JP3994721B2 - 画像撮像装置及び方法 - Google Patents
画像撮像装置及び方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3994721B2 JP3994721B2 JP2001356528A JP2001356528A JP3994721B2 JP 3994721 B2 JP3994721 B2 JP 3994721B2 JP 2001356528 A JP2001356528 A JP 2001356528A JP 2001356528 A JP2001356528 A JP 2001356528A JP 3994721 B2 JP3994721 B2 JP 3994721B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ratio
- image
- exposure control
- exposure
- range
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Exposure Control For Cameras (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
- Studio Devices (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサやＣ−ＭＯＳイメージセンサ等の光電変換素子を用いて電子的に静止画像等を撮像する画像撮像装置及び画像撮像方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＣＤイメージセンサやＣ−ＭＯＳイメージセンサを光電変換素子として用いたいわゆるデジタルスチルカメラと呼ばれる電子式の画像撮像装置が広く用いられている。
【０００３】
このようなデジタルスチルカメラには、一般的に、自動的に露光量を調整するＡＥ（自動露出）機能が設けられている。デジタルスチルカメラの露出制御は、視野内の光量をセンサなどで測光し、その測光結果に基づき、レンズの開口度、電子シャッタ量及びＣＣＤイメージセンサ等から出力される電気信号の利得を調整することにより行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＣＣＤイメージセンサ等の光電変換素子は、銀塩写真フィルムに比べて、撮影可能な輝度領域のダイナミックレンジが非常に狭い。そのため、視野内に含まれる明るい部分と暗い部分の輝度差が大きい場合には、適正露出の範囲が非常に狭くなり、単純なセンサによる測光結果に基づき露出制御したのでは、最適な露出制御をすることが困難であった。例えば、明るい部分に露出を合わせた場合には、暗い部分は黒つぶれした画像となってしまい、暗い部分に露出を合わせた場合には、明るい部分が白くとんだ画像となってしまう。また、被写体によっては全体的に薄暗い画像（いわゆる眠い画像）となってしまう可能性もある。
【０００５】
このような問題を解決するため、近年、実際に撮像して得られた画像から光量を測定して、撮影時の露出が制御されるようになってきた。実際の撮像画面から光量を測定する方式としては、画面全体の平均の輝度を測定する全面平均測光方式、画面内の中央部分の輝度を重点的に測定する中央部重点測光方式、画面内を分割してそれぞれの領域で平均の輝度を測定する多分割測光方式、画面内の任意の位置の輝度を測定するスポット測光方式等がある。
【０００６】
しかしながら、以上のような実際の撮像画像から光量を測定する方式を用いたとしても、単に平均の輝度量を算出していたり、部分的な輝度測定でしかないので、被写体の特徴に応じて細やかに露出を制御することは困難であった。
【０００７】
本発明は、このような実情を鑑みてなされたものであり、白とびや黒つぶれをすることなく、被写体の特徴に応じた細やかな露出制御を行うことが可能な画像撮像装置及び画像撮像方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる画像撮像装置は、被写体からの撮像光が入射され、この撮像光を撮像素子により電気信号に変換し、変換した電気信号を画素単位又は画素ブロック単位でデジタル化して撮像信号を生成することによって、被写体画像を撮像するカメラ撮像部と、上記カメラ撮像部を制御する制御部とを備え、上記制御部は、上記カメラ撮像部の露出を任意の露出制御量に制御し、上記任意の露出制御量で撮像された被写体画像から、輝度レベルの範囲を高輝度範囲、中輝度範囲、低輝度範囲の３つの範囲に分割して、該輝度レベルに対する画素の度数を示すヒストグラムを生成し、上記高輝度範囲の画素数をＮ Ｈ 、上記中輝度範囲の画素数をＮ Ｍ 、上記低輝度範囲の画素数をＮ Ｌ としたときに、下記演算式に基づき第１の比率、第２の比率、第３の比率及び／又は第４の比率を求め、各比率を乗算した総合比率に基づき補正量を算出し、当該補正量に基づき上記任意の露出制御量を補正することにより上記新たな露出制御量を算出し、上記カメラ撮像部の露出を上記新たな露出制御量に制御して被写体画像を撮像することを特徴とする。
第１の比率＝｜Ｎ Ｈ −Ｎ Ｌ ｜／（Ｎ Ｈ ＋Ｎ Ｍ ＋Ｎ Ｌ ）
第２の比率＝Ｎ Ｍ ／（Ｎ Ｈ ＋Ｎ Ｍ ＋Ｎ Ｌ ）
第３の比率＝Ｎ Ｈ ／（Ｎ Ｈ ＋Ｎ Ｍ ＋Ｎ Ｌ ）
第４の比率＝Ｎ Ｌ ／（Ｎ Ｈ ＋Ｎ Ｍ ＋Ｎ Ｌ ）
【０００９】
この画像撮像装置では、任意の露出制御量で撮像された被写体画像から輝度レベルに対する画素の度数を示すヒストグラムを生成し、このヒストグラムに基づき上記被写体画像の特徴を検出する。そして、その特徴に応じて任意の露出制御量を補正して新たな露出制御量を算出し、露出を新たな露出制御量に制御して被写体画像を撮像する。
【００１１】
また、本発明にかかる画像撮像方法は、被写体からの撮像光が入射され、この撮像光を撮像素子により電気信号に変換し、変換した電気信号を画素単位又は画素ブロック単位でデジタル化して撮像信号を生成することによって、被写体画像を撮像する画像撮像方法であって、任意の露出制御量に応じた露出で被写体画像を撮像し、上記任意の露出制御量で撮像された被写体画像から、輝度レベルの範囲を高輝度範囲、中輝度範囲、低輝度範囲の３つの範囲に分割して、輝度レベルに対する画素の度数を示すヒストグラムを生成し、上記高輝度範囲の画素数をＮ Ｈ 、上記中輝度範囲の画素数をＮ Ｍ 、上記低輝度範囲の画素数をＮ Ｌ としたときに、下記演算式に基づき第１の比率、第２の比率、第３の比率及び／又は第４の比率を求め、各比率を乗算した総合比率に基づき補正量を算出し、当該補正量に基づき上記任意の露出制御量を補正することにより上記新たな露出制御量を算出し、露出を新たな露出制御量に制御して被写体画像を撮像することを特徴とする。
第１の比率＝｜Ｎ Ｈ −Ｎ Ｌ ｜／（Ｎ Ｈ ＋Ｎ Ｍ ＋Ｎ Ｌ ）
第２の比率＝Ｎ Ｍ ／（Ｎ Ｈ ＋Ｎ Ｍ ＋Ｎ Ｌ ）
第３の比率＝Ｎ Ｈ ／（Ｎ Ｈ ＋Ｎ Ｍ ＋Ｎ Ｌ ）
第４の比率＝Ｎ Ｌ ／（Ｎ Ｈ ＋Ｎ Ｍ ＋Ｎ Ｌ ）
【００１２】
この画像撮像方法では、任意の露出制御量で撮像された被写体画像から輝度レベルに対する画素の度数を示すヒストグラムを生成し、このヒストグラムに基づき上記被写体画像の特徴を検出する。そして、その特徴に応じて上記任意の露出制御量を補正して新たな露出制御量を算出し、露出を上記新たな露出制御量に制御して被写体画像を撮像する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態として、本発明が適用された電子的に静止画像を撮像する撮像装置（デジタルスチルカメラ）について説明をする。図１に、本発明の実施の形態のデジタルスチルカメラ１の構成図を示す。
【００１５】
デジタルスチルカメラ１は、図１に示すように、カメラ部１１と、ＣＣＤ１２と、タイミング信号発生回路（ＴＧ）１３と、Ｓ／Ｈ・ＧＣ（Sampling Hold Gain Control）回路１３と、ＡＤコンバータ１５と、デジタル信号処理回路１６と、ファインダ１７と、記録回路１８と、検波回路１９と、シャッタレリーズボタン２０と、シャッタ判定回路２１と、制御部３０とを備えている。
【００１６】
ＣＣＤ１２は、レンズ部１１介して受光面に結像された被写体の撮像光を、画素毎に電気信号に変換し、画像信号を出力する。ＣＣＤ１２により蓄積された画像信号は、所定のタイミング（画像更新周期）で、Ｓ／Ｈ・ＧＣ回路１４に供給される。
【００１７】
