(57)【要約】  【課題】  スミアを抑制しつつ、高輝度な光源被写体中心付近においても適切な補正を行える撮像装置を提供する。  【解決手段】  撮像装置は、受光素子からの信号電荷を読み出して蓄積する第１のレジスタと、第１のレジスタと交互に配置されると共に、受光素子から信号電荷が読み出されないか、あるいは露光時間が設定されていない状態で受光素子から電荷が読み出される第２のレジスタとを有する垂直シフトレジスタを有するＣＣＤ１０と、第２のレジスタから読み出した信号を振幅制限する振幅制限回路１６と、第１のレジスタから読み出した信号から振幅制限された信号を減算する減算回路１８とを備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光素子からの信号電荷を読み出して蓄積する第１のレジスタと、前記第１のレジスタと交互に配置されると共に、前記受光素子から信号電荷が読み出されないか、あるいは露光時間が設定されていない状態で前記受光素子から電荷が読み出される第２のレジスタとを有する垂直シフトレジスタを有する撮像素子と、
前記第２のレジスタから読み出した信号を振幅制限する振幅制限部と、
前記第１のレジスタから読み出した信号から振幅制限された信号を減算する減算部と、
を備えた撮像装置。
【請求項２】
前記振幅制限部は、
前記第１のレジスタから読み出した信号の振幅が所定の閾値以上であるか否かを判定する判定部を備え、
前記信号振幅が所定の閾値以上の場合に、信号の振幅制限を行う請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記振幅制限部は、
前記第１のレジスタから読み出した信号の振幅が第１の閾値以上であるか否かを判定する第１の判定部と、
前記第１の判定部にて信号振幅が第１の閾値以上であると判定された位置から所定画素数遅れて前記第２のレジスタから読み出した信号振幅が第２の閾値以上であるか否かを判定する第２の判定部と、を備え、
前記第２のレジスタから読み出した信号振幅が第２の閾値以上の場合に、信号の振幅制限を行う請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】
受光素子からの信号電荷を読み出して第１のレジスタに蓄積するステップと、
前記第１のレジスタから信号を読み出すステップと、
前記第１のレジスタと交互に配置されると共に、前記受光素子から信号電荷が読み出されないか、あるいは露光時間が設定されていない状態で前記受光素子から電荷が読み出される第２のレジスタから電荷を読み出すステップと、
前記第２のレジスタから読み出した信号を振幅制限するステップと、
前記第１のレジスタから読み出した信号から振幅制限された信号を減算するステップと、
を備えた撮像方法。
【請求項５】
前記振幅を制限するステップは、前記第１のレジスタから読み出した信号の振幅が所定の閾値以上であるか否かを判定するステップを備え、
前記信号振幅が所定の閾値以上の場合に、信号の振幅制限を行う請求項４に記載の撮像方法。
【請求項６】
前記振幅を制限するステップは、前記第１のレジスタから読み出した信号の振幅が第１の閾値以上であるか否かを判定するステップと、
信号振幅が第１の閾値以上であると判定された位置から所定画素数遅れて前記第２のレジスタから読み出した信号振幅が第２の閾値以上であるか否かを判定するステップとを備え、
前記第２のレジスタから読み出した信号振幅が第２の閾値以上の場合に、信号の振幅制限を行う請求項４に記載の撮像方法。
【請求項７】
受光素子からの信号電荷を読み出して蓄積する第１のレジスタと、前記第１のレジスタと交互に配置されると共に、前記受光素子から信号電荷が読み出されないか、あるいは露光時間が設定されていない状態で前記受光素子から電荷が読み出される第２のレジスタとを有する垂直シフトレジスタを有する撮像素子によって撮像した画像信号に対してスミアの補正を行うためのプログラムであって、コンピュータに、
前記第２のレジスタから読み出した信号を振幅制限するステップと、
前記第１のレジスタから読み出した信号から振幅制限された信号を減算するステップと、
を実行させるプログラム。
【請求項８】
前記振幅を制限するステップでは、前記第１のレジスタから読み出した信号の振幅が所定の閾値以上であるか否かを判定するステップをコンピュータに実行させ、
前記信号振幅が所定の閾値以上の場合に、信号の振幅制限を行う請求項７に記載のプログラム。
【請求項９】
前記振幅を制限するステップでは、
