JP2009188857A - 撮像装置、撮像方法、及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】アナログ信号の読み出しパターンに左右されることなく、アナログ信号に対する画像信号からのノイズの影響を低減する。
【解決手段】動画の撮影モードとして、「高画質モード」が設定された場合と「標準画質モード」が設定された場合とでは、ＣＣＤイメージセンサ１４から読み出されるアナログ信号の読み出しパターンが異なる。本発明に係る電子カメラでは、アナログ信号の異なる読み出しパターンに応じて画像信号の出力パターンも変更させるようにし、アナログ信号の読み出しが停止される時間にのみ、信号処理プロセッサ２０から画像信号を出力させる。
【選択図】 図６

Description

本発明は電子カメラに関し、特に撮像素子から読み出されるアナログ信号に含まれるノイズを低減する技術に関する。

電子カメラでは、図９のブロック図に示すように、撮像素子であるＣＣＤからアナログ信号（信号電荷）を順次読み出してＡＦＥ（アナログ・フロント・エンド）でデジタル信号に変換し、変換されたデジタル信号が信号処理プロセッサにて各種デジタル処理が施されて画像信号が生成される。生成された画像信号は信号処理プロセッサから記録媒体に順次出力されることで、画像データとして記録される。

ここで、画像信号を記録する過程において、図８に示すように、ＣＣＤから読み出されたアナログ信号が読み出されている期間と、信号処理プロセッサから画像信号が出力されている期間とが時間軸上で重複した場合、画像信号から発生するノイズがアナログ信号に干渉するため、記録される画像の画質が劣化してしまうという問題がある。

そこで、従来、アナログ信号の立上がり時と降下時にデジタルクロック信号の出力を停止させる信号混在システムがある（例えば、特許文献１）。かかる信号混在システムによれば、アナログ信号へのデジタルノイズの影響を低減させることができるとされている。
特開平９−１３５２１３号公報

ところで、近年のデジタルカメラは、複数の撮影モードを有するものが一般的ある。したがって、撮影モードに応じてＣＣＤから読み出されるアナログ信号の読み出しパターンが異なる。

例えば、高画質モードで動画を撮影する場合、アナログ信号を読み出す時間は、標準画質モードで動画を撮影する場合のその時間より長くなる。これは、撮影する動画の画質を高めるためには記録画像数を多くしなければならず、そのためには、ＣＣＤから読み出されるアナログ信号の読み出し時間を長くして転送されるデータ量を多くしなければならないからである。また、高画質モードと標準画質モードとでは、フレームレートが異なり、アナログ信号を読み出している時間帯が異なる場合もある。

そこで、ＣＣＤからのアナログ信号の読み出しパターンによらず画像信号の記録の際のノイズの影響を低減したいという要望がある。しかしながら、従来の信号混在システムでは、アナログ信号の読み出しパターンが変更されることが前提とされていないため、上記の要望に対応できるものではない。

本発明の目的は、アナログ信号の読み出しパターンに左右されることなく、アナログ信号に対する画像信号からのノイズの影響を低減できる撮像装置、撮像方法、及びプログラムを提供することにある。

請求項１記載の発明は、
撮像部より順次出力されるアナログ信号の読み出し期間を任意に設定する設定手段と、
この設定手段によって設定された読み出し期間で前記撮像部からアナログ信号を順次出力させる第１の出力制御手段と、
この第１の出力制御手段によって出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、この変換されたデジタル信号に所定の処理を施してデジタル画像信号を生成する画像信号生成手段と、
この画像信号生成手段によって生成されたデジタル画像信号を、前記所定の読み出し期間外のブランク期間において出力させる第２の出力制御手段と、
を備えることを特徴とする。
また、請求項２記載の発明は、
複数の撮影モードの中から一の撮影モードを設定する撮影モード設定手段を更に備え、
前記設定手段は、前記撮影モード設定手段により設定された撮影モードに応じて前記読み出し期間を設定することを特徴とする。
また、請求項３記載の発明は、
前記撮像部は、前記ブランク期間において、露光状態となることを特徴とする。
また、請求項４記載の発明は、
撮像部より順次出力されるアナログ信号の読み出し期間を任意に設定する設定ステップと、
この設定ステップにおいて設定された読み出し期間で前記撮像部からアナログ信号を順次出力させる第１の出力制御ステップと、
この第１の出力制御ステップにおいて出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、
この変換されたデジタル信号に所定の処理を施してデジタル画像信号を生成する画像信号生成ステップと、
この画像信号生成ステップにおいて生成されたデジタル画像信号を、前記所定の読み出し期間外のブランク期間において出力させる第２の出力制御ステップと、
を含むことを特徴とする。
また、請求項５記載の発明は、
撮像装置のコンピュータを、
撮像部より順次出力されるアナログ信号の読み出し期間を任意に設定する設定手段、
この設定手段によって設定された読み出し期間で前記撮像部からアナログ信号を順次出力させる第１の出力制御手段、
この第１の出力制御手段によって出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、この変換されたデジタル信号に所定の処理を施してデジタル画像信号を生成する画像信号生成手段、
この画像信号生成手段によって生成されたデジタル画像信号を、前記所定の読み出し期間外のブランク期間において出力させる第２の出力制御手段、
として機能させる。

