JP2009159092A - 撮像装置及びその制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】画像合成によりダイナミックレンジを拡大させる撮像装置において、合成前の複数枚の画像のボケ量の違いに制限を設けることで、動きベクトルの算出精度を向上させることができる撮像装置及びその制御方法を提供する。
【解決手段】撮像装置は、撮像した複数の画像間の位置ずれを検出するずれ検出部210を備える。また、異なる露光により撮像した複数の画像を、ずれ検出部210により検出した位置ずれ量を元に画像合成することにより、拡大されたダイナミックレンジの合成画像を得るダイナミックレンジ拡大モードと、シャッタースピード、絞り値、もしくはISO感度の少なくとも一つを固定して露出条件を決定し、撮影する露出条件固定モードを有する。更に、ダイナミックレンジ拡大モードと露出条件固定モードとのいずれかのモードを択一して選択するモードダイヤル116を備える。
【選択図】図5
【解決手段】撮像装置は、撮像した複数の画像間の位置ずれを検出するずれ検出部210を備える。また、異なる露光により撮像した複数の画像を、ずれ検出部210により検出した位置ずれ量を元に画像合成することにより、拡大されたダイナミックレンジの合成画像を得るダイナミックレンジ拡大モードと、シャッタースピード、絞り値、もしくはISO感度の少なくとも一つを固定して露出条件を決定し、撮影する露出条件固定モードを有する。更に、ダイナミックレンジ拡大モードと露出条件固定モードとのいずれかのモードを択一して選択するモードダイヤル116を備える。
【選択図】図5
Description
本発明は、異なる露光条件下で撮影された複数の画像信号を合成することにより、広いダイナミックレンジの合成画像を得る機能を備えた撮像装置及びその制御方法に関する。
一般にデジタルカメラ、デジタルビデオカメラ等の撮像装置においては、撮像素子としてCCDやCMOS等の撮像素子が使用されているが、これらは銀塩写真フィルムに比べてダイナミックレンジが狭いという問題があった。
そこで、この問題を解決するために、同一のシーンに対して異なる露光条件で複数枚の画像を撮影し、これら複数枚の画像信号の微妙な構図の違いを加味し、位置合わせした上で合成することで、拡大されたダイナミックレンジの画像を得る技術が知られている。
特許文献1においては、以下の技術が提案されている。
第1の撮像対象に合わせた絞りで第1の撮像対象の特徴を表した第1のビデオ画像と、第2の撮像対象に合わせた絞りで第2の撮像対象の特徴を表した第2のビデオ画像とを撮影し、第1、第2のビデオ画像を合成する。このことによって、第1、第2の両方の撮像対象の特徴を有する第3のビデオ画像を得る。
また、特許文献2においては、通常の撮影モードと、複数回露光モードを有するカメラにおいて、複数回露光モード選択時には、通常モード選択時とは異なるプログラム線図を元に露光条件を決定する技術が提案されている。
特開平6−273354号公報
特開2003−259200号公報
しかしながら、上記従来技術においては、合成前の複数の画像の撮影時に、絞り値が変化することによって、画像毎に被写界深度が異なってしまう。これによって、特に背景領域等で画像毎にボケ量が変わってしまうので、合成前に位置合わせを行うための動きベクトル算出時に、ボケ具合の異なる画像間で相関演算を行うため、動きベクトル演算結果の精度が悪くなってしまうという問題があった。
本発明の目的は、画像合成によるダイナミックレンジ拡大モードにおいて、合成前の複数枚の画像のボケ量の違いに制限を設けることで、動きベクトルの算出精度を向上させ質の良い画像を得ることができる撮像装置及びその制御方法を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明の技術的特徴として、撮像した複数の画像間の位置ずれを検出し、異なる露光により撮像した複数の画像を前記検出された位置ずれ量を元に画像合成するダイナミックレンジ拡大モードと、シャッタースピード、絞り値、もしくはISO感度の少なくとも一つを固定して露出条件を決定し、画像を得る露出条件固定モードとのいずれかのモードを択一して選択するモード選択ステップを備えることを特徴とする。
