JP2004343433A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】絞りによらずに光量調節を行うことのできる撮像装置を提供する。
【解決手段】ユーザーが操作部５１により撮影準備操作を行うと、データ比コントローラ６３は従感光部４３から出力される低感度画像信号の輝度信号をデジタル信号処理部５７で積分することにより入射光量を検出し、検出された入射光量に応じて主感光部出力と従感光部出力との最適なデータ比を算出する。データ比コントローラ６３はデータ比設定値の更新を行った後、デジタル信号処理部５７に更新後のデータ比にしたがって画像処理を行わせ、処理画像を画像表示用ＬＣＤ２３に表示させる。
【選択図】 図７

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像装置に関し、さらに詳しくは主感光部からの出力データと従感光部からの出力データとを合成して完成画像を得る撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＣＤイメージセンサ等の固体撮像素子を用いた撮像装置、例えばデジタルスチルカメラ（以下デジタルカメラという）で、例えば室内風景を撮影した場合、室内にいる人物は適正露出になっても、窓から見える青い空が白飛びし、全体としては不自然な画像になる場合がある。これは画像のダイナミックレンジが狭いためである。
【０００３】
この問題を解決するため、例えば特許文献１記載の固体撮像装置では、各受光部を感度が異なる２つの受光領域に分割し、高感度側の信号電荷と低感度側の信号電荷とを別々に垂直転送レジスタ及び水平転送レジスタで転送し、信号処理回路で高感度側の信号をクリップした後低感度側の信号と加算することにより、ビデオ出力信号のダイナミックレンジを拡大している。
【０００４】
このような、高感度の受光部からの出力データと低感度の受光部からの出力データとを合成する従来の撮像装置では、主感光部出力と従感光部出力とを予め定められた合成比率で合成することにより、低中輝度域に十分の階調幅をもたせつつ、高輝度域にも少ないながら階調をもたせた合成画像を得るようにしている。したがって例えば室内風景を撮影した場合には、室内にいる人物を大きな階調幅で表現しつつ、窓から見える青い空にも白飛びの発生しない程度の階調表現がなされる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−２０５５８９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
高感度の受光部からの出力データと低感度の受光部からの出力データとを合成する従来の撮像装置では、この合成比率は入射光量に拘らず一定の値に予め決められているため、この合成比率に適応した露光量となるよう絞りを用いることによって入射光量を調節していたが、絞りを用いることにより部品点数が増加して撮像装置の製造コスト及びコンパクト化の面で不利になるという問題がある。また、絞りを多用すると故障発生率が大きくなるという問題もある。
【０００７】
本発明は、上記問題点を解決するためのもので、絞りによらずに光量調節を行うことのできる撮像装置を提供することを目的とする。
【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、本発明の撮像装置は、面積が相対的に広い主感光部と狭い従感光部とからなる感光部を有する画素を多数配列した固体撮像素子を用い、主感光部からの出力データと従感光部からの出力データとを合成して撮影画像を生成する撮像装置において、主感光部からの出力データと従感光部からの出力データとの合成比率を固体撮像素子への入射光量に応じて最適値に設定するデータ比設定手段を設けたことを特徴とする。
【０００９】