本発明によれば、アナログ信号の読み出しパターンによらず、アナログ信号に対する画像信号からのノイズの影響を低減できる。

図１は本発明に係る電子カメラの背面図である。この電子カメラの背面には、図１に示すように、電源ボタン１、メニュー画面を表示させるためのメニューキー４、選択した内容を実行させるための実行キー５、メニュー画面での項目の選択、コマ送り等の指示を行うためのマルチファンクションの十字キー６、及びＬＣＤモニタ１０が設けられている。

また、カメラ上面には、モードダイアル３が設けられている。モードダイアル３を回転させることにより、動画撮影モード、静止画撮影モード、再生モードなどのうちいずれかの動作モードを設定できるようになっている。また、モードダイアル３の中央には、シャッタボタン２が設けられている。シャッタボタン２は、押下されることにより撮影開始もしくは撮影終了を指示する操作信号を出力する。

図２は、図１に示した電子カメラの内部構成を示すブロック図である。図２において、被写体像が撮影レンズ１２を介してＣＣＤイメージセンサ１４の受光面に結像される。結像された被写体像は受光面に配置された各フォトダイオードで光の入射光量に応じた量の信号電荷に光電変換され、ＣＣＤイメージセンサ１４の各画素に蓄積されることで、ＣＣＤイメージセンサ１４の露光がなされる。

蓄積された信号電荷は、クロック発生回路１６から加えられるタイミング信号出力（撮像クロック）に基づいて、信号電荷に応じたアナログ信号（ＣＣＤ出力）として１フレーム（画像）分単位で順次読み出される。ＣＣＤイメージセンサ１４から１フレーム分のアナログ信号を読み出すには、一定時間の読み出し期間を要する。

ＣＣＤイメージセンサ１４から１フレーム分のアナログ信号が読み出される度にＡブランク期間が発生する。Ａブランク期間とは、ＣＣＤイメージセンサ１４からのアナログ信号の読み出しが停止される時間である。Ａブランク期間中は、ＣＣＤイメージセンサ１４は露光状態となっている。

ＣＣＤイメージセンサ１４から順次読み出されたアナログ信号はＡＦＥ１８に加えられる。ＡＦＥ１８は、図３に示すようにＣＤＳ回路１８Ａ、アンプ１８Ｂ、Ａ／Ｄ変換器１８Ｃ等を有し、ＣＤＳ回路１８Ａはクロック発生回路１６から加えられるサンプリングパルスに基づいて入力するアナログ信号を相関二重サンプリング処理する。即ち、ＣＤＳ回路１８Ａは、ＣＣＤイメージセンサ１４から入力するアナログ信号を、サンプリングパルスＤＳ１、ＤＳ２によって相関二重サンプリングして画像信号成分のみを抽出する。

ＣＤＳ回路１８Ａによって処理された信号は、アンプ１８Ｂによってゲインコントロールされたのち、Ａ／Ｄ変換器１８Ｃに入力される。Ａ／Ｄ変換器１８Ｃは、クロック発生回路１６から加えられるＡＤクロックに基づいて、入力された信号をＣＣＤイメージセンサ１４の画素ごとにデジタル信号に変換する。

上記ＡＦＥ１８によってアナログ処理、Ａ／Ｄ変換などの前処理が行われたデジタル信号は、大規模集積回路（ＬＳＩ）からなる信号処理プロセッサ２０内のラインメモリ２０１に取り込まれる。その取り込まれたデジタル信号はＲＡＭ２２にＤＭＡ転送される。デジタル信号がＲＡＭ２２に転送されると、再びＡＦＥ１８からデジタル信号がラインメモリ２０１に取り込まれる。

