(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像素子の出力信号に基づいて被写体が低照度である場合に低照度信号を出力する低照度検出手段と、近傍の画素に対応する３個以上のディジタル映像信号を合成した信号をゲインが１より大きくなる除数で除算してゲインアップとノイズ成分低減を行なう信号合成手段と、前記低照度信号に従って前記信号合成手段の出力を選択するとともに前記除数を設定するゲインアップ制御手段とを具備することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記信号合成手段は、水平走査方向に遅延した３個以上のディジタル映像信号を所定の比率で加算した信号を前記除数で除算してゲインアップとノイズ成分低減を行なう信号合成手段であることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記信号合成手段は、垂直走査方向に遅延した３個以上のディジタル映像信号を所定の比率で加算した信号を前記除数で除算してゲインアップとノイズ成分低減を行なう信号合成手段であることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項４】
前記信号合成手段は、水平走査方向に遅延した複数の信号を所定の比率で加算した信号を第１の除数で除算し、さらに、垂直走査方向に遅延した複数の信号を所定の比率で加算した信号を第２の除数で除算してゲインアップとノイズ成分低減を行なう信号合成手段であることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像装置に関し、特に、低照度撮像の機能を備えた撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
低照度の被写体を撮像するために、様々な方式が考案されている。特開平5-48961号公報に開示されている撮像装置おいては、低照度時にゲイン制御部で通常より高いゲイン設定を行ない、時間的に隣接する２つの信号を合成してノイズ成分を低減させている。このような従来の撮像装置の例を図６に示す。
【０００３】
以下、図６を用いて従来の撮像装置について説明する。図６において、入射光はレンズ101を通り、ＣＣＤ102で電気信号に変換される。ＣＣＤ102の出力はＣＤＳ103でサンプリングされ、利得可変アンプ104でゲイン調整される。入力信号に応じて自動的にゲインを制御するＡＧＣ105を経由して、信号処理回路106で信号処理が行なわれる。信号処理回路106の出力は、隣接信号合成回路107を経由してエンコーダ回路108で映像信号として出力される。ＣＤＳ103の出力は、ＡＬＣ109へも入力される。ＡＬＣ109では、ＣＣＤ102への入射光が一定となるようにレンズ101を制御する。また、ＣＤＳ103の出力は、低照度検出回路110へも入力され、低照度検出時は、ゲインアップ制御回路111へ低照度検出の結果を出力する。ゲインアップ制御回路111は、低照度検出時に利得可変アンプ104およびＡＧＣ105のゲインを通常よりも大きくするとともに、隣接信号合成回路107で、時間的に隣接する２つの信号を合成して、ノイズ成分を低減させる。
【０００４】
このように、隣接信号の合成によりノイズ低減が行なわれるため、ゲイン制御を行なう回路で通常より大きいゲインアップを行なうことができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の撮像装置では、隣接する２つの信号を合成するため、水平解像度の劣化が大きくなるという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような従来の問題を解決するものであり、低照度撮像の機能を備えた撮像装置において、解像度の劣化を抑えながらノイズを低減してゲインアップを行なうことを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明では、撮像装置を、撮像素子の出力信号に基づいて被写体が低照度である場合に低照度信号を出力する低照度検出手段と、近傍の画素に対応する３個以上のディジタル映像信号を合成した信号を適当な除数で除算してゲインアップとノイズ成分低減を行なう信号合成手段と、低照度信号に従って信号合成手段の出力を選択するとともに除数を設定するゲインアップ制御手段とを具備する構成とした。このように構成したことにより、低照度時には、解像度の劣化を抑えながらノイズを低減してゲインアップを行なうことができる。
