WO2004107741A1 - 撮像装置及び撮像方法 - Google Patents

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Ryousuke Amano
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Sony Corp
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    • H04N25/50—Control of the SSIS exposure
    • H04N25/53—Control of the integration time

Definitions

  • the present invention relates to an imaging device using a solid-state imaging device, and more particularly to an imaging device and an imaging method for imaging a subject with high sensitivity.
  • the image temporarily stored in the memory is stored in the CCD imaging device. Completion is done by outputting during the time.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-1 6 8 1 1 8 stores an even field image or an odd field image in a field memory and stores even field images stored in the field memory during long exposure. It reads out the image of the first or odd field and complements it. Therefore, when applied to equipment based on the current television standard that performs interlaced scanning, the same image will be output in the even field and the odd field for the long exposure image. There is a problem that the vertical resolution is halved and it is not practical for moving images.
  • An object of the present invention is to provide a novel imaging apparatus and imaging method that can solve the problems of the prior art.
  • Another object of the present invention is to capture a subject with the output sensitivity required by the user without degrading the image quality when high-quality images are required, and require high output sensitivity. Therefore, it is an object of the present invention to provide an imaging apparatus and an imaging method for imaging a subject with an output sensitivity required by a user while minimizing a decrease in image quality.
  • An imaging apparatus reads a solid-state imaging element that performs photoelectric conversion according to received imaging light, and charges accumulated in the solid-state imaging element every n (n is a natural number) frames, and outputs a CCD output signal.
  • the first mode which is the imaging mode to be output, and the charge accumulated in the solid-state image sensor are read out for each m (m is a natural number) field, and the odd numbered charge adjacent to the read charge in the vertical direction and the even numbered charge Switching means for switching between the second mode, which is an imaging mode for outputting the CCD output signal by adding the charge while changing the combination for each m field, and the imaging device according to the imaging request with low output sensitivity Control that switches the imaging mode of the imaging device to the first mode, and switches the imaging mode of the imaging device to the second mode in response to a request for imaging with high output sensitivity.
  • the imaging method according to the present invention performs photoelectric conversion with a solid-state imaging device in accordance with received imaging light, and changes the charge accumulated in the solid-state imaging device to n (n is a natural number) ) Read out every frame and switch to the first mode, which is an imaging mode that outputs a CCD output signal, and m (m is the charge accumulated in the solid-state imaging device in response to an imaging request with high output sensitivity. (Natural number) An imaging mode that reads out each field and adds the odd-numbered charges adjacent in the vertical direction of the read-out charges and even-numbered charges while changing the combination for each m field and outputs the CCD output signal Switch to the second mode, and take an image.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an imaging apparatus according to the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of the relationship between the first mode and the second mode that are switched according to the gain amount.
  • Figure 3 shows the relationship between the first mode and the second mode, which switch according to the charge accumulation time. It is the figure which showed an example of engagement. '
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of the relationship between the first mode and the second mode that are switched according to the gain amount and the charge accumulation time.
  • FIG. 5A to FIG. 51 are timing charts for explaining the operation of the imaging device when reading the accumulated charges in the first mode in the long-time accumulation mode.
  • FIG. 6 is a diagram showing the state of the imaging apparatus when the rear-out mask signal is in one mouth section.
  • Fig. 7 shows the state of the imaging device when the read-out mask signal is in the ⁇ -interval.
  • FIGS. 8A to 8I are evening charts for explaining the operation of the imaging device when the accumulated charge is read in the second mode in the long-time accumulation mode.
  • an imaging device 20 according to the present invention will be described with reference to FIG.
  • the imaging apparatus 20 includes a CCD imaging device 1, a CD S 2 composed of CDS (Correlated Double Sampling Circuits) 2 a, 2 b, and 2 c, a gain variable amplifier 3, , AZD (Analog to Digital) converter 4, bus switch 5 consisting of bus switches 5 a, 5 b, 5 c, frame memory 6, image signal processing block 7, user interface 8, and CPU (Central Processing) Unit) 9, timing generation circuit 10, and switch 1 1.
  • CDS Correlated Double Sampling Circuits
  • AZD Analog to Digital
  • bus switch 5 consisting of bus switches 5 a, 5 b, 5 c, frame memory 6, image signal processing block 7, user interface 8, and CPU (Central Processing) Unit) 9, timing generation circuit 10, and switch 1 1.
  • the CCD imaging device 1 is a three-plate CCD imaging device having three CCD la, lb, and lc. Although not shown, the CCD imaging device 1 is provided with a dichroic prism that transmits or reflects incident light incident from an imaging lens (not shown) and performs color separation on each CCD la, lb. , Lc are incident R (Red) light, G (Green) light, and B (Blue) light with different wavelength regions separated by the dichroic prism.
  • CCD 1, lb, and lc are two-dimensionally arranged with multiple pixels consisting of photoelectric conversion elements such as photodiodes. The light incident on this photoelectric conversion element is photoelectrically converted in units of pixels, and the amount of light depends on the light quantity.
  • the CCD la, lb, and lc output the charges for each line of the two-dimensional array by transferring the accumulated charges vertically and further horizontally.
  • the charges output from CCD la, lb, and 1c are supplied to CDS 2a, 2b, and 2c as CCD output signals, respectively.
  • Charges stored in CCDs l a, l b, and l c are read out by frame readout or field readout.
  • Frame readout is a method of reading out the charge accumulated in a two-dimensional array of CCDs la, lb, and 1c for 1 frame time, that is, 1/30 second.
  • the charge accumulated in every other odd-numbered (odd line) pixel in the vertical direction of a two-dimensionally arranged photodiode as a CCD output signal corresponding to an odd-field video signal.
  • the charge accumulated in the remaining even-numbered pixels (even lines) is read out as a CCD output signal corresponding to the video signal in the even field.
  • field readout is a method of reading out the charge accumulated in one-field time, that is, 1/60 second, to the photodiodes arranged two-dimensionally in CCDs la, lb, and lc.
  • field readout adjacent odd-line pixels and even-line pixels of two-dimensionally arranged photodiodes are read out, and the added charge is used as the CCD output signal corresponding to the video signal in the odd field.
  • the charge obtained by changing the combination of the odd line and the even line is used as the CCD output signal corresponding to the video signal in the even field.
  • Frame readout has the advantage that the vertical resolution is slightly higher than field readout in which the charge of each pixel is read out independently and added to the output of two pixels.
  • the charge accumulation time in each pixel is 1 to 30 seconds
  • the charge accumulation time in field readout is twice as long as 1/60 seconds.
  • the previous image appears as a residual afterimage, so that the image quality deteriorates due to a so-called frame afterimage.
  • field readout has less frame afterimages because the readout interval of the charge accumulated in each pixel, ie, the charge accumulation time is 1/60 second, which is 1/2 the length of frame readout. Therefore, there is an advantage that the dynamic resolution is superior to the frame reading.
  • field readout adds and outputs the charge of two pixels, so the vertical resolution is inferior to that of frame readout during long exposure, but double charge is read out with the same charge accumulation time, resulting in high sensitivity. There is an advantage that the image can be obtained.
  • the mode in which charges are read from the CCD la, lb, 1c by frame reading is called the first mode
  • the mode in which charges are read by field reading is called the second mode.
  • the accumulation time of the charge accumulated in the two-dimensionally arranged photodiode is the shortest accumulation time in each readout mode. Long time exposure that is several times natural can be performed.
  • the charge accumulation time in the photodiode in frame readout, which is the first mode, can be set to 1 Z 30 seconds X n (n is a natural number), which is the second mode.
  • the charge accumulation time in field readout, can be set to 1/60 seconds Xm (m is a natural number).
  • the imaging device 20 When the imaging device 20 according to the present invention performs long exposure, according to the exposure time specified by the user, the charge is read by the frame reading which is the first mode or the field reading which is the second mode. Whether to read out charges is determined by the CPU 9, and the evening-time generation circuit 10 executes charge reading control corresponding to each mode.
