JPH10233966A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ビデオカメラ等に使用される固体撮像装置に
おいて、ダイナミックレンジを拡大するとともに、高輝
度部における階調特性を十分なものとする。 【解決手段】 撮像手段１から出力される露光量の異な
る複数の信号Ｓshort，Ｓlongを合成する前に、露光量
の小さい信号Ｓshortに対して階調補正を行う階調補正
手段２を設けることにより、画像合成手段３による合成
後の画像の高輝度部において十分な階調特性が得られる
ようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ビデオカメラなど
に用いられる固体撮像装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、露光量の異なる画像を合成し
てダイナミックレンジが広くかつＳ／Ｎ比の優れた高い
映像信号を得るための固体撮像装置として、従来特開平
７−３２２１４７号公報に開示されたものが提案されて
いる。

【０００３】以下、この種の従来の固体撮像装置につい
て、図７を参照して説明する。

【０００４】図７において、１aは撮像手段としての固
体撮像素子、２は画像合成手段である。

【０００５】固体撮像素子１aは、２次元状に配置され
た光電変換部１１と、この光電変換部１１より読み出さ
れた各電荷を垂直方向に転送可能な垂直転送部１２と、
垂直転送部１２に読み出された電荷を次のフィールド期
間内にシリアルで出力する一対の水平転送部１３a，１
３bと、各水平転送部１３a，１３bの出力を増幅する各
出力アンプ１４a，１４bとからなる。なお、図７では、
理解を容易にするために、画素数として横４画素×縦６
画素で構成しているが、実際には、例えばＶＧＡ(Ｖide
o Ｇraphics Ａrray)というコンピュータなどで使用さ
れる画像フォーマットなどでは、横６４０画素×縦４８
０画素というような構成が採られる。

【０００６】そして、この固体撮像素子１aでは、１フ
ィールドの有効期間内に、図示しない電子シャッタなど
を用いて光電変換部１１に対する露光量が異なるように
切り換えてそれぞれ１画面分の画像を撮像し、垂直ブラ
ンキング期間中に時分割でそれぞれ長時間露光信号Ｓlo
ngおよび短時間露光信号Ｓshortを垂直転送部１２に読
み出し、次の１フィールドの有効期間内に、上記の各信
号Ｓlong，Ｓshortを垂直転送部１２から各水平転送部
１３a，１３bにそれぞれ独立して順次転送して、各出力
アンプ１４a，１４bを介して出力するようになってい
る。

【０００７】したがって、この固体撮像素子１aでは、
１画面分の画像を撮像する１フィールドの有効期間内に
２回に分けて読み出し動作が行なわれるため、各水平転
送部１３a，１３bの出力Ｓlong，Ｓshortをみれば、通
常の場合の２倍の走査線数の信号が出力される。

【０００８】また、従来の画像合成手段２は、単一の加
算器で構成されており、固体撮像素子１aから出力され
る露光量の異なる各信号Ｓlong，Ｓshortを単純に加算
して合成画像信号Ｓmixを得ている。

【０００９】図８に横軸に入射光量Ｌを、縦軸に信号レ
ベルＶをとった場合の、各出力信号Ｓlong，Ｓshort，
Ｓmixの関係を示す。

【００１０】ここで、長時間露光信号Ｓlongは、露光量
が多いために、符号Ｌ₁で示す入射光量で飽和するが、
それ以下の入射光量では信号レベルの変化が大きいの
で、Ｓ／Ｎが良い。一方、短時間露光信号Ｓshortは、
符号Ｌ₁で示す入射光量以下では信号量が小さくてＳ／
Ｎは悪いが、ダイナミックレンジが符号Ｌ₂に示す範囲
まであって広いために、Ｌ₁以上の入射光量での信号の
再現性が良い。

【００１１】そして、画像合成手段２によって、この２
つの信号Ｓlong，Ｓshortを合成することにより、Ｓ／
Ｎ比が良く、しかも、ダイナミックレンジの広い信号Ｓ
mixが得られることになる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
固体撮像装置においては、低輝度部(図中、Ｌ₁以下の領
域)でのＳ／Ｎ比が良く、かつ、ダイナミックレンジも
広くなる(図中、Ｌ₂までの領域まで飽和しない)といっ
た利点があるものの、画像合成手段２においては、長時
間露光信号Ｓlongと短時間露光信号Ｓshortとを単純に
加算する処理をしているために、特に、高輝度部(図
中、Ｌ₁以上の領域)での階調特性が十分でなく、ダイナ
ミックレンジの拡大と同時に、十分な階調特性を得るこ
とができないという問題がある。

