JP4757213B2 - 撮像装置及び撮像装置の制御方法 - Google Patents

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Description

本発明は、動画像及び静止画像を記録可能な撮像装置及び撮像装置の制御方法に関する。
近年のデジタルビデオカメラにあっては、動画像撮影中に静止画像の撮影が可能な機能、所謂同時撮影の機能を備えたデジタルビデオカメラが市販されている。この同時撮影の機能は、デジタルビデオカメラの動画像撮影中に静止画像撮影ボタンを押すことで、静止画像が記録できるものである。この場合、デジタルビデオカメラを動画像モードから静止画像モードに切り替える必要がないので、時間のロスが無く、動画像撮影中にも静止画像として撮影したい場面で静止画像を撮影し、記録することが可能となる。
図5は、従来提案されている、同時撮影機能を備えたデジタルビデオカメラの概略構成図を示す。図5において、光学系101はズームレンズ制御やフォーカスレンズ制御、絞り制御、ND制御などを備え、これらは光学系制御部102で制御される。被写体の光学像は、光学系101により撮像部103に結像される。撮像部103に結像された被写体像は、撮像部103で光電変換されて電気信号となる。
撮像部103は、TG(タイミングジェネレータ)104で発生されたフレームパルス、制御パルス等で制御され、設定されたフレーム周波数の画像信号を出力する。出力された画像信号はA/D変換部105でアナログの画像信号からデジタルの画像信号に変換されて画像処理部106に送られる。
画像処理部106では、送られてきた画像信号に対してガンマ補正処理やエッジ補正処理などの画像処理が実行される。かくして画像処理された画像信号は、リサイズ処理部107で拡大、縮小などのリサイズ処理が行われる。静止画像用画像信号はリサイズ処理部107でのリサイズ処理の後、画像信号処理部109を経て静止画像用記録媒体108に送られて記録される。
一方、動画像用画像信号は、同じくリサイズ処理部107でのリサイズ処理の後、画像信号処理部109を経て動画像用記録媒体110に送られて記録される。同時に、静止画像用画像信号及び動画像用画像信号は表示制御部111に送られ、適宜切り替えられてLCD等の表示装置112で表示される。上記したデジタルビデオカメラの各ブロック部分は、図示しないメモリに記憶された制御プログラムにしたがい、CPU113により制御されて動作する。ユーザの操作は、操作部114よりCPU113に指示信号が送られ、ユーザの指示内容に従った動作が、CPU113の制御によりデジタルビデオカメラの各ブロック部分で実行される。
デジタルビデオカメラが動画像撮影中であった場合、動画像用画像信号が画像処理部106から、リサイズ処理部107に含まれる動画像用リサイズ処理部107aに供給される。また、同時撮影の機能が実行される場合には、デジタルビデオカメラの動画像撮影中に静止画像撮影用ボタンがユーザにより押される。撮影中に静止画像撮影用ボタンが押されると、操作部114より指示信号がCPU113に送られる。この場合、画像処理部106は、CPU113より指示信号を受けると、静止画像撮影用ボタンが押下されたタイミングの画像信号を、リサイズ処理部107に含まれる静止画像リサイズ処理部107bにも供給する。そして、この静止画像リサイズ処理部107bでリサイズ処理を行った後、画像信号処理部109を経由して静止画像用記録媒体108に送られて記録される。
上記で説明した構成を備える従来技術に係る方法では、同時撮影モードの際は絞り制御、電子シャッタ制御、ND制御、利得制御等の露出状態制御が動画像撮影時と静止画像撮影時とで共通に実行される。したがって、同時撮影モードの際に、動画像用画像信号及び静止画像用画像信号のいずれか一方の画像信号の画質が損なわれる恐れがある。たとえば撮像部103に使用される半導体撮像素子で動作する電子シャッタが1/1000秒のような高速シャッタの状態であれば、撮像部103において動画像は、1フレームの中で露光が偏るため、連続性の欠けた不自然な画像信号となり画質を損ねてしまう。一方、電子シャッタが1/60秒のような低速シャッタの状態であれば、静止画像用画像信号としてはブレ易く、静止画像用画像信号としての画質を損ねてしまう。
