JP4670764B2 - 電子カメラ - Google Patents

Description

本発明は、電子カメラに関する。

従来、撮像域内に過度な高輝度被写体が存在すると、撮像後の画像信号に尾引状ノイズが発生する。特許文献１には、この尾引状の異常レベルを推定して、画像信号中から尾引状ノイズを除去する技術が開示されている。
特開２００６−２４９８５号公報（請求項３など）

本発明は、電子カメラ内において、この尾引状ノイズの発生を抑制することを目的とする。

《１》 本発明の電子カメラは、撮像部、ゲイン調整部、Ａ／Ｄ変換部、およびレベル制限部を備える。
撮像部は、被写体像を光電変換して、アナログの画像信号を生成する。
ゲイン調整部は、撮像感度の設定値に応じて、画像信号のゲインを調整する。
Ａ／Ｄ変換部は、ゲイン調整部でゲイン調整された画像信号をデジタル化する。
レベル制限部は、ゲイン調整部のゲインが予め定められた閾値よりも大きい場合に、ゲイン調整を行う前の画像信号に対して信号レベルの制限をかける。
《２》 なお好ましくは、レベル制限部は、ゲイン調整部のゲインが大きいほど、ゲイン調整前の画像信号の振幅制限幅を狭める。
《３》 また好ましくは、レベル制限部は、撮像部の信号ラインのリセット電位を設定変更して、信号ライン上の画像信号のＤＣレベルをずらす。その結果、信号ラインや回路のダイナミックレンジなどによって、ゲイン調整前の画像信号の信号レベルが抑制される。
《４》 なお好ましくは、レベル制限部は、信号ラインに画像信号を読み出す前に、信号レベルを抑制する回路設定を完了する。
《５》 また好ましくは、レベル制限部は、被写体を判定して高輝度被写体の存在を検知する。レベル制限部は、ゲイン調整部のゲインと、高輝度被写体の存在とに基づいて、ゲイン調整を行った後の画像信号が予め定められた許容レベルを超えるか否かを予測する。レベル制限部は、超えると予測した場合に、ゲイン調整を行う前の画像信号に対して信号レベルの制限をかける。

本発明は、撮像感度の高感度設定に連動して、ゲイン調整前の画像信号にレベル制限を施す。通常、高感度設定を使用する撮影状況では、撮像部で生成される画像信号は全般的に信号レベルが小さくなる。そのため、一般的な撮影状況では、本発明のレベル制限による画質への悪影響は殆ど無い。
一方、被写界内に高輝度被写体が存在すると、高感度設定に拘わらず、撮像部で生成される画像信号の信号レベルが大きくなる。この信号箇所は、高感度設定用の高ゲインと相乗して大きく増幅される。その結果、画像信号の処理回路内では、画像信号が過度に飽和するために電荷が抜けきらず、尾引状ノイズが発生する。本発明は、この高感度設定に連動して、ゲイン調整前の画像信号の信号レベルをレベル制限する。その結果、増幅中または増幅後における過度な飽和発生を回避して、尾引状ノイズの発生を抑制することができる。

《第１実施形態》
［電子カメラの構成説明］
図１は、本実施形態の電子カメラ１０を示すブロック図である。
図１において、電子カメラ１０には、撮影レンズ１２が装着される。この撮影レンズ１２の像空間には、撮像素子１１の撮像面が配置される。撮像素子１１は、撮像制御部１４によって制御される。この撮像素子１１から出力される画像信号は、信号処理部１５（ゲイン調整部を含む）およびＡ／Ｄ変換部１６を経由して、メモリ１７に一時格納される。
このメモリ１７は、バス１８に接続される。このバス１８には、マイクロプロセッサ１９、記録部２２、画像圧縮部２４、モニタ表示部３０、および画像処理部２５なども接続される。このマイクロプロセッサ１９には、撮像制御部１４、信号処理部１５、レリーズ釦などの操作部１９ａ、測光部１９ｂが接続される。また、上記の記録部２２には、記録媒体２２ａが着脱自在に装着される。

