JP2006157236A

JP2006157236A - 撮像装置及びその制御方法

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Publication number: JP2006157236A
Application number: JP2004342093A
Authority: JP
Inventors: Yoshiro Udagawa; 善郎宇田川
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-11-26
Filing date: 2004-11-26
Publication date: 2006-06-15

Abstract

【課題】高い階調を確保しながら、高い感度を得ることができる撮像装置及びその制御方法を提供する。
【解決手段】原色フィルタアレイの配列を次のようにする。但し、ｎは０以上の整数である。第８ｎ＋１列目：最左から順に、「Ｂ」と「Ｇ２」とが交互に配列、第８ｎ＋２列目：最左から順に、「Ｇ１」と「Ｒ」とが交互に配列、第８ｎ＋３列目：最左から順に、「Ｇ２」と「Ｂ」とが交互に配列、第８ｎ＋４列目：最左から順に、「Ｒ」と「Ｇ１」とが交互に配列、第８ｎ＋５列目：最左から順に、「Ｂ」と「Ｇ２」とが交互に配列、第８ｎ＋６列目：最左から順に、「Ｒ」と「Ｇ１」とが交互に配列、第８ｎ＋７列目：最左から順に、「Ｇ２」と「Ｂ」とが交互に配列、第８ｎ＋８列目：最左から順に、「Ｇ１」と「Ｒ」とが交互に配列。画素加算では、「Ｃｙ＝Ｂ＋Ｇ１」、「Ｙｅ＝Ｇ２＋Ｒ」、「Ｇ＝Ｇ１＋Ｇ２」及び「Ｍｇ＝Ｒ＋Ｂ」という補色型の信号を生成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、色フィルタアレイを介して結像する固体撮像素子を備えた撮像装置及びその制御方法に関する。

近年、色再現性が有利なことを主な理由として、特にデジタルスチルカメラ等の単板カラー化撮像装置においては、原色フィルタを用いることが多い。このような原色フィルタを用いたフィルタアレイとして、図３に示すようなベイヤー型配列の原色フィルタアレイが多用されている。なお、図３中のＲは赤色光を透過させる原色フィルタ、Ｇ１及びＧ２は緑色光を透過させる原色フィルタ、Ｂは青色光を透過させる原色フィルタを示している。

一方、画素数が多くなり垂直方向の画素数が増え、１フィールドの読み出しに必要な時間が増加すると、所謂、撮影前のモニタ画面を高速に出力することができなくなり、間引きを行う必要性が出てくる。また、それと同時に、モニタ出力は露出制御用としても用いられるので、間引きの際にできるだけ電荷を捨てずに、例えば加算などの手段によって感度を稼ぐことも求められる。

ところが、図３に示すベイヤー配列では、電荷を捨てることなしに加算することが非常に困難である。例えば垂直方向に加算すると、「Ｒ＋Ｇ２＝Ｙｅ」、「Ｇ＋Ｂ＝Ｃｙ」の２色しか出力することができず、色信号を生成することができない。ここで、Ｙｅはイエロ（青色光を遮断する）を示し、Ｃｙはシアン（赤色光を遮断する）を示している。

特許文献１（特開平９−４６７１５号公報）には、２×８画素単位の色フィルタ配列を基準とした構成が提案されているが、補色型のフィルタアレイが記載されているのみであり、原色型のフィルタアレイを用いた場合のような高い階調を得ることは困難である。

特開平９−４６７１５号公報

本発明は、高い階調を確保しながら、高い感度を得ることができる撮像装置及びその制御方法を提供することを目的とする。

本願発明者は、前記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、以下に示す発明の諸態様に想到した。

本発明に係る撮像装置は、色フィルタアレイと、この色フィルタアレイを介して被写体を撮像する固体撮像素子と、を有し、前記色フィルタアレイは、第１の原色の色フィルタと第２の原色の色フィルタとが水平方向に繰り返し配列された第１の水平列と、第３の原色の色フィルタと第４の原色の色フィルタとが水平方向に繰り返し配列された第２の水平列と、前記第２の原色の色フィルタと前記第１の原色の色フィルタとが水平方向に繰り返し配列された第３の水平列と、前記第４の原色の色フィルタと前記第３の原色の色フィルタとが水平方向に繰り返し配列された第４の水平列と、前記第１の水平列と同じ色フィルタ配列の第５の水平列と、前記第４の水平列と同じ色フィルタ配列の第６の水平列と、前記第３の水平列と同じ色フィルタ配列の第７の水平列と、前記第２の水平列と同じ色フィルタ配列の第８の水平列と、を備えており、第１の処理モードにおいて、前記第１の水平列から前記第８の水平列の信号を出力し、原色型の色信号として処理を行い、第２の処理モードにおいて、前記第１の水平列の信号と前記第２の水平列の信号との組み合わせ、前記第３の水平列の信号と前記第４の水平列の信号との組み合わせ、前記第５の水平列の信号と前記第６の水平列の信号との組み合わせ、前記第７の水平列の信号と前記第８の水平列の信号との組み合わせ、からなる群から選択された少なくとも１つの組み合わせについて、垂直方向に隣接する画素同士で加算を行って出力し、補色型の色信号として処理を行うことを特徴とする。

