JPH10155112A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 露光量の異なる複数の画像を合成することに
よって撮像ダイナミックレンジを拡大する撮像装置にお
いて、接続点におけるノイズレベルの増加を最小にす
る。 【解決手段】 最大値検出回路７で、撮像素子１の露光
量を第１の露光量と該第１の露光量よりも少ない第２の
露光量に制御するとともに、上記第２の露光量に基づい
て上記第２の露光量を最適化する。また、上記第１の露
光量に対応する第１画像信号と、上記最適化された第２
の露光量に対応する第２画像信号とを合成回路６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】本発明は、撮像装置、詳しく
は、固体撮像素子を用いた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】従来、一般にテレビカメラ等の撮像装置
において、撮像ダイナミックレンジ（撮像することがで
きる輝度範囲）の上限は撮像素子の飽和レベル、下限は
撮像素子及び周辺回路のノイズレベルで決定している。
この撮像ダイナミックレンジは一般に被写体の輝度範囲
よりも狭いため、高輝度部分での白とびや低輝度部分の
黒つぶれが生じてしまう。

【０００３】このような問題を解決する方法として、例
えば、特開昭５７−３９６７３号公報には以下に示す技
術手段が開示されている。すなわち、シャッタースピー
ドの制御あるいはＮＤフィルタ等によって撮像素子の露
光量を変化させ、得られた露光量の異なる２つの画像を
合成することによって撮像ダイナミックレンジを拡大す
る技術手段が開示されている。

【０００４】また、特開平７−７５０２６号公報には、
光量の異なる２つ以上の画像を合成して得られる広ダイ
ナミックレンジ信号の接続点における特性を適正にする
技術手段が開示されている。

【０００５】一方、広ダイナミックレンジ信号を圧縮す
るために、図１６に示すようなｋｎｅｅ特性を持たせる
技術手段が知られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開昭５７−３９６７３号公報、特開平７−７５０２６号
公報において開示された技術手段には、接続点でノイズ
レベルが急激に変化するという問題については考慮され
ていない。露光量の異なる２つの画像を合成する際、図
１５に示すように露光量の少ない画像信号に露光量の多
い画像信号との露光量比を掛けるためノイズも同時に増
幅される。

【０００７】たとえば、露光量をシャッタースピードが
１／６０秒と１／２０００秒で撮影した画像を合成する
場合には、シャッタースピードが１／２０００秒の信号
を３２倍に増幅して合成するが、ノイズレベルも３２倍
に増幅される。実際に撮像する画像のダイナミックレン
ジがさほど広くない場合であってもノイズレベルが３２
倍に増幅されるため、接続点でノイズレベルが急激に大
きくなり画質が著しく低下してしまう。この問題は撮像
ダイナミックレンジを拡大するために露光量比を大きく
するほど顕著になる。

【０００８】一方、露光量の異なる２つの画像を合成す
る方法として、図１６に示した、合成した広ダイナミッ
クレンジ信号にｋｎｅｅ特性を持たせる方法において
は、ｋｎｅｅ特性を実現するために露光量の異なる２つ
の画像信号を加算してもよいが、Ｓ／Ｎが約３ｄＢ劣化
するため、露光量の異なる２つの画像信号を切り換える
ことが望ましい。例えば、露光量をシャッタースピード
が１／６０秒と１／２０００秒に固定して撮影した画像
を合成した場合を考える。実際に撮像する被写体のダイ
ナミックレンジがさほど広くなく、高速シャッタースピ
ードの適正値が例えば１／２００秒の場合であっても１
／２０００秒に固定しているため、高輝度部のコントラ
ストが必要以上に低い画像になってしまう。

【０００９】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであり、露光量の異なる複数の画像を合成することに
よって撮像ダイナミックレンジを拡大する撮像装置にお
いて、接続点におけるノイズレベルの増加を最小にする
ことを第１の目的とする。

【００１０】さらに、本発明は、露光量の異なる２つの
画像を合成することによって撮像ダイナミックレンジを
拡大する撮像装置において、実際に撮像する被写体のダ
イナミックレンジに応じて、高輝度部のコントラスト低
下を最小にすることを第２の目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明の第１の撮像装置は、撮像手段と、該撮像手
段の出力信号のレベルを検出する検出手段と、該検出手
段の検出出力に基づいて、上記撮像手段の第１の露光量
を決定する決定手段と、上記第１の露光量で撮像された
第１の画像信号と上記第１の露光量より多い第２の露光
量で撮像された第２の画像信号とを合成する合成手段
と、を具備する。

