JP5199908B2 - 撮像装置およびその制御方法 - Google Patents

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Description

本発明は、撮像装置およびその制御方法に関し、特に補助光源を用いた撮像が可能な撮像装置及びその制御方法に関する。
従来、内蔵/外付けフラッシュのような補助光源を用いた撮像が可能な撮像装置が知られている。
このような撮像装置では、合焦位置を検出した主被写体が適正露出となるようにフラッシュ光量、絞りおよびシャッタースピードを決定している。また、撮像画像におけるホワイトバランス調整においても、主被写体のホワイトバランスが適正になるように調整している。
特開平01−280735号公報 特開2006−222637号公報
例えば集合写真など複数の人物が被写体として含まれる場合、主被写体に対して適正なフラッシュ光量が設定されると、主被写体よりも遠くに位置する人物や背景に対してはフラッシュ光量は不十分であり、露出不足となる。
このような、フラッシュ光の照射が不足している被写体に対して、主被写体と同様のホワイトバランス調整を適用すると、ホワイトバランスに大きな誤差が生じ、色かぶりが生じるという問題がある。例えば、低色温度光源の環境下における撮像時には、主被写体よりも遠くに位置する人物の顔が赤っぽくなる。
特許文献1には、外光の色温度を検出し、デイライトで無い場合にはフラッシュONで撮像することにより、デイライト用のホワイトバランス回路のみで、適正なホワイトバランス調整を実現する撮像装置が提案されている。しかし、フラッシュ光が十分到達しない、背景など主被写体以外の被写体の色かぶりは改善することができない。
特許文献2には、光源からの光線の少なくとも色温度を部分毎に変更可能な空間変調素子を複数設け、撮像シーンを部分毎に異なる色温度で照明可能な撮像装置が提案されている。しかし、複数の空間変調素子および、複数の被写***置に結像する投射光学系が必要となるため、装置が大型化、高コスト化するという問題がある。
本発明はこのような従来技術の課題に鑑みなされたものである。本発明は、環境光の色温度が低い状況で補助光源を用いて撮像した際、補助光源の光が十分届かない被写体に発生する色かぶりを簡便な構成によって抑制することの可能な撮像装置及びその制御方法を提供することを目的とする。
上述の目的は、撮像素子を用いて撮像する撮像装置であって、環境光の色温度を検出する色温度検出手段と、撮像時の補助光源の発光量と撮像素子のゲインを決定する決定手段と、決定手段が決定した補助光源の発光量と撮像素子のゲインにより撮像を行うように補助光源および撮像素子のゲインを制御する制御手段とを有し、決定手段は、色温度検出手段により検出された環境光の色温度が予め定めた色温度より低い場合、環境光の色温度が予め定めた色温度以上である場合よりも、補助光源の発光量を減少させるとともに、撮像素子のゲインを増加させることを特徴とする撮像装置によって達成される。
また、上述の目的は、撮像素子を用いて撮像する撮像装置の制御方法であって、検出手段が、環境光の色温度を検出する色温度検出ステップと、決定手段が、撮像時の補助光源の発光量と撮像素子のゲインを決定する決定ステップと、制御手段が、決定ステップで決定された補助光源の発光量と撮像素子のゲインにより撮像を行うように補助光源および撮像素子のゲインを制御する制御ステップとを有し、色温度検出ステップで検出された環境光の色温度が予め定めた色温度より低い場合、決定手段は決定ステップにおいて、環境光の色温度が予め定めた色温度以上である場合よりも、補助光源の発光量を減少させるとともに、撮像素子のゲインを増加させることを特徴とする撮像装置の制御方法によっても達成される。
このような構成により、本発明によれば、環境光の色温度が低い状況で補助光源を用いて撮像した際、補助光源の光が十分届かない被写体に発生する色かぶりを簡便な構成によって抑制することが可能となる。
本発明の第1の実施形態に係る撮像装置の構成例を示すブロック図である。 本発明の第1の実施形態に係る撮像装置の撮像動作を説明するためのフローチャートである。 本発明の第1の実施形態に係る撮像装置においてシステム制御部118が行う発光部110の発光量とゲインの補正動作の一例を示す図である。 本発明の第2の実施形態に係る撮像装置の構成例を示すブロック図である。 第1の被写体401と第2の被写体402と背景403を撮像している状況を模式的に示す図である。 本発明の第2の実施形態に係る撮像装置においてシステム制御部118が行う発光部110の発光量とゲインの補正動作の一例を示す図である。
