JP2009272703A - 撮像装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 撮像装置において、フレームレートを維持したまま、所望の領域の画像を拡大した高精細画像を表示できるようにすること。
【解決手段】 ２次元に配列された複数の画素を含む撮像素子（１０７）と、撮像素子から、拡大領域を含まない間引き有り領域の画像信号を間引きして読み出し、前記拡大領域を含む間引き無し領域の画像信号を、間引きせずに読み出す読み出し手段（１０９）と、前記拡大領域を除く前記撮像素子の画素から読み出した画像信号から、表示部（１１７）に１フレーム分の画像を全体表示するための第１の解像度で画像を生成し、前記拡大領域の画素から読み出した画像信号から、前記第１の解像度よりも高い第２の解像度の画像を生成し、前記第１の解像度の画像に前記第２の解像度の画像を重畳して、前記表示部に表示するための画像を生成する撮像信号処理部（１０８）とを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、撮像装置及びその制御方法に関し、更に詳しくは、撮像素子から読み出した画像を表示部に表示する撮像装置及びその制御方法に関する。

一般に、固体撮像素子を用いた撮像装置において、画像の高精細化を進めていくためには個体撮像素子の画像数を増やしていく必要がある。しかし、撮像素子の画像数を増やしていくと今度は画像の読み出しに時間がかかり、全画素を読み出すとフレームレートが低下するといった問題が発生する。

そのために、特許文献１では、焦点調節用の画素領域からは画素を間引かない全画素読み出しを、また、それ以外の画素領域からは画素を間引いた読み出しを、一回の読み出しの内に行うことが開示されている。このように１回の読み出しの内で読み出し方を変えることにより、焦点調節用には高解像度部分画像情報を得ると共に、撮影画像確認（ライブビュー）用には画像のフレームレートの低下が起きないようにしている。

また、特許文献２では、撮影前または、撮影後に焦点調節枠内の画像を拡大して表示することにより、撮影者が画像の合焦状態を確認し易くする技術を提示している。

特開２０００−０３２３１８号公報 特開平１１−１９６３０１号公報

しかしながら、特許文献１に開示される方法では、撮影画像確認用の画像データを選択する回路と焦点調整用の画像データを選択する回路とがそれぞれ必要となるため、選択回路が煩雑で大きなものとなってしまう。更に、撮影画像確認用の画像データと焦点調整用の画像データとを別々のメモリ空間に保存するため、動画像として認識できるようにできる限り高速に読み出す必要がある時に、メモリに書き込むデータが増えてしまう。そのため、センサからの読み出しができたとしても、メモリへの書き込みが間に合わなくなると、フレームレートを落とす必要が発生し、動画像の質が低下してしまう。

また、特許文献２に記載された方法によれば、撮影前の画像は、動画として認識できるように間引き読み出しをしてフレームレートを上げた画像で、画像全体を確認するためであれば画質的に十分である。しかし、合焦状態を確認するために焦点調節枠内の画像を拡大表示したとしても、拡大表示される画像の解像度は全体表示された時の画像の解像度と変わりがなく、画素の粗い画像となってしまう。

図６は、特許文献２に記載されているように、焦点調節枠内の画像を拡大して表示する場合の一例を示している。図６（ａ）に示すような画像について、点線枠内の画像を拡大して表示すると、図６（ｂ）に示すように、拡大部分の画素が粗い画像となってしまう。

本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、撮像装置において、フレームレートを維持したまま、所望の領域の画像を拡大した高精細画像を表示できるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の撮像装置は、２次元に配列された複数の画素を含む撮像素子と、前記撮像素子から、拡大表示する画素領域を含まない第１の画素領域の画像信号を第１の間引率で読み出し、前記拡大表示する画素領域を含む第２の画素領域の画像信号を、前記第１の間引率よりも低い第２の間引率で読み出す読み出し手段と、前記拡大表示する画素領域を除く前記撮像素子の画素から読み出した画像信号から、表示部に１フレーム分の画像を全体表示するための第１の解像度で画像を生成し、前記拡大表示する画素領域の画素から読み出した画像信号から、前記第１の解像度よりも高い第２の解像度の画像を生成し、前記第１の解像度の画像に前記第２の解像度の画像を重畳して、前記表示部に表示するための画像を生成する生成手段とを有する。

