(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イメージセンサによって撮影された画像における所定の輝度部分を強調する画像処理装置であって、イメージセンサの出力特性の変換テーブルを用いて、任意の複数の輝度領域におけるイメージセンサの出力を強調してとり出して、各輝度領域における画像部分のコントラストを高めるようにしたうえで、出力が強調される各輝度領域以外の輝度領域におけるイメージセンサの出力を零または一定値に固定するようにしたことを特徴とする画像処理装置。
【請求項２】
イメージセンサの画素単位となる光センサ回路が、対数出力特性を有していることを特徴とする請求項１の記載による画像処理装置。
【請求項３】
イメージセンサの画素単位となる光センサ回路が、フォトダイオードに流れるセンサ電流を弱反転状態で対数特性をもって電圧信号に変換するＭＯＳトランジスタからなることを特徴とする請求項２の記載による画像処理装置。
【請求項４】
イメージセンサの画素単位となる光センサ回路が、フォトダイオードに流れるセンサ電流を弱反転状態で対数特性をもって電圧信号に変換するＭＯＳトランジスタからなり、前以ってそのＭＯＳトランジスタのドレイン電圧を変化させてフォトダイオードの寄生容量の残留電荷を放出させる制御手段を有することを特徴とする請求項２の記載による画像処理装置。
【請求項５】
イメージセンサの画素単位となる光センサ回路が、シャッタ機能を有していることを特徴とする請求項２の記載による画像処理装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、イメージセンサによって撮影された画像における所定の輝度部分を強調する画像処理装置に関する。
背景技術
一般に、車両前方を撮影して道路上の白線検出を行うに際してトンネル内（外）からトンネル出口（入口）を撮影するような場合や、溶接、レーザ加工、プラズマ加工、溶射などの作業状況の監視を行う場合のように、非常に明るい部分（ハイライト部）とその周辺の暗い部分（シャドウ部）とが存在する被写体を撮影する場合には、特にダイナミックレンジの広いイメージセンサが要求される。
第２７図は金属表面におけるレーザ溶接部分の状態を示しており、レーザ光の照射を受けて高温の溶融状態になったキーホールおよび溶融池と、その溶融池の背後に形成される溶融金属が凝固したビード部とからなっている。溶接の良否を判断するためには、そのうちの高輝度のキーホールと低輝度のビード部との状態を同一の画面上で監視する必要があり、輝度に対するダイナミックレンジの広いイメージセンサが要求されている。
従来、ＣＭＯＳ型のイメージセンサにあって、ダイナミックレンジを拡大するべく、第１図に示すように、入射光Ｌｓの光量に応じたセンサ電流を生ずるフォトダイオードＰＤと、その寄生容量Ｃの充放電を行わせるためのトランジスタＱ１と、フォトダイオードＰＤの端子電圧Ｖｐｄを増幅するトランジスタＱ２と、画信号読出し信号Ｖｓのパルスタイミングでもって画信号Ｖｏを出力するトランジスタＱ３とからなり、トランジスタＱ１のゲート電圧ＶＧをオーバフロードレインとして機能させるためのレベルに固定して、フォトダイオードＰＤに流れるセンサ電流を弱反転状態で対数出力特性をもって電圧信号に変換させるようにした光センサ回路を画素単位に用いたものが開発されている（特開２０００−３２９６１６号公報参照）。
このようなイメージセンサにあっては、第３図に示すように、その光センサ回路が、入射光量に応じてフォトダイオードＰＤに流れるセンサ電流が多いときには対数出力特性を示すが、センサ電流が少ないときにはフォトダイオードＰＤの寄生容量Ｃの充放電に応答遅れを生じて線形応答による非対数出力特性を示すものになっている。図中、ＷＡは非対数応答領域を、ＷＢは対数応答領域をそれぞれ示している。
