JP2009111717A - カメラ - Google Patents

Abstract

【課題】高速移動物体の連写撮影中において、適正露光を得つつ、時間的に前後する画像間の連続性を維持する。
【解決手段】被写体の像を撮影する撮像素子７と、撮像素子７の撮像面に入射される光束を制限する大きさ可変の開口１７を有する絞り１９と、撮像素子７により連続して撮影された２枚の画像を比較して差分を検出する全体コントローラ２１と、全体コントローラ２１により検出された差分に応じて、次に撮影する画像について撮像素子７の露光時間を調節しかつ適正露光が得られるように絞り１９の開口１７の大きさを調節するレンズユニット制御部２５とを備え、全体コントローラ２１がレンズユニット制御部２５により絞り１９の開口１７が絞られると、画像の背景部分のボケ具合を増大させるように調節するカメラを提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、カメラに関するものである。

従来、８〜９枚／秒の連写速度で撮影が行われるデジタルカメラが知られているが、高速撮影が可能なイメージセンサが開発されつつあり、このようなセンサが搭載されたカメラによれば３０〜６０枚／秒もしくはそれ以上の連写速度で撮影を行うことが可能となっている。このような高速連写可能なカメラで高速移動物体を撮影しようとする場合、被写体の動きに応じてシャッタスピードを適切にコントロールしないと、撮影された被写体がブレてしまうという問題がある。

この問題に対し、特許文献１には、連写撮影中において、被写体の動きが速ければ速いほど高感度撮影を行って、すなわち、ＩＳＯ感度を上げてシャッタスピードを短くして撮影のブレを制御する技術が提案されている。
特開２００４−１２０５７６号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示されている手法では、連写撮影中にＩＳＯ感度を変化させるため、高速移動物体の撮影中に時間的に前後する画像間でノイズ量が急激に変わり、連続して再生すると画質の差が顕著に現れて画質のバランスを保つことができないという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、高速移動物体の連写撮影中において、適正露光を得つつ、時間的に前後する画像間の連続性を維持することができるカメラを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、被写体の像を撮影する撮像素子と、該撮像素子の撮像面に入射される光束を制限する大きさ可変の開口を有する可変絞りと、前記撮像素子により連続して撮影された２枚の画像を比較して差分を検出する差分検出部と、該差分検出部により検出された差分に応じて、次に撮影する画像について前記撮像素子の露光時間を調節しかつ適正露光が得られるように前記可変絞りの前記開口の大きさを調節する露光調節部と、該露光調節部により前記可変絞りの開口が絞られると、画像の背景部分のボケ具合を増大させるように調節する画像調節部とを備えるカメラを提供する。

本発明によれば、差分検出部により検出された連続する２枚の画像の差分が小さなくった場合、例えば、被写体の移動速度が遅くなった場合には、露光調節部が撮像素子の露光時間を長く調節することにより、次に撮影される画像における光の入射時間を長くすることができる。この場合には、露光調節部が、可変絞りの開口を絞ることにより、撮像素子の撮像面に光が長く入射された場合であっても光量が制限されて適正露光が得られる。

ここで、可変絞りの開口を絞ると被写界深度が深くなり背景が目立ちすぎることとなるが、画像調節部により、背景のボケ具合が増大するように調節されるので、被写体が浮き上がった画像を取得することができる。
したがって、被写体が急激に動いた場合であっても、直前に撮影されたに画像に対する明るさおよび背景のボケ具合の急激な変化を抑えて、連続する画像間の連続性を保つことができる。

上記発明においては、前記画像調節部が、前記露光調節部により前記可変絞りの開口が開かれると、画像の背景部分のボケ具合を低減させるように調節することとしてもよい。

このような構成によれば、連続する２枚の画像の差分が大きくなった場合、例えば、被写体の移動速度が速くなった場合には、露光調節部が撮像素子の露光時間を短く調節することにより、次に撮影される画像におけるブレの発生が抑制される。この場合には、露光調節部が可変絞りの開口を開くことにより、露光時間が短く抑えられていても適正露光を得ることができる。

ここで、可変絞りの開口を開くと被写界深度が浅くなり背景がボケることとなるが、画像調節部により、背景部分のボケ具合が低減するように調節されるので、背景のボケを抑えた画像を取得することができる。
これにより、連続する画像間において背景を尖鋭化して連続性を保つことができる。

また、上記発明においては、前記露光調節部により前記可変絞りの開口が開かれときに前記被写体までの距離を測定する測距部と、該測距部により測定された距離に基づいて、前記撮像素子に入射される光束を撮像面に合焦させるように合焦位置を調節する合焦位置調節部とを備えることとしてもよい。

