(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像手段と、
該撮像手段の出力信号のレベルを検出する検出手段と、
該検出手段の検出出力に基づいて、第１の信号蓄積時間で上記撮像手段によって撮像した出力信号が飽和レベルになるように当該第１の信号蓄積時間を決定する決定手段と、
上記第１の信号蓄積時間で露光された第１の画像信号と上記第１の信号蓄積時間より長い第２の信号蓄積時間で撮像された第２の画像信号とを合成する合成手段と、
を具備したことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
上記検出手段は、上記撮像手段の出力信号の最大値が飽和レベルに達したかを検出し、
上記決定手段は、上記撮像手段の出力信号の最大値が飽和レベルに達したときに上記第１の信号蓄積時間を短くして、上記撮像信号の出力信号の最大値が飽和レベルに達していないときに上記第１の信号蓄積時間を長くすることで、上記第１の信号蓄積時間で撮像した出力信号が飽和レベルになるように当該第１の信号蓄積時間を決定することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
上記撮像手段は、非破壊読み出し可能な撮像素子であることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【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、詳しくは、固体撮像素子を用いたダイナミックレンジが広くとれる撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、一般にテレビカメラ等の撮像装置において、撮像ダイナミックレンジ（撮像することができる輝度範囲）の上限は撮像素子の飽和レベル、下限は撮像素子及び周辺回路のノイズレベルで決定している。この撮像ダイナミックレンジは一般に被写体の輝度範囲よりも狭いため、高輝度部分での白とびや低輝度部分の黒つぶれが生じてしまう。
【０００３】
このような問題を解決する方法として、例えば、特開昭５７−３９６７３号公報には以下に示す技術手段が開示されている。すなわち、シャッタースピードの制御あるいはＮＤフィルタ等によって撮像素子の露光量を変化させ、得られた露光量の異なる２つの画像を合成することによって撮像ダイナミックレンジを拡大する技術手段が開示されている。
【０００４】
また、特開平７−７５０２６号公報には、光量の異なる２つ以上の画像を合成して得られる広ダイナミックレンジ信号の接続点における特性を適正にする技術手段が開示されている。
【０００５】
一方、広ダイナミックレンジ信号を圧縮するために、図１６に示すようなｋｎｅｅ特性を持たせる技術手段が知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開昭５７−３９６７３号公報、特開平７−７５０２６号公報において開示された技術手段には、接続点でノイズレベルが急激に変化するという問題については考慮されていない。露光量の異なる２つの画像を合成する際、図１５に示すように露光量の少ない画像信号に露光量の多い画像信号との露光量比を掛けるためノイズも同時に増幅される。
【０００７】
たとえば、露光量をシャッタースピードが１／６０秒と１／２０００秒で撮影した画像を合成する場合には、シャッタースピードが１／２０００秒の信号を３２倍に増幅して合成するが、ノイズレベルも３２倍に増幅される。実際に撮像する画像のダイナミックレンジがさほど広くない場合であってもノイズレベルが３２倍に増幅されるため、接続点でノイズレベルが急激に大きくなり画質が著しく低下してしまう。この問題は撮像ダイナミックレンジを拡大するために露光量比を大きくするほど顕著になる。
【０００８】
一方、露光量の異なる２つの画像を合成する方法として、図１６に示した、合成した広ダイナミックレンジ信号にｋｎｅｅ特性を持たせる方法においては、ｋｎｅｅ特性を実現するために露光量の異なる２つの画像信号を加算してもよいが、Ｓ／Ｎが約３ｄＢ劣化するため、露光量の異なる２つの画像信号を切り換えることが望ましい。例えば、露光量をシャッタースピードが１／６０秒と１／２０００秒に固定して撮影した画像を合成した場合を考える。実際に撮像する被写体のダイナミックレンジがさほど広くなく、高速シャッタースピードの適正値が例えば１／２００秒の場合であっても１／２０００秒に固定しているため、高輝度部のコントラストが必要以上に低い画像になってしまう。