  • CDS 2 a, 2 b and 2 c remove the noise contained in the CCD output signal output from CCD la, lb and lc and generate a video signal.
  • CDS 2 a, 2 b, 2 The video signal from which noise has been removed in c is supplied to the variable gain amplifier 3.
  • the gain variable amplifier 3 adjusts the gain (gain) of the video signal supplied from the CDS 2 a, 2 b, 2 c according to a request from the user input via the user interface 8 described later. For example, if the subject is sufficiently bright, the user may request a low gain to obtain a high-quality image with little noise. If the subject is not bright enough, the noise will Although it increases, it demands that the gain be increased by giving priority to imaging the subject.
  • the video signal whose gain has been adjusted by the variable gain amplifier 3 is supplied to the A / D converter 4.
  • the AZD Comparator 4 converts the analog video signal supplied from the variable gain amplifier 3 into a digital video signal. AZD Comparator 4 outputs the converted digital video signal to bus switch 5.
  • Bus switch 5 controls the output of digital video signal supplied from A / D converter 4 to frame memory 6 and image signal processing block 7 by turning OFF the switch according to the control by timing generation circuit 10. To do.
  • the bus switch 5 is controlled so that the CCD la, lb, 1c is set to OF F during the charge accumulation time, since no charge is read out from each CCD la, lb, 1c during CCD la, lb, 1c.
  • the charge accumulation time is over, it is controlled to be 0 N.
  • the path switch 5 is turned on, the digital video signal output from the A / D comparator 4 is supplied to the frame memory 6 and the image signal processing block 7.
  • the frame memory 6 is a SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory) having a predetermined capacity, and stores a digital video signal supplied from the A / D converter 4 via the path switch 5.
  • the digital video signal stored in the frame memory 6 is a video signal for complementation during the charge accumulation time when performing long exposure, that is, during the period when no charge is read from each CCD la, lb, 1 c. It is.
  • the image signal processing block 7 performs luminance signal processing, color signal processing, contour processing on the digital video signal supplied from the AZD converter 4 via the bus switch 5 or the complementary digital video signal read from the frame memory 6. Performs correction processing and encoding processing, DA converts, and outputs as analog luminance signal and chromaticity signal.
  • the user interface 8 includes an operation button for inputting a request from a user and operating various functions of the imaging device 20, a display unit such as an LCD (Liuid Crystal Display), and the like.
  • a display unit such as an LCD (Liuid Crystal Display), and the like.
  • a GUI Graphic User Interface
  • the user follows the GUI to take an imaging start command, an imaging stop command, etc. Enter.
  • the user interface 8 can input a gain amount for the video signal adjusted by the variable gain amplifier 3 described above.
  • the user interface 8 can also input an exposure time when the imaging device 20 is exposed for a long time.
  • the imaging device 20 is switched to the long exposure mode.
  • the CPU 9 is a control unit that comprehensively controls the imaging device 20.
  • the CPU 9 controls the operation of various functions of the imaging device 20 in accordance with a command input from the user interface 8.
  • the CPU 9 supplies a gain control signal to the gain variable amplifier 3 according to the amount of gain input from the user interface 8, and the gain of the video signal output from the CDS 2a, 2b, 2c. Control to adjust.
  • the CPU 9 performs the first mode or the second mode, which is a mode for reading charges from the CCD la, lb, 1 c according to the gain amount input from the user interface 8.
  • a mode control signal designating any of the above is output to the evening imm generation circuit 10.
  • the CPU 9 uses a table as shown in FIG. 2 and designates a mode for reading charges from C CD 1 a, lb, 1 c according to the gain amount. As shown in Figure 2, CPU 9 has the first gain when the gain is low, 0 dB, 6 dB, and 12 dB. This mode is specified, and the second mode is specified when the gain is as high as 18 dB, 24 dB, or 30 dB.
  • the user specifies a high gain, the subject is not bright enough, and even if it contains a little noise, it seems that they want to capture the subject somehow.
  • the CPU 9 is a first mode or a second mode which is a mode for reading out charges from the CCD la, lb, 1 c according to the charge accumulation time inputted from the user interface 8.
  • a mode control signal that specifies either of these is output to the evening generation circuit 10.
  • the CPU 9 uses a table as shown in FIG. 3 and designates a mode for reading charges from C CD la, lb, 1c according to the charge accumulation time.
  • CPU 9 designates the first mode when the charge accumulation time is relatively short, 1 frame, 2 frames, 4 frames, 8 frames, and 16 frames.
  • the second mode is specified when the charge accumulation time is long, such as a frame, 32 frames or 64 frames.
  • the second mode is the same as the first mode because the CCD la, lb, and 1c odd line charges and the even line charges are added to form even field and odd field digital video signals.
  • the sensitivity is doubled.
  • the CPU 9 specifies that the first mode with lower sensitivity but higher vertical resolution than the second mode because the user may not need much sensitivity when reducing the charge accumulation time. .
  • the second mode that can capture images with high sensitivity is specified although the vertical resolution is low.
  • the CPU 9 performs the first mode or the second mode according to the gain amount.
  • the gain amount and the charge accumulation time are parameterized. It is also possible to specify the first mode or the second mode as evening.
  • the tendency for the first mode and the second mode to be specified is the same as in Fig. 2 and Fig. 3.
  • a second mode is specified that increases sensitivity as the charge accumulation time is increased.
  • Fig. 2, Fig. 3, and Fig. 4 are all examples, and the second mode is designated by CPU 9 as the gain amount increases and the charge accumulation time increases. Except for this, the values may be completely different, and the present invention is not limited by the values shown in FIG. 2, FIG. 3, and FIG.
  • the timing generation circuit 10 generates a lead-out pulse signal (CCD read out pulse) that controls the read timing of the charges accumulated in the CCD la, lb, and 1 c according to the mode control signal output from the CPU 9.
  • CCD read out pulse a lead-out pulse signal
  • the timing generation circuit 10 detects the CCD la, lb, and 1 c photodetectors according to the mode control signal output from the CPU 9.
  • a charge-out mask signal (Readout- Mask) is generated to switch the switch 1 1 so that the lead-out pulse signal is not supplied to C CD 1 a, 1 b, 1 c. To do.
  • timing generation circuit 10 controls ON / OFF of the bus switch 5, writing of the digital video signal to the frame memory 6, and reading of the written digital video signal in the long exposure mode.
  • Such an image pickup device 20 is controlled by the CPU 9 in the first mode in which an image with high vertical resolution is obtained in accordance with an increase in gain amount and an increase in charge accumulation time (exposure time). Switch to the second mode where high image quality can be obtained, and to switch the readout mode for the charges accumulated in CCD la, lb, 1c.
  • the operation of the imaging device 20 when the first mode which is a frame reading mode, is designated by the CPU 9 in the long exposure mode.
  • the operation of the imaging device 20 when the second mode, which is the mode for reading the field, is designated by the CPU 9 in the long exposure mode will be described.
  • FIG. 5A The charge accumulation time for C CD la, 1 b, 1 c is the accumulation time for 3 frames.
  • the frame synchronization signal shown in FIG. 5A is a signal indicating the start of a frame
  • the field 1/2 identification signal shown in FIG. 5B is an odd field in the low period of the pulse signal. This is a pulse signal that indicates that the current field is an even field in the High section.
  • the CCD operation mode shown in Fig. 5C shows how CCD la, lb, and 1c are currently operating.
  • the lead-out mask signal shown in Fig. 5D shows the signal output from the timing generator circuit 10 to the switch 11 and the read-out pulse signal shown in Fig. 5E and Fig. 5F is sent from the timing generator circuit 10 to the switch.
  • This signal is output to C CD 1 a, lb, 1 c via 1 1 and specifies the readout timing of the accumulated charge.
  • the lead-out signal shown in Fig. 5E is a signal supplied to read out charge from the even-numbered photodiodes of CCD la, lb, 1c, and the lead-out signal shown in Fig. 5F is the odd-numbered line. This signal is supplied to read out the charge from the photodiode.