タイミング信号発生回路１３は、ＣＣＤ１２が１画面毎の画像信号の読み出しに必要とする各種の駆動パルス、並びに、ＣＣＤ１２に蓄積される電荷の蓄積時間を制御する電子シャッタパルスを発生する。タイミング信号発生回路１３から発生された各種パルスは、ＣＣＤ１２に供給され、画像信号の撮像処理や出力処理のタイミング信号として用いられる。また、タイミング信号発生回路１３は、電子シャッタのシャッタスピードを、制御部３０からの制御命令に従い制御する。
【００１８】
Ｓ／Ｈ・ＧＣ回路１４は、ＣＣＤ１２から供給された画像信号に対して、サンプリング処理や増幅処理等のアナログ処理を行う。Ｓ／Ｈ・ＧＣ回路１４から出力されたアナログの画像信号は、ＡＤコンバータ１５に供給される。また、ＣＣＤ１２から供給された画像信号の増幅度は、制御部３０により制御される。
【００１９】
ＡＤコンバータ１５は、Ｓ／Ｈ・ＧＣ回路１４から供給されたアナログの画像信号を所定のサンプリングレートでサンプリングして、デジタルの画像信号に変換する。ＡＤコンバータ１５から出力されたデジタル画像信号は、デジタル信号処理回路１６に供給される。
【００２０】
デジタル信号処理回路１６は、ＡＤコンバータ１５から供給されたデジタル画像信号から、例えば、ＮＴＳＣフォーマットや記録メディアに必要なフォーマット等のデジタルの映像信号を生成し、外部に出力する。デジタル信号処理回路１６は、フレーミング時には、デジタル画像信号から表示画像信号を生成し、ファインダ１７に供給する。デジタル信号処理回路１６は、静止画像撮像時には、デジタル画像信号から１枚の静止画像信号を生成し、それを圧縮等した後、記録回路１８に供給する。
【００２１】
ファインダ１７は、例えば液晶パネル等から構成された電子式の表示装置である。ファインダ１７には、フレーミング時に、デジタル信号処理回路１６から表示画像信号が入力され、その画像信号を表示する。
【００２２】
記録回路１８は、静止画像撮像時に、デジタル信号処理回路１６から出力される静止画像信号を、例えばメモリカード等の記憶メディアに記録する。
【００２３】
検波回路１９は、デジタル信号処理回路１６から供給され映像信号から、オートフォーカス（ＡＦ）、自動露出（ＡＥ）等に必要となる各種検波信号を生成する。各種検波信号は、制御部３０により例えば１フレーム毎に読み出される。制御部３０は、読み出した各種検波信号に基づき、適切な画像が撮像できるようにレンズ部１１等を制御する。具体的に、検波回路１９が検出する検波信号としては、例えばオートフォーカスに関する検波信号や自動露出制御に関する検波信号等がある。検波回路１９は、オートフォーカスに関する検波信号として、撮像画像上の所定の位置に設定されたＡＦ検波エリア内における輝度のエッジ成分を検出し、そのエッジ成分を積算して得られるコントラスト値を出力する。また、検波回路１９は、自動露出制御に関する検波信号として、撮像画像から輝度レベルに対する画素の度数を示すヒストグラムを生成し、このヒストグラムに基づき被写体画像の特徴を検出し、その特徴に応じて算出した露出制御量を出力する。なお、この露出制御に関する検波信号の詳細については、後で説明する。
【００２４】
シャッタレリーズボタン２０は、ユーザにより操作されるモーメンタリ型の押圧スイッチである。このシャッタレリーズボタン２０は、スイッチを全く押さない状態（オフ）と、スイッチを押しきった状態（全押し）と、スイッチを半分程度まで押した状態（半押し）との３つの状態を区別してスイッチングする機能が設けられている。このシャッタレリーズボタン２０の３つの押圧状態（オフ、半押し、全押し）は、シャッタ判別回路２０により判別がされ、その判別情報が制御部３０に供給される。
【００２５】
レンズ部１１は、ズームレンズ２２と、フォーカスレンズ２３と、絞り羽根２４と、絞り羽根２４を駆動する絞り羽根駆動部２５とを備えている。また、レンズ部１１は、これらの他に、例えば、入射光の赤外線をカットする赤外カットフィルタ、入射光を遮光するシャッタ羽根等の光学系や、ズームレンズ２２を駆動するズームレンズ駆動部、フォーカスレンズを駆動するフォーカスレンズ駆動部、シャッタ羽根を駆動するシャッタ駆動部等も備えている。
【００２６】
レンズ部１１内のズームレンズ２２は、その光軸が、ＣＣＤ１２の受光面の略中心から延ばした鉛直線と一致する位置に設けられている。ズームレンズ２２は、光軸上を前後に直線移動可能に設けられ、その移動位置に応じてＣＣＤ１２の受光面上の結像画像の撮像倍率を変える。ズームレンズ２２は、その移動位置が、ズームレンズ駆動部を介して制御部３０により制御される。
【００２７】
レンズ部１１内のフォーカスレンズ２３は、その光軸が、ＣＣＤ１２の受光面の略中心から延ばした鉛直線と一致する位置に設けられている。フォーカスレンズ２３は、光軸上を前後に直線移動可能に設けられ、その移動位置に応じてＣＣＤ１２上の受光面上の結像画像の焦点位置を変える。フォーカスレンズ２３は、その移動位置が、絞り羽根駆動部２５を介して制御部３０により制御される。
【００２８】
絞り羽根２４は、ＣＣＤ１２の受光面に結像される撮像光の光の量を調整する。絞り羽根２４は、レンズ部１１の光学系の光軸を中心とした孔を形成し、その孔径を変化させることにより、光の量を制御する。すなわち、この絞り羽根２４は、カメラの絞り値（Ｆ値）を制御する。絞り羽根２４は、その孔径が、絞り駆動部２５を介して制御部３０により制御される。
【００２９】
制御部３０は、デジタルスチルカメラ１の各部の制御を行う。例えば、シャッタレリーズボタン２０の押圧状態に基づき、フレーミング処理制御（オフ）、オートフォーカス処理制御（半押し）、静止画像記録制御（全押し）を行う。
【００３０】
フレーミング処理とは、画面内の被写体の位置や画面の構図を、ユーザが撮影前に確認することができるように、ＣＣＤ１２に撮像されている画像をファインダ１７に表示する処理である。このフレーミング処理時には、一定の画像更新周期毎（例えば１／３０秒毎）にＣＣＤ１２が１画面分の撮像処理を行い、撮像して得られた画像信号が出力される。そのため、ファインダ１７に表示される画像も、一定時間毎（例えば１／３０秒毎）に更新され、ユーザはファインダ１７に表示されている撮像画像を、動画で確認することができる。このフレーミング処理は、デジタルスチルカメラ１自体が撮影可能な状態になっており、且つ、シャッタレリーズボタン２０がオフの状態のとき、つまりユーザがシャッタレリーズボタン２０を押していない状態のときに行われる。
【００３１】
オートフォーカス処理とは、静止画の撮像対象となる被写体画像のフォーカスを、自動的に設定する処理である。つまり、オートフォーカス処理は、自動的にフォーカスレンズ２３の移動位置を調整して、撮像画像のピント調整を行う処理である。デジタルスチルカメラ１は、フレーミング処理を行いながら、シャッタレリーズボタン２０を半押し状態とすると、撮像画像に基づき合焦点位置を検出するオートフォーカス処理を開始する。具体的に、オートフォーカス処理時には、制御部３０は、フォーカスレンズ２３を移動させながら各位置におけるこのコントラスト値を検波回路１９から取得し、フォーカスレンズ２３の各移動位置に対するコントラスト値の増減を判断する。そして、制御部３０は、そのコントラスト値の増減から、フォーカスレンズ２３の移動位置に対する画像のフォーカスの合焦の度合いを判断し、もっともその合焦度合いが高い位置にフォーカスレンズ２３を移動する。
【００３２】
また、このデジタルスチルカメラ１では、このオートフォーカス処理時に、静止画像記録時の絞り羽根の開度や電子シャッタのスピード等の設定、つまり、Ｆ値やシャッタスピードの設定も行うことができる。ただし、オートフォーカス時に特別なＦ値やシャッタスピード等を設定する時には、オートフォーカス処理後に静止画像記録時のＦ値やシャッタスピードの再設定を行う。
【００３３】
静止画像撮影処理とは、被写体画像を１画面分撮像して、その１画面分の被写体画像をメディアに記録する処理である。デジタルスチルカメラ１は、オートフォーカス処理を完了したのちに、シャッタレリーズボタン２０が全押しされると、フォーカスレンズ２３の移動位置、並びに、絞り羽根の開度、電子シャッタ時間及びＳ／Ｈ・ＧＣ１４の利得を設定して、１画面分の静止画像をＣＣＤ１２で取り込む。取り込まれた静止画像は、デジタル信号処理回路１６等により圧縮等の処理がされたのち、メディアに保存される。
【００３４】
つぎに、自動露出制御処理について説明をする。
【００３５】
自動露出制御処理は、フレーミング処理時やオートフォーカス処理時において、撮影した被写体画像が最適な露出となるように、絞り羽根２４の開口度、ＣＣＤ１２の電子シャッタスピード、及び、Ｓ／Ｈ・ＧＣ回路１４の増幅度が設定される。
【００３６】
