JP2019145856A - Imaging device and method for controlling the same - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は,撮像装置およびその制御方法に関する。 The present invention relates to an imaging apparatus and a control method thereof.
イメージ・センサの画素数を増やさずに被写体像の解像度を向上させる方法として,多くの超解像技術が知られている。超解像技術の一例として,いわゆる画素ずらし超解像技術がある。画素ずらし超解像技術は,イメージ・センサの位置をずらして被写体を複数枚撮像し,得られた複数枚の被写体像を組み合わせて1枚の被写体像を生成するものであるたとえば,ベイヤー配列のカラーフィルタを配置した単板式の撮像素子を,画素ピッチの1/2倍,3/2倍または1倍の移動量で移動させているものがある(特許文献1)。また,ベイヤー配列のカラーフィルタを有する撮像素子を2/3画素ピッチで9回シフトさせて画像を得るものもある(特許文献2)。さらに,補正用レンズを動かすことにより第1画像に対して1画素未満の移動量で移動した第2画像を得るものもある(特許文献3)。 Many super-resolution techniques are known as methods for improving the resolution of a subject image without increasing the number of pixels of the image sensor. As an example of the super-resolution technique, there is a so-called pixel shift super-resolution technique. The pixel-shifting super-resolution technique is to capture a plurality of subjects by shifting the position of the image sensor, and to generate a single subject image by combining the obtained subject images. There is one in which a single-plate image pickup device in which a color filter is arranged is moved by a movement amount that is 1/2, 3/2, or 1 times the pixel pitch (Patent Document 1). In addition, there is an image obtained by shifting an image sensor having a Bayer array color filter nine times at a 2/3 pixel pitch (Patent Document 2). Further, there is a technique that obtains a second image that is moved with a movement amount of less than one pixel with respect to the first image by moving the correction lens (Patent Document 3).
特許文献1から3のいずれにおいても,カラー・フィルタの繰り返し間隔に応じた固体電子撮像素子のずらし位置をどうするかについては明確には記載されていない。そのために,固体電子撮像素子をずらした場合等に得られる超解像の被写体像の画素配列と固体電子撮像素子をずらさない場合に得られる通常の被写体像の画素配列とが異なってしまうことがある。これらの画素配列が異なってしまうと,超解像の被写体像を表す映像信号の処理を,通常の被写体像を表す映像信号の処理と同じとすることができない。
None of
この発明は,カラー・フィルタの繰り返し間隔がどのようなものであっても,超解像の被写体像を表す映像信号の処理を,通常の被写体像を表す映像信号の処理と同じようにすることを目的とする。 According to the present invention, the processing of the video signal representing the super-resolution subject image is the same as the processing of the video signal representing the normal subject image, regardless of the repetition interval of the color filter. With the goal.
第1の発明による撮像装置は,行方向および列方向にそれぞれ複数の光電変換素子が配置されており,光電変換素子の受光面上には特定の色成分を透過する特性を有するカラー・フィルタが行方向および列方向にそれぞれ周期的に繰り返されて形成されており,被写体を撮像することにより光電変換素子に蓄積された信号電荷が被写体像を表す映像信号に変換されて出力する固体電子撮像素子,行方向および列方向に固体電子撮像素子を相対的にずらして位置決めし,かつカラー・フィルタの繰り返し間隔が,行方向および列方向にそれぞれ偶数であるN個の光電変換素子の距離に対応している場合に,N/2以下の0を含む自然数であるすべてのmにN/(N+1)を乗じた係数m・N/(N+1)に光電変換素子のピッチを乗じて得られるすべての位置およびN/2以下の0を含む自然数であるすべてのmを負とした−mにN/(N+1)を乗じた係数−m・N/(N+1)に光電変換素子のピッチを乗じて得られるすべての位置に固体電子撮像素子を相対的に位置決めする位置決め手段,ならびに位置決め手段によって相対的に位置決めされた位置ごとに固体電子撮像素子に撮像させる撮像制御手段を備えていることを特徴とする。 In the image pickup apparatus according to the first invention, a plurality of photoelectric conversion elements are arranged in the row direction and the column direction, respectively, and a color filter having a characteristic of transmitting a specific color component is provided on the light receiving surface of the photoelectric conversion element. A solid-state electronic image sensor that is formed by being periodically repeated in the row direction and the column direction, and that converts the signal charge accumulated in the photoelectric conversion element into a video signal representing the subject image and outputs it by imaging the subject. The solid-state electronic image sensor is positioned relatively shifted in the row direction and the column direction, and the repetition interval of the color filter corresponds to the distance of N photoelectric conversion elements that are even numbers in the row direction and the column direction, respectively. All of m, which are natural numbers including 0 of N / 2 or less, are multiplied by the coefficient m · N / (N + 1) obtained by multiplying N / (N + 1) by the pitch of the photoelectric conversion element. All of m, which are natural numbers including 0 and N / 2 or less, are negative, and -m · N / (N + 1) is a coefficient obtained by multiplying N / (N + 1) by the pitch of the photoelectric conversion element. Positioning means for relatively positioning the solid-state electronic image pickup device at all the positions obtained in this manner, and an imaging control means for causing the solid-state electronic image pickup device to pick up images at positions relatively positioned by the positioning means. And
第1の発明は撮像装置に適した制御方法も提供している。すなわち,この方法は,固体電子撮像素子が,行方向および列方向にそれぞれ複数の光電変換素子が配置されており,光電変換素子の受光面上には特定の色成分を透過する特性を有するカラー・フィルタが行方向および列方向にそれぞれ周期的に繰り返されて形成されており,被写体を撮像することにより光電変換素子に蓄積された信号電荷が被写体像を表す映像信号に変換されて出力し,位置決め手段が,行方向および列方向に固体電子撮像素子を相対的に位置決めし,かつカラー・フィルタの繰り返し間隔が,行方向および列方向にそれぞれ偶数であるN個の光電変換素子の距離に対応している場合に,N/2以下の0を含む自然数であるすべてのmにN/(N+1)を乗じた係数m・N/(N+1)に光電変換素子のピッチを乗じて得られるすべての位置およびN/2以下の0を含む自然数であるすべてのmを負とした−mにN/(N+1)を乗じた係数−m・N/(N+1)に光電変換素子のピッチを乗じて得られるすべての位置に固体電子撮像素子を相対的に位置決めし,撮像制御手段が,位置決め手段によって相対的に位置決めされた位置ごとに固体電子撮像素子に撮像させる。 The first invention also provides a control method suitable for the imaging apparatus. That is, in this method, a solid-state electronic image sensor has a plurality of photoelectric conversion elements arranged in the row direction and the column direction, respectively, and a color having a characteristic of transmitting a specific color component on the light receiving surface of the photoelectric conversion element. -The filter is formed by periodically repeating each in the row direction and the column direction, and the signal charge accumulated in the photoelectric conversion element is converted into a video signal representing the subject image and output by imaging the subject, The positioning means relatively positions the solid-state electronic image sensor in the row direction and the column direction, and the repetition interval of the color filter corresponds to the distance of N photoelectric conversion elements that are even numbers in the row direction and the column direction, respectively. In this case, the coefficient m · N / (N + 1) obtained by multiplying all m, which are natural numbers including 0 of N / 2 or less, by N / (N + 1), is multiplied by the pitch of the photoelectric conversion element. A coefficient obtained by multiplying all positions and all m, which are natural numbers including 0 less than or equal to N / 2, as negative, -m multiplied by N / (N + 1), and multiplying -m · N / (N + 1) by the pitch of the photoelectric conversion element. The solid-state electronic image pickup device is relatively positioned at all the positions obtained in this manner, and the image pickup control means causes the solid-state electronic image pickup device to pick up an image for each position relatively positioned by the positioning means.
第2の発明による撮像装置は,行方向および列方向にそれぞれ複数の光電変換素子が配置されており,光電変換素子の受光面上には特定の色成分を透過する特性を有するカラー・フィルタが行方向および列方向にそれぞれ周期的に繰り返されて形成されており,被写体を撮像することにより光電変換素子に蓄積された信号電荷が被写体像を表す映像信号に変換されて出力する固体電子撮像素子,行方向および列方向に固体電子撮像素子を相対的にずらして位置決めし,かつカラー・フィルタの繰り返し間隔が,行方向および列方向にそれぞれ奇数であるQ個の光電変換素子の距離に対応している場合には,Q/2以下の0を含む自然数であるすべてのpにQ/(Q+1)を乗じた係数p・Q/(Q+1)に光電変換素子のピッチを乗じて得られるすべての位置およびQ/2以下の0を含む自然数であるすべてのpを負とした−pにQ/(Q+1)を乗じた係数−p・Q/(Q+1)に光電変換素子のピッチを乗じて得られるすべての位置と,係数2p・Q/(Q+1)または係数−2p・Q/(Q+1)に光電変換素子のピッチを乗じて得られるすべての位置と,に固体電子撮像素子を相対的に位置決めする位置決め手段,ならびに位置決め手段によって相対的に位置決めされた位置ごとに固体電子撮像素子に撮像させる撮像制御手段を備えていることを特徴とする。 In the image pickup apparatus according to the second invention, a plurality of photoelectric conversion elements are arranged in the row direction and the column direction, respectively, and a color filter having a characteristic of transmitting a specific color component is provided on the light receiving surface of the photoelectric conversion element. A solid-state electronic image sensor that is formed by being periodically repeated in the row direction and the column direction, and that converts the signal charge accumulated in the photoelectric conversion element into a video signal representing the subject image and outputs it by imaging the subject. The solid-state electronic image sensor is positioned relatively shifted in the row direction and the column direction, and the repetition interval of the color filter corresponds to the distance of the Q photoelectric conversion elements that are odd numbers in the row direction and the column direction, respectively. In this case, the coefficient p · Q / (Q + 1) obtained by multiplying all ps, which are natural numbers including 0 of Q / 2 or less, by Q / (Q + 1), is multiplied by the pitch of the photoelectric conversion element. All the positions and all ps, which are natural numbers including 0 of Q / 2 or less, are negative. −P · Q / (Q + 1) is a coefficient obtained by multiplying p by Q / (Q + 1). Relative to all the positions obtained by multiplication, and all positions obtained by multiplying the coefficient 2p · Q / (Q + 1) or the coefficient –2p · Q / (Q + 1) by the pitch of the photoelectric conversion element, And an image pickup control means for causing the solid-state electronic image pickup device to pick up an image at each position relatively positioned by the positioning means.
第2の発明は,撮像装置に適した制御方法も提供している。すなわち,この方法は, 固体電子撮像素子が,行方向および列方向にそれぞれ複数の光電変換素子が配置されており,光電変換素子の受光面上には特定の色成分を透過する特性を有するカラー・フィルタが行方向および列方向にそれぞれ周期的に繰り返されて形成されており,被写体を撮像することにより光電変換素子に蓄積された信号電荷が被写体像を表す映像信号に変換されて出力し,位置決め手段が,行方向および列方向に固体電子撮像素子を相対的に位置決めし,かつカラー・フィルタの繰り返し間隔が,行方向および列方向にそれぞれ奇数であるQ個の光電変換素子の距離に対応している場合には,Q/2以下の0を含む自然数であるすべてのpにQ/(Q+1)を乗じた係数p・Q/(Q+1)に光電変換素子のピッチを乗じて得られるすべての位置およびQ/2以下の0を含む自然数であるすべてのpを負とした−pにQ/(Q+1)を乗じた係数−p・Q/(Q+1)に光電変換素子のピッチを乗じて得られるすべての位置と,係数2p・Q/(Q+1)または係数−2p・Q/(Q+1)に光電変換素子のピッチを乗じて得られるすべての位置と,に固体電子撮像素子を相対的に位置決めし,撮像制御手段が,位置決め手段によって相対的に位置決めされた位置ごとに固体電子撮像素子に撮像させる。 The second invention also provides a control method suitable for the imaging apparatus. In other words, in this method, a solid-state electronic image sensor has a plurality of photoelectric conversion elements arranged in the row direction and the column direction, respectively, and a color having a characteristic of transmitting a specific color component on the light receiving surface of the photoelectric conversion element. -The filter is formed by periodically repeating each in the row direction and the column direction, and the signal charge accumulated in the photoelectric conversion element is converted into a video signal representing the subject image and output by imaging the subject, The positioning means relatively positions the solid-state electronic image sensor in the row direction and the column direction, and the repetition interval of the color filter corresponds to the distance of Q photoelectric conversion elements that are odd numbers in the row direction and the column direction, respectively. In this case, the coefficient p · Q / (Q + 1) obtained by multiplying all ps, which are natural numbers including 0 of Q / 2 or less, by Q / (Q + 1), is multiplied by the pitch of the photoelectric conversion element. And the coefficient of the photoelectric conversion element multiplied by -p · Q / (Q + 1), which is obtained by multiplying -p / Q / (Q + 1) by -p / Q / (Q + 1). Relative to all the positions obtained by multiplication, and all positions obtained by multiplying the coefficient 2p · Q / (Q + 1) or the coefficient –2p · Q / (Q + 1) by the pitch of the photoelectric conversion element, The image pickup control means causes the solid-state electronic image pickup device to pick up an image at each position relatively positioned by the positioning means.
撮像制御手段の制御により,相対的に位置決めされた位置ごとに固体電子撮像素子を用いて撮像したことにより得られる複数の映像信号を用いて合成被写体像を表す合成被写体像信号を生成する合成被写体像信号生成手段をさらに備えてもよい。 A composite subject that generates a composite subject image signal representing a composite subject image using a plurality of video signals obtained by imaging using a solid-state electronic image sensor at each relatively positioned position under the control of the imaging control means Image signal generating means may be further provided.
ずらし撮像モードまたは通常撮像モードを設定するモード設定手段,固体電子撮像素子の前方に配置自在,かつ固体電子撮像素子の前方から退避自在な光学ロウ・パス・フィルタ,モード設定手段によって,ずらし撮像モードが設定されたことにより固体電子撮像素子の前方から光学ロウ・パス・フィルタを退避させ,モード設定手段によって,通常撮像モードが設定されたことにより固体電子撮像素子の前方に光学ロウ・パス・フィルタを配置させる光学ロウ・パス・フィルタ制御手段,およびモード設定手段によって通常撮像モードが設定されたことにより位置決め手段による固体電子撮像素子の相対的な位置決めを停止させる(固体電子撮像素子の相対的な位置決めを停止させ,かつ固体電子撮像素子を基準位置に位置決めする)位置決め停止手段をさらに備えてもよい。 Mode setting means for setting the shifted imaging mode or the normal imaging mode, an optical low-pass filter that can be placed in front of the solid-state electronic image sensor and can be retracted from the front of the solid-state electronic image sensor, and the shifted imaging mode by the mode setting means Is set to retract the optical low pass filter from the front of the solid-state electronic image sensor, and the mode setting means sets the normal image pickup mode so that the optical low-pass filter is set in front of the solid-state electronic image sensor. When the normal imaging mode is set by the optical low-pass filter control means and the mode setting means, the relative positioning of the solid-state electronic image pickup device by the positioning means is stopped (relative to the solid-state electronic image pickup device). Position to stop positioning and position the solid-state electronic image sensor at the reference position) Because stop means may further comprise a.
