JP3706006B2 - 撮像装置及び撮像方法 - Google Patents
撮像装置及び撮像方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3706006B2 JP3706006B2 JP2000219344A JP2000219344A JP3706006B2 JP 3706006 B2 JP3706006 B2 JP 3706006B2 JP 2000219344 A JP2000219344 A JP 2000219344A JP 2000219344 A JP2000219344 A JP 2000219344A JP 3706006 B2 JP3706006 B2 JP 3706006B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- value
- lut
- gain
- charge accumulation
- accumulation time
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Landscapes
- Studio Devices (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は露出制御処理を行う撮像装置及び撮像方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電荷蓄積時間を変更できる固体撮像素子において、ルックアップテーブル（以下、ＬＵＴ）を用いて電荷蓄積時間及びゲインを調節し、一定の映像レベルが得られるまでの露出制御時間を短く、かつ精度の良い露出制御を行うための手段が特開平１１−１８００２号公報に記載されている。この方式では、ＬＵＴを使用して画素積算値や電荷蓄積時間を対数値に変換することにより、本来、乗除算の必要な演算を加減算のみで実現して、従来よりも処理を高速化、高精度化している。
【０００３】
図１１は上記公報に開示されている従来の撮像装置の構成を示すブロック図であり、図において、１は入射する光画像を光電変換して電気信号の映像信号を出力する、電荷蓄積時間Ｓを変更できる固体撮像素子、２は固体撮像素子１の電荷蓄積時間Ｓを制御するための駆動パルスを供給するタイミングジェネレータ、３は固体撮像素子１からの映像信号を増幅するプリアンプである。
【０００４】
６はプリアンプ３からの映像信号をデジタルの映像信号に変換するＡ／Ｄコンバータ、７はＡ／Ｄコンバータ６からの１フレーム分のデジタルの映像信号の画素値を積算し画素積算値を出力する積算手段、３８は積算手段７からの画素積算値を入力し、具備しているＬＵＴ１２１，１２２を用いて演算を行い、タイミングジェネレータ２が出力する駆動パルスのパルス間隔を変更するための制御信号を出力する演算手段である。１２１はテーブルアドレスｎの値に対して被写体の明るさＬを設定したＬＵＴ，１２２はＬＵＴ１２１のテーブルアドレスｎの値に対して、目標の画素積算値を得るための電荷蓄積時間Ｓを示すＬＵＴである。
【０００５】
次に動作について説明する。
入射する光画像は固体撮像素子１により電気信号の映像信号に変換され、固体撮像素子１から出力された映像信号はプリアンプ３により増幅され、Ａ／Ｄコンバータ６によりデジタルの映像信号に変換される。タイミングジェネレータ２は固体撮像素子１の駆動パルスのパルス間隔を変えることによって固体撮像素子１の電荷蓄積時間Ｓを変えることができ、電荷蓄積時間Ｓを変えることにより固体撮像素子１の露出制御を行うことができる。
【０００６】
積算手段７はＡ／Ｄコンバータ６から入力されたデジタルの映像信号の１フィールド分の画素値を積算し、その画素積算値を演算手段３８へ出力する。積算手段７は映像信号中の全てのエリアを積算しても良いし、その一部、例えば中央重点測光においては中央部のみを積算しても良い。演算手段３８は積算手段７により算出された画素積算値を入力し、ＬＵＴ１２１，１２２を使用して演算を行い、画素積算値に応じて固体撮像素子１の電荷蓄積時間Ｓを変えるように、タイミングジェネレータ２へ駆動パルスのパルス間隔を変更するための制御信号を出力する。
【０００７】
図１２はテーブルアドレスｎの値に対して被写体の明るさＬを設定したＬＵＴ１２１の例を示す図である。演算手段３８は、図１２に示すように、予め定めた定数Ｋ１（＝１００）に定数Ｋ２とテーブルアドレスｎの値とをべき乗した指数関数で表すことのできる、テーブルアドレスｎの値に対応したＮ個の被写体の明るさＬを示すＬＵＴ１２１を具備する。図１２では、テーブルアドレスが０番における被写体の明るさＬが１００［ｌｘ］（＝Ｋ１）のとき、テーブルアドレスが１番における被写体の明るさＬは１００K2［ｌｘ］となり、被写体の明るさＬが指数関数的に増加するように設定されている。例えば１００［ｌｘ］から１０００００［ｌｘ］までの明るさを包括したいときは、
Ｋ２＝（１０００００／１００）1/(N-1) （１）
となる。
【０００８】
図１３はＬＵＴ１２１のテーブルアドレスｎの値に対して、目標の画素積算値を得るための電荷蓄積時間Ｓを示すＬＵＴ１２２の例を示す図である。演算手段３８は、図１３に示すように、テーブルアドレスｎの値に対してＮ個の電荷蓄積時間Ｓを示すＬＵＴ１２２を具備する。ＬＵＴ１２２の各テーブルアドレスｎには、同じテーブルアドレスのＬＵＴ１２１の明るさで撮像した際の積算手段７における１フィールド分の画素積算値が一定となるように、電荷蓄積時間Ｓが設けられている。すなわち、テーブルアドレスｎ番における被写体の明るさをＬｎとし、テーブルアドレスｎ番における電荷蓄積時間をＳｎとすると、被写体の明るさＬｎにおいて固体撮像素子１の電荷蓄積時間Ｓｎで撮像したとき得られる映像信号レベル（１フィールド分の画素積算値）は一定となり、目標とする映像信号レベルになるようにＬＵＴ１２２の各電荷蓄積時間Ｓが定められている。そのときの目標の画素積算値をΣｐとすると、次の（２）式が成り立つ。
Σｐ＝Ｋ９×Ｌｎ×Ｓｎ （２）
ただし、Ｋ９は定数である。
【０００９】
ここで、目標の画素積算値Σｐは、撮像された画面の明るさを示すパラメータであり、例えば、より明るい画像が必要であれば、高くするといったように、希望する露出を示すための指標となる。希望する露出が変わると、目標の画素積算値Σｐが変わることになるため、ＬＵＴ１２２の電荷蓄積時間Ｓを補正する必要がある。
【００１０】
上記（２）式より、ある電荷蓄積時間Ｓｍで撮像したとき得られた画素積算値がΣｍであれば、そのときの被写体の明るさＬｍ’は次式で求めることができる。
Ｌｍ’＝Σｍ／（Ｋ９×Ｓｍ） （３）
よって、演算手段３８が算出したＬｍ’に対して、ＬＵＴ１２１のＬｍ’と同じテーブルアドレスである電荷蓄積時間Ｓｍ’で撮像すれば、目標の画素積算値Σｐ，すなわち目標とする信号レベルを得ることができる。
【００１１】
この方法では、理論的には被写体の明るさＬを算出する一度の演算のみで、適正な電荷蓄積時間Ｓを選択することができるが、得られた画素積算値が極端に小さい場合等では、上記（２）式の演算結果に誤差が生じる。しかし、上記演算を繰り返し行うことにより電荷蓄積時間Ｓの設定値は適正値に近づくため、演算誤差を限りなく小さくすることができる。
【００１２】
このように、演算手段３８が画素積算値より被写体の明るさＬを算出し、それに合った電荷蓄積時間ＳをＬＵＴ１２２から参照することにより、数回の繰り返し動作だけで精度の高い露出制御が行える。
【００１３】
また、上記公報には、電荷蓄積時間Ｓだけでなく、Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ（以下、ＡＧＣ）回路を併用して露出制御を行う場合の制御方式に関しても記述されている。図１４は上記公報に開示された従来の撮像装置の構成を示すブロック図である。図において、４はプリアンプ３からの映像信号を増幅する、ゲインＧを変更できるＡＧＣ回路、５はＡＧＣ回路４のゲインＧを制御するアナログの制御信号を出力するＤ／Ａコンバータ、４８は積算手段７からの画素積算値を入力し、具備しているＬＵＴ１２３〜１２８を使用して演算を行い、タイミングジェネレータ２が出力する駆動パルスのパルス間隔を変更するための制御信号を出力すると共に、ＡＧＣ回路４のゲインＧを変更するためにＤ／Ａコンバータ５に制御信号を出力する演算手段である。その他の図１１と同一符号の構成は、それぞれ同一又は相当部分を示しいる。
【００１４】
演算手段４８はＡＧＣ回路４のゲインＧを変えるための制御信号をＤ／Ａコンバータ５へ出力し、Ｄ／Ａコンバータ５は演算手段４８から入力された制御信号を、電圧値で示されるアナログの制御信号に変換しＡＧＣ回路４に出力する。ＡＧＣ回路４はＤ／Ａコンバータ５からのアナログの制御信号によりゲインＧが変更される。
【００１５】
また、演算手段４８による制御については、演算をそのまま乗除算で行うのではなく、対数を用いて加減算に変換することが可能である。まず、画素積算値Σと被写体の明るさＬと電荷蓄積時間ＳとＡＧＣ回路４のゲインＧの関係は、次の（４）式で示される。
Σ＝Ｋ１０×Ｌ×Ｓ×Ｇ （４）
ただし、Ｋ１０は定数である。よって被写体の明るさＬは、得られた画素積算値Σと撮像時の電荷蓄積時間Ｓ及びゲインＧから、次の（５）式にて算出することができる。
Ｌ＝Σ／（Ｋ１０×Ｓ×Ｇ） （５）
上記（５）式の両辺の対数を取ると次の（６）式となる。
ｌｏｇＬ＝ｌｏｇΣ−ｌｏｇＳ−ｌｏｇＧ−ｌｏｇＫ１０ （６）
【００１６】
この方式においても、演算手段４８の実際の演算にはＬＵＴが必要となる。演算手段４８は、テーブルアドレスｎの値に対して被写体の明るさＬの対数値を設定した、すなわち、図１２に示したＬＵＴ１２１の被写体明るさＬの部分を対数値ｌｏｇＬに置き換えたＬＵＴ１２３と、ＬＵＴ１２３のテーブルアドレスｎの値に対して、目標の画素積算値を得るための電荷蓄積時間Ｓを示すＬＵＴ１２４と、ＬＵＴ１２３のテーブルアドレスｎの値に対して、目標の画素積算値を得るためのゲインＧを示すＬＵＴ１２５と、ＬＵＴ１２４のテーブルアドレスｎの値に対して、電荷蓄積時間Ｓを対数値に置き換えるＬＵＴ１２６と、ＬＵＴ１２５のテーブルアドレスｎの値に対して、ゲインＧを対数値に置き換えるＬＵＴ１２７と、画素積算値を対数値に置き換えるＬＵＴ１２８を具備している。
【００１７】
上記（６）式より、ある電荷蓄積時間Ｓｍ及びゲインＧｍで撮像したとき得られた画素積算値がΣｍであれば、そのときの被写体の明るさ対数値ｌｏｇＬｍ’は、次の（７）式で求めることができる。
ｌｏｇＬｍ’＝ｌｏｇΣｍ−ｌｏｇＳｍ−ｌｏｇＧｍ−ｌｏｇＫ１０（７）
ここで、ｌｏｇＳｍ及びｌｏｇＧｍは、これらを求める際に用いたｌｏｇＬｍの値からＬＵＴ１２６とＬＵＴ１２７を参照することにより容易に求められ、ＬＵＴ１２８によってｌｏｇΣｍも求まるため、加減算のみによってｌｏｇＬｍ’の値が求まる。算出したｌｏｇＬｍ’においてＬＵＴ１２４とＬＵＴ１２５を参照し、ＬＵＴ１２３のＬｍ’と同じテーブルアドレスである電荷蓄積時間Ｓｍ’及びゲインＧで撮像すれば、目標の画素積算値Σｐ，すなわち目標とする信号レベルを得ることができる。
【００１８】
このように、電荷蓄積時間ＳとゲインＧという２つのパラメータを制御する必要がある場合でも、被写体の明るさＬを基準として対応した電荷蓄積時間Ｓ，及びゲインＧを設定することにより最適な制御を実現でき、また、演算に用いる各係数を対数化することによって演算を加減算のみとして、計算量を増大させることなく精度の高い露出制御が行える。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
従来の撮像装置は以上のように構成されているので、複数のＬＵＴが必要となり、大容量のデータをＬＵＴの設定値として記録しておく領域が必要になるという課題があった。また、システムの演算精度を上げようとする場合、値を対数化するＬＵＴの入力値の幅が広くなり、ＬＵＴに必要なデータ記録領域がさらに増大するという課題があった。
【００２０】
さらに、電荷蓄積時間ＳとゲインＧという複数のパラメータを制御する場合には、同じ明るさＬに対しても一意にパラメータが決定されるわけではなく、電荷蓄積時間ＳとゲインＧの組み合わせに一定の条件が課せられるだけで、いずれか一方の値に関しては自由に選択できる。その場合に具体的なパラメータの値は、各パラメータの設定可能範囲や撮像装置の使用目的によって決定方法を変更する必要がある。このように制御タイプの異なる複数の露出制御方式を用意し、必要に応じていずれかを選択するような仕組みを導入する場合にも、タイプの数に合わせてそれぞれ一連のＬＵＴを作成する必要があり、ＬＵＴに必要なデータ記録領域が増大するという課題があった。
【００２１】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、露出制御に必要なデータ容量を低減すると共に、様々なタイプの露出制御方式に対しても柔軟に対応可能な撮像装置及び撮像方法を得ることを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る撮像装置は、光画像を光電変換して映像信号を出力する、電荷蓄積時間を変更できる固体撮像素子と、上記固体撮像素子からの映像信号を増幅する、ゲインを変更できるＡＧＣ回路と、上記ＡＧＣ回路からの映像信号をデジタルの映像信号に変換するＡ／Ｄコンバータと、上記Ａ／Ｄコンバータからのデジタルの映像信号の画素値を、所定領域単位に積算して画素積算値を求める積算手段と、設定可能最小単位である単位設定電荷蓄積時間により設定可能な電荷蓄積時間を対数値に置き換える第１のＬＵＴと、設定可能最小単位である単位設定ゲインにより設定可能なゲインを対数値に置き換える第２のＬＵＴに基づき、被写体の明るさの指標値に対して、目標の画素積算値を得るための上記固体撮像素子の電荷蓄積時間及び上記ＡＧＣ回路のゲインを求めると共に、上記固体撮像素子の電荷蓄積時間及び上記ＡＧＣ回路のゲインをそれぞれの対数値に置き換える第３のＬＵＴを生成するテーブル生成手段と、上記積算手段からの画素積算値を対数値に置き換える第４のＬＵＴを有し、上記第４のＬＵＴにより置き換えられた画素積算値の対数値、上記第３のＬＵＴにより置き換えられた撮影時の電荷蓄積時間の対数値及び撮影時のゲインの対数値により被写体の明るさの指標値を求め、求めた被写体の明るさの指標値により上記第３のＬＵＴから上記固体撮像素子の電荷蓄積時間と上記ＡＧＣ回路のゲインを決定する演算手段とを備えたものである。