また、従来、第１図に示す光センサ回路を画素単位に用いたイメージセンサにあって、入射光量が少ないときの非対数出力特性を改善して全領域にわたって対数特性が得られるようにしたり、情報量を低減して多階調サンプリングなどの後処理を簡単にするために、そのセンサ出力をルックアップテーブルを用いて所定の出力特性に変換するようにしている（特開平１１−２１１５６５号公報参照）。
このようなダイナミックレンジを拡大するために対数出力特性をもたせた光センサ回路を画素単位に用いたイメージセンサでは、非常に明るい部分から暗い部分までカバーした撮影が可能になる反面、輝度が対数圧縮されているためにコントラストが不足してしまうという問題がある。
発明の開示
本発明による画像処理装置は、イメージセンサによって撮影された画像における所定の輝度部分を強調するに際して、ダイナミックレンジを拡大するために対数出力特性をもたせたイメージセンサによって撮影した画像における任意の輝度領域の各画像部分のコントラストを強調できるようにするべく、イメージセンサの出力特性の変換テーブルを用いて、任意の複数の輝度領域におけるイメージセンサの出力を強調してとり出す手段を設けるようにしている。
発明を実施するための最良の形態
本発明に係るイメージセンサは、基本的に、前述した第１図に示す光センサ回路を画素単位に用いている。
その光センサ回路では、フォトダイオードＰＤに充分な光量をもって入射光Ｌｓが当たっているときには、トランジスタＱ１には充分なセンサ電流が流れることになり、そのトランジスタＱ１の抵抗値もさほど大きくないことから、イメージセンサとして残像を生ずることがないような充分な応答速度をもって光信号の検出を行わせることができる。
しかし、フォトダイオードＰＤの入射光Ｌｓの光量が少なくなってトランジスタＱ１に流れる電流が小さくなると、トランジスタＱ１はそれに流れる電流が１桁小さくなるとその抵抗値が１桁大きくなるように動作するように設定されていることから、トランジスタＱ１の抵抗値が増大し、フォトダイオードＰＤの寄生容量Ｃとの時定数が大きくなってその寄生容量Ｃに蓄積された電荷を放出するのに時間がかかるようになる。そのため、入射光Ｌｓの光量が少なくなるにしたがって、残像が長時間にわたって観測されることになる。
その際、例えば、フォトダイオードＰＤへの入射光Ｌｓの光量が少ない１Ｅ−１２Ａ程度のセンサ電流では、１／３０ｓｅｃごとに画信号Ｖｏを出力させるようにする場合、その時間内では電圧信号Ｖｐｄが飽和しない。
したがって、フォトダイオードＰＤの入射光Ｌｓの光量が少ないときのセンサ電流に応じた電圧信号Ｖｐｄの飽和時間が長くなるため、第２６図に示すような画信号読出し信号Ｖｓのパルスタイミングで画信号Ｖｏの読み出しを行うと、当初ほど大きなレベルの出力が残像となってあらわれる。なお、第２６図中、Ｖｐｄ′は増幅用のトランジスタＱ２によって反転増幅された電圧信号を示している。
このような光センサ回路にあって、ここでは、光信号を検出する際にＭＯＳ型トランジスタＱ１のドレイン電圧ＶＤを所定時間だけ定常値よりも低く設定して、フォトダイオードＰＤの寄生容量Ｃに蓄積された電荷を放出させて初期化することにより、センサ電流に急激な変化が生じても即座にそのときの入射光量に応じた電圧信号が得られるようにして、入射光Ｌｓの光量が少ない場合でも残像を生ずることがないようにしている。
第２図は、そのときの光センサ回路における各部信号のタイムチャートを示している。ここで、ｔ１は初期化のタイミングを、ｔ２は光信号検出のタイミングを示している。トランジスタＱ１のドレイン電圧ＶＤを定常値（ハイレベルＨ）から低い電圧（ローレベルＬ）に切り換える所定時間ｔｍとしては、例えば１画素分の読出し速度が１００ｎｓｅｃ程度の場合に５μｓｅｃ程度に設定される。図中、Ｔは寄生容量Ｃにおける電荷の蓄積期間を示しており、その蓄積期間ＴはＮＴＳＣ信号の場合１／３０ｓｅｃ（または１／６０ｓｅｃ）程度となる。
