(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光の輝度に応じた電気信号を発生する複数の感光素子を有し、該複数の感光素子より発生する電気信号をそれぞれ対数変換する光電変換手段と、
被写体の輝度範囲を決定する輝度範囲決定手段と、
前記輝度範囲決定手段により決定された被写体の輝度範囲と画像再生用の出力装置のダイナミックレンジとが対応するように、前記光電変換手段から出力された信号のレベル変換を行う信号レベル変換手段と、
前記光電変換手段から出力される信号に基づいて、感光素子の輝度別の受光頻度を測定することによって前記被写体の輝度分布を計測する輝度分布計測手段と、
を有し、
前記輝度範囲決定手段が、
前記輝度分布計測手段により計測された輝度分布の形状に応じて、前記輝度分布の実効領域と該実効領域の面積である実効面積とを求めるとともに、
最高輝度から輝度の低い方へ向かって前記実効領域を形成する輝度分布を輝度で積分したとき、その積分値が前記実効面積の第１の所定の割合以上となるときの輝度から、最低輝度から輝度の高い方へ向かって前記実効領域を形成する輝度分布を輝度で積分したとき、その積分値が前記実効面積の第２の所定の割合以上となるときの輝度までの範囲を、前記被写体の輝度範囲として決定することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記信号レベル変換手段が、前記輝度範囲決定手段により決定された前記被写体の輝度範囲の最低輝度と最高輝度を用いて、前記光電変換手段から出力される信号のレベルを変換するための演算処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記演算処理が、以下の式を用いて、前記光電変換手段から出力される信号の信号レベルｘから信号レベルｙに変換する演算処理であることを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
【数１】
0004292679.tif 000004
但し、ｘは前記光電変換手段から出力される信号の信号レベル、ｙは前記信号レベル変換手段から出力される信号レベル、Ｍａは前記出力装置で処理される信号の出力レベルの最大値、Ｍｉは前記出力装置で処理される信号の出力レベルの最小値、ＢLは前記輝度範囲決定手段により決定される前記被写体の輝度範囲の最低輝度、ＷLは前記輝度範囲決定手段により決定される前記被写体の輝度範囲の最高輝度を表す。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入射光量に対して対数変換した信号を出力する光電変換手段を有する固体撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、フォトダイオードなどの感光素子を有したエリアセンサは、その感光素子に入射された光の輝度に対して、図１５（ａ）のように線形的に変換した信号を出力する。この線形変換を行うエリアセンサ（以下、「リニアセンサ」と呼ぶ。）を用いて、図１５（ｂ）のような輝度分布の被写体を撮像したとき、このリニアセンサの撮像可能領域となるおよそ２桁の輝度範囲（ダイナミックレンジ）以外の範囲の輝度情報は出力されない。
【０００３】
よって、このようなリニアセンサからの信号をディスプレイなどで画像として再生したとき、撮像可能領域外の低輝度領域では黒ツブレが、高輝度領域では白トビが発生する。このような黒ツブレを抑えるために、図１５（ｂ）に示す撮像可能領域を左へ移動させたり、白トビを抑えるために撮像可能領域を右へ移動させたりすることも可能であるが、カメラの絞りやシャッタースピード、又は入光する積分時間を変えることを必要とするので、使い勝手が悪くなる。
【０００４】