第1の発明において,光電変換素子の受光面の開口径は,光電変換素子のピッチに1/(N+1)を乗じた値以上でもよいし,光電変換素子のピッチに2/(N+1)以下の値を乗じた値でもよいし,光電変換素子のピッチに2/(N+1)を乗じた値でもよい。光電変換素子の受光面の開口径は,光電変換素子のピッチに1/(N+1)を乗じた値以上から,光電変換素子のピッチに2/(N+1)以下の値を乗じた値であることが好ましい。 In the first invention, the aperture diameter of the light receiving surface of the photoelectric conversion element may be equal to or larger than a value obtained by multiplying the pitch of the photoelectric conversion element by 1 / (N + 1), or less than 2 / (N + 1) to the pitch of the photoelectric conversion element. A value obtained by multiplying the value may be used, or a value obtained by multiplying the pitch of the photoelectric conversion element by 2 / (N + 1). The aperture diameter of the light receiving surface of the photoelectric conversion element is a value obtained by multiplying the pitch of the photoelectric conversion element by 1 / (N + 1) or more and multiplying the pitch of the photoelectric conversion element by 2 / (N + 1) or less. Is preferred.
また,第2の発明において,光電変換素子の受光面の開口径は,光電変換素子のピッチに1/(Q+1)を乗じた値以上でもよいし,光電変換素子のピッチにQ/(Q+1)以下の値を乗じた値でもよいし,光電変換素子のピッチにQ/(Q+1)を乗じた値でもよい。光電変換素子の受光面の開口径は,光電変換素子のピッチに1/(Q+1)を乗じた値以上から,光電変換素子のピッチに2/(Q+1)以下の値を乗じた値であることが好ましい。 In the second invention, the aperture diameter of the light receiving surface of the photoelectric conversion element may be equal to or larger than a value obtained by multiplying the pitch of the photoelectric conversion element by 1 / (Q + 1), or the pitch of the photoelectric conversion element is Q / (Q + 1). A value obtained by multiplying the following values or a value obtained by multiplying the pitch of the photoelectric conversion elements by Q / (Q + 1) may be used. The aperture diameter of the light receiving surface of the photoelectric conversion element is a value obtained by multiplying the pitch of the photoelectric conversion element by 1 / (Q + 1) or more and multiplying the pitch of the photoelectric conversion element by 2 / (Q + 1) or less. Is preferred.
合成被写体像信号生成手段は,たとえば,撮像制御手段の制御により,相対的にずらされた位置ごとに固体電子撮像素子を用いて撮像したことにより得られる複数の映像信号を,合成被写体像を表す合成被写体像信号として記憶するメモリである。 The composite subject image signal generation means represents, for example, a plurality of video signals obtained by imaging using a solid-state electronic image sensor at each relatively shifted position under the control of the imaging control means to represent a composite subject image It is a memory for storing as a composite subject image signal.
位置決め手段によって相対的に位置決めされた位置ごとにおける固体電子撮像素子の露光時間が同一であることが好ましい。 It is preferable that the exposure time of the solid-state electronic imaging device is the same for each position relatively positioned by the positioning means.
位置決め手段によって相対的に位置決めされた位置ごとに固体電子撮像素子を用いて撮像したことにより得られる複数の映像信号のそれぞれの映像信号を,同一の増幅率で増幅する増幅回路をさらに備えてもよい。 It further includes an amplifier circuit that amplifies each video signal of the plurality of video signals obtained by imaging using the solid-state electronic imaging device for each position relatively positioned by the positioning means with the same amplification factor. Good.
位置決め手段によって相対的に位置決めされた位置ごとに固体電子撮像素子を用いて撮像したことにより得られる映像信号のそれぞれの映像信号を増幅する増幅回路,および増幅回路による増幅後の映像信号レベルが等しくなるように,位置決め手段によって相対的に位置決めされた位置ごとにおける固体電子撮像素子の露光時間に応じて増幅回路における増幅を制御する増幅制御手段をさらに備えてもよい。 An amplification circuit that amplifies each video signal obtained by imaging using a solid-state electronic imaging device at each position relatively positioned by the positioning means, and the video signal level after amplification by the amplification circuit is equal. As described above, an amplification control unit that controls amplification in the amplification circuit according to the exposure time of the solid-state electronic image sensor at each position relatively positioned by the positioning unit may be further provided.
位置決め手段は,たとえば,固体電子撮像素子を位置決めする。 The positioning means positions, for example, a solid-state electronic image sensor.
固体電子撮像素子の前方に設けられ,固体電子撮像素子の中心軸に対して垂直方向に移動自在な撮像レンズをさらに備えている場合には,位置決め手段は,たとえば,撮像レンズを位置決めしてもよい。 In the case of further including an imaging lens that is provided in front of the solid-state electronic image sensor and is movable in a direction perpendicular to the central axis of the solid-state electronic image sensor, the positioning means may position the imaging lens, for example. Good.
固体電子撮像素子の光軸に対して垂直方向に移動自在に,撮像装置を保持する保持台をさらに備えている場合には,位置決め手段は,たとえば,撮像装置を位置決めしてもよい。 In the case where a holding base for holding the imaging device is further provided so as to be movable in a direction perpendicular to the optical axis of the solid-state electronic imaging device, the positioning means may position the imaging device, for example.
カラー・フィルタの配列は,たとえば,ベイヤ配列である。 The color filter array is, for example, a Bayer array.
ずらし撮像モードまたは通常撮像モードを設定するモード設定手段,固体電子撮像素子の前方に配置され,シャッタ・スピードに対応した露光時間の間固体電子撮像素子を露光する動作を行わせる機械式シャッタ,シャッタ・スピードに応じた露光時間に蓄積された信号電荷を,映像信号として固体電子撮像素子から出力させる電子シャッタを行わせる電子シャッタ手段,およびモード設定手段によって,ずらし撮像モードが設定されたことにより電子シャッタ制御手段による電子シャッタを行わせ,モード設定手段によって通常撮像モードが設定されたことにより機械式シャッタによる動作を行わせるシャッタ制御手段をさらに備えてもよい。 Mode setting means for setting a shifted imaging mode or a normal imaging mode, a mechanical shutter disposed in front of the solid-state electronic image sensor, and performing an operation of exposing the solid-state electronic image sensor for an exposure time corresponding to the shutter speed.・ Electronic shutter means for performing an electronic shutter for outputting the signal charge accumulated during the exposure time according to the speed from the solid-state electronic image sensor as a video signal, and the mode setting means for setting the shifted imaging mode to There may be further provided a shutter control unit that performs an electronic shutter by the shutter control unit and performs an operation by a mechanical shutter when the normal imaging mode is set by the mode setting unit.
固体電子撮像素子の前方に配置された機械式シャッタをさらに備えてもよい。この場合,撮像制御手段は,機械式シャッタが開放した状態で,位置決め手段によって相対的に位置決めされた位置ごとに固体電子撮像素子に撮像させ,かつ位置決め手段によって相対的に位置決めされた位置ごとの固体電子撮像素子の撮像後に,機械式シャッタを閉じた状態で固体電子撮像素子に撮像させ,機械式シャッタが開放した状態で,固体電子撮像素子に撮像させたことにより得られる複数の映像信号のそれぞれの映像信号を,機械式シャッタを閉じた状態で固体電子撮像素子に撮像させたことにより得られる基準映像信号を用いて黒レベル補正する黒レベル補正手段をさらに備えてもよい。 You may further provide the mechanical shutter arrange | positioned ahead of the solid-state electronic image sensor. In this case, the image pickup control means causes the solid-state electronic image pickup device to pick up an image at each position relatively positioned by the positioning means with the mechanical shutter opened, and for each position relatively positioned by the positioning means. After imaging by the solid-state electronic image sensor, a plurality of video signals obtained by causing the solid-state electronic image sensor to capture an image with the mechanical shutter closed and an image with the solid-state electronic image sensor opened with the mechanical shutter open. The image processing apparatus may further include black level correction means for correcting the black level using a reference video signal obtained by causing the solid-state electronic image pickup device to pick up each video signal with the mechanical shutter closed.
ずらし撮像モードを設定する,ずらし撮像モード設定手段,手振れ補正モードを設定する手振れ補正モード設定手段,固体電子撮像素子の前方に設けられ,固体電子撮像素子の中心軸に対して垂直方向に移動自在な撮像レンズ,および手振れ補正モード設定手段によって手振れ補正モードが設定されたことに応じて,撮像レンズを固体電子撮像素子の中心軸に対して垂直方向に移動させて手振れ補正を行う手振れ補正手段をさらに備えてもよい。この場合,ずらし撮像モード設定手段によって,ずらし撮像モードが設定されたことに応じて,位置決め手段は,位置決め手段によって相対的に位置決めされた位置に固体電子撮像素子を位置決めする。 A shift imaging mode setting means for setting a shift imaging mode, a camera shake correction mode setting means for setting a camera shake correction mode, provided in front of the solid-state electronic image sensor, and movable in a direction perpendicular to the central axis of the solid-state electronic image sensor And a camera shake correction unit that performs camera shake correction by moving the image pickup lens in a direction perpendicular to the central axis of the solid-state electronic image sensor in response to the camera shake correction mode being set by the image pickup lens and the camera shake correction mode setting unit. Further, it may be provided. In this case, the positioning unit positions the solid-state electronic image sensor at a position relatively positioned by the positioning unit in response to the shifting imaging mode being set by the shifting imaging mode setting unit.
第1の発明によると,固体電子撮像素子の光電変換素子の受光面上にはカラー・フィルタが行方向および列方向にそれぞれ周期的に繰り返されて形成されている。カラー・フィルタの繰り返し間隔が,行方向および列方向にそれぞれ偶数であるN個の光電変換素子の距離に対応している場合には,N/2以下の0を含む自然数であるすべてのmにN/(N+1)を乗じた係数m・N/(N+1)に光電変換素子のピッチを乗じて得られるすべての位置およびN/2以下の0を含む自然数であるすべてのmを負とした−mにN/(N+1)を乗じた係数−m・N/(N+1)に光電変換素子のピッチを乗じて得られるすべての位置に固体電子撮像素子が相対的に位置決めされる。相対的に位置決めされた位置ごとに固体電子撮像素子を用いて撮像したことにより得られる複数の映像信号を用いて合成被写体像を表す合成被写体像信号が生成されると,生成された合成被写体像信号によって表される合成被写体像の画素配列は,固体電子撮像素子が相対的に位置決めされていない場合に得られる通常の被写体像の画素配列と同じとなり,合成被写体像信号の処理を通常の被写体像を表す映像信号の処理と同じようにできる。 According to the first invention, the color filter is periodically and repeatedly formed in the row direction and the column direction on the light receiving surface of the photoelectric conversion element of the solid-state electronic image sensor. When the repetition interval of the color filter corresponds to the distance between N photoelectric conversion elements that are even numbers in the row direction and the column direction, all m that are natural numbers including 0 of N / 2 or less are used. All the positions obtained by multiplying the coefficient m · N / (N + 1) multiplied by N / (N + 1) by the pitch of the photoelectric conversion elements and all m which are natural numbers including 0 of N / 2 or less are negative − The solid-state electronic image sensor is relatively positioned at all positions obtained by multiplying the coefficient -m · N / (N + 1) by m multiplied by N / (N + 1) by the pitch of the photoelectric conversion element. When a composite subject image signal representing a composite subject image is generated using a plurality of video signals obtained by imaging using a solid-state electronic image sensor at each relatively positioned position, the generated composite subject image The pixel array of the composite subject image represented by the signal is the same as the pixel array of the normal subject image obtained when the solid-state electronic image sensor is not relatively positioned, and the processing of the composite subject image signal is performed in the normal subject This can be done in the same way as the processing of a video signal representing an image.
第2の発明においても,固体電子撮像素子の光電変換素子の受光面上にはカラー・フィルタが行方向および列方向にそれぞれ周期的に繰り返されて形成されている。カラー・フィルタの繰り返し間隔が,行方向および列方向にそれぞれ奇数であるQ個の光電変換素子の距離に対応している場合には,Q/2以下の0を含む自然数であるすべてのpにQ/(Q+1)を乗じた係数p・Q/(Q+1)に光電変換素子のピッチを乗じて得られるすべての位置およびQ/2以下の0を含む自然数であるすべてのpを負とした−pにQ/(Q+1)を乗じた係数−p・Q/(Q+1)に光電変換素子のピッチを乗じて得られるすべての位置と,係数2p・Q/(Q+1)または係数−2p・Q/(Q+1)に光電変換素子のピッチを乗じて得られる位置に固体電子撮像素子が相対的に位置決めされる。相対的に位置決めされた位置ごとに固体電子撮像素子を用いて撮像したことにより得られる複数の映像信号を用いて合成被写体像を表す合成被写体像信号が生成されると,生成された合成被写体像信号によって表される合成被写体像の画素配列は,固体電子撮像素子が相対的に位置決めされていない場合に得られる通常の被写体像の画素配列と同じとなり,合成被写体像信号の処理を通常の被写体像を表す映像信号の処理と同じようにできる。 Also in the second invention, color filters are periodically and repeatedly formed in the row direction and the column direction on the light receiving surface of the photoelectric conversion element of the solid-state electronic image sensor. When the repetition interval of the color filter corresponds to the distance between Q photoelectric conversion elements that are odd numbers in the row direction and the column direction, all the ps that are natural numbers including 0 of Q / 2 or less are used. All the positions obtained by multiplying the coefficient p · Q / (Q + 1) multiplied by Q / (Q + 1) by the pitch of the photoelectric conversion elements and all ps which are natural numbers including 0 of Q / 2 or less are negative − Coefficients obtained by multiplying p by Q / (Q + 1) −p · Q / (Q + 1) by the pitch of the photoelectric conversion element, coefficients 2p · Q / (Q + 1) or coefficients −2p · Q / The solid-state electronic image sensor is relatively positioned at a position obtained by multiplying (Q + 1) by the pitch of the photoelectric conversion element. When a composite subject image signal representing a composite subject image is generated using a plurality of video signals obtained by imaging using a solid-state electronic image sensor at each relatively positioned position, the generated composite subject image The pixel array of the composite subject image represented by the signal is the same as the pixel array of the normal subject image obtained when the solid-state electronic image sensor is not relatively positioned, and the processing of the composite subject image signal is performed in the normal subject This can be done in the same way as the processing of a video signal representing an image.
このようにして,カラー・フィルタの繰り返し間隔が,どのようなものであっても,超解像の被写体像を表す映像信号の処理を,通常の被写体像を表す映像信号の処理と同じようにできる。固体電子撮像素子を相対的に位置決めするとは,固体電子撮像素子自体を動かして位置決めしてもよいし,撮像レンズ,撮像装置などを動かすことにより,固体電子撮像素子が相対的に動かして位置決めしてもよい。この明細書において自然数には0を含むものとする(正の整数)。 In this way, the processing of the video signal representing the super-resolution subject image is the same as the processing of the video signal representing the normal subject image, regardless of the repetition interval of the color filter. it can. The relative positioning of the solid-state electronic image pickup device may be performed by moving the solid-state electronic image pickup device itself, or the solid-state electronic image pickup device is moved and positioned relatively by moving an imaging lens, an imaging device, or the like. May be. In this specification, natural numbers include 0 (a positive integer).
図1は,この発明の実施例を示すもので,ディジタル・カメラ1(撮像装置)の電気的構成を示すブロック図である。 FIG. 1 shows an embodiment of the present invention and is a block diagram showing an electrical configuration of a digital camera 1 (imaging device).