また、前記データ比設定手段は、全画面平均の明るさが全画面平均測光時のＡＥ標準値となる一定の範囲におさまるように前記最適値を設定することが好ましい。また、前記データ比設定手段は、前記入射光量に応じて、前記合成比率の設定のみを行うか、前記合成比率の設定に加えて絞りによる光量調節を行うかを判断することが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明を実施したデジタルカメラの正面の外観を示す斜視図である。カメラ本体３の正面には、撮影レンズ４が内部に保持されたレンズ鏡筒５が設けられる。このレンズ鏡筒５は、電源がオフの時にはカメラ本体３の内部に収納されていて撮影レンズ４がレンズバリア６によって保護されており、電源のオンとともに図１中点線で示す位置まで突出する。このレンズ鏡筒５の近傍には、対物側ファインダ窓７、赤目防止用の発光窓８が設けられる。カメラ本体３の上面には、撮影モードを設定するために設けられる設定ダイヤル１０、レリーズボタン１１、ストロボ発光部１２が設けられる。
【００１１】
図２に示すように、カメラ本体３の後面には、接眼用ファインダ窓１５、電源ボタン１６、ＬＣＤ表示ボタン１７、キャンセルボタン１８、シフトボタン１９、メニューボタン２０、十字ボタン２１、設定用ＬＣＤ２２、画像表示用ＬＣＤ２３が設けられている。このデジタルカメラ２はビューファインダ機能を持っており、撮影レンズ４からの被写体像は、画像表示用ＬＣＤ２３で表示することができる。また、カメラ本体３の底面には電池２４を装填するための装填蓋２５が設けられており、例えば、専用の電池や市販の電池を装填することが可能となる。
【００１２】
カメラ本体３の側面には、インターフェイス端子用の保護カバー２８及びメモリカード用の保護カバー２９が形成されている。このインターフェイス端子用保護カバー２８はスライドボタン３０を図中下方向にスライドさせることで、スライドボタン３０との係止が解放され、インターフェイス端子用の保護カバー２８が開き位置へと移動する。このインターフェイス端子用の保護カバー２８を開くと、ＵＳＢコネクタ３１、音声／画像出力部３２、電源入力端子３３が露呈される。同様にして、メモリカード用の保護カバー２９も、スライドボタン３５の図中下方向へのスライドにより開き、メモリカード３６の装填が行えるようになっている。
【００１３】
図３は、本発明の撮像装置における撮像素子を説明する平面概略図である。ＣＣＤ４０は、所謂ハニカム型ＣＣＤであり、光電変換素子である各画素４１の受光部４２が八角形をしている。各受光部２は、面積の約１／５を占める従感光部４３と、残りの約４／５を占める主感光部４４とからなる。主感光部４４に対して従感光部４３の感度は１／１６、飽和レベルは１／４、ダイナミックレンジは４倍となる。ＣＣＤ４０は、各従感光部４３の信号電荷と、各主感光部４４の信号電荷とを区別して垂直方向に転送する垂直転送路（図示せず）に読み出して転送することができるようになっている。
【００１４】
図４は本発明のデジタルカメラの内部構成を示すブロック図である。カメラ本体３内には、システムコントローラ５０が設けられている。このシステムコントローラ５０は、操作部５１から入力される操作信号に基づいて、カメラ各部を統括的に制御する。操作部５１は、設定ダイヤル１０、レリーズボタン１１、ＬＣＤ表示ボタン１７、キャンセルボタン１８、シフトボタン１９、メニューボタン２０、十字ボタン２１などの各種操作キーからなる。設定ダイヤル１０によって選択される動作モードとしては、撮影を実行する撮影モード，撮影画像を再生する再生モード，各種設定を行うセットアップモードなどがある。
【００１５】
ＲＯＭ５２には、各種制御用のプログラムや設定情報などが記録されており、システムコントローラ５０は、これらの情報をＲＯＭ５２から、作業用メモリであるＲＡＭ５３にロードして、各種の処理を実行する。ＲＡＭ５３としては、例えば、ＳＤＲＡＭ（Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）が使用される。
【００１６】
撮影モードでは、レリーズボタン１１が押されると、撮像部５４によって撮像が行われ、撮像された画像データが、カメラ本体３に着脱自在にセットされるメモリカード３６に記録される。撮像部５４は、撮影レンズ４、ＣＣＤ４０、ズーミングや焦点調節を行うためのレンズ移動機構（図示せず）等からなる。
【００１７】