近年、標準のテレビ信号のフレーム周波数より高いフレーム周波数で画像信号を生成することが可能な半導体撮像素子を用いた撮像装置が開発されてきている。例えば、特許文献1に開示された同時撮影の機能を備える撮像装置においては、撮像素子から標準のテレビ信号のフレーム周波数より高いフレーム周波数で出力される画像信号を記録部で記録媒体に記録するものが提案されている。
動画像撮影中は、撮像素子が出力する標準のテレビ信号のフレーム周波数より高いフレーム周波数の複数の画像信号を加算し、合成する。これにより、標準のテレビ信号のフレーム周波数の画像信号を生成し、標準のテレビ信号のフレーム周波数で動作する表示装置で表示する。一方、静止画像撮影時は、撮像素子が出力する撮像素子が出力する標準のテレビ信号のフレーム周波数より高いフレーム周波数で静止画像の画像信号を生成する。
例えば表示装置が30フレーム/秒で動作し、撮像素子が300フレーム/秒で動作して画像信号を生成する場合、動画像用画像信号は、撮像素子から出力される10フレーム分の画像信号を加算合成して動画像用画像信号として表示する。一方、静止画像用画像信号は、撮像素子が300フレーム/秒で動作して画像信号を、30フレーム/秒のフレームの静止画像用画像信号として表示装置に出力する。
この方法であれば、表示装置に出力される動画像用画像信号は、300フレーム/秒で動作して生成された10フレーム分の画像信号の加算により生成されているため、フレーム間の露光されない期間が短いために、より自然な映像となる。一方、静止画像用画像信号は撮像素子が300フレーム/秒で動作して生成される1枚の画像信号を使用するため、露光時間が短く、画像のブレの少ない静止画像が表示装置に出力されることとなる。
特開2005−12695号公報
しかしながら、上記で説明したように、表示装置のフレーム周波数より高いフレーム周波数で生成された画像信号を記憶するとなると、記憶装置の記憶容量が多く必要となる。また同時に、300フレーム/秒という高いフレーム周波数の画像信号に対応できる記憶装置が必要となる。
そこで本発明は、動画像撮影中に静止画像を撮影する同時撮影の際に、動画像及び静止画像共に画質の劣化の少ない画像を得ることが可能な撮像装置の提供を目的とする。
上記の目的を達成するため、本発明の実施形態に係る撮像装置は、
画像信号を順次出力する撮像手段と、
前記撮像手段から順次出力された画像信号から、時間的に連続したL(Lは、3以上の整数)フレームの画像信号のうちの互いに時間的に連続しないM(Mは、Lより小さくかつ2以上の整数)フレームの画像信号を加算して動画像用画像信号を生成する第1の加算手段と、
前記Lフレームの画像信号のうちの互いに時間的に連続したN(Nは、Lより小さくかつ2以上の整数)フレームの画像信号を加算して静止画像用画像信号を生成する第2の加算手段と、を有することを特徴とする。
上記の目的を達成するため、本発明の、さらに他の実施形態に係る撮像装置の制御方法は、
撮像手段から順次出力された画像信号から、時間的に連続したL(Lは、3以上の整数)フレームの画像信号のうちの互いに時間的に連続しないM(Mは、Lより小さくかつ2以上の整数)フレームの画像信号を加算して動画像用画像信号を生成する第1の加算工程と、
前記Lフレームの画像信号のうちの互いに時間的に連続したN(Nは、Lより小さくかつ2以上の整数)フレームの画像信号を加算して静止画像用画像信号を生成する第2の加算工程と、を有することを特徴とする。
本発明によれば、動画像撮影中に静止画像を撮影する同時撮影の際に、動画像及び静止画像共に画質の劣化の少ない画像を得ることができる。
<実施形態1>
本発明の実施形態1に係る撮像装置の概略ブロック構成図を図1に示す。
図1において、光学系1はズームレンズ制御機構、フォーカスレンズ制御機構、絞り制御機構、ND制御機構等を備え、これらの各制御機構は、後述するCPU13により、光学系制御部2で制御される。光学系1を通過して入射する被写体の光学像は、光学系1の作用により、撮像部3の半導体撮像素子に結像される。撮像部3の半導体撮像素子に結像された被写体像は、半導体撮像素子で光電変換されて電気信号となる。
