JP2008206111A - Photographing apparatus and photographing method - Google Patents

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Yoko Mitsugi
洋子 三次
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Victor Company of Japan Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photographing apparatus capable of excellent image data for both an object and a background even on an illumination condition of backlighting or excessive frontlighting, etc. <P>SOLUTION: An object is detected from a frame F(i) and a luminance histogram of an object region is created. If there is not 20% or more of luminance distribution in an intermediate luminance range, under exposure control for making proper the luminance distribution in the object region and a background region (S13, S15-S17), frames F(i+1) and F(i+2) are obtained, respectively (S14, S18). Spatial frequency analysis is performed on the object region and the background region (by luminance ranges) in the three frames (S12, S19, S20), results thereof are compared, image data of the frames F(i+1), F(i+2) are weighted more greatly as an exposure region becomes proper (S21-S23), and a frame Fcom combining the post-processing frames F(i+1), F(i+2) is then outputted. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は撮影装置及び撮影方法に係り、逆光や過順光等の高コントラスト状態となる照明条件であっても、注目すべき被写体や背景を見易い画像にして出力させるための画像処理技術に関する。 The present invention relates to a photographing apparatus and a photographing method, and relates to an image processing technique for outputting an image of a subject to be noticed and a background that are easy to see even under illumination conditions that result in a high contrast state such as backlight or excessive forward light.

従来から、監視システムでは人や車等の被写体に注目した撮影を行うことが多いが、被写体に対する撮影環境が常に良好な照明条件になるとは限らない。例えば、屋外での過順光や、建物内から外を撮影する際の逆光等に代表される高コントラスト状態のシーンでは、画像全体の露光を適正にするためにシャッタスピードや絞り・ゲインを調整しても、被写体や背景が白とび状態や黒つぶれ状態で撮影されてしまうことがある。 Conventionally, in surveillance systems, shooting is often performed with attention paid to a subject such as a person or a car. However, the shooting environment for the subject is not always in good lighting conditions. For example, in high-contrast scenes represented by over-adjacent light outdoors and backlighting when shooting outside the building, the shutter speed, aperture, and gain are adjusted to ensure proper exposure of the entire image. Even in this case, the subject or background may be photographed with a whiteout or blackout state.

それらの現象を防止する対策として、撮影画角を矩形等の複数の領域に分割し、各分割領域についてそれぞれ検出した光量に対して重み付けを行って全体の露光を決定する自動露光制御(Automatic Exposure:AE)や、画面全体又は画面の中央付近の予め設定した注目領域に合わせた露光制御を行う逆光補正機能(Back Light Control:BLC)等の調整機能が知られているが、全体の光量バランスによって被写体部分が暗く又は明るくなり過ぎる場合や、任意の位置に出現・移動する被写体に対して適正な測光ができないという問題があり、充分な効果が得られないことがある。また、逆に被写体に対してのみ露光を合わせると、背景が白とびや黒つぶれになって見えなくなることがある。 To prevent these phenomena, automatic exposure control (Automatic Exposure) divides the field of view into a plurality of areas such as rectangles, and determines the overall exposure by weighting the amount of light detected for each divided area. : AE) and an adjustment function such as a backlight correction function (Back Light Control: BLC) for performing exposure control in accordance with a pre-set attention area around the entire screen or near the center of the screen. If the subject portion becomes too dark or too bright, or there is a problem that proper photometry cannot be performed on a subject that appears and moves at an arbitrary position, and a sufficient effect may not be obtained. On the other hand, if the exposure is adjusted only for the subject, the background may be overexposed or darkened and may not be visible.

一方、ダイナミックレンジの広い撮像素子を用いるようにすれれば、高コントラストになる照明条件にも適応でき、SN比も良くなるが、当然に撮像素子が高価なものになる。従って、撮像素子の性能に依存しないで、前記照明条件のような場合であっても高品質な画像が得られるようにするための提案が様々な角度からなされている。 On the other hand, if an image sensor with a wide dynamic range is used, it can be adapted to illumination conditions with high contrast and the SN ratio is improved, but the image sensor is naturally expensive. Accordingly, proposals have been made from various angles for obtaining a high-quality image even in the case of the illumination condition without depending on the performance of the image sensor.

例えば、下記特許文献1においては、短露光と長露光の2つの異なる露光時間で撮影した2つの画像データを複数ブロックに分割し、各ブロックについて求めた輝度系周波数成分パラメータと輝度系輝度レベル成分パラメータと色系成分パラメータを用いてブロック単位での画像合成パラメータを求め、各画像データ相互間で対応している各ブロックの画像合成パラメータと所定閾値(適正露光か異常露光かを判断する閾値)とを比較し、より近い方の画像合成パラメータに対応するブロックを合成用に選択して1枚の画像データとする画像処理装置が開示されている。また、下記特許文献2においては、出力画像の出力周期よりも短周期でフレーム画像を撮像し、その撮像したフレーム画像を周波数解析してコントラストが低い領域を特定し、その特定された領域の画像データを複数フレーム分加算して出力画像を作成する画像処理装置が開示されている。
特開2001−8216号公報 特開2003−259211号公報
For example, in Patent Document 1 below, two image data captured at two different exposure times of short exposure and long exposure are divided into a plurality of blocks, and the luminance system frequency component parameter and the luminance system luminance level component obtained for each block are divided. The image composition parameter for each block is obtained using the parameter and the color system component parameter, and the image composition parameter of each block corresponding to each image data and a predetermined threshold value (threshold value for determining whether proper exposure or abnormal exposure) And a block corresponding to the closer image composition parameter is selected for composition and is used as one image data. Also, in Patent Document 2 below, a frame image is captured in a cycle shorter than the output cycle of the output image, the captured frame image is subjected to frequency analysis to identify a low contrast region, and the image of the identified region An image processing apparatus that creates an output image by adding data for a plurality of frames is disclosed.
JP 2001-8216 A Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-259211

ところで、前記各特許文献の画像処理装置においても、次のような問題点が指摘される。先ず、特許文献1の画像処理装置では、長短2つの固定露光時間で撮像した画像データを用いているが、いずれの露光時間も適正露光からかけ離れている場合があり得る。また、画像合成パラメータと所定閾値とを比較してより適正なブロックを合成対象として選択しているが、当然に露光時間の異なるブロック同士が隣接することも多く、画像合成パラメータの個別要素である各成分パラメータもブロック内の各画素についての平均値として得られるものであることから、ブロックの境界で明暗の継ぎ目が目立つような場合が想定される。更には、被写体自体にも本来的に輝度が高い場合と低い場合とがあるため、前記のように画像合成パラメータと所定閾値と比較した結果が、真にブロックの適切な選択に帰結するとは限らないという問題点もある。 By the way, the following problems are pointed out also in the image processing apparatuses disclosed in the patent documents. First, in the image processing apparatus of Patent Document 1, image data captured with two fixed exposure times, long and short, is used, but any exposure time may be far from proper exposure. In addition, a more appropriate block is selected as a synthesis target by comparing the image synthesis parameter with a predetermined threshold value. Of course, blocks having different exposure times are often adjacent to each other and are individual elements of the image synthesis parameter. Since each component parameter is also obtained as an average value for each pixel in the block, a case where a bright and dark seam is conspicuous at the boundary of the block is assumed. Furthermore, since the subject itself may inherently have high and low brightness, the result of comparing the image synthesis parameter and the predetermined threshold as described above does not always result in proper selection of the block. There is also a problem of not.

特許文献2の画像処理装置では、画像内における注目領域のコントラストの低下は過順光条件での白とび状態や逆光条件による照度不足での黒つぶれ状態で発生し易く、その場合には被写体の本来の色相や輪郭等の情報が欠落していることが多いため、そのようなフレームを複数加算合成しても画像情報を有効に再生できるとは限らない。また、画像内の暗い部分にはノイズが混入していることが多く、複数フレームの加算合成によって、コントラストが良好になることはあっても、SN比についての改善は望むべくもなく、更には、誤った部分が強調されたコントラストの画像が出力されるようなこともあり得るため、画質の改善に結び付くか否かには疑問がある。 In the image processing apparatus of Patent Document 2, a decrease in contrast of a region of interest in an image is likely to occur in an overexposure condition or in a blackout condition due to insufficient illumination due to a backlight condition. Since information such as the original hue and contour is often missing, it is not always possible to effectively reproduce image information even if a plurality of such frames are added and combined. In addition, there are many cases where noise is mixed in a dark portion in an image, and the addition / combination of a plurality of frames may improve the contrast, but an improvement in the S / N ratio is not desired. There is a possibility that a contrast image in which an erroneous part is emphasized may be output, so there is a question as to whether or not it leads to an improvement in image quality.

そこで、本発明は、前記従来技術における各問題点を解消させて、逆光や過順光等のように画像全体が高コントラスト状態になる照明条件であっても、より高品質な画像を得ることが可能な撮影装置及び撮影方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention solves the problems in the prior art, and obtains a higher quality image even under illumination conditions in which the entire image is in a high contrast state such as backlight or excessive forward light. An object of the present invention is to provide a photographing apparatus and a photographing method capable of performing the above.

第1の発明は、自動露光制御機能を有した撮影装置において、撮像された画像の第1番目のフレームデータを記憶する第1のフレーム記憶手段と、前記第1のフレーム記憶手段が記憶した第1番目のフレームデータから目的とする被写体を検出する被写体検出手段と、前記被写体検出手段が被写体を検出した場合に、その被写体領域の輝度ヒストグラムを作成する第1のヒストグラム作成手段と、前記第1のヒストグラム作成手段が作成した被写体領域の輝度ヒストグラムにおける累積画素数の分布が、予め適正露光状態とみなす輝度範囲として設定した中間輝度範囲内に所定割合以上含まれているか否かを判定する判定手段と、前記判定手段の判定結果が否定的であった場合に、前記第1のフレーム記憶手段が記憶した第1番目のフレームデータにおける被写体領域以外の領域(以下、「背景領域」という)の輝度ヒストグラムを作成する第2のヒストグラム作成手段と、前記判定手段の判定結果が否定的であった場合に、前記第1のフレーム記憶手段が記憶した第1番目のフレームデータにおける被写体領域についての空間周波数分析と、背景領域の前記中間輝度範囲と高輝度範囲と低輝度範囲に属する各領域についての空間周波数分析とをそれぞれ実行する第1の空間周波数分析手段と、前記判定手段の判定結果が否定的であった場合に、前記第1のヒストグラム作成手段が作成した被写体領域の輝度ヒストグラムにおける累積画素数の分布がほぼ前記中間輝度範囲内に納まるように露光制御を行う第1の露光制御手段と、前記第1の露光制御手段が設定した露光状態で撮像された第2番目のフレームデータを記憶する第2のフレーム記憶手段と、前記第2のヒストグラム作成手段が作成した背景領域の輝度ヒストグラムにおける累積画素数の分布が高輝度範囲又は低輝度範囲に偏在した状態から前記中間輝度範囲側へ拡がるように露光制御を行う第2の露光制御手段と、前記第2の露光制御手段が設定した露光状態で撮像された第3番目のフレームデータを記憶する第3のフレーム記憶手段と、前記第2のフレーム記憶手段が記憶した第2番目のフレームデータにおける被写体領域についての空間周波数分析と、背景領域の前記中間輝度範囲と高輝度範囲と低輝度範囲に属する各領域についての空間周波数分析とをそれぞれ実行する第2の空間周波数分析手段と、前記第3のフレーム記憶手段が記憶した第3番目のフレームデータにおける被写体領域についての空間周波数分析と、背景領域の前記中間輝度範囲と高輝度範囲と低輝度範囲に属する各領域についての空間周波数分析とをそれぞれ実行する第3の空間周波数分析手段と、前記第1の空間周波数分析手段による分析結果に対する前記第2の空間周波数分析手段と前記第3の空間周波数分析手段による各分析結果をそれぞれ比較し、前記第2及び第3のフレーム記憶手段がそれぞれ記憶している第2番目及び第3番目のフレームデータに対して、それぞれより適正な露光状態にある領域ほどより大きな重み付け処理を施す重み付け手段と、前記重み付け手段により重み付け処理が施された後の前記第2のフレーム記憶手段の第2番目のフレームデータと前記第3のフレーム記憶手段の第3番目のフレームデータとを合成するフレーム合成手段とを具備し、前記被写体検出手段が被写体を検出し、且つ前記判定手段の判定結果が否定的であった場合には、前記フレーム合成手段が合成したフレームを出力させ、それ以外の場合には、フレーム全体の光量に基づいて露光状態を設定する自動露光制御を行ってフレームを出力させることを特徴とする撮影装置に係る。 According to a first aspect of the present invention, in a photographing apparatus having an automatic exposure control function, a first frame storage unit that stores first frame data of a captured image and a first frame storage unit that stores the first frame data. Subject detection means for detecting a target subject from first frame data; first histogram creation means for creating a luminance histogram of the subject area when the subject detection means detects a subject; Determining means for determining whether or not the distribution of the cumulative number of pixels in the luminance histogram of the subject area created by the histogram creating means is included in a predetermined ratio or more in an intermediate luminance range set in advance as a luminance range regarded as a proper exposure state And the first frame stored in the first frame storage means when the determination result of the determination means is negative. A second histogram creating unit that creates a luminance histogram of a region other than the subject region (hereinafter referred to as a “background region”) in the data and the determination result of the determination unit is negative. A spatial frequency analysis for the subject region in the first frame data stored by the frame storage means and a spatial frequency analysis for each region belonging to the intermediate luminance range, high luminance range, and low luminance range of the background region are performed. When the determination result of the first spatial frequency analysis means and the determination means is negative, the distribution of the cumulative number of pixels in the luminance histogram of the subject area created by the first histogram creation means is approximately the intermediate First exposure control means for performing exposure control so as to be within a luminance range, and imaging in an exposure state set by the first exposure control means Distribution of the cumulative number of pixels in the luminance histogram of the background region created by the second frame storage means for storing the second frame data and the second histogram creation means is unevenly distributed in the high luminance range or the low luminance range A second exposure control means for performing exposure control so as to expand to the intermediate luminance range side from the obtained state, and a third frame data for storing the third frame data imaged in the exposure state set by the second exposure control means. 3 frame storage means, spatial frequency analysis of the subject area in the second frame data stored by the second frame storage means, and the intermediate brightness range, high brightness range, and low brightness range of the background area A second spatial frequency analyzing means for executing a spatial frequency analysis for each region, and a third frame stored by the third frame storage means. Third spatial frequency analysis means for performing a spatial frequency analysis for a subject area in frame data and a spatial frequency analysis for each area belonging to the intermediate luminance range, the high luminance range, and the low luminance range of the background region; Each analysis result by the second spatial frequency analysis means and the third spatial frequency analysis means with respect to the analysis result by the first spatial frequency analysis means is respectively compared, and the second and third frame storage means respectively A weighting unit that applies a larger weighting process to the second and third frame data stored in each of the regions in a more appropriate exposure state, and after the weighting process is performed by the weighting unit The second frame data of the second frame storage means and the third frame data of the third frame storage means. Frame synthesizing means for synthesizing the frame data, and when the subject detecting means detects the subject and the judgment result of the judging means is negative, outputs the frame synthesized by the frame synthesizing means. In other cases, the present invention relates to an imaging apparatus that outputs a frame by performing automatic exposure control that sets an exposure state based on the light amount of the entire frame.

この第1の発明では、逆光や過順光等の高コントラスト状態となる照明条件での撮影となって、判定手段により「第1のヒストグラム作成手段が作成した第1番目のフレームデータから得られた被写体領域の輝度ヒストグラムにおける累積画素数の分布が中間輝度範囲内に所定割合以上含まれていない」と判定された場合(被写体領域が適正な露光状態になっていない場合)に、先ず、第1の露光制御手段によって被写体領域の輝度分布を適正化する露光状態を設定して第2番目のフレームデータを得る。また、背景領域についても、第2の露光制御手段によって、背景領域の輝度ヒストグラムを参照することで累積画素数の分布が高輝度範囲又は低輝度範囲に偏在した状態から前記中間輝度範囲側へ拡がるように露光状態を設定して第3番目のフレームデータを得る。従って、第2番目のフレームデータの被写体領域と第3番目のフレームデータの背景領域とを合成すればフレーム全体として白とびや黒つぶれのない良好なコントラストの画像が得られるように思えるが、第2番目と第3番目の各フレームデータはそれぞれ輝度ヒストグラムに基づいた露光制御により得られたものであり、被写体領域と背景領域をそのまま合成しても高品質な画像は得られない。そこで、この発明では、第1番目のフレームデータについて、第1のヒストグラム作成手段によって被写体領域の輝度ヒストグラムを作成するだけでなく、第1の空間周波数分析手段により被写体領域と背景領域(各輝度範囲別)について空間周波数分析を行っておくと共に、第2番目及び第3番目のフレームデータについても第2及び第3の空間周波数分析手段によってそれぞれ空間周波数分析を行う。そして、重み付け手段が、第1の空間周波数分析手段による分析結果と第2及び第3の空間周波数分析手段による分析結果とをそれぞれ領域毎に比較し、第2番目及び第3番目のフレームデータに対して各領域毎により適正な露光状態にあるほどより大きな重み付けを行い、フレーム合成手段がその重み付け処理後の第2番目及び第3番目のフレームデータを合成する。空間周波数分析の結果に基づいた露光の適正度合いに応じて重み付けを行っていることにより、画像中の白とびや黒つぶれになってしまうような領域を良好なコントラストで表示させることができる。 According to the first aspect of the present invention, the image is taken under an illumination condition that results in a high contrast state such as backlight or over-order light, and is determined by the determination unit as “from the first frame data generated by the first histogram generation unit. First, when it is determined that the distribution of the cumulative number of pixels in the luminance histogram of the subject area is not included within the intermediate luminance range by a predetermined ratio or more (when the subject area is not in an appropriate exposure state) The exposure state for optimizing the luminance distribution of the subject area is set by the first exposure control means to obtain the second frame data. For the background area, the second exposure control means refers to the brightness histogram of the background area, so that the distribution of the cumulative number of pixels is spread from the state of being unevenly distributed in the high brightness range or the low brightness range to the intermediate brightness range side. Thus, the exposure state is set to obtain the third frame data. Therefore, it seems that if the subject area of the second frame data and the background area of the third frame data are combined, an image with good contrast without overexposure and underexposure can be obtained for the entire frame. Each of the second and third frame data is obtained by exposure control based on the luminance histogram, and a high-quality image cannot be obtained even if the subject area and the background area are synthesized as they are. Therefore, according to the present invention, not only the luminance histogram of the subject area is created by the first histogram creating means for the first frame data, but also the subject area and the background area (each luminance range) by the first spatial frequency analyzing means. The second and third frame data are also subjected to spatial frequency analysis by the second and third spatial frequency analysis means, respectively. Then, the weighting unit compares the analysis result by the first spatial frequency analysis unit and the analysis result by the second and third spatial frequency analysis units for each region, and the second and third frame data are compared. On the other hand, as the exposure state is more appropriate for each area, a larger weight is given, and the frame synthesizing unit synthesizes the second and third frame data after the weighting process. By performing weighting according to the appropriate degree of exposure based on the result of the spatial frequency analysis, it is possible to display a region in the image that may be overexposed or underexposed with good contrast.

