WO2014069212A1 - 動き検出用固体撮像装置および動き検出システム - Google Patents
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Abstract
Description
動き物体検出動作時において、動き物体を検出するための光電変換素子の蓄積時間制御は、画素部を格子状に少なくとも2分割した長時間蓄積と短時間蓄積となるように制御し、蓄積時間の長さが同じ前記複数の光電変換素子の出力信号を垂直並列制御回路あるいは水平合成回路を用いて合成して出力する。
図1は、本発明の動き検出システムの実施形態1に係る動き検出システムの概略構成を示すブロック図を参照して詳細に説明する。
本実施形態1の動き検出システムは、撮像レンズ11を備えた撮像装置12aと動き検出画像処理装置10aとからなる動き検出カメラと映像管理装置30aから構成されている。
差分信号は、絶対値を用いたが、プラス側もしくはマイナス側のみを信号を用いてもよい。
停止方法2として、各回路や装置には誤動作発生時に元の状態に戻すためのリセットスイッチが備わっている。このリセットスイッチをON状態で保つことで各回路や装置の回路処理を停止させたままにすることで、消費電力を削減することができる。
停止方法3として、停止させたい回路や装置の電源供給を遮断機能付きのレギュレータICにより遮断させる。また、電源にリレー回路を設け、このリレー回路を遮断することで大幅な消費電力を削減することができる。
図2は、本発明の動き検出システムの実施形態2に係る動き検出システムの概略構成を示すブロック図である。本実施形態2の動き検出システムは、撮像レンズ11を備えた撮像装置12aと動き検出画像処理装置10bとからなる動き検出カメラと映像管理装置30bから構成されている。実施形態1と異なる構成動作について説明する。
実施形態1と同様に記録サーバ24やLAN出力装置25、Web出力装置26、モニタ27などの処理を停止させることで、動き検出システムの消費電力の大幅な低減をしている。さらに、録画サーバ24は、動きの無い映像信号を記録しないため、録画サーバの容量低減による小型化・低価格化、もしくは動き画像の長時間録画・保存が可能となっている。
図3は、本発明の実施形態3に係る動き検出システムの概略構成を示すブロック図である。
本実施形態3の動き検出システムは、撮像レンズ11を備えた撮像装置12b(12c)と動き検出画像処理装置10cとからなる動き検出カメラと映像管理装置30bから構成されている。実施形態2と異なる構成動作について説明する。
図4乃至図10を用いて、固体撮像装置12b(12c)の詳細構成およびその動作を説明する。 まず、図4を用いて、動き検出システムの実施形態3に係る固体撮像装置12bの構成例を説明する。実施例1に係る固体撮像装置12bは、画素部44aには、レンズ11を介して光が入射され、光電変換によって入射光量に応じた信号電荷が生成される。この画素部44aには、複数のセル(単位画素)が半導体基板上に行及び列の二次元的にマトリクス状に配置されている。
図6に示す動作タイミングを用いて、本例に係る固体撮像装置の標準の撮像信号読み出し動作について説明する。フォトダイオードPDで光電変換した電荷を蓄積する蓄積時間は全画素共通の蓄積時間TLに設定する。この蓄積時間TLは、被写体の明るさに応じて調整される。蓄積時間TLは蓄積時間発生回路41で1H毎に制御される。
これらのRESET12とREAD1の読出し動作期間はADREA12パルスをONにすることで、出力アンプを介して垂直信号線へ電圧信号が出力される。この動作をHDに同期して順次フォトダイオードPD2,PD3,・・・と続けて2次元の画像を出力している。各パルス振幅は、高レベルを2.8V~3.8Vにして動作している。
図7(A)の画素配列と図8(A)の動作タイミングを用いて動き検出信号読出し動作1について説明する。動き検出信号読出し動作1は、実線丸の4画素のGr画素の信号を合成(加算もしくは平均化)した信号と、次の点線丸の4画素のGb画素の信号を合成(加算もしくは平均化)した信号を読み出し、後段でこの2つの信号の差分信号を生成し、動き判定処理が実施される。
この動き検出動作は、水平方向のサンプリング数が1/2に低減されるため後段のCDS回路46以降は、水平画素数の1/2の回路処理をOFFにすることで消費電力を低減している。
