JP2006197499A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シャッタ／絞り／ゲイン／照明光量を用いて露出制御を行い、各種被写体の状況、使用環境に合わせた適切な露出制御を可能にする。
【解決手段】ステップ１で補助照明の最大光量制限量、最小光量制限量を設定する。ステップ２で現在の露出値が暗い場合には、ステップ３で目標露出値と現在の露出値の差分に、照明光量制御係数αを乗じた補正量だけ被写体の照度を明るくするよう露出制御を行う。ステップ４で必要光量が最大光量よりも小さい場合には、必要光量を露出制御後の照明光量として使用し、最大光量を超える照明光量が必要となった場合には、ステップ５で所望の明るさになるように露出補正を行う。ステップ２で現在の露出値が目標露出値よりも明るく、ステップ６において必要光量が最小光量よりも大きい場合には、ステップ７で必要光量を露出制御後の照明光量として使用し、最小光量を下回る照明光量が必要となった場合には、ステップ８で補助照明をオフにする。
【選択図】図２

Description

本発明は、露出制御手段により被写体の照度に応じた適切な露出制御を行うと共に、被写体の状況に応じて照明手段の照明光量を制御する撮像装置に関するものである。

従来、照度が十分でない被写体を撮影する場合には、内部又は外部照明手段を装備して、この照明をオン又はオフさせることで被写体照度を調整し、照明をオンしたことで明るさが適正露出よりも大きくなる場合は、絞りを絞ることで露出調整を行うカメラシステムが、特許文献１、２に知られている。

特開平９−１１６７９４号公報 特開２００２−３００４６７号公報

ところで上記のようなシステムでは、一般的には上述したように、照明制御は照明をオン／オフ制御する方式であり、照明オン時に被写体照度が明る過ぎる場合には、絞りを絞ることで適正露出となるように制御している。

しかしこの方法では、照明オン時にその照明光量が過大となり、被写体照度が明る過ぎることがある。この場合に、被写体照度を適切なレベルまで下げるために、絞りを絞ることで撮像素子に到達する光量を低下させているが、必要な照度以上の無駄な光量を発光しており、照明装置の消費電力や寿命に対して考慮されていない。

本発明の目的は、上述の問題点を解消し、露出制御と関連して照明光量を調整する機構を備えた撮像装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る撮像装置の技術的特徴は、絞り、シャッタ速度、アンプゲインを制御することにより露出を調整する露出制御手段と、内部又は外部照明手段の照明光量を調整する照明光量制御手段とを備え、前記照明光量を前記絞り、シャッタ速度、アンプゲインの少なくとも１つと相互に連動させて露出制御を行うことにある。

また、本発明に係る撮像装置の技術的特徴は、絞り、シャッタ速度、アンプゲインを制御することにより露出を調整する露出制御手段と、内部又は外部照明手段の照明光量を調整する照明光量制御手段とを備え、通常画質撮影時は前記照明光量を少なく又はオフにし、高画質撮影時には前記照明光量を増加することにある。

更に、本発明に係る撮像装置の技術的特徴は、絞り、シャッタ速度、アンプゲインを制御することにより露出を調整する露出制御手段と、内部又は外部照明手段の照明光量を調整する照明光量制御手段と、被写体の移動速度を検出する速度検出手段とを備え、該速度検出手段からの前記速度情報に基づいて、前記移動速度に応じて前記シャッタ速度及び前記照明光量を切換えることにある。

本発明に係る撮像装置によれば、絞り、シャッタ速度、アンプゲインを相互に連動させて露出制御を行い、最適な照明光量を照射することで、照明装置の消費電力削減と寿命向上を実現することができる。

また、本発明に係る撮像装置によれば、低照度環境下で動きのある被写体を撮影する場合でも、シャッタ速度の不足による被写体のぼけを防止すると同時に、必要以上の照明照度を使用せずに省電力化を行うことができる。

