(57)【要約】【課題】互いに光量が大きく異なる明部と暗部とが混在する画像を取得する場合に、明部および暗部のそれぞれにおいて階調が失われることなく適切に画像を取得することが可能な高感度撮像装置を提供する。【解決手段】この高感度撮像装置１００は、入射光を増幅するイメージ・インテンシファイア１と、イメージ・インテンシファイア１により増幅された出力光に基づいて画像を撮像するＣＭＯＳセンサ２と、ＣＭＯＳセンサ２による１フレーム内の露光および読み出しを水平方向の画素ライン毎に順次行うように制御するとともに、画素ラインに対応する入射光量に基づいて、イメージ・インテンシファイア１の増幅度合いを制御する電子回路５、とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を増幅する増幅部と、
前記増幅部により増幅された出力光に基づいて画像を撮像する撮像部と、
前記撮像部による１フレーム内の露光および読み出しを水平方向の画素ライン毎に順次行うように制御するとともに、画素ラインに対応する入射光量に基づいて、前記増幅部の増幅度合いを制御する制御部、とを備える、高感度撮像装置。
【請求項２】
前記制御部は、画素ラインに対応する入射光量に基づいて、画像内の明部および暗部を判別するとともに、明部における前記増幅部の増幅度合いを、暗部における前記増幅部の増幅度合いよりも小さくなるように制御するように構成されている、請求項１に記載の高感度撮像装置。
【請求項３】
前記制御部は、画素ラインの平均画素値に基づいて、画像内の明部および暗部を判別するように構成されている、請求項２に記載の高感度撮像装置。
【請求項４】
前記制御部は、明部の明るさと暗部の明るさとの間の明るさを有する中間部において、前記増幅部の増幅度合いを変化させるように制御するように構成されている、請求項２または３に記載の高感度撮像装置。
【請求項５】
前記制御部は、明部において、前記増幅部による増幅を行わないように制御するように構成されている、請求項２〜４のいずれか１項に記載の高感度撮像装置。
【請求項６】
前記増幅部は、イメージ・インテンシファイアを含み、
前記制御部は、画素ラインに対応する入射光量に基づいて前記イメージ・インテンシファイアの増幅度合いを制御する際に、所定の期間内において、前記イメージ・インテンシファイアから出力光が出力される期間と、前記イメージ・インテンシファイアから出力光が出力されない期間とが交互に繰り返されるように制御するとともに、前記イメージ・インテンシファイアから出力光が出力される期間の前記所定の期間に対する割合であるデューティ比を制御することによって、前記イメージ・インテンシファイアのゲインを変化させずに前記イメージ・インテンシファイアの増幅度合いを制御するように構成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の高感度撮像装置。
【請求項７】
前記制御部は、１フレーム前に取得され、記憶部に保存されている画像の画素ラインに基づく入射光量に基づいて、前記増幅部の増幅度合いを制御するように構成されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の高感度撮像装置。
【請求項８】
前記制御部は、フレーム毎に、前記増幅部の増幅度合いを制御するように構成されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の高感度撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、高感度撮像装置に関し、特に、増幅部により増幅された出力光に基づいて画像を撮像する撮像部を備える高感度撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、増幅部により増幅された出力光に基づいて画像を撮像する撮像部を備える高感度撮像装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記特許文献１には、入射光を増幅する増幅部と、増幅部により増幅された出力光に基づいて画像を撮像する撮像部とを備える高感度撮像装置（暗視装置）が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−３３０２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、上記特許文献１のような従来の高感度撮像装置（暗視装置）では、撮像部（ＣＭＯＳセンサ）のダイナミックレンジは、増幅部（イメージ・インテンシファイア）の出力光のダイナミックレンジよりも狭い。