JP4458194B2 - 撮像装置及びその露出制御方法並びに記録媒体 - Google Patents

Description

本発明は、所謂デジタルカメラ等に用いて好適な撮像装置、及びその露出制御方法、並びにプログラムが記録された記録媒体に関する。

従来、銀塩カメラやデジタルカメラ等のカメラ装置における露出制御では、全面平均測光、中央部重点測光、多分割測光、スポット測光等の各種の測光方式により測光を行い、撮影時の適正露出が決められている。例えば多分割測光方式では、撮影画面の分割に工夫を凝らすとともに、各分割範囲の測光値のパターンと予め用意した数千パターンもの撮影データとに基づき、順光や逆光、人物や風景等の撮影条件に応じた適正露出を判断している（極簡単な例では、下より上が明るい場合には逆光と判断する）。これにより撮影画面に応じた適正露出が得られるのである。

しかしながら、従来のカメラ装置の露出制御においては、仮に前述した多分割測光方式を用いた露出制御を行っても、その基本が、撮影画面の各分割範囲における平均測光値であることから、予め用意する撮影データの数を増やしたとしても、被写体に応じて細かく露出を制御するにも自ずと限界があった。

また、デジタルカメラのように、ＣＣＤ等の固定撮像素子を用いて画像を記録するものにあっては、以下のような問題があった。すなわち、ＣＣＤのラチチュードが狭く、例えば図１０に示したように、被写体が風景である場合の人間のラチチュードが１３〜１４ＥＶであるのに対し、ＣＣＤでは４ＥＶ程度と明暗の感応レンジが狭い。このため、単純に測光結果から割り出した露出値に基づき露出制御を行うと、明るい部分が白とびしたり、暗い部分がつぶれたりした画像になりやすい。こうしたことから、撮影時には画面が反射率１８％（自然界の風景を被写体としたときの反射率として用いられる一般的な値）のグレーになるような基準露出値に基づく露出制御を強いられており、これによっても被写体に応じた細かな露出制御には自ずと限界があった。

本発明は、かかる従来の課題に鑑みてなされたものであり、被写体に応じたより細かな露出制御が可能である撮像装置、及びその露出制御方法、並びにプログラムが記録された記録媒体を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために請求項１の発明にあっては、被写体像を画像情報に変換する撮像手段を備えた撮像装置において、正規の撮像に先立つ事前撮像に伴い前記撮像手段により撮像された基準となる基準画像を構成する各画素の明るさを評価し、前記各画素の明るさの分布を示す分布情報を取得する分布情報取得手段と、この分布情報取得手段により取得された分布情報において、最も明るい側又は最も暗い側のいずれか一方に分布が存在ぜず、且つその分布が存在しない範囲の広さが所定値よりも大きい場合にのみ、前記分布情報により示される明るさの分布を、前記撮像手段により認識可能な明るさの範囲内における分布の存在しない側に移動させる移動手段と、この移動手段により移動された分布情報に基づき正規の撮像時における露出を制御する露出制御手段とを備えたものとした。

また、請求項２の発明にあっては、前記移動手段は、移動させようとする側とは反対側に分布が存在するか否かに応じて移動量を変更するものとした。

また、請求項３の発明にあっては、被写体像を画像情報に変換する撮像手段を備えた撮像装置の露出制御方法において、正規の撮像に先立つ事前撮像によって基準となる基準画像を撮像し、撮像した基準画像を構成する各画素の明るさを評価し、前記各画素の明るさの分布を示す分布情報を取得する工程と、取得した分布情報において、最も明るい側又は最も暗い側のいずれか一方に分布が存在せず、且つその分布が存在しない範囲の広さが所定値よりも大きい場合にのみ、前記分布情報により示される明るさの分布を、前記撮像手段により認識可能な明るさの範囲内における分布の存在しない側に移動させる工程と、移動された分布情報に基づき前記正規の撮像時における露出を制御する工程とを含むようにした。

