JPH09261532A - 映像信号処理方法および撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被写体を撮影する際に、高輝度部分が混在し
ている被写体でも、固体撮像素子の蓄積許容電荷量範囲
内の輝度レベル部分のＳ／Ｎを悪化させず高輝度の被写
体も撮影できる撮像装置を提供する。 【解決手段】 フレーム蓄積方式の固体撮像素子２にて
低速の電子シャッタパルスで被写体を撮影した映像信号
が部分的に飽和レベルに達していることを判別手段６で
判別したときに、一方のフィールドは固体撮像素子２に
て低速の電子シャッタパルスで被写体を撮影し、他方の
フィールドは固体撮像素子２にて高速の電子シャッタパ
ルスで被写体を撮影し、両映像を画像記憶手段１４，１
５に記憶し、一方のフィールドの映像信号の飽和部分お
よびその両側近傍部分の波形を、他方のフィールドの映
像信号における対応部分の波形で置き換えるように、一
方のフィールドの映像信号と他方のフィールドの映像信
号とを画像合成手段１６で合成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、固体撮像素子に
より被写体の撮像を行う、例えばパソコンへの画像入力
用カメラや監視カメラ、ビデオカメラ等に適した映像信
号処理方法および撮像装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、固体撮像素子を用いた撮像装置は
多様な用途に用いられ、ビデオカメラ、電子スチルカメ
ラ、パソコンへの画像入力用や監視カメラなどに用いら
れている。このうちパソコンへの画像入力用のカメラな
どの単体の価格が安いものなどは、コストダウンの目的
などからビデオカメラ等に用いられている機械式の羽根
による光量調節装置ではなく、固体撮像素子の電子シャ
ッタ機能により光量調節を行っている。ここでいう電子
シャッタ機能とは、各光電変換素子の蓄積した信号電荷
をシャッタパルスの印加により掃き出すことが可能な固
体撮像素子において、フィールド期間内における電荷蓄
積期間をシャッタパルスの印加によって調整することに
より露光時間をかえる機能のことで、シャッタパルス間
隔を短くすれば露光時間が短くなり、長くすれば露光時
間は長くなる。このシャッタパルスによる電荷蓄積の制
御タイミングは、映像信号にノイズが侵入するのを防ぐ
ために水平帰線期間内で行っており、一般に１Ｈ（水平
周期）単位で行っている。

【０００３】従来のパソコンへの画像入力用カメラ等の
撮像装置の概略ブロック図を図５に示す。図５におい
て、５０１は結像手段である。５０２は光学像を電気的
に変換し、フレーム蓄積方式（ＣＣＤの一つの画素の信
号蓄積時間が１／３０秒である方式）もしくはフィール
ド蓄積方式（ＣＣＤの一つの画素の信号蓄積時間が１／
６０秒である方式）で信号電荷を読み出し映像信号とし
て出力する固体撮像素子である。５０３は信号増幅手段
である。５０４はアナログ信号処理手段である。５０５
はＡ／Ｄ変換手段である。５０６はデジタル信号処理手
段である。５０７はＤ／Ａ変換手段である。５０８は出
力処理手段である。５０９は撮像素子駆動手段である。
５１０は電子シャッタ制御手段である。

【０００４】以下に、従来のパソコンの画像入力用カメ
ラ等の撮像装置の動作を示す。被写体からの光を光学的
に結像させるレンズ等の結像手段５０１により得られる
光学像がＣＣＤ撮像素子等の固体撮像素子５０２により
電気的に変換され、その出力がアンプ等の信号増幅手段
５０３により増幅され、映像信号としてアナログ信号処
理手段５０４へ供給される。アナログ信号処理手段５０
４では、信号増幅手段５０３より出力される映像信号に
対してガンマ補正、利得特性補正などが行われる。

【０００５】アナログ信号処理手段５０４から出力され
る映像信号は、Ａ／Ｄ変換手段５０５によりＡ／Ｄ変換
され、デジタルの映像信号としてデジタル信号処理手段
５０６に供給される。デジタル信号処理手段５０６で
は、デジタルの映像信号に対して輪郭補正、ノイズ低減
などの各種信号処理が施され、Ｄ／Ａ変換手段５０７に
よってＤ／Ａ変換され、出力処理手段５０８によって信
号がエンコードされて出力される。この出力処理手段５
０８では、具体的には、入力信号のＲＧＢ信号または色
差信号（Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙ）からＹ信号、Ｃ信号を生成
し、Ｙ／Ｃ信号を合成し、同期信号を付加してコンポジ
ット信号にするエンコード処理を行う。

