CN101365070B

CN101365070B - 摄像装置

Info

Publication number: CN101365070B
Application number: CN2008101454082A
Authority: CN
Inventors: 村松胜
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2007-08-06
Filing date: 2008-08-05
Publication date: 2013-09-18
Anticipated expiration: 2028-08-05
Also published as: JP2009044221A; JP5076716B2; US20090040338A1; CN101365070A; US7876367B2

Abstract

摄像装置具备：测光部；曝光运算部；摄像部；选择部，选择不进行图像数据的暗部灰度的修正的第1摄影模式、和进行图像数据的暗部灰度的修正的第2摄影模式的任一种；修正部，在选择了第2摄影模式时，进行提高图像数据的暗部灰度的明亮度的修正，曝光运算部，基于测光部的输出运算亮度的最大值、亮度的平均值、以及对应于被摄体的中央部分的代表亮度值的至少一个，并通过对运算结果进行带权重的加权相加，运算曝光控制用亮度值作为曝光条件，在选择了第2摄影模式时，通过对运算结果进行带权重的加权相加而计算修正值，并基于修正值修正曝光控制用亮度值。因而，能够进行根据暗部灰度的修正的最佳的曝光调节。

Description

摄像装置

技术领域

本发明涉及将被摄体摄像而生成图像数据的摄像装置。

背景技术

以往以来，考虑有关摄像装置的曝光调节的各种技术。例如，在特开2002-84455号公报的发明中，当切换了灰度变换特性时，根据所选择的灰度特性切换曝光控制的目标值，从而将输出水平保持为一定。

此外，已知有通过摄影亮度差较大的被摄体、图像数据的暗部灰度较暗而破坏的现象。所以，在日本专利2663189号的发明中，通过提高暗部灰度的增益而压缩灰度，改善了暗部灰度的发黑破坏。

在特开2002-84455号公报的发明中，不论被摄体的亮度模式如何，都采用基于灰度变换特性的一定的曝光目标值。因此，如日本专利2663189号的发明中的灰度压缩那样，在根据被摄体的亮度模式而最佳的曝光调节不同的情况下，不能进行适当的曝光调节。

发明内容

本发明的摄像装置的目的是进行基于暗部灰度的修正的最佳的曝光调节。

为了达到上述目的，本发明的摄像装置具备：测光部，对被摄体进行测光；曝光运算部，基于上述测光部的测光结果，设定曝光条件；摄像部，按照上述曝光条件摄像上述被摄体，并生成图像数据；选择部，选择第1摄影模式和第2摄影模式的任一种，所述第1摄影模式不进行上述图像数据的暗部灰度的修正，所述第2摄影模式进行上述图像数据的暗部灰度的修正；修正部，在选择了上述第2摄影模式的情况下，进行提高由上述摄像部生成的上述图像数据的暗部灰度的明亮度的修正，上述曝光运算部，基于上述测光部的输出，运算亮度的最大值、亮度的平均值、以及对应于上述被摄体的中央部分的代表亮度值的至少一个，并通过对运算结果进行带权重的加权相加，运算曝光控制用亮度值作为上述曝光条件，并且在选择了上述第2摄影模式的情况下，通过对上述运算结果进行带权重的加权相加而计算修正值，并基于上述修正值修正上述曝光控制用亮度值。

另外，也可以是，上述曝光运算部根据上述修正部进行的上述明亮度的提高量，变更计算上述修正值时的各权重。

此外，也可以是，上述曝光运算部在运算上述曝光控制用亮度值时，将对上述运算结果进行带权重的加权相加的结果与第1固定值相加，并且在选择了上述第2摄影模式的情况下，当运算上述修正值时，将对上述运算结果进行带权重的加权相加的结果与第2固定值相加。

此外，也可以是，上述曝光运算部根据上述修正部进行的上述明亮度的提高量，变更上述第1固定值和上述第2固定值的至少一个。

此外，也可以是，具备：发光部，将被摄体照明；发光量运算部，运算上述发光部进行发光时的发光量；上述发光量运算部在选择了上述第2摄影模式的情况下，基于上述修正值修正上述发光量。