被写体光がＣＣＤ４０により光電変換されると、光電変換されたアナログの撮像信号は、アナログ信号処理部５６によって相関二重サンプリングやＲ，Ｇ，Ｂの画像信号の増幅などの処理が行われ、デジタル信号へ変換される。デジタル化された撮像信号は、デジタル信号処理部５７に入力されて後述する画像合成などの処理がなされた後、ｊｐｅｇなどの圧縮形式で圧縮される。この圧縮された画像データが、メディアコントローラ５８によってメモリカード３６に書き込まれる。
【００１８】
再生モードでは、メモリカード３６から画像が読み出されて、伸張処理がされた後リサイズ処理が施され、画素数の少ない表示用画像データが作成される。この表示用画像データがＲＡＭ５３内のＶＲＡＭエリアに書き込まれる。ビデオエンコーダ５９は、表示用画像データをアナログのコンポジット信号に変換してＬＣＤ２３に出力する。これにより画像表示用ＬＣＤ２３に画像が再生表示される。
【００１９】
ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）コネクタ３１は、ＵＳＢケーブルを通じて、パーソナルコンピュータなどの外部機器との間で通信を行うための通信用コネクタである。ＵＳＢ規格は、パーソナルコンピュータとその周辺機器との間の標準的な通信インターフェースの１つである。このＵＳＢコネクタ３１を介して、メモリカード３６内の画像データをパーソナルコンピュータに転送したり、その反対に、パーソナルコンピュータからメモリカード３６にデータを転送したりすることができる。
【００２０】
ＵＳＢコントローラ６１は、ＵＳＢコネクタ３１を経由して行われるデータ転送を制御する。ＵＳＢケーブルによってカメラ本体３とパーソナルコンピュータとが接続されると、ＵＳＢコントローラ６１がパーソナルコンピュータと接続されたことを検知して、カメラ本体３の動作モードが自動的に通信モードに切り換えられる。なお、通信用インターフェースの規格としては、ＵＳＢ規格の他にも、ＩＥＥＥ１３９４規格など各種のものがあり、それらの規格に応じた通信用コネクタを使用してもよい。
【００２１】
電源回路６２は、カメラ本体３に着脱自在にセットされる電池２４や、商用電源から供給された電源をカメラ本体３内の各部に分配する。電源入力端子３３は、商用電源から給電を受ける際にＡＣアダプタが接続される端子である。
【００２２】
データ比コントローラ６３は、後述する画像合成の際、高感度画像信号（主感光部４４から得られた画像信号）と低感度画像信号（従感光部４３から得られた画像信号）との合成比率（以下データ比）をＣＣＤ４０への入射光量に応じて最適値に設定するためのものである。
【００２３】
図５に示すように、主感光部出力の飽和レベルが従感光部出力の飽和レベルの４倍である一方、従感光部出力のダイナミックレンジが主感光部出力のダイナミックレンジの４倍である。これら主感光部出力と従感光部出力とを露光量に応じて適切な比率で合成すれば、低中輝度域に十分の階調幅をもたせつつ、高輝度域にも少ないながら階調をもたせた合成画像を得ることができるので、例えば室内風景を撮影した場合に、室内にいる人物を十分な階調で表現しつつ、窓から見える青い空に白飛びの発生しない撮影画像を得ることができる。
【００２４】
入射光量が多い場合には、主感光部出力に対して感度の小さい従感光部出力の割合を大きくする。また逆に、入射光量が少ない場合には感度の大きい主感光部出力の割合を大きくする。本発明ではデータ比コントローラ６３により主感光部出力と従感光部出力とのデータ比を入射光量に応じて最適な値に設定することにより、絞りを使用することなく入射光量に応じた高画質な撮影を行うことができる。
【００２５】
入射光量の検出方法として例えば、従感光部４３から出力される低感度画像信号の輝度信号をデジタル信号処理部５７で積分した結果を、データ比コントローラ６３に送ることにより従来の全画面平均測光時のＡＥ標準値に基づいて算出する方法がある。この方法によれば、データ比コントローラ６３は入射光量の算出結果から全画面平均測光時のＡＥ標準値に基づいてデータ比の最適値を求めるので、全画面平均の明るさがＡＥ標準値の一定の範囲におさまるようにデータ比の最適値を設定することができる。データ比コントローラ６３はデータ比の最適値を設定した後、後述するデジタル信号処理部５７に設定されたデータ比で画像合成を行わせ、完成画像を画像表示用ＬＣＤ２３に表示させる。
【００２６】
