(57)【要約】【課題】動画像の撮影時において、回路ゲインが切り替えられた場合に、クランプ応答を速くできるようにするとともに、不必要なクランプ動作を防止できるようにする。【解決手段】映像信号生成手段と、前記映像信号生成手段から出力される映像信号を増幅する映像信号増幅手段と、前記映像信号の黒レベルをクランプする黒レベルクランプ手段と、前記黒レベルクランプ手段に必要とされるクランプ信号を生成するクランプ信号生成手段と、前記映像信号生成手段から出力される映像信号よりスミアを検出するスミア検出手段と、動画像の撮影時において、前記映像信号増幅手段のゲインの切り替えを検出するゲイン切り替え検出手段とを設け、前記ゲイン切り替え検出手段によって前記映像信号増幅手段のゲインが切り替えられたことが検出された場合には、前記スミア検出手段の検出結果に基づいてクランプ信号を生成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体像を固体撮像素子による電気信号に変換して映像信号を生成する映像信号生成手段と、
前記映像信号生成手段から出力される映像信号を増幅する映像信号増幅手段と、
前記映像信号の黒レベルをクランプする黒レベルクランプ手段と、
前記黒レベルクランプ手段に必要とされるクランプ信号を生成するクランプ信号生成手段と、
前記映像信号生成手段から出力される映像信号よりスミアを検出するスミア検出手段と、
動画像の撮影時において、前記映像信号増幅手段のゲインの切り替えを検出するゲイン切り替え検出手段とを有し、
前記クランプ信号生成手段は、前記ゲイン切り替え検出手段によって前記映像信号増幅手段のゲインが切り替えられたことが検出された場合には、前記スミア検出手段の検出結果に基づいてクランプ信号を生成することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記スミア検出手段は、前記固体撮像素子の有効画素領域よりも時間的に後から読み出される垂直ＯＢ画素の信号によってスミア検出を行うことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記クランプ信号生成手段は、固体撮像素子の有効画素領域よりも時間的に先に読み出される垂直ＯＢ画素をクランプするようクランプ信号を生成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】
前記クランプ信号生成手段は、直前のフィールド画像における前記スミア検出手段の検出結果に基づいてクランプ信号を生成することを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
【請求項５】
被写体像を固体撮像素子による電気信号に変換して映像信号を生成する映像信号生成工程と、
前記映像信号生成工程から出力される映像信号を増幅する映像信号増幅工程と、
前記映像信号の黒レベルをクランプする黒レベルクランプ工程と、
前記黒レベルクランプ工程に必要とされるクランプ信号を生成するクランプ信号生成工程と、
前記映像信号生成工程において出力される映像信号よりスミアを検出するスミア検出工程と、
動画像の撮影時において、前記映像信号増幅工程のゲインの切り替えを検出するゲイン切り替え検出工程とを有し、
前記クランプ信号生成工程においては、前記ゲイン切り替え検出工程において前記映像信号増幅工程のゲインが切り替えられたことが検出された場合には、前記スミア検出工程の検出結果に基づいてクランプ信号を生成することを特徴とする撮像方法。
【請求項６】
前記スミア検出工程においては、前記固体撮像素子の有効画素領域よりも時間的に後から読み出される垂直ＯＢ画素の信号によってスミア検出を行うことを特徴とする請求項５に記載の撮像方法。
【請求項７】
前記クランプ信号生成工程においては、固体撮像素子の有効画素領域よりも時間的に先に読み出される垂直ＯＢ画素をクランプするようクランプ信号を生成することを特徴とする請求項６に記載の撮像方法。
【請求項８】
