專利名稱：圖像拾取裝置和圖像拾取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用固態(tài)圖像拾取器件的圖像拾取裝置，并尤其涉及適于以高靈敏度拾取對象的圖像的圖像拾取裝置和圖像拾取方法。
此申請要求于2003年5月30日提交的日本專利申請第2003-155677號的優(yōu)先權(quán)，通過引用將其全部內(nèi)容合并于此。
背景技術(shù)：
迄今，使用CCD(電荷耦合器件)型圖像拾取器件(如固態(tài)圖像拾取器件)的圖像拾取裝置已被使用。此類圖像拾取裝置適于控制存儲(chǔ)(積累)在CCD圖像拾取器件中的電荷的讀出定時(shí)，由此增加存儲(chǔ)在CCD圖像拾取器件中的電荷的電荷存儲(chǔ)時(shí)間，以執(zhí)行長時(shí)間曝光，因而具有以高靈敏度拾取對象的圖像的能力。
在正在為執(zhí)行長時(shí)間曝光的目的而將電荷存儲(chǔ)到CCD型圖像拾取器件中的時(shí)間周期中，不可能從CCD型圖像拾取器件讀出電荷。因而，在CCD型圖像拾取器件的電荷存儲(chǔ)時(shí)間周期中輸出臨時(shí)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的圖像，以對這種圖像執(zhí)行補(bǔ)充處理。
有關(guān)用于長時(shí)間曝光周期的圖像的補(bǔ)充處理，提出了如下所述的技術(shù)。
首先，在日本專利申請公開第1997-168118號出版物中，提出了這種技術(shù)按照一場而從CCD型圖像拾取器件讀出電荷，以將一場(一偶數(shù)場或一奇數(shù)場)的圖像存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器(場存儲(chǔ)器)中，并在長時(shí)間曝光周期中從存儲(chǔ)器讀出一場的圖像，以對這種圖像執(zhí)行補(bǔ)充處理。
此外，在日本專利申請公開第1997-252423號出版物中，提出了這種技術(shù)通過所謂的幀讀出操作，按照一幀而從CCD型圖像拾取器件讀出電荷，以將一幀的圖像存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器(幀存儲(chǔ)器)中，以在長時(shí)間曝光周期中輸出奇數(shù)場的圖像的在某個(gè)定時(shí)從存儲(chǔ)器讀出奇數(shù)場的圖像，以對該圖像執(zhí)行補(bǔ)充處理，并在在該時(shí)間周期期間讀出偶數(shù)場的圖像的某個(gè)定時(shí)從存儲(chǔ)器讀出偶數(shù)場的圖像，以對該圖像執(zhí)行補(bǔ)充處理。
在日本專利申請公開第1997-168118號出版物中描述的技術(shù)中，將偶數(shù)場或奇數(shù)場的圖像存儲(chǔ)到場存儲(chǔ)器中，以在長時(shí)間曝光時(shí)讀出存儲(chǔ)在場存儲(chǔ)器中的偶數(shù)場或奇數(shù)場的圖像，以對其執(zhí)行補(bǔ)充處理。因而，在將此技術(shù)應(yīng)用于基于執(zhí)行隔行掃描的現(xiàn)有電視標(biāo)準(zhǔn)的裝置的情況中，存在這種問題，即由于在偶數(shù)場和奇數(shù)場會(huì)輸出相同的圖像作為在長時(shí)間曝光時(shí)的圖像，所以，垂直分辨率減半，使得此技術(shù)對于運(yùn)動(dòng)圖像來說，實(shí)際上是無用的。
另外，在日本專利申請公開第1997-168118號出版物和日本專利申請公開第1997-252423號出版物中描述的兩種技術(shù)中，因?yàn)閷τ谝愿哽`敏度拾取對象的圖像來說，有必要延長CCD型圖像拾取器件的電荷存儲(chǔ)時(shí)間，所以，會(huì)產(chǎn)生與運(yùn)動(dòng)對象相關(guān)的具有大幅移動(dòng)或振動(dòng)的圖像。即使為了消除這種移動(dòng)或振動(dòng)而作出了聚焦調(diào)節(jié)或亮度調(diào)節(jié)，但由于通過存儲(chǔ)的圖像來執(zhí)行補(bǔ)充處理，所以也會(huì)產(chǎn)生與調(diào)節(jié)有關(guān)的時(shí)間延遲。因此，調(diào)節(jié)變得非常困難。由此，即使提高了靈敏度，也不可能獲得具有用戶期望的畫面質(zhì)量的圖像。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的在于，提供新的圖像拾取裝置和新的圖像拾取方法，其可以解決現(xiàn)有技術(shù)所具有的問題。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于，提供圖像拾取裝置和圖像拾取方法，其中，在需要高畫面質(zhì)量的圖像的情況中，以用戶請求的輸出靈敏度來拾取對象的圖像，同時(shí)不降低畫面質(zhì)量，而在需要高輸出靈敏度的情況中，在將畫面質(zhì)量的降低抑制到最小值的狀態(tài)下，以用戶請求的輸出靈敏度來拾取對象的圖像。
