JP7686438B2 - Image pickup device, image pickup apparatus, monitoring apparatus, and image pickup device control method - Google Patents
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Description
本発明は、撮像素子、撮像装置、監視装置、および撮像素子の制御方法に関する。 The present invention relates to an imaging element, an imaging device, a monitoring device, and a method for controlling an imaging element.
撮像素子で撮影した画像から動被写体を検出して、撮像素子の動作を変化させる撮像装置が提案されている。特許文献1は、画像内の動被写体の有無に基づいて撮像素子の動作設定を変更する撮像装置を提案する。特許文献1に記載の撮像装置は、撮像された画素信号を時系列に記憶するフレームメモリを有しており、フレームメモリに記憶された画像の比較を行い、画像内の動被写体の有無に基づいて、画素の動作状態を状態判定部で判定させる構成を有する。当該撮像装置は、画像内の動被写体の有無に基づいて、次フレーム以降の画像取得時のイメージセンサの動作を決定する。 An imaging device has been proposed that detects a moving subject from an image captured by an imaging element and changes the operation of the imaging element. Patent Document 1 proposes an imaging device that changes the operation settings of the imaging element based on the presence or absence of a moving subject in an image. The imaging device described in Patent Document 1 has a frame memory that stores captured pixel signals in chronological order, and is configured to compare images stored in the frame memory and have a state determination unit determine the operational state of the pixels based on the presence or absence of a moving subject in the image. The imaging device determines the operation of the image sensor when acquiring images from the next frame onwards based on the presence or absence of a moving subject in the image.
特許文献1の撮像装置は、動被写体を検出するために、撮像素子から得られた画像を複数枚記憶する大きなフレームメモリを設け、フレーム間の画像を比較している。したがって、大きなフレームメモリの追加によるコスト増加、および消費電力の増加という課題がある。また、撮像素子からの画像を1枚取得してから、画像判定を行っているので、画像に対する応答性を上げることが難しいという課題がある。 In order to detect a moving subject, the imaging device of Patent Document 1 is provided with a large frame memory that stores multiple images obtained from the imaging element, and compares the images between frames. Therefore, there are issues with the addition of a large frame memory, such as increased costs and increased power consumption. In addition, since image judgment is performed after one image is obtained from the imaging element, there is an issue that it is difficult to improve responsiveness to images.
上記の課題を鑑みて、本発明は、イベントが発生したときの画像を簡易かつ迅速に取得可能な撮像装置を提供することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention aims to provide an imaging device that can easily and quickly capture images when an event occurs.
本発明の第一の態様は、
複数の画素を有する撮像素子であって、
前記複数の画素の蓄積電荷のリセットが周期的に行われ、
前記複数の画素の少なくとも一部の画素において、
第1の露光による蓄積電荷を読み出す第1の読み出し処理を行い、
前記第1の読み出し処理により読み出される第1の画素信号に基づきイベント発生の有無を検知する第1の信号処理を行い、
前記第1の信号処理の結果に応じて、第2の露光による蓄積電荷を読み出す第2の読み出し処理、および、第2の読み出し処理により読み出される第2の画素信号が画像として好適になるように該第2の画素信号を補正する第2の信号処理を行うか否かが判定され、
前記第1の読み出し処理、前記第1の信号処理、および前記第2の読み出し処理は、周期的に行われるリセットの1周期内に行われる、
撮像素子である。
The first aspect of the present invention is
An imaging element having a plurality of pixels,
The accumulated charges of the plurality of pixels are periodically reset;
In at least a portion of the plurality of pixels,
performing a first readout process for reading out accumulated charges due to the first exposure;
performing a first signal process to detect whether or not an event has occurred based on a first pixel signal read out by the first readout process;
a determination is made according to a result of the first signal processing as to whether or not to perform a second readout process for reading out accumulated charges due to a second exposure and a second signal processing for correcting a second pixel signal read out by the second readout process so that the second pixel signal is suitable as an image ;
the first readout process, the first signal processing, and the second readout process are performed within one period of a reset that is performed periodically;
It is an image sensor.
本発明の第二の態様は、
光電変換部と、前記光電変換部に蓄積された電荷を読み出す読出し部と、前記光電変換部をリセットするリセット部と、をそれぞれ含む複数の画素と、前記複数の画素から出力される画素信号に対して信号処理を行う信号処理部と、を備える撮像素子の制御方法であって、
前記複数の画素において、前記光電変換部のリセットを周期的に行うステップと、
第1の露光による蓄積電荷を読み出す第1の読み出し処理を行うステップと、
前記第1の読み出し処理により読み出される第1の画素信号に基づき、イベント発生の有無を検知する第1の信号処理を行うステップと、
前記第1の信号処理の結果に応じて、第2の露光による蓄積電荷を読み出す第2の読み出し処理、および、第2の読み出し処理により読み出される第2の画素信号が画像として好適になるように該第2の画素信号を補正する第2の信号処理を行うか否かを判定するステップと、
を含み、
前記第1の読み出し処理、前記第1の信号処理、および前記第2の読み出し処理は、周期的に行われるリセットの1周期内に行われる、
撮像素子の制御方法である。
A second aspect of the present invention is
A method for controlling an image sensor including a plurality of pixels each including a photoelectric conversion unit, a readout unit that reads out charges accumulated in the photoelectric conversion unit, and a reset unit that resets the photoelectric conversion unit, and a signal processing unit that performs signal processing on pixel signals output from the plurality of pixels, comprising:
periodically resetting the photoelectric conversion units in the plurality of pixels;
performing a first readout process for reading out accumulated charges due to a first exposure;
performing a first signal processing step of detecting whether or not an event has occurred based on a first pixel signal read out by the first readout processing;
a step of determining whether or not to perform a second readout process for reading out accumulated charges due to a second exposure and a second signal process for correcting a second pixel signal read out by the second readout process so that the second pixel signal is suitable as an image , according to a result of the first signal processing;
Including,
the first readout process, the first signal processing, and the second readout process are performed within one period of a reset that is performed periodically;
This is a method for controlling an image sensor.
本発明によれば、イベントが発生したときの画像を簡易かつ迅速に取得できる。 The present invention makes it possible to easily and quickly obtain images when an event occurs.
以下、図面を用いて、本発明の実施形態について説明する。ただし、本発明は、これらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内での種々の変形、変更が可能である。 The following describes embodiments of the present invention with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications and variations are possible within the scope of the gist of the present invention.