  • FIG. 5G shows an image of the video signal due to the charges read from the CCDs la, 1b, 1c.
  • FIG. 5H shows the operating state of the frame memory 6
  • FIG. 51 shows an image of the video signal input to the image signal processing block 7.
  • the timing generator circuit 10 reads out the odd lines of the CCD la, lb, 1 c photodiodes in the odd field period and C in the even field period.
  • a read-out signal that reads the even line of the photodiode on CD 1a is output.
  • 5E and 5F indicate the phase of the lead-out pulse signal that would be output if the lead-out pulse signal was not masked by the lead-out mask signal. .
  • the timing generation circuit 10 outputs a lead-out mask signal so that the lead-out signal is valid only once every three frames.
  • the lead-out mask signal output from the timing generator circuit 10 is supplied to the switch 11 1 and is restricted so that the lead-out signal is not supplied to the CCD 1 a, l b, and l c in the high period.
  • the lead-out signal is supplied to the CCD la, lb, and 1c via the switch 11 in the section of the mouth of the lead-out mask signal.
  • the signal and the video signal based on the charges accumulated in the even lines are read out every 3 frames.
  • timing generation circuit 10 is in the low section of the lead-out mask signal. Then, the bus switch 5 is controlled to be turned ON, and further, a signal permitting writing of the video signal is output to the frame memory 6 as shown in FIG. 5H.
  • Video signals read from CCD 1 a, lb and 1 c are sent to CDS 2, variable gain amplifier 3, A / D converter 4, and switch 5 as image signals as shown in frame memory 6 and Fig. 5 I. Supplied to processing block 7.
  • FIG. 6 shows the state of the imaging device 20 in the mouth section of the rear mask signal.
  • the readout pulse signal is supplied from the timing generation circuit 10 through the switch 1 1 to the CCDs 1 a, lb, 1 c, the bus switch 5 is also turned on, and the frame memory 6 Is supplied with a write permission signal from the timing generation circuit 10.
  • the timing generation circuit 1 0 controls the bus switch 5 to turn it OFF, and further permits the video signal stored in the frame memory 6 to be read as shown in FIG. 5H. Output a signal.
  • FIG. 7 shows the state of the imaging device 20 in the high section of the rear-out mask signal.
  • the lead-out pulse signal from the timing generator circuit 10 is not supplied to the CCDs 1 a, lb, and 1 c, the bus switch 5 is also turned off, and the timing to the frame memory 6 A read permission signal is supplied from the generation circuit 10.
  • the image processing block 7 stores the charges of the CCD 1 a, 1 b, and lc that have accumulated charges for three frames, and every three frames from the even number lines. In the remaining two frames, the same video signal is supplied from the frame memory 6 to be supplemented.
  • the description of signals shown in FIGS. 8A to 8I corresponds to the description of FIGS.
  • the timing generation circuit 10 reads out the odd lines of the CCD la, lb, 1 c photodiodes in the odd field section, and also in the odd field section.
  • a read-out signal that reads the even line of the C CD 1a photodiode is output.
  • 8E and 8F indicate the phase of the read-out pulse signal that will be output when the read-out pulse signal is not masked by the lead-out mask signal. .
  • the timing generation circuit 10 outputs a reduced mask signal so that the lead-out signal is valid only once in six fields.
  • the lead-out mask signal output from the timing generation circuit 10 is supplied to the switch 11 1 and is restricted so that the lead-out signal is not supplied to the CCDs 1 a, lb and 1 c in the high period.
  • the CCD la, lb, and 1c are supplied with a read-out signal through the switch 11, and as shown in FIG.
  • the video signal and the video signal based on the charges accumulated in the even lines are read and added every 6 fields.
  • timing generation circuit 10 controls the bus switch 5 to 0 N during the low period of the lead-out mask signal, and further permits the video signal to be written to the frame memory 6 as shown in FIG. 8H. Output a signal.
  • the video signals read from CCD la, 1 b and 1 c are converted into image signals via CDS 2, variable gain amplifier 3, A / D converter 4 and switch 5, as shown in frame memory 6 and Fig. 8 I. Supplied to processing block 7.
  • FIG. 6 shows the state of the imaging device 20 in the mouth section of the rear mask signal.
  • the lead-out pulse signal is supplied from the timing generation circuit 10 through the switch 1 1 to the CCDs 1 a, lb, 1 c, and the path switch 5 is also turned on. Is supplied with a write permission signal from the timing generation circuit 10.
  • the timing generation circuit 10 controls the bus switch 5 to 0 FF, and further reads out the video signal stored in the frame memory 6 as shown in FIG. 8H. Output permission signal.
  • FIG. 7 shows the state of the imaging device 20 in the high section of the read-out mask signal.
  • the lead-out pulse signal from the timing generator circuit 10 is not supplied to the CCDs 1 a, lb, 1 c, the bus switch 5 is also turned off, and the frame memory 6 is The read enable signal is supplied from the imming generator circuit 10.
  • the imaging device 20 can read out the charges accumulated in C CD la, lb, and lc in the long exposure mode in the first mode or the second mode.
  • the gain amount is controlled by the gain variable amplifier 3 according to the gain amount input from the user interface 8 by the user.
  • the gain may be adjusted according to the shooting conditions by providing an AGC (Auto Gain Controller).
  • the CPU 9 sends the mode control signal to the timing generation circuit 10 so that the first mode is specified when the gain amount adjusted by the AGC is low, and the second mode is specified when the gain amount is high. Output.
  • the designation of the first mode and the second mode in the imaging device 20 according to the present invention is set to the CPU 9 based on the gain amount input from the user interface 8 and the charge accumulation time. For example, according to the tables shown in Fig. 2, Fig. 3, and Fig. 4. However, the user may specify the first mode or the second mode directly from the user interface 8.
  • the present invention is a first mode that is an imaging mode that reads out charges accumulated in a solid-state imaging element for each frame in response to an imaging request with low output sensitivity.
  • the charge accumulated in the solid-state image sensor is read out for each field, and the odd numbered charges adjacent to the read charge in the vertical direction and the even number
  • the second charge which is an imaging mode that is added and output while changing the combination for each field, is changed to the second mode for imaging, so that the user can achieve the desired output sensitivity. This makes it possible to capture the subject so that an optimal image is obtained.
  • the second mode when the gain of the imaging signal is increased due to insufficient light intensity of the subject.
  • the second mode only requires half the charge accumulation time to achieve the same sensitivity, so images that satisfy the required output sensitivity while suppressing the movement of a moving subject. Can be obtained.
  • the vertical resolution is higher than when shooting in the second mode by switching to the first mode. It is possible to acquire high-quality video.

