JP2010148045A - Imaging device and imaging method - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、撮像面内で被写界深度が異なる画像を撮像する撮像装置および撮像方法に関する。 The present invention relates to an image pickup apparatus and an image pickup method for picking up images having different depths of field within an image pickup surface.
近年、一眼レフレックスタイプのディジタルカメラ(以下、ディジタル一眼レフカメラと適宜称する)などの撮像装置においては、被写体を動画的に撮影した画像をモニタ等に表示するライブビュー機能やモニタリングモードが搭載されたものが製品化されている。 In recent years, an imaging apparatus such as a single-lens reflex type digital camera (hereinafter, appropriately referred to as a digital single-lens reflex camera) is equipped with a live view function and a monitoring mode for displaying an image obtained by capturing a subject in a moving image. Products have been commercialized.
このような撮像装置のシャッタとしては、例えばフォーカルプレーンシャッタが用いられている。フォーカルプレーンシャッタは、先幕および後幕と呼ばれる2枚の幕体で構成されている。この先幕および後幕を開閉させることにより、撮像装置に設けられたCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサなどの撮像素子に対する露光動作を制御する。 For example, a focal plane shutter is used as the shutter of such an imaging apparatus. The focal plane shutter is composed of two curtains called a front curtain and a rear curtain. By opening and closing the front curtain and the rear curtain, the exposure operation for an image sensor such as a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor provided in the image pickup apparatus is controlled.
具体的には、撮像装置に設けられたレリーズボタンが押される前の段階では、先幕が閉じた状態であり、後幕が開いた状態となっている。レリーズボタンが押されて撮影が開始されると、先幕が開いて撮像素子に対する露光動作が行われる。そして、予め設定されたシャッタスピードや露光時間に応じて後幕が閉じて露光動作が終了する。このとき、先幕および後幕の先端位置が通過する時間差が、撮像素子に対する露光時間となる。また、露光時間の長さは、シャッタスピードによって決定される。 Specifically, before the release button provided on the imaging apparatus is pressed, the front curtain is in a closed state and the rear curtain is in an open state. When shooting is started by pressing the release button, the front curtain opens and an exposure operation for the image sensor is performed. Then, the rear curtain is closed according to a preset shutter speed and exposure time, and the exposure operation is completed. At this time, the time difference through which the leading edge positions of the front curtain and the rear curtain pass is the exposure time for the image sensor. Further, the length of the exposure time is determined by the shutter speed.
ところで、ライブビュー機能やモニタリングモードを用いる場合には、動画的に撮影する必要があるため、通常、フォーカルプレーンシャッタの先幕が開いた状態となっている。ここで、幕体による先幕を用いたフォーカルプレーンシャッタの場合、レリーズボタンが押されて撮影が開始されると、開いている先幕を一旦閉じた後に、先幕を再度開く必要がある。そのため、レリーズボタンが押されて実際に撮影が開始されるまでのタイムラグが生じてしまう。 By the way, when the live view function or the monitoring mode is used, since it is necessary to shoot in a moving image, the front curtain of the focal plane shutter is normally open. Here, in the case of the focal plane shutter using the front curtain by the curtain body, when shooting is started by pressing the release button, it is necessary to once close the opened front curtain and then open the front curtain again. For this reason, there is a time lag from when the release button is pressed until the actual shooting is started.
そこで、最近では、幕体による先幕の代わりに、撮像素子の露光動作を電子的に制御することにより、フォーカルプレーンシャッタの先幕の動作を行うようにしている。例えば、下記の特許文献1には、撮像素子の各画素にリセット動作を行わせるリセット信号を画素ライン単位で順次供給し、撮像素子の露光動作を開始させることにより、フォーカルプレーンシャッタの先幕を電子的に制御する技術が記載されている。
Therefore, recently, the operation of the front curtain of the focal plane shutter is performed by electronically controlling the exposure operation of the image sensor instead of the curtain of the curtain. For example, in
ところで、先幕および後幕として2枚の幕体を用いた従来のフォーカルプレーンシャッタにおいては、先幕および後幕の動作が略同一である。そのため、図10Aに示すように、撮像画像内での露光時間が一定となる。したがって、撮像画像内での露光量は、略均一となる。 By the way, in the conventional focal plane shutter using two curtains as the front curtain and the rear curtain, the operations of the front curtain and the rear curtain are substantially the same. Therefore, as shown in FIG. 10A, the exposure time in the captured image is constant. Therefore, the exposure amount in the captured image is substantially uniform.
一方、上述した電子的な先幕を用いた場合において、例えば画素ライン毎に一定のタイミングでリセット信号を供給して先幕を一定の速度で動作させた場合には、先幕の動作が撮像面の垂直方向の位置に対して直線的となる。後幕は、従来と同様に、撮像面の垂直位置に対して加速度的に動作する。 On the other hand, when the electronic front curtain is used, for example, when the reset signal is supplied at a constant timing for each pixel line and the front curtain is operated at a constant speed, the operation of the front curtain is captured. It is linear with respect to the vertical position of the surface. The rear curtain operates in an accelerating manner with respect to the vertical position of the imaging surface as in the conventional case.
この場合、先幕および後幕の動作が一致しないため、図10Bに示すように、撮像画像内での露光時間が異なる。したがって、撮像画像内での露光量が異なり、明るさが均一とならなくなってしまう。また、図10Cに示すように、露光時間の差は、シャッタスピードが短くなるほど顕著である。 In this case, since the operations of the front curtain and the rear curtain do not match, the exposure times in the captured image are different as shown in FIG. 10B. Therefore, the exposure amount in the captured image is different, and the brightness is not uniform. Further, as shown in FIG. 10C, the difference in exposure time becomes more conspicuous as the shutter speed becomes shorter.
撮像画像内の明るさを均一に補正する方法としては、例えば、露光量の差をゲイン換算して調整する方法や、先幕の動作を直線的とせず、図10Bおよび図10Cの点線で示すように、後幕の動作に近づけるように制御する方法が考えられる。 As a method of uniformly correcting the brightness in the captured image, for example, a method of adjusting a difference in exposure amount by gain conversion or an operation of the front curtain is not linear, and is indicated by a dotted line in FIGS. 10B and 10C. In this way, a method of controlling to approach the operation of the rear curtain can be considered.
