新連載

組み込みシステム解剖室

第1回

ディジタル一眼レフ・カメラを解剖する
戸田 望「組み込みシステム」とは，一般に，CPU やメモリなどのリソース制約，あるいはリアルタイム性など，いくつかの厳しい要求を課されたコンピュータ・システムを指す言葉である．しかし，こう説明しても，フレッシャーズや学生，他分野のエンジニアなどには分かりにくい．そこで本連載では，組み込みシステムの全体像を理解するために，代表的な組み込みシステムを取り上げ，その内部構成や開発時の課題などを紹介していく．第 1 回目
は，ディジタル一眼レフ・カメラを取り上げる．

（編集部）

現在のデジタル・カメラは，画像補正や画像圧縮といっシャッタの開閉といったメカ制御を代表とする 制御系組た画像情報処理を代表とする 情報系組み込みシステム

み込みシステム が統合された，組み込みシステムの代表と，自動焦点合わせ（オート・フォーカス）や絞り制御，格と言えます．ここでは，カメラ/レンズ・メーカであるシグマが新規に開発・発売したディジタル一眼レフ・カメ

表 1 SD-14 の概要
項 目
記録媒体

仕 様
CompactFlash カード（Type I/II），マイクロドライブ，FAT32 対応
20.7mm × 13.8mm
Foveon X3（CMOS）

撮像素子サイズ
撮像素子
カラー・フォト・ディ
約 1406 万画素（2652 × 1768，3 層）
タクタ（有効画素）数
記録方式
ロスレス圧縮 RAW（12 ビット），JPEG
RAW 方式¡High モード： 2640 × 1760 画素（約 13.3M バイト）
¡Medium モード： 1776 × 1184 画素（約 6.6M バイト）
¡Low モード： 1296 × 864 画素（約 3.3M バイト）
JPEG 方式（Fine，Normal，Basic の 3 種類の圧縮率で記録）
記録画素数¡Super High モード： 4608 × 3072 画素（ファイル・サイズ）（約 7.5M バイト，約 4.6M バイト，約 3.2Mバイト）¡High モード： 2640 × 1760 画素（約 3.3Mバイト，約 1.9M バイト，約 1.3M バイト）
¡Medium モード： 1776 × 1184 画素（約 1.6M バイト，約 0.9M バイト，約 0.6Mバイト）¡Low モード： 1296 × 864 画素（約 0.8M バイト，約 0.5M バイト，約 0.3M バイト）
連続撮影速度
3 コマ/秒インターフェース
USB 端子，ビデオ出力（NTSC/PAL）
シャッタ・スピード
1/4000 秒〜 30 秒，バルブ（30 秒まで）
2.5 型 TFT カラー液晶モニタ，約 15 万画素，液晶モニタ
白色 LED バック・ライト付き
1 コマ再生，9 コマ・サムネイル表示，拡大再画像再生
生，スライド・ショー
電源
専用 Li イオン電池，専用充電器，AC アダプタ
大きさ，質量144mm × 107.3mm × 80.5mm，700g（電池を除く）ラ「SD-14」を例に，組み込みシステムとしてのデジタル・カメラの内部について，解説していきます．

● 画質重視の撮像素子を採用
本ディジタル一眼レフ・カメラの外観を写真 1 に示します．本機は，同社がこれまで開発・発売した SD-9，SD-10の後継機にあたります．従来機種のユーザからの要望が高かった，さらなる高画素化を達成するとともに，ユーザ・インターフェース，およびカメラそのものの基本性能を高めました．
シグマの SD シリーズの最大の特徴は，撮像素子としてFoveon 社が開発したイメージ・センサ「Foveon X3」を搭載していることです．これにより，RGB 全色を 1 ピクセルとして取り込み可能となっています（詳しくは後述）．SD14 の総画素数は 1,445 万画素（2688 × 1792 × 3 層），有効画素数は 1,406 万画素（2652 × 1768 × 3 層）です．これに

写真 1 SD-14 の外観

148 KEYWORD ―― SD-14，デジタル・カメラ，一眼レフ，Foveon X3，DSP，Blackfin，RAW，ロスレス圧縮，JPEG，FPGA，Spartan-3，フレーム・バッファ

Oct. 2007

組み込みシステム解剖室

イメージ・センサ
イメージ・センサ
FaveonFoveon×3X3FPGA（センサ制御，センサ・データ処理）

8層ビルドアップ・プリント基板

DSP1（画像処理）SDRAM
512ビット×4個

A-Dコンバータ
A-Dコンバータ
センサ基板

DSP基板1

6層ビルドアップ・
プリント基板AF（自動焦点合わせ）（カメラCPU
16ビットCPU，カメラ制御，AE，AF，シャッタ（）DSP2
ペリフェラル制御，画像JPEG化，ブート処理

LCD（液晶モニタ））カメラ基板

図1
システム・ブロック図
SD-14 のシステムは，センサ基板，DSP 基板 1，DSP 基板 2，カメラ基板の 4 枚で構成されている．

6層ビルドアップ・
プリント基板

フラッシュROM
64Mビット

SDRAM
256ビット×2個

DSP基板2AE（自動露出調整）より，解像感と豊かな階調表現による立体感のある描写を両立しています．

USB
コントローラ6層プリント基板● 2 個の DSP と 1 個の FPGA で画像を作り出す
図 1 に本ディジタル一眼レフ・カメラのシステム・ブ

このイメージ・センサをいかにうまく扱うかが，本機のロック図を示します．また，図 1 の中のセンサ基板，DSPシステム設計面での大きな課題となりました．SD-14 では，基板 1，DSP 基板 2 を写真 2 〜 4 に示します．それぞれのFoveon X3 イメージ・センサのためにディジタル信号処理

基板は写真 5 のようなイメージで，カメラのきょう体の中プロセッサ（DSP）を配置し，専用の画像処理を実行するこに収納されています．とでこの問題を解決しています．

システムは，光学情報の流れの順に，イメージ・セン

本機は，イメージ・センサでとらえた光学画像情報をサ，A-D コンバータ，FPGA（書き換え可能な汎用ロジッRAW データのまま記録する方式と，JPEG によって圧縮ク LSI），2 個の DSP，およびカメラ CPU から構成されま記録する方式に対応しています．RAW データは，光学画す．さらに周辺デバイスとして，メモリ（SDRAM，フラッ像情報が劣化しないロスレス圧縮方式です．一方 JPEG 記シュ ROM），液晶モニタ，CompactFlash カード，および録は，ピクセル補間を行うことにより，Super High，High，シャッタ，レンズなどの各種制御機器も内蔵しています．

Medium，Low の 4 種類の大きさで記録できるようになっ

以下では主要な構成要素について説明していきます．ています．さらに，圧縮度に応じた画質の選択も行えま

1）イメージ・センサ

す．上述のイメージ・センサ専用 DSP とは別に，本機に一般的なデジタル・カメラが採用しているイメージ・セ

はもう 1 個の DSP が搭載されており，この DSP が画像圧

ンサは，図 2（a）のように R，G，B の 3 色がモザイク状に縮・伸長処理を担っています．

整列したカラー・フィルタを使用しています．このような

このほか，本ディジタル一眼レフ・カメラは広視野のプ構造の撮像素子の場合，赤と青の色情報は 25%，緑の色情

リズム・ファインダや 5 点測距の自動焦点合わせ機能，秒報は 50%しか取り込めません．色情報の欠落した部分につ間 3 コマの連写機能などを備えており，2.5 インチ型，約いては，何らかの演算による補間処理が必要となります．

15 万画素の液晶モニタを通して操作します．これらの処理

このような補間処理，あるいは人為的な色生成処理を行うは，メカ制御を含めて，カメラ専用の 16 ビット・マイコということは，色情報の一部を欠落させることを意味しまン（カメラ CPU）によって実現しています．

す．仮に画素数を増加させて高解像度化しても，本質的に表 1 に，本ディジタル一眼レフ・カメラの諸元をまとめたものを示します．

Oct. 2007

人為的な補間処理を施した画像しか作り出せないわけです．
一方，図 2（b）のように，Foveon X3 イメージ・センサ

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