第2の発明は、自動露光制御機能を有した撮影装置において、撮像された画像の第1番目のフレームデータを記憶する第1のフレーム記憶手段と、前記フレーム記憶手段が記憶した第1番目のフレームデータから目的とする被写体を検出する被写体検出手段と、前記被写体検出手段が被写体を検出した場合に、その被写体領域の輝度ヒストグラムを作成する第1のヒストグラム作成手段と、前記第1のヒストグラム作成手段が作成した被写体領域の輝度ヒストグラムにおける累積画素数の分布が、予め適正露光状態とみなす輝度範囲として設定した中間輝度範囲内に所定割合以上含まれているか否かを判定する判定手段と、前記判定手段の判定結果が否定的であった場合に、前記第1のフレーム記憶手段が記憶した第1番目のフレームデータにおける背景領域の輝度ヒストグラムを作成する第2のヒストグラム作成手段と、前記判定手段の判定結果が否定的であった場合に、前記第1のフレーム記憶手段が記憶した第1番目のフレームデータにおける被写体領域についての空間周波数分析と、背景領域の前記中間輝度範囲と高輝度範囲と低輝度範囲に属する各領域についての空間周波数分析とをそれぞれ実行する第1の空間周波数分析手段と、前記判定手段の判定結果が否定的であった場合に、前記第1のヒストグラム作成手段が作成した被写体領域の輝度ヒストグラムにおける累積画素数の分布がほぼ前記中間輝度範囲内に納まるように露光制御を行う第1の露光制御手段と、前記第1の露光制御手段が設定した露光状態で撮像された第2番目のフレームデータを記憶する第2のフレーム記憶手段と、前記第2のフレーム記憶手段が記憶した第2番目のフレームデータにおける被写体領域の輝度ヒストグラムを作成する第3のヒストグラム作成手段と、前記第2のヒストグラム作成手段が作成した背景領域の輝度ヒストグラムにおける累積画素数の分布が高輝度範囲又は低輝度範囲に偏在した状態から前記中間輝度範囲側へ拡がるように露光制御を行う第2の露光制御手段と、前記第2の露光制御手段が設定した露光状態で撮像された第3番目のフレームデータを記憶する第3のフレーム記憶手段と、前記第3のフレーム記憶手段が記憶した第3番目のフレームデータにおける背景領域の輝度ヒストグラムを作成する第4のヒストグラム作成手段と、前記第2のフレーム記憶手段が記憶した第2番目のフレームデータにおける被写体領域についての空間周波数分析と、背景領域の前記中間輝度範囲と高輝度範囲と低輝度範囲に属する各領域についての空間周波数分析とをそれぞれ実行する第2の空間周波数分析手段と、前記第3のフレーム記憶手段が記憶した第3番目のフレームデータにおける被写体領域についての空間周波数分析と、背景領域の前記中間輝度範囲と高輝度範囲と低輝度範囲に属する各領域についての空間周波数分析とをそれぞれ実行する第3の空間周波数分析手段と、前記第1のヒストグラム作成手段が作成した第1番目のフレームデータにおける被写体領域の輝度ヒストトグラムと前記第3のヒストグラム作成手段が作成した第2番目のフレームデータにおける被写体領域の輝度ヒストグラムとを比較して、輝度ヒストグラムの累積画素数の分布が低輝度範囲から前記中間輝度範囲へ所定量以上移行しているか否かを判定する第1の比較・判定手段と、前記第1の比較・判定手段の判定結果が否定的であった場合に、前記第1の空間周波数分析手段による第1番目のフレームデータにおける被写体領域についての分析結果と前記第2の空間周波数分析手段による第2番目のフレームデータにおける被写体領域についての分析結果とを比較して、被写体領域でノイズが所定値以上に増加しているか否かを判定する第2の比較・判定手段と、前記第2の比較・判定手段による判定結果が肯定的であった場合に、前記第1乃至第3のフレーム記憶手段がそれぞれ記憶している前記第1乃至第3のフレームデータにおける各被写体領域に含まれているノイズ量を検出し、その各被写体領域の画像データに対して前記ノイズ量が大きいほどより小さな重み付け処理を施す第1の重み付け手段と、前記第2のヒストグラム作成手段が作成した第1番目のフレームデータにおける背景領域の輝度ヒストトグラムと前記第4のヒストグラム作成手段が作成した第3番目のフレームデータにおける背景領域の輝度ヒストグラムとを比較して、輝度ヒストグラムの累積画素数の分布が低輝度範囲から前記中間輝度範囲へ所定量以上移行しているか否かを判定する第3の比較・判定手段と、前記第3の比較・判定手段の判定結果が否定的であった場合に、前記第1の空間周波数分析手段による第1番目のフレームデータにおける背景領域の前記中間輝度範囲と高輝度範囲と低輝度範囲に属する各領域(以下、「各対象領域」という)ついての分析結果と前記第3の空間周波数分析手段による第3番目のフレームデータにおける背景領域の各対象領域ついての分析結果とをそれぞれ比較し、各対象領域でノイズが所定値以上に増加しているものが有るか否かを判定する第4の比較・判定手段と、前記第4の比較・判定手段によりノイズが所定値以上に増加した対象領域が有ると判定された場合に、前記第1乃至第3のフレーム記憶手段がそれぞれ記憶している前記第1乃至第3のフレームデータの該当対象領域に含まれているノイズ量を検出し、その該当対象領域の画像データに対して前記ノイズ量が大きいほどより小さな重み付け処理を施す第2の重み付け手段と、前記第1乃至第3の空間周波数分析手段による各分析結果の内で、前記第1の重み付け手段と前記第2の重み付け手段による重み付け処理の対象から外れた各領域についての分析結果を比較し、前記第1乃至第3のフレーム記憶手段がそれぞれ記憶している前記第1乃至第3のフレームデータの各領域に対して、より適正な露光状態にある領域ほどより大きな重み付け処理を施す第3の重み付け手段と、前記第3の重み付け手段により重み付け処理が施された後の前記第1乃至第3のフレーム記憶手段がそれぞれ記憶している前記第1乃至第3のフレームデータを合成するフレーム合成手段とを具備し、前記被写体検出手段が被写体を検出し、且つ前記判定手段の判定結果が否定的であった場合には、前記フレーム合成手段が合成したフレームを出力させ、それ以外の場合には、フレーム全体の光量に基づいて露光状態を設定する自動露光制御を行ってフレームを出力させることを特徴とする撮影装置に係る。 According to a second aspect of the present invention, in a photographing apparatus having an automatic exposure control function, a first frame storage unit that stores first frame data of a captured image, and a first frame stored by the frame storage unit Subject detection means for detecting a target subject from frame data; first histogram creation means for creating a luminance histogram of the subject area when the subject detection means detects a subject; and creation of the first histogram Determining means for determining whether the distribution of the cumulative number of pixels in the luminance histogram of the subject region created by the means is included in a predetermined ratio or more in an intermediate luminance range set in advance as a luminance range regarded as a proper exposure state; The first frame data stored in the first frame storage means when the determination result of the determination means is negative A second histogram creating means for creating a luminance histogram of the background region in the first area, and a subject in the first frame data stored in the first frame storage means when the determination result of the determination means is negative First spatial frequency analysis means for performing spatial frequency analysis for a region, and spatial frequency analysis for each region belonging to the intermediate luminance range, high luminance range, and low luminance range of a background region; and When the determination result is negative, the first exposure control is performed so that the distribution of the cumulative number of pixels in the luminance histogram of the subject area created by the first histogram creating means is substantially within the intermediate luminance range. An exposure control means and a second frame for storing the second frame data imaged in the exposure state set by the first exposure control means Frame storage means, third histogram creation means for creating a luminance histogram of the subject area in the second frame data stored by the second frame storage means, and background area created by the second histogram creation means Second exposure control means for performing exposure control so that the distribution of the cumulative number of pixels in the brightness histogram of the brightness histogram spreads toward the intermediate brightness range from a state of being unevenly distributed in the high brightness range or the low brightness range; and the second exposure control means Creates a third frame storage means for storing the third frame data captured in the exposure state set by the camera, and a luminance histogram of the background area in the third frame data stored by the third frame storage means. The fourth histogram generating means and the second frame data stored in the second frame storing means. Second spatial frequency analysis means for executing a spatial frequency analysis for a subject area and a spatial frequency analysis for each area belonging to the intermediate luminance range, the high luminance range, and the low luminance range of the background region, Spatial frequency analysis for the subject area in the third frame data stored by the third frame storage means, and spatial frequency analysis for each area belonging to the intermediate luminance range, high luminance range, and low luminance range of the background region. The luminance histogram of the subject area in the first frame data created by the third spatial frequency analyzing means, the first histogram creating means, and the second frame created by the third histogram creating means, respectively. Cumulative number of pixels in the luminance histogram by comparing with the luminance histogram of the subject area in the data The first comparison / determination means for determining whether or not the distribution has shifted from the low luminance range to the intermediate luminance range by a predetermined amount or more, and the determination result of the first comparison / determination means is negative In addition, the analysis result of the subject area in the first frame data by the first spatial frequency analysis means is compared with the analysis result of the subject area in the second frame data by the second spatial frequency analysis means. Then, when the determination result by the second comparison / determination means for determining whether or not the noise in the subject area has increased to a predetermined value or more and the determination result by the second comparison / determination means are affirmative, The amount of noise included in each subject area in the first to third frame data respectively stored in the first to third frame storage means is detected, and each subject area is detected. A first weighting unit that applies a smaller weighting process to the image data as the noise amount increases, a luminance histogram of a background region in the first frame data created by the second histogram creating unit, and the fourth Is compared with the luminance histogram of the background area in the third frame data created by the histogram creating means, and whether the distribution of the cumulative number of pixels of the luminance histogram has shifted from the low luminance range to the intermediate luminance range by a predetermined amount or more If the determination result of the third comparison / determination means and the third comparison / determination means is negative in the first frame data by the first spatial frequency analysis means Analysis of each region belonging to the intermediate luminance range, high luminance range, and low luminance range of the background region (hereinafter referred to as “each target region”) The result is compared with the analysis result for each target area of the background area in the third frame data by the third spatial frequency analyzing means, and the noise is increased to a predetermined value or more in each target area. The fourth comparison / determination means for determining whether or not there is a target area in which noise has increased to a predetermined value or more by the fourth comparison / determination means; The amount of noise included in the corresponding target area of the first to third frame data respectively stored by each of the frame storage means is detected, and the larger the noise amount with respect to the image data of the corresponding target area, Of the analysis results obtained by the second weighting means for performing smaller weighting processing and the first to third spatial frequency analysis means, the first weighting means and the second weighting means For each region of the first to third frame data stored in the first to third frame storage means, respectively. A third weighting unit that applies a larger weighting process to a region in a more appropriate exposure state and the first to third frame storage units that have been subjected to the weighting process by the third weighting unit respectively store Frame synthesizing means for synthesizing the first to third frame data, and when the subject detecting means detects the subject and the judgment result of the judging means is negative, The frame synthesized by the frame synthesizing unit is output. In other cases, the frame is obtained by performing automatic exposure control for setting the exposure state based on the light amount of the entire frame. According to imaging apparatus which comprises causing output.

撮像した画像の中に元々低輝度であるような物体が存在している場合、第1の発明ではそれを照明条件によって低輝度になっている場合と区別せずに処理するため、適正な露光状態の設定をしようとすると逆に過剰露光になってしまうことになる。即ち、物体の属性として低輝度になっている領域については露光を上げても輝度は高くならず、過剰露光によってノイズだけが増加する現象を呈するために、フレームデータを合成して得られる画像の前記低輝度領域がざらついた状態になって表示画像の画質が悪くなる。この第2の発明は、撮像した画像の中に元々低輝度であるような物体が存在している場合にも、それに対応してノイズの影響を抑制できる撮影装置を提供する。この発明では、被写体領域に関しては第1の比較・判定手段と第2の比較判定手段と第1の重み付け手段とが関与し、また、背景領域に関しては第3の比較・判定手段と第4の比較判定手段と第2の重み付け手段とが関与している。即ち、第1乃至第3のフレームデータにおける被写体領域と各対象領域であって、輝度分布を適正化させても輝度が高くならず、且つ空間周波数分析の結果においてノイズ量が所定値以上増加している領域については、物体の属性として低輝度になっている領域であるとみなし、その領域に含まれている画像データに対してノイズ量が大きいほどより小さな重み付け処理を施すようにしている。更に、この発明では、第1乃至第3のフレームデータにおける前記の重み付け処理の対象となった領域以外については、第3の重み付け手段が空間周波数分析の結果を比較し、より適正な露光状態にある領域ほどより大きな重み付け処理を施す。そして、フレーム合成手段により前記の各重み付け処理を行った後の第1乃至第3のフレームデータを合成するが、前記のように物体の属性として低輝度になっている領域に対する重み付けが小さくなっているため、ノイズの影響を抑制した高品質な画像が得られる。 If an object that originally has low brightness exists in the captured image, the first invention processes it without distinguishing it from the case of low brightness depending on the illumination conditions. If you try to set the state, it will be overexposed. In other words, in an area where the brightness of the object is low, the brightness does not increase even when the exposure is increased, and only the noise increases due to overexposure. The low brightness area becomes rough and the image quality of the display image deteriorates. According to the second aspect of the present invention, there is provided an imaging apparatus capable of suppressing the influence of noise correspondingly even when an object with originally low brightness exists in a captured image. In the present invention, the first comparison / determination unit, the second comparison / determination unit, and the first weighting unit are involved with respect to the subject area, and the third comparison / determination unit and the fourth comparison unit are associated with the background area. Comparison determination means and second weighting means are involved. That is, in the subject area and each target area in the first to third frame data, the luminance does not increase even when the luminance distribution is optimized, and the amount of noise increases by a predetermined value or more in the spatial frequency analysis result. The region is considered to be a region having low brightness as an object attribute, and smaller weighting processing is performed on the image data included in the region as the noise amount increases. Further, according to the present invention, the third weighting means compares the results of the spatial frequency analysis in the first to third frame data other than the areas to be subjected to the weighting process, thereby obtaining a more appropriate exposure state. A larger weighting process is applied to a certain area. Then, the first to third frame data after the respective weighting processes are performed by the frame synthesizing unit is synthesized, but the weighting for the region where the luminance is low as the object attribute as described above is reduced. Therefore, a high-quality image in which the influence of noise is suppressed can be obtained.

前記の第1及び第2の発明は、次のような撮影方法の発明としても捉えることができる。
(1) 自動露光制御機能を有した撮影装置による撮影方法であって、撮像された画像の第1番目のフレームデータを第1のフレーム記憶手段に記憶させる第1のステップと、前記第1のフレーム記憶手段に記憶させた第1番目のフレームデータから目的とする被写体を検出する第2のステップと、前記第2のステップで被写体が検出された場合に、その被写体領域の輝度ヒストグラムを作成する第3のステップと、前記第3のステップで作成された被写体領域の輝度ヒストグラムにおける累積画素数の分布が、予め適正露光状態とみなす輝度範囲として設定した中間輝度範囲内に所定割合以上含まれているか否かを判定する第4のステップと、前記第4のステップでの判定結果が否定的であった場合に、前記第1のフレーム記憶手段が記憶している第1番目のフレームデータにおける背景領域の輝度ヒストグラムを作成する第5のステップと、前記第4のステップでの判定結果が否定的であった場合に、前記第1のフレーム記憶手段が記憶している第1番目のフレームデータにおける被写体領域についての空間周波数分析と、背景領域の前記中間輝度範囲と高輝度範囲と低輝度範囲に属する各領域についての空間周波数分析とをそれぞれ実行する第6のステップと、前記第4のステップでの判定結果が否定的であった場合に、前記第3のステップで作成された被写体領域の輝度ヒストグラムにおける累積画素数の分布がほぼ前記中間輝度範囲内に納まるように露光制御を行う第7のステップと、前記第6のステップで設定した露光状態で撮像された第2番目のフレームデータを第2のフレーム記憶手段に記憶させる第8のステップと、前記第5のステップで作成された背景領域の輝度ヒストグラムにおける累積画素数の分布が高輝度範囲又は低輝度範囲に偏在した状態から前記中間輝度範囲側へ拡がるように露光制御を行う第9のステップと、前記第9のステップで設定した露光状態で撮像された第3番目のフレームデータを第3のフレーム記憶手段に記憶させる第10のステップと、前記第8のステップで前記第2のフレーム記憶手段に記憶させた第2番目のフレームデータにおける被写体領域についての空間周波数分析と、背景領域の前記中間輝度範囲と高輝度範囲と低輝度範囲に属する各領域についての空間周波数分析とをそれぞれ実行する第11のステップと、前記第10のステップで前記第3のフレーム記憶手段に記憶させた第3番目のフレームデータにおける被写体領域についての空間周波数分析と、背景領域の前記中間輝度範囲と高輝度範囲と低輝度範囲に属する各領域についての空間周波数分析とをそれぞれ実行する第12のステップと、前記第6のステップでの分析結果に対して前記第11のステップと前記第12のステップでの各分析結果をそれぞれ比較し、前記第2及び第3のフレーム記憶手段がそれぞれ記憶している第2番目及び第3番目のフレームデータに対して、それぞれより適正な露光状態にある領域ほどより大きな重み付け処理を施す第13のステップと、前記第13のステップで重み付け処理が施された後の前記第2のフレーム記憶手段の第2番目のフレームデータと前記第3のフレーム記憶手段の第3番目のフレームデータとを合成する第14のステップとを有し、前記第2のステップで被写体を検出し、且つ前記第4のステップでの判定結果が否定的であった場合には、前記第14のステップで合成したフレームを出力させ、それ以外の場合には、フレーム全体の光量に基づいて露光状態を設定する自動露光制御を行ってフレームを出力させることを特徴とする撮影方法。
(2) 自動露光制御機能を有した撮影装置による撮影方法であって、撮像された画像の第1番目のフレームデータを第1のフレーム記憶手段に記憶させる第1のステップと、前記第1のフレーム記憶手段に記憶させた第1番目のフレームデータから目的とする被写体を検出する第2のステップと、前記第2のステップで被写体が検出された場合に、その被写体領域の輝度ヒストグラムを作成する第3のステップと、前記第3のステップで作成された被写体領域の輝度ヒストグラムにおける累積画素数の分布が、予め適正露光状態とみなす輝度範囲として設定した中間輝度範囲内に所定割合以上含まれているか否かを判定する第4のステップと、前記第4のステップでの判定結果が否定的であった場合に、前記第1のフレーム記憶手段が記憶している第1番目のフレームデータにおける背景領域の輝度ヒストグラムを作成する第5のステップと、前記第4のステップでの判定結果が否定的であった場合に、前記第1のフレーム記憶手段が記憶している第1番目のフレームデータにおける被写体領域についての空間周波数分析と、背景領域の前記中間輝度範囲と高輝度範囲と低輝度範囲に属する各領域についての空間周波数分析とをそれぞれ実行する第6のステップと、前記第4のステップでの判定結果が否定的であった場合に、前記第3のステップで作成された被写体領域の輝度ヒストグラムにおける累積画素数の分布がほぼ前記中間輝度範囲内に納まるように露光制御を行う第7のステップと、前記第6のステップで設定した露光状態で撮像された第2番目のフレームデータを第2のフレーム記憶手段に記憶させる第8のステップと、前記第2のフレーム記憶手段が記憶している第2番目のフレームデータにおける被写体領域の輝度ヒストグラムを作成する第9のステップと、前記第5のステップで作成された背景領域の輝度ヒストグラムにおける累積画素数の分布が高輝度範囲又は低輝度範囲に偏在した状態から前記中間輝度範囲側へ拡がるように露光制御を行う第10のステップと、前記第10のステップで設定した露光状態で撮像された第3番目のフレームデータを第3のフレーム記憶手段に記憶させる第11のステップと、前記第3のフレーム記憶手段が記憶している第3番目のフレームデータにおける背景領域の輝度ヒストグラムを作成する第12のステップと、前記第2のフレーム記憶手段が記憶している第2番目のフレームデータにおける被写体領域についての空間周波数分析と、背景領域の前記中間輝度範囲と高輝度範囲と低輝度範囲に属する各領域についての空間周波数分析とをそれぞれ実行する第13のステップと、前記第3のフレーム記憶手段が記憶している第3番目のフレームデータにおける被写体領域についての空間周波数分析と、背景領域の前記中間輝度範囲と高輝度範囲と低輝度範囲に属する各領域についての空間周波数分析とをそれぞれ実行する第14のステップと、前記第3のステップで作成された第1番目のフレームデータにおける被写体領域の輝度ヒストトグラムと前記第9のステップで作成された第2番目のフレームデータにおける被写体領域の輝度ヒストグラムとを比較して、輝度ヒストグラムの累積画素数の分布が低輝度範囲から前記中間輝度範囲へ所定量以上移行しているか否かを判定する第15のステップと、前記第15のステップでの判定結果が否定的であった場合に、前記第6のステップでの第1番目のフレームデータにおける被写体領域についての分析結果と前記第13のステップでの第2番目のフレームデータにおける被写体領域についての分析結果とを比較して、被写体領域でノイズが所定値以上に増加しているか否かを判定する第16のステップと、前記第16のステップでの判定結果が肯定的であった場合に、前記第1乃至第3のフレーム記憶手段がそれぞれ記憶している前記第1乃至第3のフレームデータにおける各被写体領域に含まれているノイズ量を検出し、その各被写体領域の画像データに対して前記ノイズ量が大きいほどより小さな重み付け処理を施す第17のステップと、前記第5のステップで作成された第1番目のフレームデータにおける背景領域の輝度ヒストトグラムと前記第12のステップで作成された背景領域の輝度ヒストグラムとを比較して、輝度ヒストグラムの累積画素数の分布が低輝度範囲から前記中間輝度範囲へ所定量以上移行しているか否かを判定する第18のステップと、前記第18のステップでの判定結果が否定的であった場合に、前記第6のステップでの第1番目のフレームデータにおける背景領域の前記中間輝度範囲と高輝度範囲と低輝度範囲に属する各領域(以下、「各対象領域」という)ついての分析結果と前記第14のステップでの第3番目のフレームデータにおける背景領域の各対象領域ついての分析結果とをそれぞれ比較し、各対象領域でノイズが所定値以上に増加しているものが有るか否かを判定する第19のステップと、前記第19のステップでノイズが所定値以上に増加した対象領域が有ると判定された場合に、前記第1乃至第3のフレーム記憶手段がそれぞれ記憶している前記第1乃至第3のフレームデータの該当対象領域に含まれているノイズ量を検出し、その該当対象領域の画像データに対して前記ノイズ量が大きいほどより小さな重み付け処理を施す第20のステップと、前記第6のステップと前記第13のステップと前記第14のステップでの各周波数分析の分析結果の内で、前記第17のステップと前記第20のステップでの重み付け処理の対象から外れた各領域についての分析結果を比較し、前記第1乃至第3のフレーム記憶手段がそれぞれ記憶している前記第1乃至第3のフレームデータの各領域に対して、より適正な露光状態にある領域ほどより大きな重み付け処理を施す第21のステップと、前記第21のステップにおいて重み付け処理が施された後の前記第1乃至第3のフレーム記憶手段がそれぞれ記憶している前記第1乃至第3のフレームデータを合成する第22のステップとを有し、前記第2のステップで被写体を検出し、且つ前記第4のステップでの判定結果が否定的であった場合には、前記第22のステップで合成したフレームを出力させ、それ以外の場合には、フレーム全体の光量に基づいて露光状態を設定する自動露光制御を行ってフレームを出力させることを特徴とする撮影方法。
The first and second inventions can also be understood as inventions for the following photographing methods.
(1) A photographing method using a photographing apparatus having an automatic exposure control function, the first step of storing first frame data of a captured image in a first frame storage means, and the first step A second step of detecting a target subject from the first frame data stored in the frame storage means, and when a subject is detected in the second step, a luminance histogram of the subject region is created The distribution of the cumulative number of pixels in the luminance histogram of the subject area created in the third step and the third step is included in the intermediate luminance range set in advance as the luminance range regarded as the appropriate exposure state at a predetermined ratio or more. A fourth step for determining whether or not the first frame storage means stores the result when the determination result in the fourth step is negative. When the determination result in the fifth step of creating the luminance histogram of the background region in the first frame data and the fourth step is negative, the first frame storage means stores Performing a spatial frequency analysis on the subject area in the first frame data, and a spatial frequency analysis on each of the areas belonging to the intermediate luminance range, high luminance range, and low luminance range of the background region, respectively. If the determination results in the step and the fourth step are negative, the distribution of the cumulative number of pixels in the luminance histogram of the subject area created in the third step is substantially within the intermediate luminance range. In this way, the second frame data captured in the exposure state set in the seventh step for performing exposure control and the sixth step is used as the second frame data. The intermediate luminance range from the state in which the distribution of the cumulative number of pixels in the luminance histogram of the background region created in the eighth step and the fifth step is unevenly distributed in the high luminance range or the low luminance range. A ninth step of performing exposure control so as to expand to the side, and a tenth step of storing the third frame data captured in the exposure state set in the ninth step in the third frame storage means, , The spatial frequency analysis of the subject area in the second frame data stored in the second frame storage means in the eighth step, and the intermediate luminance range, high luminance range, and low luminance range of the background region. In the eleventh step of performing spatial frequency analysis for each region to which each belongs, and in the tenth step, the third frame storage means A spatial frequency analysis for the subject region in the remembered third frame data and a spatial frequency analysis for each region belonging to the intermediate luminance range, the high luminance range, and the low luminance range of the background region are respectively performed. And the analysis results in the sixth step are compared with the analysis results in the eleventh step and the twelfth step, respectively, and the second and third frame storage means respectively store them. The third and third frame data are subjected to weighting processing in the thirteenth step and the thirteenth step in which a larger weighting process is performed in a region in a more appropriate exposure state. The second frame data of the second frame storage means and the third frame data of the third frame storage means after 14th step of combining, and when the subject is detected in the second step and the determination result in the fourth step is negative, the object is combined in the 14th step. An imaging method, wherein a frame is output, and in other cases, the frame is output by performing automatic exposure control for setting an exposure state based on the light amount of the entire frame.
(2) A photographing method using a photographing apparatus having an automatic exposure control function, wherein a first step of storing first frame data of a captured image in a first frame storage means; A second step of detecting a target subject from the first frame data stored in the frame storage means, and when a subject is detected in the second step, a luminance histogram of the subject region is created The distribution of the cumulative number of pixels in the luminance histogram of the subject area created in the third step and the third step is included in the intermediate luminance range set in advance as the luminance range regarded as the appropriate exposure state at a predetermined ratio or more. A fourth step for determining whether or not the first frame storage means stores the result when the determination result in the fourth step is negative. When the determination result in the fifth step of creating the luminance histogram of the background region in the first frame data and the fourth step is negative, the first frame storage means stores Performing a spatial frequency analysis on the subject area in the first frame data, and a spatial frequency analysis on each of the areas belonging to the intermediate luminance range, high luminance range, and low luminance range of the background region, respectively. If the determination results in the step and the fourth step are negative, the distribution of the cumulative number of pixels in the luminance histogram of the subject area created in the third step is substantially within the intermediate luminance range. In this way, the second frame data captured in the exposure state set in the seventh step for performing exposure control and the sixth step is used as the second frame data. An eighth step of storing the image data in the frame storage means, a ninth step of creating a luminance histogram of the subject area in the second frame data stored in the second frame storage means, and the fifth step A tenth step of performing exposure control so that the distribution of the cumulative number of pixels in the luminance histogram of the background region created in the step spreads from the state unevenly distributed in the high luminance range or the low luminance range to the intermediate luminance range side; An eleventh step for storing the third frame data captured in the exposure state set in step 10 in the third frame storage means; and a third step stored in the third frame storage means. A twelfth step of creating a luminance histogram of the background area in the frame data, and a second number stored in the second frame storage means A thirteenth step of executing a spatial frequency analysis for the subject region in the frame data of the first frame and a spatial frequency analysis for each region belonging to the intermediate luminance range, the high luminance range, and the low luminance range of the background region; Spatial frequency analysis for the subject area in the third frame data stored in the third frame storage means, and spatial frequency analysis for each area belonging to the intermediate luminance range, high luminance range, and low luminance range of the background region The luminance histogram of the subject area in the first frame data created in the third step and the subject in the second frame data created in the ninth step Compared to the luminance histogram of the area, the distribution of the cumulative number of pixels in the luminance histogram is low. A fifteenth step of determining whether or not a predetermined amount or more has shifted from the degree range to the intermediate luminance range, and a determination result in the fifteenth step is negative in the sixth step Comparing the analysis result of the subject area in the first frame data with the analysis result of the subject area in the second frame data in the thirteenth step, and the noise in the subject area exceeds a predetermined value The sixteenth step for determining whether or not there is an increase, and when the determination result in the sixteenth step is affirmative, the first to third frame storage means respectively store the The amount of noise included in each subject area in the first to third frame data is detected, and the smaller the amount of noise relative to the image data of each subject area, the smaller the amount. The luminance histogram of the background area in the first frame data created in the fifth step and the luminance histogram of the background area created in the twelfth step In the eighteenth step of determining whether or not the distribution of the cumulative number of pixels in the luminance histogram has shifted from the low luminance range to the intermediate luminance range by a predetermined amount or more, the determination result in the eighteenth step is negative. Each region belonging to the intermediate luminance range, high luminance range and low luminance range of the background region in the first frame data in the sixth step (hereinafter referred to as “each target region”). And the analysis result for each target region of the background region in the third frame data in the fourteenth step, respectively, A nineteenth step of determining whether or not there is a target area where noise has increased to a predetermined value or more; and in the nineteenth step, it is determined that there is a target area where noise has increased to a predetermined value or more In this case, the amount of noise included in the corresponding target area of the first to third frame data respectively stored in the first to third frame storage means is detected, and the image data of the corresponding target area is detected. Among the analysis results of each frequency analysis in the twentieth step of applying a smaller weighting process as the noise amount is larger, the sixth step, the thirteenth step, and the fourteenth step, The first to third frame storage units store the analysis results for the areas that are not subject to the weighting process in the seventeenth step and the twentieth step, respectively. In each of the first to third frame data areas, a 21st step of applying a larger weighting process to an area in a more appropriate exposure state, and a weighting process in the 21st step. And the 22nd step of synthesizing the 1st to 3rd frame data respectively stored in the first to 3rd frame storage means, and the subject is detected in the 2nd step. If the determination result in the fourth step is negative, the frame synthesized in the twenty-second step is output; otherwise, exposure is performed based on the light amount of the entire frame. An image-taking method comprising: performing automatic exposure control for setting a state and outputting a frame.

本発明の撮影装置及び撮影方法は、以上の構成を有していることにより、次のような効果を奏する。逆光状態や可順光状態等の高コントラストになる照明条件であっても、画像フレームにおける被写体領域と背景領域のいずれにも黒つぶれや白とびが発生せずに全体として分解能の高い撮影画像を得ることを可能にする。また、物体自体がその属性として低輝度であるような場合には、露光状態の適正化を行うと逆に過剰露光となってその低輝度領域にノイズが発生してしまうが、出力される撮影画像にその影響が発現しないようにして高い画品質を実現する。従って、本発明は監視システムに好適な撮影装置と撮影方法を提供する。 The photographing apparatus and the photographing method of the present invention have the above-described configuration, thereby providing the following effects. Even under lighting conditions that result in high contrast, such as in backlighting conditions or in the order of light, it is possible to produce a high-resolution shot image with no blackout or overexposure in either the subject area or background area of the image frame. Make it possible to get. Also, if the object itself has low brightness as its attribute, optimizing the exposure state will cause overexposure and noise in the low brightness area, but it will be output. High image quality is achieved by preventing the effect from appearing on the image. Therefore, the present invention provides a photographing apparatus and a photographing method suitable for the monitoring system.

以下、本発明の撮影装置及び撮影方法の実施形態を図面に基づいて説明する。
[実施形態1]
先ず、図1は監視カメラのブロック図であり、11は対物レンズと絞り・焦点調節機構を含んだ結像光学系部、12はCCD(Charge Coupled Devices)又はCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)センサで構成された撮像素子、13は撮像信号の雑音除去[CDS(Correllated Double Sampling)回路]やゲイン調整[AGC(Auto Gain Control)回路]等のアナログ信号処理を行うAFE(Analogue Front End)、14はAFE13で処理されたアナログ信号をデジタル信号へ変換するA/D変換器、15はメモリ、16はメモリ15にセーブさせたフレームデータを解析して焦点・露光制御データを作成すると共に各種データ処理を行うデジタル信号処理部(DSP)、17はDSP16で処理された画像データのデジタル信号をアナログ信号に変換するD/A変換器、18はDSP16が作成した焦点・露光制御データに基づいて結像光学系部11の絞り・焦点調節機構を駆動するレンズ・絞り駆動部、19はDSP16が作成した焦点・露光制御データに基づいて撮像素子12のシャッタスピードやCDS回路のサンプルホールドタイミングを設定するためのパルスを生成するタイミングジェネレータ、20はシステム全体の動作を制御(AFE13のAGC回路は直接制御)するマイクロコンピュータ回路、21はネットワークを介して画像データを集中監視室(図示せず)へ伝送すると共に集中監視室側から受信した制御信号をマイクロコンピュータ回路20へ出力する通信制御部である。
Hereinafter, embodiments of a photographing apparatus and a photographing method of the present invention will be described with reference to the drawings.
[Embodiment 1]
First, FIG. 1 is a block diagram of a surveillance camera, 11 is an imaging optical system unit including an objective lens and a diaphragm / focus adjustment mechanism, and 12 is a CCD (Charge Coupled Devices) or CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) sensor. The configured image sensor, 13 is an AFE (Analogue Front End) that performs analog signal processing such as noise removal [CDS (Correllated Double Sampling) circuit] and gain adjustment [AGC (Auto Gain Control) circuit], etc., 14 An A / D converter that converts the analog signal processed by the AFE 13 into a digital signal, 15 is a memory, 16 is an analysis of frame data saved in the memory 15 to create focus / exposure control data and various data processing A digital signal processing unit (DSP) 17 performs a D / A conversion for converting a digital signal of image data processed by the DSP 16 into an analog signal. , 18 is a lens / aperture drive unit that drives the aperture / focus adjustment mechanism of the imaging optical system unit 11 based on the focus / exposure control data created by the DSP 16, and 19 is based on the focus / exposure control data created by the DSP 16. A timing generator for generating pulses for setting the shutter speed of the image sensor 12 and the sample hold timing of the CDS circuit, 20 a microcomputer circuit for controlling the operation of the entire system (the AGC circuit of the AFE 13 is directly controlled), and 21 It is a communication control unit that transmits image data to a central monitoring room (not shown) via a network and outputs a control signal received from the central monitoring room side to the microcomputer circuit 20.