【０００９】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、露光量の異なる複数の画像を合成することによって撮像ダイナミックレンジを拡大する撮像装置において、接続点におけるノイズレベルの増加を最小にすることを第１の目的とする。
【００１０】
さらに、本発明は、露光量の異なる２つの画像を合成することによって撮像ダイナミックレンジを拡大する撮像装置において、実際に撮像する被写体のダイナミックレンジに応じて、高輝度部のコントラスト低下を最小にすることを第２の目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明の第１の撮像装置は、撮像手段と、
該撮像手段の出力信号のレベルを検出する検出手段と、
該検出手段の検出出力に基づいて、第１の信号蓄積時間で上記撮像手段によって撮像した出力信号が飽和レベルになるように当該第１の信号蓄積時間を決定する決定手段と、
上記第１の信号蓄積時間で露光された第１の画像信号と上記第１の信号蓄積時間より長い第２の信号蓄積時間で撮像された第２の画像信号とを合成する合成手段と、
を具備している。
【００１２】
本発明の第２の撮像装置は、上記第１の撮像装置において、上記検出手段は、上記撮像手段の出力信号の最大値が飽和レベルに達したかを検出し、
上記決定手段は、上記撮像手段の出力信号の最大値が飽和レベルに達したときに上記第１の信号蓄積時間を短くして、上記撮像信号の出力信号の最大値が飽和レベルに達していないときに上記第１の信号蓄積時間を長くすることで、上記第１の信号蓄積時間で撮像した出力信号が飽和レベルになるように当該第１の信号蓄積時間を決定する。
【００１３】
上記の目的を達成するために本発明の第３の撮像装置は、上記第１の撮像装置において、上記撮像手段は、非破壊読み出し可能な撮像素子であることを特徴とする。
【００１４】
上記第１の撮像装置は、撮像手段の出力信号のレベルを検出手段で検出し、該検出手段の検出出力に基づいて、第１の信号蓄積時間で上記撮像手段によって撮像した出力信号が飽和レベルになるように当該第１の信号蓄積時間を決定手段で決定する。そして、上記第１の信号蓄積時間で撮像された第１の画像信号と上記第１の信号蓄積時間より長い第２の信号蓄積時間で撮像された第２の画像信号とを合成手段で合成する。
【００１５】
上記第２の撮像装置は、上記第１の撮像装置において、上記検出手段は、上記撮像手段の出力信号の最大値が飽和レベルに達したかを検出し、上記決定手段は、上記撮像手段の出力信号の最大値が飽和レベルに達したときに上記第１の信号蓄積時間を短くして、上記撮像手段の出力信号の最大値が飽和レベルに達していないときに上記第１の信号蓄積時間を長くすることで、上記第１の信号蓄積時間で撮像した出力信号が飽和レベルになるように当該第１の信号蓄積時間を決定する。
【００１６】
上記第３の撮像装置は、上記第１の撮像装置において、上記撮像手段は、非破壊読み出し可能な撮像素子である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１８】
図１は、本発明の第１の実施形態である撮像装置の構成を示したブロック図である。
【００１９】
図に示すように、この第１の実施形態の撮像装置は、非破壊読み出し可能な撮像素子１と、後述する最大値検出回路７からの信号に基づき上記撮像素子１を制御する撮像素子駆動回路２（ＴＧ）と、上記撮像素子１からの出力信号をＡ／Ｄ変換するまでのアナログ回路３と、該アナログ回路３からのアナログ信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器４と、このＡ／Ｄ変換器４からの信号により露光量の異なる２つの画像信号のタイミングを一致させる同時化回路５と、この同時化回路５からの露光量の異なる２つの画像信号を合成する合成回路６と、上記同時化回路５から出力される信号を入力し、該入力信号の最大値検出結果に応じて上記撮像素子駆動回路２，同時化回路５，合成回路６に対して制御信号を出力する最大値検出回路７と、上記合成回路６からの信号を階調変換する階調変換回路８と、この階調変換回路８からのデジタル信号をＤ／Ａ変換し外部装置に出力するＤ／Ａ変換器９とを備えている。
