JPH0795481A

JPH0795481A - 撮像装置

Info

Publication number: JPH0795481A
Application number: JP5233612A
Authority: JP
Inventors: Seiji Kawa; 誠司河; Hiroshi Kihara; 拓木原; Fumihiko Sudo; 文彦須藤
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1993-09-20
Filing date: 1993-09-20
Publication date: 1995-04-07

Abstract

(57)【要約】【目的】ダイナミックレンジを実質的に広くしても動
画像に対して望ましい画像が得られる撮像装置を得る。【構成】ＣＣＤエリアセンサ１を倍速で駆動し、電子
シャッタ機能を併用することにより、１フィールド期間
中に露出の異なる複数個の画像信号（複数毎の画像）を
取り込む。取り込んだ画像信号を合成回路５により非線
形圧縮変換して１個の画像信号ＳＩＳＡ（１個の画像）
に合成して出力するようにしている。このため、光量分
布の広い被写体のシーンを撮影する際に、明暗両方の被
写体（例えば、太陽，空及び人）のコントラストを同時
に確保することができるようになる。すなわち、実質的
にダイナミックレンジを広げることができる。しかも、
ＣＣＤエリアセンサ１を倍速駆動しているので、時間分
解能（動解像度）が現行方式（例えば、ＮＴＳＣ方式）
と同じになり、動画に対しても違和感のない画像を得る
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば、ＣＣＤエリ
アセンサ等の固体撮像素子を用いても実質的にダイナミ
ックレンジが広くとれる撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】撮像装置はカメラ一体形ＶＴＲやスチル
ビデオカメラなどのビデオカメラ部として広く用いられ
ている。

【０００３】このビデオカメラ部用の撮像手段としては
撮像管や固体撮像素子が用いられるが、これらは、銀塩
写真システムに比較してダイナミックレンジが狭い。こ
のため、逆光時などの撮影時には再生画像上で白とびや
黒つぶれ（輝度レベルが著しく高い部分または低い部分
の俗称）などが発生する。

【０００４】このような場合、従来の撮像装置では、主
被写体に対する露光量が適正になるように絞りを調節し
ていた。しかし、絞りを調節するだけでは、主被写体に
対応する適正な再生画像が得られたとしても、背景など
においては、依然として白とびなどが発生してしまうの
で、背景画像は白一色の画像になってしまう。結局、従
来の撮像装置では、絞りにより露光量を調節することは
できるが、撮像手段のダイナミックレンジの狭さを改善
することができない。

【０００５】撮像手段として固体撮像素子を用いた撮像
装置におけるダイナミックレンジを広くするための従来
の技術として、特開平2-174470号公報に公表された技術
をあげることができる。

【０００６】この技術では、１フィールド毎に露光量、
すなわち、信号電荷蓄積時間を変えて画像を得、露光量
（信号電荷蓄積時間）の異なる２つの画像から１つの画
像を合成するようにしている。

【０００７】この技術によれば、ダイナミックレンジを
実質的に広くすることができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の撮像装置では、１フィールド毎に露光量（信号
蓄積時間）を切り換えて画像を得、露光量（信号電荷蓄
積時間）の異なる２つの画像から１つの画像を合成する
ようにしているため、時間分解能が通常の撮像装置に比
較して半分になってしまい、特に、被写体が動きのある
物体である動画像を得る場合には、望ましい画像が得ら
れないという問題があった。

【０００９】この発明はこのような課題を考慮してなさ
れたものであり、実質的にダイナミックレンジを広くす
ることを可能にする撮像装置を提供することを目的とす
る。

【００１０】また、この発明は、実質的にダイナミック
レンジを広くしても動画像に対して望ましい画像が得ら
れる撮像装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】第１のこの発明は、例え
ば、図１，図２，図４Ｂ，図４Ｃ及び図６に示すよう
に、信号電荷蓄積時間の異なる少なくとも２つの画像を
得る固体撮像手段１と、得られた２つの画像を合成する
合成手段５とを備え、合成手段５は、信号電荷蓄積時間
の長い方（１／１２０秒）の画像（図４Ｂ参照）におい
て所定レベルａ以上である画像部分を信号電荷蓄積時間
の短い方（ｘ秒）の画像（図４Ｃ参照）の対応する画像
部分に置き換える際に、上記信号電荷蓄積時間の比に応
じた補正処理（ａ＝ａ′／１２０ｘ）をして置き換える
ようにしたものである。

【００１２】また、第２のこの発明は、例えば、図９に
示すように、上記信号蓄積時間の異なる少なくとも２つ
の画像（例えば、スルー画像信号ＴＯ₁とスルー画像信
号ＴＯ₂）を１フィールド期間で得るようにしたもので
ある。