【００１３】そこで、本発明は、広いダイナミックレン
ジを確保した場合においても、特に高輝度部において十
分な階調特性が得られるようにすることを課題としてい
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、この課題を解
決するために、 一画面分の画像を撮像する期間内に、
露光量の異なる複数の信号を出力する撮像手段を備えた
固体撮像装置において、次の構成を採用している。

【００１５】すなわち、第１の本発明に係る固体撮像装
置は、前記撮像手段から出力される露光量の小さい方の
信号に対して階調補正を行う階調補正手段と、前記撮像
手段から出力される露光量の大きい方の信号と前記階調
補正手段からの出力信号とを合成する画像合成手段とを
備え、撮像手段から出力される露光量の異なる複数の信
号を画像合成手段で合成する前に、階調補正手段によっ
て露光量の小さい信号に対して階調補正を行うようにし
たものである。

【００１６】これにより、画像合成手段による合成後の
画像の高輝度部における十分な階調特性が得られる。

【００１７】また、第２の本発明に係る固定撮像装置
は、撮像手段から出力される複数の信号を輝度信号成分
と色信号成分とに分離する輝度色分離手段と、前記輝度
色分離手段で得られる露光量の小さい方の輝度信号に対
して階調補正を行う階調補正手段と、前記輝度色分離手
段で得られる露光量の小さい方の色信号に対してノイズ
低減を行うノイズ低減手段と、前記輝度色分離手段で得
られる露光量の大きい方の輝度信号および色信号、なら
びに前記階調補正手段からの出力信号、前記ノイズ低減
手段からの出力信号を共に合成する画像合成手段とを備
え、撮像手段から出力される露光量の異なる複数の信号
を画像合成手段で合成する前に、撮像手段から出力され
る複数の信号を輝度色分離手段によって輝度信号成分と
色信号成分とに分離し、この輝度色分離手段で得られる
露光量の小さい方の輝度信号に対して階調補正手段によ
って階調補正を行う一方、、輝度色分離手段で得られる
露光量の小さい方の色信号に対してノイズ低減手段によ
ってノイズ低減を行うようにしたものである。

【００１８】これにより、色信号成分が重畳された信号
に対しても高輝度部の階調が改善されると同時に、ノイ
ズの少ない色信号が得られる。

【００１９】

【発明の実施の形態】第１の本発明に係る固体撮像装置
は、前記撮像手段から出力される露光量の小さい方の信
号に対して階調補正を行う階調補正手段と、前記撮像手
段から出力される露光量の大きい方の信号と前記階調補
正手段からの出力信号とを合成する画像合成手段とを備
え、撮像手段から出力される露光量の異なる複数の信号
を画像合成手段で合成する前に、階調補正手段によって
露光量の小さい信号に対して階調補正を行うようにした
ものであり、これによって、画像合成手段による合成後
の画像の高輝度部における十分な階調特性が得られると
いう作用を有する。

【００２０】また、第２の本発明に係る固定撮像装置
は、撮像手段から出力される複数の信号を輝度信号成分
と色信号成分とに分離する輝度色分離手段と、前記輝度
色分離手段で得られる露光量の小さい方の輝度信号に対
して階調補正を行う階調補正手段と、前記輝度色分離手
段で得られる露光量の小さい方の色信号に対してノイズ
低減を行うノイズ低減手段と、前記輝度色分離手段で得
られる露光量の大きい方の輝度信号および色信号、なら
びに前記階調補正手段からの出力信号、前記ノイズ低減
手段からの出力信号を共に合成する画像合成手段とを備
え、撮像手段から出力される露光量の異なる複数の信号
を画像合成手段で合成する前に、撮像手段から出力され
る複数の信号を輝度色分離手段によって輝度信号成分と
色信号成分とに分離し、この輝度色分離手段で得られる
露光量の小さい方の輝度信号に対して階調補正手段によ
って階調補正を行う一方、、輝度色分離手段で得られる
露光量の小さい方の色信号に対してノイズ低減手段によ
ってノイズ低減を行うようにしたものであり、これによ
って、色信号成分が重畳された信号に対しても高輝度部
の階調が改善されると同時に、ノイズの少ない色信号が
得られるという作用を有する。

