JPH03224372A - 電子カメラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はダイナミックレンジの広い被写体を効果的に撮
像入力して画像モニタによる画像表示に供することので
きる電子カメラに関する。

［従来の技術］ 近時、ＣＣＤイメージセンサやＭＯ３型イメージセンサ
等の種々の固体撮像素子か開発され、これらの固体撮像
素子を用いて被写体を電子的に撮像する電子カメラが、
例えばビデオカメラや電子スチルカメラ等として種々開
発されている。この種の電子カメラは、固体撮像素子に
て電子的に撮像入力された被写体像の画像信号（映像信
号）を、所謂ビデオテープやフロッピーディスク等の磁
気記録媒体やＩＣメモリカード等に記録し、これをＴＶ
受像機等の画像モニタによる画像素子に供するものであ
る。

ところで上記ＴＶ受像機等の画像モニタにより表示可能
な映像信号に対するダイナミックレンジは高々４０ｄＢ
程度である。このことから−船釣に固体撮像素子の撮像
能力（ダイナミックレンジ）も５０ｄＢ程度に定められ
ていることが多い。

これに比べて上記固体撮像素子（電子カメラ）による撮
像に供される被写体か持つダイナミックレンジは、往々
にして８０ｄＢ程度にも及ぶことが多々ある。即ち、画
像モニタにより表示可能で、且つ固体撮像素子か撮像入
力可能なダイナミックレンジに比較して、被写体のダイ
ナミックレンジ（信号レベル幅）かこれを大きく上回る
ことが多々ある。

［発明か解決しようとする課題］ しかるに、このようなダイナミックレンジの広い被写体
を上記固体撮像素子にてそのまま電子的に撮像入力する
場合、信号レベルの高い部分（高輝度部分）で固体撮像
素子の飽和が生じ、所謂白飛びの状態が発生する。逆に
この飽和を抑えようとすると信号レベルの低い部分（低
輝度部分）が露光不足となり、所謂黒っぷれの状態とな
ることが否めない。つまり固体撮像素子や画像モニタの
ダイナミックレンジの範囲内に収まらない信号成分につ
いては、これを撮像入力することができず、また表示す
ることもできないと云う問題がある。

このように従来技術にあっては、固体撮像素子のダイナ
ミックレンジより広いダイナミックレンジを持つ被写体
か多々あり、これを上記固体撮像素子にてそのまま電子
的に撮像入力した場合には、高レベル部分または低レベ
ル部分の被写体情報が損なわれると云う問題かあった。

つまり被写体が広いダイナミックレンジを持つにも拘ら
ず、これを固体撮像素子にて電子的に撮像入力すると、
被写体が持つダイナミックレンジが固体撮像素子や画像
モニタのダイナミックレンジにより制限され、結局、成
る限られたダイナミックレンジの画像信号（映像信号）
しか得ることができないと云う問題かあった。また、特
には固体撮像素子はそれの固定パターンノイズにより表
示画面上に縦じまを生成してしまうという問題を本質的
に有している。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、そ
の目的とするところは、固体撮像素子のダイナミックレ
ンジを越えるダイナミックレンジを持つ被写体を効果的
に撮像入力し、所謂白飛びや黒潰れさらには固定パター
ンノイズに起因する縦じま等の不具合を生じることなし
に画像モニタによる画像表示に供することのできる実用
性の高い電子カメラを提供することにある。

「課題を解決するための手段］ 本発明は固体撮像素子を用いて被写体を電子的に撮像入
力して画像モニタによる画像表示に供する電子カメラに
係り、 撮像入力した画像信号を画像信号の周期に比較して高速
度に素子外に読み田し可能な固体撮像素子を用い、この
固体撮像素子による被写体の撮像とその画像信号の読み
出しとを前記画像表示の周期内に複数回に亘って高速度
に繰り返し行わせるようにし、このようにして固体撮像
素子から繰り返し読み出される画像信号を前記画像表示
の周期に亘って累積加算して出力する際に、固定パター
ンノイズを低減し得るように構成したことを特徴とする
ものである。

また上記累積加算された画像信号のダイナミックレンジ
を圧縮した後に画像モニタに対して出力するようにした
ことを特徴とするものである。

つまり固体撮像素子による被写体の撮像とその画像信号
の素子外への読み出しとを高速度に繰り返し行わせるこ
とによって上記固体撮像素子による被写体の露光時間を
短くし、これによって高レベルの信号に対する固体撮像
素子での飽和を未然に防止する。そしてこの短時間の露
光により得られる画像信号を高速度に繰り返して累積加
算することてダイナミックレンジの拡大された画像信号
を得ると共に、その際に固定パターンノイズを低減し得
るようにし、実質的に被写体か持つダイナミックレンジ
を損なうことのないダイナミックレンジが広くしかも表
示画面上に縦じまを生しることのない画像信号を得るよ
うにしたことを特徴とするものである。

［作用コ 本発明によれば、固体撮像素子による被写体の露光とそ
の画像信号の素子外への読み出しを高速度に繰り返し行
い、それによる画像信号に対し固定パターンノイズを低
減して累積加算するので、個々の画像信号自体のダイナ
ミックレンジを狭く抑えながらも累積加算された画像信
号のダイナミックレンジをその累積加算回数分たけ拡大
することか可能となる。