【００２３】
この発明に係る撮像装置は、光画像を光電変換して映像信号を出力する、電荷蓄積時間を変更できる固体撮像素子と、上記固体撮像素子からの映像信号を増幅する、ゲインを変更できるＡＧＣ回路と、上記ＡＧＣ回路からの映像信号をデジタルの映像信号に変換するＡ／Ｄコンバータと、上記Ａ／Ｄコンバータからのデジタルの映像信号の画素値を、所定領域単位に積算して画素積算値を求める積算手段と、設定可能最小単位値である単位設定電荷蓄積時間の対数値、設定可能最小単位値である単位設定ゲインの対数値、及び上記積算手段からの画素積算値を対数値に置き換える第４のＬＵＴにおける対数値に基づき、被写体の明るさの指標値に対して、目標の画素積算値を得るための上記固体撮像素子の電荷蓄積時間及び上記ＡＧＣ回路のゲインを求めると共に、上記固体撮像素子の電荷蓄積時間及び上記ＡＧＣ回路のゲインをそれぞれの対数値に置き換える第３のＬＵＴを生成するテーブル生成手段と、上記第４のＬＵＴを有し、上記第４のＬＵＴにより置き換えられた画素積算値の対数値、上記第３のＬＵＴにより置き換えられた撮影時の電荷蓄積時間の対数値及び撮影時のゲインの対数値により被写体の明るさの指標値を求め、求めた被写体の明るさの指標値により上記第３のＬＵＴから上記固体撮像素子の電荷蓄積時間と上記ＡＧＣ回路のゲインを決定する演算手段とを備えたものである。
【００２４】
この発明に係る撮像装置は、第３のＬＵＴが、求められた被写体の明るさの指標値に対して、目標の画素積算値を得るための電荷蓄積時間を示す第５のＬＵＴと、求められた被写体の明るさの指標値に対して、目標の画素積算値を得るためのゲインを示す第６のＬＵＴと、上記第５のＬＵＴの指標値に対して、電荷蓄積時間を対数値に置き換える第７のＬＵＴと、上記第６のＬＵＴの指標値に対して、ゲインを対数値に置き換える第８のＬＵＴとにより構成されるものである。
【００２６】
この発明に係る撮像方法は、光画像を光電変換して映像信号を出力する第１のステップと、上記映像信号を増幅する第２のステップと、上記増幅された映像信号をデジタルの映像信号に変換する第３のステップと、上記デジタルの映像信号の画素値を所定領域単位に積算して画素積算値を求める第４のステップと、設定可能最小単位である単位設定電荷蓄積時間により設定可能な電荷蓄積時間を対数値に置き換える第１のＬＵＴと、設定可能最小単位である単位設定ゲインにより設定可能なゲインを対数値に置き換える第２のＬＵＴに基づき、被写体の明るさの指標値に対して、目標の画素積算値を得るための上記第１のステップにおける電荷蓄積時間及び上記第２のステップにおけるゲインを求めると共に、上記第１のステップにおける電荷蓄積時間及び上記第２のステップにおけるゲインをそれぞれの対数値に置き換える第３のＬＵＴを生成する第５のステップと、上記第４のステップで求めた画素積算値を対数値に置き換える第４のＬＵＴにより置き換えられた画素積算値の対数値、上記第３のＬＵＴにより置き換えられた撮影時の電荷蓄積時間の対数値及び撮影時のゲインの対数値により被写体の明るさの指標値を求め、求めた被写体の明るさの指標値により上記第３のＬＵＴから上記第１のステップにおける電荷蓄積時間と上記第２のステップにおけるゲインを決定する第６のステップとを備えたものである。
【００２７】
この発明に係る撮像方法は、光画像を光電変換して映像信号を出力する第１のステップと、上記映像信号を増幅する第２のステップと、上記増幅された映像信号をデジタルの映像信号に変換する第３のステップと、上記デジタルの映像信号の画素値を所定領域単位に積算して画素積算値を求める第４のステップと、設定可能最小単位値である単位設定電荷蓄積時間の対数値、設定可能最小単位値である単位設定ゲインの対数値、及び上記第４のステップにおける画素積算値を対数値に置き換える第４のＬＵＴにおける対数値に基づき、被写体の明るさの指標値に対して、目標の画素積算値を得るための上記第１のステップにおける電荷蓄積時間及び上記第２のステップにおけるゲインを求めると共に、上記第１のステップにおける電荷蓄積時間及び上記第２のステップにおけるゲインをそれぞれの対数値に置き換える第３のＬＵＴを生成する第５のステップと、上記第４のＬＵＴにより置き換えられた画素積算値の対数値、上記第３のＬＵＴにより置き換えられた撮影時の電荷蓄積時間の対数値及び撮影時のゲインの対数値により被写体の明るさの指標値を求め、求めた被写体の明るさの指標値により上記第５のステップで生成した上記第３のＬＵＴから、上記第１のステップにおける電荷蓄積時間と上記第２のステップにおけるゲインを決定する第６のステップとを備えたものである。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による撮像装置の構成を示すブロック図であり、図において、１は入射する光画像を光電変換して電気信号の映像信号を出力する、電荷蓄積時間Ｓを変更できる固体撮像素子、２は固体撮像素子１の電荷蓄積時間Ｓを制御するための駆動パルスを供給するタイミングジェネレータである。
【００３０】
３は固体撮像素子１からの映像信号を増幅するプリアンプ、４はプリアンプ３からの映像信号を増幅する、ゲインを変更できるＡＧＣ回路、５はＡＧＣ回路４のゲインＧを制御するアナログの制御信号を出力するＤ／Ａコンバータ、６はＡＧＣ回路４からの映像信号をデジタルの映像信号に変換するＡ／Ｄコンバータ、７はＡ／Ｄコンバータ６からの１フレーム分のデジタルの映像信号の画素値を積算し画素積算値を出力する積算手段である。
【００３１】
８は積算手段７からの画素積算値を入力し、具備しているＬＵＴ１０１〜ＬＵＴ１０５を使用して固体撮像素子１の電荷蓄積時間ＳとＡＧＣ回路４のゲインを決定する演算手段であり、９は具備しているＬＵＴ１１１，ＬＵＴ１１２に基づき、演算手段８が演算に使用するＬＵＴ１０２〜１０５を生成するテーブル生成手段である。
【００３２】
演算手段８において、１０１は画素積算値を対数値に置き換えるＬＵＴ（第４のＬＵＴ）、１０２は求められた被写体の明るさＬに対応したテーブルアドレス（指標値）ｎの値に対して、目標の画素積算値を得るための電荷蓄積時間Ｓを示すＬＵＴ（第５のＬＵＴ）、１０３は求められた被写体の明るさＬに対応したテーブルアドレス（指標値）ｎの値に対して、目標の画素積算値を得るためのゲインＧを示すＬＵＴ（第６のＬＵＴ）、１０４はＬＵＴ１０２のテーブルアドレスｎの値に対して、電荷蓄積時間Ｓを対数値に置き換えるＬＵＴ（第７のＬＵＴ）、１０５はＬＵＴ１０３のテーブルアドレスｎの値に対して、ゲインＧを対数値に置き換えるＬＵＴ（第８のＬＵＴ）である。上記ＬＵＴのうち、ＬＵＴ１０２〜ＬＵＴ１０５は、被写体の明るさＬから電荷蓄積時間ＳとゲインＧ、並びにそれぞれの対数値を求めるＬＵＴ（第３のＬＵＴ）である。
【００３３】
演算手段８は、積算手段７からの画素積算値及び画素積算値を対数値に置き換えるＬＵＴ１０１と、撮影時の電荷蓄積時間Ｓの対数値と、撮影時のゲインＧの対数値を使用した演算により被写体の明るさＬの指標値ｎを求め、求めた被写体の明るさＬの指標値ｎをテーブルアドレスとして参照することにより、被写体の明るさＬから電荷蓄積時間ＳとゲインＧ、並びにそれぞれの対数値を求めるＬＵＴ１０２〜ＬＵＴ１０５から固体撮像素子１の電荷蓄積時間ＳとＡＧＣ回路４のゲインを決定し、タイミングジェネレータ２が出力する駆動パルスのパルス間隔を変更するための制御信号を出力すると共に、ＡＧＣ回路４のゲインＧを変更するためにＤ／Ａコンバータ５に制御信号を出力する。
【００３４】
テーブル生成手段９において、１１１は固体撮像素子１の特性により設定可能な電荷蓄積時間Ｓを対数値に置き換えるＬＵＴ（第１のＬＵＴ）、１１２はＡＧＣ回路４の特性により設定可能なゲインＧを対数値に置き換えるＬＵＴ（第２のＬＵＴ）である。テーブル生成手段９は、固体撮像素子１の特性により設定可能な電荷蓄積時間Ｓを対数値に置き換えるＬＵＴ１１１と、ＡＧＣ回路４の特性により設定可能なゲインＧを対数値に置き換えるＬＵＴ１１２に基づき、被写体の明るさＬから電荷蓄積時間ＳとゲインＧ、並びにそれぞれの対数値を求めるＬＵＴ１０２〜１０５を生成する。
【００３５】
次に動作について説明する。
撮像装置に入射する光画像は、固体撮像素子１によって電気信号の映像信号に変換された後、プリアンプ３及びＡＧＣ回路４によって増幅され、Ａ／Ｄコンバータ６によってデジタルの映像信号に変換される。このデジタルの映像信号は、積算手段７によって１フィールド分の画素値が積算され、その画素積算値が演算手段８へ出力される。この際、積算手段７は映像信号中の全てのエリアを積算しても良いし、映像信号中の一部、例えば中央重点測光においては中央部のみを積算したり、あるいは画素の位置に応じて重み付けを行って積算しても良い。
【００３６】
演算手段８は積算手段７によって得られた画素積算値を入力し、具備しているＬＵＴ１０１〜１０５に基づき演算を行い、固体撮像素子１の電荷蓄積時間Ｓを変えるように、タイミングジェネレータ２が出力する駆動パルスのパルス間隔を変更するための制御信号を、タイミングジェネレータ２に出力すると共に、ＡＧＣ回路４のゲインＧを変更するために、Ｄ／Ａコンバータ５に制御信号を出力する。演算手段８はＬＵＴ１０１〜１０５を使用して演算を行い、出力する電荷蓄積時間Ｓの制御信号及びゲインＧの制御信号を決定するが、このうち、ＬＵＴ１０１はあらかじめ作成されているが、ＬＵＴ１０２〜１０５はテーブル生成手段９によって、この撮像装置の動作開始時に自動的に生成される。
【００３７】
次に各ＬＵＴ１０１〜１０５の値の定め方を以下に示す。まず、画素積算値Σと被写体の明るさＬと電荷蓄積時間ＳとゲインＧの関係は、次の（８）式で示される。
Σ＝Ｋ×Ｌ×Ｓ×Ｇ （８）
ただし、Ｋは定数である。
【００３８】
よって被写体の明るさＬは、得られた画素積算値Σと撮像時の電荷蓄積時間Ｓ及びゲインＧから、次の（９）式にて算出することができる。
Ｌ＝Σ／（Ｋ×Ｓ×Ｇ） （９）
これを両辺対数化すると、
ｌｏｇＬ＝ｌｏｇΣ−ｌｏｇＫ−ｌｏｇＳ−ｌｏｇＧ （１０）
となる。さらに両辺に定数Ｃを掛けると、
Ｃ・ｌｏｇＬ＝Ｃ・ｌｏｇΣ−Ｃ・ｌｏｇＫ−Ｃ・ｌｏｇＳ−Ｃ・ｌｏｇＧ（１１）
となる。
【００３９】
ここで、Ｌを定数Ｋ１及びＫ２を用いて表すと、
Ｌ＝Ｋ１・１０n・K2 （１２）
となる。ただし、ｎは０以上Ｎ未満の整数で指標値である。これを両辺対数化して両辺に定数Ｃを掛けると、
Ｃ・ｌｏｇＬ＝Ｃ・ｌｏｇＫ１＋ｎ・Ｃ・Ｋ２ （１３）
となり、これを（１１）式に代入すると、
となる。そして、上記（１４）式より次の（１５）式が得られる。
ｎ・Ｃ・Ｋ２＝Ｃ・ｌｏｇΣ−Ｋ３−Ｃ・ｌｏｇＳ−Ｃ・ｌｏｇＧ（１５）
ただし、Ｋ３は定数であり、
Ｋ３＝−Ｃ・ｌｏｇＫ−Ｃ・ｌｏｇＫ１
である。
【００４０】
ここで、Ｃが
Ｃ・Ｋ２＝１
を満たすものとすれば、上記（１５）式より次の（１６）式が成り立つ。
ｎ＝Ｃ・ｌｏｇΣ−Ｋ３−Ｃ・ｌｏｇＳ−Ｃ・ｌｏｇＧ （１６）
よって、Ｋ１及びＫ２の値に関わらずＣを適切な値に取ることで、左辺を整数値にすることができ、上記（１６）式における画素積算値Σ，電荷蓄積時間Ｓ，ゲインＧのそれぞれの対数値をＬＵＴ１０１〜１０５により求めることで、被写体の明るさＬに対応するテーブルアドレス（指標値）ｎの値を、加減算のみを用いて算出することができる。また、ｎは０以上Ｎ未満の整数であるので、求められたｎの値をテーブルアドレスとするＬＵＴを参照することにより、適切な電荷蓄積時間Ｓ及びゲインＧの値を求めることができる。
【００４１】
上記（１５）式を利用した露出制御を行うためには、画素積算値を対数値に置き換えるＬＵＴ１０１と、求められた被写体の明るさＬに対応したテーブルアドレスｎの値に対して、目標の画素積算値を得るための電荷蓄積時間Ｓを示すＬＵＴ１０２と、求められた被写体の明るさＬに対応したテーブルアドレスｎの値に対して、目標の画素積算値を得るためのゲインＧを示すＬＵＴ１０３と、ＬＵＴ１０２のテーブルアドレスｎの値に対して、電荷蓄積時間Ｓを対数値に置き換えるＬＵＴ１０４と、ＬＵＴ１０３のテーブルアドレスｎの値に対して、ゲインＧを対数値に置き換えるＬＵＴ１０５が必要となる。
【００４２】
上記（１６）式より、あるテーブルアドレスｎm の値に基づいて定めた電荷蓄積時間Ｓｍ及びゲインＧｍで撮像したとき得られた画素積算値がΣｍであれば、そのときの被写体の明るさＬｍ’に対応したテーブルアドレスｎm ’の値は、次の（１７）式で求めることができる。
ｎm ’＝ＣｌｏｇΣｍ−Ｋ３−ＣｌｏｇＳｍ−ＣｌｏｇＧｍ （１７）
ここで、ＣｌｏｇＳｍ及びＣｌｏｇＧｍは、これらを求める際に用いたｎm の値からＬＵＴ１０４とＬＵＴ１０５を参照することにより容易に求められ、ＬＵＴ１０１によってＣｌｏｇΣｍも求まるため、加減算のみによってｎm ’の値を求めることができる。算出したｎm ’において、ＬＵＴ１０２とＬＵＴ１０３を参照し、対応する電荷蓄積時間Ｓｍ’及びゲインＧで撮像すれば、目標の画素積算値Σｐ，すなわち目標とする信号レベルを得ることができる。
【００４３】
この方法では、理論的には被写体の明るさＬに対応するテーブルアドレスｎの値を算出する一度の演算のみで、適正電荷蓄積時間Ｓ及びゲインＧを選択することができるが、得られた画素積算値が極端に小さい場合等では、上記（１６）式の演算結果に誤差が生じる。しかし、上記演算を繰り返し行うことにより、電荷蓄積時間Ｓの設定値は適正値に近づくため、演算誤差を限りなく小さくすることができる。
【００４４】
次にＬＵＴを生成する方法について述べる。
