WO2018124047A1 - Imaging device and camera - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to an imaging apparatus that captures an image of a subject as image information by photoelectric conversion, and a camera including the imaging apparatus.
- Patent Document 1 An imaging apparatus that captures an image using an image sensor is known (see, for example, Patent Document 1).
- an imaging device that acquires images continuously by a rolling shutter operation, for example, a peculiar image in which the lower region of the image becomes whiter than the upper region of the image due to a sudden event such as a flash.
- a certain band image may occur.
- an object of the present disclosure is to provide an imaging apparatus capable of creating an image that replaces the band image when there is a possibility that the band image is generated.
- An imaging apparatus is arranged in a matrix, and includes a photoelectric conversion element that converts an image of a subject into charges, a storage unit that stores charges converted by each of the photoelectric conversion elements, and the storage Charge information indicating the amount of charge accumulated in each of the units is acquired for each frame as frame information by a rolling shutter operation, and charge information during exposure before acquiring the frame information is nondestructively stored as intermediate storage information
- An information acquisition unit to acquire, and a new information generation unit that generates new frame information based on the frame information and the intermediate storage information included in the first frame and the second frame that are continuous.
- the imaging apparatus it is possible to provide a moving image that does not include a band image.
- FIG. 1 is a block diagram illustrating an overall configuration of a camera including an imaging apparatus according to Embodiment 1.
- FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of an image sensor including a plurality of photoelectric conversion elements and an accumulation unit.
- 3 is a plan view of the photoelectric conversion element according to Embodiment 1.
- FIG. 4 is a side view of the photoelectric conversion element according to Embodiment 1.
- FIG. 5 is a block diagram illustrating a configuration of the pixel circuit according to the first embodiment.
- FIG. 6 is a diagram illustrating a generation state of a band image.
- FIG. 7 is a diagram showing a state in which new frame information for the first frame according to Embodiment 1 is created.
- FIG. 8 is a diagram showing a state in which new frame information for the first frame according to the first embodiment is created.
- FIG. 9 is a diagram illustrating a state in which new frame information for the first frame according to the second embodiment is created.
- FIG. 10 is a diagram illustrating a state in which new frame information for the second frame according to the second embodiment is created.
- FIG. 11 is a perspective view of a digital still camera according to a modification.
- FIG. 12 is a perspective view of a video camera according to a modification.
- FIG. 1 is a block diagram illustrating an overall configuration of a camera including an imaging device according to an embodiment.
- an imaging apparatus 100 is an apparatus that forms an image of a subject on the surface of a photoelectric conversion element 102 by an optical system 101 and creates image information based on the amount of charge accumulated for each pixel by photoelectric conversion.
- the storage unit 103, the information acquisition unit 104, and the new information creation unit 105 are provided.
- the imaging apparatus 100 further includes a detection unit 106 and a storage device 107.
- the information acquisition unit 104, the new information creation unit 105, and the detection unit 106 are processing units realized by the control device 200 executing a program.
- the control device 200 includes a memory that stores a program and a processor that executes the program stored in the memory.
- the optical system 101 is a combination of optical members for forming an image of a subject on the surface of the photoelectric conversion element 102 arranged in a matrix.
- optical members for example, in addition to a lens and a mirror, an aperture blade, a mechanical shutter, a focus It is configured by combining arbitrary optical members from an adjustment drive mechanism, a camera shake prevention mechanism, and the like.
- the photoelectric conversion element 102 is an element that is arranged in a matrix and converts light at each location forming an image of a subject formed on the surface by the optical system 101 into electric charges.
- FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of an image sensor including a plurality of photoelectric conversion elements and a storage unit.
- the image sensor 110 includes a photoelectric conversion element 102, a pixel circuit array 120, a readout circuit 121, an output circuit 122, a row scanning circuit 123, a timing control circuit 124, and a voltage application circuit 125. And.
- FIG. 3 is a plan view of the photoelectric conversion element.
- FIG. 4 is a side view of the photoelectric conversion element.
- the photoelectric conversion element 102 includes a thin-film photoelectric conversion member 126, a transparent electrode 127 that is in close contact with one surface of the photoelectric conversion member 126, and an N surface that is in close contact with the other surface of the photoelectric conversion member 126.
- N ⁇ M pixel electrodes 128 arranged in a two-dimensional array of rows and M columns (N and M are integers of 1 or more).
- the photoelectric conversion member 126 generates charges due to the internal photoelectric effect by receiving light in a state where a voltage of a first predetermined range not including 0V is applied, and in a state where a voltage of a second predetermined range including 0V is applied. It is a member that does not generate charges due to the internal photoelectric effect even when receiving light.
- the photoelectric conversion member 126 will be described as an organic thin film having the above characteristics. That is, in this embodiment, the image pickup device 110 is an example of an organic CMOS image sensor using an organic thin film as a photoelectric conversion member.
- the photoelectric conversion member 126 is formed of one thin film in one imaging element 110, but a portion overlapping with one pixel electrode 128 functions as one photoelectric conversion element 102. Yes.
- the transparent electrode 127 is an electrode to which a voltage that generates a potential difference including 0 is applied to the pixel electrode 128, and transmits light that forms an image of a subject formed on the surface of the photoelectric conversion member 126 by the optical system 101. It has transparency.
- the pixel electrode 128 is an electrode disposed in close contact with the surface opposite to the transparent electrode 127 with respect to the photoelectric conversion member 126, and is an electrode to which a voltage causing a positive potential difference is applied to the transparent electrode 127. .
- the pixel electrodes 128 are a plurality of electrodes arranged in a two-dimensional array of N rows and M columns on the other surface of one photoelectric conversion member 126. Adjacent pixel electrodes 128 are arranged at predetermined intervals. On the surface of the photoelectric conversion member 126, they are insulated from each other.
- the amount of charge generated in the photoelectric conversion member 126 changes corresponding to the voltage applied to the transparent electrode 127 and the pixel electrode 128, and the amount of charge collected by the transparent electrode 127 also changes. Therefore, the exposure can be adjusted by the applied voltage without using a mechanical member such as a diaphragm blade.
- the pixel circuit array 120 is a semiconductor device in which N ⁇ M pixel circuits 129 corresponding to the pixel electrodes 128 are arranged in a two-dimensional array of N rows and M columns.
- the pixel circuit 129 is arranged on the pixel electrode 128 side of each photoelectric conversion element 102 so as to overlap the photoelectric conversion element 102.
- FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the pixel circuit.
- the pixel circuit 129 includes a reset transistor 191, an amplification transistor 192, a selection transistor 193, and an accumulation unit 103.
- the storage unit 103 is a so-called charge storage node that stores the charges converted by each of the photoelectric conversion elements 102, the pixel electrode 128 corresponding to the pixel circuit 129 to which the storage unit 103 belongs, the source of the reset transistor 191, and the amplification transistor 192. And a capacitor for accumulating positive charges collected by the connected pixel electrode 128.
- the reset transistor 191 has a gate connected to the reset signal line 194, a drain supplied with a reset voltage VRST, and a source connected to the storage unit 103.
- the reset transistor 191 is turned on by a reset signal delivered from a row scanning circuit 123 (described later) via a reset signal line 194, thereby resetting (initializing) the amount of charge accumulated in the accumulation unit 103. .
- the term “exposure period” is used to mean a period from when the storage unit 103 is reset to when it is reset next. Further, the term “during exposure” is used to mean any timing within the exposure period. In other words, the word “exposure” is not used to mean a state in which any member is exposed to light, but a series of operations until obtaining frame information indicating a desired image. Is used to mean.
- the exposure period is such that the start time and the end time are sequentially shifted for each row of the photoelectric conversion elements 102, and the time included in the exposure period for one frame and the exposure for the next frame.
- the time included in the period may match.
- Amplification transistor 192 In the amplification transistor 192, the storage unit 103 is connected to the gate, the power supply voltage VDD is supplied to the drain, and the drain of the selection transistor 193 is connected to the source.
- a voltage corresponding to the charge accumulated in the accumulation unit 103 is applied to the gate of the amplification transistor 192, and the voltage becomes charge information.
