成像裝置以及成像控制方法

2023-07-06 05:26:36 1

專利名稱：成像裝置以及成像控制方法
技術領域：
本發明涉及成像裝置以及成像控制方法。具體地，本發明涉及關於所謂(XD、CM0S 等等成像器件的曝光控制或者轉移控制的修改。
背景技術：
所謂數字靜止相機與數字攝像機等等成像裝置每個都包含諸如CCD或CMOS等成 像器件，其能夠近乎實時地得到作為信號的投影圖像。在具有此類成像器件的相機被用來在夜間拍攝星星等等的情況下，必須進行很長 時間的曝光，例如多於3分鐘。但是，驅動CCD等等或者其可能影響在CCD等等中累積的電荷的外圍電路的信號 例如在曝光周期期間被累積作為噪聲。此處，即使在短曝光時間周期的正常拍照時沒有關係的噪聲，在如上所述的曝光 時間周期為長時間周期的情況下，在再現圖像中也可能是無法被忽略的噪聲，這是因為該 噪聲也累積了長時間。圖4為幀轉移模式的讀出模型，其中在CXD中記錄的靜止圖像的讀出以3場分別 轉移。圖5為監控驅動模式中的讀出模型。並且靜止圖像曝光的CXD驅動模式為監控驅動 模式。在長時間曝光的情況下，對應於曝光時間周期，進行每個像素中的累積。在經過了 預定累積(曝光)時間周期之後，置於光學系統處或者光學系統與CCD之間的機械快門被 關閉，以獲得遮擋狀態，並且進行圖4所示的讀出操作。在經過預定曝光時間周期(即曝光操作時間周期)之前的時間周期期間，不通過 水平與垂直轉移路徑從CCD的每個像素輸出信號。但是，因為繼續按監控驅動模式的1/30 周期操作CCD，例如，如果由於監控驅動模式的驅動信號而出現低電平噪聲，則即使其為在 正常監控時不會導致任何問題的不大的信號，在CCD曝光1秒的情況下，噪聲會被累積30 次，從而噪聲信號的電平變大，並且引起周期性水平條帶圖案，其在圖像中具有高亮度，並 且變為十分可見的噪聲。另外，因為在CCD等等中、暗電流會引起不可預見噪聲，並且構成CCD等等的多個 受光元件的受光敏感度存在變化，所以即使以相同的光對相同的時間周期進行曝光，在從 每個受光元件輸出的信號電平之間也會出現差異。另外，暗電流的生成以及敏感度的變化尤其受溫度影響，並且隨著溫度上升，上述的差異會越大。如圖5所示，置於CCD水平轉移線的輸出端處的放大器由CCD的驅動時鐘操作。 如果其持續工作，則必然產生熱，由於所產生的熱量的影響，這會增加靠近放大器的元件的 暗電流，並且這些元件與其他部位的元件之間的信號電平的差異也會變大，而通過降低曝 光時的時鐘頻率以及減少操作次數，會抑制熱量生成，並且也會禁止生成噪聲(參照JP-A 3162206 與 JP-A3376193)。另外，人們提出了以下技術對應於來自CCD的信號數據的讀出模式，修改CCD的 運行時鐘(參照 JP-A 2003-060994 與 JP-A H10-304250)。另外，人們提出了以下技術根據對象的亮度，控制曝光時間周期，並且控制轉移 時間周期的時鐘與曝光時間周期成比例(參照JP-A2001-054019)。但是，對於近來的數字相機，隨著圖像拾取器件的個數的增加(較高的像素計 數)，應該讀出的數據量增加，同時要求提高操作速度。

發明內容
本發明要解決的技術問題因此，本發明的一個目的在於提供成像裝置、成像控制方法、以及計算機可讀記錄 介質，其可以限制噪聲生成，而不會大大延長整體操作時間周期。根據本發明的成像裝置(包括相機、複印機、傳真機、以及具有相機功能的個人數 字助理)、以及成像控制方法，通過根據曝光時間周期、調整為將曝光對象圖像轉換為圖像 信號的觸發信號的驅動信號的時鐘頻率、和/或用於轉移轉換所獲得的圖像信號的轉移信 號的時鐘頻率，限制噪聲生成，而不會大大延長包括曝光操作與轉移操作的操作所需的整 體操作時間周期。解決技術問題的手段換言之，根據本發明一方面的成像裝置包括彩色成像器件，其將通過光學系統投 影的對象的圖像轉換為彩色圖像信號，並且輸出該彩色圖像信號；圖像處理單元，其處理圖 像與保存該圖像；圖像信號轉移單元，其將該彩色圖像信號轉移至圖像處理單元；時序信 號生成器，其生成用於驅動彩色成像器件的驅動信號；以及時鐘頻率調整器，其中當彩色成 像器件通過其中對於不小於預定的時間周期的長時間曝光周期進行曝光的長時間曝光而 曝光時，所述長時間曝光周期包括小於預定的時間周期的正常曝光周期的多個垂直同步信 號，且時鐘頻率調整器調整該長時間曝光周期期間所述驅動信號的時鐘頻率為低於該驅動 信號在正常曝光周期期間的時鐘頻率。根據具有此類結構的本發明的成像裝置，當彩色成像器件通過其中對於不小於預 定的時間周期的長時間曝光周期進行曝光的長時間曝光而曝光時，所述長時間曝光周期包 括小於預定的時間周期的正常曝光周期的多個垂直同步信號，且時鐘頻率調整器調整該長 時間曝光周期期間所述驅動信號的時鐘頻率為低於該驅動信號在正常曝光周期期間的時 鍾頻率。因此，即使當對長時間周期進行曝光時，由於操作周期的減少，可以抑制彩色成像 器件中包含的放大器等等生成熱量，並且可以禁止生成噪聲。在另一方面，即使減少曝光周期期間彩色成像器件的驅動信號的時鐘頻率，對於 隨後的轉移也絕對沒有影響，因此不會降低操作速度。