それに対して、本出願人は、入射した光量に応じた光電流を発生しうる感光手段と、光電流を入力するＭＯＳトランジスタと、このＭＯＳトランジスタをサブスレッショルド電流が流れうる状態にバイアスするバイアス手段とを備え、光電流を対数変換するようにしたエリアセンサ（以下、「ＬＯＧセンサ」と呼ぶ。）を提案した（特開平３−１９２７６４号公報参照）。このようなＬＯＧセンサは、図１６（ａ）のように、輝度に対してその出力レベルが自然対数的に比例するために、そのダイナミックレンジが５〜６桁と広くなる。よって、輝度分布が移動しても、ほとんどの場合、図１６（ｂ）のように、その被写体の輝度分布が撮像可能領域内に収まる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、一般的に被写体の輝度範囲は、２〜３桁程度のものが多いため、ダイナミックレンジが５〜６桁となるＬＯＧセンサの場合、被写体の輝度分布に対してその撮像可能領域が広くなるので、撮像可能領域内の低輝度領域又は高輝度領域において、輝度データの無い領域ができてしまう。即ち、図１６（ａ）のように、ダイナミックレンジがＤＲａとなるＬＯＧセンサにおいて、前記輝度分布に対応する出力のレンジ幅がＤＲｂと狭くなる。従って、このＬＯＧセンサの出力信号を用いて、ディスプレイなどの出力装置で画像を再生するために図１７のように例えば８ビットのデジタル信号にレベル変換するとき、出力装置のダイナミックレンジＤＲｃをＬＯＧセンサのダイナミックレンジＤＲａに対応させ、ＬＯＧセンサの最大出力値が出力装置の最大出力レベル（レベル２５５）に、またＬＯＧセンサの最小出力値が出力装置の最小出力レベル（レベル０）になるように変換すると、８ビットのデジタル信号のうちの一部範囲であるレンジ幅ＤＲｄ内のレベルの信号しか出力装置に入力されない。よって、このような信号を用いて前記輝度分布の被写体の画像を再生したとき、輝度が最小となる黒色が濃い灰色に、輝度が最大となる白色が薄い灰色に再生され、全体的にコントラスト不足の画像が再生される。
【０００６】
このような問題を鑑みて、本発明は、ＬＯＧセンサで撮像した画像のダイナミックレンジが、出力装置のダイナミックレンジに適合するように信号処理を行う固体撮像装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の問題を達成するために、請求項１に記載の固体撮像装置は、入射光の輝度に応じた電気信号を発生する複数の感光素子を有し、該複数の感光素子より発生する電気信号をそれぞれ対数変換する光電変換手段と、被写体の輝度範囲を決定する輝度範囲決定手段と、前記輝度範囲決定手段 により決定された被写体の輝度範囲と画像再生用の出力装置のダイナミックレンジとが対応するように、前記光電変換手段から出力された信号のレベル変換を行う信号レベル変換手段と、前記光電変換手段から出力される信号に基づいて、感光素子の輝度別の受光頻度を測定することによって前記被写体の輝度分布を計測する輝度分布計測手段と、を有し、前記輝度範囲決定手段が、前記輝度分布計測手段により計測された輝度分布の形状に応じて、前記輝度分布の実効領域と該実効領域の面積である実効面積とを求めるとともに、最高輝度から輝度の低い方へ向かって前記実効領域を形成する輝度分布を輝度で積分したとき、その積分値が前記実効面積の第１の所定の割合以上となるときの輝度から、最低輝度から輝度の高い方へ向かって前記実効領域を形成する輝度分布を輝度で積分したとき、その積分値が前記実効面積の第２の所定の割合以上となるときの輝度までの範囲を、前記被写体の輝度範囲として決定することを特徴とする。
【０００８】
この固体撮像装置は、光電変換手段となるエリアセンサのダイナミックレンジよりも狭い輝度範囲の被写体を撮像したときであっても、該被写体の輝度範囲と出力装置のダイナミックレンジとが対応するように、センサ出力をレベル変換して、出力装置のダイナミックレンジに応じた信号を出力装置に送出する。
【００１８】
請求項２に記載の固体撮像装置は、請求項１に記載の固体撮像装置において、前記信号レベル変換手段が、前記輝度範囲決定手段により決定された前記被写体の輝度範囲の最低輝度と最高輝度を用いて、前記光電変換手段から出力される信号のレベルを変換するための演算処理を行うことを特徴とする。
【００１９】
請求項３に記載の固体撮像装置は、請求項２に記載の固体撮像装置において、前記演算処理が、以下の式を用いて、前記光電変換手段から出力される信号の信号レベルｘから信号レベルｙに変換する演算処理であることを特徴とする。
【数２】
0004292679.tif 000002
但し、ｘは前記光電変換手段から出力される信号の信号レベル、ｙは前記信号レベル変換手段から出力される信号レベル、Ｍａは前記出力装置で処理される信号の出力レベルの最大値、Ｍｉは前記出力装置で処理される信号の出力レベルの最小値、ＢLは前記輝度範囲決定手段により決定される前記被写体の輝度範囲の最低輝度、ＷLは前記輝度範囲決定手段により決定される前記被写体の輝度範囲の最高輝度を表す。