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Abstract

　本発明は、被写体を撮像する撮像装置であり、受光した撮像光に応じて光電変換を行う固体撮像素子（１）と、固体撮像素子（１）に蓄積された電荷をｎ（ｎは自然数）フレーム毎に読み出す撮像モードである第１のモードと、固体撮像素子（１）に蓄積された電荷をｍ（ｍは自然数）フィールド毎に読み出し、読み出した電荷の垂直方向に隣り合う奇数番目の電荷と、偶数番目の電荷とをｍフィールド毎に組み合わせを変えながら加算して出力する撮像モードである第２のモードとを切り換える切換部（１０）と、低い出力感度での撮像要求に応じて、撮像モードを第１のモードに切り換え、高い出力感度での撮像要求に応じて、撮像モードを第２のモードに切り換えるように切換部（１０）を制御する制御部（９）とを備える。

Description

明細書 撮像装置及び撮像方法 技術分野 本発明は、 固体撮像素子を用いた撮像装置に関し、 さらに詳しくは、 被写体を 高感度で撮像する撮像装置及び撮像方法に関する。
本出願は、 日本国において 2003年 5月 30日に出願された日本特許出願番 号 2003— 1 55677を基礎として優先権を主張するものであり、 この出願 は参照することにより、 本出願に援用される。 背景技術 従来、 固体撮像素子として CCD (Charge Coupled Device) 撮像デバイスを用 いた撮像装置が用いられている。 この種の撮像装置は、 CCD撮像デバイスに蓄 積される電荷の読出しタイミングを制御することで、 C CD撮像デバイスに蓄積 する電荷の電荷蓄積時間を増加させて長時間露光を行い、 高い感度での被写体の 撮像を可能としている。
長時間露光をするために、 C C D撮像デバイスに電荷を蓄積させている間は、 当該 C CD撮像デバイスから電荷を読み出すことができないので、 メモリに一時 的に格納した画像を C C D撮像デバイスの電荷蓄積時間中に出力することで補完 をしている。
長時間露光中における、 画像の補完に関して以下に示すような手法が提案され ている。
まず、 特開平 9 - 1681 18号公報において、 CCD撮像デバイスから 1フ ィ一ルド単位で電荷を読み出し、 メモリ （フィールドメモリ） には、 1フィ一ル ド （ 1偶数フィールド又は 1奇数フィールド） の画像を格納し、 長時間露光中に は、 この 1フィールドの画像をメモリから読み出して補完する手法が提案されて いる
また、 特開平 9一 2 5 2 4 2 3号公報において、 C C D撮像デバイスから、 い わゆるフレーム読出しによって、 1フレーム単位で電荷を読み出し、 メモリ （フ レームメモリ） に 1フレームの画像を格納し、 長時間露光中の、 奇数フィールド の画像を出力する夕イミングでは、 メモリから奇数フィールドの画像を読み出し て補完をし、 偶数フィールドの画像を出力するタイミングでは、 メモリから偶数 フィールドの画像を読み出して補完をする手法が提案されている。
特開平 9 - 1 6 8 1 1 8号公報に記載されている手法は、 偶数フィールド又は 奇数フィ一ルドの画像をフィールドメモリに格納し、 長時間露光時にフィ一ルド メモリに格納された偶数フィ一ルド又は奇数フィールドの画像を読み出して補完 している。 したがって、 インタレース走査を行う現行のテレビジョン規格に基づ いた機器に適用した場合、 長時間露光時の画像は、 偶数フィールドと、 奇数フィ ールドで同一の画像が出力されることになるので、 垂直解像度が半分になってし まい、 動画像に対しては実用的ではないといった問題がある。
また、 特開平 9 - 1 6 8 1 1 8号公報、 特開平 9 - 1 6 8 1 1 8号公報に記載 されている手法のいずれにおいても、 高い感度で被写体を撮像するには、 C C D 撮像デバイスの電荷蓄積時間を長時間にする必要があるため、 動きのある被写体 に対しては振れが大きな映像となってしまう。 このような振れを解消するために ピント調整をしたり明るさの調整を行っても、 長時間露光中には、 蓄積した画像 によって補完をしているため調整に対するタイムラグが生じ、 調整が非常に困難 となり、 感度を上げたとしてもユーザが期待するような画質の映像を取得するこ とができない。 発明の開示 本発明の目的は、 従来の技術が有する問題点を解消することができる新規な撮 像装置及び撮像方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、 高画質な映像を必要とする場合には画質を低下させるこ となく、 ユーザが要求する出力感度で被写体を撮像し、 高い出力感度を必要とす る場合には、 画質の低下を最小限に抑えて、 ユーザが要求する出力感度で被写体 を撮像する撮像装置及び撮像方法を提供することにある。
本発明に係る撮像装置は、 受光した撮像光に応じて光電変換を行う固体撮像素 子と、 固体撮像素子に蓄積された電荷を n ( nは自然数） フレーム毎に読み出し て、 C C D出力信号を出力する撮像モードである第 1のモードと、 固体撮像素子 に蓄積された電荷を m (mは自然数） フィールド毎に読み出し、 読み出した電荷 の垂直方向に隣り合う奇数番目の電荷と、 偶数番目の電荷とを mフィールド毎に 組み合わせを変えながら加算して C C D出力信号を出力する撮像モードである第 2のモードとを切り換える切換手段と、 低い出力感度での撮像要求に応じて、 当 該撮像装置の撮像モ一ドを第 1のモ一ドに切り換え、 高い出力感度での撮像要求 に応じて、 当該撮像装置の撮像モ一ドを第 2のモードに切り換えるように切換手 段を制御する制御手段とを備える。
また、 本発明に係る撮像方法は、 受光した撮像光に応じて固体撮像素子で光電 変換し、 低い出力感度での撮像要求に応じて、 固体撮像素子に蓄積された電荷を n ( nは自然数） フレーム毎に読み出して、 C C D出力信号を出力する撮像モー ドである第 1のモードに切り換え、 高い出力感度での撮像要求に応じて、 固体撮 像素子に蓄積された電荷を m (mは自然数） フィールド毎に読み出し、 読み出し た電荷の垂直方向に隣り合う奇数番目の電荷と、 偶数番目の電荷とを mフィ一ル ド毎に組み合わせを変えながら加算して C C D出力信号を出力する撮像モードで ある第 2のモ一ドに切り換えて撮像する。
本発明の更に他の目的、 本発明によって得られる具体的な利点は、 以下におい て図面を参照して説明される実施の形態の説明から一層明らかにされるであろう。 図面の簡単な説明 図 1は、 本発明に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。
図 2は、 ゲイン量に応じて切り替わる第 1のモ一ド及び第 2のモードの関係の 一例を示した図である。
図 3は、 電荷蓄積時間に応じて切り替わる第 1のモード及び第 2のモードの関 係の一例を示した図である。 '
図 4は、 ゲイン量及び電荷蓄積時間に応じて切り替わる第 1のモード及び第 2 のモードの閧係の一例を示した図である。
図 5 A〜図 5 1は、 長時間蓄積モードにおいて、 第 1のモードで蓄積電荷を読 み出す際の撮像装置の動作について説明するためのタイミングチャートである。 図 6は、 リ一ドアゥトマスク信号が口一区間である場合の撮像装置の様子を示 した図である。
図 7は、 リードァゥトマスク信号が Λィ区間である場合の撮像装置の様子を示 した図である。
図 8A〜Iは、 長時間蓄積モードにおいて、 第 2のモードで蓄積電荷を読み出 す際の撮像装置の動作について説明するための夕イミングチャートである。 発明を実施するための最良の形態 以下、 以下、 本発明に係る撮像装置及び撮像方法を図面を参照にして詳細に 説明する。
まず、 本発明に係る撮像装置 20を図 1を参照して説明をする。
本発明に係る撮像装置 20は、 図 1に示すように、 C CD撮像デバイス 1と、 CDS (Correlated Double Sampling circuit) 2 a , 2 b， 2 cからなる CD S 2と、 ゲイン可変アンプ 3と、 AZD (Analog to Digital) コンバータ 4と、 バススィッチ 5 a, 5 b, 5 cからなるバススィッチ 5と、 フレームメモリ 6と、 画像信号処理ブロック 7と、 ユーザインタフェース 8と、 CPU (Central Proc essing Unit) 9と、 タイミング発生回路 10と、 スィッチ 1 1とを備えている。