また、請求項４の記録媒体にあっては、被写体像を画像情報に変換する撮像手段を備えた撮像装置が有するコンピュータを、正規の撮像に先立つ事前撮像に伴い前記撮像手段により撮像された基準となる基準画像を構成する各画素の明るさを評価し、前記各画素の明るさの分布を示す分布情報を取得する分布情報取得手段と、この分布情報取得手段により取得された分布情報において、最も明るい側又は最も暗い側のいずれか一方に分布が存在ぜず、且つその分布が存在しない範囲の広さが所定値よりも大きい場合にのみ、前記分布情報により示される明るさの分布を、前記撮像手段により認識可能な明るさの範囲内における分布の存在しない側に移動させる移動手段と、この移動手段により移動された分布情報に基づき前記正規の撮像時における露出を制御する露出制御手段とに機能させるプログラムを記録したものとした。

以上説明したように本発明においては、撮像画面の全体や所定の重点エリアを構成する各画素単位の明るさ情報がそのまま反映されている分布情報に基づき露出制御が行われるようにした。よって、従来のように撮影画面の各分割範囲における平均測光値、つまり撮像画面を構成する各画素単位の明るさ情報が平均化されたものに基づく露出制御に比べ、より細かな明るさ情報に基づく、より適正な露出制御が可能である。

本発明の一実施の形態を示すデジタルカメラのブロック図である。 同実施の形態における露出制御処理を示すフローチャートである。 事前撮影時の画像における明るさ分布の一例を示すヒストグラムである。である。 スルー画像時のガンマカーブを示す図である。 正規の撮影時の画像における明るさ分布の一例を示すヒストグラムである。 画面の分割エリア及び重点エリアを示す図である。 本発明の他の実施の形態にかかる他の露出制御処理を示すフローチャートである。 基準画像の重点エリアにおける白とびが生じるような明るさの分布状態を示す図である。 基準画像における逆光を示す明るさの分布状態を示す図である。 人間の目とＣＣＤのラチチュードを示す図である。

以下、本発明の一実施の形態を図にしたがって説明する。図１は、本発明の撮像装置を備えたデジタルカメラ１の電気的構成の概略を示すブロック構成図である。

すなわちデジタルカメラ１は、図示しない光学系により結像された被写体像を撮像し撮像信号として出力する個体撮像素子であるＣＣＤ２を有するものであって、撮像した画像をＪＰＥＧ形式に変換する等の画像処理機能を備えたＭＰＵ３を中心に構成されている。なお、ＣＣＤ２は、図示しないがレンズ群と絞りとの後方の光軸上に配置されており、その表面に被写体像を結像される。ＭＰＵ３には、タイミング信号を発生するＴＧ（Timming Generater ）４が接続されており、ＴＧ４が発生したタイミング信号に基づきＶドライバー５（垂直方向ドライバー）がＣＣＤ２を駆動し、それに伴いＣＣＤ２により被写体像の輝度に応じたアナログの撮像信号が出力されユニット回路６へ送られる。ユニット回路６は、ＣＣＤ２から出力された撮像信号を保持するＣＤＳと、ＣＤＳから撮像信号を供給されるアナログアンプであるゲイン調整アンプ（ＡＧＣ）と、ゲイン調整アンプに増幅され調整された撮像信号を画像データに変換するＡ／Ｄ変換器（ＡＤ）とからなり、ＣＣＤ２の出力信号は、ここで黒レベルを合わせてサンプリングされデジタル信号としてＭＰＵ３に送られる。送られたデジタル信号（撮像信号）はＤＲＡＭ７に一時保存されるとともに、ＭＰＵ３によって各種の画像処理が施された後、最終的には圧縮された映像信号としてフラッシュメモリ（ＦＬＡＳＨ）８に保存される。保存された映像信号は、必要に応じてＭＰＵ３に読み出され、伸長処理、輝度信号及び色信号の付加等の処理を経てデジタルビデオ信号やアナログビデオ信号に生成される。

