JP2002165138A - 撮像装置 - Google Patents
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Abstract
で、最終的に得られる画像に対して好適な露出レベルを
実現する。 【解決手段】2画像連続撮像制御部112aは、最終的
な1つの静止画像を得るための長短2つの露光時間によ
る露光を連続的に行うことによって露光時間の異なる2
画像をタイミングずれなく得る撮像シーケンスの実行を
制御する。実露光時間換算部112bは、長短2つの実
露光時間に対して露出制御系で指定される露光時間をど
のように割り当てるかを決定するためのものであり、
1)露出制御系で指定される露光時間を短時間側の露光
時間に割り当てる、2)長時間側の露光時間に割り当て
る、3)露出制御系で指定される露光時間を長短2つの
実露光時間の相乗平均値にほぼ等しい値にする、という
3つのモードで長短2つの実露光時間の最適値を算出す
る。
Description
素子を用いた撮像装置に関し、特にダイナミックレンジ
の拡大のために長短2つの露光時間による露光を実行す
る撮像装置に関する。
とによって広ダイナミックレンジの撮像画像を得る試み
は種々提案されており、特に2画像の撮影の間に被写体
が動いた場合に生じる処理の破綻を防止するために、C
CDのような破壊読み出し型の撮像素子を用いた場合で
あっても、得られる2つの画像のタイミングのずれが最
小になるように工夫した読み出し方法が例えば特開平4
−207581号公報に記載されている。このような時
間差を極小にした2画像連続撮像技術は上記広ダイナミ
ックレンジ撮像に限らず、2画像を用いた画像処理によ
り様々な高画質や新撮像機能に応用できる可能性を持っ
ており、技術的期待は大きい。なお、上記公報において
は、時間的に先行する第1露光と後行する第2露光とで
は第2露光の露光時間をより長時間に割り当てている。
場合など板面照度が高くなるような状況では、スミアに
よる画質劣化が生じるが、この2画像連続撮像技術にお
いては撮像素子の駆動を含めた露出制御に特殊な制約条
件が課せられるため、本出願人は先に、特にこの2画像
連続撮像の制約条件下においてスミアの低減をはかった
技術を出願している(特願2000−77136号)。
は、このような露光時間の異なる2画像撮影を行うに際
して、露出制御系の指定する露光時間に対して実露光時
間をどのように割り当てるかの基準が明確では無かっ
た。従って、最終的に得られる画像の露出レベルは必ず
しも好適にならない場合があった。
で、その目的とするところは、2画像撮像に際して適切
な露出制御を行うことで、最終的に得られる画像に対し
て好適な露出レベルを実現することが可能な撮像装置を
提供することにある。
め、本発明の撮像装置は、固体撮像素子と、前記固体撮
像素子を用いて最終的な1つの静止画像を得るための長
短2つの露光時間による露光を実行するように構成され
た2露光撮像手段と、前記長短2つの実露光時間とこれ
に対応して割り当てられる露出制御上の見做し露光時間
である代表露光時間との対応関係を換算する露光時間換
算手段とを具備することを特徴とする。
時間を基準として、その代表露光時間に対応する長短2
つの適切な実露光時間を求めることができ、最終的に得
られる画像に対して好適な露出レベルを実現することが
可能となる。
表露光時間が前記長短2つの実露光時間のうち長時間の
露光時間にほぼ等しい値となるようにすることにより、
高輝度域側のダイナミックレンジの拡大を図ることが可
能となる。
実露光時間のうち短時間の露光時間にほぼ等しい値とな
るようにすることにより、低輝度域側のダイナミックレ
ンジの拡大を図ることが可能となる。
実露光時間の相乗平均値にほぼ等しい値となるようにす
ることにより、高輝度域側および低輝度域側の双方でダ
イナミックレンジの拡大を図ることが可能となり、最終
的に得られる画像に対して最も好適な露出レベルを実現
することが可能となる。
光量制御のための第1の代表露光時間と像ぶれ制御のた
めの第2の代表露光時間を含む複数の代表露光時間から
構成されてなる場合においては、像ぶれ制御のための第
2の代表露光時間を前記長短2つの実露光時間の合計時
間にほぼ等しくすることにより、ぶれ(動きぼけ)に関
する適切な判断制御を実現できる。
施形態を説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る
