JP2006074144A

JP2006074144A - 撮像装置及び露出制御方法

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Publication number: JP2006074144A
Application number: JP2004252133A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Kato; 芳幸加藤
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2004-08-31
Filing date: 2004-08-31
Publication date: 2006-03-16
Anticipated expiration: 2024-08-31
Also published as: US20060044459A1; CN101049012B; JP4289259B2; EP1784977B1; TW200616441A; EP1784977A1; US7825955B2; CN101049012A; KR100868595B1; KR20070053288A; WO2006025574A1; TWI287928B

Abstract

【課題】撮像した画像の所定領域により適した明るさを確保しつつ、全体の明るさを見た目により近い明るさに制御する。
【解決手段】
正規の撮像の直前に、中央重点測光による露出制御を行い基準画像を撮像する。基準画像の輝度情報に基づき全画素の輝度分布を示すヒストグラムを作成し、ヒストグラムにおいて高輝度側からの画素の累積数が全画素数の半分となる輝度位置（ｐｏｉｎｔ）を求め、前記基準画像の明るさが均一である場合の輝度位置（「１１８」）との差分を求める。正規の撮像時には、基準画像を撮像したときの被写体の明るさに対応して決められている適正露出を、先に求めた差分により補正し、補正後の適正露出に向けた露出制御を行う。被写体の中央部が著しく明るい場合に、見た目よりも全体的に暗い画像となったり、被写体の中央部が著しく暗い場合に、見た目よりも全体的に明るい画像となったりする事態を回避することができる。
【選択図】図８

Description

本発明は、例えばデジタルカメラに用いて好適な撮像装置及び露出制御方法に関するものである。

従来、銀塩カメラや、デジタルカメラ、ビデオカメラ等の撮像装置においては、被写体の明るさに適した露出を決定し、シャッタースピードや絞り等を制御する自動露出（ＡＥ）機能が設けられている。露出制御に際して被写体の明るさを計測する測光方式は、周知のように被写体の全体的な明るさを計測する平均測光や、中央部側に重み付けを行う中央重点測光、被写体の複数ヶ所に測光領域を設けるマルチ測光、被写体の特定部分のみの明るさを計測するスポット測光等がある。一般に、デジタルカメラにおいては、撮像した被写体画像を液晶モニタ等の電子ビューファインダに表示させているとき（モニタースルー時）には中央重点測光によって被写体の明るさ（輝度）が計測されている。

中央重点測光による露出制御では、例えば図１２（ａ）に示したように被写体画像を縦８×横８の６４ブロックに分割するとともに、同図（ｂ）に示したように中心エリア（図で太枠部分）のブロックＡと、外周エリアのブロックＢ，Ｃ，Ｄとに区別し、さらにブロックＡに１６倍、ブロックＢに８倍、ブロックＣに４倍、ブロックＤに１倍といったように中央ほど倍率が高くなる重み付け係数を設定しておく。そして、分割した各ブロックの輝度の積分値に、前記重み付け係数（ｗｅｉｇｈｔ［ｎ］）を考慮して、下記の式（１）によって輝度の平均値（Ｙｓｕｍ＿ａｖｅｒａｇｅ）を算出し、それが一定の目標値（通常、被写体が１８％の反射率のグレーとなるときの値）になるように露出が制御される。

一方、被写体の全体的な明るさを反映した露出を得るには、多分割測光やマルチ測光と、カメラの撮影シーン自動判断による露出制御が適している。しかし、多様な被写体に対して完全に最適な露出を決定することは不可能であり、特に主となる被写体とその他の部分との明るさの兼ね合いを調整することが難しい。これを解決するものとしては、例えば本出願人によって以下の方法が既に提案されている（特許文献１参照。）。

すなわち中央重点測光によるＡＥを伴うモニタースルー時（但し、撮影直前）に撮像した被写体画像を基準画像とし、主たる被写体が存在すると考えられる重要領域と全領域とについて、輝度成分の分布を示すヒストグラムを個別に取得する。さらに、重要領域のヒストグラムに基づいて、露出制御を行っても重要領域に白とびを生じさせない範囲を示すプラス側の露出補正可能量Ａを取得し、かつ全領域のヒストグラムに基づいて適正露出を得るために必要と判断される必要露出補正量Ｂを取得する。そして、露出補正可能量Ａを限度として必要露出補正量Ｂに基づく露出補正を行うとともに、露出補正可能量Ａがマイナス値であったときには、必要露出補正量Ｂによらず露出補正可能量Ａに基づく露出補正を行うというものである。かかる方法によれば、主たる被写体（重要領域）に白とびを生じさせない範囲内で画像全体の明るさに応じた露出制御を行うことができる。
特開２００３−８９８６号公報

しかしながら、上述した露出制御方法によれば、主たる被写体における白とびの発生は防止できるものの、露出制御の基準となる前記必要露出補正量Ｂが、単に前記基準画像を撮像したときの被写体の明るさに応じたＥＶ値に基づく補正量であることから、被写体の中央部が著しく明るいときには、見た目よりも全体的に暗い画像となり、逆に被写体の中央部が著しく暗いときには、見た目よりも全体的に明るい画像となるという事態を回避することができない場合があるという問題があった。

