(57)【要約】【課題】  暗視モードでは、シャッタースピードを遅くした場合、画像がパラパラと出る感じが顕著になって画像品位が落ち、また、３次元ノイズリダクションをオフにせざるを得ないため、Ｓ／Ｎが劣化する。【解決手段】  ＬＰＦ１５は、直流近傍の低域周波数から周波数ｆｓ／４まで漸次減衰する低域通過特性を有し、更に周波数ｆｓ／４以上の高域周波数領域では再び出力が増加する周波数特性を有する。暗視モードではマイクロプロセッサ１８は選択手段１６に対して、ゲイン０／１６、選択手段１７に対してゲイン１６／１６を選択する。これにより、加算器１９から低域周波数成分に対する高域周波数成分の少なくとも一部分の減衰がより多い特性とされると同時に、低域周波数におけるゲインが増強された撮像信号が得られる。暗視画像を、周波数特性、Ｓ／Ｎ、ゲインに関してバランス良く撮影することができる。【選択図】            図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
通常の場面を撮影するための通常モードと、特に暗い場面を撮影するために設けられた暗視モードとのいずれかで、被写体を撮像素子により撮像する撮像装置において、
前記暗視モード時においては、前記撮像素子により得られた入力撮像信号に対して、その撮像信号の高域周波数成分の少なくとも一部分を低域周波数成分よりも減衰させると共に、前記低域周波数成分のゲイン増幅を行う周波数選択手段と、
前記周波数選択手段により処理されていない前記入力撮像信号に選択した第１のゲインを付与すると共に、前記周波数選択手段による処理後の撮像信号に選択した第２のゲインを付与するゲイン選択手段と、
前記ゲイン選択手段により前記第１及び第２のゲインがそれぞれ付与された前記入力撮像信号及び前記周波数選択手段による処理後の撮像信号を加算して出力する加算手段と
を有し、前記暗視モード時においては、前記加算手段から前記低域周波数成分に対する前記高域周波数成分の少なくとも一部分の減衰がより多い特性で、かつ、前記低域周波数成分におけるゲインが増強された撮像信号を出力することを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は撮像装置に係り、特に暗い場面に特化した撮影モードに適した信号処理を行う、ＤＶ方式等のカメラ一体型ＶＴＲ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）などのディスクを記録媒体とするディスクカメラ、半導体を記録媒体とする半導体カメラ等の撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、特にカメラ一体型ＶＴＲにおいて、その機能として、暗い場面に特化した撮影モード（暗視モード）が搭載されているものがあり、子供の寝顔の撮影等に利用されている。通常、暗い場面を撮影する際には、映像信号全体のゲインを調整するＡＧＣ（オート・ゲイン・コントロール）回路において、そのゲインを上げる事により露出不足を補うが、ＡＧＣのゲインを上げれば上げる程Ｓ／Ｎが悪くなるという副作用を伴ってしまう。
【０００３】
それに対して、暗視モードにおいては、そのＳ／Ｎ悪化を嫌ってＡＧＣゲインを上げることは行わず、その代わりにシャッタースピードを遅くする事により撮像素子に光を長時間蓄積することで露出不足に対処し、暗闇を撮影しても明るく比較的Ｓ／Ｎの良い画像を得ている。
【０００４】
ところで、最近の撮像装置におけるＣＣＤ等の撮像素子の画素数の増加は著しく、例えばデジタルスチルカメラにおいては５００万画素以上のものが商品化されており、動画を中心としたビデオカメラ用撮像素子においても１００万画素から２００万画素以上のものも使用されて来ている。
【０００５】
現在のＮＴＳＣ方式等の標準テレビジョン方式の映像信号を得るには、これほど多画素である必要は無いが、最近の撮像装置においては磁気テープ等の動画用メディアの他に、静止画撮影用として半導体メモリカードを装着できるようにされているものも多く、その様な撮像装置においては、多画素の撮像素子を設けることにより、半導体メモリに記録する静止画カメラとしても専用のデジタルカメラに匹敵する高画質を得ることができるという事を装置の特徴にしている。