これらの各設定は、制御部３０の内部メモリ内に格納される露出制御パラメータに応じて、行われる。露出制御パラメータに基づく露出制御は、例えば、露出制御パラメータの各値に対する絞り羽根２４の開口度数、電子シャッタスピード量、画像信号の増幅度数等が示されたテーブルや、露出制御パラメータからこれらのデータを算出する演算数式を用いて行われる。
【００３７】
制御部３０は、露出制御パラメータの値が大きくなれば画像を明るくする方向に露出を制御し、露出制御パラメータの値が小さくなれば画像を暗くする方向に露出を制御する。つまり、制御部３０は、露出制御パラメータが大きくなれば、絞り羽根２４の開口度を大きくする（絞り羽根３４を開く）、電子シャッタスピードを遅くする（ＣＣＤ１２の露光時間を長くする）、ＣＣＤ１２から出力される画像信号の増幅度を大きくする（Ｓ／Ｈ・ＧＣ回路１４の利得を大きくする）といった方向に制御をする。反対に、制御部３０は、露出制御パラメータが小さくなれば、絞り羽根２４の開口度を小さくする（絞り羽根３４を閉じる）、電子シャッタスピードを早くする（ＣＣＤ１２の露光時間を短くする）、ＣＣＤ１２から出力される画像信号の増幅度を小さくする（Ｓ／Ｈ・ＧＣ回路１４の利得を小さくする）といった方向に制御をする。
【００３８】
また、制御部３０の内部メモリに格納される露出制御パラメータは、実際に撮像された画像から検出された輝度レベルや、輝度レベルのヒストグラムに基づき、例えば１フレーム毎に逐次補正がされていく。以下説明をする自動露出制御処理は、輝度レベルのヒストグラムに基づき、露出制御パラメータを補正するものである。
【００３９】
撮像画像の輝度レベルのヒストグラムは、検波回路１９により算出される。具体的にヒストグラムの一例を示すと、図２に示すようになる。すなわち、横軸に画素の輝度レベルが示され、縦軸には、１つの撮像画像内の画素数つまり度数が示される。従って、輝度レベルが高い画素が多く含まれている撮像画像の場合には、図２（ａ）に示すように、高輝度レベル部分がピークとなるヒストグラムとなる。また、輝度レベルが低い画素が多く含まれている撮像画像の場合には、図２（ｂ）に示すように、低輝度レベル部分がピークとなるヒストグラムとなる。
【００４０】
制御部３０は、ある任意の露出制御パラメータにより露出制御がされた状態の被写体画像から、ヒストグラムを検出する。制御部３０は、そのヒストグラムから、上記任意の露出制御パラメータで撮像された画像の特徴を検出する。制御部３０は、その特徴に基づき、露出をどのように補正すれば最適な露出を得ることができるかを判断し、その判断結果から上記任意の露出制御パラメータを補正して、新たな露出制御パラメータを求める。例えば、ヒストグラムから高輝度成分の画素数が非常に少ないといった撮像画像の特徴が得られれば、露出制御パラメータを小さくして、露出が暗くなる方向に制御する。反対に、ヒストグラムから低輝度成分の画素数が非常に少ないといった撮像画像の特徴が得られれば、露出制御パラメータを大きくして、露出が明るくなる方向に制御する。
【００４１】
そして、制御部３０は、その新たな露出制御パラメータで露出制御を行って被写体を撮像し、さらにこの新たな露出制御パラメータで撮像された画像からヒストグラムを検出して、露出制御パラメータの追従補正を行っていく。
【００４２】
従って、本デジタルスチルカメラ１では、常に、被写体の特徴に応じた最適な露出で、被写体を撮像することができる。
【００４３】
つぎに、このデジタルスチルカメラ１に適用される露出制御処理の具体的な処理例について、図３に示すフローチャートを用いて説明をする。
【００４４】
デジタルスチルカメラ１では、電源が投入されてフレーミングモードの動作を開始すると、露出制御処理を以下のステップＳ１から開始する。
【００４５】
まず、制御部３０は、内部メモリ内に保持している露出制御パラメータに基づき露出制御を行い、被写体画像を撮像する（ステップＳ１）。内部メモリ内には、本フロー制御の開始時には、例えば、通常の測光に基づき検出した被写体の反射光量等から算出された露出制御パラメータ、或いは、予めメモリ等にプリセットしておいた露出制御パラメータが格納される。また、本フロー制御が一回以上ループ処理された後には、前ループにおけるステップＳ１１での処理で求められた新たな露出制御パラメータが格納されている。
【００４６】
続いて、検波回路３０は、ステップＳ１で露出制御がされた被写体画像からヒストグラムを求める（ステップＳ２）。
【００４７】
続いて、制御部３０は、ステップＳ２で得られたヒストグラムを、検波回路３０から取得する（ステップＳ３）。
【００４８】
続いて、制御部３０は、取得したヒストグラムの輝度レベルを、高輝度範囲と、中期度範囲と、低輝度範囲の３段階に分割し、各範囲での画素数を算出する（ステップＳ４）。ここでは、高輝度範囲の画素数をＮＨ、中輝度範囲の画素数をＮＭ、低輝度範囲の画素数をＮＬとする。また、高輝度範囲、中輝度範囲、低輝度範囲を分割するスレッショルドは、例えば、図４に示すように、０ 〜 １／４×Ｙｍａｘを低輝度範囲とし、１／４×Ｙｍａｘ 〜 ３／４×Ｙｍａｘを中輝度範囲とし、３／４×Ｙｍａｘ 〜 Ｙｍａｘを高輝度範囲とする。なお、Ｙｍａｘは、輝度レベルの最大値である。また、輝度レベルを分割する際には、ガンマ補正処理を考慮することが望ましい。もし、ガンマ補正前の輝度データを用いてヒストグラムを生成する場合には、図５に示すように、ガンマ補正後の輝度レベルに対応する値から、スレッショルドを算出するようにする。また、ここでは、輝度レベルを４分割して上位１／４を高輝度範囲とし下位１／４を低輝度範囲としたが、輝度レベルをＮ分割して、上位１／Ｎを高輝度範囲とし、下位１／Ｎを低輝度範囲としてもよい。ただし、この場合、Ｎは３以上の整数とする必要がある。
【００４９】
続いて、制御部３０は、下記演算を行い、第１の補正比率Ｒ１を算出する（ステップＳ５）。
Ｒ１＝｜ＮＨ−ＮＬ｜／（ＮＨ＋ＮＭ＋ＮＬ）
【００５０】
続いて、制御部３０は、下記演算を行い、第２の補正比率Ｒ２を算出する（ステップＳ６）。
Ｒ２＝ＮＭ／（ＮＨ＋ＮＭ＋ＮＬ）
【００５１】
続いて、制御部３０は、下記演算を行い、第３の補正比率Ｒ３を算出する（ステップＳ７）。
Ｒ３＝ＮＨ／（ＮＨ＋ＮＭ＋ＮＬ）
【００５２】
続いて、制御部３０は、下記演算を行い、第４の補正比率Ｒ４を算出する（ステップＳ８）。
Ｒ４＝ＮＬ／（ＮＨ＋ＮＭ＋ＮＬ）
【００５３】
続いて、制御部３０は、第１の補正比率Ｒ１、第２の補正比率Ｒ２、第３の補正比率Ｒ３、第４の補正比率Ｒ４を乗算し、合計補正比率Ｒを算出する（ステップＳ９）。
【００５４】
続いて、制御部３０は、合計補正比率Ｒに基づき、内部メモリ内に格納されている露出制御パラメータを補正して、新たな露出制御パラメータを求める（ステップＳ１０）。例えば、合計補正比率Ｒと係数ｋとを乗算し、内部メモリ内に格納されている露出制御パラメータからこの乗算結果を加算或いは減算することによって、新たな露出制御パラメータを算出する。
【００５５】
続いて、制御部３０は、新たな露出制御パラメータを内部メモリ内に格納する（ステップＳ１１）。
【００５６】
そして、制御部３０は、ステップＳ１からステップＳ１１までの処理を、例えば１フレーム毎に行い、次のフレームに対する処理を行う際には、再度ステップＳ１から処理を開始する。
【００５７】
なお、ステップＳ５〜Ｓ８において求められた第１の補正比率Ｒ１、第２の補正比率Ｒ２、第３の補正比率Ｒ３、第４の補正比率Ｒ４は、合計補正比率Ｒに対して、それぞれ以下のような影響を与えることになる。
【００５８】
第１の補正比率Ｒ１は、高輝度範囲の画素が多く低輝度範囲の画素が少ない場合、或いは、高輝度範囲の画素が少なく高輝度範囲の画素が多い場合に、値が大きくなる。つまり、第１の補正比率Ｒ１は、画像が白とびしている場合、或いは、画像が黒つぶれしている場合に、値が大きくなる。従って、第１の補正比率Ｒ１は、例えば、被写体画像が低輝度範囲或いは高輝度範囲の一方に偏り、ＣＣＤの感応レンジ幅を広く活用できていない場合には、合計補正比率が大きくなるように影響を与えることができる。そのため、このような第１の補正比率Ｒ１に基づき露出制御パラメータを補正することによって、白とび、黒つぶれ、或いは、薄暗い画像（いわゆる眠い画像）のときに、露出補正パラメータに与える補正量を大きくすることが可能となる。
【００５９】