C CD撮像デバイス 1は、 3つの CCD l a, l b, l cを備えた 3板式の C CD撮像デバイスである。 図示しないが、 C CD撮像デバイス 1の前段には、 図 示しない撮像レンズから入射した入射光を透過あるいは反射して色分離を行うダ ィクロイツクプリズムが備えられており、 各 CCD l a, l b， l cには、 ダイ クロイツクプリズムで色分離された波長領域が異なる R (Red) 光線、 G (Gree n) 光線、 B (Blue) 光線がそれぞれ入射される。 CCD 1 , l b, l cは、 フォトダイオードなどの光電変換素子からなる複 数の画素が 2次元配列されており、 この光電変換素子で入射した光を画素単位で 光電変換して、 光量に応じた電荷を'蓄積する。 また、 CCD l a, l b, l cは、 蓄積した電荷を垂直転送、 さらに水平転送することで 2次元配列の 1ライン毎に 電荷を出力させる。 CCD l a, l b, 1 cから出力された電荷は、 CCD出力 信号として CD S 2 a， 2 b， 2 cにそれぞれ供給される。
CCD l a, l b， l cに蓄積された電荷は、 フレーム読出し又はフィールド 読出しによって読み出されることになる。
フレーム読出しとは、 CCD l a, l b， 1 cの 2次元配列されたフォトダイ オードに 1フレーム時間、 つまり 1 / 30秒間蓄積された電荷を読み出す手法で ある。 フレーム読出しでは、 奇数フィ一ルドの映像信号に対応した C CD出力信 号として、 2次元配列されたフォトダイォードの垂直方向に 1つおきの奇数番目 (奇数ライン） の画素に蓄積された電荷が読み出され、 偶数フィールドの映像信 号に対応した CCD出力信号として、 残りの偶数番目 （偶数ライン） の画素に蓄 積された電荷が読み出される。
一方、 フィールド読出しとは、 CCD l a, l b， l cの 2次元配列されたフ ォトダイオードに 1フィールド時間、 つまり 1/6 0秒間蓄積された電荷を読み 出す手法である。 フィールド読出しでは、 2次元配列されたフォトダイオードの 隣り合う奇数ラインの画素と、 偶数ラインの画素から読み出され、 加算した電荷 を、 奇数フィールドの映像信号に対応した C CD出力信号とし、 隣り合う奇数ラ インと、 偶数ラインの組み合わせを替えて加算した電荷を偶数フィールドの映像 信号に対応した C C D出力信号としている。
フレーム読出しは、 各画素の電荷を独立して読み出すため、 2画素の電荷を加 算して出力するフィールド読出しと比較して、 垂直解像度が若干高くなるという 利点がある。 また、 フレーム読出しは、 各画素に蓄積される電荷の蓄積時間が 1 ノ 3 0秒というように、 フィールド読出しにおける電荷蓄積時間、 1/60秒の 2倍の長さになっているため、 被写体が動いたり、 撮像装置 20をパンしたりす ると前の画像が残り残像となって現れる、 いわゆるフレーム残像によって、 画質 が劣化してしまうという問題点がある。 これに対し、 フィールド読出しは、 各画素に蓄積された電荷の読出し間隔つま り、 電荷蓄積時間が 1/6 0秒とフレーム読出しの 1/2倍の長さであることか らフレーム残像が少なくなるため、 フレーム読出しより動解像度が優れていると いう利点がある。 また、 フィールド読出しは、 2画素の電荷を加算して出力する ため、 長時間露光時には、 フレーム読出しと比較して垂直解像度は劣るが、 同じ 電荷蓄積時間で倍の電荷が読み出されるため、 高い感度の画像が得られるという 利点がある。
以下の説明において、 CCD l a, l b, 1 cからフレーム読出しにて電荷を 読み出すモードを第 1のモ一ドと呼び、 フィールド読出しにて電荷を読み出すモ —ドを第 2のモードと呼ぶ。
このようにフレーム読出し又はフィールド読出しによって、 蓄積された電荷が 読み出される CCD l a, l b, l cでは、 2次元配列されだフォトダイオード に蓄積させる電荷の蓄積時間を、 それぞれの読出しモードにおける最短蓄積時間 の自然数倍にした長時間露光を行うことができる。
つまり、 第 1のモードであるフレーム読出しでは、 フォトダイオードに蓄積さ せる電荷の蓄積時間を 1 Z 3 0秒 X n (nは、 自然数） とすることができ、 第 2 のモ一ドであるフィールド読出しでは、 同様に電荷の蓄積時間を 1/6 0秒 Xm (mは、 自然数） とすることができる。
長時間露光を行うと、 光量の少ない条件において、 動きの少ない被写体をより 高画質で撮像したり、 光量不足で本来なら写らない被写体を感度を上げて撮像し たりすることができる。 しかし、 動きの多い被写体に対して長時間露光すると、 残像が生じ画質が劣化してしまう。
本発明に係る撮像装置 20で長時間露光する場合、 ユーザから指定される露光 時間に応じて、 第 1のモードであるフレーム読出しで電荷を読み出すのか、 第 2 のモードであるフィ一ルド読出しによって電荷を読み出すのかが C PU 9によつ て決定され、 夕イミング発生回路 1 0によって各モードに応じた電荷の読出制御 が実行される。
C D S 2 a , 2 b, 2 cは、 CCD l a, l b, l cから出力された C CD出 力信号に含まれるノイズを除去しビデオ信号を生成する。 CDS 2 a, 2 b， 2 cでノイズが除去されたビデオ信号は、 ゲイン可変アンプ 3に供給される。
ゲイン可変アンプ 3は、 CDS 2 a, 2 b， 2 cから供給されたビデオ信号の ゲイン （利得） を、 後述するユーザインタフェース 8を介して入力されるユーザ からの要求に応じて調整する。 例えば、 ユーザは、 被写体に十分な明るさがある 場合、 ノイズの少ない高画質な画像を取得するために、 ゲインを低くするよう要 求し、 被写体の明るさが不足している場合、 ノイズが多くなるが被写体を撮像す ることを優先してゲインを高くするよう要求する。
ゲイン可変アンプ 3でゲイン調整がなされたビデオ信号は、 A/Dコンバータ 4に供給される。
AZDコンパ一夕 4は、 ゲイン可変アンプ 3から供給されたアナログのビデオ 信号をデジタルビデオ信号に変換する。 AZDコンパ一夕 4は、 変換したデジ夕 ルビデオ信号をバススィツチ 5に出力する。
バススィッチ 5は、 タイミング発生回路 10による制御に応じて、 スィッチを 〇N、 OFFし、 A/Dコンバータ 4から供給されるデジタルビデオ信号のフレ ームメモリ 6及び画像信号処理ブロック 7への出力を制御する。
バススィッチ 5は、 CCD l a, l b， 1 cで長時間露光を行う際、 電荷蓄積 時間中は、 各 CCD l a, l b, 1 cからは電荷が読み出されないため OF Fと なるように制御され、 電荷蓄積時間が終了すると 0 Nとなるように制御される。 パススィツチ 5が ONとなると、 A/Dコンパ一夕 4から出力されたデジ夕ルビ デォ信号は、 フレームメモリ 6及び画像信号処理ブロック 7に供給される。
フレームメモリ 6は、 所定の容量の SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory) であり、 A/Dコンバータ 4からパススィッチ 5を介して供給 されるデジタルビデオ信号が格納される。 フレームメモリ 6に格納されるデジタ ルビデオ信号は、 長時間露光を行う際の電荷蓄積時間中、 つまり、 各 CCD l a, l b, 1 cから電荷の読出しがない期間に、 補完をするためのビデオ信号である。 画像信号処理ブロック 7は、 AZDコンバータ 4からバススィツチ 5を介して 供給されるデジタルビデオ信号又はフレームメモリ 6から読み出された補完用の デジタルビデオ信号に対して、 輝度信号処理、 色信号処理、 輪郭補正処理、 ェン コード処理を施し、 DA変換してアナログの輝度信号と、 色度信号として出力す る。