このため、互いに光量が大きく異なる明部と暗部とが混在している画像を取得する場合、明部または暗部のうちの少なくとも一方において、増幅部からの出力光量が撮像部のダイナミックレンジの範囲外となる。このような場合、明部の階調が失われることにより画像が白一色に塗りつぶされる現象（いわゆる白潰れ）か、または、暗部の階調が失われることにより画像が黒一色に塗りつぶされる現象（いわゆる黒潰れ）のうちの少なくとも一方が発生する。このように、上記特許文献１の高感度撮像装置では、互いに光量が大きく異なる明部と暗部とが混在する画像を取得する場合に、明部および暗部のそれぞれにおいて階調が失われることなく適切に画像を取得することが困難であるという問題点がある。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、互いに光量が大きく異なる明部と暗部とが混在する画像を取得する場合に、明部および暗部のそれぞれにおいて階調が失われることなく適切に画像を取得することが可能な高感度撮像装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、この発明の一の局面における高感度撮像装置は、入射光を増幅する増幅部と、増幅部により増幅された出力光に基づいて画像を撮像する撮像部と、撮像部による１フレーム内の露光および読み出しを水平方向の画素ライン毎に順次行うように制御するとともに、画素ラインに対応する入射光量に基づいて、増幅部の増幅度合いを制御する制御部、とを備える。
【０００８】
この発明の一の局面による高感度撮像装置では、上記のように、制御部によって、撮像部による１フレーム内の露光および読み出しを水平方向の画素ライン毎に順次行うように制御するとともに、画素ラインに対応する入射光量に基づいて、増幅部の増幅度合いを制御することによって、各画素ラインの撮像を行う際に、増幅部の増幅度合いを画素ライン毎に適応させるように変化させることができるので、各画素ラインの撮像を適切に行うことができる。その結果、互いに光量が大きく異なる明部と暗部とが混在する画像を取得する場合に、明部および暗部のそれぞれにおいて階調が失われることなく適切に画像を取得することができる。
【０００９】
上記一の局面による高感度撮像装置において、好ましくは、制御部は、画素ラインに対応する入射光量に基づいて、画像内の明部および暗部を判別するとともに、明部における増幅部の増幅度合いを、暗部における増幅部の増幅度合いよりも小さくなるように制御するように構成されている。このように構成すれば、暗部に比べて入射光量が大きい明部において、増幅部の増幅度合いを低減させることができるので、暗部の撮像の高感度性能を維持しながら、増幅部からの出力光のダイナミックレンジを小さくすることができる。その結果、暗部の撮像の高感度性能を維持しながら、増幅部からの出力光のダイナミックレンジと、撮像部のダイナミックレンジとの差を小さくすることができる。
【００１０】
この場合、好ましくは、制御部は、画素ラインの平均画素値に基づいて、画像内の明部および暗部を判別するように構成されている。ここで、たとえば、画素ラインの最大画素値に基づいて画像内の明部および暗部を判別した場合、局所的に輝度が大きくなっている部分を含む画素ラインを一律に明部と判別してしまう。したがって、画素ラインの平均画素値に基づいて画像内の明部および暗部を判別することによって、最大画素値に基づいて判別する場合に比べて、明部および暗部の判別を正確に行うことができる。
【００１１】
上記明部における増幅部の増幅度合いを暗部における増幅部の増幅度合いよりも小さくする高感度撮像装置において、好ましくは、制御部は、明部の明るさと暗部の明るさとの間の明るさを有する中間部において、増幅部の増幅度合いを変化させるように制御するように構成されている。このように構成すれば、明部と暗部とが切り替わった際に増幅部の増幅度合いを変化させる場合に比べて、増幅部の増幅度合いをなだらかに変化させることができるので、画像の濃淡のばらつきを抑制することができる。
【００１２】