第２の補正比率Ｒ２は、ヒストグラムの形状が、中輝度範囲の画素数が多い例えば山形のときに値が大きくなり、中輝度範囲の画素数が少ない例えば谷型のときに値が小さくなる。つまり、第２の補正比率Ｒ２は、高輝度範囲又は低輝度範囲に画素が多く中輝度範囲に画素が少なく、被写体が高輝度側にあるのか低輝度側にあるのかが不明な場合には、値が小さくなる。従って、第２の補正比率Ｒ２は、誤った補正を行う可能性がある場合には、露出制御パラメータに与える補正量を小さくなるように影響を与えることが可能となる。
【００６０】
第３の補正比率Ｒ３は、全画素数に対して高輝度範囲の画素が多い場合に値が大きくなる。そのため、第３の補正比率Ｒ３は、例えば、人物を撮影した場合に、顔が白とびしているような場合、露出制御パラメータに与える補正量を大きくすることが可能となる。
【００６１】
第４の補正比率Ｒ４は、全画素数に対して低輝度範囲の画素が多い場合に値が大きくなる。そのため、第４の補正比率Ｒ４は、例えば、黒い車等を撮影したような場合等に生じる、黒い部分の階調がなくなっているような画像に対して、露出制御パラメータに与える補正量を大きくすることが可能となる。
【００６２】
なお、本例では、第１〜第４の補正比率Ｒ１〜Ｒ４を全て乗算して、合計補正比率Ｒを求めているが、全ての補正利率を用いることなく、例えばこれら一つの補正比率だけを用いて合計補正比率Ｒを算出してもよいし、これらの組み合わせを用いても良い。
【００６３】
本発明の実施の形態のデジタルスチルカメラ１では、以上のように、任意の露出制御パラメータで撮像された被写体画像から得られるヒストグラムに基づきその被写体画像の特徴を検出し、その特徴から任意の露出制御パラメータを補正して、新たな露出制御パラメータを算出し、露出を新たな露出制御量に制御して被写体画像を撮像する。
【００６４】
このため、本発明の実施の形態のデジタルスチルカメラ１では、白とびや黒つぶれといったことなく被写体の特徴に応じた細やかな露出制御を行うことが可能となる。例えば、図６（Ａ）に示すような低輝度側に偏った画像が撮像された場合であっても、以上の露出制御を行って補正をすることによって、図６（Ｂ）に示すように、低輝度から高輝度までＣＣＤの感応レンジを効率的に用いたダイナミックレンジの広い画像を撮像することができる。
【００６５】
【発明の効果】
本発明にかかる画像撮像装置及び画像撮像方法では、任意の露出制御量で撮像された被写体画像から、輝度レベルの範囲を高輝度範囲、中輝度範囲、低輝度範囲の３つの範囲に分割して、輝度レベルに対する画素の度数を示すヒストグラムを生成し、上記高輝度範囲の画素数をＮ Ｈ 、上記中輝度範囲の画素数をＮ Ｍ 、上記低輝度範囲の画素数をＮ Ｌ としたときに、第１の比率、第２の比率、第３の比率及び／又は第４の比率を求め、各比率を乗算した総合比率に基づき補正量を算出し、当該補正量に基づき上記任意の露出制御量を補正することにより上記新たな露出制御量を算出し、露出を新たな露出制御量に制御して被写体画像を撮像する。
【００６６】
このため本発明では、白とびや黒つぶれといったことなく被写体の特徴に応じた細やかな露出制御を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態のデジタルスチルカメラのブロック構成図である。
【図２】被写体画像のヒストグラムを示す図である。
【図３】露出制御のタスクを示すフローチャートである。
【図４】被写体画像のヒストグラムの輝度レベルの分割範囲を説明するための図である。
【図５】ガンマ補正カーブを考慮した輝度レベルの分割閾値を説明するための図である。
【図６】本発明の露出補正を行ったのちのヒストグラムを示す図である。
【符号の説明】
１ デジタルスチルカメラ、１１ カメラ部、１２ ＣＣＤイメージセンサ、１３ タイミングジェネレータ、１４ Ｓ／Ｈ・ＧＣ、１５ ＡＤコンバータ、１６ デジタル信号処理回路、１７ ファインダ、１８ 記録回路 １９ 検波回路 ２０ シャッタレリーズボタン、２１ シャッタ判定回路、２２ ズームレンズ、２３ フォーカスレンズ、２４ 絞り羽根、２５ 絞り駆動部、３０ 制御部
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサやＣ−ＭＯＳイメージセンサ等の光電変換素子を用いて電子的に静止画像等を撮像する画像撮像装置及び画像撮像方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＣＤイメージセンサやＣ−ＭＯＳイメージセンサを光電変換素子として用いたいわゆるデジタルスチルカメラと呼ばれる電子式の画像撮像装置が広く用いられている。
【０００３】
このようなデジタルスチルカメラには、一般的に、自動的に露光量を調整するＡＥ（自動露出）機能が設けられている。デジタルスチルカメラの露出制御は、視野内の光量をセンサなどで測光し、その測光結果に基づき、レンズの開口度、電子シャッタ量及びＣＣＤイメージセンサ等から出力される電気信号の利得を調整することにより行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＣＣＤイメージセンサ等の光電変換素子は、銀塩写真フィルムに比べて、撮影可能な輝度領域のダイナミックレンジが非常に狭い。そのため、視野内に含まれる明るい部分と暗い部分の輝度差が大きい場合には、適正露出の範囲が非常に狭くなり、単純なセンサによる測光結果に基づき露出制御したのでは、最適な露出制御をすることが困難であった。例えば、明るい部分に露出を合わせた場合には、暗い部分は黒つぶれした画像となってしまい、暗い部分に露出を合わせた場合には、明るい部分が白くとんだ画像となってしまう。また、被写体によっては全体的に薄暗い画像（いわゆる眠い画像）となってしまう可能性もある。
【０００５】
このような問題を解決するため、近年、実際に撮像して得られた画像から光量を測定して、撮影時の露出が制御されるようになってきた。実際の撮像画面から光量を測定する方式としては、画面全体の平均の輝度を測定する全面平均測光方式、画面内の中央部分の輝度を重点的に測定する中央部重点測光方式、画面内を分割してそれぞれの領域で平均の輝度を測定する多分割測光方式、画面内の任意の位置の輝度を測定するスポット測光方式等がある。
【０００６】
しかしながら、以上のような実際の撮像画像から光量を測定する方式を用いたとしても、単に平均の輝度量を算出していたり、部分的な輝度測定でしかないので、被写体の特徴に応じて細やかに露出を制御することは困難であった。
【０００７】
本発明は、このような実情を鑑みてなされたものであり、白とびや黒つぶれをすることなく、被写体の特徴に応じた細やかな露出制御を行うことが可能な画像撮像装置及び画像撮像方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる画像撮像装置は、被写体からの撮像光が入射され、この撮像光を撮像素子により電気信号に変換し、変換した電気信号を画素単位又は画素ブロック単位でデジタル化して撮像信号を生成することによって、被写体画像を撮像するカメラ撮像部と、上記カメラ撮像部を制御する制御部とを備え、上記制御部は、上記カメラ撮像部の露出を任意の露出制御量に制御し、上記任意の露出制御量で撮像された被写体画像から、輝度レベルの範囲を高輝度範囲、中輝度範囲、低輝度範囲の３つの範囲に分割して、該輝度レベルに対する画素の度数を示すヒストグラムを生成し、上記高輝度範囲の画素数をＮ Ｈ 、上記中輝度範囲の画素数をＮ Ｍ 、上記低輝度範囲の画素数をＮ Ｌ としたときに、下記演算式に基づき第１の比率、第２の比率、第３の比率及び／又は第４の比率を求め、各比率を乗算した総合比率に基づき補正量を算出し、当該補正量に基づき上記任意の露出制御量を補正することにより上記新たな露出制御量を算出し、上記カメラ撮像部の露出を上記新たな露出制御量に制御して被写体画像を撮像することを特徴とする。
第１の比率＝｜Ｎ Ｈ −Ｎ Ｌ ｜／（Ｎ Ｈ ＋Ｎ Ｍ ＋Ｎ Ｌ ）
第２の比率＝Ｎ Ｍ ／（Ｎ Ｈ ＋Ｎ Ｍ ＋Ｎ Ｌ ）
第３の比率＝Ｎ Ｈ ／（Ｎ Ｈ ＋Ｎ Ｍ ＋Ｎ Ｌ ）
第４の比率＝Ｎ Ｌ ／（Ｎ Ｈ ＋Ｎ Ｍ ＋Ｎ Ｌ ）
【０００９】
この画像撮像装置では、任意の露出制御量で撮像された被写体画像から輝度レベルに対する画素の度数を示すヒストグラムを生成し、このヒストグラムに基づき上記被写体画像の特徴を検出する。そして、その特徴に応じて任意の露出制御量を補正して新たな露出制御量を算出し、露出を新たな露出制御量に制御して被写体画像を撮像する。
【００１１】
