JP2007259237A

JP2007259237A - 撮像装置および撮像方法

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Publication number: JP2007259237A
Application number: JP2006082958A
Authority: JP
Inventors: Koichi Sakamoto; 浩一坂本
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2006-03-24
Filing date: 2006-03-24
Publication date: 2007-10-04
Anticipated expiration: 2026-03-24
Also published as: US7570883B2; US20070223908A1; JP4542058B2

Abstract

【課題】ISO感度を変更して、人物などの被写体を撮影する場合でも、被写体がアンダ露出などの不適切な露出値になることを防止できる撮像装置および撮像方法を提供。
【解決手段】AE制御部108が、ISO感度を測光結果に基づいて自動的に設定し、被写界内の中央部および中央部以外の測光領域の両方に基づいて、露出値を決定して露出を制御する。AE制御部108は、設定されたISO感度が大きくなると、中央部に対する重み付けを、中央部以外の測光領域に対する重み付けよりも大きくして露出値を決定する。AE制御部108は、さらに、逆光状態であるかどうかを判断し、逆光状態であると判断したときは、決定された露出値を小さくして、入射光量が増えるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像装置および撮像方法に関するものであり、とくに複数のISO(International Organization for Standardization: 国際標準化機構)感度が設定可能な電子スチルカメラ装置、画像入力装置、ムービカメラ、携帯電話等に用いて好適なものである。

従来、電子カメラ等では、暗い場所での撮影の補助光として、ストロボを内蔵したり、あるいは電子カメラ本体に別体のストロボを装着できるように構成されており、夜間など暗い場所でも鮮明な写真を撮ることが可能である。たとえば、特許文献１には、夜景を背景として、ポートレート撮影を行うときに、本撮影用のストロボ発光の前に、ストロボをプリ発光させて、顔検出を行ない、被写体の存在する領域を検出して、的確にストロボ発光を制御する方法が開示されている。

また、ストロボを使用しないで、ISO感度を測光結果に応じて自動的に設定するISOAutoの状態にして、またはISO感度を手動で設定して、ISO感度を上げることにより、暗い場所での撮影を可能にすることも行われている。ISO感度は、被写界が暗いほど高く設定される。
特開２００５−１８４５０８号公報

ISOAutoなどのようにISO感度を変更して、夜景と、人物などの被写体とを撮影する場合、街灯などの明るい被写体に露出制御が影響を受けて、被写体がアンダ(Under)露出になる場合がある。これは、逆光状態に近い状態での撮影であるため、被写体が黒く撮影されるものである。

本発明はこのような課題に鑑み、ISO感度を変更して、人物などの被写体を撮影する場合でも、被写体がアンダ露出などの不適切な露出値になることを防止できる撮像装置および撮像方法を提供することを目的とする。

本発明は上述の課題を解決するために、複数のISO感度を設定可能な撮像装置において、ISO感度を設定する感度設定手段と、撮影領域内の第１の測光領域および第１の測光領域とは異なる第２の測光領域の両方に基づいて、露出値を決定し露出を制御することが可能であり、露出の制御に際して第１の測光領域と第２の測光領域の重み付けを変えることが可能な露出制御部とを含み、露出制御部は、設定されたISO感度に応じて、第１の測光領域と第２の測光領域に対する重み付けを変えて露出を制御することを特徴とする。

本発明は、ISOAutoなどのように輝度に応じてISO感度を設定して撮影するときに、感度に応じて、すなわち、撮影シーンの暗さに従って、露出制御を、第１の測光領域と第２の測光領域の重み付けが近似している測光方式、たとえば分割平均測光方式と、第１の測光領域に重点をおいた測光方式、たとえば中央重点測光方式との間で調整するものである。

これにより、たとえば、被写体が中央にあるときに、被写体に重点を置いた中央重点測光方式の露出制御ができるため、逆光状態であっても、被写体を適切に撮影できる。たとえば、被写界の中に、夜景と、夜景を背景とする人物被写体とがある場合において、街灯などの明るい被写体に露出値が影響されて、アンダ露出になることを防ぐことができる。ここで、ISO感度とは、測光で得られた輝度に対して、適正露出が得られる撮像レンズのＦ値と、シャッタスピードとの組合せを示す基準値である。

