JPH0564069A

JPH0564069A - 撮像装置

Info

Publication number: JPH0564069A
Application number: JP3225501A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Okino; 正沖野
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1991-09-05
Filing date: 1991-09-05
Publication date: 1993-03-12

Abstract

(57)【要約】【目的】光電変換素子を用いた撮像装置において、被
写体の暗い部分に対しても良好な画質が得られ、また上
記素子の標準信号レベルを低く設定できるようにする。【構成】被写体からの撮像光を撮像素子２により光電
変換し、この撮像素子２からの画像信号を記録媒体に記
録する。その際、撮像素子の画像信号の出力レベルが所
定値以下の時は、演算回路８により同条件の近傍画素の
信号を足し合わせて平均化し、この信号をそれらの画素
の画像信号とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、撮像管あるいはＣＣ
Ｄ，ＭＯＳ素子等の撮像板を撮像素子として備えた撮像
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】被写体からの撮像光をＣＣＤ等の撮像素
子により光電変換し、その電気信号を処理して被写体画
像を表示あるいは記録するような撮像装置が知られてい
る。この光電変換素子として用いられる撮像素子には、
近年の集積回路技術の進歩により数十万画素を持つもの
が量産できるようになり、家庭用のビデオカメラにも多
く使用されている。また、使用者の高画質化の要求に応
じて、現行のＮＴＳＣ規格より高度な所謂ハイビジョン
規格の撮像装置も検討の段階から実用化に移行しつつあ
る。

【０００３】今後、半導体製造技術の進歩により、同じ
像サイズに作り込める撮像素子の画素数は増大し続ける
ことは間違いない。しかしながら、このようにして撮像
素子の画素数を増大させていった場合、一画素の面積は
画素数にほぼ比例して小さくなる。その結果、一画素当
りの入射光量もその面積に比例して少なくなり、それだ
け感度が低くなる。

【０００４】また、このことは撮像管についても同様で
あり、電子ビームを細くすればするほど精細度を向上さ
せることができる。しかし、上記同様の理由により感度
は低くなる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の撮像装置にあっ
ては、上記のように入射光量が少なくなると感度が低下
し、特に被写体の暗い部分（低輝度部分）の画質が低下
するという問題点があり、また、Ｓ／Ｎの劣化を防止す
るために比較的撮像素子の標準信号レベルを高く設定し
なければならないという問題点があった。

【０００６】本発明は、上記のような問題点に着目して
なされたもので、被写体の明るい部分には勿論、暗い部
分に対しても良好な画質が得られ、また撮像素子の標準
信号レベルを低く設定でき、撮像素子のダイナミックレ
ンジを広くすることが可能な撮像装置を得ることを目的
としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の撮像装置は、次
のように構成したものである。

【０００８】（１）被写体からの撮像光を光電変換して
画素毎の画像信号を出力する撮像素子と、その画像信号
の出力レベルが所定値以下の時に同条件の近傍画素の画
像信号を足し合わせて平均化した信号をそれらの画素の
画像信号とする演算回路とを備えた。

【０００９】（２）被写体からの撮像光を光電変換して
画素毎の各色成分の画像信号を出力する複数の撮像素子
と、その画像信号の出力レベルが所定値以下の時に同条
件の近傍画素の画像信号を足し合わせて平均化した信号
をそれらの画素の画像信号とする演算回路とを備えた。

【００１０】（３）前記（１）または（２）の撮像装置
において、画像信号を足し合わせる近傍画素の数を画像
信号の出力レベルに応じて変えるようにした。

【００１１】（４）前記（１）ないし（３）の何れかの
撮像装置において、画像信号を足し合わせる近傍画素に
空間的相対位置による優先順位を付加した。

【００１２】（５）前記（４）の撮像装置において、優
先順位は解像度の影響の小さい方を優先するようにし
た。

【００１３】

【作用】本発明の撮像装置においては、撮像素子から画
素毎の画像信号が出力され、その出力レベルが所定値以
下の時は、同条件の近傍画素の画像信号が足し合わされ
て平均化され、この信号がそれらの画素の画像信号とし
て出力される。したがって、被写体の暗い部分に対して
も十分な画像信号が得られる。また、撮像素子から出力
された画素毎の各色成分の画像信号のレベルが低い時
は、同条件の近傍の画素の画像信号が足し合わされて平
均化され、同様にその色の十分な画像信号が得られる。

