KR20000029019A - 이미지 신호 검출 방법, 제어기 및 이미지 센서 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이미지 센서(100), 특히 영역 이미지 센서(100)로부터의 이미지 신호(115)를 관련된 전자 장치(320)로 전송하는 방법에 관한 것이다. 이러한 방법은 이미지 센서(100)를 변형하지 않고서도, 자동 이미지 집속(automatic image focusing)을 위한 노출 시간 및 디지털 카메라를 위한 노출 레벨 사양(exposure level specification)을 감소시킨다.

Description

이미지 신호 검출 방법, 제어기 및 이미지 센서 시스템{READOUT METHOD FOR SUB-AREA OF DIGITAL CAMERA IMAGE SENSOR}
본 발명은 전반적으로 이미지 센서(image sensor)에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 이미지 센서로부터 판독 전자 장치(readout electronics)로 이미지 신호를 전송하는 기술에 관한 것이며, 또한 비화소 어드레스 지정 모드(non-pixel addressable mode)에서 사용되는 전하 결합 소자(charge coupled device; CCD) 및 CMOS 이미지 센서와 같은 영역 이미지 센서(area image sensor)로부터 판독 전자 장치로 이미지 신호를 전송하는 기술에 관한 것이다.
이미지 검출 시스템은 이미지를 검출하기 위한 이미지 센서와, 이미지 센서로부터의 데이터를 제어하기 위한 판독 전자 장치를 포함한다. 다른 기술들 중에서, 최근에 사용되고 있는 이미지 센서는 전하 결합 소자(CCD) 및 CMOS 기술과 같은 고체 상태(solid state) 기술을 이용하여 제조할 수 있다. 이러한 이미지 센서의 경우, 보다 긴 감광 요소(photosensitive element)가 이미지에 노출될수록 보다 강한 신호가 획득된다. 또한, 이러한 이미지 센서에서의 고정된 노출 시간 동안, 보다 낮은 주변 광(ambient light), 보다 낮은 신호 레벨이 획득된다. 물론, 이미지의 소스는 노출 시간 동안 감지할 수 있는 만큼 이동할 수 없거나, 또는 결과적인 이미지는 흐려질 것이다.
전형적으로, 영역 이미지 센서는 화소(pixel)로서 지칭되는 각각의 감광 검출 요소를 포함하는 다수의 인접한 수평 행(row) 또는 라인을 포함한다. 따라서, 배열된 화소는 해당 이미지의 소스의 2 차원 표현 또는 이미지를 검출한다.
이제, CCD 및 CMOS 기술을 이용한 이미지 센서가 디지털 스틸 카메라(digital still camera; DSC)라고 지칭되는 단일 프레임 카메라에서 사용된다. 때때로, 이러한 카메라는 자동 집속(focus) 및 노출 레벨 조절 능력을 갖고 있다. 현재 상업용 DSC에서 이용되는 이미지 센서 판독 아키텍처로는 프레임 전송(frame transfer), 라인간 순행 주사(interline progressive-scan) 및 라인간 격행 주사(interline interlace-scan)의 3 가지가 있다. 이미지 센서로부터의 이미지의 판독은 사용되는 아케텍처에 따라 다르다. 프레임 전송 이미지 센서에서, 화소의 수평 라인은 한 번에 1 라인씩 수평 판독 시프트 레지스터로 하향 시프트된다. 수평 판독 시프트 레지스터에서, 각 라인의 화소는 한 번에 1 화소씩 검출 회로 내로 수평 판독된다. 프레임 전송 이미지 센서가 추가적인 저장 라인을 포함할 경우, 프레임을 전송하는데 필요한 시간도 그에 따라 증가된다.
라인간 순행 주사 이미지 센서의 경우, 우선 모든 감광 사이트(site)로부터 수직 라인간 이미지 센서 레지스터로 이미지 데이터를 시프트하고, 이 데이터를 한 번에 1 라인씩 수평 판독 레지스터 내로 하향 시프트한 후, 최종적으로 수평 판독 레지스터로부터의 각 라인을 한 번에 1 화소씩 검출 회로 내로 시프트함으로써 판독이 수행된다. 프로세스는, 한 번에 단지 홀수 라인 또는 짝수 라인만이 선택되어 감광 사이트로부터 수직 라인간 이미지 센서 감지기로 시프트된다는 것만 제외하고는, 라인간 격행 주사 이미지 센서와 유사하다. 이미지 센서로부터 모드 이미지 데이터를 판독하는데에는 2 개의 패스(pass)가 필요하다. 특정한 각각의 화소를 직접 처리할 수 없는 다른 이미지 센서들이 유사한 아키텍터를 가질 수 있다.
자동 집속은 최종적으로 집속된 이미지를 검출하기 이전에 수 개의 이미지에 대한 판독이 필요할 수도 있다. 이들 추가된 이미지 획득으로 인해, 선명한 이미지를 획득하기 위해 이미지 소스가 유지되어야 하는 전체 시간이 증가된다. 또한, 노출 레벨을 결정하기 위한 각각의 이미지 판독이 필요하다. 또한, 이들 요구 사항으로 인해 단일 최종 이미지를 획득하는데 필요한 전체 시간이 증가된다.
