KR20060013360A

KR20060013360A - 촬상 장치 및 촬상 방법

Info

Publication number: KR20060013360A
Application number: KR1020057001631A
Authority: KR
Inventors: 료우스께 아마노
Original assignee: 소니 가부시끼 가이샤
Priority date: 2003-05-30
Filing date: 2004-05-27
Publication date: 2006-02-09
Also published as: CN1701598A; US20060050165A1; EP1519571A1; WO2004107741A1; CN100418360C; EP1519571A4; US7714922B2; KR100994844B1; JP2004357242A; JP3933095B2

Abstract

본 발명은, 피사체를 촬상하는 촬상 장치로서, 수광한 촬상광에 따라서 광전 변환을 행하는 고체 촬상 소자(1)와, 고체 촬상 소자(1)에 축적된 전하를 n(n은 자연수) 프레임마다 판독하는 촬상 모드인 제1 모드와, 고체 촬상 소자(1)에 축적된 전하를 m(m은 자연수) 필드마다 판독하고, 판독한 전하의 수직 방향에 인접하는 홀수번째의 전하와, 짝수번째의 전하를 m 필드마다 조합을 바꾸면서 가산하여 출력하는 촬상 모드인 제2 모드를 전환하는 전환부(10)와, 낮은 출력 감도에서의 촬상 요구에 따라서, 촬상 모드를 제1 모드로 전환하고, 높은 출력 감도에서의 촬상 요구에 따라서, 촬상 모드를 제2 모드로 전환하도록 전환부(10)를 제어하는 제어부(9)를 구비한다.

고체 촬상 소자, 출력 감도, A/D 컨버터, CCD

Description

촬상 장치 및 촬상 방법{IMAGING DEVICE AND IMAGING METHOD}

본 발명은, 고체 촬상 소자를 이용한 촬상 장치에 관한 것으로, 더 자세하게는, 피사체를 고감도로 촬상하는 촬상 장치 및 촬상 방법에 관한 것이다.

본 출원은, 일본국에서 2003년 5월 30일에 출원된 일본 특허 출원 번호 2003-155677를 기초로 하여 우선권을 주장하는 것으로, 이 출원은 참조함으로써, 본 출원에 원용된다.

종래, 고체 촬상 소자로서 CCD(Charge Coupled Device) 촬상 디바이스를 이용한 촬상 장치가 이용되고 있다. 이 종류의 촬상 장치는, CCD 촬상 디바이스에 축적되는 전하의 판독 타이밍을 제어함으로써, CCD 촬상 디바이스에 축적하는 전하의 전하 축적 시간을 증가시켜 장시간 노광을 행하여, 높은 감도에서의 피사체의 촬상을 가능하게 하고 있다.

장시간 노광을 하기 위해, CCD 촬상 디바이스에 전하를 축적시키고 있는 동안에는, 해당 CCD 촬상 디바이스로부터 전하를 판독할 수 없기 때문에, 메모리에 일시적으로 저장한 화상을 CCD 촬상 디바이스의 전하 축적 시간 중에 출력함으로써 보완을 하고 있다.

장시간 노광 중에서의, 화상의 보완에 관하여 이하에 나타내는 바와 같은 방 법이 제안되고 있다.

우선, 일본 특개평 9-168118호 공보에서, CCD 촬상 디바이스로부터 1 필드 단위로 전하를 판독하고, 메모리(필드 메모리)에는, 1 필드(1 짝수 필드 또는 1 홀수 필드)의 화상을 저장하고, 장시간 노광 중에는, 이 1 필드의 화상을 메모리로부터 판독하여 보완하는 방법이 제안되고 있다.

또한, 일본 특개평 9-252423호 공보에서, CCD 촬상 디바이스로부터, 소위 프레임 판독에 의해서, 1 프레임 단위로 전하를 판독하고, 메모리(프레임 메모리)에 1 프레임의 화상을 저장하고, 장시간 노광 중의, 홀수 필드의 화상을 출력하는 타이밍에서는, 메모리로부터 홀수 필드의 화상을 판독하여 보완을 하고, 짝수 필드의 화상을 출력하는 타이밍에서는, 메모리로부터 짝수 필드의 화상을 판독하여 보완을 하는 방법이 제안되어 있다.

일본 특개평 9-168118호 공보에 기재되어 있는 방법은, 짝수 필드 또는 홀수 필드의 화상을 필드 메모리에 저장하여, 장시간 노광 시에 필드 메모리에 저장된 짝수 필드 또는 홀수 필드의 화상을 판독하여 보완하고 있다. 따라서, 인터레이스 주사를 행하는 현행의 텔레비전 규격에 기초한 기기에 적용한 경우, 장시간 노광 시의 화상은, 짝수 필드와, 홀수 필드에서 동일한 화상이 출력되게 되기 때문에, 수직 해상도가 반으로 되게 되고, 동화상에 대해서는 실용적이지 않다고 하는 문제가 있다.

또한, 일본 특개평 9-168118호 공보, 일본 특개평 9-168118호 공보에 기재되어 있는 방법 중 어느 것이나, 높은 감도로 피사체를 촬상하기 위해서는, CCD 촬상 디바이스의 전하 축적 시간을 장시간으로 할 필요가 있기 때문에, 움직임이 있는 피사체에 대해서는 흔들림이 큰 영상이 되게 된다. 이러한 흔들림을 해소하기 위해 핀트 조정을 하거나 밝기의 조정을 행해도, 장시간 노광 중에는, 축적한 화상에 의해서 보완을 하고 있기 때문에 조정에 대한 타임 래그가 발생하여, 조정이 매우 곤란해져서, 감도를 높인다고 해도 사용자가 기대하는 화질의 영상을 취득할 수 없다.

