JP2021016037A - Imaging device and method of controlling the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、撮像装置およびその制御方法に関し、特に蓄積振れを抑えた画像を取得することが可能な撮像装置に関するものである。 The present invention relates to an image pickup device and a control method thereof, and more particularly to an image pickup device capable of acquiring an image in which accumulated runout is suppressed.
近年、普及しているデジタルカメラ(以降、カメラ)では、撮影前に露光条件(露光時間)を設定して露光を行うことで、画像データを取得することが一般的である。このとき、予め設定した露光時間が長い場合には、手振れや被写体の動きによって露光時間中のブレが発生し、蓄積振れが発生した画像が撮像されることがある。 In recent years, in digital cameras (hereinafter referred to as cameras) that have become widespread, it is common to acquire image data by setting exposure conditions (exposure time) and performing exposure before shooting. At this time, if the preset exposure time is long, blurring may occur during the exposure time due to camera shake or movement of the subject, and an image in which accumulated shake may occur may be captured.
それに対して、デジタルカメラの多くは、画像の振れを低減させるために、手振れ補正機能を備えている。例えば、筐体内の撮像素子を移動させることで手振れを打ち消すイメージャーシフト式手振れ補正、レンズ側を駆動させる光学式タイプの補正方式や、撮像素子上で撮像した画像を切り出す画像処理による補正方式などがある。 On the other hand, many digital cameras are provided with an image stabilization function in order to reduce image shake. For example, imager shift type image stabilization that cancels camera shake by moving the image sensor inside the housing, optical type correction method that drives the lens side, correction method by image processing that cuts out the image captured on the image sensor, etc. There is.
特許文献1は、イメージャーシフト式の振れ補正機能を有した撮像装置において、振れの検出結果に基づいて移動させた撮像素子の移動量を算出し、撮像素子の移動分に対して電子先幕のリセットタイミングを調整して露光量の調整を行っている。これにより、イメージャーシフト式の振れ補正が行われる場合に、撮像素子のシフト量に応じて電子先幕とメカ後幕の間のスリット幅が上部と下部で均一になるように制御することで、振れを抑えつつ画面全体の光量が均一な画像を生成することができる。
しかしながら参考文献1によれば、手振れ補正が働く補正範囲では撮像素子を移動させ、手振れを抑えつつスリット幅の上部と下部での光量を均一にするように調整が行える一方で、撮像素子を動かす具材の可動限界範囲以上の手振れを補正することはできない。したがって、露光期間中に大きな振れが発生した場合には、振れの影響で蓄積振れした画像となってしまい、画像の上下のラインの明るさの違いよりも許容しがたい蓄積振れした画像になってしまう。
However, according to
そこで、本発明の目的は、露光期間中に大きな振れが発生する場合にも、振れを抑えた画像を取得することが可能な手段を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a means capable of acquiring an image in which the shake is suppressed even when a large shake occurs during the exposure period.
上記目的を達成するために、本発明は、複数の画素からなる撮像素子を備え、所定の露光時間を含む露光条件に基づいて被写体を撮像して画像を生成する撮像手段と、第1の方式で前記撮像素子の露光を制御する第1の露光手段と、第2の方式で前記撮像素子の露光を制御する第2の露光手段と、前記撮像手段又は前記被写体の動きを検出する検出手段と、前記第1の露光手段による露光を開始したあと前記所定の露光時間を経過する前に、前記検出手段により所定より大きい動きが検出された場合は、前記第2の露光手段により前記露光を終了する制御手段と、を有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention includes an imaging means including an imaging element composed of a plurality of pixels, imaging a subject based on exposure conditions including a predetermined exposure time, and generating an image, and a first method. A first exposure means for controlling the exposure of the image pickup element, a second exposure means for controlling the exposure of the image pickup element by a second method, and a detection means for detecting the movement of the image pickup means or the subject. If a movement larger than a predetermined value is detected by the detection means after the exposure by the first exposure means is started and before the predetermined exposure time elapses, the exposure is ended by the second exposure means. It is characterized by having a control means for the operation.
本発明によれば、露光期間中に大きな振れが発生する場合にも振れを抑えた画像を取得することが可能な撮像装置を提供することを目的とする。 According to an object of the present invention, it is an object of the present invention to provide an image pickup apparatus capable of acquiring an image in which the shake is suppressed even when a large shake occurs during an exposure period.
以下、本発明の好適な一実施形態について、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に説明する一実施形態は撮像装置であり、一例としてのデジタルカメラ(以降、カメラ)に本発明を適用した例を説明する。 Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. An embodiment described below is an imaging device, and an example in which the present invention is applied to a digital camera (hereinafter referred to as a camera) as an example will be described.
(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態は、一例として、後述する電子シャッタ方式の撮影時に、露光期間中のカメラの振れ量を検出し、検出した振れ量を元にメカシャッタを駆動させて露光時間を制御するカメラに関して説明を行う。
(First Embodiment)
In the first embodiment of the present invention, as an example, when shooting with the electronic shutter method described later, the amount of camera shake during the exposure period is detected, and the mechanical shutter is driven based on the detected amount of shake to control the exposure time. I will explain about the camera to be used.
