JP3519002B2 - Imaging device - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は露光時間等が異なる
複数の画像を和が1の複数の係数で重み付け加算により
ダイナミックレンジ拡大の処理を行う撮像装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】一般に、テレビカメラ等の撮像装置で
は、その有効撮像輝度域は、撮像手段である例えば固体
撮像素子の光電変換特性により一義的に定まる。つま
り、固体撮像素子の出力レベルの下限はノイズレベルで
限定され、上限は飽和レベルで限定されて使用可能な動
作レンジが定まると共に、固体撮像素子の出力レベル特
性の傾きが一定の値を有しているので、結果として固体
撮像素子の有効撮像輝度域は一義的に定まる。
【0003】そこで、従来、例えば特開昭57−396
73号公報では、2種類の異なる輝度での撮像信号を合
成し、固体撮像素子の撮像信号のダイナミックレンジを
拡大する撮像装置が開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この先
行例の撮像装置おけるダイナミックレンジの拡大におい
ては、単に2種類の撮像信号を加減算しているため、低
輝度側ではS/Nが劣化し、また輝度レベルに対して得
られた合成撮像信号は直線の結合となっていて折れ線状
に変化するので、その結合点部分での固体撮像素子の出
力レベルの変化により、例えば得られるカラー画像にお
いては滑らかな色変化とならず、違和感のある画像にな
るといった問題がある。
【0005】また、特開平6−141229号公報で
は、電荷蓄積時間が異なる2枚以上の画像を信号レベル
に応じて重み付けを行い、さらに圧縮手段によって圧縮
することにより暗い画像から明るい画像まで飽和しない
でノイズの少ない画像を得るようにしている。
【0006】この先行例は、例えばその公報の図4、図
9等に示されているように電荷蓄積時間が異なる複数の
画像における一方の画像が飽和する境界領域付近でのみ
重み付けを変えたものを加算により合成し、さらに周波
数帯域などに応じて圧縮手段により圧縮して所望の入出
力特性の合成画像にしている。
【0007】しかし、この先行例では、例えば2枚の画
像から合成画像を得る場合、電荷蓄積時間が長い第1の
画像が飽和する境界領域付近よりも低い領域側では、第
1の画像のみで合成画像が決定されてしまう特性とな
る。
【0008】この合成画像に対して後段側で圧縮処理を
行うが、すでに加算処理された1枚の合成画像に対して
行うので、上記特性を基本的に変化させることができな
い。このため、例えば動きがある画像の場合には、低輝
度側と高輝度側との輪郭がずれたり、不自然な色変化部
分ができた画像になってしまう。
【0009】(発明の目的)本発明は、上述した点に鑑
みてなされたもので、その目的はダイナミックレンジの
拡大ができ、かつ低輝度側でのS/Nの劣化を防止する
と共に、違和感のない滑らかな画像を得ることのできる
撮像装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明による撮像装置
は、被写体を撮像可能な撮像手段と、前記撮像手段が第
1の光量レベルで飽和する第1の露光時間の駆動制御
と、前記第1の光量レベルより高い第2の光量レベルで
前記撮像手段が飽和する第2の露光時間の駆動制御とを
交互に行い、前記撮像手段から前記第1の露光時間で撮
像された第1の撮像信号と前記第2の露光時間で撮像さ
れた第2の撮像信号とを交互に読み出し可能な駆動手段
と、前記駆動手段で読み出された前記撮像手段からの前
記第1の撮像信号に対して、単調減少の曲線特性を有す
る第1の重み付け係数で重み付け処理可能な第1の重み
付け処理回路と、前記第1の重み付け係数との和が1と
なる単調増加の曲線特性を有する第2の重み付け係数を
生成する第2の重み付け係数生成手段と、前記第2の重
み付け係数生成手段で生成された第2の重み付け係数に
よって、前記撮像手段から読み出された前記第2の撮像
信号を前記第1の撮像信号との感度比を保持したままで
重み付け処理する第2の重み付け処理回路と、前記第1
及び第2の重み付け処理回路で処理された第1の画像信
号及び第2の画像信号を加算する加算回路と、前記加算
回路から出力される画像信号に基づき、表示手段に前記
被写体の画像を表示可能な映像信号を生成する映像信号
処理手段とを具備したことを特徴とする。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。
(第1の実施の形態)図1ないし図7は本発明の第1の
実施の形態に係り、図1は第1の実施の形態の撮像装置
の構成を示す構成図、図2は図1のR用Dレンジ拡大回
路の構成を示す構成図、図3(a)は図2の第1LUT
及び第2LUTのメモリマップを示す図、図3(b)は
入力信号により第1LUT及び第2LUTから重み付け
された係数が出力される様子を示す説明図、図4(a)
〜図4(I)は図2のR用Dレンジ拡大回路の各信号の
タイミングを示すタイミングチャート図、図5は図2の
R用Dレンジ拡大回路の作用を説明する説明図、図6は
図1の撮像装置の変形例の構成を示す構成図、図7は変
形例におけるR用Dレンジ拡大回路の構成図である。
【0012】図1に示すように、本実施の形態の撮像装
置1は、被写体を撮像する単板カラー撮像素子であるC
CD2と、基準信号を発生する同期信号発生回路(以
下、SSGと記す)3と、SSG3からの基準信号を入
力しCCD2の駆動信号等を生成するタイミングジェネ
レータ4と、タイミングジェネレータ4からの駆動信号
によりCCD2を駆動するCCDドライバ5と有してい
る。
【0013】また、CCD2からの撮像信号を増幅する
プリアンプ6と、タイミングジェネレータ4からのサン
プリングパルスに基づき相関二重サンプリング(以下C
DSと略記)するCDS回路7と、CDS回路7の出力
をA/D変換するA/D変換器8とを備え、CCD2か
らの出力の画像信号がプリアンプ6で増幅された後にC
DS回路7によってベースバンド帯域に落とされ、A/
D変換器8によりデジタル信号に変換されるようになっ
ている。このA/D変換器8は例えば8ビットのデジタ
ル信号に変換する。
【0014】さらに、撮像装置1は、A/D変換器8で
A/D変換されたデジタル信号をRGBの3つの色信号
に分離する色分離回路9と、色分離回路9により色分離
されたデジタル信号に対してホワイトバランスの調整を
行うホワイトバランス回路10と、ホワイトバランス回
路10によりホワイトバランスの調整がなされたデジタ
ル信号のゲイン調整を行う自動利得制御回路(以下、A
GC回路と記す)11と、AGC回路11によりゲイン
調整されたデジタル信号に対してknee処理及びγ補
正を行うknee&γ回路12と、knee&γ回路1
2によりknee処理及びγ補正されたRGBのデジタ
ル信号それぞれのダイナミックレンジを拡大処理するR
用Dレンジ拡大回路15R、G用Dレンジ拡大回路15
G及びB用Dレンジ拡大回路15Bと、R用Dレンジ拡
大回路15R、G用Dレンジ拡大回路15G及びB用D
レンジ拡大回路15Bによりダイナミックレンジが拡大
されたRGBのデジタル信号に対してエンハンス処理を
行うエンハンス回路16と、エンハンス処理されたデジ
タル信号をD/A変換し75Ωドライバ17を介してモ
ニタ19に出力するD/A変換器18とを備えて構成さ
れる。
【0015】R用Dレンジ拡大回路15Rは、図2に示
すように、knee&γ回路12によりknee処理及
びγ補正されたR信号の1フィールド分のデジタル信号
を記憶するフィールドメモリ21と、フィールドメモリ
21に記憶された1フィールド前のR信号と現在のフィ
ールドのR信号とをタイミングジェネレータ4からのフ
ィールド判別信号により切り換えて出力する第1セレク
タ22及び第2セレクタ23とを備えており、第2セレ
クタ23はインバータ回路24を介することで、第1セ
レクタ22が出力する1フィールド前のR信号あるいは
現在のフィールドのR信号と異なるフィールドのR信号
を出力するようになっている。
【0016】また、R用Dレンジ拡大回路15Rは、第
2セレクタ23が出力するR信号に対して画素レートで
の出力レベルに対して後述する所定の関数値を出力する
第1ルックアップテーブル(以下、第1LUTと略記)
25及び第2LUT26と、第1セレクタ22から画素
レートで出力されるR信号と第1LUT25の出力を乗
算する第1乗算器27と、第2セレクタ23から画素レ
ートで出力されるR信号と第2LUT25の出力を乗算
する第2乗算器28と、第1乗算器27の出力及び第2
乗算器28の出力を加算して前記エンハンス回路16に
出力する加算器29とを備えて構成される。
【0017】なお、G用Dレンジ拡大回路15G及びB
用Dレンジ拡大回路15Bは、R用Dレンジ拡大回路1
5Rと同じ回路構成であるので、それらの構成の説明は
省略する。上述した第1LUT25及び第2LUT26
は、例えば図3(a)に示すようなメモリマップであ
る。
【0018】第1LUT25及び第2LUT26は例え
ば8ビットのアドレス00−FFに単調減少の重み付け
係数f(=cos2)と単調増加の重み付け係数g(=
sin2)とが格納され、これらの重み付け関数データ
f及びgの和は1となるように設定されている。
【0019】ここで、8ビットのアドレス00〜FFは
入力される8ビットのデジタル信号の輝度レベルに対応
して設定されている。より具体的には、CCD2で撮像
された撮像信号が0の場合はA/D変換器8を経てデジ
タル信号となり、この場合には(00)hのアドレスで
第1LUT25及び第2LUT26に入力される。
【0020】図1に示すように実際にはCCD2の出力
信号は途中にAGC回路11等があるので、撮像信号は
増幅され、γ補正されてモニタ19の表示面のダイナミ
ックレンジに対応したレベルに調整される。
【0021】つまり、CCD2の出力信号が0の場合に
は、モニタ19に入力される信号レベルも0であり、C
CD2が飽和した値の場合にはモニタ19で表示される
画像1も飽和値(図5のVuse)となるようにレベル
調整される。
【0022】また、CCD2の出力信号に対応する撮像
信号が飽和する飽和値(例えば図5のVuse)の場合
にはA/D変換器8等を経て(FF)hのアドレスで第
1LUT25及び第2LUT26に入力される。なお、
例えば(00)hは16進数の表示の00を示す。
【0023】第1LUT25及び第2LUT26に入力
される信号xを規格化して、0〜1の範囲の信号xとし
た場合(つまり、デジタル値(00)hは0、デジタル
値(FF)hは1とする)には、第1LUT25はco
s2(px)を出力し、第1LUT25はsin2(p
x)を出力を出力する。
【0024】第1LUT25及び第2LUT26に入力
される信号xによりそのアドレスに対応したデータが読
み出されて出力される。この様子を図3(b)に示す。
【0025】ここで、pは補正係数であり、図5に示す
ように短い露光時間で撮像された場合における撮像信号
が飽和する場合の明るさをys2とした時にその時の重
み付け係数g、つまりsin2(px)が1となる値、
例えばp≒(π・ys2/2)に設定されている。
【0026】次に、このように構成された本実施の形態
の撮像装置1の作用について説明する。SSG3からの
基準信号に基づきタイミングジェネレータ4で生成され
た駆動信号でCCDドライバ5がCCD2を駆動する。
そして、CCD2で撮像された被写体の光電変換信号は
プリアンプ6で増幅された後にCDS回路7によってベ
ースバンド帯域に落とされ、A/D変換器8によりデジ
タル信号に変換される。ここで、タイミングジェネレー
タ4で生成された駆動信号によりCCDドライバ5は、
フィールド単位で異なる時間のシャッタ時間、例えば第
1のシャッタ時間を1/60secとして被写体を撮像
すると共に、第2のシャッタ時間を例えば第1のシャッ
タ時間の1/4(つまり、1/240sec)として高
速の素子シャッタで被写体を撮像するようにCCD2を
駆動する。
【0027】すなわち、Aフィールドの被写体像は上記
の第1のシャッタ時間で撮像され、Bフィールドの被写
体像は上記の第2のシャッタ時間で撮像される。なお、
Bフィールドでは1フィールド期間(1/60sec)
における1/240sec以外の期間で撮像した信号は
高速に掃き捨てる処理を行う。
【0028】そして、後述するように、R用Dレンジ拡