이전에, 최종 이미지의 검출 뿐만 아니라 집속, 노출 레벨 설정은 모두 전체 프레임을 검출한다. 전형적으로, 이미지 센서에 의해 검출된 각각의 프레임은 집속 및 노출 레벨 설정에 사용된 이미지의 부 영역(sub-region)에 관계없이, 각각의 행을 판독 시프트 레지스터 내로 시프트한 후, 그 행에 있는 각각의 화소를 시프트함으로써 판독된다. 이 방법은 셔터 해제(shutter release)와 최종 이미지 캡처 간의 시간이 길어진다는 단점이 있다.
따라서, 디지털 카메라에서 자동 집속을 수행하고, 노출 레벨을 결정하는데 필요한 시간을 단축시킬 수 있는 향상된 이미지 판독 기술이 필요하다.
대표적인 실시예에서, 본 발명은 디지털 카메라에서 집속 및 노출 레벨 결정을 수행하는데 필요한 시간을 단축시키는 판독 기술을 제공한다. 이 기술에서는 이미지 센서를 물리적으로 변경할 필요가 없다. 카메라의 전자 장치를 변형시킴으로써, 집속 및 노출 레벨(단, 이것에 한정되지는 않음)과 같은 이미지 획득 파라미터를 결정하는데 사용되는 이미지 센서의 부 영역(sub-area)을 선택적으로 판독한다. 이미지 센서의 단지 일부만이 각각의 집속 및/또는 노출 레벨 결정을 위해 판독되므로, 그러한 노출을 완료하는데 필요한 시간이 감소된다.
대표적인 실시예에서, 본 발명은 프레임 전송 이미지 센서, 라인간 순행 주사 센서, 라인간 격행 주사 센서(단, 이것에 한정되지는 않음)를 포함하는 여러 가지 타입의 이미지 센서에 적용가능하다. 또한, 단지 특정 화소들로부터의 신호를 판독하는 대신에 일반적으로 대략 전체 프레임을 판독하는 다른 이미지 센서 뿐만 아니라, CCD 및 CMOS 기술을 이용하여 제조된 이미지 센서에 적용가능하다.
화소라는 용어는 여러 가지 의미를 갖고 있지만, 본 명세서에서는 이미지 센서에서 이미지를 검출하는데 사용되는 각각의 감광 요소를 의미한다. 전형적으로 화소는 다수의 인접한 수평 행 또는 라인(여기서, 각 라인은 각각의 감광 검출 요소 또는 화소를 포함함)을 포함하는 2 차원 어레이 내에 위치한다. 따라서, 배열된 화소는 해당 이미지의 소스의 2 차원 표현 또는 이미지를 검출한다.
대표적인 실시예에서, 감광 요소의 행 또는 라인으로부터의 이미지 신호는 집속 및/또는 노출 레벨 결정을 위해 사용될 부 영역의 제 1 행으로부터의 신호가 전송될 때까지, 한 번에 1 개씩 행 판독 시프트 레지스터로 수직으로 전송된다. 관심있는 부 영역을 바로 지난 열(column) 내에 위치하는 제 1 화소에 도달할 때까지, 관심있는 부 영역 내에 위치하는 행 및 다른 모든 행들 내의 각각의 화소로부터의 이미지 신호가 판독된다. 해당 행 내의 차후의 픽셀로부터의 신호는 판독되지 않는데, 이것은 그 신호는 관심있는 부 영역 내의 차후의 행 내의 유사한 화소로부터의 신호가 아니기 때문이다. 관심있는 부 영역 내의 마지막 행으로부터의 신호가 판독된 후, 이 영역 밖의 나머지 행들은 판독 시프트 레지스터 내로 시프트되지 않는다. 전술한 여러 화소로부터의 신호가 판독되지 않음으로 인해 절약된 시간은 자동 집속 및/또는 노출 레벨 결정을 수행하는 시간을 감소시킨다.
당업자라면 본 발명의 원리를 예시하는 첨부 도면과 함께 이하의 상세한 설명을 참조함으로써, 본 발명의 다른 특징 및 이점을 명확히 알 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 대표적인 실시예에서 기술된 바와 같은, 판독 장치와 관련된 이미지 센서를 도시한 도면,
도 2a는 본 발명의 대표적인 실시예에서 기술된 바와 같은, 이미지 데이터를 포함하는 이미지 센서의 판독 레지스터를 도시한 도면,
도 2b는 본 발명의 대표적인 실시예에서 기술된 바와 같은, 이미지 데이터를 포함하는 이미지 센서의 판독 레지스터를 도시한 또다른 도면,
도 2c는 본 발명의 대표적인 실시예에서 기술된 바와 같은, 이미지 데이터를 포함하는 이미지 센서의 판독 레지스터를 도시한 또다른 도면,
도 3은 본 발명의 대표적인 실시예에서 기술된 바와 같은 이미지 센서 시스템을 도시한 도면.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
100 : 이미지 센서 180 : 판독 레지스터
310 : 제어기 320 : 검출 전자 장치
당업자라면 첨부된 도면을 참조함으로써 본 발명을 보다 완전하게 이해할 수 있으며, 그 본래의 이점 또한 명확히 알 수 있을 것이다.