【００２０】
次に、本実施形態の動作を簡単に説明する。図１に示すように、撮像素子１は撮像素子駆動回路２（ＴＧ）によって露光時間が異なる２つの画像が得られるように駆動される。そして、撮像素子１から出力される、結像した画像に応じた信号は、アナログ回路３で適正に増幅された後、Ａ／Ｄ変換器４でデジタル信号に変換される。デジタル信号に変換された信号は、同時化回路５で露光量の異なる２つの画像信号（長時間露光信号、短時間露光信号）に分離されると共にそのタイミングが同時化された後出力される。そして、この後、合成回路６で広ダイナミックレンジ信号が合成される。上記広ダイナミックレンジ信号は階調変換回路８で階調変換され、Ｄ／Ａ変換器９からビデオ信号として出力される。
【００２１】
次に、本実施形態の撮像装置の主要動作を図２に示すタイミングチャートを参照して説明する。図２は、本実施形態の撮像装置において、信号電荷蓄積から合成回路６までの動作タイミングを示したタイミングチャートである。
【００２２】
図２（ａ）は、垂直同期信号（ＶＤ）を示している。また、図２（ｂ）は撮像素子１の蓄積電荷の信号レベルの時間的推移を示している。この図２（ｂ）においては、Ｓi (i=0,1,2,…)は短時間露光信号に対応する画像信号を読み出すタイミングを表し、Ｌi (i=0,1,2,…)は長時間露光信号に対応する画像信号を読み出すタイミングを表している。ここで、Ｓi のタイミングにおいては、画像信号は非破壊で読み出され、Ｌi において画像信号が読み出された直後に画像信号は初期値にリセットされ再び信号の蓄積を開始し、同様の動作を繰り返す。
【００２３】
上記同時化回路５においては、上記において撮像素子１から出力された画像信号Ｓi ，Ｌi を入力し、図２（ｃ），（ｄ）に示すようにＳi ，Ｌi を同期化する。たとえば、図２（ｂ）の画素信号蓄積のタイミングＳ2 ，Ｌ2 を含む区間においてはその前に蓄積されＳ1 ，Ｌ1 で出力された画像信号が同時化される。そして、合成回路６においては、図２（ｅ）に示すように上記同時化された画像信号が合成される。なお、図２（ｃ），（ｄ），（ｅ）には、便宜上Ｓi ，Ｌi のタイミングで読み出された画像信号を同符号で示している。
【００２４】
図３は、本実施形態における非破壊読み出しのタイミングを示した線図であり、図４は、本実施形態における上記合成回路６の特性を示した線図である。なお、これら図３，図４に示す特性は、信号蓄積時間が１／６０秒、１／２００秒、１／２０００秒のときの特性をそれぞれ（ａ）,（ｂ）,（ｃ）で示しており、共に５０ｄＢのダイナミックレンジを持つものとする。
【００２５】
図４に示すように、合成回路６では信号蓄積時間が１／６０秒と１／２００秒に対応する信号、すなわち（ａ）と（ｂ）、あるいは信号蓄積時間が１／６０秒と１／２０００秒に対応する信号、すなわち（ａ）と（ｃ）を合成する。そして、信号蓄積時間１／６０秒に対応する信号（ａ）と１／２０００秒に対応する信号（ｃ）とを合成する場合には（ａ）が飽和したときに（ｃ）を、１／６０秒と１／２０００秒の比、すなわち約３２倍に増幅して用いることにより、８０ｄＢのダイナミックレンジを得ることができるようになっている。しかしながら、接続点ではノイズレベルも急激に３２倍も大きくなってしまい、画質を劣化させる虞がある。
【００２６】
一方、信号蓄積時間１／６０秒に対応する信号（ａ）と１／２００秒に対応する信号（ｂ）とを合成した場合には、ダイナミックレンジは６０ｄＢとあまり大きく拡大されないが接続点でのノイズレベルは約３倍にしかならないため画質上殆ど問題にならない。
【００２７】
本実施形態ではかかる事情を考慮し、最大値検出回路７において信号蓄積時間が短い方の信号の最大値を検出し、最大値が飽和レベルに達したならば信号蓄積時間を短くし、最大値が飽和レベルに達していないならば信号蓄積時間を長くする制御信号を撮像素子駆動回路２に出力するようにしている。
【００２８】
具体的な制御方法としては、たとえば、最大値検出回路７は最大値が飽和レベルに達したならば“１”、達していないならば“０”を出力する。ここで、“１”ならばＴＧは露光量を所定量だけ少なくするために露光時間を所定時間短くする。また、“０”ならば露光量が所定量だけ多くするために露光時間を所定時間長くする。すなわち、上記最大値検出回路７の出力に応じてどれだけ露光量を多くしたり少なくするかにより、露光量が最適値に収束するまでの時間が決まる。