図２は画素積算値を対数値に置き換えるＬＵＴ１０１の例を示す図である。演算手段８が使用する５つのＬＵＴ１０１〜１０５のうち、ＬＵＴ１０１は、図２に示すように、画素積算値Σに応じた対数値をあらかじめ算出して作成する。その他のＬＵＴ１０２〜１０５は、いずれも被写体の明るさＬに対応する整数値ｎがテーブルアドレスとなるＬＵＴだが、これらを作成する際には、電荷蓄積時間ＳとゲインＧのいずれを優先的に変化させるか、また各パラメータの上限値等の制約条件をどのように定めるか等によって、同じ照度条件に対応するものであっても様々なパターンのＬＵＴを作成可能である。この実施の形態では、これらをテーブル生成手段９によって自動的に生成する。
【００４５】
図３は設定可能最小単位である単位設定電荷蓄積時間により設定可能な電荷蓄積時間Ｓを対数値に置き換えるＬＵＴ１１１の例を示す図である。ここでは、電荷蓄積時間Ｓが設定可能最小単位値である単位設定電荷蓄積時間Ｓｕの整数倍の値として設定可能な場合の例を示している。図４は設定可能最小単位値である単位設定ゲインにより設定可能なゲインＧを対数値に置き換えるＬＵＴ１１２の例を示す図であり、ゲインＧが設定可能最小単位値である単位設定ゲインＧｕのべき乗値として設定可能な場合について示している。テーブル生成手段９は、ＬＵＴ１１１及びＬＵＴ１１２から、あらかじめ定めた方針に従って、演算手段８が使用するＬＵＴ１０２〜１０５を自動的に生成する。
【００４６】
図３及び図４において、単位設定電荷蓄積時間により設定可能な電荷蓄積時間Ｓ，及び単位設定ゲインにより設定可能なゲインＧを使用しているが、これに限るものでなく、固体撮像素子１の光電変換特性により設定可能な電荷蓄積時間Ｓ，及びＡＧＣ回路４の増幅特性により設定可能なゲインＧを使用しても良い。
【００４７】
以下、ＬＵＴ１０２〜１０５の生成の具体例について述べる。
上記（１６）式を変形すると、次の（１８）式になる。
ＣｌｏｇＳ＋ＣｌｏｇＧ＝Ｃ・ｌｏｇΣ−Ｋ３−ｎ （１８）
ここでＫ３は定数であり、画素積算値Σを露出制御の目標の画素積算値Σｐとすれば、ｌｏｇΣｐも一定値となる。よって各テーブルアドレスｎの値に対し、ＣｌｏｇＳ＋ＣｌｏｇＧの値が一意に定まり、これを満たすように電荷蓄積時間ＳとゲインＧを決めることにより、ＬＵＴ１０２〜１０５の自動生成が可能となる。
【００４８】
図５はテーブル生成手段９によるＬＵＴ１０２〜１０５の自動生成の処理を示すフローチャートである。ここでは、電荷蓄積時間Ｓの設定を優先して行い、ゲインＧの設定は、微調整や電荷蓄積時間Ｓの設定のみでは追従できない場合に補助的に使うケースを想定している。ステップＳＴ１１において、求めようとするテーブルアドレスｎの値に対応するＣｌｏｇＳ＋ＣｌｏｇＧの値を上記（１８）式から算出する。
【００４９】
ステップＳＴ１２において、ＬＵＴ１１１を値の小さい方から順に調べ、ＣｌｏｇＳ＋ＣｌｏｇＧの値を超えない最大値を電荷蓄積時間Ｓの設定値とし、その際のＣｌｏｇＳの値とテーブルアドレスｎの値をＬＵＴ１０４に設定し、電荷蓄積時間Ｓの値とテーブルアドレスｎの値をＬＵＴ１０２に設定する。ここで、電荷蓄積時間Ｓの設定値を、ＣｌｏｇＳ＋ＣｌｏｇＧの値を超えない最大値としているのは、ゲインＧの設定値が１以上、すなわちＣｌｏｇＧの値が正数しか取り得ないことを前提としているためで、ＣｌｏｇＳの値がＣｌｏｇＳ＋ＣｌｏｇＧの目標より大きくなると、ＣｌｏｇＧが負の値を取れず、適切なゲインＧの設定ができなくなるからである。
【００５０】
ステップＳＴ１３において、ＣｌｏｇＳの値が確定し、ＣｌｏｇＧの目標値が決まるので、ＬＵＴ１１２からＣｌｏｇＧの目標値に最も近い値を選択してゲインＧの設定値とし、その際のＣｌｏｇＧの値とテーブルアドレスｎの値をＬＵＴ１０５に設定し、ゲインＧの値とテーブルアドレスｎの値をＬＵＴ１０３に設定する。ステップＳＴ１４において、上記ステップＳＴ１１〜ＳＴ１３の処理を、生成するＬＵＴ１０２〜１０５の全てのテーブルアドレスｎについて繰り返し行う。
【００５１】
図６は被写体の明るさＬに対する露光制御特性を示す図である。図５に示すようなＬＵＴ生成手法を用いると、図６（ａ）に示すように、被写体の明るさＬが暗くなるに従って、まず電荷蓄積時間Ｓの値が上昇し、電荷蓄積時間Ｓの設定が上限に達したところからゲインＧを上昇させるような露光制御を実現するためのＬＵＴが生成される。これに対して、電荷蓄積時間Ｓの設定可能上限値を、より低い値に抑えると図６（ｂ）に示すような制御特性となり、より離散的な値のみ使用するという制限をつけた場合、例えば、あらかじめ決められた３つの値から選択しなければならない場合には、図６（ｃ）のような制御特性となる。これらの制御特性の変更は、テーブル生成手段９が参照するＬＵＴ１１１及びＬＵＴ１１２において使用可能なテーブルアドレスｎに制限を加えることにより容易に実現可能である。
【００５２】
以上のように、この実施の形態１によれば、露出制御に必要となるＬＵＴ１０２〜１０５を予め保持しておく必要がないため、初期値として保存しておくデータ容量を低減することができ、より少ないデータ容量で露出制御処理を実行することができるという効果が得られる。
【００５３】
また、この実施の形態１によれば、露出制御方式のパターンを複数用意する必要がある場合でも、パターン毎に逐一対応するＬＵＴ群を用意する必要がないため、初期値として保存しておくデータ容量を増加させることなく、様々なバリエーションを持った露出制御処理を、その都度切り替えて行うことができるという効果が得られる。
【００５４】
実施の形態２．
図７はこの発明の実施の形態２による撮像装置の構成を示すブロック図であり、図において、１９は演算手段８が使用するＬＵＴ１０２〜１０５を自動生成するテーブル生成手段であり、実施の形態１の図１と同じ符号は同じ構成要素を示している。この実施の形態では、ＬＵＴ１０２〜１０５を自動生成する方法が異なり、テーブル生成手段１９は、実施の形態１で使用したＬＵＴ１１１，１１２を必要としない。テーブル生成手段１９は、設定可能最小単位値である単位設定電荷蓄積時間の対数値、及び設定可能最小単位値である単位設定ゲインの対数値に基づき、画素積算値を対数値に置き換えるＬＵＴ１０１を使用して、被写体の明るさＬから固体撮像素子１の電荷蓄積時間及びＡＧＣ回路のゲイン、並びにそれぞれの対数値を求めるＬＵＴ１０２〜１０５を生成する。
【００５５】
実施の形態１では、ＬＵＴ１０２〜１０５を自動生成するにあたり、ＬＵＴ１１１，ＬＵＴ１１２を使用しているが、電荷蓄積時間Ｓの設定値が、設定可能最小単位値である単位設定電荷蓄積時間の整数倍として表される場合には、次の（１９）式のように対数値を分解することができる。
Ｓ＝Ｓｎ・Ｓｕ
とすると、
ここで、Ｓｎは整数、Ｓｕは単位設定電荷蓄積時間である。
【００５６】
すなわち、単位設定電荷蓄積時間Ｓｕに対応する対数値ＣｌｏｇＳｕさえあらかじめ与えられていれば、倍率となる整数の対数値と加算することにより、任意の電荷蓄積時間Ｓの設定値に対応する対数値が求められる。また、画素積算値を対数値に置き換えるＬＵＴ１０１は、各整数値に対する対数値を参照するものなので、整数Ｓｎを変換するＬＵＴはＬＵＴ１０１を流用することが可能である。
【００５７】
ゲインＧの設定値については、設定可能値が定数のべき乗値で表される場合もある。その際の対数値への変換は以下のようになる。
Ｇ＝ＧｕGnとすると、
ＣｌｏｇＧ＝Ｇｎ・ＣｌｏｇＧｕ （２０）
ただし、Ｇｎは整数、Ｇｕは設定可能最小単位値である単位設定ゲインである。すなわち、単位設定ゲインに対応する対数値に対して整数値を乗算することにより、電荷蓄積時間Ｓの設定値と同様に、任意のゲインＧの設定値に対して対応する対数値を求めることが可能である。
【００５８】
図８はテーブル生成手段１９によるＬＵＴ１０２〜１０５の自動生成の処理を示すフローチャートである。ここでは、電荷蓄積時間Ｓの設定を優先して行い、ゲインＧの設定は、微調整や電荷蓄積時間Ｓの設定のみでは追従できない場合に補助的に使うケースを想定している。ステップＳＴ２１において、求めようとするテーブルアドレスｎに対応するＣｌｏｇＳ＋ＣｌｏｇＧの値を上記（１８）式から算出する。
【００５９】
ステップＳＴ２２において、ＬＵＴ１０１を用いて、整数値Ｓｎに対応する対数値ＣｌｏｇＳｎを求め、ＣｌｏｇＳｎ＋ＣｌｏｇＳｕの値がＣｌｏｇＳ＋ＣｌｏｇＧの値を超えない最大値を電荷蓄積時間Ｓの設定値とし、その際のＣｌｏｇＳ，すなわちＣｌｏｇＳｎ＋ＣｌｏｇＳｕの値とテーブルアドレス（指標値）ｎの値をＬＵＴ１０４に設定し、電荷蓄積時間Ｓ，すなわちＳｎ・Ｓｕの値とテーブルアドレスｎの値をＬＵＴ１０２に設定する。
【００６０】
ステップＳＴ２３において、ＣｌｏｇＳの値が確定し、ＣｌｏｇＧの目標値が決まるので、ＣｌｏｇＧの目標値をＣｌｏｇＧｕの値で割って最も近い整数値Ｇｎを求め、その際のＣｌｏｇＧ，すなわちＧｎ・ＣｌｏｇＧｕの値とテーブルアドレス（指標値）ｎの値をＬＵＴ１０５に設定し、ゲインＧ，すなわちＧｕGnの値とアドレスｎの値をＬＵＴ１０３に設定する。ステップＳＴ２４において、上記ステップＳＴ２１〜ＳＴ２３の処理を、生成するＬＵＴ１０２〜１０５の全てのテーブルアドレス（指標値）ｎについて繰り返し行う。
【００６１】
この方法を用いる場合でも、設定可能な整数値ＳｎやＧｎの値に加える制限を変化させることにより、実施の形態１と同様に、図６に示すような露出制御特性の変更を容易に実現できる。
【００６２】
以上のように、この実施の形態２によれば、実施の形態１で必要であったＬＵＴ１１１やＬＵＴ１１２を、画素積算値を対数値に置き換えるＬＵＴ１０１と設定可能最小単位値である単位設定電荷蓄積時間Ｓｕの対数値ＣｌｏｇＳｕ，設定可能最小単位値である単位設定ゲインＧｕの対数値ＣｌｏｇＧｕを用いた演算で代用するため、初期値として保存しておくデータ容量をさらに低減することができ、より少ないデータ容量で露出制御処理を実行することができるという効果が得られる。
【００６３】
また、この実施の形態２によれば、露出制御方式のパターンを複数用意する必要がある場合でも、パターン毎に逐一対応するＬＵＴ群を用意する必要がないため、初期値として保存しておくデータ容量を増加させることなく、様々なバリエーションを持った露出制御処理を、その都度切り替えて行うことができるという効果が得られる。
【００６４】
実施の形態３．
図９はこの発明の実施の形態３による撮像装置の構成を示すブロック図であり、図において、１８は演算手段であり、実施の形態１の図１における演算手段８と同等の機能を有しているが、被写体の明るさＬから電荷蓄積時間Ｓ及びゲインＧ並びにそれぞれの対数値を求めるＬＵＴ１０２〜１０５を必要としない。１０は演算手段１８が求めた被写体の明るさＬに応じて、電荷蓄積時間Ｓ及びゲインＧを算出するための制御値決定手段である。また、実施の形態１の図１と同じ符号は同じ構成要素を示している。
【００６５】
演算手段１８は、積算手段７からの画素積算値及び画素積算値を対数値に置き換えるＬＵＴ１０１と、撮影時の電荷蓄積時間Ｓの対数値と、撮影時のゲインＧの対数値を使用した演算により被写体の明るさＬの指標値ｎを求め、求めた被写体の明るさＬの指標値ｎと目標とする画素積算値に基づいて、次フレームにおける固体撮像素子１の電荷蓄積時間Ｓの対数値とＡＧＣ回路４のゲインＧの対数値との和を求める。制御値決定手段１９は演算手段１８が求めた電荷蓄積時間Ｓの対数値とゲインＧの対数値との和から、ＬＵＴ１０１を使用して演算を行い、撮像素子１の電荷蓄積時間ＳとＡＧＣ回路４のゲインＧを決定する。
【００６６】
上記実施の形態１，実施の形態２では、露出制御に使用する５つのＬＵＴ１０１〜１０５のうち、４つのＬＵＴ１０２〜１０５については、ＬＵＴの初期値をあらかじめデータとして保存しておく必要はないが、依然として露出制御処理の動作中には、ＬＵＴ１０２〜１０５のデータ値を保持しておく必要があった。しかし、被写体の明るさＬに対応する露出制御用ＬＵＴ１０２〜１０５を実際には生成せず、必要となったテーブルアドレスの項目のみをその都度作成することにより、ＬＵＴ１０２〜１０５自体を不要とすることが可能である。
【００６７】
図１０は演算手段１８と制御値決定手段１０の処理を示すフローチャートである。ステップＳＴ３１において、演算手段１８は上記（１６）式から現在の被写体の明るさＬに対応するテーブルアドレス（指標値）ｎを算出する。ステップＳＴ３２において、演算手段１８は、求めたテーブルアドレスｎと、目標とする画素積算値Σｐから上記（１８）式を用いて、次フレームにおけるＣｌｏｇＳ＋ＣｌｏｇＧの値を求めて制御値決定手段１０に出力する。
【００６８】
ステップＳＴ３３において、制御値決定手段１０は、あらかじめ定めた方針（電荷蓄積時間の変更を優先、設定可能値の指定等）に基づき、ＬＵＴ１０１を用いて整数値Ｓｎに対応する対数値ＣｌｏｇＳｎを求め、ＣｌｏｇＳｎ＋ＣｌｏｇＳｕの値がＣｌｏｇＳ＋ＣｌｏｇＧの値を越えない最大値を電荷蓄積時間の設定値とし、その際のＳすなわちＳｎ・Ｓｕの値を次フレームの電荷蓄積時間の設定値として演算手段１８に出力する。
【００６９】
ステップＳＴ３４において、制御値決定手段１０は、ＣｌｏｇＳすなわちＣｌｏｇＳｎ＋ＣｌｏｇＳｕの値をＣｌｏｇＳ＋ＣｌｏｇＧの値から減算し、ＣｌｏｇＧの目標値を求め、ＣｌｏｇＧの目標値をＣｌｏｇＧｕの値で割り最も近い整数を求め、その際のＧすなわちＧｕGnの値を次フレームのゲインの設定値として演算手段１８に出力する。
【００７０】
ステップＳＴ３５において、演算手段１８は、ＣｌｏｇＳ，ＣｌｏｇＧの値を次フレームの被写体明るさＬの算出に使用するため保存し、次フレームの撮像と画素積算値Σの算出を行う。ステップＳＴ３６において、上記ステップＳＴ３１からＳＴ３５を撮像終了まで繰り返す。
【００７１】
以上のように、この実施の形態３によれば、電荷蓄積時間ＳとゲインＧの設定方針を変更しても、露出制御用のＬＵＴ全体を書き換える必要がないため、演算量の増大や処理の遅延を起こすことなく、自由に動的に設定方針を変更することができるという効果が得られる。
【００７２】
また、この実施の形態３によれば、ＬＵＴの初期値、設定値を記録する領域が不要となり、Ｈ／Ｗ資源の少ない環境下でも露出制御を行うことができるという効果が得られる。
【００７３】