(第1の実施形態)
図1Aは、本発明の一実施形態にかかる撮像装置が備える撮像素子100の構成を説明する模式図である。撮像素子100は、光電変換部110、リセット部120、信号読出し部130、信号処理部140、信号出力部150を備える。信号読出し部130は、アンプ131および画素選択部132を有する。図1Aにおいて、200は入射光、201は電荷信号、202は光検出信号、203は信号処理済み画素出力、204は画像出力信号、205はフォトダイオード電荷リセット信号である。
(First embodiment)
Fig. 1A is a schematic diagram illustrating the configuration of an
本実施形態では、光電変換部110の周期的な電荷リセット処理を行う。そして1周期
の間に、信号処理部140は、第1の露光による蓄積電荷を読み出す第1の読み出し処理と、第1の読み出し処理により読み出される第1の画素信号に基づく第1の信号処理を行う。信号処理部140は、さらに、第1の信号処理の結果に応じて、第2の露光による蓄積電荷を読み出す第2の読み出し処理と、第2の読み出し処理により読み出される第2の画素信号に基づく第2の信号処理を行うか否かを判定する。第1の読み出し処理、第1の信号処理、第2の読み出し処理および第2の信号処理は、周期的に行われるリセット処理の1周期内に行われる。
In this embodiment, a periodic charge reset process is performed on the
図1Aにおいて、光電変換部110は、例えば、フォトダイオードにより構成されている。フォトダイオードは、受光した光の強さや時間に応じて電荷を発生して、電荷を蓄積することができる。本明細書中では、フォトダイオードの受光単位を画素と呼ぶ。1つの画素は、光電変換部110、光電変換部110に蓄積された電荷を読み出す信号読出し部130、および光電変換部110をリセットするリセット部120をそれぞれ含む。撮像素子100は、複数の画素が一次元または二次元状に並んでいる構成を有する。光電変換部(フォトダイオード)110で発生した電荷は、信号読出し部130内で電圧信号に変換、転送されて、信号処理部140に出力される。
In FIG. 1A, the
信号読出し部130は、1画素毎に電荷を電圧に変換するアンプ131をそれぞれ備えている。また、各画素のアンプ131からの出力は、画素選択部132に接続され出力される。信号読出し部130は、制御回路(不図示)からの制御信号に基づいて駆動される。
The
信号処理部140は、複数の画素から出力される画素信号に対して信号処理を行う。信号処理部140は、第1に、各画素からの信号を基にしてイベント発生の検出を行う機能(第1の信号処理機能)と、第2に、各画素からの信号を受け取った信号を補正して、信号出力部150に信号出力する機能(第2の信号処理機能)を有している。信号処理部140の詳細な動作については、図2と図3を用いて説明する。
The
信号出力部150は、信号処理部140から受け取ったすべての画素からの信号を一括して、外部に出力する。本明細書中では、この全画素の情報が含まれた出力信号を画像信号と呼び、1組の画像信号をフレームと呼ぶ。画像信号は、撮像素子100の外部において、撮像した1フレーム分の画像を修正したり、表示させたり、記録させたりするために使用される。この際に、撮像素子100の外部では、一般的に、信号位置の並べ替えや、明るさや色味の調整を行われる。
The
また、信号出力部150は、フレーム毎の画像出力信号を、通常一定の周波数fout(=1/周期T)で繰り返して出力する。この周波数foutを、フレームレートと呼び、1秒間に何組のフレーム画像が出力されるかを表す指標である。フレームレートの単位としてはfps(frame per second)が使用される。フレームレートの具体的な値は、撮像素子の有する画素数などにより異なるが、数fpsから数百fpsが一般的である。
The
光電変換部110の蓄積電荷は信号読出し部130で読み取られるが、読み取り後に、蓄積電荷を確実に除去しておかないと、画像信号に余計な信号が混入してしまい次の読み出しに係る画像信号の質(画質)が劣化してしまう。そのため、リセット部120により、光電変換部110が有する電荷の除去(光電変換部110の電荷のリセット)を行う。この光電変換部110の電荷リセット処理は、画質の劣化を防ぐために、画素への電荷蓄積を行う前にフレーム周期ですべての画素で実施されることが望ましい。
The accumulated charge in the
図1Aでは、説明を簡単にするため、撮像素子100が1つの画素のみを有する構成を
示しているが、撮像素子100は、図1Bに示すように、複数の画素、および複数の画素の光検出信号を転送する信号転送部133を備えてもよい。信号転送部133は、光検出信号を読出して転送する手段であり、CMOSセンサでの転送方式が用いられる。具体的には、撮像素子100には、複数の画素が二次元に配置され、行(横)方向に信号転送部133が画素毎に配置されており、列(縦)方向に、画素選択部132により信号転送部133が共通化されている構成で用いられる。信号転送部133は信号処理部140に接続されており、画素選択部132で選択された画素からの出力信号が、信号転送部133を経由して、信号処理部140に伝達される。時系列に沿って、複数の画素を順次選択することで、共通の信号転送部133を用いて、複数の画素からの信号を順次取り出すことができる。
In FIG. 1A, for the sake of simplicity, the
図4Aおよび図4Dを参照して、光電変換部110と信号読出し部130の具体的な構成例を説明する。図4Aでは、簡単のために1つの画素101しか示していないが、実際には図4Dに示すように、1つの転送信号線441に対して複数の画素101が設けられる。また、図4Dは画素列1列分の構成を示しており、撮像素子100は図4Dに示す構成を複数列分有する。なお、本明細書中で記載したトランジスタは、すべてMOSトランジスタである。
A specific example of the configuration of the
図4Aでは、光電変換部110として、フォトダイオード401が用いられ、カソード側の端子がGNDに接続されている。リセット部120として、正電源電圧VDDとフォトダイオード401の間に、リセットトランジスタ431が配置されている。電荷-電圧変換アンプ131として、正電源VDDと負電源VSS間に、駆動トランジスタ411と負荷トランジスタ412が直列に配置されている。駆動トランジスタ411のゲート入力GATEには、フォトダイオード401が接続されている。正電源電圧VDD、駆動トランジスタ411、負荷トランジスタ412、負電源VSSはソースフォロワーアンプ410を構成する。ソースフォロワーアンプ410は、高い入力インピーダンスと、低い出力インピーダンスを持ち、入力側の素子に蓄積された電荷を、電圧に変換して、後段の回路に伝えるバッファアンプとして働く。
In FIG. 4A, a
画素選択部132として選択トランジスタ420が用いられ、駆動トランジスタ411と負荷トランジスタ412の間に配置されている。選択トランジスタ420をONにすることにより、正電源VDDから負電源VSS間のソースフォロワーアンプが動作して、VOUTが発生する。信号転送部133は、転送信号線441であり、ソースフォロワーアンプのVOUT端子に接続されている。図4Dに示されるように、この信号転送部133を共通としている画素101のVOUT端子はすべて同じ転送信号線441に接続されている。同じ転送信号線441に接続されている複数の画素について、同時には、いずれか1つの画素の選択トランジスタ420しか選択されない。選択するトランジスタを順次切り替えることで、それぞれの画素から出力を時系列的にすべて読み出すことができる。なお、ソースフォロワーアンプが有する負荷トランジスタ412は、各画素で備える必要はなく、転送信号線441の1本につき、1つ配置されるのみでよい。また、撮像素子は、図4Dに示す画素列および転送信号線441を複数有してしてもよい。
A
リセット部120は、正電源VDDとフォトダイオード401の間に配置された、リセットトランジスタ431により構成される。露光を開始する前に、リセットトランジスタ431をONすることで、フォトダイオード401に蓄積された電荷を除去することができる。
The
図4Bを用いて、光電変換部110および信号読出し部130の他の構成例を説明する。図4Bは、図4Aで示した構成に、拡散容量FD402とFD転送トランジスタ421が追加されている構成である。拡散容量FD402は、駆動トランジスタ411のゲート
入力GATEと、GND端子の間に配置されている。さらに、選択トランジスタ420は、フォトダイオード401のカソード端子と、駆動トランジスタ411のゲート入力GATE間の配線部に、挿入されている。図4Bの構成では、FD転送トランジスタ421は、通常は露光時にはOFFされており、露光終了時に、ONされて、フォトダイオード401に蓄積した電荷を拡散容量FD402に転送することで、駆動トランジスタ411で電圧信号に変換することができる。
Another example of the configuration of the
また、図4Bでは、リセットトランジスタ431が配置される位置が図4Aと異なり、正電源VDDと駆動トランジスタ411のゲート入力GATEの間に配置されている。そのため、リセットトランジスタ431をONにすることで、フォトダイオード401の蓄積電荷と、拡散容量FD402に蓄積された電荷をリセットすることができる。
In addition, in FIG. 4B, the position where the
図4Cを用いて、更に別の構成について説明を行う。図4Cは、全画素一括転送を行うことができるグローバル電子シャッター(GS)機能を有する画素の構成例である。本構成は、図4Bの構成に加えて、1つの保持容量部403と、2つのトランジスタ(第2のリセットトランジスタ432と、GS転送トランジスタ422)が追加された構成である。なお、説明のため、図4Cと図4Bでは、リセットトランジスタ431の位置を変更している。
Another configuration will be described with reference to FIG. 4C. FIG. 4C shows an example of a pixel configuration having a global electronic shutter (GS) function that can transfer all pixels at once. In addition to the configuration of FIG. 4B, this configuration adds one
GS転送トランジスタ422は、ON状態となった時に、フォトダイオード401に蓄積された電荷を保持容量部403に転送する。FD転送トランジスタ421はON状態の時に、保持容量部403の電荷をFD容量部402に転送する。また、リセットトランジスタ431をONにすることで、フォトダイオード401の蓄積電荷をリセットすることができる。
When the
次に、図2を用いて、本実施形態における撮像素子100で実施される処理フローを説明する。以下の処理は、制御回路からの制御信号に基づいて行われるが、説明の簡単にするため制御回路および制御信号についての言及は省略する。また、説明を簡単にするために、画素1つ分に関して、処理フローを説明する。
Next, the processing flow performed by the
図2の処理は、ステップ300において撮像指示を受け付けることによって開始する。ステップ310において、リセット部120が駆動されて、光電変換部110に蓄積されている電荷をリセットする。ここで、蓄積電荷がリセットされたフォトダイオード110は、受光を開始して、電荷の蓄積を開始する。蓄積電荷をリセットしてから、所定の第1の時間T1が経過すると、ステップ320の画素信号読み出し処理が行われる。
The process in FIG. 2 begins by receiving an image capture instruction in
ステップ320では、信号読出し部130により、画素の蓄積電荷に対応した第1の画素信号が読み出される(第1の読み出し処理)。本明細書中では、受光を開始して、画素信号を読み出すまでの期間を、露光期間と呼ぶ。なお、ステップ320の画素出力の読み出しが完了するとすぐに、画素は、再度受光を開始する。つまり、本実施形態では、第1の読み出し処理により、露光がごく短い時間一旦停止するが、後述する第1の信号処理の期間も、露光が継続して行われている。これにより、取得する画像情報が、第1の信号処理により、寸断されることがなくなり、よりリアルタイム性の高い画像情報を取得することができることになる。