【００１３】さらに、第３のこの発明は、例えば、図２
に示すように、上記信号蓄積時間の異なる少なくとも２
つの画像（例えば、スルー画像信号ＴＯ₁とスルー画像
信号ＴＯ₂）を１／２フィールド置きに得るようにした
ものである。

【００１４】さらに、第４のこの発明は、図１２に示す
ように、上記第１〜第３の発明によるワイドダイナミッ
クレンジを有する撮像装置と通常の撮像装置とを切り換
えて使用できるようにしたものである。

【００１５】

【作用】第１のこの発明によれば、合成手段５によっ
て、固体撮像手段１から得られた信号電荷蓄積時間の長
い方の画像において所定レベル以上である画像部分を信
号電荷蓄積時間の短い方の画像の対応する画像部分に置
き換える際に、信号電荷蓄積時間の比に応じた補正処理
をしてから置き換えるようにしている。このため、上記
補正処理後の非線形圧縮処理により実質的に撮像装置の
ダイナミックレンジを広くすることが可能となり、例え
ば、光量分布の広いシーンを撮影した際に、明暗両方の
被写体のコントラストを同時に確保することができる。

【００１６】また、第２のこの発明によれば、信号電荷
蓄積時間の異なる少なくとも２つの画像を１フィールド
期間で得るようにしているので、時間分解能が通常方式
（現行方式）と同じになり、動画に対しても違和感のな
い画像を得ることができる。なお、１つ置きの画像を合
成する次の第３の発明に比較して、隣合う画像を合成す
るようにしているので動きに対応する適応性がその第３
の発明に比較して優れている。

【００１７】さらに、第３のこの発明によれば、信号電
荷蓄積時間の異なる少なくとも２つの画像を１／２フィ
ールド置きに得るようにしているので、時間分解能が通
常方式（現行方式）と同じになり、動画に対しても違和
感のない画像を得ることができる。

【００１８】さらにまた、第４のこの発明によれば、上
記第１〜第３の発明による撮像装置と通常の撮像装置と
を切り換えて使用できるようにしているので、汎用性の
高い撮像装置を得ることができる。

【００１９】

【実施例】以下、この発明撮像装置の一実施例について
図面を参照して説明する。

【００２０】図１は一実施例の構成を示している。図１
において、図示しないレンズ、絞り等を通じて供給され
る被写体に対する画像情報を有する光Ｌが、固体撮像手
段である、例えば、ＣＣＤエリアセンサ１によって光電
変換され画像信号とされる。ＣＣＤエリアセンサ１とし
ては、例えば、フレーム・インターライン・トランスフ
ァ方式のものが用いられる。ＣＣＤエリアセンサ１から
の画像信号はプリアンプとビデオアンプの直列接続構成
にされたアンプ２で増幅された後、例えば、８ビットの
Ａ／Ｄ変換器３に供給される。

【００２１】Ａ／Ｄ変換器３で２５６階調レベルにデジ
タル化された画像信号は、１／２フィールド毎に、フィ
ールドバッファメモリ１１→フィールドバッファメモリ
１２→合成回路５→合成回路５→フィールドバッファメ
モリ１１→フィールドバッファメモリ１２→合成回路５
→合成回路５‥‥の順にそれらメモリまたは回路に取り
込まれる。

【００２２】合成回路５は、Ａ／Ｄ変換器３から直接供
給される画像信号（以下、必要に応じてスルー画像信号
という。）ＴＩＳと、フィールドバッファメモリ１１又
はフィールドバッファメモリ１２から読み出された画像
信号（以下、必要に応じて読出画像信号という。）ＲＳ
₁，ＲＳ₂とを非線形変換合成することによって、これ
ら２つの画像信号を合成し、８ビットの合成画像信号Ｓ
ＩＳＡを各フィールド毎に交互にフィールドバッファメ
モリ１３及びフィールドバッファメモリ１４に出力す
る。図１例では、奇数フィールド時には合成画像信号Ｓ
ＩＳＡがフィールドバッファメモリ１４に出力され、偶
数フィールド時には合成画像信号ＳＩＳＡがフィールド
バッファメモリ１３に出力されるようになっている。な
お、合成回路５の詳細な構成例については後に説明す
る。

【００２３】フィールドバッファメモリ１３及びフィー
ルドバッファメモリ１４からフィールド毎に交互に合成
画像信号ＳＩＳＢが信号処理回路１５に出力される。信
号処理回路１５はエンコーダとしての機能を有し、これ
ら合成画像信号ＳＩＳＢに基づく８ビットの映像信号Ｖ
Ｓを作成して出力端子１６に供給する。

【００２４】制御パルス生成回路１７は、信号発生器１
８から供給される垂直同期パルスＶＤと水平同期パルス
ＨＤとからそれぞれ２倍の周波数の垂直同期パルス（以
下、必要に応じて倍速垂直同期パルスという。）２ＶＤ
と水平同期パルス（以下、必要に応じて倍速水平同期パ
ルスという。）２ＨＤとを作成してタイミング信号発生
回路１９に供給する。