【００２０】
【発明の実施の形態】
＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態の固体撮像装置の構造を示すブロック図である。この固体撮像装置は、対数変換型のエリアセンサ（ＬＯＧセンサ）によって、動く被写体を撮像することができる固体撮像装置であるものとする。
【００２１】
図１に示す固体撮像装置は、感光素子を有した画素がマトリクス状に配されるとともに外部からの入射光の輝度に対して対数変換された電気信号（以下、「画像データ」と呼ぶ。）を発生するエリアセンサ１と、複数の画像データのうちその信号レベルが最小となる画像データの信号レベル（以下、「黒レベル」と呼ぶ。）を検知する黒レベル検知部２と、複数の画像データのうちその信号レベルが最大となる画像データの信号レベル（以下、「白レベル」と呼ぶ。）を検知する白レベル検知部３と、黒レベル検知部２及び白レベル検知部３でそれぞれ検知した黒レベル及び白レベルを用いてダイナミックレンジ演算部５で用いる計算式を決定する計算式決定部４と、計算式決定部４で決定した計算式を用いてエリアセンサ１より送出される画像データを演算処理するダイナミックレンジ演算部５と、このダイナミックレンジ演算部５で演算処理された画像データに基づいて画像再生出力するディスプレイなどの出力装置６とを有する。ただし、出力装置６は固体撮像装置とは別体であっても良く、接続線（図示せず）を介して接続される。
【００２２】
このような構成の固体撮像装置において、エリアセンサ１より１フレーム分の画像データが黒レベル検知部２及び白レベル検知部３にそれぞれ送出されると、この１フレーム分の画像データより黒レベル及び白レベルが、それぞれ黒レベル検知部２及び白レベル検知部３で検知される。今、エリアセンサ１の撮像可能領域と被写体の輝度分布との関係が、図２（ａ）のような関係になっているものとする。このとき、黒レベル検知部２で検知する黒レベルに相当する輝度は、図２（ａ）のＰＡに相当し、又、白レベル検知部３で検知する白レベルに相当する輝度は、図２（ａ）のＰＢに相当する。図２（ｂ）では、ＢL、ＷLに相当する。
【００２３】
図２（ｂ）は、エリアセンサ１の出力（横軸）と出力装置６へ送出する信号のレベル（縦軸）との対応関係を示しており、点線で示す特性（イ）がエリアセンサ１の出力をそのまま利用したときの出力装置の特性であり、ダイナミックレンジはＤＲ１となり、その最大値はＭａ、最小値はＭｉである。尚、このダイナミックレンジＤＲ１は、エリアセンサ１の撮像可能領域に相当するＷａ〜Ｗｂの範囲の入力をカバーしている。図２（ａ）の輝度分布の画像データをそのまま使うと、この特性（イ）のうち、エリアセンサ１の出力はＢL〜ＷLの範囲の部分となる。しかし、これでは出力装置６へ送出する信号のレンジ幅がＤＲ２と狭くなり、先にも述べたようにコントラストが不足した画像になってしまう。そこで、本実施形態は、特性（イ）を特性（ロ）のように修正する演算をエリアセンサ１の出力信号に施す。この演算は次式に従って行う。この式では、ｘ、ｙは変数であり、ｘは横軸、ｙは縦軸に相当する。
【００２４】
【数３】
0004292679.tif 000003
【００２５】
この（１）式のような計算式を、計算式決定部４よりダイナミックレンジ演算部５に与え、ダイナミックレンジ演算部５では、エリアセンサ１から与えられる画像データの信号レベルを（１）式のｘに代入して、その信号レベルをｙに変換する。このように変換することによって、図３のように、エリアセンサ１から送出されるＢL〜ＷLのレンジ幅の画像データを出力装置６のダイナミックレンジＤＲ１に適合した信号レベル画像データに変換することができる。即ち、上述したようにエリアセンサ１の出力をそのまま利用した場合に出力装置６に送出される信号のレンジ幅がＤＲ２であったのが、本実施形態では出力装置６のダイナミックレンジに適合したＤＲ１に広がる。そのため、撮像可能領域内において被写体の輝度分布が存在しないような範囲が無くなるため、コントラストがはっきりとした画像が出力装置６より出力される。
【００２６】