上記明部における増幅部の増幅度合いを暗部における増幅部の増幅度合いよりも小さくする高感度撮像装置において、好ましくは、制御部は、明部において、増幅部による増幅を行わないように制御するように構成されている。ここで、各画素ラインの露光時間は、隣接する画素ラインの露光開始時間差に比べて十分大きい。このため、たとえば、明部、暗部の順番に露光する場合において、暗部の露光が開始された時点で、明部の露光が終了していないことがある。この場合、暗部の露光が開始された後は、暗部の露光のために増幅部の増幅度合いが大きくなった状態で明部の露光が行われるので、明部において増幅部による増幅を行わなくても、明部の撮像に十分な露光量を確保することができる。したがって、明部において増幅部による増幅を行わないように制御することによって、明部における過剰な露光を抑制することができるので、明部において階調が失われることを効果的に抑制することができる。
【００１３】
上記一の局面による高感度撮像装置において、好ましくは、増幅部は、イメージ・インテンシファイアを含み、制御部は、画素ラインに対応する入射光量に基づいてイメージ・インテンシファイアの増幅度合いを制御する際に、所定の期間内において、イメージ・インテンシファイアから出力光が出力される期間と、イメージ・インテンシファイアから出力光が出力されない期間とが交互に繰り返されるように制御するとともに、イメージ・インテンシファイアから出力光が出力される期間の所定の期間に対する割合であるデューティ比を制御することによって、イメージ・インテンシファイアのゲインを変化させずにイメージ・インテンシファイアの増幅度合いを制御するように構成されている。ここで、イメージ・インテンシファイアのデューティ比の制御は、イメージ・インテンシファイアのゲインの制御に比べて応答性に優れている。したがって、デューティ比の制御によりイメージ・インテンシファイアの増幅度合いを制御することによって、ゲインの制御によりイメージ・インテンシファイアの増幅度合いを制御する場合に比べて、イメージ・インテンシファイアの増幅度合いを各画素ラインに対して容易にかつ速やかに適応させることができる。
【００１４】
上記一の局面による高感度撮像装置において、好ましくは、制御部は、１フレーム前に取得され、記憶部に保存されている画像の画素ラインに基づく入射光量に基づいて、増幅部の増幅度合いを制御するように構成されている。このように構成すれば、直前のフレームの画像だけを保存すればよいので、過去の複数のフレーム数の画像を記憶部に保存する場合に比べて、記憶部の容量を小さくすることができる。その結果、増幅部の増幅度合いの制御に関わる処理負荷の増大を抑制することができる。
【００１５】
上記一の局面による高感度撮像装置において、好ましくは、制御部は、フレーム毎に、増幅部の増幅度合いを制御するように構成されている。このように構成すれば、時間の経過とともに外界からの入射光量が変化した場合でも、入射光量の変化に追随して増幅部の増幅度合いを制御することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、上記のように、互いに光量が大きく異なる明部と暗部とが混在する画像を取得する場合に、明部および暗部のそれぞれにおいて階調が失われることなく適切に画像を取得することが可能な高感度撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１および第２実施形態による高感度撮像装置の全体構成を示したブロック図である。
【図２】本発明の第１および第２実施形態実施形態による高感度撮像装置のローリングシャッタの制御を示した図である。
【図３】本発明の第１実施形態による高感度撮像装置の増幅部の制御方法を示した図である。
【図４】本発明の第１および第２実施形態実施形態による高感度撮像装置による画像の明暗を判別する方法を示した図である。
【図５】本発明の第１実施形態による高感度撮像装置によるデューティ比の制御方法を示した図である。
【図６】本発明の第１および第２実施形態による高感度撮像装置による取得画像を示した図である。
【図７】本発明の第２実施形態による高感度撮像装置の増幅部の制御方法を示した図である。
【図８】本発明の第２実施形態による高感度撮像装置によるデューティ比の制御方法を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
［第１実施形態］
まず、図１〜図６を参照して、本発明の第１実施形態による高感度撮像装置１００の構成について説明する。
【００２０】
高感度撮像装置１００は、夜間や暗所でも視界を確保することが可能である。具体的には、高感度撮像装置１００は、たとえば、監視用カメラ、地上走行車両、航空機用の暗視装置などに適用される。高感度撮像装置１００は、時間帯や環境の変化によって明るさが大きく変化するような環境下において好適に用いられる。
【００２１】