このように構成することで、可変絞りの開口が開かれた場合には、合焦位置調節部により、測距部によって測定された被写体までの距離に基づいて撮像素子に入射される光束が撮像面に合焦するように合焦位置が調節されるので、焦点のズレを防止してピントを精度よく合わせることができる。

本発明によれば、高速移動物体の連写撮影中において、適正露光を得つつ、時間的に前後する画像間の連続性を維持することができるという効果を奏する。

以下、本発明の一実施形態に係るカメラについて、図面を参照して説明する。
本実施形態に係るカメラ１は、図１に示すように、画像を取得するシャッタ操作が行われるシャッタ操作部３と、外部からの光を集めて被写体の像を結像させるレンズユニット５と、該レンズユニット５により結像された被写体の像を撮影するＣＣＤ等の撮像素子７と、該撮像素子７により取得されたアナログ画像データを図示しないアナログゲインアンプにて増幅処理した後デジタル画像データに変換するアナログフロントエンド（以下、単に「ＡＦＥ」という。）９と、前記シャッタ操作部３のシャッタ操作によりカメラ１全体の制御を行う全体制御部１１と、ＡＦＥ９により変換されたデジタル画像データを記憶するメモリユニット１３とを備えている。なお、カメラ１は、図示しない撮影モード切替手段を備え、単写撮影モードと連写撮影モードとを切替可能になっている。

シャッタ操作部３は、例えば、略直方体形状に形成されたカメラ１の上端面に対して垂直方向に押し込み可能な押しボタン式のシャッタボタンである。シャッタ操作部３は、ユーザによって所定量を押し込まれることにより、シャッタを切るシャッタ信号を全体制御部１１へ出力するようになっている。

レンズユニット５は、例えば、図２（ａ），（ｂ）および図２（ａ），（ｂ）に示すように、外部からの光を集めて撮像素子７に被写体の像を結像させるレンズ１５と、該レンズ１５によって集められ、撮像素子７の撮像面に入射される光束を制限する大きさ可変の開口１７を有する絞り（可変絞り）１９とを有している。絞り１９は、複数の羽根状の薄い板１９ａを組み合わされて形成され、これらの板１９ａが開閉することにより、開口１７の大きさを変更するようになっている。

全体制御部１１は、シャッタ操作部３からのシャッタ信号を受けてカメラ１全体をコントロールする全体コントローラ（差分検出部、画像調節部）２１と、被写体までの距離を測定する測距部２３と、レンズユニット５を制御するレンズユニット制御部（露光調節部，合焦位置調節部）２５と、撮像素子７およびＡＦＥ９を制御するタイミング制御部２７と、ＡＦＥ９を制御するゲイン制御部２９と、デジタル画像データのカラー補正やＪＰＥＧ圧縮等の画像処理を行う画像処理部３１とを備えている。

全体コントローラ２１は、レンズユニット５により得られる外部からの光量を調節する絞り値を算出して、測距部２３、レンズユニット制御部２５および画像処理部３１に出力するようになっている。また、全体コントローラ２１は、撮像素子７の露光時間を制御するシャッタ速度を算出してタイミング制御部２７に出力するとともに、ＡＦＥ９のゲインの増幅率を制御するＩＳＯ感度値を算出してゲイン制御部２９に出力するようになっている。これにより、全体コントローラ２１は、レンズユニット５、撮像素子７、ＡＦＥ９および画像処理部３１を介してデジタル画像データを取得し、メモリユニット１３に出力するようになっている。

ここで、全体コントローラ２１は、連写撮影モードにおいては、取得された２枚の連続するデジタル画像データを比較して被写体の動き量の差、すなわち、デジタル画像データ間の差分を算出するようになっている。そして、全体コントローラ２１は、算出された差分が所定の閾値を超えるか否か、かつ、その差分が正か否かに応じて、次の撮影のシャッタ速度および絞り値を算出するようになっている。

具体的には、２枚のデジタル画像データの差分が所定の閾値より小さいときは、被写体の動き量の変化が少ないことになり、全体コントローラ２１は、直前の画像データと同じシャッタ速度および絞り値を維持するようになっている。

一方、差分が所定の閾値より大きく、かつ、その差分が負の場合には、被写体の移動速度が急激に遅くなったことになる。そこで、全体コントローラ２１は、十分な光量が得られるように撮像素子７の露光時間を長くするようになっている。また、撮像素子７の露光時間を長くすると露光量が増大するので、適正露光が得られるようにレンズユニット５の絞り値を低減させるようになっている。

