JP4123210B2 - Imaging device - Google Patents
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Description
本発明は、複数種類の色フィルタを備えて色信号を出力する固体撮像素子を有し、カラー画像を撮像する撮像装置に関するもので、特に、色信号のホワイトバランス処理を施す撮像装置に関する。 The present invention relates to an image pickup apparatus that includes a solid-state image pickup device that includes a plurality of types of color filters and outputs color signals, and particularly relates to an image pickup apparatus that performs white balance processing of color signals.
従来、入射光量に対して線形変換する線形変換動作を行う固体撮像素子においては、そのダイナミックレンジが2桁と狭いため、広い輝度範囲の輝度分布を構成する被写体を撮像したときは、ダイナミックレンジ以外の範囲の輝度情報は出力されない。又、従来の固体撮像装置として、入射光量に対して対数変換する対数変換動作を行うものがある(特許文献1参照)。この固体撮像素子においては、そのダイナミックレンジが5〜6桁と広いため、少々広い輝度範囲の輝度分布を構成する被写体を撮像しても、輝度分布内の全輝度情報を電気信号に変換して出力することができる。しかしながら、被写体の輝度分布に対してその撮像可能領域が広くなるので、撮像可能領域内の低輝度領域又は高輝度領域において、輝度データの無い領域ができてしまう。これらに対して、本出願人は、上述の線形変換動作と対数変換動作とを切り換えることが可能なものを提案している(特許文献2参照)。 Conventionally, in a solid-state imaging device that performs a linear conversion operation that linearly converts the amount of incident light, its dynamic range is as narrow as two orders of magnitude, so when imaging a subject that constitutes a luminance distribution in a wide luminance range, other than the dynamic range The luminance information in the range is not output. Further, as a conventional solid-state imaging device, there is one that performs a logarithmic conversion operation for logarithmically converting the amount of incident light (see Patent Document 1). In this solid-state imaging device, the dynamic range is as wide as 5 to 6 digits. Therefore, even if an image of a subject constituting a luminance distribution in a slightly wide luminance range is captured, all luminance information in the luminance distribution is converted into an electrical signal. Can be output. However, since the imageable area becomes wider with respect to the luminance distribution of the subject, an area without luminance data is formed in the low luminance area or the high luminance area in the imageable area. On the other hand, the present applicant has proposed what can switch between the above-described linear conversion operation and logarithmic conversion operation (see Patent Document 2).
又、これらの固体撮像素子を備える撮像装置において、色フィルタを設けることでカラー画像が撮像されるとき、撮影時の光源の分光分布や色フィルタの透過率が異なるために、各色信号の光電変換特性が異なるものとなる。よって、このようなカラー画像を撮像する撮像装置において、この各色信号の光電変換特性を一致させるためのホワイトバランス処理が施される。そこで、本出願人は、対数変換動作を行う固体撮像素子を備えた撮像装置において、色温度検出回路で検出した色温度に基づいてホワイトバランス処理回路でホワイトバランス処理を施す撮像装置を提案している(特許文献3参照)。又、本出願人は、対数変換動作を行う固体撮像素子を備えた撮像装置において、AD変換器においてAD変換する際にオフセット電圧を切り換えることでホワイトバランス処理を施す撮像装置を提案している(特許文献4参照)。
しかしながら、特許文献3及び特許文献4における撮像装置では、対数変換特性のみによる光電変換動作を行う固体撮像素子から出力される画像信号をホワイトバランス補正することに対しては有効であるが、線形変換特性による光電変換動作を行う固体撮像素子については、ホワイトバランスをとることができない。そのため、特許文献2のように対数変換特性及び線形変換特性を自動に切り換えることが可能な固体撮像素子を用いた場合、従来のホワイトバランス処理のように乗除算又は加減算のみのホワイトバランス処理では、十分にホワイトバランスをとることができない。
However, the imaging devices in
このような問題を鑑みて、本発明は、その光電変換特性において互いに特性の異なる複数の領域が含まれる固体撮像素子を備えるとき、いずれの特性により出力される信号に対しても正確にホワイトバランス処理を行うことができる撮像装置を提供することを目的とする。 In view of such a problem, when the present invention includes a solid-state imaging device including a plurality of regions whose photoelectric conversion characteristics are different from each other, white balance is accurately applied to a signal output by any characteristics. An object is to provide an imaging device capable of performing processing.
上記目的を達成するために、本発明の撮像装置は、出力信号が入射光量に対して第1の特性で変化する第1領域と出力信号が入射光量に対して前記第1の特性とは異なる第2の特性で変化する第2領域とを含む光電変換特性を示す画素を備えるとともに複数種類の色フィルタが設けられた固体撮像素子と、該固体撮像素子から出力される前記色フィルタの種類毎の色信号に対してホワイトバランス処理を行うホワイトバランス回路と、を備える撮像装置において、前記ホワイトバランス回路は、入力される色信号のレベルに対して、各色信号間のずれが補正された信号レベルを出力データとして与える第1ルックアップテーブルを備え、該第1ルックアップテーブルは前記第1及び第2の特性の両特性に対応づけられていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the imaging apparatus of the present invention has a first region in which an output signal changes with a first characteristic with respect to an incident light amount, and an output signal is different from the first characteristic with respect to the incident light amount. A solid-state imaging device including a pixel having a photoelectric conversion characteristic including a second region that changes in accordance with the second characteristic and provided with a plurality of types of color filters, and each type of the color filter output from the solid-state imaging device And a white balance circuit that performs white balance processing on the color signal of the color signal, wherein the white balance circuit has a signal level in which a shift between the color signals is corrected with respect to a level of the input color signal Is provided as output data, and the first lookup table is associated with both the first and second characteristics.
このような撮像装置において、複数種類の前記色信号が前記固体撮像素子より出力されたとき、前記ホワイトバランス回路において、第1ルックアップテーブルを参照して、第1及び第2の両方の特性に対応づけられ、且つ、各色信号間のずれが補正された信号レベルを出力データとして得る。そして、この信号レベルをホワイトバランス処理後の信号レベルとして後段の回路に出力する。 In such an imaging apparatus, when a plurality of types of color signals are output from the solid-state imaging device, the white balance circuit refers to the first look-up table and achieves both the first and second characteristics. A signal level that is correlated and corrected for deviation between the color signals is obtained as output data. Then, this signal level is output to a subsequent circuit as a signal level after white balance processing.
前記第1の特性は、例えば、入射光量に対する線形的な変化であり、前記第2の特性は、例えば、入射光量に対する自然対数的な変化である。 The first characteristic is, for example, a linear change with respect to the amount of incident light, and the second characteristic is, for example, a natural logarithmic change with respect to the amount of incident light.
前記複数種類の色信号の1つを基準となる第1色信号とし、該基準色信号以外の色信号を第2色信号としたとき、前記第1ルックアップテーブルは、前記第2色信号の信号レベルを入力アドレスとし、前記第2色信号における光電変換特性を前記第1色信号の光電変換特性に変換した際の信号レベルを該入力アドレスに対する出力データとするものとすることができる。 When one of the plurality of types of color signals is used as a reference first color signal and a color signal other than the reference color signal is used as a second color signal, the first look-up table includes the second color signal. The signal level can be used as an input address, and the signal level when the photoelectric conversion characteristic of the second color signal is converted into the photoelectric conversion characteristic of the first color signal can be used as output data for the input address.
又、前記ホワイトバランス回路が、前記第1色信号の信号レベルを入力アドレスとし、階調変換処理が行われた信号レベルを前記入力アドレスに対する出力データとする第2ルックアップテーブルを備えるとともに、前記第1ルックアップテーブルが、前記第2色信号における光電変換特性を前記第1色信号の光電変換特性に変換し且つ階調変換処理が行われた信号レベルを、前記入力アドレスのデータとするものとして、ホワイトバランス処理とともに、γ特性などの再生出力する再生出力装置における階調特性に変換する階調変換処理を施すものとしても構わない。 The white balance circuit includes a second look-up table having the signal level of the first color signal as an input address and the signal level subjected to gradation conversion processing as output data for the input address. The first look-up table converts the photoelectric conversion characteristic in the second color signal into the photoelectric conversion characteristic of the first color signal and uses the signal level on which the gradation conversion process has been performed as the data of the input address In addition to the white balance processing, gradation conversion processing for converting to gradation characteristics in a reproduction output device that reproduces and outputs γ characteristics and the like may be performed.
これらの撮像装置において、前記第1色信号の光電変換特性と前記第2色信号の光電変換特性との関係を表す評価値を、前記第2色信号の種類毎に、前記固体撮像素子から入力される前記第1色信号及び前記第2色信号の信号レベルの関係より検出する評価値検出回路を備え、前記第1ルックアップテーブルが、前記評価値と前記第1色信号の光電変換特性に基づいて生成されるようにしても構わない。当該評価値を、前記第1色信号及び前記第2色信号の光電変換特性において、前記第1の特性で変化する領域と前記第2の特性で変化する領域との境界となる輝度値の差によるものとすることができる。 In these imaging devices, an evaluation value representing the relationship between the photoelectric conversion characteristics of the first color signal and the photoelectric conversion characteristics of the second color signal is input from the solid-state imaging device for each type of the second color signal. And an evaluation value detection circuit for detecting from the relationship between the signal levels of the first color signal and the second color signal, and the first look-up table has a photoelectric conversion characteristic of the evaluation value and the first color signal. You may make it produce | generate based on. In the photoelectric conversion characteristics of the first color signal and the second color signal, the evaluation value is a difference in luminance value that serves as a boundary between the area that changes in the first characteristic and the area that changes in the second characteristic. Can be due to.
又、前記評価値検出回路において、前記第2色信号の種類毎に、前記固体撮像素子から与えられる前記第1色信号及び前記第2色信号それぞれの平均値との関係に基づいて、前記評価値が求められるようにすることができる。このとき、前記第1色信号及び前記第2色信号それぞれの平均値に対する輝度値が等しいものとするようにしても構わない。 In the evaluation value detection circuit, for each type of the second color signal, the evaluation is performed based on a relationship between an average value of each of the first color signal and the second color signal given from the solid-state imaging device. A value can be determined. At this time, the luminance values for the average values of the first color signal and the second color signal may be equal.
又、前記評価値検出回路において、前記第2色信号の種類毎に、前記固体撮像素子から与えられた入射光量に対して前記第1の特性で変化した前記第1色信号及び前記第2色信号それぞれの平均値の関係に基づいて、第1評価値が求められるとともに、前記固体撮像素子から与えられた入射光量に対して前記第2の特性で変化した前記第1色信号及び前記第2色信号それぞれの平均値の関係に基づいて、第2評価値が求められ、前記第1評価値及び前記第2評価値を加重加算することで、前記第1色信号の光電変換特性と前記第2色信号の光電変換特性の関係を表す評価値を求めるようにしても構わない。このとき、前記第1評価値及び前記第2評価値それぞれを求める際の前記第1色信号及び前記第2色信号それぞれの平均値に対する輝度値が等しいものとするようにしても構わない。 In the evaluation value detection circuit, for each type of the second color signal, the first color signal and the second color changed with the first characteristic with respect to the incident light amount given from the solid-state imaging device. Based on the relationship between the average values of the signals, a first evaluation value is obtained, and the first color signal and the second color signal changed with the second characteristic with respect to the amount of incident light applied from the solid-state imaging device. Based on the relationship between the average values of the color signals, a second evaluation value is obtained, and the first evaluation value and the second evaluation value are weighted to add the photoelectric conversion characteristics of the first color signal and the first evaluation value. You may make it obtain | require the evaluation value showing the relationship of the photoelectric conversion characteristic of a two-color signal. At this time, the luminance values with respect to the average values of the first color signal and the second color signal at the time of obtaining the first evaluation value and the second evaluation value may be the same.
このように前記第1評価値及び前記第2評価値を加重加算して前記評価値を求める際、外部より重み係数が設定されるものとしても構わない。又、入射光量に対して前記第1の特性で変化した信号を出力する画素数と、入射光量に対して前記第2の特性で変化した信号を出力する画素数との関係に基づいて、前記加重加算における重み係数を設定するものとしても構わない。このとき、前記色信号の種類毎に前記重み係数を設定するものとしても構わない。又、オートフォーカス機能により検出した主被写体を中心とする領域における入射光量に対して前記第1の特性で変化した信号を出力する画素数と、入射光量に対して前記第2の特性で変化した信号を出力する画素数との関係に基づいて、前記重み係数を設定するものとしても構わない。 In this way, when the evaluation value is obtained by weighted addition of the first evaluation value and the second evaluation value, a weighting factor may be set from the outside. Further, based on the relationship between the number of pixels that output a signal that changes with the first characteristic with respect to the incident light amount and the number of pixels that outputs a signal that changes with the second characteristic with respect to the incident light amount, A weighting factor in weighted addition may be set. At this time, the weight coefficient may be set for each type of the color signal. In addition, the number of pixels that output a signal that has changed with the first characteristic with respect to the incident light amount in the region centered on the main subject detected by the autofocus function, and the second characteristic with respect to the incident light amount. The weighting factor may be set based on the relationship with the number of pixels that output a signal.
上述の撮像装置において、前記色信号それぞれに対して、前記固体撮像素子のダイナミックレンジにより決定する前記第1領域と前記第2領域との境界となる信号レベルが一定であり、前記第1領域と前記第2領域の境界となる信号レベルに基づいて、入射光量に対して前記第1の特性で変化した信号と入射光量に対して前記第2の特性で変化した信号とを識別することができる。 In the imaging apparatus described above, for each of the color signals, a signal level serving as a boundary between the first area and the second area determined by a dynamic range of the solid-state imaging element is constant, and the first area Based on the signal level that becomes the boundary of the second region, it is possible to distinguish between a signal that has changed in the first characteristic with respect to the incident light amount and a signal that has changed in the second characteristic with respect to the incident light amount. .
又、前記第2色信号の光電変換特性を、前記第1色信号の光電変換特性と前記評価値に基づいて決定するようにしても構わない。 The photoelectric conversion characteristic of the second color signal may be determined based on the photoelectric conversion characteristic of the first color signal and the evaluation value.
上述の撮像装置において、前記第2色信号の光電変換特性に基づいて前記第2色信号の信号レベルそれぞれに対する輝度値を求めた後、求められた当該各輝度値に対する信号レベルを前記第1色信号の光電変換特性に基づいて求めて前記入力アドレスに対する出力データとすることで、前記第1ルックアップテーブルを生成することができる。 In the above-described imaging device, after obtaining the luminance value for each signal level of the second color signal based on the photoelectric conversion characteristics of the second color signal, the signal level for each obtained luminance value is set to the first color. The first look-up table can be generated by obtaining the output data for the input address based on the photoelectric conversion characteristics of the signal.
前記第1色信号の光電変換特性をメモリ内に複数種類格納し、設定した前記固体撮像素子のダイナミックレンジに基づいて前記第1色信号の光電変換特性を前記メモリより読み出して使用するものとしても構わない。このとき、前記メモリに格納された前記第1色信号の光電変換特性の種類に応じて、前記固体撮像素子のダイナミックレンジが離散的に設定されるものとしても構わない。又、前記固体撮像素子のダイナミックレンジが連続的に設定されるとき、設定された当該ダイナミックレンジの前後のダイナミックレンジに相当する前記第1色信号の光電変換特性に基づき、設定された当該ダイナミックレンジに対する前記第1色信号の光電変換特性を設定するものとしても構わない。 A plurality of types of photoelectric conversion characteristics of the first color signal may be stored in a memory, and the photoelectric conversion characteristics of the first color signal may be read from the memory and used based on the set dynamic range of the solid-state imaging device. I do not care. At this time, the dynamic range of the solid-state imaging device may be set discretely according to the type of photoelectric conversion characteristic of the first color signal stored in the memory. In addition, when the dynamic range of the solid-state imaging device is set continuously, the set dynamic range based on the photoelectric conversion characteristics of the first color signal corresponding to the dynamic range before and after the set dynamic range. The photoelectric conversion characteristics of the first color signal may be set.
前記固体撮像素子が、画素毎に複数種類の色フィルタが設けられた単板の固体撮像素子であっても構わないし、複数の色フィルタ毎に設けられた複数の撮像素子よりなる複数板の固体撮像素子であっても構わない。 The solid-state imaging device may be a single-plate solid-state imaging device in which a plurality of types of color filters are provided for each pixel, or a plurality of plates of a solid image including a plurality of imaging devices provided for each of the plurality of color filters. It may be an image sensor.