図１に示すように、高感度撮像装置１００は、イメージ・インテンシファイア１と、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサ２と、結像レンズ３と、光学系４と、電子回路５を備える。また、高感度撮像装置１００は、記憶部６を備える。なお、イメージ・インテンシファイア１、および、ＣＭＯＳセンサ２は、ぞれぞれ、特許請求の範囲の「増幅部」および「撮像部」の一例である。また、電子回路５は、特許請求の範囲の「制御部」の一例である。
【００２２】
イメージ・インテンシファイア１は、ＭＣＰ（Ｍｉｃｒｏ  Ｃｈａｎｎｅｌ  Ｐｌａｔｅ）１ａを含む。イメージ・インテンシファイア１は、レンズ（図示せず）を含む光学系４を介して入射する光を増幅するように構成されている。具体的には、光学系４からイメージ・インテンシファイア１に入射される入射光は、イメージ・インテンシファイア１の光電面（図示せず）によって光電子に変換される。光電面から放出される光電子は、ＭＣＰ１ａの入射面（図示せず）に入射される。ＭＣＰ１ａ内を通る光電子は、ＭＣＰ１ａ内部において増倍され、ＭＣＰ１ａの出射面（図示せず）から放出される。そして、ＭＣＰ１ａの出射面から放出された光電子は、イメージ・インテンシファイア１の蛍光面（図示せず）によって光に変換され、出力光としてイメージ・インテンシファイア１から出力される。
【００２３】
イメージ・インテンシファイア１の蛍光面（図示せず）から出力された出力光は、結像レンズ３に入射される。また、結像レンズ３は、結像レンズ３に入射された光をＣＭＯＳセンサ２の受光面（図示せず）に収束させるとともに結像させるように構成されている。
【００２４】
ＣＭＯＳセンサ２は、結像レンズ３からの光を受光するとともに、受光した光に基づいて画像信号を出力するように構成されている。
【００２５】
電子回路５は、ＣＭＯＳセンサ２から出力された画像信号を受信するとともに、受信した画像信号に基づいて、画像を外部に出力するように構成されている。また、電子回路５には、外部の電源から電力が供給される。また、電子回路５は、イメージ・インテンシファイア１およびＣＭＯＳセンサ２のそれぞれに、電力の供給および制御信号の送信をするように構成されている。
【００２６】
ここで、第１実施形態では、電子回路５は、ＣＭＯＳセンサ２による１フレーム内の露光および読み出しを画素ライン毎に順次行うように制御するとともに、画素ラインに対応する入射光量に基づいて、イメージ・インテンシファイア１の増幅度合いを制御するように構成されている。具体的には、電子回路５は、画素ライン毎に順次露光および読み出しを行うローリングシャッタにおいて、ＣＭＯＳセンサ２による各画素ラインの露光の開始タイミングに同期させて、イメージ・インテンシファイア１の増幅度合いを制御するように構成されている。
【００２７】
図２に示すように、高感度撮像装置１００は、ローリングシャッタにおいて、画像の上側の画素ラインから順次露光を開始する。具体的には、隣接する画素ラインの露光の開始時間差はδＴである。すなわち、たとえば、１番上側の露光の開始時間がｔ＝０であるとすると、上側からｎ番目の画素ラインの露光の開始時間は、ｔ＝（ｎ−１）×δＴとなる。また、各画素ラインの露光時間は、δＴよりも十分大きいＴｅｐである。なお、以降は、説明のために、画像の一番上側の画素ラインから順番に、画素ライン番号を１番、２番、３番・・・Ｎ番として説明する。また、後述する画像内の明部、中間部、および、暗部はそれぞれ、画像内の、画素ライン番号１番〜ｎｓ−１番の領域、画素ライン番号ｎｓ番〜ｎｅ番の領域、および、画素ライン番号ｎｅ＋１番〜Ｎ番の領域とする。
【００２８】
また、第１実施形態では、電子回路５（図１参照）は、１フレーム前に取得され、記憶部６（図１参照）に保存されている画像の画素ラインに基づく入射光量に基づいて、イメージ・インテンシファイア１（図１参照）の増幅度合いを制御するように構成されている。具体的には、電子回路５によって出力された画像は、外部に出力されるとともに、記憶部６に保存される。そして、電子回路５は、次のフレームの撮像の前に、記憶部６に保存された画像の各画素ラインの輝度（画素値）の解析を行い、画像の解析結果に基づいて、画素ライン毎にイメージ・インテンシファイア１の増幅度合いを制御するように構成されている。
【００２９】
