JPH11191860A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 撮像信号のダイナミックレンジの拡大におい
て、低輝度側でのＳ／Ｎの劣化を防止すると共に、違和
感のない滑らかな画像を得る。 【解決手段】 １フィールド分のデジタル信号を記憶す
るフィールドメモリ２１と、フィールドメモリ２１に記
憶された１フィールド前のＲ信号と現在のフィールドの
Ｒ信号とを切り換えて出力する第１セレクタ２２及び第
２セレクタ２３と、第１セレクタ２２が出力するＲ信号
に対して画素レートでの出力レベルに対して所定の関数
値を出力する第１ＬＵＴ２５及び第２ＬＵＴ２６と、第
１セレクタ２２からの画素レートでの出力と第１ＬＵＴ
２５の出力を乗算する第１乗算器２７と、第２セレクタ
２３からの画素レートでの出力と第２ＬＵＴ２５の出力
を乗算する第２乗算器２８と、第１乗算器２７の出力及
び第２乗算器２８の出力を加算して出力する加算器２９
とを備えて構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は露光時間等が異なる
複数の画像を和が１の複数の係数で重み付け加算により
ダイナミックレンジ拡大の処理を行う撮像装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、テレビカメラ等の撮像装置で
は、その有効撮像輝度域は、撮像手段である例えば固体
撮像素子の光電変換特性により一義的に定まる。つま
り、固体撮像素子の出力レベルの下限はノイズレベルで
限定され、上限は飽和レベルで限定されて使用可能な動
作レンジが定まると共に、固体撮像素子の出力レベル特
性の傾きが一定の値を有しているので、結果として固体
撮像素子の有効撮像輝度域は一義的に定まる。

【０００３】そこで、従来、例えば特開昭５７−３９６
７３号公報では、２種類の異なる輝度での撮像信号を合
成し、固体撮像素子の撮像信号のダイナミックレンジを
拡大する撮像装置が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この先
行例の撮像装置おけるダイナミックレンジの拡大におい
ては、単に２種類の撮像信号を加減算しているため、低
輝度側ではＳ／Ｎが劣化し、また輝度レベルに対して得
られた合成撮像信号は直線の結合となっていて折れ線状
に変化するので、その結合点部分での固体撮像素子の出
力レベルの変化により、例えば得られるカラー画像にお
いては滑らかな色変化とならず、違和感のある画像にな
るといった問題がある。

【０００５】また、特開平６−１４１２２９号公報で
は、電荷蓄積時間が異なる２枚以上の画像を信号レベル
に応じて重み付けを行い、さらに圧縮手段によって圧縮
することにより暗い画像から明るい画像まで飽和しない
でノイズの少ない画像を得るようにしている。

【０００６】この先行例は、例えばその公報の図４、図
９等に示されているように電荷蓄積時間が異なる複数の
画像における一方の画像が飽和する境界領域付近でのみ
重み付けを変えたものを加算により合成し、さらに周波
数帯域などに応じて圧縮手段により圧縮して所望の入出
力特性の合成画像にしている。

【０００７】しかし、この先行例では、例えば２枚の画
像から合成画像を得る場合、電荷蓄積時間が長い第１の
画像が飽和する境界領域付近よりも低い領域側では、第
１の画像のみで合成画像が決定されてしまう特性とな
る。

【０００８】この合成画像に対して後段側で圧縮処理を
行うが、すでに加算処理された１枚の合成画像に対して
行うので、上記特性を基本的に変化させることができな
い。このため、例えば動きがある画像の場合には、低輝
度側と高輝度側との輪郭がずれたり、不自然な色変化部
分ができた画像になってしまう。

【０００９】（発明の目的）本発明は、上述した点に鑑
みてなされたもので、その目的はダイナミックレンジの
拡大ができ、かつ低輝度側でのＳ／Ｎの劣化を防止する
と共に、違和感のない滑らかな画像を得ることのできる
撮像装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の撮像装置は、被
写体を第１の露光時間で撮像した第１の撮像信号と、前
記被写体を前記第１の露光時間より短い第２の露光時間
で、前記第１の撮像信号が飽和する光量レベルより高い
値で飽和する第２の撮像信号とを連続的に出力する撮像
手段と、 前記第１及び第２の撮像信号に対してそれぞ
れ飽和するまでの光量レベルの増加に関して単調減少の
第１の重み付けと単調増加の第２の重み付けを、前記第
１及び第２の重み付けの和が１となる条件の下で、行う
第１及び第２の重み付け処理回路と、前記第１及び第２
の重み付け処理回路により前記第１及び第２の撮像信号
に対してそれぞれ前記第１及び第２の重み付けがされた
第１及び第２の画像信号とを加算する加算回路とからな
る画像信号生成手段と、前記加算回路から出力される画
像信号に対し、表示手段に表示可能な映像信号を生成す
る信号処理手段と、を設けることにより、第１の撮像信
号と第２の撮像信号の割合を変更して、画像信号を合成
することで、画像信号のダイナミックレンジの拡大を行
い、かつ低輝度側でのＳ／Ｎの劣化を防止すると共に、
違和感のない滑らかな自然な画像を得る。

【００１１】

【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。 （第１の実施の形態）図１ないし図７は本発明の第１の
実施の形態に係り、図１は第１の実施の形態の撮像装置
の構成を示す構成図、図２は図１のＲ用Ｄレンジ拡大回
路の構成を示す構成図、図３（ａ）は図２の第１ＬＵＴ
及び第２ＬＵＴのメモリマップを示す図、図３（ｂ）は
入力信号により第１ＬＵＴ及び第２ＬＵＴから重み付け
された係数が出力される様子を示す説明図、図４（ａ）
〜図４（Ｉ）は図２のＲ用Ｄレンジ拡大回路の各信号の
タイミングを示すタイミングチャート図、図５は図２の
Ｒ用Ｄレンジ拡大回路の作用を説明する説明図、図６は
図１の撮像装置の変形例の構成を示す構成図、図７は変
形例におけるＲ用Ｄレンジ拡大回路の構成図である。

【００１２】図１に示すように、本実施の形態の撮像装
置１は、被写体を撮像する単板カラー撮像素子であるＣ
ＣＤ２と、基準信号を発生する同期信号発生回路（以
下、ＳＳＧと記す）３と、ＳＳＧ３からの基準信号を入
力しＣＣＤ２の駆動信号等を生成するタイミングジェネ
レータ４と、タイミングジェネレータ４からの駆動信号
によりＣＣＤ２を駆動するＣＣＤドライバ５と有してい
る。

【００１３】また、ＣＣＤ２からの撮像信号を増幅する
プリアンプ６と、タイミングジェネレータ４からのサン
プリングパルスに基づき相関二重サンプリング（以下Ｃ
ＤＳと略記）するＣＤＳ回路７と、ＣＤＳ回路７の出力
をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器８とを備え、ＣＣＤ２か
らの出力の画像信号がプリアンプ６で増幅された後にＣ
ＤＳ回路７によってベースバンド帯域に落とされ、Ａ／
Ｄ変換器８によりデジタル信号に変換されるようになっ
ている。このＡ／Ｄ変換器８は例えば８ビットのデジタ
ル信号に変換する。