なお、ISO感度を設定する感度設定手段は、撮像装置のユーザが、入力装置を用いてISO感度を指定し、この指定に基づいて撮像装置が感度を設定するもの、または、撮像装置が、被写体の輝度等を考慮して自動的に適切なISO感度を設定するもののいずれでもよい。

本発明においては、第１の測光領域は、撮影領域の中央部とすることができる。この場合は、ISO感度に応じて、中央重点測光方式の重み付けを変えることが可能である。また、第１の測光領域は、特定の被写体、たとえば顔の少なくとも一部を含む領域とすることができる。この場合は、ISO感度に応じて、顔の輝度を適切に考慮することができる。

さらに、露出制御部は、設定されたISO感度が大きくなるに従って、第２の測光領域に対する重み付けよりも第１の測光領域に対する重み付けを大きくすることとしてもよい。これによれば、高感度に設定されるほど、すなわち暗くなるにつれて、たとえば分割平均測光から徐々に中央重点測光へと重み付けを大きくすることが可能であり、中央部にある被写体の輝度を重点的に測光して、露出を制御することができる。

なお、本発明においては、露出制御部は、逆光状態であるかどうかを判断し、逆光状態であると判断したときは、露出値を変更することとしてもよい。これにより、さらに適切な露出制御が可能となる。また、第１の測光領域および第２の測光領域は、１つの測光領域からなるものでも、また、第１の測光領域および第２の測光領域のうちの少なくとも一方は、複数の測光領域からなるものでもよい。

本発明の複数のISO感度が設定可能な撮像方法は、上述の課題を解決するために、ISO感度を設定する工程と、撮影領域内の第１の測光領域および第１の測光領域とは異なる第２の測光領域の両方に基づいて、露出値を決定し露出を制御することが可能であり、露出の制御に際して第１の測光領域と第２の測光領域の重み付けを変え、設定されたISO感度に応じて、第１の測光領域と第２の測光領域に対する重み付けを変えて露出を制御する工程とを含むことを特徴とする。

本発明によれば、ISO感度を変更して、人物などの被写体を撮影する場合でも、被写体がアンダ露出などの不適切な露出値になることを防止できる。

次に添付図面を参照して本発明による固体撮像装置および撮像方法の実施例を詳細に説明する。

本実施例の固体撮像装置では、AE(Automatic Exposure: 自動露出)制御部が、ISO感度を測光結果に基づいて自動的に設定し、被写界内の第１の測光領域である中央部および中央部以外の測光領域の両方に基づいて、露出値を決定して露出を制御し、露出値の決定に際して中央部および中央部以外の測光領域の重み付けを変える。具体的にはAE制御部は、設定されたISO感度が大きくなると、中央部に対する重み付けを、中央部以外の測光領域に対する重み付けよりも大きくして露出値を決定する。AE制御部は、さらに、逆光状態であるかどうかを判断し、逆光状態であると判断したときは、決定された露出値を小さくして、入射光量が増えるようにする。

なお、第１の測光領域として、特定の被写体、たとえば顔の一部を含む領域とすることができる。この場合は、ISO感度に応じて、顔の輝度を適切に考慮することができる。これによれば、被写体が中央部からずれた位置にある場合でも、撮影したい被写体を適切な露出値で撮影できる。撮影された画像信号から顔を認識することは、公知の方法で行なうことができ、認識された顔の一部または全部を含む領域を第１の測光領域とすればよい。

本実施例では、測光方式として、分割測光(マルチ測光とも呼ばれる)と中央部重点測光とを用いる。ISO感度が大きくなるにつれて、分割測光から中央部重点測光へと測光方式を変えていく。

測光方式には上記２方式以外に、部分測光、スポット測光、平均測光などがあり、本発明は、分割測光から中央部重点測光へと測光方式を変えるものに限られるものではなく、中央部、または被写体に、測光の重点を移していくものであるあるならば、本実施例以外の組合せも可能である。たとえば、分割測光から部分測光またはスポット測光に変える方式でもよい。