1. 소개
예시적인 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명은 이미지 센서와, 노출 레벨 및 집속(단, 이것에 한정되지는 않음)과 같은 이미지 획득 파라미터의 자동 조절 능력을 갖는 전자 단일 프레임 카메라로 화상(picture)을 얻는데 필요한 시간을 감소시키는 방법에 관한 것이다. 집속 및 노출 조절을 위해 이미지 센서의 프레임을 판독할 때, 전체 셔터 버튼 대 이미지 캡처 시간을 향상시키기 위해 판독 시간을 최소화하는 것이 바람직하다. 특히, 하나의 이미지를 획득하는데 다수의 집속 및 노출 판독이 필요하기 때문에 판독 시간을 감소시키는 것이 바람직하다. 전형적으로 이전의 시스템에서는, 집속, 노출 레벨 설정 및 최종 이미지의 노출시에는 각각 전체 프레임으로부터 데이터를 판독한다. 때로는 전하 결합 소자(CCD)인 이미지 센서에 의해 검출된 프레임은, 집속 및 노출 레벨 설정을 위해 사용된 이미지의 부 영역에 관계없이, 프레임 내의 센서의 각각의 행으로부터 판독 레지스터로 이미지 신호를 시프트한 후, 그 행의 각각의 화소로부터 이미지 신호를 시프트함으로써 판독되었다. 또한, 집속 및/또는 노출을 설정하기 위해 다수의 프레임을 판독할 필요가 있었다.
화소라는 용어는 여러 가지 의미를 갖지만, 본 명세서에서는 이미지 센서에서 이미지 검출을 위해 사용된 각각의 감광 요소를 의미한다. 전형적으로 화소는 다수의 인접한 수평 행 또는 라인(여기서, 라인은 각각의 감광 검출 요소 또는 화소를 포함함)을 포함하는 2 차원 어레이 내에 위치한다. 따라서, 배열된 화소는 해당 이미지의 소스의 2 차원 표현 또는 이미지를 검출한다.
대표적인 실시예에서, 본 발명은 프레임 전송 이미지 센서, 라인간 순행 주사 센서, 라인간 격행 주사 센서(단, 이것에 한정되지는 않음)를 포함하는 여러 가지 타입의 이미지 센서에 적용가능하다. 또한, 단지 특정 화소들로부터의 신호를 판독하는 대신에 일반적으로 대략 전체 프레임을 판독하는 다른 이미지 센서 뿐만 아니라, CCD 및 CMOS 기술을 이용하여 제조된 이미지 센서에 적용가능하다.
바람직한 실시예에서, 본 발명의 방법은 셔터 해제와 최종 이미지 캡처 간의 시간이 크게 감소된다는 이점을 갖는다. 대표적인 실시예의 예로서 프레임 전송 이미지 센서가 사용된다. 전체 프레임 대신에 검출 프레임의 단지 부 영역만을 판독함으로써, 이미지 센서의 노출을 위한 판독 시간이 감소된다. 본 발명의 대표적인 실시예는 프레임 전송 모드에서의 이미지 센서를 이미지 센서로서 이용하지만, 향상된 성능을 얻고자 하는 다른 실시예에서는 다른 타입의 이미지 센서 및 다른 전송 모드를 이용할 수도 있다.
2. 이미지 센서 검출 영역 및 검출 부 영역에 대한 기술
도 1은 검출 영역(105)을 갖는 이미지 센서(100)를 도시한 도면이다. 사용할 때에, 이미지(110)(도시되지 않음)가 검출 영역(105) 상으로 집속될 것이다. 검출 영역(105)에 대한 이미지(110) 노출의 결과로서, 이미지(110)를 나타내는 검출 영역(105)의 각 화소 내에 이미지 신호(115)가 생성된다. 검출 영역(105)에서 이미지 신호(115)가 생성된 후, 차후에 이미지 센서(100) 전자 장치로 전송된다. 도 1에는 이미지 센서(100) 전자 장치로의 전송만이 도시되어 있다. 검출 영역(105)은 상부 에지(122), 하부 에지(124), 우측 에지(126) 및 좌측 에지(128)에 의해 경계가 정해진다. 검출 영역(105)은 개념상 수직으로 분할되어, 제 1 행 영역(132), 제 2 행 영역(134) 및 제 3 행 영역(136)으로 분할된다. 또한, 개념상 수평으로 분할되어, 제 1 열 영역(142), 제 2 열 영역(144) 및 제 3 열 영역(146)으로 분할된다. 바람직한 실시예에서, 검출 부 영역(150)으로부터의 이미지 신호(115)만이 집속 및 노출 조절에 이용된다. 검출 부 영역(150)은 제 2 행 영역(134) 및 제 2 열 영역(144) 모두에 위치하는 검출 요소를 포함한다.
검출 영역(105)은 이미지를 검출하는 다수의 검출 라인(이것은, 본 명세서에서 행(160)으로서도 지칭됨)(160)으로 구성된다. 예시를 위한 목적으로, 도 1에는 단지 3 개의 검출 라인(160)만이 도시되어 있다. 검출 라인(160)은 제 1 행 영역(132)에 위치하는 적어도 하나의 제 1 행 영역 검출 라인(162)과, 제 2 행 영역(134)에 위치하는 적어도 하나의 제 2 행 영역 검출 라인(164)과, 제 3 행 영역(136)에 위치하는 적어도 하나의 제 3 행 영역 검출 라인(166)으로 구성된다. 각각의 검출 라인(160)은 그것이 제 1 행 영역 검출 라인(162), 제 2 행 영역 검출 라인(164) 또는 제 3 행 영역 검출 라인(166)이든지 간에 열(171)에 배열된 다수의 검출 화소(이것은 또한 본 명세서에서 감광 센서 요소(170)라고도 지칭됨)(170)로 구성되며(도 1에는 단지 1 개의 열(171)이 도시됨), 적어도 하나의 제 1 열 영역 검출 화소(172)를 갖는 제 1 열 영역(142), 적어도 하나의 제 2 열 영역 검출 화소(174)를 갖는 제 2 열 영역(144) 및 적어도 하나의 제 3 열 영역 검출 화소(176)를 갖는 제 3 열 영역(146)에 위치하는 부분들을 갖는다.