このようなものにあって、初期化時にＭＯＳトランジスタＱ１のドレイン電圧ＶＤがローレベルＬに切り換えられると、そのときのゲート電圧ＶＧとドレイン電圧ＶＤとの間の電位差がトランジスタＱ１のしきい値よりも大きければトランジスタＱ１が低抵抗状態になる。それにより、そのときのソース側の電位がドレイン電圧ＶＤと同じになり（ｎ−ＭＯＳトランジスタではソース電圧＝ドレイン電圧となる）、フォトダイオードＰＤの接合容量Ｃに蓄積された電荷が放出状態になる。
第４図は、初期化時におけるトランジスタＱ１の電荷ｑの流れによる動作状態を模擬的に示している。
そして、ｔｍ時間の経過後にそのドレイン電圧ＶＤが定常のハイレベルＨに切り換えられて光信号の検出が行われると、ソース側の電位がドレイン電圧ＶＤよりも低くなって、そのときのゲート電圧ＶＧとドレイン電圧ＶＤとの間の電位差がしきい値よりも大期ければＭＯＳトランジスタＱ１が低抵抗状態になり、フォトダイオードＰＤの接合容量Ｃが電荷の蓄積状態になる。
第５図は、光信号検出時におけるトランジスタＱ１の電荷ｑの流れによる動作状態を模擬的に示している。
このように光信号の検出に先がけてフォトダイオードＰＤの接合容量Ｃの残留電荷を放出させて初期化したのちにその接合容量Ｃに電荷を注入させるようにすると、その初期化のタイミングから一定の時間経過した時点での出力電圧（フォトダイオードＰＤの端子電圧）Ｖｐｄは入射光Ｌｓの光量に応じた値となる。すなわち、初期化後には入射光Ｌｓの光量の変化に追随した一定の時定数による放電特性が得られるようになる。
その際、長時間放置すればドレイン電圧ＶＤからトランジスタＱ１を通して供給される電流とフォトダイオードＰＤを流れる電流とは同じになるが、残留電荷がなければ常に同じ放電特性が得られるので残像が生ずることがなくなる。
したがって、初期化してから一定の時間を定めて光信号を検出するようにすれば、入射光Ｌｓの光量に応じた残像のない画信号Ｖｏを得ることができるようになる。
第６図は、入射光Ｌｓの強弱による電圧信号Ｖｐｄの立上りの差の特性を示している。
第７図は、１／３０ｓｅｃのタイミングで光信号の読み出しをくり返し行わせたときの電圧信号Ｖｐｄの増幅信号の特性を示している。これによれば、１／３０ｓｅｃごとに得られる信号特性はフォトトダイオードＰＤへの入射光Ｌｓの光量に応じたセンサ電流に即したものとなり、残像の影響がないことがわかる。
第８図は、フォトダイオードＰＤへの入射光量に応じたセンサ電流を変化させたときの画素信号Ｖｏの出力特性を示している。これによれば、フォトダイオードＰＤのセンサ電流が１Ｅ−１３Ａ以上では完全に対数出力特性となっていることがわかる。また、センサ電流が１Ｅ−１３Ａ以下の領域では対数特性から外れるものの、残像のない出力が得られることがわかる。
また、トランジスタＱ１のドレイン電圧ＶＤを低下させるときのローレベルＬの値を調整すると、完全にトランジスタＱ１を低抵抗状態にできるまで電圧を下げれば第８図中（ａ）で示すような出力特性が得られる。しかし、その制御電圧ＶＤをゲート電圧ＶＧと同一になるように設定すると、第８図中（ｂ）で示すような通常の対数出力特性が得られることになる。
第８図中（ａ）で示す出力特性の場合には、残像はないが、光量が少ないときに感度が小さくなる。第８図中（ｂ）で示す対数出力特性の場合には、光量が少ないときでも感度は大きいが、残像が顕著になる。すなわち、感度と残像との間にはトレードオフの関係が成立する。