ここで分割測光とは、被写界をたとえば36(6×6)の領域に分割して測光した輝度情報をもとに、輝度分布等を考慮して領域に対する重み付けを変えて、適正露出を算出するものである。画面全体を考慮して、適正露出で撮影することができ、中央に被写体がない場合でも、適切に測光を行うことができるというメリットがある。分割測光では、被写体の被写界内における位置は考慮せずに、被写界における輝度分布などを考慮して、露出値を決定している。たとえば、適正露出の算出方法として、撮影シーンの輝度のコントラストが高いときは、平均測光を行ない、輝度のコントラストが低いときは、中央部に重点を置いて測光を行う。

中央部重点測光とは、被写界の中央部、たとえば、中央の約15％の部分とその周囲の部分を、たとえば約2：1の重み付けで測光し、適正露出を算出する。被写界中央にある被写体が明るく、周囲が暗い場合、またはその逆の場合等に、画面全体を適正露出で撮影することができる。

なお、スポット測光とは、被写界中央の狭い領域、たとえば中央の３％の範囲のみを測光して露出を決定するものである。スポットライトが当たった被写体を浮き上がらせて撮影したい場合などに効果的である。部分測光とは、スポット測光よりも広い中央部の範囲を測光して露出を決定するものである。平均測光とは、画面全体を平均して測光するものである。

本実施例の撮像装置をデジタルスチルカメラ10に適用した場合について図１〜図４を参照しながら説明する。デジタルスチルカメラ10には、図１に示すように、撮像系10A、信号処理系10B、メモリ126、モード指定部10Eおよびシステム制御部12が備えられている。

撮像系10Aには、撮像レンズ102、撮像部104、ピント調整を行うAF調整部および絞り機構を含むAE調整部が備えられている。撮像レンズ102はシャッタ機構を含む。AF調整部およびAE調整部は図示しない。撮像レンズ102は、被写界からの入射光を撮像部104の受光面上に焦点を結ぶように集光する光学系である。

撮像部104では、入射光を光電変換する受光素子が受光面を形成しており、受光素子は行方向および列方向に２次元配列されている。撮像部104には、受光素子より入射光の側に入射光を色分解する色フィルタを設ける。色分解フィルタCFは、受光素子のそれぞれに対応しており、受光素子と一体的に形成されている。この色分解フィルタCFの配設により、受光素子には、三原色RGBに色分解された入射光が入射することになる。

撮像部104は、図示しない駆動信号生成部から出力される駆動信号に応動する。受光素子と、受光素子に隣接配設された転送素子、すなわち垂直転送素子との間に、受光して変換した信号電荷を垂直転送素子に読み出すための信号読出しゲート(トランスファゲート)が形成されている。

信号読出しゲートは電極を介して供給されるフィールドシフトパルスにより信号電荷を受光素子から垂直転送路に転送する。垂直転送路は、読み出した信号電荷を列方向、すなわち垂直方向に順次転送する。垂直転送路は、電荷結合素子(以下、CCDという)で構成されている。垂直転送により、信号電荷のラインシフトが行われ、最終的に行方向の転送素子、すなわち水平転送路に供給される。水平転送路は、駆動信号に応動して、この信号電荷を信号処理系10Bに出力する。

AF調整部は、被写体とカメラ10との距離を測距して得られた情報に応じて撮像レンズ102が最適な位置になるように、ピント調整機構により位置調整を行う。このとき、測距情報の算出と、測距情報に基づいた制御量の算出は、システム制御部12で行われる。システム制御部12が供給する制御信号に応じて、AF調整部106は、ピント調整機構を駆動し、撮像レンズ102を移動する。

また、AE調整部は、被写体を含む被写界の測光値の算出が行われるシステム制御部12内に設けられるAE制御部108からの制御により、絞り機構の絞り位置を変位させ、入射する光束量を調整する。測光は、後述するOFFSET補正部112が出力する撮像信号を用いて行われる。AE制御部は、測光値に基づいて露光量を算出し、この露光量になるように絞り値とシャッタ速度値を制御する制御信号をAE調整部に供給する。AE調整部は、この制御信号に応じて絞り機構およびシャッタ機構をそれぞれ調整している。この調整により露出を最適にすることができる。AE制御部については後述する。

信号処理系10Bには、AFE(アナログフロントエンド)110、OFFSET補正部112、信号処理部114が備えられている。AFE 110は、たとえば、供給される信号電荷に対して相関二重サンプリング(CDS)処理を施して雑音の低減を図り、アナログ信号をサンプリングし、量子化することによってデジタル信号に変換(A/D変換)する。変換したデジタル信号は、OFFSET補正部112に送られる。OFFSET補正部112は、信号に含まれる黒レベルに相当する部分を減算して、画像信号のみを取り出して、信号処理部114およびシステム制御部12のS1用メモリ116に供給する。