【００１２】上記の目的を達成するために本発明の第２
の撮像装置は、上記第１の撮像装置において、上記検出
手段は、上記撮像手段の出力信号の最大値が飽和レベル
に達したことを検出することを特徴とする。

【００１３】上記の目的を達成するために本発明の第３
の撮像装置は、上記第１の撮像装置において、上記撮像
手段は、非破壊読み出し可能な撮像素子であることを特
徴とする。

【００１４】上記第１の撮像装置は、撮像手段の出力信
号のレベルを検出手段で検出し、該検出手段の検出出力
に基づいて、上記撮像手段の第１の露光量を決定手段で
決定する。そして、上記第１の露光量で撮像された第１
の画像信号と上記第１の露光量より多い第２の露光量で
撮像された第２の画像信号とを合成手段で合成する。

【００１５】上記第２の撮像装置は、上記第１の撮像装
置において、上記検出手段は、上記撮像手段の出力信号
の最大値が飽和レベルに達したことを検出する。

【００１６】上記第３の撮像装置は、上記第１の撮像装
置において、上記撮像手段は、非破壊読み出し可能な撮
像素子である。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。

【００１８】図１は、本発明の第１の実施形態である撮
像装置の構成を示したブロック図である。

【００１９】図に示すように、この第１の実施形態の撮
像装置は、非破壊読み出し可能な撮像素子１と、後述す
る最大値検出回路７からの信号に基づき上記撮像素子１
を制御する撮像素子駆動回路２（ＴＧ）と、上記撮像素
子１からの出力信号をＡ／Ｄ変換するまでのアナログ回
路３と、該アナログ回路３からのアナログ信号をＡ／Ｄ
変換するＡ／Ｄ変換器４と、このＡ／Ｄ変換器４からの
信号により露光量の異なる２つの画像信号のタイミング
を一致させる同時化回路５と、この同時化回路５からの
露光量の異なる２つの画像信号を合成する合成回路６
と、上記同時化回路５から出力される信号を入力し、該
入力信号の最大値検出結果に応じて上記撮像素子駆動回
路２，同時化回路５，合成回路６に対して制御信号を出
力する最大値検出回路７と、上記合成回路６からの信号
を階調変換する階調変換回路８と、この階調変換回路８
からのデジタル信号をＤ／Ａ変換し外部装置に出力する
Ｄ／Ａ変換器９とを備えている。

【００２０】次に、本実施形態の動作を簡単に説明す
る。図１に示すように、撮像素子１は撮像素子駆動回路
２（ＴＧ）によって露光時間が異なる２つの画像が得ら
れるように駆動される。そして、撮像素子１から出力さ
れる、結像した画像に応じた信号は、アナログ回路３で
適正に増幅された後、Ａ／Ｄ変換器４でデジタル信号に
変換される。デジタル信号に変換された信号は、同時化
回路５で露光量の異なる２つの画像信号（長時間露光信
号、短時間露光信号）に分離されると共にそのタイミン
グが同時化された後出力される。そして、この後、合成
回路６で広ダイナミックレンジ信号が合成される。上記
広ダイナミックレンジ信号は階調変換回路８で階調変換
され、Ｄ／Ａ変換器９からビデオ信号として出力され
る。

【００２１】次に、本実施形態の撮像装置の主要動作を
図２に示すタイミングチャートを参照して説明する。図
２は、本実施形態の撮像装置において、信号電荷蓄積か
ら合成回路６までの動作タイミングを示したタイミング
チャートである。

【００２２】図２（ａ）は、垂直同期信号（ＶＤ）を示
している。また、図２（ｂ）は撮像素子１の蓄積電荷の
信号レベルの時間的推移を示している。この図２（ｂ）
においては、Ｓi (i=0,1,2,…)は短時間露光信号に対応
する画像信号を読み出すタイミングを表し、Ｌi (i=0,
1,2,…)は長時間露光信号に対応する画像信号を読み出
すタイミングを表している。ここで、Ｓi のタイミング
においては、画像信号は非破壊で読み出され、Ｌi にお
いて画像信号が読み出された直後に画像信号は初期値に
リセットされ再び信号の蓄積を開始し、同様の動作を繰
り返す。