【００１４】さらに、撮像装置１は、Ａ／Ｄ変換器８で
Ａ／Ｄ変換されたデジタル信号をＲＧＢの３つの色信号
に分離する色分離回路９と、色分離回路９により色分離
されたデジタル信号に対してホワイトバランスの調整を
行うホワイトバランス回路１０と、ホワイトバランス回
路１０によりホワイトバランスの調整がなされたデジタ
ル信号のゲイン調整を行う自動利得制御回路（以下、Ａ
ＧＣ回路と記す）１１と、ＡＧＣ回路１１によりゲイン
調整されたデジタル信号に対してｋｎｅｅ処理及びγ補
正を行うｋｎｅｅ＆γ回路１２と、ｋｎｅｅ＆γ回路１
２によりｋｎｅｅ処理及びγ補正されたＲＧＢのデジタ
ル信号それぞれのダイナミックレンジを拡大処理するＲ
用Ｄレンジ拡大回路１５Ｒ、Ｇ用Ｄレンジ拡大回路１５
Ｇ及びＢ用Ｄレンジ拡大回路１５Ｂと、Ｒ用Ｄレンジ拡
大回路１５Ｒ、Ｇ用Ｄレンジ拡大回路１５Ｇ及びＢ用Ｄ
レンジ拡大回路１５Ｂによりダイナミックレンジが拡大
されたＲＧＢのデジタル信号に対してエンハンス処理を
行うエンハンス回路１６と、エンハンス処理されたデジ
タル信号をＤ／Ａ変換し７５Ωドライバ１７を介してモ
ニタ１９に出力するＤ／Ａ変換器１８とを備えて構成さ
れる。

【００１５】Ｒ用Ｄレンジ拡大回路１５Ｒは、図２に示
すように、ｋｎｅｅ＆γ回路１２によりｋｎｅｅ処理及
びγ補正されたＲ信号の１フィールド分のデジタル信号
を記憶するフィールドメモリ２１と、フィールドメモリ
２１に記憶された１フィールド前のＲ信号と現在のフィ
ールドのＲ信号とをタイミングジェネレータ４からのフ
ィールド判別信号により切り換えて出力する第１セレク
タ２２及び第２セレクタ２３とを備えており、第２セレ
クタ２３はインバータ回路２４を介することで、第１セ
レクタ２２が出力する１フィールド前のＲ信号あるいは
現在のフィールドのＲ信号と異なるフィールドのＲ信号
を出力するようになっている。

【００１６】また、Ｒ用Ｄレンジ拡大回路１５Ｒは、第
２セレクタ２３が出力するＲ信号に対して画素レートで
の出力レベルに対して後述する所定の関数値を出力する
第１ルックアップテーブル（以下、第１ＬＵＴと略記）
２５及び第２ＬＵＴ２６と、第１セレクタ２２から画素
レートで出力されるＲ信号と第１ＬＵＴ２５の出力を乗
算する第１乗算器２７と、第２セレクタ２３から画素レ
ートで出力されるＲ信号と第２ＬＵＴ２５の出力を乗算
する第２乗算器２８と、第１乗算器２７の出力及び第２
乗算器２８の出力を加算して前記エンハンス回路１６に
出力する加算器２９とを備えて構成される。

【００１７】なお、Ｇ用Ｄレンジ拡大回路１５Ｇ及びＢ
用Ｄレンジ拡大回路１５Ｂは、Ｒ用Ｄレンジ拡大回路１
５Ｒと同じ回路構成であるので、それらの構成の説明は
省略する。上述した第１ＬＵＴ２５及び第２ＬＵＴ２６
は、例えば図３（ａ）に示すようなメモリマップであ
る。

【００１８】第１ＬＵＴ２５及び第２ＬＵＴ２６は例え
ば８ビットのアドレス００−ＦＦに単調減少の重み付け
係数ｆ（＝ｃｏｓ²）と単調増加の重み付け係数ｇ（＝
ｓｉｎ²）とが格納され、これらの重み付け関数データ
ｆ及びｇの和は１となるように設定されている。

【００１９】ここで、８ビットのアドレス００〜ＦＦは
入力される８ビットのデジタル信号の輝度レベルに対応
して設定されている。より具体的には、ＣＣＤ２で撮像
された撮像信号が０の場合はＡ／Ｄ変換器８を経てデジ
タル信号となり、この場合には（００）ｈのアドレスで
第１ＬＵＴ２５及び第２ＬＵＴ２６に入力される。

【００２０】図１に示すように実際にはＣＣＤ２の出力
信号は途中にＡＧＣ回路１１等があるので、撮像信号は
増幅され、γ補正されてモニタ１９の表示面のダイナミ
ックレンジに対応したレベルに調整される。

【００２１】つまり、ＣＣＤ２の出力信号が０の場合に
は、モニタ１９に入力される信号レベルも０であり、Ｃ
ＣＤ２が飽和した値の場合にはモニタ１９で表示される
画像１も飽和値（図５のＶｕｓｅ）となるとうにレベル
調整される。

【００２２】また、ＣＣＤ２の出力信号に対応する撮像
信号が飽和する飽和値（例えば図５のＶｕｓｅ）の場合
にはＡ／Ｄ変換器８等を経て（ＦＦ）ｈのアドレスで第
１ＬＵＴ２５及び第２ＬＵＴ２６に入力される。なお、
例えば（００）ｈは１６進数の表示の００を示す。

【００２３】第１ＬＵＴ２５及び第２ＬＵＴ２６に入力
される信号ｘを規格化して、０〜１の範囲の信号ｘとし
た場合（つまり、デジタル値（００）ｈは０、デジタル
値（ＦＦ）ｈは１とする）には、第１ＬＵＴ２５はｃｏ
ｓ²（ｐｘ）を出力し、第１ＬＵＴ２５はｓｉｎ²（ｐ
ｘ）を出力を出力する。

【００２４】第１ＬＵＴ２５及び第２ＬＵＴ２６に入力
される信号ｘによりそのアドレスに対応したデータが読
み出されて出力される。この様子を図３（ｂ）に示す。

【００２５】ここで、ｐは補正係数であり、図５に示す
ように短い露光時間で撮像された場合における撮像信号
が飽和する場合の明るさをｙｓ２とした時にその時の重
み付け係数ｇ、つまりｓｉｎ²（ｐｘ）が１となる値、
例えばｐ≒（π・ｙｓ２／２）に設定されている。

【００２６】次に、このように構成された本実施の形態
の撮像装置１の作用について説明する。ＳＳＧ３からの
基準信号に基づきタイミングジェネレータ４で生成され
た駆動信号でＣＣＤドライバ５がＣＣＤ２を駆動する。
そして、ＣＣＤ２で撮像された被写体の光電変換信号は
プリアンプ６で増幅された後にＣＤＳ回路７によってベ
ースバンド帯域に落とされ、Ａ／Ｄ変換器８によりデジ
タル信号に変換される。ここで、タイミングジェネレー
タ４で生成された駆動信号によりＣＣＤドライバ５は、
フィールド単位で異なる時間のシャッタ時間、例えば第
１のシャッタ時間を１／６０ｓｅｃとして被写体を撮像
すると共に、第２のシャッタ時間を例えば第１のシャッ
タ時間の１／４（つまり、１／２４０ｓｅｃ）として高
速の素子シャッタで被写体を撮像するようにＣＣＤ２を
駆動する。

【００２７】すなわち、Ａフィールドの被写体像は上記
の第１のシャッタ時間で撮像され、Ｂフィールドの被写
体像は上記の第２のシャッタ時間で撮像される。なお、
Ｂフィールドでは１フィールド期間（１／６０ｓｅｃ）
における１／２４０ｓｅｃ以外の期間で撮像した信号は
高速に掃き捨てる処理を行う。

【００２８】そして、後述するように、Ｒ用Ｄレンジ拡
大回路１５Ｒ、Ｇ用Ｄレンジ拡大回路１５Ｇ及びＢ用Ｄ
レンジ拡大回路１５Ｂで、この異なるシャッタ時間での
被写体の撮像信号によりダイナミックレンジを拡大す
る。