根據本發明另一方面的成像裝置包括彩色成像器件，其將通過光學系統投影的 對象的圖像轉換為彩色圖像信號，並且輸出該彩色圖像信號；圖像處理單元，其處理圖像與 保存該圖像；圖像信號轉移單元，其將該彩色圖像信號轉移至圖像處理單元；第一時序信 號生成器，其生成用於驅動彩色成像器件的驅動信號；第二時序信號生成器，其生成用於通 過圖像信號轉移單元進行轉移的轉移信號；以及時鐘頻率調整器，其中當彩色成像器件通 過其中對於不小於預定的時間周期進行曝光的長時間曝光而曝光時，時鐘頻率調整器分別 調整轉移周期期間所述驅動信號與轉移信號中每一個的時鐘頻率為低於所述驅動信號與 轉移信號中每一個在其中對小於所述預定的時間周期進行曝光的曝光周期期間的時鐘頻 率。根據具有此類結構的本發明的成像裝置，當彩色成像器件通過其中對於不小於預 定的時間周期進行曝光的長時間曝光而曝光時，時鐘頻率調整器分別調整轉移周期期間所 述驅動信號與轉移信號中每一個的時鐘頻率為低於所述驅動信號與轉移信號中每一個在 其中對小於所述預定的時間周期進行曝光的曝光周期期間的時鐘頻率。因此，即使當對長 周期進行曝光時，由於操作周期的減少，可以抑制彩色成像器件中包含的放大器等等生成 熱量，並且可以禁止生成噪聲。在另一方面，即使減少曝光彩色成像器件的轉移信號的時鐘頻率，操作時間周期 的延長寬度也非常小，從而對於其中對幾秒進行曝光的長時間曝光，實際延長的寬度對整 個曝光時間周期的比例幾乎為零，並且不會降低操作速度。另外，當減少轉移信號的時鐘頻率時，可以減少因為模擬電路的高速操作、以及其 他電路的幹擾噪聲而產生的AFE (模擬前端)的特性下降，從而可以提高圖像品質。根據本發明另一方面的成像裝置包括彩色成像器件，其將通過光學系統投影的 對象的圖像轉換為彩色圖像信號，並且輸出該彩色圖像信號；圖像處理單元，其處理圖像與 保存該圖像；圖像信號轉移單元，其將該彩色圖像信號轉移至圖像處理單元；時序信號生 成器件，其包括生成用於驅動彩色成像器件的驅動信號的第一時序信號生成器和生成用於 通過圖像信號轉移單元進行轉移的轉移信號的第二時序信號生成器；以及時鐘頻率調整 器，其中當彩色成像器件通過其中對於不小於預定的時間周期的長時間曝光周期進行曝光 的長時間曝光而曝光時，所述長時間曝光周期包括小於預定的時間周期的正常曝光周期的 多個垂直同步信號，且時鐘頻率調整器分別調整該長時間曝光周期期間所述驅動信號的時 鍾頻率、轉移周期期間所述驅動信號的時鐘頻率以及轉移周期期間所述轉移信號的時鐘頻 率中的每一個為低於所述驅動信號與轉移信號在正常曝光周期期間的時鐘頻率中的每一 個。根據具有此類結構的本發明的成像裝置，當彩色成像器件通過其中對於不小於預 定的時間周期的長時間曝光周期進行曝光的長時間曝光而曝光時，所述長時間曝光周期包 括小於預定的時間周期的正常曝光周期的多個垂直同步信號，且時鐘頻率調整器分別調整 該長時間曝光周期期間所述驅動信號的時鐘頻率、轉移周期期間所述驅動信號的時鐘頻率 以及轉移周期期間所述轉移信號的時鐘頻率中的每一個為低於所述驅動信號與轉移信號 在正常曝光周期期間的時鐘頻率中的每一個。因此，即使當對長周期進行曝光時，由於操作 周期的減少，可以抑制彩色成像器件中包含的放大器等等生成熱量，並且可以禁止生成噪 聲。
在另一方面，即使減少曝光彩色成像器件的轉移信號的時鐘頻率，操作時間周期 的延長寬度也非常小，從而對於其中對幾秒進行曝光的長時間曝光，實際延長的寬度對整 個曝光時間周期的比例幾乎為零，並且不會降低操作速度。另外，因為減少轉移信號的時鐘頻率，可以減少因為模擬電路的高速操作、以及其 他電路的幹擾噪聲而產生的AFE的特性下降，從而可以提高圖像品質。根據本發明另一方面的成像裝置還包括曝光模式選擇單元，其將其中對象圖像 被投影到彩色成像器件的曝光時間周期切換為指定的時間周期或對應於指定的亮度的時 間周期，其中當曝光模式選擇單元被切換以處於曝光模式選擇單元選擇所述指定的時間周 期或對應於指定的亮度的時間周期的狀態時，且當所述指定的時間周期或所述時間周期等 於或長於所述預定的時間周期時，調整時鐘頻率。根據具有此類結構的本發明的成像裝置，在拍攝者為曝光模式選擇單元指定曝光 時間周期、或者對應於曝光時間周期的亮度的情況下，如果該指定的時間周期或對應於指 定的亮度的時間周期小於預定時間周期，則時鐘頻率調整器在經過該預定時間周期之後切 換時鐘頻率，因此，可以不會產生拍攝者(用戶)所不希望的響應下降，並且可以獲得高品 質圖片。根據本發明另一方面的成像裝置還包括圖像品質優先模式選擇單元，其選擇要 成像的對象圖像的圖像品質的優先級別，其中當圖像品質優先模式選擇單元選擇的優先級 別為可選優先級別範圍內相對較高的級別時，則調整所述轉移信號的時鐘頻率。根據具有此類結構的本發明的成像裝置，拍攝者(用戶)可以選擇圖像品質優先 於響應。即使在圖像品質優先的情況下，通過只有在曝光周期期間才減少時鐘頻率的設置， 可以抑制操作時間周期的延長。根據本發明另一方面的控制成像裝置的方法，該成像裝置包括彩色成像器件，其 將通過光學系統投影的對象的圖像轉換為彩色圖像信號，並且輸出該彩色圖像信號；圖像 處理單元，其處理圖像與保存該圖像；圖像信號轉移單元，其將該彩色圖像信號轉移至圖像 處理單元；以及時序信號生成器，其生成用於驅動彩色成像器件的驅動信號，其中，當通過 其中對於不小於預定的時間周期的長時間曝光周期進行曝光的長時間曝光而曝光對象圖 像的投影時，所述長時間曝光周期包括小於預定的時間周期的正常曝光周期的多個垂直同 步信號，且調整該長時間曝光周期期間所述驅動信號的時鐘頻率為低於該驅動信號在正常 曝光周期期間的時鐘頻率。根據具有此類結構的本發明的控制成像裝置的方法，當通過其中對於不小於預定 的時間周期的長時間曝光周期進行曝光的長時間曝光而曝光對象圖像的投影時，所述長時 間曝光周期包括小於預定的時間周期的正常曝光周期的多個垂直同步信號，且調整該長時 間曝光周期期間所述驅動信號的時鐘頻率為低於該驅動信號在正常曝光周期期間的時鐘 頻率。因此，即使當對長周期進行曝光時，由於操作周期的減少，可以抑制彩色成像器件中 包含的放大器等等生成熱量，並且可以禁止生成噪聲。在另一方面，即使減少曝光周期期間彩色成像器件的驅動信號的時鐘頻率，對於 隨後的轉移也絕對沒有影響，因此不會降低操作速度。一種控制成像裝置的方法，該成像裝置包括彩色成像器件，其將通過光學系統投 影的對象的圖像轉換為彩色圖像信號，並且輸出該彩色圖像信號；圖像處理單元，其處理圖像與保存該圖像；圖像信號轉移單元，其將該彩色圖像信號轉移至圖像處理單元；第一時 序信號生成器，其生成用於驅動彩色成像器件的驅動信號；以及第二時序信號生成器，其生 成用於通過圖像信號轉移單元進行轉移的轉移信號，其中，當通過其中對於不小於預定的 時間周期進行曝光的長時間曝光而曝光對象圖像的投影時，分別調整轉移周期期間所述驅 動信號與轉移信號中每一個的時鐘頻率為低於所述驅動信號與轉移信號中每一個在其中 對小於所述預定的時間周期進行曝光的曝光周期期間的時鐘頻率。根據具有此類結構的本發明的控制成像裝置的方法，當通過其中對於不小於預定 的時間周期進行曝光的長時間曝光而曝光對象圖像的投影時，分別調整轉移周期期間所述 驅動信號與轉移信號中每一個的時鐘頻率為低於所述驅動信號與轉移信號中每一個在其 中對小於所述預定的時間周期進行曝光的曝光周期期間的時鐘頻率。因此，即使當對長周 期進行曝光時，由於操作周期的減少，可以抑制彩色成像器件中包含的放大器等等生成熱 量，並且可以禁止生成噪聲。在另一方面，即使減少曝光彩色成像器件的轉移信號的時鐘頻率，操作時間周期 的延長寬度也非常小，從而對於其中對幾秒進行曝光的長時間曝光，實際延長的寬度對整 個曝光時間周期的比例幾乎為零，並且不會降低操作速度。一種控制成像裝置的方法，該成像裝置包括彩色成像器件，其將通過光學系統投 影的對象的圖像轉換為彩色圖像信號，並且輸出該彩色圖像信號；圖像處理單元，其處理圖 像與保存該圖像；圖像信號轉移單元，其將該彩色圖像信號轉移至圖像處理單元；時序信 號生成器件，其包括生成用於驅動彩色成像器件的驅動信號的第一時序信號生成器和生成 用於通過圖像信號轉移單元進行轉移的轉移信號的第二時序信號生成器，其中，當通過其 中對於不小於預定的時間周期的長時間曝光周期進行曝光的長時間曝光而曝光對象圖像 的投影時，所述長時間曝光周期包括小於預定的時間周期的正常曝光周期的多個垂直同步 信號，且分別調整該長時間曝光周期期間所述驅動信號的時鐘頻率、轉移周期期間所述驅 動信號的時鐘頻率以及轉移周期期間所述轉移信號的時鐘頻率中的每一個為低於所述驅 動信號與轉移信號在正常曝光周期期間的時鐘頻率中的每一個。根據具有此類結構的本發明的控制成像裝置的方法，當通過其中對於不小於預定 的時間周期的長時間曝光周期進行曝光的長時間曝光而曝光對象圖像的投影時，所述長時 間曝光周期包括小於預定的時間周期的正常曝光周期的多個垂直同步信號，且分別調整該 長時間曝光周期期間所述驅動信號的時鐘頻率、轉移周期期間所述驅動信號的時鐘頻率以 及轉移周期期間所述轉移信號的時鐘頻率中的每一個為低於所述驅動信號與轉移信號在 正常曝光周期期間的時鐘頻率中的每一個。因此，即使當對長周期進行曝光時，由於操作周 期的減少，可以抑制彩色成像器件中包含的放大器等等生成熱量，並且可以禁止生成噪聲。在另一方面，即使減少曝光彩色成像器件的轉移信號的時鐘頻率，操作時間周期 的延長寬度也非常小，從而對於其中對幾秒進行曝光的長時間曝光，實際延長的寬度對整 個曝光時間周期的比例幾乎為零，並且不會降低操作速度。另外，因為減少轉移信號的時鐘頻率，可以減少因為模擬電路的高速操作、以及其 他電路的幹擾噪聲而產生的AFE的特性下降，從而可以提高圖像品質。根據本發明另一方面的控制成像的方法，還包括切換其中投影對象圖像的曝光 時間周期到指定的時間周期或對應於指定的亮度的時間周期，其中在切換的選擇所述指定的時間周期或對應於指定的亮度的時間周期的狀態下，且當所述指定的時間周期或所述時 間周期等於或長於預定的時間周期時，調整時鐘頻率。根據具有此類結構的本發明的控制成像裝置的方法，在拍攝者為曝光模式選擇單 元指定曝光時間周期、或者對應於曝光時間周期的亮度的情況下，如果該指定的時間周期 或對應於指定的亮度的時間周期小於預定時間周期，則在經過預定時間周期之後切換時鐘 頻率，因此，不會產生拍攝者(用戶)所不希望的響應下降，並且可以獲得高品質圖片。根據本發明另一方面的控制成像的方法，還包括選擇要成像的對象圖像的圖像 品質的優先級別，其中當選擇的優先級別為可選優先級別範圍內相對較高的級別時，調整 所述轉移信號的時鐘頻率。根據具有此類結構的本發明的控制成像裝置的方法，拍攝者(用戶)可以選擇圖 像品質優先於響應。即使在圖像品質優先的情況下，通過只有在曝光周期期間才減少時鐘 頻率的設置，可以抑制操作時間周期的延長。一種根據本發明的記錄介質，該記錄介質在其中記錄有控制程序，該控制程序被 配置來讀入到計算機中，並且執行根據本發明的任一成像控制方法。根據具有此類結構的本發明的記錄介質，當將所述控制程序讀入計算機中、並且 執行根據本發明的任一成像控制方法時，可以獲得對應於本發明的成像控制方法的效果。因此，根據本發明的成像裝置、成像控制方法、以及計算機可讀記錄介質，通過根 據曝光時間周期、調整為將曝光對象圖像轉換為圖像信號的觸發信號的驅動信號的時鐘頻 率、和/或用於轉移該轉換所獲得的圖像信號的轉移信號的時鐘頻率，可以限制噪聲的生 成，而不會大大延長包括曝光操作與轉移操作的整體操作時間周期。從以下描述，本領域技術人員可以理解本發明的目的、特徵、以及優點，在以下描 述中，僅作為對適合於實現本發明的幾種模式的例子，顯示了並且描述了本發明的優選實 施例。可以理解，在不脫離本發明的精神與範圍的前提下，本發明可以不同顯而易見的多種 方式實現。因此，應該將描述與附圖當作說明性質而非限制性。


從以下參照附圖描述本發明，其中圖1為顯示作為根據本發明的成像裝置的數字相機的方框圖；圖2為圖1所示的數字相機的外部視圖；圖3為顯示靜止圖像記錄的成像操作的時序圖；圖4為顯示轉移靜止圖像的幀格式的視圖；圖5為顯示轉移監控圖像的幀格式的視圖；圖6A、6B、6C為顯示在IXD上顯示的菜單的例子的幀格式的視圖；圖7為顯示在IXD上顯示的菜單的另一例子的幀格式的視圖；圖8為其中圖1所示的數字相機被長時間曝光的曝光操作的時序圖；圖9為當曝光時轉移信號的時鐘頻率被減少到非曝光時轉移信號的時鐘頻率1/2 時的時序圖；圖10為顯示根據本發明另一實施例的數字相機的構成的方框圖；圖11為顯示根據本發明另一實施例的數字相機的構成的方框圖12為顯示根據本發明另一實施例的數字相機的構成的方框圖。附圖標記2ICCD22時序信號生成器27振蕩器28分頻器30數位訊號處理IC100數字相機
具體實施例方式以下參照附圖描述本發明的實施例。應該理解，本發明不限於這些實施例，並且對 於這些實施例可以進行各種修改與變化。圖1為顯示作為根據本發明的成像裝置的數字相機100的方框圖。圖2為圖1所 示的數字相機100的外部視圖。參照圖1，數字相機100包括鏡頭單元10(光學系統)，其 包括聚焦鏡頭與縮放鏡頭；CXD 21 (彩色成像器件)，其輸出通過構成鏡頭單元10的鏡頭投 影的對象的圖像；置於鏡頭單元10與CXD 21之間的機械快門12 ；馬達驅動器11，其至少將 鏡頭單元10的聚焦鏡頭在其可移動方向上移動；操作單元65，其包括快門釋放按鈕66(參 照圖2)，用來接收拍攝啟動操作；模擬前端(APE) 26，其主要進行從CCD 21讀出信號的處 理；數位訊號處理IC 30，其進行各種計算，例如對從CCD 21讀出信號的控制，處理讀出的 信號，控制馬達驅動器11的驅動，對來自操作單元65的操作信號的輸入處理等等；時序信 號生成器0^)22，其生成0021的驅動信號；分頻器28 ；振蕩器27 ；以及SDRAM 50，其臨時 保存數據等等。另外，TG 22、分頻器28、振蕩器27、以及數位訊號處理IC 30為時序信號生成器，其生成CCD 21的驅動信號與轉移信號，以及VD信號與HD信號，該VD信號與HD信號作 為CXD的驅動信號與轉移信號的標準，並且這些元件還對應於時鐘頻率調整器，並且當CXD 21通過長時間曝光(其中對於不小於預定的時間周期進行曝光)曝光時，該時鐘頻率調整 器調整曝光周期期間的驅動信號的時鐘頻率，使其低於其中對於小於預定的時間周期進行 曝光的曝光狀態下的驅動信號的時鐘頻率；並且調整在轉移周期期間的驅動信號與轉移信 號中每一個的時鐘頻率，使其低於在其中對於小於預定的時間周期進行曝光的曝光狀態下 它的時鐘頻率。馬達驅動器11由包含在數位訊號處理IC 30內部的微控制器31控制，並且進行 對鏡頭的驅動控制，以及對快門12的開關驅動控制。成像單元包括(XD 21 ；時序信號生成器22，其驅動CXD 21 ；⑶S 23，其根據來自 CXD 21的輸出數據採樣圖像信號；模擬增益控制器(AGC) 24 ；以及A/D轉換器25，其將CXD 21的圖像(模擬信號)轉換為數位訊號。此處，⑶S 23、AGC 24、以及A/D轉換器25構成 模擬前端(APE) 26。另外，振蕩器27分別向包括微機31的數位訊號處理IC 30與分頻器28提供系統 時鐘。分頻器28接收系統時鐘，並且向TG 22與數位訊號處理IC 30內的CXD IF(接口) 單元32提供像素時鐘，用來對應於來自微機31的指令進行分頻像素的同步。TG 22接收像素時鐘，並且向CXD 21與APE 26提供C⑶驅動信號與轉移信號。將從成像單元輸入到數位訊號處理IC 30的數字數據，作為RGB數據52，通過CXD IF單元32，臨時保存在作為幀存儲器與圖像存儲單元的SDRAM 50中。 