以下、図面を参照して、本発明の例示的かつ好適な実施形態を詳細に説明する。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る撮像装置の構成例を示すブロック図である。
図1において、撮像レンズ部101は、絞りおよびシャッターを備えたレンズである。フォーカスレンズ102は、撮像部駆動回路112の制御に従い移動し、オートフォーカス機能を実現する。撮像素子103はCMOSイメージセンサ、CCDイメージセンサなど、被写体の光学像を光電変換しアナログ電気信号に変換する。CDS/AD処理部104は撮像素子103から出力されたアナログ電気信号に相関二重サンプリング、クランプ処理、アナログゲイン調整を行った後、A/D変換してデジタル信号に変換する。
信号処理部107は、CDS/AD処理部104が出力するデジタル信号に対し、デジタルゲイン調整、ホワイトバランス処理、画素補間処理、色信号処理、輝度信号処理、拡大縮小等の信号処理を行い、撮像画像データを生成する。信号処理部107は、生成した撮像画像データを画像メモリ105に記憶する。また、信号処理部107は、撮像画像データから環境光の色温度を検出し、検出結果をシステム制御部118に供給する色温度検出手段として機能する。なお、環境光の色温度は、撮像素子103で撮像された画像から検出する方法に限定されず、外光センサなどの検出素子を用いて検出してもよい。
システム制御部118は撮像装置全体の動作を制御する。システム制御部118は例えばCPUであり、RAM119および/またはROM120に記憶された、定数、変数、プログラム等を用いて装置全体の動作を制御することができる。システム制御部118は、撮像部駆動回路112を通じて、撮像レンズ部101が備える絞りおよびシャッターを駆動することにより、自動露出制御(AE)を行う。また、システム制御部118は、AE処理において、必要に応じて、撮像部駆動回路112を通じた撮像素子103の感度制御(ゲイン調整)を行う。
さらに、システム制御部118は、信号処理部107が生成した撮像画像データのコントラスト値を検出し、コントラスト値が最大となるように、撮像部駆動回路112を通じてフォーカスレンズ102の位置を制御することにより、自動焦点検出(AF)を行う。
記録回路108は、メモリカードやハードディスク等の記憶媒体109とのインターフェースである。システム制御部118は、記録回路108を用いて記憶媒体109の読み書きを行う。
発光部制御回路111は、システム制御部118の制御に基づいて、内蔵フラッシュなどの補助光源である発光部110を制御する。
システム制御部118は、自動焦点検出及び自動露出制御の結果に従い、発光部制御回路111を制御することにより発光量を調整する。測光部115は被写体の輝度を測定し、発光部制御回路111は被写体輝度に基づいて、所定の被写体輝度が得られるように発光部110の発光量を調節する。
あるいは、発光部110を予備発光させて撮像した画像データにもとづいて、システム制御部118が本撮像時の発光部110の発光量を算出しても良い。
なお、発光部110および発光部制御回路111は、撮像装置から取り外し可能な構成(外付けフラッシュ)としても良い。
表示回路113は、表示用の画像データに基づいてLCDなどの表示装置114を駆動することにより、撮像画像データやメニュー画面などを表示装置114に表示させる。撮像素子103により連続的に撮像を行い、生成した撮像画像データを表示装置114に順次表示させるライブビュー表示処理を行うことにより、表示装置114を電子ビューファインダー(EVF)として機能させることもできる。
SW1(116)は、図示しないレリーズボタンの半押しでオンとなるスイッチ、SW2(117)は、レリーズボタンの全押しでオンとなるスイッチである。
SW1(116)のオンにより、レリーズボタンがユーザにより半押しされたことを検出すると、システム制御部118はAE及びAF処理を開始する。そして、SW2(117)のオンによりレリーズボタンがユーザにより全押しされたことを検出すると、システム制御部118はAEおよびAF結果に基づいた本撮像処理を実行する。