本発明に係る撮像装置の制御方法は、色フィルタアレイと、この色フィルタアレイを介して被写体を撮像する固体撮像素子と、を有し、前記色フィルタアレイは、第１の原色の色フィルタと第２の原色の色フィルタとが水平方向に繰り返し配列された第１の水平列と、第３の原色の色フィルタと第４の原色の色フィルタとが水平方向に繰り返し配列された第２の水平列と、前記第２の原色の色フィルタと前記第１の原色の色フィルタとが水平方向に繰り返し配列された第３の水平列と、前記第４の原色の色フィルタと前記第３の原色の色フィルタとが水平方向に繰り返し配列された第４の水平列と、前記第１の水平列と同じ色フィルタ配列の第５の水平列と、前記第４の水平列と同じ色フィルタ配列の第６の水平列と、前記第３の水平列と同じ色フィルタ配列の第７の水平列と、前記第２の水平列と同じ色フィルタ配列の第８の水平列と、を備えている撮像装置を制御する方法であって、第１の処理モードにおいて、前記第１の水平列から前記第８の水平列の信号を出力し、原色型の色信号として処理を行い、第２の処理モードにおいて、前記第１の水平列の信号と前記第２の水平列の信号との組み合わせ、前記第３の水平列の信号と前記第４の水平列の信号との組み合わせ、前記第５の水平列の信号と前記第６の水平列の信号との組み合わせ、前記第７の水平列の信号と前記第８の水平列の信号との組み合わせ、からなる群から選択された少なくとも１つの組み合わせについて、垂直方向に隣接する画素同士で加算を行って出力し、補色型の色信号として処理を行うことを特徴とする。

本発明に係るプログラムは、色フィルタアレイと、この色フィルタアレイを介して被写体を撮像する固体撮像素子と、を有し、前記色フィルタアレイは、第１の原色の色フィルタと第２の原色の色フィルタとが水平方向に繰り返し配列された第１の水平列と、第３の原色の色フィルタと第４の原色の色フィルタとが水平方向に繰り返し配列された第２の水平列と、前記第２の原色の色フィルタと前記第１の原色の色フィルタとが水平方向に繰り返し配列された第３の水平列と、前記第４の原色の色フィルタと前記第３の原色の色フィルタとが水平方向に繰り返し配列された第４の水平列と、前記第１の水平列と同じ色フィルタ配列の第５の水平列と、前記第４の水平列と同じ色フィルタ配列の第６の水平列と、前記第３の水平列と同じ色フィルタ配列の第７の水平列と、前記第２の水平列と同じ色フィルタ配列の第８の水平列と、を備えている撮像装置の制御をコンピュータに行わせるためのプログラムであって、コンピュータに、第１の処理モードにおいて、前記第１の水平列から前記第８の水平列の信号を出力し、原色型の色信号として処理を行わせ、第２の処理モードにおいて、前記第１の水平列の信号と前記第２の水平列の信号との組み合わせ、前記第３の水平列の信号と前記第４の水平列の信号との組み合わせ、前記第５の水平列の信号と前記第６の水平列の信号との組み合わせ、前記第７の水平列の信号と前記第８の水平列の信号との組み合わせ、からなる群から選択された少なくとも１つの組み合わせについて、垂直方向に隣接する画素同士で加算を行って出力し、補色型の色信号として処理を行わせることを特徴とする。

本発明によれば、原色型フィルタアレイを用いているため、高い階調を確保することができる。また、その配列を適切に規定しているため、画素加算を行うことにより、高い感度を得ることができる。

以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る撮像装置を示すブロック図である。

本実施形態に係る撮像装置には、ＣＣＤ撮像素子１０１、ＣＤＳ−Ａ／Ｄコンバータ１０２、画像を一時保存するメモリ１０３、ＪＰＥＧ圧縮を行うＪＰＥＧ圧縮回路１０４、信号処理を行うＤＳＰ回路１０５、メモリ等を制御するメモリコントローラ１０６、Ｄ／Ａコンバータ１０７、カラー液晶表示装置１０８、シャッタースイッチ１０９、全体を制御するシステムコントローラ１１０、及び、最終画像を記憶するカードメモリ１１１が設けられている。更に、この撮像装置には、駆動モードを切り替えるための画像表示スイッチ（図示せず）が設けられている。このスイッチがＯＮになっている場合には、液晶モニタモード（常時モニタモード）となり、ＯＦＦになっている場合には、画像記録用のモードとなる。

このように構成された撮像装置においては、被写体像（図示せず）は光学系によってＣＣＤ１０１面上に結像する。光電変換によって生成した電気信号はＣＣＤ出力信号として、ＣＤＳ−Ａ／Ｄコンバータ１０２に入力された後、デジタル信号としてメモリコントローラ１０６を介して１画面分のデータがメモリ１０３に蓄えられる。メモリ１０３内の撮影データはメモリコントローラを経由しながらＤＳＰ回路１０５によって信号処理を受け、更にＪＰＥＧ圧縮回路１０４で圧縮処理を受けてＩ／Ｆを経由してカードメモリ１１１に記録される。システムコントローラ１１０はＣＣＤドライバ（図示せず）を駆動する信号の発生、メモリコントローラ１０６の制御を行う。

そして、画像記録時（第１の駆動モード）には画素を加算しない読み出し（所謂フレーム読み出し）が行われる。

一方、画像記録時以外には、例えば画像表示スイッチをＯＮにすることにより、液晶モニタモード（第２の駆動モード）とすることができる。この液晶モニタモードでは、ＣＣＤ１０１から画素が加算される読み出し（所謂フィールド読み出し）が行われ、この読み出し信号がＣＤＳ−Ａ／Ｄコンバータ１０２によりＡ／Ｄ変換される。Ａ／Ｄ変換後の信号は、メモリ１０３に記録されることなく、そのままＤＳＰ回路１０５に入力される。そして、ＤＳＰ回路１０５による信号処理を受けた後、Ｄ／Ａコンバータ１０７によりアナログ信号に変換されて、カラー液晶表示装置１０８に出力される。画素加算によって感度が向上し、低輝度側の撮影範囲を広げることができる。なお、カラー液晶表示装置１０８は、撮影した画像の表示にも用いられる。

ここで、本実施形態に具備されているＣＣＤ１０１の原色フィルタアレイについて説明する。図２は、ＣＣＤ１０１の原色フィルタアレイの配列を示す図である。なお、図２中のＲは赤色光を透過させる原色フィルタ、Ｇ１及びＧ２は緑色光を透過させる原色フィルタ、Ｂは青色光を透過させる原色フィルタを示している。そして、これらが次のような規則で配列されている。但し、ｎは０以上の整数である。また、以下の説明において、列とは水平列を意味するものとする。
第８ｎ＋１列目：最左から順に、「Ｂ」と「Ｇ２」とが交互に配列
第８ｎ＋２列目：最左から順に、「Ｇ１」と「Ｒ」とが交互に配列
第８ｎ＋３列目：最左から順に、「Ｇ２」と「Ｂ」とが交互に配列
第８ｎ＋４列目：最左から順に、「Ｒ」と「Ｇ１」とが交互に配列
第８ｎ＋５列目：最左から順に、「Ｂ」と「Ｇ２」とが交互に配列
第８ｎ＋６列目：最左から順に、「Ｒ」と「Ｇ１」とが交互に配列
第８ｎ＋７列目：最左から順に、「Ｇ２」と「Ｂ」とが交互に配列
第８ｎ＋８列目：最左から順に、「Ｇ１」と「Ｒ」とが交互に配列

そして、画像記録時のフレーム読み出し時には、次の順序で出力が行われる。
第８ｎ＋１列目：Ｂ，Ｇ２，Ｂ，Ｇ２・・・
第８ｎ＋２列目：Ｇ１，Ｒ，Ｇ１，Ｒ・・・
第８ｎ＋３列目：Ｇ２，Ｂ，Ｇ２，Ｂ・・・
第８ｎ＋４列目：Ｒ，Ｇ１，Ｒ，Ｇ１・・・
第８ｎ＋５列目：Ｂ，Ｇ２，Ｂ，Ｇ２・・・
第８ｎ＋６列目：Ｒ，Ｇ１，Ｒ，Ｇ１・・・
第８ｎ＋７列目：Ｇ２，Ｂ，Ｇ２，Ｂ・・・
第８ｎ＋８列目：Ｇ１，Ｒ，Ｇ１，Ｒ・・・