また、データ比コントローラ６３は、データ比の設定に加えて絞りを用いて光量調節を用いるように構成してもよい。この場合、データ比コントローラ６３は検出された入射光量にしたがって、データ比の設定のみを行うか、データ比の設定に加えて絞りによる光量調節を行うかを判断するように構成することが好ましい。このように構成すれば、入射光量が極端に多い場合などにのみ絞りを使用することにより、絞りの使用回数を減らして耐久性を高めることができるとともに、絞りを併用するのでデータ比の設定値を極端な値にせずにすみ、主感光部４４及び従感光部４３のそれぞれの特性を十分に生かして高画質な撮影を行うことができる。
【００２７】
図６は、デジタル信号処理部５７の内部構成を示すブロック図である。デジタル信号処理部５７では、高感度画像信号と低感度画像信号とを各々ガンマ補正した後に加算処理する対数加算方式を採用している。すなわち、デジタル信号処理部５７は、アナログ信号処理部５６から出力される高感度画像，低感度画像の各ＲＧＢ色信号に対して、それぞれオフセット処理を行うオフセット補正回路７１ａ，７１ｂと、このオフセット補正回路７１ａ，７１ｂの出力信号のホワイトバランスをとるゲイン補正回路７２ａ，７２ｂと、ゲイン補正後の色信号に対してガンマ補正を行うガンマ補正回路７３ａ，７３ｂとを備えている。
【００２８】
また、デジタル信号処理部５７は、ガンマ補正回路７３ａから出力される高感度画像信号とガンマ補正回路７３ｂから出力される低感度画像信号とを画素単位に合成して出力する画像合成処理回路７４と、画像合成後のＲＧＢ色信号を補間演算して各受光部位置におけるＲＧＢ３色の信号を求めるＲＧＢ補間演算回路７５と、ＲＧＢ色信号から輝度信号Ｙと色差信号Ｃｒ，Ｃｂとを求めるＲＧＢ／ＹＣ変換回路７６と、輝度信号Ｙと色差信号Ｃｒ，Ｃｂからノイズを低減するノイズフィルタ７７と、ノイズ低減後の輝度信号Ｙに対して輪郭補正を行う輪郭補正回路７８と、色差信号Ｃｒ，Ｃｂに対して色差マトリクスを乗算して色調補正を行う色差マトリクス回路７９とを備える。
【００２９】
画像合成処理回路７４では、データ比コントローラ６３によって設定されたデータ比により高感度画像信号と低感度画像信号とを合成することにより合成画像信号を出力している。なお、画像合成処理回路７４ではなく、ゲイン補正回路などを用いて高感度画像信号と低感度画像信号の出力レベルを調整することによって設定されたデータ比となるようにしてもよい。
【００３０】
以下、上記構成による作用について、図７及び図８に示すフローチャートにしたがって説明する。図７は入射光量に応じて絞りを使用せずに光量を調節する場合の手順を示すフローチャートである。ユーザーが操作部５１により撮影準備操作を行うと、データ比コントローラ６３は従感光部４３から出力される低感度画像信号の輝度信号をデジタル信号処理部５７で積分することにより入射光量を検出し、検出された入射光量に対応するデータ比最適値を算出してデータ比設定値の更新を行う。その後、データ比コントローラ６３はデジタル信号処理部５７に変更後のデータ比にしたがって画像処理を行わせ、処理画像を画像表示用ＬＣＤ２３に表示させることにより、ユーザーは適切に光量調節がなされていることを確認することができる。
【００３１】
図８は入射光量に応じて最適な光量調節方法を選択する場合の手順を示すフローチャートである。ユーザーが操作部５１により撮影準備操作を行うと、データ比コントローラ６３は従感光部４３から出力される低感度画像信号の輝度信号をデジタル信号処理部５７で積分することにより入射光量を検出し、検出された入射光量に対し、データ比の設定のみで光量調節が可能であるか、データ比の設定に加えて絞りによる光量調節を行う必要があるかを判断する。
【００３２】
データ比コントローラ６３がデータ比の設定のみで光量調節が可能であると判断した場合は、検出された入射光量に対応するデータ比最適値を算出してデータ比設定値の更新を行う。一方、データ比の設定に加えて絞りによる光量調節を行う必要があると判断した場合は、検出された入射光量に対応するデータ比及び絞りそれぞれの最適値を算出し、データ比及び絞りそれぞれの設定値を更新する。その後、データ比コントローラ６３はデジタル信号処理部５７に変更後のデータ比及び絞り値にしたがって画像処理を行わせ、処理画像を画像表示用ＬＣＤ２３に表示させることにより、ユーザーは同様に適切に光量調節がなされていることを確認する。