また、差分が所定の閾値より大きく、かつ、その差分が正の場合には、被写体の移動速度が急激に速くなったことになる。そこで、全体コントローラ２１は、ブレを抑えるためにシャッタ速度を遅くするようになっている。また、撮像素子７のシャッタ速度を遅くすると露光量が低下するので、適正露光が得られるようにレンズユニット５の絞り値を増大させるようになっている。

また、全体コントローラ２１は、算出した絞り値に応じてデジタル画像データの背景の画像処理を行う処理信号を画像処理部２１に出力するようになっている。具体的には、全体コントローラ２１は、絞り値を低減した場合には、背景をぼかす処理を行う処理信号Ｂを出力し、一方、絞り値を増大した場合には、背景を尖鋭化する処理を行う処理信号Ｓを出力するようになっている。

測距部２３は、測距センサ３３が被写体までの距離を測定して、全体コントローラ２１から送られてくる絞り値が増大した場合、すなわち、絞り１９の開口１７が開かれる場合に、距離演算部３５が測距センサ３３の出力信号を基に距離情報を算出し、全体コントローラ２１を介してレンズユニット制御部２５に出力するようになっている。

レンズユニット制御部２５は、入力された絞り値に応じてレンズユニット５の絞り１９の板１９ａを開閉して、開口１７の大きさを調節するようになっている。これにより、開口１７が絞られると、レンズ１５を透過して撮像素子７に入射される光量が制限されて少なくなり、一方、開口１７が開かれると、レンズ１５を透過して撮像素子７に入射される光量が多くなるようになっている。

また、レンズユニット制御部２５は、測距部２３から送られた距離情報が入力されると、距離情報に基づいてレンズユニット５内のレンズ１５を駆動してオートフォーカス処理を行うようになっている。具体的には、レンズユニット制御部２５は、撮像素子７に入射される光束を撮像面に合焦させるように合焦位置を調節するようになっている。

タイミング制御部２７は、入力されたシャッタ速度に基づき撮像素子７の駆動タイミングを設定するようになっている。また、タイミング制御部２７は、撮像素子７の駆動タイミングをサンプリングタイミングとして、ＡＦＥ９内の図示しないＡＤコンバータの駆動周波数を設定するようになっている。

ゲイン制御部２９は、入力されたＩＳＯ感度値をＡＦＥ１１内のアナログゲインアンプのゲイン値として設定するようになっている。これにより、ＡＦＥ９においては、撮像素子７の露光時間に応じてアナログ画像データのゲインが増幅され、適正な明るさのデジタル画像データに変換されるようになっている。

画像処理部３１は、全てのデジタル画像データについて画像処理を行うほか、処理信号Ｂが入力されたデジタル画像データについては、背景をぼかす処理、例えば、ローパスフィルタを用いて周波数の高い部分をカットし、背景画像の細かい部分を抑えるようになっている。これにより、絞り１９の開口１７が絞られて撮影されて被写界深度が深くなった場合でも、背景が目立ちすぎることなく被写体を浮き上がらせた画像が得られるようになっている。

また、画像処理部３１は、処理信号Ｓが入力されたデジタル画像データについては、背景を尖鋭化する処理、例えば、２次元の空間フィルタを用いて背景画像の特徴部分を抽出または強調するようになっている。これにより、絞り１９の開口１７が開かれて撮影されて被写界深度が浅くなった場合でも、背景のボケを抑えた画像が得られるようになっている。

メモリユニット１３は、全体コントローラ２１から送られるデジタル画像データを一時的に記憶するバッファメモリ３７と、レンズユニット５を介して撮影範囲を表示したり、バッファメモリ３７に記憶されたデジタル画像データを表示したりする液晶ディスプレイ（以下、単に「ＬＣＤ」という。）３９と、バッファメモリ３７に記憶されているデジタル画像データを保存するカードインターフェース４１とを備えている。

このように構成された本実施形態に係るカメラ１の作用について説明する。
本実施形態に係るカメラ１を起動すると、レンズユニット５を介して結像される被写体の像が撮像素子７により撮影されてアナログ画像データとしてＡＦＥ９に出力される。ＡＦＥ９においてアナログ画像データから変換されたデジタル画像データは、画像処理部３１に送られて画像処理され、全体コントローラ２１を介してＬＣＤ３９に送られて表示される。