【００２３】上記同時化回路５においては、上記におい
て撮像素子１から出力された画像信号Ｓi ，Ｌi を入力
し、図２（ｃ），（ｄ）に示すようにＳi ，Ｌi を同期
化する。たとえば、図２（ｂ）の画素信号蓄積のタイミ
ングＳ2 ，Ｌ2 を含む区間においてはその前に蓄積され
Ｓ1 ，Ｌ1 で出力された画像信号が同時化される。そし
て、合成回路６においては、図２（ｅ）に示すように上
記同時化された画像信号が合成される。なお、図２
（ｃ），（ｄ），（ｅ）には、便宜上Ｓi ，Ｌi のタイ
ミングで読み出された画像信号を同符号で示している。

【００２４】図３は、本実施形態における非破壊読み出
しのタイミングを示した線図であり、図４は、本実施形
態における上記合成回路６の特性を示した線図である。
なお、これら図３，図４に示す特性は、信号蓄積時間が
１／６０秒、１／２００秒、１／２０００秒のときの特
性をそれぞれ（ａ）,（ｂ）,（ｃ）で示しており、共に
５０ｄＢのダイナミックレンジを持つものとする。

【００２５】図４に示すように、合成回路６では信号蓄
積時間が１／６０秒と１／２００秒に対応する信号、す
なわち（ａ）と（ｂ）、あるいは信号蓄積時間が１／６
０秒と１／２０００秒に対応する信号、すなわち（ａ）
と（ｃ）を合成する。そして、信号蓄積時間１／６０秒
に対応する信号（ａ）と１／２０００秒に対応する信号
（ｃ）とを合成する場合には（ａ）が飽和したときに
（ｃ）を、１／６０秒と１／２０００秒の比、すなわち
約３２倍に増幅して用いることにより、８０ｄＢのダイ
ナミックレンジを得ることができるようになっている。
しかしながら、接続点ではノイズレベルも急激に３２倍
も大きくなってしまい、画質を劣化させる虞がある。

【００２６】一方、信号蓄積時間１／６０秒に対応する
信号（ａ）と１／２００秒に対応する信号（ｂ）とを合
成した場合には、ダイナミックレンジは６０ｄＢとあま
り大きく拡大されないが接続点でのノイズレベルは約３
倍にしかならないため画質上殆ど問題にならない。

【００２７】本実施形態ではかかる事情を考慮し、最大
値検出回路７において信号蓄積時間が短い方の信号の最
大値を検出し、最大値が飽和レベルに達したならば信号
蓄積時間を短くし、最大値が飽和レベルに達していない
ならば信号蓄積時間を長くする制御信号を撮像素子駆動
回路２に出力するようにしている。

【００２８】具体的な制御方法としては、たとえば、最
大値検出回路７は最大値が飽和レベルに達したならば
“１”、達していないならば“０”を出力する。ここ
で、“１”ならばＴＧは露光量を所定量だけ少なくする
ために露光時間を所定時間短くする。また、“０”なら
ば露光量が所定量だけ多くするために露光時間を所定時
間長くする。すなわち、上記最大値検出回路７の出力に
応じてどれだけ露光量を多くしたり少なくするかによ
り、露光量が最適値に収束するまでの時間が決まる。

【００２９】なお、上記露光量の制御は非破壊読み出し
可能な撮像素子１の出力信号を１フィールド期間内で逐
次読み出しつつリアルタイムで制御しても良いし、通常
のＣＣＤ等の撮像素子では複数フィールドの信号を読み
出し上記のような露光制御を行っても良い。

【００３０】上記撮像素子駆動回路２は上記制御信号に
従って、信号蓄積時間が短い方の信号がちょうど飽和レ
ベルになるように信号蓄積時間を制御する。また、最大
値検出回路７は、信号蓄積時間によって信号出力のタイ
ミングが変化するため同時化回路５、信号蓄積時間によ
って信号蓄積時間の比すなわち信号蓄積時間が短い方の
信号に対する利得が異なるため合成回路６に対しても制
御信号を出力する。