本発明は、かかる従来の課題に鑑みてなされたものであり、撮像した画像の所定領域により適した明るさを確保しつつ、全体の明るさを見た目により近い明るさに制御することが可能な撮像装置及び露出制御方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため請求項１の発明にあっては、被写体を撮像する撮像手段を備えた撮像装置において、前記撮像手段により撮像された被写体画像の輝度情報に対し、所定領域の画素の輝度情報に重み付けを行う重み付け手段と、この重み付け手段によって所定領域の画素の輝度情報に重み付けが行われた輝度情報に基づき、前記撮像手段による被写体の撮像時の露出を制御する露出制御手段と、前記撮像手段による被写体の正規の撮像の直前における前記露出制御手段の露出制御を伴う撮像動作により撮像された基準画像の輝度情報に基づき、当該基準画像における前記所定領域と前記所定領域以外の領域との間における明るさの差を示す関係情報を取得する関係情報取得手段と、被写体の明るさに対応する適正露出を示す適正露出情報を記憶する記憶手段と、前記撮像手段により前記基準画像が撮像されたときの被写体の明るさを取得する測光手段と、この測光手段により取得された被写体の明るさに対応して前記記憶手段に記憶されている適正露出情報を、前記関係情報取得手段により取得された関係情報により示される明るさの差に応じて補正する補正手段と、前記撮像手段による被写体の正規の撮像に際し、前記露出制御手段に、前記補正手段による補正後の適正露出情報により示される適正露出に向けた露出制御を行わせる制御手段とを備えたものとした。

かかる構成においては、正規の撮像の直前に、撮像手段により撮像された被写体画像の輝度情報に対し、所定領域の画素の輝度情報に重み付けが行われるとともに、重み付けが行われた輝度情報に基づく露出制御により基準画像が取得され、正規の撮像時には、基準画像が撮像されたときの被写体の明るさに対応して決められている適正露出に向けた露出制御が行われる。その際、制御目標となる適正露出は、基準画像の輝度情報に基づき取得された関係情報により示される所定領域とそれ以外の領域との間における明るさの差に応じて補正される。

したがって、撮像される画像における所定領域（例えば中央部）により適した明るさを確保しつつ、撮像された画像が、被写体の所定領域が著しく明るい場合に、見た目よりも全体的に暗い画像となったり、被写体の所定領域が著しく暗い場合に、見た目よりも全体的に明るい画像となったりする事態を回避することができる。

また、請求項２の発明にあっては、前記撮像手段により撮像された基準画像の輝度情報に基づき全画素の輝度分布を示すヒストグラム情報を生成する生成手段を備え、前記関係情報取得手段は、前記生成手段により生成されたヒストグラム情報により示される輝度分布における高輝度側からの画素の累積数が全画素数の半分となる輝度位置における、前記基準画像の明るさが均一である場合の前記輝度位置との差分を前記関係情報として取得するものとした。

かかる構成においては、被写体の所定領域とそれ以外の領域との間における明るさの差を容易かつ正確に判別し、それを正規の撮像時における制御目標となる適正露出に反映させることができる。

また、請求項３の発明にあっては、前記撮像手段により撮像された基準画像の輝度情報に基づき全画素の輝度分布を示すヒストグラム情報を生成する生成手段を備え、前記記憶手段に被写体の明るさに対応して記憶されるとともに前記補正手段により関係情報を用いて補正される適正露出情報は、予め決められている目標輝度位置であり、前記制御手段が前記撮像手段による被写体の正規の撮像に際し前記露出制御手段に行わせる露出制御は、前記基準画像の輝度情報に基づき前記生成手段により生成されたヒストグラム情報により示される輝度分布における高輝度側からの画素の累積数の全画素数に対する割合が所定の割合となる輝度位置を、前記補正手段による補正後の目標輝度位置に移動させるのに必要な量を補正量とする露出の補正制御であるものとした。

また、請求項４の発明にあっては、前記測光手段は、前記基準画像が撮像されたときの被写体の明るさを、前記基準画像の撮像時における前記露出制御手段による露出制御内容に基づき取得するものとした。

また、請求項５の発明にあっては、前記基準画像における所定の重要領域の輝度情報に基づき、当該重要領域に許容される露出上限を示す露出上限情報を取得する露出上限取得手段を備え、前記制御手段は、前記撮像手段による被写体の正規の撮像に際し、前記露出制御手段に、前記露出上限取得手段により取得された露出上限情報により示される露出上限を超えない範囲で、前記補正手段による補正後の適正露出情報により示される適正露出へ向けた露出制御を行わせるものとした。

かかる構成においては、撮像される画像の重要領域における白とびの発生を防止しながら、撮像される画像における所定領域により適した明るさを確保しつつ、撮像された画像が、被写体の所定領域が著しく明るい場合に、見た目よりも全体的に暗い画像となったり、被写体の所定領域が著しく暗い場合に、見た目よりも全体的に明るい画像となったりする事態を回避することができる。

