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JP2018037740A - Imaging device having an image sensor - Google Patents

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JP2018037740A
JP2018037740A JP2016167218A JP2016167218A JP2018037740A JP 2018037740 A JP2018037740 A JP 2018037740A JP 2016167218 A JP2016167218 A JP 2016167218A JP 2016167218 A JP2016167218 A JP 2016167218A JP 2018037740 A JP2018037740 A JP 2018037740A
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Japan
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region
area
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imaging apparatus
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JP2016167218A
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Japanese (ja)
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大坪 雅俊
Masatoshi Otsubo
雅俊 大坪
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve obtaining an imaging apparatus which can comply with also movie shooting of a moving object or the like and allowing for shooting an image having a wide dynamic range without losing color balance of a high- luminance object.SOLUTION: The imaging apparatus includes: an imaging device 402 in which pixels each including a light receiving element 108 and change units 104, 105 for changing capacity of a charge storage unit of the light receiving element are arranged on a matrix plane; and a setting unit 406 for setting, using information of the imaging device, a region in which the pixel reaches a threshold as a high-luminance region. The change units 104, 105 change the capacity of the charge storage unit of the light receiving element 108 in the imaging device 402 set to be the high-luminance region. The setting unit 406, when there is an interval region separating the high-luminance region and the interval region separates the high-luminance region at a fixed interval in a vertical-axis direction or a horizontal-axis direction of the matrix plane, sets also the interval region as the high-luminance region.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、イメージセンサを有する撮像装置に関する。   The present invention relates to an imaging apparatus having an image sensor.

ダイナミックレンジの幅が狭いイメージセンサを有する撮像装置においては、黒潰れ現象や白飛び現象を防ぐため、ハイダイナミックレンジ合成(HDR合成)する技術や高輝度判定された画素に対し静電容量を大きくする技術が普及している。   In an image pickup apparatus having an image sensor with a narrow dynamic range, in order to prevent a blackout phenomenon and a whiteout phenomenon, the capacitance is increased with respect to a technique for high dynamic range composition (HDR composition) and a pixel determined to have high luminance. Technology to do so is widespread.

例えば、特許文献1には、露光時間の異なる映像を時間差で撮影し、2枚の画像を合成する方法が記載されている。また、特許文献2には、高輝度を検出した場合に、フォトダイオード(PD)が出力する電荷を蓄積するフローティングディフュージョン(FD)の静電容量を大きくする方法が記載されている。   For example, Patent Document 1 describes a method of capturing images with different exposure times with a time difference and synthesizing two images. Patent Document 2 describes a method of increasing the capacitance of a floating diffusion (FD) that accumulates charges output from a photodiode (PD) when high luminance is detected.

特開2003−163831号公報JP 2003-163831 A 特開2013−192058号公報JP 2013-192058 A

しかしながら、例えば、特許文献1で移動する物体等の動画を撮影する場合には、合成される2枚の画像において高輝度部と低輝度部の位置がずれ、自然な画にならず、見栄えが悪くなる。また、特許文献2では、撮像装置において高輝度判定用の測光センサとイメージセンサの搭載位置が実際には異なるため、高輝度判定された画素の位置と、イメージセンサ上の高輝度画素の位置がずれて、厳密に対応できない。   However, for example, when a moving image of a moving object or the like is shot in Patent Document 1, the positions of the high-luminance portion and the low-luminance portion are shifted in the two images to be combined, and the natural image is not displayed. Deteriorate. Further, in Patent Document 2, since the mounting positions of the photometric sensor for determining high brightness and the image sensor are actually different in the imaging apparatus, the position of the pixel determined to be high brightness and the position of the high brightness pixel on the image sensor are different. It is out of place and cannot be strictly handled.

また、特許文献2等の高輝度判定は、センサ出力レベルが予め設定された閾値を超えた際にその画素を高輝度画素と判定している。ここで、図7を参照して、カラーイメージセンサのベイヤー配列における一般的な高輝度判定について説明する。ここでは、縦軸に画素の出力レベル、横軸に露光時間を示している。   Further, in the high luminance determination in Patent Document 2, the pixel is determined as a high luminance pixel when the sensor output level exceeds a preset threshold value. Here, with reference to FIG. 7, a general high brightness determination in the Bayer array of the color image sensor will be described. Here, the vertical axis represents the pixel output level, and the horizontal axis represents the exposure time.

図8に示す様にベイヤー配列では、緑を示すG画素601は、赤を示すR画素602の2倍多く存在する。そのため、白い被写体を撮影し、被写体の輝度が上がっていくと、G画素601は、R画素602よりも先に飽和する。結果、G画素601だけが高輝度画素と判定され、G画素601のみ白飛びを抑圧すると、R画素602やB画素との色バランスが崩れ、高輝度領域の色が斑になってしまう。   As shown in FIG. 8, in the Bayer array, there are twice as many G pixels 601 indicating green as R pixels 602 indicating red. Therefore, when a white subject is photographed and the luminance of the subject increases, the G pixel 601 is saturated before the R pixel 602. As a result, only the G pixel 601 is determined to be a high luminance pixel, and if only the G pixel 601 is suppressed from whiteout, the color balance with the R pixel 602 and the B pixel is lost, and the color of the high luminance region becomes uneven.