【００２５】タイミング信号発生回路１９は、カウンタ
及びタイマその他論理回路素子を有し、これら垂直同期
パルス２ＶＤ及び水平同期パルス２ＨＤからＡ／Ｄ変換
用パルスを作成してＡ／Ｄ変換器３に供給するととも
に、読み出し書き込み用のアドレス制御パルスを作成し
て各フィールドバッファメモリ１１〜１４に出力する。
さらに、タイミング信号発生回路１９は、垂直同期パル
ス２ＶＤ及び水平同期パルス２ＨＤと合成回路５から供
給される蓄積時間設定信号ＳＴＳとに応じてＣＣＤエリ
アセンサ１における信号電荷蓄積時間を制御する電子シ
ャッタ用の電荷掃き出しパルスＳＰ，読出パルスＲＰ他
のＣＣＤエリアセンサ１の駆動パルスを作成してそのＣ
ＣＤエリアセンサ１に供給するとともに、合成回路５に
も供給する。

【００２６】図１例による撮像装置は、基本的には、以
上のように構成・動作されるものであり、次にその要部
動作について図２に示すタイミングチャートをも参照し
て説明する。

【００２７】図２において、ＶＤは垂直同期パルス信号
で、フィールド周波数（ＮＴＳＣ方式では６０Ｈｚ，Ｐ
ＡＬ方式では５０Ｈｚである。）を有するパルス信号で
あり、信号発生器１８から発生され、信号処理回路１５
及び制御パルス生成回路１７に供給される。

【００２８】制御パルス生成回路１７は、垂直同期パル
ス信号ＶＤのフィールド周波数の２倍の周波数（ＮＴＳ
Ｃ方式では１２０Ｈｚ，ＰＡＬ方式では１００Ｈｚ）を
有する倍速垂直同期パルス信号２ＶＤ（図２参照）を作
成してタイミング信号発生回路１９に供給する。

【００２９】タイミング信号発生回路１９は、この倍速
垂直同期パルス信号２ＶＤに基づいて、読出パルスＲＰ
及び電荷掃き出しパルスＳＰ（それぞれ、図２参照）を
作成し、ＣＣＤエリアセンサ１に供給する。図２中、
「信号電荷蓄積」はＣＣＤエリアセンサ１での信号電荷
蓄積時間に対応した電荷蓄積量の時間変化を示してい
る。また、図２中、スルー画像信号ＴＩＳは、実際に
は、ＣＣＤエリアセンサ１の出力側またはアンプ２の出
力側に現れるアナログ画像信号を描いているが、Ａ／Ｄ
変換器３の出力側に現れ、そのまま合成回路５に供給さ
れるとともに、フィールドバッファメモリ１１，１２に
も書き込まれるデジタル画像信号を表している。

【００３０】このスルー画像信号ＴＩＳ中、比較的に低
レベルのものが電荷掃き出しパルスＳＰによる電子シャ
ッタを用いた場合の信号であり、高レベルのものが電子
シャッタを用いなかった場合の信号である（それぞれ、
図２中、１点鎖線の斜めの矢印参照）。図２から分かる
ように、スルー画像信号ＴＩＳは、信号電荷の蓄積が終
了（信号電荷蓄積を示すのこぎり波の立ち下がりエッヂ
が終了点である。）してから読出パルスＲＰによる読み
出しが行われるので、実時間に対して「フィールド／２
＝１／１２０秒（ＮＴＳＣ）」分だけの遅延がある。

【００３１】図２中、｛ＦＢ１１｝は、フィールドバッ
ファメモリ１１の書き込み・読み出し（読み書き）動作
を示している。時間ｔ₄と時間ｔ₈の点線の矢印に示す
ように、図１例のフィールドバッファメモリ１１には偶
数フィールドの電子シャッタを用いなかった場合のスル
ー画像信号ＴＩＳが格納される。図２中、例えば、「Ｗ
Ｅ₀」は、偶数フィールドのスルー画像信号ＴＩＳ＝Ｅ
₀のフィールドバッファメモリ１１への書き込み状態を
示す。なお、図２中、時間ｔ₆の「ＲＥ₀」がその偶数
フィールドのスルー画像信号ＴＩＳ＝Ｅ₀のフィールド
バッファメモリ１１から合成回路５への読み出し状態を
示している。なお、図２中、｛ＦＢ１２｝は、フィール
ドバッファメモリ１２の読み書き動作を示しており、奇
数フィールドの処理を行う点のみが｛ＦＢ１１｝と異な
り、その他の点では｛ＦＢ１１｝と同様であるので、そ
の説明を省略する。