예시를 위한 목적으로, 도 1에는 1 개의 검출 라인(160)에 단지 1 개의 검출 화소(170)가 있는 것으로 도시되어 있다. 제 1 열 영역 검출 화소(172), 제 2 열 영역 검출 화소(174) 및 제 3 열 영역 검출 화소(176)는 또한 검출 화소(170)이며, 그들의 구분은 그들이 위치하는 검출 영역(105)의 수평 영역 내에서만 행해진다. 다시 예시를 위한 목적으로, 도 1에는 단지 1 개의 제 1 열 영역 검출 화소(172), 1 개의 제 2 열 영역 검출 화소(174) 및 1 개의 제 3 열 영역 검출 화소(176)만이 도시되어 있다. 프레임 검출 동안, 검출 라인(160)으로부터의 이미지 신호(115)는 하부 라인이 시프트되면서 한 번에 1 개씩 판독 레지스터(180) 내로 하향 시프트된다. 판독 레지스터(180)에서, 검출 라인(160)의 검출 화소(170)로부터의 이미지 신호(115)가 한 번에 1 화소씩 판독 레지스터(180)로부터 판독 장치(185)로 시프트된다. 일단, 마지막 화소로부터의 이미지 신호(115)가 판독되면, 다음 검출 라인(160)이 판독 레지스터(180) 내로 시프트될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 집속 및 노출 레벨의 조절 동안, 제 1 행 영역(132), 제 1 행 영역 검출 라인(162)에 위치하는 검출 라인(160)과, 제 2 행 영역(134), 제 2 행 영역 검출 라인(164)에 위치하는 검출 라인(164)으로부터의 이미지 신호(115)만이 판독 레지스터(180) 내로 판독되며, 특정한 검출 라인(160)의 경우, 제 1 열 영역(142) 및 제 2 열 영역(144)으로부터의 이미지 신호(115)만이 판독 레지스터(180)로부터 판독 장치(185)로 시프트된다. 제 2 행 영역(134) 및 제 2 열 영역(144) 모두에 위치하는 화소들로부터의 이미지 신호(115)만이 집속 및 노출 조절에 이용된다. 판독 장치(185) 내로 판독된 다른 이미지 신호(115)는 무시된다.
3. 이미지 데이터 검출
검출 부 영역(150)의 제 1 검출 라인(160)이 판독 레지스터(180)에 도달할 때까지, 검출 라인(160)으로부터의 이미지 신호(115)가 검출 라인 시프트율 t1로 하향 시프트된다. 판독 레지스터(180) 내로 시프트되는 검출 라인(160)으로부터의 이미지 신호(115)는 이하와 같이 판독된다.
도 2a는 제 1의 제 2 행 영역 검출 라인(164)으로부터 판독 레지스터(180) 내로의 이미지 신호(115) 전송 다음의 판독 레지스터(180)를 도시한 도면이다. 판독 레지스터(180)는 제 1 레지스터부(212), 제 2 레지스터부(214) 및 제 3 레지스터부(216)로 구성된다. 제 2 행 영역(134)의 제 1의 제 2 행 영역 검출 라인(160)으로부터 판독 레지스터(180) 내로의 이미지 신호의 전송 다음에, 도 2a에서 1ST-P1로서 표기된 제 1 열 영역(142)으로부터의 이미지 신호(115)가 제 1 레지스터부(212)에 저장되고, 1ST-P2로서 표기된 제 2 열 영역(144)으로부터의 이미지 신호(115)가 제 2 레지스터부(214)에 저장되고, 1ST-P3으로서 표기된 제 3 열 영역(146)으로부터의 이미지 신호(115)가 제 3 레지스터부(216)에 저장될 것이다. 제 1 열 영역(142), 제 2 열 영역(144) 및 가능하게는 제 3 열 영역(146)으로부터의 이미지 신호(115)는, 이하의 내용 중 어느 것이라도 마지막으로 발생될 때까지, 즉 (1) 마지막 제 2 열 영역 검출 화소(174)가 판독 장치(185) 내로 전송되거나, (2) 마지막 제 3 열 영역 검출 화소(176)가 제 2 레지스터부(214)로부터 전송될 때까지 한 번에 1 화소씩 판독 장치(185) 내로 전송될 것이다.
도 2b를 참조하면, 판독 레지스터(180)의 다른 도면이 도시되어 있다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 제 2 레지스터부(214) 및 제 3 레지스터부(216)는 둘다 비어있는 반면, 도 2b에서 1ST-P3으로서 표기된 제 3 열 영역(146)으로부터의 이미지 신호(115)는 제 1 레지스터부(212) 내로 전송되어 있다.
