图像拍摄装置及减少拖尾的方法

专利名称：图像拍摄装置及减少拖尾的方法
技术领域：
本发明涉及一种适宜减少拖尾(smear)的图像拍摄装置及减少拖尾 的方法。
背景技术：
数字方式的图像拍摄装置中有很多在图像传感器中使用CCD(Charge Coupled Device:电荷耦合元件)。另一方面，CMOS (Complementally Metal Oxide Semiconductor:互补型金属氧化物半导体)传感器也作为图像传感 器而成为了主流，但是由于在动态图像拍摄时具有图像变形的特性，因此 在具备动态图像拍摄功能的图像拍摄装置中适宜采用CCD。
在CCD图像传感器中，向垂直转送路径转送积蓄在感光元件中的电 荷，并在垂直转送路径中向垂直方向转送电荷之后，进行在水平转送路径 中向水平方向转送并输出的操作。这样的CCD图像传感器的缺点在于 由于垂直转送路径内的电荷饱和而产生"拖尾"。即，由于垂直转送路径 内的电荷溢出，而导致在显示画面的垂直方向上出现线状的高亮度部分。
这里， 一般会在CCD图像传感器中形成的垂直转送路径上存在光电 效应。因此，由于垂直转送路径曝光时会积蓄电荷，所以遮蔽垂直转送路 径。但是，由于很难完全遮蔽垂直转送路径，因此通过垂直转送路径的曝 光，存在在垂直转送路径内积蓄不必要的电荷的问题。
由于在这样积蓄了不必要的电荷的垂直转送路径中重叠了来自感光 元件的电荷，因此通过垂直转送路径曝光而产生的电荷成为拖尾的原因。
为了减少由这样的因素而产生的拖尾，如Japanese Patent Application No. 2005-123795 A (counterpart U.S. publication is: US 2005/0083424 Al) 中公开所示，提出了从图像传感器输出l帧的图像信号之后，清除积蓄在 垂直转送路径中的电荷的方法。
但是在Japanese Patent Application No. 2005"23795 A的方法中，虽然
4能够防止在输出图像信号之后向下一图像信号重叠积蓄在垂直转送路径 中的电荷，但是由于通过在感光元件的曝光期间垂直转送路径曝光而产生 的不必要电荷会包含在图像信号中被输出，因此不能完全消除产生拖尾的 因素。

发明内容
鉴于所述现状而构成了本发明，目的在于提供一种能够更有效地减少 拖尾的图像拍摄装置及减少拖尾的方法。
为了达成所述目的，本发明的第1观点的图像拍摄装置是一种使用具 备感光元件和对曝光这些感光元件而得到的电荷进行转送的转送路径的 图像传感器的图像拍摄装置，其特征在于，具有控制单元，其向所述图 像传感器输出包含基于所述转送路径的光电效应而积蓄在该转送路径中 的电荷、且不包含积蓄在所述图像传感器的感光元件上的电荷的图像信 号；输出单元，其从包含积蓄在所述图像传感器的感光元件上的电荷、与
基于所述转送路径的光电效应而积蓄在该转送路径中的电荷的图像信号 减去所述图像传感器输出的图像信号，并输出使用减法运算之后的图像信 号的动态图像。
另外，本发明的第2点观点的减少拖尾的方法是一种减少在使用具备 感光元件和对曝光这些感光元件而得到的电荷进行转送的转送路径的图 像传感器的图像拍摄装置中的拖尾的方法，该减少拖尾的方法的特征在
于，包括第1读取步骤，其从所述图像传感器读取包含积蓄在所述图像 传感器的感光元件上的电荷、与基于所述转送路径的光电效应而积蓄在该
转送路径上的电荷的图像信号；第2读取步骤，其从所述图像传感器读取 包含基于所述转送路径的光电效应而积蓄在该转送路径中的电荷、且不包 含积蓄在所述感光元件上的电荷的图像信号；减法运算步骤，其从所述第 1读取步骤中读取的图像信号减去所述第2读取步骤中读取的图像信号； 输出步骤，其输出使用了所述减法运算步骤中的减法运算后的图像信号的 动态图像。


5图1是表示本发明的实施方式的数字照相机的结构的框图。 图2是用于说明图1所示的图像传感器的示意图。 图3是表示根据图1所示的控制部而实现的功能的功能框图。 图4是用于说明本发明的实施方式1的操作的时序图。 图5是用于说明本发明的实施方式1的"减少拖尾处理(1)"的流 程图。