図2は、本実施形態の撮像装置の撮像動作を説明するためのフローチャートである。
なお、特に説明していないが、撮像装置は撮像モードで動作しており、表示装置114を電子ビューファインダーとして機能させるための動作が実行されているものとする。従って、信号処理部107からは、撮像画像から検出した環境光の色温度がシステム制御部118へ逐次通知されている。
S201にて、システム制御部118はSW1(116)がオンとなるのを待機する。SW1(116)のオンを検出すると、システム制御部118は、自動合焦制御及び自動露出制御を行う(S202)。
そして、システム制御部118は、S202における自動露出制御の結果から、発光部110の発光が必要かどうかを判断する(S203)。発光部110の発光が不要と判断される場合、システム制御部118は、処理をS206に移し、ユーザからの撮像指示、すなわちSW2(117)のオン、が検出されるのを待つ。なお、図2には記載していないが、S206において、SW2(117)のオンが検出される前にSW1(116)のオフが検出された場合、システム制御部118は処理をS201へ戻す。
一方、システム制御部118は、自動露出制御の結果、本撮像時に発光部110を発光させる必要があると判断される場合には、S204に進み外光(環境光)の色温度を取得する。上述の通り、環境光の色温度の検出は信号処理部107が行い、その結果をシステム制御部118に通知する。あるいは、外光の色温度を検出するセンサなどを別途設け、このセンサによる検出結果をシステム制御部118が取得してもよい。
S205にて、システム制御部118は、環境光の色温度の検出結果に応じて、発光部110の発光量と撮像素子103のゲインを決定する。具体的には、環境光の色温度が低い場合には、発光部110の発光量を減少させるとともに、撮像素子103のゲイン(ISO感度)を増加させる。これにより、補助光源である発光部110の光が十分届かない距離にある被写体における色かぶりの影響を抑制することができる。
図3は、本実施形態においてシステム制御部118が行う発光部110の発光量とゲインの補正動作の一例を示す図である。
図3(a)は、発光部110の発光量と色温度との関係を、図3(b)は、撮像素子のゲインと色温度との関係をそれぞれ示す図である。
図3に示す例では、システム制御部118は、環境光の色温度が第1の所定の色温度(T1)を超えるまでは、撮像素子103のゲインを、調整範囲の上限(ここではゲイン3.0)とし、適正露出となるように発光部110の発光量を補正する。すなわち、システム制御部118は、撮像素子103のゲインを増加させない場合よりも発光量を減少させる。
また、システム制御部118は、環境光の色温度が第2の所定の色温度以上(T2以上)であれば、発光部110の発光量を最大として、適正露出が得られるように撮像素子103のゲインを決定する。この際、システム制御部118は、撮像素子103のゲインを最小値(ここでは1.0)とし、適正露出が得られるように発光部110の発光量を決定してもよい。換言すれば、環境光の色温度が第2の所定の色温度以上(T2以上)の場合、発光量およびゲインの補正は行わない。
また、システム制御部118は、第1及び第2の色温度の間では、段階的に発光量を減少させるとともに、ゲインを増加させ、適正露出が得られるように制御する。
なお、色温度に応じた具体的な発光量およびゲインは、予めテーブルに記憶しておいてもよいし、算出式を記憶しておき、算出式に色温度を代入して逐次計算してもよい。なお、テーブルを用いる場合、記憶する値は離散的な色温度に対応した値のみとし、記憶されていない値については補間計算によって求めてもよい。
なお、発光量とゲインの調整方法は、図3に示す方法に限定されるものではなく、色温度が低い場合は高い場合よりもゲインを上昇させ、補助光源の発光量を抑制することができれば他の関係に従って発光量およびゲインを決定することができる。
S206でSW2(117)のオンが検出されると、システム制御部118は、本撮像動作を行う(S207)。この際、自動露出制御の結果で発光部110の発光が必要と判断されていれば、システム制御部118はS205で決定した発光量で発光部110が発光するように発光部制御回路111を制御する。また、システム制御部118は、撮像部駆動回路112を通じて、撮像素子103のゲインをS205で決定したゲインとして本撮像を行う。