- the amplification transistor 192 flows a current corresponding to the charge accumulated in the accumulation unit 103, and can output the charge information as a current value. Since the output of the charge information does not affect the amount of charge stored in the storage unit 103, the charge amount of the storage unit 103 can be read out nondestructively [Selection transistor 193]
- the selection transistor 193 has a gate connected to the selection signal line 195, a drain connected to the source of the amplification transistor 192, and a source connected to the vertical signal line 196.
- the selection transistor 193 is turned on by a selection signal delivered from the row scanning circuit 123 (described later) via the selection signal line 195, and thereby outputs a current flowing through the amplification transistor 192 to the vertical signal line 196.
- the amount of charge accumulated in 103 is read out.
- the pixel circuit 129 can sequentially read out the amount of charge accumulated in the accumulation unit 103 in a non-destructive manner with the above configuration.
- the row scanning circuit 123 has both a stored charge amount reset function and a readout pixel circuit selection function.
- the stored charge amount resetting function is sequentially performed row by row from the row farthest to the readout circuit 121 (first row) to the row closest to the readout circuit 121 (Nth row).
- the reset signal line 194 connected to each pixel circuit 129 belonging to the corresponding row is supplied with a reset signal for resetting the positive charge accumulated in the storage unit 103 in each pixel circuit 129 belonging to the corresponding row at a predetermined time t1 interval. It is a function to deliver via.
- the resetting of the charges accumulated in the accumulation units 103 of all the pixel circuits 129 included in the pixel circuit array 120 is sequentially executed in units of rows from the first row to the Nth row.
- the readout pixel circuit selection function turns on the selection transistor 193 in each of the pixel circuits 129 belonging to the corresponding row at predetermined time intervals t1 in order from the first row to the Nth row. This is a function for delivering a selection signal for selection via a selection signal line 195 connected to each pixel circuit 129 belonging to the corresponding row.
- the reading of the charge amount accumulated in the accumulation unit 103 of all the pixel circuits 129 included in the pixel circuit array 120 is sequentially executed in units of rows from the first row to the Nth row.
- nth row (n is a natural number equal to or less than N)
- the nth row is reset, and the exposure of the nth row for the next frame starts. This operation is sequentially executed for each row.
- the readout circuit 121 reads out the amount of charge accumulated in each of the pixel circuits 129 constituting the pixel circuit array 120.
- the readout circuit 121 includes M column readout circuits 197 corresponding to the M columns of the pixel circuit array 120, respectively.
- the column readout circuit 197 includes a pixel circuit 129 (this pixel circuit 129) including a selection transistor 193 that is turned on by a selection signal via a vertical signal line 196 connected to each pixel circuit 129 belonging to the corresponding column. Is also referred to as a “readout-to-image pixel circuit 129”).
- a current value indicating the amount of the read charge is converted into a K-bit digital signal (K is a positive integer, for example, 8), and is output as the charge information of the pixel circuit 129 for the read image.
- the output circuit 122 outputs the charge information output from the column readout circuit 197 to the outside.
- the charge information respectively corresponding to the pixel circuit 129 of N rows and M columns becomes one piece of image information.
- the charge information can be read out non-destructively, it is possible to output information during exposure to the outside as accumulated information.
- the voltage application circuit 125 applies a voltage to the photoelectric conversion element 102. More specifically, the voltage application circuit 125 applies a voltage to the transparent electrode 127 with respect to the pixel electrode 128. The voltage application circuit 125 can adjust the voltage applied to the transparent electrode 127. Therefore, exposure can be adjusted by the voltage application circuit 125, and it also functions as an electronic shutter.
- Timing control circuit 124 controls the operation timing of the row scanning circuit 123 and the operation timing of the readout circuit 121.
- the timing control circuit 124 may control the operation timing of the voltage application circuit 125. That is, the timing control circuit 124 controls the timing for executing the stored charge amount reset function and the timing for executing the readout pixel circuit selection function by the row scanning circuit 123, and is selected by the selection signal by the readout circuit 121.
- the timing for reading the amount of charge accumulated in the accumulation unit 103 of the pixel circuit 129 is controlled.
- the timing control circuit 124 can control the voltage application timing to the photoelectric conversion element 102 by the voltage application circuit 125 and cause the voltage application circuit 125 to function as a shutter. Furthermore, exposure can be adjusted by repeatedly turning on and off the voltage application to the photoelectric conversion element 102 within the exposure period.
- the information acquisition unit 104 obtains N rows and M columns of charge information indicating the amount of charges stored in the storage units 103 provided on a one-to-one basis for each of the photoelectric conversion elements 102 by a rolling shutter operation to frame the frame information. It is a processing unit that obtains the charge information during exposure before obtaining frame information and obtains N rows and M columns as intermediate storage information.
- the information acquisition unit 104 acquires for each row output from the output circuit 122 and constructs frame information for each frame. Further, the frame information is sequentially connected for each frame to become one moving image information, and is stored in the storage device 107 such as a flash memory, for example. In addition, the information acquisition unit 104 stores the intermediate accumulation information in a ring memory or the like. The information acquisition unit 104 holds a plurality of pieces of intermediate storage information acquired at each stage acquired in one frame until at least the frame information of the next frame is acquired.
- the intermediate accumulation information is image information acquired from when the storage unit 103 is refreshed until frame information is acquired, and the light amount (luminance) of each pixel is based on the light amount of the corresponding pick cell in the frame information. Is also small.
- the charge amount is integrated. That is, the light quantity of each pixel is integrated for each pixel.
- the intermediate accumulation information is acquired three times so that the intervals of the time centroids of intermediate information (described later) are equal in one frame, Assuming that the light quantity of each pixel is integrated into intermediate information a, the light quantity of subsequently acquired intermediate storage information B is a value obtained by adding intermediate information b to intermediate information a.
- the frame information is D in the figure, and is a value obtained by adding the intermediate information a, the intermediate information b, the intermediate information c, and the intermediate information d.
- the information acquisition unit 104 gives an instruction to read out the amount of charge stored in the storage unit 103 of each pixel circuit 129 to the timing control circuit 124, and outputs N from the output circuit 122. Charge information for M rows and columns is acquired. Further, the information acquisition unit 104 is performed once or a plurality of times until the instruction for reading the amount of charge is reset.
- the detection unit 106 is a processing unit that detects a band image in which a sudden event that suddenly occurs in the subject is reflected only in the second half of the frame information of the first frame.
- the sudden event means an event that suddenly occurs in the subject, and as shown in FIG. 6, the sudden event 202 is performed for N rows after the reset of the first row of one frame. This means an event in which the state of the subject changes almost over the entire subject instantly until the reset is completed.
- an instantaneous event that suddenly starts and immediately returns to the original state such as when the subject hits a flash
- a high-speed moving object such as a car
- the sudden event 202 includes a case where it suddenly starts and continues for a certain period of time, or when the color of the subject itself suddenly changes and the state continues for a plurality of frames. .
- the specification and the claims are described as including the case where the direction of the optical system 101 is suddenly moved as an unexpected event.
- the sudden event 202 will be described as a flash.
- the band image may be referred to as a flash band.
- the detection unit 106 acquires frame information from the information acquisition unit 104, and first information 211 (FIG. 6) that is a part of information acquired in the second half by the rolling shutter operation from the frame information. 2) indicates a so-called whiteout state (a state in which all pixels have a light amount equal to or greater than the threshold value), the second information 212 that is a part of the information acquired in the first half is further acquired, When it is determined that the information 212 is not in a whiteout state, information indicating that a band image has been generated is transmitted to the new information creation unit 105.
- whiteout state a state in which all pixels have a light amount equal to or greater than the threshold value
- the detection method of the band image of the detection part 106 is not limited above, Arbitrary methods can be employ
- the first information 211 and the second information 212 may be acquired for each frame, and it may be determined that a band image has occurred if the difference between these is equal to or greater than a threshold value. Further, it may be determined that a band image has occurred by comparing the latter half of the halfway information d and the latter half of the halfway information c.
- the detection unit 106 detects the second band image reflected in only the first half of the frame information of the second frame following the first frame, and the sudden event that suddenly occurs in the subject is an instantaneous event. It does not matter if it is detected.
