JP4731845B2 - 撮像装置及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、撮像装置及び撮像方法に関し、特に露出制御に関するものである。

カメラ内部に搭載されたＣＰＵ（中央演算装置）によって予め設定された撮影モード（例えば、操作者が設定した絞りを優先して露出制御を行う絞り優先撮影モードや、操作者が設定したシャッター速度を優先して露出制御を行うシャッター速度優先撮影モードや、人物を撮影するのに適した露出制御を行うポートレードモード等があげられる）に応じて露出量が自動的に決定されるカメラが提供されている。

また、得られた輝度信号より自動演算した適正露出値に対して、露出補正設定用のダイヤルやスイッチを操作することで、操作者が任意の露出補正を設定できる露出補正機能を有するカメラが提供されている。

撮像素子としてＣＣＤや、ＣＭＯＳなどの光を電気信号に変える光電変換素子を使用した電子カメラにおいては、被写体の輝度を測定する為の測光センサーとして、この撮像素子を兼用しているものもある。

撮像素子の出力から被写体の輝度信号や色信号や先鋭度といったデータ等を抽出しており、これらのデータを基に、自動露出制御（以下ＡＥという）やホワイトバランス制御（以下ＡＷＢという）やオートフォーカス制御（以下ＡＦという）を行っている。

撮像素子の出力は画像信号として処理され、ＬＣＤ等の電子ビューファインダー（以下ＥＶＦという）によって操作者が視覚的に認識できる画像として表示される（例えば、特許文献１参照）。

ＥＶＦに、本撮影時の撮像素子の出力に露出制御を行った画像を表示することにより、本撮影時に得られる画像の露出状態の良し悪しを推測することが可能となる。

自動露出制御では、まず既に設定されている絞り値（以下Ａｖという）、シャッター速度値（以下Ｔｖという）に従って露出制御を行った状態で、撮像素子に露光が行われる。撮像素子の出力は既に設定されているＧａｉｎを制御することで決定する撮像感度値（以下Ｓｖという）で増幅され、画像処理装置に入力される。ＣＰＵは画像処理装置で抽出された画像の輝度信号を取り込み、基準値である適正信号レベルと比較し、その差分を現在設定されている露出値に反映させて露出値を再度設定する。

以下に、従来のカメラでの自動露出制御および露出補正方式の例について、図６のフローチャートをもとに説明する。

まず、ステップＳ２００において露出補正制御モードに入ったら、撮像素子からの画像をＥＶＦに更新しないよう、ＥＶＦ表示更新を停止する。

次に、ステップＳ２０１に移行して、測光を開始するために、現在、＋２段の露出補正が設定されているので、露出補正値を０にし、適正露出設定を行う。このとき、撮像素子の露光条件が変わるが、ステップＳ２００でＥＶＦ表示の更新を停止しているため、操作者には輝度変化は認識されない。

ステップＳ２０２において露出補正が０になった露出条件で、撮像素子の露光を行い、ステップＳ２０５で、露光が完了したら、撮像素子から画像信号を読み出し、ステップＳ２０６にて画像信号処理回路で被写体の輝度信号を抽出し、その輝度値を求める。そして、求まった輝度値と被写体の輝度信号が適正となる輝度値との差を算出する。

そして、ステップＳ２０７で、その輝度差を露出差に換算し、その露出差が適正範囲内かを判断する。もし適正範囲内でないなら、ステップＳ２０８に移行し、その露出差に基づき露出変更を行い、ステップＳ２０２において再度、測光のための露光を行う。

また、もし適正範囲内であるなら、ステップＳ２０３に移行し、このときの露出値に露出補正値を加味して露出値の変更を行い、ステップＳ２０４で撮像素子から得られる画像をＥＶＦに更新するよう、ＥＶＦ表示更新再開し、レリーズ等の割り込み動作が入るまで測光及び、露出制御を繰り返す。

前記従来例を、露出補正設定が＋２段とし、露出の初期値をＥｖ８、露出補正後の適正露出値をＥｖ１０、被写体の適正露出値がＥｖ１５とすると、露出補正を反映した目標となる露出値はＥｖ１３となる。