ディジタル・カメラ1の全体の動作は,CPU(central processing unit)11によって統括される。
The overall operation of the
ディジタル・カメラ1には,シャッタ・レリーズ・ボタン,モード設定スイッチなどのボタン,スイッチ類を含む操作装置7が含まれている。操作装置7からの出力信号は,CPU11に入力する。
The
ディジタル・カメラ1には,CMOS(Complementary metal-oxide-semiconductor)イメージ・センサ5(固体電子撮像素子)が含まれている。この実施例では,CMOSイメージ・センサ5が利用されているが,CCD(Charge-Coupled Device)イメージ・センサなど他の固体電子撮像素子が利用されてもよい。CMOSイメージ・センサ5の前方(被写体側)には,撮像レンズ,フォーカス・レンズ,ズーム・レンズなどが含まれているレンズ装置2が設けられている。レンズ装置2とCMOSイメージ・センサ5の間には機械式シャッタ3が配置されている。機械式シャッタ3は,シャッタ・スピードに対応した露光時間の間CMOSイメージ・センサ5に含まれる光電変換素子を露光する動作を行わせる。機械式シャッタ3とCMOSイメージ・センサ5との間には,光学ロウ・パス・フィルタ4が配置されている。レンズ装置2に含まれるレンズの位置,機械式シャッタ3の開閉,CMOSイメージ・センサ5に蓄積される信号電荷転送などは,ディバイス制御装置12によって制御される。光学ロウ・パス・フィルタ4は,被写体像を表す光線束の光路上に進出(CMOSイメージ・センサ5の前方に配置自在)およびその光路上から退避自在(CMOSイメージ・センサ5の前方から退避自在)であり,ディバイス制御装置12によって,それらの進出および退避が可能である。光学ロウ・パス・フィルタ4が光路上に進出することにより,被写体像を表す光線束は,光学ロウ・パス・フィルタ4によってノイズが除去され,ノイズが除去された被写体像がCMOSイメージ・センサ5の受光面に結像する。光学ロウ・パス・フィルタ4が光路上から退避することにより,光学ロウ・パス・フィルタ4によるノイズの除去が行われない被写体像がCMOSイメージ・センサ5の受光面上に結像する。
The
CMOSイメージ・センサ5には,行方向および列方向にそれぞれ複数の光電変換素子が配置されている。光電変換素子の受光面上には特定の色成分(たとえば,赤色成分,緑色成分または青色成分のいずれかの色成分)を透過するカラー・フィルタが行方向および列方向にそれぞれ周期的に結成されている。CMOSイメージ・センサ5によって被写体が撮像されると光電変換素子に蓄積された信号電荷が被写体像を表す映像信号に変換されて,CMOSイメージ・センサ5から出力する。ディジタル・カメラ1には,アクチュエータ6が含まれている。アクチュエータ6は,CMOSイメージ・センサ5の光軸に対して垂直方向にCMOSイメージ・センサ5を位置決めする装置である。CMOSイメージ・センサ5の位置決め位置の詳細については後述する。
In the
CMOSイメージ・センサ5から出力した映像信号は画像処理装置13に入力する。画像処理装置13には,映像信号を増幅する増幅回路14,映像信号の黒レベル補正を行う黒レベル補正回路15などのほか,映像信号をアナログ/ディジタル変換してディジタル画像データを生成するアナログ/ディジタル変換回路(図示略)も含まれている。
The video signal output from the
画像処理装置13から出力したディジタル画像データは,ドライバ9に与えられる。表示装置10の表示画面に被写体像が表示されることとなる。
The digital image data output from the
操作装置7に含まれているシャッタ・レリーズ・ボタンが押されると,画像処理装置13から出力したディジタル画像データはメモリ16に与えられ,一時的に記憶される。ディジタル画像データはメモリ16から読み出され,エンコーダ8において符号化される。符号化されたディジタル画像データが記録制御装置17によってメモリ・カード18に記録される。
When the shutter release button included in the operation device 7 is pressed, the digital image data output from the
図2は,CMOSイメージ・センサ5の受光面の一部を示している。
FIG. 2 shows a part of the light receiving surface of the
CMOSイメージ・センサ5には,行方向および列方向にそれぞれ複数の光電変換領域21が規定されている。これらの光電変換領域21内に光電変換素子が形成されている。それぞれの光電変換領域21(光電変換素子)の受光面上に特定の色成分を透過する特性を有するカラー・フィルタが行方向および列方向にそれぞれ周期的に繰り返されて形成されている。図2に示す例では,光電変換領域21内に,符号「A」,「B」,「C」または「D」のいずれかが付されている。これらの符号「A」,「B」,「C」または「D」は,符号「A」によって表される色成分,符号「B」によって表される色成分,符号「C」によって表される色成分,または符号「D」によって表される色成分を透過する特性をもつカラー・フィルタが光電変換領域21に形成されていることを示している。符号「A」,「B」,「C」または「D」が示す色成分の特性は,符号が異なっても,同じ色成分を透過する特性でもよい。たとえば,符号「A」および符号「D」または符号「B」および符号「C」のいずれも同じ色成分を透過する特性でもよい。図2に示す例では,行方向には符号「A」および符号「B」または符号「C」および符号「D」によって表される色成分を透過する特性を有するカラー・フィルタが周期的に繰り返されており,列方向には符号「A」および符号「C」または符号「B」および符号「D」によって表される色成分を透過する特性を有するカラー・フィルタが周期的に繰り返されている。行方向および列方向にそれぞれ2つずつの光電変換領域21(符号「A」,符号「B」,符号「C」および符号「D」が付されている光電変換領域21)が一つのブロックBr1を形成し,そのブロックBr1が行方向および列方向に繰り返されているということができる。
In the
図3から図6は,CMOSイメージ・センサ5のずらし位置(位置決め位置)を示している。
3 to 6 show the shift position (positioning position) of the
図3から図6においては,分かりやすくするために,一つのブロックBr1についてのずらし位置が示されている。 In FIG. 3 to FIG. 6, for easy understanding, a shift position for one block Br <b> 1 is shown.
図1に示すディジタル・カメラ1においては,CMOSイメージ・センサ5の光軸に対して垂直方向(CMOSイメージ・センサ5を構成する光電変換素子の行方向および列方向)にCMOSイメージ・センサ5が位置決めされるが,後述のように必ずしもCMOSイメージ・センサ5が位置決めされずとも,相対的にCMOSイメージ・センサ5が,CMOSイメージ・センサ5の光軸に対して垂直にずらされることにより位置決めされればよい。
In the
この実施例では,カラー・フィルタの繰り返し間隔が行方向および列方向にそれぞれ偶数であるN個の光電変換素子(光電変換領域21)の距離に対応している場合と,カラー・フィルタの繰り返し間隔が行方向および列方向にそれぞれ奇数であるQ個の光電変換素子(光電変換領域21)の距離に対応している場合とで,ずらし位置が異なる。カラー・フィルタの繰り返し間隔が,行方向および列方向にそれぞれ偶数であるN個の光電変換素子の距離に対応している場合には,N/2以下の0を含む自然数であるすべてのmにN/(N+1)を乗じた係数m・N/(N+1)に光電変換素子のピッチを乗じて得られるすべての位置およびN/2以下の0を含む自然数であるすべてのmを負とした−mにN/(N+1)を乗じた係数−m・N/(N+1)に光電変換素子のピッチを乗じて得られるすべての位置が,CMOSイメージ・センサ5の相対的な位置決め位置とされる。その場合の位置の数は,(N+1)2個となる。カラー・フィルタの繰り返し間隔が,行方向および列方向にそれぞれ奇数であるQ個の光電変換素子の距離に対応している場合には,Q/2以下の0を含む自然数であるすべてのpにQ/(Q+1)を乗じた係数p・Q/(Q+1)に光電変換素子のピッチを乗じて得られるすべての位置およびQ/2以下の0を含む自然数であるすべてのpを負とした−pにQ/(Q+1)を乗じた係数−p・Q/(Q+1)に光電変換素子のピッチを乗じて得られるすべての位置と,係数2p・Q/(Q+1)または係数−2p・Q/(Q+1)に光電変換素子のピッチを乗じて得られる位置が,CMOSイメージ・センサ5の相対的な位置決め位置とされる。その場合の位置の数は,(Q+1)2個となる。
In this embodiment, the repetition interval of the color filter corresponds to the distance between N photoelectric conversion elements (photoelectric conversion regions 21) that are even in the row direction and the column direction, and the repetition interval of the color filter. Is different from the case where it corresponds to the distance of Q photoelectric conversion elements (photoelectric conversion regions 21) which are odd numbers in the row direction and the column direction, respectively. When the repetition interval of the color filter corresponds to the distance between N photoelectric conversion elements that are even numbers in the row direction and the column direction, all m that are natural numbers including 0 of N / 2 or less are used. All the positions obtained by multiplying the coefficient m · N / (N + 1) multiplied by N / (N + 1) by the pitch of the photoelectric conversion elements and all m which are natural numbers including 0 of N / 2 or less are negative − All positions obtained by multiplying the coefficient -m · N / (N + 1) by m multiplied by N / (N + 1) by the pitch of the photoelectric conversion element are the relative positioning positions of the
図2に示すカラー・フィルタの配列では,カラー・フィルタの繰り返し間隔が行方向および列方向にそれぞれ2個(偶数)の光電変換素子(光電変換領域21)の距離に対応しているから,N=2,m=1となる。CMOSイメージ・センサ5の位置決め位置は,行方向をX方向,列方向をY方向とし,CMOSイメージ・センサ5をずらす前の基準位置を(X,Y)=(0,0)とすると,X=−2/3,0,2/3,Y=−2/3,0,2/3のそれぞれの位置となる。
In the arrangement of the color filters shown in FIG. 2, the repetition interval of the color filters corresponds to the distance between two (even) photoelectric conversion elements (photoelectric conversion regions 21) in the row direction and the column direction. = 2, m = 1. The positioning position of the
図3を参照して,ブロックBr1の位置P1は,CMOSイメージ・センサ5をずらしていない基準位置であり,(X,Y)=(0,0)である。ブロックBr1の位置P2は,(X,Y)=(−2/3,0)である。ブロックBr1の位置P3は,(X,Y)=(2/3,0)である。
Referring to FIG. 3, the position P1 of the block Br1 is a reference position where the
図4を参照して,ブロックBr1の位置P4は,(X,Y)=(0,2/3)である。ブロックBr1の位置P5は,(X,Y)=(0,−2/3)である。 Referring to FIG. 4, the position P4 of the block Br1 is (X, Y) = (0, 2/3). The position P5 of the block Br1 is (X, Y) = (0, −2/3).
図5を参照して,ブロックBr1の位置P6は,(X,Y)=(−2/3,2/3)である。ブロックBr1の位置P7は,(X,Y)=(2/3,−2/3)である。 Referring to FIG. 5, the position P6 of the block Br1 is (X, Y) = (− 2/3, 2/3). The position P7 of the block Br1 is (X, Y) = (2/3, −2/3).
図6を参照して,ブロックBr1の位置P8は,(X,Y)=(2/3,2/3)である。ブロックBr1の位置P9は,(X,Y)=(−2/3,−2/3)である。 Referring to FIG. 6, the position P8 of the block Br1 is (X, Y) = (2/3, 2/3). The position P9 of the block Br1 is (X, Y) = (− 2/3, −2/3).
図3から図6に示すように,特定のブロックBr1が9つの位置P1からP9のそれぞれの位置となるように,CMOSイメージ・センサ5が,CMOSイメージ・センサ5の光軸に対して垂直方向にずらされる。また,カラー・フィルタの繰り返し間隔が,2個の光電変換領域21(光電変換素子)の距離に対応しているから,位置決めされた数は(2+1)2=9個となっている。
As shown in FIGS. 3 to 6, the
この実施例では,位置決めされたそれぞれの位置においてCMOSイメージ・センサ5による撮像が行われる。図3から図6に示す例では,9個の位置決め位置のそれぞれにおいて撮像され,合計9回の撮像が行われる。上述のように,CMOSイメージ・センサ5は,アクチュエータ6(位置決め手段)によってずらされるのはいうまでもない。
In this embodiment, imaging is performed by the
図7は,図2に示すカラー・フィルタ配列をもつCMOSイメージ・センサ5を,図3から図6に示したように9つの位置に位置決めされた場合に得られる合成被写体像の一部を示している。
FIG. 7 shows a part of a composite subject image obtained when the
合成被写体像は,多数の画素22から構成されている。これらの画素22のそれぞれは,図2に示したように,光電変換領域21(光電変換素子)のそれぞれに対応している。図7において画素22に付されている符号「A」,符号「B」,符号「C」または符号「D」は,図2に示すカラー・フィルタの色成分の透過特性を表す符号「A」,符号「B」,符号「C」または符号「D」に対応している。さらに,図7において,画素22に,符号「A」,符号「B」,符号「C」または符号「D」の後につづいて付されている算用数字「1」,「2」,「3」,「4」,「5」,「6」,「7」,「8」および「9」は,図3から図6を参照して説明したように,CMOSイメージ・センサ5の位置「P1」,「P2」,「P3」,「P4」,「P5」,「P6」,「P7」,「P8」および「P9」に対応している。たとえば,符号「A」が付され,かつ算用数字「1」が付されている画素22(A1)は,光電変換領域21のうち,符号「A」が付されている光電変換領域21(光電変換素子)に蓄積されている信号電荷によって表され,かつCMOSイメージ・センサ5が,位置P1によって規定される位置での撮像により得られたことを示している。同様に,たとえば,符号「B」が付され,かつ算用数字「2」が付されている画素22(B2)は,光電変換領域21のうち,符号「B」が付されている光電変換領域21(光電変換素子)に蓄積されている信号電荷によって表され,かつCMOSイメージ・センサ5が,位置P2によって規定される位置での撮像により得られたことを示している。他の画素22についても同様である。
The composite subject image is composed of a large number of
図2に示すようなカラー・フィルタ配列をもつCMOSイメージ・センサ5を,図3から図6を参照して説明したように9つの位置に位置決めして,それぞれの位置において被写体を撮像することより,CMOSイメージ・センサ5をずらさずに撮像(基準位置での撮像)した場合に得られる被写体像よりも,行方向(水平方向)および列方向(垂直方向)にそれぞれ3倍の画素数をもつ高解像度の被写体像が得られる。図7に示すように,高解像度の被写体像を表す画素22のカラー画素配列(画素22が表す色の配列)は,図2に示す光電変換領域21のカラー・フィルタ配列と同じであるから,CMOSイメージ・センサ5をずらさずに撮像した場合に得られるディジタル画像データ(映像信号)に対する画像処理と同様に,CMOSイメージ・センサ5をずらして位置決めした場合に得られるディジタル画像データ(映像信号)に対する画像処理を行うことができる。
The
図8から図14は,変形例を示している。 8 to 14 show modifications.
図2から図7はカラー・フィルタの繰り返し間隔が行方向および列方向にそれぞれ偶数(2個)の光電変換領域21(光電変換素子)の距離に対応しているのに対し,図8から図14はカラー・フィルタの繰り返し間隔が行方向および列方向にそれぞれ奇数(3個)の光電変換領域21(光電変換素子)の距離に対応している。
2 to 7 show that the repetition interval of the color filter corresponds to the distance of the even number (two pieces) of photoelectric conversion regions 21 (photoelectric conversion elements) in the row direction and the column direction, respectively.