信号処理プロセッサ２０は、図１に示したシャッタボタン２、モードダイアル３、実行キー５、十字キー６などを含む操作部２４からの入力に基づいて、各回路を統括制御するものである。信号処理プロセッサ２０は、カメラ制御プログラム等が記録されているＲＯＭ２６から必要なプログラムを読み込み、そのプログラムにしたがって種々の動作を実行することで、設定手段、第１の出力制御手段、画像信号生成手段、第２の出力制御手段、撮影モード設定手段として機能する。

また、信号処理プロセッサ２０は、動画撮影モードにて動画撮影が行われると、上記のようにしてＲＡＭ２２に取り込まれたＣＣＤイメージセンサ１４の全ライン分（１画面全体）のデジタル信号に対してホワイトバランス調整、ガンマ補正、ＹＣ処理、圧縮処理等の各種のデジタル処理を施して、所定のフォーマットに圧縮された画像信号を生成する。

その後、生成された画像信号は１フレーム分単位でメモリカード２８に対して順次出力されメモリカード２８に記録される。１フレーム分の画像信号をメモリカード２８に記録するには、一定時間の出力期間を要する。

信号処理プロセッサ２０から１フレーム分の画像信号が記録される度にＤブランク期間が発生する。Ｄブランク期間とは、信号処理プロセッサからの画像信号の出力が停止される期間である。信号処理プロセッサ２０からの画像信号の出力動作は、ＣＣＤイメージセンサ１４からのアナログ信号の読み出し動作と並行して実行される。

図５は、本発明に係る電子カメラの動作を説明するためのフローチャートである。モードダイアル３を回転させて、動作モードを動画撮影モードに設定して電源ボタン１をオンにすると、信号処理プロセッサ２０は前記プログラムに従って動作することにより、図５のフローチャートに示すように処理を実行する。すなわち、信号処理プロセッサ２０は、ＣＣＤイメージセンサ１４から取り込まれＲＡＭ２２に蓄積された１フレーム（画面）分の画像データに基づくスルー画像をＬＣＤモニタ１０に表示させる（ステップＳ１）。

この状態において、ユーザが実行キー５を操作すると、ＬＣＤモニタ１０にはメニュー画面が表示される。そして、ユーザの操作によりメニュー画面から撮影モード設定画面にＬＣＤモニタ１０の表示が切り替わる（ステップＳ２）。撮影モード設定画面には、図４に示すように「高画質モード」と「標準画質モード」の選択項目が表示される。「高画質モード」の方が「標準画質モード」よりも画像信号の記録画素数が多くなり、画質のよい動画を記録できる。

撮影モード設定画面において、ユーザによる十字キー６等の操作により「高画質モード」、「標準画質モード」の何れかの項目に対する選択入力がなされると、信号処理プロセッサ２０は選択入力に応じた撮影モードを設定する（ステップＳ３）。そして、信号処理プロセッサ２０は、設定された撮影モードに応じて、クロック発生回路１５によるタイミング信号出力動作と画像信号の出力動作とを制御する。

図６は、動画撮影モードとして「高画質モード」が設定された場合における、アナログ信号の信号波形と画像信号の信号波形とを示すタイミング図である。同図において時間軸は右向きに設定される。

動画撮影モードとして「高画質モード」が設定された場合には図６に示すように、信号処理プロセッサ２０は、1フレーム分のアナログ信号の読み出し期間１００が約５８ｍｓ、Ａブランク期間１０１が約８ｍｓ、になるようにクロック発生回路１５によるタイミング信号出力動作を制御して、ＣＣＤイメージセンサ１４からアナログ信号を１フレーム分ずつ順次読み出す（ステップＳ４）。また、「高画質モード」では、フレームレートが１５ｆｐｓ、１フレーム期間１０２が約６６ｍｓとなる。

ステップＳ４に次いで、信号処理プロセッサ２０は、シャッタボタン２が全押しされない限り（ステップＳ５；ＮＯ）、撮影開始指示を検知すべく待機状態となっている（ステップＳ５）。この状態でシャッタボタン２が全押しされると、信号処理プロセッサ２０は、シャッタボタン２からの撮影開始を指示する操作信号を検知し（ステップＳ５；ＹＥＳ）、「高画質モード」による動画撮影が行われる。

