專利名稱：攝像裝置及攝像方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及攝像裝置的曝光控制。
背景技術(shù)：
作為在使用縱向溢出(overflow)結(jié)構(gòu)的CCD作為攝像元件的攝像裝置中對(duì)攝像元件的曝光量進(jìn)行控制的技術(shù)，在特開平11-8802號(hào)公報(bào)、特開平6-62323號(hào)公報(bào)中公開的所謂的電子快門技術(shù)已公知。
該技術(shù)通過(guò)在基板偏壓上施加電壓，將光電轉(zhuǎn)換部上存儲(chǔ)的電荷向基板側(cè)排放而開始新的電荷存儲(chǔ)，通過(guò)控制從這時(shí)到將光電轉(zhuǎn)換部所存儲(chǔ)的電荷讀出到垂直傳輸部的時(shí)間，來(lái)控制曝光量。

發(fā)明內(nèi)容
但是，在進(jìn)行上述電子快門動(dòng)作時(shí)，由于施加高電壓的連續(xù)脈沖(以下稱為“電荷排放脈沖”)作為基板偏壓，有時(shí)基板偏壓會(huì)產(chǎn)生電壓變動(dòng)。
圖9表示電壓變動(dòng)發(fā)生時(shí)的時(shí)間圖。
在垂直同步期間的特定的時(shí)間，把讀出脈沖施加到垂直傳輸時(shí)鐘，由該讀出脈沖將光電轉(zhuǎn)換部上存儲(chǔ)的電荷讀出到垂直傳輸路徑，由后續(xù)的垂直CCD傳輸脈沖依次進(jìn)行傳輸。
另一方面，將電荷排放脈沖施加到基板偏壓上，來(lái)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換部上存儲(chǔ)的電荷的排放。由于該電荷排放脈沖是高電壓，因此在脈沖發(fā)生時(shí)和脈沖停止時(shí)，會(huì)使基板偏壓產(chǎn)生一些電壓變動(dòng)。
因此，由于電子快門的動(dòng)作而在基板偏壓產(chǎn)生變動(dòng)的情況下執(zhí)行從攝像元件讀出電荷的動(dòng)作時(shí)，存在由上述基板偏壓引起的雜波疊加在讀出信號(hào)上的問(wèn)題，在由于被拍攝物體亮度低而將攝像元件的輸出放大讀出時(shí)，這一問(wèn)題尤其明顯。
圖10表示產(chǎn)生了該雜波的圖像。由于混入了隨基板偏壓的變動(dòng)而產(chǎn)生的雜波，在圖像中產(chǎn)生了橫條紋(上下錯(cuò)位)。
本發(fā)明是鑒于上述情況作出的，目的是提供一種攝像裝置和攝像方法，即使被拍攝物體亮度低，也能得到不會(huì)混入隨基板偏置電壓的變動(dòng)而產(chǎn)生的雜波的圖像。
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的攝像裝置包括亮度計(jì)算部件，其根據(jù)所述攝像元件的攝像信號(hào)求出被拍攝物體亮度；電荷存儲(chǔ)時(shí)間控制部件，其在所述求出的被拍攝物體亮度比規(guī)定值低時(shí)，禁止所述攝像元件根據(jù)所述電荷排放脈沖進(jìn)行電荷排放，以垂直傳輸期的整數(shù)倍的時(shí)間間隔，控制所述攝像元件的電荷存儲(chǔ)時(shí)間。
此外，本發(fā)明的攝像裝置在上述本發(fā)明的攝像裝置中，包括曝光控制部件，該曝光控制部件在以所述垂直傳輸期的整數(shù)倍的時(shí)間間隔控制所述電荷存儲(chǔ)時(shí)間時(shí)，根據(jù)所述攝像元件輸出信號(hào)的放大率或光圈值，控制電荷存儲(chǔ)量。
此外，本發(fā)明的攝像方法為根據(jù)所述攝像元件的攝像信號(hào)求出被拍攝物體亮度；所述求出的被拍攝物體亮度比規(guī)定值低時(shí)，禁止所述攝像元件根據(jù)所述電荷排放脈沖進(jìn)行電荷排放，以垂直傳輸期的整數(shù)倍的時(shí)間間隔，控制所述攝像元件的電荷存儲(chǔ)時(shí)間。
