JP2016012812A - 撮像装置、制御方法、プログラム及び記憶媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】 フリッカーが生じる光源下で撮影しても良好な画像を取得することができるようにする。
【解決手段】 撮像素子を遮光する第１の状態と前記撮像素子を遮光しない第２の状態とに変更可能なシャッターと、前記撮像素子の露光時間を設定する設定手段と、測光手段の測光結果に基づいて、測光対象からの光の光量変化特性を算出する算出手段と、前記算出手段により算出された光量変化特性に基づいて、前記測光対象からの光の光量変化周期が所定の条件を満たすタイミングに合わせて基準信号を生成する生成手段と、前記生成手段により生成された基準信号と前記設定手段により設定された露光時間とに基づいて、前記所定の条件を満たすタイミングに合わせて撮影を行うときの、前記シャッターの状態を前記第１の状態から前記第２の状態へ変更させる動作を開始させる開始タイミングを決定する決定手段と、を有する。
【選択図】 図６

Description

本発明は、撮像装置に関し、特に蛍光灯下などの人工光源下で発生するフリッカーの影響を抑える技術に関するものである。

近年、デジタルカメラや携帯電話などの撮像装置の高感度化が進んでいる。そのため、室内のような比較的暗い環境下においても、シャッタースピードを高速にした（露光時間を短くした）撮影により、ブレを抑えた明るい画像を取得することが可能になってきている。

また、室内光源として普及している蛍光灯は商用電源周波数の影響により、周期的に照明光がゆらぐ現象であるフリッカーが生じる。このようなフリッカーが生じる光源（以下、フリッカー光源とする）下でシャッタースピードを高速にした撮影を行うと、１つの画像内で露出ムラや色ムラが発生したり、連続して撮影した複数の画像間で露出や色温度のばらつきが発生したりする場合がある。

このような問題に対して、特許文献１では、照明光のフリッカーの状態を検出し、露光時間の中心が照明光の光量が極大値を示すタイミングと略一致するように撮像タイミングを調節する技術が提案されている。

特開２００６−２２２９３５号公報

しかしながら、特許文献１には、照明光量の極大値と露光期間の中央が略一致するように露光開始時刻を調整することが記載されているが、具体的な方法について記載されていない。そのため、撮影条件に合わせて適正な露光開始時刻に調整できない場合、良好な画像を取得することができない。

そこで、本発明は、フリッカーが生じる光源下で撮影しても良好な画像を取得することができるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る撮像装置は、撮像素子と、前記撮像素子を遮光する第１の状態と前記撮像素子を遮光しない第２の状態とに変更可能なシャッターと、前記撮像素子の露光時間を設定する設定手段と、測光手段と、前記測光手段の測光結果に基づいて、測光対象からの光の光量変化特性を算出する算出手段と、前記算出手段により算出された光量変化特性に基づいて、前記測光対象からの光の光量変化周期の所定のタイミングに合わせて基準信号を生成する生成手段と、前記生成手段により生成された基準信号と前記設定手段により設定された露光時間とに基づいて、前記所定のタイミングに合わせて撮影を行うときの、前記シャッターの状態を前記第１の状態から前記第２の状態へ変更させる動作を開始させる開始タイミングを決定する決定手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、フリッカーが生じる光源下で撮影しても良好な画像を取得することができる。

本発明の実施形態に係る撮像装置の概略構成図である。 ＩＣＰＵ１１２が光量変化特性の算出結果に応じた信号をカメラマイコン１０１に送信する処理を説明する図である。 フリッカー光源のピークタイミングに対応したフリッカー基準信号が送信されるタイミングを示す図である。 フリッカー光源のボトムタイミングに対応したフリッカー基準信号が送信されるタイミングを示す図である。 カメラマイコン１０１がＩＣＰＵ１１２から送信される信号に基づいてシャッターを制御する処理を説明する図である。 シャッタースピードに応じたシャッター開始タイミングを示す図である。 シャッタースピードに応じたシャッター開始タイミングを示す図である。

