JPH05316413A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 画像メモリを最小にして画像撮像のダイナミ
ックレンジを拡大する。 【構成】露光量を少なくとも２段階に制御１し、画像面
上の明度値を画素に対応して記憶６し、異なる露光量で
順次撮像７し、明度値のダイナミックレンジを明度値の
増加順に連続的に分割して得られる各分割レンジを各露
光量の減少順に対応させて、各露光量毎に分割レンジ又
はその分割レンジに対応する撮像素子の出力レンジを設
定４し、Ａ／Ｄ変換器２の出力値を撮像時露光量をスケ
ール因子としてその撮像時露光量に対応する分割レンジ
の中の値に変換５し、Ａ／Ｄ変換器から画素毎に出力さ
れる出力値又は変換値が、撮像時露光量に対応する出力
レンジ又は分割レンジに存在するか否かを判定４し、判
定結果が肯定される場合にのみ、変換値を、画像メモリ
に記憶６する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、撮像素子のダイナミッ
クレンジを拡張させた、ビデオカメラ、電子カメラ等の
撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】撮像素子のダイナミックレンジは、一般
に出力信号の雑音レベルと飽和レベルとの比で定まる。
撮像素子の出力のダイナミックレンジに比べて撮像対象
の明度のダイナミックレンジが広い場合には、撮像素子
の露光量を調節することが必要となる。この場合は、例
えば、照明強度、絞り量、シャッタースピード、フィル
ターの透過量などの露光量を調節する手段を設け、露光
量を多段階に変化させて撮像することにより、撮像素子
の出力のダイナミックレンジより広いダイナミックレン
ジを有した画像を得ることができる。

【０００３】これを実現する従来技術として、例えば、
露光パラメータを３段階に変化させて撮像する方法があ
る。即ち、第１露光パラメータにより撮像を行い、この
撮像により得られた第１画像を第１画像メモリに記憶
し、次に、第２露光パラメータで撮像を行ない、この撮
像により得られた第２画像を第２画像メモリに記憶し、
次に、第３露光パラメータで撮像を行ない、この撮像に
より得られた第３画像及び第１画像メモリ、第２画像メ
モリに記憶されている第１画像および第２画像とを組み
合わせる事によって広ダイナミックレンジ画像を生成す
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この従来技術
では、異なる露光パラメータによって撮像された画像を
記憶する必要があるため、（露光パラメータの種類−
１）個の画像メモリが必要となる。よって、装置が大き
くなるという問題点があった。又、上記の方式では、１
組の露光パラメータの撮像が終了する毎（上記の例では
３種の露光パラメータによる撮像が完了した時）に、１
つの広ダイナミックレンジ画像が得られる方式であるた
めに、移動物体の撮像に適用した場合には、滑らかな動
きを再現するに必要なビデオレートの広ダイナミックレ
ンジ画像を得ることが困難であるという問題点があっ
た。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の発明の構成は、撮像素子と、Ａ／Ｄ変換器と、撮像素
子の露光量を少なくとも２段階に制御する露光量制御手
段と、画像面上の明度値を画素に対応して記憶するため
の画像メモリと、露光量制御手段及び撮像素子を制御し
て物体を段階的に設定された露光量で順次撮像する撮像
制御手段と、明度値のダイナミックレンジを明度値の増
加順に連続的に分割して得られる各分割レンジを各露光
量の減少順に対応させて、各露光量毎に分割レンジ又は
その分割レンジに対応する撮像素子の出力レンジを設定
するレンジ設定手段と、Ａ／Ｄ変換器の出力値を撮像時
露光量をスケール因子としてその撮像時露光量に対応す
る分割レンジの中の値に変換する変換手段と、Ａ／Ｄ変
換器から画素毎に出力される出力値又は変換手段から出
力される変換値が、撮像時露光量に対応する出力レンジ
又は分割レンジに存在するか否かを判定するレンジ判定
手段と、レンジ判定手段の判定結果が肯定される場合に
のみ、変換手段により得られた変換値を、画像メモリに
おいて、その変換値を出力画素に対応するアドレスに記
憶する記憶制御手段とを設けたことである。

【０００６】

【作用】図３に示すように、求める画像の明度値のダイ
ナミックレンジ（拡張されたダイナミックレンジ）を明
度値の増加順に連続的に分割して各分割レンジを得る。
以下、この順に第１分割レンジ、第２分割レンジ、…と
言う。この各分割レンジは明度値の増加順に、露光量の
減少順に対応する。以下、露光量を減少順に、第１露光
量、第２露光量、…と言う。即ち、第１分割レンジ、第
２分割レンジ、…の明度値は、それぞれ、第１露光量、
第２露光量、…での撮像画像から求められる。