In
ステップ330では、信号処理部140が、ステップ320において同時期に読み出された画素出力信号に基づいて、イベント発生の有無を検知する(第1の信号処理)。信号処理部140は、画像中の動被写体が所定の条件を満たしたときにイベントが発生したと判定する。所定の条件の例として、動被写体が急に止まる、静止被写体が急に動き出す、被写体が許容されるあるいは想定される動きとは異なる動きをする、といった条件を挙げ
られる。
In
ステップ340において、信号処理部140は、イベント発生が検知されたか否かによって処理を分岐させる。
In
イベントが検知された場合(340-YES)には、処理はステップ350に進む。ステップ350において、ステップ320から所定の第2の時間T2が経過後に、信号読出し部130により、画素の蓄積電荷に対応した第2の画素信号が読み出される(第2の読み出し)。この第2の読み出しの期間で、第1の読み出しタイミングから第2の読み出しタイミングまでの時間T2期間の間に露光(蓄積)された信号が取り出される。ステップ360において、信号処理部140は、第2の画素信号を補正する(第2の信号処理)。ステップ370において、信号処理部140は、補正されたフレーム画像を出力する。
If an event is detected (340-YES), the process proceeds to step 350. In
一方、イベントが検知されなかった場合(340-NO)には、処理はステップ371に進む。ステップ371では、信号読出し部130による第2の読み出しおよび信号処理部140による第2の信号処理は行われない。更に、信号出力部150が有している無効フレーム画像生成部151において無効なフレーム画像を生成して、外部に出力する。ここで、「無効なフレーム画像」とは、第2の読み出しを行ったと仮定した場合に得られる第2の信号と異なる情報であればよく、最も簡易的には意味のないデータである。意味の無いデータの一例として、全ての画素値が0値やその他の特定値で埋められた画像や、特定パターンを有する画像などを挙げられる。また、無効なフレーム画像を出力する形態として、更新時間が長い(コマ落ちの)全体の画像を出力する形態や、第1の読み出しで取得した粗い画像などを出力する形態を採用することもできる。
On the other hand, if no event is detected (340-NO), the process proceeds to step 371. In
ステップ380では、次のフレームの撮影を行うかどうかが判定され、撮影が行われる場合には、ステップ310に戻り、次のフレームの撮影が行われない場合は、撮影を終了する(390)。
In
繰り返し撮影を行う場合には、各画素においてリセット部120による光電変換部110の蓄積電荷のリセット処理(ステップ310)が所定の周期で設定され、その周波数はフレームレートと一致している。一方、信号出力部150から画像信号を出力(ステップ370および371)する周波数も、フレームレートと一致するように設定されている。なお、リセットの周期はそれぞれの画素で同じであるが、リセットのタイミングは全画素で同じであってもよいし、画素ごとあるいは画素行ごとに異なっていてもよい。
When repeated shooting is performed, the reset process (step 310) of the accumulated charge in the
本明細書中では、露光と読出し動作を合わせて撮像と呼び、第1の露光と第1の読出しを合わせて第1の撮像と呼び、第2の露光と第2の読出しを合わせて第2の撮像と呼ぶこととする。第1の撮像は、イベント検知用の画素情報を取得するための撮像(露光および読み出し)と呼ぶことができ、第2の撮像は、出力画像生成用の画素情報を取得するための撮像(露光および読み出し)と呼ぶことができる。また、第1の撮像で得られた画素データのまとまりを、第1のサブフレーム画素データと呼び、第2の撮像で得られた画素データのまとまりを、第2のサブフレーム画素データと呼ぶ。 In this specification, the exposure and readout operations are collectively referred to as imaging, the first exposure and first readout are collectively referred to as first imaging, and the second exposure and second readout are collectively referred to as second imaging. The first imaging can be referred to as imaging (exposure and readout) for acquiring pixel information for event detection, and the second imaging can be referred to as imaging (exposure and readout) for acquiring pixel information for generating an output image. In addition, the set of pixel data obtained in the first imaging is referred to as first subframe pixel data, and the set of pixel data obtained in the second imaging is referred to as second subframe pixel data.
図3を用いて、本実施形態にかかる撮像素子100の動作タイミングを説明する。説明を簡単にするために、画素1つ分に関して、タイミングチャートを説明する。
The operation timing of the
まず、光電変換部110の蓄積電荷を一定の状態にするために、図3の(a)で示すように、フォトダイオード電荷リセット信号205を生成する。このフォトダイオード電荷リセット信号205は、一定周期で繰り返す信号であり、前述したように、フレームの周期と同じ周期で、全画素のリセットを周期的に行っている。
First, in order to keep the accumulated charge in the
リセットを行う1周期の中で、まず、各画素において第1の撮像(第1の露光および第1の読み出し)が行われる。 During one reset cycle, the first image capture (first exposure and first readout) is performed at each pixel.
図3の(b)で示すように、リセットが行われた画素の光電変換部110は、光を受光して電荷の蓄積を開始する(露光期間の開始)。この露光期間は、次の第1の読み出し信号が発生するまで続く。
As shown in FIG. 3B, the
図3の(c)で示すように、第1の読み出し信号が信号読出し部130に入力されると、信号読出し部130は、蓄積していた電荷を光電変換部110から読み出す。読み出された信号を第1の画素信号と呼ぶ。この時の動作は、撮像素子100の構成が図4Aから図4Cのいずれであるかに応じて詳細は異なるが、最終的には電荷信号が電圧信号として出力されることに変わりはない。
As shown in FIG. 3C, when the first readout signal is input to the
図3の(d)で示すように、第1の読み出し処理で読み出された第1の画素信号に対して、信号処理部140がイベント検知の信号処理(第1の信号処理)を行う。この信号処理の開始と同時に、図3の(f)で示すように、光電変換部110は第2の露光期間が開始され、第2の読み出し信号が生成(図3の(g))されるまで、露光期間は続く。
As shown in (d) of FIG. 3, the
図3の(e)は第1の信号処理の結果を表し、イベントが検知されたか否か(340-YESか340-NO)に応じた信号が出力される。本実施形態では、、イベントが検知された場合はハイレベルの信号が出力され、イベントが検知されない場合にはローレベルの信号が出力される。 (e) in FIG. 3 shows the result of the first signal processing, in which a signal is output according to whether an event has been detected or not (340-YES or 340-NO). In this embodiment, if an event has been detected, a high level signal is output, and if no event has been detected, a low level signal is output.
第1の信号処理の結果に応じて、信号処理部140は、第2の露光に係る蓄積電荷を読み出す第2の読み出し処理と、第2の読み出し処理により読み出される第2の画素信号に基づく第2の信号処理を行うか否かを判定する。具体的には、信号処理部140は、第1の信号処理において所定のイベント発生が検知された場合(340-YES)には、第2の読み出し処理と第2の信号処理を行うと判定する。一方、第1の信号処理において所定のイベントの発生が検知されない場合(340-NO)には、信号処理部140は、第2の読み出し処理と第2の信号処理を行わないと判定する。第2の読み出し処理と第2の信号処理を行わない場合、信号出力部150が有している無効フレーム画像生成部151は、無効な画像信号を生成して、信号出力部150から無効フレーム画像信号(図3(i)のDUM DATA)を出力する。以下、第2の読み出し処理と第2の信号処理を行う場
合について説明する。
Depending on the result of the first signal processing, the
図3の(g)で示すように、所定のイベントの発生が検知された場合(340-YES)、第2の読み出し信号が信号読出し部130に入力されると、信号読出し部130は、蓄積していた電荷を光電変換部110から読み出す第2の読み出し処理を行う。読み出された信号を第2の画素信号と呼ぶ。図3の(h)に示すように、信号処理部140は、第2の画素信号が画像として好適になるようにする補正(調整)処理(第2の信号処理)を施す。第2の信号処理は、撮像素子100からの出力用の画像信号を、第2の画素信号に基づいて生成する処理である。図3の(i)において、調整された画像信号は、信号出力部150から1枚の画像出力として外部に出力される(図3(h)のOUT DATA部
)。
As shown in (g) of FIG. 3, when the occurrence of a predetermined event is detected (340-YES), the second readout signal is input to the
図3で示したように、画像信号が出力される周期Tと、リセット信号の周期Tが一致している。なお、図3で示したように、第2の読出しが終わっていれば、画素情報自体は取得済みなので、第2の信号処理や画像出力の途中でも、リセット信号を発生させることができる。これにより、無駄な時間を減らして、画像を出力する周期Tを最短にすることが
できる。
As shown in Fig. 3, the period T for outputting the image signal and the period T for the reset signal are the same. As shown in Fig. 3, once the second readout is complete, the pixel information itself has already been acquired, so the reset signal can be generated even during the second signal processing or image output. This reduces wasted time and makes it possible to minimize the period T for outputting the image.