【００３２】図２中、時間ｔ₆において、Ａ／Ｄ変換器
５から出力されるスルー画像信号ＴＩＳ＝ＴＥ₁が、合
成回路５に取り込まれ、このスルー画像信号ＴＩＳ＝Ｔ
Ｅ₁のＡ／Ｄ変換器３からの出力タイミングと同じタイ
ミングで、フィールドバッファメモリ１１に記憶されて
いるスルー画像信号ＴＩＳ＝Ｅ₀が合成回路５に読み出
されることで、図中｛合成｝欄のＲＥ₀＋ＴＥ₁に示す
ように、偶数フィールドの画像信号が合成回路５で合成
される。この合成回路５における合成動作は後に説明す
る。同様に、時間ｔ₇において、奇数フィールドの画像
信号が、｛合成｝欄のＲＯ₁＋ＴＯ₂に示すように合成
回路５で合成される。

【００３３】図２中、｛ＦＢ１３｝，｛ＦＢ１４｝は、
それぞれ、フィールドバッファメモリ１３，１４の書き
込み・読み出し動作を示している。この図１例では、図
２中、時間ｔ₆等から分かるように、偶数フィールドの
画像はフィールドバッファメモリ１３に書き込まれ（図
２中、Ｗ（Ｅ₀＋Ｅ₁）参照）、時間ｔ₇等から分かる
ように、奇数フィールドの画像はフィールドバッファメ
モリ１４に書き込まれる（図２中、Ｗ（Ｏ₁＋Ｏ₂）参
照）ようになっている。なお、図２中、時間ｔ ₅〜ｔ₈
の間の｛合成｝，｛ＦＢ１３｝，｛ＦＢ１４｝，合成画
像信号ＳＩＳＢ欄の動作に示すように、１つのフィール
ドバッファメモリ、例えば、フィールドバッファメモリ
１３からの読み出し動作が終了する前に、合成回路５か
ら新たな合成画像信号ＳＩＳＡが出力されるようになっ
ているので、それを書き込むために、並列構成にされた
フィールドバッファ１４が用いられている。

【００３４】なお、図２中、合成画像信号ＳＩＳＢは、
２個並列構成にされたフィールドバッファメモリ１３，
１４から交互に出力される信号をアナログ信号として描
いている。ここでは、フィールドバッファメモリ１３，
１４からのデータ読み出しクロックの周波数をそれらフ
ィールドバッファメモリ１３，１４へのデータ書き込み
クロック周波数の半分の周波数にしている。このため、
この合成画像信号ＳＩＳＢは、垂直同期周波数ＶＤ（Ｎ
ＴＳＣ方式では６０Ｈｚ，ＰＡＬ方式では５０Ｈｚであ
る。）の信号周期になることが分かる。

【００３５】この合成画像信号ＳＩＳＢに対して信号処
理回路１５でγ補正処理、同期信号付加処理等周知の画
像補正処理及びエンコード処理を行うことにより出力端
子１６にダイナミックレンジの広げられた映像信号ＶＳ
を得ることができる。

【００３６】図３は、合成回路５の一例の構成を示して
いる。合成回路５の入力端子２１〜２３には、それぞ
れ、Ａ／Ｄ変換器３，フィールドバッファメモリ１１及
びフィールドバッファメモリ１２からスルー画像信号Ｔ
ＩＳ，読出画像信号ＲＳ₁及び読出画像信号ＲＳ₂が供
給される。また、入力端子２４を通じて蓄積時間制御係
数出力回路２５に、タイミング信号発生回路１９から電
荷掃き出しパルスＳＰ及び読出パルスＲＰが供給され
る。この蓄積時間制御係数出力回路２５から出力端子２
８を通じてタイミング信号発生回路１９に蓄積時間を設
定するための蓄積時間設定信号ＳＴＳが供給されてい
る。

【００３７】ここで、例として、図２中、時間ｔ₆の期
間における合成回路５による合成動作について説明する
と、この時間ｔ₆では、図２の｛合成｝欄及び｛ＦＢ１
３｝欄から分かるように、スルー画像信号ＴＩＳ＝ＴＥ
₁と、フィールドバッファメモリ１１からの読出画像信
号ＲＳ₁＝ＲＥ₀が合成される（「ＲＥ₀＋Ｔ
Ｅ₁」）。スルー画像信号ＴＥ₁の蓄積時間は、電子シ
ャッタがかかっていてｘ（秒）であり、読出画像信号Ｒ
Ｓ₁＝ＲＥ₀の蓄積時間は、電子シャッタがかかってい
なくて１／１２０（秒）である（ｘ＜１／１２０）。ス
ルー画像信号ＴＥ₁は閾値回路３１の一方の入力端子に
供給されるとともに、乗算器２６の一方の入力端子に供
給される。読出画像信号ＲＥ₀は閾値回路３２に供給さ
れるとともに、マルチプレクサ３５の一方の入力端子に
供給される。

