JP2006025099A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高輝度の被写体を撮影した場合の画像破綻を防止することである。
【解決手段】設定されている撮影モードを読み込み（図２，Ｓ１１）、さらに、フリッカ検出結果を読み込む（Ｓ１２）。レリーズスイッチがセカンドレリーズ状態となったなら（Ｓ１６，ＹＥＳ）、撮影モードとフリッカ検出結果に基づいて画素加算を行うか否かを決定する（Ｓ１７）。これにより、屋外で明るい条件の撮影モードのときには、画素加算が行われないので画像破綻の可能性を少なくできる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、カメラ等の撮像装置に関する。

近年、デジタルスチルカメラは画像の解像度を追求し、画素数が著しく増加している。また、デジタルカメラは付加機能して動画撮影機能が求められている。
しかしながら、画素数の増加と動画のクオリティは相反する点があり、画素数が多いほど動画の記録時間を長くするために画素を間引く必要があり、動画の画質が劣化するという問題がある。また、画素数が多いと、１画面全体を読み出すのに時間がかかり、フレームレートが遅くなるという問題点もあった。

そこで、画素を間引かずに撮像素子内で水平方向、垂直方向で電荷を加算して出力する機能を有する撮像素子が考えられている。この場合、画素を間引かずに画素加算が行えるので画質を劣化させずに読み出し速度を速めることができる。

しかしながら、画素加算を行うと、スミア、つまり太陽光などの高輝度の被写体を含む撮影を行った場合に発生する光の筋が増加するという問題が生じる。例えば、水平、垂直２画素ずつ計４画素加算した場合、スミアは４倍になる。さらに、水平、垂直３画素ずつ計９画素加算した場合には、スミアは９倍になる。

さらに、画素加算を行うと、ＣＣＤの転送路上で不要な電荷が漏れだし、ハイライト部が尾を引いたようになるブルーミングが発生し易くなるという問題点もある。
スミアやブルーミングが発生すると画質が劣化し、ブルーミングがひどいと黒レベルの追従ができなくなり、黒レベルの調整が完了した状態に戻るのに時間がかかり、シャッタチャンスを逃してしまうという問題点もあった。

そのような問題点を解決するために、例えば、特許文献１には、画像信号の信号レベルに応じて画素加算を行うか、行わないかを切り換える技術について記載されている。
特開平１０−１５０６０１号公報

しかしながら、特許文献１に記載された方法では、暗いシーンから非常に明るいシーンに切り換えた場合、あるいは画角内にいきなり太陽などの高輝度の被写体が入った場合に、測光が追従できずに画像破綻が発生するという問題を解決することができない。このような画像破綻の問題は動画撮影時に特に問題となる。

本発明の課題は、高輝度の被写体を撮影した場合の画像破綻を防止することである。

本発明の撮像装置は、撮像手段と、撮影モードを設定する撮影モード設定手段と、前記撮影モード設定手段により設定された撮影モードに基づいて前記撮像手段の画素の加算を行うか否かを決定する画素加算決定手段とを備える。

本発明の撮像装置の他の態様は、前記撮像手段は、複数の画素の内の近接する所定数の画素の電荷を加算して出力する。
本発明の撮像装置の他の態様は、前記画素加算決定手段は、設定された撮影モードが暗い被写体を撮影する撮影モードのとき画素加算を行うようにする。

本発明の撮像装置の他の態様は、前記画素加算決定手段は、設定された撮影モードが屋内の撮影モードのとき、画素加算を行うようにする。
本発明の撮像装置の他の態様は、前記画素加算検定手段は、設定された撮影モードが屋外の撮影モードのときには画素加算を行わないようにする。

本発明の撮像装置の他の態様は、前記撮像手段により撮像された撮影画像からフリッカを検出するフリッカ検出手段を有し、前記画素加算決定手段は、前記フリッカ検出手段の検出結果に基づいて画素加算を行うか否かを決定する。

本発明によれば、撮影モードに応じて画素加算を行う否かを決定しているので、画角内に高輝度の被写体が入っても画像破綻が発生する可能性を少なくできる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、実施の形態の撮像装置（デジタルカメラ）１１の回路ブロック図である。
撮像装置１１は、フォーカスレンズ１２とズームレンズ１３と、露出を制御するための絞り機構１４と、被写体像を電気信号に変換するＣＣＤセンサ１５とを有する。