この結果、固体撮像素子に比較して広いダイナミックレ
ンジの被写体に対しても、上記固体撮像素子のダイナミ
ックレンジの制限を受けることなしに、これを効果的に
撮像入力したダイナミックレンジの広い画像信号を求め
ることが可能となる。

その上で、この広いダイナミックレンジの画像信号を、
画像モニタのダイナミックレンジに合わせてそのダイナ
ミックレンジの圧縮を行い、これを画像表示に供するの
で、所謂自戒びや黒潰れさらには固定パターンノイズに
起因する縦じま等の不具合を生じることのない画像表示
を行うことが可能となる。

［実施例］ 先ず、第１図乃至第１２図を参照して本発明の幾つかの
基本例に係る電子カメラについて説明する。

第１図は本発明の第１の基本例に係る電子カメラの要部
概略構成図で、１は被写体を電子的に撮像入力する固体
撮像素子である。この固体撮像素子１は、基本的にはマ
トリックス状に配列された複数の光電変換部を備え、図
示しない撮像制御部により駆動されて被写体の光量に応
じた信号電荷を上記各光電変換部にそれぞれ発生するこ
とでその露光を行う。これらの各光電変換部に生じた信
号電荷に相当した画素信号を順に読み出すことにより、
固体撮像素子１にて電子的に撮像された画像信号が求め
られる。

しかしてここでは上記固体撮像素子１として、電子的に
撮像入力した被写体の画像信号を高速度に読み出し可能
な機能を備えたＡＭＩ（増幅型ＭＯＳイメージヤ）が用
いられる。そしてこの固体撮像素子１による被写体の撮
像と、その画像信号の読み出しが、画像表示の周期内に
複数回に亘って高速度に繰り返し行われるようになって
いる。

このようにして固体撮像素子１から高速度に読み出され
る画像信号は、前置増幅器２を介して所定の信号レベル
に増幅された後、信号処理回路３を経てクリッピング処
理等が施され、その後、Ａ／Ｄ変換器４にて、例えば１
２ビツトの信号に逐次デジタル符号化される。

即ち、従来−船釣には、固体撮像素子１による被写体の
撮像入力は、画像モニタにおける画像周期に対応して、
例えば１フイ一ルド周期（１７ｍｓｅｃ）毎にその撮像
と画像信号の読み出しか行われるか、ここでは固体撮像
素子１を高速駆動し、上記１フイ一ルド周期内に、例え
ば１０回に亘ってその撮像と画像信号の読み出しを高速
度に繰り返し行うものとなっている。

このようにして前記固体撮像素子１から高速度に繰り返
し読み出される画像信号が前述したように逐次ディジタ
ル符号化される。

しかしてディジタル符号化された画像信号は加算器５を
介してフレームメモリ６に順次１フレーム毎に記憶され
る。上記加算器５はこのフレームメモリ６に格納記憶さ
れた画像信号と、前記固体撮像素子１から順次繰り返し
読み出されてくる次の１フレームの画像信号とを加算し
て上記フレームメモリ６に再書き込みすることで、フレ
ームメモリ６上に前述した如く繰り返し読み出される画
像信号を累積加算していくものである。このような画像
信号の累積加算を前述した画像表示の周期に亘って、例
えば１フイ一ルド周期に亘って繰り返し行うことにより
、その画像信号のダイナミックレンジの拡大が図られる
。

即ち、この電子カメラでは前記固体撮像素子１による被
写体の電子的な撮像入力は、前述したように画像表示の
周期（１フイールド）内に複数回（例えば１０回）に亘
って繰り返し行われ、個々の被写体露光時間が十分短く
設定されている。しかして固体撮像素子１における被写
体光量に応じた信号電荷の発生量はその露光時間に比例
して増太し、上述した如く露光時間を短く設定した場合
には、被写体のダイナミックレンジが固体撮像素子１が
持つダイナミックレンジよりも十分広い場合であっても
、固体撮像素子１の飽和を招くことのない露光を行うこ
とか可能となる。つまり被写体の高輝度部分が飽和する
ことのない状態でその露光が行われる。但し、露光時間
が短い分だけ、被写体の低輝度部分に対する露光量が不
足することになる。

そしてこのような画像信号を前記画像表示の周期（１フ
イールド）内に複数回に亘って繰り返し累積加算するこ
とで、その画像信号のレベルをその繰り返し回数骨だけ
高め、実質的にそのダイナミックレンジの拡大が図れる
。例えば画像表示の１フイ一ルド周期内にｎ回に亘って
画像信号を繰り返し読み出し、その累積加算を行うこと
で個々の画像信号のダイナミックレンジに比較して累積
加算された画像信号のダイナミックレンジをｎ倍に拡大
するものとなっている。

尚、固体撮像素子１による被写体露光時に画像信号に混
入する暗電流等のランダム性の雑音成分は、露光時間の
長さに対して平方根関数的に増大し、例えばその露光時
間を（１／　ｎ　）に短縮した場合には、第２図に例示
するようにその雑音レベルは（１／　（Ｍ　）に低減す
る。