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本実施形態に係る撮像装置の概略構成図である。本実施形態に係る撮像装置は、カメラ本体１００と、カメラ本体１００に着脱可能なレンズユニット２００を含む。

まず、カメラ本体１００の構成について説明する。マイクロコンピュータＣＰＵ（以下、カメラマイコン）１０１は、カメラ本体１００の各部を制御する。メモリ１０２は、カメラマイコン１０１に接続されているＲＡＭやＲＯＭ等のメモリである。

撮像素子１０３は、赤外カットフィルタやローパスフィルタ等を含むＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の撮像素子であり、レンズユニット２００を介して入射した光束を光電変換して画像信号を出力する。

シャッター１０４は、レンズユニット２００を介して入射した光束から撮像素子１０３を遮光する遮光状態、及び、レンズユニット２００を介して入射した光束を撮像素子１０３に導く退避状態となるように走行する。すなわち、シャッター１０４は、撮像素子１０３を遮光する第１の状態と撮像素子１０３を遮光しない第２の状態とに変更可能である。

ハーフミラー１０５は、レンズユニット２００を介して入射した光束を撮像素子１０３へ導く位置（ミラーアップ状態）と測光センサ１０８へ導く位置（ミラーダウン状態）とに移動可能である。すなわち、ハーフミラー１０５は、撮像素子１０３へ導く状態と測光センサ１０８へ導く状態とに、レンズユニット２００を介して入射した光束の光路変更を行う。また、測光センサ１０８へ導く位置にある場合には、レンズユニット２００を介して入射した光束をピント板１０６に結像させる。

表示素子１０７は、ＰＮ液晶等を用いた表示素子であり、自動焦点調節制御（ＡＦ制御）に用いられる焦点検出領域を示す枠（ＡＦ枠）などを表示する。測光センサ１０８は、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の入射光量に応じた電荷を蓄積する電荷蓄積型撮像素子を使用することにより、出力される画像信号に基づいて測光だけでなく被写体の顔検出や被写体追尾、フリッカーの検出などを行うことができる。ペンタプリズム１０９は、ハーフミラー１０５で反射されたレンズユニット２００を介して入射した光束を測光センサ１０８及び不図示の光学ファインダに導く。焦点検出回路１１０は、ＡＦ制御のために焦点検出を行うものであって、ＡＦミラー１１１により、レンズユニット２００を介して入射しハーフミラー１０５を通過した光束の一部が導かれる。

ＣＰＵ１１２は、測光センサ１０８の駆動制御や画像処理・演算用のＣＰＵ（以下ＩＣＰＵとする）であって、測光センサ１０８からの出力信号（画像信号）に基づいて測光、被写体の顔検出、被写体追尾などに関わる各種演算を行う。また、ＩＣＰＵ１１２は、測光センサ１０８からの出力信号（画像信号）に基づいて、測光対象からの光の光量変化周期や光量が所定の条件を満たすタイミング（例えば、光量が最大となるタイミングや最小となるタイミング）などの光量変化特性を算出する。メモリ１１３は、ＩＣＰＵ１１２に接続されているＲＡＭやＲＯＭ等のメモリである。なお、本実施形態では、カメラマイコン１０１とは別にＩＣＰＵ１１２を有する構成を説明するが、ＩＣＰＵ１１２で実行する処理をカメラマイコン１０１で実行する構成でも構わない。

操作部１１４は、ユーザがカメラ本体１００に撮影準備動作の開始指示や撮影動作の開始指示を行うためのレリーズボタンや、ユーザがカメラ本体１００の各種設定を行うための設定ボタンなどを含む。また、操作部１１４は、ユーザがカメラ本体１００の電源のオンオフを切り替えるための電源スイッチや、ユーザがカメラ本体１００の動作モードを複数のモードの中から選択するためのモードダイヤル、タッチパネルなどを含む。

次に、レンズユニット２００の構成について説明する。レンズＣＰＵ２０１（以下、ＬＰＵとする）は、レンズユニット２００の各部、例えば、フォーカスレンズ、ズームレンズ、絞りの駆動部などを制御するものであって、レンズに関する情報をカメラマイコン１０１に送信する。