しかしながら、従来の補正方法では、撮像画像内での明るさを均一にするという効果を得ることができるが、それ以外の効果を得ることができなかった。 However, the conventional correction method can obtain the effect of making the brightness uniform in the captured image, but cannot obtain the other effects.
したがって、この発明の目的は、撮像画像内での明るさを均一に補正できるとともに、撮像画像内で被写界深度を異ならせることができる撮像装置および撮像方法を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an imaging apparatus and an imaging method capable of correcting the brightness in a captured image uniformly and varying the depth of field in the captured image.
上述した課題を解決するために、第1の発明は、複数の画素がマトリクス状に配列され、照射された光が光電変換によって変換された電荷をライン毎に順次蓄積することにより露光を開始し、撮像信号として出力する撮像素子と、
撮像素子を遮光するように動作するシャッタ手段と、
撮像素子に対する露光量を調整する絞り手段と、
撮像素子および絞り手段を制御する制御手段と
を有し、
制御手段は、
撮像素子による露光開始タイミングとシャッタ手段による遮光タイミングとに基づき決定される露光時間に対して、ライン毎に露光時間差が生じるように撮像素子による露光開始タイミングを制御し、
露光時間差に応じてライン毎の露光量が略均一となるように絞り手段を制御する撮像装置である。
In order to solve the above-described problem, the first invention starts exposure by sequentially storing charges obtained by photoelectric conversion in which a plurality of pixels are arranged in a matrix and the irradiated light is sequentially stored for each line. An image sensor that outputs an image signal;
Shutter means that operates to shield the image sensor;
A diaphragm means for adjusting an exposure amount for the image sensor;
Control means for controlling the imaging element and the diaphragm means,
The control means
Control the exposure start timing by the image sensor so that an exposure time difference occurs for each line with respect to the exposure time determined based on the exposure start timing by the image sensor and the light shielding timing by the shutter means,
The imaging apparatus controls the diaphragm means so that the exposure amount for each line becomes substantially uniform according to the exposure time difference.
また、第2の発明では、複数の画素がマトリクス状に配列され、照射された光が光電変換によって変換された電荷をライン毎に順次蓄積することにより露光を開始し、撮像信号として出力する撮像素子による露光開始タイミングと、撮像素子を遮光するように動作するシャッタ手段による遮光タイミングとに基づき決定される露光時間に対して、ライン毎に露光時間差が生じるように撮像素子による露光開始タイミングを制御し、
露光時間差に応じてライン毎の露光量が略均一となるように、撮像素子に対する露光量を調整する絞り手段を制御する撮像方法である。
In the second aspect of the invention, a plurality of pixels are arranged in a matrix, and exposure is started by sequentially accumulating charges, which are converted by photoelectric conversion of the irradiated light for each line, and output as an imaging signal. The exposure start timing by the image sensor is controlled so that there is a difference in exposure time for each line with respect to the exposure time determined based on the exposure start timing by the element and the light shielding timing by the shutter means that operates to shield the image sensor. And
In this imaging method, the diaphragm means for adjusting the exposure amount for the image sensor is controlled so that the exposure amount for each line becomes substantially uniform in accordance with the exposure time difference.
上述したように、第1および第2の発明では、複数の画素がマトリクス状に配列され、照射された光が光電変換によって変換された電荷をライン毎に順次蓄積することにより露光を開始し、撮像信号として出力する撮像素子による露光開始タイミングと、撮像素子を遮光するように動作するシャッタ手段による遮光タイミングとに基づき決定される露光時間に対して、ライン毎に露光時間差が生じるように撮像素子による露光開始タイミングを制御し、露光時間差に応じてライン毎の露光量が略均一となるように、撮像素子に対する露光量を調整する絞り手段を制御するようにしているため、撮像画像内の露光量を略均一とするとともに、撮像画像内の被写界深度を異ならせることができる。 As described above, in the first and second inventions, a plurality of pixels are arranged in a matrix, and exposure is started by sequentially accumulating charges, which are converted by photoelectric conversion, for each line, for each line, The image sensor so that an exposure time difference is generated for each line with respect to the exposure time determined based on the exposure start timing by the image sensor output as an image signal and the light shielding timing by the shutter means that operates to shield the image sensor. Since the exposure start timing is controlled and the aperture means for adjusting the exposure amount for the image sensor is controlled so that the exposure amount for each line becomes substantially uniform according to the exposure time difference, the exposure in the captured image is controlled. The amount can be made substantially uniform, and the depth of field in the captured image can be varied.
この発明は、ライン毎に露光時間差が生じるように撮像素子による露光開始タイミングを制御し、露光時間差に応じてライン毎の露光量が略均一となるように、撮像素子に対する露光量を調整する絞り手段を制御するようにしている。そのため、撮像画像内の明るさを略均一とするとともに、撮像画像内の被写界深度を異ならせることができるという効果がある。 The present invention controls an exposure start timing by an image sensor so that an exposure time difference is generated for each line, and adjusts an exposure amount for the image sensor so that the exposure amount for each line becomes substantially uniform according to the exposure time difference. The means is controlled. Therefore, there is an effect that the brightness in the captured image can be made substantially uniform and the depth of field in the captured image can be varied.
以下、この発明の実施の形態について説明する。なお、説明は、以下の順序で行う。
1.この発明の第1の実施の形態
2.この発明の第2の実施の形態
Embodiments of the present invention will be described below. The description will be given in the following order.
1. 1. First embodiment of the present invention Second embodiment of the present invention
<1.この発明の第1の実施の形態>
この発明の第1の実施の形態について、図面を参照して説明する。この発明の第1の実施の形態では、フォーカルプレーンシャッタの先幕として、撮像素子の露光動作を制御する先幕を適用する。そして、この先幕を直線的に制御した際に生じる撮像画像内での露光量の差を、絞りを制御することによって補正する。こうすることにより、撮像画像内の明るさを均一に補正できるとともに、撮像画像内で被写界深度の異なる画像を撮影することができる。
<1. First Embodiment of the Invention>
A first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the first embodiment of the present invention, a front curtain that controls the exposure operation of the image sensor is applied as the front curtain of the focal plane shutter. Then, the difference in exposure amount in the captured image that occurs when the front curtain is linearly controlled is corrected by controlling the aperture. By doing so, the brightness in the captured image can be corrected uniformly, and images with different depths of field can be captured in the captured image.
[撮像装置の構成]
この発明の第1の実施の形態に適用可能な撮像装置の構成について説明する。図1は、この発明の第1の実施の形態に適用可能な撮像装置1の一例の構成を示す。撮像装置1は、カメラ部10、画像信号処理部11、表示部12、制御部13、操作部14、メモリコントローラ15およびSDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory)16を備える。
[Configuration of imaging device]
A configuration of the imaging apparatus applicable to the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 shows a configuration of an example of an
カメラ部10は、光学系21、アイリス(絞り)22、撮像素子23、レンズ駆動部25、絞り駆動部26およびタイミング発生回路(TG;Timing Generator)27を備える。
The
光学系21は、レンズ、フォーカス機構、ズーム機構などを有する。フォーカス機構およびズーム機構は、後述する制御部13の制御に基づき、レンズ駆動部25から出力される駆動信号によって駆動され、フォーカスおよびズーム/ワイドなどが調整される。アイリス22は、絞り調整機構を有し、制御部13の制御に基づき、絞り駆動部26から出力される駆動信号によって駆動され、光量が調整される。外部から入射される被写体像が光学系21およびアイリス22を通過して撮像素子23に結像される。
The
撮像素子23は、例えばCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサといった撮像素子からなり、照射された光を光電変換によって電気信号に変換し、撮像信号として出力する。また、撮像素子23は、制御部13の制御に基づき、タイミング発生回路27から出力されるタイミング信号に応じて駆動される。
The
また、図示しないが、フォーカルプレーンシャッタの後幕が光学系21と撮像素子23との間に設けられている。後幕は、撮像素子23を遮光するように、その先端が撮像素子23の下部から上部に向かって移動するように動作する。撮像素子23は、その上部が撮像装置1の下部に位置するように反転して配置されている。これは、レンズを介して撮像素子23の撮像面に結像される画像の上下および左右が反転するためである。
Although not shown, the rear curtain of the focal plane shutter is provided between the
レンズ駆動部25は、制御部13の制御に基づき、レンズ21を動作させるための駆動信号を生成する。絞り駆動部26は、制御部13の制御に基づき、アイリス22を動作させるための駆動信号を生成する。タイミング発生回路27は、制御部13の制御に基づき、撮像素子23を動作させるための各種タイミング信号を生成する。
The
画像信号処理部11は、必要に応じてSDRAM16をバッファとして用い、撮像素子23から出力されたディジタル撮像信号を、例えば輝度信号と色差信号とからなる画像データに変換する。また、画像信号処理部11は、γ(ガンマ)補正やホワイトバランス補正といった画質調整や、色調補正やシャープネス補正などの各種加工処理を行う。
The image
表示部12は、例えばLCDによって構成され、画像信号処理部11で生成された画像データを表示可能な形式に変換して表示し、ビューファインダとして用いられる。なお、表示部12に表示される撮像画像は、撮像素子23の撮像面の上部が表示部12の上側に位置するように表示される。
The
操作部14は、この撮像装置1を操作するために用いられる各種の操作子が設けられ、各操作子に対する操作に応じた制御信号を出力する。例えば、電源のON/OFFを切り替える電源キー、撮影モードや再生モードといった撮像装置1における動作モードを切り換えるモード切り換えキー、撮影条件の設定を切り替えるための撮影モード切り換えキー、カーソル移動のためのキーなどが設けられる。さらに、操作部14には、この撮像装置1で静止画を撮影する際に用いられるレリーズボタンや、動画や静止画を撮影する際に光学系21やアイリス22のフォーカス、絞り、ズームなどを操作するための操作子なども設けられる。
The
制御部13は、RAM(Random Access Memory)18をワークメモリとして用い、ROM(Read Only Memory)17に予め記憶されたプログラムに従いこの撮像装置1の全体の動作を制御する。また、制御部13は、操作部14に対する操作に応じた制御信号に基づき、光学系21、アイリス22および撮像素子23を制御するための制御信号をそれぞれ生成し、レンズ駆動部25、絞り駆動部26およびタイミング発生回路27に対して供給する。なお、ROM17には、画像信号処理部11におけるディジタル撮像信号に対する各種信号処理の際に用いられるパラメータも予め記憶されている。
The
メモリコントローラ15は、記録媒体20が接続され、この記録媒体20に対するデータの記録制御や、記録媒体20に記録されたデータの再生制御を行う。記録媒体20としては、例えばメモリーカードなどの着脱可能な不揮発性メモリを用いることができる。また、記録媒体20として記録可能なタイプの光ディスクを用いることもできる。さらに、着脱可能または撮像装置1に内蔵されるハードディスクを記録媒体20として用いることもできる。
The
図2は、撮像素子23の一例の構成を示す。撮像素子23は、XYアドレス型の撮像素子であり、画素31,31,・・・、カラムADC(Analog Digital Converter)部32,32,・・・、水平スイッチ33,33,・・・、垂直走査回路35および水平走査回路36を備える。なお、この例では、画素列毎に並列処理を行い、画素31,31,・・・から出力されるアナログ信号をディジタル信号に変換して出力するカラムAD(Analog/Digital)方式を用いた場合について説明する。また、この例では、説明を容易とするため、4ライン×4列の画素群のみを示す。
FIG. 2 shows an exemplary configuration of the
撮像素子23は、複数の画素31,31,・・・がマトリクス状に配列されている。各列毎の画素31,31,・・・からの出力は、垂直信号線により共通に接続され、各列毎に設けられたカラムADC部32に接続されている。
In the
各画素ライン毎の画素31,31,・・・には、垂直走査回路35に接続された垂直走査線が共通に接続されている。また、カラムADC部32および水平スイッチ33は、各列毎にそれぞれ設けられている。
A vertical scanning line connected to the
画素31,31,・・・は、フォトダイオード41、増幅素子42、垂直選択スイッチ43および図示しないリセットスイッチを備える。フォトダイオード41は、照射された光を光電変換により電荷として蓄積する。増幅素子42は、フォトダイオード41に蓄積された電荷を画素信号に変換するとともに、増幅して出力する。
The
垂直選択スイッチ43は、後述する垂直走査回路35の制御に基づき、垂直走査線を介して供給された垂直走査信号によってON/OFFが制御される。垂直選択スイッチ43がONとされた場合に、フォトダイオード41に蓄積された電荷(画素信号)が出力される。
The vertical selection switch 43 is controlled to be turned ON / OFF by a vertical scanning signal supplied via a vertical scanning line based on control of a
また、図示しないが、リセットスイッチは、リセット信号によってON/OFFが制御される。リセットスイッチがONとされた場合に、フォトダイオード41に蓄積された電荷(画素信号)が放電される。