<발명의 개시>

본 발명의 목적은, 종래의 기술이 갖는 문제점을 해소할 수 있는 신규의 촬상 장치 및 촬상 방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 고화질인 영상을 필요로 하는 경우에는 화질을 저하시키지 않고, 사용자가 요구하는 출력 감도로 피사체를 촬상하고, 높은 출력 감도를 필요로 하는 경우에는, 화질의 저하를 최소한으로 억제하여, 사용자가 요구하는 출력 감도로 피사체를 촬상하는 촬상 장치 및 촬상 방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명에 따른 촬상 장치는, 수광한 촬상광에 따라서 광전 변환을 행하는 고체 촬상 소자와, 고체 촬상 소자에 축적된 전하를 n(n은 자연수) 프레임마다 판독하여, CCD 출력 신호를 출력하는 촬상 모드인 제1 모드와, 고체 촬상 소자에 축적된 전하를 m(m은 자연수) 필드마다 판독하고, 판독한 전하의 수직 방향에 인접하는 홀수번째의 전하와, 짝수번째의 전하를 m 필드마다 조합을 바꾸면서 가산하여 CCD 출력 신호를 출력하는 촬상 모드인 제2 모드를 전환하는 전환 수단과, 낮은 출력 감도에서의 촬상 요구에 따라서, 해당 촬상 장치의 촬상 모드를 제1 모드로 전 환하고, 높은 출력 감도에서의 촬상 요구에 따라서, 해당 촬상 장치의 촬상 모드를 제2 모드로 전환하도록 전환 수단을 제어하는 제어 수단을 구비한다.

또한, 본 발명에 따른 촬상 방법은, 수광한 촬상광에 따라서 고체 촬상 소자로 광전 변환하여, 낮은 출력 감도에서의 촬상 요구에 따라서, 고체 촬상 소자에 축적된 전하를 n(n은 자연수) 프레임마다 판독하여, CCD 출력 신호를 출력하는 촬상 모드인 제1 모드로 전환하고, 높은 출력 감도에서의 촬상 요구에 따라서, 고체 촬상 소자에 축적된 전하를 m(m은 자연수) 필드마다 판독하여, 판독한 전하의 수직 방향에 인접하는 홀수번째의 전하와, 짝수번째의 전하를 m 필드마다 조합을 바꾸면서 가산하여 CCD 출력 신호를 출력하는 촬상 모드인 제2 모드로 전환하여 촬상한다.

본 발명의 또 다른 목적, 본 발명에 의해서 얻어지는 구체적인 이점은, 이하에서 도면을 참조하여 설명되는 실시 형태의 설명으로부터 한층 명백해질 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 촬상 장치의 구성을 도시하는 블록도.

도 2는 게인량에 따라서 전환하는 제1 모드 및 제2 모드의 관계의 일례를 도시하는 도면.

도 3은 전하 축적 시간에 따라서 전환하는 제1 모드 및 제2 모드의 관계의 일례를 도시하는 도면.

도 4는 게인량 및 전하 축적 시간에 따라서 전환하는 제1 모드 및 제2 모드의 관계의 일례를 도시하는 도면.

도 5의 (A)∼도 5의 (I)는 장시간 축적 모드에서, 제1 모드로 축적 전하를 판독할 때의 촬상 장치의 동작에 대하여 설명하기 위한 타이밍차트.

도 6은 리드 아웃 마스크 신호가 로우 구간인 경우의 촬상 장치의 모습을 도시하는 도면.

도 7은 리드 아웃 마스크 신호가 하이 구간인 경우의 촬상 장치의 모습을 도시하는 도면.

도 8의 (A)∼도 8의 (I)는 장시간 축적 모드에서, 제2 모드로 축적 전하를 판독할 때의 촬상 장치의 동작에 대하여 설명하기 위한 타이밍차트.

<발명을 실시하기 위한 최량의 형태>

이하, 본 발명에 따른 촬상 장치 및 촬상 방법을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

우선, 본 발명에 따른 촬상 장치(20)를 도 1을 참조하여 설명을 한다.

본 발명에 따른 촬상 장치(20)는, 도 1에 도시한 바와 같이, CCD 촬상 디바이스(1)와, CDS(Correlated Double Sampling circuit)(2a, 2b, 2c)로 이루어지는 CDS(2)와, 게인 가변 증폭기(3)와, A/D(Analog to Digital) 컨버터(4)와, 버스 스위치(5a, 5b, 5c)로 이루어지는 버스 스위치(5)와, 프레임 메모리(6)와, 화상 신호 처리 블록(7)과, 사용자 인터페이스(8)와, CPU(Central Processing Unit)(9)와, 타이밍 발생 회로(10)와, 스위치(11)를 구비하고 있다.

CCD 촬상 디바이스(1)는, 3개의 CCD(1a, 1b, 1c)를 구비한 3판식의 CCD 촬상 디바이스이다. 도시하지 않았지만, CCD 촬상 디바이스(1)의 전단에는, 도시하지 않은 촬상 렌즈로부터 입사한 입사광을 투과 혹은 반사하여 색 분리를 행하는 다이클로익 프리즘이 구비되어 있고, 각 CCD(1a, 1b, 1c)에는, 다이클로익 프리즘으로 색 분리된 파장 영역이 서로 다른 R(Red) 광선, G(Green) 광선, B(Blue) 광선이 각각 입사된다.

CCD(1a, 1b, 1c)는, 포토다이오드 등의 광전 변환 소자로 이루어지는 복수의 화소가 2차원 배열되어 있고, 이 광전 변환 소자로 입사한 광을 화소 단위로 광전 변환하여, 광량에 따른 전하를 축적한다. 또한, CCD(1a, 1b, 1c)는, 축적한 전하를 수직 전송, 또는 수평 전송함으로써 2차원 배열의 1 라인마다 전하를 출력시킨다. CCD(1a, 1b, 1c)로부터 출력된 전하는, CCD 출력 신호로서 CDS(2a, 2b, 2c)에 각각 공급된다.

CCD(1a, 1b, 1c)에 축적된 전하는, 프레임 판독 또는 필드 판독에 의해서 판독되게 된다.