【００２９】
なお、上記露光量の制御は非破壊読み出し可能な撮像素子１の出力信号を１フィールド期間内で逐次読み出しつつリアルタイムで制御しても良いし、通常のＣＣＤ等の撮像素子では複数フィールドの信号を読み出し上記のような露光制御を行っても良い。
【００３０】
上記撮像素子駆動回路２は上記制御信号に従って、信号蓄積時間が短い方の信号がちょうど飽和レベルになるように信号蓄積時間を制御する。また、最大値検出回路７は、信号蓄積時間によって信号出力のタイミングが変化するため同時化回路５、信号蓄積時間によって信号蓄積時間の比すなわち信号蓄積時間が短い方の信号に対する利得が異なるため合成回路６に対しても制御信号を出力する。
【００３１】
また、上記撮像素子駆動回路２は、信号蓄積時間が短い方の信号の最大値が飽和しない範囲で信号蓄積時間ができるだけ長くなるように制御されるので、２つの画像を合成する時に信号蓄積時間が短い方の画像信号に掛ける露光量の比を最小にすることが可能となり、ノイズ成分を必要最小限に抑えることができる。
【００３２】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
【００３３】
図５は、本発明の第２の実施形態である撮像装置の構成を示したブロック図である。
【００３４】
図に示すように、この第２の実施形態の撮像装置は、ＣＣＤ等の撮像素子１と、後述する最大値検出回路７からの信号に基づき上記撮像素子１を制御する撮像素子駆動回路２（ＴＧ）と、上記撮像素子１からの出力信号をＡ／Ｄ変換するまでのアナログ回路３と、該アナログ回路３からのアナログ信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器４と、このＡ／Ｄ変換器４からの信号により露光量の異なる２つの画像信号のタイミングを一致させる同時化回路５と、この同時化回路５からの露光量の異なる２つの画像信号を合成する合成回路６と、上記同時化回路５から出力される信号を入力し、該入力信号の最大値検出結果に応じて上記撮像素子駆動回路２，合成回路６に対して制御信号を出力する最大値検出回路７と、上記合成回路６からの信号を階調変換する階調変換回路８と、この階調変換回路８からのデジタル信号をＤ／Ａ変換し外部装置に出力するＤ／Ａ変換器９とを備えている。
【００３５】
すなわち、本第２の実施形態は、上記第１の実施形態に対して、撮像素子１の構成と、最大値検出回路７の出力信号により制御されるブロックが異なっている。
【００３６】
次に、本実施形態の撮像装置の主要動作を図６に示すタイミングチャートおよび図７を参照して説明する。図６は、本第２の実施形態の撮像装置において、信号電荷蓄積から合成回路６までの動作タイミングを示したタイミングチャートであり、図７は、本実施形態の撮像装置において、撮像素子駆動回路２の制御を受けた撮像素子１内の電荷蓄積の様子を示した説明図である。
【００３７】
まず、図６に示すタイミングチャートを参照して信号電荷蓄積から合成回路６までの動作を説明する。
【００３８】
垂直同期信号（ａ）、長時間露光信号（ｃ）と短時間露光信号（ｄ）および合成画像（ｅ）の生成については、上記第１に実施形態（図２に示すタイミングチャート参照）の場合と基本的には同様であるので、ここでの詳しい説明は省略する。
【００３９】
本第２の実施形態においては、図６に示すように、信号蓄積時間（ｂ）の生成方法が上記第１の実施形態と異なっている。すなわち、図６においては、（ｂ）に示すように長時間露光に対応する信号Ｌi (i=0,1,2,…)は通常のフィールド期間内で露光され、短時間露光信号に対応する信号Ｓi (i=0,1,2,…)は、垂直ブランキング期間で露光される。
【００４０】
次に、図７を参照して上述したように露光された長時間露光信号及び短時間露光信号の撮像素子１内における電荷蓄積と転送の動作について説明する。
【００４１】
図７において、(1),(3)は、通常のフィールド期間に蓄積された信号の蓄積及び転送動作を示す。図７(1)においてＰＤ１，ＰＤ３の画素に蓄積された信号は垂直転送路（以下、「ＶＣＣＤ」と呼称する）に転送される。次に、上記ＶＣＣＤに転送された信号は垂直方向に１画素分シフトされる（図７(2)）。次に、ＰＤ２，ＰＤ４の画素に蓄積された信号は上記図７(1)と同様にＶＣＣＤに転送されることにより上記ＰＤ１の画素の信号と上記ＰＤ２の画素の信号及び上記ＰＤ３の画素の信号と上記ＰＤ４の画素の信号が加算される（図７(3)）。
【００４２】
次に、垂直ブランキングの期間で蓄積された画素ＰＤ１，ＰＤ３の信号がＶＣＣＤに転送される（図７(4)）。次に、図７(2)と同様に上記ＶＣＣＤに転送された信号は垂直方向に１画素分転送される（図７(5)）。次に、図７(3)と同様にして上記ＰＤ１の画素の信号と上記ＰＤ２の画素の信号及び上記ＰＤ３の画素の信号と、上記ＰＤ４の画素の信号が加算される（図７(6)）。
【００４３】
上述した動作により上記ＶＣＣＤには、２つの画素の信号が加算された通常のフィールド期間で蓄積された長時間露光信号と垂直ブランキング期間で蓄積された短時間露光信号が交互に転送され、図示しない周知の方法により水平転送路（ＨＣＣＤ）に転送されることにより、信号が読み出される。
【００４４】
ところで、上述したようにして、撮像素子１から出力される結像した画像に応じた信号をアナログ回路３で適当に増幅してＡ／Ｄ変換器４でデジタル信号に変換する。デジタル信号に変換された信号を同時化回路５で露光量の異なる２つの画像信号に分離すると共にそのタイミングを一致させ、合成回路６で広ダイナミックレンジ信号を合成する。広ダイナミックレンジ信号を階調変換回路８で適当に階調変換し、Ｄ／Ａ変換器９からビデオ信号を出力する。
【００４５】
図８は、本第２の実施形態における撮像素子１の読み出しのタイミングを示した線図であり、図９は、本第２の実施形態における上記合成回路６の特性を示した線図である。なお、これらの図８，図９において、符号（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ、信号蓄積時間が１／６５秒、１／１０００秒、１／２０００秒のときの特性を示す。
【００４６】
本第２の実施形態においては、露光量の異なる２つの画像に対して、図９に示すように合成した信号に光量対出力特性の傾きを変える、いわゆるｋｎｅｅ特性を持たせている。なお、該ｋｎｅｅ特性を実現するために露光量の異なる２つの画像信号を単純に加算してもよいが、低輝度部のＳ／Ｎ比が劣化するため露光量の異なる２つの画像信号を切り換えることが望ましい。この点を考慮し本実施形態では信号蓄積時間が長い方の信号が飽和したときに信号蓄積時間が短い方の信号をレベルシフトして加算することで低輝度部のＳ／Ｎ比の劣化を防止している。
【００４７】
また、最大値検出回路７で信号蓄積時間が短い方の信号の最大値を検出し、最大値が飽和レベルに達したならば信号蓄積時間を短くし、最大値が飽和レベルに達していないならば信号蓄積時間を長くする制御信号を撮像素子駆動回路２に出力する。撮像素子駆動回路２は該制御信号に従って、信号蓄積時間が短い方の信号がちょうど飽和レベルになるように信号蓄積時間を制御する。また、最大値検出回路７は、信号蓄積時間によって合成時のレベルシフト量が異なるため合成回路６に対しても制御信号を出力する。
【００４８】
このように、上記撮像素子駆動回路２は、信号蓄積時間が短い方の信号の最大値が飽和しない範囲で信号蓄積時間ができるだけ長くなるように制御されるので、２つの画像を合成したときの高輝度部のコントラスト低下を最小にすることができる。
【００４９】
なお、この第２の実施形態における各構成要素は、各種の変形、変更が可能である。例えば、本実施形態においては、上記撮像素子１はＣＣＤにより構成しているが、上記第１の実施形態と同様に非破壊読み出しが可能な撮像素子を採用してもよい。本実施形態では、信号蓄積時間が短い信号を垂直ブランキング期間で得ているため、最大でも１／８００秒程度である。非破壊読み出しが可能な撮像素子であれば信号蓄積時間が短い方の信号蓄積時間を最大約１／６０秒まで設定できるのでより大きな効果が得られる。
【００５０】
また、露光量の異なる２つの画像をｋｎｅｅ特性を持たせて合成した場合には、高輝度部のコントラスト低下を最小にすることができる。
【００５１】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
【００５２】
図１０は、本発明の第３の実施形態である撮像装置の構成を示したブロック図である。