- the detection unit 106 acquires the frame information of the second frame from the information acquisition unit 104, and the information acquired in the first half by the rolling shutter operation from the frame information. If the third information 213 (see FIG. 6), which is a part, indicates a so-called whiteout state, the fourth information 214 that is a part of the information acquired in the second half is further acquired, and the fourth information 214 is acquired. If it is determined that is not in a state of being out of focus, information indicating that a band image has also occurred in the second frame may be transmitted to the new information creation unit 105.
- the new information creation unit 105 is a processing unit that creates new frame information based on, for example, frame information and intermediate storage information included in the continuous first frame F1 and second frame F2.
- the new information creation unit 105 when the new information creation unit 105 acquires information indicating that a band image has been generated from the detection unit 106, the new information creation unit 105 creates new frame information that is not a band image from the frame information in which the band image has occurred. Replace with frame information.
- the new information creation unit 105 when a band image is generated in the first frame F1 due to the instantaneous sudden event 202, the new information creation unit 105, as shown in FIG.
- the intermediate storage information A of the second frame F2 (same as the intermediate information a in the case of the present embodiment) is added to the frame information D of F1.
- the amount of light corresponding to the first frame F1 is larger than the amount of light actually subjected to photoelectric conversion. Therefore, new frame information is created by adjusting the gain so that the total amount of light becomes 4/5, and the first frame F1.
- old frame information is replaced with new frame information.
- the new information creation unit 105 in the middle of the frame information D of the first frame F1 and the frame information D of the second frame F2, as shown in FIG. Intermediate information d, which is a difference from accumulated information C, is added. Also in this case, since the amount of light of the second frame F2 increases by the amount of the intermediate information d, new frame information D is created with 4/5 gain, and is replaced with the frame information of the second frame F2.
- the gain is adjusted in the direction of decreasing the light amount by combining the frame information and the halfway accumulated information, it is possible to create frame information with a good S / N ratio without enhancing noise included in the frame information.
- the new information creation unit 105 is different from the first embodiment, so the new information creation unit 105 will be described.
- New information creation unit 105 For example, as shown in FIG. 7, when new frame information is created by combining the frame information of the first frame F1 with the frame information and the intermediate information of the second frame F2, the image center of gravity position of the new frame information is the old It will deviate from the image gravity center position of the frame information.
- the new information creation unit 105 when the new information creation unit 105 according to the present embodiment acquires information indicating that a band image has been generated from the detection unit 106, the new information creation unit 105 synthesizes the frame information in which the band image has been generated and the intermediate information of the previous and subsequent frames. New frame information that is not a band image is created by adjusting the gain, and the old frame information is replaced.
- the new information creation unit 105 adds the second frame F2 immediately after the frame information D of the first frame F1, as shown in FIG.
- the intermediate storage information A (same as intermediate information a in the case of the present embodiment) and the immediately preceding third frame F3 are added.
- frame information in which the entire image is blown out is created without shifting the time center of gravity position of the frame information to be newly created. Since the amount of light corresponding to the first frame F1 is larger than the amount of light actually photoelectrically converted, new frame information is created by adjusting the gain so that the total amount of light is 4/6, and the first frame F1 As frame information, old frame information is replaced with new frame information.
- the new information creation unit 105 When a band image is also generated in the second frame F2, the new information creation unit 105, as shown in FIG. 10, adds the frame information D of the first frame F1 to the frame information D of the second frame F2. And the intermediate information d which is the difference between the intermediate storage information C and the intermediate storage information A (same as the intermediate information a in the case of the present embodiment) of the immediately following fourth frame F4. Also in this case, since the light amount of the second frame F2 increases by the amount of the intermediate information d and the intermediate information a, new frame information D is created with 4/6 gain and replaced with the frame information of the second frame F2.
- An imaging apparatus 100 is arranged in a matrix and includes a photoelectric conversion element 102 that converts an image of a subject into charges, and a storage unit 103 that stores charges converted by the photoelectric conversion elements 102, respectively.
- the charge information indicating the amount of charge accumulated in each of the storage units 103 is acquired as frame information for each frame by the rolling shutter operation, and the charge information during exposure before acquiring the frame information is not stored as intermediate storage information.
- An information acquisition unit 104 that acquires by destruction, and a new information generation unit 105 that generates new frame information based on frame information and intermediate storage information included in the continuous first frame and the second frame.
- the imaging apparatus 100 creates new frame information in which the sudden event is reflected in the entire image by adjusting the frame information that becomes the band image based on the intermediate accumulation information of the frame before or after the frame. Can do.
- the new information creation unit 105 may create new frame information by adding halfway accumulated information of the second frame to the frame information of the first frame and adjusting the gain.
- new frame information can be created without deteriorating the S / N ratio.
- the new information creation unit 105 may create new frame information by adding the difference between the frame information of the first frame and the intermediate storage information to the frame information of the second frame and adjusting the gain.
- new frame information can be created for subsequent frames without degrading the S / N ratio.
- the new information creation unit 105 further adds the difference between the frame information of the third frame immediately before the first frame and the intermediate storage information to the frame information of the first frame, and adjusts the gain to obtain new frame information. You may create it.
- the new information creation unit 105 may add new frame information by adjusting the gain by further adding the intermediate storage information of the fourth frame, which is the frame immediately after the second frame, to the frame information of the second frame. Good.
- a detection unit that detects a band image in which a sudden event that suddenly occurs in the subject is reflected in the second half of the frame information of the first frame is further included, and the new information creation unit 105 includes a band in the detection unit.
- the new frame information of at least a first frame in which a band image has occurred may be created.
- the photoelectric conversion element 102 may include an organic thin film as a photoelectric conversion member.
- the photoelectric conversion member 126 in the imaging device 100, the photoelectric conversion member 126 generates charges due to the internal photoelectric effect by receiving light in a state where a voltage is applied. Even if light is received in a state where no voltage is applied, the photoelectric conversion member 126 is affected by the internal photoelectric effect. It has been described that the organic thin film has a function of not generating charges.
- the photoelectric conversion member 126 is not necessarily limited to the organic thin film as long as it can control the presence or absence of charge generation due to the internal photoelectric effect by the applied voltage.
- the imaging apparatus 100 may be an example in which the photoelectric conversion member 126 is a diode having a PN junction surface.
- the present disclosure includes an electronic device in which the imaging device 100 according to the embodiment is incorporated.
- a camera 300 that is an example of an electronic device in which the imaging device 100 is incorporated is also included.
- the imaging apparatus 100 may be provided in a video camera 400 as shown in FIG.
- the present invention is not limited to this, and the intermediate accumulation information may be acquired once or a plurality of times. Further, not only when the intermediate storage information is acquired evenly in time, but also before and after the reset, the intermediate storage information may be acquired at an arbitrary timing such as acquiring the intermediate storage information with a shorter time interval.
- the new frame information is created based on the detection of the band image by the detection unit 106
- the present invention is not limited to this.
- the imaging apparatus 100 is changed to the band image continuous removal mode based on instruction information from a photographer or the like
- the new information creation unit 105 for each frame during the mode changes the new frame information. Can be created and replaced with the old frame information to create video information.
- each component (functional block) in the imaging apparatus 100 may be individually made into one chip by a semiconductor device such as an IC (Integrated Circuit) or an LSI (Large Scale Integration), or may include a part or all of it. Alternatively, one chip may be used.
- the method of circuit integration is not limited to LSI's, and implementation using dedicated circuitry or general purpose processors is also possible.
- An FPGA Field Programmable Gate Array
- a reconfigurable processor that can reconfigure the connection and setting of circuit cells inside the LSI may be used.
- integrated circuit technology that replaces LSI appears as a result of progress in semiconductor technology or other derived technology functional blocks may be integrated using this technology. Biotechnology can be applied as a possibility.
- all or part of the various processes described above may be realized by hardware such as an electronic circuit or may be realized by using software.
- the software processing is realized by a processor included in the imaging apparatus 100 executing a program stored in the memory.