上記各実施の形態では、電荷蓄積時間Ｓの設定値が単位設定電荷蓄積時間の整数倍で、ゲインＧの設定可能値が単位設定ゲインのべき乗値で示される場合について述べているが、ゲインＧの設定が単位設定ゲインの整数倍になる場合や、電荷蓄積時間Ｓの設定値が単位設定電荷蓄積時間のべき乗値となる場合についても、上記ゲインＧの計算に用いる方法を電荷蓄積時間Ｓの計算に使用したり、上記電荷蓄積時間Ｓの計算に用いる方法をゲインＧの計算に使用することで、同様の露出制御処理を容易に実現することが可能である。
【００７４】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、設定可能最小単位である単位設定電荷蓄積時間により設定可能な電荷蓄積時間を対数値に置き換える第１のＬＵＴと、設定可能最小単位である単位設定ゲインにより設定可能なゲインを対数値に置き換える第２のＬＵＴに基づき、被写体の明るさの指標値に対して、目標の画素積算値を得るための固体撮像素子の電荷蓄積時間及びＡＧＣ回路のゲインを求めると共に、固体撮像素子の電荷蓄積時間及びＡＧＣ回路のゲインをそれぞれの対数値に置き換える第３のＬＵＴを生成するテーブル生成手段と、積算手段からの画素積算値を対数値に置き換える第４のＬＵＴを有し、第４のＬＵＴにより置き換えられた画素積算値の対数値、第３のＬＵＴにより置き換えられた撮影時の電荷蓄積時間の対数値及び撮影時のゲインの対数値により被写体の明るさの指標値を求め、求めた被写体の明るさの指標値により第３のＬＵＴから固体撮像素子の電荷蓄積時間とＡＧＣ回路のゲインを決定する演算手段とを備えたことにより、初期値として保存しておくデータ容量を低減することができ、より少ないデータ容量で露出制御処理を実行することができると共に、露出制御方式のパターンを複数用意する必要がある場合でも、パターン毎に逐一対応するＬＵＴ群を用意する必要がないため、初期値として保存しておくデータ容量を増加させることなく、様々なバリエーションを持った露出制御処理を、その都度切り替えて行うことができるという効果がある。
【００７５】
この発明によれば、設定可能最小単位値である単位設定電荷蓄積時間の対数値、設定可能最小単位値である単位設定ゲインの対数値、及び積算手段からの画素積算値を対数値に置き換える第４のＬＵＴにおける対数値に基づき、被写体の明るさの指標値に対して、目標の画素積算値を得るための固体撮像素子の電荷蓄積時間及びＡＧＣ回路のゲインを求めると共に、固体撮像素子の電荷蓄積時間及びＡＧＣ回路のゲインをそれぞれの対数値に置き換える第３のＬＵＴを生成するテーブル生成手段と、第４のＬＵＴを有し、第４のＬＵＴにより置き換えられた画素積算値の対数値、第３のＬＵＴにより置き換えられた撮影時の電荷蓄積時間の対数値及び撮影時のゲインの対数値により被写体の明るさの指標値を求め、求めた被写体の明るさの指標値により第３のＬＵＴから固体撮像素子の電荷蓄積時間とＡＧＣ回路のゲインを決定する演算手段とを備えたことにより、初期値として保存しておくデータ容量をさらに低減することができ、より少ないデータ容量で露出制御処理を実行することができると共に、露出制御方式のパターンを複数用意する必要がある場合でも、パターン毎に逐一対応するＬＵＴ群を用意する必要がないため、初期値として保存しておくデータ容量を増加させることなく、様々なバリエーションを持った露出制御処理を、その都度切り替えて行うことができるという効果がある。
【００７７】
この発明によれば、設定可能最小単位である単位設定電荷蓄積時間により設定可能な電荷蓄積時間を対数値に置き換える第１のＬＵＴと、設定可能最小単位である単位設定ゲインにより設定可能なゲインを対数値に置き換える第２のＬＵＴに基づき、被写体の明るさの指標値に対して、目標の画素積算値を得るための電荷蓄積時間及びゲインを求めると共に、電荷蓄積時間及びゲインをそれぞれの対数値に置き換える第３のＬＵＴを生成するステップと、求めた画素積算値を対数値に置き換える第４のＬＵＴにより置き換えられた画素積算値の対数値、第３のＬＵＴにより置き換えられた撮影時の電荷蓄積時間の対数値及び撮影時のゲインの対数値により被写体の明るさの指標値を求め、求めた被写体の明るさの指標値により第３のＬＵＴから電荷蓄積時間とゲインを決定するステップとを備えたことにより、初期値として保存しておくデータ容量を低減することができ、より少ないデータ容量で露出制御処理を実行することができると共に、露出制御方式のパターンを複数用意する必要がある場合でも、パターン毎に逐一対応するＬＵＴ群を用意する必要がないため、初期値として保存しておくデータ容量を増加させることなく、様々なバリエーションを持った露出制御処理を、その都度切り替えて行うことができるという効果がある。
【００７８】
この発明によれば、設定可能最小単位値である単位設定電荷蓄積時間の対数値、設定可能最小単位値である単位設定ゲインの対数値、及び画素積算値を対数値に置き換える第４のＬＵＴにおける対数値に基づき、被写体の明るさの指標値に対して、目標の画素積算値を得るための電荷蓄積時間及びゲインを求めると共に、電荷蓄積時間及びゲインをそれぞれの対数値に置き換える第３のＬＵＴを生成するステップと、第４のＬＵＴにより置き換えられた画素積算値の対数値、第３のＬＵＴにより置き換えられた撮影時の電荷蓄積時間の対数値及び撮影時のゲインの対数値により被写体の明るさの指標値を求め、求めた被写体の明るさの指標値により第３のＬＵＴから、電荷蓄積時間とゲインを決定するステップとを備えたことにより、初期値として保存しておくデータ容量をさらに低減することができ、より少ないデータ容量で露出制御処理を実行することができると共に、露出制御方式のパターンを複数用意する必要がある場合でも、パターン毎に逐一対応するＬＵＴ群を用意する必要がないため、初期値として保存しておくデータ容量を増加させることなく、様々なバリエーションを持った露出制御処理を、その都度切り替えて行うことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１による撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図２】 この発明の実施の形態１による画素積算値を対数値に置き換えるＬＵＴの例を示す図である。
【図３】 この発明の実施の形態１による単位設定電荷蓄積時間により設定可能な電荷蓄積時間を対数値に置き換えるＬＵＴの例を示す図である。
【図４】 この発明の実施の形態１による単位設定ゲインにより設定可能なゲインを対数値に置き換えるＬＵＴの例を示す図である。
【図５】 この発明の実施の形態１によるテーブル生成手段のＬＵＴの自動生成の処理を示すフローチャートである。
【図６】 この発明の実施の形態１による被写体の明るさＬに対する露光制御特性を示す図である。
【図７】 この発明の実施の形態２による撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図８】 この発明の実施の形態２によるテーブル生成手段のＬＵＴの自動生成の処理を示すフローチャートである。
【図９】 この発明の実施の形態３による撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】 この発明の実施の形態３による演算手段と制御値決定手段の処理を示すフローチャートである。
【図１１】 従来の撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図１２】 従来のテーブルアドレスの値に対して被写体の明るさを設定したＬＵＴの例を示す図である。
【図１３】 従来の図１２に示すＬＵＴのテーブルアドレスの値に対して、目標の画素積算値を得るための電荷蓄積時間を示すＬＵＴの例を示す図である。
【図１４】 従来の撮像装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ 固体撮像装置、２ タイミングジェネレータ、３ プリアンプ、４ ＡＧＣ回路、５ Ｄ／Ａコンバータ、６ Ａ／Ｄコンバータ、７ 積算手段、８ 演算手段、９ テーブル生成手段、１０ 制御値決定手段、１８ 演算手段、１９テーブル生成手段、１０１〜１０５ ＬＵＴ、１１１，１１２ ＬＵＴ。
【発明の属する技術分野】
この発明は露出制御処理を行う撮像装置及び撮像方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電荷蓄積時間を変更できる固体撮像素子において、ルックアップテーブル（以下、ＬＵＴ）を用いて電荷蓄積時間及びゲインを調節し、一定の映像レベルが得られるまでの露出制御時間を短く、かつ精度の良い露出制御を行うための手段が特開平１１−１８００２号公報に記載されている。この方式では、ＬＵＴを使用して画素積算値や電荷蓄積時間を対数値に変換することにより、本来、乗除算の必要な演算を加減算のみで実現して、従来よりも処理を高速化、高精度化している。
【０００３】
図１１は上記公報に開示されている従来の撮像装置の構成を示すブロック図であり、図において、１は入射する光画像を光電変換して電気信号の映像信号を出力する、電荷蓄積時間Ｓを変更できる固体撮像素子、２は固体撮像素子１の電荷蓄積時間Ｓを制御するための駆動パルスを供給するタイミングジェネレータ、３は固体撮像素子１からの映像信号を増幅するプリアンプである。
【０００４】
６はプリアンプ３からの映像信号をデジタルの映像信号に変換するＡ／Ｄコンバータ、７はＡ／Ｄコンバータ６からの１フレーム分のデジタルの映像信号の画素値を積算し画素積算値を出力する積算手段、３８は積算手段７からの画素積算値を入力し、具備しているＬＵＴ１２１，１２２を用いて演算を行い、タイミングジェネレータ２が出力する駆動パルスのパルス間隔を変更するための制御信号を出力する演算手段である。１２１はテーブルアドレスｎの値に対して被写体の明るさＬを設定したＬＵＴ，１２２はＬＵＴ１２１のテーブルアドレスｎの値に対して、目標の画素積算値を得るための電荷蓄積時間Ｓを示すＬＵＴである。
【０００５】
次に動作について説明する。
入射する光画像は固体撮像素子１により電気信号の映像信号に変換され、固体撮像素子１から出力された映像信号はプリアンプ３により増幅され、Ａ／Ｄコンバータ６によりデジタルの映像信号に変換される。タイミングジェネレータ２は固体撮像素子１の駆動パルスのパルス間隔を変えることによって固体撮像素子１の電荷蓄積時間Ｓを変えることができ、電荷蓄積時間Ｓを変えることにより固体撮像素子１の露出制御を行うことができる。
【０００６】
積算手段７はＡ／Ｄコンバータ６から入力されたデジタルの映像信号の１フィールド分の画素値を積算し、その画素積算値を演算手段３８へ出力する。積算手段７は映像信号中の全てのエリアを積算しても良いし、その一部、例えば中央重点測光においては中央部のみを積算しても良い。演算手段３８は積算手段７により算出された画素積算値を入力し、ＬＵＴ１２１，１２２を使用して演算を行い、画素積算値に応じて固体撮像素子１の電荷蓄積時間Ｓを変えるように、タイミングジェネレータ２へ駆動パルスのパルス間隔を変更するための制御信号を出力する。
【０００７】
図１２はテーブルアドレスｎの値に対して被写体の明るさＬを設定したＬＵＴ１２１の例を示す図である。演算手段３８は、図１２に示すように、予め定めた定数Ｋ１（＝１００）に定数Ｋ２とテーブルアドレスｎの値とをべき乗した指数関数で表すことのできる、テーブルアドレスｎの値に対応したＮ個の被写体の明るさＬを示すＬＵＴ１２１を具備する。図１２では、テーブルアドレスが０番における被写体の明るさＬが１００［ｌｘ］（＝Ｋ１）のとき、テーブルアドレスが１番における被写体の明るさＬは１００K2［ｌｘ］となり、被写体の明るさＬが指数関数的に増加するように設定されている。例えば１００［ｌｘ］から１０００００［ｌｘ］までの明るさを包括したいときは、
Ｋ２＝（１０００００／１００）1/(N-1) （１）
となる。
【０００８】
図１３はＬＵＴ１２１のテーブルアドレスｎの値に対して、目標の画素積算値を得るための電荷蓄積時間Ｓを示すＬＵＴ１２２の例を示す図である。演算手段３８は、図１３に示すように、テーブルアドレスｎの値に対してＮ個の電荷蓄積時間Ｓを示すＬＵＴ１２２を具備する。ＬＵＴ１２２の各テーブルアドレスｎには、同じテーブルアドレスのＬＵＴ１２１の明るさで撮像した際の積算手段７における１フィールド分の画素積算値が一定となるように、電荷蓄積時間Ｓが設けられている。すなわち、テーブルアドレスｎ番における被写体の明るさをＬｎとし、テーブルアドレスｎ番における電荷蓄積時間をＳｎとすると、被写体の明るさＬｎにおいて固体撮像素子１の電荷蓄積時間Ｓｎで撮像したとき得られる映像信号レベル（１フィールド分の画素積算値）は一定となり、目標とする映像信号レベルになるようにＬＵＴ１２２の各電荷蓄積時間Ｓが定められている。そのときの目標の画素積算値をΣｐとすると、次の（２）式が成り立つ。
Σｐ＝Ｋ９×Ｌｎ×Ｓｎ （２）
ただし、Ｋ９は定数である。
【０００９】
ここで、目標の画素積算値Σｐは、撮像された画面の明るさを示すパラメータであり、例えば、より明るい画像が必要であれば、高くするといったように、希望する露出を示すための指標となる。希望する露出が変わると、目標の画素積算値Σｐが変わることになるため、ＬＵＴ１２２の電荷蓄積時間Ｓを補正する必要がある。
【００１０】
上記（２）式より、ある電荷蓄積時間Ｓｍで撮像したとき得られた画素積算値がΣｍであれば、そのときの被写体の明るさＬｍ’は次式で求めることができる。
Ｌｍ’＝Σｍ／（Ｋ９×Ｓｍ） （３）
よって、演算手段３８が算出したＬｍ’に対して、ＬＵＴ１２１のＬｍ’と同じテーブルアドレスである電荷蓄積時間Ｓｍ’で撮像すれば、目標の画素積算値Σｐ，すなわち目標とする信号レベルを得ることができる。
【００１１】
この方法では、理論的には被写体の明るさＬを算出する一度の演算のみで、適正な電荷蓄積時間Ｓを選択することができるが、得られた画素積算値が極端に小さい場合等では、上記（２）式の演算結果に誤差が生じる。しかし、上記演算を繰り返し行うことにより電荷蓄積時間Ｓの設定値は適正値に近づくため、演算誤差を限りなく小さくすることができる。
【００１２】
このように、演算手段３８が画素積算値より被写体の明るさＬを算出し、それに合った電荷蓄積時間ＳをＬＵＴ１２２から参照することにより、数回の繰り返し動作だけで精度の高い露出制御が行える。
【００１３】
