JP2006050031A

JP2006050031A - 撮影装置

Info

Publication number: JP2006050031A
Application number: JP2004225055A
Authority: JP
Inventors: Toshiro Kinugasa; 敏郎衣笠
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2004-08-02
Filing date: 2004-08-02
Publication date: 2006-02-16

Abstract

【課題】
静止画撮影における映像信号の変動を抑圧して高画質な静止画像を得ること。
【解決手段】
上記課題を解決するため、静止画撮影を行なう静止画撮影モードの前に連続撮影を行なうモニタリングモードで動作させ、モニタリングモードにおいて映像信号の変動を検出し、該検出した変動をもとに静止画撮影モードにおける映像信号の変動を予測し、該予測した静止画モードにおける映像信号の変動を抑圧するようにする。このように、本発明によれば静止画モードにおける映像信号の変動を抑圧するようにすることができるので高画質な静止画を得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は撮像素子を用いて動画および静止画を撮影する撮影装置に関する。

この技術分野の背景技術として、例えば、特開２００３−１３４３９２号公報（特許文献１）がある。該公報には、課題として「本発明は、撮像装置、撮像装置の制御方法に関し、例えばテレビジョンカメラに適用して、確実にフリッカを防止することができるようにする」ことが記載されている。また解決手段として「本発明は、撮像結果の輝度レベルＤＹを検出してフィードバック制御によりフリッカを防止する際に、入射光量の予測値を求め、この予測値を基準にして増幅回路６の利得を制御する。また輝度レベルよりフリッカ周期による信号成分を抽出し、この信号成分の信号レベルにより撮像結果の信号レベルを補正する」ことが記載されている。

特開２００３−１３４３９２号公報

撮像素子や信号処理技術の進展により、いわゆるムービーカメラの画質は向上しており、例えば蛍光灯照明下における蛍光灯フリッカは動画撮影時において抑圧されていることは周知である（例えば上記特許文献１）。一方、いわゆるデジタルスチルカメラで静止画を撮影、記録する際には、蛍光灯照明下では、照度の変動による映像信号の変動が発生するのにも係わらず、その変動をそのまま記録していたため、撮影画像の画質が著しく劣化してしまうという問題があった。

本発明の課題は高画質な静止画を得ることである。

上記課題を解決するため、静止画撮影を行なう静止画撮影モードの前に連続撮影を行なうモニタリングモードで動作させ、モニタリングモードにおいて映像信号の変動を検出し、該検出した変動をもとに静止画撮影モードにおける映像信号の変動を予測し、該予測した静止画モードにおける映像信号の変動を抑圧するようにする。

本発明によれば高画質な静止画を得ることができる。

以下、本発明を実施例を用いて説明する。

図１に本発明の撮影装置の構成例を示す。同図において１は絞り、２は撮像素子、３は前置信号処理部、４は利得可変部、５は信号処理部、６は検波部、７は制御部、８はドライバー、９は駆動部である。同図において増幅部５と信号処理部６は別ブロックとして記載しているが、増幅部５と信号処理部６を一体にしても良い。或る照明下での被写体（図示せず）像は光学系（図示せず）、絞り１を通って撮像素子２に結像され、結像された被写体像は撮像素子２によって所定の露光時間だけ光電変換されて読み出され、前置信号処理部３によって撮影信号として出力される。撮影信号は利得可変４と信号処理部５で処理されてＲＧＢ信号やＹＣ信号などの映像信号として出力され、あるいは、符号化部（図示せず）で符号化されて記録部（図示せず）に記録される。一方、検波部６は撮影信号を検波して信号量を検出し、その検出した信号量をもとに、制御部７は以下の（１）から（３）の制御のうちの少なくとも１つを行なう。すなわち、
（１）利得可変部４の信号ゲインを制御する。
（２）ドライバー８を制御して絞り１の絞り値を制御する。あるいは、図１では絞り１を用いた例を示しているが、絞り１の代わりに液晶を用い、液晶の透過率を制御するなどしても良い。
（３）駆動部９を制御し、撮像素子１の露光時間、もしくは露光タイミングを制御する。

図２に、動作の実施例を示す。動作モードとして、動画撮影と静止画撮影があり、その両撮影モードの間に静止画撮影のための準備を行なう静止画撮影準備モードを配している。以降では、動画撮影モードをモニタリングモードと呼ぶこととする。モニタリングモードでは、制御部７の制御に基づいて駆動部９は撮像素子１を動画駆動し、動画駆動によって連続的に出力される撮影信号を検波部６で検波して、その検波結果をもとに制御部７は映像信号の明るさの変動、すなわち輝度変動の位相あるいは変動量を検出する。そして、静止画撮影準備モードにおいては、制御部７は静止画撮影モード時に発生する輝度変動の位相あるいは変動量を推定する。さらに、静止画撮影モードにおいて、前記推定した輝度変動位相あるいは輝度変動量にもとづいて制御部７は絞り１の絞り値もしくは撮像素子１の露光時間を制御して静止画の露光量を制御し、あるいは、利得可変部４の信号ゲインを制御する。