さらに、ＭＰＵ３にはＭＲＯＭ９と、電源回路１０、操作キー部１１、ＴＦＴ液晶モニター１２、ストロボ１３が接続されている。ＭＲＯＭ９は、ＭＰＵ３の動作プログラムが記録されたプログラムＲＯＭ、すなわち本発明の記録媒体である。また、ＭＲＯＭ９には撮影時の適正な露出値（ＥＶ）に対応する絞り値（Ｆ）とシャッタースピードとの組み合わせを示すプログラム線図を構成するプログラムＡＥデータ等が格納されている。ＭＰＵ３は、内蔵するＲＡＭをワーキングメモリとして前記動作プログラムに従い動作することにより本発明の分布情報取得手段及び露出制御手段として機能し、前記プログラム線図に従って前記ＣＣＤ２の電荷蓄積時間や、前記絞り（図示せず）の開放度、前記ユニット回路６のゲイン調整アンプ（ＡＧＣ）のゲイン設定等を行う。ＭＰＵ３が設定した電荷蓄積時間はシャッターパルスとして、ＴＧ４を介してＶドライバー５に供給され、これに従いＶドライバー５がＣＣＤ２を駆動することにより電荷蓄積時間すなわちシャッタースピードが制御される。つまりＣＣＤ２は電子シャッターとして機能する。

また、操作キー部１１には、電源のオン・オフ時に操作される電源キー、録画モード（ＲＥＣモード）と再生モード（ＰＬＡＹモード）の切り替え行うモード切り替えキー、録画モードにおいて撮像した画像をフラッシュメモリ８に記憶させる際に操作される映像取り込みキー（シャッター）等の各種キーが設けられている。ＴＦＴ液晶モニター１２は、録画モードにおいては逐次撮像された画像をスルー画像として表示し、再生モードにおいては前記フラッシュメモリ８に記録された画像データから生成されたアナログビデオ信号に基づく映像を表示する。ストロボ１３は、映像取り込みキーの操作時（撮影時）に必要に応じて駆動され補助光を発する。なお、前述したＭＲＯＭ９に記憶されているプログラムデータ等は、その記録内容の保持が可能であれば、別途固定的に設けたもの、若しくは脱着自在に装着可能なＩＣカード等の他の記録媒体に記録される構成にしてもよく、更に、前記プログラムデータ等をパソコン等の他の機器から供給可能な構成としてもよい。

次に、以上の構成からなるデジタルカメラ１の動作を図２のフローチャートに従って説明する。このフローチャートは電源投入後に録画モードが設定された状態におけるＭＰＵ３の露出制御に関するものである。

すなわち、デジタルカメラ１は録画モードが設定されると、ＣＣＤ２が撮像した画像すなわちスルー画像をＴＦＴ液晶モニター１２に表示する。このときＭＰＵ３は、表示画像が常に反射率１８％のグレーになるような露出制御を行う（ステップＳＡ１）。次に、ＭＰＵ３は、スルー画像として取り込まれている画像つまり基準となる基準画像を構成する各画素の明るさを、ＣＣＤ２が有する明暗の感応レンジ幅（１〜２５５）を複数段階の明るさエリアＡ〜Ｐに分割した各明るさエリアに分けて評価し、各明るさエリアに該当する画素の数（ピクセル数）を集計し、図３に示すようなヒストグラムを構成する分布データを生成する（ステップＳＡ２）。なお、ここで生成される分布データが前記基準画像の明るさの分布を示す本発明の分布情報である。図３に示した例において、ＡエリアからＤエリアまでは分布が存在しない明るさ領域であって、Ａエリア側からみたとき分布が存在しはじめる最も明るいエリアはＥエリアである。

引き続き、ＭＰＵ３は前記分布データに基づき、その時点の画像が雰囲気のない画像（所謂ねむい画像等）であるか否かを判別する（ステップＳＡ３）。かかる判別は、例えば分布が存在する最も明るいＥエリアから最大の明るさエリアであるＡエリアまでに、分布の存在しないエリア数が決められた数以上であるか否かによって行う。つまりプラス側の露出補正を必要とする画像か否の判別による。そして、雰囲気のない画像と判断されたら、さらに露光時間の補正倍率（露光倍率）を演算した後（ステップＳＡ４）、ステップＳＡ５へ進み、逆に前記露出補正が不要と判断されたら（ステップＳＡ３でＮＯ）、そのままステップＳＡ５へ進む。ここで、ステップＳＡ４で演算する補正倍率は、前述した分布が存在する明るさ領域を所定エリアまで持ち上げるのに必要な補正倍率であって、スルー画像時のガンマカーブが図４に示した実線のようにリニアである場合には、

露光倍率＝持ち上げレベル／分布の存在するレベル
により求める。すなわち図３の例でＥエリア（１９１／２５５レベル）をＣエリア（２２３／２５５レベル）まで持ち上げるとすると、１９１／２５５レベルに対して露出を２２３／１９１倍プラスと算出する。また、スルー画像時に図４に点線で示すような曲線のガンマカーブを使用している場合には、曲線に沿って変化することを考慮して露光倍率を演算する。

一方、前記ステップＳＡ５ではシャッターが押されたか否を判別し、それが押されるまではステップＳＡ１へ戻り前述した処理を繰り返す。やがてその間にシャッターが押されたら、直前に行われたステップＳＡ４の処理で求めた露光倍率を用いて正規の撮影用の撮影露光時間を、

撮影露光時間＝スルー画像露光時間×露光倍率
として求め、直前の露出制御時に設定されていた絞り値を変更することなく、直前に設定されていた露光時間を前記撮影露光時間に変更し（但し、直前に行われたステップＳＡ３の判断結果がＮＯであった場合は変更しない）、露光を行う（ステップＳＡ６）。そして、１回の撮影に関する露出制御処理を完了する。

これにより、撮影されかつ記録される画像は、上記の例では図５に示すような、最も明るい明るさエリアがＥエリアからＣエリアに持ち上げられ、前述した明るさの分布が、より明るいエリアまで及ぶ分布幅の広いヒストグラムが得られる画像となる。すなわち、露光時間の変更（補正）によってＣＣＤ２のラチチュードを十分に活用することができ、明暗の表現幅が広い、より自然な画像が撮影できる。しかも、全体が明るく雰囲気のない画像となる被写体（ハイキー）、特に青空や白く明るいビル壁等の平板な風景を撮影した場合であっても、前述した「ねむい画像」にならず、白とびがなく雰囲気のある画像が撮影できる。なお、ステップＳＡ６での正規の撮影が行われる直前にステップＳＡ１において行われた、ＣＣＤ２によるＴＦＴ液晶モニター１２に表示するスルー画像の撮像が本発明の事前撮像である。

また、以上の説明においては、ステップＳＡ３で雰囲気のない画像と判断される例として、前述した事前撮像時の画像における明るさの分布が、明るい側（Ａエリア側）に及んでいない場合をあげて説明したが、明るさの分布が、暗い側（Ｐエリア側）に及んでいない場合にあっては、その分布幅がより暗いエリアに及ぶように移動（シフト）することができる。従って、暗い部分がうき上がることがなく雰囲気のある画像が撮影できる。なお、明るさの分布をＡエリア側に広げる場合には、広げる度合を、最も暗い側（Ｐエリア）に分布があるときには大きく、逆に暗い側（Ｐエリア側）に分布がないときには小さくする方がよく、同様に、明るさの分布をＰエリア側に広げる場合には、広げる度合を、最も明るい側（Ａエリア）に分布があるときには大きく、明るい側（Ａエリア側）に分布がないときには小さくする方がよい。そうした場合には、明暗のバランスが向上し、より自然な画像が撮影できる。