本実施形態において、信号処理部140が検出する所定のイベントの例として、静止被写体が動き始めたこと、および、動被写体が急に静止したこと、を挙げられる。
In this embodiment, examples of predetermined events detected by the
動被写体の検出をイベントとして検出する撮像素子は、不審者あるいは侵入者の監視用途に利用できる。すなわち、第1の読み出し処理および第1の信号処理(イベント検知処理)によって不審者や侵入者など動被写体を検知した場合のみ、第2の読み出し処理および第2の信号処理を行って動被写体検知した際の瞬間の画像を出力することができる。 An image sensor that detects the detection of a moving subject as an event can be used to monitor suspicious individuals or intruders. In other words, only when a moving subject such as a suspicious individual or intruder is detected by the first readout process and the first signal processing (event detection process), a second readout process and a second signal processing are performed to output an image of the moment when the moving subject is detected.
また、動被写体が急激に止まったこととイベントとして検出する撮像素子は、交通監視用途に利用できる。すなわち、例えば交通事故により車が急に止まった状態を検知して、検知した際の瞬間の画像を出力することができる。 In addition, an image sensor that detects the sudden stopping of a moving subject as an event can be used for traffic monitoring. For example, it can detect when a car suddenly stops due to a traffic accident and output an image of the exact moment that this is detected.
イベント発生の検知は、例えば、少し前(所定フレーム前)に取得した画素データを記憶しておき、新たに取得した画素データとの間の変化に基づいて容易に検知することができる。本実施形態のイベント検知機能は上記の機能、方式に限らず、撮影により得られる情報に基づく検知であればその他の機能、方式を採用可能である。本実施形態によれば、具体的なイベント検知機能の内容にかかわらず、イベントを撮像素子100のみで自動で検知して、イベントが起こった瞬間の画像をタイムリーに出力することができる。また、イベントの発生を検知して、その瞬間だけの画像を出力する構成としてもよい。あるいは、イベントの発生が検知された場合に、所定のフレーム期間継続して第2の読み出し処理および第2の信号処理を行い、画像出力を行う構成としてもよい。画像出力を所定のフレーム期間の間継続することにより、イベントの発生後の状況の撮影を継続できる。
For example, the occurrence of an event can be easily detected based on the change between pixel data acquired a short time ago (a predetermined number of frames ago) and the newly acquired pixel data. The event detection function of this embodiment is not limited to the above functions and methods, and other functions and methods can be adopted as long as the detection is based on information obtained by shooting. According to this embodiment, regardless of the specific content of the event detection function, the event can be automatically detected only by the
尚、図3では、1フレーム期間中に行われるリセットが、全画素を同時にリセットするための1回のみであるとして説明している。しかしながら、本発明はこのような形態に限られず、第1の読み出し完了から露光開始までの間に、サブリセットが1回または複数回行われる構成であってもよい。本明細書では、第1の露光を開始する前に行われるリセット部120の駆動をリセット(または、メインのリセット)と呼び、第2の露光を開始する前に行われるリセット部120の駆動をサブリセットと呼び、両者を明確に分離した動作あるいは処理と捉える。
Note that FIG. 3 illustrates a reset performed only once during one frame period to simultaneously reset all pixels. However, the present invention is not limited to this configuration, and a sub-reset may be performed one or more times between the completion of the first readout and the start of exposure. In this specification, the driving of the
また、リセット周期は全ての画素で同じであるが、リセットが行われるタイミングは、全画素で同時であってもよい(グローバルシャッター方式)し、画素行ごとに異なってもよい(ローリングシャッター方式)。 The reset period is the same for all pixels, but the timing of the reset may be simultaneous for all pixels (global shutter method) or different for each pixel row (rolling shutter method).
以上のように、本実施形態では、光電変換部110の周期的な電荷リセット処理を行う間隔に、信号読出し部130から第1の信号を読み出し、信号処理部140において第1の信号処理を行う。そして、第1の信号処理の結果を元にして、第2の信号読み出しの実施の有無を判定する。そのため、本実施形態によると、外部で負荷の高い信号処理や画像転送を行うことなく、イベントが発生した際の画像を遅延なく取得することができる撮影素子を提供することができる。
As described above, in this embodiment, at intervals when the
尚、図2と図3についての説明では、説明を簡単にするために、画素1つ分に関してのみ説明を行った。撮像素子が複数の画素を有する場合は、信号転送部133が画素数分だけ備えられている構成であれば、図2と図3の説明とほぼ同じ動作を行うことができる。但し、多くの場合は、信号転送部133が複数の画素で、兼用されているため、読出し時にタイミングを少しずつずらして、読出しが行われる。
In the explanation of Figures 2 and 3, for simplicity, only one pixel is explained. If the image sensor has multiple pixels, so long as there are as many
また、本実施形態においては、第1の読み出し処理、第1の信号処理、第2の読み出し処理、および第2の信号処理が、周期的なリセットの1周期内に行われているが、これに限定されない。例えば、第1の読み出し処理、第1の信号処理、および第2の読み出し処理をリセットの1周期内に行い、第2の信号処理は次の周期あるいは次以降の周期に行うようにしてもよい。 In addition, in this embodiment, the first readout process, the first signal processing, the second readout process, and the second signal processing are performed within one periodic reset cycle, but this is not limited to this. For example, the first readout process, the first signal processing, and the second readout process may be performed within one reset cycle, and the second signal processing may be performed in the next cycle or the cycle after the next cycle.
また、本実施形態においては、信号処理部140が信号処理(第1の信号処理)のイベント検知の結果(340-YES、340-NO)を受けて、第2の読み出しや、第2の信号処理を行わない構成で説明した。しかし、本発明はこれに限らない。340-NOの判定時においても、第2の読み出しを行う構成や第2の信号処理を行う構成を採用すると余計な消費電力が発生するが、消費電力の上昇が実用上問題ない場合は、これらの構成を採用しても構わない。この場合、信号出力部150が無効フレーム画像生成部151を有しているので、本発明と同様の動作を行うことができる。
In addition, in this embodiment, the
図4Aまたは図4Bで説明した回路構成を採用すると、図5で表すようにタイミングを模式的に記載することができる。図5において、501はリセット信号(メイン)、502は第1の露光期間、503は第2の露光期間である。図5では、図面を簡単にするために、8画素分のタイミングのみを模式的に示している。また、図面のスペースの関係で、501、502、503のみを記載しているが、図3で示した他の信号も、同様に少しずつずれたタイミングで動作している。ここで、Tread1は、第1の読み出し期間であり、Tcal1は第1の信号処理に必要となる期間を表している。このような構成を採用することにより、第1の読み出しが露光に影響する度合いを最小限にすることができ、露光期間を長くできる。また、第1の信号処理の期間も、第2の露光を継続しているので、露光を停止する必要がない。また、図4Cで説明した回路構成を採用すると、全ての画素でのリセットタイミングすなわち露光タイミングを同じにできる。 When the circuit configuration described in FIG. 4A or FIG. 4B is adopted, the timing can be described as shown in FIG. 5. In FIG. 5, 501 is a reset signal (main), 502 is a first exposure period, and 503 is a second exposure period. In FIG. 5, in order to simplify the drawing, only the timing for 8 pixels is shown. Also, due to space in the drawing, only 501, 502, and 503 are shown, but the other signals shown in FIG. 3 also operate at slightly shifted timings. Here, Tread1 is the first readout period, and Tcal1 represents the period required for the first signal processing. By adopting such a configuration, the degree to which the first readout affects the exposure can be minimized, and the exposure period can be extended. Also, since the second exposure continues during the first signal processing period, there is no need to stop the exposure. Also, when the circuit configuration described in FIG. 4C is adopted, the reset timing, i.e., the exposure timing, can be made the same for all pixels.