【０００６】
また、そのような多画素の撮像素子を設け、標準テレビジョン方式の映像信号を得る場合、その出力は最終的には標準テレビジョン方式の映像信号に合ったサイズにまで画像縮小が行われるが、この画像縮小の際に行われる再サンプリングによるリサイズが、結果的に周辺画素との平均化と等価となることによりノイズを低減できるので、多画素の撮像素子は、標準テレビジョン方式の映像信号においてもＳ／Ｎの良い画像を得ることができるというメリットがある。
【０００７】
図４は従来の撮像装置の一例のブロック図を示す。この従来の撮像装置は、カメラ一体型記録装置であり、ＣＣＤ（チャージ・カップルド・デバイス）等の撮像素子とその周辺回路、レンズ系、光学フィルタなどから成る撮像部１で外界の被写体画像を撮像する。この撮像部１により撮像して得られた撮像信号は、Ａ／Ｄ変換器２によりデジタル信号へ変換される。いま、このデジタル信号は振幅１２ビットに量子化されるとする。
【０００８】
ここで、単板式ビデオカメラにおいては、撮像素子の前に透過色がモザイク状に配置されたカラーフィルタが配置されており、撮像信号は例えば、フィールド毎に図５（ａ）と（ｂ）で表す様な成分が出力される。図５（ａ）、（ｂ）において、Ｇ、Ｃｙ、Ｙｅ，Ｍｇは、それぞれグリーン、シアン、イエロー、マゼンタを透過色とする色フィルタにより透過された光を受光した色成分を表し、各ラインの信号において、２組の２色の混合色成分がサンプル毎に各組交互に出力される（詳細は例えば非特許文献１参照）。
【０００９】
この様な撮像信号は、ＹＣ変換部３において公知のＹＣ変換処理が行われ、輝度信号Ｙと、カラー信号を構成する２種類の色信号からなる、計３つの信号の組とされる。静止画として記録する場合、第１の記録処理部４ではこれらの３つの信号の組を用いてＪＰＥＧ等の圧縮処理が行われ、半導体メモリカード等の第１の記録媒体５に記録する。
【００１０】
一方、標準テレビジョン信号の動画として記録する場合には、ＹＣ変換部３から出力された３つの信号の組は、リサイズ回路６内の低域フィルタ（ＬＰＦ）７で帯域制限された後、リサイズ回路６内の再サンプリング部８で再サンプリングされることにより、リサイズ（低画素数化）されて標準テレビジョン信号に合った仕様のサンプル数の信号とされる。
【００１１】
このリサイズ回路６から出力された映像信号は、第２の記録処理部９においてＤＶフォーマットやＤＶＤ−ＲＡＭフォーマット等の動画像の記録に適した形に処理されてから、ＤＶテープやＤＶＤ−ＲＡＭ等の第２の記録媒体１０に記録される。装置の操作はボタン等のユーザーインターフェイス１１により行われ、この操作の応答等として上記の各ブロックへの制御がマイクロプロセッサ１２により行われる。
【００１２】
また、極めて低照度の環境下での視野確保と視認体物の認識向上を目的とした撮像装置も従来より知られている（例えば、特許文献１参照）。この従来の撮像装置は、一画面内の高輝度部分を検出して、その箇所の低周波数成分のみレベルを落とす（絶対値を下げる）ことにより、輝度レベルを下げて視認性を向上する構成である。
【００１３】
【非特許文献１】「カラーＣＣＤの駆動方法と信号処理の実際」、トランジスタ技術、日本、ＣＱ出版株式会社、１９９９年２月号、ｐ.２５０
【特許文献１】特開２００１−２６８４１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかし、図４に示した従来の撮像装置においては、露出不足に対処するためにシャッタースピードを遅くした場合、特に１／６０秒よりも遅くなると動解像度が下がり、画像がパラパラと出る感じが顕著になって画像品位が落ちるという問題がある。また、スローシャッターになった状態で３次元ノイズリダクションをオンにすると、更に画像品位が劣化するため、３次元ノイズリダクションをオフにせざるを得ないことにより、Ｓ／Ｎが劣化するという問題もある。
【００１５】