【００２１】以下、本発明の実施の形態について、図面
を参照しながら説明する。

【００２２】（実施形態１）図１は本発明の実施形態１
に係る固体撮像装置の構成図である。

【００２３】図１において、１aは撮像手段としての固
体撮像素子、２は階調補正手段、３aは画像合成手段で
ある。

【００２４】固体撮像素子１aは、通常の固体撮像素子
に比較して１フィールドの有効期間内に２倍の走査線数
の長時間露光信号Ｓlongおよび短時間露光信号Ｓshort
がそれぞれ出力される全画素読み出し型ものであって、
その構成は、図７に示した従来のものと同様であるか
ら、ここでは詳しい説明は省略する。

【００２５】上記の階調補正手段２は、高輝度部におい
て十分な階調特性が得られるように、短時間露光信号Ｓ
shortに対して階調性を高めるようにしたものであっ
て、輪郭強調回路４と増幅回路５とからなる。

【００２６】そして、輪郭強調回路４は、短時間露光信
号Ｓshortから輪郭成分の信号のみを取り出すためのバ
ンドパスフィルタ６、このバンドパスフィルタ６で取り
出された輪郭成分の信号に含まれるノイズ成分を除くコ
アリング回路７、コアリング回路７の出力を増幅する増
幅器８a、および短時間露光信号Ｓshortに輪郭成分を加
算する加算器９aとで構成されている。また、増幅回路
５は増幅器８bからなる。

【００２７】一方、画像合成手段３aは、階調補正手段
２で輪郭強調された短時間露光信号Ｓshort'に対して一
定のオフセット値offsetを加算することにより補正され
た短時間露光信号Ｓshort''として出力する加算器９b、
固体撮像素子１aで得られる長時間露光信号Ｓlongのレ
ベルを、固体撮像素子１aの性能によって決まる所定の
飽和レベルsatと比較し、その大小に応じて信号選択用
の制御信号を出力する比較器１０、および長時間露光信
号Ｓlongと加算器９bの出力Ｓshort''とを共に入力し、
比較器１０からの制御信号に応じていずれか一方の露光
信号ＳlongまたはＳshort''を合成画像信号Ｓmixとして
出力するセレクタ１６aからなる。

【００２８】なお、上記のオフセット値offsetは、たと
えば、固体撮像素子１aの飽和レベルsatやダイナミック
レンジを考慮して設定される。

【００２９】次に、上記構成の固体撮像装置の動作につ
いて説明する。

【００３０】固体撮像素子１aから出力された両露光信
号Ｓlong，Ｓshortの内、長時間露光信号Ｓlongは画像
合成手段３aに、短時間露光信号Ｓshortは階調補正手段
２の輪郭強調回路４にそれぞれ入力される。

【００３１】輪郭強調回路４では、バンドパスフィルタ
６によって短時間露光信号Ｓshortから周波数の高い輪
郭成分が抽出され、続いてコアリング回路７によって輪
郭成分の信号に含まれるノイズ成分が除かれ、この輪郭
成分の信号のみが増幅器８aで所定のゲインで増幅され
る。そして、加算器９aにおいて輪郭成分の信号が短時
間露光信号Ｓshortと加算されて出力される。

【００３２】輪郭強調後の短時間露光信号は、次段の増
幅回路５の増幅器８bによって１倍から４倍のゲインで
増幅された後、階調補正手段２の出力信号Ｓshort'とし
て出力される。

【００３３】画像合成手段３aには、固体撮像素子１aで
得られる長時間露光信号Ｓlongと階調補正手段２で輪郭
強調された後の出力信号Ｓshort'とが共に入力される。
そして、輪郭強調後の短時間露光信号Ｓshort'は、加算
器９bで一定のオフセット値offsetが加算されて補正さ
れた短時間露光信号Ｓshort''として出力される。

【００３４】一方、長時間露光信号Ｓlongは、比較器１
０において固体撮像素子１aの飽和レベルsatと比較さ
れ、その大小に応じて信号選択用の制御信号が出力され
る。

