(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる傾きを有する複数の参照信号を用いて、撮像素子の画素部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アナログデジタル変換手段と、
前記変換されたデジタル信号の分布に基づいて、前記複数の参照信号を切り替える信号レベルを決定する決定手段と、を有し、
前記アナログデジタル変換手段は、前記アナログ信号が前記信号レベル以上の場合に、小さい場合よりも、より大きい傾きを有する参照信号を用いて変換を行うことを特徴とする信号処理装置。
【請求項２】
前記決定手段は、前記撮像素子の画素部の全体に対応する前記デジタル信号の分布に基づいて、前記信号レベルを決定することを特徴とする請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項３】
前記画素部のうちの一部の領域を設定する設定手段を更に有し、
前記決定手段は、前記一部の領域に対応する前記デジタル信号の分布に基づいて、前記信号レベルを決定することを特徴とする請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項４】
前記撮像素子の画素部の全体から得られたデジタル信号から、主被写体を検出する検出手段を更に有し、
前記一部の領域は、前記主被写体の領域であることを特徴とする請求項３に記載の信号処理装置。
【請求項５】
前記一部の領域を指示するための指示手段を更に有することを特徴とする請求項３に記載の信号処理装置。
【請求項６】
前記撮像素子は、予め決められた周期で、１フレーム分のアナログ信号を出力し、
前記決定手段は、静止画の記録が指示された場合に、当該指示の直前に出力された１フレーム分のアナログ信号を変換したデジタル信号の分布を分析して、前記信号レベルを決定することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の信号処理装置。
【請求項７】
前記撮像素子は、予め決められた周期で、１フレーム分のアナログ信号を出力し、
前記決定手段は、前記予め決められた周期で、デジタル信号の分布を分析し、当該分析結果に応じて前記信号レベルが変わった場合に、前記アナログデジタル変換手段に変更した後の前記信号レベルを通知することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の信号処理装置。
【請求項８】
予め決められた複数の異なる出力レベルのアナログ信号を前記アナログデジタル変換手段に供給する電圧供給手段と、
前記複数の異なる出力レベルのアナログ信号を前記複数の参照信号によりそれぞれ変換して得られた複数のデジタル信号に基づいて、前記デジタル信号を補正するための補正値を算出する算出手段と
を更に有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の信号処理装置。
【請求項９】
前記補正値は、前記複数の参照信号の傾きの比と、オフセット量とを含むことを特徴とする請求項８に記載の信号処理装置。
【請求項１０】
前記複数の参照信号を出力する参照信号出力手段を更に有し、
前記複数の参照信号は、第一の参照信号と、該第一の参照信号よりも傾きの大きい第二の参照信号とを含み、前記参照信号出力手段は、前記デジタル信号の分布に応じて、前記第一の参照信号の傾きを変えることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の信号処理装置。
【請求項１１】
前記撮像素子と、
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の信号処理装置と
を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項１２】
互いに異なる傾きを有する複数の参照信号を用いて、撮像素子の画素部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アナログデジタル変換手段を制御するための制御装置であって、
前記変換されたデジタル信号の分布に基づいて、前記複数の参照信号を切り替える信号レベルを決定する決定手段と、
前記決定した信号レベルを前記アナログデジタル変換手段に通知する通知手段と、を有し、
前記アナログデジタル変換手段は、前記アナログ信号が前記信号レベル以上の場合に、小さい場合よりも、より大きい傾きを有する参照信号を用いて変換を行うことを特徴とする制御装置。