本発明は、上記課題に鑑みてなされ、その目的は、移動する物体等の動画撮影にも対応でき、且つ高輝度被写体の色バランスを損なわずにダイナミックレンジの広い画を撮影可能な撮像装置を提供することである。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an imaging apparatus capable of shooting moving images of moving objects and the like and capable of shooting images with a wide dynamic range without impairing the color balance of high-luminance subjects. Is to provide.

上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明の撮像装置は、受光素子と、前記受光素子の電荷蓄積部の容量が変更する変更部とを含む画素がマトリクス平面に配置される撮像素子と、前記撮像素子の情報から前記画素が閾値に達している領域を高輝度領域に設定する設定部と、を備え、前記変更部は、前記高輝度領域に設定された前記撮像素子の前記受光素子の電荷蓄積部の容量を変更し、前記設定部は、前記高輝度領域を隔てる間隔領域がある場合であって、且つ前記間隔領域が前記マトリクス平面の縦軸方向又は横軸方向に対して、一定の間隔で前記高輝度領域を隔てる場合に、前記間隔領域も前記高輝度領域として設定する、ことを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, an imaging apparatus according to the present invention is an imaging device in which pixels including a light receiving element and a changing unit that changes a capacity of a charge storage unit of the light receiving element are arranged in a matrix plane. And a setting unit that sets a region where the pixel has reached a threshold from the information of the imaging device as a high luminance region, and the changing unit is configured to set the region of the imaging device set to the high luminance region. The capacitance of the charge accumulating unit of the light receiving element is changed, and the setting unit includes a spacing region that separates the high luminance region, and the spacing region is in a vertical axis direction or a horizontal axis direction of the matrix plane. Thus, when the high-luminance region is separated at a constant interval, the interval region is also set as the high-luminance region.

本発明によれば、移動する物体等の動画撮影にも対応でき、且つ高輝度被写体の色バランスを損なわずにダイナミックレンジの広い画を撮影可能な撮像装置を得ることができる。   According to the present invention, it is possible to obtain an imaging apparatus capable of shooting moving images of moving objects and the like and capable of shooting images with a wide dynamic range without impairing the color balance of a high-luminance subject.

実施形態の画素の等価回路図。The equivalent circuit schematic of the pixel of embodiment. 実施形態の高輝度レベルに達しない画素が含まれる場合を説明した図。The figure explaining the case where the pixel which does not reach the high-intensity level of embodiment is included. 実施形態における高輝度領域設定部が高輝度領域を設定するフローチャートの前半。The first half of the flowchart in which the high brightness area setting unit in the embodiment sets the high brightness area. 実施形態における高輝度領域設定部が高輝度領域を設定するフローチャートの後半。The latter half of the flowchart in which the high-intensity area setting unit in the embodiment sets the high-intensity area. 実施形態における撮像装置全体のブロック図。1 is a block diagram of an entire imaging apparatus according to an embodiment. 高感度モードのON状態とOFF状態の感度差を説明する図。The figure explaining the sensitivity difference of the ON state of a high sensitivity mode, and an OFF state. G画素、R画素の感度を説明する図。The figure explaining the sensitivity of G pixel and R pixel. ベイヤー配列の説明図。Explanatory drawing of a Bayer arrangement | sequence.

以下に、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。尚、以下に説明する実施の形態は、本発明を実現するための一例であり、本発明が適用される装置の構成や各種条件によって適宜修正又は変更されるべきものであり、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。また、後述する各実施形態の一部を適宜組み合わせて構成しても良い。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail. The embodiment described below is an example for realizing the present invention, and should be appropriately modified or changed according to the configuration and various conditions of the apparatus to which the present invention is applied. It is not limited to the embodiment. Moreover, you may comprise combining suitably one part of each embodiment mentioned later.

(実施形態)
まず、図5を参照して、実施形態1の構成を説明する。実施形態1における撮像装置は、光学系401、イメージセンサ402、AD変換器403、画像処理部404、映像出力部405、高輝度領域の設定部406、タイミングジェネレータ(TG)407から構成される。イメージセンサ402は、カラーイメージセンサであり、CMOSイメージセンサであるが、以下では単にイメージセンサと呼ぶ。
(Embodiment)
First, the configuration of the first embodiment will be described with reference to FIG. The imaging apparatus according to the first embodiment includes an optical system 401, an image sensor 402, an AD converter 403, an image processing unit 404, a video output unit 405, a high brightness area setting unit 406, and a timing generator (TG) 407. The image sensor 402 is a color image sensor and is a CMOS image sensor, but is simply referred to as an image sensor below.

更に、光学系401は、不図示のズーム機構部、フォーカス機構部を備える。光学系401から入射した光は、撮像素子であるイメージセンサ402の受光面で結像する。   Furthermore, the optical system 401 includes a zoom mechanism unit and a focus mechanism unit (not shown). The light incident from the optical system 401 forms an image on the light receiving surface of the image sensor 402 which is an image sensor.

ここで、図8を参照して、このイメージセンサ402における画素配列を説明する。イメージセンサ402には、緑(G)画素、赤(R)画素、青(B)画素がベイヤー配列と呼ばれる配列でマトリクス状に配置されている。露光期間内にイメージセンサ402の受光面で結像した光は各画素でRGBの色信号として輝度レベルに応じた電圧の強弱によるRGBアナログ信号に変換される。   Here, the pixel arrangement in the image sensor 402 will be described with reference to FIG. In the image sensor 402, green (G) pixels, red (R) pixels, and blue (B) pixels are arranged in a matrix in an array called a Bayer array. Light that forms an image on the light receiving surface of the image sensor 402 during the exposure period is converted into an RGB analog signal by an intensity of voltage corresponding to the luminance level as an RGB color signal in each pixel.