此外，本發(fā)明的攝像方法為以所述垂直傳輸期的整數(shù)倍的時(shí)間間隔控制所述電荷存儲(chǔ)時(shí)間時(shí)，根據(jù)所述攝像元件輸出信號(hào)的放大率或光圈值，控制電荷存儲(chǔ)量。


圖1表示應(yīng)用本發(fā)明的攝像裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
圖2表示CCD攝像元件和驅(qū)動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)。
圖3是與本發(fā)明有關(guān)的曝光控制方法的程序曲線圖。
圖4是表示大致的曝光控制步驟的流程圖。
圖5表示曝光控制動(dòng)作的時(shí)間圖。
圖6表示曝光控制動(dòng)作的時(shí)間圖。
圖7表示曝光控制動(dòng)作的時(shí)間圖。
圖8表示曝光控制動(dòng)作的時(shí)間圖。
圖9表示電壓變動(dòng)發(fā)生時(shí)的時(shí)間圖。
圖10表示產(chǎn)生雜波的圖像。
具體實(shí)施例方式
圖1是表示應(yīng)用本發(fā)明的攝像裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
該攝像裝置包括由變焦鏡頭111、聚焦鏡頭112構(gòu)成的鏡頭組；用于控制曝光的光圈機(jī)構(gòu)113；將被拍攝物體像轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的CCD攝像元件16；將CCD攝像元件16的信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的攝像電路2；與信號(hào)總線100連接的、對(duì)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的攝像信號(hào)實(shí)施各種處理的AE處理部3、AF處理部4、圖像處理電路5、非易失性存儲(chǔ)器6、內(nèi)置存儲(chǔ)器7、壓縮擴(kuò)展部8、裝卸存儲(chǔ)器9、LCD驅(qū)動(dòng)器10。
另外，該攝像裝置還包括對(duì)各部分進(jìn)行統(tǒng)一控制的主CPU1；由各種操作開關(guān)構(gòu)成的輸入部12；用于顯示操作狀態(tài)及模式狀態(tài)等的LCD17；用于驅(qū)動(dòng)控制鏡頭的變焦控制部101、聚焦控制部102、電機(jī)121、122；用于控制光圈113的光圈控制部103、電機(jī)123；用于控制CCD16的TG電路14、CCD驅(qū)動(dòng)器15；輸出報(bào)警等的揚(yáng)聲器13；電源部11。
該攝像裝置中，主CPU1統(tǒng)一進(jìn)行全部控制，特別是負(fù)責(zé)曝光控制、通過(guò)驅(qū)動(dòng)控制CCD攝像元件16來(lái)讀出信號(hào)、與圖像處理有關(guān)的一系列的處理。
下面對(duì)該攝像裝置的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。
輸入部12中設(shè)置有變焦操縱桿、釋放開關(guān)SW、電源開關(guān)等各種操作開關(guān)。這里，攝像者操作釋放開關(guān)SW將其按壓到第一階段，進(jìn)行AE、AF動(dòng)作。
在AE動(dòng)作中，把來(lái)自攝像電路2的圖像信號(hào)取入AE處理部3。在AE處理部3中，算出對(duì)規(guī)定區(qū)域的圖像信號(hào)進(jìn)行累計(jì)所得的AE估計(jì)值，并將該值傳輸?shù)街鰿PU1。
