JP2004326119A - シャッタ遅れの校正方法および装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 全電子式のシャッタ動作と、電子式および電気機械式の複合シャッタ動作との違いによる、シャッタ遅れを測定する
【解決手段】 a)シャッタ102に関するあるシャッタ遅れ時間を想定するステップ402と、b)第1の目標露出時間を目標として、第1の写真露出を行うステップ404と、c)該第1の写真露出の第1の露出レベルを求めるステップ406と、d)第2の目標露出時間を目標として、第2の写真露出を行うステップ408と、e)該第2の写真露出の第2の露出レベルを求めるステップ410と、f)前記第1の目標露出時間および前記第2の目標露出時間と、前記第1の露出レベルおよび前記第2の露出レベルと、前記想定されたシャッタ遅れ時間とに基づいて、実際のシャッタ遅れを算出するステップ412とを含んでなる、シャッタ遅れを測定する方法および装置を提供する。
【選択図】 図4
【解決手段】 a)シャッタ102に関するあるシャッタ遅れ時間を想定するステップ402と、b)第1の目標露出時間を目標として、第1の写真露出を行うステップ404と、c)該第1の写真露出の第1の露出レベルを求めるステップ406と、d)第2の目標露出時間を目標として、第2の写真露出を行うステップ408と、e)該第2の写真露出の第2の露出レベルを求めるステップ410と、f)前記第1の目標露出時間および前記第2の目標露出時間と、前記第1の露出レベルおよび前記第2の露出レベルと、前記想定されたシャッタ遅れ時間とに基づいて、実際のシャッタ遅れを算出するステップ412とを含んでなる、シャッタ遅れを測定する方法および装置を提供する。
【選択図】 図4
Description
本発明は、一般に、デジタル写真撮影に関し、詳細には、シャッタ遅れ(shutter delay)の校正または測定に関する。
代表的なデジタルカメラは、電子アレイ型光センサを用いる。例えば、このセンサは、感光「ピクセル(pixel)」が入射光を電荷へと変換し、その電荷を電荷結合素子のアレイに蓄積する電荷結合素子(以下、「CCD」とよぶ)センサでありうる。通常、レンズは、シーンのイメージをこのセンサの表面上へと投影して、センサの場所がシーンの場所に対応づけられ、蓄積された電荷のアレイがそのシーンの写真を表現するようにしている。
代表的な一連の写真撮影作業では、任意の蓄積された電荷も、リセット操作において、電子アレイ型光センサから処分され、つまり消去(flush)され、また、このセンサがこのシーンからの光にしばらくさらされて電荷が蓄積され、これらの蓄積された電荷が、電子アレイ型光センサから読み出されて、そのシーンを表現するデジタル数値へと変換される。その結果として得られたデジタル数値のアレイ(配列)は、デジタル写真、デジタルイメージ、イメージ・ファイル、または、単に写真と呼ばれることもある。
シーンの光をセンサ上に投影して電荷を蓄積させる期間は、露出時間と呼ばれる。撮影者は、露出時間を選択するか、または、カメラが露出時間を自動的に選択して写真の露出レベルがカメラのダイナミックレンジに入るようにする場合がある。予測可能で正確な写真結果が得られるようにするために、カメラが指定した時間の間、写真を露出することが望ましい。
露出時間は、電子的もしくは電気機械式のシャッタにより、または、それらを組み合わせたものにより、制御されることがある。図1Aおよび図1Bは、一体なシャッタ102を有するカメラレンズ101を示している。代表的なカメラレンズは、いくつかの要素を含みうる。図1Aでは、シャッタ102が開けられ、シーンからの光がレンズ101で集められて、電子アレイ型光センサ103上へと投影されている。図1Bでは、シャッタ102が閉じられており、シーンからの任意の光も電子アレイ型光センサ103には到達していない。
全解像度イメージに対して比較的に長い読出し時間中の追加露出を防止するために、電子式手段と電気機械式手段との組合せを用いて、写真の露出時間を制御することが有利であることが多い。図2に示される代表的な一連の作業は、1)(前回操作から、シャッタがまだ開かれてない場合には)電気機械式シャッタ102を開くこと、2)電子アレイ型光センサ103をリセットして、露出時間を開始すること、3)電荷をしばらく蓄積させること、4)電気機械式シャッタ102を閉じるよう指示する信号を、そのシャッタに送ること、5)様々な電気的および機械的な現象により、「シャッタ遅れ」が発生した後で、シャッタ102が閉じて、露出時間を終了することでありうる。露出時間が終了すると、カメラは、電子アレイ型光センサ103から、結果として得られたイメージを読み出す。