尚、このとき、ダイナミックレンジ演算部５に遅延回路を設けて、計算式決定部４より（１）式のような計算式が与えられたときに、この計算式を決定するために用いた画像データと同一のフレームの画像データを演算処理を行うようにしても良いし、前のフレームの画像データによって決定した計算式を用いてダイナミックレンジ演算部５で画像データの演算処理を行うようにしても良い。又、演算結果を反映させることに対して迅速性が要求されない場合は、複数フレーム毎に計算式を決定し、次に計算式を決定するまで、この計算式を用いてダイナミックレンジ演算部５で画像データの演算処理を行うようにしても良い。
【００２７】
＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態について、図面を参照して説明する。図４は、本実施形態の固体撮像装置の構造を示すブロック図である。尚、本実施形態において、図２に示すブロックと同様の目的で使用されるブロックは、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００２８】
図４に示す固体撮像装置は、エリアセンサ１と、黒レベル検知部２と、白レベル検知部３と、計算式決定部４と、ダイナミックレンジ演算部５と、出力装置６と、エリアセンサ１から送出される画像データから輝度分布（ヒストグラム）を計測する輝度分布計測部７とを有する。
【００２９】
このような構成の固体撮像装置において、エリアセンサ１より１フレーム分の画像データが輝度分布計測部７に送出されると、この１フレーム分のそれぞれの画像データの信号レベルを測定することによって、ある信号レベルに対する画像データの出現頻度（受光頻度）が各信号レベル毎に検知される。即ち、１フレーム分の画像を撮像したエリアセンサ１において、ある輝度の光が入射された画素がいくつ存在しているかということが、各輝度毎に検知される。このようにして、撮像する被写体の輝度の頻度を調べることによって、輝度分布計測部７によって、その輝度分布が測定される。
【００３０】
又、輝度分布計測部７では、１フレーム分の全画像データの信号レベルを加算することによって、図５（ａ）における輝度ＰＡから輝度ＰＢまでの輝度分布を積分した値（以下、「輝度分布全体の面積の値」とする。）に相当する値を算出する。今、この値をＺとし、簡単のため、輝度ＰＡ，ＰＢは、第１の実施形態の輝度ＰＡ，ＰＢと同様であるものとする。この輝度ＰＡ，ＰＢの画像データの信号レベルは、図５（ｂ）のように、それぞれ、ＢL，ＷLとなる。
【００３１】
このように輝度分布全体の面積の値に相当する値Ｚが算出されると、この値Ｚが黒レベル検知部２及び白レベル検知部３に送出される。又、このとき、輝度分布計測部７は、検知した１フレーム分の画像データから最も信号レベルの低い画像データから順に画像データを黒レベル検知部２に送出するとともに、検知した１フレーム分の画像データから最も信号レベルの高い画像データから順に画像データを白レベル検知部３に送出する。
【００３２】
黒レベル検知部２及び白レベル検知部３では、輝度分布計測部７から画像データが送出されると、この画像データの信号レベルを順次加算していく。そして、加算したその値が、値Ｚのαパーセント、即ち、α×Ｚ／１００となったとき、黒レベル検知部２及び白レベル検知部３はそれぞれ、そのときの画像データの信号レベルを検知する。尚、図５（ａ）において、値α×Ｚ／１００に相当する部分は、図５（ａ）の輝度分布において、その面積が輝度分布全体の面積の値のαパーセントとなる斜線部である。又、αの値は、外部から設定入力するようにしても良いし、生産時に予めメモリ（不図示）等に記憶させるようにしても良い。更に、黒レベル検知部２と白レベル検知部３とでαの値を異ならせるようにしても構わない。
【００３３】
このようにして検知した画像データの信号レベルを、黒レベル検知部２及び白レベル検知部３において、それぞれ、黒レベル、白レベルとする。このとき、検知される黒レベル及び白レベルは、それぞれ、図５（ｂ）のＢL1，ＷL1となる。即ち、図５（ａ）において、前記黒レベルＢL1及び前記白レベルＷL1のそれぞれに相当する輝度は、ＰＡ1，ＰＢ1となる。
【００３４】
この黒レベルＢL1および白レベルＷL1を、第１の実施形態における式（１）の黒レベルＢL及び白レベルＷLの代わりに用いた計算式が、第１の実施形態と同様に計算式決定部４で決定される。その後、第１の実施形態と同様に、このように決定した計算式を用いて、ダイナミックレンジ演算部５にて、エリアセンサ１より送出される画像データを演算処理する。
