JPH06276529A - 固体撮像素子を用いた撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 動きに応じた電子シャッタ制御を行う際の輪
郭強調のアンバランスをなくし、高画質の画像を得るこ
とができる固体撮像素子を用いた撮像装置を提供するこ
とにある。 【構成】 動きのある状態を、例えば高速、中速、低速
というように段階的に検出する動き検出回路３１、この
動きの程度に応じて電子シャッタを駆動する電子シャッ
タ駆動回路３０、輪郭強調回路２４、上記動きの程度応
じて抵抗値を切り換える輪郭補正回路３４を有し、この
輪郭補正回路３４の補正動作により、動きが速いほど小
さな輪郭信号を形成するようにする。これにより、動き
に対応して制御された画像信号の大きさに最適な輪郭強
調をすることができ、高画質の画像を得ることが可能と
なる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は固体撮像素子を用いた撮
像装置、特に電子内視鏡、各種カメラ等に適用される撮
像装置の電子シャッタ制御の内容に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、イメージセンサとしての固体
撮像素子、即ちＣＣＤ（Charge Coupled Device ）を用
いた電子内視鏡や狭所観察用テレビカメラ等の各種カメ
ラが周知であり、これらの撮像装置では、ＣＣＤで得ら
れたカラー画像信号を処理してモニタ等に画像表示する
ことが行われる。この撮像処理方法としては、同時式、
点順次式、面順次式があり、同時式の場合は、例えばビ
ームスプリッタ等を用いてＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ
（青）の各光を分離し、３個のＣＣＤによってＲＧＢの
画像信号を同時に得るものであり、点順次式の場合は、
例えば所定色がモザイク状に配列された色フィルタがＣ
ＣＤに形成され、このＣＣＤで所定色の画像信号を同時
に得るものである。また、面順次式の場合は、順次照射
されるＲＧＢ光に基づいて、１つのＣＣＤでＲＧＢの画
像信号を順に得るものであり、この面順次式は１個のＣ
ＣＤで撮像部をコンパクトに収納できることから、挿入
先端部の細径化が必要な電子内視鏡装置等に適してい
る。

【０００３】このような撮像装置では、輪郭強調回路に
より画像中の輪郭部分を強調することが行われている。
これによれば、画像の輪郭がくっきりと表示され、見や
すい画面とすることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
ＣＣＤを用いた撮像装置では、被写体に動きがあったと
きは、残像効果によって解像度が低下するという問題が
あった。即ち、ＣＣＤでは画素毎に光電変換された電荷
を所定期間だけ蓄積し、この蓄積電荷を画像信号として
取り出すようになっており、被写体に動きがあるときに
は、蓄積期間中に画像信号が変化することがあり、この
場合には解像度が劣化する。この解像度の劣化は被写体
の動きが速ければ速い程、大きくなり、特に上記面順次
式の撮像装置においては、ＲＧＢ画像信号を順次形成す
ることとなるから、他の装置に比べて動きによる影響が
大きくなる。

【０００５】そこで、本出願人は被写体の動き状態があ
る場合は連動して電子シャッタ時間が短くなるように制
御することを提案している。しかし、上記の輪郭強調回
路を用いる場合には、動き状態のときの電子シャッタ制
御により蓄積電荷が変化したときでも、全て輪郭部にほ
ぼ同一の強調量を与えることになり、出力画像信号の減
少に伴って、Ｓ／Ｎ比も悪くなるという問題がある。即
ち、動きの速さの程度に応じて蓄積電荷時間が短くなる
と、画像信号レベルも小さくなるが、このレベルの相違
する画像信号に対して同じ量の輪郭強調をすれば、最終
的な輪郭信号のレベルが相違し、見辛い画像が形成され
ることになる。

【０００６】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、動きに応じた電子シャッタ制御と
適応輪郭強調制御を連動させ、高画質の画像を得ること
ができる固体撮像素子を用いた撮像装置を提供すること
にある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１請求項記載の発明は、電子シャッタ機能を有す
る固体撮像素子を用いた撮像装置において、上記固体撮
像素子で得られる画像信号の輪郭信号を形成する輪郭強
調回路と、上記画像信号から被写体の動き状態を検出す
る動き検出回路と、この動き検出回路により動き状態が
検出されたときは上記電荷蓄積時間を短くするように制
御する電子シャッタ駆動回路と、上記動きが検出された
ときはその動きに応じて輪郭信号のレベルを可変する輪
郭補正回路と、を設けたことを特徴とする。