根據(jù)本發(fā)明的圖像拾取裝置包括固態(tài)圖像拾取器件，用于根據(jù)接收的圖像拾取光來執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換；切換部件，用于在第一模式和第二模式之間執(zhí)行切換，其中第一模式用作每n(n為自然數(shù))幀讀出在固態(tài)圖像拾取器件中存儲(chǔ)的電荷、以輸出CCD(電荷耦合器件)輸出信號的圖像拾取模式，第二模式用作每m(m為自然數(shù))場讀出在固態(tài)圖像拾取器件中存儲(chǔ)的電荷、在改變每m場的組合時(shí)將已讀取的電荷的垂直方向上相鄰的奇數(shù)電荷與偶數(shù)電荷相加、以輸出CCD(電荷耦合器件)輸出信號的圖像拾取模式；以及控制部件，用于以這種方式來控制切換部件，即根據(jù)低輸出靈敏度的圖像拾取請求，而將圖像拾取裝置的圖像拾取模式切換到第一模式，并根據(jù)高輸出靈敏度的圖像拾取請求，而將圖像拾取裝置的圖像拾取模式切換到第二模式。
另外，根據(jù)本發(fā)明的圖像拾取方法包括根據(jù)接收的圖像拾取光，由固態(tài)圖像拾取器件來執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換；根據(jù)低輸出靈敏度的圖像拾取請求，執(zhí)行切換到用作在每n(n為自然數(shù))幀讀出在固態(tài)圖像拾取器件中存儲(chǔ)的電荷的圖像拾取模式的第一模式，以輸出CCD(電荷耦合器件)輸出信號；以及根據(jù)高輸出靈敏度的圖像拾取請求，執(zhí)行切換到用作在每m(m為自然數(shù))場讀出在固態(tài)圖像拾取器件中存儲(chǔ)的電荷、在改變每m場的組合時(shí)將已讀取的電荷的垂直方向上相鄰的奇數(shù)電荷與偶數(shù)電荷相加的圖像拾取模式的第二模式，以輸出CCD(電荷耦合器件)輸出信號，由此執(zhí)行圖像拾取操作。
從下面將通過參照附圖而給出的實(shí)施例的描述中，本發(fā)明的其它目的和通過本發(fā)明而獲得的實(shí)踐優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚。


圖1為示出根據(jù)本發(fā)明的圖像拾取裝置的配置的方框圖。
圖2為示出根據(jù)增益量而切換的第一模式和第二模式之間的關(guān)系的一個(gè)示例的圖。
圖3為示出根據(jù)電荷存儲(chǔ)時(shí)間而切換的第一模式和第二模式之間的關(guān)系的一個(gè)示例的圖。
圖4為示出根據(jù)增益量和電荷存儲(chǔ)時(shí)間而切換的第一模式和第二模式之間的關(guān)系的一個(gè)示例的圖。
圖5A到5I為用于說明在長時(shí)間存儲(chǔ)模式的情況中，圖像拾取裝置以第一模式讀出存儲(chǔ)電荷中的操作的時(shí)序圖。
圖6為示出在讀出屏蔽(mask)信號為“低(Low)”時(shí)間周期的情況中的圖像拾取裝置的狀態(tài)的圖。
圖7為示出在讀出屏蔽信號為“高(High)”時(shí)間周期的情況中的圖像拾取裝置的狀態(tài)的圖。
圖8A到8I為用于說明在長時(shí)間存儲(chǔ)模式的情況中，圖像拾取裝置以第二模式讀出存儲(chǔ)電荷中的操作的時(shí)序圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將通過參照附圖來詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的圖像拾取裝置和圖像拾取方法。
首先，將通過參照圖1來描述根據(jù)本發(fā)明的圖像拾取裝置20。
如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的圖像拾取裝置20包括CCD型圖像拾取器件1；由CDS(相關(guān)雙采樣電路)2a、2b、2c組成的CDS 2；增益可變放大器3；A/D(模擬到數(shù)字)轉(zhuǎn)換器4；由總線切換元件5a、5b、5c組成的總線切換器5；幀存儲(chǔ)器6；圖像信號處理塊7；用戶接口8；CPU(中央處理單元)9；定時(shí)生成電路(定時(shí)生成器)10；以及切換器11。
CCD型圖像拾取器件1為包括3個(gè)CCD(1a、1b、1c)的3CCD型圖像拾取器件。盡管未示出，但在CCD型圖像拾取器件1的前級提供了二向色棱鏡(dichroic prism)，其適于允許從圖像拾取鏡頭(未示出)入射的入射光線透過其傳播或在其之上反射，以執(zhí)行顏色分離。使已由二向色棱鏡進(jìn)行了顏色分離的具有不同波長范圍的R(紅)光線、G(綠)光線、以及B(藍(lán))光線分別入射到各個(gè)CCD 1a、1b、1c上。
調(diào)整CCD 1a、1b、1c，以便二維排列分別包括光電轉(zhuǎn)換元件(如光電二極管等)的多個(gè)像素，并用來由光電轉(zhuǎn)換元件按照像素而對入射光線執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換，以存儲(chǔ)與光量相對應(yīng)的電荷。此外，CCD 1a、1b、1c對存儲(chǔ)的電荷執(zhí)行垂直轉(zhuǎn)換(vertical transfer)，并進(jìn)一步對其執(zhí)行水平轉(zhuǎn)換，以由此在二維陣列的每一行輸出電荷。將已從CCD 1a、1b、1c輸出的電荷分別傳遞到CDS 2a、2b、2c，作為CCD輸出信號。