【００２９】その後、色分離回路９によりＡ／Ｄ変換さ
れたデジタル信号をＲＧＢの３つの色信号に分離され、
ホワイトバランス回路１０、ＡＧＣ回路１１及びｋｎｅ
ｅ＆γ回路１２によりホワイトバランス調整、ゲイン調
整及びｋｎｅｅ処理及びγ補正がなされた後、Ｒ用Ｄレ
ンジ拡大回路１５Ｒ、Ｇ用Ｄレンジ拡大回路１５Ｇ及び
Ｂ用Ｄレンジ拡大回路１５ＢによりＲＧＢのデジタル信
号それぞれのダイナミックレンジの拡大処理が行われ、
エンハンス回路１６でエンハンス処理され、Ｄ／Ａ変換
器１８によりＤ／Ａ変換され７５Ωドライバ１７を介し
てモニタ１９に出力される。

【００３０】次に、Ｒ用Ｄレンジ拡大回路１５Ｒ、Ｇ用
Ｄレンジ拡大回路１５Ｇ及びＢ用Ｄレンジ拡大回路１５
Ｂにおけるダイナミックレンジの拡大処理の詳細につい
て、図４のタイミングチャート等を参照し、Ｒ用Ｄレン
ジ拡大回路１５Ｒを例に説明する。

【００３１】タイミングジェネレータ４から映像信号の
垂直同期信号ＶＤ（図４（ａ））に同期したフィールド
判別信号（図４（ｂ））がＲ用Ｄレンジ拡大回路１５Ｒ
の第１セレクタ２２及びインバータ回路２４を介して第
２セレクタ２３に出力される。

【００３２】また、ｋｎｅｅ＆γ回路１２のＲ出力は、
Ｒ用Ｄレンジ拡大回路１５Ｒのフィードメモリ２１（図
４（ｃ））と第１セレクタ２２及び第２セレクタ２３の
一方の入力端に入力され、フィードメモリ２１の出力
（図４（ｄ））が第１セレクタ２２及び第２セレクタ２
３の他方の入力端に入力される。

【００３３】これにより、フィールド判別信号に基づ
き、第１セレクタ２２からは第１のシャッタ時間（１／
６０ｓｅｃ）で撮像されたＡフィールドの画像のデジタ
ル信号が出力され、第２セレクタ２３からは第２のシャ
ッタ時間（１／２４０ｓｅｃ）で撮像されたＢフィール
ドの画像のデジタル信号が出力されることになる。

【００３４】そして、第１セレクタ２２からのＡフィー
ルドの画像のデジタル信号が第１乗算器２７に出力され
ると共に、第２セレクタ２３からのＢフィールドの画像
のデジタル信号が第２乗算器２８、第１ＬＵＴ２５（図
４（ｅ））及び第２ＬＵＴ２６（図４（ｆ））に出力さ
れる。

【００３５】このとき、第１ＬＵＴ２５及び第２ＬＵＴ
２６には、Ｂフィールドの画像のデジタル信号の画素レ
ートで入力される信号ｘに対してｃｏｓ²（ｐｘ）及び
ｓｉｎ²（ｐｘ）をそれぞれ出力する。

【００３６】この場合、Ａフィールドの画像はＢフィー
ルドの例えば４倍の露光時間（撮像時間）で撮像を行う
ので、図５に示すように被写体の明るさｙに対して例え
ばｘ１＝ｙのような特性の撮像信号となり、これに対し
Ｂフィールドの画像はｘ２＝ｙ／４のような特性の撮像
信号となる。

【００３７】そして、Ａフィールドの画像の撮像信号ｘ
１は明るさｙｓ１で飽和値Ｖｕｓｅとなり、Ｂフィール
ドの画像の撮像信号ｘ２は明るさｙｓ２（＝４ｙｓ１）
で飽和値Ｖｕｓｅとなる。

【００３８】本実施の形態では、Ａフィールドの画像に
おけるある明るさｙａでの撮像信号ｘ１が例えば図５の
ｘ１ａの場合には、Ｂフィールドの画像における対応す
る撮像信号はｘ２ａとなる。そして、図３（ｂ）に示す
ようにＢフィールドの画像に対応する撮像信号ｘ２が第
１ＬＵＴ２５及び第２ＬＵＴ２６に入力されることによ
り、重み付け関数ｆ、ｇとしてのｃｏｓ²（ｐｘ）及び
ｓｉｎ²（ｐｘ）が出力される。

【００３９】これらｃｏｓ²（ｐｘ）及びｓｉｎ²（ｐ
ｘ）はそれぞれ第１乗算器２７及び第２乗算器２８に出
力され、第１乗算器２７では画素レートでＡフィールド
の画像のデジタル信号とｃｏｓ²（ｐｘ）が乗算され
（図４（ｇ））、また、第２乗算器２８では画素レート
でＢフィールドの画像のデジタル信号とｓｉｎ²（ｐ
ｘ）が乗算される（図４（ｈ））。そして、加算器２９
にて第１乗算器２７の出力と第２乗算器２８の出力が加
算される（図４（ｉ））。

【００４０】図４においては、簡単化のためにＡnフィ
ールドの各画素の出力をＡnで、また、Ｂnフィールドの
各画素の出力をＢnで代表させて表示しているが、本実
施の形態でのダイナミックレンジの拡大処理では、上述
したように、画素レートで処理を行っているため、正確
には、Ａフィールドの画像のデジタル信号の画素レート
での各出力値をｘ、Ｂフィールドの画像のデジタル信号
の画素レートでの各出力値をｕとすると、加算器２９に
より出力Ｍが Ｍ＝ｘｃｏｓ²（ｐｘ）＋ｕｓｉｎ²（ｐｘ） のように得られることになる。

【００４１】なお、Ｇ用Ｄレンジ拡大回路１５Ｇ及びＢ
用Ｄレンジ拡大回路１５Ｂは、Ｒ用Ｄレンジ拡大回路１
５Ｒと同様に作用するので、その説明を省略する。

【００４２】従って、本実施の形態によれば、図５に示
すように、第１のシャッタ時間（１／６０ｓｅｃ）で撮
像されたＡフィールドの画像のデジタル信号ｘ1及び第
２のシャッタ時間（１／２４０ｓｅｃ）で撮像されたＢ
フィールドの画像のデジタル信号ｘ2（＝ｕ）に対し
て、Ｒ用Ｄレンジ拡大回路１５Ｒより出力される上記出
力Ｍは、低輝度域では、ｃｏｓ²（ｐｘ）による重み付
けによって主に第１のシャッタ時間（１／６０ｓｅｃ）
で撮像されたＡフィールドの画像のデジタル信号とな
り、高輝度域では逆にｓｉｎ²（ｐｘ）による重み付け
によって主に第２のシャッタ時間（１／２４０ｓｅｃ）
で撮像されたＢフィールドの画像のデジタル信号となる
ため、Ｓ／Ｎを低輝度域で劣化させることなくダイナミ
ックレンジを拡大することができる。

【００４３】より詳しく説明すると、図５において、２
つの画像を重み付け加算して得られる合成画像に対応す
る出力Ｍは、例えば明るさが０より大きいが明るさｙｓ
１よりはるかに低い領域ではＡフィールドの画像の重み
付けｆが大きく、これに対しＢフィールドの画像の重み
付けｇが小さい、つまり、ｆ＞ｇ＞０であるので、その
合成画像は主にＡフィールドの画像にＢフィールドの画
像を対応する画像位置に少し混ぜたような合成画像にな
る。

【００４４】また、合成画像は、例えば明るさがｙｓ１
より大きい領域ではＡフィールドの画像は飽和するので
その飽和値に対する重み付けｆが小さく、これに対しＢ
フィールドの画像の重み付けｇが大きい、つまり、ｇ＞
ｆ＞０であるので、その合成画像はＢフィールドの画像
にＡフィールドの画像の飽和値を少し混ぜて明るさの増
加に対して合成画像の明るさもスムーズに増加する特性
の画像になる。