［レベル制限部の回路例］
図２は、上述した撮像素子１１の周辺回路の一部を示す図である。
撮像制御部１４からはリセットパルスが出力される。このリセットパルスは、コンデンサＣｘを介して、撮像素子１１のリセット端子に入力される。
一方、マイクロプロセッサ１９は、Ｄ／Ａ変換部３３および増幅器３４を介して、電圧Ｖｓを出力する。この電圧は、ダイオードＤｉを介して、撮像素子１１のリセット端子に印加される。

［高感度設定に連動するレベル制限動作の説明］
図３は、電子カメラ１０によるレベル制限の動作を説明する流れ図である。以下、図３に示すステップ番号に沿って、この動作を説明する。

ステップＳ１： マイクロプロセッサ１９は、ユーザー設定や測光値などに応じて、撮像感度の設定値を決定する。

ステップＳ２： マイクロプロセッサ１９は、撮像感度の設定値を信号処理部１５へ伝達する。信号処理部１５内のゲイン調整部は、撮像感度の設定値に対応して、画像信号のゲインを決定する。

ステップＳ３： マイクロプロセッサ１９は、ステップＳ２で設定されるゲインを閾値判定し（ここでは１８ｄＢ以上か否か）、ゲインの大小を判定する。ゲインが大きいと判定された場合、マイクロプロセッサ１９はステップＳ４に動作を移行する。ゲインが小さいと判定された場合、マイクロプロセッサ１９はステップＳ５に動作を移行する。

ステップＳ４： ここでは、高ゲイン設定（高感度設定）の判定に連動して、ゲイン調整前の画像信号の信号レベルを制限する。
例えば、この信号レベルの制限は、下記のような回路動作によって実施される。まず、マイクロプロセッサ１９は、Ｄ／Ａ変換部３３にあたえるデータ値を変化させ、増幅器３４から出力される電圧Ｖｓを増加させる（図２参照）。
リセットパルスがロウレベルの期間、この電圧ＶｓによってダイオードＤｉが導通し、コンデンサＣｘに電荷が蓄積される。このコンデンサＣｘの電荷蓄積に伴って、信号ラインのリセット端子には、ダイオードＤｉの順方向電圧をＶｄとして、（Ｖｓ−Ｖｄ）の電圧が現れる。
この状態で、リセットパルスが電圧幅Ｖｐだけ上昇してハイレベルに変化する。すると、コンデンサＣｘの保持電圧の分だけ、リセット端子の電圧がオフセット上昇する。その結果、ダイオードＤｉは逆バイアスになって電気的に切り離され、リセット端子の電圧は（Ｖｐ＋Ｖｓ−Ｖｄ）に上昇する。
このように、電子カメラ１０の高ゲイン設定（高感度設定）に連動して、リセット端子の印加電圧（リセットゲートのゲート電圧）は高めに設定される。その結果、撮像素子１１内では、信号ラインのリセット電位が、低ゲイン設定時（低感度設定時）に比べて、飽和レベル側へずれる（図４参照）。このリセット電位の偏移により、信号ライン上を通過する画像信号のＤＣレベルは、飽和レベル側へ近づく。その結果、画像信号のＤＣレベルと飽和レベルとのレベル差が狭まり、画像信号の振幅制限幅がより狭く設定変更される。
このようにして、画像信号の読み出しに先立って信号ラインをリセットするたびに、画像信号の信号レベルを抑制する回路設定が完了する。
上述した設定動作の後、マイクロプロセッサ１９はステップＳ６に動作を移行する。

ステップＳ５： 一方、低ゲイン設定（低感度設定）の場合は、マイクロプロセッサ１９によって、増幅器３４から出力される電圧Ｖｓが引き下げられる。その結果、信号ラインのリセット電位は飽和レベル側から離れ、画像信号の振幅制限幅をできる限り広く確保することができる（図４参照）。
上述した設定動作の後、マイクロプロセッサ１９はステップＳ６に動作を移行する。