【０００６】このとき、固体撮像素子５０２を駆動する
ために、撮像素子駆動手段５０９および電子シャッタ制
御手段５１０が設けられており、この電子シャッタ制御
手段５１０にはデジタル信号処理手段５０６から映像信
号の輝度レベル情報が毎フィールドまたは毎フレーム伝
送され、その信号に基づき電子シャッタ制御手段５１０
が動作し、所定の電子シャッタスピードで固体撮像素子
５０２を駆動するよう撮像素子駆動手段５０９が動作す
るようになっている。

【０００７】例えば、デジタル信号処理手段５０６から
映像信号の輝度レベルが所定のレベルを超えたという情
報が送られた時には、電子シャッタ制御手段５１０が電
子シャッタパルスの間隔を短くするように動作し、その
電子シャッタパルススピードで撮像素子駆動手段５０９
が固体撮像素子５０２を駆動する。このようにして高輝
度の成分を含んでいる被写体などを撮影する際に、被写
体の輝度が撮像許容範囲（固体撮像素子５０２の許容蓄
積電荷量を超えない範囲）を超えて映像信号の輝度信号
レベルが所定値を超えて映像信号が飽和状態になる現象
を起こさないようにして信号を取り込み、その信号を信
号増幅手段５０３で利得を制御し、映像信号の輝度レベ
ルを調整している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
パソコンの画像入力用カメラの撮像装置においては以下
のような課題があった。すなわち、デジタル信号処理手
段５０６から伝送される被写体の輝度レベル信号が所定
のレベル以上になった時に電子シャッタ制御手段５１０
によって電子シャッタのスピードを制御する際に、一部
分だけ輝度が高い被写体などを撮影した場合に、その部
分の輝度レベルが撮像許容範囲を超え飽和しないように
電子シャッタを制御して信号を取り込むため、被写体の
輝度が低い部分が黒くつぶれてしまったり、取り込んだ
レベルの低い信号をアナログ信号処理手段５０４で所定
のレベルまで利得を補正する時に、映像信号とともにノ
イズの利得を上げるために、Ｓ／Ｎの悪い映像になって
しまうといった問題があった。

【０００９】この発明の目的は、上記従来の問題を解決
するもので、被写体を撮影する際に、高輝度部分が混在
している被写体でも、固体撮像素子の蓄積許容電荷量範
囲内の輝度レベル部分のＳ／Ｎを悪化させず高輝度の被
写体も撮影できる映像信号処理方法および撮像装置を提
供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明の映像信号処理
方法および撮像装置では、電子シャッタをフィールド単
位で切り換え、被写体の高輝度部分が固体撮像素子の蓄
積許容電荷量を超えて映像信号が飽和しないように電子
シャッタの高速シャッタスピードで読み出した映像信号
と通常の低速シャッタスピードで読み出した映像信号と
を取り込み、通常の低速シャッタスピードで読み出した
映像信号の飽和部分およびその両側近傍部分の波形を高
速シャッタスピードで読み出した映像信号における通常
の低速シャッタスピードで読み出した映像信号の飽和部
分に対応する部分の波形で置き換えるように、低速およ
び高速シャッタスピードで読み出した２つの映像信号を
合成することにより、被写体を撮影する際に、高輝度部
分が混在している被写体でも、固体撮像素子の蓄積許容
電荷範囲内の輝度レベル部分のＳ／Ｎを悪化させず高輝
度の被写体も撮影できる。なお、２つの映像信号を合成
する際に、必要に応じて、高速シャッタスピードで読み
出した映像信号の一部分の波形の時間軸を伸長補正し
て、２つの映像信号がつながるように処理される。

【００１１】

【発明の実施の形態】請求項１記載の映像信号処理方法
は、固体撮像素子から出力される映像信号を処理する映
像信号処理方法であって、低速の電子シャッタパルスで
被写体を撮影した映像信号のレベルが部分的に飽和レベ
ルに達しているときに、一方のフィールドは低速の電子
シャッタパルスで被写体を撮影し、他方のフィールドは
映像信号のレベルが飽和レベルに達しない高速の電子シ
ャッタパルスで被写体を撮影し、一方のフィールドの映
像信号の飽和部分およびその両側近傍部分の波形を、他
方のフィールドの映像信号における一方のフィールドの
映像信号の飽和部分に対応する部分の波形で置き換える
ように、一方のフィールドの映像信号と他方のフィール
ドの映像信号とを合成することを特徴とする。なお、２
つの映像信号を合成する際に、必要に応じて高速シャッ
タスピードで読み出した映像信号の一部分の波形の利得
および時間軸を補正して、２つの映像信号がつながるよ
うに処理される。

【００１２】この方法によると、一方のフィールドの映
像信号の飽和部分およびその両側近傍部分の波形が、他
方のフィールドの映像信号における一方のフィールドの
映像信号の飽和部分に対応する部分の波形と置き換えら
れたものとなり、被写体を撮影する際に、高輝度部分が
混在している被写体でも、固体撮像素子の蓄積許容電荷
範囲内の輝度レベル部分のＳ／Ｎを悪化させず高輝度の
被写体も撮影できる。