【００３５】セレクタ１６aには、長時間露光信号Ｓlon
gと加算器９bの出力Ｓshort''とが共に入力されてお
り、比較器１０からの制御信号によって、長時間露光信
号Ｓlongが飽和レベルsatに達していない場合には長時
間露光信号Ｓlongが、長時間露光信号Ｓlongが飽和レベ
ルsatに達している場合は、補正後の短時間露光信号Ｓs
hort''がそれぞれ選択され、これが合成画像信号Ｓmix
として出力される。

【００３６】図２は、グレースケールを高輝度で撮像し
た場合に得られる各信号Ｓlong，Ｓshort，Ｓshort'，
Ｓshort''、Ｓmixの波形を示す。なお、図２において、
一点鎖線は本発明を実施しない場合の従来の固体撮像装
置による出力信号Ｓmix₀を示している。

【００３７】ここにグレースケールとは、明るさが段階
状に変化したようなチャートであり、このようなチャー
トを撮像することにより、図８に示したような固体撮像
装置の階調特性の概要を知ることができると同時に、画
像の輪郭における先鋭度を見ることができる。

【００３８】図２から分かるように、合成画像信号Ｓmi
xの高輝度部は、階調補正手段２における輪郭強調回路
４で短時間露光信号Ｓshortに対して輪郭強調成分が加
算されて、階段状波形のエッジ部に輪郭強調が施されて
いるので、階調性が改善されている。

【００３９】なお、本実施形態では、高輝度部のみに階
調補正を実施するために、画像合成手段３においてセレ
クタ１６aによって長時間露光信号Ｓlongと、補正され
た短時間露光信号Ｓshort''とのいずれか一方を選択す
るような構成としたが、画像合成手段３を、従来例と同
様に、単一の加算器によって構成し、長時間露光信号Ｓ
longと補正された短時間露光信号Ｓshort''とを単純に
加算しても輝度部の階調性を改善することが可能であ
る。ただし、その場合は、低輝度部に対しても若干の階
調補正がかかることになる。

【００４０】（実施形態２）図３は、本発明の実施形態
２に係る固体撮像装置を示す構成図であり、図１に示し
た実施形態１に対応する部分には同一の符号を付す。

【００４１】図３において、１bは固体撮像素子、１７
は輝度／色分離手段、２は階調補正手段、３bは画像合
成手段、３１はノイズ低減回路、２１はカメラ信号処理
回路である。

【００４２】この実施形態２の固体撮像素子１bは、図
４に示すように、実施形態１における固体撮像素子１a
の光電変換部１１上にマゼンタ(Ｍg)、グリーン(Ｇr)、
イェロー(Ｙe)、シアン(Ｃy)の４つの異なる分光特性を
持つ色フィルタを画素ごとに配置してなるものであり、
動作としては、実施形態１の場合と全く同じ動作を行
う。ただし、固体撮像素子１bの画素混合動作によっ
て、マゼンタ＋イェロー(ＭＹ)、マゼンタ＋シアン(Ｍ
Ｃ)、グリーン＋イェロー(ＧＹ)、グリーン＋シアン(Ｇ
Ｃ)の４種類の信号が長時間露光信号Ｓlong、短時間露
光信号Ｓshortとしてそれぞれ出力端子１５a，１５bか
ら出力される。

【００４３】上記の輝度／色分離手段１７は、固体撮像
素子１で得られる長時間露光信号Ｓlongと短時間露光信
号Ｓshortのそれぞれについて、輝度信号と色信号とに
分離するもので、色信号を抽出するための一対のバンド
パスフィルタ６a，６b、輝度信号を抽出するための一対
の減算器１８a，１８b、色信号を規格化するための一対
の割り算器１９a，１９bを備える。

【００４４】また、階調補正手段２は、輝度／色分離手
段１７で得られる各輝度信号Ｙlong，Ｙshortの内、短
時間露光信号Ｓshortに基づく輝度信号Ｙshortの方が長
時間露光信号Ｓlongに基づく色信号Ｃlongよりも階調性
が不足するので、これを改善するために設けられたもの
であって、その構成は、実施形態１の場合と同様である
から、詳しい説明は省略する。