また、２次元に配列された複数の画素を含む撮像素子を有する撮像装置の本発明の制御方法は、前記撮像素子から、拡大表示する画素領域を含まない第１の画素領域の画像信号を第１の間引率で読み出し、前記拡大表示する画素領域を含む第２の画素領域の画像信号を、前記第１の間引率よりも低い第２の間引率で読み出す読み出し工程と、前記拡大表示する画素領域を除く前記撮像素子の画素から読み出した画像信号から、表示部に１フレーム分の画像を全体表示するための第１の解像度で画像を生成し、前記拡大表示する画素領域の画素から読み出した画像信号から、前記第１の解像度よりも高い第２の解像度の画像を生成し、前記第１の解像度の画像に前記第２の解像度の画像を重畳して、前記表示部に表示するための画像を生成する生成工程とを有する。

撮像装置において、フレームレートを維持したまま、所望の領域の画像を拡大した高精細画像を表示することができる。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係るデジタルカメラ（撮像装置）１００の概略構成を示すブロック図である。

図１において、１０１は、被写体の光学像を撮像素子１０７に結像させる、絞り機構を内包した撮像レンズである。１０２は、全体制御・演算部１１５による制御に基づき、撮像レンズ１０１に対してフォーカスレンズや絞り等の制御を行うレンズ駆動部である。

１０３は、撮像レンズ１０１を通った入射光を、不図示のファインダー部に導くためのミラーであり、一般的にクイックリターン（ＱＲ）ミラーと言われる。このＱＲミラー１０３は、撮影時以外には不図示の光学ファインダに入射光を導くが、撮影時には跳ね上がって撮像素子１０７に入射光を導くように動作する。また、ライブビュー表示時のように表示部１１７に撮影前の画像を表示させる場合にも跳ね上がって、撮像素子１０７に入射光を導くように動作する。１０４は、全体制御・演算部１１５による制御に基づき、上述したミラー１０３の駆動を行うミラー駆動部である。

１０５は、いわゆる一眼レフカメラに使用されるフォーカルプレーン型の先幕／後幕に相当するシャッタ幕を有するシャッタであり、撮像レンズ１０１を通ってきた入射光の遮光と露光時間の制御とを行う。１０６は、全体制御・演算部１１５による制御に基づき、上述したシャッタの駆動を行うシャッタ駆動部である。

焦点調節制御と露光量の制御は、被写体の合焦状態を調べる合焦測定部１１４と被写体の輝度を測定する測光部１１３の出力信号に基づいて、レンズ駆動部１０２とシャッタ駆動部１０６が全体制御・演算部１１５により制御される。ただし、ＱＲミラー１０３が光学ファインダに入射光を導く位置にある時だけ、合焦測定部１１４及び測光部１１３へ光学像を導くように配置されている。従って、合焦測定部１１４及び測光部１１３は、ＱＲミラー１０３が跳ね上がった位置にある場合には用いられない。その場合には、合焦測定部１１４及び測光部１１３の代わりに、撮像素子１０７の画像信号に基づいて合焦状態の測定や測光を行う。

１０７は、撮像レンズ１０１により結像された被写体の光学像を電気的な画像信号に変換して取り込むための、複数の画素を２次元に配列して成る撮像素子である。本実施の形態の撮像素子１０７は、例えば、ＣＭＯＳセンサで形成されている。１０８は、撮像素子１０７から出力される画像信号に対して各種処理を行う撮像信号処理部である。撮像信号処理部１０８は、撮像素子１０７から出力される画像信号の増幅処理や、アナログからディジタルへの変換を行うＡ／Ｄ変換処理、Ａ／Ｄ変換後のデジタルデータに対するキズ補正等の各種の補正処理を行う。更に、撮像信号処理部１０８は、デジタルデータを画像データへ変換する現像処理、或いは、画像データを圧縮する圧縮処理等を行う。

１０９は、撮像素子１０７と撮像信号処理部１０８に対して各種のタイミング信号を出力するタイミング発生部である。タイミング発生部１０９によるタイミング制御により、撮像素子１０７から１フレーム分の画像信号を読み出す際に、間引き読み出し、間引きの無い全画素読み出し、これらを部分的に組み合わせた読み出しを行うことができる。本実施の形態は、この部分的に組み合わせた読み出し方法に特徴があるため、この読み出しについては詳細に後述する。

