JP2000278595A

JP2000278595A - デジタルカメラ及び撮像方法

Info

Publication number: JP2000278595A
Application number: JP11084544A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Kubo; 広明久保
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1999-03-26
Filing date: 1999-03-26
Publication date: 2000-10-06

Abstract

(57)【要約】【課題】画像処理システム上の負担を増大させること
なく、ダイナミックレンジを広くして、画像を合成する
場合のような画像の境界部分の違和感もなく自然に近い
画像を得ることができるデジタルカメラ、及び撮像方法
を提供する。【解決手段】撮像センサ８と、撮像センサの受光面に
おける任意の領域毎に、その領域に含まれる受光素子Ｐ
１〜Ｐｎに対する露光時間を可変制御する露光時間制御
手段と、を備える。被写体の輝度が広範囲であっても、
各部の輝度に応じて適正な露光時間を確保できるから、
撮像センサのダイナミックレンジが広がり、ハイコント
ラストなシーンに対しても再現性に優れた画像を得るこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、デジタルカメラ
及び撮像方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】デジタルカメラは銀塩カメラに比してダ
イナミックレンジが狭く、輝度分布の広い屋外撮影で
は、見たままのシーンを画像として再現させることが難
しい。

【０００３】そこで、従来、高ダイナミックレンジを得
るために、光電変換した信号を対数変換して処理した
り、露光レベルを変えて複数回撮影した撮影画像データ
を、輝度分布に応じて加算合成することが知られてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前者の方式で
は、撮像センサの光電変換信号を対数変換するので処理
が複雑になり、画像処理システム上の負担が大きくなっ
てしまうという欠点があった。また、後者の方法では、
複数の画像の適正部を抽出して合成するために、やはり
画像処理システム上の負担が大きくなってしまうとか、
合成部分の境界が不自然なものとなりやすいという欠点
があった。

【０００５】この発明は、上記事情に鑑みてなされたも
ので、画像処理システム上の負担を増大させることな
く、ダイナミックレンジを広くして、画像を合成する場
合のような画像の境界部分の違和感もなく自然に近い画
像を得ることができるデジタルカメラ、及び撮像方法の
提供を課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明者等は、撮像セ
ンサの画素を構成する受光素子に対する露光時間は、従
来、各受光素子で同一に設定されていたが、撮像センサ
の受光面における任意の領域毎に、その領域に含まれる
受光素子を、被写体輝度の相違に応じて独立した露光レ
ベルに設定することにより、広いダイナミックレンジを
確保できることに着目して、この発明を完成するに至っ
たものである。

【０００７】すなわち、この発明に係るデジタルカメラ
は、撮像センサと、撮像センサの受光面における任意の
領域毎に、その領域に含まれる受光素子に対する露光時
間を可変制御する露光時間制御手段と、を備えたことを
特徴とする。

【０００８】このデジタルカメラによれば、撮像センサ
の受光面の任意の領域毎に、受光素子に対する露光時間
を異ならせることにより、被写体の輝度が広範囲であっ
ても、各部の輝度に応じて適正な露光時間を確保できる
から、撮像センサのダイナミックレンジが広がり、ハイ
コントラストなシーンに対しても再現性に優れた画像を
得ることができる。しかも、露光時間の変化を緩やかに
制御することにより、各領域の境界が目障りとなること
もない。また、撮像センサによって得られた画像データ
の対数変換や合成処理は不要であるから、画像処理シス
テム上の負担が大きくなることもない。

【０００９】上記において、露光時間制御手段による露
光時間の可変制御は、前記撮像センサの受光素子に対す
る露光開始タイミングを変えることによって行われるの
が、制御の容易性の点から望ましい。

【００１０】さらに、撮像センサの受光素子がマトリク
ス状に配置されるとともに、列単位で受光素子の露光開
始タイミングを変えるものとなされていても良い。この
場合には、例えば通常の屋外撮影のように、空に近い上
部の輝度が高く下方に至るほど輝度が低くなる被写体に
対して、露光時間の設定が容易となる。

【００１１】また、この発明に係る撮像方法は、被写体
光を撮像センサの各受光素子に受光させるとともに、撮
像センサの受光面における所定の領域毎に、受光素子に
対する露光時間を被写体の輝度に応じて異ならせること
を特徴とする。