したがって、第８図中（ａ）で示す出力特性と第８図中（ｂ）で示す対数出力特性との中間の領域に出力特性がくるようにトランジスタＱ１のドレイン電圧ＶＤを調整することにより、残像を問題にしない用途では感度を優先するような設定とし、残像が問題となる用途では残像をなくすことを優先とするような設定とすることができるようになる。実際には、用途に応じて問題にならない残像の程度に応じてドレイン電圧ＶＤを調整して、感度を可能な限り大きく設定するようにすることが考えられる。
第９図は、このような光センサ回路を画素単位として、画素をマトリクス状に複数配設して、各画信号の時系列的な読出し走査を行わせるようにしたイメージセンサにあって、各画信号の読出し走査に応じた適切なタイミングをもって各画素の初期化を行わせることができるように構築したときの一構成例を示している。
そのイメージセンサは、その基本的な構成が、例えば、Ｄ１１〜Ｄ４４からなる４×４の画素をマトリクス状に配設して、各１ライン分の画素列を画素列選択回路１から順次出力される選択信号ＬＳ１〜ＬＳ４によって選択し、その選択された画素列における各画素を、画素選択回路２から順次出力される選択信号ＤＳ１〜ＤＳ４によってスイッチ群３における各対応するスイッチＳＷ１〜ＳＷ４が逐次オン状態にされることによって各画信号Ｖｏが時系列的に読み出されるようになっている。図中、４は各画素における前記トランジスタＱ１のゲート電圧ＶＧ用電源であり、６はドレイン電圧ＶＤ用電源である。
そして、このようなイメージセンサにあって、各１ライン分の画素列の選択に際して、その選択された画素列における各画素の前記トランジスタＱ１のドレイン電圧ＶＤを所定のタイミングをもって定常時のハイレベルＨおよび初期化時のローレベルＬに切り換える電圧切換回路５が設けられている。
このように構成された本発明によるイメージセンサの動作について、第１０図に示す各部信号のタイムチャートとともに、以下説明をする。
まず、画素列選択信号ＬＳ１がハイレベルＨになると、それに対応するＤ１１，Ｄ１２，Ｄ１３，Ｄ１４からなる第１の画素列が選択される。そして、ＬＳ１がハイレベルＨになっている一定期間Ｔ１のあいだ画素選択信号ＤＳ１〜ＤＳ４が順次ハイレベルＨになって、各画素Ｄ１１，Ｄ１２，Ｄ１３，Ｄ１４の画信号Ｖｏが順次読み出される。
次いで、画素列選択信号ＬＳ１がローレベルＬになった時点で次のＬＳ２がハイレベルＨになると、それに対応するＤ２１，Ｄ２２，Ｄ２３，Ｄ２４からなる第２の画素列が選択される。そして、ＬＳ２がハイレベルＨになっている一定期間Ｔ１のあいだ画素選択信号ＤＳ１〜ＤＳ４が順次ハイレベルＨになって、各画素Ｄ２１，Ｄ２２，Ｄ２３，Ｄ２４の画信号Ｖｏが順次読み出される。
以下同様に、画素列選択信号ＬＳ３およびＬＳ４が連続的にハイレベルＨになって各対応する第３および第４の画素列が順次選択され、ＬＳ３およびＬＳ４がそれぞれハイレベルＨになっている一定期間Ｔ１のあいだ画素選択信号ＤＳ１〜ＤＳ４が順次ハイレベルＨになって、各画素Ｄ３１，Ｄ３２，Ｄ３３，Ｄ３４およびＤ４１，Ｄ４２，Ｄ４３，Ｄ４４の画信号Ｖｏが順次読み出される。
また、画素列選択信号ＬＳ１がＴ１期間後にローレベルＬに立ち下がった時点で、そのとき選択されている第１の画素列における各画素Ｄ１１，Ｄ１２，Ｄ１３，Ｄ１４のドレイン電圧ＶＤ１をそれまでのハイレベルＨからローレベルＬに所定時間Ｔ２のあいだ切り換えることによって各画素の初期化が行われ、１サイクル期間Ｔ３の径過後に行われる次サイクルにおける画信号の読出しにそなえる。
次いで、画素列選択信号ＬＳ２がＴ１期間後にローレベルＬに立ち下がった時点で、そのとき選択されている第２の画素列における各画素Ｄ２１，Ｄ２２，Ｄ２３，Ｄ２４のドレイン電圧ＶＤ１をそれまでのハイレベルＨからローレベルＬに所定時間Ｔ２のあいだ切り換えることによって各画素の初期化が行われ、１サイクル期間Ｔ３の径過後に行われる次サイクルにおける画信号の読出しにそなえる。