【００１３】請求項２記載の映像信号処理方法は、請求
項１記載の映像信号処理方法において、一方のフィール
ドの映像信号と他方のフィールドの映像信号の合成は、
他方のフィールドの映像信号の波形の両端が一方のフィ
ールドの映像信号の波形の隙間の両端縁に一致するよう
に、他方のフィールドの映像信号の波形の利得および時
間軸を補正する。

【００１４】この方法によると、一方のフィールドの映
像信号と他方のフィールドの映像信号をのつなぎめを目
立たなくすることができる。請求項３記載の撮像装置
は、被写体からの光を光学的に結像させる結像手段と、
結像手段より得られる光学像を電気的に変換し、映像信
号として出力する固体撮像素子と、固体撮像素子を駆動
する撮像素子駆動手段と、撮像素子駆動手段の電子シャ
ッタパルスの速度を映像信号が飽和レベルに達する可能
性のある低速と映像信号が飽和レベルに達しない高速と
に切り換え制御する電子シャッタ制御手段と、固体撮像
素子から出力される映像信号を増幅する信号増幅手段
と、信号増幅手段から供給される映像信号のガンマ補
正、利得特性補正等を行うアナログ信号処理手段と、ア
ナログ信号処理手段から供給される映像信号をアナログ
からデジタルに変換するＡ／Ｄ変換手段と、映像信号に
飽和レベルとなっている部分があるかどうかを判別する
判別手段と、Ａ／Ｄ変換手段から供給される映像信号の
輪郭補正、ノイズ低減等を行うデジタル信号処理手段
と、デジタル信号処理手段から供給される映像信号をデ
ジタルからアナログに変換するＤ／Ａ変換手段と、Ｄ／
Ａ変換手段から供給される映像信号のエンコード等を行
う出力処理手段と、垂直同期信号に基づき隣接した一方
および他方の２つのフィールドを区別するタイミングパ
ルスを発生するタイミングパルス発生手段と、１フィー
ルド分の映像信号を記憶する第１および第２の画像記憶
手段と、タイミングパルス発生手段から供給されるタイ
ミングパルスに基づいてＡ／Ｄ変換手段から供給される
映像信号を、一方のフィールドの映像信号は第１の画像
記憶手段へ送り、他方のフィールドの映像信号は第２の
画像記憶手段へ送る信号選択手段と、第１および第２の
画像記憶手段から読み出された２フィールド分の映像信
号を合成してデジタル信号処理手段へ供給する画像合成
手段とを備えている。

【００１５】そして、判別手段は、映像信号に飽和レベ
ルとなっている部分がないときはＡ／Ｄ変換手段から出
力される映像信号をデジタル信号処理手段へ供給し、映
像信号に飽和レベルとなっている部分があるときはＡ／
Ｄ変換手段から出力される映像信号を信号選択手段へ供
給する。また、タイミングパルス発生手段は、判別手段
の判別結果に基づき映像信号に飽和レベルとなっている
部分があるときにタイミングパルスを発生して電子シャ
ッタ制御手段と信号選択手段とへ供給する。また、電子
シャッタ制御手段は、タイミングパルス発生手段からタ
イミングパルスの供給がないときに撮像素子駆動手段の
電子シャッタパルスの速度を低速に固定し、タイミング
パルス発生手段からタイミングパルスの供給があるとき
に撮像素子駆動手段の電子シャッタパルスの速度を一方
のフィールドで低速とし他方のフィールドで高速とする
ように切り換える。また、画像合成手段は、一方のフィ
ールドの映像信号の飽和部分およびその両側近傍部分の
波形を、他方のフィールドの映像信号における一方のフ
ィールドの映像信号の飽和部分に対応する部分の波形で
置き換えるように、一方のフィールドの映像信号と他方
のフィールドの映像信号とを合成する。

【００１６】この構成によると、被写体を撮像する際に
固体撮像素子の蓄積許容電荷より高輝度の部分が被写体
に含まれている場合、固体撮像素子の電子シャッタスピ
ードを電子シャッタ制御手段によってフィールド単位で
切り替え、一方のフィールドにおいて通常の電子シャッ
タスピードで読み出した映像信号を第１の画像記憶手段
に記憶し、他方のフィールドにおいて被写体の高輝度部
分の輝度レベルが蓄積許容電荷量を超えず映像信号が飽
和することがないように電子シャッタのスピードを所定
の値に制御し読み出した映像信号を第２の画像記憶手段
に記憶し、画像合成手段によって画像を合成する。この
合成は、一方のフィールドの映像信号の飽和部分および
その両側近傍部分の波形を、他方のフィールドの映像信
号における一方のフィールドの映像信号の飽和部分に対
応する部分の波形で置き換えるように実施する。この結
果、被写体を撮影する際に、高輝度部分が混在している
被写体でも、固体撮像素子の蓄積許容電荷量範囲内の輝
度レベル部分のＳ／Ｎを悪化させず高輝度の被写体も撮
影できる。