數位訊號處理IC 30包括(XD IF單元32、圖像處理單元33、顯示I/F單元36、重 定大小單元34、JPEG編解碼單元35、卡控制器單元38、語音編解碼單元37、存儲器控制器 39、以及進行系統控制的微機31。CXD IF單元32輸出圖像平面水平同步信號(HD)與圖像平面垂直同步信號(VD)， 並且加載從A/D轉換器25輸入的RGB信號，與同步信號協調，並且通過存儲器控制器39將 RGB 信號 52 寫至Ij SDRAM 50。根據微機31設置的圖像處理參數，圖像處理單元33將在SDRAM 50中臨時保存的 RGB數據52轉換為YUV數據53，並且將其輸出到SDRAM 50。重定大小單元34讀出YUV數據53，並且進行諸如以下的處理到記錄所需尺寸的 尺寸轉換，到縮略圖的尺寸轉換，以及到適合於顯示的其他尺寸的尺寸轉換等等。顯示I/F單元36發送在SDRAM 50中寫入的用於顯示的數據到顯示器件61，以顯 示拍攝圖像。顯示器件61可以在數字相機100中配備的IXD 68上顯示，或者可以作為TV 視頻信號輸出到TV，然後在TV上顯示。JPEG編解碼單元35壓縮在SDRAM 50中寫入的YUV數據53，並且在記錄時輸出已 經被JPEG編碼的JPEG編碼數據54，而在再現時擴展從存儲卡63讀出的JPEG編碼數據54 為YUV數據53，並且輸出。根據來自微機31的指令，卡控制器單元38讀出存儲卡63中的數據到SDRAM 50， 以及將在SDRAM 50中保存的數據寫到存儲卡63。當啟動時，作為整體控制單元的微機31加載在ROM(未顯示)中保存的程序51與 控制數據到SDRAM 50,並且根據程序51控制整個裝置。根據通過操作單元65等等按鈕輸入的指令、通過遙控器(未顯示)等等輸入的外 部操作指令、以及通過來自外部終端(例如個人計算機等等)的通信輸入的通信操作指令、 或者其他指令，微機31進行各種成像控制，例如聚焦控制、成像操作控制、圖像處理器件、 存儲器控制器、以及顯示控制中圖像處理參數的設置等等。操作單元65為拍攝者對數字相機100執行操作指令的單元，其包括釋放按 鈕66，用來給出拍攝指令；縮放按鈕67，用來設置光學縮放與電子縮放的倍數；菜單按鈕 69 (曝光模式選擇單元)，用來從外部進行各種設置，例如選擇曝光模式以及其他設置；以 及電源開關轉盤70等等。另外，在數字相機100的外殼上配備閃光燈71與光學取景器72等等。接著，將參照附圖描述根據本實施例的數字相機100的功能。當旋轉圖2所示的 電源開關轉盤70並且設置到「拍攝」位置(未顯示)時，數字相機100打開為拍攝模式，並 且鏡頭單元10的鏡頭被移動到能夠拍攝的位置，通過電子取景器的功能，在LCD 68上作為 監控圖像顯示投影到CXD 21的對象圖像。當在相機打開狀態下按壓縮放按鈕67的「T」側時，鏡頭單元10的縮放鏡頭向遠 拍位置移動。而當按壓縮放按鈕67的「W」側時，鏡頭單元10的縮放鏡頭向廣角位置移動。圖3為顯示靜止圖像記錄的成像操作的時序圖。當按壓釋放按鈕66時，根據來自微機31的指令移動聚焦鏡頭，並且例如執行聚焦操作，例如CCD-AF (其為對比度估計方法的AF操作)，然後對TG 22等等執行拍攝準備處理，例如設置曝光時間周期，並且在此之後 執行記錄曝光處理。在經過曝光時間周期之後，根據來自微機31的指令，馬達驅動器11關閉機械快門 12，並且曝光周期結束。此後，一次將CXD 21的所有像素的RGB數據載入SDRAM 50。讀出在IXD 68上顯示的監控圖像，其中在垂直方向上將像素稀疏至1/6，如圖5所 示。相反，如圖4所示，對於轉移靜止圖像，在垂直方向上將一幀劃分為三場，並且通過分別 連續地一次轉移三場中的每一場來轉移幀，由於有三場所以總共有三次。因此需要大約0. 2 秒，這是監控圖像的大約6倍。此處，監控時的垂直同步信號(VD)的周期為1/30秒，因此 該時序圖中的曝光時間周期為大約1/20秒。將在SDRAM 50中加載的RGB(RAW)數據52送往數位訊號處理IC 30的圖像處理 單元33，並且在其中將其轉換為YUV數據53。在重定大小單元34中將YUV數據53轉換為 與記錄像素協調的尺寸之後，JPEG編解碼單元35進行編碼處理，然後，將數據加上頭部信 息，並且作為JPEG文件保存在存儲卡63中。接著，描述長時間曝光的情況，例如當拍攝夜空中的星星時等等。圖7為在IXD 68 上顯示的菜單屏幕，用來選擇長時間曝光的成像控制操作。當按壓圖2所示的菜單按鈕69時，首先顯示如圖6A所示的拍攝設置的菜單屏幕。 當在「下」側按壓菜單按鈕69時，顯示如圖6B所示的菜單屏幕作為第二頁，並且再在「下」 側保持按壓菜單按鈕69，顯示如圖6C所示的第三頁，並且再在「下」側保持按壓菜單按鈕 69，菜單屏幕返回到如圖6A所示的第一頁。在另一方面，當在「上」側按壓菜單按鈕69時， 菜單屏幕按如圖6A、6C、6B、6A所示順序變化。這樣，通過在「下」或「上」側按壓菜單按鈕69，顯示「長時間曝光」的選擇菜單(參 照圖6)，並且從彈出菜單，進行在長時間曝光的情況下從1、2、4、8、30、60、120秒曝光時間 周期的選擇，或者不進行長時間曝光的情況下選擇關閉。此處，如果選擇關閉，則自動曝光(AE)控制工作，並且自動設置對應於對象亮度 的曝光時間周期。