通過幀讀出操作或場讀出操作來讀出已被存儲(chǔ)在CCD 1a、1b、1c中的電荷。
幀讀出操是讀出已在二維排列的CCD 1a、1b、1c的光電二極管中存儲(chǔ)了一幀時(shí)間周期(即1/30秒)的電荷的技術(shù)。在幀讀出操作中，在二維排列的光電二極管的垂直方向中讀出已被存儲(chǔ)奇數(shù)的隔行像素(奇數(shù)行)中的電荷，作為與奇數(shù)場的視頻信號相對應(yīng)的CCD輸出信號，并讀出已被存儲(chǔ)在余下的偶數(shù)像素(偶數(shù)行)中的電荷，作為與偶數(shù)場的視頻信號相對應(yīng)的CCD輸出信號。
另一方面，場讀出操是讀出已在二維排列的CCD 1a、1b、1c的光電二極管中存儲(chǔ)了一場時(shí)間周期(即1/60秒)的電荷的技術(shù)。在場讀出操作中，使已從二維排列的光電二極管的相鄰的奇數(shù)行的像素和偶數(shù)行的像素讀出的、并已被相加的電荷成為與奇數(shù)場的視頻信號相對應(yīng)的CCD輸出信號，而使已從相鄰的奇數(shù)行的像素和偶數(shù)行的像素讀出的、并已在改變其組合時(shí)被相加的電荷成為與偶數(shù)場的視頻信號相對應(yīng)的CCD輸出信號。
在幀讀出操作中，由于獨(dú)立地讀出各個(gè)像素的電荷，所以，與輸出兩個(gè)像素的相加的電荷的場讀出操作相比，具有優(yōu)勢地，垂直分辨率在一定程度上較高。另外，在幀讀出操作中，由于存儲(chǔ)在各個(gè)像素中的電荷的存儲(chǔ)時(shí)間取作為場讀出操作中的1/60秒的電荷存儲(chǔ)時(shí)間的兩倍，即1/30秒數(shù)量級的值，所以，當(dāng)對象移動(dòng)、或圖像拾取裝置20進(jìn)行搖攝時(shí)，存在由所謂的殘留圖像幀(frame-after-image)而使畫面質(zhì)量惡化的問題，所述殘留圖像幀是留下先前圖像殘留使得其呈獻(xiàn)為殘留圖像的現(xiàn)象。
相反，在場讀出操作中，由于存儲(chǔ)在各個(gè)像素中的電荷的讀出間隔(即電荷存儲(chǔ)時(shí)間)是作為幀讀出操作的所述讀出間隔的1/2倍的1/60秒，所以，其產(chǎn)生較少的殘留圖像幀。由此原因，存在這樣的優(yōu)點(diǎn)，即與幀讀出操作相比，運(yùn)動(dòng)分辨率較佳。另外，在場讀出操作中，由于輸出相加的兩個(gè)像素的電荷，所以，在長時(shí)間曝光時(shí)，與幀讀出操作相比，垂直分辨率較差。然而，由于在相同的電荷存儲(chǔ)時(shí)間中讀出兩倍的電荷，所以，具有優(yōu)勢地，可得到高靈敏度的圖像。
在下面的描述中，通過幀讀出操作而從CCD 1a、1b、1c中讀出電荷的模式被稱為第一模式，而通過場讀出操作讀出電荷的模式被稱為第二模式。
在其中以這種方式來通過幀讀出操作或場讀出操作而讀出存儲(chǔ)(積累)的電荷的CCD 1a、1b、1c中，有可能執(zhí)行長時(shí)間曝光，其中，使要被存儲(chǔ)到二維排列的光電二極管中的電荷的每個(gè)存儲(chǔ)時(shí)間為在各個(gè)讀出模式中的最短存儲(chǔ)時(shí)間的自然數(shù)倍數(shù)的值。
也就是說，在作為第一模式的幀讀出操作中，要被存儲(chǔ)到光電二極管中的電荷的存儲(chǔ)時(shí)間可被設(shè)為1/30秒×n(n為自然數(shù))。在作為第二模式的場讀出操作中，電荷的存儲(chǔ)時(shí)間可被類似地設(shè)為1/60秒×m(m為自然數(shù))。
在執(zhí)行長時(shí)間曝光時(shí)，在光量較小的條件下以較高畫面質(zhì)量拾取具有較小運(yùn)動(dòng)的對象的圖像、和/或以較高靈敏度拾取原來由于光量的不足而導(dǎo)致不能被拾取的對象的圖像成為可能。然而，在對具有較大運(yùn)動(dòng)的對象執(zhí)行長時(shí)間曝光時(shí)，會(huì)產(chǎn)生殘留圖像，導(dǎo)致畫面質(zhì)量惡化。
在由根據(jù)本發(fā)明的圖像拾取裝置20來執(zhí)行長時(shí)間曝光的情況中，由CPU9來確定根據(jù)用戶指定(指示)的曝光時(shí)間，由作為第一模式的幀讀出操作來讀出電荷，還是由作為第二模式的場讀出操作來讀出電荷。因此，由定時(shí)生成電路10來運(yùn)行與各個(gè)模式相對應(yīng)的電荷的讀出控制操作。
CDS 2a、2b、2c移除在從CCD 1a、1b、1c輸出的CCD輸出信號中包含的噪聲，以生成視頻信號。將已在CDS 2a、2b、2c移除了噪聲的視頻信號傳遞到增益可變放大器3。
增益可變放大器3根據(jù)用戶通過用戶接口8輸入的請求(將在后面描述)，而調(diào)節(jié)已從CDS 2a、2b、2c傳遞的視頻信號的增益。例如，在對象具有足夠亮度的情況中，用戶為了獲得具有較少噪聲的高畫面質(zhì)量的圖像，而作出降低(減小)增益的請求，而在對象的亮度不足的情況中，用戶以這種方式作出增大增益的請求，即盡管噪聲變得較多，也使對象的圖像的拾取優(yōu)先的方式。
將已在增益可變放大器3經(jīng)過了增益調(diào)節(jié)的視頻信號傳遞到A/D轉(zhuǎn)換器4。
A/D轉(zhuǎn)換器4用來將已從增益可變放大器3傳遞的模擬視頻信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字視頻信號。A/D轉(zhuǎn)換器4將由此轉(zhuǎn)換的數(shù)字視頻信號輸出到總線切換器5。
總線切換器5用來根據(jù)定時(shí)生成電路10的控制，而“導(dǎo)通”或“關(guān)斷”切換元件，以控制將從A/D轉(zhuǎn)換器4傳遞的數(shù)字視頻信號輸出到幀存儲(chǔ)器(6和圖像信號處理塊7。
在CCD 1a、1b、1c執(zhí)行長時(shí)間曝光時(shí)，在電荷存儲(chǔ)時(shí)間周期控制總線切換器5，使其由于未從各個(gè)CCD 1a、1b、1c讀出電荷而關(guān)斷，并對其控制，使其在電荷存儲(chǔ)時(shí)間結(jié)束時(shí)導(dǎo)通。當(dāng)總線切換器5導(dǎo)通時(shí)，將從A/D轉(zhuǎn)換器4輸出的數(shù)字視頻信號傳遞到幀存儲(chǔ)器6和圖像信號處理塊7。
幀存儲(chǔ)器6為具有預(yù)定容量的SDRAM(異步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)，并適于將從A/D轉(zhuǎn)換器4通過總線切換器5傳遞的數(shù)字視頻信號存儲(chǔ)在其中。存儲(chǔ)在幀存儲(chǔ)器6中的數(shù)字視頻信號為用于在執(zhí)行長時(shí)間曝光中的電荷存儲(chǔ)時(shí)間周期內(nèi)，即在沒有對來自各個(gè)CCD 1a、1b、1c的電荷的讀出操作的時(shí)間周期內(nèi)，執(zhí)行補(bǔ)充處理的視頻信號。
圖像信號處理塊7實(shí)現(xiàn)對從A/D轉(zhuǎn)換器4通過總線切換器5傳遞的數(shù)字視頻信號、或已從幀存儲(chǔ)器6讀出的用于補(bǔ)充處理的數(shù)字視頻信號執(zhí)行的亮度信號處理、顏色信號處理、輪廓校正處理以及編碼處理，以執(zhí)行DA(數(shù)字到模擬)轉(zhuǎn)換，從而輸出由此得到的模擬信號，作為模擬亮度信號和色度信號。
用戶接口8用來輸入來自用戶的請求，并包括操作按鈕，用于操作圖像拾取裝置20的各種功能；以及顯示單元，如LCD(液晶顯示器)等。例如，將支持圖像拾取裝置20的各種功能的操作的GUI(圖形用戶界面)顯示在LCD上。因此，用戶根據(jù)GUI而輸入開始圖像拾取操作的圖像拾取開始命令、和/或圖像拾取停止命令等。
此外，有可能從用戶接口8輸入在上述增益可變放大器3中調(diào)節(jié)的視頻信號的增益量。
此外，在圖像拾取裝置20執(zhí)行長時(shí)間曝光的情況中，還有可能從用戶接口8輸入曝光時(shí)間。用戶通過幀數(shù)來指定(指示)存儲(chǔ)在CCD型圖像拾取器件1的CCD 1a、1b、1c的光電二極管中的電荷的電荷存儲(chǔ)時(shí)間，作為從用戶接口8輸入的曝光時(shí)間。例如，由于一幀為1/30秒，所以，在假定幀數(shù)為3(三)時(shí)，電荷存儲(chǔ)時(shí)間等于1/30秒×3＝1/10秒。
當(dāng)用戶從用戶接口8指定(指示)了電荷存儲(chǔ)時(shí)間時(shí)，將圖像拾取裝置20的操作模式切換到長時(shí)間曝光模式。
CPU9為用于管理控制圖像拾取裝置20的控制單元。CPU9根據(jù)從用戶接口8輸入的命令而控制圖像拾取裝置20的各個(gè)功能的操作。
CPU9根據(jù)從用戶接口8輸入的增益量，而將增益控制信號傳遞到增益可變放大器3，以進(jìn)行控制，以便調(diào)節(jié)從CDS 2a、2b、2c輸出的視頻信號的增益。此外，CPU9將模式控制信號輸出到定時(shí)生成電路10，其中，所述模式控制信號用于根據(jù)從用戶接口8輸入的增益量而指定作為從CCD 1a、1b、1c讀出電荷的模式的第一模式或第二模式。
CPU9通過使用例如圖2中示出的表，來指定根據(jù)增益量而從CCD 1a、1b、1c讀出電荷的模式。如圖2所示，在增益量為低增益的數(shù)量級，如0dB、6dB、或12dB的情況中，CPU9指定第一模式。在增益量為高增益的數(shù)量級，如18dB、24dB、或30dB的情況中，CPU9指定第二模式。
這是因?yàn)橛捎诳紤]到指定低增益的事實(shí)意味著對象具有足夠亮度，使得他期望高畫面質(zhì)量的圖像，所以，指定具有高垂直分辨率的第一模式。
此外，由于考慮到指定高增益的事實(shí)意味著對象的亮度不足，使得用戶期望即使包括一定程度的噪聲、無論如何也要拾取對象的圖像，所以，指定垂直分辨率較低、但可以高靈敏度作出圖像拾取操作的第二模式。另外，當(dāng)提供高增益時(shí)，由于噪聲變得較多，所以，即使垂直分辨率惡化，也不會(huì)很顯著。因而，第二模式變得有效。
此外，CPU9將模式控制信號輸出到定時(shí)生成電路10，其中，所述模式控制信號根據(jù)從用戶接口8輸入的電荷存儲(chǔ)時(shí)間而指定用作從CCD 1a、1b、1c讀出電荷的模式的第一模式或第二模式。
CPU 9通過使用例如圖3中示出的表，來指定根據(jù)電荷存儲(chǔ)時(shí)間而從CCD 1a、1b、1c讀出電荷的模式。如圖3所示，在電荷存儲(chǔ)時(shí)間為與1(一)幀、2(二)幀、4(四)幀、或8(八)幀相對應(yīng)的相對較短的時(shí)間的情況中，CPU9指定第一模式。在電荷存儲(chǔ)時(shí)間為與16幀、32幀、或64幀相對應(yīng)的較長時(shí)間的情況中，CPU 9指定第二模式。在第二模式中，由于CCD 1a、1b、1c的奇數(shù)行的電荷和偶數(shù)行的電荷被相加，以便提供偶數(shù)場和奇數(shù)場的數(shù)字視頻信號，所以，在設(shè)置了與第一模式的電荷存儲(chǔ)時(shí)間相同的電荷存儲(chǔ)時(shí)間的情況中，靈敏度變?yōu)閮杀丁?br> 綜上所述，由于考慮到在減小電荷存儲(chǔ)時(shí)間的情況中，用戶不十分期望要求靈敏度，所以，CPU9指定靈敏度低于第二模式中的靈敏度、但垂直分辨率較高的第一模式。另外，由于考慮到在延長電荷存儲(chǔ)時(shí)間的情況中，用戶期望高靈敏度的圖像，所以，CPU9指定垂直分辨率較低、但可以高靈敏度作出圖像拾取操作的第二模式。
此外，如上所述，CPU9自身不僅執(zhí)行與增益量相對應(yīng)的第一模式或第二模式的指定、以及與電荷存儲(chǔ)時(shí)間相對應(yīng)的第一模式或第二模式的指定，并且，例如，如圖4所示，還通過作為參數(shù)的增益量和電荷存儲(chǔ)時(shí)間來執(zhí)行第一模式或第二模式的指定。
如圖4所示，指定第一模式和第二模式的趨向遵循圖2和3，其中，依照增益量的增加而指定第二模式，可獲得高靈敏度，并依照電荷存儲(chǔ)時(shí)間的增加而指定第二模式，可獲得高靈敏度。
同時(shí)，通常，在將電荷存儲(chǔ)到CCD中較長時(shí)間的情況中，暗電流的影響變大，但存在CCD所具有的二維排列的光電檢測器(photo-detector)的奇數(shù)行的暗電流的影響和偶數(shù)行的暗電流的影響彼此不同的很多情況。從CCD的結(jié)構(gòu)等而產(chǎn)生此情況。當(dāng)奇數(shù)行的暗電流的影響和偶數(shù)行的暗電流的影響彼此不同時(shí)，由已從各行讀出的電荷所確定的視頻信號的暗電平彼此也極為不同。因而，在以第一模式讀出在CCD中存儲(chǔ)了較長時(shí)間的這種電荷的情況中，通過暗電平的突變來輸出很難看到的圖像。眾所周知，當(dāng)增益增加時(shí)，這種現(xiàn)象變得更加顯著。
因而，如圖4所示，當(dāng)利用增益量和電荷存儲(chǔ)時(shí)間來執(zhí)行第一模式和第二模式之間的切換時(shí)，此方法還可處理由CCD的這種結(jié)構(gòu)方面的特性所產(chǎn)生的問題，由此具有獲得具有最佳靈敏度的更精細(xì)的圖像的能力。
應(yīng)當(dāng)注意，圖2、3和4中示出的值均為示例，并且，除了產(chǎn)生由CPU9遵循增益量的增加以及電荷存儲(chǔ)時(shí)間的增加而指定第二模式的趨勢的值之外，還可為完全不同的值，并且，本發(fā)明不限于圖2、3和4中示出的值。
定時(shí)生成電路10根據(jù)從CPU9輸出的模式控制信號，而生成用于控制存儲(chǔ)在CCD 1a、1b、1c中的電荷的讀出定時(shí)的讀出脈沖信號(CCD讀出脈沖)，以將讀出脈沖信號傳遞到CCD 1a、1b、1c。
還從定時(shí)生成電路10傳遞垂直驅(qū)動(dòng)脈沖φV和水平驅(qū)動(dòng)脈沖φH，用于通過執(zhí)行垂直轉(zhuǎn)換和水平轉(zhuǎn)換，來取出存儲(chǔ)在二維排列的CCD 1a、1b、1c的光電檢測器中的電荷。
此外，在圖像拾取裝置20中，在產(chǎn)生執(zhí)行長時(shí)間曝光的長時(shí)間曝光模式的情況中，定時(shí)生成電路10生成讀出屏蔽信號(Readout Mask)，用于切換切換器11，使得讀出脈沖信號不被傳遞到CCD 1a、1b、1c，以根據(jù)從CPU9輸出的模式控制信號，而利用用戶指定的時(shí)間，將電荷存儲(chǔ)在CCD 1a、1b、1c的光電檢測器中。
此外，在長時(shí)間曝光模式中，定時(shí)生成電路10執(zhí)行總線切換器5的通/斷(ON/OFF)的控制、以及用于將數(shù)字視頻信號寫入到幀存儲(chǔ)器6和用于讀出已被寫入在其中的數(shù)字視頻信號的控制。
這種圖像拾取裝置20通過CPU9的控制，根據(jù)增益量的增加和電荷存儲(chǔ)時(shí)間(曝光時(shí)間)的增加，而將存儲(chǔ)在CCD 1a、1b、1c中的電荷的讀出模式從獲得具有高垂直分辨率的圖像的第一模式切換到獲得具有高靈敏度的圖像的第二模式。
接下來，將通過使用在圖5和8中示出的時(shí)序圖來說明在長時(shí)間曝光模式中由CPU9指定用作執(zhí)行幀讀出操作的模式的第一模式的情況中的圖像拾取裝置20的操作、以及在長時(shí)間曝光模式中類似地由CPU9指定用作執(zhí)行場讀出操作的模式的第二模式的情況中的圖像拾取裝置20的操作。
首先，將通過使用在圖5A到5I中示出的時(shí)序圖，來說明在指定第一模式的情況中的圖像拾取裝置20的操作。應(yīng)當(dāng)注意，將存儲(chǔ)(積累)在CCD 1a、1b、1c中的電荷的存儲(chǔ)時(shí)間設(shè)為與3(三)幀相對應(yīng)的存儲(chǔ)時(shí)間。
圖5A中示出的幀同步信號為指明幀的開始的信號，而圖5B中示出的場1/2識別信號(discrimination signal)為在脈沖信號的“低”時(shí)間周期指明當(dāng)前的奇數(shù)場、并在其“高”時(shí)間周期指明當(dāng)前的偶數(shù)場的脈沖信號。圖5C中示出的CCD操作模式指明CCD 1a、1b、1c當(dāng)前執(zhí)行什么操作。
圖5D中示出的讀出屏蔽信號指明從定時(shí)生成電路10輸出到切換器11的信號，而圖5E和5F的讀出脈沖信號為從定時(shí)生成電路10通過切換器11輸出到CCD 1a、1b、1c且用于指定存儲(chǔ)的電荷的讀出定時(shí)的信號。圖5E中示出的讀出信號為用于從CCD 1a、1b、1c的偶數(shù)行的光電二極管讀出電荷的目的而傳遞的信號，而圖5F中示出的讀出信號為用于從奇數(shù)行的光電二極管讀出電荷的目的而傳遞的信號。
圖5G示出了已從CCD 1a、1b、1c讀出的電荷的視頻信號的圖像。圖5H示出了幀存儲(chǔ)器6的操作狀態(tài)，而圖5I示出了輸入到圖像信號處理塊7的視頻信號的圖像。
如圖5E、5F所示，從定時(shí)生成電路10輸出用于在奇數(shù)場時(shí)間周期讀出CCD 1a、1b、1c的光電二極管的奇數(shù)行、并用于在偶數(shù)場時(shí)間周期讀出CCD1a、1b、1c的光電二極管的偶數(shù)行的讀出信號。
在此示例中，在圖5E和5F中用虛線表示的部分指明在讀出脈沖信號未被讀出屏蔽信號屏蔽的情況中，可能輸出的讀出脈沖信號的相位。
此外，如圖5D所示，定時(shí)生成電路10輸出讀出屏蔽信號，使得讀出信號每三幀有效一次。將從定時(shí)生成電路10輸出的讀出屏蔽信號傳遞到切換器11，由此施加限制，使得在“高”時(shí)間周期中，讀出信號不被傳遞到CCD 1a、1b、1c。
因此，在讀出屏蔽信號的“低”時(shí)間周期中，將讀出信號通過切換器11傳遞到CCD 1a、1b、1c。因此，如圖5G所示，每三幀分別讀出存儲(chǔ)在奇數(shù)行中的電荷的視頻信號和存儲(chǔ)在偶數(shù)行中的電荷的視頻信號。
此外，定時(shí)生成電路10控制總線切換器5，在讀出屏蔽信號的“低”時(shí)間周期中導(dǎo)通總線切換器5，以進(jìn)一步輸出允許將視頻信號寫入到幀存儲(chǔ)器6中的寫入操作的信號(寫使能信號)，如圖5H所示。
將以從CCD 1a、1b、1c讀出的視頻信號通過CDS2、增益可變放大器3、A/D轉(zhuǎn)換器4和切換器5傳遞到幀存儲(chǔ)器6和圖像信號處理塊7，如圖5I所示。
圖6中示出了在讀出屏蔽信號的“低”時(shí)間周期中的圖像拾取裝置20的狀態(tài)。在讀出屏蔽信號的“低”時(shí)間周期中，將讀出脈沖信號從定時(shí)生成電路10通過切換器11傳遞到CCD 1a、1b、1c。由此，總線切換器5也導(dǎo)通。因此，將寫使能信號從定時(shí)生成電路10傳遞到幀存儲(chǔ)器6。
另一方面，在讀出屏蔽信號的“高”時(shí)間周期中，定時(shí)生成電路10控制總線切換器5，關(guān)斷總線切換器5，以進(jìn)一步輸出允許對存儲(chǔ)在幀存儲(chǔ)器6中的視頻信號的讀出操作的信號(讀使能信號)，如圖5H所示。
因此，從A/D轉(zhuǎn)換器4到圖像信號處理塊7的傳遞被中斷。由此，讀出存儲(chǔ)在幀存儲(chǔ)器6中的視頻信號，并將其傳遞到圖像信號處理塊7。
圖7中示出了在讀出屏蔽信號的“高”時(shí)間周期中的圖像拾取裝置20的狀態(tài)。在讀出屏蔽信號的“高”時(shí)間周期中，不將來自定時(shí)生成電路10的讀出脈沖信號傳遞到CCD 1a、1b、1c。由此，總線切換器5也關(guān)斷。因此，將讀使能信號從定時(shí)生成電路10傳遞到幀存儲(chǔ)器6。
在上述方法中，通過定時(shí)生成電路10的控制，將已從存儲(chǔ)了與三幀相對應(yīng)的電荷的CCD 1a、1b、1c的奇數(shù)行和偶數(shù)行中每三幀而分別讀出的電荷的視頻信號傳遞到圖像處理塊7，并從幀存儲(chǔ)器6在余下的兩幀傳遞相同視頻信號，以便使其補(bǔ)足。
接下來，將通過使用圖8A到8I中示出的時(shí)序圖，來說明在指定了第二模式的情況中的圖像拾取裝置20的操作。在此示例中，將存儲(chǔ)在CCD 1a、1b、1c中的電荷的存儲(chǔ)時(shí)間設(shè)為與三幀(＝六場)相對應(yīng)的存儲(chǔ)時(shí)間。由于圖8A到8I中示出的信號的說明與圖5A到5I的說明相對應(yīng)，所以省略其細(xì)節(jié)。
如圖8E和8F所示，從定時(shí)生成電路10輸出用于在奇數(shù)場時(shí)間周期讀出CCD 1a、1b、1c的光電二極管的奇數(shù)行、并用于在奇數(shù)場時(shí)間周期類似地讀出CCD 1a、1b、1c的光電二極管的偶數(shù)行的讀出信號。