また、本発明にかかる画像撮像方法は、被写体からの撮像光が入射され、この撮像光を撮像素子により電気信号に変換し、変換した電気信号を画素単位又は画素ブロック単位でデジタル化して撮像信号を生成することによって、被写体画像を撮像する画像撮像方法であって、任意の露出制御量に応じた露出で被写体画像を撮像し、上記任意の露出制御量で撮像された被写体画像から、輝度レベルの範囲を高輝度範囲、中輝度範囲、低輝度範囲の３つの範囲に分割して、輝度レベルに対する画素の度数を示すヒストグラムを生成し、上記高輝度範囲の画素数をＮ Ｈ 、上記中輝度範囲の画素数をＮ Ｍ 、上記低輝度範囲の画素数をＮ Ｌ としたときに、下記演算式に基づき第１の比率、第２の比率、第３の比率及び／又は第４の比率を求め、各比率を乗算した総合比率に基づき補正量を算出し、当該補正量に基づき上記任意の露出制御量を補正することにより上記新たな露出制御量を算出し、露出を新たな露出制御量に制御して被写体画像を撮像することを特徴とする。
第１の比率＝｜Ｎ Ｈ −Ｎ Ｌ ｜／（Ｎ Ｈ ＋Ｎ Ｍ ＋Ｎ Ｌ ）
第２の比率＝Ｎ Ｍ ／（Ｎ Ｈ ＋Ｎ Ｍ ＋Ｎ Ｌ ）
第３の比率＝Ｎ Ｈ ／（Ｎ Ｈ ＋Ｎ Ｍ ＋Ｎ Ｌ ）
第４の比率＝Ｎ Ｌ ／（Ｎ Ｈ ＋Ｎ Ｍ ＋Ｎ Ｌ ）
【００１２】
この画像撮像方法では、任意の露出制御量で撮像された被写体画像から輝度レベルに対する画素の度数を示すヒストグラムを生成し、このヒストグラムに基づき上記被写体画像の特徴を検出する。そして、その特徴に応じて上記任意の露出制御量を補正して新たな露出制御量を算出し、露出を上記新たな露出制御量に制御して被写体画像を撮像する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態として、本発明が適用された電子的に静止画像を撮像する撮像装置（デジタルスチルカメラ）について説明をする。図１に、本発明の実施の形態のデジタルスチルカメラ１の構成図を示す。
【００１５】
デジタルスチルカメラ１は、図１に示すように、カメラ部１１と、ＣＣＤ１２と、タイミング信号発生回路（ＴＧ）１３と、Ｓ／Ｈ・ＧＣ（Sampling Hold Gain Control）回路１３と、ＡＤコンバータ１５と、デジタル信号処理回路１６と、ファインダ１７と、記録回路１８と、検波回路１９と、シャッタレリーズボタン２０と、シャッタ判定回路２１と、制御部３０とを備えている。
【００１６】
ＣＣＤ１２は、レンズ部１１介して受光面に結像された被写体の撮像光を、画素毎に電気信号に変換し、画像信号を出力する。ＣＣＤ１２により蓄積された画像信号は、所定のタイミング（画像更新周期）で、Ｓ／Ｈ・ＧＣ回路１４に供給される。
【００１７】
タイミング信号発生回路１３は、ＣＣＤ１２が１画面毎の画像信号の読み出しに必要とする各種の駆動パルス、並びに、ＣＣＤ１２に蓄積される電荷の蓄積時間を制御する電子シャッタパルスを発生する。タイミング信号発生回路１３から発生された各種パルスは、ＣＣＤ１２に供給され、画像信号の撮像処理や出力処理のタイミング信号として用いられる。また、タイミング信号発生回路１３は、電子シャッタのシャッタスピードを、制御部３０からの制御命令に従い制御する。
【００１８】
Ｓ／Ｈ・ＧＣ回路１４は、ＣＣＤ１２から供給された画像信号に対して、サンプリング処理や増幅処理等のアナログ処理を行う。Ｓ／Ｈ・ＧＣ回路１４から出力されたアナログの画像信号は、ＡＤコンバータ１５に供給される。また、ＣＣＤ１２から供給された画像信号の増幅度は、制御部３０により制御される。
【００１９】
ＡＤコンバータ１５は、Ｓ／Ｈ・ＧＣ回路１４から供給されたアナログの画像信号を所定のサンプリングレートでサンプリングして、デジタルの画像信号に変換する。ＡＤコンバータ１５から出力されたデジタル画像信号は、デジタル信号処理回路１６に供給される。
【００２０】
デジタル信号処理回路１６は、ＡＤコンバータ１５から供給されたデジタル画像信号から、例えば、ＮＴＳＣフォーマットや記録メディアに必要なフォーマット等のデジタルの映像信号を生成し、外部に出力する。デジタル信号処理回路１６は、フレーミング時には、デジタル画像信号から表示画像信号を生成し、ファインダ１７に供給する。デジタル信号処理回路１６は、静止画像撮像時には、デジタル画像信号から１枚の静止画像信号を生成し、それを圧縮等した後、記録回路１８に供給する。
【００２１】
ファインダ１７は、例えば液晶パネル等から構成された電子式の表示装置である。ファインダ１７には、フレーミング時に、デジタル信号処理回路１６から表示画像信号が入力され、その画像信号を表示する。
【００２２】
記録回路１８は、静止画像撮像時に、デジタル信号処理回路１６から出力される静止画像信号を、例えばメモリカード等の記憶メディアに記録する。
【００２３】
検波回路１９は、デジタル信号処理回路１６から供給され映像信号から、オートフォーカス（ＡＦ）、自動露出（ＡＥ）等に必要となる各種検波信号を生成する。各種検波信号は、制御部３０により例えば１フレーム毎に読み出される。制御部３０は、読み出した各種検波信号に基づき、適切な画像が撮像できるようにレンズ部１１等を制御する。具体的に、検波回路１９が検出する検波信号としては、例えばオートフォーカスに関する検波信号や自動露出制御に関する検波信号等がある。検波回路１９は、オートフォーカスに関する検波信号として、撮像画像上の所定の位置に設定されたＡＦ検波エリア内における輝度のエッジ成分を検出し、そのエッジ成分を積算して得られるコントラスト値を出力する。また、検波回路１９は、自動露出制御に関する検波信号として、撮像画像から輝度レベルに対する画素の度数を示すヒストグラムを生成し、このヒストグラムに基づき被写体画像の特徴を検出し、その特徴に応じて算出した露出制御量を出力する。なお、この露出制御に関する検波信号の詳細については、後で説明する。
【００２４】
シャッタレリーズボタン２０は、ユーザにより操作されるモーメンタリ型の押圧スイッチである。このシャッタレリーズボタン２０は、スイッチを全く押さない状態（オフ）と、スイッチを押しきった状態（全押し）と、スイッチを半分程度まで押した状態（半押し）との３つの状態を区別してスイッチングする機能が設けられている。このシャッタレリーズボタン２０の３つの押圧状態（オフ、半押し、全押し）は、シャッタ判別回路２０により判別がされ、その判別情報が制御部３０に供給される。
【００２５】
レンズ部１１は、ズームレンズ２２と、フォーカスレンズ２３と、絞り羽根２４と、絞り羽根２４を駆動する絞り羽根駆動部２５とを備えている。また、レンズ部１１は、これらの他に、例えば、入射光の赤外線をカットする赤外カットフィルタ、入射光を遮光するシャッタ羽根等の光学系や、ズームレンズ２２を駆動するズームレンズ駆動部、フォーカスレンズを駆動するフォーカスレンズ駆動部、シャッタ羽根を駆動するシャッタ駆動部等も備えている。
【００２６】
レンズ部１１内のズームレンズ２２は、その光軸が、ＣＣＤ１２の受光面の略中心から延ばした鉛直線と一致する位置に設けられている。ズームレンズ２２は、光軸上を前後に直線移動可能に設けられ、その移動位置に応じてＣＣＤ１２の受光面上の結像画像の撮像倍率を変える。ズームレンズ２２は、その移動位置が、ズームレンズ駆動部を介して制御部３０により制御される。
【００２７】
レンズ部１１内のフォーカスレンズ２３は、その光軸が、ＣＣＤ１２の受光面の略中心から延ばした鉛直線と一致する位置に設けられている。フォーカスレンズ２３は、光軸上を前後に直線移動可能に設けられ、その移動位置に応じてＣＣＤ１２上の受光面上の結像画像の焦点位置を変える。フォーカスレンズ２３は、その移動位置が、絞り羽根駆動部２５を介して制御部３０により制御される。
【００２８】
絞り羽根２４は、ＣＣＤ１２の受光面に結像される撮像光の光の量を調整する。絞り羽根２４は、レンズ部１１の光学系の光軸を中心とした孔を形成し、その孔径を変化させることにより、光の量を制御する。すなわち、この絞り羽根２４は、カメラの絞り値（Ｆ値）を制御する。絞り羽根２４は、その孔径が、絞り駆動部２５を介して制御部３０により制御される。
【００２９】
制御部３０は、デジタルスチルカメラ１の各部の制御を行う。例えば、シャッタレリーズボタン２０の押圧状態に基づき、フレーミング処理制御（オフ）、オートフォーカス処理制御（半押し）、静止画像記録制御（全押し）を行う。
【００３０】
フレーミング処理とは、画面内の被写体の位置や画面の構図を、ユーザが撮影前に確認することができるように、ＣＣＤ１２に撮像されている画像をファインダ１７に表示する処理である。このフレーミング処理時には、一定の画像更新周期毎（例えば１／３０秒毎）にＣＣＤ１２が１画面分の撮像処理を行い、撮像して得られた画像信号が出力される。そのため、ファインダ１７に表示される画像も、一定時間毎（例えば１／３０秒毎）に更新され、ユーザはファインダ１７に表示されている撮像画像を、動画で確認することができる。このフレーミング処理は、デジタルスチルカメラ１自体が撮影可能な状態になっており、且つ、シャッタレリーズボタン２０がオフの状態のとき、つまりユーザがシャッタレリーズボタン２０を押していない状態のときに行われる。