以上の監視カメラの基本的構成は格別な特徴を有するものではないが、この実施形態では、撮影時の照明条件が逆光や過順光等の高コントラスト状態になっている可能性がある場合に、DSP16がフレーム画像を解析して露光制御と特有の画像処理を行うことにより出力フレームを生成させる点に特徴がある。次に、その動作手順を図2a及び図2bのフローチャートを参照しながら説明する。 Although the basic configuration of the monitoring camera described above does not have a special feature, in this embodiment, the illumination condition at the time of shooting may be in a high contrast state such as backlight or over-order light. The DSP 16 is characterized in that an output frame is generated by analyzing a frame image and performing exposure control and specific image processing. Next, the operation procedure will be described with reference to the flowcharts of FIGS. 2a and 2b.

先ず、監視エリアの撮影画像が結像光学系部11により撮像素子12に結像せしめられ、撮像素子12で光電変換された撮像信号はAFE13で信号処理を経た後、A/D変換器14でデジタル信号へ変換されてDSP16へ入力される。DSP16では、入力画像データのフレームF(i)をメモリ15にセーブさせ、被写体検出アルゴリズムを実行してフレームF(i)に被写体が含まれているか否かを確認する(S1,S2)。この実施形態では、人物を被写体に設定しており、その検出には次のようなアルゴリズムを採用できる。
(1) 人物の顔を検出して人物の位置と領域を求める方法:入力されたフレームから所定サイズ毎の画像データをサンプリングし、予め登録されている人物の顔の特徴データを参照して、人物の顔の画像データがあるか否かを判別することにより人物の位置と領域を求める。
(2) 予め登録してある背景画像と撮像画像の差分を計算し、差分画像を解析することにより人物の位置と領域を求める方法:予め背景画像フレームを取得して登録しておき、撮像画像フレームと背景画像フレームとの差分画像データの輝度情報や色情報を解析してフレーム内における人物の位置と領域を求める。
(3) 動き検出により人物の領域と位置を求める方法:前フレームと現フレームにおける対応する位置の画素について輝度や色の差を求め、その差が大きい領域を動きのない背景と区別することにより人物の位置と領域を求める。
First, a captured image of the monitoring area is imaged on the image sensor 12 by the imaging optical system 11, and the image signal photoelectrically converted by the image sensor 12 undergoes signal processing by the AFE 13, and then is processed by the A / D converter 14. It is converted into a digital signal and input to the DSP 16. The DSP 16 saves the frame F (i) of the input image data in the memory 15 and executes a subject detection algorithm to check whether or not the subject is included in the frame F (i) (S1, S2). In this embodiment, a person is set as a subject, and the following algorithm can be adopted for the detection.
(1) Method for obtaining a person's position and area by detecting a person's face: Sampling image data of a predetermined size from an input frame, referring to pre-registered person's face feature data, The position and area of the person are determined by determining whether there is image data of the person's face.
(2) A method of calculating a difference between a background image registered in advance and a captured image, and analyzing the difference image to obtain the position and area of a person: a background image frame is acquired and registered in advance, and the captured image is acquired. The luminance information and color information of the difference image data between the frame and the background image frame are analyzed to determine the position and area of the person in the frame.
(3) Method of determining the person's area and position by motion detection: By calculating the luminance and color difference of the corresponding pixels in the previous frame and the current frame, and distinguishing the area where the difference is large from the background without motion Find the position and area of a person.

前記被写体検出アルゴリズムの実行により被写体が検出されると、メモリ15のフレームF(i)における被写体領域の輝度ヒストグラムを作成して、メモリ15にセーブする(S3,S4)。そして、その輝度ヒストグラムにおける累積画素数の分布状態(以下、「輝度分布」という)を解析し、被写体に係る全画素の内の20%以上が予め定めた2つの輝度レベル閾値間の範囲である中間輝度範囲内に含まれているか否かを判定する(S5)。この中間輝度範囲は適正露光状態とみなす輝度範囲であり、この実施形態では、例えば、輝度レベルを0〜255の256段階で表した場合に80〜200の範囲とされている。ここで、被写体に係る画素の20%以上が前記中間輝度範囲内にあるような場合には、少なくとも被写体自体については良好なコントラストで高い画素分解能の画像が得られるが、逆に、被写体に係る画素の80%以上が低輝度範囲(0〜79)又は高輝度範囲(201〜255)にある場合には、撮像素子12のダイナミックレンジ内に納まらずに、被写体の画像に白とびや黒つぶれが発生してしまう可能性がある。 When a subject is detected by executing the subject detection algorithm, a luminance histogram of the subject region in frame F (i) of the memory 15 is created and saved in the memory 15 (S3, S4). Then, the distribution state (hereinafter referred to as “brightness distribution”) of the cumulative number of pixels in the luminance histogram is analyzed, and 20% or more of all the pixels related to the subject is a range between two predetermined luminance level thresholds. It is determined whether it is included in the intermediate luminance range (S5). This intermediate luminance range is a luminance range regarded as a proper exposure state. In this embodiment, for example, when the luminance level is expressed in 256 levels from 0 to 255, it is set to a range of 80 to 200. Here, when 20% or more of the pixels related to the subject are within the intermediate luminance range, an image with high contrast and high pixel resolution can be obtained at least for the subject itself. When 80% or more of the pixels are in the low luminance range (0 to 79) or the high luminance range (201 to 255), the image of the subject does not fall within the dynamic range of the image sensor 12, and the subject image is overexposed and underexposed. May occur.

前記ステップS5において、被写体に係る全画素の内の20%以上が中間輝度範囲内に含まれていた場合には、DSP16は、フレームF(i)全体の光量に合わせた露光制御データを作成してレンズ・絞り駆動部18とタイミングジェネレータ19とマイクロコンピュータ回路20へ出力し、結像光学系部11の絞り量と撮像素子12のシャッタスピードとAGCのゲインをそれぞれ前記露光制御データに基づいて調整設定させる(S5→S6)。そして、DSP16はその制御状態で得られる次フレームF(i+1)をD/A変換器17へ出力させるが、そのフレームF(i+1)の画像信号は通信制御部21からネットワークを介して集中監視室側へ伝送される(S7)。また、DSP16は、フレームF(i+1)を出力させると、メモリ15のセーブデータをクリアさせた後、次フレームF(i+2)の処理へ移行する(S8,S9→S1)。 In step S5, if 20% or more of all the pixels related to the subject are included in the intermediate luminance range, the DSP 16 creates exposure control data that matches the light amount of the entire frame F (i). Output to the lens / aperture drive unit 18, timing generator 19, and microcomputer circuit 20, and adjusts the aperture amount of the imaging optical system unit 11, the shutter speed of the image sensor 12, and the gain of AGC based on the exposure control data, respectively. Set (S5 → S6). The DSP 16 outputs the next frame F (i + 1) obtained in the control state to the D / A converter 17, and the image signal of the frame F (i + 1) is transmitted from the communication control unit 21 via the network. Is transmitted to the central monitoring room (S7). Further, when outputting the frame F (i + 1), the DSP 16 clears the save data in the memory 15 and then proceeds to the processing of the next frame F (i + 2) (S8, S9 → S1).

具体的な画像を例にとって説明すると、図3(A)は屋外を背景として出入口付近に居る被写体(人物)と屋内の造花や観葉植物とを屋内側から順光状態で撮影したフレーム画像であるが、画像全体と背景領域(造花や観葉植物を含む)と被写体領域に係る輝度ヒストグラムはそれぞれ図4の(A)と(B)と(C)のようになる。この場合、被写体領域の輝度ヒストグラム[図4(C)]では輝度分布が全て中間輝度範囲にあり、当然に前記ステップS6,S7の手順で処理されることになるが、フレームF(i)全体の光量に合わせた露光制御がなされても、平均的に良好なコントラストと視認性が確保できる。尚、ステップS6の露光制御は標準的なものであり、ステップS2において被写体が検出されなかった場合にもステップS6,S7が実行される(S3→S6,S7)。 A specific image will be described as an example. FIG. 3A is a frame image obtained by photographing a subject (person) in the vicinity of an entrance and an indoor artificial flower or a houseplant in a direct light condition from the indoor side with the outdoors as a background. However, the luminance histograms relating to the entire image, the background region (including artificial flowers and foliage plants), and the subject region are as shown in FIGS. 4A, 4B, and 4C, respectively. In this case, in the luminance histogram of the subject area [FIG. 4C], all the luminance distributions are in the intermediate luminance range, and naturally, the processing is performed in the steps S6 and S7, but the entire frame F (i) is processed. Even when exposure control is performed in accordance with the amount of light, good contrast and visibility can be ensured on average. Note that the exposure control in step S6 is standard, and steps S6 and S7 are executed even if no subject is detected in step S2 (S3 → S6, S7).

一方、図3(B)のような逆光状態での撮像画像では、被写体に係る全画素の内で中間輝度範囲内に含まれているものが20%より小さくなるが、その場合には、DSP16が直ちに背景領域(被写体以外の領域)の輝度ヒストグラムを作成すると共に、予めその背景領域を高輝度範囲と中間輝度範囲と低輝度範囲とに分けておく(S5→S10,S11)。また、DSP16は、ステップS3で検出した被写体領域全体と背景領域の各輝度範囲に属する領域についてそれぞれ空間周波数分析を実行して、その結果をメモリ15にセーブしておく(S12)。そして、DSP16は、前記ステップS4で作成した被写体領域の輝度ヒストグラムに基づいて、その輝度分布を適正化するための露光制御データを作成し、前記と同様に、レンズ・絞り駆動部18とタイミングジェネレータ19によって結像光学系部11の絞り量と撮像素子12のシャッタスピードとAGCのゲインを調整設定させ、その制御状態でA/D変換器14から得られる次フレームF(i+1)をメモリ15にセーブさせる(S13,S14)。尚、ステップS12で実行したフレームF(i)についての空間周波数分析の結果に関しては、後述するが、フレームF(i+1),F(i+2)に係る各空間周波数分析の結果と対比させて、それらフレームF(i+1),F(i+2)の領域に対して重み付け処理を行う際にする際に用いられる。 On the other hand, in the captured image in the backlight state as shown in FIG. 3B, the pixels included in the intermediate luminance range among all the pixels related to the subject are smaller than 20%. In this case, the DSP 16 Immediately create a luminance histogram of the background region (region other than the subject) and divide the background region into a high luminance range, an intermediate luminance range, and a low luminance range in advance (S5 → S10, S11). Further, the DSP 16 performs a spatial frequency analysis for each of the areas belonging to the luminance ranges of the entire subject area and the background area detected in step S3, and saves the result in the memory 15 (S12). Then, the DSP 16 creates exposure control data for optimizing the brightness distribution based on the brightness histogram of the subject area created in step S4, and the lens / diaphragm drive unit 18 and the timing generator as described above. 19, the aperture amount of the imaging optical system unit 11, the shutter speed of the image sensor 12, and the gain of AGC are adjusted and set, and the next frame F (i + 1) obtained from the A / D converter 14 in the controlled state is stored in the memory. 15 is saved (S13, S14). The result of the spatial frequency analysis for the frame F (i) executed in step S12 will be described later, but it is compared with the result of each spatial frequency analysis for the frames F (i + 1) and F (i + 2). Thus, it is used when weighting processing is performed on the regions of the frames F (i + 1) and F (i + 2).

次に、前記ステップS13で被写体領域を適正化する前の輝度分布(即ち、ステップS4で作成した被写体領域の輝度ヒストグラムの輝度分布)が低輝度範囲側と高輝度範囲側のいずれの側に偏在していたかを確認し、低輝度側に偏在していた場合には、ステップS9で分割した背景領域に係る高輝度範囲と中間輝度範囲の輝度分布を適正化する露光状態を設定し、逆に高輝度側に偏在していた場合には、背景領域に係る低輝度範囲と中間輝度範囲の輝度分布を適正化する露光状態を設定する(S15→S16orS17)。そして、それぞれの場合に応じてDSP16が露光制御データを出力させ、レンズ・絞り駆動部18とタイミングジェネレータ19によって結像光学系部11の絞り量と撮像素子12のシャッタスピードが調整設定されAGCのゲインがマイクロコンピュータ回路20によって調整されるが、その制御状態でA/D変換器14から得られる次フレームF(i+2)をメモリ15にセーブさせる(S18)。 Next, the luminance distribution before the subject area is optimized in step S13 (that is, the luminance distribution of the luminance histogram of the subject area created in step S4) is unevenly distributed on either the low luminance range side or the high luminance range side. If it is unevenly distributed on the low brightness side, set the exposure state to optimize the brightness distribution of the high brightness range and intermediate brightness range related to the background area divided in step S9, and conversely If it is unevenly distributed on the high luminance side, an exposure state for optimizing the luminance distribution of the low luminance range and the intermediate luminance range related to the background region is set (S15 → S16orS17). In accordance with each case, the DSP 16 outputs exposure control data, and the lens / diaphragm drive unit 18 and the timing generator 19 adjust and set the aperture amount of the imaging optical system unit 11 and the shutter speed of the image sensor 12 to set the AGC. The gain is adjusted by the microcomputer circuit 20, but the next frame F (i + 2) obtained from the A / D converter 14 in the controlled state is saved in the memory 15 (S18).

ここで、被写体に係る輝度分布が前記判定結果(被写体に係る全画素の内で中間輝度範囲内に含まれているものが20%より小さい)になった場合について具体的に考察する。この場合には、被写体がフレーム画像内の高輝度領域又は低輝度領域に存在している可能性があり、特に前記パーセンテージが小さくなればなるほどその可能性は高くなる。例えば、図3(A)と同一の撮影シーンにおいて逆光状態になった場合を想定すると同図(B)のようなフレーム画像となり、そのフレームの画像全体と背景領域と被写体領域に係る輝度ヒストグラムはそれぞれ図5の(A)と(B)と(C)のようになる。即ち、この例によれば、被写体は屋外の白とびを生じている高輝度領域の中で完全に黒つぶれした状態で撮影されており、造花は屋内の黒つぶれした低輝度領域の中に中間輝度領域の部分として撮像されているが、観葉植物は低輝度領域の中で黒つぶれしている。従って、フレーム画像全体と背景領域に係る各輝度ヒストグラムでは、それぞれ図5の(A)と(B)ように輝度分布が低輝度範囲と高輝度範囲に偏った傾向になっており、被写体領域に係る各輝度ヒストグラムは図5(C)のように輝度分布の大半が低輝度範囲に集中している。 Here, a specific consideration will be given to a case where the luminance distribution related to the subject becomes the determination result (the pixel included in the intermediate luminance range among all the pixels related to the subject is smaller than 20%). In this case, there is a possibility that the subject is present in a high-luminance area or a low-luminance area in the frame image. In particular, the possibility increases as the percentage decreases. For example, assuming a backlit state in the same shooting scene as in FIG. 3A, a frame image as shown in FIG. 3B is obtained, and the luminance histogram relating to the entire image of the frame, the background region, and the subject region is as follows. They are as shown in FIGS. 5A, 5B, and 5C, respectively. In other words, according to this example, the subject was photographed in a state in which the subject was completely blacked out in a high-intensity area where overexposure occurred outdoors, and the artificial flower was intermediate in the low-brightness area that was blacked out indoors. Although the image is taken as a portion of the luminance region, the foliage plant is blacked out in the low luminance region. Therefore, in the luminance histograms related to the entire frame image and the background region, the luminance distribution tends to be biased toward the low luminance range and the high luminance range as shown in FIGS. 5A and 5B, respectively. In each luminance histogram, as shown in FIG. 5C, most of the luminance distribution is concentrated in the low luminance range.

前記ステップS13,S14によると、図5(C)に示した被写体の輝度分布状態(被写体領域の適正化前の輝度分布が低輝度範囲側に偏在している場合に相当)を、露光制御によって図6(A)に示すように中間輝度範囲側へ持ち上げて、図3(C)に示すような画像のフレームF(i+1)を得ており、そのフレームF(i+1)の画像全体に係る輝度ヒストグラムは図6(B)に示すような輝度分布となる。ここで、図3(B)と同図(C)とを比較すると明らかなように、図3(B)で黒つぶれになっていた低輝度領域が露光制御によって図3(C)では中間輝度に補正され、画像のコントラストと画素分解能が高くなって被写体と造花や観葉植物を視認できるようになっている。しかし、被写体の背景になっている高輝度領域(屋外)で白とびが発生している状態はそのままであり、図6(B)の輝度ヒストグラムの輝度分布でみれば、白とびは更に進行していることになる。尚、図示していないが、被写体領域の適正化前の輝度分布が高輝度範囲側に偏在している場合においては、逆の露光制御を行って中間輝度範囲側へ引き下げる。 According to steps S13 and S14, the luminance distribution state of the subject shown in FIG. 5C (corresponding to the case where the luminance distribution before optimization of the subject region is unevenly distributed on the low luminance range side) is obtained by exposure control. As shown in FIG. 6A, the frame is raised to the intermediate luminance range side to obtain an image frame F (i + 1) as shown in FIG. 3C, and the image of the frame F (i + 1) is obtained. The overall luminance histogram has a luminance distribution as shown in FIG. Here, as is clear from a comparison between FIG. 3B and FIG. 3C, the low-luminance area that has been blacked out in FIG. As a result, the contrast of the image and the pixel resolution are increased so that the subject, the artificial flower and the foliage plant can be visually recognized. However, the state in which overexposure occurs in the high brightness area (outdoor) that is the background of the subject remains as it is, and the overexposure proceeds further when viewed from the brightness distribution of the brightness histogram in FIG. Will be. Although not shown, when the luminance distribution before the optimization of the subject area is unevenly distributed on the high luminance range side, reverse exposure control is performed to lower it to the intermediate luminance range side.

また、前記ステップS15〜S18において、被写体領域の適正化前の輝度分布が低輝度範囲側に偏在していたために、背景領域の高輝度領域と中間輝度領域の輝度分布を適正化する露光制御を行った場合を例にとると、図3(D)に示すような画像のフレームF(i+2)が得られ、そのフレームF(i+2)の画像全体に係る輝度ヒストグラムは図6(C)に示すような輝度分布となる。具体的には、図3(B)の撮像画像に対応する図5(A)の輝度ヒストグラムにおける高輝度範囲と中間輝度範囲にある輝度分布を引き下げており、図3(B)において被写体の背景になっている高輝度領域は中間輝度に変化しており、高輝度領域で生じていた白とびが図3(D)では消失している。但し、屋内側の中間輝度領域である造花部分と低輝度領域の黒つぶれはそのままであり、図6(C)の輝度ヒストグラムの輝度分布でみれば、むしろ黒つぶれは更に進行していることになる。 In steps S15 to S18, since the luminance distribution before optimization of the subject area is unevenly distributed to the low luminance range side, exposure control is performed to optimize the luminance distribution of the high luminance area and the intermediate luminance area of the background area. Taking the case of this as an example, an image frame F (i + 2) as shown in FIG. 3D is obtained, and a luminance histogram relating to the entire image of the frame F (i + 2) is shown in FIG. The luminance distribution is as shown in C). Specifically, the luminance distribution in the high luminance range and the intermediate luminance range in the luminance histogram in FIG. 5A corresponding to the captured image in FIG. 3B is lowered, and the background of the subject in FIG. The high luminance area which is changed to intermediate luminance, and the overexposure occurring in the high luminance area disappears in FIG. However, the blackening in the artificial flower portion and the low-brightness area, which are the intermediate luminance areas on the indoor side, remains as it is, and the blackening is more advanced as seen from the luminance distribution of the luminance histogram in FIG. Become.

フレームF(i+2)のセーブが完了すると(S18)、メモリ15にはフレームF(i+1)とF(i+2)が書き込まれているが、DSP16は各フレームF(i+1),F(i+2)の画像を対象として被写体領域全体と背景領域における各輝度範囲に属する領域についてそれぞれ空間周波数分析を実行する(S19,S20)。尚、ここでのフレームF(i+1)とF(i+2)を対象とする各領域の設定に際しては、フレームF(i)を対象としてステップS3とステップS11で得られた領域情報をそのまま利用して行うが、高々2フレーム分程度の時間差では照明条件や各領域の位置には殆ど変化がないものとみなせるため、実質的に支障は生じない。 When the saving of the frame F (i + 2) is completed (S18), the frames F (i + 1) and F (i + 2) are written in the memory 15, but the DSP 16 stores each frame F (i + 1). ), F (i + 2), the spatial frequency analysis is executed for each of the regions belonging to each luminance range in the entire subject region and the background region (S19, S20). Here, when setting the areas for the frames F (i + 1) and F (i + 2), the area information obtained in steps S3 and S11 for the frame F (i) is used. Although it is used as it is, since it can be considered that there is almost no change in the illumination conditions and the position of each region with a time difference of about two frames at most, there is substantially no problem.

ところで、上記のステップS12とこのステップS19,S20における空間周波数分析はいずれも空間周波数のスペクトル強度を求めるものである。先ず、上記のステップS12ではフレームF(i)の各領域を対象として空間周波数分析を実行しているが、その結果はほぼ次のようになる。黒つぶれしている被写体領域、背景領域の内の黒つぶれした低輝度領域、及び白とびした高輝度領域の各画像からは殆ど空間的な周期性を抽出できない。従って、例えば、被写体領域についてのフーリエ変換像は図7(A)のように成分が中央に近い位置に集中した状態となり、その結果として得られる各空間周波数に対応するスペクトル強度は図8(A)のように全体的に弱い傾向となる。それに対して、背景領域の内で中間輝度になっており、且つコントラストの高い領域では、絵柄が比較的強く現れるためにフーリエ変換像は図7(B)のように成分が拡散し、スペクトル強度は図8(B)のように強くなる。尚、背景領域の内でも高輝度領域側になると、前記のように白とびしているために、図7(C)のようにフーリエ変換像での成分の拡散が非常に少なくなり、スペクトル強度は図8(C)のように弱くなる。 By the way, both the above-described step S12 and the spatial frequency analysis in steps S19 and S20 determine the spectral intensity of the spatial frequency. First, in step S12, the spatial frequency analysis is executed for each region of the frame F (i). The result is as follows. Spatial periodicity can hardly be extracted from each image of the darkened subject area, the darkened low-luminance area of the background area, and the overexposed high-luminance area. Therefore, for example, the Fourier transform image for the subject region is in a state where the components are concentrated near the center as shown in FIG. 7A, and the spectrum intensity corresponding to each spatial frequency obtained as a result is shown in FIG. ) As a whole. On the other hand, in the background area where the brightness is intermediate and the contrast is high, the pattern appears relatively strong, so the Fourier transform image has components diffused as shown in FIG. Becomes stronger as shown in FIG. In the background area, when the area is on the high brightness area side, since it is overexposed as described above, the diffusion of components in the Fourier transform image is very small as shown in FIG. Becomes weak as shown in FIG.

一方、ステップS13での露光状態の設定により被写体領域の輝度分布は適正化されているため、フレームF(i+1)における被写体領域のフーリエ変換像は図7(D)に示すように拡散が大きくなり、ステップS19での空間周波数分析によるスペクトル強度は図8(D)のように図8(A)と比較して遥かに強くなっているはずである。また、ステップS15〜S17での露光状態の設定により背景領域の輝度分布も高輝度範囲又は低輝度範囲に偏在した状態から前記中間輝度範囲側へ拡がるように適正化されているため、フレームF(i+2)における背景領域に関してもそのフーリエ変換像の拡散は大きくなっており、ステップS20での空間周波数分析によるスペクトル強度は前記と同様に強くなっているはずである。そこで、DSP16は、それらの結果に基づいて各フレームF(i+1),F(i+2)の画素データに対する重み付け処理を施す(S21,S22,S23)。具体的には、フレームF(i)についての周波数分析との比較において、より適正な露光状態にある領域(即ち、スペクトル強度の差がより大きくなっている領域)の画素データほどより大きな重み付けを行う傾向で重み付け処理を実行する。尚、その重み付け処理に際しては、必ずしも全周波数範囲を対象とする必要はなく、経験的に有効と考えられる周波数範囲[図8のf(0)〜f(1)で与えられる範囲]だけに制限してもよい。 On the other hand, since the luminance distribution of the subject area is optimized by setting the exposure state in step S13, the Fourier transform image of the subject area in the frame F (i + 1) is diffused as shown in FIG. The spectrum intensity by the spatial frequency analysis in step S19 should be much stronger as compared with FIG. 8A as shown in FIG. 8D. Further, since the brightness distribution of the background area is optimized so as to expand from the state unevenly distributed in the high brightness range or the low brightness range by the setting of the exposure state in steps S15 to S17, the frame F ( Also for the background region in i + 2), the diffusion of the Fourier transform image is large, and the spectral intensity by the spatial frequency analysis in step S20 should be strong as described above. Therefore, the DSP 16 performs weighting processing on the pixel data of each frame F (i + 1), F (i + 2) based on those results (S21, S22, S23). Specifically, in comparison with the frequency analysis for the frame F (i), the pixel data of the region in a more appropriate exposure state (that is, the region where the difference in spectral intensity is larger) is weighted more. The weighting process is executed according to the tendency to be performed. The weighting process does not necessarily need to cover the entire frequency range, but is limited to a frequency range [range given by f (0) to f (1) in FIG. 8] that is considered to be effective empirically. May be.

前記の例でみれば、図3(C)のフレーム画像[フレームF(i+1)]については、被写体領域の画像データと背景領域の屋内側画像データに対して大きな重み付けがなされ、被写体の背景になっている高輝度領域は白とびにより画像としての情報量が少ないために小さい重み付けがなされる傾向になる。一方、図3(D)のフレーム画像[フレームF(i+2)]については、中間輝度領域である屋内側の造花部分と屋外側の被写体の背景部分に大きな重み付けがなされ、他の黒つぶれが生じている低輝度領域は画像としての情報量が殆ど得られないために小さい重み付けがなされる傾向になる。 In the above example, with respect to the frame image [frame F (i + 1)] in FIG. 3C, a large weight is applied to the image data of the subject area and the indoor side image data of the background area. The high-intensity area that is the background tends to be weighted small because the amount of information as an image is small due to overexposure. On the other hand, with respect to the frame image [frame F (i + 2)] in FIG. 3D, a large weight is given to the indoor artificial flower portion and the background portion of the outdoor subject, which are the intermediate luminance regions, and other blackouts are made. In a low luminance region where the image is generated, the amount of information as an image is hardly obtained, and thus a small weight tends to be given.

このようにして各フレームF(i+1),F(i+2)に対して重み付け処理を行うと、DSP16はそれらフレームF(i+1),F(i+2)の画像データを合成したフレームFcomを作成してD/A変換器17へ出力させ、前記ステップS7の場合と同様に、通信制御部21からネットワークを介して集中監視室側へ伝送させると共に、メモリ15のセーブデータをクリアする(S24〜S26)。このフレームの合成を、前記の例でみれば、実際の画像に関しては図3の(C)と(D)の撮像画像に前記重み付け処理を施したものを合成して同図の(E)に示す合成画像を得ていることになり、また、輝度ヒストグラムに関しては、図6の(B)と(C)の輝度分布が前記重み付けによって変化することになり、合成後の輝度ヒストグラムは同図(D)のようになる。その図6(D)における累積画素数の分布状態によると、低輝度範囲と高輝度範囲には殆ど輝度分布が無く、大半が中間輝度範囲に納まっていることから、図3(E)の合成フレーム画像[フレームFcom]では、被写体と造花や観葉植物が黒つぶれや白とびになることなく、良好なコントラストと分解能で表示される状態になっている。 When weighting processing is performed on the frames F (i + 1) and F (i + 2) in this way, the DSP 16 combines the image data of the frames F (i + 1) and F (i + 2). The generated frame Fcom is generated and output to the D / A converter 17 and transmitted to the centralized monitoring room side from the communication control unit 21 via the network in the same manner as in step S7, and the save data in the memory 15 is also transmitted. Clear (S24 ~ S26). When this frame synthesis is seen in the above example, for the actual image, the image obtained by applying the weighting process to the captured images of (C) and (D) of FIG. 3 is synthesized and shown in (E) of FIG. In addition, regarding the luminance histogram, the luminance distributions of (B) and (C) in FIG. 6 are changed by the weighting, and the luminance histogram after synthesis is shown in FIG. D). According to the distribution state of the cumulative number of pixels in FIG. 6D, there is almost no luminance distribution in the low luminance range and the high luminance range, and most of them are within the intermediate luminance range. In the frame image [frame Fcom], the subject, the artificial flower, and the foliage plant are displayed with good contrast and resolution without being blacked out or overexposed.

そして、以上に説明した手順を繰り返し実行すると(S1〜S9→S1、又はS1〜S5→S10〜S27→S1)、フレーム画像から被写体を検出しない状態及び被写体が適正露光にある状態が連続している場合には、画面全体の光量に合わせて露光制御がなされたフレームが2フレームにつき1フレームずつ出力され、前記の場合に該当せず、逆光や過順光によって黒つぶれや白とびが生じている可能性のある状態が連続している場合については、被写体領域と背景領域のいずれにも黒つぶれや白とびが生じていないフレームが3フレームに1フレームずつ出力されることになる。 When the above-described procedure is repeatedly executed (S1 to S9 → S1, or S1 to S5 → S10 to S27 → S1), the state in which the subject is not detected from the frame image and the state in which the subject is in the proper exposure are continuously performed. If this is the case, one frame is output for every two frames for which exposure control is performed in accordance with the amount of light of the entire screen. This is not the case, and blackout or overexposure occurs due to backlight or excessive forward light. In the case where there is a continuous possibility that there is a possibility that the subject area and the background area are not blacked out or overexposed, one frame is output every three frames.

尚、この実施形態では、フレームF(i)を被写体検出と輝度分布解析用に用い、被写体領域の輝度分布を適正化したフレームF(i+1)と背景領域の輝度分布を適正化したフレームF(i+2)を得て、それらのフレームを合成するようにしているが、フレームF(i)の適正露光領域をフレーム合成時の画像データとして使用してもよく、特にフレームF(i)を用いた背景領域の輝度分布解析により適正な露光状態であることが確認できた場合には、フレームF(i+1)だけを得てフレームF(i)と合成するような方法も採用できる。また、図2aと図2bのフローチャートでは単一の被写体であることを前提にしているが、複数の被写体を検出した場合には、それぞれの被写体について輝度ヒストグラムを作成して輝度分布から露光状態を判定し、各被写体の輝度分布がほぼ同一であったときには、たとえ領域的には離隔していても単一の被写体として扱い、各被写体の輝度分布が異なっていたときには、それぞれについて露光を適正化したフレームを取得するようにして、それぞれのフレーム毎にステップS22,S23での重み付け処理を施すようにすればよい。更には、この実施形態では輝度情報に関する分析結果から画像データに対する重み付け処理を施しているが、色情報に関する分析結果も併用して重み付け処理を行うようにしてもよい。 In this embodiment, the frame F (i) is used for subject detection and luminance distribution analysis, the frame F (i + 1) in which the luminance distribution in the subject region is optimized, and the frame in which the luminance distribution in the background region is optimized. F (i + 2) is obtained and these frames are synthesized. However, an appropriate exposure area of the frame F (i) may be used as image data at the time of frame synthesis, and in particular, the frame F (i ) Is used to obtain a frame F (i + 1) and synthesize it with the frame F (i) when it is confirmed that the exposure state is appropriate by analyzing the luminance distribution of the background area using it can. 2a and 2b assume that the subject is a single subject. However, when a plurality of subjects are detected, a brightness histogram is created for each subject, and the exposure state is determined from the brightness distribution. If the brightness distribution of each subject is almost the same, treat it as a single subject even if they are separated from each other. If the brightness distribution of each subject is different, optimize the exposure for each subject. The obtained frame is acquired, and the weighting process in steps S22 and S23 may be performed for each frame. Furthermore, in this embodiment, the weighting process is performed on the image data based on the analysis result on the luminance information. However, the weighting process may be performed using the analysis result on the color information together.

[実施形態2]
撮影画像内の一部領域で輝度が十分に得られない場合としては、上記のように逆光等の照明条件によって黒つぶれ状態になった場合だけでなく、当然に、被写体等の輝度が元々低い場合(例えば、人物が黒い服装をしているような場合)にも生じる。実施形態1での監視カメラにおける露光制御と画像処理では、撮影時の照明条件が逆光や過順光等の高コントラスト状態になった場合に黒つぶれや白とびが生じていないフレームを生成させることを目的としているが、本来的に輝度が低い対象物を区別している訳ではないため、撮像したフレーム内にそのような対象物が存在すると、過剰露光になって逆に画質を低下させる原因となる。この実施形態の監視カメラでは、そのような場合に自動的に画像データに対する補正処理を行って画質の低下を防止する。
[Embodiment 2]
The case where the brightness is not sufficiently obtained in a part of the photographed image is not limited to the case where the blackout state is caused by the illumination condition such as the backlight as described above, and naturally, the brightness of the subject or the like is originally low. This also occurs in some cases (for example, when a person is dressed in black). In the exposure control and image processing in the surveillance camera according to the first embodiment, when the illumination condition at the time of shooting is in a high contrast state such as backlight or over-order light, a frame in which blackout or overexposure does not occur is generated. However, it does not distinguish the object with low brightness inherently, so if such an object exists in the captured frame, it may cause overexposure and conversely reduce the image quality. Become. In such a case, the surveillance camera of this embodiment automatically performs correction processing on the image data to prevent deterioration in image quality.

先ず、この実施形態での監視カメラの構成は図1に示したものと同様であり、撮影時の逆光や過順光等の照明条件において、DSP16がフレーム画像を解析して露光制御と特有の画像処理を行うことにより出力フレームを生成させることも実施形態1の場合と同様である。ただ、実施形態1において図2bに示した露光制御と画像処理の手順(被写体の輝度分布において中間輝度範囲の画素が20%に満たない場合の手順)が図9a及び図9bに示す手順で実行される点で異なっている。 First, the configuration of the surveillance camera in this embodiment is the same as that shown in FIG. 1, and the DSP 16 analyzes the frame image under illumination conditions such as backlight and over-order light at the time of shooting, and is unique to exposure control. The generation of output frames by performing image processing is the same as in the first embodiment. However, the procedure of exposure control and image processing shown in FIG. 2b in the first embodiment (the procedure when the pixels in the intermediate luminance range are less than 20% in the luminance distribution of the subject) is executed according to the procedure shown in FIGS. 9a and 9b. Is different in that it is.

以下、図9a及び図9bに基づいてこの実施形態における特徴的処理内容を説明する。図9aにおけるステップS10からステップS20までの手順は基本的には図2bで説明した処理を行う手順であり、各ステップの番号も一致させてあるが、ステップS14aとステップS18aの手順が挿入されている点で異なる。即ち、被写体領域の輝度分布を適正化させる露光状態でフレームF(i+1)をメモリ16にセーブさせた後に(S13,S14)、フレームF(i+1)の被写体領域の輝度ヒストグラムを作成してセーブする手順(S14a)が設けられており、また、背景領域の輝度分布を適正化させる露光状態でフレームF(i+2)をメモリ16にセーブさせた後に(S15〜S18)、フレームF(i+2)の背景領域の輝度ヒストグラムを作成してセーブする手順(S18a)が設けられている。そして、ここで作成した各輝度ヒストグラムは後述の手順(S30,S33)において利用される。 The characteristic processing contents in this embodiment will be described below with reference to FIGS. 9a and 9b. The procedure from step S10 to step S20 in FIG. 9a is basically a procedure for performing the processing described in FIG. 2b, and the numbers of the respective steps are also matched, but the procedures of steps S14a and S18a are inserted. Is different. That is, after the frame F (i + 1) is saved in the memory 16 in an exposure state that optimizes the luminance distribution of the subject area (S13, S14), a luminance histogram of the subject area of the frame F (i + 1) is created. And saving procedure (S14a), and after saving the frame F (i + 2) in the memory 16 in an exposure state that optimizes the luminance distribution of the background area (S15 to S18), A procedure (S18a) for creating and saving a luminance histogram of the background area of F (i + 2) is provided. Each luminance histogram created here is used in the later-described procedure (S30, S33).

図9aのステップS30からステップS40まではこの実施形態に特有の手順である。また、それ以前のステップS1からステップS20までの手順(但し、ステップS1からステップS9までは図2aと同様)によって、メモリ16には、フレームF(i)の[画像データ]と[被写体領域の輝度ヒストグラム]と[背景領域の輝度ヒストグラム]と[被写体領域全体と背景領域の各輝度範囲に属する領域についての空間周波数分析結果]、フレームF(i+1)の[画像データ(被写体領域の輝度分布が適正化)]と[被写体領域の輝度ヒストグラム]と[被写体領域全体と背景領域の各輝度範囲に属する領域についての空間周波数分析結果]、及びフレームF(i+2)の[画像データ(背景領域の輝度分布が適正化)]と[背景領域の輝度ヒストグラム]と[被写体領域全体と背景領域の各輝度範囲に属する領域についての空間周波数分析結果]がセーブされている。 Steps S30 to S40 in FIG. 9a are procedures specific to this embodiment. Further, according to the procedure from the previous step S1 to step S20 (however, from step S1 to step S9 is the same as in FIG. 2a), the memory 16 stores the [image data] and the [subject area of the subject area] in the frame F (i). [Brightness Histogram], [Background Area Luminance Histogram], [Spatial Frequency Analysis Result for the Area Subjected to All Luminance Ranges of Whole Subject Area and Background Area], [Image Data (Brightness of Subject Area) of Frame F (i + 1) Distribution is optimized)], [Brightness histogram of the subject area], [Spatial frequency analysis result for the whole subject area and the area belonging to each brightness range], and [Image data ( The luminance distribution of the background area is optimized), the luminance histogram of the background area, and the spatial frequency analysis result for the entire subject area and the areas belonging to the luminance ranges of the background area. Have been

この実施形態では、ステップS19,S20でフレームF(i+1),F(i+2)についての前記の空間周波数分析の結果がメモリ16にセーブされると、予め作成してセーブしておいたフレームF(i),F(i+1)の各被写体領域の輝度ヒストグラムを比較する(S30)。そして、その比較において被写体領域の輝度分布が低輝度範囲から中間輝度範囲へ所定量以上移行したか否かを判定し、もし前記輝度分布の移行が確認できなかった場合には、図9b(A)に示す処理(1)を実行する(S31→S32)。この処理(1)においては、フレームF(i),F(i+1)の各被写体領域についての空間周波数分析の結果を比較して被写体領域でノイズ量が所定値以上に増加しているか否かを判定し(S51,S52)、そのような増加がある場合には、フレームF(i),F(i+1),F(i+2)の各被写体領域に含まれているノイズ量を検出し、各被写体領域の画像データに対して、ノイズの検出量が大きいほど、より小さな重み付けを行う傾向で重み付け処理を実行する(S52→S53,S54)。一方、前記の増加がなかった場合には、ここでの重み付け処理は行われない(S52→S33)。 In this embodiment, when the results of the spatial frequency analysis for the frames F (i + 1) and F (i + 2) are saved in the memory 16 in steps S19 and S20, they are created and saved in advance. The luminance histograms of the subject areas of the frames F (i) and F (i + 1) that have been compared are compared (S30). Then, in the comparison, it is determined whether or not the luminance distribution of the subject region has shifted from the low luminance range to the intermediate luminance range by a predetermined amount or more. If the luminance distribution cannot be confirmed, FIG. ) Is executed (S31 → S32). In this process (1), the result of the spatial frequency analysis for each subject area of the frames F (i) and F (i + 1) is compared, and whether or not the noise amount has increased to a predetermined value or more in the subject area. (S51, S52) and if there is such an increase, the amount of noise included in each subject area of the frames F (i), F (i + 1), F (i + 2) And the weighting process is executed with a tendency to apply a smaller weight to the image data of each subject area as the detected amount of noise increases (S52 → S53, S54). On the other hand, if there is no increase, the weighting process here is not performed (S52 → S33).

このステップS30からステップS32の処理を空間周波数分析の結果との関係で説明すると次のようになる。先ず、人物が黒い服装をしている場合のように被写体自体が本来的に低輝度であった場合には、その被写体領域のフーリエ変換像は図7(E)に示されるように拡散が比較的小さくなっており、スペクトル強度も図8(E)のように全体的に弱くなる。これは、照明条件によるものではなく、被写体自体の属性によるためであり、ステップS13で輝度分布を適正化する露光状態を設定しても殆ど変化させることができない。一方、ステップS13での露光状態の設定はステップS4で作成した輝度ヒストグラムに基づいて行われるために過剰露光条件が設定されてしまうこととなり、図10に示すように被写体領域のスペクトル強度の中にノイズ成分が多く混入するようになる。そこで、ノイズ成分が所定値以上ある場合には被写体自体が本来的に低輝度であるとみなし、前記重み付け処理を施すことにより、後の手順(S38)で得られるフレームF(i),F(i+1),F(i+2)の合成フレームの画像にノイズが影響することを防止している。 The processing from step S30 to step S32 will be described in relation to the result of the spatial frequency analysis as follows. First, when the subject itself is inherently low-luminance, such as when a person is dressed in black, the Fourier transform image of the subject region is compared for diffusion as shown in FIG. The spectral intensity also becomes weak as a whole as shown in FIG. This is due to the attribute of the subject itself, not according to the illumination conditions, and can hardly be changed even if the exposure state for optimizing the luminance distribution is set in step S13. On the other hand, since the setting of the exposure state in step S13 is performed based on the luminance histogram created in step S4, an overexposure condition is set. As shown in FIG. A lot of noise components are mixed. Therefore, if the noise component is greater than or equal to a predetermined value, the subject itself is considered to be inherently low-luminance, and by applying the weighting process, frames F (i), F ( This prevents noise from affecting the composite frame image of (i + 1) and F (i + 2).

前記のノイズに着目した重み付け処理は、背景領域の各輝度範囲に属する領域についても同様に実行される。即ち、この場合には、予め作成してセーブしておいたフレームF(i),F(i+2)の各背景領域の輝度ヒストグラムにおける低輝度領域を比較し(S33)、その輝度分布が低輝度範囲から中間輝度範囲へ所定量以上移行したか否かを判定し(S34)、前記輝度分布の移行が確認できなかった場合には、図9b(B)に示す処理(2)を実行する(S34→S35)。この処理(2)においては、フレームF(i),F(i+2)の各背景領域の各輝度範囲に属する領域(以下、「対象領域」という)についての空間周波数分析の結果を比較し、各対象領域の内でノイズ量が所定値以上に増加しているものがあるか否かを判定し(S61,S62)、そのような増加がある場合には、フレームF(i),F(i+1),F(i+2)において該当した対象領域に含まれているノイズ量を検出し、その該当した各対象領域の画像データに対して、ノイズの検出量が大きいほど、より小さな重み付けを行う傾向で重み付け処理を実行する(S62→S63,S64)。従って、処理(1)の場合と同様に、ノイズが後の手順(S38)で得られる合成フレームの画像に影響することを防止できる。尚、前記の増加がなかった場合に重み付け処理が行われないことは、前記の処理(1)の場合と同様である(S52→S36)。 The weighting process focusing on the noise is similarly executed for regions belonging to the luminance ranges of the background region. That is, in this case, the low luminance regions in the luminance histograms of the background regions of the frames F (i) and F (i + 2) created and saved in advance are compared (S33), and the luminance distribution is It is determined whether or not a predetermined amount or more has shifted from the low luminance range to the intermediate luminance range (S34), and if the shift of the luminance distribution cannot be confirmed, the process (2) shown in FIG. 9b (B) is executed. (S34 → S35). In this process (2), the results of spatial frequency analysis for the areas belonging to the luminance ranges of the background areas of the frames F (i) and F (i + 2) (hereinafter referred to as “target areas”) are compared. Then, it is determined whether or not there is an increase in the noise amount over a predetermined value in each target area (S61, S62), and if there is such an increase, the frames F (i), F The amount of noise included in the corresponding target area in (i + 1) and F (i + 2) is detected, and the larger the detected amount of noise for the image data in each corresponding target area, the more Weighting processing is executed with a tendency to perform small weighting (S62 → S63, S64). Therefore, as in the case of the process (1), it is possible to prevent noise from affecting the composite frame image obtained in the subsequent procedure (S38). Note that the weighting process is not performed when there is no increase as in the case of the process (1) (S52 → S36).

次に、フレームF(i),F(i+1),F(i+2)の被写体領域全体と背景領域の各輝度範囲に属する領域の内、ステップS30からステップS35までの手順で処理されなかった領域についての空間周波数分析の結果を比較し(S36)、その各未処理領域について、より適正な露光状態にある領域ほど、より大きな重み付けを行う傾向で重み付け処理を実行する(S37)。即ち、ステップS30からステップS35までの手順で特殊処理を行った領域以外については、この段階で実施形態1の場合と同様の重み付け処理を行うようにしている。 Next, processing is performed in the procedure from step S30 to step S35 in the areas belonging to the luminance ranges of the entire subject area and background area of the frames F (i), F (i + 1), and F (i + 2). The results of the spatial frequency analysis for the areas that did not exist are compared (S36), and for each unprocessed area, the weighting process is executed with a tendency to give a larger weight to the area in a more appropriate exposure state (S37). In other words, the same weighting process as in the first embodiment is performed at this stage, except for the area where the special process is performed in the procedure from step S30 to step S35.

以降、それぞれの重み付け処理を経た各フレームF(i),F(i+1),F(i+2)の画像データを合成し、その合成後のフレームFcomをD/A変換器17へ出力させ、通信制御部21からネットワークを介して集中監視室側へ伝送させると共に、メモリ15のセーブデータをクリアする(S38〜S40)。そして、図2aのステップS1〜S9、及び図9aのステップS10〜S20とステップS30〜S40の手順は条件に応じて部分的又は全体的に繰り返し実行される(S41→S1〜S9,S10〜S20,S30〜S41)。 Thereafter, the image data of each frame F (i), F (i + 1), F (i + 2) that has undergone the respective weighting processes is synthesized, and the synthesized frame Fcom is output to the D / A converter 17. The data is transmitted from the communication control unit 21 to the central monitoring room via the network, and the save data in the memory 15 is cleared (S38 to S40). Then, steps S1 to S9 in FIG. 2a and steps S10 to S20 and steps S30 to S40 in FIG. 9a are partially or entirely repeated depending on conditions (S41 → S1 to S9, S10 to S20). , S30-S41).

その結果、実施形態1の場合と同様のフレーム出力条件で、逆光や過順光の照明状態であっても黒つぶれや白とびが生じていないフレームを出力させることができると共に、この実施形態によれば、物体がその属性として本来的に低輝度であるような場合に、その物体の画像領域を黒つぶれと区別して処理することにより、露光制御に伴うノイズの影響を排除して、その物体自体の輝度をそのまま良好に表示させる画像フレームが得られることになる。尚、被写体が人物である場合において服は黒いが顔は白いというように、単一の被写体の中に低輝度領域と中間輝度領域と高輝度領域とが混在することがあるが、そのような場合には、被写体領域の中で各領域の有する輝度に応じて領域を分割しておき、それぞれについて重み付けを行ってフレームの合成を行うようにすればよい。 As a result, under the same frame output conditions as in the case of the first embodiment, it is possible to output a frame in which blackout and overexposure do not occur even in a backlight or over-order illumination state. According to this, when an object is inherently low in brightness as an attribute, the image area of the object is processed separately from the blackout, thereby eliminating the influence of noise associated with exposure control, and the object. An image frame that displays the brightness of itself as it is can be obtained. When the subject is a person, the low brightness area, the intermediate brightness area, and the high brightness area may be mixed in a single subject, such as black clothes but white face. In this case, it is only necessary to divide the area in accordance with the luminance of each area in the subject area and perform frame synthesis by weighting each area.

本発明は、露光制御機能を備えた監視カメラ等の撮影装置に適用できる。 The present invention can be applied to a photographing apparatus such as a monitoring camera having an exposure control function.

本発明の実施形態に係る監視カメラのブロック図である。It is a block diagram of the surveillance camera which concerns on embodiment of this invention. 実施形態1に係る監視カメラの露光制御・出力フレーム生成動作を示すフローチャートである。6 is a flowchart showing an exposure control / output frame generation operation of the surveillance camera according to the first embodiment. 実施形態1に係る監視カメラの露光制御・出力フレーム生成動作を示すフローチャートである。6 is a flowchart showing an exposure control / output frame generation operation of the surveillance camera according to the first embodiment. 監視カメラによる撮像画像と出力画像の例を示す図であり、(A)は順光状態での撮像画像、(B)は逆光状態での撮像画像、(C)は被写体(人物)領域の輝度分布を適正化した露光状態での撮像画像、(D)は背景領域の輝度分布を適正化した露光状態での撮像画像、(E)は(C)と(D)の撮像画像に重み付け処理を施して合成した出力画像である。It is a figure which shows the example of the captured image and output image by a surveillance camera, (A) is the captured image in a follow light state, (B) is the captured image in a back light state, (C) is the brightness | luminance of a to-be-photographed object (person) area | region. The captured image in the exposure state with the optimized distribution, (D) is the captured image in the exposure state in which the luminance distribution of the background region is optimized, and (E) is the weighting process for the captured images in (C) and (D). This is an output image synthesized by applying. 監視カメラが順光状態で撮影した場合における輝度ヒストグラムであり、(A)は撮像画像(フレーム)全体の輝度ヒストグラム、(B)は背景領域の輝度ヒストグラム、(C)は被写体の輝度ヒストグラムである。This is a luminance histogram when the surveillance camera is photographed in a normal light state, (A) is a luminance histogram of the entire captured image (frame), (B) is a luminance histogram of the background region, and (C) is a luminance histogram of the subject. . 監視カメラが逆光状態で撮影した場合における輝度ヒストグラムであり、(A)は撮像画像(フレーム)全体の輝度ヒストグラム、(B)は背景領域の輝度ヒストグラム、(C)は被写体の輝度ヒストグラムである。FIG. 6 is a luminance histogram when the surveillance camera is photographed in a backlight state, where (A) is a luminance histogram of the entire captured image (frame), (B) is a luminance histogram of the background region, and (C) is a luminance histogram of the subject. (A)は被写体領域の露光を適正化した状態での被写体領域の輝度ヒストグラム、(B)は被写体領域の輝度分布を適正化した露光状態での撮像画像の輝度ヒストグラム、(C)は背景領域の輝度分布を適正化した露光状態での撮像画像の輝度ヒストグラム、(D)は合成画像の輝度ヒストグラムである。(A) is a luminance histogram of a subject area in a state where exposure of the subject area is optimized, (B) is a luminance histogram of a captured image in an exposure state where the luminance distribution of the subject area is optimized, and (C) is a background area. (D) is a luminance histogram of a composite image in an exposure state in which the luminance distribution is optimized. 監視カメラが撮影した画像データに対する空間周波数分析結果のフーリエ変換像であり、(A)は逆光状態における被写体領域に係るフーリエ変換像、(B)は逆光状態における背景領域の内で中間輝度範囲に属し、且つコントラストの高い領域のフーリエ変換像、(C)は逆光状態における背景領域の内で高輝度範囲に属した領域のフーリエ変換像、(D)は適正露光状態における被写体領域のフーリエ変換像、(E)は適正露光状態における被写体領域のフーリエ変換像(被写体自体が本来的に低輝度の物体であった場合)である。It is a Fourier transform image of the spatial frequency analysis result with respect to the image data which the surveillance camera image | photographed, (A) is a Fourier transform image which concerns on the to-be-photographed object area | region in a backlight condition, (B) is an intermediate brightness | luminance range within the background area | region in a backlight condition. And (C) is a Fourier transform image of a region belonging to the high luminance range in the background region in the backlight state, and (D) is a Fourier transform image of the subject region in the appropriate exposure state. , (E) are Fourier transform images of the subject area in the proper exposure state (when the subject itself is originally a low-luminance object). 監視カメラが撮影した画像データに対する空間周波数分析結果のスペクトル強度であり、(A)は逆光状態における被写体領域に係るスペクトル強度、(B)は逆光状態における背景領域の内で中間輝度範囲に属し、且つコントラストの高い領域のスペクトル強度、(C)は逆光状態における背景領域の内で高輝度範囲に属した領域のスペクトル強度、(D)は適正露光状態における被写体領域のスペクトル強度、(E)は適正露光状態における被写体領域のスペクトル強度(被写体自体が本来的に低輝度の物体であった場合)である。The spectral intensity of the spatial frequency analysis result for the image data captured by the surveillance camera, (A) is the spectral intensity related to the subject area in the backlight state, (B) belongs to the intermediate luminance range in the background area in the backlight state, And (C) is the spectral intensity of the region belonging to the high luminance range in the background region in the backlight state, (D) is the spectral intensity of the subject region in the proper exposure state, and (E) is This is the spectral intensity of the subject area in the proper exposure state (when the subject itself is originally a low-luminance object). 実施形態2に係る監視カメラの露光制御・出力フレーム生成動作を示すフローチャートである。10 is a flowchart illustrating an exposure control / output frame generation operation of the monitoring camera according to the second embodiment. 図9aのステップS32とステップS35の各処理での手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure in each process of step S32 of FIG. 9a, and step S35. 被写体自体が本来的に低輝度であり、露光制御で過剰露光となって被写体領域のスペクトル強度にノイズが混入した状態を示すグラフである。6 is a graph showing a state in which the subject itself is inherently low-luminance and noise is mixed into the spectral intensity of the subject region due to overexposure by exposure control.