すなわち、「高画質モード」においては、読みだされたアナログ信号はデジタル信号にＡ／Ｄ変換された後、ＲＡＭ２２に取り込まれる。ＲＡＭ２２に取り込まれたデジタル信号は、信号処理プロセッサ２０にて各種のデジタル処理が施され画像信号が生成される。そして、信号処理プロセッサ２０は、1フレーム分の画像信号の出力期間１０４が約４ｍｓ、Ｄブランク期間１０３が約６２ｍｓになるように画像信号を１フレーム分ずつ順次出力しメモリカード２８に記録させる（ステップＳ６）。なお、第１フレーム（アナログ信号の読み出し開始後、最初に読み出されるフレーム）分の画像信号は、アナログ信号の読み出し開始から約６０ｍｓ後に出力が開始される。また、「高画質モード」における記録画素数は、１３０８×４９０（水平画素数×垂直画素数）である。

このようにすれば、「高画質モード」において、Ａブランク期間１０１が発生する時間にのみ画像信号を出力することになる。すると、アナログ信号の読み出し期間１００と画像信号の出力期間１０４とが時間軸上で重複することがなくなるので、アナログ信号に対する画像信号からのノイズの影響を低減することができる。

図７は、動画の撮影モードとして「標準画質モード」が設定された場合における、アナログ信号の信号波形と画像信号の信号波形とを示すタイミング図である。同図において時間軸は右向きに設定される。

動画撮影モードとして「標準画質モード」が設定された場合には図７に示すように、信号処理プロセッサ２０は、1フレーム分のアナログ信号の読み出し期間１１０が約２９ｍｓ、Ａブランク期間１１１が約４ｍｓになるように、クロック発生回路１５によるタイミング信号出力動作を制御して、ＣＣＤイメージセンサ１４からアナログ信号を１フレーム分ずつ順次読み出す（ステップＳ７）。「標準画質モード」では、フレームレートが３０ｆｐｓ、１フレーム期間１１２が約３３ｍｓとなる。

ステップＳ７に次いで、信号処理プロセッサ２０は、シャッタボタン２が全押しされない限り（ステップＳ８；ＮＯ）、撮影開始指示を検知すべく待機状態となっている（ステップＳ８）。この状態でシャッタボタン２が全押しされると、信号処理プロセッサ２０は、シャッタボタン２からの撮影開始を指示する操作信号を検知し（ステップＳ８；ＹＥＳ）、「標準画質モード」による動画撮影が行われる。

すなわち、「標準画質モード」においては、読みだされたアナログ信号はデジタル信号にＡ／Ｄ変換された後、ＲＡＭ２２に取り込まれる。ＲＡＭ２２に取り込まれたデジタル信号は、信号処理プロセッサ２０にて各種のデジタル処理が施され画像信号が生成される。そして、信号処理プロセッサ２０は、1フレーム分の画像信号が出力期間１１４が約２ｍｓ、Ｄブランク期間１１３が約３１ｍｓになるように画像信号を１フレーム分ずつ順次出力しメモリカード２８に記録させる（ステップＳ９）。なお、第１フレーム分の画像信号は、アナログ信号の読み出し開始から約３０ｍｓ後に出力が開始される。また、「高画質モード」における記録画素数は、１３０８×２４５（水平画素数×垂直画素数）である。

このようにすれば、「標準画質モード」において、Ａブランク期間１１１が発生する時間にのみ画像信号を出力することになる。すると、アナログ信号の読み出し期間１１０と画像信号の出力期間１１４とが時間軸上で重複することがなくなるので、アナログ信号に対する画像信号からのノイズの影響を低減することができる。

ステップＳ６またはステップＳ９に引き続き、シャッタボタン２が再度全押しされない
限り（ステップＳ１１；ＮＯ）、信号処理プロセッサ２０は、画像信号のメモリカード２８への記録、つまり動画の記録を継続する（ステップＳ１０）。動画の記録中にシャッタボタン２が全押しされると、信号処理プロセッサ２０は、シャッタボタン２からの撮影終了を指示する操作信号を検知し（ステップＳ１１；ＹＥＳ）、動画の記録を終了する。以上で、図５のフローチャートによる動作が終了する。