在另一方面，當選擇非關閉的曝光時間周期(1、2、4、8、30、60、120秒中的 任何一個)時，對於僅對應於所選值的時間周期進行長時間曝光。接著，描述在進行長時間曝光的情況下的操作時鐘變化。圖8為長時間曝光的曝 光操作的時序圖。在常規系統中，在曝光周期期間，具有與監控周期期間的像素時鐘信號 與VD信號相同頻率(例如36MHz)的像素時鐘信號與VD信號被提供給APE 26與CXD 21， 而在本發明中，只有在曝光周期期間，由分頻器28向TG 22提供具有正常像素時鐘(例如 36MHz)的1/4頻率(例如9MHz)的像素時鐘。在數位訊號處理IC 30的CXD IF單元32中，根據像素時鐘生成VD信號與HD信 號，並且根據像素時鐘的數目設置HD信號的周期，並且根據HD數目(水平行數目)設置VD 信號的周期，從而當將像素時鐘的頻率改變為原始頻率的1/4時，VD信號與HD信號的周期 被自動分別改變為原始周期的4倍。然後，當曝光周期結束時，像素時鐘頻率恢復到原始頻率，即36MHz，並且進行靜止 圖像轉移。這樣，在靜止圖像的曝光周期期間，CXD 21、APE 26、以及TG 22執行監控的操作，不讀出在每個像素中累積的數據，而是繼續累積操作，直至經過預定的曝光時間周期。因此，在通過圖5所示的監控操作對於每個VD信號讀出像素信號的像素中，存在 由於垂直CCD驅動脈衝等等的操作而生成噪聲的問題，並且雖然該噪聲對於每個讀出都不 大，但是當曝光時間周期較長時，噪聲混合到圖像信號中的次數增加，並且因此噪聲變得明
Mo 此處，比較本發明的VD信號的數目與在圖8上部所示的常規VD信號的數目，VD 信號的數目變為常規方法的1/4。例如，在曝光時間周期設置為1分鐘的情況下，在常規系 統(像素時鐘的頻率為36MHz，VD信號的周期為1/30秒)中，輸出VD信號1800次。而在 本實施例(像素時鐘的頻率為9MHz，VD信號的周期為1/7. 5秒)中，輸出VD信號450次， 因此驅動CCD 21的信號(驅動信號)的發生頻率大大下降，並且即使從生成的驅動信號產 生噪聲，該發生頻率也很低，從而可以提高圖像品質。另外，由於CCD 21的驅動信號的周期被延長，所以驅動的次數下降，從而可以抑 制熱量的生成。尤其是，諸如數字相機100等成像器件的CCD 21或CMOS很受溫度影響，因 此，由於抑制了溫度增加，所以可以防止圖像品質下降。例如，如圖5所示，置於CXD 21的水平轉移線的輸出端的放大器按(XD21的驅動 信號的時鐘頻率操作，並且生成熱量。當將該放大器例如置於對應於拍攝屏幕的左上部的 部分時，由於生成的熱量，只在屏幕的左上部上，所保存的電荷電平變高，並且擴大了靠近 屏幕左上部的高亮度區域，並且只有該區域會成為好象被霧包圍的圖像。但是，在本實施例的數字相機100中，因為驅動信號的頻率為低頻，所以在曝光周 期期間施加到放大器的時鐘數目下降，並且能夠減少熱量值。結果，如上所述，可以抑制由 熱量導致的圖像品質的下降。另外，可以用VD信號數目限制像素時鐘的頻率。換言之，例如在設置500次為極 限的情況下，在曝光進行1分鐘的情況下，像素時鐘的頻率為9MHz，而在曝光進行2分鐘的 情況下，該頻率為4. 5MHz。接著描述使轉移時的像素時鐘為低頻的操作。對於CCD，由於高品質畫面，讀出數 據增加極大。但是希望加快整體操作速度。因此，AFE 26也在高速上工作。由於高速操作等等所產生的溫度變化，處理模擬 幅度的數據的AFE 26的特性可能下降。另外，高速操作可能造成對其他電路的幹擾。例如，在對系統總線線路有幹擾的情 況下，可能會出現以下情況由於幹擾噪聲，對象圖像輸出為帶條帶圖像，而在本實施例的 數字相機100中，在長時間曝光時，用於轉移靜止圖像的轉移信號的時鐘頻率被調整為低 於非曝光時的時鐘頻率的低頻。圖9為時序圖，其顯示當轉移信號的時鐘頻率被減少到正常操作(例如監控等等) 時轉移信號的時鐘頻率的1/2以及減少曝光周期期間的像素時鐘頻率時的情況。另外，在 圖9所示的例子中，轉移周期期間的時鐘頻率被減少到1/2，從而與常規系統相比，轉移圖 像數據需要兩倍時間。換言之，當時鐘頻率為36MHz時，轉移需要0. 2秒，而在時鐘頻率為其1/2的情況 下，即18MHz，轉移需要0.4秒。此處，由於以下兩個原因，只有當設置長時間曝光時，本實施例的數字相機100才切換轉移速度。換言之，第一原因為要禁止操作速度下降。在將長時間曝光設置為關閉之後，在操 作AE的情況下，很可能要按短周期重複拍攝操作。而在另一方面，在故意將曝光設置為長時間曝光的情況下，不太可能要按短周期 重複拍攝操作，規定只有當進行了長時間曝光設置時，才降低轉移信號的時鐘頻率。另外，因為長時間曝光的曝光時間周期長，所以實際上轉移時間差(在以上實施 例中的0 .2秒)佔整體拍攝的總拍攝周期的比例下降，因此，實際可以省略由轉移時間周期 下降所產生的總體響應下降。第二原因為要禁止S/N比下降。另外，在正常拍攝時，是在不需要長時間曝光的曝 光狀態下，因此圖像信號的值變為很大的值。因此，不容易發現AFE 26的特性下降或者幹 擾噪聲。但是，在有意進行長時間曝光以拍攝黑暗地方的情況下，很可能圖像信號的值不 大，並且容易注意到AFE 26的特性下降或者幹擾噪聲。