JP2013055434A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 撮影記録用画像と焦点検出範囲画像の露光量を共に最適とする。
【解決手段】 撮影記録用に規定された１フレームレートを時系列に分割して複数画像が取り込めるような撮像装置において、撮影画像中での測光範囲が異なる第１及び第２の測光範囲を測光する測光手段とを有し、前記測光手段の結果にもとづいて１フレームレート内での前記第１及び第２の測光範囲における露光量を決定する手段を有する撮像装置とすること。
【選択図】 図１

Description

本発明は、本発明は撮影機器の露出制御に関する。

屋外などにおいてデジタルカメラで撮影するとき、記録画像として最適な露光量条件にした際に焦点検出領域が撮影可能な輝度レンジ外となって、その階調情報を記録することができないために白飛び・黒潰れが発生することがある。

例えば、晴天時に屋外で人物撮影を行った際に背景の空や雲に焦点を合わせようとすると、焦点検出範囲画像の白飛びを防ぐために全体露光量をアンダーにする必要が生じてしまい、結果人物が黒潰れしてしまう。

逆に木陰に焦点を合わせようとすると、全体露光量がオーバーになるため人物像が白飛びを起こしてしまうため、ユーザーにとって低品位な記録画像となってしまう問題があった。

前記した黒潰れや白飛び現象の防止のために、過去においては特許文献１のように露光量を変化させて撮影を行った後に画像合成を行い撮影画像のダイナミックレンジ拡大を行うような提案もなされている。

特開２００８―１０４００９号公報

しかしながら特許文献１は、記録画像の階調性のダイナミックレンジ拡大に関してのものであり焦点検出用画像を最適な露光量にするための物ではなかった、
そこで本発明は、記録用画像と焦点検出用画像を共に最適な露光量状態にする事で、正確な合焦のための焦点検出精度の向上と共に良好な記録画像の取得を達成するものである。

前記の目的を達成するためには、撮影記録用に規定された１フレームレートを時系列に分割して複数画像が取り込めるような撮像装置において、撮影画像中での測光範囲が異なる第１及び第２の測光範囲を測光する複数の測光手段とを有し、前記測光手段の結果にもとづいて１フレームレート内での前記第１及び第２の測光範囲における露光量を決定する手段を設ける。

本発明によれば、記録用画像と焦点検出用画像が共に最適な露光量状態になることで、正確な合焦のための焦点検出精度の向上と共に良好な記録画像を取得できる。

本発明の撮像装置の構成を示す概略ブロック図である。 本発明が有効となるような被写体状況例を示す図である。（Ａ）は焦点検出焦点検出範囲が白飛びしやすい状況を示し、（Ｂ）は焦点検出焦点検出範囲が黒潰れしやすい状況を示す。 図１に示す撮像装置において、撮像する被写体の記録画像のフレームの読み出し制御と焦点検出焦点検出用画像のフレームの読み出し制御関係において、露光時間調整は画像合成にて処理を行うものを示す図である。（Ａ）は焦点検出領域がアンダーな輝度状態であった場合を、（Ｂ）は焦点検出領域がオーバーな輝度状態であった場合の読み出し制御を示している。 図３に示す読み出し制御において露光時間が可変であるものを示す図である。（Ａ）は焦点検出範囲焦点検出がアンダーな輝度状態であった場合を、（Ｂ）は焦点検出範囲焦点検出がオーバーな輝度状態であった場合の読み出し制御を示している。 本発明の焦点検出時の作動において、画像合成により焦点検出用画像生成を行う作動の流れ図である。 本発明の焦点検出時の作動において、画像合成により記録画像生成を行う作動の流れ図である。 本発明の焦点検出時の作動において、露光量調整により焦点検出用画像生成を行う作動の流れ図である。 本発明の焦点検出時の作動において、露光量調整により記録画像生成を行う作動の流れ図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の撮像装置の概略構成ブロック図の１例を示したものである。

図１中の撮像装置１００において、１０１、１０２，１０３は撮影光学系を構成する光学系であって、それぞれ第１、第２、第３レンズを示している。

１０４は撮影光学系の光彩絞りを示しており、絞り制御手段１１２により絞り径の可変駆動を行う手段を有しているものである。

１０６は画像信号抽出手段であり、撮像素子１０５から出力される光電変換信号光電変換信号から画像領域範囲の異なる記録用画像信号と焦点検出用画像信号をそれぞれ生成するものである。

第１の測光手段１０７及び第２の測光手段１０８は、前記の記録用画像信号と焦点検出評価用画像信号に対し、それぞれの画像領域の測光評価を行う手段を有したものである。

露光量決定手段１０９は、前記の第１の測光手段１０７及び第２の測光手段１０８による測光の結果から、規定されている１フレーム長以内に収まる記録画像と焦点検出評価画像の適正な露光量の演算を行うものである。