【００３５】
このような動作を行う固体撮像装置を使用したとき、輝度分布の裾引き部（高輝度範囲及び低輝度範囲）における頻度の変化率が小さくなだらかな特性を示したとき、このような裾引き部をカットすることによって、そのコントラストがより安定した画像データに変換して出力することができる。もちろん、被写体の輝度分布が３桁を越えるような広いダイナミックレンジを持つものである場合も、そのような被写体に対して裾引き部分のみがカットされたコントラストの安定した画像データに変換され、黒ツブレや白トビを生じることなく良好に被写体を撮像することができ、従来のリニアセンサでは撮像できないような広いダイナミックレンジの被写体に対応できることはいうまでもない。
【００３６】
＜第３の実施形態＞
本発明の第３の実施形態について、図面を参照して説明する。図６は、本実施形態の固体撮像装置の構造を示すブロック図である。尚、本実施形態において、図２に示すブロックと同様の目的で使用されるブロックは、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００３７】
図６に示す固体撮像装置は、エリアセンサ１と、計算式決定部４と、ダイナミックレンジ演算部５と、出力装置６と、外部から黒レベルの値を入力する黒レベル入力部８と、外部から白レベルの値を入力する白レベル入力部９とを有する。
【００３８】
このような固体撮像装置において、外部より、使用者が希望する輝度範囲に応じた黒レベルＢL2及び白レベルＷL2を、それぞれ黒レベル入力部８及び白レベル入力部９より入力する。このように、黒レベル入力部８及び白レベル入力部９よりそれぞれ入力された黒レベルＢL2及び白レベルＷL2が、計算式決定部４に送出される。そして、この黒レベルＢL2及び白レベルＷL2を第１の実施形態における式（１）の黒レベルＢL及び白レベルＷLの代わりに用いて、計算式決定部４で計算式を決定する。その後、第１の実施形態と同様に、このように決定した計算式を用いて、ダイナミックレンジ演算部５にて、エリアセンサ１より送出される画像データを演算処理する。
【００３９】
このように使用者が黒レベルと白レベルを入力することができるので、使用者が例えばディスプレイのような出力装置６が映し出す画像をみて判断することによって、使用者が希望する輝度範囲を設定することができる。このように使用者が自由に輝度範囲を設定することができるので、使用者の好みに応じた画像を撮像することができる。
【００４０】
＜第４の実施形態＞
本発明の第４の実施形態について、図面を参照して説明する。図７は本実施形態の固体撮像装置の回路ブロック図である。尚、本実施形態において、図４に示すブロック図と同様の目的で使用されるブロックは、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００４１】
図７に示す固体撮像装置は、エリアセンサ１と、計算式決定部４と、ダイナミックレンジ演算部５と、出力装置６と、輝度分布計測部７と、輝度分布計測部７で計測された輝度分布の形状に応じて被写体の輝度範囲を決定する輝度範囲判定部１０とを有する。尚、本実施形態は、被写体の輝度分布の最大値と最小値から直接輝度範囲を決定するものではなく、輝度分布の形状をも加味して出力装置に出力する輝度範囲を決定するようにしたものである。
【００４２】
図８は、輝度範囲判定部１０における輝度範囲の決定手順を示すフローチャートである。図９に、横軸が輝度を、縦軸がその度数（出現頻度）を表す輝度分布の一例を示す。尚、輝度分布において、以下、極大値となる点を「山」、極小値となる点を「谷」と呼ぶ。又、山となる点の度数を「山の高さ」、谷となる点の度数を「谷の高さ」、輝度分布の両端における度数の低い部分を「裾引き」と呼ぶ。このとき、図９において、ａが輝度範囲の広さ、ｂが山の数、ｃが山の高さ、ｄが谷の高さ、ｅが分布の裾引きを表す。
【００４３】
