JP2002314885A

JP2002314885A - 撮像装置

Info

Publication number: JP2002314885A
Application number: JP2001110453A
Authority: JP
Inventors: Itsumi Sato; 逸三佐藤; Shuichi Sugi; 修一杉; Kenichi Shinozuka; 顕一篠塚
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2001-04-09
Filing date: 2001-04-09
Publication date: 2002-10-25

Abstract

(57)【要約】【課題】高速用、低速用の各電子シャッタ処理を用いて
撮像し、得られた映像信号を信号処理し、極めて広範囲
な光量に対する画像撮像が可能となる。【解決手段】ＣＣＤカメラ部３０２の撮像出力は、電子
シャッタ回路３０５により異なる露光時間による第１、
第２の画像信号として得られる。第１、第２の画像信号
は、２系統に分岐されそれぞれ特性制御が行なわれ合成
される。積算値回路３１５、ピーク値検出回路３１６、
マイコン回路３１８により画面特性が検出され、輝度ダ
イナミックレンジの広い撮像を得るようにシャッタがタ
イミングが制御される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はテレビジョンカメ
ラのダイナミックレンジ拡大に関するもので、特に、広
範囲な輝度を持つ被写体を撮像可能にする撮像装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来ＣＣＤ等の撮像素子を用いたカメラ
では、電荷の蓄積容量の限界と、その特性の関係でカメ
ラの入射光量をある範囲内に抑えるようにして撮像して
いた。従って、屋外等での撮像時には被写体の輝度範囲
を撮像可能とするダイナミックレンジが得られず、撮像
画像に問題があった。このため、撮像素子などの電子シ
ャッタ機能を用いて、高速シャッタと低速シャッタのよ
うに異なったシャッタ時間で撮像し、この映像信号を信
号処理することで広ダイナミックレンジ拡大を図るなど
していた。

【０００３】従来の広ダイナミックレンジカメラの動作
原理を示す。

【０００４】図１（Ａ），（Ｂ）には、電荷結合撮像素
子（CCD）からの出力映像信号（A1、B1、A2、B2フィー
ルド…）と、広ダイナミックレンジのカメラ映像信号
（合成画像）の波形を示している。Ａフィールドを低速
シャッタ画像、Ｂフィールドを高速シャッタ画像とす
る。低速シャッタ画像とは、例えばシャッタ速度が１／
６０のことであり、高速シャッタ画像とは、例えばシャ
ッタ速度が１／２０００のことである。低速シャッタ画
像、高速シャッタ画像とは、ＣＣＤ等にシャッタパルス
を直接与える電子シャッタで蓄積時間を制御した映像信
号のことである。

【０００５】広ダイナミックレンジカメラは、低速シャ
ッタで被写体の輝度の低い部分（輝度の高い部分は飽和
してしまう）を撮像し、高速シャッタで被写体の輝度の
高い部分（輝度の低い部分は暗くて撮像不可能）を撮像
し、両方の画像を合成することにより、1画面で被写体
の輝度の低い部分から輝度の高い部分の撮像を可能にす
るものである。例えば図１（B）に示すように、Ａ１フ
ィールド画像（低速シャッタ画像）とＢ０フィールド画
像（高速シャッタ画像）を合成し、次に、Ａ１フィール
ド画像（低速シャッタ画像）とＢ１フィールド画像（高
速シャッタ画像）を合成する。以降同じ動作を繰り替え
し行なう。

【０００６】この場合、低速シャッタと高速シャッタの
速度と合成比率は固定である。また、広ダイナミックレ
ンジカメラに、入射光量を自動調節するオートアイリス
レンズ等を塔載してもダイナミックレンジは拡大しな
い。また、このシャッタ速度の比は、ダイナミックレン
ジの拡大比のことである。例えば、低速シャッタ速度が
１／６０、高速シャッタ速度が１／２０００で固定され
ているとすると、この広ダイナミックレンジカメラは約
３２倍の拡大率を持っているということになる。

【０００７】図２は、従来の広ダイナミックレンジカメ
ラのブロック図である。固体撮像素子１で得られた信号
をＡ／Ｄ変換器２でＡ／Ｄ（アナログデジタル）変換
し、フレームメモリ３Ａと３Ｂに交互に書き込む。フレ
ームメモリ３Ａ、３Ｂから読み出された信号は、合成処
理回路４に送られ、プロセス回路５を通って出力され
る。制御部は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）６と露光制
御部７で構成されていて、ディジタル処理部１０からの
測光データを用いてＣＰＵ６にて演算を行う。演算結果
は、ディジタル処理部１０と露光制御部７へ送られ、そ
れぞれ制御信号を生成し、ディジタル処理部１０と固体
撮像素子１を制御する。上記装置は例えば特願昭61-255
984号公報に示されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来の広ダイナミック
レンジカメラでは、異なる電子シャッタ時間の画像を数
回撮像し合成していた。このため、静止画では有効であ
ったが、監視カメラ等のように動きのある被写体を撮像
する装置には不向きであった。

【０００９】そこで、本発明の目的は被写体内の輝度差
に応じてカメラダイナミックレンジを高速に可変させ、
被写体輝度差に最適化した撮像画像を得ることで、被写
体として極めて輝度差の大きい画像認識用車載カメラ
や、屋内・夜間の屋外を同時撮像する監視カメラとして
有効な撮像装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明は、撮像素子に
異なる低速と高速の電子シャッタ速度を与え撮像し、こ
れらで得られた映像信号を、信号処理することで広範囲
な輝度差を有する被写体を撮像するものである。電子シ
ャッタ速度は、低速シャッタの映像信号と高速シャッタ
の映像信号から、最適なシャッタ速度を算出し、低速シ
ャッタと高速シャッタのシャッタ速度を独立して制御す
ることにある。

【００１１】この発明による撮像装置で得られる作用
は、広範囲な光量の被写体の撮像ができる。たとえは、
暗い被写体と明るい被写体が混在する場合、暗い被写体
には低速シャッタのシャッタ時間の最適化を行い、明る
い被写体には高速シャッタのシャッタ時間の最適化を行
い、これらの映像信号を加算すると共に、非線形処理す
ることで、暗い被写体から明るい被写体までの撮像を可
能とすることができる。そして常にシャッタ時間を固定
せず、被写体の明るさに応じてシャッタ時間を決定でき
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施例につき図
面を参照して説明する。

【００１３】図３はこの発明の一実施例を示す回路ブロ
ック図である。撮像レンズ３０１で撮像された被写体像
は、ＣＣＤカメラ部３０２の撮像素子上に結像され電気
信号に変換され，撮像信号として出力される。ＣＣＤカ
メラ部３０２の撮像素子は、電子シャッタ回路３０５に
より、低速シャッタ速度と高速シャッタ速度の異なる２
つの電子シャッタ速度で制御される。