前記フローチャートにもとづく動作を行ったとき、撮像素子の露光と、撮像素子からの画像信号の読み出しと、測光演算と、露出制御と、ＥＶＦ表示の関係を図７に示し、このときの自動露出制御の収束していく様子を図８に示す。図中の英字は、撮像素子が露光した画像信号の順序を示したものである。

図７に図示したが、ＥＶＦ表示更新停止期間は、露光ｂからｏの１４回の露光分については、ＥＶＦに表示されず、ａの露光分のみが表示されたままになる。例えば１秒間に３０フレームといったフレームレートの場合には、１回の露光および読み出し期間は１／３０秒になり、図７の例では、１４×（１／３０）≒０．４７（秒）となる。

また、図８に示したとおり、制御開始のＥｖ８をＥＶＦ表示していたが、前記のとおりＥＶＦが更新されず、次に表示がされるのは最終露出値Ｅｖ１３と、急激に輝度変化してしまう。

このように、適正露出で測光を行った場合、測光期間においては、制御開始から制御終了の露出補正値が反映された画像が表示されるまで、ＥＶＦ表示画面が更新されず、その前後でＥＶＦ表示画面の明るさが変わるので、操作者に違和感を与えるといった欠点があった。

仮に図８において表示更新を毎回行っていたとしても、補正露出値Ｅｖ８で制御を開始して、目標値がＥｖ１３である。最終的にｐで値は収束するのだが、ａから毎回表示を更新していったと仮定すると、露出補正設定が＋２段であるため、最後にＥｖ１５であるｎから目標値であるＥｖ１３であるｐまで露出を補正する必要があり、表示が一旦、暗くなりまた明るくなるので一気に表示するよりも見苦しいといった欠点があった。

本発明は、前述の問題点に鑑みてなされたものであり、ＥＶＦ表示の急激な輝度変化を避け、操作者に違和感を与えないような、ＥＶＦ表示をすることを目的とする。

上述の課題を解決し目的を達成するために、本発明の撮像装置は、被写体を撮像して画像信号を取得する撮像手段と、前記撮像手段により取得された画像信号に基づいて前記被写体の輝度値を測定する測光手段と、前記測光手段により測定された輝度値に基づく露出値が目標露出値となるように露出制御を行う露出制御手段と、前記目標露出値を変更するための露出補正値を設定する露出補正手段と、前記撮像手段により取得された画像信号に基づく画像を予め定められた間隔で表示更新する表示手段とを有し、前記露出制御手段は、前記測光手段による前記被写体の輝度値の測定に用られる画像信号を前記撮像手段が取得する際には、前記露出補正値を加味せずに露出制御を行うとともに、前記測光手段による前記被写体の輝度値の測定に用いない画像信号を前記撮像手段が取得する際には、露出値を前記露出補正値が加味された前記目標露出値に段階的に収束させていく露出制御を行い、前記表示手段は、前記測光手段による前記被写体の輝度値の測定に用られる画像信号に基づく画像は表示しないことを特徴とする。

上述の課題を解決し目的を達成するために、本発明の撮像装置の制御方法は、被写体を撮像して画像信号を取得する撮像工程と、前記撮像工程で取得された画像信号に基づいて前記被写体の輝度値を測定する測光工程と、前記測光工程で測定された輝度値に基づく露出値が目標露出値となるように露出制御を行う露出制御工程と、前記目標露出値を変更するための露出補正値を設定する露出補正工程と、前記撮像工程で取得された画像信号に基づく画像を予め定められた間隔で表示更新する表示工程とを有し、前記露出制御工程では、前記測光工程で前記被写体の輝度値の測定に用られる画像信号を前記撮像工程で取得する際には、前記露出補正値を加味せずに露出制御を行うとともに、前記測光工程で前記被写体の輝度値の測定に用いない画像信号を前記撮像工程で取得する際には、露出値を前記露出補正値が加味された前記目標露出値に段階的に収束させていく露出制御を行い、前記表示工程では、前記測光工程で前記被写体の輝度値の測定に用られる画像信号に基づく画像は表示しないことを特徴とする。

本発明によれば、測光時のみＥＶＦの表示更新を停止して、適正露出に露出補正を加味した結果をＥＶＦに段階的に更新して表示することで、表示画像の明るさの急激な変化を防ぐことができる。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図５は、本発明を実施したカメラのブロック図である。