次に、ＩＣＰＵ１１２が測光対象からの光の光量変化特性として光量変化周期や光量が所定の条件を満たすタイミングを算出して、カメラマイコン１０１に算出結果に応じた信号を送信する処理について図２を用いて説明する。図２のフローチャートは、カメラ本体１００の電源が投入されたことに応じて開始される。

まず、カメラ本体１００の電源が投入されＩＣＰＵ１１２が起動すると、ステップＳ１００にてＩＣＰＵ１１２はカメラマイコン１０１からの測光要求があるか否かを判定する。ステップＳ１００で測光要求があると判定するとステップＳ１０１へ進み、ＩＣＰＵ１１２は通常測光を行う。この通常測光では、ＩＣＰＵ１１２は、測光センサ１０８による蓄積を所定時間行わせ、得られた画像信号に基づいて測光演算を行う。そして、測光結果として測光値をカメラマイコン１０１に送信する。

ステップＳ１０２にてＩＣＰＵ１１２は、フリッカー検出用蓄積及び読み出し動作を行わせる。このフリッカー検出用蓄積及び読み出し動作では、ＩＣＰＵ１１２は、測光対象からの光の光量変化周期や光量が所定の条件を満たすタイミングが算出できる画像信号を得られるように測光センサ１０８の蓄積時間や蓄積回数を制御する。例えば、１回の蓄積時間をフリッカー光源の光量変化周期よりも短い時間にして、光量変化周期の１周期よりも長い期間連続して測光センサ１０８に複数回の蓄積を行わせる。なお、フリッカー光源の光量変化周期を正確に算出するためには、連続して複数階の蓄積を行う期間（フリッカー検出用蓄積期間）は、光量変化周期の２周期以上の長さが望ましい。

次に、ＩＣＰＵ１１２は、フリッカー検出用蓄積を行い読み出された複数の画像信号に基づいて、測光対象からの光の光量変化周期や光量が所定の条件を満たすタイミングの算出（以下、フリッカー検出演算とする）を行う。このフリッカー検出演算では、測光対象からの光の光量変化周期が、フリッカーなし、１０ｍｓ（１００Ｈｚ）、８，３３ｍｓ（１２おＨｚ）のいずれに該当するかを演算により求める。

光量変化周期の求め方は、ステップＳ１０２で得られた画像信号を用いればよく、例えば、複数の画像信号の輝度成分を比較して、差分が最小となる組の蓄積タイミングの差から周期を求めるようにすればよい。また、いずれの画像信号間で輝度信号を比較しても差分が所定値以上とならない場合はフリッカーなしとすればよい。ＩＣＰＵ１１２は、求めたフリッカーの有無やフリッカー光源の光量変化周期などを示す光量変化周期に関する情報をカメラマイコン１０１に送信する。

さらに、ステップＳ１０３にてＩＣＰＵ１１２は、フリッカーありの場合は、光量が所定の条件を満たすタイミングの算出を行う。本実施形態では、光量が所定の条件を満たすタイミングとして光量が最大となるタイミング（ピークタイミング）を算出する場合について以下の説明を行うが、光量が最小となるタイミング（ボトムタイミング）であってもよい。なお、ピークタイミングの算出方法は特に限定されない。例えば、ステップＳ１０２で得られた複数の画像信号のうち輝度成分が最大となるもの及びその前後の画像信号を含む複数の画像信号を用いて、ピークタイミングがいつになるかを推定するようにしてもよい。

次に、ステップＳ１０４にてＩＣＰＵ１１２は、ステップＳ１０３にて算出した光量変化特性に基づいて、フリッカー基準信号を生成してカメラマイコン１０１に送信する。このフリッカー基準信号は、フリッカー光源の光量変化周期のピークタイミングに同期させてカメラマイコン１０１に送信される。図３は、フリッカー基準信号が送信されるタイミングを示す図である。なお、図３では、フリッカー検出用蓄積期間を光量変化周期の２周期の長さと等しくしている。また、図３では、ステップＳ１０２、１０３、１０４の各ステップの実施タイミングも示している。