RGBアナログ信号はAD変換部403においてRGBデジタル信号へ変換され、画像処理部404へ送られる。画像処理部404では、RGBデジタル信号に対しオプティカルブラック(OB)クランプ処理やノイズリダクション処理等の補正処理を行った後、ホワイトバランスやガンマ処理等の色調整や輝度調整を行い、YPbPr信号の映像信号を生成する。   The RGB analog signal is converted into an RGB digital signal by the AD conversion unit 403 and sent to the image processing unit 404. The image processing unit 404 performs correction processing such as optical black (OB) clamp processing and noise reduction processing on the RGB digital signal, and then performs color adjustment and brightness adjustment such as white balance and gamma processing, and the image of the YPbPr signal. Generate a signal.

画像処理部404は、各画素の出力レベルを確認し、露光期間で一定の閾値に達している画素を飽和画素、すなわち高輝度画素として常時検出する検出部である。飽和画素を検出した場合、イメージセンサ上の座標を高輝度領域の設定部406へ送信する。高輝度領域の設定部406では、飽和画素の座標情報をもとに、高輝度領域を設定すべき範囲を演算により設定する。高輝度領域の設定については後の段落にて詳述する。   The image processing unit 404 is a detection unit that checks the output level of each pixel and constantly detects pixels that reach a certain threshold during the exposure period as saturated pixels, that is, high-luminance pixels. When the saturated pixel is detected, the coordinates on the image sensor are transmitted to the setting unit 406 in the high luminance area. The high brightness area setting unit 406 sets a range in which the high brightness area should be set by calculation based on the coordinate information of the saturated pixels. The setting of the high luminance area will be described in detail in a later paragraph.

また、TG407は高輝度領域の設定部406で設定されたイメージセンサの高輝度領域の画素に対し、高飽和モードへ移行するように制御し、イメージセンサの画素が飽和状態となるのを抑制する。高飽和モードについては後の段落にて詳述する。   In addition, the TG 407 controls the pixels in the high luminance area of the image sensor set by the high luminance area setting unit 406 to shift to the high saturation mode, and suppresses the saturation of the pixels of the image sensor. . The high saturation mode will be described in detail in a later paragraph.

一方、画像処理404で処理された映像信号は映像出力部405へ送られ、ハイディフィニション−シリアルデジタルインターフェイス(HD−SDI)信号に変換され外部へ出力される。   On the other hand, the video signal processed by the image processing 404 is sent to the video output unit 405, converted into a high definition-serial digital interface (HD-SDI) signal, and output to the outside.

次に、図1を参照して、イメージセンサ402における一画素の等価回路を説明する。イメージセンサ402の等価回路は、モード(MODE)端子101、リセット端子102、モス・エフイーティー(MOSFET)、フローティングディフュージョン(FD)104、拡張FD105、フォトダイオード(PD)108、端子109、ラインセレクト端子110、出力アンプ114等から構成される。モス・エフイーティー(MOSFET)には、103、106、107、111、112、113がある。   Next, an equivalent circuit of one pixel in the image sensor 402 will be described with reference to FIG. The equivalent circuit of the image sensor 402 includes a mode (MODE) terminal 101, a reset terminal 102, a MOS FET (MOSFET), a floating diffusion (FD) 104, an extended FD 105, a photodiode (PD) 108, a terminal 109, and a line select. It comprises a terminal 110, an output amplifier 114, and the like. There are 103, 106, 107, 111, 112, and 113 in the MOS MOST (MOSFET).

モス・エフイーティー(MOSFET)103、106、107、111、112、113は電界効果トランジスタの一種である。PD108は露光期間の光を電気に変換する光電変換を行い、電荷をPD108に蓄積する受光素子である。端子109がHIGHになると、MOSFET111がON状態となり、PD108に蓄積された電荷がFD104へ出力される。FD104は標準FDである。PD108から出力された電荷は、標準FD104で電圧に変換され、MOSFET107を介して画素の電圧信号として出力される。   MOS MOS (MOSFET) 103, 106, 107, 111, 112, 113 is a kind of field effect transistor. The PD 108 is a light receiving element that performs photoelectric conversion for converting light during an exposure period into electricity and accumulates charges in the PD 108. When the terminal 109 becomes HIGH, the MOSFET 111 is turned on, and the charge accumulated in the PD 108 is output to the FD 104. The FD 104 is a standard FD. The charge output from the PD 108 is converted into a voltage by the standard FD 104 and output as a pixel voltage signal via the MOSFET 107.

リセット端子102は標準FD104及び拡張FD105をリセットする。リセット端子102がHIGHになるとMOSFET103、106がON状態となり、標準FD104及び拡張FD105に蓄積された電荷がリセットされる。   A reset terminal 102 resets the standard FD 104 and the extended FD 105. When the reset terminal 102 becomes HIGH, the MOSFETs 103 and 106 are turned on, and the charges accumulated in the standard FD 104 and the extended FD 105 are reset.

