaging apparatus according to any one of claims 13 to 15, generating a second count value counted by
前記第2の生成手段は、前記第2のフレームでは、第2の計数値を初期値にリセットし、前記第2の光電変換手段により生成された信号を基に、前記リセットされた第2の計数値に対して計数された第2の計数値を生成することを特徴とする請求項16に記載の撮像装置。 In the second frame, the first generation means generates a count value obtained by inverting the sign of the first count value of the previous frame based on the signal generated by the first photoelectric conversion means. generating a counted first count;
The second generation means resets the second count value to an initial value in the second frame, and generates the reset second count value based on the signal generated by the second photoelectric conversion means. 17. The imaging device of claim 16, wherein the imaging device generates a second count value counted against the count value.
前記第2の生成手段は、偶数フレームでは、前記第2の光電変換手段により生成された信号を基に、前フレームの第2の計数値の正負符号が反転された計数値に対して計数された第2の計数値を生成し、奇数フレームでは、前フレームの第2の計数値を初期値にリセットし、前記第2の光電変換手段により生成された信号を基に、前記リセットされた第2の計数値に対して計数することを特徴とする請求項16または17に記載の撮像装置。 The first generation means resets the first count value of the previous frame to an initial value in an even-numbered frame, and generates the reset first count value based on the signal generated by the first photoelectric conversion means. Counting is performed with respect to the count value, and in odd frames, counting is performed with respect to the count value obtained by inverting the sign of the first count value of the previous frame based on the signal generated by the first photoelectric conversion means. generating a first count value with
In an even frame, the second generating means counts the count value obtained by inverting the sign of the second count value of the previous frame based on the signal generated by the second photoelectric conversion means. resetting the second count value of the previous frame to an initial value in an odd-numbered frame; and based on the signal generated by the second photoelectric conversion means, the reset second count value 18. The imaging device according to claim 16, wherein counting is performed with respect to a count value of two.
前記第1のフレームでは、前フレームの第2の計数値の論理反転値に対して計数する計数手段と、
前記計数手段により計数された計数値に1を加算する加算手段とを有することを特徴とする請求項16~18のいずれか1項に記載の撮像装置。 The second generation means is
counting means for counting in the first frame against a logically inverted value of a second count value in the previous frame;
19. The imaging apparatus according to any one of claims 16 to 18, further comprising adding means for adding 1 to the count value counted by said counting means.
前記第1の画素は、前記第1の光電変換手段と前記第1の生成手段とを有し、
前記第2の画素は、前記第2の光電変換手段と前記第2の生成手段とを有し、
前記圧縮手段は、前記第1の生成手段により生成された第1の計数値と前記第2の生成手段により生成された第2の計数値を順に圧縮することを特徴とする請求項19または20に記載の撮像装置。 The imaging device has a first pixel and a second pixel,
The first pixel has the first photoelectric conversion means and the first generation means,
the second pixel has the second photoelectric conversion means and the second generation means;
21. The compression means sequentially compresses the first count value generated by the first generation means and the second count value generated by the second generation means. The imaging device according to .
前記第1の画素は、前記第1の光電変換手段と前記第1の生成手段とを有し、
前記第2の画素は、前記第2の光電変換手段と前記計数手段とを有し、
前記加算手段は、前記計数手段により計数された計数値に1を加算することを特徴とする請求項21に記載の撮像装置。 The imaging device has a first pixel and a second pixel,
The first pixel has the first photoelectric conversion means and the first generation means,
the second pixel has the second photoelectric conversion means and the counting means;
22. The imaging apparatus according to claim 21, wherein said adding means adds 1 to the count value counted by said counting means.
前記第2の生成手段は、前記第1のフレームでは、前記メモリに記憶されている前記第2の光電変換手段により生成された信号を基に計数された前フレームの計数値と、前記第2の光電変換手段により生成された信号を基に計数された前記第1のフレームの計数値との差分を示す第2の計数値を生成することを特徴とする請求項13~15のいずれか1項に記載の撮像装置。 The imaging device has a memory for storing a count value of a previous frame counted based on the signal generated by the second photoelectric conversion means,
The second generating means generates, in the first frame, the count value of the previous frame counted based on the signal generated by the second photoelectric conversion means stored in the memory, and the second generating a second count value indicating a difference from the count value of the first frame counted based on the signal generated by the photoelectric conversion means of 10. The image pickup device according to claim 1.
前記第1の光電変換手段は、偶数行の光電変換手段であり、
前記第2の光電変換手段は、奇数行の光電変換手段であることを特徴とする請求項13~24のいずれか1項に記載の撮像装置。 The imaging device has a plurality of photoelectric conversion means arranged in a matrix,
The first photoelectric conversion means are photoelectric conversion means for even rows,
25. The imaging apparatus according to claim 13, wherein the second photoelectric conversion means are photoelectric conversion means for odd rows.