图6是用于说明本发明的实施方式2的操作的时序图。 图7是用于说明本发明的实施方式2的"减少拖尾处理(2)"的流 程图。
具体实施例方式
以下，参照

本发明的实施方式。在本实施方式中，例示由数 字照相机实现本发明的情况。本实施方式的数字照相机1至少具有动态图 像拍摄功能。此时，数字照相机1除了作为如数字摄像机那样能够进行图 像拍摄/记录动态图像的数字照相机之外，也能是作为取景图像而显示输出 动态图像的数字静止图像照相机。
图1是表示本发明的实施方式的数字照相机1的结构的框图。如图所 示，本实施方式的数字照相机1的概要结构为图像拍摄部100、数据处理 部200、接口 (I/F)部300等。
图像拍摄部100是进行数字照相机1的图像拍摄操作的部分，如图所 示，由光学装置110、光学驱动部120、图像传感器130、水平/垂直驱动 器(H/V驱动器)140等构成。
光学装置UO进行例如涉及透镜、光圈机构等图像拍摄的光学操作。 光学驱动部120例如由电动机或执行机构(actuator)、驱动电路(驱动器) 等构成，进行基于控制部120的控制的光学装置110的驱动控制。g卩，通 过由光学驱动部120驱动控制的光学装置110的操作，聚光入射光，并且 进行所谓焦点距离或光圈等涉及视角或焦距、曝光等光学要素的调整。由 光学装置110聚光的入射光在图像传感器130上成像。
图像传感器130是生成表示由光学装置110成像的拍摄对象图像的电 信号的固体图像拍摄元件。通过进行对应于像素的感光元件(光电二极管等)产生根据曝光的电荷的光电转换，图像传感器130生成表示拍摄对象 图像的电信号。在本实施方式中，使用通过以线单位垂直转送由感光元件
的曝光产生的电荷而作为图像信号的读取结构的图像传感器(例如CCD (Charge Coupled Device:电荷耦合元件)图像传感器)。
H/Y驱动器140是控制在图像传感器130中的电荷转送的驱动电路。 H/V驱动器140通过将后述的来自定时信号发生器(generator) (TG) 222 的脉冲信号转换为电位并施加在图像传感器130上，来驱动图像传感器 130。通过这样的驱动控制，在各感光元件中积蓄的电荷被垂直转送之后 再被水平转送，作为图像信号被输出。
数据处理部200处理通过由图像拍摄部100的图像拍摄操作而生成的 电信号，生成表示图像拍摄图像的数字数据，并且进行对图像拍摄图像的 图像处理等。如图1所示，数据处理部200由控制部210、模拟前端(AFE: Analog Front-End) 220、图像存储器230、图像处理部240、图像输出部 250、存储部260等构成。
控制部210例如由CPU (Central Processing Unit:中央计算处理装置) 等的处理器或RAM (Random Access Memory)等的主存储装置(存储器) 等构成，通过执行存储在后述的存储部260等中的程序，来控制数字照相 机1的各部分。另外，在本实施方式中，控制部210通过执行规定的程序， 来实现涉及后述的各处理的功能。
AFE220进行将图像传感器130输出的模拟图像信号转换为数字图像 数据的操作、和基于来自后述的控制部210的指示而控制H/V驱动器140 的操作。如图1所示，AFE220由控制寄存器221、定时信号发生器(TG: Timing Generator) 222、采样保持电路(S/H) 2^3、 A-D转换器(ADC: Analog-Digital Converter) 224等构成。
控制寄存器221接收来自控制部210的控制指令，并根据指令控制 TG222和ADC224。
TG222通过基于控制寄存器221的控制，生成用于使图像传感器130 操作的脉冲信号，并施加在H/V驱动器140上。此时，TG222生成表示在 图像传感器130中的垂直转送时刻的垂直同步信号VD、表示垂直转送的 电荷的水平转送时刻的水平同步信号HD、表示电荷的读取时刻的电荷读取信号SG、表示残留电荷的排出时刻的电荷排出信号SUB、对积蓄在感 光单元中的电荷进行复位的复位信号RST等的脉冲信号，并施加在H/V 驱动器140上。另外，通过对AFE220内的S/H223或ADC224施加垂直 同步信号VD或水平同步信号HD等，使基于图像传感器130的图像信号 输出操作与输出的图像信号的数字转换操作同步。