因此，只有在設置長時間曝光的情 況下，才切換到上述模式。如上所述，通過只有在長時間曝光(其中對於不小於預定的時間周期進行曝光) 時才調整轉移信號的時鐘頻率為低，可以提高圖像品質，而不會產生較大的響應下降。另外，通過使轉移信號的時鐘頻率為低，可以獲得節能效果。換言之，在靜止圖像 轉移時，進行高速轉移(高速放電)操作，以處理在轉移線中累積的非必要電荷。因為該操 作為高速操作，所以需要大電功率。為了在關閉機械快門12之後對於一特定周期絕對保持 關閉狀態，將保持電壓施加到用於機械快門12操作控制的馬達驅動器11。並且在加保持電 壓的功耗與高速放電操作的功耗同時發生的情況下，可以會產生整個系統的功耗峰值。但是，在本實施例的數字相機100中，如上述情況下，將轉移信號的時鐘頻率調整 為低，可以限制功耗峰值，並且可以保證節能。因此，例如，在進行5分鐘長時間曝光的情況下，在長時間曝光期間的常規數字相 機的功耗較大，並且在此後，恐怕會引起系統關機，而在長時間曝光期間，本發明的數字相 機100的功耗不大，因此不用害怕引起系統關機。另外，因為可以調整轉移信號的時鐘頻率，所以可以提供以下拍攝菜單，通過該菜 單，可以選擇圖像品質優先模式與速度優先模式，並且在圖像品質優先模式下，調整轉移信 號的時鐘頻率以響應於低頻，而在速度優先模式，相應調整轉移信號的時鐘頻率以響應於 正常頻率(不調整為低的情況下的頻率)，從而即使在正常拍攝操作中，其仍然是具有諸如 大量拍攝菜單、以及增加可選項目等等寶貴效果的相機。另外，在數字相機100具有連續拍攝功能的情況下，可以採用正常時鐘頻率或者 高於正常的頻率，以在連續拍攝時達到高速操作，並且非連續拍攝時切換時鐘頻率到低頻。另外，由於降低了轉移信號的時鐘頻率以及系統的時鐘頻率(操作信號的時鐘頻 率)，可以提高圖像品質。換言之，圖10所示的數字相機200為以下實施例，其中圖1的數 字相機100的方框圖被修改為如圖10所示。在該數字相機200中，對於系統(信號處理IC 30等等)的操作信號的時鐘提供來源被改變為分頻器28'(對應於圖1中的分頻器28)， 而非振蕩器27'(對應於圖1中的振蕩器27)。根據圖10所示實施例的數字相機200，由於降低了靜止圖像轉移時的系統時鐘頻率，所以可以降低總線線路等等的時鐘頻率，因此可以減少幹擾噪聲，並且還顯示了節能效果 O另外，除上述結構外，通過圖11所示實施例的數字相機300 (例如，其具有在TG 22』(對應於圖IWTG 22)中包含的分頻器28')，能夠獲得與上述每個實施例的數字相 機100、200 —樣的效果。但是，根據本實施例的數字相機300，像素時鐘由系統時鐘生成，因 此當驗證與操作像素時鐘頻率時，必須從信號處理IC 30調整VD信號與HD信號的周期。另外，通過圖12所示實施例的數字相機400，能夠獲得與上述每個實施例的數字 相機100、200、300—樣的效果。換言之，數字相機400與上述每個實施例之間的差異為前者 從TG 22〃(對應於圖1的TG 22)接收VD信號、HD信號、以及像素時鐘。在數字相機400 中，根據進入的時鐘與同步信號操作CXD I/F 32作為TG 22"的從機。另外，用於執行至少一個成像控制方法的控制程序被記錄在記錄介質上。上述成 像方法包括對用於從說明書中描述的每個實施例的數字相機100、200、300、400的CXD 21 的驅動信號的時鐘頻率的調整控制、以及對從CCD 21讀出信號的轉移信號的時鐘頻率的 調整控制。當控制程序被讀入到計算機中時，與計算機的每個硬體合作完成所述操作的記 錄介質可以為根據本發明的記錄介質的實施例，其中記錄有計算機可讀的控制程序。工業實用性根據本發明的成像裝置、成像控制方法、以及記錄介質適用於數字相機、數字攝像 機等等。
權利要求
一種成像裝置，包括彩色成像器件，其將通過光學系統投影的對象的圖像轉換為彩色圖像信號，並且輸出該彩色圖像信號；圖像處理單元，其處理圖像與保存該圖像；圖像信號轉移單元，其將該彩色圖像信號轉移至圖像處理單元；時序信號生成器，其生成用於驅動彩色成像器件的驅動信號；以及時鐘頻率調整器，其中當彩色成像器件通過其中對於不小於預定的時間周期的長時間曝光周期進行曝光的長時間曝光而曝光時，所述長時間曝光周期包括小於預定的時間周期的正常曝光周期的多個垂直同步信號，且時鐘頻率調整器調整該長時間曝光周期期間所述驅動信號的時鐘頻率為低於該驅動信號在正常曝光周期期間的時鐘頻率。
2.一種成像裝置，包括彩色成像器件，其將通過光學系統投影的對象的圖像轉換為彩色圖像信號，並且輸出 該彩色圖像信號；圖像處理單元，其處理圖像與保存該圖像； 圖像信號轉移單元，其將該彩色圖像信號轉移至圖像處理單元； 第一時序信號生成器，其生成用於驅動彩色成像器件的驅動信號； 第二時序信號生成器，其生成用於通過圖像信號轉移單元進行轉移的轉移信號；以及 時鐘頻率調整器，其中當彩色成像器件通過其中對於不小於預定的時間周期進行曝光的長時間曝光而 曝光時，時鐘頻率調整器分別調整轉移周期期間所述驅動信號與轉移信號中每一個的時鐘 頻率為低於所述驅動信號與轉移信號中每一個在其中對小於所述預定的時間周期進行曝 光的曝光周期期間的時鐘頻率。