図8は,CMOSイメージ・センサ5の受光面の一部を示している。
FIG. 8 shows a part of the light receiving surface of the
図8に示す例では,光電変換領域21内に,符号「A」,「B」,「C」,「D」,「E」,「F」,「G」,「H」または「I」のいずれかが付されている。これらの符号「A」,「B」,「C」,「D」,「E」,「F」,「G」,「H」または「I」は,符号「A」によって表される色成分,符号「B」によって表される色成分,符号「C」によって表される色成分,符号「D」によって表される色成分,符号「E」によって表される色成分,符号「Fによって表される色成分,符号「G」によって表される色成分,符号「H」によって表される色成分または符号「I」によって表される色成分を透過する特性をもつカラー・フィルタが光電変換領域21に形成されていることを示している。符号「A」,「B」,「C」,「D」,「E」,「F」,「G」,「H」または「I」が示す色成分の特性は,符号が異なっても,同じ色成分を透過する特性でもよい。図8に示す例では,行方向には符号「A」,符号「B」および符号「C」,または符号「D」,符号「E」および符号「F」,または符号「G」,符号「H」および符号「I」によって表される色成分を透過する特性を有するカラー・フィルタが周期的に繰り返されており,列方向には符号「A」,符号「D」および符号「G」,または符号「B」,符号「E」および符号「H」,または符号「C」,符号「F」および符号「I」によって表される色成分を透過する特性を有するカラー・フィルタが周期的に繰り返されている。行方向および列方向にそれぞれ3つずつの光電変換領域21(符号「A」,符号「B」,符号「C」,符号「D」,符号「E」,符号「F」,符号「G」,符号「H」および符号「I」が付されている光電変換領域21)が一つのブロックBr2を形成し,そのブロックBr2が行方向および列方向に繰り返されているということができる。
In the example shown in FIG. 8, the symbols “A”, “B”, “C”, “D”, “E”, “F”, “G”, “H”, or “I” exist in the
図9から図13は,CMOSイメージ・センサ5のずらし位置(位置決め位置)を示している。
9 to 13 show the shift position (positioning position) of the
図9から図13においても,分かりやすくするために,一つのブロックBr2についてのずらし位置が示されている。 9 to 13 also show the shift position for one block Br2 for easy understanding.
図8に示す例では,カラー・フィルタの繰り返し間隔が行方向および列方向にそれぞれ奇数の3個の光電変換素子(光電変換領域21)の距離に対応している。カラー・フィルタの繰り返し間隔が,行方向および列方向にそれぞれ奇数であるQ個の光電変換素子の距離に対応している場合には,上述のように,Q/2以下の0を含む自然数であるすべてのpにQ/(Q+1)を乗じた係数p・Q/(Q+1)に光電変換素子のピッチを乗じて得られるすべての位置およびQ/2以下の0を含む自然数であるすべてのpを負とした−pにQ/(Q+1)を乗じた係数−p・Q/(Q+1)に光電変換素子のピッチを乗じて得られるすべての位置と,係数2p・Q/(Q+1)または係数−2p・Q/(Q+1)に光電変換素子のピッチを乗じて得られる位置が,CMOSイメージ・センサ5の相対的な位置決め位置とされる。位置の数は,(Q+1)2個となる。
In the example shown in FIG. 8, the repetition interval of the color filter corresponds to the distance between three odd-numbered photoelectric conversion elements (photoelectric conversion regions 21) in the row direction and the column direction, respectively. If the repetition interval of the color filter corresponds to the distance of Q photoelectric conversion elements that are odd numbers in the row direction and the column direction, respectively, as described above, it is a natural number including 0 that is Q / 2 or less. All the positions obtained by multiplying the coefficient p · Q / (Q + 1) by multiplying a certain p by Q / (Q + 1) by the pitch of the photoelectric conversion element and all ps which are natural numbers including 0 less than Q / 2 -P with Q / (Q + 1) multiplied by -p · Q / (Q + 1) all the positions obtained by multiplying the pitch of the photoelectric conversion element by the factor 2p · Q / (Q + 1) or coefficient The position obtained by multiplying −2p · Q / (Q + 1) by the pitch of the photoelectric conversion element is the relative positioning position of the
図8に示すカラー・フィルタの配列では,カラー・フィルタの繰り返し間隔が行方向および列方向にそれぞれ3個(奇数)の光電変換素子(光電変換領域21)の距離に対応しているから,Q=3,p=1となる。CMOSイメージ・センサ5の位置決め位置は,行方向をX方向,列方向をY方向とし,CMOSイメージ・センサ5をずらす前の基準位置を(X,Y)=(0,0)とすると,X=−6/4,−3/4,0,3/4,Y=−6/4,−3/4,0,3/4またはX=−3/4,0,3/4,6/4,Y=−3/4,0,3/4,6/4のそれぞれの位置となる。
In the arrangement of the color filters shown in FIG. 8, the repetition interval of the color filters corresponds to the distance of three (odd number) photoelectric conversion elements (photoelectric conversion regions 21) in the row direction and the column direction. = 3, p = 1. The positioning position of the
図9を参照して,ブロックBr2の位置P11は,CMOSイメージ・センサ5をずらしていない基準位置であり,(X,Y)=(0,0)である。ブロックBr2の位置P12,(X,Y)=(−6/4,0)である。ブロックBr2の位置P13は,(X,Y)=(−3/4,0)である。ブロックBr2の位置P14は,(X,Y)=(3/4,0)である。
Referring to FIG. 9, the position P11 of the block Br2 is a reference position where the
図10を参照して,ブロックBr2の位置P15は,(X,Y)=(0,−6/4)である。ブロックBr2の位置P16は,(X,Y)=(0,−3/4)である。ブロックBr2の位置P17は,(X,Y)=(0,3/4)である。 Referring to FIG. 10, the position P15 of the block Br2 is (X, Y) = (0, −6/4). The position P16 of the block Br2 is (X, Y) = (0, −3/4). The position P17 of the block Br2 is (X, Y) = (0, 3/4).
図11を参照して,ブロックBr2の位置P18は,(X,Y)=(−6/4,−6/4)である。ブロックBr2の位置P19は,(X,Y)=(−4/3,−6/4)である。ブロックBr2の位置P20は,(X,Y)=(4/3,−6/4)である。 Referring to FIG. 11, the position P18 of the block Br2 is (X, Y) = (− 6/4, −6/4). The position P19 of the block Br2 is (X, Y) = (− 4/3, −6/4). The position P20 of the block Br2 is (X, Y) = (4/3, −6/4).
図12を参照して,ブロックBr2の位置P21は,(X,Y)=(−6/4,−4/3)である。ブロックBr2の位置P22は,(X,Y)=(−4/3,−4/3)である。ブロックBr2の位置P23は,(X,Y)=(4/3,−4/3)である。 Referring to FIG. 12, the position P21 of the block Br2 is (X, Y) = (− 6/4, −4/3). The position P22 of the block Br2 is (X, Y) = (− 4/3, −4/3). The position P23 of the block Br2 is (X, Y) = (4/3, −4/3).
図13を参照して,ブロックBr2の位置P24は,(X,Y)=(−6/4,4/3)である。ブロックBr2の位置P25は,(X,Y)=(−4/3,4/3)である。ブロックBr2の位置P26は,(X,Y)=(4/3,4/3)である。 Referring to FIG. 13, the position P24 of the block Br2 is (X, Y) = (− 6/4, 4/3). The position P25 of the block Br2 is (X, Y) = (− 4/3, 4/3). The position P26 of the block Br2 is (X, Y) = (4/3, 4/3).
図9から図13に示す例では,CMOSイメージ・センサ5をずらす前の基準位置を(X,Y)=(0,0)とした場合に,X=−6/4,−3/4,0,3/4,Y=−6/4,−3/4,0,3/4の位置にCMOSイメージ・センサ5をずらしているが,X=−3/4,0,3/4,6/4,Y=−3/4,0,3/4,6/4のそれぞれの位置にCMOSイメージ・センサ5を位置決めするようにしてもよい。
In the example shown in FIGS. 9 to 13, when the reference position before shifting the
図9から図13に示すように,特定のブロックBr2が16個の位置P11からP26のそれぞれの位置となるように,CMOSイメージ・センサ5が,CMOSイメージ・センサ5の光軸に対して垂直方向(CMOSイメージ・センサ5を構成する光電変換素子の行方向および列方向)に位置決めされる。また,カラー・フィルタの繰り返し間隔が,3個の光電変換領域21(光電変換素子)の距離に対応しているから,位置決めされた数は(3+1)2=16個となっている。
As shown in FIGS. 9 to 13, the
この変形例では,位置決めされたそれぞれの位置においてCMOSイメージ・センサ5による撮像が行われる。図9から図13に示す例では,16個の位置のそれぞれにおいて撮像され,合計16回の撮像が行われる。上述のように,CMOSイメージ・センサ5は,アクチュエータ6(位置決め手段)によってずらされるのはいうまでもない。
In this modification, imaging by the
図14は,図8に示すカラー・フィルタ配列をもつCMOSイメージ・センサ5を,図9から図13に示したように16個の位置に位置決めして撮像した場合に得られる被写体像の一部を示している。
FIG. 14 shows a part of a subject image obtained when the
図14に示す被写体像も,多数の画素22から構成されている。これらの画素22のそれぞれは,図8に示したように,光電変換領域21(光電変換素子)のそれぞれに対応している。図14においても画素22に付されている符号「A」,符号「B」,符号「C」,符号「D」,符号「E」,符号「F」,符号「G」,符号「H」または符号「I」は,図8に示すカラー・フィルタの色成分の透過特性を表す符号「A」,符号「B」,符号「C」,符号「D」,符号「E」,符号「F」,符号「G」,符号「H」または符号「I」に対応している。さらに,図14において,画素22に,符号「A」,符号「B」,符号「C」,符号「D」,符号「E」,符号「F」,符号「G」,符号「H」または符号「I」の後につづいて付されている算用数字「1」,「2」,「3」,「4」,「5」,「6」,「7」,「8」,「9」,「10」,「11」,「12」,「13」,「14」,「15」および「16」は,図9から図13を参照して説明したように,CMOSイメージ・センサ5の位置「P11」,「P12」,「P13」,「P14」,「P15」,「P16」,「P17」,「P18」「P19」,「P20」「P21」,「P22」,「P23」,「P24」,「P25」および「P26」に対応している。上述したのと同様に,たとえば,符号「A」が付され,かつ算用数字「11」が付されている画素22(A11)は,光電変換領域21のうち,符号「A」が付されている光電変換領域21(光電変換素子)に蓄積されている信号電荷によって表され,かつCMOSイメージ・センサ5が,位置P11によって規定される位置での撮像により得られたことを示している。同様に,たとえば,符号「B」が付され,かつ算用数字「12」が付されている画素22(B12)は,光電変換領域21のうち,符号「B」が付されている光電変換領域21(光電変換素子)に蓄積されている信号電荷によって表され,かつCMOSイメージ・センサ5が,位置P12によって規定される位置での撮像により得られたことを示している。他の画素22についても同様である。
The subject image shown in FIG. 14 is also composed of a large number of
図8に示すようなカラー・フィルタ配列をもつCMOSイメージ・センサ5を,図9から図13を参照して説明したように16個の位置に位置決めして被写体を撮像することより,CMOSイメージ・センサ5をずらさずに撮像(基準位置での撮像)した場合に得られる被写体像よりも,行方向(水平方向)および列方向(垂直方向)にそれぞれ4倍の画素数をもつ高解像度の被写体像が得られる。図14に示すように,高解像度の被写体像を表す画素22のカラー画素配列(画素22が表す色の配列)は,図8に示す光電変換領域21のカラー・フィルタ配列と同じであるから,CMOSイメージ・センサ5をずらさずに撮像した場合に得られるディジタル画像データ(映像信号)に対する画像処理と同様に,CMOSイメージ・センサ5をずらした場合に得られるディジタル画像データ(映像信号)に対する画像処理を行うことができる。
The
図15は,ディジタル・カメラ1の撮像処理手順を示すフローチャートである。
FIG. 15 is a flowchart showing the imaging processing procedure of the
操作装置7(モード設定手段)に含まれているモード設定スイッチによって画素ずらし超解像撮像モードが設定された場合には(ステップ31でYES),ディバイス制御装置12(光学ロウ・パス・フィルタ制御手段)によって光学ロウ・パス・フィルタ4がCMOSイメージ・センサ5の受光面の前方から退避させられる(ステップ32)。画素ずらし超解像撮像モード(ずらし撮像モード)が設定された場合には,高解像度の被写体像が得られるので,光学ロウ・パス・フィルタ4によるノイズの除去に伴う低解像度化を防止するためである。 When the pixel shift super-resolution imaging mode is set by the mode setting switch included in the operating device 7 (mode setting means) (YES in step 31), the device control device 12 (optical low-pass filter control) The optical low pass filter 4 is retracted from the front side of the light receiving surface of the CMOS image sensor 5 (step 32). When the pixel-shifted super-resolution imaging mode (shifted imaging mode) is set, a high-resolution subject image can be obtained, so that the reduction in resolution associated with noise removal by the optical low-pass filter 4 can be prevented. It is.