【００３８】閾値回路３１の他方の入力端子及び乗算器
２７の一方の入力端子にはフィールドバッファメモリ１
２から入力端子２３を通じて読出画像信号ＲＳ₂が供給
されるが、時間ｔ₆においては何も供給されないのでこ
の時間内では読出画像信号ＲＳ₂について考慮する必要
がない。

【００３９】閾値回路３１の判定結果を表す「１」（判
定成立）「０」（判定不成立）の２値信号が制御信号と
して蓄積時間制御係数出力回路２５に供給される。蓄積
時間制御係数出力回路２５から出力される蓄積時間制御
係数ｄ₁，ｄ₂は、それぞれ、乗算器２６，２７の他方
の入力端子に供給される。

【００４０】この時間ｔ₆においては、乗算器２６の出
力信号である補正処理後の画像信号ｄ₁・ＴＥ₁または
フィールドバッファメモリ１１の出力信号である読出画
像信号ＲＥ₀のいずれか一方の画像信号が閾値回路３２
の判定結果である制御信号（「１」（判定成立）又は
「０」（判定不成立）の２値信号）に基づいてマルチプ
レクサ３５で選択され画像信号Ｓ₅として非線形圧縮回
路３７に供給される。

【００４１】図１例の撮像装置において、ＣＣＤエリア
センサ１の各画素のダイナミックレンジは、図４Ａの折
れ線の特性４１に示すように、光量レベル０〜１の範囲
において、Ａ／Ｄ変換器３から２５６レベルの線形出力
のスルー画像信号ＴＩＳが出力されるようになっている
ものとする。

【００４２】また、図５に示すように、図１例の撮像装
置で撮影して映像信号を得ようとする被写体４２のシー
ンは、背景としての青い空ＳＫに輝く太陽ＳＮが出てお
り、また、人ＭＮが、例えば、パラシュート等により宙
に浮かんでいる状態、いわゆるスカイダイビングを行っ
ている状態であるものとする。このような被写体４２を
撮影する際に必要なダイナミックレンジは、比較的に大
きく、光量レベル（１＋α）（図４参照）が必要である
ものとする。

【００４３】時間ｔ₆で得られる読出画像信号ＲＥ₀の
特性は、電子シャッタがかかっていないときの画像信号
（スルー画像信号ＴＥ₀に対応する）であるので、図４
Ｂに示すように、被写体４２のそれぞれ人ＭＮと空ＳＫ
と太陽ＳＮに対応する出力レベルの最頻値のうち、人Ｍ
Ｎ（必要に応じて、出力レベルの最頻値をも指すものと
する。以下、空ＳＫ，太陽ＳＮについても同じ）と空Ｓ
Ｋの出力レベルはダイナミックレンジの線形の範囲に入
っているが太陽ＳＮの画像信号はダイナミックレンジの
線形の範囲外になっている。したがって、図４Ｂ中、太
陽ＳＮを含む点線部分は、このままでは白とびになる。

【００４４】このような場合、蓄積時間制御係数出力回
路２５からタイミング信号発生回路１９に供給される蓄
積時間設定信号ＳＴＳに応じてＣＣＤエリアセンサ１の
蓄積時間ｘを自動でまたは手動で制御することにより、
図４Ｃに示すように、太陽ＳＮがダイナミックレンジの
線形の範囲に入ってくるようにすることができる。この
画像信号が蓄積時間ｘのスルー画像信号ＴＥ₁である。

【００４５】ここで、スルー画像信号ＴＥ₁が供給され
る閾値回路３１に設定される閾値ａ´を、図４Ｃ中、例
えば、空ＳＫのレベルよりも僅かに低いレベルに設定し
ておく。この閾値ａ´に対応する読出画像信号ＲＥ₀上
のレベルを値ａ（図４Ｂ参照）とする。そして、スルー
画像信号ＴＥ₁のレベルがこの閾値ａ´を超えた場合
に、閾値回路３１の判定が成立して、その出力制御信号
が供給されることで蓄積時間制御係数出力回路２５から
数１に示す蓄積時間制御係数ｄ₁が乗算器２６の他方の
入力端子に供給される。

【００４６】

【数１】ｄ₁＝１／１２０ｘ

【００４７】この蓄積時間制御係数ｄ₁を表す式は、次
の考えの下に導かれるものである。すなわち、蓄積時間
ｘ（秒）でレベルａ´の画像信号を蓄積時間１／１２０
（秒）で対応するレベルａに変換するための演算式であ
る。