前記クランプ信号生成工程においては、直前のフィールド画像における前記スミア検出工程の検出結果に基づいてクランプ信号を生成することを特徴とする請求項７に記載の撮像方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は撮像装置及び撮像方法に関し、特に、固体撮像素子を用いた撮像装置の動画撮影時におけるクランプ動作を制御するために用いて好適な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のデジタルスチルカメラでは、高精細な静止画撮影に加えて、動画撮影機能も充実しているものが多くなってきている。動画撮影は、以前は"おまけ"程度の意味合いでしかなかったが、最近では解像度がＶＧＡサイズ、フレームレートが３０ｆｐｓというのがごく当たり前のようになり、いわゆるビデオカメラのようにも使われるようになってきている。動画撮影時は、被写体の輝度変化に応じていわゆる"ＡＥ"がリアルタイムで行われる。
【０００３】
ところで、カメラにおいては、"オートアイリス"と"ＡＧＣ"との組み合わせで"ＡＥ"を行うのが一般的である。ビデオカメラへの入射光量に応じて絞り径を調節し、それでも調節しきれない場合は回路のアンプゲインを変化させるようにしている。
【０００４】
一方、デジタルスチルカメラは小型化・低価格化の観点から、絞り切り替えがなかったり、あるいは切り替え段数が少なかったりして、"オートアイリス"ができないものも多い。その場合は、"ＡＧＣ"が "ＡＥ"を行う唯一の手段となる。回路ゲインを変化させる時には、多かれ少なかれ映像信号の基準となる黒レベルが変化し、いわゆるクランプ変動が起こる。
【０００５】
被写体の輝度変化が大きく、映像信号の輝度レベルを適正なレベルに素早くしたい場合は、回路ゲインを大きく変化させる必要がある。回路ゲインの変化量が大きければ、それに応じて黒レベルの変動量も大きくなり、クランプ応答が追いつかずに画面上部の映像信号が乱れてしまい、いわゆるＶサグが発生し、非常にみにくいものとなってしまう問題点があった。
【０００６】
この問題点を回避するために、垂直帰線区間中におけるＡＧＣ回路のゲイン切り替え時の黒レベル変動を抑える黒レベル補正回路が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。前記特許文献１において提案されている黒レベル補正回路では、ゲイン切り替え後の所定期間では積分器の時定数が小さく、それ以外の期間では時定数が大きくなるように時定数を可変する手段を設けている。そのため、映像信号の垂直帰線期間中においてＡＧＣ回路のゲイン変化により画像の乱れが生じることがなく、高精度に黒レベルを補正することができる、としている。
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−２０５６６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前記従来例では映像信号のフィールド先頭部の光学的黒ライン（垂直ＯＢ画素、垂直ＯＢライン）は一部しかクランプ動作に利用されていない。"積分器の時定数が小さい所定期間"であっても、クランプ動作に利用される画素は、通常の水平ＯＢ画素と同様に数十画素程度であった。したがって、黒レベル変動が大きい場合には所定期間内でクランプの目標レベルに到達できず、正しい黒レベルを再現できない問題があった。
【０００９】
一方、クランプ応答を速くするために、数千画素もある垂直ＯＢライン全体をクランプすることが考えられる。しかしながら、動画像撮影時に垂直ＯＢライン全体をクランプすることは、スミアが発生するような高輝度被写体を撮影する場合には却って悪影響を及ぼしてしまう。このため、垂直ＯＢラインを無条件にクランプに利用することはできない問題点があった。
本発明は前述の問題点にかんがみ、動画像の撮影時において、回路ゲインが切り替えられた場合に、クランプ応答を速くできるようにするとともに、不必要なクランプ動作を防止できるようにすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の撮像装置は、被写体像を固体撮像素子による電気信号に変換して映像信号を生成する映像信号生成手段と、前記映像信号生成手段から出力される映像信号を増幅する映像信号増幅手段と、前記映像信号の黒レベルをクランプする黒レベルクランプ手段と、前記黒レベルクランプ手段に必要とされるクランプ信号を生成するクランプ信号生成手段と、前記映像信号生成手段から出力される映像信号よりスミアを検出するスミア検出手段と、動画像の撮影時において、前記映像信号増幅手段のゲインの切り替えを検出するゲイン切り替え検出手段とを有し、前記クランプ信号生成手段は、前記ゲイン切り替え検出手段によって前記映像信号増幅手段のゲインが切り替えられたことが検出された場合には、前記スミア検出手段の検出結果に基づいてクランプ信号を生成することを特徴とする。