在此示例中，在圖8E和8F中用虛線表示的部分指明在讀出脈沖信號未被讀出屏蔽信號屏蔽的情況中，可能輸出的讀出脈沖信號的相位。
此外，如圖8D所示，定時(shí)生成電路10輸出讀出屏蔽信號，使得讀出信號每六場有效一次。將從定時(shí)生成電路10輸出的讀出屏蔽信號傳遞到切換器11，以施加限制，使得在“高”時(shí)間周期中，讀出信號不被傳遞到CCD 1a、1b、1c。
因此，在讀出屏蔽信號的“低”時(shí)間周期中，將讀出信號通過切換器11傳遞到CCD 1a、1b、1c。如圖8G所示，每六場讀出存儲(chǔ)在奇數(shù)行中的電荷的視頻信號和存儲(chǔ)在偶數(shù)行中的電荷的視頻信號，并將其相加。
此外，定時(shí)生成電路10控制總線切換器5，在讀出屏蔽信號的“低”時(shí)間周期中導(dǎo)通總線切換器5，以進(jìn)一步輸出允許將視頻信號寫入到幀存儲(chǔ)器6中的寫入操作的信號(寫使能信號)，如圖8H所示。
將以從CCD 1a、1b、1c讀出的視頻信號通過CDS2、增益可變放大器3、A/D轉(zhuǎn)換器4和切換器5傳遞到幀存儲(chǔ)器6和圖像信號處理塊7，如圖81所示。
圖6中示出了在讀出屏蔽信號的“低”時(shí)間周期中的圖像拾取裝置20的狀態(tài)。在讀出屏蔽信號的“低”時(shí)間周期中，將讀出脈沖信號從定時(shí)生成電路10通過切換器11傳遞到CCD 1a、1b、1c。由此，總線切換器5也導(dǎo)通。因此，將寫使能信號從定時(shí)生成電路10傳遞到幀存儲(chǔ)器6。
另一方面，在讀出屏蔽信號的“高”時(shí)間周期中，定時(shí)生成電路10控制總線切換器5，關(guān)斷總線切換器5，以進(jìn)一步輸出允許對存儲(chǔ)在幀存儲(chǔ)器6中的視頻信號的讀出操作的信號(讀使能信號)，如圖8H所示。
因此，從A/D轉(zhuǎn)換器4到圖像信號處理塊7的傳遞被中斷。因此，讀出存儲(chǔ)在幀存儲(chǔ)器6中的視頻信號，并將其傳遞到圖像信號處理塊7。
圖7中示出了在讀出屏蔽信號的“高”時(shí)間周期中的圖像拾取裝置20的狀態(tài)。在讀出屏蔽信號的“高”時(shí)間周期中，不將來自定時(shí)生成電路10的讀出脈沖信號傳遞到CCD 1a、1b、1c。由此，總線切換器5也關(guān)斷。因此，將讀使能信號從定時(shí)生成電路10傳遞到幀存儲(chǔ)器6。
在上述方法中，通過定時(shí)生成電路10的控制，將已從存儲(chǔ)了與三幀(＝六場)相對應(yīng)的電荷的CCD 1a、1b、1c的奇數(shù)行和偶數(shù)行中每六場而分別讀出并相加的電荷的視頻信號傳遞到圖像處理塊7，并在余下的五場從幀存儲(chǔ)器6傳遞相同視頻信號，以便使其補(bǔ)足。
在上述方法中，在長時(shí)間曝光模式中，圖像拾取裝置20可以第一模式或第二模式來讀出存儲(chǔ)在CCD 1a、1b、1c中的電荷。
應(yīng)當(dāng)注意，盡管在根據(jù)本發(fā)明的圖像拾取裝置20中，增益可變放大器3根據(jù)用戶從用戶接口8輸入的增益量來控制增益量的調(diào)節(jié)，但可提供AGC(自動(dòng)增益控制)來替代增益可變放大器3，由此根據(jù)拍攝(圖像拾取)條件等來調(diào)節(jié)增益。CPU9將模式控制信號輸出到定時(shí)生成電路10，使得在通過AGC調(diào)節(jié)的增益量較低的情況中指定第一模式，而在增益量較高的情況中指定第二模式。
此外，盡管在根據(jù)本發(fā)明的圖像拾取裝置20中，通過例如圖2、3和4中示出的、基于從用戶接口8輸入的增益量和電荷存儲(chǔ)時(shí)間而在CPU9設(shè)置的表所描述的策略，來自動(dòng)執(zhí)行第一模式和第二模式的指定，但用戶可直接從用戶接口8指定第一模式或第二模式。
應(yīng)當(dāng)注意，盡管已根據(jù)在附圖中圖解、并在上面的描述中詳細(xì)描述的特定優(yōu)選實(shí)施例來描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于實(shí)施例，而可在不背離所附權(quán)利要求中闡述的本發(fā)明的范圍和精髓的情況下實(shí)現(xiàn)各種修改、替換構(gòu)造或等價(jià)配置。
工業(yè)應(yīng)用性如上所述，在本發(fā)明中，以這種方式來執(zhí)行圖像拾取操作，即執(zhí)行切換到用作根據(jù)低輸出靈敏度的圖像拾取請求，而在每幾幀讀出固態(tài)圖像拾取器件中存儲(chǔ)的電荷的圖像拾取模式的第一模式；以及執(zhí)行切換到用作根據(jù)高輸出靈敏度的圖像拾取請求，而在每幾場讀出固態(tài)圖像拾取器件中存儲(chǔ)的電荷，以在改變每幾場的組合時(shí)將已讀取的電荷的垂直方向上相鄰的奇數(shù)電荷與偶數(shù)電荷相加，以輸出如此相加的電荷的圖像拾取模式的第二模式。因而，拾取對象的圖像、以便產(chǎn)生在用戶期望的輸出靈敏度下的最佳圖像成為可能。
例如，在由于對象的光量不足而增加圖像拾取信號的增益的情況中，執(zhí)行切換到第二模式。在第二模式中，由于相比第一模式，產(chǎn)生相同靈敏度的電荷存儲(chǔ)時(shí)間可被減半，所以，有可能獲得在抑制運(yùn)動(dòng)對象的移動(dòng)或振動(dòng)的同時(shí)也滿足需要的輸出靈敏度的圖像。