大回路15R、G用Dレンジ拡大回路15G及びB用D
レンジ拡大回路15Bで、この異なるシャッタ時間での
被写体の撮像信号によりダイナミックレンジを拡大す
る。
【0029】その後、色分離回路9によりA/D変換さ
れたデジタル信号をRGBの3つの色信号に分離され、
ホワイトバランス回路10、AGC回路11及びkne
e&γ回路12によりホワイトバランス調整、ゲイン調
整及びknee処理及びγ補正がなされた後、R用Dレ
ンジ拡大回路15R、G用Dレンジ拡大回路15G及び
B用Dレンジ拡大回路15BによりRGBのデジタル信
号それぞれのダイナミックレンジの拡大処理が行われ、
エンハンス回路16でエンハンス処理され、D/A変換
器18によりD/A変換され75Ωドライバ17を介し
てモニタ19に出力される。
【0030】次に、R用Dレンジ拡大回路15R、G用
Dレンジ拡大回路15G及びB用Dレンジ拡大回路15
Bにおけるダイナミックレンジの拡大処理の詳細につい
て、図4のタイミングチャート等を参照し、R用Dレン
ジ拡大回路15Rを例に説明する。
【0031】タイミングジェネレータ4から映像信号の
垂直同期信号VD(図4(a))に同期したフィールド
判別信号(図4(b))がR用Dレンジ拡大回路15R
の第1セレクタ22及びインバータ回路24を介して第
2セレクタ23に出力される。
【0032】また、knee&γ回路12のR出力は、
R用Dレンジ拡大回路15Rのフィードメモリ21(図
4(c))と第1セレクタ22及び第2セレクタ23の
一方の入力端に入力され、フィードメモリ21の出力
(図4(d))が第1セレクタ22及び第2セレクタ2
3の他方の入力端に入力される。
【0033】これにより、フィールド判別信号に基づ
き、第1セレクタ22からは第1のシャッタ時間(1/
60sec)で撮像されたAフィールドの画像のデジタ
ル信号が出力され、第2セレクタ23からは第2のシャ
ッタ時間(1/240sec)で撮像されたBフィール
ドの画像のデジタル信号が出力されることになる。
【0034】そして、第1セレクタ22からのAフィー
ルドの画像のデジタル信号が第1乗算器27に出力され
ると共に、第2セレクタ23からのBフィールドの画像
のデジタル信号が第2乗算器28、第1LUT25(図
4(e))及び第2LUT26(図4(f))に出力さ
れる。
【0035】このとき、第1LUT25及び第2LUT
26には、Bフィールドの画像のデジタル信号の画素レ
ートで入力される信号xに対してcos2(px)及び
sin2(px)をそれぞれ出力する。
【0036】この場合、Aフィールドの画像はBフィー
ルドの例えば4倍の露光時間(撮像時間)で撮像を行う
ので、図5に示すように被写体の明るさyに対して例え
ばx1=yのような特性の撮像信号となり、これに対し
Bフィールドの画像はx2=y/4のような特性の撮像
信号となる。
【0037】そして、Aフィールドの画像の撮像信号x
1は明るさys1で飽和値Vuseとなり、Bフィール
ドの画像の撮像信号x2は明るさys2(=4ys1)
で飽和値Vuseとなる。
【0038】本実施の形態では、Aフィールドの画像に
おけるある明るさyaでの撮像信号x1が例えば図5の
x1aの場合には、Bフィールドの画像における対応す
る撮像信号はx2aとなる。そして、図3(b)に示す
ようにBフィールドの画像に対応する撮像信号x2が第
1LUT25及び第2LUT26に入力されることによ
り、重み付け関数f、gとしてのcos2(px)及び
sin2(px)が出力される。
【0039】これらcos2(px)及びsin2(p
x)はそれぞれ第1乗算器27及び第2乗算器28に出
力され、第1乗算器27では画素レートでAフィールド
の画像のデジタル信号とcos2(px)が乗算され
(図4(g))、また、第2乗算器28では画素レート
でBフィールドの画像のデジタル信号とsin2(p
x)が乗算される(図4(h))。そして、加算器29
にて第1乗算器27の出力と第2乗算器28の出力が加
算される(図4(i))。
【0040】図4においては、簡単化のためにAnフィ
ールドの各画素の出力をAnで、また、Bnフィールドの
各画素の出力をBnで代表させて表示しているが、本実
施の形態でのダイナミックレンジの拡大処理では、上述
したように、画素レートで処理を行っているため、正確
には、Aフィールドの画像のデジタル信号の画素レート
での各出力値をx、Bフィールドの画像のデジタル信号
の画素レートでの各出力値をuとすると、加算器29に
より出力Mが
M=xcos2(px)+usin2(px)
のように得られることになる。
【0041】なお、G用Dレンジ拡大回路15G及びB
用Dレンジ拡大回路15Bは、R用Dレンジ拡大回路1
5Rと同様に作用するので、その説明を省略する。
【0042】従って、本実施の形態によれば、図5に示
すように、第1のシャッタ時間(1/60sec)で撮
像されたAフィールドの画像のデジタル信号x1及び第
2のシャッタ時間(1/240sec)で撮像されたB
フィールドの画像のデジタル信号x2(=u)に対し
て、R用Dレンジ拡大回路15Rより出力される上記出
力Mは、低輝度域では、cos2(px)による重み付
けによって主に第1のシャッタ時間(1/60sec)
で撮像されたAフィールドの画像のデジタル信号とな
り、高輝度域では逆にsin2(px)による重み付け
によって主に第2のシャッタ時間(1/240sec)
で撮像されたBフィールドの画像のデジタル信号となる
ため、S/Nを低輝度域で劣化させることなくダイナミ
ックレンジを拡大することができる。
【0043】より詳しく説明すると、図5において、2
つの画像を重み付け加算して得られる合成画像に対応す
る出力Mは、例えば明るさが0より大きいが明るさys
1よりはるかに低い領域ではAフィールドの画像の重み
付けfが大きく、これに対しBフィールドの画像の重み
付けgが小さい、つまり、f>g>0であるので、その
合成画像は主にAフィールドの画像にBフィールドの画
像を対応する画像位置に少し混ぜたような合成画像にな
る。
【0044】また、合成画像は、例えば明るさがys1
より大きい領域ではAフィールドの画像は飽和するので
その飽和値に対する重み付けfが小さく、これに対しB
フィールドの画像の重み付けgが大きい、つまり、g>
f>0であるので、その合成画像はBフィールドの画像
にAフィールドの画像の飽和値を少し混ぜて明るさの増
加に対して合成画像の明るさもスムーズに増加する特性
の画像になる。
【0045】つまり、本実施の形態では第1の明るさy
s1で飽和する第1の画像と、第1の明るさys1より
高い第2の明るさys2(図5ではys1の4倍)で飽
和する第2の画像とを第1の画像に対しては単調減少、
第2の画像に対しては単調増加の重み付け係数f、gで
それぞれ重み付けした画像を加算器で加算して1つの合
成画像を得るようにしている。
【0046】この場合、重み付け係数f、gの和を1に
保持して、加算により得られた合成画像の信号レベルが
Dレンジ拡大回路を通した際に大きくなってしまい、モ
ニタ19に表示する際のモニタ19上の画像が飽和して
しまうレベルより大きくなってしまうのを防止してい
る。つまり、和が1より大きいと、Dレンジ拡大回路の
後段側に圧縮回路が必要になるが、本実施の形態ではそ
の圧縮回路を設けることを不用にしている。
【0047】また、図5に示した合成画像に対応する出
力MaはAフィールドの画像における明るさyaでの撮
像信号x1aと、Bフィールドの画像における対応する
撮像信号x2aとをそれぞれ重み付け係数f,gで重み
付けして加算により得られるが、この場合の出力Maの
レベルは2つの信号x1a,x2a間を重み付け係数
f,gの逆数1/f,1/gに比例した分割比で分割し
た値としている。
【0048】また、図5から分かるように出力Mは明る
さを変数とした関数とすると、その導関数は正であり、
かつ単調減少である。つまり、明るさが低い領域ではそ
の勾配を大きくし、明るさが大きくなるに従い連続的に
その勾配を小さくしてダイナミックレンジを広くしてい
る。
【0049】このようにして得られる、合成画像は撮像
信号xに対して係数pを適切に設定することにより、第
2のシャッタ時間で撮像した信号が飽和するまでの広い
明るさの範囲で、連続した滑らかに単調増加する関数に
でき、違和感のない自然な画像を得ることができる。つ
まり、本実施の形態では合成画像Mは2つの画像(一方
の画像の飽和値を含む)を全ての部分で重み付けして加
算して得るようにしているので、最初から1回の撮像動
作で合成画像を得たような広いダイナモックレンジを有
し、かつ被写体の明るさの増加に対して画像の明るさも
スムーズに変化する特性をもった自然で良好な特性の画
像を得ることができる。また、被写体に動きがある場合
にも、低輝度側と高輝度側での輪郭のずれを少なくでき
る。
【0050】また、本実施の形態では2つの画像を重み
付けして加算する場合の重み付け係数f,gの和を1に
設定しているので、加算により得られる画像はBフィー
ルドでその画像が飽和するまでの明るさに対応した広い
ダイナミックレンジを有し、かつDレンジ拡大回路15
R等を通す前後で信号レベルが拡大されてしまうことが
ない。
【0051】これに対し、特開平6−141229号公
報の先行例では2つの画像を一方の画像が飽和する境界
付近での重み付けを変化させて加算しているので、境界
付近から外れた領域では画像合成により信号レベルが数
倍に大きくなってしまい、後段側で圧縮する圧縮回路が
必要になってしまう。
【0052】また、この合成画像に対して圧縮回路によ
り、明るさの増加に対して出力レベルが連続的に変化す
る特性に設定しているが、この場合の圧縮回路の負担が
大きくなる。
【0053】なお、本実施の形態では補正係数pをp≒
(π・ys2/2)としたが、これに限らず、補正係数
pはCCDの特性等に応じて少なくとも上記出力Mが明
るさの増加に対して単調増加関数となるように選択する
ことが可能である。また、出力Mは上記関数、すなわ
ち、
xcos2(px)+usin2(px)
に限らず、少なくとも、低輝度領域では低速シャッタ時
間で撮像した信号を主とし、高輝度領域では高速シャッ
タ時間で撮像した信号を主とする関数であればよい。
【0054】なお、図5では簡単化のため、信号x1、
x2は明るさyに対して線形に変化する場合で説明した
が、非線形でない場合にも同様に適用できる。
【0055】なお、本実施の形態では、色分離回路9に
よりRGBに色分離してそれぞれのR信号、G信号、B
信号に対してR用Dレンジ拡大回路15R、G用Dレン
ジ拡大回路15G及びB用Dレンジ拡大回路15Bによ
りダイナミックレンジを拡大するとしたが、これに限ら
ず、色分離回路で輝度信号と色差信号に分離し、輝度信
号と色差信号の両方あるいは輝度信号のみに対してダイ
ナミックレンジを拡大するように構成してもよい。
【0056】また、本実施の形態では、色分離した後に
ダイナミックレンジを拡大する構成となっているが、こ
れに限らず、図6に示すように、R用Dレンジ拡大回路
15R、G用Dレンジ拡大回路15G及びB用Dレンジ
拡大回路15Bの代わりに、A/D変換器8によるA/
D変換した直後にDレンジ拡大回路40を設け、A/D
変換した直後のデジタル信号に対してダイナミックレン
ジを拡大するように構成してもよく、この場合のその他
の構成は本実施の形態と同じである。
【0057】第1の実施の形態では重み付け係数f、g
はBフィールドの画像により決定されていたが、Aフィ
ールドの画像及びBフィールドの画像により決定するこ
ともできる。この場合のR用Dレンジ拡大回路15Rの
構成を図7に示す。
【0058】図2では第2セレクタ23の出力が第1及
び第2LUT25、26に入力されるようになっている
が、図7では第1セレクタ22の出力が第1LUT25
に入力され、第2セレクタ23の出力が第2LUT26
に入力されるようになっている点である。その他は図2
と同様である。
【0059】図7ではAフィールドの画像により第1L
UT25の重み付け係数fが読み出され、Bフィールド
の画像により第2LUT26の重み付け係数gが読み出
される。この変形例の場合にも重み付け係数f、gをf
=cos2(px),g=sin2(px)とすると、p
xは第2の撮像信号x2が0から飽和する場合の明るさ
ys2の範囲で定義される。
【0060】この変形例の場合には、AフィールドとB
フィールドとで撮像される条件が変化すると(例えばA
フィールドとBフィールドとで被写体の明るさが変化し