フォーカス制御部１６は、モータ１７を駆動してフォーカスレンズ１２を制御する。ズーム制御部１８は、モータ１９を制御してズームレンズ１３を制御する。絞り制御部２０は、モータ２１を制御して絞り機構１４を制御する。

ＣＣＤドライバ２２はタイミングジェネレータ回路２３から出力されるタイミング信号を電圧変換してＣＣＤセンサ１５の各端子に所定レベルのパルスを印加する。
撮像回路２４は、相関二重サンプリングＣＤＳ（Correlated Double Sampling）、信号レベルを増幅させるＡＧＣ（Automatic Gain Control）、アナログ信号をデジタルデータに変換するＡＤＣ（Analog to Digital converter）を行い、処理結果のデジタルデータをバス２５に出力する。

ＡＥ処理部２６は、デジタルの撮影画像の所定領域のＡＥ評価値を算出し、算出結果をメインＣＰＵ２７に出力する。ＡＦ処理部２８は、撮影画像のからＡＦ評価値を算出し、算出結果をメインＣＰＵ２７に出力する。

メインＣＰＵ２７は、撮像装置１１全体の動作を制御するものであり、ＡＥ評価値、ＡＦ評価値に基づいてフォーカス制御部１６、ズーム制御部１８及び絞り制御部２０に対してモータの制御を指示する。

画像処理回路２９は、内蔵メモリ３０に格納されている撮影画像に対してホワイトバランス調整、エッジ処理等を施し、処理結果の撮影画像を内蔵メモリ３０に格納する。
圧縮伸張部３１は、撮影画像を圧縮して着脱メモリ３２に格納すると共に、着脱メモリ３２に圧縮して格納されている画像データを伸張する。

ＬＣＤドライバ３３は、撮像回路２４から出力されるスルー画像（レンズで撮影されている画像）を液晶表示部３４に表示させる。
不揮発性メモリ３５には種々のプログラム及びユーザの設定データ等が格納される。入力部３６は、撮影モードの設定等を行う操作スイッチ、ズームスイッチ等からなる。スピーカ３７は警告音を報知する。電源部３８は、バッテリや乾電池等からなり、メインＣＰＵ２７等を動作させる電圧、モータ１７，１９等を駆動する電圧、液晶表示部３４の駆動電圧等を供給する。

次に、図２は、本発明の第１の実施の形態の撮像装置１１の撮影処理のフローチャートである。以下の処理は、メインＣＰＵ２７により実行される。
最初に、設定されている撮影モードを読み込む（図２，Ｓ１１）。撮影モードとしては、風景、人物、夜景、夜景及び人物、パーティショット、ドキュメント、マクロ、スポーツ、ビーチａｎｄスノー、キャンドル等の種々のモードがある。

次に、フリッカ検出結果を読み込む（Ｓ１２）。フリッカ検出結果とは、モニター中の画像の明るさが一定周期で変動しているか否かを示す検出結果である。
例えば、屋内で撮影した場合には、関東地域であれば、図３に示すように蛍光灯の光量は電源の周波数の５０Ｈｚの２倍の１００Ｈｚの周期で増減することなになる。一方、ＣＣＤセンサ１５全体の電荷の読み取りが終了するＣＣＤ蓄積時間は１／３０秒（周期Ｔ＝３０Ｈｚ）であるので、撮影画像の平均の明るさがＣＣＤセンサ１５の読み取り周期毎に変動することになる。

図３に示すように５０Ｈｚの電源電圧が「０」で、蛍光灯の光量が最小の点からＣＣＤセンサ１５が電荷の蓄積を開始した場合は、ＣＣＤセンサ１５の蓄積時間である１／３０秒の間に蓄積される電荷が少なくなる。これに対して、次の周期で、蛍光灯の光量のピークに近い点からＣＣＤセンサ１５が電荷の蓄積を開始し、蛍光灯の光量がピークに近い点で蓄積が終了した場合には、ＣＣＤセンサ１５に蓄積される電荷は多くなる。

従って、撮影画像の明るさが周期的に変化するか否かを調べることで撮像装置１１が屋内で使用されているか、屋外で使用されているかを判断することができる。
図２に戻り、ステップＳ１３において、レリーズスイッチ（図示せず）がファーストレリーズ状態か否かを判別する。

シリーズスイッチがファーストレリーズ状態と判別されたときには（Ｓ１３，ＹＥＳ）、ステップＳ１４に進みＡＥ（自動露出）処理を実行し、ステップＳ１５でＡＦ（自動焦点）処理を実行する。