以下、本発明の実施形態に係る撮像装置(カメラ)の構成例について図1を参照して説明する。図1は、本発明の実施形態に係るカメラ100の構成例を示すブロック図である。
Hereinafter, a configuration example of the imaging device (camera) according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of the
制御部101は、例えばCPUであり、カメラ100が備える各ブロックに対する制御プログラムを後述のROM102より読み出し、後述のRAM103に展開して実行する。これにより、カメラ100全体を制御して、カメラ100が備える各ブロックの機能を実行する。
The
ROM102は、電気的に消去・記録可能な不揮発性メモリであり、カメラ100が備える各ブロックの動作プログラムに加え、各ブロックの動作に必要なパラメータ等を記憶する。
The
RAM103は、書き換え可能な揮発性メモリであり、制御部101等が実行するプログラムの展開や、カメラ100が備える各ブロックの動作で生成等されたデータの一時的な記憶等に用いられる。
The
光学系104は、例えば、ズームレンズ、フォーカスレンズなどの光学素子を含むレンズ群で構成され、入射した被写体像を後述の撮像素子105の撮像面上に結像する。
The
撮像素子105は、例えばCCDやCMOSセンサ等で構成される。撮像素子105の各画素は、露光されている間、光学系104により撮像素子105の撮像面上に結像された光学像を光電変換し、得られたアナログ画像信号を後述のA/D変換部106に出力する。
The
A/D変換部106は、入力されたアナログ画像信号をデジタル画像データに変換し、A/D変換部106から出力されたデジタル画像データは、RAM103に一時的に記憶される。
The A /
画像処理部107は、RAM103に記憶されている画像データに対して、ホワイトバランス調整、色補間、ガンマ処理など、様々な画像処理を適用して画像を生成する。また、撮像した画像信号を用いて、所定の演算処理が行われ、得られた演算結果に基づいて、後述するパルス発生部109や垂直駆動変調部110による露光制御や、測距制御など、撮像制御が行われる。
The
記録部108は、着脱可能なメモリカード等であり、画像処理部107で処理された画像データを記録画像として記録する。
The
パルス発生部109は、非撮影状態から撮影状態に移行した際に、撮像素子105に走査クロック(水平駆動パルス)や所定の制御パルスを供給する。パルス発生部109で発生した走査クロックのうち、垂直走査用のクロックは、後述の垂直駆動変調部110に入力する。
The
垂直駆動変調部110は、パルス発生部109で発生した走査クロック信号のうち、垂直走査用のクロックを所定のクロック周波数に変調し、撮像素子105に入力する。この垂直駆動変調部110によって、複数の画素からなる撮像素子105のライン毎に行われるリセット走査および読み出しの走査パターンが決定される。この撮像素子105のライン毎のリセット走査および読み出し走査により、電子シャッタとしての機能を実現する。
The vertical
ジャイロセンサ111は、角速度を検出する動き検知センサであり、カメラの振れの大きさを判別する。
The
メカシャッタ112は、撮像素子105に入射する光を物理的に遮る遮光機構を実現する開閉式のシャッタ機構で、複数の遮光羽根で構成される。制御部101は、メカシャッタ112の走行を開始させるタイミングを調整することで露光時間(シャッタースピード)を制御することができる。本実施形態において、メカシャッタ112は、メカ後幕シャッタとしての機能を実現する。
The
表示部113は、LCD等の表示デバイスであり、RAM103に記憶されている画像や記録部108に記録されている画像の表示、ユーザの指示を受け付けるための操作ユーザインターフェイスの表示等を行う。また、表示部113は、準備撮影中に構図合わせ等のために撮像素子105が撮像した画像を表示(ライブビュー表示)する。
The
以上、カメラ100の構成について説明した。
The configuration of the
続いて、撮像装置の電子制御の先幕(以降、電子先幕)とメカニカルシャッタの後幕(以降、メカ後幕)を併用した電子先幕シャッタ方式の構成と撮影動作について図2を用いて詳細に説明する。この電子先幕シャッタ方式の動作は、まず、電子先幕により撮像素子の画素の蓄積電荷量をゼロにするリセット操作がライン毎に行われる。その後、リセット操作を行った撮像素子のライン毎に、所定の時間を経過してから、メカ後幕を実行し、撮像素子に入ってくる光を遮断した後に蓄積した電荷を読み出す走査を行うことで、露光時間を制御するカメラのシャッタ機構を実現している。 Next, FIG. 2 is used to describe the configuration and shooting operation of the electronic front curtain shutter system in which the electronically controlled front curtain (hereinafter, electronic front curtain) of the image pickup apparatus and the rear curtain of the mechanical shutter (hereinafter, mechanical rear curtain) are used together. This will be described in detail. In the operation of this electronic front curtain shutter method, first, a reset operation is performed for each line by using the electronic front curtain to reduce the accumulated charge amount of the pixels of the image sensor to zero. After that, for each line of the image sensor that has undergone the reset operation, after a predetermined time has elapsed, the mechanical rear curtain is executed, the light entering the image sensor is blocked, and then the accumulated charge is read out. Therefore, the shutter mechanism of the camera that controls the exposure time is realized.