【００３１】また、上記撮像素子駆動回路２は、信号蓄
積時間が短い方の信号の最大値が飽和しない範囲で信号
蓄積時間ができるだけ長くなるように制御されるので、
２つの画像を合成する時に信号蓄積時間が短い方の画像
信号に掛ける露光量の比を最小にすることが可能とな
り、ノイズ成分を必要最小限に抑えることができる。

【００３２】次に、本発明の第２の実施形態について説
明する。

【００３３】図５は、本発明の第２の実施形態である撮
像装置の構成を示したブロック図である。

【００３４】図に示すように、この第２の実施形態の撮
像装置は、ＣＣＤ等の撮像素子１と、後述する最大値検
出回路７からの信号に基づき上記撮像素子１を制御する
撮像素子駆動回路２（ＴＧ）と、上記撮像素子１からの
出力信号をＡ／Ｄ変換するまでのアナログ回路３と、該
アナログ回路３からのアナログ信号をＡ／Ｄ変換するＡ
／Ｄ変換器４と、このＡ／Ｄ変換器４からの信号により
露光量の異なる２つの画像信号のタイミングを一致させ
る同時化回路５と、この同時化回路５からの露光量の異
なる２つの画像信号を合成する合成回路６と、上記同時
化回路５から出力される信号を入力し、該入力信号の最
大値検出結果に応じて上記撮像素子駆動回路２，合成回
路６に対して制御信号を出力する最大値検出回路７と、
上記合成回路６からの信号を階調変換する階調変換回路
８と、この階調変換回路８からのデジタル信号をＤ／Ａ
変換し外部装置に出力するＤ／Ａ変換器９とを備えてい
る。

【００３５】すなわち、本第２の実施形態は、上記第１
の実施形態に対して、撮像素子１の構成と、最大値検出
回路７の出力信号により制御されるブロックが異なって
いる。

【００３６】次に、本実施形態の撮像装置の主要動作を
図６に示すタイミングチャートおよび図７を参照して説
明する。図６は、本第２の実施形態の撮像装置におい
て、信号電荷蓄積から合成回路６までの動作タイミング
を示したタイミングチャートであり、図７は、本実施形
態の撮像装置において、撮像素子駆動回路２の制御を受
けた撮像素子１内の電荷蓄積の様子を示した説明図であ
る。

【００３７】まず、図６に示すタイミングチャートを参
照して信号電荷蓄積から合成回路６までの動作を説明す
る。

【００３８】垂直同期信号（ａ）、長時間露光信号
（ｃ）と短時間露光信号（ｄ）および合成画像（ｅ）の
生成については、上記第１に実施形態（図２に示すタイ
ミングチャート参照）の場合と基本的には同様であるの
で、ここでの詳しい説明は省略する。

【００３９】本第２の実施形態においては、図６に示す
ように、信号蓄積時間（ｂ）の生成方法が上記第１の実
施形態と異なっている。すなわち、図６においては、
（ｂ）に示すように長時間露光に対応する信号Ｌi (i=
0,1,2,…)は通常のフィールド期間内で露光され、短時
間露光信号に対応する信号Ｓi (i=0,1,2,…)は、垂直ブ
ランキング期間で露光される。

【００４０】次に、図７を参照して上述したように露光
された長時間露光信号及び短時間露光信号の撮像素子１
内における電荷蓄積と転送の動作について説明する。

【００４１】図７において、(1),(3)は、通常のフィー
ルド期間に蓄積された信号の蓄積及び転送動作を示す。
図７(1)においてＰＤ１，ＰＤ３の画素に蓄積された信
号は垂直転送路（以下、「ＶＣＣＤ」と呼称する）に転
送される。次に、上記ＶＣＣＤに転送された信号は垂直
方向に１画素分シフトされる（図７(2)）。次に、ＰＤ
２，ＰＤ４の画素に蓄積された信号は上記図７(1)と同
様にＶＣＣＤに転送されることにより上記ＰＤ１の画素
の信号と上記ＰＤ２の画素の信号及び上記ＰＤ３の画素
の信号と上記ＰＤ４の画素の信号が加算される（図７
(3)）。

【００４２】次に、垂直ブランキングの期間で蓄積され
た画素ＰＤ１，ＰＤ３の信号がＶＣＣＤに転送される
（図７(4)）。次に、図７(2)と同様に上記ＶＣＣＤに転
送された信号は垂直方向に１画素分転送される（図７
(5)）。次に、図７(3)と同様にして上記ＰＤ１の画素の
信号と上記ＰＤ２の画素の信号及び上記ＰＤ３の画素の
信号と、上記ＰＤ４の画素の信号が加算される（図７
(6)）。