一方、液晶モニタモードでのフィールド読み出し時には、垂直方向の信号加算によって、「Ｃｙ＝Ｂ＋Ｇ１」、「Ｙｅ＝Ｇ２＋Ｒ」、「Ｇ＝Ｇ１＋Ｇ２」及び「Ｍｇ＝Ｒ＋Ｂ」という補色型の信号を生成する。ここで、Ｃｙはシアン（赤色光を遮断する）を示し、Ｙｅはイエロ（青色光を遮断する）を示し、Ｍｇはマゼンダ（緑色光を遮断する）を示している。そして、次の順序で出力が行われる。但し、ｍは０以上の整数である。
第４ｍ＋１列目（第８ｎ＋１列目＋第８ｎ＋２列目）：Ｃｙ，Ｙｅ，Ｃｙ，Ｙｅ・・・
第４ｍ＋２列目（第８ｎ＋３列目＋第８ｎ＋４列目）：Ｙｅ，Ｃｙ，Ｙｅ，Ｃｙ・・・
第４ｍ＋３列目（第８ｎ＋５列目＋第８ｎ＋６列目）：Ｍｇ，Ｇ，Ｍｇ，Ｇ・・・
第４ｍ＋４列目（第８ｎ＋７列目＋第８ｎ＋８列目）：Ｇ，Ｍｇ，Ｇ，Ｍｇ・・・

また、輝度信号は、いずれのモードにおいても、それぞれの信号値を、所謂スイッチングして輝度値とした後、２次元フィルタリングすることで生成される。一方、色信号は、変換マトリクスによって生成される。ＲＧＢ原色型信号出力の場合は、下記数１に示す変換が行われ、ＣＹＧＭ補色型信号出力の場合は、下記数２に示す変換が行われる。

また、垂直方向に加算した信号出力のすべてを出力せずに、間引きを行えば、出力線数を減らすことも可能である。即ち、１ラインごとに、次の順序で出力するのである。但し、ｋは０以上の整数である。
第２ｋ＋１列目（第４ｍ＋１列目）：Ｃｙ，Ｙｅ，Ｃｙ，Ｙｅ・・・
第２ｋ＋２列目（第４ｍ＋３列目）：Ｍｇ，Ｇ，Ｍｇ，Ｇ・・・

なお、本発明の実施形態は、例えばコンピュータがプログラムを実行することによって実現することができる。また、プログラムをコンピュータに供給するための手段、例えばかかるプログラムを記録したＣＤ−ＲＯＭ等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体又はかかるプログラムを伝送するインターネット等の伝送媒体も本発明の実施形態として適用することができる。また、上記のプログラムも本発明の実施形態として適用することができる。上記のプログラム、記録媒体、伝送媒体及びプログラムプロダクトは、本発明の範疇に含まれる。

本発明の実施形態に係る撮像装置を示すブロック図である。ＣＣＤ１０１の原色フィルタアレイを示す図である。ベイヤー型配列の原色フィルタアレイを示す図である。

符号の説明

１０１：ＣＣＤ
１０２：ＣＤＳ−Ａ／Ｄコンバータ
１０３：メモリ
１０４：ＪＰＥＧ圧縮回路
１０５：ＤＳＰ回路
１０６：メモリコントローラ
１０７：Ｄ／Ａコンバータ
１０８：カラー液晶表示装置
１０９：シャッタ
１１０：システムコントローラ
１１１：カードメモリ

