KR20120074278A - 촬상 장치 - Google Patents

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KR20120074278A
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히로아키 에비하라
요시카즈 닛타
히로타카 키타미
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소니 주식회사
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Abstract

프레임마다 다른 화상 처리가 불필요하고, 중심을 보정하는 처리를 별도 마련하는 일 없이 중심의 어긋남을 없앨 수 있고, 나아가서는 S/N을 향상시켜, 화질을 개선하는 것이 가능한 촬상 장치를 제공한다. 콘트롤러(140)는, 동작 모드 제어 신호가 전화소 모드를 지정하고 있는 경우에는, 모든 화소로부터 순차적으로 신호를 판독하고, 동작 모드 제어 신호가 선택 판독 모드를 지정하고 있는 경우에는, 필드마다 판독 위치를 바꾸어서, 다른 화소로부터 신호를 판독하도록 제어하고, 신호 처리부(150)는, 동작 모드 제어 신호가 전화소 모드를 지정하고 있는 경우, 단일한 필드의 필드 데이터에 대해 신호 처리를 행하여 프레임 데이터로서 출력하고, 동작 모드 제어 신호가 선택 판독 모드를 지정하고 있는 경우, 복수의 필드의 데이터를 가산 처리하여, 프레임 데이터로서 출력한다.

Description

촬상 장치{IMAGING DEVICE}
본 발명은, 전(全)화소 판독 및 선택 판독이 가능한 CMOS 이미지 센서 등을 포함하는 촬상 장치에 관한 것이다.
근래, 높은 해상도를 갖는 이미지 센서라도, 낮은 해상도의 양질의 화상을 촬상할 것이 요구되고 있다.
예를 들면, 디지털 카메라로 동화를 촬영하거나, 역으로 캠코더로 정지화를 촬상하거나 하는 등의 기능이 일반화되고 있다.
또한, 이들의 전자 기기에서는, 많은 경우, 영상을 확인하기 위한 뷰 파인더를 구비하고 있는데, 통상, 뷰 파인더의 해상도는 촬상하는 화상보다도 낮다.
또한 일부의 디지털 카메라나 휴대전화 등에서는, 저해상도의 촬상시에 프레임 레이트를 향상시켜서, 종래에는 볼 수 없었던 고속의 움직임을 촬상하는 기능을 탑재하고 있다.
이상과 같이, 하나의 이미지 센서로, 고해상도로 저 프레임 레이트의 정지화와, 비교적 저해상도로 고 프레임 레이트의 동화의 양쪽에 대응하는 것이 요구되고 있다.
이에 대해, 모든 화소로부터 신호를 판독하는 전화소 모드와, 행이나 열을 건너뛰면서 간헐적으로 판독하는 선택 판독 모드에 대응하는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서가 제안되어 있다.
이 CMOS 이미지 센서에서는, 고해상도의 정지화를 촬영할 때에는 전화소 모드를 이용하고, 저해상도의 동화나 높은 프레임 레이트로 촬상할 때에는 선택 판독 모드를 이용한다.
선택 판독 모드에서의 동화의 촬상에서, 화질을 향상하는 CMOS 이미지 센서가 특허문헌1에 기재되어 있다.
이 방법에서는, 프레임마다 판독하는 화소를 바꾸는 것으로, 샘플링의 위상과 주파수를 다르게 하여, 무아레를 저감한다.
특허문헌1 : 일본 특개2003-338933호 공보
그러나, 이 방법에서는, 프레임마다 다른 화상 처리가 필요하여, 연산의 부하가 크고, 필요하게 되는 메모리의 양도 크다는 불이익이 있다.
또한, 선택 판독 모드에서는, 짝수행과 홀수행에서 샘플링하는 화소의 중심(重心)이 어긋나 버리는데, 특허문헌1에서는 그 점에 관해서는 고려되어 있지 않아, 중심을 보정하는 처리가 별도 필요해진다는 불이익이 있다.
본 발명은, 프레임마다 다른 화상 처리가 불필요하고, 중심을 보정하는 처리를 별도 마련하는 일 없이 중심의 어긋남을 없앨 수 있고, 나아가서는 S/N을 향상시켜, 화질을 개선하는 것이 가능한 촬상 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 촬상 장치는, 복수의 화소가 매트릭스형상으로 배열된 화소부와, 상기 화소부에서 발생한 아날로그 신호를 변환 처리하여 필드 데이터로서 출력하는 판독 회로와, 동작 제어 모드 신호에 응하여 상기 화소부의 어느 화소로부터 신호를 판독하는지를 제어하는 콘트롤러와, 상기 판독 회로로부터 출력되는 필드 데이터에 대해 신호 처리를 행하고, 프레임 데이터로서 출력하는 신호 처리부를 가지며, 상기 콘트롤러는, 상기 동작 모드 제어 신호가 전화소 모드를 지정하고 있는 경우에는, 모든 화소로부터 순차적으로 신호를 판독하고, 상기 동작 모드 제어 신호가 선택 판독 모드를 지정하고 있는 경우에는, 필드마다 판독 위치를 바꾸어서, 다른 화소로부터 신호를 판독하도록 제어하고, 상기 신호 처리부는, 상기 동작 모드 제어 신호가 전화소 모드를 지정하고 있는 경우, 단일한 필드의 필드 데이터에 대해 신호 처리를 행하여 프레임 데이터로서 출력하고, 상기 동작 모드 제어 신호가 선택 판독 모드를 지정하고 있는 경우, 복수의 필드의 데이터를 가산 처리하여, 프레임 데이터로서 출력한다.
본 발명에 의하면, 프레임마다 다른 화상 처리가 불필요하고, 중심을 보정하는 처리를 별도 마련하는 일 없이 중심의 어긋남을 없앨 수 있고, 나아가서는 S/N을 향상시켜, 화질을 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1의 실시 형태에 관한 촬상 장치의 구성예를 도시하는 블록도.
도 2는 본 촬상 장치의 가산 처리의 개념도.
도 3은 제 1의 실시 형태에서, H1/4V1/4 선택 판독 모드에서 m=2인 경우의, 각 필드의 판독 어드레스의 한 예를 도시하는 도면.