프레임 판독은, CCD(1a, 1b, 1c)의 2차원 배열된 포토다이오드에 1 프레임 시간, 즉 1/30초간 축적된 전하를 판독하는 방법이다. 프레임 판독에서는, 홀수 필드의 영상 신호에 대응한 CCD 출력 신호로서, 2차원 배열된 포토다이오드의 수직 방향으로 1개씩 걸러 홀수번째(홀수 라인)의 화소에 축적된 전하가 판독되고, 짝수 필드의 영상 신호에 대응한 CCD 출력 신호로서, 남은 짝수번째(짝수 라인)의 화소에 축적된 전하가 판독된다.

한편, 필드 판독은, CCD(1a, 1b, 1c)의 2차원 배열된 포토다이오드에 1 필드 시간, 즉 1/60초간 축적된 전하를 판독하는 방법이다. 필드 판독에서는, 2차원 배 열된 포토다이오드의 인접하는 홀수 라인의 화소와, 짝수 라인의 화소로부터 판독되어, 가산한 전하를, 홀수 필드의 영상 신호에 대응한 CCD 출력 신호로 하여, 인접하는 홀수 라인과, 짝수 라인의 조합을 바꾸어서 가산한 전하를 짝수 필드의 영상 신호에 대응한 CCD 출력 신호로 하고 있다.

프레임 판독은, 각 화소의 전하를 독립하여 판독하기 위해서, 2 화소의 전하를 가산하여 출력하는 필드 판독과 비교하여, 수직 해상도가 약간 높아진다는 이점이 있다. 또한, 프레임 판독은, 각 화소에 축적되는 전하의 축적 시간이 1/30초 등과 같이, 필드 판독에서의 전하 축적 시간, 1/60초의 2배의 길이로 되어 있기 때문에, 피사체가 움직이거나, 촬상 장치(20)를 팬(pan)하거나 하면 앞의 화상이 남아 잔상으로 되어 나타나는, 소위 프레임 잔상에 의해서, 화질이 열화한다는 문제점이 있다.

이에 대하여, 필드 판독은, 각 화소에 축적된 전하의 판독 간격 즉, 전하 축적 시간이 1/60초로 프레임 판독의 1/2배의 길이이기 때문에, 프레임 잔상이 적어져서, 프레임 판독보다 움직임 해상도가 우수하다는 이점이 있다. 또한, 필드 판독은, 2 화소의 전하를 가산하여 출력하기 때문에, 장시간 노광 시에는, 프레임 판독과 비교하여 수직 해상도는 뒤떨어지지만, 동일한 전하 축적 시간에 배의 전하가 판독되기 때문에, 높은 감도의 화상이 얻어진다는 이점이 있다.

이하의 설명에서, CCD(1a, 1b, 1c)로부터 프레임 판독으로써 전하를 판독하는 모드를 제1 모드라고 하고, 필드 판독으로써 전하를 판독하는 모드를 제2 모드라고 한다.

이와 같이 프레임 판독 또는 필드 판독에 의해서, 축적된 전하가 판독되는 CCD(1a, 1b, 1c)에서는, 2차원 배열된 포토다이오드에 축적시키는 전하의 축적 시간을, 각각의 판독 모드에서의 최단 축적 시간의 자연수배로 한 장시간 노광을 행할 수 있다.

즉, 제1 모드인 프레임 판독에서는, 포토 다이오드에 축적시키는 전하의 축적 시간을 1/30초×n(n은, 자연수)으로 할 수 있고, 제2 모드인 필드 판독에서는 마찬가지로 전하의 축적 시간을 1/60초×m(m은, 자연수)로 할 수 있다.

장시간 노광을 행하면, 광량이 적은 조건에서, 움직임이 적은 피사체를 보다 고화질로 촬상하거나, 광량 부족으로 본래에는 찍히지 않은 피사체를 감도를 높여서 촬상하거나 할 수 있다. 그러나, 움직임이 많은 피사체에 대하여 장시간 노광하면, 잔상이 발생하여 화질이 열화한다.

본 발명에 따른 촬상 장치(20)로 장시간 노광하는 경우, 사용자로부터 지정되는 노광 시간에 따라서, 제1 모드인 프레임 판독으로 전하를 판독할 것인지, 제2 모드인 필드 판독에 의해서 전하를 판독할 것인지가 CPU(9)에 의해서 결정되어, 타이밍 발생 회로(10)에 의해서 각 모드에 따른 전하의 판독 제어가 실행된다.

CDS(2a, 2b, 2c)는, CCD(1a, 1b, 1c)로부터 출력된 CCD 출력 신호에 포함되는 노이즈를 제거하여 비디오 신호를 생성한다. CDS(2a, 2b, 2c)에서 노이즈가 제거된 비디오 신호는, 게인 가변 증폭기(3)에 공급된다.

게인 가변 증폭기(3)는, CDS(2a, 2b, 2c)에서 공급된 비디오 신호의 게인(이득)을, 후술하는 사용자 인터페이스(8)를 통하여 입력되는 사용자로부터의 요구에 따라서 조정한다. 예를 들면, 사용자는, 피사체에 충분한 밝기가 있는 경우, 노이즈가 적은 고화질인 화상을 취득하기 위해, 게인을 낮게 하도록 요구하고, 피사체의 밝기가 부족한 경우, 노이즈가 많아지지만 피사체를 촬상하는 것을 우선하여 게인을 높게하도록 요구한다.

게인 가변 증폭기(3)로 게인 조정이 이루어진 비디오 신호는, A/D 컨버터(4)에 공급된다.

A/D 컨버터(4)는, 게인 가변 증폭기(3)로부터 공급된 아날로그의 비디오 신호를 디지털 비디오 신호로 변환한다. A/D 컨버터(4)는, 변환한 디지털 비디오 신호를 버스 스위치(5)에 출력한다.

버스 스위치(5)는, 타이밍 발생 회로(10)에 의한 제어에 따라서, 스위치를 ON, OFF하여, A/D 컨버터(4)로부터 공급되는 디지털 비디오 신호의 프레임 메모리(6) 및 화상 신호 처리 블록(7)에의 출력을 제어한다.