- the program may be recorded on a recording medium and distributed or distributed. For example, by installing the distributed program in a device having another processor and causing the processor to execute the program, it is possible to cause the device to perform each of the above processes.
- the present disclosure can be widely used for imaging devices that capture images.
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Abstract
Description
被写体の画像を光電変換により画像情報として撮像する撮像装置、および、当該撮像装置を備えるカメラに関する。 The present invention relates to an imaging apparatus that captures an image of a subject as image information by photoelectric conversion, and a camera including the imaging apparatus.
従来、イメージセンサを用いて画像を撮像する撮像装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, an imaging apparatus that captures an image using an image sensor is known (see, for example, Patent Document 1).
ローリングシャッタ動作により連続的に画像を取得する撮像装置では、例えばフラッシュなどの被写体に発生する突発事象により画像の下側の領域が画像の上側の領域に比べて真っ白になるような特異な画像であるバンド画像が発生する可能性がある。 In an imaging device that acquires images continuously by a rolling shutter operation, for example, a peculiar image in which the lower region of the image becomes whiter than the upper region of the image due to a sudden event such as a flash. A certain band image may occur.
そこで、本開示は、バンド画像が発生する可能性がある場合にバンド画像に代わる画像を作成することができる撮像装置の提供を目的とする。 Therefore, an object of the present disclosure is to provide an imaging apparatus capable of creating an image that replaces the band image when there is a possibility that the band image is generated.
本開示の一態様に係る撮像装置は、マトリクス状に配置され、被写体の像を電荷に変換する光電変換素子と、前記光電変換素子のそれぞれが変換した電荷をそれぞれ蓄積する蓄積部と、前記蓄積部のそれぞれに蓄積される電荷量を示す電荷情報をローリングシャッタ動作によりフレーム情報としてフレーム毎に取得し、かつ、前記フレーム情報を取得する前の露光中の電荷情報を途中蓄積情報として非破壊で取得する情報取得部と、連続する第一フレーム、および、第二フレームに含まれる前記フレーム情報と前記途中蓄積情報とに基づき新しいフレーム情報を作成する新情報作成部とを備える。 An imaging apparatus according to one embodiment of the present disclosure is arranged in a matrix, and includes a photoelectric conversion element that converts an image of a subject into charges, a storage unit that stores charges converted by each of the photoelectric conversion elements, and the storage Charge information indicating the amount of charge accumulated in each of the units is acquired for each frame as frame information by a rolling shutter operation, and charge information during exposure before acquiring the frame information is nondestructively stored as intermediate storage information An information acquisition unit to acquire, and a new information generation unit that generates new frame information based on the frame information and the intermediate storage information included in the first frame and the second frame that are continuous.
上記本開示に係る撮像装置によれば、バンド画像を含まない動画などを提供することが可能となる。 According to the imaging apparatus according to the present disclosure, it is possible to provide a moving image that does not include a band image.
以下、実施の形態について詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本開示の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。本開示は、請求の範囲だけによって限定される。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本開示の独立請求項に記載されていない構成要素については、本開示の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。 Hereinafter, embodiments will be described in detail. Note that each of the embodiments described below shows a preferred specific example of the present disclosure. Numerical values, shapes, materials, components, arrangement positions and connection forms of components, steps, order of steps, and the like shown in the following embodiments are merely examples, and are not intended to limit the present disclosure. The present disclosure is limited only by the claims. Therefore, among the constituent elements in the following embodiments, constituent elements that are not described in the independent claims of the present disclosure are not necessarily required to achieve the problems of the present disclosure, but constitute more preferable embodiments. It is explained as a thing.
[全体構成]
(実施の形態1)
図1は、実施の形態に係る撮像装置を備えるカメラの全体構成を示すブロック図である。
[overall structure]
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram illustrating an overall configuration of a camera including an imaging device according to an embodiment.
同図に示すように、撮像装置100は、被写体の像を光学系101により光電変換素子102の表面に結像させ、光電変換により画素ごとに蓄積される電荷量に基づき画像情報を作成する装置であって、蓄積部103と、情報取得部104と、新情報作成部105とを備えている。本実施の形態の場合、撮像装置100はさらに、検出部106と、記憶装置107とを備えている。
As shown in the figure, an
なお本実施の形態の場合、情報取得部104、新情報作成部105、検出部106は、制御装置200がプログラムを実行することによって実現される処理部である。制御装置200は、一例として、プログラムを記憶するメモリや、メモリに記憶されるプログラムを実行するプロセッサを備える。
In the case of the present embodiment, the
[光学系101]
光学系101は、マトリクス状に配置された光電変換素子102の面に被写体の像を結像させるための光学部材の組み合わせであり、例えば、レンズ、ミラー等の他、絞り羽根、メカニカルシャッター、ピント調節用駆動機構、手ぶれ防止機構などから任意の光学部材を組み合わせて構成されるものである。
[Optical system 101]
The
[光電変換素子102]
光電変換素子102は、マトリクス状に配置され、光学系101により表面に結像した被写体の像を形成する各箇所の光を電荷にそれぞれ変換する素子である。
[Photoelectric conversion element 102]
The
図2は、複数の光電変換素子および蓄積部を備える撮像素子の構成を示すブロック図である。 FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of an image sensor including a plurality of photoelectric conversion elements and a storage unit.
同図に示すように、撮像素子110は、光電変換素子102と、画素回路アレイ120と、読み出し回路121と、出力回路122と、行走査回路123と、タイミング制御回路124と、電圧印加回路125とを備えている。
As shown in the figure, the
図3は、光電変換素子の平面図である。 FIG. 3 is a plan view of the photoelectric conversion element.
図4は、光電変換素子の側面図である。 FIG. 4 is a side view of the photoelectric conversion element.
これらの図に示されるように、光電変換素子102は、薄膜状の光電変換部材126と、光電変換部材126の一面に密着する透明電極127と、光電変換部材126の他面に密着する、N行M列(N、Mは、1以上の整数。)の二次元アレイ状に配置されたN×M枚の画素電極128とを含んで構成される。
As shown in these drawings, the
[光電変換部材126]
光電変換部材126は、0Vを含まない第一所定範囲の電圧が印加された状態において受光することで内部光電効果による電荷を生成し、0Vを含む第二所定範囲の電圧が印加された状態において受光しても内部光電効果による電荷を生成しない部材である。
[Photoelectric conversion member 126]
The
ここでは、光電変換部材126が、上記特性を有する有機薄膜であるとして説明する。すなわち、この実施の形態においては、撮像素子110が、有機薄膜を光電変換部材とする有機CMOSイメージセンサである場合の例となっている。
Here, the
本実施の形態の場合、光電変換部材126は、1つの撮像素子110において一枚の薄膜で構成されているが、一枚の画素電極128と重なり合う部分が1つの光電変換素子102として機能している。
In the case of the present embodiment, the
[透明電極127]
透明電極127は、画素電極128に対し0を含む電位差を生じさせる電圧が印加される電極であり、光学系101により光電変換部材126の表面に結像した被写体の像を形成する光を透過させる透明性を備えている。
[Transparent electrode 127]
The
[画素電極128]
画素電極128は、光電変換部材126に対し透明電極127と反対側の面に密着して配置される電極であり、透明電極127に対して正の電位差を生じさせる電圧が印加される電極である。画素電極128は、一枚の光電変換部材126の他面にN行M列の二次元アレイ状に配置される複数枚の電極であり、隣り合う画素電極128は、所定の間隔で配置され、光電変換部材126の表面上においては相互に絶縁状態となっている。
[Pixel electrode 128]
The
透明電極127に対して正の電位差を生じさせる電圧が画素電極128に印加されている期間において光電変換部材126で電荷が生成されると、画素電極128に重なる光電変換部材126の領域内およびその近傍において生成される電荷のうち、正の電荷を集電する。
When charges are generated by the
さらに、透明電極127と画素電極128に印加する電圧に対応して、光電変換部材126内に発生する電荷量が変化し透明電極127が集電する電荷量も変化する。従って、絞り羽根のような機械的な部材を用いなくても印加電圧により露出を調整することが可能である。
Furthermore, the amount of charge generated in the
[画素回路アレイ]
画素回路アレイ120は、図2に示すように、画素電極128に対応するN×M個の画素回路129が、N行M列の二次元アレイ状に配置されてなる半導体デバイスである。画素回路129は、各光電変換素子102の画素電極128側に、光電変換素子102にそれぞれ重なった状態で配置される。
[Pixel circuit array]
As shown in FIG. 2, the
図5は、画素回路の構成を示すブロック図である。 FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the pixel circuit.
