JP2000032331A - 自動露光制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】被写体の動きに応じてビデオカメラを動かした
場合でも、被写体を中心とした露光補正を自動的に行う
ことができる自動露光制御装置を提供する。 【解決手段】画面を複数のブロックに分割し、現在の画
面の画像データと前の画面の画像データとの差分から、
各々のブロック内の画像の動きを検出して露光量を検出
すべきブロックを決定し、この決定したブロックの露光
量に基づいて、撮影する画像の露光制御を行うことによ
り、上記課題を解決する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばデジタルビ
デオカメラ等において、撮影する画像の露光制御を自動
的に行う自動露光制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のデジタルビデオカメラにおいて
は、例えば特開平３−２３８４２９号公報に開示のビデ
オカメラの露光補正装置等に示されるように、順光や逆
光、過順光等のような撮影する被写体の状態に応じて、
撮像素子に入射する光量を調節するアイリス絞りを開閉
したり、ＡＧＣ（自動利得制御）回路のゲインを調節す
ることによって自動的に撮影する画像の露光制御を行
い、露光量の適切な画像が得られるようにしている。

【０００３】上記公報に開示のビデオカメラの露光補正
装置は、複数の露光検出エリアを設定し、これらの露光
検出エリア内での輝度信号レベルの分布状態をそれぞれ
検出して、撮影している画像が順光であるのか、逆光で
あるのか、過順光であるのかを検出し、これに応じて各
露光検出エリアの大きさや位置を制御することにより、
逆光や過順光の時には中央重点測光が強まるようにし、
逆光や過順光での撮影に対応できるようにしたものであ
る。

【０００４】例えば、図５（ａ）に示すように、逆光や
過順光の時には、被写体が存在する露光検出エリアＡ１
を中心部に配置し、背景が存在する露光検出エリアＡ２
を周辺部に配置する。また、被写体が存在する露光検出
エリアＡ１を小さく設定し、露光検出エリアＡ１の輝度
信号レベルに基づいて、アイリス絞りの開閉やＡＧＣ回
路のゲインを制御する。これにより、より中央重点測光
に近づき、激しい逆光状態でも被写体が黒く沈み込まな
いとしている。

【０００５】また、図５（ｂ）に示すように、順光の時
には、露光検出エリアを上部と下部とに分け、下部を被
写体が存在する露光検出エリアＡ１とし、上部を背景が
存在する露光検出エリアＡ２として、同じく被写体が存
在する露光検出エリアＡ１の輝度信号レベルに基づい
て、アイリス絞りの開閉やＡＧＣ回路のゲインを制御す
る。これにより、ビデオカメラをパンして被写体が中心
部から外れた時にも、画面の明るさの変動が生じないと
している。

【０００６】しかし、同公報に開示のビデオカメラの露
光補正装置では、順光時には画面の中央部、逆光や過順
光時には画面下部のみの情報で露光補正量が決定される
ため、例えば撮影者が静止した状態で被写体を撮影する
場合は問題はないが、移動する被写体をビデオカメラで
追いかけて撮影する場合等には、被写体が画面の中央部
に存在しない場合が発生したり、周辺の光量の変化等に
対応することができず、適切な露光量とはならない場合
があるという問題点があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、前記
従来技術に基づく問題点をかえりみて、被写体の動きに
応じてビデオカメラを動かした場合であっても、被写体
を中心とした適切な露光補正を自動的に行うことができ
る自動露光制御装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、現在の画面の画像データを保持しつつ、
前の画面の画像データを出力するフレームメモリと、画
面を複数のブロックに分割し、前記現在の画面の画像デ
ータと前記前の画面の画像データとの差分から、各々の
前記ブロック内の画像の動きを検出して動き検出信号を
出力する動き検出回路と、各々の前記ブロック内の画像
の露光量を検出する露光量検出回路と、前記動き検出信
号に応じて前記露光量を検出すべきブロックを決定し、
この決定したブロックの露光量に基づいて、撮影する画
像の露光制御を行う露光制御回路とを有することを特徴
とする自動露光制御装置を提供するものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下に、添付の図面に示す好適実
施例に基づいて、本発明の自動露光制御装置を詳細に説
明する。