ユーザインタフェース 8は、 ュ一ザからの要求を入力し、 当該撮像装置 20の 各種機能を操作する操作ポタンや、 LCD (Li uid Crystal Display) といった 表示部などを備えている。 例えば、 LCDには、 当該撮像装置 20の各種機能の 操作を支援する GU I (Graphic User Interface) が表示され、 ュ一ザはこの G U Iに従って、 撮像を開始する撮像開始コマンドや、 撮像停止コマンドなどを入 力する。
また、 ユーザインタフェース 8からは、 上述したゲイン可変アンプ 3で調整す るビデオ信号に対するゲイン量を入力することができる。
さらにまた、 ユーザインタフェース 8からは、 当該撮像装置 20が長時間露光 する場合の露光時間を入力することもできる。 ユーザは、 ュ一ザインタフエース 8から入力する露光時間として、 C CD撮像デバイス 1の C CD 1 a, l b, 1 cのフォトダイォードに蓄積させる電荷の電荷蓄積時間をフレーム数で指定する ことになる。 例えば、 1フレームは 1Z30秒なので 3フレームとすると電荷蓄 積時間は、 1 / 30秒 X 3 = 1 / 10秒となる。
ユーザィンタフエース 8からュ一ザによって電荷蓄積時間が指定されると当該 撮像装置 20は、 長時間露光モードに切り替わる。
CPU 9は、 当該撮像装置 20を統括的に制御する制御部である。 CPU 9は、 ユーザィン夕フエ一ス 8から入力されるコマンドに応じて、 当該撮像装置 20の 各種機能の動作を制御する。
CPU9は、 ユーザインタフエ一ス 8から入力されるゲイン量に応じて、 ゲイ ン可変アンプ 3にゲインコントロール信号を供給し、 CDS 2 a， 2 b, 2 cか ら出力されるビデオ信号のゲインを調整するように制御する。 また、 CPU9は、 ユーザインタフエ一ス 8から入力されるゲイン量に応じて、 CCD l a, l b, 1 cから電荷を読み出すモ一ドである第 1のモ一ド又は第 2のモ一ドのいずれか を指定するモ一ドコントロール信号を夕イミング発生回路 1 0に出力する。
CPU9は、 例えば、 図 2に示すようなテーブルを用い、 ゲイン量に応じて C CD 1 a, l b， 1 cから電荷を読み出すモードを指定する。 図 2に示すように、 CPU 9は、 ゲイン量が 0 dB、 6 dB、 12 d Bと低ゲインの場合には、 第 1 のモードを指定し、 1 8 dB、 24 dB、 3 0 d Bと高ゲインの場合には第 2の モードを指定するようになっている。
これは、 ユーザが、 低ゲインを指定するということは、 被写体に十分な明るさ があり、 高画質な映像を希望していると考えられるため、 垂直解像度の高い第 1 のモ一ドを指定する。
また、 ユーザが、 高ゲインを指定するということは、 被写体の明るさが不足し ており、 多少のノイズが含まれても、 なんとかして被写体を撮像したいと希望し ていると考えられるため、 垂直解像度は落ちるが高い感度で撮像できる第 2のモ ードを指定する。 また、 高ゲインとすると、 非常にノイズが多くなるため、 垂直 解像度が劣化してもあまり目立たないので第 2のモードが有効となる。
さらにまた、 CPU 9は.、 ユーザインタフェース 8から入力される電荷蓄積時 間に応じて、 CCD l a, l b, 1 cから電荷を読み出すモ一ドである第 1のモ 一ド又は第 2のモードのいずれかを指定するモ一ドコント口一ル信号を夕イミン グ発生回路 1 0に出力する。
C PU9は、 例えば、 図 3に示すようなテーブルを用い、 電荷蓄積時間に応じ て C CD l a, l b, 1 cから電荷を読み出すモードを指定する。 図 3に示すよ うに、 CPU 9は、 電荷蓄積時間が 1フレーム、 2フレーム、 4フレーム、 8フ レームと電荷蓄積時間が比較的少ない場合には、 第 1のモードを指定し、 1 6フ レーム、 3 2フレーム、 64フレームと電荷蓄積時間が長時間である場合には、 第 2のモードを指定するようになっている。 第 2のモードは、 CCD l a, l b， 1 cの奇数ラインの電荷と、 偶数ラインの電荷とを加算して偶数フィールド及び 奇数フィールドのデジタルビデオ信号としているので、 第 1のモ一ドと同じ電荷 蓄積時間とした場合、 感度が倍になる。
そこで、 CPU 9は、 ユーザが、 電荷蓄積時間を少なくする場合は、 感度をあ まり求めていないと考えられるため、 第 2のモードより感度は低いが垂直解像度 の高い第 1のモードを指定する。 また、 ユーザが電荷蓄積時間を多くする場合は、 高い感度の映像を求めていると考えられるため、 垂直解像度は落ちるが、 高い感 度で撮像できる第 2のモードを指定する。
また、 CPU 9は、 上述したようにゲイン量に応じた第 1のモード又は第 2の モードの指定、 電荷蓄積時間に応じた第 1のモード又は第 2のモ一ドの指定を単 独で行うだけでなく、 例えば、 図 4に示すようにゲイン量及び電荷蓄積時間をパ ラメ一夕として第 1のモード又は第 2のモ一ドを指定することも行う。
図 4に示すように、 第 1のモード、 第 2のモードが指定される傾向は、 図 2及 び図 3に準じており、 ゲイン量を高くするほど高い感度が得られる第 2のモ一ド が指定され、 電荷蓄積時間を増やすほど高い感度が得られる第 2のモ一ドが指定 されるようになつている。
ところで、 一般的に C CDに長時間電荷を蓄積させた場合、 暗電流による影響 は大きくなるが、 当該 CCDが備える 2次元配列されたフォトディテクタの奇数 ラインと、 偶数ラインとでは、 喑電流の影響が異なることが非常に多い。 これは、 CCDの構造などに起因しており、 奇数ラインと、 偶数ラインにおいて喑電流に よる影響が異なっていると、 それぞれから読み出された電荷によって決まる映像 信号のダ一クレベルも大幅に異なることになる。 したがって、 このような CD D に長時間蓄積された電荷を、 第 1のモードによって読み出した場合、 ダークレべ ルの激しい変動により、 非常に見苦しい映像が出力されることになる。 このよう な現象は、 ゲイン量を高くするとより顕著となることが分かっている。
したがって、 図 4に示すように、 ゲイン量及び電荷蓄積時間によって第 1のモ ードと、 第 2のモードとを切り替えられるようにすると、 このような CCDの構 造上の特性によって生ずる問題にも対処可能となり、 よりきめ細かく、 最適な感 度の映像を取得することができる。
なお、 図 2、 図 3、 図 4に示した値は、 全て一例であって、 ゲイン量の増加、 電荷蓄積時間の増加に伴って C P U 9によって第 2のモ一ドが指定される傾向と すること以外、 全く異なる値でもよく、 図 2、 図 3、 図 4に示した値によって本 発明が限定されるものではない。
タイミング発生回路 10は、 CPU 9から出力されたモードコントロール信号 に応じて、 CCD l a, l b, 1 cに蓄積された電荷の読出しタイミングを制御 するリードアウトパルス信号 （CCD read out pulse) を発生し、 CCD l a, 1 b, 1 cに供給する。
C CD 1 a, l b, 1 cの 2次元配列されたフォトディテクタに蓄積された電 荷を垂直転送、 水平転送して取り出す垂直駆動パルス φν、 水平駆動パルス φΗ も、 タイミング発生回路 1 0から供給される。
また、 当該撮像装置 2 0において、 長時間露光する長時間露光モードとなった 場合、 タイミング発生回路 1 0は、 CPU9から出力されたモードコントロール 信号に応じて、 CCD l a, l b, 1 cのフォトディテクタにユーザから指定さ れた時間だけ電荷を蓄積させるため、 リードアウトパルス信号が C CD 1 a， 1 b , 1 cに供給されないようスィツチ 1 1を切り替えるリ一ドアゥトマスク信号 (Readout— Mask) を発生する。
さらに、 タイミング発生回路 1 0は、 長時間露光モードにおいて、 バススイツ チ 5の ON、 OFFの制御、 フレームメモリ 6へのデジタルビデオ信号の書込み、 書き込まれたデジタルビデオ信号の読出しの制御を行う。
