JP2011097204A - Imaging apparatus - Google Patents
Imaging apparatus Download PDFInfo
- Publication number
- JP2011097204A JP2011097204A JP2009247200A JP2009247200A JP2011097204A JP 2011097204 A JP2011097204 A JP 2011097204A JP 2009247200 A JP2009247200 A JP 2009247200A JP 2009247200 A JP2009247200 A JP 2009247200A JP 2011097204 A JP2011097204 A JP 2011097204A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- photodiode
- imaging
- exposure
- image
- signal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Studio Devices (AREA)
Abstract
【課題】周期的に発光量が変動する光源を照明として利用する撮影環境下でローリングシャッタ方式のCMOS撮像素子を用いて撮影を行った際に発生する縞状のフリッカを効率よく検出したり、高精度に抑圧したりすることができる撮像装置を実現すること。
【解決手段】1つの撮像素子上に被写体の撮影を行うための第1のフォトダイオードと、光源の発光強度の変動を検出するための第2のフォトダイオードを配し、該第1のフォトダイオードと該第2のフォトダイオードの露光時間を個別に設定することが可能な手段を有する撮像素子を撮像装置の撮像手段としてもちいることと、該撮像素子の第2のフォトダイオードのから取得したフリッカの特徴量によって第1のフォトダイオードで取得した被写体の撮像信号を補正する手段を該撮像装置に持たせることを特徴とする。
【選択図】図1An object of the present invention is to efficiently detect striped flicker that occurs when shooting is performed using a rolling shutter-type CMOS imaging device in a shooting environment in which a light source whose light emission varies periodically is used as illumination, To realize an imaging device capable of highly accurate suppression.
A first photodiode for photographing a subject and a second photodiode for detecting a change in light emission intensity of a light source are arranged on one image sensor, and the first photodiode is arranged. And an imaging device having means capable of individually setting the exposure time of the second photodiode as imaging means of the imaging device, and flicker obtained from the second photodiode of the imaging device The image pickup apparatus is provided with means for correcting the image pickup signal of the subject acquired by the first photodiode based on the feature amount.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は撮像装置に係る。 The present invention relates to an imaging apparatus.
本技術分野の背景技術として、例えば、特開2008−147713号公報(特許文献1)がある。該公報には「[課題]撮像素子を用いて画像を撮像する撮像装置において、時間を掛けずにフリッカ周波数を判定できるようにすること。[解決手段]撮像素子(4)を用いて画像を撮像する撮像装置において、前記撮像素子の予め設定された領域から、複数の周波数にそれぞれ対応する複数の異なる時間差で、それぞれ2周期分ずつ同じ電荷蓄積時間の電気信号を順次読み出す読み出し(S21、S23、S28)、前記読み出し工程で読み出した前記2周期分の電気信号の差が、1つの時間差について予め設定された範囲内であって、且つ、少なくとも1つの他の時間差について予め設定された範囲外である場合に(S22、S24、S29)、前記予め設定された範囲内となる時間差に対応する周波数を前記フリッカの周波数として判定する(S25)。」と記載されている(要約参照)。 As background art of this technical field, for example, there is JP-A-2008-147713 (Patent Document 1). In this publication, “[Problem] In an imaging apparatus that captures an image using an image sensor, it is possible to determine the flicker frequency without taking time. [Solution] An image is captured using the image sensor (4). In the imaging device for imaging, readout is performed to sequentially read out electrical signals having the same charge accumulation time for two periods at a plurality of different time differences respectively corresponding to a plurality of frequencies from a preset region of the imaging element (S21, S23). S28), the difference between the electrical signals for the two periods read in the reading step is within a range set in advance for one time difference, and out of the range set in advance for at least one other time difference. (S22, S24, S29), the frequency corresponding to the time difference within the preset range is determined as the flicker frequency. To (S25). "Is described as (see Abstract).
撮影フォーマットがHigh‐Definition(一般的にHDと表記される)のビデオカメラや画素数の多いデジタルスチルカメラでは、高速読み出しに適したCMOS撮像素子が好適な撮像デバイスとされている。一般的なCMOS撮像素子は、ライン単位で露光時間がシフトするローリングシャッタ動作により駆動されるため、周期的に照明の発光強度が変動する撮影環境下において、シャッタスピードと照明の点滅強度の変動周期が同期しない場合に、ライン単位の露光斑が発生し、動画撮影時のラインフリッカ(静止画撮影時ではライン単位の露光斑)となって画質を低下させてしまうことがあった。そのため、CMOS撮像素子を用いた撮像装置においては、かかる問題を解決するために露光斑の発生を予測して低減することが求められている。 In a video camera with a shooting format of High-Definition (generally expressed as HD) and a digital still camera with a large number of pixels, a CMOS imaging device suitable for high-speed reading is regarded as a suitable imaging device. Since a general CMOS image sensor is driven by a rolling shutter operation in which an exposure time is shifted in units of lines, in a shooting environment in which the illumination intensity varies periodically, the shutter speed and the illumination flashing intensity variation period In the case where the images are not synchronized with each other, an exposure spot is generated in line units, which may cause line flicker during moving image shooting (exposure spots in line units during still image shooting), thereby degrading image quality. Therefore, in an imaging apparatus using a CMOS imaging element, it is required to predict and reduce the occurrence of exposure spots in order to solve such a problem.
問題を解決するための従来技術としては、特許文献1には被写体を撮影する前にラインフリッカの周波数を検出するためにCMOS撮像素子を特殊な駆動パターンで駆動する予備撮影を行いフリッカの有無を検出して対応する技術が記載されている。 As a prior art for solving the problem, Japanese Patent Laid-Open No. 2004-228867 discloses pre-shooting that drives a CMOS image sensor with a special drive pattern in order to detect the line flicker frequency before shooting a subject, and determines the presence or absence of flicker. Techniques to detect and respond are described.
しかしながら実際の照明で発生する発光強度の変動は複雑な波形を示すことが多いため、動画撮影時にラインフリッカを良好に抑圧する為には、ラインフリッカの周波数を判定するだけではなく、リアルタイムでラインごとにラインフリッカの補正量を算出して対処できるようにすることが適正露光量での撮影を行う上で重要であり、特許文献1にはリアルタイムに対応することに関する記載はない。
However, since fluctuations in emission intensity that occur in actual lighting often show complex waveforms, in order to suppress line flicker well during movie shooting, not only the line flicker frequency is determined, but also the line in real time. It is important to calculate the correction amount of the line flicker for each time in order to take a picture with an appropriate exposure amount, and
周期的に発光量が変動する光源を照明として利用する撮影環境下でローリングシャッタ方式のCMOS撮像素子を用いて撮影を行った際に発生する縞状のフリッカを抑圧するには、フリッカ発生の有無を検出してシャッタスピードを点滅光源の点滅周期の整数倍に設定するか、露光斑によるライン単位の信号レベルの変動量を相殺するようにゲイン調整を行う必要がある。 To suppress striped flicker that occurs when shooting using a rolling shutter CMOS image sensor in a shooting environment that uses a light source whose light emission varies periodically as illumination, whether or not flicker occurs Is detected and the shutter speed is set to an integral multiple of the blinking period of the blinking light source, or gain adjustment is performed so as to cancel out the fluctuation amount of the signal level in units of lines due to exposure spots.
撮像素子のフォトダイオードの露光時間を一律に設定する従来方式の撮像素子を用いた撮像装置では、フリッカの検出やゲイン調整のために信号レベルの変動量の推定を行う過程において、本来設定すべきである適正露光時間から変更する必要があるため、間適正露光での動画撮影が行えないという問題がある。 In an imaging apparatus using a conventional imaging device that uniformly sets the exposure time of the photodiode of the imaging device, it should be originally set in the process of estimating the amount of signal level fluctuation for flicker detection and gain adjustment. Therefore, there is a problem that it is not possible to take a moving image with appropriate exposure.
そこで、本発明が解決しようとする課題は、例えば、撮像装置がフリッカの検出過程にある状態においても被写体の撮影においては適正露光状態を維持しつつ、フリッカの特徴量を検出する等して、フリッカを抑圧できる撮像装置を提供することとする。 Therefore, the problem to be solved by the present invention is, for example, by detecting a flicker feature amount while maintaining an appropriate exposure state in photographing a subject even when the imaging apparatus is in a flicker detection process. An imaging apparatus capable of suppressing flicker is provided.
本発明は、特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
例えば、1つの撮像素子上に被写体の撮影を行うための第1のフォトダイオードと、光源の発光強度の変動を検出するための第2のフォトダイオードを配し、該第1のフォトダイオードと該第2のフォトダイオードの露光時間を個別に設定することが可能な手段を有する撮像素子を撮像装置の撮像手段としてもちいることと、該撮像素子の第2のフォトダイオードのから取得したフリッカの特徴量によって第1のフォトダイオードで取得した被写体の撮像信号を補正する手段を該撮像装置に持たせることを特徴とする。
The present invention employs the configurations described in the claims.
For example, a first photodiode for photographing a subject and a second photodiode for detecting a change in light emission intensity of a light source are arranged on one image sensor, and the first photodiode and the An imaging device having means capable of individually setting the exposure time of the second photodiode is used as imaging means of the imaging device, and characteristics of flicker obtained from the second photodiode of the imaging device The imaging apparatus is provided with means for correcting the imaging signal of the subject acquired by the first photodiode according to the amount.
本発明によれば、フリッカを抑圧できる撮像装置を提供することができる。例えば、本発明による撮像装置では、撮像素子の該第1のフォトダイオードには適正露光時間を設定し、該第2のフォトダイオードには発光強度の変動の特徴検出するときに適した値に露光時間を設定することができる。そのため、該第1のフォトダイオードが適正な露光状態を保ったままで被写体の撮影を行うここと並行して、該第2のフォトダイオードを用いて動的に点滅光源の点滅周期や変動量のトレースをすることが可能であり、補正手段において該第2のフォトダイオードによる光源の変動量のトレース結果を用いて、該第1のフォトダイオードの撮像信号にリアルタイムで補正を行えるという利点がある。 According to the present invention, it is possible to provide an imaging apparatus capable of suppressing flicker. For example, in the image pickup apparatus according to the present invention, an appropriate exposure time is set for the first photodiode of the image pickup element, and the second photodiode is exposed to a value suitable for detecting a feature of fluctuation in light emission intensity. You can set the time. For this reason, the second photodiode is used to dynamically trace the blinking cycle and fluctuation amount of the blinking light source in parallel with the photographing of the subject while the first photodiode is kept in an appropriate exposure state. There is an advantage that the correction means can correct the imaging signal of the first photodiode in real time using the trace result of the fluctuation amount of the light source by the second photodiode.
本発明に於ける撮像装置では、フリッカの特徴量を抽出する為のフォトダイオードと被写体を撮影するためのフォトダイオードを具備する撮像素子を用い、フリッカの特徴量を抽出する露光制御と被写体を撮影する露光制御を並列して行えるようにする。 In the image pickup apparatus according to the present invention, an image pickup device including a photodiode for extracting a feature amount of flicker and a photodiode for shooting a subject is used, and exposure control and subject shooting for extracting the feature amount of flicker are performed. The exposure control to be performed can be performed in parallel.
撮像信号を処理するイメージシグナルプロセッサでは、フリッカの特徴量を抽出する為のフォトダイオードからフリッカの特徴量の抽出を行いながら、被写体の画像信号処理を同時に行う。 An image signal processor that processes an imaging signal simultaneously performs subject image signal processing while extracting a flicker feature amount from a photodiode for extracting a flicker feature amount.
撮像装置の制御手段となるマイクロプロセッサでは、抽出したフリッカの特徴量を元にフリッカの発生を抑圧するように撮像装置を制御する。 A microprocessor serving as a control unit of the imaging apparatus controls the imaging apparatus so as to suppress the occurrence of flicker based on the extracted flicker feature amount.
図1は、本発明の撮像措置を機能のブロック図で表した一例である。同図において、101は撮像レンズ、102は撮像素子、103はイメージシグナルプロセッサ、104は画像圧縮伸張処理プロセッサ、105は記憶デバイス、106はユーザインターフェース、107はマイクロプロセッサ、108は表示デバイスを示している。 FIG. 1 is an example of a functional block diagram illustrating the imaging measures of the present invention. In the figure, 101 is an imaging lens, 102 is an imaging device, 103 is an image signal processor, 104 is an image compression / decompression processor, 105 is a storage device, 106 is a user interface, 107 is a microprocessor, and 108 is a display device. Yes.
以下、図1に示した本発明に於ける撮像装置の概要について説明する。 The outline of the image pickup apparatus according to the present invention shown in FIG. 1 will be described below.
101の撮像レンズは光を集光するレンズ機能、画角を調整するための望遠機能、光量を制限する為の絞り機能が設けられており、絞りによる光量の調節を行いつつ、ユーザ操作により指定される画角で102の撮像素子の受光部に被写体の像を結像させる。
The
102の撮像素子の受光部には、一定の間隔でフォトダイオードが配置されており、該フォトダイオードでは光電変換によって受光部に結像される光のエネルギーを電気的なエネルギーに変換する。光電変換によって蓄積された電気的なエネルギーは、撮像信号としてライン単位で定期的に読み出されるが、一方では、撮像信号レベルを適正に保つ為に設定されたタイミングでリセットされ基板に排出される。また、該フォトダイオードとしては、被写体を撮影する第1のフォトダイオードと光源の特徴量を抽出する第2のフォトダイオードが存在し、目的ごとにエリアを分割するように同一ライン上に配置されている。これら第1及び第2のフォトダイオードに対しては、電気的エネルギーのリセットタイミングをフォトダイオードの利用目的に応じて個別の露光時間を設定することが可能になっており、被写体を撮影する為の第1のフォトダイオードには被写体を撮影する場合において適切な露光時間が、光源の特徴量を抽出するための第2のフォトダイオードには光源の特徴量を抽出する場合において適切な露光時間が設定される。
In the light receiving portion of the
103のイメージシグナルプロセッサは、102の撮像素子から読み出される撮像信号を輝度信号と色信号に変換して画像信号として出力する一方で、照明光の特徴量の抽出を行う。また、特徴量を抽出した結果として、画像の露光斑を補正する必要がある場合は、露光斑の補正も行う。
An image signal processor 103 converts an image signal read from the
104の画像圧縮伸張処理プロセッサは、MPEG(Moving Picture Experts Group)やJPEG(Joint Photographic Experts Group)などの画像圧縮フォーマットを用いて103のイメージシグナルプロセッサが出力する輝度信号と色信号で構成される画像信号を圧縮して、圧縮画像データとして105の記憶デバイスに書き込んだり、該記憶デバイスから読み出される圧縮画像データを輝度信号と色信号からなる画像信号に伸張したりする処理を行う。さらに、該画像圧縮伸張処理プロセッサは、該イメージプロセッサか供給される輝度信号と色信号で構成される画像信号または、記憶デバイスから読み出されて伸張された輝度信号と色信号からで構成される画像信号を108の表示デバイスに供給すると共に、テレビジョンや映像を表示するディスプレイ装置で一般的に使用されている外部信号入力フォーマットに変換して出力する。
The image compression /
105の記憶デバイスは、磁気ディスクや半導体メモリなどの不揮発性の記憶手段を用いる記憶手段であり、104の画像圧縮伸張処理プロセッサから供給される圧縮画像データを記録して保持する。
A
106のユーザインターフェースは、回路の開閉スイッチ、ボリューム抵抗、圧力センサなどで構成されるコマンド入力手段であり、ユーザが撮像装置の動作状態をコントロールするために使用するコマンド入力手段である。 A user interface 106 is command input means including a circuit open / close switch, volume resistance, pressure sensor, and the like, and is command input means used by the user to control the operation state of the imaging apparatus.
107のマイクロプロセッサは、106のユーザインターフェースからのコマンド入力により撮像装置の動作状態を決定するとともに、103のイメージシグナルプロセッサなどから得られるフォーカスの合焦度合い、被写体の明るさ、光源の色温度、光源のフリッカ検出状況の画質評価情報をもとにして、好適な撮影及び記録画質が得られるように、101の撮像レンズ、102の撮像素子、103のイメージシグナルプロセッサ、104の画像圧縮伸張処理プロセッサを制御する制御手段である。
A
108の表示デバイスは、液晶ディスプレイや有機ELディスプレイのような軽量で低消費電力の画像表示装置であり、104の画像圧縮伸張処理プロセッサから供給される画像信号を画像として表示する。
A
以上が本発明に於ける撮像装置の動作の概要である。 The above is the outline of the operation of the imaging apparatus according to the present invention.
次に、本発明における撮像装置の詳細について説明する。 Next, the details of the imaging apparatus according to the present invention will be described.
図2は、本発明における103のイメージシグナルプロセッサの特徴を説明するためのブロック図である。同図において、201はラインディレイ、202はノイズフィルタ、203は補正ゲイン生成部、204は検波部、205は乗算器、206は撮像信号処理部、207はマイクロプロセッサインターフェースを示している。 FIG. 2 is a block diagram for explaining the characteristics of the image signal processor 103 according to the present invention. In the figure, 201 indicates a line delay, 202 indicates a noise filter, 203 indicates a correction gain generation unit, 204 indicates a detection unit, 205 indicates a multiplier, 206 indicates an imaging signal processing unit, and 207 indicates a microprocessor interface.
また、図3は、本発明における101の撮像素子の特徴を説明するためのブロック図である。同図において、301は第1のフォトダイオード群、302は第2のフォトダイオード群、303は画素アンプ群、304は信号読出しスイッチ群、305は第1の電荷排出スイッチ群、306は第2の電荷排出スイッチ群、307は第3の電荷排出スイッチ群、308はカラム選択スイッチ群、309はスイッチ開閉手段、310はアナログゲイン調整アンプ、311はCDS及びADC回路、312はマイクロプロセッサインターフェース、313は各部の設定レジスタを示している。
FIG. 3 is a block diagram for explaining the features of the
以下、図2及び図3に示した各ファンクションがどのような働きをして本撮像装置で従来課題をどのように解決するのかについて説明を行うが、まず、図3の撮像素子の各ブロックの動作について説明を行う。 Hereinafter, how each function shown in FIG. 2 and FIG. 3 works to solve the conventional problem in this imaging apparatus will be described. First, each block of the imaging device in FIG. The operation will be described.
301の第1のフォトダイオード群及び302の第2のフォトダイオード群は撮像素子の撮像面に一定間隔で並ぶように配置されている。該第1のフォトダイオード群は被写体の撮像行うためのフォトダイオードを総称するものであり、その一部はフォトダイオードの受光部をアルミなどの金属で遮蔽された黒レベルを特定する為のフォトダイオードとして使用される。また、該第2のフォトダイオード群は光源のフリッカ検出や特徴量抽出するためのフォトダイオードを総称するものである。これら第1のフォトダイオード群及び第2のフォトダイオード群を構成するフォトダイオードでは、光を電気的なエネルギーに変換する光電変換が行われる。このとき、光電変換で発生する電気的なエネルギーは、該フォトダイオードに照射される光の強度と露光時間の積に比例するため、個々のフォトダイオードに対する露光時間を一定した状態で該フォトダイオードに蓄積された電気的エネルギーを電気的信号として読み出せば、撮像素子の撮像面上に投射された被写体の光の像を形成する撮像信号を得ることができる。
The first photodiode group 301 and the
303の画素アンプ群は、フォトダイオードから読み出される微弱な撮像信号を増幅するための増幅器の総称であり、第1のフォトダイオード群及び第2のフォトダイオード群を形成するフォトダイオードに接続される。
A
304の信号読出しスイッチ群は、画素アンプで増幅された撮像信号を読み出す際に開かれる電子式のスイッチの総称であり、該画素アンプに接続され、309のスイッチ開閉手段により電子的にスイッチの開閉制御が行われる。スイッチの開閉制御は行単位で共通化するように構成される。
The signal
305の第1の電荷排出スイッチ群、306の第2の電荷排出スイッチ群及び307の第3の電荷排出スイッチ群は、個々のフォトダイオードに接続された基板上に不要な電荷を排出するための電子スイッチの総称であり、304の信号読出しスイッチ群と同様に309のスイッチ開閉手段により電子的にスイッチの開閉制御が行われる。各スイッチ群は、スイッチ群ごとに電荷の排出タイミングが管理されフォトダイオードから読み出される撮像信号の利用目的におうじて、個別の露光時間を設定することが可能な回路構成を取る。
A first charge discharging
308のカラム選択スイッチ群は、行単位でフォトダイオードから読み出される撮像信号のうち、どの列を選択して出力するかを制御する電子スイッチの総称であり、309のスイッチ開閉手段により電子的にスイッチの開閉制御が行われる。
The column
309のスイッチ開閉手段により電子的にスイッチの開閉制御によって読み出された撮像信号は310のアナログゲイン調整アンプによりゲイン調整が行なわれる。 The image pickup signal read out electronically by the switch opening / closing means 309 is subjected to gain adjustment by an analog gain adjustment amplifier 310.
ゲイン調整が行われた撮像信号は、311のCDS(Correlated Double Sampling)及びADC(analog-to-digital converter)回路のCDS回路によって相関2重サンプリング黒のレベルを一定にするように調整された後、ADC回路によってアナログ信号からデジタル信号に変換され撮像素子からデジタル撮像信号として出力される。 After the gain-adjusted image signal is adjusted by a CDS circuit of 311 CDS (Correlated Double Sampling) and ADC (analog-to-digital converter) circuit to make the level of correlated double sampling black constant. The analog signal is converted into a digital signal by the ADC circuit, and the digital image signal is output from the image sensor.
以上が撮像素子の各ブロックの動作である。次に、本撮像素子において個々の画素から独立して信号を読み出す方法の説明を行う。 The above is the operation of each block of the image sensor. Next, a method for reading out signals independently from individual pixels in the image sensor will be described.
本撮像素子において個々の画素から独立して信号を読み出す場合には、次のようなスイッチの開閉制御を行う。始めに、109のスイッチ開閉手段により信号を読出す画素ある行を選択する信号読み出し用スイッチを開く。次いで、信号を出力する列を選択するカラム選択電子スイッチを開く。以上のスイッチ開閉動作で所望の行と列における撮像信号を読み出すことが出来る。 When signals are read out independently from individual pixels in the image sensor, the following switch open / close control is performed. First, a signal readout switch for selecting a row of pixels from which a signal is read out is opened by a switch opening / closing means 109. Next, a column selection electronic switch for selecting a column for outputting a signal is opened. The imaging signals in a desired row and column can be read out by the above switch opening / closing operation.
また、全ての画素から撮像信号を読み出すときは、行選択を固定しつつ、信号を読み出す列の選択を端から順番にシフトしていく動作を、順番に全ての行に対して端から順序良く行えばよい。 In addition, when reading imaging signals from all pixels, the operation of shifting the selection of columns from which signals are read in order from the end while fixing the row selection in order from all ends to all rows in order. Just do it.
ところで、フォトダイオードに蓄積可能な電気的エネルギーの容量には限りがあるため、該フォトダイオードを露光することによって、光電変換による電気的エネルギーが、その容量を満たしてしまうと、該フォトダイオードに照射される光の強度と露光時間の積と該フォトダイオードから出力される撮像信号レベルの比例関係を維持することが出来なくなる。この状態を一般的には、飽和と言うが、以下のこの飽和を回避するための撮像素子の動作について説明する。 By the way, since the capacity of electrical energy that can be stored in the photodiode is limited, when the electrical energy by photoelectric conversion satisfies the capacity by exposing the photodiode, the photodiode is irradiated. It is impossible to maintain a proportional relationship between the product of the intensity of the emitted light and the exposure time and the imaging signal level output from the photodiode. This state is generally called saturation, but the operation of the image sensor for avoiding this saturation will be described below.
本発明における撮像素子を含め、一般的な固体撮像素子ではフォトダイオードに蓄積された電気的エネルギーを定期的に基板上に排出することで、フォトダイオードに蓄積された電気的なエネルギーをリセットする機能が設けられている。この電気的エネルギーをリセットする機能は、一般的に電子シャッタ機能と呼ばれている。電子シャッタ機能には、画面一律にシャッタ制御を行うグローバルシャッタ方式と、ライン単位でシャッタ制御を行うローリングシャッタ方式が一般的に使用されており、本発明で使用する撮像素子では、後者のローリングシャッタ方式を使用している。 In a general solid-state imaging device including the imaging device according to the present invention, a function of resetting the electrical energy stored in the photodiode by periodically discharging the electrical energy stored in the photodiode onto the substrate. Is provided. This function of resetting electrical energy is generally called an electronic shutter function. For the electronic shutter function, a global shutter system that performs shutter control uniformly on a screen and a rolling shutter system that performs shutter control on a line basis are generally used. In the image sensor used in the present invention, the latter rolling shutter system is used. The method is used.
一般的なローリングシャッタ方式では、図4に示したようなフレームリセットパルスを基準として、ROWリセット制御パルスによるフォトダイオードのリセットタイミング管理と、ROW読み出し制御パルスによる撮像信号の読出しタイミング管理が行われており、フォトダイオードで被写体の像を示す電気的エネルギーを蓄積するための露光期間であるTexは、フレームリセットパルスを基準とするROWリセット制御パルスを出力するまでの時間であるTresetとROW読み出し制御パルスを出力するまでの時間であるTreadを設定することで決定される。 In a general rolling shutter system, photodiode reset timing management by a ROW reset control pulse and imaging signal readout timing management by a ROW readout control pulse are performed on the basis of a frame reset pulse as shown in FIG. Tex, which is an exposure period for accumulating electrical energy indicating an image of a subject with a photodiode, is a time until a ROW reset control pulse is output based on a frame reset pulse. Is determined by setting Tread, which is the time until output.
本発明で用いる撮像素子における露光時間の制御も一般的なローリングシャッタを採用する撮像素子と同様に、ROWリセット制御パルスとROW読み出し制御パルスのタイミングを制御することにより行うが、ROWリセット制御パルスのタイミング管理と同時にリセットをかけるフォトダイオードの組み合わせにおいて、次に示すような特徴を有する。 The exposure time in the image sensor used in the present invention is controlled by controlling the timing of the ROW reset control pulse and the ROW readout control pulse, as in the case of an image sensor employing a general rolling shutter. A combination of photodiodes that are reset simultaneously with timing management has the following characteristics.
図5は、本発明で使用する撮像素子の第1のフォトダイオード群が成す画素の接続構成を示した図である。同図において、501は画素、502は第1の電荷排出スイッチ群を制御するための制御線、503は信号読出しスイッチ群を制御するための制御線、504は撮像信号を読み出すための信号線、505はカラム選択スイッチを形成する電子スイッチを示している。同図に示したように、本発明で使用する撮像素子における第1のフォトダイオード群が成す画素の接続構成については、一般的な座標指定して撮像信号を読出すローリングシャッタ方式の撮像素子と同様の構成をとる。
FIG. 5 is a diagram showing a connection configuration of pixels formed by the first photodiode group of the image sensor used in the present invention. In the figure, 501 is a pixel, 502 is a control line for controlling the first charge discharge switch group, 503 is a control line for controlling the signal readout switch group, 504 is a signal line for reading the imaging signal,
図6は、本発明で使用する撮像素子の第2のフォトダイオード群が成す画素の接続構成を示した図である。同図に示したように、第2のフォトダイオード群が成す画素の接続構成は、第1のフォトダイオード群のそれと異なり、電荷排出スイッチ群を制御するための制御線を偶数画素と奇数画素のグループに分けて共通化される構成をとる。信号読出しスイッチ群を制御するための制御線については、図5の接続構成と同様に行単位で共通化され、さらに図5に示した第1のフォトダイオード群が成す画素の同じ行とも共通化される。 FIG. 6 is a diagram showing a connection configuration of pixels formed by the second photodiode group of the image sensor used in the present invention. As shown in the figure, the connection configuration of the pixels formed by the second photodiode group is different from that of the first photodiode group, and a control line for controlling the charge discharge switch group is provided for even and odd pixels. It is configured to be shared in groups. The control lines for controlling the signal readout switch group are shared in units of rows as in the connection configuration of FIG. 5, and further shared with the same row of pixels formed by the first photodiode group shown in FIG. Is done.
図7は本発明に適用する撮像素子の画素のある任意の行に注目したときの、ローリングシャッタの露光制御タイミングの1例を示しており、ROWリセット制御パルスAは、第1のフォトダイオード群のリセット、ROWリセット制御パルスBは、第2のフォトダイオード群の偶数画素のリセット、ROWリセット制御パルスCは、第2のフォトダイオード群の奇数画素のリセット、ROW読出し制御パルスは、第1のフォトダイオード及び第2のフォトダイオードの行単位で読出しを行うタイミングを示している。 FIG. 7 shows an example of the exposure control timing of the rolling shutter when attention is paid to an arbitrary row of pixels of the image sensor applied to the present invention. The ROW reset control pulse A is the first photodiode group. Reset, ROW reset control pulse B is reset of even pixels of the second photodiode group, ROW reset control pulse C is reset of odd pixels of the second photodiode group, and ROW readout control pulse is The timing at which reading is performed in units of rows of the photodiode and the second photodiode is shown.
これら、ROWリセット制御パルスA、ROWリセット制御パルスB、ROWリセット制御パルスC、ROW読出し制御パルスは、309のスイッチ開閉手段の設定によって制御され、それぞれのパルスが図7に示したようなタイミングを取るとき、同一の行内にある第1のフォトダイオード群に属する画素、第2のフォダイオード群に属する偶数画素、第2のフォダイオード群に属する奇数画素のそれぞれの露光時間をTexA、TexB、TexCというように3通りの露光時間を設定することが可能となる。 These ROW reset control pulse A, ROW reset control pulse B, ROW reset control pulse C, and ROW readout control pulse are controlled by the setting of the switch opening / closing means 309, and each pulse has a timing as shown in FIG. When taking the exposure times of the pixels belonging to the first photodiode group, the even pixels belonging to the second photodiode group, and the odd pixels belonging to the second photodiode group in the same row, respectively, TexA, TexB, TexC In this way, three exposure times can be set.
そしてこれら、3通りの露光時間で撮影された撮像信号は、103のイメージシグナルプロセッサに供給され、103のイメージシグナルプロセッサでは、第2のフォトダイオードから得られた撮像信号から照明光の特徴抽出を行いつつ、第1のフォトダイオードから得た撮像信号を用いて目的の被写体を映像化することが可能となる。 Then, the imaging signals photographed with these three exposure times are supplied to the 103 image signal processor, and the image signal processor 103 extracts the feature of the illumination light from the imaging signal obtained from the second photodiode. While performing, it is possible to visualize the target subject using the imaging signal obtained from the first photodiode.
103のイメージシグナルプロセッサにおける照明光の特徴抽出では、撮像信号に重畳されるランダムノイズの影響を少なくする為、本実施例では図2に示した様に201のラインディレイを用いてライン単位で入力される撮像信号の遅延を行い、202のノイズフィルタによって2次元的なノイズリダクション処理を行う機能を持たせている。
In the feature extraction of illumination light in the image signal processor 103, in order to reduce the influence of random noise superimposed on the imaging signal, in this embodiment, input is performed in units of lines using a
該ノイズリダクション処理は、同じ露光時間で撮影された撮像信号ごとに行う必要があるため、本実施例では、第2のフォトダイオードを偶数画素と奇数画素に分けてノイズリダクションのためのフィルタイリングを行う。 Since the noise reduction process needs to be performed for each image signal taken with the same exposure time, in this embodiment, the second photodiode is divided into even pixels and odd pixels, and filtering for noise reduction is performed. I do.
本実施例において抽出する照明光の特徴とは、発光強度が周期的に変動する光源であるか否か、周期的に変動する光源である場合は、その点滅の周期がどのようになっているかである。 The feature of the illumination light extracted in the present embodiment is whether or not the light emission intensity is periodically changed, and if it is a light source that periodically changes, what is the blinking cycle? It is.
次に照明光の特徴を導き出す手順について説明するが、まずその前に、照明光の発光強度が周期的に変動する環境と、その環境が撮像信号に与える影響ついて説明する。 Next, a procedure for deriving the characteristics of the illumination light will be described. First, an environment in which the emission intensity of the illumination light varies periodically and the influence of the environment on the imaging signal will be described.
社会インフラとして整備されている商用電源周波数には50Hzと60Hzが混在している。このとき、電圧変動に追従して発光強度が変わる蛍光灯などの照明の点滅速度は一般的に電源周波数の倍速となり、50Hzの電源では100Hz、60Hzの電源では120Hzで光源の発光強度が変化する。 50 Hz and 60 Hz are mixed in commercial power supply frequencies that are maintained as social infrastructure. At this time, the blinking speed of the illumination such as a fluorescent lamp whose light emission intensity changes following the voltage fluctuation is generally double the power supply frequency, and the light emission intensity of the light source changes at 100 Hz with a 50 Hz power supply and 120 Hz with a 60 Hz power supply. .
図8は、50Hzの商用電源が採用される地域や施設で、電源電圧の変動に応じて発光強度が変動する照明の発光特性をグラフ化した例である。 FIG. 8 is an example of a graph of the light emission characteristics of illumination in which the light emission intensity varies according to the variation of the power supply voltage in an area or facility where a 50 Hz commercial power supply is employed.
同図に示したように、50Hzの商用電源の電圧変動に応じて発光強度が周期的に変動するする照明の場合の変動周期は1/100秒、つまり変動周波数は100Hzとなる。 As shown in the figure, the fluctuation period in the case of illumination in which the light emission intensity periodically fluctuates according to the voltage fluctuation of the 50 Hz commercial power supply is 1/100 seconds, that is, the fluctuation frequency is 100 Hz.
一方、動画撮影を行う場合の撮像装置において撮像素子を駆動する場合、テレビジョン放送のフォーマットとの親和性のよさから、50Hzか60Hzのフレーム周波数を採用するのが一般的である。 On the other hand, when driving an image pickup device in an image pickup apparatus for performing moving image shooting, a frame frequency of 50 Hz or 60 Hz is generally adopted because of its good compatibility with a television broadcast format.
図9は、100Hzで発光強度が変動する照明環境下において、フレームレートを60Hz、露光時間を1/120秒に設定して撮影を行った場合での、照明の発光強度の変動とある任意のラインの画素が露光されるタイミングの関係を図にしたものである。 FIG. 9 shows an arbitrary change in the light emission intensity of the illumination when shooting is performed with the frame rate set to 60 Hz and the exposure time set to 1/120 seconds in an illumination environment where the light emission intensity changes at 100 Hz. The relationship of the timing at which the pixels of the line are exposed is illustrated.
同図に示したように、照明の発光タイミングと撮像素子の露光タイミング(Texで示した期間)が同期していない場合では、静止している被写体を撮影した場合でもフォトダイオードで光電変換されて撮像信号として取り出される信号レベルはフレームごとに変動してしまうことから、フレームごとに画像信号の輝度レベルが変動するといった影響が出てしまう。 As shown in the figure, when the light emission timing of the illumination and the exposure timing of the image sensor (period indicated by Tex) are not synchronized, even if a stationary subject is photographed, it is photoelectrically converted by the photodiode. Since the signal level taken out as the imaging signal varies from frame to frame, there is an effect that the luminance level of the image signal varies from frame to frame.
図10は、100Hzで発光強度が変動する照明環境下において、フレームレートを50Hz、露光時間を1/120秒に設定して撮影を行った場合での、照明の発光強度の変動とある任意のライン及び該任意のラインの信号読み出しタイミングからA時間シフトしたタイミングで信号が読み出されるラインの画素が露光されるタイミングの関係を図にしたものである。 FIG. 10 shows an arbitrary change in the emission intensity of illumination when shooting was performed with the frame rate set to 50 Hz and the exposure time set to 1/120 seconds in an illumination environment where the emission intensity changed at 100 Hz. FIG. 5 is a diagram illustrating a relationship between a line and a pixel exposure timing of a line from which a signal is read out at a timing shifted by A time from a signal reading timing of the arbitrary line.
同図において、露光タイミングAはある任意のライン、露光タイミングBは該任意のラインの信号読み出しタイミングからA時間シフトしたタイミングで信号が読み出されるラインの露光タイミングを示している。 In the drawing, exposure timing A indicates an arbitrary line, and exposure timing B indicates an exposure timing of a line from which a signal is read out at a timing shifted by A time from the signal reading timing of the arbitrary line.
同図によれば、照明の発光タイミングと撮像素子の露光タイミング(Texで示した期間)が各ラインでは同期しているため、フレームごとに画像信号の輝度レベルが変動することはないが、同じ露光時間を設定した場合でもラインによって露光期間の照明の発光量が異なる為、例えば光の反射率が均一の被写体を画面全体で撮影した場合でも、ラインによって画像信号の輝度レベルが変動するといった影響が出てしまう。 According to the figure, since the light emission timing of the illumination and the exposure timing of the image sensor (period indicated by Tex) are synchronized in each line, the luminance level of the image signal does not vary from frame to frame, but the same Even when the exposure time is set, the amount of light emitted during the exposure period varies depending on the line.For example, even when an object with uniform light reflectance is photographed on the entire screen, the luminance level of the image signal varies depending on the line. Will come out.
以上が、照明光の発光強度が周期的に変動する環境と、その環境が撮像信号に与える影響である。 The above is the environment in which the emission intensity of the illumination light periodically varies and the influence of the environment on the imaging signal.
そこで、本実施例では以下を概要とするアルゴリズムにより、照明光の特徴抽出を行う機能を持たせる。照明の様々なモデルを仮定して107のマイクロプロセッサが312のマイクロプロセッサインターフェースを介して撮像素子の第2のフォトダイオードに特徴抽出の為の露光時間を設定する。該露光時間の設定状態に応じた撮像信号の予測と204の検波部から第2のフォトダイオードの撮像結果を該マイクロプロセッサ比較する。予測と撮像結果の乖離が少ない尤もらしいモデルを照明光の特徴とする。
Therefore, in this embodiment, a function for extracting the feature of illumination light is provided by an algorithm that outlines the following. Assuming various models of illumination, 107 microprocessors set the exposure time for feature extraction on the second photodiode of the image sensor via the 312 microprocessor interface. The microprocessor compares the prediction of the imaging signal according to the setting state of the exposure time and the imaging result of the second photodiode from the
そこで、次に上記特徴抽出アルゴリズムの実施例を示す。 Therefore, an example of the feature extraction algorithm will be described below.
以下、第1の照明光の特徴抽出アルゴリズムの一例について示す。 An example of the first illumination light feature extraction algorithm will be described below.
図11は、照明光の特徴を抽出場合に第2のフォトダイオードに設定する露光時間と任意のラインにおける露光タイミングと照明の発光タイミングの関係を示した図である。 FIG. 11 is a diagram illustrating the relationship between the exposure time set for the second photodiode when extracting the characteristics of illumination light, the exposure timing in an arbitrary line, and the light emission timing of illumination.
同図に示したように、露光時間を1/100秒に設定した偶数画素では、露光タイミングは照明の発光タイミングに対して撮影フレームごとにシフトしていくものの、照明の発光量が変動する1周期分を露光しているため各フレームの露光量は常に一定になる。一方、露光時間を1/120秒に設定した奇数画素では、照明の発光量が変動する1周期分を露光していないため、各フレームの露光量が変動してしまう。 As shown in the figure, in an even number of pixels with an exposure time set to 1/100 second, the exposure timing shifts for each photographing frame with respect to the illumination emission timing, but the illumination emission amount varies 1 Since the period is exposed, the exposure amount of each frame is always constant. On the other hand, in the odd-numbered pixels whose exposure time is set to 1/120 seconds, the exposure amount of each frame varies because one cycle in which the illumination emission amount varies is not exposed.
図12は、図11の条件で撮像素子を駆動したときで撮影中の被写体に変化が無い場合に、第2のフォトダイオードにおける任意の奇数画素と偶数画素から得られる撮像信号のフレームごとの推移について説明をする図である。 FIG. 12 shows the transition of the imaging signal obtained from any odd pixel and even pixel in the second photodiode for each frame when the imaging element is driven under the conditions shown in FIG. It is a figure explaining about.
