JP6159105B2 - 撮像装置及びその制御方法 - Google Patents
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Description
逆光シーン(主被写体の背景が非常に明るいシーン)や、トンネルシーン(背景が暗く、主被写体の占有面積が小さいシーン)などでも同様の問題が起きる。
本明細書において、撮像評価値とは、撮像装置の制御や、撮影された画像に対する補正等を行う際に必要なパラメータであり、撮影された画像から取得するパラメータである。例えば、AF(自動焦点検出)評価値や、WB(ホワイトバランス)評価値、AE(自動露出制御)評価値などが代表的な撮像評価値であるが、これらに限定されない。
WB評価値とは、撮影画像の色調を補正するための評価値であり、現像処理に必要なパラメータである。
AE評価値とは、撮影時の露出条件を自動的に調整するための評価値であり、主に、絞り、シャッタースピード、および感度の設定に用いられる。
レンズ101は光学系を構成するレンズ群であり、合焦距離を調節するためのフォーカスレンズが含まれている。フォーカスレンズは光軸方向に沿って位置が変更可能であり、システム制御部108が、撮像評価値検出部107によって検出されたAF評価値を基に、レンズ駆動制御部106を通じてフォーカスレンズの位置を制御する。
撮像素子102は各画素に入射した光を電荷に変換し、被写体の光学像を画素ごとに電気信号に変換して出力する。
レンズ駆動制御部106は、システム制御部108からの制御量に基づいて、レンズ101に含まれるフォーカスレンズを光軸方向に駆動し、レンズ101の合焦距離を調整する。
映像信号処理部104は、撮像素子102から出力された動画のフレームごとに、あるいは所定数のフレームごとに画像信号を出力する。
操作部110は、ユーザが撮像装置に対して指示や設定を行うための入力デバイス群である。操作部110にはレリーズボタン、記録/再生モード切り替えスイッチ、方向キー、決定/実行キー、メニューボタンなど、撮像装置が一般的に備えるボタン、キーなどが含まれる。なお、タッチパネルや音声入力など、ハードウェアキーを有さない入力方法を実現するための構成も操作部110に含まれる。
電源部112は、例えば2次電池と電源回路を有し、撮像装置の各部を駆動するための電源を供給する。
本実施形態においてシステム制御部108は、High画像201とLow画像202の撮影動作を交互に行っていく。ここで、例えば、High画像は適正露出Ev(0)から1段明るく(+1段)した露出条件Ev(H)で撮影した高露出画像を、Low画像は、適正露出から1段暗く(−1段)した露出条件Ev(L)で撮影した低露出画像とする。
さらに撮像評価値検出部107は、システム制御部108から出力される撮像評価値選択タイミング206に従い、HDR動画撮影動作に使用するために他方よりも適切と判定される撮像評価値を選択する。
合成画像から撮像評価値を得る場合、撮像評価値が得られるのは合成処理終了後になるが、本実施形態では、合成処理の開始前のタイミングで撮像評価値が選択され、反映可能となるため、撮像評価値を用いる処理の応答性を向上できる。
例えば、逆光のようなシーンを撮影した場合、被写体のコントラスト(AF評価値)は、High画像の方が高く、Low画像の方が小さくなる。
そして、S304からの処理を繰り返す。
つまり、他の撮像評価値に関しても、図3に示したS306でHigh画像、S308でLow画像からそれぞれ検出し、S312で最適な1つを選択する。そして、選択された撮像評価値に基づいて撮像装置の動作(ホワイトバランス係数の算出動作や次の撮影時の露出制御パラメータの決定)を制御する。
第1の実施形態では、複数の合成前画像から検出した撮像評価値の比較結果に基づいて最適な撮像評価値を選択するものであった。第2の実施形態では、最適な撮像評価値を、撮影シーンの検出に用いられる情報に基づいて選択することを特徴とする。
そして、輝度情報検出部402は、これらの平均輝度を用いて、例えば、フレーム画像の中心部とその周辺部との輝度差や中心輝度値などの輝度情報を求める。輝度情報検出部402で検出された輝度情報は、シーン判別部404へ送られる。