前記第１のレジスタから読み出した信号の振幅が第１の閾値以上であるか否かを判定するステップと、
信号振幅が第１の閾値以上であると判定された位置から所定画素数遅れて前記第２のレジスタから読み出した信号振幅が第２の閾値以上であるか否かを判定するステップと、をコンピュータに実行させ、
前記第２のレジスタから読み出した信号振幅が第２の閾値以上の場合に、信号の振幅制限を行う請求項７に記載のプログラム。
【請求項１０】
請求項７〜９に記載のプログラムを記録した記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置に関し、特に、撮像時に発生したスミアを補正する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、スミアを補正する撮像装置として、特許文献１に記載の撮像装置が知られていた。特許文献１の撮像装置は、受光素子に対応する信号電荷転送用の垂直シフトレジスタと、受光素子に対応しないスミア電荷転送用の垂直シフトレジスタを交互に配置している。
【０００３】
上記撮像装置は、水平同期周波数の２倍の周波数で駆動し、１／２水平周期毎にスミアが混入した映像信号と、映像信号を含まないスミア信号を得る。撮像装置は、スミアが混入した映像信号からスミア信号を引き、時間軸を２倍に伸張することにより、水平同期周波数に合致したスミアを補正した映像信号を得る。
【０００４】
図８は、特許文献１に記載された撮像装置の回路構成図である。撮像装置は、２倍速駆動されるＣＣＤ５０と、ＣＣＤ５０から出力される２倍速の信号を１／２水平同期毎に切り替えるスイッチ５２とを有している。スイッチ５２の接点Ａ側では、スミアが混入した映像信号が出力され、接点Ｂ側にはスミアのみの信号が出力される。接点Ｂ側には、接点Ａ側のスミアが混入した映像信号とタイミングを合わせるためにスミア信号を遅延させる遅延回路５４が配置されている。また、撮像装置は、スミアが混入した映像信号からスミア信号を減算する減算器５６と、減算結果を２倍に時間軸を伸張して水平同期周波数のタイミングで出力を行う時間軸伸張回路５８とを有している。
【０００５】
図９は、従来の撮像装置の動作説明図である。１／２水平同期毎にスミア信号の含まれた１水平期間分の映像信号とスミア信号が交互に出力されるため、スイッチ５２の接点Ａ経由で減算器５６に１／２水平同期毎にスミア信号の含まれた１水平期間分の信号（波形ａ）が入力され、遅延回路５４から減算器５６に１／２水平同期毎にスミア信号（波形ｂ）が入力される。このとき、図９に一点鎖線で示すように、映像信号のスミア成分とスミア信号の波形立ち上がりタイミングは同じである。従って、映像信号からスミア信号を減算することにより、スミアが補正された信号を得ることができる（波形ｃ）。そして、時間軸伸張回路５８によって水平方向に２倍に伸長することにより、本来必要とする１倍速のスミア補正済み映像信号を得ることができる（波形ｄ）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６３−１５７５８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の撮像装置では、高輝度な光源被写体を撮影した場合には、その画面上下で発生したスミアを抑制できるが、光源中心付近では過剰な補正が行われ、レベルが低下し、画像が被写体と異なるという弊害が発生する可能性があった。
【０００８】
図１０は、高輝度な光源被写体を撮影したときの課題を説明するための図である。図１０に示す波形ａ〜波形ｃは、図９に示す波形ａ〜波形ｃまでの信号に対応する。高輝度な光源被写体の場合には、図９に示すようにスミア成分の立ち上がりのタイミングが同一とはならず、光源中心から裾野の幅を持った映像信号のレベル分布となる。信号電荷転送用レジスタの電荷とスミア電荷転送用のレジスタの電荷の分離が十分でない場合で、特に高輝度の場合には、信号電荷転送用のレジスタの電荷がスミア電荷転送用レジスタに漏れこみ、図１０の波形ｂに示すように減算する信号が太く、レベルが高くなってしまう。このため、減算後には、図１０の波形ｃに示すように光源中心付近のレベルが大きく低下し、画像が破綻する現象が発生する。
【０００９】