附图说明

图1是表示本发明的电子照相机1的结构的图。

图2是对测光传感器12进行说明的图。

图3是本实施方式的电子照相机1的功能框图。

图4是表示电子照相机1的摄影时的动作的流程图。

图5是表示电子照相机1的摄影时的动作的流程图(续)。

图6是表示电子照相机1的摄影时的动作的流程图(续)。

图7是表示灰度压缩的增益提高函数fg的图。

图8是表示低通滤波器的特性的图。

具体实施方式

以下，利用附图对本发明的实施方式进行说明。在以下的实施方式中，作为本发明的照相机的一例，利用单镜头反光型电子照相机进行说明。

图1是表示本实施方式的电子照相机1的结构的图。如图1所示，电子照相机1具备摄影透镜2、光圈3、快速复原反光镜4、副反光镜5、扩散屏幕6、聚光透镜7、五棱镜8、分束器9、目镜10、成像透镜11、测光传感器12、快门13、摄像元件14、焦点检测部15的各部。

测光传感器12是图2所示的5分割的测光传感器。摄像元件14例如是CCD(Charge Coupled Device)或CMOS(Complementary Metal OxideSemiconductor)等的半导体设备。焦点检测部15例如进行相位差方式的焦点检测，检测摄影透镜2的焦点状态。此外，电子照相机1基于由测光传感器12检测到的亮度进行对比度方式的焦点检测，检测摄影透镜2的焦点状态。进行相位差方式的焦点检测和对比度方式的焦点检测的哪一个，优选为能够根据用户操作而设定。此外，也可以为将相位差方式的焦点检测与对比度方式的焦点检测进行组合来检测摄影透镜2的焦点状态的结构。

此外，电子照相机1还具备显示通过摄像生成的图像等的液晶监视器等的监视器16、照明被摄体的发光部17、控制发光部17的发光控制部18、以及控制各部的控制部19。发光部17的发光的ON/OFF既可以是基于用户的指示的人工设定，也可以是基于控制部19的自动设定。此外，可以基于用户指示切换人工设定和自动设定。控制部19在内部具备未图示的存储器，预先记录用来控制各部的程序。

在非摄影时，即在不进行摄影的情况下，快速复原反光镜4如图1所示，配置成45°的角度。并且，通过摄影透镜2及光圈3的光束被快速复原反光镜4反射，经由扩散屏幕6、聚光透镜7、五棱镜8、分束器9被导引到目镜10。用户经由目镜10目视被摄体的像，从而进行构图确认。另一方面，通过分束器9将分割到上方的光束经由成像透镜11再成像到测光传感器12的摄像面上。此外，透过了快速复原反光镜4的光束经由副反光镜5被导引到焦点检测部15。

另一方面，在摄影时，快速复原反光镜4退避到虚线所示的位置而快门13开放，来自摄影透镜2的光束被导引到摄像元件14。

图3是本实施方式的电子照相机1的功能框图。如图3所示，电子照相机1除了图1的结构以外，还具备定时发生器(timing generator)20、信号处理部21、A/D转换部22、缓冲存储器23、总线24、卡接口25、压缩扩展部26、图像显示部27的各部。定时发生器20对摄像元件14供给输出脉冲。此外，由摄像元件14生成的图像数据经由信号处理部21(包括对应于摄像灵敏度的增益调节部)及A/D转换部22被暂时存储在缓冲存储器23中。缓冲存储器23连接于总线24。在该总线24，连接着卡接口25、图1中说明的控制部19、压缩扩展部26、以及图像显示部27。卡接口25与拆装自如的存储器卡28连接，在存储器卡28中记录图像数据。此外，在控制部19连接有电子照相机1的开关组29(包括未图示的释放按钮等)、定时发生器20、以及测光传感器12。进而，图像显示部27将图像等显示在设于电子照相机1的背面的监视器16上。

此外，电子照相机1具备不进行图像数据的暗部灰度的修正的灰度非压缩模式、和进行暗部灰度的修正的灰度压缩模式。通过哪个模式执行摄影，由用户经由开关组29预先选择。此外，在灰度压缩模式中，能够将灰度压缩量(明亮度提高量)的大小设定为大/小两等级和自动的任一个。该设定也由用户经由开关组29预先进行。