１１５は、各種の演算処理とカメラ１００の全体を統括的に制御する全体制御・演算部である。１１６は、画像データ等を一時的に記憶するためのメモリと、各種の調整値や全体制御・演算部１１５による各種の制御を実行させるためのプログラム等を恒久的に記憶するためのメモリとの両機能を有するメモリ部である。

１１０は、記録媒体１１１に対する画像データ等の記録処理または記録媒体１１１から画像データ等の読み出し処理を行うための記録媒体制御インターフェース（Ｉ／Ｆ）部である。１１１は、画像データ等の各種のデータを記録する半導体メモリ等からなる着脱可能な記録媒体である。

１１２は、コンピュータ等の外部装置５００と通信するための外部インターフェース（Ｉ／Ｆ）部である。１１７は、撮影した静止画像や動画像等を表示する表示部である。１１８は、撮影者がカメラ１００に対して行う、撮影開始、モード変更等の操作を検出するスイッチ（ＳＷ）検出部である。

図２は、上記構成を有するカメラ１００を背面から見た図である。この背面には表示部１１７が配置されており、ここに撮影前の画像を表示することができる。また背面には、表示部１１７の他に、撮影者がカメラに方向を指示するための方向スイッチ（ＳＷ）２０２（変更手段）が配置され、ＳＷ検出部１１８に接続されている。更に、カメラ１００の背面には、撮影者が拡大率を指示するための拡大スイッチ（ＳＷ）２００、縮小スイッチ（ＳＷ）２０１が配置され（設定手段）、ＳＷ検出部１１８に接続されている。

次に、図３を参照して、本実施の形態における撮像素子１０７の読み出し方法について説明する。図３（ａ）は、撮像素子１０７において、拡大表示する領域ｄと、間引き読み出しする領域（間引き有り領域、第１の画素領域）及び間引き読み出しをしない領域（間引き無し領域、第２の画素領域）との関係を示す図である。なお、拡大領域ｄの位置及びサイズは、方向ＳＷ２０２及び拡大及び縮小ＳＷ２００、２０１により変えることができる。

図３（ａ）に示すように、画面の一部（拡大領域ｄ）を拡大表示する場合、先ず、撮像素子１０７から間引き有り領域ａを間引きして読み出し、次に拡大領域ｄを含む間引き無し領域ｂを間引きをせずに読み出す。そして、最後に間引き有り領域ｃを間引きして読み出す。図３（ｂ）は読み出された画像データの大きさの概念を示している。この読み出しは連続的に行い、３領域で１画面となるようにする。

このようにして読み出された画像信号はＡ／Ｄ変換されてデジタルデータとなり、メモリ部１１６にこの状態で保存される。図３（ｂ）に示すように、間引き有り領域ａとｃは表示に適した画像サイズ、即ち、垂直方向の画素数が、前記表示部の画素数と略一致する間引率で読み出す。これに対して、間引き無し領域ｂから間引き無し （つまり、間引率０％）で読み出した画像は、表示に必要な画像データよりも多くの画像データにより構成された大きな画像となる。このメモリ部１１６に記憶されたデジタルデータを現像して表示用の画像データを生成するのであるが、メモリ部１１６上の間引き有り領域ａとｃはほぼそのまま倍率変換をかけないで（第１の解像度で）現像を行うことにより表示用画像を生成する。

次に、間引き無し領域ｂの内、拡大表示を行わない領域ｂ’の表示用画像は、現像と縮小により上下の間引き有り領域ａ、ｃと同じ倍率（第１の解像度）の表示用画像となるように変換する。そして、間引き無し領域ｂの内、拡大表示を行う拡大領域ｄはほぼそのままのサイズで現像を行か、または、現像と拡大とを行うか、もしくは領域ｂよりは率の小さな縮小と現像とを行う（第２の解像度）。このようにして現像された拡大領域ｄの画像を、表示された領域ａ、ｂ’、ｃの画像の上に重畳して表示する。このとき、拡大領域ｄの表示画像は、領域ａ、ｂ’、ｃの表示画像よりも大きい表示領域ｅとして表示する。

次に、図４を参照して拡大領域ｄの移動について説明する。

例えば、ライブビュー表示などの撮像前に画像表示する場合、ユーザは方向ＳＷ２０２により、拡大領域ｄを移動させて、所望の領域の画像を拡大表示させることができる。

図４（ａ）は、画面の中央を拡大する場合の拡大領域ｄと表示領域ｅとの関係を示している。この時、間引きの無い拡大領域ｄを表示領域ｅの大きさで表示することにより、表示領域の中だけ拡大表示されることになる。この表示領域ｅ以外は、画面全体を表示している。

