JP2011155396A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像素子の特定領域を読み出すことによりズーム撮影を行う場合でも、フリッカを正確に検知できるようにする。
【解決手段】撮像レンズ１１１により結像された被写体像を電気信号に変換する、Ｘ−Ｙアドレス走査型の撮像素子１１３と、被写体を照明する光源のフリッカを検知するフリッカ検知部１３５と、撮像素子を、撮像素子が撮影できる最大の画角の範囲の画素信号を読み出す第１の駆動方法で駆動する状態と、第１の駆動方法の場合よりも狭い画角の範囲の画素信号を読み出す第２の駆動方法で駆動する状態とを切り替える切り替え部１４３と、フリッカ検知部がフリッカの検知を行う場合は、撮像素子を第１の駆動方法で駆動する状態とし、フリッカ検知部がフリッカ検知を完了した場合は、撮像素子を第２の駆動方法で駆動する状態とするように、切り替え部を制御する制御部１３３とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、撮像装置に関し、特に動画像を撮影する撮像装置に関するものである。

従来、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサを使用した撮像装置において、商用電源に接続した蛍光灯下で動画撮影を行うと、商用電源の周波数による蛍光灯の明滅により、フレーム毎に明るさが変動したり、フレーム内に明暗の横縞が発生したりすることが知られている。この明暗の変動はフリッカと呼ばれているが、５０Ｈｚフリッカに対しては、ｎ／１００秒（ｎは自然数）、６０Ｈｚフリッカに対してはｎ／１２０秒のシャッタスピードで電子シャッタを制御することで、フリッカを低減することができる。上記のフリッカを低減するために、フリッカを低減可能なシャッタ秒時を求めるには、フリッカの周波数を求める必要がある。例えば、特許文献１ではＣＭＯＳセンサから得られた映像信号を、１水平周期以上の時間に渡って積分し、前後のフレームの積分値を比較してフリッカ検知を行う方法が開示されている。

一方、特定領域の読み出しが可能な撮像素子を持つ撮像装置で、撮像素子の全領域より小さな領域を読みだすことで、ズームレンズを用いることなく望遠側へズームさせる機能を持つものがある。例えば、特許文献２では、撮像素子の読み出し範囲と駆動方法の変更により、高解像度のズームを行う方法が開示されている。

特定領域の読み出しによりズームを行った場合にも同様にフリッカの問題が発生するが、前述した前後フレームの積分値を比較する方法により、フリッカ検知が可能である。

特開２００７−６０５８５号公報 特開２００２−３１４８６８号公報

しかしながら、上記の特許文献に開示された従来技術では、フリッカ検知中の構図は変化しないことを前提としており、構図が大きく変化した場合は、フリッカの検知ができない可能性があった。特に、特定領域の読み出しによりズーム撮影を行う場合は、手ぶれの影響を受けやすくなるため、構図の変化がおこりやすく、フリッカを正しく検知できないことがあった。

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、撮像素子の特定領域を読み出すことによりズーム撮影を行う場合でも、フリッカを正確に検知できるようにすることである。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係わる撮像装置は、撮像レンズにより結像された被写体像を電気信号に変換する、Ｘ−Ｙアドレス走査型の撮像素子と、被写体を照明する光源のフリッカを検知するフリッカ検知手段と、前記撮像素子を、該撮像素子が撮影できる最大の画角の範囲の画素信号を読み出す第１の駆動方法で駆動する状態と、第１の駆動方法の場合よりも狭い画角の範囲の画素信号を読み出す第２の駆動方法で駆動する状態とを切り替える切り替え手段と、前記フリッカ検知手段がフリッカの検知を行う場合は、前記撮像素子を前記第１の駆動方法で駆動する状態とし、前記フリッカ検知手段がフリッカ検知を完了した場合は、前記撮像素子を前記第２の駆動方法で駆動する状態とするように、前記切り替え手段を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、撮像素子の特定領域を読み出すことによりズーム撮影を行う場合でも、フリッカを正確に検知することが可能となる。