3.一種成像裝置，包括彩色成像器件，其將通過光學系統投影的對象的圖像轉換為彩色圖像信號，並且輸出 該彩色圖像信號；圖像處理單元，其處理圖像與保存該圖像； 圖像信號轉移單元，其將該彩色圖像信號轉移至圖像處理單元； 時序信號生成器件，其包括生成用於驅動彩色成像器件的驅動信號的第一時序信號生 成器和生成用於通過圖像信號轉移單元進行轉移的轉移信號的第二時序信號生成器；以及 時鐘頻率調整器，其中當彩色成像器件通過其中對於不小於預定的時間周期的長時間曝光周期進行曝 光的長時間曝光而曝光時，所述長時間曝光周期包括小於預定的時間周期的正常曝光周期 的多個垂直同步信號，且時鐘頻率調整器分別調整該長時間曝光周期期間所述驅動信號的 時鐘頻率、轉移周期期間所述驅動信號的時鐘頻率以及轉移周期期間所述轉移信號的時鐘 頻率中的每一個為低於所述驅動信號與轉移信號在正常曝光周期期間的時鐘頻率中的每 一個。
4.如權利要求1到3中任一項所述的成像裝置，還包括曝光模式選擇單元，其將其中對象圖像被投影到彩色成像器件的曝光時間周期切換為指定的時間周期或對應於指定的亮度的時間周期，其中當曝光模式選擇單元被切換以處於曝光模式選擇單元選擇所述指定的時間周期 或對應於指定的亮度的時間周期的狀態時，且當所述指定的時間周期或所述時間周期等於 或長於所述預定的時間周期時，調整時鐘頻率。
5.如權利要求2或3所述的成像裝置，還包括圖像品質優先模式選擇單元，其選擇要成像的對象圖像的圖像品質的優先級別，其中當圖像品質優先模式選擇單元選擇的優先級別為可選優先級別範圍內相對較高 的級別時，則調整所述轉移信號的時鐘頻率。
6.一種控制成像裝置的方法，該成像裝置包括彩色成像器件，其將通過光學系統投 影的對象的圖像轉換為彩色圖像信號，並且輸出該彩色圖像信號；圖像處理單元，其處理圖 像與保存該圖像；圖像信號轉移單元，其將該彩色圖像信號轉移至圖像處理單元；以及時 序信號生成器，其生成用於驅動彩色成像器件的驅動信號，其中，當通過其中對於不小於預定的時間周期的長時間曝光周期進行曝光的長時間曝 光而曝光對象圖像的投影時，所述長時間曝光周期包括小於預定的時間周期的正常曝光周 期的多個垂直同步信號，且調整該長時間曝光周期期間所述驅動信號的時鐘頻率為低於該 驅動信號在正常曝光周期期間的時鐘頻率。
7.—種控制成像裝置的方法，該成像裝置包括彩色成像器件，其將通過光學系統投 影的對象的圖像轉換為彩色圖像信號，並且輸出該彩色圖像信號；圖像處理單元，其處理圖 像與保存該圖像；圖像信號轉移單元，其將該彩色圖像信號轉移至圖像處理單元；第一時 序信號生成器，其生成用於驅動彩色成像器件的驅動信號；以及第二時序信號生成器，其生 成用於通過圖像信號轉移單元進行轉移的轉移信號，其中，當通過其中對於不小於預定的時間周期進行曝光的長時間曝光而曝光對象圖像 的投影時，分別調整轉移周期期間所述驅動信號與轉移信號中每一個的時鐘頻率為低於所 述驅動信號與轉移信號中每一個在其中對小於所述預定的時間周期進行曝光的曝光周期 期間的時鐘頻率。
8.—種控制成像裝置的方法，該成像裝置包括彩色成像器件，其將通過光學系統投 影的對象的圖像轉換為彩色圖像信號，並且輸出該彩色圖像信號；圖像處理單元，其處理圖 像與保存該圖像；圖像信號轉移單元，其將該彩色圖像信號轉移至圖像處理單元；時序信 號生成器件，其包括生成用於驅動彩色成像器件的驅動信號的第一時序信號生成器和生成 用於通過圖像信號轉移單元進行轉移的轉移信號的第二時序信號生成器，其中，當通過其中對於不小於預定的時間周期的長時間曝光周期進行曝光的長時間曝 光而曝光對象圖像的投影時，所述長時間曝光周期包括小於預定的時間周期的正常曝光周 期的多個垂直同步信號，且分別調整該長時間曝光周期期間所述驅動信號的時鐘頻率、轉 移周期期間所述驅動信號的時鐘頻率以及轉移周期期間所述轉移信號的時鐘頻率中的每 一個為低於所述驅動信號與轉移信號在正常曝光周期期間的時鐘頻率中的每一個。
9.如權利要求6到8中任一項所述的控制成像裝置的方法，還包括切換其中投影對 象圖像的曝光時間周期到指定的時間周期或對應於指定的亮度的時間周期，其中在切換的選擇所述指定的時間周期或對應於指定的亮度的時間周期的狀態下，且 當所述指定的時間周期或所述時間周期等於或長於預定的時間周期時，調整時鐘頻率。
10.如權利要求7或8所述的控制成像裝置的方法，還包括選擇要成像的對象圖像的 圖像品質的優先級別，其中當選擇的優先級別為可選優先級別範圍內相對較高的級別時，調整所述轉移信號 的時鐘頻率。
全文摘要
本發明涉及一種成像裝置以及成像控制方法，TG(22)(時序信號生成器)、分頻器(28)、振蕩器(27)、以及信號處理IC(30)生成CCD(21)的驅動信號與轉移信號，並且當CCD(21)通過其中對於不小於預定的時間周期進行曝光的長時間曝光曝光時，調整在曝光周期期間的驅動信號的時鐘頻率、與轉移周期期間的驅動信號與轉移信號中每個的時鐘頻率中的每一個為低於在其中對小於所述預定的時間周期進行曝光的曝光狀態下的相應時鐘頻率。
文檔編號H04N5/335GK101888483SQ20101020727
公開日2010年11月17日 申請日期2006年6月21日 優先權日2005年6月21日
發明者白石賢二 申請人:株式會社理光