摄像设备和摄像设备控制方法

专利名称：摄像设备和摄像设备控制方法
技术领域：
本发明涉及一种摄像设备和摄像设备控制方法。
背景技术：
如数字照相机和数字摄像机等的 一 些摄像设备具有进行运 动图像拍摄的功能和进行静止图像拍摄的功能这两者。在摄像
设备中，如CCD传感器或CMOS传感器等的图像传感器包括像 素阵列和用于从像素阵列读出信号的读出电路，其中，在像素
阵列中，沿行方向和列方向排列包括光电转换单元的多个像素。
根据在日本特开2001-352483号公报中公开的技术，摄像设 备在连续的帧期间之间将读出电路驱动方法从适合于运动图像 拍摄的第一驱动方法切换至适合于静止图像拍摄的第二驱动方 法。根据第一驱动方法，驱动读出电路，从而以适合于运动图 像拍摄的低像素密度从像素阵列读出信号。根据第二驱动方法， 驱动读出电路，从而以适合于静止图像拍摄的高像素密度从像 素阵列读出信号。根据日本特开2001-352483号公报，可以实现 运动图像拍摄和静止图像拍摄之间的连续拍摄。
曰本特开2001-352483号公报中的技术是以在静止图像拍 摄期间未进行运动图像拍摄为前提。
然而， 一 些摄像设备提供了仅进行运动图像拍摄的模式(下 文中称为第 一模式)以及进行静止图像和运动图像的并行拍摄 的模式(下文中称为第二模式)。
在第 一 模式下，摄像设备进行适合于运动图像拍摄的操作。 更具体地，摄像设备驱动读出电路，使得以通过相加、间取 (decimation)、提取等而减少的像素密度从像素阵列读出信号，从而在比适合于运动图像拍摄的帧期间短的读出期间内读出信 号。
在第二模式下，摄像设备进行使静止图像拍摄优先的操作。 更具体地，摄像设备驱动读出电路以在比适合于运动图像拍摄 的帧期间长的读出期间内读出信号，从而以适合于静止图像拍 摄的高像素密度从像素阵列读出信号。此外，摄像设备控制像 素阵列的各个像素以在比适合于运动图像拍摄的累积期间短的 累积期间内累积信号，从而使得像素阵列的各个像素以适合于 静止图像拍摄的快门速度即累积期间累积信号。在静止图像拍 摄时，为了防止在被摄体移动时图像的模糊，需要将快门速度 即累积期间设置为短于适合于运动图像拍摄的累积期间(在第 一模式下的累积期间)。
在摄像设备中，有时在连续的帧之间将摄像设备的模式从 第一模式切换至第二模式。在这种情况下，如果摄像设备维持 适合于运动图像拍摄的帧频，则在第二模式下的读出期间变得
长于l帧期间，并且获得的运动图像可能出现掉帧(drop frame)。 例如，如图6所示，摄像设备不管模式如何都保持帧期间 FT1 FT9的长度恒定，以实现适合于运动图像拍摄的帧频。摄 像设备在帧期间F T1和F T 2之间从第 一 模式切换至第二模式。摄 像设备在帧期间FT2和FT3之间从第二模式切换至第 一 模式。摄 像设备在帧期间FT3和FT4之间从第 一 模式切换至第二模式。摄 像设备在帧期间F T 4和F T 5之间从第二模式切换至第 一 模式。
在图6中，VD表示帧同步信号(脉冲)，并且相对于NTSC标 准信号以1/60秒的间隔而生成。读出操作、运动图像生成操作 和静止图像生成操作在与帧同步信号VD同步的定时开始。
A、 C、 E、 F、 G、 H和I表示运动图^f象的信号，并且B和D 表示静止图像的信号。将光电转换单元在第 一 模式下执行累积操作的第一累积期间Tsa—A、 Tsa—C、 Tsa—E、 Tsa—F、 Tsa—G、 Tsa—H和Tsa一I固定为1/60秒。光电转换单元在第二模式下执行 累积操作的第二累积期间Tsa一B和Tsa—D比第 一 累积期间短并 且短于l/60秒。
根据读出时钟速率和输出信道数量，读出电路在第一模式 下执行读出操作的第 一 读出期间Tsr—A 、 Tsr—F 、 Tsr—G 、 Tsr—H 和TsrJ短于1/60秒。第 一 读出期间比各个帧期间FT 1 FT9都短。 读出电路在第二模式下执行读出操作的第二读出期间Tsr一B和 Tsr—D比帧期间FT1 FT9长。由于第二读出期间Tsr—B和Tsr—D比 帧期间FT1 FT9长，因此读出电路在与帧同步信号VD同步的定 时不能开始对信号C和E进行读出操作。