また、請求項６の発明にあっては、被写体を撮像する撮像手段を備えた撮像装置における露出制御方法において、前記撮像手段による正規の撮像の直前に、前記撮像手段により撮像された被写体画像の輝度情報に対し、所定領域の画素の輝度情報に重み付けを行うとともに、重み付けが行われた輝度情報に基づく露出制御を行って基準画像を取得する工程と、前記基準画像の輝度情報に基づき、当該基準画像における前記所定領域と前記所定領域以外の領域との間における明るさの差を示す関係情報を取得する工程と、前記基準画像が撮像されたときの被写体の明るさに対応して決められている適正露出を示す適正露出情報を、前記関係情報により示される明るさの差に応じて補正する工程と、前記撮像手段による被写体の正規の撮像に際し、補正後の前記適正露出情報により示される適正露出に向けた露出制御を行う工程とを含む方法とした。

かかる方法によれば、撮像される画像における所定領域（例えば中央部）により適した明るさを確保しつつ、撮像された画像が、被写体の所定領域が著しく明るい場合に、見た目よりも全体的に暗い画像となったり、被写体の所定領域が著しく暗い場合に、見た目よりも全体的に明るい画像となったりする事態を回避することができる。

また、請求項７の発明にあっては、被写体を撮像する撮像手段を備えた撮像装置が有するコンピュータを、前記撮像手段により撮像された被写体画像の輝度情報に対し、所定領域の画素の輝度情報に重み付けを行う重み付け手段と、この重み付け手段によって所定領域の画素の輝度情報に重み付けが行われた輝度情報に基づき、前記撮像手段による被写体の撮像時の露出を制御する露出制御手段と、前記撮像手段による被写体の正規の撮像の直前における前記露出制御手段の露出制御を伴う撮像動作により撮像された基準画像の輝度情報に基づき、当該基準画像における前記所定領域と前記所定領域以外の領域との間における明るさの差を示す関係情報を取得する関係情報取得手段と、前記撮像手段により前記基準画像が撮像されたときの被写体の明るさを取得する測光手段と、この測光手段により取得された被写体の明るさに対応して決められている適正露出を示す適正露出情報を、前記関係情報取得手段により取得された関係情報により示される明るさの差に応じて補正する補正手段と、前記撮像手段による被写体の正規の撮像に際し、前記露出制御手段に、前記補正手段による補正後の適正露出情報により示される適正露出に向けた露出制御を行わせる制御手段として機能させるためのプログラムとした。

以上のように、本発明の撮像装置及び露出制御方法によれば、撮像される画像の所定領域（例えば中央部）により適した明るさを確保しつつ、撮像された画像が、被写体の所定領域が著しく明るい場合に、見た目よりも全体的に暗い画像となったり、被写体の所定領域が著しく暗い場合に、見た目よりも全体的に明るい画像となったりする事態を回避することができるようにした。よって、撮像される画像の所定領域により適した明るさを確保しつつ、全体の明るさを見た目により近い明るさに制御することが可能となる。

さらに、本発明の撮像装置においては、被写体の所定領域とそれ以外の領域との間における明るさの差を容易かつ正確に判別し、それを正規の撮像時における制御目標となる適正露出に反映させることができるようにした。よって、露出の制御性を向上させることができ、全体の明るさを、より正確に見た目により近い明るさに制御することが可能となる。

以下、本発明の一実施の形態を図にしたがって説明する。図１は、本発明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。

このデジタルカメラはＡＥ（自動露出）機能を備えたものであって、固定レンズ１、絞り２を介して結像された被写体像を撮像する撮像手段であるＣＣＤ３と、絞り２の開口量を変化させる絞り駆動部４、ＣＣＤ３を駆動するためのＴＧ（Timing Generator）５及びＶドライバー（垂直方向ドライバー）６と、アナログ信号処理部７とを有している。アナログ信号処理部７は、ＣＣＤ３から出力された撮像信号を保持するＣＤＳ（Correlated Double Sampling：相関二重サンプリング回路）と、ＣＤＳから撮像信号を供給されるアナログアンプであるゲイン調整アンプ（ＡＧＣ）と、ゲイン調整アンプで増幅され調整されたアナログの撮像信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器（ＡＤ）とから構成される。ＣＣＤ３の出力信号は、ここで黒レベルを合わせてサンプリングされデジタル信号としてＭＰＵ８に送られる。また、ＣＣＤ３は、ＭＰＵ８から送られるシャッターパルスに応じ電荷蓄積時間を変化されることにより電子シャッターとして機能する。また、絞り３は、ＭＰＵ８から絞り駆動部４に送られる制御信号に応じて開口量を制御される。

ＭＰＵ８は、ＣＣＤ３から出力されアナログ信号処理部７を経てデジタル信号に変換された撮像信号に対して色信号処理等の各種の信号処理、及び画像処理を行うとともにビデオ信号を生成し、撮像した被写体像をスルー画像としてＴＦＴ液晶モニター９に表示させる。また、撮影時には、撮像信号を圧縮して所定のフォーマットの画像ファイルを生成し、それをフラッシュメモリ１０に記憶させ、再生時には圧縮した画像ファイルを伸張してＴＦＴ液晶モニター９に表示させる。