符号の説明Explanation of symbols

11…結像光学系部、12…撮像素子、13…AFE(Analogue Front End)、14…A/D変換器、15…メモリ、16…DSP(デジタル信号処理部)、17…D/A変換器、18…レンズ・絞り駆動部、19…タイミングジェネレータ、20…マイクロコンピュータ回路、21…通信制御部。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Imaging optical system part, 12 ... Image pick-up element, 13 ... AFE (Analogue Front End), 14 ... A / D converter, 15 ... Memory, 16 ... DSP (digital signal processing part), 17 ... D / A conversion , 18... Lens / aperture drive unit, 19... Timing generator, 20... Microcomputer circuit, 21.

Claims (4)

自動露光制御機能を有した撮影装置において、
撮像された画像の第1番目のフレームデータを記憶する第1のフレーム記憶手段と、
前記第1のフレーム記憶手段が記憶した第1番目のフレームデータから目的とする被写体を検出する被写体検出手段と、
前記被写体検出手段が被写体を検出した場合に、その被写体領域の輝度ヒストグラムを作成する第1のヒストグラム作成手段と、
前記第1のヒストグラム作成手段が作成した被写体領域の輝度ヒストグラムにおける累積画素数の分布が、予め適正露光状態とみなす輝度範囲として設定した中間輝度範囲内に所定割合以上含まれているか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段の判定結果が否定的であった場合に、前記第1のフレーム記憶手段が記憶した第1番目のフレームデータにおける被写体領域以外の領域(以下、「背景領域」という)の輝度ヒストグラムを作成する第2のヒストグラム作成手段と、
前記判定手段の判定結果が否定的であった場合に、前記第1のフレーム記憶手段が記憶した第1番目のフレームデータにおける被写体領域についての空間周波数分析と、背景領域の前記中間輝度範囲と高輝度範囲と低輝度範囲に属する各領域についての空間周波数分析とをそれぞれ実行する第1の空間周波数分析手段と、
前記判定手段の判定結果が否定的であった場合に、前記第1のヒストグラム作成手段が作成した被写体領域の輝度ヒストグラムにおける累積画素数の分布がほぼ前記中間輝度範囲内に納まるように露光制御を行う第1の露光制御手段と、
前記第1の露光制御手段が設定した露光状態で撮像された第2番目のフレームデータを記憶する第2のフレーム記憶手段と、
前記第2のヒストグラム作成手段が作成した背景領域の輝度ヒストグラムにおける累積画素数の分布が高輝度範囲又は低輝度範囲に偏在した状態から前記中間輝度範囲側へ拡がるように露光制御を行う第2の露光制御手段と、
前記第2の露光制御手段が設定した露光状態で撮像された第3番目のフレームデータを記憶する第3のフレーム記憶手段と、
前記第2のフレーム記憶手段が記憶した第2番目のフレームデータにおける被写体領域についての空間周波数分析と、背景領域の前記中間輝度範囲と高輝度範囲と低輝度範囲に属する各領域についての空間周波数分析とをそれぞれ実行する第2の空間周波数分析手段と、
前記第3のフレーム記憶手段が記憶した第3番目のフレームデータにおける被写体領域についての空間周波数分析と、背景領域の前記中間輝度範囲と高輝度範囲と低輝度範囲に属する各領域についての空間周波数分析とをそれぞれ実行する第3の空間周波数分析手段と、
前記第1の空間周波数分析手段による分析結果に対する前記第2の空間周波数分析手段と前記第3の空間周波数分析手段による各分析結果をそれぞれ比較し、前記第2及び第3のフレーム記憶手段がそれぞれ記憶している第2番目及び第3番目のフレームデータに対して、それぞれより適正な露光状態にある領域ほどより大きな重み付け処理を施す重み付け手段と、
前記重み付け手段により重み付け処理が施された後の前記第2のフレーム記憶手段の第2番目のフレームデータと前記第3のフレーム記憶手段の第3番目のフレームデータとを合成するフレーム合成手段と
を具備し、前記被写体検出手段が被写体を検出し、且つ前記判定手段の判定結果が否定的であった場合には、前記フレーム合成手段が合成したフレームを出力させ、それ以外の場合には、フレーム全体の光量に基づいて露光状態を設定する自動露光制御を行ってフレームを出力させることを特徴とする撮影装置。
In a photographing device having an automatic exposure control function,
First frame storage means for storing first frame data of a captured image;
Subject detection means for detecting a target subject from the first frame data stored in the first frame storage means;
First histogram creation means for creating a brightness histogram of the subject area when the subject detection means detects a subject;
It is determined whether or not the distribution of the cumulative number of pixels in the luminance histogram of the subject area created by the first histogram creating means is included in a predetermined range or more within an intermediate luminance range set in advance as a luminance range regarded as a proper exposure state. Determination means to perform,
When the determination result of the determination unit is negative, a luminance histogram of a region other than the subject region (hereinafter referred to as “background region”) in the first frame data stored in the first frame storage unit is displayed. A second histogram creation means for creating;
When the determination result of the determination means is negative, the spatial frequency analysis for the subject area in the first frame data stored by the first frame storage means, the intermediate luminance range of the background area and the high First spatial frequency analysis means for performing spatial frequency analysis for each region belonging to the luminance range and the low luminance range;
When the determination result of the determination unit is negative, the exposure control is performed so that the distribution of the cumulative number of pixels in the luminance histogram of the subject area generated by the first histogram generation unit is substantially within the intermediate luminance range. First exposure control means for performing;
Second frame storage means for storing second frame data imaged in the exposure state set by the first exposure control means;
Second exposure control is performed so that the distribution of the cumulative number of pixels in the luminance histogram of the background region created by the second histogram creating means spreads from the state unevenly distributed in the high luminance range or the low luminance range to the intermediate luminance range side. Exposure control means;
Third frame storage means for storing third frame data captured in the exposure state set by the second exposure control means;
Spatial frequency analysis for the subject region in the second frame data stored by the second frame storage means, and spatial frequency analysis for each region belonging to the intermediate luminance range, high luminance range, and low luminance range of the background region Second spatial frequency analysis means for performing
Spatial frequency analysis for the subject region in the third frame data stored by the third frame storage means, and spatial frequency analysis for each region belonging to the intermediate luminance range, high luminance range, and low luminance range of the background region And a third spatial frequency analyzing means for executing
Each analysis result by the second spatial frequency analysis means and the third spatial frequency analysis means with respect to the analysis result by the first spatial frequency analysis means is respectively compared, and the second and third frame storage means respectively A weighting unit that applies a greater weighting process to the second and third frame data stored in each of the regions in a more appropriate exposure state,
Frame synthesizing means for synthesizing the second frame data of the second frame storage means and the third frame data of the third frame storage means after being weighted by the weighting means; And when the subject detection means detects the subject and the judgment result of the judgment means is negative, the frame composition means outputs the frame, and otherwise, the frame An image-taking apparatus that outputs a frame by performing automatic exposure control for setting an exposure state based on a total light amount.
自動露光制御機能を有した撮影装置において、
撮像された画像の第1番目のフレームデータを記憶する第1のフレーム記憶手段と、
前記フレーム記憶手段が記憶した第1番目のフレームデータから目的とする被写体を検出する被写体検出手段と、
前記被写体検出手段が被写体を検出した場合に、その被写体領域の輝度ヒストグラムを作成する第1のヒストグラム作成手段と、
前記第1のヒストグラム作成手段が作成した被写体領域の輝度ヒストグラムにおける累積画素数の分布が、予め適正露光状態とみなす輝度範囲として設定した中間輝度範囲内に所定割合以上含まれているか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段の判定結果が否定的であった場合に、前記第1のフレーム記憶手段が記憶した第1番目のフレームデータにおける背景領域の輝度ヒストグラムを作成する第2のヒストグラム作成手段と、
前記判定手段の判定結果が否定的であった場合に、前記第1のフレーム記憶手段が記憶した第1番目のフレームデータにおける被写体領域についての空間周波数分析と、背景領域の前記中間輝度範囲と高輝度範囲と低輝度範囲に属する各領域についての空間周波数分析とをそれぞれ実行する第1の空間周波数分析手段と、
前記判定手段の判定結果が否定的であった場合に、前記第1のヒストグラム作成手段が作成した被写体領域の輝度ヒストグラムにおける累積画素数の分布がほぼ前記中間輝度範囲内に納まるように露光制御を行う第1の露光制御手段と、
前記第1の露光制御手段が設定した露光状態で撮像された第2番目のフレームデータを記憶する第2のフレーム記憶手段と、
前記第2のフレーム記憶手段が記憶した第2番目のフレームデータにおける被写体領域の輝度ヒストグラムを作成する第3のヒストグラム作成手段と、
前記第2のヒストグラム作成手段が作成した背景領域の輝度ヒストグラムにおける累積画素数の分布が高輝度範囲又は低輝度範囲に偏在した状態から前記中間輝度範囲側へ拡がるように露光制御を行う第2の露光制御手段と、
前記第2の露光制御手段が設定した露光状態で撮像された第3番目のフレームデータを記憶する第3のフレーム記憶手段と、
前記第3のフレーム記憶手段が記憶した第3番目のフレームデータにおける背景領域の輝度ヒストグラムを作成する第4のヒストグラム作成手段と、
前記第2のフレーム記憶手段が記憶した第2番目のフレームデータにおける被写体領域についての空間周波数分析と、背景領域の前記中間輝度範囲と高輝度範囲と低輝度範囲に属する各領域についての空間周波数分析とをそれぞれ実行する第2の空間周波数分析手段と、
前記第3のフレーム記憶手段が記憶した第3番目のフレームデータにおける被写体領域についての空間周波数分析と、背景領域の前記中間輝度範囲と高輝度範囲と低輝度範囲に属する各領域についての空間周波数分析とをそれぞれ実行する第3の空間周波数分析手段と、
前記第1のヒストグラム作成手段が作成した第1番目のフレームデータにおける被写体領域の輝度ヒストトグラムと前記第3のヒストグラム作成手段が作成した第2番目のフレームデータにおける被写体領域の輝度ヒストグラムとを比較して、輝度ヒストグラムの累積画素数の分布が低輝度範囲から前記中間輝度範囲へ所定量以上移行しているか否かを判定する第1の比較・判定手段と、
前記第1の比較・判定手段の判定結果が否定的であった場合に、前記第1の空間周波数分析手段による第1番目のフレームデータにおける被写体領域についての分析結果と前記第2の空間周波数分析手段による第2番目のフレームデータにおける被写体領域についての分析結果とを比較して、被写体領域でノイズが所定値以上に増加しているか否かを判定する第2の比較・判定手段と、
前記第2の比較・判定手段による判定結果が肯定的であった場合に、前記第1乃至第3のフレーム記憶手段がそれぞれ記憶している前記第1乃至第3のフレームデータにおける各被写体領域に含まれているノイズ量を検出し、その各被写体領域の画像データに対して前記ノイズ量が大きいほどより小さな重み付け処理を施す第1の重み付け手段と、
前記第2のヒストグラム作成手段が作成した第1番目のフレームデータにおける背景領域の輝度ヒストトグラムと前記第4のヒストグラム作成手段が作成した第3番目のフレームデータにおける背景領域の輝度ヒストグラムとを比較して、輝度ヒストグラムの累積画素数の分布が低輝度範囲から前記中間輝度範囲へ所定量以上移行しているか否かを判定する第3の比較・判定手段と、
前記第3の比較・判定手段の判定結果が否定的であった場合に、前記第1の空間周波数分析手段による第1番目のフレームデータにおける背景領域の前記中間輝度範囲と高輝度範囲と低輝度範囲に属する各領域(以下、「各対象領域」という)ついての分析結果と前記第3の空間周波数分析手段による第3番目のフレームデータにおける背景領域の各対象領域ついての分析結果とをそれぞれ比較し、各対象領域でノイズが所定値以上に増加しているものが有るか否かを判定する第4の比較・判定手段と、
前記第4の比較・判定手段によりノイズが所定値以上に増加した対象領域が有ると判定された場合に、前記第1乃至第3のフレーム記憶手段がそれぞれ記憶している前記第1乃至第3のフレームデータの該当対象領域に含まれているノイズ量を検出し、その該当対象領域の画像データに対して前記ノイズ量が大きいほどより小さな重み付け処理を施す第2の重み付け手段と、
前記第1乃至第3の空間周波数分析手段による各分析結果の内で、前記第1の重み付け手段と前記第2の重み付け手段による重み付け処理の対象から外れた各領域についての分析結果を比較し、前記第1乃至第3のフレーム記憶手段がそれぞれ記憶している前記第1乃至第3のフレームデータの各領域に対して、より適正な露光状態にある領域ほどより大きな重み付け処理を施す第3の重み付け手段と、
前記第3の重み付け手段により重み付け処理が施された後の前記第1乃至第3のフレーム記憶手段がそれぞれ記憶している前記第1乃至第3のフレームデータを合成するフレーム合成手段と
を具備し、前記被写体検出手段が被写体を検出し、且つ前記判定手段の判定結果が否定的であった場合には、前記フレーム合成手段が合成したフレームを出力させ、それ以外の場合には、フレーム全体の光量に基づいて露光状態を設定する自動露光制御を行ってフレームを出力させることを特徴とする撮影装置。
In a photographing device having an automatic exposure control function,
First frame storage means for storing first frame data of a captured image;
Subject detection means for detecting a target subject from the first frame data stored in the frame storage means;
First histogram creation means for creating a brightness histogram of the subject area when the subject detection means detects a subject;
It is determined whether or not the distribution of the cumulative number of pixels in the luminance histogram of the subject area created by the first histogram creating means is included in a predetermined range or more within an intermediate luminance range set in advance as a luminance range regarded as a proper exposure state. Determination means to perform,
A second histogram creating means for creating a luminance histogram of a background region in the first frame data stored by the first frame storage means when the judgment result of the judging means is negative;
When the determination result of the determination means is negative, the spatial frequency analysis for the subject area in the first frame data stored by the first frame storage means, the intermediate luminance range of the background area and the high First spatial frequency analysis means for performing spatial frequency analysis for each region belonging to the luminance range and the low luminance range;
When the determination result of the determination unit is negative, the exposure control is performed so that the distribution of the cumulative number of pixels in the luminance histogram of the subject area generated by the first histogram generation unit is substantially within the intermediate luminance range. First exposure control means for performing;
Second frame storage means for storing second frame data imaged in the exposure state set by the first exposure control means;
Third histogram creating means for creating a luminance histogram of the subject area in the second frame data stored by the second frame storing means;
Second exposure control is performed so that the distribution of the cumulative number of pixels in the luminance histogram of the background region created by the second histogram creating means spreads from the state unevenly distributed in the high luminance range or the low luminance range to the intermediate luminance range side. Exposure control means;
Third frame storage means for storing third frame data captured in the exposure state set by the second exposure control means;
Fourth histogram creating means for creating a luminance histogram of the background region in the third frame data stored by the third frame storing means;
Spatial frequency analysis for the subject region in the second frame data stored by the second frame storage means, and spatial frequency analysis for each region belonging to the intermediate luminance range, high luminance range, and low luminance range of the background region Second spatial frequency analysis means for performing
Spatial frequency analysis for the subject region in the third frame data stored by the third frame storage means, and spatial frequency analysis for each region belonging to the intermediate luminance range, high luminance range, and low luminance range of the background region And a third spatial frequency analyzing means for executing
The luminance histogram of the subject area in the first frame data created by the first histogram creating means is compared with the brightness histogram of the subject area in the second frame data created by the third histogram creating means. A first comparison / determination unit that determines whether or not the distribution of the cumulative number of pixels of the luminance histogram has shifted from the low luminance range to the intermediate luminance range by a predetermined amount or more;
When the determination result of the first comparison / determination means is negative, the analysis result of the subject area in the first frame data by the first spatial frequency analysis means and the second spatial frequency analysis A second comparison / determination means for comparing the result of analysis of the subject area in the second frame data by the means to determine whether or not the noise in the subject area has increased to a predetermined value or more;
If the determination result by the second comparison / determination means is affirmative, each subject area in the first to third frame data respectively stored in the first to third frame storage means is stored. A first weighting unit that detects a contained noise amount and applies a smaller weighting process to the image data of each subject area as the noise amount increases;
The brightness histogram of the background area in the first frame data created by the second histogram creating means is compared with the brightness histogram of the background area in the third frame data created by the fourth histogram creating means. A third comparison / determination means for determining whether or not the distribution of the cumulative number of pixels in the luminance histogram has shifted from the low luminance range to the intermediate luminance range by a predetermined amount or more;
When the determination result of the third comparison / determination means is negative, the intermediate luminance range, the high luminance range, and the low luminance of the background area in the first frame data by the first spatial frequency analyzing means The analysis result for each region belonging to the range (hereinafter referred to as “each target region”) is compared with the analysis result for each target region of the background region in the third frame data by the third spatial frequency analyzing means. And a fourth comparison / determination means for determining whether or not there is a noise that has increased above a predetermined value in each target region;
When the fourth comparison / determination means determines that there is a target region in which noise has increased to a predetermined value or more, the first to third frame storage means respectively store the first to third frames. Second weighting means for detecting a noise amount included in the corresponding target area of the frame data, and applying a smaller weighting process to the image data of the corresponding target area as the noise amount increases;
Among the analysis results by the first to third spatial frequency analysis means, compare the analysis results for each region excluded from the weighting processing target by the first weighting means and the second weighting means, A third weighting process is performed for each area of the first to third frame data respectively stored in the first to third frame storage units, in which a larger weighting process is performed in a more appropriate exposure state. Weighting means;