本発明によると、ルックアップテーブルを用いることによって、光電変換特性において互いに特性の異なる複数の領域が含まれる固体撮像素子から出力される色信号に対して、簡単な構成で正確にホワイトバランス処理を行うことができる。又、評価値検出回路を設けることによって、各色信号の関係を確認することができる各色信号に対する評価値を検出することができる。よって、ルックアップテーブルに対して設定するパラメータを、検出値と基準となる色信号の光電変換特性により容易に求めることができる。 According to the present invention, by using a look-up table, white balance processing is accurately performed with a simple configuration on a color signal output from a solid-state imaging device including a plurality of regions having different photoelectric conversion characteristics. It can be carried out. Further, by providing the evaluation value detection circuit, it is possible to detect the evaluation value for each color signal that can confirm the relationship between the color signals. Therefore, the parameters set for the lookup table can be easily obtained from the photoelectric conversion characteristics of the detected value and the reference color signal.
又、入射光量に対して第1の特性で変化した色信号と入射光量に対して第2の特性で変化した色信号とのそれぞれに対して評価値を求めた後、これらの評価値を加重加算することで、各色信号の評価値を設定することで、より高精度な評価値を得ることができる。よって、ルックアップテーブルに対して設定するパラメータをより高精度なものとすることができる。更に、入射光量に対して第1の特性で変化した信号を出力する画素数と、入射光量に対して第2の特性で変化した信号を出力する画素数との関係に基づいて、前記加重加算における重み係数を設定するため、ルックアップテーブルに対して設定するパラメータを撮像した被写体の輝度分布に応じたものとすることができる。よって、撮像した被写体の輝度分布に応じたホワイトバランス処理を施すことができる。 Further, after obtaining an evaluation value for each of the color signal changed with the first characteristic with respect to the incident light quantity and the color signal changed with the second characteristic with respect to the incident light quantity, these evaluation values are weighted. By adding, by setting the evaluation value of each color signal, a more accurate evaluation value can be obtained. Therefore, the parameters set for the lookup table can be made with higher accuracy. Further, the weighted addition is performed based on the relationship between the number of pixels that output a signal that has changed with the first characteristic with respect to the incident light amount and the number of pixels that output the signal that has changed with the second characteristic with respect to the incident light amount. In order to set the weighting coefficient in, the parameter set for the lookup table can be set according to the luminance distribution of the imaged subject. Therefore, it is possible to perform white balance processing according to the luminance distribution of the imaged subject.
更に、ルックアップテーブルのパラメータを、階調変換処理するための成分を含めたパラメータとすることにより、ホワイトバランス回路で各色信号に対してホワイトバランス処理を施すとともに階調変換処理を施すことができる。又、ルックアップテーブルを、ゲイン調整処理するための成分を含めたものとすることにより、ホワイトバランス回路で各色信号に対してホワイトバランス処理を施すとともにゲイン調整処理を施すことができる。これらのことより、ホワイトバランス回路において、階調変換処理又はゲイン調整処理を同時に行うことができるので、新たに階調変換処理及びゲイン調整処理を施すための回路を省略することができる。よって、処理速度の高速化及び装置構成の簡略化を可能とする。 Furthermore, by using the parameters of the look-up table as parameters including components for gradation conversion processing, the white balance circuit can perform white balance processing and gradation conversion processing on each color signal. . In addition, when the look-up table includes a component for gain adjustment processing, the white balance circuit can perform white balance processing and gain adjustment processing on each color signal. Thus, since the gradation conversion process or the gain adjustment process can be performed simultaneously in the white balance circuit, a circuit for newly performing the gradation conversion process and the gain adjustment process can be omitted. Therefore, the processing speed can be increased and the apparatus configuration can be simplified.
<撮像装置の構成>
本発明の実施形態である撮像装置の構成について、図1を参照して説明する。図1は、撮像装置の内部構成を示すブロック図である。
<Configuration of imaging device>
A configuration of an imaging apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a block diagram illustrating an internal configuration of the imaging apparatus.
図1の撮像装置は、複数のレンズから構成される光学系1と、光学系1を通じて入射される光の入射光量を電気信号に変換する固体撮像素子2と、固体撮像素子2から出力される電気信号を増幅するアンプ3と、アンプ3で増幅された電気信号をデジタル信号に変換するAD変換回路4と、AD変換回路4からのデジタル信号の最低レベルを設定する黒基準補正回路5と、黒基準補正回路5で黒基準値により補正されたデジタル信号が固体撮像素子2の各画素の感度などによるFPN(固定パターンノイズ:Fixed Pattern Noise)を除去するFPN補正回路6と、FPN補正回路6でFPN除去されたデジタル信号より自動露出制御(AE)及びホワイトバランス(WB)を行うためのそれぞれの評価値を検出するAE・WB評価値検出回路7と、FPN補正回路6でFPN除去されたデジタル信号について色バランスがとれるように各色信号毎に補正を行うWB制御回路8と、WB制御回路8から出力される隣接する複数の画素の色信号に基づいて各色信号の補間を行う色補間回路9と、色補間回路9から出力される各色信号を他の色信号により色合いを各画素毎に補正する色補正回路10と、色補正回路10から出力されるデジタル信号の階調変換を行う階調変換回路11と、階調変換回路11から出力されるデジタル信号についてエッジ強調などの処理を施すコアリング回路12と、各ブロックの制御を行う全体制御部13と、光学系1に備えられる絞り1aによる露光量を制御する絞り制御部14と、固体撮像素子2及びAD変換回路4に動作タイミング用のクロックを与えるタイミング生成回路15と、を備える。
1 is output from an
このように構成される撮像装置においては、光学系1を介して光が各画素毎に異なる色フィルタを備えた固体撮像素子2に入射されると、各画素において光電変換動作が行われ、各画素毎に異なる色信号となるアナログ信号が出力される。即ち、図2のように、RGBによるベイヤ型配列となる色フィルタが固体撮像素子2に設けられるとき、Rとなる色フィルタが設けられた画素からは赤色を表すR信号が、Gとなる色フィルタが設けられた画素からは緑色を表すG信号が、Bとなる色フィルタが設けられた画素からは青色を表すB信号が、それぞれ出力される。尚、固体撮像素子2は、後述するように、全体制御部13によって駆動条件が変更されることにより、線形変換動作と対数変換動作とが切り替わる輝度位置が変更される。これによって、固体撮像素子2のダイナミックレンジを変化する。切換点が低輝度側になるほどダイナミックレンジが広くなる。
In the imaging apparatus configured as described above, when light is incident on the solid-
この固体撮像素子2からシリアルに出力されるR信号及びG信号及びB信号が、アンプ3において増幅された後、AD変換回路4においてデジタル信号に変換される。このようにデジタル信号に変換されたR信号及びG信号及びB信号が黒基準補正回路5に与えられると、全体制御部13から与えられるダイナミックレンジの大きさに関する情報であるダイナミックレンジデータに基づいて、最低輝度値となる黒レベルが基準値(0)に補正される。即ち、固体撮像素子2のダイナミックレンジによって黒レベルが異なるため、AD変換回路4から出力されるR信号及びG信号及びB信号それぞれの信号レベルに対して、黒レベルとなる信号レベルが減算されることで、基準値補正が行われる。
The R signal, the G signal, and the B signal that are serially output from the solid-
この黒基準補正が行われたR信号及びG信号及びB信号は、FPN補正回路6において格納しているFPN成分を減算することによって、FPN成分が除去される。このFPN成分は、固体撮像素子2内の各画素を構成するMOSトランジスタの閾値バラツキなどが原因となって生じるオフセットバラツキである。尚、このFPN成分を抽出する際、RGB信号それぞれについて、均一光照射時に固体撮像素子2から出力される各画素に対する画像信号から色フィルタの透過率の差異に基づくオフセットを減算する。このとき、このような各色フィルタの透過率に基づくオフセットを、均一光照射時のRGB信号それぞれの平均値により求めるものとし、この平均値を均一光照射時のRGB信号から減算することで、各画素のFPN成分を抽出するものとしても構わない。このようにFPN成分が除去されたR信号及びG信号及びB信号が、AE・WB評価値検出回路7及びWB制御回路8に与えられる。
The FPN component is removed from the R signal, the G signal, and the B signal subjected to the black reference correction by subtracting the FPN component stored in the
AE・WB評価値検出回路7では、与えられたR信号及びG信号及びB信号より成る画像信号の輝度値を確認することにより、被写体の輝度範囲を表す輝度の平均値分布範囲を算出し、露光量を設定するAE評価値として全体制御部13に送出する。このAE評価値に基づいて全体制御部13が絞り1aの開口度を制御することで、露光量が制御される。又、AE・WB評価値検出回路7では、与えられたR信号及びG信号及びB信号よりそれぞれの輝度比及び輝度差を確認し、ホワイトバランスを行うための基準値であるWB評価値を算出し、全体制御部13に送出する。そして、WB制御回路8では、全体制御部13より与えられるWB評価値及びダイナミックレンジデータに基づいて、R信号及びG信号及びB信号が、同一の光電変換特性となるようにホワイトバランス処理が施される。このAE・WB評価値検出回路7及びWB制御回路8の詳細については後述する。
The AE / WB evaluation
WB制御回路8でホワイトバランス処理が施されたR信号及びG信号及びB信号は、色補間回路9において色補間処理が施される。図2のようなRGBによるベイヤ型配列となる色フィルタが固体撮像素子2に設けられているとき、各画素から出力される色信号は、その画素が設けられる色フィルタによる色信号のみである。よって、色補間回路9において、他の色信号が隣接する画素の色信号により生成されることで、色補間処理が施される。
The R, G, and B signals that have been subjected to white balance processing by the
そして、RGBそれぞれの色フィルタが各画素G11〜G44に図2のように配列されているとき、画素G11,G31,G13,G33からR信号r11,r31,r13,r33が、画素G21,G41,G12,G32,G23,G43,G14,G34からG信号g21,g41,g12,g32,g23,g43,g14,g34が、画素G22,G42,G24,G44からB信号b22,b42,b24,b44が、出力される。このとき、画素G22,G23,G32,G33のRGB信号が、以下の式のように表される。 When the RGB color filters are arranged in the pixels G11 to G44 as shown in FIG. 2, the R signals r11, r31, r13, and r33 are converted from the pixels G11, G31, G13, and G33 to the pixels G21, G41, and G33, respectively. G12, G32, G23, G43, G14, G34 to G signals g21, g41, g12, g32, g23, g43, g14, g34, and pixels G22, G42, G24, G44 to B signals b22, b42, b24, b44 Is output. At this time, RGB signals of the pixels G22, G23, G32, and G33 are expressed by the following equations.
画素G22のR信号r22、G信号g22、B信号b22
r22=(r11+r31+r13+r33)/4
g22=(g21+g12+g32+g23)/4
b22=b22
画素G32のR信号r32、G信号g32、B信号b32
r32=(r31+r33)/2
g32=g32
b32=(b22+b42)/2
画素G23のR信号r23、G信号g23、B信号b23
r23=(r13+r33)/2
g23=g23
b23=(b22+b24)/2
画素G33のR信号r33、G信号g33、B信号b33
r33=r33
g33=(g32+g23+g43+g34)/4
b33=(b22+b42+b24+b44)/4。
R signal r22, G signal g22, B signal b22 of pixel G22
r22 = (r11 + r31 + r13 + r33) / 4
g22 = (g21 + g12 + g32 + g23) / 4
b22 = b22
R signal r32, G signal g32, B signal b32 of the pixel G32
r32 = (r31 + r33) / 2
g32 = g32
b32 = (b22 + b42) / 2
R signal r23, G signal g23, B signal b23 of pixel G23
r23 = (r13 + r33) / 2
g23 = g23
b23 = (b22 + b24) / 2
R signal r33, G signal g33, B signal b33 of pixel G33
r33 = r33
g33 = (g32 + g23 + g43 + g34) / 4
b33 = (b22 + b42 + b24 + b44) / 4.
このように色補間処理を行うことで、各画素毎にRGB信号が得られると、各画素のRGB信号が色補正回路10に与えられ、各画素の色合いを強調するための色補正処理が施される。このとき、RGB信号はそれぞれ、他の色信号の値により色補正が施される。即ち、画素GklのRGB信号rkl,gkl,bklを以下の式に代入することによって、色合い補正が施された画素GklのRGB信号rxkl,gxkl,bxklが生成される。この際、によるマトリックス係数が、全体制御部13から入力されるダイナミックレンジ制御信号に基づいて切り換えられて、各画素のRGB信号による色合いが強調される。
rxkl=a1×rkl+a2×gkl+a3×bkl
gxkl=b1×rkl+b2×gkl+b3×bkl
bxkl=c1×rkl+c2×gkl+c3×bkl。
When the RGB signal is obtained for each pixel by performing the color interpolation processing in this way, the RGB signal of each pixel is given to the
rxkl = a1 * rkl + a2 * gkl + a3 * bkl
gxkl = b1 * rkl + b2 * gkl + b3 * bkl
bxkl = c1 * rkl + c2 * gkl + c3 * bkl.
色補正回路10で色補正が施されたRGB信号は、階調変換回路11に与えられて、適切な出力レベルとなるように、全体制御部13から入力されるダイナミックレンジ制御信号及びAE評価値に基づいて、γカーブに基づく変化やデジタルゲインの変化により階調特性を変化させる。そして、エッジ成分に対して図3に示すように基準信号レベルからみて所定範囲内の出力をすべて基準信号レベルに変換するレベル変換特性を備えるコアリング回路12において、RGB信号それぞれに重畳したノイズ成分が除去されるとともに、エッジ成分が抽出されてエッジ強調処理が施される。
The RGB signal subjected to the color correction by the
<固体撮像素子の構成例>
図1のように構成される撮像装置における固体撮像素子2の構成について、図面を参照して説明する。図4は、本例の固体撮像素子の一部の構成を概略的に示すブロック図であり、図5は、各画素の構成を示す回路図である。
<Configuration example of solid-state imaging device>
The configuration of the solid-
固体撮像素子2は、図4に示すように、G11〜Gmnは行列配置(マトリクス配置)された画素を示している。21は垂直走査回路であり、各画素に信号φVを与える行(ライン)23−1,23−2,・・・,23−nを順次走査していくとともに、ライン24−1,24−2,・・・,24−nを介して各画素に信号φVDを、ライン25−1,25−2,・・・,25−nを介して各画素に信号φVPSを、それぞれ与える。22は水平走査回路であり、画素から出力信号線26−1,26−2,・・・,26−mに導出された光電変換信号を画素ごとに水平方向に順次読み出す。20は電源ラインである。各画素に対し、上記ライン23−1〜23−n,24−1〜24−n,25−1〜25−nや出力信号線26−1〜26−m、電源ライン20だけでなく、他のライン(例えば、クロックラインやバイアス供給ライン等)も接続されるが、図4ではこれらについて省略する。
As shown in FIG. 4, in the solid-
又、出力信号線26−1〜26−mのそれぞれには、定電流源27−1〜27−mが接続されるとともに、信号線26−1〜26−mのそれぞれを介して与えられる画素G11〜Gmnから与えられる画像信号とノイズ信号をサンプルホールドする選択回路28−1〜28−mが設けられる。そして、補正回路29に選択回路28−1〜28−mから画像信号及びノイズ信号が順に送出されると、この補正回路29で補正処理が行われて、ノイズ除去された画像信号が外部に出力される。尚、定電流源27−1〜27−mの一端に直流電圧VPSが印加される。
Also, constant current sources 27-1 to 27-m are connected to the output signal lines 26-1 to 26-m, and pixels are provided via the signal lines 26-1 to 26-m, respectively. Selection circuits 28-1 to 28-m for sample-holding image signals and noise signals supplied from G11 to Gmn are provided. Then, when the image signal and the noise signal are sequentially transmitted from the selection circuits 28-1 to 28-m to the
このような固体撮像素子において、画素Gab(a:1≦a≦mの自然数、b:1≦b≦nの自然数)からの出力となる画像信号及びノイズ信号が、それぞれ、出力信号線26−aを介して出力されるとともに、この出力信号線26−aに接続された定電流源27−aによって増幅される。そして、画素Gabから出力された画像信号及びノイズ信号が順番に選択回路28−aに送出されるとともに、この選択回路28−aにおいて、送出された画像信号及びノイズ信号がサンプルホールドされる。その後、選択回路28−aより、サンプルホールドされた画像信号が補正回路29に送出された後、同じくサンプルホールドされたノイズ信号が補正回路29に送出される。補正回路29では、選択回路28−aより与えられた画像信号を、同じく選択回路28−aより与えられたノイズ信号に基づいて補正処理して、ノイズ除去した画像信号をアンプ3に出力する。
In such a solid-state imaging device, an image signal and a noise signal output from the pixel Gab (a natural number of a: 1 ≦ a ≦ m, b: 1 ≦ b ≦ n) are respectively output signal lines 26- The signal is output via a and amplified by a constant current source 27-a connected to the output signal line 26-a. The image signal and noise signal output from the pixel Gab are sequentially sent to the selection circuit 28-a, and the sent image signal and noise signal are sampled and held in the selection circuit 28-a. Thereafter, after the sampled and held image signal is sent to the
このような構成の固体撮像素子2において、画素G11〜Gmnは、図5に示すように、カソードに直流電圧VPDが印加されたフォトダイオードPDのアノードにMOSトランジスタT1のドレインが接続され、MOSトランジスタT1のソースにMOSトランジスタT2のゲート及びドレインとMOSトランジスタT3のゲートが接続される。又、MOSトランジスタT3のソースにMOSトランジスタT4のゲート及びMOSトランジスタT5のドレインが接続され、MOSトランジスタT4のソースにMOSトランジスタT6のドレインが接続される。そして、MOSトランジスタT6のソースが出力信号線26(図4の出力信号線26−1〜26−mに相当する)に接続される。尚、MOSトランジスタT1〜T6は、PチャネルのMOSトランジスタである。
In the solid-
MOSトランジスタT2のソースにはライン25(図4のライン25−1〜25−nに相当する)を介して信号φVPSが入力され、MOSトランジスタT3,T4のドレインに直流電圧VPDが印加される。又、MOSトランジスタT3のソースには、その一端にライン24(図4のライン24−1〜24−nに相当する)を介して信号φVDが与えられるキャパシタCの他端が接続される。又、MOSトランジスタT5のソースには直流電圧VRGが入力され、そのゲートに信号φRSが入力される。更に、MOSトランジスタT1,T6のゲートにはそれぞれ、信号φS,φVが入力される。 The signal φVPS is input to the source of the MOS transistor T2 via the line 25 (corresponding to the lines 25-1 to 25-n in FIG. 4), and the DC voltage VPD is applied to the drains of the MOS transistors T3 and T4. Further, the other end of the capacitor C to which the signal φVD is applied via the line 24 (corresponding to the lines 24-1 to 24-n in FIG. 4) is connected to the source of the MOS transistor T3. The DC voltage VRG is input to the source of the MOS transistor T5, and the signal φRS is input to the gate thereof. Further, signals φS and φV are input to the gates of the MOS transistors T1 and T6, respectively.