【０００８】
また、信号合成手段を、水平走査方向に遅延した３個以上のディジタル映像信号を所定の比率で加算した信号を適当な除数で除算してゲインアップとノイズ成分低減を行なう信号合成手段とした。このように構成したことにより、低照度時には水平走査方向の解像度の劣化を抑えながらノイズを低減してゲインアップを行なうことができる。
【０００９】
また、信号合成手段を、垂直走査方向に遅延した３個以上のディジタル映像信号を所定の比率で加算した信号を適当な除数で除算してゲインアップとノイズ成分低減を行なう信号合成手段とした。このように構成したことにより、低照度時には垂直走査方向の解像度の劣化を抑えながらノイズを低減してゲインアップを行なうことができる。
【００１０】
また、信号合成手段を、水平走査方向に遅延した複数のディジタル映像信号を所定の比率で加算した信号を第１の除数で除算し、さらに、垂直走査方向に遅延した複数のディジタル映像信号を所定の比率で加算した信号を第２の除数で除算してゲインアップとノイズ成分低減を行なう信号合成手段とした。このように構成したことにより、低照度時には水平、垂直の両走査方向の解像度の劣化を抑えながらノイズを低減してゲインアップを行なうことができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、撮像素子の出力信号に基づいて被写体が低照度である場合に低照度信号を出力する低照度検出手段と、近傍の画素に対応する３個以上のディジタル映像信号を合成した信号を適当な除数で除算してゲインアップとノイズ成分低減を行なう信号合成手段と、前記低照度信号に従って前記信号合成手段の出力を選択するとともに前記除数を設定するゲインアップ制御手段とを具備する撮像装置であり、隣接した３個以上の映像信号を合成してゲインアップとノイズ成分低減をするという作用を有する。
【００１２】
本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１記載の撮像装置において、前記信号合成手段は、水平走査方向に遅延した３個以上のディジタル映像信号を所定の比率で加算した信号を前記除数で除算してゲインアップとノイズ成分低減を行なう信号合成手段であるものであり、水平方向に遅延した３個以上の映像信号を合成して水平解像度の劣化を最小限に抑えるという作用を有する。
【００１３】
本発明の請求項３に記載の発明は、請求項１記載の撮像装置において、前記信号合成手段は、垂直走査方向に遅延した３個以上のディジタル映像信号を所定の比率で加算した信号を前記除数で除算してゲインアップとノイズ成分低減を行なう信号合成手段であるものであり、垂直方向に遅延した３個以上の映像信号を合成して垂直解像度の劣化を最小限に抑えるという作用を有する。
【００１４】
本発明の請求項４に記載の発明は、請求項１記載の撮像装置において、前記信号合成手段は、水平走査方向に遅延した複数のディジタル映像信号を所定の比率で加算した信号を第１の除数で除算し、さらに、垂直走査方向に遅延した複数のディジタル映像信号を所定の比率で加算した信号を第２の除数で除算してゲインアップとノイズ成分低減を行なう信号合成手段であるものであり、水平方向に遅延した複数の信号を合成し、さらに垂直方向に遅延した複数の信号を合成して、水平垂直解像度の劣化を最小限に抑えるという作用を有する。
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図４を参照しながら詳細に説明する。
【００１６】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態は、被写体が低照度であることを検出した時は、隣接した３個以上のディジタル映像信号を合成し、ゲインアップを行ないながらノイズ成分を低減する撮像装置である。
【００１７】
図１は、本発明の第１の実施の形態における撮像装置の構成を示すブロック図である。図１において、レンズ１は、撮像レンズである。ＣＣＤ２は、ＣＣＤ撮像素子である。ＣＤＳ３は、ＣＣＤ２の出力をサンプリングして、照度レベル信号を出力する回路である。ＡＧＣ４は、入力信号に応じて自動的にゲインを制御する回路である。Ａ／Ｄ５は、アナログ信号をディジタル信号に変換する回路である。信号合成回路６は、隣接した３個以上のディジタル映像信号を所定の比率で合成する回路である。信号処理回路７は、ディジタル映像信号をディジタル処理する回路である。Ｄ／Ａ８は、ディジタル信号をアナログ信号に変換する回路である。エンコーダ回路９は、入力信号を映像信号として出力する回路である。ＡＬＣ10は、ＣＤＳ３の信号を入力してＣＣＤ２への入射光が一定となるようにレンズ１の絞りを制御する回路である。低照度検出11は、ＣＤＳ３の信号を入力して被写体が低照度であるか否かを検出する回路である。ゲインアップ制御回路12は、低照度検出11の出力信号により信号合成回路６を制御する回路である。