また、図1Bでは、信号転送部133を直接信号処理部140に接続していたが、図1Cで示すように、信号転送部133と信号処理部140の間に、デジタル信号変換部134を備える構成にすることもできる。デジタル信号変換部134は、各画素のアンプ131からのアナログ出力信号を、デジタル信号207に変換することができる。これにより、デジタル信号を直接信号処理部140に入力することができ、デジタル信号を用いての信号処理が容易にできる。
In addition, in FIG. 1B, the
また、本実施形態では、信号処理部140および信号出力部150を撮像素子100の内部に設けているが、信号処理部140および信号出力部150を撮像素子100の外部に設けても構わない。
In addition, in this embodiment, the
また、図1Dで示すように、各画素の信号読出し部130が、アンプ131の出力信号をデジタル化するデジタル信号変換部134を備えており、信号転送部133にデジタル信号207を伝達する構成をとることができる。
Also, as shown in FIG. 1D, the
更に、図1Eで示すように、信号転送部133と信号処理部140の間に、増幅アンプ135を配置して、画素信号を増幅した信号208にして伝達することで、SNを向上させる構成にも同様に用いることができる。
Furthermore, as shown in FIG. 1E, an
(第2の実施形態)
第2の実施形態は、第1の実施形態と比較して、第1の撮像で得た画素信号(画像情報)も用いて信号出力部150から画像出力を行う点が異なり、それ以外は第1の実施形態と同じである。以下、第1の実施形態と異なる点を主に説明する。
Second Embodiment
The second embodiment is different from the first embodiment in that an image is output from the
図6は、本実施形態の動作を説明するためのフロー図である。本実施形態の動作は、ステップ360の内容が変更されている以外は、第1の実施形態の動作(図2)の動作と同様である。図6において、点線321は第1の撮像によって得られた画素信号の流れ、点線322は第2の撮像によって得られた画素信号の流れを示す。
Figure 6 is a flow diagram for explaining the operation of this embodiment. The operation of this embodiment is similar to that of the first embodiment (Figure 2) except that the content of
本実施形態では、第2の読み出し処理(ステップ350)の後の画素信号の調整処理(ステップ365)において、第2の撮像時の画素信号322に加えて、イベントの判定を行う第1の撮像時の画素信号も用いて、信号出力部150から画像出力を行う。具体的には、図6で示すように、ステップ365において、信号処理部140は、第1の読み出し(ステップ320)による画素信号321と、第2の読み出し(ステップ350)による画素信号322に基づいて、フレーム画像を生成する。フレーム画像は、例えば、画素信号321と画素信号322を合成することによって生成される。ステップ370では、信号処理部140は、生成されたフレーム画像を出力する。
In this embodiment, in the pixel signal adjustment process (step 365) after the second readout process (step 350), in addition to the
本実施形態では、イベントの検知に用いる第1の読み出しにより得られる画素信号も、フレーム画像の生成に用いるため、イベント検知を行っても、撮影の合計の露光時間はほとんど減少しない。したがって、本実施形態によれば、第1の実施形態の効果が得られるとともに、より画質なフレーム画像を出力することができる。 In this embodiment, the pixel signal obtained by the first readout used for event detection is also used to generate the frame image, so even if event detection is performed, the total exposure time for shooting is hardly reduced. Therefore, according to this embodiment, the effects of the first embodiment can be obtained, and a frame image with higher image quality can be output.
(第3の実施形態)
第3の実施形態は、第1の実施形態と比較して、一部の画素についてのみ第1の読み出しを行う点で異なり、それ以外は第1の実施形態と同じである。なお、本実施形態は第2の実施形態と組み合わせて実施してもよい。
Third Embodiment
The third embodiment differs from the first embodiment in that the first readout is performed only for some pixels, and is otherwise the same as the first embodiment. Note that this embodiment may be implemented in combination with the second embodiment.
本実施形態は、複数の画素600が、第1の画素群と第2の画素群に分かれており、第1の撮像は、第1の画素群のみで行う。以下では、第1の画素群に属する画素のことを第1の画素とも称し、第2の画素群に属する画素のことを第2の画素とも称する。
In this embodiment, the
図7Aは、本実施形態の画素の構成例を説明するための模式図である。図7Aに示すように、撮像素子には、第1の画素群601と第2の画素群602が、行(横方向)単位で配置される。すなわち、第1の画素と第2の画素が1行おきに配置され、列方向に見ると第1の画素と第2の画素が交互に配置されている。
Fig. 7A is a schematic diagram for explaining an example of the pixel configuration of this embodiment. As shown in Fig. 7A, a
本実施形態の動作は第1の実施形態(図2)と基本的に同じである。しかしながら、ステップ320の第1の読み出し処理において、第1の画素群601に属する画素のみを対象に行われ、第2の画素群602に属する画素からの読み出しは行われない。ステップ330のイベント発生検知処理は、第1の画素群601から得られる画素信号に基づいて行われる。イベント発生が検知された後のステップ350以降の処理は、第1の画素群601と第2の画素群602の両方を対象に行われる。
The operation of this embodiment is basically the same as that of the first embodiment (Figure 2). However, in the first readout process of
このように本実施形態によれば、イベント検知のために、すべての画素信号を読み出すのではなく、一部の画素のみを間引いて読み取るので、画素信号の転送時間を短くできる。したがって、イベント検知の実施に伴う、第2の撮像時の露光時間の低減を最小限に抑えることができる。また、イベント検知処理(第1の信号処理)で使用する画素数が限定されているので、信号処理の負荷を最小限にでき、小型化や消費電力の低減などを行うことができる。 As described above, according to this embodiment, since all pixel signals are not read out for event detection, but only a portion of the pixels are thinned out and read out, the transfer time of the pixel signals can be shortened. Therefore, the reduction in exposure time during the second image capture associated with the implementation of event detection can be minimized. In addition, since the number of pixels used in the event detection process (first signal processing) is limited, the load of the signal processing can be minimized, and it is possible to achieve miniaturization and reduced power consumption.
さらに、第1の画素群601に属する画素が、画面の全体的に散りばめられているので、画面の全体にわたりイベント検知することができる。ここで、イベントの検知では、間引きを行った画素信号でも十分な情報を得られる場合が多いため、本実施形態は広く適用
が可能である。第1の画素群601に属する画素の数は、第2の画素群602に属する画素の数より少ないことが望ましい。また、処理の負荷と検出効率を考慮すると、全体の画素数に対する第1の画素群601に属する画素数の割合は、数十パーセント程度から数パーセント程度が望ましい。
Furthermore, since the pixels belonging to the
また、第1の画素に対して第1の撮像および第2の撮像を行うための制御線の追加が必要になるが、1行全体を第1の画素としているので、第1の画素の数に対する制御線の数を最小限にできる。 In addition, it is necessary to add control lines to perform the first and second imaging for the first pixels, but since an entire row is made up of first pixels, the number of control lines relative to the number of first pixels can be minimized.
以上のように、本実施形態に係わる撮像素子は、第1の読み出し処理および第1の信号処理を第1の画素群のみで行うことで、信号処理や転送処理負荷を低減することができ、効率よくイベントを検知することができる。 As described above, the image sensor according to this embodiment performs the first readout process and the first signal processing only in the first pixel group, thereby reducing the load of signal processing and transfer processing and enabling efficient event detection.
なお、図7Aの画素配置は一例に過ぎない。例えば、図7Bに示すように、第1の画素群601の画素をドット状に配置することもできる。これにより、画素の制御線は増加してしまうが、第1の読み出し処理で読み出す画素データの数をより抑えることができる。したがって、消費電力をより低減し、よりイベント検知にかかる時間が短い撮像素子を構成できる。図7Bは、第1の画素をドット状に1つずつ分離して配置する構成を示しているが、第1の画素をタイル状に複数まとめて配置する構成を採用してもよい。また、第1の画素は格子状に配列する必要はなく、任意の位置に配置されてもよい。図7Cは、第1の画素をタイル状に、かつ、非周期的な間隔で配置した構成を示す。本実施形態で採用可能な画素配置は、以上の例示に限定されず、任意であってよい。
Note that the pixel arrangement in FIG. 7A is only one example. For example, as shown in FIG. 7B, the pixels of the
(第4の実施形態)
第4の実施形態は、第3の実施形態と比較して、第2の画素群に対する第2の読み出し処理が異なり、それ以外は第3の実施形態と同じである。以下、第3の実施形態と異なる点を主に説明する。
(Fourth embodiment)
The fourth embodiment is different from the third embodiment in the second readout process for the second pixel group, but is otherwise the same as the third embodiment. The following mainly describes the differences from the third embodiment.
本実施形態にかかる撮像素子は、第3の実施形態と同様に、第1の画素群と第2の画素群を含む。そして、本実施形態では、第1の画素群に含まれる画素が第1の撮像を行っている期間に、第2の画素群に含まれる画素が第2の撮像における露光を開始する。 The image sensor according to this embodiment includes a first pixel group and a second pixel group, similar to the third embodiment. In this embodiment, during a period in which the pixels included in the first pixel group are performing the first imaging, the pixels included in the second pixel group start exposure for the second imaging.
図8を用いて、第2の画素群の動作タイミングを説明する。なお、第1の画素群に属する画素の動作タイミングは、図3を用いて説明したものと同じであるため説明を省略する。 The operation timing of the second pixel group will be explained using FIG. 8. Note that the operation timing of the pixels belonging to the first pixel group is the same as that explained using FIG. 3, so the explanation will be omitted.
第2の画素群の動作(図8)が、第1の画素群の動作(図3)と異なる点は、図8の(b)から(d)に示すように、第2の画素群に対しては、第1の露光期間、第1の読み出し、第1の信号処理がない点である。本実施形態においては、第1の画素群の第1の露光の開始タイミングと、第2の画素群の第2の露光の開始タイミングが等しく、第1の画素群の第1の露光の露光期間と、第2の画素群の第2の露光の露光期間とが、時間的に重複している。なお、露光開始タイミングを一致させなくても、露光期間を重複させて第2の画素群の第2の露光の露光期間を第3の実施形態も長くすれば、本実施形態の効果は得られる。 The operation of the second pixel group (FIG. 8) differs from the operation of the first pixel group (FIG. 3) in that there is no first exposure period, first readout, or first signal processing for the second pixel group, as shown in (b) to (d) of FIG. 8. In this embodiment, the start timing of the first exposure of the first pixel group and the start timing of the second exposure of the second pixel group are the same, and the exposure period of the first exposure of the first pixel group and the exposure period of the second exposure of the second pixel group overlap in time. Note that the effect of this embodiment can be obtained even if the exposure start timings are not coincident, by overlapping the exposure periods and lengthening the exposure period of the second exposure of the second pixel group as in the third embodiment.