【００４５】つまり、本実施の形態では第１の明るさｙ
ｓ１で飽和する第１の画像と、第１の明るさｙｓ１より
高い第２の明るさｙｓ２（図５ではｙｓ１の４倍）で飽
和する第２の画像とを第１の画像に対しては単調減少、
第２の画像に対しては単調増加の重み付け係数ｆ、ｇで
それぞれ重み付けした画像を加算器で加算して１つの合
成画像を得るようにしている。

【００４６】この場合、重み付け係数ｆ、ｇの和を１に
保持して、加算により得られた合成画像の信号レベルが
Ｄレンジ拡大回路を通した際に大きくなってしまい、モ
ニタ１９に表示する際のモニタ１９上の画像が飽和して
しまうレベルより大きくなってしまうのを防止してい
る。つまり、和が１より大きいと、Ｄレンジ拡大回路の
後段側に圧縮回路が必要になるが、本実施の形態ではそ
の圧縮回路を設けることを不用にしている。

【００４７】また、図５に示した合成画像に対応する出
力ＭａはＡフィールドの画像における明るさｙａでの撮
像信号ｘ１ａと、Ｂフィールドの画像における対応する
撮像信号ｘ２ａとをそれぞれ重み付け係数ｆ，ｇで重み
付けして加算により得られるが、この場合の出力Ｍａの
レベルは２つの信号ｘ１ａ，ｘ２ａ間を重み付け係数
ｆ，ｇの逆数１／ｆ，１／ｇに比例した分割比で分割し
た値としている。

【００４８】また、図５から分かるように出力Ｍは明る
さを変数とした関数とすると、その導関数は正であり、
かつ単調減少である。つまり、明るさが低い領域ではそ
の勾配を大きくし、明るさが大きくなるに従い連続的に
その勾配を小さくしてダイナミックレンジを広くしてい
る。

【００４９】このようにして得られる、合成画像は撮像
信号ｘに対して係数ｐを適切に設定することにより、第
２のシャッタ時間で撮像した信号が飽和するまでの広い
明るさの範囲で、連続した滑らかに単調増加する関数に
でき、違和感のない自然な画像を得ることができる。つ
まり、本実施の形態では合成画像Ｍは２つの画像（一方
の画像の飽和値を含む）を全ての部分で重み付けして加
算して得るようにしているので、最初から１回の撮像動
作で合成画像を得たような広いダイナモックレンジを有
し、かつ被写体の明るさの増加に対して画像の明るさも
スムーズに変化する特性をもった自然で良好な特性の画
像を得ることができる。また、被写体に動きがある場合
にも、低輝度側と高輝度側での輪郭のずれを少なくでき
る。

【００５０】また、本実施の形態では２つの画像を重み
付けして加算する場合の重み付け係数ｆ，ｇの和を１に
設定しているので、加算により得られる画像はＢフィー
ルドでその画像が飽和するまでの明るさに対応した広い
ダイナミックレンジを有し、かつＤレンジ拡大回路１５
Ｒ等を通す前後で信号レベルが拡大されてしまうことが
ない。

【００５１】これに対し、特開平６−１４１２２９号公
報の先行例では２つの画像を一方の画像が飽和する境界
付近での重み付けを変化させて加算しているので、境界
付近から外れた領域では画像合成により信号レベルが数
倍に大きくなってしまい、後段側で圧縮する圧縮回路が
必要になってしまう。

【００５２】また、この合成画像に対して圧縮回路によ
り、明るさの増加に対して出力レベルが連続的に変化す
る特性に設定しているが、この場合の圧縮回路の負担が
大きくなる。

【００５３】なお、本実施の形態では補正係数ｐをｐ≒
（π・ｙｓ２／２）としたが、これに限らず、補正係数
ｐはＣＣＤの特性等に応じて少なくとも上記出力Ｍが明
るさの増加に対して単調増加関数となるように選択する
ことが可能である。また、出力Ｍは上記関数、すなわ
ち、 ｘｃｏｓ²（ｐｘ）＋ｕｓｉｎ²（ｐｘ） に限らず、少なくとも、低輝度領域では低速シャッタ時
間で撮像した信号を主とし、高輝度領域では高速シャッ
タ時間で撮像した信号を主とする関数であればよい。

【００５４】なお、図５では簡単化のため、信号ｘ１、
ｘ２は明るさｙに対して線形に変化する場合で説明した
が、非線形でない場合にも同様に適用できる。

【００５５】なお、本実施の形態では、色分離回路９に
よりＲＧＢに色分離してそれぞれのＲ信号、Ｇ信号、Ｂ
信号に対してＲ用Ｄレンジ拡大回路１５Ｒ、Ｇ用Ｄレン
ジ拡大回路１５Ｇ及びＢ用Ｄレンジ拡大回路１５Ｂによ
りダイナミックレンジを拡大するとしたが、これに限ら
ず、色分離回路で輝度信号と色差信号に分離し、輝度信
号と色差信号の両方あるいは輝度信号のみに対してダイ
ナミックレンジを拡大するように構成してもよい。

【００５６】また、本実施の形態では、色分離した後に
ダイナミックレンジを拡大する構成となっているが、こ
れに限らず、図６に示すように、Ｒ用Ｄレンジ拡大回路
１５Ｒ、Ｇ用Ｄレンジ拡大回路１５Ｇ及びＢ用Ｄレンジ
拡大回路１５Ｂの代わりに、Ａ／Ｄ変換器８によるＡ／
Ｄ変換した直後にＤレンジ拡大回路４０を設け、Ａ／Ｄ
変換した直後のデジタル信号に対してダイナミックレン
ジを拡大するように構成してもよく、この場合のその他
の構成は本実施の形態と同じである。

【００５７】第１の実施の形態では重み付け係数ｆ、ｇ
はＢフィールドの画像により決定されていたが、Ａフィ
ールドの画像及びＢフィールドの画像により決定するこ
ともできる。この場合のＲ用Ｄレンジ拡大回路１５Ｒの
構成を図７に示す。

【００５８】図２では第２セレクタ２３の出力が第１及
び第２ＬＵＴ２５、２６に入力されるようになっている
が、図７では第１セレクタ２２の出力が第１ＬＵＴ２５
に入力され、第２セレクタ２３の出力が第２ＬＵＴ２６
に入力されるようになっている点である。その他は図２
と同様である。

【００５９】図７ではＡフィールドの画像により第１Ｌ
ＵＴ２５の重み付け係数ｆが読み出され、Ｂフィールド
の画像により第２ＬＵＴ２６の重み付け係数ｇが読み出
される。この変形例の場合にも重み付け係数ｆ、ｇをｆ
＝ｃｏｓ²（ｐｘ），ｇ＝ｓｉｎ²（ｐｘ）とすると、ｐ
ｘは第２の撮像信号ｘ２が０から飽和する場合の明るさ
ｙｓ２の範囲で定義される。

【００６０】この変形例の場合には、ＡフィールドとＢ
フィールドとで撮像される条件が変化すると（例えばＡ
フィールドとＢフィールドとで被写体の明るさが変化し
た場合には、Ａフィールドの画像における第１の撮像信
号ｘ１のレベルで読み出される重み付け係数ｆとＢフィ
ールドの画像における対応する第２の撮像信号ｘ２のレ
ベルで読み出される重み付け係数ｇとの和が１からずれ
る場合もでてくる。つまり、この場合には、重み付け係
数ｆ，ｇはｆ＋ｇ≒１となる。これに対し、第１の実施
の形態等では一方の画像により２つの重み付け係数ｆ，
ｇを決定していたので、ｆ＋ｇ＝１を満たすように設定
できる。