도 4는 도 3에 도시하는 어드레스의 화소로부터 신호를 판독한 경우의, 필드 데이터(200)의 한 예를 도시하는 도면.
도 5는 제 1의 실시 형태에서, 필드 데이터(FL2n와 FL2n+1)를 가산 처리하여 얻어진 프레임 데이터(FM2n+1)의 샘플링의 중심을 도시하는 도면.
도 6은 본 제 1의 실시 형태에 관한 촬상 장치에서의, 각 화소의 리셋(전자 셔터) 및 판독 타이밍의 한 예를 도시하는 도면.
도 7은 본 발명의 제 2의 실시 형태에 관한 촬상 장치의 각 필드의 판독 어드레스의 한 예를 도시하는 도면.
도 8은 제 2의 실시 형태에서, 프레임 데이터(FM2n+1)의 화소의 어드레스에서의 샘플링의 중심을 도시하는 도면.
도 9는 제 2의 실시 형태에서의, 각 화소의 리셋(전자 셔터) 및 판독 타이밍의 한 예를 도시하는 도면.
도 10은 제 3의 실시 형태에서, H1/4V1/4 선택 판독 모드에서, 2화소를 가산 처리하는 경우의 예를 도시하는 도면.
이하, 본 발명의 실시의 형태를 도면에 관련지어서 설명한다.
그리고, 설명은 이하의 순서로 행한다.
1. 제 1의 실시 형태(촬상 장치의 제 1의 구성 및 기능)
2. 제 2의 실시 형태(촬상 장치의 제 2의 구성 및 기능)
3. 제 3의 실시 형태(촬상 장치의 제 3의 구성 및 기능)
<1. 제 1 실시 형태>
도 1은, 본 발명의 제 1의 실시 형태에 관한 촬상 장치의 구성예를 도시하는 블록도이다.
본 촬상 장치(100)는, 촬상 광학계(110), 화소부로서의 광전 변환부(120), 판독 회로(130), 샘플링 콘트롤러(140), 및 신호 처리부(150)를 갖는다.
광전 변환부(120), 판독 회로(130), 샘플링 콘트롤러(140), 신호 처리부(150)는, 반도체 소자로서 1칩에 통합하여도 좋고, 복수 칩으로 나누어도 좋다.
본 촬상 장치(100)는, 적어도, 모든 화소로부터 신호를 판독하는 전화소 모드와, 행이나 열을 건너뛰면서 간헐적으로 판독하는 선택 판독 모드에 대응하는 기능을 갖고 있다.
동작 모드는, 촬상 장치(100)의 외부로부터 입력되는 동작 모드 제어 신호(300)에 의해 전환된다.
본 촬상 장치(100)는, 선택 판독 모드시, 광전 변환부(120)로부터 필드마다 다른 데이터를 취득하고, 그것들을 가산 처리함으로써 프레임의 데이터를 생성하여 출력한다.
촬상 광학계(110)는, 렌즈, 메커니컬 셔터 등으로 구성된다.
광전 변환부(120)는, 촬상 광학계(110)를 통하여 입사되는 광을 수광하여 광량에 응한 전기신호를 발생한다.
광전 변환부(120)는, 예를 들면 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서 등에 의해 구성된다.
광전 변환부(120)는, M행×N열의 매트릭스형상으로 배치된 M×N개의 화소를 갖는다.
이 화소는, 예를 들면 입사하는 광량에 응한 전하를 발생하는 포토 다이오드로 이루어지는 광전 변환 소자를 갖는다.
매트릭스형상으로 배치된 화소의 앞면에는, 분광 투과율이 다른 컬러 필터를 규칙적으로 배열한 컬러 필터 어레이가 배치된다.
컬러 필터 어레이는, 예를 들면 RGB의 컬러 필터로 구성한 베이어 배열(후술하는 도 3이나 도 4 등 참조)이나 CMYG의 컬러 필터로 이루어지는 보색 필터를 이용할 수 있다.
판독 회로(130)는, 광전 변환부(120)에서 발생한 아날로그의 전기신호를 판독하고, AD(Analog/Digital) 변환하여, 필드 데이터(200)로서 출력한다.
샘플링 콘트롤러(140)는, 동작 모드 제어 신호(300)에 따라, M행×N열로 배치된 화소 중, 어느 화소로부터 신호를 판독하는지를 제어한다.
샘플링 콘트롤러(140)는, 동작 모드 제어 신호(300)가 전화소 모드를 지정하고 있는 경우에는, 모든 화소로부터 순차적으로 신호를 판독한다.
그에 대해 동작 모드 제어 신호(300)가 선택 판독 모드를 지정하고 있는 경우에는, 샘플링 콘트롤러(140)는, 필드마다 판독 위치를 바꾸어서, 다른 화소로부터 신호를 판독한다.
예를 들면, M행 내 1/4의 행을 판독하는 V1/4 선택 판독 모드에서 2필드마다 판독 위치를 바꾸는 경우, 샘플링 콘트롤러(140)는, 다음의 처리를 행한다.
즉, 이 경우, 샘플링 콘트롤러(140)는, 필드(2a)에서는 4x행부터 데이터를 판독하고, 필드(2a+1)에서는 4x+2행부터 신호를 판독한다.
여기서, a, x는 임의의 정수이다.
광전 변환부(120)는, 샘플링 콘트롤러(140)로부터의 신호에 응하여, 특정한 행에 배치된 화소(121)로부터, 전기신호를 판독하여 회로(130)에 출력한다.
판독 회로(130)는, 샘플링 콘트롤러(140)로부터의 제어 신호(CTL)에 따라, 특정한 열로부터 전기신호를 판독하고, AD 변환하여, 필드 데이터(200)로서 출력한다.
또는, 판독 회로(130)는, 샘플링 콘트롤러(140)로부터의 제어 신호(CLT)에 따라, 모든 열로부터 전기신호를 판독하고, AD 변환하여, 특정한 열의 신호만을 필드 데이터(200)로서 출력하여도 좋다.
신호 처리부(150)는, 판독 회로(130)로부터 출력되는 필드 데이터(200)에 대해 신호 처리를 행하여, 프레임 데이터(210)로서 외부에 출력한다.