【００４８】一方、閾値回路３２にはレベルａと同一の
値の閾値ａが設定され、読出画像信号ＲＥ₀のレベルが
閾値ａを超えたときには、その出力２値信号により、マ
ルチプレクサ３５が画像信号ｄ₁・ＴＥ₁（図４Ｃの特
性に示すスルー画像信号ＴＥ ₁に蓄積時間制御係数ｄ₁
を乗算したもの）を選択するようになっている。閾値ａ
以下のときには、図４Ｂの特性に示す読出画像信号ＲＥ
₀を選択するようになっている。

【００４９】したがって、マルチプレクサ３５の出力
側、言い換えれば、非線形圧縮回路３７の入力側に得ら
れる画像信号Ｓ₅は、図６に示す特性４３を有する画像
信号になる。この特性４３の画像信号Ｓ₅は、光量レベ
ル（１＋α）の範囲で線形な領域の出力レベル（２５６
＋β）を有する画像信号になっている。人ＭＮ，空ＳＫ
及び太陽ＳＮのそれぞれの画像信号が線形領域内に入っ
ている。

【００５０】そこで、非線形圧縮回路３７では、画像信
号Ｓ₅を構成する各画素データの値から図７Ａに示すヒ
ストグラムを作成する。このヒストグラムは、人ＭＮに
対応するレベル付近になだらかな山があり、空ＳＫに対
応するレベル付近に急峻で高い山があり、太陽ＳＮに対
応するレベル付近に急峻で低い山がある形状になってい
る。このヒストグラムは、図５に示した被写体４２の映
像シーンに対応している。

【００５１】そして、図７Ａに示す頻度分布（ヒストグ
ラム）に応じて勾配が割り当てられた図７Ｂに示す非線
形圧縮のための変換テーブル４４を作成する。この変換
テーブル４４は（２５６＋β）レベルを２５６レベルに
非線形圧縮するためのテーブルであり、人ＭＮ近傍の画
素、空ＳＮ近傍の画素及び太陽ＳＮの近傍の画素が階調
性よく表現された（線形の）画像になることが分かる。

【００５２】このように、合成回路５によれば、（２５
６＋β）レベルの画像信号が２５６レベルに非線形圧縮
され、実質的にダイナミックレンジの広げられた合成画
像信号ＳＩＳＡが得られる。合成画像信号ＳＩＳＡはフ
ィールドメモリ１３に書き込まれる。この合成画像信号
ＳＩＳＡは、フィールドメモリ１３から書き込みクロッ
クの１／２の周波数で読み出され（図２中、時間ｔ₇〜
ｔ₈の｛ＦＢ１３｝欄参照）、１フィールド分の合成映
像信号ＳＩＳＢとして信号処理回路１５に供給される。
信号処理回路１５で映像信号ＶＳにされて出力端子１６
に供給される。

【００５３】なお、時間ｔ₇において、フィールドバッ
ファメモリ１２からの読出画像信号ＲＳ₂＝ＲＯ₁（電
子シャッタのかかった画像信号）とスルー画像信号ＴＩ
Ｓ＝ＴＯ₂（電子シャッタのかかっていない画像信号）
との合成が行われるが、この合成を行うための閾値回路
３１、蓄積時間制御係数出力回路２５、乗算器２７、閾
値回路３３及びマルチプレクサ３６並びに非線形圧縮回
路３７の動作も時間ｔ ₆で説明した上記動作と同様に実
行される。

【００５４】このように、図１例によれば、ＣＣＤエリ
アセンサ１を倍速で駆動し、電子シャッタ機能を併用す
ることにより、１フィールド期間中に露出の異なる複数
個の画像信号（複数枚の画像）を取り込むことができ、
取り込んだ画像信号を合成回路５により非線形圧縮変換
して１個の合成画像信号（１個の画像）ＳＩＳＡに合成
して出力するようにしている。このため、光量分布の広
い被写体のシーンを撮影する際に、明暗両方の被写体
（図５例では、太陽ＳＮ，空ＳＫ及び人ＭＮ）のコント
ラスト（階調）を同時に確保することができるようにな
る。すなわち、実質的にダイナミックレンジを広げるこ
とができる。しかも、倍速でＣＣＤエリアセンサ１を駆
動しているので、時間分解能（動解像度）が現行方式
（例えば、ＮＴＳＣ方式）と同じになり、動画に対して
も違和感の無い画像を得ることができる。

【００５５】なお、図１例では、ＣＣＤエリアセンサ１
を倍速駆動しているが、３倍速駆動、４倍速駆動‥‥と
さらに高速に駆動することもできる。この場合には、実
質的にダイナミックレンジの広い画像を現行方式よりも
動解像度をあげて得ることができる。

【００５６】図８は、この発明の他の実施例の構成を示
している。図９は図８例の動作説明に供されるタイミン
グチャートである。

【００５７】この図８例では、図９の電荷掃き出しパル
スＳＰの波形と信号電荷蓄積時間の波形から分かるよう
に、電子シャッタを（フィールド／２）置きに使用して
いる。このため、図１例に比較してフィールドバッファ
メモリ１２を省略することができる。合成回路１０の構
成も図１０に示すように図３例に比較して簡単になる。