同図において、１００はレンズ、１０１はレンズを駆動する制御用のモータ、１０２は、そのモータドライバ、１０３は絞り、１０４は絞りを駆動する制御用のモータ、１０５は、そのモータドライバ、１０６は撮像素子の光電変換される電荷の蓄積時間を制御する電子シャッター駆動回路、１０７は入射光を光電変換する撮像素子、１０８は撮像素子から出力される信号の利得を変化させるＡＧＣなどの信号増幅回路、１０９は画像信号処理回路、１１０は信号処理回路において処理された画像を表示するＥＶＦやビデオ出力といった画像出力装置、１１１は演算処理を行うＣＰＵである。

上記構成において、レンズ群を通過した光信号は、撮像素子で電気信号に変換され、信号増幅回路を経由し画像信号処理回路に入力される。画像信号処理回路では、このとき画像信号を画像出力装置に出力するとともに、このときの画像信号の輝度信号や色信号や先鋭度といったデータ等を抽出しており、これらをもとに、ＡＥやＡＷＢやＡＦを行っている。

次に、露出制御については、ＣＰＵから行われる。

まず絞りの制御だが、ＣＰＵから、Ａｖにより、モータドライバ１０５を駆動することにより、モータ１０４が駆動され、絞り１０３の開閉制御を行っている。

電子シャッター速度の制御は、ＣＰＵから、Ｔｖにより電子シャッター駆動回路を制御することにより、撮像素子１０７に蓄積される電荷の量が制御されることにより行っている。

信号増幅のＧａｉｎは、ＣＰＵから、Ｓｖにより、信号増幅回路１０８を制御することにより、撮像素子からの信号を増幅されることにより行っている。

ＡＥを行うには、信号処理回路に入力される信号から、そのときの輝度信号レベルを示す輝度レベル信号を抽出し、ＣＰＵに入力し、この信号を基に測光演算を行い被写体輝度（以下Ｂｖという）を算出し、このＢｖと、ＳｖとＡｖ、Ｔｖ、Ｇａｉｎの関係を示した例えば図４のようなプログラム線図から、ＡｖおよびＴｖおよびＧａｉｎを求め、それぞれの制御値により、絞り・シャッター速度・ゲインを制御することにより行われる。

このように露出制御がなされた撮像素子からの信号は、信号処理回路で映像信号に処理され、電子ビューファインダーやビデオ出力といった画像出力装置に出力される。

このとき、本実施例においては、前記従来例と同様に、露出補正設定が＋２段で、露出の初期値がＥｖ８、被写体の適正露出値がＥｖ１５である場合を想定して説明する。

図１は本発明の実施例に係るフローチャートを示す。

このフローチャートを用い、本発明の実施例を説明する。なお、本フローチャートに入る前は、露出補正値が反映された露出値で露出制御がなされているとし、図２におけるＣＣＤ露光のａの状態である。

まず、ステップＳ１００で、撮像素子からの画像をＥＶＦに更新しないよう、ＥＶＦ表示更新を停止する。

次に、ステップＳ１０１において測光を開始するために、現在、＋２段の露出補正が設定されているので、露出補正値を０にし、適正露出設定を行う。この状態は、図２ではＣＣＤ露光のｂの状態に対応している。このとき、フローチャートには記述していないが、ＣＣＤ露光ｂの状態に入る直前に、ＣＣＤからの信号の読み出しが開始され、読み出された信号に画像処理を施しＥＶＦに表示する。これはＣＣＤ読出しａおよびＥＶＦ表示ａの状態であり、このとき読み出されるＣＣＤ信号は露出補正が反映された露出状態の画像が出力され、ＥＶＦに表示される。すなわち、ＣＣＤ露光のｂの状態ではＥＶＦ表示はａの状態となる。また、ステップＳ１００とステップＳ１０１は並行で行われるため、ＣＣＤ露光のｃの状態でＥＶＦ表示される画像は表示更新を停止されており、ＥＶＦ表示はａの状態のとなる。

このとき、ＣＣＤ露光のｂの状態ではＣＣＤ露光のａの状態から撮像素子の露光条件が変わるが、ステップＳ１００でＥＶＦ表示の更新を停止しているため、操作者には輝度変化は認識されない。