【００１４】このＣＣＤカメラ部３０２の映像信号は、
ＡＧＣ回路３０３に入力され、ここでマイクロコンピュ
ータ（マイコン）回路３１８からの制御信号により利得
を制御される。この制御はフィールドごとに独立して制
御される。即ち、低速シャッタ信号と高速シャッタ信号
とを独立して制御できるようにしてある。

【００１５】ＡＧＣ（自動利得制御）回路３０３からの
映像信号は、アナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換回路３０
４に入力され、アナログ映像信号からデジタル映像信号
に変換される。

【００１６】電子シャッタ回路３０５からはフィールド
ごとにシャッタ速度の異なる、低速電子シャッタと高速
電子シャッタの電子シャッタ信号がＣＣＤカメラ部３０
２に交互に供給されるので、フィールドごとに、低速シ
ャッタ映像信号と高速シャッタ映像信号とが交互に得ら
れる。これらの映像信号は２つの１垂直期間のメモリで
ある低速シャッタ用メモリ回路３０６と、高速用シャッ
タメモリ回路３０７にそれぞれ入力され、低速シャッタ
映像信号と高速シャッタ映像信号とに分離される。

【００１７】低速シャッタ用メモリ回路３０６の入力側
と出力側の信号は、低速シャッタ用切換回路３０８へ入
力され、同じく、高速シャッタ用メモリ回路３０７の入
力側と出力側の信号は、高速シャッタ用切換回路３０９
へ入力される。低速シャッタ用切換回路３０８、高速シ
ャッタ用切換回路３０９は、間欠信号であった低速シャ
ッタ映像信号と高速シャッタ映像信号とを、それぞれ連
続信号として出力する。つまり、低速シャッタ用切換回
路３０８からは低速シャッタ映像信号、高速シャッタ用
切換回路３０９からは高速シャッタ映像信の連続信号が
それぞれ得られる。これらの信号は、低速用特性変換回
路３１０と高速用特性変換回路３１１に入力され、映像
信号に対して特性変換、たとえば、ガンマ特性を与えら
れる。

【００１８】低速用特性変換回路３１０、高速用特性変
換回路３１１の出力は、加算又は切換回路３１２に送ら
れる。この加算又は切換回路３１２は、低速シャッタ信
号と、高速シャッタ信号とを加算あるいは切換えて、広
い範囲の映像信号を見易いように信号処理するものであ
る。この信号処理はマイコン回路３１８からの制御信号
により制御され、シャッタ速度に応じた特性変換が与え
られる。

【００１９】加算又は切換回路３１２の出力信号は、ア
ナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換回路３１３に入力され、
デジタル映像信号からアナログ映像信号に変換され、出
力端子３１４を介して外部に出力される。

【００２０】上記のＡＧＣ回路３０３、Ａ/Ｄ変換回路
３０４、低速シャッタ用メモリ回路３０６、高速シャッ
タ用メモリ回路３０７、低速シャッタ用切換回路３０
８、高速シャッタ用切換回路３０９、低速用特性変換回
路３１０、高速用特性変換回路３１１、加算又は切換回
路３１２の系統は、画像信号の処理部である。そして、
積算値回路３１５、ピーク値検出回路３１６、マイコン
回路３１８、電子シャッタ回路３０５などは、ダイナミ
ックレンジを拡大するための実行部に相当する。

【００２１】図４は、上記カメラの動作を詳しく説明す
る動作説明図である。

【００２２】図４の４Ａは垂直同期信号であり、カメラ
は、この周期に同期して動作する。ＣＣＤカメラ部３０
２の撮像画像出力期間は、符号４Ａ０１が低速シャッタ
期間、４Ａ０２が高速シャッタ期間、４Ａ０３が低速シ
ャッタ期間、４Ａ０４が高速シャッタ期間、４Ａ０５が
低速シャッタ期間である。この時のＣＣＤ撮像素子の電
子シャッタ動作は、蓄積と読出し時間の関係で、１垂直
期間の遅れがあるため、図４の４Ｂに示すような形態と
なり、期間４Ｂ０１は高速シャッタ動作、期間４Ｂ０２
は低速シャッタ動作となり、以下同様に高速シャッタ動
作、低速シャッタ動作の繰り返しで、期間４Ｂ０３、期
間４Ｂ０４、期間４Ｂ０５の動作となる。

【００２３】ＡＧＣ回路３０３の動作は、低速シャッタ
動作時と、高速シャッタ動作時とで、独立で動作する。
図４の４Ｃに示すように、期間４Ｃ０１が低速シャッタ
用動作、期間４Ｃ０２が高速シャッタ用動作となり、以
下同様な繰り返しとなる。

【００２４】図４の４ＤはＣＣＤカメラ部３０２の映像
出力信号で、４Ｄ０１が低速シャッタ映像出力信号、4
Ｄ０２が高速シャッタ映像出力信号となり、以下同様な
繰り返しとなる。図４の４Ｅは、図４の４Ｄと同じ信号
であり、図３のＡ／Ｄ変換回路３０５の出力信号であ
る。

【００２５】以下、動作説明をわかりやすくするために
示した。４Ｅ０１が低速シャッタ映像出力信号、４Ｅ０
２が高速シャッタ映像出力信号で、以下同様の繰り返し
で出力されるものとする。この映像出力信号は、図３の
低速シャッタ用メモリ回路３０６，高速シャッタ用メモ
リ回路３０７に入力され、この低速、高速シャッタ用メ
モリ回路３０６、３０７の出力は、それぞれ低速者用切
換回路３０８，高速シャッタ用切換回路３０９に入力さ
れる。これにより図４の４Ｆ，４Ｇに示すように低速、
高速シャッタ映像信号が連続信号となる。

【００２６】この図４で符号Ｍがついている信号が、低
速、高速シャッタ用メモリ回路３０６，３０７のメモリ
からの信号であり、符号Ｍがついていない信号がＡ／Ｄ
変換回路３０４からの直接信号である。このように連続
になった各信号は、それぞれ低速用特性変換回路３１
０、高速用特性変換回路３１１において、図４の４Ｈ，
４Ｉに示すように特性変換される。そして図４の４Ｊに
示すような形態で加算される。

【００２７】加算された映像信号は、図４の４Kに示す
ように、低速シャッタ映像出力信号と高速シャッタ映像
出力信号とが加算されたものである。

【００２８】図５は、撮像特性であり、４図の４Ｄ、４
Ｋの映像出力信号の特性となる。図５は、低速シャッタ
と高速シャッタの入射光量に対する映像出力信号を示し
ている。低速シャッタによる出力特性は５０１、高速シ
ャッタの出力特性は５０２であり、低速シャッタ出力の
飽和点が５０３、高速シャッタ出力の飽和点が５０４で
ある。