【００３１】
オートフォーカス処理とは、静止画の撮像対象となる被写体画像のフォーカスを、自動的に設定する処理である。つまり、オートフォーカス処理は、自動的にフォーカスレンズ２３の移動位置を調整して、撮像画像のピント調整を行う処理である。デジタルスチルカメラ１は、フレーミング処理を行いながら、シャッタレリーズボタン２０を半押し状態とすると、撮像画像に基づき合焦点位置を検出するオートフォーカス処理を開始する。具体的に、オートフォーカス処理時には、制御部３０は、フォーカスレンズ２３を移動させながら各位置におけるこのコントラスト値を検波回路１９から取得し、フォーカスレンズ２３の各移動位置に対するコントラスト値の増減を判断する。そして、制御部３０は、そのコントラスト値の増減から、フォーカスレンズ２３の移動位置に対する画像のフォーカスの合焦の度合いを判断し、もっともその合焦度合いが高い位置にフォーカスレンズ２３を移動する。
【００３２】
また、このデジタルスチルカメラ１では、このオートフォーカス処理時に、静止画像記録時の絞り羽根の開度や電子シャッタのスピード等の設定、つまり、Ｆ値やシャッタスピードの設定も行うことができる。ただし、オートフォーカス時に特別なＦ値やシャッタスピード等を設定する時には、オートフォーカス処理後に静止画像記録時のＦ値やシャッタスピードの再設定を行う。
【００３３】
静止画像撮影処理とは、被写体画像を１画面分撮像して、その１画面分の被写体画像をメディアに記録する処理である。デジタルスチルカメラ１は、オートフォーカス処理を完了したのちに、シャッタレリーズボタン２０が全押しされると、フォーカスレンズ２３の移動位置、並びに、絞り羽根の開度、電子シャッタ時間及びＳ／Ｈ・ＧＣ１４の利得を設定して、１画面分の静止画像をＣＣＤ１２で取り込む。取り込まれた静止画像は、デジタル信号処理回路１６等により圧縮等の処理がされたのち、メディアに保存される。
【００３４】
つぎに、自動露出制御処理について説明をする。
【００３５】
自動露出制御処理は、フレーミング処理時やオートフォーカス処理時において、撮影した被写体画像が最適な露出となるように、絞り羽根２４の開口度、ＣＣＤ１２の電子シャッタスピード、及び、Ｓ／Ｈ・ＧＣ回路１４の増幅度が設定される。
【００３６】
これらの各設定は、制御部３０の内部メモリ内に格納される露出制御パラメータに応じて、行われる。露出制御パラメータに基づく露出制御は、例えば、露出制御パラメータの各値に対する絞り羽根２４の開口度数、電子シャッタスピード量、画像信号の増幅度数等が示されたテーブルや、露出制御パラメータからこれらのデータを算出する演算数式を用いて行われる。
【００３７】
制御部３０は、露出制御パラメータの値が大きくなれば画像を明るくする方向に露出を制御し、露出制御パラメータの値が小さくなれば画像を暗くする方向に露出を制御する。つまり、制御部３０は、露出制御パラメータが大きくなれば、絞り羽根２４の開口度を大きくする（絞り羽根３４を開く）、電子シャッタスピードを遅くする（ＣＣＤ１２の露光時間を長くする）、ＣＣＤ１２から出力される画像信号の増幅度を大きくする（Ｓ／Ｈ・ＧＣ回路１４の利得を大きくする）といった方向に制御をする。反対に、制御部３０は、露出制御パラメータが小さくなれば、絞り羽根２４の開口度を小さくする（絞り羽根３４を閉じる）、電子シャッタスピードを早くする（ＣＣＤ１２の露光時間を短くする）、ＣＣＤ１２から出力される画像信号の増幅度を小さくする（Ｓ／Ｈ・ＧＣ回路１４の利得を小さくする）といった方向に制御をする。
【００３８】
また、制御部３０の内部メモリに格納される露出制御パラメータは、実際に撮像された画像から検出された輝度レベルや、輝度レベルのヒストグラムに基づき、例えば１フレーム毎に逐次補正がされていく。以下説明をする自動露出制御処理は、輝度レベルのヒストグラムに基づき、露出制御パラメータを補正するものである。
【００３９】
撮像画像の輝度レベルのヒストグラムは、検波回路１９により算出される。具体的にヒストグラムの一例を示すと、図２に示すようになる。すなわち、横軸に画素の輝度レベルが示され、縦軸には、１つの撮像画像内の画素数つまり度数が示される。従って、輝度レベルが高い画素が多く含まれている撮像画像の場合には、図２（ａ）に示すように、高輝度レベル部分がピークとなるヒストグラムとなる。また、輝度レベルが低い画素が多く含まれている撮像画像の場合には、図２（ｂ）に示すように、低輝度レベル部分がピークとなるヒストグラムとなる。
【００４０】
制御部３０は、ある任意の露出制御パラメータにより露出制御がされた状態の被写体画像から、ヒストグラムを検出する。制御部３０は、そのヒストグラムから、上記任意の露出制御パラメータで撮像された画像の特徴を検出する。制御部３０は、その特徴に基づき、露出をどのように補正すれば最適な露出を得ることができるかを判断し、その判断結果から上記任意の露出制御パラメータを補正して、新たな露出制御パラメータを求める。例えば、ヒストグラムから高輝度成分の画素数が非常に少ないといった撮像画像の特徴が得られれば、露出制御パラメータを小さくして、露出が暗くなる方向に制御する。反対に、ヒストグラムから低輝度成分の画素数が非常に少ないといった撮像画像の特徴が得られれば、露出制御パラメータを大きくして、露出が明るくなる方向に制御する。
【００４１】
そして、制御部３０は、その新たな露出制御パラメータで露出制御を行って被写体を撮像し、さらにこの新たな露出制御パラメータで撮像された画像からヒストグラムを検出して、露出制御パラメータの追従補正を行っていく。
【００４２】
従って、本デジタルスチルカメラ１では、常に、被写体の特徴に応じた最適な露出で、被写体を撮像することができる。
【００４３】
つぎに、このデジタルスチルカメラ１に適用される露出制御処理の具体的な処理例について、図３に示すフローチャートを用いて説明をする。
【００４４】
デジタルスチルカメラ１では、電源が投入されてフレーミングモードの動作を開始すると、露出制御処理を以下のステップＳ１から開始する。
【００４５】
まず、制御部３０は、内部メモリ内に保持している露出制御パラメータに基づき露出制御を行い、被写体画像を撮像する（ステップＳ１）。内部メモリ内には、本フロー制御の開始時には、例えば、通常の測光に基づき検出した被写体の反射光量等から算出された露出制御パラメータ、或いは、予めメモリ等にプリセットしておいた露出制御パラメータが格納される。また、本フロー制御が一回以上ループ処理された後には、前ループにおけるステップＳ１１での処理で求められた新たな露出制御パラメータが格納されている。
【００４６】
続いて、検波回路３０は、ステップＳ１で露出制御がされた被写体画像からヒストグラムを求める（ステップＳ２）。
【００４７】
続いて、制御部３０は、ステップＳ２で得られたヒストグラムを、検波回路３０から取得する（ステップＳ３）。
【００４８】
続いて、制御部３０は、取得したヒストグラムの輝度レベルを、高輝度範囲と、中期度範囲と、低輝度範囲の３段階に分割し、各範囲での画素数を算出する（ステップＳ４）。ここでは、高輝度範囲の画素数をＮＨ、中輝度範囲の画素数をＮＭ、低輝度範囲の画素数をＮＬとする。また、高輝度範囲、中輝度範囲、低輝度範囲を分割するスレッショルドは、例えば、図４に示すように、０ 〜 １／４×Ｙｍａｘを低輝度範囲とし、１／４×Ｙｍａｘ 〜 ３／４×Ｙｍａｘを中輝度範囲とし、３／４×Ｙｍａｘ 〜 Ｙｍａｘを高輝度範囲とする。なお、Ｙｍａｘは、輝度レベルの最大値である。また、輝度レベルを分割する際には、ガンマ補正処理を考慮することが望ましい。もし、ガンマ補正前の輝度データを用いてヒストグラムを生成する場合には、図５に示すように、ガンマ補正後の輝度レベルに対応する値から、スレッショルドを算出するようにする。また、ここでは、輝度レベルを４分割して上位１／４を高輝度範囲とし下位１／４を低輝度範囲としたが、輝度レベルをＮ分割して、上位１／Ｎを高輝度範囲とし、下位１／Ｎを低輝度範囲としてもよい。ただし、この場合、Ｎは３以上の整数とする必要がある。
【００４９】
続いて、制御部３０は、下記演算を行い、第１の補正比率Ｒ１を算出する（ステップＳ５）。
Ｒ１＝｜ＮＨ−ＮＬ｜／（ＮＨ＋ＮＭ＋ＮＬ）
【００５０】
続いて、制御部３０は、下記演算を行い、第２の補正比率Ｒ２を算出する（ステップＳ６）。
Ｒ２＝ＮＭ／（ＮＨ＋ＮＭ＋ＮＬ）
【００５１】