【００１７】請求項４記載の撮像装置は、請求項３記載
の撮像装置において、画像合成手段で、一方のフィール
ドの映像信号と他方のフィールドの映像信号の合成時
に、他方のフィールドの映像信号の波形の両端が一方の
フィールドの映像信号の波形の隙間の両端縁に一致する
ように、他方のフィールドの映像信号の波形の利得およ
び時間軸を補正するようにしている。

【００１８】この構成によると、一方のフィールドの映
像信号と他方のフィールドの映像信号をのつなぎめを目
立たなくすることができる。請求項５記載の撮像装置
は、請求項３記載の撮像装置において、結像手段より得
られる光学像を電気的に変換する固体撮像素子が全画素
読み出し方式の固体撮像素子であり、画像記憶手段が１
フレーム分の容量の画像記憶するとともにノンインタレ
ース画像をインタレース画像に変換して出力する手段で
ある。

【００１９】この構成によると、被写体を撮像する際に
固体撮像素子の蓄積許容電荷量より高輝度の部分が被写
体に含まれている場合、固体撮像素子の電子シャッタス
ピードを電子シャッタ制御手段によってフィールド単位
で切り替え、一方のフィールドにおいて高輝度部分の輝
度レベルが蓄積許容電荷量を超えないように電子シャッ
タのスピードを所定の値に制御し固体撮像素子の全画素
を読み出した映像信号と、他方のフィールドにおいて通
常の電子シャッタスピードで固体撮像素子の全画素を読
み出した映像信号とをそれぞれ画像記憶手段に１フレー
ム分記憶し、画像合成手段によって上記請求項２の撮像
装置と同じように画像を合成するとともにノンインタレ
ース画像をインタレース画像に変換し出力する。この結
果、被写体を撮影する際に、高輝度部分が混在している
被写体でも、固体撮像素子の蓄積許容電荷量範囲内の輝
度レベル部分のＳ／Ｎを悪化させず高輝度の被写体も撮
影できる。

【００２０】以下、この発明の実施の形態について、図
面を用いて説明する。図１はこの発明の撮像装置の第１
の実施の形態の構成を示す概略ブロック図である。図１
において、１は被写体からの光、つまり被写体の画像を
光学的に結像させる結像手段である。２は結像手段１よ
り得られる光学像を電気的に変換し、フレーム蓄積方式
で信号電荷を読み出し映像信号として出力する固体撮像
素子である。３は固体撮像素子２から出力される映像信
号を増幅するアンプ等の信号増幅手段である。４は信号
増幅手段３から供給される映像信号のガンマ補正、利得
特性補正等を行うアナログ信号処理手段である。

【００２１】５はアナログ信号処理手段４から供給され
る映像信号をアナログからデジタルに変換するＡ／Ｄ変
換手段である。６はＡ／Ｄ変換手段５から供給されるデ
ジタルの映像信号のレベルが所定レベル以上であるかど
うか判別することにより映像信号に飽和レベルとなって
いる部分があるかどうかを判別する判別手段である。な
お、この判別はＡ／Ｄ変換手段５の出力値をデジタル基
準値と比較するだけでなく、アナログ信号処理手段４の
映像信号のレベルをアナログ基準値と比較することでも
可能である。

【００２２】７はＡ／Ｄ変換手段５から供給される映像
信号の輪郭補正、ノイズ低減等を行うデジタル信号処理
手段である。８はデジタル信号処理手段７から供給され
る映像信号をデジタルからアナログに変換するＤ／Ａ変
換手段である。９はＤ／Ａ変換手段８から供給される映
像信号のエンコード等を行う出力処理手段である。１０
は固体撮像素子２を駆動する撮像素子駆動手段である。
１１は撮像素子駆動手段１０の電子シャッタパルスの速
度を映像信号が飽和レベルに達する可能性のある低速と
映像信号が飽和レベルに達しない高速とに切り換え制御
する電子シャッタ制御手段である。１２は垂直同期信号
に基づき隣接した一方および他方の２つのフィールド、
つまり偶数フィールドと奇数フィールドとを区別するた
めのタイミングパルスを発生するタイミングパルス発生
手段である。１４，１５は１フィールド分の画像に相当
する映像信号を記憶するフィールドメモリ等の画像記憶
手段である。１３はタイミングパルス発生手段１２から
供給されるタイミングパルスに基づいてＡ／Ｄ変換手段
５から供給される映像信号を、一方のフィールド（例え
ば偶数フィールド）の映像信号は第１の画像記憶手段１
４へ送り、他方のフィールド（例えば奇数フィールド）
の映像信号は第２の画像記憶手段１５へ送る信号選択手
段である。１６は第１および第２の画像記憶手段１４，
１５から読み出された２フィールド分の映像信号を合成
してデジタル信号処理手段７へ供給する画像合成手段で
ある。