尚、信号φVPSは2値の電圧信号で、入射光量が所定値を超えたときにMOSトランジスタT2をサブスレッショルド領域で動作させるための電圧をVLとし、又、この電圧よりも高くMOSトランジスタT2を導通状態にする電圧をVHとする。又、信号φVDは、3値の電圧信号であり、キャパシタCを積分動作させる際の電圧値を最も高いVhとし、画像信号読み出し時の電圧値をVhよりも低いVmとし、ノイズ信号読み出し時の電圧値をVmよりも低いVlとする。 The signal φVPS is a binary voltage signal. When the amount of incident light exceeds a predetermined value, the voltage for operating the MOS transistor T2 in the subthreshold region is VL, and the voltage higher than this voltage is used for the MOS transistor T2. The voltage for making the conductive state is VH. The signal φVD is a ternary voltage signal, the voltage value when integrating the capacitor C is set to the highest Vh, the voltage value when reading the image signal is set to Vm lower than Vh, and the noise signal is read The voltage value is set to Vl lower than Vm.
このように構成される固体撮像素子2における画素G11〜Gmnの動作について、図6のタイムチャートを参照して説明する。まず、電圧値Vmのパルス信号φVDとパルス信号φVが与えられて画像信号が出力されると、信号φVDをVhとした後、信号φSをハイにしてMOSトランジスタT1をOFFにして、リセット動作が始まる。次に、MOSトランジスタT2のソースに与える信号φVPSをVHにして、MOSトランジスタT2のソース電圧を高くすることで、MOSトランジスタT2のゲート及びドレイン、そしてMOSトランジスタT3のゲートに蓄積された負の電荷が速やかに再結合される。このとき、信号φRSをローとして、MOSトランジスタT5をONにして、キャパシタCとMOSトランジスタT4のゲートとの接続ノードの電圧を初期化する。
The operation of the pixels G11 to Gmn in the solid-
そして、MOSトランジスタT2のソースに与える信号φVPSをVLにして、MOSトランジスタT2のポテンシャル状態を基の状態に戻した後、信号φRSをハイにして、MOSトランジスタT5をOFFにする。その後、キャパシタCが積分動作を行って、キャパシタCとMOSトランジスタT4のゲートとの接続ノードの電圧が、リセットされたMOSトランジスタT2のゲート電圧に応じたものとなる。そして、パルス信号φVをMOSトランジスタT6のゲートに与えてMOSトランジスタT6をONにするとともに信号φVDの電圧値をVlにする。このとき、MOSトランジスタT4がソースフォロワ型のMOSトランジスタとして動作するため、出力信号線26にはノイズ信号が電圧信号として現れる。その後、再び、パルス信号φRSをMOSトランジスタT5に与えて、キャパシタCとMOSトランジスタT4のゲートとの接続ノードの電圧をリセットした後、信号φSをローにしてMOSトランジスタT1を導通させて撮像動作が行える状態にする。
Then, the signal φVPS applied to the source of the MOS transistor T2 is set to VL to return the potential state of the MOS transistor T2 to the original state, and then the signal φRS is set to high to turn off the MOS transistor T5. Thereafter, the capacitor C performs an integration operation, and the voltage at the connection node between the capacitor C and the gate of the MOS transistor T4 becomes in accordance with the reset gate voltage of the MOS transistor T2. Then, the pulse signal φV is applied to the gate of the MOS transistor T6 to turn on the MOS transistor T6 and set the voltage value of the signal φVD to Vl. At this time, since the MOS transistor T4 operates as a source follower type MOS transistor, a noise signal appears on the
このようにノイズ信号が出力された後、MOSトランジスタT1がONとされると、撮像動作が開始される。このとき、信号φRSをハイとして、MOSトランジスタT5をOFFとする。又、MOSトランジスタT2のソースに与える信号φVPSをVLとするとともに、キャパシタCに与える信号φVDの電圧値をVhとして、積分動作を行うようにする。そして、フォトダイオードPDより入射光量に応じた光電荷がMOSトランジスタT2に流れ込むと、MOSトランジスタT2はカットオフ状態であるので、光電荷がMOSトランジスタT2のゲートに蓄積される。 After the noise signal is output in this way, the imaging operation is started when the MOS transistor T1 is turned on. At this time, the signal φRS is set high and the MOS transistor T5 is turned off. Further, the signal φVPS applied to the source of the MOS transistor T2 is set to VL, and the voltage value of the signal φVD applied to the capacitor C is set to Vh to perform the integration operation. When photocharge corresponding to the amount of incident light flows from the photodiode PD into the MOS transistor T2, the MOS transistor T2 is in a cut-off state, so that the photocharge is accumulated at the gate of the MOS transistor T2.
よって、撮像する被写体の輝度が低くフォトダイオードPDに入射される入射光量が少ない場合は、MOSトランジスタT2のゲートに蓄積された光電荷量に応じた電圧がMOSトランジスタT2のゲートに現れるため、入射光量の積分値に対して線形的に変化する電圧がMOSトランジスタT3のゲートに現れる。又、撮像する被写体の輝度が高くフォトダイオードPDに入射される入射光量が多く、MOSトランジスタT2のゲートに蓄積された光電荷量に応じた電圧が高くなると、MOSトランジスタT2がサブスレッショルド領域で動作を行うため、入射光量に対して自然対数的に変化する電圧がMOSトランジスタT3のゲートに現れる。 Therefore, when the brightness of the subject to be imaged is low and the amount of incident light entering the photodiode PD is small, a voltage corresponding to the amount of photocharge accumulated at the gate of the MOS transistor T2 appears at the gate of the MOS transistor T2, A voltage that changes linearly with respect to the integrated value of the amount of light appears at the gate of the MOS transistor T3. Also, when the luminance of the subject to be imaged is high and the amount of incident light entering the photodiode PD is large, and the voltage according to the amount of photocharge accumulated at the gate of the MOS transistor T2 increases, the MOS transistor T2 operates in the subthreshold region. Therefore, a voltage that changes logarithmically with respect to the amount of incident light appears at the gate of the MOS transistor T3.
この入射光量に対して線形的に又は自然対数的に変化する電圧がMOSトランジスタT3で電流増幅されたドレイン電流がキャパシタCから流れるため、MOSトランジスタT4のゲート電圧が、入射光量の積分値に対して線形的又は自然対数的に変化する電圧となる。そして、信号φVDの電圧値をVmとするとともに、MOSトランジスタT6にパルス信号φVを与えることで、MOSトランジスタT4のゲート電圧に応じたソース電流が、MOSトランジスタT6を介して出力信号線6へ流れる。このとき、MOSトランジスタT4がソースフォロワ型のMOSトランジスタとして動作するため、出力信号線6には画像信号が電圧信号として現れる。その後、信号φVをハイにしてMOSトランジスタT6をOFFにするとともに、信号φVDの電圧値をVhとする。
Since a drain current that is linearly or naturally logarithmically changed with respect to the incident light amount flows from the capacitor C, the gate voltage of the MOS transistor T4 is set to the integrated value of the incident light amount. Thus, the voltage changes linearly or in a natural logarithm. Then, by setting the voltage value of the signal φVD to Vm and applying the pulse signal φV to the MOS transistor T6, a source current corresponding to the gate voltage of the MOS transistor T4 flows to the
このように動作するとき、撮像時の信号φVPSの電圧値VLが低くなり、リセット時の信号φVPSの電圧値VHとの差を大きくするほど、MOSトランジスタT2のゲート・ソース間のポテンシャルの差が大きくなり、MOSトランジスタT2がカットオフ状態で動作する被写体輝度の割合が大きくなる。よって、図7のように、電圧値VLが低いほど、線形変換する被写体輝度の割合が大きくなる。そこで、例えば、被写体の輝度範囲を検出し、被写体の輝度範囲が狭いと電圧値VLを低くして、線形変換する輝度範囲を広くし、又、被写体の輝度範囲が広いと電圧値VLを高くして、対数変換する輝度範囲を広くすることで、被写体の特性に合った光電変換特性とすることができる。尚、電圧値VLを最小とするとき、常に線形変換する状態とし、又、電圧値VLを最大とするとき、常に対数変換する状態とすることもできる。 When operating in this way, the voltage value VL of the signal φVPS at the time of imaging decreases, and the potential difference between the gate and the source of the MOS transistor T2 increases as the difference from the voltage value VH of the signal φVPS at the time of reset increases. The ratio of subject luminance at which the MOS transistor T2 operates in the cutoff state increases. Therefore, as shown in FIG. 7, the lower the voltage value VL, the larger the ratio of subject luminance to be linearly converted. Therefore, for example, the luminance range of the subject is detected, and if the luminance range of the subject is narrow, the voltage value VL is lowered to widen the luminance range for linear conversion, and if the luminance range of the subject is wide, the voltage value VL is increased. By widening the luminance range for logarithmic conversion, photoelectric conversion characteristics that match the characteristics of the subject can be obtained. It should be noted that when the voltage value VL is minimized, it is possible to always perform linear conversion. When the voltage value VL is maximized, it is possible to always perform logarithmic conversion.
このように動作する固体撮像素子2の画素G11〜Gmnに与える信号φVPSの電圧値VLの値を全体制御部13が切り換えることによって、被写体の輝度範囲などに応じてダイナミックレンジを切り換えられる固体撮像素子2とすることができる。即ち、全体制御部13が信号φVPSの電圧値VLの値を切り換えることで、固体撮像素子2の画素G11〜Gmnにおける線形変換動作から対数変換動作へ切り替わる変極点(輝度値)を設定することができる。尚、撮像時に対数変換動作に変わるときのMOSトランジスタT2のゲート電圧に至るまでにMOSトランジスタT2に流れ込む光電荷量が、全ての画素において等しい。
The solid-state image pickup device in which the dynamic range can be switched according to the luminance range of the subject by the
尚、本構成例では、図5のように構成される画素を備えた固体撮像素子としたが、このような構成に限られるものではなく、線形変換動作と対数変換動作を各画素において自動的に切り換えることが可能なものであれば、特許文献2に示されるような構成の画素などのような他の構成の画素より構成されるものとしても構わない。又、撮像時の信号φVPSの電圧値VLを変更することで線形変換動作と対数変換動作との変極点を変更するものとしたが、リセット時の信号φVPSの電圧値VHを変更することで線形変換動作と対数変換動作との変極点を変更するものとしても構わない。又、リセット時間を変更することで上記変極点を変更するものとしても構わない。更に、各画素にRGBフィルタを備えるものとしたが、シアン(Cyan)、マゼンタ(Magenta)、イエロー(Yellow)などの他の色フィルタを備えるものとしても構わない。
In this configuration example, a solid-state imaging device including pixels configured as shown in FIG. 5 is used. However, the present invention is not limited to this configuration, and linear conversion operation and logarithmic conversion operation are automatically performed in each pixel. As long as it can be switched to the above, it may be composed of pixels having other configurations such as a pixel having a configuration as shown in
<AE・WB評価値検出回路の第1例>
図1のように構成される撮像装置におけるAE・WB評価値検出回路の第1例について、図面を参照して以下に詳細に説明する。図8は、本例のAE・WB評価値検出回路の内部構成を示すブロック図である。
<First Example of AE / WB Evaluation Value Detection Circuit>
A first example of the AE / WB evaluation value detection circuit in the imaging apparatus configured as shown in FIG. 1 will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 8 is a block diagram showing the internal configuration of the AE / WB evaluation value detection circuit of this example.