다음 인접한 제 2 행 영역 검출 라인(164)로부터의 이미지 신호(115)가 이제 판독 레지스터(180) 내로 전송된다. 판독 레지스터(180)의 내용이 이제 판독 레지스터(180)의 도면인 도 2c에서와 같이 나타난다. 다음 인접한 제 2 행 영역 검출 라인(164)으로부터 판독 레지스터(180) 내로의 이미지 신호(115)의 전송 다음에, 도 2c에서 2ND-P1로서 표기된 제 1 열 영역(142)으로부터의 이미지 신호(115)에 1ST-P3으로서 표기된 이전의 제 2 행 영역 검출 라인(164)의 제 3 열 영역(146)으로부터의 이미지 신호(115)를 더한 것이 제 1 레지스터부(212)에 저장되고, 2ND-P2로서 표기된 다음 인접한 제 2 행 영역 검출 라인(164)의 제 2 열 영역(144)으로부터의 이미지 신호(115)가 제 2 레지스터부(214)에 저장되고, 2ND-P3으로서 표기된 다음 인접한 제 2 행 영역 검출 라인(164)의 제 3 열 영역(146)으로부터의 이미지 신호(115)가 제 3 레지스터부(216)에 저장될 것이다. 제 1 열 영역(142), 제 2 열 영역(144) 및 가능하게는 제 3 열 영역(146)으로부터의 이미지 신호(115)는 이하의 내용 중 어느 것이라도 마지막으로 발생될 때까지, 즉 (1) 마지막 제 2 열 영역 검출 화소(174)가 판독 장치(185) 내로 전송되거나, (2) 마지막 제 3 열 영역 검출 화소(176)가 제 2 레지스터부(214)로부터 전송될 때까지 한 번에 1 화소씩 판독 장치(185) 내로 전송될 것이다.
예로서, 마지막의 제 3 열 영역 검출 화소(176)가 제 2 레지스터부(214)로부터 전송될 때 또는 전송된 후에 마지막의 제 2 열 영역 검출 화소(174)가 판독 장치(185) 내로 전송된다고 가정하면, 도 2c의 제 1 레지스터부(216)는 두 개의 개별적인, 그러나 인접해 있는 검출 라인들(160)로부터의 신호 데이터의 2 세트, 즉 1ST-P3 및 2ND-P1의 조합을 포함한다. 이러한 상황은 대부분의 경우에 있어서 수용가능한 것인데, 그 이유는 (1) 전송시에 제 1 레지스터부(212)에 포함된 데이터는 집속 및 노출 레벨 조절에서 무시되고, (2) 판독 레지스터(180)의 이미지 센서(100)의 검출 영역(105)으로부터의 전하를 유지하는 화소의 능력은 전형적으로 검출 화소(170)의 3 내지 5 배이므로, 오버플로우(overflow) 또는 불룸(bloom)은 문제가 되지 않기 때문이다.
4. 파라미터 정의
이하, 본 발명에서 사용되는 여러 가지 파라미터를 정의한다.
l1= 제 1 행 영역 검출 라인(162)의 수.
l2= 제 2 행 영역 검출 라인(164)의 수.
l3= 제 3 행 영역 검출 라인(166)의 수.
L = 검출 영역(105) 내의 검출 라인(160)의 전체 수(L = l1+ l2+ l3).
p1= 각각의 검출 라인(160) 내의 제 1 열 영역 검출 화소(172)의 수.
p2= 각각의 검출 라인(160) 내의 제 2 열 영역 검출 화소(174)의 수.
p3= 각각의 검출 라인(160) 내의 제 3 열 영역 검출 화소(176)의 수.
P = 하나의 검출 라인(160) 내의 검출 화소(170)의 전체 수(P = p1+ p2+ p3).
tl= 라인 시프트 시간. 즉, 하나의 검출 라인(160)으로부터 인접 검출 라인(160) 내로 이미지 신호(115)를 시프트하는 시간.
tp= 화소 시프트 시간. 즉, 하나의 검출 화소(170)로부터 인접 검출 화소(170) 내로 이미지 신호(115)를 시프트하는 시간.
TF= 프레임 전송 이미지 센서(100)에서, 완전한 검출 영역(105) 내의 모든 화소로부터 이미지 신호(115)를 한 번 판독하는 시간.
TS= 프레임 전송 이미지 센서(100)에서, 검출 부 영역(105) 내의 모든 화소로부터 이미지 신호(115)를 한 번 판독하는 시간.
TSS= 검출 부 영역(150)이 이미지 센서(100)의 대략 중심에 대해 대칭인 프레임 전송 이미지 센서(100)에서, 검출 부 영역(150) 내의 모든 화소로부터 이미지 신호(115)를 한 번 판독하는 시간.
5. 전체 검출 영역 판독 시간
이미지 센서(100)로부터의 이미지 신호(115) 판독은 몇 가지 기법들 중 하나를 이용하여 수행할 수 있다. 대표적인 예로서, 프레임 전송 이미지 센서(100)에서는 검출 라인(160)이 한 번에 하나의 검출 라인(160)씩 판독 레지스터(180) 내로 하향 시프트된다. 반면, 판독 레지스터(180)에서는 각각의 검출 라인(160)의 검출 화소(170)가 한 번에 하나의 검출 화소(170)씩 판독 장치(185) 내로 판독된다. L이 검출 영역(105) 내의 검출 라인(160)의 수, P가 검출 라인(160) 내의 검출 화소(170)의 수, tl이 이미지 신호(115)를 하나의 검출 라인(160)에 의해 하향 시프트하는 시간, tp가 판독 레지스터(180)로부터 검출 화소(170)를 시프트하는 시간이라면, 검출 영역(105)으로부터 이미지 신호(115)를 한 번 판독하는 시간은 다음의 수학식과 같다.
TF= (L x tl) + (L x P x tp)
전술한 프레임 전송 이미지 센서가 추가적인 저장 라인을 포함한다면, 상기 수학식에서의 L의 값은 그에 따라 증가한다.