【００６１】（第２の実施の形態）第２の実施の形態
は、第１の実施の形態とほとんど同じであるので、異な
る点のみ説明し、同一の構成には同じ符号をつけ説明は
省略する。本実施の形態のＲ用Ｄレンジ拡大回路１５Ｒ
は、図８（ａ）に示すように、ｋｎｅｅ＆γ回路１２に
よりｋｎｅｅ処理及びγ補正されたＲ信号の１フィール
ド分のデジタル信号を記憶するフィールドメモリ２１
と、フィールドメモリ２１に記憶された１フィールド前
のＲ信号と現在のフィールドのＲ信号とをタイミングジ
ェネレータ４からのフィールド判別信号により切り換え
て出力するセレクタ５１と、フィールド判別信号を上位
アドレスビットとして入力し画素レートでの出力レベル
に対して後述する所定の関数値を出力する第１ＬＵＴ５
２と、フィールド判別信号をインバータ回路５３を介し
て上位アドレスビットとして入力し画素レートでの出力
レベルに対して後述する所定の関数値を出力する第２Ｌ
ＵＴ５４とを備え、第１乗算器２７はフィールドメモリ
２１が出力するＲ信号に対して画素レートでの出力と第
１ＬＵＴ５２の出力を乗算し、第２乗算器２８はｋｎｅ
ｅ＆γ回路１２からのＲ信号に対して画素レートでの出
力と第２ＬＵＴ５２の出力を乗算する。そして、加算器
２９が第１乗算器２７の出力及び第２乗算器２８の出力
を前記エンハンス回路１６に出力する。

【００６２】セレクタ５１は、フィールドメモリ２１が
第１のシャッタ時間（１／６０ｓｅｃ）で撮像されたＡ
フィールドの画像を出力しているときはｋｎｅｅ＆γ回
路１２からのＢフィールドの画像を選択し、第１ＬＵＴ
５２にはフィールド判別信号が上位アドレスビット
「０」として入力され、第２ＬＵＴ５４にはフィールド
判別信号がインバータ回路４３により上位アドレスビッ
ト「１」として入力される。

【００６３】また、セレクタ５１は、フィールドメモリ
２１が第２のシャッタ時間（１／２４０ｓｅｃ）で撮像
されたＢフィールドの画像を出力しているときは、この
Ｂフィールドの画像を選択し、第１ＬＵＴ４２にはフィ
ールド判別信号が上位アドレスビット「１」として入力
され、第２ＬＵＴ５４にはフィールド判別信号がインバ
ータ回路５３により上位アドレスビット「０」として入
力される。

【００６４】なお、Ｇ用Ｄレンジ拡大回路１５Ｇ及びＢ
用Ｄレンジ拡大回路１５Ｂは、本実施の形態のＲ用Ｄレ
ンジ拡大回路１５Ｒと同じ回路構成であるので、説明は
省略する。

【００６５】上述した第１ＬＵＴ５２及び第２ＬＵＴ５
４は、図８（ｂ）に示すように共通のメモリマップ上に
設けてあり、上位アドレスビットが「０」として入力さ
れると、画素レートでの出力レベルをｘとしたときｃｏ
ｓ²（ｐｘ）を出力し、上位アドレスビットが「１」と
して入力されと、画素レートでの出力レベルをｘとした
ときｓｉｎ²（ｐｘ）を出力するようになっている。そ
の他の構成は第１の実施の形態と同じである。

【００６６】次に、本実施形態の作用を図９（ａ）〜９
（ｉ）のタイミングチャートを参照し、説明する。タイ
ミングジェネレータ４から映像信号ＶＤ（図９（ａ））
に同期したフィールド判別信号（図９（ｂ））がＲ用Ｄ
レンジ拡大回路１５Ｒのセレクタ５１、第１ＬＵＴ５２
及びインバータ回路２４を介して第２ＬＵＴ５４に出力
される。

【００６７】また、ｋｎｅｅ＆γ回路１２のＲ出力は、
Ｒ用Ｄレンジ拡大回路１５Ｒのフィードメモリ２１（図
９（ｃ））とセレクタ５１及び第２乗算器２８に入力さ
れ、フィードメモリ２１の出力（図９（ｄ））がセレク
タ５１及び第１乗算器２７に入力される。

【００６８】そして、フィードメモリ２１にＡフィール
ドの画像のデジタル信号が格納されている時、フィール
ド判別信号によりセレクタ４１からｋｎｅｅ＆γ回路１
２の出力であるＢフィールドの画像のデジタル信号が第
１ＬＵＴ５２及び第２ＬＵＴ５４に出力され、このとき
は、第１ＬＵＴ５２では上位アドレスビットが「０」と
して入力され画素レートでの出力レベルをｘとしたとき
ｃｏｓ²（ｐｘ）を出力し（図９（ｅ））、第２ＬＵＴ
５４では上位アドレスビットが「１」として入力され画
素レートでの出力レベルをｘとしたときｓｉｎ²（ｐ
ｘ）を出力する（図９（ｆ））。

【００６９】そして、第１乗算器２７において画素レー
トでＡフィールドの画像のデジタル信号とｃｏｓ²（ｐ
ｘ）が乗算され（図９（ｇ））、また、第２乗算器２８
において画素レートでＢフィールドの画像のデジタル信
号とｓｉｎ²（ｐｘ）が乗算される（図９（ｈ））。

【００７０】また、フィードメモリ２１にＢフィールド
の画像のデジタル信号が格納されている場合、フィール
ド判別信号によりフィードメモリ２１からセレクタ４１
を経てＢフィールドの画像のデジタル信号が第１ＬＵＴ
５２及び第２ＬＵＴ５４に出力され、このときは、第１
ＬＵＴ５２では上位アドレスビットが「１」として入力
され画素レートでの出力レベルをｘとしたときｓｉｎ²
（ｐｘ）を出力し（図９（ｅ））、第２ＬＵＴ５４では
上位アドレスビットが「０」として入力され画素レート
での出力レベルをｘとしたときｃｏｓ²（ｐｘ）を出力
する（図９（ｆ））。

【００７１】そして、このときは、第１乗算器２７にお
いて画素レートでＢフィールドの画像のデジタル信号と
ｓｉｎ²（ｐｘ）が乗算され（図９（ｇ））、また、第
２乗算器２８において画素レートでＡフィールドの画像
のデジタル信号とｃｏｓ²（ｐｘ）が乗算される（図９
（ｈ））。

【００７２】そして、加算器２９にて第１乗算器２７の
出力と第２乗算器２８の出力が加算される（図９
（ｉ））。その他の構成は第１の実施の形態と同じであ
る。

【００７３】このように本実施の形態においても、第１
の実施の形態と同様な効果を得ることが可能となる。

【００７４】以上説明したように第１，第２の実施の形
態及びその変形例の撮像装置によれば、画像信号合成手
段が撮像手段に入射される光量レベルに応じて、第１の
撮像信号と第２の撮像信号の割合を変更して、第１の撮
像信号に基づく第１の画像信号と第２の撮像信号に基づ
く第２の画像信号とを合成するので、撮像信号のダイナ
ミックレンジの拡大において、低輝度側でのＳ／Ｎの劣
化を防止すると共に、違和感のない滑らかに入出力特性
が変化する自然な画像を得ることできるという効果があ
る。

【００７５】なお、上述した実施の形態では長い露光時
間で撮像した第１の画像に対応する第１の撮像信号と短
い露光時間で撮像した第２の画像に対応する第２の撮像
信号とを第２の撮像信号が飽和するまでの広い明るさ範
囲で２つの重み付け係数ｆ，ｇで第１の撮像信号と第２
の撮像信号とを重み付けして加算して合成画像に対応す
る合成撮像信号を得るようにしている。

【００７６】これに対し、第１の撮像信号が飽和する明
るさ以上の場合には第２の撮像信号の重み付け係数Ｇに
より例えば図５と同様の特性の出力Ｍを生成するように
しても良い。