また、別の技術的特徴としては、撮像した複数の画像間の位置ずれを検出し、異なる露光により撮像した複数の画像を前記検出された位置ずれ量を元に画像合成するダイナミックレンジ拡大モードと、シャッタースピード、絞り値、もしくはISO感度の少なくとも一つを固定して露出条件を決定し、画像を得る露出条件固定モードとのいずれかのモードが同時に選択された場合、前記露出条件固定モードの設定を無効にする制御ステップを備えることを特徴とする。
また、別の技術的特徴としては、絞り値を絞り値の変化の範囲に制限を持たせて変化させて複数の画像を撮像し、前記撮像した複数の画像間の位置ずれを検出し、前記検出した位置ずれ量を元に画像合成することを特徴とする。
本発明によれば、動きベクトルの算出精度が向上し質の良い合成画像を得ることができる。
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は、本発明の実施の形態に係る撮像装置としてのデジタル一眼レフレックスカメラの構成図である。
図1において、カメラ本体101の前面には撮影レンズ102が装着される。撮影レンズ102は、交換可能であり、またカメラ本体101と撮影レンズ102はマウント接点群112を介して電気的にも接続される。更に、撮影レンズ102の中には、絞り113があり、カメラ本体101内に取り込む光量を調整できるようになっている。
カメラ本体101に備わるメインミラー103はハーフミラーとなっている。メインミラー103は、ファインダー観察状態では撮影光路上に斜設され、撮影レンズ102からの撮影光束をファインダー光学系へと反射する一方、透過光はサブミラー104を介してAFセンサ105へと入射する。また、露光状態においては、メインミラー103、サブミラー104が共に撮影光路上から退避する。
AFセンサ105は、位相差検出方式のAFセンサである。本実施の形態においては、図2に示すような7つの測距点のレイアウトを持つAFセンサであるとする。位相差方式による焦点検出については公知の技術であるため、具体的な制御に関してはここでは省略し、概略のみ説明する。
位相差検出方式のAFセンサでは、撮影レンズ102の二次結像面を焦点検出ラインセンサ上に形成することによって、撮影レンズ102の焦点調節状態を検出し、その検出結果を元に、不図示のフォーカシングレンズを駆動して自動焦点検出を行う。
カメラ本体101は、更に、ローパスフィルタ106、フォーカルプレーンシャッター107、撮像素子108、ピント板109、ファインダー光路変更用のペンタプリズム110を備える。ピント板109は、ファインダー光学系を構成する撮影レンズ102の予定結像面に配置されている。
撮影者は、アイピース114からピント板109を観察することによって、撮影画面を確認することができる。また、カメラ本体101に備わるAEセンサ111は、測光を行う際に使用する。本実施の形態においては、図3に示すような、1画面を5×7の35個の領域に分割して測光を行い、分割領域毎の輝度値BVを測光する。
カメラ本体101の後面(背面)には、レリーズボタン115、モードダイヤル116、ディスプレイユニット117が取り付けられている。ディスプレイユニット117は、一般的には液晶パネルによって構成され、撮影者が撮影した画像を直接観察できるようになっている。
撮影者は、モードダイヤル116にて撮影モードを決定し、撮影を行う。レリーズボタン115は、半押し、全押しの状態を持つ二段押し込み式のスイッチである。レリーズボタン115が半押しされることによって、AE、AF動作等の撮影前の準備動作が行われ、全押しされることによって、撮像素子108が露光されて撮影処理が行われる。
この際の撮影前の準備動作や実際の露光時の動作は、モードダイヤル116にて設定された条件下で行われる。モードダイヤル116は、図4に示すように、各種撮影モードを表す文字等が描かれており、撮影者はその意図に応じてモードダイヤル116を回し、任意の撮影モードに設定する。