上記のシャッタ遅れは、電気回路の応答時間、機械摩擦、慣性、または、他の要因に起因することがある。通常、シャッタ遅れは1ミリ秒から3ミリ秒の範囲にあり、この時間は、カメラが提供するのが望ましい短い露出時間に対してかなり大きな変動量である。カメラは、写真の露出を終了する前に、シャッタ102を閉じるコマンドを送ることにより、シャッタ遅れを補償する。その結果として得られる露出時間が正確であるように、シャッタ遅れの推定値が必要である。
製造上のばらつきのために、シャッタ遅れは、個々のシャッタごとに異なる場合がある。それゆえ、それぞれのシャッタの特性を決定して、そのシャッタ遅れ情報をカメラに伝えて、写真撮影中にシャッタ遅れを補償するときに、このシャッタ遅れ情報をカメラが利用できるようにする。シャッタ・モデルの特性を決定して、このモデルのそれぞれのシャッタに対して、同じ遅れ時間を使用するだけでは充分でない。それぞれのシャッタの特性を決定する。
シャッタ遅れを測定する一方法は、シャッタを介して受光素子上へと光を向ける取り付け具にシャッタを取り付けることである。駆動回路がこのシャッタを駆動して、オシロスコープなどの計器がこの受光素子の出力を記録する。撮影者は、このオシロスコープの出力を解釈して、シャッタ遅れを読み取る。しかしながら、この方法は、手間がかかり、カメラの電子回路の任意のばらつきも明らかにされず、シャッタと、カメラに転送されるそのシャッタの遅れデータとを結び付けるシステムを必要とする。
2000年6月23日出願され、本願の譲受人に譲渡された米国特許出願第09/603,133号は、シャッタ遅れを測定する他の方法を開示している。この方法では、カメラは、全電子式のシャッタ動作と、電子式および電気機械式の組合せシャッタ動作とを両方とも用いて、光源に対して露出を行う。このシャッタ遅れは、上記の2つの方法が一致するまで調整される。
しかしながら、全電子式のシャッタ動作と、電子式および電気機械式の複合シャッタ動作との違いにより、シャッタ遅れ測定誤差がもたらされかねない。シャッタ遅れを測定する改良された方法が必要となる。
レンズ、シャッタ、もしくはセンサの集成体(アセンブリ)、または完成品のカメラは、安定した光源に対して、目標露出時間を目標として写真露出を行う。この露出時間は、電子的に開始され、電気機械式のシャッタを用いて終了する。シャッタ遅れの公称値が想定される。この第1の露出の露出レベルを記録する。第2の写真露出は、同じ光源に対して同じ方法により行われるが、異なる目標露出時間を目標とする。上記の2回の写真露出の露出レベルと、目標露出時間と、シャッタ遅れの想定値とを使用して、実際のシャッタ遅れを算出する。実際のシャッタ遅れが、任意選択的に、このシャッタと結び付けられることがある。
図3は、本発明に例示の実施形態により、シャッタ遅れを校正できる校正システムを示している。イメージング・アセンブリ301は、電気機械式のシャッタ102が一部となりうるレンズ101と、電子アレイ型光センサ103とを含む。光源302は、ほぼ安定した明るさの光を供給する。例えば、Kyoritsu LB−5000 Light Boxなどの校正された光源が利用されることがある。電子コントロールユニット303は、電気機械式のシャッタ102の作動を信号で伝える働きと、電子アレイ型光センサ103を制御する働きと、電子アレイ型光センサ103からイメージデータを読み取る働きとを含んでおり、イメージング・アセンブリ301の働きを制御する。
イメージング・アセンブリ301は、完成品のカメラの中に入っているか、または、後にカメラ中へと組み込まれるサブシステムでありうる。イメージング・アセンブリ301は、コントロールユニット303の制御を受けながら、光源に対して、調整された写真露出を行うに足るだけ動作できる。コントロールユニット303は、カメラの電子制御部分または専用校正システムの一部であって、コンピュータを含みうる。デジタルカメラの電子制御部分は、通常、マイクロプロセッサおよび/またはデジタル信号処理装置や、タイミング発生回路や、データ・ストレージや、ユーザ制御入力などを含む。このような用途の目的では、デジタルカメラの電子制御部分は、電子アレイ型光センサを含まない。
コントロールユニット303がコンピュータを含む場合には、コントロールユニット303は、適切なインターフェース304を使って、データおよびコマンドをイメージング・アセンブリ301と交換することがある。インターフェース304は、例えば、USBインターフェースもしくは他の何らかの標準インターフェース、または、特にこの用途に設計されたインターフェースである。