버스 스위치(5)는, CCD(1a, 1b, 1c)에서 장시간 노광을 행할 때, 전하 축적 시간 내에는, 각 CCD(1a, 1b, 1c)로부터는 전하가 판독되지 않기 때문에 OFF로 되도록 제어되고, 전하 축적 시간이 종료하면 ON으로 되도록 제어된다. 버스 스위치(5)가 ON으로 되면, A/D 컨버터(4)로부터 출력된 디지털 비디오 신호는, 프레임 메모리(6) 및 화상 신호 처리 블록(7)에 공급된다.

프레임 메모리(6)는, 소정의 용량의 SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access MeMory)이고, A/D 컨버터(4)로부터 버스 스위치(5)를 통하여 공급되는 디지털 비디오 신호가 저장된다. 프레임 메모리(6)에 저장되는 디지털 비디오 신호는, 장시간 노광을 행할 때의 전하 축적 시간 내, 즉 각 CCD(1a, 1b, 1c)로부터 전하의 판독이 없는 기간에, 보완을 하기 위한 비디오 신호이다.

화상 신호 처리 블록(7)은, A/D 컨버터(4)로부터 버스 스위치(5)를 통하여 공급되는 디지털 비디오 신호 또는 프레임 메모리(6)로부터 판독된 보완용 디지털 비디오 신호에 대하여, 휘도 신호 처리, 색 신호 처리, 윤곽 보정 처리, 인코드 처리를 실시하여, DA 변환하여 아날로그의 휘도 신호와, 색도 신호로서 출력한다.

사용자 인터페이스(8)는, 사용자로부터의 요구를 입력하여, 해당 촬상 장치(20)의 각종 기능을 조작하는 조작 버튼이나, LCD(Liquid Crystal Display) 등과 같은 표시부 등을 구비하고 있다. 예를 들면, LCD에는, 해당 촬상 장치(20)의 각종 기능의 조작을 지원하는 GUI(Graphic User Interface)가 표시되고, 사용자는 이 GUI에 따라서, 촬상을 개시하는 촬상 개시 커맨드나 촬상 정지 커맨드 등을 입력한다.

또한, 사용자 인터페이스(8)로부터는, 전술한 게인 가변 증폭기(3)로 조정하는 비디오 신호에 대한 게인량을 입력할 수 있다.

또한, 사용자 인터페이스(8)로부터는, 해당 촬상 장치(20)가 장시간 노광하는 경우의 노광 시간을 입력할 수도 있다. 사용자는, 사용자 인터페이스(8)로부터 입력하는 노광 시간으로서, CCD 촬상 디바이스(1)의 CCD(1a, 1b, 1c)의 포토 다이오드에 축적시키는 전하의 전하 축적 시간을 프레임 수로 지정하게 된다. 예를 들면, 1 프레임은 1/30초이기 때문에 3 프레임으로 하면 전하 축적 시간은, 1/30초×3=1/10초가 된다.

사용자 인터페이스(8)로부터 사용자에 의해서 전하 축적 시간이 지정되면 해당 촬상 장치(20)는, 장시간 노광 모드로 전환한다.

CPU(9)는, 해당 촬상 장치(20)를 통괄적으로 제어하는 제어부이다. CPU(9)는, 사용자 인터페이스(8)로부터 입력되는 커맨드에 따라서, 해당 촬상 장치(20)의 각종 기능의 동작을 제어한다.

CPU(9)는, 사용자 인터페이스(8)로부터 입력되는 게인량에 따라서, 게인 가변 증폭기(3)에 게인 컨트롤 신호를 공급하여, CDS(2a, 2b, 2c)로부터 출력되는 비디오 신호의 게인을 조정하도록 제어한다. 또한, CPU(9)는, 사용자 인터페이스(8)로부터 입력되는 게인량에 따라서, CCD(1a, 1b, 1c)로부터 전하를 판독하는 모드인 제1 모드 또는 제2 모드 중 어느 하나를 지정하는 모드 컨트롤 신호를 타이밍 발생 회로(10)에 출력한다.

CPU(9)는, 예를 들면 도 2에 도시한 바와 같은 테이블을 이용하여, 게인량에 따라서 CCD(1a, 1b, 1c)로부터 전하를 판독하는 모드를 지정한다. 도 2에 도시한 바와 같이, CPU(9)는, 게인량이 0㏈, 6㏈, 12㏈로 낮은 게인인 경우에는, 제1 모드를 지정하고, 18㏈, 24㏈, 30㏈로 높은 게인인 경우에는 제2 모드를 지정하도록 되어 있다.

이것은, 사용자가, 낮은 게인을 지정한다는 것은, 피사체에 충분한 밝기가 있으며, 고화질인 영상을 원한다고 생각되기 때문에, 수직 해상도가 높은 제1 모드를 지정한다.

또한, 사용자가, 높은 게인을 지정한다는 것은, 피사체의 밝기가 부족하며, 다소의 노이즈가 포함되어도, 어떻게 해서라도 피사체를 촬상하길 원한다고 생각되기 때문에, 수직 해상도는 떨어지지만 높은 감도로 촬상할 수 있는 제2 모드를 지정한다. 또한, 높은 게인으로 하면, 매우 노이즈가 많아지기 때문에, 수직 해상도가 열화해도 그다지 눈에 띄지 않기 때문에 제2 모드가 유효로 된다.

또한, CPU(9)는 사용자 인터페이스(8)로부터 입력되는 전하 축적 시간에 따라, CCD(1a, 1b, 1c)로부터 전하를 판독하는 모드인 제1 모드 또는 제2 모드 중 어느 하나를 지정하는 모드 컨트롤 신호를 타이밍 발생 회로(10)에 출력한다.

CPU(9)는, 예를 들면 도 3에 도시한 바와 같은 테이블을 이용하여, 전하 축적 시간에 따라서 CCD(1a, 1b, 1c)로부터 전하를 판독하는 모드를 지정한다. 도 3에 도시한 바와 같이, CPU(9)는, 전하 축적 시간이 1 프레임, 2 프레임, 4 프레임, 8 프레임으로 전하 축적 시간이 비교적 적은 경우에는, 제1 모드를 지정하고, 16 프레임, 32 프레임, 64 프레임으로 전하 축적 시간이 장시간인 경우에는, 제2 모드를 지정하도록 되어 있다. 제2 모드는, CCD(1a, 1b, 1c)의 홀수 라인의 전하와, 짝수 라인의 전하를 가산하여 짝수 필드 및 홀수 필드의 디지털 비디오 신호로 하고 있기 때문에, 제1 모드와 동일한 전하 축적 시간으로 한 경우, 감도가 배가 된다.