ラインセレクト端子110は、ラインの本数だけ配置されている。ラインセレクト端子110がHIGHになるとMOSFET112がON状態となり、MOSFET107からの電圧信号が出力され、出力アンプ114で増幅されたのち出力される。MODE端子101はラインセレクト端子110とAND回路で接続され、両方がHIGHになるとMOSFET106がON状態となり、拡張FD105が標準FD104とパラレルに接続された状態となる。この様にして、電荷蓄積部の容量を変更する変更部が形成される。   As many line select terminals 110 as the number of lines are arranged. When the line select terminal 110 becomes HIGH, the MOSFET 112 is turned on, and the voltage signal from the MOSFET 107 is output and is output after being amplified by the output amplifier 114. The MODE terminal 101 is connected to the line select terminal 110 by an AND circuit. When both are HIGH, the MOSFET 106 is turned on, and the extended FD 105 is connected to the standard FD 104 in parallel. In this way, a changing unit that changes the capacity of the charge storage unit is formed.

(高飽和モード)
FD容量(静電容量)が増大すると、
Q=CV (Q:電荷[C]、C:静電容量[F]、V:電圧[V])
より、フォトダイオードから出力される電荷Qが一定でも、電圧出力Vは低くなる。本件ではこのFD容量が増大したモードを高飽和モードと名付ける。
(High saturation mode)
When the FD capacity (capacitance) increases,
Q = CV (Q: charge [C], C: capacitance [F], V: voltage [V])
Thus, even if the charge Q output from the photodiode is constant, the voltage output V is low. In this case, the mode in which the FD capacity is increased is referred to as a high saturation mode.

図6を参照して、高飽和モードがON状態の場合とOFF状態の場合の出力レベルについて説明する。横軸が受光強度、縦軸が出力レベルである。グラフ501は高飽和モードがOFF状態の場合、グラフ502は高飽和モードがON状態の場合である。   With reference to FIG. 6, the output level when the high saturation mode is ON and when it is OFF will be described. The horizontal axis is the received light intensity, and the vertical axis is the output level. A graph 501 is when the high saturation mode is OFF, and a graph 502 is when the high saturation mode is ON.

本実施形態では、高飽和モードをON状態とすることにより、FDの静電容量成分が倍になるように設定してあるため、高飽和モードがON状態のグラフの傾きは、OFF状態のグラフの傾きに比べ1/2になっている。つまり、高飽和モードがON状態では、出力レベルが下がる。   In this embodiment, since the capacitance component of the FD is set to be doubled when the high saturation mode is turned on, the slope of the graph when the high saturation mode is on is a graph of the OFF state. It is ½ compared to the inclination of. That is, when the high saturation mode is ON, the output level decreases.

図6に示す通り、高飽和モードをON状態とすることにより、標準FD104,拡張FD105での飽和および後段の出力アンプ114の飽和を抑圧することが可能になる。   As shown in FIG. 6, by turning on the high saturation mode, it is possible to suppress saturation in the standard FD 104 and the extended FD 105 and saturation of the output amplifier 114 in the subsequent stage.

MODE端子101は列毎に配置されており、ラインセレクト端子110とともに使用することで、CMOSイメージセンサ内のすべての画素の拡張FD105を個別にコントロールすることができる。   The MODE terminal 101 is arranged for each column, and by using it together with the line select terminal 110, the extended FDs 105 of all the pixels in the CMOS image sensor can be individually controlled.

次に、図2を参照して、高輝度レベルに達しない画素が含まれる場合について説明する。201は、ユーザが室内の人と窓外の車を撮影する場面である。室内の人に輝度レベルを合わせた場合、窓外は非常に明るいため、窓外に対応するイメージセンサの画素は殆ど全て飽和する。但し、窓外の撮影対象のうち、被写体の色が黒等の暗色を有する部分は、反射率が低いため、窓外に対応するイメージセンサのうちの一部は飽和しないことがある。   Next, a case where pixels that do not reach the high luminance level are included will be described with reference to FIG. 201 is a scene in which the user takes a picture of a person in the room and a car outside the window. When the brightness level is adjusted to a person in the room, the outside of the window is very bright, so almost all pixels of the image sensor corresponding to the outside of the window are saturated. However, a portion of the subject to be photographed outside the window that has a dark color such as black is low in reflectance, so that some of the image sensors that correspond to outside the window may not be saturated.

202は、そのときのイメージセンサの様子を拡大したものである。タイヤ203などの反射率の低い材質の部分ではイメージセンサの画素が高輝度レベルに達しない。この状況で高輝度レベルに達している画素だけを高飽和モードにすると、暗色を有するタイヤ以外の部分の画素が高飽和モードとなり、出力レベルが下がり暗く映る。しかしその一方で、タイヤの部分の画素は通常モードで出力レベルが維持されるので相対的に明るく映り、窓外の全体的な景色が違和感のある見栄えとなってしまう。   Reference numeral 202 is an enlarged view of the image sensor at that time. The pixel of the image sensor does not reach the high luminance level in the portion of the material having low reflectance such as the tire 203. In this situation, when only the pixels that have reached the high luminance level are set to the high saturation mode, the pixels other than the dark tire are in the high saturation mode, and the output level is lowered and appears dark. However, on the other hand, since the output level is maintained in the normal mode, the pixels in the tire portion appear relatively bright, and the overall scenery outside the window looks uncomfortable.

(高輝度領域の設定)
そこで、高輝度領域の設定部406においては、高輝度と判定された画素で上下左右を囲まれた画素を、高輝度レベルに達していなくても高輝度と擬制し、高輝度領域を設定する。そしてこの高輝度領域を飽和モードに変更するように、タイミングジェネレータ(TG)へ情報を送る。
(High brightness area setting)
Therefore, the high brightness area setting unit 406 sets the high brightness area by assuming that the pixels surrounded by the pixels determined to have high brightness in the upper, lower, left, and right directions are high brightness even if they do not reach the high brightness level. . Then, information is sent to the timing generator (TG) so as to change the high luminance region to the saturation mode.

図3及び4のフローチャートを参照して、高輝度領域の設定部406が高輝度領域を設定する様子について説明する。ステップS300で判定する画素(以下、判定画素と呼ぶ)の座標を(0,0)に初期化する。ステップS301で、判定画素が高輝度レベルに達しているか否かを判断する。ステップS301がYESの場合は、ステップS318で高飽和モードに変更される。ステップS301がNOの場合は、処理ブロック323、324、325、326へ移行する。ここで、処理ブロック323、324、325、326は、それぞれ判定画素の左側、右側、上側、下側の高輝度レベル確認処理ブロックとなっている。   The manner in which the high brightness area setting unit 406 sets the high brightness area will be described with reference to the flowcharts of FIGS. The coordinates of the pixel determined in step S300 (hereinafter referred to as a determination pixel) are initialized to (0, 0). In step S301, it is determined whether the determination pixel has reached a high luminance level. If step S301 is YES, the mode is changed to the high saturation mode in step S318. When step S301 is NO, the process proceeds to process blocks 323, 324, 325, and 326. Here, the processing blocks 323, 324, 325, and 326 are high luminance level confirmation processing blocks on the left side, right side, upper side, and lower side of the determination pixel, respectively.

まず、処理ブロック323のフローを説明する。ステップS302では、調査画素の座標を初期化している。調査画素とは、判定画素の上下左右の画素のことであり、これらの調査画素が高輝度レベルに達しているかによって判定画素を高飽和モードにするか否かを決定する。   First, the flow of the processing block 323 will be described. In step S302, the coordinates of the investigation pixel are initialized. The investigation pixels are pixels on the upper, lower, left, and right sides of the determination pixels, and it is determined whether or not the determination pixels are to be in a high saturation mode depending on whether these inspection pixels have reached a high luminance level.

ステップS303では、現在の調査画素座標の左側を次の調査画素座標に設定している。ステップS304では、調査画素座標が判定画素よりも一定以上離れているか又は端の画素かを確認する。ここで、YESなら左側には高輝度レベルに達している画素がないと判断し、ステップS319に処理を移す。調査画素座標が判定画素よりも一定以上離れておらず且つ端の画素でもない場合には、NOと判断され、ステップS305へ処理を移す。   In step S303, the left side of the current survey pixel coordinate is set as the next survey pixel coordinate. In step S304, it is confirmed whether the investigation pixel coordinate is a certain distance away from the determination pixel or is an end pixel. If YES here, it is determined that there is no pixel that has reached the high luminance level on the left side, and the process proceeds to step S319. If the investigation pixel coordinate is not more than a certain distance from the determination pixel and is not an end pixel, it is determined as NO and the process proceeds to step S305.

ステップS305では、調査画素が高輝度レベルに達しているかを判断し、達していなかったらステップS303へ処理を戻す。調査画素が高輝度レベルに達している場合には、処理ブロック324へ処理が移行する。   In step S305, it is determined whether the investigation pixel has reached the high luminance level. If not, the process returns to step S303. If the survey pixel has reached the high luminance level, the process proceeds to process block 324.

次に、処理ブロック324のフローを説明する。ステップS306では、調査画素の座標を初期化している。   Next, the flow of the processing block 324 will be described. In step S306, the coordinates of the investigation pixel are initialized.

ステップS307では、現在の調査画素座標の右側を次の調査画素座標に設定している。ステップS308では、調査画素座標が判定画素よりも一定以上離れているか又は端の画素かを確認する。ここで、YESなら右側には高輝度レベルに達している画素がないと判断し、ステップS319に処理を移す。調査画素座標が判定画素よりも一定以上離れておらず且つ端の画素でもない場合には、NOと判断され、ステップS309へ処理を移す。   In step S307, the right side of the current survey pixel coordinate is set as the next survey pixel coordinate. In step S308, it is confirmed whether the investigation pixel coordinate is a certain distance or more than the determination pixel or an end pixel. If YES here, it is determined that there is no pixel that has reached the high luminance level on the right side, and the process proceeds to step S319. If the investigation pixel coordinate is not more than a certain distance from the determination pixel and is not an end pixel, it is determined as NO, and the process proceeds to step S309.

ステップS309では、調査画素が高輝度レベルに達しているかを判断し、達していなかったらステップS307へ処理を戻す。調査画素が高輝度レベルに達している場合には、処理ブロック325へ処理が移行する。   In step S309, it is determined whether the investigation pixel has reached the high luminance level. If not, the process returns to step S307. If the survey pixel has reached the high luminance level, the process proceeds to process block 325.

次に、処理ブロック325のフローを説明する。ステップS310では、調査画素の座標を初期化している。   Next, the flow of the processing block 325 will be described. In step S310, the coordinates of the investigation pixel are initialized.

ステップS311では、現在の調査画素座標の上側を次の調査画素座標に設定している。ステップS312では、調査画素座標が判定画素よりも一定以上離れているか又は端の画素かを確認する。ここで、YESなら上側には高輝度レベルに達している画素がないと判断し、ステップS319に処理を移す。調査画素座標が判定画素よりも一定以上離れておらず且つ端の画素でもない場合には、NOと判断され、ステップS313へ処理を移す。   In step S311, the upper side of the current survey pixel coordinate is set as the next survey pixel coordinate. In step S312, it is confirmed whether the investigation pixel coordinate is a certain distance away from the determination pixel or is an end pixel. Here, if YES, it is determined that there is no pixel that has reached the high luminance level on the upper side, and the process proceeds to step S319. If the investigation pixel coordinate is not more than a certain distance from the determination pixel and is not an end pixel, it is determined as NO and the process proceeds to step S313.

ステップS313では、調査画素が高輝度レベルに達しているかを判断し、達していなかったらステップS311へ処理を戻す。調査画素が高輝度レベルに達している場合には、処理ブロック326へ処理が移行する。   In step S313, it is determined whether the investigation pixel has reached the high luminance level. If not, the process returns to step S311. If the survey pixel has reached the high luminance level, the process proceeds to process block 326.

次に、処理ブロック326のフローを説明する。ステップS314では、調査画素の座標を初期化している。   Next, the flow of the processing block 326 will be described. In step S314, the coordinates of the investigation pixel are initialized.

ステップS315では、現在の調査画素座標の下側を次の調査画素座標に設定している。ステップS316では、調査画素座標が判定画素よりも一定以上離れているか又は端の画素かを確認する。ここで、YESなら下側には高輝度レベルに達している画素がないと判断し、ステップS319に処理を移す。調査画素座標が判定画素よりも一定以上離れておらず且つ端の画素でもない場合には、NOと判断され、ステップS317へ処理を移す。   In step S315, the lower side of the current survey pixel coordinate is set as the next survey pixel coordinate. In step S316, it is confirmed whether the investigation pixel coordinate is a certain distance or more than the determination pixel or an end pixel. Here, if YES, it is determined that there is no pixel that has reached the high luminance level on the lower side, and the process proceeds to step S319. If the survey pixel coordinate is not more than a certain distance from the determination pixel and is not an end pixel, it is determined as NO, and the process proceeds to step S317.

ステップS317では、調査画素が高輝度レベルに達しているかを判断し、達していなかったらステップS315へ処理を戻す。調査画素が高輝度レベルに達している場合には、ステップS318へ処理が移行する。   In step S317, it is determined whether the investigation pixel has reached the high luminance level. If not, the process returns to step S315. If the survey pixel has reached the high luminance level, the process proceeds to step S318.

ステップS318では、判定画素を高飽和モードへ変更した後、処理をステップS319に移す。ステップS319では、判定画素座標を一つ右へ設定する。   In step S318, after the determination pixel is changed to the high saturation mode, the process proceeds to step S319. In step S319, the determination pixel coordinate is set to one right.

次に、ステップS320では、判定画素が右端であるかを確認する。右端である場合には、ステップS321へ、右端でない場合にはステップS301へ移行し、再度判定を開始する。   Next, in step S320, it is confirmed whether the determination pixel is the right end. If it is the right end, the process proceeds to step S321. If it is not the right end, the process proceeds to step S301, and the determination is started again.

ステップS321では、判定画素座標を左端、一行下の画素に設定する。ステップS322では、判定画素が下端であるかを確認する。下端である場合にはフローを終了し、下端でない場合にはステップS301へ移行し、再度判定を開始する。   In step S321, the determination pixel coordinate is set to the pixel at the left end and one row below. In step S322, it is confirmed whether the determination pixel is the lower end. If it is the lower end, the flow is terminated. If it is not the lower end, the process proceeds to step S301, and the determination is started again.

ステップS304、308、312、316において、判定画素から一定の間隔内の画素数を閾値としているが、本実施形態においては、例えば、判定画素から200画素以上の画素数を閾値とする。   In steps S304, 308, 312, and 316, the number of pixels within a certain interval from the determination pixel is set as a threshold value. In this embodiment, for example, the number of pixels of 200 pixels or more from the determination pixel is set as the threshold value.

尚、この閾値は外部から変更可能であり、シチュエーションや用途に合わせて変更できる。   This threshold value can be changed from the outside, and can be changed according to the situation and application.

上記に示した処理ステップにより、高輝度領域の設定部406において、高輝度レベルに達している画素で上下左右を挟まれた画素は、高輝度レベルに達していなくとも、高輝度画素であると擬制され、高飽和モードへ変更される。これにより、高輝度領域が設定され、室内の人と窓外の車を撮影した場合に、タイヤのような反射率の低い部分が高輝度レベルに達していなくとも、高飽和モードへ変更される。結果として、窓外の全体的な景色が違和感のない見栄えとなる。   According to the processing steps described above, in the high brightness area setting unit 406, a pixel sandwiched between the top and bottom and the left and right by a pixel that has reached the high brightness level is a high brightness pixel even if the pixel has not reached the high brightness level. Simulated and changed to high saturation mode. As a result, when a high brightness area is set and an indoor person and a vehicle outside the window are photographed, even if a low reflectance portion such as a tire does not reach the high brightness level, the mode is changed to the high saturation mode. . As a result, the overall scenery outside the window looks uncomfortable.

尚、上記に示した処理ステップでは、高輝度レベルに達している画素で上下左右を挟まれる画素を高輝度画素であるとみなし、高飽和モードへ変更する旨の説明をした。挟まれ方としては、高輝度レベルに対している画素で上下又は左右を挟まれる画素を高飽和モードへ変更してもよい。   In the processing steps described above, it has been described that a pixel sandwiched between the upper, lower, left, and right sides of a pixel that has reached a high luminance level is regarded as a high luminance pixel and is changed to a high saturation mode. As a method of sandwiching, a pixel that is sandwiched between the upper and lower sides or the left and right of pixels with a high luminance level may be changed to the high saturation mode.

