(57)【要約】      （修正有）【課題】被写体に応じた品質の高いデジタル映像信号を出力することができる撮像装置を提供する。【解決手段】規則的に配置された複数のフォトダイオード２を有する撮像素子３と、複数種の非線形パターンの基準電圧信号を発生する基準電圧信号発生部５と、基準電圧信号発生部５からの基準電圧信号にもとづいて、それぞれのフォトダイオード２から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換部４と、を撮像装置１が具備する。【選択図】図１
2010183183.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
デジタル映像信号を出力する撮像装置であって、
規則的に配置された複数の受光素子を有する撮像素子と、
非線形パターンの基準電圧信号を発生する基準電圧信号発生部と、
前記基準電圧信号発生部からの前記基準電圧信号にもとづいて前記複数の受光素子から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換し、前記デジタル映像信号を出力するＡＤ変換部と、を具備することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記デジタル映像信号を分析する映像分析部を具備し、
前記基準電圧信号発生部が前記映像分析部の分析結果にもとづいた前記パターンの前記基準電圧信号を発生することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記映像分析部が前記デジタル映像信号の映像分析を行い、
前記基準電圧信号発生部が前記デジタル映像信号の信号密度分布に応じて、信号密度が高い箇所の量子化密度を高くするパターンの前記基準電圧信号を発生することを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
複数の前記パターンを記憶する基準電圧信号パターン記憶部を具備し、
前記基準電圧信号発生部が、前記基準電圧信号パターン記憶部に記憶された前記複数のパターンのいずれかのパターンの前記基準電圧信号を発生することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記ＡＤ変換部が、カラムＡＤ変換部であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、受光素子からのアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換部を具備する撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
公知のデジタルカメラなどの撮像装置においては、受光素子から出力されたアナログ信号は、ＡＤ変換部によってデジタル信号に変換された後に、種々の補正処理が行われている。例えば、全体的に暗くコントラストの小さな映像の場合、デジタル信号に対してコントラスト補正処理が行われている。デジタル信号に対するコントラスト補正処理では、上に凸形状の補正パターンにもとづいて、デジタル信号の量子化幅、すなわち１ビットに対応する電圧、が伸張される。このため量子化の段差が大きくなり階調が粗くなったり映像中に段差が見えてしまったりすることがあった。すなわち、公知の撮像装置ではデジタル信号に対して全ての補正処理が行われていたために、量子化幅が伸張される処理等を行った場合には映像品質が低下することがあった。
【０００３】
出願人は特開２００７−１３５０９９号公報において、入力されたアナログ信号をＡＤ変換してから表示をおこなう表示装置において、可変電圧器の出力電圧値が所定の値に設定されるＡＤ変換装置を開示している。このＡＤ変換装置では入力されたアナログ信号を非線形の補正パターンをもとにデジタル信号に変換する。なお、このＡＤ変換装置はテレビジョン受信機等の表示装置専用であり、デジタルカメラ等の撮像装置には使用することはできないものである。
【０００４】
また、特開２００６−１５７２６３号公報には、受光素子から出力されたアナログ信号を、線形パターンの基準電圧信号にもとづいてデジタル信号に変換するカラムＡＤ変換部を有する撮像装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１３５０９９号公報
【特許文献２】特開２００６−１５７２６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は品質の高いデジタル映像信号を出力す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】
【０００７】