前記第1の光電変換手段は、偶数列の光電変換手段であり、
前記第2の光電変換手段は、奇数列の光電変換手段であることを特徴とする請求項13~24のいずれか1項に記載の撮像装置。 The imaging device has a plurality of photoelectric conversion means arranged in a matrix,
The first photoelectric conversion means are photoelectric conversion means for even columns,
25. The imaging apparatus according to any one of claims 13 to 24, wherein the second photoelectric conversion means are photoelectric conversion means of odd columns.
前記アバランシェフォトダイオードにより生成された信号に基づく電圧パルスを出力する波形整形手段を有し、a waveform shaping means for outputting a voltage pulse based on the signal generated by the avalanche photodiode;
前記生成手段は、前記波形整形手段から出力される前記電圧パルスの数を計数することを特徴とする請求項1~12のいずれか1項に記載の撮像装置。13. The imaging apparatus according to claim 1, wherein said generating means counts the number of said voltage pulses output from said waveform shaping means.
前記アバランシェフォトダイオードにより生成された信号に基づく電圧パルスを出力する波形整形手段を有し、a waveform shaping means for outputting a voltage pulse based on the signal generated by the avalanche photodiode;
前記第1の生成手段および前記第2の生成手段は、前記波形整形手段から出力される前記電圧パルスの数を計数することを特徴とする請求項13~27のいずれか1項に記載の撮像装置。28. The imaging according to any one of claims 13 to 27, wherein said first generation means and said second generation means count the number of said voltage pulses output from said waveform shaping means. Device.
生成手段により、第1のフレームでは、光電変換手段により生成された信号を基に計数された計数値を生成し、前記第1のフレームとは異なる第2のフレームでは、光電変換手段により生成された信号を基に、前フレームの計数値の正負符号が反転された計数値に対して計数された計数値を生成する生成ステップと、
圧縮手段により、前記生成ステップで生成された計数値を圧縮する圧縮ステップと
を有することを特徴とする撮像装置の制御方法。 a photoelectric conversion step of generating a signal by photoelectric conversion with a photoelectric conversion means;
The generation means generates a count value counted based on the signal generated by the photoelectric conversion means in the first frame, and generates the count value generated by the photoelectric conversion means in the second frame different from the first frame. a generation step of generating a count value counted with respect to a count value obtained by inverting the sign of the count value of the previous frame based on the signal obtained;
and a compression step of compressing the count value generated in the generation step by compression means.
生成手段により、第1のフレームでは、光電変換手段により生成された信号を基に計数された計数値を生成し、前記第1のフレームとは異なる第2のフレームでは、光電変換手段により生成された信号を基に、前フレームの計数値が論理反転された計数値に対して計数された計数値を生成する生成ステップと、
圧縮手段により、前記生成ステップで生成された計数値を圧縮する圧縮ステップと
を有することを特徴とする撮像装置の制御方法。 a photoelectric conversion step of generating a signal by photoelectric conversion with a photoelectric conversion means;
The generation means generates a count value counted based on the signal generated by the photoelectric conversion means in the first frame, and generates the count value generated by the photoelectric conversion means in the second frame different from the first frame. a generation step of generating a count value obtained by logically inverting the count value of the previous frame based on the received signal;
and a compression step of compressing the count value generated in the generation step by compression means.
第2の光電変換手段により、光電変換により信号を生成する第2の光電変換ステップと、
第1の生成手段により、第1のフレームでは、前記第1の光電変換手段により生成された信号を基に計数された第1の計数値を生成する第1の生成ステップと、
第2の生成手段により、前記第1のフレームでは、前記第2の光電変換手段により生成された信号を基に計数された前フレームの計数値と前記第2の光電変換手段により生成された信号を基に計数された前記第1のフレームの計数値との差分を示す第2の計数値を生成する第2の生成ステップと、
圧縮手段により、前記第1の生成ステップで生成された第1の計数値および前記第2の生成ステップで生成された第2の計数値を圧縮する圧縮ステップと
を有することを特徴とする撮像装置の制御方法。 a first photoelectric conversion step of generating a signal by photoelectric conversion by the first photoelectric conversion means;
a second photoelectric conversion step of generating a signal by photoelectric conversion by the second photoelectric conversion means;
a first generation step of generating a first count value counted based on the signal generated by the first photoelectric conversion means in a first frame by the first generation means;
By the second generation means, in the first frame, the count value of the previous frame counted based on the signal generated by the second photoelectric conversion means and the signal generated by the second photoelectric conversion means a second generation step of generating a second count value indicating a difference from the count value of the first frame counted based on
and a compression step of compressing the first count value generated in the first generation step and the second count value generated in the second generation step by compression means. control method.
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