(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体撮像素子の出力信号を増幅するゲインが可変な増幅手段と、
前記増幅手段の出力信号に対して所定の信号処理をなす信号処理手段と、
前記信号処理手段の出力信号に対して乗算処理をなす乗算係数が可変な乗算手段と、
前記信号処理手段の入力信号と前記乗算手段の出力信号のいずれか一方を選択する選択手段と、
前記選択手段によって選択された前記信号処理手段の入力信号または前記乗算手段の出力信号を積分する積分手段と、
前記積分手段の積分値に基づいて前記固体撮像素子のシャッタースピード、前記増幅手段のゲインまたは前記乗算器の乗算係数の制御を行う制御手段と
を備えたことを特徴とする固体撮像素子の信号処理回路。
【請求項２】
前記制御手段は、前記固体撮像素子のシャッタースピード、前記増幅手段のゲインおよび前記乗算器の乗算係数の順で制御を行う
ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子の信号処理回路。
【請求項３】
前記積分手段は、輝度信号レベルをフィールドごとに積分する
ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子の信号処理回路。
【請求項４】
前記制御手段は、輝度信号レベルが目標値になるように前記固体撮像素子のシャッタースピードおよび前記増幅手段のゲインの制御を行い、前記増幅手段のゲインが最大でも輝度信号レベルが目標値に達しないときは、前記乗算器の乗算係数の制御を行う
ことを特徴とする請求項３記載の固体撮像素子の信号処理回路。
【請求項５】
前記選択手段は、前記制御手段が前記固体撮像素子のシャッタースピードおよび前記増幅手段のゲインの制御を行うときは前記信号処理手段の入力信号を選択し、前記制御手段が前記乗算器の乗算係数の制御を行うときは前記乗算手段の出力信号を選択する
ことを特徴とする請求項４記載の固体撮像素子の信号処理回路。
【請求項６】
固体撮像素子と、被写体からの入射光を取り込んで前記固体撮像素子の撮像面上に結像させる光学系と、前記固体撮像素子の出力信号を処理する信号処理回路とを具備するカメラシステムであって、
前記信号処理回路は、
前記固体撮像素子の出力信号を増幅するゲインが可変な増幅手段と、
前記増幅手段の出力信号に対して所定の信号処理をなす信号処理手段と、
前記信号処理手段の出力信号に対して乗算処理をなす乗算係数が可変な乗算手段と、
前記信号処理手段の入力信号と前記乗算手段の出力信号のいずれか一方を選択する選択手段と、
前記選択手段によって選択された前記信号処理手段の入力信号または前記乗算手段の出力信号を積分する積分手段と、
前記積分手段の積分値に基づいて前記固体撮像素子のシャッタースピード、前記増幅手段のゲインまたは前記乗算器の乗算係数の制御を行う制御手段と
を備えたことを特徴とするカメラシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像素子の信号処理回路およびカメラシステムに関し、特に固体撮像素子の出力をデジタル的に処理する信号処理回路および固体撮像素子を撮像デバイスとして用いたカメラシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
撮像デバイスとして例えばＣＣＤ(Charge Coupled Device) 固体撮像素子を用いたカメラシステムの信号処理回路において、自動露光(Auto Exposure；ＡＥ）制御は、従来、ＣＣＤ固体撮像素子の後段の信号処理系のＡＧＣ(Auto Gain Contorol)アンプの出力信号を１フィールド期間積分し、その積分値から被写体の照度を判定し、その判定結果に基づいてＣＣＤ固体撮像素子のシャッタースピードとＡＧＣゲインをコントロールすることによって行われていた。
【０００３】
この場合、カメラシステムの信号処理回路から出力される輝度信号レベルの最大値は、シャッタースピードの最低速値とＡＧＣアンプの最大ゲインで規定される。したがって、輝度信号レベルを上げるには、シャッタースピードの最低速値およびＡＧＣアンプの最大ゲインを上げれば良い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、シャッタースピードの最低速度およびＡＧＣアンプの最大ゲインを上げるにもハードウェア上の限界がある。したがって、比較的暗い所での使用が多い監視用カメラとして用いるために、より大きな輝度信号レベルを得ようとしても、シャッタースピードおよびＡＧＣアンプゲインのコントロールによる露光制御では限界がある。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、より大きな輝度信号レベルを安定的に出力させることができ、自動露光の制御性能の向上を可能とした固体撮像素子の信号処理回路およびカメラシステムを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明による固体撮像素子の信号処理回路は、固体撮像素子の出力信号を増幅するゲインが可変な増幅手段と、この増幅手段の出力信号に対して所定の信号処理をなす信号処理手段と、この信号処理手段の出力信号に対して所定の乗算係数を乗算する該乗算係数が可変な乗算手段と、信号処理手段の入力信号と乗算手段の出力信号のいずれか一方を選択する選択手段と、この選択手段によって選択された信号処理手段の入力信号または乗算手段の出力信号を積分する積分手段と、この積分手段の積分値に基づいて固体撮像素子のシャッタースピード、増幅手段のゲインまたは乗算器の乗算係数の制御を行う制御手段とを備えた構成となっている。