この状況で、シャッタ操作部３が所定量押し込まれると、単写撮影モードにおいては、全体コントローラ２１により算出されたレンズユニット５の絞り値が、レンズユニット制御部２５を介して設定される。また、全体コントローラ２１により算出された撮像素子７のシャッタ速度がタイミング制御部２７を介して設定されるとともに、ＡＦＥ９のＩＳＯ感度値がタイミング制御部２７およびゲイン制御部２９を介して設定される。

これにより、レンズユニット５、撮像素子７およびＡＦＥ９が制御されて適正露光のデジタル画像データが取得される。そして、デジタル画像データが画像処理部３１に送られて画像処理された後、全体コントローラ２１を介してバッファメモリ３７に出力されて一時的に記憶される。バッファメモリ３７に記憶された撮影画像データは、ユーザの操作により、全体コントローラ２１を介してＬＣＤ３９に送られて静止画像として表示されたり、カードインターフェース４１に送られて保存されたりする。

次に、本実施形態に係るカメラ１の連写撮影時の動作を、図４に示すフローチャート図を用いて詳細に説明する。
撮影モード切替手段が連写撮影モードに設定されると（ステップＳＡ１）、まず、全体コントローラ２１により、適正露光の画像が得られるようにシャッタ速度，絞り値，背景画像処理が自動的に設定される（ステップＳＡ２）。

そして、全体コントローラ２１により、レンズユニット制御部２５を介してレンズユニット５が制御されるとともに、タイミング制御部２７を介して撮像素子７が制御される。また、全体コントローラ２１により、レンズユニット５の絞り値が測距部２３に出力されるとともに、絞り値に応じた背景画像処理の処理信号Ｂ，Ｓが画像処理部３１に出力される。

測距部２３においては、測距センサ３３により被写体までの距離が測定されて、その出力信号が距離演算部３５に随時入力される。また、距離演算部３５により、全体コントローラ２１から送られてくる絞り値が増大するか低減するかが判定される（ステップＳＡ３）。

絞り値が増大すると判定されると（ステップＳＡ３「ＹＥＳ」）、距離演算部３５により測距センサ３３の出力信号を基に距離情報が算出され、全体コントローラ２１を介してレンズユニット制御部２５へと出力されてオ−トフォーカス処理が行われる（ステップＳＡ４）。一方、絞り値が低減すると判定された場合には（ステップＳＡ３「ＮＯ」）、距離演算部３５では距離情報は算出されず、レンズユニット制御部２５のオ−トフォーカス処理は行われない。

この状況で、シャッタ操作部３が所定量押し込まれると、レンズユニット５、撮像素子７およびＡＦＥ９により適正露光のデジタル画像データが順次取得され、取得されるごとに画像処理部３１を介して全体コントローラ２１に送られる（ステップＳＡ５）。

例えば、図５に示すように、物体の移動速度が遅い画像１および画像２については、撮像素子７のシャッタ速度が遅く設定されるとともに、絞り値が低減されて絞り１９の開口１７が絞られる。また、この絞り値に応じて全体コントローラ２１から処理信号Ｂが画像処理部３１に出力される。なお、距離演算部３５からは、距離情報が出力されず、オートフォーカス処理は行われない。

この場合、撮像素子７の露光時間が長くなるが、光束が制限されて適正露光の画像が得られる。また、絞り１９の開口１７が絞られると被写界深度が深くなり、背景が目立ちすぎることとなるが、画像処理部３１により背景のボケ具合が増大するように調節されるので、被写体を浮き上がらせた画像を得ることができる。

続いて、全体コントローラ２１においては、２枚目以降のデジタル画像データが送られてくると、連続して撮影された時間的に前後する２枚のデジタル画像データが比較されて、被写体の動き量の差、すなわち、デジタル画像データ間の差分が検出される（ステップＳＡ６）。

そして、検出された差分が所定の閾値を超えていると判断された場合、すなわち、画像２と画像３（図５参照）との間で被写体が速い速度で動いたような場合には、全体コントローラ２１により、次の画像４の撮影におけるシャッタ速度が速く設定されるとともに、その速いシャッタ速度でも適正露光が得られるように絞り値が増大される。また、この絞り値に応じた背景画像処理の処理信号Ｓが設定される（ステップＳＡ７）。

タイミング制御部２７においては、撮像素子７の駆動タイミングが速められて露光時間が短く設定されるとともに、レンズユニット制御部２５においては、増大した絞り値が入力されて絞り１９の開口１７が開かれる。これにより、ブレの発生が抑制されるとともに、撮像素子７の撮像面に入射される光の光束が増大させられて、短い露光時間でも明るい画像４のデジタル画像データを取得することができる。