【００２３】そして、上記の判別手段６は、映像信号に
飽和レベルとなっている部分がないときはＡ／Ｄ変換手
段５から出力される映像信号をデジタル信号処理手段７
へ供給し、映像信号に飽和レベルとなっている部分があ
るときはＡ／Ｄ変換手段５から出力される映像信号を信
号選択手段１３へ供給する。また、タイミングパルス発
生手段１２は、判別手段６の判別結果に基づき映像信号
に飽和レベルとなっている部分があるときにタイミング
パルスを発生して電子シャッタ制御手段１１と信号選択
手段１３とへ供給する。また、電子シャッタ制御手段１
１は、タイミングパルス発生手段１２からタイミングパ
ルスの供給がないときに撮像素子駆動手段１０の電子シ
ャッタパルスの速度を低速に固定し、タイミングパルス
発生手段１２からタイミングパルスの供給があるときに
撮像素子駆動手段１０の電子シャッタパルスの速度を一
方のフィールドで低速とし他方のフィールドで高速とす
るように切り換える。また、画像合成手段１６は、一方
のフィールドの映像信号の飽和部分およびその両側近傍
部分の波形を、他方のフィールドの映像信号における一
方のフィールドの映像信号の飽和部分に対応する部分の
波形で置き換えるように、一方のフィールドの映像信号
と他方のフィールドの映像信号とを合成する。この際、
画像合成手段１６は、一方のフィールドの映像信号と他
方のフィールドの映像信号の合成時に、他方のフィール
ドの映像信号の波形の両端が一方のフィールドの映像信
号の波形の隙間の両端縁に一致し、かつ飽和が生じない
ように、他方のフィールドの映像信号の波形の利得およ
び時間軸を補正することにより、白とびしていた部分の
画像情報を得ることになる。

【００２４】この実施の形態によれば、被写体を撮像し
ているときに、被写体の輝度レベルを判別手段６で１ラ
インごとに判別し、輝度レベルが固体撮像素子２の蓄積
許容電荷量以内であるときには、判別手段６から映像信
号はそのままデジタル信号処理手段７に送られ輪郭補
正、ノイズ低減などの処理が行われ、Ｄ／Ａ変換手段８
でデジタルからアナログに変換された後、出力処理手段
９によってエンコード処理が行われてモニタ等へと供給
される。

【００２５】また、被写体の輝度レベルが固体撮像素子
２の蓄積許容電荷量を超えたときには、Ａ／Ｄ変換手段
５から出力される映像信号の輝度レベルが所定値を超え
ることになり、判別手段６からタイミングパルス発生手
段１２に対して電子シャッタを動作させるための制御信
号が送られる。タイミングパルス発生手段１２では垂直
同期信号に基づき、偶数フィールドか奇数フィールドか
を示す情報であるタイミングパルスを作成し、電子シャ
ッタ制御手段１１および信号選択手段１３にタイミング
パルスを送る。

【００２６】この結果、電子シャッタ制御手段１１およ
びそれによって制御される撮像素子駆動手段１０は、一
方のフィールドの信号を読み出すときには、通常の電子
シャッタスピードで読み出し、他方のフィールドの信号
を固体撮像素子２より読み出すときには、高輝度の部分
が飽和しないように電子シャッタのスピードを高速にす
るように動作する。

【００２７】また、その読み出された一方および他方の
各フィールドの信号は、Ａ／Ｄ変換手段５から判別手段
６を通して信号選択手段１３へ送られ、画像記憶手段１
４，１５に選択的に供給される。その選択は、タイミン
グパルス発生手段１２から出力されるタイミングパルス
によって制御され、例えば一方（例えば偶数）のフィー
ルドの映像信号は画像記憶手段１４へ送られ、他方（例
えば奇数）のフィールドの映像信号は画像記憶手段１５
へ送られ、画像記憶手段１４，１５に１フィールド分ず
つ記憶される。そして、画像記憶手段１４，１５から読
み出された２フィールド分の映像信号は画像合成手段１
６によって合成された後デジタル信号処理手段７へと供
給され、以降Ｄ／Ａ変換手段８および出力処理手段９を
通してモニタ等へ供給される。上記の合成は、一方のフ
ィールドの映像信号の飽和部分およびその両側近傍部分
の波形を、他方のフィールドの映像信号における一方の
フィールドの映像信号の飽和部分に対応する部分の波形
で置き換えるように、一方のフィールドの映像信号と他
方のフィールドの映像信号とを合成する。なお、２つの
映像信号を合成する際に、必要に応じて高速シャッタス
ピードで読み出した映像信号の一部分の波形の利得およ
び時間軸を補正して、つながるように処理される。した
がって、この場合には２フィールドの画像を合成して１
フィールドの画像を構成するので、偶数フィールドも奇
数フィールドも同じ映像信号がモニタ等へ供給されるこ
とになる。