【０００７】
また、本発明によるカメラシステムでは、撮像デバイスとして固体撮像素子を用いるとともに、この固体撮像素子の信号処理系に上記構成の信号処理回路を用いている。
【０００８】
上記構成の固体撮像素子の信号処理回路およびカメラシステムにおいて、輝度信号レベルの最大値がシャッタースピードの最低速値とＡＧＣアンプの最大ゲインで規定されることから、その最大値までの露光制御においては、信号処理手段の入力信号を積分し、その積分値に基づいて固体撮像素子のシャッタースピードおよび増幅手段のゲインを制御する。また、上記最大値を越える輝度信号レベルを得る場合には、乗算器の出力信号を積分し、その積分値に基づいて乗算器の乗算係数の制御を行う。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１０】
図１は、本発明の一実施形態に係るカメラシステムの構成を示すブロック図である。本実施形態に係るカメラシステム１０は、レンズ１１、ＣＣＤ固体撮像素子１２、タイミングジェネレータ１３、信号処理回路１４およびシステムコントローラ１５を有する構成となっている。
【００１１】
レンズ１１は、光学系の一部を構成し、被写体（図示せぬ）からの入射光（像光）を取り込んでＣＣＤ固体撮像素子１２の撮像面上に結像させる。ＣＣＤ固体撮像素子１２は、画素単位で入射光をその光量に応じた信号電荷に変換し、その画素情報を撮像信号として出力とする。
【００１２】
タイミングジェネレータ１３は、読み出しパルス、垂直転送パルス、水平転送パルス、シャッターパルスなど、ＣＣＤ固体撮像素子１２を駆動するための各種のタイミング信号を発生する。ＣＣＤ固体撮像素子１２においては、各画素ごとに光電変換によって得られた信号電荷が、読み出しパルスが与えられることによって垂直転送部に読み出され、この垂直転送部および水平転送部にて転送され、最終的に電気信号に変換されて出力される。
【００１３】
なお、ＣＣＤ固体撮像素子１２では、例えば、基板にシャッターパルスが印加されることにより、センサー部（画素）内に蓄積された信号電荷が一斉に基板に掃き捨てられる電子シャッター動作が可能な構成となっている。そして、次の読み出しまでの期間において光電変換および信号電荷の蓄積が行われ、この蓄積期間が露光期間、即ちシャッタースピードとなる。
【００１４】
したがって、タイミングジェネレータ１３において、シャッターパルスの発生タイミングを変えることによってシャッタースピードをコントロールできることになる。このシャッタースピードのコントロールにより、露光を制御することができる。
【００１５】
信号処理回路１４は、ＣＣＤ固体撮像素子１２の出力信号中の輝度（Ｙ）信号を処理するための回路であり、ＡＧＣアンプ１４１、Ａ／Ｄコンバータ１４２、デジタル信号処理(Digital Signal Processor;ＤＳＰ）回路１４３、乗算器１４４、Ｄ／Ａコンバータ１４５、２入力セレクタ１４６および積分回路１４７を有する構成となっている。なお、クロマ信号の信号処理回路は別に設けられるが、本発明の要旨とは直接関係がないので、ここでは省略するものとする。
【００１６】
ＡＧＣアンプ１４１は、システムコントローラ１５から与えられるＡＧＣゲインコントロール信号に応じてゲインが変化することにより、輝度信号の信号レベルをコントロールする。このＡＧＣアンプ１４１のゲインコントロールにより、露光を制御することができる。
【００１７】
ＡＧＣアンプ１４１で信号レベルがコントロールされた輝度信号は、Ａ／Ｄコンバータ１４２でデジタル化された後、デジタル信号処理回路１４３に供給される。デジタル信号処理回路１４３は、ガンマ（γ）回路などを有し、輝度信号に対してγ補正などの各種の信号処理をデジタル的に施した後、乗算器１４４に供給する。
【００１８】
乗算器１４４は、乗算係数（以下、Ｙゲインと称す）が可変な構成となっており、システムコントローラ１５から与えられるＹゲインコントロール信号に応じてＹゲインが変化することにより、輝度信号の信号レベルをコントロールする。この乗算器１４４のＹゲインのコントロールにより、露光を制御することができる。乗算器１４４の出力信号は、Ｄ／Ａコンバータ１４５でアナログ化されてカメラ輝度信号として出力される。
【００１９】
また、デジタル信号処理回路１４３の入力信号および乗算器１４４の出力信号は、セレクタ１４６の２入力となる。セレクタ１４６は、通常はデジタル信号処理回路１４３の入力信号を選択して積分回路１４７に供給し、システムコントローラ１５からセレクタコントロール信号が与えられたときに、デジタル信号処理回路１４３の入力信号に代えて乗算器１４４の出力信号を選択して積分回路１４７に供給する。
【００２０】