따라서, CPU(9)는, 사용자가, 전하 축적 시간을 적게 하는 경우에는, 감도를 그다지 요구하고 있지 않다고 생각되기 때문에, 제2 모드보다 감도는 낮지만 수직 해상도가 높은 제1 모드를 지정한다. 또한, 사용자가 전하 축적 시간을 많게 하는 경우에는, 높은 감도의 영상을 요구하고 있다고 생각되기 때문에, 수직 해상도는 떨어지지만, 높은 감도로 촬상할 수 있는 제2 모드를 지정한다.

또한, CPU(9)는, 상술한 바와 같이 게인량에 따른 제1 모드 또는 제2 모드의 지정, 전하 축적 시간에 따른 제1 모드 또는 제2 모드의 지정을 단독으로 행할 뿐만 아니라, 예를 들면 도 4에 도시한 바와 같이 게인량 및 전하 축적 시간을 파라미터로 하여 제1 모드 또는 제2 모드를 지정하는 것도 행한다.

도 4에 도시한 바와 같이, 제1 모드, 제2 모드가 지정되는 경향은, 도 2 및 도 3에 준하고 있고, 게인량을 높게할수록 높은 감도가 얻어지는 제2 모드가 지정되고, 전하 축적 시간을 늘릴수록 높은 감도가 얻어지는 제2 모드가 지정되도록 되어 있다.

그런데, 일반적으로 CCD에 장시간 전하를 축적시킨 경우, 암 전류에 의한 영향은 커지게 되지만, 해당 CCD가 구비하는 2차원 배열된 광 검출기의 홀수 라인과, 짝수 라인에서는, 암 전류의 영향이 상이한 것이 매우 많다. 이것은 CCD의 구조 등에 기인하고 있어, 홀수 라인과, 짝수 라인에서 암 전류에 의한 영향이 서로 다르면, 각각으로부터 판독된 전하에 의해서 결정되는 영상 신호의 다크 레벨도 대폭 상이한 것이 된다. 따라서, 이러한 CDD에 장시간 축적된 전하를, 제1 모드에 의해서 판독한 경우, 다크 레벨의 심한 변동에 의해, 매우 보기 흉한 영상이 출력되게 된다. 이러한 현상은, 게인량을 높게 하면 보다 현저해지는 것을 알 수 있다.

따라서, 도 4에 도시한 바와 같이, 게인량 및 전하 축적 시간에 의해서 제1 모드와, 제2 모드를 전환되도록 하면, 이러한 CCD의 구조 상의 특성에 의해서 생기는 문제에도 대처 가능해지고, 보다 섬세하고 치밀하고, 최적인 감도의 영상을 취 득할 수 있다.

또한, 도 2, 도 3, 도 4에 도시한 값은, 모두 일례로서, 게인량의 증가, 전하 축적 시간의 증가에 수반하여 CPU(9)에 의해서 제2 모드가 지정되는 경향으로 하는 것 이외, 전혀 다른 값이라도 되고, 도 2, 도 3, 도 4에 도시한 값에 의해서 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

타이밍 발생 회로(10)는, CPU(9)로부터 출력된 모드 컨트롤 신호에 따라서, CCD(1a, 1b, 1c)에 축적된 전하의 판독 타이밍을 제어하는 리드 아웃 펄스 신호(CCD read out pulse)를 발생하여, CCD(1a, 1b, 1c)에 공급한다.

CCD(1a, 1b, 1c)의 2차원 배열된 광 검출기에 축적된 전하를 수직 전송, 수평 전송하여 추출하는 수직 구동 펄스 φV, 수평 구동 펄스 φH도, 타이밍 발생 회로(10)로부터 공급된다.

또한, 해당 촬상 장치(20)에서, 장시간 노광하는 장시간 노광 모드로 된 경우, 타이밍 발생 회로(10)는, CPU(9)로부터 출력된 모드 컨트롤 신호에 따라서, CCD(1a, 1b, 1c)의 광 검출기에 사용자로부터 지정된 시간만 전하를 축적시키기 때문에, 리드 아웃 펄스 신호가 CCD(1a, 1b, 1c)에 공급되지 않도록 스위치(11)를 전환하는 리드 아웃 마스크 신호(Read out Mask)를 발생한다.

또한, 타이밍 발생 회로(10)는, 장시간 노광 모드에서, 버스 스위치(5)의 ON, OFF의 제어, 프레임 메모리(6)에의 디지털 비디오 신호의 기입, 기입된 디지털 비디오 신호의 판독의 제어를 행한다.

이러한 촬상 장치(20)는, CPU(9)의 제어에 의해서, 게인량의 증가, 전하 축 적 시간(노광 시간)의 증가에 따라, 수직 해상도가 높은 영상이 얻어지는 제1 모드로부터, 감도가 높은 영상이 얻어지는 제2 모드로, CCD(1a, 1b, 1c)에 축적된 전하의 판독 모드를 전환한다.

계속해서, 도 5, 도 8에 도시한 타이밍차트를 이용하여, 장시간 노광 모드에서, 프레임 판독을 하는 모드인 제1 모드가 CPU(9)에 의해서 지정된 경우의 촬상 장치(20)의 동작, 및 동일하게 장시간 노광 모드에서, 필드 판독을 하는 모드인 제2 모드가 CPU(9)에 의해서 지정된 경우의 촬상 장치(20)의 동작에 대하여 설명을 한다.

우선, 도 5의 (A)∼도 5의 (I)에 도시한 타이밍차트를 이용하여, 제1 모드가 지정된 경우의 촬상 장치(20)의 동작에 대하여 설명을 한다. 또한, CCD(1a, 1b, 1c)에 축적되는 전하의 축적 시간은, 3 프레임분의 축적 시간으로 한다.