図３に露光量制御と信号ゲイン制御の例を示す。同図においては、撮像素子１として、周知のＣＣＤ型撮像素子のように、２次元状に配されている画素群の露光時間がほぼ揃っている撮像素子を用いる場合の例を示している。また、照明条件として、５０Ｈｚの商用電源を用いた蛍光灯（１００Ｈｚの点滅周期）照明で、６０Ｈｚのフィールド周期の映像信号を生成する場合を例に取っている。モニタリングモードでの露光時間Ｔｚｍの例として、フィールド周期と等しい１／６０秒の場合のＴｚｍ（１）と、１／１００秒のＴｚｍ（２）の２つの場合を示しており、それぞれの露光時間の場合の撮影信号レベルをＳｍ（１）、Ｓｍ（２）で示している。なお、厳密には露光タイミングと信号出力タイミングには１フィールド期間の時間ディレイがあるが、判りやすくするため、図３では露光タイミングと信号出力タイミングを一致させて記載している。露光時間がＴｚｍ（１）の場合、照度変化の周期１／１００秒とフィールド周期１／６０秒の最小公倍数１／２０秒で撮影信号レベルが変動する。すなわち、３フィールド周期を１つの周期として、信号レベルａ、信号レベルｂ、信号レベルｃを繰り返すように変動する。この場合、静止画撮影モードのタイミングが図３に示すタイミングであれば、露光時間Ｔｚｓ（１）によって静止画の撮影信号レベルＳｓ（１）が信号レベルｂとなることを推定することができる。ここで、静止画撮影モードの期間を長く取っているが、これは静止画撮影モード時にはモニタリングモード時よりも多くの画素信号を読み出す場合を想定しているためであり、両モード時で同じ数の画素信号を読み出す場合には、静止画撮影モードの期間を長くする必要は無い。また、画素信号を読み出している期間は絞り１を閉じるかメカニカルシャッタ（図示せず）を閉じるなどして、静止画露光期間が図３に示すような期間になるようにしている。一方、露光時間がＴｚｍ（２）の場合、照度変化の周期と一致するので、撮影信号レベルＳｍ（２）は一定値ｄとなり、静止画撮影モードでも露光時間Ｔｚｓ（２）であれば信号レベルＳｓ（２）は信号レベルｄと推定することができる。

信号レベルｂが所望の信号レベルｅより少ない場合は被写体の影の部分が潰れた静止画となったり、信号レベルｂが所望の信号レベルｅより多い場合は被写体の明るい部分が白飛びした静止画となったりして、画質を著しく損なうことになる。

モニタリングモードでの利得可変部４の信号ゲインＧ（３）を図３のようにＧａ、Ｇｂ、Ｇｃとして映像信号レベルＳｏ（３）をレベルｅにしていたとすると、静止画撮影モードにおいては信号レベルをｂと推定できるので、利得可変部４の信号ゲインＧ（３）をＧｂにすることにより、静止画撮影モードにおける信号レベルを所望のレベルｅにすることができる。

また、静止画撮影モードにおける露光時間Ｔｚｓ（３）をモニタリングモード時の露光時間Ｔｚｍ（１）のα倍（α＝ｅ／ｂ）としても良い。この場合、撮像素子１のダイナミックレンジを有効に利用できるので、ＳＮ比の良い画像を得ることができる。

また更に、絞り１の絞り値Ｆ（３）を、モニタリングモード時の絞り値がＦｍであったとすると、静止画撮影モードにおける絞り値Ｆｓ＝βＦｍ（β＝（ｅ／ｂ）１／２）としても良い。この場合、撮像素子１のダイナミックレンジを有効に利用できるので、ＳＮ比の良い画像を得ることができる。なお、絞り１の代わりに液晶のような透過率を制御できるものを用い、その透過率を同様に制御しても良い。