Although not shown, the reset switch is controlled to be turned on / off by a reset signal. When the reset switch is turned on, the charge (pixel signal) accumulated in the
カラムADC部32は、コンパレータ44、カウンタ45およびラッチ回路46を備え、画素31から出力されたアナログの画素信号をディジタルの画素信号に変換して出力する。コンパレータ44は、画素31から出力された画素信号の電圧と基準電圧とを比較し、比較結果をカウンタ45に出力する。カウンタ45は、コンパレータ44からの比較結果をカウントし、ラッチ回路46に出力する。ラッチ回路46は、カウンタ45から出力された信号をラッチする。
The
水平スイッチ33は、後述する水平走査回路36の制御に基づきON/OFFが制御され、水平スイッチ33がONとされた場合に、カラムADC部32から出力されたディジタルの画素信号が出力される。
The
垂直走査回路35は、垂直選択スイッチ43を制御するための垂直走査信号を、画素ライン毎に設けられた垂直走査線を介して出力し、画素ライン毎の各画素31,31,・・・に蓄積された電荷を出力するように制御する。
The
水平走査回路36は、水平スイッチ33を制御するための制御信号を各列毎に出力し、各列毎に設けられたカラムADC部32から出力された画素信号を取り出すように制御する。
The
なお、撮像素子23の方式としては、カラムAD方式に限られず、例えば各画素毎のオフセット信号を除去する相関二重サンプリング方式を用いたカラムCDS(Correlated Double Sampling)方式等、他の方式を適用してもよい。
The method of the
[撮像装置の動作]
次に、この発明の第1の実施の形態による撮像装置1の動作について説明する。操作部14に対するユーザの操作等によりシャッタスピードが設定され、レリーズボタンが操作されることによって撮影が開始されると、設定されたシャッタスピードに応じたタイミングでリセット信号が出力される。このとき、リセット信号は、撮像素子23の上部に位置する画素ライン側から画素ライン毎に順次、出力される。このリセット信号の出力タイミングが画素31に対する露光開始タイミングとなる。
[Operation of imaging device]
Next, the operation of the
次に、リセット信号により画素31に設けられたリセットスイッチがONとされ、それまでにフォトダイオード41に蓄積された電荷が放電される。フォトダイオード41に蓄積された電荷が放電された後、リセットスイッチがOFFとされ、フォトダイオード41に照射された光による電荷の蓄積が開始される。このような動作がフォーカルプレーンシャッタの先幕の動作に相当する。
Next, the reset switch provided in the
なお、以下の説明においては、リセット信号によってリセットスイッチがONとされフォトダイオード41に蓄積された電荷が放電され、リセットスイッチがOFFとされ露光が開始される動作を「リセット走査」と記述して説明する。
In the following description, the operation in which the reset switch is turned on by the reset signal, the electric charge accumulated in the
次に、所定時間が経過した後に、フォーカルプレーンシャッタの後幕が動作し、撮像素子23の上部から下部に向かって順次、各画素31のフォトダイオード41に対して照射される光を遮断する。このときのリセット走査による先幕および後幕が所定の位置を通過する時間差が露光時間となる。
Next, after a lapse of a predetermined time, the rear curtain of the focal plane shutter is operated, and the light applied to the
また、後幕が動作してフォトダイオード41に対する光を遮断すると、水平走査回路36の制御により水平スイッチ33がONとされるとともに、後幕の動作に応じて垂直走査回路35から垂直走査信号が画素ライン毎に順次出力され、垂直選択スイッチ43がONとされる。そして、フォトダイオード41に蓄積された電荷(画素信号)が読み出され、カラムADC部32においてA/D変換されて出力される。そして、出力された画素信号が撮像信号として画像信号処理部11に供給され、所定の信号処理が行われる。
When the rear curtain operates to block light to the
なお、上述したように、撮像素子23が上下および左右が反転して配置されているため、撮像装置1側から見た場合に、リセット走査および後幕は、図3に示すように撮像素子23の撮像面に対して下部から上部に向かって移動するように動作する。すなわち、撮像素子23側から見た場合には、リセット走査および後幕が撮像面に対して上部から下部へ向かって動作することになる。また、リセット走査位置および後幕の先端位置が略平行となるように移動する。
As described above, since the
[明るさの補正方法]
次に、撮像面内の明るさを均一に補正する方法について説明する。上述したように、この発明の第1の実施の形態では、フォーカルプレーンシャッタの先幕が撮像素子23のリセット走査によって動作するようにしている。リセット走査による先幕の動作は、リセット信号の出力タイミングによって決定される。例えば、画素ライン毎に一定の時間間隔でリセット信号が出力された場合、リセット走査による先幕は、時間と撮像面の垂直方向の位置との関係が直線的となるように動作する。
[Brightness correction method]
Next, a method for uniformly correcting the brightness in the imaging surface will be described. As described above, in the first embodiment of the present invention, the front curtain of the focal plane shutter is operated by reset scanning of the
一方、後幕は、従来と同様に機械的に制御されているため、時間と撮像面の垂直方向の位置との関係が加速度的となるように動作する。したがって、先幕の動作が直線的となるように制御した場合、先幕および後幕の軌跡が異なるため、撮像面内での露光時間に差が生じ、撮像面内の明るさが均一とならなくなってしまう。 On the other hand, since the rear curtain is mechanically controlled as in the conventional case, the rear curtain operates so as to accelerate the relationship between the time and the position of the imaging surface in the vertical direction. Therefore, when the operation of the front curtain is controlled to be linear, the trajectories of the front curtain and the rear curtain are different, so that the exposure time in the imaging surface is different and the brightness in the imaging surface is uniform. It will disappear.
ここで、例えば図4Aに示すように、直線的に動作するリセット走査(フォーカルプレーンシャッタの先幕に相当)を、撮像面の垂直位置に対して露光時間が徐々に短くなるように制御した場合について考える。この場合、撮像面の垂直位置に応じて露光時間が徐々に短くなるため、撮像面内の露光量が均一とならなくなってしまう。したがって、このように先幕の動作を制御した際の撮像画像は、図4Bに示すように、上部が明るく、シャッタ方向に沿って下部に向かうにつれて暗くなる画像となってしまう。 Here, for example, as shown in FIG. 4A, when reset scanning (corresponding to the front curtain of the focal plane shutter) that operates linearly is controlled so that the exposure time gradually decreases with respect to the vertical position of the imaging surface. think about. In this case, since the exposure time is gradually shortened according to the vertical position of the imaging surface, the exposure amount in the imaging surface is not uniform. Therefore, as shown in FIG. 4B, the captured image when the operation of the front curtain is controlled in this way is an image that is brighter in the upper part and becomes darker toward the lower part along the shutter direction.
そこで、この発明の第1の実施の形態では、撮像面内の明るさが均一となるように補正するために、露光時間に応じて絞り(アイリス)を制御する。具体的には、例えば図5Aに示すように、露光時間が長い領域では、絞りを絞り(F値(Focal number;絞り値)を大きくする)、露光時間が短くなるに従って、絞りを徐々に開放する(F値を小さくする)ように絞りを制御する。 Therefore, in the first embodiment of the present invention, the iris (iris) is controlled in accordance with the exposure time in order to correct the brightness within the imaging surface to be uniform. Specifically, as shown in FIG. 5A, for example, in a region where the exposure time is long, the aperture is stopped (F-number (Focal number) is increased), and the aperture is gradually opened as the exposure time becomes shorter. The aperture is controlled so that it is reduced (F value is decreased).
絞りを絞ることによって露光量が少なくなり、絞りを開放することによって露光量が多くなるので、絞りを制御することによって露光量を均一とすることにより、図5Bに示すように、明るさが略均一となる撮像画像を撮影することができる。 Since the exposure amount is reduced by reducing the aperture, and the exposure amount is increased by opening the aperture, the brightness is substantially reduced as shown in FIG. 5B by making the exposure amount uniform by controlling the aperture. A uniform captured image can be captured.
なお、図4Bおよび図5Bに示す撮像画像では、撮像素子23側から見た場合を示しているため、リセット走査および後幕が上部から下部に向かって動作する場合について示している。
4B and 5B show the case where the image is viewed from the
一般的に、絞りを変化させた場合には、絞りに応じて撮像画像の被写界深度が変化することが知られている。具体的には、絞りを開放した(F値を小さくした)場合には、被写界深度が浅くなり、絞りを絞った(F値を大きくした)場合には、被写界深度が深くなる。そのため、絞りを制御して撮像面内の明るさを均一に補正することにより、撮像面内での被写界深度を異ならせることができる。 In general, it is known that when the aperture is changed, the depth of field of the captured image changes according to the aperture. Specifically, when the aperture is opened (F value is reduced), the depth of field becomes shallow, and when the aperture is reduced (F value is increased), the depth of field is increased. . For this reason, the depth of field in the imaging plane can be varied by controlling the aperture to uniformly correct the brightness in the imaging plane.
すなわち、図5Bに示す例では、撮像面の上部においてF値を大きくすることにより被写界深度が最も深く、下部になるに従ってF値を徐々に小さくすることにより、被写界深度が徐々に浅くなるような撮像画像を撮影することができる。 That is, in the example shown in FIG. 5B, the depth of field is deepest by increasing the F value at the upper part of the imaging surface, and the depth of field is gradually decreased by gradually decreasing the F value toward the lower part. A captured image that becomes shallower can be taken.
このように、撮像面内で被写界深度が異なる画像を撮影することにより、例えば、ポートレートを撮影する場合には、遠くの風景や近くの人物の顔等にはフォーカスが合い、人物の周囲はぼやけている、というような画像を撮影することができる。 In this way, by shooting images with different depths of field within the imaging surface, for example, when shooting portraits, a distant landscape or a face of a nearby person is focused, It is possible to take an image that the surroundings are blurred.
なお、図5Bに示す絞りは、所定の時点までのF値を一定とし、所定の時点から直線的にF値を小さくするとともに、さらに別の所定の時点からF値を一定とするように動作するように示しているが、これはこの例に限られない。例えば、F値が常に直線的に小さくなるように動作させるようにしてもよい。 The aperture shown in FIG. 5B operates so that the F value up to a predetermined time is constant, the F value is linearly reduced from the predetermined time, and the F value is constant from another predetermined time. However, this is not limited to this example. For example, you may make it operate | move so that F value may become linearly always small.