信号処理部114は、得られた信号に白バランス調整(AWB)、ガンマ補正、輪郭補正等を行う。信号処理部114は、撮像部104からの撮像信号を記録可能な映像信号にしている。そして、信号処理部114は、その信号をメモリ126に出力する。

図示しない駆動信号生成部は、たとえば、原発振のクロックを基に同期信号を生成して信号処理部114等に供給する。駆動信号生成部は、さらに同期信号を用いて各種のタイミング信号を生成している。生成されるタイミング信号には、撮像部104で得られた信号電荷の読出しに用いるタイミング信号、たとえば、垂直転送路の駆動タイミングを供給する垂直タイミング信号、水平転送路の駆動タイミングを供給する水平タイミング信号、フィールドシフトやラインシフトを行わせるタイミング信号等がある。また、AF調整部、AE調整部の動作を制御する信号も生成している。

モード指定部10Eには、レリーズシャッタ128および撮影モードスイッチ130が備えられている。レリーズシャッタ128は、本実施例において、２段押し機能を備えている。すなわち、第１段の半押し(S1)状態では、測光制御モードを指定して、システム制御部12にこのモード設定がなされていることを信号として供給し、第２段の全押し状態では、画像の取込みタイミングをシステム制御部12に提供する。レリーズシャッタ128を全押しすると、静止画撮影モードが設定されたことを示す信号をシステム制御部12に供給する。

また、撮影モードスイッチ130は、十字キーであり、モード指定部10E内の表示画面に表示されるカーソルを上下左右に移動させて項目・画像の選択等を行うことができる。この選択した情報もシステム制御部12に送られる。撮影モードスイッチ130により、ISO感度を指定し、システム制御部12に供給することができるようにしてもよい。

システム制御部12は、カメラ全体の動作を制御するコントローラである。システム制御部12には、中央演算装置(CPU)が含まれている。システム制御部12は、レリーズシャッタ128からの入力信号によりどのモードが選択されたかの判断を行う。また、システム制御部12は、上述したようにキースイッチ130からの選択情報により、画像信号に対する処理等の制御を行う。このように供給された情報に基づいてシステム制御部12は、この判断結果を基に駆動信号生成部10Cの動作を制御する。

システム制御部12内のAE制御部108は、測光制御モード時に、OFFSET補正部112からS1用メモリ116に転送されて記憶されている画像信号をS1用メモリ116から読み出す。AE制御部108は、被写界を、たとえば縦6×横6、合計36分割した領域ごとに輝度信号を積分して、それらの平均値を求めて、平均値に基づいて、被写界全体の輝度を決定する。被写界の輝度に基づいて、ISO感度を設定する。

輝度が低いほど、ISO感度を高く設定する。輝度とISO感度との関係は、
F×F/t=B×S/K=2**EV
である。ここで、Ｆは絞り値、ｔはシャッタ速度、Ｂは輝度、ＳはISO感度、Ｋは定数、EV(Exposure Value)は露出値である。2**EVは、２のEV乗を表す。この式より、たとえば、次のようにして、ISO感度を設定する。絞り値の最小値は、カメラの光学系により決まる。シャッタ速度は、手ぶれを防止するために、ある程度の速さが必要であり、この観点からシャッタ速度の最大値が決まる。絞り値の最小値とシャッタ速度の最大値から、F×F/tの最小値が決まる。この最小値を用いると、F×F/t=B×S/Kの関係から、輝度が決まれば、ISO感度は決定される。

測光により得られた輝度に対応するISO感度、すなわち、輝度とISO感度との関係は、システム制御部12内のメモリにあらかじめ記憶させておいてもよい。また、絞り値およびシャッタ速度の少なくとも一方が、カメラのユーザにより指定されたときは、その値を用いて、F×F/tの値を決定することができる。さらに、ユーザがISO感度を指定したときは、そのISO感度を使用する。

次にAE制御部108は、36分割した領域の輝度の分散値を求めて、被写界のコントラストが高いか低いかを調べる。コントラストが所定値より高いときは、逆光的であると判断する。所定値は、システム制御部12内のメモリにあらかじめ記憶させておく。