本実施形態1に係る撮像装置の撮像部3で使用される半導体撮像素子は、電子シャッタ機能を備え、表示装置12が動作するフレーム周波数、例えば30フレーム/秒より高いフレーム周波数で動作して画像信号を出力する。本発明の説明においては、たとえば1例として、撮像部3の半導体撮像素子の動作するフレーム周波数を360フレーム/秒とする。
撮像部3は、駆動手段としてのTG(タイミングジェネレータ)4で発生されたフレームパルス、制御パルス等で制御され、360フレーム/秒のフレーム周波数の画像信号を出力する。出力された画像信号は、A/D変換部5でアナログの画像信号からデジタルの画像信号に変換されて画像処理部6に送られる。
画像処理部6では、送られてきたデジタルの画像信号に対してガンマ補正処理やエッジ補正処理などの画像処理が実行される。かくして画像処理がなされた画像信号は、記憶選択部15を介して加算部16に供給される。記憶選択部15及び加算部16により、360フレーム/秒の画像処理された画像信号は、フレーム周波数の低い、30フレーム/秒の画像信号に変換される。
記憶選択部15は、撮像装置全体の動作を制御するCPU13の指示に従い、動画像撮影で使用する画像信号と、静止画像撮影で使用する画像信号を選択する。加算部16では選択された複数のフレームよりなる画像信号を加算して1フレームの画像信号に変換する。
図2は、静止画像処理部および動画像処理部を構成する記憶選択部15及び加算部16のブロック構成例を示す。画像処理部6で画像処理処理された画像信号は記憶選択部15に供給され、記憶選択部15が備えるフレームメモリ15aに一時的に記憶される。記憶された画像信号が動画像撮影で使用する画像信号であれば、加算部16が備える動画像用のフレームメモリ16aに送られて記憶される。すなわち、記憶選択部15と加算部16が備える動画像用のフレームメモリ16aとで動画像処理部が構成される。
一方、記憶されている画像信号が静止画像撮影で使用する画像信号であれば、加算部16が備える静止画像用のフレームメモリ16bに送られて記憶される。すなわち、記憶選択部15と加算部16が備える動画像用のフレームメモリ16bとで静止画像処理部が構成される。
記憶選択部15のフレームメモリ15aは、画像信号を加算部16に送り終えたら画像信号を消去し、次のフレームの画像信号を記憶する。加算部16の動画像用のフレームメモリ16aは、1/30秒の間に記憶選択部15より出力される複数のフレームの画像信号を加算しつつ記憶していく。そして、1/30秒毎に、リサイズ処理部7に加算して生成された画像信号を供給する。
一方、加算部16の静止画像用のフレームメモリ16bは、1/30秒の間に記憶選択部15より出力される複数のフレームの画像信号の中から複数フレームの画像信号を順次加算し記憶する。そして、1/30秒毎に、リサイズ処理部7に加算して生成した画像信号を供給する。
加算部16から供給された画像信号は、リサイズ処理部7で拡大、縮小などのリサイズ処理が行われる。静止画像用画像信号はリサイズ処理部7でのリサイズ処理の後、画像信号処理部9を経て静止画像用記録媒体8に送られて記録される。
一方、動画像用画像信号は、画像信号処理部9を経て動画像用記録媒体10に送られて記録される。また、これらの画像信号は同時に表示制御部11に送られ、LCD等の表示装置12で表示される。
上記した撮像装置の各ブロック部分は、CPU13により制御されて動作する。ユーザの操作は、操作部14よりCPU13に指示信号が送られ、指示内容に従った動作が、CPU13の制御により撮像装置の各ブロック部分で実行される。
撮像装置が動画像撮影中であった場合、動画像用画像信号が加算部16から、リサイズ処理部7に含まれる動画像用リサイズ処理部7aに供給される。また、同時撮影の機能が実行される場合には、撮像装置の動画像撮影中に静止画像撮影用ボタンがユーザにより押される。撮影中に静止画像撮影用ボタンが押されると、操作部14より指示信号がCPU13に送られる。この場合、画像処理部6は、CPU13より指示信号を受けると、静止画像撮影用ボタンが押下されたタイミングの静止画像用画像信号を、加算部16のフレームメモリ16aから、リサイズ処理部107に含まれる静止画像リサイズ処理部7bに供給する。そして、この静止画像リサイズ処理部7bでリサイズ処理を行った後、画像信号処理部9を経由して静止画像用記録媒体8に送られて記録される。