【００２９】この２つの映像信号は、図３に示すそれぞ
れの特性変換回路である低速用特性変換回路３１０と高
速用特性変換回路３１１で、例えばガンマ特性を得るた
めの特性が与えられる。これら２つの信号の特性値は、
マイコン回路３１８からの制御信号３３０と３３１で決
められる。

【００３０】低速用特性変換回路３１０と高速用特性変
換回路３１１から出力される両信号は、加算又は切換回
路３１２で信号処理され、図６に示すように、５０１の
低速シャッタの出力（特性５０１）に、高速シャッタの
出力（特性５０２）が加算あるいは切換され、特性６０
１となる。この信号は、Ｄ／Ａ変換回路３１３でデジタ
ル信号からアナログ信号に変換され出力端子３１４から
外部に出力される。

【００３１】図３に戻って説明する。積算値回路３１５
とピーク検出回路３１６は、電子シャッタ回路３０５の
シャッタ時間を決めるための回路である。

【００３２】積算値回路３０５は、Ａ／Ｄ変換回路３０
４からの撮像画面の輝度信号を積算し、その積算値をマ
イコン回路３１８に送る。同じく、ピーク検出回路３１
６は、Ａ／Ｄ変換回路３０４からの撮像画面の輝度信号
から輝度値の最大値を検出し、その最大値をマイコン回
路３１８に送る。

【００３３】積算値回路３１５とピーク検出値回路３１
６は、撮像画面に対して図７に示すように分割領域を設
定している。即ち、画像７０１を画像７０２のように２
５個の領域に分割し、積算値あるいはピーク値を求め
る。この分割のために、ゲート波形発生回路３１７で発
生したゲート波形が用いられる。ゲート波形発生回路３
１７は、水平同期信号ＨＤ，垂直同期信号ＶＤ、クロッ
ク信号ＣＬＫを用いてゲート信号を生成する。このゲー
ト信号が積算値回路３１５とピーク値検出回路３１６に
送られる。これにより、積算値回路３１５とピーク値検
出回路３１６は、領域分割した映像信号の値を得てい
る。

【００３４】マイコン回路３１８は、積算値回路３１５
とピーク値検出回路３１６からの情報を受け、シャッタ
のシャッタ時間を決定する。高速シャッタのシャッタ時
間は、ピーク検出回路３１６からの情報を中心に決定
し、低速シャッタのシャッタ時間は、積算値回路３１５
からの情報を中心に受け決定し、その制御信号が電子シ
ャッタ回路３０５に送られる。

【００３５】電子シャッタ回路３０５は、マイコン回路
３１８で決定された高速シャッタと低速シャッタのシャ
ッタ時間に応じて、これら低、高速シャッタパルスをＣ
ＣＤカメラ部３０２に使用されているＣＣＤ撮像素子に
供給する。

【００３６】図８は、図３の積算値回路３１５の詳細な
ブロック図を示す。Ａ／Ｄ変換回路３０４の出力である
入力映像信号は、ゲート回路８０１に入力される。ゲー
ト回路８０１では、ゲート波形発生回路３１７で作られ
たゲート信号によって制御される。これにより、ゲート
回路８０１では、図７に示すように設定された分割画面
の中から必要な画面範囲をゲートする。

【００３７】次に、ゲートした映像信号の積算を行う。
つまりゲート回路８０１から出力された映像信号は、積
算値回路８０２に入力され、１画素保持回路８０３の出
力映像信号と積算される。この映像信号はゲート期間積
算される。積算値は、積算出力制御回路８０４に送ら
れ、マイコン回路３１８からの制御信号により出力さ
れ、マイコン回路３１８に送られる。

【００３８】図９は、図３のピーク値検出回路３１６の
ブロック図を示す。積算値回路３１５と同様に、Ａ／Ｄ
変換回路３０４の出力である入力映像信号は、ゲート回
路９０１に入力される。ゲート回路９０１では、ゲート
波形発生回路３１７で作られたゲ−ト信号によって制御
される。これによりゲート回路９０１では、図７に示す
ように設定された分割画面の中から必要な画面範囲の映
像信号をゲートする。

【００３９】次に、ゲートした映像信号の最大値を検出
する。検出にあたり２画素を加算してから行う。これは
ＣＣＤ撮像素子の光学色フイルタが補色モザイクの場
合、信号の大きさが画素単位で変化するためである。２
画素を加算することにより、色フイルタの影響が無くな
る。２画素を加算するには、１画素保持回路９０２で１
ビット遅らした信号と、現信号とを加算回路９０３で加
算する。次に、この加算信号を２画素単位とするため、
２画素保持信号発生回路９０４で加算信号を受ける。こ
れにより、２画素保持回路９０４で２画素単位の信号が
作られる。

【００４０】この２画素保持回路９０４の出力現信号
は、比較回路９０７で２画素前の信号と比較される。比
較回路９０７では、大きい方を選択するための選択信号
を発生し、切換回路９０６に供給する。この結果、切換
回路９０７では、２画素前の信号と現信号のうち、大き
いほうが選択され、その選択された信号は、保持回路９
０８に入力され保持される。

【００４１】このようにして、ゲート回路９０１からの
信号が終了するまで比較動作が行なわれる。ピーク出力
制御回路９０９は、マイコン回路３１８からの制御信号
により、保持回路９０８の出力（ピーク信号）を受け付
け、出力端子９１０を介してマイコン回路３１８に送
る。

【００４２】上記した画面分割には、分割のためゲート
信号が必要である。この信号は、垂直同期信号ＶＤと水
平同期信号ＨＤとクロック信号ＣＬＫに基づいて発生さ
れる。

【００４３】図１０は、ゲート波形発生回路３１７のブ
ロック図を示す。垂直同期信号ＶＤは、垂直同期リセッ
ト信号発生回路１００１に入力される。垂直同期リセッ
ト信号発生回路１００１ではリセット信号を作る。この
リセット信号を基準として、垂直方向スタート位置設定
回路１００２では、水平同期信号をカウントし、垂直方
向のスタート点を決める。垂直方向スタート点が決まれ
ば、このスタート点より、垂直方向幅設定回路１００３
で、水平同期信号をカウントし、垂直方向の幅を決める
ことができる。

【００４４】水平方向も同様な方法で、水平同期信号Ｈ
Ｄは、水平同期リセット信号発生回路１００４に入力さ
れる。水平同期リセット信号発生回路１００４ではリセ
ット信号を作る。このリセット信号を基準として、水平
方向スタート位置設定回路１００５でクロック信号ＣＬ
Ｋをカウントし、水平方向のスタート点を決定する。水
平方向スタート点が決まれば、このスタート点より、水
平方向幅設定回路１００６で、クロック信号ＣＬＫをカ
ウントし、水平方向の幅を決めることができる。

【００４５】これにより、垂直方向幅設定回路１００３
と、水平方向幅設定回路１００６から垂直幅信号と水平
幅信号が得られ、合成回路１００７によって合成され
る。この合成された結果の信号が先に述べたゲート信号
である。