また、上記公報には、電荷蓄積時間Ｓだけでなく、Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ（以下、ＡＧＣ）回路を併用して露出制御を行う場合の制御方式に関しても記述されている。図１４は上記公報に開示された従来の撮像装置の構成を示すブロック図である。図において、４はプリアンプ３からの映像信号を増幅する、ゲインＧを変更できるＡＧＣ回路、５はＡＧＣ回路４のゲインＧを制御するアナログの制御信号を出力するＤ／Ａコンバータ、４８は積算手段７からの画素積算値を入力し、具備しているＬＵＴ１２３〜１２８を使用して演算を行い、タイミングジェネレータ２が出力する駆動パルスのパルス間隔を変更するための制御信号を出力すると共に、ＡＧＣ回路４のゲインＧを変更するためにＤ／Ａコンバータ５に制御信号を出力する演算手段である。その他の図１１と同一符号の構成は、それぞれ同一又は相当部分を示しいる。
【００１４】
演算手段４８はＡＧＣ回路４のゲインＧを変えるための制御信号をＤ／Ａコンバータ５へ出力し、Ｄ／Ａコンバータ５は演算手段４８から入力された制御信号を、電圧値で示されるアナログの制御信号に変換しＡＧＣ回路４に出力する。ＡＧＣ回路４はＤ／Ａコンバータ５からのアナログの制御信号によりゲインＧが変更される。
【００１５】
また、演算手段４８による制御については、演算をそのまま乗除算で行うのではなく、対数を用いて加減算に変換することが可能である。まず、画素積算値Σと被写体の明るさＬと電荷蓄積時間ＳとＡＧＣ回路４のゲインＧの関係は、次の（４）式で示される。
Σ＝Ｋ１０×Ｌ×Ｓ×Ｇ （４）
ただし、Ｋ１０は定数である。よって被写体の明るさＬは、得られた画素積算値Σと撮像時の電荷蓄積時間Ｓ及びゲインＧから、次の（５）式にて算出することができる。
Ｌ＝Σ／（Ｋ１０×Ｓ×Ｇ） （５）
上記（５）式の両辺の対数を取ると次の（６）式となる。
ｌｏｇＬ＝ｌｏｇΣ−ｌｏｇＳ−ｌｏｇＧ−ｌｏｇＫ１０ （６）
【００１６】
この方式においても、演算手段４８の実際の演算にはＬＵＴが必要となる。演算手段４８は、テーブルアドレスｎの値に対して被写体の明るさＬの対数値を設定した、すなわち、図１２に示したＬＵＴ１２１の被写体明るさＬの部分を対数値ｌｏｇＬに置き換えたＬＵＴ１２３と、ＬＵＴ１２３のテーブルアドレスｎの値に対して、目標の画素積算値を得るための電荷蓄積時間Ｓを示すＬＵＴ１２４と、ＬＵＴ１２３のテーブルアドレスｎの値に対して、目標の画素積算値を得るためのゲインＧを示すＬＵＴ１２５と、ＬＵＴ１２４のテーブルアドレスｎの値に対して、電荷蓄積時間Ｓを対数値に置き換えるＬＵＴ１２６と、ＬＵＴ１２５のテーブルアドレスｎの値に対して、ゲインＧを対数値に置き換えるＬＵＴ１２７と、画素積算値を対数値に置き換えるＬＵＴ１２８を具備している。
【００１７】
上記（６）式より、ある電荷蓄積時間Ｓｍ及びゲインＧｍで撮像したとき得られた画素積算値がΣｍであれば、そのときの被写体の明るさ対数値ｌｏｇＬｍ’は、次の（７）式で求めることができる。
ｌｏｇＬｍ’＝ｌｏｇΣｍ−ｌｏｇＳｍ−ｌｏｇＧｍ−ｌｏｇＫ１０（７）
ここで、ｌｏｇＳｍ及びｌｏｇＧｍは、これらを求める際に用いたｌｏｇＬｍの値からＬＵＴ１２６とＬＵＴ１２７を参照することにより容易に求められ、ＬＵＴ１２８によってｌｏｇΣｍも求まるため、加減算のみによってｌｏｇＬｍ’の値が求まる。算出したｌｏｇＬｍ’においてＬＵＴ１２４とＬＵＴ１２５を参照し、ＬＵＴ１２３のＬｍ’と同じテーブルアドレスである電荷蓄積時間Ｓｍ’及びゲインＧで撮像すれば、目標の画素積算値Σｐ，すなわち目標とする信号レベルを得ることができる。
【００１８】
このように、電荷蓄積時間ＳとゲインＧという２つのパラメータを制御する必要がある場合でも、被写体の明るさＬを基準として対応した電荷蓄積時間Ｓ，及びゲインＧを設定することにより最適な制御を実現でき、また、演算に用いる各係数を対数化することによって演算を加減算のみとして、計算量を増大させることなく精度の高い露出制御が行える。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
従来の撮像装置は以上のように構成されているので、複数のＬＵＴが必要となり、大容量のデータをＬＵＴの設定値として記録しておく領域が必要になるという課題があった。また、システムの演算精度を上げようとする場合、値を対数化するＬＵＴの入力値の幅が広くなり、ＬＵＴに必要なデータ記録領域がさらに増大するという課題があった。
【００２０】
さらに、電荷蓄積時間ＳとゲインＧという複数のパラメータを制御する場合には、同じ明るさＬに対しても一意にパラメータが決定されるわけではなく、電荷蓄積時間ＳとゲインＧの組み合わせに一定の条件が課せられるだけで、いずれか一方の値に関しては自由に選択できる。その場合に具体的なパラメータの値は、各パラメータの設定可能範囲や撮像装置の使用目的によって決定方法を変更する必要がある。このように制御タイプの異なる複数の露出制御方式を用意し、必要に応じていずれかを選択するような仕組みを導入する場合にも、タイプの数に合わせてそれぞれ一連のＬＵＴを作成する必要があり、ＬＵＴに必要なデータ記録領域が増大するという課題があった。
【００２１】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、露出制御に必要なデータ容量を低減すると共に、様々なタイプの露出制御方式に対しても柔軟に対応可能な撮像装置及び撮像方法を得ることを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る撮像装置は、光画像を光電変換して映像信号を出力する、電荷蓄積時間を変更できる固体撮像素子と、上記固体撮像素子からの映像信号を増幅する、ゲインを変更できるＡＧＣ回路と、上記ＡＧＣ回路からの映像信号をデジタルの映像信号に変換するＡ／Ｄコンバータと、上記Ａ／Ｄコンバータからのデジタルの映像信号の画素値を、所定領域単位に積算して画素積算値を求める積算手段と、設定可能最小単位である単位設定電荷蓄積時間により設定可能な電荷蓄積時間を対数値に置き換える第１のＬＵＴと、設定可能最小単位である単位設定ゲインにより設定可能なゲインを対数値に置き換える第２のＬＵＴに基づき、被写体の明るさの指標値に対して、目標の画素積算値を得るための上記固体撮像素子の電荷蓄積時間及び上記ＡＧＣ回路のゲインを求めると共に、上記固体撮像素子の電荷蓄積時間及び上記ＡＧＣ回路のゲインをそれぞれの対数値に置き換える第３のＬＵＴを生成するテーブル生成手段と、上記積算手段からの画素積算値を対数値に置き換える第４のＬＵＴを有し、上記第４のＬＵＴにより置き換えられた画素積算値の対数値、上記第３のＬＵＴにより置き換えられた撮影時の電荷蓄積時間の対数値及び撮影時のゲインの対数値により被写体の明るさの指標値を求め、求めた被写体の明るさの指標値により上記第３のＬＵＴから上記固体撮像素子の電荷蓄積時間と上記ＡＧＣ回路のゲインを決定する演算手段とを備えたものである。
【００２３】
この発明に係る撮像装置は、光画像を光電変換して映像信号を出力する、電荷蓄積時間を変更できる固体撮像素子と、上記固体撮像素子からの映像信号を増幅する、ゲインを変更できるＡＧＣ回路と、上記ＡＧＣ回路からの映像信号をデジタルの映像信号に変換するＡ／Ｄコンバータと、上記Ａ／Ｄコンバータからのデジタルの映像信号の画素値を、所定領域単位に積算して画素積算値を求める積算手段と、設定可能最小単位値である単位設定電荷蓄積時間の対数値、設定可能最小単位値である単位設定ゲインの対数値、及び上記積算手段からの画素積算値を対数値に置き換える第４のＬＵＴにおける対数値に基づき、被写体の明るさの指標値に対して、目標の画素積算値を得るための上記固体撮像素子の電荷蓄積時間及び上記ＡＧＣ回路のゲインを求めると共に、上記固体撮像素子の電荷蓄積時間及び上記ＡＧＣ回路のゲインをそれぞれの対数値に置き換える第３のＬＵＴを生成するテーブル生成手段と、上記第４のＬＵＴを有し、上記第４のＬＵＴにより置き換えられた画素積算値の対数値、上記第３のＬＵＴにより置き換えられた撮影時の電荷蓄積時間の対数値及び撮影時のゲインの対数値により被写体の明るさの指標値を求め、求めた被写体の明るさの指標値により上記第３のＬＵＴから上記固体撮像素子の電荷蓄積時間と上記ＡＧＣ回路のゲインを決定する演算手段とを備えたものである。
【００２４】
この発明に係る撮像装置は、第３のＬＵＴが、求められた被写体の明るさの指標値に対して、目標の画素積算値を得るための電荷蓄積時間を示す第５のＬＵＴと、求められた被写体の明るさの指標値に対して、目標の画素積算値を得るためのゲインを示す第６のＬＵＴと、上記第５のＬＵＴの指標値に対して、電荷蓄積時間を対数値に置き換える第７のＬＵＴと、上記第６のＬＵＴの指標値に対して、ゲインを対数値に置き換える第８のＬＵＴとにより構成されるものである。
【００２６】
この発明に係る撮像方法は、光画像を光電変換して映像信号を出力する第１のステップと、上記映像信号を増幅する第２のステップと、上記増幅された映像信号をデジタルの映像信号に変換する第３のステップと、上記デジタルの映像信号の画素値を所定領域単位に積算して画素積算値を求める第４のステップと、設定可能最小単位である単位設定電荷蓄積時間により設定可能な電荷蓄積時間を対数値に置き換える第１のＬＵＴと、設定可能最小単位である単位設定ゲインにより設定可能なゲインを対数値に置き換える第２のＬＵＴに基づき、被写体の明るさの指標値に対して、目標の画素積算値を得るための上記第１のステップにおける電荷蓄積時間及び上記第２のステップにおけるゲインを求めると共に、上記第１のステップにおける電荷蓄積時間及び上記第２のステップにおけるゲインをそれぞれの対数値に置き換える第３のＬＵＴを生成する第５のステップと、上記第４のステップで求めた画素積算値を対数値に置き換える第４のＬＵＴにより置き換えられた画素積算値の対数値、上記第３のＬＵＴにより置き換えられた撮影時の電荷蓄積時間の対数値及び撮影時のゲインの対数値により被写体の明るさの指標値を求め、求めた被写体の明るさの指標値により上記第３のＬＵＴから上記第１のステップにおける電荷蓄積時間と上記第２のステップにおけるゲインを決定する第６のステップとを備えたものである。
【００２７】
この発明に係る撮像方法は、光画像を光電変換して映像信号を出力する第１のステップと、上記映像信号を増幅する第２のステップと、上記増幅された映像信号をデジタルの映像信号に変換する第３のステップと、上記デジタルの映像信号の画素値を所定領域単位に積算して画素積算値を求める第４のステップと、設定可能最小単位値である単位設定電荷蓄積時間の対数値、設定可能最小単位値である単位設定ゲインの対数値、及び上記第４のステップにおける画素積算値を対数値に置き換える第４のＬＵＴにおける対数値に基づき、被写体の明るさの指標値に対して、目標の画素積算値を得るための上記第１のステップにおける電荷蓄積時間及び上記第２のステップにおけるゲインを求めると共に、上記第１のステップにおける電荷蓄積時間及び上記第２のステップにおけるゲインをそれぞれの対数値に置き換える第３のＬＵＴを生成する第５のステップと、上記第４のＬＵＴにより置き換えられた画素積算値の対数値、上記第３のＬＵＴにより置き換えられた撮影時の電荷蓄積時間の対数値及び撮影時のゲインの対数値により被写体の明るさの指標値を求め、求めた被写体の明るさの指標値により上記第５のステップで生成した上記第３のＬＵＴから、上記第１のステップにおける電荷蓄積時間と上記第２のステップにおけるゲインを決定する第６のステップとを備えたものである。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による撮像装置の構成を示すブロック図であり、図において、１は入射する光画像を光電変換して電気信号の映像信号を出力する、電荷蓄積時間Ｓを変更できる固体撮像素子、２は固体撮像素子１の電荷蓄積時間Ｓを制御するための駆動パルスを供給するタイミングジェネレータである。
【００３０】
３は固体撮像素子１からの映像信号を増幅するプリアンプ、４はプリアンプ３からの映像信号を増幅する、ゲインを変更できるＡＧＣ回路、５はＡＧＣ回路４のゲインＧを制御するアナログの制御信号を出力するＤ／Ａコンバータ、６はＡＧＣ回路４からの映像信号をデジタルの映像信号に変換するＡ／Ｄコンバータ、７はＡ／Ｄコンバータ６からの１フレーム分のデジタルの映像信号の画素値を積算し画素積算値を出力する積算手段である。
【００３１】
８は積算手段７からの画素積算値を入力し、具備しているＬＵＴ１０１〜ＬＵＴ１０５を使用して固体撮像素子１の電荷蓄積時間ＳとＡＧＣ回路４のゲインを決定する演算手段であり、９は具備しているＬＵＴ１１１，ＬＵＴ１１２に基づき、演算手段８が演算に使用するＬＵＴ１０２〜１０５を生成するテーブル生成手段である。
【００３２】
演算手段８において、１０１は画素積算値を対数値に置き換えるＬＵＴ（第４のＬＵＴ）、１０２は求められた被写体の明るさＬに対応したテーブルアドレス（指標値）ｎの値に対して、目標の画素積算値を得るための電荷蓄積時間Ｓを示すＬＵＴ（第５のＬＵＴ）、１０３は求められた被写体の明るさＬに対応したテーブルアドレス（指標値）ｎの値に対して、目標の画素積算値を得るためのゲインＧを示すＬＵＴ（第６のＬＵＴ）、１０４はＬＵＴ１０２のテーブルアドレスｎの値に対して、電荷蓄積時間Ｓを対数値に置き換えるＬＵＴ（第７のＬＵＴ）、１０５はＬＵＴ１０３のテーブルアドレスｎの値に対して、ゲインＧを対数値に置き換えるＬＵＴ（第８のＬＵＴ）である。上記ＬＵＴのうち、ＬＵＴ１０２〜ＬＵＴ１０５は、被写体の明るさＬから電荷蓄積時間ＳとゲインＧ、並びにそれぞれの対数値を求めるＬＵＴ（第３のＬＵＴ）である。
【００３３】
演算手段８は、積算手段７からの画素積算値及び画素積算値を対数値に置き換えるＬＵＴ１０１と、撮影時の電荷蓄積時間Ｓの対数値と、撮影時のゲインＧの対数値を使用した演算により被写体の明るさＬの指標値ｎを求め、求めた被写体の明るさＬの指標値ｎをテーブルアドレスとして参照することにより、被写体の明るさＬから電荷蓄積時間ＳとゲインＧ、並びにそれぞれの対数値を求めるＬＵＴ１０２〜ＬＵＴ１０５から固体撮像素子１の電荷蓄積時間ＳとＡＧＣ回路４のゲインを決定し、タイミングジェネレータ２が出力する駆動パルスのパルス間隔を変更するための制御信号を出力すると共に、ＡＧＣ回路４のゲインＧを変更するためにＤ／Ａコンバータ５に制御信号を出力する。