CMOSイメージ・センサ5が基準位置(レンズ装置2の光軸とCMOSイメージ・センサ5の光軸とが一致するCMOSイメージ・センサ5の位置であり,上述した基準位置P1,P11など)に位置決めされて,CPU11(撮像制御手段)の制御のもとにCMOSイメージ・センサ5によって被写体が撮像させられる(ステップ33)。撮像によりCMOSイメージ・センサ5から出力された映像信号は,ディジタル画像データに変換されて,メモリ16に一時的に記憶される。つづいてアクチュエータ6によってCMOSイメージ・センサ5がずらし位置にずらされる(位置決めされる)(ステップ34)。すべてのずらし位置(位置決め位置)での被写体の撮像が終了していなければ(ステップ35でNO),ずらされた位置において再び被写体が撮像される(ステップ33)。撮像により得られた映像信号は,ディジタル画像データに変換されて,メモリ16に一時的に記憶される。CMOSイメージ・センサ5は,次のずらし位置にアクチュエータ6によってずらされる(ステップ34)。
The
CMOSイメージ・センサ5に形成されているカラー・フィルタの繰り返し間隔に応じて決定されるCMOSイメージ・センサ5のすべてのずらし位置における撮像が終了するまで,CMOSイメージ・センサ5のずらし位置へのずらしおよびそのずらし位置での撮像が繰り返される。カラー・フィルタの繰り返し間隔がCMOSイメージ・センサ5を構成する光電変換素子の2個分に相当する場合には,図2から図7を参照して説明したように,基準位置P1のほかに位置P2からP9までの9か所の位置においてCMOSイメージ・センサ5による撮像が行われる。また,カラー・フィルタの繰り返し間隔がCMOSイメージ・センサ5を構成する光電変換素子の3個分に相当する場合には,図8から図14を参照して説明したように,基準位置P11のほかに位置P12からP26までの16か所の位置においてCMOSイメージ・センサによる撮像が行われる。
The
CMOSイメージ・センサ5のすべてのずらし位置へのずらしおよびそのずらし位置での撮像が終了すると(ステップ35でYES),メモリ16には,すべてのずらし位置における撮像により得られた複数枚数分のディジタル画像データ(映像信号)が記憶される。複数枚数分のディジタル画像データから,図7および図14を参照して説明したように,画素配列がCMOSイメージ・センサ5のカラー・フィルタ配列に対応した1枚の合成被写体像を表す合成画像データ(合成被写体像信号)が,CPU11(合成被写体像信号生成手段)によって生成される。生成された合成画像データが記録制御装置17によってメモリ・カード18に記録される。合成画像データによって表される合成被写体像が表示装置10の表示画面に表示されるようにしてもよい。
When shifting to all the shifted positions of the
操作装置7(モード設定手段)に含まれているモード設定スイッチによって通常撮像モードが設定された場合には(ステップ31でNO),ディバイス制御装置12(光学ロウ・パス・フィルタ制御手段)によって,光学ロウ・パス・フィルタ4はCMOSイメージ・センサ5の前方から退避させずにCMOSイメージ・センサ5の前方に配置させられた状態が維持される。CMOSイメージ・センサ5は基準位置に位置決めされて被写体が撮像される(ステップ36)。通常撮像モードが設定された場合には,CMOSイメージ・センサ5の相対的な位置決めがディバイス制御装置12(位置決め停止手段)によって停止させられる。
When the normal imaging mode is set by the mode setting switch included in the operation device 7 (mode setting means) (NO in step 31), the device control device 12 (optical low pass filter control means) The optical low pass filter 4 is maintained in a state of being disposed in front of the
図16は,CMOSイメージ・センサ5に含まれている光電変換領域21の開口23を示している。図2に示すブロックBr1に対応している。
FIG. 16 shows an
図16に示す開口23は円形であり,開口23の直径は光電変換領域21(光電変換素子)のピッチに等しい。
The
図17は,他の実施例を示すもので,CMOSイメージ・センサ5に含まれている光電変換領域21の開口24を示している。図2に示すブロックBr1に対応している。
FIG. 17 shows another embodiment, and shows an
図17に示す開口24も,図16に示す開口23と同様に円形である。図17に示す開口24の直径は,光電変換領域21(光電変換素子)のピッチの1/3に等しい。
The
図2に示したように,カラー・フィルタの繰り返し間隔が行方向および列方向にそれぞれ偶数であるN個の光電変換素子の距離に対応している場合には,光電変換領域21(光電変換素子)の受光面の開口径(開口径とは開口の直径をいう)は,光電変換領域21(光電変換素子)のピッチに1/(N+1)を乗じた値以上であることが好ましい。このような開口径とすることにより,偽色の発生が未然に防止される。図17に示す例ではN=2であることから開口24の直径は光電変換領域21(光電変換素子)のピッチの1/3とされている。開口24の直径を光電変換領域21(光電変換素子)のピッチの1/3以上1以下としてもよい。
As shown in FIG. 2, when the repetition interval of the color filter corresponds to the distance of N photoelectric conversion elements that are even numbers in the row direction and the column direction, the photoelectric conversion region 21 (photoelectric conversion element 21). The opening diameter of the light receiving surface (the opening diameter means the diameter of the opening) is preferably equal to or larger than the value obtained by multiplying the pitch of the photoelectric conversion region 21 (photoelectric conversion element) by 1 / (N + 1). By using such an opening diameter, generation of false color is prevented in advance. In the example shown in FIG. 17, since N = 2, the diameter of the
図18は,図17に示す開口24が形成されているイメージ・センサ5が,図3から図6に示すようにずらされた場合(位置決めされた場合)の開口24の位置関係を示している。
18 shows the positional relationship of the
開口24の直径が光電変換領域21(光電変換素子)のピッチの1/3の場合には,イメージ・センサ5がずらされた場合(位置決めされた場合)に,開口24同士間に隙間ができない。これにより,イメージ・センサ5がずらされた(位置決めされた)としても偽色の発生が未然に防止される。
When the diameter of the
図19は,他の実施例を示すもので,CMOSイメージ・センサ5に含まれている光電変換領域21の開口27を示している。図8に示すブロックBr2に対応している。
FIG. 19 shows another embodiment, and shows an
図19に示す開口27も,図16に示す開口23,図17に示す開口24と同様に円形である。しかしながら,図19に示す開口27の直径は,光電変換領域21(光電変換素子)のピッチの1/4に等しい。
The
図8に示したように,カラー・フィルタの繰り返し間隔が行方向および列方向にそれぞれ奇数であるQ個の光電変換素子の距離に対応している場合も,光電変換領域21(光電変換素子)の受光面の開口径(開口径とは開口の直径をいう)は,光電変換領域21(光電変換素子)のピッチに1/(Q+1)を乗じた値以上であることが好ましい。このような開口径とすることにより,偽色の発生が未然に防止される。図19に示す例ではQ=3であることから開口27の直径は光電変換領域21(光電変換素子)のピッチの1/4とされている。開口27の直径を光電変換領域21(光電変換素子)のピッチの1/4以上1以下としてもよい。
As shown in FIG. 8, even when the repetition interval of the color filter corresponds to the distance of Q photoelectric conversion elements that are odd numbers in the row direction and the column direction, the photoelectric conversion region 21 (photoelectric conversion element) The aperture diameter of the light receiving surface (the aperture diameter refers to the diameter of the aperture) is preferably equal to or greater than the value obtained by multiplying the pitch of the photoelectric conversion region 21 (photoelectric conversion element) by 1 / (Q + 1). By using such an opening diameter, generation of false color is prevented in advance. In the example shown in FIG. 19, since Q = 3, the diameter of the
図20は,図19に示す開口27が形成されているイメージ・センサ5が,図9から図13に示すようにずらされた場合(位置決めされた場合)の開口27の位置関係を示している。
FIG. 20 shows the positional relationship of the
開口27の直径が光電変換領域21(光電変換素子)のピッチの1/4の場合には,イメージ・センサ5がずらされた場合(位置決めされた場合)に,開口27同士間に隙間ができない。これにより,イメージ・センサ5がずらされた(位置決めされた)としても偽色の発生が未然に防止される。
When the diameter of the
図21は,図3から図6に示すようにしてCMOSイメージ・センサ5をずらして,それぞれのずらし位置で被写体を撮像することにより得られる9枚の被写体像のそれぞれを表すディジタル画像データをメモリ16に記憶する様子を示している。この実施例では,9枚の被写体像のそれぞれを表すディジタル画像データのメモリ16への記憶が終了すると,合成被写体像を表す合成被写体像データ(合成被写体像信号)が生成される。図21においては,9枚の被写体像のそれぞれを表すディジタル画像データがメモリ16に記憶する様子が示されているが,9枚の被写体像のそれぞれを表すディジタル画像データではなく,図9から図13に示すように16個の位置にCMPSイメージ・センサ5を相対的にずらして得られる16枚の被写体像のそれぞれを表すディジタル画像データを同様にしてメモリ16に記憶し,合成被写体像を表す合成被写体像データが生成されてもよい。また,9枚または16枚以外の被写体像のそれぞれを表すディジタル画像データがメモリ16に記憶されて合成被写体像を表す合成被写体像データが生成されてもよい。
FIG. 21 shows digital image data representing each of nine subject images obtained by shifting the
図21においても図7と同様に,符号「A」から符号「D」は,図2に示したカラー・フィルタの色成分を透過する特性に付された符号「A」から符号「D」に対応し,算用数字「1」から「9」は,図3から図6に示すずらし位置「P1」から「P9」での撮像により得られた画像データであることを示している。 In FIG. 21, as in FIG. 7, the reference numerals “A” to “D” are changed from the reference numerals “A” to “D” attached to the characteristics of transmitting the color components of the color filter shown in FIG. Correspondingly, the arithmetic numbers “1” to “9” indicate image data obtained by imaging at the shift positions “P1” to “P9” shown in FIGS. 3 to 6.
第1回目の撮像では,CMOSイメージ・センサ5が基準位置P1に位置決めされる。第1回目の撮像により得られたディジタル画像データ(符号A1,B1,C1およびD1で表されている)が,図7に示す合成被写体像を構成する画素22のうち,1枚目の被写体像の合成位置に対応するメモリ領域に記憶させられる。
In the first imaging, the
第2回目の撮像では,CMOSイメージ・センサ5が,図3に示す位置P2に位置決めされる。第2回目の撮像により得られたディジタル画像データ(符号B2およびD2で表されている)が,図7に示す合成被写体像を構成する画素22のうち,2枚目の被写体像の合成位置に対応するメモリ領域に記憶させられる。
In the second imaging, the
第3回目の撮像から第9回目の撮像においても,CMOSイメージ・センサ5が,図3から図6に示す位置P3からP9のそれぞれに位置決めされる。第3回目の撮像により得られたディジタル画像データから第9回目の撮像により得られたディジタル画像データのそれぞれのディジタル画像データが,図7に示す合成被写体像を構成する画素22のうち,3枚目から9枚目までのそれぞれの被写体像のそれぞれの合成位置に対応するメモリ領域に順に記憶させられる。
Also in the third to ninth imaging, the
9回の撮像により得られた9枚の被写体像を表すそれぞれのディジタル画像データがメモリ16に記憶されると,合成被写体像の画素配列に対応した配列でメモリ16に記憶されることとなる。メモリ16から読み出すだけで,合成被写体像を表示させることができる。このようにして,相対的にずらされた位置(相対的に位置決めされた位置)ごとにCMOSイメージ・センサ5を用いて撮像したことにより得られる9枚(複数)の映像信号を,合成被写体像を表す合成被写体像信号としてメモリ16(合成被写体像信号生成手段)に記憶することができる。
When the respective digital image data representing nine subject images obtained by nine imaging operations are stored in the
図22は,他の実施例を示すもので,ディジタル・カメラ1の処理手順を示すフローチャートである。
FIG. 22 is a flowchart showing the processing procedure of the
CMOSイメージ・センサ5によるプレ撮像が行われ,CMOSイメージ・センサ5から映像信号が出力される。映像信号は,CPU11に入力し,CPU11において測光演算が行われる。測光演算により,CMOSイメージ・センサ5の露光時間および増幅回路14による増幅率がCPU11によって決定する。決定した露光時間および増幅率は,上述のようにCMOSイメージ・センサ5が位置決めされた位置に関わらず,同一となるように固定とさせられる(ステップ43)。
Pre-imaging is performed by the
CMOSイメージ・センサ5が基準位置に位置決めされ,その基準位置においてCMOSイメージ・センサ5を用いて固定させられた露光時間で被写体が撮像される(ステップ44)。つづいて,CMOSイメージ・センサ5がずらし位置(位置決め位置)にずらされる(ステップ45)。
The
CMOSイメージ・センサ5によって被写体が撮像されることにより,CMOSイメージ・センサ5から出力される映像信号は,画像処理装置13に含まれる増幅回路14において,CMOSイメージ・センサ5の位置に関わらず固定の増幅率で増幅される(ステップ46)。CMOSイメージ・センサ5から出力される映像信号が,CMOSイメージ・センサ5の位置に関わらず固定の増幅率で増幅され,かつ複数の被写体像の露光時間は同一であるから,複数の被写体像から超解像の合成被写体像を生成しても,明るさが一定となり,自然な合成被写体像が得られる。
When the subject is imaged by the
すべてのずらし位置でのCMOSイメージ・センサ5による撮像が終了するまで(ステップ47でYES),それぞれのずらし位置において,固定させられた同一の露光時間でCMOSイメージ・センサ5を用いた撮像が行われる(ステップ44)。すべてのずらし位置での撮像が終了すると(ステップ47でYES),撮像回数に応じて得られた複数の映像信号を用いて画像処理装置13において超解像の合成被写体像が生成される。
Until imaging by the
図23は,他の実施例を示すもので,ディジタル・カメラ1の処理手順を示すフローチャートである。図23において,図22に示す処理と同一の処理については同一符号を付す。
FIG. 23 is a flowchart showing the processing procedure of the
上述したのと同様に測光演算が行われ(ステップ41),その演算結果にもとづいてCPU11によってCMOSイメージ・センサ5が基準位置にある場合に,撮像する場合の露光時間が決定される(ステップ42A)。つづいて,CMOSイメージ・センサ5が基準位置以外の位置にずらされて撮像する場合の,それぞれの位置での撮像における露光時間がCPU11によって決定される(ステップ43A)。CMOSイメージ・センサ5が基準位置にある場合の露光時間とCMOSイメージ・センサ5が基準位置以外の位置に位置決めされた場合の露光時間とは同じでもよいが(この場合,図22に示す処理と同じとなる),CMOSイメージ・センサ5が基準位置にある場合の露光時間(好ましくは,適正な明るさとなる露光時間となろう)が,CMOSイメージ・センサ5が基準位置以外の位置に位置決めされた場合の露光時間よりも長いものとする。もちろん,CMOSイメージ・センサ5が基準位置にある場合の露光時間が,CMOSイメージ・センサ5が基準位置以外の位置に位置決めされた場合の露光時間よりも短くてもよい。
Photometric calculation is performed in the same manner as described above (step 41), and when the
基準位置にあるCMOSイメージ・センサ5が,決定された露光時間で露光されることにより被写体が撮像される(ステップ44)。被写体の撮像が終わると,CMOSイメージ・センサ5がずらされる(位置決めされる)(ステップ45)。
The
被写体が撮像されると被写体像を表す映像信号がCMOSイメージ・センサ5から出力する。CMOSイメージ・センサ5が基準位置の場合に得られた映像信号のレベルおよびCMOSイメージ・センサ5が位置決めされた位置の場合に得られた映像信号のレベルのいずれもが等しくなるように,増幅回路14においてCMOSイメージ・センサ5の撮像時の露光時間に応じて増幅率がCPU11によって決定される。相対的に露光時間の多い撮像により得られた映像信号のレベルとなるように,相対的に露光時間の少ない撮像により得られた映像信号がCPU11(増幅制御手段)によって増幅回路14の増幅が制御される。決定された増幅率で増幅回路14によって映像信号が増幅される(ステップ46A)。CMOSイメージ・センサ5を位置決めして撮像した場合に,露光時間が同一でなくとも,増幅回路14における増幅後の映像信号のレベルが一定となる。複数の被写体像から超解像の合成被写体像を生成しても,明るさが一定となり,自然な合成被写体像が得られる。
When the subject is imaged, a video signal representing the subject image is output from the
すべてのずらし位置での撮像が終了していなければ(ステップ47でNO),CMOSイメージ・センサ5がずらされた位置における露光時間で被写体が撮像される(ステップ44)。このような被写体の撮像(ステップ44),CMOSイメージ・センサのずらし(ステップ45),露光時間に応じた増幅率での増幅(ステップ46A)が,すべてのずらし位置での撮像が終了するまで繰り返される(ステップ47)。
If imaging at all the shifted positions has not been completed (NO in step 47), the subject is imaged with the exposure time at the position where the
すべてのずらし位置(位置決め位置)での撮像が終了すると(ステップ47でYES),基準位置およびずらし位置のそれぞれの位置においてCMOSイメージ・センサ5を用いた撮像により得られた増幅後の複数の被写体像を表す映像信号を用いて超解像の合成被写体像を表す合成被写体像信号が画像処理装置13によって生成される。
When imaging at all the shifted positions (positioning positions) is completed (YES in step 47), a plurality of amplified subjects obtained by imaging using the
図24は,他の実施例を示すもので,ディジタル・カメラ1Aの電気的構成を示すブロック図である。図23において,図1に示すものと同一物については同一符号を付して説明を省略する。 FIG. 24 shows another embodiment, and is a block diagram showing an electrical configuration of the digital camera 1A. In FIG. 23, the same components as those shown in FIG.