図2は、電子先幕シャッタの例を示す正面図であり、撮像素子105およびメカ後幕203をレンズ側から光軸方向に沿ってみた様子を示す。撮影が開始された後の撮像素子105で行われるリセット走査及び、メカ後幕203が走行途中である時の状態を示しており、メカシャッタ112で構成されるメカ後幕203が、撮像素子105の一部の領域を遮光している状態である。矢印201は、リセット走査の方向(電子先幕207の走行方向)とメカ後幕203の走行方向を示している。リセットライン208は、撮像素子105で行われるリセット走査のライン(リセットライン)であり、リセットライン208に沿ってライン毎に画素の蓄積電荷量がゼロにリセットされる。
FIG. 2 is a front view showing an example of an electronic front curtain shutter, and shows a state in which the
リセットライン208とメカ後幕203の端部205との間のスリットによって形成される領域206は、電子先幕207とメカ後幕203の走行にしたがって矢印201の方向へ移動していくように制御する。リセットライン208が通過してから、つまり画素が矢印201の方向ヘライン毎に順次リセットされてから、メカ後幕203によって遮光状態となるまでの時間が、画素の露光による電荷蓄積時間となる。このように、リセットライン208が矢印201の方向へ走行してライン毎の電荷蓄積が開始されるので、電荷蓄積の開始タイミングは撮像素子105のライン毎に異なる。
The
次に、図3を用いて、本実施形態に係る電子シャッタ方式による電荷蓄積のタイミングを詳しく説明する。図3は、第1の実施形態に係る電子シャッタのタイミングを表す図である。図3(a)は電荷のリセットと読み出し開始の概念図、(b)はライン毎の電荷のリセットと読み出しのタイミング説明図である。図3(b)は縦軸が撮像素子の行(ライン)、横軸が時間を示し、リセットタイミング401〜410はライン毎に電荷をリセット処理されるタイミングを表しており、リセットタイミング401で最初のラインが電荷をリセットされる。逆に、リセットタイミング410で最後のラインがリセットされる。このように、ライン毎にリセットのタイミングを制御している。ライン毎にリセットのタイミングが異なるため、電荷の蓄積時間が各ラインで揃うように、ライン毎に同じ露光時間になるタイミングで電荷を読み出すように、制御部101が読み出しタイミング411〜420を制御する。
Next, with reference to FIG. 3, the timing of charge accumulation by the electronic shutter method according to the present embodiment will be described in detail. FIG. 3 is a diagram showing the timing of the electronic shutter according to the first embodiment. FIG. 3A is a conceptual diagram of charge reset and read start, and FIG. 3B is an explanatory diagram of charge reset and read timing for each line. In FIG. 3B, the vertical axis represents the line of the image sensor, the horizontal axis represents the time, and the
続いて、本実施形態におけるカメラ100の処理について、図4のフローチャートを参照して詳しく説明する。図4は、第1の実施形態に係る撮像動作を説明するフローチャートである。図4のフローチャートにおける各処理は、制御部101が、ROM102に記憶されたプログラムをRAM103に展開して、カメラ100の各機能ブロックを制御することにより実現される。図4のフローチャートは、例えばユーザ操作などにより、カメラ100が撮影モードになると開始される。
Subsequently, the processing of the
ステップS300において、カメラ100が露光動作を開始するための撮影条件を設定する。具体的な撮影条件は、例えば、シャッタースピード、絞り、ISO感度などの露出設定などである。この撮影条件を設定している期間には、カメラ100は撮影状態を確認するために表示部109に撮影前の画像を表示(ライブビュー表示)する。そして、ユーザは表示部109に表示された画像を見ながら構図合わせなどを行う。
In step S300, the shooting conditions for the
ステップS301では、画像を生成して記録するための撮影指示があったかどうかを判定する。撮影指示があった場合はステップS302へ進み、ない場合は撮影指示があるまでライブビュー表示を継続する。なお、ユーザ操作やカメラ100の自動判定機能などに応答して、撮影条件が変わる場合には、ステップS300へ戻り、撮影条件を再設定する。また、カメラ100の電源がオフになった場合や、再生モードに移行した場合など、撮影待機状態ではなくなった場合には、本フローチャートは終了する。
In step S301, it is determined whether or not there is a shooting instruction for generating and recording an image. If there is a shooting instruction, the process proceeds to step S302, and if not, the live view display is continued until the shooting instruction is given. If the shooting conditions change in response to a user operation or an automatic determination function of the
撮影指示があった場合は、ステップS302において、ステップS300で設定した撮影条件でカメラ100は撮影のための露光を開始する。このとき、本実施形態においては、電子シャッタ方式で撮影(露光)を開始する。
When a shooting instruction is given, in step S302, the
次に、ステップS303において、ジャイロセンサ111の検出信号を取得する。ジャイロセンサ111は、例えば、ヨーイング方向における振れに応じて角速度を検出するヨーイング角速度センサと、ピッチング方向における振れに応じて角速度を検出するピッチング角度センサから構成される。ジャイロセンサ111は、カメラ100の本体の振れを検出するセンサの一例であり、他の種類としては、加速度センサ等を用いて振れの検出を行うようにしてもよい。
Next, in step S303, the detection signal of the
ステップS304において、ステップS303で検出したジャイロセンサ111の検出信号に対して積分処理を行い、移動距離を算出することでカメラ100本体の振れの大きさを算出する。加速度センサを用いる場合、加速度センサの出力を積分して速度を算出し、更に速度を積分することにより移動距離を算出することが可能である。したがって、加速度センサの出力に基づき振れの大きさを判別することができる。センサの値は、動いている方向を判断するために、正負の数値になっている。
In step S304, the detection signal of the
ステップS305において、ステップS304において、ジャイロセンサ111で検出したカメラ100の振れが、露光中の蓄積ブレに影響するかを判断する。露光中の蓄積ブレに影響するとは、ここでは、現在露光中の電荷に基づく画像に置けり被写体のブレが大きく、画質の低下が大きいことであるとする。具体的には、カメラ100の振れの大きさの絶対値が、所定値以内に収まっているか否かで判断する。カメラ100の振れが露光中の蓄積ブレに影響する場合、すなわち、カメラ100の振れの大きさの絶対値が所定値以上の場合には、ステップS306の処理に移行する。逆にカメラ100の振れが露光中の蓄積ブレに影響しない場合、すなわち、カメラ100の振れの大きさが所定値以内の場合には、ステップS307の処理に移行する。
In step S305, in step S304, it is determined whether the shake of the
ステップS306において、撮影条件に設定されている露光時間に基づく電子シャッタによる読み出し(露光終了)のタイミングよりも早く、メカシャッタ112を閉じて撮像素子105に外光が入射しないように遮断して露光を終了する。
In step S306, the
ステップS307において制御部101は、設定した露光時間になったかどうかを判断する。まだ、設定した露光時間に達していない場合には、露光を継続し、ステップS303に移行する。一方、設定した露光時間になった場合には、ステップS308の処理に移行する。
In step S307, the
ステップS308において、ライン毎の電荷の読み出しを行い、読み出しが終わったラインから電荷のリセット処理を行うことで、カメラ100の露光を終了し画像を取得する。
In step S308, the electric charge is read out for each line, and the electric charge is reset from the line where the reading is completed, so that the exposure of the
ステップS309において、今回露光した画像が適切な露光時間になっているかを判断する。振れが大きい場合には、適切な露光時間になる前に露光が打ち切られているため、ステップS310に移行する。 In step S309, it is determined whether or not the image exposed this time has an appropriate exposure time. If the runout is large, the exposure is terminated before the appropriate exposure time is reached, so the process proceeds to step S310.