このような撮像装置 2 0は、 CPU 9の制御によって、 ゲイン量の増加、 電荷 蓄積時間 （露光時間） の増加に応じ、 垂直解像度の高い映像が得られる第 1のモ ードから、 感度の高い映像が得られる第 2のモードへと、 CCD l a, l b， 1 cに蓄積された電荷の読出しモードを切り替える。
続いて、 図 5、 図 8に示すタイミングチャートを用いて、 長時間露光モードに おいて、 フレーム読出しをするモードである第 1のモードが CPU 9によって指 定された場合の撮像装置 20の動作、 及び、 同じく長時間露光モードにおいて、 フィ一ルド読出しをするモ一ドである第 2のモードが C PU 9によって指定され た場合の撮像装置 20の動作について説明をする。
まず、 図 5A〜図 5 1に示す夕イミングチャートを用いて、 第 1のモードが指 定された場合の撮像装置 2 0の動作について説明をする。 なお、 C CD l a, 1 b， 1 cに蓄積される電荷の蓄積時間は、 3フレーム分の蓄積時間とする。
図 5 Aに示すフレーム同期信号は、 フレームの開始を示す信号であり、 図 5 B に示すのフィールド 1/2識別信号は、 当該パルス信号のロー （Low) 区間におい て現在、 奇数フィールドであることを示し、 ハイ （High) 区間において、 現在、 偶数フィールドであることを示すパルス信号である。 図 5 Cに示す CCD動作モ ードは、 CCD l a, l b， 1 cが現在どのような動作をしているかを示してい る。 図 5 Dに示すリードアウトマスク信号は、 タイミング発生回路 1 0からスイツ チ 1 1に出力される信号を示し、 図 5 E及び図 5 Fのリードァゥトパルス信号は、 タイミング発生回路 1 0からスィッチ 1 1を介して C CD 1 a， l b, 1 cに出 力され、 蓄積された電荷の読出しタイミングを指定する信号である。 図 5 Eに示 すリードアウト信号は、 CCD l a, l b, 1 cの偶数ラインのフォトダイォー ドから電荷を読み出すために供給される信号であり、 図 5 Fに示すリードアウト 信号は、 奇数ラインのフォトダイォードから電荷を読み出すために供給される信 号である。
図 5 Gは、 CCD l a, 1 b , 1 cから読み出された電荷による映像信号のィ メ一ジを示している。 図 5Hは、 フレームメモリ 6の動作状態について示してお り、 図 5 1は、 画像信号処理ブロック 7に入力される映像信号のイメージを示し ている。
図 5 E、 図 5 Fに示すように、 タイミング発生回路 1 0からは、 奇数フィール ド区間において、 CCD l a, l b, 1 cのフォトダイオードの奇数ラインを読 み出し、 偶数フィールド区間において、 C CD 1 aのフォトダイオードの偶数ラ インを読み出すリードァゥト信号が出力されている。
なお、 図 5 E、 図 5 Fに点線として示した箇所は、 リードアウトマスク信号に よってリードアウトパルス信号がマスクされなかつた場合に出力されるであろう リードァゥトパルス信号の位相を示している。
また、 図 5 Dに示すように、 タイミング発生回路 1 0は、 リードアウト信号が 3フレームに 1回だけ有効となるようにリードアウトマスク信号を出力している。 タイミング発生回路 1 0から出力されたリードアウトマスク信号は、 スィッチ 1 1に供給され、 ハイ区間においてリードアウト信号が CCD 1 a， l b, l cに 供給されないように制限をかけている。
これにより、 リードアウトマスク信号の口一区間において、 CCD l a, l b， 1 cにはスィツチ 1 1を介してリードァゥト信号が供給され、 図 5 Gに示すよう に奇数ラインに蓄積された電荷による映像信号及び偶数ラインに蓄積された電荷 による映像信号がそれぞれ 3フレーム毎に読み出されるようになる。
また、 タイミング発生回路 1 0は、 リードアウトマスク信号のロー区間におい て、 バススィッチ 5を制御して ONにし、 さらに、 図 5 Hに示すようにフレーム メモリ 6へ映像信号の書込みを許可する信号を出力する。
C C D 1 a , l b， 1 cから読み出された映像信号は、 C D S 2、 ゲイン可変 アンプ 3、 A/Dコンバータ 4、 スィッチ 5を介して、 フレームメモリ 6及び図 5 Iに示すように画像信号処理ブロック 7に供給される。
リ一ドアゥトマスク信号の口一区間における撮像装置 2 0の様子を図 6に示す。 リードアゥトマスク信号のロー区間においては、 タイミング発生回路 1 0から、 スィッチ 1 1を介してリードアウトパルス信号が CCD 1 a, l b, 1 cに供給 され、 バススィッチ 5も ONとなり、 フレームメモリ 6には、 タイミング発生回 路 1 0より書込許可信号が供給される。
一方、 リードアウトマスク信号の八ィ区間において、 タイミング発生回路 1 0 は、 バススィッチ 5を制御して O F Fにし、 さらに図 5 Hに示すようにフレーム メモリ 6に格納された映像信号の読出しを許可する信号を出力する。
これにより、 画像信号処理プロック 7への AZDコンバ一夕 4からの供給は遮 断され、 フレームメモリ 6に格納されている映像信号が読み出され、 画像信号処 理ブロック 7へ供給される。
リ一ドアゥトマスク信号のハイ区間における撮像装置 2 0の様子を図 7に示す。 リードアウトマスク信号のハイ区間においては、 タイミング発生回路 1 0からの リードアウトパルス信号が C CD 1 a, l b， 1 cには供給されず、 バススイツ チ 5も OFFとなり、 フレームメモリ 6にはタイミング発生回路 1 0より読出し 許可信号が供給される。
このようにして、 タイミング発生回路 1 0の制御により、 画像処理ブロック 7 には、 3フレーム分の電荷を蓄積した C CD 1 a, 1 b , l cの奇数ライン、 偶 数ラインからそれぞれ 3フレーム毎に読み出された電荷による映像信号が供給さ れ、 残りの 2フレームにおいては、 同じ映像信号がフレームメモリ 6から補完さ れるベく供給される。
次に、 図 8 A〜図 8 Iに示すタイミングチャートを用いて、 第 2のモードが指 定された場合の撮像装置 20の動作について説明をする。 なお、 CCD l a, 1 b, 1 cに蓄積される電荷の蓄積時間は、 3フレーム分 （= 6フィールド分） の 蓄積時間とする。 図 8 A〜図 8 Iに示す信号の説明は、 図 5A〜 Iの説明に対応 するものであるので、 詳細は省略する。
図 8 E、 図 8 Fに示すように、 タイミング発生回路 1 0からは、 奇数フィール ド区間において、 CCD l a, l b, 1 cのフォトダイオードの奇数ラインを読 み出し、 同じく奇数フィールド区間において、 C CD 1 aのフォトダイオードの 偶数ラインを読み出すリードァゥト信号が出力されている。
なお、 図 8 E、 図 8 Fに点線として示した箇所は、 リードアウトマスク信号に よってリードァゥトパルス信号がマスクされなかった場合に出力されるであろう リードァゥトパルス信号の位相を示している。
また、 図 8 Dに示すように、 タイミング発生回路 1 0は、 リードアウト信号が 6フィールドに 1回だけ有効となるようにリ一ドアゥトマスク信号を出力してい る。 タイミング発生回路 1 0から出力されたリードアウトマスク信号は、 スイツ チ 1 1に供給され、 ハイ区間においてリードアウト信号が C CD 1 a , l b, 1 cに供給されないように制限をかけている。
これにより、 リードアウトマスク信号のロー区間において、 CCD l a, l b， 1 cにはスィツチ 1 1を介してリ―ドアゥト信号が供給され、 図 8 Gに示すよう に奇数ラインに蓄積された電荷による映像信号及び偶数ラインに蓄積された電荷 による映像信号が 6フィールド毎に読み出され加算される。
また、 タイミング発生回路 1 0は、 リードアウトマスク信号のロー区間におい て、 バススィッチ 5を制御して〇Nにし、 さらに、 図 8 Hに示すようにフレーム メモリ 6へ映像信号の書込みを許可する信号を出力する。