た場合には、Aフィールドの画像における第1の撮像信
号x1のレベルで読み出される重み付け係数fとBフィ
ールドの画像における対応する第2の撮像信号x2のレ
ベルで読み出される重み付け係数gとの和が1からずれ
る場合もでてくる。つまり、この場合には、重み付け係
数f,gはf+g≒1となる。これに対し、第1の実施
の形態等では一方の画像により2つの重み付け係数f,
gを決定していたので、f+g=1を満たすように設定
できる。
【0061】(第2の実施の形態)第2の実施の形態
は、第1の実施の形態とほとんど同じであるので、異な
る点のみ説明し、同一の構成には同じ符号をつけ説明は
省略する。本実施の形態のR用Dレンジ拡大回路15R
は、図8(a)に示すように、knee&γ回路12に
よりknee処理及びγ補正されたR信号の1フィール
ド分のデジタル信号を記憶するフィールドメモリ21
と、フィールドメモリ21に記憶された1フィールド前
のR信号と現在のフィールドのR信号とをタイミングジ
ェネレータ4からのフィールド判別信号により切り換え
て出力するセレクタ51と、フィールド判別信号を上位
アドレスビットとして入力し画素レートでの出力レベル
に対して後述する所定の関数値を出力する第1LUT5
2と、フィールド判別信号をインバータ回路53を介し
て上位アドレスビットとして入力し画素レートでの出力
レベルに対して後述する所定の関数値を出力する第2L
UT54とを備え、第1乗算器27はフィールドメモリ
21が出力するR信号に対して画素レートでの出力と第
1LUT52の出力を乗算し、第2乗算器28はkne
e&γ回路12からのR信号に対して画素レートでの出
力と第2LUT52の出力を乗算する。そして、加算器
29が第1乗算器27の出力及び第2乗算器28の出力
を前記エンハンス回路16に出力する。
【0062】セレクタ51は、フィールドメモリ21が
第1のシャッタ時間(1/60sec)で撮像されたA
フィールドの画像を出力しているときはknee&γ回
路12からのBフィールドの画像を選択し、第1LUT
52にはフィールド判別信号が上位アドレスビット
「0」として入力され、第2LUT54にはフィールド
判別信号がインバータ回路43により上位アドレスビッ
ト「1」として入力される。
【0063】また、セレクタ51は、フィールドメモリ
21が第2のシャッタ時間(1/240sec)で撮像
されたBフィールドの画像を出力しているときは、この
Bフィールドの画像を選択し、第1LUT42にはフィ
ールド判別信号が上位アドレスビット「1」として入力
され、第2LUT54にはフィールド判別信号がインバ
ータ回路53により上位アドレスビット「0」として入
力される。
【0064】なお、G用Dレンジ拡大回路15G及びB
用Dレンジ拡大回路15Bは、本実施の形態のR用Dレ
ンジ拡大回路15Rと同じ回路構成であるので、説明は
省略する。
【0065】上述した第1LUT52及び第2LUT5
4は、図8(b)に示すように共通のメモリマップ上に
設けてあり、上位アドレスビットが「0」として入力さ
れると、画素レートでの出力レベルをxとしたときco
s2(px)を出力し、上位アドレスビットが「1」と
して入力されと、画素レートでの出力レベルをxとした
ときsin2(px)を出力するようになっている。そ
の他の構成は第1の実施の形態と同じである。
【0066】次に、本実施形態の作用を図9(a)〜9
(i)のタイミングチャートを参照し、説明する。タイ
ミングジェネレータ4から映像信号VD(図9(a))
に同期したフィールド判別信号(図9(b))がR用D
レンジ拡大回路15Rのセレクタ51、第1LUT52
及びインバータ回路24を介して第2LUT54に出力
される。
【0067】また、knee&γ回路12のR出力は、
R用Dレンジ拡大回路15Rのフィードメモリ21(図
9(c))とセレクタ51及び第2乗算器28に入力さ
れ、フィードメモリ21の出力(図9(d))がセレク
タ51及び第1乗算器27に入力される。
【0068】そして、フィードメモリ21にAフィール
ドの画像のデジタル信号が格納されている時、フィール
ド判別信号によりセレクタ41からknee&γ回路1
2の出力であるBフィールドの画像のデジタル信号が第
1LUT52及び第2LUT54に出力され、このとき
は、第1LUT52では上位アドレスビットが「0」と
して入力され画素レートでの出力レベルをxとしたとき
cos2(px)を出力し(図9(e))、第2LUT
54では上位アドレスビットが「1」として入力され画
素レートでの出力レベルをxとしたときsin2(p
x)を出力する(図9(f))。
【0069】そして、第1乗算器27において画素レー
トでAフィールドの画像のデジタル信号とcos2(p
x)が乗算され(図9(g))、また、第2乗算器28
において画素レートでBフィールドの画像のデジタル信
号とsin2(px)が乗算される(図9(h))。
【0070】また、フィードメモリ21にBフィールド
の画像のデジタル信号が格納されている場合、フィール
ド判別信号によりフィードメモリ21からセレクタ41
を経てBフィールドの画像のデジタル信号が第1LUT
52及び第2LUT54に出力され、このときは、第1
LUT52では上位アドレスビットが「1」として入力
され画素レートでの出力レベルをxとしたときsin2
(px)を出力し(図9(e))、第2LUT54では
上位アドレスビットが「0」として入力され画素レート
での出力レベルをxとしたときcos2(px)を出力
する(図9(f))。
【0071】そして、このときは、第1乗算器27にお
いて画素レートでBフィールドの画像のデジタル信号と
sin2(px)が乗算され(図9(g))、また、第
2乗算器28において画素レートでAフィールドの画像
のデジタル信号とcos2(px)が乗算される(図9
(h))。
【0072】そして、加算器29にて第1乗算器27の
出力と第2乗算器28の出力が加算される(図9
(i))。その他の構成は第1の実施の形態と同じであ
る。
【0073】このように本実施の形態においても、第1
の実施の形態と同様な効果を得ることが可能となる。
【0074】以上説明したように第1,第2の実施の形
態及びその変形例の撮像装置によれば、画像信号合成手
段が撮像手段に入射される光量レベルに応じて、第1の
撮像信号と第2の撮像信号の割合を変更して、第1の撮
像信号に基づく第1の画像信号と第2の撮像信号に基づ
く第2の画像信号とを合成するので、撮像信号のダイナ
ミックレンジの拡大において、低輝度側でのS/Nの劣
化を防止すると共に、違和感のない滑らかに入出力特性
が変化する自然な画像を得ることできるという効果があ
る。
【0075】なお、上述した実施の形態では長い露光時
間で撮像した第1の画像に対応する第1の撮像信号と短
い露光時間で撮像した第2の画像に対応する第2の撮像
信号とを第2の撮像信号が飽和するまでの広い明るさ範
囲で2つの重み付け係数f,gで第1の撮像信号と第2
の撮像信号とを重み付けして加算して合成画像に対応す
る合成撮像信号を得るようにしている。
【0076】これに対し、第1の撮像信号が飽和する明
るさ以上の場合には第2の撮像信号の重み付け係数Gに
より例えば図5と同様の特性の出力Mを生成するように
しても良い。
【0077】この場合の構成は例えば第1の実施の形態
と同様の構成であり、図2に示す第1LUT25と第2
LUT26の格納データが異なる。例えば明るさyが0
からys1までは第1の実施の形態と同様であり、この
明るさ範囲での合成画像に対応する出力M1は
M1=x1cos2(px)+x2sin2(px) (0≦y<ys1)
である。
【0078】また、明るさyがys1以上では出力M2
を
M2=x2・G(x2(y)) (y≧ys1)
とする。この場合、出力M2の境界条件を以下のように
設定する。
【0079】M2(ys1)=M1(ys1),
dM1/dy = dM2/dy(ここで、y=ys
1)
とする(明るさys1での明るさyに対するM1、M2
の導関数を等しくする)。
【0080】このようにして出力M1、M2を明るさy
s1で滑らかに接続する。また、
M2(ys2)=x2(ys2)(=M(ys2))
とし、出力M2に対しては明るさys1とys2間を例
えば図10のようになめらかに接続する特性にする。
【0081】この場合には第1LUT25の係数は、0
からys1までの明るさの範囲では撮像信号x2に対し
てcos2 (px2)の重み付け係数を出力し、ys1
以上の明るさでは係数0を出力する。
【0082】また、第2LUT26は明るさが0からy
s1までの撮像信号x2に対してはsin2 (px2)
の重み付け係数を出力し、ys1以上の明るさでは重み
付け係数を上述の条件を満たす値に設定する。
【0083】この場合に得られる合成画像に対応する出
力M′の明るさyに対する特性を図10に示す。この特
性は基本的には図5と同様となる。但し、上述の構成か
らも分かるように第1の撮像信号が飽和する明るさ以上
の場合には第2の撮像信号の重み付け係数Gで合成画像
が決定される。
【0084】図10に示す例では重み付け係数Gは明る
さyに関して単調減少であり、明るさys1ではG(y
s1)>1で、明るさys2で1、つまりG(ys2)
=1となる。この変形例の場合も第1の実施の形態とほ
ぼ同様の効果を有する。
【0085】なお、上述の説明において、例えば図1で
はKnee&γ補正回路12の後にDレンジ拡大回路1
5R,15G,15Bを配置しているので、Dレンジ拡
大回路15R,15g,15BによりKnee&γ補正
回路12の機能を兼ねるようにすることもできる。
【0086】また、CCD2の出力に対してそのCCD
の出力が飽和する値をモニタ19で表示した画像の飽和
値にまで増幅する増幅器の機能を例えば図6のDレンジ
拡大回路40に持たせることができる。つまり、この場
合には、重み付け係数f、gの和の値を1より大きい所
定の値に設定しても良い。この場合、Dレンジ拡大回路
40の飽和値がモニタ19で表示した画像の飽和値にな
るような所定の値に設定する。
【0087】[付記]
1.被写体を第1の露光時間で撮像した第1の撮像信号
と、前記被写体を前記第1の露光時間より短い第2の露
光時間で、前記第1の撮像信号が飽和する光量レベルよ
り高い値で飽和する第2の撮像信号とを連続的に出力す
る撮像手段と、前記第1及び第2の撮像信号に対してそ
れぞれ飽和するまでの光量レベルの増加に関して単調減
少の第1の重み付けと単調増加の第2の重み付けを、前
記第1及び第2の重み付けの和が1となる条件の下で、
行う第1及び第2の重み付け処理回路と、前記第1及び
第2の重み付け処理回路により前記第1及び第2の撮像
信号に対してそれぞれ前記第1及び第2の重み付けがさ
れた第1及び第2の画像信号とを加算する加算回路とか
らなる画像信号生成手段と、前記加算回路から出力され
る画像信号に対し、表示手段に表示可能な映像信号を生
成する信号処理手段と、を備えた撮像装置。
2.クレーム1の撮像装置であって、前記第1及び第2
の露光時間の少なくとも一方の露光時間を可変設定する
露光時間設定手段を有する。
【0088】3.被写体を第1の露光時間で撮像した第
1の撮像信号と、前記被写体を前記第1の撮像信号が飽
和する場合の光量レベルより高い値で飽和する第2の撮
像信号とを連続的に出力する撮像手段と、前記第1及び
第2の撮像信号に対してそれぞれ飽和するまでの光量レ
ベルの増加に関して単調減少の第1の重み付けと単調増
加の第2の重み付けを、前記第1及び第2の重み付けの
和が1となる条件の下で、行う第1及び第2の重み付け
処理回路と、前記第1及び第2の重み付け処理回路によ
り前記第1及び第2の撮像信号に対してそれぞれ前記第
1及び第2の重み付けがされた第1及び第2の画像信号
とを加算する加算回路とからなる画像信号生成手段と、
前記加算回路から出力される画像信号に対し、表示手段
に表示可能な映像信号を生成する信号処理手段と、を備
えた撮像装置。
4.クレーム3の撮像装置であって、前記撮像手段は前
記第1の露光時間より短い第2の露光時間で撮像するこ
とにより、前記第1の撮像信号が飽和する場合の光量レ
ベルより高い値で飽和する前記第2の撮像信号を出力す
る。
【0089】5.クレーム3の撮像装置であって、前記
撮像手段は第2の撮像信号を生成する第2の露光時間に
おいては、前記被写体から前記撮像窓を通って前記撮像
手段に入射される光量を光量制限手段により制限するこ
とにより前記第1の撮像信号が飽和する場合の光量レベ