【００２８】この撮像装置によると、一方のフィールド
の映像信号の飽和部分およびその両側近傍部分の波形
が、他方のフィールドの映像信号における一方のフィー
ルドの映像信号の飽和部分に対応する部分の波形と置き
換えられたものとなり、被写体を撮影する際に、高輝度
部分が混在している被写体でも、固体撮像素子の蓄積許
容電荷範囲内の輝度レベル部分のＳ／Ｎを悪化させず高
輝度の被写体も撮影できる。

【００２９】上記の画像合成手段１６における合成方法
の一例を図２を参照して説明する。図２（ａ）は通常の
電子シャッタスピードで読み出した映像信号を示してお
り、２１は固体撮像素子の蓄積許容電荷量レベルであ
り、映像信号の一部が許容レベルを超え飽和している状
態であり、飽和している部分は映像的には白く飛んでい
る状態である。図２（ｂ）は電子シャッタを所定のスピ
ードまで高速化し、読み出した映像信号を示しており、
図２（ａ）では飽和していた部分の映像信号も飽和する
ことなく読み出されている。図２（ｃ）では図２（ａ）
の映像信号の飽和状態期間２２と図２（ｂ）の映像信号
中で飽和状態期間２２と同時間位置での映像信号と、図
２（ａ）で取り込まれた映像信号中で、その信号レベル
と同電位レベルである信号位置２３および信号位置２４
が示してある。図２（ｄ）には信号位置２３までと信号
位置２４以後の映像信号は通常の電子シャッタスピード
で読み出した映像信号とし、信号位置２３から信号位置
２４までは図２（ｂ）の電子シャッタを高速で動作させ
読み出した映像信号の利得と時間軸を補正しながら通常
の電子シャッタスピードで読み出した図２（ａ）の映像
信号のうちの信号位置２３までと信号位置２４以後の映
像信号と合成した映像信号が示してある。

【００３０】画像合成手段１６の合成方法の別の例を示
す。図３（ａ）は図２（ａ）と同様で通常の電子シャッ
タスピードで読み出した映像信号であり、３１は固体撮
像素子の蓄積許容電荷量レベルであり、映像信号の一部
が許容レベルを超え飽和している。図３（ｂ）は図２
（ｂ）と同様で電子シャッタを所定のスピードまで高速
にして読み出した映像信号で、図３（ａ）では飽和して
いた部分の映像信号も飽和することなく読み出されてい
る。図３（ｃ）では図３（ａ）の映像信号の飽和状態期
間３２と所定の電位レベル３３が示してある。図３
（ｄ）には図３（ｂ）の信号中で所定の電位レベル３３
以上の信号の利得および時間軸を補正し、通常の電子シ
ャッタスピードで読み出した図３（ａ）の映像信号中で
所定の電位レベル３３以下の信号と合成した信号が示し
てある。

【００３１】これらの合成手法により、つまり、電子シ
ャッタをフィールド単位で切り換え、被写体の高輝度部
分のレベルが飽和しないように電子シャッタの高速シャ
ッタスピードで読み出した映像信号と通常シャッタスピ
ードで読み出した映像信号を取り込み、電子シャッタス
ピードの異なる映像信号を複数の画像記憶手段にそれぞ
れ記憶し、通常シャッタスピードで読み出した映像信号
の飽和部分およびその両側近傍部分を高速シャッタスピ
ードで読み出した映像信号の利得および時間軸を変化さ
せた映像信号の一部で置き換えるように合成するという
手法を採用することにより、通常の電子シャッタスピー
ドで読み出した映像信号と、通常の電子シャッタスピー
ドでは固体撮像素子の蓄積許容電荷量を超えるような高
輝度の被写体の映像信号の合成ができ、固体撮像素子の
蓄積許容電荷量内の輝度レベル部分のＳ／Ｎを悪化させ
ず高輝度の被写体も撮影できる。