신호 처리부(150)는, 가산 처리부(151)와 메모리(152)를 가지며, 동작 모드 제어 신호(300)에 의해, 복수 필드의 필드 데이터(200)를 가산 처리하여 출력하는지의 여부를 전환한다.
신호 처리부(150)는, 동작 모드 제어 신호(300)가 전화소 모드를 지정하고 있는 경우, 신호 처리부는 단일한 필드의 필드 데이터(200)에 대해서만 신호 처리를 행하여, 프레임 데이터(210)로서 출력한다.
이에 대해, 신호 처리부(150)는, 동작 모드 제어 신호(300)가 선택 판독 모드를 지정하고 있는 경우, 신호 처리부는 복수의 필드의 데이터를 가산 처리하여, 프레임 데이터(210)로서 출력한다.
선택 판독 모드에서는, 신호 처리부(150)의 메모리(152)는, 판독 회로(130)로부터 출력된 필드 데이터(200)를 일시적으로 보존한다.
또한 선택 판독 모드에서는, 신호 처리부(150)의 가산 처리부(151)는, 메모리(152)에 보존된, 또는 판독 회로(130)로부터 출력된 복수의 필드 데이터(200)를 가산 처리한다.
구체적으로는, 가산 처리부(151)는, 복수 필드의 필드 데이터에서, 같은 좌표에 위치하는 데이터의 가산(또는 가산평균)을 모든 화소에 대해 행한다. 이에 의해, 복수마다의 화상 데이터로부터 1장의 화상 데이터를 생성한다.
판독 위치를 m(m은 임의의 정수)필드마다 바꾸는 경우, 가산 처리부(151)는 m장의 필드 데이터(200)를 가산하여 1장의 화상 데이터를 생성한다.
이 때, 메모리(152)는 적어도 m-1장분의 필드 데이터(200)를 보존할 필요가 있다.
이상과 같이 본 촬상 장치(100)는, 선택 판독 모드시에 필드마다 판독 위치를 바꾸어서, 복수 필드의 필드 데이터(200)를 가산 처리하여 프레임 데이터(210)를 생성한다.
다음에, 본 제 1의 실시 형태에서의 가산 처리에 관해 설명한다.
본 촬상 장치(100)의 가산 처리에서는, n필드의 필드 데이터(200)로부터, 1 내지 n-(m-1)프레임분의 프레임 데이터를 얻을 수 있다.
이 가산 처리에서는, n필드의 필드 데이터(200)로부터, 프레임 데이터(210) 를 몇 프레임분 얻을지는, 필요한 프레임 레이트 등으로부터 자유롭게 정할 수 있다.
도 2의 (A) 및 (B)는, 본 촬상 장치의 가산 처리의 개념도이다.
도 2의 (A) 및 (B)는 판독 위치를 2필드마다 바꾸는 (m=2) 경우에 관해 도시하고 있다.
도 2의 (A)는, n필드의 필드 데이터(200)로부터 (n-1)프레임분의 프레임 데이터(210)를 생성하는 경우의 예를 도시하고 있다.
프레임(n)의 프레임 데이터(FMn)는, 필드(n)의 필드 데이터(FLn)와 필드(n-1)의 필드 데이터(FLn-1)를 가산 처리하여 생성되어 있다.
마찬가지로, 프레임(n+1)의 프레임 데이터(FMn+1)는, 필드 데이터(FLn+1과 FLn)를 가산 처리하여 생성되어 있다.
도 2의 (B)는, 2n필드의 필드 데이터(200)로부터 n프레임분의 프레임 데이터(210)를 생성하는 경우의 예이다.
프레임(n)의 프레임 데이터(FMn)는, 필드 데이터(FL2n와 FL2n+1)를 가산 처리하여 생성되어 있다.
마찬가지로, 프레임(n+1)의 프레임 데이터(FMn+1)는, 필드 데이터(FL2(n+1)와 FL2(n+1)+1)를 가산 처리하여 생성되어 있다.
필드(n)의 필드 데이터(FLn)와 필드(n-1)의 필드 데이터(FLn-1)를 가산 처리하여 프레임(n)의 프레임 데이터(FMn)를 생성할 때, 본 촬상 장치(100)는 동일한 어드레스의 데이터끼리를 가산 처리한다.
즉, 프레임 데이터(FM2n)의 X행Y열의 데이터를 FMD2n(X, Y)로, 필드 데이터(FL2n)의 X행Y열의 데이터를 FLD2n(X, Y)로 하면, {FMD2n(X, Y)=FLD2n-1(X, Y)+FLD2n(X, Y)}가 된다.
다음에, 필드 데이터(200)의 상세에 관해 설명한다.
여기서는, M행 내 1/4의 행과, N열 중 1/4의 열을 판독하는 H1/4V1/4 선택 판독 모드에서, 2필드마다 판독 위치를 바꾸는 (m=2) 경우를 예로 설명한다.
도 3의 (A) 및 (B)는, 제 1의 실시 형태에서, H1/4V1/4 선택 판독 모드에서 m=2인 경우의, 각 필드의 판독 어드레스의 한 예를 도시하고 있다.
도 3의 (A)는 2n필드의, 도 3의 (B)는 2n+1 필드의 판독 어드레스를 각각 도시하고 있다.
여기서 n은 임의의 정수이다.
도 3의 (A) 및 (B)의 예에서, 2n필드에서는, M행×N열로 배치된 화소 중에서, 4x2j행 및 4x(2j+1)+1행과, 4x2i열 및 4x(2i+1)+1열의 교점에 위치하는 화소로부터의 신호를 판독하고 있다.
여기서, i, j는, 4x(2j+1)+3<M, 4x(2i+1)+3<N을 충족시키는 임의의 정수이다.
또한, 2n+1필드에서는, 4x2j+2행 및 4x(2j+1)+1행과, 4x2i+2열 및 4x(2i+1)+1열의 교점에 위치하는 화소로부터 신호를 판독하고 있다.
이상과 같이, 본 촬상 장치(100)는, 선택 판독 모드시, 필드마다 짝수행 2j행 및 짝수열 2i열의 화소의 판독 위치를 변경한다.