【００１０】図１は、本発明の自動露光制御装置を適用
するデジタルビデオカメラの一実施例の構成ブロック図
である。図示例のデジタルビデオカメラ１０は、レンズ
１２、ＣＣＤ撮像素子１４、Ｓ／Ｈ回路１６、ＡＧＣ回
路１８、Ａ／Ｄ変換器２０、信号処理回路２２、メモリ
制御回路２４、フレームメモリ２６、動き検出回路２
８、露光量検出回路３０および露光制御回路３２を有す
る。

【００１１】デジタルビデオカメラ１０において、撮影
した画像は、レンズ１２を介してＣＣＤ撮像素子１４の
受光面に結像される。レンズ１２は、例えば固定レン
ズ、ズームレンズ、フォーカスレンズ、アイリス絞り等
の組み合わせからなる従来公知の構成を有するものであ
ればよいが、少なくとも後述する露光制御回路３２によ
ってアイリス絞り等の絞りを制御することにより、ＣＣ
Ｄ撮像素子１４に入射する光量を決定できるものを用い
るのが好ましい。

【００１２】続いて、ＣＣＤ撮像素子１４の受光面に結
像された画像はＣＣＤ撮像素子１４によって光電変換さ
れ、撮影した画像に対応するアナログ画像データが発生
される。このアナログ画像データは、Ｓ／Ｈ回路１６に
よってサンプルホールドされ、後述する露光制御回路３
２の制御により、ＡＧＣ回路１８においてゲインが調節
され、さらにＡ／Ｄ変換器２０よってデジタル画像デー
タに変換された後、信号処理回路２２に供給される。

【００１３】信号処理回路２２では、デジタル画像デー
タがＹＵＶ（輝度および色差）またはＲＧＢ（赤緑青）
のデジタル信号（画像データ）に変換された後、メモリ
制御回路２４の制御によって、一旦、フレームメモリ２
６に保持される。ここで、フレームメモリ２６は、少な
くとも１フレーム（１画面）分の画像データを保持する
もので、メモリ制御回路２４は、画像データのフレーム
メモリ２６への書き込みおよびフレームメモリ２６から
の読み出しを制御する。

【００１４】例えば、フレームメモリ２６が１フレーム
分の画像データを保持するものである場合、フレームメ
モリ２６からは、既に保持されている前の画面（１つ前
のフレーム）の画像データが順次読み出され、動き検出
回路２８に供給される。また、フレームメモリ２６の前
の画面の画像データが読み出されたアドレスには、信号
処理回路２２から出力される現在の画面（現在のフレー
ム）の画像データが順次書き込まれる。

【００１５】すなわち、信号処理回路２２から出力され
る現在の画面の画像データは、前述のように、メモリ制
御回路２４の制御によりフレームメモリ２６に一旦保持
されるとともに、メモリ制御回路２４を介して動き検出
回路２８および露光量検出回路３０にも供給される。ま
た、既にフレームメモリ２６に保持されている前の画面
の画像データがメモリ制御回路２４の制御によって読み
出され、動き検出回路２８に供給される。

【００１６】動き検出回路２８は、画面を論理的に任意
の複数のブロックに分割して、例えば図２に示すよう
に、画面を水平４分割、垂直４分割することにより１６
個のブロックに分割して、前の画面の画像データと現在
の画面の画像データとの差分から、各々のブロック内の
画像の動きを検出し、各々のブロックの動きの検出結果
となる動き検出信号を出力する。この動き検出信号は、
後述する露光制御回路３２に入力される。