【００１２】この撮像方法によれば、被写体の輝度が広
範囲であっても、それに応じて受光素子の露光時間が異
なっているから、撮像センサのダイナミックレンジが広
がり、輝度に応じた適正な画像が得られる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施形態を、
図面に基づいて説明する。

【００１４】図１は、この発明の一実施形態に係るデジ
タルカメラの電気的構成を示すブロック図である。

【００１５】図１において、デジタルカメラ１は、後述
する各回路などを有するカメラ本体２と、このカメラ本
体２の前面に装着された撮影レンズユニット３とからな
る。撮影レンズユニット３は、被写体の光学像を取り込
む撮影レンズ４ならびに光量を制限する絞り５、さらに
はメカニカルシャッター６などを備えている。

【００１６】前記カメラ本体２は、例えば銀塩フィルム
カメラのボディを利用して構成されたもので、銀塩フィ
ルム配設相当位置には、撮影レンズ４の光路上におい
て、結像された被写体光を光電変換する光電変換素子と
しての撮像センサ８が配置されている。この撮像センサ
８は、例えばカラーモザイク状のフィルタを有する全画
素読み出しタイプのエリア形センサであり、この実施形
態ではＣＭＯＳ形フォトダイオードからなる受光素子を
備えたＣＭＯＳセンサが用いられている。

【００１７】カメラ本体２には、シャッターボタン９、
表示部１０が設けられている。この表示部１０は、例え
ば液晶表示器（ＬＣＤ）からなり、プレビュー時のライ
ブビュー画像や撮影画像を表示する。

【００１８】上記カメラ本体２には、撮像センサ８の他
に、映像処理回路１１、露出演算部１２を有するカメラ
制御ＣＰＵ２０、絞りドライバ１３、シャッタードライ
バ１４、タイミング発生回路１５が設けられ、さらに図
示は省略したが、画像データを一時記憶する画像メモリ
や、撮影画像を記憶する着脱自在なメモリカード等が設
けられている。

【００１９】前記映像処理回路１１は、撮像センサ８か
らの出力であるアナログ画像信号をデジタル画像信号に
変換した後、画素補間、ホワイトバランス、ガンマ補正
等の画像処理を行い、プレビュー画像や撮影画像を前記
表示部１０に表示させる。前記画像処理された信号は、
映像処理回路１１内で輝度信号にマトリクス変換され、
カメラ制御ＣＰＵ２０における露出演算部１２に入力さ
れる。

【００２０】露出演算部１２は、上記輝度信号を参照信
号と比較することにより輝度に応じた露出制御信号を生
成する。この露出制御信号による露出制御値は、予め設
定されたテーブルに基づいて露光時間（電荷蓄積時間）
および絞りのパラメータに置き換えられる。

【００２１】センサタイミング制御回路１５は、撮像セ
ンサ８の各受光素子についての露光時間および読み出し
タイミングを露出演算部１２からの指令に従って制御す
るものであり、このセンサタイミング制御回路１５から
の信号に基づいて、撮像センサ８の各受光素子の露光開
始タイミングが制御される。

【００２２】前記シャッタードライバ１４は、露出演算
部１２からの指示に基づいて、メカニカルシャッター６
の開閉を制御するものであり、メカニカルシャッター６
の閉じるタイミングで撮像センサ８の露光終了タイミン
グが設定される。

【００２３】前記絞りドライバ１３は、露出演算部１２
により設定されている所定の絞り量に従って前記絞り５
の開口径を制御するものである。

【００２４】絞りドライバ１３により絞り量が設定され
た後、前記メカニカルシャッター６が開き、その後、撮
像センサ８の各受光素子がリセットされると、露光（電
荷の蓄積）が開始される。所定の露光時間が経過する
と、メカニカルシャッター６が閉じて撮像センサ８が完
全に遮光され、この状態で各受光素子の信号が読み出さ
れる。

【００２５】前記露出演算部１２は、センサタイミング
制御回路１５と共に露光時間制御手段を構成している。
この露光時間制御手段は、撮像センサ８の受光面におけ
る任意の領域毎に、受光素子に対する露光時間を可変制
御する。

【００２６】この実施形態では、受光素子の縦列群（ラ
イン）Ｍ１，Ｍ２・・・Ｍｎ（図２参照）毎に露光時間
を可変制御するものとなされている。具体的には、上記
列Ｍ１，Ｍ２・・・Ｍｎの順に各受光素子に対するリセ
ットのタイミングを可変制御するものとなされている。

【００２７】図２は、前記撮像センサ８の駆動部を示
す。

【００２８】図２に示すように、撮像センサ８は、マト
リクス状に配置された多数のＣＭＯＳ形フォトダイオー
ドからなる受光素子Ｐ１〜Ｐｎによって画素が形成され
ている。各受光素子Ｐ１〜Ｐｎは、結像した光学像を光
電変換し露光量に応じた電荷を蓄積する。また、各受光
素子Ｐ１〜Ｐｎには、リセットスイッチＲＳがそれぞれ
接続されており、これらリセットスイッチＲＳの縦列群
ＭＩ，Ｍ２・・・Ｍｎ毎に、リセットラインＲＬ・・・
がそれぞれ接続されている。従って、受光素子は縦列群
ＭＩ，Ｍ２・・・Ｍｎ毎にリセットが可能となってい
る。これらリセットラインＲＬは、垂直走査回路ＶＳＣ
からのリセット信号を上記各リセットスイッチＲＳに送
出させるものであり、リセット信号を受けた縦列群のリ
セットスイッチＲＳは瞬時に閉成動作し、前回の光電変
換時に蓄積された電荷を放電したのち、直ちに開放され
て、各受光素子Ｐ１〜Ｐｎは駆動状態（露光による電荷
蓄積が可能な状態）に復帰する。

【００２９】さらに、上記受光素子Ｐ１〜Ｐｎには、垂
直読み出しスイッチＶＳがそれぞれ接続されており、こ
れら垂直読み出しスイッチＶＳの縦列群毎に、複数のア
ドレスラインＡＬ・・・がそれぞれ接続されている。こ
れらアドレスラインＡＬは、所定のタイミングで出力さ
れた上記垂直走査回路ＶＳＣからのアドレス信号を、上
記垂直読み出しスイッチＶＳに送出して垂直読み出しス
イッチＶＳを制御するためのものである。

【００３０】上記受光素子Ｐ１〜Ｐｎの横列群には、垂
直読み出しスイッチＶＳに接続されて、受光素子Ｐ１〜
Ｐｎの画像データを出力ラインＯＬに取り出す複数の信
号ラインＳＬがそれぞれ設けられており、各信号ライン
ＳＬと出力ラインＯＬとの間には、水平走査回路ＨＳＣ
によって開閉駆動される水平読み出しスイッチＨＳが介
挿されている。

【００３１】なお、ＴＣはタイミング発生回路であり、
前記センサタイミング制御回路１５からのリセットタイ
ミング信号および同期入力信号を受けて、前記垂直走査
回路ＶＨＣおよび水平走査回路ＨＳＣの各動作を制御す
る。

【００３２】すなわち、上記タイミング発生回路ＴＣの
制御信号を垂直走査回路ＶＳＣおよび水平走査回路ＨＳ
Ｃに印加して、垂直走査回路ＶＳＣからリセット信号を
各リセットスイッチＲＳに送出させる。かつまた、垂直
読み出しスイッチＶＳおよび水平読み出しスイッチＨＳ
を選択的に開閉制御することにより、任意のアドレスの
受光素子Ｐ１〜Ｐｎの画像データが、信号ラインＳＬを
介して出力ラインＯＬに取り出され、該出力ラインＯＬ
に接続された出力アンプＡＭＰで増幅されて、前記映像
処理回路１１に送出される。

【００３３】次に、図１に示したデジタルカメラ１の動
作を説明する。

【００３４】シャッターボタン９が半押しされると、メ
カニカルシャッター６が開放され、撮像センサ８の各受
光素子Ｐ１〜Ｐｎは、タイミング発生回路ＴＣから垂直
走査回路ＶＳＣを介して出力されるリセット信号によっ
てリセットされ、駆動状態となり、露光量に応じた電荷
が蓄積される。

【００３５】所定時間の経過後、垂直読み出しスイッチ
ＶＳおよび水平読み出しスイッチＨＳが選択的に開閉制
御され、フォトダイオードＰ１〜Ｐｎの画像データが、
記した番号順に信号ラインＳＬを介して出力ラインＯＬ
に取り出される。そして、出力ラインＯＬに接続された
出力アンプＡＭＰで増幅されたのち、前記映像処理回路
１１で映像処理され、表示部１０に表示される。また、
得られた画像データに基づいて映像処理回路１１により
輝度が演算され、これに基づいて露出演算部１２で適正
な絞り量および露出時間が演算される。この動作が所定
のフレーム周期で繰り返される結果、表示部１０にはラ
イブビュー画像が表示される。

【００３６】次に、シャッターボタン９が全押しされる
と、露出演算部１２において直前に演算された露出制御
値に基づいて、絞り５が制御され、センサタイミング制
御回路１５がタイミング発生回路ＴＣを介して、撮像セ
ンサ８の各受光素子Ｐ１〜Ｐｎのリセットタイミングを
制御する。

【００３７】この実施形態では、撮影時においては、各
受光素子は縦列群Ｍ１，Ｍ２・・・Ｍｎ毎にタイミング
を異にしてリセットされる。

【００３８】図３は、上記撮像センサ８の各フォトダイ
オードに対する露光制御のタイミングを示す図である。
メカニカルシャッター６が開いている状態で、まずＰ
１、Ｐ２、・・・Ｐ５の受光素子からなる第１列群Ｍ１
が、リセットパルスａでリセットされ、露光を開始す
る。遅れてＰ６、Ｐ７・・・Ｐ１０の受光素子からなる
第２列群Ｍ２がリセットパルスｂでリセットされて露光
を開始し、以下、第３列群Ｍ３、・・・第ｎ列群Ｍｎの
順で、各リセットパルスｃ、ｄ、・・・でリセットさ
れ、それぞれ露光を開始する。図３では、縦列群が４個
の場合を例示している。

【００３９】最後の縦列群Ｍｎの受光素子がリセットさ
れたのち、所定時間経過後、前記メカニカルシャッター
６が閉成されて、各受光素子の露光は終了する。各受光
素子についての露光時間は、各リセットパルスによりリ
セットされてからメカニカルシャッター６が閉じるまで
となる。

【００４０】ここで、メカニカルシャッター６の閉成タ
イミングは各受光素子について同一であるから、前記露
光開始のタイミングの遅れに相当する期間だけ、受光素
子の縦列群Ｍ１，Ｍ２・・・Ｍｎ毎に、この順で露光時
間が短くなっている（以下、これをグラデーションシャ
ッターという）。

【００４１】メカニカルシャッター６の閉成後、転送パ
ルスにより各受光素子の画像データが順次的に読み出さ
れるが、受光素子の縦列群毎に露光時間が短くなってい
るから、画像データにもこれが反映され、得られた画像
データは、縦列群Ｍ１からＭｎに向かって、徐々に露光
濃度が変化した状態となる。縦列群Ｍ１からＭｎに至る
露光時間の変化が緩やかであるほど、露光濃度を連続的
に変化させることができる。

【００４２】一方、図３（Ｂ）に示すように、撮像セン
サ８の各受光素子Ｐ１〜Ｐｎのリセットを同時に行う
と、全受光素子が同じ露光時間となる。この場合、得ら
れた画像データの露光濃度に差は生じない。

【００４３】図４は、露光濃度および再生画像の説明図
である。

【００４４】同図（Ｄ）は、被写体像を示し、同図
（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれグラデーションシ
ャッター露光、露光時間が同じで露光時間の相対的に長
いオーバー露光、露光時間が同じで露光時間の相対的に
短いアンダー露光のときの露光濃度を示す。また、同図
（Ａ）〜（Ｃ）は、同図（ａ）〜（ｃ）にそれぞれ対応
した再生画像を示す。なお、同図（ａ）のグラデーショ
ンシャッター露光では、被写体の輝度の相対的に低い下
部（地上側）からの光が、露光時間の長い撮像センサ８
の縦列群Ｍ１の受光素子に受光され、輝度が相対的に高
くなる被写体上部（空側）に至るに従って、露光時間が
徐々に短く設定された縦列群Ｍ２、Ｍ３、・・・Ｍｎの
受光素子に受光されるものとする。

【００４５】同図（ａ）では、被写体下部から上部に至
るに従って対応する受光素子の露光時間を短く設定した
グラデーション露光のために、主被写体である山の全体
と明るい空が自然な状態に再現されている。これに対
し、同図（ｂ）に示すようなオーバー露光では、白い雲
が消えて空の状態が見たままに描写されておらず、また
同図（ｃ）のアンダー露光では、主被写体である山がか
なり暗く描写されており、グラデーション露光でない場
合には、いずれも撮像センサ８のダイナミックレンジに
よる制約を受けた再生画像となる。

【００４６】なお、上記実施形態では、受光センサの露
光時間を列単位で変化させたが、これに限らず任意のブ
ロック毎に変化させても良く、あるいは各受光素子を独
立にリセット可能に構成して、受光素子の１個ごとに露
光時間を制御しても良い。

【００４７】また、露光時間を変化させるべき領域の設
定や露光時間の変化の態様は、予め設定しておいても良
いし、あるいは予備撮影を行って得られた画像データ
や、撮影直前のライブビュー画像データ等に基づいて、
設定しても良い。

【００４８】また、上記実施形態では、撮像センサ８と
してＣＭＯＳセンサを用いたが、本実施形態と同じく受
光素子の列単位で露光時間を変化させるような場合に
は、ＣＣＤからなる撮像センサを用いても良い。

【００４９】

【発明の効果】請求項１に係る発明によれば、被写体の
輝度が広範囲であっても、各部の輝度に応じて適正な露
光時間を確保できるから、撮像センサのダイナミックレ
ンジが広がり、ハイコントラストなシーンに対しても再
現性に優れた画像を得ることができる。しかも、露光時
間の変化を緩やかに制御することも容易に可能であるか
ら、違和感のない自然な画像を得ることができる。ま
た、撮像センサによって得られた画像データの対数変換
や合成処理等は不要であるから、画像処理システム上の
負担が増大することもない。

【００５０】請求項２に係る発明によれば、前記撮像セ
ンサの受光素子に対する露光開始タイミングを変えるこ
とによって露光時間を制御するから、制御が容易とな
る。

【００５１】請求項３に係る発明によれば、マトリクス
状に配置された受光素子の露光開始タイミングを列単位
で変えるから、通常の屋外撮影のように、空に近い上部
の輝度が高く下方に至るほど輝度が低くなる被写体に対
して、露光時間の設定が容易となる。

【００５２】請求項４に係る発明によれば、被写体の輝
度が広範囲であっても、それに応じて受光素子の露光時
間が異なっているから、撮像センサのダイナミックレン
ジが広がり、輝度に応じた適正な画像を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態に係るデジタルカメラの
電気的構成を示すブロック図である。

【図２】同じく図１のデジタルカメラに使用した撮像セ
ンサの駆動部を示す構成図である。

【図３】（Ａ）はグラデーションシャッター使用時の受
光素子の動作タイミング図、（Ｂ）は従来の受光素子の
動作タイミング図である。

【図４】グラデーションシャッター時、オーバー露光
時、アンダー露光時のそれぞれ露光濃度および再生画像
の説明図である。

【符号の説明】

１・・・・・・・デジタルカメラ８・・・・・・・撮像センサ１２・・・・・・露出演算部（露光時間制御手段）１５・・・・・・センサタイミング制御回路（露光時間
制御手段）２１・・・・・・露光時間可変制御手段Ｍ１〜Ｍｎ・・・受光素子列Ｐ１〜Ｐｎ・・・受光素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】撮像センサと、撮像センサの受光面にお
ける任意の領域毎に、その領域に含まれる受光素子に対
する露光時間を可変制御する露光時間制御手段と、を備えたことを特徴とするデジタルカメラ。
【請求項２】前記露光時間制御手段による露光時間の
可変制御は、前記撮像センサの受光素子に対する露光開
始タイミングを変えることによって行われる請求項１に
記載のデジタルカメラ。
【請求項３】前記撮像センサの受光素子がマトリクス
状に配置されるとともに、列単位で受光素子の露光開始
タイミングを変えるものとなされている請求項２に記載
のデジタルカメラ。
【請求項４】被写体光を撮像センサの各受光素子に受
光させるとともに、撮像センサの受光面における所定の
領域毎に、受光素子に対する露光時間を被写体の輝度に
応じて異ならせることを特徴とする撮像方法。