ステップＳ６： マイクロプロセッサ１９は、ユーザーからのレリーズ操作を受け付けると、撮像制御部１４に撮像開始を指示する。撮像制御部１４は、撮像感度の設定値に基づく露出設定（電荷蓄積時間、絞り値など）で、撮像素子１１の露光制御を実施する。露光を完了した後、撮像制御部１４は、撮像素子１１から画像信号を順次に読み出す。
このとき、画像信号には、撮像素子１１内の信号ラインを通過することによって、予め設定された振幅制限幅に従って、信号レベルが制限される（図４参照）。
信号処理部１５内のゲイン調整部は、撮像感度の設定値に応じたゲインで、撮像素子１１から出力された画像信号を増幅する。Ａ／Ｄ変換部１６は、ゲイン調整された画像信号をデジタル化し、メモリ１７に格納する。メモリ１７に格納された画像データは、画像処理部２５や画像圧縮部２４などによるデータ処理を経た後、記録部２２を介して記録媒体２２ａにファイル保存される。

［第１実施形態の効果など］
第１実施形態では、電子カメラ１０の高感度設定に連動して、ゲイン調整前の画像信号にレベル制限を施す。このレベル制限によって、高輝度被写体による画像信号の信号レベルを抑制し、高感度設定時の高ゲイン増幅によって生じる過度な飽和状態を防止することができる。その結果、過度な回路飽和によって生じる尾引状ノイズを解消することが可能になる。

なお、一般的な高感度の撮影状況では、撮像素子１１で生成される画像信号の信号レベルは全般的に小さく、信号レベルの制限はかからない。そのため、信号レベルの制限による画質低下は殆ど無視することができる。

また、第１実施形態では、高感度設定に連動して、撮像素子１１内の信号ラインのリセット電位をずらし、信号ラインを通過する画像信号のＤＣレベルを飽和レベル側へずらす。この動作により、画像信号のＤＣレベルと飽和レベルとのレベル差が狭まり、画像信号の振幅制限幅を狭めることができる。その結果、レベル制限用の専用回路を別途追加することなく、ゲイン調整前の画像信号の信号レベルを抑制することが可能になる。

さらに、第１実施形態では、画像信号の読み出しに先立ち、信号レベルを抑制する回路設定を完了する。したがって、ゲイン調整前の画像信号の信号レベルをより確実に抑制することができる。

《第２実施形態》
図５は、第２実施形態における電子カメラの動作を説明する流れ図である。なお、この電子カメラの構成は、第１実施形態の構成（図１，図２）と同じため、重複説明を省略する。以下、図５に示すステップ番号に沿って、第２実施形態の動作を説明する。

ステップＳ１１〜Ｓ１２： 第１実施形態のステップＳ１〜Ｓ２と同じ動作

ステップＳ１３： マイクロプロセッサ１９は、測光部１９ｂから撮像域の分割測光結果を取得する。マイクロプロセッサ１９は、この分割測光結果に基づいて、撮像域内の平均輝度に比較して、過剰な輝度値を示す被写体（高輝度被写体）が存在するか否か判定する。
なお、ここでは、（分割測光された輝度値、撮像感度、露出設定）の条件から、ゲイン調整後の画像信号が過度な回路飽和を起こすか否かを事前判定することによって、高輝度被写体の有無を判断することが好ましい。

ステップＳ１４： 撮像域内に高輝度被写体が存在しない場合、マイクロプロセッサ１９はステップＳ１６に動作を移行する。一方、撮像域内に高輝度被写体が存在した場合、マイクロプロセッサ１９はステップＳ１５に動作を移行する。

ステップＳ１５： マイクロプロセッサ１９は、ゲイン調整後に画像信号が過度な回路飽和レベルを超えないよう、ゲイン調整部のゲインが大きくなるに従ってゲイン調整前の画像信号の振幅制限幅を狭める。例えば、この振幅制限幅は、図２に示す増幅器３４から出力される電圧Ｖｓを増減制御することによって、可変することができる。
この動作の後、マイクロプロセッサ１９はステップＳ１７に動作を移行する。

ステップＳ１６〜Ｓ１７： 第１実施形態のステップＳ５〜Ｓ６と同じ動作。

［第２実施形態の効果など］
第２実施形態では、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
さらに、第２実施形態では、ゲイン調整部のゲインの増加に従って、ゲイン調整前の画像信号の振幅制限幅を段階的または連続的に狭める。したがって、低感度寄りの撮像感度設定では画像信号の信号レベルを必要以上に制限することがなく、画像信号の高輝度域の階調再現性や色再現性を高めることができる。