【００４３】上述した動作により上記ＶＣＣＤには、２
つの画素の信号が加算された通常のフィールド期間で蓄
積された長時間露光信号と垂直ブランキング期間で蓄積
された短時間露光信号が交互に転送され、図示しない周
知の方法により水平転送路（ＨＣＣＤ）に転送されるこ
とにより、信号が読み出される。

【００４４】ところで、上述したようにして、撮像素子
１から出力される結像した画像に応じた信号をアナログ
回路３で適当に増幅してＡ／Ｄ変換器４でデジタル信号
に変換する。デジタル信号に変換された信号を同時化回
路５で露光量の異なる２つの画像信号に分離すると共に
そのタイミングを一致させ、合成回路６で広ダイナミッ
クレンジ信号を合成する。広ダイナミックレンジ信号を
階調変換回路８で適当に階調変換し、Ｄ／Ａ変換器９か
らビデオ信号を出力する。

【００４５】図８は、本第２の実施形態における撮像素
子１の読み出しのタイミングを示した線図であり、図９
は、本第２の実施形態における上記合成回路６の特性を
示した線図である。なお、これらの図８，図９におい
て、符号（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ、信号蓄
積時間が１／６５秒、１／１０００秒、１／２０００秒
のときの特性を示す。

【００４６】本第２の実施形態においては、露光量の異
なる２つの画像に対して、図９に示すように合成した信
号に光量対出力特性の傾きを変える、いわゆるｋｎｅｅ
特性を持たせている。なお、該ｋｎｅｅ特性を実現する
ために露光量の異なる２つの画像信号を単純に加算して
もよいが、低輝度部のＳ／Ｎ比が劣化するため露光量の
異なる２つの画像信号を切り換えることが望ましい。こ
の点を考慮し本実施形態では信号蓄積時間が長い方の信
号が飽和したときに信号蓄積時間が短い方の信号をレベ
ルシフトして加算することで低輝度部のＳ／Ｎ比の劣化
を防止している。

【００４７】また、最大値検出回路７で信号蓄積時間が
短い方の信号の最大値を検出し、最大値が飽和レベルに
達したならば信号蓄積時間を短くし、最大値が飽和レベ
ルに達していないならば信号蓄積時間を長くする制御信
号を撮像素子駆動回路２に出力する。撮像素子駆動回路
２は該制御信号に従って、信号蓄積時間が短い方の信号
がちょうど飽和レベルになるように信号蓄積時間を制御
する。また、最大値検出回路７は、信号蓄積時間によっ
て合成時のレベルシフト量が異なるため合成回路６に対
しても制御信号を出力する。

【００４８】このように、上記撮像素子駆動回路２は、
信号蓄積時間が短い方の信号の最大値が飽和しない範囲
で信号蓄積時間ができるだけ長くなるように制御される
ので、２つの画像を合成したときの高輝度部のコントラ
スト低下を最小にすることができる。

【００４９】なお、この第２の実施形態における各構成
要素は、各種の変形、変更が可能である。例えば、本実
施形態においては、上記撮像素子１はＣＣＤにより構成
しているが、上記第１の実施形態と同様に非破壊読み出
しが可能な撮像素子を採用してもよい。本実施形態で
は、信号蓄積時間が短い信号を垂直ブランキング期間で
得ているため、最大でも１／８００秒程度である。非破
壊読み出しが可能な撮像素子であれば信号蓄積時間が短
い方の信号蓄積時間を最大約１／６０秒まで設定できる
のでより大きな効果が得られる。

【００５０】また、露光量の異なる２つの画像をｋｎｅ
ｅ特性を持たせて合成した場合には、高輝度部のコント
ラスト低下を最小にすることができる。

【００５１】次に、本発明の第３の実施形態について説
明する。

【００５２】図１０は、本発明の第３の実施形態である
撮像装置の構成を示したブロック図である。

【００５３】この第３の実施形態の撮像装置は、その基
本的な構成は上記第１の実施形態と同様であり、第１の
実施形態では露光量の異なる２つの画像を合成している
のに対して、本第３の実施形態では３つ以上の複数の画
像（本実施形態では４つ）を合成している点のみが異な
っている。すなわち、これに伴って、同時化回路５は露
光量の異なる４つの画像信号のタイミングを一致させ、
合成回路６は露光量の異なる４つの画像信号を合成する
ようになっている。その他の構成は、上記第１の実施形
態と同様であり、また、動作タイミングも第１の実施形
態と同様であるので、ここでの詳しい説明は省略する。