そして前記記録画像と焦点検出評価画像が規定の１フレーム長以内に収まるようにするためにゲイン調整手段１１０にて撮像素子の出力信号強度コントロールを行う。

また同時に、絞り制御手段１１１で絞り径の調整を行わせる命令を与え、再び撮像素子１０５からの光電変換信号の変化に対して最適な露光量状態になるように前記した処理を折り返したフィードバック制御を行うものである。

そして前記処理にて最適な露光量条件が決定された後、記録用画像生成手段１１２により記録画像が生成されて画像記録手段１１３でフラッシュメモリーやハードディスク等の記録媒体に画像信号を記録する。

一方、焦点検出を行って合焦動作を行う手順は、
先ず焦点検出評価用画像生成手段１１４において全画像範囲中の焦点検出範囲の画像信号の生成を行う。そして焦点検出演算手段１１５により合焦を行うためのフォーカス駆動量を求め、フォーカス駆動手段１１６によってフォーカス駆動を行うことである。

尚、本案に用いられる前記焦点検出演算方式は、
フォーカスレンズや撮像素子に変調駆動を与えてフォーカス状態を微小変化させて焦点検出評価画像のコントラスト値変化から合焦状態の判断を行うコントラスト検知方式や、例えば特開平０１―２１６３０６公報、特登録０３５９２１４７等で提案されているような撮像素子の一部または全体を焦点検出用画素として一対の像信号から位相差検知を行って焦点検出状態を検出するような撮像面位相差方式を用いる。

図２は、本案が有効となる被写体の輝度状態を示したものである。

図中ＦＡは、焦点検出を行うように指定した範囲を示しており、被写体全体の画像中で指定範囲の画像信号を部分的に読み出しすることで、特定範囲における焦点検出精度の向上と共に高速な読み出し処理や演算負荷の低減が行えるものである。

図２の（Ａ）の被写体状態においては、照明が落とされた室内にて、ケーキの上に置かれた火の点いた蝋燭に焦点を合わせて人物画像を撮影しようとしている状況である。

この撮影条件においては、人物が明るくなるように露光量条件を設定すると蝋燭が白飛びしてしまい焦点検出不能となってしまい、一方蝋燭で焦点検出可能ぐらい露光量をアンダーに設定すると人物が黒くつぶれてしまうことになる。

また図２の（Ｂ）の被写体状態は、窓から光が差し込む室内において、机の側面の影となっている部分で焦点検出評価を行って撮影を行おうとしている状況である。

この場合においては上記図２の（Ａ）とは逆に、焦点検出範囲を適正な露光量条件にすると机の上に置かれた花などの主被写体が白飛びをしてしまい、主被写体に適正になるように露光量条件を設定すると焦点検出範囲が黒つぶれして焦点検出不能となってしまうものである。

図３及び図４は、記録画像と焦点検出評価用画像の規定された１フレーム読み出し制御に関する図である。

ここでは規定されている１フレーム長（時間）は１／３０秒に設定されているものとしている。

１フレーム長の時間内で記録用画像と焦点検出評価用画像をそれぞれの画像の露光量が適正なものとなるように分割を行っている。

図３の（Ａ）は図２の（Ａ）で説明したような、主被写体に対して焦点検出範囲の被写体が高輝度なものであった場合での記録用画像と焦点検出評価用画像の分割方法の例を示している。

ここでは高速シャッター速度が１／１２０秒に設定ができる使用となっており規定１フレーム内で４枚の画像を取得できることを想定している。

そして複数画像合成により記録用画像を生成することが可能なものとしている。
制御の流れは後に説明を行うが、ここでは撮像素子の電気信号の出力ゲイン量が適正に調整されているものとする。

尚、記録画像範囲中における焦点検出範囲の部分的な被写体像読み出し構成に関しては、特開２００９―２０７０１２公報等の過去の文献に記されているものである。

２０１〜２０３は記録画像に用いられる分割フレームであり、２０４は焦点検出評価用に用いられる分割フレームである。
ここでは、２０４が焦点検出処理に適した露光量となるように前記ゲイン調整が行われており、記録用画像は２０１〜２０３分割フレーム画像の合成を行うことで適正な露光量の画像を生成するものである。

図３の（Ｂ）は、前記図３の（Ａ）とは逆に図２の（Ｂ）で説明を行ったように、主被写体に対して焦点検出範囲の被写体が低輝度なものであった場合においての記録用画像と焦点検出評価用画像の分割方法の例を示しているものである。

ここでも図３の（Ａ）と同様に撮像装置のシャッター速度が１／１２０秒の高速化に設定ができる仕様であり、規定された１フレーム長内で最高４枚の画像を取得可能であることを想定している。

そして取得した複数画像を合成することにより、焦点検出を行うための評価画像を生成することが可能なものである。

２１２〜２１４は焦点検出評価画像として用いられる分割フレームであり、２１１は記録画像として用いられる分割フレームである。

ここでは、２１１が記録画像として適した露光量となるように前記ゲイン調整が行われており、焦点検出評価用画像は２１２〜２１４分割フレーム画像の合成を行うことで適正な露光量の画像を取得できるものとする。

図４は、規定されている１／３０秒の１フレーム長以内で分割される分割フレームの露光時間を可変にすることが可能な撮像素子を用いたものであることを前提としている。

図４の（Ａ）は、前記した図３の（Ａ）と同様な状況においての撮影状態に関するものである。

ここでは、２２２が焦点検出を行うに適した露光量となるように前記のゲイン調整が行われており、前記した図３の（Ａ）における２０１〜２０３の分割フレームの合成露光量と等価な露光時間を設定したものを分割フレーム２２１としている。

また図４の（Ｂ）は、前記した図３の（Ｂ）と同様な状況での撮影状態に関するものである。

ここでは、２３１が記録画像として適した露光量となるように前記のゲイン調整が行われており、前記した図３の（Ｂ）における２１２〜２１４の分割フレームの合成露光量と等価な露光時間を設定したものを分割フレーム２３２としている。

図５〜図８は、図１で示した撮像装置の焦点検出動作に関する大まかな流れ図である。

前提として、何れもＳＴＡＲＴ時にはシャッターボタンの操作等で焦点検出動作が開始状態になっているとする。

またこの流れ図においては、１フレームにおける焦点検出工程や記録画像の取得を１区切りとしてＥＮＤとしているが、実際の撮影状態においてはＥＮＤとＳＴＡＲＴ間でループ処理がなされているものである。

また図５では、複数画像の合成処理を行うことで適正露光量になる画像を取得する手段を用いているものである。

ステップＳ１０１は規定された１フレーム長の撮影画像が適切な露光量になるように調整を行うもので、前記図１で説明した１０９の露光量調整手段により１１０のゲイン調整手段及び１１１の絞り制御手段に対して適正露光量になるような制御命令を与えるものである。

ここで、先ず初回の露光量の調整に関しては１フレーム画像の記録用画像と焦点検出用画像の露光量は等しいものとして焦点検出処理を開始する。

そして以下の処理により最適な露光量条件のフィードバック処理を行うものとする。

ステップＳ１０２は焦点検出を行う範囲の選択をするものである、そして選択は撮像装置に自動的に行わせても撮影者が任意に行っても良いものである。
ステップＳ１０３はステップＳ１０２で選択された焦点検出範囲の露光量の測定を行う。

そしてステップＳ１０４においてステップＳ１０３で測定された露光量が焦点検出を行うに際しての適正判断を行うものである。

前記ステップＳ１０４にて焦点検出範囲の露光量が適正であると判断された場合には、ステップＳ１０５はステップＳ１０１により得られている撮影画像をステップＳ１１０において指定された画像範囲での焦点検出処理を行い、一連の焦点検出フローを終了する。

一方、ステップＳ１０４にて焦点検出範囲の露光量がアンダーであると判断された場合には、処理はステップＳ１０６に移行する。

そして規定された１フレーム長内の１分割フレーム長が撮影画像の適正露光量になるように撮像素子の光電変換ゲイン値の調整処理を行う。

またステップＳ１０７では複数画像合成を行うために、規定された画像枚数内の画像合成により最適な露光量の画像が取得可能かの判断を行う。

そして規定枚数の合成では適正な露光量にならないと判断される場合においては、ステップＳ１１４で警告情報を発生させてステップＳ１０１に戻る。

他方、規定枚数の画像合成により適正な露光量の画像が取得可能であると判断された場合には、ステップＳ１０８にて焦点検出範囲の画像合成処理を適正な枚数分折り返して行う。

次にステップＳ１０９で合成画像を焦点検出用画像として、ステップＳ１１０で焦点検出画像範囲での焦点検出処理を行う、そして一連の焦点検出フローを終了する。

一方、ステップＳ１０４にて焦点検出範囲の露光量がオーバーであると判断された場合には、前記ステップＳ１０６以降の処理において撮影記録用画像と焦点検出用画像の扱いを逆になるような処理を行うものである。

具体的にはステップＳ１１１において、規定された１フレーム長内の１分割フレーム長が焦点検出用画像の適正露光量になるように撮像素子の光電変換ゲイン値の調整処理を行うものである。

そして次のステップＳ１１２で規定された画像枚数内での画像合成で撮影画像が適正露光量になるかどうかの判断を行う。

もしステップＳ１１２で規定された画像枚数内での画像合成では撮影画像の露光量のアンダー状態が改善できないと判断された場合にはステップＳ１１５で警告情報を発生してステップＳ１０１に戻るような処理を行う。

他方ステップＳ１１２において、規定画像枚数内で画像合成を行うことで撮影画像が適正な露光量になると判断された場合には、ステップＳ１１３で適正な露光量状態としている１分割フレームの焦点検出用画像を用いてステップＳ１１０で焦点検出処理を行った後に一連のフローを終えるものである。

図６は、図５で示した焦点検出動作に関する処理の流れと同時に行なわれる、記録画像処理の流れを示すものである。
図６においては図５と共通する処理に関しては同じステップ番号で示してある、そして図５で説明を行った箇所とは異なる処理に関してのみ説明を行うものである。

ステップＳ２０２は、前記ステップＳ１０４にて焦点検出範囲の露光量がオーバーであると判断を行った際には、Ｓ１１１でゲイン調整を行った後に撮影画像が規定枚数合成を行うことで適正露光量画像の取得が可能であると判断された場合に行う処理である。

そしてここでは適正露光量になるまで撮影用の画像合成を行うものである。

そしてステップＳ２０３で撮影用の合成画像を取得した後に、ステップＳ２０４にて撮影画像をフラッシュメモリーやハードディスク等に記録を行うものである。

他方ステップＳ２０１は、前記ステップＳ１０４にて焦点検出範囲の露光量がアンダーであると判断された場合の処理である。

撮影画像が次なるステップＳ１０６で１分割フレームが適正露光量になるようにゲイン調整処理を行い、ステップＳ１０７にて規定された画像枚数内で画像合成を行うことで焦点検出用画像が適正露光量になるかの判断を行うものである。

そして適正露光量になると判断した際には、先に適正露光量としている１分割フレームを撮影画像として用いる。

そしてステップＳ２０４で撮影用画像の記録を行い、フローを終了する。

図７は、１フレーム内での記録用画像と焦点検出用画像の蓄積時間配分の設定において、互いの画像が適正露光量になるような手段を用いているものである。

図７中のステップＳ１０１は規定された１フレーム長の撮影画像が前記図１で説明をしたようなゲイン調整や絞り径制御により適切な露光量になるような調整を行うものである。

ステップＳ１０２は焦点検出を行う範囲の選択をするものである。
選択方法は撮像装置に自動的に行わせても良く、撮影者が任意に行っても良いものである。

ステップＳ１０３はステップＳ１０２で選択された焦点検出範囲の露光量の測定を行うものであり、ステップＳ１０４においてステップＳ１０３で測定された露光量が焦点検出を行うに際して適正であるかどうかの判断を行う。

前記ステップＳ１０４にて焦点検出範囲の露光量が適正であると判断された場合においては、ステップＳ１０５で撮影画像を測距用画像とし、指定されている焦点検出用画像範囲をステップＳ１１０で焦点検出処理を行った後に一連の焦点検出フローを終了する。

一方ステップＳ１０４にて焦点検出範囲の露光量がアンダーであると判断された場合はステップＳ１０６に処理の移行を行い、規定された１フレーム長以内の時間で１分割フレームの電荷蓄積時間が撮影画像の適正露光量になるようにするために前記図１で説明を行ったようなゲイン値の調整を行う。

そしてステップＳ３０７において規定された１フレーム長以内での蓄積時間で焦点検出用画像が最適な露光量が得られるかの判断を行う。

この際、もし規定枚数の合成では適正な露光量にならないと判断された場合は、ステップＳ１１４で警告情報を発生させた後にステップＳ１０１に戻る処理を行う。

他方、規定された１フレーム長以内で適正な露光量の画像が取得できると判断した際には、ステップＳ３０８にて焦点検出範囲の適正露光量処理を行う。

そしてステップＳ１１０で指定された画像範囲での焦点検出処理を行い一連の焦点検出フローを終了する。

他方ステップＳ１０４で焦点検出範囲画像の露光量がオーバーであると判断された場合には、前記したステップＳ１０６以降の処理とは撮影記録用画像と焦点検出用画像の扱いを逆になるような処理を行うものである。

具体的には、次のステップＳ１１１において規定された１フレーム長の時間内で１分割フレームの蓄積時間が焦点検出用画像の適正露光量になるようにゲイン値の調整を行うものである。

そしてステップＳ３１２にて規定された１フレーム長以内の蓄積時間で撮影画像が適正露光量になるかの判断を行う。

もしステップＳ３１２で規定された１フレーム長時間内の蓄積時間では撮影画像の露光量のアンダー状態が改善できないと判断された場合にはステップＳ１１５で警告情報を発生した後にステップＳ１０１に戻る処理を行う。

他方ステップＳ３１２において、規定１フレーム長以内の蓄積時間で適正な露光量の撮影画像が得られると判断された場合には、ステップＳ１１３で適正露光量状態としている１分割フレーム画像を焦点検出用画像と設定して、ステップＳ１１０で焦点検出範囲での焦点検出処理を行った後に一連のフローを終える処理を行う。

図８は、前記図７の説明で示した焦点検出動作に関する処理の流れと同時に処理を行う記録画像処理の流れを示すものである。

図８においては図７と共通する処理に関しては同じステップ番号で示してあり、以下では図７で説明を行った箇所とは異なる処理に関してのみ説明を行うものである。

ステップＳ３０２は、前記ステップＳ１０４で焦点検出範囲の露光量がオーバーであると判断が行われた場合に、ステップＳ１１１にてゲイン調整処理を行うことで撮影画像が規定された１フレーム長時間内での蓄積時間で適正露光量状態の画像を取得すると判断される場合に行う処理である。

そして適正露光量状態になると判断された場合においては、適正露光量になるように蓄積時間を設定した後にステップＳ２０３で撮影用の合成画像を取得する処理を行い、その後にステップＳ２０４で撮影画像をフラッシュメモリーやハードディスク等に記録するものである。

他方ステップＳ３０１は、前記ステップＳ１０４にて焦点検出範囲の露光量がアンダーであると判断を行った場合の処理である。

具体的には、ステップＳ１０６で１分割フレームが撮影画像の適正露光量になるようにゲイン調整を行った後にステップＳ１０７にて規定１フレーム長時間内の蓄積時間で焦点検出用画像が適正露光量になるかの判断を行うものである。

そして適正露光量になると判断した際には、先の１分割フレームを撮影画像用として用い、Ｓ２０４にて撮影用画像の記録を行ってフローを終了する。

以上述べたような処理を行うことで、記録用画像と焦点検出用画像が共に最適な露光量状態となり、合焦精度の向上と良好な記録画像を取得できるような撮像装置を達成することができる。

以上述べた手段は、一眼レフカメラやコンパクトデジタルカメラの他にビデオカメラ等の撮像装置にも応用できるものである。

１００：撮像装置
１０１：第１レンズ群
１０２：第２レンズ群
１０３：第３レンズ群
１０４：絞り機構
１０５：撮像素子
１０６：画像信号抽出手段
１０７：第１の測光手段
１０８：第２の測光手段
１０９：露光量決定手段
１１０：ゲイン調整手段
１１１：絞り制御手段
１１２：記録用画像生成手段
１１３：画像記録手段
１１４：焦点検出評価用画像生成手段
１１５：焦点検出演算手段
１１６：フォーカス駆動手段
ＦＡ：焦点検出を行う範囲
２０１：撮影記録用の１番目の分割フレーム
２０２：撮影記録用の２番目の分割フレーム
２０３：撮影記録用の３番目の分割フレーム
２０４：焦点検出評価用の１番目の分割フレーム
２１１：
撮影記録用の１番目の分割フレーム
２１２：焦点検出評価用の１番目の分割フレーム
２１３：焦点検出評価用の２番目の分割フレーム
２１４：焦点検出評価用の３番目の分割フレーム
２２１：撮影記録用の分割フレーム
２２２：焦点検出評価用の分割フレーム
２３１：撮影記録用の分割フレーム
２３２：焦点検出評価用の分割フレーム

Claims (3)

1. 撮影記録用に規定された１フレームレートを時系列に分割して複数画像が取り込めるような撮像装置において、
   撮影画像中での測光範囲が異なる第１及び第２の測光範囲を測光する測光手段とを有し、前記測光手段の結果にもとづいて１フレームレート内での前記第１及び第２の測光範囲における露光量を決定する手段を有する撮像装置。
2. 前記露光量の決定結果に基づいて、記録用画像及び焦点検出用画像を何枚合成するかを判断するための画像合成判断手段を有することを特徴する請求項に１記載の撮像装置。
3. 前記露光量の決定結果に基づいて、１フレームレート内での記録用画像及び焦点検出用画像の露光時間を決定する露光時間決定手段を有することを特徴する請求項１に記載の撮像装置。