【００１８】
上記のように構成された本発明の第１の実施の形態の撮像装置の動作を説明する。図１の撮像装置において、入射光はレンズ１を通り、ＣＣＤ２で電気信号に変換され、ＣＤＳ３およびＡＧＣ回路４を経由して、Ａ／Ｄ変換回路５でディジタル信号に変換される。Ａ／Ｄ変換回路５の出力は、信号合成回路６を経由して、信号処理回路７で信号処理が行なわれ、エンコーダ回路９で映像信号として出力される。ＣＤＳ３の出力は、ＡＬＣ回路10へも入力され、ＡＬＣ回路10で、レンズ１の絞りを制御する。また、ＣＤＳ３の出力は、低照度検出回路11へも入力され、低照度検出時は、ゲインアップ制御回路11へ低照度検出結果を出力する。ゲインアップ制御回路11は、低照度検出回路11で低照度を検出していない時は、信号合成回路６で信号の合成を行なわないように制御する。低照度を検出した時は、信号合成回路６で、空間的に隣接する複数の信号を合成してノイズ成分を低減するとともに、ゲイン＞１となるように適当な数で除算することにより、ゲインアップを行なう。
【００１９】
上記のように、本発明の第１の実施の形態では、撮像装置を、被写体が低照度であることを検出した時は、隣接した３個以上のディジタル映像信号を合成し、ゲインアップを行ないながらノイズ成分を低減する構成としたので、ディジタル映像信号処理によりゲインアップとノイズ低減を同時に行なうことができる。
【００２０】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態は、水平走査方向に遅延した３つの映像信号を１：２：１の比率で加算し、４より小さな除数で除算して、ゲインが１より大きくなるように合成する信号合成回路である。
【００２１】
図２は、本発明の第２の実施の形態における信号合成回路の構成を示すブロック図である。図２において、ディレイ回路13、14は、信号を１クロック遅延する回路である。倍率制御回路15は、ディジタル映像信号の値を２倍にする回路である。加算器16は、ディレイ回路14と倍率制御回路15の出力信号と入力信号を加算する回路である。除算器17は、加算器16の出力信号を除数ｋで割る回路である。セレクタ18は、切換信号に従って、ディレイ回路13の出力信号と除算器17の出力信号のいずれかを選択して出力する回路である。
【００２２】
上記のように構成された本発明の第２の実施の形態の信号合成手段の動作を説明する。図２において、入力信号は、ディレイ回路13で１クロック遅延され、ディレイ回路14で、さらに１クロック遅延される。ディレイ回路13の出力は、倍率制御回路15にも入力されて、映像信号の値が２倍にされる。ディレイ回路14の出力信号と倍率制御回路15の出力信号と入力信号は、加算器16に入力されて加算され、除算器17で除数ｋにより除算される。除算器17の出力はセレクタ18に入力され、ディレイ回路13の出力または除算器17の出力信号のいずれかが、切換信号に従って選択されて、セレクタ18から出力される。低照度を検出していない時は、切換信号により、ディレイ回路13の出力がセレクタ18から出力され、低照度を検出した時は、除算器17の出力がセレクタ18から出力される。
【００２３】
除算器17に与える除数ｋを４とすると、除算器17の出力信号は入力信号と同じ大きさになり、水平走査方向に隣接する３つの信号を１：２：１で加算したローパスフィルタを構成することになる。除数ｋを４より小さくすることにより、除算器17の出力信号の値は、入力信号の値より大きくなるので、ゲインアップとノイズ低減を同時に行なうことができる。
【００２４】
図３を用いて、ローパスフィルタの周波数特性について説明する。図３に、隣接する３つの信号を１：２：１で加算する、伝達関数（１＋２ｚ-1＋ｚ-2）／４のフィルタの周波数特性と、隣接する２つの画素を合成する伝達関数（１＋ｚ-1）／２のフィルタの周波数特性を示す。縦軸にゲイン、横軸に周波数を示し、ｆsはサンプリング周波数を示す。伝達関数（１＋２ｚ-1＋ｚ-2）／４のフィルタは、伝達関数（１＋ｚ-1）／２のフィルタに比べて、通過特性が高域まで延びており、水平解像度の劣化を抑えることができる。