【００３３】
上記実施形態では、入射光量の絶対値に対応するデータ比及び絞りの最適値を設定するように構成しているが、入射光量の変化量を検出し、検出された変化量からデータ比及び絞りの調整量を算出するように構成してもよい。このように構成すれば、入射光量の変化が一定量以下の時には光量調整を行わないようにするなどして撮影の利便性を向上させることができる。
【００３４】
また、上記実施形態では、入射光量を検出してデータ比及び絞りの最適値を設定した後に画像処理を行っているが、入射光量の増減を検出し、入射光量が増加したときには従感光部出力の割合を増加させた後に、また入射光量が減少したときには主感光部出力の割合を増加させた後にデータ比の最適値との照合を行うようにしてもよい。
【００３５】
また、上記実施形態では、ＣＣＤの各画素の受光部を主感光部の面積４、従感光部の面積１の割合で分割したが、本発明はこれに限定されることなく、この分割比は設計に応じて適宜変更してよい。また、上記実施形態では、固体撮像素子としてハニカム型のＣＣＤを用いたが、本発明はこれに限定されることなく、ベイヤ型のＣＣＤやＣＭＯＳイメージセンサを用いてもよい。また、上記実施形態はデジタルカメラであったが、本発明はこれに限定されることなく、固体撮像素子を用いるものであれば、画像入力装置や監視カメラなどでもよい。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の撮像装置によれば、主感光部からの出力データと従感光部からの出力データとの合成比率を固体撮像素子への入射光量に応じて最適値に設定するデータ比設定手段を設けたので、絞りを不要とすることができ、撮像装置の製造コスト、コンパクト化、及び故障に対する信頼性の面で有利になる。
【００３７】
また、前記データ比設定手段により、前記入射光量に応じて、前記合成比率の設定のみを行うか、前記合成比率の設定に加えて絞りによる光量調節を行うかを判断するようにすれば、絞りの使用回数を減らして耐久性を高めることができるとともに、主感光部４４及び従感光部４３のそれぞれの特性を十分に生かした高画質な撮影を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施したデジタルカメラの正面の外観を示す斜視図である。
【図２】本発明を実施したデジタルカメラの後面の外観を示す斜視図である。
【図３】本発明の撮像装置における撮像素子を説明する平面概略図である。
【図４】本発明のデジタルカメラの内部構成を示すブロック図である。
【図５】主感光部、従感光部の各出力レベルとダイナミックレンジの関係を示すグラフである。
【図６】デジタル信号処理部の構成を示すブロック図である。
【図７】入射光量に応じて絞りを使用せずに光量を調節する場合の手順を示すフローチャートである。
【図８】入射光量に応じて最適な光量調節方法を選択する場合の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
４０ ＣＣＤ
４３ 従感光部
４４ 主感光部
５１ 操作部
５７ デジタル信号処理部
６３ データ比コントローラ

Claims (3)

1. 面積が相対的に広い主感光部と狭い従感光部とからなる感光部を有する画素を多数配列した固体撮像素子を用い、主感光部からの出力データと従感光部からの出力データとを合成して撮影画像を生成する撮像装置において、
   主感光部からの出力データと従感光部からの出力データとの合成比率を固体撮像素子への入射光量に応じて最適値に設定するデータ比設定手段を設けたことを特徴とする撮像装置。
2. 前記データ比設定手段は、全画面平均の明るさが全画面平均測光時のＡＥ標準値となる一定の範囲におさまるように前記最適値を設定することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
3. 前記データ比設定手段は、前記入射光量に応じて、前記合成比率の設定のみを行うか、前記合成比率の設定に加えて絞りによる光量調節を行うかを判断することを特徴とする請求項１又は２記載の撮像装置。

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