ステップS310において、画像データに対して、不足した露光時間に対して、本来の露光時間の明るさになるように、撮像素子105から読み出された電気信号(画像信号)を補正する。具体的には、撮像素子105からの画像信号に対し、本来の露光時間(所定の露光時間)と、メカシャッタ112により本来の露光時間よりも前に遮断したことにより短くなった露光時間との差分に対応したゲイン(デジタルゲイン)を生成する。そして、このゲインに基づいて、撮像素子105からの画像信号を補正する。本実施例は、例えば、撮像素子105から出力された画像信号に対して、生成したゲインを乗算する信号処理を行う。尚、露光時間の差分から求めるデジタルゲインは、以下の(式1)から求められる。
デジタルゲイン=撮像開始時に設定した露光時間/(撮像開始時に設定した露光時間−露光開始からメカシャッタ112による遮光までの時間)・・・(式1)
In step S310, the electric signal (image signal) read from the
Digital gain = exposure time set at the start of imaging / (exposure time set at the start of imaging-time from the start of exposure to shading by the mechanical shutter 112) ... (Equation 1)
(式1)で算出したデジタルゲインを一律画像に掛けることで、画像データの明るさを期待していた露光時間相当の明るさに補正する。より厳密にゲイン補正を行う場合には、画像データの水平ライン毎にデジタルゲインを算出し、画像データにデジタルゲインを掛けてもよい。 By uniformly multiplying the image by the digital gain calculated by (Equation 1), the brightness of the image data is corrected to the brightness equivalent to the expected exposure time. When the gain correction is performed more strictly, the digital gain may be calculated for each horizontal line of the image data and the digital gain may be applied to the image data.
以上、図4のフローチャートを用いてカメラ100の動作を説明した。
The operation of the
続いて、前述のステップS305処理で、カメラ100本体の動きが、蓄積振れに影響するかを判断する方法について図5を用いて詳しく説明する。図5は、第1の実施形態に係る撮像装置の振れの例を示す図であり、露光中に発生するカメラ100の本体の動きの変化を表したグラフである。ここで動き量とは、ジャイロセンサ111が検出したカメラ100本体の角速度を積分し、移動量に換算した値である。ヨー・ピッチ(場合によってロール)方向それぞれの動きがあるが、ここでは説明を簡単にするため単一のヨー方向のみの検出結果とする。動きの向きを表す符号として+と−を用いる。+と−は正反対の動きとする。
Subsequently, a method of determining whether the movement of the
カメラ100本体の動きによって、ジャイロセンサ111の検出信号が発生する。この時、+方向の許容閾値511から−方向の許容閾値512の範囲に含まれる501の動きであれば、撮像した画像内に蓄積振れの影響が小さい良好な画像となる。逆に−方向の許容閾値512を超える502や、+方向の許容閾値511を超える503の動きが露光中に含まれた場合には、撮像した画像内に蓄積振れの影響が大きくなり、被写体にボケが目立つ画像となる。このように、ジャイロセンサ111を用いてカメラ100の動きを検出することで、露光中に蓄積振れが発生するかどうかを判断することができる。許容閾値511、512は、露光中の蓄積振れが人の目で見たときに許容できる限界値である。この許容値はユーザや画像の目的によっても変わってくるため、例えば、ユーザ操作で許容できる度合いを設定できる構成としてもよい。許容できる振れが小さいほど、許容値511と許容値512の幅を小さくする。また、カメラ100本体の振れが同じであっても、望遠撮影時と広角撮影時では見え方が違うため、少しの振れでも画像に影響が出やすい望遠側ほど、許容閾値511と512の幅を小さくするような構成としてもよい。
The detection signal of the
続いて、前述のステップS306の処理で、カメラ100本体の動きが大きい場合に行うメカ後幕制御の動作について、図6を用いて詳しく説明する。図6は、第1の実施形態に係るカメラ100(撮像装置)の振れとメカ後幕の制御の例を示す図である。カメラ100本体の動きの影響で、露光中の画像に蓄積振れが発生しそうな状況になった場合にメカ後幕を制御して露光時間を制御する。
Subsequently, the operation of the mechanical rear curtain control performed when the movement of the
図6のリセットタイミング401〜410(図3(b)と撮影条件は同じ)は、リセットラインである。リセットタイミング401でリセット処理を開始した後に、外光が撮像素子105に届き、電荷の蓄積が開始される。カメラ100本体の動きが、露光中に撮像する画像が蓄積振れを発生しない場合には、次のリセット処理の読み出しタイミング411〜420(図3(b)と撮影条件は同じ)まで電荷が蓄積される。
The
一方、露光中に画像の蓄積振れが検出されるカメラ100本体の動きが発生した場合の例を説明する。制御部101は、図6の先頭リセットタイミング401で最初のラインのリセット処理を実行し露光を開始すると、同時にカメラ100本体の動きを検出するジャイロセンサ111の検出を開始する。カメラ100本体の振れが大きくなり、時間611のタイミングで振れの許容閾値を超えることを検出すると、制御部101はメカ後幕シャッタの機能を実行し、撮像素子105に外光が届かないようにメカシャッタ112を閉じる。メカシャッタ112を閉じることにより、図6の遮光タイミング601〜610までの間が実際の露光時間となる。つまり、遮光タイミング601〜610から読み出しタイミング411〜420の間の露光時間されないため、撮像素子105に電荷が蓄積されない。それにより、カメラ100本体の振れの影響によって発生する蓄積振れの影響の少ない画像を生成することができる。
On the other hand, an example will be described in which the
以上、第1の実施形態によれば、露光期間中にカメラ100に大きな振れが発生した場合にも、蓄積振れの影響の少ない画像を取得することが可能である。また、本実施例における電子シャッタの場合、露光前に露光時間およびシャッタ方式が決定され、一旦、露光を開始した後は露光途中で打ち切ることがシステム的に難しい。第1の実施形態によれば、そのような場合であっても、別のシャッタ手段であるメカ後幕シャッタを用いることで、露光を途中で打ち切ることが可能になる。
As described above, according to the first embodiment, even when a large shake occurs in the
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。第2の実施形態の撮像装置(カメラ)は、複数の異なる露光条件で撮像した画像を合成してHDR画像を生成する。その際に、第1の実施形態と同様に、電子シャッタ方式で撮影を開始し、露光期間中のカメラの振れ量を検出し、検出した振れ量を元にメカ後幕シャッタを駆動させて動作のタイミングを制御して蓄積振れを改善する。本実施形態において、第1の実施形態と同様のカメラ動作及び処理については図中に同一の符号を付しその説明を省略する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. The image pickup apparatus (camera) of the second embodiment synthesizes images captured under a plurality of different exposure conditions to generate an HDR image. At that time, as in the first embodiment, shooting is started by the electronic shutter method, the amount of camera shake during the exposure period is detected, and the mechanical rear curtain shutter is driven based on the detected amount of shake. The timing of is controlled to improve the accumulated runout. In the present embodiment, the same reference numerals are given in the drawings for camera operations and processes similar to those in the first embodiment, and the description thereof will be omitted.
本発明の第2の実施形態のカメラ100の処理ステップについて、図7のフローチャートを用いて説明する。図7は、第2の実施形態に係る撮像動作を説明するフローチャートである。図7のフローチャートにおける各処理は、制御部101が、ROM102に記憶されたプログラムをRAM103に展開して、カメラ100の各機能ブロックを制御することにより実現される。図7のフローチャートは、例えばユーザ操作などにより、カメラ100に記録画像を生成するための撮影指示があると開始される。
The processing steps of the
なお、本実施形態においては、露出調整を行った露出0(適性)、−1(アンダー)、+1(オーバー)、の3枚の画像を撮像してHDR合成する例を説明する。なお、合成枚数やフレーム間の露出差は一例であり、これに限定されない。 In this embodiment, an example will be described in which three images of exposure 0 (appropriate), -1 (under), and +1 (over) with exposure adjustment are captured and HDR composited. The combined number of sheets and the exposure difference between frames are examples, and are not limited to these.
まず、ステップS700にて、撮影する画像がHDR合成する画像のうちの何枚目であるかを示す変数に初期値として1を設定する。本実施形態においては、露出を変更させるために異なる露出+1、0、−1の3つの撮影条件を順次設定して、3枚の画像を撮影して合成する。 First, in step S700, 1 is set as an initial value in the variable indicating the number of the image to be captured in the HDR composited image. In the present embodiment, three different exposure conditions of exposure +1, 0, and -1 are sequentially set in order to change the exposure, and three images are photographed and combined.
ステップS701において、iフレーム目の撮影条件(露光時間)を設定する。本実施形態においては、例えば、1回目の撮影では露出−1(アンダー)の撮影条件を設定し、2回目の撮影では0(適性)、3回目の撮影では+1(オーバー)というように設定を行う。 In step S701, the shooting conditions (exposure time) for the i-frame are set. In the present embodiment, for example, the shooting condition of exposure -1 (under) is set in the first shooting, 0 (appropriate) in the second shooting, and +1 (over) in the third shooting. Do.
ステップS302〜S310までの処理は、第1の実施形態における図4のフローチャートの処理と同様なので、その説明を省略する。ステップS310までの処理でiフレーム目の画像を生成して、ステップS702へ進む。 Since the processes of steps S302 to S310 are the same as the processes of the flowchart of FIG. 4 in the first embodiment, the description thereof will be omitted. The process up to step S310 generates an image of the i-frame, and the process proceeds to step S702.
ステップS702において、露出0、−1、+1の3回の露光が終了したか(i=3か否か)を判断する。3回の露光が終了している場合、すなわちi=3の場合には、ステップS704の処理に移行する。まだ、3回の露光が終了していない場合、すなわちi=3を満たさない場合には、ステップS703へ進み、変数iをインクリメントして、ステップS701に戻る。
In step S702, it is determined whether or not the three exposures of
ステップS704において、異なる露出で撮影した3枚の画像に関して、信号のレベルを合わせて合成し、ダイナミックレンジの広い画像(HDR画像)を生成する。 In step S704, three images taken with different exposures are combined by matching the signal levels to generate an image (HDR image) having a wide dynamic range.
以上、第2の実施形態に係るHDR画像撮影の処理についての概要を、図7のフローチャートを用いて説明した。 As described above, the outline of the HDR image shooting process according to the second embodiment has been described with reference to the flowchart of FIG. 7.
続いて、ステップS704の画像合成の処理について、図8、9を用いて詳しく説明する。まず、図8を用いて露出の異なる画像の信号のレベルを合わせる処理について説明する。図8は、第2の実施形態に係る露出の異なる画像のレベル合わせの例を示す図である。 Subsequently, the image composition process in step S704 will be described in detail with reference to FIGS. 8 and 9. First, a process of adjusting the signal levels of images having different exposures will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a diagram showing an example of level matching of images having different exposures according to the second embodiment.