その後、AE制御部108は、表１に従って、設定されたISO感度に対応する測光方式を選択する。ISO感度が200以下のときは、マルチ測光であり、ISO感度が400のときは、マルチ測光による露出値と中央重点測光による露出値との平均を採用し、ISO感度が800以上のときは、中央重点測光とする。マルチ測光および中央重点測光による露出値の決定方法は既述の通りである。

このように、ISO感度に応じて測光方式を選択することが好ましい理由を、図２により説明する。ISO感度が400程度まで高くなるということは、夕暮れに近い暗さの状態であり、このときに、人物などの被写体20を、夜景22を背景として撮影することがある。被写界に、街灯24などの明るいものがあると、マルチ測光方式の場合、街灯などに影響されて、被写体20がアンダ露出になることがある。これを防ぐために、マルチ測光から中央重点測光に徐々に切り換えていく。

AE制御部108は、露出値を決定した後、逆光的であると判断しているときは、露出補正を行い、上記のように決定された露出値に対して、たとえば、被写体が明るくなるように、露出値を減らす。たとえば、EV値を0.5または1.0減らす。なお、露出補正は、本発明においては必須のものではない。

このように構成したデジタルスチルカメラ10の動作について図３のフローチャートにより説明する。デジタルスチルカメラ10では、本撮影を行う前に被写界に対して測距および測光を行う。ユーザは、被写界の撮像の際にレリーズシャッタ128を半押し状態にして測距および測光制御モードにする(ステップS10)。デジタルスチルカメラ10は、測距および測光制御モードのモード指定がレリーズシャッタ128から供給された場合、受光素子の各々では、受光した際に光電変換することによって信号電荷が蓄積される。

蓄積された信号電荷を各受光素子から読み出す場合、垂直同期信号が生成される。また、垂直同期信号に同期させて垂直転送路の転送素子に供給する垂直駆動信号および信号読出しゲートに供給する垂直タイミング信号が生成される。垂直タイミング信号は、転送素子を介して信号読出しゲートに供給される。

転送素子に対応する位置の受光素子から信号電荷を読み出すように、トランスファゲートをオンにする。このフィールドシフト後、各垂直駆動信号が順次供給される。垂直転送路にシフトされた信号電荷は水平転送路に向かって転送されていく。垂直転送された信号電荷にラインシフトを施して、水平転送路に転送した後、水平転送路を順次転送させて、撮像部104から全画素の信号電荷を所定の時間内に一度に読み出している。

撮像系10Aで得られた画像信号は、測距のためにシステム制御部12の制御により信号処理系10Bに供給される。信号処理系10Bでは、既述のような処理が行われ、供給された画像信号をデジタル信号に変換する等の処理が行われる。変換により得られた画像データは、測距情報としてシステム制御部12のS1用メモリ116に供給される。読み出した信号を用いて、システム制御部12は、AF制御を行う(ステップS12)。

この場合、撮像系10Aの撮像部104で光電変換して得られた信号のうち、AF調整制御では、色Ｇだけを用いる。これは、AFの調整制御を行う場合、輝度情報の約70%を占める色Ｇの情報だけで済むからである。また、AFの測光は、適正な値を検出するまで何度も画素情報を読み出す必要があるので、できるだけ高速に信号電荷を読み出したいからである。AF制御が終了した後、AE制御を行うための撮影が行われる。AE制御では、全色の情報が必要なので、このような単色ではなく、色要素のすべてが用いられる。

AE制御部108は、この撮影により得られた測光情報を用いてISO感度を既述のように設定する(ステップS14)。次に、AE制御部108は、順光か逆光かを判断する(ステップS16)。その後、AE制御部108は、設定されたISO感度に応じて測光方式を決定する(ステップS18)。決定された測光方式に従って露出値を決定し、決定された露出値を、順光か逆光かの判断結果により補正する。

システム制御部12は、AFの調整用の制御信号とともに、AEの調整用の制御信号も生成してそれぞれ、撮像系10AのAF調整部およびAE調整部に出力する。AF調整部およびAE調整部は、それぞれ内蔵する機構により、供給される制御信号に応じた調整を行う。