【００３４】
テーブル生成手段９において、１１１は固体撮像素子１の特性により設定可能な電荷蓄積時間Ｓを対数値に置き換えるＬＵＴ（第１のＬＵＴ）、１１２はＡＧＣ回路４の特性により設定可能なゲインＧを対数値に置き換えるＬＵＴ（第２のＬＵＴ）である。テーブル生成手段９は、固体撮像素子１の特性により設定可能な電荷蓄積時間Ｓを対数値に置き換えるＬＵＴ１１１と、ＡＧＣ回路４の特性により設定可能なゲインＧを対数値に置き換えるＬＵＴ１１２に基づき、被写体の明るさＬから電荷蓄積時間ＳとゲインＧ、並びにそれぞれの対数値を求めるＬＵＴ１０２〜１０５を生成する。
【００３５】
次に動作について説明する。
撮像装置に入射する光画像は、固体撮像素子１によって電気信号の映像信号に変換された後、プリアンプ３及びＡＧＣ回路４によって増幅され、Ａ／Ｄコンバータ６によってデジタルの映像信号に変換される。このデジタルの映像信号は、積算手段７によって１フィールド分の画素値が積算され、その画素積算値が演算手段８へ出力される。この際、積算手段７は映像信号中の全てのエリアを積算しても良いし、映像信号中の一部、例えば中央重点測光においては中央部のみを積算したり、あるいは画素の位置に応じて重み付けを行って積算しても良い。
【００３６】
演算手段８は積算手段７によって得られた画素積算値を入力し、具備しているＬＵＴ１０１〜１０５に基づき演算を行い、固体撮像素子１の電荷蓄積時間Ｓを変えるように、タイミングジェネレータ２が出力する駆動パルスのパルス間隔を変更するための制御信号を、タイミングジェネレータ２に出力すると共に、ＡＧＣ回路４のゲインＧを変更するために、Ｄ／Ａコンバータ５に制御信号を出力する。演算手段８はＬＵＴ１０１〜１０５を使用して演算を行い、出力する電荷蓄積時間Ｓの制御信号及びゲインＧの制御信号を決定するが、このうち、ＬＵＴ１０１はあらかじめ作成されているが、ＬＵＴ１０２〜１０５はテーブル生成手段９によって、この撮像装置の動作開始時に自動的に生成される。
【００３７】
次に各ＬＵＴ１０１〜１０５の値の定め方を以下に示す。まず、画素積算値Σと被写体の明るさＬと電荷蓄積時間ＳとゲインＧの関係は、次の（８）式で示される。
Σ＝Ｋ×Ｌ×Ｓ×Ｇ （８）
ただし、Ｋは定数である。
【００３８】
よって被写体の明るさＬは、得られた画素積算値Σと撮像時の電荷蓄積時間Ｓ及びゲインＧから、次の（９）式にて算出することができる。
Ｌ＝Σ／（Ｋ×Ｓ×Ｇ） （９）
これを両辺対数化すると、
ｌｏｇＬ＝ｌｏｇΣ−ｌｏｇＫ−ｌｏｇＳ−ｌｏｇＧ （１０）
となる。さらに両辺に定数Ｃを掛けると、
Ｃ・ｌｏｇＬ＝Ｃ・ｌｏｇΣ−Ｃ・ｌｏｇＫ−Ｃ・ｌｏｇＳ−Ｃ・ｌｏｇＧ（１１）
となる。
【００３９】
ここで、Ｌを定数Ｋ１及びＫ２を用いて表すと、
Ｌ＝Ｋ１・１０n・K2 （１２）
となる。ただし、ｎは０以上Ｎ未満の整数で指標値である。これを両辺対数化して両辺に定数Ｃを掛けると、
Ｃ・ｌｏｇＬ＝Ｃ・ｌｏｇＫ１＋ｎ・Ｃ・Ｋ２ （１３）
となり、これを（１１）式に代入すると、
ｎ・Ｃ・Ｋ２＝Ｃ・ｌｏｇΣ−Ｋ３−Ｃ・ｌｏｇＳ−Ｃ・ｌｏｇＧ（１５）
ただし、Ｋ３は定数であり、
Ｋ３＝−Ｃ・ｌｏｇＫ−Ｃ・ｌｏｇＫ１
である。
【００４０】
ここで、Ｃが
Ｃ・Ｋ２＝１
を満たすものとすれば、上記（１５）式より次の（１６）式が成り立つ。
ｎ＝Ｃ・ｌｏｇΣ−Ｋ３−Ｃ・ｌｏｇＳ−Ｃ・ｌｏｇＧ （１６）
よって、Ｋ１及びＫ２の値に関わらずＣを適切な値に取ることで、左辺を整数値にすることができ、上記（１６）式における画素積算値Σ，電荷蓄積時間Ｓ，ゲインＧのそれぞれの対数値をＬＵＴ１０１〜１０５により求めることで、被写体の明るさＬに対応するテーブルアドレス（指標値）ｎの値を、加減算のみを用いて算出することができる。また、ｎは０以上Ｎ未満の整数であるので、求められたｎの値をテーブルアドレスとするＬＵＴを参照することにより、適切な電荷蓄積時間Ｓ及びゲインＧの値を求めることができる。
【００４１】
上記（１５）式を利用した露出制御を行うためには、画素積算値を対数値に置き換えるＬＵＴ１０１と、求められた被写体の明るさＬに対応したテーブルアドレスｎの値に対して、目標の画素積算値を得るための電荷蓄積時間Ｓを示すＬＵＴ１０２と、求められた被写体の明るさＬに対応したテーブルアドレスｎの値に対して、目標の画素積算値を得るためのゲインＧを示すＬＵＴ１０３と、ＬＵＴ１０２のテーブルアドレスｎの値に対して、電荷蓄積時間Ｓを対数値に置き換えるＬＵＴ１０４と、ＬＵＴ１０３のテーブルアドレスｎの値に対して、ゲインＧを対数値に置き換えるＬＵＴ１０５が必要となる。
【００４２】
上記（１６）式より、あるテーブルアドレスｎm の値に基づいて定めた電荷蓄積時間Ｓｍ及びゲインＧｍで撮像したとき得られた画素積算値がΣｍであれば、そのときの被写体の明るさＬｍ’に対応したテーブルアドレスｎm ’の値は、次の（１７）式で求めることができる。
ｎm ’＝ＣｌｏｇΣｍ−Ｋ３−ＣｌｏｇＳｍ−ＣｌｏｇＧｍ （１７）
ここで、ＣｌｏｇＳｍ及びＣｌｏｇＧｍは、これらを求める際に用いたｎm の値からＬＵＴ１０４とＬＵＴ１０５を参照することにより容易に求められ、ＬＵＴ１０１によってＣｌｏｇΣｍも求まるため、加減算のみによってｎm ’の値を求めることができる。算出したｎm ’において、ＬＵＴ１０２とＬＵＴ１０３を参照し、対応する電荷蓄積時間Ｓｍ’及びゲインＧで撮像すれば、目標の画素積算値Σｐ，すなわち目標とする信号レベルを得ることができる。
【００４３】
この方法では、理論的には被写体の明るさＬに対応するテーブルアドレスｎの値を算出する一度の演算のみで、適正電荷蓄積時間Ｓ及びゲインＧを選択することができるが、得られた画素積算値が極端に小さい場合等では、上記（１６）式の演算結果に誤差が生じる。しかし、上記演算を繰り返し行うことにより、電荷蓄積時間Ｓの設定値は適正値に近づくため、演算誤差を限りなく小さくすることができる。
【００４４】
次にＬＵＴを生成する方法について述べる。
図２は画素積算値を対数値に置き換えるＬＵＴ１０１の例を示す図である。演算手段８が使用する５つのＬＵＴ１０１〜１０５のうち、ＬＵＴ１０１は、図２に示すように、画素積算値Σに応じた対数値をあらかじめ算出して作成する。その他のＬＵＴ１０２〜１０５は、いずれも被写体の明るさＬに対応する整数値ｎがテーブルアドレスとなるＬＵＴだが、これらを作成する際には、電荷蓄積時間ＳとゲインＧのいずれを優先的に変化させるか、また各パラメータの上限値等の制約条件をどのように定めるか等によって、同じ照度条件に対応するものであっても様々なパターンのＬＵＴを作成可能である。この実施の形態では、これらをテーブル生成手段９によって自動的に生成する。
【００４５】
図３は設定可能最小単位である単位設定電荷蓄積時間により設定可能な電荷蓄積時間Ｓを対数値に置き換えるＬＵＴ１１１の例を示す図である。ここでは、電荷蓄積時間Ｓが設定可能最小単位値である単位設定電荷蓄積時間Ｓｕの整数倍の値として設定可能な場合の例を示している。図４は設定可能最小単位値である単位設定ゲインにより設定可能なゲインＧを対数値に置き換えるＬＵＴ１１２の例を示す図であり、ゲインＧが設定可能最小単位値である単位設定ゲインＧｕのべき乗値として設定可能な場合について示している。テーブル生成手段９は、ＬＵＴ１１１及びＬＵＴ１１２から、あらかじめ定めた方針に従って、演算手段８が使用するＬＵＴ１０２〜１０５を自動的に生成する。
【００４６】
図３及び図４において、単位設定電荷蓄積時間により設定可能な電荷蓄積時間Ｓ，及び単位設定ゲインにより設定可能なゲインＧを使用しているが、これに限るものでなく、固体撮像素子１の光電変換特性により設定可能な電荷蓄積時間Ｓ，及びＡＧＣ回路４の増幅特性により設定可能なゲインＧを使用しても良い。
【００４７】
以下、ＬＵＴ１０２〜１０５の生成の具体例について述べる。
上記（１６）式を変形すると、次の（１８）式になる。
ＣｌｏｇＳ＋ＣｌｏｇＧ＝Ｃ・ｌｏｇΣ−Ｋ３−ｎ （１８）
ここでＫ３は定数であり、画素積算値Σを露出制御の目標の画素積算値Σｐとすれば、ｌｏｇΣｐも一定値となる。よって各テーブルアドレスｎの値に対し、ＣｌｏｇＳ＋ＣｌｏｇＧの値が一意に定まり、これを満たすように電荷蓄積時間ＳとゲインＧを決めることにより、ＬＵＴ１０２〜１０５の自動生成が可能となる。
【００４８】
図５はテーブル生成手段９によるＬＵＴ１０２〜１０５の自動生成の処理を示すフローチャートである。ここでは、電荷蓄積時間Ｓの設定を優先して行い、ゲインＧの設定は、微調整や電荷蓄積時間Ｓの設定のみでは追従できない場合に補助的に使うケースを想定している。ステップＳＴ１１において、求めようとするテーブルアドレスｎの値に対応するＣｌｏｇＳ＋ＣｌｏｇＧの値を上記（１８）式から算出する。
【００４９】
ステップＳＴ１２において、ＬＵＴ１１１を値の小さい方から順に調べ、ＣｌｏｇＳ＋ＣｌｏｇＧの値を超えない最大値を電荷蓄積時間Ｓの設定値とし、その際のＣｌｏｇＳの値とテーブルアドレスｎの値をＬＵＴ１０４に設定し、電荷蓄積時間Ｓの値とテーブルアドレスｎの値をＬＵＴ１０２に設定する。ここで、電荷蓄積時間Ｓの設定値を、ＣｌｏｇＳ＋ＣｌｏｇＧの値を超えない最大値としているのは、ゲインＧの設定値が１以上、すなわちＣｌｏｇＧの値が正数しか取り得ないことを前提としているためで、ＣｌｏｇＳの値がＣｌｏｇＳ＋ＣｌｏｇＧの目標より大きくなると、ＣｌｏｇＧが負の値を取れず、適切なゲインＧの設定ができなくなるからである。
【００５０】
ステップＳＴ１３において、ＣｌｏｇＳの値が確定し、ＣｌｏｇＧの目標値が決まるので、ＬＵＴ１１２からＣｌｏｇＧの目標値に最も近い値を選択してゲインＧの設定値とし、その際のＣｌｏｇＧの値とテーブルアドレスｎの値をＬＵＴ１０５に設定し、ゲインＧの値とテーブルアドレスｎの値をＬＵＴ１０３に設定する。ステップＳＴ１４において、上記ステップＳＴ１１〜ＳＴ１３の処理を、生成するＬＵＴ１０２〜１０５の全てのテーブルアドレスｎについて繰り返し行う。
【００５１】
図６は被写体の明るさＬに対する露光制御特性を示す図である。図５に示すようなＬＵＴ生成手法を用いると、図６（ａ）に示すように、被写体の明るさＬが暗くなるに従って、まず電荷蓄積時間Ｓの値が上昇し、電荷蓄積時間Ｓの設定が上限に達したところからゲインＧを上昇させるような露光制御を実現するためのＬＵＴが生成される。これに対して、電荷蓄積時間Ｓの設定可能上限値を、より低い値に抑えると図６（ｂ）に示すような制御特性となり、より離散的な値のみ使用するという制限をつけた場合、例えば、あらかじめ決められた３つの値から選択しなければならない場合には、図６（ｃ）のような制御特性となる。これらの制御特性の変更は、テーブル生成手段９が参照するＬＵＴ１１１及びＬＵＴ１１２において使用可能なテーブルアドレスｎに制限を加えることにより容易に実現可能である。
【００５２】
以上のように、この実施の形態１によれば、露出制御に必要となるＬＵＴ１０２〜１０５を予め保持しておく必要がないため、初期値として保存しておくデータ容量を低減することができ、より少ないデータ容量で露出制御処理を実行することができるという効果が得られる。
【００５３】
また、この実施の形態１によれば、露出制御方式のパターンを複数用意する必要がある場合でも、パターン毎に逐一対応するＬＵＴ群を用意する必要がないため、初期値として保存しておくデータ容量を増加させることなく、様々なバリエーションを持った露出制御処理を、その都度切り替えて行うことができるという効果が得られる。
【００５４】
実施の形態２．
図７はこの発明の実施の形態２による撮像装置の構成を示すブロック図であり、図において、１９は演算手段８が使用するＬＵＴ１０２〜１０５を自動生成するテーブル生成手段であり、実施の形態１の図１と同じ符号は同じ構成要素を示している。この実施の形態では、ＬＵＴ１０２〜１０５を自動生成する方法が異なり、テーブル生成手段１９は、実施の形態１で使用したＬＵＴ１１１，１１２を必要としない。テーブル生成手段１９は、設定可能最小単位値である単位設定電荷蓄積時間の対数値、及び設定可能最小単位値である単位設定ゲインの対数値に基づき、画素積算値を対数値に置き換えるＬＵＴ１０１を使用して、被写体の明るさＬから固体撮像素子１の電荷蓄積時間及びＡＧＣ回路のゲイン、並びにそれぞれの対数値を求めるＬＵＴ１０２〜１０５を生成する。
【００５５】
実施の形態１では、ＬＵＴ１０２〜１０５を自動生成するにあたり、ＬＵＴ１１１，ＬＵＴ１１２を使用しているが、電荷蓄積時間Ｓの設定値が、設定可能最小単位値である単位設定電荷蓄積時間の整数倍として表される場合には、次の（１９）式のように対数値を分解することができる。
Ｓ＝Ｓｎ・Ｓｕ
とすると、
【００５６】
すなわち、単位設定電荷蓄積時間Ｓｕに対応する対数値ＣｌｏｇＳｕさえあらかじめ与えられていれば、倍率となる整数の対数値と加算することにより、任意の電荷蓄積時間Ｓの設定値に対応する対数値が求められる。また、画素積算値を対数値に置き換えるＬＵＴ１０１は、各整数値に対する対数値を参照するものなので、整数Ｓｎを変換するＬＵＴはＬＵＴ１０１を流用することが可能である。
【００５７】
ゲインＧの設定値については、設定可能値が定数のべき乗値で表される場合もある。その際の対数値への変換は以下のようになる。
Ｇ＝ＧｕGnとすると、
ＣｌｏｇＧ＝Ｇｎ・ＣｌｏｇＧｕ （２０）
ただし、Ｇｎは整数、Ｇｕは設定可能最小単位値である単位設定ゲインである。すなわち、単位設定ゲインに対応する対数値に対して整数値を乗算することにより、電荷蓄積時間Ｓの設定値と同様に、任意のゲインＧの設定値に対して対応する対数値を求めることが可能である。
【００５８】
図８はテーブル生成手段１９によるＬＵＴ１０２〜１０５の自動生成の処理を示すフローチャートである。ここでは、電荷蓄積時間Ｓの設定を優先して行い、ゲインＧの設定は、微調整や電荷蓄積時間Ｓの設定のみでは追従できない場合に補助的に使うケースを想定している。ステップＳＴ２１において、求めようとするテーブルアドレスｎに対応するＣｌｏｇＳ＋ＣｌｏｇＧの値を上記（１８）式から算出する。