図8の例において、実線801は露出0(適性)、実線802は露出−1(アンダー)の撮影条件で撮影した画像の画像信号を示す。横軸は撮影時の被写体輝度を表し、縦軸は画像信号の信号値を表す。撮像素子105で受光した光は、A/D変換部106でA/D変換された後に、所定のビット長の画像データとして出力される。破線811は、カメラ100で撮影した1フレームの画像信号値の上限値を示す。カメラ100で撮影したとき、破線811の信号値よりも明るくなる信号は飽和信号となり、破線811の信号値に制限されて白飛びした画像になる。
In the example of FIG. 8, the solid line 801 indicates an image signal of an image taken under the imaging conditions of 0 exposure (appropriate) and the
露出0で撮影した実線801で示す画像(適性画像)は、点線821のラインよりも明るい被写体輝度に関しては、画像の信号が飽和しているため、破線811の信号値で制限が掛かっている形になっている。一方、露出−1で撮影した実線802で示す画像(アンダー画像)は、点線821のラインよりも明るい被写体輝度に対する信号値も破線811で示す上限値に達していないため、画像信号が飽和していないことが分かる。このとき、実線802で示す画像の信号を実線801で示す画像信号と同じ明るさに合わせ、821よりも明るい被写体輝度の領域に置き換えることで、点線821よりも明るい被写体輝度も画像信号として飽和することなく表現することができる。今回の例では、露出は1段差なので、実線802で示す画像の画像信号に対して2倍デジタルゲインを掛けることで、実線801で示す画像と同じ信号レベルに合わせることができる。このように露出が低い画像を露出が高い画像の信号の明るさに合わせて、飽和する領域をより低い露出の信号に置き換えることで広いダイナミックレンジを保持することができる画像(HDR画像)を生成することができる。
The image shown by the solid line 801 (appropriate image) taken at
図9を参照して、本実施形態において、露出の異なる3枚の画像を合成する具体的な方法について説明する。図9は、第2の実施形態に係る露出の異なる画像の合成比率の例を示す図である。図8で説明したように、露出段差に応じてデジタルゲインをかけて露出の異なる3枚の画像のレベル合わせをした後、画像信号レベルに応じた合成比率を露出の異なる3枚の画像それぞれに設定し、求めた割合で合成を行う。図9の横軸は、露出の異なる3枚の画像をレベル合わせした後の信号値である。実線901は、露出が一番高い露出+1の画像データ(オーバー画像)、実線902は、露出0の画像データ(適性画像)、実線903は露出−1の一番低い露出の画像データ(アンダー画像)の合成比率を示している。つまり、レベル合わせ後の信号で、信号値が小さい領域は露出が高い画像(露出+1)が出力され、レベル合わせ後の信号が大きい領域は、露出の低い画像(露出−1)が出力される。これにより、信号が小さい暗くなる領域はノイズが改善され、信号の大きくなる領域は白飛びが抑制されダイナミックレンジが拡大された画像(HDR画像)を生成することができる。
A specific method for synthesizing three images having different exposures will be described with reference to FIG. 9. FIG. 9 is a diagram showing an example of the composition ratio of images having different exposures according to the second embodiment. As described with reference to FIG. 8, after applying digital gain according to the exposure step to adjust the levels of the three images having different exposures, the composition ratio according to the image signal level is applied to each of the three images having different exposures. Set and synthesize at the required ratio. The horizontal axis of FIG. 9 is a signal value after level-matching three images having different exposures. The
以上、第2の実施形態に係るカメラ100がHDR合成画像を生成する処理について説明した。本実施例中の処理を行う事で、カメラ100による撮影において露光期間中にカメラ100の振れが発生する場合でも、その振れによる画像の蓄積振れを防いだHDR合成画像を取得することが可能となる。特に、HDR合成画像を生成する場合には、オーバー画像を生成するとき露光時間が長くなりやすいが、そのような場合において動き量に応じて露光を終了することで、蓄積ぶれの少ないHDR合成画像が生成できる。
The process of generating the HDR composite image by the
(第3の実施形態)
第3の実施形態として、図4のステップS303にてカメラ100の動きを検出することで画像の振れを検出していたが、別の方法で画像の振れを検出する方法について説明する。
(Third Embodiment)
As a third embodiment, the image shake is detected by detecting the movement of the
例えば、ジャイロセンサではなく露出+1の画像の画像中の蓄積振れを判断する方法として、事前に撮影した露出0と露出−1の画像間の動き量を元に検出してもよい。動き量の検出方法として、例えば、図10のようなベクトル検出方法を用いる方法が考えられる。図10は、第3の実施形態に係る動きベクトル算出方法の例を示す図である。
For example, as a method of determining the accumulated runout in the image of the image of exposure +1 instead of the gyro sensor, it may be detected based on the amount of movement between the images of
制御部101は、現在露光を開始しようとしている画像よりも過去に撮影された時間的に隣接する2枚の準備撮影画像(選択した画像のうち、時間的に過去の画像をM番目、時間的に後の画像をM+1番目とする)を取得する。そして、M番目フレームの準備撮影画像を基準フレームに設定し、M+1番目フレームの準備撮影画像を参照フレームに設定する。
The
M番目のフレームである基準フレーム1001において、N×N画素の基準ブロック1002を配置する。その後、M+1番目のフレームである参照フレーム1003において、基準フレーム1001の基準ブロック1002の中心座標に対応する座標である同座標1004の周囲(N+n)×(N+n)画素を、探索範囲1005として設定する。ここで、nは予め設定された設計値である。設計値nが小さいほど探索範囲1005が狭くなるため、後述する参照ブロック1006の精度が高くなり、設計値nが大きいほど探索範囲1005が広くなり、動きが大きい被写体の移動も検出することが可能になる。設計値nは振れが発生し得る範囲で、なるべく小さい値とすることが望ましい。
In the
次に、基準フレーム1001の基準ブロック1002と、参照フレーム1003の探索範囲1005内に存在する任意のN×N画素の参照ブロックとの相関演算を行い、相関値を算出する。相関値は、基準ブロック1002及び参照ブロックの画素に対するフレーム間差分絶対値和に基づき算出する。つまり、フレーム間差分絶対値和の値が最も小さい座標が、最も相関値が高い座標となる。尚、相関値の算出方法は、フレーム間差分絶対値和を求める方法に限定されず、例えばフレーム間差分二乗和や正規相互相関値に基づく相関値を算出する方法でもよい。図10の例では、参照ブロック1006が最も相関が高いことを示しているとする。
Next, a correlation calculation is performed between the
その後、最も高い相関値を示す参照ブロック座標に基づき動きベクトルを算出する。図10の例の場合、参照フレーム1003の探索範囲1005の中で、基準フレーム1001の基準ブロック1002の中心座標に対応した同座標1004と、最も高い相関を示す参照ブロック1006の中心座標に基づき動きベクトルが求められる。つまり、同座標1004から参照ブロック1006の中心座標までの座標間距離と方向が動きベクトルとして求められる。尚、本発明では、動きベクトルの算出手法としてブロックマッチング法を例に挙げて説明するが、動きベクトルの算出手法はこの例に限定されず、例えば勾配法でもよい。
After that, the motion vector is calculated based on the reference block coordinates showing the highest correlation value. In the case of the example of FIG. 10, in the
ここで求めた動きベクトルに対し、露出0から露出−1までの露光時間と、露出0から露出+1の露光時間との比を乗算したものを、露出+1の露光中の動き量の予測値とする。そして、所定閾値よりも動き量の予測値が大きい場合には、露出+1の露光時間を短縮するもしくは、露出+1の画像の撮像を止める制御を行ってもよい。
The motion vector obtained here is multiplied by the ratio of the exposure time from
また、他の検出方法として、例えば、実際に露光中のジャイロセンサの信号ではなく、事前に撮影した画像中に検出したジャイロセンサの値から次に撮影する露出の画像の蓄積振れの発生を予測してもよい。このとき、前に撮影した画像が露出0で次に撮影する画像が露出+1の場合、露光時間は2倍となる。そのため、露出0で撮影したジャイロセンサの値を2倍した信号を算出し、それを予測振れ量として所定の閾値と判断して、露出+1の撮像時に蓄積振れが発生するかを判定できる。 As another detection method, for example, instead of the signal of the gyro sensor actually being exposed, the value of the gyro sensor detected in the image taken in advance is used to predict the occurrence of accumulated runout of the image of the next exposure to be taken. You may. At this time, if the previously captured image has an exposure of 0 and the next image captured has an exposure of +1 the exposure time is doubled. Therefore, it is possible to calculate a signal obtained by doubling the value of the gyro sensor captured at 0 exposure, determine that it is a predetermined threshold value as the predicted runout amount, and determine whether accumulated runout occurs at the time of imaging with exposure +1.