【００４６】マイコン回路３１８は、積算値回路３１５
から撮影画像の積算値と、ピーク値検出回路３１６から
撮影画像のピーク値を読み出し、電子シャッタ回路３０
５、低速用特性変換回路３１０、高速用特性変換回路３
１１、及び加算又は切換回路３１２を自動制御する。以
下、それぞれのソフトウェアブロックについて説明す
る。

【００４７】図１１は、マイコン回路３１８の内部ブロ
ック図の例である。

【００４８】マイコン回路３１８には、積算値回路３１
５から入力部１１０２を介して積算値情報が入力され
る。同様にピーク値検出回路３１６から入力部を介して
１１０３へピーク値情報が入力され、これらの情報は、
画面分割平均処理部１１０４に入力される。画面分割平
均処理部１１０４は、低速画像平均値１１０５と高速画
像平均値１１０６が出力される。これら２つの平均値信
号は低速シャッタ用の計算処理部１１０７と高速シャッ
タ用の計算処理部１１１０とに入力される。それぞれの
計算処理部１１０７、１１１０には、シャッタ速度計算
処理１１０８、１１１１、微調整処理１１０９、１１１
２がある。

【００４９】シャッタ速度計算処理１１０８の結果は、
低速電子シャッタ信号１１１４として出力され、シャッ
タ速度計算処理１１１１の結果は、高速電子シャッタ信
号１１１５として出力される。これらの信号は、電子シ
ャッタ回路３０５を制御する。

【００５０】さらに上記低速シャッタ用と高速シャッタ
用の計算処理部１１０７と１１１０の計算処理結果か
ら、ＡＧＣ信号１１１３が生成され、図３のＡＧＣ回路
３０３に送られる。

【００５１】さらに、計算処理部１１０７、１１１０で
には、微調整処理１１０９、１１１２があり、この処理
は、画像の明るさの微小な変化に応答し、低速電子シャ
ッタ信号１１１４、高速電子シャッタ信号１１１５を制
御するためのものである。

【００５２】低速電子シャッタ信号１１１４と高速電子
シャッタ信号１１１５は、特性変換制御部１１１６と加
算比率制御部１１２０に入力される。特性変換制御部１
１１６では、低速特性変換制御信号１１１７を生成し、
加算比率制御部１１２０では高速特性変換制御信号１１
１８を生成する。低速特性変換制御信号１１１７は、低
速シャッタ時間に応じた信号であり、高速特性変換制御
信号１１８は、高速シャッタ時間に応じた制御信号であ
る。

【００５３】図３の低速用特性変換回路３１０は、この
低速特性変換制御信号１１１７で制御され、高速用特性
変換回路３１１は高速特性変換制御信号１１１８で制御
される。

【００５４】加算比率制御部１１２０も同様、低シャッ
タ制御信号と高速シャッタ制御信号から加算比率制御信
号１１１９を生成し、加算又は切換回路３１２に送り、
低速シャッタの映像信号と高速シャッタの映像信号との
加算比率を制御する。

【００５５】図１２は画面分割平均処理部１１０４のマ
イコン処理について、マイコン回路３１８が参照するデ
ータを視覚的に表した例である。

【００５６】積算値回路３１５から得られた低速シャッ
タ画像積算値とピーク検出回路３１６から得られた低速
シャッタ画像ピーク値から飽和している領域と不飽和領
域を分ける。

【００５７】次に、低速シャッタ画像積算値の不飽和領
域から低速画像平均値を算出し出力する。さらに、高速
シャッタ画像積算値の飽和領域から高速画像平均値を算
出し出力する。

【００５８】この画面分割平均処理により、領域を分割
し平均値を求めることにより、この後のシャッタ速度計
算処理により低速シャッタ画像、高速シャッタ画像に対
する各最適なシャッタ速度を計算する事ができる。

【００５９】具体的に、図１２（Ａ）−図１２（Ｄ）を
参照して説明する。低速積算値から分割領域毎の画素平
均値(この場合8bit幅)を求め、平均値が例えば２００以
上、かつ、低速ピーク値が８bit幅の最大値のエリアを
飽和領域とし、その他を不飽和領域としている。低速積
算値から求めた平均値が例えば２００を超えるエリアが
点線で囲まれた領域１２０５となる（図１２（Ａ））。
同じ画像に対して、低速ピーク値から得られた最大値の
エリアが点線で囲まれたエリア１２０６となっている
（図１２（Ｂ））。その両方の重なったエリアを飽和領
域１２０７（図１２（Ｃ））とし、その他を不飽和領域
１２０８として分割する。飽和領域１２０７は、高速シ
ャッタによる撮像対象とされる。この領域の各ブロック
の積算値の平均値（高速画像平均値）も画面分割平均処
理部１１０４から得られる（図１２（Ｄ））。

【００６０】シャッタ速度計算処理１１０８、１１１１
では、画像分割平均処理部１１０４より低速画像平均
値、高速画像平均値を受け取る。低速画像平均値、高速
画像平均値がある範囲を超えている場合は大きな幅で、
範囲内の場合は小さな幅で２段階にシャッタ速度を変化
させる。この制御結果により次第に、低速画像平均値、
高速画像平均値が範囲の中心になるように、低速電子シ
ャッタ制御信号１１１４、高速電子シャッタ制御信号１
１１５を出力し電子シャッタ回路３０５を制御する。シ
ャッタ速度計算処理１１０８と１１１０は入力と出力が
違うだけで同等の動作をする。

【００６１】図１３は、画面分割平均処理部１１０４か
ら出力される低速画像平均値の推移をグラフ化した例で
ある。縦軸１３０１が画面分割平均処理部１１０４から
出力される平均値、横軸１３０２が時間軸を表してい
る。階段状に変化している波形が低速画像平均値であ
る。

【００６２】この例では、始め平均値は、最適露出幅１
３０３以下であるため、 (現在のシャッタ速度)×(最適露出幅の下限値１３０４)
/(平均値) だげシャッタ速度を遅くする。一方、例えば最適露出幅
１３０３に入った後、最適露出幅の中心１３０５を超え
るまでシャッタ速度を垂直Ｖ毎に１０％遅くしていき、
最適露出幅の中心を超えたところで、シャッタ速度の変
更を止める。この状態を適正露出状態１３０６とする。
一度適正露出状態に入った場合、一定時間(例えば保護
時間１３０７で示すような時間)最適露出幅の範囲外の
値が観測され続けないかぎり、シャッタ速度の補正は行
わない。この例では区間１３０８、１３０９で再び平均
値が変動しはじめ最適露出幅を超えているが、保護時間
内であるためシャッタ速度は変更しない。

【００６３】シャッタ速度の変化量を２段階に制御する
事によって、急激な被写体輝度値の変化には素早く反応
し、被写体輝度値の変化量が小さい場合は緩やかに反応
する自然な露出を保つことができる。また、保護時間を
設けることによって、被写体の急激な変化による発振を
抑止する。

【００６４】図１４は、プログラム制御の状態遷移図を
現している。６個の状態１４ｓ１〜１４ｓ６が定義され
ており、シャッタ速度計算処理は、常にこの状態１４ｓ
１〜１４ｓ６の何れかになる。その状態毎に何らかの処
理を行なうのに必要なイベント１４０１〜１４１５を表
したものが矢印である。シャッタ速度計算処理１１０８
は、垂直同期期間Ｖごとに画面分割平均処理部１１０４
から入力される平均値に基づいてイベントを発生させ
る。そして、現在の状態から外にむいている矢印のイベ
ントと発生させたイベントが一致した場合、イベントに
対応した処理を実行し、矢印の先へと状態を遷移させ
る。この繰り返しをＶ毎に実行することにより上記動作
を実現している。

【００６５】図１３を例として、図１４の状態遷移図を
追ってさらに説明する。今、図１３に示すように平均値
を図１３に示すように、そのレベル範囲で１３１０、１
３１１、１３１２、１３１３の如く分類している。

【００６６】イベントは、平均値よって分類される範囲
１３１０の場合は、最適露出幅以下、範囲１３１１の場
合は最適露出中心以下、範囲１３０５の場合は最適露出
中心、範囲１３１２の場合は最適露出中心以上、範囲１
３１３の場合は最適露出幅以上の５つと、Ｖ毎にカウン
トされる保護時間カウンタが一定値を超える保護時間経
過の場合の計６つがある。

【００６７】シャッタ速度計算処理１１０８は、初期状
態１４ｓ１である。この状態で処理されるイベントは、
最適露出中心以下１４０１、最適露出中心以上１４０
２、最適露出中心１４０３、最適露出幅以上１４１３、
最適露出幅以下１４１４である。図１３において、画面
分割平均処理部１１０４からの初期値１３１７は、範囲
１３１０であるからイベントは最適露出幅以下１４１４
となり、 (現在のシャッタ速度)×(最適露出幅の下限値１３０４)
/(平均値) だけシャッタ速度を遅くし、状態が露出不足１４ｓ２に
遷移する。

【００６８】状態露出不足１４ｓ２で処理されるイベン
トは次の３つがある。

【００６９】１：イベントが最適露出幅以下１４１５の
場合状態は遷移せず、(現在のシャッタ速度)×(最適露
出幅の下限値１３０４)/(平均値)だけシャター速度を遅
くしていく。

【００７０】２：イベントが最適露出中心以下１４０４
の場合も状態は遷移せず、１０％シャッタ速度を遅くす
る。

【００７１】３：イベント最適露出中心以上１４１２の
場合は、状態を適正露出に遷移させる。

【００７２】区間１３１８は、イベントが最適露出中心
以下１４０４であるため、Ｖ毎に１０％シャッタ速度を
遅くしていく。平均値１３１９（平均値１３１４と１３
１５の間）でイベントが最適露出中心以上になるため、
イベントの最適露出中心以上１４１２に従って、状態を
適正露出１４ｓ４に遷移させる。

【００７３】適正露出１４ｓ４の状態で処理されるイベ
ントは次の２つがある。

【００７４】１：イベントが最適露出幅以下１４０９の
場合、保護時間カウンタをリセットし、状態を保護時間
待ちの状態１４ｓ５に遷移する。

【００７５】２：イベントが最適露出幅以上１４０７の
場合、保護時間カウンタをリセットし、状態を保護時間
待ちの状態１４ｓ６に遷移する。

【００７６】平均値１３２０が範囲１３１２に入る為、
イベントの最適露出幅以上１４０７の処理である保護時
間カウンタをリセットし、保護時間カウンタのカウント
を開始し、状態を保護時間待ちの状態１４ｓ６に遷移さ
せる。

【００７７】保護時間待ちの状態１４ｓ６で処理される
イベントは次の３つがある。

【００７８】１：イベントが最適露出中心以上１４１１
の場合、保護時間カウンタをリセットし、状態を適正露
出の状態１４ｓ４に遷移する。

【００７９】２：イベントが最適露出中心以下１４１７
の場合、保護時間カウンタをリセットし、状態を適正露
出の状態１４ｓ４に遷移する。

【００８０】３：イベントが保護時間経過１４０８の場
合、状態を露出過剰の状態１４ｓ３に遷移する。

【００８１】区間１３０８では、平均値は範囲１３１３
にある為、状態は保護時間待ちの状態１４ｓ６である。
１３２１で次に平均値1３２１が範囲１３１２になるた
め、イベントは最適露出中心以上１４１１となり、保護
時間カウンタをリセットし、状態が適正露出の状態１４
ｓ４に遷移する。

【００８２】再び平均値１３２２が範囲１３１３に入る
為、イベントが最適露出幅以上１４０７の処理である保
護時間カウンタをリセットと、保護時間カウンタのカウ
ントを開始し、状態を保護時間待ちの状態１４ｓ６に遷
移させる。平均値が範囲１３１３のまま保護時間カウン
タが一定値を超える時点１３２３で、保護時間経過１４
０８となり、状態を露出過剰の状態１４ｓ３に遷移す
る。

【００８３】以降、露出過剰の状態１４ｓ３では、露出
不足の状態１４ｓ２と逆方向にシャッタ速度を変化させ
る動作となるり、最終的には最適露出１４ｓ４状態とな
る。

【００８４】微調整処理１１０９、１１１２は、長周期
の画面輝度変動を補償するための処理である。照明光源
の輝度変動、例えば蛍光燈フリッカと撮像素子のフレー
ム周波数が整数倍で極めて近接している場合、折り返し
歪による極めて長周期の画面輝度変動を生じる。そこで
このような変動を、微調整処理１１０９、１１１２によ
り検出して、当該変動を抑圧するように処理している。
これにより、適正露出制御系の問題を解消するものであ
る。

【００８５】図１５は、照明光源と撮像素子のフレーム
周期との関係で生じる画面輝度変動を測定しグラフ化し
た例である。縦軸が画面分割平均処理部１１０４から入
力される平均値で、横軸が時間軸を表している。この例
のように撮像素子のフレーム周期との関係で生じる画面
輝度変動は、非常に緩やかな傾きとなるが、その振幅は
３０％程度と大きく、最適露出幅の範囲外となる場合が
生じる。

【００８６】ここでシャッタ速度計算処理１１０８のみ
のシャッタ制御の場合は、平均値が最適露出幅を超える
と共に保護時間も規定時間を超えてしまうため、シャッ
タ制御が稼動し最適露出に合わせてしまう。更にこの動
作は平均値が上下し、それぞれ上部と下部で電子シャッ
タが最適露出に追い込む為に、画面は極めて低い周期の
発振を生じてしまう。

【００８７】そこで長周期の画面輝度変動に対する改善
を次の方法で解消する。緩やかな傾きを検出、即ち１フ
レーム周期に±１％以内の範囲の輝度値変動を検出し、
微少なシャッタ制御によって、１フレーム毎に最適露出
に追い込む。この小さなな変動に関しては、保護時間を
設けずに最適露出に調節し、画面の絵柄が変化した等の
画面輝度の変化は先に説明した「シャッタ速度計算処
理」の通常露出処理を行う。以下、この制御の具体的な
制御方法を述べる。

【００８８】微調整処理１１０９は、条件としてシャッ
タ速度計算処理１１０８が、適正露出と判断している場
合にのみ動作を行う。本処理の動作であるが、適正露出
中にシャッタ速度計算処理１１０８が適正露出の平均値
を記憶し、これを初期値とし、その初期値に対し１フレ
ーム周期に±１％以内の範囲で平均値が変動した場合、 (初期値)／(平均値) を求める。この式から演算した結果は、マイコン回路３
１８により露光時間の１％の補正量が１ＣＬＯＣＫ単位
シフトレジスタ１６０５（図１６参照）を何段ずらせば
最適露出となるかを算出する。この算出は、マイコン回
路３１８自身が現在のシャッタ速度を認知している為、
必要とされる露出の補正時間は露出の補正時間(s)＝１／（現在シャッタ速度(s)）÷
１００（％）露出補正するためのシフトレジスタ段数はシフトレジスタ段数＝露出の補正時間(s)／マスターク
ロックの１周期(s) である。このシフトレジスタ段数を１ＣＬＯＣＫ単位シ
フトレジスタ１６０５への制御信号とすれば、極めて微
少な露光時間調整が可能となり、１フレームレート単位
で±１％の露光時間を調整が実現できる。

【００８９】また、本微調整はＣＣＤ出力信号のＡＧＣ
でも適用できる。しかし、Ｓ／Ｎを考慮した場合、前記
方式を適用した方が増幅度アップによるノイズが少な
い。

【００９０】特性変換制御信号１１１８は、低速シャッ
タの画像と高速シャッタ画像を合成しダイナミックレン
ジ拡大画像を構築した場合、合成画像の最適化を図るた
めの制御信号である。この制御信号は、先に説明した信
号系における非線型処理回路の制御に用いる。

【００９１】ここで画像合成の問題点として、２枚の画
像を単純に加算しただけでは、拡大率が増大すると共に
合成画面の階調特性に非直線歪みを生じ、コントラスト
のとれない画像となる欠点がある。従って、２枚の画像
を加算する前にダイナミックレンジ拡大率に応じて映像
信号の特性を変換し、非直線歪みを抑えてコントラスト
低下の改善を図るものである。

【００９２】本制御の動作は次の通りである。まず、ダ
イナミックレンジ拡大率を以下の式より演算する。

【００９３】ダイナミックレンジ拡大率＝低速シャッタ
制御信号1114／高速シャッタ制御信号1115 この値は露出制御完了時点のダイナミックレンジ拡大率
を求めたものである。特性変換制御部１１１６では、こ
のダイナミックレンジ拡大率の値が演算され、この結果
を制御信号として出力する。

【００９４】一方、信号処理系の特性変換回路は、その
入力−出力特性としてＸ¹〜Ｘ^0.9とlog₁₀１〜10のテー
ブルを持っており、先の制御信号でテーブルを切り換
え、画像信号に対する非直線歪みの改善を行う。

【００９５】以下にダイナミックレンジ拡大率に対する
テーブル選択の関係を示す。

【００９６】ダイナミックレンジ拡大率＜１６の場合…
…Ｘ⁰のテーブルを選択１６＝＜ダイナミックレンジ拡大率＜＝６４の場合……
Ｘ^0.7のテーブルを選択６４＜ダイナミックレンジ拡大率の場合……Ｘ⁰のテ
ーブルを選択特性変換制御部１１１６は、この条件分岐の結果を低速
特性変換制御信号１１１７及び高速特性変換制御信号１
１１８として生成し、先に説明した信号系の非線型処理
回路のテーブル切り換えを自動制御で行う。

【００９７】加算比率制御１１２０の目的も特性変換制
御１１１６と同様で、低速シャッタの画像と高速シャッ
タ画像の合成を最適化し、合成画像のコントラストを高
めるものである。画像合成の欠点としては、ダイナミッ
クレンジ拡大率を大きく取っていった場合、白浮きした
画像となりコントラストの劣化が大きい。

【００９８】この原因は低速シャッタ画像のほとんどが
飽和エリアとなり、飽和信号に高速シャッタ画像の信号
が乗るためである。この改善を図るため拡大率の増加と
共に高速シャッタ画像の合成割合を大きくしていき、画
像の白浮きを抑圧することでコントラスト低下の補正を
図っている。特に、合成画像のコントラストの向上に
は、上記した特性変換制御と同時にこの加算比率制御を
行うと効果が高い。

【００９９】次に、加算比率制御部１１２０の動作であ
るが、特性変換制御部１１１６と同じくダイナミックレ
ンジ拡大率を演算し、この結果から低速シャッタと高速
シャッタの画像合成比率を切り換えるための加算比率制
御信号１１１９を生成する。この加算比率制御信号１１
１９は先に説明した加算比率処理回路へ送られ、２枚の
画像の合成配分、即ち加算比率を自動制御する。

【０１００】ダイナミックレンジ拡大率による加算比率
制御の関係は以下の通りである。

【０１０１】ダイナミックレンジ拡大率＝１のとき L50%:H50% １＜ダイナミックレンジ拡大率＜６のとき L6%:H94% ６＜＝ダイナミックレンジ拡大率＜８のとき L12%:H87% ８＜ダイナミックレンジ拡大率のとき L25%:H75% 注：Ｈ：高速シャッタ画像、Ｌ：低速シャッタ画像ただし、上記の加算比率は一例であって、必要に応じて
変えてもよいことは言うまでもない。

【０１０２】上記した図１３、図１４、図１５の説明の
ようにこの発明では、第１の画像信号、第２の画像信
号、第３の画像信号と続く画面情報の少なくとも輝度平
均値より得た値から、電子シャッタ速度が収束すべき露
光最適値を設定している。更にこの露光最適値を中心に
許容範囲となる収束範囲を設定し、かつ、前記収束範囲
としては、範囲幅が広いものと狭いものを２種類設定し
ている。

【０１０３】また収束範囲から前記輝度平均値からずれ
た場合、ずれの経過時間の計測を開始し一定時間内に前
記収束範囲に輝度平均値が戻るかを判断する基準とし
て、前記一定時間を保護時間として設定ししている。こ
の場合、それぞれの収束範囲に対し異なる前記保護時間
を持たせている。そして、収束範囲の広い方に対して
は、前記輝度平均値の変化が大きい時に前記電子シャッ
タ速度を変化させて前記露光最適値に戻し、収束範囲の
狭い方に対しては前記輝度平均値の変化が小さい時に前
記電子シャッタ速度を変化させて前記露光最適値に戻す
ようにしている。

【０１０４】図１６は、電子シャッタ回路を示す。図中
のブロック１６０２〜１６０４は通常の電子シャッタ回
路となっている。水平期間（Ｈ）レート単位のシャッタ
パルス生成部１６０２、数十クロック（ＣＬＫ）単位の
シャッタパルス生成部１６０３を有する。このシャッタ
パルス生成部１６０２、１６０３の出力パルスはオア回
路１６０４で多重され、１クロック単位シフトレジスタ
１６０５に入力される。

【０１０５】入力部１６０１には、クロック、水平同期
（ＨＤ）パルス、垂直同期（ＶＤ）パルス、フィールド
情報（ＦＩ）が入力されている。

【０１０６】破線で囲むブロック１６１１は、Ａフィー
ルドの電子シャッタ発生ブロックで、これと同様の回路
がＢフィールド用として搭載されている（破線で囲むＢ
フィールドの電子シャッタ発生ブロック１６１２）。

【０１０７】マイコン回路３１８からは、前述した「画
像情報検出結果」から各フィールドに最適化された「電
子シャッタ制御信号」が出力される。一方、ＣＬＫ単位
の露光時間微調整は、通常の電子シャッタパルスをシフ
トレジスタ１６０５の遅延により得ることができる。遅
延量についてはマイコン回路３１８からの制御信号によ
って制御される。

【０１０８】切換回路１６０６には、フィールド情報Ｆ
Ｉが供給されており、この情報に応じて各フィールドの
ためのシャッタパルスを出力する。

【０１０９】ここで、Ａ・Ｂ各フィールドの画像に対し
個別の電子シャッタパルスを与えるわけだが、まず、マ
イコン回路３１８から各フィールド用の電子シャッタ制
御信号がそれぞれの「電子シャッタ発生ブロック」に送
られ、Ａ・Ｂフィールド用に個別の電子シャッタパルス
を発生させる。次に、この２つの電子シャッタパルスを
切り換え回路１６０６に入力し、フィールド毎に切り換
えることでＡ・Ｂフィールド個別の電子シャッタパルス
が生成できる。

【０１１０】図１７（Ａ）、図１７（Ｂ）は、撮像素子
として例えばＣＣＤを適用した場合の電子シャッタパル
ス発生タイミングを示す。図１７（Ａ）は垂直同期パル
ス，図１７（Ｂ）は、垂直周期レートでみたシャッタパ
ルスを示している。各フィールドの電子シャッタは通常
のＴＶカメラと同様の発生タイミングになっている。垂
直同期パルスの終端エッジ付近で水平周期レートの電子
シャッタパルスが発生開始する。そして次の垂直同期パ
ルスの前半の一部の期間で、数或は数十クロックレート
での電子シャッタパルスの期間がある。

【０１１１】このパルスタイミングにおいて一部を拡大
したのが図１８（Ａ）、（Ｂ）、図１９（Ａ）、（Ｂ）
である。図１８（Ａ）は映像信号期間内の水平同期パル
ス、図１８（Ｂ）は、水平周期レートでのシャッタパル
スを示している。図１９（Ａ），（Ｂ）は垂直ブランキ
ング内の細かいパルスである。図１９（Ａ）はクロッ
ク、図１９（Ｂ）は数クロックレートによるシャッタパ
ルスである。

【０１１２】ここで画像の露光時間は、垂直ブランキン
グ期間内の電荷読み出しパルス（フィールドシフトパル
ス）に対し、時間軸方向にさかのぼり最初の電子シャッ
タパルスが発生した期間のまでである。

【０１１３】水平周期レートのシャッタパルス開始時点
ｔ１は、Ｖブランキング期間内の電荷読み出しパルス
（フィールドシフトパルス）の直後であり、水平周期レ
ートのシャッタパルスの終了時点ｔ２はＶブランキング
の直前までである。一方、数クロックレートのシャッタ
パルス開始タイミングは、Ｖブランキング期間開始直後
より電荷読み出しパルスの直前までである。

【０１１４】これら電子シャッタパルスの発生タイミン
グは、通常のＣＣＤカメラに適用されているタイミング
である。

【０１１５】図２０は、本ＣＣＤカメラの特徴となる点
で、電子シャッタ速度だけで画像の露光時間をクロック
周期のレートで微調整可能とするものである。従来の方
法では、電荷読み出しパルスの直前で“数クロックレー
トのシャッタパルス”を１パルス切ると露光時間が５０
％程度変化してしまうため、露光時間のキザミが粗かっ
た。

【０１１６】これに対し、微調整を行うと電荷読み出し
パルスの直前に発生させたシャッタパルスの露光時間調
整を数％ずつ行うことが可能となり、画像の輝度レベル
を細かく調整することが可能となる。これによる効果は
高輝度部分で極めて早い電子シャッタで切っている画像
において、電子シャッタのみでフリッカ補正が可能とな
る。即ち、広ダイナミックレンジカメラにおいて高速シ
ャッタ画像のフリッカを補正できる。

【０１１７】次に、実施方法としては１ピクセルクロッ
ク単位で電子シャッタパルスをシフトし、クロック周期
の時間で露光時間を調整している。以上の回路により、
広ダイナミックレンジカメラの動的電子シャッタ制御シ
ステムが構築できる。

【０１１８】この発明の撮像装置においては、画像信号
及び制御信号処理部は、集積化される。集積化される範
囲は、種々の形態が可能である。例えば、電子シャッタ
回路３０５、低速シャッタ用メモリ回路３０６、高速シ
ャッタ用メモリ回路３０７、低速シャッタ用切換回路３
０８、高速シャッタ用切換回路３０９、低速用特性変換
回路３１０、高速用特性変換回路３１１、加算又は切換
回路３１２、積算値回路３１５、ピーク値検出回路３１
６、ゲート波形発生回路３１７が１つの集積化半導体チ
ップとして構築される。しかし、これに限らず、集積化
する場合、図１の各ブロックの組み合せは任意である。
尚、上記の説明ではCCD撮像素子を例に説明したが、本
発明はCMOSセンサを用いた場合にも同様な動作及び効果
を得ることができる。

【０１１９】

【発明の効果】上記のようにこの発明によれば、異なる
電子シャッタ処理を用いて撮像し、得られた映像信号を
信号処理し、極めて広範囲な光量に対する画像撮像が可
能となる。また、シャッタ時間は低速シャッタと高速シ
ャッタとが独立して行えるため、被写体の輝度差の非常
に大きな場合でも撮像可能であり特殊な監視カメラ装置
ができるなど、撮像装置として大きな効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の電子カメラにおける画像信号の説明図。

【図２】従来例の電子カメラの回路ブロックの説明図。

【図３】本発明の一実施例に係る撮像装置の回路ブロッ
ク図。

【図４】図３の回路ブロック図の動作を説明するために
示した説明図。

【図５】撮像素子の撮像特性の説明図。

【図６】本発明に係る撮像装置の信号処理出力特性を示
す説明図。

【図７】撮像画面の分割例を示す説明図。

【図８】図１の積算値回路のブロック構成図。

【図９】図１のピーク値検出回路のブロック構成図。

【図１０】図１のゲート波形発生回路のブロック構成
図。

【図１１】図１のマイコン回路の内部ブロック図。

【図１２】画面分割された画像の処理内容の説明図。

【図１３】図１３制御推移を示すグラフ

【図１４】プログラム制御の状態遷移図

【図１５】交流照明光源による画面輝度変動のグラフを
示す図。

【図１６】電子シャッタパルスの発生回路のブロックを
示す図。

【図１７】電子シャッタパルス発生タイミングを垂直周
期で見た説明図。

【図１８】電子シャッタパルス発生タイミングを水平周
期で見た説明図。

【図１９】垂直ブランキング期間内のクロックと電子シ
ャッタパルスの関係を示す説明図。

【図２０】垂直ブランキング期間内のクロックと電子シ
ャッタパルスの位相が可変された様子を示す説明図。

【符号の説明】

３０１…撮像レンズ、３０２…ＣＣＤカメラ、３０３…
ＡＧＣ回路、３０４…Ａ／Ｄ変換回路、３０５…電子シ
ャッタ回路、３０６…低速シャッタ用メモリ回路、３０
７…高速シャッタ用メモリ回路、３０８…低速シャッタ
用切換回路、３０９…高速シャッタ用切換回路、３１０
…低速用特性変換回路、３１１…高速用特性変換回路、
３１２…加算ｏｒ切換回路、３１３…Ｄ／Ａ回路、３１
５…積算値回路、３１６…ピーク値検出回路、３１７…
ゲート波形発生回路、３１８…マイコン回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者杉修一東京都青梅市新町３丁目３番地の１東芝デジタルメディアエンジニアリング株式会社内 (72)発明者篠塚顕一東京都青梅市新町３丁目３番地の１東芝デジタルメディアエンジニアリング株式会社内Ｆターム(参考） 5C022 AB05 AB17 AC42 AC52 5C024 CX47 CX52 CX54 CX61 CX65 HX20 HX29 HX31 HX50 HX57

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の露光時間で撮像した画面単位の第
１の画像信号及び、前記第１の露光時間とは異なる第２
の露光時間で撮像した画面単位の第２の画像信号を得る
撮像装置において、前記第1の画像信号と前記第２の画像信号を１つの画像
信号に合成して出力する画像信号処理部と、前記第１の画像信号と第２の画像信号について、それぞ
れの明るさ情報に基づく画面特性情報を検出し、この画
面特性情報を用いて、前記それぞれの明るさ情報が所望
の範囲となるように、前記第1と第２の露光時間を独立
で可変する実行手段とを有したことを特徴とする撮像装
置。
【請求項２】前記実行手段は、前記第1と第２の露光
時間を独立で可変する場合、前記第１と第２の露光時間
の比率を演算する演算手段を含むことをことを特徴とす
る請求項1記載の撮像装置。
【請求項３】前記画像信号処理部は、前記第１の画像信
号と第２の画像信号を加算または画素毎の切り換えによ
って合成画像信号を構築する合成手段を有し、前記実行手段は、前記第１の画像信号と第２の画像信号の輝度平均値と輝
度ピーク値を検出する輝度平均値及びピーク値検出手段
と、前記輝度平均値及びピーク値検出手段の検出結果に基づ
き、前記第１、第２の露光時間を制御する制御信号を生
成する生成手段と、前記制御信号により制御された前記第1、第２の露光時
間の情報に基づき、撮像部からの前記第1及び第２の画
像信号の増幅度を個別に制御する自動利得制御手段を有
したことを特徴とする請求項1記載の撮像装置。
【請求項４】前記実行手段は、前記第１の画像信号の
輝度ピーク検出により高輝度部分を抽出し、前記第１の
画像信号に対して前記抽出部分を除いたエリアの輝度平
均値を検出する検出手段を含むことを特徴とする請求項
1記載の撮像装置。
【請求項５】前記実行手段は、前記第１の画像信号の
輝度ピーク検出を行なうことにより高輝度部分のエリア
を抽出し、このエリアに対応する前記第２の画像信号に
おけるエリアの輝度平均値を得る検出手段を含むことを
特徴とする請求項1記載の撮像装置。
【請求項６】前記実行手段は、撮像画面上の輝度分布
を得る手段として、撮像画面を分割し、分割した各エリ
アの情報を１単位として平均値及びピーク値を検出する
検出手段を有したことを特徴とする請求項1記載の撮像
装置。
【請求項７】前記実行手段は、前記検出手段から得ら
れた値を用いて、露光時間の制御信号を得る手段と、こ
の手段から得られた前記制御信号に基づいて露光時間を
可変する手段と、前記制御信号に基づいて撮像出力信号
の増幅度を可変する可変手段とを含むことを特徴とする
請求項４、５、６のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項８】前記実行手段は、前記輝度平均値を用い
て、前記第1の画像信号と第２の画像信号の増幅度を個
別に制御する手段を含むことを特徴とする請求項４、５
のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項９】前記実行手段は、前記露光時間を決める
電子シャッタの最終発生タイミングを、タイミングジェ
ネレータの１クロック単位での時間的移動を行なうこと
が出来る手段を有することを特徴とする請求項1記載の
撮像装置。
【請求項１０】第１の露光時間で撮像した画面単位の
第１の画像信号及び、前記第１の露光時間とは異なる第
２の露光時間で撮像した画面単位の第２の画像信号を得
る撮像装置において、前記第1の画像信号及び第２の画像信号の信号経路に設
けられた利得制御増幅回路と、この利得制御増幅回路の後段であり、前記第1と第２の
画像信号との各信号経路に設けられた第１と第２の入出
力特性変換回路と、前記第１と第２の入出力特性変換回路の出力画像信号を
合成し、１つの画像信号とするための合成手段と、前記第１の画像信号と第２の画像信号の露光時間比率を
演算する演算手段と、前記演算手段で得られた前記露光時間比率により、前記
利得制御回路を前記第１、第２の画像信号に応じて制御
する第１の制御手段と、前記演算手段で得られた前記露光時間比率により、前記
第１と第２の入出力特性変換回路の特性を制御する第２
の制御手段と、前記演算手段で得られた前記露光時間比率により、前記
合成手段の合成比率を制御する第３の制御手段とを具備
したことを特徴とする撮像装置。