以上説明したように、本実施形態によれば、環境光の色温度が予め定めた色温度よりも低い場合には、色温度が高く、補助光源の発光量を補正しない場合よりも、発光量を減少させる。また、撮像素子のゲインを増加させて撮像感度を上昇させ、補助光源の発光量を減少させたことを補う。これにより、環境光の色温度が低い状況で補助光源を用いて撮像した際、補助光源の光が十分届かない距離に位置する被写体に発生する色かぶりを簡便な構成によって抑制することが可能になる。
(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。
図4は、本実施形態に係る撮像装置の構成例を示すブロック図である。本実施形態の撮像装置は、顔検出部106が新たに設けられている点以外は第1の実施形態に係る撮像装置と構成上共通であるため、重複する説明は省略する。
顔検出部106は、CDS/AD処理部104が出力する画像データに、公知の顔検出技術に基づく顔検出処理を適用し、画像内に含まれる人物の顔を検出する。公知の顔検出技術としては、ニューラルネットワークなどを利用した学習に基づく手法、テンプレートマッチングを用いて目、鼻、口等の形状に特徴のある部位を画像から探し出し、類似度が高ければ顔とみなす手法などがある。また、他にも、肌の色や目の形といった画像特徴量を検出し、統計的解析を用いた手法等、多数提案されている。一般的にはこれらの手法を複数組み合わせ、顔検出の精度を向上させている。具体的な例としては特開2002−251380号公報に記載のウェーブレット変換と画像特徴量を利用して顔検出する方法などが挙げられる。顔検出部106は、複数の顔を検出可能であり、検出された顔の領域(顔領域)の各々について、少なくとも位置及び大きさを検出結果としてシステム制御部118に出力する。
図5は、第1の被写体401と、第1の被写体よりも遠くに位置する第2の被写体402と、背景403とを撮像している状況を模式的に示す図である。図5(a)は撮像装置と、第1及び第2の被写体401,402および背景403との距離関係を示す図、図5(b)は、撮像される画像を模式的に示す図である。
本実施形態における撮像装置のシステム制御部118は、図2のフローチャートのS202で実施する自動合焦制御において、顔検出部106から得られた顔領域404,405の各々についてのコントラスト値を取得する。そして、顔領域404,405のコントラスト値が最も高くなる焦点距離から、第1及び第2の被写体までの距離d1,d2を求める。このように、本実施形態のシステム制御部118は、被写体毎に距離検出を行うことが可能である。
この際、背景403までの距離をさらに取得しても良い。また、顔領域の画像のコントラスト値に基づく方法の他に、図示しない位相差センサを用いて第1及び第2の被写体までの距離を求めても良い。
そして、S205において、発光部110の発光量および撮像素子103のゲインを決定する際、環境光の色温度に加え、少なくとも、第1の被写体までの距離d1と第2の被写体までの距離d2の差(d2−d1)を考慮する。
図6は、本実施形態においてシステム制御部118が行う発光部110の発光量とゲインの補正動作の一例を示す図である。
図6(a)は、発光部110の発光量と色温度との関係を、図6(b)は、撮像素子のゲインと色温度との関係をそれぞれ示す図である。
図3に示した第1の実施形態に対し、環境光の色温度が第2の所定の色温度(T2)未満となった際のゲインおよび発光量の補正量の最小値が異なり、それにより、第1及び第2の色温度の間でのゲインおよび発光量の値が異なる。
環境光の色温度が第2の所定の色温度(T2)を下回ると、第1の被写体までの距離d1と第2の被写体までの距離d2の差(d2−d1)が大きいほど、ゲインの増加量の最小値を大きくする。すなわち、図6(b)におけるxの値を大きくする。これは、距離の差(d2−d1)が大きいほど、発光部110から第2の被写体に到達する光量と、第1の被写体に到達する光量との差が大きいと考えられるからである。