また、第２実施形態では、ゲイン調整部のゲイン（撮像感度設定）と、高輝度被写体の存在とに基づいて、ゲイン調整を行った後の画像信号が予め定められた許容レベルを超えるか否かを予測する。もしも許容レベルを超えると予測される場合、ゲイン調整前の画像信号の信号レベルを制限する。したがって、撮像域に高輝度被写体が存在しない場合には、画像信号の信号レベルを制限しない。その結果、画像信号の高輝度域の階調再現性や色再現性を更に高めることができる。

《実施形態の補足事項》
なお、上述した実施形態では、撮像素子１１内の信号ラインのリセット電位をずらして、画像信号の信号レベルを抑制している。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。撮像感度設定に連動して、ゲイン調整前の画像信号に対して信号レベルを制限するリミット回路やレベル圧縮回路を付加してもよい。

また、上述した実施形態では、画像全域に対して信号レベルの飽和側を制限している。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、高輝度被写体の存在する画像領域を判別し、その画像領域に限定して信号レベルの抑制を実施してもよい。

なお、第２実施形態では、高輝度被写体を検知して、ゲイン調整前の画像信号の信号レベルを制限している。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。一般に、高輝度被写体に隣接して中〜低輝度領域が存在する絵柄において、尾引状ノイズが目立つ。そのため、高輝度かつ高コントラストの被写体を検知した場合に、ゲイン調整前の画像信号の信号レベルを制限してもよい。

以上説明したように、本発明は、電子カメラなどに利用可能な技術である。

電子カメラ１０を示すブロック図である。 撮像素子１１の周辺回路の一部を示す図である。 電子カメラ１０によるレベル制限の動作を説明する流れ図である。 信号ライン上の画像信号を説明する図である。 第２実施形態における電子カメラの動作を説明する流れ図である。

符号の説明

１０…電子カメラ，１１…撮像素子，１２…撮影レンズ，１４…撮像制御部，１５…信号処理部，１６…Ａ／Ｄ変換部，１７…メモリ，１８…バス，１９…マイクロプロセッサ，１９ａ…操作部，１９ｂ…測光部，２２…記録部，２４…画像圧縮部，２５…画像処理部，３０…モニタ表示部，３３…Ｄ／Ａ変換部，３４…増幅器

Claims (5)

1. 被写体像を光電変換して、アナログの画像信号を生成する撮像部と、
   撮像感度の設定値に応じて、前記画像信号をゲイン調整するゲイン調整部と、
   前記ゲイン調整部でゲイン調整された前記画像信号をデジタル化するＡ／Ｄ変換部とを備えた電子カメラであって、
   前記ゲイン調整部のゲインが予め定められた閾値よりも大きい場合に、前記ゲイン調整を行う前の前記画像信号に対して信号レベルを制限するレベル制限部を備えた
   ことを特徴とする電子カメラ。
2. 請求項１に記載の電子カメラにおいて、
   前記レベル制限部は、
   前記ゲイン調整部のゲインが大きいほど、前記ゲイン調整前の画像信号の振幅制限幅を狭める
   ことを特徴とする電子カメラ。
3. 請求項１または請求項２に記載の電子カメラにおいて、
   前記レベル制限部は、
   前記撮像部の信号ラインのリセット電位を設定変更して、前記信号ライン上の前記画像信号のＤＣレベルをずらすことにより、前記ゲイン調整を行う前の前記画像信号の信号レベルを制限する
   ことを特徴とする電子カメラ。
4. 請求項３に記載の電子カメラにおいて、
   前記レベル制限部は、
   前記信号ラインに前記画像信号を読み出す前に、前記信号レベルを制限する回路設定を完了する
   ことを特徴とする電子カメラ。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の電子カメラにおいて、
   前記レベル制限部は、
   被写体を判定して高輝度被写体の存在を検知し、
   前記ゲイン調整部のゲインと、前記高輝度被写体の存在とから、前記ゲイン調整を行った後の前記画像信号が予め定められた許容レベルを超えると予測される場合に、前記ゲイン調整を行う前の前記画像信号に対して信号レベルを制限する
   ことを特徴とする電子カメラ。
   

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