利用图4到图6所示的流程图，对以上说明的结构的电子照相机1的摄影时的动作进行说明。

在步骤S1中，控制部19根据测光传感器12的测光结果进行测光运算。对于测光运算，利用图5所示的流程图进行说明。

在步骤S11中，控制部19识别灰度压缩模式。

在步骤S12中，控制部19从测光传感器12取得测光结果。如图2所示，测光传感器12对入射的光进行光电变换，并输出对应于分割的各个区域的5个亮度值Bv[1]到Bv[5]。

在步骤S13中，控制部19基于在步骤S12取得的测光结果，运算平均亮度值BvMean、最大亮度值BvMax、中央部亮度值BvC。平均亮度值BvMean、最大亮度值BvMax、中央部亮度值BvC通过以下的各式求出。

BvMean＝(Bv[1]+Bv[2]+Bv[3]+Bv[4]+Bv[5])/5 …(式1)

BvMax＝MAX(Bv[1]，Bv[2]，Bv[3]，Bv[4]，Bv[5]) …(式2)

BvC＝Bv[1] …(式3)

在步骤S14中，控制部19基于在步骤S13中运算出的平均亮度值BvMean、最大亮度值BvMax、中央部亮度值BvC，运算曝光控制值BvCnt1。曝光控制值BvCnt1通过下式求出。

BvCnt1＝k1·BvMean+k2·BvMax+k3·BvC+k4 …(式4)

在式4中，k1、k2、k3是表示平均亮度值BvMean、最大亮度值BvMax、中央部亮度值BvC的权重的系数。此外，k4是常数项。从k1到k4是对应于平均亮度值BvMean的数。在以下的表1中表示从k1到k4的例子。

【表1】

	K1	K2	K3	K4
					BvMean≤Bv4	0.5	0	0.5	0
Bv4＜BvMean	0.3	0.2	0.5	-0.5

如表1所示，在平均亮度值BvMean≤Bv4的情况下，将平均亮度值BvMean及中央部亮度值BvC的权重分别设为0.5，将最大亮度值BvMax的权重与常数项设为0。另一方面，在平均亮度值BvMean＞Bv4的情况下，将平均亮度值BvMean的权重设为0.3，将最大亮度值BvMax的权重设为0.2，将中央部亮度值BvC的权重设为0.5，将常数项设为-0.5。表1所示的各系数是一例，可以以经验决定，以使得在各种取样场景中成为更好的图像。

在步骤S15中，控制部19判断是否为灰度压缩模式。并且，控制部19如果判断为是灰度压缩模式，则前进到步骤S16。另一方面，如果判断为不是灰度压缩模式(是灰度非压缩模式)，则控制部19结束测光运算的处理，前进到图4的步骤S2。

在步骤S16中，控制部19根据在步骤S11中识别出的灰度压缩模式，选择系数k5到k8。k5到k8是在后述的修正值dBv的运算中使用的系数。修正值dBv通过下式求出。

dBv＝k5·BvMean+k6·BvMax+k7·BvC+k8 …(式5)

在式5中，k5、k6、k7是表示平均亮度值BvMean、最大亮度值BvMax、中央部亮度值BvC的权重的系数。此外，k8是常数项。k5到k8是对应于平均亮度值BvMean和灰度压缩模式的数。在以下的表2中表示k5到k8的例子。

【表2】

表2中表示的各系数是一例，可以以经验决定以使得在取样场景中成为更好的图像。控制部19按照该表2选择系数k5到k8。

在步骤S17中，控制部19利用在步骤S13中求出的平均亮度值BvMean、最大亮度值BvMax、中央部亮度值BvC、上述式5、和在步骤S16中选择的系数k5到k8，运算修正值dBv。

在步骤S18中，控制部19基于在步骤S17中运算的修正值dBv，修正在步骤S14中运算的曝光控制值BvCnt1。曝光控制值BvCnt1的修正通过下式进行。

修正后的BvCnt1＝BvCnt1+dBv …(式6)