ステップＳ１０２で、露出補正が０になった露出条件、すなわち、ＣＣＤ露光のｂの状態で撮像素子の露光を行い、露光が完了したら、ステップＳ１０３において、現在の露出値に露出補正値を加味して露出変更を行い（ＣＣＤ露光のｃの状態）、ステップ１０４で撮像素子からの画像をＥＶＦに更新するよう、ＥＶＦ表示更新再開する。ＥＶＦ表示更新が再開されるため、ＣＣＤ露光のｄの状態でＥＶＦ表示される画像はこのときＥＶＦに表示されている画像の輝度は、ステップＳ１００時点と露出値が等しいため、輝度変化は起こらない。

ステップＳ１０３を行うとともに、ステップＳ１０２で、撮像素子から測光用に露光した画像信号を、ステップＳ１０５で読み出し、ステップＳ１０６において、画像信号処理回路で被写体の輝度信号を抽出し、その輝度値を求める。なお、前述したのと同様に、ＣＣＤ露光ｃの状態に入る直前に、ＣＣＤから信号が読み出しを開始する。そして、求まった輝度値と被写体の輝度信号が適正となる輝度値との輝度差を算出する。

ステップＳ１０７で、その輝度差を露出差に換算し、その露出差が適正範囲内かを判断する。もし適正範囲内でないなら、ステップＳ１０８に移行し、その露出差に基づき露出変更を行い、ステップＳ１０９で、ＥＶＦの表示をその露出値に基づき更新する。

そして、露出値が目標となる適正露出値に到達すれば、最初のステップにもどり、引き続き測光及び、露出制御を繰り返し、到達しなければ目標となる適正露出値に到達するまで露出変更を行いＥＶＦ表示更新の動作を繰り返す。

なお、本実施例において、段階的に露出を変更しているのは、高画素の撮像素子を持つデジタルカメラはネガフィルムを使った銀塩カメラと違い、ダイナミックレンジが狭い為、適正露出範囲も狭く、一度の露出変更では被写体の適正露出にまで達することが難しい為である。この場合、現在の露出値から適正露出値までの間に目標露出値を設定し、露出変更で目標露出値に達すると測光演算を行い、一度の露出変更では被写体の適正露出にまで達することが難しければ再び目標露出値を設定する。また、ＥＶＦの表示サイクルは１回の露出制御の処理時間に比べ充分に早い為複数回に分けて表示が更新される。

本実施例である上記フローチャートにもとづく動作を行ったとき、撮像素子の露光と、撮像素子からの画像信号の読み出しと、測光演算と、露出制御と、ＥＶＦ表示の関係を図２に示し、このときの自動露出制御の収束していく様子を図３に示す。図中の数字は、撮像素子が露光した画像信号の順序を示したものである。

図２に図示したが、ＥＶＦ表示更新停止期間は、ｂとｇとｌの露光分についてのみとなり、それぞれの前に露光した分のみがＥＶＦに表示されたままになる。従来例と同様に、例えば１秒間に３０フレームといったフレームレートの場合には、１回の露光および読み出し期間は１／３０秒になり、図２の例では、３×（１／３０）＝０．１（秒）がＥＶＦ表示更新停止期間となり、従来例にくらべ、２１％程度に抑えられる。しかも、ＥＶＦ表示更新停止期間が間欠的になり、１回のＥＶＦ表示更新停止期間は０．０３（＝１／３０）秒と、最も短い期間になり、操作者が気づかない程度に改善されている。

また、図３に示したとおり、制御開始のＥｖ８をＥＶＦ表示していたが、従来例では、ＥＶＦが更新されず、次に表示がされるのは最終露出値Ｅｖ１３と、急激に輝度変化してしまっていたが、本実施例では、ａからｃ、ｆからｈ、ｋからｍの測光前後に着目すると、その間での露出値の変化は無いため、輝度変化が起こらない。なおかつ、収束に近づく画像の状態もＥＶＦ表示に反映されるため、操作者には非常に自然に見えるようになる。