さらに、ＭＰＵ８には、電池等の電源を含む電源回路１１、シャッターキー等の各種のスイッチを含む操作キー部１２、ＤＲＡＭ１３、ＭＲＯＭ１４が接続されている。ＤＲＡＭ１３は、ＭＰＵ８の作業用のメモリであるとともに、撮影時には、アナログ信号処理部７を経てデジタル信号に変換された１フレーム分の撮像信号を蓄積する画像メモリとしても機能する。

ＭＲＯＭ１４は、ＭＰＵ８による各部の制御及び各種データ処理に必要な動作プログラムが記録されたプログラムＲＯＭであり、特に撮影モードでの露出制御時にＭＰＵ８に後述する動作を行わせることにより、ＭＰＵ８を本発明における重み付け手段、露出制御手段、関係情報取得手段、測光手段、補正手段、制御手段、生成手段、露出上限取得手段として機能させるためのプログラムが記憶されている。さらに、ＭＲＯＭ１４は本発明の記憶手段であり、図２に示したような被写体の明るさ（ＬＶ）、及びそれと対応する目標輝度ポイントからなる最適輝度分布テーブルＴのデータ等が記憶されている。ここで最適輝度分布テーブルＴを構成する被写体の明るさ（ＬＶ）の値は、ＩＯＳ感度が１００（ＳＶ＝５）に設定されているとき露出値（ＥＶ）と同一（ＬＶ＝ＥＶ）となる値であり、また目標輝度ポイントは８ｂｉｔで表現される輝度値のデータである。

なお、ＭＲＯＭ１４は、プログラム等の記憶データを必要に応じて書き換え可能なメモリであってもよい。また、デジタルカメラにおいては、上記プログラムやデータの一部、又は全部がフラッシュメモリ１０に記録されていたり、カメラ本体に着脱自在な記録媒体やパソコン等の他の機器を介して外部から供給される構成であってもよい。

次に、上記構成からなるデジタルカメラの自動露出制御に関する動作について説明する。図３は、ＴＦＴ液晶モニター９にスルー画像を表示する撮影モードが選択されることに伴い撮影待機状態となった後の動作を示すフローチャートである。

撮影モードにおいてデジタルカメラは、図１２を以て既説した中央重点測光による露出制御を行いながら、ＣＣＤ３により被写体を逐次撮像するとともに、撮像した被写体画像（以下、単に撮像画像という。）をＴＦＴ液晶モニター９にスルー画像として表示している。そして、その間にハーフシャッターが押されると（ステップＳＡ１でＹＥＳ）、まず露光量の調整を行う（ステップＳＡ２）。かかる調整はハーフシャッターが押される直前まで行っていた露出調整と同様であって、その時点で撮像した撮像画像Ｇの全領域１００（図９参照）における重み付け後の各画素の平均輝度が、デジタルカメラの機種毎に予め設定されている装置に固有の基準輝度（ＹＲＥＦ）となるように、絞り値、シャッタースピード、アナログ信号処理部７のＡＧＣアンプのゲインによるＩＳＯ感度を制御することにより行う。また、ここでの調整は、ハーフシャッターが押された時点で露出状態が未だ収束していない場合、例えば電源がオン操作された直後にハーフシャッターが押されたような場合を考慮して行うものである。なお、本実施の形態において、上記基準輝度（ＹＲＥＦ）は撮像画像が１８％の反射率のグレーとなる輝度とし、かつそれが８ｂｉｔ（「０」〜「２５５」）による表現で「１１８」となるように規定している。

そして、撮像画像Ｇにおける重み付け後の各画素の平均輝度が基準輝度となったら（ステップＳＡ３でＹＥＳ）、その状態の撮像画像を基準画像として以下の処理を行う。まず先に上記基準画像について説明する。図８（ａ）〜（ｃ）は、上記基準画像における全画素の輝度を８ｂｉｔで表現したときの輝度分布を示すヒストグラムである。また、各図は、その時々の被写体における中央部と周辺部との明るさの違いによって生じる輝度分布傾向の違い、すなわち同図（ａ）は明るさが均一な場合、同図（ｂ）は中央部が周辺部よりも明るい場合、同図（ｃ）は中央部が周辺部よりも暗い場合を示したものである。

基準画像において、最高輝度から低輝度側へ画素数を積分していき、全画素数に対する積分量の比率が５０％（累積数が全画素数の半分）となる輝度位置（以下、中央輝度位置という。）を求めると、図８（ａ）に示したように被写体の明るさが均一な場合には、上記基準輝度つまり中央重点測光による調整された平均輝度の「１１８」となる。なお、明るさが均一な場合、理論上の輝度分布は広がりのないものとなるが、実際には固定レンズ１等のシェーディング現象（光軸中心に対し周辺光量が低下する現象）によって図示したような分布となる傾向がある。また、図８（ｂ）に示したように被写体の中央部が周辺部よりも明るい場合の中央輝度位置は平均輝度の「１１８」よりも低輝度側となり、図８（ｃ）に示したように被写体の中央部が周辺部よりも暗い場合の中央輝度位置は平均輝度の「１１８」よりも高輝度側となる。