此外，在由于對象的光量充足而無需特別增加靈敏度的情況中，執(zhí)行切換到第一模式，由此使獲得具有比在第二模式中執(zhí)行圖像拾取操作的情況中的垂直分辨率更高的垂直分辨率的高畫面質(zhì)量的圖像成為可能。
此外，在增加在固態(tài)圖像拾取器件中存儲(chǔ)電荷的電荷存儲(chǔ)時(shí)間、以增加輸出靈敏度的情況中，執(zhí)行切換到第二模式，由此使在與第一模式的電荷存儲(chǔ)時(shí)間相同的電荷存儲(chǔ)時(shí)間中獲得雙倍的輸出靈敏度(即電荷存儲(chǔ)時(shí)間減半)成為可能。因而，最優(yōu)化地調(diào)節(jié)了由運(yùn)動(dòng)對象的移動(dòng)或振動(dòng)所造成的畫面質(zhì)量的惡化，由此使在最小化這種惡化的同時(shí)獲得需要的輸出靈敏度的圖像成為可能。
權(quán)利要求
1.一種圖像拾取裝置，包括固態(tài)圖像拾取器件，用于根據(jù)接收的圖像拾取光來執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換；切換部件，用于在第一模式和第二模式之間執(zhí)行切換，其中第一模式用作在每n(n為自然數(shù))幀讀出在固態(tài)圖像拾取器件中存儲(chǔ)的電荷、以輸出CCD(電荷耦合器件)輸出信號的圖像拾取模式，第二模式用作在每m(m為自然數(shù))場讀出在固態(tài)圖像拾取器件中存儲(chǔ)的電荷、在改變每m場的組合時(shí)將已讀取的電荷的垂直方向上相鄰的奇數(shù)電荷與偶數(shù)電荷相加、以輸出CCD(電荷耦合器件)輸出信號的圖像拾取模式；以及控制部件，用于以這種方式來控制切換部件，即根據(jù)低輸出靈敏度的圖像拾取請求，而將圖像拾取裝置的圖像拾取模式切換到第一模式，并根據(jù)高輸出靈敏度的圖像拾取請求，而將圖像拾取裝置的圖像拾取模式切換到第二模式。
2.如權(quán)利要求1所述的圖像拾取裝置，包括增益調(diào)節(jié)部件，用于調(diào)節(jié)從固態(tài)圖像拾取器件輸出的圖像拾取信號的增益，其中，控制部件控制切換部件，以便根據(jù)增益調(diào)節(jié)部件所調(diào)節(jié)的增益，而將圖像拾取裝置的圖像拾取模式切換到第一模式或第二模式。
3.如權(quán)利要求1所述的圖像拾取裝置，其中，控制部件控制切換部件，以便根據(jù)存儲(chǔ)在固態(tài)圖像拾取器件中的電荷的存儲(chǔ)時(shí)間，而將圖像拾取裝置的圖像拾取模式切換到第一模式或第二模式。
4.一種圖像拾取方法，包括根據(jù)接收的圖像拾取光，由固態(tài)圖像拾取器件來執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換；根據(jù)低輸出靈敏度的圖像拾取請求，執(zhí)行切換到用作在每n(n為自然數(shù))幀讀出在固態(tài)圖像拾取器件中存儲(chǔ)的電荷的圖像拾取模式的第一模式，以輸出CCD(電荷耦合器件)輸出信號；以及根據(jù)高輸出靈敏度的圖像拾取請求，執(zhí)行切換到用作在每m(m為自然數(shù))場讀出在固態(tài)圖像拾取器件中存儲(chǔ)的電荷、在改變每m場的組合時(shí)將已讀取的電荷的垂直方向上相鄰的奇數(shù)電荷與偶數(shù)電荷相加的圖像拾取模式的第二模式，以輸出CCD(電荷耦合器件)輸出信號，由此執(zhí)行圖像拾取操作。
5.如權(quán)利要求4所述的圖像拾取方法，包括調(diào)節(jié)從固態(tài)圖像拾取器件輸出的圖像拾取信號的增益，以根據(jù)調(diào)節(jié)的增益，而將圖像拾取模式切換到第一模式或第二模式，以執(zhí)行圖像拾取操作。
6.如權(quán)利要求4所述的圖像拾取方法，包括根據(jù)存儲(chǔ)在固態(tài)圖像拾取器件中的電荷的存儲(chǔ)時(shí)間，而將圖像拾取模式切換到第一模式或第二模式，以執(zhí)行圖像拾取操作。
全文摘要
一種用于拾取對象的圖像拾取裝置，包括固態(tài)圖像拾取器件(1)，用于根據(jù)接收的圖像光而進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換；切換單元(10)，用于在第一模式和第二模式之間切換，其中第一模式作為按照n－幀(n自然數(shù))而讀取在固態(tài)圖像拾取器件(1)中積累的電荷的圖像拾取模式，第二模式作為按照m－場(m自然數(shù))而讀取在固態(tài)圖像拾取器件(1)中積累的電荷，并在使用各個(gè)m場的不同組合時(shí)將在讀取電荷的垂直方向上相鄰的奇數(shù)電荷與偶數(shù)電荷相加，以輸出相加的結(jié)果的圖像拾取模式。
文檔編號H04N5/341GK1701598SQ20048000083
公開日2005年11月23日 申請日期2004年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月30日
發(fā)明者天野良介 申請人:索尼株式會(huì)社