イメージ・インテンシファイア１（図１参照）の増幅度合いは、イメージ・インテンシファイア１のゲインと、後述するイメージ・インテンシファイア１のデューティ比との積となる。すなわち、イメージ・インテンシファイア１への入射光量が変わらない場合、イメージ・インテンシファイア１のゲイン、および、イメージ・インテンシファイア１のデューティ比のそれぞれが大きいほど、イメージ・インテンシファイア１の出力光量が大きくなる。
【００３０】
また、図３に示すように、第１実施形態では、電子回路５（図１参照）は、画素ラインに対応する入射光量に基づいてイメージ・インテンシファイア１（図１参照）の増幅度合いを制御する際に、所定の期間内において、イメージ・インテンシファイア１から出力光が出力される期間と、イメージ・インテンシファイア１から出力光が出力されない期間とが交互に繰り返されるように制御する。また、電子回路５は、イメージ・インテンシファイア１から出力光が出力される期間の所定の期間に対する割合であるデューティ比を制御することによって、イメージ・インテンシファイア１のゲインを変化させずにイメージ・インテンシファイア１の増幅度合いを制御するように構成されている。具体的には、イメージ・インテンシファイア１から出力光が出力される期間の長さ、およびイメージ・インテンシファイア１から出力光が出力されない期間の長さをそれぞれ、ＴｏｎおよびＴｏｆｆとした場合、デューティ比＝Ｔｏｎ/（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）となる。すなわち、ＴｏｎとＴｏｆｆとの比率を制御することによって、イメージ・インテンシファイア１の増幅度合いが制御される。
【００３１】
また、図４に示すように、第１実施形態では、電子回路５（図１参照）は、画素ラインの平均画素値に基づいて、画像内の明部および暗部を判別するように構成されている。具体的には、電子回路５は、平均画素値がＰｂｒｔ以上の画素ラインを明部と判別する。また、電子回路５は、平均画素値がＰｂｒｔより小さいＰｄｒｋ値以下の画素ラインを暗部と判別する。また、電子回路５は、平均画素値がＰｄｒｋよりも大きくＰｂｒｔよりも小さい画素ラインを中間部と判別する。
【００３２】
また、図５に示すように、第１実施形態では、電子回路５（図１参照）は、明部におけるイメージ・インテンシファイア１（図１参照）の増幅度合いを、暗部におけるイメージ・インテンシファイア１の増幅度合いよりも小さくなるように制御するように構成されている。具体的には、電子回路５は、明部の各画素ラインの露光開始時点（図２の画素ライン番号１番〜ｎｓ−１番までの各画素ラインの露光開始時点）において、イメージ・インテンシファイア１のデューティ比をＤｂｒｔとするとともに、暗部の各画素ラインの露光開始時点（図２の画素ライン番号ｎｅ＋１番〜Ｎ番までの各画素ラインの露光開始時点）において、イメージ・インテンシファイア１のデューティ比をＤｂｒｔよりも大きいＤｄｒｋとするように制御を行う。また、電子回路５は、明部の各画素ラインの露光開始時点における、イメージ・インテンシファイア１のゲインのＧｂｒｔが、暗部の各画素ラインの露光開始時点における、イメージ・インテンシファイア１のゲインのＧｄｒｋと略等しくなるように制御を行う。すなわち、１フレームの撮像の間において、イメージ・インテンシファイア１のゲインは変化しない。
【００３３】
また、電子回路５（図１参照）は、１フレーム前に取得され、記憶部６（図１参照）に保存されている画像の暗部の平均画素値に基づいて、最適なＧｄｒｋおよびＤｄｒｋを算出する。また、電子回路５は、記憶部６に保存されている画像の明部の平均画素値に基づいて算出された最適なゲインとデューティ比との積をＧｄｒｋで割った値を、Ｄｂｒｔとするように制御を行う。
【００３４】
また、第１実施形態では、電子回路５（図１参照）は、中間部において、イメージ・インテンシファイア１（図１参照）の増幅度合いを変化させるように制御するように構成されている。具体的には、電子回路５は、ＣＭＯＳセンサ２（図１参照）によるｎｓ番の画素ラインから、ｎｅ番の画素ラインまでの間に、イメージ・インテンシファイア１のデューティ比を、ＤｂｒｔからＤｄｒｋに線形的に変化させるように制御を行う。また、ＣＭＯＳセンサ２によるｎｓ番の画素ラインの露光の開始時点、および、ｎｅ番の画素ラインの露光の開始時点では、イメージ・インテンシファイア１のデューティ比はそれぞれ、ＤｂｒｔおよびＤｄｒｋである。また、ｎｓ番の画素ラインとｎｅ番の画素ラインとの間のｎｘ番の画素ラインの露光の開始時点では、イメージ・インテンシファイア１のデューティ比は、Ｄｂｒｔ＋（Ｄｄｒｋ−Ｄｂｒｔ）×（ｎｘ−ｎｓ）／（ｎｅ−ｎｓ）となる。
【００３５】