光源302は、好ましくは、イメージング・アセンブリのダイナミックレンジのかなりの部分を用いるデジタルイメージを生成するのに比較的に短い露出時間で足りるくらいの充分な明るさである。例えば、電子アレイ型光センサ103の電荷蓄積容量を飽和させるのに、15ミリ秒の露出時間で充分であるように光源が選択されることがある。好ましくは、光源の強さは5秒〜10秒の期間内ではほぼ変化しない程度に安定している。
本発明に例示の実施形態による校正の間に、シャッタ遅れの推定値を想定して、所定の目標露出時間を用いて、イメージング・アセンブリ301を光源302にさらすことにより、第1の写真露出が行われる。この露出時間は、電子的に開始され、電気機械式のシャッタ102を用いて終了する。例えば、この想定されたシャッタ遅れは2ミリ秒であり、この目標露出時間は5ミリ秒である。このような例示の場合には、コントロールユニット303は、イメージング・アセンブリ301を制御して、1)電気機械式のシャッタ102が確実に開くようにし、2)電子アレイ型光センサ103をリセットして、露出時間を開始し、3)(5ミリ秒の目標露出時間から、2ミリ秒の想定されたシャッタ遅れを引いた値である)3ミリ秒の遅れの後に、電気機械式のシャッタ102を閉じるよう信号で知らせ、4)シャッタ102が閉じた後に、電子アレイ型光センサ103からデジタルイメージを読み取る。
目標露出時間から、この想定されたシャッタ遅れを引いた値である期間の後に、電気機械式のシャッタ102を閉じるよう信号により知らせるプロセスは、目標露出時間に等しい露出時間を「目標とする(targeting)」と呼ばれることがある。
そして、その結果として得られたデジタルイメージの露出レベルを求めて保存する。そのデジタルイメージの露出レベルを求めるいくつかの方法のうちの任意のものを使用してもよい。例えば、コントロールユニット303は、デジタルイメージのヒストグラムを作図する専用ハードウェアを有するカメラの電子制御部分でありうる。ヒストグラムは、等間隔の明るさの値域に分けられるイメージ・ピクセルの数のリストである。コントロールユニット303は、デジタルイメージのヒストグラム中の中央値として、この露出レベルを測定することがある。別法として、コントロールユニット303は、デジタルイメージ中のあらゆるピクセルの数値を単に合計または平均するか、または、デジタルイメージ中のピクセルのサブセットの数値を合計または平均する。同様に、コントロールユニット303は、ヒストグラムを算出する専用ハードウェアを使用せずに、プロセッサ上で実行するプログラムを用いて、ヒストグラムと、このヒストグラムの中央値とを算出する。デジタルイメージの露出レベルを求める他の方法が用いられることもある。
任意選択的に、同じ目標露出時間を用いて、2回以上の露出を行い、その結果として得られる複数のデジタルイメージの露出レベルを平均して、特定の目標露出時間に対して露出レベルの決定をさらに改善することがある。このように平均することは、デジタルイメージ中の電子ノイズ、または、このような露出レベルの決定の精度を損なう可能性がある他の現象の影響を減らすのに役立つ。
第1の写真露出の後に、シャッタ遅れに対して同一の想定値を用いるが、異なる露出時間を目標として、光源302に対して第2の写真露出を行う。(第1の写真露出と第2の写真露出との順序を逆にする場合もあることに留意する)。例えば、第2の写真露出では、シャッタ遅れは2ミリ秒であると想定されるが、目標露出時間は10ミリ秒であることもある。したがって、第2の写真露出を行うときに、コントロールユニット303は、イメージング・アセンブリ301を制御して、1)電気機械式のシャッタ102が確実に開くようにし、2)電子アレイ型光センサ103をリセットして、露出時間を開始し、3)(10ミリ秒の目標露出時間から、上記の2ミリ秒の想定されたシャッタ遅れを引いた値である)8ミリ秒の遅れの後に、電気機械式のシャッタ102を閉じるよう信号により知らせ、4)シャッタ102が閉じた後に、電子アレイ型光センサ103から、デジタルイメージを読み取る。そして、第1の写真露出の露出を求めるのに使用された方法と同じ方法を用いて、第2の写真露出の露出レベルを求めて記録する。