顔情報検出部401、輝度情報検出部402、及び、色情報検出部403から送られてきた各情報は、シーン判別部404により一時的に保存され、随時更新される。
ここで、撮像評価値検出部107は、High画像、Low画像のそれぞれから得られた撮像評価値のどちらを用いるかを、シーン判別部404の情報を基に選択する。
シーン判別部404は、HDR処理される前の、High画像、Low画像に対し、輝度情報検出部402にて検出された輝度情報と色情報検出部403にて検出された色情報を用いて、撮影シーンの背景を判別する。
さらに、HDR処理される前の、High画像、Low画像に対し、顔情報検出部401にて検出された顔情報を用いて、撮影シーンにおける主被写体を判別する。
シーン判別部404は、輝度情報検出部402にて検出された輝度情報と色情報検出部403にて検出された色情報を解析する。そして、シーン判別部404は、画像上の青空色の領域の面積が閾値以上ならば、撮影シーンの背景は青空であると判定する。
例えば、画像の輝度ヒストグラムにおいて低輝度部が大部分を占め、かつ、高輝度部が単発的に分布している場合に、撮影シーンの背景は夜景であると判定することができる。
シーン判別部404は、顔情報検出部401からの顔情報を解析し、画像信号から顔が検出されていた場合には、撮影シーンにおける主被写体が人物であると判定する。
一方で、トンネルシーンのように、背景が暗く、主被写体の占有面積が小さい場合、輝度情報と色情報の検出値はHigh画像の方が、顔情報の検出値はLow画像の方が高くなる。
なお、撮像評価値検出部107は、図6に示すように、シーン判別部404におけるシーン判別結果に基づいて撮像評価値α、βを選択してもよい。シーン判別結果を用いる場合、個々の情報についての比較を行う必要が無い。
また、S502では、S307にて取得したLow画像に対して、顔情報検出部401が顔情報Xl、輝度情報検出部402が輝度情報Yl、色情報検出部403が色情報Zlを、それぞれ検出する。
例えば、各値の関係が
顔情報値:Xh≦Xl
輝度情報値:Yh>Yl
色情報値:Zh>Zl
であった場合、撮像評価値検出部107は、High画像から検出された撮像評価値αを選択する。なお、この関係はシーン判別部404において逆光シーンと判別した場合に満たされる関係でもあるため、シーン判別部404において逆光シーンと判別されていれば、撮像評価値検出部107は直ちに撮像評価値αを選択することができる。
顔情報値:Xh>Xl
輝度情報値:Yh≦Yl
色情報値:Zh≦Zl
であった場合、撮像評価値検出部107は、Low画像から検出された撮像評価値βを選択する。なお、この関係はシーン判別部404においてトンネルシーンと判別した場合に満たされる関係でもあるため、シーン判別部404においてトンネルシーンと判別されていれば、撮像評価値検出部107は直ちに撮像評価値βを選択することができる。
S504で選択された撮像評価値が次の撮影時に反映される。
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。本実施形態は、1フレーム期間内に露出の異なる複数の画像を取得可能な構成に、第1の実施形態の構成を適用したものである。
単位画素700は、光電変換素子、例えばフォトダイオード300に加えて、例えば転送トランジスタ301、リセットトランジスタ302、増幅トランジスタ303及び選択トランジスタ304の四つのトランジスタを有する画素構成となっている。
また、転送トランジスタ301のゲート電極は、転送制御線TRS708に接続されている。転送トランジスタ301は、ゲート電極(制御電極)に転送制御線TRS708から転送パルスが与えられると、フォトダイオード300で光電変換により蓄積された信号電荷を、フローティングディフュージョン305に転送する。
フォトダイオード300からフローティングディフュージョン305への信号電荷の転送に先立って、リセットトランジスタ302のゲート電極にリセット制御線RST707からリセットパルスが与えられる。これにより、フローティングディフュージョン305の電位を所定電位にリセットされる。