本願発明の一態様によれば、デジタル映像信号を出力する撮像装置であって、規則的に配置された複数の受光素子を有する撮像素子と、非線形パターンの基準電圧信号を発生する基準電圧信号発生部と、基準電圧信号発生部からの基準電圧信号にもとづいて複数の受光素子から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換し、デジタル映像信号を出力するＡＤ変換部と、を具備することを特徴とする撮像装置が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、品質の高いデジタル映像信号を出力する撮像装置を提供する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態の撮像装置の構成を示した構成図である。
【図２】公知の撮像装置の基準電圧信号発生部が発生する基準電圧信号のパターンを説明するための説明図である。
【図３】公知の撮像装置のＡＤ変換部によるＡＤ変換処理を説明するための説明図である。
【図４】公知の撮像装置のＡＤ変換部によるＡＤ変換処理を説明するための説明図である。
【図５】公知の撮像装置の映像処理部におけるコントラスト補正処理を説明するための説明図である。
【図６】第１実施形態の撮像装置の基準電圧信号発生部が発生する基準電圧信号のパターンを説明するための説明図である。
【図７】第１実施形態の撮像装置のＡＤ変換部によるＡＤ変換処理を説明するための説明図である。
【図８】第１実施形態の撮像装置のＡＤ変換部によるＡＤ変換処理を説明するための説明図である。
【図９】第１実施形態の撮像装置の基準電圧信号発生部が発生する基準電圧信号のパターンを説明するための説明図である。
【図１０】第２実施形態の撮像装置の構成を示した構成図である。
【図１１】第２実施形態の撮像装置における処理の流れを説明するためのフローチャートである。
【図１２】第２実施形態の撮像装置のＡＤ変換処理を説明するための説明図である。
【図１３】第２実施形態の撮像装置のＡＤ変換処理を説明するための説明図である。
【図１４】第２実施形態の撮像装置のＡＤ変換処理を説明するための説明図である。
【図１５】第２実施形態の変形例１の撮像装置における処理の流れを説明するためのフローチャートである。
【図１６】第２実施形態の変形例２の撮像装置における処理の流れを説明するためのフローチャートである。
【図１７】第３実施形態の撮像装置の構成を示した構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
＜第１実施形態＞  
以下、図面を参照して本発明の第１実施形態の撮像装置１について説明する。図１は第１実施形態の撮像装置の構成を示した構成図である。  
図１に示すように、本実施の形態の撮像装置１は、マトリックス状に規則的に配置された受光素子であるフォトダイオード２を複数有する撮像素子３と、非線形パターンの基準電圧信号を発生する基準電圧信号発生部５と、基準電圧信号発生部５からの基準電圧信号にもとづいて、それぞれのフォトダイオード２から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換部４と、使用者からの補正処理指示が入力される補正入力部６と、デジタル映像信号の補正処理をおこなう映像処理部７と、を具備する。なお、デジタル映像信号は複数のフォトダイオード２が撮像した１枚の映像の信号であり、フォトダイオード２の個数のデジタル信号により構成されている。
【００１１】
そして、撮像装置１のＡＤ変換部４は、フォトダイオード２とともに撮像素子３のチップ上に形成されているオンチップ／カラムＡＤ変換部である。カラムＡＤ変換部はマトリックス状に規則的に配置されたフォトダイオード２に対してカラム単位でＡＤ変換処理機能を有し、カラム単位で並列処理をおこなう。なお、受光素子としては入射光を光電変換する素子であれば、フォトダイオード２に限られるものではない。また、撮像素子３のフォトダイオード２は規則的に配列されたものであれば、マトリックス状に限らず、例えばハニカム状でもよい。
【００１２】
基準電圧信号発生部５は、所定の非線形パターンの基準電圧（Ｖ−ＲＥＦ）信号を発生し、ＡＤ変換部４に出力する。ここで、所定のパターンとは経時的にＶＬからＶＨまで単調増加する電圧の変化の形を意味する。
【００１３】
ここで、図２〜図５を用いて、公知の撮像装置を例にＡＤ変換処理とコントラスト補正処理とについて説明する。図２は公知の撮像装置の基準電圧信号発生部が発生する基準電圧信号のパターンを説明するための説明図であり、図３および図４は公知の撮像装置のＡＤ変換部によるＡＤ変換処理を説明するための説明図であり、図５は公知の撮像装置の映像処理部におけるコントラスト補正処理を説明するための説明図である。
【００１４】