【００１４】

【実施例】図１は本発明の一実施例による撮像装置の回
路構成を示すブロック図である。図において、１は被写
体の像を結ばせるための光学系を構成するレンズ、２は
その被写体像が結像するＣＣＤ，ＭＯＳ，撮像管等の撮
像素子で、被写体からの撮像光を光電変換して画素毎の
画像信号を出力する。３は撮像素子２を駆動させるドラ
イバで、クロック回路４からの信号により撮像素子２の
駆動タイミングが制御される。５は撮像素子２から出力
された画像信号をサンプルホールドするＳ／Ｈ回路、６
はサンプルホールドされたアナログ画像信号をディジタ
ル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路、７はそのディジタル
画像信号および後述する演算データを格納するバッファ
メモリ、８は撮像素子２からの画像信号の出力レベルが
所定値以下の時に同条件の近傍画素の画像信号を足し合
わせて平均化した信号をそれらの画素の画像信号とする
演算回路で、バッファメモリ７から画像信号および上記
演算データが入力される。９は演算回路８から出力され
た画像信号を記録媒体１０に記録させる記録回路で、以
上の各部はドライバ３と同様クロック回路４からの信号
により作動タイミングが制御される。

【００１５】上記のように構成された撮像装置において
は、撮像素子２から画素毎の画像信号が出力され、その
出力レベルが所定値以下の時は、演算回路８により同条
件の近傍画素の画像信号が足し合わされて平均化され、
この信号がそれらの画素の画像信号として出力される。
したがって、被写体の明るい部分に対しては十分な解像
力が確保できることは勿論、被写体の暗い部分に対して
も十分な画像信号が得られ、良好な画質が得られる。

【００１６】その際、画像信号を足し合わせる近傍画素
の数は、画像信号の出力レベルに応じて変えるようにし
ている。また、その近傍画素に空間的相対位置による優
先順位を付加しており、その優先順位は解像度の影響の
小さい方を優先させている。

【００１７】次に、図２のフローチャートを参照しなが
ら上述の動作の詳細について説明する。撮影動作が開始
されると、先ずレンズ１を通して被写体像を撮像素子２
の受光部に結像させ、所定時間露光する（ステップ１０
１）。その後、ドライバ３によって撮像素子２を駆動し
て撮像素子２から一画面分の画像信号を出力させ、Ｓ／
Ｈ回路５およびＡ／Ｄ変換回路６を介してバッファメモ
リ７に格納する（ステップ１０２）。

【００１８】ここで、撮像素子２の縦と横の画素数がそ
れぞれＭとＮであるとすると、上記バッファメモリ７に
格納した被写体像の情報をＩ行Ｊ列（Ｉ＝１，２，……
Ｍ、Ｊ＝１，２，……Ｎ）の画素毎に順次読み出して演
算処理を施した後、記録媒体１０上に記録することにな
るが、その画像情報の読み出しに際しては、先ず読出ア
ドレスの座標（Ｉ，Ｊ）を（１，１）に初期化し（ステ
ップ１０３）、その上でバッファメモリ７に格納された
Ｉ行Ｊ列の画素の信号Ｓｉｊを読み出していく（ステッ
プ１０４）。

