JPH04189078A - Image pickup device - Google Patents
Image pickup deviceInfo
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- JPH04189078A JPH04189078A JP2315972A JP31597290A JPH04189078A JP H04189078 A JPH04189078 A JP H04189078A JP 2315972 A JP2315972 A JP 2315972A JP 31597290 A JP31597290 A JP 31597290A JP H04189078 A JPH04189078 A JP H04189078A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は撮像装置に係り、特に実質的にダイナミックレ
ンジの広い撮像装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an imaging device, and particularly to an imaging device having a substantially wide dynamic range.
[従来の技術]
撮像装置は、カメラ一体形VTRやスチル・ビデオ・カ
メラなどのビデオ・カメラ部どして広く使用されている
。撮像管や固体撮像素子を用いるビデオ・カメラは旧来
の銀塩写真システムに比ベダイナミック・レンジが狭く
、従って、逆光時などには白とびゃ黒つぶれ(輝度レベ
ルが著しく高い又は低い部分の俗称)などが発生する。[Prior Art] Imaging devices are widely used as video camera units such as camera-integrated VTRs and still video cameras. Video cameras that use image pickup tubes or solid-state image sensors have a narrower dynamic range than traditional silver-halide photographic systems, and as a result, when backlit, etc., whites and darks are crushed (a common term for areas with extremely high or low brightness levels). ) etc. occur.
従来のビデオ・カメラではこのような場合、手動又は逆
光補正ボタンの操作により絞りを2絞り分程度開放し、
光量を調整していた。With conventional video cameras, in such cases, the aperture can be opened by about two stops either manually or by operating the backlight compensation button.
I was adjusting the light intensity.
しかし、このような逆光補正を適切に行った場合におい
て、主たる被写体が適正露光量であっても背景で白とび
が発生してしまい、背景が白いだけの画面になってしま
う場合がある。つまり、従来装置のように主被写体の露
光量が適正になるように光量調整するだけでは、撮像装
置のダイナミック・レンジの狭さは解決されない。However, when such backlight correction is appropriately performed, even if the main subject has an appropriate exposure amount, overexposure may occur in the background, resulting in a screen where only the background is white. In other words, simply adjusting the light amount so that the exposure amount of the main subject is appropriate as in conventional devices does not solve the problem of the narrow dynamic range of the imaging device.
かかる問題を解決するものとして、例えば2回の露光を
行いダイナミックレンジの拡大を行う方法がある。この
方法は通常の露光時間1760秒で撮像した画面の飽和
した画素信号を高速シャッタ動作(例えば、 1/10
00秒)で撮像した画素信号で置換するものである。こ
の方法では露光時間が約16倍違うので、ダイナミック
レンジも約16倍拡大できる。One way to solve this problem is to expand the dynamic range by performing two exposures, for example. This method converts the saturated pixel signals of a screen imaged with a normal exposure time of 1760 seconds into a high-speed shutter operation (for example, 1/10
00 seconds). With this method, the exposure time differs by about 16 times, so the dynamic range can also be expanded by about 16 times.
このような複数回露光によってダイナミックレンジの拡
大を行う公知例としては、例えば、特開平1−1761
73号公報、特開平1−204579号公報等がある。As a known example of expanding the dynamic range by such multiple exposures, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 1-1761
No. 73, Japanese Unexamined Patent Publication No. 1-204579, etc.
前者の公報には、従来の信号処理方法が述べられており
、第8図に示すように、最初の露光信号をメモリ装置に
一時記憶させ、次の露光信号を読み出す時に、上記メモ
リ装置の信号を同時に読み出し、信号処理回路でダイナ
ミックレンジを拡大した合成信号を形成している。The former publication describes a conventional signal processing method, in which the first exposure signal is temporarily stored in a memory device, and when reading the next exposure signal, the signal of the memory device is are simultaneously read out and a signal processing circuit forms a composite signal with an expanded dynamic range.
後者の公報では、第9図に示すように、露光時間の異な
る二つの撮像信号をそれぞれの信号処理回路を通して、
1:1で加算することにより合成信号を形成している。In the latter publication, as shown in FIG. 9, two imaging signals with different exposure times are passed through respective signal processing circuits,
A composite signal is formed by adding them at a ratio of 1:1.
[発明が解決しようとする課題]
しかし、従来のような二つの撮像信号の単純な信号の置
換処理方法あるいは加算方法では、撮影した被写体像を
高画質に再生することは困雛である。高階調な自然の被
写体に対し、デイスプレィ装置或はプリント用紙は低階
調であり、かかる低階調の再生手段に対し、最適な信号
処理を行うことによって高品位な画像を得ることができ
る。[Problems to be Solved by the Invention] However, with the conventional simple signal replacement processing method or addition method of two imaging signals, it is difficult to reproduce a photographed subject image with high image quality. In contrast to natural subjects with high gradations, display devices or printing paper have low gradations, and high-quality images can be obtained by performing optimal signal processing on such low gradation reproduction means.
[課題を解決するための手段]
本願第1の発明の撮像装置は、露光量の異なる袂数の撮
像信号を合成して、一つの合成撮像信号を形成する撮像
装置において、
一の撮像信号の一定値を超える高振幅成分を除去するク
リップ手段と、
前記一の撮像信号より露光量の小さい他の撮像信号の信
号電圧を、前記クリップ手段によりクリップされた一の
撮像信号のクリップ電圧に加える信号合成手段と、
該信号合成手段により合成された信号の高振幅部を圧縮
するニー手段と、
を有することを特徴とする。[Means for Solving the Problems] The imaging device of the first invention of the present application is an imaging device that combines imaging signals of different numbers of exposure amounts to form one composite imaging signal. a clipping means for removing a high amplitude component exceeding a certain value; and a signal for adding a signal voltage of another imaging signal having a smaller exposure amount than the one imaging signal to the clipping voltage of the one imaging signal clipped by the clipping means. The present invention is characterized in that it has a combining means, and a knee means for compressing a high amplitude portion of the signal combined by the signal combining means.