在主CPU1中，將AE估計(jì)值與內(nèi)部基準(zhǔn)值進(jìn)行比較，例如判斷出被拍攝物體亮度低時(shí)，通過(guò)TG電路14使攝像電路2的放大率增加，或者通過(guò)光圈控制部103，指示進(jìn)行打開光圈113等操作。從而進(jìn)行適當(dāng)?shù)钠毓饪刂啤?br> 接著進(jìn)行AF動(dòng)作，把來(lái)自攝像電路2的圖像信號(hào)輸入到AF處理部4，在AF處理部4中，通過(guò)濾波處理從圖像信號(hào)中取出高頻成分，然后，算出對(duì)該高頻成分進(jìn)行累計(jì)所得的AF估計(jì)值或?qū)Ρ榷戎?，并將該值傳輸?shù)街鰿PU1。在主CPU1中，控制聚焦控制部102對(duì)電機(jī)122的驅(qū)動(dòng)，使AF估計(jì)值最大，從而進(jìn)行對(duì)焦控制。
如果將釋放開關(guān)SW按壓到第二階段，則開始通常的攝像動(dòng)作。
被拍攝物體像通過(guò)變焦鏡頭111、聚焦鏡頭112及光圈113，在攝像元件16上成像。然后，把攝像元件16上產(chǎn)生的攝像信號(hào)輸入到攝像電路2，進(jìn)行CDS(相關(guān)雙重脈沖調(diào)制)、信號(hào)放大等處理后，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)輸出到信號(hào)總線100。
AE處理部3、AF處理部4、圖像處理電路5、非易性存儲(chǔ)器6、內(nèi)置存儲(chǔ)器7、壓縮擴(kuò)展部8、裝卸存儲(chǔ)器9、LCD驅(qū)動(dòng)器10等與信號(hào)總線100連接。
把來(lái)自攝像電路2的圖像數(shù)據(jù)暫時(shí)緩存在內(nèi)置存儲(chǔ)器7內(nèi)后，在圖像處理電路5中對(duì)其進(jìn)行Y/C、彩色矩陣等處理。然后在壓縮擴(kuò)展部8進(jìn)行圖像壓縮后存儲(chǔ)到裝卸存儲(chǔ)器9。另一方面，把來(lái)自攝像電路2的圖像數(shù)據(jù)作為視頻信號(hào)輸入到LCD驅(qū)動(dòng)器10，作為通過(guò)圖像(スル一畫像)顯示在LCD17上。
另外，在攝像者進(jìn)行圖像的再現(xiàn)操作時(shí)，讀出保存在裝卸存儲(chǔ)器9中的圖像數(shù)據(jù)，在壓縮擴(kuò)展部8進(jìn)行擴(kuò)展處理后，在圖像處理電路5轉(zhuǎn)換為所需尺寸的圖像，并輸入到LCD驅(qū)動(dòng)器10，在LCD17上顯示。
另外，在非易失性存儲(chǔ)器6中存儲(chǔ)用于進(jìn)行以上說(shuō)明的各種處理的各種程序或設(shè)定值。
圖2是CCD攝像元件16和驅(qū)動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)示意圖。
CCD攝像元件16由攝像區(qū)域內(nèi)配置成矩陣狀的光傳感器22、垂直傳輸路徑23、水平傳輸路徑24及輸出放大器25構(gòu)成。
垂直傳輸路徑23是與各光傳感器22的垂直列對(duì)應(yīng)設(shè)置的、從各光傳感器22讀出存儲(chǔ)電荷向垂直方向傳輸?shù)募拇嫫?。水平傳輸路?4是將從垂直傳輸路徑23傳輸?shù)碾姾上蛩椒较騻鬏數(shù)募拇嫫鳌６敵龇糯笃?5將從水平傳輸路徑24傳輸?shù)碾姾赊D(zhuǎn)換為電壓并放大。
CCD驅(qū)動(dòng)器15產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)垂直傳輸路徑23的垂直傳輸脈沖ΦV1～ΦV4和驅(qū)動(dòng)水平傳輸路徑24的水平傳輸脈沖ΦH1、ΦH2以及排放光傳感器22上存儲(chǔ)的電荷的電荷排放脈沖ΦSUB。并且，該CCD驅(qū)動(dòng)器15的脈沖輸出動(dòng)作由TG電路14控制。
圖3是與本發(fā)明有關(guān)的曝光控制方法的程序曲線圖。圖4是表示大致的曝光控制步驟的流程圖。以下，參照?qǐng)D3、圖4對(duì)與本發(fā)明有關(guān)的曝光控制方法進(jìn)行說(shuō)明。
本攝像裝置在顯示通過(guò)圖像時(shí)(S1)，從圖像信號(hào)中取得AE估計(jì)值(S2)，根據(jù)該值計(jì)算被拍攝物體亮度Bv(S3)，然后，根據(jù)被拍攝物體亮度Bv的值選擇曝光控制方式。
另外，在曝光運(yùn)算中使用(1)式中所示的頂點(diǎn)運(yùn)算。
Ev＝Av+Tv＝Sv+Bv (1)這里，Ev曝光、Av光圈、Tv快門速度、Sv放大率被拍攝物體亮度Bv在3以上時(shí)，按照程序曲線圖，設(shè)定放大率Sv＝5(ISO＝100)，光圈Av為3(Fno＝2.8)。然后，根據(jù)通過(guò)(2)式的頂點(diǎn)運(yùn)算求出快門速度Tv(S5)。
Tv＝Sv+Bv-Av (2)接著利用這些值進(jìn)行曝光設(shè)定(S10)。
圖5是表示曝光控制動(dòng)作的時(shí)間圖。
如圖5所示，本攝像裝置在顯示通過(guò)圖像的情況下，與垂直同步信號(hào)的間隔同步地輸出讀出脈沖，按照順序反復(fù)執(zhí)行上述的曝光運(yùn)算和曝光設(shè)定。在此，把垂直同步信號(hào)的間隔稱為幀期間。
圖5中，在第1幀期間的曝光①所示的曝光時(shí)間內(nèi)存儲(chǔ)的電荷，在第2幀期間被讀出，依據(jù)該值算出AE估計(jì)值，根據(jù)上述方法進(jìn)行適當(dāng)?shù)钠毓鈺r(shí)間的運(yùn)算。然后在第3幀期間設(shè)定作為結(jié)果得到的適當(dāng)?shù)钠毓庵?，并反映在?幀期間內(nèi)曝光②所示的曝光時(shí)間中。
圖4中，被拍攝物體亮度Bv在0以上不到3時(shí)，按照程序曲線圖，設(shè)定快門速度Tv＝5(快門速度＝1/30)，光圈Av為3(Fno＝2.8)。然后根據(jù)(3)式中的頂點(diǎn)運(yùn)算求出放大率Sv(S6)。
Sv＝Tv+Av-Bv (3)然后使用這些值進(jìn)行曝光設(shè)定(S10)。
圖6是曝光控制動(dòng)作的時(shí)間圖。
圖中，與垂直同步信號(hào)的間隔同步地輸出讀出脈沖，但與圖5不同，不進(jìn)行電荷排放脈沖的輸出。這是由于通過(guò)使快門速度與垂直同步信號(hào)的周期一致，不需要排放動(dòng)作。因此，由于在該動(dòng)作中不輸出電荷排放脈沖，可以得到基板偏壓沒(méi)有變動(dòng)而無(wú)雜波的通過(guò)圖像。
圖6中，在第1幀期間的曝光①所示的曝光時(shí)間內(nèi)存儲(chǔ)的電荷，在第2幀期間被讀出，依據(jù)該值算出AE估計(jì)值，根據(jù)上述方法進(jìn)行曝光時(shí)間為1/30的運(yùn)算。然后，在第3幀期間設(shè)定作為結(jié)果得到的適當(dāng)曝光值，同時(shí)設(shè)定停止電荷排放脈沖的輸出，并反映在第4幀期間內(nèi)曝光②所示的曝光時(shí)間中。
圖4中，被拍攝物體亮度Bv在-1以上不到0時(shí)，按照程序曲線圖，設(shè)定快門速度Tv＝4(快門速度＝1/15)，光圈Av為3(Fno＝2.8)。然后根據(jù)(3)式中的頂點(diǎn)運(yùn)算求出放大率Sv(S7)。
然后使用這些值進(jìn)行曝光設(shè)定(S10)。
圖7是曝光控制動(dòng)作的時(shí)間圖。
在該圖中，與垂直同步信號(hào)的間隔的2倍周期同步地輸出讀出脈沖，與圖5不同，不進(jìn)行電荷排放脈沖的輸出。這是由于通過(guò)使快門速度與垂直同步信號(hào)的2倍周期一致，不需要排放動(dòng)作。因此，由于在該動(dòng)作中不輸出電荷排放脈沖，可以得到基板偏壓沒(méi)有變動(dòng)而無(wú)雜波的通過(guò)圖像。