如果进行以上说明的测光运算，则控制部19前进到图4的步骤S2。另外，在步骤S15中判断为不是灰度压缩模式(是灰度非压缩模式)的情况下，不修正在步骤S14中运算的曝光控制值BvCnt1而直接用于以后的处理中。

如果结束测光运算，则在步骤S2中，控制部19判断是否由用户经由开关组29指示了摄影开始。并且，控制部19在判断为指示了摄影开始为之，反复进行在步骤S1中说明的测光运算，如果判断为指示了摄影开始则前进到步骤S3。

在步骤S3中，控制部19判断发光部17的发光是否是ON。并且，控制部19如果判断发光部17的发光是ON，则前进到步骤S4。另一方面，如果判断发光部17的发光不是ON(发光部17的发光是OFF)，则控制部19前进到后述的步骤S5。

在步骤S4中，控制部19运算发光量。利用图6所示的流程图对发光量的运算进行说明。

在步骤S21中，控制部19识别灰度压缩模式。

在步骤S22中，控制部19控制发光控制部18而进行发光部17的监视器发光。此时的发光量是预定的小发光量。

在步骤S23中，控制部19从测光传感器12取得测光结果。该测光结果包括恒定光成分。测光传感器12对入射的光进行光电变换，并输出对应于如图2所示那样被分割的各个区域的5个亮度值Bv[1]到Bv[5]。

在步骤S24中，控制部19基于在步骤S23中取得的亮度值Bv[1]到Bv[5]，运算将上述恒定光成分除去后的反射受光量R[1]到R[5]。

在步骤S25中，控制部19基于在步骤S24中运算出的反射受光量R[1]到R[5]，运算发光部17的发光量IL。发光量IL的运算的具体的方法与公知技术同样。

在步骤S26中，控制部19判断是否是灰度压缩模式。并且，控制部19如果判断为是灰度压缩模式则前进到步骤S27。另一方面，如果判断为不是灰度压缩模式(是灰度非压缩模式)，则控制部19结束发光量的运算的处理，前进到图4的步骤S5。

在步骤S27中，控制部19取得通过测光量运算求出的修正值dBv(参照图5步骤S17)。

在步骤S28中，控制部19基于在步骤S27中取得的修正值dBv，修正在步骤S25中运算出的发光量IL。发光量IL的修正通过下式进行。

【公式1】

修正后的IL＝IL·2^-dBv …(式7)

通过式7修正在步骤S25中运算的发光量IL，由此进行基于修正值dBv减少发光量IL的修正。

如果进行以上说明的发光量的运算，则控制部19前进到图4的步骤S5。另外，在步骤S26中判断为不是灰度压缩模式(是灰度非压缩模式)的情况下，不修正在步骤S25中运算的发光量IL而直接用于以后的处理中。

如果结束发光量的运算，则在步骤S5中，控制部19控制各部，基于在步骤S1中进行的测光运算的结果，通过摄像元件14将被摄体像摄像而生成图像数据。另外，在步骤S3中判断为是发光ON的情况下，控制部19控制发光控制部18，与摄像同步地使发光部17发光。该发光基于在步骤S4中进行的发光量的运算结果进行。并且，由摄像元件14生成的图像数据经由信号处理部21及A/D转换部22，被暂时存储在缓冲存储器23。

在步骤S6中，控制部19从缓冲存储器23读出图像数据，进行通常的图像处理。所谓的通常的图像处理，是白平衡调节、插值处理、色调校正处理、灰度变换处理等。各处理的具体的方法与公知技术同样，所以省略说明。

在步骤S7中，控制部19判断是否是灰度压缩模式。并且，控制部19如果判断为是灰度压缩模式则前进到步骤S8。另一方面，如果判断为不是灰度压缩模式(灰度非压缩模式)，则控制部19前进到步骤S9。