【００７７】この場合の構成は例えば第１の実施の形態
と同様の構成であり、図２に示す第１ＬＵＴ２５と第２
ＬＵＴ２６の格納データが異なる。例えば明るさｙが０
からｙｓ１までは第１の実施の形態と同様であり、この
明るさ範囲での合成画像に対応する出力Ｍ１は Ｍ１＝ｘ１ｃｏｓ²（ｐｘ）＋ｘ２ｓｉｎ²（ｐｘ） （０≦ｙ＜ｙｓ１） である。

【００７８】また、明るさｙがｙｓ１以上では出力Ｍ２
を Ｍ２＝ｘ２・Ｇ（ｘ２（ｙ）） とする。この場合、出力Ｍ２の境界条件を以下のように
設定する。

【００７９】Ｍ２（ｙｓ１）＝Ｍ１（ｙｓ１）， ｄＭ１／ｄｙ ＝ ｄＭ２／ｄｙ（ここで、ｙ＝ｙｓ
１） とする（明るさｙｓ１での明るさｙに対するＭ１、Ｍ２
の導関数を等しくする）。

【００８０】このようにして出力Ｍ１、Ｍ２を明るさｙ
ｓ１で滑らかに接続する。また、 Ｍ２（ｙｓ２）＝ｘ２（ｙｓ２）（＝Ｍ（ｙｓ２）） とし、出力Ｍ２に対しては明るさｙｓ１とｙｓ２間を例
えば図１０のようになめらかに接続する特性にする。

【００８１】この場合には第１ＬＵＴ２５の係数は、０
からｙｓ１までの明るさの範囲では撮像信号ｘ２に対し
てｃｏｓ² （ｐｘ２）の重み付け係数を出力し、ｙｓ１
以上の明るさでは係数０を出力する。

【００８２】また、第２ＬＵＴ２６は明るさが０からｙ
ｓ１までの撮像信号ｘ２に対してはｓｉｎ² （ｐｘ２）
の重み付け係数を出力し、ｙｓ１以上の明るさでは重み
付け係数を上述の条件を満たす値に設定する。

【００８３】この場合に得られる合成画像に対応する出
力Ｍ′の明るさｙに対する特性を図１０に示す。この特
性は基本的には図５と同様となる。但し、上述の構成か
らも分かるように第１の撮像信号が飽和する明るさ以上
の場合には第２の撮像信号の重み付け係数Ｇで合成画像
が決定される。

【００８４】図１０に示す例では重み付け係数Ｇは明る
さｙに関して単調減少であり、明るさｙｓ１ではＧ（ｙ
ｓ１）＞１で、明るさｙｓ２で１、つまりＧ（ｙｓ２）
＝１となる。この変形例の場合も第１の実施の形態とほ
ぼ同様の効果を有する。

【００８５】なお、上述の説明において、例えば図１で
はＫｎｅｅ＆γ補正回路１２の後にＤレンジ拡大回路１
５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂを配置しているので、Ｄレンジ拡
大回路１５Ｒ，１５ｇ，１５ＢによりＫｎｅｅ＆γ補正
回路１２の機能を兼ねるようにすることもできる。

【００８６】また、ＣＣＤ２の出力に対してそのＣＣＤ
の出力が飽和する値をモニタ１９で表示した画像の飽和
値にまで増幅する増幅器の機能を例えば図６のＤレンジ
拡大回路４０に持たせることができる。つまり、この場
合には、重み付け係数ｆ、ｇの和の値を１より大きい所
定の値に設定しても良い。この場合、Ｄレンジ拡大回路
４０の飽和値がモニタ１９で表示した画像の飽和値にな
るような所定の値に設定する。

【００８７】［付記］ １．被写体を第１の露光時間で撮像した第１の撮像信号
と、前記被写体を前記第１の露光時間より短い第２の露
光時間で、前記第１の撮像信号が飽和する光量レベルよ
り高い値で飽和する第２の撮像信号とを連続的に出力す
る撮像手段と、前記第１及び第２の撮像信号に対してそ
れぞれ飽和するまでの光量レベルの増加に関して単調減
少の第１の重み付けと単調増加の第２の重み付けを、前
記第１及び第２の重み付けの和が１となる条件の下で、
行う第１及び第２の重み付け処理回路と、前記第１及び
第２の重み付け処理回路により前記第１及び第２の撮像
信号に対してそれぞれ前記第１及び第２の重み付けがさ
れた第１及び第２の画像信号とを加算する加算回路とか
らなる画像信号生成手段と、前記加算回路から出力され
る画像信号に対し、表示手段に表示可能な映像信号を生
成する信号処理手段と、を備えた撮像装置。 ２．クレーム１の撮像装置であって、前記第１及び第２
の露光時間の少なくとも一方の露光時間を可変設定する
露光時間設定手段を有する。

【００８８】３．被写体を第１の露光時間で撮像した第
１の撮像信号と、前記被写体を前記第１の撮像信号が飽
和する場合の光量レベルより高い値で飽和する第２の撮
像信号とを連続的に出力する撮像手段と、前記第１及び
第２の撮像信号に対してそれぞれ飽和するまでの光量レ
ベルの増加に関して単調減少の第１の重み付けと単調増
加の第２の重み付けを、前記第１及び第２の重み付けの
和が１となる条件の下で、行う第１及び第２の重み付け
処理回路と、前記第１及び第２の重み付け処理回路によ
り前記第１及び第２の撮像信号に対してそれぞれ前記第
１及び第２の重み付けがされた第１及び第２の画像信号
とを加算する加算回路とからなる画像信号生成手段と、
前記加算回路から出力される画像信号に対し、表示手段
に表示可能な映像信号を生成する信号処理手段と、を備
えた撮像装置。 ４．クレーム３の撮像装置であって、前記撮像手段は前
記第１の露光時間より短い第２の露光時間で撮像するこ
とにより、前記第１の撮像信号が飽和する場合の光量レ
ベルより高い値で飽和する前記第２の撮像信号を出力す
る。

【００８９】５．クレーム３の撮像装置であって、前記
撮像手段は第２の撮像信号を生成する第２の露光時間に
おいては、前記被写体から前記撮像窓を通って前記撮像
手段に入射される光量を光量制限手段により制限するこ
とにより前記第１の撮像信号が飽和する場合の光量レベ
ルより高い値で飽和する前記第２の撮像信号を出力す
る。 ６．クレーム３の撮像装置であって、前記画像信号合成
手段は、前記第１の撮像信号が飽和する場合の光量レベ
ルより十分低い光量レベル領域では前記第１の重み付け
が前記第２の重み付けより大きく、前記第１の撮像信号
が飽和する光量レベルより大きい光量レベル領域では前
記第２の重み付けが前記第１の重み付けより大きくなる
ように合成する。 ７．クレーム３の撮像装置であって、前記光量レベルを
ｘとして前記第１の重み付けの関数Ｆ１（ｘ）は係数を
ｐとしてＣＯＳ² （ｐｘ）であり、前記第２の重み付け
の関数Ｆ２（ｘ）はＳＩＮ² （ｐｘ）である。

【００９０】８．クレーム７の撮像装置であって、前記
係数ｐは前記第２の撮像信号が飽和する場合の前記撮像
窓に入射される光量レベルの値をｓとした場合にｐ≒π
／（２ｓ）を満たす。 ９．クレーム３の撮像装置であって、前記画像信号合成
手段は前記第１の撮像信号に対する前記第１の重み付け
と前記第２の撮像信号に対する前記第２の重み付けとの
各データを格納した重み付けデータ格納手段を有する。 １０．クレーム４の撮像装置であって、前記撮像手段は
前記被写体を前記第１の露光時間中に撮像して前記第１
の撮像信号及び前記第２の撮像信号を生成する。 １１．クレーム３の撮像装置であって、前記画像信号合
成手段は光量レベルに対する前記合成画像信号の微分係
数が前記第２の撮像信号が飽和するまでの光量レベルの
増加に対して連続的となる特性の前記合成画像を生成す
る。