【００１９】次に、演算回路８により、上記読み出した
信号Ｓｉｊがバッファメモリ７から入力された第１のし
きい値Ｔ１より小さいか否かを判定する（ステップ１０
５）。この時、信号Ｓｉｊがしきい値Ｔ１より大きけれ
ば、その信号Ｓｉｊの画素の被写体輝度は十分高く、撮
像素子２の１画素分の出力としても十分な信号が得られ
るので、演算回路８は記録回路９を介して記録媒体１０
の所定場所にその撮像素子２の（Ｉ，Ｊ）画素の像情報
を記録させる（ステップ１０６）。

【００２０】しかし、読み出した信号Ｓｉｊがしきい値
Ｔ１より小さい場合には、この画像相当の被写体輝度は
低く、撮像素子２の１画素分の出力として信号処理の関
係から十分な信号が得られない。そこで、この場合、そ
の信号Ｓｉｊを第１のしきい値Ｔ１よりさらに低い第２
のしきい値Ｔ２より低いか否かを判定する（ステップ１
０７）。この時、もし信号Ｓｉｊがそのしきい値Ｔ２よ
り大きければ、１画素分の信号だけで処理するには不十
分であるが同条件の２画素分の信号を足し合わせれば信
号処理に十分なレベルの信号が得られると判定されるの
で、その画素の近傍に同条件の画素が有るか否かを探索
する（ステップ１０８）。その際、例えば（Ｉ＋１，Ｊ
−１）、（Ｉ＋１，Ｊ）、（Ｉ＋１，Ｊ＋１）、（Ｉ，
Ｊ＋１）、（Ｉ−１，Ｊ＋１）、（Ｉ−１，Ｊ）、（Ｉ
−１，Ｊ−１）、（Ｉ，Ｊ−１）の８近傍の画素につい
て探索を行い、その信号ＳｉｊがＴ２＜Ｓｉｊ＜Ｔ１の
条件を満足しているか否かを判定する。そして、何れの
近傍画素においても同条件を満足するものがなければ、
上記ステップ１０６にて上記と同様にその（Ｉ，Ｊ）画
素の像情報を記録する。しかし、近傍画素に同条件のも
のが有れば、そのうちの一つの画素の信号と２個の平均
をとった信号をそれらの各画像信号として出力し（ステ
ップ１０９）、ステップ１０６に移行する。

【００２１】ここで、ステップ１０８にて近傍中に同条
件の画素が複数個存在した場合、解像力に対して最も影
響が少ない順に採用していく。例えば、この撮像素子２
がアスペクト比から例えば横方向より縦方向の画素数が
多い場合は、横方向の解像力が不足気味となるので、
斜め方向、上下方向、左右方向の順で近傍画素を採
用する。

【００２２】上記ステップ１０７にて、読み出した信号
Ｓｉｊが第２のしきい値Ｔ２よりも小さい場合には、こ
の画素相当の被写体輝度はさらに低く、上記のように２
画素分の信号を足し合わせても不十分であり、４画素分
の信号を足し合わせる必要が有ると判定される。そこ
で、この場合同条件の画素が近傍に有るか否かを判定す
る（ステップ１１０）。その際、上記と同様例えば８近
傍について探索し、同条件の画素が４個以上見つかれば
探索はそれで打ち切るが、それ以下しか見つからなけれ
ば同条件の近傍画素を中心としてさらに８近傍の探索を
繰り返す。しかし、これでも同条件を満足する画素がな
ければ、上記のステップ１０６に移行する。

【００２３】そして、ステップ１１０にて同条件の近傍
画素が有れば、その画素が４個以上有るか否かを判定し
（ステップ１１１）、４個以上なければ、有るだけの画
素の信号を足し合わせて平均化した信号を出力し（ステ
ップ１１２）、ステップ１０６に移行する。また、同条
件の画素が４個以上有る場合には、それらのうちの４個
の信号の平均を各画像信号として出力し（ステップ１１
３）、ステップ１０６に移行する。

【００２４】このようにして、ステップ１０６で記録媒
体１０に（Ｉ，Ｊ）画素の像情報を記録すると、次の画
素の処理に向かうため、Ｊ列の値が最後の値Ｎになって
いるか否か（Ｊ＝Ｎ）を判定する（ステップ１１５）。
この時、Ｊ列が最後でなければＪ列の値を１進めて（ス
テップ１１６）、再びステップ１０４以降の動作を繰返
し、Ｊ列が最後（Ｊ＝Ｎ）であれば、次にＩ行の値が最
後の値Ｍになっているか否か（Ｉ＝Ｍ）を判定する（ス
テップ１１７）。そして、Ｉ行が最後でなければＩ行の
値を１進めて（ステップ１１８）、上記ステップ１０４
以降の動作を繰り返し、Ｉ行が最後（Ｉ＝Ｍ）になって
いれば、撮像素子２の全ての画素に対する演算処理が完
了したことになり、撮影動作は終了する。

【００２５】ここで、前述のように画素数を増やした撮
像素子で被写体を撮影した場合、シーンの中で本当に精
細な部分まで見たいのは被写体の中でも比較的明るい部
分であり、被写体のうちの暗い部分は細かいところまで
見えなくとも概略何が写っているのかわかれば事足りる
ことが多い。

【００２６】このような場合、シーンの中で明るい部分
には１画素当り十分な光量が入射しているため、１画素
だけ読み出しても十分大きな光電変換出力が得られる。
一方、シーンの中で暗い部分には１画素当り十分な光量
が入射していないため、１画素だけ読み出したのでは十
分大きな光電変換出力が得られない恐れがある。しか
し、複数画素分の光電変換出力を足し合わせれば十分大
きな出力となる。そして、既に述べたように、暗い部分
に対しては細部までの情報が必ずしも必須ではなく、色
情報に対してはさらにラフで良いため、複数画素分の光
電変換出力を足し合わせることによって失われる情報が
実害を与えることは人間の視覚特性からいっても少な
い。

【００２７】このことは、現在実用化されている撮像素
子を用いた撮像装置に対して当てはまり、シーンの中で
暗い部分に対して色に対する複数画素の情報を足し合わ
せることにより、光電変換出力として十分大きなものを
得ることができる。通常、シーンの暗い部分でのＳ／Ｈ
劣化を防ぐため、比較的撮像素子の標準信号レベルを高
く設定しているが、このようにして得られた撮像装置に
はその制約が緩和される。このため、撮像素子の標準信
号レベルを低く設定でき、その分だけ撮像素子のダイナ
ミックレンジを広くすることが可能になる。

【００２８】図３は上述のカラー撮影を可能にした本発
明の他の実施例の回路構成を示すブロック図であり、図
１と同一符号は同一構成要素を示している。図中、Ａは
被写体の像を結ばせるための光学系で、レンズ１および
ハーフミラー等からなる四つのビームスプリッタ１１
ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄにより構成されている。そ
して、各ビームスプリッタ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１
１ｄにより光学系Ａに入射した光Ｌを等しい光量の光Ｌ
１〜Ｌ４に分割し、同じ大きさおよび明るさの被写体像
を結像させている。２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄはその被写
体像が結像するＣＣＤ，ＭＯＳ，撮像管等の撮像素子
で、被写体からの撮像光を光電変換して画素毎の各色成
分の画像信号を出力する。

【００２９】上記撮像素子２ａは輝度撮影用としてフィ
ルタ無しの構成であるが、撮像素子２ｂ，２ｃ，２ｄの
受光部の前には赤，緑，青のカラーフィルタが配置さ
れ、各撮像素子２ｂ，２ｃ，２ｄで各色成分を撮影する
ようになっている。すなわち、撮像素子２ｂは赤色撮影
用として赤フィルタ付き、撮像素子２ｃは緑色撮影用と
して緑フィルタ付き、撮像素子２ｄは青色撮影用として
青フィルタ付きの構成となっている。なお、現在多板式
カメラの場合は輝度撮影用の撮像素子２ａを省略したも
のがほとんどであるが、ここでは説明を簡単にするた
め、４板構成の例を示してある。

【００３０】また、３は各撮像素子２ａ，２ｂ，２ｃ，
２ｄを駆動させるドライバ、４は各部に作動タイミング
を制御するための信号を出力するクロック回路、５ａ，
５ｂ，５ｃ，５ｄは各撮像素子２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ
の出力信号をサンプルホールドするＳ／Ｈ回路、６ａ，
６ｂ，６ｃ，６ｄはサンプルホールドされた信号をディ
ジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路、７ａ，７ｂ，７
ｃ，７ｄはそのディジタル信号および必要な演算データ
を格納するバッファメモリ、８は撮像素子２ａ，２ｂ，
２ｃ，２ｄからの画像信号の出力レベルが所定値以下の
時に同条件の近傍画素の画像信号を足し合わせて平均化
する演算回路、９は演算回路８の出力を基に被写体の像
情報を記録媒体１０に記録させる記録回路である。

【００３１】上記図３の回路は、基本的には図１の回路
と同様であるが、被写体の輝度，赤，緑および青の像情
報を個別に扱うようにしている。そして、演算回路８は
被写体中の暗部（低輝度部）を検出した時、その近傍に
も暗部があるか否かを検索し、近傍にも暗部があればそ
れらに対応する画素の出力を足し合わせて平均化した信
号を出力するようにしている。

【００３２】また、図３の回路の動作の流れは図２のフ
ローチャートに示されるように、まず光学系Ａを通して
被写体像を各撮像素子２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの受光部
に結像させ、所定時間露光した後（ステップ１０１）、
ドライバ３によって各撮像素子２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ
から一画面分の画像信号を出力させる。そして、これら
の信号を各々のＳ／Ｈ回路５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄおよ
びＡ／Ｄ変換回路６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄを介してバッ
ファメモリ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄに格納する（ステッ
プ１０２）。

【００３３】次に、輝度用のバッファメモリ７ａから撮
像素子２ａからの画素毎の信号、つまりＩ行Ｊ列（Ｉ＝
１，２，……Ｍ、Ｊ＝２，２，……Ｎ）の画素の信号を
順次読み出してしかるべき演算処理を施した後、また必
要であればパッファメモリ７ｂ，７ｃ，７ｄから撮像素
子２ｂ，２ｃ，２ｄの対応する画素の信号を読み出して
所定の演算処理を施した後、記録媒体１０に記録するこ
とになるが、その際、まず座標（Ｉ，Ｊ）を初期化（Ｉ
＝１，Ｊ＝１）した上で（ステップ１０３）、撮像素子
２ａのＩ行Ｊ列の画素の信号Ｓｉｊを読み出す（ステッ
プ１０４）。

【００３４】そして、演算回路８によりその画素の信号
Ｓｉｊが第１のしきい値Ｔ１より小さいか否か（Ｓｉｊ
＜Ｔ１）を判定し（ステップ１０５）、小さくなければ
そのまま撮像素子２ｂ，２ｃ，２ｄの（Ｉ，Ｊ）画素の
情報を記録媒体１０に記録する（ステップ１０６）。し
かし、しきい値Ｔ１より小さい場合は、さらに第２のし
きい値Ｔ２（Ｔ２＜Ｔ１）より小さいか否か（Ｓｉｊ＜
Ｔ２）を判定し（ステップ１０７）、小さくなければ前
述の８近傍の画素を探索して同条件（Ｔ２＜Ｓｉｊ＜Ｔ
１）の近傍画素が有るか否かを判定する（ステップ１０
８）。この時、近傍に同条件の画素がなければステップ
１０６に移行してそのまま撮像素子２ｂ，２ｃ，２ｄの
（Ｉ，Ｊ）画素の情報を記録するが、同条件の画素が有
れば、バッファメモリ７ｂ，７ｃ，７ｄの対応画素の信
号とその近傍画素の信号（複数ある場合はそのうちの一
つ）との平均をとり（ステップ１０９）、その信号を像
情報としてステップ１０６にて記録媒体１０に記録す
る。その際、前述の実施例と同様、近傍中の同条件の画
素が複数存在する場合は、解像力に対して最も影響が少
ない順に採用していく。