【００１１】
本発明の撮像方法は、被写体像を固体撮像素子による電気信号に変換して映像信号を生成する映像信号生成工程と、前記映像信号生成工程から出力される映像信号を増幅する映像信号増幅工程と、前記映像信号の黒レベルをクランプする黒レベルクランプ工程と、前記黒レベルクランプ工程に必要とされるクランプ信号を生成するクランプ信号生成工程と、前記映像信号生成工程において出力される映像信号よりスミアを検出するスミア検出工程と、動画像の撮影時において、前記映像信号増幅工程のゲインの切り替えを検出するゲイン切り替え検出工程とを有し、前記クランプ信号生成工程においては、前記ゲイン切り替え検出工程において前記映像信号増幅工程のゲインが切り替えられたことが検出された場合には、前記スミア検出工程の検出結果に基づいてクランプ信号を生成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、スミアの検出結果に基づいて垂直ＯＢラインのクランプ信号を生成するようにしたので、動画像の撮影時において、回路ゲインが切り替えられた場合には、垂直ＯＢラインをクランプすることでクランプ応答を速くすることができるとともに、スミアの影響により却って悪影響を及ぼすような不必要なクランプ動作を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（第１の実施形態）
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１は、本実施形態の撮像装置の実施形態を示す構成ブロック図である。図１を参照して被写体撮影時の動作について説明する。
【００１４】
本実施形態の撮像装置は、レンズユニット１０、撮像素子としてのＣＣＤ１１、ＣＣＤ１１からの出力信号が入力されるアナログ信号処理回路１２、タイミング発生回路１３を有している。タイミング発生回路１３は、ＣＣＤ１１の駆動及びアナログ信号処理回路１２で必要となるタイミングを供給するためのものである。
【００１５】
また、Ａ／Ｄ変換器１４、画像メモリを含み各種信号処理を行うデジタル信号処理回路１５、デジタル信号処理回路１５で処理された画像データを記録するための記録媒体１６を有している。また、デジタル信号処理回路１５で処理された画像データを表示するための表示装置１７等を有している。これらのユニットの制御をＣＰＵ１８により司るようにしている。
【００１６】
すなわち、ＣＰＵ１８は明るさに応じてレンズユニット１０の絞りを制御することによりＣＣＤ１１に入射する被写体光量を調整する。さらに、タイミング発生回路１３を介してＣＣＤ１１の電荷蓄積時間を変化させて露光量を制御する。
【００１７】
ＣＣＤ１１は、受像面に結像された被写体像をその光量に応じた量の信号電荷に変換して蓄積する。蓄積された信号電荷はタイミング発生回路１３から入力される転送パルスによって転送され、出力回路で信号電圧に変換された後、順次読み出されアナログ信号処理回路１２へ出力される。
【００１８】
アナログ信号処理回路１２は、主にＣＤＳ（相関二重サンプリング）回路、ＧＣＡ（ゲインコントロールアンプ）回路及びクランプ回路から成り、ノイズ除去や映像信号の増幅などを行う。アナログ信号処理回路１２の出力は、Ａ／Ｄ変換器１４へ入力され、デジタル信号に変換される。
【００１９】
Ａ／Ｄ変換器１４においてデジタル化された信号はデジタル信号処理回路１５に入力される。デジタル信号処理回路１５では、目的に応じて必要な信号処理が施される。例えば、画像を記録する場合にはデジタル信号処理回路１５で必要な処理を行った後、記録媒体１６へと出力され、画像データが記録される。
【００２０】
また、画像を表示する場合にはデジタル信号処理回路１５で必要な処理を行った後、表示装置１７へとデジタル信号が出力される。表示装置１７は、撮像装置本体に装着された液晶モニター（ＬＣＤ）や、あるいはＴＶモニターへ出力するための信号出力端子のことである。ＣＰＵ１８はレンズユニット１０、アナログ信号処理回路１２、タイミング発生回路１３、デジタル信号処理回路１５、表示装置１７に対して必要な制御を行う。