【００５８】すなわち、図１０例では、合成回路１０に
Ａ／Ｄ変換器３から直接供給されるスルー画像信号ＴＩ
Ｓは常に電子シャッタのかからない画像信号（例えば、
スルー画像信号ＴＯ₂，ＴＥ₂）になり、一方、フィー
ルドバッファメモリ１１に書き込まれ、読み出される読
出画像信号ＲＳ₁が常に電子シャッタのかかった画像信
号（例えば、スルー画像信号ＴＯ₁，ＴＥ₁）になり
（図９中、｛ＦＢ１１｝の欄参照）、それらが交互に出
力されることから、隣合う画像信号を合成すれば済むの
で（例えば、図９中、｛合成｝欄における（ＲＯ₁＋Ｔ
Ｏ₂）参照）、フィールドバッファメモリがフィードバ
ッファメモリ１１の１個で間に合うようになっている。

【００５９】また、合成回路１０では、フィードバッフ
ァメモリ１１から出力される読出画像信号ＲＳ₁のレベ
ルが閾値回路３１の閾値ａ´（図４Ｃ参照）を超えたと
きに、蓄積時間制御係数出力回路２５から数１と同じ式
で表わされる係数ｄ₃が出力され、画像信号ｄ₃・ＲＳ
₁がマルチプレクサ３５の一方の入力端子に供給され
る。そして、Ａ／Ｄ変換器３から出力されるスルー画像
信号ＴＩＳのレベルが閾値回路３２の閾値ａを超えたと
きには、マルチプレクサ３５から画像信号ｄ₃・ＲＳ₁
が非線形圧縮回路３７に供給され、閾値ａ以下のときに
はスルー画像信号ＴＩＳが供給される。そして、非線形
圧縮回路３７では、図７Ａ，Ｂを参照して説明した上述
のようにヒストグラムを作成して非線形圧縮変換を行
う。

【００６０】このように、図８例では、図９の｛ＦＢ１
３｝の欄からから分かるように、１フィールド毎に露出
の異なる２つの画像信号を取り込むようにしている（Ｗ
（Ｏ ₁＋Ｏ₂））、言い換えれば、隣合う画像信号を取
り込むようにしているので、被写体の動きに対して図１
例に比較してより適応性の高い回路構成になっている。
なお、図８例においても、ＣＣＤエリアセンサ１を３倍
速以上の高速駆動を行ってもよいことはもちろんであ
る。

【００６１】図１１は、さらに他の実施例の動作説明に
供されるタイミングチャートである。なお、図１１例を
実施する回路の構成は、撮像装置全体は図８の構成と、
合成回路は図１０の構成と同様であるので省略する。図
８の回路においてタイミング信号発生回路１９からタイ
マ等を利用して図１１に示す読出パルスＲＰが出力でき
るように構成を変更すればよいだけである。

【００６２】この図１１例に基づく構成によれば、読出
パルスＲＰを１フィールド周期毎に垂直ドライブパルス
ＶＤの立ち下がり点と同時点で発生させるとともに、矢
印で示すように、垂直ドライブパルスＶＤとは異なる時
点（タイミング）でも発生するようにして、信号電荷蓄
積時間の異なる２つの画像信号（例えば、画像信号ＴＯ
₁と画像信号ＴＯ₂、又は画像信号ＴＥ₁と画像信号Ｔ
Ｅ₂）を１フィールド内で得るようにしている。

【００６３】このようにすれば、電子シャッタを使用し
ていないので、図１例及び図８例では捨てていた信号電
荷も有効に利用することができるようになる。このた
め、図１１のタイミングチャートに基づく撮像装置によ
れば、図８例の撮像装置の効果に加えて感度を高くする
ことができるという効果が得られる。

【００６４】図１２は、さらに他の実施例の構成を示し
ている。この図１２例では、図８例に示すワイドダイナ
ミックレンジ・倍速駆動方式による撮像装置と従来の通
常ダイナミックレンジ・通常速度駆動方式による撮像装
置とを１回路２接点の３個の連動スイッチ５１〜５３を
用いて切り換えるようにしたものである。すなわち、２
倍速用のタイミング信号発生回路１９に並列に通常のタ
イミング信号発生回路１９Ａを設けてそれらをスイッチ
５１で切り換える。また、アンプ２と信号処理回路１５
の間にＡ／Ｄ変換器３Ａを設けてそれをスイッチ５２で
切り換える。さらに、信号処理回路１５の入力側に合成
画像信号ＳＩＳＢとスルー画像信号Ｓ₆とを切り換える
スイッチ５３を設けている。