在步骤S8中，控制部19对在步骤S6中实施了通常的图像处理的图像数据进行灰度压缩处理。

图7是表示灰度压缩的增益提高函数fg的图。增益提高函数fg如图7所示，具有对应于图像的亮度Y的增益。并且，亮度Y越小(包括处理像素的附近范围越暗)，增益提高函数fg越大。反之，亮度Y越大(包括处理像素的附近范围越亮)，增益提高函数fg越接近于1。另外，图7中的F_S表示在灰度压缩模式被设定为“小”的情况下使用的增益提高函数fg，F_L表示在灰度压缩模式被设定为“大”的情况下使用的增益提高函数fg。另外，在灰度压缩模式被设定为“自动”的情况下，控制部19根据在步骤S5中生成的图像数据的亮度分布，自动地决定增益提高函数fg。例如，控制部19也可以为将图像数据分割为多个区域、求出亮度最大的区域和亮度最小的区域的亮度差、并根据该亮度差决定增益提高函数fg的结构。此外，也可以为根据明亮部的对比度决定增益提高函数fg的结构。此外，在步骤S7中判断为不是灰度压缩模式(灰度非压缩模式)时，在控制部19内的处理电路的结构上不能跳过灰度压缩处理的情况下，使用图7的F₀所示的增益提高函数fg。

各像素R[x，y]、G[x，y]、B[x，y]的灰度压缩运算通过以下的式8到式11进行。

【公式2】

Y[x，y]＝kr·R[x，y]+kg·G[x，y]+kb·B[x，y] …(式8)

Rc [x, y] = R [x, y] \cdot fg {Σ_{i = - d}^{d} Σ_{j = - d}^{d} (Y [x + i, y + j] \cdot Lpw [{(i^{2} + j^{2})}^{1 / 2}])}

…(式9)

Gc [x, y] = G [x, y] \cdot fg {Σ_{i = - d}^{d} Σ_{j = - d}^{d} (Y [x + i, y + j] \cdot Lpw [{(i^{2} + j^{2})}^{1 / 2}])}

…(式10)

Bc [x, y] = B [x, y] \cdot fg {Σ_{i = - d}^{d} Σ_{j = - d}^{d} (Y [x + i, y + j] \cdot Lpw [{(i^{2} + j^{2})}^{1 / 2}])}

…(式11)

从式8到式11中的Y表示关注像素的亮度值。此外，式8中的kr、kg、kb是规定的系数。此外，式9到式11中的Lpw是关注像素周围的低通滤波器，该低通滤波器具有图8所示的特性。此外，式9到式11中的fg对应于上述的增益提高函数fg。

在步骤S9中，控制部19将在步骤S8中实施了灰度压缩处理的图像数据、或者在步骤S6中实施了通常的图像处理的图像数据经由卡接口25记录在存储器卡28中，结束一系列的处理。另外，也可以在将图像数据记录在存储器卡28之前，经由压缩扩展部26根据需要而实施图像压缩处理(JPEG压缩处理等)。

如以上说明，根据本实施方式，具备不进行图像数据的暗部灰度的修正的第1摄影模式、和进行图像数据的暗部灰度的修正的第2摄影模式，基于测光部的输出，运算亮度的最大值、亮度的平均值、和对应于被摄体的中央部分的代表亮度值，并通过对运算结果进行带权重的加权相加而运算曝光控制用亮度值，并且在选择了第2摄影模式的情况下，通过对运算结果进行带权重的加权相加而计算修正值，并基于曝光控制用亮度值进行修正。因而，能够进行根据暗部灰度的修正的最佳的曝光调节。因此，能够通过摄像而生成接近于用户的目视的图像。

此外，根据本实施方式，根据暗部灰度的修正的明亮度的提高量，变更计算修正值时的各权重。因而，能够进行根据暗部灰度的修正内容的最佳的曝光调节。

此外，根据本实施方式，在运算曝光控制用亮度值时，将对运算结果进行带权重的加权相加的结果与第1固定值相加，并且在选择了第2摄影模式的情况下，当运算修正值时，将对运算结果进行带权重的加权相加的结果与第2固定值相加。此外，根据暗部灰度的修正的明亮度的提高量，变更第1固定值和第2固定值。因而，能够进行根据暗部灰度的修正内容的最佳的曝光调节。

此外，根据本实施方式，在运算进行发光部的发光时的发光量时，在选择了第2摄影模式的情况下，基于上述修正值修正发光量。因而，在发光部的发光时，能够以根据暗部灰度的修正的最佳的发光量进行摄像。