【００４５】ノイズ低減手段３１は、輝度／色分離手段
１７で得られる各色信号Ｃlong'，Ｃshort'の内、短時
間露光信号Ｓshortに基づく色信号Ｃshort'の方が長時
間露光信号Ｓlongに基づく色信号ＣlongよりもＳ／Ｎ比
が悪いので、これを改善するために設けられたものであ
って、その構成は、帯域圧縮用のバンドパスフィルタ６
d、このバンドパスフィルタ６dを通過した色信号Ｃshor
t'に含まれるノイズ成分を低減するためのノイズ抑圧回
路２０、ノイズ抑圧後の色信号Ｃshort'の振幅を所定の
量だけ減衰させる減衰回路２９aとからなる。

【００４６】そして、ノイズ抑圧回路２０は、図５に示
すように、一対のバンドパスフィルタ６e，６f、一対の
クリップ回路３２a，３２b、一対の減衰器２９b，２９
c、および減算器１８cからなる。ここで、バンドパスフ
ィルタ６e，６f、クリップ回路３２a，３２b、減衰器２
９b，２９cが２系統あるのは、異なる周波数成分のノイ
ズを効果的に抑圧するためであり、１系統でもノイズ抑
圧効果を奏することができる。

【００４７】画像合成手段３bは、図１に示した実施形
態１の場合と同じ作用をする加算器９b、比較器１０、
およびセレクタ１６aを備えるとともに、比較器１０か
らの制御信号によって規格化された色信号Ｃlong'，Ｃs
hort''の一方を選択して合成色信号Ｃmixとして出力す
るセレクタ１６b、この合成色信号Ｃmixと合成輝度信号
Ｙmixとを掛け合わして出力する乗算器３０、および乗
算器３０の出力に合成輝度信号Ｙmixを加算して合成画
像信号Ｓmixとして出力する加算器９bを有している。

【００４８】カメラ信号処理回路２１は、周知のよう
な、輝度色分離回路２２、輪郭改善回路２３、γ補正回
路２４a，２４b、ホワイトバランス補正回路２５、マト
リクス回路２６を備えるとともに、さらに、合成画像信
号Ｓmixに含まれる輝度信号Ｙの画面内におけるピーク
値を検出するピーク検出回路２７、およびこのピーク検
出回路２７の検出出力に基づいて、固体撮像素子１にお
ける長時間露光信号Ｓlongと短時間露光信号Ｓshortの
露光量の比や、階調補正手段２における階調補正の量、
ノイズ低減回路３１における減衰量などを調整するため
のマイクロコンピュータ２８が設けられている。

【００４９】次に、上記構成の固体撮像装置の動作につ
いて説明する。

【００５０】固体撮像素子１bの色フィルタの配列によ
り、１フィールドの有効期間内に、マゼンタ＋イェロー
(ＭＹ)とグリーン＋シアン(ＧＣ)を１つの組とし、マゼ
ンタ＋シアン(ＭＣ)とグリーン＋イェロー(ＧＹ)を１つ
の組とした信号がラインごとに交互に長時間露光信号Ｓ
long、短時間露光信号Ｓshortとしてそれぞれ出力端子
１５a，１５bから出力される。しかも、この場合、各色
フィルタの分光特性は、ＭＹとＧＣの和およびＭＣとＧ
Ｙの和が輝度信号Ｙの分光特性になるように設計されて
いるため、ＭＹとＧＣ、ＭＣとＧＹの各信号列は、輝度
信号成分Ｙに色信号成分Ｃr，Ｃbが変調されて重畳され
た信号として出力される。

【００５１】固体撮像素子１の各出力信号Ｓlong，Ｓsh
ortは、輝度色分離手段１７に入力される。輝度色分離
手段１７では、バンドパスフィルタ６a，６bによって変
調色信号成分Ｃlong，Ｃshortがそれぞれ抽出される。
この場合のバンドパスフィルタ６a，６bの伝達関数は、 Ｆab(z)＝−(１＋Ｚ^-2)²・(１−Ｚ^-1)²／１６ (１) で表される。

【００５２】図６は、フィルタの周波数特性を示すもの
で、横軸は周波数、縦軸は各周波数における通過特性で
あり、Ｎは色信号成分のキャリア周波数であるナイキス
ト周波数を表している。

【００５３】図６において、太実線で示されているの
が、(１)式で表わされる伝達関数を有するバンドパスフ
ィルタ６a，６bの周波数特性であって、このフィルタ６
a，６bによって色信号成分が抜き出される。