そして、ステップＳＡ４以降では、上述したような種々の輝度分布傾向を有する撮像画像を基準画像として以下の処理を行う。まず、撮像画像における重要領域（本発明の所定の領域）を設定する（ステップＳＡ４）。この重要領域は、全画面領域１００内で主たる被写体が存在すると想定される範囲であって、本実施の形態では、図１０（ａ）〜同図（ｃ）に示した予め決められている第１〜第３の注目領域１００ａ〜１００ｃのうちからカメラの向きに応じたものが自動的に設定される。すなわち、カメラの向きが通常の場合には同図(ａ）の第１の注目領域１００ａが、右側が上となる縦向きの場合には同図（ｂ）の第２の注目領域１００ｂが、左側が上となる縦向きの場合には同図（ｃ）の第３の注目領域１００ｃがそれぞれ重要領域として設定される。なお、本実施の形態においてカメラの向きは画像認識技術による所定の方式によって判定するものとするが、傾斜センサ等を設けてハード的に検出するようにしてもよい。

引き続き、基準画像において前記重要領域を構成する各画素の輝度データに基づき、重要領域における輝度分布を示すヒストグラムデータを生成し、それをＤＲＡＭ１３に格納する（ステップＳＡ５）。次に、かかるヒストグラムに基づき重要領域における露出補正可能量（Ａ）を取得する（ステップＳＡ６）。図４は、その処理手順を示すフローチャートである。かかる処理では、まず前記ヒストグラムにおいて最高輝度から低輝度側へ画素数を積分していき（ステップＳＢ１）、全画素数に対する積分量の比率（Ｐ）を順次算出するとともに（ステップＳＢ２）、算出結果が予め設定されている第１の規定比率となるまで処理を繰り返す（ステップＳＢ３でＮＯ）。ここで、第１の規定比率は、重要領域において白とびが生じても違和感がない（気にならない）と考えられる比率であって、本実施の形態では３％である。

そして、算出した比率が第１の規定比率に達したら（ステップＳＢ３でＹＥＳ）、そのときの輝度を重要領域における処理上の最大輝度値（Ｙ１）とする（ステップＳＢ４）。しかる後、図１１の上半分に示したように、かかる最大輝度（Ｙ１）の位置（最大輝度出現ポイント：図では「１９１」）を、予め設定されている輝度であって、見た目において白とびを感じさせないような許容最大輝度（Ｙ１ｍａｘ）の位置（許容最大輝度ポイント：図では「２４７」）に移動させるようにヒストグラムを変化させるのに必要な露出の補正量を演算し（ステップＳＢ５）、それを露出補正可能量（Ａ）として一時記憶する（ステップＳＢ６）。この露出補正可能量（Ａ）が本発明の露出上限情報である。なお、露出補正可能量（Ａ）の演算に際しては、撮像用のγカーブを考慮した演算を行う。

引き続き、露出補正可能量Ａを取得した後には図３のメインフローに戻り、前記基準画像Ｇの全領域１００の全画素の輝度データに基づき、先に図８（ａ）〜（ｃ）で説明したヒストグラムのデータを生成し、それをＤＲＡＭ１３に格納に格納する（ステップＳＡ７）。

次に、被写体の各部における明るさの分布に応じた最終目標輝度ポイント（Ｙ２ＦＩＸｍａｘ）を取得する。図５は、その処理手順を示すフローチャートである。かかる処理では、まず前記基準画像Ｇを得たときの被写体の明るさを、ステップＳＡ２における露光量の調整に際して設定されていた露出制御パラメータ、すなわちシャッター速度（ＴＶ）、絞り値（ＡＶ）、ＩＳＯ感度（ＳＶ）に基づき下記の式
ＥＶ＝ＴＶ＋ＡＶ
ＬＶ＝ＥＶ＋（５−ＳＶ）
から取得する（ステップＳＣ１）。

さらに、前述した最適輝度分布テーブルＴ（図２参照）を用いて、被写体の明るさ（ＬＶ）に対応する目標輝度ポイント（Ｙ２ｍａｘ）を確認した後（ステップＳＣ２）、先に図８を以て説明した全域のヒストグラムにおける中央輝度位置（ｐｏｉｎｔ）を求める（ステップＳＣ３）。そして、係る中央輝度位置（ｐｏｉｎｔ）の輝度と平均輝度（Ｙ＿ｒｅｆ）との差分である分布傾向値（Ｒｆｌｅｃｔ）を算出する（ステップＳＣ４）。この分布傾向値は、その時々の被写体の中央部と周辺部との間における明るさの差を示す本発明の関係情報であって、このとき、分布傾向値が正の値であれば、図８（ｂ）に示したように被写体の中央部が周辺部よりも明るい場合であり、分布傾向値が負の値であれば、図８（ｃ）に示したように被写体の中央部が周辺部よりも暗い場合である。また、分布傾向値の絶対値は、被写体の中央部と周辺部とにおける明るさの違いの度合となる。