【０００７】一方、図３に示すように、第１分割レン
ジ、第２分割レンジ、…に対応して撮像素子の出力レン
ジが存在する。以下、この順に、第１出力レンジ、第２
出力レンジ、…と言う。分割レンジと出力レンジの対応
関係は、一例として、次の関係に設定することができ
る。第１出力レンジは、撮像素子のノイズレベル（必要
とするＳ／Ｎが得られる最低の出力信号レベル）以上飽
和レベル（完全に飽和した状態と区別できる直線性のあ
る範囲の上限値）とすることができる。この第１出力レ
ンジの値を第１露光量から基準露光量への換算を行った
値が第１分割レンジの値に対応する。このようにして、
第１分割レンジが決定される。又、第２出力レンジの最
大値（一般的には飽和レベル）を第２露光量から基準露
光量への換算を行った値が第２分割レンジの最大値に対
応し、第２分割レンジの最小値が第１分割レンジの最大
値に等しくなるように第２分割レンジが設定される。
又、第２出力レンジの最小値は第２分割レンジの最小値
を基準露光量から第２露光量に変換した値とする。

【０００８】以上の関係に、撮像素子の各出力レンジ、
各分割レンジ、各露光量との対応関係を設定することが
できる。特に、図８に示すように、各出力レンジをノイ
ズレベルから飽和レベルの全範囲に共通化するように、
各露光量を設定し、その各露光量と共通化された出力レ
ンジから各分割レンジを設定することもできる。即ち、
第２分割レンジ、第３分割レンジ、…の最小値を基準露
光量から第２露光量、第３露光量、…に変換した値が出
力レンジのノイズレベルとなるように第２露光量、第３
露光量、…を決定し、各分割レンジを決定することがで
きる。

【０００９】撮像制御手段により例えば、第１露光量、
第２露光量、…第ｎ露光量、第１露光量、…のように、
各露光量が順次周期的に変化されて、各露光量に対応し
て撮像される。尚、撮像順序は周期的でなくともよい。
Ａ／Ｄ変換器から画素毎に順次出力される出力値は、撮
像時露光量から基準露光量へ変換される。この変換され
た値を以下、変換値と言う。

【００１０】第１露光量で撮像した場合には、Ａ／Ｄ変
換器から画素毎に順次出力される出力値又は変換値が第
１出力レンジ又は第１分割レンジに存在するか否が判定
される。同様に、第２露光量で撮像した場合には、Ａ／
Ｄ変換器から画素毎に順次出力される出力値又は変換値
が第２出力レンジ又は第２分割レンジに存在するか否が
判定される。そして、判定結果が肯定的である場合にの
み変換値が出力画素に対応するアドレスの画像メモリに
記憶される。即ち、第１露光量で撮像した場合には、画
像メモリにおいて、第１分割レンジの明度値を有する画
素の明度値のみが書き換えられる。同様に、第２露光量
で撮像した場合には、画像メモリにおいて、第２分割レ
ンジの明度値を有する画素の明度値のみが書き換えられ
る。

【００１１】このようにして、第１露光量、第２露光
量、…第ｎ露光量で順次撮像される毎に、画像メモリに
おいて、第１分割レンジ、第２分割レンジ、…第ｎ分割
レンジの明度値を有する画素の明度値のみが書換えれ、
上記の処理が繰り返し実行される。この画像メモリの値
を任意時刻で参照することにより、拡張されたダイナミ
ックレンジの画像が得られる。

【００１２】

【発明の効果】以上のように、本発明では撮像画面に対
して１つの画像メモリを設けることで任意時刻の拡大さ
れたダイナミックレンジを有する濃淡画像を得ることが
できる。よって、装置を小型化できる。又、画像メモリ
の値は各分割レンジ毎に時系列的に書き換えられている
ので、画像メモリの値は任意時刻で参照されても、滑ら
かに変化する動画の情報を得ることができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説
明する。図１において、撮像素子１は、光電変換機構に
より発生する電荷の蓄積時間を電気信号によって制御可
能な撮像素子であり、具体的には、２次元画像が得られ
る電子シャッター機能付きのＣＣＤ撮像素子である。従
って、本実施例では露光パラメータ（露光量）は電子シ
ャッタ機能の蓄積時間により与えられる。よって、本実
施例では、露光量制御手段と撮像素子はＣＣＤ撮像素子
として一体的に組み込まれている。尚、カメラの場合に
は、図示しないレンズ等の光学系によって撮像素子の受
光面に画像が結像されている。

【００１４】Ａ／Ｄ変換器２は、撮像素子１から読み出
されたアナログ信号の信号レベルを画素単位でサンプリ
ングしてデジタル信号データに変換するものである。ル
ックアップテーブル３は、光学系による撮像素子１の非
直線性を補正するための補正係数を予め記憶しており、
Ａ／Ｄ変換器２から出力されるデジタル信号データを入
力し、非直線性が補正されたデジタル信号データ（デジ
タル値）を出力する。