【００２１】
図２は、アナログ信号処理回路１２の内部回路の詳細及びその周辺部を示す図である。アナログ信号処理回路１２は、ＣＤＳ（相関二重サンプリング）回路２０、ＧＣＡ（ゲインコントロールアンプ）回路２１、クランプ回路２２とからなる。ＣＤＳ、ＧＣＡを通った信号はＯＢレベルを基準としてクランプ回路２２でクランプされて出力される。
【００２２】
本実施形態の撮像装置では、デジタル信号処理回路１５の内部にスミア検出部２３を備えており、スミア検出部２３はその検出結果をＣＰＵ１８へと出力する。ＣＰＵ１８は、スミア検出部２３の検出結果に応じて、適切なクランプパルスを生成するようにタイミング発生回路１３へ指示を送る。タイミング発生回路１３は、ＣＰＵ１８の指示に基づいて生成されたクランプパルスをクランプ回路２２へと出力する。
【００２３】
図３は、ＣＣＤ１１の構造を説明したもので、中央に有効画素領域３４があり、その四方に４つのＯＢ画素領域がある。左右には第１の水平ＯＢ画素領域３０と第２の水平ＯＢ画素領域３１、上下には第１の垂直ＯＢ画素領域３２と第２の垂直ＯＢ画素領域３３がある。
【００２４】
図４は、スミア検出領域を説明したものである。スミア検出領域は第２の垂直ＯＢ画素領域３３を幾つかに分割した複数の領域からなっており、図４に示す例では、Ａ〜Ｌの１２個の領域からなっている。
【００２５】
以下、具体的な被写体を想定して本実施形態の撮像装置の動作を、図９のフローチャートを参照しながら説明する。
なお、ここでいう動画撮影とは、ビデオカメラのようないわゆるムービー記録モードや、静止画撮影モード時にＬＣＤに表示される画角確認用のモニタリングモードとを含んでいる。また、説明を簡単にするため、絞り切り替えが無いものとする。
【００２６】
まず、図５に示すように、屋外で人物が日向に立っているシーンを撮影しているとする。動画像の撮影中は被写体の輝度変化に応じていわゆる"ＡＥ"がリアルタイムで行われ、適正な露出レベルに設定されている。明るいシーンであるためＧＣＡ回路２１のゲインは低い状態である。
【００２７】
その後、人物の移動とともにカメラをパンニングさせていくうちに、ある瞬間に図６のような構図となった。人物は日陰の暗いところに入ってしまったために映像信号レベルが小さくなり、カメラは"ＡＥ"を行い、適正な露出レベルとなるようＧＣＡ回路２１のゲインを上げる。
【００２８】
この時、被写体の急激な輝度変化に対応するためにＧＣＡ回路２１のゲインを大きく変化させることになる。ゲイン変化時は、映像信号のレベルが変化するのはもちろんのこと、映像信号の基準となるＯＢレベルも同様に変動する。ゲイン変化量が大きければその分ＯＢレベルの変動も大きく、クランプ応答が追いつかず、画像の上部にいわゆるＶサグが目立つようになる。図９のフローチャートで示したように、ステップＳ９０１において、動画像の撮影時にＧＣＡ回路２１のゲインの切り替えの有無を検出している。
【００２９】
本実施形態では、ゲイン切り替え時のクランプ応答を速くするために第１の垂直ＯＢ画素領域３２のラインクランプを行う。ただし、図６を見ると画面右上に太陽がありスミアが発生している。当然のことながら、第１の垂直ＯＢ画素領域３２もスミアの影響を受けており、このままラインクランプを行うと却って悪影響を及ぼすことになる。そこで、ゲイン切り替え時には、まずスミア検出を行う（ステップＳ９０２）。
【００３０】
次に、ステップＳ９０３においてスミアが発生したか否かを判断する。図６のスミア検出領域を見ると、領域"Ｋ"でスミアが検出されることになる。したがって、この場合はステップＳ９０３の判断の結果、スミアが発生したことになる。スミア検出の具体的手法としては、Ａ〜Ｌの各領域のＯＢレベルを読み取り、そのＯＢレベルがある閾値以上であれば、その領域ではスミアが発生しているものとする。
【００３１】
また、温度変化によって全体的にＯＢレベルが変化することも考えられるので、Ａ〜Ｌの各領域のＯＢレベルを比較し他の領域と大きく異なる（大きい）ところをスミア発生領域としてもよい。
【００３２】
スミア検出部２３での検出結果を受け取ったＣＰＵ１８は、領域"Ｋ"でスミアが発生していると判断する。その後、ＣＰＵ１８は領域"Ｋ"に相当する部分をクランプから除外するようなクランプパルスを生成するようにタイミング発生回路１３へ指示を送る。