第２の実施形態と同様に、エリアセンサ１から１フレーム分の画像データが輝度分布計測部７に送出されると、この輝度分布計測部７で被写体の輝度分布が計測される。そして、輝度分布計測部７で計測された輝度分布が輝度範囲判定部１０に与えられると、まず、山の数が計測される（ＳＴＥＰ１）。そして、この計測された山の数が、図１０（ａ）のように１つのとき（Ｙｅｓ）はＳＴＥＰ１５に移行し、又、図１０（ｂ）のように複数のとき（Ｎｏ）はＳＴＥＰ３に移行する（ＳＴＥＰ２）。ＳＴＥＰ２よりＳＴＥＰ３に移行すると、谷の高さが計測される。この計測された谷の高さと、この谷の両側の山のうちその高さの低い山の高さとの比が、閾値Ｔａより大きいとき（Ｙｅｓ）はＳＴＥＰ５に、又、閾値Ｔａより小さいとき（Ｎｏ）はＳＴＥＰ６に移行する（ＳＴＥＰ４）。即ち、ＳＴＥＰ４において、図１０（ｂ）の場合、谷Ｂの両側の山Ａ，Ｃのうち、その高さの低い山Ａの高さｃ１と谷Ｂの高さｄ１との比（ｄ１）／（ｃ１）が閾値Ｔａより大きいか否かが判定される。
【００４４】
ＳＴＥＰ４よりＳＴＥＰ５に移行すると、低い方の山を山と見なさず、この谷の両側の山をひとつながりの山と見なす。即ち、図１０（ｂ）において、谷Ｂの高さが高く、低い方の山Ａの高さとの比が閾値Ｔａより大きくなると、低い方の山Ａを山と見なさず、高い方の山Ｃの一部と見なす。又、ＳＴＥＰ４からＳＴＥＰ６に移行すると、その谷の両側の山が分離しているとし、別の山と見なす。即ち、図１０（ｂ）において、谷Ｂの高さが低く、低い方の山Ａの高さとの比が閾値Ｔａより小さくなると、山Ａ，Ｃをそれぞれ別の山と見なす。
【００４５】
そして、ＳＴＥＰ６で谷の両側の山が分離しているものとされると、これらの山のうち、その輝度範囲が閾値Ｔｂより小さい山は、山と見なされずに輝度分布より除かれる（ＳＴＥＰ７）。尚、山の輝度範囲は、その山の両側の２つの谷の輝度による範囲によって表される。又、輝度分布の両端にある山の輝度範囲は、その山に隣接する谷の輝度から輝度分布の両端の輝度までの範囲である。このとき、図１０（ｃ）のように、山Ａの輝度範囲ｅ１が閾値Ｔｂより大きく、山Ｃの輝度範囲ｅ２が閾値Ｔｂより小さくなるとき、山Ｃは山と見なされずに輝度分布から削除される。
【００４６】
ＳＴＥＰ５又はＳＴＥＰ７からＳＴＥＰ８に移行すると、計測された輝度分布に形成される谷についてＳＴＥＰ３〜ＳＴＥＰ７の処理がなされたか否かが判定される。このとき、全ての谷についてＳＴＥＰ３〜ＳＴＥＰ７の処理がなされた場合（Ｙｅｓ）は、ＳＴＥＰ９に移行し、又、その処理がなされていない場合（Ｎｏ）は、再度ＳＴＥＰ３に移行して上記の処理が行われる。
【００４７】
ＳＴＥＰ９に移行すると、再度、山の数が計測される。そして、この計測された山の数が、１つのとき（Ｙｅｓ）はＳＴＥＰ１５に移行し、又、複数のとき（Ｎｏ）はＳＴＥＰ１１に移行する（ＳＴＥＰ１０）。ＳＴＥＰ１１では、山の数が２つか否かが判定され、山の数が２つのとき（Ｙｅｓ）ＳＴＥＰ１２に移行し、又、山の数が３つ以上のとき（Ｎｏ）ＳＴＥＰ１４に移行する。ＳＴＥＰ１２では、面積の大きい一方の山の面積を他方の山の面積で割った面積比が、閾値Ｔｃ以上か否かが判定され、この面積比が閾値Ｔｃ以上のとき（Ｙｅｓ）ＳＴＥＰ１３に移行し面積の小さい山を輝度分布から除き、又、面積比が閾値Ｔｃより小さいとき（Ｎｏ）ＳＴＥＰ１５に移行する。
【００４８】
そして、ＳＴＥＰ１３に移行すると、面積の小さい山を輝度分布から除き、残りの部分を実効領域とする。即ち、図１１のように、ＳＴＥＰ９で山Ａ１，Ａ２が計測されると、それぞれの面積をＳ１、Ｓ２とし、その大きさをＳ１＜Ｓ２とするとき、面積比（Ｓ２）／（Ｓ１）が閾値Ｔｃと比較される（ＳＴＥＰ１２）。そして、面積比（Ｓ２）／（Ｓ１）が閾値Ｔｃ以上となるとき、面積の小さい山Ａ１が輝度分布より削除され、輝度分布が山Ａ２によって形成されると見なされる。尚、山の面積は、その山の両側の谷の間の度数を輝度で積分した値である。又、輝度分布の両端にある山の面積は、その山に隣接する谷から輝度分布の両端までの度数を輝度で積分した値である。
【００４９】
ＳＴＥＰ１４では、測定された山のうちその面積が最大となる山を中心にして、この山から最も離れた山から順に、その山の面積を面積最大の山の面積で割った面積比が閾値Ｔｄと比較される。このとき、この面積比が閾値Ｔｄより小さくなる山は山と見なされず、輝度分布から除かれる。そして、この面積最大の山から低い輝度側及び高い輝度側の両方において、その面積比が閾値Ｔｄより大きくなったとき、残った部分を実効領域と見なし、この処理を終了する。即ち、図１２のように、ＳＴＥＰ９で山Ｂ１〜Ｂ４が計測され、山Ｂ１〜Ｂ４それぞれの面積がＳａ〜Ｓｄで、山Ｂ３の面積Ｓｃが最大となるとき、面積比（Ｓａ）／（Ｓｃ）、（Ｓｄ）／（Ｓｃ）、（Ｓｂ）／（Ｓｃ）が順番に閾値Ｔｄと比較される。尚、山Ｂ１，Ｂ２，Ｂ４は、山Ｂ３に対して山Ｂ１，Ｂ４，Ｂ２の順に離れた位置にあるものとする。
【００５０】
このとき、面積比（Ｓａ）／（Ｓｃ）が閾値Ｔｄより小さく、面積比（Ｓｄ）／（Ｓｃ）、（Ｓｂ）／（Ｓｃ）が閾値Ｔｄより大きいものとすると、まず、山Ｂ１の判定を行ったとき、その面積比が閾値Ｔｄより小さいため山と見なされず、輝度分布より削除される。次に、山Ｂ４の判定を行ったとき、その面積比が閾値Ｔｄより大きくなるので、山Ｂ３よりも高い輝度側の判定を終了する。そして、次に、山Ｂ２の判定を行ったとき、その面積比が閾値Ｔｄより大きくなるので、山Ｂ３より低い輝度側の判定を終了する。このようにＳＴＥＰ１４の処理動作が終了すると、ＳＴＥＰ１５に移行する。
【００５１】
このＳＴＥＰ１５では、輝度分布から削除された山の面積を、輝度分布全体の面積から差し引いて、この差し引かれた面積を実効面積とする。即ち、ＳＴＥＰ２又はＳＴＥＰ１０で山が１つと計測されたときやＳＴＥＰ１２で２つの山の面積比が閾値Ｔｃより小さくなるときは、輝度分布全体を実効面積とし、又、ＳＴＥＰ１３又はＳＴＥＰ１４からＳＴＥＰ１５に移行したときは、ＳＴＥＰ１３又はＳＴＥＰ１４で輝度分布より除かれた山の面積を輝度分布全体の面積から差し引いた面積を実効面積とする。実効面積は、上記実効領域の面積に相当する。
【００５２】
そして、このように実効面積が求められると、この実効面積を形成する輝度分布から裾引きを形成する部分を計測する。即ち、図１３のように、実効面積を形成する輝度分布の最小の輝度から度数を輝度で積分した値が実効面積のｘパーセントとなる輝度αと、実効面積を形成する輝度分布の最大の輝度から度数を輝度で積分した値が実効面積のｘパーセントとなる輝度βとが求められる。そして、輝度αよりも輝度が低い部分ｓ１と、輝度βよりも輝度が高い部分ｓ２とが裾引きを形成する部分として計測される。
【００５３】
そして、この計測された裾引きが輝度分布から削除され、このようにして得られた輝度分布の輝度範囲をこのとき得られた画像による被写体の輝度範囲とする（ＳＴＥＰ１７）。即ち、図１３において、輝度α（黒レベルＢL3に相当する）〜輝度β（白レベルＷL3に相当する）の輝度範囲を被写体の輝度範囲とする。尚、図１２の領域Ｓｃのように、実効領域自体が既に裾引き部を削除された形状である場合は、実効領域の最端部の輝度を被写体の輝度範囲の上限又は下限としても良い（即ち、ｘ＝０パーセントとする）。
【００５４】
そして、このように決定した輝度範囲によって、第２の実施形態と同様に、輝度αに相当する黒レベルＢL3及び輝度βに相当する白レベルＷL3が計算式決定部４に与えられ、ダイナミックレンジを決定するための計算式が決定される。その後、このように決定した計算式を用いて、ダイナミックレンジ演算部５にて、エリアセンサ１より送出される画像データを演算処理する。
【００５５】
尚、このように、輝度分布の形状に応じて被写体の輝度範囲を決定することにより、様々な輝度分布を持つ被写体に対して適切に輝度範囲を決めることができ、様々な被写体に対して良好な撮像を行うことができる。
【００５６】
＜第５の実施形態＞
本発明の第５の実施形態について、図面を参照して説明する。図１４は、被写体の輝度分布と本実施形態の固体撮像装置で処理された輝度範囲との関係を示すグラフである。尚、本実施形態の固体撮像装置は、第２の実施形態と同様、図４のブロック図に示された内部構成となる固体撮像装置である。
【００５７】
本実施形態において、エリアセンサ１、計算式決定部４、ダイナミック演算部５、出力装置６、及び、輝度分布計測部７は、第２の実施形態の固体撮像装置と同様の動作を行うので、これらの動作についての詳細な説明は省略する。よって、以下に、黒レベル検知部２及び白レベル検知部３の動作について説明する。
【００５８】
本実施形態の固体撮像装置に設けられた黒レベル検知部２は、図１４のように輝度分布計測部７で計測された輝度分布に基づき、その輝度分布の最低輝度ＰＡより輝度の高い方に向かって最初に所定の出現頻度（受光頻度）Ｈに達する輝度ＰＡ１を黒レベルＢL1を与える輝度とし、黒レベルＢL1を検知する。又、白レベル検知部３は、図１４のように輝度分布計測部７で計測された輝度分布に基づき、その輝度分布の最高輝度ＰＢより輝度の低い方に向かって最初に所定の出現頻度（受光頻度）Ｈに達する輝度ＰＢ１を白レベルＷL1を与える輝度とし、白レベルＷL1を検知する。