図1に示すディジタル・カメラ1においては,アクチュエータ6によってCMOSイメージ・センサ5が,CMOSイメージ・センサ5の光軸から垂直方向にずらされているが,図24に示すディジタル・カメラ1Aにおいては,アクチュエータ6Aによってレンズ装置2(撮像レンズ)がレンズ装置2の光軸から垂直方向にずらされる(位置決めされる)。レンズ装置2およびCMOSイメージ・センサ5の両方がレンズ装置2(CMOSイメージ・センサ5)の光軸から垂直方向にずらされる(位置決めされる)ようにしてもよい。
In the
図25は,他の実施例を示すもので,ディジタル・カメラ1Bの電気的構成を示すブロック図である。図25において,図1に示すものと同一物については同一符号を付して説明を省略する。
FIG. 25 shows another embodiment and is a block diagram showing an electrical configuration of the
図25に示すディジタル・カメラ1B全体が雲台19(保持台)に載せられている。雲台19は,アクチュエータ6Cによってディジタル・カメラ1B(レンズ装置2,CMOSイメージ・センサ5)の光軸に対して垂直方向に,ディジタル・カメラ1B全体をずらすことが可能である。アクチュエータ6Cは,ディバイス制御装置12の制御のもとに雲台19を制御する。
The entire
図1に示すように,CMOSイメージ・センサ5をずらしてもよいし(位置決めしてもよいし),図24に示すようにレンズ装置2をずらしてもよいし(位置決めしてもよいし),図25に示すようにディジタル・カメラ1B全体をずらしてもよい(位置決めしてもよい)。CMOSイメージ・センサ5が相対的にずらし位置にずらされればよい(位置決め位置に位置決めされればよい)。CMOSイメージ・センサ5のずらし(位置決め),レンズ装置2のずらし(位置決め)およびディジタル・カメラ1Bのずらし(位置決め)のうち,少なくとも一つのずらし(位置決め)によりCMOSイメージ・センサ5がずらされればよい(位置決めされればよい)。
As shown in FIG. 1, the
図26は,CMOSイメージ・センサ5の一部を示している。
FIG. 26 shows a part of the
図26に示すCMOSイメージ・センサ5に形成されているカラー・フィルタは,ベイヤ配列のものである。ベイヤ配列では,奇数行(偶数行でもよい)においては緑色の光成分を透過する特性を有するカラー・フィルタ(符号「G」で示す)と赤色の光成分を透過する特性を有するカラー・フィルタ(符号「R」で示す)とが交互に形成されており,偶数行(奇数行でもよい)においては青色の光成分を透過する特性を有するカラー・フィルタ(符号「B」で示す)と緑色の光成分を透過する特性を有するカラー・フィルタ(符号「G」で示す)とが交互に形成されている。
The color filters formed in the
ベイヤ配列のカラー・フィルタがCMOSイメージ・センサ5に形成されている場合には,図2に示したようにカラー・フィルタの繰り返し間隔が2個分の光電変換領域21(光電変換素子)に対応しているから,図3から図6に示したように,CMOSイメージ・センサ5の位置が相対的にP1からP9の位置となるようにずらして(位置決めして),それぞれのずらし位置(位置決め位置)で被写体が撮像される。
When a Bayer array color filter is formed in the
図27は,他の実施例を示すもので,ディジタル・カメラ1の処理手順を示すフローチャートである。図24に示すディジタル・カメラ1Aまたは図25示すディジタル・カメラ1Bについても同様の処理が行われてもよい。
FIG. 27 is a flowchart showing the processing procedure of the
操作装置7(モード設定手段)に含まれる撮像モード設定スイッチにより画素ずらし超解像撮像モードが設定されると(ステップ51でYES),ディバイス制御装置12によって機械式シャッタ3が開放させられる(ステップ52)。機械式シャッタ3は,CMOSイメージ・センサ5の前方に配置され,シャッタ・スピードに対応した露光時間の間CMOSイメージ・センサ5を露光する動作を行わせる。また,光学ロウ・パス・フィルタ4もCMOSイメージ・センサ5の前方から退避させられてもよい。CPU11によって電子シャッタ・モードが設定され(ステップ53),機械式シャッタ3によるシャッタ動作が停止させられる。
When the pixel shift super-resolution imaging mode is set by the imaging mode setting switch included in the operation device 7 (mode setting means) (YES in step 51), the
CMOSイメージ・センサ5が基準位置に位置決めされ,その基準位置において電子シャッタによりCMOSイメージ・センサ5を用いて被写体が撮像される(ステップ53)。電子シャッタとは,固体電子撮像素子を制御することにより固体電子撮像素子に含まれる光電変換素子への信号電荷の蓄積時間(露光時間)を調整するものである。ディバイス制御装置12(電子シャッタ手段)により,シャッタ・スピードに応じて露光時間に蓄積された信号電荷が,映像信号としてCMOSイメージ・センサ5から出力される。被写体の撮像が終了すると,CMOSイメージ・センサ5がずらされる(位置決めされる)(ステップ54)。電子シャッタを用いた被写体の撮像およびCMOSイメージ・センサ5のずらし位置(位置決め位置)へのずらし(位置決め)が,すべてのずらし位置での撮像が終了するまで繰り返される(ステップ55)。
The
操作装置7(モード設定手段)に含まれる撮像モード設定スイッチにより通常撮像モードが設定されると(ステップ51でNO),CPU11によって機械式シャッタ・モードが設定される(ステップ56)。ディバイス制御装置12によって機械式シャッタ3が制御され,被写体がCMOSイメージ・センサ5によって撮像される(ステップ57)。
When the normal imaging mode is set by the imaging mode setting switch included in the operating device 7 (mode setting means) (NO in step 51), the mechanical shutter mode is set by the CPU 11 (step 56). The
このように,CPU11(シャッタ制御手段)によって,画素ずらし超解像モード(ずらし撮像モード)が設定されると電子シャッタが行われ,通常撮像モードが設定されると機械式シャッタ3による動作が行われる。
Thus, when the pixel shift super-resolution mode (shifted imaging mode) is set by the CPU 11 (shutter control means), the electronic shutter is performed, and when the normal imaging mode is set, the operation by the
画素ずらし超解像撮像モードにおいては,CMOSイメージ・センサ5がずらされる(位置決めされる)ので,ディジタル・カメラ1に振動が与えられない方が好ましい。画素ずらし超解像撮像モードが設定された場合には,機械式シャッタ3ではなく電子シャッタが利用されるので,振動が抑えられる。もっとも,すべてのずらし位置(位置決め位置)のうち,最後のずらし位置(位置決め位置)での撮像は電子シャッタでなく,機械式シャッタ3を用いるようにしてもよい。
In the pixel shift super-resolution imaging mode, the
図28は,さらに他の実施例を示すもので,ディジタル・カメラ1の処理手順を示すフローチャートである。図24に示すディジタル・カメラ1Aまたは図25に示すディジタル・カメラ1Bについても同様の処理が行われてもよい。
FIG. 28 is a flowchart showing the processing procedure of the
図28に示す処理手順は,図15に示す処理手順にさらに処理手順が追加されるものである。このため,図28に示す処理において図15に示す処理と同一の処理については同一符号を付して説明を省略する。 The processing procedure shown in FIG. 28 is obtained by adding a processing procedure to the processing procedure shown in FIG. For this reason, in the process shown in FIG. 28, the same processes as those shown in FIG.
図15のステップ31からステップ35の処理またはステップ31およびステップ36の処理が終了すると,ディバイス制御装置12によって機械式シャッタ3が閉じられる(ステップ37)。機械式シャッタ3が閉じられた状態でディバイス制御装置12の制御によりCMOSイメージ・センサ5により遮光撮像が行われる(ステップ38)。遮光撮像が行われることにより,黒レベルのディジタル画像データ(基準映像信号)が得られる。得られたディジタル画像データを用いて,黒レベル補正回路15(黒レベル補正手段)において,画素ずらし超解像撮像モードにより,ずらし位置(位置決め位置)ごとにおいて撮像されることにより得られた複数枚のディジタル画像データのそれぞれについての黒レベル補正または通常撮像モードにより得られた被写体像の黒レベル補正が行われる(ステップ39)。画素ずらし超解像撮像モードが設定された場合には,合成被写体像を表す合成被写体像データについて黒レベル補正回路15(黒レベル補正手段)による黒レベル補正が行われるようにしてもよい。
When the processing from
図29は,さらに他の実施例を示すもので,ディジタル・カメラ1の処理手順を示すフローチャートである。図24に示すディジタル・カメラ1Aまたは図25に示すディジタル・カメラ1Bについても同様の処理が行われてもよい。
FIG. 29 is a flowchart showing a processing procedure of the
操作装置7(モード設定手段)に含まれる撮像モード設定スイッチにより画素ずらし超解像撮像モードが設定されると(ステップ61でYES),操作装置(手振れ補正モード設定手段)7によって手振れ補正モードが設定されたかどうかが確認される(ステップ62)。手振れ補正モードが設定されると(ステップ62でYES),ディバイス制御装置12によって光学ロウ・パス・フィルタ4がCMOSイメージ・センサ5の前方から退避させられる(ステップ63)。
When the pixel shift super-resolution imaging mode is set by the imaging mode setting switch included in the operating device 7 (mode setting means) (YES in step 61), the camera shake correction mode is set by the operating device (camera shake correction mode setting means) 7. It is confirmed whether it has been set (step 62). When the camera shake correction mode is set (YES in step 62), the optical low pass filter 4 is retracted from the front of the
CMOSイメージ・センサ5が基準位置に位置決めされ,その基準位置においてレンズ装置2がCMOSイメージ・センサ5の中心軸に対して垂直方向に移動させるようにディバイス制御装置12(手振れ補正手段)によって手振れ補正される。手振れ補正された状態で,CMOSイメージ・センサ5を用いて被写体が撮像される(ステップ64)。被写体の撮像が終了すると,CMOSイメージ・センサ5がずらされる(位置決めされる)(ステップ65)。手振れ補正をしながらの被写体の撮像およびCMOSイメージ・センサ5のずらし位置(位置決め位置)へのずらし(位置決め)が,すべてのずらし位置(位置決め)での撮像が終了するまで繰り返される(ステップ66)。
Camera shake correction is performed by the device controller 12 (camera shake correcting means) so that the
画素ずらし超解像撮像モードが設定されている場合であっても手振れ補正モードが設定されていなければ(ステップ62でNO),光学ロウ・パス・フィルタ4はCMOSイメージ・センサ5の前方から退避させられるが,手振れ補正は行われない。手振れ補正が行われない状態で,CMOSイメージ・センサ5が基準位置に位置決めされ,その基準位置においてCMOSイメージ・センサ5を用いて被写体が撮像される(ステップ68)。被写体の撮像が終了すると,CMOSイメージ・センサ5がずらされる(位置決めされる)(ステップ69)。被写体の撮像およびCMOSイメージ・センサ5のずらし位置(位置決め位置)へのずらし(位置決め)が,すべてのずらし位置での撮像が終了するまで繰り返される(ステップ70)。
Even if the pixel shift super-resolution imaging mode is set and the camera shake correction mode is not set (NO in step 62), the optical low-pass filter 4 is retracted from the front of the
操作装置7(モード設定手段)に含まれる撮像モード設定スイッチにより通常撮像モードが設定されると(ステップ61でNO),CMOSイメージ・センサ5が基準位置からずらされることなく,CMOSイメージ・センサ5によって被写体が撮像される(ステップ71)。
When the normal imaging mode is set by the imaging mode setting switch included in the operation device 7 (mode setting means) (NO in step 61), the
図30および図31は,CMOSイメージ・センサ5の光電変換領域21に形成されている開口81および開口82を示している。
30 and 31 show an
図30は,図16および図17に対応するもので,ブロックBr1に含まれる光電変換領域21に形成されている開口81を示している。
FIG. 30 corresponds to FIGS. 16 and 17 and shows an
詳しくは後述するように,CMOSイメージ・センサ5に形成されているカラー・フィルタの繰り返し間隔が,行方向および列方向にそれぞれ偶数であるN個の光電変換領域21(光電変換素子)の距離に対応している場合に,光電変換領域21(光電変換素子)の受光面の開口径は,光電変換領域21(光電変換素子)のピッチに2/(N+1)以下の値を乗じた値であることが好ましい。より好ましくは,光電変換領域21(光電変換素子)のピッチに2/(N+1)を乗じた値を光電変換領域21(光電変換素子)の受光面の開口径とする。
As will be described in detail later, the repetition interval of the color filters formed in the
図30においては,ブロックBr1は,CMOSイメージ・センサ5に形成されているカラー・フィルタの繰り返し間隔が2個の光電変換領域21(光電変換素子)の距離に対応している(N=2)。このために,光電変換領域21(光電変換素子)の受光面の開口81の直径(開口径)は,光電変換領域21のピッチに2/3を乗じた値とされている。開口81の直径(開口径)は,光電変換領域21のピッチに2/3以下の値を乗じた値であってもよい。
In FIG. 30, in the block Br1, the color filter repetition interval formed in the
図31は,図19に対応するもので,ブロックBr2に含まれる光電変換領域21に形成されている開口82を示している。
FIG. 31 corresponds to FIG. 19 and shows an
詳しくは後述するように,CMOSイメージ・センサ5に形成されているカラー・フィルタの繰り返し間隔が,行方向および列方向にそれぞれ奇数であるQ個の光電変換領域21(光電変換素子)の距離に対応している場合に,光電変換領域21(光電変換素子)の受光面の開口径は,光電変換領域21(光電変換素子)のピッチに2/(Q+1)以下の値を乗じた値であることが好ましい。より好ましくは,光電変換領域21(光電変換素子)のピッチに2/(Q+1)を乗じた値を光電変換領域21(光電変換素子)の受光面の開口径とする。
As will be described later in detail, the repetition interval of the color filters formed in the
図31においては,ブロックBr1は,CMOSイメージ・センサ5に形成されているカラー・フィルタの繰り返し間隔が2個の光電変換領域21(光電変換素子)の距離に対応している(Q=3)。このために,光電変換領域21(光電変換素子)の受光面の開口81の直径(開口径)は,光電変換領域21のピッチに2/4=1/2を乗じた値とされている。開口81の直径(開口径)は,光電変換領域21のピッチに3/4=1/2以下の値を乗じた値であってもよい。
In FIG. 31, in the block Br1, the color filter repetition interval formed in the
図32は,被写体の規格化された空間周波数とレスポンス(様々な空間周波数をもつ被写体に対する解像特性を示すレスポンス)との関係を示している。横軸が空間周波数であり,縦軸がレスポンスである。 FIG. 32 shows the relationship between the normalized spatial frequency of the subject and the response (response indicating the resolution characteristics for the subject having various spatial frequencies). The horizontal axis is the spatial frequency, and the vertical axis is the response.