【０００８】また、第２請求項記載の発明は、上記動き
検出回路は、異なる検出パルスにより動きの速さを検出
し、電子シャッタ駆動回路では、上記動き検出回路で検
出された動きの速さに応じてシャッタ時間を可変制御
し、また輪郭補正回路では上記動きの速さに応じて輪郭
レベルを可変制御したことを特徴とする。

【０００９】

【作用】上記の構成によれば、動き検出回路により例え
ば３つの検出パルスを用いて高速、中速、低速の動きが
検出されると、この動き速度の程度に応じて電子シャッ
タが駆動され、速い動き程、電荷蓄積時間が短くなるよ
うに制御される。そして、上記動き検出回路で検出され
た高速、中速、低速の動き検出信号は、輪郭補正回路に
も供給されており、この検出信号に基づいて輪郭補正回
路では、抵抗等を切り換えることによって、輪郭信号が
補正される。この補正によれば、輪郭信号のレベルは動
きが速くなるに従って小さくなり、従って電子シャッタ
制御によって小さくなる画像信号に合致した輪郭信号が
得られることになる。

【００１０】

【実施例】図１には、実施例に係る固体撮像素子を用い
た撮像装置の構成が示されており、この実施例は面順次
式の電子内視鏡装置である。図１において、電子内視鏡
装置では光源装置１０が設けられ、またスコープである
電子内視鏡１１の先端部までライトガイド１２が配設さ
れている。この光源装置１０内には、光源電源部１３、
ランプ１４、絞り１５、絞り駆動回路（ＡＬＣ回路を構
成する）１６が設けられ、更にＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ
（青）のカラーディスク１７が設けられており、面順次
式の装置ではこのカラーディスク１７を所定速度で回転
させることにより、ＲＧＢの各色光を被観察体内へ順次
供給することができる。

【００１１】一方、電子内視鏡１１の先端部に配置され
たレンズ系１９の後方にＣＣＤ２０が配置され、このＣ
ＣＤ２０には、増幅器２１を介してプロセッサ装置２２
内の輪郭強調回路２４が接続されている。このプロセッ
サ装置２２内には、上記輪郭強調回路２４の後段に、図
示していないが、ホワイトバランス、ガンマ補正等の画
像処理を行う信号処理回路を介してＡ／Ｄ変換器２５が
接続され、このＡ／Ｄ変換器２５にＧ用メモリ２６Ａ，
Ｒ用メモリ２６Ｂ，Ｂ用メモリ２６Ｃが設けられる。そ
して、このメモリ２６Ａ〜２６ＣにＤ／Ａ変換器２７Ａ
〜２７Ｃを介してモニタ２８が接続され、このモニタ２
８に被観察体内の画像が表示される。

【００１２】そして、上記ＣＣＤ２０に対し電子シャッ
タ駆動回路３０が接続されると共に、上記Ａ／Ｄ変換器
２５からの出力を入力するように、動き検出回路３１が
設けられており、この動き検出回路３１の検出信号が電
子シャッタ駆動装置３０へ供給される。この動き検出回
路３１は、実施例では３つの検出パルスにて速い動き
（高速）状態、中程度の動き（中速）状態、遅い動き
（低速）状態を検出する３つの検出部Ｄ1 、Ｄ2 、Ｄ3
を有しており、この各検出部Ｄ1 〜Ｄ3 は後述する図４
（Ｂ）〜（Ｄ）の検出信号（サンプリングパルス）を用
いて動き状態を判別する。即ち、この動き検出は、各検
出部Ｄ1 〜Ｄ3 で設定された所定のフィールド間のＧ信
号のレベル（平均値等）を比較することによって行わ
れ、高速、中速、低速の動き状態が検出されると、その
ことを示す信号が電子シャッタ駆動回路３０へ供給され
る。なお、プロセッサ装置２２内には、同期回路３２が
設けられ、この同期信号は動き検出回路３１へ入力され
ると共に、図示していないが各回路にも供給されてい
る。

【００１３】また、上記輪郭強調回路２４に輪郭補正回
路３４が接続されており、この輪郭補正回路３４に上記
動き検出回路３１からの高速、中速、低速の動き検出信
号が供給される。図２には、上記輪郭強調回路２４及び
輪郭補正回路３４の詳細な回路が示されている。図２の
輪郭強調回路２４では、入力端子Ａ，ＢにコンデンサＣ
1 、抵抗Ｒ1 ，Ｒ2 を介して第１トランジスタＴＲ1
（ベース）が接続されており、上記抵抗Ｒ1 側の端子Ｃ
に電源電圧Ｖccが与えられる。この第１トランジスタＴ
Ｒ1 のコレクタ側と電源電圧Ｖccが与えられた端子Ｄと
の間に、インピーダンスＺo を介して遅延回路（Ｄ.
Ｌ.）３６が接続され、この遅延回路３６はアパーチャ
周波数を選択する役目をする。

【００１４】また、この遅延回路３６とインピーダンス
Ｚo との接続点にコレクタを接続するように、第２トラ
ンジスタＴＲ2 が設けられ、この第２トランジスタＴＲ
2 のベースには抵抗Ｒ5 ，Ｒ6 、コンデンサＣ2 からな
る直流バイアス回路が接続されている。なお、上記第１
トランジスタＴＲ1 、第２トランジスタＴＲ2 のエミッ
タには抵抗Ｒ3 、抵抗Ｒ4 が接続される。そして、図示
の端子Ｅ，Ｆが出力端子となり、この端子Ｅの前段にア
ンプ３７が接続される。このような輪郭強調回路２４に
よれば、第１トランジスタＴＲ1 、第２トランジスタＴ
Ｒ2 の増幅作用により、Ｖo （出力電圧）／Ｖi （入力
電圧）の増幅率となる出力電圧Ｖo の輪郭信号（図６）
が得られる。

【００１５】そうして、上記第１トランジスタＴＲ1 の
エミッタと第２トランジスタＴＲ2のエミッタとの間
に、輪郭補正回路３４が接続される。この輪郭補正回路
３４は、順に大きく設定された抵抗Ｒ7 ，Ｒ8 ，Ｒ9 ，
Ｒ10（Ｒ7 ＜Ｒ8 ＜Ｒ9 ＜Ｒ10）と、これらの抵抗Ｒ7
，Ｒ8 ，Ｒ9 ，Ｒ10を切換え選択するスイッチ３８か
ら構成されている。この輪郭補正回路３４には、上記動
き検出回路３１から検出信号が入力されており、動きの
ないときは端子ａ（抵抗Ｒ7 ）、低速の動きのときは端
子ｂ（抵抗Ｒ8 ）、中速の動きのときは端子ｃ（抵抗Ｒ
9 ）、高速の動きのときは端子ｄ（抵抗Ｒ10）が選択さ
れる。

【００１６】図３には、上記輪郭補正回路３４を用いた
場合に得られる輪郭信号のＶo ／Ｖi 特性が示されてお
り、曲線Ａは動きがないときで端子ａ（抵抗Ｒ7 ）に切
り換えられたときの特性、曲線Ｂは低速の動きで端子ｂ
（抵抗Ｒ8 ）に切り換えられたときの特性、曲線Ｃは中
速の動きで端子ｃ（抵抗Ｒ9 ）に切り換えられたときの
特性、曲線Ｄは高速の動きで端子ｄ（抵抗Ｒ10）に切り
換えられたときの特性である。これによれば、輪郭信号
が抽出される１〜１．５ＭＨｚのアパーチャ周波数ｆｐ
においては、動きが高速になるに従って、即ち抵抗が大
きくなるに従って小さな輪郭信号が得られることにな
る。

【００１７】なお、上記動き検出回路３１の検出信号は
上記光源装置１０内の光源電源部１３へ供給されてお
り、この光源電源部１３では動き状態に応じて光源出力
を変えるようになっている。即ち、動き状態のときは電
荷蓄積時間の短縮によりＳ／Ｎ比が多少悪くなるので、
高速、中速、低速の動き検出信号を光源電源部１３へ供
給し、電子シャッタ制御による画像信号のレベル変化分
を補償するようにランプ１４の電源電圧を変化させてい
る。

【００１８】実施例は以上の構成からなり、その作用を
図４〜図６を参照しながら説明する。図１の光源装置１
０では、絞り１５によって制御されたランプ１４からの
光に基づき、カラーディスク１７の回転によりＲ
（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）光がライトガイド１２を介
して被観察体内へ照射される。一方、この被観察体内の
像光はレンズ系１９を介してＣＣＤ２０へ供給され、こ
のＣＣＤ２０では電子シャッタ駆動回路３０の駆動制御
により、同期回路３２から出力された例えば１／６０秒
の周期の垂直同期（ＶＤ）パルス毎に１フィールドの画
像情報が得られる。そして、この画像信号は増幅器２１
を介して輪郭強調回路２４に入力され、この輪郭強調回
路２４で輪郭部分が強調される。この輪郭強調回路２４
の出力は、Ａ／Ｄ変換器２５を介して動き検出回路３１
へ入力される。

【００１９】この動き検出回路３１では、図４（Ａ）に
示されるＧ信号が選択され、このＧ信号が各検出部Ｄ1
、Ｄ2 、Ｄ3 へ供給されて動き状態が検出される。即
ち、検出部Ｄ1 では図４（Ｂ）の検出パルスＦ1 、検出
部Ｄ2 では図４（Ｃ）の検出パルスＦ2 、検出部Ｄ3 で
は図４（Ｄ）の検出パルスＦ3 によって、上記図４
（Ａ）のＧ信号から所定周期毎のＧ信号が抽出され、こ
のＧ信号間でレベル（平均値等）が互に比較される。そ
して、比較したＧ信号に所定の変化があれば、動き状態
と判断され、この動き状態の信号が電子シャッタ駆動回
路３０内へ供給される。この場合、複数の速さの動き状
態が検出された場合は、速い方の動き状態が選択される
ことになる。そして、上記電子シャッタ駆動回路３０内
では、電子シャッタ駆動の掃出しパルス及び読出しパル
スが形成され、例えば高速の動きが検出されたときは１
／１０００秒のシャッタ速度、中速の動きが検出された
ときは１／２５０秒のシャッタ速度、低速の動きが検出
されたときは１／６０秒のシャッタ速度となる掃出しパ
ルス及び読出しパルスがＣＣＤ２０へ供給される。

【００２０】図５には、上記ＣＣＤ２０の制御動作が示
されており、動きがない状態では図５（Ａ）の垂直同期
（ＶＤ）パルス毎に、図５（Ｂ）に示される掃出しパル
スＰa 、読出しパルスＰb がＣＣＤ２０へ供給される。
従って、図５（Ｃ）に示されるように、掃出しパルスＰ
a にて一旦蓄積された電荷は掃き出され、その後蓄積さ
れた蓄積電荷Ｃ1 ，Ｃ2 ，Ｃ3 …が読出しパルスＰb に
て画素信号として読み出される。一方、低速の動き状態
と判定されたときは、図５（Ｂ）の掃出しパルスＰa よ
り少し遅延した掃出しパルスＰa が出力され、図５
（Ｄ）の蓄積電荷Ｃ11，Ｃ12，Ｃ13…が読み出される。

【００２１】同様に、中速の動き状態と判定されたとき
は、掃出しパルスＰa 及び読出しパルスＰb により、図
５（Ｅ）に示される蓄積電荷Ｃ21，Ｃ22，Ｃ23…が読み
出され、高速の動き状態と判定されたときは、図５
（Ｆ）に示される蓄積電荷Ｃ31，Ｃ32，Ｃ33…が読み出
される。従って、動きのないときと比較すると、動きの
程度に応じた短い時間で画素信号電荷が読み出されるこ
とになり、動きの影響を程度に応じて低減することが可
能となる。

【００２２】また、上記の動作中において、上記動き検
出回路３１の出力は輪郭補正回路３４へ供給されてお
り、図２のスイッチ３８では、動きのないときは端子
ａ、低速のときは端子ｂ、中速のときは端子ｃ、高速の
動きのときは端子ｄへ切り換えられる。このため、輪郭
強調回路２４からは、図３の特性によって、図６に示さ
れる輪郭信号が出力されることになり、動きのないとき
の輪郭信号が図６（Ａ）の信号とすると、低速のときは
図６（Ｂ）の輪郭信号、中速のときは図６（Ｃ）の信
号、高速のときは図６（Ｄ）の信号が出力される。従っ
て、動きが高速となるに従って小さくなる輪郭信号が得
られることになる。この結果、輪郭信号は、図５のよう
に高速の動きになる程、小さくなる蓄積電荷（画像信
号）に合ったものとなり、輪郭強調が良好に行われるこ
とになる。