圖7中，在第1、2幀期間的曝光①所示的曝光時(shí)間存儲(chǔ)的電荷，在第3幀期間被讀出，依據(jù)該值算出AE估計(jì)值，利用上述方法，進(jìn)行曝光時(shí)間為1/15的運(yùn)算。在第4幀期間設(shè)定作為結(jié)果得到的適當(dāng)?shù)钠毓庵?，同時(shí)進(jìn)行停止電荷排放脈沖的輸出的設(shè)定，并反映在第5、6幀期間內(nèi)曝光②所示的曝光時(shí)間中。
圖4中，被拍攝物體亮度Bv在-2以上不到-1時(shí)，按照程序曲線圖，設(shè)定快門速度Tv＝3(快門速度＝1/7.5)，光圈Av為3(Fno＝2.8)。然后根據(jù)(3)式中的頂點(diǎn)運(yùn)算求出放大率Sv(S8)。
然后使用這些值進(jìn)行曝光設(shè)定(S10)。
圖8是曝光控制動(dòng)作的時(shí)間圖。
圖中，與垂直同步信號(hào)的間隔的4倍周期同步地輸出讀出脈沖，與圖5不同，不進(jìn)行電荷排放脈沖的輸出。這是通過(guò)使由于快門速度與垂直同步信號(hào)的4倍周期一致，不需要排放動(dòng)作。因此，由于在該動(dòng)作中不輸出電荷排放脈沖，可以得到基板偏壓沒(méi)有變動(dòng)而無(wú)雜波的通過(guò)圖像。
圖8中，在第1～4幀期間的曝光①所示的曝光時(shí)間存儲(chǔ)的電荷，在第5幀期間被讀出，依據(jù)該值算出AE估計(jì)值，利用上述方法，進(jìn)行曝光時(shí)間為1/7.5的運(yùn)算。在第8幀期間設(shè)定作為結(jié)果得到的適當(dāng)?shù)钠毓庵?，同時(shí)進(jìn)行停止電荷排放脈沖的輸出的設(shè)定，并反映在以后幀期間所示的曝光時(shí)間中。
圖4中，被拍攝物體亮度Bv在-3以上不到-2時(shí)，按照程序曲線圖，設(shè)定快門速度Tv＝2(快門速度＝1/3.75)，光圈Av為3(Fno＝2.8)。然后根據(jù)(3)式中的頂點(diǎn)運(yùn)算求出放大率Sv(S9)。
然后使用這些值進(jìn)行曝光設(shè)定(S10)。
曝光控制動(dòng)作也與上述動(dòng)作相同，與垂直同步信號(hào)的間隔8倍的周期同步地輸出讀出脈沖，與圖5不同，不進(jìn)行電荷排放脈沖的輸出。因此，由于該動(dòng)作中不輸出電荷排放脈沖，可以得到基板偏壓沒(méi)有變動(dòng)而無(wú)雜波的通過(guò)圖像。
另外，在本實(shí)施方式中，在被拍攝物體亮度不超過(guò)3的情況下，對(duì)電荷排放脈沖進(jìn)行抑制，但本發(fā)明并不僅限于這一方式，也可以在被拍攝物體亮度不超過(guò)3以外的其他值時(shí)，對(duì)電荷排放脈沖進(jìn)行抑制，并且，也可以適當(dāng)選定此時(shí)的快門速度Tv、光圈Av值。
另外，在本實(shí)施方式中，與垂直同步信號(hào)的間隔的偶數(shù)倍的周期同步地輸出讀出脈沖，但本發(fā)明并不僅限于這一方式，也可以與垂直同步信號(hào)的間隔的整數(shù)倍的周期同步地輸出讀出脈沖。
此外，在根據(jù)程序曲線圖的曝光控制中通過(guò)改變放大率Sv來(lái)進(jìn)行控制，但也可以控制光圈Av。
另外，在本實(shí)施方式中，對(duì)通過(guò)圖像的雜波降低方法進(jìn)行了說(shuō)明，但并不僅限于這一實(shí)施方式，本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以容易地在正式曝光中應(yīng)用該方法。