同図に示されるように、画素回路129は、リセットトランジスタ191と、増幅トランジスタ192と、選択トランジスタ193と、蓄積部103とを備えている。
As shown in the figure, the
[蓄積部103]
蓄積部103は、光電変換素子102のそれぞれが変換した電荷をそれぞれ蓄積するいわゆる電荷蓄積ノードであり、自身の属する画素回路129に対応する画素電極128と、リセットトランジスタ191のソースと、増幅トランジスタ192のゲートとに接続され、接続される画素電極128によって集電された正の電荷を蓄積するコンデンサである。
[Storage unit 103]
The
[リセットトランジスタ191]
リセットトランジスタ191は、ゲートにリセット信号線194が接続され、ドレインにリセット電圧VRSTが供給され、ソースに蓄積部103が接続される。
[Reset transistor 191]
The
リセットトランジスタ191は、行走査回路123(後述)からリセット信号線194を介して配送されるリセット信号によってオンにされることで、蓄積部103に蓄積された電荷の量をリセット(初期化)する。
The
ここで、明細書、および、請求の範囲において「露光期間」の文言は、蓄積部103がリセットされてから次にリセットされるまでの期間を意味するものとして使用している。また、「露光中」の文言は、露光期間内の任意のタイミングを意味するものとして使用している。つまり、「露光」の文言は、何らかの部材が光に曝されている状態を意味するものとして使用しているのではなく、一枚の所望の画像を示すフレーム情報を取得するまでの一連の動作を意味するものとして使用している。
Here, in the specification and claims, the term “exposure period” is used to mean a period from when the
また、ローリングシャッタ動作の場合、露光期間は、光電変換素子102の行毎に開始時刻、および、終了時刻が順次ずれるものであり、一のフレームに関する露光期間に含まれる時刻と次のフレームに関する露光期間に含まれる時刻とが一致する場合がある。
In the case of the rolling shutter operation, the exposure period is such that the start time and the end time are sequentially shifted for each row of the
[増幅トランジスタ192]
増幅トランジスタ192は、ゲートに蓄積部103が接続され、ドレインに電源電圧VDDが供給され、ソースに選択トランジスタ193のドレインが接続される。
[Amplification transistor 192]
In the
増幅トランジスタ192のゲートには、蓄積部103に蓄積される電荷に応じた電圧が印加され、当該電圧が電荷情報となる。
A voltage corresponding to the charge accumulated in the
このため、増幅トランジスタ192は、選択トランジスタ193がオン状態になると、蓄積部103に蓄積された電荷に応じた電流が流れ、電荷情報を電流値として出力することができる。この電荷情報の出力は蓄積部103に蓄積される電荷量に影響を与えないため、蓄積部103の電荷量を非破壊で読み出すことが可能となる
[選択トランジスタ193]
選択トランジスタ193は、ゲートに選択信号線195が接続され、ドレインに増幅トランジスタ192のソースが接続され、ソースに垂直信号線196が接続される。
Therefore, when the
The
選択トランジスタ193は、行走査回路123(後述)から選択信号線195を介して配送される選択信号によってオンにされることで、増幅トランジスタ192に流れる電流を垂直信号線196に出力する。
The
後述するように、垂直信号線196に出力される電流の電流量が、列読み出し回路197(後述)によって検知されることで、選択信号によってオンされた選択トランジスタ193を含む画素回路129の蓄積部103に蓄積された電荷の量が読み出される。
As will be described later, when the amount of current output to the
画素回路129は、上記構成により、蓄積部103に蓄積された電荷の量を非破壊で順次読み出していくことができる。
The
[行走査回路123]
行走査回路123は、図2に示すように、蓄積電荷量リセット機能と読み出し画素回路選択機能と併有している。
[Row scanning circuit 123]
As shown in FIG. 2, the
[蓄積電荷量リセット機能]
蓄積電荷量リセット機能は、画素回路アレイ120において、読み出し回路121に最も遠い側の行(第1行)から、読み出し回路121に最も近い側の行(第N行)へと1行ずつ順に、所定時間t1間隔で、該当行に属する画素回路129それぞれにおける蓄積部103に蓄積された正の電荷をリセットするためのリセット信号を、該当行に属する画素回路129それぞれに接続されるリセット信号線194を介して配送する機能である。
[Stored charge amount reset function]
In the
これにより、画素回路アレイ120に含まれる全ての画素回路129の蓄積部103に蓄積された電荷のリセットは、第1行目から第N行目まで行単位で順に実行される。
Thereby, the resetting of the charges accumulated in the
[読み出し画素回路選択機能]
読み出し画素回路選択機能とは、画素回路アレイ120において、第1行から第N行へと1行ずつ順に、所定時間t1間隔で、該当行に属する画素回路129それぞれにおける選択トランジスタ193をオンにするための選択信号を、該当行に属する画素回路129それぞれに接続される選択信号線195を介して配送する機能である。
[Reading pixel circuit selection function]
In the
これにより、画素回路アレイ120に含まれる全ての画素回路129の蓄積部103に蓄積された電荷量の読み出しは、第1行目から第N行目まで行単位で順に実行される。
Thereby, the reading of the charge amount accumulated in the
ローリングシャッタ動作の場合、第n行目(nはN以下の自然数)の読み出しが終了すると第n行目がリセットされ、次のフレームのための第n行目の露光が開始することになり、この動作が行毎に順次実行されている。 In the case of the rolling shutter operation, when the reading of the nth row (n is a natural number equal to or less than N) is completed, the nth row is reset, and the exposure of the nth row for the next frame starts. This operation is sequentially executed for each row.