本願第2の発明の撮像装置は、露光量の異なる複数の撮
像信号を合成して、一つの合成撮像信号を形成する撮像
装置において、
露光量の異なる複数の撮像信号のうち、露光量の小さい
撮像信号の振幅を、該撮像信号の信号レベルに応じて制
御する振幅制御手段と、該振幅制置手段により振幅が制
御された撮像信号と前記露光量の小さい撮像信号よりも
露光量の大きい撮像信号とを合成する信号合成手段と、
該信号合成手段により合成された信号の高振幅部を圧縮
するニー手段と、
を有することを特徴とする。An imaging device according to a second invention of the present application is an imaging device that combines a plurality of imaging signals having different exposure amounts to form one composite imaging signal, and in which a plurality of imaging signals having different exposure amounts are combined, the imaging device has a smaller exposure amount among the plurality of imaging signals having different exposure amounts. An amplitude control means for controlling the amplitude of an imaging signal according to a signal level of the imaging signal; an imaging signal whose amplitude is controlled by the amplitude control means; and an imaging signal having a larger exposure amount than the imaging signal having a smaller exposure amount. signal synthesis means for synthesizing the signals;
A knee means for compressing a high amplitude portion of the signal synthesized by the signal synthesizing means.
本願第3の発明の撮像装置は、露光量の異なる複数の撮
像信号を合成して、一つの合成撮像信号を形成する信号
合成手段と、
該信号合成手段により合成された信号の高振幅部を圧縮
するニー手段と、
前記露光量の異なる複数の撮像信号のうち、露光量の小
さい撮像信号の信号レベルに応じて前記ニー手段のニー
特性を制御する制御手段と、を有することを特徴とする
。An imaging device according to a third aspect of the present invention comprises: a signal synthesizing means for synthesizing a plurality of image signals having different exposure amounts to form one composite image signal; and a high amplitude portion of the signal synthesized by the signal synthesizing means. It is characterized by comprising a knee means for compressing, and a control means for controlling knee characteristics of the knee means according to a signal level of an image signal having a smaller exposure amount among the plurality of image signals having different exposure amounts. .
本願第4の発明の撮像装置は、露光量の異なる複所の撮
像信号の全ての撮像信号または一つの撮像所号を除く他
の撮像信号を、連続的に合成可能に所定の電位にクラン
プするクランプ手段と、前記露光量の異なる複数の撮像
信号を前記所定のII位で合成して、一つの合成撮像信
号を形成する信号合成手段と。The imaging device of the fourth invention of the present application clamps all the imaging signals of multiple locations having different exposure amounts or other imaging signals except for one imaging location to a predetermined potential so as to be able to continuously synthesize them. a clamping means; and a signal synthesizing means for synthesizing the plurality of imaging signals having different exposure amounts at the predetermined II level to form one composite imaging signal.
該信号合成手段により合成された信号の高振幅部を圧縮
するニー手段と、
を有することを特徴とする。A knee means for compressing a high amplitude portion of the signal synthesized by the signal synthesizing means.
[作用]
本願第1の発明は、一の撮像信号(露光量の大きい撮像
信号)の一定値を超える高振幅成分を除去しすることで
、一の撮像信号の高振幅成分に含まれるノイズを除去し
、露光量の小さい他の撮像信号の信号電圧を、前記ノイ
ズの除去された撮像信号のクリップ電圧に加え、合成さ
れた信号の高振幅部を圧縮することで、ノイズの除去さ
れた高品位な画像を得るものである。[Operation] The first invention of the present application removes noise contained in the high amplitude component of the first imaging signal (imaging signal with a large exposure amount) by removing the high amplitude component exceeding a certain value. By adding the signal voltage of another image signal with a small exposure amount to the clip voltage of the image signal from which the noise has been removed and compressing the high amplitude part of the combined signal, the high amplitude part from which the noise has been removed is This allows you to obtain high-quality images.
本願第2の発明は、露光量の小さい撮像信号の振幅な該
撮像信号の信号レベルに応じて制御し、この振幅制御さ
れた撮像信号と露光量の大きい撮像信号とを合成し、信
号の高振幅部を圧縮することで、露光量の小さい撮像信
号の信号レベルに対応したダイナミックレンジを得るも
のである。The second invention of the present application controls the amplitude of an imaging signal with a small exposure amount according to the signal level of the imaging signal, and combines the amplitude-controlled imaging signal with an imaging signal with a large exposure amount to increase the signal level. By compressing the amplitude part, a dynamic range corresponding to the signal level of the imaging signal with a small exposure amount is obtained.
本願第3の発明は、露光量の異なる複数の撮像信号を合
成して一つの合成撮像信号を形成し、この合成撮像信号
の高振幅部を圧縮する場合、露光量の異なる複数の撮像
信号のうち、露光量の小さい撮像信号の信号レベルに応
じて圧縮レベルに−特性)を制御することで、露光量の
小さい撮像信号の信号レベルに対応した合成撮像信号を
得るものである。The third invention of the present application provides that when a plurality of imaging signals having different exposure amounts are combined to form one composite imaging signal and a high amplitude portion of this composite imaging signal is compressed, the plurality of imaging signals having different exposure amounts are combined. By controlling the compression level (-characteristic) according to the signal level of the imaging signal with a small exposure amount, a composite imaging signal corresponding to the signal level of the imaging signal with a small exposure amount is obtained.
本願第4の発明は、露光量の異なる複数の撮像信号の全
ての撮像信号または一つの撮像信号を除く他の撮像信号
を、連続的に合成可能に所定の電位にクランプし、露光
量の異なる複数の撮像信号を合成して、一つの合成撮像
信号を形成し、合成された信号の高振幅部を圧縮するこ
とで、アナログ的に連続して合成された一つの合成撮像
信号な得るものである。The fourth invention of the present application is to clamp all the imaging signals of a plurality of imaging signals having different exposure amounts or other imaging signals except for one imaging signal to a predetermined potential so as to be able to continuously synthesize the plurality of imaging signals, and to By combining multiple imaging signals to form one composite imaging signal and compressing the high amplitude part of the composite signal, it is possible to obtain a single composite imaging signal that is continuously synthesized in an analog manner. be.