また、本実施の形態においては、正規の撮影に際して、直前の露出制御時に設定されていた露光時間（シャッタスピード）を変更する場合を説明したが、これに代えて、前記ユニット回路６のゲイン調整アンプ（ＡＧＣ）のゲインを補正するようにしてもよい。但し、前述したステップＳＡ４では、それに対応する補正倍率の演算が必要となる。さらに、絞り値の細かな設定が可能であったり、その他の方法によりＣＣＤ２に達する光学像の光量を細かく調整可能であったりする構成を備えていれば、露光時間を変更せずに、それらの設定のみを変更したり、或いは双方の設定を変更するようにしてもよい。そうした場合においても本実施の形態と同様の効果が得られる。つまり、撮影時の露光量を決める各種の露光量調整手段の１又は複数の設定内容を、前記分布データから得られる前述した露光倍率等の補正値に基づき補正すればよい。

また、本実施の形態においては、前述したステップＳＡ２で生成する分布データを、正規の撮像に先立つ事前撮像時における基準画像の画面全体の明るさ分布を示す分布データとし、これに基づき正規の撮影時の露出制御を行う場合について説明したが、例えば図６に示したように、基準画像ａを複数に分割するとともに、そのうちの重点エリアｂについて前記分布データを生成し、かかる分布データに基づき正規の撮影時の露出制御を行うようにしてもよい。その場合には、前記重点エリアｂに白とびや黒つぶれがない画像を撮影することができる。なお、重点エリアｂを撮影者が所望に応じて選択できるようにしておけばさらによい。

また、以上の説明においては、主として正規の撮像に先立つ事前撮像時における基準画像の明るさ分布が、明るい側（Ａエリア側）や暗い側（Ｐエリア側）に存在するか否かを判断し、その結果に応じて正規の撮影時には明るさ分布を広げる露出制御を行う場合について説明したが、これとは別に、図７に示す露出制御を行わせるようにしてもよい。

すなわち、図７は、本発明の他の実施の形態を示すフローチャートであって、電源投入後に録画モードが設定された状態におけるＭＰＵ３の他の露出制御に関するものである。以下説明すると、デジタルカメラ１は録画モードが設定されると、ＣＣＤ２が撮像した画像すなわちスルー画像をＴＦＴ液晶モニター１２に表示する。このときＭＰＵ３は、表示画像が常に反射率１８％のグレーになるような露出制御を行う（ステップＳＢ１）。次に、ＭＰＵ３は、スルー画像として取り込まれている画像つまり基準画像を複数に分割したときの各分割エリアについて、前述した実施の形態で説明したヒストグラムを構成する分布データを生成する（ステップＳＢ２）。引き続き、ＭＰＵ３は各分割エリアのうちの重点エリア（図６参照）における前記分布データが、その時点の基準画像の重点エリアの分布状態が図８に示すように、最も明るい明るさエリアの画素数が多い（例えば所定数以上である）ヒストグラムを示すものであるか否か、つまり重要な部分に白とびが生じるような分布を示しているか否かを判別する（ステップＳＢ３）。そして、かかる判別の結果がＹＥＳであれば、適正露出値の補正値としてマイナス値を設定した後（ステップＳＢ４）、ステップＳＢ７へ進む。

また、ステップＳＢ３の判別結果がＮＯであれば、さらに、ステップＳＢ２で取得した前記分布データが、その時点の基準画像の分布状態が図９に示すように明暗の両端側に偏ったヒストグラムを示すものであるか否か、つまり撮影条件が逆光であることを示しているか否かを判別する（ステップＳＢ５）。そして、かかる判別の結果がＹＥＳであれば、適正露出値の補正値としてプラス値を設定した後に（ステップＳＢ６）、逆にＮＯであれば何もせず、それぞれステップＳＢ７へ進む。ステップＳＢ７では、シャッターが押されたか否を判別し、それが押されるまではステップＳＢ１へ戻り前述した処理を繰り返す。やがてその間にシャッターが押されたら、直前に行われたステップＳＢ４、又はステップＳＢ６の処理で設定しておいた補正値により適正露出値を補正し（但し、ステップＳＢ５の判断結果がＮＯであった場合は補正を行わない。）、正規の撮影露光を行う（ステップＳＢ８）。そして、１回の撮影に関する露出制御処理を完了する。