另外與本發(fā)明有關(guān)的各功能，既可以作為程序裝入主CPU1來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以用硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)。
由于在上述實(shí)施方式中包含各個(gè)階段的發(fā)明，通過(guò)對(duì)所公開的多個(gè)構(gòu)成要件進(jìn)行適當(dāng)組合，可以提出各種發(fā)明。例如，在即使去掉在實(shí)施方式中所示的全部構(gòu)成要件中的幾個(gè)構(gòu)成要件，也可以解決發(fā)明所要解決的問(wèn)題，可以得到發(fā)明效果中所述的效果的情況下，可以將去掉該構(gòu)成要件的結(jié)構(gòu)，作為發(fā)明提出來(lái)。
根據(jù)以上所說(shuō)明的本發(fā)明，即使被拍攝物體亮度低，也可以得到不會(huì)混入隨基板偏壓的變動(dòng)而產(chǎn)生的雜波的圖像。
權(quán)利要求
1.一種攝像裝置，通過(guò)改變施加到攝像元件的電荷排放脈沖和電荷讀出脈沖之間的間隔，控制所述攝像元件的電荷存儲(chǔ)量，其特征在于，包括亮度計(jì)算部件，其根據(jù)所述攝像元件的攝像信號(hào)求出被拍攝物體亮度；電荷存儲(chǔ)時(shí)間控制部件，其在所述求出的被拍攝物體亮度比規(guī)定值低時(shí)，禁止所述攝像元件根據(jù)所述電荷排放脈沖進(jìn)行電荷排放，以垂直傳輸期的整數(shù)倍的時(shí)間間隔，控制所述攝像元件的電荷存儲(chǔ)時(shí)間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攝像裝置，其特征在于，包括曝光控制部件，該曝光控制部件在以所述垂直傳輸期的整數(shù)倍的時(shí)間間隔控制所述電荷存儲(chǔ)時(shí)間時(shí)，根據(jù)所述攝像元件輸出信號(hào)的放大率或光圈值，控制電荷存儲(chǔ)量。
3.一種攝像方法，通過(guò)改變施加到攝像元件的電荷排放脈沖和電荷讀出脈沖之間的間隔，控制所述攝像元件的電荷存儲(chǔ)量，其特征在于，根據(jù)所述攝像元件的攝像信號(hào)求出被拍攝物體亮度；所述求出的被拍攝物體亮度比規(guī)定值低時(shí)，禁止所述攝像元件根據(jù)所述電荷排放脈沖進(jìn)行電荷排放，以垂直傳輸期的整數(shù)倍的時(shí)間間隔，控制所述攝像元件的電荷存儲(chǔ)時(shí)間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的攝像方法，其特征在于，以所述垂直傳輸期的整數(shù)倍的時(shí)間間隔控制所述電荷存儲(chǔ)時(shí)間時(shí)，根據(jù)所述攝像元件輸出信號(hào)的放大率或光圈值，控制電荷存儲(chǔ)量。
全文摘要
本發(fā)明提供一種攝像裝置及攝像方法，即使被拍攝物體亮度低，也能得到不會(huì)混入隨基板偏置電壓的變動(dòng)而產(chǎn)生的雜波的圖像。該攝像裝置包括亮度計(jì)算部件，其根據(jù)攝像元件的攝像信號(hào)求出被拍攝物體亮度；電荷存儲(chǔ)時(shí)間控制部件，其在求出的被拍攝物體亮度比規(guī)定值低時(shí)，禁止攝像元件根據(jù)電荷排放脈沖進(jìn)行電荷排放，以垂直傳輸期的整數(shù)倍的時(shí)間間隔，控制攝像元件電荷存儲(chǔ)時(shí)間。
文檔編號(hào)H04N5/357GK1452393SQ0312214
公開日2003年10月29日 申請(qǐng)日期2003年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月17日
發(fā)明者橋本仁史 申請(qǐng)人:奧林巴斯光學(xué)工業(yè)株式會(huì)社