具体的には露光時間を（１／１０）にした場合、その雑
音レベルは（Ａ／ＪＴ了−）となり、１０ｄＢのダイナ
ミックレンジ改善効果が期待てきる。またこのような雑
音成分の前述した画像信号の累積加算による増大は、雑
音成分自体かランダム性を有する為、ｎ回の累積加算に
よってＪ’Ｔ倍となるに過ぎない。この結果、ｎ回に亘
って累積加算された画像信号のダイナミックレンジはｆ
丁ｘ　、”ｉ’ｉ””’、つまりｎ倍に改善されること
になる。

このようにして被写体を電子的に撮像入力する固体撮像
素子１からの画像信号の前述した高速度な繰り返し読み
出しと、フレームメモリ６と加算器５とを用いた画像信
号の累積加算により、固体撮像素子１のダイナミックレ
ンジの範囲内で撮像された画像信号のレベルが高められ
て、そのダイナミックレンジの拡大が図られる。

換言すれば、固体撮像素子１のダイナミックレンジの範
囲内で撮像入力された画像信号をｎ回に亘って累積加算
することでそのダイナミックレンジをｎ倍に拡大するも
のとなっている。このことは固体撮像素子１のダイナミ
ックレンジに比較して輝度レベル幅の広いダイナミック
レンジの被写体を、前述した短時間露光によるダイナミ
ックレンジの圧縮と、その高速読み出しによる累積加算
によるダイナミックレンジの拡大とにより効果的に撮像
入力することを意味する。この結果、例えば５０　ｄＢ
のダイナミックレンジを持つ固体撮像素子１を効果的に
用いて、８０ｄＢのダイナミックレンジを持つ被写体を
撮像入力し、その画像信号のダイナミックレンジを８０
ｄＢとすることが可能となる。

しかもこのような広ダイナミツクレンジの被写体の撮像
入力については、固体撮像素子１の駆動条件を前述した
ように変更し、高速に繰り返し読み出される画像信号を
累積加算する手段を設けるだけで良いので、ハードウェ
ア的には非常に簡単である。従って非常に簡易にして、
効果的に撮像入力する画像信号のダイナミックレンジの
拡大を図ることが可能となる。

ところで上述した如く累積加算されてダイナミックレン
ジが拡大された画像信号を入力するビデオプロセッサ７
は、上記画像信号からその輝度信号成分Ｙを分離抽出す
ると共に、上記画像信号をＲ−Ｇ−Ｂの３原色成分にそ
れぞれ分解する。この輝度信号成分Ｙを入力するダイナ
ミックレンジ制御回路８は、前記画像信号のダイナミッ
クレンジ（前述した例では８０　ｄＢ）を画像モニタ（
例えばＴＶ受像機）が持つダイナミックレンジ（例えば
４０ｄＢ）に圧縮変換する為の圧縮係数を求めるもので
ある。

即ち、ダイナミックレンジか４０ｄＢＬかない画像モニ
タを用いて上述したダイナミックレンジの広い画像信号
を画像表示する場合、そのオフセットを［０］にすると
第３図のＡに示すように画像信号の低減４０ｄＢＬか画
像表示することができず、その高輝度部分は飽和による
白飛びの状態となる。

逆にそのオフセットを負に設定し、高輝度部分を画像モ
ニタの最大表示レベルに合わせると、第３図のＢに示す
ように画像信号の高域４０ｄＢＬか画像表示することが
できなくなる。この場合には、画像信号の低輝度レベル
部分の黒潰れの状態となる。

そこで第３図のＣに示すように画像信号のダイナミック
レンジを圧縮し、上述した不具合を解消してその画像信
号が持つダイナミックレンジの全てを画像モニタにて表
示するべく、前記ダイナミックレンジ制御回路８にて画
像信号のダイナミックレンジに応じた圧縮係数を求める
ものとなっている。

しかしてこの基本例では画像信号（分解された３原色成
分Ｒ，Ｇ、Ｂ）のダイナミックレンジの圧縮を簡易に、
且つ効果的に行うべく、上記３原色成分Ｒ，Ｇ、Ｂに分
解された画像信号、および前記輝度信号成分Ｙをそれぞ
れ対数変換し、その後、ダイナミックレンジ制御が施さ
れた信号を逆対数変換して元の信号形態に復元するよう
に構成されている。

尚、このダイナミックレンジの制御の手法については、
例えば特開昭６３−２３２５９１号にて提唱されている
手法をそのまま用いることができる。従ってここでは、
このダイナミックレンジの制御を簡単に説明する。

即ち、前記ダイナミックレンジ制御回路８は輝度信号成
分Ｙをログアンプ８ａを介して、ｌｏｇ　Ｙに対数変換
して取り込み、例えば第４図に示すように構成される２
次元フィルタ８ｂを介してその照度ムラの成分を除去す
る。この２次元フィルタ８ｂは、例えば第４図に示すよ
うに平均値回路（ＡＶＥ）にて求められる輝度信号の平
均的レベルと基準レベルとの誤差に従って、２次元ＬＰ
Ｆを介して求められる輝度信号を補正し、これをクリッ
ピングした後に前記輝度信号成分から差しりくことで、
その照度ムラの成分を除去するものである。