另外，在本实施方式中，表示了基于平均亮度值BvMean、最大亮度值BvMax、中央部亮度值BvC运算曝光控制值BvCnt1及修正值dBv的例子，但并不一定需要使用平均亮度值BvMean、最大亮度值BvMax、中央部亮度值BvC的全部。例如，也可以运算平均亮度值BvMean、最大亮度值BvMax、中央部亮度值BvC的至少一个，并基于运算结果运算曝光控制值BvCnt1及修正值dBv。

此外，在本实施方式中，在图5的步骤S13中，表示了运算平均亮度值BvMean、最大亮度值BvMax、中央部亮度值BvC的全部的例子，但也可以为先进行系数(k1～k3，k5～k7)的选择(参照表1及表2)、在系数＝0的情况下省略相应的亮度值的运算的结构。

此外，在本实施方式中，作为测光传感器12，举例说明了图2所示的5分割的测光传感器，但本发明并不限于该例子。

此外，在上述实施方式中，对在电子照相机1中实现本发明的技术的例子进行了说明。但是，本发明并不限于此。例如，在小型电子照相机及进行动画摄影的摄影机等中也同样能够采用本发明。

此外，也可以通过计算机和图像处理程序在软件上实现在本实施方式中说明的图像处理。在此情况下，只要做成通过计算机实现在图4的流程图中说明的步骤S6以后的处理的一部分或全部的结构就可以。为了通过计算机实现，只要与图像数据一起将是否是灰度压缩模式的信息、表示灰度压缩量的信息等供给到计算机中就可以。这样的信息可以利用图像数据的EXIF信息等供给。通过做成这样的结构，能够实施与本实施方式同样的处理。

另外，本发明能够不从其主旨或主要的特征脱离而以其他各种各样的形式实施。因此，上述实施例在所有的方面都不过是单纯的例示，不应该限定地解释。本发明的范围由权利要求书表示，并不受说明书文本的任何约束。进而，属于权利要求书的均等范围内的变形及变更都在本发明的范围内。

Claims

1.一种摄像装置，其特征在于，具备：

测光部，对被摄体进行测光；

曝光运算部，基于上述测光部的测光结果，设定曝光条件；

摄像部，按照上述曝光条件摄像上述被摄体，并生成图像数据；

选择部，选择第1摄影模式和第2摄影模式的某一种，所述第1摄影模式不进行提高上述图像数据的暗部灰度的明亮度的灰度压缩处理，所述第2摄影模式进行提高上述图像数据的暗部灰度的明亮度的灰度压缩处理；

灰度压缩处理部，在选择了上述第2摄影模式的情况下，进行提高由上述摄像部生成的上述图像数据的暗部灰度的明亮度的灰度压缩处理，

上述曝光运算部，基于上述测光部的输出，运算亮度的最大值、亮度的平均值、以及对应于上述被摄体的中央部分的代表亮度值的至少一个，并通过对运算结果进行加权相加，运算曝光控制用亮度值作为上述曝光条件，并且在选择了上述第2摄影模式的情况下，通过对上述运算结果进行加权相加而计算修正值，并基于上述修正值修正上述曝光控制用亮度值。

2.如权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，

上述曝光运算部根据上述灰度压缩处理部的上述明亮度的提高量，变更计算上述修正值时的各权重。

3.如权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，

上述曝光运算部在运算上述曝光控制用亮度值时，将对上述运算结果进行加权相加的结果与第1固定值相加，并且在选择了上述第2摄影模式的情况下，当运算上述修正值时，将对上述运算结果进行加权相加的结果与第2固定值相加。

4.如权利要求3所述的摄像装置，其特征在于，

上述曝光运算部根据上述灰度压缩处理部的上述明亮度的提高量，变更上述第1固定值和上述第2固定值的至少一个。

5.如权利要求1至4中任一项所述的摄像装置，其特征在于，具备：

发光部，照明被摄体；

发光量运算部，运算上述发光部进行发光时的发光量；

在选择了上述第2摄影模式的情况下，上述发光量运算部基于上述修正值修正上述发光量。