【００５４】次に、輝度色分離手段１７では、長時間露
光信号Ｓlongおよび短時間露光信号Ｓshortから、バン
ドパスフィルタ６a，６bの出力信号Ｃlong，Ｃshortが
各減算器１８a，１８bで減算されて、輝度信号Ｙlong，
Ｙshortが出力される。

【００５５】これにより得られる輝度信号Ｙlong，Ｙsh
ortの周波数特性を図６に破線で示す。各輝度信号Ｙlon
g，Ｙshortの周波数特性は、ナイキスト周波数Ｎの１／
２の周波数までほぼフラットとなっている。

【００５６】次に、輝度色分離手段１７では、割り算器
１９a，１９bによって変調色信号Ｃlong，Ｃshortが各
輝度信号Ｙlong，Ｙshortでそれぞれ割り算されて、色
信号成分が輝度信号成分で規格化された変調色信号Ｃlo
ng'，Ｃshort'として出力される。上述のように、ベー
スバンド信号である輝度信号に対して、固体撮像素子１
bから出力される色信号は、特定の周波数で変調されて
いる。したがって、このような色信号を合成するには、
変調された２つの色信号Ｃlong，Ｃshortの振幅を一致
させる必要がある。

【００５７】本実施形態の固体撮像素子から出力される
露光量の異なる信号Ｓlong，Ｓshortは、露光量が異な
るために、同じ被写体に対する信号レベルが異なるが、
色信号成分の振幅は、輝度信号成分の振幅に比例してい
るので、Ｃlong／Ｙlong＝Ｃshort／Ｙshortが成り立
つ。よって、このような規格化処理を施すことによっ
て、露光量の比に関わらず色信号成分Ｃlong'＝Ｃlong
／Ｙlong、およびＣshort'＝Ｃshort／Ｙshortの振幅が
等しくなり、後段におけるセレタク１６bによる切り換
えなどの単純な回路構成でもって、合成処理を容易に行
うことが可能となる。

【００５８】階調補正手段２は、短時間露光輝度信号Ys
hortを入力し、実施形態１と同様の処理を施して輪郭強
調された短時間露光輝度信号Ｙshort'を出力する。この
場合の階調補正手段２の動作は、実施形態１と同様であ
るから、ここでは詳しい説明は省略する。

【００５９】図６には、階調補正手段２の輪郭強調回路
４におけるバンドパスフィルタ６cの伝達関数の周波数
特性を一点鎖線で示している。また、増幅器８aおよび
８bのゲインは、露光量の比に応じて０倍から４倍程度
の範囲で変更する必要があるが、２倍程度が好ましい。

【００６０】一方、輝度色分離手段１７で規格化された
短時間露光色信号Ｃshort'は、ノイズ低減手段３１に入
力される。ノイズ低減手段３１は、入力された信号をバ
ンドパスフィルタ６dによって帯域圧縮し、この信号が
さらにノイズ抑圧回路２０に入力される。

【００６１】ノイズ抑圧回路２０に入力された短時間露
光色信号Ｃshort'は、各バンドパスフィルタ６e，６fお
よびクリップ回路３２a、３２bを通過することでノイズ
成分が抽出され、このノイズ成分が減衰器２９b，２９c
で所定の量だけ減衰されて、減算器１８cで元の入力信
号Ｃshort'から減算されることにより、ノイズのない出
力信号が得られる。

【００６２】続いて、このノイズ抑圧回路２０の出力は
減衰器２９aに入力されて所定の量だけ振幅が減衰され
て出力される。この場合の減衰器２９aの減衰量は、１
倍から１／２倍の間で変化させることが望ましいが、振
幅の減衰によって最終出力信号における色相が変化して
しまう場合があるので、大きな減衰量を与えるべきでは
ない。

【００６３】このようにして、ノイズ低減手段３１から
は、ノイズが抑圧されてＳ／Ｎ比が改善された短時間露
光色信号Ｃshort'が出力される。

【００６４】画像合成手段３には、上記の各信号Ｙlon
g，Ｙshort'，Ｃlong'，Ｃshort''が共に入力される。

【００６５】ここで、輝度信号Ｙに関しては、実施形態
１と同様の動作によって合成輝度信号Ｙmixが得られ
る。

【００６６】一方、色信号Ｃについては、規格化された
色信号Ｃlong'，Ｃshort''が共にセレクタ１６bに入力
され、輝度信号Ｙの場合と同様に、輝度信号が飽和レベ
ルsatに達するまではＣlong'が、飽和レベルsatに達し
た後はＣshort''が、それぞれ選択されて合成色信号Ｃm
ixとして出力される。