そして上記２次元フィルタ８ｂを介して照度ムラの成分
か除去された信号を、例えば第５図に示すように構成さ
れたダイナミックレンジ・ゲインコントローラ（ＤＧＣ
）８ｃに入力し、その輝度信号成分Ｙのダイナミックレ
ンジを画像モニタのダイナミックレンジに合わせた出力
１０ｇαＹβ（但し、αは利得調整係数、βはダイナミ
ックレンジ調整係数である）を求めている。第５図は入
力にＤ／Ａコンバータ、出力にＡ／Ｄコンバータを設け
ているが、ディジタル回路系では同様の処理を行い、Ｄ
／Ａ、Ａ／Ｄコンバータを省く構成にしても良い。

尚、この第５図の点線を囲んで示す回路部分を、例えば
第６図に示すように簡略化して構成しても同様な出力を
得ることかできる。このようなｌｏｇαＹβと前記輝度
信号成分ｌｏｇ　Ｙとの比ｌｏｇ（αＹβ／Ｙ）を減算
器８ｅにて求めることで、これをどの程度のダイナミッ
クレンジ圧縮を行うかを示す圧縮係数としている。

即ち、このＤＧＣ８ｃは、輝度信号の１画面分（または
その１部分）の標準偏差値が一定となるように帰還制御
するものである。つまり輝度信号の平均値とその利得基
準電圧との誤差増幅値を加算器に帰還することで、上記
輝度信号の平均値が利得基準電圧と等しくなるようにそ
の利得を調節し、これによってそのダイナミックレンジ
を調節するように構成される。従ってこのようにしてダ
イナミックレンジか一定化されたＤＧＣ８ｃの出力ｌｏ
ｇαＹβと前記輝度信号成分ｌｏｇ　Ｙとの比１０ｇ（
αＹβ／Ｙ）を求めれば、その値は前述した如く撮像入
力された画像信号をどの程度に圧縮すれば、そのダイナ
ミックレンジを画像モニタのダイナミックレンジに合わ
せることができるかを示す圧縮係数となることになる。

しかして前記ビデオプロセッサ７にて変換出力された画
像信号の３原色成分Ｒ，Ｇ、Ｂはそれぞれログアンプ９
ｒ、９ｇ、９ｂを介してｌｏｇＲ。

ｌｏｇ　Ｇ、　　ｌｏｇ　Ｂとして対数変換されている
。そしテコれらの各信号ｌｏｇ　Ｒ，ｌｏｇ　Ｇ、　ｌ
ｏｇ　Ｂは遅延回路１０ｒ、１０ｇ、１０ｂを介して加
算器１．１ｒ、ｌ１ｇ、ｌｌｂにそれぞれ与えられ、前
記ＤＧＣ８ｃで求められたダイナミックレンジ圧縮係数
ｌｏｇ　　（αＹβ／Ｙ）がそれぞれ加算される。

この結果、前記加算器１１ｒ、ｌ１ｇ、ｌｌ’ｂの各出
力は、 ｌｏｇ　Ｒ＋ｌｏｇ　　（αＹβ／Ｙ）−１ｏｇＲ（α
Ｙβ／Ｙ） ｏｇＧ＋ｌｏｇ（αＹβ／Ｙ） −ｌｏｇＧ（αＹβ／Ｙ） ｌｏｇ　Ｂ＋ｌｏｇ　　（αＹβ／Ｙ）−ＩｏｇＢ（α
Ｙβ／Ｙ） となり、これを逆ログアンプ１２ｒ、１２ｇ。

１２ｂを介して逆対数変換し、Ｄ／Ａ変換器１３ｒ、１
３ｇ、１３ｂを介してそれぞれ出力される信号は （αＹβ／Ｙ）Ｒ９（αＹβ／Ｙ）　Ｇ（αＹβ／Ｙ）
　Ｂ としてそれぞれダイナミックレンジ圧縮された信号成分
となる。

かくしてこのようなダイナミックレンジの調整手段を用
いてその出力画像信号に対するダイナミックレンジを調
節すれば、前述した如く求められる広ダイナミツクレン
ジの画像信号を効果的に画像モニタのダイナミックレン
ジに適合させることが可能となる。この結果、第３図に
示したようにその画像信号を白飛びや黒潰れを招来する
ことなしに効果的に画像表示することか可能となる。

尚、上述した実施例ではダイナミックレンジ制御回路８
において２次元フィルタリング処理にて照度ムラを除去
し、その上でＤＧＢ８ｃにてダイナミックレンジ調節さ
れた輝度信号を求め、これからダイナミックレンジ制御
の為の圧縮係数を求めるものとしたが、上記２次元フィ
ルタリング処理による照度ムラの除去だけでもその輝度
信号のダイナミックレンジを成る範囲に押えることが可
能である。

従ってこのような場合には、例えば第４図に示した２次
元フィルタ８ｂにおいてその輝度信号レベルを調節する
為のクリップ回路の出力をそのまま前記加算器１１ｒ、
ｌ１ｇ、ｌｌｂに代えて、第７図に示すような減算器３
１　ｒ、３１ｇ。

３１ｂにそれぞれ与えるようにしても良い。つまり被写
体の照度ムラを除去すれば、−船釣にその画像信号のダ
イナミックレンジを４０〜５０ｄＢに抑えることができ
るので、２次元フィルタ８ｂから求められる圧縮係数を
そのまま用いてもある程度効果的にダイナミックレンジ
調節を行うことができる。またこのようにすれば、前述
したＤＧＣ８０等が不要となる分たけ、その構成の簡素
化を図ることが可能となる。