【００１５】レンジ設定手段、レンジ判定手段及び記憶
制御手段を構成する書込判定器４は、ルックアップテー
ブル３が出力するデジタル信号データを受取り、その各
画素のデジタル信号データについて、これを画像メモリ
６に書き込むか否かの判定を後述する方法によって行う
装置である。又、書込判定器４は書込むべきデータと判
定した場合には、そのデータがルックアップテーブル５
で変換されて画像メモリ６のデータ入力端子に与えられ
た時点において画像メモリ６に対して書込パルスを発生
し、そのデータが画像メモリ６に書き込まれるようにす
る装置である。

【００１６】変換手段を構成するルックアップテーブル
５は、入力されたデジタル信号データに制御装置７から
の信号によって定められる撮像時露光量に基づく倍率を
乗じた結果を出力するように構成されている。画像メモ
リ６は、本装置によって生成される広ダイナミックレン
ジ画像を保持するビットマップ形式の画像メモリであ
る。撮像制御手段を構成する制御装置７は、主として各
露光時間を周期的に制御するものであり、撮像素子１、
書込判定器４、ルックアップテーブル５、等を制御し、
広ダイナミックレンジ画像を画像メモリ６に生成させる
装置である。

【００１７】本装置は制御装置７の制御によって次のよ
うに動作する。図６に撮像画素数が４×３画素の場合に
ついてタイミングチャートを示す。まず、撮像素子１
は、制御装置７から出力される蓄積時間長と蓄積タイミ
ングを制御する信号に従って、第１露光量を決定する第
１蓄積時間Ｔ１によって撮像を行う。この撮像で得られ
たアナログ画像信号データは、制御装置７からの制御信
号によって撮像素子１から画素単位で時系列的に順次読
み出され、これらの一連の画素データについて以下の処
理が行なわれる。

【００１８】撮像素子１からのアナログ画像信号データ
（映像信号）は順次Ａ／Ｄ変換器２に転送され、制御装
置７から出力されるサンプリング信号に従ってＡ／Ｄ変
換器２で画素単位でデジタル信号データＤ' （ｘ，ｙ）
に変換される。ここで、（ｘ，ｙ）はこの画素の画像面
上での座標位置を示す。Ａ／Ｄ変換器２から出力される
Ａ／Ｄ変換後のデジタル信号データＤ' （ｘ，ｙ）は、
ルックアップテーブル３に転送されて撮像素子１の非直
線性が補正されたデータＤ（ｘ，ｙ）に変換される。非
直線性が補正されたデータＤ（ｘ，ｙ）はルックアップ
テーブル３から書込判定器４に転送される。又、書込判
定器４に転送されたデータが蓄積時間Ｔ１のデータであ
ることが制御装置７からの蓄積時間長信号によって書込
判定器４に知らされる。

【００１９】書込判定器４は、ルックアップテーブル３
からＤ（ｘ，ｙ）のデータを受け取ると、制御装置７か
ら画素毎に出力される判定タイミング信号に従って、Ｒ
min（Ｔ１）≦Ｄ（ｘ，ｙ）≦Ｒmax （Ｔ１） の条件
が成立するか否かの判定を行なう。ここで、図２に示す
ように、Ｒmin （Ｔ１）およびＲmax （Ｔ１）は、蓄積
時間Ｔ１の撮像画像に対応して決められる値である。即
ち、第１露光量に対応する撮像素子１の第１出力レンジ
の最小値と最大値である。書込判定器４において上記条
件が成立すると判定された場合には、後述するように、
Ｄ（ｘ，ｙ）のデータがルックアップテーブル５で変換
される。そして、その変換データ（変換値）が画像メモ
リ６のデータ入力端子に与えられるタイミングにおいて
書込判定器４は画像メモリ６に対して書込パルスを発生
する。

【００２０】書込判定器４に入力されたデータＤ（ｘ，
ｙ）はルックアップテーブル５に転送される。ルックア
ップテーブル５に転送されたデータが蓄積時間Ｔ１のデ
ータであることが制御装置７からの蓄積時間長信号によ
ってルックアップテーブル５に知らされる。ルックアッ
プテーブル５は、Ｄ（ｘ，ｙ）のデータが入力される
と、それをＡ（Ｔ１）倍したＡ（Ｔ１）×Ｄ（ｘ，ｙ）
のデータ（基準露光量に換算された第１分割レンジへの
変換値）を、画像メモリ６のデータ入力端子に出力す
る。ここで、Ａ（Ｔ１）は、蓄積時間Ｔ１に対応して決
められる値であり、撮像素子１の出力値を基準露光状態
での値（第１分割レンジの値）に変換するためのスケー
ル因子である。又、第１分割レンジに存在するＡ（Ｔ
１）×Ｄ（ｘ，ｙ）のデータが画像メモリ６のデータ入
力端子に与えられるのと同期して、制御装置７から画像
メモリ６の画素（ｘ，ｙ）に該当するメモリアドレスが
画像メモリ６のメモリアドレス端子に与えられる。Ａ
（Ｔ１）×Ｄ（ｘ，ｙ）のデータが画像メモリ６のデー
タ入力端子に与えられた時点において、書込判定器４か
ら書込パルスが発生された場合には、このデータは画像
メモリ６の画素位置（ｘ，ｙ）に相当するアドレスに書
き込まれる。

【００２１】蓄積時間Ｔ１（第１露光量）で撮像された
一連の画素データについて上述の処理が終わると、次
に、制御装置７からの次の制御サイクルの蓄積時間長と
蓄積タイミングを制御する信号に従って、第２蓄積時間
Ｔ２（第２露光量）によって撮像素子１で撮像を行う。
この撮像で得られた画像は第１蓄積時間による撮像の場
合と同様に撮像素子１から時系列的に順次画素毎に読み
出され、これらの一連の画素データについて蓄積時間Ｔ
１の場合と同様な処理が行なわれる。但し、蓄積時間Ｔ
２の場合は、制御装置７から書込判定器４に出力される
蓄積時間長信号によって、書込判定器４においてＲmin
（Ｔ１）とＲmax （Ｔ１）がＲmin （Ｔ２）とＲmax
（Ｔ２）になること、および、制御装置７からルックア
ップテーブル５に出力される蓄積時間長信号によって、
ルックアップテーブル５におけるスケール因子がＡ（Ｔ
１）がＡ（Ｔ２）になることが蓄積時間Ｔ１の場合と異
なる。尚、Ｒmin （Ｔ２）とＲmax （Ｔ２）は第２出力
レンジの最小値と最大値である。又、Ａ（Ｔ２）は、蓄
積時間Ｔ２に対応して決められる値であり、撮像素子１
の出力値を基準露光状態での値（第２分割レンジの値）
に変換するためのスケール因子である。

【００２２】以上の動作を行うことにより、広ダイナミ
ックレンジ画像を画像メモリ６に生成することができ
る。この原理を前出の各定数の決め方の例とともに以下
に説明する。いま、例えば、撮像素子の出力信号が、ル
ックアップテーブル３によって非直線性が補正された後
の状態において、ゼロレベル（雑音を無視した場合の入
射光強度ゼロの状態の出力）が０であり、飽和レベルが
Ｄmax であるとする。そして、０とＤmax の間は直線性
が保たれているものとする。また蓄積時間Ｔ１とＴ２と
の関係が、Ｔ１＞Ｔ２であるとする。このとき、各定数
を、

【００２３】

【数１】 Ｒmin （Ｔ１）＝０， Ｒmax （Ｔ１）＝Ｄmax −１， Ｒmin （Ｔ２）＝Ｄmax ×Ｔ２／Ｔ１， Ｒmax （Ｔ２）＝Ｄmax ， Ａ（Ｔ１）＝１， Ａ（Ｔ２）＝Ｔ１／Ｔ２

【００２４】と定めると、図２に示すように、第１分割
レンジに明度値が存在する画素（暗い部分）は蓄積時間
Ｔ１（第１露光量）で撮像された画像が用いられ、第２
分割レンジに明度値が存在する画素（明るい部分）は蓄
積時間Ｔ２（第２露光量）で撮像された画像が用いら
れ、結果的に広ダイナミックレンジ画像が得られること
になる。即ち、各画素（ｘ，ｙ）について、蓄積時間Ｔ
１で撮像したときのデータＤ１が飽和レベルに達してい
ない場合には（第１出力レンジに存在する場合）、この
Ｄ１をその画素の画像データ（第１露光量を基準露光量
としているので、Ｄ１は第１分割レンジの値である）と
し、Ｄ１が飽和している場合には蓄積時間Ｔ２で撮像し
たときのデータＤ２をＴ１／Ｔ２倍して（撮像素子１の
出力値を基準露光量での値に換算することにより第２分
割レンジの値となる）その画素の画像データとする。こ
こでＤ２をＴ１／Ｔ２倍する理由は、同一入射光量のと
きの撮像素子の信号出力は非飽和状態では蓄積時間に比
例するので、Ｄ２のデータはＤ１のデータに比べて感度
がＴ２／Ｔ１倍になっているからである。

【００２５】尚、上記の式において、Ｒmax （Ｔ１）の
値Ｄmax −１は、撮像素子が飽和レベルに達していない
範囲でなるべく大きな値を意味している。実際には撮像
素子等の雑音や、撮像対象物体の動き等によって蓄積時
間Ｔ１とＴ２のどちらの画像によっても埋められない画
素が生じる可能性があるので、Ｒmin （Ｔ２）を上に示
した値よりも少し小さい値として若干重ね合わさる領域
を持たせることが好ましい。ここで示したこれらの定数
の値の決め方は本発明での根本的な考え方を示したもの
で、これに容易に考えられる色々な変形を加えることも
可能である。

【００２６】各定数の具体的な数値例を示すと、Ｔ１＝
１／６０秒、Ｔ２＝１／６００秒、Ｄmax ＝２５５とし
た場合、一例として、

【００２７】

【数２】 Ｒmin （Ｔ１）＝０， Ｒmax （Ｔ１）＝２５４， Ｒmin （Ｔ２）＝２５， Ｒmax （Ｔ２）＝２５５， Ａ（Ｔ１）＝１， Ａ（Ｔ２）＝１０

【００２８】とすることが可能である。このとき、蓄積
時間Ｔ１（１／６０秒）で撮像したデータＤ（ｘ，ｙ）
が０から２５４の場合には書込パルスを発生してこのデ
ータを画像メモリ６に書込み、データＤ（ｘ，ｙ）が２
５５の場合には書込パルスは発生しない。又、蓄積時間
Ｔ２（１／６００秒）で撮像したデータＤ（ｘ，ｙ）が
０から２４の場合には書込パルスを発生せず、２５から
２５５の場合には書込パルスは発生してこのデータを１
０倍した値を画像メモリに書き込むことになる。従っ
て、画像メモリには、０から２５５０の広いダイナミッ
クレンジの明度値を有した画像データが得られる。

【００２９】以上の説明では、蓄積時間Ｔ１の一連の動
作を行い続いて蓄積時間Ｔ２の一連の動作を行なうこと
により広ダイナミックレンジ画像を得る動作について述
べたが、本装置を次のように動作させることにより、移
動物体の撮像を行なって動画像を得ることが可能であ
る。

【００３０】即ち、図７に示すように、蓄積時間Ｔ１の
一連の動作を行い、続いて蓄積時間Ｔ２の一連の動作を
行い、続いてまた蓄積時間Ｔ１の一連の動作を行い、ま
た続いて蓄積時間Ｔ２の一連の動作を行うというように
動作を繰り返すようにする。すると、移動物体等を撮像
対象とした場合には、それに相当する広ダイナミックレ
ンジ画像が、撮像を行う時間間隔で更新される動画像と
して画像メモリ６に生成される。従って、画像メモリ６
の内容を書込動作と並列してビデオレートでビデオ信号
として読出すことにより、広ダイナミックレンジのビデ
オ信号を得ることができる。又、あるトリガー信号に同
期してその時点で上記の繰返し動作を停止することによ
り、その時点における画像メモリ６の内容が保持された
状態で画像メモリ６の内容の書換えが停止されることに
なるので、その瞬間の画像を静止画像として得ることも
可能である。

【００３１】以上の説明では、一例としてＴ１＞Ｔ２の
場合について説明を行ったが、Ｔ１＜Ｔ２の場合には、
前記各定数を、

【数３】 Ｒmin （Ｔ１）＝Ｄmax ×Ｔ１／Ｔ２， Ｒmax （Ｔ１）＝Ｄmax ， Ｒmin （Ｔ２）＝０， Ｒmax （Ｔ２）＝Ｄmax −１， Ａ（Ｔ１）＝Ｔ２／Ｔ１， Ａ（Ｔ２）＝１，

【００３２】とすれば良いことは明かである。又、上記
の説明では、蓄積時間をＴ１とＴ２の２種類に選んだ
が、蓄積時間の種類を３種類以上に増やすことにより、
より広いダイナミックレンジ画像を得ることができるこ
とは明かである。例えば、蓄積時間を互いに相異なるＴ
１，Ｔ２，Ｔ３（第３露光量）の３種類に選んだ場合に
は、例えば蓄積時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３の関係が、Ｔ１＞
Ｔ２＞Ｔ３であるとするとき、図３に示すように、

【００３３】

【数４】 Ｒmin （Ｔ１）＝０， Ｒmax （Ｔ１）＝Ｄmax −１， Ｒmin （Ｔ２）＝Ｄmax ×Ｔ２／Ｔ１， Ｒmax （Ｔ２）＝Ｄmax −１， Ｒmin （Ｔ３）＝Ｄmax ×Ｔ３／Ｔ２， Ｒmax （Ｔ３）＝Ｄmax, Ａ（Ｔ１）＝１， Ａ（Ｔ２）＝Ｔ１／Ｔ２ Ａ（Ｔ３）＝Ｔ１／Ｔ３ とすることが可能である。同様にして、蓄積時間の種類
をさらに増やすことや、その順番を入れ変えることは容
易である。なお、一連の蓄積時間Ｔ１，Ｔ２，…，Ｔｎ
は必ずしも相異なる必要は無い。

【００３４】又、図８に示すように、各出力レンジをノ
イズレベル（Ｄmin)以上飽和レベル（Ｄmax)以下に共通
化させることもできる。この場合には、蓄積時間( Ｔ１
＞Ｔ２＞Ｔ３) は次のように設定される。

【００３５】

【数５】 Ｔ２＝Ｄmin ×Ｔ１／Ｄmax Ｔ３＝Ｄmin ×Ｔ２／Ｄmax

【００３６】又、本実施例の一変形として、蓄積時間Ｔ
ｉのデータの処理を行っている間に並行して次の蓄積時
間の撮像を実施するようにすることにより、撮像間隔を
短縮することも可能である。

【００３７】又、本実施例の別の一変形として、露光パ
ラメータを撮像素子の電子シャッタによって蓄積時間を
制御する代わりに、絞りやフィルタの透過量による光強
度の制御、その他の方法による撮像素子の感度制御、ス
トロボによる照明光強度制御、等を用いることも可能で
ある。例えば、電子的に光の透過率が制御可能なフィル
タを前述の実施例の電子シャッタに代えて用いる場合、
フィルタへの入射光量が同一のときの撮像素子の信号出
力はフィルタの透過率に比例するので、フィルタの透過
率をＵ１とＵ２に変化させ、かつＵ１＞Ｕ２である場合
は、前記各定数を、

【００３８】

【数６】 Ｒmin （Ｕ１）＝０， Ｒmax （Ｕ１）＝Ｄmax −１， Ｒmin （Ｕ２）＝Ｄmax ×Ｕ２／Ｕ１， Ｒmax （Ｕ２）＝Ｄmax ， Ａ（Ｕ１）＝１， Ａ（Ｕ２）＝Ｕ１／Ｕ２ と定めることが可能である。

【００３９】又、本実施例の別の一変形として、撮像素
子前部にイメージインテンシファイアを取付けることが
できる。イメージインテンシファイアを取付けることに
より、撮像装置の感度を増加させる利点がある。イメー
ジインテンシファイアを取付けた場合、露光パラメータ
の制御方法として撮像素子の電子シャッタによる蓄積時
間の制御を用いることができるが、その他に、露光パラ
メータの制御方法としてイメージインテンシファイアの
感度制御を用いることも可能である。

【００４０】又、本実施例の別の一変形として、ルック
アップテーブル５で定数Ａ（Ｔｉ）を乗ずるだけではな
く、定数Ａ（Ｔｉ）を乗じた後に何らかの関数によって
その値を変換することにより、明るい部分を相対的に圧
縮して画像メモリ６を有効に利用するようにしたり、画
像メモリ６の内容を画像処理する上で好ましい形式にす
ることも可能である。画像データの濃度レベルを圧縮す
る従来技術として、濃度レベルを対数変換する方法があ
る。

【００４１】しかし濃度レベルを対数変換して画像メモ
リに記憶する従来方法には次に述べる問題点がある。濃
度レベルを対数変換してメモリに記憶する場合、メモリ
に記憶する値は量子化されるので、これに対応した濃度
レベルも量子化される。対数関数log ａのグラフは、ａ
が０に近いほど傾きが大きいので、濃度レベルを対数変
換してメモリに記憶する場合には、濃度レベルが小さく
なるほど濃度レベルの量子化誤差が小さくなる。一方、
濃度レベル自体には、撮像装置の画像出力信号の雑音成
分やＡ／Ｄ変換器の変換誤差などの原因のために、一定
の誤差が含まれていると考えられる。

【００４２】一般的に、濃度レベルの大きい領域では、
濃度レベルの量子化誤差は濃度レベル自体の誤差よりも
大きくなるために問題は生じないが、濃度レベルの小さ
い領域では、濃度レベルの量子化誤差が濃度レベル自体
の誤差よりもかなり小さくなるために、メモリのビット
が有効に利用されないことになるという問題点が生じ
る。

【００４３】この問題点を解決する方法として、関数と
して、Log （Ｌｉ（ｘ，ｙ）＋Ｌｏ）を用いることが有
効である。ここで、Log は自然対数関数、Ｌｉ（ｘ，
ｙ）はルックアップテーブル５に与えられたデータＤ
（ｘ，ｙ）に定数Ａ（Ｔｉ）を乗じた値を表し、Ｌｉ
（ｘ，ｙ）＝Ａ（Ｔｉ）×Ｄ（ｘ，ｙ）である。また、
Ｌｏは正の定数であり、例えば一連の蓄積時間がＴ１＞
Ｔ２＞…＞ＴｎのときＬｏ＝Ａ（Ｔ１）×Ｄmax ×Ｔ２
／Ｔ１とすることができる。関数Log （ａ＋Ｌｏ）は、
ａが大きい領域ではLog ａとほぼ同じグラフ形状である
が、ａが０に近い部分ではグラフの傾きが一定になって
Log ａのグラフの傾きほど大きくならない。従って、濃
度レベルが小さい領域で濃度レベルの量子化誤差が濃度
レベル自体の誤差より小さくなることを防ぐことができ
る。従ってこの方法を用いることにより、上記の問題点
が解決でき、ダイナミックレンジの広い画像を、画像メ
モリのビットを節約して画像メモリに記憶することがで
きる。なお、常用対数関数をLog₁₀ とすると、Log ａ＝
Log₁₀ ａ／Log₁₀ ｅであるので、Log （Ｌｉ（ｘ，ｙ）
＋Ｌｏ）の代わりにLog₁₀ （Ｌｉ（ｘ，ｙ）＋Ｌｏ）／
Log₁₀ ｅ を用いることができる。ただしｅは自然対数
の底である。

【００４４】又、本実施例の別の一変形として、Ａ／Ｄ
変換器２を、対数的にＡ／Ｄ変換を行うように構成する
ことが考えられる。例えば、対数変換や、前述のLog
（Ｌｉ（ｘ，ｙ）＋Ｌｏ）の変換をして画像を画像メモ
リに記憶する場合、前述のように画像メモリにおける濃
度レベルの量子化誤差が濃度レベルの高い領域では大き
くなるので、Ａ／Ｄ変換器における変換精度は、濃度レ
ベルの高い方は低い方に比べて低くてもよい。そこで、
Ａ／Ｄ変換器において対数的にＡ／Ｄ変換を行うことに
より、Ａ／Ｄ変換器のビット数を効率的に利用すること
ができ、同じビット数のＡ／Ｄ変換器を使って、本撮像
装置で得られる画像の精度を高めるとができる効果があ
る。

【００４５】尚、この場合、書込判定器４は、ルックア
ップテーブル３からLog （Ｄ（ｘ，ｙ））のデータを受
け取ると、Log （Ｒmin （Ｔｉ））≦Log （Ｄ（ｘ，
ｙ））≦Log （Ｒmax （Ｔｉ）） の条件が成立するか
否かの判定を行なう。また、ルックアップテーブル５
は、Log （Ｄ（ｘ，ｙ））のデータが入力されると、そ
れをＡ（Ｔｉ）倍したLog （Ａ（Ｔｉ）×Ｄ（ｘ，
ｙ））のデータ、すなわちLog（（Ｄ（ｘ，ｙ））にLog
（Ａ（Ｔｉ））を加算したデータを、画像メモリ６の
データ入力端子に出力する。また、前述のLog （Ａ（Ｔ
ｉ）×Ｄ（ｘ，ｙ）＋Ｌｏ）の変換をして画像を画像メ
モリに記憶する場合には、ルックアップテーブル５にお
いてLog （Ａ（Ｔｉ）×Ｄ（ｘ，ｙ））からLog （Ａ
（Ｔｉ）×Ｄ（ｘ，ｙ）＋Ｌｏ）への変換も同時に行
う。なお、以上の説明から容易に分かるように、対数的
にＡ／Ｄ変換を行う代わりに、濃度レベルが高い方に比
べ低い方のＡ／Ｄ変換精度が高くなるような他の関数特
性でＡ／Ｄ変換を行うようにすることも可能であり、そ
れに合わせた書込判定器４やルックアップテーブル５の
構成も容易に考えることができる。

【００４６】又、本実施例の別の一変形として、ルック
アップテーブル３、書込判定器４、およびルックアップ
テーブル５を、公知技術を用いてまとめて１つのルック
アップテーブルに置き代えることも可能である。

【００４７】又、本実施例の別の一変形として、図４に
示すように、画像メモリ６の内容を書込判定器４にフィ
ードバックすることも可能である。これにより、書込判
定器４が、書込パルスの有無によって画像メモリ６への
データ書込の制御を行う代わりに、書込むべきデータと
判定した場合にはそのデータをルックアップテーブル５
に出力し、そうでない場合には画像メモリの前状態のデ
ータを出力するように構成することも可能である。

【００４８】又、本実施例の別の一変形として、図４に
示すように、画像メモリ６の一部のビットをフラグを保
持するために用い、かつこれらのビットを書込判定器４
にフィードバックすることも可能である。これにより、
フラグを制御することにより、前述のどの画像によって
も埋められない画素が生じることを防止することが可能
である。

【００４９】上述の実施例に、さらにオートアイリスレ
ンズを付ける場合について説明する。従来、オートアイ
リスレンズの制御は、撮像素子１の出力信号によって行
われていた。すなわち、撮像素子１の出力信号が大きい
場合には入射光の強度が大きいのでオートアイリスレン
ズの絞りを絞るように、また、撮像素子１の出力信号が
小さい場合には入射光の強度が小さいのでオートアイリ
スレンズの絞りを開くように、オートアイリスレンズを
フィードバック制御した。

【００５０】しかし、本実施例では、撮像素子１の感度
は順次変化させるために、撮像素子１の出力信号は入射
光の強度に常に同じようには対応していない。従って、
本実施例に対しては従来方法ではオートアイリスレンズ
の制御が困難であるという問題がある。一方、本実施例
では、画像メモリ６からの前記ビデオ信号は入射光の強
度に対応する信号である。そこで、オートアイリスレン
ズの制御を、撮像素子１の出力信号の代わりに、画像メ
モリ６からの前記ビデオ信号によって行うことにより、
前述の問題点を解決することができる。本実施例にオー
トアイリスレンズを付けて上述のように制御することに
より、本撮像装置で撮像できる光強度範囲を自動的に調
節することが可能になるので、より広い光強度の撮像が
可能になる効果がある。