【００５９】
ステップＳＴ２２において、ＬＵＴ１０１を用いて、整数値Ｓｎに対応する対数値ＣｌｏｇＳｎを求め、ＣｌｏｇＳｎ＋ＣｌｏｇＳｕの値がＣｌｏｇＳ＋ＣｌｏｇＧの値を超えない最大値を電荷蓄積時間Ｓの設定値とし、その際のＣｌｏｇＳ，すなわちＣｌｏｇＳｎ＋ＣｌｏｇＳｕの値とテーブルアドレス（指標値）ｎの値をＬＵＴ１０４に設定し、電荷蓄積時間Ｓ，すなわちＳｎ・Ｓｕの値とテーブルアドレスｎの値をＬＵＴ１０２に設定する。
【００６０】
ステップＳＴ２３において、ＣｌｏｇＳの値が確定し、ＣｌｏｇＧの目標値が決まるので、ＣｌｏｇＧの目標値をＣｌｏｇＧｕの値で割って最も近い整数値Ｇｎを求め、その際のＣｌｏｇＧ，すなわちＧｎ・ＣｌｏｇＧｕの値とテーブルアドレス（指標値）ｎの値をＬＵＴ１０５に設定し、ゲインＧ，すなわちＧｕGnの値とアドレスｎの値をＬＵＴ１０３に設定する。ステップＳＴ２４において、上記ステップＳＴ２１〜ＳＴ２３の処理を、生成するＬＵＴ１０２〜１０５の全てのテーブルアドレス（指標値）ｎについて繰り返し行う。
【００６１】
この方法を用いる場合でも、設定可能な整数値ＳｎやＧｎの値に加える制限を変化させることにより、実施の形態１と同様に、図６に示すような露出制御特性の変更を容易に実現できる。
【００６２】
以上のように、この実施の形態２によれば、実施の形態１で必要であったＬＵＴ１１１やＬＵＴ１１２を、画素積算値を対数値に置き換えるＬＵＴ１０１と設定可能最小単位値である単位設定電荷蓄積時間Ｓｕの対数値ＣｌｏｇＳｕ，設定可能最小単位値である単位設定ゲインＧｕの対数値ＣｌｏｇＧｕを用いた演算で代用するため、初期値として保存しておくデータ容量をさらに低減することができ、より少ないデータ容量で露出制御処理を実行することができるという効果が得られる。
【００６３】
また、この実施の形態２によれば、露出制御方式のパターンを複数用意する必要がある場合でも、パターン毎に逐一対応するＬＵＴ群を用意する必要がないため、初期値として保存しておくデータ容量を増加させることなく、様々なバリエーションを持った露出制御処理を、その都度切り替えて行うことができるという効果が得られる。
【００６４】
実施の形態３．
図９はこの発明の実施の形態３による撮像装置の構成を示すブロック図であり、図において、１８は演算手段であり、実施の形態１の図１における演算手段８と同等の機能を有しているが、被写体の明るさＬから電荷蓄積時間Ｓ及びゲインＧ並びにそれぞれの対数値を求めるＬＵＴ１０２〜１０５を必要としない。１０は演算手段１８が求めた被写体の明るさＬに応じて、電荷蓄積時間Ｓ及びゲインＧを算出するための制御値決定手段である。また、実施の形態１の図１と同じ符号は同じ構成要素を示している。
【００６５】
演算手段１８は、積算手段７からの画素積算値及び画素積算値を対数値に置き換えるＬＵＴ１０１と、撮影時の電荷蓄積時間Ｓの対数値と、撮影時のゲインＧの対数値を使用した演算により被写体の明るさＬの指標値ｎを求め、求めた被写体の明るさＬの指標値ｎと目標とする画素積算値に基づいて、次フレームにおける固体撮像素子１の電荷蓄積時間Ｓの対数値とＡＧＣ回路４のゲインＧの対数値との和を求める。制御値決定手段１９は演算手段１８が求めた電荷蓄積時間Ｓの対数値とゲインＧの対数値との和から、ＬＵＴ１０１を使用して演算を行い、撮像素子１の電荷蓄積時間ＳとＡＧＣ回路４のゲインＧを決定する。
【００６６】
上記実施の形態１，実施の形態２では、露出制御に使用する５つのＬＵＴ１０１〜１０５のうち、４つのＬＵＴ１０２〜１０５については、ＬＵＴの初期値をあらかじめデータとして保存しておく必要はないが、依然として露出制御処理の動作中には、ＬＵＴ１０２〜１０５のデータ値を保持しておく必要があった。しかし、被写体の明るさＬに対応する露出制御用ＬＵＴ１０２〜１０５を実際には生成せず、必要となったテーブルアドレスの項目のみをその都度作成することにより、ＬＵＴ１０２〜１０５自体を不要とすることが可能である。
【００６７】
図１０は演算手段１８と制御値決定手段１０の処理を示すフローチャートである。ステップＳＴ３１において、演算手段１８は上記（１６）式から現在の被写体の明るさＬに対応するテーブルアドレス（指標値）ｎを算出する。ステップＳＴ３２において、演算手段１８は、求めたテーブルアドレスｎと、目標とする画素積算値Σｐから上記（１８）式を用いて、次フレームにおけるＣｌｏｇＳ＋ＣｌｏｇＧの値を求めて制御値決定手段１０に出力する。
【００６８】
ステップＳＴ３３において、制御値決定手段１０は、あらかじめ定めた方針（電荷蓄積時間の変更を優先、設定可能値の指定等）に基づき、ＬＵＴ１０１を用いて整数値Ｓｎに対応する対数値ＣｌｏｇＳｎを求め、ＣｌｏｇＳｎ＋ＣｌｏｇＳｕの値がＣｌｏｇＳ＋ＣｌｏｇＧの値を越えない最大値を電荷蓄積時間の設定値とし、その際のＳすなわちＳｎ・Ｓｕの値を次フレームの電荷蓄積時間の設定値として演算手段１８に出力する。
【００６９】
ステップＳＴ３４において、制御値決定手段１０は、ＣｌｏｇＳすなわちＣｌｏｇＳｎ＋ＣｌｏｇＳｕの値をＣｌｏｇＳ＋ＣｌｏｇＧの値から減算し、ＣｌｏｇＧの目標値を求め、ＣｌｏｇＧの目標値をＣｌｏｇＧｕの値で割り最も近い整数を求め、その際のＧすなわちＧｕGnの値を次フレームのゲインの設定値として演算手段１８に出力する。
【００７０】
ステップＳＴ３５において、演算手段１８は、ＣｌｏｇＳ，ＣｌｏｇＧの値を次フレームの被写体明るさＬの算出に使用するため保存し、次フレームの撮像と画素積算値Σの算出を行う。ステップＳＴ３６において、上記ステップＳＴ３１からＳＴ３５を撮像終了まで繰り返す。
【００７１】
以上のように、この実施の形態３によれば、電荷蓄積時間ＳとゲインＧの設定方針を変更しても、露出制御用のＬＵＴ全体を書き換える必要がないため、演算量の増大や処理の遅延を起こすことなく、自由に動的に設定方針を変更することができるという効果が得られる。
【００７２】
また、この実施の形態３によれば、ＬＵＴの初期値、設定値を記録する領域が不要となり、Ｈ／Ｗ資源の少ない環境下でも露出制御を行うことができるという効果が得られる。
【００７３】
上記各実施の形態では、電荷蓄積時間Ｓの設定値が単位設定電荷蓄積時間の整数倍で、ゲインＧの設定可能値が単位設定ゲインのべき乗値で示される場合について述べているが、ゲインＧの設定が単位設定ゲインの整数倍になる場合や、電荷蓄積時間Ｓの設定値が単位設定電荷蓄積時間のべき乗値となる場合についても、上記ゲインＧの計算に用いる方法を電荷蓄積時間Ｓの計算に使用したり、上記電荷蓄積時間Ｓの計算に用いる方法をゲインＧの計算に使用することで、同様の露出制御処理を容易に実現することが可能である。
【００７４】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、設定可能最小単位である単位設定電荷蓄積時間により設定可能な電荷蓄積時間を対数値に置き換える第１のＬＵＴと、設定可能最小単位である単位設定ゲインにより設定可能なゲインを対数値に置き換える第２のＬＵＴに基づき、被写体の明るさの指標値に対して、目標の画素積算値を得るための固体撮像素子の電荷蓄積時間及びＡＧＣ回路のゲインを求めると共に、固体撮像素子の電荷蓄積時間及びＡＧＣ回路のゲインをそれぞれの対数値に置き換える第３のＬＵＴを生成するテーブル生成手段と、積算手段からの画素積算値を対数値に置き換える第４のＬＵＴを有し、第４のＬＵＴにより置き換えられた画素積算値の対数値、第３のＬＵＴにより置き換えられた撮影時の電荷蓄積時間の対数値及び撮影時のゲインの対数値により被写体の明るさの指標値を求め、求めた被写体の明るさの指標値により第３のＬＵＴから固体撮像素子の電荷蓄積時間とＡＧＣ回路のゲインを決定する演算手段とを備えたことにより、初期値として保存しておくデータ容量を低減することができ、より少ないデータ容量で露出制御処理を実行することができると共に、露出制御方式のパターンを複数用意する必要がある場合でも、パターン毎に逐一対応するＬＵＴ群を用意する必要がないため、初期値として保存しておくデータ容量を増加させることなく、様々なバリエーションを持った露出制御処理を、その都度切り替えて行うことができるという効果がある。
【００７５】
この発明によれば、設定可能最小単位値である単位設定電荷蓄積時間の対数値、設定可能最小単位値である単位設定ゲインの対数値、及び積算手段からの画素積算値を対数値に置き換える第４のＬＵＴにおける対数値に基づき、被写体の明るさの指標値に対して、目標の画素積算値を得るための固体撮像素子の電荷蓄積時間及びＡＧＣ回路のゲインを求めると共に、固体撮像素子の電荷蓄積時間及びＡＧＣ回路のゲインをそれぞれの対数値に置き換える第３のＬＵＴを生成するテーブル生成手段と、第４のＬＵＴを有し、第４のＬＵＴにより置き換えられた画素積算値の対数値、第３のＬＵＴにより置き換えられた撮影時の電荷蓄積時間の対数値及び撮影時のゲインの対数値により被写体の明るさの指標値を求め、求めた被写体の明るさの指標値により第３のＬＵＴから固体撮像素子の電荷蓄積時間とＡＧＣ回路のゲインを決定する演算手段とを備えたことにより、初期値として保存しておくデータ容量をさらに低減することができ、より少ないデータ容量で露出制御処理を実行することができると共に、露出制御方式のパターンを複数用意する必要がある場合でも、パターン毎に逐一対応するＬＵＴ群を用意する必要がないため、初期値として保存しておくデータ容量を増加させることなく、様々なバリエーションを持った露出制御処理を、その都度切り替えて行うことができるという効果がある。
【００７７】
この発明によれば、設定可能最小単位である単位設定電荷蓄積時間により設定可能な電荷蓄積時間を対数値に置き換える第１のＬＵＴと、設定可能最小単位である単位設定ゲインにより設定可能なゲインを対数値に置き換える第２のＬＵＴに基づき、被写体の明るさの指標値に対して、目標の画素積算値を得るための電荷蓄積時間及びゲインを求めると共に、電荷蓄積時間及びゲインをそれぞれの対数値に置き換える第３のＬＵＴを生成するステップと、求めた画素積算値を対数値に置き換える第４のＬＵＴにより置き換えられた画素積算値の対数値、第３のＬＵＴにより置き換えられた撮影時の電荷蓄積時間の対数値及び撮影時のゲインの対数値により被写体の明るさの指標値を求め、求めた被写体の明るさの指標値により第３のＬＵＴから電荷蓄積時間とゲインを決定するステップとを備えたことにより、初期値として保存しておくデータ容量を低減することができ、より少ないデータ容量で露出制御処理を実行することができると共に、露出制御方式のパターンを複数用意する必要がある場合でも、パターン毎に逐一対応するＬＵＴ群を用意する必要がないため、初期値として保存しておくデータ容量を増加させることなく、様々なバリエーションを持った露出制御処理を、その都度切り替えて行うことができるという効果がある。
【００７８】
この発明によれば、設定可能最小単位値である単位設定電荷蓄積時間の対数値、設定可能最小単位値である単位設定ゲインの対数値、及び画素積算値を対数値に置き換える第４のＬＵＴにおける対数値に基づき、被写体の明るさの指標値に対して、目標の画素積算値を得るための電荷蓄積時間及びゲインを求めると共に、電荷蓄積時間及びゲインをそれぞれの対数値に置き換える第３のＬＵＴを生成するステップと、第４のＬＵＴにより置き換えられた画素積算値の対数値、第３のＬＵＴにより置き換えられた撮影時の電荷蓄積時間の対数値及び撮影時のゲインの対数値により被写体の明るさの指標値を求め、求めた被写体の明るさの指標値により第３のＬＵＴから、電荷蓄積時間とゲインを決定するステップとを備えたことにより、初期値として保存しておくデータ容量をさらに低減することができ、より少ないデータ容量で露出制御処理を実行することができると共に、露出制御方式のパターンを複数用意する必要がある場合でも、パターン毎に逐一対応するＬＵＴ群を用意する必要がないため、初期値として保存しておくデータ容量を増加させることなく、様々なバリエーションを持った露出制御処理を、その都度切り替えて行うことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１による撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図２】 この発明の実施の形態１による画素積算値を対数値に置き換えるＬＵＴの例を示す図である。
【図３】 この発明の実施の形態１による単位設定電荷蓄積時間により設定可能な電荷蓄積時間を対数値に置き換えるＬＵＴの例を示す図である。
【図４】 この発明の実施の形態１による単位設定ゲインにより設定可能なゲインを対数値に置き換えるＬＵＴの例を示す図である。
【図５】 この発明の実施の形態１によるテーブル生成手段のＬＵＴの自動生成の処理を示すフローチャートである。
【図６】 この発明の実施の形態１による被写体の明るさＬに対する露光制御特性を示す図である。
【図７】 この発明の実施の形態２による撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図８】 この発明の実施の形態２によるテーブル生成手段のＬＵＴの自動生成の処理を示すフローチャートである。
【図９】 この発明の実施の形態３による撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】 この発明の実施の形態３による演算手段と制御値決定手段の処理を示すフローチャートである。
【図１１】 従来の撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図１２】 従来のテーブルアドレスの値に対して被写体の明るさを設定したＬＵＴの例を示す図である。
【図１３】 従来の図１２に示すＬＵＴのテーブルアドレスの値に対して、目標の画素積算値を得るための電荷蓄積時間を示すＬＵＴの例を示す図である。