本発明の一実施形態に係わる撮像装置の構成を示すブロック図。 一実施形態の撮像装置のフリッカ検知部の構成を示すブロック図。 一実施形態におけるライン積分部とフレーム差分演算部の出力を示す図。 一実施形態の撮像装置におけるシステム制御部の動作を示すフローチャート。

図１は、本発明の一実施形態に係わる撮像装置の構成を示すブロック図である。図１を参照して、本発明の一実施形態の撮像装置１００について説明する。

図１において、撮像レンズ１１１に入射した光線は、絞り１１２を介して、光学像として撮像素子１１３に結像される。絞り１１２は、絞り駆動部１４２から出力される信号に基づいて駆動される。絞り駆動部１４２は、システム制御部１３１内のデバイス制御部１３３の制御により、絞り１１２に絞り駆動量を出力する。

撮像素子１１３は、例えば、Ｘ−Ｙアドレス走査型の撮像素子であるＣＭＯＳセンサであり、タイミングジェネレータ１４３から出力されるタイミング信号に基づいて駆動され、被写体像を光電変換してアナログの電気信号に変換する。タイミングジェネレータ１４３は、デバイス制御部１３３より指示を受け、電子シャッタを制御するタイミング信号を撮像素子１１３に出力する。また、タイミングジェネレータ１４３は、デバイス制御部１３３より指示された読み出し開始位置と終了位置を撮像素子１１３に出力する。

撮像素子１１３の全撮像領域のうちの特定領域を読み出すことによりズーム撮影を行う場合、撮像素子１１３は、少なくとも２つ以上の駆動方法を持つ必要がある。本実施形態の撮像装置では、第１の駆動方法と第２の駆動方法を有し、第１の駆動方法は、撮像素子１１３のほぼ全領域（最大の画角）の画素信号を読み出し、第２の駆動方法は、第１の駆動方法より狭い画角となる領域の画素信号を読み出すものとする。すなわち、第２の駆動方法で読み出された画像は、望遠ズームされた画像となる。第２の駆動方法より狭い画角を読み出す第３の駆動方法、第３の駆動方法より狭い画角を読み出す第４の駆動方法のように複数の駆動方法を設けることで、他段階のズーム撮影を行えるようにしてもよい。

また、フレームレートや出力先のデバイスによる制限から、単位時間あたりの読み出し画素数が制約を受ける場合でも、読み出しの画角が、（第１の駆動方法による画角）＞（第２の駆動方法による画角）であればよい。すなわち、いずれの駆動方法においても読み出しの画角の関係が保たれれば、数画素を加算しながらの読み出しや、数画素おきに飛び越しながらの読み出しを行うことにより、読み出しデータ量を削減することができる。

アナログ信号処理部１１４は、撮像素子１１３からのアナログ信号を、サンプルホールドし、アナログゲインを付加し、Ａ／Ｄ変換によってデジタル信号へと変換して出力する。アナログゲインの付加量は、デバイス制御部１３３からの入力を元にする。

デジタル信号処理部１２１は、アナログ信号処理部１１４から出力されたデジタル信号にデジタル信号処理を施し、メモリ制御部１５１を介して、メモリ１５２に保存する。またデジタル信号処理部１２１は、メモリ１５２に保存されたデジタル映像信号を、メモリ制御部１５１を介して読み出し、画像表示部１６１に出力する。

デジタル信号処理部１２１は、デジタルゲイン部１２２、画像処理部１２３、測光値算出部１２４、ライン積分部１２５、表示制御部１２６を有する。デジタルゲイン部１２２は、デジタル信号にデジタルゲインを付加して、画像処理部１２３、測光値算出部１２４、ライン積分部１２５に出力する。デジタルゲイン量はデバイス制御部１３３より指定される。

画像処理部１２３は、種々のデジタル信号処理を実施し、例えば、画素補間処理や色変換処理や、解像度変換処理を行う。測光値算出部１２４は、デジタルゲイン部１２２から出力されたデジタル信号を積分して測光値を算出し、測光値を露出制御部１３２に送信する。ライン積分部１２５は、デジタルゲイン部より入力された画像信号を水平方向に渡って積分し、フリッカ検知部１３５に積分結果を出力する。

表示制御部１２６は、画像処理部１２３の出力を、メモリ制御部１５１を介して、メモリ１５２に保存する。また表示制御部１２６は、メモリ１５２に保存されたデジタル映像信号を、メモリ制御部１５１を介して読み出し、画像表示部１６１に出力する。さらに、表示制御部１２６は、システム制御部１３１から映像信号の表示／非表示の指示を受け、画像表示部１６１の表示を切り替える。

画像表示部１６１は、例えば、ＬＣＤ等の画像表示装置であり、例えば、撮影中の動画像やユーザが設定した撮影情報を表示する。操作部１４１は、撮影画像のズーム倍率を設定する操作ボタンを有し、ユーザによる入力操作をシステム制御部１３１に出力する。また操作部１４１は、動画像の記録開始指示ボタンや、露出補正値の変更操作ダイヤルや、各種操作ボタンを有する。

システム制御部１３１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭからなるマイクロコンピュータであり、ＲＯＭに保存されたプログラムを実行する。また、システム制御部１３１は、露出制御部１３２と、デバイス制御部１３３と、読み出し領域指示部１３４と、被写体を照明する光源のフリッカを検出するフリッカ検知部１３５を有する。

露出制御部１３２は、測光値算出部１２４から出力された測光値を元に、絞り駆動量と、シャッタ秒時と、アナログゲイン量と、デジタルゲイン量を決定する。また、露出制御部１３２は、フリッカ検知部１３５がフリッカ検知中であることを示している場合、フリッカを低減する秒時を選択しない。すなわち、ｎ／１００秒（ｎは自然数）、または、ｎ／１２０秒のいずれにも該当しないシャッタ秒時を出力する。さらに、露出制御部１３２は、フリッカ検知部１３５が５０Ｈｚフリッカを検知した場合にｎ／１００秒のシャッタ秒時を、６０Ｈｚフリッカを検知した場合にｎ／１２０秒のシャッタ秒時を優先的に選択する。

読み出し領域指示部１３４は、操作部１４１の操作により、撮影画像のズーム倍率を決定する。また、読み出し領域指示部１３４は、フリッカ検知部１３５がフリッカ検知中であることを示している場合、ズームしない状態、すなわち撮像素子１１３の第１の読み出し方法となる領域を指定する。さらに、読み出し領域指示部１３４は、フリッカ検知部１３５のフリッカ検知が終了した場合、操作部１４１の操作によりあらかじめ設定されていたズーム倍率を元にして、撮像素子１１３の読み出し領域を決定し、デバイス制御部１３３に出力する。

デバイス制御部１３３は、露出制御部１３２からの入力を元に、タイミングジェネレータ１４３へ電子シャッタ制御値を出力し、絞り駆動部１４２に絞り駆動量を出力し、アナログ信号処理部１１４とデジタルゲイン部１２２にゲイン量を出力する。また、デバイス制御部１３３は、読み出し領域指示部１３４からの入力を元に、タイミングジェネレータ１４３へ撮像素子１１３の読み出し領域と動作フレームレートを指示する。フリッカ検知部１３５は、デジタル信号を解析して、信号中のフリッカ成分を抽出し、フリッカの有無とフリッカ周波数を判定し、判定結果を出力する。

次に、フリッカ検知部１３５の動作について、詳細に説明する。図２はフリッカ検知部１３５の構成を示す図である。フリッカ検知部１３５は、積分値遅延部３０１と、フレーム差分演算部３０２と、５０Ｈｚ自己相関演算部３０３と、６０Ｈｚ自己相関演算部３０４と、周波数判定部３０５とを備える。

積分値遅延部３０１は、ライン積分部１２５から入力された、１フレーム前の積分値を保持し、フレーム差分演算部３０２に１フレーム前の積分値を出力する。図３（ａ）は、撮影した被写体が均一輝度面である場合のライン積分部１２５の出力波形である。図３（ａ）において、Ｎフレームがライン積分部１２５の出力波形であり、（Ｎ−１）フレームが積分値遅延部３０１の出力波形となる。

フレーム差分演算部３０２は、ライン積分部１２５と、積分値遅延部３０１の積分値の差分をとることにより、被写体の反射率成分を除去し、フリッカ成分のみを抽出する。図３（ｂ）は、フレーム差分演算部３０２の出力波形の例である。

５０Ｈｚ自己相関演算部３０３と、６０Ｈｚ自己相関演算部３０４は、それぞれフレーム差分演算部３０２から入力されたフリッカ成分の自己相関をとり、５０Ｈｚフリッカ相関値Ｒ５０Ｈｚ、６０Ｈｚフリッカ相関値Ｒ６０Ｈｚを周波数判定部３０５に出力する。

１フレームに撮像素子１１３から読みだされる水平ライン数をＬ、ある水平ライン位置ｙにおけるライン積分値をＳ（ｙ）、フリッカ検知中のフレームレートをｆｒ、フリッカ周波数ｆｆｌｋとした場合、フリッカ相関値Ｒｘは以下のように求めることができる。

…（式１）
ただし、ｙ０は任意のライン位置で、ｌは相関値取得区間である。また、ｙ１、ａｖｅ０、ａｖｅ１、σ０、σ１は、以下の式で表わされる。

（式１）において、ｆｆｌｋ＝５０、とすることで５０Ｈｚフリッカ相関値Ｒ５０Ｈｚを、ｆｆｌｋ＝６０、とすることで６０Ｈｚフリッカ相関値Ｒ６０Ｈｚを求めることができる。

周波数判定部３０５は、各フリッカ評価値に対する閾値Ｔｈ５０Ｈｚ、Ｔｈ６０Ｈｚを持ち、以下のように判定する。
（１）Ｒ５０Ｈｚ＜Ｔｈ５０Ｈｚ、かつ、Ｒ６０Ｈｚ＜Ｔｈ６０Ｈｚの場合、フリッカ無しと判定する。
（２）Ｒ５０Ｈｚ＞Ｔｈ５０Ｈｚ、かつ、Ｒ６０Ｈｚ＜Ｔｈ６０Ｈｚの場合、５０Ｈｚフリッカ有りと判定する。
（３）Ｒ５０Ｈｚ＜Ｔｈ５０Ｈｚ、かつ、Ｒ６０Ｈｚ＞Ｔｈ６０Ｈｚの場合、６０Ｈｚフリッカ有りと判定する。
（４）Ｒ５０Ｈｚ＞Ｔｈ５０Ｈｚ、かつ、Ｒ６０Ｈｚ＞Ｔｈ６０Ｈｚの場合、フリッカ周波数を特定できないため、フリッカ無しと判定する。

上述のフリッカ検知処理では、２フレーム分の撮影画像があればフリッカ周波数の判定が可能であるが、上述の処理を複数フレームに渡って繰り返すことで、フリッカ周波数判定の信頼性を高めることができる。例えば、（１）〜（４）の結果が続けて３回同じであった場合、最終的な判定結果として採用してもよい。このとき、フリッカ周波数の判定結果は不定であるため、周波数判定部３０５は、フリッカ検知中であることを出力する。

次に、システム制御部１３１の動作を説明する。図４はシステム制御部１３１の動作を示すフローチャートである。

システム制御部１３１は、操作部１４１のボタン操作を受けて動画記録制御を開始する（Ｓ１）。まず、フリッカ検知中の撮影画像を表示させないようにするため、表示制御部１２６に撮影画像の非表示を指示する（Ｓ２）。

次に、読み出し領域指示部１３４は、撮像素子１１３の第１の読み出し方法となるような読み出し領域をデバイス制御部１３３に通知する（Ｓ３）。さらに、露出制御部１３２はフリッカが発生するシャッタ秒時をデバイス制御部１３３に通知する。例えば、１／７０秒のシャッタ秒時で制御した場合、５０Ｈｚ、６０Ｈｚいずれのフリッカが存在する環境でもフリッカが発生する。フリッカ光源の照度が低く、フリッカが発生するシャッタ秒時を選択できない場合、露出制御部１３２が、絞り駆動量と、アナログゲイン量と、デジタルゲイン量を調整することで、フリッカが発生するシャッタ秒時へと調整が可能である。

デバイス制御部１３３は、露出制御部１３２から入力されたシャッタ秒時と、フリッカ周波数である５０Ｈｚ、６０Ｈｚと同期しないフレームレートをタイミングジェネレータ１４３に通知する（Ｓ４）。Ｘ−Ｙアドレス走査型の撮像素子において、フリッカ周波数とフレームレートが同期した場合、フリッカは常に同じライン位置に発生する。このとき、明暗の横縞模様を持つ被写体であるのか、フリッカによる明暗の横縞が発生しているのかが判定できなくなる。また、フリッカ周波数と同期するフレームレートとは、ｍ／５０（ｍは自然数）Ｈｚ、またはｍ／６０Ｈｚの周波数である。例えば、フレームレートが２８ｆｐｓの場合、フリッカ周波数とは同期しない。

フリッカ検知用の制御が開始されたら、フリッカ検知部１３５は、ライン積分部１２５の積分結果を取得する（Ｓ５）。フリッカ検知部１３５は、ライン積分値からフリッカ周波数を求め（Ｓ６）、フリッカ周波数の判定結果が前回の判定結果と異なる場合は、１フレーム待機（Ｓ７）した後、再度ライン積分結果を取得する（Ｓ５）。フリッカ周波数判定結果が所定の回数（例えば３回）等しかった場合、フリッカ検知部１３５は、フリッカ検知が完了したと判断する（Ｓ６）。

フリッカ検知の完了が通知されると、読み出し領域指示部１３４は、撮影するズーム倍率を判定して読み出し領域を決定する（Ｓ８）。読み出し領域指示部１３４が判定した倍率が等倍、すなわちフリッカ検知中の画角と等しい場合、デバイス制御部１３３は、読み出し領域の切替えを行わない。読み出し領域指示部１３４が判定したズーム倍率が等倍より大きい場合、デバイス制御部１３３は、撮像素子１１３に読み出し領域を出力する（Ｓ９）。

次に、露出制御部１３２は、検知されたフリッカ周波数に応じて、フリッカ低減可能なシャッタ秒時を選択してデバイス制御部１３３に出力する。デバイス制御部１３３は、露出制御部１３２が決定したシャッタ秒時と、撮影画像のフレームレートをタイミングジェネレータに出力する（Ｓ１０）。

最後に、システム制御部１３１は表示制御部１２６へ撮影画像表示開始を指示し（Ｓ１１）、動画撮影の開始となる（Ｓ１２）。

以上のように、本実施形態によれば、特定領域を読み出すことでズーム撮影を行う場合でも、フリッカ検知実行時は、より大きな画角で撮影画像を読み出すことで、手ぶれの影響を抑制し、フリッカ検知率を安定させ、フリッカ低減することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

Claims (3)

1. 撮像レンズにより結像された被写体像を電気信号に変換する、Ｘ−Ｙアドレス走査型の撮像素子と、
   被写体を照明する光源のフリッカを検知するフリッカ検知手段と、
   前記撮像素子を、該撮像素子が撮影できる最大の画角の範囲の画素信号を読み出す第１の駆動方法で駆動する状態と、第１の駆動方法の場合よりも狭い画角の範囲の画素信号を読み出す第２の駆動方法で駆動する状態とを切り替える切り替え手段と、
   前記フリッカ検知手段がフリッカの検知を行う場合は、前記撮像素子を前記第１の駆動方法で駆動する状態とし、前記フリッカ検知手段がフリッカ検知を完了した場合は、前記撮像素子を前記第２の駆動方法で駆動する状態とするように、前記切り替え手段を制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とする撮像装置。
2. 前記第１の駆動方法では、前記撮像素子の複数の画素の画素信号を飛び越しながら読み出すことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記第１の駆動方法では、前記撮像素子の複数の画素の画素信号を加算しながら読み出すことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。

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