本例のAE・WB評価値検出回路7は、図8に示すように、FPN補正回路6でFPN成分が除去されたRGB信号それぞれが与えられるとともに線形変換又は対数変換のいずれが施された信号であるかを確認する光電変換特性判別部71r,71g,71bと、線形変換された(線形変換特性を備えた)RGB信号それぞれの平均値r1av,g1av,b1avを求める平均値演算部72r,72g,72bと、対数変換された(対数変換特性を備えた)RGB信号それぞれの平均値r2av,g2av,b2avを求める平均値演算部73r,73g,73bと、平均値演算部72r,72gそれぞれから与えられるRG信号それぞれの平均値r1av,g1avよりR信号に対するWB評価値wr1を求めるWB評価値演算部74rと、平均値演算部72g,72bそれぞれから与えられるGB信号それぞれの平均値g1av,b1avよりB信号に対するWB評価値wb1を求めるWB評価値演算部74bと、平均値演算部73r,73gそれぞれから与えられるRG信号それぞれの平均値r2av,g2avよりR信号に対するWB評価値wr2を求めるWB評価値演算部75rと、平均値演算部73g,73bそれぞれから与えられるGB信号それぞれの平均値g2av,b2avよりB信号に対するWB評価値wb2を求めるWB評価値演算部75bと、WB評価値演算部74r,75rそれぞれからのWB評価値wr1,wr2を加重加算することによってR信号に対するWB評価値wrを生成して全体制御部13に出力する加重加算部76rと、WB評価値演算部74b,75bそれぞれからのWB評価値wb1,wb2を加重加算することによってB信号に対するWB評価値wbを生成して全体制御部13に出力する加重加算部76bと、を備える。
As shown in FIG. 8, the AE / WB evaluation
又、全体制御部13は、図9に示すように、固体撮像素子2のダイナミックレンジを調整するとともにタイミング生成回路15から出力されるクロックのタイミングを制御するセンサ駆動部131と、AE・WB評価値検出回路7で検出されたAE評価値及びWB評価値に従ってセンサ駆動部131を制御するとともにWB制御回路8に与えるデータを生成するマイコン132と、固体撮像素子2のダイナミックレンジに応じた換言すれば線形変換特性と対数変換特性との切換点の位置に応じた光電変換特性を与えるデータを格納するメモリ133と、を備える。マイコン132は、例えば、被写体の輝度範囲に応じて適切なダイナミックレンジが得られるように固体撮像素子2のダイナミックレンジを変更するためのダイナミックレンジ制御信号をセンサ駆動部131に与える。センサ駆動部131はこのダイナミックレンジ制御信号に基づいて駆動条件を変更し、固体撮像素子2のダイナミックレンジを変更する。
Further, as shown in FIG. 9, the
図8のように構成されるAE・WB評価値検出回路7の動作について、図面を参照して以下に説明する。まず、光電変換特性判別部71r,71g,71bそれぞれに、FPN補正回路6でFPN成分が除去されたRGB信号が与えられる。このように入力されるRGB信号の典型例を図10に示す。尚、図10は、輝度値に対するRGB信号の信号レベルの関係を表したグラフで、輝度値は対数値で表される。即ち、全体制御部13のマイコン132からのダイナミックレンジ制御信号によってセンサ駆動部131から上述の固体撮像素子2へ与える信号φVPSの電圧VLを設定されるとき、黒基準補正回路5やFPN補正回路6でオフセットを除くため、信号φVPSの電圧VLによって決定する各画素のMOSトランジスタT2の動作が切り替わるポテンシャル位置を略等しいものとすることができる。よって、図10のように、RGB信号それぞれにおいて、線形変換特性から対数変換特性に切り替わる変極点となる信号レベルが等しくなる。
The operation of the AE / WB evaluation
このRGB信号における線形変換特性から対数変換特性に切り替わる変極点となる信号レベルを閾値レベルVthとする。そして、全体制御部13のセンサ駆動部131によって上述の固体撮像素子2へ与える信号φVPSの電圧VLを設定されるとき、この閾値レベルVthが、ダイナミックレンジデータとして、全体制御部13のマイコン132から光電変換特性判別部71r,71g,71bそれぞれに与えられる。よって、光電変換特性判別部71r,71g,71bでは、信号レベルが閾値レベルVthより高ければ対数変換された信号であると判断し、信号レベルが閾値レベルVth以下の場合は線形変換された信号であると判断する。尚、信号レベルが、閾値レベルVth以上のときに対数変換された信号であると判断し、閾値レベルVthより低いときに線形変換された信号であると判断するようにしても良い。以下の説明についても同様である。
A signal level serving as an inflection point at which the linear conversion characteristic in the RGB signal is switched to the logarithmic conversion characteristic is defined as a threshold level Vth. When the voltage VL of the signal φVPS to be given to the solid-
そして、光電変換特性判別部71rにおいて信号レベルが閾値レベルVth以下で線形変換された信号であると判断されたR信号は、平均値演算部72rに与えられ、又、光電変換特性判別部71rにおいて信号レベルが閾値レベルVthより高く対数変換された信号であると判断されたR信号は、平均値演算部73rに与えられる。同様に、光電変換特性判別部71gにおいて信号レベルが閾値レベルVth以下で線形変換された信号であると判断されたG信号は、平均値演算部72gに与えられ、又、光電変換特性判別部71gにおいて信号レベルが閾値レベルVthより高く対数変換された信号であると判断されたG信号は、平均値演算部73gに与えられる。又、光電変換特性判別部71bにおいて信号レベルが閾値レベルVth以下で線形変換された信号であると判断されたB信号は、平均値演算部72bに与えられ、又、光電変換特性判別部71bにおいて信号レベルが閾値レベルVthより高く対数変換された信号であると判断されたB信号は、平均値演算部73bに与えられる。
Then, the R signal determined by the photoelectric conversion
そして、平均値演算部72r,72g,72bではそれぞれ、光電変換特性判別部71r,71g,71bそれぞれから与えられる線形変換されたRGB信号それぞれの信号レベルを加算するとともに、与えられたRGB信号それぞれの総数を計数する。同様に、平均値演算部73r,73g,73bではそれぞれ、光電変換特性判別部71r,71g,71bそれぞれから与えられる対数変換されたRGB信号それぞれの信号レベルを加算するとともに、与えられたRGB信号それぞれの総数を計数する。このようにして、光電変換特性判別部71r,71g,71bから全てのRGB信号が出力されると、全て出力したことを示す信号が、光電変換特性判別部71rから平均値演算部72r,73rへ、光電変換特性判別部71gから平均値演算部72g,73gへ、光電変換特性判別部71bから平均値演算部72b,73bへ、それぞれ送出される。
The
その後、平均値演算部72r,72g,72b,73r,73g,73bそれぞれにおいては、加算合計した信号レベルを与えられた信号の総数によって除算することで平均値演算を行う。このようにすることで、線形変換されたR信号の平均値r1avが平均値演算部72rからWB評価値演算部74rに、線形変換されたG信号の平均値g1avが平均値演算部72gからWB評価値演算部74r,74bに、線形変換されたB信号の平均値b1avが平均値演算部72bからWB評価値演算部74bに、それぞれ、送出される。同様に、対数変換されたR信号の平均値r2avが平均値演算部73rからWB評価値演算部75rに、対数変換されたG信号の平均値g2avが平均値演算部73gからWB評価値演算部75r,75bに、対数変換されたB信号の平均値b2avが平均値演算部73bからWB評価値演算部75bに、それぞれ、送出される。
Thereafter, in each of the average
そして、線形変換されたRG信号の平均値r1av,g1avが与えられたWB評価値演算部74rでは、RG信号の平均値r1av,g1avと全体制御部13のマイコン132より与えられるG信号の光電変換特性より、線形変換されたR信号に対するWB評価値wr1が求められるとともに、線形変換されたGB信号の平均値g1av,b1avが与えられたWB評価値演算部74bでは、GB信号の平均値g1av,b1avと全体制御部13のマイコン132より与えられるG信号の光電変換特性より、線形変換されたB信号に対するWB評価値wb1が求められる。
Then, in the WB evaluation
同様に、対数変換されたRG信号の平均値r2av,g2avが与えられたWB評価値演算部75rでは、RG信号の平均値r2av,g2avと全体制御部13のマイコン132より与えられるG信号の光電変換特性より、対数変換されたR信号に対するWB評価値wr2が求められるとともに、対数変換されたGB信号の平均値g2av,b2avが与えられたWB評価値演算部75bでは、GB信号の平均値g2av,b2avと全体制御部13のマイコン132より与えられるG信号の光電変換特性より、対数変換されたB信号に対するWB評価値wb2が求められる。尚、WB評価値演算部74r,74b,75r,75bはそれぞれ、全体制御部13のマイコン132より、固体撮像素子2のダイナミックレンジに応じたG信号の光電変換特性が与えられる。
Similarly, in the WB
このWB評価値演算部74r,74b,75r,75bにおける処理動作について、代表としてWB評価値演算部74r,75rを例にとって説明する。全体制御部13のマイコン132より、図11のようなG信号の光電変換特性がWB評価値演算部74r,74b,75r,75bに与えられるものとする。このとき、WB評価値演算部74rでは、まず、図11(a)のように、G信号の平均値g1avにおける輝度値LavをG信号の光電変換特性に基づいて求める。即ち、G信号の線形変換特性領域が、(1)式で表されるとき、(1)式にG信号の平均値g1avを代入して逆算することで、輝度値Lav(=(g1av−C)/Ag)を求めることができる。
V=Ag×L+C …(1)
(V:信号レベル、L:輝度、Ag:G信号に対する光電変換係数、C:オフセット)。
Processing operations in the WB evaluation
V = Ag × L + C (1)
(V: signal level, L: luminance, Ag: photoelectric conversion coefficient for G signal, C: offset).
そして、この輝度値Lavに対してR信号の平均値r1avが得られるものとみなすことにより、R信号に対する光電変換係数Ar(=(r1av−C)/Lav)を求めて、図11(b)のように、線形変換特性領域におけるR信号の光電変換特性を求める。尚、R信号の線形変換特性領域を表す式は、(2)式のように表されるとともに、そのオフセットCが(1)式と等しいものとする。
V=Ar×L+C …(2)。
Then, assuming that the average value r1av of the R signal is obtained for this luminance value Lav, the photoelectric conversion coefficient Ar (= (r1av−C) / Lav) for the R signal is obtained, and FIG. Thus, the photoelectric conversion characteristic of the R signal in the linear conversion characteristic region is obtained. It should be noted that the expression representing the linear conversion characteristic region of the R signal is expressed as Expression (2), and the offset C is equal to Expression (1).
V = Ar × L + C (2).
このように線形変換特性領域におけるR信号の光電変換特性を求めると、閾値レベルVthとなるRG信号それぞれに対する輝度Lrth,Lgthが、図11(c)のようなRG信号それぞれの光電変換特性より求められる。即ち、(1)、(2)式それぞれに、閾値レベルVthが代入されて逆算されることにより、輝度Lgth(=(Vth−C)/Ag),Lrth(=(Vth−C)/Ar)が求められる。このようにして求められた閾値レベルVthとなるRG信号それぞれの輝度Lrth,Lgthによって、線形変換されたR信号に対するWB評価値wr1が、その差分値Lgth−Lrthとして求められる。 When the photoelectric conversion characteristic of the R signal in the linear conversion characteristic region is obtained in this way, the luminances Lrth and Lgth for the RG signals having the threshold level Vth are obtained from the photoelectric conversion characteristics of the RG signals as shown in FIG. It is done. That is, the luminance levels Lgth (= (Vth−C) / Ag) and Lrth (= (Vth−C) / Ar) are calculated by substituting the threshold level Vth into each of the expressions (1) and (2). Is required. The WB evaluation value wr1 for the linearly converted R signal is obtained as the difference value Lgth-Lrth based on the luminances Lrth and Lgth of the RG signals having the threshold level Vth thus obtained.
又、WB評価値演算部75rでは、まず、図12(a)のように、G信号の平均値g2avにおける輝度値の対数値ln(Lav)をG信号の光電変換特性に基づいて求める。即ち、G信号の対数変換特性領域が、(3)式で表されるとき、(3)式にG信号の平均値g2avを代入して逆算することで、輝度値の対数値ln(Lav)(=(g2av−βg)/α)を求めることができる。尚、図12におけるG信号の光電変換特性は、図11におけるG信号の光電変換特性と等しいものである。
V=α×ln(L)+βg …(3)
(α:所定の増幅率、βg:G信号に対する光電変換係数の対数変換値)。
Further, in the WB evaluation
V = α × ln (L) + βg (3)
(Α: predetermined amplification factor, βg: logarithmic conversion value of photoelectric conversion coefficient for G signal).
そして、この輝度値の対数値ln(Lav)に対してR信号の平均値r2avが得られるものとみなすことにより、R信号に対する光電変換係数の対数変換値βr(=r2av−α×ln(Lav)=r2av−g2av+βg)を求めて、図12(b)のように、対数変換特性領域におけるR信号の光電変換特性を求める。尚、R信号の対数変換特性領域を表す式は、(4)式のように表されるとともに、その増幅率αが(3)式と等しいものとする。
V=α×ln(L)+βr …(4)。
Then, by assuming that the average value r2av of the R signal is obtained for the logarithmic value ln (Lav) of this luminance value, the logarithmic conversion value βr (= r2av−α × ln (Lav) of the photoelectric conversion coefficient for the R signal is obtained. ) = R2av−g2av + βg), and the photoelectric conversion characteristic of the R signal in the logarithmic conversion characteristic region is obtained as shown in FIG. The expression representing the logarithmic conversion characteristic region of the R signal is expressed as the following expression (4), and the amplification factor α is equal to the expression (3).
V = α × ln (L) + βr (4).
このように対数変換特性領域におけるR信号の光電変換特性を求めると、閾値レベルVthとなるRG信号それぞれに対する輝度の対数値ln(Lrth),ln(Lgth)が、図12(c)のようなRG信号それぞれの光電変換特性より求められる。即ち、(3)、(4)式それぞれに、閾値レベルVthが代入されて逆算されることにより、輝度の対数値ln(Lgth)(=(Vth−βg)/α),ln(Lrth)(=(Vth−βr)/α)が求められる。よって、閾値レベルVthとなるRG信号それぞれに対する輝度Lrth(=exp((Vth−βr)/α)),Lgth(=exp((Vth−βg)/α))が最終的に求められる。このようにして求められた閾値レベルVthとなるRG信号それぞれの輝度Lrth,Lgthによって、対数変換されたR信号に対するWB評価値wr2が、その差分値Lgth−Lrthとして求められる。 When the photoelectric conversion characteristic of the R signal in the logarithmic conversion characteristic region is obtained in this way, the logarithmic values ln (Lrth) and ln (Lgth) of the luminance for each RG signal having the threshold level Vth are as shown in FIG. It is obtained from the photoelectric conversion characteristics of each RG signal. That is, by substituting the threshold level Vth into each of the equations (3) and (4) and calculating backward, the luminance logarithm value ln (Lgth) (= (Vth−βg) / α), ln (Lrth) ( = (Vth−βr) / α). Therefore, the luminance Lrth (= exp ((Vth−βr) / α)) and Lgth (= exp ((Vth−βg) / α)) for each RG signal having the threshold level Vth is finally obtained. The WB evaluation value wr2 for the logarithmically converted R signal is obtained as the difference value Lgth-Lrth based on the luminances Lrth and Lgth of the RG signals having the threshold level Vth thus obtained.
WB評価値演算部74r,74b,75r,75bそれぞれにおいて、このような処理動作を行うことによって、WB評価値wr1,wb1,wr2,wb2が出力されると、WB評価値wr1,wr2が加重加算部76rに与えられるとともに、WB評価値wb1,wb2が加重加算部76bに与えられる。この加重加算部76r,76bそれぞれに対して、全体制御部13のマイコン132より、設定された固体撮像素子2のダイナミックレンジに応じた重み係数が与えられる。よって、加重加算部76rにおいて、WB評価値wr1,wr2に対する重み係数xr,yrが与えられるとき、WB評価値wrが(5)式のように求められる。又、加重加算部76bにおいて、WB評価値wb1,wb2に対する重み係数xb,ybが与えられるとき、WB評価値wbが(6)式のように求められる。
wr=xr×wr1+yr×wr2 …(5)
wb=xb×wb1+yb×wb2 …(6)。
When the WB evaluation values wr1, wb1, wr2, and wb2 are output by performing such processing operations in the WB evaluation
wr = xr * wr1 + yr * wr2 (5)
wb = xb × wb1 + yb × wb2 (6).