라인간 순행 주사 이미지 센서의 경우, 데이터가 행으로서 하향 시프트되기 전에 이미지 신호가 우선 감광 사이트로부터 수직 라인간 레지스터로 전송되어야 한다는 것만 제외하고는 프로세스가 유사하다. 이러한 부가적인 단계를 수행하는데 걸리는 시간은 나머지 판독 시간과 비교해 볼 때 통상적으로 무시할 수 있는 시간이다. 라인간 격행 주사 이미지 센서에 대한 프로세스는 하나의 판독 패스(pass)에서 홀수 라인이 우선 판독되고, 제 2 패스에서 짝수 라인이 마지막으로 판독된다는 것만 제외하고는 라인간 순행 주사 이미지 센서에 대한 프로세스와 유사하다. 홀수 및 짝수 라인은 이미지 처리 경로에서 나중에 합쳐진다.
6. 검출 부 영역 판독 시간
이미지 센서(100)의 검출 부 영역(150)으로부터의 이미지 신호(115) 판독은 검출 라인(160) 및 검출 화소(170)의 이미지 신호(115)가, 이미지 센서(100) 그 자체가 아닌 이미지 센서(100)의 출력의 제어를 변경함으로써 판독되는 방법을 변경함으로써 수행될 수 있다. 프레임 전송 이미지 센서(100)에서, 각각의 제 1 행 영역 검출 라인(162)으로부터의 이미지 신호(115)는 한 번에 하나의 검출 라인(160)씩 판독 레지스터(180) 내로 하향 시프트된다.
그 후, 각각의 제 2 행 영역 검출 라인(164)으로부터의 이미지 신호(115)가 한 번에 하나의 검출 라인(160)씩 판독 레지스터(180) 내로 시프트된다. 제 1 열 영역(142), 제 2 열 영역(144) 및 가능하게는 제 3 열 영역(146)으로부터의 이미지 신호(115)가 이하의 내용 중 어느 것이라도 마지막으로 발생될 때까지, 즉 (1) 마지막 제 2 열 영역 검출 화소(174)가 판독 장치(185) 내로 전송되거나, (2) 마지막 제 3 열 영역 검출 화소(176)가 제 2 레지스터부(214)로부터 전송될 때까지 한 번에 1 화소씩 판독 장치(185) 내로 전송될 것이다. 제 2 열 영역 검출 화소(174) 이외의 것으로부터 판독된 화소로부터의 정보는 버려진다. 전술한 두 가지 경우 중 어느 하나라도 마지막으로 발생된 후, 다음 제 2 행 영역 검출 라인(164)이 판독 레지스터(180) 내로 시프트되고, 이 라인으로부터의 이미지 신호(115)가 방금 기술한 바와 같이 판독 장치(185) 내로 전송된다.
이미지 신호(115)는 소정의 제 3 행 영역 검출 라인(166)의 소정의 검출 화소로부터, 또는 소정의 제 3 열 영역 검출 화소(176)로부터 판독되지 않는다. 섹션 4의 정의를 이용하여, 마지막의 제 3 열 영역 검출 화소(176)가 제 2 레지스터부(214)로부터 전송된 후 또는 전송될 때 마지막의 제 2 열 영역 검출 화소(174)가 판독 장치(185) 내로 전송될 때의 조건인 경우, 추가적인 관련 라인 및 화소 시프트를 포함하는 검출 부 영역(150)으로부터 이미지 신호(115)를 한 번 판독하는 시간은 이하의 수학식과 같이 계산되며,
TS= [(l1+ l2) x tl] + [l2x (p1+ p2) x tp]
마지막의 제 3 열 영역 검출 화소(176)가 제 2 레지스터부(214)로부터 전송되기 전 또는 전송될 때 마지막의 제 2 열 영역 검출 화소(174)가 판독 장치(185) 내로 전송될 때의 조건인 경우에는 이하의 수학식과 같이 계산된다.
TS= [(l1+ l2) x tl] + [l2x (p3+ p2) x tp]
또한, 전술한 프레임 전송 이미지 센서가 추가적인 저장 라인을 포함할 경우, 이 수학식에서의 L의 값은 그에 따라 증가한다.
검출 부 영역(150)이 검출 영역(105)의 대략 중심에 대해 대칭인 경우, 수학식 2는 다음의 수학식과 같이 된다.
TSS= (L/2 + l2/2) x tl+ [L/2 x (P/2 + p2/2) x tp]
라인간 순행 주사 및 라인간 격행 주사 이미지 센서의 TS및 TSS값은 수학식 2 및 3에서 주어진 값과 유사하다.
7. 판독 시간 감소
본 발명의 대표적인 실시예에서, 검출 영역(105)은 1,000 개의 검출 라인(160)으로 구성되며, 각각의 검출 라인(160)은 1,300 개의 검출 화소(170)를 갖는다. 검출 부 영역(150)은 100 개의 제 2 행 영역 검출 라인(164)을 가지며, 각각의 제 2 행 영역 검출 라인(164)은 검출 영역(105)의 대략 중심에 대칭적으로 위치한 325 개의 제 2 열 영역 검출 화소(174)를 갖는다. 이 예에서, 라인 시프트 시간 tl은 1 마이크로초(microsecond)이고, 화소 시프트 시간 tp는 85 나노초(nanosecond)이다. 수학식 1 및 4에서의 이들 값을 이용한 결과, 대략적으로 TF= 0.1115 초, TSS= 0.03508 초이다. 따라서, 집속 및 노출 레벨 조절 동안 한 번의 노출에 대해 대략 68.5%의 노출 시간이 감소된다. 최종 이미지 노출 이전에 집속 및 노출 레벨을 조절하기 위해서는 전술한 바와 같은 수 회의 노출이 필요할 것이다.
8. 이미지 센서 시스템
도 3은 이미지 센서 시스템(300)의 대표적인 실시예를 도시하고 있다. 이미지 센서 시스템(300)은 이미지 센서(100), 검출 전자 장치(320) 및 제어기(310)를 포함한다. 이미지 센서(100)는 이미지를 검출한 후, 판독 레지스터(180)(본 실시예에서는 이미지 센서(100)의 일부로서 도시됨)로 이미지 신호(115)를 전송한다. 그러나, 판독 레지스터(180)가 이미지 센서(100)의 일부일 필요는 없다. 제어기(310)는 이미지 센서(100)로부터 판독 레지스터(180)로의, 그리고 검출 전자 장치(320)로의 이미지 신호(115) 전송을 제어한다. 도 1에 도시된(그러나, 도 3에는 도시되지 않은) 판독 장치(185)는 검출 전자 장치(320)의 일부일 수 있다. 대표적인 실시예에서, 이미지 센서 시스템(300)은 예를 들면, 디지털 카메라일 수 있으며, 제어기(310)는 타이밍 발생기 또는 프로그램가능 시퀀서(programmable sequencer)일 수 있다.
대표적인 실시예에서, 제어기(310)는 본 명세서에서 기술된 인스트럭션을 포함하여, 이미지 센서(100)의 검출 부 영역(150)으로부터의 이미지 신호(115) 및 검출 전자 장치(320)에 의한 이미지 신호(115)의 검출을 판독할 수 있다. 이들 인스트럭션은 제어기(310) 내로 하드 와이어(hard wired) 또는 프로그램될 수 있다.
9. 결론
이미지 센서(100)에서의 자동 집속 및 노출 레벨 조절을 위한 종래의 방법과 비교할 때, 본 발명의 주된 이점은 집속 및 노출 레벨을 조절하는 시간을 포함하여, 노출에 필요한 전체 시간을 감소시킬 수 있다는 것이다. 따라서, 본 발명의 방법은 셔터 해제와 최종 이미지 캡처 간의 전체 시간을 감소시킬 수 있다.
비록, 본 발명의 특정한 실시예를 기술 및 예시하였지만, 본 발명이 그렇게 기술 및 예시된 일부의 특정 형태 또는 배열에 한정되는 것은 아니며, 단지 특허 청구 범위에 의해서만 한정된다.
본 발명에 의한 이미지 신호 검출 방법, 제어기 및 이미지 센서 시스템에 의하면, 이미지 센서를 변형하지 않고서도, 자동 이미지집속을 위한 노출 시간 및 디지털 카메라를 위한 노출 레벨 사양이 감소된다.

Claims (9)

  1. 이미지(110)로부터 이미지 신호(115)를 검출하는 방법에 있어서,
    상기 이미지(110)로부터의 광(light)에 응답하는 검출 영역(105)을 갖는 이미지 센서(100)를 상기 이미지(110)에 노출하는 단계―상기 검출 영역(105)은 상기 검출 영역(105) 내에 위치하는 검출 부 영역(sub-area)을 갖고, 적어도 하나의 제 1 행(row) 영역 검출 라인(162), 적어도 하나의 제 2 행 영역 검출 라인(164) 및 적어도 하나의 제 3 행 영역 검출 라인(166)을 포함하되, 상기 제 2 행 영역 검출 라인(164)은 상기 제 1 행 영역 검출 라인(162)과 상기 제 3 행 영역 검출 라인(166) 사이에 위치하고, 상기 각각의 제 2 행 영역 검출 라인(164)은 적어도 하나의 제 1 열(column) 영역 검출 화소(176), 적어도 하나의 제 2 열 영역 검출 화소(174) 및 적어도 하나의 제 3 열 영역 검출 화소(176)를 포함하되, 상기 제 2 열 영역 검출 화소(174)는 상기 제 1 열 영역 검출 화소(172)와 상기 제 3 열 영역 검출 화소(176) 사이에 위치하고, 상기 검출 부 영역(150)은 상기 제 2 행 영역 검출 라인(164) 상에 위치하는 제 2 열 영역 검출 화소(174)를 포함함―와,
    상기 제 1 행 영역 검출 라인(162)을 한 번에 하나씩 판독 레지스터(180) 내로 시프트하는 단계와,
    상기 제 2 행 영역 검출 라인(164)을 한 번에 하나씩 판독 레지스터(180) 내로 시프트하는 단계와,
    상기 각각의 제 2 행 영역 검출 라인(164)이 상기 판독 레지스터(180)에 있는 동안, 상기 판독 레지스터(180)로부터 판독 장치(185) 내로 상기 제 1 열 영역 검출 화소(172) 및 상기 제 2 열 영역 검출 화소(174)를 시프트하는 단계
    를 포함하는 이미지 신호 검출 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 이미지 센서(100)는 프레임 전송 판독(frame transfer readout), 라인간 순행 주사 판독(interline progressive-scan readout) 및 라인간 격행 주사 판독(interline interlace-scan readout)으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 판독 모드를 갖는 영역 이미지 검출기인 이미지 신호 검출 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 이미지 센서(100)는 전하 결합 소자(charge coupled device) 기법 및 CMOS 소자 기법으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 제조 기법을 갖는 영역 이미지 검출기인 이미지 신호 검출 방법.