CCD l a, 1 b , 1 cから読み出された映像信号は、 CDS 2、 ゲイン可変 アンプ 3、 A/Dコンバータ 4、 スィツチ 5を介して、 フレームメモリ 6及び図 8 Iに示すように画像信号処理ブロック 7に供給される。
リ一ドアゥトマスク信号の口一区間における撮像装置 20の様子を図 6に示す。 リードアウトマスク信号のロー区間においては、 タイミング発生回路 1 0から、 スィッチ 1 1を介してリードアウトパルス信号が C CD 1 a， l b, 1 cに供給 され、 パススィッチ 5も ONとなり、 フレームメモリ 6には、 タイミング発生回 路 1 0より書込許可信号が供給される。 一方、 リードアウトマスク信号のハイ区間において、 タイミング発生回路 1 0 は、 バススィッチ 5を制御して 0 F Fにし、 さらに、 図 8 Hに示すようにフレー ムメモリ 6に格納された映像信号の読出しを許可する信号を出力する。
これにより、 画像信号処理ブロック 7への AZDコンバータ 4からの供給は遮 断され、 フレームメモリ 6に格納されている映像信号が読み出され、 画像信号処 理ブロック 7へ供給される。
リードアゥトマスク信号のハイ区間における撮像装置 2 0の様子を図 7に示す。 リードアウトマスク信号のハイ区間においては、 タイミング発生回路 1 0からの リードアウトパルス信号が C CD 1 a , l b, 1 cには供給されず、 バススイツ チ 5も OFFとなり、 フレームメモリ 6には夕イミング発生回路 1 0より読出許 可信号が供給される。
このようにして、 タイミング発生回路 1 0の制御により、 画像処理ブロック 7 には、 3フレ一ム分 （= 6フィールド分） の電荷を蓄積した C CD 1 a， l b, 1 cの奇数ラインと偶数ラインとから、 6フィ一ルド毎に読み出され加算された 電荷による映像信号が供給され、 残りの 5フィールドにおいては、 同じ映像信号 がフレームメモリ 6から補完されるべく供給される。
このようにして、 撮像装置 20は、 長時間露光モードにおいて、 C CD l a, l b， l cに蓄積された電荷を、 第 1のモード又は第 2のモードによって読み出 すことができる。
なお、 本発明に係る撮像装置 20では、 ゲイン量の調整は、 ユーザによってュ —ザィンタフエース 8から入力されたゲイン量に応じて、 ゲイン可変アンプ 3に よって制御するようにしたが、 ゲイン可変アンプ 3に代えて、 AGC (Auto Gai n Controller) を備えることで撮影条件などによってゲインを調整するようにし てもよい。 CPU 9は、 AGCによって調整されたゲイン量が低い場合、 第 1の モードが指定され、 ゲイン量が高い場合、 第 2のモードが指定されるようにモー ドコントロール信号をタイミング発生回路 1 0に出力する。
さらにまた、 本発明に係る撮像装置 20における第 1のモード、 第 2のモード の指定は、 ュ一ザインタフェース 8から入力されるゲイン量、 電荷蓄積時間に基 づいて C PU 9に設定された、 例えば、 図 2、 図 3、 図 4で示したテーブルによ つて規定されるポリシ一により自動的に行うようにしているが、 ユーザィンタフ エース 8より直接、 ユーザが第 1のモード又は第 2のモ一ドを指定するようにし てもよい。
なお、 本発明は、 図面を参照して説明した上述の実施例に限定されるものでは なく、 添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、 様々な変更、 置換又 はその同等のものを行うことができることは当業者にとって明らかである。 産業上の利用可能性 上述したように、 本発明は、 低い出力感度での撮像要求に応じて、 固体撮像素 子に蓄積された電荷をフレーム毎に読み出す撮像モ一ドである第 1のモ一ドに切 り換え、 高い出力感度での撮像要求に応じて、 固体撮像素子に蓄積された電荷を フィ一ルド毎に読み出し、 読み出した電荷の垂直方向に隣り合う奇数番目の電荷 と、 偶数番目の電荷とをフィ一ルド毎に組み合わせを変えながら加算して出力す る撮像モ一ドである第 2のモードに切り換えて撮像するようにしているので、 ュ 一ザが所望する出力感度で、 最適な映像となるように被写体を撮像することが可 能となる。
例えば、 被写体の光量が不十分なため撮像信号の利得を上げた場合に、 第 2の モードに切り換える。 第 2のモードは、 第 1のモードと比較して、 同じ感度とな る電荷蓄積時間が半分でよいため、 動きのある被写体の振れを抑制しながら、 要 求される出力感度も満たした映像を取得することが可能となる。
また、 被写体の光量が十分であるため感度を特に高くする必要がない場合に、 第 1のモ一ドに切り換えることで、 第 2のモ一ドで撮像した場合よりも垂直解像 度の高い高画質な映像を取得することが可能となる。
さらにまた、 固体撮像素子において電荷を蓄積させる電荷蓄積時間を多くして 出力感度を上げる場合に、 第 2のモードに切り換えることで、 第 1のモードにし たときと同じ電荷蓄積時間で倍の出力感度、 つまり、 電荷蓄積時間を半分とする ことができる。 したがって、 動きのある被写体の振れによる画質の劣化を光学調 整することで最小限にしながら、 要求される出力感度の映像を取得することが可 能となる。

Claims

請求の範囲
1 . 受光した撮像光に応じて光電変換を行う固体撮像素子と、
上記固体撮像素子に蓄積された電荷を n ( nは自然数） フレーム毎に読み出し て C C D出力信号を出力する撮像モードである第 1のモ一ドと、 上記固体撮像素 子に蓄積された電荷を m (mは自然数） フィールド毎に読み出し、 読み出した電 荷の垂直方向に隣り合う奇数番目の電荷と、 偶数番目の電荷とを mフィールド每 に組み合わせを変えながら加算して C C D出力信号を出力する撮像モードである 第 2のモ一ドとを切り換える切換手段と、
低い出力感度での撮像要求に応じて、 当該撮像装置の撮像モ一ドを上記第 1の モードに切り換え、 高い出力感度での撮像要求に応じて、 当該撮像装置の撮像モ ―ドを上記第 2のモードに切り換えるように上記切換手段を制御する制御手段と を備えることを特徴とする撮像装置。
2 . 上記固体撮像素子から出力される撮像信号の利得を調整する利得調整手段を 備え、
上記制御手段は、 上記利得調整手段によって調整される上記利得に応じて、 当 該撮像装置の撮像モ一ドを上記第 1のモ一ド又は上記第 2のモ一ドのいずれかに 切り換えるよう上記切換手段を制御することを特徴とする請求の範囲第 1項記載 の撮像装置。
3 . 上記制御手段は、 上記固体撮像素子に蓄積される上記電荷の蓄積時間に応じ て、 当該撮像装置の撮像モ一ドを上記第 1のモ一ド又は上記第 2のモ一ドのいず れかに切り換えるよう上記切換手段を制御することを特徴とする請求の範囲第 1 項記載の撮像装置。
4 . 受光した撮像光に応じて固体撮像素子で光電変換し、
低い出力感度での撮像要求に応じて、 上記固体撮像素子に蓄積された電荷を n ( nは自然数） フレーム毎に読み出して C C D出力信号を出力するする撮像モー ドである第 1のモードに切り換え、
高い出力感度での撮像要求に応じて、 上記固体撮像素子に蓄積された電荷を m (mは自然数） フィールド毎に読み出し、 読み出した電荷の垂直方向に隣り合う 奇数番目の電荷と、 偶数番目の電荷とを mフィールド毎に組み合わせを変えなが ら加算して C C D出力信号を出力する撮像モ一ドである第 2のモードに切り換え て撮像する
ことを特徴とする撮像方法。
5 . 上記固体撮像素子から出力される撮像信号の利得を調整し、 調整された上記 利得に応じて、 撮像モ一ドを上記第 1のモード又は上記第 2のモ一ドのいずれか に切り換えて撮像することを特徴とする請求の範囲第 4項記載の撮像方法。
6 . 上記固体撮像素子に蓄積される上記電荷の蓄積時間に応じて、 撮像モードを 上記第 1のモ一ド又は上記第 2のモードのいずれかに切り換えて撮像することを 特徴とする請求の範囲第 4項記載の撮像方法。
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