本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。

図１は内部照明手段を備えたカメラシステムにおける実施例１のブロック構成図である。このブロック構成図は大きく分けて、レンズユニット１、カメラ制御部２、照明部３から構成されている。

レンズユニット１は主として、変倍動作を行うためのズームレンズ１１、入射光量を制限する絞り１２、カメラ制御部２の撮像部に焦点を合わせるためのフォーカスレンズ１３、絞りを駆動するＩＧメータ１４、このＩＧメータ１４を制御するＩＧドライバ１５から構成されている。露出制御関連のＩＧメータドライバ１５、レンズ関連のズームレンズ１１とフォーカスレンズ１３は、カメラ制御部２から直接制御されるようになっている。

カメラ制御部２は主として、撮像素子２１、ＡＧＣ回路２２、カメラ信号処理部２３、タイミングジェネレータ２４、ＣＰＵ２５から構成され、ＣＰＵ２５は撮像素子２１、ＡＧＣ回路２２、カメラ信号処理部２３、タイミングジェネレータ２４と接続されている。

照明部３は主として、撮影対象を照明するために組み込まれたＬＥＤ素子などの内部照明手段３１と、照明手段３１を任意の明るさに調整できる照明制御ドライバ３２から構成されている。

撮像素子２１はレンズユニット１によって撮像面に結像された被写体像を、光電変換して撮像信号に変換するＣＣＤ等から成っている。ＡＧＣ回路２２はＣＣＤ出力を増幅するゲインアンプ、カメラ信号処理部２３は撮像素子２１の出力からＡＧＣ回路２２により増幅して得られたＣＣＤ撮像信号を基に、映像処理に必要な輝度信号及び色信号を生成し、これらの信号から露出情報、色情報を算出してＣＰＵ２５に転送する処理や、色補正、ガンマ補正等の映像処理を施す信号処理回路である。タイミングジェネレータ２４は画素読み出しタイミングを生成して、撮像素子２１を駆動することで、所定の画像出力をカメラ信号処理部２３に送出し、露出関連のシャッタ速度を制御している。

ＣＰＵ２５はカメラシステム全体の制御を行うと共に、露出制御関連の処理では、レンズユニット１によって撮像素子２１に結像された被写体像の映像信号をカメラ信号処理部２３で信号処理し、生成された露出情報を基に、絞り１２、ＡＧＣ回路２２、タイミングジェネレータ２４、内部照明手段３１にそれぞれ絞り制御信号Ｐ１、アンプゲイン制御信号Ｐ２、シャッタ速度制御信号Ｐ３、照明光量制御信号Ｐ４を出力して制御している。

図１の例では、照明部３はカメラシステムに内蔵されているが、照明部３を内蔵せずに外部に照明手段として設置し、この照明手段とカメラシステムを有線又は無線により連携して、カメラシステムからその照度を制御する構成とすることも可能である。

カメラシステムには、リモコン信号受信センサ４が備えられており、外部のリモコン５による遠隔操作を行うようにされ、露出制御モードの設定操作などのカメラ操作を行う際に使用する。また、このリモコン５と同様な操作を、図示しない外部拡張端子を介してインタネット等を使用することで、カメラ近傍にその使用者がいなくとも、遠隔操作により制御することも可能である。

図２は動作フローチャート図であり、上述の構成のカメラシステムにおいて、絞り１２、ＡＧＣ回路２２、タイミングジェネレータ２４、内部照明手段３１を相互に連動させて露出制御を行う制御方法と、通常画質撮影時は照明光量を少なく或いはオフにし、高画質撮影時には照明光量を増加する設定にする制御方法と示している。