  4. 제어기에 의해 실행가능한 인스트럭션의 프로그램을 확실하게 구현하여, 이미지(110)로부터 이미지 신호(115)를 검출하는 방법의 단계를 수행하는 제어기(310)에 있어서,
    상기 단계는,
    상기 이미지(110)로부터의 광에 응답하는 검출 영역(105)을 갖는 이미지 센서(100)를 상기 이미지(110)에 노출하는 단계―상기 검출 영역(105)은 상기 검출 영역(105) 내에 위치하는 검출 부 영역을 갖고, 적어도 하나의 제 1 행 영역 검출 라인(162), 적어도 하나의 제 2 행 영역 검출 라인(164) 및 적어도 하나의 제 3 행 영역 검출 라인(166)을 포함하되, 상기 제 2 행 영역 검출 라인(164)은 상기 제 1 행 영역 검출 라인(162)과 상기 제 3 행 영역 검출 라인(166) 사이에 위치하고, 상기 각각의 제 2 행 영역 검출 라인(164)은 적어도 하나의 제 1 열 영역 검출 화소(176), 적어도 하나의 제 2 열 영역 검출 화소(174) 및 적어도 하나의 제 3 열 영역 검출 화소(176)를 포함하되, 상기 제 2 열 영역 검출 화소(174)는 상기 제 1 열 영역 검출 화소(172)와 상기 제 3 열 영역 검출 화소(176) 사이에 위치하고, 상기 검출 부 영역(150)은 상기 제 2 행 영역 검출 라인(164) 상에 위치하는 제 2 열 영역 검출 화소(174)를 포함함―와,
    상기 제 1 행 영역 검출 라인(162)을 한 번에 하나씩 판독 레지스터(180) 내로 시프트하는 단계와,
    상기 제 2 행 영역 검출 라인(164)을 한 번에 하나씩 판독 레지스터(180) 내로 시프트하는 단계와,
    상기 각각의 제 2 행 영역 검출 라인(164)이 상기 판독 레지스터(180)에 있는 동안, 상기 판독 레지스터(180)로부터 판독 장치(185) 내로 상기 제 1 열 영역 검출 화소(172) 및 상기 제 2 열 영역 검출 화소(174)를 시프트하는 단계
    를 포함하는 제어기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 이미지 센서(100)는 프레임 전송 판독, 라인간 순행 주사 판독 및 라인간 격행 주사 판독으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 판독 모드를 갖는 영역 이미지 검출기인 제어기.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 이미지 센서(100)는 전하 결합 소자 기법 및 CMOS 소자 기법으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 제조 기법을 갖는 영역 이미지 검출기인 제어기.
  7. 이미지(110)로부터 이미지 신호(115)를 검출하는 이미지 센서 시스템(300)에 있어서,
    상기 이미지(110)를 검출하는 이미지 센서(100)와,
    상기 이미지 센서(100)로부터 이미지를 검출하는 검출 전자 장치(320)―상기 검출 전자 장치(320)는 상기 이미지 센서(100)에 접속됨―와,
    제어기(310)를 포함하되,
    상기 제어기(310)는 상기 이미지 센서(100) 및 상기 검출 전자 장치(320)에 접속되고,
    상기 이미지(110)로부터의 광에 응답하는 검출 영역(105)을 갖는 이미지 센서(100)를 상기 이미지(110)에 노출―상기 검출 영역(105)은 상기 검출 영역(105) 내에 위치하는 검출 부 영역을 갖고, 적어도 하나의 제 1 행 영역 검출 라인(162), 적어도 하나의 제 2 행 영역 검출 라인(164) 및 적어도 하나의 제 3 행 영역 검출 라인(166)을 포함하되, 상기 제 2 행 영역 검출 라인(164)은 상기 제 1 행 영역 검출 라인(162)과 상기 제 3 행 영역 검출 라인(166) 사이에 위치하고, 상기 각각의 제 2 행 영역 검출 라인(164)은 적어도 하나의 제 1 열 영역 검출 화소(176), 적어도 하나의 제 2 열 영역 검출 화소(174) 및 적어도 하나의 제 3 열 영역 검출 화소(176)를 포함하되, 상기 제 2 열 영역 검출 화소(174)는 상기 제 1 열 영역 검출 화소(172)와 상기 제 3 열 영역 검출 화소(176) 사이에 위치하고, 상기 검출 부 영역(150)은 상기 제 2 행 영역 검출 라인(164) 상에 위치하는 제 2 열 영역 검출 화소(174)를 포함함―하고,
    상기 제 1 행 영역 검출 라인(162)을 한 번에 하나씩 판독 레지스터(180) 내로 시프트하고,
    상기 제 2 행 영역 검출 라인(164)을 한 번에 하나씩 판독 레지스터(180) 내로 시프트하고,
    상기 각각의 제 2 행 영역 검출 라인(164)이 상기 판독 레지스터(180)에 있는 동안, 상기 판독 레지스터(180)로부터 판독 장치(185) 내로 상기 제 1 열 영역 검출 화소(172) 및 상기 제 2 열 영역 검출 화소(174)를 시프트하기 위한 인스트럭션과,
    상기 컴퓨터 프로그램을 실행하기 위한 프로세서를 포함하는
    이미지 센서 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 이미지 센서(100)는 프레임 전송 판독, 라인간 순행 주사 판독 및 라인간 격행 주사 판독으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 판독 모드를 갖는 영역 이미지 검출기인 이미지 센서 시스템.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 이미지 센서(100)는 전하 결합 소자 기법 및 CMOS 소자 기법으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 제조 기법을 갖는 영역 이미지 검출기인 이미지 센서 시스템.
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