イメージング・アセンブリ301およびコントロールユニット303の応答は、一般に線形(linear)である。すなわち、このシステムを用いて得られるデジタルイメージ中の数値は、このシステムにより集められる光の量に正比例することになる。光源302がほぼ安定しており、第1の写真露出と第2の写真露出との間に他のパラメータがまったく変更されなければ、この2回の写真露出の露出レベルは、この2回の写真露出の露出時間にほぼ比例している。
例えば、シャッタ102のシャッタ遅れが、事実上、2ミリ秒の想定値である場合には、第1の例証写真露出の露出時間は、事実上、5ミリ秒の目標露出時間であり、第2の例証写真露出の露出時間は、事実上、10ミリ秒の目標露出時間である。第1の露出の露出レベルおよび第2の露出の露出レベルをそれぞれEL1およびEL2とし、この2回の露出の目標露出時間をそれぞれTtarg1およびTtarg2とし、この2回の露出の露出時間をそれぞれTact1およびTact2とすると、
Ttarg1=Tact1=5ミリ秒
Ttarg2=Tact2=10ミリ秒
Ttarg1=Tact1=5ミリ秒
Ttarg2=Tact2=10ミリ秒
EL2/EL1=Ttarg2/Ttarg1=Tact2/Tact1=10/5=2.0
(シャッタ遅れ=2ms)
(シャッタ遅れ=2ms)
しかしながら、シャッタ遅れが、2.0ミリ秒の想定値とは異なる場合には、上記の数学的関係が、すべて成り立つとは限らないであろう。なぜなら、実際の露出時間が目標露出時間と等しくないからである。例えば、シャッタ遅れが、実際には、想定された2ミリ秒ではなく、1ミリ秒にすぎない場合には、第1の実際の露出時間および第2の実際の露出時間が、それぞれ4ミリ秒および9ミリ秒にすぎないであろう。よって、次式となる。
EL2/EL1=Tact2/Tact1=9/4=2.25≠Tact2/Tact1
(シャッタ遅れ=1ms)
(シャッタ遅れ=1ms)
シャッタ遅れが、その想定値とは異なるときに、露出レベルの比と、目標露出時間の比とを相違させる上記の結果を使用して、シャッタ遅れを算出することがある。想定されたシャッタ遅れの誤差をEとすると、
Tact1=Ttarg1−E
Tact2=Ttarg2−E
および、
Tact1=Ttarg1−E
Tact2=Ttarg2−E
および、
EL2/EL1=Tact2/Tact1=(Ttarg2−E)/(Ttarg1−E)
Eの値を求めると、次式が与えられる:
E=[Ttarg1−{(EL1/EL2)×Ttarg2}]/{1−(EL1/EL2)}
EL1/EL2=4/9、Ttarg2=10、Ttarg1=5とする上記の例では、E=1であることがわかる。すなわち、この想定されたシャッタ遅れは、実際のシャッタ遅れよりも1ミリ秒だけ長い。
同様に、第1の写真露出用の目標露出時間が5ミリ秒であり(Ttarg1=5)、第2の写真露出用の目標露出時間が10ミリ秒であり(Ttarg2=10)、仮想シャッタ遅れが2ミリ秒であり、その結果として得られた、この2回の露出の露出レベルの測定値から、EL2/EL1=1.90であることが明らかである場合には、E=−0.55であることがわかる。すなわち、その想定されたシャッタ遅れは、実際のシャッタ遅れよりも、0.55ミリ秒だけ短い。したがって、実際のシャッタ遅れは、2.55ミリ秒である。
シャッタ遅れの算出は、例えば、マイクロプロセッサまたはデジタル信号処理装置を用いて、コントロールユニット303の中で実行されることがある。コントロールユニット303は、完成品のカメラの電子制御部分、やり取りしているカメラとコンピュータの電子制御部分、または、コンピュータも含みうる校正付属品の一部である。
任意選択的に、シャッタ遅れの校正を繰り返すことがある。例えば、シャッタ遅れが上述の通りに算出されると、一連の校正作業は、1回または複数回繰り返され、しかも、想定されたシャッタ遅れとして、ごく最近算出されたシャッタ遅れの推定値を用いて、毎回繰り返される。毎回の繰返しは、シャッタ遅れの校正をさらに改善する。通常、2回から3回の繰返しが用いられる。
実際のシャッタ遅れが判明すると、このシャッタ遅れ値は、測定された特定のシャッタと結び付けられることがある。例えば、このシャッタ遅れ値は、シャッタが取り付けられているカメラの電子制御部分の中にある不揮発性メモリに記憶される。不揮発性メモリは、PROM(Programmable Read−Only Memory)、EPROM(Eraseable Programmable Read−Only Memory)、EEPROM(Electrically Eraseable Programmable Read−Only Memory)、フラッシュ・メモリ、または、他のある種の不揮発性記憶装置である。そして、カメラは、測定された実際のシャッタ遅れを利用して、正確な露出時間を用いて写真を撮ることができる。