グラフg0は,通常撮像モード(CMOSイメージ・センサ5を相対的にずらさずに,基準位置での1回の撮像を行うモード)での撮像におけるナイキスト周波数を示している。通常撮像モードでは,CMOSイメージ・センサ5を相対的にずらさないで基準位置での1回の撮像が行われるため,光電変換領域21のピッチの半分である0.5が規格化されたナイキスト周波数となる。
A graph g0 shows the Nyquist frequency in imaging in the normal imaging mode (a mode in which imaging is performed once at the reference position without relatively shifting the CMOS image sensor 5). In the normal imaging mode, imaging is performed once at the reference position without relatively shifting the
グラフg1は画素ずらし超解像撮像モードにおいて図3から図6に示すように9個の位置にCMOSイメージ・センサ5を相対的にずらして撮像する場合のナイキスト周波数を示している。図3から図6に示すように行方向(水平方向)および列方向(垂直方向)にそれぞれ3つの位置にCMOSイメージ・センサ5を相対的にずらして(相対的に位置決めして)撮像されることとなるから,CMOSイメージ・センサ5を相対的にずらさないで基準位置での1回の撮像の場合のナイキスト周波数の3倍の1.5が,図3から図6に示すように9個の位置にCMOSイメージ・センサ5を相対的にずらして撮像する場合の規格化されたナイキスト周波数となる。
The graph g1 shows the Nyquist frequency when imaging is performed by relatively shifting the
グラフg2は画素ずらし超解像撮像モードにおいて図9から図13に示すように16個の位置にCMOSイメージ・センサ5を相対的にずらして(相対的に位置決めされて)撮像する場合のナイキスト周波数を示している。図9から図13に示すように行方向(水平方向)および列方向(垂直方向)にそれぞれ4つの位置にCMOSイメージ・センサ5を相対的にずらして(位置決めされて)撮像されることとなるから,CMOSイメージ・センサ5を相対的にずらさないで基準位置での1回の撮像の場合のナイキスト周波数の4倍の2.0が,図9から図13に示すように16個の位置にCMOSイメージ・センサ5を相対的にずらして撮像する場合の規格化されたナイキスト周波数となる。
The graph g2 shows the Nyquist frequency when imaging is performed with the
グラフg10は,図16に示すように開口23の直径が光電変換領域21(光電変換素子)のピッチに等しい場合の空間周波数とレスポンスとの関係を示している。開口23の直径が光電変換領域21のピッチと等しい場合,規格化された周波数が1においてレスポンスが0となる。
The graph g10 shows the relationship between the spatial frequency and the response when the diameter of the
グラフg11は,図30に示すように開口81の直径が光電変換領域21(光電変換素子)のピッチの2/3に対応する場合の交換周波数とレスポンスとの関係を示している。開口81の直径が光電変換領域21のピッチの2/3に対応する場合,規格化された周波数が1.5においてレスポンスが0となる。
A graph g11 shows the relationship between the exchange frequency and the response when the diameter of the
グラフg12は,図31に示すように開口82の直径が光電変換領域21(光電変換素子)のピッチの1/2に対応する場合の交換周波数とレスポンスとの関係を示している。開口82の直径が光電変換領域21のピッチの1/2に対応する場合,規格化された周波数が2.0においてレスポンスが0となる。
The graph g12 shows the relationship between the exchange frequency and the response when the diameter of the
グラフg13は,図17に示すように開口24の直径が光電変換領域21(光電変換素子)のピッチの1/3に対応する場合の交換周波数とレスポンスとの関係を示している。開口24の直径が光電変換領域21のピッチの1/3に対応する場合,規格化された周波数が3.0においてレスポンスが0となる。
The graph g13 shows the relationship between the exchange frequency and the response when the diameter of the
ナイキスト周波数を超えた周波数に対応する被写体の部分を解像できないので,画素ずらし超解像撮像モードにおいて図3から図6に示すように9個の位置にCMOSイメージ・センサ5を相対的にずらして(相対的に位置決めして)撮像する場合には,グラフg1およびグラフg11を参照して,図30に示すように光電変換領域21のピッチの2/3の開口81にすることが好ましい。このことを一般化すると,カラー・フィルタの繰り返し間隔が行方向および列方向にそれぞれ偶数であるN個(たとえば,N=2)の光電変換領域21(光電変換領域)の距離(ピッチ)に対応している場合には,光電変換領域21(光電変換領域)の開口の大きさは,2/(N+1)に等しいことが好ましいということができる。
Since the portion of the subject corresponding to the frequency exceeding the Nyquist frequency cannot be resolved, the
同様に,画素ずらし超解像撮像モードにおいて図9から図13に示すように16個の位置にCMOSイメージ・センサ5を相対的にずらして(相対的に位置決めして)撮像する場合には,グラフg2およびグラフg12を参照して,図31に示すように光電変換領域21のピッチの1/2=2/4の開口81にすることが好ましい。このことを一般化すると,カラー・フィルタの繰り返し間隔が行方向および列方向にそれぞれ奇数であるQ個(たとえば,Q=3)の光電変換領域21(光電変換領域)の距離(ピッチ)に対応している場合には,光電変換領域21(光電変換領域)の開口の大きさは,2/(Q+1)に等しいことが好ましいということができる。
Similarly, in the pixel-shifted super-resolution imaging mode, as shown in FIGS. 9 to 13, when the
以上のことから,カラー・フィルタの繰り返し間隔が行方向および列方向にそれぞれ偶数であるN個(たとえば,N=2)の光電変換領域21(光電変換領域)の距離(ピッチ)に対応している場合においては,光電変換領域21(光電変換素子)の開口の大きさは,偽色を抑えることを考慮すると,光電変換領域21(光電変換素子)の距離(ピッチ)に1/(N+1)以上であることが好ましく,解像を考慮すると光電変換領域21(光電変換素子)の開口の大きさは,光電変換領域21(光電変換素子)の距離(ピッチ)に2/(N+1)を乗じた値に等しいことが好ましい。まとめると,カラー・フィルタの繰り返し間隔が行方向および列方向にそれぞれ偶数であるN個(たとえば,N=2)の光電変換領域21(光電変換領域)の距離(ピッチ)に対応している場合においては,光電変換領域21(光電変換素子)の開口の大きさは,光電変換領域21(光電変換素子)の距離(ピッチ)に2/(N+1)を乗じた値に等しいことが望ましいことが分かる。もっとも,カラー・フィルタの繰り返し間隔が行方向および列方向にそれぞれ偶数であるN個(たとえば,N=2)の光電変換領域21(光電変換領域)の距離(ピッチ)に対応している場合においては,光電変換領域21(光電変換素子)の開口の大きさは,光電変換領域21(光電変換素子)の距離(ピッチ)に1/(N+1)を乗じた値以上,かつ光電変換領域21(光電変換素子)の距離(ピッチ)に2/(N+1)を乗じた値以下でもよいのはいうまでもない。 From the above, the repetition interval of the color filter corresponds to the distance (pitch) of N (for example, N = 2) photoelectric conversion regions 21 (photoelectric conversion regions) each having an even number in the row direction and the column direction. In this case, the size of the opening of the photoelectric conversion region 21 (photoelectric conversion element) is 1 / (N + 1) to the distance (pitch) of the photoelectric conversion region 21 (photoelectric conversion element) in consideration of suppressing false color. In consideration of resolution, the size of the opening of the photoelectric conversion region 21 (photoelectric conversion device) is obtained by multiplying the distance (pitch) of the photoelectric conversion region 21 (photoelectric conversion device) by 2 / (N + 1). Is preferably equal to In summary, when the color filter repetition interval corresponds to the distance (pitch) of N (for example, N = 2) photoelectric conversion regions 21 (photoelectric conversion regions) that are even in the row direction and the column direction, respectively. In this case, the size of the opening of the photoelectric conversion region 21 (photoelectric conversion element) is preferably equal to a value obtained by multiplying the distance (pitch) of the photoelectric conversion region 21 (photoelectric conversion element) by 2 / (N + 1). I understand. However, in the case where the repetition interval of the color filter corresponds to the distance (pitch) of N (for example, N = 2) photoelectric conversion regions 21 (photoelectric conversion regions) that are even numbers in the row direction and the column direction, respectively. The size of the opening of the photoelectric conversion region 21 (photoelectric conversion element) is equal to or larger than a value obtained by multiplying the distance (pitch) of the photoelectric conversion region 21 (photoelectric conversion element) by 1 / (N + 1), and the photoelectric conversion region 21 ( Needless to say, it may be equal to or less than the value obtained by multiplying the distance (pitch) of the photoelectric conversion element by 2 / (N + 1).
同様に,カラー・フィルタの繰り返し間隔が行方向および列方向にそれぞれ奇数であるQ個(たとえば,Q=3)の光電変換領域21(光電変換領域)の距離(ピッチ)に対応している場合においては,光電変換領域21(光電変換素子)の開口の大きさは,偽色を抑えることを考慮すると,光電変換領域21(光電変換素子)の距離(ピッチ)に1/(Q+1)以上の値を乗じた値であることが好ましく,解像を考慮すると光電変換領域21(光電変換素子)の開口の大きさは,光電変換領域21(光電変換素子)の距離(ピッチ)に2/(Q+1)を乗じた値に等しいことが好ましい。まとめると,カラー・フィルタの繰り返し間隔が行方向および列方向にそれぞれ偶数であるQ個(たとえば,Q=2)の光電変換領域21(光電変換領域)の距離(ピッチ)に対応している場合においては,光電変換領域21(光電変換素子)の開口の大きさは,光電変換領域21(光電変換素子)の距離(ピッチ)に2/(Q+1)を乗じた値に等しいことが望ましいことが分かる。もっとも,カラー・フィルタの繰り返し間隔が行方向および列方向にそれぞれ奇数であるQ個(たとえば,Q=3)の光電変換領域21(光電変換領域)の距離(ピッチ)に対応している場合においては,光電変換領域21(光電変換素子)の開口の大きさは,光電変換領域21(光電変換素子)の距離(ピッチ)に1/(Q+1)を乗じた値以上,かつ光電変換領域21(光電変換素子)の距離(ピッチ)に2/(Q+1)を乗じた値以下でもよいのはいうまでもない。 Similarly, when the color filter repetition interval corresponds to the distance (pitch) of Q (for example, Q = 3) photoelectric conversion regions 21 (photoelectric conversion regions) that are odd numbers in the row direction and the column direction, respectively. In this case, the size of the opening of the photoelectric conversion region 21 (photoelectric conversion element) is 1 / (Q + 1) or more to the distance (pitch) of the photoelectric conversion region 21 (photoelectric conversion element) in consideration of suppressing false color. It is preferable that the value is multiplied by the value, and considering the resolution, the size of the opening of the photoelectric conversion region 21 (photoelectric conversion element) is 2 / (the distance (pitch) of the photoelectric conversion region 21 (photoelectric conversion element). It is preferably equal to a value multiplied by Q + 1). In summary, when the color filter repetition interval corresponds to the distance (pitch) of Q (for example, Q = 2) photoelectric conversion regions 21 (photoelectric conversion regions) that are even numbers in the row direction and the column direction, respectively. In this case, the size of the opening of the photoelectric conversion region 21 (photoelectric conversion element) is preferably equal to a value obtained by multiplying the distance (pitch) of the photoelectric conversion region 21 (photoelectric conversion element) by 2 / (Q + 1). I understand. However, when the color filter repetition interval corresponds to the distance (pitch) of Q photoelectric conversion regions 21 (photoelectric conversion regions) that are odd numbers in the row direction and the column direction, respectively (for example, Q = 3). The size of the opening of the photoelectric conversion area 21 (photoelectric conversion element) is equal to or greater than the value obtained by multiplying the distance (pitch) of the photoelectric conversion area 21 (photoelectric conversion element) by 1 / (Q + 1), and the photoelectric conversion area 21 ( Needless to say, it may be equal to or less than a value obtained by multiplying the distance (pitch) of the photoelectric conversion element by 2 / (Q + 1).
1 ディジタル・カメラ,1A ディジタル・カメラ,1B ディジタル・カメラ,2 レンズ装置,3 機械式シャッタ,4 光学ロウ・パス・フィルタ 5 CMOSイメージ・センサ,6 アクチュエータ,6A アクチュエータ,6C アクチュエータ,7 操作装置,8 エンコーダ,9 ドライバ,10 表示装置,11 CPU,12 ディバイス制御装置,13 画像処理装置,14 増幅回路,15 黒レベル補正回路,16 メモリ,17 記録制御装置,18 メモリ・カード,19 雲台,21 光電変換領域,22 画素,23 開口,24 開口,27 開口,81 開口,82 開口,Br1 ブロック,Br2 ブロック,P1 基準位置,P2−P9 ずらし位置(位置決め位置),P11 基準位置,P12−P26 ずらし位置(位置決め位置),g0 グラフ,g1 グラフ,g2 グラフ,g10−g13 グラフ
DESCRIPTION OF
Claims (23)
行方向および列方向に上記固体電子撮像素子を相対的にずらして位置決めし,かつカラー・フィルタの繰り返し間隔が,行方向および列方向にそれぞれ偶数であるN個の上記光電変換素子の距離に対応している場合に,N/2以下の0を含む自然数であるすべてのmにN/(N+1)を乗じた係数m・N/(N+1)に上記光電変換素子のピッチを乗じて得られるすべての位置およびN/2以下の0を含む自然数であるすべてのmを負とした−mにN/(N+1)を乗じた係数−m・N/(N+1)に上記光電変換素子のピッチを乗じて得られるすべての位置に上記固体電子撮像素子を相対的に位置決めする位置決め手段,ならびに
上記位置決め手段によって相対的に位置決めされた位置ごとに上記固体電子撮像素子に撮像させる撮像制御手段,
を備えた撮像装置。 A plurality of photoelectric conversion elements are arranged in each of the row direction and the column direction, and a color filter having a characteristic of transmitting a specific color component is periodically arranged in the row direction and the column direction on the light receiving surface of the photoelectric conversion element. A solid-state electronic image pickup device that is formed repeatedly and converts a signal charge accumulated in the photoelectric conversion device into a video signal representing a subject image and outputs the image by imaging the subject,
The solid-state electronic image sensor is positioned relatively shifted in the row direction and the column direction, and the repetition interval of the color filter corresponds to the distance of the N photoelectric conversion elements that are even numbers in the row direction and the column direction, respectively. In this case, all m obtained by multiplying the coefficient m · N / (N + 1) by multiplying all m, which are natural numbers including 0 of N / 2 or less, by N / (N + 1), by the pitch of the photoelectric conversion element. And a coefficient obtained by multiplying all m, which are natural numbers including 0 and N / 2 or less, by N / (N + 1), minus -m · N / (N + 1) by the pitch of the photoelectric conversion element Positioning means for relatively positioning the solid-state electronic image pickup device at all the positions obtained in this manner, and imaging control means for causing the solid-state electronic image pickup device to image at each position relatively positioned by the positioning means,
An imaging apparatus comprising:
行方向および列方向に上記固体電子撮像素子を相対的にずらして位置決めし,かつカラー・フィルタの繰り返し間隔が,行方向および列方向にそれぞれ奇数であるQ個の上記光電変換素子の距離に対応している場合には,Q/2以下の0を含む自然数であるすべてのpにQ/(Q+1)を乗じた係数p・Q/(Q+1)に上記光電変換素子のピッチを乗じて得られるすべての位置およびQ/2以下の0を含む自然数であるすべてのpを負とした−pにQ/(Q+1)を乗じた係数−p・Q/(Q+1)に上記光電変換素子のピッチを乗じて得られるすべての位置と,係数2p・Q/(Q+1)または係数−2p・Q/(Q+1)に上記光電変換素子のピッチを乗じて得られるすべての位置と,に上記固体電子撮像素子を相対的に位置決めする位置決め手段,ならびに
上記位置決め手段によって相対的に位置決めされた位置ごとに上記固体電子撮像素子に撮像させる撮像制御手段,
を備えた撮像装置。 A plurality of photoelectric conversion elements are arranged in each of the row direction and the column direction, and a color filter having a characteristic of transmitting a specific color component is periodically arranged in the row direction and the column direction on the light receiving surface of the photoelectric conversion element. A solid-state electronic image pickup device that is formed repeatedly and converts a signal charge accumulated in the photoelectric conversion device into a video signal representing a subject image and outputs the image by imaging the subject,
The solid-state electronic image sensor is positioned relatively shifted in the row direction and the column direction, and the repetition interval of the color filter corresponds to the distance of the Q photoelectric conversion elements that are odd numbers in the row direction and the column direction, respectively. In this case, the coefficient p · Q / (Q + 1) obtained by multiplying all p, which are natural numbers including 0 of Q / 2 or less, by Q / (Q + 1) is multiplied by the pitch of the photoelectric conversion element. The pitch of the photoelectric conversion element is set to a coefficient −p · Q / (Q + 1) obtained by multiplying all positions and all ps, which are natural numbers including 0 of Q / 2 or less, by negative −p / Q / (Q + 1) −p · Q / (Q + 1). The solid-state electronic imaging device, and all the positions obtained by multiplying the coefficient 2p · Q / (Q + 1) or the coefficient −2p · Q / (Q + 1) by the pitch of the photoelectric conversion element. Positioning means for relatively positioning Imaging control means for imaging on the solid-state electronic image sensing device for each relative positioning position where the said positioning means each time,
An imaging apparatus comprising:
をさらに備えた請求項1または2に記載の撮像装置。 Under the control of the imaging control means, a composite subject image signal representing a composite subject image is generated using a plurality of video signals obtained by imaging using the solid-state electronic imaging device for each relatively positioned position. Synthetic subject image signal generating means,
The imaging device according to claim 1, further comprising:
上記固体電子撮像素子の前方に配置自在,かつ上記固体電子撮像素子の前方から退避自在な光学ロウ・パス・フィルタ,
上記モード設定手段によって,ずらし撮像モードが設定されたことにより上記固体電子撮像素子の前方から上記光学ロウ・パス・フィルタを退避させ,上記モード設定手段によって,通常撮像モードが設定されたことにより上記固体電子撮像素子の前方に上記光学ロウ・パス・フィルタを配置させる光学ロウ・パス・フィルタ制御手段,および
上記モード設定手段によって通常撮像モードが設定されたことにより上記位置決め手段による上記固体電子撮像素子の相対的な位置決めを停止させる位置決め停止手段,
をさらに備えた請求項1から3のうち,いずれか一項に記載の撮像装置。 Mode setting means for setting the shift imaging mode or the normal imaging mode,
An optical low-pass filter that can be disposed in front of the solid-state electronic image sensor and retractable from the front of the solid-state electronic image sensor;
When the shifted imaging mode is set by the mode setting means, the optical low-pass filter is retracted from the front of the solid-state electronic imaging device, and the normal imaging mode is set by the mode setting means. Optical low-pass filter control means for disposing the optical low-pass filter in front of the solid-state electronic image sensor, and the solid-state electronic image sensor by the positioning means when the normal imaging mode is set by the mode setting means Positioning stop means for stopping relative positioning of
The imaging apparatus according to any one of claims 1 to 3, further comprising:
請求項1に記載の撮像装置。 The aperture diameter of the light receiving surface of the photoelectric conversion element is not less than a value obtained by multiplying the pitch of the photoelectric conversion element by 1 / (N + 1).