以上のように、動画撮影モードとして「高画質モード」が設定された場合と「標準画質モード」が設定された場合とでは、ＣＣＤイメージセンサ１４から読み出されるアナログ信号の読み出しパターンが異なる。そこで、本実施の形態に係る電子カメラでは、アナログ信号の異なる読み出しパターンに応じて画像信号の出力パターンも変更させるようにし、アナログ信号の読み出しが停止される時間（Ａブランク期間が発生する時間）にのみ画像信号を出力するようにした。その結果、アナログ信号の読み出しパターンによらず、アナログ信号の読み出し期間と画像信号の出力期間とが時間軸上で重複することがなくなり、アナログ信号に対する画像信号からのノイズの影響を低減することができる。

本発明は、前述した実施の形態において説明した電子カメラに限定されるものではなく、撮影機能を有した携帯電話機、ＰＤＡ（personal digital assistant）等に適用することができる。また、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、種々の設計変更ができる。

本発明に係る電子カメラの背面図 図１に示した電子カメラの内部構成を示すブロック図 ＡＦＥの内部回路を示すブロック図 撮影モード設定画面を示す図 本発明に係る電子カメラの動作を示すフローチャート 高画質モードでのアナログ信号の信号波形と画像信号の信号波形とを示すタイミング図 標準画質モードでのアナログ信号の信号波形と画像信号の信号波形とを示すタイミング図 従来の電子カメラでのアナログ信号の信号波形と画像信号の信号波形とを示すタイミング図 電子カメラの内部構成を示すブロック図

符号の説明

１ 電源ボタン
２ シャッタボタン
３ モードダイアル
４ メニューキー
５ 実行キー
６ 十字キー
１０ ＬＣＤモニタ
１２ 撮像レンズ
１４ ＣＣＤイメージセンサ
１６ クロック発生回路
１８ ＡＦＥ
２０ 信号処理プロセッサ
２２ ＲＡＭ
２４ 操作部
２６ ＲＯＭ
２８ メモリカード
１００、１１０ アナログ信号の読み出し期間
１０１、１１１ Ａブランク期間
１０３、１１３ Ｄブランク期間
１０４、１１４ 画像信号の出力期間

Claims (5)

1. 撮像部より順次出力されるアナログ信号の読み出し期間を任意に設定する設定手段と、
   この設定手段によって設定された読み出し期間で前記撮像部からアナログ信号を順次出力させる第１の出力制御手段と、
   この第１の出力制御手段によって出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、この変換されたデジタル信号に所定の処理を施してデジタル画像信号を生成する画像信号生成手段と、
   この画像信号生成手段によって生成されたデジタル画像信号を、前記所定の読み出し期間外のブランク期間において出力させる第２の出力制御手段と、
   を備えることを特徴とする撮像装置。
2. 複数の撮影モードの中から一の撮影モードを設定する撮影モード設定手段を更に備え、
   前記設定手段は、前記撮影モード設定手段により設定された撮影モードに応じて前記読み出し期間を設定することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
3. 前記撮像部は、前記ブランク期間において、露光状態となることを特徴とする請求項１又は２記載の撮像装置。
4. 撮像部より順次出力されるアナログ信号の読み出し期間を任意に設定する設定ステップと、
   この設定ステップにおいて設定された読み出し期間で前記撮像部からアナログ信号を順次出力させる第１の出力制御ステップと、
   この第１の出力制御ステップにおいて出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、
   この変換されたデジタル信号に所定の処理を施してデジタル画像信号を生成する画像信号生成ステップと、
   この画像信号生成ステップにおいて生成されたデジタル画像信号を、前記所定の読み出し期間外のブランク期間において出力させる第２の出力制御ステップと、
   を含むことを特徴とする撮像方法。
5. 撮像装置のコンピュータを、
   撮像部より順次出力されるアナログ信号の読み出し期間を任意に設定する設定手段、
   この設定手段によって設定された読み出し期間で前記撮像部からアナログ信号を順次出力させる第１の出力制御手段、
   この第１の出力制御手段によって出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、この変換されたデジタル信号に所定の処理を施してデジタル画像信号を生成する画像信号生成手段、
   この画像信号生成手段によって生成されたデジタル画像信号を、前記所定の読み出し期間外のブランク期間において出力させる第２の出力制御手段、
   として機能させるプログラム。

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