도 5의 (A)에 도시한 프레임 동기 신호는, 프레임의 개시를 나타내는 신호이고, 도 5의 (B)에 도시한 필드 1/2 식별 신호는, 해당 펄스 신호의 로우(Low) 구간에서 현재, 홀수 필드인 것을 나타내고, 하이(High) 구간에서, 현재, 짝수 필드인 것을 나타내는 펄스 신호이다. 도 5의 (C)에 도시한 CCD 동작 모드는, CCD(1a, 1b, 1c)가 현재 어떠한 동작을 하고 있는지를 나타내고 있다.

도 5의 (D)에 도시한 리드 아웃 마스크 신호는, 타이밍 발생 회로(10)로부터 스위치(11)에 출력되는 신호를 나타내고, 도 5의 (E) 및 도 5의 (F)의 리드 아웃 펄스 신호는, 타이밍 발생 회로(10)로부터 스위치(11)를 통하여 CCD(1a, 1b, 1c)에 출력되어, 축적된 전하의 판독 타이밍을 지정하는 신호이다. 도 5의 (E)에 도시한 리드 아웃 신호는, CCD(1a, 1b, 1c)의 짝수 라인의 포토다이오드로부터 전하를 판독하기 위해서 공급되는 신호이고, 도 5의 (F)에 도시한 리드 아웃 신호는, 홀수 라인의 포토다이오드로부터 전하를 판독하기 위해서 공급되는 신호이다.

도 5의 (G)는, CCD(1a, 1b, 1c)로부터 판독된 전하에 의한 영상 신호의 이미지를 도시하고 있다. 도 5의 (H)는, 프레임 메모리(6)의 동작 상태에 대하여 도시하고 있고, 도 5의 (I)는, 화상 신호 처리 블록(7)에 입력되는 영상 신호의 이미지를 도시하고 있다.

도 5의 (E), 도 5의 (F)에 도시한 바와 같이, 타이밍 발생 회로(10)로부터는, 홀수 필드 구간에서, CCD(1a, 1b, 1c)의 포토다이오드의 홀수 라인을 판독하고, 짝수 필드 구간에서, CCD(1a)의 포토다이오드의 짝수 라인을 판독하는 리드 아웃 신호가 출력되고 있다.

또, 도 5의 (E), 도 5의 (F)에 점선으로 나타낸 개소는, 리드 아웃 마스크 신호에 의해서 리드 아웃 펄스 신호가 마스크되지 않은 경우에 출력될 리드 아웃 펄스 신호의 위상을 나타내고 있다.

또, 도 5의 (D)에 도시한 바와 같이, 타이밍 발생 회로(10)는, 리드 아웃 신호가 3 프레임에 1회만 유효로 되도록 리드 아웃 마스크 신호를 출력하고 있다. 타이밍 발생 회로(10)로부터 출력된 리드 아웃 마스크 신호는, 스위치(11)에 공급되고, 하이 구간에서 리드 아웃 신호가 CCD(1a, 1b, 1c)에 공급되지 않도록 제한을 둔다.

이에 의해, 리드 아웃 마스크 신호의 로우 구간에서, CCD(1a, 1b, 1c)에는 스위치(11)를 통하여 리드 아웃 신호가 공급되어, 도 5의 (G)에 도시한 바와 같이 홀수 라인에 축적된 전하에 의한 영상 신호 및 짝수 라인에 축적된 전하에 의한 영상 신호가 각각 3 프레임마다 판독되게 된다.

또한, 타이밍 발생 회로(10)는, 리드 아웃 마스크 신호의 로우 구간에서, 버스 스위치(5)를 제어하여 ON으로 하여, 또한 도 5의 (H)에 도시한 바와 같이 프레임 메모리(6)에 영상 신호의 기입을 허가하는 신호를 출력한다.

CCD(1a, 1b, 1c)로부터 판독된 영상 신호는, CDS(2), 게인 가변 증폭기(3), A/D 컨버터(4), 스위치(5)를 통하여, 프레임 메모리(6) 및 도 5의 (I)에 도시한 바와 같이 화상 신호 처리 블록(7)에 공급된다.

리드 아웃 마스크 신호의 로우 구간에서의 촬상 장치(20)의 모습을 도 6에 도시한다. 리드 아웃 마스크 신호의 로우 구간에서는, 타이밍 발생 회로(10)로부터, 스위치(11)을 통하여 리드 아웃 펄스 신호가 CCD(1a, 1b, 1c)에 공급되고, 버스 스위치(5)도 ON으로 되어, 프레임 메모리(6)에는, 타이밍 발생 회로(10)로부터 기입 허가 신호가 공급된다.

한편, 리드 아웃 마스크 신호의 하이 구간에서, 타이밍 발생 회로(10)는, 버스 스위치(5)를 제어하여 OFF로 하여, 또한 도 5의 (H)에 도시한 바와 같이 프레임 메모리(6)에 저장된 영상 신호의 판독을 허가하는 신호를 출력한다.

이에 의해, 화상 신호 처리 블록(7)에의 A/D 컨버터(4)로부터의 공급은 차단되고, 프레임 메모리(6)에 저장되어 있는 영상 신호가 판독되어, 화상 신호 처리 블록(7)으로 공급된다.

리드 아웃 마스크 신호의 하이 구간에서의 촬상 장치(20)의 모습을 도 7에 도시한다. 리드 아웃 마스크 신호의 하이 구간에서는, 타이밍 발생 회로(10)로부터의 리드 아웃 펄스 신호가 CCD(1a, 1b, 1c)에는 공급되지 않고, 버스 스위치(5)도 OFF로 되어, 프레임 메모리(6)에는 타이밍 발생 회로(10)로부터 판독 허가 신호가 공급된다.

이와 같이 하여, 타이밍 발생 회로(10)의 제어에 의해, 화상 처리 블록(7)에는, 3 프레임분의 전하를 축적한 CCD(1a, 1b, 1c)의 홀수 라인, 짝수 라인으로부터 각각 3 프레임마다 판독된 전하에 의한 영상 신호가 공급되고, 남은 2 프레임에서는, 동일한 영상 신호가 프레임 메모리(6)로부터 보완되도록 공급된다.