図4に示す本実施の形態のモードダイヤル116において、AUTOは、すべての撮影条件をカメラが全自動で決定する自動モードである。また、Pは、撮影者が設定したISO感度に合わせてカメラが自動で被写体に応じて適切なシャッタースピードと絞り値を決定するプログラムAEモードである。
また、TVは、撮影者が設定した任意のシャッタースピード、ISO感度に合わせて絞り値を設定するシャッタースピード優先モードである。また、AVは、ユーザーが設定した任意の絞り値、ISO感度に合わせてシャッタースピードを設定する絞り値優先モードである。
また、Mは、シャッタースピード、絞り値、ISO感度のすべてをユーザーが設定するマニュアルモードである。更に、D−EXPは、異なる露光により撮影した複数の画像を、位置ずれ検出手段としてのずれ検出部210により検出した位置ずれ量を元に画像合成することにより、拡大されたダイナミックレンジの合成画像を得るダイナミックレンジ拡大モードである。
ダイナミックレンジ拡大モードにおいては、異なる露出で複数枚撮影を行う必要がある。仮に、ダイナミックレンジ拡大モードとマニュアルモードが同時に設定できるような構成であった場合、マニュアルモードでは露出に関するすべての条件が撮影者によって決定されてしまっているため、次のような不具合がある。即ち、マニュアルモードでの設定内容を実行しつつ異なる露出で複数枚撮影を行うということができない。
また、同様に、ダイナミックレンジ拡大モードとシャッタースピード優先モードが同時に設定できるような構成のとき、異なる露出で複数枚撮影する場合、シャッタースピードとISO感度はユーザーによって決定されてしまっているため、以下の不具合がある。
即ち、絞り値を変えて撮影するしか方法がなくなってしまい、この場合は、被写界深度の異なる画像を後に合成する必要が出てくるため、精度の良い動きベクトルを算出できないという問題がある。
このように、撮影モードシャッタースピード、絞り値、もしくはISO感度の少なくとも一つを固定して露出条件を決定し、撮影する露出条件固定モードと、ダイナミックレンジ拡大モードが同時に選択されてしまう場合は不具合が発生する。
本発明においては、これらのモードを同時に選択できないよう、同一のモードダイヤル116でこれらのモードを選択する構成となっている。即ち、モードダイヤル116は、ダイナミックレンジ拡大モードと露出条件固定モードとのいずれかのモードを択一して選択するモード選択手段として機能する。
尚、露出に関する条件を撮影者によって固定されてしまう撮影モードと、ダイナミックレンジ拡大モードが同時に設定できる構成の場合は、撮影者によって固定された露出に関する条件を無効として処理してもよい。
この場合、図5で後述する撮影制御部207は、ダイナミックレンジ拡大モードと露出条件固定モードが同時に選択された場合、露出条件固定モードの設定を無効にする制御手段として機能する。その際は、背面液晶モニタ等に、設定が無効として処理される旨を警告として表示する。
図5は、図1のデジタル一眼レフレックスカメラのブロック図である。
以下、その構成を動作と併せて説明する。
図5において、撮影レンズ102から入射した光線は、絞り113を通過し、ミラーボックス201に到達する。ミラーボックス201は、図1におけるメインミラー103とサブミラー104で構成される。ミラーボックス201を駆動することによって、入射光を透過光と反射光に分割し、それぞれをAFセンサ105及びAEセンサ111へ導く状態と、入射光をそのまま撮像素子108に導く状態とに切り替えられる。
撮影レンズ102は、ピント調節のためにレンズ駆動部204によって駆動させられ、絞り113は絞り駆動部203によって、ミラーボックス201はミラー駆動部202によって、シャッター107はシャッター駆動部205によって、それぞれ駆動される。
撮影制御部207は、AEセンサ111からの測光情報を元に、露光時の絞り値、シャッタースピードを決定し、シャッター駆動部205と絞り駆動部203を制御する。また、撮影制御部207は、AFセンサ105からの信号によって、合焦させるに必要なレンズの駆動量を決定し、レンズ駆動部204を制御する。
露光時においては、ミラー駆動部202によって、メインミラー103、及びサブミラー104を撮影光路上から退避させ、シャッター駆動部205によってシャッター107を駆動し、所定の露光時間だけ露光を行う。これにより、撮影レンズ102からの光束を撮像素子108に結像させる。ここで、撮像素子108は、CMOSやCCD等の半導体素子からなる。
撮像素子108から出力される映像信号は、A/D変換部208によりデジタル信号に変換されて信号処理部209に入力される。信号処理部209においては、輝度信号や色信号を形成する等の信号処理を行って、カラー映像信号が形成される。
ディスプレイユニット117と記録部214は、それぞれ撮影した画像を表示、記録保存する個所であり、信号処理部209で形成されたカラー映像信号を表示、及び保存する。
以上の説明は、画像合成を行わない撮影モードについてであり、撮影者によってダイナミックレンジ拡大モードに設定された場合には、以下の動作が追加される。
ダイナミックレンジ拡大モードに設定された場合には、撮影制御部207は、AEセンサ111からの情報によって、撮影枚数を決定し、その撮影制御を行う。撮影後は、ずれ検出部210において、信号処理部209から入力された複数画像信号を元に、2次元の相関演算を行い、各画像間の相対的な位置ずれ量(動きベクトル)を検出(算出)する。
座標変換部211は、ずれ検出部(順次撮影した複数の画像信号間の位置ずれを検出する位置ずれ検出手段)210において検出された動きベクトルに合わせて各画像の座標変換を行う。そして、座標記憶部212は座標変換後の各画像を記憶し、記憶された各画像は画像合成部215にて1枚の画像に合成される。この後、ディスプレイユニット117と記録部214には、合成された画像が表示、及び保存される。
図6は、図5のデジタル一眼レフレックスカメラによって実行されるダイナミック(D)レンジ拡大モード処理の手順を示すフローチャートである。
本処理は、図5における撮影制御部207の制御の下に実行される。
図6において、ダイナミックレンジ拡大モードに入ったらステップS301で、撮影者によってレリーズボタン115が半押しされるのを待つ。半押しされればステップS302に進む。
ステップS302は、AFセンサ105及びAEセンサ111からの情報を元に、AF/AE動作を行うステップである。まずAF動作においては、図2に示した各測距点の測距結果を元に、撮影レンズ102内のフォーカシングレンズを駆動することで、自動焦点調節を行う。また、AEセンサ111からの情報を元に、撮影枚数、露出条件の決定を行う。
撮影枚数の決定は以下のようにして行う。図3に示すように、まずAEセンサ111からの出力より、分割測光して得られた各分割領域の輝度値の中で、最も明るい分割領域の測光値EMAXと、最も暗い分割領域の測値EMINの差分X(=EMAX−EMIN)を求める。
本実施の形態においては、AEセンサ111は、図3に示すような35分割の構成であるため、これらの中で最大の出力を示した画素と、最小の出力を示した画素の差分がXとなる。そして、Xと撮像素子108が持つダイナミックレンジ幅Yとの比較を行う。
ここで、図7(a)に示すように、XがYよりも小さい場合は、画面内のすべての輝度が撮像素子108のダイナミックレンジ内で再現できることになるので、特に複数枚撮影して画像合成を行う必要がないため、撮影枚数は1となる。
一方、図7(b)に示すように、XがYよりも大きい場合は、画面内のすべての輝度を表現するには撮像素子108の持つダイナミックレンジでは足りないため、露出を振って複数枚撮影を行う。その際、撮影枚数はX/Yを計算し、切り上げた整数値を用いると、画面内のすべての輝度値を表現する複数枚画像を撮影できる。
図7(b)の例では、3枚撮影することになり、それぞれの画像は各輝度の中心値Y1、Y2、Y3に合わせて露出が決定される。ステップS303で撮影枚数が決定したら、ステップS304に進む。