図３に示すように、ＩＣＰＵ１１２は、１つ目の光量変化周期と２つ目の光量変化周期とに合わせてフリッカー検出用蓄積を行わせて、そのあとフリッカー検出演算を行う。このフリッカー検出演算によってフリッカー光源の光量のピークタイミングがわかるので、ＩＣＰＵ１１２は、フリッカー検出演算の後にくるフリッカー光源の光量のピークタイミングに同期させてフリッカー基準信号をカメラマイコン１０１に送信する。

なお、図３はフリッカー光源の光量のピークタイミングに同期させてフリッカー基準信号を送信する例を示しているが、フリッカー光源の光量のボトムタイミングに同期させてフリッカー基準信号を送信する場合、図４に示すようにフリッカー基準信号を送信する。

続いて、カメラマイコン１０１がＩＣＰＵ１１２から送信される信号に基づいてシャッターを制御する処理について図５を用いて説明する。図５のフローチャートは、カメラ本体１００の電源が投入されたことに応じて開始される。まず、カメラ本体１００の電源が投入されカメラマイコン１０１が起動すると、ステップＳ２００にてカメラマイコン１０１はユーザによりレリーズボタンが操作されて撮影準備動作の開始指示がなされたか否かを判定する。撮影準備動作の開始指示がなされたと判定した場合には、ステップＳ２０１にてカメラマイコン１０１は、ＩＣＰＵ１１２に測光要求を送信する。

ステップＳ２０１でＩＣＰＵ１１２の測光要求を送信した後、ステップＳ２０２にてカメラマイコン１０１は、ＩＣＰＵ１１２から測光値を受信したか否かを判定する。

ＩＣＰＵ１１２から測光値を受信すると、ステップＳ２０３にてカメラマイコン１０１は、受信した測光値に基づいて、絞り値、シャッタースピード（露光時間）、撮影感度などの露出制御値の演算（露出演算）を行う。なお、露出演算方法は、メモリ１０２にあらかじめ記憶されたプログラム線図を用いて公知の方法により決定する。

次に、ステップＳ２０４にてカメラマイコン１０１は、ＩＣＰＵ１１２から光量変化周期に関する情報を受信したか否かを判定する。

光量変化周期に関する情報を受信すると、ステップＳ２０５にてカメラマイコン１０１は、受信した情報に基づいてフリッカーの有無を判定する。フリッカーがありと判定した場合（受信した光量変化周期に関する情報がフリッカー光源の光量変化周期を含む場合）、ステップＳ２０６へ進み、フリッカーなしと判定した場合、ステップＳ２０８へ進む。

フリッカーがありと判定した場合、ステップＳ２０６にてカメラマイコン１０１は、フリッカー基準信号を受信したか否かを判定する。フリッカー基準信号を受信した場合、ステップＳ２０７にてカメラマイコン１０１は、フリッカー基準信号を受信した時刻をメモリ１０２に記憶させる。次に、ステップＳ２０８にてカメラマイコン１０１は、ユーザにレリーズボタンが操作されて撮影動作の開始指示がなされたか否かを判定する。撮影動作の開始指示がなされたと判定した場合はステップＳ２０９へ進み、撮影動作の開始指示がなされたと判定しない場合はステップＳ２００へ戻る。

ステップＳ２０９にてカメラマイコン１０１は、シャッター１０４の状態を第１の状態から第２の状態へ変更させる動作を開始させる開始タイミング（以下では、シャッター開始タイミングとする）を算出する。ここで、シャッター開始タイミングの算出方法について、図６及び７を用いて説明する。本実施形態では、図６及び７に示すように、シャッター開始信号が送信されてから実際にシャッター１０４が移動を開始するまでには、シャッター走行特性Ｔ＿ＳｈｕｔｔｅｒＲｅｓｐｏｓｅで表す遅延時間が生じるものとする。この遅延時間はシャッター１０４のメカ機構に起因するものであって、シャッター走行特性Ｔ＿ＳｈｕｔｔｅｒＲｅｓｐｏｓｅは工場出荷前に測定されあらかじめメモリ１０２に記憶されている。なお、シャッター１０４の状態を変更させる代わりに、撮像素子１０３を制御して露光開始タイミングを領域ごとに変更させる。いわゆる電子シャッターを利用する場合には、このＴ＿ＳｈｕｔｔｅｒＲｅｓｐｏｓｅは無視すればよい。

図６は、フリッカー基準信号を受信してから光量変化周期の１周期分の時間が経過したタイミングに露光期間の中央がくるようにシャッター開始タイミングを制御する場合を示す図である。

カメラマイコン１０１は、光量変化のピークタイミング（Ａ）に同期したフリッカー基準信号を受信すると、図６及び７のＢとＣで示されるように、別途受信した光量変化周期（フリッカ周期λ）の整数倍の時間が経過した後にピークタイミングがくると推定する。そして、Ｂで示すタイミングが露光期間の中央にくるようにシャッター開始タイミングを制御する場合は図６に示すようにシャッター開始信号を出力する。同様に、Ｃで示すタイミングが露光期間の中央にくるようにシャッター開始タイミングを制御する場合は図７に示すようにシャッター開始信号を出力する。

Ｂで示すタイミングが露光期間の中央がくるようにシャッター開始タイミングを制御する場合、シャッター開始信号を送信するシャッター開始タイミングＴｓｔａｒｔ（１）は、以下の式（１）で算出される。
Ｔｓｔａｒｔ（１）＝Ｔｂａｓｅ＋（λ×１）−（Ｔｖ／２）−（Ｔ＿Ｒｕｎ／２）−Ｔ＿ＳｈｕｔｔｅｒＲｅｓｐｏｓｅ ・・・（１）

ここで、Ｔｂａｓｅはフリッカー基準信号を受信した時刻、λは光量変化周期、ＴｖはステップＳ２０３で演算したシャッタースピード、Ｔ＿Ｒｕｎはシャッター１０４が撮像素子１０３の撮像領域の一方の端から他方の端まで移動するのに要する時間である。

Ｃで示すタイミングが露光期間の中央がくるようにシャッター開始タイミングを制御する場合には、式（１）の（λ×１）を（λ×２）に変更すればよい。同様に、フリッカー基準信号を受信してからｎ番目（ｎは自然数）のピークタイミングが露光期間の中央がくるようにシャッター開始タイミングを制御する場合には、式（１）の（λ×１）を（λ×ｎ）に変更すればよい。なお、ｎが小さいほどレリーズタイムラグを抑制することができるため、カメラマイコン１０は、シャッター開始タイミングの算出を開始した時刻以降で、最も小さいｎから算出したＴｓｔａｒｔ（ｎ）をメモリ１０２に記憶させる。

また、式（１）からわかるように、シャッタースピードに応じてシャッター開始タイミングは異なり、図６及び７では、シャッタースピードが１／１０００秒のときと１／２００のときとを示していている。

次に、ステップＳ２１０にてカメラマイコン１０１は、ステップＳ２０９でメモリ１０２に記憶させたシャッター開始タイミングが示す時刻となるまで待機する。前述した式（１）からわかるように、算出されるシャッター開始タイミングは光量変化周期λの間隔となるので、ステップＳ２１０での待機時間は最長でも光量変化周期λと等しい時間となる。

メモリ１０２に記憶させたシャッター開始タイミングが示す時刻となると、ステップＳ２１１カメラマイコン１０１は、シャッター開始信号を出力してシャッター１０４の状態を第１の状態から第２の状態へ変更させる動作の開始を指示する。

シャッター１０４の状態の変更が開始され、ステップＳ２１２にてカメラマイコン１０１は、ステップＳ２０３で演算したシャッタースピードに相当する時間が経過して露光が終了するとステップＳ２００に戻る。

以上のように、本発明によれば、フリッカーが生じる光源下で撮影しても、シャッタースピードによらずレリーズタイムラグを抑えながら良好な画像を取得することができる。

なお、本実施形態では、カメラマイコン１０１とＩＣＰＵ１１２とを有する構成を説明したが、ＩＣＰＵ１１２を有していない構成であっても、ＩＣＰＵ１１２が実行する処理をカメラマイコン１０１が実行すればよい。