図7(B)の画素配列と図8(B)の動作タイミングを用いて動き検出信号読出し動作2について説明する。動き検出信号読出し動作2は、実線丸の16画素のGr画素を信号合成(加算もしくは平均化)した信号と、次の点線丸の16画素のGb画素を合成(加算もしくは平均化)した信号を読み出し、後段でこの2つの信号の差分信号を生成し、動き判定処理を実施している
この動き検出動作は、水平方向のサンプリング数が1/4に低減するため後段のCDS回路46以降は、水平画素数の3/4の回路処理をOFFにすることで消費電力が低減される。
を垂直信号線へ電圧信号として同時に出力している。このADRES12とADRES34とADRES56とADRES78を同時にONにすることで、垂直信号線に発生する信号は、垂直4画素分の信号を平均化した信号電圧が発生する。この読出し動作を順次PD2とPD4とPD6とPD8、次にPD9とPD11とPD13とPD15とHDに同期して読出す。
図9(A)の画素配列と図10(A)の動作タイミングを用いて動き検出信号読出し動作3について説明する。動き検出信号読出し動作3は、実線丸のBayer配列2x2の4画素を合成(加算もしくは平均化)した信号と、次の点線丸のBayer配列2x2の4画素を合成(加算もしくは平均化)した信号を読み出し、後段でこの2つの信号の差分信号を生成し、動き判定処理を実施している。
この動き検出動作は、水平方向のサンプリング数が1/2に低減されるため後段のCDS回路46以降は、水平画素数の1/2の回路処理をOFFにすることで消費電力を低減できる。
水平の信号合成(加算もしくは平均化)処理と合わせて、Bayer配列の4画素の信号合成(加算もしくは平均化)動作を実施している。
図9(B)の画素配列と図10(B)の動作タイミングを用いて動き検出信号読出し動作4について説明する。動き検出信号読出し動作4は、実線丸のBayer配列2x2の4画素を基本に4箇所の合計16画素を合成(加算もしくは平均化)した信号と、次の点線丸のBayer配列2x2の4画素を基本に4箇所の合計16画素を合成(加算もしくは平均化)した信号を読み出し、後段でこの2つの信号の差分信号を生成し、動き判定処理を実施している。
図11を用いて、動き検出システムの実施形態3に係る固体撮像装置12cの構成例を説明する。動き検出用固体撮像装置の実施例1(図4)に対して、異なる画素部44bと水平合成回路1(45c)について説明する。
撮像信号分離回路35bは、撮像信号Saを1水平(1H)期間分遅延させるためのラインメモリ2(31a)、画素単位で遅延させる遅延回路DL(32a、32b)、撮像信号Saとラインメモリ2(31a)の出力信号とそれぞれを1画素遅延させた信号とをクロスで加算するための加算回路(34a、34b)、加算したいづれかの撮像信号を増幅するための増幅回路33から構成されている。
撮像装置12bから出力された撮像信号aは、ラインメモリ2(31a)で1水平(HD)期間遅延し、さらに画素単位で遅延させる遅延回路DL(32a)と前記撮像信号aとを加算する加算回路34aの出力信号として長時間蓄積した画像STL信号が出力されている。
さらに、撮像装置12bから出力された撮像信号aは、画素単位で遅延した遅延回路(32b)とラインメモリ2(31a)で1水平(HD)期間遅延した信号とを加算する加算回路34bで加算した信号をさらに増幅回路33で増幅した信号を短時間蓄積した画像STS信号として出力されている。
図13(A)の画素配列と図14(A)の動作タイミングを用いて動き検出信号読出し動作5について説明する。動き検出信号読出し動作5は、実線丸のBayer配列2x2の4画素を合成(加算もしくは平均化)した信号と斜め配置の同じくBayer配列の4画素との合計8画素合成(加算もしくは平均化)した信号と、次の点線丸のBayer配列2x2の4画素の斜め配置の2箇所を合成(加算もしくは平均化)した信号を読み出し、後段でこの2つの信号の差分信号を生成し、動き判定処理を実施している。
この動き検出動作は、水平方向のサンプリング数が1/2に低減されるため後段のCDS回路46以降は、水平画素数の1/2の回路処理をOFFにすることで消費電力を低減できる。
水平の信号合成(平均化)処理と合わせて、Bayer配列の4画素の信号合成(加算もしくは平均化)動作を実施している。
図13(B)の画素配列と図14(B)の動作タイミングを用いて動き検出信号読出し動作6について説明する。動き検出信号読出し動作6は、実線丸のBayer配列2x2の4画素を基本に8箇所の合計32画素を合成(加算もしくは平均化)した信号と、次の点線丸のBayer配列2x2の4画素を基本に8箇所の合計32画素を合成(加算もしくは平均化)した信号を読み出し、後段でこの2つの信号の差分信号を生成し、動き判定処理を実施している。