しかる後、そのときの被写体の明るさに対応する目標輝度ポイントを分布傾向値を用いて補正する。すなわち下記式
Ｙ２ＦＩＸｍａｘ＝Ｙ２ｍａｘ＋Ｒｆｌｅｃｔ × Ｋ
を計算するとともに、その結果を最終目標輝度ポイント（Ｙ２ＦＩＸｍａｘ）として一時記憶する（ステップＳＣ５）。なお、上記式における「Ｋ」は機種毎に予め設定されている装置に固有の補正係数である。

以上のように最終目標輝度ポイントを取得した後には再び図３のメインフローに戻り、ステップＳＡ７で生成した全領域１００のヒストグラムに基づき必要露出補正量（Ｂ）を取得する（ステップＳＡ９）。この必要露出補正量（Ｂ）は適正露出を得るために必要となる基本的な露出補正量であるとともに、基準画像の全領域１００における輝度分布を、被写体における中央部と周辺部との明るさの差が反映した適切な輝度分布とするのに必要な露出補正量であって、その取得は、先に図４で説明した露出補正可能量（Ａ）の場合と同様、図６のフローチャートに示した手順によって行う。

まず全領域１００のヒストグラムにおいて、最高輝度から低輝度側へ画素数を積分していき（ステップＳＤ１）、全画素数に対する積分量の比率（Ｐ）を順次算出するとともに（ステップＳＤ２）、算出結果が予め設定されている第２の規定比率となるまで処理を繰り返す（ステップＳＤ３でＮＯ）。ここで、第２の規定比率は、全領域１００において白とびの発生を許容する画素の割合であるとともに、前記重要領域における第１の規定比率（３％）よりも大きな比率であり、本実施の形態では６％である。そして、算出した比率が第２の規定比率に達したら、そのときの輝度を全領域１００における処理上の最大輝度値（Ｙ２）とする（ステップＳＤ４）。しかる後、図１１の下半分に示したように、かかる最大輝度値（Ｙ２）の位置（最大輝度出現ポイント：図では「１３６」）を、前述した最終目標輝度ポイント（Ｙ２ＦＩＸｍａｘ：図では「１６３」）の輝度位置に移動させるようにヒストグラムを変化させるのに必要な露出の補正量を演算し（ステップＳＤ５）、それを必要露出補正量（Ｂ）として一時記憶する（ステップＳＤ６）。なお、必要露出補正量（Ｂ）の演算に際しても、撮像用のγカーブを考慮した演算を行う。

引き続き、上記必要露出補正量（Ｂ）を取得した後には、図３のメインフローに戻り、ステップＳＡ６で取得した露出補正可能量（Ａ）と必要露出補正量（Ｂ）とに基づき、実際の露出補正量を設定する（ステップＳＡ１０）。図７は、その処理手順を示すフローチャートであって、露出補正可能量（Ａ）が必要露出補正量（Ｂ）よりも大きいときには（ステップＳＥ１，ＳＥ３が共にＮＯ）、重要領域（第１の注目領域１００ａ等）に白とびが発生しないと判断し、必要露出補正量（Ｂ）を実際の露出補正量として設定する（ステップＳＥ５）。また、露出補正可能量（Ａ）が必要露出補正量（Ｂ）よりも小さいときには（ステップＳＥ１がＮＯ，ＳＥ３がＹＥＳ）、基準画像の全領域１００の明るさに基づく補正を行うと重要領域に白とびが発生すると判断し、露出補正可能量（Ａ）を実際の露出補正量として設定する（ステップＳＥ４）。また、露出補正可能量（Ａ）がマイナス側の補正量であったとき（ステップＳＥ１でＹＥＳ）、つまり、重要領域に許容最大輝度（Ｙ１ｍａｘ）を超えた輝度の画素が既に３％以上存在しており、重要領域では既に白とびが生じているようなときには、必要露出補正量（Ｂ）と関係なく、露出補正可能量（Ａ）を実際の露出補正量として設定する（ステップＳＥ２）。

しかる後、図３のメインフローに戻り、シャッターが押されたか否かを判断し、シャッターが押されていなければ（ステップＳＡ１１でＮＯ）、ステップＳＡ１へ戻って前述した処理を繰り返す。またシャッターが押されたら（ステップＳＡ１１でＹＥＳ）、ステップＳＡ２で調整した露光量、すなわち撮像画像の全領域１００の画素の平均輝度を基準輝度に合わせたときの露光量に対して、ステップＳＡ１０で設定した露出補正量に応じ、プログラム線図に基づく絞り値、シャッタースピード、ＡＧＣゲインの制御を行い撮影光量を制御する（ステップＳＡ１２）。

以上のように、本実施の形態における露出制御によれば、先に説明した従来のものと同様、重要領域（第１〜第３の注目領域１００ａ〜１００ｃ）に白とびが生じない範囲内で画像全体の明るさに基づく露出制御を行うことができる。しかも、従来のものとは異なり、適正露出を得るために必要となる基本的な露出補正量である必要露出補正量（Ｂ）の取得に際しては、被写体の明るさに対応する目標輝度ポイント（Ｙ２ｍａｘ）を、その時々の被写体の中央部と周辺部との間における明るさの差を示す分布傾向値（Ｒｆｌｅｃｔ）によって補正し、補正後の最終目標輝度ポイント（Ｙ２ＦＩＸｍａｘ）を用いて必要露出補正量（Ｂ）を取得するため、その補正量に、その時々の被写体の中央部と周辺部との間における明るさの差（その度合を含めた明るさの違い）を反映させることができる。