[実施例] 以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。[Example] Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
まず、本発明の撮像装置に用いる撮像素子について説明
する。First, the imaging element used in the imaging device of the present invention will be explained.
第6図は、本発明に用いる撮像素子の一構成例の概略的
構成図である。FIG. 6 is a schematic configuration diagram of one configuration example of an image sensor used in the present invention.
第6図において、lOはイメージエリア、2゜はストレ
ージエリア、30はドレイン、4o及び50は水平転送
CCDである。In FIG. 6, IO is an image area, 2° is a storage area, 30 is a drain, and 4o and 50 are horizontal transfer CCDs.
イメージエリア10は、受光素子であるフォトダイオー
ド11と、フォトダイオード11で光電変換された電荷
な光電変換終了後に一時的に保持するための垂直転送C
OD (垂直レジスタ)12とが複数列交互に配列され
た構成となっている。垂直転送CCDl−’2は遮光さ
れており、そこに保持された光電荷は垂直転送パルスφ
l 1mlによりストレージエリア2oにCCD転送さ
れる。イメージエリア10の上部に設けられたドレイン
30はイメージエリア10で発生した不要な電荷を高速
に排除するための電極である。The image area 10 includes a photodiode 11 which is a light receiving element, and a vertical transfer C for temporarily holding charges photoelectrically converted by the photodiode 11 after the photoelectric conversion is completed.
OD (vertical registers) 12 are arranged alternately in a plurality of columns. The vertical transfer CCD l-'2 is shielded from light, and the photocharges held there are transferred to the vertical transfer pulse φ.
1ml is transferred to the storage area 2o by CCD. A drain 30 provided above the image area 10 is an electrode for quickly removing unnecessary charges generated in the image area 10.
ストレージエリア20は全体が遮光されており、イメー
ジエリア10からの光電荷をストレージする垂直転送C
CD (垂直レジスタ)21が配列された構成となって
いる。イメージエリアlOとストレージエリア20との
間には水平転送CCD40が設けられ、ストレージエリ
ア20の下部には水平転送CCD50が設けられており
、それぞれ垂直転送CCD12.21からの光電荷を出
力アンプへ高速転送する。The storage area 20 is entirely shielded from light, and there is a vertical transfer C for storing photocharges from the image area 10.
It has a configuration in which CDs (vertical registers) 21 are arranged. A horizontal transfer CCD 40 is provided between the image area 1O and the storage area 20, and a horizontal transfer CCD 50 is provided below the storage area 20, and the photocharges from the vertical transfer CCDs 12 and 21 are transferred to the output amplifier at high speed. Forward.
以下、上記撮像素子の動作について第7図を用いて説明
する。Hereinafter, the operation of the image sensor will be explained using FIG. 7.
第7図は、上記撮像素子の動作を説明するための駆動タ
イミング図である。FIG. 7 is a drive timing chart for explaining the operation of the image sensor.
フォトダイオード11は、1フイ一ルド期間に2度の露
光(光電変換)が行われる。すなわち、第2図において
、T、は第一の露光期間、T、は第二の露光期間である
。なお、第一の露光期間T、は第二の露光期間T2より
も長(なっている。The photodiode 11 is exposed to light (photoelectric conversion) twice in one field period. That is, in FIG. 2, T is the first exposure period and T is the second exposure period. Note that the first exposure period T is longer than the second exposure period T2.
まず、第7図に示すように5第一の露光期間T、の露光
が終了に近づくと、垂直転送CCD12に発生したスメ
ア電荷をドレイン30に掃き出すために、垂直転送CC
D12に通常の型部転送と逆方向の転送パルスφ、I)
(図中、パルスA)が印加される。First, as shown in FIG. 7, when the exposure of the first exposure period T approaches the end, the vertical transfer CCD
D12 is a transfer pulse φ, I) in the opposite direction to the normal mold part transfer.
(Pulse A in the figure) is applied.
次に、転送パルスφl+n+(図中、パルスB)を印加
してフォトダイオード11上の光電荷を垂直転送CCD
12に移し、その後、転送パルスφ1lnl(図中、
パルスC)及び転送パルスφ、い1(図中、パルスC’
)を印加して垂直転送CCD12の光電荷をストレージ
エリア20に高速に転送する。なお、フォトダイオード
11では、光電荷が移されると第二の露光期間T、に入
る。Next, a transfer pulse φl+n+ (pulse B in the figure) is applied to transfer the photocharge on the photodiode 11 to the vertical transfer CCD.
12, and then transfer pulse φ1lnl (in the figure,
pulse C) and transfer pulse φ,i1 (pulse C' in the figure)
) is applied to transfer the photocharges of the vertical transfer CCD 12 to the storage area 20 at high speed. Note that in the photodiode 11, when the photocharge is transferred, the second exposure period T begins.
次に、転送パルスφ1い、(図中、パルスD)を印加し
て第二の露光期間T2に光電変換された光電荷を垂直転
送CCD12に移す。Next, a transfer pulse φ1 (pulse D in the figure) is applied to transfer the photoelectric charges photoelectrically converted to the vertical transfer CCD 12 during the second exposure period T2.
この時点で垂直転送CCD21には、第一の露光(第一
の露光期間T、の露光)による信号が蓄積されており、
また垂直転送CCD12には第二の露光(第二の露光期
間T、の露光)による信号が蓄積されていることになる
。At this point, the vertical transfer CCD 21 has accumulated signals from the first exposure (exposure during the first exposure period T).
Further, signals from the second exposure (exposure during the second exposure period T) are accumulated in the vertical transfer CCD 12.