【００１７】ここで、図３に示すブロック図を参照しな
がら、本発明の自動露光制御装置１０において適用可能
な動き検出回路２８の一例について簡単に説明する。な
お、以下に述べる動き検出回路は、基本的に、本出願人
が特願平９−３３３９４６号明細書において既に提案し
ているものである。図３に示す動き検出回路２８は、動
きベクトル発生回路３４、ＤＣＴ（離散コサイン変換）
回路３６、および、判定回路３８を有する。

【００１８】まず、動きベクトル発生回路３４は、現在
の画面の画像データと前の画面の画像データとの差分か
ら、図２のように分割した各々のブロック内の動きベク
トルを発生する。動きベクトル発生回路３４によって発
生される動きベクトルは、信頼性のあるものも信頼性の
ないものも含んでいる。なお、動きベクトル発生回路３
４による動きベクトルの発生方法は何ら限定されず、例
えば代表点マッチング法や全画素マッチング法等の従来
より公知のいずれの方法も適用可能である。

【００１９】例えば、代表点マッチング法を適用する場
合、動きベクトル発生回路３４においては、分割した各
々のブロックについて、前の画面のブロックの中心位置
の代表点画素の画像信号と現在の画面の対応するブロッ
ク内の各画素の画像信号との差分絶対値を算出し、画面
の所定の領域に含まれるブロックについて、各々対応す
る画素毎に差分絶対値を累積加算して相関積分値を求
め、相関積分値の最小値の座標値を動きベクトルの座標
とする。

【００２０】続いて、ＤＣＴ回路３６は、例えば画面を
水平８×垂直８画素からなるブロック単位で複数のブロ
ックに分割し、各々のブロック内に含まれる各画素の画
像データを離散コサイン変換して周波数成分の係数に分
解する。ＤＣＴ回路３６から出力される係数は次の判定
回路３８に供給される。なお、ＤＣＴ回路３６で使用さ
れるブロックは、動きベクトル発生回路３４で使用され
るブロックとは全く独立に設定可能であり、そのサイズ
や分割数も何ら限定されない。

【００２１】判定回路３８は、ＤＣＴ回路３６から出力
される各係数に基づいて、動きベクトル発生回路３４に
よって発生される動きベクトルが、画面全体もしくは被
写体が動いたことに起因する信頼性のあるもの（有効）
なのか、周辺の類似の画像データから間違った動きベク
トルを発生したことに起因する信頼性のないもの（無
効）なのかを判定し、動き検出信号を出力する。この動
き検出信号は、露光制御回路３２に供給される。

【００２２】動きベクトル発生回路３４によって、画面
を複数のブロックに分割した各々のブロックで各々の動
きベクトルが発生される。ここで、例えば画面周辺部の
１つのブロックの動きベクトルだけが他のブロックの動
きベクトルとは、その方向ないしは大きさの点で違って
いる場合、判定回路２４は、上述するように、ＤＣＴ回
路３６の係数に基づいて、この他のものとは違う動きベ
クトルが、信頼性のあるものなのかどうかを判定する。

【００２３】これに対し、全てのブロックの動きベクト
ルがほぼ同じ場合、判定回路３８は、ＤＣＴ回路３６の
係数に係らず、画面全体が動いていると判定する。ま
た、画面中央部のブロックの動きベクトルだけが違って
いる場合、画面中央部には被写体が存在することが多い
ため、判定回路３８は、ＤＣＴ回路３６の係数に係ら
ず、被写体が動いたものと判定する。なお、これらの場
合においても、ＤＣＴ変換後の係数に基づいて判定を行
うようにしてもよい。

【００２４】ここで、図４に、ＤＣＴ変換後の係数の一
実施例の概念図を示す。同図（ａ）は複雑で変化の多い
ランダムな画像、同図（ｂ）は黒から白に変化する単調
な画像の１ブロック（水平８画素×垂直８画素）分のＤ
ＣＴ変換後の係数の一例を示すものである。なお、各々
のブロックにおいて、左右方向および上下方向は、各々
水平周波数成分および垂直周波数成分の分布を示し、各
々右方向および下方向のものほど高周波成分である。