S/H223是采样保持电路，按每一像素采样保持从图像传感器130输出 的模拟图像信号，并输入给后段的ADC224。
ADC224例如是装载了 CDS电路(相关2重采样电路(CDS: Correlated Double Sampling))或模拟放大器等的模数转换器(ADC)，将从图像传 感器130输出的模拟图像信号转换为数字图像数据。此时，由CDS电路 去除包含在来自图像传感器130的模拟图像信号中的放大噪声或复位噪声 之后，由模拟放大器进行根据图像拍摄灵敏度的放大，并在ADC中转换 为数字数据。
图像存储器230由RAM或闪存等的半导体存储装置构成，展开并保 持由ADC224转换的数字图像数据。
图像处理部204由图像处理用处理器(所谓图像处理引擎)等构成， 进行对于在图像存储器230中被展开的数字图像数据的各种图像处理。在 这里，进行白平衡或图像质量等的调整或数据压缩等。
图像输出部250例如由RGB信号(视频信号)的生成电路等构成。 图像输出部250将在图像存储器230中展开的图像处理后的数字图像数据 转换为RGB信号，通过向后述的显示部310或外部输出端子等输出，从
而进行图像拍摄图像的显示输出。
存储部260例如由ROM (Read Only Memory)或闪存等的存储装置
构成，存储数字照相机1的操作中必要的程序或数据。本实施方式中，在 存储部260存储控制部210等执行的操作程序或处理中必要的参数或计算 式。另外，存储部260包括例如存储卡等的外部存储介质，保存图像拍摄 图像数据等。
I/F部300是关于数字照相机1与其使用者或外部装置之间的接口的 结构，如图1所示，由显示部310、操作部320等构成。
显示部310例如由液晶显示装置等构成。显示部310显示输出为了操
8作数字照相机1而必须的各种画面或摄影时的现场情景图像(取景图像)、 图像拍摄图像等。在本实施方式中，基于来自图像输出部250的图像信号
(RGB信号)等进行图像拍摄图像等的显示输出。
操作部320由构成在数字照相机1的外表面上的各种按钮等构成。操 作部320生成对应于数字照相机1的使用者的操作的输入信号，并输入到 控制部210。作为构成操作部320的按钮，包括例如用于指示图像拍摄操 作的开始/停止(动态图像拍摄时)或快门操作(静止图像拍摄时)等的快 门按钮、或者用于指示数字照相机l具有的各种操作模式的模式按钮、用 于进行各种设定的十字键或功能按钮等。
本实施方式的数字照相机1根据需要具备了用于作为数字照相机(数 字摄像机、数字静止图像照相机)的基本功能或各种附加功能的结构。
如上所述，本实施方式的数字照相机1是在图像传感器130中采用 CCD图像传感器、具有动态图像拍摄功能的数字照相机。具有这样的结构 时，特别是存在在动态图像拍摄时产生拖尾时，本发明的目的在于减少这 样的拖尾。这里，以下说明在所述结构的数字照相机l中产生拖尾的原理 等。
首先，说明通过应用本发明而能够谋求拖尾的减少的图像传感器。在 本实施方式中，例如如图2所示，作为图像传感器130使用行间转移型 CCD (IT-CCD)图像传感器。如图所示，此时的图像传感器130由矩阵 排列的光电二极管等感光元件131、向垂直方向转送积蓄了各感光元件131 的电荷的垂直转送CCD132、向水平方向转送由垂直转送CCD332转送的 电荷并输出到后段的AFE220的水平转送CCD133等构成。垂直转送 CCD132读取各感光元件131积蓄的电荷。水平转送CCD133读取垂直转 送CCD132内的电荷。
在这样的结构的CCD中，通过控制从感光元件到垂直转送CCD的电 荷转送时刻，来控制在感光元件中积蓄电荷的时间(曝光时间)(所谓电 子快门)。在动态图像拍摄时，通过向垂直转送CCD132转送在对应于设 定了的帧率的1帧时间下积蓄在感光元件中的电荷，从而读取帧单位的图 像信号。
由这样的操作输出图像信号的CCD中，在图像拍摄视角内拍摄了强
9光源(例如，太阳等)时，在接收从该光源发出的光的感光元件中，即使 为适当的曝光时间也会使电荷饱和。饱和的电荷会向垂直转送CCD溢出，