図４に露光量制御と信号ゲイン制御の別の例を示す。同図においては、撮像素子１として、周知のＣＭＯＳ型撮像素子のように、２次元状に配されている画素群の露光時間がほぼ画素単位で順次異なっている撮像素子を用いる場合の例を示している。また、照明条件として、５０Ｈｚの商用電源を用いた蛍光灯（１００Ｈｚの点滅周期）照明で、６０Ｈｚのフィールド周期の映像信号を生成する場合を例に取っている。モニタリングモードでの露光時間Ｔｚｍの例として、フィールド周期と等しい１／６０秒の場合のＴｚｍ（１）と、１／１００秒のＴｚｍ（２）の２つの場合を示しており、それぞれの露光時間の場合の撮影信号レベルをＳｍ（１）、Ｓｍ（２）で示している。なお、厳密には露光タイミングと信号出力タイミングには１フィールド期間の時間ディレイがあるが、判りやすくするため、図４では露光タイミングと信号出力タイミングを一致させて記載している。露光時間がＴｚｍ（１）の場合、周期１／１００秒で変化する照度の異なる期間をそれぞれの画素で積分することになるので、照度変化周期１／１００秒とフィールド周期１／６０秒の最小公倍数１／２０秒を単位に、その単位の中で５回に渡って撮影信号レベルが変動する。すなわち、３フィールド周期を１つの周期として、信号レベルは５組の山谷を持つように変動する。この場合、モニタリングモードにおける撮影信号レベルの変動が図４になっていることを検出していれば、その後の撮影が行なわれる場合の撮影信号レベルの変動は図４Ｓｍ（１）の破線のようになると推定することができる。したがって、静止画撮影モードのタイミングが図４に示すタイミングであれば、静止画の撮影信号レベルＳｓ（１）が同図に示すようになることを推定することができる。ここで、静止画撮影モードの期間を長く取っているが、これは静止画撮影モード時にはモニタリングモード時よりも多くの画素信号を読み出す場合を想定しているためであり、両モード時で同じ数の画素信号を読み出す場合には、静止画撮影モードの期間を長くする必要は無い。一方、露光時間がＴｚｍ（２）の場合、照度変化の周期と一致するので、撮影信号レベルＳｍ（２）は一定値ｄとなり、静止画撮影モードでも露光時間Ｔｚｓ（２）であれば信号レベルＳｓ（２）は信号レベルｄと推定することができる。

静止画の信号レベルＳｓ（１）が図４に示すように山谷を有すると、画像に横線が入った静止画となったりして、画質を著しく損なうことになる。

静止画撮影モードにおいて信号レベルがＳｓ（１）のようになると推定できれば、静止画撮影モード時の利得可変部４の信号ゲインＧ（３）を図４に示すようにすることにより、静止画撮影モードにおける信号レベルを所望のレベルｅにすることができる。

なお、モニタリングモードにおいて、利得可変部４の信号ゲインを図４のように制御すれば、モニタリングモードでも一定の映像信号レベルにすることができる。

また、絞り１の絞り値、もしくは絞り１の代わりに配する液晶のような材質の透過率を図４のＧ（３）のように制御しても良い。この場合、撮像素子１のダイナミックレンジを有効に利用できるので、ＳＮ比の良い画像を得ることができる。

以上の実施例では１００Ｈｚの点滅周期の照明と６０Ｈｚのフィールド周期の映像信号を例に取っているが、照明の点滅周期やフィールド周期が上記条件とは異なる場合でも、上記方法を同様に用いることができることは明らかである。

以上の実施例によれば、一般的にはモニタリングモードと静止画撮影モードで照明条件は大きく変わらないので、静止画撮影における映像信号の変動を抑圧することができる。

本発明は、撮像素子を用いて動画および静止画を撮影する撮影装置に利用できる。

本発明の構成例本発明の動作例本発明の動作例と効果を示すタイミングチャート本発明の別の動作例と効果を示すタイミングチャート

符号の説明

１は絞り、２は撮像素子、３は前置信号処理部、４は利得可変部、５は信号処理部、６は検波部、７は制御部、８はドライバー、９は駆動部

Claims

動画と静止画とを撮影する撮影装置であって、
被写体像を光電変換して撮影信号を出力する撮影手段と、
該撮影信号を処理して映像信号を出力する信号処理手段と、
該撮影手段の絞り値と露光時間および該信号処理手段の信号ゲインを制御する制御手段と、
を備え、
該制御手段は、動画撮影時に該撮影信号または映像信号の変動を検出し、該検出した変動をもとに静止画撮影時の該撮影信号または映像信号の変動を予測し、静止画撮影時に該撮影手段の絞り値と露光時間および該信号処理手段の信号ゲインの１つ以上を制御して該予測した変動を抑圧すること、
を特徴とする撮影装置。
撮像素子と、該撮像素子から出力される映像信号を処理する信号処理部を具備し、静止画撮影を行なう静止画撮影モードと、該静止画撮影に先立って連続撮影を行なうモニタリングモードを有する撮影装置であって、前記モニタリングモードにおいて映像信号の変動を検出し、該検出した変動をもとに静止画撮影モードにおける映像信号の変動を予測し、該予測した静止画モードにおける映像信号の変動を抑圧することを特徴とする撮影装置。
前記撮像素子は、２次元状に配されている画素群の露光時間がほぼ揃っており、前記予測した静止画モードにおける映像信号の変動は、前記撮像素子の走査面単位で変動することを特徴とする請求項２に記載の撮影装置。
前記撮像素子は、２次元状に配されている画素群の露光時間が画素単位、もしくは複数画素単位で異なっており、前記予測した静止画モードにおける映像信号の変動は、前記撮像素子の走査面より小さい単位で変動することを特徴とする請求項２に記載の撮影装置。
前記映像信号の変動の抑圧は、静止画撮影モードにおける前記撮像素子の露光時間を制御することにより行なうことを特徴とする請求項２または３に記載の撮影装置。
前記映像信号の変動の抑圧は、静止画撮影モードにおける前記信号処理部の信号ゲインを制御することにより行なうことを特徴とする請求項２ないし５のいずれかに記載の撮影装置。