도 4의 (A) 및 (B)는, 도 3에 도시하는 어드레스의 화소로부터 신호를 판독한 경우의, 필드 데이터(200)의 한 예이다.
도 4의 (A)에 도시하는 바와 같이, 필드(2n)의 필드 데이터(FL2n)의 짝수행 2j행에는 화소의 4x2j행, 홀수행 2j+1행에는 화소의 4(2j+1)+1행의 데이터가 출력된다.
짝수열 2i행에는 화소의 4x2i열, 홀수열 2i+1열에는 화소의 4(2i+1)+1열의 데이터가 출력된다.
또한, 도 4의 (B)에 도시하는 바와 같이, 필드(2n+1)의 필드 데이터(FL2n+1)의 짝수행 2j행에는 화소의 4x2j+2행, 홀수행 2j+1행에는 화소의 4(2j+1)+1행의 데이터가 출력된다.
짝수열 2i행에는 화소의 4x2i+2열, 홀수열 2i+1열에는 화소의 4(2i+1)+1열의 데이터가 출력된다.
이와 같이 하여 얻어진 필드 데이터(200)에서는, 단일한 필드만으로는, 짝수행과 홀수행, 짝수열과 홀수열에서, 공간적인 위상이 어긋나 버린다.
예를 들면, 필드(2n)에 관해 보면, 필드 데이터의 짝수행(2n)에는 화소의 4x2j행의 데이터가 출력되어 있음에 대해, 홀수행(2n+1)에는 화소의 4(2i+1)+1행의 데이터가 출력되어 있고, 샘플링의 중심이 1화소분 어긋나 있다.
열방향에 대해서도 마찬가지이다.
그 때문에, 전화소 모드와 마찬가지로 필드 데이터의 짝수행과 홀수행이 등(等)피치인 것을 전제로 하여 신호 처리를 행하여 버리면, 처리 후의 화상에 재기(jaggy)가 발생하여 버린다.
이에 대해, 본 촬상 장치(100)에서는, 판독 위치를 바꾼 복수의 필드 데이터(200)를 서로 더함으로써, 짝수행과 홀수행의 샘플링의 중심을 등피치로 한다.
도 5는, 필드 데이터(FL2n와 FL2n+1)를 가산 처리하여 얻어진 프레임 데이터(FM2n+1)의 샘플링의 중심을 도시하고 있다.
전술한 바와 같이, 필드 데이터의 FL2n의 짝수행 2j행에 출력되어 있는 화소의 행어드레스는 4x2j이고, 필드 데이터의 FL2n+1의 짝수행 2j행에 출력되어 있는 화소의 행어드레스는 4x2j+2이다.
따라서, 필드 데이터의 FL2n과 FL2n+1의 짝수행 2j를 서로 더하면, 행방향의 샘플링의 중심이 화소의 행어드레스의 4x2j+1이 된다.
한편, 필드 데이터의 FL2n, FL2n+1 함께 홀수행 2j+1행에 출력되어 있는 화소의 행어드레스는 4x(2j+1)+1이고, 가산 처리 후도 중심은 변하지 않는다.
이상으로부터, 프레임 데이터(FM2n+1)의 k행째(k는 0<4k<M을 충족시키는 임의의 정수)의 샘플링의 중심은 짝수행, 홀수행 함께 4k+1이 되고, 행에 의한 중심의 어긋남이 없어진다.
마찬가지로, 필드 데이터의 FL2n의 짝수열 2i열에 출력되어 있는 화소의 열어드레스는 4x2i이고, 필드 데이터의 FL2n+1의 짝수행 2i열에 출력되어 있는 화소의 열어드레스는 4x2i+2이다.
따라서, 필드 데이터의 FL2n와 FL2n+1의 짝수행 2i를 서로 더하면, 열방향의 샘플링의 중심은 화소의 열어드레스의 4x2i+1이 된다.
한편, 필드 데이터의 FL2n, FL2n+1 함께 홀수행 2i+1열에 출력되어 있는 화소의 열어드레스는 4x(2j+1)+1이고, 가산 처리 후도 중심은 변하지 않는다.
이상으로부터, 프레임 데이터(FM2n+1)의 l열째(L은 0<4l<N을 충족시키는 임의의 정수)의 샘플링의 중심은 짝수열 , 홀수열 함께 4l+1이 되고, 열에 의한 중심의 어긋남이 없어진다.
이상과 같이, 본 촬상 장치(100)는, 선택 판독 모드시에, 판독 위치를 바꾼 복수의 필드 데이터(200)를 가산 처리하여 프레임 데이터(210)를 생성함으로써, 각 행, 열에서의 화소의 샘플링의 중심을 일정하게 하여, 재기를 저감할 수 있다.
또한, 각 필드에서의 화소의 판독 어드레스는, m장의 필드 데이터를 가산한 때에, 각 행, 열의 중심이 정돈되도록 선택하면 좋고, 도 3부터 도 5의 예로 한정되는 것이 아니다.
또한, 본 촬상 장치(100)에서는, 복수의 필드 데이터(200)를 가산 처리함으로써, 프레임 데이터(210)의 S/N비를 향상한다.
예를 들면, 화소가 포토 다이오드를 이용하여 전기신호를 발생하고 있고, 판독 위치를 2필드마다 바꾸는 (m=2) 경우에 관해 설명한다.
간단하게 하기 위해 필드(2n와 2n+1)에서 각 화소의 출력치가 동등하고 SFD이고, 노이즈가 NFD라고 한다.
일반적으로, 어느 정도의 광량이 있는 조건에서는, 포토 다이오드가 광전 변환할 때의 광 쇼트 노이즈가 노이즈(NFD)의 지배적인 요인이 되고, NFD≒(SFD)1/2이 된다.
여기서 가산 처리 후의 신호를 SFM, 노이즈를 NFM이라고 하면, SFM=2SFD, NFM=((NFD)2+(NFD)2)1/2=21/2NFD=(2SFD)1/2이 된다.