【００３２】図４はこの発明の撮像装置の第２の実施の
形態の構成を示す概略ブロック図である。図４におい
て、４１はフィールド蓄積・全画素読み出し方式の固体
撮像素子で、４２，４３は１フレーム分の画像を記憶す
る画像記憶手段である。その他の構成要素は第１の実施
の形態と同様である。また、基本的動作も第１の実施の
形態と同様であるが、固体撮像素子に全画素読み出し方
式の固体撮像素子４１を用いることにより、ノンインタ
レース走査で出力することが可能となり、通常のフレー
ム蓄積の固体撮像素子と比較して約２倍の情報量を得る
ことができる。

【００３３】この第２の実施の形態では画像記憶手段４
２，４３に画像を記憶するときに、第１の実施の形態と
同様に判別手段６により、被写体の輝度レベルが固体撮
像素子２の蓄積許容電荷量を超えると判別される撮像素
子電子シャッタスピードを高速にして読み出した信号の
１フレーム分の画像と、通常の電子シャッタスピードで
読み出した信号の１フレーム分の画像とを記憶し、画像
合成手段１６により合成しデジタル信号処理手段７に出
力する際に、インタレース走査に変換して出力すること
ができる。なお、この場合、輝度レベルにかかわらずイ
ンターレース、ノンインターレースの出力ができる走査
方式変換であることと、両方式を任意に切り替えられる
ことが必要である。

【００３４】

【発明の効果】この発明の映像信号処理方法および撮像
装置によれば、被写体を撮影する際に、高輝度部分が混
在している被写体でも、電子シャッタをフィールド単位
あるいはフレーム単位で切り換え、被写体の高輝度部分
のレベルが飽和しないように電子シャッタの高速シャッ
タスピードで読み出した映像信号と通常シャッタスピー
ドで読み出した映像信号を取り込み、常シャッタスピー
ドで読み出した一方のフィールドもしくはフレームの映
像信号の飽和部分およびその両側近傍部分を高速シャッ
タスピードで読み出した他方のフィールドもしくはフレ
ームの映像信号の一部分で置き換えるように合成するこ
とにより、固体撮像素子の蓄積許容電荷量内の輝度レベ
ル部分のＳ／Ｎを悪化させず高輝度の被写体も撮影でき
るという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の撮像装置の第１の実施の形態の構成
を示す概略ブロック図である。

【図２】この発明の撮像装置の第１の実施の形態中の画
像合成手段の合成動作の一例を示す波形図である。

【図３】この発明の撮像装置の第１の実施の形態中の画
像合成手段の合成動作の他の例を示す波形図である。

【図４】この発明の撮像装置の第２の実施の形態の構成
を示す概略ブロック図である。

【図５】従来の撮像装置の構成を示す概略ブロック図で
ある。

【符号の説明】

１ 結像手段 ２ 固体撮像素子（フィールド蓄積） ３ 信号増幅手段 ４ アナログ信号処理手段 ５ Ａ／Ｄ変換手段 ６ 判別手段 ７ デジタル信号処理手段 ８ Ｄ／Ａ変換手段 ９ 出力処理手段 １０ 撮像素子駆動手段 １１ 電子シャッタ制御手段 １２ タイミングパルス発生手段 １３ 信号選択手段 １４，１５ 画像記憶手段（１フィールド） １６ 画像合成手段 ２１ 撮像素子の蓄積許容電荷量 ２２ 信号の飽和状態期間 ３１ 固体撮像素子の蓄積許容電荷量 ３２ 信号の飽和状態期間 ３３ 所定の電位レベル ４１ 固体撮像素子（フィールド蓄積／全画素読
み出し方式） ４２，４３ 画像記憶手段（１フレーム） ５０１ 結像手段 ５０２ 固体撮像素子 ５０３ 信号増幅手段 ５０４ アナログ信号処理手段 ５０５ Ａ／Ｄ変換手段 ５０６ デジタル信号処理手段 ５０７ Ｄ／Ａ変換手段 ５０８ 出力処理手段 ５０９ 撮像素子駆動手段 ５１０ 電子シャッタ制御手段