デジタルカメラの構成を示すブロック図である。
系、102はレンズ系101を駆動するためのレンズ駆
動機構、103はレンズ系101の絞りを制御するため
の露出制御機構、104はメカシャッタ、105は色フ
ィルタを内蔵したCCDカラー撮像素子、106は撮像
素子105を駆動するためのCCDドライバ、107は
A/D変換器等を含むプリプロセス回路、108は色信
号生成処理,マトリックス変換処理,その他各種のデジ
タル処理を行うためのデジタルプロセス回路、109は
カードインターフェース、110はメモリカード、11
1はLCD画像表示系を示している。
するためのシステムコントローラ(CPU)、113は
各種SWからなる操作スイッチ系、114は操作状態及
びモード状態等を表示するための操作表示系、115は
レンズ駆動機構102を制御するためのレンズドライ
バ、116は発光手段としてのストロボ、117はスト
ロボ116および露出制御機構103を制御するための
露出制御ドライバ、118は各種設定情報等を記憶する
ための不揮発性メモリ(EEPROM)を示している。
システムコントローラ112が全ての制御を統括的に行
っており、露出制御機構103及びメカシャッタ104
と、CCDドライバ106によるCCD撮像素子105
の駆動を制御して露光(電荷蓄積)及び信号の読み出し
を行い、それをプリプロセス回路107を介してデジタ
ルプロセス回路108に取込んで、各種信号処理を施し
た後にカードインターフェース109を介してメモリカ
ード110に記録するようになっている。なお、CCD
撮像素子105としては、例えば縦型オーバーフロード
レイン構造のインターライン型でプログレッシブ(順
次)走査型のものが用いられる。
Dドライバ106から出力される各種駆動信号(電荷移
送パルスTG、垂直/水平転送用パルス、基板印加高電
圧パルスVSUB、等)を用いて行われる。CCD撮像
素子105はマトリクス配置された電荷蓄積部と、水平
および垂直にそれぞれ配置された電荷転送部(垂直電荷
転送路、水平電荷転送路)とからなる通常のインターラ
イン型の構成のものであり、電荷移送パルスTGが出力
されると、各電荷蓄積部と垂直電荷転送路との間に設け
られた転送ゲートが開き、各電荷蓄積部から対応する垂
直電荷転送路に電荷が移送される。電荷移送パルスTG
の出力タイミングにより、実質的な露光時間の制御が行
われる。また基板印加高電圧パルスVSUBは電荷蓄積
部の電荷を半導体基板(サブストレート=縦形オーバー
フロードレインVOFD)に強制排出するために用いら
れる。
以下に詳述する撮像画像のダイナミックレンジ拡大のた
めの制御を除けば、通常のデジタルカメラと同様の動作
および制御が行われるものであって、そのような公知の
部分については説明を省略する。
形態の特徴とするダイナミックレンジ拡大のための機能
として、2画像連続撮像制御部112aと実露光時間換
算部112bが設けられている。2画像連続撮像制御部
112aは、最終的な1つの静止画像を得るための長短
2つの露光時間による露光を連続的に行うことによって
露光時間の異なる2画像をタイミングずれなく得る撮像
シーケンスの実行を制御する。実露光時間換算部112
bは、長短2つの実露光時間に対して露出制御系で指定
される露光時間をどのように割り当てるかを決定するた
めのものであり、公知の自動露出調整(AE)機能やユ
ーザによるマニュアル操作などで与えられる露出制御系
上の見做し露光時間である代表露光時間(通常撮影を前
提とした露光時間)と、2画像連続撮像で使用する長短
2つの実露光時間との間の換算を行う。
画像連続撮像のための撮像シーケンスの一例が示されて
いる。図2において、VDは垂直同期信号(但し必要に
応じてリセットがかけられるから、その意味では1フレ
ーム動作の開始基準信号と言うこともできる)、TGは
電荷蓄積部から垂直電荷転送路(VCCD)に信号電荷
を移送するための電荷移送パルス、V転送は垂直電荷転
送路内で電荷を転送するための電荷転送パルス、VSU
Bは電荷蓄積部の蓄積電荷を基板側に排出するための基
板印加高電圧パルス、メカシャッタはメカシャッタ10
4の開閉状態を示している。
あり後に閉じられる。メカシャッタ104が開放してい
る状態で、V転送パルスにより、「本露光1」に先立っ
てVCCDの高速電荷排出駆動を行う。また、露光前
は、VSUBパルスにより電荷蓄積部内の電荷は基板側