また、第１実施形態では、電子回路５（図１参照）は、フレーム毎に、イメージ・インテンシファイア１（図１参照）の増幅度合いを制御するように構成されている。具体的には、電子回路５は、記憶部６（図１参照）に保存されている画像を、フレーム毎に更新するように構成されている。たとえば、電子回路５は、１秒間に３０フレームの画像を取得する場合、１秒間に３０回、記憶部６に保存する画像を更新するように制御を行う。
【００３６】
（第１実施形態の効果）
第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
【００３７】
第１実施形態では、上記のように、入射光を増幅するイメージ・インテンシファイア１と、イメージ・インテンシファイア１により増幅された出力光に基づいて画像を撮像するＣＭＯＳセンサ２と、ＣＭＯＳセンサ２による１フレーム内の露光および読み出しを水平方向の画素ライン毎に順次行うように制御するとともに、画素ラインに対応する入射光量に基づいて、イメージ・インテンシファイア１の増幅度合いを制御する電子回路５とを、高感度撮像装置１００に設ける。これにより、各画素ラインの撮像を行う際に、イメージ・インテンシファイア１の増幅度合いを画素ライン毎に適応させるように変化させることができるので、各画素ラインの撮像を適切に行うことができる。その結果、互いに光量が大きく異なる明部と暗部とが混在する画像を取得する場合に、明部および暗部のそれぞれにおいて階調が失われることなく適切に画像を取得することができる。
【００３８】
具体的には、図６（ａ）に示すように、暗部（画像の下側）において階調が失われた場合、被写体Ｐおよび被写体Ｑ（図６（ｂ）参照）が視認できない。また、図６（ｂ）に示すように、明部（画像の下側）において階調が失われた場合、被写体Ｃ（図６（ａ）参照）が視認できない。高感度撮像装置１００では、図６（ｃ）に示すように、明部および暗部のそれぞれにおいて階調が失われることなく、被写体Ｃ、Ｐ、および、Ｑが視認可能な適切な画像を取得することができる。
【００３９】
また、第１実施形態では、上記のように、電子回路５が、画素ラインに対応する入射光量に基づいて、画像内の明部および暗部を判別するとともに、明部におけるイメージ・インテンシファイア１の増幅度合いを、暗部におけるイメージ・インテンシファイア１の増幅度合いよりも小さくなるように制御するように、高感度撮像装置１００を構成する。これにより、暗部に比べて入射光量が大きい明部において、イメージ・インテンシファイア１の増幅度合いを低減させることができるので、暗部の撮像の高感度性能を維持しながら、イメージ・インテンシファイア１からの出力光のダイナミックレンジを小さくすることができる。その結果、暗部の撮像の高感度性能を維持しながら、イメージ・インテンシファイア１からの出力光のダイナミックレンジと、ＣＭＯＳセンサ２のダイナミックレンジとの差を小さくすることができる。
【００４０】
また、第１実施形態では、上記のように、電子回路５が、画素ラインの平均画素値に基づいて、画像内の明部および暗部を判別するように、高感度撮像装置１００を構成する。ここで、たとえば、画素ラインの最大画素値に基づいて画像内の明部および暗部を判別した場合、局所的に輝度が大きくなっている部分を含む画素ラインを一律に明部と判別してしまう。したがって、画素ラインの平均画素値に基づいて画像内の明部および暗部を判別することによって、最大画素値に基づいて判別する場合に比べて、明部および暗部の判別を正確に行うことができる。
【００４１】
また、第１実施形態では、上記のように、電子回路５が、明部の明るさと暗部の明るさとの間の明るさを有する中間部において、イメージ・インテンシファイア１の増幅度合いを変化させるように制御するように、高感度撮像装置１００を構成する。これにより、明部と暗部とが切り替わった際にイメージ・インテンシファイア１の増幅度合いを変化させる場合に比べて、イメージ・インテンシファイア１の増幅度合いをなだらかに変化させることができるので、画像の濃淡のばらつきを抑制することができる。
【００４２】