また、本実施形態では、光量変化周期のピークタイミングが露光期間の中央となるようにシャッター開始タイミングを制御したが、シャッター１０４の走行特性によっては、光量変化周期のピークタイミングを露光期間の中央にしないほうが良好な画像が得られる。そこで、シャッター１０４の走行特性に基づいて、光量変化周期のピークタイミングを露光期間の中央からシフトさせてもよい。

また、本実施形態では、光量変化周期のピークタイミングが露光期間の中央となるようにシャッター開始タイミングを制御したが、光量の変化率が所定値未満の期間であれば比較的良好な画像が得られる。そこで、光量の変化率が所定値未満の期間に露光期間が含まれるのであれば、光量変化周期のピークタイミング以外の所定のタイミングが露光期間の中央となるようにシャッター開始タイミングを制御してもよい。

また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、本実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステムあるいは装置に供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵなど）がプログラムを読み出して実行する処理である。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

１００ カメラ本体
１０１ カメラマイコン
１０３ 撮像素子
１０４ シャッター
１０８ 測光センサ
１１２ ＩＣＰＵ

Claims (9)

1. 撮像素子と、
   前記撮像素子を遮光する第１の状態と前記撮像素子を遮光しない第２の状態とに変更可能なシャッターと、
   前記撮像素子の露光時間を設定する設定手段と、
   測光手段と、
   前記測光手段の測光結果に基づいて、測光対象からの光の光量変化特性を算出する算出手段と、
   前記算出手段により算出された光量変化特性に基づいて、前記測光対象からの光の光量変化周期が所定の条件を満たすタイミングに合わせて基準信号を生成する生成手段と、
   前記生成手段により生成された基準信号と前記設定手段により設定された露光時間とに基づいて、前記所定の条件を満たすタイミングに合わせて撮影を行うときの、前記シャッターの状態を前記第１の状態から前記第２の状態へ変更させる動作を開始させる開始タイミングを決定する決定手段と、を有することを特徴とする撮像装置。
2. 前記所定の条件を満たすタイミングは、前記測光対象からの光の光量変化周期のピークタイミングであることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記所定の条件を満たすタイミングは、前記測光対象からの光の光量変化周期のボトムタイミングであることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
4. 前記決定手段により決定された前記開始タイミングに基づいて、前記シャッターの状態を前記第１の状態から前記第２の状態へ変更させる動作を開始させるための信号を出力する出力手段をさらに有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の撮像装置。
5. 前記生成手段により前記基準信号が生成された時刻を記憶する記憶手段をさらに有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の撮像装置。
6. 前記記憶手段に記憶された時刻と前記測光対象からの光の光量変化周期と前記設定手段により設定された露光時間とに基づいて、前記開始タイミングを決定することを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
7. 撮像素子と、前記撮像素子を遮光する第１の状態と前記撮像素子を遮光しない第２の状態とに変更可能なシャッターと、を有する撮像装置の制御方法であって、
   前記撮像素子の露光時間を設定する設定ステップと、
   測光ステップと、
   前記測光ステップの測光結果に基づいて、測光対象からの光の光量変化特性を算出する算出ステップと、
   前記算出ステップで算出された光量変化特性に基づいて、前記測光対象からの光の光量変化周期が所定の条件を満たすタイミングに合わせて基準信号を生成する生成ステップと、
   前記生成ステップで生成された基準信号と前記設定ステップで設定された露光時間とに基づいて、前記所定の条件を満たすタイミングに合わせて撮影を行うときの、前記シャッターの状態を前記第１の状態から前記第２の状態へ変更させる動作を開始させる開始タイミングを決定する決定ステップと、を有することを特徴とする撮像装置の制御方法。
8. 請求項７に記載の制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
9. コンピュータに、請求項７に記載された制御方法を実行させるためのプログラムを記憶したコンピュータにより読み取り可能な記憶媒体。

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