このようにして加重加算部76r,76bで求められたWB評価値wb,wrは、全体制御部13のマイコン132に与えられる。マイコン132では、このWB評価値wb,wrとダイナミックレンジデータに基づいて、WB制御部8に与える設定値を決定する。尚、本例において、加重加算部76r,76bに与えられる重み係数xr,yr,xb,ybは、設定された固体撮像素子2のダイナミックレンジに応じて設定されるものとしたが、被写体の輝度分布範囲又は輝度値などに応じてマイコン132が設定し、加重加算部76r,76bに与えるものとしても構わない。又、重み係数xr,yr,xb,ybが外部から設定されるものとしても構わない。
The WB evaluation values wb and wr obtained in this way by the
<AE・WB評価値検出回路の第2例>
図1のように構成される撮像装置におけるAE・WB評価値検出回路7について、図面を参照して以下に詳細に説明する。図13は、本例のAE・WB評価値検出回路の内部構成を示すブロック図である。尚、図13に示すAE・WB評価値検出回路において、図8のAE・WB評価値検出回路と同一の目的で使用する部分については、その詳細な説明を省略し、同一の符号を付す。
<Second Example of AE / WB Evaluation Value Detection Circuit>
The AE / WB evaluation
本例のAE・WB評価値検出回路7は、図13に示すように、光電変換特性判別部71r,71g,71bと、平均値演算部72r,72g,72b,73r,73g,73bと、WB評価値演算部74r,74b,75r,75bと、加重加算部76r,76bと、光電変換特性判別部71r,71g,71bで確認された線形変換された信号及び対数変換された信号それぞれの総数を計数するとともにこれらの計数値によって重み係数xr,yr,xb,ybを設定する重み係数設定部77と、を備える。
As shown in FIG. 13, the AE / WB evaluation
このように構成されるとき、光電変換特性判別部71r,71g,71b、平均値演算部72r,72g,72b,73r,73g,73b、WB評価値演算部74r,74b,75r,75b、及び、加重加算部76r,76bは、第1例におけるAE・WB評価値検出回路(図8)と同様の動作を行う。即ち、光電変換特性判別部71r,71g,71bでは、入力されるRGB信号の信号レベルと閾値レベルVthとを比較して、対数変換された信号であるか、又は、線形変換された信号であるかを判別する。そして、光電変換特性判別部71r,71g,71bで線形変換された信号であることが確認されたRGB信号が平均値演算部72r,72g,72bに与えられ、その平均値r1av,g1av,b1avが求められ、又、光電変換特性判別部71r,71g,71bで対数変換された信号であることが確認されたRGB信号が平均値演算部73r,73g,73bに与えられ、その平均値r2av,g2av,b2avが求められる。
When configured in this manner, the photoelectric conversion
その後、WB評価値演算部74rにおいて、平均値r1av,g1av及びG信号の光電変換特性に基づいて、線形変換されたR信号に対するWB評価値wr1が求められるとともに、WB評価値演算部75rにおいて、平均値r2av,g2av及びG信号の光電変換特性に基づいて、対数変換されたR信号に対するWB評価値wr2が求められる。又、WB評価値演算部74bにおいて、平均値g1av,b1av及びG信号の光電変換特性に基づいて、線形変換されたB信号に対するWB評価値wb1が求められるとともに、WB評価値演算部75bにおいて、平均値g2av,b2av及びG信号の光電変換特性に基づいて、対数変換されたB信号に対するWB評価値wb2が求められる。そして、加重加算部76rにおいて、重み係数設定部77から与えられる重み係数xr,yrを用いて、WB評価値wr1,wr2の加重加算を行うことで、WB評価値wrが求められるとともに、加重加算部76bにおいて、重み係数設定部77から与えられる重み係数xb,ybを用いて、WB評価値wb1,wb2の加重加算を行うことで、WB評価値wbが求められる。
Thereafter, the WB evaluation
このようにWB評価値wr,wbを求める際、第1例と異なり、重み係数設定部77において、加重加算部76r,76bに与える重み係数xr,yr,xb,ybが設定される。よって、以下では、この重み係数設定部77の動作について、説明する。まず、光電変換特性判別部71r,71g,71bよりRGB信号に対する判別結果が重み付け係数設定部77に与えられると、与えられた判別結果に応じて、線形変換された信号の総数又は対数変換された信号の総数を計数する。よって、光電変換特性判別部71rより平均値演算部72r,73rそれぞれに送出されたR信号の総数がn1r,n2rであり、光電変換特性判別部71gより平均値演算部72g,73gそれぞれに送出されたG信号の総数がn1g,n2gであり、光電変換特性判別部71bより平均値演算部72b,73bそれぞれに送出されたB信号の総数がn1b,n2bであるとき、線形変換された信号の総数がn1(=n1r+n1g+n1b)となり、又、対数変換された信号の総数がn2(=n2r+n2g+n2b)となる。
Thus, when obtaining the WB evaluation values wr and wb, unlike the first example, the weighting
そして、線形変換された信号の総数n1と対数変換された信号の総数n2との比によって、重み付け係数xr,yr,xb,ybを設定する。このとき、例えば、xr=xb=n1/(n1+n2)、yr=yb=n2/(n1+n2)と設定するようにして、その総数が大きくなる信号に対する重み付け係数が大きくなるように設定する。このようにして重み付け係数xr,yr,xb,ybが設定されると、重み付け係数xr,yrが加重加算部76rに与えられるとともに、重み付け係数xb,ybが加重加算部76bに与えられる。
Then, the weighting coefficients xr, yr, xb, yb are set according to the ratio of the total number n1 of linearly converted signals and the total number n2 of logarithmically converted signals. At this time, for example, xr = xb = n1 / (n1 + n2) and yr = yb = n2 / (n1 + n2) are set so that the weighting coefficient for a signal whose total number increases is increased. When the weighting coefficients xr, yr, xb, yb are set in this way, the weighting coefficients xr, yr are given to the
尚、本例のAE・WB評価値設定部7において、重み付け係数設定部77で、RGB信号全てを対象とする線形変換された信号の総数n1と対数変換された信号の総数n2とを用いて、重み付け係数xr,yr,xb,ybが求められるものとしたが、RGB信号それぞれを対象とする線形変換された信号の総数n1r,n1g,n1bと対数変換された信号の総数n2r,n2g,n2bとを用いて、重み付け係数xr,yr,xb,ybが求められるものとしても構わない。このとき、重み付け係数xr,yrが、線形変換されたR信号の総数n1rと対数変換されたR信号の総数n2rとの関係により求められるとともに、重み付け係数xb,ybが、線形変換されたB信号の総数n1bと対数変換されたB信号の総数n2bとの関係により求められるものとしても構わない。又、重み付け係数xr,yrが、線形変換されたRG信号それぞれの総数n1r,n1gと対数変換されたRG信号の総数n2r,n2gとの関係により求められるとともに、重み付け係数xb,ybが、線形変換されたGB信号の総数n1g,n1bと対数変換されたGB信号の総数n2g,n2bとの関係により求められるものとしても構わない。
In the AE / WB evaluation
又、主被写体を検出するオートフォーカス(AF)機能を備えるとき、AF機能により検出した主被写体を中心とする領域の画素に対して、線形変換された信号を出力する画素数と対数変換された信号を出力する画素数との関係により、重み付け係数を設定するものとしても構わない。 In addition, when an autofocus (AF) function for detecting the main subject is provided, the pixels in the region centered on the main subject detected by the AF function are logarithmically converted with the number of pixels that output a linearly converted signal. The weighting coefficient may be set according to the relationship with the number of pixels that output a signal.
又、上述の第1例及び第2例のAE・WB評価値設定部7において、G信号の光電変換特性がWB評価値演算部74r,74b,75r,75bに与えられて、WB評価値wr1,wb1,wr2,wb2が求められるものとしたが、線形変換された信号の平均値における輝度値L1avがWB評価値演算部74r,74bに与えられるとともに、対数変換された信号の平均値における輝度値L2avがWB評価値演算部75r,75bに与えられて、WB評価値wr1,wb1,wr2,wb2が求められるものとしても構わない。
In the AE / WB evaluation
このとき、WB評価値演算部74rでは、線形変換されたRG信号それぞれの平均値r1av,g1avと輝度値L1avとの関係より、RG信号それぞれの光電変換特性を確認し、RG信号それぞれの閾値レベルVthに相当する輝度値の差となるWB評価値wr1を求める。同様に、WB評価値演算部75rでは、対数変換されたRG信号それぞれの平均値r2av,g2avと輝度値L2avとの関係より、RG信号それぞれの光電変換特性を確認し、WB評価値wr2を求める。同様に、WB評価値演算部74bでは、線形変換されたGB信号それぞれの平均値g1av,b1avと輝度値L1avとの関係より、GB信号それぞれの光電変換特性を確認し、WB評価値wb1を求め、又、WB評価値演算部75bでは、対数変換されたGB信号それぞれの平均値g2av,b2avと輝度値L2avとの関係より、GB信号それぞれの光電変換特性を確認し、WB評価値wb2を求める。
At this time, the WB evaluation
<全体制御部によるデータテーブル生成動作の第1例>
以下に、全体制御部によるデータテーブル生成動作の第1例について説明する。AE・WB評価値設定部の第1例又は第2例のように動作して、AE・WB評価値設定部7においてWB評価値wr,wbが設定されると、図9のような構成の全体制御部13のマイコン132に与えられる。マイコン132では、WB評価値wr,wbを確認すると、WB評価値wr,wbと固体撮像素子2に対して設定したダイナミックレンジの大きさに基づいて、メモリ133よりRGB信号それぞれに対する光電変換特性を読み出す。そして、マイコン132は、ホワイトバランス処理を行うためのデータテーブルを生成し、WB制御回路8に与える。
<First Example of Data Table Generation Operation by Overall Control Unit>
Below, the 1st example of the data table production | generation operation | movement by the whole control part is demonstrated. When the AE / WB evaluation
このとき、メモリ133には、G信号の光電変換特性が、固体撮像素子2のダイナミックレンジの大きさに応じて、例えば、図7のグラフのように離散的に格納され、又、RB信号それぞれの光電変換特性が、上記各ダイナミックレンジ毎にWB評価値に応じて、例えば、図14のグラフのように離散的に格納される。又、図7のグラフのように、G信号の光電変換特性として4種類の光電変換特性a1〜a4が格納され、図14のグラフのように、ダイナミックレンジ毎にRB信号の光電変換特性として6種類の光電変換特性b1〜b6が格納されるとき、メモリ133内では、4×6種類の光電変換特性が格納されるものとなる。
At this time, the photoelectric conversion characteristics of the G signal are discretely stored in the
このとき、光電変換特性の線形変換特性領域を表す(7)式におけるパラメータA,Cと、光電変換特性の対数変換特性領域を表す(8)式におけるパラメータα,βとが、メモリ133内に28種類分格納される。尚、図14は、図7における光電変換特性a2に応じたダイナミックレンジが選択されたときにおけるG信号の光電変換特性を基準としたものである。
V=A×L+C …(7)
V=α×ln(L)+β …(8)。
At this time, the parameters A and C in the equation (7) representing the linear conversion characteristic region of the photoelectric conversion property and the parameters α and β in the equation (8) representing the logarithmic conversion property region of the photoelectric conversion property are stored in the
V = A × L + C (7)
V = α × ln (L) + β (8).
そして、固体撮像素子2が所定のダイナミックレンジを持つように設定されたとき、選択されたダイナミックレンジに応じたG信号の光電変換特性をメモリ133より読み出す。又、AE・WB評価値検出回路7よりWB評価値wr,wbが与えられたとき、選択されたダイナミックレンジとWB評価値wrに応じたR信号の光電変換特性と、選択されたダイナミックレンジとWB評価値wbに応じたB信号の光電変換特性と、をメモリ133より読み出す。即ち、図7における光電変換特性a2に応じたダイナミックレンジとなるように固体撮像素子2をセンサ駆動部131が駆動制御するとき、まず、メモリ133よりG信号の光電変換特性として光電変換特性a2が読み出される。そして、ΔL1となるWB評価値wrと、−ΔL2となるWB評価値wbが与えられると、R信号の光電変換特性として光電変換特性b4が、又、B信号の光電変換特性として光電変換特性b2がそれぞれ、メモリ133より読み出される。
Then, when the solid-
このように、RGB信号それぞれの光電変換特性がメモリ133より読み出されると、マイコン132では、これらの光電変換特性を用いてWB制御回路8に与えるRB信号それぞれに対するデータテーブルDr,Dbを生成する。このマイコン132での動作について、図面を参照して説明する。尚、図15は、マイコン132におけるRB信号それぞれに対するデータテーブルの生成の流れを機能ブロック図の形で示したものである。今、RGB信号の信号レベルがそれぞれ10bit(0〜1023)で表されているものとする。
As described above, when the photoelectric conversion characteristics of the RGB signals are read from the
マイコン132では、まず、輝度演算ブロック134rにおいて、メモリ133で読み出されたR信号の光電変換特性に基づいて、R信号の信号レベル0〜1023それぞれの輝度値を求める。同様に、輝度演算ブロック134bにおいて、メモリ133で読み出されたB信号の光電変換特性に基づいて、B信号の信号レベル0〜1023それぞれの輝度値を求める。即ち、R信号については、光電変換特性b4に基づいて、各信号レベルの輝度値が求められ、又、B信号については、光電変換特性b2に基づいて、各信号レベルの輝度値が求められる。よって、RB信号それぞれについて、図16(a)のように、光電変換特性b4,b2が用いられることで、例えば、信号レベルVxに対する輝度値Lrx,Lbxが求められる。
In the
この輝度演算ブロック134r,134bそれぞれで求められた輝度値は、信号値演算ブロック135r,135bに与えられる。そして、信号値演算ブロック135rにおいて、メモリ133で読み出されたG信号の光電変換特性に基づいて、R信号の信号レベル0〜1023それぞれの輝度値に対する補正処理後の信号レベルが求められる。同様に、信号値演算ブロック135bにおいて、メモリ133で読み出されたG信号の光電変換特性に基づいて、B信号の信号レベル0〜1023それぞれの輝度値に対する補正処理後の信号レベルが求められる。即ち、光電変換特性a2に基づいて、各信号レベルに対して求められた輝度値に対する信号レベルが求められる。よって、RB信号それぞれについて、図16(b)のように、光電変換特性a2が用いられることで、例えば、信号レベルVxに対する輝度値Lrx,Lbxより、信号レベルVxに対する補正処理後の信号レベルVrx,Vbxが求められる。
The luminance values obtained by the
このようにして、RB信号それぞれの信号レベル0〜1023それぞれに対して、補正処理後の信号レベルが求められたとき、信号値演算ブロック135r,135bより、RB信号それぞれの補正処理後の信号レベルが、データベース生成ブロック136r,136bに与えられる。このデータベース生成ブロック136rでは、R信号の信号レベル0〜1023を入力アドレスとする。そして、信号レベル0〜1023それぞれに対して信号値演算ブロック135rで最終的に求められた1024個の補正処理後の信号レベルを、入力アドレス0〜1023に対応させて格納したデータベースDrを生成する。同様に、データベース生成ブロック136bでは、B信号の信号レベル0〜1023を入力アドレスとする。そして、信号レベル0〜1023それぞれに対して信号値演算ブロック135bで最終的に求められた1024個の補正処理後の信号レベルを、入力アドレス0〜1023に対応させて格納したデータベースDbを生成する。このようにして生成したデータベースDr,DbをWB制御回路8に送出する。
In this way, when the signal level after correction processing is obtained for each of the
上述の説明においては、RGB信号それぞれの光電変換特性をメモリ133に格納しているが、G信号の光電変換特性のみをメモリ133に格納し、RB信号の光電変換特性は前述のWB評価値wr、wbより演算で求めるようにしても良い。例えば、R信号に関して光電変換特性の線形特性領域を表す式(7)におけるパラメータA(Ar)は以下の(9)〜(11)式より算出することができる。
In the above description, the photoelectric conversion characteristics of each of the RGB signals are stored in the
Vth=Ag×Lg+C …(9)
Vth=Ar×(Lg+wr)+C …(10)
(9)、(10)式より
Ar=(Ag×Lg)/(Lg+wr) …(11)
但し、AgはG信号に対する光電変換係数、LgはG信号の輝度を示す。
Vth = Ag × Lg + C (9)
Vth = Ar × (Lg + wr) + C (10)
From the formulas (9) and (10) Ar = (Ag × Lg) / (Lg + wr) (11)
However, Ag shows the photoelectric conversion coefficient with respect to G signal, Lg shows the brightness | luminance of G signal.
又、R信号の対数特性領域についても同様に、演算により求めることができ、更に、B信号に関する光電変換特性もR信号同様、演算により求めることができる。このように、演算により光電変換特性を求めた場合、精度の高いホワイトバランス処理を行うことができる。 Similarly, the logarithmic characteristic region of the R signal can be obtained by calculation. Further, the photoelectric conversion characteristic regarding the B signal can be obtained by calculation similarly to the R signal. As described above, when the photoelectric conversion characteristics are obtained by calculation, high-accuracy white balance processing can be performed.
<全体制御部によるデータテーブル生成動作の第2例>
次に、全体制御部によるデータテーブル生成動作の第2例について説明する。尚、本例において、上述のデータテーブル生成動作の第1例と同様の部分については、データテーブル生成動作の第1例を参照するものとし、その詳細な説明は省略する。本例では、第1例と異なり、メモリ133内には、固体撮像素子2のダイナミックレンジの大きさに応じたG信号の光電変換特性のみが格納され、RB信号それぞれの光電変換特性については、メモリ133で読み出された光電変換特性に基づいて生成される。
<Second Example of Data Table Generation Operation by Overall Control Unit>
Next, a second example of the data table generation operation by the overall control unit will be described. In this example, for the same part as the first example of the data table generation operation described above, the first example of the data table generation operation is referred to, and detailed description thereof is omitted. In this example, unlike the first example, only the G signal photoelectric conversion characteristics corresponding to the dynamic range of the solid-
本例におけるデータテーブル生成動作について、図17を参照して以下に説明する。尚、図17は、マイコン132におけるRB信号それぞれに対するデータテーブルの生成動作の流れを機能ブロック図の形で示したものである。今、RGB信号の信号レベルがそれぞれ10bit(0〜1023)で表されているものとする。マイコン132では、まず、メモリ133より読み出したG信号の光電変換特性とAE・WB評価値検出回路7からのWB評価値wrが光電変換特性生成ブロック137rに与えられ、R信号の光電変換特性が生成される。同様に、G信号の光電変換特性とWB評価値wbが光電変換特性生成ブロック137bに与えられ、B信号の光電変換特性が生成される。
The data table generation operation in this example will be described below with reference to FIG. FIG. 17 shows the flow of data table generation operation for each RB signal in the
即ち、メモリ133よりG信号の光電変換特性が読み出されると、光電変換特性生成ブロック137r,137bそれぞれにおいて、WB評価値wr,wbそれぞれに基づいて、RB信号それぞれに対して、(7)式のA及び(8)式のα、βが求められ、RB信号それぞれの光電変換特性が生成される。よって、例えば、固体撮像素子2のダイナミックレンジを設定したときに、図7における光電変換特性a2がG信号の光電変換特性として読み出されるとともに、WB評価値wr,wbそれぞれがΔLr,ΔLbとなるとき、図18のように、R信号の光電変換特性が光電変換特性brとなり、又、B信号の光電変換特性が光電変換特性bbとなる。
That is, when the photoelectric conversion characteristics of the G signal are read out from the
そして、光電変換特性生成ブロック137r,137bそれぞれにおいて生成されたRB信号それぞれの光電変換特性は、輝度演算ブロック134r,134bに与えられる。よって、RB信号それぞれの光電変換特性が図18のように設定されるとき、輝度演算ブロック134rでは、光電変換特性brに基づいて、R信号の信号レベル0〜1023それぞれに対する輝度値が求められ、又、輝度演算ブロック134bでは、光電変換特性bbに基づいて、B信号の信号レベル0〜1023それぞれに対する輝度値が求められる。その後、信号値演算ブロック135r,135bにおいて、この輝度演算ブロック134r,134bそれぞれで求められた輝度値に基づいて、補正処理後の信号レベルが求められ、データベース生成ブロック136r,136bにおいて、RB信号それぞれのデータベースDr,Dbが生成される。
The photoelectric conversion characteristics of the RB signals generated in the photoelectric conversion characteristic generation blocks 137r and 137b are given to the
よって、データベースDrが、R信号の信号レベル0〜1023を入力アドレスとするとともに、信号値演算ブロック135rで求められた信号レベル0〜1023に対する補正処理後の信号レベルを各入力アドレスに対応して格納される。又、データベースDbが、B信号の信号レベル0〜1023を入力アドレスとするとともに、信号値演算ブロック135bで求められた信号レベル0〜1023に対する補正処理後の信号レベルを各入力アドレスに対応して格納される。尚、輝度演算ブロック134r,134b及び信号値演算ブロック135r,135b及びデータベース生成ブロック136r,136bは、第1例と同様の動作を行う。
Therefore, the database Dr uses the
<全体制御部によるデータテーブル生成動作の第3例>
次に、全体制御部によるデータテーブル生成動作の第3例について説明する。尚、本例において、上述のデータテーブル生成動作の第2例と同様の部分については、データテーブル生成動作の第2例を参照するものとし、その詳細な説明は省略する。本例では、第2例と異なり、RB信号の信号レベルに応じた輝度値が求められた後、AEゲイン調整や階調変換が行われる。
<Third example of data table generation operation by overall control unit>
Next, a third example of the data table generation operation by the overall control unit will be described. In this example, for the same part as the second example of the data table generation operation described above, the second example of the data table generation operation is referred to, and the detailed description thereof is omitted. In this example, unlike the second example, after the luminance value corresponding to the signal level of the RB signal is obtained, AE gain adjustment and gradation conversion are performed.