つまり、事前撮影時の基準画像における明るさ分布を示す分布データによって示される明るさの分布状態に応じて適正露出値を補正することにより、重要な部分に白とびが生じていない画像や、逆光であっても被写体が暗くならない画像を撮影することができる。ここで、事前撮影時の基準画像における明るさ分布を示す分布データには前記基準画像の全体又は重点エリアを構成する各画素単位の明るさ情報がそのまま反映されている。このため、従来の露出制御で用いられている前記基準画像の全体又は特定部分の明るさの平均値のように各画素単位の明るさ情報が平均化された測光値を用いる場合に比べ、より細かな明るさ情報に基づく、より適正な露出制御が可能である。その結果、撮像画面の全体や所定の重点エリアに、撮像条件の違いによる影響がより少ない自然な画像を表す画像情報を得ることができる。また、前述した逆光等の撮影条件をより正確に判定することもできる。

なお、本実施の形態においては、主としてデジタルカメラに本発明を用いた場合を説明したが、例えばビデオカメラやスキャナ等の他の撮像装置に本発明を用いてもよい。

１ デジタルカメラ
２ ＣＣＤ
３ ＭＰＵ
９ ＭＲＯＭ

Claims (4)

1. 被写体像を画像情報に変換する撮像手段を備えた撮像装置において、
   正規の撮像に先立つ事前撮像に伴い前記撮像手段により撮像された基準となる基準画像を構成する各画素の明るさを評価し、前記各画素の明るさの分布を示す分布情報を取得する分布情報取得手段と、
   この分布情報取得手段により取得された分布情報において、最も明るい側又は最も暗い側のいずれか一方に分布が存在ぜず、且つその分布が存在しない範囲の広さが所定値よりも大きい場合にのみ、前記分布情報により示される明るさの分布を、前記撮像手段により認識可能な明るさの範囲内における分布の存在しない側に移動させる移動手段と、
   この移動手段により移動された分布情報に基づき正規の撮像時における露出を制御する露出制御手段と
   を備えたことを特徴とする撮像装置。
2. 前記移動手段は、移動させようとする側とは反対側に分布が存在するか否かに応じて移動量を変更することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
3. 被写体像を画像情報に変換する撮像手段を備えた撮像装置の露出制御方法において、
   正規の撮像に先立つ事前撮像によって基準となる基準画像を撮像し、撮像した基準画像を構成する各画素の明るさを評価し、前記各画素の明るさの分布を示す分布情報を取得する工程と、
   取得した分布情報において、最も明るい側又は最も暗い側のいずれか一方に分布が存在せず、且つその分布が存在しない範囲の広さが所定値よりも大きい場合にのみ、前記分布情報により示される明るさの分布を、前記撮像手段により認識可能な明るさの範囲内における分布の存在しない側に移動させる工程と、
   移動された分布情報に基づき前記正規の撮像時における露出を制御する工程と
   を含むことを特徴とする露出制御方法。
4. 被写体像を画像情報に変換する撮像手段を備えた撮像装置が有するコンピュータを、
   正規の撮像に先立つ事前撮像に伴い前記撮像手段により撮像された基準となる基準画像を構成する各画素の明るさを評価し、前記各画素の明るさの分布を示す分布情報を取得する分布情報取得手段と、
   この分布情報取得手段により取得された分布情報において、最も明るい側又は最も暗い側のいずれか一方に分布が存在ぜず、且つその分布が存在しない範囲の広さが所定値よりも大きい場合にのみ、前記分布情報により示される明るさの分布を、前記撮像手段により認識可能な明るさの範囲内における分布の存在しない側に移動させる移動手段と、
   この移動手段により移動された分布情報に基づき前記正規の撮像時における露出を制御する露出制御手段と
   に機能させるプログラムを記録したことを特徴とする記録媒体。

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