【００３３】
タイミング発生回路１３はその指示に基づいて、次のフィールドの第１の垂直ＯＢ画素領域３２の期間で図７に示すようなクランプパルスをクランプ回路２２へと出力する。クランプ回路２２は、スミアが発生している領域を外してクランプ信号を生成する（ステップＳ９０４ａ）。
【００３４】
第２の水平ＯＢ画素領域３１だけをクランプする通常のクランプでは１ラインあたりクランプに使われるＯＢ画素はせいぜい数十画素である。しかし、第１の垂直ＯＢ画素領域３２は数千のＯＢ画素があるので、前述のようにしてクランプ信号を生成することにより、クランプの応答速度をおよそ１００倍にもすることができる。
【００３５】
かつ、スミアを検出してクランプに不適切な領域はクランプ動作から除外するので悪影響もないようにすることができる。ここで、動画撮影時は時間とともに被写体が移動することも十分考えられるので、クランプから除外する領域は図８に示すようにスミア発生領域よりも広い領域としておいてもよい。
【００３６】
なお、ステップＳ９０３の判断の結果、スミアが発生していない場合には、ＣＰＵ１８は除外領域なしに垂直ＯＢ画素領域全体をクランプするようなクランプパルスを生成するようにタイミング発生回路１３へ指示を送り、タイミング発生回路１３はその指示に基づいてクランプ信号を生成する（ステップＳ９０４ｂ）ようにすればよい。
【００３７】
ステップＳ９０４ａまたはステップＳ９０４ｂでクランプ信号を生成したら、次に、ステップＳ９０５に進み、ラインクランプ動作を行う。そして、所定期間経過の後、ステップＳ９０６に進み、ラインクランプ動作を解除して通常のクランプ動作に戻る。その後、ステップＳ９０１に戻って前述した処理を繰り返し行う。
【００３８】
なお、前記の説明では、ゲイン切り替え後にスミア検出を行い、その検出結果に基づいて次のフィールドで垂直ＯＢラインをクランプするとしたが、ゲイン切り替え動作によらずスミア検出を常に行うようにしてもよい。そのようにすれば、ゲイン切り替え時は直前のフィールドのスミア検出結果に基づいて、現フィールドでラインクランプを行うことができるようになる。
【００３９】
また、動画撮影時は時間とともに被写体が移動することも十分考えられるので、直前の数フィールドのスミア発生領域の動きに基づいてクランプから除外する領域を決定するようにしてもよい。
【００４０】
以上説明したように、本実施形態によれば、スミアの検出結果に基づいて垂直ＯＢラインのクランプ信号を生成するので、動画像の撮影時において、回路ゲインが切り替えられた場合に、垂直ＯＢラインをクランプすることでクランプ応答を速くすることができる。また、スミアの影響により却って悪影響を及ぼすような不必要なクランプ動作をすることのない撮像装置を提供することが可能となる。
【００４１】
（本発明に係る他の実施形態）
前述した本発明の実施形態における撮像装置を構成する各手段、並びに撮像方法の各ステップは、コンピュータのＲＡＭやＲＯＭなどに記憶されたプログラムが動作することによって実現できる。このプログラム及び前記プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体は本発明に含まれる。
【００４２】
また、本発明は、例えば、システム、装置、方法、プログラムもしくは記憶媒体等としての実施形態も可能である。具体的には、複数の機器から構成されるシステムに適用してもよいし、また、一つの機器からなる装置に適用してもよい。
【００４３】
なお、本発明は、前述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラム（実施形態では図９に示すフローチャートに対応したプログラム）を、システムあるいは装置に直接されてもよい。あるいは遠隔から供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータが前記供給されたプログラムコードを読み出して実行することによっても達成される場合を含む。
【００４４】
したがって、本発明の機能処理をコンピュータで実現するために、前記コンピュータにインストールされるプログラムコード自体も本発明を実現するものである。つまり、本発明は、本発明の機能処理を実現するためのコンピュータプログラム自体も含まれる。