本例におけるデータテーブル生成動作について、図19を参照して以下に説明する。尚、図19は、マイコン132におけるRB信号それぞれに対するデータテーブルの生成の流れを機能ブロック図の形で示したものである。今、RGB信号の信号レベルがそれぞれ10bit(0〜1023)で表されているものとする。マイコン132では、まず、第2例と同様、光電変換特性生成ブロック137r,137bそれぞれにおいて、メモリ133より読み出したG信号の光電変換特性とAE・WB評価値検出回路7からのWB評価値wr,wbに基づいて、RB信号それぞれの光電変換特性が生成される。
The data table generation operation in this example will be described below with reference to FIG. FIG. 19 shows the flow of data table generation for each RB signal in the
そして、光電変換特性生成ブロック137r,137bそれぞれにおいて生成されたRB信号それぞれの光電変換特性が輝度演算ブロック134r,134bに与えられ、R信号の信号レベル0〜1023それぞれに対する輝度値と、B信号の信号レベル0〜1023それぞれに対する輝度値と、が求められる。又、輝度演算ブロック134gにおいて、メモリ133より読み出したG信号の光電変換特性に基づいてG信号の信号レベル0〜1023それぞれに対する輝度値が求められる。このようにして、RGB信号それぞれにおける各信号レベルの輝度値が、AEゲイン調整ブロック138r,138g,138bに与えられる。
Then, the photoelectric conversion characteristics of the RB signals generated in the photoelectric conversion characteristic generation blocks 137r and 137b are given to the
そして、AEゲイン調整ブロック138r,138g,138bでは、AE・WB評価値検出回路7より与えられるAE評価値に基づいて、各輝度値を増幅又は縮小させる。このAEゲイン調整は、輝度値の増幅率を変更してゲイン調整を行うことで、撮像された被写体を明るくしたり暗くして明度を変更する処理である。即ち、AEゲイン調整ブロック138rにおいて、R信号の信号レベル0〜1023それぞれに対する輝度値をAE評価値に基づく増幅率により増幅又は縮小し、AEゲイン調整ブロック138gにおいて、G信号の信号レベル0〜1023それぞれに対する輝度値をAE評価値に基づく増幅率により増幅又は縮小し、AEゲイン調整ブロック138bにおいて、B信号の信号レベル0〜1023それぞれに対する輝度値をAE評価値に基づく増幅率により増幅又は縮小する。
The AE gain adjustment blocks 138r, 138g, and 138b amplify or reduce each luminance value based on the AE evaluation value given from the AE / WB evaluation
このようにしてゲイン調整が施されたRGB信号の信号レベル0〜1023それぞれに対する輝度値は、階調変換ブロック139r,139g,139bに与えられる。そして、階調変換ブロック139r,139g,139bでは、RGB信号の各輝度値に、モニタなどの再生出力装置で再生表示する際に目的とする輝度を得るための特性を与えるために、AEゲイン調整ブロック138r,138g,138bそれぞれから与えられる輝度値に対して、再生出力装置における階調特性による階調変換が行われる。即ち、再生出力装置がCRTモニタである場合、γカーブによる特性が階調特性となるため、階調変換ブロック139rにおいては、ゲイン調整が施されたR信号の信号レベル0〜1023それぞれに対する輝度値に対してγ補正を施し、階調変換ブロック139gにおいては、ゲイン調整が施されたG信号の信号レベル0〜1023それぞれに対する輝度値に対してγ補正を施し、階調変換ブロック139bにおいては、ゲイン調整が施されたB信号の信号レベル0〜1023それぞれに対する輝度値に対してγ補正を施す。
The luminance values corresponding to the
このようにしてゲイン調整及び階調変換が行われたRGB信号の信号レベル0〜1023それぞれに対する輝度値は、信号値演算ブロック135r,135g,135bに与えられる。その後、信号値演算ブロック135r,135g,135bにおいて、階調変換ブロック139r,139g,139bから与えられた各輝度値とメモリ133から読み出されたG信号の光電変換特性とに基づいて、補正処理後の信号レベルが求められる。その後、この補正処理後の信号レベルが、データベース生成ブロック136r,136g,136bに与えられると、RGB信号それぞれのデータベースDr,Dg,Dbが生成される。尚、信号値演算ブロック135r,135g,135b及びデータベース生成ブロック136r,136g,136bは、第1例及び第2例における信号値演算ブロック135r,135b及びデータベース生成ブロック136r,136bと同様の動作を行う。
The luminance values corresponding to the
よって、上述のようにして生成されたデータベースDgについては、G信号に対してゲイン調整及び階調変換が行われたデータを格納するデータベースとなり、又、データベースDr,Dbについては、RB信号それぞれに対してホワイトバランス処理及びゲイン調整及び階調変換が行われたデータを格納するデータベースとなる。このことより、本例におけるデータテーブル生成動作処理を行うことで、WB制御部8において、RGB信号それぞれに対して、ホワイトバランス処理を行うとともにゲイン調整及び階調変換を行うことができるため、図1における階調変換回路11を省略することができる。
Therefore, the database Dg generated as described above is a database that stores data obtained by performing gain adjustment and gradation conversion on the G signal, and the databases Dr and Db are respectively stored in the RB signal. On the other hand, it is a database that stores data on which white balance processing, gain adjustment, and gradation conversion have been performed. Accordingly, by performing the data table generation operation processing in this example, the
尚、上述のデータテーブル生成動作の各例において、固体撮像素子2のダイナミックレンジを離散的に切り換える場合について、以上のように説明したが、固体撮像素子2のダイナミックレンジを連続的に切り換える場合においては、次のような動作処理を行うようにしても構わない。まず、メモリ133には、固体撮像素子2のダイナミックレンジを離散的に切り換える場合と同様、複数段階の光電変換特性を格納する。そして、設定された固体撮像素子2のダイナミックレンジの値(例えば、信号φVPSの電圧値VL)が、離散的に設定された2つのダイナミックレンジの間の値となるとき、離散的に設定された2つのダイナミックレンジに対する2つの光電変換特性をメモリ133から読み出す。
In each example of the data table generation operation described above, the case where the dynamic range of the solid-
そして、固体撮像素子2に対して設定されたダイナミックレンジの値(例えば、信号φVPSの電圧値VL)と離散的に設定された2つのダイナミックレンジの値との関係より、メモリ133より読み出して2つの光電変換特性の各係数((7)式のA及び(8)式のα,β)を補間処理することで、新たな光電変換特性を生成する。そして、このように生成した光電変換特性を、現在固体撮像素子2に対して設定しているダイナミックレンジに対するG信号の光電変換特性として用いる。即ち、例えば、図7のグラフのように、固体撮像素子2の光電変換特性a1〜a4に対する4種類のデータテーブルがメモリ133に格納されているとともに、光電変換特性a2,a3の間となる光電変換特性となるダイナミックレンジが固体撮像素子2に対して設定されるものとする。このとき、光電変換特性a2,a3を補間処理することで、現在固体撮像素子2に対して設定されているダイナミックレンジに対する光電変換特性axが、図20のように求められ、G信号の光電変換特性として用いられる。このようにして求められたG信号の光電変換特性とWB評価値wr,wbとを用いて、RB信号の光電変換特性それぞれを求める。尚、このとき、G信号の光電変換特性と、WB評価値wr,wbから得られる閾値レベルVthでの輝度差を用いてRB信号の光電変換特性が逆算される。
Then, the dynamic range value set for the solid-state imaging device 2 (for example, the voltage value VL of the signal φVPS) is read from the
<WB制御回路の第1例>
図1のように構成される撮像装置におけるWB制御回路の第1例について、図面を参照して以下に詳細に説明する。図21は、本例のWB制御回路の内部構成を示すブロック図である。尚、本例のWB制御回路は、全体制御部によるデータテーブル生成動作の第1例又は第2例において生成されたデータテーブルDr,Dbが与えられる。
<First Example of WB Control Circuit>
A first example of the WB control circuit in the imaging apparatus configured as shown in FIG. 1 will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 21 is a block diagram showing the internal configuration of the WB control circuit of this example. The WB control circuit of this example is provided with the data tables Dr and Db generated in the first example or the second example of the data table generation operation by the overall control unit.
本例のWB制御回路8は、図21に示すように、FPN補正回路6でFPN成分が除去されたR信号の信号レベルを変換する信号値変換部81rと、FPN補正回路6でFPN成分が除去されたB信号の信号レベルを変換する信号値変換部81bと、R信号の信号レベルの入出力変換値を表すデータテーブルDrを格納するLUT(Look Up Table)82rと、B信号の信号レベルの入出力変換値を表すデータテーブルDbを格納するLUT82bと、信号値変換部81r,81bそれぞれから出力されるRB信号とFPN補正回路6でFPN成分が除去されたG信号との出力タイミングを調整するタイミング調整部83と、を備える。
As shown in FIG. 21, the
このように構成されるWB制御回路8は、全体制御部13のマイコン132において生成されたデータテーブルDr,Dbが与えられると、データテーブルDr,DbをそれぞれLUT82r,82bに格納する。そして、FPN補正回路6でFPN補正されたRGB信号それぞれがWB制御回路8に入力されると、R信号が信号値変換部81rに与えられ、B信号が信号値変換部81bに与えられる。信号値変換部81rでは、入力されたR信号の信号レベルを確認すると、LUT82r内のデータテーブルDrを参照し、入力されたR信号の信号レベルと同じ入力アドレスに対して格納された補正処理後の信号レベルを読み出す。そして、読み出した補正処理後の信号レベルを新たなR信号の信号レベルとしてタイミング調整部83に送出する。同様に、信号値変換部81bでは、入力されたB信号の信号レベルを確認すると、LUT82b内のデータテーブルDbを参照し、その補正処理後の信号レベルを読み出すとともに、この補正処理後の信号レベルを新たなB信号の信号レベルとしてタイミング調整部83に送出する。
When the data tables Dr and Db generated in the
よって、信号値変換部81r,81bそれぞれにおいて、G信号を基準としたホワイトバランス処理が施される。このとき、入力されたRGB信号の光電変換特性が図22(a)のグラフに示すような関係となる場合、RGB信号それぞれの入出力関係は図22(b)のグラフに示すような関係となる。即ち、図22(b)において、G信号の入出力関係が直線的な関係となる。そして、RB信号の入出力関係が、光電変換特性がG信号の光電変換特性の線形変換特性と重なる線形変換特性領域(線形領域)についてはG信号の入出力関係の傾きを変更した状態となり、又、光電変換特性がG信号の光電変換特性の対数変換特性と重なる対数変換特性領域(対数領域)についてはG信号の入出力関係を平行移動させた状態となる。又、RB信号の入出力関係において、光電変換特性の対数変換特性がG信号の光電変換特性の線形変換特性と重なる部分、又は、光電変換特性の対数変換特性がG信号の光電変換特性の線形変換特性と重なる部分となる中間領域については、線形領域におけるG信号の入出力関係を乗除算するものと対数領域におけるG信号の入出力関係を加減算するものとを組み合わせた状態となる。
Therefore, white balance processing based on the G signal is performed in each of the signal
このようにして信号値変換部81r,81bそれぞれで補正処理後の信号レベルに変換されたRB信号と、FPN補正回路6でFPN補正されたG信号とが、タイミング調整部83に入力される。このタイミング調整部83では、信号値変換部81r,81bにおいて変換処理がなされたRB信号と、変換処理が行われることのないG信号とを出力するためのタイミングを調整する。このように出力タイミングが調整されたRGB信号が後段の色補間回路9に出力され、後段の各回路で各画素に応じた信号処理を行うことができる。
Thus, the RB signal converted to the signal level after the correction processing by the signal
<WB制御回路の第2例>
図1のように構成される撮像装置におけるWB制御回路の第2例について、図面を参照して以下に詳細に説明する。図23は、本例のWB制御回路の内部構成を示すブロック図である。尚、本例のWB制御回路は、全体制御部によるデータテーブル生成動作の第3例において生成されたデータテーブルDr,Dbが与えられる。又、図23に示すWB制御回路において、図21のWB制御回路と同一の目的で使用する部分については、その詳細な説明を省略し、同一の符号を付す。
<Second Example of WB Control Circuit>
A second example of the WB control circuit in the imaging apparatus configured as shown in FIG. 1 will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 23 is a block diagram showing the internal configuration of the WB control circuit of this example. The WB control circuit of this example is provided with the data tables Dr and Db generated in the third example of the data table generation operation by the overall control unit. Further, in the WB control circuit shown in FIG. 23, the parts used for the same purpose as those of the WB control circuit of FIG.
本例のWB制御回路8は、図23に示すように、信号値変換部81r,81bと、LUT82r,82bと、FPN補正回路6でFPN成分が除去されたG信号の信号レベルを変換する信号値変換部81gと、G信号の信号レベルの入出力変換値を表すデータテーブルDgを格納するLUT82gと、信号値変換部81r,81g,81bそれぞれから出力されるRGB信号それぞれの出力タイミングを調整するタイミング調整部83と、を備える。
As shown in FIG. 23, the
このように構成されるWB制御回路8は、全体制御部13のマイコン132において生成されたデータテーブルDr,Dg,Dbが与えられると、データテーブルDr,Dg,DbをそれぞれLUT82r,82g,82bに格納する。そして、FPN補正回路6でFPN補正されたRGB信号それぞれがWB制御回路8に入力されると、RGB信号がそれぞれ、信号値変換部81r,81g,81bに与えられる。信号値変換部81r,81bでは、第1例と同様、LUT82r,82b内のデータテーブルDr,Dbを参照し、入力されたRB信号の信号レベルと同じ入力アドレスに対して格納された補正処理後の信号レベルを読み出し、新たなRB信号としてタイミング調整部83に送出する。又、信号値変換部81gにおいても、入力されたG信号の信号レベルを確認すると、LUT82g内のデータテーブルDgを参照し、入力されG信号の信号レベルと同じ入力アドレスに対して格納された補正処理後の信号レベルを読み出し、新たなG信号としてタイミング調整部83に送出する。
When the data tables Dr, Dg, Db generated in the
よって、信号値変換部81r,81bそれぞれにおいて、G信号を基準としたホワイトバランス処理が施されるとともに、RB信号に対してゲイン調整及び階調変換が施されることとなる。又、信号値変換部81gにおいて、G信号に対してゲイン調整及び階調変換が施されることとなる。このようにして信号値変換部81r,81g,81bそれぞれで補正処理後の信号レベルに変換されたRGB信号は、タイミング調整部83において、その出力タイミングが調整される。このように出力タイミングが調整されたRGB信号が後段の色補間回路9に出力され、後段の各回路で各画素に応じた信号処理を行うことができる。
Therefore, in each of the signal
尚、本実施形態において、固体撮像素子を画像信号からノイズ信号を減算することで素子内で画素バラツキを除去するように動作するものとし、FPN補正回路において画像信号内に更に残存するFPN成分を除去するようにしたが、固体撮像素子においてノイズ信号の読み出しを行うことなく、FPN補正回路において画素バラツキなどにより発生するFPN成分全てを除去するようにしても構わない。 In this embodiment, the solid-state imaging device is operated so as to remove pixel variation in the device by subtracting the noise signal from the image signal, and the FPN component further remaining in the image signal in the FPN correction circuit. However, the FPN correction circuit may be configured to remove all FPN components generated by pixel variation or the like without reading the noise signal in the solid-state imaging device.