そのため被写体の中央部が周辺部よりも著しく明るい場合に、撮像結果の画面全体の明るさが見た目よりも暗くなったり、被写体の中央部が周辺部よりも著しく暗い場合に、撮像結果の画面全体の明るさが見た目よりも明るくなったりすることがない。したがって、撮像される画像の中央部により適した明るさを確保すると同時に、例えば中心に白い服を着た人物や白い花が存在しており、かつそこに直射日光照らされているような場合には、撮像結果において非常に明るい白を再現することができる。また、背景が雪景色で中心に人物が存在している場合には、撮像結果において画面全体が必要以上に明るくなる事態を回避することができる。つまり見た目により近い良好な露出制御結果を得ることができる。

さらに、その時々の被写体の中央部と周辺部との間における明るさの差を示す関係情報として、前述した基準画像の全域のヒストグラムにおける中央輝度位置（ｐｏｉｎｔ）と平均輝度（Ｙ＿ｒｅｆ）との差分である分布傾向値（Ｒｆｌｅｃｔ）を用いるため、被写体の所定領域とそれ以外の領域との間における明るさの差を容易かつ正確に判別し、それを撮影時における制御目標となる適正露出に反映させることができる。したがって、露出の制御性を向上させることができ、全体の明るさを、より正確に見た目により近い明るさに制御することができる。

なお、本実施の形態においては、中央輝度位置（ｐｏｉｎｔ）と平均輝度（Ｙ＿ｒｅｆ）とが、それぞれ基準画像の全域のヒストグラムにおいて、最高輝度から低輝度側へ画素数を積分していき、全画素数に対する積分量の比率が５０％（累積数が全画素数の半分）となる輝度位置としたが、上記比率は必ずしも５０％でなくともよい。ただし、その場合には、被写体の所定領域とそれ以外の領域との間における明るさの差を正確に判別することが難しくなる。

また、本実施の形態においては、重要領域に白とびが生じない範囲内で画像全体の明るさに基づく露出制御を行う場合について説明したが、これに限らず本発明は、重要領域における白とびの発生を考慮した制御を行うことなく、中央重点測光により計測して得られた画像における全領域の画素の輝度分布を示すヒストグラム情報に基づき適正露出を決定する露出制御を行う場合においても有効である。その場合においても、見た目により近い良好な露出制御結果を得ることができる。さらに、この点については、中央重点測光以外にも、中央以外の特定部分に周辺部よりも重み付けを行う測光方式による露出制御を行う場合についても同様である。また、本実施の形態においては、ハーフシャッターが押される以前にも中央重点測光による露出制御を行うものについて説明したが、ハーフシャッターが押される以前に、中央重点測光以外の他の測光方式による露出制御を行うようにしても構わない。

また、以上の説明においては、本発明をデジタルカメラに採用した場合について説明したが、言うまでもなく、ＣＣＤやＣＭＯＳ型の固体撮像素子を備えた他の撮像装置や、他の情報機器に内蔵されている撮像装置、例えばカメラ付き携帯電話、カメラ付きＰＤＡにも採用することができる。

本発明の一実施の形態を示すデジタルカメラのブロック図である。最適輝度分布テーブルを示す図である。自動露出制御に関する動作を示すフローチャートである。露出補正可能量の取得手順を示すフローチャートである。最終目標輝度ポイントの取得手順を示すフローチャートである。必要露出補正量の取得手順を示すフローチャートである。最終補正量の取得手順を示すフローチャートである。基準画像における各画素の輝度を８ｂｉｔで表現したときの輝度分布の傾向を示すヒストグラムであり、（ａ）は被写体の明るさが均一な場合、（ｂ）は被写体の中央部が周辺部よりも明るい場合、（ｃ）は被写体の中央部が周辺部よりも暗い場合の例である。撮像画像の全領域を示す図である。撮像画像にカメラの向きに応じ重要領域として選択的に設定される第１〜第３の注目領域を示す図である。露出補正可能量と必要露出補正量との関係を示す説明図である。中央重点測光による被写体輝度の計測方法を示す図である。

符号の説明

２絞り
３ＣＣＤ
４駆動部
７アナログ信号処理部
８ＭＰＵ
９ＴＦＴ液晶モニター
１０フラッシュメモリ
１１電源回路
１２操作キー部
１３ＤＲＡＭ
１４ＭＲＯＭ
Ｔ最適輝度分布テーブル