ところで前述した基本例は、画像表示の周期毎に連続的
に被写体を撮像入力して画像表示に供するビデオムービ
ーカメラの例であるが、最近では固体撮像素子１を用い
て静止画を撮像入力する電子スチルカメラも種々開発さ
れている。例えば内視鏡に組み込まれた固体撮像素子に
て連続的に撮像入力される画像をモニタリングしながら
、成る画面を静止画像として取り込み、これをディジタ
ルＶＴＲやディジタルビデオファイル等のマススチレー
ジに蓄積することが行われる。

このようなシステムに本発明を適用する場合には、例え
ば第８図に示す第２の基本例のように構成すれば良い。

尚、第８図においては前述した第１図と同一部分には同
一符号を付して示しである。

即ち、この例の場合には、前記プロセッサ７にて色差信
号（Ｒ−Ｙ）、（Ｂ−Ｙ）をも同時に求めるようにする
。そしてこの色差信号（Ｒ−Ｙ）（Ｂ−Ｙ）と輝度信号
Ｙとを、そのレリーズタイミングに従って１フイ一ルド
分に亘ってメモリ２１ａ、２１ｂ、２１Ｃにそれぞれ取
り込むようにする。そしてこれらのメモリ２１ａ、２１
ｂ。

２１ｃにそれぞれ取り込まれた各信号成分を並列・直列
変換器２２を介して順に読み出し、データ圧縮部２３、
記録変調部２４を直列に介してブタ圧縮処理と記録変調
処理とを施し、マスストレージ部２５に記録するように
する。

そしてマスストレージ部２５から読み出し再生される画
像信号については、復調部２６からブタ復号部２７を介
して復号再生し、直列・並列変換部２８にて前述した色
差信号（Ｒ−Ｙ）、（Ｂ−Ｙ）と輝度信号Ｙとにそれぞ
れ分解する。その上でマトリックス回路２９にて前記色
差信号（ＲＹ）、（Ｂ−Ｙ）と輝度信号Ｙとから３原色
成分Ｒ，Ｇ、Ｂをそれぞれ求めるようにする。

そしてこのように画像信号の記録再生部を構成すると共
に、前述したと同様のダイナミックレンジの調整部に対
しては、固体撮像素子１から求められている画像信号を
処理するか、或いはマスストレージ部２５から読み出さ
れた画像信号を処理するかを切り替えるスイッチ回路３
０を組み込むようにすれば良い。

このような第２の基本例によれば、前述した如くして撮
像入力された広ダイナミツクレンジの画像信号を、その
輝度信号Ｙと色差信号（Ｒ−Ｙ）。

（Ｂ−Ｙ）の形態で品質良くマスストレージ部２５に蓄
積保存することができる。そしてその記録保存した広ダ
イナミツクレンジの画像信号を効果的にダイナミックレ
ンジ調節して画像モニタによる画像表示に供することが
可能となる。

また、前述した各側では画像信号のダイナミックレンジ
を確保するために画像信号のノイズ分を量子化する必要
があり、その量子化ビット数として１２ビット程度必要
とする。然し乍ら、現在実用化されている１２ビット高
速動作型の、特にテレビジョン信号レートで動作可能な
Ａ／Ｄ変換器は非常に高価である。しかも画像の高解像
度化が進み、その周波数帯域が広くなるに従って、１２
ビット程度の量子化精度のＡ／Ｄ変換器では上述した画
像処理に対応できなくなる虞れがある。

一方、従来−船釣なディジタル画像処理は、８ビツトを
単位として行われることが多く、従って本発明において
も８ビツトで画像信号処理を施すことが実用上好ましい
。

そこで第９図に示す第３の基本例のように固体撮像素子
１から高速度に繰り返し読み出される画像信号をビデオ
プロセッサ７に入力し、この時点で輝度信号Ｙと３原色
成分Ｒ，Ｇ、Ｂとに変換し、これらの各信号を対数変換
する。そしてこの対数変換された各信号成分をそれぞれ
８ビツトにディジタル符号化した後、これらの各信号成
分をそれぞれフレームメモリ６ａ、６ｂ、６ｇ、６ｒに
書き込んでそれぞれ累積加算する。この累積加算により
各信号成分のダイナミックレンジがそれぞれ拡大される
。そしてダイナミックレンジが拡大された各信号成分は
、例えば１２ビツトのディジタル信号となることから、
これらをビットシフタ１４ａ、１４ｂ、１４ｇ、１４ｒ
を介して８ビツトに圧縮し、その上で前述したダイナミ
ックレンジの圧縮処理に供するようにする。

このように信号処理回路を構成すれば、その信号系統の
殆どで８ビツトの信号を取り扱うことが可能となり、既
存の汎用画像処理回路部品（半導体ＩＣ等）をそのまま
用いて電子カメラを構築することか可能となる。またＡ
／Ｄ変換器の前段に設けられたログアンプにより雑音成
分が大きく増幅されることになるが、前述したような累
積加算によるＳ／Ｎの改善効果が働き、また累積加算さ
れた画像信号をビットシフトするのでその雑音成分を非
常に小さく抑えることが可能となる。この結果、Ｓ／Ｈ
の良い画像表示を行うことが可能となる。

次にＡ／Ｄ変換器の量子化ビット数を低減する為の別の
例を以下に示す。この例では、例えば前値予測符号化を
採用し、必要な量子化ビット数よりも少ない量子化数の
Ａ／Ｄ変換器を用いて画像信号に対する所望とするディ
ジタル変換が行われる。

第１０図は８ビツトのＡ／Ｄ変換器を用いて１２ビツト
のディジタル符号化を実現するために前値予測符号化を
採用したディジタル変換回路の概略構成図である。この
ディジタル変換回路は、アナログ減算器４０を用いて現
入力アナログ信号と、復号回路３２にて生成される１デ
ータ前の信号との差を求め、これを予測信号とする。こ
の予測信号を非線形変換部３３にて非線形変換し、その
出力を８ビツト高速動作型のＡ／Ｄ変換器３４を用いて
高速度にディジタル変換する。非線形変換部３３には、
前記アナログ減算器３１にて求められる予測信号が零付
近に集中することから、この零付近の予測信号値を細か
くサンプリングするように、例えば第１１図に示すよう
な非線形変換特性が設定される。

このような非線形変換を施すことにより、アナログ入力
信号（予測信号）は零付近で量子化精度が細かく、その
値か大きくなるに従って量子化精度が粗くなる８ビツト
のディジタル信号の変換される。

しかして復号回路３２は、上記８ビツトのディジタル信
号を前記非線形変換部３３とは逆の入出力特性を持つ線
形変換部３５を用いて、上記８ビツトのディジタル信号
を線形変換する。この線形変換により、前記８ビツトの
ディジタル信号の量子化精度が均一化される。この線形
変換されたディジタル化予測信号を入力するディジタル
加算器３６は、上記１データ前に出力された値（前値）
に順次加算され、１２ビツトのデータとして出力される
。

尚、上記前値は、ディジタル加算器３６の出力を遅延回
路３７を介して１デ一タ間隔だけ遅延し、係数器３８に
てその出力値に所定の係数γを乗じることにより求めら
れる。尚、上記係数γは［１］に近い数値として与えら
れることが多い。また［γ−１コとしたときには、前記
係数器３８は不要である。

この係数器３８から出力される前値（１データ前の出力
値）が前記ディジタル加算器３６に帰還されることによ
り、この１データ前の出力値に現データタイミングでの
予測値が加算生成されて出力される。同時に上記係数器
３８から出力される前値（１データ前の出力値）は、Ｄ
／Ａ変換器３９を介してアナログ信号に変換されて前記
アナログ減算器４０に与えられる。

このようにこの第１０図に示すディジタル変換回路では
、ユデータサンプル前のディジタル変換結果をアナログ
変換した結果と、現データタイミングのアナログ入力信
号との差を予測信号として求め、この予測信号を非線形
変換した後に８ビツトのＡ／Ｄ変換器２４を用いて高速
度にディジタル変換する。そしてこのディジタル変換さ
れた予測値を前記１データサンプル前のディジタル変換
結果に加算することで、所望とする量子化ビット数（１
２ビツト）のディジタル信号を得るものとなっている。

この結果、高速動作可能で安価な８ビツトの汎用形のＡ
／Ｄ変換器２４を効果的に用いて量子化ビット数でのデ
ィジタル変換結果を得ることができ、先に示した各実施
例装置における画像処理を容易に実現することが可能と
なる。

尚、ここでは予測符号化をフレーム内の前値予測とした
か、フレーム間予測符号化や３次元予測符号化、更には
前値予測以外の種々の平面予測符号化を適宜採用しても
、上述したように安価な高速動作形の８ビツトＡ／Ｄ変
換器２４を用いて、例えば１２ビツトのディジタル信号
を得る等、所望とする量子化ビット数のディジタル変換
処理を実現することができる。

尚、本発明の適用は上述した各基本例に限定されるもの
ではない。例えば上述した各側では画像信号を３原色成
分Ｒ，Ｇ、Ｂに変換してダイナミックレンジの調整を行
ったが、補色３成分（イエロー、マゼンタ、シアン）に
分解してダイナミックレンジの調整を行うようにするこ
ともできる。

また色差信号（Ｒ−Ｙ）、（Ｂ−Ｙ）に対してダイナミ
ックレンジの調節を行うようにしても良い。

但し、この場合には上記色差信号（Ｒ−Ｙ）。

（Ｂ−Ｙ）は正負の極性を持つので、これを対数変換す
るログアンプとしては、例えば第１２図に示すような特
性を持たせておく必要がある。その他、固体撮像素子１
からの画像信号の繰り返し読み出し回数や、ダイナミッ
クレンジの調整手段等についてはその仕様に応じて種々
変形可能であり、要するに本発明はその要旨を逸脱しな
い範囲で種々変形して適用することができる。

ところで、以上の各基本例のように広ダイナミツクレン
ジの画像信号を得るために、累積加算を用いると、画像
信号中のランダムノイズ成分は信号成分に比べ相対的に
低減されるが、撮像素子の固定パターンノイズ及びクラ
ンプ回路を含む信号処理回路で発生する固定パターンノ
イズ（両者を併わせで以下ＦＰＮと略す）成分は、加算
数倍されて信号成分と同様に大きくなり、ランダムノイ
ズ成分が低減された分だけ画像信号中でＦＰＮ成分が余
計に目立ってしまうことになる。