また、第１実施形態では、上記のように、電子回路５が、画素ラインに対応する入射光量に基づいてイメージ・インテンシファイア１の増幅度合いを制御する際に、所定の時間内において、イメージ・インテンシファイア１から出力光が出力される時間と、イメージ・インテンシファイア１から出力光が出力されない時間とが交互に繰り返されるように制御するように、高感度撮像装置１００を構成する。また、電子回路５が、イメージ・インテンシファイア１から出力光が出力される時間の所定の時間に対する割合であるデューティ比を制御することによって、イメージ・インテンシファイア１のゲインを変化させずにイメージ・インテンシファイア１の増幅度合いを制御するように、高感度撮像装置１００を構成する。ここで、イメージ・インテンシファイア１のデューティ比の制御は、イメージ・インテンシファイア１のゲインの制御に比べて応答性に優れている。したがって、デューティ比の制御によりイメージ・インテンシファイア１の増幅度合いを制御することによって、ゲインの制御によりイメージ・インテンシファイア１の増幅度合いを制御する場合に比べて、イメージ・インテンシファイア１の増幅度合いを各画素ラインに対して容易にかつ速やかに適応させることができる。
【００４３】
また、第１実施形態では、上記のように、電子回路５が、１フレーム前に取得され、記憶部６に保存されている画像の画素ラインに基づく入射光量に基づいて、イメージ・インテンシファイア１の増幅度合いを制御するように、高感度撮像装置１００を構成する。これにより、直前のフレームの画像だけを保存すればよいので、複数のフレーム数の画像を記憶部６に保存する場合に比べて、記憶部６の容量を小さくすることができる。その結果、イメージ・インテンシファイア１の増幅度合いの制御に関わる処理負荷の増大を抑制することができる。
【００４４】
また、第１実施形態では、上記のように、電子回路５が、フレーム毎に、イメージ・インテンシファイア１の増幅度合いを制御するように、高感度撮像装置１００を構成する。これにより、時間の経過とともに外界からの入射光量が変化した場合でも、入射光量の変化に追随してイメージ・インテンシファイア１の増幅度合いを制御することができる。
【００４５】
［第２実施形態］
図１、図２、図７、および、図８を参照して、本発明の第２実施形態による高感度撮像装置２００の構成について説明する。第２実施形態では、上記第１実施形態の構成と異なり、Ｄｂｒｔをゼロにする構成について説明する。なお、上記第１実施形態と同様の構成は、第１実施形態と同じ符号を付して図示するとともに説明を省略する。
【００４６】
第２実施形態では、図７に示すように、電子回路１５（図１参照）は、明部において、イメージ・インテンシファイア１（図１参照）による増幅を行わないように制御するように構成されている。具体的には、電子回路１５は、明部において、Ｔｏｎがゼロになるように制御を行う。なお、電子回路１５は、特許請求の範囲の「制御部」の一例である。
【００４７】
また、図８に示すように、電子回路１５（図１参照）は、ＣＭＯＳセンサ２（図１参照）によるｎｓ番の画素ラインから、ｎｅ番の画素ラインまでの間に、イメージ・インテンシファイア１のデューティ比を、０からＤｄｒｋに線形的に変化させるように制御を行う。また、ＣＭＯＳセンサ２によるｎｓ番の画素ラインの露光の開始時点、および、ｎｅ番の画素ラインの露光の開始時点では、イメージ・インテンシファイア１のデューティ比はそれぞれ、０およびＤｄｒｋである。また、ｎｓ番の画素ラインとｎｅ番の画素ラインの間のｎｘ番の画素ラインの露光の開始時点では、イメージ・インテンシファイア１のデューティ比は、Ｄｄｒｋ×（ｎｘ−ｎｓ）／（ｎｅ−ｎｓ）となる。なお、図２に示すように、隣接する画素ラインの露光開始時間の差であるδＴは、各画素ラインの露光時間Ｔｅｐより十分に小さいので、明部の各画素ラインの露光中に、中間部および暗部の露光が開始されている。これにより、明部の露光中にイメージ・インテンシファイア１のデューティ比はゼロより大きくなっているので、明部の各画素ラインの露光開始時点において、イメージ・インテンシファイア１のデューティ比がゼロであっても、明部の撮像を行うことが可能である。
【００４８】
なお、第２実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。
【００４９】
（第２実施形態の効果）
第２実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
【００５０】
第２実施形態では、上記のように、電子回路１５が、明部において、イメージ・インテンシファイア１による増幅を行わないように制御するように、高感度撮像装置２００を構成する。ここで、各画素ラインの露光時間は、隣接する画素ラインの露光の開始時間差に比べて十分大きい。このため、たとえば、明部、暗部の順番に露光する場合において、暗部の露光が開始された時点で、明部の露光が終了していないことがある。この場合、暗部の露光が開始された後は、暗部の露光のためにイメージ・インテンシファイア１の増幅度合いが大きくなった状態で明部の露光が行われるので、明部においてイメージ・インテンシファイア１による増幅を行わなくても、明部の撮像に十分な露光量を確保することができる。したがって、明部においてイメージ・インテンシファイア１による増幅を行わないように制御することによって、明部における過剰な露光を抑制することができるので、明部において階調が失われることを効果的に抑制することができる。