このようにして発光量とゲインを決定することにより、遠くに位置する被写体の色かぶりの影響を効果的に抑制することができる。なお、ここでは説明及び理解を簡単にするため、2つの顔領域が検出された場合のみを考えた。しかし、顔領域が3つ以上検出された場合であっても同様の制御を適用することができる。この場合、撮像素子103が対応可能なゲインの範囲を考慮して、最も近くに位置する(あるいは主被写体である)第1の被写体との距離の差を求める被写体を決定することができる。
(第3の実施形態)
なお、第2の実施形態と同じ構成を有する第3の実施形態の撮像装置において、システム制御部118は、顔領域404、405と、背景403の領域の画像データの輝度に基づいて、逆光であるかどうかの判定を行うことができる。
具体的には、システム制御部118は、顔領域の平均輝度が所定の第1の輝度以下であり、かつ、背景領域の平均輝度が所定の第2の輝度以上である場合、逆光であると判定することができる。
そして、逆光と判定される場合、システム制御部118は、発光部110の発光量および撮像素子103のゲインを決定する際、環境光の色温度や被写体の距離を考慮した発光量およびゲインの補正を行わないようにすることができる。
これは、逆光における撮影では、日中であれば環境光の色温度が高く、色かぶりの影響が少ないと考えられ、朝夕であれば背景の色温度が低い(すなわち赤い)方が自然な画像となると考えられるからである。
逆光判定を行うタイミングが環境光の色温度取得より前であれば、図2におけるS204の処理を省略することができる。
本実施形態は、第1の実施形態や第2の実施形態における発光量およびゲインの補正制御と組み合わせることができる。
(第4の実施形態)
第1及び第2の実施形態において、撮像装置の撮像モードを判定し、モード判定の結果に応じて発光量およびゲインの補正制御を実行しないようにすることも可能である。
例えば、被写界深度が浅くなる撮影条件を設定することで、主被写体の背景をぼかして撮影するモード(ポートレートモードと呼ばれることもある)がある。このような撮像モードにおいては、主被写体以外の被写体に対する色かぶりの影響を抑制するよりも、ゲインを増加させることによる画像ノイズの増加を抑制することが望ましいであろう。
従って、システム制御部118は撮像モードが予め定められた撮像モードであるか否かを判定し、撮像モードが予め定められた撮像モードである場合には、発光量およびゲインの補正制御を行わないようにすることができる。
本実施形態は、第1〜第3の実施形態における発光量およびゲインの補正制御と組み合わせることができる。
(他の実施形態)
上述の実施形態は、撮像装置が備えるコンピュータ(或いはCPU、MPU等)によりソフトウェア的に実現することも可能である。
従って、上述の実施形態をコンピュータで実現するために、該コンピュータに供給されるプログラム自体も本発明を実現するものである。つまり、上述の実施形態の機能を実現するためのプログラム自体も本発明の一つである。
なお、上述の実施形態を実現するためのプログラムは、コンピュータで読み取り可能であれば、どのような形態であってもよい。例えば、オブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラム、OSに供給するスクリプトデータ等で構成することができるが、これらに限るものではない。
上述の実施形態を実現するためのプログラムは、記録媒体又は有線/無線通信によりコンピュータに供給される。プログラムを供給するための記録媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ等の磁気記録媒体、MO、CD、DVD等の光/光磁気記録媒体、不揮発性の半導体メモリなどがある。
有線/無線通信を用いたプログラムの供給方法としては、コンピュータネットワーク上のサーバを利用する方法がある。この場合、本発明を形成するプログラムとなりうるデータファイル(プログラムファイル)をサーバに記憶しておく。プログラムファイルとしては、実行形式のものであっても、ソースコードであっても良い。
そして、このサーバにアクセスしたクライアントコンピュータに、プログラムファイルをダウンロードすることによって供給する。この場合、プログラムファイルを複数のセグメントファイルに分割し、セグメントファイルを異なるサーバに分散して配置することも可能である。
つまり、上述の実施形態を実現するためのプログラムファイルをクライアントコンピュータに提供するサーバ装置も本発明の一つである。