さらに、増幅トランジスタ303は、転送トランジスタ301によって信号電荷が転送されたあとのフローティングディフュージョン305の電位を信号レベルとして出力する。
また、選択トランジスタ304のゲート電極は、選択制御線SEL709に接続されている。選択トランジスタ304は、ゲート電極に選択パルスが与えられることによってオン状態となり、単位画素700を選択状態として増幅トランジスタ303から出力される電気信号を垂直信号線706に出力する。
また、ここで説明した単位画素の構成は一例であり、例えば選択トランジスタ304を省略し、増幅トランジスタ303を選択トランジスタ304として兼用する3トランジスタの構成であってもよい。あるいは、増幅トランジスタ303を複数の単位画素間で共有する構成などであってもよい。他の構成であってもよい。
ライン選択回路は、シフトレジスタあるいはアドレスデコーダ等によって構成され、システム制御部108の制御のもと、単位画素700をライン単位で垂直走査するための転送パルス、リセットパルスおよび選択パルス等の画素駆動パルスを発生する。
列信号処理回路703は、垂直走査によって選択された読み出しラインの各単位画素700から垂直信号線706を通して出力される電気信号に対して所定の信号処理を行い、単位画素700から読み出された信号電荷に応じた画素信号を生成して一時的に保持する。
本実施形態においてシステム制御部108は、1フレーム期間内に、Low画像901とHigh画像902と撮影の露光動作を同時に行っていく。ここで、例えば、High画像は適正露出Ev(0)から1段明るく(+1段)した露出条件Ev(H)で撮影した高露出画像を、Low画像は、適正露出から1段暗く(−1段)した露出条件Ev(L)で撮影した低露出画像とする。
さらに、撮像評価値検出部107はシステム制御部108から出力される撮像評価値選択タイミング905に従い、HDR動画撮影動作に使用するために他方よりも適切と判定される撮像評価値を選択する。
合成画像から撮像評価値を得る場合、撮像評価値が得られるのは合成処理終了後になるが、本実施形態では、合成処理の開始前のタイミングで撮像評価値が選択され、反映可能となるため、撮像評価値を用いる処理の応答性を向上できる。
そして、High画像取得用の露光時間経過後に、TRS_Hn信号が順次立ち上がり、フォトダイオード300に蓄積された電荷が選択トランジスタ304に読み出され、列選択回路704を通して出力される。この信号からHigh画像902が得られる。
図11において、第1の実施形態で説明した処理と同じ処理を行うステップには図3と同じ参照数字を付して説明を省略し、第1の実施形態と異なる処理ステップに関して説明する。図3と図11との比較から分かるように、本実施形態では、図3のS305,S307におけるHigh画像、Low画像の取得動作がS1101に、S306,S308における撮像評価値α,βの検出動作がS1102に置き換わっている。
このように、第1の実施形態は、1フレーム期間中に異なる露出の複数枚画像を取得してHDR合成を行う撮像装置に対しても適用することができる。
図12(a),(b)は、それぞれHigh画像、Low画像の例と、それに対するヒストグラムの例を示している。
min_la<max_la
min_ha<max_ha
この場合、撮像評価値検出部107は、それぞれの画像において個数の多い方、すなわち図12(a)の例では、Low画像ではmax_la,High画像ではmax_haの個数について、比較を行う。
一方で、Low画像の焦点検出エリア1201についてのヒストグラム1202は、信号レベルがHigh画像よりも中央に分布しており、白飛びしている可能性は低いと考えられる。そのため撮像評価値検出部107は、図12(a)の例については、Low画像で検出された撮像評価値βをS312で選択する。
図12(b)におけるLow画像のmin値の個数をmin_lb,max値の個数をmax_lbとし、High画像のmin値の個数をmin_hb,max値の個数をmax_hbとする。この場合、とそれぞれの画像のヒストグラムから、以下のような関係が得られる。
min_lb> max_lb
min_hb< max_hb