次にこのＦＰＮ成分を低減させる本発明の詳細な説明す
る。

第１３図は上記第１の基本例にＦＰＮ成分を低減させる
手段を付加した本発明の第１の実施例を示している。

以下の実施例において上述した各基本例と同様に構成さ
れる部分については、それと同一符号を付して説明を省
略すると、この実施例においてはあらかじめ撮像素子１
及び増幅器２や信号処理回路３で発生するバックグラウ
ンド的なノイズ成分をも含むＦＰＮ成分がＡ／Ｄ変換さ
れたデータとしてＦＰＮデータＲＯＭ４２に記録されて
いる。

このＦＰＮデータＲＯＭ４２は前記フレームメモリ６と
同じ画素数のデータを記憶することができるものとする
。そして、撮像の際には入力信号がＡ／Ｄ変換された後
に、ＦＰＮデータＲＯＭ４２から、該当する画素のＦＰ
Ｎデータを読み出し、減算器４１で逐次入力信号から減
じることによりＦＰＮ成分を減じた信号を加算器５以降
で累積加算する。

このようにして入力信号からＦＰＮ成分を減することに
より、入力信号中にはランダムノイズ成分のみが残り、
以後の累積加算によってランダムノイズ成分も減じられ
ることになるのでＳ／Ｎが改善された広ダイナミツクレ
ンジの良質な画像信号が得られる。これにより、表示画
面上でＦＰＮ成分に起因する縦じま等の不具合をなくす
ことができる。

上記第１の実施例では、バックグラウンド的なノイズ成
分も含むＦＰＮ成分のデータをあらがじめＲＯＭ４２に
記憶させるようにしたが、このようなＦＰＮデータを任
意の時に記憶させられるようにした第２の実施例を第１
４図に示す。

この実施例では、撮影モードとＦＰＮ記憶モードを切換
えるスイッチ４５．４６とＦＰＮ用シャッタ４７とを設
ける。撮影モードの時はフレームメモリ６の後段に設け
られたスイッチ４５は前記ビデオプロセッサ７に接続さ
れ、減算器４１の一側に設けられたスイッチ４６はＯＮ
状態、撮像素子１の前段に設けられたＦＰＮ用シャッタ
４７は開状態になされる。そして、撮影の際には、ＦＰ
Ｎ用フレームメモリ４３から前回記憶させたＦＰＮデー
タを読み出し、減算器４１で入力信号から減じることに
より、ＦＰＮ成分を減じた信号を加算器５、フレームメ
モリ６により累積加算する。

一方、ＦＰＮ記憶モードのときはスイッチ４５は１／ｎ
倍器４４の側に接続され、スイッチ４６は０ＦＦＳＦＰ
Ｎ用シヤツタ４７は閉状態にある。

なお、スイッチ４５、スイッチ４６及びＦＰＮ用シャッ
タ４７は連動関係になされているものとする。ＦＰＮデ
ータを記憶させる時は、ＦＰＮ記憶モードに設定するこ
とにより外部からの光が遮断されているので、撮像素子
１、増幅器２、信号処理回路３で発生するノイズ（ＦＰ
Ｎとランダムノイズの両方が含まれる）成分がＡ／Ｄ変
換器４でディジタル信号に変換され、加算器５とフレー
ムメモリ６により累積加算されることで、ランダムノイ
ズが低減されてＦＰＮ成分が強調される。ランダムノイ
ズ成分がＦＰＮ成分に比し十分小さくなる回数ｎだけ累
積加算し、１／ｎ倍器４４で累積加算前の信号と同じレ
ベルにしてからＦＰＮ用フレームメモリ４３に記憶させ
る。

この実施例によれば、温度変化に伴ってＦＰＮ成分か変
化してしまう場合にもＦＰＮ成分を記憶し直してから撮
像するので広ダイナミツクレンジでＳ／Ｈの良い画像信
号が得られる。特にＣＣＤ等の撮像素子のＦＰＮ成分は
１０℃で６ｄＢも変化するので、この実施例が有効であ
る。また、撮像素子１がＡ／Ｄ変換器４に至るまでの信
号経路にある素子の特性の経時変化によってＦＰＮ成分
が変化してしまう時にも有効となる。

上記の累積加算数ｎを２の整数乗に設定すれば、上記１
　／　ｎ倍器４４は、ビットシフタで代用できるので、
そりたけ構成が簡単になる。また、この実施例は、ＦＰ
Ｎ成分を１　／　ｎ倍して記録し、撮像時には累積加算
する前にＦＰＮ成分を減算する構成であるので、ＦＰＮ
用フレームメモリの容量を小さくすることができると共
に、ＦＰＮ記憶時と撮像時において加算数ｎの設定値を
変化させることができる。

なお、この実施例をビデオカメラに応用する場合、ＦＰ
Ｎ用シャッタ４７は絞りをクローズにすることで代用で
き、またスチルビデオカメラに応用する場合は通常のシ
ャッタと兼用できるので、特別に設ける必要はない。ど
ちらに応用する場合も、電源ＯＮ時に自動的にＦＰＮ記
憶モードとなり、且つ記憶後に撮像モードとなるように
しておけば、従来のビデオカメラやスチルビデオカメラ
と全く同様の操作で扱うことができる。また、温度等の
環境の変化の激しい条件下では、ビデオカメラであれば
数フレーム−数士フレーム毎に、スチルビデオカメラで
あればシャッタを切る度に、その直前にＦＰＮデータを
新しく記憶しなおすようにしておけば、ＦＰＮ成分を確
実に低減させることができるので、常にＳ／Ｎの良い画
像信号が得られる。