に排出される。
を開始し、第1の電荷移送パルスTG1で電荷蓄積部の
信号電荷をVCCDに移送すると共に「本露光1」を終
了し、同時に「本露光2」を開始する。ここで、「本露
光1」と「本露光2」の実露光時間の比率は、例えば4
対1に設定される。
「本露光2」を終了した後、「本露光1」による第1画
像を読み出すためのV転送を実行する。さらに、第1画
像の読み出しが終了した後、第2の電荷移送パルスTG
2で「本露光2」による第2画像の読み出しを開始す
る。
を「本露光2」の実露光時間の4倍にしたが、これとは
逆に、「本露光2」の実露光時間を「本露光1」の実露
光時間の4倍にしてもよい。「本露光1」で得られた第
1画像と「本露光2」で得られた第2画像はデジタルプ
ロセス回路108によるデジタル演算処理によって、或
いは外部で合成処理され、これにより最終的に一つの静
止画像が生成される。
撮影(画像合成)モードと長短2つの実露光時間の設定
値との関係が示されている。
撮像を用いたダイナミックレンジ拡大のための撮影モー
ド(画像合成モード)として、高輝度域拡大モード(M
1)、低輝度域拡大モード(M2)、および両域拡大モ
ード(M3)の3つのモードが用意されている。高輝度
域拡大モード(M1)は高輝度域側のダイナミックレン
ジの拡大を目的としたモードであり、この場合には、露
出制御系で指定される代表露光時間の値が、長短2つの
実露光時間の内の長時間側の実露光時間の値に割り当て
られる。低輝度域拡大モード(M2)は低輝度域側のダ
イナミックレンジの拡大を目的としたモードであり、こ
の場合には、露出制御系で指定される代表露光時間の値
が、長短2つの実露光時間の内の短時間側の実露光時間
の値に割り当てられる。両域拡大モード(M3)は低輝
度域側および高輝度域側の双方のダイナミックレンジの
拡大を目的としたモードであり、この場合には、露出制
御系で指定される代表露光時間の値が、長短2つの実露
光時間の相乗平均値に等しくなるように長短2つの実露
光時間が決定される。
に、手ぶれ等による像ぶれ(動きぼけ)に関する判定に
際しては、露出制御系で使用される代表露光時間ではな
く、長短2つの実露光時間の合計値による判定が行われ
る。つまり、露出制御系で使用される代表露光時間は、
2つの実露光時間を従来の(単一の露光時間を前提にし
た)露出制御系に適用するために、実質的に等価とみな
される1つの露光時間に対応させたものであるが、これ
は適用される制御の目的(例えば露光量制御と像ぶれ判
定など)によっては異なり得るものであり、本例では、
像ぶれ判定には、上記代表露光時間(第1の代表露光時
間)の代わりに長短2つの実露光時間の合計値(第2の
代表露光時間)が用いられる。
長短2つの実露光時間の算出処理について説明する。ま
ず、CCD撮像素子105からの出力信号を用いた公知
の測光によって被写体の明るさに対応した露出制御上の
見做し露光時間である代表露光時間(例えばシャッター
速度=1/100秒、等)が求められる(ステップS1
01)。
がマニュアル操作で指定しても良い。次いで、ユーザに
より指定されている現在のモードが、高輝度域拡大モー
ド(M1)、低輝度域拡大モード(M2)、両域拡大モ
ード(M3)のいずれであるかが判断される(ステップ
S102)。
は、ステップS101で求められた代表露光時間が長時
間側の実露光時間とほぼ等しくなるように、ステップS
101で求められた代表露光時間の値と、予め決められ
た長短2つの実露光時間の割合(本例では4対1)とに
基づいて、長短2つの実露光時間それぞれの値が算出さ
れる(ステップS103,S106)。代表露光時間=
1/100秒とすると、長時間側の実露光時間が1/1
00秒、短時間側の実露光時間が1/400秒となる。
は、ステップS101で求められた代表露光時間が短時
間側の実露光時間とほぼ等しくなるように、ステップS
101で求められた代表露光時間の値と、予め決められ
た長短2つの実露光時間の割合(本例では4対1)とに
基づいて、長短2つの実露光時間それぞれの値が算出さ
れる(ステップS104,S106)。代表露光時間=
1/100秒とすると、長時間側の実露光時間が1/2
5秒、短時間側の実露光時間が1/100秒となる。
ステップS101で求められた代表露光時間が長短2つ
の実露光時間の相乗平均値にほぼ等しくなるように、ス
テップS101で求められた代表露光時間の値と、予め
決められた長短2つの実露光時間の割合(本例では4対
1)とに基づいて、長短2つの実露光時間それぞれの値
が算出される(ステップS105,S106)。代表露
光時間=1/100秒とすると、長時間側の実露光時間
が1/50秒、短時間側の実露光時間が1/200秒と
なる。
による2画像連続撮像のための撮像シーケンスが実行さ
れることになるが、算出された長短2つの実露光時間の
合計値が所定の閾値TH以下の範囲内に含まれない場合
には(ステップS107のNO)、像ぶれの危険がある
旨の警告や、レリーズ禁止等の制御が行われる(ステッ
プS108)。閾値THとしては、像ぶれ判定に関する
一般的な基準として用いられている1/f(fは35m
m銀塩フィルムカメラ換算時のmm単位の焦点距離)等
の値を用いることができる。
ド(M1)、低輝度域拡大モード(M2)、両域拡大モ
ード(M3)それぞれにおけるダイナミックレンジの拡
大効果について具体的に説明する。
で2画像連続撮像を行った場合の2つの撮像画像それぞ
れの特性と合成後の画像の特性を示している。図6
(a)において、実線Aは通常測光で得られる代表露光
時間をそのまま用いた場合の撮像出力特性を示してい
る。高輝度域拡大モード(M1)では、実線Aの特性
が、長時間側の露光で得られる撮像出力特性となり、あ
る被写体輝度レベル(ここでは1)で撮像素子の飽和レ
ベル(Sat)に達する。実線Bは短時間側の露光(露
光時間=長時間側の1/4倍)で得られる撮像出力特性
を示しており、飽和レベル(Sat)に達する被写体輝
度レベルは実線Aの場合の4倍となる。画像合成は、例
えば、図示破線で示すように、被写体輝度レベル1以下
の範囲では主に実線Aの撮像出力を、被写体輝度レベル
2以降の範囲では実線Bの撮像出力を使用し、且つ撮像
素子の飽和レベル(Sat)に達する実線Aの被写体輝
度レベル(ここでは1)の手前をニーポイント(KP)
とするニー特性を持たせて被写体の高輝度域側の階調特
性を圧縮するという演算を行うことによって実現でき
る。これにより、高輝度域側のダイナミックレンジを拡
大することが可能となる。
で2画像連続撮像を行った場合の2つの撮像画像それぞ
れの特性と合成後の画像の特性を示している。図6
(b)において、実線Aは通常測光で得られる代表露光
時間をそのまま用いた場合の撮像出力特性を示してい
る。低輝度域拡大モード(M2)では、実線Aの特性
が、短時間側の露光で得られる撮像出力特性となり、あ
る被写体輝度レベル(ここでは1)で撮像素子の飽和レ
ベル(Sat)に達する。実線Bは長時間側の露光(露
光時間=短時間側の4倍)で得られる撮像出力特性を示
しており、飽和レベル(Sat)に達する被写体輝度レ
ベルは実線Aの場合の1/4倍となる。実線Aの撮像出
力の低輝度域側は一般にS/Nの悪い部分となるので、
画像合成は、図示破線で示すように、実線Aの撮像出力
の低輝度域側の値(実線Bの撮像出力が飽和する被写体
輝度レベル1/4以下の範囲)を、実線Bの撮像出力の
値を実線Aの特性に換算した値に置き換えるといった演
算処理によって行われる。これにより、低輝度域側のS
/Nを改善でき、低輝度域側のダイナミックレンジを拡
大することが可能となる。
画像連続撮像を行った場合の2つの撮像画像それぞれの
特性と合成後の画像の特性を示している。図6(c)に
おいて、点線Aは通常測光で得られる代表露光時間を用
いた場合の撮像出力特性を示している。両域拡大モード
(M3)では、実線B1,B2にそれぞれ示すように、
点線Aの特性よりも、高輝度側の撮影レンジが広い撮像
画像(短時間露光)と、低輝度域側の階調特性が広い撮
像画像(長時間露光)が得られる。画像合成は、低輝度
域側(実線B2の撮像出力が飽和する被写体輝度レベル
1/2以下の範囲)では実線B2の撮像出力の値を点線
Aの特性に換算した値に置き換える演算処理を行い、そ
して被写体輝度レベル1/2を越える範囲では点線Aの
被写体輝度レベル(ここでは1)の手前をニーポイント
(KP)とするニー特性を持たせて実線B1の高輝度域
側の撮像出力を圧縮するという演算を行うことによっ
て、実現される。これにより、高輝度域側のダイナミッ
クレンジを拡大でき、且つ低輝度域側のS/Nも改善で
きるので、低輝度域側のダイナミックレンジの拡大効果
も併せて得ることが可能となる。
2つの実露光時間の値を露出制御系の代表露光時間の値
を基に最適値に設定することができるので、最終的に得
られる画像に対して好適な露出レベルを実現することが
可能となる。
理は上記3つのモードに限られるものではなく、ダイナ
ミックレンジ拡大の目的および効果が異なるさらに別の
モードを設けそのモードに応じた長短2つの実露光時間
の値の算出を行ったり、長時間露光と短時間露光の比率
を可変設定可能にしたり、あるいは長短2つの実露光時
間の少なくとも一方をユーザが指定し、それに対応する
露出制御系の代表露光時間(最終的に得られる1つの静
止画像にとっての実効的な露出時間)をユーザに提示す
るような構成を採用することも可能である。
て第1露光の終了と第2露光の開始を兼用させている
が、TG1出力の直後にVSUBパルスを出して第2露
光を開始させても良い。このような場合もTG1の出力
による第1の露光の終了とほぼ同時に第2の露光を開始
させることができる。
るものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範
囲で種々に変形することが可能である。更に、上記実施
形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される
複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の
発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構
成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解
決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明
の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、
この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得
る。
画像撮像に際して適切な露出制御を行うことで、最終的
に得られる画像に対して好適な露出レベルを実現するこ
とが可能となる。
成を示すブロック図。
像シーケンスの一例を示すタイミングチャート。
つの実露光時間の設定値との関係を示す図。
を説明するための図。
出処理を説明するフローチャート。
(M1)、低輝度域拡大モード(M2)、両域拡大モー
ド(M3)それぞれにおけるダイナミックレンジの拡大
効果を説明するための図。
Claims (5)
- 【請求項1】固体撮像素子と、前記固体撮像素子を用い
て最終的な1つの静止画像を得るための長短2つの露光
時間による露光を実行するように構成された2露光撮像
手段と、前記長短2つの実露光時間とこれに対応して割
り当てられる露出制御上の見做し露光時間である代表露
光時間との対応関係を換算する露光時間換算手段とを具
備することを特徴とする撮像装置。 - 【請求項2】前記代表露光時間は前記長短2つの実露光
時間のうち長時間の露光時間にほぼ等しい値であること
を特徴とする請求項1記載の撮像装置。 - 【請求項3】前記代表露光時間は前記長短2つの実露光
時間のうち短時間の露光時間にほぼ等しい値であること
を特徴とする請求項1記載の撮像装置。 - 【請求項4】前記代表露光時間は前記長短2つの実露光
時間の相乗平均値にほぼ等しい値であることを特徴とす
る請求項1記載の撮像装置。 - 【請求項5】前記代表露光時間は、少なくとも露光量制
御のための第1の代表露光時間と像ぶれ制御のための第
2の代表露光時間を含む複数の代表露光時間から構成さ
れてなり、前記第2の代表露光時間は前記長短2つの実
露光時間の合計時間にほぼ等しい値であることを特徴と
する請求項1記載の撮像装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000358144A JP2002165138A (ja) | 2000-11-24 | 2000-11-24 | 撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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JP2000358144A Pending JP2002165138A (ja) | 2000-11-24 | 2000-11-24 | 撮像装置 |
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