The imaging device according to claim 1.
請求項1に記載の撮像装置。 The aperture diameter of the light receiving surface of the photoelectric conversion element is a value obtained by multiplying the pitch of the photoelectric conversion element by a value of 2 / (N + 1) or less.
The imaging device according to claim 1.
請求項1に記載の撮像装置。 The aperture diameter of the light receiving surface of the photoelectric conversion element is a value obtained by multiplying the pitch of the photoelectric conversion elements by 2 (N + 1).
The imaging device according to claim 1.
請求項2に記載の撮像装置。 The aperture diameter of the light receiving surface of the photoelectric conversion element is not less than a value obtained by multiplying the pitch of the photoelectric conversion element by 1 / (Q + 1).
The imaging device according to claim 2.
請求項2に記載の撮像装置。 The aperture diameter of the light receiving surface of the photoelectric conversion element is a value obtained by multiplying the pitch of the photoelectric conversion element by a value of 2 / (Q + 1) or less.
The imaging device according to claim 2.
請求項2に記載の撮像装置。 The aperture diameter of the light receiving surface of the photoelectric conversion element is a value obtained by multiplying the pitch of the photoelectric conversion element by 2 / (Q + 1).
The imaging device according to claim 2.
上記撮像制御手段の制御により,相対的にずらされた位置ごとに上記固体電子撮像素子を用いて撮像したことにより得られる複数の映像信号を,合成被写体像を表す合成被写体像信号として記憶するメモリである,
請求項3に記載の撮像装置。 The composite subject image signal generation means includes:
A memory for storing a plurality of video signals obtained by imaging using the solid-state electronic image sensor at each relatively shifted position under the control of the imaging control means as a synthesized subject image signal representing a synthesized subject image Is,
The imaging device according to claim 3.
請求項1から11のうち,いずれか一項に記載の撮像装置。 The exposure time of the solid-state electronic imaging device is the same for each position relatively positioned by the positioning means;
The imaging device according to any one of claims 1 to 11.
をさらに備えた請求項1から12のうち,いずれか一項に記載の撮像装置。 An amplifying circuit for amplifying each video signal of a plurality of video signals obtained by imaging using the solid-state electronic imaging device for each position relatively positioned by the positioning means, at the same amplification factor;
The imaging device according to any one of claims 1 to 12, further comprising:
上記増幅回路による増幅後の映像信号レベルが等しくなるように,上記位置決め手段によって相対的に位置決めされた位置ごとにおける上記固体電子撮像素子の露光時間に応じて上記増幅回路における増幅を制御する増幅制御手段,
をさらに備えた請求項1から11のうち,いずれか一項に記載の撮像装置。 An amplification circuit for amplifying each video signal of a video signal obtained by imaging using the solid-state electronic image sensor at each position relatively positioned by the positioning means, and a video signal amplified by the amplification circuit Amplification control means for controlling amplification in the amplification circuit in accordance with the exposure time of the solid-state electronic imaging device at each position relatively positioned by the positioning means so that the levels are equal;
The imaging device according to any one of claims 1 to 11, further comprising:
請求項1から14のうち,いずれか一項に記載の撮像装置。 The positioning means positions the solid-state electronic image sensor;
The imaging device according to any one of claims 1 to 14.
上記位置決め手段は,上記撮像レンズを位置決めする,
請求項1から14のうち,いずれか一項に記載の撮像装置。 An imaging lens provided in front of the solid-state electronic image sensor and movable in a direction perpendicular to the central axis of the solid-state electronic image sensor;
The positioning means positions the imaging lens;
The imaging device according to any one of claims 1 to 14.
上記位置決め手段は,上記撮像装置を位置決めする,
請求項1から14のうち,いずれか一項に記載の撮像装置。 A holding base for holding the imaging device so as to be movable in a direction perpendicular to the optical axis of the solid-state electronic imaging device;
The positioning means positions the imaging device;
The imaging device according to any one of claims 1 to 14.
請求項1に記載の撮像装置。 The color filter array is a Bayer array,
The imaging device according to claim 1.
上記固体電子撮像素子の前方に配置され,シャッタ・スピードに対応した露光時間の間上記固体電子撮像素子を露光する動作を行わせる機械式シャッタ,
シャッタ・スピードに応じた露光時間に蓄積された信号電荷を,映像信号として上記固体電子撮像素子から出力させる電子シャッタを行わせる電子シャッタ手段,および
上記モード設定手段によって,ずらし撮像モードが設定されたことにより上記電子シャッタ制御手段による電子シャッタを行わせ,上記モード設定手段によって通常撮像モードが設定されたことにより上記機械式シャッタによる動作を行わせるシャッタ制御手段,
をさらに備えた請求項1または2に記載の撮像装置。 Mode setting means for setting the shift imaging mode or the normal imaging mode,
A mechanical shutter that is disposed in front of the solid-state electronic image sensor and that performs an operation of exposing the solid-state electronic image sensor for an exposure time corresponding to a shutter speed;
The shifted imaging mode is set by the electronic shutter means for causing the electronic shutter to output the signal charge accumulated during the exposure time according to the shutter speed as the video signal from the solid-state electronic imaging device, and the mode setting means. Shutter control means for causing the electronic shutter to perform an electronic shutter, and for the normal imaging mode to be set by the mode setting means to perform an operation using the mechanical shutter;
The imaging device according to claim 1, further comprising:
上記撮像制御手段は,
上記機械式シャッタが開放した状態で,上記位置決め手段によって相対的に位置決めされた位置ごとに上記固体電子撮像素子に撮像させ,かつ上記位置決め手段によって相対的に位置決めされた位置ごとの上記固体電子撮像素子の撮像後に,上記機械式シャッタを閉じた状態で上記固体電子撮像素子に撮像させ,
上記機械式シャッタが開放した状態で,上記固体電子撮像素子に撮像させたことにより得られる複数の映像信号のそれぞれの映像信号を,上記機械式シャッタを閉じた状態で上記固体電子撮像素子に撮像させたことにより得られる基準映像信号を用いて黒レベル補正する黒レベル補正手段,
をさらに備えた請求項1または2に記載の撮像装置。 A mechanical shutter disposed in front of the solid-state electronic image sensor;
The imaging control means includes
With the mechanical shutter opened, the solid-state electronic image pickup device picks up an image at each position relatively positioned by the positioning means, and the solid-state electronic imaging at each position relatively positioned by the positioning means. After imaging the device, the solid-state electronic imaging device is imaged with the mechanical shutter closed.
Each of the plurality of video signals obtained by causing the solid-state electronic image pickup device to pick up an image with the mechanical shutter opened is picked up by the solid-state electronic image pickup device with the mechanical shutter closed. Black level correction means for correcting the black level using the reference video signal obtained by the processing,
The imaging device according to claim 1, further comprising:
手振れ補正モードを設定する手振れ補正モード設定手段,
上記固体電子撮像素子の前方に設けられ,上記固体電子撮像素子の中心軸に対して垂直方向に移動自在な撮像レンズ,および
上記手振れ補正モード設定手段によって手振れ補正モードが設定されたことに応じて,上記撮像レンズを上記固体電子撮像素子の中心軸に対して垂直方向に移動させて手振れ補正を行う手振れ補正手段をさらに備え,
上記ずらし撮像モード設定手段によって,ずらし撮像モードが設定されたことに応じて,上記位置決め手段は,上記位置決め手段によって相対的に位置決めされた位置に上記固体電子撮像素子を位置決めする,
請求項1から14のうち,いずれか一項に記載の撮像装置。 Set the shifting imaging mode, shifting imaging mode setting means,
Image stabilization mode setting means for setting image stabilization mode,
An image pickup lens provided in front of the solid-state electronic image pickup device and movable in a direction perpendicular to a central axis of the solid-state electronic image pickup device, and a camera shake correction mode set by the camera shake correction mode setting means. , Further comprising camera shake correction means for performing camera shake correction by moving the imaging lens in a direction perpendicular to the central axis of the solid-state electronic image sensor,
In response to the shift imaging mode being set by the shift imaging mode setting means, the positioning means positions the solid-state electronic image sensor at a position relatively positioned by the positioning means.
The imaging device according to any one of claims 1 to 14.
位置決め手段が,行方向および列方向に上記固体電子撮像素子を相対的に位置決めし,かつカラー・フィルタの繰り返し間隔が,行方向および列方向にそれぞれ偶数であるN個の上記光電変換素子の距離に対応している場合に,N/2以下の0を含む自然数であるすべてのmにN/(N+1)を乗じた係数m・N/(N+1)に上記光電変換素子のピッチを乗じて得られるすべての位置およびN/2以下の0を含む自然数であるすべてのmを負とした−mにN/(N+1)を乗じた係数−m・N/(N+1)に上記光電変換素子のピッチを乗じて得られるすべての位置に上記固体電子撮像素子を相対的に位置決めし,
撮像制御手段が,上記位置決め手段によって相対的に位置決めされた位置ごとに上記固体電子撮像素子に撮像させる,
撮像装置の制御方法。 A plurality of photoelectric conversion elements are arranged in a row direction and a column direction, respectively, and a color filter having a characteristic of transmitting a specific color component is arranged on the light receiving surface of the photoelectric conversion element in the row direction. And the signal charge accumulated in the photoelectric conversion element is converted into a video signal representing the subject image and output by imaging the subject.
The positioning means relatively positions the solid-state electronic image sensor in the row direction and the column direction, and the distance between the N photoelectric conversion elements whose color filter repetition intervals are even numbers in the row direction and the column direction, respectively. Is obtained by multiplying the coefficient m · N / (N + 1) by multiplying all m, which are natural numbers including 0 of N / 2 or less, by N / (N + 1), by the pitch of the photoelectric conversion element. The number of all the positions that can be obtained and all m that are natural numbers including 0 of N / 2 or less are negative. The coefficient obtained by multiplying N / (N + 1) by m / N / (N + 1) is the pitch of the photoelectric conversion element. Relatively position the solid-state electronic image sensor at all positions obtained by multiplying
The imaging control means causes the solid-state electronic imaging device to take an image for each position relatively positioned by the positioning means.
Control method of imaging apparatus.
位置決め手段が,行方向および列方向に上記固体電子撮像素子を相対的に位置決めし,かつカラー・フィルタの繰り返し間隔が,行方向および列方向にそれぞれ奇数であるQ個の上記光電変換素子の距離に対応している場合には,Q/2以下の0を含む自然数であるすべてのpにQ/(Q+1)を乗じた係数p・Q/(Q+1)に上記光電変換素子のピッチを乗じて得られるすべての位置およびQ/2以下の0を含む自然数であるすべてのpを負とした−pにQ/(Q+1)を乗じた係数−p・Q/(Q+1)に上記光電変換素子のピッチを乗じて得られるすべての位置と,係数2p・Q/(Q+1)または係数−2p・Q/(Q+1)に上記光電変換素子のピッチを乗じて得られるすべての位置と,に上記固体電子撮像素子を相対的に位置決めし,
撮像制御手段が,上記位置決め手段によって相対的に位置決めされた位置ごとに上記固体電子撮像素子に撮像させる,
撮像装置の制御方法。 A plurality of photoelectric conversion elements are arranged in a row direction and a column direction, respectively, and a color filter having a characteristic of transmitting a specific color component is arranged on the light receiving surface of the photoelectric conversion element in the row direction. And the signal charge accumulated in the photoelectric conversion element is converted into a video signal representing the subject image and output by imaging the subject.
The positioning means relatively positions the solid-state electronic image sensor in the row direction and the column direction, and the distance between the Q photoelectric conversion elements whose color filter repeat intervals are odd numbers in the row direction and the column direction, respectively. , The coefficient p · Q / (Q + 1) obtained by multiplying all p, which are natural numbers including 0 less than Q / 2 by Q / (Q + 1), is multiplied by the pitch of the photoelectric conversion element. All the obtained positions and all ps which are natural numbers including 0 of Q / 2 or less are negative. -P · Q / (Q + 1) is a coefficient obtained by multiplying Q / (Q + 1) by -p · Q / (Q + 1). All the positions obtained by multiplying the pitch and all the positions obtained by multiplying the coefficient 2p · Q / (Q + 1) or the coefficient −2p · Q / (Q + 1) by the pitch of the photoelectric conversion element Relatively position the image sensor,
The imaging control means causes the solid-state electronic imaging device to take an image for each position relatively positioned by the positioning means.
Control method of imaging apparatus.
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