Claims

色フィルタアレイと、
この色フィルタアレイを介して被写体を撮像する固体撮像素子と、
を有し、
前記色フィルタアレイは、
第１の原色の色フィルタと第２の原色の色フィルタとが水平方向に繰り返し配列された第１の水平列と、
第３の原色の色フィルタと第４の原色の色フィルタとが水平方向に繰り返し配列された第２の水平列と、
前記第２の原色の色フィルタと前記第１の原色の色フィルタとが水平方向に繰り返し配列された第３の水平列と、
前記第４の原色の色フィルタと前記第３の原色の色フィルタとが水平方向に繰り返し配列された第４の水平列と、
前記第１の水平列と同じ色フィルタ配列の第５の水平列と、
前記第４の水平列と同じ色フィルタ配列の第６の水平列と、
前記第３の水平列と同じ色フィルタ配列の第７の水平列と、
前記第２の水平列と同じ色フィルタ配列の第８の水平列と、
を備えており、
第１の処理モードにおいて、
前記第１の水平列から前記第８の水平列の信号を出力し、原色型の色信号として処理を行い、
第２の処理モードにおいて、
前記第１の水平列の信号と前記第２の水平列の信号との組み合わせ、
前記第３の水平列の信号と前記第４の水平列の信号との組み合わせ、
前記第５の水平列の信号と前記第６の水平列の信号との組み合わせ、
前記第７の水平列の信号と前記第８の水平列の信号との組み合わせ、からなる群から選択された少なくとも１つの組み合わせについて、垂直方向に隣接する画素同士で加算を行って出力し、補色型の色信号として処理を行うことを特徴とする撮像装置。
前記第１の水平列から前記第８の水平列を複数組有することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記第１の処理モードは記録画用画像信号を取得する時に用いられ、
前記第２の処理モードは常時モニタするための信号を取得する時に用いられることを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
前記第１の原色は、赤色光を透過する色であり、
前記第２及び第３の原色は、緑色光を透過する色であり、
前記第４の原色は、青色光を透過する色であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。
色フィルタアレイと、この色フィルタアレイを介して被写体を撮像する固体撮像素子と、を有し、
前記色フィルタアレイは、
第１の原色の色フィルタと第２の原色の色フィルタとが水平方向に繰り返し配列された第１の水平列と、
第３の原色の色フィルタと第４の原色の色フィルタとが水平方向に繰り返し配列された第２の水平列と、
前記第２の原色の色フィルタと前記第１の原色の色フィルタとが水平方向に繰り返し配列された第３の水平列と、
前記第４の原色の色フィルタと前記第３の原色の色フィルタとが水平方向に繰り返し配列された第４の水平列と、
前記第１の水平列と同じ色フィルタ配列の第５の水平列と、
前記第４の水平列と同じ色フィルタ配列の第６の水平列と、
前記第３の水平列と同じ色フィルタ配列の第７の水平列と、
前記第２の水平列と同じ色フィルタ配列の第８の水平列と、
を備えている撮像装置を制御する方法であって、
第１の処理モードにおいて、
前記第１の水平列から前記第８の水平列の信号を出力し、原色型の色信号として処理を行い、
第２の処理モードにおいて、
前記第１の水平列の信号と前記第２の水平列の信号との組み合わせ、
前記第３の水平列の信号と前記第４の水平列の信号との組み合わせ、
前記第５の水平列の信号と前記第６の水平列の信号との組み合わせ、
前記第７の水平列の信号と前記第８の水平列の信号との組み合わせ、からなる群から選択された少なくとも１つの組み合わせについて、垂直方向に隣接する画素同士で加算を行って出力し、補色型の色信号として処理を行うことを特徴とする撮像装置の制御方法。
色フィルタアレイと、この色フィルタアレイを介して被写体を撮像する固体撮像素子と、を有し、
前記色フィルタアレイは、
第１の原色の色フィルタと第２の原色の色フィルタとが水平方向に繰り返し配列された第１の水平列と、
第３の原色の色フィルタと第４の原色の色フィルタとが水平方向に繰り返し配列された第２の水平列と、
前記第２の原色の色フィルタと前記第１の原色の色フィルタとが水平方向に繰り返し配列された第３の水平列と、
前記第４の原色の色フィルタと前記第３の原色の色フィルタとが水平方向に繰り返し配列された第４の水平列と、
前記第１の水平列と同じ色フィルタ配列の第５の水平列と、
前記第４の水平列と同じ色フィルタ配列の第６の水平列と、
前記第３の水平列と同じ色フィルタ配列の第７の水平列と、
前記第２の水平列と同じ色フィルタ配列の第８の水平列と、
を備えている撮像装置の制御をコンピュータに行わせるためのプログラムであって、
コンピュータに、
第１の処理モードにおいて、
前記第１の水平列から前記第８の水平列の信号を出力し、原色型の色信号として処理を行わせ、
第２の処理モードにおいて、
前記第１の水平列の信号と前記第２の水平列の信号との組み合わせ、
前記第３の水平列の信号と前記第４の水平列の信号との組み合わせ、
前記第５の水平列の信号と前記第６の水平列の信号との組み合わせ、
前記第７の水平列の信号と前記第８の水平列の信号との組み合わせ、からなる群から選択された少なくとも１つの組み合わせについて、垂直方向に隣接する画素同士で加算を行って出力し、補色型の色信号として処理を行わせることを特徴とするプログラム。