続いて、制御部３０は、下記演算を行い、第３の補正比率Ｒ３を算出する（ステップＳ７）。
Ｒ３＝ＮＨ／（ＮＨ＋ＮＭ＋ＮＬ）
【００５２】
続いて、制御部３０は、下記演算を行い、第４の補正比率Ｒ４を算出する（ステップＳ８）。
Ｒ４＝ＮＬ／（ＮＨ＋ＮＭ＋ＮＬ）
【００５３】
続いて、制御部３０は、第１の補正比率Ｒ１、第２の補正比率Ｒ２、第３の補正比率Ｒ３、第４の補正比率Ｒ４を乗算し、合計補正比率Ｒを算出する（ステップＳ９）。
【００５４】
続いて、制御部３０は、合計補正比率Ｒに基づき、内部メモリ内に格納されている露出制御パラメータを補正して、新たな露出制御パラメータを求める（ステップＳ１０）。例えば、合計補正比率Ｒと係数ｋとを乗算し、内部メモリ内に格納されている露出制御パラメータからこの乗算結果を加算或いは減算することによって、新たな露出制御パラメータを算出する。
【００５５】
続いて、制御部３０は、新たな露出制御パラメータを内部メモリ内に格納する（ステップＳ１１）。
【００５６】
そして、制御部３０は、ステップＳ１からステップＳ１１までの処理を、例えば１フレーム毎に行い、次のフレームに対する処理を行う際には、再度ステップＳ１から処理を開始する。
【００５７】
なお、ステップＳ５〜Ｓ８において求められた第１の補正比率Ｒ１、第２の補正比率Ｒ２、第３の補正比率Ｒ３、第４の補正比率Ｒ４は、合計補正比率Ｒに対して、それぞれ以下のような影響を与えることになる。
【００５８】
第１の補正比率Ｒ１は、高輝度範囲の画素が多く低輝度範囲の画素が少ない場合、或いは、高輝度範囲の画素が少なく高輝度範囲の画素が多い場合に、値が大きくなる。つまり、第１の補正比率Ｒ１は、画像が白とびしている場合、或いは、画像が黒つぶれしている場合に、値が大きくなる。従って、第１の補正比率Ｒ１は、例えば、被写体画像が低輝度範囲或いは高輝度範囲の一方に偏り、ＣＣＤの感応レンジ幅を広く活用できていない場合には、合計補正比率が大きくなるように影響を与えることができる。そのため、このような第１の補正比率Ｒ１に基づき露出制御パラメータを補正することによって、白とび、黒つぶれ、或いは、薄暗い画像（いわゆる眠い画像）のときに、露出補正パラメータに与える補正量を大きくすることが可能となる。
【００５９】
第２の補正比率Ｒ２は、ヒストグラムの形状が、中輝度範囲の画素数が多い例えば山形のときに値が大きくなり、中輝度範囲の画素数が少ない例えば谷型のときに値が小さくなる。つまり、第２の補正比率Ｒ２は、高輝度範囲又は低輝度範囲に画素が多く中輝度範囲に画素が少なく、被写体が高輝度側にあるのか低輝度側にあるのかが不明な場合には、値が小さくなる。従って、第２の補正比率Ｒ２は、誤った補正を行う可能性がある場合には、露出制御パラメータに与える補正量を小さくなるように影響を与えることが可能となる。
【００６０】
第３の補正比率Ｒ３は、全画素数に対して高輝度範囲の画素が多い場合に値が大きくなる。そのため、第３の補正比率Ｒ３は、例えば、人物を撮影した場合に、顔が白とびしているような場合、露出制御パラメータに与える補正量を大きくすることが可能となる。
【００６１】
第４の補正比率Ｒ４は、全画素数に対して低輝度範囲の画素が多い場合に値が大きくなる。そのため、第４の補正比率Ｒ４は、例えば、黒い車等を撮影したような場合等に生じる、黒い部分の階調がなくなっているような画像に対して、露出制御パラメータに与える補正量を大きくすることが可能となる。
【００６２】
なお、本例では、第１〜第４の補正比率Ｒ１〜Ｒ４を全て乗算して、合計補正比率Ｒを求めているが、全ての補正利率を用いることなく、例えばこれら一つの補正比率だけを用いて合計補正比率Ｒを算出してもよいし、これらの組み合わせを用いても良い。
【００６３】
本発明の実施の形態のデジタルスチルカメラ１では、以上のように、任意の露出制御パラメータで撮像された被写体画像から得られるヒストグラムに基づきその被写体画像の特徴を検出し、その特徴から任意の露出制御パラメータを補正して、新たな露出制御パラメータを算出し、露出を新たな露出制御量に制御して被写体画像を撮像する。
【００６４】
このため、本発明の実施の形態のデジタルスチルカメラ１では、白とびや黒つぶれといったことなく被写体の特徴に応じた細やかな露出制御を行うことが可能となる。例えば、図６（Ａ）に示すような低輝度側に偏った画像が撮像された場合であっても、以上の露出制御を行って補正をすることによって、図６（Ｂ）に示すように、低輝度から高輝度までＣＣＤの感応レンジを効率的に用いたダイナミックレンジの広い画像を撮像することができる。
【００６５】
【発明の効果】
本発明にかかる画像撮像装置及び画像撮像方法では、任意の露出制御量で撮像された被写体画像から、輝度レベルの範囲を高輝度範囲、中輝度範囲、低輝度範囲の３つの範囲に分割して、輝度レベルに対する画素の度数を示すヒストグラムを生成し、上記高輝度範囲の画素数をＮ Ｈ 、上記中輝度範囲の画素数をＮ Ｍ 、上記低輝度範囲の画素数をＮ Ｌ としたときに、第１の比率、第２の比率、第３の比率及び／又は第４の比率を求め、各比率を乗算した総合比率に基づき補正量を算出し、当該補正量に基づき上記任意の露出制御量を補正することにより上記新たな露出制御量を算出し、露出を新たな露出制御量に制御して被写体画像を撮像する。
【００６６】
このため本発明では、白とびや黒つぶれといったことなく被写体の特徴に応じた細やかな露出制御を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態のデジタルスチルカメラのブロック構成図である。
【図２】被写体画像のヒストグラムを示す図である。
【図３】露出制御のタスクを示すフローチャートである。
【図４】被写体画像のヒストグラムの輝度レベルの分割範囲を説明するための図である。
【図５】ガンマ補正カーブを考慮した輝度レベルの分割閾値を説明するための図である。
【図６】本発明の露出補正を行ったのちのヒストグラムを示す図である。
【符号の説明】
１ デジタルスチルカメラ、１１ カメラ部、１２ ＣＣＤイメージセンサ、１３ タイミングジェネレータ、１４ Ｓ／Ｈ・ＧＣ、１５ ＡＤコンバータ、１６ デジタル信号処理回路、１７ ファインダ、１８ 記録回路 １９ 検波回路 ２０ シャッタレリーズボタン、２１ シャッタ判定回路、２２ ズームレンズ、２３ フォーカスレンズ、２４ 絞り羽根、２５ 絞り駆動部、３０ 制御部
Claims (6)
- 被写体からの撮像光が入射され、この撮像光を撮像素子により電気信号に変換し、変換した電気信号を画素単位又は画素ブロック単位でデジタル化して撮像信号を生成することによって、被写体画像を撮像するカメラ撮像部と、
上記カメラ撮像部を制御する制御部とを備え、
上記制御部は、
上記カメラ撮像部の露出を任意の露出制御量に制御し、
上記任意の露出制御量で撮像された被写体画像から、輝度レベルの範囲を高輝度範囲、中輝度範囲、低輝度範囲の３つの範囲に分割して、該輝度レベルに対する画素の度数を示すヒストグラムを生成し、
上記高輝度範囲の画素数をＮ Ｈ 、上記中輝度範囲の画素数をＮ Ｍ 、上記低輝度範囲の画素数をＮ Ｌ としたときに、下記演算式に基づき第１の比率、第２の比率、第３の比率及び／又は第４の比率を求め、各比率を乗算した総合比率に基づき補正量を算出し、当該補正量に基づき上記任意の露出制御量を補正することにより上記新たな露出制御量を算出し、
上記カメラ撮像部の露出を上記新たな露出制御量に制御して被写体画像を撮像することを特徴とする画像撮像装置。
第１の比率＝｜Ｎ Ｈ −Ｎ Ｌ ｜／（Ｎ Ｈ ＋Ｎ Ｍ ＋Ｎ Ｌ ）
第２の比率＝Ｎ Ｍ ／（Ｎ Ｈ ＋Ｎ Ｍ ＋Ｎ Ｌ ）
第３の比率＝Ｎ Ｈ ／（Ｎ Ｈ ＋Ｎ Ｍ ＋Ｎ Ｌ ）
第４の比率＝Ｎ Ｌ ／（Ｎ Ｈ ＋Ｎ Ｍ ＋Ｎ Ｌ ） - 上記制御部は、絞りの開口度、撮像素子のシャッタスピード及び／又は撮像素子から出力された電気信号の利得を設定して、露出を制御することを特徴とする請求項１記載の画像撮像装置。
- 上記制御部は、ガンマ補正カーブにより補正された後の輝度レベルに応じて、上記被写体画像の輝度レベルの範囲を分割するための閾値を設定することを特徴とする請求項１記載の画像撮像装置。
- 被写体からの撮像光が入射され、この撮像光を撮像素子により電気信号に変換し、変換した電気信号を画素単位又は画素ブロック単位でデジタル化して撮像信号を生成することによって、被写体画像を撮像する画像撮像方法において、
任意の露出制御量に応じた露出で被写体画像を撮像し、
上記任意の露出制御量で撮像された被写体画像から、輝度レベルの範囲を高輝度範囲、中輝度範囲、低輝度範囲の３つの範囲に分割して、該輝度レベルに対する画素の度数を示すヒストグラムを生成し、