[読み出し回路121]
読み出し回路121は、画素回路アレイ120を構成する画素回路129のそれぞれに蓄積されている電荷の量を読み出す。
[Read circuit 121]
The
読み出し回路121は、画素回路アレイ120のM個の列それぞれに対応するM個の列読み出し回路197を備えている。
The
[列読み出し回路197]
列読み出し回路197は、対応する列に属する画素回路129それぞれに接続される垂直信号線196を介して、選択信号によってオンとなっている選択トランジスタ193を含む画素回路129(この画素回路129のことを、「読み出し対像の画素回路129」とも呼ぶ。)の増幅トランジスタ192に流れる電流量を検知する。これにより、読み出し対像の画素回路129の蓄積部103に蓄積されている電荷の量をそれぞれ読み出すことができる。読み出された電荷の量を示す電流値は、Kビット(Kは、正の整数、例えば8)のデジタル信号に変換され、読み出し対像の画素回路129の電荷情報として出力される。
[Column Read Circuit 197]
The
[出力回路122]
出力回路122は、列読み出し回路197から出力された電荷情報を外部に出力する。N行M列の画素回路129にそれぞれ対応する電荷情報は、1つの画像情報となる。また、電荷情報は非破壊で読み出すことができるため、露光途中の情報を途中蓄積情報として外部に出力することも可能である。
[Output Circuit 122]
The
[電圧印加回路125]
電圧印加回路125は、光電変換素子102に電圧を印加する。より具体的には、電圧印加回路125は、画素電極128に対し透明電極127に電圧を印加する。また、電圧印加回路125は、透明電極127に印加する電圧を調整することが可能である。従って、電圧印加回路125により露出を調整することが可能であり、また、電子的なシャッターとしても機能する。
[Voltage application circuit 125]
The
[タイミング制御回路124]
タイミング制御回路124は、行走査回路123の動作タイミングと、読み出し回路121の動作タイミングとを制御する。また、タイミング制御回路124は、電圧印加回路125の動作タイミングを制御してもよい。すなわち、タイミング制御回路124は、行走査回路123による、蓄積電荷量リセット機能を実行するタイミングと、読み出し画素回路選択機能を実行するタイミングとを制御し、読み出し回路121による、選択信号によって選択された画素回路129の蓄積部103に蓄積されている電荷の量を読み出すタイミングを制御する。また、タイミング制御回路124は、電圧印加回路125による光電変換素子102への電圧印加タイミングを制御し電圧印加回路125をシャッターとして機能させることもできる。さらに、露光期間内に光電変換素子102への電圧印加のonとoffとを繰り返すことで、露出の調整を行う事も可能である。
[Timing control circuit 124]
The
[情報取得部104]
情報取得部104は、光電変換素子102のそれぞれに1対1に設けられる蓄積部103にそれぞれ蓄積される電荷量を示す電荷情報をローリングシャッタ動作によりN行M列分取得してフレーム情報をフレーム毎に取得し、かつ、フレーム情報を取得する前の露光中の電荷情報をN行M列分取得して途中蓄積情報とする処理部である。
[Information acquisition unit 104]
The
本実施の形態の場合、情報取得部104は、出力回路122から出力される行毎に取得し、1フレーム毎のフレーム情報を構築する。また、フレーム情報は、フレーム毎に順次連結処理されて1つの動画情報となり、例えばフラッシュメモリなどの記憶装置107に保存される。また、情報取得部104は、途中蓄積情報をリングメモリなどに記憶する。情報取得部104は、一のフレームにおいて取得した各段階における複数の途中蓄積情報を少なくとも次のフレームのフレーム情報を取得するまでは保持している。
In the case of the present embodiment, the
なお、途中蓄積情報は、蓄積部103がリフレッシュされてからフレーム情報を取得するまでの間に取得された画像情報であり、各ピクセルの光量(輝度)は、フレーム情報の対応するピックセルの光量よりも小さい。また、複数回途中蓄積情報を取得する場合、電荷量は積算される。つまり、各ピクセルの光量はピクセル毎に積算される。具体的に例えば、図6に示すように、1フレームにおいて途中情報(後述)の時間重心の間隔が均等となるように3回途中蓄積情報を取得した場合、最初に取得した途中蓄積情報Aの各ピクセルの光量を統合して途中情報aとすると、続いて取得した途中蓄積情報Bの光量は途中情報aに途中情報bを加算した値となる。さらに続いて取得した途中蓄積情報Cの光量は途中情報aに途中情報bと途中情報cを加算した値となる。従って、フレーム情報は、図中のDであり途中情報aと途中情報bと途中情報cと途中情報dとを加算した値になる。
The intermediate accumulation information is image information acquired from when the
本実施の形態の場合、情報取得部104は、各画素回路129の蓄積部103に蓄積されている電荷の量を読み出すための指示をタイミング制御回路124に与え、出力回路122から出力されるN行M列分の電荷情報を取得する。また、情報取得部104は、電荷の量を読み出すための指示をリセットされるまでの間1回、または、複数回行われる。
In the case of the present embodiment, the
[検出部106]
検出部106は、被写体に突発的に発生する突発事象が、第一フレームのフレーム情報の後半にのみ反映されているバンド画像を検出する処理部である。
[Detection unit 106]
The
ここで、突発事象とは、被写体に突発的に発生する事象を意味しており、図6に示すように、突発事象202は、1フレームの1行目のリセットか行われてからN行のリセットが終わるまでの間の瞬時に被写体のほぼ全体にわたって被写体の状態が変化する事象を意味している。具体的には、被写体にフラッシュが当たる場合のような、突発的に開始し直後に元に戻る様な瞬間的な事象も突発事象202であり、被写体の前に高速の移動体(車など)が通過する様な突発的に開始し、ある程度時間的に持続する場合や、被写体自体の色が突発的に変わる突発的に開始し当該状態が複数フレームにわたって継続する場合も突発事象202に含まれる。また、光学系101の向きを急に動かす様な場合も突発事象に含むものとして明細書、および、請求の範囲を記載している。なお、本実施の形態の場合、突発事象202はフラッシュの場合として説明する。この場合、バンド画像はフラッシュバンドと称される場合がある。
Here, the sudden event means an event that suddenly occurs in the subject, and as shown in FIG. 6, the
本実施の形態の場合、検出部106は、フレーム情報を情報取得部104から取得し、フレーム情報の中からローリングシャッタ動作によって後半に取得される情報の一部である第一情報211(図6参照)がいわゆる白飛びの状態(いずれのピクセルも閾値以上の光量である状態)を示していた場合、さらに、前半に取得される情報の一部である第二情報212を取得し、第二情報212が白飛びの状態ではないと判断した場合、バンド画像が発生したとしてその旨を示す情報を新情報作成部105に送信する。
In the case of the present embodiment, the
なお、検出部106のバンド画像の検出方法は上記に限定されるものではなく、任意の方法を採用しうる。例えば、フレーム毎に第一情報211と第二情報212を取得しこれらの差分が閾値以上ならバンド画像が発生したと判断してもよい。また、途中情報dの後半部分と途中情報cの後半部分とを比較することによりバンド画像が発生したと判断してもかまわない。
In addition, the detection method of the band image of the
さらに、検出部106は、被写体に突発的に発生する突発事象が瞬間的な事象であり、第一フレームに続く第二フレームのフレーム情報の前半のみにも反映されている第二のバンド画像を検出してもかまわない。
Furthermore, the
この場合、検出部106は、例えば、第一フレームの場合と同様に、第二フレームのフレーム情報を情報取得部104から取得し、フレーム情報の中からローリングシャッタ動作によって前半に取得される情報の一部である第三情報213(図6参照)がいわゆる白飛びの状態を示していた場合、さらに、後半に取得される情報の一部である第四情報214を取得し、第四情報214が白飛びの状態ではないと判断した場合、第二フレームにもバンド画像が発生したとしてその旨を示す情報を新情報作成部105に送信してもよい。
In this case, for example, as in the case of the first frame, the
[新情報作成部105]
新情報作成部105は、例えば、連続する第一フレームF1、および、第二フレームF2に含まれるフレーム情報と途中蓄積情報とに基づき新しいフレーム情報を作成する処理部である。
[New information creation unit 105]
The new
本実施の形態の場合、新情報作成部105は、検出部106からバンド画像発生の旨の情報を取得した場合に、バンド画像が発生したフレーム情報をバンド画像ではない新しいフレーム情報を作成し古いフレーム情報と置き換える。
In the case of the present embodiment, when the new
具体的には、図6に示すように、瞬間的な突発事象202により第一フレームF1にバンド画像が発生している場合、新情報作成部105は、図7に示すように、第一フレームF1のフレーム情報Dに第二フレームF2の途中蓄積情報A(本実施の形態の場合途中情報aと同じ)を加算する。これにより第一フレームF1に相当する光量は実際に光電変換した光量よりも増加するため、全体に光量が4/5となるようにゲインを調整して新しいフレーム情報を作成し、第一フレームF1のフレーム情報として古いフレーム情報から新しいフレーム情報に置き換える。
Specifically, as shown in FIG. 6, when a band image is generated in the first frame F1 due to the instantaneous
また、第二フレームF2にもバンド画像が発生しているため、新情報作成部105は、図8に示すように、第二フレームF2のフレーム情報Dに第一フレームF1のフレーム情報Dと途中蓄積情報Cとの差分である途中情報dを加算する。この場合も第二フレームF2の光量が途中情報dの分だけ増加するため、4/5ゲインして新しいフレーム情報Dを作成し、第二フレームF2のフレーム情報として置き換える。
Further, since a band image is also generated in the second frame F2, the new
[効果等]
上述したように、撮像装置100によると、途中蓄積情報に基づいてバンド画像が発生したフレームのフレーム情報を新しいフレーム情報に取り替えるため、被写体に突発事象が発生しても違和感のない動画情報を創出することが可能となる。
[Effects]
As described above, according to the
また、次のフレームのフレーム情報を取得する前に途中蓄積情報で新しいフレーム情報を作成するため、突発事象が短い間に複数回発生する場合でも滞ることなく動画撮影を行うことが可能となる。 In addition, since new frame information is created from the accumulated information before the frame information of the next frame is acquired, it is possible to shoot video without delay even if a sudden event occurs multiple times in a short time.