【００４５】
その場合、プログラムの機能を有していれば、オブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラム、ＯＳに供給するスクリプトデータ等の形態であってもよい。
【００４６】
プログラムを供給するための記録媒体としては、例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＭＯ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷなどである。また、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ、ＤＶＤ（ＤＶＤ−ＲＯＭ，ＤＶＤ−Ｒ）なども含む。
【００４７】
その他、プログラムの供給方法としては、クライアントコンピュータのブラウザを用いてインターネットのホームページに接続し、前記ホームページから本発明のコンピュータプログラムそのものをダウンロードすることによっても供給できる。もしくは、圧縮され自動インストール機能を含むファイルをハードディスク等の記録媒体にダウンロードすることによっても供給できる。
【００４８】
また、本発明のプログラムを構成するプログラムコードを複数のファイルに分割し、それぞれのファイルを異なるホームページからダウンロードすることによっても実現可能である。つまり、本発明の機能処理をコンピュータで実現するためのプログラムファイルを複数のユーザに対してダウンロードさせるＷＷＷサーバも、本発明に含まれるものである。
【００４９】
また、本発明のプログラムを暗号化してＣＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体に格納してユーザに配布し、所定の条件をクリアしたユーザに対し、インターネットを介してホームページから暗号化を解く鍵情報をダウンロードさせる。そして、その鍵情報を使用することにより暗号化されたプログラムを実行してコンピュータにインストールさせて実現することも可能である。
【００５０】
また、コンピュータが、読み出したプログラムを実行することによって、前述した実施形態の機能が実現される。その他、そのプログラムの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳなどが、実際の処理の一部または全部を行い、その処理によっても前述した実施形態の機能が実現され得る。
【００５１】
さらに、記録媒体から読み出されたプログラムが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれる。そして、その後、そのプログラムの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によっても前述した実施形態の機能が実現される。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の撮像装置の実施形態を示し、概略構成を説明するブロック図である。
【図２】図１のアナログ信号処理回路の内部回路の詳細及びその周辺部を示すブロック図である。
【図３】ＣＣＤの構造の説明図である。
【図４】スミア検出領域の説明図である。
【図５】被写体の構図の一例を示す図である。
【図６】スミア発生時における被写体の構図の一例を示す図である。
【図７】垂直ＯＢラインのクランプ領域を示す図である。
【図８】垂直ＯＢラインの別のクランプ領域を示す図である。
【図９】ＧＣＡ回路のゲインが切り替えられたことが検出された場合に、スミア検出結果に基づいてクランプ信号を生成する処理の一例を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００５３】
１０  レンズユニット
１１  ＣＣＤ
１２  アナログ信号処理回路
１３  タイミング発生回路
１４  Ａ／Ｄ変換器
１５  デジタル信号処理回路
１６  記録媒体
１７  表示装置
１８  ＣＰＵ
【図１】
2008054132.tif 000003
【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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