図２に示すように、公知の撮像装置の基準電圧信号発生部が発生する基準電圧信号は、時間ｔ１からｔ２において経時的に電圧がＶＬからＶＨまで直線的に単調増加する線形パターンの信号である。そして、図３に示すように、公知のＡＤ変換部では、フォトダイオード２から出力されるアナログ信号（ｅ）の電圧ｅｘが基準電圧信号の電圧と一致するまでの時間に所定のコンデンサ（不図示）に蓄えられた電荷量等をもとに、アナログ信号（ｅ）をデジタル信号（Ｘ）に変換する。すなわち、図４に示すように、公知のＡＤ変換部がおこなうＡＤ変換処理は、線形のパターンの基準電圧信号にもとづいて、アナログ信号をデジタル信号に線形変換する。
【００１５】
そして、公知の撮像装置では、ＡＤ変換処理後の映像が暗くコントラストが小さい場合には、コントラスト補正処理をデジタル映像信号に対しておこなう。しかし、図５に示すように、デジタル映像信号に対するコントラスト補正処理では上に凸形状の補正パターンにもとづいて補正前デジタル信号Ｘ０の量子化幅が、補正後デジタル信号ＸＳでは伸張されるため、低電圧領域、すなわち暗部領域の映像品質が低下する。
【００１６】
次に、図６〜図９を用いて、本発明の第１実施形態の撮像装置１がおこなうＡＤ変換処理について説明する。図６は本発明の第１実施形態の撮像装置の基準電圧信号発生部が発生する基準電圧信号のパターンを説明するための説明図であり、図７および図８は本発明の第１実施形態の撮像装置のＡＤ変換部によるＡＤ変換処理を説明するための説明図であり、図９は本発明の第１実施形態の撮像装置の基準電圧信号発生部が発生する基準電圧信号のパターンを説明するための説明図である。
【００１７】
図６に示すように、本実施の形態の撮像装置１の基準電圧信号発生部５が発生する基準電圧（Ｖ−ＲＥＦ）信号は、経時的に電圧がＶＬからＶＨまで単調に増加する非線形パターンの信号である。基準電圧信号のパターンは、使用者により補正入力部６を介して基準電圧信号発生部５に指示される。例えば、暗くコントラストが小さい映像の場合には、暗部の信号密度が高いため、図６に示すような、下に凸のパターンを使用者は指示する。
【００１８】
そして、図７に示すように、ＡＤ変換部４では、フォトダイオード２から出力されるアナログ信号（ｅ）の電圧ｅｘが基準電圧と一致するまでにコンデンサ（不図示）に蓄えられた電荷量をもとに、アナログ信号（ｅ）をデジタル信号（Ｘ）に変換する。すなわち、図８に示すように、撮像装置１のＡＤ変換部４では、フォトダイオード２から出力されるアナログ信号を基準電圧信号発生部５からの非線形パターンの基準電圧信号にもとづいてデジタル信号に非線形変換する。
【００１９】
このため、図８に示すように、フォトダイオード２から出力されるアナログ信号が低電圧、すなわち信号密度が高い暗部領域については、他の領域に比べてビットに対応する電圧幅が小さく、言い換えれば量子化密度が高くなる。
【００２０】
ＡＤ変換処理後のデジタル映像信号は、補正入力部６からの指示により映像処理部７において、明度補正処理、彩度補正処理等の、他の補正処理が行われる。
【００２１】
撮像装置１では、例えば暗部が多くコントラストが小さい映像であっても、信号密度が高い暗部領域の映像信号を密に量子化して映像処理をおこなうことができる。すなわち、本実施の形態の撮像装置１は、品質の高いデジタル映像信号を出力することができる。
【００２２】
なお、基準電圧信号のパターンは映像の内容に応じて適宜、設定可能である。すなわち、信号密度分布に応じて、信号密度が高い箇所の量子化密度を高くするパターンであればよい。
【００２３】
例えば、すでに説明したように、暗部が多くコントラストが小さい映像の場合には、下に凸のパターンが用いられるが、逆に明部が多く、明部の信号密度が高くコントラストが小さい映像の場合には、図９（ａ）に示すように、上に凸のパターンが用いられる。さらに、基準電圧信号のパターンは曲線に限られるものではなく、図９（ｂ）に示すように、複数の線形パターンを組み合わせた非線形パターンであってもよい。
【００２４】
＜第２実施形態＞  
以下、図面を参照して本発明の第２実施形態の撮像装置１Ｂについて説明する。  
なお、第２実施形態の撮像装置１Ｂは第１実施形態の撮像装置１と類似しているため、同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
【００２５】
図１０は本発明の第２実施形態の撮像装置の構成を示した構成図であり、図１１は第２実施形態の撮像装置における処理の流れを説明するためのフローチャートであり、図１２〜図１４は第２実施形態の撮像装置のＡＤ変換処理を説明するための説明図である。
【００２６】
図１０に示すように、本実施の形態の撮像装置１Ｂは、撮像素子３が撮像したデジタル映像信号を分析する映像分析部８を具備する。そして、基準電圧信号発生部５は、映像分析部８の分析結果にもとづいた非線形パターンの信号を発生する。すなわち、第１実施形態の撮像装置１では使用者が指示していた基準電圧信号のパターンを、撮像装置１Ｂでは映像分析部８が指示する。
【００２７】
例えば、映像分析部８は、デジタル映像信号、すなわちフォトダイオード２の個数のデジタル信号からなるフレーム、を映像分析、例えば、ヒストグラム分析する。ヒストグラム分析はデータが存在する範囲をいくつかの区間に分け、それぞれの区間に含まれるデータの度数にもとづいて分析をおこなう手法である。そして、映像分析部８は、ヒストグラムをもとに、デジタル映像信号が暗部が多くコントラストの低いものであるか等を判断し、その映像号の信号密度分布に応じて、信号密度が高い箇所の量子化密度を高くする基準電圧信号のパターンを指示する。
【００２８】
ここで、図１１のフローチャートを用いて、本実施の形態の撮像装置１Ｂにおける処理の流れを説明する。ここで、撮像装置１Ｂはフレーム単位でデジタル映像信号を出力する。
【００２９】
＜ステップＳ１０＞
ＡＤ変換部４にフレームｎのアナログ信号が入力する。
【００３０】
＜ステップＳ１１、Ｓ１２＞
ＡＤ変換部４は、基準電圧信号発生部５が発生する基準電圧信号にもとづいて、フレームｎのアナログ信号をデジタル信号に変換する。
【００３１】
後述するように、パターンｎにおける基準電圧信号は、１つ前のフレームであるフレームｎ−１の処理の際に、パターン決定されたパターンにもとづいている。
【００３２】
＜ステップＳ１３＞
映像分析部８は、フレームｎのデジタル映像信号のヒストクラム分析をおこなう。
【００３３】
＜ステップＳ１４＞
映像分析部８のフレームｎの分析結果にもとづいて基準電圧信号発生部５はデジタル映像信号の信号密度分布に応じて、信号密度が高い箇所の量子化密度を高くするパターンを決定する。
【００３４】
＜ステップＳ１５＞
ＡＤ変換部４にフレームｎ＋１のアナログ信号が入力する。
【００３５】
＜ステップＳ１６、Ｓ１７＞
ＡＤ変換部４は、基準電圧信号発生部５が発生する基準電圧信号にもとづいて、フレームｎ＋１のアナログ信号をデジタル信号に変換する。パターンｎ＋１における基準電圧信号は、１つ前のフレームであるフレームｎの処理の際に、基準電圧信号発生部５パターン決定されたパターンにもとづいている。
【００３６】
＜ステップＳ１８、Ｓ１９＞  
Ｓ１３およびＳ１４と同様である。  
上記の説明のように、基準電圧信号発生部５は１つ前のフレームの映像信号をもとづいたパターンの基準電圧信号を発生する。なお、基準電圧信号発生部５は最初のフレームの映像信号に対しては、例えば、予め設定された初期パターンの基準電圧信号を発生する。
【００３７】
ここで、図１２（Ａ）は、暗部が多いデジタル映像信号のヒストグラムを例示しており、このような場合、映像分析部８は、ヒストグラム分析にもとづいて、基準電圧信号のパターンとして、低電圧領域すなわち暗部領域では傾きの小さな直線とし、高電圧領域すなわち明部領域で傾きの大きな直線とした下に凸の非線形パターンを決定する。その結果、図１２（Ｂ）に示すように、暗部領域である低電圧領域については、他の領域に比べてビットに対応する電圧幅が小さくなる。
【００３８】
なお、基準電圧信号のパターンにおける直線の傾き、および変化点等は、ヒストグラム分析にもとづいて決定される。
【００３９】
これに対して、図１３（Ａ）は、明部が多いデジタル映像信号のヒストグラムを例示しており、このような場合、映像分析部８は、ヒストグラム分析にもとづいて、基準電圧信号のパターンとして、低電圧領域では傾きの大きな直線とし、高電圧領域で傾きの小さな直線とした上に凸の非線形パターンを決定する。その結果、図１３（Ｂ）に示すように、明部領域である高電圧領域については、他の領域に比べてビットに対応する電圧幅が小さくなる。
【００４０】
また、図１４（Ａ）は、暗部および明部が多く中間明度部が少ないデジタル映像信号のヒストグラムを例示しており、このような場合、映像分析部８は、ヒストグラム分析にもとづいて、基準電圧信号のパターンとして、低電圧領域および高電圧領域では傾きの小さな直線とし、その間の中間電圧領域では傾きの大きな直線とした非線形パターンを決定する。その結果、図１４（Ｂ）に示すように、暗部領域である低電圧領域および明部領域である高電圧領域については、中間電圧領域に比べてビットに対応する電圧幅が小さくなる。
【００４１】
このように撮像装置１Ｂでは、基準電圧信号発生部５がデジタル映像信号の信号密度分布に応じて、信号密度が高い箇所の量子化密度を高くするパターンの基準電圧信号を発生する。すなわち、撮像装置１Ｂは、対象となる領域を密に量子化することにより品質の高いデジタル映像信号を出力することができる。
【００４２】
ＡＤ変換処理後のデジタル映像信号に対して、必要に応じて補正入力部（不図示）からの指示により映像処理部７において、明度補正処理、彩度補正処理等の量子化幅を変化しない他の補正処理が行われる。
【００４３】
本実施の形態の撮像装置１Ｂは、第１実施形態の撮像装置１が有する効果を有し、さらに、映像分析部８の分析結果にもとづいた、映像に応じた適切な基準電圧信号のパターンが決定されるため、操作性がよい。
【００４４】
＜第２実施形態の変形例１、２＞
以下、図面を参照して本発明の第２実施形態の変形例の撮像装置について説明する。  
なお、第２実施形態の変形例の撮像装置は第２実施形態の撮像装置１Ｂと類似しているため、同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
【００４５】
図１５は第２実施形態の変形例１の撮像装置における処理の流れを説明するためのフローチャートであり、図１６は第２実施形態の変形例２の撮像装置における処理の流れを説明するためのフローチャートである。
【００４６】
図１５に示すように、第２実施形態の変形例１の撮像装置の基準電圧信号発生部５は、フレームｎ＋１の基準電圧信号のパターンを、フレームｎ−１およびフレームｎの分析結果に応じて決定する。また、図１６に示すように、第２実施形態の変形例２の撮像装置の基準電圧信号発生部５は、過去の基準電圧信号のパターンを補正することで過去のフレームの分析結果を反映する。
【００４７】
すなわち、第２実施形態の変形例１または変形例２の撮像装置の基準電圧信号発生部５は、基準電圧信号のパターンを複数枚の過去のフレームの分析結果にもとづいて出力する。なお基準電圧信号発生部５は、３枚以上の過去のフレームの分析結果にもとづいて出力してもよいし、連続したフレームではなく数枚おきのフレームの分析結果にもとづいて出力してもよい。
【００４８】
本変形例の撮像装置は第２実施形態の撮像装置１Ｂが有する効果を有し、さらに複数枚の過去のフレームの分析結果にもとづいて映像に応じた適切な基準電圧信号のパターンが決定されるため、操作性がよい。
【００４９】
なお、第２実施形態の変形例１の撮像装置では直接的に過去の複数フレームを蓄積するためデータが多くなることがあるが、第２実施形態の変形例２の撮像装置では過去の分析結果を蓄積すればよいので、蓄積データが少なくてすむ。
【００５０】
＜第３実施形態＞  
以下、図面を参照して本発明の第３実施形態の撮像装置１Ｃについて説明する。  
なお、第３実施形態の撮像装置１Ｃは第２実施形態の撮像装置１Ｂと類似しているため、同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
【００５１】
図１７は第３実施形態の撮像装置の構成を示した構成図である。  
図１７に示すように、本実施の形態の撮像装置１Ｃは、基準電圧信号のパターンを予め記憶する基準電圧信号パターン記憶部９を具備している。そして、基準電圧信号発生部５は、基準電圧信号パターン記憶部９に記憶された複数のパターンのいずれかのパターンの基準電圧信号を発生する。
【００５２】
本実施の形態の撮像装置１Ｃは、第２実施形態の撮像装置１Ｂが有する効果を有し、さらに、信号の処理速度が早い。
【００５３】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。例えば、第１実施形態の撮像装置１の構成要素に第３実施形態の撮像装置１Ｃにおいて説明した基準信号パターン記憶部を付加してもよい。
【符号の説明】
【００５４】
１、１Ｂ、１Ｃ…撮像装置
２…フォトダイオード
３…撮像素子
４…ＡＤ変換部
５…基準電圧信号発生部
６…補正入力部
７…映像処理部
８…映像分析部
９…基準電圧信号パターン記憶部
【図１】
2010183183.tif 000003
【図２】
2010183183.tif 000004
【図３】
2010183183.tif 000005
【図４】
2010183183.tif 000006
【図５】
2010183183.tif 000007
【図６】
2010183183.tif 000008
【図７】
2010183183.tif 000009
【図８】
2010183183.tif 000010
【図９】
2010183183.tif 000011
【図１０】
2010183183.tif 000012
【図１１】
2010183183.tif 000013
【図１２】
2010183183.tif 000014
【図１３】
2010183183.tif 000015
【図１４】
2010183183.tif 000016
【図１５】
2010183183.tif 000017
【図１６】
2010183183.tif 000018
【図１７】
2010183183.tif 000019