다음으로, 도 8의 (A)∼도 8의 (I)에 도시한 타이밍차트를 이용하여, 제2 모드가 지정된 경우의 촬상 장치(20)의 동작에 대하여 설명을 한다. 또한, CCD(1a, 1b, 1c)에 축적되는 전하의 축적 시간은, 3 프레임분(=6 필드분)의 축적 시간으로 한다. 도 8의 (A)∼도 8의 (I)에 도시한 신호의 설명은, 도 5의 (A)∼도 5의 (I)의 설명에 대응하는 것이기 때문에, 상세 내용은 생략한다.

도 8의 (E), 도 8의 (F)에 도시한 바와 같이, 타이밍 발생 회로(10)로부터는, 홀수 필드 구간에서, CCD(1a, 1b, 1c)의 포토다이오드의 홀수 라인을 판독하고, 동일하게 홀수 필드 구간에서, CCD(1a)의 포토다이오드의 짝수 라인을 판독하는 리드 아웃 신호가 출력되어 있다.

또한, 도 8의 (E), 도 8의 (F)에 점선으로 나타낸 개소는, 리드 아웃 마스크 신호에 의해서 리드 아웃 펄스 신호가 마스크되지 않은 경우에 출력될 리드 아웃 펄스 신호의 위상을 나타내고 있다.

또한, 도 8의 (D)에 도시한 바와 같이, 타이밍 발생 회로(10)는, 리드 아웃 신호가 6 필드에 1회만 유효로 되도록 리드 아웃 마스크 신호를 출력하고 있다. 타이밍 발생 회로(10)로부터 출력된 리드 아웃 마스크 신호는, 스위치(11)에 공급되고, 하이 구간에서 리드 아웃 신호가 CCD(1a, 1b, 1c)에 공급되지 않도록 제한을 둔다.

이에 의해, 리드 아웃 마스크 신호의 로우 구간에서, CCD(1a, 1b, 1c)에는 스위치(11)를 통하여 리드 아웃 신호가 공급되어, 도 8의 (G)에 도시한 바와 같이 홀수 라인에 축적된 전하에 의한 영상 신호 및 짝수 라인에 축적된 전하에 의한 영상 신호가 6 필드마다 판독되어 가산된다.

또한, 타이밍 발생 회로(10)는, 리드 아웃 마스크 신호의 로우 구간에서, 버스 스위치(5)를 제어하여 ON으로 하여, 또한 도 8의 (H)에 도시한 바와 같이 프레임 메모리(6)에 영상 신호의 기입을 허가하는 신호를 출력한다.

CCD(1a, 1b, 1c)로부터 판독된 영상 신호는, CDS(2), 게인 가변 증폭기(3), A/D 컨버터(4), 스위치(5)를 통하여, 프레임 메모리(6) 및 도 8의 (I)에 도시한 바와 같이 화상 신호 처리 블록(7)에 공급된다.

리드 아웃 마스크 신호의 로우 구간에서의 촬상 장치(20)의 모습을 도 6에 도시한다. 리드 아웃 마스크 신호의 로우 구간에서는, 타이밍 발생 회로(10)로부터, 스위치(11)를 통하여 리드 아웃 펄스 신호가 CCD(1a, 1b, 1c)에 공급되어, 버스 스위치(5)도 ON으로 되어, 프레임 메모리(6)에는, 타이밍 발생 회로(10)로부터 기입 허가 신호가 공급된다.

한편, 리드 아웃 마스크 신호의 하이 구간에서, 타이밍 발생 회로(10)는, 버스 스위치(5)를 제어하여 OFF로 하고, 또한 도 8의 (H)에 도시한 바와 같이 프레임 메모리(6)에 저장된 영상 신호의 판독을 허가하는 신호를 출력한다.

이에 의해, 화상 신호 처리 블록(7)에의 A/D 컨버터(4)로부터의 공급은 차단되어, 프레임 메모리(6)에 저장되어 있는 영상 신호가 판독되어, 화상 신호 처리 블록(7)에 공급된다.

리드 아웃 마스크 신호의 하이 구간에서의 촬상 장치(20)의 모습을 도 7에 도시한다. 리드 아웃 마스크 신호의 하이 구간에서는, 타이밍 발생 회로(10)로부터의 리드 아웃 펄스 신호가 CCD(1a, 1b, 1c)에는 공급되지 않고, 버스 스위치(5)도 OFF로 되어, 프레임 메모리(6)에는 타이밍 발생 회로(10)보다 판독 허가 신호가 공급된다.

이와 같이 하여, 타이밍 발생 회로(10)의 제어에 의해, 화상 처리 블록(7)에는, 3 프레임분(=6 필드분)의 전하를 축적한 CCD(1a, 1b, 1c)의 홀수 라인과 짝수 라인으로부터, 6 필드마다 판독되어 가산된 전하에 의한 영상 신호가 공급되고, 남은 5 필드에서는, 동일한 영상 신호가 프레임 메모리(6)로부터 보완되도록 공급된다.

이와 같이 하여, 촬상 장치(20)는, 장시간 노광 모드에서, CCD(1a, 1b, 1c)에 축적된 전하를, 제1 모드 또는 제2 모드에 의해서 판독할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 촬상 장치(20)에서는, 게인량의 조정은, 사용자에 의 해서 사용자 인터페이스(8)로부터 입력된 게인량에 따라서, 게인 가변 증폭기(3)에 의해서 제어하도록 했지만, 게인 가변 증폭기(3) 대신에, AGC(Auto Gain Controller)를 구비함으로써 촬영 조건 등에 따라서 게인을 조정하도록 해도 된다. CPU(9)는, AGC에 의해서 조정된 게인량이 낮은 경우, 제1 모드가 지정되고, 게인량이 높은 경우, 제2 모드가 지정되도록 모드 컨트롤 신호를 타이밍 발생 회로(10)에 출력한다.