Frame synthesizing means for synthesizing the first to third frame data respectively stored in the first to third frame storage means subjected to weighting processing by the third weighting means. When the subject detection means detects a subject and the determination result of the determination means is negative, the frame composition means outputs a frame synthesized; otherwise, the entire frame is output. An image capturing apparatus that performs automatic exposure control for setting an exposure state based on a light amount and outputs a frame.
自動露光制御機能を有した撮影装置による撮影方法であって、
撮像された画像の第1番目のフレームデータを第1のフレーム記憶手段に記憶させる第1のステップと、
前記第1のフレーム記憶手段に記憶させた第1番目のフレームデータから目的とする被写体を検出する第2のステップと、
前記第2のステップで被写体が検出された場合に、その被写体領域の輝度ヒストグラムを作成する第3のステップと、
前記第3のステップで作成された被写体領域の輝度ヒストグラムにおける累積画素数の分布が、予め適正露光状態とみなす輝度範囲として設定した中間輝度範囲内に所定割合以上含まれているか否かを判定する第4のステップと、
前記第4のステップでの判定結果が否定的であった場合に、前記第1のフレーム記憶手段が記憶している第1番目のフレームデータにおける背景領域の輝度ヒストグラムを作成する第5のステップと、
前記第4のステップでの判定結果が否定的であった場合に、前記第1のフレーム記憶手段が記憶している第1番目のフレームデータにおける被写体領域についての空間周波数分析と、背景領域の前記中間輝度範囲と高輝度範囲と低輝度範囲に属する各領域についての空間周波数分析とをそれぞれ実行する第6のステップと、
前記第4のステップでの判定結果が否定的であった場合に、前記第3のステップで作成された被写体領域の輝度ヒストグラムにおける累積画素数の分布がほぼ前記中間輝度範囲内に納まるように露光制御を行う第7のステップと、
前記第6のステップで設定した露光状態で撮像された第2番目のフレームデータを第2のフレーム記憶手段に記憶させる第8のステップと、
前記第5のステップで作成された背景領域の輝度ヒストグラムにおける累積画素数の分布が高輝度範囲又は低輝度範囲に偏在した状態から前記中間輝度範囲側へ拡がるように露光制御を行う第9のステップと、
前記第9のステップで設定した露光状態で撮像された第3番目のフレームデータを第3のフレーム記憶手段に記憶させる第10のステップと、
前記第8のステップで前記第2のフレーム記憶手段に記憶させた第2番目のフレームデータにおける被写体領域についての空間周波数分析と、背景領域の前記中間輝度範囲と高輝度範囲と低輝度範囲に属する各領域についての空間周波数分析とをそれぞれ実行する第11のステップと、
前記第10のステップで前記第3のフレーム記憶手段に記憶させた第3番目のフレームデータにおける被写体領域についての空間周波数分析と、背景領域の前記中間輝度範囲と高輝度範囲と低輝度範囲に属する各領域についての空間周波数分析とをそれぞれ実行する第12のステップと、
前記第6のステップでの分析結果に対して前記第11のステップと前記第12のステップでの各分析結果をそれぞれ比較し、前記第2及び第3のフレーム記憶手段がそれぞれ記憶している第2番目及び第3番目のフレームデータに対して、それぞれより適正な露光状態にある領域ほどより大きな重み付け処理を施す第13のステップと、
前記第13のステップで重み付け処理が施された後の前記第2のフレーム記憶手段の第2番目のフレームデータと前記第3のフレーム記憶手段の第3番目のフレームデータとを合成する第14のステップと
を有し、前記第2のステップで被写体を検出し、且つ前記第4のステップでの判定結果が否定的であった場合には、前記第14のステップで合成したフレームを出力させ、それ以外の場合には、フレーム全体の光量に基づいて露光状態を設定する自動露光制御を行ってフレームを出力させることを特徴とする撮影方法。
A photographing method by a photographing device having an automatic exposure control function,
A first step of storing first frame data of a captured image in a first frame storage unit;
A second step of detecting a target subject from the first frame data stored in the first frame storage means;
A third step of creating a luminance histogram of the subject area when a subject is detected in the second step;
It is determined whether or not the distribution of the cumulative number of pixels in the luminance histogram of the subject area created in the third step is included at a predetermined ratio or more in the intermediate luminance range set in advance as the luminance range regarded as the proper exposure state. A fourth step;
A fifth step of creating a luminance histogram of the background region in the first frame data stored in the first frame storage means when the determination result in the fourth step is negative; ,
When the determination result in the fourth step is negative, the spatial frequency analysis for the subject region in the first frame data stored in the first frame storage unit, and the background region A sixth step of respectively performing a spatial frequency analysis for each region belonging to the intermediate luminance range, the high luminance range, and the low luminance range;
When the determination result in the fourth step is negative, exposure is performed so that the distribution of the cumulative number of pixels in the luminance histogram of the subject area created in the third step is substantially within the intermediate luminance range. A seventh step of controlling;
An eighth step of storing the second frame data imaged in the exposure state set in the sixth step in the second frame storage means;
Ninth step of performing exposure control so that the distribution of the cumulative number of pixels in the luminance histogram of the background region created in the fifth step spreads from the state unevenly distributed in the high luminance range or the low luminance range to the intermediate luminance range side. When,
A tenth step of storing the third frame data captured in the exposure state set in the ninth step in a third frame storage means;
Spatial frequency analysis of the subject area in the second frame data stored in the second frame storage means in the eighth step, and belongs to the intermediate luminance range, high luminance range, and low luminance range of the background region An eleventh step of performing each spatial frequency analysis for each region;
Spatial frequency analysis of the subject area in the third frame data stored in the third frame storage means in the tenth step, and the intermediate luminance range, high luminance range, and low luminance range of the background region A twelfth step of performing a spatial frequency analysis for each region,
The analysis results in the eleventh step and the twelfth step are compared with the analysis results in the sixth step, and the second and third frame storage means respectively store the analysis results. A thirteenth step of applying a larger weighting process to the second and third frame data in a region in a more appropriate exposure state;
A fourteenth frame for combining the second frame data of the second frame storage means and the third frame data of the third frame storage means after the weighting process is performed in the thirteenth step; And when the subject is detected in the second step and the determination result in the fourth step is negative, the frame synthesized in the fourteenth step is output, In other cases, the photographing method is characterized in that automatic exposure control for setting the exposure state based on the light amount of the entire frame is performed to output the frame.
自動露光制御機能を有した撮影装置による撮影方法であって、
撮像された画像の第1番目のフレームデータを第1のフレーム記憶手段に記憶させる第1のステップと、
前記第1のフレーム記憶手段に記憶させた第1番目のフレームデータから目的とする被写体を検出する第2のステップと、
前記第2のステップで被写体が検出された場合に、その被写体領域の輝度ヒストグラムを作成する第3のステップと、
前記第3のステップで作成された被写体領域の輝度ヒストグラムにおける累積画素数の分布が、予め適正露光状態とみなす輝度範囲として設定した中間輝度範囲内に所定割合以上含まれているか否かを判定する第4のステップと、
前記第4のステップでの判定結果が否定的であった場合に、前記第1のフレーム記憶手段が記憶している第1番目のフレームデータにおける背景領域の輝度ヒストグラムを作成する第5のステップと、
前記第4のステップでの判定結果が否定的であった場合に、前記第1のフレーム記憶手段が記憶している第1番目のフレームデータにおける被写体領域についての空間周波数分析と、背景領域の前記中間輝度範囲と高輝度範囲と低輝度範囲に属する各領域についての空間周波数分析とをそれぞれ実行する第6のステップと、
前記第4のステップでの判定結果が否定的であった場合に、前記第3のステップで作成された被写体領域の輝度ヒストグラムにおける累積画素数の分布がほぼ前記中間輝度範囲内に納まるように露光制御を行う第7のステップと、
前記第6のステップで設定した露光状態で撮像された第2番目のフレームデータを第2のフレーム記憶手段に記憶させる第8のステップと、
前記第2のフレーム記憶手段が記憶している第2番目のフレームデータにおける被写体領域の輝度ヒストグラムを作成する第9のステップと、
前記第5のステップで作成された背景領域の輝度ヒストグラムにおける累積画素数の分布が高輝度範囲又は低輝度範囲に偏在した状態から前記中間輝度範囲側へ拡がるように露光制御を行う第10のステップと、
前記第10のステップで設定した露光状態で撮像された第3番目のフレームデータを第3のフレーム記憶手段に記憶させる第11のステップと、
前記第3のフレーム記憶手段が記憶している第3番目のフレームデータにおける背景領域の輝度ヒストグラムを作成する第12のステップと、
前記第2のフレーム記憶手段が記憶している第2番目のフレームデータにおける被写体領域についての空間周波数分析と、背景領域の前記中間輝度範囲と高輝度範囲と低輝度範囲に属する各領域についての空間周波数分析とをそれぞれ実行する第13のステップと、
前記第3のフレーム記憶手段が記憶している第3番目のフレームデータにおける被写体領域についての空間周波数分析と、背景領域の前記中間輝度範囲と高輝度範囲と低輝度範囲に属する各領域についての空間周波数分析とをそれぞれ実行する第14のステップと、
前記第3のステップで作成された第1番目のフレームデータにおける被写体領域の輝度ヒストトグラムと前記第9のステップで作成された第2番目のフレームデータにおける被写体領域の輝度ヒストグラムとを比較して、輝度ヒストグラムの累積画素数の分布が低輝度範囲から前記中間輝度範囲へ所定量以上移行しているか否かを判定する第15のステップと、
前記第15のステップでの判定結果が否定的であった場合に、前記第6のステップでの第1番目のフレームデータにおける被写体領域についての分析結果と前記第13のステップでの第2番目のフレームデータにおける被写体領域についての分析結果とを比較して、被写体領域でノイズが所定値以上に増加しているか否かを判定する第16のステップと、
前記第16のステップでの判定結果が肯定的であった場合に、前記第1乃至第3のフレーム記憶手段がそれぞれ記憶している前記第1乃至第3のフレームデータにおける各被写体領域に含まれているノイズ量を検出し、その各被写体領域の画像データに対して前記ノイズ量が大きいほどより小さな重み付け処理を施す第17のステップと、
前記第5のステップで作成された第1番目のフレームデータにおける背景領域の輝度ヒストトグラムと前記第12のステップで作成された背景領域の輝度ヒストグラムとを比較して、輝度ヒストグラムの累積画素数の分布が低輝度範囲から前記中間輝度範囲へ所定量以上移行しているか否かを判定する第18のステップと、
前記第18のステップでの判定結果が否定的であった場合に、前記第6のステップでの第1番目のフレームデータにおける背景領域の前記中間輝度範囲と高輝度範囲と低輝度範囲に属する各領域(以下、「各対象領域」という)ついての分析結果と前記第14のステップでの第3番目のフレームデータにおける背景領域の各対象領域ついての分析結果とをそれぞれ比較し、各対象領域でノイズが所定値以上に増加しているものが有るか否かを判定する第19のステップと、
前記第19のステップでノイズが所定値以上に増加した対象領域が有ると判定された場合に、前記第1乃至第3のフレーム記憶手段がそれぞれ記憶している前記第1乃至第3のフレームデータの該当対象領域に含まれているノイズ量を検出し、その該当対象領域の画像データに対して前記ノイズ量が大きいほどより小さな重み付け処理を施す第20のステップと、
前記第6のステップと前記第13のステップと前記第14のステップでの各周波数分析の分析結果の内で、前記第17のステップと前記第20のステップでの重み付け処理の対象から外れた各領域についての分析結果を比較し、前記第1乃至第3のフレーム記憶手段がそれぞれ記憶している前記第1乃至第3のフレームデータの各領域に対して、より適正な露光状態にある領域ほどより大きな重み付け処理を施す第21のステップと、
前記第21のステップにおいて重み付け処理が施された後の前記第1乃至第3のフレーム記憶手段がそれぞれ記憶している前記第1乃至第3のフレームデータを合成する第22のステップと
を有し、前記第2のステップで被写体を検出し、且つ前記第4のステップでの判定結果が否定的であった場合には、前記第22のステップで合成したフレームを出力させ、それ以外の場合には、フレーム全体の光量に基づいて露光状態を設定する自動露光制御を行ってフレームを出力させることを特徴とする撮影方法。
A photographing method by a photographing device having an automatic exposure control function,
A first step of storing first frame data of a captured image in a first frame storage unit;
A second step of detecting a target subject from the first frame data stored in the first frame storage means;
A third step of creating a luminance histogram of the subject area when a subject is detected in the second step;
It is determined whether or not the distribution of the cumulative number of pixels in the luminance histogram of the subject area created in the third step is included at a predetermined ratio or more in the intermediate luminance range set in advance as the luminance range regarded as the proper exposure state. A fourth step;
A fifth step of creating a luminance histogram of the background region in the first frame data stored in the first frame storage means when the determination result in the fourth step is negative; ,
When the determination result in the fourth step is negative, the spatial frequency analysis for the subject region in the first frame data stored in the first frame storage unit, and the background region A sixth step of respectively performing a spatial frequency analysis for each region belonging to the intermediate luminance range, the high luminance range, and the low luminance range;
When the determination result in the fourth step is negative, exposure is performed so that the distribution of the cumulative number of pixels in the luminance histogram of the subject area created in the third step is substantially within the intermediate luminance range. A seventh step of controlling;
An eighth step of storing the second frame data imaged in the exposure state set in the sixth step in the second frame storage means;
A ninth step of creating a luminance histogram of the subject area in the second frame data stored in the second frame storage means;
A tenth step of performing exposure control so that the distribution of the cumulative number of pixels in the luminance histogram of the background region created in the fifth step is spread to the intermediate luminance range side from a state of being unevenly distributed in the high luminance range or the low luminance range. When,
An eleventh step of storing third frame data captured in the exposure state set in the tenth step in a third frame storage means;
A twelfth step of creating a luminance histogram of a background region in the third frame data stored in the third frame storage means;
Spatial frequency analysis for the subject area in the second frame data stored in the second frame storage means, and space for each area belonging to the intermediate luminance range, high luminance range, and low luminance range of the background area A thirteenth step of performing each frequency analysis;
Spatial frequency analysis for the subject area in the third frame data stored in the third frame storage means, and space for each area belonging to the intermediate luminance range, high luminance range, and low luminance range of the background region A fourteenth step of performing frequency analysis respectively;
The luminance histogram of the subject region in the first frame data created in the third step is compared with the luminance histogram of the subject region in the second frame data created in the ninth step, and the luminance A fifteenth step of determining whether or not the distribution of the cumulative number of pixels of the histogram has shifted from the low luminance range to the intermediate luminance range by a predetermined amount or more;
If the determination result in the fifteenth step is negative, the analysis result on the subject area in the first frame data in the sixth step and the second result in the thirteenth step A sixteenth step of comparing the analysis result of the subject area in the frame data to determine whether or not the noise in the subject area has increased to a predetermined value or more;
If the determination result in the sixteenth step is affirmative, each of the subject areas in the first to third frame data respectively stored in the first to third frame storage means is included. A seventeenth step of detecting a noise amount, and applying a smaller weighting process to the image data of each subject area as the noise amount increases;
The luminance histogram of the background region in the first frame data created in the fifth step is compared with the luminance histogram of the background region created in the twelfth step, and the distribution of the cumulative number of pixels in the luminance histogram An eighteenth step of determining whether or not a predetermined amount or more has shifted from the low luminance range to the intermediate luminance range;
When the determination result in the eighteenth step is negative, each of the intermediate luminance range, high luminance range, and low luminance range of the background area in the first frame data in the sixth step belongs to The analysis result for the region (hereinafter, “each target region”) is compared with the analysis result for each target region of the background region in the third frame data in the fourteenth step. A nineteenth step of determining whether or not there is a noise increasing to a predetermined value or more;
The first to third frame data respectively stored in the first to third frame storage means when it is determined in the nineteenth step that there is a target region where noise has increased to a predetermined value or more. A twentieth step of detecting a noise amount included in the corresponding target region, and applying a smaller weighting process to the image data of the corresponding target region as the noise amount increases;
Of the analysis results of each frequency analysis in the sixth step, the thirteenth step, and the fourteenth step, each of the results that is excluded from the weighting processing target in the seventeenth step and the twentieth step The analysis results of the areas are compared, and the areas that are in a more appropriate exposure state with respect to the areas of the first to third frame data respectively stored in the first to third frame storage means. A 21st step of applying a larger weighting process;
And a twenty-second step of synthesizing the first to third frame data respectively stored in the first to third frame storage means subjected to the weighting process in the twenty-first step. If the subject is detected in the second step and the determination result in the fourth step is negative, the frame synthesized in the twenty-second step is output, otherwise A photographing method characterized in that automatic exposure control for setting an exposure state based on the light amount of the entire frame is performed to output the frame.
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