[撮影用ガイドの表示]
上述したように、撮像面内で被写界深度が異なるモード(以下、被写界深度変更モードと適宜称する)で画像を撮影する場合には、同一撮像画像内にフォーカスが合う領域とぼやける領域とが存在する。そのため、撮像画像内の領域に応じて被写界深度が異なることを知らずに撮影すると、ユーザが想定している画像を撮影することができないことが考えられる。そこで、この発明の第1の実施の形態では、被写界深度変更モードによる撮影を行う場合に、撮像画像内の領域に応じて被写界深度が異なることを示す撮影用ガイドを表示部12に表示し、ユーザに対して明示するようにしている。
[Display shooting guide]
As described above, when shooting an image in a mode in which the depth of field is different on the imaging surface (hereinafter referred to as a depth-of-field changing mode as appropriate), the focused area and the blurred area in the same captured image And exist. For this reason, if an image is taken without knowing that the depth of field varies depending on the region in the captured image, it is possible that the image assumed by the user cannot be taken. Therefore, in the first embodiment of the present invention, when shooting is performed in the depth-of-field change mode, a shooting guide indicating that the depth of field varies depending on the area in the captured image is displayed on the
表示部12には、例えば図6Aに示すように、被写界深度が深い領域と被写界深度が浅い領域との境界を示す境界線50を、撮影用ガイドとして表示する。この境界線50の上側の領域は、被写界深度が深く、全体的にフォーカスを合わせることができる領域である。また、境界線50の下側の領域は、被写界深度が浅く、フォーカスを合わせた部分の周囲の領域がぼやける領域である。したがって、この境界線50の下側の領域に被写体が収まるように撮影することにより、被写体に対してフォーカスを合わせるとともに、被写体の周囲がぼやけるように撮影することができる。
For example, as shown in FIG. 6A, the
なお、この例では、撮影用ガイドとしての境界線50が撮像画像の垂直方向に対して略中央に位置するように設定しているが、これはこの例に限られない。この発明の第1の実施の形態では、撮像画像内の被写界深度が深い領域から浅い領域まで連続的に変化するようにされているため、例えば、撮像画像の垂直方向に対する境界線50の表示位置を、被写界深度の深さの度合いに応じて変更できるようにしてもよい。
In this example, the
また、表示部12には、例えば図6Bに示すように、境界線50の代わりに被写体(例えば人物)の輪郭線50’等を撮影用ガイドとして表示するようにしてもよい。この場合、被写体が必ずしも輪郭線50’内に収まっている必要はないため、そのことを示す情報を表示部12に表示させるようにすると、より好ましい。
Further, for example, as shown in FIG. 6B, a
このように、撮影用ガイドを表示することにより、例えばポートレートを撮影する場合などにおいて、どの領域に被写体を収め、どの領域に風景を収めるかを容易に設定することができる。 In this way, by displaying the shooting guide, for example, when shooting a portrait, it is possible to easily set in which area the subject is stored and in which area the landscape is stored.
さらに、表示部12には、図6Aおよび6Bに示すように、撮影モードが被写界深度変更モードであることを示す情報を表示する。こうすることにより、現在の撮影モードが特殊なモードであることをユーザに通知することができる。さらにまた、この被写界深度変更モードでの撮影開始が可能となったことを示す情報を表示部12に表示させると、より好ましい。
Further, as shown in FIGS. 6A and 6B, the
[撮像方法]
この発明の第1の実施に形態による撮像方法の処理の流れについて、図7に示すフローチャートを参照して説明する。なお、特別な記載がない限り、以下の処理は、制御部13の制御の下で行われるものとする。また、この例では、被写界深度変更モードにおける撮像方法についてのみ説明し、通常の撮影モードにおける撮像方法については、説明を省略する。
[Imaging method]
The processing flow of the imaging method according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to the flowchart shown in FIG. Note that the following processing is performed under the control of the
操作部14に設けられた電源キーがONとされることにより、一連の処理が開始され、ユーザの操作部14に対する操作により、撮影モードが設定される。ステップS1では、撮影モードが被写界深度変更モードであるか否かが判断される。ユーザによって設定された撮影モードが被写界深度変更モードであると判断された場合には、処理がステップS2に移行し、ユーザによって予め設定されたシャッタスピードや露光量、周辺の光量等に応じて露出等の各種設定が行われる。そして、設定値が例えばRAM18に記憶される。また、ステップS3では、現在設定されている撮影モード(被写界深度変更モード)および撮影用ガイドが表示部12に表示される。
When a power key provided on the
ステップS4では、被写界深度変更モードで撮影するか否かが判断される。被写界深度変更モードで撮影すると判断された場合には、処理がステップS5に移行する。ステップS5では、操作部14に設けられたレリーズボタンが半押しされたか否かが判断される。レリーズボタンが半押しされたと判断された場合には、処理がステップS6に移行する。一方、レリーズボタンが半押しされていないと判断された場合には、処理がステップS2に戻る。
In step S4, it is determined whether to shoot in the depth-of-field change mode. If it is determined to shoot in the depth-of-field change mode, the process proceeds to step S5. In step S5, it is determined whether or not the release button provided on the
ステップS6では、ステップS5においてレリーズボタンが半押しされることにより、絞りを開放し、表示部12に表示された撮影用ガイド内の被写体に対してフォーカスが合わせられる。また、ステップS7において、ステップS2でRAM18に記憶されたシャッタスピードや露光量、周辺の光量等に基づく設定値や、レンズの絞りの調整範囲等により、被写界深度変更モードの際に用いられる各種パラメータが算出される。このパラメータは、例えば、所定の時点における絞りのF値などを示すものである。そして、ステップS8において、被写界深度変更モードによる撮影が可能となったことを示す情報が表示部12に表示される。
In step S6, when the release button is pressed halfway in step S5, the aperture is opened, and the subject in the photographing guide displayed on the
ステップS9では、レリーズボタンが深押しされたか否かが判断される。レリーズボタンが深押しされたと判断された場合には、被写界深度変更モードによる撮影が開始され、処理がステップS10に移行し、ステップS7で算出された各種パラメータに従って、被写体に対する撮影が行われる。そして、ステップS11において、撮影された撮像画像が表示部12に表示され、処理がステップS2に戻る。なお、ステップS9において、レリーズボタンが深押しされていないと判断された場合には、処理がステップS6に戻る。
In step S9, it is determined whether or not the release button has been pressed deeply. If it is determined that the release button has been pressed deeply, shooting in the depth-of-field change mode is started, the process proceeds to step S10, and shooting of the subject is performed according to the various parameters calculated in step S7. . In step S11, the captured image is displayed on the
一方、ステップS1において、撮影モードが被写界深度変更モードでないと判断された場合には、処理がステップS12に移行する。ステップS12では、撮影モードを被写界深度変更モードに変更するか否かが判断される。撮影モードを被写界深度変更モードに変更すると判断された場合には、処理がステップS13に移行し、ユーザによる操作部14に対する操作に基づき、撮影モードを被写界深度変更モードに変更する。そして、処理がステップS2に移行する。
On the other hand, if it is determined in step S1 that the shooting mode is not the depth-of-field change mode, the process proceeds to step S12. In step S12, it is determined whether or not to change the shooting mode to the depth of field change mode. If it is determined that the shooting mode is changed to the depth-of-field change mode, the process proceeds to step S13, and the shooting mode is changed to the depth-of-field change mode based on an operation on the
また、ステップS4において被写界深度変更モードで撮影しないと判断された場合や、ステップS12において撮影モードを被写界深度変更モードに変更しないと判断された場合には、ステップS14で撮影モードが通常撮影モードに変更され、一連の処理が終了する。なお、ステップS14における通常撮影モードによる撮影方法については、説明を省略する。 If it is determined in step S4 that shooting is not performed in the depth of field change mode, or if it is determined in step S12 that the shooting mode is not changed to depth of field change mode, the shooting mode is set in step S14. The mode is changed to the normal shooting mode, and a series of processing ends. In addition, description is abbreviate | omitted about the imaging | photography method by normal imaging | photography mode in step S14.
<2.この発明の第2の実施の形態>
この発明の第2の実施の形態について説明する。上述した第1の実施の形態では、絞りを制御することにより、撮像面内の明るさを均一に補正するようにした。しかしながら、絞りを制御するだけでは、撮像面内の明るさを十分に補正することができない場合が考えられる。
<2. Second Embodiment of the Invention>
A second embodiment of the present invention will be described. In the first embodiment described above, the brightness within the imaging surface is uniformly corrected by controlling the diaphragm. However, there may be a case where the brightness in the imaging surface cannot be sufficiently corrected only by controlling the aperture.
そこで、この第2の実施の形態では、絞りを制御することに加えて、ISO(International Organization for Standardization)感度を制御することにより、撮像面内の明るさを均一に補正するようにした。 Therefore, in the second embodiment, in addition to controlling the diaphragm, ISO (International Organization for Standardization) sensitivity is controlled to uniformly correct the brightness in the imaging surface.
ISO感度は、例えば制御部13の制御に基づき画像信号処理部11内に設けられた図示しないゲイン回路を制御し、撮像信号に対するゲインを調整することで変更することができる。
The ISO sensitivity can be changed, for example, by controlling a gain circuit (not shown) provided in the image
直線的に動作する先幕を、撮像面の垂直位置に対して露光時間が徐々に短くなるように制御したときで、ISO感度を制御して撮像面内の明るさを均一に補正する場合について考える。例えば、図8Aに示すように、露光時間が長い領域では、ISO感度を低く設定し、露光時間が短くなるに従って、ISO感度を徐々に高くするように制御する。ISO感度を低くすることで露光量が少なくなり、ISO感度を高くすることで露光量が多くなるので、絞りの制御とともにISO感度を制御して露光量を均一とすることにより、図8Bに示すように、明るさが略均一となる撮像画像を撮影することができる。 When the front curtain that operates linearly is controlled so that the exposure time gradually decreases with respect to the vertical position of the imaging surface, and the ISO sensitivity is controlled to uniformly correct the brightness in the imaging surface Think. For example, as shown in FIG. 8A, in a region where the exposure time is long, the ISO sensitivity is set low, and the ISO sensitivity is controlled to be gradually increased as the exposure time becomes shorter. Since the exposure amount decreases by lowering the ISO sensitivity, and the exposure amount increases by increasing the ISO sensitivity, the ISO sensitivity is controlled together with the aperture control to make the exposure amount uniform, as shown in FIG. 8B. As described above, it is possible to capture a captured image with substantially uniform brightness.
なお、ISO感度を高くした場合には、撮像信号だけでなくノイズも増幅してしまうため、撮像面内において明るさだけでなくノイズレベルも異なってしまうおそれがある。そのため、ISO感度による明るさの制御は、絞りの制御に対する補助的な役割として用いると好ましい。 Note that when the ISO sensitivity is increased, not only the imaging signal but also noise is amplified, so that not only the brightness but also the noise level may be different within the imaging surface. For this reason, it is preferable that the brightness control based on the ISO sensitivity is used as an auxiliary role for the aperture control.
このように、この発明の第1の実施の形態および第2の実施の形態では、撮像面の垂直位置に対して露光時間が異なるようにリセット走査および後幕が動作する場合に、絞りおよび/またはISO感度を制御して撮像画像の明るさを均一に補正するようにしている。そのため、撮像面内で被写界深度の異なる撮像画像を撮影することができる。 As described above, according to the first and second embodiments of the present invention, when the reset scanning and the rear curtain operate so that the exposure time differs with respect to the vertical position of the imaging surface, Alternatively, the ISO sensitivity is controlled to uniformly correct the brightness of the captured image. Therefore, captured images with different depths of field can be captured within the imaging surface.
以上、この発明の第1の実施の形態および第2実施の形態について説明したが、この発明は、上述したこの発明の第1の実施の形態および第2の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。この発明の実施の形態では、フォーカルプレーンシャッタの後幕として、機械的な後幕を用いた場合について説明したが、これはこの例に限られない。例えば、撮像素子23において、画素31,31,・・・から電荷を読み出してA/D変換するまでの動作を高速に行うことが可能であれば、後幕の動作をXYアドレス型の撮像素子を用いて電子的に制御するようにしてもよい。
Although the first embodiment and the second embodiment of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the first embodiment and the second embodiment of the present invention described above. Various modifications and applications are possible without departing from the scope of the present invention. In the embodiment of the present invention, the case where a mechanical rear curtain is used as the rear curtain of the focal plane shutter has been described, but this is not limited to this example. For example, in the
例えば図9Aに示すように、直線的に動作する先幕および後幕を、撮像面の垂直位置に対して露光時間が徐々に長くなるように制御した場合、露光時間が短い領域ではF値を小さくし、露光時間が長くなるに従ってF値を大きくするように絞りを制御する。こうすることにより、撮像面内の明るさを均一に補正するとともに、撮像面の上部の被写界深度が浅く、下部の被写界深度が深い撮像画像を撮影することができる。 For example, as shown in FIG. 9A, when the front curtain and rear curtain that operate linearly are controlled so that the exposure time is gradually increased with respect to the vertical position of the imaging surface, the F value is set in a region where the exposure time is short. The aperture is controlled so that the F value increases as the exposure time increases. By so doing, the brightness in the imaging surface can be corrected uniformly, and a captured image with a shallow depth of field at the top of the imaging surface and a deep depth of field at the bottom can be taken.
また、例えば図9Bに示すように、直線的に動作する先幕および後幕を、撮像面の垂直位置に対して露光時間が徐々に短くなるように制御した場合、露光時間が長い領域ではF値を大きくし、露光時間が短くなるに従ってF値を小さくするように絞りを制御する。こうすることにより、撮像面内の明るさを均一に補正するとともに、撮像面の上部の被写界深度が深く、下部の被写界深度が浅い撮像画像を撮影することができる。 For example, as shown in FIG. 9B, when the front curtain and the rear curtain that operate linearly are controlled so that the exposure time is gradually shortened with respect to the vertical position of the imaging surface, The aperture is controlled so that the value is increased and the F value is decreased as the exposure time is shortened. By so doing, the brightness in the imaging surface can be corrected uniformly, and a captured image with a deep depth of field at the top of the imaging surface and a shallow depth of field at the bottom can be taken.
さらに、例えば、先幕および後幕の動作を段階的に変化させるように制御した場合に、先幕および後幕の動作に応じてF値を段階的に変化させるように制御することにより、撮像面内において被写界深度を段階的に変化させることもできる。 Further, for example, when the operation of the front curtain and the rear curtain is controlled to change stepwise, the F value is controlled to change stepwise according to the operation of the front curtain and the rear curtain. It is also possible to change the depth of field stepwise in the plane.
1 撮像装置
10 カメラ部
11 画像信号処理部
12 表示部
13 制御部
14 操作部
20 記録媒体
21 光学系
22 アイリス
23 撮像素子
25 レンズ駆動部
26 絞り駆動部
27 タイミング発生回路
31 画素
32 カラムADC部
33 水平スイッチ
35 垂直走査回路
36 水平走査回路
41 フォトダイオード
42 増幅素子
43 垂直選択スイッチ
50 境界線
50’ 輪郭線
DESCRIPTION OF
Claims (6)
上記撮像素子を遮光するように動作するシャッタ手段と、
上記撮像素子に対する露光量を調整する絞り手段と、
上記撮像素子および上記絞り手段を制御する制御手段と
を有し、
上記制御手段は、
上記撮像素子による露光開始タイミングと上記シャッタ手段による遮光タイミングとに基づき決定される露光時間に対して、上記ライン毎に露光時間差が生じるように上記撮像素子による露光開始タイミングを制御し、
上記露光時間差に応じて上記ライン毎の露光量が略均一となるように上記絞り手段を制御する撮像装置。 An image sensor in which a plurality of pixels are arranged in a matrix, and exposure is started by sequentially accumulating charges, which are converted by photoelectric conversion of irradiated light, for each line;
Shutter means that operates to shield the image sensor;
A diaphragm means for adjusting an exposure amount for the image sensor;
Control means for controlling the imaging device and the diaphragm means,
The control means includes
Controlling the exposure start timing by the image sensor so that an exposure time difference occurs for each line with respect to the exposure time determined based on the exposure start timing by the image sensor and the light shielding timing by the shutter means;
An imaging apparatus that controls the aperture means so that the exposure amount for each line becomes substantially uniform in accordance with the exposure time difference.
上記ライン毎の露光時間が徐々に短くなるように上記撮像素子による露光開始タイミングを制御し、
上記ライン毎の露光時間が徐々に短くなるに従って上記絞り手段を徐々に開放させるように制御する請求項1に記載の撮像装置。 The control means includes
Control the exposure start timing by the image sensor so that the exposure time for each line gradually decreases,
The imaging apparatus according to claim 1, wherein the aperture unit is controlled to be gradually opened as the exposure time for each line gradually decreases.
上記制御手段は、
上記露光時間差に応じて上記ライン毎の露光量が略均一となるように、上記絞り手段および上記増幅手段を制御する請求項1に記載の撮像装置。 An amplifying unit for adjusting an amplification amount for the imaging signal output from the imaging element;
The control means includes
The imaging apparatus according to claim 1, wherein the diaphragm unit and the amplification unit are controlled so that an exposure amount for each line becomes substantially uniform according to the exposure time difference.
上記表示手段は、
上記撮像画像内で異なる被写界深度の境界を示すガイドを表示する請求項1に記載の撮像装置。 And further comprising display means for displaying a captured image based on the imaging signal output from the imaging element,
The display means is
The imaging apparatus according to claim 1, wherein a guide indicating a boundary between different depths of field in the captured image is displayed.
上記露光時間差に応じて上記ライン毎の露光量が略均一となるように、上記撮像素子に対する露光量を調整する絞り手段を制御する撮像方法。 A plurality of pixels are arranged in a matrix, and exposure is started by sequentially accumulating charges, which are converted by photoelectric conversion of irradiated light, for each line, and the exposure start timing by the image sensor that outputs as an imaging signal, Controlling the exposure start timing by the image sensor so that an exposure time difference is generated for each line with respect to the exposure time determined based on the light shielding timing by the shutter means that operates to shield the image sensor;
An imaging method for controlling a diaphragm unit that adjusts an exposure amount for the image sensor so that an exposure amount for each line becomes substantially uniform according to the exposure time difference.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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JP2014158070A (en) * | 2013-02-14 | 2014-08-28 | Canon Inc | Image processing apparatus, image pickup apparatus, image processing method, image processing program, and storage medium |
JP2014209744A (en) * | 2014-05-30 | 2014-11-06 | セイコーエプソン株式会社 | Image correction circuit, imaging device and image correction program |
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2008
- 2008-12-22 JP JP2008326201A patent/JP2010148045A/en active Pending
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