以下同様に、画素列選択信号ＬＳ３およびＬＳ４がそれぞれＴ１期間後にローレベルＬに立ち下がった時点で、そのとき選択されている第３および第４の画素列にそれぞれ対応するドレイン電圧ＶＤ３をローレベルＬに切り換えて各画素の初期化が行われ、１サイクル期間Ｔ３の径過後に行われる次サイクルにおける画信号の読出しにそなえる。
なお、ここでは画素列選択信号ＬＳＸ（Ｘ＝１〜４）がＴ１期間後にローレベルＬに立ち下がった時点でドレイン電圧ＶＤＸをローレベルＬに切り換えて初期化を行わせるようにしているが、その初期化のタイミングは画素列選択信号ＬＳＸがローレベルＬ状態にある画素列選択の休止期間Ｔ４中であればよい。
以上のような各部信号の発生のタイミングは、図示しないＥＣＵの制御下で画素列選択回路１、画素選択回路２および電圧切換回路５の駆動を行わせることによって決定されるようになっている。
このように、各画信号の読出し走査に応じた適切なタイミングをもって各画素の初期化を行わせることによって、イメージセンサ全体としての蓄積時間の過不足を低減できるようになる。
しかして、このような構成によれば、残像がなく、ダイナミックレンジの広い対数出力特性をもったイメージセンサを実現できるようになる。
本発明による画像処理装置は、以上のように構成されたイメージセンサにあって、その撮影した画像のコントラストを任意に強調できるように、イメージセンサの出力特性の変換テーブルを用いて、所定の輝度領域における出力を強調してとり出すことができるようにしている。
第１１図は、本発明による画像処理装置の一実施例を示している。
それは、イメージセンサ７から時系列的に出力される画信号（アナログ信号）ＶｏをＡＤ変換器８によってデジタル画信号ＤＤ１に変換したうえで、そのデジタル画信号ＤＤ１に応じて予め任意の出力変換テーブルが設定されているルックアップテーブル９から所定に変換されたデジタル画信号ＤＤ２を出力するように構成されている。
しかして、このような構成によれば、イメージセンサ７がどのような出力特性を有していても、ルックアップテーブル９を用いることによって、任意の出力特性に変換することが可能になる。
例えば、第１２図は、同図（ａ）に示すように、センサ面照度が大きいときには対数出力特性を示すが、センサ面照度が小さいときには対数出力特性が失われて線形出力を示すイメージセンサ７の画信号Ｖｏ出力を、ルックアップテーブル９を用いることによって、同図（ｂ）に示すように、変換された画信号Ｖｏ′が全領域にわたって対数出力特性を示すように変換する場合を示している。その変換された画信号Ｖｏ′によれば、明部から暗部にわたって充分に広大されたダイナミックレンジを得ることができるようになる。
また、第１３図は、同図（ａ）に示すようなイメージセンサ７の画信号Ｖｏ出力を、ルックアップテーブル９を用いることによって、同図（ｂ）に示すように、センサ面照度がしきい値Ｓより小さい場合に図中ａで示す対数出力特性を示し、センサ面照度がしきい値Ｓ以上の場合に図中ｂで示す対数出力特性を示すように変換する場合を示している。
第１４図は、同図（ａ）に示すようなイメージセンサ７の画信号Ｖｏ出力を、ルックアップテーブル９を用いることによって、同図（ｂ）に示すように、センサ面照度がＳ１〜Ｓ３の範囲にある場合に図中ｃで示す対数出力特性を示し、センサ面照度がＳ２〜Ｓ４の範囲にある場合に図中ｄで示す対数出力特性を示すように変換する場合を示している。
このようなイメージセンサ７から出力する画信号Ｖｏの特性をセンサ面照度のしきい値をもって、あるいはセンサ面照度の範囲をもって２つの同一レンジによる出力特性に変換することによって、例えば、後処理として多階調のサンプリングを行わせる際に少ない情報量をもって簡単に行わせることができるようになる。