本発明の実施形態1に係る撮像装置においては、撮像部3から360フレーム/秒のフレーム周波数で出力される12フレームの画像信号の中から、4フレームの画像信号を選択し、加算してフレーム周波数の低い1フレームの画像信号を生成する。
図3に示すように、30フレーム/秒で動作する表示装置12が、1フレームの画像信号を表示する時間T30に、撮像部3より、互いに時間的に隣接するn番目からn+11番目までの12フレームの画像信号F360が順次出力されているとする。撮像部3から出力されたn番目からn+11番目までの12フレームの画像信号F360の中から4フレームの画像信号F360を選択して加算し、表示装置に出力する、フレーム周波数の低い1フレームの画像信号を生成する。露出は4フレーム分の画像信号F360を加算すると適正になるように制御されている。
たとえば、動画像撮影中、記憶選択部15は、互いに時間的に隣接しないn、n+3、n+6、n+9番目のフレームの組み合わせの画像信号F360を加算部16のフレームメモリ16aに送る。同時撮影の際、静止画像撮影ボタンが押されると、記憶選択部15は、互いに時間的に隣接しないn、n+3、n+6、n+9番目のフレームの組み合わせの画像信号F360を動画像用のフレームメモリ16aに動画像用画像信号として送る。
また、互いに時間的に隣接するn、n+1、n+2、n+3番目の組み合わせの画像信号F360を静止画像用の加算部16に含まれるフレームメモリ16bに静止画像用画像信号として送る。加算部16ではそれぞれ上述した4フレームの画像信号F360が加算され、1フレーム分の画像信号が生成される。また、表示装置に出力するフレーム周波数(1/30秒)より撮像部3が出力するフレーム周波数(1/360秒)が高い撮像素子を用いている。しかし、表示装置12に出力するフレーム周波数と記録するフレーム周波数は同じ低いフレーム周波数(1/30秒)となる。
一般的に以下のように説明することができる。すなわち、撮像部3から順次出力され、記憶選択部15に記憶された画像信号から、L(Lは、3以上の整数)フレーム単位で互いに時間的に連続しないM(Mは、Lより小さくかつ2以上の整数)フレームの画像信号を加算して動画像用画像信号を生成する。この場合、第1の加算部として、加算部16を構成する動画像用のフレームメモリ16aを有する。
また、前記のLフレームの画像信号のうちの互いに時間的に隣接したN(Nは、Lより小さくかつ2以上の整数)フレームの画像信号を加算して静止画像用画像信号を生成する。この場合、第2の加算部として、加算部16を構成する静止画像用のフレームメモリ16bを有する。
もしくは、撮像部3から順次出力され、記憶選択部15に記憶された画像信号から、L(Lは、3以上の整数)フレーム単位でM(Mは、Lより小さくかつ2以上の整数)フレームの画像信号を加算して動画像用画像信号を生成する。この場合、第1の加算部として、加算部16を構成する動画像用のフレームメモリ16aを有する。
また、前記のLフレームの画像信号のうちのMフレームよりも小さいN(Nは、Lより小さくかつ2以上の整数)フレームの画像信号を加算して静止画像用画像信号を生成する。この場合、第2の加算部として、加算部16を構成する静止画像用のフレームメモリ16bを有する。
本発明の実施形態1によれば、1/30秒の中で、動画像の露光時間は分散され、静止画像の露光時間は集中される。したがって、動画像の1フレームの露光時間の偏りによる不連続なパラパラとした動画像用画像信号や、静止画像撮影時の静止画像用画像信号のブレを軽減することができる。
<実施形態2>
本実施形態2に係る撮像装置の構成は、実施形態1に係る撮像装置の構成と同様である。本実施形態1と同様に、撮像部3の半導体撮像素子は、表示装置12に画像信号を出力するフレーム周波数より高いフレーム周波数の画像信号を出力する。本実施形態2においても、表示装置12のフレーム周波数を30フレーム/秒、撮像部3が出力するフレーム周波数を360フレーム/秒とする。表示装置12のフレーム周波数で出力するためには撮像部3より出力された12フレームの画像信号から1フレームの画像信号を生成する必要がある。