上記高輝度範囲の画素数をＮ Ｈ 、上記中輝度範囲の画素数をＮ Ｍ 、上記低輝度範囲の画素数をＮ Ｌ としたときに、下記演算式に基づき第１の比率、第２の比率、第３の比率及び／又は第４の比率を求め、各比率を乗算した総合比率に基づき補正量を算出し、当該補正量に基づき上記任意の露出制御量を補正することにより上記新たな露出制御量を算出し、
露出を上記新たな露出制御量に制御して被写体画像を撮像することを特徴とする画像撮像方法。
第１の比率＝｜Ｎ Ｈ −Ｎ Ｌ ｜／（Ｎ Ｈ ＋Ｎ Ｍ ＋Ｎ Ｌ ）
第２の比率＝Ｎ Ｍ ／（Ｎ Ｈ ＋Ｎ Ｍ ＋Ｎ Ｌ ）
第３の比率＝Ｎ Ｈ ／（Ｎ Ｈ ＋Ｎ Ｍ ＋Ｎ Ｌ ）
第４の比率＝Ｎ Ｌ ／（Ｎ Ｈ ＋Ｎ Ｍ ＋Ｎ Ｌ ） - 上記露出は、絞りの開口度、撮像素子のシャッタスピード及び／又は撮像素子から出力された電気信号の利得を変化させることにより制御することを特徴とする請求項４記載の画像撮像方法。
- ガンマ補正カーブにより補正された後の輝度レベルに応じて、上記被写体画像の輝度レベルの範囲を分割するための閾値を設定することを特徴とする請求項４記載の画像撮像方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001356528A JP3994721B2 (ja) | 2001-11-21 | 2001-11-21 | 画像撮像装置及び方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001356528A JP3994721B2 (ja) | 2001-11-21 | 2001-11-21 | 画像撮像装置及び方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003158673A JP2003158673A (ja) | 2003-05-30 |
| JP3994721B2 true JP3994721B2 (ja) | 2007-10-24 |
Family
ID=19168037
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001356528A Expired - Fee Related JP3994721B2 (ja) | 2001-11-21 | 2001-11-21 | 画像撮像装置及び方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3994721B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005295498A (ja) * | 2004-03-10 | 2005-10-20 | Seiko Epson Corp | ディジタルカメラ、ファイル出力方法、ファイル出力プログラム、画像データの構造及び画質表示装置 |
| JP4360318B2 (ja) | 2004-11-29 | 2009-11-11 | 株式会社ニコン | デジタルスチルカメラ |
| JP4306750B2 (ja) * | 2007-03-14 | 2009-08-05 | ソニー株式会社 | 撮像装置、撮像方法、露光制御方法、プログラム |
| CN101803366B (zh) * | 2007-07-25 | 2015-01-14 | 坎德拉微***(S)私人有限公司 | 用于成像***的曝光控制 |
| JP2010141454A (ja) * | 2008-12-10 | 2010-06-24 | Sanyo Electric Co Ltd | 画像処理装置 |
| KR101633460B1 (ko) * | 2009-10-21 | 2016-06-24 | 삼성전자주식회사 | 다중 노출 제어 장치 및 그 방법 |
| CN114125280B (zh) * | 2021-11-15 | 2024-02-13 | 北京字跳网络技术有限公司 | 相机曝光控制方法、装置、设备、存储介质 |
-
2001
- 2001-11-21 JP JP2001356528A patent/JP3994721B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2003158673A (ja) | 2003-05-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4770907B2 (ja) | 撮像装置、撮像方法及びプログラム | |
| TWI287928B (en) | Image pickup apparatus, exposure control method, and medium for computer program installed in the image pickup apparatus | |
| JP4561912B2 (ja) | 撮像装置、撮像方法及びプログラム | |
| JP4533860B2 (ja) | 撮影装置及び露出制御方法 | |
| US9596400B2 (en) | Image pickup apparatus that periodically changes exposure condition, a method of controlling image pickup apparatus, and storage medium | |
| US7590346B2 (en) | Digital camera | |
| JP2007027967A (ja) | 撮影装置 | |
| JP2010130231A (ja) | 撮像装置 | |
| JP5257487B2 (ja) | 撮像装置、撮像方法及びプログラム | |
| JP3994721B2 (ja) | 画像撮像装置及び方法 | |
| JP2018098649A (ja) | 撮像装置及びその制御方法、プログラム、記憶媒体 | |
| JP4360011B2 (ja) | 画像処理装置および画像処理方法、並びに記録媒体 | |
| US8345150B2 (en) | Imaging apparatus | |
| JP5048599B2 (ja) | 撮像装置 | |
| JP4458194B2 (ja) | 撮像装置及びその露出制御方法並びに記録媒体 | |
| JP4547465B2 (ja) | 撮影装置及び露出制御方法 | |
| JP4553570B2 (ja) | オートフォーカスカメラ | |
| JP2000184272A (ja) | デジタルスチルカメラ | |
| JP2015050733A (ja) | 露出制御装置、その制御方法、および制御プログラム、並びに撮像装置 | |
| JP4095630B2 (ja) | 撮像装置 | |
| JPH0670226A (ja) | カメラおよびその予備測光方法ならびに予備測光装置および方法 | |
| JP4789776B2 (ja) | 撮像装置及び撮像方法 | |
| JP2020072392A (ja) | 撮像装置、撮像装置の制御方法およびプログラム | |
| JP2008046341A (ja) | カメラ | |
| US8121473B2 (en) | Imaging apparatus |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20041013 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20061222 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070417 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070618 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20070710 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20070723 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100810 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100810 Year of fee payment: 3 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |