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JP2012253490A - Solid state image pickup device, imaging apparatus, and image generating method - Google Patents

Solid state image pickup device, imaging apparatus, and image generating method Download PDF

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JP2012253490A
JP2012253490A JP2011123333A JP2011123333A JP2012253490A JP 2012253490 A JP2012253490 A JP 2012253490A JP 2011123333 A JP2011123333 A JP 2011123333A JP 2011123333 A JP2011123333 A JP 2011123333A JP 2012253490 A JP2012253490 A JP 2012253490A
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addition
pixel
horizontal
unit
range
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JP2011123333A
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Inventor
Toshiyuki Noguchi
敏之 野口
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid state image pickup device, an imaging apparatus, and an image generating method, capable of multiplexing addition units for pixel addition.SOLUTION: An imaging apparatus includes a pixel array part, a row scanning part 4, an A/D conversion part, a horizontal calculation part 8, and a vertical calculation part 9. A column range of addition units which is the range of pixels to be added is taken as a horizontal addition range, and a row range as a vertical addition range. In this case, the horizontal calculation part 8 weighs a pixel value contained in the horizontal addition range among row pixel values to each column, and outputs the added pixel values as a horizontal addition pixel value. The vertical calculation part 9 adds a horizontal addition pixel value contained in the vertical addition range among the horizontal addition pixel values, and outputs the added horizontal addition pixel values as an addition pixel value. The horizontal calculation part 8 outputs a horizontal addition pixel value, with the first horizontal addition range and the second horizontal addition range containing the pixels shared by the first horizontal addition range, as a horizontal addition range.

Description

本発明は、固体撮像装置、撮像装置及び画像生成方法等に関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device, an imaging device, an image generation method, and the like.

デジタルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像装置には、光学像を電気信号に変換する撮像素子が搭載されている。近年、この撮像素子において、CCD(Charge Coupled Device、電荷結合素子)型からCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor、相補型金属酸化膜半導体)型への置き換えが加速しつつある。   An imaging device that converts an optical image into an electrical signal is mounted on an imaging device such as a digital camera or a digital video camera. In recent years, replacement of a CCD (Charge Coupled Device) type to a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) type is accelerating in this imaging element.

近年のCMOS型撮像素子は、撮像面に2次元状に配列された多数の画素の電荷を順次読み出すようになっており、その配列画素の列毎にA/D(Analog to Digital)変換機能を持たせた列並列A/D変換器を素子上に搭載したものがある(例えば特許文献1、2)。   In recent years, CMOS image pickup devices are designed to sequentially read out the charges of a large number of pixels arranged two-dimensionally on the image pickup surface, and have an A / D (Analog to Digital) conversion function for each column of the arranged pixels. Some column parallel A / D converters are provided on elements (for example, Patent Documents 1 and 2).

このCMOS型撮像素子は、その特徴を生かして、フルスキャン以外にも様々な形態の画素信号を読み出すことができる。例えば、水平及び垂直方向に複数の画素を加算した信号を取り出すムービースキャンにより、多種の解像度に対応した画素数の読み出しが可能である。   This CMOS image sensor can read out various types of pixel signals in addition to full scan by taking advantage of its features. For example, it is possible to read out the number of pixels corresponding to various resolutions by movie scanning for extracting a signal obtained by adding a plurality of pixels in the horizontal and vertical directions.

ムービースキャン動作によりフルスキャン時よりも低解像度化する場合、フレームレートが向上して1画素あたりの蓄積時間が減少し、同時に読み出す信号量が減少することになる。画素加算の目的の一つは、信号量減少が引き起こす信号対雑音比の劣化を抑制することである。即ち、水平及び垂直で単純に間引き読み出し駆動を行うムービースキャンに比べて1画素あたりの信号量を加算により増やして読み出すことにより、擬似的な蓄積時間を増大させることである。   When the resolution is lowered as compared with the full scan by the movie scan operation, the frame rate is improved, the accumulation time per pixel is reduced, and the signal amount to be read is simultaneously reduced. One of the purposes of pixel addition is to suppress degradation of the signal-to-noise ratio caused by a decrease in signal amount. That is, the pseudo accumulation time is increased by increasing the amount of signal per pixel by addition as compared with the movie scan in which thinning readout driving is simply performed horizontally and vertically.

例えば特許文献1には、固体撮像装置が、列毎のA/D変換部と、列単位加算部と、A/D変換部と列単位加算回路の間に設けられた入出力選択部と、を含み、列走査周波数を上げずに列加算動作を行う手法が開示されている。   For example, in Patent Document 1, a solid-state imaging device includes an A / D conversion unit for each column, a column unit addition unit, an input / output selection unit provided between the A / D conversion unit and the column unit addition circuit, And a method of performing the column addition operation without increasing the column scanning frequency is disclosed.

また特許文献2には、列毎のA/D変換部を有する固体撮像装置が、画素アレイの同色画素において、加算対象となるライン間で重み付け係数を変更して画素加算を行い、均等加算による加算後の空間的重心位置不均一を解消する手法が開示されている。   Further, in Patent Document 2, a solid-state imaging device having an A / D conversion unit for each column performs pixel addition by changing a weighting coefficient between lines to be added in the same color pixel of a pixel array, and by equal addition A technique for eliminating the non-uniform spatial center of gravity position after addition is disclosed.

特開2008−294913号公報JP 2008-294913 A 特開2009−212621号公報JP 2009-212621 A

さて、画素加算により得られる画像は画素加算しない場合よりも低解像である。そのため、動画撮影中に高精細静止画を得たい場合には、例えば動画撮影中にシャッターが押された場合だけ静止画撮影を行う手法が考えられる。   Now, an image obtained by pixel addition has a lower resolution than when pixels are not added. Therefore, in order to obtain a high-definition still image during moving image shooting, for example, a method of performing still image shooting only when the shutter is pressed during moving image shooting can be considered.

しかしながら、この手法では、決定的瞬間にタイミングよくシャッターを押して静止画を取得することは難しい。そのため、画素加算による動画を撮影しておき、その動画から事後的に任意タイミングの高精細静止画を生成する手法が考えられる。   However, with this method, it is difficult to acquire a still image by pressing the shutter at a decisive moment. Therefore, it is conceivable to shoot a moving image by pixel addition and generate a high-definition still image at an arbitrary timing later from the moving image.

このような手法として、加算対象の画素の範囲である加算単位を重畳させて設定し、その加算単位に含まれる画素値を加算して低解像画像を取得し、その低解像動画から高精細静止画を復元する手法が考えられる。   As such a method, an addition unit that is a range of pixels to be added is set to be superimposed, a pixel value included in the addition unit is added to obtain a low resolution image, and a high resolution image is obtained from the low resolution video. A method for restoring a fine still image can be considered.

しかしながら、従来の固体撮像装置では、加算対象の画素の範囲を重畳させずに画素加算を行うため(例えば上記特許文献1)、加算単位を重畳させて画素加算を行う手法を実現できないという課題がある。   However, in the conventional solid-state imaging device, since pixel addition is performed without superimposing the range of pixels to be added (for example, Patent Document 1 above), there is a problem that it is not possible to realize a method of performing pixel addition by superimposing addition units. is there.

また、上記特許文献2の手法では、画素加算における重み付け演算を、A/D変換のクロック信号を変調することにより行う。そのため、行単位では比較的低速な動作で制御可能であるが、列単位の画素加算において、重畳された加算単位の画素加算を高速な動作で制御するには不適である。   In the method disclosed in Patent Document 2, weighting calculation in pixel addition is performed by modulating an A / D conversion clock signal. For this reason, control is possible with a relatively low speed operation in units of rows, but it is unsuitable for controlling pixel addition in superimposed units of addition with high speed operation in pixel addition in column units.

本発明の幾つかの態様によれば、加算単位を重畳させて画素加算を行うことが可能な固体撮像装置、撮像装置及び画像生成方法等を提供できる。   According to some aspects of the present invention, it is possible to provide a solid-state imaging device, an imaging device, an image generation method, and the like that can perform pixel addition by superimposing addition units.

本発明の一態様は、入射光を光電変換する複数の画素が配列された画素アレイ部と、前記画素アレイ部の行を選択し、垂直走査を行う行走査部と、選択された前記行の画素からのアナログ信号をデジタル信号の画素値に変換するA/D変換部と、加算対象となる画素の範囲である加算単位の列範囲を水平加算範囲とし、行範囲を垂直加算範囲とする場合に、前記行の前記画素値のうち前記水平加算範囲に含まれる前記画素値を、各列に重み付けして加算し、加算された前記画素値を水平加算画素値として出力する水平演算部と、前記水平加算画素値のうち前記垂直加算範囲に含まれる前記水平加算画素値を加算し、加算された前記水平加算画素値を加算画素値として出力する垂直演算部と、を含み、前記水平演算部は、第1の水平加算範囲と、前記第1の水平加算範囲と共通の画素を含む第2の水平加算範囲とを、前記水平加算範囲として前記水平加算画素値を出力する固体撮像装置に関係する。   One embodiment of the present invention includes a pixel array unit in which a plurality of pixels that photoelectrically convert incident light are arranged, a row scanning unit that selects a row of the pixel array unit, performs vertical scanning, and A / D converter that converts an analog signal from a pixel to a pixel value of a digital signal, and a column range of an addition unit that is a range of pixels to be added is a horizontal addition range and a row range is a vertical addition range A horizontal calculation unit that weights and adds the pixel values included in the horizontal addition range among the pixel values of the row to each column, and outputs the added pixel values as horizontal addition pixel values; A vertical calculation unit that adds the horizontal addition pixel values included in the vertical addition range among the horizontal addition pixel values and outputs the added horizontal addition pixel value as an addition pixel value, and the horizontal calculation unit Is the first horizontal addition range and A second horizontal addition range including the common pixel and the first horizontal addition range, related to the solid-state imaging device that outputs the horizontal addition pixel value as the horizontal addition range.

本発明の一態様によれば、画素アレイ部の行が選択され、選択された行の画素からのアナログ信号がデジタル信号の画素値に変換される。その行の画素値のうち水平加算範囲に含まれる画素値が、各列に重み付けされて加算され、その加算値が水平加算画素値として出力される。このとき、第1の水平加算範囲と第2の水平加算範囲は共通の画素を含む。そして、その水平加算画素値のうち垂直加算範囲に含まれる水平加算画素値が加算され、その加算値が加算画素値として出力される。これにより、加算単位を重畳させて画素加算を行うことが可能になる。   According to one embodiment of the present invention, a row of the pixel array unit is selected, and an analog signal from a pixel in the selected row is converted into a pixel value of a digital signal. Among the pixel values in the row, the pixel values included in the horizontal addition range are weighted and added to each column, and the addition value is output as a horizontal addition pixel value. At this time, the first horizontal addition range and the second horizontal addition range include common pixels. Then, of the horizontal addition pixel values, the horizontal addition pixel values included in the vertical addition range are added, and the addition value is output as the addition pixel value. This makes it possible to perform pixel addition by superimposing addition units.

また本発明の一態様では、前記水平演算部は、前記第1の水平加算範囲における前記共通の画素と、前記第2の水平加算範囲における前記共通の画素に対して、異なる重み係数による前記重み付けを行ってもよい。   In the aspect of the invention, the horizontal calculation unit may weight the common pixel in the first horizontal addition range and the common pixel in the second horizontal addition range with different weighting factors. May be performed.

このようにすれば、共通の画素に対して各加算範囲において独立した重み付けを行うことができる。これにより、加算単位が重畳する場合であっても、各加算単位においてそれぞれ重み付け加算を行うことができる。   In this way, independent weighting can be performed on common pixels in each addition range. Thereby, even when the addition units are overlapped, weighting addition can be performed in each addition unit.

また本発明の一態様では、前記第1の水平加算範囲が第1の画素と第2の画素を含み、前記第2の水平加算範囲が前記第2の画素と第3の画素を含む場合に、前記水平演算部は、前記第1〜第3の画素の画素値である第1〜第3の画素値を記憶するラインメモリーと、前記第1の画素値に対する第1の重み係数による重み付けと、前記第2の画素値に対する第2、第3の重み係数による重み付けと、前記第3の画素値に対する第4の重み係数による重み付けとを、行うウエイト演算部と、前記第1、第2の重み係数により重み付けされた前記第1、第2の画素値の加算と、前記第3、第4の重み係数により重み付けされた前記第2、第3の画素値の加算とを、行う水平加算部と、を有してもよい。   In one embodiment of the present invention, the first horizontal addition range includes a first pixel and a second pixel, and the second horizontal addition range includes the second pixel and a third pixel. The horizontal calculation unit includes a line memory for storing first to third pixel values, which are pixel values of the first to third pixels, and weighting with respect to the first pixel value by a first weighting factor. , A weight calculator that performs weighting with respect to the second pixel value by the second and third weighting factors and weighting with respect to the third pixel value by the fourth weighting factor, and the first and second weighting units, A horizontal adder that performs addition of the first and second pixel values weighted by a weighting factor and addition of the second and third pixel values weighted by the third and fourth weighting factors You may have.

このようにすれば、第1の水平加算範囲と第2の水平加算範囲の共通の画素に対して、各水平加算範囲において異なる重み係数による重み付けを行う水平演算部を構成できる。   In this way, it is possible to configure a horizontal arithmetic unit that performs weighting with a different weighting coefficient in each horizontal addition range for pixels common to the first horizontal addition range and the second horizontal addition range.

また本発明の一態様では、前記ウエイト演算部は、前記第1〜第4の重み係数の乗算を行う第1〜第4の乗算器を有し、前記第1〜第4の乗算器は、前記ラインメモリーに記憶された前記画素値に対して、同一タイミングにおいて前記第1〜第4の重み係数を乗算してもよい。   In the aspect of the invention, the weight calculation unit includes first to fourth multipliers that perform multiplication of the first to fourth weighting factors, and the first to fourth multipliers are The pixel values stored in the line memory may be multiplied by the first to fourth weighting coefficients at the same timing.

このようにすれば、1行について1回のタイミングで、重畳する加算単位のウエイト演算を行うことができる。これにより、共通画素に対して2回のタイミングでウエイト演算を行う必要がないため、重畳しない画素加算に比べて動作速度を上げる必要がない。   In this way, it is possible to perform the weight calculation of the addition unit to be superimposed at one timing for one row. Thereby, since it is not necessary to perform the weight calculation with respect to the common pixel at two timings, it is not necessary to increase the operation speed as compared with the pixel addition which does not overlap.

また本発明の一態様では、前記垂直演算部は、第1の垂直加算範囲と、前記第1の垂直加算範囲と共通の行を含む第2の垂直加算範囲とを、前記垂直加算範囲として前記加算画素値を出力してもよい。   In the aspect of the invention, the vertical calculation unit may use the first vertical addition range and the second vertical addition range including a row common to the first vertical addition range as the vertical addition range. The added pixel value may be output.

このようにすれば、第1、第2の垂直加算範囲の共通する行の水平加算画素値を各垂直加算範囲について加算できるため、重畳する垂直加算範囲の画素加算を実現できる。   In this way, since the horizontal addition pixel values in the common row of the first and second vertical addition ranges can be added for each vertical addition range, pixel addition in the overlapping vertical addition range can be realized.

また本発明の一態様では、前記垂直演算部は、第1〜第3の行の前記水平加算画素値を記憶する第1〜第3のラインメモリーと、前記第1、第2の行の前記水平加算画素値の加算と、前記第2、第3の前記水平加算画素値の加算とを、行う垂直加算部と、を有してもよい。   In the aspect of the invention, the vertical calculation unit may include first to third line memories that store the horizontal addition pixel values of the first to third rows, and the first and second rows. You may have a vertical addition part which performs addition of a horizontal addition pixel value, and addition of the said 2nd, 3rd said horizontal addition pixel value.

このようにすれば、第1、第2の垂直加算範囲の共通の行の水平加算画素値を、各垂直加算範囲において加算する垂直演算部を構成できる。   In this way, it is possible to configure a vertical calculation unit that adds the horizontal addition pixel values in the common row of the first and second vertical addition ranges in each vertical addition range.

また本発明の一態様では、前記加算単位を設定する制御部と、設定された前記加算単位に基づいて列と行を選択する選択部と、を含み、前記水平演算部は、選択された前記列の前記画素値を重み付けして加算し、前記垂直演算部は、選択された前記行の前記水平加算画素値を加算してもよい。   In one aspect of the present invention, the control unit includes: a control unit that sets the addition unit; and a selection unit that selects a column and a row based on the set addition unit. The pixel values of the columns may be weighted and added, and the vertical calculation unit may add the horizontal addition pixel values of the selected row.

このようにすれば、設定された加算単位に基づいて列と行を選択することで、加算単位に含まれる画素の画素値を加算し、加算画素値を求めることができる。   In this way, by selecting a column and a row based on the set addition unit, the pixel values of the pixels included in the addition unit can be added to obtain the added pixel value.

また本発明の一態様では、前記A/D変換部は、前記行走査部により選択された行の各列の前記アナログ信号を、並列に前記デジタル信号に変換する列並列A/D変換部であってもよい。   In the aspect of the invention, the A / D conversion unit may be a column parallel A / D conversion unit that converts the analog signal of each column of the row selected by the row scanning unit into the digital signal in parallel. There may be.

このようにすれば、1行の画素のアナログ信号を、並列にデジタル信号に変換することができる。これにより、高速なA/D変換が不要になるため、固体撮像装置の動作速度の低速化を図ることができる。   In this way, analog signals from one row of pixels can be converted into digital signals in parallel. This eliminates the need for high-speed A / D conversion, so that the operation speed of the solid-state imaging device can be reduced.

また本発明の他の態様は、上記のいずれかに記載の固体撮像装置と、前記加算画素値に基づいて、前記加算単位に含まれる画素の画素値を推定する推定演算部と、を含み、第1のポジションに設定された第1の加算単位と、前記第1のポジションがシフトされた第2のポジションに設定された第2の加算単位とが、重畳する場合に、前記垂直演算部は、前記第1、第2の加算単位の前記加算画素値である第1、第2の加算画素値を出力し、前記推定演算部は、前記第1の加算画素値と、前記第2の加算画素値の差分値を求め、前記第1の加算単位から重畳領域を除いた第1の領域の加算画素値である第1の中間画素値と、前記第2の加算単位から前記重畳領域を除いた第2の領域の加算画素値である第2の中間画素値との関係式を、前記差分値を用いて表し、前記関係式を用いて前記第1、第2の中間画素値を推定し、推定した前記第1の中間画素値を用いて前記加算単位に含まれる各画素の画素値を求める撮像装置に関係する。   According to another aspect of the present invention, the solid-state imaging device according to any one of the above, and an estimation calculation unit that estimates a pixel value of a pixel included in the addition unit based on the addition pixel value, When the first addition unit set at the first position and the second addition unit set at the second position where the first position is shifted overlap, the vertical arithmetic unit is The first and second addition pixel values which are the addition pixel values of the first and second addition units are output, and the estimation calculation unit is configured to output the first addition pixel value and the second addition. A difference value of pixel values is obtained, and a first intermediate pixel value that is an addition pixel value of the first area obtained by removing the overlap area from the first addition unit, and the overlap area is removed from the second addition unit. The relational expression with the second intermediate pixel value that is the added pixel value of the second area is expressed as the difference. The first intermediate pixel value is estimated using the relational expression, and the pixel value of each pixel included in the addition unit is obtained using the estimated first intermediate pixel value. Related to the imaging device.

本発明の他の態様によれば、重畳しながら画素シフトされた加算単位の加算画素値から中間画素値を推定し、推定した中間画素値から最終的な推定画素値を求めることができる。これにより、簡素な処理で撮像画像を推定できる。   According to another aspect of the present invention, it is possible to estimate an intermediate pixel value from an addition pixel value of an addition unit that has been pixel shifted while being superimposed, and obtain a final estimated pixel value from the estimated intermediate pixel value. Thereby, a captured image can be estimated by simple processing.

また本発明の他の態様では、前記推定演算部は、前記第1、第2の中間画素値を含む連続する中間画素値を中間画素値パターンとする場合に、前記中間画素値パターンに含まれる中間画素値間の関係式を前記加算画素値を用いて表し、前記中間画素値間の関係式で表された前記中間画素値パターンと前記加算画素値とを比較して類似性を評価し、前記類似性の評価結果に基づいて、前記類似性が最も高くなるように、前記中間画素値パターンに含まれる中間画素値を決定してもよい。   In another aspect of the present invention, the estimation calculation unit is included in the intermediate pixel value pattern when successive intermediate pixel values including the first and second intermediate pixel values are used as an intermediate pixel value pattern. A relational expression between intermediate pixel values is represented using the addition pixel value, the intermediate pixel value pattern represented by the relational expression between the intermediate pixel values is compared with the addition pixel value, and similarity is evaluated, Based on the similarity evaluation result, an intermediate pixel value included in the intermediate pixel value pattern may be determined so that the similarity becomes the highest.

このようにすれば、重畳しながら画素シフトされた加算単位により取得された複数の加算画素値に基づいて、中間画素値を推定により求めることができる。   In this way, an intermediate pixel value can be obtained by estimation based on a plurality of added pixel values acquired by an addition unit that is pixel-shifted while being superimposed.

また本発明のさらに他の態様は、加算対象となる画素の範囲である加算単位の列範囲を水平加算範囲とし、行範囲を垂直加算範囲とする場合に、入射光を光電変換する複数の画素が配列された画素アレイ部が用意され、前記画素アレイ部の行を選択し、垂直走査を行い、選択された前記行の画素からのアナログ信号をデジタル信号の画素値に変換し、第1の水平加算範囲と、前記第1の水平加算範囲と共通の画素を含む第2の水平加算範囲とを、前記水平加算範囲とし、前記行の前記画素値のうち前記水平加算範囲に含まれる前記画素値を、各列に重み付けして加算し、加算された前記画素値を水平加算画素値として出力し、前記水平加算画素値のうち前記垂直加算範囲に含まれる前記水平加算画素値を加算し、加算された前記水平加算画素値を加算画素値として出力する画像生成方法に関係する。   Still another aspect of the present invention provides a plurality of pixels that photoelectrically convert incident light when a column range of an addition unit that is a range of pixels to be added is a horizontal addition range and a row range is a vertical addition range. Are arranged, a row of the pixel array portion is selected, vertical scanning is performed, an analog signal from a pixel of the selected row is converted into a pixel value of a digital signal, The horizontal addition range and a second horizontal addition range including pixels common to the first horizontal addition range are set as the horizontal addition range, and the pixels included in the horizontal addition range among the pixel values of the row A value is added by weighting each column, and the added pixel value is output as a horizontal addition pixel value, and the horizontal addition pixel value included in the vertical addition range among the horizontal addition pixel values is added, The horizontal added pixels added It relates to an image generation method for outputting as an addition pixel value.

本実施形態の固体撮像装置の構成例。1 is a configuration example of a solid-state imaging device of the present embodiment. 図2(A)〜図2(D)は、重畳シフト画素加算サンプリング処理についての説明図。FIG. 2A to FIG. 2D are explanatory diagrams of superposition shift pixel addition sampling processing. 水平演算部の詳細な構成例。The detailed structural example of a horizontal calculating part. 垂直演算部の詳細な構成例。The detailed structural example of a perpendicular | vertical calculating part. 図5(A)は、同色4画素加算を行う場合の加算範囲の設定例。図5(B)は、同色4画素加算を行う場合の出力信号例。FIG. 5A shows an example of setting an addition range when performing the same color four-pixel addition. FIG. 5B shows an example of an output signal when performing the same color four-pixel addition. 同色4画素加算を行う場合の動作説明図。Operation | movement explanatory drawing in the case of performing the same color 4 pixel addition. 図7(A)は、異色4画素加算を行う場合の加算範囲の設定例。図7(B)は、異色4画素加算を行う場合の出力信号例。FIG. 7A shows an example of setting an addition range in the case of performing four-color addition of different colors. FIG. 7B shows an example of an output signal in the case of performing different color 4-pixel addition. 異色4画素加算を行う場合の動作説明図。Operation | movement explanatory drawing in the case of performing different color 4 pixel addition. 図9(A)は、通常の4画素加算を行う場合の加算範囲の設定例。図9(B)は、通常の4画素加算を行う場合の出力信号例。FIG. 9A shows an example of setting the addition range when performing normal four-pixel addition. FIG. 9B shows an example of an output signal when performing normal four-pixel addition. 通常の4画素加算を行う場合の動作説明図。Operation | movement explanatory drawing in the case of performing normal 4-pixel addition. 図11(A)、図11(B)は、推定画素値と中間画素値の説明図。11A and 11B are explanatory diagrams of an estimated pixel value and an intermediate pixel value. 復元推定処理についての説明図。Explanatory drawing about a restoration estimation process. 復元推定処理についての説明図。Explanatory drawing about a restoration estimation process. 復元推定処理についての説明図。Explanatory drawing about a restoration estimation process. 撮像装置の構成例。2 is a configuration example of an imaging device.

以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail. The present embodiment described below does not unduly limit the contents of the present invention described in the claims, and all the configurations described in the present embodiment are indispensable as means for solving the present invention. Not necessarily.

1.本実施形態の概要
本実施形態では、図2(A)等で後述するように、重畳シフトされた加算単位を設定し、その加算単位に含まれる画素値を加算することにより低解像動画を取得する。そして、図11(A)〜図14で後述するように、その低解像動画から、撮像素子の解像度に相当する高解像静止画や高解像動画を復元する。
1. Outline of the present embodiment In this embodiment, as will be described later with reference to FIG. 2 (A) and the like, a low-resolution moving image is generated by setting a superposition-shifted addition unit and adding pixel values included in the addition unit. get. Then, as will be described later with reference to FIGS. 11A to 14, a high-resolution still image and a high-resolution moving image corresponding to the resolution of the image sensor are restored from the low-resolution moving image.

事後的に高解像画像が得られるため、ユーザが好きなタイミングを指定することができ、決定的瞬間の画像を容易に得ることが可能である。また、加算単位が重畳シフトされていることで、簡素な処理で復元を行うことが可能である。   Since a high-resolution image can be obtained after the fact, the user can specify a desired timing, and an image at a decisive moment can be easily obtained. Further, since the addition unit is shifted in a superimposed manner, it is possible to perform restoration by a simple process.

2.固体撮像装置
図1に、重畳シフトサンプリングによる低解像動画を取得する本実施形態の固体撮像装置の構成例を示す。固体撮像装置1(広義にはイメージセンサー)は、画素回路アレイ2(広義には画素アレイ部)、行走査部4(行走査回路、広義には行選択部)、列並列A/D変換部7(列並列A/D変換回路、広義にはA/D変換部)、水平演算部8(水平演算回路)、垂直演算部9(垂直演算回路)、ラインメモリー10、列走査部11(列走査回路)、タイミング制御部12(タイミング制御回路、広義には制御部)、選択部13(選択回路)を含む。
2. Solid-State Imaging Device FIG. 1 shows a configuration example of a solid-state imaging device according to this embodiment that acquires a low-resolution moving image by superposition shift sampling. The solid-state imaging device 1 (image sensor in a broad sense) includes a pixel circuit array 2 (a pixel array portion in a broad sense), a row scanning portion 4 (a row scanning circuit, a row selection portion in a broad sense), and a column parallel A / D conversion portion. 7 (column parallel A / D conversion circuit, A / D conversion unit in a broad sense), horizontal calculation unit 8 (horizontal calculation circuit), vertical calculation unit 9 (vertical calculation circuit), line memory 10, column scanning unit 11 (column Scanning circuit), timing control unit 12 (timing control circuit, control unit in a broad sense), and selection unit 13 (selection circuit).

なお、本実施形態は図1の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素を追加したりする等の種々の変形実施が可能である。例えば、これらの構成要素の一部が固体撮像装置1の外部に設けられてもよい。   Note that the present embodiment is not limited to the configuration shown in FIG. 1, and various modifications such as omitting some of the components or adding other components are possible. For example, some of these components may be provided outside the solid-state imaging device 1.

画素回路アレイ2は、単位画素回路3、行選択線5、列信号線6を含む。単位画素回路3は、二次元状(マトリックス状)に配列される。単位画素回路3は光電変換素子を含む単位画素であり、光情報を電気情報に変換する光電変換を行う。画素は、例えばフォトダイオードやフォトトランジスターなどで構成される。行選択線5は、行走査部4により画素回路アレイ2を垂直方向に走査するための選択線である。列信号線6は、選択された行における各画素回路の出力信号を、列並列A/D変換部7に伝達するための信号線である。   The pixel circuit array 2 includes unit pixel circuits 3, row selection lines 5, and column signal lines 6. The unit pixel circuits 3 are arranged in a two-dimensional shape (matrix shape). The unit pixel circuit 3 is a unit pixel including a photoelectric conversion element, and performs photoelectric conversion that converts optical information into electrical information. The pixel is composed of, for example, a photodiode or a phototransistor. The row selection line 5 is a selection line for scanning the pixel circuit array 2 in the vertical direction by the row scanning unit 4. The column signal line 6 is a signal line for transmitting the output signal of each pixel circuit in the selected row to the column parallel A / D conversion unit 7.

撮像動作が開始されると、所定の蓄積時間(電荷蓄積時間)を経た後、行走査部4が垂直走査を行う。具体的には、行走査部4は、水平方向に沿って並ぶ単位画素回路3を行選択線5により同時に選択し、行選択線5を垂直方向に沿って順次選択していくことにより走査を行う。   When the imaging operation is started, the row scanning unit 4 performs vertical scanning after a predetermined accumulation time (charge accumulation time). Specifically, the row scanning unit 4 simultaneously selects the unit pixel circuits 3 arranged along the horizontal direction by the row selection line 5 and sequentially selects the row selection line 5 along the vertical direction to perform scanning. Do.

選択された行の各単位画素回路3からの信号は、列信号線6により列並列A/D変換部7に入力される。列並列A/D変換部7は、列毎にA/D変換機能をもつように構成されている。即ち、列並列A/D変換部7は、各列信号線6に対応する複数のA/D変換部を有する。列並列A/D変換部7は、行単位画素(1行の単位画素回路3)からの信号を一斉にA/D変換処理する。   A signal from each unit pixel circuit 3 in the selected row is input to the column parallel A / D converter 7 via the column signal line 6. The column parallel A / D converter 7 is configured to have an A / D conversion function for each column. That is, the column parallel A / D converter 7 has a plurality of A / D converters corresponding to the column signal lines 6. The column parallel A / D converter 7 simultaneously performs A / D conversion processing on signals from the row unit pixels (unit pixel circuit 3 in one row).

列並列A/D変換部7によりデジタルデータに変換された各単位画素の信号(各画素の画素値データ)は、水平演算部8に入力される。水平演算部8は、入力された1行分の画素信号の加算処理を行う。具体的には、水平演算部8は、ラインメモリー32と、ウエイト演算部33(重み付け演算部)と、水平加算部34を含む。   The signal of each unit pixel (pixel value data of each pixel) converted into digital data by the column parallel A / D conversion unit 7 is input to the horizontal calculation unit 8. The horizontal calculation unit 8 performs addition processing of the input pixel signals for one row. Specifically, the horizontal calculation unit 8 includes a line memory 32, a weight calculation unit 33 (weighting calculation unit), and a horizontal addition unit 34.

ラインメモリー32は、行単位画素信号を一時的に記憶する。ラインメモリー32は、画素回路アレイ2の一行分の画素数に相当する容量のメモリーにより構成される。   The line memory 32 temporarily stores row unit pixel signals. The line memory 32 includes a memory having a capacity corresponding to the number of pixels for one row of the pixel circuit array 2.

ウエイト演算部33は、各画素信号に対してウエイト(重み付け係数)を付与する処理を行う。この処理は、各画素信号の増幅率を決定する処理である。例えば、ウエイト演算部33は、加減乗除演算処理や、デジタル信号の階調方向シフト、いわゆるbitシフト処理などにより、ウエイト付与処理を行う。   The weight calculation unit 33 performs a process of assigning a weight (weighting coefficient) to each pixel signal. This process is a process for determining the amplification factor of each pixel signal. For example, the weight calculation unit 33 performs weight addition processing through addition / subtraction / division / calculation calculation processing, gradation shift of a digital signal, so-called bit shift processing, and the like.

水平加算部34は、水平方向において画素信号を加算する処理を行う。具体的には、選択部13の列選択部15が加算対象の列を選択し、水平加算部34が、選択された列の画素信号を加算する。列選択部15は、タイミング制御部12からの指示に基づいて、加算対象となる列信号を選択する。   The horizontal adder 34 performs a process of adding pixel signals in the horizontal direction. Specifically, the column selection unit 15 of the selection unit 13 selects a column to be added, and the horizontal addition unit 34 adds the pixel signals of the selected column. The column selection unit 15 selects a column signal to be added based on an instruction from the timing control unit 12.

水平演算部8により加算処理された行信号は、垂直演算部9に入力される。垂直演算部9は、水平方向に加算された複数行の画素信号を加算する処理を行う。具体的には、垂直演算部9は、ラインメモリー42と、垂直加算部43を含む。   The row signal added by the horizontal calculation unit 8 is input to the vertical calculation unit 9. The vertical calculation unit 9 performs a process of adding pixel signals of a plurality of rows added in the horizontal direction. Specifically, the vertical calculation unit 9 includes a line memory 42 and a vertical addition unit 43.

ラインメモリー42は、水平演算部8で演算処理された行単位画素信号を一時的に記憶する。ラインメモリー42が記憶する行数(ラインメモリーの本数)は、加算する行数により決定され、固体撮像装置1の設計時に決定される。例えば、画素回路アレイ2がベイヤー(Bayer)配列であり、本実施形態の重畳シフトにより4画素加算を行う場合、3行分(3本)のラインメモリーが必要である。また、重畳させずに同色4画素加算を行う場合、2行分(2本)のラインメモリーが必要である。各行のラインメモリーの容量は、水平演算部8による水平方向の画素加算処理の内容に応じて決まる。   The line memory 42 temporarily stores the row unit pixel signal that has been subjected to the arithmetic processing by the horizontal arithmetic unit 8. The number of lines stored in the line memory 42 (the number of line memories) is determined by the number of lines to be added, and is determined when the solid-state imaging device 1 is designed. For example, when the pixel circuit array 2 is a Bayer array and 4-pixel addition is performed by the superposition shift of this embodiment, three lines (three lines) of line memory are required. In addition, when adding four pixels of the same color without superimposing, two lines (two lines) of line memory are required. The capacity of the line memory in each row is determined according to the contents of the pixel addition processing in the horizontal direction by the horizontal calculation unit 8.

垂直加算部43は、垂直方向において画素信号を加算する処理を行う。具体的には、選択部13の行選択部16が加算対象の行の画素信号が記憶されているラインメモリーを選択し、垂直加算部43が、選択されたラインメモリーから画素信号を読み出し、読み出した画素信号を加算する。行選択部16は、タイミング制御部12からの指示に基づいて、加算対象となる行信号を選択する。   The vertical adder 43 performs a process of adding pixel signals in the vertical direction. Specifically, the row selection unit 16 of the selection unit 13 selects a line memory in which the pixel signal of the addition target row is stored, and the vertical addition unit 43 reads and reads the pixel signal from the selected line memory. The obtained pixel signals are added. The row selection unit 16 selects a row signal to be added based on an instruction from the timing control unit 12.

垂直演算部9で演算処理された信号は、ラインメモリー10に一時的に記憶される。列走査部11は、ラインメモリー10に記憶された加算画素信号を時系列で順次読み出し、出力線14に出力する。   The signal calculated by the vertical calculation unit 9 is temporarily stored in the line memory 10. The column scanning unit 11 sequentially reads out the addition pixel signals stored in the line memory 10 in time series and outputs them to the output line 14.

3.重畳シフト画素加算サンプリング処理
次に、本実施形態が行う市松状の重畳シフト画素加算サンプリング処理について説明する。なお以下では、2行2列の画素値を加算する場合を例に説明する。また以下では、画素配列の一部である3行3列の画素を例に説明するが、図5(A)等で後述するように、画素配列全体で同様の画素加算が行われる。
3. Superposition Shift Pixel Addition Sampling Processing Next, the checkered superposition shift pixel addition sampling processing performed by the present embodiment will be described. Hereinafter, a case where pixel values of 2 rows and 2 columns are added will be described as an example. In the following description, a pixel of 3 rows and 3 columns, which is a part of the pixel array, will be described as an example. However, as will be described later with reference to FIG.

図2(A)に示すように、第1フレームでは、グループGP1の画素(実線で囲まれた画素)とグループGP2の画素(破線で囲まれた画素)が加算対象である。第1フレームは、例えば奇数フレームである。この第1フレームと、後述する第2フレームは、低解像動画撮影において交互に繰り返される。   As shown in FIG. 2A, in the first frame, pixels of group GP1 (pixels surrounded by a solid line) and pixels of group GP2 (pixels surrounded by a broken line) are to be added. The first frame is, for example, an odd frame. This first frame and a second frame described later are alternately repeated in the low-resolution moving image shooting.

ここで、フレームとは、例えば撮像素子により画像が撮像されるタイミングや、画像処理において1つの撮像画像が処理されるタイミングである。あるいは、画像データにおける1つの画像も適宜フレームと呼ぶ。   Here, the frame is, for example, a timing at which an image is captured by an image sensor or a timing at which one captured image is processed in image processing. Alternatively, one image in the image data is also referred to as a frame as appropriate.

図2(B)に、第1フレームにおいて画素値に付与するウエイトの例を示す。この例では、GP1、GP2の加算画素値は下式(1)により求められる。画素Eに注目すると、画素EはグループGP1とグループGP2に属し、画素Eには各グループにおいてそれぞれウエイトが付与されている。
GP1=A+(1/2)*B+(1/2)*D+(1/4)*E,
GP2=E+(1/2)*F+(1/2)*H+(1/4)*I (1)
FIG. 2B shows an example of weights given to pixel values in the first frame. In this example, the added pixel values of GP1 and GP2 are obtained by the following equation (1). When attention is paid to the pixel E, the pixel E belongs to the group GP1 and the group GP2, and the pixel E is given a weight in each group.
GP1 = A + (1/2) * B + (1/2) * D + (1/4) * E,
GP2 = E + (1/2) * F + (1/2) * H + (1/4) * I (1)

図2(C)に示すように、第2フレームでは、グループGP3の画素(実線で囲まれた画素)とグループGP4の画素(破線で囲まれた画素)が加算対象である。第2フレームは、例えば偶数フレームである。   As shown in FIG. 2C, in the second frame, pixels of the group GP3 (pixels surrounded by a solid line) and pixels of the group GP4 (pixels surrounded by a broken line) are to be added. The second frame is, for example, an even frame.

図2(D)に、第2フレームにおいて画素値に付与するウエイトの例を示す。この例では、GP3、GP4の加算画素値は下式(2)により求められる。
GP3=B+(1/2)*C+(1/2)*E+(1/4)*F,
GP4=D+(1/2)*E+(1/2)*G+(1/4)*H (2)
FIG. 2D shows an example of weights given to pixel values in the second frame. In this example, the added pixel values of GP3 and GP4 are obtained by the following equation (2).
GP3 = B + (1/2) * C + (1/2) * E + (1/4) * F,
GP4 = D + (1/2) * E + (1/2) * G + (1/4) * H (2)

このように、市松重畳シフト画素加算サンプリングでは、市松状に画素加算対象をシフトさせながら特定画素を重畳させ、その特定画素に対して複数のウエイトを付与して画素加算処理を行う。   As described above, in the checkered superposition shift pixel addition sampling, a specific pixel is superimposed while shifting the pixel addition target in a checkered pattern, and a plurality of weights are given to the specific pixel to perform pixel addition processing.

なお、画素値A〜Iに付与するウエイトは上記に限定されない。例えば、GP1を例にとれば、下式(3)により加算画素値を求めてもよい。ここで、rはr≧1の実数である。図2(C)、図2(D)の例は、下式(3)においてr=2の場合である。
GP1=A+(1/r)*B+(1/r)*C+(1/r)*D (3)
The weight given to the pixel values A to I is not limited to the above. For example, if GP1 is taken as an example, the added pixel value may be obtained by the following equation (3). Here, r is a real number of r ≧ 1. The example of FIG. 2C and FIG. 2D is a case where r = 2 in the following formula (3).
GP1 = A + (1 / r) * B + (1 / r) * C + (1 / r 2 ) * D (3)

4.水平演算部
次に、上述の水平演算部8について詳細に説明する。
4). Horizontal Calculation Unit Next, the horizontal calculation unit 8 will be described in detail.

図3に、水平演算部8の詳細な構成例を示す。水平演算部8(狭義には水平演算回路)は、ラインメモリー32、ウエイト演算部33(ウエイト演算回路)、水平加算部34(水平加算回路)を含む。以下では、図2(A)で上述した第1フレームにおける3行3列の画素に対する処理を例に説明する。   FIG. 3 shows a detailed configuration example of the horizontal calculation unit 8. The horizontal calculation unit 8 (horizontal calculation circuit in a narrow sense) includes a line memory 32, a weight calculation unit 33 (weight calculation circuit), and a horizontal addition unit 34 (horizontal addition circuit). Hereinafter, an example of the process for the pixels in the 3rd row and the 3rd column in the first frame described above with reference to FIG. 2A will be described.

水平演算部31には、列並列A/D変換部7からのA/D変換出力30が入力される。具体的には、(A,B,C)、(D,E,F)、(G,H,I)の行信号が、ラインメモリー32に順次一時記憶される。以下では、(D,E,F)の行信号が記憶される場合を例に説明する。   The A / D conversion output 30 from the column parallel A / D conversion unit 7 is input to the horizontal calculation unit 31. Specifically, the row signals (A, B, C), (D, E, F), (G, H, I) are temporarily stored in the line memory 32 sequentially. In the following, a case where (D, E, F) row signals are stored will be described as an example.

ウエイト演算部33は、タイミング制御部12からのタイミング制御信号に基づいて、行信号(D,E,F)の中から列信号を選択し、選択した列信号に対して所定のウエイトを付与する。具体的には、ウエイト演算部33は、第1〜第4の乗算部MP1〜MP4を有する。   The weight calculator 33 selects a column signal from the row signals (D, E, F) based on the timing control signal from the timing controller 12, and gives a predetermined weight to the selected column signal. . Specifically, the weight calculation unit 33 includes first to fourth multiplication units MP1 to MP4.

乗算部MP1〜MP4は、それぞれ画素値D、E、E、Fに対してウエイト1/2、1/4、1、1/2を乗算する。この例では画素値Eに対して2つのウエイトが付与されているが、いずれの画素値に2つのウエイトを付与するかは、タイミング制御信号により選択される。乗算部MP1〜MP4は、この乗算を同一のタイミングで行う。同一のタイミングとは、例えばラインメモリー32から画素値を読み出すタイミングや、水平同期信号に同期したクロックの同一エッジタイミングである。   The multipliers MP1 to MP4 multiply the pixel values D, E, E, and F by weights 1/2, 1/4, 1, and 1/2, respectively. In this example, two weights are given to the pixel value E, but which of the pixel values is given two weights is selected by the timing control signal. The multipliers MP1 to MP4 perform this multiplication at the same timing. The same timing is, for example, a timing for reading a pixel value from the line memory 32 or a same edge timing of a clock synchronized with a horizontal synchronization signal.

水平加算部34は、ウエイトが付与された画素値を加算し、加算値を水平画素加算出力35として出力する。具体的には、水平加算部34は、第1、第2の加算部AH1、AH2を有する。   The horizontal adder 34 adds pixel values to which weights are given, and outputs the added value as a horizontal pixel addition output 35. Specifically, the horizontal adder 34 includes first and second adders AH1 and AH2.

加算部AH1は、乗算部MP1、MP2からの出力を加算し、加算値((1/2)*D+(1/4)*E)を出力する。加算部AH2は、乗算部MP3、MP4からの出力を加算し、加算値(E+(1/2)*F)を出力する。   Adder AH1 adds the outputs from multipliers MP1 and MP2, and outputs an added value ((1/2) * D + (1/4) * E). The adder AH2 adds the outputs from the multipliers MP3 and MP4, and outputs an added value (E + (1/2) * F).

5.垂直演算部
次に、上述の垂直演算部9について詳細に説明する。
図4に、垂直演算部9の詳細な構成例を示す。垂直演算部9(狭義には垂直演算部)は、ラインメモリー42、垂直加算部43(垂直加算回路)を含む。以下では、図2(A)、図3で上述した第1フレームにおける3行3列の画素に対する処理を例に説明する。
5. Vertical Calculation Unit Next, the vertical calculation unit 9 will be described in detail.
FIG. 4 shows a detailed configuration example of the vertical calculation unit 9. The vertical calculation unit 9 (vertical calculation unit in a narrow sense) includes a line memory 42 and a vertical addition unit 43 (vertical addition circuit). In the following, an explanation will be given by taking an example of the processing for the pixels of 3 rows and 3 columns in the first frame described above with reference to FIGS.

垂直演算部9には、水平演算部8からの水平画素加算出力35が入力される。具体的には、ラインメモリー42は、第1〜第3のラインメモリーLM1〜LM3を有する。ラインメモリーLM1には、水平加算信号(A+(1/2)*B,B+(1/2)*C)が入力され、一時記憶される。ラインメモリーLM2には、水平加算信号((1/2)*D+(1/4)*E,E+(1/2)*F)が入力され、一時記憶される。ラインメモリーLM3には、水平加算信号(G+(1/2)*H,(1/2)*H+(1/4)*I)が入力され、一時記憶される。   The vertical operation unit 9 receives the horizontal pixel addition output 35 from the horizontal operation unit 8. Specifically, the line memory 42 includes first to third line memories LM1 to LM3. A horizontal addition signal (A + (1/2) * B, B + (1/2) * C) is input to the line memory LM1 and temporarily stored. A horizontal addition signal ((1/2) * D + (1/4) * E, E + (1/2) * F) is input to the line memory LM2 and temporarily stored. A horizontal addition signal (G + (1/2) * H, (1/2) * H + (1/4) * I) is input to the line memory LM3 and temporarily stored.

垂直加算部43には、タイミング制御部に基づいて選択された行の水平加算信号が入力される。行の選択は、その行に対応するラインメモリーを、ラインメモリーLM1〜LM3の中から選択することで行われる。そして、垂直加算部43は、入力された水平加算信号を加算し、加算値を垂直画素加算出力44として出力する。具体的には、垂直加算部43は、第1、第2の加算部AV1、AV2を含む。   The vertical addition unit 43 receives the horizontal addition signal of the row selected based on the timing control unit. The line is selected by selecting a line memory corresponding to the line from the line memories LM1 to LM3. The vertical adder 43 adds the input horizontal addition signals and outputs the added value as the vertical pixel addition output 44. Specifically, the vertical adder 43 includes first and second adders AV1 and AV2.

加算部AV1、AV2は、ラインメモリーLM1、LM2に記憶された水平加算信号を加算し、それぞれ加算信号(A+(1/2)*B+(1/2)*D+(1/4)*E)、(B+(1/2)*C+E+(1/2)*F)を出力する。また、加算部AV1、AV2は、ラインメモリーLM2、LM3に記憶された水平加算信号を加算し、それぞれ加算信号((1/2)*D+(1/4)*E+G+(1/2)*H)、(E+(1/2)*F+(1/2)*H+(1/4)*I)を出力する。   The adders AV1 and AV2 add the horizontal addition signals stored in the line memories LM1 and LM2, and add signals (A + (1/2) * B + (1/2) * D + (1/4) * E), respectively. , (B + (1/2) * C + E + (1/2) * F). The adders AV1 and AV2 add the horizontal addition signals stored in the line memories LM2 and LM3, respectively, and add signals ((1/2) * D + (1/4) * E + G + (1/2) * H ), (E + (1/2) * F + (1/2) * H + (1/4) * I).

なお図4には、垂直加算部43に対してラインメモリーLM1、LM2からの信号が入力される場合の結線例を示すが、垂直加算部43に対していずれのラインメモリーからの信号が入力されるかは、タイミング制御信号に基づいて選択部13により選択される。   FIG. 4 shows an example of connection when signals from the line memories LM1 and LM2 are input to the vertical adder 43, but a signal from any line memory is input to the vertical adder 43. This is selected by the selector 13 based on the timing control signal.

上記の実施形態によれば、図1に示すように、固体撮像装置1(固体撮像素子、広義にはイメージセンサー)は、画素アレイ部(画素回路アレイ2)と行走査部4とA/D変換部(列並列A/D変換部7)と水平演算部8と垂直演算部9を含む。   According to the above-described embodiment, as shown in FIG. 1, the solid-state imaging device 1 (solid-state imaging device, image sensor in a broad sense) includes a pixel array unit (pixel circuit array 2), a row scanning unit 4, and an A / D. A conversion unit (column parallel A / D conversion unit 7), a horizontal calculation unit 8, and a vertical calculation unit 9 are included.

画素アレイ部は、入射光を光電変換する複数の画素3が配列される。行走査部4は、画素アレイ部の行を選択し、垂直走査を行う。A/D変換部は、選択された行の画素からのアナログ信号をデジタル信号の画素値(画素信号)に変換する。   In the pixel array section, a plurality of pixels 3 that photoelectrically convert incident light are arranged. The row scanning unit 4 selects a row in the pixel array unit and performs vertical scanning. The A / D converter converts an analog signal from a pixel in the selected row into a pixel value (pixel signal) of a digital signal.

図2(A)に示すように、加算単位(例えばグループGP1)は、加算対象となる画素の範囲である。水平加算範囲は、加算単位の列範囲(例えばGP1では、画素アレイの第1列〜第2列)である。垂直加算範囲は、加算単位の行範囲(例えばGP1では、画素アレイの第1行〜第2行)である。図3に示すように、水平演算部8は、行の画素値のうち水平加算範囲に含まれる画素値(例えば第2行のD、E)を、各列に重み付けして加算し、加算された画素値を水平加算画素値((1/2)*D+(1/4)*E)として出力する。図4に示すように、垂直演算部9は、水平加算画素値のうち垂直加算範囲に含まれる水平加算画素値を加算し、加算された水平加算画素値を加算画素値として出力する。   As shown in FIG. 2A, the addition unit (for example, group GP1) is a range of pixels to be added. The horizontal addition range is a column range of addition units (for example, in GP1, the first column to the second column of the pixel array). The vertical addition range is a row range of addition units (for example, in GP1, the first row to the second row of the pixel array). As shown in FIG. 3, the horizontal calculation unit 8 adds the pixel values (for example, D and E in the second row) included in the horizontal addition range among the pixel values in the row, weighting each column, and the addition is performed. The obtained pixel value is output as a horizontal addition pixel value ((1/2) * D + (1/4) * E). As illustrated in FIG. 4, the vertical calculation unit 9 adds the horizontal addition pixel values included in the vertical addition range among the horizontal addition pixel values, and outputs the added horizontal addition pixel value as the addition pixel value.

この場合に、図2に示すように、水平演算部8は、第1の水平加算範囲(例えば第2行におけるD、E)と、第1の水平加算範囲と共通の画素(E)を含む第2の水平加算範囲(E、F)とを、水平加算範囲として水平加算画素値を出力する。   In this case, as shown in FIG. 2, the horizontal calculation unit 8 includes a first horizontal addition range (for example, D and E in the second row) and a pixel (E) common to the first horizontal addition range. The horizontal addition pixel value is output using the second horizontal addition range (E, F) as the horizontal addition range.

これにより、共通の画素を含む第1、第2の水平加算範囲の画素加算を行うことができるため、加算単位を重畳しながら画素加算を行うことができる。また、各列に重み付けして加算するため、水平加算範囲に含まれる画素値それぞれに重み付けをして加算することができる。また、加算単位を重畳しながら画素加算を行うことで、図11(A)〜図14で後述するように、簡素な処理で高解像画像を復元することが可能になる。また、その復元処理により任意タイミングの高解像画像を動画から抽出できるため、シャッターチャンスを逃すことがなくユーザの操作性を向上できる。   Thereby, since the pixel addition of the 1st and 2nd horizontal addition range including a common pixel can be performed, pixel addition can be performed while superimposing the addition unit. In addition, since each column is weighted and added, each pixel value included in the horizontal addition range can be weighted and added. Further, by performing pixel addition while superimposing the addition units, it becomes possible to restore a high-resolution image by simple processing, as will be described later with reference to FIGS. Further, since the high-resolution image at an arbitrary timing can be extracted from the moving image by the restoration process, the operability for the user can be improved without missing a photo opportunity.

また本実施形態では、図3に示すように、水平演算部8は、第1の水平加算範囲(例えばD、E)における共通の画素(E)と、第2の水平加算範囲(E、F)における共通の画素(E)に対して、異なる重み係数(1/4、1)による重み付けを行う。   In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the horizontal calculation unit 8 includes the common pixel (E) in the first horizontal addition range (for example, D, E) and the second horizontal addition range (E, F). The common pixel (E) in () is weighted with different weighting factors (1/4, 1).

このようにすれば、共通の画素に対して各加算範囲において独立した重み付けを行うことができる。これにより、加算単位が重畳する場合であっても、各加算単位においてそれぞれ重み付け加算を行うことができる。   In this way, independent weighting can be performed on common pixels in each addition range. Thereby, even when the addition units are overlapped, weighting addition can be performed in each addition unit.

具体的には、第1の水平加算範囲が第1の画素(例えばD)と第2の画素(E)を含み、第2の水平加算範囲が第2の画素(E)と第3の画素(F)を含む。水平演算部8は、ラインメモリー32とウエイト演算部33と水平加算部34を含む。ラインメモリー32は、第1〜第3の画素の画素値である第1〜第3の画素値(D,E,F)を記憶する。ウエイト演算部33は、第1の画素値(D)に対する第1の重み係数(1/2)による重み付けと、第2の画素値(E)に対する第2、第3の重み係数(1/4、1)による重み付けと、第3の画素値(F)に対する第4の重み係数(1)による重み付けとを、行う。水平加算部34は、第1、第2の重み係数により重み付けされた第1、第2の画素値の加算と、第3、第4の重み係数により重み付けされた第2、第3の画素値の加算とを、行う。   Specifically, the first horizontal addition range includes a first pixel (for example, D) and a second pixel (E), and the second horizontal addition range includes a second pixel (E) and a third pixel. (F) is included. The horizontal calculation unit 8 includes a line memory 32, a weight calculation unit 33, and a horizontal addition unit 34. The line memory 32 stores first to third pixel values (D, E, F) that are pixel values of the first to third pixels. The weight calculation unit 33 weights the first pixel value (D) with the first weighting factor (1/2), and the second and third weighting factors (1/4) for the second pixel value (E). 1) and weighting by the fourth weighting factor (1) for the third pixel value (F). The horizontal adder 34 adds the first and second pixel values weighted by the first and second weighting factors, and the second and third pixel values weighted by the third and fourth weighting factors. Is added.

このようにすれば、第1の水平加算範囲と第2の水平加算範囲の共通の画素に対して、各水平加算範囲において異なる重み係数を付与する水平演算部を構成できる。   In this way, it is possible to configure a horizontal arithmetic unit that assigns different weighting coefficients in the respective horizontal addition ranges to the common pixels of the first horizontal addition range and the second horizontal addition range.

また本実施形態では、ウエイト演算部33は、第1〜第4の重み係数の乗算を行う第1〜第4の乗算部MP1〜MP4を有する。第1〜第4の乗算部MP1〜MP4は、ラインメモリー32に記憶された画素値に対して、同一タイミングにおいて第1〜第4の重み係数を乗算する。   In the present embodiment, the weight calculation unit 33 includes first to fourth multiplication units MP1 to MP4 that perform multiplication of the first to fourth weighting factors. The first to fourth multipliers MP1 to MP4 multiply the pixel values stored in the line memory 32 by the first to fourth weighting coefficients at the same timing.

このようにすれば、1行について1回のタイミングで、重畳する加算単位のウエイト演算を行うことができる。これにより、共通画素に対して2回のタイミングでウエイト演算を行う必要がないため、従来の重畳しない画素加算に比べて動作速度を上げることなく固体撮像装置を構成できる。また、動作速度が変わらないため、従来の固体撮像装置の水平演算部や垂直演算部を変更するだけで重畳シフトサンプリングが可能になり、設計コストを削減できる。   In this way, it is possible to perform the weight calculation of the addition unit to be superimposed at one timing for one row. Thereby, since it is not necessary to perform the weight calculation with respect to the common pixel at two times, the solid-state imaging device can be configured without increasing the operation speed as compared with the conventional pixel addition without superimposing. In addition, since the operation speed does not change, superposition shift sampling can be performed only by changing the horizontal arithmetic unit and the vertical arithmetic unit of the conventional solid-state imaging device, and the design cost can be reduced.

また本実施形態では、図4に示すように、垂直演算部9は、第1の垂直加算範囲(例えば第1行、第2行)と、第1の垂直加算範囲と共通の行(第2行)を含む第2の垂直加算範囲(第2行、第3行)とを、垂直加算範囲として加算画素値を出力する。   In the present embodiment, as shown in FIG. 4, the vertical calculation unit 9 includes a first vertical addition range (for example, the first row and the second row) and a row common to the first vertical addition range (second row). The added pixel value is output using the second vertical addition range (second row and third row) including the row) as the vertical addition range.

このようにすれば、第1、第2の垂直加算範囲の共通する行の水平加算画素値を各垂直加算範囲について加算できるため、重畳する垂直加算範囲の画素加算を実現できる。   In this way, since the horizontal addition pixel values in the common row of the first and second vertical addition ranges can be added for each vertical addition range, pixel addition in the overlapping vertical addition range can be realized.

具体的には、垂直演算部9は、第1〜第3のラインメモリーLM1〜LM3と垂直加算部43を含む。第1〜第3のラインメモリーLM1〜LM3は、それぞれ第1〜第3の行の水平加算画素値を記憶する。垂直加算部43は、第1、第2の行の水平加算画素値の加算と、第2、第3の水平加算画素値の加算とを、行う。   Specifically, the vertical calculation unit 9 includes first to third line memories LM1 to LM3 and a vertical addition unit 43. The first to third line memories LM1 to LM3 store the horizontal addition pixel values of the first to third rows, respectively. The vertical addition unit 43 performs addition of the horizontal addition pixel values of the first and second rows and addition of the second and third horizontal addition pixel values.

このようにすれば、第1の垂直加算範囲と第2の垂直加算範囲の共通の行の水平加算画素値を、各垂直加算範囲において加算する垂直演算部を構成できる。   In this way, it is possible to configure a vertical calculation unit that adds the horizontal addition pixel values in the common row of the first vertical addition range and the second vertical addition range in each vertical addition range.

また本実施形態では、図1に示すように、固体撮像装置1は、制御部(タイミング制御部12)と選択部13を含む。制御部は加算単位を設定する。選択部13は、設定された加算単位に基づいて列と行を選択する。水平演算部8は、選択された列の画素値を重み付けして加算する。垂直演算部9は、選択された行の水平加算画素値を加算する。   In the present embodiment, as illustrated in FIG. 1, the solid-state imaging device 1 includes a control unit (timing control unit 12) and a selection unit 13. The control unit sets the addition unit. The selection unit 13 selects a column and a row based on the set addition unit. The horizontal calculation unit 8 adds the weighted pixel values of the selected column. The vertical calculation unit 9 adds the horizontal addition pixel values of the selected row.

このようにすれば、設定された加算単位に基づいて列と行を選択することで、加算単位に含まれる画素の画素値を加算し、加算画素値を求めることができる。   In this way, by selecting a column and a row based on the set addition unit, the pixel values of the pixels included in the addition unit can be added to obtain the added pixel value.

また本実施形態では、A/D変換部は、行走査部4により選択された行の各列のアナログ信号を、並列にデジタル信号に変換する列並列A/D変換部7である。   In this embodiment, the A / D conversion unit is a column parallel A / D conversion unit 7 that converts the analog signals of the respective columns in the row selected by the row scanning unit 4 into digital signals in parallel.

このようにすれば、1行の画素のアナログ信号を、並列にデジタル信号に変換することができる。これにより、高速なA/D変換が不要になるため、固体撮像装置1の動作速度の低速化を図ることができる。   In this way, analog signals from one row of pixels can be converted into digital signals in parallel. This eliminates the need for high-speed A / D conversion, so that the operation speed of the solid-state imaging device 1 can be reduced.

6.同色画素の重畳シフト加算処理
上述の重畳シフト画素加算を、ベイヤー配列の撮像素子に適用した場合について詳細に説明する。まず、同色4画素を画素加算する場合について説明する。なお以下では、10行10列の画素アレイを例に説明する。
6). Same Color Pixel Superposition Shift Addition Processing A case where the above-described superposition shift pixel addition is applied to an image sensor with a Bayer array will be described in detail. First, a case where four pixels of the same color are added will be described. In the following, a pixel array of 10 rows and 10 columns will be described as an example.

図5(A)に、同色4画素加算を行う場合の加算範囲の設定例を示す。図5(A)において、Mは列番号(カラム)を表し、Nは行番号(ライン)を表す。   FIG. 5A shows an example of setting the addition range when performing the same color four-pixel addition. In FIG. 5A, M represents a column number (column), and N represents a row number (line).

図5(A)に示すように、加算範囲(加算単位)GP00、GP40、GP22、GP62、GP04、GP44、GP26、GP66が設定され、各加算範囲に含まれる同色4画素の画素信号を加算する。   As shown in FIG. 5A, addition ranges (addition units) GP00, GP40, GP22, GP62, GP04, GP44, GP26, and GP66 are set, and pixel signals of the same color 4 pixels included in each addition range are added. .

図5(B)に、同色4画素加算を行う場合の出力信号例を模式的に示す。図5(B)では、画素に付与されるウエイトを省略し、加算される画素を実線で囲まれたグループで表す。また、M列N行の画素をサフィックス“_MN”で表し、例えば3行2列のR画素をR_32と表す。また、HDは水平同期信号を表し、1Hは1水平走査期間を表す。VDは垂直同期信号を表し、1Vは1垂直走査期間を表す。   FIG. 5B schematically shows an example of an output signal when performing the same color four-pixel addition. In FIG. 5B, weights given to the pixels are omitted, and the added pixels are represented by a group surrounded by a solid line. In addition, pixels in M columns and N rows are represented by a suffix “_MN”, and for example, R pixels in 3 rows and 2 columns are represented as R_32. HD represents a horizontal synchronizing signal, and 1H represents one horizontal scanning period. VD represents a vertical synchronizing signal, and 1V represents one vertical scanning period.

図5(B)に示すように、行が走査されるにしたがって加算画素値が順次出力される。即ち、A1に示すように、まず加算範囲GP00、GP40のGr画素、R画素の加算画素値が出力される。次に、A2に示すように、加算範囲GP00、GP40のB画素、Gb画素の加算画素値が出力される。以後同様に、加算範囲GP22、GP62の加算画素値、加算範囲GP04、GP44の加算画素値、加算範囲GP26、GP66の加算画素値が、順次出力される。   As shown in FIG. 5B, the added pixel values are sequentially output as the rows are scanned. That is, as shown by A1, first, the addition pixel values of the Gr pixel and R pixel in the addition ranges GP00 and GP40 are output. Next, as shown in A2, the added pixel values of the B and Gb pixels in the addition ranges GP00 and GP40 are output. Thereafter, similarly, the addition pixel values of the addition ranges GP22 and GP62, the addition pixel values of the addition ranges GP04 and GP44, and the addition pixel values of the addition ranges GP26 and GP66 are sequentially output.

このようにして、ベイヤー配列の市松重畳シフト画素加算サンプリングにより、1フレーム当たり4列8行の計32画素の出力信号が得られる。図2(A)等で上述の第1、第2フレームを合わせると計64画素の出力信号が得られ、この64画素の出力信号から画素値の復元が行われる。   In this way, an output signal of a total of 32 pixels of 4 columns and 8 rows per frame is obtained by the checkered superimposed shift pixel addition sampling of the Bayer array. When the first and second frames described above are combined in FIG. 2A or the like, a total of 64 pixel output signals are obtained, and pixel values are restored from the 64 pixel output signals.

次に、図6を用いて、上記の同色4画素加算を行う場合の動作について説明する。図6のB1に示すように、列並列A/D変換部7が、各ラインのA/D変換出力信号を順次出力する。B2に示すように、水平演算部8が、A/D変換出力信号にウエイトを付与し、その信号を水平方向に加算して水平画素加算出力信号を出力する。なお、図6では、ウエイトを省略している。   Next, the operation in the case of performing the above four-pixel addition of the same color will be described with reference to FIG. As shown in B1 of FIG. 6, the column parallel A / D converter 7 sequentially outputs the A / D conversion output signals of the respective lines. As shown in B2, the horizontal arithmetic unit 8 gives a weight to the A / D conversion output signal, adds the signal in the horizontal direction, and outputs a horizontal pixel addition output signal. In FIG. 6, weights are omitted.

次に、B3に示すように、垂直演算部9のラインメモリーLM1が、Rライン(N=0)の水平画素加算出力信号を一時記憶する。B4に示すように、ラインメモリーLM2が、Bライン(N=1)の水平画素加算出力信号を一時記憶する。B5に示すように、ラインメモリーLM3が、Rライン(N=2)の水平画素加算出力信号を一時記憶する。次に、B6に示すように、行選択部16が、加算対象の行及び画素を選択し、垂直加算部43が、ラインメモリーLM1、LM3に記憶された信号を加算し、4画素加算信号を出力する。なお、図6では、加算対象をマーク(◆,▲,●)で表し、同じマークの信号が加算されることを表す。また、4画素加算信号を省略表記しており、例えばGr_00_20_02_22は、画素値Gr_00、Gr_20、Gr_02、Gr_22の加算値を表す。   Next, as indicated by B3, the line memory LM1 of the vertical calculation unit 9 temporarily stores the horizontal pixel addition output signal of the R line (N = 0). As shown at B4, the line memory LM2 temporarily stores the horizontal pixel addition output signal of the B line (N = 1). As shown in B5, the line memory LM3 temporarily stores the horizontal pixel addition output signal of the R line (N = 2). Next, as shown in B6, the row selection unit 16 selects a row and a pixel to be added, and the vertical addition unit 43 adds the signals stored in the line memories LM1 and LM3 to obtain a 4-pixel addition signal. Output. In FIG. 6, the addition target is represented by marks (♦, ▲, ●), indicating that signals of the same mark are added. Further, the 4-pixel addition signal is abbreviated. For example, Gr_00_20_02_22 represents an addition value of the pixel values Gr_00, Gr_20, Gr_02, and Gr_22.

次に、B7に示すように、ラインメモリーLM1が、Bライン(N=3)の水平画素加算出力信号を一時記憶する。次に、B8に示すように、垂直加算部43が、ラインメモリーLM2、LM1に記憶された信号を加算し、4画素加算信号を出力する。   Next, as indicated by B7, the line memory LM1 temporarily stores the horizontal pixel addition output signal of the B line (N = 3). Next, as indicated by B8, the vertical adder 43 adds the signals stored in the line memories LM2 and LM1, and outputs a 4-pixel addition signal.

次に、B9に示すように、ラインメモリーLM2が、Rライン(N=4)の水平画素加算出力信号を一時記憶する。次に、B10に示すように、垂直加算部43が、ラインメモリーLM3、LM2に記憶された信号を加算し、4画素加算信号を出力する。以後同様の動作を繰り返す。   Next, as indicated by B9, the line memory LM2 temporarily stores the horizontal pixel addition output signal of the R line (N = 4). Next, as indicated by B10, the vertical adder 43 adds the signals stored in the line memories LM3 and LM2, and outputs a 4-pixel addition signal. Thereafter, the same operation is repeated.

このようにして、図5(B)で説明した4画素加算値が得られる。図6から分かるように、ベイヤー配列の市松重畳シフト同色4画素加算サンプリングでは、垂直演算部9のラインメモリーは最低3本必要である。ラインメモリーの必要本数が垂直方向の画素加算数に依存することは、上述したとおりである。   In this way, the 4-pixel addition value described with reference to FIG. 5B is obtained. As can be seen from FIG. 6, in the four-pixel addition sampling with the same color checkered superposition shift of the Bayer array, at least three line memories of the vertical arithmetic unit 9 are required. As described above, the required number of line memories depends on the number of pixels added in the vertical direction.

7.異色画素の重畳シフト加算処理
次に、重畳シフト画素加算により、異色4画素を画素加算する場合について説明する。なお同色4画素の例と同様に、10行10列の画素アレイを例に説明する。
7). Different Color Pixel Superposition Shift Addition Processing Next, a case where four different color pixels are added by superposition shift pixel addition will be described. As in the example of 4 pixels of the same color, a 10 × 10 pixel array will be described as an example.

図7(A)に、異色4画素加算を行う場合の加算範囲の設定例を示す。図7(A)に示すように、加算範囲(加算単位)GP00、GP20、GP40、GP60、GP11、GP31、GP51、GP71、・・・が設定される。各加算範囲には、隣接する異色4画素(ベイヤー配列の1ユニット)が含まれ、その異色4画素の画素信号を加算する。   FIG. 7A shows an example of setting the addition range in the case where four different color pixels are added. As shown in FIG. 7A, addition ranges (addition units) GP00, GP20, GP40, GP60, GP11, GP31, GP51, GP71,... Are set. Each addition range includes four adjacent pixels of different colors (one unit of Bayer array), and adds the pixel signals of the four pixels of different colors.

図7(B)に、異色4画素加算を行う場合の出力信号例を模式的に示す。図5(B)と同様に、画素に付与されるウエイトを省略している。図7(B)のD1に示すように、まず加算範囲GP00、GP20、GP40、GP60の加算画素値が出力される。次に、A2に示すように、加算範囲GP11、GP31、GP51、GP71の加算画素値が出力される。以後、行が走査されるにしたがって、加算画素値が順次出力される。   FIG. 7B schematically shows an example of an output signal in the case where four different color pixels are added. As in FIG. 5B, weights given to the pixels are omitted. As indicated by D1 in FIG. 7B, first, the addition pixel values of the addition ranges GP00, GP20, GP40, and GP60 are output. Next, as shown in A2, the addition pixel values of the addition ranges GP11, GP31, GP51, and GP71 are output. Thereafter, the added pixel values are sequentially output as the rows are scanned.

次に、図8を用いて、上記の異色4画素加算を行う場合の動作について説明する。図6と同様に、ウエイトを省略しており、加算対象をマーク(◆,▲,●)で表す。また、4画素加算信号を省略表記しており、例えば00_10_01_11は、画素値Gr_00、R_10、B_01、Gb_11の加算値を表す。   Next, the operation in the case of performing the above four-color addition of different colors will be described with reference to FIG. As in FIG. 6, weights are omitted, and addition targets are represented by marks (♦, ▲, ●). Further, the 4-pixel addition signal is abbreviated. For example, 00_10_01_11 represents an addition value of the pixel values Gr_00, R_10, B_01, and Gb_11.

図8のE1に示すように、列並列A/D変換部7が、各ラインのA/D変換出力信号を順次出力する。E2に示すように、水平演算部8が、A/D変換出力信号にウエイトを付与し、その信号を水平方向に加算して水平画素加算出力信号を出力する。   As indicated by E1 in FIG. 8, the column parallel A / D converter 7 sequentially outputs the A / D conversion output signals of the respective lines. As shown in E2, the horizontal arithmetic unit 8 gives weight to the A / D conversion output signal, adds the signal in the horizontal direction, and outputs a horizontal pixel addition output signal.

次に、E3に示すように、垂直演算部9のラインメモリーLM1が、Rライン(N=0)の水平画素加算出力信号を一時記憶する。E4に示すように、ラインメモリーLM2が、Bライン(N=1)の水平画素加算出力信号を一時記憶する。次に、E5に示すように、行選択部16が、加算対象の行及び画素を選択し、垂直加算部43が、ラインメモリーLM1、LM2に記憶された信号を加算し、4画素加算信号を出力する。   Next, as indicated by E3, the line memory LM1 of the vertical arithmetic unit 9 temporarily stores the horizontal pixel addition output signal of the R line (N = 0). As indicated by E4, the line memory LM2 temporarily stores the horizontal pixel addition output signal of the B line (N = 1). Next, as indicated by E5, the row selection unit 16 selects a row and a pixel to be added, and the vertical addition unit 43 adds the signals stored in the line memories LM1 and LM2, and outputs a 4-pixel addition signal. Output.

次に、E6に示すように、ラインメモリーLM3が、Rライン(N=2)の水平画素加算出力信号を一時記憶する。次に、E7に示すように、垂直加算部43が、ラインメモリーLM2、LM3に記憶された信号を加算し、4画素加算信号を出力する。   Next, as indicated by E6, the line memory LM3 temporarily stores the horizontal pixel addition output signal of the R line (N = 2). Next, as indicated by E7, the vertical adder 43 adds the signals stored in the line memories LM2 and LM3, and outputs a 4-pixel addition signal.

次に、E8に示すように、ラインメモリーLM1が、Bライン(N=3)の水平画素加算出力信号を一時記憶する。次に、E9に示すように、垂直加算部43が、ラインメモリーLM3、LM1に記憶された信号を加算し、4画素加算信号を出力する。以後同様の動作を繰り返す。   Next, as indicated by E8, the line memory LM1 temporarily stores the horizontal pixel addition output signal of the B line (N = 3). Next, as indicated by E9, the vertical adder 43 adds the signals stored in the line memories LM3 and LM1, and outputs a 4-pixel addition signal. Thereafter, the same operation is repeated.

以上の実施形態によれば、従来の固体撮像装置に比べて処理や機能を複雑化する必要がなく、読み出す画素の列数や行数に対応する時間を必要以上に費やさず、市松重畳シフト画素加算サンプリングを行うことが可能である。これにより、動画及び静止画という境界を意識することなく撮像が可能となり、固体撮像装置の汎用性に大きく貢献できる。   According to the above embodiment, it is not necessary to complicate the processing and functions as compared with the conventional solid-state imaging device, and the time corresponding to the number of columns and the number of pixels to be read is not spent more than necessary, and the checkered superimposed shift pixels It is possible to perform additive sampling. As a result, imaging can be performed without being aware of the boundary between a moving image and a still image, which can greatly contribute to the versatility of the solid-state imaging device.

8.重畳しない場合の加算処理
本実施形態では、加算範囲が重畳しない通常の4画素加算を行うことも可能である。図9(A)〜図10を用いて、本実施形態を通常の4画素加算処理に適用した場合について説明する。
8). Addition process without superimposition In the present embodiment, it is also possible to perform normal four-pixel addition in which the addition range does not overlap. A case where the present embodiment is applied to a normal 4-pixel addition process will be described with reference to FIGS.

図9(A)に、通常の4画素加算を行う場合の加算範囲の設定例を示す。図9(A)に示すように、重畳しない加算範囲(加算単位)GP00、GP40、GP04、GP44が設定され、各加算範囲に含まれる同色4画素の画素信号を加算する。   FIG. 9A shows an example of setting the addition range when performing normal four-pixel addition. As shown in FIG. 9A, non-overlapping addition ranges (addition units) GP00, GP40, GP04, and GP44 are set, and pixel signals of four pixels of the same color included in each addition range are added.

図9(B)に、通常の4画素加算を行う場合の出力信号例を模式的に示す。図5(B)と同様に、画素に付与されるウエイトを省略している。図9(B)に示すように、まず加算範囲GP00、GP40の加算画素値、加算範囲GP04、GP44の加算画素値が、順次出力される。   FIG. 9B schematically shows an example of an output signal when performing normal four-pixel addition. As in FIG. 5B, weights given to the pixels are omitted. As shown in FIG. 9B, first, the addition pixel values of the addition ranges GP00 and GP40 and the addition pixel values of the addition ranges GP04 and GP44 are sequentially output.

次に、図10を用いて、上記の通常の4画素加算を行う場合の動作について説明する。図10と同様に、ウエイトを省略しており、加算対象をマーク(◆,▲,●)で表す。また、4画素加算信号を省略表記しており、例えばGr_00_20_02_22は、画素値Gr_00、Gr_20、Gr_02、Gr_22の加算値を表す。   Next, the operation when performing the above-described normal four-pixel addition will be described with reference to FIG. As in FIG. 10, weights are omitted, and addition targets are represented by marks (♦, ▲, ●). Further, the 4-pixel addition signal is abbreviated. For example, Gr_00_20_02_22 represents an addition value of the pixel values Gr_00, Gr_20, Gr_02, and Gr_22.

図10のG1に示すように、列並列A/D変換部7が、各ラインのA/D変換出力信号を順次出力する。G2に示すように、水平演算部8が、A/D変換出力信号にウエイトを付与し、その信号を水平方向に加算して水平画素加算出力信号を出力する。このとき、重畳シフト加算は行わない。即ち、加算範囲が重畳しないため、1つの画素が2の加算範囲で加算されることはない。   As indicated by G1 in FIG. 10, the column parallel A / D converter 7 sequentially outputs the A / D conversion output signals of the respective lines. As indicated by G2, the horizontal calculation unit 8 gives weight to the A / D conversion output signal, adds the signal in the horizontal direction, and outputs a horizontal pixel addition output signal. At this time, superposition shift addition is not performed. That is, since the addition range does not overlap, one pixel is not added within the addition range of 2.

次に、G3に示すように、垂直演算部9のラインメモリーLM1が、Rライン(N=0)の水平画素加算出力信号を一時記憶する。G4に示すように、ラインメモリーLM2が、Bライン(N=1)の水平画素加算出力信号を一時記憶する。次に、G5に示すように、Rライン(N=2)の水平画素加算出力信号を一時記憶せず、ラインメモリーをスルーさせる。次に、G6に示すように、行選択部16が、加算対象の行及び画素を選択し、垂直加算部43が、ラインメモリーLM1に記憶された信号とスルーさせた信号を加算し、4画素加算信号を出力する。   Next, as indicated by G3, the line memory LM1 of the vertical arithmetic unit 9 temporarily stores the horizontal pixel addition output signal of the R line (N = 0). As indicated by G4, the line memory LM2 temporarily stores the horizontal pixel addition output signal of the B line (N = 1). Next, as indicated by G5, the horizontal pixel addition output signal of the R line (N = 2) is not temporarily stored, but the line memory is passed. Next, as indicated by G6, the row selection unit 16 selects a row and a pixel to be added, and the vertical addition unit 43 adds the signal stored in the line memory LM1 and the signal passed through to add 4 pixels. Output the addition signal.

次に、G7に示すように、Bライン(N=3)の水平画素加算出力信号を一時記憶せず、ラインメモリーをスルーさせる。次に、G8に示すように、垂直加算部43が、ラインメモリーLM2に記憶された信号とスルーさせた信号を加算し、4画素加算信号を出力する。以後同様の動作を繰り返す。   Next, as indicated by G7, the horizontal pixel addition output signal of the B line (N = 3) is not temporarily stored, but the line memory is passed. Next, as indicated by G8, the vertical adder 43 adds the signal stored in the line memory LM2 and the passed signal, and outputs a 4-pixel addition signal. Thereafter, the same operation is repeated.

このようにして、本実施形態では通常の画素加算サンプリングが可能である。当然のことながら、固体撮像装置をフルスキャンした場合の全画素読み出し時においても、重畳シフト加算の構成が制約事項や条件となることはない。   In this manner, normal pixel addition sampling is possible in this embodiment. As a matter of course, even when all the pixels are read out when the solid-state imaging device is fully scanned, the configuration of superposition shift addition does not become a restriction or condition.

なお、以上の実施形態では、4画素加算を行う場合を例にとり説明したが、本実施形態はこれに限定されず、それ以外の画素加算数に対応するために機能や処理構成を拡張してもよい。   In the above embodiment, the case where 4-pixel addition is performed has been described as an example. However, the present embodiment is not limited to this, and functions and processing configurations are expanded to support other pixel addition numbers. Also good.

以上の実施形態によれば、機能ブロックを複雑化することなく、かつ動作時間に影響を与えることなく画像データの高解像度化に必要な低解像モードの信号読み出しを実現する撮像装置及び撮像装置の制御方法を提供することができる。   According to the embodiments described above, an imaging apparatus and an imaging apparatus that realize signal readout in a low resolution mode necessary for increasing the resolution of image data without complicating functional blocks and without affecting the operation time. A control method can be provided.

9.復元推定処理
次に、重畳シフトサンプリングにより取得した加算画素値から高解像画像を推定により復元する処理について詳細に説明する。なお以下では、加算画素値{a00、a10、a11、a01}を例に説明する(i,jは0以上の整数)が、他の加算画素値についても同様である。また、加算単位が2×2画素毎に設定される場合を例に説明するが、これに限定されず、例えば3×3画素毎であってもよい。
9. Restoration Estimation Processing Next, processing for restoring a high resolution image by estimation from the added pixel values acquired by superposition shift sampling will be described in detail. In the following, the addition pixel values {a 00 , a 10 , a 11 , a 01 } will be described as an example (i and j are integers of 0 or more), but the same applies to other addition pixel values. Further, the case where the addition unit is set for every 2 × 2 pixels will be described as an example, but the present invention is not limited to this, and may be, for example, every 3 × 3 pixels.

図11(A)、図11(B)に、推定画素値と中間画素値の説明図を示す。図11(A)に示す加算画素値{a00、a11}は、図2(A)で説明したグループGP1、GP2の加算画素値に対応する。加算画素値{a10、a01}は、図2(C)で説明したグループGP3、GP4の加算画素値に対応する。推定処理では、この加算画素値を用いて、最終的な推定画素値v00〜v22を推定する。推定画素値vijは、図2(A)で説明した画素A〜Iの画素値に対応する。 FIGS. 11A and 11B are explanatory diagrams of the estimated pixel value and the intermediate pixel value. The added pixel values {a 00 , a 11 } illustrated in FIG. 11A correspond to the added pixel values of the groups GP1 and GP2 described with reference to FIG. The addition pixel values {a 10 , a 01 } correspond to the addition pixel values of the groups GP3 and GP4 described with reference to FIG. In the estimation process, final estimated pixel values v 00 to v 22 are estimated using the added pixel values. The estimated pixel value v ij corresponds to the pixel values of the pixels A to I described with reference to FIG.

図11(B)に示すように、まず加算画素値a00〜a11から中間画素値b00〜b21(中間推定画素値)を推定する。中間画素値は2画素加算値に対応し、例えばb00は画素値v00とv01の加算値に対応する。これらの中間画素値b00〜b21から最終的な画素値v00〜v22を推定する。 As shown in FIG. 11B, first, intermediate pixel values b 00 to b 21 (intermediate estimated pixel values) are estimated from the added pixel values a 00 to a 11 . Intermediate pixel value corresponds to 2-pixel sum values, for example, b 00 corresponds to the sum of the pixel values v 00 and v 01. The final pixel values v 00 to v 22 are estimated from these intermediate pixel values b 00 to b 21 .

まず中間画素値を推定する処理について説明する。以下では、水平方向の最初の行の中間画素値b00〜b20を推定する場合を例に説明する。次の行の中間画素値b01〜b21についても同様の手法により推定される。 First, a process for estimating the intermediate pixel value will be described. Hereinafter, a case where the intermediate pixel values b 00 to b 20 of the first row in the horizontal direction are estimated will be described as an example. The intermediate pixel values b 01 to b 21 in the next row are estimated by the same method.

図12に示すように、中間画素値b00〜b20は、水平方向の最初の行の加算画素値a00、a10に基づいて推定される。説明を簡単にするために、例えば重み係数r=2とすると、加算画素値a00、a10は下式(4)で表される。
00=v00+(1/2)v01+(1/2)v10+(1/4)v11
10=v10+(1/2)v11+(1/2)v20+(1/4)v21 (4)
As shown in FIG. 12, the intermediate pixel values b 00 to b 20 are estimated based on the added pixel values a 00 and a 10 in the first row in the horizontal direction. For the sake of simplicity, for example, assuming that the weighting factor r = 2, the addition pixel values a 00 and a 10 are expressed by the following expression (4).
a 00 = v 00 + (1/2) v 01 + (1/2) v 10 + (1/4) v 11 ,
a 10 = v 10 + (1/2 ) v 11 + (1/2) v 20 + (1/4) v 21 (4)

下式(5)に示すようにb00、b10、b20を定義する。
00=v00+(1/r)v01=v00+(1/2)v01
10=v10+(1/r)v11=v10+(1/2)v11
20=v20+(1/r)v21=v20+(1/2)v21 (5)
B 00 , b 10 , and b 20 are defined as shown in the following formula (5).
b 00 = v 00 + (1 / r) v 01 = v 00 + (1/2) v 01 ,
b 10 = v 10 + (1 / r) v 11 = v 10 + (1/2) v 11 ,
b 20 = v 20 + (1 / r) v 21 = v 20 + (1/2) v 21 (5)

次に、上式(5)を用いて上式(4)を変形すると、下式(6)が成り立つ。
00=b00+(1/2)b10
10=b10+(1/2)b20 (6)
Next, when the above equation (4) is transformed using the above equation (5), the following equation (6) is established.
a 00 = b 00 + (1/2) b 10 ,
a 10 = b 10 + (1/2) b 20 (6)

上式(6)において、a00、a10に所定の重み係数を掛けて差分δiを取り、整理すると、下式(7)が成り立つ。
δi=a10−2a00
=(1/2)b20−2b00 (7)
In the above equation (6), when a 00 and a 10 are multiplied by a predetermined weighting factor to obtain the difference δi 0 and rearranged, the following equation (7) is established.
δi 0 = a 10 -2a 00
= (1/2) b 20 -2b 00 (7)

00を未知数(初期変数)とすると、下式(8)に示すように、中間画素値b10、b20をb00の関数として求めることができる。このようにして、b00を未知数として高精細な中間画素値{b00,b10,b20}の組合せパターンが求められる。
00=(未知数),
10=2(a00−b00),
20=4b00+2δi=4b00+2(a10−2a00) (8)
If b 00 is an unknown (initial variable), intermediate pixel values b 10 and b 20 can be obtained as a function of b 00 as shown in the following equation (8). In this way, a high-definition combination pattern of intermediate pixel values {b 00 , b 10 , b 20 } is obtained with b 00 as an unknown.
b 00 = (unknown number),
b 10 = 2 (a 00 −b 00 ),
b 20 = 4b 00 + 2δi 0 = 4b 00 +2 (a 10 −2a 00 ) (8)

次に、未知数b00を求める手法について説明する。図13に示すように、加算画素値のパターン{a00,a10}と中間画素値のパターン{b00,b10,b20}を比較する。そして、その誤差Eが最小になる未知数b00を導出し、中間画素値b00として設定する。 Next, a description will be given of a method of obtaining the unknown b 00. As shown in FIG. 13, the pattern {a 00 , a 10 } of the added pixel value is compared with the pattern {b 00 , b 10 , b 20 } of the intermediate pixel value. Then, an unknown number b 00 that minimizes the error E is derived and set as the intermediate pixel value b 00 .

具体的には、加算画素値{aij}と中間画素値{bij,b(i+1)j}には、下式(9)の関係が成り立つ。この下式(9)による重み付けを考慮すると、下式(10)に示す評価関数Ejが求められる。そして、この評価関数Ejにより、パターン{a00,a10}とパターン{b00,b10,b20}の類似性評価を行う。
ij=bij+(1/2)b(i+1)j (9)

Figure 2012253490
Specifically, the relationship of the following formula (9) is established between the added pixel value {a ij } and the intermediate pixel value {b ij , b (i + 1) j }. Considering the weighting by the following equation (9), the evaluation function Ej shown in the following equation (10) is obtained. Then, with this evaluation function Ej, similarity evaluation between the pattern {a 00 , a 10 } and the pattern {b 00 , b 10 , b 20 } is performed.
a ij = b ij + (1/2) b (i + 1) j (9)
Figure 2012253490

図14に示すように、Ejを最小にする未知数b00(=α)を求め、b00の値を決定できる。そして、推定したb00の値を上式(8)に代入し、b10,b20が求められる。 As shown in FIG. 14, an unknown b 00 (= α) that minimizes Ej is obtained, and the value of b 00 can be determined. Then, the estimated value of b 00 is substituted into the above equation (8) to obtain b 10 and b 20 .

次に、求めた中間画素値bijを用いて最終推定画素値vijを求める手法について説明する。以下では、左端垂直列(i=0列)を例に説明する。最終推定画素値vijは、中間画素値bijを求めた手法と同様に求められる。即ち、上式(6)を下式(11)に置き換えれば、以降の処理は同様である。
00=v00+(1/2)v01
01=v01+(1/2)v02 (11)
9.撮像装置
Next, a method for obtaining the final estimated pixel value v ij using the obtained intermediate pixel value b ij will be described. In the following, description will be given taking the leftmost vertical column (i = 0 column) as an example. The final estimated pixel value v ij is obtained in the same manner as the method for obtaining the intermediate pixel value b ij . That is, if the above equation (6) is replaced with the following equation (11), the subsequent processing is the same.
b 00 = v 00 + (1/2) v 01 ,
b 01 = v 01 + (1/2) v 02 (11)
9. Imaging device

図15に、上述の重畳シフトサンプリングと復元処理を行う撮像装置の構成例を示す。撮像装置は、撮像光学系100(レンズ)、光学ローパスフィルター110、固体撮像装置1、データ記録部140(記憶部)、表示処理部150、モニター表示部160、画素値推定演算部210(推定演算部)、画像出力部300を含む。   FIG. 15 shows a configuration example of an imaging apparatus that performs the above-described superposition shift sampling and restoration processing. The imaging device includes an imaging optical system 100 (lens), an optical low-pass filter 110, a solid-state imaging device 1, a data recording unit 140 (storage unit), a display processing unit 150, a monitor display unit 160, and a pixel value estimation calculation unit 210 (estimation calculation). Part) and the image output part 300.

なお、本実施形態の撮像装置はこの構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素を追加したりする等の種々の変形実施が可能である。例えば、画素値推定演算部210と画像出力部300を、撮像装置の外部の画像処理装置(例えばPC)により構成してもよい。   Note that the imaging apparatus according to the present embodiment is not limited to this configuration, and various modifications such as omitting some of the components or adding other components are possible. For example, the pixel value estimation calculation unit 210 and the image output unit 300 may be configured by an image processing device (for example, a PC) outside the imaging device.

撮像光学系100は、被写体を結像する。光学ローパスフィルター110は、例えば固体撮像装置1の解像度に対応する帯域を通過させる。固体撮像装置1(例えば12メガピクセル)は、例えばCCDやCMOSセンサーにより構成される。固体撮像装置1は、加算単位の設定や加算読み出しを制御し、フュージョンフレーム(fusion-frame)を取得する。フュージョンフレームとは、重畳シフトサンプリングにより得られた画像である。データ記録部140は、例えばメモリーカード等で実現され、フュージョンフレームによる動画を記録する。モニター表示部160は、動画のライブビュー表示や、再生された動画の表示を行う。   The imaging optical system 100 forms an image of a subject. For example, the optical low-pass filter 110 passes a band corresponding to the resolution of the solid-state imaging device 1. The solid-state imaging device 1 (for example, 12 megapixels) is configured by, for example, a CCD or a CMOS sensor. The solid-state imaging device 1 controls setting of addition units and addition reading, and acquires a fusion frame. A fusion frame is an image obtained by superposition shift sampling. The data recording unit 140 is realized by, for example, a memory card or the like, and records a moving image using a fusion frame. The monitor display unit 160 displays a live view of a moving image and a reproduced moving image.

画素値推定演算部210は、最終推定画素値の推定を行う。画像出力部300は、最終推定画素値に基づいて静止画や動画を出力する。画像出力部300は、アンチエリアシングフィルター220、250、ローパスフィルター230、アンダーサンプリング部240を含む。   The pixel value estimation calculation unit 210 estimates a final estimated pixel value. The image output unit 300 outputs a still image or a moving image based on the final estimated pixel value. The image output unit 300 includes anti-aliasing filters 220 and 250, a low-pass filter 230, and an undersampling unit 240.

アンチエリアシングフィルター220は、最終推定画素値をアンチエリアシング処理し、高解像静止画(例えば12メガピクセル)を出力する。ローパスフィルター230は、最終推定画素値をハイビジョンの帯域に制限する。アンダーサンプリング部240は、帯域制限された最終推定画素値を、ハイビジョンの画素数にアンダーサンプリングする。アンチエリアシングフィルター220は、アンダーサンプリングされた画像をアンチエリアシング処理し、ハイビジョン動画(例えば2メガピクセル)を出力する。なお、アンダーサンプリングせずに、高解像動画(例えば12メガピクセル)を出力してもよい。   The anti-aliasing filter 220 performs anti-aliasing processing on the final estimated pixel value and outputs a high-resolution still image (for example, 12 megapixels). The low-pass filter 230 limits the final estimated pixel value to a high-vision band. The undersampling unit 240 undersamples the band-limited final estimated pixel value to the number of high-definition pixels. The anti-aliasing filter 220 performs anti-aliasing processing on the undersampled image and outputs a high-definition moving image (for example, 2 megapixels). Note that a high-resolution moving image (for example, 12 megapixels) may be output without undersampling.

以上の実施形態によれば、図15に示すように、撮像装置(撮像システム。例えばデジタルカメラ)は、固体撮像装置1と推定演算部(画素値推定演算部210)を含む。図11(A)で説明したように、推定演算部は、加算画素値{a00、a10、a11、a01}に基づいて、加算単位に含まれる画素の画素値{v00、v10、v11、v01}を推定する。 According to the above embodiment, as illustrated in FIG. 15, the imaging device (imaging system, for example, a digital camera) includes the solid-state imaging device 1 and an estimation calculation unit (pixel value estimation calculation unit 210). As described with reference to FIG. 11A, the estimation calculation unit, based on the addition pixel values {a 00 , a 10 , a 11 , a 01 }, the pixel values {v 00 , v of pixels included in the addition unit. 10 , v 11 , v 01 }.

図11(A)に示すように、第1のポジションに設定された加算単位(例えばa00)と、第1のポジションがシフトされた第2のポジションに設定された加算単位(例えばa10)は重畳する。垂直演算部9は、第1、第2の加算単位の加算画素値である第1、第2の加算画素値(a00、a10)を出力する。上式(7)に示すように、推定演算部は、第1、第2の加算画素値a00、a10の差分値δiを求める。図11(B)に示すように、第1の中間画素値b00は、加算単位a00から重畳領域(v10、v11)を除いた第1の領域(v00、v01)の加算画素値である。第2の中間画素値b20は、加算単位a10から重畳領域(v10、v11)を除いた第2の領域(v20、v21)の加算画素値である。上式(8)に示すように、第1、第2の中間画素値b00、b20の関係式を、差分値δiを用いて表す。図13等に示すように、その関係式を用いて第1、第2の中間画素値b00、b20を推定する。推定した第1の中間画素値b00を用いて加算単位に含まれる各画素の画素値{v00、v10、v11、v01}を求める。 As shown in FIG. 11A, the addition unit (eg, a 00 ) set to the first position and the addition unit (eg, a 10 ) set to the second position where the first position is shifted. Are superimposed. The vertical calculation unit 9 outputs first and second addition pixel values (a 00 , a 10 ) that are addition pixel values of the first and second addition units. As shown in the above equation (7), the estimation calculation unit obtains a difference value δi 0 between the first and second addition pixel values a 00 and a 10 . As shown in FIG. 11B, the first intermediate pixel value b 00 is an addition of the first area (v 00 , v 01 ) obtained by removing the overlapping area (v 10 , v 11 ) from the addition unit a 00. It is a pixel value. The second intermediate pixel value b 20 is an addition pixel value of the second region (v 20 , v 21 ) obtained by removing the overlap region (v 10 , v 11 ) from the addition unit a 10 . As shown in the above equation (8), a relational expression between the first and second intermediate pixel values b 00 and b 20 is expressed using a difference value δi 0 . As shown in FIG. 13 and the like, the first and second intermediate pixel values b 00 and b 20 are estimated using the relational expression. Using the estimated first intermediate pixel value b 00 , pixel values {v 00 , v 10 , v 11 , v 01 } of each pixel included in the addition unit are obtained.

このようにすれば、重畳シフトされた加算画素値から中間画素値を一旦推定し、その重畳シフトされた中間画素値から推定画素値を求めることで、高解像画像の推定処理を簡素化できる。例えば、2次元フィルターの繰り返し演算(特開2009−124621号公報)や、初期値の設定に適当な部分を探索(特開2008−243037号公報)する等の複雑な処理が不要となる。   In this way, it is possible to simplify the estimation process of the high-resolution image by once estimating the intermediate pixel value from the addition pixel value subjected to the superposition shift and obtaining the estimation pixel value from the intermediate pixel value subjected to the superposition shift. . For example, complicated processing such as a repetitive calculation of a two-dimensional filter (Japanese Patent Laid-Open No. 2009-124621) and a search for a part suitable for setting an initial value (Japanese Patent Laid-Open No. 2008-243037) are not required.

ここで、重畳するとは、加算単位と加算単位が重なった領域を有することであり、例えば図11(A)に示すように、加算単位a00と加算単位a10が、2つの推定画素v10、v11を共有することである。 Here, superimposing means having an area where the addition unit overlaps the addition unit. For example, as shown in FIG. 11A, the addition unit a 00 and the addition unit a 10 are two estimated pixels v 10. is to share the v 11.

また、加算単位のポジションとは、撮像画像における加算単位の位置や座標のことであり、あるいは、推定処理における推定画素値データ(画像データ)上での加算単位の位置や座標のことである。また、シフトされたポジションとは、元のポジションから画素シフトされたポジションであり、元のポジションと位置や座標が一致しないポジションのことである。   Further, the position of the addition unit is the position and coordinates of the addition unit in the captured image, or the position and coordinates of the addition unit on the estimated pixel value data (image data) in the estimation process. The shifted position is a position shifted from the original position by a pixel, and is a position where the position and coordinates do not coincide with the original position.

また本実施形態では、第1、第2の中間画素値(例えばb00、b20)を含む連続する中間画素値を中間画素値パターン{b00、b10、b20}とする。上式(8)に示すように、推定演算部は、中間画素値パターンに含まれる中間画素値の間の関係式を加算画素値a00、a10を用いて表す。図13に示すように、中間画素値の間の関係式で表された中間画素値パターンと加算画素値とを比較して類似性を評価する。その類似性の評価結果に基づいて、類似性が最も高くなるように中間画素値パターンに含まれる中間画素値b00、b10、b20を決定する。 In this embodiment, continuous intermediate pixel values including the first and second intermediate pixel values (for example, b 00 , b 20 ) are set as intermediate pixel value patterns {b 00 , b 10 , b 20 }. As shown in the above equation (8), the estimation calculation unit represents the relational expression between the intermediate pixel values included in the intermediate pixel value pattern using the added pixel values a 00 and a 10 . As shown in FIG. 13, the similarity is evaluated by comparing the intermediate pixel value pattern represented by the relational expression between the intermediate pixel values and the added pixel value. Based on the similarity evaluation result, the intermediate pixel values b 00 , b 10 , and b 20 included in the intermediate pixel value pattern are determined so that the similarity is the highest.

このようにすれば、重畳されながら画素シフトされた加算単位により取得された複数の加算画素値に基づいて、中間画素値を推定できる。   In this way, the intermediate pixel value can be estimated based on a plurality of added pixel values acquired by the addition unit that is pixel-shifted while being superimposed.

ここで、中間画素値パターンとは、推定処理に用いられる範囲の中間画素値のデータ列(データの組み)である。また、加算画素値パターンとは、推定処理に用いられる範囲の加算画素値のデータ列である。   Here, the intermediate pixel value pattern is a data string (a set of data) of intermediate pixel values in a range used for estimation processing. The addition pixel value pattern is a data string of addition pixel values in a range used for the estimation process.

また本実施形態では、上式(10)に示すように、推定演算部は、中間画素値の間の関係式で表された中間画素値パターン{b00、b10、b20}と加算画素値{a00、a10}との誤差を表す評価関数Ejを求める。評価関数Ejの値が最小となるように中間画素値パターンに含まれる中間画素値b00、b10、b20を決定する。 Further, in the present embodiment, as shown in the above equation (10), the estimation calculation unit includes the intermediate pixel value pattern {b 00 , b 10 , b 20 } represented by the relational expression between the intermediate pixel values and the addition pixel. An evaluation function Ej representing an error from the values {a 00 , a 10 } is obtained. The intermediate pixel values b 00 , b 10 and b 20 included in the intermediate pixel value pattern are determined so that the value of the evaluation function Ej is minimized.

このようにすれば、誤差を評価関数で表し、その評価関数の極小値に対応する中間画素値を求めることで、中間画素値の値を推定できる。例えば、上述のように最小二乗法を用いて未知数を求めることで、簡素な処理で中間画素推定の初期値を設定できる。例えば、初期値設定に適当な画像部分の探索(特開2008−243037号公報)が不要である。   In this way, the value of the intermediate pixel value can be estimated by expressing the error by the evaluation function and obtaining the intermediate pixel value corresponding to the minimum value of the evaluation function. For example, as described above, the initial value of the intermediate pixel estimation can be set with a simple process by obtaining the unknown using the least square method. For example, searching for an image portion suitable for initial value setting (Japanese Patent Laid-Open No. 2008-243037) is unnecessary.

また本実施形態では、上式(4)に示すように、加算単位の各画素値(例えば、v00、v10、v01、v11)が重み付け加算された加算画素値(a00)を取得する。取得された加算単位の加算画素値(a00、a10)に基づいて、加算単位の各画素の画素値(v00、v10、v01、v11)を推定する。 In the present embodiment, as shown in the above equation (4), each pixel value (for example, v 00 , v 10 , v 01 , v 11 ) of the addition unit is weighted and added to the added pixel value (a 00 ). get. Based on the obtained addition pixel value (a 00 , a 10 ) of the addition unit, the pixel value (v 00 , v 10 , v 01 , v 11 ) of each pixel of the addition unit is estimated.

このようにすれば、加算単位の各画素値を重み付け加算して加算画像を取得し、取得した加算画像から高解像画像の画素値を推定できる。これにより、推定処理において、被写体の持つ高周波成分の再現性を向上できる。すなわち、加算単位の画素値を単純加算した場合には、矩形の窓関数を結像にコンボリューションすることになる。一方、加算単位の画素値を重み付け加算した場合には、矩形よりも高周波成分を多く含む窓関数を結像にコンボリューションすることになる。そのため、被写体の持つ高周波成分をより多く含む加算画像を取得でき、推定画像での高周波成分の再現性を向上できる。   If it does in this way, each pixel value of an addition unit will carry out weighted addition, an addition image will be acquired, and the pixel value of a high-resolution image can be estimated from the acquired addition image. Thereby, in the estimation process, the reproducibility of the high-frequency component of the subject can be improved. That is, when the pixel values of the addition unit are simply added, a rectangular window function is convoluted for imaging. On the other hand, when the pixel value of the addition unit is weighted and added, a window function containing more high frequency components than the rectangle is convoluted for imaging. Therefore, it is possible to acquire an added image that includes more high-frequency components of the subject, and to improve the reproducibility of the high-frequency components in the estimated image.

なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また固体撮像装置、撮像装置等の構成、動作も本実施形態で説明したものに限定に限定されず、種々の変形実施が可能である。   Although the present embodiment has been described in detail as described above, it will be easily understood by those skilled in the art that many modifications can be made without departing from the novel matters and effects of the present invention. Accordingly, all such modifications are intended to be included in the scope of the present invention. For example, a term described with a different term having a broader meaning or the same meaning at least once in the specification or the drawings can be replaced with the different term in any part of the specification or the drawings. Further, the configuration and operation of the solid-state imaging device, the imaging device, and the like are not limited to those described in the present embodiment, and various modifications can be made.

1 固体撮像装置、2 画素回路アレイ、3 単位画素回路、4 行走査部、
5 行選択線、6 列信号線、7 列並列A/D変換部、8 水平演算部、
9 垂直演算部、10 ラインメモリー、11 列走査部、
12 タイミング制御部、13 選択部、14 出力線、15 列選択部、
16 行選択部、30 A/D変換出力、31 水平演算部、
32 ラインメモリー、33 ウエイト演算部、34 水平加算部、
35 水平画素加算出力、42 ラインメモリー、43 垂直加算部、
44 垂直画素加算出力、100 撮像光学系、
110 光学ローパスフィルター、140 データ記録部、
150 表示処理部、160 モニター表示部、210 画素値推定演算部、
220 アンチエリアシングフィルター、230 ローパスフィルター、
240 アンダーサンプリング部、300 画像出力部、
00〜a11 加算画素値、b00〜b20 中間画素値、r 重み係数、
00〜v22 推定画素値、δi 差分値、A〜I 画素、
AH1,AH2 加算部、AV1,AV2 加算部、Ej 評価関数、
GP1〜GP4 グループ、LM1〜LM3 ラインメモリー、M 行番号、
MP1〜MP4 乗算部、N 列番号
1 solid-state imaging device, 2 pixel circuit array, 3 unit pixel circuit, 4 row scanning unit,
5 row selection line, 6 column signal line, 7 column parallel A / D converter, 8 horizontal arithmetic unit,
9 Vertical calculation unit, 10 line memory, 11 column scanning unit,
12 timing control unit, 13 selection unit, 14 output lines, 15 column selection unit,
16 row selection unit, 30 A / D conversion output, 31 horizontal calculation unit,
32 line memory, 33 weight calculator, 34 horizontal adder,
35 horizontal pixel addition output, 42 line memory, 43 vertical addition unit,
44 vertical pixel addition output, 100 imaging optical system,
110 optical low-pass filter, 140 data recording unit,
150 display processing unit, 160 monitor display unit, 210 pixel value estimation calculation unit,
220 anti-aliasing filter, 230 low-pass filter,
240 undersampling unit, 300 image output unit,
a 00 to a 11 addition pixel value, b 00 to b 20 intermediate pixel value, r weighting coefficient,
v 00 to v 22 estimated pixel values, δi 0 difference values, A to I pixels,
AH1, AH2 adder, AV1, AV2 adder, Ej evaluation function,
GP1-GP4 group, LM1-LM3 line memory, M line number,
MP1 to MP4 multiplier, N column number

Claims (11)

入射光を光電変換する複数の画素が配列された画素アレイ部と、
前記画素アレイ部の行を選択し、垂直走査を行う行走査部と、
選択された前記行の画素からのアナログ信号をデジタル信号の画素値に変換するA/D変換部と、
加算対象となる画素の範囲である加算単位の列範囲を水平加算範囲とし、行範囲を垂直加算範囲とする場合に、前記行の前記画素値のうち前記水平加算範囲に含まれる前記画素値を、各列に重み付けして加算し、加算された前記画素値を水平加算画素値として出力する水平演算部と、
前記水平加算画素値のうち前記垂直加算範囲に含まれる前記水平加算画素値を加算し、加算された前記水平加算画素値を加算画素値として出力する垂直演算部と、
を含み、
前記水平演算部は、
第1の水平加算範囲と、前記第1の水平加算範囲と共通の画素を含む第2の水平加算範囲とを、前記水平加算範囲として前記水平加算画素値を出力することを特徴とする固体撮像装置。
A pixel array unit in which a plurality of pixels that photoelectrically convert incident light are arranged;
A row scanning unit that selects a row of the pixel array unit and performs vertical scanning;
An A / D converter that converts an analog signal from the pixel in the selected row into a pixel value of a digital signal;
When the column range of the addition unit, which is the range of pixels to be added, is a horizontal addition range and the row range is a vertical addition range, the pixel values included in the horizontal addition range among the pixel values of the row are A horizontal calculation unit that weights and adds each column and outputs the added pixel value as a horizontal addition pixel value;
A vertical arithmetic unit that adds the horizontal addition pixel values included in the vertical addition range among the horizontal addition pixel values and outputs the added horizontal addition pixel values as addition pixel values;
Including
The horizontal calculation unit is
Solid-state imaging, wherein the horizontal addition pixel value is output using the first horizontal addition range and the second horizontal addition range including pixels in common with the first horizontal addition range as the horizontal addition range. apparatus.
請求項1において、
前記水平演算部は、
前記第1の水平加算範囲における前記共通の画素と、前記第2の水平加算範囲における前記共通の画素に対して、異なる重み係数による前記重み付けを行うことを特徴とする固体撮像装置。
In claim 1,
The horizontal calculation unit is
The solid-state imaging device, wherein the weighting with different weighting coefficients is performed on the common pixel in the first horizontal addition range and the common pixel in the second horizontal addition range.
請求項2において、
前記第1の水平加算範囲が第1の画素と第2の画素を含み、前記第2の水平加算範囲が前記第2の画素と第3の画素を含む場合に、
前記水平演算部は、
前記第1〜第3の画素の画素値である第1〜第3の画素値を記憶するラインメモリーと、
前記第1の画素値に対する第1の重み係数による重み付けと、前記第2の画素値に対する第2、第3の重み係数による重み付けと、前記第3の画素値に対する第4の重み係数による重み付けとを、行うウエイト演算部と、
前記第1、第2の重み係数により重み付けされた前記第1、第2の画素値の加算と、前記第3、第4の重み係数により重み付けされた前記第2、第3の画素値の加算とを、行う水平加算部と、
を有することを特徴とする固体撮像装置。
In claim 2,
When the first horizontal addition range includes a first pixel and a second pixel, and the second horizontal addition range includes the second pixel and a third pixel,
The horizontal calculation unit is
A line memory for storing first to third pixel values which are pixel values of the first to third pixels;
Weighting the first pixel value with a first weighting factor, weighting the second pixel value with second and third weighting factors, and weighting the third pixel value with a fourth weighting factor A weight calculation unit for performing
Addition of the first and second pixel values weighted by the first and second weighting factors and addition of the second and third pixel values weighted by the third and fourth weighting factors A horizontal adder for performing
A solid-state imaging device.
請求項3において、
前記ウエイト演算部は、
前記第1〜第4の重み係数の乗算を行う第1〜第4の乗算器を有し、
前記第1〜第4の乗算器は、
前記ラインメモリーに記憶された前記画素値に対して、同一タイミングにおいて前記第1〜第4の重み係数を乗算することを特徴とする固体撮像装置。
In claim 3,
The weight calculator is
Having first to fourth multipliers for multiplying the first to fourth weighting factors;
The first to fourth multipliers are:
A solid-state imaging device, wherein the pixel values stored in the line memory are multiplied by the first to fourth weighting coefficients at the same timing.
請求項1乃至4のいずれかにおいて、
前記垂直演算部は、
第1の垂直加算範囲と、前記第1の垂直加算範囲と共通の行を含む第2の垂直加算範囲とを、前記垂直加算範囲として前記加算画素値を出力することを特徴とする固体撮像装置。
In any one of Claims 1 thru | or 4,
The vertical arithmetic unit is
A solid-state imaging device that outputs the added pixel value using the first vertical addition range and the second vertical addition range including a row common to the first vertical addition range as the vertical addition range .
請求項5において、
前記垂直演算部は、
第1〜第3の行の前記水平加算画素値を記憶する第1〜第3のラインメモリーと、
前記第1、第2の行の前記水平加算画素値の加算と、前記第2、第3の前記水平加算画素値の加算とを、行う垂直加算部と、
を有することを特徴とする固体撮像装置。
In claim 5,
The vertical arithmetic unit is
First to third line memories for storing the horizontal addition pixel values of the first to third rows;
A vertical adder that performs the addition of the horizontal addition pixel values of the first and second rows and the addition of the second and third horizontal addition pixel values;
A solid-state imaging device.
請求項1乃至6のいずれかにおいて、
前記加算単位を設定する制御部と、
設定された前記加算単位に基づいて列と行を選択する選択部と、
を含み、
前記水平演算部は、
選択された前記列の前記画素値を重み付けして加算し、
前記垂直演算部は、
選択された前記行の前記水平加算画素値を加算することを特徴とする固体撮像装置。
In any one of Claims 1 thru | or 6.
A control unit for setting the addition unit;
A selection unit for selecting a column and a row based on the set addition unit;
Including
The horizontal calculation unit includes:
Weighting and adding the pixel values of the selected column,
The vertical arithmetic unit is
A solid-state imaging device, wherein the horizontal addition pixel values of the selected row are added.
請求項1乃至7のいずれかにおいて、
前記A/D変換部は、
前記行走査部により選択された行の各列の前記アナログ信号を、並列に前記デジタル信号に変換する列並列A/D変換部であることを特徴とする固体撮像装置。
In any one of Claims 1 thru | or 7,
The A / D converter is
A solid-state imaging device, comprising: a column parallel A / D conversion unit that converts the analog signal of each column of a row selected by the row scanning unit into the digital signal in parallel.
請求項1乃至8のいずれかに記載の固体撮像装置と、
前記加算画素値に基づいて、前記加算単位に含まれる画素の画素値を推定する推定演算部と、
を含み、
第1のポジションに設定された第1の加算単位と、前記第1のポジションがシフトされた第2のポジションに設定された第2の加算単位とが、重畳する場合に、
前記垂直演算部は、
前記第1、第2の加算単位の前記加算画素値である第1、第2の加算画素値を出力し、
前記推定演算部は、
前記第1の加算画素値と、前記第2の加算画素値の差分値を求め、
前記第1の加算単位から重畳領域を除いた第1の領域の加算画素値である第1の中間画素値と、前記第2の加算単位から前記重畳領域を除いた第2の領域の加算画素値である第2の中間画素値との関係式を、前記差分値を用いて表し、
前記関係式を用いて前記第1、第2の中間画素値を推定し、推定した前記第1の中間画素値を用いて前記加算単位に含まれる各画素の画素値を求めることを特徴とする撮像装置。
A solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 8,
An estimation calculator that estimates a pixel value of a pixel included in the addition unit based on the addition pixel value;
Including
When the first addition unit set in the first position and the second addition unit set in the second position where the first position is shifted overlap,
The vertical arithmetic unit is
Outputting first and second addition pixel values which are the addition pixel values of the first and second addition units;
The estimation calculation unit includes:
A difference value between the first addition pixel value and the second addition pixel value is obtained;
A first intermediate pixel value that is an addition pixel value of the first area obtained by removing the overlap area from the first addition unit, and an addition pixel of the second area obtained by removing the overlap area from the second addition unit. A relational expression with the second intermediate pixel value that is a value is expressed using the difference value,
The first and second intermediate pixel values are estimated using the relational expression, and the pixel value of each pixel included in the addition unit is obtained using the estimated first intermediate pixel value. Imaging device.
請求項9において、
前記推定演算部は、
前記第1、第2の中間画素値を含む連続する中間画素値を中間画素値パターンとする場合に、前記中間画素値パターンに含まれる中間画素値間の関係式を前記加算画素値を用いて表し、
前記中間画素値間の関係式で表された前記中間画素値パターンと前記加算画素値とを比較して類似性を評価し、
前記類似性の評価結果に基づいて、前記類似性が最も高くなるように、前記中間画素値パターンに含まれる中間画素値を決定することを特徴とする撮像装置。
In claim 9,
The estimation calculation unit includes:
When successive intermediate pixel values including the first and second intermediate pixel values are used as an intermediate pixel value pattern, a relational expression between intermediate pixel values included in the intermediate pixel value pattern is obtained using the added pixel value. Represent,
Comparing the intermediate pixel value pattern represented by the relational expression between the intermediate pixel values and the added pixel value to evaluate similarity;
An image pickup apparatus, comprising: determining an intermediate pixel value included in the intermediate pixel value pattern based on the similarity evaluation result so that the similarity becomes the highest.
加算対象となる画素の範囲である加算単位の列範囲を水平加算範囲とし、行範囲を垂直加算範囲とする場合に、
入射光を光電変換する複数の画素が配列された画素アレイ部が用意され、
前記画素アレイ部の行を選択し、垂直走査を行い、
選択された前記行の画素からのアナログ信号をデジタル信号の画素値に変換し、
第1の水平加算範囲と、前記第1の水平加算範囲と共通の画素を含む第2の水平加算範囲とを、前記水平加算範囲とし、
前記行の前記画素値のうち前記水平加算範囲に含まれる前記画素値を、各列に重み付けして加算し、
加算された前記画素値を水平加算画素値として出力し、
前記水平加算画素値のうち前記垂直加算範囲に含まれる前記水平加算画素値を加算し、
加算された前記水平加算画素値を加算画素値として出力することを特徴とする画像生成方法。
When the column range of the addition unit that is the range of pixels to be added is the horizontal addition range and the row range is the vertical addition range,
A pixel array unit in which a plurality of pixels that photoelectrically convert incident light are arranged is prepared,
Select a row of the pixel array unit, perform vertical scanning,
Converting the analog signal from the pixel of the selected row into a pixel value of a digital signal;
A first horizontal addition range and a second horizontal addition range including pixels in common with the first horizontal addition range as the horizontal addition range;
Among the pixel values of the row, the pixel values included in the horizontal addition range are weighted and added to each column,
The added pixel value is output as a horizontal addition pixel value,
Adding the horizontal addition pixel value included in the vertical addition range of the horizontal addition pixel value,
An image generation method, characterized in that the added horizontal added pixel value is output as an added pixel value.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013115015A1 (en) * 2012-01-30 2013-08-08 ソニー株式会社 Solid-state imaging element, solid-state imaging device, and image-processing method
JP2018207502A (en) * 2018-07-25 2018-12-27 オリンパス株式会社 Imaging device, imaging device
JP2022183650A (en) * 2021-05-31 2022-12-13 株式会社ニコン Imaging element and imaging device

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