また、上述の実施形態を実現するためのプログラムを暗号化して格納した記録媒体を配布し、所定の条件を満たしたユーザに、暗号化を解く鍵情報を供給し、ユーザの有するコンピュータへのインストールを許可してもよい。鍵情報は、例えばインターネットを介してホームページからダウンロードさせることによって供給することができる。
また、上述の実施形態を実現するためのプログラムは、すでにコンピュータ上で稼働するOSの機能を利用するものであってもよい。
さらに、上述の実施形態を実現するためのプログラムは、その一部をコンピュータに装着される拡張ボード等のファームウェアで構成してもよいし、拡張ボード等が備えるCPUで実行するようにしてもよい。

Claims (8)

  1. 撮像素子を用いて撮像する撮像装置であって、
    環境光の色温度を検出する色温度検出手段と、
    撮像時の補助光源の発光量と前記撮像素子のゲインを決定する決定手段と、
    前記決定手段が決定した前記補助光源の発光量と前記撮像素子のゲインにより撮像を行うように前記補助光源および前記撮像素子のゲインを制御する制御手段とを有し、
    前記決定手段は、前記色温度検出手段により検出された前記環境光の色温度が予め定めた色温度より低い場合、前記環境光の色温度が前記予め定めた色温度以上である場合よりも、前記補助光源の発光量を減少させるとともに、前記撮像素子のゲインを増加させることを特徴とする撮像装置。
  2. 前記決定手段が、前記環境光の色温度が低いほど前記補助光源の発光量を減少させ、前記撮像素子のゲインを増加させることを特徴とする請求項1記載の撮像装置。
  3. さらに、被写体までの距離を、被写体毎に検出する距離検出手段を有し、
    前記決定手段は、前記色温度検出手段により検出された前記環境光の色温度が前記予め定めた色温度より低い場合に前記補助光源の発光量を減少させる量と、前記撮像素子のゲインを増加させる量の最小値を、予め定めた主被写体と前記主被写体よりも遠くに位置する被写体との距離の差が大きいほど大きくなるように決定することを特徴とする請求項1又は請求項2記載の撮像装置。
  4. 逆光であるかどうかを判定する逆光判定手段をさらに有し、
    前記逆光判定手段により逆光であると判定された場合には、前記決定手段は前記環境光の色温度が前記予め定めた色温度以上であるものとして前記撮像時の補助光源の発光量と前記撮像素子のゲインを決定することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の撮像装置。
  5. 前記撮像装置の撮像モードが予め定められた撮像モードであるかどうかを判定するモード判定手段をさらに有し、
    前記モード判定手段により前記撮像装置の撮像モードが前記予め定められた撮像モードであると判定された場合には、前記決定手段は前記環境光の色温度が前記予め定めた色温度以上であるものとして前記撮像時の補助光源の発光量と前記撮像素子のゲインを決定することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の撮像装置。
  6. 撮像素子を用いて撮像する撮像装置の制御方法であって、
    検出手段が、環境光の色温度を検出する色温度検出ステップと、
    決定手段が、撮像時の補助光源の発光量と前記撮像素子のゲインを決定する決定ステップと、
    制御手段が、前記決定ステップで決定された前記補助光源の発光量と前記撮像素子のゲインにより撮像を行うように前記補助光源および前記撮像素子のゲインを制御する制御ステップとを有し、
    前記色温度検出ステップで検出された前記環境光の色温度が予め定めた色温度より低い場合、前記決定手段は前記決定ステップにおいて、前記環境光の色温度が前記予め定めた色温度以上である場合よりも、前記補助光源の発光量を減少させるとともに、前記撮像素子のゲインを増加させることを特徴とする撮像装置の制御方法。
  7. 撮像装置が有するコンピュータに、請求項6記載の撮像装置の制御方法の各ステップを実行させるためのプログラム。
  8. 請求項7記載のプログラムを記録した、コンピュータが読み取り可能な記録媒体。
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