次に、レリーズスイッチがセカンドレリーズ状態か否かを判別する（Ｓ１６）。レリーズスイッチがセカンドレリーズ状態と判別されたときには（Ｓ１６，ＹＥＳ）、ステップＳ１７に進み画素加算を行うか否かを決定する。

このステップＳ１７では、例えば、撮影モードが、屋外の撮影で昼間の撮影を前提とした撮影モードか、屋外の撮影で夜間の撮影を前提した撮影モードか、あるいは屋内の撮影モードか、フリッカが検出されたか否かを判別する。そして、屋外で明るい条件で撮影される撮影モードの場合には、画素加算を行わないようにし、屋外でも夜間の撮影、あるいは屋内の撮影モードのときには画素加算を行うことを決定する。また、撮影画像からフリッカが検出されたときには、屋内で撮影されたものと判断し画素加算を行うことを決定する。

画素の加算方法としては、例えばベイヤ配列のＲ画素、Ｂ画素、Ｇ画素の垂直、水平方向の近接する同色の４画素、あるいは９画素を加算する。
画素加算を行うことが決定された場合には（Ｓ１７，ＹＥＳ）、ステップＳ１８に進み、画素加算を行い加算結果の信号をＣＣＤセンサ１５から読み出す。

このステップＳ１８では、メインＣＰＵ２７がタイミングジェネレータ回路２３に複数の画素の電荷を加算して出力させるためのタイミング信号を出力させる。このタイミング信号に基づいてＣＣＤドライバ２２は、近接する同色の複数の画素の電荷を加算して出力させる駆動信号をＣＣＤセンサ１５に供給する。

他方、ステップＳ１７の判別で、画素加算を行わないことが決定された場合には（Ｓ１７，ＮＯ）、ステップＳ１９に進み、空読みをし、その後、ステップＳ２０で、第１フィールドの画素の電荷を読み出し、次のステップＳ２１で、第２フィールドの画素の電荷を読み出し、次のステップＳ２２で、第３フィールドの画素の電荷を読み出す。

上述した第１の実施の形態によれば、撮影モードに応じて画素の加算を行うか否かを決定しているので、例えば、屋外で明るい条件のもとで撮影が行われる撮影モードでは画素加算が行われないので、ユーザが構図を切り換えたときに、太陽等の高輝度の被写体が入った場合でも、モニター画像及び撮影画像にフレア、ブルーミング等が発生する可能性を少なくできる。

また、屋外の撮影モードが設定されている場合でも、撮影画像のフリッカを検出して室内の撮影か否かを判断しているので、屋外から室内に入って撮影した場合でも、適正な明るさの撮影画像を得ることができる。

なお、上記の実施の形態では、撮影モードとフリッカ検出結果に基づいて屋内か、屋外かの判別を行っているが、フリッカ検出を行わず、設定された撮影モードのみに基づいて画素加算を行うか否かを決定しても良い。

次に、図４は、本発明の第２の実施の形態の撮影処理のフローチャートである。この第２の実施の形態は動画撮影の場合の画素加算に関するものである。
最初に、設定されている撮影モードを読み込む（図４，Ｓ３１）。次に、ホワイトバランス（ＷＢ）のプリセット値を読み込む（Ｓ３２）。このホワイトバランスのプリセット値が、蛍光灯の撮影に適した値、あるいはホワイトボードに書かれた文字の撮影等に適した値である場合には、屋内の撮影モードと判断することができるので、後述するステップＳ４２の画素加算決定処理において画素加算を行うことを決定する。

次に、ＣＣＤセンサ１５をモニターモードで駆動し（Ｓ３３）、ＣＣＤセンサ１５の出力を取得する（Ｓ３４）。そして、モニター画像のＡＥ評価値を算出させ（Ｓ３５）、露出を演算する（Ｓ３６）。さらに、フリッカの検出、つまりモニター画像の明るさが周期的に変化するか否かを検出する（Ｓ３７）。

次に、レリーズスイッチがファーストレリーズ状態となったか否かを判別する（Ｓ３８）。ファーストレリーズ状態のときには（Ｓ３８，ＹＥＳ）、ステップＳ３９でＡＥ処理を実行し、ステップＳ４０でＡＦ処理を実行する。

次に、レリーズスイッチがセカンドレリーズ状態か否かを判別する（Ｓ４１）。セカンドレリーズ状態、すなわち、撮影が開始されたときには、ステップＳ４２に進み、画素加算を行うか否かを決定する。

このステップＳ４２においては、設定されている撮影モードが、屋外で明るい条件で撮影される撮影モードか、屋外で夜間等の暗い条件で撮影される撮影オードか、屋内の撮影モードか、ホワイトバランスの設定が、蛍光灯用の設定、あるいはホワイトボードの撮影に適した値に設定されているかなどに基づいて画素加算を行うか否かを決定する。

画素加算を行うことが決定された場合には、ステップＳ４３に進み、画素加算された信号を読み出す。このステップＳ４３の処理では、メインＣＰＵ２７は、タイミングジェネレータ回路２３に画素加算を行うためのタイミング信号をＣＣＤドライバ２２に出力させ、ＣＣＤドライバ２２からＣＣＤセンサ１５に複数の画素を加算して出力させる駆動信号を出力させる。この結果、ＣＣＤセンサ１５からは近接する複数の画素の電荷が加算された信号が出力されるので、その信号を画像信号として読み取る。

ステップＳ４２で画素加算を行わないことが決定された場合には（Ｓ４２，ＮＯ）。ステップＳ４４〜Ｓ４６で第１フィールドから第３フィールドの画素の信号を順に読み出す。

上述した第２の実施の形態によれば、撮影モードに応じて画素加算を行うか否かを決定しているので、ユーザが動画撮影中に構図を切り換え、太陽などの高輝度の被写体が入ってもスミア、ブルーミング等が発生する可能性を少なくできる。例えば、屋外の撮影モードのときには画像加算を行わないようにすることで、高輝度の被写体が画角の中に入って画像破綻が発生するのを防止できる。動画撮影時には、画像破綻が発生すると正常に測光できるまで破綻状態が続くので、画像破綻が生じないようにすることが動画の画像品質を向上させる上で重要である。

本発明は上述した実施の形態に限らず、例えば、以下のように構成しても良い。
（１）実施の形態は、ＣＣＤセンサ１５の転送路内で複数画素の電荷を加算する場合について説明したが、ＣＣＤセンサ１５の出力信号をデジタルデータに変換し、そのデジタルデータを加算して画素加算を行うようにしても良い。
（２）ＣＣＤセンサ１５はベイヤ配列のフィルタを用いるものに限らず、他のＣＣＤセンサにも適用できる。また、ＣＣＤ以外の撮像素子を用いても良い。
（３）本発明は、第１フィールから第３フィールドの画素を順に読み出す方法に限らず、他の読み出し方法、例えば、偶数フィールドと奇数フィールドを順に読み出す方法等にも適用できる。

実施の形態の撮像装置の回路ブロック図である。 第１の実施の形態の撮影処理のフローチャートである。 フリッカ検出の説明図である。 第２の実施の形態の撮影処理のフローチャートである。

符号の説明

１１ 撮像装置
１５ ＣＣＤセンサ
２２ ＣＣＤドライバ
２３ タイミングジェネレータ回路
２４ 撮像回路
２６ ＡＥ処理部
２７ メインＣＰＵ
２８ ＡＦ処理部
３０ 内蔵メモリ
３４ 液晶表示部

Claims (6)

1. 撮像手段と、
   撮影モードを設定する撮影モード設定手段と、
   前記撮影モード設定手段により設定された撮影モードに基づいて前記撮像手段の画素の加算を行うか否かを決定する画素加算決定手段とを備える撮像装置。
2. 前記画素加算決定手段は、前記撮像手段の近接する複数の画素の電荷を加算して出力させる駆動信号を出力させる請求項１記載の撮像装置。
3. 前記画素加算決定手段は、設定された撮影モードが暗い被写体を撮影する撮影モードのとき画素加算を行うようにする請求項１記載の撮像装置。
4. 前記画素加算決定手段は、設定された撮影モードが屋内の撮影モードのとき、画素加算を行うようにする請求項１記載の撮像装置。
5. 前記画素加算検定手段は、設定された撮影モードが屋外の撮影モードのときには画素加算を行わないようにする請求項１記載の撮像装置。
6. 前記撮像手段により撮像された撮影画像からフリッカを検出するフリッカ検出手段を有し、
   前記画素加算決定手段は、前記フリッカ検出手段の検出結果に基づいて画素加算を行うか否かを決定する請求項１記載の撮像装置。
   
   

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