【００５４】次に、本第３の実施形態の撮像装置の主要
動作を図１１，図１２を参照にして説明する。

【００５５】図１１は、本実施形態における非破壊読み
出しのタイミングを示した線図であり、図１２は、本実
施形態における上記合成回路６の特性を示した線図であ
る。なお、これら図１１，図１２に示す特性は、信号蓄
積時間が１／６０秒、１／２５０秒、１／１０００秒、
１／４０００秒のときの特性をそれぞれ（ａ）,（ｂ）,
（ｃ），（ｄ）で示しており、共に５０ｄＢのダイナミ
ックレンジを持つものとする。

【００５６】また、上記信号蓄積時間（ｂ）、（ｃ）、
（ｄ）はそれぞれ（ａ）から光量に対して１２ｄＢ、２
４ｄＢ、３６ｄＢシフトした特性になる。合成回路６で
は光量が０〜５０ｄＢまでは（ａ）、５０〜６２ｄＢま
では（ｂ）を１／６０秒と１／２５０秒の比すなわち約
４倍に増幅して用い、６２〜７４ｄＢまでは（ｃ）を１
／６０秒と１／１０００秒の比すなわち約１６倍に増幅
して用い、７４〜８６ｄＢまでは（ｄ）を１／６０秒と
１／４０００秒の比すなわち約６４倍に増幅して用いる
ことで８６ｄＢの広ダイナミックレンジ信号を得てい
る。そして、４つの画像を合成することで、２つの画像
の合成では実現不可能なダイナミックレンジの拡大が可
能になる。

【００５７】また、撮影する被写体のダイナミックレン
ジがあまり広くない場合には、最大値検出回路７で信号
蓄積時間が最も短い信号の最大値を検出し、最大値が飽
和レベルに達したならば信号蓄積時間を短くし、最大値
が飽和レベルに達していないならば信号蓄積時間を長く
するように非破壊読み出しタイミングの制御する制御信
号を撮像素子駆動回路２に出力する。撮像素子駆動回路
２は制御信号に従って、信号蓄積時間が最も短い信号が
ちょうど飽和レベルになるように信号蓄積時間を制御す
る。信号蓄積時間が１／６０秒と最も短い信号との間の
非破壊読み出しは対数的に間隔がほぼ同じになるように
決定する。

【００５８】例えば被写体のダイナミックレンジが７０
ｄＢ程度のときには、図１３のような非破壊読み出しの
タイミングで信号を読み出す。このときの合成回路６の
特性を図１４に示す。図中、符号（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ信号蓄積時間が１／６０秒、
１／１２０秒、１／２５０秒、１／５００秒であり、５
０ｄＢのダイナミックレンジを持つものとする。
（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ（ａ）から光量に対
して６ｄＢ、１２ｄＢ、１８ｄＢシフトした特性にな
る。合成回路６では光量が０〜５０ｄＢまでは（ａ）、
５０〜５６ｄＢまでは（ｂ）を１／６０秒と１／１２０
秒の比すなわち約２倍に増幅して用い、５６〜６２ｄＢ
までは（ｃ）を１／６０秒と１／２５０秒の比すなわち
約４倍に増幅して用い、６２〜６８ｄＢまでは（ｄ）を
１／６０秒と１／５００秒の比すなわち約８倍に増幅し
て用いることで６８ｄＢのダイナミックレンジ信号を得
る。

【００５９】このように、本実施形態では、撮像素子駆
動回路２は、信号蓄積時間が短い方の信号の最大値が飽
和しない範囲で信号蓄積時間ができるだけ長くなるよう
に制御されるので、画像を合成する際に信号蓄積時間が
短い非破壊読み出し信号に掛ける露光量の比を最小にす
ることが可能となり、ノイズ成分を必要最小限に抑える
ことができる。