在运动图像生成操作中，信号A、 B、 D、 F、 G和H用于生 成l帧运动图像的图像信号(Tmv—A、 Tmv—B、 Tmv—D、 Tmv—F、 Tmv—G和Tmv—H)。如上所述，读出电路不能进行信号C和E的 读出操作，因此不能生成与信号C和E相对应的运动图像的图像 信号。结果，与信号C和E相对应的帧中将出现掉帧。
在静止图像生成操作中，信号B和D用于生成l帧静止图像 的图像信号。

发明内容
本发明的首要目的是即使在进行静止图像和运动图像的并 行拍摄时，也能获得高分辨率的静止图像并防止所获得的运动 图像出现掉帧。
本发明的第二目的是即使在前一帧期间内开始的累积期间 在下 一 帧期间中完成时也能获得适当曝光的运动图像并且防止 所获得的运动图像出现掉帧。
根据本发明的第一方面，提供一种摄像设备，包括像素阵列，在所述像素阵列中，沿行方向和列方向排列各自包括光
电转换单元的多个像素；驱动单元，用于驱动所述像素阵列的 各个像素的所述光电转换单元，以在第 一模式下在第 一 累积期 间内累积信号，并在第二模式下在比所述第一累积期间短的第 二累积期间内累积信号；读出单元，用于在比预定的l帧期间短 的第一读出期间内从所述像素阵列读出第一图像信号，并在比 所述1帧期间长的第二读出期间内从所述像素阵列读出第二图 像信号；以及控制单元，用于当将模式从所述第一模式切换至 所述第二模式时，控制所述读出单元以在读出所述第一图像信 号的帧期间内开始所述第二图像信号的读出操作。
根据本发明的第二方面，提供一种摄像设备，包括像素 阵列，在所述像素阵列中，沿行方向和列方向排列各自包括光 电转换单元的多个像素；驱动单元，用于驱动所述像素阵列的 各个像素的所述光电转换单元，以在累积期间内累积信号；读 出单元，用于从所述像素阵列读出图像信号；控制单元，用于 当在第 一帧期间内开始的图像信号的第 一 累积期间在紧接所述 第一帧期间的第二帧期间中完成时，控制所述驱动单元以使在 所述第 一 累积期间完成之后开始的图像信号的第二累积期间比 所述第 一帧期间短，从而使得所述第二累积期间在所述第二帧 期间内完成；以及放大单元，用于根据累积期间的长度放大所 述图像信号以获得适当曝光的图像。
根据本发明的第三方面，提供一种摄像设备的控制方法， 所述摄像设备具有沿行方向和列方向排列各自包括光电转换单 元的多个像素的像素阵列，所述控制方法包括以下步骤驱动 步骤，用于驱动所述像素阵列的各个像素的所述光电转换单元， 以在第一模式下在第一累积期间内累积信号，并在第二模式下 在比所述第一累积期间短的第二累积期间内累积信号；读出步
9骤，用于在比预定的l帧期间短的第一读出期间内从所述像素阵 列读出第 一 图像信号，并在比所述l帧期间长的第二读出期间内
从所述像素阵列读出第二图像信号；以及控制步骤，用于在将 模式从所述第一模式切换至所述第二模式时，控制在所述读出 步骤中的操作以在读出所迷第一图像信号的帧期间内开始所述 第二图像信号的读出操作。
根据本发明的第四方面，提供一种摄像设备的控制方法， 所述摄像设备包括像素阵列，在所述像素阵列中，沿行方向 和列方向排列各自包括光电转换单元的多个像素；驱动单元， 用于驱动所述像素阵列的各个像素的所述光电转换单元以在累 积期间内累积信号；以及读出单元，用于从所述像素阵列读出 图像信号，所述控制方法包括以下步骤控制步骤，用于当在 第 一帧期间内开始的图像信号的第 一 累积期间在紧接所述第一 帧期间的第二帧期间中完成时，控制所述驱动单元以使在所述 第 一 累积期间完成之后开始的图像信号的第二累积期间比所述 第 一帧期间短，从而使得所述第二累积期间在所述第二帧期间 内完成；以及放大步骤，用于根据累积期间的长度放大所述图 像信号以获得适当曝光的图像。
本发明即使在进行静止图像和运动图像的并行拍摄时也能 够获得高分辨率的静止图像并防止所获得的运动图像出现掉 帧。
本发明即使在前 一 帧期间内开始的累积期间在下 一 帧期间 中完成时也能够获得适当曝光的运动图像并防止所获得的运动 图像出现掉帧。
通过以下参考附图对典型实施例的说明，本发明的其它特 征将变得明显。


图l是根据本发明第 一 实施例的摄像设备ioo的结构的框
图2是示出在根据本发明第一实施例的摄像设备ioo中的累 积操作、读出操作、运动图像生成操作和静止图像生成操作的