尚、閾値の設定方法については、上記に示した処理ステップの他にも以下のようなものがある。   In addition to the processing steps shown above, there are the following threshold setting methods.

イメージセンサ402にマトリクス状に配置された画素において、高輝度レベルに達した画素が集合している高輝度領域に対して、それを隔てる画素が集合している間隔領域があるとする。この間隔領域がマトリクス平面の縦軸方向又は横軸方向に対して一定の間隔で高輝度領域を隔てる場合には、この間隔領域の画素は、高輝度レベルに達していなくとも高飽和モードへ変更する。尚、間隔領域は高輝度領域を縦軸方向及び横軸方向に隔てていてもよい。   In the pixels arranged in a matrix in the image sensor 402, it is assumed that there is an interval region in which pixels that separate the pixels from the high luminance region in which pixels that have reached a high luminance level are aggregated. When this space region separates the high brightness region at a constant interval with respect to the vertical or horizontal axis direction of the matrix plane, the pixels in this space region are changed to the high saturation mode even if they do not reach the high brightness level. To do. The interval area may be separated from the high brightness area in the vertical axis direction and the horizontal axis direction.

ここで、一定の間隔とは、高輝度領域のうち、縦軸方向又は横軸方向に対する幅をXとし、間隔領域で同軸方向に対応する幅をX´とするとき、式1のR1の値が1以下である場合をいう。このとき、間隔領域を高輝度領域とみなす。R1は、好ましくは0.5であり、更に好ましくは0.2である。   Here, the constant interval is the value of R1 in Equation 1 when the width in the vertical axis direction or the horizontal axis direction in the high luminance region is X and the width corresponding to the coaxial direction in the interval region is X ′. Is 1 or less. At this time, the interval region is regarded as a high luminance region. R1 is preferably 0.5, and more preferably 0.2.

Figure 2018037740
Figure 2018037740

これにより、高輝度領域が設定され、室内の人と窓外の車を撮影した場合に、タイヤのような反射率の低い部分が高輝度レベルに達していなくとも、高飽和モードへ迅速に変更される。結果として、窓外の全体的な景色が違和感のない見栄えとなる。   As a result, when a high-intensity area is set and an indoor person and a car outside the window are photographed, even if the low-reflectance part such as a tire does not reach the high-intensity level, it is quickly changed to the high-saturation mode. Is done. As a result, the overall scenery outside the window looks uncomfortable.

尚、間隔領域がドーナツ状に形成され、上下左右を全て高輝度領域に囲まれている場合は、高輝度領域のうち、上下又は左右の幅の和をXとし、間隔領域で同方向に対応する幅をX´とする。式1のR1の値が1以下である場合に、間隔領域を高輝度領域とみなしてもよい。   In addition, when the space area is formed in a donut shape and all of the top, bottom, left, and right are surrounded by a high brightness area, the sum of the top and bottom or left and right widths of the high brightness area is X, and the space area corresponds to the same direction. Let X ′ be the width to be performed. When the value of R1 in Equation 1 is 1 or less, the interval region may be regarded as a high luminance region.

また、間隔領域が高輝度領域に上下左右全て囲まれている場合には、高輝度領域の面積をYとし、間隔領域の面積をY´とする。式2のR2の値が1以下である場合に、間隔領域を高輝度領域とみなしてもよい。   Further, when the interval region is surrounded by the high luminance region in all directions, the area of the high luminance region is Y, and the area of the interval region is Y ′. When the value of R2 in Expression 2 is 1 or less, the interval region may be regarded as a high luminance region.

Figure 2018037740
Figure 2018037740

これにより、高飽和モードへの判定を面積比で行うことができる。例えば、室内の人と窓外の景色を撮影した場合に、窓外の景色の中に建物と建物の間の細長い隙間がある場合など、高輝度領域に挟まれている間隔領域が高輝度領域の幅より細長くても、R2の値が1以下であれば高輝度領域とみなすことができる。また、室内の人と窓外の景色を撮影した場合に、窓外の景色の幅よりも細長く且つ面積の狭い窓枠だけが光っても、R2の値が1より大きければ窓外の景色が高飽和モードへ変更されることを防ぐことができる。   Thereby, determination to a high saturation mode can be performed by area ratio. For example, when shooting indoors and the scenery outside the window, there is a long gap between the buildings in the scenery outside the window. If the value of R2 is 1 or less, it can be regarded as a high luminance region even if it is narrower than the width of. In addition, when taking a picture of a person outside the window with an indoor person, if the value of R2 is larger than 1, even if only a window frame that is narrower and narrower than the width of the scenery outside the window shines, the scenery outside the window appears. The change to the high saturation mode can be prevented.

尚、本実施形態ではユーザが室内の人と窓外の車を撮影する場面を例示したが、特許文献1のように露光時間の異なる映像を時間差で撮影する必要がないため、移動する物体等の動画撮影に対応できることは言うまでもない。   In the present embodiment, the scene in which the user photographs a person inside the room and the car outside the window is exemplified. However, unlike Patent Document 1, it is not necessary to photograph images with different exposure times with a time difference. Needless to say, it can be used for video recording.