又、本実施形態において、複数種類の色フィルタを1つの固体撮像素子に設けた単板の固体撮像素子としたが、例えば、RGBの色フィルタ毎に固体撮像素子を備えた三板の固体撮像素子のように、同一の色フィルタが備えられた固体撮像素子を色フィルタの種類毎に備える構成としても構わない。又、本実施形態において、線形特性領域と対数特性領域とを含む光電変換特性を示すものについて説明したが、これに限らず、例えば、第1の線形変換特性から第1の線形変換特性とは傾きの異なる第2の線形変換特性に変化するようなものや、線形変換特性と対数変換特性以外の非線形変換特性とを含むものなどの、いわゆる適応型センサと呼ばれるものについて当てはまる。 In the present embodiment, a single-plate solid-state image sensor having a plurality of types of color filters provided in one solid-state image sensor is used. For example, a three-plate solid-state image sensor having a solid-state image sensor for each RGB color filter As described above, a solid-state imaging device having the same color filter may be provided for each type of color filter. In the present embodiment, the photoelectric conversion characteristic including the linear characteristic region and the logarithmic characteristic region has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, from the first linear conversion characteristic to the first linear conversion characteristic. This applies to what is called an adaptive sensor, such as one that changes to a second linear conversion characteristic having a different slope, or one that includes a linear conversion characteristic and a nonlinear conversion characteristic other than a logarithmic conversion characteristic.
<撮像システム>
上述の撮像装置においては、ホワイトバランス処理を含む各種信号処理を撮像装置内で行うものとしたが、これらの各種信号処理を撮像装置において行うことなく、撮像装置で得られたデータが与えられたコンピュータにおいて上述の各種信号処理を行うような撮像システムを構成することもできる。以下では、このような撮像装置とコンピュータを含む撮像システムについて、図面を参照して説明する。
<Imaging system>
In the imaging device described above, various signal processing including white balance processing is performed in the imaging device, but data obtained by the imaging device is given without performing these various signal processes in the imaging device. An imaging system that performs the above-described various signal processes in a computer can also be configured. Hereinafter, an imaging system including such an imaging apparatus and a computer will be described with reference to the drawings.
この撮像システムは、図24に示すように、被写体を撮像してRGB信号を生成する撮像装置200と、撮像装置200から出力されるRGB信号を受信してホワイトバランス処理を含む各種信号処理を施すコンピュータ250と、によって構成される。このとき、撮像装置200において、被写体を撮像して得たRGB信号に対して黒基準補正及びFPN補正を行うとともに、露光量設定を行うためのAE評価値の検出を行う。それに対して、コンピュータ250では、WB評価値の検出を行うとともに、撮像装置200から与えられたRGB信号に対してホワイトバランス処理以降の各種信号処理を施す。
As shown in FIG. 24, the imaging system receives an RGB signal output from the
このような撮像システムにおいて、撮像装置200が、光学系1、固体撮像素子2、アンプ3、AD変換回路4、黒基準補正回路5、FPN補正回路6、絞り制御部14、及びタイミング生成回路15と、AE評価値を検出するAE評価値検出回路7aと、各ブロックの制御を行う全体制御部13aと、FPN補正回路6でFPN補正されたRGB信号を一時的に格納するメモリ201と、メモリ201に一時的に格納したRGB信号を読み出して外部に送信する入出力インターフェース202と、を備える。
In such an imaging system, the
又、コンピュータ250は、PC(Personal Computer)やPDA(Personal Digital Assistant)などであり、データの処理演算を行うCPU(Central Processing Unit)251と、データを一時的に格納するメモリ252と、アプリケーションやデータが格納されるハードディスク253と、データの入力を行うキーボードやマウスなどの入力部254と、映像を表示するディスプレイ255と、外部とのデータのやりとりを行う入出力インターフェース256と、を備える。
The
このように、撮像装置200及びコンピュータ250がそれぞれ構成するとき、コンピュータ250において、RGB信号に対してホワイトバランス処理以降の各種信号処理を施すためのアプリケーションがハードディスク253に格納されている。このアプリケーションをハードディスク253より読み出して、メモリ252に格納させることで、WB評価値の検出動作とホワイトバランス処理以降の各種信号処理を行うことができる。又、このアプリケーションを起動することによって、ユーザが各種信号処理におけるパラメータを指定するためのユーザインターフェース(UI)がディスプレイ255に表示される。
As described above, when the
以下では、この撮像システムにおける撮像装置200及びコンピュータ250それぞれの動作について、図面を参照して説明する。
Hereinafter, operations of the
まず、撮像装置200においては、図1の撮像装置と同様、固体撮像素子2に光が入射されると、アナログ信号となるRGB信号が生成されて、アンプ3で増幅された後、A/D変換回路4でデジタル信号に変換される。このデジタル信号となるRGB信号は、黒基準補正回路5において、最低輝度値となる黒レベルが基準値に補正された後、FPN補正回路6において格納しているFPN成分を減算することによって、FPN成分が除去される。そして、FPN成分が除去されたRGB信号がメモリ201に格納される。このように動作するとき、FPN成分が除去されたRGB信号がAE評価値検出回路7aに与えられると、被写体の輝度範囲を確認し、絞り制御部14によって設定される絞り1aの開口度を決めるAE評価値が検出される。
First, in the
又、撮像装置200は、撮像動作を行う際に固体撮像素子2に対して設定された光電変換特性を示すダイナミックレンジ情報を、撮像した画像毎に確認し、その画像のRGB信号とともにメモリ201に格納する。このダイナミックレンジ情報は、以下の4つの情報の(1)、(2)の少なくともいずれか一方と、(3)、(4)の少なくともいずれか一方と、を備えるか、又は、(1)〜(4)の少なくともいずれか一方のみを備える。
(1)固体撮像素子2の光電変換特性の変極点Vth
(2)固体撮像素子2の光電変換特性を設定するためのモード番号M
(3)固体撮像素子2の光電変換特性を示す近似式の係数A,C,α,β
(4)撮像装置200の撮像条件
In addition, the
(1) Inflection point Vth of the photoelectric conversion characteristics of the solid-
(2) Mode number M for setting the photoelectric conversion characteristics of the solid-
(3) Coefficients A, C, α, β of approximate expressions indicating the photoelectric conversion characteristics of the solid-
(4) Imaging conditions of the
これらのダイナミックレンジ情報において、固体撮像素子2の光電変換特性の変極点Vthは、固体撮像素子2の光電変換特性対数変換特性から線形変換特性に変更する際のRGB信号の信号レベルを示す。又、固体撮像素子2の光電変換特性を設定するためのモード番号Mは、このモード番号Mがコンピュータ250側で設定されることで、撮像装置200の固体撮像素子2の光電変換特性が設定されるものである。又、固体撮像素子2の光電変換特性を示す近似式の係数は、線形変換特性を表す(イ)式 V=A×L+C における係数A,Cと、対数変換特性を表す(ロ)式 V=α×ln(L)+β における係数α,βとによって構成される。又、撮像装置200の撮像条件とされるとき、信号φVPSの電圧値VH,VLの電圧差ΔVPSと、固体撮像素子2への露光時間txと、絞り1aの開口率rxと、固体撮像素子2の内部アンプ及びアンプ3での増幅率axが、ダイナミックレンジ情報となる。この撮像装置200の撮像条件をダイナミックレンジ情報としたときは、(イ)式における係数Aと(露光時間×絞り1aの開口率×増幅率)との関係が既知であるとともに、(ロ)式における係数βと信号φVPSの電圧差ΔVPS、及び、係数αと増幅率の関係が既知である。
In these dynamic range information, the inflection point Vth of the photoelectric conversion characteristic of the solid-
又、コンピュータ250は、入力部254が操作されることで、ハードディスク253よりアプリケーションが読み出されて、アプリケーションによって指定される動作が開始されると、ディスプレイ255に、UIとして、図25のような画面が表示される。図25の画面には、撮像されて得られた画像を表示する画像表示領域X1と、画像の鮮鋭度や色の濃淡の設定などの画像処理条件の設定を行う画像処理条件設定領域X2と、撮像装置200で撮像された画像の取り込みの開始を指示するための画像取得ボタンX3と、ホワイトバランス処理を行う際に基準とする光電変換特性を設定するためのWB設定領域X4と、色補正されたRGB信号信号に対して施す階調変換後の階調特性を示す階調特性表示領域X5と、が表示される。
When the
このとき、画像処理条件設定領域X2において、スクロールバーSB1が操作されて画像の鮮鋭度が変更されると、コアリング回路12におけるエッジ成分を設定するためのエッジ強調量が変更され、又、スクロールバーSB2が操作されて画像の色の濃淡が変更されると、色補正処理におけるマトリックス係数a1〜a3,b1〜b3,c1〜c3が変更される。このとき、撮像装置200から与えられるダイナミックレンジ情報に基づいて得られるエッジ強調量又は色補正処理におけるマトリックス係数を基準として変更されるものとしても構わないし、予め設定された所定値のエッジ強調量又は色補正処理におけるマトリックス係数を基準として変更されるものとしても構わない。
At this time, when the sharpness of the image is changed by operating the scroll bar SB1 in the image processing condition setting region X2, the edge enhancement amount for setting the edge component in the
又、画像処理条件設定領域X2において、3つのオプションボタンOb1〜Ob3が指定されることで、スクロールバーSB1,SB2それぞれによって指定されるエッジ強調量及びマトリックス係数a1〜a3,b1〜b3,c1〜c3を用いる対象となる画像が指定される。即ち、スクロールバーSB1,SB2で指定されたエッジ強調量及びマトリックス係数a1〜a3,b1〜b3,c1〜c3の使用が、オプションボタンOb1が指定された場合は、得られた画像が光電変換特性が線形変換特性及び対数変換特性のいずれの場合においても行われることを示し、又、オプションボタンOb2が指定された場合は、得られた画像が光電変換特性が線形変換特性の場合においてのみ行われることを示し、更に、オプションボタンOb3が指定された場合は、得られた画像が光電変換特性が対数変換特性の場合においてのみ行われることを示す。 In addition, when the three option buttons Ob1 to Ob3 are designated in the image processing condition setting area X2, the edge enhancement amounts and matrix coefficients a1 to a3, b1 to b3, c1 to be designated by the scroll bars SB1 and SB2 respectively. The target image to use c3 is designated. That is, when the edge enhancement amount specified by the scroll bars SB1 and SB2 and the use of the matrix coefficients a1 to a3, b1 to b3, and c1 to c3 are specified by the option button Ob1, the obtained image has a photoelectric conversion characteristic. Is performed in both cases of the linear conversion characteristic and the logarithmic conversion characteristic, and when the option button Ob2 is designated, the obtained image is performed only when the photoelectric conversion characteristic is the linear conversion characteristic. In addition, when the option button Ob3 is designated, it indicates that the obtained image is performed only when the photoelectric conversion characteristic is the logarithmic conversion characteristic.
又、WB設定領域X4において、5つのオプションボタンWb1〜Wb5が指定されることで、ホワイトバランス処理を行う際のWB評価値wr,wbが設定される。即ち、オプションボタンWb1が指定されると、撮像装置200から与えられるRGB信号に基づいて自動的に設定されたWB評価値wr,wbを用いてホワイトバランス処理を行うことが設定され、オプションボタンWb2〜Wb5が指定されると、予め設定された値となるWB評価値wr,wbを用いてホワイトバランス処理を行うことが設定される。尚、オプションボタンWb2〜WB5が指定される場合はそれぞれ、蛍光灯下での画像に応じたWB評価値wr,wb、白熱灯下での画像に応じたWB評価値wr,wb、屋外晴天時での画像に応じたWB評価値wr,wb、屋外曇天時での画像に応じたWB評価値wr,wbのそれぞれが設定される。
In addition, by specifying five option buttons Wb1 to Wb5 in the WB setting area X4, WB evaluation values wr and wb for performing white balance processing are set. That is, when the option button Wb1 is designated, the white balance processing is set to be performed using the WB evaluation values wr and wb automatically set based on the RGB signals given from the
又、階調特性表示領域X5において、表示された階調特性が、色補正処理されたRGB信号それぞれに対して階調変換する際の変換前後の関係を示す。そして、表示された階調特性における線形変換特性からの対数変換特性に切りかわる変極点の位置を変更することで、そのダイナミックレンジにおいて、線形変換特性による信号となる線形領域における階調の大きさと、対数変換特性による信号となる対数領域における階調の大きさとを設定することができる。尚、階調特性の変極点の位置は、撮像装置200から与えられるダイナミックレンジ情報に基づいて得られた位置を基準として設定されるものとしても構わないし、予め設定された所定位置を基準として設定されるものとしても構わない。又、階調特性を示す複数のLUTを備え、このLUTを切り換えることで、階調特性表示領域X5に表示するLUTを変更するものとしても構わない。
In the gradation characteristic display area X5, the displayed gradation characteristic indicates a relationship before and after conversion when gradation conversion is performed on each of the RGB signals subjected to color correction processing. Then, by changing the position of the inflection point that switches from the linear conversion characteristic to the logarithmic conversion characteristic in the displayed gradation characteristic, in the dynamic range, the magnitude of the gradation in the linear region that is a signal by the linear conversion characteristic The gradation level in the logarithmic region that becomes a signal based on the logarithmic conversion characteristic can be set. The position of the inflection point of the gradation characteristic may be set with reference to a position obtained based on dynamic range information given from the
このように、コンピュータ250においてアプリケーションが起動されて、図25のようなUIがディスプレイ255に表示されたとき、コンピュータ250が図26のフローチャートに従って動作することで、撮像装置200で撮像された画像がディスプレイ255に表示される。まず、コンピュータ250において、入力部254が操作されて、UI画面内の画像取得ボタンX3が押されると(STEP1)、入出力インターフェース256に入出力インターフェース202が接続された撮像装置200に対して、撮像装置200との回線を確保する(STEP2)。このとき、撮像装置200とコンピュータ250との間で、通信の要求と応答を繰り返すことで、回線を確保することができる。
As described above, when the application is activated in the
そして、撮像装置200との回線が確保されたか否かを確認し(STEP3)、撮像装置200との回線が確保されたことを確認したとき(Yes)、撮像装置200に対して撮像して得られたRGB信号の出力を要求する(STEP4)。このとき、撮像装置200は、コンピュータ250からのRGB信号の出力要求を受信すると、メモリ201に格納している1フレーム分のRGB信号とダイナミックレンジ情報とを読み出して、入出力インターフェース202より出力する。このとき、1フレーム分のRGB信号によるフレームデータが生成されて出力されるとき、ダイナミックレンジ情報がフレームデータのヘッダ部分に付加されている。
Then, it is confirmed whether or not a line with the
そして、撮像装置200からのフレームデータを入出力インターフェース256で受信されて、ハードディスク253の一時記憶領域に格納されると(STEP5)、このフレームデータのヘッダ部分からダイナミックレンジ情報を取得する(STEP6)。この取得したダイナミックレンジ情報によって、各信号処理に用いるパラメータを設定するとともに、設定されたパラメータに応じた表示を、ディスプレイ255のUI画像に対して行う(STEP7)。
When the frame data from the
即ち、ホワイトバランス処理に対するWB検出値wr,wb、色補正処理に対するマトリックス係数a1〜a3,b1〜b3,c1〜c3、階調変換処理に対する階調特性、コアリング処理に対するエッジ強調量をそれぞれ設定するとともに、設定された各パラメータに応じた表示を、画像処理条件設定領域X2、WB設定領域X4、WB設定領域X4それぞれにおいて行う。 That is, WB detection values wr and wb for white balance processing, matrix coefficients a1 to a3, b1 to b3 and c1 to c3 for color correction processing, gradation characteristics for gradation conversion processing, and edge enhancement amounts for coring processing are set. At the same time, display according to each set parameter is performed in each of the image processing condition setting area X2, the WB setting area X4, and the WB setting area X4.
又、このように各パラメータが設定されるとき、ホワイトバランス処理で用いるWB評価値wb,wrを設定するために、まず、ダイナミックレンジ情報より得られる変極点Vth又はモード番号Mより、各画素のRGB信号それぞれの光電変換特性を判別するための閾値レベルVth(図10〜図12参照)を設定する。このとき、変極点Vthがダイナミックレンジ情報に含まれるときは、この変極点Vthをそのまま閾値レベルVthとすることで設定し、モード番号Mがダイナミックレンジ情報に含まれるときは、予めハードディスク253のアプリケーションとともに格納されるモード番号Mに対応した閾値レベルVthを読み出して設定する。 When each parameter is set in this way, in order to set the WB evaluation values wb and wr used in the white balance processing, first, from the inflection point Vth or mode number M obtained from the dynamic range information, A threshold level Vth (see FIGS. 10 to 12) for determining the photoelectric conversion characteristics of each of the RGB signals is set. At this time, when the inflection point Vth is included in the dynamic range information, the inflection point Vth is set as it is as the threshold level Vth. The threshold level Vth corresponding to the mode number M stored therewith is read out and set.