この後、ユーザは、所望の撮影タイミングでレリーズシャッタ128を全押し(S2)状態にする(ステップS20)。先の測距および測光モードと同様に撮像系10Aで被写界からの入射光の撮像が行われる。

撮像した画像信号は、撮像系10Aから信号処理部114に供給される。信号処理部114では、既述の種々の信号処理を施す。そして、得られた画像データがメモリ126に記録される(ステップS20)。

本実施例によれば、ISO感度を変更して、人物などの被写体を撮影する場合でも、被写体がアンダ露出などの不適切な露出値になることを防止できる。

次に、本発明の別の実施例を、図４により説明する。この実施例は、ISOAutoで撮影され、ISO感度が高感度になる、すなわち暗いシーンになるに従って、露出の制御において、分割測光の重みを中央部に重点的に配分するものである。本実施例では、被写界を、縦４分割×横４分割、合計16分割している。

図4(a)は、ISO感度が200以下のときの分割測光における各領域の重み付けを示す。図4(b)、図4(c)は、それぞれISO感度が400のとき、およびISO感度が800以上のときの分割測光における各領域の重み付けを示す。ISO感度が大きくなるにつれて、４個の中央部30の重み付けを大きくし、その周囲にある12個の周辺部32の重み付けを減らす。図に示す各領域の数値は、当該領域に割り当てた相対的な重み付けを示す数値である。重み付けの合計は、いずれの場合も16である。ISO感度が800以上のとき、周辺部32の値が「0」であるということは、周辺部32は測光に利用せず、中央部30のみを測光に利用するということを意味する。本実施例によっても、ISO感度を変更して、人物などの被写体を撮影する場合に、街灯などにより被写体がアンダ露出などの不適切な露出値になることを防止できる。

本発明に係る固体撮像装置をデジタルスチルカメラに適用した際の概略的な構成を示すブロック図である。本発明が適用される撮影シーンを示す説明図である。図１に示すデジタルスチルカメラの動作を示すフローチャートである。本発明の別の実施例における重み付けの変化の例を示す説明図である。

符号の説明

10 デジタルスチルカメラ
12 システム制御部
10A 撮像系
10B 信号処理系
10C 駆動信号生成部
10E モード指定部
30 中央部
32 周辺部
104 撮像部
108 AE制御部
116 S1用メモリ

Claims

複数のISO感度を設定可能な撮像装置において、該装置は、
ISO感度を設定する感度設定手段と、
撮影領域内の第１の測光領域および第１の測光領域とは異なる第２の測光領域の両方に基づいて、露出値を決定し露出を制御することが可能であり、露出の制御に際して第１の測光領域と第２の測光領域の重み付けを変えることが可能な露出制御部とを含み、
該露出制御部は、前記設定されたISO感度に応じて、第１の測光領域と第２の測光領域に対する重み付けを変えて露出を制御することを特徴とする撮像装置。
請求項１に記載の撮像装置において、第１の測光領域は、前記撮影領域の中央部であることを特徴とする撮像装置。
請求項１に記載の撮像装置において、第１の測光領域は、特定の被写体の少なくとも一部を含む領域であることを特徴とする撮像装置。
請求項１から３までのいずれかに記載の撮像装置において、前記露出制御部は、前記設定されたISO感度が大きくなるに従って、第２の測光領域に対する重み付けよりも第１の測光領域に対する重み付けを大きくすることを特徴とする撮像装置。
請求項１から４までのいずれかに記載の撮像装置において、前記露出制御部は、逆光状態であるかどうかを判断し、逆光状態であると判断したときは、露出値を変更することを特徴とする撮像装置。
請求項１から５までのいずれかに記載の撮像装置において、第１の測光領域および第２の測光領域のうちの少なくとも一方は、複数の測光領域からなることを特徴とする撮像装置。
複数のISO感度が設定可能な撮像方法において、該方法は、
ISO感度を設定する工程と、
撮影領域内の第１の測光領域および第１の測光領域とは異なる第２の測光領域の両方に基づいて、露出値を決定し露出を制御することが可能であり、露出の制御に際して第１の測光領域と第２の測光領域の重み付けを変え、前記設定されたISO感度に応じて、第１の測光領域と第２の測光領域に対する重み付けを変えて露出を制御する工程とを含むことを特徴とする撮像方法。