【００２５】
上記のように、本発明の第２の実施の形態では、信号合成回路を、水平走査方向に遅延した３つの映像信号を１：２：１の比率で加算し、４より小さな除数で除算して、ゲインが１より大きくなるように合成する構成としたので、低照度検出時に、ゲインアップとノイズ低減を同時に行ない、水平解像度の劣化を抑えることができる。
【００２６】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態は、垂直走査方向に遅延した３つのディジタル映像信号を１：２：１の比率で加算し、４より小さな除数で除算して、ゲインが１より大きくなるように合成する信号合成回路である。
【００２７】
図４は、本発明の第３の実施の形態における信号合成回路の構成を示すブロック図である。図４において、１Ｈメモリ19、20は、ディジタル映像信号を１水平走査期間だけ遅延する回路である。倍率制御回路21は、ディジタル映像信号の値を２倍にする回路である。加算器22は、１Ｈメモリ20と倍率制御回路21の出力信号と入力信号を加算する回路である。除算器23は、加算器22の出力信号を除数ｌで割る回路である。セレクタ24は、切換信号に従って、１Ｈメモリ19の出力信号と除算器23の出力信号のいずれかを選択して出力する回路である。
【００２８】
上記のように構成された本発明の第３の実施の形態の信号合成回路の動作を説明する。図３の信号合成回路において、入力信号は１Ｈメモリ19で１水平走査期間遅延される。１Ｈメモリ20で、さらに１水平走査期間遅延される。１Ｈメモリ19の出力は、倍率制御回路21にも入力され、ディジタル映像信号の値が２倍にされる。１Ｈメモリ20と倍率制御回路21の出力信号と入力信号は、加算器22に入力されて加算される。加算結果は、除算器23において除数ｌで除算される。除算器23の出力はセレクタ24に入力される。１Ｈメモリ19の出力または除算器23の出力のいずれかが、切換信号により選択され、セレクタ24から出力される。低照度を検出していない時は、１Ｈメモリ19の出力が切換信号により選択されて、セレクタ24より出力される。低照度を検出した時は、除算器23の出力が選択されて、セレクタ24より出力される。
【００２９】
除算器23に与える除数ｌを４とすると、除算器23の出力信号のレベルは入力信号と同じになる。この信号合成回路は、垂直走査方向に隣接する３つの信号を１：２：１で加算するローパスフィルタを構成することになる。除数ｌを４より小とすることにより、除算器23の出力信号の値は、入力信号より大となり、ゲインアップとノイズ低減を同時に行なうことができる。
【００３０】
また、周波数特性については水平走査方向に加算する場合と同様であり、伝達関数（１＋２ｚ-1＋ｚ-2）／４のフィルタは、伝達関数（１＋ｚ-1）／２のフィルタに比べて、伝達特性が高域まで延びており、垂直解像度の劣化を抑えることができる。
【００３１】
上記のように、本発明の第３の実施の形態では、信号合成回路を、垂直走査方向に遅延した３つのディジタル映像信号を１：２：１の比率で加算し、４より小さな除数で除算して、ゲインが１より大きくなるように合成する構成としたので、低照度検出時に、ゲインアップとノイズ低減を同時に行ない、垂直解像度の劣化を抑えることができる。
【００３２】
（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施の形態は、水平走査方向に遅延した３つの信号を１：２：１の比率で加算して４より小の除数で除算し、さらに垂直走査方向に遅延した３つの信号を１：２：１の比率で加算して４より小の除数で除算し、ゲインが１より大となるように合成する信号合成回路である。
【００３３】
図５は、本発明の第４の実施の形態における信号合成回路の構成を示すブロック図である。図３および図４と共通の部分は同一符号で示してある。動作、作用も同様であり、動作説明は省略する。図５において、セレクタ18は、切換信号１で制御される選択回路であり、セレクタ24は、切換信号２で制御される選択回路である。
【００３４】
上記のように構成された本発明の第４の実施の形態の信号合成回路の動作について、第２の実施の形態および第３の実施の形態と異なる部分を説明する。図５の信号合成回路において、セレクタ18の出力信号が１Ｈメモリ19および加算器22に入力される。水平走査方向の信号合成を切換信号１により制御し、垂直走査方向の信号合成を切換信号２により制御することで、水平方向と垂直方向の信号合成を、独立かつ同時に行なうことができる。