【００２５】図４（ａ）に示すように、複雑で変化の多
いランダムな画像のＤＣＴ変換後の各係数は、図示を省
略しているが、１ブロック内のほぼ全ての係数が‘０’
ではない有効係数となる。これに対し、図４（ｂ）に示
すように、黒から白に変化する単調な画像のＤＣＴ変換
後の各係数は、同じく図示を省略しているが、１ブロッ
ク内のほとんどの係数が無効係数である‘０’となり、
画像の特徴に応じて、ある特定の周波数成分の係数だけ
が有効係数となる。

【００２６】このように、ＤＣＴ変換後の係数は画像の
特徴を如実に表している。すなわち、ＤＣＴ変換後のブ
ロック内の係数がほぼ全て有効係数となる場合、この画
像はランダムな画像である。ランダムな画像では、動き
ベクトルを発生したブロックの代表点の周辺に類似の画
素が多く存在する可能性が高いため、間違った動きベク
トルを発生しやすい。従って、判定回路３８は、この動
きベクトルが信頼性のないものであると判定する。

【００２７】これに対し、ＤＣＴ変換後のブロック内の
ほとんどの係数が無効係数となり、ある特定の周波数成
分の係数だけが有効係数となる場合、この画像は単調な
画像である。単調な画像では、ランダムな画像の場合と
は正反対に、動きベクトルを発生したブロックの代表点
の周辺に類似の画素が存在する可能性が低いため、間違
った動きベクトルは発生しづらい。従って、判定回路３
８は、この動きベクトルを信頼性のあるものであると判
定する。

【００２８】また、ＤＣＴ変換後のブロック内の係数が
ほぼ無効係数である場合であっても、有効係数が規則正
しく配列されている場合、この画像は、例えば縞模様や
幾何学模様等のように、同じ模様が繰り返し出現する規
則的な画像である。規則的な画像では、動きベクトルを
発生したブロックの代表点の周辺に同じ画素が繰り返し
存在するため、間違った動きベクトルを発生しやすい。
従って、判定回路３８は、この動きベクトルが信頼性の
ないものであると判定する。

【００２９】なお、動きベクトルを発生するブロックと
画像信号をＤＣＴ変換するブロックの大きさが異なる場
合、例えば動きベクトルを発生するブロック内に９つの
ＤＣＴ変換のブロックが含まれる場合、判定回路３８
は、動きベクトルを発生するブロック内に含まれる９つ
のＤＣＴ変換のブロックの係数を個別に判定し、例えば
ランダムな画像に相当するＤＣＴ変換後のブロックが多
い場合、ランダムな画像であると判断するというように
して動きベクトルの信頼性の判定を行う。

【００３０】上述する実施例においては、画像の特徴に
ついて３つの具体例を挙げて説明したが、本発明はこれ
に限定されるものではない。すなわち、例えばランダム
な画像と単調な画像が同時に存在するような画像等、様
々な特徴を有する画像が無限に存在するため、例えば様
々な特徴を有する画像のＤＣＴ変換後の係数の特徴を予
めデータベース化しておくことにより、判定回路３８に
おける動きベクトルの信頼性の判定精度を飛躍的に向上
させることができる。

【００３１】また、デジタルビデオカメラ等では、一般
的に、手振れ補正を行うために動きベクトル発生回路３
４を備えていたり、画像信号の圧縮処理を行うためにＤ
ＣＴ回路３６を既に備えているものも多いため、既に設
けられている動きベクトル発生回路やＤＣＴ回路を共用
するようにしてもよいし、あるいは高速化のために、本
発明の自動露光制御装置１０専用の動きベクトル発生回
路やＤＣＴ回路を別途設けるようにしてもよい。

【００３２】以上、本発明の自動露光制御装置１０で適
用可能な動き検出回路２８の一例について具体例を挙げ
て説明したが、本発明は図示例のものに限定されず、従
来公知のいずれの動き検出回路も適用可能である。続い
て、露光量検出回路３０は、信号処理回路２２から供給
される現在の画面の画像データから、各々のブロック内
の画像の露光量を検出する。この各々のブロック内の画
像の露光量は、次に述べる露光制御回路３２に入力され
る。

【００３３】最後に、露光制御回路３２は、動き検出信
号によって決定されるブロックの露光量に基づいて、す
なわち、本実施例の場合、露光量検出回路３０から入力
される各々のブロックの露光量の内、動き検出回路２８
から入力される動き検出信号によって決定されるブロッ
ク内の画像の露光量に基づいて、レンズ１２のアイリス
絞りの開閉、および、ＡＧＣ回路１８のゲインの調節の
少なくとも一方を制御して露光制御を行う。

【００３４】ここで、露光制御回路３２における露光制
御の一例について説明する。例えば、画面全体が一様に
動く場合は、撮影者がビデオカメラをパンしている場合
等である。この場合、撮影者が目的とする被写体がある
わけではないため、図２において、画面中央部のブロッ
クＦ，Ｇ，Ｊ，Ｋ（点線部）、もしくは、画面下部のブ
ロックＩ〜Ｐの露光量を検出して、レンズ１２のアイリ
ス絞りの開閉、もしくは、ＡＧＣ回路１８のゲインを調
節して露光量を制御する。

【００３５】画面の一部のブロック、例えばブロック
Ｆ，Ｊを除く他の全てのブロックＡ〜Ｅ，Ｇ〜Ｉ，Ｋ〜
Ｐ内の画像が動く場合は、撮影者が被写体を追いかけて
ビデオカメラを動かしている場合等である。この場合、
撮影者は明らかに被写体を撮影したいものと考えられる
ため、被写体を撮影している部分のブロック、すなわ
ち、動いていない部分のブロックＦ，Ｊの露光量を検出
し、検出した露光量に基づいて露光制御を行う。

【００３６】また、画面の一部のブロックＦ，Ｊ内の画
像だけが動く場合は、ビデオカメラを固定して撮影して
おり、撮影している画面の中で子供が動いているような
場合等である。この場合、撮影者は動いている子供を撮
影したいものと考えられるため、子供を撮影しているブ
ロック、すなわち、動いている部分のブロックＦ，Ｊの
露光量を検出して露光制御を行う。もしくは、ビデオカ
メラを固定しているのであれば、急激な露光量の変化は
考えにくいため、画面下部のブロックＩ〜Ｐの露光量に
基づいて露光制御を行ってもよい。

【００３７】画面全体が動き、かつ、一部のブロック
Ｆ，Ｊ内の画像だけが違う動きをする場合は、撮影者が
移動しながら、かつ、移動する被写体を追いかけている
場合等である。この場合、画面の一部のブロックを除く
他の全てのブロック内の画像が動く場合と同じように、
撮影者は被写体を撮影したいものと考えられるため、被
写体を撮影している部分のブロック、すなわち、他のブ
ロックとは違う動きをするブロックＦ，Ｊの露光量に基
づいて露光制御を行う。

【００３８】また、動きが全くない場合、撮影者が目的
とする特定の被写体があるわけではないため、画面下部
のブロックＩ〜Ｐの露光量を検出してもよいし、画面中
央部のブロックの露光量を検出してもよい。

【００３９】以上のように、本発明の移動露光制御装置
１０によれば、動き検出回路２８によって被写体の動き
を検出して動き検出信号を発生し、この動き検出信号に
よって被写体が存在するブロックを決定することによ
り、被写体が存在するブロック内の画像の露光量に基づ
いて露光制御を行うため、被写体の動きに応じてビデオ
カメラを動かした場合等であっても、常に被写体を中心
とした露光制御を行うことができる。

【００４０】また、本発明の自動露光制御装置では、ア
イリス絞りの開閉、および、ＡＧＣ回路１８の調節を組
み合わせて制御することにより、例えばアイリス絞りの
開閉を制御して、露光量の制御を大きく変更することが
できるし、ＡＧＣ回路１８のゲインの調節を制御して、
露光量の制御を細かく変更することもできるし、あるい
は、これら２つの制御を組み合わせて、最適な露光量の
制御を行うことができるため、高画質な画像を撮影する
ことができる。

【００４１】なお、本実施例では、露光量検出回路３０
であらかじめ各々のブロックの露光量を検出しておき、
露光制御回路３２において、動き検出回路２８から供給
される動き検出信号に応じて、最終的に露光制御に使用
するブロックの露光量だけを選択的に使用するようにし
ているが、これに限定されず、例えば動き検出信号に応
じて、あらかじめ露光制御に使用するブロックの露光量
だけを検出するようにしてもよい。

【００４２】また、本発明は、デジタルビデオカメラだ
けでなく、例えばデジタルスチルカメラの連写モード等
のように、連続して複数の画像を撮影する場合の自動露
光制御装置としても応用可能である。また、ＣＣＤ撮像
素子１４の代わりに、例えばＣＭＯＳイメージセンサ等
を用いてもよい。フレームメモリ２６は、２フレーム分
以上の画像データを保持するようにしてもよい。また、
動き検出回路２８による画面の分割数も何ら限定されな
い。

【００４３】本発明の自動露光制御装置は、基本的に以
上のようなものである。以上、本発明の自動露光制御装
置について詳細に説明したが、本発明は上記実施例に限
定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種
々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。

【００４４】

【発明の効果】以上詳細に説明した様に、本発明の自動
露光制御装置は、画面を複数のブロックに分割し、現在
の画面の画像データと前の画面の画像データとの差分か
ら、各々のブロック内の画像の動きを検出して露光量を
検出すべきブロックを決定し、この決定したブロックの
露光量に基づいて、撮影する画像の露光制御を行うもの
である。従って、本発明の自動露光制御装置によれば、
動き検出信号に応じて、被写体が存在するブロック内の
画像の露光量に基づいて露光制御を行うため、被写体の
動きに応じてビデオカメラを動かした場合等であって
も、常に被写体を中心とした最適な露光制御を行うこと
ができ、高画質な画像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の自動露光制御装置を適用するデジタ
ルビデオカメラの一実施例の構成ブロック図である。

【図２】 本発明の自動露光制御装置で露光制御を行う
場合に適用される分割画面の一実施例の構成概念図であ
る。

【図３】 本発明の自動露光制御装置で使用される動き
検出回路の一実施例の構成ブロック図である。

【図４】 （ａ）および（ｂ）は、いずれもＤＣＴ変換
後の係数の一実施例の概念図である。

【図５】 （ａ）および（ｂ）は、従来の露光制御装置
で露光制御を行う場合に適用される分割画面の一例の概
念図である。

【符号の説明】

１０ デジタルビデオカメラ １２ レンズ １４ ＣＣＤ撮像素子 １６ Ｓ／Ｈ回路 １８ ＡＧＣ回路 ２０ Ａ／Ｄ変換器 ２２ 信号処理回路 ２４ メモリ制御回路 ２６ フレームメモリ ２８ 動き検出回路 ３０ 露光量検出回路 ３２ 露光制御回路 ３４ 動きベクトル発生回路 ３６ ＤＣＴ回路 ３８ 判定回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】現在の画面の画像データを保持しつつ、前
   の画面の画像データを出力するフレームメモリと、画面
   を複数のブロックに分割し、前記現在の画面の画像デー
   タと前記前の画面の画像データとの差分から、各々の前
   記ブロック内の画像の動きを検出して動き検出信号を出
   力する動き検出回路と、各々の前記ブロック内の画像の
   露光量を検出する露光量検出回路と、前記動き検出信号
   に応じて前記露光量を検出すべきブロックを決定し、こ
   の決定したブロックの露光量に基づいて、撮影する画像
   の露光制御を行う露光制御回路とを有することを特徴と
   する自動露光制御装置。