【００６７】合成色信号Ｃmixは、乗算器３０で合成輝
度信号Ｙmixと掛け合わされ、輝度信号のレベルに応じ
た振幅が与えられた後、加算器９ｂで合成輝度信号と加
算されて色信号成分が重畳された合成画像信号Ｓmixと
して出力されて、カメラ信号処理回路２１に入力され
る。

【００６８】カメラ信号処理回路２１は、入力された合
成画像信号Ｓmixに対し、輝度色分離回路２２で輝度信
号Ｙと色信号Ｒ，Ｇ，Ｂとに分離され、これにより得ら
れた輝度信号Ｙは、輪郭改善回路２３で輪郭改善され、
引き続いてγ補正回路２４aでγ補正処理が施された
後、出力輝度信号Ｙoutとして出力される。

【００６９】一方、色信号Ｒ，Ｇ，Ｂは、ホワイトバラ
ンス回路２５でホワイトバランス補正処理が施され、引
き続いてγ補正回路２４bで輝度信号と同様にγ補正処
理された後、マトリクス回路２６で所定の演算処理によ
り色差信号に変換されて色差信号Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙとして
出力される。

【００７０】また、輝度色分離回路２２から出力された
輝度信号Ｙは、ピーク検出回路２７によって画面内にお
けるピーク値が検出され、これがマイクロコンピュータ
２８に転送される。

【００７１】マイクロコンピュータ２８は、ピーク検出
回路２７から得たピーク値に基づいて、固体撮像素子１
bにおける長時間露光信号Ｓlongと短時間露光信号Ｓsho
rtの露光量の比、階調補正手段２の輪郭強調回路４にお
ける増幅器８aおよび増幅回路８bのゲイン調整による階
調補正の量、ノイズ低減手段３１のノイズ抑圧回路２０
におけるクリップ回路３２a，３２bのクリップレベルや
減衰回路２９aにおける減衰量の調整によるノイズ抑圧
の量を算出して、各部が適切な値となるように制御を行
う。

【００７２】ここで、得たピーク値は、固体撮像装置が
再現できる明るさの範囲である固体撮像装置のダイナミ
ックレンジと、撮像しようとする被写体のもつ明るさの
範囲である被写体のダイナミックレンジの関係を示すパ
ラメータとなる。

【００７３】すなわち、被写体のダイナミックレンジに
対して、固体撮像装置のダイナミックレンジが大きい場
合にはピーク値が小さくなり、逆の場合はピーク値が大
きくなる。つまり、ピーク値が小さい場合は、被写体の
ダイナミックレンジに対して固体撮像装置側のダイナミ
ックレンジに余裕があるということなので、マイクロコ
ンピュータ２８は、露光量の比を小さくして固体撮像装
置のダイナミックレンジを小さくするというような制御
を行う。

【００７４】また、ピーク値が大きい場合、特に固体撮
像装置側のダイナミックレンジに一致する場合は、その
逆の動作をさせて固体撮像装置側のダイナミックレンジ
を大きくする。この場合、高輝度部の階調再現が不足し
がちになるとともにＳ／Ｎ比の劣化量が大きくなる。そ
こで、階調補正量を大きくして、階調再現を強調すると
同時にノイズ抑圧量を大きくしてＳ／Ｎ比の劣化を抑え
る。

【００７５】以上のような構成によって、色信号成分が
重畳された信号に対しても高輝度部の階調が改善された
合成画像が得られる。また、高輝度部における階調補正
のためにそれに応じて色信号成分のノイズ成分が強調さ
れるが、ノイズ低減手段３１によってノイズ成分が抑圧
されるために、ノイズの少ない出力信号が得られる。

【００７６】なお、本実施形態において、露光量の小さ
い色信号に対しノイズ低減回路３１でノイズ抑圧処理を
施しているが、合成色信号Ｃmixに対してノイズ低減の
処理を施しても同様の効果が得られる。