このような画像処理装置にあって、本発明では、イメージセンサ７によって撮影された画像における輝度の低い（暗い）領域の画信号と輝度の高い（明るい）領域の画信号とを強調してとり出して、それ以外の画信号を零レベルとすることにより、暗部と明部とのコントラストが強調されて画像に変換させるようにしている。
第１５図は、トンネル内の路面およびその周辺の輝度分布Ｋａと、晴天時の路面およびその周辺の輝度分布Ｋｂとを示している。
いま、イメージセンサ７を車両に搭載して前方の道路を撮影して、その画像から路面の白線を認識しながら、その白線にならうように自動走行するような場合、トンネル内のみを撮影するときには０．１〜１ｃｄ／ｍ２の輝度分布Ｋａの領域における画信号を必要とし、トンネル外のみを撮影するときには１Ｅ３〜１Ｅ５ｃｄ／ｍ２の輝度分布Ｋｂの領域における画信号を必要とすることがわかる。
すなわち、イメージセンサ７が第１５図中直線で示す出力特性Ａを有していれば、０．１ｃｄ／ｍ２以下の領域、１ｃｄ／ｍ２〜１Ｅ３ｃｄ／ｍ２の領域および１Ｅ５ｃｄ／ｍ２以上の領域については必要な画情報がないことになる。つまり、イメージセンサ７の出力レンジに無駄な部分が生じていることになる。
したがって、イメージセンサ７によって撮影された画像のなかから白線を抽出するための処理を行うに際しては、０．１〜１ｃｄ／ｍ２の輝度分布Ｋａの領域および１Ｅ３〜１Ｅ５ｃｄ／ｍ２の輝度分布Ｋｂの領域における画信号のみをとり出して白線抽出のための処理を行うようにすれば、余計な画情報による処理が省かれて、白線抽出の処理を容易かつ迅速に行わせることができるようになる。
具体的には、ルックアップテーブル９を用いて、第１５図に示すイメージセンサ７の出力特性Ａのうち、０．１〜１ｃｄ／ｍ２の輝度分布Ｋａの領域の出力特性部分が第１６図中の出力特性Ｂになるように、また１Ｅ３〜１Ｅ５ｃｄ／ｍ２の輝度分布Ｋｂの領域の出力特性部分が第１６図中の出力特性Ｃになるように、それぞれ変換する。
このようなイメージセンサ７の出力特性の変換を行わせることにより、イメージセンサ７によって撮影された画像のなかから必要な画情報のコントラストを強調することができる。そのため、同一の画像内でトンネル内の暗い部分、晴天下の明るい部分といった輝度領域の違いの影響を受けることなく、白線抽出の処理を一律に行わせることが可能になる。
なお、イメージセンサ７の変換された出力特性Ｂおよび出力特性Ｃは同一画像上のものとして扱う以外に、出力特性Ｂまたは出力特性Ｃのみの画像として扱うようにすることも可能である。
第１７図は、ルックアップテーブル９によるイメージセンサ７の出力特性の他の変換を示している。この場合には、輝度の低い０．１〜１ｃｄ／ｍ２の輝度分布Ｋａの領域と領域輝度の高い１Ｅ３〜１Ｅ５ｃｄ／ｍ２の輝度分布Ｋｂの領域との間の中間領域におけるイメージセンサ７の出力を一定のしきい値ＴＨに固定した出力特性Ｄに変換するようにしている。
このようなイメージセンサ７の出力特性の変換を行わせることにより、同一画像内で、トンネル内の暗い部分と晴天下の明るい部分とのコントラストを大きくすることができるとともに、しきい値ＴＨを境いにしてトンネルの内外を判定することができるようになる。
以上のことはトンネル内（外）からトンネル外（内）を撮影する場合以外にも、イメージセンサ７によって撮影された画像によってレーザ溶接などの作業状況の監視を行うような場合に、溶融池とビードおよび開先の溶接部分を撮影した画像にあって、その溶接部分のコントラストを強調させることが可能になる。
以上のように、本発明によれば、ルックアップテーブル９を用いてイメージセンサ７の出力特性の変換を行わせることによって、対数出力特性をもたせることによってダイナミックレンジを拡大したイメージセンサ７によって撮影された画像のなかから、暗部（ハイライト部分）と明部（シャドウ部分）とのコントラストが強調された画像を得ることができる。