而且垂直转送CCD内的电荷会依次溢出。其结果，产生在显示的动态图
像上的垂直方向上出现线状的高亮度部分的拖尾。这是拖尾的典型的产生 原理，在不能进行基于机械式快门的遮光等的动态图像拍摄中特别容易发 生。
这样，感光元件中的电荷的饱和为拖尾的主要产生原因，但是有时垂
直转送CCD的曝光也会成为拖尾的产生原因。感光元件和垂直转送CCD 形成在图像传感器130的感光面上。由于垂直转送CCD由设置在垂直转 送CCD的曝光面侧的遮光膜(例如，铝薄膜等)覆盖，因此向垂直转送 CCD的光被遮光膜遮住。但是，很难完全遮光，例如，有时会由于从邻近 的感光元件侧向垂直CCD入侵的光或透过遮光膜的光，导致曝光垂直转 送CCD。
此时，由于从感光元件转送电荷之前，垂直转送CCD内也会产生电 荷，因此，从感光元件转送时，会产生各种电荷重叠的拖尾。即，即使在 感光元件中电荷未饱和，也会产生拖尾。
在这里，对于作为图像信号的输出电荷之后产生在垂直转送CCD内 的电荷，通过向图像传感器130施加电荷排出信号SUB来进行残留电荷 的去除。因此，能够防止残留电荷重叠在下一图像(帧)的电荷上。
但是，由于在感光元件的曝光期间中也曝光垂直转送CCD，因此此时 在垂直转送CCD中产生的电荷会作为与从感光元件被转送的电荷重叠的 图像信号而被输出。即，即使输出图像信号之后进行残留电荷的去除，也 无法去除在曝光期间中产生在垂直转送CCD内的电荷，因此，在这样的
电荷成为拖尾的原因时，仅靠现有的残留电荷的去除，不能去除拖尾。
以下，例示通过应用本发明减少在曝光期间中由于垂直转送CCD曝 光而导致的拖尾的方法。 (实施方式1)
在本实施方式中，为了谋求在所述结构的数字照相机l中进行动态图 像拍摄时产生的拖尾的减少而驱动控制图像传感器130，并且进行使用生 成的帧图像(数字图像数据)的计算。通过控制部210执行程序，从而实现用于实现该操作的功能。在图3中表示了由控制部210实现的功能结构。
图3是表示由控制部210实现的功能的功能框图，如图所示，控制部210 作为图像拍摄控制部211、帧图像处理部212、输出控制部213等而起作用。
图像拍摄控制部211除了向光学驱动部120输入根据设定的摄影参数 等的控制信号并控制光学装置110的操作之外，生成用于驱动控制图像传 感器130的控制指令，并输出到AFE220的控制寄存器221。虽然动态图 像拍摄时，以构成动态图像的帧图像单位进行来自图像传感器130的图像 信号读取，但是，在本实施方式中，.对进行了通常的图像信号读取的帧的 下一帧，不进行积蓄在感光元件131中的电荷向垂直转送CCD132的转送， 而只进行从垂直转送CCD132到水平转送CCD133的转送。
进行了通常的读取的帧图像信号是通过感光元件131曝光而积蓄的电 荷与通过垂直转送CCD132自身曝光而积蓄在垂直转送CCD132内的电荷 重叠的信号。此时，由于反映拍摄对象图像的是感光元件131积蓄的电荷， 因此积蓄在垂直转送CCD132内的电荷是剩余电荷，会成为拖尾的原因。 因此，由通常的读取得到的图像信号包含"图像分量+拖尾分量"。
用于进行这样的通常的读取操作的控制通过在曝光时间的结束时刻， 向图像传感器130施加用于将积蓄在感光元件131的电荷转送给垂直转送 CCD132的电荷读取信号SG,从而向垂直转送CCD132转送表示拍摄对 象图像的电荷。另外，通过施加垂直同步信号VD和水平同步信号HD， 向水平转送CCD133转送被转送到垂直转送CCD132的电荷，并从图像传 感器130输出。而且，通过向图像传感器130施加电荷排出信号SUB，进 行在转送期间中残留在垂直转送CCD132中的电荷及在转送期间之后积蓄 在垂直转送CCD132中的电荷的去除。另外，曝光期间结束时，将对积蓄 在感光元件131中的电荷进行复位的复位信号RST施加在图像传感器130 上。
通过生成图像拍摄控制部211如上驱动图像传感器130的控制指令并 输入到控制寄存器221，从而向图像传感器130施加对应于指令的脉冲信 号。
由于通过如上的通常的读取得到的帧包含图像分量与拖尾分量，因此