この状態から、図４（ｂ）に示すように、撮影者が方向ＳＷ２０２の左方向ボタンを押した場合には拡大領域ｄが左に移動していく。この時同時に、この左移動に応じて表示領域ｅも左へと移動していく。この様に表示領域ｅを移動することにより、撮影者に画面内のどこが拡大されているのかを示すことができる。ただし、図４（ｃ）に示すように、表示領域ｅが左端まで来た場合には、表示領域ｅはそれよりも左に移動し画面外に出ることは無く、画面左端で止まり、拡大領域ｄだけ移動するようにする。

図４（ｃ）の状態から、今度は図４（ｄ）に示したように、撮影者が方向ＳＷ２０２を下方向に押した場合には、拡大領域ｄが下に移動する。この拡大領域ｄの移動のために、拡大領域ｄよりも上部の間引き有り領域ａを増やし、拡大領域ｄよりも下部の間引き有り領域ｃを減らすことによって、相対的に間引き無し領域ｂが下へと移動するように制御を行う。

図４（ｅ）に示すように、表示領域ｅが下端まで来た場合には、表示領域ｅはそれよりも下に移動し画面外に出ることは無く、画面下端で止まり、拡大領域ｄだけ移動するようにする。これにより常に、拡大領域ｄ全体を表示できるようにする。

次に、本実施の形態における撮像素子１０７の読み出し方法について、図５を参照して説明を行う。図５では、横方向が時間で、縦方向が撮像素子１０７の縦方向（画面の上から下の方向）を示している。図５に示す例では、図４で説明した表示領域ｅの大きさが一定である場合に、拡大領域ｄの画像を１０倍、５倍、３倍で表示する場合の読み出し方法を示している。拡大率は、拡大及び縮小ＳＷ２００、２０１を操作することにより変えることができる。なお、図５に示す例では、３倍で表示を行う場合に、間引き無しで読み出した拡大領域ｄの画像をほぼそのままのサイズで現像した大きさと、画面上での表示領域ｅのサイズがほぼ一致するものとする。また、表示領域ｅの画面上におけるサイズは、拡大領域ｄの画像の拡大率に関わらず、変わらないものとする。

図５（ａ）は、表示部１１７に画面全体の画像を通常表示する場合の読み出しタイミングを示しており、全体が間引き有りの読み出しとなっている。画像信号の読み出しを撮像素子１０７の最上行から最下行まで１回行うことで、１枚の画像を読み出すことができる。そしてこの読み出しより先立って、所定の蓄積時期間前に画素の電荷を順次リセットすることにより、画面の上下で蓄積期間を一定にすることができる。

図５（ｄ）は、拡大領域ｄの画像を３倍で表示する場合を示しており、画面の上下では間引き有りの読み出しを行い、３倍表示に必要な間引き無し領域ｂに対応する行数を、間引き無しで読み出す。ここで、画面上部と下部とでは間引きの有り読み出しを行うため、撮像素子１０７の縦方向の行に対して読み出しが早く行われるが、拡大領域ｄを含む画面中央部の間引き無し領域では、全ての行を読み出すため、読み出しが遅くなる。そのため、間引き無し読み出しでのリセット線と読み出し線の傾きが緩やかになる。３倍表示の場合には、読み出した画像データをほぼそのままのサイズで表示する。

図５（ｂ）は、拡大領域ｄの画像を１０倍で表示する場合、図５（ｃ）は５倍で表示する場合を示している。それぞれ必要な拡大領域ｄに対応する行数の電荷を間引き無しで読み出し、読み出した画像データを拡大率に応じて拡大することにより、表示領域ｅに拡大表示することができる。

図５では、全画面（図５（ａ））、１０倍（図５（ｂ））、５倍（図５（ｃ））、３倍（図５（ｃ））の例を示しているが、ぞれぞれで、間引き有りの読み出し時の間引き率を変えて、１画面の読み出し時間は一定となるように制御を行っている。これにより拡大率を変える毎に、フレームレートが変化してしまうという不具合を防ぐことができる。