여기서 가산 처리 전과 후에서 S/N비를 비교하면, 가산 전의 S/N비는 SFD/NFD=(SFD)1/2, 가산 처리 후의 S/N비는 SFM/NFM=2SFD/(2SFD)1/2=(2SFD)1/2이 되어, 가산 처리 후에 S/N비가 21/2배 향상하고 있는 것을 알 수 있다.
도 6은, 본 촬상 장치(100)에서의, 각 화소의 리셋(전자 셔터) 및 판독 타이밍의 한 예를 도시하고 있다.
도 6은, 판독 위치를 2필드마다 바꾸는 (m=2) 경우에 관해 도시하고 있다.
횡축은 시간, 종축은 화소의 행어드레스를 나타내고 있다.
필드(2n)의 선두에서는 화소의 행어드레스 0으로부터 데이터가 판독된다. 마찬가지로, 필드(2n+1)의 선두에서는 화소의 행어드레스 2로부터 데이터가 판독된다.
본 실시 형태에서는, 필드(2n와 2n+1)의 홀수행 2i+1행에서, 같은 화소의 행어드레스 4(i+1)+1로부터 신호를 판독하고 있다.
그 때문에, 각 화소의 전기신호를 리셋하고 나서 신호를 판독하기 까지의 축적 시간(Te)은, 1필드의 길이인 필드 기간(Tf)보다도 짧을 필요가 있다.
이상과 같이, 본 실시 형태의 촬상 장치(100)에 의하면, 선택 판독 모드시에, 판독 위치를 바꾼 복수의 필드 데이터(200)를 가산 처리하여 프레임 데이터(210)를 생성한다.
이에 의해, 각 행에서의 화소의 샘플링의 중심을 일정하게 하여, 재기를 저감할 수 있다.
또한, 복수 필드를 가산하여 프레임 데이터를 생성함으로써 S/N비를 향상하고, 화질을 개선할 수 있다.
<2. 제 2 실시 형태>
본 발명의 제 2의 실시 형태에 관한 촬상 장치의 전체 구성은, 제 1의 실시 형태와 마찬가지로 도 1의 구성을 채용할 수 있다.
본 촬상 장치(100A)는, 적어도, 모든 화소로부터 신호를 판독하는 전화소 모드와, 행이나 열을 건너뛰면서 간헐적으로 판독하는 선택 판독 모드에 대응하고, 동작 모드 제어 신호(300)에 의해 동작 모드를 제어할 수 있는 점도 제 1의 실시 형태와 마찬가지이다.
본 촬상 장치(100A)는, 선택 판독 모드시, 광전 변환부(120)로부터 필드마다 다른 데이터를 취득하고, 그들을 가산 처리함으로써 프레임의 데이터를 생성하여 출력한다.
제 2의 실시 형태에서도, 본 촬상 장치(100A)는, 복수의 필드 데이터(200)를 가산 처리하여 프레임 데이터를 생성한다.
또한, 제 1의 실시 형태와 마찬가지로, 프레임 데이터를 생성할 때, 본 촬상 장치(100A)는, 필드 데이터의 동일한 어드레스의 데이터끼리를 가산 처리한다.
도 7은, 본 발명의 제 2의 실시 형태에 관한 촬상 장치의 각 필드의 판독 어드레스의 한 예를 도시하고 있다.
도 7은, M행 내 1/4의 행과, N열의 중의 1/4의 열을 판독하는 H1/4V1/4 선택 판독 모드에서, 2필드마다 판독 위치를 바꾸는 (m=2) 경우의 예를 도시하고 있다.
제 2의 실시 형태에 관한 촬상 장치(100A)에서는, 가산하는 복수의 필드 사이에서, 다른 어드레스에 위치하는 화소로부터 데이터를 판독한다.
도 7의 예에서는, 필드(2n)의 필드 데이터(FD2n)의 짝수행 2i행에 대해서는 화소의 행어드레스 4x2j로부터 신호를 판독하고, 홀수행 2i+1행에 대해서는 화소의 행어드레스 4x2j+3으로부터 신호를 판독하고 있다.
한편, 필드(2n+1)의 필드 데이터(FD2n+1)의 짝수행 2i행에 대해서는 화소의 행어드레스 4x2j+2로부터 신호를 판독하고, 홀수행 2i+1행에는 화소의 행어드레스 4x(2j+1)+3으로부터 신호를 판독하고 있다.
M행×N열로 배치된 화소중에서, 4x2j행 및 4x2j+3행과, 4x2i열 및 4x(2i+1)+1열의 교점에 위치하는 화소로부터의 신호를 판독하고 있다.
여기서, i, j는, 4x(2j+1)+3<M, 4x(2i+1)+3<N을 충족시키는 임의의 정수이다.
또한, 2n+1필드에서는, 4x2j+2행 및 4x(2j+1)+3행과, 4x2i+2열 및 4x(2i+1)+1열의 교점에 위치하는 화소로부터 신호를 판독하고 있다.
여기서, 필드 데이터(FL2n)의 짝수열 2i행에는 화소의 4x2i열, 홀수열 2i+1열에는 화소의 4(2i+1)+1열의 데이터가 출력된다.
그리고, 필드 데이터(FL2n+1)의 짝수열 2i행에는 화소의 4x2i+2열, 홀수열 2i+1열에는 화소의 4(2i+1)+1열의 데이터가 출력되는 점은, 제 1의 실시 형태와 마찬가지이다.
이 결과, 필드(2n)와 필드(2n+1)에서는, R, G, B 모든 화소에서, 판독하는 화소의 어드레스가 다르다.
각 화소의 어드레스를 (화소의 열어드레스, 화소의 행어드레스)로 나타내는 것으로 한다.
R화소에 관해 보면, 필드(2n)에서는 (4x2i, 4x2j)의 화소를 판독하고 있다. 이에 대해, 필드(2n+1)에서는 (4x2i+2, 4x2j+2)의 화소를 판독하고 있다.
G화소에서는, 필드(2n)에서는 (4x2i, 4x2j+3) 및 (4x(2i+1)+1, 4x2j)의 화소를 판독하고 있다. 이에 대해, 필드(2n+1)에서는 (4x2i+2, 4x(2j+1)+3) 및 (4x(2i+1)+1, 4x2j+2)의 화소를 판독하고 있다.