又、ホワイトバランス処理を行うための基準となるG信号の光電変換特性を示す(イ)式及び(ロ)式の係数Ag,C,α,βgそれぞれについては、ダイナミックレンジ情報より得られる係数A,C,α,β又は撮像装置200の撮像条件に基づいて設定するとともに、係数Ag,C,α,βgより確認される光電変換特性より閾値レベルVthを設定する。このとき、係数A,C,α,βがダイナミックレンジ情報に含まれるとき、この係数A,C,α,βをそのまま(イ)式及び(ロ)式の係数Ag,C,α,βgとすることで設定する。
For each of the coefficients Ag, C, α, and βg in the equations (a) and (b) showing the photoelectric conversion characteristics of the G signal as a reference for performing white balance processing, the coefficient A obtained from the dynamic range information , C, α, β, or the imaging conditions of the
又、撮影条件(電圧差ΔVPS、露光時間tx、開口率rx、増幅率ax)がダイナミックレンジ情報に含まれるとき、基準値となる係数A0,C0,α0、露光時間tx0、開口率rx0、増幅率ax0が予めハードディスク253のアプリケーションとともに格納されている。そして、係数Ag,C,α,βgが、以下の、(ハ)〜(ヘ)式に基づいて算出されることで設定される。尚、β0は、予めハードディスク253のアプリケーションとともに格納される信号φVPSの電圧差ΔVPSに対応した値である。
Ag=A0×(tx/tx0)×(rx/rx0)×(ax/ax0) …(ハ)
C=C0 …(ニ)
α=α0×(tx/tx0) …(ホ)
βg=β0×(tx/tx0) …(ヘ)
In addition, when the shooting conditions (voltage difference ΔVPS, exposure time tx, aperture ratio rx, amplification factor ax) are included in the dynamic range information, coefficients A0, C0, α0, exposure time tx0, aperture ratio rx0, amplification, which are reference values, are included. The rate ax0 is stored together with the application of the
Ag = A0 × (tx / tx0) × (rx / rx0) × (ax / ax0) (C)
C = C0 (D)
α = α0 × (tx / tx0) (e)
βg = β0 × (tx / tx0) (f)
このように設定されたパラメータがメモリ252に格納されたアプリケーションに与えられると、このアプリケーションによって、STEP5で受信されたフレームデータより得られるRGB信号に対して、設定されたパラメータに応じた信号処理が行われる(STEP8)。即ち、フレームデータより得られるRGB信号に対して、ホワイトバランス処理、色補間処理、色補正処理、階調変換処理、コアリング処理の順に、各信号処理を施す。尚、この各信号処理については、図1に示す撮像装置内における信号処理と同一であるため、その詳細な説明は省略する。
When the parameters set in this way are given to the application stored in the
このようにして信号処理されたRGB信号によるフレームデータがハードディスク253に格納されるとともに、このフレームデータによる画像が、ディスプレイ255の画像表示領域X1に表示される(STEP9)。そして、入力部254が操作されて、画像処理条件設定領域X2、WB設定領域X4、WB設定領域X4における操作が成されて、各パラメータの変更が指示されたか否かが確認される(STEP10)。そして、パラメータの変更が指示されている場合(Yes)、指示された変更量に応じて各パラメータを変更した後(STEP11)、STEP8に移行する。
The frame data based on the RGB signals subjected to the signal processing is stored in the
又、STEP3において回線の確保が確認できなかったときは(No)、回線が接続されていないことを示す表示をディスプレイ255に行うとともに(STEP12)、STEP2に移行する。更に、STEP10において、各パラメータの変更の指示が確認されなかった場合(No)、動作を終了する。
If it is not confirmed in
このように、本システムによると、コンピュータ250側で、演算負荷のかかる各信号処理が行われるため、撮像装置200の構成が簡単になるとともに、その処理速度を速くすることができる。又、本システムにおいて、撮像装置200で、コンピュータ250に出力する信号を、上述の静止画像によるフレームデータだけでなく、動画像によるフレームデータやストリームデータとしても構わない。このとき、複数の静止画像のフレームデータにより動画像とされる場合、ダイナミックレンジ情報を各フレームデータのヘッダに記録するようにし、又、時間軸での画像圧縮も行うようなストリームデータにより動画像とされる場合、このストリームデータとは別の情報としてダイナミックレンジ情報を送信する。
As described above, according to the present system, each signal processing with a calculation load is performed on the
更に、撮像装置200において、全体制御部13aで、コンピュータ250に送信するRGB信号によるフレームデータ又はストリームデータを、JPEGやモーションJPEG又はMPEGなどの圧縮画像にフォーマット変換して、入出力インターフェース202より出力するものとしても構わない。又、コンピュータ250において、ディスプレイ255に表示するUIに、画像表示領域X1に表示される画像のヒストグラムを表示したり、対数変換特性による画素領域と線形変換特性による画素領域とを識別するための表示を行うようにしても構わない。
Further, in the
又、図24の撮像システムにおいて、撮像装置200が、黒基準補正回路5及びFPN成分補正回路6を備えるものとしたが、撮像装置200が、図24の構成から黒基準補正回路5及びFPN成分補正回路6が除かれた構成とし、コンピュータ250において黒基準補正処理及びFPN補正処理が行われるものとしても構わない。このとき、黒基準補正処理を行うための黒レベルと、FPN補正処理を行うためのFPN成分と、がダイナミックレンジ情報とともに送信されるものとしても構わない。
In the imaging system of FIG. 24, the
更に、このようにコンピュータ250において黒基準補正処理及びFPN補正処理が行われるとき、この黒レベル及びFPN成分を、コンピュータ250が、アプリケーションとともにハードディスク253に格納するものとしても構わない。このとき、黒レベルについては、光電変換特性の変極点Vthに対しても複数格納され、この予め格納されている黒レベルより、上述のようにしてダイナミックレンジ情報によって得られる光電変換特性の変極点Vthに応じた黒レベルが選択される。又、FPN成分については、個々の撮像装置200における固体撮像素子2によって異なるため、個々の撮像装置200毎に格納される。
Furthermore, when the black reference correction process and the FPN correction process are performed in the
更に、コンピュータ250において、ホワイトバランス処理を行う際、RGB信号を、その光電変換特性が全て対数変換特性による信号や、その光電変換特性が全て線形変換特性による信号に変換した後に、ホワイトバランス処理を行うものとしても構わない。即ち、光電変換特性が全て対数変換特性による信号に変換する場合は、線形変換特性によって得られた信号値を対数変換特性による信号値に変換し、又、光電変換特性が全て線形変換特性による信号に変換する場合は、対数変換特性によって得られた信号値を線形変換特性による信号値に変換する。尚、このような変換処理についての演算については、LUTを参照して行われるものとしても構わないし、演算式によって行われるものとしても構わない。
Further, when the
又、図24の撮像システムにおいて、撮像装置200の入出力インターフェース202とコンピュータ250の入出力インターフェース256とが通信接続されることで、撮像装置200で撮像されて得られたフレームデータがコンピュータ250に送信されるものとしたが、撮像装置200がフレキシブルディスクやコンパクトフラッシュやメモリカードなどの記録メディアにフレームデータ又はストリームデータを記録する記録部を備えるとともに、コンピュータ250がこの記録メディアのフレームデータ又はストリームデータを読み出す再生部を備えるものとしても構わない。このようにすることで、記録メディアを介して、撮像装置200からコンピュータ250に、撮像して得られたフレームデータ又はストリームデータを転送することができる。
24, the input /
1 光学系
2 固体撮像素子
3 アンプ
4 AD変換回路
5 黒基準補正回路
6 FPN補正回路
7 AE・WB評価値検出回路
8 WB制御回路
9 色補間回路
10 色補正回路
11 階調変換回路
12 コアリング回路
13 全体制御部
14 絞り制御部
15 タイミング生成回路
DESCRIPTION OF
Claims (17)
前記ホワイトバランス回路は、入力される色信号のレベルに対して、各色信号間のずれが補正された信号レベルを出力データとして与える第1ルックアップテーブルを備え、該第1ルックアップテーブルは前記第1及び第2の特性の両特性に対応づけられていることを特徴とする撮像装置。 A photoelectric conversion characteristic including a first region in which an output signal changes with a first characteristic with respect to an incident light amount and a second region in which an output signal changes with a second characteristic different from the first characteristic with respect to the incident light amount. A solid-state image sensor provided with a plurality of types of color filters, a white balance circuit that performs white balance processing on color signals for each type of the color filter output from the solid-state image sensor, In an imaging apparatus comprising:
The white balance circuit includes a first look-up table that provides, as output data, a signal level in which a shift between the color signals is corrected with respect to the level of the input color signal, and the first look-up table is the first look-up table. An imaging apparatus characterized by being associated with both the first and second characteristics.
前記第1ルックアップテーブルは、
前記第2色信号の信号レベルを入力アドレスとし、前記第2色信号における光電変換特性を前記第1色信号の光電変換特性に変換した際の信号レベルを該入力アドレスに対する出力データとするものであることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載の撮像装置。 When one of the plurality of types of color signals is used as a reference first color signal and a color signal other than the reference color signal is used as a second color signal,
The first lookup table is:
The signal level of the second color signal is used as an input address, and the signal level when the photoelectric conversion characteristic in the second color signal is converted into the photoelectric conversion characteristic of the first color signal is used as output data for the input address. The image pickup apparatus according to claim 1, wherein the image pickup apparatus is provided.
前記第1ルックアップテーブルが、前記第2色信号における光電変換特性を前記第1色信号の光電変換特性に変換し且つ階調変換処理が行われた信号レベルを、前記入力アドレスに対する出力データとすることを特徴とする請求項4に記載の撮像装置。 The white balance circuit includes a second look-up table having the signal level of the first color signal as an input address and the signal level subjected to gradation conversion processing as output data for the input address,
The first look-up table converts the photoelectric conversion characteristic of the second color signal into the photoelectric conversion characteristic of the first color signal and the signal level on which the gradation conversion processing has been performed, and the output data for the input address The imaging apparatus according to claim 4, wherein:
を、前記第2色信号の種類毎に、前記固体撮像素子から入力される前記第1色信号及び前
記第2色信号の信号レベルの関係より検出する評価値検出回路を備え、
前記第1ルックアップテーブルが、前記評価値と前記第1色信号の光電変換特性とに基
づいて生成されることを特徴とする請求項4又は請求項5に記載の撮像装置。 The first color that is input from the solid-state image sensor for each type of the second color signal is an evaluation value that represents the relationship between the photoelectric conversion characteristic of the first color signal and the photoelectric conversion characteristic of the second color signal. An evaluation value detection circuit for detecting from the relationship between the signal and the signal level of the second color signal,
It said first look-up table, the imaging apparatus according to claim 4 or claim 5, characterized in that it is generated based on the photoelectric conversion characteristics of the said evaluation value first color signal.
前記第2色信号の種類毎に、
前記固体撮像素子から与えられた入射光量に対して前記第1の特性で変化した前記第1色信号及び前記第2色信号それぞれの平均値の関係に基づいて、第1評価値が求められるとともに、
前記固体撮像素子から与えられた入射光量に対して前記第2の特性で変化した前記第1色信号及び前記第2色信号それぞれの平均値の関係に基づいて、第2評価値が求められ、
前記第1評価値及び前記第2評価値を加重加算することで、前記第1色信号の光電変換特性と前記第2色信号の光電変換特性との関係を表す評価値を求めることを特徴とする請求項6に記載の撮像装置。 In the evaluation value detection circuit,
For each type of the second color signal,
A first evaluation value is obtained based on the relationship between the average values of the first color signal and the second color signal that have changed with the first characteristic with respect to the amount of incident light applied from the solid-state imaging device. ,
Based on the relationship between the average values of the first color signal and the second color signal that have changed in the second characteristic with respect to the amount of incident light applied from the solid-state imaging device, a second evaluation value is obtained,
An evaluation value representing a relationship between the photoelectric conversion characteristic of the first color signal and the photoelectric conversion characteristic of the second color signal is obtained by weighted addition of the first evaluation value and the second evaluation value. The imaging device according to claim 6 .
前記第2色信号の光電変換特性を、前記第1色信号の光電変換特性と前記評価値に基づいて決定することを特徴とする請求項6〜請求項9のいずれかに記載の撮像装置。 While determining the photoelectric conversion characteristics of the first color signal based on the dynamic range of the solid-state imaging device,
The photoelectric conversion characteristic of the second color signal, the image pickup apparatus according to any one of claims 6 to claim 9, wherein determining, based on the evaluation value and the photoelectric conversion characteristics of the first color signal.
前記撮像装置より、前記固体撮像素子で撮像されて得られた画像信号と、該画像信号を出力するときの前記固体撮像素子に対して設定された光電変換特性を示すダイナミックレンジ情報とが、前記演算装置に出力され、
前記演算装置が、前記画像信号による前記色フィルタの種類毎の色信号に対してホワイトバランス処理を行う際、各色信号間のずれが補正された信号レベルを出力データとして与えるとともに前記第1及び第2の特性の両特性に対応づけられているルックアップテーブルを参照して処理することを特徴とする撮像システム。 A photoelectric conversion characteristic including a first region in which an output signal changes with a first characteristic with respect to an incident light amount and a second region in which an output signal changes with a second characteristic different from the first characteristic with respect to the incident light amount. An imaging device including a solid-state image sensor provided with a plurality of types of color filters, and an arithmetic device that performs image processing on an image signal obtained by imaging a subject with the imaging device In an imaging system composed of
From the imaging device, an image signal obtained by imaging with the solid-state imaging device, and dynamic range information indicating photoelectric conversion characteristics set for the solid-state imaging device when outputting the image signal, Output to the arithmetic unit,
When the arithmetic unit performs white balance processing on the color signal for each type of the color filter based on the image signal, it gives a signal level in which a shift between the color signals is corrected as output data and the first and first An imaging system characterized in that processing is performed with reference to a look-up table associated with both of the two characteristics.
前記ルックアップテーブルは、
前記第2色信号の信号レベルを入力アドレスとし、前記第2色信号における光電変換特性を前記第1色信号の光電変換特性に変換した際の信号レベルを該入力アドレスに対する出力データとするものであることを特徴とする請求項12に記載の撮像システム。 When one of the plurality of types of color signals is used as a reference first color signal and a color signal other than the reference color signal is used as a second color signal,
The lookup table is
The signal level of the second color signal is used as an input address, and the signal level when the photoelectric conversion characteristic in the second color signal is converted into the photoelectric conversion characteristic of the first color signal is used as output data for the input address. The imaging system according to claim 12, wherein there is an imaging system.
前記第1色信号の光電変換特性と前記第2色信号の光電変換特性との関係を表す評価値が、前記第2色信号の種類毎に、前記固体撮像素子から入力される前記第1色信号及び前記第2色信号の信号レベルの関係より検出され、
前記第1ルックアップテーブルが、前記評価値と前記第1色信号の光電変換特性とに基づいて生成されることを特徴とする請求項12又は請求項13に記載の撮像システム。 In the arithmetic unit,
An evaluation value representing the relationship between the photoelectric conversion characteristic of the first color signal and the photoelectric conversion characteristic of the second color signal is input from the solid-state imaging device for each type of the second color signal. Detected from the relationship between the signal and the signal level of the second color signal,
The imaging system according to claim 12 or 13 , wherein the first look-up table is generated based on the evaluation value and a photoelectric conversion characteristic of the first color signal.
前記前記第1色信号の光電変換特性と前記第2色信号の光電変換特性との関係を表す複数の評価値が、複数の所定の撮影条件毎に設定されて記憶され、
前記撮影条件の1つが選択されるとき、当該選択された撮影条件に応じた前記評価値が読み出され、当該読み出された評価値と前記第1色信号の光電変換特性とに基づいて、前記第1ルックアップテーブルが生成されることを特徴とする請求項12〜請求項14のいずれかに記載の撮像システム。 In the arithmetic unit, a plurality of evaluation values representing a relationship between the photoelectric conversion characteristics of the first color signal and the photoelectric conversion characteristics of the second color signal are set and stored for each of a plurality of predetermined photographing conditions,
When one of the shooting conditions is selected, the evaluation value corresponding to the selected shooting condition is read, and based on the read evaluation value and the photoelectric conversion characteristic of the first color signal, the imaging system according to any one of claims 12 to claim 14, wherein said first look-up table is generated.
12〜請求項16のいずれかに記載の撮像装置。 The second characteristic is a natural logarithmic change with respect to an incident light amount.
The imaging device according to any one of claims 12 to 16 .
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