ルより高い値で飽和する前記第2の撮像信号を出力す
る。
6.クレーム3の撮像装置であって、前記画像信号合成
手段は、前記第1の撮像信号が飽和する場合の光量レベ
ルより十分低い光量レベル領域では前記第1の重み付け
が前記第2の重み付けより大きく、前記第1の撮像信号
が飽和する光量レベルより大きい光量レベル領域では前
記第2の重み付けが前記第1の重み付けより大きくなる
ように合成する。
7.クレーム3の撮像装置であって、前記光量レベルを
xとして前記第1の重み付けの関数F1(x)は係数を
pとしてCOS2 (px)であり、前記第2の重み付け
の関数F2(x)はSIN2 (px)である。
【0090】8.クレーム7の撮像装置であって、前記
係数pは前記第2の撮像信号が飽和する場合の前記撮像
窓に入射される光量レベルの値をsとした場合にp≒π
/(2s)を満たす。
9.クレーム3の撮像装置であって、前記画像信号合成
手段は前記第1の撮像信号に対する前記第1の重み付け
と前記第2の撮像信号に対する前記第2の重み付けとの
各データを格納した重み付けデータ格納手段を有する。
10.クレーム4の撮像装置であって、前記撮像手段は
前記被写体を前記第1の露光時間中に撮像して前記第1
の撮像信号及び前記第2の撮像信号を生成する。
11.クレーム3の撮像装置であって、前記画像信号合
成手段は光量レベルに対する前記合成画像信号の微分係
数が前記第2の撮像信号が飽和するまでの光量レベルの
増加に対して連続的となる特性の前記合成画像を生成す
る。
【0091】12.クレーム11の撮像装置であって、
前記微分係数は光量レベルに対して単調減少する。
13.被写体を第1の露光時間で撮像した第1の撮像信
号と、前記被写体を前記第1の露光時間より短い第2の
露光時間で、前記第1の撮像信号が飽和する光量レベル
より高い値で飽和する第2の撮像信号とを連続的に出力
する撮像手段と、前記第1及び第2の撮像信号に対して
それぞれ飽和するまでの光量レベルの増加に関して単調
減少の第1の重み付けと単調増加の第2の重み付けを、
前記第1及び第2の重み付けの和が概ね1となる条件の
下で、行う第1及び第2の重み付け処理回路と、前記第
1及び第2の重み付け処理回路により前記第1及び第2
の撮像信号に対してそれぞれ前記第1及び第2の重み付
けがされた第1及び第2の画像信号とを加算する加算回
路とからなる画像信号生成手段と、 前記加算回路から
出力される画像信号に対し、表示手段に表示可能な映像
信号を生成する信号処理手段と、を備えた撮像装置。
【0092】14.被写体を第1の露光時間で撮像した
第1の撮像信号と、前記被写体を前記第1の撮像信号が
飽和する場合の光量レベルより高い値で飽和する第2の
撮像信号とを連続的に出力する撮像手段と、前記第1及
び第2の撮像信号に対してそれぞれ飽和するまでの光量
レベルの増加に関して単調減少の第1の重み付けと単調
増加の第2の重み付けを、前記第1及び第2の重み付け
の和が概ね1となる条件の下で、行う第1及び第2の重
み付け処理回路と、前記第1及び第2の重み付け処理回
路により前記第1及び第2の撮像信号に対してそれぞれ
前記第1及び第2の重み付けがされた第1及び第2の画
像信号とを加算する加算回路とからなる画像信号生成手
段と、 前記加算回路から出力される画像信号に対し、
表示手段に表示可能な映像信号を生成する信号処理手段
と、を備えた撮像装置。
【0093】15.被写体を第1の露光時間で撮像した
第1の撮像信号と、前記被写体を前記第1の撮像信号が
飽和する場合の光量レベルより高い値で飽和する第2の
撮像信号とを連続的に出力する撮像手段と、前記第1及
び第2の撮像信号に対してそれぞれ飽和するまでの光量
レベルの増加に関して単調減少の第1の重み付けと単調
増加の第2の重み付けを、前記第1及び第2の重み付け
の和が一定となる条件の下で、少なくとも第1の撮像信
号が飽和するまでの光量レベルの範囲に対して前記第1
及び第2の撮像信号に対してそれぞれ行う第1及び第2
の重み付け処理回路と、前記第1及び第2の重み付け処
理回路により前記第1及び第2の撮像信号に対してそれ
ぞれ前記第1及び第2の重み付けがされた第1及び第2
の画像信号とを加算する加算回路とからなる画像信号生
成手段と、前記加算回路から出力される画像信号に対
し、表示手段に表示可能な映像信号を生成する信号処理
手段と、を備えた撮像装置。
【0094】16.クレーム15の撮像装置であって、
前記第1の撮像信号が飽和する値より大きい光量レベル
においては前記第1の重み付け処理回路は0の重み付け
係数を出力する。
17.クレーム15の撮像装置であって、前記第1の撮
像信号が飽和する値より大きい光量レベルにおいては前
記第2の重み付け処理回路による前記第2の撮像信号に
対する重み付け係数により実質的に前記画像信号が決定
される。
【0095】(18) 第1の明るさの被写体を撮像す
ると飽和する第1の露光時間制御で撮像された第1の撮
像信号と、第1の明るさより明るい第1の明るさの被写
体を撮像すると飽和する前記第1の露光時間より短い第
2の露光時間制御で撮像された第2の撮像信号とを連続
的に出力する撮像手段と、前記撮像手段に入射される光
量レベルに応じて、前記第1の撮像信号と前記第2の撮
像信号の割合を変更して、前記第1の撮像信号と前記第
2の撮像信号とを合成する画像信号合成手段と、前記画
像信号合成手段により合成された画像信号に基づき、表
示手段に表示可能な映像信号を生成する信号処理手段と
を備えたことを特徴とする撮像装置。
【0096】(19) 第1の明るさの被写体を撮像す
ると飽和する第1の露光時間制御で撮像された第1の撮
像信号と、第1の明るさより明るい第1の明るさの被写
体を撮像すると飽和する前記第1の露光時間より短い第
2の露光時間制御で撮像された第2の撮像信号とを連続
的に出力する撮像手段と、前記撮像手段に入射される光
量レベルに応じて、前記光量レベルが低いときは前記第
2の撮像信号に対して前記第1の撮像信号の比率を高く
し、前記光量レベルが高いときは前記第1の撮像信号に
対して前記第2の撮像信号の比率を高くして、前記第1
の撮像信号と前記第2の撮像信号とを合成する画像信号
合成手段と、前記画像信号合成手段により合成された画
像信号に基づき、表示手段に表示可能な映像信号を生成
する信号処理手段とを備えたことを特徴とする撮像装
置。
【0097】(20) 第1の明るさの被写体を撮像す
ると飽和する第1の露光時間制御で撮像された第1の撮
像信号と、第1の明るさより明るい第1の明るさの被写
体を撮像すると飽和する前記第1の露光時間より短い第
2の露光時間制御で撮像された第2の撮像信号とを連続
的に出力する撮像手段と、前記撮像手段に入射される光
量レベルに応じて、前記光量レベルが高くなるに従い前
記第1の撮像信号の信号レベルを制限する第1の信号レ
ベル変更手段と、前記撮像手段に入射される光量レベル
に応じて、前記光量レベルが低くなるに従い前記第2の
撮像信号の信号レベルを制限する第2の信号レベル変更
手段と、前記第1の信号レベル変更手段から出力される
前記第1の撮像信号と前記第2の信号レベル変更手段か
ら出力される前記第2の撮像信号とを合成する画像信号
合成手段と、前記画像信号合成手段により合成された画
像信号に基づき、表示手段に表示可能な映像信号を生成
する信号処理手段とを備えたことを特徴とする撮像装
置。
【0098】(21) 前記画像信号合成手段は、前記
第1の撮像信号と前記第2の撮像信号とを合成し単調増
加の画像信号を生成することを特徴とする付記18ない
し20に記載の撮像装置。
(22) 2つの異なる露光時間で撮像した画像信号
x、u(a≦x≦b:xが飽和しない範囲、x≧u)に
ついて、
f(t)+g(t)=1、t=h(x) かつ
d{f(t)+g(t)}/dt ≧0
を満たす関数f、g、hを用いて、M=xf(t)+u
g(t)とした区間(a≦x≦b)で微分可能な合成関
数Mにより画素レートで画像を合成することを特徴とす
る撮像信号のダイナミックレンジの拡大方法。
(23) 前記f(t)、g(t)及びh(t)が
f(t)=cos2(t)、g(t)=sin2(t)、
t=px
であることを特徴とする付記22に記載の撮像信号のダ
イナミックレンジの拡大方法。
【0099】(24) 第1の明るさの被写体を撮像す
ると飽和する第1の露光時間制御で撮像された第1の撮
像信号と、第1の明るさより明るい第1の明るさの被写
体を撮像すると飽和する前記第1の露光時間より短い第
2の露光時間制御で撮像された第2の撮像信号とを連続
的に出力する撮像手段を有する撮像装置における撮像信
号のダイナミックレンジの拡大方法において、前記撮像
手段に入射される光量レベルに応じて、前記第1の撮像
信号と前記第2の撮像信号の割合を変更して、前記第1
の撮像信号と前記第2の撮像信号とを合成する第1の行
程と、前記画像信号合成手段により合成された画像信号
に基づき、表示手段に表示可能な映像信号を生成する第
2の行程とを備えたことを特徴とする撮像信号のダイナ
ミックレンジの拡大方法。
【0100】(25) 第1の明るさの被写体を撮像す
ると飽和する第1の露光時間制御で撮像された第1の撮
像信号と、第1の明るさより明るい第1の明るさの被写
体を撮像すると飽和する前記第1の露光時間より短い第
2の露光時間制御で撮像された第2の撮像信号とを連続
的に出力する撮像手段を有する撮像装置における撮像信
号のダイナミックレンジの拡大方法において、前記撮像
手段に入射される光量レベルに応じて、前記光量レベル
が低いときは前記第2の撮像信号に対して前記第1の撮
像信号の比率を高くし、前記光量レベルが高いときは前
記第1の撮像信号に対して前記第2の撮像信号の比率を
高くして、前記第1の撮像信号と前記第2の撮像信号と
を合成する第1の行程と、前記画像信号合成手段により
合成された画像信号に基づき、表示手段に表示可能な映
像信号を生成する第2の行程とを備えたことを特徴とす
る撮像信号のダイナミックレンジの拡大方法。
【0101】(26) 第1の明るさの被写体を撮像す
ると飽和する第1の露光時間制御で撮像された第1の撮
像信号と、第1の明るさより明るい第1の明るさの被写
体を撮像すると飽和する前記第1の露光時間より短い第
2の露光時間制御で撮像された第2の撮像信号とを連続
的に出力する撮像手段を有する撮像装置における撮像信
号のダイナミックレンジの拡大方法において、前記撮像
手段に入射される光量レベルに応じて、前記光量レベル
が高くなるに従い前記第1の撮像信号の信号レベルを制
限する第1の行程と、前記撮像手段に入射される光量レ
ベルに応じて、前記光量レベルが低くなるに従い前記第
2の撮像信号の信号レベルを制限する第2の行程と、前
記第1の行程からの前記第1の撮像信号と前記第2の行
程からの前記第2の撮像信号とを合成する第3の行程
と、前記画像信号合成手段により合成された画像信号に
基づき、表示手段に表示可能な映像信号を生成する第4
の行程とを備えたことを特徴とする撮像信号のダイナミ
ックレンジの拡大方法。
【0102】(27) 第1の露光時間で被写体を撮像
すると飽和する第1の露光時間制御で撮像された第1の
撮像信号と、第1の露光時間より短い露光時間で被写体
を撮像すると飽和する第2の露光時間制御で撮像された
第2の撮像信号とを連続的に出力する撮像手段と、第1
の撮像信号の各画素毎の出力レベルに応じて、前記第1
の撮像信号と前記第2の撮像信号の割合を変更して、前
記第1の撮像信号と前記第2の撮像信号とを合成する画
像信号合成手段と、前記画像信号合成手段により合成さ
れた画像信号に基づき、表示手段に表示可能な映像信号
を生成する信号処理手段とを備えたことを特徴とする撮
像装置。
【0103】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、画
素による輝度レベルの変化を重み付け係数を求めるため
の関数として使用し、この画素による輝度レベルの変化
に基づく関数で求められた重み付け係数を使用すること
によりS/Nの低下を防止すると共に、違和感のない滑
らかな画像を得ることができるという顕著な効果が発揮
される。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention
Weighted addition of multiple images with multiple coefficients whose sum is 1
Imaging devices that perform dynamic range expansion processing
You.