【００３５】また、ステップ１０７で第２のしきい値Ｔ
２より小さい場合は、近傍に同条件の画素が有るか否か
を判定する（ステップ１１０）。その際、８近傍につい
て探索し、同条件の画素が４個以上あれば探索を打ち切
り、それ以下の場合は同条件を満足する近傍画素を中心
にして同様に８近傍を探索し、それでもない場合はステ
ップ１０６に移行する。そして、同条件の画素が有る場
合は、その数が４個以上有るか否かを判定し（ステップ
１１１）、ない場合はバッファメモリ７ｂ，７ｃ，７ｄ
の対応する画素の信号をあるだけ足し合わせて平均化し
（ステップ１１２）、ステップ１０６に移行する。しか
し、４個以上有る場合はそのうち４個の平均をとり（ス
テップ１１３）、ステップ１０６に移行する。

【００３６】上記（Ｉ，Ｊ）画素の像情報の記録が完了
すると、前述の実施例と同様、Ｊ列が最後Ｎで有るか否
かを判定し（ステップ１１５）、最後でなければ１を加
えて（ステップ１１６）ステップ１０４に戻り、最後で
あればＩ行が最後Ｍで有るか否かを判定する（ステップ
１１７）。そして、Ｉ行が最後でなければ１を加えて
（ステップ１１８）ステップ１０４に戻り、最後であれ
ばこの動作が終了する。

【００３７】このようにして、各色成分毎の撮像素子２
ｂ，２ｃ，２ｄの像情報が記録媒体１０に記録される
が、この例においても被写体の明るい部分は勿論、暗い
部分に対しても良好な色別の像情報が得られ、前述の実
施例と同様の効果が得られる。

【００３８】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、撮像素
子から出力される画素毎の信号のレベルが所定値以下の
時は、同条件の近傍画素の信号を足し合わせて平均化
し、この信号をそれらの画素の画像信号とするようにし
たので、被写体の明るい部分に対しては勿論、暗い部分
に対しても良好な画質が得られ、また、撮像素子の標準
信号レベルを低く設定でき、撮像素子のダイナミックレ
ンジを広くすることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の回路構成を示すブロック
図

【図２】図１の回路の動作を示すフローチャート

【図３】本発明の他の実施例の回路構成を示すブロッ
ク図

【符号の説明】

２撮像素子２ａ撮像素子２ｂ撮像素子２ｃ撮像素子２ｄ撮像素子８演算回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被写体からの撮像光を光電変換して画素
毎の画像信号を出力する撮像素子と、その画像信号の出
力レベルが所定値以下の時に同条件の近傍画素の画像信
号を足し合わせて平均化した信号をそれらの画素の画像
信号とする演算回路とを備えたことを特徴とする撮像装
置。
【請求項２】被写体からの撮像光を光電変換して画素
毎の各色成分の画像信号を出力する複数の撮像素子と、
その画像信号の出力レベルが所定値以下の時に同条件の
近傍画素の画像信号を足し合わせて平均化した信号をそ
れらの画素の画像信号とする演算回路とを備えたことを
特徴とする撮像装置。
【請求項３】前記画像信号を足し合わせる近傍画素の
数を画像信号の出力レベルに応じて変えることを特徴と
する請求項１または２記載の撮像装置。
【請求項４】前記画像信号を足し合わせる近傍画素に
空間的相対位置による優先順位を付加したことを特徴と
する請求項１ないし３何れか記載の撮像装置。
【請求項５】前記優先順位は解像度の影響の小さい方
を優先することを特徴とする請求項４記載の撮像装置。