この動き検出動作は、水平方向のサンプリング数が1/4に低減するため後段のCDS回路46以降は、水平画素数の3/4の回路処理をOFFにすることで消費電力を低減できる。
これらの処理により、図13(B)の実線丸8箇所と、点線丸8箇所との動き検出差分処理を実施している。
図15は、本発明の実施形態4に係る動き検出システムの概略構成を示すブロック図である。
本実施形態4の動き検出システムは、撮像レンズ11を備えた撮像装置12eと動き検出画像処理装置10eとからなる動き検出カメラと映像管理装置30bから構成されている。実施形態3と異なる構成動作について説明する。
動き検出画像装置10eは、撮像信号Sbを入力し、カラー信号処理回路21、時刻発生回路17、動き判定信号(ON/OFF1)を映像信号に埋め込むためのコードを発生するコード発生回路38、動き判定信号加算回路28b、映像信号出力回路16で構成されている。
撮像信号分離回路35は、図5あるいは図12と同様の構成となっている。
図16は、本発明の実施形態5に係る動き検出システムの概略構成を示すブロック図である。
本実施形態5の動き検出システムは、撮像レンズ11を備えた撮像装置12fと動き検出画像処理装置10fとからなる動き検出カメラと映像管理装置30bから構成されている。
図17は、本発明の実施形態6に係る動き検出システムの概略構成を示すブロック図である。
本実施形態6の動き検出システムは、撮像レンズ11を備えた撮像装置12dと動き検出画像処理装置10dとからなる動き検出カメラと映像管理装置30bから構成されている。
撮像装置12dは、動き検出動作時にもサンプリング数を削減せずに、画素部の全画素の信号を撮像信号Saとして出力している。
その他は、実施形態3と同じ構成になっている。
図18を用いて、動き検出システムの実施形態6に係る固体撮像装置12dの構成例を説明する。動き検出用固体撮像装置の実施例2(図11)の固体撮像装置12cと異なるのは、サンプリング数の削減を実施していないため、垂直並列制御回路43と水平合成回路1(45c)がない。撮像装置12dは回路削減により簡単な構成になっている。
図13Aに示すように、実線丸の4画素加算と点線丸の4画素加算した信号が、前記第1の信号と第2の信号として入力される。この撮像信号分離回路35cは、クロスになった信号同士を加算する必要が有る。
第1の加算信号と第2の加算信号をそれぞれ加算信号1画素分相当だけ遅延手段で遅延させ、
遅延していない第1の加算信号と遅延した第2の加算信号を加算した第3の加算信号を生成し、
遅延していない第2の加算信号と遅延した第1の加算信号を加算した第4の加算信号を生成し、
第3の撮像信号もしくは第4の撮像信号のいずれかを増幅し、増幅した短い蓄積時間の撮像信号STSと増幅していない長い蓄積時間の撮像信号STLの少なくとも2種類の撮像信号を出力している。
図20は、本発明の実施形態7に係る動き検出システムの概略構成を示すブロック図である。
本実施形態7の動き検出システムは、撮像レンズ11を備えた動き検知用撮像装置12g(動き検出カメラ)と映像管理装置30aから構成されている。撮像装置12gは、例えば実施形態3(図3)の動き検出画像処理装置10cの回路がオンチップで撮像装置12gに組み込まれている。また、実施形態2(図2)と同様に撮像装置12gの映像信号1に動き判定信号を埋め込んで、映像管理装置30bと組み合わせることで、映像信号1のみを出力することができる。
画素部44bの上部には、画素部44bから出力される垂直信号線を受け水平方向で信号を合成する水平合成回路2、水平方向の読出しを走査する水平走査回路2(50)で構成されている。
動き判定信号(ON/OFF1)がタイマ回路54を経由して各回路を動作させるON信号を出力している。タイマ回路45は、予め設定した所定の時間例えば撮影を10秒間実施後、タイミング発生回路の動作モードを撮影モードから動き検出動作モードに切換えて動き検出を実施している。
動き判定回路14bで動き無しと判定した場合は、下部のCDS回路以降の回路動作をOFF制御することで、撮像装置12gの大幅な消費電力の低減が実施されている。そして、動き検出動作を継続する。
実施形態7の動き検出読出し動作について図22の画素配列と動き検出信号用の水平読出し回路を用いて説明する。動作タイミングは図14(B)と同じ動作をしている。
30a,30b 映像管理装置
11 撮像レンズ
12 撮像装置
13 差分信号生成回路
14 動き判定回路
15 動き判定信号出力回路
16 映像信号出力回路
17 日付・時刻発生回路
18 時刻加算回路
19 動き判定用閾値設定回路
20 フレームメモリ
21 カラー信号処理回路
22 動き判定信号入力回路
23 映像信号入力回路
24 映像信号録画サーバ
25 LAN出力装置
26 Web出力装置
27 映像モニタ
28 動き判定信号加算回路
29 動き判定信号抽出回路
31 ラインメモリ
32 遅延回路
33,52 増幅回路
34 信号加算回路
35 撮像信号分離回路
36 センサコア
37 画素信号合成
38 コード信号発生回路
39 撮像信号切換え回路
40 タイミング発生回路
41 蓄積時間制御回路
42 垂直走査回路
43 垂直並列制御回路
44 画素部
45,51 水平合成回路
46 CDS回路
47 ADC回路
48 ラインメモリ
49,50 水平走査回路
52 信号線切換え回路
54 動作時間制御回路(タイマ)
55 比較回路
60 水平読出し回路
Claims (17)
- 半導体基板に複数の光電変換素子を有する画素部と、前記画素部を制御するための画素制御部と、前記画素部から出力した画素信号を処理する信号処理部を備える撮像装置において、
前記画素制御部は、前記画素部に配置した複数の光電変換素子を少なくとも2分割し、それぞれの蓄積時間を制御するための蓄積時間発生手段を有し、
前記信号処理部は、前記蓄積時間の異なる少なくとも2種類の画素信号間の差分信号を生成する差分信号生成手段と、前記差分信号生成手段で生成した差分信号に基づいて物体が動いたかを判定する動き判定手段と、前記画素信号をモニタに再生するための映像信号となるように処理する映像信号処理手段と、前記動き判定手段で判定した動き判定信号を基に、前記映像信号処理手段もしくは画素制御部の少なくとも一部の回路を停止させる回路停止手段と、
前記動き判定信号を撮像装置から出力する動き判定信号出力手段と
を備えることを特徴とする撮像装置。 - 半導体基板に複数の光電変換素子を有する画素部と、前記画素部を制御するための画素制御部と、前記画素部から出力した画素信号を処理する信号処理部を備える撮像装置において、
前記画素制御部は、前記画素部に配置した複数の光電変換素子を少なくとも2分割し、それぞれの蓄積時間を制御するための蓄積時間発生手段を有し、
前記信号処理部は、前記蓄積時間の異なる少なくとも2種類の画素信号間の差分信号を生成する差分信号生成手段と、前記差分信号生成手段で生成した差分信号に基づいて物体が動いたかを判定する動き判定手段と、前記画素信号をモニタに再生するための映像信号となるように処理する映像信号処理手段と、
前記動き判定手段で判定した動き判定信号を撮像装置から出力する動き判定信号出力手段と、
さらに、前記分割した複数の光電変換素子の画素信号を、それぞれの蓄積時間毎に複数の画素信号を合成する画素合成手段と
を備えることを特徴とする撮像装置。 - 半導体基板に複数の光電変換素子を有する画素部と、前記画素部を制御するための画素制御部と、前記画素部から出力した画素信号を処理する信号処理部を備える撮像装置において、
前記画素制御部は、前記画素部に配置した複数の光電変換素子を少なくとも2分割し、それぞれの蓄積時間を制御するための蓄積時間発生手段を有し、
前記信号処理部は、前記蓄積時間の異なる少なくとも2種類の画素信号間の差分信号を生成する差分信号生成手段と、
前記差分信号生成手段で生成した差分信号に基づいて物体が動いたかを判定する動き判定手段と、
前記動き判定手段で判定した動き判定信号を撮像装置から出力する動き判定信号出力手段と
を備えることを特徴とする撮像装置。 - 前記画素合成手段は、前記画素部で垂直方向に配置した光電変換素子の画素信号を複数画素同時に読み出すための垂直並列制御手段と、前記画素部から信号を出力する垂直信号線を水平方向に複数本接続するための垂直信号線間スイッチ手段の、少なくともどちらか一方を備えていること
を特徴とする請求項2又は3に記載の撮像装置。 - 前記画素合成手段は、前記画素部から出力した画素信号を、1ライン以上のラインメモリで遅延した画素信号と、遅延時間の異なる画素信号とを合成する加算手段を備えていること
を特徴とする請求項2又は3に記載の撮像装置。 - 前記画素合成手段において、
前記画素部の蓄積時間制御と画素合成は、光電変換素子の配置が、垂直水平方向に各1画素飛ばしに配置した少なくとも4画素を第1の蓄積時間で制御した少なくとも4画素を合成した第1の合成信号と、前記4画素の斜め方向に隣接した少なくとも4画素を第2の蓄積時間で制御した少なくとも4画素を合成した第2の合成信号を生成すること
を特徴とする請求項2又は3に記載の撮像装置。 - 前記画素合成手段において、
前記画素部の蓄積時間制御と画素合成は、光電変換素子の配置が、垂直水平方向に隣接した少なくとも4画素1組を第1の蓄積時間で制御した少なくとも4画素1組を合成した第1の合成信号と、
前記4画素1組の斜め方向に隣接した少なくとも4画素1組を第2の蓄積時間で制御した少なくとも4画素1組を合成した第2の合成信号を生成すること
を特徴とする請求項2又は3に記載の撮像装置。 - 前記画素合成手段において、
前記画素部の蓄積時間制御と画素合成は、光電変換素子の配置が、垂直水平方向に隣接した少なくとも4画素1組と、前記4画素1組の斜め方向に隣接した少なくとも4画素1組の少なくとも合計8画素を第1の蓄積時間で制御し合成した第1の合成信号と、前記4画素2組に対してクロス配置となる、4画素2組の少なくとも合計8画素を第2の蓄積時間で制御し合成した第2の合成信号を生成すること
を特徴とする請求項2又は3に記載の撮像装置。 - 前記回路停止手段は、
前記映像信号を停止させる映像信号停止手段であること
を特徴とする請求項1記載の撮像装置。 - 撮像レンズで結像した光信号を電気信号に変換する複数の光電変換素子を有する画素部と、前記画素部で撮影した撮影時刻の異なる少なくとも2種類の画素信号を基に、動き物体の有無を検出する動き検出部と、前記画素信号をモニタに再生するための映像信号となるように処理する映像信号処理部とを備えた撮像装置と、前記撮像装置からの映像信号を発信するための映像信号発信手段、もしくは記録する映像信号記録手段、もしくはモニタに再生するための映像信号再生手段、の少なくともいずれか1つを有した映像信号管理装置とからなる動き検出システムにおいて、
前記動き検出部は、前記画素部で撮影した少なくとも2種類の画素信号間の差分信号を生成する差分信号生成手段と、前記差分信号生成手段で生成した差分信号に基づいて動き物体の有無を判定する動き判定手段と、
前記動き判定手段で判定した動き判定信号を撮像装置から出力する動き判定出力手段を有し、前記動き判定手段で判定した動き判定信号を基に、前記映像信号処理部もしくは前記映像信号管理装置の少なくとも一部の回路を停止させる回路停止手段と
を備えることを特徴とする動き検出システム。 - 前記画素部で撮影した撮影時刻の異なる少なくとも2種類の画素信号は、フレームメモリに少なくとも1フレーム蓄積した画素信号と、前記フレームメモリに蓄積していない画素信号の少なくとも2種類の画素信号であること
を特徴とする請求項10記載の動き検出システム。 - 前記画素部で撮影した撮影時刻の異なる少なくとも2種類の画素信号は、前記画素部に配置した複数の光電変換素子を少なくとも2分割し、それぞれの蓄積時間を異ならせた少なくとも2種類の画素信号であること
を特徴とする請求項10記載の動き検出システム。 - 前記差分信号生成手段に入力する少なくとも2種類の画素信号は、それぞれの画素信号毎に複数の画素信号を合成する画素合成手段と
をさらに備えたことを特徴とする請求項10記載の動き検出システム。 - 請求項1,2又は3のいずれか一項記載の撮像装置と、前記撮像装置からの映像信号を発信するための映像信号発信手段、もしくは記録する映像信号記録手段、もしくはモニタに再生するための映像信号再生手段、の少なくともいずれか1つを有した映像信号管理装置と、
を備えることを特徴とする動き検出システム。 - 請求項1,2又は3のいずれか一項記載の撮像装置と、前記撮像装置からの映像信号を発信するための映像信号発信手段、もしくは記録する映像信号記録手段、もしくはモニタに再生するための映像信号再生手段、の少なくともいずれか1つを有した映像信号管理装置と、
前記動き判定手段で判定した動き判定信号を基に、前記映像信号管理装置の少なくとも一部の回路を停止させる回路停止手段と、
を備えることを特徴とする動き検出システム。 - 前記撮像装置は、前記動き判定手段の判定結果を、前記映像信号に埋め込むための判定信号加算手段とを、さらに備えたことを特徴とする請求項1,2,10,15のうちのいずれかに記載の動き検出システム。
- 前記撮像装置は、前記映像信号に、少なくとも撮影した時刻情報を埋め込むための時刻加算手段と、をさらに備えたことを特徴とする請求項1,2,10,15のうちのいずれかに記載の動き検出システム。
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