[0002]
2. Description of the Related Art Generally, an imaging device such as a television camera is used.
Means that the effective imaging brightness range is
It is uniquely determined by the photoelectric conversion characteristics of the image sensor. Toes
The lower limit of the output level of the solid-state image sensor is the noise level.
Is limited and the upper limit is limited to the saturation level
The working range is determined and the output level characteristics of the solid-state
Gender has a constant slope, resulting in a solid
The effective imaging luminance range of the imaging device is uniquely determined.
Therefore, conventionally, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-396
In Japanese Patent Publication No. 73, two kinds of imaging signals with different brightness are combined.
The dynamic range of the imaging signal of the solid-state imaging device.
An expanding imaging device is disclosed.
[0004]
However, in the future,
In the expansion of the dynamic range of the imaging device
Because only two types of imaging signals are added or subtracted,
On the luminance side, S / N deteriorates, and
The synthesized image signal is a linear combination and is a polygonal line.
Output from the solid-state image sensor at the connection point.
For example, the resulting color image
Does not produce a smooth color change, resulting in an uncomfortable image.
Problem.
In Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-141229,
Indicates the signal level of two or more images with different charge accumulation times
Weighted according to
Does not saturate dark to bright images
To obtain an image with less noise.
[0006] This prior example is disclosed in, for example, FIG.
As shown in FIG.
Only near the boundary region where one of the images is saturated
The changed weights are combined by addition, and
Desired in / out by compressing by compression means according to several bands etc.
It is a composite image of force characteristics.
However, in this prior example, for example, two images
When obtaining a composite image from an image, the first charge accumulation time is long.
On the side of the area lower than near the boundary area where the image is saturated,
This is a characteristic that a composite image is determined only by one image.
You.
[0008] Compression processing is performed on the synthesized image at the subsequent stage.
Yes, but for one combined image that has already been added
The above characteristics cannot be changed basically.
No. Therefore, for example, in the case of an image having motion,
The outline on the degree side and the high luminance side are displaced or unnatural color change parts
The result is an image with some minutes.
(Object of the Invention) The present invention has been made in consideration of the above points.
The purpose of the dynamic range
Enlarges and prevents S / N degradation on the low luminance side
In addition, you can obtain a smooth image without discomfort
It is to provide an imaging device.
[0010]
An imaging apparatus according to the present invention.
Is the subjectImaging means capable of imagingWhen,The imaging means is
Drive control of the first exposure time that saturates at the light amount level of 1
And at a second light level higher than the first light level
Drive control of the second exposure time when the imaging means is saturated.
Alternately taking pictures at the first exposure time from the imaging means.
An image is captured at the imaged first imaging signal and the second exposure time.
Drive means capable of alternately reading out the read second imaging signal
When,Before the imaging unit read by the driving unit
The first imaging signal has a monotonously decreasing curve characteristic.
Weight that can be weighted with a first weighting factor
Processing circuit,The sum with the first weighting coefficient is 1 and
A second weighting factor having a monotonically increasing curve characteristic
Second weighting coefficient generating means for generating;,The second weight
To the second weighting coefficient generated by the weighting coefficient generating means.
Therefore, the second imaging read out from the imaging unit
Signal while maintaining the sensitivity ratio with the first imaging signal.
A second weighting circuit for performing weighting processing;,The first
And the first image signal processed by the second weighting processing circuit
An addition circuit for adding the signal and the second image signal;,The addition
Based on the image signal output from the circuit, the display means
A video signal for generating a video signal capable of displaying an image of a subject
And processing means.
[0011]
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG.
An embodiment will be described.
(First Embodiment) FIGS. 1 to 7 show a first embodiment of the present invention.
FIG. 1 is a diagram illustrating an imaging apparatus according to a first embodiment.
FIG. 2 is an enlarged view of the D range for R in FIG.
FIG. 3A is a configuration diagram showing a configuration of a road, and FIG.
FIG. 3B is a diagram showing a memory map of the second LUT and FIG.
Weighting from first LUT and second LUT according to input signal
FIG. 4 (a) is an explanatory view showing a state in which the set coefficient is output.
4 (I) show the signals of the R range expansion circuit for R in FIG.
FIG. 5 is a timing chart showing the timing.
FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining the operation of the R range expansion circuit for R, and FIG.
FIG. 7 is a configuration diagram showing a configuration of a modification of the imaging apparatus of FIG.
It is a block diagram of the D range expansion circuit for R in a form example.
As shown in FIG. 1, an image pickup apparatus according to the present embodiment
The device 1 is a single-chip color imaging device C
CD2 and a synchronizing signal generating circuit (hereinafter referred to as a reference signal generating circuit)
3 and the reference signal from SSG3.
Timing generator for generating drive signals for CCD2
And a driving signal from the timing generator 4
And a CCD driver 5 for driving the CCD 2
You.
Also, the image signal from the CCD 2 is amplified.
The preamplifier 6 and the sun from the timing generator 4
Correlated double sampling (hereinafter C
DSS) and the output of the CDS circuit 7
A / D converter 8 for A / D conversion of the CCD 2
After the output image signals are amplified by the preamplifier 6, C
The signal is dropped to the baseband band by the DS circuit 7 and A /
The signal is converted into a digital signal by the D converter 8.
ing. The A / D converter 8 is, for example, an 8-bit digital
To a video signal.
Further, the image pickup apparatus 1 includes an A / D converter 8
A / D converted digital signal is converted into three color signals of RGB
Color separation circuit 9 for color separation and color separation by the color separation circuit 9
White balance adjustment for the digital signal
White balance circuit 10 and white balance circuit
Digital camera with white balance adjusted by road 10
Automatic gain control circuit (hereinafter, A
And a gain by the AGC circuit 11.
Knee processing and gamma compensation are performed on the adjusted digital signal.
Knee & γ circuit 12 that performs positive and knee & γ circuit 1
RGB data after knee processing and γ correction by 2
R for expanding the dynamic range of each signal
Range expansion circuit 15R for G, D range expansion circuit 15 for G
G and B D range expansion circuit 15B and R D range expansion circuit
Large circuit 15R, D range expansion circuit 15G for G and D for B
Dynamic range expansion by range expansion circuit 15B
Enhanced RGB digital signal
An enhancement circuit 16 for performing the processing, and an enhanced digital
D / A conversion of the power signal
And a D / A converter 18 for outputting to the
It is.
The R range expansion circuit 15R for R is shown in FIG.
As shown in FIG.
Digital signal for one field of R signal that has been corrected
Field memory 21 for storing
21 and the current field of the R signal stored in the previous field.
Field R signal from the timing generator 4
The first select that is switched and output according to the field discrimination signal
A second selector 23 and a second selector 23.
Is connected to the first circuit through the inverter circuit 24.
One field before the R signal output by the collector 22 or
R signal of field different from R signal of current field
Is output.
Further, the R range expansion circuit 15R for R
2 With respect to the R signal output from the selector 23 at a pixel rate
Outputs a predetermined function value for the output level of
First look-up table (hereinafter abbreviated as first LUT)
25 and the second LUT 26 and the pixels from the first selector 22
R signal output at the rate multiplied by the output of the first LUT 25
The first multiplier 27 and the second selector 23 calculate the pixel level.
Multiply the output of the second LUT 25 with the R signal output at the
A second multiplier 28, an output of the first multiplier 27 and a second
The output of the multiplier 28 is added to the output of the enhancer circuit 16.
And an adder 29 for outputting.
The D range expansion circuits for G 15G and B
D range expansion circuit 15B for R is a D range expansion circuit 1 for R.
Since the circuit configuration is the same as that of 5R, the description of those configurations is as follows.
Omitted. The first LUT 25 and the second LUT 26 described above
Is a memory map as shown in FIG.
You.
For example, the first LUT 25 and the second LUT 26
For example, 8-bit address 00-FF is weighted monotonically decreasing
Coefficient f (= cosTwo) And a monotonically increasing weighting coefficient g (=
sinTwo) And these weighting function data
The sum of f and g is set to 1.
Here, the 8-bit addresses 00 to FF are
Corresponds to the luminance level of the input 8-bit digital signal
Is set. More specifically, imaging with CCD2
If the obtained image signal is 0, the digital signal is passed through the A / D converter 8.
Signal in this case, and in this case, the address of (00) h
The data is input to the first LUT 25 and the second LUT 26.
As shown in FIG. 1, the output of the CCD 2 is actually
Since the signal has an AGC circuit 11 and the like in the middle, the imaging signal is
Amplified, gamma-corrected, and dynamics on the display surface of the monitor 19
It is adjusted to the level corresponding to the work range.
That is, when the output signal of the CCD 2 is 0,
Indicates that the signal level input to the monitor 19 is also 0 and C
When CD2 is a saturated value, it is displayed on the monitor 19.
Image 1 also has a saturation value (Vuse in FIG. 5).YoSea urchin level
Adjusted.
Further, an image pickup corresponding to the output signal of the CCD 2
In the case of a saturation value at which the signal is saturated (for example, Vuse in FIG. 5)
Through the A / D converter 8 etc. to the address of (FF) h
The data is input to the first LUT 25 and the second LUT 26. In addition,
For example, (00) h indicates 00 in hexadecimal notation.
Input to the first LUT 25 and the second LUT 26
Is standardized to be a signal x in the range of 0 to 1.
(That is, the digital value (00) h is 0,
Value (FF) h is 1), the first LUT 25 is co
sTwo(Px), and the first LUT 25 outputs sinTwo(P
x) is output.
Input to the first LUT 25 and the second LUT 26
The data corresponding to the address is read by the signal x to be read.
It is output and output. This state is shown in FIG.
Here, p is a correction coefficient, as shown in FIG.
Signal when the image is captured with a short exposure time
If the brightness when saturates is ys2, the weight at that time
Finding coefficient g, ie sinTwo(Px) is 1,
For example, p ≒ (π · ys2 / 2) is set.
Next, the present embodiment thus configured
The operation of the imaging device 1 will be described. From SSG3
Generated by the timing generator 4 based on the reference signal.
The CCD driver 5 drives the CCD 2 with the drive signal.
Then, the photoelectric conversion signal of the subject imaged by the CCD 2 is
After being amplified by the preamplifier 6, the CDS circuit 7
To the baseband, and digitally converted by the A / D converter 8.
Is converted into a signal. Here, the timing generator
The CCD driver 5 uses the drive signal generated by the
Shutter time different for each field, for example,
The subject is imaged with the shutter time of 1 set to 1/60 sec.
And at the same time, for example, the first shutter
1/4 of the data time (that is, 1/240 sec)
CCD2 to capture the image of the subject with the high-speed element shutter
Drive.
That is, the subject image in the A field is
Imaged at the first shutter time of
The body image is captured during the second shutter time. In addition,
One field period (1/60 sec) for B field
The signal imaged in a period other than 1/240 sec in
Perform the process of sweeping away at high speed.
As will be described later, the D range for R is expanded.
Large circuit 15R, D range expansion circuit 15G for G and D for B
The range enlargement circuit 15B uses these different shutter times.
Expand the dynamic range with the image signal of the subject
You.
Thereafter, A / D conversion is performed by the color separation circuit 9.
Digital signal is separated into three color signals of RGB,
White balance circuit 10, AGC circuit 11, and kn
White balance adjustment and gain adjustment by e & γ circuit 12
After adjustment, knee processing and gamma correction, the D
15R, G range expansion circuit 15G for G and
The digital signal of RGB is output by the D range expansion circuit 15B for B.
The dynamic range expansion process of each issue is performed,
Enhancement processing by the enhancement circuit 16 and D / A conversion
D / A conversion by the device 18
Output to the monitor 19.
Next, the R range expansion circuit 15R for R and the G range
D range expansion circuit 15G and B D range expansion circuit 15
B for details of the dynamic range expansion process
Referring to the timing chart of FIG.
The dilation circuit 15R will be described as an example.
The timing signal from the timing generator 4
Field synchronized with vertical synchronization signal VD (FIG. 4A)
The discrimination signal (FIG. 4 (b)) is used as the R range expansion circuit 15R for R.
Through the first selector 22 and the inverter circuit 24
It is output to the 2 selector 23.