ステップS304は、露出を変えて複数枚撮影する際に、絞り値の変化範囲に制限を加えるステップである。絞り値の変化範囲を決定する方法としては、単純にある絞り値Fに対して予め定められた所定量αだけ変化を許容し、F±αのように設定してもよいが、本実施の形態では、以下の方法を説明する。
即ち、ここでは、被写界深度を元に絞り値の変化範囲を決定する方法と、AFセンサ105の測距結果を元に絞り値の変化範囲を決定する方法について説明する。
始めに、被写界深度を元に絞り値の変化範囲を決定する方法について説明する。
本発明は、画像合成時にボケ量が異なる領域について動きベクトルを演算しても、精度のよい結果が得られないことを解決するためのものである。
そのために、画像合成に使用する複数の画像の被写界深度が比較的近いものであれば、ボケ量の大きく異なる画像が得られることはなく、動きベクトル演算時においても問題ない。そこで、予め定められた被写界深度の変化の許容量βから、絞り値の変化範囲を制限できる。
具体的には、被写界深度Dは、許容錯乱円径δ、絞り値F、被写体距離d、撮影レンズ102の焦点距離fを用いて、近似的に以下の数式で与えられる。
許容錯乱円径δは、撮像素子108のサイズ毎に典型的に使用される値等があり、一意に決定できる。また、被写体距離dに関しては、以下のようにして同時に求めることができる。即ち、撮影レンズ102内にある不図示のROM内に、フォーカシングレンズの位置と、そのとき合焦する被写体距離のテーブルを持っていれば、ステップS302においてAF動作を行ってフォーカシングレンズの位置が決定することにより求まる。
更に撮影レンズの焦点距離fは、撮影レンズ102とマウント接点群112を介して通信することにより、撮影レンズ102が交換されたとしてもカメラ内で得ることができる。以上より、δ、f、dが一意に定まるため、上式を用いてD±βを満たす絞り値Fの範囲を算出することができる。
次に、AFセンサ105の測距結果を元に、絞り値の変化範囲を決定する方法について説明する。撮影する構図内には通常、様々な距離にあるものが混在し、合焦させた測距点にある物体からの距離が離れている程、その測距点近傍の領域ではボケた画像が得られる。
そこで、ステップS302においてAF動作をした際に、合焦した測距点以外の測距点に関しても、その測距結果を一時的に記憶しておく。そして合焦した測距点の測距結果と、合焦した測距点の測距結果から最も離れた測距結果を出した測距点の測距結果との差分Δを取る。
図2に示した例のように、合焦した測距点が測距点1であり、そこでの測距結果がP1、P1と最も離れた測距結果を出したのが測距点7であり、そこでの測距結果をP7とすると、Δ=|P1−P7|となる。
Δが大きい場合は、ボケ量の大きな領域があることが予想されるため、絞り値の変化範囲を小さくする。逆に、Δが小さい場合は絞り値の変化範囲を大きくする。このΔと絞り値の変化範囲の関係は、例えば、両者を対応づけるテーブルをカメラ内に持つことによって決定できる。ステップS304において絞り値の変化範囲を決定したら、ステップS305に進む。
ステップS304は、ダイナミックレンジ拡大モード選択時に絞り値を変化させて複数の画像を撮影する場合には、絞り値の変化の範囲に制限を持たせる制限手段として機能する。
ここで、絞り値の変化の範囲は、撮影時の被写界深度を元に計算し、被写界深度が予め定められた所定量以内とする。
本実施の形態のカメラは、画面内の複数の領域について自動焦点調節できる多点オートフォーカス機能を有している。この場合、絞り値の変化の範囲は、合焦した領域の自動焦点検出結果と、前記合焦した領域の自動焦点検出結果と、最も離れた自動焦点検出結果の領域の自動焦点検出結果との差によって決定する。
ステップS305は、撮影者によってレリーズボタン115が全押しされるのを待つステップである。全押しされた場合はステップS306に進む。
ステップS306は、実際に露光動作を行い、複数枚撮影を行うステップである。各画像の露出は、Y1、Y2、Y3に合わせて決定され、その際の絞り値はステップS304にて決定された変化範囲内に制限される。ステップS306の後は、ステップS307に進む。