本発明は、上記背景に鑑み、高輝度な光源被写体中心付近においても適切なスミア補正を行える撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の撮像装置は、受光素子からの信号電荷を読み出して蓄積する第１のレジスタと、前記第１のレジスタと交互に配置されると共に、前記受光素子から信号電荷が読み出されないか、あるいは露光時間が設定されていない状態で前記受光素子から電荷が読み出される第２のレジスタとを有する垂直シフトレジスタを有する撮像素子と、前記第２のレジスタから読み出した信号を振幅制限する振幅制限部と、前記第１のレジスタから読み出した信号から振幅制限された信号を減算する減算部とを備えた構成を有する。
【００１１】
この構成により、第１のレジスタからスミア成分を含む映像信号を読み出し、第２のレジスタからスミアに相当するスミア信号を読み出す。振幅制限部によりスミア信号の振幅を制限した上で、映像信号から減算を行うので、高輝度な光源被写体を撮影したときに発生する光源中心付近の過剰な補正を防止しつつ、スミアを抑制できる。
【００１２】
本発明の撮像装置において、前記振幅制限部は、前記第１のレジスタから読み出した信号の振幅が所定の閾値以上であるか否かを判定する判定部を備え、前記信号振幅が所定の閾値以上の場合に、信号の振幅制限を行ってもよい。
【００１３】
この構成により、映像信号の振幅の大きさ、すなわち、光源被写体の画像レベルを判定して減算するスミア信号の振幅を制限するので、高輝度な光源被写体中心付近にて画像レベルの過剰な補正を低減するように制御することが可能になる。
【００１４】
本発明の撮像装置において、前記振幅制限部は、前記第１のレジスタから読み出した信号の振幅が第１の閾値以上であるか否かを判定する第１の判定部と、前記第１の判定部にて信号振幅が第２の閾値以上であると判定された位置から所定画素数遅れて前記第２のレジスタから読み出した信号振幅が第２の閾値以上であるか否かを判定する第２の判定部とを備え、前記第２のレジスタから読み出した信号振幅が所定の閾値以上の場合に、信号の振幅制限を行ってもよい。
【００１５】
この構成により、映像信号の所定の閾値より振幅が大きい場合には、その振幅に対するスミア信号の寄与を判別し、スミア信号の寄与が大きい場合に補正を行う。従って、スミア補正と高輝度な光源被写体中心付近の画像レベルの過剰な補正の低減を両立させることができる。
【００１６】
本発明の撮像方法は、受光素子からの信号電荷を読み出して第１のレジスタに蓄積するステップと、前記第１のレジスタから信号を読み出すステップと、前記第１のレジスタと交互に配置されると共に、前記受光素子から信号電荷が読み出されないか、あるいは露光時間が設定されていない状態で前記受光素子から電荷が読み出される第２のレジスタから電荷を読み出すステップと、前記第２のレジスタから読み出した信号を振幅制限するステップと、前記第１のレジスタから読み出した信号から振幅制限された信号を減算するステップとを備えた構成を有する。
【００１７】
この構成により、上記した撮像装置と同様に、高輝度な光源被写体を撮影したときに発生する光源中心付近の過剰な補正を防止しつつ、スミアを抑制することができる。なお、振幅を制限するステップは、上記した撮像装置と同様の判定を行って振幅制限をしてもよい。
【００１８】
本発明のプログラムは、受光素子からの信号電荷を読み出して蓄積する第１のレジスタと、前記第１のレジスタと交互に配置されると共に、前記受光素子から信号電荷が読み出されないか、あるいは露光時間が設定されていない状態で前記受光素子から電荷が読み出される第２のレジスタとを有する垂直シフトレジスタを有する撮像素子によって撮像した画像信号に対してスミアの補正を行うためのプログラムであって、コンピュータに、前記第２のレジスタから読み出した信号を振幅制限するステップと、前記第１のレジスタから読み出した信号から振幅制限された信号を減算するステップとを実行させる構成を有する。
【００１９】
この構成により、上記した撮像装置と同様に、高輝度な光源被写体を撮影したときに発生する光源中心付近の過剰な補正を防止しつつ、スミアを抑制することができる。なお、振幅を制限するステップは、上記した撮像装置と同様の判定を行って振幅制限をしてもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、振幅制限部によりスミア信号の振幅を制限した上で、映像信号から減算を行うので、高輝度な光源被写体を撮影したときに発生する光源中心付近の過剰な補正を防止しつつ、スミアを抑制できるというすぐれた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１の実施の形態の撮像装置の回路構成図