【００６０】なお、本実施形態は合成回路６で光量に対
して出力が線形になるように合成しているが、ｋｎｅｅ
特性を数段階持たせた特性で合成してもよく、その場合
には高輝度部のコントラスト低下を最小に抑えるという
効果が得られる。

【００６１】このように、本第３の実施形態は、撮像手
段と、この撮像手段から複数の異なる露光量の画像を読
み出す制御手段と、得られた複数の画像を合成する合成
手段とを備え、上記制御手段は撮像信号に応じて上記撮
像手段の信号蓄積時間を可変するように制御することを
特徴とする。すなわち、上記制御手段は撮像手段に応じ
て、該撮像手段が飽和しない範囲で露光量ができるだけ
多くなるように制御するので、ノイズ成分を必要最小限
に抑えたＳ／Ｎ比が良好な画像を得ることができる。

【００６２】

【発明の効果】以上説明したように請求項１に記載の発
明によれば、露光量の異なる複数の画像を合成すること
によって撮像ダイナミックレンジを拡大する撮像装置に
おいて、ノイズレベルの増加を最小にすることができ
る。

【００６３】また、請求項２に記載の発明によれば、露
光量の異なる２つの画像を合成することによって撮像ダ
イナミックレンジを拡大する撮像装置において、実際に
撮像する被写体のダイナミックレンジに応じて、高輝度
部のコントラスト低下を最小にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態である撮像装置の構成
を示したブロック図である。

【図２】上記第１の実施形態の撮像装置において、信号
電荷蓄積から合成回路までの動作タイミングを示したタ
イミングチャートである。

【図３】上記第１の実施形態の撮像装置における、撮像
素子の非破壊読み出しのタイミングを示した線図であ
る。

【図４】上記第１の実施形態の撮像装置における、合成
回路の特性を示した線図である。

【図５】本発明の第２の実施形態である撮像装置の構成
を示したブロック図である。

【図６】上記第２の実施形態の撮像装置において、信号
電荷蓄積から合成回路までの動作タイミングを示したタ
イミングチャートである。

【図７】上記第２の実施形態の撮像装置において、撮像
素子駆動回路の制御を受けた撮像素子内の電荷蓄積の様
子を示した説明図である。

【図８】上記第２の実施形態の撮像装置における撮像素
子の読み出しのタイミングを示した線図である。

【図９】上記第２の実施形態の撮像装置における合成回
路の特性を示した線図である。

【図１０】本発明の第３の実施形態である撮像装置の構
成を示したブロック図である。

【図１１】上記第３の実施形態の撮像装置における、撮
像素子の非破壊読み出しのタイミングを示した線図であ
る。

【図１２】上記第３の実施形態の撮像装置における、合
成回路の特性を示した線図である。

【図１３】上記第３の実施形態の撮像装置における、撮
像素子の非破壊読み出しのタイミングの他の例を示した
線図である。

【図１４】上記図１３に示した第３の実施形態の撮像装
置における、合成回路の特性の他の例を示した線図であ
る。

【図１５】従来の撮像装置において、露光量の異なる２
つの画像を合成する際の光量と出力の関係の一例を示し
た線図である。

【図１６】従来の撮像装置において、露光量の異なる２
つの画像を合成する際、合成した信号にｋｎｅｅ特性を
持たせた場合の、光量と出力の関係の一例を示した線図
である。

【符号の説明】

１…撮像素子 ２…撮像素子駆動回路 ３…アナログ回路 ４…Ａ／Ｄ変換器 ５…同時化回路 ６…合成回路 ７…最大値検出回路 ８…階調変換回路 ９…Ｄ／Ａ変換器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 撮像手段と、 該撮像手段の出力信号のレベルを検出する検出手段と、 該検出手段の検出出力に基づいて、上記撮像手段の第１
   の露光量を決定する決定手段と、 上記第１の露光量で撮像された第１の画像信号と上記第
   １の露光量より多い第２の露光量で撮像された第２の画
   像信号とを合成する合成手段と、 を具備したことを特徴とする撮像装置。
2. 【請求項２】 上記検出手段は、上記撮像手段の出力信
   号の最大値が飽和レベルに達したことを検出することを
   特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 【請求項３】 上記撮像手段は、非破壊読み出し可能な
   撮像素子であることを特徴とする請求項１に記載の撮像
   装置。