一方、絞り１９の開口１７を開くと被写界深度が浅くなり、画像４の背景がボケることとなるが、画像処理部３１により画像４の背景が尖鋭化される。これにより、背景のボケを抑えた画像を得ることができる。

また、測距部２３においては、全体コントローラから入力される絞り値が増大することにより、距離演算部３５よって距離情報が算出される。そして、レンズユニット制御部２５において、距離情報に基づきオートフォーカス処理が行われることにより、撮像素子７に入射される光束が撮像面に合焦するように合焦位置が調節される。これにより、絞り１９の開口１７を開いて撮影を行っても、画像４の焦点のズレを防止してピントを精度よく合わせることができる。

次に、物体の移動速度が速い画像３〜画像５の間では、全体コントローラ２１において、次に撮影される画像についてのシャッタ速度、絞り値および背景画像処理の設定が維持される。

続いて、画像５と画像６との間で被写体の移動速度が遅くなると、全体コントローラ２１により、次の画像７の撮影におけるシャッタ速度が遅く設定されるとともに、その遅いシャッタ速度で適正露光が得られるように絞り値が低減される。また、この絞り値に応じた背景画像処理の処理信号Ｂが設定される。

タイミング制御部２７においては、撮像素子７の駆動タイミングが元の速さに戻されて露光時間が長く設定されるとともに、レンズユニット制御部２５においては、低減された絞り値が入力されて絞り１９の開口１７が絞られる。これにより、撮像素子７の撮像面に光を長く入射させつつ、その光量を制限して適正な光量の画像７のデジタル画像データを取得することができる。

一方、絞り１９の開口１７を絞ると被写界深度が深くなり、画像７の背景が目立ちすぎることとなるが、画像処理部３１により画像７の背景がぼかされる。これにより、背景が目立ちすぎることなく被写体を浮き上がらせた画像を得ることができる。

図２のフローチャート図に戻り、連写撮影モードに設定されている間は、全体コントローラ２１によりシャッタ操作部３が押され続けているか否かが判断される（ステップＳＡ８）。全体コントローラ２１により、シャッタ操作部３が押されていると判断されると（ステップＳＡ８「ＹＥＳ」）、ステップＳＡ２に戻り、ステップＳＡ２〜ステップＳＡ７の動作が繰り返される。一方、シャッタ操作部３の押し下げが解除されたと判断されると（ステップＳＡ８「ＮＯ」）、連写撮影モードが終了する（ステップＳＡ９）。

以上説明したように、本実施形態に係るカメラ１によれば、被写体が急激に動いた場合であっても、適正露光を得つつ、直前に撮影された画像に対する明るさおよび背景のボケ具合の急激な変化を抑えて、連続する画像間の連続性を保つことができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

本発明の一実施形態に係るカメラの概略構成を示すブロック図である。 図２（ａ）は図１のカメラの絞りを示した図であり、図２（ｂ）は絞りの開口の大きさと被写界深度との関係を示した図である。 図３（ａ）は図１のカメラの絞りを示した図であり、図３（ｂ）は絞りの開口の大きさと被写界深度との関係を示した図である。 図１のカメラの画像と絞り値と背景画像処理等の関係を示した図である。 図１のカメラの連写撮影を示すフローチャート図である。

符号の説明

１ カメラ
７ 撮像素子
１７ 開口
１９ 絞り（可変絞り）
２１ 全体コントローラ（差分検出部）
２５ レンズユニット制御部（露光調節部）

Claims (3)

1. 被写体の像を撮影する撮像素子と、
   該撮像素子の撮像面に入射される光束を制限する大きさ可変の開口を有する可変絞りと、
   前記撮像素子により連続して撮影された２枚の画像を比較して差分を検出する差分検出部と、
   該差分検出部により検出された差分に応じて、次に撮影する画像について前記撮像素子の露光時間を調節しかつ適正露光が得られるように前記可変絞りの前記開口の大きさを調節する露光調節部と、
   該露光調節部により前記可変絞りの開口が絞られると、画像の背景部分のボケ具合を増大させるように調節する画像調節部と
   を備えるカメラ。
2. 前記画像調節部が、前記露光調節部により前記可変絞りの開口が開かれると、画像の背景部分のボケ具合を低減させるように調節する請求項１に記載のカメラ。
3. 前記露光調節部により前記可変絞りの開口が開かれときに前記被写体までの距離を測定する測距部と、
   該測距部により測定された距離に基づいて、前記撮像素子に入射される光束を撮像面に合焦させるように合焦位置を調節する合焦位置調節部と
   を備える請求項１または請求項２に記載のカメラ。

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