また、フレーム情報と途中蓄積情報とを合成し光量を落とす方向にゲインを調整するため、フレーム情報に含まれるノイズを強調することなくS/N比のよいフレーム情報を作成することができる。 Also, since the gain is adjusted in the direction of decreasing the light amount by combining the frame information and the halfway accumulated information, it is possible to create frame information with a good S / N ratio without enhancing noise included in the frame information.
(実施の形態2)
続いて、撮像装置100の他の実施の形態について説明する。なお、前記実施の形態1と同様の作用や機能、同様の形状や機構や構造を有するもの(部分)には同じ符号を付して説明を省略する場合がある。
(Embodiment 2)
Next, another embodiment of the
本実施の形態の場合、新情報作成部105のみ前記実施の形態1と異なるため、新情報作成部105について説明する。
In the case of the present embodiment, only the new
[新情報作成部105]
例えば、図7に示すように、第一フレームF1のフレーム情報を当該フレーム情報と第二フレームF2の途中情報とを合成して新フレーム情報を作成した場合、新フレーム情報の画像重心位置は旧フレーム情報の画像重心位置からずれることになる。
[New information creation unit 105]
For example, as shown in FIG. 7, when new frame information is created by combining the frame information of the first frame F1 with the frame information and the intermediate information of the second frame F2, the image center of gravity position of the new frame information is the old It will deviate from the image gravity center position of the frame information.
そこで、本実施の形態にかかる新情報作成部105は、検出部106からバンド画像発生の旨の情報を取得した場合に、バンド画像が発生したフレーム情報にその前後のフレームの途中情報を合成しゲインを調整してバンド画像ではない新しいフレーム情報を作成し古いフレーム情報と置き換える。
Therefore, when the new
瞬間的な突発事象202により第一フレームF1にバンド画像が発生している場合、新情報作成部105は、図9に示すように、第一フレームF1のフレーム情報Dに直後の第二フレームF2の途中蓄積情報A(本実施の形態の場合途中情報aと同じ)と直前の第三フレームF3とを加算する。これにより新しく作成するフレーム情報の時間重心位置をずらすことなく画像全体が白飛びしたフレーム情報が作成される。なお、第一フレームF1に相当する光量は実際に光電変換した光量よりも増加するため、全体に光量が4/6となるようにゲインを調整して新しいフレーム情報を作成し、第一フレームF1のフレーム情報として古いフレーム情報から新しいフレーム情報に置き換える。
When a band image is generated in the first frame F1 due to the instantaneous
また、第二フレームF2にもバンド画像が発生している場合には、新情報作成部105は、図10に示すように、第二フレームF2のフレーム情報Dに第一フレームF1のフレーム情報Dと途中蓄積情報Cとの差分である途中情報dと直後の第4フレームF4の途中蓄積情報A(本実施の形態の場合途中情報aと同じ)とを加算する。この場合も第二フレームF2の光量が途中情報dと途中情報aの分だけ増加するため、4/6ゲインして新しいフレーム情報Dを作成し、第二フレームF2のフレーム情報として置き換える。
When a band image is also generated in the second frame F2, the new
[効果等]
上述したように、本実施の形態の撮像装置100によると、実施の形態1に示した撮像装置100の効果に加え、バンド画像が発生したフレームの前後のフレームの途中蓄積情報に基づいて新しいフレーム情報を作成するため、旧いフレーム情報の時間重心位置と置き換える新しいフレーム情報の時間重心位置とにずれがなく、被写体に突発事象が発生しても被写体の動きに違和感のない動画情報を創出することが可能となる。
[Effects]
As described above, according to the
なお、本実施の形態の場合、白飛びの場合で説明したが、被写体が突発的に移動するなど被写体の輪郭などがフレーム情報として撮像されている場合などに本実施の形態の顕著な効果が現れる。 In the case of the present embodiment, the case of overexposure has been described. However, the remarkable effect of the present embodiment can be obtained when the contour of the subject is captured as frame information, such as when the subject suddenly moves. appear.
[まとめ]
本開示の一態様に係る撮像装置100は、マトリクス状に配置され、被写体の像を電荷に変換する光電変換素子102と、光電変換素子102のそれぞれが変換した電荷をそれぞれ蓄積する蓄積部103と、蓄積部103のそれぞれに蓄積される電荷量を示す電荷情報をローリングシャッタ動作によりフレーム情報としてフレーム毎に取得し、かつ、フレーム情報を取得する前の露光中の電荷情報を途中蓄積情報として非破壊で取得する情報取得部104と、連続する第一フレーム、および、第二フレームに含まれるフレーム情報と途中蓄積情報とに基づき新しいフレーム情報を作成する新情報作成部105とを備える。
[Summary]
An
この撮像装置100は、バンド画像となったフレーム情報を当該フレームの前または後のフレームの途中蓄積情報に基づいて調整することで突発事象を画像全体に反映させた新たなフレーム情報を作成することができる。
The
また、例えば、新情報作成部105は、第一フレームのフレーム情報に第二フレームの途中蓄積情報を加算しゲインを調整して新しいフレーム情報を作成してもよい。
Also, for example, the new
これによれば、S/N比を劣化させずに新たなフレーム情報を作成することができる。 According to this, new frame information can be created without deteriorating the S / N ratio.
また、例えば、新情報作成部105は、第二フレームのフレーム情報に第一フレームのフレーム情報と途中蓄積情報との差分を加算しゲインを調整して新しいフレーム情報を作成してもよい。
Also, for example, the new
これによれば、後続のフレームについてもS/N比を劣化させずに新たなフレーム情報を作成することができる。 According to this, new frame information can be created for subsequent frames without degrading the S / N ratio.
また、例えば、新情報作成部105は、第一フレームのフレーム情報に第一フレーム直前である第三フレームのフレーム情報と途中蓄積情報との差分をさらに加算しゲインを調整して新しいフレーム情報を作成してもよい。
Further, for example, the new
これによれば、さらに時間重心位置のずれない新たなフレーム情報を作成することができる。 According to this, it is possible to create new frame information in which the position of the center of gravity of the time does not shift further.
また、例えば、新情報作成部105は、第二フレームのフレーム情報に第二フレーム直後のフレームである第四フレームの途中蓄積情報をさらに加算しゲインを調整して新しいフレーム情報を作成してもよい。
In addition, for example, the new
これによれば、後続のフレームについてもさらに時間重心位置のずれない新たなフレーム情報を作成することができる。 According to this, it is possible to create new frame information in which the position of the center of gravity of the time does not further shift for subsequent frames.
また、例えば、被写体に突発的に発生する突発事象が、第一フレームのフレーム情報の後半に反映されているバンド画像を検出する検出手段をさらに備え、新情報作成部105は、検出手段においてバンド画像を検出した場合に、少なくともバンド画像が発生した第一フレームの新たなフレーム情報を作成してもよい。
Further, for example, a detection unit that detects a band image in which a sudden event that suddenly occurs in the subject is reflected in the second half of the frame information of the first frame is further included, and the new
これにより、バンド画像が発生したフレームのフレーム情報のみ変更することが可能となる。 This makes it possible to change only the frame information of the frame in which the band image is generated.
また、例えば、光電変換素子102は、光電変換部材として有機薄膜を備えてもよい。
For example, the
これにより、途中蓄積情報を効果的に取得することができ、バンド画像が発生したフレームのフレーム情報を効果的に処理することができる。 Thereby, it is possible to effectively acquire the accumulated information on the way, and to effectively process the frame information of the frame in which the band image is generated.
(補足)
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、2つの実施の形態について説明した。しかしながら、本開示における技術は、これらに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略等を行った実施の形態にも適用可能である。
(Supplement)
As described above, two embodiments have been described as examples of the technology disclosed in the present application. However, the technology in the present disclosure is not limited to these, and can be applied to embodiments in which changes, replacements, additions, omissions, and the like are appropriately performed.