本実施形態2では、画像処理部6の後に記憶選択部15と加算部16を備えている。この部分で12フレームの画像信号から1フレームの画像信号を生成する。記憶選択部15ではCPU13の命令に従い、動画像で使用する画像信号と、静止画像で使用する画像信号を選択する。加算部16では、記憶選択部15で選択された複数のフレームの画像信号を加算して1フレームの画像信号とする。
図4は、本実施形態2における同時撮影の際の画像信号と絞りの関係を示す。本実施形態2では、30フレーム/秒で動作する表示装置12が、1フレームの画像信号を表示する時間T30の間に、撮像部3より12フレームの画像信号F360が出力される。本実施形態2では、動画像は8フレームの画像信号F360を加算すると適正な露光時間になるように露出を制御しているとする。動画像撮影中は出力される12フレームの画像信号F360のうち、8フレームの画像信号F360を記憶選択部15で選択し、加算部16で加算し、表示装置12に出力する1フレームの画像信号を生成している。
同時撮影において、動画像撮影中に静止画像撮影ボタンが押下されると、操作部14からCPU13に指示信号が送られる。CPU13は光学系制御部2に命令を出し、撮像部3での露光量を多くするように光学系1の絞りを変更させる。本実施形態では、動画像撮影中に静止画像撮影ボタンが押下されると、露光量を多くするように、光学系制御部2により、たとえば2段階分絞り径Iを大きくする。絞り径Iの変更にかかる時間は1/360秒未満とする。露光量を多くするように、光学系1の絞り径Iを2段階分大きくしたので露光量は4倍となるため、2フレーム分の画像信号F360を加算すれば適性な露光量の画像信号となる。
図4に示すように、互いに時間的に隣接しないn、n+3の番目の組み合わせの画像信号F360は、絞り径Iの変更中に撮像部3で結像した光を基に生成されている。n+1、n+2の番目の互いに時間的に隣接する組み合わせの画像信号F360は、絞り径Iを2段分変更した後に撮像部3で結像した光を基に生成されている。n+4からn+11番目までの組み合わせの画像信号F360は、絞り径Iを変更前に戻した後に撮像部3で結像した光を基に生成されている。図4において、Iは、光学系制御部2で制御される、光学系1に含まれる絞り制御機構の絞り径の制御状態を模式的に図示する。
記憶選択部15には、nからn+11番目の画像信号F360が送られ、順次フレームメモリ15aに記憶され、必要であれば加算部16に信号を送り、その後に消去される。互いに時間的に隣接しないn、n+3番目の組み合わせの画像信号F360がフレームメモリ15aに記憶されたときは、記憶選択部15は画像信号F360を加算部16に送ることなく、フレームメモリ15aのデータを消去する。互いに時間的に隣接するn+1、n+2の番目の組み合わせの画像信号F360がフレームメモリ15aに記憶された時は、静止画像用のフレームメモリ16bに画像信号F360を送った後に画像信号F360を消去する。n+4からn+11番目までの組み合わせの画像信号F360がフレームメモリ15aに記憶された時は、動画像用のフレームメモリ16aに画像信号を送った後に画像信号を消去する。
動画像用のフレームメモリ16aではn+4からn+11番目までの組み合わせの画像信号F360を加算し、1フレームの画像信号を生成する。静止画像用のフレームメモリ16bでは、互いに時間的に隣接するn+2とn+3番目の組み合わせの画像信号F360を加算し、1枚の静止画像の画像を生成する。また、表示装置12に出力するフレーム周波数より撮像部が出力するフレーム周波数が高い撮像部3を使用しているが、表示装置12に出力するフレーム周波数と記録するフレーム周波数は同じ低いフレーム周波数(1/30秒)となる。
本発明の実施形態2においても、実施形態1で説明した一般的な説明の考えを採用することが可能である。
本発明の実施形態2によれば、動画像の露光時間は長く、静止画像の露光時間は短くなるため、動画像の1フレームの露光時間の偏りによる不連続なパラパラとした動画像用画像信号や、静止画像撮影時の静止画像用画像信号のブレを軽減することができる。
上記で説明した実施形態では、加算数を異ならせることにより露光時間を異ならせるようにしたが、以下のような構成であっても良い。すなわち、1/30秒単位で短い露光時間の画像信号と、長い露光時間の画像信号とを撮像するように、TG4が撮像部3を駆動する。そして、短い露光時間の画像信号に基づき静止画像を生成し、長い露光時間の画像信号に基づき動画像を生成する。