【００５３】
この第３の実施形態の撮像装置は、その基本的な構成は上記第１の実施形態と同様であり、第１の実施形態では露光量の異なる２つの画像を合成しているのに対して、本第３の実施形態では３つ以上の複数の画像（本実施形態では４つ）を合成している点のみが異なっている。すなわち、これに伴って、同時化回路５は露光量の異なる４つの画像信号のタイミングを一致させ、合成回路６は露光量の異なる４つの画像信号を合成するようになっている。その他の構成は、上記第１の実施形態と同様であり、また、動作タイミングも第１の実施形態と同様であるので、ここでの詳しい説明は省略する。
【００５４】
次に、本第３の実施形態の撮像装置の主要動作を図１１，図１２を参照にして説明する。
【００５５】
図１１は、本実施形態における非破壊読み出しのタイミングを示した線図であり、図１２は、本実施形態における上記合成回路６の特性を示した線図である。なお、これら図１１，図１２に示す特性は、信号蓄積時間が１／６０秒、１／２５０秒、１／１０００秒、１／４０００秒のときの特性をそれぞれ（ａ）,（ｂ）,（ｃ），（ｄ）で示しており、共に５０ｄＢのダイナミックレンジを持つものとする。
【００５６】
また、上記信号蓄積時間（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ（ａ）から光量に対して１２ｄＢ、２４ｄＢ、３６ｄＢシフトした特性になる。合成回路６では光量が０〜５０ｄＢまでは（ａ）、５０〜６２ｄＢまでは（ｂ）を１／６０秒と１／２５０秒の比すなわち約４倍に増幅して用い、６２〜７４ｄＢまでは（ｃ）を１／６０秒と１／１０００秒の比すなわち約１６倍に増幅して用い、７４〜８６ｄＢまでは（ｄ）を１／６０秒と１／４０００秒の比すなわち約６４倍に増幅して用いることで８６ｄＢの広ダイナミックレンジ信号を得ている。そして、４つの画像を合成することで、２つの画像の合成では実現不可能なダイナミックレンジの拡大が可能になる。
【００５７】
また、撮影する被写体のダイナミックレンジがあまり広くない場合には、最大値検出回路７で信号蓄積時間が最も短い信号の最大値を検出し、最大値が飽和レベルに達したならば信号蓄積時間を短くし、最大値が飽和レベルに達していないならば信号蓄積時間を長くするように非破壊読み出しタイミングの制御する制御信号を撮像素子駆動回路２に出力する。撮像素子駆動回路２は制御信号に従って、信号蓄積時間が最も短い信号がちょうど飽和レベルになるように信号蓄積時間を制御する。信号蓄積時間が１／６０秒と最も短い信号との間の非破壊読み出しは対数的に間隔がほぼ同じになるように決定する。
【００５８】
例えば被写体のダイナミックレンジが７０ｄＢ程度のときには、図１３のような非破壊読み出しのタイミングで信号を読み出す。このときの合成回路６の特性を図１４に示す。図中、符号（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ信号蓄積時間が１／６０秒、１／１２０秒、１／２５０秒、１／５００秒であり、５０ｄＢのダイナミックレンジを持つものとする。（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ（ａ）から光量に対して６ｄＢ、１２ｄＢ、１８ｄＢシフトした特性になる。合成回路６では光量が０〜５０ｄＢまでは（ａ）、５０〜５６ｄＢまでは（ｂ）を１／６０秒と１／１２０秒の比すなわち約２倍に増幅して用い、５６〜６２ｄＢまでは（ｃ）を１／６０秒と１／２５０秒の比すなわち約４倍に増幅して用い、６２〜６８ｄＢまでは（ｄ）を１／６０秒と１／５００秒の比すなわち約８倍に増幅して用いることで６８ｄＢのダイナミックレンジ信号を得る。
【００５９】
このように、本実施形態では、撮像素子駆動回路２は、信号蓄積時間が短い方の信号の最大値が飽和しない範囲で信号蓄積時間ができるだけ長くなるように制御されるので、画像を合成する際に信号蓄積時間が短い非破壊読み出し信号に掛ける露光量の比を最小にすることが可能となり、ノイズ成分を必要最小限に抑えることができる。
【００６０】
なお、本実施形態は合成回路６で光量に対して出力が線形になるように合成しているが、ｋｎｅｅ特性を数段階持たせた特性で合成してもよく、その場合には高輝度部のコントラスト低下を最小に抑えるという効果が得られる。
【００６１】
このように、本第３の実施形態は、撮像手段と、この撮像手段から複数の異なる露光量の画像を読み出す制御手段と、得られた複数の画像を合成する合成手段とを備え、上記制御手段は撮像信号に応じて上記撮像手段の信号蓄積時間を可変するように制御することを特徴とする。すなわち、上記制御手段は撮像手段に応じて、該撮像手段が飽和しない範囲で露光量ができるだけ多くなるように制御するので、ノイズ成分を必要最小限に抑えたＳ／Ｎ比が良好な画像を得ることができる。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１に記載の発明によれば、露光量の異なる複数の画像を合成することによって撮像ダイナミックレンジを拡大する撮像装置において、ノイズレベルの増加を最小にすることができる。
【００６３】
また、請求項２に記載の発明によれば、露光量の異なる２つの画像を合成することによって撮像ダイナミックレンジを拡大する撮像装置において、実際に撮像する被写体のダイナミックレンジに応じて、高輝度部のコントラスト低下を最小にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態である撮像装置の構成を示したブロック図である。
【図２】上記第１の実施形態の撮像装置において、信号電荷蓄積から合成回路までの動作タイミングを示したタイミングチャートである。
【図３】上記第１の実施形態の撮像装置における、撮像素子の非破壊読み出しのタイミングを示した線図である。
【図４】上記第１の実施形態の撮像装置における、合成回路の特性を示した線図である。
【図５】本発明の第２の実施形態である撮像装置の構成を示したブロック図である。
【図６】上記第２の実施形態の撮像装置において、信号電荷蓄積から合成回路までの動作タイミングを示したタイミングチャートである。
【図７】上記第２の実施形態の撮像装置において、撮像素子駆動回路の制御を受けた撮像素子内の電荷蓄積の様子を示した説明図である。
【図８】上記第２の実施形態の撮像装置における撮像素子の読み出しのタイミングを示した線図である。
【図９】上記第２の実施形態の撮像装置における合成回路の特性を示した線図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態である撮像装置の構成を示したブロック図である。
【図１１】上記第３の実施形態の撮像装置における、撮像素子の非破壊読み出しのタイミングを示した線図である。
【図１２】上記第３の実施形態の撮像装置における、合成回路の特性を示した線図である。
【図１３】上記第３の実施形態の撮像装置における、撮像素子の非破壊読み出しのタイミングの他の例を示した線図である。
【図１４】上記図１３に示した第３の実施形態の撮像装置における、合成回路の特性の他の例を示した線図である。
【図１５】従来の撮像装置において、露光量の異なる２つの画像を合成する際の光量と出力の関係の一例を示した線図である。
【図１６】従来の撮像装置において、露光量の異なる２つの画像を合成する際、合成した信号にｋｎｅｅ特性を持たせた場合の、光量と出力の関係の一例を示した線図である。
【符号の説明】
１…撮像素子
２…撮像素子駆動回路
３…アナログ回路
４…Ａ／Ｄ変換器
５…同時化回路
６…合成回路
７…最大値検出回路
８…階調変換回路
９…Ｄ／Ａ変換器
【図１】
0003847389.tif 000002
【図２】
0003847389.tif 000003
【図３】
0003847389.tif 000004
【図４】
0003847389.tif 000005
【図５】
0003847389.tif 000006
【図６】
0003847389.tif 000007
【図７】
0003847389.tif 000008
【図８】
0003847389.tif 000009
【図９】
0003847389.tif 000010
【図１０】
0003847389.tif 000011
【図１１】
0003847389.tif 000012
【図１２】
0003847389.tif 000013
【図１３】
0003847389.tif 000014
【図１４】
0003847389.tif 000015
【図１５】
0003847389.tif 000016
【図１６】
0003847389.tif 000017