또한 B화소에서는, 필드(2n)에서는 (4x(2i+1)+1, 4x2j+3)의 화소를 판독하고 있다. 이에 대해, 필드(2n+1)에서는 (4x(2i+1)+1, 4x(2j+1)+3)의 화소를 판독하고 있다.
이상과 같이 하여 판독한 필드(2n와 2n+1)의 필드 데이터(FL2n와 FL2n+1)를 가산 처리하여 프레임 데이터(FM2n+1)를 생성한 경우에도, 프레임 데이터(FM2n+1)에서는 각 행, 열의 샘플링의 중심이 등피치가 된다.
도 8은, 프레임 데이터(FM2n+1)의 화소의 어드레스에서의 샘플링의 중심을 도시하고 있다.
도 8에서, 짝수행 2i행의 중심은, 필드(2n)의 화소의 행어드레스가 4x2i, 필드(2n+1)의 화소의 행어드레스가 4x2i+2이기 때문에, 화소의 행어드레스의 4x2i+1이 된다.
한편, 홀수행 2i+1행의 중심은, 필드(2n)의 화소의 행어드레스가 4x2i+3, 필드(2n+1)의 화소의 행어드레스가 4x(2i+1)+3이기 때문에, 화소의 행어드레스의 4x(2i+1)+1이 된다.
이상으로부터, 프레임 데이터(FM2n+1)의 k행째(k는 0<4k<M을 충족시키는 임의의 정수)의 샘플링의 중심은 짝수행, 홀수행 함께 4k+1이 되고, 행에 의한 중심의 어긋남이 없어진다.
마찬가지로, 필드 데이터의 FL2n의 짝수열 2i열에 출력되어 있는 화소의 열어드레스는 4x2i이고, 필드 데이터의 FL2n+1의 짝수행 2i열에 출력되어 있는 화소의 열어드레스는 4x2i+2이다.
따라서, 필드 데이터의 FL2n와 FL2n+1의 짝수행 2i를 서로 더하면, 열방향의 샘플링의 중심은 화소의 열어드레스의 4x2i+1이 된다.
한편, 필드 데이터의 FL2n, FL2n+1 함께 홀수행 2i+1열에 출력되어 있는 화소의 열어드레스는 4x(2j+1)+1이고, 가산 처리 후도 중심은 변하지 않는다.
이상으로부터, 프레임 데이터(FM2n+1)의 l열째(L은 0<4l<N을 충족시키는 임의의 정수)의 샘플링의 중심은 짝수열 , 홀수열 함께 4l+1이 되고, 열에 의한 중심의 어긋남이 없어진다.
이상과 같이, 본 촬상 장치(100)는, 선택 판독 모드시에, 판독 위치를 바꾼 복수의 필드 데이터(200)를 가산 처리하여 프레임 데이터(210)를 생성함으로써, 각 행, 열에서의 화소의 샘플링의 중심을 일정하게 하여, 재기를 저감할 수 있다.
또한, 각 필드에서 화소의 판독 어드레스는, m장의 필드 데이터를 가산한 때에, 각 행, 열의 중심이 정돈되도록 선택하면 좋고, 도 3부터 도 5의 예로 한정되는 것이 아니다.
또한, 제 2의 실시 형태에서도 제 1의 실시 형태와 마찬가지로 복수의 필드 데이터(200)를 가산 처리하고 있기 때문에 프레임 데이터(210)의 S/N비를 향상할 수 있다.
다음에, 제 2의 실시 형태에서의 각 화소의 축적 시간에 관해 설명한다.
제 2의 실시 형태에서는, 가산하는 복수의 필드 사이에서 다른 화소로부터 신호를 판독한다. 그 때문에 각 화소에서는, 복수의 필드에 걸쳐서 신호를 축적할 수 있다.
예를 들면, m필드마다 판독 위치를 바꾸어서, m개의 필드 데이터를 가산 처리하여 1장의 프레임 데이터를 생성하는 경우, 하나의 필드의 기간을 Tf, 각 화소의 축적 시간을 Te로 하면, Te는 0<Te<m×Tf의 범위에 설정할 수 있다.
도 9는, 제 2의 실시 형태에서의, 각 화소의 리셋(전자 셔터) 및 판독 타이밍의 한 예를 도시하고 있다.
도 9는, 판독 위치를 2필드마다 바꾸는 (m=2) 경우에 관해 도시하고 있다.
도 9에서, 횡축은 시간, 종축은 화소의 행어드레스를 나타내고 있다.
필드(2n)의 선두에서는 화소의 행어드레스 0으로부터 데이터가 판독된다. 그 후, 화소의 행어드레스 0에 위치하는 화소는, 필드(2n+2)까지 판독되지 않는다.
이상으로부터, 행어드레스 0에 위치하는 화소의 리셋은, 필드(2n)의 선두부터, 필드(2n+2)의 선두에서 행할 수 있다.
그 때문에, 각 화소의 전기신호를 리셋하고 나서 신호를 판독하기 까지의 축적 시간(Te)는, 최대로 필드 기간(Tf×2)까지 설정할 수 있다.
필드(Tf)를 길게 하는 것으로도 최대의 축적 시간을 향상시킬 수가 있지만, 프레임 레이트가 저하되어 버린다.
이에 대해, 이상과 같이, 가산 처리를 행하는 필드 사이에서 완전하게 다른 화소로부터 신호를 판독함으로써, 최대의 축적 시간을 필드 기간(Tf)보다 길게 할 수 있다.
즉, 프레임 레이트를 일정하게 유지한 채로, 최대의 축적 시간을 늘릴 수 있다.
이상과 같이, 제 2의 실시 형태의 촬상 장치에 의하면, 선택 판독 모드시에, 판독 위치를 바꾼 복수의 필드 데이터(200)를 가산 처리하여 프레임 데이터(210)를 생성한다.
이에 의해, 각 행에서의 화소의 샘플링의 중심을 일정하게 하여, 재기를 저감할 수 있다.
또한, 복수 필드를 가산하여 프레임 데이터를 생성함으로써 S/N비를 향상하고, 화질을 개선할 수 있다.
또한, 가산 처리를 행하는 필드 사이에서 완전하게 다른 화소로부터 신호를 판독함으로써, 최대의 축적 시간을 필드 기간(Tf)보다 길게 할 수 있다. 즉, 프레임 레이트를 일정하게 유지한 채로, 최대의 축적 시간을 늘릴 수 있다.
<3. 제 3 실시 형태>
다음에, 본 발명의 제 3의 실시 형태에 관해 설명한다.
제 3의 실시 형태에서는, 선택 판독 모드시에, 필드 데이터 중의 같은 색의 복수의 화소 데이터를 가산하여 중심을 정돈하여, 프레임 데이터를 작성한다.
본 발명의 제 3의 실시 형태에 관한 촬상 장치의 전체 구성은, 제 1의 실시 형태와 마찬가지로 도 1의 구성을 취할 수 있다.
제 3의 실시 형태에서의 샘플링 콘트롤러(140)는, 동작 모드 제어 신호(300)에 따라, M행×N열로 배치된 화소중, 어느 화소로부터 신호를 판독하는지를 제어한다.
샘플링 콘트롤러(140)는, 동작 모드 제어 신호(300)가 전화소 모드를 지정하고 있는 경우에는, 모든 화소로부터 순차적으로 신호를 판독한다.
이에 대해, 샘플링 콘트롤러(140)는, 동작 모드 제어 신호(300)가 선택 판독 모드를 지정하고 있는 경우에는, 화소의 행 또는 열을 간헐적으로 선택하고, 일부의 화소로부터 신호를 판독한다.
광전 변환부(120)는, 제 1의 실시 형태와 마찬가지로 샘플링 콘트롤러(140)로부터의 신호에 응하여, 특정한 행에 배치된 화소(121)로부터, 전기신호를 판독하여 회로(130)에 출력한다.
또한, 판독 회로(130)는, 제 1의 실시 형태와 마찬가지로 샘플링 콘트롤러(140)로부터의 제어 신호(CTL)에 따라, 특정한 열로부터 전기신호를 판독하고, AD 변환하여, 필드 데이터(200)로서 출력한다.
또는, 판독 회로(130)는, 샘플링 콘트롤러(140)로부터의 제어 신호에 응하여, 모든 열로부터 전기신호를 판독하고, AD 변환하여, 특정한 열의 신호만을 필드 데이터(200)로서 출력하여도 좋다.
신호 처리부(150)는, 판독 회로(130)로부터 출력되는 필드 데이터(200)에 대해 신호 처리를 행하여, 프레임 데이터(210)로서 외부에 출력한다.
신호 처리부(150)는, 가산 처리부(151)와 메모리(152)를 가지며, 동작 모드 제어 신호(300)에 의해, 필드 데이터(200)의 중의 복수의 화소 데이터를 가산 처리하여 출력하는지의 여부를 전환한다.
다음에, 제 3의 실시 형태에서의 필드 데이터(200)와 가산 처리의 상세에 관해 설명한다.
도 10은, 제 3의 실시 형태에서, H1/4V1/4 선택 판독 모드에서, 2화소를 가산 처리하는 경우의 예를 도시하고 있다.
여기서, 필드 데이터(200)의 각 화소의 어드레스를 (화소의 열어드레스, 화소의 행어드레스) 나타내는 것으로 한다.
도 10의 예에서, R화소에 관해 보면, (4x2i, 4x2j)와 (4x2i+2, 4x2j+2)의 화소를 판독하고 있다.
신호 처리부(150)에서는, 이 2개의 화소를 가산 처리하여, 프레임 데이터(210)의 (2i, 2j)의 데이터로서 출력한다.
또한 G화소에서는, (4x2i, 4x2j+3)와 (4x2i+2, 4x(2j+1)+3)를 가산 처리한다. 그리고, 프레임 데이터(210)의 (2i, 2j+1)의 데이터를, (4x(2i+1)+1, 4x2j)와 (4x(2i+1)+1, 4x2j+2)를 가산 처리하여, 프레임 데이터(210)의 (2i+1, 2j)의 데이터를 출력한다.
또한, B화소에서는, 4x(2i+1)+1, 4x2j+3)와 (4x(2i+1)+1, 4x(2j+1)+3)를 가산하여, 프레임 데이터(210)의 (2i+1, 2j+1)의 데이터를 출력한다.
이상과 같이, 복수의 화소를 가산 처리함으로써, 프레임 데이터의 각 행, 열의, 샘플링의 중심을 정돈할 수 있다.
예를 들면, 프레임 데이터(210)의 (2i, 2j)에 출력되는 R화소에서는, 샘플링의 중심은 (4x2i+1, 4x2j+1)이 되어 있다.
또한, 프레임 데이터(210)의 (2i+1, 2j+1)에 출력되는 B화소에서는, (4x2(i+1)+1, 4x2(j+1)+1)이 되어 있다.
즉, 프레임 데이터의 k행째(k는 0<4k<M을 충족시키는 임의의 정수)의 샘플링의 중심은 짝수행, 홀수행 함께 4k+1이 된다. l열째(L은 0<4l<N을 충족시키는 임의의 정수)의 샘플링의 중심은 짝수열 , 홀수열 함께 4l+1이 되고, 행, 열에 의한 중심의 어긋남이 없어진다.
이상과 같이, 본 촬상 장치(100B)는, 선택 판독 모드시에, 필드 데이터(200)의 복수의 화소를 가산 처리하여 프레임 데이터(210)를 생성함으로써, 각 행, 열에서의 화소의 샘플링의 중심을 일정하게 하여, 재기를 저감할 수 있다.
또한, 필드 데이터에서의 화소의 판독 어드레스는, 복수의 화소를 가산한 때에, 각 행, 열의 중심이 정돈되도록 선택하면 좋고, 도 10의 예로 한정되는 것이 아니다.
이상과 같이, 본 발명의 제 3의 실시 형태에서는, 행마다 가산 처리를 행할 수가 있다. 이와 같은 가산 처리는 순차적으로 1행씩 행할 수 있다. 그 때문에, 메모리(152)의 사이즈는, 최저한 1행분 있으면 좋다.