垂直ブランキング期間が終了すると、映像期間内の1水
平期間(T、)毎の水平ブランキング期間に、転送パル
スφ、。(図中、パルスE)及び転送パルスφIlr+
1(図中、パルスE′)が印加されて、垂直転送CCD
12、垂直転送CCD21の光電荷は、水平転送CCD
40、水平転送CCD50に移される。When the vertical blanking period ends, a transfer pulse φ, is transmitted during each horizontal blanking period (T,) within the video period. (Pulse E in the figure) and transfer pulse φIlr+
1 (pulse E' in the figure) is applied, and the vertical transfer CCD
12. The photocharge of the vertical transfer CCD 21 is transferred to the horizontal transfer CCD
40, transferred to the horizontal transfer CCD 50.
そして、この光電荷は水平走査の有効期間内に、水平転
送パルスφ11により、出力アンプを経て外部に信号S
、(第一の露光による信号)、信号S、(第二の露光に
よる信号)として出力される。Then, during the effective period of horizontal scanning, this photocharge is sent to the outside by a signal S via an output amplifier by a horizontal transfer pulse φ11.
, (signal resulting from the first exposure), and signal S, (signal resulting from the second exposure).
以上説明した撮像素子においては、第一の露光による信
号Slと第二の露光による信号8つとを同時に出力する
ことが可能となる。In the image sensor described above, it is possible to simultaneously output the signal Sl from the first exposure and eight signals from the second exposure.
以下、前述した撮像素子を用いた本発明の撮像装置につ
いて説明する。Hereinafter, an imaging apparatus of the present invention using the above-described imaging device will be described.
第1図は、上記撮像素子を用いた本発明の撮像装置の第
一実施例となるビデオ装置の全体構成ブロック図である
。FIG. 1 is a block diagram of the overall configuration of a video device that is a first embodiment of the imaging device of the present invention using the above-mentioned imaging device.
第2図は、第一の露光時と第二の露光時に得られた信号
S、、S、の合成に用いられるサンプルホールドパルス
のタイミング図である。FIG. 2 is a timing chart of sample and hold pulses used to synthesize the signals S, , S, obtained during the first exposure and the second exposure.
第3図は、前記ビデオ装置のカメラ信号処理系の各回路
構成部の信号レベルを示す特性図である。FIG. 3 is a characteristic diagram showing signal levels of each circuit component of the camera signal processing system of the video apparatus.
ビデオ装置の構成は、第1図に示すように、光学系10
0、カメラ信号処理系200、記録系300から構成さ
れる。The configuration of the video device is as shown in FIG.
0, a camera signal processing system 200, and a recording system 300.
光学系100において、レンズ101から入射した被写
体光は、アイリス102により光量が制限され、センサ
103に結像される。センサ103はセンサ駆動回路1
05により、またアイリス102はアイリス駆動回路1
06により駆動される。In the optical system 100 , the amount of object light incident from the lens 101 is limited by the iris 102 and is focused on the sensor 103 . The sensor 103 is the sensor drive circuit 1
05, the iris 102 is connected to the iris drive circuit 1.
06.
センサ103かもの信号S、、S、は、カメラ信号処理
系200において、ダイナミックレンジ拡大のための信
号処理と、一般のカメラ信号処理等がなされる。ここで
5センサ103は第6図で示した撮像素子、信号S1は
第一の露光(長時間露光)による信号、信号S2は第二
の露光(短時間露光)による信号を示す。The signals S, , S, from the sensor 103 are subjected to signal processing for expanding the dynamic range, general camera signal processing, etc. in a camera signal processing system 200. Here, the 5-sensor 103 is the image sensor shown in FIG. 6, the signal S1 is a signal from the first exposure (long exposure), and the signal S2 is a signal from the second exposure (short exposure).
またここでは、露光量の制御は露光期間の長さによって
行っているが、本発明において露光量の制御は、アイリ
スによる制御、フラッシュの使用等によっても可能であ
る。Further, here, the exposure amount is controlled by the length of the exposure period, but in the present invention, the exposure amount can also be controlled by controlling an iris, using a flash, or the like.
以下、第2図及び第3図を用いてカメラ信号処理系20
0の信号処理動作について説明する。Hereinafter, the camera signal processing system 20 will be explained using FIGS. 2 and 3.
The signal processing operation of 0 will be explained.
なお、第1図中、a、bはそれぞれセンサ103の出力
信号(信号S+ 、Sa)、a’はクランプ回路221
によりクランプされた出力信号、a″はホワイトクリッ
プ回路CW−C回路)222の出力信号、b、b′は増
幅器213の出力信号(この出力信号すはセンサ103
の出力信号すと同じ)、c、e’はホールドコンデンサ
C8の出力信号、d、d’はニー(KNEE)回路23
1の出力信号である。第3図中、a、a’。In FIG. 1, a and b are the output signals (signals S+ and Sa) of the sensor 103, respectively, and a' is the clamp circuit 221.
a'' is the output signal of the white clip circuit CW-C circuit) 222, b and b' are the output signals of the amplifier 213 (this output signal is the output signal of the sensor 103).
c, e' are the output signals of the hold capacitor C8, d, d' are the knee (KNEE) circuit 23
1 output signal. In Figure 3, a, a'.
a−、、b、b′、c、c′、d、d′は各出力信号の
光量−信号レベル特性を示す曲線又は直線である。a-, b, b', c, c', d, and d' are curves or straight lines representing the light amount-signal level characteristics of each output signal.
まず、センサ103からの信号SIの信号処理について
説明する。First, signal processing of the signal SI from the sensor 103 will be explained.
センサ103からの信号S、(出力信号a)はセンサ1
03への光量が強いと、ある信号レベル(第3図中、V
、、、)で飽和し、第3図の曲線aのような特性となる
。信号S、(出力信号a)は黒基準部をクランプ回路2
21でクランプされる。第3図中のVcはクランプ電圧
を示す。Signal S from sensor 103 (output signal a) is sensor 1
When the amount of light to 03 is strong, a certain signal level (in Figure 3, V
, , ), and the characteristic becomes as shown by curve a in FIG. 3. Signal S, (output signal a) clamps the black reference part to circuit 2.
It is clamped at 21. Vc in FIG. 3 indicates a clamp voltage.
電圧■、にクランプされた信号S、(出力信号a’)の
信号レベルV tn+ + V c以上の部分は、ホワ
イトクリップ回路222でクリップされて、第6図の曲
線a一のような特性となる。ホワイトクリップは、セン
サが飽和するとき、センサの製造プロセスに起因するバ
ラツキが大きくなるために行うものである。The portion of the signal S, (output signal a') clamped to the voltage ■, whose signal level is higher than the signal level Vtn+ + Vc is clipped by the white clip circuit 222, resulting in a characteristic as shown in curve a1 in FIG. Become. White clipping is performed because when the sensor is saturated, variations due to the sensor manufacturing process become large.
また、センサ103からの信号S、(出力信号a)は、
その飽和の有無を検出するため、レベル検出器223に
入力される0本実施例での飽和検出レベルはホワイトク
リップレベルVtTl++■6より電位VCだけ小さい
電位V t fi lに設定する。Moreover, the signal S, (output signal a) from the sensor 103 is
In order to detect the presence or absence of saturation, the saturation detection level in this embodiment, which is input to the level detector 223, is set to a potential V t fi l that is smaller than the white clip level VtTl++6 by the potential VC.
レベル検出器223は制御回路225に接続され、制御
回路225はレベル検出器223の出力信号により、後
述するサンプルホールドスイッチ216.226を制御
するためのサンプルホールドパルスSH,,SH,を出
力する(第2図図示)、また制御回路225は、レベル
検出器223.224によって調べられた信号Slのレ
ベル分布(レベル検出器223の検出レベルは電位■1
0、レベル検出器224の検出レベルは電位V th*
とする)を調べ、アイリス102を最適に設定するよう
、アイリス駆動回路106を制御する。The level detector 223 is connected to a control circuit 225, and the control circuit 225 outputs sample and hold pulses SH,,SH, for controlling sample and hold switches 216 and 226, which will be described later, based on the output signal of the level detector 223. The control circuit 225 also controls the level distribution of the signal Sl examined by the level detectors 223 and 224 (the detection level of the level detector 223 is at the potential ■1).
0, the detection level of the level detector 224 is the potential V th*
), and controls the iris drive circuit 106 to optimally set the iris 102.
次に、センサ103からの信号S2の信号処理について
説明する。Next, signal processing of the signal S2 from the sensor 103 will be explained.
信号S、は信号S1に比較して約l/16の信号レベル
である。Signal S has a signal level of approximately 1/16 compared to signal S1.
ここで増幅器213のゲインを1とすると、信号S2
(出力信号b)は増幅器213を経て信号レベルはそ
のままでクランプ回路214に出力信号すとして入力さ
れる。Here, if the gain of the amplifier 213 is 1, the signal S2
(Output signal b) passes through the amplifier 213 and is input as an output signal to the clamp circuit 214 with the signal level unchanged.
この時のクランプ電位vr ′は以下のように設定され
る。The clamp potential vr' at this time is set as follows.
長露光時の信号S、(第3図中、曲線a)は前述したレ
ベル検出器223により信号レベルV th+以上で飽
和であると判断され、クランプ後にホワイトクリップが
なされる(第3図中、曲線a″)、従って、信号S、(
出力信号a″)の信号レベルV th+ + V c以
上において、短露光時の信号S2に置換する必要がある
。The signal S during long exposure (curve a in FIG. 3) is judged to be saturated at a signal level of V th+ or higher by the level detector 223 described above, and white clipping is performed after clamping (in FIG. 3, curve a″), hence the signal S, (
When the signal level of the output signal a'') is equal to or higher than V th+ + V c, it is necessary to replace it with the signal S2 at the time of short exposure.
信号Sl (出力信号a)の信号レベル■、□に相当す
る信号S、(出力信号b)の信号レベル■1,1は、
である。The signal S corresponding to the signal levels ■, □ of the signal Sl (output signal a), and the signal levels ■1, 1 of the (output signal b) are as follows.
ここで、信号S、(第3図中、直線b)のV LSI以
上の信号を信号S、(第3図中、曲線a−)の信号レベ
ルV th+ + V c以上の部分に加算する必要が
ある。そこでクランプ回路214のクランプ電位■。′
をクランプ回路221のクランプ電位■ゎよりV tr
+1 ””’ V Lll+だけ大きい電圧にすれば良
い、クランプ回路214を経た信号はサンプルホールド
スイッチ216に入力される。Here, it is necessary to add a signal of signal S, (line b in Figure 3), which is higher than V LSI, to the part of signal S, (curve a- in Figure 3), which has a signal level of V th+ + V c or higher. There is. Therefore, the clamp potential ■ of the clamp circuit 214. ′
From the clamp potential of the clamp circuit 221, V tr
The signal that has passed through the clamp circuit 214 is input to the sample-and-hold switch 216, which only needs to be increased by +1 ""' V Lll+.
サンプルホールドスイッチ216は制御回路225のサ
ンプルホールド5)(1により、信号S1が飽和した時
に、サンプルホールド動作が行われる。The sample-and-hold switch 216 performs a sample-and-hold operation when the signal S1 is saturated due to the sample-and-hold switch 5) (1) of the control circuit 225.
従ってホールドコンデンサC,Iには信号S1が飽和し
ない時は信号s、cw−c回路222の出力、第3図中
の曲線a’−)がサンプルアンドホールドされ、信号S
1が飽和した時は信号S2 (クランプ回路214の出
力)がサンプルアンドホールドされ、二つの画像信号の
合成が行われる(第3図中、曲線C)。この信号はニー
(にNEE)回路231で高信号レベルが抑圧される。Therefore, when the signal S1 is not saturated, the hold capacitors C and I sample and hold the signal s, the output of the cw-c circuit 222, and the curve a'-) in FIG.
1 is saturated, the signal S2 (output of the clamp circuit 214) is sampled and held, and the two image signals are synthesized (curve C in FIG. 3). The high signal level of this signal is suppressed by a knee (NEE) circuit 231.
本実施例では高信号レベルにおいて、174倍の信号レ
ベルの抑圧を行っている。ニー処理が行われた信号dは
後段のカメラプロセス回路232において、γ処理等、
通常のカメラ信号処理がなされる。In this embodiment, the signal level is suppressed 174 times at a high signal level. The signal d that has been subjected to knee processing is subjected to γ processing, etc. in the subsequent camera processing circuit 232.
Normal camera signal processing is performed.
カメラプロセス回路232の出力信号は記録装置301
に導かれ、ビデオテープあるいはフロッピィディスクに
記録される。The output signal of the camera process circuit 232 is transmitted to the recording device 301.
and recorded on videotape or floppy disk.
次にレベル検出器210,211.制御回路212、増
幅器213、クランプ電位制御回路215について説明
する。Next, level detectors 210, 211. The control circuit 212, amplifier 213, and clamp potential control circuit 215 will be explained.
センサ103への入射光があまり強くなく、ダイナミッ
クレンジの拡大が先に説明した実施例のように16倍も
必要でなく、例えば8倍で良い場合について説明する。A case will be described in which the incident light on the sensor 103 is not very strong and the dynamic range does not need to be expanded by 16 times as in the previously described embodiment, but may be expanded by, for example, 8 times.
レベル検出器210では信号レベルV tlll ′
(→Vth、 /16 )で信号S2の信号分布を調べ
、レベル検出器211では信号レベルv、h、 ’
(=■。2/16 )で信号分布を調べている。In the level detector 210, the signal level Vtll'
(→Vth, /16) to check the signal distribution of the signal S2, and the level detector 211 detects the signal levels v, h, '
(=■.2/16) to check the signal distribution.
レベル検出器210の検出度数が多い場合は、露光時間
T2を小さく、即ち1/1000秒よりさらに小さくす
る。レベル検出器210の検出度数が小さい場合は、ダ
イナミックレンジを少し狭くしても良いので、制御回路
212により、増幅器2I3のゲインが2倍に設定され
る。When the detection frequency of the level detector 210 is large, the exposure time T2 is made small, that is, even smaller than 1/1000 second. If the detection frequency of the level detector 210 is small, the dynamic range may be slightly narrowed, so the control circuit 212 sets the gain of the amplifier 2I3 to twice.
2倍に増幅された信号b′はクランプ回路214に入力
されるが、クランプ電位vC′は、に設定されるので、
クランプ出力は信号C′になる。この信号C゛をニー回
路231に通すと信号d′の信号を得ることができる。The twice amplified signal b' is input to the clamp circuit 214, and the clamp potential vC' is set to
The clamp output becomes signal C'. When this signal C' is passed through the knee circuit 231, a signal d' can be obtained.
従って入射光の強さに応じてニー特性を最適に抑圧し、
カメラプロセス回路232への信号入力を最適に設定す
ることができる。Therefore, the knee characteristics are optimally suppressed according to the intensity of the incident light,
The signal input to the camera process circuit 232 can be optimally set.
第4図は本発明の撮像装置の第二実施例の構成を示す部
分ブロック図である。FIG. 4 is a partial block diagram showing the configuration of a second embodiment of the imaging device of the present invention.
本実施例はカメラプロセス回路232への信号レベルの
調整を増幅器213ではなく、ニー回路231で行う場
合である。In this embodiment, the signal level to the camera process circuit 232 is adjusted by the knee circuit 231 instead of the amplifier 213.
制御回路212よりニー回路231のニー特性を174
倍、あるいは172倍と制御する。The knee characteristic of the knee circuit 231 is set to 174 by the control circuit 212.
It is controlled to be 1x or 172x.
第5図は本発明の撮像装置の第三実施例の構成を示す部
分ブロック図である。FIG. 5 is a partial block diagram showing the configuration of a third embodiment of the imaging apparatus of the present invention.
本実施例はセンサ信号S、をクランプ回路221でクラ
ンプした後、ホワイトクリップ回路(W−C回路)22
2でホワイトクリップし、ニー(KNEE)回路222
′により高振幅成分を圧縮している。その後第−実施例
と同様に信号処理されたセンサ信号S2と合成して合成
信号を得ている。In this embodiment, after the sensor signal S is clamped by a clamp circuit 221, a white clip circuit (W-C circuit) 22
White clip with 2, knee (KNEE) circuit 222
′ compresses high amplitude components. Thereafter, it is combined with the sensor signal S2 which has undergone signal processing in the same manner as in the first embodiment to obtain a composite signal.
[発明の効果]
以上詳細に説明したように、本願第1の発明によれば、
一の撮像信号(n光量の大きい撮像信号)の一定値を超
える高振幅成分を除去しすることで、一の撮像信号の高
振幅成分に含まれるノイズを除去し、n光量の小さい他
の撮像信号の信号電圧を、前記ノイズの除去された撮像
信号のクリップ電圧に加え、合成された信号の高振幅部
を圧縮することで、ノイズの除去された高品位な画像を
得ることができる。[Effect of the invention] As explained in detail above, according to the first invention of the present application,
By removing the high amplitude component exceeding a certain value of the first imaging signal (the imaging signal with a large amount of n light), the noise contained in the high amplitude component of the first imaging signal is removed, and the other imaging signal with a small amount of n light is removed. By adding the signal voltage of the signal to the clipping voltage of the image pickup signal from which noise has been removed and compressing the high amplitude portion of the combined signal, a high-quality image from which noise has been removed can be obtained.
本願第2の発明によれば、露光量の小さい撮像信号の振
幅な該撮像信号の信号レベルに応じて制御しく例えば露
光時間1/1000秒の信号を2倍にする)、この振幅
制御された撮像信号と露光量の大きい撮像信号(例えば
露光時間l/60秒)とを合成し、信号の高振幅部を圧
縮することで、露光量の小さい撮像信号の信号レベルに
対応したダイナミックレンジを得るものことができる。According to the second invention of the present application, the amplitude of an imaging signal with a small exposure amount is controlled according to the signal level of the imaging signal (for example, the signal with an exposure time of 1/1000 seconds is doubled), and the amplitude is controlled. By combining the imaging signal and the imaging signal with a large exposure amount (for example, exposure time 1/60 seconds) and compressing the high amplitude part of the signal, a dynamic range corresponding to the signal level of the imaging signal with a small exposure amount is obtained. I can do things.
本願第3の発明のよれば、露光量の異なる複数の撮像信
号を合成して一つの合成撮像信号を形成し、この合成撮
像信号の高振幅部を圧縮する場合、露光量の異なる複数
の撮像信号のうち、露光量の小さい撮像信号の信号レベ
ルに応じて圧縮レベルに−特性)を制御することで、露
光量の小さい撮像信号の信号レベルに対応した合成撮像
信号を得ることができる(例えばニー特性を174倍か
ら172倍と制御できる)。According to the third invention of the present application, when a plurality of imaging signals with different exposure amounts are combined to form one composite imaging signal and a high amplitude portion of this composite imaging signal is compressed, multiple imaging signals with different exposure amounts are Among the signals, by controlling the compression level (characteristic) according to the signal level of the imaging signal with a small exposure amount, it is possible to obtain a composite imaging signal corresponding to the signal level of the imaging signal with a small exposure amount (for example, The knee characteristics can be controlled from 174 times to 172 times).
また本願第2及び第3の発明によれば、長鎖光時間に対
し、短露光時間を変えて撮像しても、短露光時の撮像信
号レベルを最適に設定して、長露光時の撮像信号と合成
できるのでダイナミックレンジ拡大効果を最大限にアッ
プすることができる。Further, according to the second and third inventions of the present application, even if images are captured by changing the short exposure time with respect to the long chain light time, the imaging signal level during the short exposure is optimally set, and the imaging during the long exposure is performed. Since it can be combined with the signal, the dynamic range expansion effect can be maximized.
本願第4の発明によれば、露光量の異なる?!数の撮像
信号の全ての撮像信号または−っの撮像信号を除く他の
撮像信号を、連続的に合成可能に所定の電位にクランプ
し、露光量の異なる複数の撮像信号を合成して、一つの
合成撮像信号を形成し、合成された信号の高振幅部を圧
縮することで、アナログ的に連続して合成された一つの
合成撮像信号を得ることができる。According to the fourth invention of the present application, the exposure amount is different? ! All the imaging signals of the number of imaging signals or the other imaging signals excluding the imaging signal of - are clamped to a predetermined potential so that they can be continuously synthesized, and a plurality of imaging signals with different exposure amounts are synthesized to form a single image signal. By forming two composite image signals and compressing the high amplitude portions of the combined signals, it is possible to obtain one composite image signal that is continuously synthesized in an analog manner.
第1図は、本発明の撮像装置の第一実施例となるビデオ
装置の全体構成ブロック図である。
第2図は、第一の露光時と第二の露光時に得られた信号
S、、S2の合成に用いられるサンプルホールドパルス
のタイミング図である。
第3図は、前記ビデオ装置のカメラ信号処理系の各回路
構成部の信号レベルを示す特性図である。
第4図は本発明の撮像装置の第二実施例の構成を示す部
分ブロック図である。
第5図は本発明の撮像装置の第三実施例の構成を示す部
分ブロック図である。
第6図は、本発明に用いる撮像素子の一構成例の概略的
構成図である。
第7図は、上記撮像素子の動作を説明するための駆動タ
イミング図である。
第8図及び第9図は、従来の撮像装置の信号処理方法の
説明図である。
10:イメージエリア、1にフォトダイオード、12:
垂直転送CCD (垂直レジスタ)、20:ストレージ
エリア、21:垂直転送C0D(垂直レジスタ)、
30ニドレイン、
40.50+水平転送CCD、
100:光学系、101:レンズ、102 :フイリス
、103:センサ、105;センサ駆動回路、106:
アイリス駆動回路、
200:カメラ信号処理系、210,211ニレベル検
出器、212:制御回路、213:増幅器、214:ク
ランプ回路、215:クランブ電位制御回路、216:
サンプルホールドスイッチ、
221:クランプ回路、222:ホワイトクリップ回路
CW−C回路)、223,224ニレベル検出器、22
5:制御回路、226:サンプルホールドスイッチ、
222’:ニー(KNEE)回路
231:ニー(KNEE)回路、232:カメラプロセ
ス回路、
300:記録系、30に記録装置、
CH二ホールドコンデンサ、SH,、SH,:サンプル
ホールドパルス。
代理人 弁理士 山 下 積 平
第2図
第3図 7・
第5図
第6図
第8図
第9図FIG. 1 is a block diagram of the overall configuration of a video device that is a first embodiment of the imaging device of the present invention. FIG. 2 is a timing chart of sample and hold pulses used to synthesize the signals S, S2 obtained during the first exposure and the second exposure. FIG. 3 is a characteristic diagram showing signal levels of each circuit component of the camera signal processing system of the video apparatus. FIG. 4 is a partial block diagram showing the configuration of a second embodiment of the imaging device of the present invention. FIG. 5 is a partial block diagram showing the configuration of a third embodiment of the imaging apparatus of the present invention. FIG. 6 is a schematic configuration diagram of one configuration example of an image sensor used in the present invention. FIG. 7 is a drive timing chart for explaining the operation of the image sensor. FIGS. 8 and 9 are explanatory diagrams of a signal processing method of a conventional imaging device. 10: Image area, 1 photodiode, 12:
Vertical transfer CCD (vertical register), 20: Storage area, 21: Vertical transfer C0D (vertical register), 30 Nidrain, 40.50 + horizontal transfer CCD, 100: Optical system, 101: Lens, 102: Firis, 103: Sensor, 105; sensor drive circuit, 106:
iris drive circuit, 200: camera signal processing system, 210, 211 two-level detector, 212: control circuit, 213: amplifier, 214: clamp circuit, 215: clamp potential control circuit, 216:
Sample hold switch, 221: Clamp circuit, 222: White clip circuit CW-C circuit), 223, 224 Two-level detector, 22
5: control circuit, 226: sample hold switch, 222': knee (KNEE) circuit 231: knee (KNEE) circuit, 232: camera process circuit, 300: recording system, 30 is recording device, CH two hold capacitor, SH, , SH,: Sample hold pulse. Agent Patent Attorney Seki Taira Yamashita Figure 2, Figure 3, Figure 7, Figure 5, Figure 6, Figure 8, Figure 9
Claims (5)
の合成撮像信号を形成する撮像装置において、 一の撮像信号の一定値を超える高振幅成分を除去するク
リップ手段と、 前記一の撮像信号より露光量の小さい他の撮像信号の信
号電圧を、前記クリップ手段によりクリップされた一の
撮像信号のクリップ電圧に加える信号合成手段と、 該信号合成手段により合成された信号の高振幅部を圧縮
するニー手段と、 を有することを特徴とする撮像装置。(1) In an imaging device that combines a plurality of imaging signals with different exposure amounts to form one composite imaging signal, a clipping means for removing a high amplitude component exceeding a certain value of one imaging signal; a signal synthesizing means for adding a signal voltage of another imaging signal having a smaller exposure amount than the imaging signal to the clip voltage of the one imaging signal clipped by the clipping means; and a high amplitude portion of the signal synthesized by the signal synthesizing means. An imaging device comprising: knee means for compressing;
の合成撮像信号を形成する撮像装置において、 露光量の異なる複数の撮像信号のうち、露光量の小さい
撮像信号の振幅を、該撮像信号の信号レベルに応じて制
御する振幅制御手段と、 該振幅制御手段により振幅が制御された撮像信号と前記
露光量の小さい撮像信号よりも露光量の大きい撮像信号
とを合成する信号合成手段と、該信号合成手段により合
成された信号の高振幅部を圧縮するニー手段と、 を有することを特徴とする撮像装置。(2) In an imaging device that combines multiple imaging signals with different exposure amounts to form one composite imaging signal, the amplitude of the imaging signal with a smaller exposure amount among the multiple imaging signals with different exposure amounts is An amplitude control means for controlling the image signal according to the signal level of the image signal; and a signal synthesis means for synthesizing the image signal whose amplitude is controlled by the amplitude control means and the image signal having a larger exposure amount than the image signal having a smaller exposure amount. and knee means for compressing a high amplitude portion of the signal synthesized by the signal synthesis means.
の合成撮像信号を形成する信号合成手段と、 該信号合成手段により合成された信号の高振幅部を圧縮
するニー手段と、 前記露光量の異なる複数の撮像信号のうち、露光量の小
さい撮像信号の信号レベルに応じて前記ニー手段のニー
特性を制御する制御手段と、を有することを特徴とする
撮像装置。(3) a signal synthesizing means for synthesizing a plurality of imaging signals having different exposure amounts to form one composite imaging signal; and a knee means for compressing a high amplitude portion of the signal synthesized by the signal synthesizing means; An imaging apparatus comprising: a control means for controlling a knee characteristic of the knee means according to a signal level of an imaging signal having a smaller exposure amount among a plurality of imaging signals having different exposure amounts.
または一つの撮像信号を除く他の撮像信号を、連続的に
合成可能に所定の電位にクランプするクランプ手段と、 前記露光量の異なる複数の撮像信号を前記所定の電位で
合成して、一つの合成撮像信号を形成する信号合成手段
と、 該信号合成手段により合成された信号の高振幅部を圧縮
するニー手段と、 を有することを特徴とする撮像装置。(4) Clamping means for clamping all the imaging signals of a plurality of imaging signals having different exposure amounts or other imaging signals except for one imaging signal to a predetermined potential so as to be able to continuously synthesize them; A signal synthesizing means for synthesizing a plurality of imaging signals at the predetermined potential to form one composite imaging signal; and a knee means for compressing a high amplitude portion of the signal synthesized by the signal synthesizing means. An imaging device characterized by:
の出力信号をニー回路を通して信号合成手段に入力し、
該ニー回路によって高振幅部が圧縮された信号に、前記
一の撮像信号より露光量の小さい他の撮像信号の信号を
加えたことを特徴とする撮像装置。(5) In the imaging device according to claim 1, the output signal of the clipping means is inputted to the signal synthesizing means through the knee circuit;
An imaging device characterized in that a signal of another imaging signal having a smaller exposure amount than the first imaging signal is added to the signal whose high amplitude portion is compressed by the knee circuit.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31597290A JP3154484B2 (en) | 1990-11-22 | 1990-11-22 | Imaging device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31597290A JP3154484B2 (en) | 1990-11-22 | 1990-11-22 | Imaging device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH04189078A true JPH04189078A (en) | 1992-07-07 |
JP3154484B2 JP3154484B2 (en) | 2001-04-09 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6867805B2 (en) | 2001-06-29 | 2005-03-15 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Image pickup device and video signal processing method |
-
1990
- 1990-11-22 JP JP31597290A patent/JP3154484B2/en not_active Expired - Fee Related
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US6867805B2 (en) | 2001-06-29 | 2005-03-15 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Image pickup device and video signal processing method |
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JP3154484B2 (en) | 2001-04-09 |
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