図4は、本発明の例証実施形態による一方法の流れ図を示している。ステップ402では、シャッタ遅れ時間を想定する。ステップ404では、第1の目標露出時間を目標として、第1の写真露出を行う。ステップ406では、第1の写真露出の露出レベルを求める。ステップ408では、第1の目標露出時間とは異なる第2の目標露出時間を目標として、第2の写真露出を行う。ステップ410では、第2の写真露出の露出レベルを求める。ステップ412では、露出レベルと目標露出時間と想定されたシャッタ遅れとを用いて、実際のシャッタ遅れを算出する。任意選択的なステップ414では、この算出された実際のシャッタ遅れを、測定されたシャッタと結び付けることがある。
本発明の以上の説明は、図解および説明の目的で述べられてきた。すべてを挙げるつもりはなく、本発明を開示されている通りの形態に限定するつもりもなく、他の変更および変形が、上記の教示に照らして可能でありうる。例えば、シャッタ校正において用いられる電子アレイ光センサは、電荷結合素子センサではなくて、アクティブ・ピクセル相補型金属酸化膜半導体(CMOS)センサでありうる。この実施形態は、本発明の原理と本発明の実際の適用とを最良に説明するよう選択され、述べられ、それにより、考えられる特定の用途に適した様々な変更例と様々な実施形態とにおいて、他の当業者が本発明を最適に利用できる。併記の特許請求の範囲は、従来技術によって限定される範囲を除き、本発明の他の代替実施形態を含むことを意図している。
101 レンズ
102 シャッタ
103 電子アレイ光センサ
301 イメージング・アセンブリ
302 光源
303 コントロールユニット
102 シャッタ
103 電子アレイ光センサ
301 イメージング・アセンブリ
302 光源
303 コントロールユニット
Claims (10)
- a)シャッタに関するあるシャッタ遅れ時間を想定するステップと、
b)第1の目標露出時間を目標として、第1の写真露出を行うステップと、
c)該第1の写真露出の第1の露出レベルを求めるステップと、
d)第2の目標露出時間を目標として、第2の写真露出を行うステップと、
e)該第2の写真露出の第2の露出レベルを求めるステップと、
f)前記第1の目標露出時間および前記第2の目標露出時間と、前記第1の露出レベルおよび前記第2の露出レベルと、前記想定されたシャッタ遅れ時間とに基づいて、実際のシャッタ遅れを算出するステップと
を含んでなる、シャッタ遅れを測定する方法。 - 前記実際のシャッタ遅れを前記シャッタと結び付けるステップをさらに含む請求項1に記載の方法。
- 前記シャッタが電気機械式であり、各写真露出が、電子手段により開始され、該電気機械式のシャッタを用いて終了するものである請求項1に記載の方法。
- 前記算出するステップが、コンピュータによって実行される請求項1に記載の方法。
- 写真露出の露出レベルを求めるステップが、デジタルイメージのヒストグラムの中央値を求めることを含む請求項1に記載の方法。
- a)前記想定された遅れ時間を、前記算出された実際のシャッタ遅れ時間に代えるステップと、
b)請求項1の方法のステップb)〜ステップf)を繰り返すステップと、
をさらに含む請求項1に記載の方法。 - a)電気機械式のシャッタと電子アレイ光センサとを含むイメージング・アセンブリと、
b)コントロールユニットと、
c)ほぼ安定した光源と
を含んでなるシステムであって、
i.あるシャッタ遅れ時間を想定するステップと、
ii.前記ほぼ安定した光源の第1の写真露出および第2の写真露出を、第1の目標露出時間および第2の目標露出時間を目標としてそれぞれ行うステップと、
iii.前記第1の写真露出の第1の露出レベルと、前記第2の写真露出の第2の露出レベルとをそれぞれ求めるステップと、
iv.前記第1の目標露出時間および前記第2の目標露出時間と、前記第1の露出レベルおよび前記第2の露出レベルと、前記想定されたシャッタ遅れ時間とから、実際のシャッタ遅れを算出するステップと
を含む方法を実行するよう構成されたシステム。 - レンズをさらに含む請求項7に記載のシステム。
- 前記コントロールユニットが、デジタルカメラの電子制御部分である請求項7に記載のシステム。
- 前記コントロールユニットがコンピュータを含む請求項7に記載のシステム。
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