同図に示したように、フレームの撮影タイミングと照明光の発光量の変動タイミングが同期していない場合には、偶数画素と奇数画素のどちらか一方から得られる撮像信号のレベルがフレームごとに変動するため、204の検波部で第2フォトダイオードの信号レベルを偶数画素と奇数画素に分けて信号を検波して、フレームごとの検波結果を比較することで点滅する光源の有無と点滅光源の点滅周波数を207のマイクロプロセッサで認識することが出来る。
As shown in the figure, when the shooting timing of the frame and the fluctuation timing of the illumination light emission amount are not synchronized, the level of the imaging signal obtained from either the even pixel or the odd pixel is different for each frame. Therefore, the
図13は、照明光の特徴を抽出場合に第2のフォトダイオードに設定する露光時間と任意のラインにおける露光タイミングと照明の発光タイミングの関係を示した図である。 FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the exposure time set for the second photodiode when extracting the characteristics of illumination light, the exposure timing in an arbitrary line, and the illumination emission timing.
同図に示したように、フレームの撮影タイミングと照明光の発光量の変動タイミングが同期する場合では、露光時間を1/100秒に設定した偶数画素も露光時間を1/120秒に設定した奇数画素も各フレームの露光量が変動しない。そのため、各フレームの露光量が変動しない場合では、照明の発光強度の変動とフレーム撮影のタイミングが同期している可能性と推定できるため、発光強度が周期的に変動する点滅光源の点滅周波数を推定することが出来る。 As shown in the figure, when the shooting timing of the frame is synchronized with the fluctuation timing of the light emission amount of the illumination light, the exposure time is set to 1/120 second even for the even pixels whose exposure time is set to 1/100 second. The exposure amount of each frame does not fluctuate even for odd-numbered pixels. Therefore, if the exposure amount of each frame does not vary, it can be estimated that the variation in illumination emission intensity and the timing of frame shooting are synchronized. Can be estimated.
以上が第1の照明光の特徴抽出アルゴリズムの一例である。 The above is an example of the first illumination light feature extraction algorithm.
次に、第2の照明光の特徴抽出アルゴリズムの一例について示す。 Next, an example of the second illumination light feature extraction algorithm will be described.
前記のアルゴリズムの一例では光源が点滅していること前提に信号レベルがどのようになるか説明してきたが、光源が点滅していない場合についても少し説明しておく必要がある。 In the example of the algorithm described above, the signal level is assumed on the assumption that the light source is blinking. However, it is necessary to explain a little about the case where the light source is not blinking.
光源の点滅が無い場合では、露光量は単純に露光時間に比例するため、フレームの撮影タイミングと照明光の発光量の変動タイミングが同期する場合と同様に露光時間を1/100秒に設定した偶数画素も露光時間を1/120秒に設定した奇数画素も各フレームの露光量が変動しない。 When the light source does not blink, the exposure amount is simply proportional to the exposure time, so the exposure time is set to 1/100 second as in the case where the frame shooting timing and the illumination light emission amount fluctuation timing are synchronized. The exposure amount of each frame does not fluctuate even for odd-numbered pixels whose exposure times are set to 1/120 seconds.
そのため、各フレームの露光量が変動を監視するだけでは、光源の点滅が無い場合とフレームの撮影タイミングと照明光の発光量の変動タイミングが同期する場合の区別をつけることが出来ない。 Therefore, it is impossible to distinguish between the case where the light source does not blink and the case where the photographing timing of the frame and the variation timing of the light emission amount of the illumination light are synchronized only by monitoring the fluctuation of the exposure amount of each frame.
以上のことから第2のアルゴリズムの一例では、これらを区別する為にフレームの撮影タイミングと照明光の発光量の変動タイミングが同期する場合の次の部分に着目する。 From the above, in the example of the second algorithm, attention is paid to the next part in the case where the shooting timing of the frame and the fluctuation timing of the light emission amount of the illumination light are synchronized to distinguish them.
一般的な被写体を撮影する場合においては、隣り合う画素から得られる撮像信号の相関性が非常に強いため、ある任意の画素に照射される光の強度と隣接する画素に照射される光の強度は同じレベルになる確率が高く、隣接する画素の露光時間が等しければ、それぞれの画素から得られる撮像信号のレベルも等しくなる確率が高くなる。 When shooting a general subject, the correlation between image signals obtained from adjacent pixels is extremely strong, so the intensity of light applied to a given pixel and the intensity of light applied to an adjacent pixel Are likely to be at the same level, and if the exposure times of adjacent pixels are equal, there is a high probability that the levels of the imaging signals obtained from the respective pixels will be equal.
一方、各画素から得られる撮像信号のレベルは、画素に照射される光の強度と露光時間の積に比例し、画素に照射される光の強度が一定の場合には、露光時間の変動比率に応じて、得られる撮像信号のレベルも比例して変動する。 On the other hand, the level of the imaging signal obtained from each pixel is proportional to the product of the light intensity irradiated to the pixel and the exposure time. When the light intensity irradiated to the pixel is constant, the exposure time fluctuation ratio Accordingly, the level of the obtained imaging signal also varies in proportion.
そこでいま、光源の発光強度が一定の場合において、第2のフォトダイオードの偶数画素と奇数画素の露光時間をそれぞれ1/100(偶数画素)と1/120(奇数画素)にした時について考えると次の内容が期待される。 Thus, when the light emission intensity of the light source is constant, consider the case where the exposure times of the even and odd pixels of the second photodiode are set to 1/100 (even pixels) and 1/120 (odd pixels), respectively. The following are expected:
ある任意の偶数画素の信号レベルをDc(n)、該偶数画素に隣接する奇数画素の信号レベルをそれぞれDc(n−1)及びDc(n+1)とすると、Dc(n)はDc(n−1)及びDc(n+1)の6/5倍となる確立が非常に高くなる。 When the signal level of an arbitrary even pixel is Dc (n) and the signal levels of odd pixels adjacent to the even pixel are Dc (n−1) and Dc (n + 1), Dc (n) is Dc (n− The probability of 1/5 and 6/5 times Dc (n + 1) is very high.
これに対して、光源の発光強度が一定でない図13のような場合において、第2のフォトダイオードの偶数画素と奇数画素の露光時間をそれぞれ1/100(偶数画素)と1/120(奇数画素)にした時について考えると次の事が言える。 On the other hand, in the case of FIG. 13 where the light emission intensity of the light source is not constant, the exposure times of the even and odd pixels of the second photodiode are respectively 1/100 (even pixel) and 1/120 (odd pixel). The following can be said when considering
明るさが周期的に変動する照明のもとで露光する場合における偶数画素と奇数画素の露光タイミングの平均的な明るさに着目すると、偶数画素では明るさの変動周期1周期分を露光するため、どのラインにおいても一定であるが、奇数画素では、露光タイミングが明るさの変動周期1周期分でないために、ラインによって平均的な輝度レベルが変動してしまう。 Focusing on the average brightness of the exposure timing of even-numbered pixels and odd-numbered pixels when exposure is performed under illumination whose brightness varies periodically, the even-numbered pixels are exposed for one cycle of brightness variation. Although it is constant in any line, in an odd-numbered pixel, since the exposure timing is not one brightness fluctuation cycle, the average luminance level varies depending on the line.
つまり、このことは隣接する偶数画素と奇数画素から得られる信号レベルの比率が露光時間の比率に比例する確立が高くなることを否定しており、隣接する偶数画素と奇数画素の信号レベルの比率と露光時間の比率の乖離率を統計的に調べれば、光源の点滅の有無を確認することができる。 In other words, this denies that the ratio of the signal level obtained from the adjacent even-numbered pixel and the odd-numbered pixel is highly proportional to the ratio of the exposure time, and the ratio of the signal level of the adjacent even-numbered pixel and odd-numbered pixel. If the deviation rate between the exposure time ratio and the exposure time is examined statistically, it is possible to confirm the presence or absence of blinking of the light source.
そこで第2の照明光の特徴抽出アルゴリズムではこの乖離率を確認することで点滅光源の特徴抽出を行う。 Therefore, in the second illumination light feature extraction algorithm, the blinking light source feature is extracted by confirming this deviation rate.
以上が第2の照明光の特徴抽出アルゴリズムの一例である。 The above is an example of the second illumination light feature extraction algorithm.
図14は、光源の特徴量の抽出手順をフローチャートに纏めたものである。検出精度を上げるという観点から数フレームかけて『フレーム単位で信号レベルの変動があるか否か』の変動履歴の統計をとって判定を行うことが好ましいが、多少精度が低下しても迅速に判定したい場合は、『フレーム単位で信号レベルの変動があるか否か』の判定を省いてもよい。 FIG. 14 summarizes the procedure for extracting the feature quantity of the light source in a flowchart. From the viewpoint of increasing detection accuracy, it is preferable to make a judgment by taking statistics of the fluctuation history of “whether there is a fluctuation in signal level in units of frames” over several frames, but it is quick even if the accuracy slightly decreases If it is desired to make a determination, the determination of “whether there is a change in signal level in units of frames” may be omitted.
以上によれば、本実施例において周期的に発光強度が変動する光源の有無と変動周波数を特定できる。 According to the above, in the present embodiment, it is possible to specify the presence / absence of a light source whose emission intensity periodically varies and the variation frequency.
次に、周期的に発光強度が変動する光源を検知したときにおける本発明の撮像装置の露光制御について説明する。 Next, exposure control of the image pickup apparatus of the present invention when a light source whose emission intensity periodically changes is detected will be described.
本発明における撮像装置では、周期的に発光強度が変動する光源を検知した場合において、発光強度が変動の影響により発生する露光斑による画質劣化を極力抑えるように画質制御を行う。 In the imaging apparatus according to the present invention, when a light source whose emission intensity varies periodically is detected, image quality control is performed so as to suppress image quality degradation due to exposure spots caused by the influence of the emission intensity fluctuation as much as possible.
露光斑による画質劣化の抑制手段としては、露光時間の管理による方法と露光斑を予測して露光斑を相殺する様に撮像信号のレベルを補正する方法を採用する。 As a means for suppressing image quality deterioration due to exposure spots, a method based on exposure time management and a method of predicting exposure spots and correcting the level of the imaging signal so as to cancel the exposure spots are adopted.
以下、具体的な画質劣化の抑制手段について説明する。 Hereinafter, specific means for suppressing image quality degradation will be described.
まず、露光時間の管理のよる方法だが、照明の特徴量を抽出する手順の説明において、撮像素子の露光時間を光源の発光強度変動の周期にあわせると、信号の読出しタイミング違いに左右されることなく被写体に応じた撮像信号えられることは既に明白となっている。 First of all, it is a method based on the management of exposure time. In the explanation of the procedure for extracting the feature quantity of illumination, if the exposure time of the image sensor is matched to the light emission intensity fluctuation cycle, it depends on the timing of signal readout. It is already clear that an image signal corresponding to the subject can be obtained.
そこで、露光時間の管理としては、第1のフォトダイオードの露光時間を発光強度が変動する光源の発光強度変動周期の整数倍にあわせる様に設定して、シャッタスピード優先の露光制御を行うようにする。 Therefore, as management of the exposure time, the exposure time of the first photodiode is set so as to match the integral multiple of the light emission intensity fluctuation period of the light source whose light emission intensity fluctuates, and the shutter speed priority exposure control is performed. To do.
次に、露光斑を予測して露光斑を相殺する様に撮像信号のレベルを補正する方法だが、こちらは前記シャッタスピード優先の露光制御では適正露光を実現できない場合において効果を発揮させるようにする。 Next, it is a method of correcting the level of the imaging signal so that the exposure spots are predicted and offset the exposure spots, but this is effective when appropriate exposure cannot be realized by the exposure control with priority on the shutter speed. .
露光斑を予測して露光斑を相殺する様に撮像信号のレベルを補正する方法は203の補正ゲイン生成部で第2のフォトダイオードから得られる撮像信号から算出したラインごとの補正係数を、205の乗算器で第1のフォトダイオードから得られる撮像信号に掛け合わせることで実現する。
A method of correcting the level of the imaging signal so as to predict the exposure spots and cancel out the exposure spots is a correction coefficient for each line calculated from the imaging signal obtained from the second photodiode by the correction
補正係数の算出は、フォトダイオードに照射される光の強度が同じであれば、フォトダイオードから得られる撮像信号のレベルは露光時間に比例するという性質を利用する。 The calculation of the correction coefficient utilizes the property that the level of the imaging signal obtained from the photodiode is proportional to the exposure time if the intensity of the light applied to the photodiode is the same.
前記性質を利用する為に、第2のフォトダイオードの偶数画素には、照明光の発光強度の変動周期と同じ露光時間を、奇数画素には、第1のフォトダイオードを適正露光時間にするために該第1のフォトダイオードに設定する露光時間と同じ露光時間を設定する。 In order to make use of the above property, the even number pixels of the second photodiode have the same exposure time as the fluctuation period of the emission intensity of the illumination light, and the odd number pixels have the first photodiode having the proper exposure time. The same exposure time as the exposure time set for the first photodiode is set.
撮像素子からは、ラインごとに撮像信号が読み出されるが、その際、まず始めに各ラインの黒の基準を示す信号、ついで第2のフォトダイオードからの撮像信号、最後に第1のフォトダイオードからの撮像信号の順に出力されることが望ましく、本実施例でもこの理想的な順序で信号が読まれる前提で説明を続ける。 An image pickup signal is read from the image pickup device for each line. At this time, first, a signal indicating the black reference of each line, then an image pickup signal from the second photodiode, and finally from the first photodiode. In this embodiment, the description is continued on the premise that the signals are read in this ideal order.
補正係数の算出は次のようにして行う、203の補正ゲイン生成部で補正を行うラインの黒基準となる信号レベルを検出する。第2のフォトダイオードの偶数画素と奇数画素の撮像信号出力レベルから黒基準となる信号レベルを差し引いて、露光により発生した撮像信号成分を取り出す。同一ライン上に存在し、それぞれ隣り合う偶数画素と奇数画素の信号レベルの比を1つ以上採取してその平均値Rmを式1で算出する。
(式1) Rm=Σ{(偶数画素の信号レベル)÷(奇数画素の信号レベル)}÷(サンプル数))
偶数画素と奇数画素の露光時間の比を式2で算出する。
(式2) Rex=(偶数画素の露光時間)÷(奇数画素の露光時間)
このとき算出される補正係数αは式3で算出される
(式3) α=Rm÷Rex
以上が、補正係数の算出である。
The correction coefficient is calculated as follows. A signal level serving as a black reference for a line to be corrected by the correction
(Expression 1) Rm = Σ {(signal level of even pixel) ÷ (signal level of odd pixel)} ÷ (number of samples))
The ratio of the exposure time of even pixels and odd pixels is calculated by
(Expression 2) Rex = (exposure time of even pixels) / (exposure time of odd pixels)
The correction coefficient α calculated at this time is calculated by
The above is the calculation of the correction coefficient.
算出された補正値αは、すぐさま同一ラインの第1のフォトダイオードから出力された撮像信号に補正係数として利用され、露光斑を相殺する様に撮像信号のレベルを補正することが可能である。 The calculated correction value α is immediately used as a correction coefficient for the imaging signal output from the first photodiode on the same line, and the level of the imaging signal can be corrected so as to cancel out the exposure spots.
以上のことから、本撮像装置では、フリッカの特徴量を抽出する為のフォトダイオードと被写体を撮影するためのフォトダイオードを具備する撮像素子を用い、フリッカの特徴量を抽出する露光制御と被写体を撮影する露光制御を並列して行うことが可能である共に、抽出したフリッカの特徴量を元にフリッカの発生を抑圧するように撮像装置を制御したりリアルタイムで補正をしたりすることが可能である。 From the above, this imaging apparatus uses an imaging device including a photodiode for extracting a flicker feature amount and a photodiode for photographing the subject, and exposure control for extracting the flicker feature amount and the subject. Exposure control for shooting can be performed in parallel, and the imaging device can be controlled and corrected in real time so as to suppress the occurrence of flicker based on the extracted flicker feature quantity. is there.
撮像装置に利用でき、蛍光灯など周期的に点滅する照明による光源の影響で発生することのある露光斑の発生を効率よく検出したり、高精度に抑圧したりするのに有用である。 It can be used in an imaging apparatus, and is useful for efficiently detecting the occurrence of exposure spots that may occur due to the influence of a light source such as a fluorescent lamp that blinks periodically, and to suppress it with high accuracy.
101 撮像レンズ
102 撮像素子
103 イメージシグナルプロセッサ
104 画像圧縮伸張処理プロセッサ
105 記憶デバイス
106 ユーザインターフェース
107 マイクロプロセッサ
108 表示デバイス
201 ラインディレイ
202 ノイズフィルタ
203 補正ゲイン生成部
204 検波部
205 乗算器
206 撮像信号処理部
207 マイクロプロセッサインターフェース
301 第1のフォトダイオード群
302 第2のフォトダイオード群
303 画素アンプ群
304 信号読出しスイッチ群
305 第1の電荷排出スイッチ群
306 第2の電荷排出スイッチ群
307 第3の電荷排出スイッチ群
308 カラム選択スイッチ群
309 スイッチ開閉手段
310 アナログゲイン調整アンプ
311 CDS及びADC回路
312 マイクロプロセッサインターフェース
313 各部の設定レジスタ
501 画素
502 第1の電荷排出スイッチ群を制御するための制御線
503 信号読出しスイッチ群を制御するための制御線
504 撮像信号を読み出すための信号線
505 カラム選択スイッチを形成する電子スイッチ
DESCRIPTION OF
Claims (4)
被写体撮影のための第1のフォトダイオード群と光源の発光強度の変動を検出するための第2のフォトダイオード群とを有する撮像素子と、
該第1のフォトダイオード群から得られる撮像信号から画像信号を生成する画像信号処理手段と、
該第2のフォトダイオード群から得られる撮像信号から光源の発光パターンを検出する検波手段と、
該撮像レンズと該撮像素子と該画像信号処理手段と該検波手段を制御するマイクロプロセッサと、
を有し、
該撮像素子については該第1のフォトダイオード群と該第2のフォトダイオード群で個別の露光時間を設定することを可能とすることで、光源の発光パターンの検出と被写体の撮影の為のセンサ駆動をともに行うこと、
を特徴とする撮像装置。 An imaging lens that collects light and forms an image of the subject on the light receiving surface of the imaging device;
An imaging device having a first photodiode group for photographing a subject and a second photodiode group for detecting a variation in the light emission intensity of the light source;
Image signal processing means for generating an image signal from an imaging signal obtained from the first photodiode group;
Detecting means for detecting a light emission pattern of a light source from an imaging signal obtained from the second photodiode group;
A microprocessor that controls the imaging lens, the imaging device, the image signal processing means, and the detection means;
Have
A sensor for detecting the light emission pattern of the light source and photographing the subject by allowing the first photodiode group and the second photodiode group to set individual exposure times for the image sensor. To drive together,
An imaging apparatus characterized by the above.
撮像素子としては同一ライン上に配置された該第2のフォトダイオード群に対して異なった2通り以上の露光時間を設定できる構成とすることで、該第2のフォトダイオードに2通り以上の露光時間を設定し、該第2のフォトダイオード群から出力される信号レベルを監視することで、周期的に発光強度が変動する点滅光源の有無を検出することが可能である撮像装置。 The imaging apparatus according to claim 1,
The imaging device is configured such that two or more different exposure times can be set for the second photodiode group arranged on the same line, so that the second photodiode has two or more exposures. An imaging apparatus capable of detecting the presence or absence of a flashing light source whose light emission intensity varies periodically by setting time and monitoring the signal level output from the second photodiode group.
周期的に発光強度が変動する点滅光源を検出すると共にその点滅周期を特定し、特定した点滅周期の整数倍の露光時間を第1のフォトダイオードに設定するよう制御することで、光源の点滅により生ずる露光斑による画質劣化を予防する撮像装置。 The imaging apparatus according to claim 1 or 2,
By detecting a blinking light source whose emission intensity varies periodically and specifying the blinking cycle, and controlling the exposure time of an integral multiple of the identified blinking cycle to be set in the first photodiode, An image pickup apparatus that prevents image quality deterioration caused by exposure spots.
撮像素子の第2のフォトダイオードに対して、第1のフォトダイオードに設定する露光時間と該撮像装置で検出した周期的に発光強度が変動する点滅光源の点滅周期を設定し、その結果第2のフォトダイオードから得られる撮像信号と、該第2のフォトダイオードに設定した露光時間から各ラインの露光斑を予測すると共に、露光斑を抑圧する為の係数を算出して、算出した該係数を用いて第1のフォトダイオードから出力される撮像信号に補正をかけることで、光源の点滅により生ずる露光斑による画質劣化を抑圧する撮像装置。 The imaging apparatus according to any one of claims 1 to 3,
For the second photodiode of the image sensor, an exposure time set for the first photodiode and a blinking cycle of the blinking light source whose emission intensity periodically changes detected by the imaging device are set. And predicting the exposure spot of each line from the imaging signal obtained from the photodiode and the exposure time set in the second photodiode, calculating a coefficient for suppressing the exposure spot, and calculating the calculated coefficient An image pickup apparatus that suppresses image quality deterioration due to exposure spots caused by blinking of a light source by applying correction to an image pickup signal output from a first photodiode.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2009247200A JP2011097204A (en) | 2009-10-28 | 2009-10-28 | Imaging apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2009247200A JP2011097204A (en) | 2009-10-28 | 2009-10-28 | Imaging apparatus |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2011097204A true JP2011097204A (en) | 2011-05-12 |
Family
ID=44113686
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2009247200A Pending JP2011097204A (en) | 2009-10-28 | 2009-10-28 | Imaging apparatus |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2011097204A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112714308A (en) * | 2020-12-22 | 2021-04-27 | 武汉微创光电股份有限公司 | Method and device for detecting video rolling stripes |
| US11470263B2 (en) | 2017-06-30 | 2022-10-11 | Sony Corporation | Imaging apparatus and flicker correction method |
| CN115706871A (en) * | 2021-08-10 | 2023-02-17 | 思特威(上海)电子科技股份有限公司 | Image sensor, reading method and electronic device |
-
2009
- 2009-10-28 JP JP2009247200A patent/JP2011097204A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11470263B2 (en) | 2017-06-30 | 2022-10-11 | Sony Corporation | Imaging apparatus and flicker correction method |
| CN112714308A (en) * | 2020-12-22 | 2021-04-27 | 武汉微创光电股份有限公司 | Method and device for detecting video rolling stripes |
| CN115706871A (en) * | 2021-08-10 | 2023-02-17 | 思特威(上海)电子科技股份有限公司 | Image sensor, reading method and electronic device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9794493B2 (en) | Image capturing apparatus, image capturing method, and control method | |
| US9307163B2 (en) | Imaging device and imaging method | |
| JP5161706B2 (en) | Imaging apparatus and control method thereof | |
| JP4823743B2 (en) | Imaging apparatus and imaging method | |
| CN100531321C (en) | Image processing apparatus and image capture apparatus | |
| US20140063294A1 (en) | Image processing device, image processing method, and solid-state imaging device | |
| WO2018025465A1 (en) | Imaging device and imaging device control method | |
| CN101346987A (en) | Camera exposure optimization technology that takes camera and scene motion into account | |
| JP2011193065A (en) | Imaging equipment | |
| JP6209533B2 (en) | Flicker reduction apparatus, imaging apparatus, and flicker reduction method | |
| JP4646655B2 (en) | Solid-state imaging device, driving method thereof, and imaging system | |
| JP2008109370A (en) | Image correcting device and method, and imaging apparatus | |
| WO2014199542A1 (en) | Imaging device, integrated circuit, and flicker reduction method | |
| JP2012120132A (en) | Imaging apparatus and program | |
| JP2009017213A (en) | Imaging device | |
| US20110001849A1 (en) | Imaging apparatus, flash determination method, and recording medium | |
| US20130063622A1 (en) | Image sensor and method of capturing an image | |
| JP2011097204A (en) | Imaging apparatus | |
| JP4908939B2 (en) | Imaging device | |
| JP2017069741A (en) | Imaging apparatus, flicker detection method, and program | |
| JP5106055B2 (en) | Imaging apparatus and flicker detection method thereof | |
| JP4867822B2 (en) | Image processing apparatus, image processing method, and imaging apparatus | |
| JP2011014957A (en) | Imaging element | |
| JP2011101208A (en) | Imaging device | |
| US11102423B2 (en) | Image pickup apparatus that performs flicker detection, control method for image pickup apparatus, and storage medium |