本実施形態において、第2の画素群に属する画素は、図8の(e)に示すように、蓄積電荷のリセット信号の後から第2の読み出し信号までの長い間を、露光期間として用いることができる。これにより、第2の画素群に関しては、イベントの検知を行っても、撮像時の露光時間を短くする必要が無く、第2の画素群の画素でのフレーム画像は、イベント検知による画質への影響を受けることが無くなる。 In this embodiment, the pixels belonging to the second pixel group can use the long period from the reset signal for the accumulated charge to the second readout signal as an exposure period, as shown in FIG. 8(e). This means that for the second pixel group, even if an event is detected, there is no need to shorten the exposure time during image capture, and the image quality of the frame image of the pixels in the second pixel group is not affected by event detection.
本実施形態に係わる撮像素子は、取得画像の画質の劣化を抑えて即時性のあるイベント検知を行うことができる。 The imaging element of this embodiment can detect events in real time while minimizing degradation of the image quality of the captured image.
(第5の実施形態)
第5の実施形態は、第4の実施形態と比較して、フレーム画像生成処理の内容が異なり、それ以外は第4の実施形態と同じである。以下、第4の実施形態と異なる点を主に説明する。
Fifth Embodiment
The fifth embodiment is different from the fourth embodiment in the content of the frame image generation process, but is otherwise the same as the fourth embodiment. The following mainly describes the differences from the fourth embodiment.
本実施形態は、第1の画素から得られる第2の撮像時の画素信号と、第2の画素から得られる第2の撮像時の画素信号を、露光期間の長さの比に基づいて合成(補正)して画素出力データを生成する。 In this embodiment, the pixel signal obtained from the first pixel during the second imaging and the pixel signal obtained from the second pixel during the second imaging are synthesized (corrected) based on the ratio of the lengths of the exposure periods to generate pixel output data.
図9Aを用いて、本実施形態を説明する。本実施形態では、第4の実施形態と同様に、第1の画素群に含まれる画素が第1の撮像を行っている期間に、第2の画素群に含まれる画素が第2の撮像における露光を開始する。したがって、図9Aに示すように、第1の画素群に含まれる画素の第2の撮影時の露光期間の時間長T1と、第2の画素群に含まれる画素の第2の撮影時の露光期間の時間長T2の長さが異なる。具体的には、第1の画素群に含まれる画素は、第1の画素群に含まれる画素に比べて、第1の撮像および第1の信号処理を追加で行うため、第2の撮像時の露光時間が短くなる。そのため、取得した画素信号をそのままフレーム画像に変換すると、第1の画像群に含まれる画素が第2の画素群に含まれる画素と比べて暗くなってしまう。 This embodiment will be described with reference to FIG. 9A. In this embodiment, as in the fourth embodiment, during the period when the pixels included in the first pixel group are performing the first imaging, the pixels included in the second pixel group start exposure in the second imaging. Therefore, as shown in FIG. 9A, the length of the exposure period T1 during the second imaging of the pixels included in the first pixel group is different from the length of the exposure period T2 during the second imaging of the pixels included in the second pixel group. Specifically, the pixels included in the first pixel group perform the first imaging and the first signal processing additionally compared to the pixels included in the first pixel group, so the exposure time during the second imaging is shorter. Therefore, if the acquired pixel signal is converted directly into a frame image, the pixels included in the first image group will be darker than the pixels included in the second pixel group.
この問題を鑑み、本実施形態における信号処理部140は、第2の信号処理として以下の処理を行う。信号処理部140は、まず、第1の画素群の第2の画素信号のそれぞれの画素値に、第2の画素群と第1の画素群の第2の露光時間との比をかけて調整する。そして、信号処理部140は、調整後の第1の画素群の第2の画素信号と、第2の画素群の第2の画素信号とに基づいて、出力用の画像信号を生成する。
In consideration of this problem, the
図9Bは、本実施形態における信号処理部140によるフレーム画像生成処理を説明する図である。本実施形態では、信号処理部140は、第1の画素の第2の撮像による第2の画素信号221に所定のゲインをかけて画素値を大きくする補正部141を有する。所定のゲインは、第1の画素の第2の撮影時の露光期間の時間長T1情報211と、第2の画素の第2の撮影時の露光期間の時間長T2情報212の比(T2/T1)である。第1の画素の画素信号221にゲインT2/T1をかけることで、補正後画素信号231は、画素信号222と同じ明るさを有するようになる。信号処理部140は、補正部141による補正後画素信号231と、第2の画素の第2の撮像による画素信号222と合成して、フレーム画像203を出力する。
9B is a diagram for explaining the frame image generation process by the
このように、第1の画素と第2の画素の明るさをほぼ均一にすることができ、フレーム画像の明るさの変化を最小限に低減することができる。なお、第1の画素の画素信号にゲインをかけることでノイズも増加するが、第1の画素の数は第2の画素の数よりも少なくできるので、第1の画素の画素信号の補正に伴う画質劣化は最小限に抑制できる。 In this way, the brightness of the first pixel and the second pixel can be made almost uniform, and the change in brightness of the frame image can be reduced to a minimum. Note that, although noise also increases by applying a gain to the pixel signal of the first pixel, the number of first pixels can be made smaller than the number of second pixels, so that the degradation of image quality due to the correction of the pixel signal of the first pixel can be kept to a minimum.
以上のように、本実施形態に係わる撮像素子は、取得画像の画質の明るさの変化を最小限に抑えて即時性のあるイベント検知を行うことができる。 As described above, the imaging element of this embodiment can perform immediate event detection by minimizing changes in brightness of the image quality of the captured image.
(第6の実施形態)
第6の実施形態は、第4の実施形態と比較して、イベント検知に用いた第1の画素の第1の撮像での画素信号をフレーム画像生成にも使用する点で異なり、それ以外は第4の実
施形態と同じである。なお、本実施形態は第5の実施形態と組み合わせて実施してもよい。
Sixth Embodiment
The sixth embodiment differs from the fourth embodiment in that a pixel signal in the first imaging of the first pixel used for event detection is also used for generating a frame image, but is otherwise the same as the fourth embodiment. Note that this embodiment may be implemented in combination with the fifth embodiment.
図10は、本実施形態の信号処理部140を説明する模式図である。信号処理部140は、第1の画素群の第1の画素信号220と第2の画素信号221と、第2の画素群の第2の画素信号222を用いて、フレーム画像203を生成する。第1の画素の第1の撮像で得られた第1の画素信号220は、イベント検知に用いた後、信号処理部140の内部メモリに一時記憶される。その後、第1の画素信号220は、加算部142によって、第1の画素の第2の撮影時の第2の画素信号221と合算される。合算後の信号を画素信号232と称する。信号処理部140は、画素信号232を、第2の画素の第2の撮影時の画素信号222と足し合わせて、フレーム画像203を生成する。
FIG. 10 is a schematic diagram illustrating the
本実施形態によれば、第1の画素についてフレーム画像生成に用いられる画素信号の露光時間は、第1の露光時間T0(図3の(b))と第2の露光時間T1(図3の(e))を足し合わせた時間となる。足し合わせた露光時間は、第2の画素の第2の撮影時の露光期間T2(図8の(e))とほぼ同じである。したがって、第1の画素と第2の画素の明るさの差を抑制でき、高品質なフレーム画像が生成できる。また、第5の実施形態のように、画素信号の倍率を変更している訳ではないので、SN比(Siganl to Ratio)の悪化がないため、より良質な画像を出力することができる。 According to this embodiment, the exposure time of the pixel signal used to generate a frame image for the first pixel is the sum of the first exposure time T0 (FIG. 3(b)) and the second exposure time T1 (FIG. 3(e)). The sum of the exposure time is approximately the same as the exposure period T2 (FIG. 8(e)) during the second shooting of the second pixel. Therefore, the difference in brightness between the first pixel and the second pixel can be suppressed, and a high-quality frame image can be generated. In addition, since the magnification of the pixel signal is not changed as in the fifth embodiment, there is no deterioration in the signal-to-noise ratio (SNR), and a better quality image can be output.
よって、本実施形態による撮像素子は、取得画像の画質の劣化を最小限に抑えて即時性のあるイベント検知を行うことができる。 Therefore, the imaging element according to this embodiment can perform immediate event detection while minimizing degradation of the image quality of the captured image.