定时的时序图3是示出在本发明第 一 实施例的变形例中的用于由信号 处理单元106进行增益校正操作的增益校正函数的图4是示出在根据本发明第二实施例的摄像设备200中的累 积操作、读出操作、运动图像生成操作和静止图像生成操作的 定时的时序图5是示出在根据本发明第三实施例的摄像设备300中的累 积操作、读出操作、运动图像生成操作和静止图像生成操作的 定时的时序图；以及
图6是用于说明本发明要解决的问题的时序图。
具体实施例方式
本发明涉及在进行静止图像和运动图像的并行拍摄时具有 图像传感器的摄像设备的操作。摄像设备是例如具有并行拍摄 功能的数字照相机或数字摄像机。图像传感器是例如CCD图像 传感器或CMOS图像传感器。
将参考图l说明根据本发明第一实施例的摄像设备100。图1 是根据本发明第 一 实施例的摄像设备100的结构的框图。
摄像设备100具有第一模式和第二模式。在第一模式下，仅 进行运动图像拍摄。在第二模式下，进行静止图像和运动图像 的并行拍摄。
透镜101在图像传感器103的摄像面(像素阵列103a)上形成被摄体的光学图像。此时，光圈(iris)102调整从透镜101引导至 图像传感器103的光量。
图像传感器103对光学图像进行光电转换以生成图像信号， 并将所生成的图像信号输出至A/D转换器104。图像传感器103 包括^f象素阵列103a、读出电路103b和输出电^各103c。
在^f象素阵列103a中，二维地(沿4于方向和列方向)排列包括 光电转换单元(未示出)的多个像素(未示出)。光电转换单元进行 累积操作以在预定的累积期间内累积信号。光电转换单元是例 如光电二极管。在第一模式下，光电转换单元在第一累积期间 内累积信号。在第二模式下，光电转换单元在比第一累积期间 短的第二累积期间内累积信号。
在预定模式下，读出电路103b进行读出操作，以在预定的 读出期间内以预定的像素密度从像素阵列读出图像信号。例如， 在第一模式下，读出电路103b在比预定的l帧期间短的第一读出 期间内以第 一像素密度从像素阵列读出第 一 图像信号。例如， 在第二模式下，读出电路103b在比l帧期间长的第二读出期间内 以高于第 一像素密度的第二像素密度从像素阵列读出第二图像 信号。读出电路103b将图像信号提供给输出电路103c。
输出电路103c对图像信号进行放大以将放大后的图像信号 输出至后级(A/D转换器104)。
A/D转换器104对从图像传感器103接收到的图像信号(模 拟信号)进行A / D转换以生成图像信号(数字信号)，并将转换后 的图像信号(第一图像信号和第二图像信号)输出至定时调整单 元105。定时调整单元105将图像信号校正为与帧期间同步的定
时的信号，并将校正后的图像信号(第 一 图像信号和第二图像信 号)输出至信号处理单元106。
信号处理单元(生成单元)10 6进行运动图像生成操作，以对第一图像信号进行运动图像信号处理并生成运动图像的图像信
号(第一图像信号)。此外，信号处理单元106进行静止图像生成 操作，以对第二图像信号进行静止图像信号处理并生成静止图 像的图像信号(第二图像信号)。信号处理单元10 6根据模式执行 运动图像生成操作和静止图像生成操作中的至少 一 个。
例如，信号处理单元106对在第 一模式下由读出电路在第一 读出期间内读出的l帧的第 一 图像信号进行放大。通过使用放大 后的第 一 图像信号，信号处理单元106在第 一模式下的操作期间 生成l帧的第一图像信号。信号处理单元106通过使用在第二模 式下由读出电路在第二读出期间读出的1帧的第二图像信号，在 第二模式下的操作期间生成l帧的第二图像信号。这样，信号处
理单元10 6执行运动图像生成操作，以对第 一 图像信号或第二图 像信号进行运动图像信号处理并生成运动图像的图像信号(第 一图像信号)。
信号处理单元106将所生成的运动图像和/或静止图像的图 像信号作为记录/显示图像数据(运动图像数据和/或静止图像数 据)而输出。运动图像信号处理包括用于将运动图像的图像信号 放大预定增益(放大系数)的处理。静止图像信号处理包括用于 将静止图像的图像信号放大预定增益的处理。
光圈电动木U10驱动光圏102。光圏驱动电路108驱动光圏电 动才几IIO。
系统控制单元107通过输入单元(未示出)接收来自用户的 指令以指定模式。系统控制单元107根据所指定的模式控制各单 元。例如，在接受静止/运动图像并行拍摄指令时，系统控制单 元107判断为指定了第二模式，并将模式从第一模式切换至第二 模式。
根据模式，系统控制单元107确定光圏102的开口度(opening rate)以及用于由信号处理单元106对运动图像的图像 信号进行放大的增益，从而获得具有适当曝光值的图像。系统 控制单元10 7生成与所确定的开口度相对应的控制信号，并将其 提供给光圈驱动电路10 8 。系统控制单元10 7生成与所确定的增 益相对应的控制信号，并将其提供给信号处理单元106。
例如，在将摄像设备的模式从第 一模式切换至第二模式然 后再将其切换回第一模式时，系统控制单元107将光电转换单元 在切换回的第 一模式下累积信号的期间确定为第三累积期间。 系统控制单元107确定第三累积期间从而使其比第 一 累积期间 短并且短于1帧期间。第三累积期间还可以比第二累积期间长。 系统控制单元10 7生成与所确定的第三累积期间相对应的控制 信号，并将其提供给图像传感器驱动电路10 9以控制该图像传感 器驱动电路10 9 。根据所确定的第三累积期间，系统控制单元10 7 确定在信号处理单元10 6对第 一 图像信号进行放大时使用的增 益(放大系数)，从而获得具有适当曝光值的图像。系统控制单 元107生成与所确定的增益相对应的控制信号，并将其提供给信 号处理单元106以控制该信号处理单元106。
根据模式，系统控制单元10 7确定光电转换单元进行累积操 作的累积期间以及读出电路103b进行读出#:作的读出期间。系 统控制单元107生成与所确定的累积期间和读出期间相对应的 控制信号，并将它们提供给图像传感器驱动电路10 9 。
例如，当将模式从第一模式切换至第二模式时，系统控制 单元107控制图像传感器驱动电路109和读出电路，以在摄像设 备在第 一模式下工作的帧期间内开始第二读出期间。
更具体地，在将模式从第一模式切换至第二模式时，系统 控制单元10 7执行以下控制。当第二累积期间等于或短于第 一 读 出期间时，系统控制单元107控制图像传感器驱动电路109和读出电路，从而使第 一读出期间和第二读出期间的总和在2帧期间 内。当第二累积期间长于第一读出期间时，系统控制单元107 控制图像传感器驱动电路10 9和读出电路，从而使第二累积期间 和第二读出期间的总和在2帧期间内。
可选地，在将模式从第一模式切换至第二模式然后再将其 切换回第一模式时，系统控制单元107执行以下控制。当第二累 积期间等于或短于第 一读出期间时，系统控制单元107控制图像 传感器驱动电路109和读出电路，从而使第一读出期间、第二读 出期间和下 一 第 一 读出期间的总和在3帧期间内。当第二累积期 间长于第 一读出期间时，系统控制单元107控制图像传感器驱动 电路109和读出电路，从而使第二累积期间、第二读出期间和下 一第一读出期间的总和在3帧期间内。
根据所提供的控制信号，图像传感器驱动电路10 9控制光电 转换单元的累积操作和读出电路10 3 b的读出操作。
例如，图像传感器驱动电路109驱动像素阵列103a的各个像 素，从而使光电转换单元在第一模式下在第一累积期间内累积 信号，并在第二模式下在比第一累积期间短的第二累积期间内 累积信号。这样，图像传感器驱动电路109控制光电转换单元的 累积操作。另外，图像传感器驱动电路109控制读出电路，以在
第一模式下在比l帧期间短的第一读出期间内以第一像素密度 从像素阵列读出第 一 图像信号。图像传感器驱动电路10 9控制读 出电路，以在第二模式下在比l帧期间长的第二读出期间内以高 于第 一像素密度的第二像素密度从像素阵列读出第二图像信 号。
将参考图2说明摄像设备10 0的操作。图2是示出摄像设备 IOO中的累积操作、读出操作、运动图像生成操作和静止图像生 成操作的定时的时序图。
15如图2所示，不管模式如何，摄像设备100都保持帧期间 FT1 FT9的长度恒定以实现适合于运动图像拍摄的帧频。摄像 设备100在帧期间FT1和FT102之间从第 一模式切换至第二模 式。在第一模式下，仅进行运动图像拍摄。在第二模式下，进 行静止图像和运动图像的并行拍摄。摄像设备10 0在帧期间 FT102和FT103之间从第二模式切换至第一模式。换言之，摄像 设备1 OO在帧期间FT 1 FT 103之间先从第一 4莫式切换至第二才莫 式然后再切换回第 一 模式。摄像设备IOO在帧期间FT103和 FT104之间从第 一模式切换至第二模式。摄像设备1 OO在帧期间 FT104和FT105之间从第二模式切换至第一模式。换言之，摄像 设备100在帧期间FT103 FT105之间先从第 一模式切换至第二 模式然后再切换回第一模式。
在图2中，VD表示帧同步信号(脉冲)，并且相对于NTSC标 准信号以1/60秒(Tvcyc)的间隔而生成。读出"t乘作、运动图像生 成操作和静止图像生成操作在与帧同步信号VD同步的定时开 始。
A、 C、 E、 F、 G、 H和I表示运动图像的图像信号(第一图 像信号)，并且B和D表示静止图像的图像信号(第二图像信号)。
图像传感器103执行狭缝巻动(slit rolling)快门操作。更具 体地，图像传感器103进行以下操作。
像素阵列中第1行 第N(N为整数)行上的像素的光电转换 单元顺序开始信号累积操作。在图2中示出的"累积操作(第一 行)"表示第l行上的像素的光电转换单元进行累积操作的累积 期间，该累积操作是各行上的像素的光电转换单元的代表累积 操作。在第l行上的像素的光电转换单元的累积操作的开始定时 之后，剩余的第2行 第N行上的像素的光电转换单元的累积操 作顺序开始。在具有与第一行的长度相同的长度的累积期间内，并行执行多个行上的像素的光电转换单元的累积操作(参见图5)。
读出电路按如下方式从第1行 第N行上的像素顺序读出信 号，即在比各行上的像素的光电转换单元的累积操作的开始定 时晚预定累积期间的定时处从各行上的像素读出信号(参见图 5)。在图2中示出的"读出操作(全部行)"表示从当从第l行上的像 素读出信号时开始直到从最末行(第N行)上的像素读出信号为 止的读出期间。即，"读出操作(全部行)"表示读出电路进行读 出操作的读出期间。
信号处理单元106对通过A/D转换器104和定时调整单元 105从图像传感器103接收到的图像信号执行信号处理。更具体 地，信号处理单元106进行以下处理。
信号处理单元10 6执行运动图像生成操作，以对第 一 图像信 号(或第二图像信号)进行运动图像信号处理并生成运动图像的 图像信号。"运动图像生成操作"表示信号处理单元106进行运动 图像生成操作的期间。
信号处理单元106执行静止图像生成操作，以对第二图像信 号进行静止图像信号处理并生成静止图像的图像信号。"静止图 像生成操作"表示信号处理单元106进行静止图像生成操作的期 间。
在l/60秒的第一累积期间Tsa—A内，在各行上的各个像素的 光电转换单元中累积信号(第一图像信号)A。在第一读出期间 Tsr—A内从像素阵列读出信号A,并在从与帧期间同步的定时开 始的期间Tmv一A内将信号A作为运动图像数据而输出。
信号(第二图像信号)B是静止/运动图像并行拍摄帧的信 号。在小于l/60秒的第二累积期间Tsa—B内，在各行上的各个像 素的光电转换单元中累积信号B。信号B的第二累积期间紧接在信号A的第 一 累积期间结束之后开始。尽管累积期间根据拍摄
模式而变化，但将本实施例中的第二累积期间丁33_8设置为比
与高于运动图像的快门速度的快门速度相对应的1/60秒短。紧 接在信号B的第二累积期间结束和信号A的第 一读出期间结束 之后，信号B的第二读出期间开始。由于从像素阵列的全部像 素读出信号，因此像素数越多(像素阵列中的行数越多)信号B 的第二读出期间Tsr—B越长。在第二读出期间Tsr—B内读出信号 B，在从与帧期间同步的定时开始的期间Tmv—B内将信号B作为 运动图像数据而输出，并在期间Tst一B内将信号B作为静止图像 数据而输出。
与信号A类似，在第一累积期间Tsa—C内，在各行上的各个 像素的光电转换单元中累积信号(第一图像信号)C。在第一读出 期间Tsr一C内从像素阵列读出信号C,并在从与帧期间同步的定 时开始的期间Tmv—C内将信号C作为运动图像数据而输出。
与信号B类似，信号(第二图像信号)D是静止/运动图像并行 拍摄帧的信号。在第二累积期间Tsa一D内，在各行上的各个像 素的光电转换单元中累积信号D。信号D的第二累积期间紧接在 信号C的第 一 累积期间结束之后开始。在第二读出期间Tsr_D内 读出信号D，并在从与帧期间同步的定时开始的期间Tmv—D内 将信号D作为运动图像数据而输出。
根据静止图像拍摄条件，信号D的第二累积期间的长度还 可不同于信号B的第二累积期间的长度。
信号C的第 一 读出期间Tsr—C与信号D的第二读出期间 Tsr—D的总和以及信号D的第 一 累积期间Tsa—D与信号D的第二 读出期间Tsr一D的总和中的至少 一 个长于2帧期间。信号D的第 二读出期间Tsr—D结束时的定时落入进行了信号(第 一 图像信 号)E的读出"J喿作的帧期间FT106内。由于该原因，信号E的第一读出期间Tsr一E在从帧期间FT106的开始定时而延迟的定时开 始。据此，信号E的第一累积期间Tsa一E结束时的定时也从帧期 间FT106的开始定时而延迟。
信号(第 一 图像信号)F的第 一 读出期间Ts r—F的开始定时再 次与帧期间FT107的开始定时同步。如果信号F的第 一读出期间 的开始定时保持从帧期间的开始定时延迟，则在稍后插入静止/ 运动图像并行拍摄帧的信号时，与信号B和D不同，第二读出期 间的开始定时在帧期间的开始定时之前不能偏移。相反，通过 紧接在对信号的读出期间的开始定时延迟之后再次使信号F的 读出期间的开始定时与帧期间的开始定时同步，即使具有大量 像素的静止/运动图像并行拍摄帧的读出期间即刻开始，也可防 止掉帧。
信号F的第三累积期间Tsa一F在信号E的第 一 累积期间 Tsa一E结束之后开始，并且在帧期间FT106的结束定时之前结 束。因此，信号F的第三累积期间Tsa一F变得短于l/60秒。在这 种情况下，由于信号F的累积期间是比第 一 累积期间短且比l帧 期间Tvcyc短的第三累积期间，因此信号处理单元106增加(校正) 用于放大信号F的增益。在从与帧期间同步的定时开始的期间 Tmv一F内将信号F作为运动图像数据而输出。
在各自包括插入了静止/运动图像并行拍摄帧的多个帧期 间的预定期间Tcyc_ms 1和Tcyc—ms2内，马区动与帧期间不同步。 然而，在这些期间结束之后，驱动再次与帧期间同步。
如上所述，根据第一实施例，即使在进行静止图像和运动 图像的并行拍摄时，也可以获得高分辨率静止图像，并且可以 防止所获得的运动图像出现掉帧。即，当进行静止图像和运动 图像的并行拍摄时，可以实现高分辨率的静止图像以及运动图 像的帧频保持这两者。应当注意，系统控制单元10 7还可存储如图3所示的增益校 正函数。当第一模式下的累积期间从第一累积期间~第三累积 期间变短时，系统控制单元10 7使用如图3所示的增益校正函数， 并确定增加在信号处理单元106放大信号F时使用的增益。信号 处理单元10 6还可使用所确定的增益寺丸行增益才交正。
根据图3所示的增益校正函数，当信号的累积期间是与帧期 间FT1 FT9的长度相等的FT时，用于放大信号的增益值是 A一FT 。根据图3所示的增益校正函数，与信号E的累积期间Tsa—E 相对应的增益值是A一E，并且与信号F的累积期间Tsa—F相对应 的增益值是八_ 。系统控制单元107还可以通过直接参考图3所 示的增益校正函数确定增益值，或者可以根据信号E的累积期 间Tsa—E和信号F的累积期间Tsa一F之间的差，通过参考图3所示 的增益校正函数，确定信号？的增益值八_ 。即，设K(负值)为 图3所示的校正函数的斜率，则系统控制单元107还可以通过如 下等式来确定增益值A—F:
A—F = A—E陽K x (Tsa—E - Tsa—F)
信号处理单元106还可以自适应地控制是否通过4吏用通过 增益进行了校正的图像信号来生成运动图像数据。
将参考图4说明根据本发明第二实施例的摄像设备200。图4 是示出摄像设备200中的累积操作、读出操作、运动图像生成操 作和静止图像生成操作的定时的时序图。将主要说明与第 一 实
施例中的操作不同的操作。
如图4所示，在摄像设备200中，信号F、 G和H的第四累积 期间Tsa—F 、 Tsa—G和Tsa—H的结束定时从帧期间的开始定时起 延迟了的定时开始逐渐前移。第四累积期间Tsa—F、 Tsa G和 Tsa—H短于l/60秒。
据此，信号F和G的第 一 读出期间Tsr—F和Tsr—G的开始定时也从帧期间的开始定时起延迟了的定时开始逐渐前移。信号H 的第 一读出期间Tsr一H的开始定时与帧期间的开始定时几乎一致。
如果信号H的第 一读出期间的开始定时保持延迟，则在稍 后插入静止/运动图像并行拍摄帧的信号时，与信号B或D不同， 第二读出期间的开始定时在帧期间的开始定时之前不能偏移。 对于多个帧F、 G和H^吏延迟的开始定时恢复，以减少帧之间累 积期间的差异并避免不自然的图像。
在这种情况下，由于信号F、 G和H的累积期间是比第一累 积期间短的第四累积期间，因此信号处理单元106增加(4交正) 用于放大信号F、 G和H的增益。在从与帧期间同步的定时开始 的期间Tmv—F、 Tmv—G和Tmv—H内，将信号F、 G和H作为运动 图像数据而输出。
在各自包括插入了静止/运动图像并行拍摄帧的多个帧期 间的预定期间Tcyc—ms 1和Tcyc—ms2内，驱动与帧期间不同步。 然而，在这些期间结束之后，驱动再次与帧期间同步。
将参考图5说明根据本发明第三实施例的摄像设备300。图5 是示出摄像设备300中的累积操作、读出操作、运动图像生成操 作和静止图像生成操作的定时的时序图。将主要说明与第一实 施例中的操作不同的操作。
在图5中的"累积操作(全部行)"中，与各个行上的像素的垂 直位置相对应地表示各个行上的像素的光电转换单元进行累积 操作的累积期间。第1行~第N行的累积期间顺序开始并顺序结 束。临时并行执行多个行的累积操作。
在图5中，RA、 RB、 RC、 RD、 RE、 RF、 RG、 RH和RI表 示当各个行上的像素完成复位操作时的定时。YA、 YB、 YC、
YD、 YE、 YF、 YG、 YH和YI表示当进行读出操作以从各个行上的像素读出信号时的定时。更具体地，各行上的像素的累积 操作在复位操作完成时的定时开始，并且在读出操作开始时的 定时结束。
信号C的第三累积期间Tsa一C的开始定时从帧期间的开始 定时而延迟。如果信号C的第三累积期间在帧期间的开始定时 开始，则在预定的定时，信号C的累积操作开始的行超越进行 信号B的读出操作的行。
与信号A类似，信号D的第三累积期间的开始定时再次与帧 期间的开始定时同步。这可以防止下次指定静止/运动图像并行 拍摄帧时的掉帧。
在这种情况下，由于信号C的累积期间是比第一累积期间 短的第三累积期间，因此信号处理单元106增加(校正)用于放大 信号C的增益。在从与帧期间同步的定时开始的期间Tmv一C内， 将信号C作为运动图像数据而输出。
在包括插入了静止/运动图像并行拍摄帧的多个帧期间的 预定期间Tcyc一msl内，驱动与帧期间不同步。然而，在期间结 束之后，驱动再次与帧期间同步。
尽管已经参考典型实施例说明了本发明，但是应该理解， 本发明不限于所公开的典型实施例。所附权利要求书的范围符 合最宽的解释，以包含所有这类修改、等同结构和功能。
权利要求
1. 一种摄像设备，包括像素阵列，在所述像素阵列中，沿行方向和列方向排列各自包括光电转换单元的多个像素；驱动单元，用于驱动所述像素阵列的各个像素的所述光电转换单元，以在第一模式下在第一累积期间内累积信号，并在第二模式下在比所述第一累积期间短的第二累积期间内累积信号；读出单元，用于在比预定的1帧期间短的第一读出期间内从所述像素阵列读出第一图像信号，并在比所述1帧期间长的第二读出期间内从所述像素阵列读出第二图像信号；以及控制单元，用于当将模式从所述第一模式切换至所述第二模式时，控制所述读出单元以在读出所述第一图像信号的帧期间内开始所述第二图像信号的读出操作。
2. 根据权利要求l所述的摄像设备，其特征在于，所述控制单元控制所述驱动单元来驱动所述光电转换单 元，以在读出所述第一图像信号的所述帧期间内结束所述第二 图像信号的累积。
3. 根据权利要求l所述的摄像设备，其特征在于， 所述控制单元在将模式从所述第一模式切换至所述第二模式然后再将模式切换回所述第 一 模式时，控制所述读出单元以 使所述第 一读出期间和所述第二读出期间的总和在2帧期间内。
4. 根据权利要求2所述的摄像设备，其特征在于， 所述控制单元在将模式从所述第一模式切换至所述第二模式然后再将模式切换回所述第一模式时，控制所述驱动单元和 所述读出单元以使所述第二累积期间和所述第二读出期间的总 和在2帧期间内。
5. 根据权利要求l所述的摄像设备，其特征在于，所述控制单元在将模式从所述第一模式切换至所述第二模 式然后再将模式切换回所述第 一 模式时，控制所述读出单元以 使所述第 一读出期间、所述第二读出期间和下 一 第 一读出期间的总和在3帧期间内。
6. 根据权利要求2所述的摄像设备，其特征在于，所述控制单元在将模式从所述第一模式切换至所述第二模 式然后再将模式切换回所述第 一 模式时，控制所述驱动单元和所述读出单元以使所述第二累积期间、所述第二读出期间和下 一第一读出期间的总和在3帧期间内。
7. 根据权利要求l所述的摄像设备，其特征在于， 所述第一模式是仅进行运动图像拍摄的模式，并且所述第二模式是进行静止图像和运动图像的并行拍摄的模式。
8. —种摄像设备，包括像素阵列，在所述像素阵列中，沿行方向和列方向排列各 自包括光电转换单元的多个像素；驱动单元，用于驱动所述像素阵列的各个像素的所述光电 转换单元，以在累积期间内累积信号；读出单元，用于从所述像素阵列读出图像信号；控制单元，用于当在第一帧期间内开始的图像信号的第一 累积期间在紧接所述第一帧期间的第二帧期间中完成时，控制 所述驱动单元以使在所述第 一 累积期间完成之后开始的图像信 号的第二累积期间比所述第一帧期间短，从而使得所述第二累 积期间在所述第二帧期间内完成；以及放大单元，用于根据累积期间的长度放大所述图像信号以 获得适当曝光的图像。
9. 根据权利要求8所述的摄像设备，其特征在于，所述控制单元存储表示信号的累积期间与所述放大单元对所述信号的放大系数之间的关系的校正函数，并通过参考所述 校正函数确定与所述累积期间的长度相对应的所述放大系数。
10. —种摄像设备的控制方法，所述摄像设备具有沿行方向和列方向排列各自包括光电转换单元的多个像素的像素阵列，所述控制方法包括以下步骤驱动步骤，用于驱动所述像素阵列的各个像素的所述光电 转换单元，以在第一模式下在第一累积期间内累积信号，并在 第二模式下在比所述第 一 累积期间短的第二累积期间内累积信 号；读出步骤，用于在比预定的1帧期间短的第 一读出期间内从 所述像素阵列读出第 一 图像信号，并在比所述1帧期间长的第二 读出期间内从所述像素阵列读出第二图像信号；以及控制步骤，用于在将模式从所述第一模式切换至所述第二 模式时，控制在所述读出步骤中的操作以在读出所述第 一 图像 信号的帧期间内开始所述第二图像信号的读出操作。
11. 根据权利要求10所述的控制方法，其特征在于， 所述第一模式是仅进行运动图像拍摄的模式，并且所述第二模式是进行静止图像和运动图像的并行拍摄的模式。
12. —种摄像设备的控制方法，所述摄像设备包括像素 阵列，在所述像素阵列中，沿行方向和列方向排列各自包括光 电转换单元的多个像素；驱动单元，用于驱动所述像素阵列的 各个像素的所述光电转换单元以在累积期间内累积信号；以及 读出单元，用于从所述像素阵列读出图像信号，所述控制方法包括以下步骤控制步骤，用于当在第一帧期间内开始的图像信号的第一 累积期间在紧接所述第一帧期间的第二帧期间中完成时，控制 所述驱动单元以使在所述第 一 累积期间完成之后开始的图像信号的第二累积期间比所述第一帧期间短，从而使得所述第二累积期间在所述第二帧期间内完成；以及放大步骤，用于根据累积期间的长度放大所述图像信号以 获得适当曝光的图像。
全文摘要
本发明涉及一种摄像设备和摄像设备控制方法。系统控制单元(107)在将模式从第一模式切换至第二模式时，执行以下控制。当第一累积期间短于第一读出期间时，系统控制单元(107)控制图像传感器驱动单元(109)和读出电路，从而使得第一读出期间和第二读出期间的总和在2帧期间内。当第一累积期间长于第一读出期间时，系统控制单元(107)控制图像传感器驱动单元(109)和读出电路，从而使得第二累积期间和第二读出期间的总和在2帧期间内。
文档编号H04N5/343GK101521750SQ20091011864
公开日2009年9月2日 申请日期2009年2月27日 优先权日2008年2月27日
发明者石田俊树 申请人:佳能株式会社