また、本発明は、前述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体を、システムあるいは装置に供給することによっても実施可能である。すなわち本発明の目的は、そのシステムあるいは装置のコンピュータ(またはCPUやMPU)が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読出し実行することによっても達成される。この場合、記憶媒体から読出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えばフレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、CD−R、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ROMなどを用いることができる。
また、コンピュータが読出したプログラムコードを実行することで、前述した実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼働しているOSなどが実際の処理の一部または全部を行いこともありうる。それにより、本発明は、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれる。
さらに本発明においては、記憶媒体から読出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書込まれて実施することも可能である。したがって、書込まれプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるCPUなどが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれる。
本発明の実施形態1及び2に係る撮像装置の概略ブロック構成図である。 本発明の実施形態1及び2に係る撮像装置の記憶選択部と加算部のブロック構成図である。 本発明の実施形態1に係る撮像装置の動作を説明する図である。 本発明の実施形態2に係る撮像装置の動作を説明する図である。 従来技術に係る撮像装置の概略ブロック構成図である。
符号の説明
1‥‥光学系
2‥‥光学系制御部
3‥‥撮像部
4‥‥TG(タイミングジェネレータ)
5‥‥A/D変換部
6‥‥画像処理部
7‥‥リサイズ処理部
7a‥‥動画像用リサイズ処理部
7b‥‥静止画像用リサイズ処理部
8‥‥静止画像記録媒体
9‥‥画像信号処理部
10‥‥動画像記録媒体
11‥‥表示制御部
12‥‥表示装置
13‥‥CPU
14‥‥操作部
15‥‥記憶選択部
15a‥‥フレームメモリ
16‥‥加算部
16a、16b‥‥フレームメモリ

Claims (2)

  1. 画像信号を順次出力する撮像手段と、
    前記撮像手段から順次出力された画像信号から、時間的に連続したL(Lは、3以上の整数)フレームの画像信号のうちの互いに時間的に連続しないM(Mは、Lより小さくかつ2以上の整数)フレームの画像信号を加算して動画像用画像信号を生成する第1の加算手段と、
    前記Lフレームの画像信号のうちの互いに時間的に連続したN(Nは、Lより小さくかつ2以上の整数)フレームの画像信号を加算して静止画像用画像信号を生成する第2の加算手段と、を有することを特徴とする撮像装置。
  2. 撮像手段から順次出力された画像信号から、時間的に連続したL(Lは、3以上の整数)フレームの画像信号のうちの互いに時間的に連続しないM(Mは、Lより小さくかつ2以上の整数)フレームの画像信号を加算して動画像用画像信号を生成する第1の加算工程と、
    前記Lフレームの画像信号のうちの互いに時間的に連続したN(Nは、Lより小さくかつ2以上の整数)フレームの画像信号を加算して静止画像用画像信号を生成する第2の加算工程と、を有することを特徴とする撮像装置の制御方法。
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