【請求項１３】
アナログデジタル変換手段が、互いに異なる傾きを有する複数の参照信号を用いて、撮像素子の画素部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アナログデジタル変換工程と、
決定手段が、前記変換されたデジタル信号の分布に基づいて、前記複数の参照信号を切り替える信号レベルを決定する決定工程と、を有し、
前記アナログデジタル変換工程では、前記アナログ信号が前記信号レベル以上の場合に、小さい場合よりも、より大きい傾きを有する参照信号を用いて変換を行うことを特徴とする信号処理方法。
【請求項１４】
互いに異なる傾きを有する複数の参照信号を用いて、撮像素子の画素部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アナログデジタル変換手段を制御するための制御方法であって、
決定手段が、前記変換されたデジタル信号の分布に基づいて、前記複数の参照信号を切り替える信号レベルを決定する決定工程と、
通知手段が、前記決定した信号レベルを前記アナログデジタル変換手段に通知する通知工程と、を有し、
前記アナログデジタル変換手段は、前記アナログ信号が前記信号レベル以上の場合に、小さい場合よりも、より大きい傾きを有する参照信号を用いて変換を行うことを特徴とする制御方法。
【請求項１５】
コンピュータに、請求項１４に記載の制御方法の各工程を実行させるためのプログラム。
【請求項１６】
請求項１５に記載のプログラムを記憶したコンピュータが読み取り可能な記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号処理装置、撮像装置及び制御装置、並びに信号処理方法及び制御方法に関し、特に、アナログデジタル変換を行う信号処理装置、撮像装置及び制御装置、並びに信号処理方法及び制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、テレビジョンの規格は、フルハイビジョンと呼ばれる水平１９２０画素、垂直１０８０画素（以下、「１９２０×１０８０画素」のように記す。）の画素数から、４ｋ２ｋと呼ばれる３８４０×２１６０画素のＨＤの４倍の画素数に変わってきている。また、４ｋ２ｋよりもさらに次の世代として、８ｋ４ｋ、もしくはスーパーハイビジョンと呼ばれる規格もあり、この規格では、７６８０×４３２０画素となっている。また、画素数と合わせて、フレームレートも増加の一途を辿っている。
【０００３】
このようなテレビジョン規格の変化に伴い、テレビジョン映像を撮影する撮像装置においても、記録できる映像の高画素化及び高フレームレート化が要求されている。こういった要求を満足するためには、光を電気信号に変換する撮像素子においても、映像の読み出し時間を高速化することは重要な課題の一つであり、特に撮像素子が有するＡＤ変換器の高速化が求められている。
【０００４】
特許文献１では、画素の信号と比較レベルとを比較して、傾きの異なるランプ信号を用いてアナログデジタル変換を行うことが開示されている。具体的には、画素の信号が比較レベルよりも大きい場合は、第一の傾きのランプ信号と比較してアナログデジタル変換を行い、比較レベル以下の場合には、第一のランプ信号より傾きの小さい第二の傾きのランプ信号で比較してアナログデジタル変換を行う。こうすることによって、ＡＤ変換にかかる時間を短縮している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−２１１５３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のように傾きの異なる複数のランプ信号を用いてアナログデジタル変換した信号は、同じゲインレベルになるようビットシフトする必要がある。この際に、傾きの差によっては、画素信号の比較レベル付近の切り替わり目で、ビットシフトによるビット飛びが映像に見えてしまうことがある。これを回避するために、比較レベル付近の画素信号に、撮像装置の画像処理部でランダムノイズを重畳（ディザ）することで、切り替わり目での違和感を軽減する手法が考えられる。
【０００７】
しかしながら、この手法では、映像の画素信号が比較レベル付近に集まっている場合、ランダムノイズが重畳される画素信号が多くなり、通常よりもノイズが目立つ映像となってしまう。
【０００８】
本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、傾きの異なる複数のランプ信号を用いてアナログデジタル変換する場合に、ランプ信号の切り替わり目での違和感を軽減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の信号処理装置は、互いに異なる傾きを有する複数の参照信号を用いて、撮像素子の画素部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アナログデジタル変換手段と、前記変換されたデジタル信号の分布に基づいて、前記複数の参照信号を切り替える信号レベルを決定する決定手段と、を有し、前記アナログデジタル変換手段は、前記アナログ信号が前記信号レベル以上の場合に、小さい場合よりも、より大きい傾きを有する参照信号を用いて変換を行う。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、傾きの異なる複数のランプ信号を用いてアナログデジタル変換する場合に、ランプ信号の切り替わり目での違和感を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態における撮像装置で用いられる撮像素子の概略構成を示すブロック図。
【図２】撮像素子の列アンプ群の概略構成及び動作タイミングを示す図。
【図３】第１の実施形態におけるＡＤ変換の動作を説明するためのタイミング図。
【図４】信号レベルに応じて傾きの異なるランプ信号を用いる場合の、出力レベルとＡＤ変換結果との関係を示す図。
【図５】第１の実施形態におけるヒストグラムとＡＤ変換値との関係を示す図。
【図６】第１の実施形態における明部の信号レベルの画素が比較的多い場合のヒストグラムとＡＤ変換値との関係を示す図。
【図７】第１の実施形態における暗部の信号レベルの画素が比較的多い場合のヒストグラムとＡＤ変換値との関係を示す図。
【図８】第１及び第２の実施形態における判定レベルの変更タイミングを示す図。
【図９】第１の実施形態における撮像素子の画素部の構成例を示す図。
【図１０Ａ】第１の実施形態のダミー画素の読み出し期間における固定電圧Ｖ１を第一のランプ信号ＶＲＡＭＰ（小）でＡＤ変換処理する場合のタイミング図。
【図１０Ｂ】第１の実施形態のダミー画素の読み出し期間における固定電圧Ｖ１を第二のランプ信号ＶＲＡＭＰ（大）でＡＤ変換処理する場合のタイミング図。
【図１０Ｃ】第１の実施形態のダミー画素の読み出し期間における固定電圧Ｖ２を第一のランプ信号ＶＲＡＭＰ（小）でＡＤ変換処理する場合のタイミング図。
【図１０Ｄ】第１の実施形態のダミー画素の読み出し期間における固定電圧Ｖ２を第二のランプ信号ＶＲＡＭＰ（大）でＡＤ変換処理する場合のタイミング図。
【図１１】第３の実施形態における画像例と、ヒストグラムとＡＤ変換値との関係を示す図。
【図１２】第３の実施形態における撮像処理のフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して本発明を実施するための形態を詳細に説明する。
【００１３】
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態における撮像装置で用いられる撮像素子１の構成を示すブロック図であり、撮像素子１と、撮像素子１により得られた画像データの出力先である画像処理部２とを示している。第１の実施形態における撮像素子１は、並列型ＡＤ変換器を実装したＣＭＯＳイメージセンサである。画像処理部２は、撮像素子１が出力する画像データに対し、ホワイトバランス処理や、ガンマ処理などの現像処理を行い、最終的に記録媒体に記録する。また、画像処理部２はＣＰＵを内蔵しており、このＣＰＵにより、撮像装置の動作モードに応じて撮像素子１と通信（例えばシリアル通信）し、制御を行う。
【００１４】
撮像素子１において、タイミング制御部１００は撮像素子１の各ブロックに対して動作クロック信号及びタイミング信号を供給し、動作を制御する。
【００１５】
画素部１１０は、２次元に配置された複数の画素を含み、各画素の光電変換素子において入射光量に応じて光電変換して得られた電荷を、電圧に変換して出力する。各々の画素には、カラーフィルタとマイクロレンズが実装されている。なお、カラーフィルタとして、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色の、いわゆるＲＧＢ原色カラーフィルタによるベイヤー配列の周期構造をとっているのが一般的であるが、必ずしもこの限りではない。
【００１６】
垂直走査回路１２０は、画素部１１０の各画素により得られた画素信号を１フレーム期間内に順次読み出すためのタイミング制御を行う。一般的に読み出しは、１フレーム中の上部の行から下部の行にかけて、行単位で順次行われる。
【００１７】
列アンプ群１３０は、各列にそれぞれ設けられた複数の列アンプから成り、画素部１１０から読みだされた画素信号を電気的に増幅するために用いられる。列アンプ群１３０で画素信号を増幅することにより、後段のランプ回路１４０や列アナログデジタル変換器群（列ＡＤＣ群）１５０が出すノイズとのＳ／Ｎ比を改善させる。ただし、画素部１１０の出すノイズに対し、ランプ回路１４０や列ＡＤＣ群１５０が出すノイズが十分小さい回路構造においては、列アンプ群１３０は必ずしも必須ではない。
【００１８】
定電圧回路４００は、画素部１１０と列アンプ群１３０とを繋ぐ信号線に、固定の電圧を供給する電圧供給手段として動作する。なお、第１の実施形態では定電圧回路４００を用いるが、ある一定の電圧で信号をクリップするようなクリップ回路などに応用できる回路を用いても良い。
【００１９】
ランプ回路１４０（参照信号出力手段）は、時間方向に一定のスロープ（傾き）を持つランプ形状の電圧信号（ランプ信号）を発生する信号発生器である。列ＡＤＣ群１５０は、列毎に比較部１５１とカウンタ・ラッチ回路１５２とからなる列ＡＤＣを有する。比較部１５１は、列アンプ群１３０により増幅された画素信号（アナログ信号）と、ランプ回路１４０からのランプ信号とを比較して、信号の大小関係を示す信号を出力する。そしてカウンタ・ラッチ回路１５２が、比較部１５１からの信号に応じてカウンタ値をラッチすることで、アナログ−デジタル変換が行われる。なお、比較部１５１とカウンタ・ラッチ回路１５２の詳細な動作は後述する。カウンタ・ラッチ回路１５２に保持された１行分のデジタル画像データ（デジタル信号）は、水平転送回路１６０により端の行から順に読みだされる。
【００２０】
水平転送回路１６０により読み出された画像データは信号処理回路１７０に入力される。信号処理回路１７０はデジタル的に信号処理を行う回路であり、デジタル処理で一定量のオフセット値を加える他に、シフト演算や乗算を行うことで、簡易にゲイン演算を行うことができる。また、画素部１１０に、遮光した画素領域（ＯＢ画素部）を形成し、ＯＢ画素部の画素から得られる信号を利用したデジタルの黒レベルクランプ動作を行っても良い。更に、入力された画像データに基づいて、後述するように、ランプ回路１４０から出力されるランプ信号を、タイミング制御部１００を介して制御する。
【００２１】
信号処理回路１７０により処理された画像データは、外部出力回路１８０に渡される。外部出力回路１８０は、シリアライザー機能を有し、信号処理回路１７０からの多ビットの入力パラレル信号をシリアル信号に変換する。また、このシリアル信号を、例えばＬＶＤＳ信号等に変換し、画像処理部２に出力する。
【００２２】
コントローラ回路３００は、画像処理部２とのＩ／Ｆ部であり、シリアル通信回路などを用いて、画像処理部２のＣＰＵから撮像素子１への制御を受ける。
【００２３】
次に、撮像素子１の列ＡＤＣ群１５０を用いた基本的なＡＤ変換の原理について、図２を用いて説明する。列ＡＤＣ群１５０は、上述したように、列毎に比較部１５１とカウンタ・ラッチ回路１５２を有している。また、図２（ａ）に示すように、比較部１５１は、列アンプ群１３０から出力される画素信号ＶＡＭＰと、ランプ回路１４０から出力されるランプ信号ＶＲＡＭＰとを比較し、その結果を出力する。
【００２４】
図２（ｂ）に示すように、画素部１１０からの画素信号ＶＡＭＰの読み出し開始に先立って比較部１５１の動作を開始する（時刻ｔ１）。列アンプ群１３０の各列アンプの動作が安定すると、時刻ｔ２において、カウンタ・ラッチ回路１５２のカウント値をリセットする。このカウンタ・ラッチ回路１５２のカウントリセットタイミングと同期して、ランプ回路１４０から出力されるランプ信号ＶＲＡＭＰの信号レベルは、時刻ｔ２から時間の経過とともに増加する。比較部１５１の出力は、列アンプ群１３０から出力される画素信号ＶＡＭＰの信号レベルをランプ回路１４０から出力されるランプ信号ＶＲＡＭＰの信号レベルが超えた時に反転する（時刻ｔ３）。カウンタ・ラッチ回路１５２は、カウント値をリセットしてから、比較部１５１の出力が反転するまでの期間（時刻ｔ２〜時刻ｔ３）、カウント動作を行う。この動作により、列アンプ群１３０により増幅された画素信号の出力レベルに比例したカウント値が得られるため、こうして得られたカウント値がＡＤ変換結果となる。なお、ここで説明した画素信号とランプ信号の比較方法、カウンタ・ラッチ回路によるカウント方法などはあくまで一例であり、カウント値をリセットしてから比較部１５１の出力が反転するまでの期間を検出できれば、他の方法で実施しても構わない。
【００２５】
図３は、第１の実施形態におけるランプ回路１４０及び列ＡＤＣ群１５０の動作を説明する図である。図３において、横軸は時間、グラフ上部の縦軸は出力レベル、グラフ下部は、比較部１５１の出力を示している。先ず、図３（ａ）を参照して、列アンプ群１３０の出力信号ＶＡＭＰの信号レベルに応じて、ランプ回路１４０から出力されるランプ信号ＶＲＡＭＰのスロープを変える例について説明する。
【００２６】
一般的に、単位画素からの信号の読み出し処理においては、まずＮ信号（ノイズレベル）の読み出し及びＡＤ変換を行い、その後にＳ信号（ノイズレベル＋信号レベル）の読み出し及びＡＤ変換を行う。そして、信号処理回路１７０で変換されたＳ信号とＮ信号との差分をとることでノイズ成分を打ち消すことで、Ｓ／Ｎの良い信号を得る。
【００２７】
まず、Ｎ信号のＡＤ変換を行うために、時刻ｔ１１で比較部１５１の動作を開始し、時刻ｔ１２でカウンタ・ラッチ回路１５２のカウントをリセットすると共に、ランプ回路１４０から出力されるランプ信号ＶＲＡＭＰの信号レベルを変化させる。ここで、ノイズレベルであるＮ信号の信号レベルは小さいため、Ｎ信号のＡＤ変換には、傾きが小さい第一のランプ信号ＶＲＡＭＰ（小）（第一の参照信号）を用いる。そして、カウンタ・ラッチ回路１５２のカウントをリセットしてから、比較部１５１の出力が反転するまでの期間（時刻ｔ１２〜時刻ｔ１３）、カウント動作を行うことで、Ｎ信号をＡＤ変換する。
【００２８】
次に、画素部１１０に蓄積された電荷に応じた信号を読み出して列アンプ群１３０により増幅された出力信号であるＳ信号に対し、レベル判定期間に、ランプ回路１４０はある一定の判定レベルＶｓを最大レベルとする判定用ランプ信号を比較部１５１に出力する。そして、Ｓ信号との比較を行う。ここでは、時刻ｔ１４においてカウンタ・ラッチ回路１５２のカウント値をリセットすると共に、ランプ回路１４０は所定の判定レベルＶｓを最大レベルに持つ判定用ランプ信号の出力を開始する。Ｓ信号の信号レベルが判定レベルＶｓ以上（信号レベル以上）であれば（Ｓ≧Ｖｓ）、比較部１５１の出力は反転しないため、時刻ｔ１６でレベル判定期間が終了するまでカウント値が増え続ける。これに対し、Ｓ信号の信号レベルが判定レベルＶｓより小さければ（Ｓ＜Ｖｓ）、例えば時刻ｔ１５で比較部１５１の出力が反転するため、カウント値の増加が終了する。このように、カウンタ・ラッチ回路１５２のカウント値により、信号処理回路１７０では、Ｓ信号の信号レベルが判定レベルＶｓよりも大きいか小さいかを判断することができる。なお、カウンタ・ラッチ回路１５２のカウント値をリセットするタイミングを、ランプ回路１４０の出力が判定レベルＶｓに安定した時点とし、Ｓ信号の信号レベルが判定レベルＶｓより小さい（Ｓ＜Ｖｓ）場合に、カウント値が０となるように制御してもよい。
【００２９】
Ｓ信号の信号レベルが判定レベルＶｓよりも小さい場合は、時刻ｔ１７から、Ｎ信号と同じ第一のランプ信号ＶＲＡＭＰ（小）を用いてＳ信号のＡＤ変換を行う。これにより、図３（ａ）に示す例では、時刻ｔ１７から時刻ｔ１８の間のカウント値が得られる。一方、Ｓ信号の信号レベルが判定レベルＶｓ以上である場合は、第一のランプ信号ＶＲＡＭＰ（小）よりもスロープがα倍の第二のランプ信号ＶＲＡＭＰ（大）（第二の参照信号）を用いて、Ｓ信号のＡＤ変換を行う。これにより、図３（ａ）に示す例では、時刻ｔ１７から時刻ｔ１９の間のカウント値が得られる。
【００３０】
図４は、出力レベルに応じて傾きの異なるランプ信号を用いる場合の、出力信号の信号レベルとＡＤ変換結果との関係を示す図である。図４の横軸は列アンプ群１３０の出力信号レベルを示し、縦軸はＳ信号のＡＤ変換後のデジタル値を示している。実線は、比較部１５１及びカウンタ・ラッチ回路１５２でＡＤ変換され、水平転送回路１６０を経て、信号処理回路１７０に入力されるデジタル値（ＡＤ変換値）を表している。上述したように、判定レベルＶｓより信号レベルが小さいＳ信号は第一のランプ信号ＶＲＡＭＰ（小）を用いて、また、判定レベルＶｓ以上の信号レベルを持つＳ信号は第二のランプ信号ＶＲＡＭＰ（大）を用いてＡＤ変換される。そのため、図４（ａ）に示すように、判定レベルＶｓの前後で、ＡＤ変換後のＳ信号の整合が取れていないことになる。
【００３１】
そのため、信号レベルが判定レベルＶｓ以上のＳ信号のＡＤ変換値に対しては、まず、信号処理回路１７０にて、第一のランプ信号ＶＲＡＭＰ（小）と第二のランプ信号ＶＲＡＭＰ（大）の傾きの比αを乗算する。更に、判定レベルＶｓで段差が無くなるようにオフセット量βを加算することで、入射光量に応じた画素信号の信号レベルとＡＤ変換値が一次的な関係になるように補正を行う。
【００３２】
上述した補正を行わない状態で、有効画素の映像を出力すると、ある輝度で段差が残ったような違和感のある映像となってしまう。この補正に用いる補正値は、撮像素子の温度、撮像素子の駆動タイミング（列アンプ群１３０のゲインや動作状態等）、駆動設定（電源設定等）によって変化が生じるため、画像取得直前か、または定期的な補正値の取得が必要である。なお、補正値の取得方法については後述する。
【００３３】
次に、第１の実施形態における判定レベルＶｓの設定方法について、図５〜図７を参照して説明する。第１の実施形態では、画像処理部２において、取得した画像のＡＤ変換値の分布を示すヒストグラムを生成し、その形状を分析する。図５において、横軸はＡＤ変換値、縦軸は各ＡＤ変換値を有する画素の画素数を示し、点線は生成したヒストグラムを示す。
【００３４】
ヒストグラムの形状は、撮影している被写体により大きく変わるが、図５に示すヒストグラムはＡＤ変換値の小さい部分（暗部）から大きい部分（明部）まで存在しており、コントラストの高い画像と言える。この場合、第一のランプ信号ＶＲＡＭＰ（小）と第二のランプ信号ＶＲＡＭＰ（大）とを切り替える判定レベルＶｓ近辺のＡＤ変換値を有する画素の画素数は多くない。
【００３５】
一方、図６（ａ）は、明部の信号レベルの画素が比較的多く、一般的にハイキーと呼ばれる画像である。この場合、図６（ｂ）に示すように判定レベルＶｓを暗部側に変更することで、判定レベルＶｓ付近で変換される画素数を減らすことができる。
【００３６】
逆に、図７（ａ）は、暗部の信号レベルの画素が多く、一般的に低照度画像と呼ばれる画像である。これは後段の画像処理でデジタルゲインをかける場合や、ノイズを少なく撮影するためにわざと暗めに撮影するような場合である。この場合、図７（ｂ）に示すように判定レベルＶｓを明部側に変更することで、判定レベルＶｓ付近で変換される画素数を減らすことができる。
【００３７】
このように、画像処理部２は、ＡＤ変換値のヒストグラムを生成し、生成したヒストグラムを分析して、明部または暗部に偏っているかどうかを判断し、偏っている場合には、判定レベルＶｓを予め決められたレベル分、ヒストグラムの度数が少ない方にシフトする。このように、画像の特徴に合わせて判定レベルＶｓを変更する。
【００３８】
なお、上述したように判定レベルＶｓを変更すると同時に、第一のランプ信号ＶＲＡＭＰ（小）の傾きを変更してもよい。図３（ｂ）は、ランプ回路１４０から出力される第一のランプ信号ＶＲＡＭＰ（小）の傾きを変えたときの図であり、図３（ａ）と比較して、判定レベルＶｓを大きくすると同時に、第一のランプ信号ＶＲＡＭＰ（小）の傾きを大きくしている。そのため、第一のランプ信号ＶＲＡＭＰ（小）で変換したＡＤ変換値は、図３（ａ）に示す第一のランプ信号ＶＲＡＭＰ（小）で変換した変換結果よりも小さくなる。また、傾きの比が（ａ）のα倍からα’倍に変わるため、補正値α’とそれに対応したβを算出する必要がある。
【００３９】
次に図８（ａ）のタイミング図を用いて、本撮像装置の動作について説明する。ここでは、デジタル一眼レフカメラ及びデジタルカメラなどの静止画撮像装置について記載する。図８では、横軸に時間、縦軸に撮像素子１の垂直方向ラインでの読み出しタイミングを表している。
【００４０】
近年のデジタル一眼レフカメラ及びデジタルカメラには、ライブビュー機能が搭載されているものがある。ライブビュー機能は、ミラーアップして撮像素子１に常に光を入射させ、予め決められた周期で１フレーム分のアナログ信号を出力し、得られた画像信号に基づく画像を液晶モニタなどに表示するもので、ユーザは表示された画像を観察することができる。図８（ａ）の期間ｔ８１，ｔ８２，ｔ８３はそのライブビュー画像を読み出している時間である。そして、撮像装置は、静止画（本画像）を取得するタイミングで、先幕シャッタ及び後幕シャッタを駆動する。これのシャッタはメカシャッターではなく、撮像素子１内で行う電子シャッタでも良い。
【００４１】
本画像の撮影に先立って、先幕シャッタを切る直前までに取得したライブビュー画像から、本画像を撮影する際の露出条件、例えばレンズの絞り値、先幕シャッタ駆動から後幕シャッタ駆動までの時間（シャッタスピード）などを決定する。そして、ｔ８４のタイミングで撮像素子１と通信を行い、決定した露光条件を反映する。また、先幕シャッタの駆動直前の期間ｔ８３で読み出したライブビュー画像を用いて、画像処理部２でヒストグラムの生成を行う。そして、生成したライブビュー画像のヒストグラムに基づいて、判定レベルＶｓを決定して撮像素子１に通知し、これもｔ８４のタイミングで変更を反映する。このとき、図３（ｂ）で説明したように、第一のランプ信号ＶＲＡＭＰ（小）の傾きを制御してもよい。
【００４２】
期間ｔ８５では、後述するように、撮像素子１に含まれるダミー画素領域を利用して、ＡＤ変換時の傾きの比αと加算するオフセット量βを算出する。その後、先幕シャッタ及び後幕シャッタを駆動してから本画像の読み出しを行い、本画像を読み出す（期間ｔ８６）。
【００４３】
次に、ヒストグラムの分析結果から判定レベルＶｓ及びランプ信号の傾きを制御した後の、傾きの比αと加算するオフセット量βを算出する方法について説明する。なお、補正値を算出する動作を、以降、補正値取得動作と記載する。
【００４４】
図９は、画素部１１０の構成例を示している。画素構成として、最も上部にフォトダイオードを持たないダミー画素領域を配置し、順に、遮光されたオプティカルブラック（ＯＢ）画素領域、光電変換して得られた信号を出力する有効画素領域を配している。第１の実施形態では、ダミー画素の画素信号読み出し期間を、傾きの比αとオフセット量βを算出するために使用する。ここでは、ダミー画素の画素信号読み出し期間に、定電圧回路４００から固定電圧を入力し、列アンプ群１３０から比較部１５１に入力される電圧がある固定電圧になるように制御する。なお、第１の実施形態においては、固定電圧として、判定レベルＶｓより小さい電圧Ｖ１及びＶ２を用いる。
【００４５】
ダミー画素の読み出し期間におけるＡＤ変換処理について、図１０Ａ〜図１０Ｄを参照して説明する。図１０Ａでは、固定電圧Ｖ１をＡＤ変換する。なお、図３で説明した処理とは異なり、Ｎ信号をＡＤ変換するための期間は設ける必要がない。まず、図１０Ａに示すように、レベル判定期間のランプ回路１４０から出力されるランプ信号ＶＲＡＭＰを最大値ＶＲＡＭＰ（MAX）まで上げることで、傾きが小さい第一のランプ信号ＶＲＡＭＰ（小）で固定電圧Ｖ１のＡＤ変換を行う。ＡＤ変換した結果をＶ１Ｌとする。
【００４６】
続いて図１０Ｂに示すように、レベル判定期間のランプ回路１４０から出力されるランプ信号ＶＲＡＭＰを最小値ＶＲＡＭＰ（MIN）とすることで、傾きが大きい第二のランプ信号ＶＲＡＭＰ（大）で固定電圧Ｖ１をＡＤ変換する。ＡＤ変換した結果をＶ１Ｈとする。
【００４７】
その後、図１０Ｃ及び図１０Ｄに示すように、固定電圧を電圧Ｖ１よりも大きい電圧Ｖ２に変え、図１０Ａ及び図１０Ｂと同様にＡＤ変換を行う。この結果をそれぞれＶ２Ｌ、Ｖ２Ｈとする。
【００４８】
これらは、横軸を出力レベル、縦軸をＡＤ変換値とすると、図４（ｂ）のように表される。図４（ｂ）は、図４（ａ）の出力信号レベルが判定レベルＶｓよりも小さい部分を拡大したものである。これら４点の座標から、傾きの比αとオフセット量βを求めることができる。例えば、傾きの比αは、次の式（１）で求められる。
α＝（Ｖ２Ｌ−Ｖ１Ｌ）／（Ｖ２Ｈ−Ｖ１Ｈ）      …（１）
傾きの比αを求めた上で、２本の直線が判定レベルＶｓで交わるように、オフセット量βを次の式（２）で求めることができる。
β＝（Ｖ２Ｌ−Ｖ１Ｌ）／（Ｖ２−Ｖ１）×Ｖｓ
−α（Ｖ２Ｈ―Ｖ１Ｈ）／（Ｖ２−Ｖ１）×Ｖｓ      …（２）
【００４９】
上記補正値α、βの算出は、撮像素子１の内部で行っても良いし、画像処理部２で行っても良い。
【００５０】
上記の通り第１の実施形態によれば、ＡＤ変換値の分布（ヒストグラム）から、ＡＤ変換に使用するランプ信号を決定するための判定レベルを変更することで、判定レベル付近でＡＤ変換される画素数を低減させることができる。これにより、ランプ信号の切り替わり目での違和感を軽減することができる。
【００５１】
＜第２の実施形態＞
上述した第１の実施形態では、本画像取得前のライブビュー画像から、ヒストグラムの生成と補正値の取得とを行ったが、ビデオカメラのような、ライブビューと本画像の区別が無く画像を取得する場合は、図８（ｂ）のような動作を行う。
【００５２】
ビデオカメラのような撮像装置では、一定のフレームレートで毎フレーム画像取得を行う。画像取得し、画像処理部２でフレーム毎にヒストグラムを生成し、例えば、図６や図７に示すような、判定レベルＶｓを変更する分布になった場合は、撮像素子１の判定レベルＶｓを決定し、ｔ９１のタイミングで変更を反映する。このとき、図３（ｂ）で説明したように、第一のランプ信号ＶＲＡＭＰ（小）の傾きを制御してもよい。
【００５３】
ここで、上記変更を反映したフレームでは、そのランプ信号の傾きの比αとオフセットβが算出されておらず、段差の残った映像が出力される。この出力フレームで、ランプ信号の傾きの比αとオフセットβを求め、ｔ９２のタイミングで補正値を反映させる。
【００５４】
補正値を反映させた次フレームから正常な画像を取得することになるが、ビデオカメラではフレームレートが速い（近年であれば６０Ｐ、１２０Ｐなど）ので、１フレームの映像の段差はあまり見た目に影響しない。
【００５５】
上記の通り本第２の実施形態によれば、ビデオカメラなどの連続的に画像を読み出す撮像装置においても、判定レベル付近でＡＤ変換される画素数を低減させることができる。
【００５６】
＜第３の実施形態＞
第１及び第２の実施形態では、ヒストグラムの生成を、出力された画像全体に対して実施しているが、画像の一部の注目する領域について生成しても良い。注目する領域とは、主な被写体を意味し、例えば、フォーカスの合焦領域、人物の顔を検出した領域、液晶表示モニタにタッチパネルで指示した領域、などが挙げられる。
【００５７】
図１１（ａ）は、撮像装置からの出力画像を示している。図１１（ｂ）は図１１（ａ）の画像のヒストグラムである。画像全体はコントラストが高く、これだけ見ると判定レベルＶｓを変更する必要はない。しかしながら、図１１（ａ）のある特定領域（人物の顔）のヒストグラムが、図１１（ｂ）に示すように判定レベルＶｓ近辺の信号レベルを有する画素数が多い場合、判定レベルＶｓを第１の実施形態で上述したように変更する。
【００５８】
図１２は、本第３の実施形態における撮影処理のフローチャートを示す。Ｓ１で撮像装置の使用者がシャッタボタンを押下すると、撮影動作を開始する。
【００５９】
Ｓ２で、先幕および後幕シャッタを切る前のライブビュー画像を取得する。そして、このライブビュー画像を画像処理部２で解析し、主被写体が存在するかどうか判定する。なお、主被写体とは、前述したように、例えば、フォーカスの合焦領域、人物の顔を検出した領域、液晶表示モニタにタッチパネルで指示した領域などである。
【００６０】
Ｓ３で主被写体が存在すると判断された場合には、Ｓ４において、画像処理部２で主被写体周辺のヒストグラムを生成する。主被写体が存在しない場合には、Ｓ５において、画像全体のヒストグラムを生成する。そして、生成したヒストグラムから、判定レベルＶｓ及び、変更可能な場合には第一のランプ信号ＶＲＡＭＰ（小）の傾きを決定し、撮像素子１を制御する（Ｓ６）。
【００６１】
次に、Ｓ７では、Ｓ６で反映した判定レベルＶｓ及びランプ信号の傾きに対して、補正値の傾きの比αとオフセットβを求めるために、補正値取得処理を行い、補正値を取得した上で、本画像を撮影する（Ｓ８）。
【００６２】
上記の通り本第３の実施形態によれば、ヒストグラムの生成領域を、画像のある注目領域に限定し、注目領域に適した判定レベルに変更することで、注目領域について、判定レベル付近でＡＤ変換される画素数を低減させることができる。これにより、注目領域におけるランプ信号の切り替わり目での違和感を軽減することができる。
【００６３】
なお、上述した第１〜第３の実施形態では、１つの判定レベルＶｓに応じて、第一のランプ信号ＶＲＡＭＰ（小）または第二のランプ信号ＶＲＡＭＰ（大）のいずれかを選択するものとして説明した。しかしながら、本発明はこれに限るものではなく、複数の判定レベルを設定して、３種類以上のランプ信号から選択できるようにしてもよい。
【００６４】
＜他の実施形態＞
また、本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
【符号の説明】
【００６５】
１：撮像素子、２：画像処理部、１４０：ランプ回路、１５０：列アナログデジタル変換器群、１５１：比較部、１５２：カウンタ・ラッチ回路、１７０：信号処理回路、３００：コントローラ回路、４００：定電圧回路
【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１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１１】
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【図１２】
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