この例では、min_lb > max_hbにあるため、Low画像の焦点検出エリア1205のヒストグラム1206は信号レベルの低い画素が多く、黒つぶれの発生が示唆される。
一方で、High画像の焦点検出エリア1207内のヒストグラム1208は、信号レベルがLow画像よりも中央に分布している。そのため撮像評価値検出部107は、そのため撮像評価値検出部107は、図12(b)の例については、High画像で検出された撮像評価値αをS312で選択する。
WB評価値やAE評価値においても、図11のS1102で取得されたHigh画像、Low画像に対して、WB評価値、AE評価値を検出する。
そして、S313またはS314では、選択されたWB評価値を基に現像に必要なパラメータを算出する。また、AE評価値についても、S313またはS314で選択されたAE評価値を基に、次フレームの撮影時に露出が適正になるように、絞りの制御値や、シャッタースピード、感度を算出する。
次に、本発明の第4の実施形態について説明する。本実施形態は、1フレーム期間内に露出の異なる複数の画像を取得可能な構成に、第2の実施形態の構成を適用したものである。
本実施形態に係る撮像装置の機能構成は、第2の実施形態(図4)と同様であってよいため、説明を省略する。
S1202においては、S501およびS502と同様の処理を行う。
S1203においれは、S306およびS308と同様の処理を行う。
他の処理ステップについては第2の実施形態と同様である。
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア(プログラム)を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ(またはCPUやMPU等)がプログラムを読み出して実行する処理である。
Claims (6)
- 露出が異なる複数の画像からなる画像群を周期的に撮影する撮像手段と、
撮影シーンを判別する判別手段と、
前記判別手段が撮影シーンを逆光シーンと判別した場合、撮影により得られた画像群のうちで露出が最も大きい画像から算出されたAF評価値に基づいて、次の画像群を撮影する際の前記撮像手段の動作を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする撮像装置。 - 露出が異なる複数の画像からなる画像群を周期的に撮影する撮像手段と、
撮影シーンを判別する判別手段と
前記判別手段が撮影シーンをトンネルシーンと判別した場合、撮影により得られた画像群のうちで露出が最も小さい画像から算出されたAF評価値に基づいて、次の画像群を撮影する際の前記撮像手段の動作を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする撮像装置。 - 前記露出が異なる複数の画像を合成して、1枚の合成画像を動画フレームとして生成する生成手段をさらに有することを特徴とする請求項1または2に記載の撮像装置。
- 前記生成手段による合成処理の前に、次の画像群の撮影する際の前記撮像手段の動作を制御するために用いるAF評価値を取得することを特徴とする請求項3に記載の撮像装置。
- 露出が異なる複数の画像からなる画像群を周期的に撮影する撮像手段を有する撮像装置の制御方法であって、
判別手段が、撮影シーンを判別する判別工程と、
制御手段が、前記判別工程で撮影シーンが逆光シーンと判別された場合、撮影により得られた画像群のうちで露出が最も大きい画像から算出されたAF評価値に基づいて、次の画像群を撮影する際の前記撮像手段の動作を制御する制御工程と、を有することを特徴とする撮像装置の制御方法。 - 露出が異なる複数の画像からなる画像群を周期的に撮影する撮像手段を有する撮像装置の制御方法であって、
判別手段が、撮影シーンを判別する判別工程と、
制御手段が、前記判別工程で撮影シーンがトンネルシーンと判別された場合、撮影により得られた画像群のうちで露出が最も小さい画像から算出されたAF評価値に基づいて、次の画像群を撮影する際の前記撮像手段の動作を制御する制御工程と、を有することを特徴とする撮像装置の制御方法。
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