JPS60177779A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は、撮像素子、即ち感光素子配列に対して回転
したフレームの画像データをビデオ信号として直接かつ
高速に得ることができる固体撮像装置に関するものであ
る。

〔従来技術〕

従来この種の装置として第１図に示すものがあった。図
において、１ａは水平シフトレジスタ、１ｂは垂直シフ
トレジスタ、９は感光素子配列、■はこれらを含む固体
撮像装置であり、２はＡ／Ｄ変換器、３は画像メモリ、
４はＣＰＵ、５は結果格納のための画像メモリである。

（０，Ｏ）　（ｉ。

ｊ）は各々の位置における各感光素子、Ａは感光素子配
列９の中心、Ｂは感光素子配列９をその中心Ａの回りに
角度θだけ反時計方向に回転させた時に得られる画像で
ある。なおシフトレジスタ１ａ、ｌｂと感光素子配列９
とは全体として、通常、撮像素子と呼ばれる。

次に動作について説明する。第１図の固体撮像装置１（
よ走査に主眼をおいて該装置１を模式的に示したもので
ある。９は感光素子（光電変換素子）の２、次元配列で
あり、この２次元配列上の各感光素子（ｉ、　ｊ）が１
画面（１フレーム）上の１画素に相当する。各画素は、
水平シフトレジスタ１ａの各ビットの内“１”が立って
いるビ・ノド（１つのみ）につながっている導線と、垂
直シフトレジスタ１ｂによるそれとの交点によって指定
される。

指定された画素の値が出力線ＯＵＴより出力される。

まず、垂直シフトレジスタ１ｂの最上位ビットと水平シ
フトレジスタ１ａの最左端ビットにそれぞれ“１”を立
て、他は“０”にすることにより、１フレームの走査が
始まる。このとき図の感光素子（０，０）の出力が出力
線ＯＵＴに出る。クロ・７りψＸに従って順次水平シフ
トレジスタ１ａを右シフトしていくことにより、順次感
光素子が水平方向に走査され、１水平ライン分のビデオ
出力が出力線ＯＵＴより順次出力される。■水平走査が
終われば、垂直シフトレジスタ１ｂがクロックψｙに従
って下方に１ビツトシフトされ、水平シフトレジスタ１
ａは最左端の“１″の状態にもどされ、■ライン目と同
様に２ライン目のビデオ出力が出力される。以下同様に
感光素子配列９上をラスク走査して、１フレ一ム分のデ
ータが順次出力される。

このビデオ出力は、Ａ／Ｄ変換器２によりディジタル化
され、画像フレームメモリ３上にストアされる。従って
メモリ３上には物理的にはともかく、論理的には感光素
子配列９と同じ配列データが格納されていることになる
。

次に感光素子配列９をその中心Ａの回りに角度θ回転さ
せたときに得られる画像Ｂについて説明する。回転した
画像データＢを得るためには、画像メモリ３上にある感
光素子配列９と等価な画像データを、もう一度サンプル
しなおす、即ちリサンプリングすることにより得られる
。このリサンプリングは、画像ＢのＸＹ座標系上でラス
クスキャンを行ない、座標（Ｘ、　Ｙ）を感光素子配列
９の座標（ｘ＋　ｙ）にマツピングして１位置（ｘ、　
ｙ）の画像データ値を座標（Ｘ、　、Ｙ）の値とすると
いう操作を行なうことにより実現できる。（Ｘ、　Ｙ）
　−（Ｘ、　ｙ）というマツピングは、回転角θによっ
て決まる。一般にこのマツピングは整数から実数へのマ
ツピングになり、座標（Ｘ、　Ｙ）は感光素子配列９上
の画素間に落ちることになる。以下ではこのとき落ちた
点の最近隣の画素の値をその座標（Ｘ。

■）値とすることにする。角度θの値に従ってこの画像
の変換処理を行なうのがＣＰＵ４であり、その結果は画
像メモリ５上に格納される。

従来の固体撮像装置は以上のように構成されていたので
、回転したフレームの画像データを直接撮像装置から得
ることはできず、撮像装置からの１画面分のラスク走査
画像を、一旦画像メモリにＡ／Ｄ変換して格納し、それ
をＣＰＵによってすサンプリングし、これにより回転し
たフレームの画像データを得るという手順を踏まねばな
らなかった。従って撮像装置の他に、画像メモリやＡ／
Ｄ変換器などを必要とするばかりでなく、リサンプリン
グのために、かなりの演算時間を要するものであった。

〔発明の概要〕

この発明は上記のような従来のものの欠点を除去するた
めになされたもので、固体撮像装置内に、フレームの回
転角に応じた三角関数値を記憶するメモリを設け、これ
をもとに座標変換を行なって感光素子配列の走査を制御
する各種回路を設けることにより、撮像段階で、回転し
たフレームの画像データ出力が得られる固体撮像装置を
提供することを目的としている。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を図について説明する。

第２図は本発明の一実施例による固体撮像装置を示し、
図において、６は感光素子配列９に対するフレーム（画
像）の回転角θを格納するためのθレジスタで、上記回
転角θの値は外部から与えられる。７は複数の各回転角
θに対して予め計算しであるラスクスキャンの開始位置
（Ｓｘ、　Ｓｙ）及びｓｉｎ　θ、ｃｏｓθの値を格納
しておくＲＯＭテーブル、８はフレームスタートクロッ
クｆｓや同期信号ψｙなどに従って装置を起動する制御
回路、９は感光素子配列、１０はＸ方向（水平走査方向
）の初期座標レジスタ、１２はＸ方向の座標レジスタ、
１１．１３は座標インクリメンタ、１４はアドレス比較
回路、１５はアドレスデコーダ、１０゛〜１５゛はＸ方
向（垂直走査方向）に対し設けられたＸ方向と全く同様
の回路群、１６はＯＲ回路、１７は感光素子配列９から
の出力信号をＯＮ、ＯＦＦするゲート回路である。

そして１８はＲＯＭテーブル７の一部及び上記回路８．
１０〜１３．１０’　〜１３゛によって構成され、外部
からの回転角信号を受け該回転角に対応する上記メモリ
内の三角関数値を用いて、上記感光素子配列のｘｙ座標
系を上記回転角だけ反対方向に回転させて得られるＸＹ
座標系における複数の各走査位置データを、上記ｘｙ座
標系の位置データに変換しそれを上記ＸＹ座捺系におけ
る走査順に出力する制御手段、１９は感光素子配列９を
上記変換後の位置データに応じて走査する走査手段であ
り、これらの回路１８，１９．　θレジスタ６、ＲＯＭ
テーブル７、ＯＲ回路１６及びゲート１７は感光素子配
列９のチップと同一チップ上に形成されている。

本装置の動作の説明に先立ち、まず本発明の原理及び本
装置の特徴について説明する。第３図において、９は感
光素子の２次元配列、Ｂは感光素子配列９に対して位置
（Ｃｘ、　Ｃｙ）の回りに角度θだけ回転したフレーム
（画像）であり、また感光素子配列９上の各画素を（ｉ
、　ｊ）　、フレームＢ上のそれを（ｉ、　ｊ）で示し
、さらに画像は説明を簡単にするため、水平画素数Ｎ、
垂直画素数Ｎの正方形画像と仮定する。

本発明の特徴は、フレームＢ上のラスク走査画像データ
、つまりフレームＢ上の複数の各走査位置（０，Ｏ）　
、（１，０）　、・・・、　（Ｎ、　Ｎ）の画像データ
を第２図の出力線ＯＵＴ上に出力することである。

感光素子配列９上のｘｙ座標系とフレームＢ上のＸＹ座
標系とを第３図のように定める。このときＸＹ座標から
ｘｙ座標へのマツピングは、感光素子配列９とフレーム
Ｂの両者のスケールが等しいとすると、次式（１１（２
）を用いてこれを行なうことができる。

ｘ　＝　（Ｘ　−Ｃｘ）　ｃｏｓ　θ十　（Ｙ　−Ｃｙ
）　ｓｉｎ　θ十Ｃｘ・・・（１） ｙ　＝　−（Ｘ　−Ｃｘ）　ｓｉｎ　θ＋（Ｙ　−Ｃｙ
）　ｃｏｓ　θ＋ｃｙ・・・（２） 従ってフレームＢを得るためには、ＸＹ座標系の点を（
０，０）から（Ｎ、　Ｏ）、（０，Ｏ）から（Ｎ。

１〕・・・というふうに順次走査しつつ、各点（ｉ、　
ｊ）をｘｙ座標系に式（１１［２）を用いてマツピング
し、その点における感光素子配列９上のデータをＸＹ座
標系の点（ｉ＋　ｊ］のデータとして出力するようにす
ればよい。一般に点（ｉ、　ｊ）の式ｆｉｌ　（２１に
よる写像点（ｘ、　ｙ）は、感光素子配列９上の格子点
（ｉ＋ｊ）にはならないので、写像点（ｘ、　ｙ）に一
番近い格子点（ｉ、　ｊ）の出力をｘｙ座標系の点（ｉ
、　Ｄの値とする。

また明らかに（）Ｘ／２）Ｘ＝ＣＯ８θ、ａｙ／ａＸ＝
−ｓｉｎθｒ　ａ　Ｘ／Ｂ　Ｙ　＝　ｓｉｎθ、Ｂｙ／
ａＹ＝ｃｏｓθであるから、Ｘ方向走査時のＸ及びＸ方
向の増分、Ｙ方向走査時のＸ及びＸ方向の増分は、回転
角θにより一定である。さらに走査の開始位置（Ｓｘ、
　Ｓｙ）はフレームＢ上の点（０，０）の式＋１１　（
２１によるｘｙ座標系系への写像点である。従ってこれ
らの値を、各回転角θに対応してあらかじめ計算しＲＯ
Ｍテーブルに格納しておけば、ＸＹ座標系の点（ｉ、　
ｊ）に対する式＋１１　＋２１のマツピング演算は、座
標のインクリメントだけで高速に実行できる。

これが本装置における回路動作の主眼である。

次に本装置の動作について説明する。

まずθレジスタ６にはあらかじめ回転角θがストアされ
る。またＲＯＭテーブル７には回転角θに対応する（Ｓ
ｘ、　Ｓｙ）及びｓｉｎθ、ｃｏｓθの４つの値がΔθ
きざみで登録されている。例えば、回転角θを度で考え
るならば、ＲＯＭテーブル７には１度きざみで、０°か
ら３５９°までの回転角θに対応する値を格納しておけ
ばよい。なおこれらの４つの値１回転角θの値及び後に
でてくるＸ。

Ｘ方向の座標などは、固定小数点数で表わすことにより
、演算速度を速めることができる。

制御回路８はフレームスタートクロックｆｓを受けると
、θレジスタ６を参照して、回転角θに対応するＲＯＭ
テーブル７の内容を読み出す。この時、Ｘ初期座標レジ
スタ１０には出力線αＸを介して、走査開始位置（Ｓｘ
、　Ｓｙ）のＳｘの値がセントされ、出力線βＸにはａ
ｘ／ＢＹ＝ｓｉｎθの値、出力線ＴｘにはＢ　ｘ／　２
）　Ｘ　＝　ｃｏｓθの値がランチされる。また同様に
してｙ初期座標レジスタ１０゛には出力線αｙを通して
Ｓｙの値がセントされ、出力線βｙには２））’／ＢＹ
＝　ｃｏｓθの値、出力線Ｔｙには２）　Ｙ　／　２）
　Ｘ　−−ｓｉｎθの値がランチされる。

次にＸ方向走査（垂直走査）クロックψｙに同期して、
まず初期座標レジスタ１０の値が座標レジスタ１２にセ
ントされ、ひきつづきこの初期座標レジスタ１０の値は
、座標インクリメンタ１１によって出力線βＸにう・ノ
チされた値だけ増加させられる。

次にＸ方向走査（水平走査）クロックψＸに同期して、
座標レジスタ１２の値がアドレス比較回路１４に送り出
された後、該レジスタ１２の内容は座標インクリメンタ
１３により出力線７ｘにラッチされた値だけ増加させら
れる。アドレス比較回路１４では、座標レジスタ１２の
値が整数化され（即ち、これがとりもなおさず最近隣を
取る処理である）、この値がＯからＮ−１の間にあるか
が判定される。そして該回路１４は上記値が０〜Ｎ−１
の間にあればアドレスデコーダ１５にその値を送り、な
ければＯＲ回路１６に出力線ａを介して信号“ｌ”を送
るという動作を実行する。アドレスデコーダ１５は、回
路１４から送られたアドレスをデコードし、Ｎ本の線の
内の１本を駆動する。Ｎ個のＸ方向走査クロ・ツクψＸ
の間この動作がくり返される。一方、Ｘ方向走査系１０
゛〜１５”についても、クロックψＸ、ψｙに同期して
、Ｘ方向走査系１０〜１５と全く同様の処理がＸ方向と
同時に行なわれ、このようにして第３図のフレームＢに
おけるＸ方向の走査が行なわれることになる。

、Ｘ方向の一走査が終わると、Ｘ方向走査クロ・ツクψ
ｙに同期して、初期座標レジスタ１０．１０゜のインク
リメンタ１１．１１’　によるインクリメントが再び起
こり、その値が座標レジスタ１２゜１２′にセットされ
て、２行目のＸ方向走査が始まるわけである。この（り
返しでＹ方向の副走査も実現される。Ｎ個ｉｙ方向走査
クロ・ツクψｙにより１つフレームの走査が完了するこ
とになる。

ここで上記各クロックｆｓ、ψｙ、ψＸの波形を第４図
に示す。

従って第３図のフレームＢ上のＸ方向及びＹ方向の走査
が、感光素子配列９上の走査に高速に変換され、アドレ
スデコーダ１５で選択された線とアドレスデコーダ１５
°で選択された線との交点の感光素子の出力がゲート１
７に送り出されることになる。

またアドレス比較回路１４より出力線ａを介して送られ
る信号とアドレス比較回路１４”より出力線すを介して
送られる信号とは、ＯＲ回路１６により論理和をと為れ
る。ＯＲ回路１６の出力Ｃが“ｌ”であるとき、ゲート
回路１７のゲートが閉じられ、出力線ＯＵＴからの出力
が０となる。

これは第３図のフレームＢ上の画素が感光素子配列９の
外部になることを示している。

このようにして１フレ一ム分の回転した画像のビデオ出
力が出力線ＯＵＴより得られるわけである。

一以上のような本実施例の装置では、回転したＸＹ座標
系において感光素子配列をラスク走査するようにしたの
で、回転した画像のビデオ出力が直接得られ、その結果
従来装置のように別途画像メモリ等を設ける必要がなく
、安価である。また従来装置のようにリサンプリングす
る必要がなく、回転画像のビデオ出力が高速に得られる
。

また本装置では、複数の各回転角に対してラスク走査開
始位置及びｓｉｎθ、ｃｏｓθの値をテーブル化してお
き、これらの値を用いて座標のインクリメントを行なっ
て座標の変換処理を実行するようにしたので、演算動作
が大変高速である。さらに本装置では各回路を１チツプ
上に組込むようにしたので、大変コンパクトである。

なお上記実施例では第３図における感光素子配列９とフ
レームＢとを等してスケールとしたが、フレームＢのス
ケールを感光素子配列９のそれに比して小さくすれば、
欠けのない回転画像が得られる。また両者のスケールを
同じにしてフレーム。

Ｂのサンプリング画素数を感光素子配列９の画素数の半
分にすれば、フレームＢの画素数の解像度において、見
かけ上、最近隣法によるサンプリングに起因するジャグ
（ｊａｇ）を少なくできる。これらは同様の装置構成で
テーブルの内容とクロックの多少の修正により実現でき
る。

また上記実施例では座標のインクリメントにより座標の
変換処理を実現したが、本発明は勿論ＸＹ座標系の複数
の走査位置データをそれぞれ座標変換するようにしても
よい。

［発明の効果〕 以上のように、この発明に係る固体撮像装置によれば、
与えられたフレームの回転角に応じて座標変換を行なっ
て固体撮像素子配列の走査を制御するように構成したの
で、固体撮像素子配列に対して回転した画像を直接にか
つ高速に得ることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の固体撮像装置のブロック図、第２図はこ
の発明の一実施例による固体撮像装置のブロック図、第
３図は上記装置における感光素子配列９と得られるフレ
ーム（画像）Ｂとの関係を説明するための図、第４図（
ａｌ〜（Ｃ１はクロ・ツクｆｓ。 ψｙ、ψＸのタイミングチャートを示す図である。 ７・・・ＲＯＭテーブル、８・・・制御回路、９・・・
感光素子配列、１０，１０”・・・初期座標レジスタ、
１１．１１’、１３．１３’　・・・座標インクリメン
タ、１２．１２°・・・座標レジスタ、１８・・・制御
手段、１９・・・走査手段。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の感光素子からなる感光素子配列を有し、該
   感光素子配列に対しである角度だけ回転した画像のビデ
   オ出力を出力する固体撮像装置であって、複数の各回転
   角に対して三角関数値を記憶するメモリと、外部からの
   回転角信号を受け該回転角に対応する上記メモリ内の三
   角関数値を用いて、上記感光素子配列のｘｙ庄標系を上
   記回転角だけ反夕）方向に回転させて得られるＸＹ庄標
   系における複数の各走査位置データを、上記ｘｙ座標系
   における位置データに変換しそれを上記ＸＹ座標系にお
   ける走査順に出力する制御手段と、上記感光素子配列を
   上記変換後の位置データに応じて走査する走査手段とを
   備えたことを特徴とする固体撮像装置。
2. （２）上記メモリ、制御手段及び走査手段が、上記感光
   素子配列のチップと同一チップ上に形成されていること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の固体撮像装置
   。
3. （３）上記制御回路が、走査開始位置データとしてｘｙ
   座標系における位置データを複数の各回転角に対応して
   記憶する記憶手段と、上記メモリから上記回転角信号に
   応じた三角関数値を読み出してＸ方向走査及びＹ方向走
   査における各々のＸ方向及びＸ方向の増分をめるととも
   に上記記憶不発せられる第１のクロックに同期して上記
   Ｙ方向走査におけるＸ方向及びＸ方向の増分信号を出力
   する一対の第１のインクリメンタと、Ｘ方向走査線上の
   各走査位置毎に発せられる第２のクロックに同期して上
   記Ｘ方向走査におけるＸ方向及びＸ方向の増分信号を出
   力する一対の第２のインクリメンタと、上記制御回路か
   らの走査開始位置データに上記第１のインクリメンタか
   らのＸ方向及びＸ方向の増分を遂時加算して記憶する一
   対の初期座標レジスタと、該初期座標レジスタの値に上
   記第２のインクリメンタからのＸ方向及びｙ方向の増分
   を遂時加算してそれを上記変換後の走査位置データとし
   て出力する一対の座標レジスタとによって構成されてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の固体撮
   像装置。