The R output of the knee & γ circuit 12 is
Feed memory 21 of R range expansion circuit 15R for R (FIG.
4 (c)) and the first selector 22 and the second selector 23
Input to one input terminal and output from feed memory 21
(FIG. 4D) shows the first selector 22 and the second selector 2
3 is input to the other input terminal.
Thus, based on the field discrimination signal,
And the first selector 22 outputs the first shutter time (1/1).
Digital of A-field image captured at 60 sec)
And the second selector 23 outputs the second signal
B-field imaged in 1/240 sec.
The digital signal of the image of the memory is output.
The A-feed from the first selector 22
The digital signal of the field image is output to the first multiplier 27.
And the image of the B field from the second selector 23
Is converted to a second multiplier 28 and a first LUT 25 (see FIG.
4 (e)) and the second LUT 26 (FIG. 4 (f)).
It is.
At this time, the first LUT 25 and the second LUT
Reference numeral 26 denotes a pixel level of a digital signal of a B-field image.
Cos for the signal x input atTwo(Px) and
sinTwo(Px) are output.
In this case, the image in the A field is
Imaging with an exposure time (imaging time) four times as long as the
Therefore, as shown in FIG.
For example, an image pickup signal having characteristics such as x1 = y is obtained.
The image of the B field is imaged with characteristics such as x2 = y / 4
Signal.
Then, the image pickup signal x of the image of the A field
1 is the saturation value Vuse at the brightness ys1, and the B field
The imaging signal x2 of the image of the brightness is ys2 (= 4ys1)
Becomes the saturation value Vuse.
In this embodiment, the image of the A field is
The imaging signal x1 at a certain brightness ya in FIG.
In the case of x1a, the corresponding
The imaging signal is x2a. Then, as shown in FIG.
Thus, the imaging signal x2 corresponding to the image of the B field is
By being input to the first LUT 25 and the second LUT 26,
, And cos as weighting functions f and gTwo(Px) and
sinTwo(Px) is output.
These cosTwo(Px) and sinTwo(P
x) goes to the first multiplier 27 and the second multiplier 28, respectively.
The first multiplier 27 outputs the A field at the pixel rate.
Image digital signal and cosTwo(Px) is multiplied
(FIG. 4 (g)), and the pixel rate in the second multiplier 28
And the digital signal of the B field imageTwo(P
x) (FIG. 4 (h)). And the adder 29
The output of the first multiplier 27 and the output of the second multiplier 28 are added.
(FIG. 4 (i)).
In FIG. 4, for simplicity, the An field
The output of each pixel in the Bn field is
Although the output of each pixel is represented by Bn,
In the process of expanding the dynamic range in the embodiment,
As described above, processing is performed at the pixel rate,
Is the pixel rate of the digital signal of the A-field image
Each output value at x, digital signal of B field image
Let u be the output value at the pixel rate of
Output M
M = xcosTwo(Px) + usinTwo(Px)
It will be obtained as follows.
The D range expansion circuits for G 15G and B
D range expansion circuit 15B for R is a D range expansion circuit 1 for R.
Since it operates in the same manner as 5R, its description is omitted.
Therefore, according to the present embodiment, FIG.
As described above, shooting is performed with the first shutter time (1/60 sec).
The digital signal x1 of the imaged A-field image and the
B imaged with a shutter time of 2 (1/240 sec)
For digital signal x2 (= u) of field image
Output from the R range expansion circuit 15R for R
The force M is cosTwoWeighting by (px)
The first shutter time (1/60 sec)
Digital signal of the A-field image captured at
Conversely, sinTwoWeighting by (px)
Mainly for the second shutter time (1/240 sec)
Digital signal of the B-field image captured at
Therefore, the S / N does not deteriorate in the low luminance range
The working range can be expanded.
More specifically, in FIG.
Corresponding to a composite image obtained by weighting and adding two images.
The output M is, for example, brightness greater than 0 but brightness ys
In the region much lower than 1, the weight of the image in the A field
The weight f of the image in the B field is large.
Since the attachment g is small, that is, f> g> 0,
The composite image is mainly composed of the A field image and the B field image.
Creates a composite image that looks like a little mixed image
You.
The synthesized image has, for example, a brightness of ys1.
In the larger area, the A field image is saturated, so
The weight f for the saturation value is small,
The weight g of the field image is large, that is, g>
Since f> 0, the composite image is a B-field image
To increase the brightness by mixing the saturation value of the image in the A field a little.
The characteristic that the brightness of the composite image increases smoothly with the addition
Image.
That is, in the present embodiment, the first brightness y
From the first image saturated at s1 and the first brightness ys1
Saturated with high second brightness ys2 (four times ys1 in FIG. 5)
The second image to be summed is monotonically decreasing with respect to the first image;
For the second image, the monotonically increasing weighting factors f and g
Each weighted image is added by an adder to form one combined image.
I try to get a synthetic image.
In this case, the sum of the weighting coefficients f and g is set to 1.
And the signal level of the composite image obtained by the addition
It becomes large when passing through the D range expansion circuit,
The image on the monitor 19 when displaying on the monitor 19 is saturated.
To prevent it from becoming bigger than
You. That is, if the sum is greater than 1, the D range expansion circuit
Although a compression circuit is required on the subsequent stage, in this embodiment
Is unnecessary.
The output corresponding to the composite image shown in FIG.
The force Ma is taken at the brightness ya in the image of the A field.
The image signal x1a corresponds to the image signal x1a in the image of the B field.
The image signal x2a is weighted by weighting coefficients f and g, respectively.
Of the output Ma in this case.
The level is a weighting coefficient between the two signals x1a and x2a.
Divide by the division ratio proportional to the reciprocals 1 / f and 1 / g of f and g
Value.
As can be seen from FIG. 5, the output M is bright.
If the function is a variable, its derivative is positive,
And it is monotonically decreasing. In other words, in areas with low brightness,
And continuously increases as the brightness increases
To reduce the gradient and increase the dynamic range.
You.
The synthesized image obtained in this way is captured
By appropriately setting the coefficient p for the signal x,
Wide until the signal captured with the shutter time of 2 saturates
A function that increases continuously and smoothly in the range of brightness
It is possible to obtain a natural image without discomfort. One
That is, in the present embodiment, the composite image M is composed of two images (one
Weighted by all parts)
Calculation from the beginning.
Has a wide dynamock range that gives a composite image
And the brightness of the image increases as the brightness of the subject increases.
Natural and good image quality with smoothly changing characteristics
An image can be obtained. Also, if the subject is moving
In addition, the deviation of the contour between the low-luminance side and high-luminance side can be reduced.
You.
In this embodiment, two images are weighted.
The sum of weighting coefficients f and g to 1
Setting, the image obtained by adding
Wide corresponding to the brightness of the image until the image is saturated
Circuit having dynamic range and D range expansion circuit 15
The signal level may be enlarged before and after passing through R etc.
Absent.
On the other hand, Japanese Unexamined Patent Publication No.
In the previous example of the report, the boundary between two images was saturated with one image
Since the weights in the vicinity are changed and added,
In the area outside the vicinity, the signal level is
The compression circuit that compresses at the subsequent stage
You will need it.
Further, a compression circuit is applied to the synthesized image.
Output level changes continuously with increasing brightness.
Characteristics, but the load on the compression circuit in this case is
growing.
In this embodiment, the correction coefficient p is set to p ≒
(Π · ys2 / 2), but not limited to this, and the correction coefficient
p indicates that at least the output M is clear according to the characteristics of the CCD.
Choose to be a monotonically increasing function with increasing rust
It is possible. The output M is the above function, that is,
Chi
xcosTwo(Px) + usinTwo(Px)
Not only at low shutter speeds but at least in low brightness areas
Mainly for signals captured between
Any function may be used as long as it is mainly a signal captured in the data time.
In FIG. 5, for simplicity, the signals x1,
x2 has been described in the case of changing linearly with brightness y
Can be similarly applied to the case where it is not nonlinear.
In the present embodiment, the color separation circuit 9
R, G, and B signals are separated into RGB.
R range expansion circuit 15R for R and D Ren for G
And the D range expansion circuit 15B for B.
To increase the dynamic range.
The color separation circuit separates the signal into a luminance signal and a color difference signal.
Signal and color difference signal or only the luminance signal
The configuration may be such that the dynamic range is expanded.
In this embodiment, after color separation,
It is configured to expand the dynamic range.
Not limited to this, as shown in FIG.
15R, G D range expansion circuit 15G and B D range
Instead of the enlargement circuit 15B, A / D converter 8
Immediately after the D conversion, a D range expansion circuit 40 is provided, and the A / D
Dynamic rendering is performed on the digital signal immediately after conversion.
May be configured to be larger, in this case other
Is the same as that of the present embodiment.
In the first embodiment, the weighting factors f, g
Was determined by the B field image, but the A field
Field image and B field image.
You can also. In this case, the R range expansion circuit 15R for R
The configuration is shown in FIG.
In FIG. 2, the output of the second selector 23 is
And the second LUTs 25 and 26.
However, in FIG. 7, the output of the first selector 22 is the first LUT 25
, And the output of the second selector 23 is
This is the point that is input to. Others are in Figure 2
Is the same as
In FIG. 7, the first L
The weight coefficient f of the UT 25 is read, and the
The weighting coefficient g of the second LUT 26 is read from the image of
Is done. Also in this modification, the weighting coefficients f and g are set to f
= CosTwo(Px), g = sinTwo(Px), p
x is the brightness when the second imaging signal x2 is saturated from 0
It is defined in the range of ys2.
In the case of this modification, the A field and the B field
When the conditions for imaging in the field change (for example, A
The brightness of the subject changes between the field and the B field.
The first imaging signal in the A-field image
The weighting coefficient f read at the level of
Of the corresponding second imaging signal x2 in the field image.
The sum with the weighting coefficient g read by the bell deviates from 1.
Also appear. That is, in this case,
The numbers f and g are f + g ≒ 1. In contrast, the first implementation
, Etc., two weighting factors f,
g was determined, so set to satisfy f + g = 1
it can.
(Second Embodiment) Second Embodiment
Are almost the same as in the first embodiment,
Only the points that are the same will be described.
Omitted. R range expansion circuit 15R for R of the present embodiment
Is transmitted to the knee & γ circuit 12 as shown in FIG.
One field of R signal after knee processing and gamma correction
Field memory 21 for storing digital signals for
And one field before stored in the field memory 21
Timing signal between the R signal of the current field and the R signal of the current field.
Switching by field discrimination signal from generator 4
And a selector 51 for outputting the field discrimination signal
Output level at pixel rate, input as address bits
A first LUT 5 for outputting a predetermined function value to be described later
2 and the field discrimination signal via the inverter circuit 53.
Input as upper address bits and output at pixel rate
A second L that outputs a predetermined function value to be described later for the level
UT 54, and the first multiplier 27 is a field memory.
The output at the pixel rate for the R signal
The output of the 1 LUT 52 is multiplied, and the second multiplier 28
Output at the pixel rate for the R signal from the e & γ circuit 12
The force is multiplied by the output of the second LUT 52. And adder
29 is an output of the first multiplier 27 and an output of the second multiplier 28
Is output to the enhancement circuit 16.
The selector 51 is configured such that the field memory 21
A taken during the first shutter time (1/60 sec)
Knee & γ times when outputting field images
The image of the B field from the road 12 is selected, and the first LUT
In 52, a field discrimination signal is a higher address bit.
Is input as "0" and the second LUT 54 has a field
The discrimination signal is transmitted from the inverter circuit 43 to the upper address bit.
Is input as "1".
The selector 51 has a field memory
21 is imaged in the second shutter time (1/240 sec)
When outputting the image of the B field
Select the image in the B field, and enter the image in the first LUT 42.
Input signal as upper address bit “1”
In the second LUT 54, a field discrimination signal is inverted.
Input as upper address bit "0" by the data circuit 53.
Is forced.
The D range expansion circuits for G 15G and B
The D range expansion circuit 15B for the R
Since the circuit configuration is the same as that of the edge enlargement circuit 15R, the
Omitted.
The first LUT 52 and the second LUT 5 described above
4 on a common memory map as shown in FIG.
The upper address bit is input as “0”.
When the output level at the pixel rate is x, co
sTwo(Px) and the upper address bit is “1”.
And the output level at the pixel rate is x
When sinTwo(Px) is output. So
The other configuration is the same as that of the first embodiment.
Next, the operation of the present embodiment will be described with reference to FIGS.
This will be described with reference to the timing chart of (i). Thailand
Video signal VD from the mining generator 4 (FIG. 9A)
The field discrimination signal (FIG. 9 (b)) synchronized with
Selector 51 of range expansion circuit 15R, first LUT 52
And output to the second LUT 54 via the inverter circuit 24
Is done.
The R output of the knee & γ circuit 12 is
Feed memory 21 of R range expansion circuit 15R for R (FIG.
9 (c)) and input to the selector 51 and the second multiplier 28.
And the output of the feed memory 21 (FIG. 9D) is selected.
And input to the first multiplier 27 and the first multiplier 27.
The A field is stored in the feed memory 21.
Field when the digital signal of the image is stored
Circuit 41 from the selector 41 in response to the
The digital signal of the B-field image, which is the output of
Output to the first LUT 52 and the second LUT 54,
Is that the upper address bit is “0” in the first LUT 52.
And the output level at the pixel rate is x
cosTwo(Px) (FIG. 9 (e)), and the second LUT
In step 54, the upper address bit is input as "1" and
When the output level at the raw rate is x, sinTwo(P
x) is output (FIG. 9 (f)).
Then, the pixel rate in the first multiplier 27 is
Digital signal and cos of A field imageTwo(P
x) (FIG. 9 (g)), and the second multiplier 28
Digital signal of B field image at pixel rate
Issue and sinTwo(Px) is multiplied (FIG. 9 (h)).
The B field is stored in the feed memory 21.
If the digital signal of the image of
Selector 41 from the feed memory 21 in response to the
The digital signal of the image of the B field passes through the first LUT
52 and the second LUT 54, in which case the first
In the LUT 52, the upper address bit is input as "1"
Where the output level at the pixel rate is xTwo
(Px) (FIG. 9 (e)), and the second LUT 54
Pixel rate when upper address bits are input as "0"
Cos when the output level at is xTwoOutput (px)
(FIG. 9F).
At this time, the first multiplier 27
And the digital signal of the B field image at the pixel rate
sinTwo(Px) (FIG. 9 (g)).
A-field image at pixel rate in squaring unit 28
Digital signal and cosTwo(Px) (FIG. 9)
(H)).
Then, the adder 29 outputs the first multiplier 27
The output and the output of the second multiplier 28 are added (FIG. 9
(I)). Other configurations are the same as those of the first embodiment.
You.
As described above, also in the present embodiment, the first
It is possible to obtain the same effect as that of the embodiment.
As described above, the first and second embodiments
According to the image pickup apparatus of the embodiment and its modification, the image signal
The first step depends on the light amount level incident on the imaging means.
By changing the ratio of the imaging signal to the second imaging signal, the first imaging
A first image signal based on the image signal and a second image signal based on the second image signal;
Since the second image signal and the second image signal are synthesized,
In the expansion of the mic range, poor S / N on the low luminance side
And smooth input / output characteristics without discomfort
The effect is that natural images with varying
You.
In the above-described embodiment, a long exposure
The first imaging signal corresponding to the first image captured between
Imaging corresponding to a second image captured with a short exposure time
Signal and a wide brightness range until the second imaging signal is saturated.
The first image signal and the second image signal are represented by two weighting coefficients f and g, respectively.
Weighted and added to the composite image
To obtain a combined imaging signal.
On the other hand, when the first imaging signal is saturated,
In this case, the weighting coefficient G of the second imaging signal
For example, to generate an output M having the same characteristics as in FIG.
You may.
The configuration in this case is, for example, the first embodiment.
The first LUT 25 and the second LUT 25 shown in FIG.
The data stored in the LUT 26 is different. For example, brightness y is 0
To ys1 are the same as in the first embodiment.
The output M1 corresponding to the composite image in the brightness range is
M1 = x1cosTwo(Px) + x2sinTwo(Px) (0 ≦ y <ys1)
It is.
When the brightness y is equal to or greater than ys1, the output M2
To
M2 = x2 · G (x2 (y))(Y ≧ ys1)
And In this case, the boundary condition of the output M2 is as follows:
Set.
M2 (ys1) = M1 (ys1),
dM1 / dy = dM2 / dy (where y = ys
1)
(M1, M2 for brightness y at brightness ys1)
Equal).
In this way, the outputs M1 and M2 are converted to the brightness y
Connect smoothly at s1. Also,
M2 (ys2) = x2 (ys2) (= M (ys2))
And the output M2 is an example between the brightness ys1 and ys2.
For example, the connection characteristics are made smooth as shown in FIG.
In this case, the coefficient of the first LUT 25 is 0
In the brightness range from to ys1, the image signal x2
CosTwo (Px2) is output, and ys1
At the above brightness, the coefficient 0 is output.
The second LUT 26 has a brightness ranging from 0 to y.
sin for the imaging signal x2 up to s1Two (Px2)
Is output, and the weighting coefficient is output at a brightness of ys1 or more.
The attachment coefficient is set to a value that satisfies the above condition.
The output corresponding to the composite image obtained in this case is
FIG. 10 shows the characteristics of the force M ′ with respect to the brightness y. This feature
The characteristics are basically the same as in FIG. However, the above configuration
As can be seen, the brightness is higher than the brightness at which the first imaging signal is saturated.
In the case of, the composite image is calculated using the weighting coefficient G of the second imaging signal.
Is determined.
In the example shown in FIG. 10, the weighting coefficient G is bright.
The brightness y is monotonically decreasing, and G (y
s1)> 1, and brightness ys2 is 1, that is, G (ys2)
= 1. In the case of this modification, too, it is almost the same as the first embodiment.
It has a similar effect.
In the above description, for example, FIG.
Is the D range expansion circuit 1 after the Knee & γ correction circuit 12
Since 5R, 15G, and 15B are arranged, the D range can be expanded.
Knee & γ correction by large circuit 15R, 15g, 15B
The function of the circuit 12 can also be used.
Further, the output of the CCD 2 is
Of the image displayed on the monitor 19 at the value at which the output of the
The function of the amplifier that amplifies to the value is, for example, the D range in FIG.
It can be provided in the enlargement circuit 40. In other words, this place
If the sum of the weighting coefficients f and g is greater than 1,
It may be set to a fixed value. In this case, the D range expansion circuit
40 becomes the saturation value of the image displayed on the monitor 19.
Is set to a predetermined value.
[Appendix]
1. A first imaging signal obtained by imaging an object at a first exposure time
And exposing the subject to a second exposure time shorter than the first exposure time.
In light time, the light amount level at which the first imaging signal is saturated is
And a second image signal that saturates at a higher value.
Imaging means for detecting the first and second imaging signals.
Monotonically decreasing with increasing light level until saturation
A small first weighting and a monotonically increasing second weighting
Under the condition that the sum of the first and second weights is 1,
Performing first and second weighting processing circuits;
The first and second imaging by a second weighting processing circuit
The first and second weightings are applied to the signal, respectively.
An addition circuit for adding the first and second image signals obtained
Output from the addition circuit,
Generates an image signal that can be displayed on the display
And an image processing device.
2. An imaging device according to claim 1, wherein said first and second
Variably set at least one of the exposure times
An exposure time setting unit is provided.
3. The first image of the subject taken at the first exposure time
1 image signal and the first image signal
The second shooting, which saturates at a value higher than the light level when
Imaging means for continuously outputting an image signal;
The amount of light until the second imaging signal is saturated
First weight of monotonically decreasing and monotonically increasing with increasing bell
The second weighting of the first and second weightings.
First and second weighting performed under the condition that the sum is 1
Processing circuit and the first and second weighting processing circuits.
For the first and second imaging signals, respectively.
First and second weighted first and second image signals
Image signal generating means comprising an addition circuit for adding
Display means for the image signal output from the adder circuit
Signal processing means for generating a video signal that can be displayed on the
Imaging device.
4. An imaging device according to claim 3, wherein said imaging means is
Imaging with a second exposure time shorter than the first exposure time.
As a result, the light amount level when the first imaging signal is saturated is
Outputting the second image signal that saturates at a value higher than the bell.
You.
5. An imaging device according to claim 3, wherein:
The image pickup means performs the second exposure time for generating the second image pickup signal.
In this case, the image is taken from the subject through the imaging window.
The amount of light incident on the
The light amount level when the first imaging signal is saturated.
Output the second image signal that saturates at a value higher than
You.
6. An imaging device according to claim 3, wherein the image signal synthesis is performed.
The means includes a light amount level when the first imaging signal is saturated.
In the light level region sufficiently lower than the
Is larger than the second weight, and the first imaging signal
In the light level range larger than the light level at which
The second weight is greater than the first weight.
Combine as follows.
7. The imaging device of claim 3, wherein the light level is
As x, the first weighting function F1 (x) is a coefficient
COS as pTwo (Px) and the second weighting
Function F2 (x) is SINTwo (Px).
8. An imaging device according to claim 7, wherein
The coefficient p is the value of the imaging when the second imaging signal is saturated.
When the value of the light level incident on the window is s, p ≒ π
/ (2s) is satisfied.
9. An imaging device according to claim 3, wherein the image signal synthesis is performed.
Means for the first weighting of the first imaging signal
And the second weighting for the second imaging signal
It has weighting data storage means for storing each data.
10. The imaging device of claim 4, wherein the imaging means is
Capturing an image of the subject during the first exposure time;
And the second imaging signal are generated.
11. An imaging device according to claim 3, wherein the image signal
Forming means for calculating a differential coefficient of the synthesized image signal with respect to a light amount level;
The number of light levels until the second imaging signal is saturated.
Generating said composite image with characteristics that are continuous with increasing
You.
12. An imaging device according to claim 11, comprising:
The differential coefficient monotonically decreases with the light amount level.
13. A first imaging signal obtained by imaging an object at a first exposure time
And a second subject shorter than the first exposure time.
Light amount level at which the first imaging signal is saturated during the exposure time
Continuous output of the second image signal that saturates at a higher value
Imaging means, and for the first and second imaging signals
Monotonic with increasing light level until each saturates
The first weight of the decrease and the second weight of the monotone increase
The condition under which the sum of the first and second weights is approximately 1
Below, a first and a second weighting processing circuit,
The first and second weighting processing circuits
The first and second weights respectively for the imaging signals
Addition times for adding the injured first and second image signals
Image signal generating means comprising a road and
Video that can be displayed on the display means for the output image signal
An image pickup apparatus comprising: signal processing means for generating a signal.
14. The subject was imaged at the first exposure time
A first imaging signal and the first imaging signal representing the subject
The second, which saturates at a value higher than the light level when
An imaging means for continuously outputting an imaging signal;
And the amount of light until saturation for each of the second imaging signals
First weight of monotonic decrease with increasing level and monotonic
Increasing the second weighting by the first and second weighting
The first and second weights performed under the condition that the sum of
Weighting processing circuit and the first and second weighting processing circuits.
For the first and second imaging signals, respectively.
The first and second weighted first and second images
Image signal generating means comprising an adding circuit for adding the image signal.
And an image signal output from the addition circuit,
Signal processing means for generating a video signal displayable on a display means
And an imaging device comprising:
15. The subject was imaged at the first exposure time
A first imaging signal and the first imaging signal representing the subject
The second, which saturates at a value higher than the light level when
An imaging means for continuously outputting an imaging signal;
And the amount of light until saturation for each of the second imaging signals
First weight of monotonic decrease with increasing level and monotonic
Increasing the second weighting by the first and second weighting
Under the condition that the sum of is constant, at least the first imaging signal
For the range of light level until the signal is saturated,
And second to be performed on the second and third imaging signals, respectively.
Weighting processing circuit, and the first and second weighting processing
The first and second imaging signals by the
The first and second weighted first and second, respectively.
Image signal generator comprising an adder circuit for adding the image signal
And an image signal output from the addition circuit.
Signal processing for generating a video signal displayable on a display means
Means.
16. An imaging device according to claim 15,
A light amount level larger than a value at which the first image pickup signal is saturated
In the above, the first weighting processing circuit performs weighting of 0.
Output the coefficient.
17. An imaging device according to claim 15, wherein said first imaging device
At light levels higher than the value at which the image signal is saturated,
The second weighting circuit applies the second image signal to the second image signal.
The image signal is substantially determined by the weighting coefficient for
Is done.
(18) Image a subject having the first brightness
Saturates the first image taken by the first exposure time control.
An image signal and a subject having a first brightness that is higher than the first brightness
The first exposure time shorter than the first exposure time is saturated when the body is imaged.
Continuous with the second imaging signal imaged by the exposure time control of 2.
Imaging means for selectively outputting light and light incident on the imaging means
The first imaging signal and the second imaging signal according to the volume level.
By changing the ratio of the image signal, the first image signal and the second image signal are changed.
Image signal combining means for combining the image signal of
Based on the image signal synthesized by the image signal synthesizing means,
Signal processing means for generating a video signal displayable on the display means;
An imaging device comprising:
(19) Image a subject having the first brightness
Saturates the first image taken by the first exposure time control.
An image signal and a subject having a first brightness that is higher than the first brightness
The first exposure time shorter than the first exposure time is saturated when the body is imaged.
Continuous with the second imaging signal imaged by the exposure time control of 2.
Imaging means for selectively outputting light and light incident on the imaging means
According to the light amount level, when the light amount level is low,
Increase the ratio of the first imaging signal to the second imaging signal
When the light amount level is high, the first imaging signal
On the other hand, the ratio of the second imaging signal is increased,
Signal for synthesizing the second image signal and the second image signal
Synthesizing means, and an image synthesized by the image signal synthesizing means.
Generates a video signal that can be displayed on the display unit based on the image signal
Imaging device, comprising:
Place.
(20) Image a subject having the first brightness
Saturates the first image taken by the first exposure time control.
An image signal and a subject having a first brightness that is higher than the first brightness
The first exposure time shorter than the first exposure time is saturated when the body is imaged.
Continuous with the second imaging signal imaged by the exposure time control of 2.
Imaging means for selectively outputting light and light incident on the imaging means
Depending on the light level, the higher the light level, the earlier
The first signal level for limiting the signal level of the first imaging signal.
Bell changing means, and light amount level incident on the imaging means
, The second light amount level becomes lower as the light amount level becomes lower.
Second signal level change for limiting the signal level of the imaging signal
Means and an output from the first signal level changing means.
The first image signal and the second signal level changing means
Image signal for synthesizing with the second imaging signal output from
Synthesizing means, and an image synthesized by the image signal synthesizing means.
Generates a video signal that can be displayed on the display unit based on the image signal
Imaging device, comprising:
Place.
(21) The image signal synthesizing means includes:
The first image signal and the second image signal are combined and monotonically increased.
No additional feature 18, characterized in that an additional image signal is generated.
21. The imaging device according to item 20.
(22) Image signals captured at two different exposure times
x, u (a ≦ x ≦ b: x is not saturated, x ≧ u)
about,
f (t) + g (t) = 1, t = h (x) and
d {f (t) + g (t)} / dt ≧ 0
M = xf (t) + u using functions f, g, and h that satisfy
A synthesis function that can be differentiated in an interval (a ≦ x ≦ b) defined as g (t)
It is characterized in that an image is synthesized at a pixel rate by a number M.
To expand the dynamic range of the image signal.
(23) f (t), g (t) and h (t) are
f (t) = cosTwo(T), g (t) = sinTwo(T),
t = px
22. The image pickup signal dump described in Appendix 22
How to expand the dynamic range.
(24) Image a subject having the first brightness
Saturates the first image taken by the first exposure time control.
An image signal and a subject having a first brightness that is higher than the first brightness
The first exposure time shorter than the first exposure time is saturated when the body is imaged.
Continuous with the second imaging signal imaged by the exposure time control of 2.
Image signal in an image pickup apparatus having an image pickup means for outputting the image signal
The method of extending the dynamic range of the signal
The first imaging according to a light amount level incident on the means;
Changing the ratio of the signal to the second imaging signal,
First row for synthesizing the second imaging signal and the second imaging signal
And the image signal synthesized by the image signal synthesizing means.
Generating a video signal that can be displayed on display means based on
Dyna of imaging signal characterized by having two steps
How to expand the mic range.
(25) Image a subject of first brightness
Saturates the first image taken by the first exposure time control.
An image signal and a subject having a first brightness that is higher than the first brightness
The first exposure time shorter than the first exposure time is saturated when the body is imaged.
Continuous with the second imaging signal imaged by the exposure time control of 2.
Image signal in an image pickup apparatus having an image pickup means for outputting the image signal
The method of extending the dynamic range of the signal
The light amount level according to the light amount level incident on the means;
Is lower than the first image pickup signal with respect to the second image pickup signal.
The ratio of the image signal is increased, and when the light amount level is high, the
The ratio of the second image signal to the first image signal is
High, the first imaging signal and the second imaging signal
A first step of synthesizing the image signal,
An image that can be displayed on the display means based on the synthesized image signal
And a second step of generating an image signal.
To expand the dynamic range of the image signal.
(26) Image a subject having the first brightness
Saturates the first image taken by the first exposure time control.
An image signal and a subject having a first brightness that is higher than the first brightness
The first exposure time shorter than the first exposure time is saturated when the body is imaged.
Continuous with the second imaging signal imaged by the exposure time control of 2.
Image signal in an image pickup apparatus having an image pickup means for outputting the image signal
The method of extending the dynamic range of the signal
The light amount level according to the light amount level incident on the means;
The signal level of the first imaging signal is controlled as
A first step to limit the amount of light incident on the imaging means.
As the light level decreases according to the bell,
A second step of limiting the signal level of the imaging signal of No. 2 and
The first imaging signal from the first step and the second line
A third step of combining the second imaging signal with the second imaging signal from the step
And the image signal synthesized by the image signal synthesizing means.
Generating a video signal that can be displayed on the display means based on the fourth
Signal dynamics characterized by having the following steps:
How to extend the work range.
(27) Image a subject with the first exposure time
Then, the first image captured by the first exposure time control is saturated.
A subject with an imaging signal and an exposure time shorter than the first exposure time
Image is captured by the second exposure time control, which is saturated when
An imaging unit that continuously outputs a second imaging signal;
According to the output level of each pixel of the imaging signal of
The ratio between the imaging signal of the second and the second imaging signal is changed,
An image for synthesizing the first image signal and the second image signal.
Image signal synthesizing means;
Video signal that can be displayed on the display means based on the extracted image signal
Signal processing means for generating
Imaging device.
[0103]
As described above, according to the present invention,Picture
To calculate the weighting factor for the luminance level change due to the element
Change in brightness level due to this pixel
Use the weighting factor obtained by the function based on
Prevents the S / N from lowering and provides a smooth ride.
A remarkable effect that a clear image can be obtained
Be done.
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態の撮像装置の構成を
示す構成図。
【図2】図1のR用Dレンジ拡大回路の構成を示す構成
図。
【図3】図3(a)は図2の第1LUT及び第2LUT
のメモリマップを示し、図3(b)は入力信号により第
1LUT及び第2LUTから重み付けされた係数が出力
される様子を示す説明図。
【図4】図2のR用Dレンジ拡大回路の各信号のタイミ
ングを示すタイミングチャート図。
【図5】図2のR用Dレンジ拡大回路の作用を説明する
説明図。
【図6】図1の撮像装置の変形例の構成を示す構成図。
【図7】変形例におけるR用Dレンジ拡大回路の構成
図。
【図8】本発明の第2の実施の形態におけるR用Dレン
ジ拡大回路の構成を示す構成図と、第1LUT及び第2
LUTのメモリマップを示す図。
【図9】図8(a)のR用Dレンジ拡大回路の各信号の
タイミングを示すタイミングチャート図。
【図10】変形例における得られる合成画像に対応する
出力の明るさに関する特性を示す図。
【符号の説明】
1…撮像装置
2…CCD
3…SSG
4…タイミングジェネレータ
5…CCDドライバ
6…プリアンプ
7…CDS回路
8…A/D変換器
9…色分離回路
10…ホワイトバランス回路
11…AGC回路
12…knee&γ回路
15R…R用Dレンジ拡大回路
15G…G用Dレンジ拡大回路
15B…B用Dレンジ拡大回路
16…エンハンス回路
17…75Ωドライバ
18…D/A変換器
19…モニタ
21…フィールドメモリ
22…第1セレクタ
23…第2セレクタ
24…インバータ回路
25…第1LUT
26…第2LUT
27…第1乗算器
28…第2乗算器
29…加算器BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration of an imaging device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a configuration diagram showing a configuration of an R D range expansion circuit of FIG. 1; FIG. 3A shows a first LUT and a second LUT of FIG. 2;
FIG. 3B is an explanatory diagram showing a manner in which weighted coefficients are output from a first LUT and a second LUT according to an input signal. 4 is a timing chart showing the timing of each signal of the R range expansion circuit for R in FIG. 2; FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining the operation of the R D range expansion circuit of FIG. 2; FIG. 6 is a configuration diagram showing a configuration of a modified example of the imaging device of FIG. 1; FIG. 7 is a configuration diagram of an R D range expansion circuit according to a modification. FIG. 8 is a configuration diagram showing a configuration of an R D range expansion circuit according to a second embodiment of the present invention, and shows a first LUT and a second LUT;
The figure which shows the memory map of LUT. FIG. 9 is a timing chart showing the timing of each signal of the R range expansion circuit for R in FIG. 8A. FIG. 10 is a diagram showing characteristics relating to the brightness of an output corresponding to a synthesized image obtained in a modified example. [Description of Signs] 1 ... Imaging device 2 ... CCD 3 ... SSG 4 ... Timing generator 5 ... CCD driver 6 ... Preamplifier 7 ... CDS circuit 8 ... A / D converter 9 ... Color separation circuit 10 ... White balance circuit 11 ... AGC Circuit 12 ... Knee & γ circuit 15R ... R range expansion circuit for R 15G ... D range expansion circuit 15B ... D range expansion circuit 16 ... Enhancement circuit 17 ... 75Ω driver 18 ... D / A converter 19 ... Monitor 21 ... Field Memory 22 First selector 23 Second selector 24 Inverter circuit 25 First LUT 26 Second LUT 27 First multiplier 28 Second multiplier 29 Adder
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04N 5/235 H04N 5/335 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H04N 5/235 H04N 5/335
Claims (1)
時間の駆動制御と、前記第1の光量レベルより高い第2
の光量レベルで前記撮像手段が飽和する第2の露光時間
の駆動制御とを交互に行い、前記撮像手段から前記第1
の露光時間で撮像された第1の撮像信号と前記第2の露
光時間で撮像された第2の撮像信号とを交互に読み出し
可能な駆動手段と 、前記駆動手段で読み出された前記撮像手段からの前記第
1の撮像信号に対して、単調減少の曲線特性を有する第
1の重み付け係数で重み付け処理可能な第1の重み付け
処理回路と 、前記第1の重み付け係数との和が1となる単調増加の曲
線特性を有する第2の重み付け係数を生成する第2の重
み付け係数生成手段と 、前記第2の重み付け係数生成手段で生成された第2の重
み付け係数によって、前記撮像手段から読み出された前
記第2の撮像信号を前記第1の撮像信号との感度比を保
持したままで重み付け処理する第2の重み付け処理回路
と 、前記第1及び第2の重み付け処理回路で処理された第1
の画像信号及び第2の画像信号を加算する加算回路と 、前記加算回路から出力される画像信号に基づき、表示手
段に前記被写体の画像を表示可能な映像信号を生成する
映像信号処理手段と 、を具備したことを特徴とする 撮像装置。(57) Claims: 1. An imaging means capable of imaging an object, and a first exposure in which the imaging means is saturated at a first light level.
Time drive control and a second light amount level higher than the first light amount level.
Second exposure time at which the imaging means is saturated at the light amount level of
And the first drive control is performed alternately, and the first
The first imaging signal imaged at the exposure time of
Alternately reading out the second imaging signal imaged in light time
Possible driving means, and the second from the imaging means read by the driving means.
For one imaging signal, a second signal having a monotonically decreasing curve characteristic
1st weighting that can be weighted by 1 weighting factor
A monotonically increasing song whose sum of the processing circuit and the first weighting coefficient is 1
A second weight for generating a second weighting factor having a line characteristic
And viewed with coefficient generating means, a second heavy generated by the second weighting coefficient generating means
Before being read out from the imaging means by the deposition coefficient
The sensitivity ratio of the second image signal to the first image signal is maintained.
Second weight processing circuit for performing weight processing while holding
And the first and second weighting circuits processed by the first and second weighting processing circuits.
An adding circuit for adding the image signal and the second image signal, and a display device based on the image signal output from the adding circuit.
Generating a video signal capable of displaying an image of the subject in a row
An image pickup apparatus comprising: a video signal processing unit .
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| JP29132497 | 1997-10-23 | ||
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