始めに、補助照明光が必要な被写体照度であるかを判定するために、絞り１２、ＡＧＣ回路２２、タイミングジェネレータ２４の状態を参照し、これらのデータに基づいて露出アルゴリズムを実行する。現在の絞り位置が開放状態であり、更に現在のシャッタ速度Ｓ０が低照度被写体か否かの判断基準である閾値Ｓｌに対して、Ｓ０＜Ｓｌのように低速シャッタ側になっており、かつ現在のＡＧＣ回路２２のアンプゲインＧ０が低照度被写体か否かの判断閾値Ｇｌに対して、Ｇ０＞Ｇｌのように高利得側の状態になっていると、被写体が低照度環境下にあると判断して、補助照明光を使った露出制御ルーチン処理に移行する。

先ずステップ１において、補助照明の光量可変範囲の設定値を参照して、補助照明の最大光量制限Ｌｍａｘ、最小光量制限Ｌｍｉｎを設定する。ここで、参照した光量可変範囲の設定方法、前記のように通常撮影モード又は高画質撮影モードのような段階設定を使用した簡易的な選択肢でもよいし、更に詳細に選択できるように、消灯状態から全点灯状態までを無段階に設定できるような構成にしてもよい。

続いて、ステップ２において現在の露出状態を確認する。使用者の希望した明るさの映像出力になるように、予め決められている目標露出値Ｅｒｅｆに対して、現在の露出値Ｅ０が暗い場合（Ｅ０＜Ｅｒｅｆ）には、ステップ３でその不足している露出値から算出関数を用いて増加すべき照明光量を求める。つまり、目標露出値Ｅｒｅｆと現在の露出値Ｅ０の差分に、照明光量制御係数αを乗じた補正量＝α（Ｅｒｅｆ−Ｅ０）だけ、補助照明の光量を増やすように帰還し、被写体の照度を明るくするように露出制御を行う。

次にステップ４では、ステップ３において不足した被写体照度を補うために、照明光量を増加する判断がされ、求められた必要光量Ｌ０と、ステップ１で予め設定された最大光量Ｌｍａｘを比較する。必要光量Ｌ０が最大光量Ｌｍａｘよりも小さい場合（Ｌ０＜Ｌｍａｘ）には、必要光量Ｌ０を露出制御後の照明光量として使用する。

一方、これとは反対に、ステップ４で最大光量Ｌｍａｘを超える照明光量Ｌ０（Ｌ０＞Ｌｍａｘ）が必要となった場合には、ステップ５において照明光量を最大光量Ｌｍａｘに抑えると共に、ＡＧＣ回路２２、タイミングジェネレータ２４の値を露出が明るくなる方向に規定値だけ高める処理が行われ、これにより補助照明の光量を予め設定された調整範囲内に抑えながら、所望の明るさになるように露出補正が行われる。

またステップ２において、現在の露出値Ｅ０が目標露出値Ｅｒｅｆよりも明るい場合（Ｅ０＞Ｅｒｅｆ）には、ステップ６において現在の照度から補正量を減じた次の必要光量Ｌ０を、ステップ１で予め設定されている最小光量制限Ｌｍｉｎと比較する。必要光量Ｌ０が最小光量Ｌｍｉｎよりも大きい場合（Ｌ０＞Ｌｍｉｎ）には、ステップ７で必要光量Ｌ０を露出制御後の照明光量として使用する。これとは反対に、最小光量Ｌｍｉｎを下回る照明光量Ｌ０が必要となった場合（Ｌ０＜Ｌｍｉｎ）には、ステップ８において低照度環境下ではないと判断し、補助照明をオフにして通常の照度環境での露出制御に処理を移行する。

また、一連の露出安定状態の判定には一定の安定領域を持たせており、被写体の小さな照度変化や補助照明の帰還制御による微小な露出値変動に対しても振動的な応答にならないよう考慮されている。

図３は実施例２のブロック構成図を示し、カメラシステムにおいて図１に対して被写体の移動速度を検出する速度検出手段６が追加されており、速度検出手段６の出力はＣＰＵ２５に接続されている。なお、この移動速度検出手段６はユニットとして装備する実施例の他に、撮像素子から得られた画像を時間軸で解析を行って検出する方法でも実現可能である。