以上のように、本実施形態によれば、移動する物体等の動画撮影にも対応でき、且つ高輝度被写体の色バランスを損なわずにダイナミックレンジの広い画を撮影できる。   As described above, according to the present embodiment, it is possible to capture moving images of moving objects and the like, and it is possible to capture images with a wide dynamic range without impairing the color balance of a high-luminance subject.

104 フローティングディフュージョン(FD)
105 拡張FD
108 フォトダイオード(PD)
104 Floating diffusion (FD)
105 Extended FD
108 Photodiode (PD)

Claims (8)

撮像装置であって、
受光素子と、前記受光素子の電荷蓄積部の容量が変更する変更部とを含む画素がマトリクス平面に配置される撮像素子と、
前記撮像素子の情報から前記画素が閾値に達している領域を高輝度領域に設定する設定部と、
を備え、
前記変更部は、前記高輝度領域に設定された前記撮像素子の前記受光素子の電荷蓄積部の容量を変更し、
前記設定部は、前記高輝度領域を隔てる間隔領域がある場合であって、且つ前記間隔領域が前記マトリクス平面の縦軸方向又は横軸方向に対して、一定の間隔で前記高輝度領域を隔てる場合に、前記間隔領域も前記高輝度領域として設定する、
ことを特徴とする撮像装置。
An imaging device,
An image sensor in which pixels including a light receiving element and a changing unit that changes a capacitance of a charge storage unit of the light receiving element are arranged in a matrix plane;
A setting unit that sets a region in which the pixel has reached a threshold value from the information of the image sensor as a high luminance region;
With
The changing unit changes a capacity of a charge storage unit of the light receiving element of the imaging element set in the high luminance region,
The setting unit has a case in which there is an interval region separating the high-intensity region, and the interval region separates the high-intensity region at a constant interval with respect to a vertical axis direction or a horizontal axis direction of the matrix plane. In this case, the interval area is also set as the high brightness area.
An imaging apparatus characterized by that.
前記設定部は、前記間隔領域が前記マトリクス平面の縦軸方向及び横軸方向に対して、一定の間隔で前記高輝度領域を隔てる場合に、前記間隔領域も前記高輝度領域として設定する
ことを特徴とする、請求項1に記載の撮像装置。
The setting unit sets the spacing area as the high brightness area when the spacing area separates the high brightness area at a constant interval with respect to a vertical axis direction and a horizontal axis direction of the matrix plane. The imaging apparatus according to claim 1, wherein the imaging apparatus is characterized.
前記一定の間隔とは、前記高輝度領域のうち、前記縦軸方向又は前記横軸方向に対する幅をXとし、前記間隔領域で同軸方向に対応する幅をX´とするとき、式1のR1の値が1以下である場合に、前記間隔領域も前記高輝度領域に設定する
ことを特徴とする、請求項1又は請求項2に記載の撮像装置。
Figure 2018037740
The constant interval is R1 in Formula 1 when the width of the high luminance region in the vertical axis direction or the horizontal axis direction is X and the width corresponding to the coaxial direction in the interval region is X ′. The imaging apparatus according to claim 1, wherein when the value of is less than or equal to 1, the interval area is also set to the high-luminance area.
Figure 2018037740
前記R1の値が、0.5である場合に、前記間隔領域も前記高輝度領域に設定することを特徴とする、請求項3に記載の撮像装置。   The imaging apparatus according to claim 3, wherein when the value of R1 is 0.5, the interval area is also set as the high-luminance area. 前記R1の値が、0.2である場合に、前記間隔領域も前記高輝度領域に設定することを特徴とする、請求項3に記載の撮像装置。   The imaging apparatus according to claim 3, wherein when the value of R1 is 0.2, the interval area is also set to the high luminance area. 前記設定部は、前記間隔領域が前記高輝度領域に上下左右全て囲まれている場合に、前記間隔領域も前記高輝度領域として設定する、
ことを特徴とする、請求項1に記載の撮像装置。
The setting unit sets the spacing area as the high brightness area when the spacing area is surrounded by the high brightness area in all directions.
The imaging apparatus according to claim 1, wherein:
前記設定部は、前記間隔領域が前記高輝度領域に上下左右全て囲まれている場合であって、且つ前記高輝度領域の面積をYとし、前記間隔領域の面積をY´とするとき、式2のR2の値が1以下である場合に、前記間隔領域も前記高輝度領域に設定する、
ことを特徴とする、請求項1に記載の撮像装置。
Figure 2018037740
The setting unit is a case where the interval region is surrounded by the high luminance region in all directions, and when the area of the high luminance region is Y and the area of the interval region is Y ′ When the value of R2 of 2 is 1 or less, the interval region is also set as the high luminance region.
The imaging apparatus according to claim 1, wherein:
Figure 2018037740
前記設定部は、前記間隔領域が前記高輝度領域に上下左右全て囲まれている場合であって、且つ前記高輝度領域のうち、上下又は左右の幅の和をXとし、前記間隔領域で同方向に対応する幅をX´とするとき、式1のR1の値が1以下である場合に、前記間隔領域も前記高輝度領域に設定する、
ことを特徴とする、請求項1に記載の撮像装置。
Figure 2018037740
The setting unit is a case where the spacing area is surrounded by the high brightness area in all directions, and the sum of the top and bottom or left and right widths of the high brightness area is X, and the spacing area is the same. When the width corresponding to the direction is X ′, when the value of R1 in Equation 1 is 1 or less, the interval region is also set as the high luminance region.
The imaging apparatus according to claim 1, wherein:
Figure 2018037740
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