【図２】ＣＣＤの構成を示す図
【図３】第１の実施の形態の撮像装置の動作説明図
【図４】第２の実施の形態の撮像装置の振幅制限回路構成図
【図５】第２の実施の形態の撮像装置の動作説明図
【図６】振幅制限回路を実現するプログラムの処理を示す図
【図７】ＣＣＤの別の構成を示す図
【図８】従来の撮像装置の回路構成図
【図９】従来の撮像装置の動作説明図
【図１０】従来の撮像装置の課題を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態の撮像装置について、図面を参照しながら説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態における撮像装置の回路構成を示す図である。図１に示すように、撮像装置は、ＣＣＤ１０、スイッチ１２、遅延回路１４、振幅制限回路１６、減算器１８、時間軸伸張回路２０を有している。これらの構成のうち、ＣＣＤ１０、スイッチ１２、遅延回路１４、減算器１８、時間軸伸張回路２０は、図８にて説明したＣＣＤ５０、スイッチ５２、遅延回路５４、減算器５６、時間軸伸張回路５８と同じ機能を有している。振幅制限回路１６は、第２のレジスタ内の信号であるスミアのみの信号について振幅を制限する機能を有する。
【００２３】
図２は、ＣＣＤ１０の構成を示す図である。ＣＣＤ１０は、マトリックス状に配置された受光素子３０と、受光素子３０から信号電荷を読み出すレジスタ３２と、受光素子３０から信号電荷が読み出されないレジスタ３４とを有している。レジスタ３２とレジスタ３４は交互に配置されている。各受光素子３０にはレジスタ３２とレジスタ３４が一つずつ設けられている。なお、図２では、信号電荷が読み出されるレジスタ３２に「Ｖ１」、読み出されないレジスタ３４に「Ｖ２」を付してその配置が分かるようにしている。縦に並んだ複数のレジスタ３２とレジスタ３４のセットは、垂直シフトレジスタ３６を構成している。複数の垂直シフトレジスタ３６には、水平シフトレジスタ３８が接続されており、水平シフトレジスタ３８には、電荷検出部４０が接続されている。
【００２４】
図３は、高輝度の光源を撮影したときの映像信号およびスミア信号の波形を示す図である。波形ａは、映像信号が接点Ａを介してＣＣＤ１０から出力される映像信号の波形である。映像信号は、空間的に裾野のある幅のある波形になっている。波形ｂは、接点Ｂを介してＣＣＤ１０から出力されるスミア信号の波形である。スミア信号の波形ｂは、裾野の幅が波形ａよりも狭い。映像信号（波形ａ）とスミア信号（波形ｂ）は、１／２水平同期期間に交互に出力されている。
【００２５】
振幅制限回路１６は、接点Ｂから出力されたスミア信号（波形ｂ）の振幅が所定の閾値以上であると判定されると、スミア信号の振幅をクリップした信号を出力する。波形ｃは、振幅制限回路１６にて、波形ｂの振幅をクリップした信号である。減算器１８は、映像信号（波形ａ）からクリップ後の信号（波形ｃ）を減算してスミア補正済み信号（波形ｄ）を生成する。
【００２６】
本実施の形態では、振幅制限回路１６にて、スミア信号の振幅を制限することにより、図１０の波形ｃに示すような過剰な補正を抑えることができ、被写体が高輝度であっても画質破綻のないスミア補正を行うことができる。
【００２７】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態の撮像装置について説明する。第２の実施の形態の撮像装置の基本的な構成は、第１の実施の形態の撮像装置と同じであるが、振幅制限回路１６の構成が異なる。
【００２８】
図４は、第２の実施の形態における振幅制限回路１６の回路構成を示す図である。振幅制限回路１６は、スミアが混入した映像信号がある所定の閾値以上であるか否かを判定する第１レベル判定回路２２と、スミア信号が所定の閾値以上であるか否かを判定する第２レベル判定回路２４と、第２判定レベル判定回路２４にてスミア信号が所定の閾値以上であると判定された場合にスミア信号の振幅を制限するクリップ回路２６とを有している。
【００２９】
図５は、第２の実施の形態の撮像装置の動作を説明するための図である。第１レベル判定回路２２は、スミアを含んだ映像信号が閾値ＴＨａを超えると判定Ａ信号を第２レベル判定回路２４に対して出力する。第２レベル判定回路２４は、判定Ａ信号が出力された右側のＷで示す画素にてスミア信号（判定Ａ信号の時点からＷ画素遅れて発生したスミア信号）が閾値ＴＨｂを超えると判定Ｂ信号をクリップ回路２６に対して出力する。クリップ回路２６は、判定Ｂ信号が入力されたときに、初めてＣＬの画像レベルでクリップ回路２６が動作し、波形ｂの振幅を制限した波形ｃを出力する。