なお、その際、ＮＤフィルターおよび絞りにより、コントラストを強調するレンジを適宜選択できるようにすることも可能である。
また、第１８図および第１９図は、ルックアップテーブル９によるイメージセンサ７の出力特性のさらに他の変換を示している。この場合には、第１８図に示すイメージセンサ７の出力特性Ａのなかから任意の輝度分布Ｋｃの領域の出力を強調してとり出すことができるように、第１９図中の出力特性Ｅになるように変換している。
イメージセンサ７に用いられる光センサ回路としては、第１図に示すものに限らず、その他に第２０図０〜第２２図に示すようなものが用いられる。
第２０図に示す光センサ回路は、第１図に示す光センサ回路にあって特にシャッタ機能（サンプルアンドホールド機能）をもたせるために、フォトダイオードＰＤの端子電圧Ｖｐｄを画信号として蓄積するためのコンデンサＣ１およびフォトダイオードＰＤの寄生容量Ｃの電荷をコンデンサＣ１へ転送するためのＭＯＳ型トランジスタＱ４を設けるようにしている。
そして、このような構成にあって、第２３図に示すように、各部駆動の制御信号を与えることにより、シャッタの開閉制御を行わせて、シャッタの開放時間に応じた画信号出力が得られるようにしている。
すなわち、タイミングｔ１〜ｔ２において駆動電圧Ｖ１をハイレベルにすることによってトランジスタＱ１をオン状態にし、フォトダイオードＰＤの寄生容量Ｃに電荷を注入する。そして、タイミングｔ２〜ｔ３において、寄生容量Ｃに注入された電荷は、フォトダイオードＰＤに光が入射することによって流れるセンサ電流に比例して電荷が放出される。
この間のタイミングｔ１〜ｔ３（シャッタ開放期間）ではトランジスタＱ４もオン状態になっており、寄生容量Ｃの端子電圧ＶｃとコンデンサＣ１の端子電圧Ｖｃ１とが同一になっている。
そして、タイミングｔ３におけるトランジスタＱ４のオフによってコンデンサＣ１の端子電圧Ｖｃ１は保持状態になる。
次に、タイミングｔ４〜ｔ５においてトランジスタＱ３をオンにすると、抵抗Ｒを介して画信号Ｖｏが出力される。
なお、この光センサ回路の構成にあっては、タイミングｔ３以後にトランジスタＱ４がオフ状態になるとコンデンサＣ１の電荷が保持されることになり、次にトランジスタＱ４をオンにすることによって寄生容量Ｃの電荷をコンデンサＣ１に転送するまではコンデンサＣ１の電荷は一定となる。つまり、トランジスタＱ４がオフの期間（コンデンサＣ１の保持期間）は、寄生容量Ｃの端子電圧Ｖｃが変化しても画信号Ｖｏとしては同じ出力が得られることになる。
したがって、第２０図に示す光センサ回路を第２３図に示す制御タイミングで動作させることによって、再現性の良い画信号Ｖｏを出力することができるようになる。
また、第２１図に示す光センサ回路にあっては、第２０図に示すシャッタ機能をもたせたものにあって、特にトランジスタＱ１のドレイン電圧ＶＤを低下させてフォトダイオードＰＤの寄生容量Ｃの残留電荷を放出させて初期化を行わせるための電圧切換回路５１を設けて、前述したように、入射光Ｌｓの光量が少ない場合の残像の発生を抑制するようにしている。
第２４図は、その光センサ回路における各部制御信号のタイムチャートを示している。
また、第２２図はシャッタ機能を有する光センサ回路の他の構成を示しており、ここでは特に、コンデンサＣ１の電荷を充放電するためのトランジスタＱ５を設けて、コンデンサＣ１の電荷をトランジスタＱ５によって放出可能にして、寄生容量Ｃの電荷が再現性良くコンデンサＣ１に転送されるようにしている。
このように構成された光センサ回路にあっても、第２０図に示すものと同様に動作するが、この場合は特に、第２５図に示すように、タイミングｔ６〜ｔ７においてトランジスタＱ５をオンにすると、コンデンサＣ１の電荷が放出されて画素信号が初期化されるようになっている。
産業上の利用可能性