【００３５】
上記のように、本発明の第４の実施の形態では、信号合成回路を、水平走査方向に遅延した３つの信号を１：２：１の比率で加算して４より小の除数で除算し、さらに垂直走査方向に遅延した３つの信号を１：２：１の比率で加算して４より小の除数で除算し、ゲインが１より大となるように合成する構成としたので、低照度検出時に、ディジタル映像信号処理により、ゲインアップとノイズ低減を同時に行ない、水平および垂直解像度の劣化を抑えることができる。
【００３６】
なお、以上の説明では、信号の合成を１：２：１で行なうことにしたが、さらに多くの信号を合成してもよいし、他の比率で合成を行なってもよい。また、ＣＣＤの蓄積時間を長くして感度アップを行なう方法や、ＣＣＤ内で画素を加算する方法と独立または同時に行なってもよい。
【００３７】
【発明の効果】
上記の説明から明らかなように、本発明では、撮像装置を、撮像素子の出力信号に基づいて被写体が低照度である場合に低照度信号を出力する低照度検出手段と、近傍の画素に対応する３個以上のディジタル映像信号を合成した信号を適当な除数で除算してゲインアップとノイズ成分低減を行なう信号合成手段と、低照度信号に従って信号合成手段の出力を選択するとともに除数を設定するゲインアップ制御手段とを具備する構成としたので、低照度検出時に、空間的に隣接する３個以上のディジタル映像信号を合成して、ゲインアップとノイズ低減を同時に行なうことができるという効果が得られる。
【００３８】
また、水平走査方向に遅延した３個以上の信号を所定の比率で加算した信号を適当な除数で除算してゲインアップとノイズ成分低減を行なう信号合成手段を設けたので、低照度検出時に、水平方向に隣接する３個以上のディジタル映像信号を合成して、ゲインアップとノイズ低減を同時に行ない、水平解像度の劣化を抑えることができるという効果が得られる。
【００３９】
また、垂直走査方向に遅延した３個以上の映像信号を所定の比率で加算した信号を適当な除数で除算してゲインアップとノイズ成分低減を行なう信号合成手段を設けたので、垂直方向に隣接する３個以上のディジタル映像信号を合成して、ゲインアップとノイズ低減を同時に行ない、垂直解像度の劣化を抑えることができるという効果が得られる。
【００４０】
また、水平走査方向に遅延した複数の信号を所定の比率で加算した信号を第１の除数で除算し、さらに、垂直走査方向に遅延した複数の信号を所定の比率で加算した信号を第２の除数で除算してゲインアップとノイズ成分低減を行なう信号合成手段を設けたので、低照度検出時に、水平方向に隣接する複数のディジタル映像信号を合成し、さらに垂直方向に隣接する複数のディジタル映像信号を合成して、ゲインアップとノイズ低減を同時に行ない、水平および垂直解像度の劣化を抑えることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による撮像装置の構成を示すブロック図、
【図２】本発明の第２の実施の形態による信号合成回路の構成を示すブロック図、
【図３】本発明の第２の実施の形態による信号合成回路の周波数特性を示す図、
【図４】本発明の第３の実施の形態による信号合成回路の構成を示すブロック図、
【図５】本発明の第４の実施の形態による信号合成回路の構成を示すブロック図、
【図６】従来の撮像装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１、101  レンズ
２、102  ＣＣＤ
３、103  ＣＤＳ
４、105  ＡＧＣ回路
５  Ａ／Ｄ変換回路
６  信号合成回路
７  信号処理回路
８  Ｄ／Ａ変換回路
９、108  エンコーダ回路
10、109  ＡＬＣ回路
11、110  低照度検出回路
12、111  ゲインアップ制御回路
13、14  ディレイ回路
15、21  倍率制御回路
16、22  加算器
17、23  除算器
18、24  セレクタ
19、20  １Ｈメモリ
104  利得可変アンプ
106  信号処理回路
107  隣接信号合成回路
【図１】
0004255553.tif 000002
【図２】
0004255553.tif 000003
【図３】
0004255553.tif 000004
【図４】
0004255553.tif 000005
【図５】
0004255553.tif 000006
【図６】
0004255553.tif 000007