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固体撮像素子から出力される映像信号を
   処理する映像信号処理方法であって、 低速の電子シャッタパルスで被写体を撮影した映像信号
   のレベルが部分的に飽和レベルに達しているときに、一
   方のフィールドは前記低速の電子シャッタパルスで前記
   被写体を撮影し、他方のフィールドは前記映像信号のレ
   ベルが飽和レベルに達しない高速の電子シャッタパルス
   で前記被写体を撮影し、 前記一方のフィールドの映像信号の飽和部分およびその
   両側近傍部分の波形を、前記他方のフィールドの映像信
   号における前記一方のフィールドの映像信号の飽和部分
   に対応する部分の波形で置き換えるように、前記一方の
   フィールドの映像信号と前記他方のフィールドの映像信
   号とを合成することを特徴とする映像信号処理方法。
2. 【請求項２】 一方のフィールドの映像信号と他方のフ
   ィールドの映像信号の合成は、前記他方のフィールドの
   映像信号の波形の両端が前記一方のフィールドの映像信
   号の波形の隙間の両端縁に一致するように、前記他方の
   フィールドの映像信号の波形の利得および時間軸を補正
   することを特徴とする請求項１記載の映像信号処理方
   法。
3. 【請求項３】 被写体からの光を光学的に結像させる結
   像手段と、 前記結像手段より得られる光学像を電気的に変換し、映
   像信号として出力する固体撮像素子と、 前記固体撮像素子を駆動する撮像素子駆動手段と、 前記撮像素子駆動手段の電子シャッタパルスの速度を前
   記映像信号が飽和レベルに達する可能性のある低速と前
   記映像信号が前記飽和レベルに達しない高速とに切り換
   え制御する電子シャッタ制御手段と、 前記固体撮像素子から出力される映像信号を増幅する信
   号増幅手段と、 前記信号増幅手段から供給される映像信号のガンマ補
   正、利得特性補正等を行うアナログ信号処理手段と、 前記アナログ信号処理手段から供給される映像信号をア
   ナログからデジタルに変換するＡ／Ｄ変換手段と、 前記映像信号に飽和レベルとなっている部分があるかど
   うかを判別する判別手段と、 前記Ａ／Ｄ変換手段から供給される映像信号の輪郭補
   正、ノイズ低減等を行うデジタル信号処理手段と、 前記デジタル信号処理手段から供給される映像信号をデ
   ジタルからアナログに変換するＤ／Ａ変換手段と、 前記Ｄ／Ａ変換手段から供給される映像信号のエンコー
   ド等を行う出力処理手段と、 垂直同期信号に基づき隣接した一方および他方の２つの
   フィールドを区別するタイミングパルスを発生するタイ
   ミングパルス発生手段と、 １フィールド分の映像信号を記憶する第１および第２の
   画像記憶手段と、 前記タイミングパルス発生手段から供給されるタイミン
   グパルスに基づいて前記Ａ／Ｄ変換手段から供給される
   映像信号を、一方のフィールドの映像信号は前記第１の
   画像記憶手段へ送り、他方のフィールドの映像信号は前
   記第２の画像記憶手段へ送る信号選択手段と、 前記第１および第２の画像記憶手段から読み出された２
   フィールド分の映像信号を合成して前記デジタル信号処
   理手段へ供給する画像合成手段とを備え、 前記判別手段は、前記映像信号に飽和レベルとなってい
   る部分がないときは前記Ａ／Ｄ変換手段から出力される
   映像信号を前記デジタル信号処理手段へ供給し、前記映
   像信号に飽和レベルとなっている部分があるときは前記
   Ａ／Ｄ変換手段から出力される映像信号を前記信号選択
   手段へ供給し、 前記タイミングパルス発生手段は、前記判別手段の判別
   結果に基づき前記映像信号に飽和レベルとなっている部
   分があるときに前記タイミングパルスを発生して前記電
   子シャッタ制御手段と前記信号選択手段とへ供給し、 前記電子シャッタ制御手段は、前記タイミングパルス発
   生手段から前記タイミングパルスの供給がないときに前
   記撮像素子駆動手段の電子シャッタパルスの速度を低速
   に固定し、前記タイミングパルス発生手段から前記タイ
   ミングパルスの供給があるときに前記撮像素子駆動手段
   の電子シャッタパルスの速度を一方のフィールドで低速
   とし他方のフィールドで高速とするように切り換え、 前記画像合成手段は、前記一方のフィールドの映像信号
   の飽和部分およびその両側近傍部分の波形を、前記他方
   のフィールドの映像信号における前記一方のフィールド
   の映像信号の飽和部分の波形で置き換えるように、前記
   一方のフィールドの映像信号と前記他方のフィールドの
   映像信号とを合成するようにしたことを特徴とする撮像
   装置。
4. 【請求項４】 画像合成手段は、一方のフィールドの映
   像信号と他方のフィールドの映像信号の合成時に、前記
   他方のフィールドの映像信号の波形の両端が前記一方の
   フィールドの映像信号の波形の隙間の両端縁に一致する
   ように、前記他方のフィールドの映像信号の波形の利得
   および時間軸を補正するようにした請求項３記載の撮像
   装置。
5. 【請求項５】 結像手段より得られる光学像を電気的に
   変換する固体撮像素子が全画素読み出し方式の固体撮像
   素子であり、第１および第２の画像記憶手段がそれぞれ
   １フレーム分の容量の映像信号を記憶するとともにノン
   インタレース画像をインタレース画像に変換して出力す
   る手段である請求項３記載の撮像装置。