上記の通り本実施の形態によれば、撮像装置において、フレームレートを維持したまま、所望の領域の画像を拡大した高精細画像を表示することが可能となる。

なお、本実施の形態では、間引き有りの領域と間引き無しの領域の２つの領域として説明を行った。しかしながら、拡大率が高くない場合（例えば、図５に説明した場合において２倍表示など）や、撮像素子の全画素数に対して、表示部１１７の画素数が大幅に少ない場合には、間引き無しで無くても良い。従って、読み出しとして、間引き率の高い領域（第１の間引率で読み出す第１の画素領域）と間引き率の低い領域（第２の間引率で読み出す第２の画素領域）との２つの領域としても良い。

また、図５を参照して説明した拡大処理の例では、表示領域ｅのサイズを一定にするものとした。しかしながら、本発明はこれに限るものでは無く、拡大領域ｄのサイズを一定とし、拡大率が高くなるにつれて、表示領域ｅが画面に占める割合を大きくするようにしてもよい。

本発明の実施の形態におけるデジタルカメラの概略構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態におけるデジタルカメラの背面図である。 本発明の実施の形態における撮像素子の読み出し方法を説明するための図である。 本発明の実施の形態における拡大領域の移動を示す図である。 本発明の実施の形態における撮像素子の読み出し方法を説明するための図である。 従来の表示画像の一部を拡大表示した場合の画像の一例を示す図である。

符号の説明

１０１ 撮像レンズ
１０２ レンズ駆動部
１０３ クイックリターンミラー
１０４ ミラー駆動部
１０５ シャッタ
１０６ シャッタ駆動部
１０７ 撮像素子
１０８ 撮像信号処理部
１０９ タイミング発生部
１１０ 記録媒体制御インターフェース（Ｉ／Ｆ）部
１１１ 記録媒体
１１２ 外部インターフェース（Ｉ／Ｆ）部
１１３ 測光部
１１４ 合焦測定部
１１５ 全体制御・演算部
１１６ メモリ部
１１７ 表示部
１１８ スイッチ（ＳＷ）検出部
２００ 拡大スイッチ（ＳＷ）
２０１ 縮小スイッチ（ＳＷ）
５００ 外部装置

Claims (7)

1. ２次元に配列された複数の画素を含む撮像素子と、
   前記撮像素子から、拡大表示する画素領域を含まない第１の画素領域の画像信号を第１の間引率で読み出し、前記拡大表示する画素領域を含む第２の画素領域の画像信号を、前記第１の間引率よりも低い第２の間引率で読み出す読み出し手段と、
   前記拡大表示する画素領域を除く前記撮像素子の画素から読み出した画像信号から、表示部に１フレーム分の画像を全体表示するための第１の解像度で画像を生成し、前記拡大表示する画素領域の画素から読み出した画像信号から、前記第１の解像度よりも高い第２の解像度の画像を生成し、前記第１の解像度の画像に前記第２の解像度の画像を重畳して、前記表示部に表示するための画像を生成する生成手段と
   を有することを特徴とする撮像装置。
2. 前記拡大表示する画素領域の位置を変更する変更手段を更に有することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記拡大表示する画素領域の拡大率を設定する設定手段を更に有することを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
4. 前記第１の間引率は、前記撮像素子から１フレーム分の画像を読み出した場合に、垂直方向の画素数が、前記表示部の画素数と略一致するように設定された間引率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。
5. 前記第２の間引率は、０％であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置。
6. 前記設定手段により前記拡大率が変更された場合に、前記読み出し手段は、前記拡大率を変更する前と後の前記撮像素子の読み出しにかかる時間が一定となるように、少なくとも前記第１の間引率と前記第２の間引率のいずれかを変更することを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
7. ２次元に配列された複数の画素を含む撮像素子を有する撮像装置の制御方法であって、
   前記撮像素子から、拡大表示する画素領域を含まない第１の画素領域の画像信号を第１の間引率で読み出し、前記拡大表示する画素領域を含む第２の画素領域の画像信号を、前記第１の間引率よりも低い第２の間引率で読み出す読み出し工程と、
   前記拡大表示する画素領域を除く前記撮像素子の画素から読み出した画像信号から、表示部に１フレーム分の画像を全体表示するための第１の解像度で画像を生成し、前記拡大表示する画素領域の画素から読み出した画像信号から、前記第１の解像度よりも高い第２の解像度の画像を生成し、前記第１の解像度の画像に前記第２の解像度の画像を重畳して、前記表示部に表示するための画像を生成する生成工程と
   を有することを特徴とする制御方法。

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