図４は実施例２の動作フローチャート図であり、先ずステップ１１において、速度検出手段６により被写体の移動速度情報を取得する。続いてステップ１２では、取得した移動速度情報に基づいて、ＲＯＭなどの記憶媒体上に予め設定してあるデータを参照し、被写体速度に応じたシャッタ速度に切換える。例えば、高速移動している被写体に合わせて、シャッタ速度を高速シャッタ側に切換えると、撮像素子２１での画像蓄積時間が短くなるために、低照度環境下では露出不足になってしまうことがある。

これを改善するために、露出補正処理を行い、露出不足である場合は、照明光量を前述の目標露出値Ｅｒｅｆと現在の露出値Ｅ０の差分に、照明光量制御係数αを乗じた補正量だけ増やし、また露出過多である場合も、同様に算出した補正量だけ現在の照明光量から減じて補正制御を行う。

即ち、ステップ１３において露出不足であった場合には、ステップ１４で照明光量を加算した後に、ステップ１５で照明光量が制御範囲の最大値に達していて、かつそれでも露出不足であるかを判断する。ここで露出不足であった場合にはステップ１６に移行し、シャッタ速度をステップ１２で設定した値から規定値だけ遅くする方向に再設定し、再度ステップ１５の判断に戻る。このループを繰り返すことで、低照度環境下での動きの速い被写体を最良の露出条件で、撮像ができる設定を決定することができる。

また、ステップ１３で露出過剰の場合には、ステップ１７で照明光量を低下させる。ここで、目標露出レベルＥｒｅｆは一意的に同じにすることなく、図５に示すようにシャッタ速度を高速側に補正した率に応じて、ステップ１７において目標露出レベルも下げる方向に補正することで、良好な映像を撮影することが可能となる。

このような処理を行うことで、低照度環境下で動きのある被写体を撮影する場合に、シャッタ速度不足による被写体のぼけを防止すると同時に、必要以上の照明照度を使用せずに省電力化を行うことができる。また、更に暗い環境下のために、最大照度で照明を行っていても、規定の露出レベルまで明るさが到達しない場合には、シャッタ速度を低速側に補正してゆくことで、或る程度のぼけは避けられないながらも、所望の明るさを確保することができる。

実施例１のブロック構成図である。 実施例１の露出制御のフローチャート図である。 実施例２のブロック構成図である。 実施例２の露出制御のフローチャート図である。 シャッタ速度補正率と目標露出レベル特性の説明図である。

符号の説明

１ レンズユニット
２ カメラ制御部
３ 照明部
６ 速度検出手段
１１ ズームレンズ
１２ 絞り
１３ フォーカスレンズ
２１ 撮像素子
２２ ＡＧＣ回路
２３ カメラ信号処理部
２５ ＣＰＵ
３１ 内部照明手段

Claims (4)

1. 絞り、シャッタ速度、アンプゲインを制御することにより露出を調整する露出制御手段と、内部又は外部照明手段の照明光量を調整する照明光量制御手段とを備え、前記照明光量を前記絞り、シャッタ速度、アンプゲインの少なくとも１つと相互に連動させて露出制御を行うことを特徴とする撮像装置。
2. 絞り、シャッタ速度、アンプゲインを制御することにより露出を調整する露出制御手段と、内部又は外部照明手段の照明光量を調整する照明光量制御手段とを備え、通常画質撮影時は前記照明光量を少なく又はオフにし、高画質撮影時には前記照明光量を増加することを特徴とする撮像装置。
3. 絞り、シャッタ速度、アンプゲインを制御することにより露出を調整する露出制御手段と、内部又は外部照明手段の照明光量を調整する照明光量制御手段と、被写体の移動速度を検出する速度検出手段とを備え、該速度検出手段からの前記速度情報に基づいて、前記移動速度に応じて前記シャッタ速度及び前記照明光量を切換えることを特徴とする撮像装置。
4. 請求項１〜３の何れか１つの請求項の撮像装置を搭載したカメラ。

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