実施の形態において、撮像装置100は、光電変換部材126が、電圧が印加された状態において受光することで内部光電効果による電荷を生成し、電圧が印加されない状態において受光しても内部光電効果による電荷を生成しない機能を有する有機薄膜であるとして説明した。
In the embodiment, in the
しかしながら、光電変換部材126は、内部光電効果による電荷の生成の有無を、印加電圧によって制御することができる部材であれば、必ずしも上記有機薄膜に限定される必要はない。一例として、撮像装置100は、光電変換部材126が、PN接合面を有するダイオードである例等が考えられる。
However, the
また、本開示には、実施の形態における撮像装置100が内蔵された電子機器も含まれるのは言うまでもない。
Needless to say, the present disclosure includes an electronic device in which the
図1、図11に示すように、撮像装置100が内蔵された電子機器の一例であるカメラ300も含まれる。
As shown in FIG. 1 and FIG. 11, a
さらに、図12に示すようなビデオカメラ400に撮像装置100が設けられていてもかまわない。
Furthermore, the
また、1フレームに途中蓄積情報を3回取得する場合を説明したが、これに限定されるわけではなく、途中蓄積情報を1回、または、複数回取得してもかまわない。また、途中蓄積情報を時間的に均等に取得する場合ばかりでなく、リセット前後はそれ以外よりも時間間隔を短くして途中蓄積情報を取得するなど任意のタイミングで取得してもかまわない。 Further, although the case where the intermediate accumulation information is acquired three times in one frame has been described, the present invention is not limited to this, and the intermediate accumulation information may be acquired once or a plurality of times. Further, not only when the intermediate storage information is acquired evenly in time, but also before and after the reset, the intermediate storage information may be acquired at an arbitrary timing such as acquiring the intermediate storage information with a shorter time interval.
また、検出部106によるバンド画像の検出に基づいて新フレーム情報を作成する場合を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、撮影者などからの指示情報に基づき、バンド画像常時除去モードに撮像装置100が変更された場合には、当該モードの間は、いずれのフレームについても新情報作成部105は、新しいフレーム情報を作成し旧いフレーム情報と置き換えて動画情報を作成してもかまわない。
Further, although the case where the new frame information is created based on the detection of the band image by the
また、撮像装置100における各構成要素(機能ブロック)は、IC(Integrated Circuit)、LSI(Large Scale Integration)等の半導体装置により個別に1チップ化されてもよいし、一部又は全部を含むように1チップ化されてもよい。また、集積回路化の手法はLSIに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセッサで実現してもよい。LSI製造後に、プログラムすることが可能なFPGA(Field Programmable Gate Array)や、LSI内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用してもよい。更には、半導体技術の進歩又は派生する別技術によりLSIに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適用等が可能性としてあり得る。
In addition, each component (functional block) in the
また、上記各種処理の全部又は一部は、電子回路等のハードウェアにより実現されても、ソフトウェアを用いて実現されてもよい。なお、ソフトウェアによる処理は、撮像装置100に含まれるプロセッサがメモリに記憶されたプログラムを実行することにより実現されるものである。また、そのプログラムを記録媒体に記録して頒布や流通させてもよい。例えば、頒布されたプログラムを、他のプロセッサを有する装置にインストールして、そのプログラムをそのプロセッサに実行させることで、その装置に、上記各処理を行わせることが可能となる。
In addition, all or part of the various processes described above may be realized by hardware such as an electronic circuit or may be realized by using software. Note that the software processing is realized by a processor included in the
また、上述した実施の形態で示した構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本開示の範囲に含まれる。 Also, a form realized by arbitrarily combining the constituent elements and functions shown in the above-described embodiments is also included in the scope of the present disclosure.
本開示は、画像を撮像する撮像装置に広く利用可能である。 The present disclosure can be widely used for imaging devices that capture images.
100 撮像装置
101 光学系
102 光電変換素子
103 蓄積部
104 情報取得部
105 新情報作成部
106 検出部
107 記憶装置
110 撮像素子
120 画素回路アレイ
121 読み出し回路
122 出力回路
123 行走査回路
124 タイミング制御回路
125 電圧印加回路
126 光電変換部材
127 透明電極
128 画素電極
129 画素回路
191 リセットトランジスタ
192 増幅トランジスタ
193 選択トランジスタ
194 リセット信号線
195 選択信号線
196 垂直信号線
197 列読み出し回路
200 制御装置
202 突発事象
211 第一情報
212 第二情報
213 第三情報
214 第四情報
300 カメラ
400 ビデオカメラ
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記光電変換素子のそれぞれが変換した電荷をそれぞれ蓄積する蓄積部と、
前記蓄積部のそれぞれに蓄積される電荷量を示す電荷情報をローリングシャッタ動作によりフレーム情報としてフレーム毎に取得し、かつ、前記フレーム情報を取得する前の露光中の電荷情報を途中蓄積情報として非破壊で取得する情報取得部と、
連続する第一フレーム、および、第二フレームに含まれる前記フレーム情報と前記途中蓄積情報とに基づき新しいフレーム情報を作成する新情報作成部と
を備える撮像装置。 A photoelectric conversion element that is arranged in a matrix and converts an image of a subject into an electric charge;
An accumulator for accumulating the charges converted by the photoelectric conversion elements;
Charge information indicating the amount of charge stored in each of the storage units is acquired for each frame as frame information by a rolling shutter operation, and charge information during exposure before acquiring the frame information is not stored as intermediate storage information. An information acquisition unit acquired by destruction,
An imaging apparatus comprising: a continuous first frame; and a new information creation unit that creates new frame information based on the frame information and the intermediate storage information included in the second frame.
前記第一フレームの前記フレーム情報に前記第二フレームの前記途中蓄積情報を加算しゲインを調整して新しいフレーム情報を作成する
請求項1に記載の撮像装置。 The new information creation unit
The imaging apparatus according to claim 1, wherein the frame information of the first frame is added to the halfway accumulated information of the second frame to adjust gain to create new frame information.
前記第二フレームの前記フレーム情報に前記第一フレームの前記フレーム情報と前記途中蓄積情報との差分を加算しゲインを調整して新しいフレーム情報を作成する
請求項1または2に記載の撮像装置。 The new information creation unit
The imaging apparatus according to claim 1, wherein a new frame information is created by adding a difference between the frame information of the first frame and the intermediate storage information to the frame information of the second frame and adjusting a gain.
前記第一フレームの前記フレーム情報に前記第一フレーム直前である第三フレームの前記フレーム情報と前記途中蓄積情報との差分をさらに加算しゲインを調整して新しいフレーム情報を作成する
請求項2に記載の撮像装置。 The new information creation unit
The frame information of the first frame is further added with a difference between the frame information of the third frame immediately before the first frame and the intermediate storage information to adjust the gain, thereby creating new frame information. The imaging device described.
前記第二フレームの前記フレーム情報に前記第二フレーム直後のフレームである第四フレームの前記途中蓄積情報をさらに加算しゲインを調整して新しいフレーム情報を作成する
請求項3に記載の撮像装置。 The new information creation unit
The imaging apparatus according to claim 3, wherein the frame information of the second frame is further added with the intermediate storage information of the fourth frame, which is a frame immediately after the second frame, to adjust the gain and create new frame information.
前記新情報作成部は、
前記検出手段においてバンド画像を検出した場合に、少なくともバンド画像が発生した前記第一フレームの新たなフレーム情報を作成する
請求項1~5のいずれか一項に記載の撮像装置。 A detection unit that detects a band image in which a sudden event that suddenly occurs in a subject is reflected in the second half of the frame information of the first frame;
The new information creation unit
The imaging device according to any one of claims 1 to 5, wherein when the detection unit detects a band image, new frame information of at least the first frame in which the band image is generated is created.
光電変換部材として有機薄膜を備える
請求項1~6のいずれか一項に記載の撮像装置。 The photoelectric conversion element is
The imaging device according to any one of claims 1 to 6, comprising an organic thin film as the photoelectric conversion member.
被写体の像を前記光電変換素子に結像する光学系と
を備えるカメラ。 The imaging device according to any one of claims 1 to 7,
An optical system that forms an image of a subject on the photoelectric conversion element.
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