【００５１】
なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【００５２】
［変形例］
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００５３】
たとえば、上記第１および第２実施形態では、イメージ・インテンシファイア１のデューティ比を、ＣＭＯＳセンサ２による各画素ラインの露光の開始に同期させて制御する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、中間部におけるイメージ・インテンシファイア１のデューティ比を、時間に比例するように制御するような構成であってもよい。
【００５４】
また、上記第１および第２実施形態では、イメージ・インテンシファイア１のデューティ比を、中間部の画素ライン毎に線形的に変化させる構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、イメージ・インテンシファイア１のデューティ比を、線形的に変化させなくてもよい。
【００５５】
また、上記第１および第２実施形態では、１フレーム前の画像を記憶部６に保存する構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、複数のフレーム数前の画像を記憶部６に保存する構成であってもよい。
【００５６】
また、上記第１および第２実施形態では、画像の上側が明部であり、画像の下側が暗部である例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、画像の上側が暗部であり、画像の下側が明部であってもよい。
【００５７】
また、上記第１および第２実施形態では、暗部における、イメージ・インテンシファイア１のゲイン、および、イメージ・インテンシファイア１のデューティ比のそれぞれに基づいて、明部における、イメージ・インテンシファイア１のゲイン、および、イメージ・インテンシファイア１のデューティ比のそれぞれを算出する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、明部における、イメージ・インテンシファイア１のゲイン、および、イメージ・インテンシファイア１のデューティ比のそれぞれに基づいて、暗部における、イメージ・インテンシファイア１のゲイン、および、イメージ・インテンシファイア１のデューティ比のそれぞれを算出してもよい。
【００５８】
また、上記第１および第２実施形態では、イメージ・インテンシファイア１からの出力光を、結像レンズ３によってＣＭＯＳセンサ２の受光面に伝送する構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、ファイバープレートによって、イメージ・インテンシファイア１からの出力光をＣＭＯＳセンサ２の受光面に伝送するような構成であってもよい。
【００５９】
また、上記第１および第２実施形態では、各画素ラインの平均画素値に基づいて、画像の明部、中間部、または、暗部を判別する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、各画素ラインの中央値に基づいて、画像の明部、中間部、または、暗部を判別してもよい。
【００６０】
また、上記第１および第２実施形態では、各画素ラインが、明部、中間部、または、暗部のうちのいずれであるかを判別する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、各画素ラインを、明部、または、暗部のうちのいずれであるかを判別してもよい。
【符号の説明】
【００６１】
１  イメージ・インテンシファイア（増幅部）
２  ＣＭＯＳセンサ（撮像部）
５、１５  電子回路（制御部）
６  記憶部
１００、２００  高感度撮像装置
【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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