(その他の実施形態)
以上、本発明をその公的な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の出を逸脱しない範囲の様々な形態も発明に含まれる。
(Other embodiments)
Although the present invention has been described in detail above based on its official embodiments, the present invention is not limited to these specific embodiments, and various embodiments within the scope of the present invention are also included in the invention. included.
例えば、本実施例では、露出の異なる3枚の画像として、露出+1、0、−1の画像を合成する例について説明したが、露出差を変更した画像を用いてもよい。この時レベル合わせは、図8を用いて説明したように露出差に合わせたゲインを乗算することで実現できる。 For example, in this embodiment, an example of synthesizing images with exposures +1, 0, and -1 as three images having different exposures has been described, but images with different exposure differences may be used. At this time, the level adjustment can be realized by multiplying the gain according to the exposure difference as described with reference to FIG.
例えば、本実施例では、露出の異なる3枚の画像を用いて説明を行ったが、撮影する露出の異なる画像の枚数を変更してもよい。この時合成比率は、図9を用いて説明したように、レベル合わせ後の信号の大きさに応じて、合成比率をそれぞれの画像に対して設定することで実現できる。 For example, in this embodiment, the description has been made using three images with different exposures, but the number of images with different exposures to be captured may be changed. At this time, the composition ratio can be realized by setting the composition ratio for each image according to the magnitude of the signal after level adjustment, as described with reference to FIG.
例えば、本実施例では、蓄積振れが発生した場合にはメカ後幕を制御し、予め設定した露光時間よりも短い露光時間に露光を終了する処理を行った。しかし、複数の異なる露光画像のうちある露光時間での画像撮影時に、カメラ100本体の振れが大きいことを検出して前記処理を実行した場合には、それよりも露光時間が長い画像を撮影することを止めてもよい。そして、その場合、その露光時間よりも短い露光時間で撮影した画像のみを合成して出力画像を生成してもよい。
For example, in this embodiment, when the accumulated runout occurs, the rear curtain of the mechanism is controlled, and the exposure is terminated in an exposure time shorter than the preset exposure time. However, when an image is taken with a certain exposure time among a plurality of different exposure images, when it is detected that the
例えば、実施例では、電子シャッタ方式での撮影時にメカシャッタで露光時間を打ち切る例を説明したが、これに限定されない。予め設定されたシャッタ方式と異なる手段により露光時間を打ち切る構成であれば、他の構成であってもよい。例えば、電子先幕シャッタ方式(メカ後幕)の撮影時に、電子シャッタによる読み出しを行うことで露光時間を打ち切ってもよい。また、メカシャッタ方式の撮影時に、電子シャッタによる読み出しを行うことで露光時間を打ち切る構成であってもよい。 For example, in the embodiment, an example in which the exposure time is cut off by the mechanical shutter during shooting by the electronic shutter method has been described, but the present invention is not limited to this. Other configurations may be used as long as the exposure time is cut off by a means different from the preset shutter method. For example, at the time of shooting by the electronic front curtain shutter method (mechanical rear curtain), the exposure time may be cut off by reading with the electronic shutter. Further, the exposure time may be cut off by reading out with an electronic shutter at the time of shooting by the mechanical shutter method.
以上が本発明の好ましい実施形態の説明であるが、本発明は、本発明の技術思想の範囲内において、上記実施形態に限定されるものではなく、対象となる回路形態により適時変更されて適応するべきものである。例えば、上述した実施形態で、撮像装置として説明したカメラは、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラに適用することができる。 The above is a description of a preferred embodiment of the present invention, but the present invention is not limited to the above embodiment within the scope of the technical idea of the present invention, and is appropriately modified and adapted depending on the target circuit form. It should be done. For example, the camera described as the imaging device in the above-described embodiment can be applied to a digital still camera or a digital video camera.
また、本発明は、例えばシステム、装置、方法、コンピュータプログラムもしくは記録媒体などとしての実施形態も可能であり、具体的には、1つの装置で実現しても、複数の装置からなるシステムに適用してもよい。本実施形態に係る撮像装置を構成する各手段および撮像装置の制御方法の各ステップは、コンピュータのメモリなどに記憶されたプログラムが動作することによっても実現できる。このコンピュータプログラムおよびこのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体は本発明に含まれる。 Further, the present invention can be implemented as, for example, a system, a device, a method, a computer program, a recording medium, or the like. Specifically, even if it is realized by one device, it is applied to a system composed of a plurality of devices. You may. Each means constituting the image pickup apparatus and each step of the control method of the image pickup apparatus according to the present embodiment can also be realized by operating a program stored in a memory of a computer or the like. The computer program and a computer-readable recording medium on which the program is recorded are included in the present invention.