従来例ならびに実施例において、説明を簡単にするために、測光時の輝度と適正時の輝度の差を、そのまま露出変更値にするという、フィードバックのゲインを１倍に設定している。しかし、実際には、絞りやシャッターやゲインなどの露出系のデバイスに、リニアリティがない場合が多々あるため、また被写体の輝度変化も起こるため、フィードバックのゲインが１倍であると、自動露出制御時にハンチングを起こし、制御が収束しない場合が容易に想定される。したがって、実際には、フィードバックのゲインを、例えば０．５倍に落とすなどしている。この場合、従来技術および本発明においても、最終露出に収束していく時間が延びることを意味するが、このことは従来技術においては、ＥＶＦ表示更新停止期間が、より長引くことになるが、本発明では、ＥＶＦ表示更新停止期間は、最も短い期間であるため、操作者にストレスを与えることは無い。

本発明の実施例における露出制御方法を示したフローチャートである。 本発明の実施例における露出制御方法のタイミングチャートである。 本発明の実施例における露出制御方法の露出の遷移状態を示した図である。 本発明の実施例における自動露出制御の測光時のプログラム線図である。 本発明の実施例におけるプログラム線図である。 従来例における露出制御方法を示したフローチャートである。 従来例における露出制御方法のタイミングチャートである。 従来例における露出制御方法の露出の遷移状態を示した図である。

符号の説明

１００ レンズ
１０１ レンズを駆動する制御用のモータ
１０２ モータドライバ
１０３ 絞り
１０４ 絞りを駆動する制御用のモータ
１０５ モータドライバ
１０６ 電子シャッター駆動回路
１０７ 撮像素子
１０８ 信号増幅回路
１０９ 画像信号処理回路
１１０ 画像出力装置
１１１ ＣＰＵ

Claims (4)

1. 被写体を撮像して画像信号を取得する撮像手段と、
   前記撮像手段により取得された画像信号に基づいて前記被写体の輝度値を測定する測光手段と、
   前記測光手段により測定された輝度値に基づく露出値が目標露出値となるように露出制御を行う露出制御手段と、
   前記目標露出値を変更するための露出補正値を設定する露出補正手段と、
   前記撮像手段により取得された画像信号に基づく画像を予め定められた間隔で表示更新する表示手段とを有し、
   前記露出制御手段は、前記測光手段による前記被写体の輝度値の測定に用られる画像信号を前記撮像手段が取得する際には、前記露出補正値を加味せずに露出制御を行うとともに、前記測光手段による前記被写体の輝度値の測定に用いない画像信号を前記撮像手段が取得する際には、露出値を前記露出補正値が加味された前記目標露出値に段階的に収束させていく露出制御を行い、
   前記表示手段は、前記測光手段による前記被写体の輝度値の測定に用られる画像信号に基づく画像は表示しないことを特徴とする撮像装置。
2. 前記表示手段は、前記測光手段による前記被写体の輝度値の測定に用られる画像信号に基づく画像の代わりに、前記測光手段による前記被写体の輝度値の測定に用られる画像信号の直前に取得された画像信号に基づく画像を表示することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 被写体を撮像して画像信号を取得する撮像工程と、
   前記撮像工程で取得された画像信号に基づいて前記被写体の輝度値を測定する測光工程と、
   前記測光工程で測定された輝度値に基づく露出値が目標露出値となるように露出制御を行う露出制御工程と、
   前記目標露出値を変更するための露出補正値を設定する露出補正工程と、
   前記撮像工程で取得された画像信号に基づく画像を予め定められた間隔で表示更新する表示工程とを有し、
   前記露出制御工程では、前記測光工程で前記被写体の輝度値の測定に用られる画像信号を前記撮像工程で取得する際には、前記露出補正値を加味せずに露出制御を行うとともに、前記測光工程で前記被写体の輝度値の測定に用いない画像信号を前記撮像工程で取得する際には、露出値を前記露出補正値が加味された前記目標露出値に段階的に収束させていく露出制御を行い、
   前記表示工程では、前記測光工程で前記被写体の輝度値の測定に用られる画像信号に基づく画像は表示しないことを特徴とする撮像装置の制御方法。
4. 前記表示工程では、前記測光工程で前記被写体の輝度値の測定に用られる画像信号に基づく画像の代わりに、前記測光工程で前記被写体の輝度値の測定に用られる画像信号の直前に取得された画像信号に基づく画像を表示することを特徴とする請求項３に記載の撮像装置の制御方法。

Images