Claims

被写体を撮像する撮像手段を備えた撮像装置において、
前記撮像手段により撮像された被写体画像の輝度情報に対し、所定領域の画素の輝度情報に重み付けを行う重み付け手段と、
この重み付け手段によって所定領域の画素の輝度情報に重み付けが行われた輝度情報に基づき、前記撮像手段による被写体の撮像時の露出を制御する露出制御手段と、
前記撮像手段による被写体の正規の撮像の直前における前記露出制御手段の露出制御を伴う撮像動作により撮像された基準画像の輝度情報に基づき、当該基準画像における前記所定領域と前記所定領域以外の領域との間における明るさの差を示す関係情報を取得する関係情報取得手段と、
被写体の明るさに対応する適正露出を示す適正露出情報を記憶する記憶手段と、
前記撮像手段により前記基準画像が撮像されたときの被写体の明るさを取得する測光手段と、
この測光手段により取得された被写体の明るさに対応して前記記憶手段に記憶されている適正露出情報を、前記関係情報取得手段により取得された関係情報により示される明るさの差に応じて補正する補正手段と、
前記撮像手段による被写体の正規の撮像に際し、前記露出制御手段に、前記補正手段による補正後の適正露出情報により示される適正露出に向けた露出制御を行わせる制御手段と
を備えたことを特徴とする撮像装置。
前記撮像手段により撮像された基準画像の輝度情報に基づき全画素の輝度分布を示すヒトグラム情報を生成する生成手段を備え、
前記関係情報取得手段は、前記生成手段により生成されたヒストグラム情報により示される輝度分布における高輝度側からの画素の累積数が全画素数の半分となる輝度位置における、前記基準画像の明るさが均一である場合の前記輝度位置との差分を前記関係情報として取得することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
前記撮像手段により撮像された基準画像の輝度情報に基づき全画素の輝度分布を示すヒストグラム情報を生成する生成手段を備え、
前記記憶手段に被写体の明るさに対応して記憶されるとともに前記補正手段により関係情報を用いて補正される適正露出情報は、予め決められている目標輝度位置であり、
前記制御手段が前記撮像手段による被写体の正規の撮像に際し前記露出制御手段に行わせる露出制御は、前記基準画像の輝度情報に基づき前記生成手段により生成されたヒストグラム情報により示される輝度分布における高輝度側からの画素の累積数の全画素数に対する割合が所定の割合となる輝度位置を、前記補正手段による補正後の目標輝度位置に移動させるのに必要な量を補正量とする露出の補正制御である
ことを特徴とする請求項１又は２記載の撮像装置。
前記測光手段は、前記基準画像が撮像されたときの被写体の明るさを、前記基準画像の撮像時における前記露出制御手段による露出制御内容に基づき取得することを特徴とする請求項１，２又は３記載の撮像装置。
前記基準画像における所定の重要領域の輝度情報に基づき、当該重要領域に許容される露出上限を示す露出上限情報を取得する露出上限取得手段を備え、
前記制御手段は、前記撮像手段による被写体の正規の撮像に際し、前記露出制御手段に、前記露出上限取得手段により取得された露出上限情報により示される露出上限を超えない範囲で、前記補正手段による補正後の適正露出情報により示される適正露出へ向けた露出制御を行わせる
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の撮像装置。
被写体を撮像する撮像手段を備えた撮像装置における露出制御方法において、
前記撮像手段による正規の撮像の直前に、前記撮像手段により撮像された被写体画像の輝度情報に対し、所定領域の画素の輝度情報に重み付けを行うとともに、重み付けが行われた輝度情報に基づく露出制御を行って基準画像を取得する工程と、
前記基準画像の輝度情報に基づき、当該基準画像における前記所定領域と前記所定領域以外の領域との間における明るさの差を示す関係情報を取得する工程と、
前記基準画像が撮像されたときの被写体の明るさに対応して決められている適正露出を示す適正露出情報を、前記関係情報により示される明るさの差に応じて補正する工程と、
前記撮像手段による被写体の正規の撮像に際し、補正後の前記適正露出情報により示される適正露出に向けた露出制御を行う工程と
を含むことを特徴とする露出制御方法。
被写体を撮像する撮像手段を備えた撮像装置が有するコンピュータを、
前記撮像手段により撮像された被写体画像の輝度情報に対し、所定領域の画素の輝度情報に重み付けを行う重み付け手段と、
この重み付け手段によって所定領域の画素の輝度情報に重み付けが行われた輝度情報に基づき、前記撮像手段による被写体の撮像時の露出を制御する露出制御手段と、
前記撮像手段による被写体の正規の撮像の直前における前記露出制御手段の露出制御を伴う撮像動作により撮像された基準画像の輝度情報に基づき、当該基準画像における前記所定領域と前記所定領域以外の領域との間における明るさの差を示す関係情報を取得する関係情報取得手段と、
前記撮像手段により前記基準画像が撮像されたときの被写体の明るさを取得する測光手段と、
この測光手段により取得された被写体の明るさに対応して決められている適正露出を示す適正露出情報を、前記関係情報取得手段により取得された関係情報により示される明るさの差に応じて補正する補正手段と、
前記撮像手段による被写体の正規の撮像に際し、前記露出制御手段に、前記補正手段による補正後の適正露出情報により示される適正露出に向けた露出制御を行わせる制御手段と
して機能させるためのプログラム。