第１３図及び第１４図の実施例はＦＰＮ成分が加算的に
加わった場合についてのものであるが、ＦＰＮが乗算的
に加わっている場合は、第１３図及び第１４図の減算器
４１を除算器に換えることで同様の効果を得ることがで
きる。

第１５図にノイズ低減のための変形例を示す。

第１５図は第１図の一部を取出したもので、撮像素子１
、増幅器２、信号処理回路３．７及びＡ／Ｄ変換器４の
それぞれに熱的に結合され、それぞれを冷却することが
できる冷却装置４８を付加しである。この冷却装置４８
により、撮像素子１における暗電流が大幅に低減され、
さらに増幅器２、信号処理回路３及びＡ／Ｄ変換器４の
それぞれで発生する熱雑音も低減される。したがって、
撮像素子１の暗電流むらによる固定パターンノイズ成分
も低減されることになるので、ＦＰＮ成分及びランダム
ノイズ成分ともに効果的に低減される。

これにより後段の累積加算回路における加算回数を減ら
すことができるので、高速化が可能で時間的に有利にな
る。また、この変形例を第１４図の第１の実施例と組み
合せる場合にはＦＰＮ成分が大幅に低減されているので
第１４図のＦＰＮ用フレームメモリ４３の１画素当りの
ビット数が少なくて済むと云う利点がある。

［発明の効果コ 以上説明したように本発明によれば、非常に簡易にして
効果的に固体撮像素子にて撮像入力される画像信号のダ
イナミックレンジを高くすることができると共に、固定
パターンノイズを低減することかでき、広ダイナミツク
レンジの被写体を効果的に撮像入力することが可能とな
る。しかもそのＳ／Ｈの改善効果をも奏することができ
る等、実用上多大なる効果か得られる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明に係る電子カメラについて示すもので、 第１図は第１の基本例を示す概略構成図、第２図は画像
信号の累積加算によるＳ／Ｎ改善効果を説明する為の図
、第３図は画像信号のダイナミックレンジと画像モニタ
のダイナミックレンジとの関係を示す図、第４図は第１
図で用いられる２次元フィルタの構成例を示す図、第５
図は第１図で用いられるダイナミックレンジ−ゲインコ
ントローラの構成例を示す図、第６図はダイナミックレ
ンジ・ゲインコントローラの変形例を示す要部構成図、
第７図はダイナミックレンジ調整の為の変形例を説明す
る為の図である。 第８図は本発明の第２の基本例を示す概略図、第９図は
本発明の第３の基本例を示す概略構成図、第１０図はデ
ィジタル変換回路の構成例を示す図、第１１図は第１０
図に示すディジタル変換回路における非線形変換の特性
を示す図、第１２図は正負の極性を有する色差信号を対
数変換するのに用いられるログアンプの特性を示す図で
ある。 第１３図は本発明の第１の実施例を示す概略構成図、第
１４図は本発明の第２の実施例を示す概略構成図、第１
５図はノイズ低減のための変形例を示す要部の構成説明
図である。 １・・・固体撮像素子（ＡＭＩ）　、２・・・前置増幅
器、３・・・信号処理回路、４・・・Ａ／Ｄ交換器、５
・・・加算器、６・・・フレームメモリ、７・・・ビデ
オプロセッサ、８・・・ダイナミックレンジ制御回路、
９ｂ、９ｇ。 ９　ｒ　−−−ログアンプ、ｌｌｂ、ｌ１ｇ、１１　ｒ
−・・加算器、１２ｂ、１２ｇ、１２ｒ−・−逆ログア
ンプ、１３ｂ、１３ｇ、１３ｒ−Ｄ／Ａ変換器、４１−
・・減算器、４２・・・ＦＰＮデータＲＯＭ、４３・・
・ＦＰＮ用フレームメモリ、４４・・・１／ｎ倍器、４
５゜４６・・・スイッチ、４７・・・ＦＰＮ用シャッタ
。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）固体撮像素子を用いて被写体を電子的に撮像して
   画像モニタによる画像表示に供する電子カメラにおいて
   、撮像入力した画像信号を素子外に読み出し可能な固体
   撮像素子と、この撮像素子による被写体の撮像とその画
   像信号の読み出しとを複数回に亘って繰り返し行わせる
   手段と、この画像信号から固定パターンノイズ信号を低
   減する手段と、この固定パターンノイズ信号が低減され
   た画像信号を順次累積加算する手段とを具備したことを
   特徴とする電子カメラ。
2. （２）前記固定パターンノイズ低減手段は、固定パター
   ンノイズ信号を記憶しておくメモリと、前記固体撮像素
   子から読み出された画像信号から固定パターンノイズ信
   号を減算または除算する演算手段とからなることを特徴
   とする請求項１記載の電子カメラ。
3. （３）前記固定パターンノイズ低減手段は、少なくとも
   前記固体撮像素子を冷却する冷却手段を含むことを特徴
   とする請求項１または２のいずれかに記載の電子カメラ
   。