【００２３】なお、上記の動作中においては、動き検出
回路３１から高速、中速、低速の動き状態が光源電源部
１３へ供給されており、この光源電源部１３によって動
きが速くなればなる程、ランプ１４の光量が増加するよ
うに制御される。従って、電子シャッタ制御による画像
信号のレベル変化分が補償され、Ｓ／Ｎ比の劣化を改善
することが可能となる。

【００２４】そうして、上記輪郭強調回路２４から出力
された画像信号は、Ａ／Ｄ変換器２５を介して一旦各メ
モリ２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃへ格納され、メモリ２６内
の画像信号が所定の速度で読み出されると、被写体の画
像（映像）がモニタ２８に表示される。この際には、上
述のように動きの程度に相応した電子シャッタ制御が行
われると共に、ＣＣＤ２０から出力される画像信号に最
適な輪郭強調が行われ、高画質の画像が得られることに
なる。

【００２５】上記実施例では、面順次式の撮像装置につ
いて説明したが、３つのＣＣＤを用いた同時式の装置、
一つのＣＣＤを用いた点順次式の装置にも、同様にして
適用することができる。また、動き検出回路３１では、
３段階の速度について検出し、輪郭信号についても３段
階で補正するようにしたが、これは動きがあるか否かの
単純な検出に基づいて１段階の補正としてもよく、更に
は多くの段階の動きを検出し、これに相応した多数段の
補正をするようにしてもよい。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、第１請求項の発明
によれば、動きのある状態を検出して固体撮像素子の電
荷蓄積時間を制御すると同時に、動き状態のときは輪郭
信号を電子シャッタ制御に応じて補正するようにしたの
で、電子シャッタ制御を行う際に生じる輪郭強調のアン
バランスをなくすことができ、Ｓ／Ｎ比が改善された高
画質の画像を得ることが可能となる。

【００２７】また、第２請求項の発明によれば、動きの
ある状態を、例えば高速、中速、低速というように段階
的に検出し、この動きの程度に応じて電子シャッタを駆
動し、かつ輪郭信号についても動きの程度に応じて補正
量を変えるようにしたので、木目細かな輪郭補正が行え
るという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る固体撮像素子を用いた撮
像装置の構成を示すブロック図である。

【図２】実施例の輪郭強調回路及び輪郭補正回路内の具
体的な構成を示す回路図である。

【図３】図２の回路で得られる輪郭信号の入出力特性を
示す図である。

【図４】実施例の動き検出回路で用いられる検出パルス
を示す波形図である。

【図５】実施例の電子シャッタ動作を示す波形図であ
る。

【図６】実施例の輪郭強調回路で得られる輪郭信号を示
す波形図である。

【符号の説明】

１３ … 光源電源部、 ２０ … ＣＣＤ、 ２４ … 輪郭強調回路、 ３０ … 電子シャッタ駆動回路、 ３１（Ｄ1 ，Ｄ2 ，Ｄ3 ） … 動き検出回路、 ３４ … 輪郭補正回路、 ３６ … 遅延回路、 ３８ … スイッチ、 ＴＲ1 … 第１トランジスタ、 ＴＲ2 … 第２トランジスタ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子シャッタ機能を有する固体撮像素子
   を用いた撮像装置において、上記固体撮像素子で得られ
   る画像信号の輪郭信号を形成する輪郭強調回路と、上記
   画像信号から被写体の動き状態を検出する動き検出回路
   と、この動き検出回路により動き状態が検出されたとき
   は上記電荷蓄積時間を短くするように制御する電子シャ
   ッタ駆動回路と、上記動きが検出されたときはその動き
   に応じて輪郭信号のレベルを可変する輪郭補正回路と、
   を設けたことを特徴とする固体撮像素子を用いた撮像装
   置。
2. 【請求項２】 上記動き検出回路は、異なる検出パルス
   により動きの速さを検出し、電子シャッタ駆動回路で
   は、上記動き検出回路で検出された動きの速さに応じて
   シャッタ時間を可変制御し、また輪郭補正回路では上記
   動きの速さに応じて輪郭レベルを可変制御したことを特
   徴とする上記第１請求項記載の固体撮像素子を用いた撮
   像装置。