一方、特許文献１記載の従来の撮像装置では、一画面内の高輝度部分を検出して、その検出箇所の処理を行うようにしており、画面の一部に対する処理であるので、視認性は向上するが、画面全体の露出不足に対する処理ではなく、スローシャッターにならずに画面全体の暗視画像を、周波数特性、Ｓ／Ｎ、ゲインに関してバランス良く撮像することができない。
【００１６】
本発明は以上の点に鑑みなされたもので、できるだけスローシャッターにならずに、暗視画像を、周波数特性、Ｓ／Ｎ、ゲインに関してバランス良く撮影することができ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】
【００１７】
上記の目的を達成するため、本発明は、通常の場面を撮影するための通常モードと、特に暗い場面を撮影するために設けられた暗視モードとのいずれかで、被写体を撮像素子により撮像する撮像装置において、暗視モード時においては、撮像素子により得られた入力撮像信号に対して、その撮像信号の高域周波数成分の少なくとも一部分を低域周波数成分よりも減衰させると共に、低域周波数成分のゲイン増幅を行う周波数選択手段と、周波数選択手段により処理されていない入力撮像信号に選択した第１のゲインを付与すると共に、周波数選択手段による処理後の撮像信号に選択した第２のゲインを付与するゲイン選択手段と、ゲイン選択手段により第１及び第２のゲインがそれぞれ付与された入力撮像信号及び周波数選択手段による処理後の撮像信号を加算して出力する加算手段とを有する構成としたものである。
【００１８】
この発明では、暗視モード時には、低域周波数成分に対する高域周波数成分の少なくとも一部分の減衰がより多い特性で、かつ、低域周波数成分におけるゲインが増強された撮像信号を、加算手段から出力することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、暗視モードを有する撮像装置において、暗視モード時は低域周波数成分に対する高域周波数成分の少なくとも一部分の減衰がより多い特性で、かつ、低域周波数成分におけるゲインが増強された撮像信号を出力するようにしたため、一画面内の特定の信号部分ではなく、一画面全体の撮像信号を周波数特性、Ｓ／Ｎ、ゲインに関してバランスの良い設定で得ることができ、できるだけスローシャッターにならずに、好適な暗視モードの撮影画像を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１は本発明になる撮像装置の一実施の形態のブロック図を示す。同図中、図４と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。図１において、撮像部１から出力され、Ａ／Ｄ変換器２でＡＤ変換されたデジタル撮像信号は、第１の選択手段（ＳＥＬ１）１６に直接供給される一方、デジタル低域フィルタ（ＬＰＦ）１５により帯域制限された後第２の選択手段（ＳＥＬ２）１８に供給される。
【００２１】
ここで、上記のＬＰＦ１５は、図１に示すように、各々単位時間遅延する複数の遅延手段（τで示す）を縦続接続し、そのタップ出力にゲインを加えて加算する、いわゆるトランスバーサル型のフィルタである。このトランスバーサル型フィルタであるＬＰＦ１５の特性は、図２（ａ）に示される。同図（ａ）及び後述する同図（ｂ）、（ｃ）において、ｆｓはデジタル撮像信号におけるサンプル周波数を表し、サンプリング周期をτ（前記遅延手段の単位遅延時間と同じ）としてｆｓ＝１／τの関係にある。
【００２２】
図２（ａ）に示すＬＰＦ１５の周波数特性は、直流近傍の低域周波数から周波数ｆｓ／４まで漸次減衰する低域通過特性を有し、更に周波数ｆｓ／４以上の高域周波数領域では再び出力が増加する周波数特性である。ここで、撮像装置においては、撮像部１に入力される被写体像の高域周波数成分は、撮像素子の前に装備された光学フィルタで、撮像する光の段階で減衰されており、これを電気信号の段階に対応付けて表すと図２（ｂ）に破線Iで示す様になる。これと図２（ａ）に示したＬＰＦ１５の周波数特性を総合して表すと、図２（ｂ）に実線IIで示す様になる。この実線IIで示す周波数特性は、周波数ｆｓ／４の周波数領域で低域通過特性を示す。
【００２３】
ここで、図１に示すように、ＬＰＦ１５において、τの遅延２つ分のところからタップを出しているのは、図５に示した様に、ここで考えているデジタル撮像信号においては２サンプル毎に同じ色成分が現れるので、こうすることにより、この１つのＬＰＦ１５だけで、各色成分に関してそれぞれフィルタリング処理を行うことができるためである。
【００２４】
このＬＰＦ１５においては、図１に示すように、３つのタップからの信号を加算しているが、入力に近い方から１番目と３番目のタップのゲインは１であり、中央のタップのゲインは２とされている。低域についてこのＬＰＦ１５の入出力におけるゲインを１にするには、ＬＰＦ１５内の加算器２１の出力を１／４に減衰させる必要があるが、あえてこの減衰を行わないことにより、ＬＰＦ１５の入出力におけるゲインを４となる様に上げている。この様なＬＰＦ１５の出力信号は第２の選択手段（ＳＥＬ２）１７に入力される。
【００２５】
ここで、図１には各部のデジタル信号について、その個所での量子化ビット数が記されており、撮像部１の出力撮像信号をＡＤ変換した後は１２ビットに量子化されているが、ＬＰＦ１５の出力信号のビット数は、ＬＰＦ１５により信号が増幅されているため、量子化ビット数は１４ビットとされている。
【００２６】
第１及び第２の選択手段１６及び１７は、その入出力におけるゲインをいくつかの設定値の中から切り換えて出力するもので、これらの選択手段１６及び１７の両出力信号を加算器１９で加算することで、デジタル撮像出力信号そのものと、ＬＰＦ１５によりフィルタリングされて増幅された信号の比率を決めている。
【００２７】
これらの選択手段１６及び１７でのゲイン選択は、マイクロプロセッサ１８からの指令により行われる。その選択の例を図３に示す。同図（ａ）の例では、通常モードでは選択手段（ＳＥＬ１）１６は、ゲイン１６／１６、すなわちデジタル撮像信号をそのままゲイン１で出力すると共に、選択手段（ＳＥＬ２）１７はゲイン０／１６、すなわちＬＰＦ１５から出力される信号はオフにする様にされている。
【００２８】
従って、通常モードの場合は、加算器１９から出力される信号は、Ａ／Ｄ変換器２から出力されるデジタル撮像信号そのものである。ここで、ユーザーの操作により、ユーザーインターフェイス１１より暗視モードが選択されたことをマイクロプロセッサ１８が検出すると、マイクロプロセッサ１８は選択手段（ＳＥＬ１）１６に対して、図３（ａ）に示すようにゲイン０／１６、選択手段（ＳＥＬ２）１７に対してゲイン１６／１６を選択する様、指令を発する。
【００２９】
従って、暗視モードの場合は、加算器１９から出力される信号は、ＬＰＦ１５から出力される信号そのものとなる。従って、加算器１９から出力される信号の周波数特性は図２（ｂ）の実線IIで示すものとなり、ＤＣ近くの低域のゲインは通常時に対して４倍に増強されている。
【００３０】
なお、選択手段１６及び１７でのゲイン選択の別の例として、図３（ｂ）としてもよい。この場合、通常モードについては図３（ａ）の例と同様であるが、暗視モードにおいてはデジタル撮像信号そのものとＬＰＦ１５の出力信号についてそれぞれゲイン８／１６としている。従って、図３（ｂ）に示すゲイン選択をした場合、加算器１９の出力信号の周波数特性は、図２（ｃ）に実線IIIで示す様になる。
【００３１】
この実線IIIで示す周波数特性は、図２（ｂ）に実線IIで示した周波数特性ほどではないが、低域のゲインを増強し、かつ、ｆｓ／４近傍の帯域について通常モードに比べて若干抑圧する様な特性になっている。これは、暗視モードとはいっても、ある程度の明るさはあることを前提にして、Ｓ／Ｎと高域成分をできるだけ確保したい場合に好適である。
【００３２】
このように、選択手段１６及び１７におけるゲインの選択は、通常モードと暗視モードで切り換えられており、選択手段１６及び１７の出力側の加算器１９の出力信号において、暗視モードの方が低域周波数成分に対する高域周波数成分の少なくとも一部分の減衰がより多い特性とされると同時に、低域周波数におけるゲインが増強される。
【００３３】
再び図１に戻って説明するに、選択手段１６からの出力信号の量子化ビット数は１２ビットであるが、選択手段１７からの出力信号の量子化ビット数は１４ビットであるため、加算器１９の出力信号の量子化ビット数は１４ビットとなるが、従来と同様のＹＣ変換部３以降の処理は、記録信号や最終的な出力信号が従来と同じであるとすると、従来と同じ１２ビットで行われるのが望ましい。
【００３４】
そこで、本実施の形態では、１２ビットリミッタ２０において、加算器１９の出力信号の上位２ビットを削除して１２ビットに制限する。こうすることにより、高レベルの信号は飽和して明るい部分の階調が失われるが、この様な飽和が起こるのはＬＰＦ１５でゲインを増強した成分を加算した暗視モードの場合であるため、元々飽和する様な明るい場面の撮影は想定しておらず、「暗視モード」というモード名からユーザーも暗い場面を撮影するためのモードであることを了解済みであるため、特に問題とはならない。このように、暗視モードにおいて、暗い場面の細部を強調して撮影することが可能となる。
【００３５】
ＹＣ変換部３以降の処理は図４に示した従来の撮像装置と同様であり、第１の記録処理部４により、半導体メモリカード等の第１の記録媒体５に静止画に関する映像信号が記録され、リサイズ（低画素数化）されて標準テレビジョン信号に合った仕様のサンプル数の動画像信号が、第２の記録処理部９によりＤＶテープやＤＶＤ−ＲＡＭ等の第２の記録媒体１０に記録される。
【００３６】
このように、本実施の形態によれば、できるだけスローシャッターにならずに、画面全体の暗視画像を、周波数特性、Ｓ／Ｎ、ゲインに関してバランス良く撮影することができる。また、本実施の形態は、特に撮像素子として多画素ＣＣＤを用いている場合に好適である。それは、その場合には撮像信号の画素数を標準信号のそれに合わせるためのリサイズ処理が行われることにより、Ｓ／Ｎ改善効果があり、或る程度のＳ／Ｎの余裕があるため、高域の少なくとも一部を減衰させればゲインを４倍という様に大きく上げることも許容されるからである。
【００３７】
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、例えば、選択手段１６及び１７におけるゲインの選択は、加算器１９の出力信号において、暗視モードの方が低域周波数成分に対する高域周波数成分の少なくとも一部分の減衰がより多い特性とされると共に、低域におけるゲインを増強する様になっていればよく、図３（ａ）、（ｂ）に示した特定の選択に限られるものではない。
【００３８】
また、暗視モードに関して選択手段１６及び１７で具体的にどの様なゲインの選択を行うかは、その撮像装置の設計時において特定の一つのものに決めて設定してもよく、ユーザー操作により幾つかの組み合わせの中から選択できる様にしてもよく、更には、センサで検出した撮影時の明るさ等の条件に応じて自動的に幾つかの組み合わせの中から選択される様にしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施の形態のブロック図である。
【図２】図１の要部であるＬＰＦ又は加算器の出力信号の周波数特性図である。
【図３】図１中の選択手段が通常モードと暗視モードで選択するゲインの説明図である。
【図４】従来の一例のブロック図である。
【図５】撮像信号の一例の説明図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  撮像部
３  ＹＣ変換部
４  第１の記録処理部
５  第１の記録媒体
６  リサイズ回路
９  第２の記録処理部
１０  第２の記録媒体
１５  トランスバーサルフィルタによる低域フィルタ（ＬＰＦ）
１６、１７  選択手段
１８  マイクロプロセッサ
１９、２１  加算器
２０  １２ビットリミッタ
【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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