ステップS307では、画像毎に2次元の相関演算を行い、画像間のズレ量である動きベクトルを算出する。そしてステップS308にて、座標変換を行った後、画像合成し、合成画像をディスプレイユニット117に表示し、記録部214に保存(記録)を行い、フローチャートが終了する。
上述のような構成により、画像合成によるダイナミックレンジ拡大モードにおいて、合成前の複数枚の画像のボケ量の違いに制限を設けることができ、動きベクトルの算出精度を向上させることができる。
105 AFユニット
111 AEセンサ
113 絞り
116 モードダイヤル
207 撮影制御部
210 ずれ検出部
215 画像合成部
111 AEセンサ
113 絞り
116 モードダイヤル
207 撮影制御部
210 ずれ検出部
215 画像合成部
Claims (9)
- 撮像した複数の画像間の位置ずれを検出する位置ずれ検出手段と、
異なる露光により撮像した複数の画像を前記位置ずれ検出手段により検出した位置ずれ量を元に画像合成する合成手段と、
前記合成手段により合成画像を得るダイナミックレンジ拡大モードと、シャッタースピード、絞り値、もしくはISO感度の少なくとも一つを固定して露出条件を決定し、画像を得る露出条件固定モードとのいずれかのモードを択一して選択するモード選択手段とを備えることを特徴とする撮像装置。 - 撮像した複数の画像間の位置ずれを検出する位置ずれ検出手段と、
異なる露光により撮像した複数の画像を前記位置ずれ検出手段により検出した位置ずれ量を元に画像合成する合成手段と、
前記合成手段により合成画像を得るダイナミックレンジ拡大モードと、シャッタースピード、絞り値、もしくはISO感度の少なくとも一つを固定して露出条件を決定し、画像を得る露出条件固定モードとが同時に選択された場合、前記露出条件固定モードの設定を無効にする制御手段とを備えることを特徴とする撮像装置。 - 絞り値を変化させて複数の画像を撮像する撮像手段と、
前記撮像した複数の画像間の位置ずれを検出する位置ずれ検出手段と、
前記複数の画像を前記位置ずれ検出手段により検出した位置ずれ量を元に画像合成する合成手段と、
前記絞り値の変化の範囲に制限を持たせる制限手段とを備えることを特徴とする撮像装置。 - 前記絞り値の変化の範囲は、撮像の際の被写界深度を元に前記被写界深度が予め定められた所定量以内となるよう求められることを特徴とする請求項3記載の撮像装置。
- 画面内の複数の領域について自動焦点調節できる多点オートフォーカス機能を有する撮像装置であって、
前記絞り値の変化の範囲は、前記複数の領域における自動焦点検出結果に基づいて決定されることを特徴とする請求項3記載の撮像装置。 - 前記絞り値の変化の範囲は、合焦した領域の自動焦点検出結果と、前記合焦した領域の自動焦点検出結果と最も離れた自動焦点検出結果の領域の自動焦点検出結果との差によって決定されることを特徴とする請求項5記載の撮像装置。
- 撮像した複数の画像間の位置ずれを検出し、異なる露光により撮像した複数の画像を前記検出された位置ずれ量を元に画像合成するダイナミックレンジ拡大モードと、シャッタースピード、絞り値、もしくはISO感度の少なくとも一つを固定して露出条件を決定し、画像を得る露出条件固定モードとのいずれかのモードを択一して選択するモード選択ステップを備えることを特徴とする撮像装置の制御方法。
- 撮像した複数の画像間の位置ずれを検出し、異なる露光により撮像した複数の画像を前記検出された位置ずれ量を元に画像合成するダイナミックレンジ拡大モードと、シャッタースピード、絞り値、もしくはISO感度の少なくとも一つを固定して露出条件を決定し、画像を得る露出条件固定モードとのいずれかのモードが同時に選択された場合、前記露出条件固定モードの設定を無効にする制御ステップを備えることを特徴とする撮像装置の制御方法。
- 絞り値を絞り値の変化の範囲に制限を持たせて変化させて複数の画像を撮像し、前記撮像した複数の画像間の位置ずれを検出し、前記検出した位置ずれ量を元に画像合成することを特徴とする撮像装置の制御方法。
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