【００６５】そして、端子５４からスイッチ５１〜５３
の各制御端子に同一の制御信号を供給することで、図１
２に示すスイッチ５１〜５３の接続状態ではワイドダイ
ナミックレンジ・倍速駆動方式による撮像装置に、スイ
ッチ５１〜５３の他の接続状態では通常ダイナミックレ
ンジ・通常速度駆動方式による撮像装置に切り換えて使
用することができる。

【００６６】この図１２例によれば、ＣＣＤエリアセン
サ１を倍速駆動することによって得られるダイナミック
レンジの広い画像を撮影することができるモードと、通
常動作時のモードとを、端子５４からの制御信号で切り
換え制御されるスイッチ５１〜５３でワンタッチで切り
換えることができるようになる。このため、ユーザの撮
影意図や撮影状況（撮影対象のダイナミックレンジ等）
に応じてモードを選択することにより簡単に所望の画像
を撮ることができるという効果が達成できる。

【００６７】なお、この発明は上記の実施例に限らずこ
の発明の要旨を逸脱することなく種々の構成を採り得る
ことはもちろんである。

【００６８】

【発明の効果】以上説明したように、第１のこの発明に
よれば、合成手段によって、固体撮像手段から得られた
信号電荷蓄積時間の長い方の画像において所定レベル以
上である画像部分を信号電荷蓄積時間の短い方の画像の
対応する画像部分に置き換える際に、信号電荷蓄積時間
の比に応じた補正処理をしてから置き換えるようにして
いる。このため、実質的に撮像装置のダイナミックレン
ジを広くすることが可能となり、例えば、光量分布の広
いシーンを撮影した際に、明暗両方の被写体のコントラ
ストを同時に確保することができるという効果を達成で
きる。

【００６９】また、第２のこの発明によれば、信号電荷
蓄積時間の異なる少なくとも２つの画像を１フィールド
期間で得るようにしているので、時間分解能が通常方式
（現行方式）と同じになり、動画に対しても違和感のな
い画像を得ることができるという効果を達成できる。な
お、１つ置きの画像を合成する次の第３の発明に比較し
て、隣合う画像を合成するようにしているので動きに対
応する適応性がその第３の発明に比較して優れている。

【００７０】さらに、第３のこの発明によれば、信号電
荷蓄積時間の異なる少なくとも２つの画像を１／２フィ
ールド置きに得るようにしているので、時間分解能が通
常方式（現行方式）と同じになり、動画に対しても違和
感のない画像を得ることができるという効果を達成でき
る。

【００７１】さらにまた、第４のこの発明によれば、上
記第１〜第３の発明による撮像装置と通常の撮像装置と
を切り換えて使用できるようにしているので、汎用性の
高い撮像装置を得ることができるという効果が達成でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による撮像装置の一実施例の構成を示
すブロック図である。

【図２】図１例の動作説明に供されるタイミングチャー
トである。

【図３】図１例中、合成回路の詳細な構成例を示すブロ
ック図である。

【図４】図３例の動作説明に供される線図である。

【図５】被写体の例を示す線図である。

【図６】図３例の動作説明に供される線図である。

【図７】Ａは、図３例の動作説明に供されるヒストグラ
ムである。Ｂは、Ａのヒストグラムに基づく非線形圧縮
処理の説明に供される線図である。

【図８】他の実施例の構成を示すブロック図である。

【図９】図８例の動作説明に供されるタイミングチャー
トである。

【図１０】図８例中、合成回路の構成例を示すブロック
図である。

【図１１】さらに他の実施例の動作説明に供されるタイ
ミングチャートである。

【図１２】さらに他の実施例の構成を示すブロック図で
ある。

【符号の説明】１ＣＣＤエリアセンサ５，１０合成回路１１〜１４フィールドバッファメモリ１７制御パルス生成回路１９タイミング信号発生回路２５蓄積時間制御係数出力回路２６，２７乗算器３１〜３３閾値回路３５，３６マルチプレクサ３７非線形圧縮回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】信号電荷蓄積時間の異なる少なくとも２
つの画像を得る固体撮像手段と、得られた２つの画像を合成する合成手段とを備え、上記合成手段は、信号電荷蓄積時間の長い方の画像にお
いて所定レベル以上である画像部分を信号電荷蓄積時間
の短い方の画像の対応する画像部分に置き換える際に、
上記信号電荷蓄積時間の比に応じた補正処理をして置き
換えるようにしたことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】上記信号蓄積時間の異なる少なくとも２
つの画像を１フィールド期間で得るようにしたことを特
徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】上記信号蓄積時間の異なる少なくとも２
つの画像を１／２フィールド置きに得るようにしたこと
を特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項４】１フィールド期間で信号電荷蓄積時間一
定の１つの画像を得、この１つの画像と上記合成手段の
出力画像とを切り換えられるようにしたことを特徴とす
る請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の撮像装
置。