本発明による画像処理装置は、イメージセンサによって撮影された画像における所定の輝度部分を強調するに際して、イメージセンサの出力特性の変換テーブルを用いて、任意の複数の輝度領域におけるイメージセンサの出力を強調してとり出すようにしたもので、特にダイナミックレンジを拡大するために対数出力特性をもたせたイメージセンサによって撮影した画像における任意の輝度領域の各画像部分のコントラストを強調することができ、レーザ溶接の作業状況を監視する場合などに最適となる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、イメージセンサにおける１画素分の光センサ回路の一構成例を示す電気回路図である。
第２図は、光センサ回路における各部信号のタイムチャートである。
第３図は、光センサ回路における入射光量に対する画信号の出力特性を示す図である。
第４図は、光センサ回路の初期化時におけるトランジスタＱ１の電荷ｑの流れによる動作状態を模擬的に示す図である。
第５図は、光センサ回路の光信号検出時におけるトランジスタＱ１の電荷ｑの流れによる動作状態を模擬的に示す図である。
第６図は、光センサ回路における入射光の強弱による電圧信号Ｖｐｄの立上りの差を示す特性図である。
第７図は、光センサ回路において所定のタイミングで光信号の読み出しをくり返し行わせたときの電圧信号Ｖｐｄの増幅信号の特性を示す図である。
第８図は、光センサ回路においてフォトダイオードＰＤへの入射光量に応じたセンサ電流を変化させたときの画素信号Ｖｏの出力特性を示す図である。
第９図は、光センサ回路を画素単位として構築されたイメージセンサの構成例を示すブロック図である。
第１０図は、そのイメージセンサにおける各部信号のタイムチャートである。
第１１図は、本発明による画像処理装置の一構成例を示すブロック図である。
第１２図は、ルックアップテーブルを用いたイメージセンサの出力特性の変換の一態様を示す特性図である。
第１３図は、ルックアップテーブルを用いたイメージセンサの出力特性の変換の他の態様を示す特性図である。
第１４図は、ルックアップテーブルを用いたイメージセンサの出力特性の変換のさらに他の態様を示す特性図である。
第１５図は、イメージセンサの出力特性に対するトンネル内外の路面の輝度分布状態との関係を示す特性図である。
第１６図は、第１５図に示す出力特性をもったイメージセンサの輝度分布領域に応じた出力変換特性の一例を示す特性図である。
第１７図は、第１５図に示す出力特性をもったイメージセンサの輝度分布領域に応じた出力変換特性の他の例を示す特性図である。
第１８図は、イメージセンサの出力特性に対する任意の輝度分布領域との関係を示す特性図である。
第１９図は、第１８図に示す出力特性をもったイメージセンサの輝度分布領域に応じた出力変換特性の一例を示す特性図である。
第２０図は、光センサ回路の他の構成例を示す電気回路図である。
第２１図は、光センサ回路のさらに他の構成例を示す電気回路図である。
第２２図は、光センサ回路のさらに他の構成例を示す電気回路図である。
第２３図は、第１７図に示す光センサ回路における各部制御信号のタイムチャートである。
第２４図は、第１８図に示す光センサ回路における各部制御信号のタイムチャートである。
第２５図は、第１９図に示す光センサ回路における各部制御信号のタイムチャートである。
第２６図は、光センサ回路の初期化を行わない場合における入射光量が少ないときの画信号の読出しのタイミングを示す特性図である。
第２７図は、金属表面におけるレーザ溶接部分の状態を示す図である。
【図１】
0003861244.tif 000002
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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