【００９１】１２．クレーム１１の撮像装置であって、
前記微分係数は光量レベルに対して単調減少する。 １３．被写体を第１の露光時間で撮像した第１の撮像信
号と、前記被写体を前記第１の露光時間より短い第２の
露光時間で、前記第１の撮像信号が飽和する光量レベル
より高い値で飽和する第２の撮像信号とを連続的に出力
する撮像手段と、前記第１及び第２の撮像信号に対して
それぞれ飽和するまでの光量レベルの増加に関して単調
減少の第１の重み付けと単調増加の第２の重み付けを、
前記第１及び第２の重み付けの和が概ね１となる条件の
下で、行う第１及び第２の重み付け処理回路と、前記第
１及び第２の重み付け処理回路により前記第１及び第２
の撮像信号に対してそれぞれ前記第１及び第２の重み付
けがされた第１及び第２の画像信号とを加算する加算回
路とからなる画像信号生成手段と、 前記加算回路から
出力される画像信号に対し、表示手段に表示可能な映像
信号を生成する信号処理手段と、を備えた撮像装置。

【００９２】１４．被写体を第１の露光時間で撮像した
第１の撮像信号と、前記被写体を前記第１の撮像信号が
飽和する場合の光量レベルより高い値で飽和する第２の
撮像信号とを連続的に出力する撮像手段と、前記第１及
び第２の撮像信号に対してそれぞれ飽和するまでの光量
レベルの増加に関して単調減少の第１の重み付けと単調
増加の第２の重み付けを、前記第１及び第２の重み付け
の和が概ね１となる条件の下で、行う第１及び第２の重
み付け処理回路と、前記第１及び第２の重み付け処理回
路により前記第１及び第２の撮像信号に対してそれぞれ
前記第１及び第２の重み付けがされた第１及び第２の画
像信号とを加算する加算回路とからなる画像信号生成手
段と、 前記加算回路から出力される画像信号に対し、
表示手段に表示可能な映像信号を生成する信号処理手段
と、を備えた撮像装置。

【００９３】１５．被写体を第１の露光時間で撮像した
第１の撮像信号と、前記被写体を前記第１の撮像信号が
飽和する場合の光量レベルより高い値で飽和する第２の
撮像信号とを連続的に出力する撮像手段と、前記第１及
び第２の撮像信号に対してそれぞれ飽和するまでの光量
レベルの増加に関して単調減少の第１の重み付けと単調
増加の第２の重み付けを、前記第１及び第２の重み付け
の和が一定となる条件の下で、少なくとも第１の撮像信
号が飽和するまでの光量レベルの範囲に対して前記第１
及び第２の撮像信号に対してそれぞれ行う第１及び第２
の重み付け処理回路と、前記第１及び第２の重み付け処
理回路により前記第１及び第２の撮像信号に対してそれ
ぞれ前記第１及び第２の重み付けがされた第１及び第２
の画像信号とを加算する加算回路とからなる画像信号生
成手段と、前記加算回路から出力される画像信号に対
し、表示手段に表示可能な映像信号を生成する信号処理
手段と、を備えた撮像装置。

【００９４】１６．クレーム１５の撮像装置であって、
前記第１の撮像信号が飽和する値より大きい光量レベル
においては前記第１の重み付け処理回路は０の重み付け
係数を出力する。 １７．クレーム１５の撮像装置であって、前記第１の撮
像信号が飽和する値より大きい光量レベルにおいては前
記第２の重み付け処理回路による前記第２の撮像信号に
対する重み付け係数により実質的に前記画像信号が決定
される。

【００９５】（１８） 第１の明るさの被写体を撮像す
ると飽和する第１の露光時間制御で撮像された第１の撮
像信号と、第１の明るさより明るい第１の明るさの被写
体を撮像すると飽和する前記第１の露光時間より短い第
２の露光時間制御で撮像された第２の撮像信号とを連続
的に出力する撮像手段と、前記撮像手段に入射される光
量レベルに応じて、前記第１の撮像信号と前記第２の撮
像信号の割合を変更して、前記第１の撮像信号と前記第
２の撮像信号とを合成する画像信号合成手段と、前記画
像信号合成手段により合成された画像信号に基づき、表
示手段に表示可能な映像信号を生成する信号処理手段と
を備えたことを特徴とする撮像装置。

【００９６】（１９） 第１の明るさの被写体を撮像す
ると飽和する第１の露光時間制御で撮像された第１の撮
像信号と、第１の明るさより明るい第１の明るさの被写
体を撮像すると飽和する前記第１の露光時間より短い第
２の露光時間制御で撮像された第２の撮像信号とを連続
的に出力する撮像手段と、前記撮像手段に入射される光
量レベルに応じて、前記光量レベルが低いときは前記第
２の撮像信号に対して前記第１の撮像信号の比率を高く
し、前記光量レベルが高いときは前記第１の撮像信号に
対して前記第２の撮像信号の比率を高くして、前記第１
の撮像信号と前記第２の撮像信号とを合成する画像信号
合成手段と、前記画像信号合成手段により合成された画
像信号に基づき、表示手段に表示可能な映像信号を生成
する信号処理手段とを備えたことを特徴とする撮像装
置。

【００９７】（２０） 第１の明るさの被写体を撮像す
ると飽和する第１の露光時間制御で撮像された第１の撮
像信号と、第１の明るさより明るい第１の明るさの被写
体を撮像すると飽和する前記第１の露光時間より短い第
２の露光時間制御で撮像された第２の撮像信号とを連続
的に出力する撮像手段と、前記撮像手段に入射される光
量レベルに応じて、前記光量レベルが高くなるに従い前
記第１の撮像信号の信号レベルを制限する第１の信号レ
ベル変更手段と、前記撮像手段に入射される光量レベル
に応じて、前記光量レベルが低くなるに従い前記第２の
撮像信号の信号レベルを制限する第２の信号レベル変更
手段と、前記第１の信号レベル変更手段から出力される
前記第１の撮像信号と前記第２の信号レベル変更手段か
ら出力される前記第２の撮像信号とを合成する画像信号
合成手段と、前記画像信号合成手段により合成された画
像信号に基づき、表示手段に表示可能な映像信号を生成
する信号処理手段とを備えたことを特徴とする撮像装
置。

【００９８】（２１） 前記画像信号合成手段は、前記
第１の撮像信号と前記第２の撮像信号とを合成し単調増
加の画像信号を生成することを特徴とする付記１８ない
し２０に記載の撮像装置。 （２２） ２つの異なる露光時間で撮像した画像信号
ｘ、ｕ（ａ≦ｘ≦ｂ：ｘが飽和しない範囲、ｘ≧ｕ）に
ついて、 ｆ（ｔ）＋ｇ（ｔ）＝１、ｔ＝ｈ（ｘ） かつ ｄ｛ｆ（ｔ）＋ｇ（ｔ）｝／ｄｔ ≧０ を満たす関数ｆ、ｇ、ｈを用いて、Ｍ＝ｘｆ（ｔ）＋ｕ
ｇ（ｔ）とした区間（ａ≦ｘ≦ｂ）で微分可能な合成関
数Ｍにより画素レートで画像を合成することを特徴とす
る撮像信号のダイナミックレンジの拡大方法。 （２３） 前記ｆ（ｔ）、ｇ（ｔ）及びｈ（ｔ）が ｆ（ｔ）＝ｃｏｓ²（ｔ）、ｇ（ｔ）＝ｓｉｎ²（ｔ）、
ｔ＝ｐｘ であることを特徴とする付記２２に記載の撮像信号のダ
イナミックレンジの拡大方法。

【００９９】（２４） 第１の明るさの被写体を撮像す
ると飽和する第１の露光時間制御で撮像された第１の撮
像信号と、第１の明るさより明るい第１の明るさの被写
体を撮像すると飽和する前記第１の露光時間より短い第
２の露光時間制御で撮像された第２の撮像信号とを連続
的に出力する撮像手段を有する撮像装置における撮像信
号のダイナミックレンジの拡大方法において、前記撮像
手段に入射される光量レベルに応じて、前記第１の撮像
信号と前記第２の撮像信号の割合を変更して、前記第１
の撮像信号と前記第２の撮像信号とを合成する第１の行
程と、前記画像信号合成手段により合成された画像信号
に基づき、表示手段に表示可能な映像信号を生成する第
２の行程とを備えたことを特徴とする撮像信号のダイナ
ミックレンジの拡大方法。

【０１００】（２５） 第１の明るさの被写体を撮像す
ると飽和する第１の露光時間制御で撮像された第１の撮
像信号と、第１の明るさより明るい第１の明るさの被写
体を撮像すると飽和する前記第１の露光時間より短い第
２の露光時間制御で撮像された第２の撮像信号とを連続
的に出力する撮像手段を有する撮像装置における撮像信
号のダイナミックレンジの拡大方法において、前記撮像
手段に入射される光量レベルに応じて、前記光量レベル
が低いときは前記第２の撮像信号に対して前記第１の撮
像信号の比率を高くし、前記光量レベルが高いときは前
記第１の撮像信号に対して前記第２の撮像信号の比率を
高くして、前記第１の撮像信号と前記第２の撮像信号と
を合成する第１の行程と、前記画像信号合成手段により
合成された画像信号に基づき、表示手段に表示可能な映
像信号を生成する第２の行程とを備えたことを特徴とす
る撮像信号のダイナミックレンジの拡大方法。

【０１０１】（２６） 第１の明るさの被写体を撮像す
ると飽和する第１の露光時間制御で撮像された第１の撮
像信号と、第１の明るさより明るい第１の明るさの被写
体を撮像すると飽和する前記第１の露光時間より短い第
２の露光時間制御で撮像された第２の撮像信号とを連続
的に出力する撮像手段を有する撮像装置における撮像信
号のダイナミックレンジの拡大方法において、前記撮像
手段に入射される光量レベルに応じて、前記光量レベル
が高くなるに従い前記第１の撮像信号の信号レベルを制
限する第１の行程と、前記撮像手段に入射される光量レ
ベルに応じて、前記光量レベルが低くなるに従い前記第
２の撮像信号の信号レベルを制限する第２の行程と、前
記第１の行程からの前記第１の撮像信号と前記第２の行
程からの前記第２の撮像信号とを合成する第３の行程
と、前記画像信号合成手段により合成された画像信号に
基づき、表示手段に表示可能な映像信号を生成する第４
の行程とを備えたことを特徴とする撮像信号のダイナミ
ックレンジの拡大方法。

【０１０２】（２７） 第１の露光時間で被写体を撮像
すると飽和する第１の露光時間制御で撮像された第１の
撮像信号と、第１の露光時間より短い露光時間で被写体
を撮像すると飽和する第２の露光時間制御で撮像された
第２の撮像信号とを連続的に出力する撮像手段と、第１
の撮像信号の各画素毎の出力レベルに応じて、前記第１
の撮像信号と前記第２の撮像信号の割合を変更して、前
記第１の撮像信号と前記第２の撮像信号とを合成する画
像信号合成手段と、前記画像信号合成手段により合成さ
れた画像信号に基づき、表示手段に表示可能な映像信号
を生成する信号処理手段とを備えたことを特徴とする撮
像装置。

【０１０３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、被
写体を第１の露光時間で撮像した第１の撮像信号と、前
記被写体を前記第１の露光時間より短い第２の露光時間
で、前記第１の撮像信号が飽和する光量レベルより高い
値で飽和する第２の撮像信号とを連続的に出力する撮像
手段と、 前記第１及び第２の撮像信号に対してそれぞ
れ飽和するまでの光量レベルの増加に関して単調減少の
第１の重み付けと単調増加の第２の重み付けを、前記第
１及び第２の重み付けの和が１となる条件の下で、行う
第１及び第２の重み付け処理回路と、前記第１及び第２
の重み付け処理回路により前記第１及び第２の撮像信号
に対してそれぞれ前記第１及び第２の重み付けがされた
第１及び第２の画像信号とを加算する加算回路とからな
る画像信号生成手段と、前記加算回路から出力される画
像信号に対し、表示手段に表示可能な映像信号を生成す
る信号処理手段と、を設けることにより、第１の撮像信
号と第２の撮像信号の割合を変更して、画像信号を合成
することで、画像信号のダイナミックレンジの拡大を行
い、かつ低輝度側でのＳ／Ｎの劣化を防止すると共に、
違和感のない滑らかな自然な画像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の撮像装置の構成を
示す構成図。

【図２】図１のＲ用Ｄレンジ拡大回路の構成を示す構成
図。

【図３】図３（ａ）は図２の第１ＬＵＴ及び第２ＬＵＴ
のメモリマップを示し、図３（ｂ）は入力信号により第
１ＬＵＴ及び第２ＬＵＴから重み付けされた係数が出力
される様子を示す説明図。

【図４】図２のＲ用Ｄレンジ拡大回路の各信号のタイミ
ングを示すタイミングチャート図。

【図５】図２のＲ用Ｄレンジ拡大回路の作用を説明する
説明図。

【図６】図１の撮像装置の変形例の構成を示す構成図。

【図７】変形例におけるＲ用Ｄレンジ拡大回路の構成
図。

【図８】本発明の第２の実施の形態におけるＲ用Ｄレン
ジ拡大回路の構成を示す構成図と、第１ＬＵＴ及び第２
ＬＵＴのメモリマップを示す図。

【図９】図８（ａ）のＲ用Ｄレンジ拡大回路の各信号の
タイミングを示すタイミングチャート図。

【図１０】変形例における得られる合成画像に対応する
出力の明るさに関する特性を示す図。

【符号の説明】

１…撮像装置 ２…ＣＣＤ ３…ＳＳＧ ４…タイミングジェネレータ ５…ＣＣＤドライバ ６…プリアンプ ７…ＣＤＳ回路 ８…Ａ／Ｄ変換器 ９…色分離回路 １０…ホワイトバランス回路 １１…ＡＧＣ回路 １２…ｋｎｅｅ＆γ回路 １５Ｒ…Ｒ用Ｄレンジ拡大回路 １５Ｇ…Ｇ用Ｄレンジ拡大回路 １５Ｂ…Ｂ用Ｄレンジ拡大回路 １６…エンハンス回路 １７…７５Ωドライバ １８…Ｄ／Ａ変換器 １９…モニタ ２１…フィールドメモリ ２２…第１セレクタ ２３…第２セレクタ ２４…インバータ回路 ２５…第１ＬＵＴ ２６…第２ＬＵＴ ２７…第１乗算器 ２８…第２乗算器 ２９…加算器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被写体を第１の露光時間で撮像した第１
   の撮像信号と、 前記被写体を前記第１の露光時間より短い第２の露光時
   間で、前記第１の撮像信号が飽和する光量レベルより高
   い値で飽和する第２の撮像信号とを連続的に出力する撮
   像手段と、 前記第１及び第２の撮像信号に対してそれぞれ飽和する
   までの光量レベルの増加に関して単調減少の第１の重み
   付けと単調増加の第２の重み付けを、前記第１及び第２
   の重み付けの和が１となる条件の下で、行う第１及び第
   ２の重み付け処理回路と、前記第１及び第２の重み付け
   処理回路により前記第１及び第２の撮像信号に対してそ
   れぞれ前記第１及び第２の重み付けがされた第１及び第
   ２の画像信号とを加算する加算回路とからなる画像信号
   生成手段と、 前記加算回路から出力される画像信号に対し、表示手段
   に表示可能な映像信号を生成する信号処理手段と、 を備えた撮像装置。