積分回路１４７は、セレクタ１４６においてデジタル信号処理回路１４３の入力信号が選択されているときは、このデジタル信号処理回路１４３の入力信号をフィールドごとに積分してその積分値をシステムコントローラ１５へ供給し、またセレクタ１４６において乗算器１４４の出力信号が選択されているときは、この乗算器１４４の出力信号をフィールドごとに積分してその積分値をシステムコントローラ１５に供給する。
【００２１】
システムコントローラ１５は、例えばマイクロコンピュータによって構成されており、セレクタ１４６の切換え制御を行うとともに、セレクタ１４６によってデジタル信号処理回路１４３の入力信号が選択されているときには、積分回路１４７の積分値に基づいてタイミングジェネレータ１３に対してシャッタースピードコントロール信号を与え、さらにＡＧＣアンプ１４１に対してＡＧＣゲインコントロール信号を与えることによってＡＧＣアンプ１４１のゲイン制御を行い、セレクタ１４６によって乗算器１４４の出力信号が選択されているときには、乗算器１４４に対してＹゲインコントロール信号を与えることによって乗算器１４４のＹゲイン制御を行う。
【００２２】
すなわち、システムコントローラ１５は、ＡＧＣアンプ１４１のゲイン制御または乗算器１４４のＹゲイン制御を行うことで、Ｄ／Ａコンバータ１４５の出力であるカメラ輝度信号が常に一定の目標値になるようにＡＥ制御を行う。目標値は任意の固定値である。
【００２３】
システムコントローラ１５では、ＡＥ制御を行う順番として、先ず、セレクタ１４６がデジタル信号処理回路１４３の入力信号を選択した状態において、当該入力信号の積分回路１４７による積分結果に基づいてタイミングジェネレータ１３をコントロールすることによってシャッタースピードを目標となる輝度信号レベルになるまで制御し、目標の輝度信号レベルに達しない場合には、次にＡＧＣアンプ１４１のゲイン制御を行う。
【００２４】
このＡＧＣアンプ１４１のゲイン制御において、ＡＧＣアンプ１４１のゲインが最大でも輝度信号レベルが目標値に達しない低照度の場合には、システムコントローラ１５はセレクタ１４６に対してセレクタコントロール信号を与えることにより、セレクタ１４６の選択状態を、デジタル信号処理回路１４３の入力信号から乗算器１４４の出力信号に切り替える。そして、当該出力信号の積分回路１４７による積分結果に基づいて乗算器１４４のＹゲイン制御を行う。
【００２５】
すなわち、乗算器１４４の出力信号を積分回路１４７に入力する信号経路を設け、ＡＧＣアンプ１４１のゲイン制御から乗算器１４４のＹゲイン制御に切り換えるときに、積分回路１４７の入力もデジタル信号処理回路１４３の入力信号の経路から乗算器１４４の出力信号の経路に切り換えることにより、ＡＧＣアンプ１４１のゲイン制御までは従来型のＡＥ制御を行い、シャッタースピードの最低速値とＡＧＣアンプ１４１の最大ゲインで規定される輝度信号レベルの最大値を越える輝度信号レベルを得る場合は、乗算器１４４のＹゲイン制御に基づくＡＥ制御を行うようにする。
【００２６】
このようにして、輝度信号レベルが目標値に達するように、▲１▼シャッタースピード、ＡＧＣアンプ１４１のゲイン、▲３▼乗算器１４４のＹゲインの順に制御を行うことにより、カメラ信号出力として感度の向上が可能となる。また、積分回路１４７より得られる輝度信号の積分レベルから被写体の照度を判定し、図２に示すように、各パラメータを領域的に制御することにより、ある被写体照度の区間では、カメラ輝度信号出力を一定レベルに保つことができる。
【００２７】
特に、従来型ＡＥ制御を併用した構成を採っていることから、システムコントローラ１５でのソフトウェアによる制御を考えた場合、新たに付加するソフトウェアが少なくて済むため、低コストにて実現できることになる。さらに、Ｄ／Ａコンバータ１４５の前段に、ダイナミックレンジの拡大を目的として乗算器を備えた構成のシステムにおいては、当該乗算器を本発明に係る乗算器１４４として流用することにより、新たに付加するハードウェアが少なくて済むため、低コストにて所期の目的を達成できることになる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、γ補正を含む信号処理を行う信号処理回路の後段に乗算係数が可変な乗算器を設け、ＡＧＣアンプのゲイン制御によって輝度信号レベルが目標値に達しない低照度の場合は、乗算器の出力信号を積分し、その積分値に基づいて乗算器の乗算係数を制御するようにしたことにより、シャッタースピードの最低速値とＡＧＣアンプの最大ゲインで規定される最大値を越える輝度信号レベルを得ることができるようになるため、より大きな輝度信号レベルを安定的に出力させることができるとともに、自動露光の制御性能を向上できることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るカメラシステムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明に係るＡＥ制御の概念図である。
【符号の説明】
１０…カメラシステム、１２…ＣＣＤ固体撮像素子、１３…タイミングジェネレータ、１４…信号処理回路、１５…システムコントローラ、１４１…ＡＧＣアンプ、１４３…デジタル信号処理（ＤＳＰ）回路、１４４…乗算器、１４６…セレクタ、１４７…積分回路
【図１】
0003968872.tif 000002
【図２】
0003968872.tif 000003