또한, 본 발명에 따른 촬상 장치(20)에서의 제1 모드, 제2 모드의 지정은, 사용자 인터페이스(8)로부터 입력되는 게인량, 전하 축적 시간에 기초하여 CPU(9)에 설정된, 예를 들면 도 2, 도 3, 도 4에 도시한 테이블에 의해서 규정되는 폴리시에 의해 자동적으로 행하도록 하고 있지만, 사용자 인터페이스(8)로부터 직접, 사용자가 제1 모드 또는 제2 모드를 지정하도록 해도 된다.

또한, 본 발명은, 도면을 참조하여 설명한 전술의 실시예에 한정되는 것은 아니고, 첨부의 청구의 범위 및 그 주지를 일탈하지 않고, 여러 변경, 치환 또는 그 동등한 것을 행할 수 있는 것은 당업자에게 있어서 분명하다.

전술한 바와 같이, 본 발명은 낮은 출력 감도에서의 촬상 요구에 따라서, 고체 촬상 소자에 축적된 전하를 프레임마다 판독하는 촬상 모드인 제1 모드로 전환하고, 높은 출력 감도에서의 촬상 요구에 따라서, 고체 촬상 소자에 축적된 전하를 필드마다 판독하고, 판독한 전하의 수직 방향에 인접하는 홀수번째의 전하와, 짝수번째의 전하를 필드마다 조합을 바꾸면서 가산하여 출력하는 촬상 모드인 제2 모드 로 전환하여 촬상하도록 하고 있기 때문에, 사용자가 원하는 출력 감도로, 최적의 영상으로 되도록 피사체를 촬상하는 것이 가능해진다.

예를 들면, 피사체의 광량이 불충분하기 때문에 촬상 신호의 이득을 높인 경우에, 제2 모드로 전환한다. 제2 모드는, 제1 모드와 비교하여, 동일한 감도로 되는 전하 축적 시간이 반으로 되기 때문에, 움직임이 있는 피사체의 흔들림을 억제하면서, 요구되는 출력 감도도 만족한 영상을 취득하는 것이 가능해진다.

또한, 피사체의 광량이 충분하기 때문에 감도를 특히 높게 할 필요가 없는 경우에, 제1 모드로 전환함으로써, 제2 모드로 촬상한 경우보다도 수직 해상도가 높은 고화질인 영상을 취득하는 것이 가능하게 된다.

또한, 고체 촬상 소자에서 전하를 축적시키는 전하 축적 시간을 많게 하여 출력 감도를 높이는 경우에, 제2 모드로 전환함으로써, 제1 모드로 했을 때와 동일한 전하 축적 시간에 배의 출력 감도, 즉 전하 축적 시간을 반으로 할 수 있다. 따라서, 움직임이 있는 피사체의 흔들림에 의한 화질의 열화를 광학 조정함으로써 최소한으로 하면서, 요구되는 출력 감도의 영상을 취득하는 것이 가능해진다.

Claims

수광한 촬상광에 따라서 광전 변환을 행하는 고체 촬상 소자와,

상기 고체 촬상 소자에 축적된 전하를 n(n은 자연수) 프레임마다 판독하여 CCD 출력 신호를 출력하는 촬상 모드인 제1 모드와, 상기 고체 촬상 소자에 축적된 전하를 m(m은 자연수) 필드마다 판독하고, 판독한 전하의 수직 방향에 인접하는 홀수번째의 전하와, 짝수번째의 전하를 m 필드마다 조합을 바꾸면서 가산하여 CCD 출력 신호를 출력하는 촬상 모드인 제2 모드를 전환하는 전환 수단과,

낮은 출력 감도에서의 촬상 요구에 따라서, 해당 촬상 장치의 촬상 모드를 상기 제1 모드로 전환하고, 높은 출력 감도에서의 촬상 요구에 따라서, 해당 촬상 장치의 촬상 모드를 상기 제2 모드로 전환하도록 상기 전환 수단을 제어하는 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
제1항에 있어서,

상기 고체 촬상 소자로부터 출력되는 촬상 신호의 이득을 조정하는 이득 조정 수단을 포함하고,

상기 제어 수단은, 상기 이득 조정 수단에 의해서 조정되는 상기 이득에 따라서, 해당 촬상 장치의 촬상 모드를 상기 제1 모드 또는 상기 제2 모드 중 어느 하나로 전환하도록 상기 전환 수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
제1항에 있어서,

상기 제어 수단은, 상기 고체 촬상 소자에 축적되는 상기 전하의 축적 시간에 따라서, 해당 촬상 장치의 촬상 모드를 상기 제1 모드 또는 상기 제2 모드 중 어느 하나로 전환하도록 상기 전환 수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
수광한 촬상광에 따라서 고체 촬상 소자로 광전 변환하고,

낮은 출력 감도에서의 촬상 요구에 따라서, 상기 고체 촬상 소자에 축적된 전하를 n(n은 자연수) 프레임마다 판독하여 CCD 출력 신호를 출력하는 촬상 모드인 제1 모드로 전환하고,

높은 출력 감도에서의 촬상 요구에 따라서, 상기 고체 촬상 소자에 축적된 전하를 m(m은 자연수) 필드마다 판독하고, 판독한 전하의 수직 방향에 인접하는 홀수번째의 전하와, 짝수번째의 전하를 m 필드마다 조합을 바꾸면서 가산하여 CCD 출력 신호를 출력하는 촬상 모드인 제2 모드로 전환하여 촬상하는 것을 특징으로 하는 촬상 방법.
제4항에 있어서,

상기 고체 촬상 소자로부터 출력되는 촬상 신호의 이득을 조정하고, 조정된 상기 이득에 따라서, 촬상 모드를 상기 제1 모드 또는 상기 제2 모드 중 어느 하나로 전환하여 촬상하는 것을 특징으로 하는 촬상 방법.
제4항에 있어서,

상기 고체 촬상 소자에 축적되는 상기 전하의 축적 시간에 따라서, 촬상 모드를 상기 제1 모드 또는 상기 제2 모드 중 어느 하나로 전환하여 촬상하는 것을 특징으로 하는 촬상 방법.