또한, 제 3의 실시 형태에서도 제 1의 실시 형태와 마찬가지로 복수의 화소 데이터를 가산 처리하여 프레임 데이터(210)를 생성하고 있고 S/N비를 향상할 수 있다.
본 촬상 장치(100B)에서의, 축적 시간(Te)은, 제 1의 실시 형태 마찬가지로, 필드 기간(Tf)보다도 짧을 필요가 있다.
이상과 같이, 제 3의 실시 형태의 촬상 장치(100B)에 의하면, 선택 판독 모드시에, 판독 위치를 바꾼 복수의 필드 데이터(200)를 가산 처리하여 프레임 데이터(210)를 생성한다.
이에 의해, 각 행에서의 화소의 샘플링의 중심을 일정하게 하여, 재기를 저감할 수 있다.
또한, 복수 필드를 가산하여 프레임 데이터를 생성함으로써 S/N비를 향상하고, 화질을 개선할 수 있다.
또한 행마다 순차적으로 가산 처리를 행할 수가 있기 때문에, 메모리(152)에 필요하게 되는 사이즈를 1행분으로 작게 할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 제 1 실시 형태, 제 2 실시 형태, 및 제 3의 실시 형태에 의하면, 이하의 효과를 얻을 수 있다.
본원 발명의 제 1의 실시 형태에서의 촬상 장치에 의하면, 선택 판독 모드시에, 판독 위치를 바꾼 복수의 필드 데이터(200)를 가산 처리하여 프레임 데이터(210)를 생성한다.
이에 의해, 각 행에서의 화소의 샘플링의 중심을 일정하게 하여, 재기를 저감할 수 있다.
또한, 복수 필드를 가산하여 프레임 데이터를 생성함으로써 S/N비를 향상하고, 화질을 개선할 수 있다.
또한, 본원 발명의 제 2의 실시 형태의 촬상 장치에 의하면, 선택 판독 모드시에, 판독 위치를 바꾼 복수의 필드 데이터(200)를 가산 처리하여 프레임 데이터(210)를 생성한다.
이에 의해, 각 행에서의 화소의 샘플링의 중심을 일정하게 하여, 재기를 저감할 수 있다.
또한, 복수 필드를 가산하여 프레임 데이터를 생성함으로써 S/N비를 향상하고, 화질을 개선할 수 있다.
또한 가산 처리를 행하는 필드 사이에서 완전하게 다른 화소로부터 신호를 판독함으로써, 최대의 축적 시간을 필드 기간(Tf)보다 길게 할 수 있다.
즉, 프레임 레이트를 일정하게 유지한 채로, 최대의 축적 시간을 늘릴 수 있다.
또한, 본원 발명의 제 3의 실시 형태의 촬상 장치에 의하면, 선택 판독 모드시에, 판독 위치를 바꾼 복수의 필드 데이터(200)를 가산 처리하여 프레임 데이터(210)를 생성한다.
이에 의해, 각 행에서의 화소의 샘플링의 중심을 일정하게 하여, 재기를 저감할 수 있다.
또한, 복수 필드를 가산하여 프레임 데이터를 생성함으로써 S/N비를 향상하고, 화질을 개선할 수 있다.
또한 행마다 순차적으로 가산 처리를 행할 수가 있기 때문에, 메모리(152)에 필요하게 되는 사이즈를 1행분으로 작게 할 수 있다.

Claims (7)

  1. 복수의 화소가 매트릭스형상으로 배열된 화소부와,
    상기 화소부에서 발생한 아날로그 신호를 변환 처리하여 필드 데이터로서 출력하는 판독 회로와,
    동작 모드 제어 신호에 응하여 상기 화소부의 어느 화소로부터 신호를 판독하는지를 제어하는 콘트롤러와,
    상기 판독 회로로부터 출력되는 필드 데이터에 대해 신호 처리를 행하여, 프레임 데이터로서 출력하는 신호 처리부를 가지며,
    상기 콘트롤러는,
    상기 동작 모드 제어 신호가 전화소 모드를 지정하고 있는 경우에는, 모든 화소로부터 순차적으로 신호를 판독하고,
    상기 동작 모드 제어 신호가 선택 판독 모드를 지정하고 있는 경우에는, 필드마다 판독 위치를 바꾸어서, 다른 화소로부터 신호를 판독하도록 제어하고,
    상기 신호 처리부는,
    상기 동작 모드 제어 신호가 전화소 모드를 지정하고 있는 경우, 단일한 필드의 필드 데이터에 대해 신호 처리를 행하여 프레임 데이터로서 출력하고,
    상기 동작 모드 제어 신호가 선택 판독 모드를 지정하고 있는 경우, 복수의 필드의 데이터를 가산 처리하여, 프레임 데이터로서 출력하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 신호 처리부는,
    복수 필드의 필드 데이터에서, 같은 좌표에 위치하는 데이터의 가산 또는 가산평균을 모든 화소에 대해 행함에 의해, 복수의 화상 데이터로부터 1장의 화상 데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 신호 처리부는,
    상기 동작 모드 제어 신호가 선택 판독 모드를 지정하고 있는 경우에 있어서, 판독 위치를 m(m은 임의의 정수)필드마다 바꾸는 경우, m장의 필드 데이터를 가산하여 1장의 화상 데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 신호 처리부는,
    상기 동작 모드 제어 신호가 선택 판독 모드를 지정하고 있는 경우, 각 행, 열의 샘플링 중심이 정돈되도록, 복수의 필드의 데이터의 가산 처리를 행하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    각 필드에서의 화소의 판독 어드레스는, 복수장의 필드 데이터를 가산한 때에, 각 행, 열의 샘플링 중심이 정돈되도록 선택되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 콘트롤러는,
    상기 신호 처리부에서 가산하는 복수의 필드 사이에서, 다른 어드레스에 위치하는 화소로부터 데이터를 판독하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 신호 처리부는,
    상기 동작 모드 제어 신호가 선택 판독 모드를 지정하고 있는 경우에 있어서, 필드 데이터의 중의 복수의 화소 데이터를 가산하는 처리를 행함에 의해, 각 행, 열의 샘플링 중심을 정돈하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
KR1020127007069A 2009-09-28 2010-09-14 촬상 장치 KR20120074278A (ko)

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