【００３０】
本実施の形態の撮像装置によれば、高輝度な光源を撮像したとき、映像信号（波形ａ）とスミア信号（波形ｂ）の波形立ち上がりのずれ（Ｗ画素）が発生することを利用して減算する信号の振幅を制限するので、図１０に示すような過剰な補正を抑えることができ、画質破綻のないスミア補正を行うことができる。
【００３１】
また、図４に示す振幅制限回路の構成は、振幅制限用のプログラムによっても実現可能である。なお、振幅制限用のプログラムは、記録媒体に記録しておいてもよい。
【００３２】
図６は、１ラインの処理を示すフローチャートである。図５に示す波形において、画面の左端から右端への処理例を示している。振幅制限プログラムを実行するコンピュータは、処理位置ｘを画面左端に初期化する（Ｓ１０）。コンピュータは、処理位置ｘ（初回は画面左端）においてスミアが混入した映像信号が閾値ＴＨａ以上であるか否かを判定し（Ｓ１２）、映像信号が閾値ＴＨａ以上であれば（Ｓ１２でＹＥＳ）、ｗ画素右側の位置ｘ＋ｗにおいて、スミア信号が閾値ＴＨｂ以上であるか否かを判定する（Ｓ１４）。この判定の結果、スミア信号が閾値ＴＨｂ以上であれば（Ｓ１４でＹＥＳ）、コンピュータは、位置ｘ＋ｗにおいて、スミア信号をクリップする（Ｓ１６）。次に、コンピュータは、位置ｘ＋ｗが右端であるか否かを判定し（Ｓ１８）、右端であれば（Ｓ１８でＹＥＳ）、振幅制限処理を終了する。
【００３３】
以上のいずれかの判定のステップＳ１２，Ｓ１４，Ｓ１８にて、条件を満たさないと判定された場合には、ｘに１を加えて処理位置を右にずらし（Ｓ２０）、上記と同じ処理を繰り返し行う（Ｓ１２〜Ｓ１８）。
【００３４】
以上、本発明の撮像装置、撮像方法およびプログラムについて実施の形態を挙げて詳細に説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではない。
【００３５】
図７は、ＣＣＤの別の構成例を示す図である。図７に示すＣＣＤの基本的な構成は、ＣＣＤ１０と同じであるが、受光素子３０から電荷が一切読み出されないレジスタ３４に代えて、露光時間を設定しない状態において受光素子３０から電荷が読み出されるレジスタ４２を有している。この構成によっても上記した実施の形態と同様に、レジスタ４２にてスミア信号を取得することができる。
【００３６】
上記した実施の形態では、スミア信号のクリップを開始する動作を示したが、クリップを解除する動作は、例えばスミアが混入した映像信号の大きさあるいはスミア信号の大きさがある閾値を下回ったときに行うことができる。
【００３７】
なお、上記実施の形態において、ＣＣＤの構造は、図２、図７では、第１のレジスタ（Ｖ１）と第２のレジスタ（Ｖ２）とが隣接して配置されているが、スミア信号を含む信号電荷とスミア信号の分離をするために、両レジスタの間に障壁となるレジスタ（Ｖ３）を配置し、Ｖ１,Ｖ２,Ｖ３,Ｖ１,Ｖ２,Ｖ３…と配置してもよい。すなわち、第１のレジスタ（Ｖ１）と第２のレジスタ（Ｖ２）を交互に配置し、その間に障壁レジスタ（Ｖ３）を配置してもよい。
【００３８】
上記した実施の形態では、第２の実施の形態の振幅制限回路に対応するプログラムについて説明したが、第１の実施の形態の振幅制限回路もプログラムによって実現することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明にかかる撮像装置は、受光素子から読み出されない垂直シフトレジスタの信号について高輝度光源部の信号か、スミア信号かを判定して高輝度光源部の中心付近の補正画質も改善するので、被写体により忠実な画像を得る撮像装置として有用である。
【符号の説明】
【００４０】
１０、５０  ＣＣＤ
１２、５２  スイッチ
１４、５４  遅延回路
１６  振幅制限回路
１８、５６  減算器
２０、５８  時間軸伸張回路
２２  第１レベル判定回路
２４  第２レベル判定回路
２６  クリップ回路
３０  受光素子（ＰＤ）
３２  第１のレジスタ
３４  第２のレジスタ
３６  垂直シフトレジスタ
３８  水平シフトレジスタ
４０  電荷検出部
４２  第２のレジスタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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