【００５９】
このようにして、黒レベル検知部２及び白レベル検知部３のそれぞれで検知された黒レベルＢL1及び白レベルＷL1が、計算式決定部４に与えられ、ダイナミックレンジを決定するための計算式が決定される。その後、このように決定した計算式を用いて、ダイナミックレンジ演算部５にて、エリアセンサ１より送出される画像データを演算処理する。
【００６０】
尚、本実施形態において、黒レベル検知部２及び白レベル検知部３のそれぞれに設定された所定の出現頻度（受光頻度）を、ともに等しい値Ｈとしているが、この値を黒レベル検知部２及び白レベル検知部３のそれぞれで異なる値として設定しても構わない。
【００６１】
このように、本実施形態においては、その出現頻度が所定値に達しない裾引き部が測定された輝度分布より削除されるので、裾引き部が長く続くような輝度分布を示す場合においても、適切に被写体の輝度分布を決定することができる。尚、第４の実施形態で算出された実効領域に対しても、本実施形態で説明した手順の処理を行うことによって、被写体の輝度範囲を決定し、白レベルＷL3及び黒レベルＢL3を求めるようにしても構わない。
【００６２】
尚、第１〜第５の実施形態において、出力装置にディスプレイを１例に挙げたが、磁気ディスクに画像データを記録する記録装置なども適用することが可能である。又、これらの実施形態では、動く被写体を撮像するための固体撮像装置を例にして説明したが、デジタルカメラのように静止した被写体を撮像するような固体撮像装置に使用しても良い。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように、感光素子より発生する電気信号を対数変換する光電変換手段を用いたとき、通常その撮像可能範囲が、実際に撮像する被写体の輝度範囲よりも大きくなるが、本発明によると、前記光電変換手段から出力され前記出力装置へ送出される信号を、前記被写体の輝度範囲に応じてレベル変換することによって、そのダイナミックレンジを出力装置のダイナミックレンジに合わせることができるので、このレベル変換された信号を前記出力装置で再生したとき、コントラストのとれた良好な画像が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態で使用する固体撮像装置の内部構造を示すブロック図。
【図２】被写体の輝度分布及び出力装置への入力信号とエリアセンサの出力の信号レベルの関係を示したグラフ。
【図３】エリアセンサのダイナミックレンジと出力装置に送出する信号のレベルの関係を示した図。
【図４】第２の実施形態で使用する固体撮像装置の内部構造を示すブロック図。
【図５】被写体の輝度分布及び出力装置への入力信号とエリアセンサの出力の信号レベルの関係を示したグラフ。
【図６】第３の実施形態で使用する固体撮像装置の内部構造を示すブロック図。
【図７】第４の実施形態で使用する固体撮像装置の内部構造を示すブロック図。
【図８】切換判定回路における処理動作を示すフローチャート。
【図９】輝度分布の一例を示す図。
【図１０】輝度分布の一例を示す図。
【図１１】輝度分布の一例を示す図。
【図１２】輝度分布の一例を示す図。
【図１３】輝度分布の一例を示す図。
【図１４】被写体の輝度分布及び第５の実施形態の固体撮像装置で処理された輝度範囲の関係を示したグラフ。
【図１５】被写体の輝度分布及び出力装置への入力信号とエリアセンサの出力の信号レベルの関係を示したグラフ。
【図１６】被写体の輝度分布及び出力装置への入力信号とエリアセンサの出力の信号レベルの関係を示したグラフ。
【図１７】ＬＯＧセンサのダイナミックレンジと出力装置に送出する信号のレベルの関係を示した図。
【符号の説明】
１    エリアセンサ
２    黒レベル検知部
３    白レベル検知部
４    計算式決定部
５    ダイナミックレンジ演算部
６    出力装置
７    輝度分布計測部
８    黒レベル入力部
９    白レベル入力部
１０    輝度範囲判定部
【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１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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