【００５１】また本実施例の別の一変形として、各出力
レンジと分割レンジとの関係を、図９に示すように、分
割レンジの継ぎ目を互いに補うように２通り設定し、こ
の２通りの分割レンジを交互に用いるようにすることが
可能である。例えば、図９で露光時間をＴ１Ａ、Ｔ２
Ａ、Ｔ３Ａ、Ｔ１Ｂ、Ｔ２Ｂ、Ｔ３Ｂ、Ｔ１Ａ、Ｔ２
Ａ、Ｔ３Ａ、Ｔ１Ｂ、Ｔ２Ｂ、Ｔ３Ｂ、…という順に設
定して順次撮像を行い、これに対応してそれぞれ、分割
レンジＤ１Ａ、Ｄ２Ａ、Ｄ３Ａ、Ｄ１Ｂ、Ｄ２Ｂ、Ｄ３
Ｂ、Ｄ１Ａ、Ｄ２Ａ、Ｄ３Ａ、Ｄ１Ｂ、Ｄ２Ｂ、Ｄ３
Ｂ、… の画像データを書き換えるようにする。この方
法では分割レンジの継ぎ目が交互に変わるので、前述し
た分割レンジの重ね合わせ領域を少なくしても（または
重ね合わせ領域をとらなくても、）撮像素子等の雑音や
撮像対象物体の動き等によっていずれの分割レンジによ
っても埋められない画素が生じるという問題点を防ぐこ
とができる効果がある。

【００５２】以上の実施例では１チャンネルの画像信号
（モノクロ画像信号）の場合を示したが、本実施例の別
の一変形として、撮像素子としてカラー画像を撮像でき
る撮像素子を用い、例えば図５に示すようにこのカラー
撮像素子１RGB からの３原色の各画像信号に本発明を適
用することにより、カラーの広ダイナミックレンジ画像
を得ることが可能である。

【００５３】本実施例では、アナログ信号をＡ／Ｄ変換
器でデジタル化してデジタル信号により処理を行う例を
示したが、本実施例の一変形として、公知技術を用いて
これらの処理の一部または全部をアナログ信号処理に置
き換えた構成とすることも可能である。

【００５４】以上の実施例では、撮像装置を用いて広ダ
イナミックレンジ画像を得る場合について示したが、よ
り一般的には、撮像素子の代わりに、感度パラメータに
よって感度を調節することが可能な他のセンサーを用い
て、そのセンサーのダイナミックレンジを拡大すること
が可能である。この場合、撮像素子の蓄積時間は一般的
にはセンサーの感度、画像メモリは一般的にはセンシン
グ情報が記憶されるメモリに対応する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の具体的な第１実施例に係る撮像装置の
構成を示したブロック図。

【図２】各出力レンジと分割レンジとの関係を示した説
明図。

【図３】各出力レンジと分割レンジとの関係を示した説
明図。

【図４】本発明の他の実施例に係る撮像装置の構成を示
したブロック図。

【図５】本発明の他の実施例に係る撮像装置の構成を示
したブロック図。

【図６】第１実施例における各ユニットの動作タイミン
グを示したタイミングチャート。

【図７】第１実施例における各ユニットの動作タイミン
グを示したタイミングチャート。

【図８】他の実施例における各出力レンジと分割レンジ
との関係を示した説明図。

【図９】他の実施例における各出力レンジと分割レンジ
との関係を示した説明図。

【符号の説明】

１…撮像素子（撮像素子、露光量制御手段） ２…Ａ／Ｄ変換器 ４…書込判定器（レンジ判定手段、レンジ設定手段、記
憶制御手段） ５…ルックアップテーブル（変換手段） ６…画像メモリ ７…制御装置（撮像制御手段）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 物体を撮像する撮像素子と、 前記撮像素子の出力する映像信号を画素毎にサンプリン
   グしてデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器と、 前記撮像素子の露光量を少なくとも２段階に制御する露
   光量制御手段と、 画像面上の明度値を画素に対応して記憶するための画像
   メモリと、 前記露光量制御手段及び前記撮像素子を制御して前記物
   体を段階的に設定された露光量で順次撮像する撮像制御
   手段と、 前記明度値のダイナミックレンジを明度値の増加順に連
   続的に分割して得られる各分割レンジを前記各露光量の
   減少順に対応させて、前記各露光量毎に前記分割レンジ
   又はその分割レンジに対応する撮像素子の出力レンジを
   設定するレンジ設定手段と、 Ａ／Ｄ変換器の前記出力値を撮像時露光量をスケール因
   子としてその撮像時露光量に対応する分割レンジの中の
   値に変換する変換手段と、 前記Ａ／Ｄ変換器から画素毎に出力される出力値又は前
   記変換手段から出力される変換値が、撮像時露光量に対
   応する出力レンジ又は分割レンジに存在するか否かを判
   定するレンジ判定手段と、 前記レンジ判定手段の判定結果が肯定される場合にの
   み、前記変換手段により得られた変換値を、前記画像メ
   モリにおいて、その変換値を出力画素に対応するアドレ
   スに記憶する記憶制御手段とを有する撮像装置。