【００７７】

【発明の効果】本発明によれば、次の効果を奏する。

【００７８】(１) 撮像手段から出力される露光量の異
なる複数の信号を合成する前に、露光量の小さい信号に
対して階調補正を行う階調補正手段を構成することによ
り、画像合成手段による合成後の画像の高輝度部におけ
る十分な階調特性を得ることが可能となる。

【００７９】(２) また、色信号成分が重畳された信号
に対しても高輝度部の階調が改善されると同時に、ノイ
ズの少ない色信号を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１に係る固体撮像装置の構成
を示すブロック図である。

【図２】実施形態１の固体撮像装置でグレースケールを
高輝度で撮像した場合の各部の信号波形図である。

【図３】本発明の実施形態２に係る固体撮像装置の構成
を示すブロック図である。

【図４】実施形態２における固体撮像装置の固体撮像素
子の構成を示すブロック図である。

【図５】実施形態２における固体撮像装置のノイズ抑圧
回路の詳細を示すブロック図である。

【図６】実施形態２における固体撮像装置のバンドパス
フィルタの伝達関数の周波数特性を示す説明図である。

【図７】従来の固体撮像装置の全画素読み出し型の固体
撮像素子の構成を示すブロック図である。

【図８】従来の固体撮像装置の光電変換特性を示すグラ
フである。

【符号の説明】

１…固体撮像素子(撮像手段)、２…階調補正手段、３…
画像合成手段、４…輪郭強調回路、５…増幅回路、１１
…光電変換部、１２…垂直転送部、１３…水平転送部、
１７…輝度色分離手段、２０…ノイズ抑圧回路、２１…
カメラ信号処理回路、２７…ピーク検出回路、２８…マ
イクロコンピュータ、３１…ノイズ低減手段。

フロントページの続き (72)発明者 中山 正明 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一画面分の画像を撮像する期間内に、露
   光量の異なる複数の信号を出力する撮像手段を備えた固
   体撮像装置において、 前記撮像手段から出力される露光量の小さい方の信号に
   対して階調補正を行う階調補正手段と、 前記撮像手段から出力される露光量の大きい方の信号と
   前記階調補正手段からの出力信号とを合成する画像合成
   手段と、 を備えることを特徴とする固体撮像装置。
2. 【請求項２】 前記階調補正手段は、輪郭強調回路であ
   ることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
3. 【請求項３】 前記階調補正手段は、増幅回路であるこ
   とを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
4. 【請求項４】 露光量の小さい信号あるいは画像合成手
   段により合成された信号の最大値を検出する最大値検出
   手段と、 前記最大値検出手段の検出出力に基づいて前記階調補正
   手段による階調補正量を制御する制御手段と、 を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項３のい
   ずれかに記載の固体撮像装置。
5. 【請求項５】 一画面分の画像を撮像する期間内に、露
   光量の異なる複数の信号を出力する撮像手段を備えた固
   体撮像装置において、 撮像手段から出力される複数の信号を輝度信号成分と色
   信号成分とに分離する輝度色分離手段と、 前記輝度色分離手段で得られる露光量の小さい方の輝度
   信号に対して階調補正を行う階調補正手段と、 前記輝度色分離手段で得られる露光量の小さい方の色信
   号に対してノイズ低減を行うノイズ低減手段と、 前記輝度色分離手段で得られる露光量の大きい方の輝度
   信号および色信号、ならびに前記階調補正手段からの出
   力信号、前記ノイズ低減手段からの出力信号を共に合成
   する画像合成手段と、 を備えることを特徴とする固体撮像装置。
6. 【請求項６】 前記ノイズ低減手段は、帯域制限回路で
   あることを特徴とする請求項５記載の固体撮像装置。
7. 【請求項７】 前記ノイズ低減手段は、減衰回路である
   ことを特徴とする請求項５記載の固体撮像装置。
8. 【請求項８】 露光量の小さい信号あるいは画像合成手
   段により合成された信号の最大値を検出する最大値検出
   手段と、 前記最大値検出手段の検出出力に基づいて前記階調補正
   手段による階調補正量、およびノイズ低減手段によるノ
   イズ低減量を共に制御する制御手段と、 を備えることを特徴とする請求項５ないし請求項７のい
   ずれかに記載の固体撮像装置。