本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。 The present invention supplies a program that realizes one or more functions of the above-described embodiment to a system or device via a network or storage medium, and one or more processors in the computer of the system or device reads and executes the program. It can also be realized by the processing to be performed. It can also be realized by a circuit (for example, ASIC) that realizes one or more functions.
100 撮像装置
101 制御部
102 ROM
103 RAM
104 光学系
105 撮像素子
106 A/D変換部
107 画像処理部
108 記録部
109 表示部
110 指示入力部
111 ジャイロセンサ
112 メカシャッタ
113 表示部
100
103 RAM
104
Claims (13)
第1の方式で前記撮像素子の露光を制御する第1の露光手段と、
第2の方式で前記撮像素子の露光を制御する第2の露光手段と、
前記撮像手段又は前記被写体の動きを検出する検出手段と、
前記第1の露光手段による露光を開始し、所定の露光時間が経過したことに応じて前記第1の露光手段による露光を停止するように制御する制御手段とを有し、
前記制御手段は、前記第1の露光手段による露光を開始したあと前記所定の露光時間を経過する前に、前記検出手段により所定より大きい動きが検出された場合は、前記第2の露光手段により前記露光を終了する制御手段と、
を有することを特徴とする撮像装置。 An imaging means that captures the subject,
A first exposure means for controlling the exposure of the image pickup device by the first method,
A second exposure means for controlling the exposure of the image sensor by the second method,
With the imaging means or the detecting means for detecting the movement of the subject,
It has a control means for starting the exposure by the first exposure means and controlling the exposure by the first exposure means to be stopped when a predetermined exposure time has elapsed.
When the detection means detects a movement larger than a predetermined value after the exposure by the first exposure means is started and before the predetermined exposure time elapses, the control means is subjected to the second exposure means. A control means for ending the exposure and
An imaging device characterized by having.
第1の方式で前記撮像素子の露光を制御する第1の露光手段と、
第2の方式で前記撮像素子の露光を制御する第2の露光手段と、
前記撮像手段又は前記被写体の動きを検出する検出手段と、
前記第1の露光手段による露光を開始したあと前記所定の露光時間を経過する前に、前記検出手段により所定より大きい動きが検出された場合は、前記第2の露光手段により前記露光を終了する制御手段と、
前記撮像手段により異なる露光時間で撮像された複数の画像を合成する合成手段と、
を有することを特徴とする撮像装置。 An imaging means that captures the subject,
A first exposure means for controlling the exposure of the image pickup device by the first method,
A second exposure means for controlling the exposure of the image sensor by the second method,
With the imaging means or the detecting means for detecting the movement of the subject,
If a movement larger than a predetermined value is detected by the detection means after the exposure by the first exposure means is started and before the predetermined exposure time elapses, the exposure is ended by the second exposure means. Control means and
A compositing means for synthesizing a plurality of images captured at different exposure times by the imaging means, and
An imaging device characterized by having.
前記制御手段が、前記第2の露光手段による露光の終了を行った場合には、
前記合成手段は、前記制御手段による露光の終了が行われた画像は合成に用いないことを特徴とする請求項2に記載の撮像装置。 The imaging means performs a plurality of imaging with different predetermined exposure times.
When the control means ends the exposure by the second exposure means,
The imaging apparatus according to claim 2, wherein the compositing means does not use an image whose exposure by the controlling means has been completed for compositing.
前記制御手段が、前記第2の露光手段による露光の終了を行った場合には、
前記撮像手段は、その後の撮像を行わないことを特徴とする請求項2乃至4のいずれか1項に記載の撮像装置。 The imaging means performs a plurality of imaging with different predetermined exposure times in ascending order of the exposure time.
When the control means ends the exposure by the second exposure means,
The imaging device according to any one of claims 2 to 4, wherein the imaging means does not perform subsequent imaging.
前記第2の露光手段は、前記撮像素子への光の入射を遮断するために走行する物理的なメカシャッタであることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の撮像装置。 The first exposure means is an electronic shutter that accumulates electric charges for each line of the image sensor and reads them out.
The image pickup apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the second exposure means is a physical mechanical shutter that travels to block the incident light on the image pickup device.
第1の方式で前記撮像素子の露光を制御する第1の露光手段と、
第2の方式で前記撮像素子の露光を制御する第2の露光手段と、を有する撮像装置の制御方法であって、
所定の露光時間を含む露光条件に基づいて被写体を撮像して画像を生成するステップと、
前記撮像手段又は前記被写体の動きを検出するステップと、
前記第1の露光手段による露光を開始したあと前記所定の露光時間を経過する前に、前記検出手段により所定より大きい動きが検出された場合は、前記第2の露光手段により前記露光を終了するステップと、
を有することを特徴とする撮像装置の制御方法。 An image sensor consisting of multiple pixels and
A first exposure means for controlling the exposure of the image pickup device by the first method,
It is a control method of an image pickup apparatus including a second exposure means for controlling the exposure of the image pickup device by the second method.
A step of capturing an image of a subject based on exposure conditions including a predetermined exposure time to generate an image, and
The step of detecting the movement of the imaging means or the subject, and
If a movement larger than a predetermined value is detected by the detection means after the exposure by the first exposure means is started and before the predetermined exposure time elapses, the exposure is ended by the second exposure means. Steps and
A method for controlling an imaging device, which comprises.
前記第2の露光手段は、前記撮像素子への光の入射を遮断するために走行する物理的なメカシャッタであることを特徴とする請求項12に記載の撮像装置の制御方法。 The first exposure means is an electronic shutter that accumulates electric charges for each line of the image sensor and reads them out.
The method for controlling an image pickup device according to claim 12, wherein the second exposure means is a physical mechanical shutter that travels to block the incident light on the image pickup device.
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