ii若能够从如上的帧图像只减去拖尾分量的图像，则能够得到只有图像分量的帧。为了进行这样的减法运算，在下一帧中，按照成为只有拖尾分量的帧图像的方式驱动控制图像传感器130。
此时的拖尾分量是在感光元件131的曝光期间中通过垂直转送
CCD132曝光而产生的电荷。因此，在下一帧中，通过获得与前一帧的曝光时间相同的曝光时间来仅输出积蓄在垂直转送CCD132内的电荷并作为图像信号，从而得到表示只有拖尾分量的图像的图像信号。此时，不向图像传感器130施加用于向垂直转送CCD132转送积蓄在感光元件131中的电荷的电荷读取信号SG，通过施加垂直同步信号VD和水平同步信号HD，从而向水平转送CCD133转送积蓄在垂直转送CCD132中的电荷并从图像传感器130输出。而且，通过向图像传感器130施加电荷排出信号SUB，从而进行在转送期间中残留在垂直转送CCD132中的电荷及在转送期间之后积蓄在垂直转送CCD132中的电荷的去除。另外，曝光期间结束时，将对积蓄在感光元件131中的电荷进行复位的复位信号RST施加在图像传感器130上。因此，只有通过垂直转送CCD132仅曝光与上一帧中的曝光时间相同的时间，将生成的电荷作为图像信号进行输出。
通过生成图像拍摄控制部211如上驱动图像传感器130的控制指令并输入到控制寄存器221中，从而向图像传感器130施加对应于指令的脉冲信号。
这样，输出表示只有拖尾分量的帧的图像信号。由于从上一帧减去该帧时得到只有图像分量的帧，因此按照交替得到通常读取的帧与只有拖尾的帧的方式驱动控制图像传感器130。作为这种操作的一个例子，在本实施方式中，奇数帧进行通常的读取，偶数帧只进行拖尾分量的读取。
艮口，如图4的时序图所示，为奇数帧时，通过在曝光期间结束时刻施加电荷读取信号SG，从而向垂直转送CCD132转送积蓄在感光元件131中的电荷。另外，通过施加垂直同步信号VD及水平同步信号HD，向水平转送CCD133转送垂直转送的电荷，且从图像传感器130输出转送到水平转送CCD133中的电荷。之后，通过与电荷的转送结束同时施加电荷排出信号SUB，从而进行在转送期间中残留在垂直转送CCD132中的电荷及由转送期间之后的曝光积蓄在垂直转送CCD132内的电荷的去除。
12另一方面，为偶数帧时，通过在曝光期间结束时刻不施加电荷读取信
号SG (参照图4)，而施加垂直同步信号VD及水平同步信号HD，从而只转送在曝光期间中通过垂直转送CCD132曝光而积蓄的电荷，并从图像传感器130输出。这里，设奇数帧中的曝光时间为Tl、偶数帧中的曝光曰寸间为T2时，"T1=T2"。
由这样的图像传感器130的驱动控制读取的图像信号在AFE220的ADC224中转换为数字图像数据，作为帧图像数据依次展开在图像存储器230中。
帧图像处理部212通过进行使用展开在图像存储器230中的帧图像数据的处理，从而从图像拍摄的动态图像去除拖尾。如上所述，根据图像拍摄控制部211对图像传感器130的驱动控制，在图像存储器230中，展开包含图像分量与拖尾分量的奇数帧和只有拖尾分量的偶数帧，因此通过按帧序号顺序进行从奇数帧图像数据减去下一偶数帧图像数据的处理，从而生成只有图像分量的帧图像。此时，例如，进行减去两帧图像间的同一座标下的像素值等处理。另外，也能通过以块单位进行的减法运算，来谋求削减处理量。
帧图像处理部212在图像存储器230中依次展开这样生成的只有图像分量的帧图像。即，生成仅仅由不包含拖尾分量的图像数据构成的图像数据。此时，最初展开在图像存储器230中的帧数据也能在减法处理使用完后依次消除。
输出控制部213向图像输出部250指示由帧图像处理部212去除了拖尾分量的动态图像数据的输出。此时，输出控制部213将确定去除了拖尾分量的动态图像数据的信息(例如，生成时被赋予的数据名或表示存储场所的图像存储器230内的地址等)通知给图像输出部250。因此，图像输
出部250从图像存储器230依次获得去除了拖尾分量的动态图像数据，并转换为RGB信号等的视频信号，输出给显示部310。
以上是由控制部210实现的功能。另外，在本实施方式中，通过控制部210执行程序的逻辑处理实现了所述各功能，但是这些功能也能例如由ASIC (Application Specific Integrated Circuit:专用集成电路)等的硬件构成。另外，在图3所示的功能中，对于涉及图像处理的功能(帧图像处理部212等)，也能通过由控制部210的控制下的图像处理部240来实现。另外，控制部210和图像处理部240也能分别作为个别的结构而被实现，或者，也能由单一的半导体芯片作为单一的结构而被实现。同样地，包括控制部210和图像处理部240的数据处理部200也能分别作为个别的结构而被实现，或者，也能作为单一的结构而被实现。
以下，说明基于这样的结构的数字照相机l的操作。在这里，参照图5的流程图说明基于数字照相机1的图像拍摄操作时由控制部210执行的"拖尾减少处理(1)"。例如以向数字照相机1提供电源为起点开始该"拖尾减少处理(1)"。
向数字照相机1提供电源时，数字照相机1的用户通过操作操作部320来指示期望的模式的选择或操作。此时，向控制部210输入在操作部320中生成的输入信号。在这里，根据来自操作部320的输入信号，判别为动态图像拍摄的开始时刻时(步骤S101:是)，图像拍摄控制部211通过向控制寄存器221发送用于谋求动态图像拍摄时的拖尾减少的控制指令，控制来自图像传感器130的读取操作(步骤S102)。
如上所述，在这里，按照对奇数帧进行通常的读取操作、对偶数帧进行只读取拖尾分量的操作的方式控制图像传感器130的操作。
由于在图像存储器230中依次展幵由这样的控制读取的帧图像数据，因此帧图像处理部212从由图像分量与拖尾分量构成的奇数帧图像数据减去只由拖尾分量构成的下一偶数帧图像数据(步骤S103)，减法运算后的图像，即由从"图像分量+拖尾分量"的图像去除拖尾分量后的图像构成动态图像连续镜头并在图像存储器230中展开(步骤S104)。
帧图像处理部212通过向图像输出部250发送去除了这样生成的拖尾分量的动态图像数据，从而在显示部310上显示输出没有拖尾的动态图像(步骤S105)。
这里，根据来自操作部320的输入信号等，判别动态图像拍摄结束的时刻时(步骤S106:是)，图像拍摄控制部211和帧图像处理部212停止所述拖尾减少操作(步骤S107) 。 g卩，图像拍摄控制部211向控制寄存器221发送成为通常的读取操作的控制指令，帧图像处理部212不进行帧间的减法运算处理等。通过这样的操作，在产生拖尾显著的动态图像拍摄时，进行用于减少 拖尾的操作。即，直到动态图像拍摄结束为止(步骤S106:否)，通过重
复步骤S102 步骤S105的操作，从而在显示部310上显示去除了拖尾分
量的动态图像。
而且，通过数字照相机1的电源切断等结束事件的发生来结束本处理
(步骤S108:是)，但是，若在结束事件发生前再次开始动态图像拍摄时 (步骤S108:否、步骤S101:是)，则每当此时会进行所述的处理，并
减少显示的动态图像中的拖尾产生。
如上所述，根据本实施方式，能够去除由于垂直转送CCD132曝光而
产生的电荷导致的拖尾。
(实施方式2)
根据所述实施方式1所示的方法能够减少动态图像的拖尾，但是由于 显示输出的动态图像的帧数变得比实际图像拍摄的帧图像少，因此无法提
高帧率。
在本实施方式中例示解决这种情况的方法。在本实施方式中，通过缩 短只有拖尾分量的帧的曝光时间，来降低对帧率的影响。在这里，与实施 方式1同样地，设奇数帧包含图像分量与拖尾分量，偶数帧只有拖尾分量。
参照图6所示的时序图说明本实施方式的操作概念。如图所示，电荷 的读取周期与实施方式1相同，但是设偶数帧的曝光时间比奇数帧的曝光 时间短。在这里，设奇数帧的曝光时间的1/a的时间为偶数帧的曝光时间。 即，奇数帧的曝光时间Tl与偶数帧的曝光时间T2的关系是"T1>T2 (T2=Tl/a)"。
这里，通过具有光电效应的元件(感光元件131及垂直转送CCD132) 曝光而产生的电荷量与曝光时间大致成比例。所以，若使由曝光时间T2 (=Tl/a)得到的偶数帧的电荷量成为a倍，则变成与曝光时间Tl下垂直 转送CCD132曝光时产生的电荷量大致相同。即，通过在曝光时间与电荷 量之间的关系中使用固定的系数，即使改变曝光时间也能矫正电荷量。此 时，用于縮短曝光时间的系数(1/a)与矫正电荷量时的系数(a)互为倒 数的关系。
使用通过这样矫正电荷量得到的帧图像数据进行与实施方式1相同的
15减法运算时，即使縮短在偶数帧中的曝光时间，也能谋求减少拖尾。
艮口，通过縮短不包含成为显示输出对象的图像分量的偶数帧的曝光时
间，来降低对帧率的影响，并且能够得到充分的拖尾减少效果。
此时，参照图7的流程图说明控制部210执行的"拖尾减少处理(2)"。
该"拖尾减少处理(2)"的开始条件等与实施方式1中表示的"拖尾减
少处理(1)"相同。
在数字照相机l中到达动态图像拍摄开始时刻时(步骤S201:是)，
图像拍摄控制部211将偶数帧的曝光时间设定为通常的曝光时间的1Ax(步 骤S202)。另外，由于将奇数帧的曝光时间(Tl)设为通常的曝光时间， 因此偶数帧的曝光时间(T2)变成奇数帧的曝光时间的1/a。
图像拍摄控制部211通过向控制寄存器221发送用于谋求在这样设定 的曝光时间下进行动态图像拍摄时的拖尾减少的控制指令，控制来自图像 传感器130的读取操作(步骤S203) 。 g卩，图像拍摄控制部211将排出基 于偶数帧中的曝光而积蓄在垂直转送CCD132中的电荷的时刻变成通常的 曝光时间的1/a的控制指令发送到控制寄存器221。
此时，图像拍摄控制部211通过将控制ADC224的模拟放大器的放大 操作的控制指令发送到控制寄存器221，从而使作为偶数帧的图像信号从 图像传感器130输出的电荷放大a倍(步骤S204)。由于基于垂直同步信 号VD及水平同步信号HD， ADC224的操作与帧同步，因此能够控制 ADC224的模拟放大器，使其对偶数帧的图像信号只放大a倍。
通过这样的操作，基于通常的曝光时伺下产生的电荷的奇数帧的帧图 像数据的曝光时间为通常的1/a，但是由于在图像存储器230中依次展开 被矫正为通常的曝光时间下产生的电荷的偶数帧的帧图像数据，因此，与 实施方式l同样地，帧图像处理部212从由图像分量与拖尾分量构成的奇 数帧的图像数据减去只由拖尾分量构成的下一偶数帧的图像数据(步骤 S205)，由减法运算后的图像构成动态图像连续镜头并在图像存储器230 中展开(步骤S206)。
以下，通过进行与实施方式1的"拖尾减少处理(1)"(图5)相同 的处理，减少在动态图像拍摄时显示的动态图像中的拖尾的产生(步骤 S207 步骤S210)。
16如上所述，根据本实施方式，能够去除由垂直转送CCD132曝光而产
生的电荷导致的拖尾，并且能够谋求帧率的提高。
如以上说明，通过如所述实施方式应用本发明，能够有效减少动态图 像拍摄时产生的拖尾。
艮P，从拥有由具有光电效应的CCD等构成的垂直转送路径(垂直转 送CCD)的图像传感器以帧单位读取图像信号时，对进行了通常的读取的 帧的下一帧进行控制读取，使其变成只有由垂直转送CCD曝光而产生的 电荷(剩余电荷)，从而能够从潜在包含剩余电荷的图像数据减去只有剩 余电荷的图像数据。因此，由于能够得到只基于表示因感光元件的感光而 产生的拍摄对象图像的电荷的图像数据，所以能够减少因剩余电荷而导致 的拖尾的产生。
此时，通过以帧单位控制向积蓄在图像传感器的感光元件中的电荷的 垂直转送路径的转送，从而能够得到只有成为拖尾原因的剩余电荷的图像 信号。即，不需要改变数字照相机的硬件，只要控制电荷读取信号SG的 施加时刻，就能够谋求拖尾的减少。
而且，'由于通过进行使用系数的计算处理，能够縮短只有剩余电荷的 帧的曝光时间，因此能够减少拖尾并且能够谋求帧率的提高。
所述实施方式是一个例子，但是本发明的应用范围不仅限于此。艮口， 各种应用都有可能，所有的实施方式包含在本发明的范围中。
例如，在所述实施方式中，作为用于图像传感器130的CCD例示了 行间转移型CCD (IT-CCD)，但是为具备光电效应的垂直转送路径的图 像传感器(例如，帧转送型CCD (FT-CCD)等)时，也能够基于本发明 的应用谋求拖尾的减少。
另外，使用如在所述实施方式中例示的数字照相机l的图像拍摄装置 实现本发明时，除了能够提供作为预先具备本发明的结构或功能的图像拍 摄装置之外，通过应用实现与控制部210的各功能同样的功能的程序，能 够使现有的图像拍摄装置作为本发明的图像拍摄装置而起作用。
另外，在所述实施方式中，作为图像拍摄装置的例子，表示了具有动 态图像拍摄功能的数字静止图像照相机，但图像拍摄装置的形态为任意， 只要基于能够由单个数字摄像机或数字静止图像照相机实现，也能在具备与此相同的图像拍摄功能的各种电子设备(例如，便携式电话等)中应用 本发明。
此时，通过应用程序，也能够使现有的装置作为本发明的图像拍摄装 置而起作用。
这样的程序的应用方法为任意，例如，除了能够存储在CD-ROM或
存储卡等存储介质中来应用之外，例如也能通过因特网等通信介质来应 用。
权利要求
1、一种图像拍摄装置，使用具备感光元件和对曝光这些感光元件而得到的电荷进行转送的转送路径的图像传感器，该图像拍摄装置的特征在于，具有控制单元，其向所述图像传感器输出包含基于所述转送路径的光电效应而积蓄在该转送路径中的电荷、且不包含积蓄在所述图像传感器的感光元件上的电荷的图像信号；和输出单元，其从包含积蓄在所述图像传感器的感光元件上的电荷、与基于所述转送路径的光电效应而积蓄在该转送路径中的电荷的图像信号减去所述图像传感器输出的图像信号，并输出使用减法运算之后的图像信号的动态图像。
2、 根据权利要求l所述的图像拍摄装置，其特征在于，所述控制单元通过控制积蓄在所述感光元件上的电荷向所述转送路 径的转送操作，向所述图像传感器输出不包含积蓄在所述感光元件上的电 荷的图像信号。
3、 根据权利要求2所述的图像拍摄装置，其特征在于， 所述控制单元对将积蓄在所述图像传感器的感光元件上的电荷转送到所述转送路径的帧的下一帧，不向所述转送路径转送积蓄在所述感光元 件上的电荷。
4、 根据权利要求2所述的图像拍摄装置，其特征在于， 还具备曝光时间控制单元，其将所述控制单元不向所述转送路径转送积蓄在所述感光元件上的电荷的帧的曝光时间缩短为第2曝光时间，该第 2曝光时间是该帧的前一帧的第1曝光时间的系数倍，所述输出单元从所述前一帧的图像信号减去通过对使用所述第2曝光时间得到的帧的图像信号进行所述系数的倒数倍而得到的图像信号。
5、 一种减少拖尾的方法，该拖尾在使用具备感光元件和对曝光这些 感光元件而得到的电荷进行转送的转送路径的图像传感器的图像拍摄装 置中，该减少拖尾的方法的特征在于，包括-第1读取步骤，其从所述图像传感器读取包含积蓄在所述图像传感器 的感光元件上的电荷、与基于所述转送路径的光电效应而积蓄在该转送路 径中的电荷的图像信号；第2读取步骤，其从所述图像传感器读取包含基于所述转送路径的光 电效应而积蓄在该转送路径上的电荷、且不包含积蓄在所述感光元件上的电荷的图像信号；减法运算步骤，其从所述第1读取步骤中读取的图像信号减去所述第 2读取步骤中读取的图像信号；和输出步骤，其输出使用了所述减法运算步骤中的减法运算后的图像信 号的动态图像。
6、根据权利要求5所述的减少拖尾的方法，其特征在于，还包括曝光时间控制步骤，其将用于生成所述第2读取步骤读取的 图像信号的曝光时间縮短为第2曝光时间，该第2曝光时间是用于生成所 述第1读取步骤读取的图像信号的第1曝光时间的系数倍；和信号放大步骤，其将所述第2读取步骤中读取的图像信号乘以所述系 数的倒数并进行放大，所述减法运算步骤从所述第1读取步骤中读取的图像信号减去在所述 信号放大步骤中放大的图像信号。
全文摘要
本发明提供一种使用具备感光元件和对曝光这些感光元件而得到的电荷进行转送的转送路径的图像传感器的图像拍摄装置，具有控制单元，其向所述图像传感器输出包含基于所述转送路径的光电效应而积蓄在该转送路径中的电荷、且不包含积蓄在所述图像传感器的感光元件上的电荷的图像信号；输出单元，其从包含积蓄在所述图像传感器的感光元件上的电荷、与基于所述转送路径的光电效应而积蓄在该转送路径中的电荷的图像信号减去所述图像传感器输出的图像信号，并输出使用减法运算之后的图像信号的动态图像。
文档编号H04N5/335GK101656819SQ20091016671
公开日2010年2月24日 申请日期2009年8月14日 优先权日2008年8月19日
发明者汤山将美 申请人:卡西欧计算机株式会社