尚、本実施形態の説明では、画素信号232と画素信号222を単純に合算する形態で説明したが、本発明はこれに限らない。実使用上問題なければ、上述の構成を用いても良いし、より高画質な画素を求めるのであれば、第5の実施形態の構成と組み合わせた構成を採用しても良い。具体的には、信号処理部140は、画素信号220と画素信号221を合算した画素信号232を、第1の画素の第1の露光時間と第2の露光時間の和(T0+T1)と第2の画素の第2の露光時間(T2)の比だけ大きくしてもよい。それにより、イベント検知のための第1の読出し時間分の露光時間の差を補正することができ、より高画質なフレーム画像を出力することができる。
In the description of this embodiment, the
(第7の実施形態)
第7の実施形態は、第1の実施形態と比較して、1周期内に第1の撮像(露光および読み出し)が複数回繰り返し行われる点で異なり、それ以外は第1の実施形態と同じである。なお、本実施形態は、第2から第6の任意の実施形態と組み合わせて実施してもよい。
Seventh Embodiment
The seventh embodiment differs from the first embodiment in that the first imaging (exposure and readout) is repeated multiple times within one period, and is otherwise the same as the first embodiment. Note that this embodiment may be implemented in combination with any of the second to sixth embodiments.
図11は、本実施形態における撮像素子の動作を説明する図である。本実施形態は、図11に示すように、1周期内の第1の撮像期間に、第1の露光および第1の読み出し処理が複数回繰り返し行われる。図11では、第1の撮像期間に3回の露光および読み出しを行っているが、その回数は2回以上であれば特に限定されない。第1の撮像期間に複数回の露光および読み出しを行うことで、複数の第1の画素信号に基づいて、イベント検知処理(第1の信号処理)が行え、被写体の移動状態や移動方向をより正確に把握することが可能になる。具体的には、信号処理部140は、1フレーム内での高速な移動も把握でき、より正確にイベントの検知を行うことができるようになる。
Figure 11 is a diagram illustrating the operation of the image sensor in this embodiment. In this embodiment, as shown in Figure 11, the first exposure and first readout process are repeated multiple times during the first imaging period in one cycle. In Figure 11, three exposures and readouts are performed during the first imaging period, but the number of times is not particularly limited as long as it is two or more. By performing multiple exposures and readouts during the first imaging period, event detection processing (first signal processing) can be performed based on multiple first pixel signals, making it possible to more accurately grasp the moving state and moving direction of the subject. Specifically, the
本実施形態に係わる撮像素子は、外部で負荷の高い信号処理や画像転送を行うことなく、イベント検知をより正確に行うことができ、イベントが発生した際の画像を遅延なく取得することができる撮影素子を提供することができる。 The imaging element of this embodiment can provide an imaging element that can perform event detection more accurately and capture images without delay when an event occurs, without performing external signal processing or image transfer that places a high load on the user.
(第8の実施形態)
第8の実施形態は、撮像素子が積層型センサとして構成される点が第1から第7の実施形態と異なり、それ以外は第1から第7の実施形態と同じである。本実施形態にかかる撮像素子は、光電変換素子を有した基板(第1の基板)とデジタル基板(第2の基板)を、基板厚さ方向に積み重ねた積層タイプのセンサとして構成される
Eighth embodiment
The eighth embodiment is different from the first to seventh embodiments in that the imaging element is configured as a stacked sensor, but is otherwise the same as the first to seventh embodiments. The imaging element according to this embodiment is configured as a stacked type sensor in which a substrate having a photoelectric conversion element (first substrate) and a digital substrate (second substrate) are stacked in the substrate thickness direction.
図12は、本実施形態にかかる撮像素子の構成を説明する図である。本実施形態にかかる撮像素子は、光電変換部110を有した基板651とデジタル基板652が、基板厚さ方向に積み重なっており、基板接合部材653により接続されている構成である。光電変換素子を有した基板651には、光電変換部110や信号読出し部130、画素選択部132、信号転送部133などの画素に近接した回路が搭載されている。一方、デジタル基板652には、デジタル信号変換部134、信号処理部140、メモリなどが搭載されている。これらの2枚の基板を縦方向に接続させることで、各画素からの信号を、効率よくデジタル部に転送することができるので、より小型で性能の高い撮像素子とすることができる。また、基板接合部材653は、ハンダバンプや基板間の直接接合など、一般的な半導体作製プロセスを用いることで容易に実現することができる。
Figure 12 is a diagram illustrating the configuration of the imaging element according to this embodiment. In the imaging element according to this embodiment, a
本実施形態では、積層タイプのセンサを用いているので、大量の画素からの画素信号の信号処理を高速に行うことができるため、よりイベント検知が正確で、高速に行うことができる。 In this embodiment, a stacked type sensor is used, which allows high-speed signal processing of pixel signals from a large number of pixels, resulting in more accurate and faster event detection.
(第9の実施形態)
第9の実施形態は、第1から第8の実施形態に記載の何れかの撮像素子を用いた撮像装置である。
Ninth embodiment
The ninth embodiment is an imaging device using any one of the imaging elements described in the first to eighth embodiments.
図13Aは、本実施形態の撮像装置701を説明する模式図である。撮像装置701は、第1から第8のいずれかの実施形態にかかる撮像素子100と、記録装置702を備える。撮像素子100は画像出力204を記録装置702に出力する。画像出力204は、イベントが発生している場合は有効なフレーム画像であり、イベントが発生していない場合は無効なフレーム画像である。記録装置702は、有効なフレーム画像が入力されると記録し、無効なフレーム画像が入力されると記録を行わない。
Figure 13A is a schematic diagram illustrating an
このように、撮像素子100を用いて撮像装置701を構成することで、被写体のイベントを監視しながら、イベントが発生した瞬間を自動で記録することができる。
In this way, by configuring the
尚、上記の説明では、イベントが発生した瞬間のみを記録する形態を説明したが、イベントが発生してから一定期間の間は、記録する形などでも同様に用いることができる。また、撮像装置701は、イベント検知時の画像を記録装置702に記録する代わりに、あるいはそれに加えて、ネットワークなどを介して、外部に送信する機能などを有してもよい。
In the above description, a form in which only the moment an event occurs has been described, but it can also be used in a similar manner in which it records for a certain period of time after the event occurs. Also, instead of or in addition to recording an image at the time of event detection in the
(第10の実施形態)
第10の実施形態は、第1から第8の実施形態に記載の何れかの撮像素子を用いた監視装置である。
Tenth Embodiment
The tenth embodiment is a monitoring device using any one of the imaging elements described in the first to eighth embodiments.
図13Bは、本実施形態の監視装置800を説明する模式図である。監視装置800は、第1から第8のいずれかの実施形態にかかる撮像素子100と、イベント通知部802を備える。撮像素子100は画像出力204をイベント通知部802に出力する。画像出力204は、イベントが発生している場合は有効なフレーム画像であり、イベントが発生していない場合は無効なフレーム画像である。イベント通知部802は、有効なフレーム
画像が入力されると、イベントが発生したことを報知し、無効なフレーム画像が入力されると報知を行わない。報知の具体的な態様は特に限定されない。例えば、イベント通知部802は、外部の装置に通信によりイベントが発生したことを通知してもよいし、音や光を発生させて周囲の人間にイベントが発生したことを通知してもよい。
FIG. 13B is a schematic diagram for explaining a monitoring device 800 of this embodiment. The monitoring device 800 includes the
例えば、監視装置800は、交差点のような場所を撮影するように設置され、イベントとして交通事故の発生を検知するように構成できる。監視装置800は、交通事故の発生が検知されると、警察への自動通報、交通情報センターへの状況報告を行うように構成できる。また、監視装置800は、周辺にいる車に直接画像を配信してもよい。これにより、現場状況をドライバーが、画像をもとに自ら判断して、危険回避行動や、渋滞等の回避を行うことができるようになる。 For example, the monitoring device 800 can be installed to capture images of locations such as intersections, and can be configured to detect the occurrence of a traffic accident as an event. When a traffic accident is detected, the monitoring device 800 can be configured to automatically notify the police and report the situation to a traffic information center. The monitoring device 800 can also directly broadcast images to nearby vehicles. This allows the driver to assess the situation on the scene for themselves based on the images, and take action to avoid danger or traffic jams, etc.
また、監視装置800は、見通しの悪い交差点での危険予防システムに用いることもできる。監視装置800は、自動車や歩行者の接近をイベントとして検知するように構成され、その接近を周囲に伝えて警告を行う。 The monitoring device 800 can also be used as a danger prevention system at intersections with poor visibility. The monitoring device 800 is configured to detect the approach of a car or pedestrian as an event, and reports the approach to those around it to issue a warning.
(その他の実施例)
本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。
Other Examples
The present invention can also be realized by a process in which a program for implementing one or more of the functions of the above-described embodiments is supplied to a system or device via a network or a storage medium, and one or more processors in a computer of the system or device read and execute the program. The present invention can also be realized by a circuit (e.g., ASIC) that implements one or more of the functions.
100:撮像素子 110:光電変換部 120:リセット部
130:信号読出し部 140:信号処理部
100: Image sensor 110: Photoelectric conversion section 120: Reset section 130: Signal readout section 140: Signal processing section
Claims (22)
前記複数の画素の蓄積電荷のリセットが周期的に行われ、
前記複数の画素の少なくとも一部の画素において、
第1の露光による蓄積電荷を読み出す第1の読み出し処理を行い、
前記第1の読み出し処理により読み出される第1の画素信号に基づきイベント発生の有無を検知する第1の信号処理を行い、
前記第1の信号処理の結果に応じて、第2の露光による蓄積電荷を読み出す第2の読み出し処理、および、第2の読み出し処理により読み出される第2の画素信号が画像として好適になるように該第2の画素信号を補正する第2の信号処理を行うか否かが判定され、
前記第1の読み出し処理、前記第1の信号処理、および前記第2の読み出し処理は、周期的に行われるリセットの1周期内に行われる、
撮像素子。 An imaging element having a plurality of pixels,
The accumulated charges of the plurality of pixels are periodically reset;
In at least a portion of the plurality of pixels,
performing a first readout process for reading out accumulated charges due to the first exposure;
performing a first signal process to detect whether or not an event has occurred based on a first pixel signal read out by the first readout process;
a determination is made according to a result of the first signal processing as to whether or not to perform a second readout process for reading out accumulated charges due to a second exposure and a second signal processing for correcting a second pixel signal read out by the second readout process so that the second pixel signal is suitable as an image ;
the first readout process, the first signal processing, and the second readout process are performed within one period of a reset that is performed periodically;
Image sensor.
請求項1に記載の撮像素子。 the first readout process, the first signal process, the second readout process, and the second signal process are performed within one period of a reset that is performed periodically;
The imaging device according to claim 1 .
請求項1または2に記載の撮像素子。 the second signal processing is processing for generating an image signal for output based on the first pixel signal in addition to the second pixel signal;
The imaging device according to claim 1 .
前記第1の読み出し処理は、前記第1の画素群に属する画素に対して実施され、
前記第2の読み出し処理は、前記第1の画素群に属する画素および前記第2の画素群に属する画素に対して実施される、
請求項3に記載の撮像素子。 the plurality of pixels includes a first group of pixels and a second group of pixels;
the first readout process is performed on pixels belonging to the first pixel group;
the second readout process is performed on pixels belonging to the first pixel group and pixels belonging to the second pixel group;
The imaging device according to claim 3 .
請求項4に記載の撮像素子。 an exposure period of the first exposure for the pixels belonging to the first pixel group and an exposure period of the second exposure for the pixels belonging to the second pixel group overlap in time;
The imaging device according to claim 4 .
請求項5に記載の撮像素子。 a start timing of the first exposure for the pixels belonging to the first pixel group is equal to a start timing of the second exposure for the pixels belonging to the second pixel group;
The imaging device according to claim 5 .
請求項4から6のいずれか1項に記載の撮像素子。 the second signal processing is processing for generating an image signal for output based on the second pixel signal;
The imaging device according to claim 4 .
請求項7に記載の撮像素子。 the second signal processing is a process of adjusting each pixel value of a second pixel signal of a pixel belonging to a first pixel group by a ratio between an exposure time of a second exposure of the pixel belonging to the second pixel group and an exposure time of a second exposure of the pixel belonging to the first pixel group, and generating the image signal for output using the adjusted second pixel signal.
The imaging device according to claim 7.
請求項8に記載の撮像素子。 the second signal processing is processing for generating the image signal for output using a first pixel signal and a second pixel signal of a pixel belonging to a first pixel group and a second pixel signal of a pixel belonging to a second pixel group;
The imaging device according to claim 8 .
請求項9に記載の撮像素子。 the second signal processing is a process of adjusting each pixel value, which is a sum of a first pixel signal and a second pixel signal of a pixel belonging to a first pixel group, by a ratio between an exposure time of a second exposure of the pixels belonging to the second pixel group and a total exposure time of the first exposure and the second exposure of the pixels belonging to the first pixel group, and generating the image signal for output using the adjusted image signal;
The imaging device according to claim 9 .
請求項4から10のいずれか1項に記載の撮像素子。 the number of pixels belonging to the first pixel group is smaller than the number of pixels belonging to the second pixel group;
The imaging device according to claim 4 .
請求項1から11のいずれか1項に記載の撮像素子。 The first exposure and the first readout process are performed a plurality of times within one reset cycle.
The imaging device according to claim 1 .
前記所定のイベントの発生が検知された場合に、前記第2の読み出し処理および前記第2の信号処理が行われる、
請求項1から11のいずれか1項に記載の撮像素子。 the first signal processing is processing for detecting an occurrence of a predetermined event,
When the occurrence of the predetermined event is detected, the second readout process and the second signal process are performed.
The imaging device according to claim 1 .
請求項13に記載の撮像素子。 when occurrence of the predetermined event is detected, the second readout process and the second signal process are performed continuously for a predetermined period of time.
The imaging device according to claim 13.
請求項14に記載の撮像素子。 the predetermined event includes at least one of a still subject starting to move and a moving subject becoming still;
The imaging device according to claim 14.
請求項13から15のいずれか1項に記載の撮像素子。 when the occurrence of the predetermined event is not detected in the first signal processing, the second readout processing and the second signal processing are not performed, and an invalid image signal is output.
The imaging device according to claim 13 .
請求項16に記載の撮像素子。 The invalid image signal is a signal representing an image filled with a specific value or having a specific pattern.
The imaging device according to claim 16.
前記第1の信号処理および前記第2の信号処理を行う信号処理部を有する第2の基板と、
を備え、
前記第1の基板と前記第2の基板が基板厚さ方向に積層されている、
請求項1から17のいずれか1項に記載の撮像素子。 a first substrate having a photoelectric conversion unit and a readout unit that reads out charges stored in the photoelectric conversion unit;
a second substrate having a signal processing unit that performs the first signal processing and the second signal processing;
Equipped with
The first substrate and the second substrate are laminated in a substrate thickness direction.
The imaging device according to claim 1 .
記録装置と、
を備え、
前記第1の信号処理は、所定のイベントの発生を検知する処理であり、
前記記録装置は、前記所定のイベントの発生が検知された場合に、前記第2の信号処理によって生成される画像信号を記録する、
撮像装置。 The imaging device according to claim 1 ,
A recording device;
Equipped with
the first signal processing is processing for detecting an occurrence of a predetermined event,
the recording device records the image signal generated by the second signal processing when the occurrence of the predetermined event is detected.
Imaging device.
通知部と、
を備え、
前記第1の信号処理は、所定のイベントの発生を検知する処理であり、
前記通知部は、前記所定のイベントの発生が検知された場合に、前記所定のイベントの発生を通知する、
監視装置。 The imaging device according to claim 1 ,
A notification unit;
Equipped with
the first signal processing is processing for detecting an occurrence of a predetermined event,
The notification unit notifies the occurrence of the predetermined event when the occurrence of the predetermined event is detected.
monitoring equipment.
請求項20に記載の監視装置。 the notification unit notifies the occurrence of the predetermined event, and also notifies the occurrence of the image signal generated by the second signal processing.
21. A monitoring device according to claim 20.
前記複数の画素において、前記光電変換部のリセットを周期的に行うステップと、
第1の露光による蓄積電荷を読み出す第1の読み出し処理を行うステップと、
前記第1の読み出し処理により読み出される第1の画素信号に基づき、イベント発生の有無を検知する第1の信号処理を行うステップと、
前記第1の信号処理の結果に応じて、第2の露光による蓄積電荷を読み出す第2の読み出し処理、および、第2の読み出し処理により読み出される第2の画素信号が画像として好適になるように該第2の画素信号を補正する第2の信号処理を行うか否かを判定するステップと、
を含み、
前記第1の読み出し処理、前記第1の信号処理、および前記第2の読み出し処理は、周期的に行われるリセットの1周期内に行われる、
撮像素子の制御方法。
A method for controlling an image sensor including a plurality of pixels each including a photoelectric conversion unit, a readout unit that reads out charges accumulated in the photoelectric conversion unit, and a reset unit that resets the photoelectric conversion unit, and a signal processing unit that performs signal processing on pixel signals output from the plurality of pixels, comprising:
periodically resetting the photoelectric conversion units in the plurality of pixels;
performing a first readout process for reading out accumulated charges due to a first exposure;
performing a first signal processing step of detecting whether or not an event has occurred based on a first pixel signal read out by the first readout processing;
a step of determining whether or not to perform a second readout process for reading out accumulated charges due to a second exposure and a second signal process for correcting a second pixel signal read out by the second readout process so that the second pixel signal is suitable as an image , according to a result of the first signal processing;
Including,
the first readout process, the first signal processing, and the second readout process are performed within one period of a reset that is performed periodically;
A method for controlling an image sensor.
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