【図１４】 従来の撮像装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ 固体撮像装置、２ タイミングジェネレータ、３ プリアンプ、４ ＡＧＣ回路、５ Ｄ／Ａコンバータ、６ Ａ／Ｄコンバータ、７ 積算手段、８ 演算手段、９ テーブル生成手段、１０ 制御値決定手段、１８ 演算手段、１９テーブル生成手段、１０１〜１０５ ＬＵＴ、１１１，１１２ ＬＵＴ。
Claims (5)
- 光画像を光電変換して映像信号を出力する、電荷蓄積時間を変更できる固体撮像素子と、
上記固体撮像素子からの映像信号を増幅する、ゲインを変更できるＡＧＣ回路と、
上記ＡＧＣ回路からの映像信号をデジタルの映像信号に変換するＡ／Ｄコンバータと、
上記Ａ／Ｄコンバータからのデジタルの映像信号の画素値を、所定領域単位に積算して画素積算値を求める積算手段と、
設定可能最小単位である単位設定電荷蓄積時間により設定可能な電荷蓄積時間を対数値に置き換える第１のＬＵＴ（ルックアップテーブル）と、設定可能最小単位である単位設定ゲインにより設定可能なゲインを対数値に置き換える第２のＬＵＴに基づき、被写体の明るさの指標値に対して、目標の画素積算値を得るための上記固体撮像素子の電荷蓄積時間及び上記ＡＧＣ回路のゲインを求めると共に、上記固体撮像素子の電荷蓄積時間及び上記ＡＧＣ回路のゲインをそれぞれの対数値に置き換える第３のＬＵＴを生成するテーブル生成手段と、
上記積算手段からの画素積算値を対数値に置き換える第４のＬＵＴを有し、
上記第４のＬＵＴにより置き換えられた画素積算値の対数値、上記第３のＬＵＴにより置き換えられた撮影時の電荷蓄積時間の対数値及び撮影時のゲインの対数値により被写体の明るさの指標値を求め、求めた被写体の明るさの指標値により上記第３のＬＵＴから上記固体撮像素子の電荷蓄積時間と上記ＡＧＣ回路のゲインを決定する演算手段とを
備えたことを特徴とする撮像装置。 - 光画像を光電変換して映像信号を出力する、電荷蓄積時間を変更できる固体撮像素子と、
上記固体撮像素子からの映像信号を増幅する、ゲインを変更できるＡＧＣ回路と、
上記ＡＧＣ回路からの映像信号をデジタルの映像信号に変換するＡ／Ｄコンバータと、
上記Ａ／Ｄコンバータからのデジタルの映像信号の画素値を、所定領域単位に積算して画素積算値を求める積算手段と、
設定可能最小単位値である単位設定電荷蓄積時間の対数値、設定可能最小単位値である単位設定ゲインの対数値、及び上記積算手段からの画素積算値を対数値に置き換える第４のＬＵＴにおける対数値に基づき、被写体の明るさの指標値に対して、目標の画素積算値を得るための上記固体撮像素子の電荷蓄積時間及び上記ＡＧＣ回路のゲインを求めると共に、上記固体撮像素子の電荷蓄積時間及び上記ＡＧＣ回路のゲインをそれぞれの対数値に置き換える第３のＬＵＴを生成するテーブル生成手段と、
上記第４のＬＵＴを有し、上記第４のＬＵＴにより置き換えられた画素積算値の対数値、上記第３のＬＵＴにより置き換えられた撮影時の電荷蓄積時間の対数値及び撮影時のゲインの対数値により被写体の明るさの指標値を求め、求めた被写体の明るさの指標値により上記第３のＬＵＴから上記固体撮像素子の電荷蓄積時間と上記ＡＧＣ回路のゲインを決定する演算手段とを
備えたことを特徴とする撮像装置。 - 第３のＬＵＴは、
求められた被写体の明るさの指標値に対して、目標の画素積算値を得るための電荷蓄積時間を示す第５のＬＵＴと、
求められた被写体の明るさの指標値に対して、目標の画素積算値を得るためのゲインを示す第６のＬＵＴと、
上記第５のＬＵＴの指標値に対して、電荷蓄積時間を対数値に置き換える第７のＬＵＴと、
上記第６のＬＵＴの指標値に対して、ゲインを対数値に置き換える第８のＬＵＴとにより構成される
ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の撮像装置。 - 光画像を光電変換して映像信号を出力する第１のステップと、
上記映像信号を増幅する第２のステップと、
上記増幅された映像信号をデジタルの映像信号に変換する第３のステップと、
上記デジタルの映像信号の画素値を所定領域単位に積算して画素積算値を求める第４のステップと、
設定可能最小単位である単位設定電荷蓄積時間により設定可能な電荷蓄積時間を対数値に置き換える第１のＬＵＴと、設定可能最小単位である単位設定ゲインにより設定可能なゲインを対数値に置き換える第２のＬＵＴに基づき、被写体の明るさの指標値に対して、目標の画素積算値を得るための上記第１のステップにおける電荷蓄積時間及び上記第２のステップにおけるゲインを求めると共に、上記第１のステップにおける電荷蓄積時間及び上記第２のステップにおけるゲインをそれぞれの対数値に置き換える第３のＬＵＴを生成する第５のステップと、
上記第４のステップで求めた画素積算値を対数値に置き換える第４のＬＵＴにより置き換えられた画素積算値の対数値、上記第３のＬＵＴにより置き換えられた撮影時の電荷蓄積時間の対数値及び撮影時のゲインの対数値により被写体の明るさの指標値を求め、求めた被写体の明るさの指標値により上記第３のＬＵＴから上記第１のステップにおける電荷蓄積時間と上記第２のステップにおけるゲインを決定する第６のステップとを
備えたことを特徴とする撮像方法。 - 光画像を光電変換して映像信号を出力する第１のステップと、
上記映像信号を増幅する第２のステップと、
上記増幅された映像信号をデジタルの映像信号に変換する第３のステップと、
上記デジタルの映像信号の画素値を所定領域単位に積算して画素積算値を求める第４のステップと、
設定可能最小単位値である単位設定電荷蓄積時間の対数値、設定可能最小単位値である単位設定ゲインの対数値、及び上記第４のステップにおける画素積算値を対数値に置き換える第４のＬＵＴにおける対数値に基づき、被写体の明るさの指標値に対して、目標の画素積算値を得るための上記第１のステップにおける電荷蓄積時間及び上記第２のステップにおけるゲインを求めると共に、上記第１のステップにおける電荷蓄積時間及び上記第２のステップにおけるゲインをそれぞれの対数値に置き換える第３のＬＵＴを生成する第５のステップと、
上記第４のＬＵＴにより置き換えられた画素積算値の対数値、上記第３のＬＵＴにより置き換えられた撮影時の電荷蓄積時間の対数値及び撮影時のゲインの対数値により被写体の明るさの指標値を求め、求めた被写体の明るさの指標値により上記第５のステップで生成した上記第３のＬＵＴから、上記第１のステップにおける電荷蓄積時間と上記第２のステップにおけるゲインを決定する第６のステップとを
備えたことを特徴とする撮像方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000219344A JP3706006B2 (ja) | 2000-07-19 | 2000-07-19 | 撮像装置及び撮像方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000219344A JP3706006B2 (ja) | 2000-07-19 | 2000-07-19 | 撮像装置及び撮像方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002044517A JP2002044517A (ja) | 2002-02-08 |
| JP3706006B2 true JP3706006B2 (ja) | 2005-10-12 |
Family
ID=18714144
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000219344A Expired - Lifetime JP3706006B2 (ja) | 2000-07-19 | 2000-07-19 | 撮像装置及び撮像方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3706006B2 (ja) |
-
2000
- 2000-07-19 JP JP2000219344A patent/JP3706006B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2002044517A (ja) | 2002-02-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7920181B2 (en) | Semiconductor integrated apparatus and black level correction method for image sensor | |
| JP4657457B2 (ja) | 別個の測光回路なしで固体カメラに対して自動的に最終露出設定を決定する方法 | |
| US20030223010A1 (en) | Method and apparatus for automatic gain and exposure control for maintaining target image brightness in video imager systems | |
| US20030142880A1 (en) | Image processing method, image processing apparatus, and electronic camera | |
| KR100734990B1 (ko) | 촬상 장치 및 촬상 소자의 제어 회로 | |
| JP3432705B2 (ja) | 撮像装置 | |
| JP2001346069A (ja) | 映像信号処理装置及び輪郭強調補正装置 | |
| JP2017212532A (ja) | 画像処理装置 | |
| JPH06261336A (ja) | ビデオ撮像装置 | |
| JP3804113B2 (ja) | 固体撮像装置 | |
| JP2006345388A (ja) | 撮像装置 | |
| JP3861711B2 (ja) | 輝度レベル補正装置 | |
| JP3706006B2 (ja) | 撮像装置及び撮像方法 | |
| US20030197795A1 (en) | Generation and storage of amplified video | |
| JP3663973B2 (ja) | 画像信号処理装置および画像信号処理方法 | |
| JP2527592B2 (ja) | 撮像装置 | |
| KR100708933B1 (ko) | 자동 노출 제어장치 및 그 방법 | |
| JP2007500995A (ja) | Ｃｍｏｓ画像センサのための高分解能のデジタルプログラム式利得段 | |
| KR100402216B1 (ko) | 촬상 장치 | |
| US9030574B2 (en) | Imaging apparatus capable of correcting white balance based on an output signal amplification gain and white balance gain | |
| JP2007074637A (ja) | 撮像装置 | |
| JPH05316413A (ja) | 撮像装置 | |
| JP2007312112A (ja) | 撮像装置 | |
| JP3571274B2 (ja) | 自動ホワイトバランス調整装置および自動ホワイトバランス調整方法 | |
| JP3471492B2 (ja) | 露光制御システム |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A871 | Explanation of circumstances concerning accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871 Effective date: 20031210 |
|
| A975 | Report on accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005 Effective date: 20040226 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040525 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040702 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20050628 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20050727 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 3706006 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080805 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090805 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090805 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100805 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110805 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110805 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120805 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120805 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130805 Year of fee payment: 8 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |