JP2012034309A - 撮像装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ズーム動作中の静止画撮影において、画質劣化を最小限に抑えつつ、撮影者の意図に沿った画像を取得できるようにし、利便性を高めること。
【解決手段】撮像装置は、光学レンズの駆動による光学ズームと、撮像素子２によって得た画像データの拡大及び縮小処理による電子ズームの機能を有する。システム制御部６は、ズーム動作中に静止画取得キー７が操作されて静止画取得の指示を受けた場合、光学ズーム動作を一時的に停止し、電子ズームへと切り替える。電子ズームの動作中に取得した静止画の画像データを記録部８が記録した後、システム制御部６は光学ズーム動作を再開させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学レンズのズーム駆動中に取得する静止画の高画質化を実現する技術に関する。

近年のデジタル一眼レフカメラやデジタルスチルカメラは動画撮影が可能であり、また、デジタルビデオカメラでも静止画の撮影が可能である。このように、主目的とするモード以外の撮影モードを有する撮像装置が知られている。特にデジタルビデオカメラでは、動画記録中に静止画を同時にキャプチャして記録する機能、いわゆる静止画同時記録機能が標準的に装備されている。一方、静止画のキャプチャ時に、光学レンズのズーム機構が動作している場合、ズーム速度やシャッタ速度によってはキャプチャ時の静止画に放射状のボケが生じ、著しい画質劣化が起こる虞がある。これは、撮像素子の露光期間に行われるズーム動作によって画角が変化し、その変化分がボケの原因となるためである。
そこで、光学ズームに代えて電子ズームを常用すれば、光学的なズーム動作が起こらず、撮像素子が受ける被写体像の画角は変わらないため、放射状のボケは発生しなくなる。しかし、電子ズームによる高倍率化処理では、画面の一部分を切り取って画像処理で引き伸ばすことになるため、画質劣化を招いてしまう。つまり、本来の撮像素子の持っている画素数での画質に比べて画素数が少なくなってしまう。
従来の撮像装置では、光学レンズのズーム動作中に静止画を取得する場合、ズーム動作を一時的に停止させて静止画を取得する方法と、ズーム動作が終了した時点で静止画を取得する方法が採用されている。しかし、前者の方法では、動画記録中にズーム動作が不自然になってしまうことが問題となる。また後者の方法では静止画を取得しようとしたその瞬間の画像記録ができないため、撮影者の意図に反した画像が記録されてしまう虞が生じる。
特許文献１には、ズーム動作中に静止画のキャプチャを連続して行い、またズーム動作の開始や終了をトリガとして、静止画のキャプチャを行う方法が開示されている。

特開２００７−３１６４７１号公報

従来技術では、ズーム動作中に静止画を取得する際、放射状のボケを発生させずに、撮影者の意図した瞬間の画像を撮影するための充分な手段が講じられていないという課題がある。そのため、放射状のボケが画質低下の原因となり、また撮影者の意図しない静止画を取得することになった場合、利便性が損なわれる。
本発明の目的は、ズーム動作中の静止画撮影において、画質劣化を最小限に抑えつつ、撮影者の意図に沿った画像を取得できるようにして利便性を向上させることにある。

上記課題を解決するため、本発明に係る装置は、ズーム機構を有する光学レンズの駆動によって行う光学ズーム、及び撮像素子によって得た画像データの拡大及び縮小処理によって行う電子ズームの機能を有する撮像装置であって、静止画の取得を指示する操作手段と、前記撮像素子からの画像データの一部を拡大し又は画像データを縮小する画像処理手段と、前記画像処理手段が処理した画像データを記録する記録手段と、前記光学ズームの動作中に前記操作手段による静止画取得の指示を受けた場合、前記光学ズームの動作を停止させて、一時的に前記電子ズームへと切り替えて静止画の画像データを前記記録手段に記録させる制御手段を備える。

本発明によれば、画質劣化を最小限に抑えつつ、撮影者の意図に沿った静止画像を取得できる。

本発明の一実施形態に係る撮像装置の構成例を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態に係る静止画記録の処理例を示すフローチャートである。 光学ズームと電子ズームの切替制御例を説明する図である。 本発明の第２実施形態に係る静止画記録の処理例を示すフローチャートである。

以下、図面を参照しながら本発明の各実施形態について説明する。

［第１実施形態］
図１は、本発明の一実施形態に係る撮像装置の構成例を示すブロック図である。撮像装置は、レンズの駆動によって光学的に行う光学ズーム機能と、画像の拡大及び縮小処理によって電子的に行う電子ズーム機能を有する。
光学レンズ及び光学ＬＰＦ（ローパスフィルタ）１は、被写体からの光を取り込んで、撮像素子２に結像させる。光学レンズ及び光学ＬＰＦ１は、ピント面の位置を調整するフォーカス機構と、焦点距離を変更するズーム機構と、レンズの絞り量を変更するアイリス機構などを有する。撮像装置は、これらを撮影者自身がそれぞれ自由に設定変更可能なマニュアルモードと、後述のシステム制御部６が自動で制御するオートモードを持つのが一般的である。最近では、主被写体（人物などの顔）を検出し、主被写体に合わせてフォーカスやアイリスなどを調整することはもとより、主被写体を一定の大きさに保つために自動的にズーム制御を行うプログラムも提案されている。

撮像素子２は、光学レンズ及び光学ＬＰＦ１からの入射光を受けて電気信号へ変換した後、該信号を出力する。撮像素子２には代表的なものとして、ＣＣＤ（電荷結合素子）イメージセンサや、ＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）イメージセンサなどが挙げられる。撮像素子２が出力するアナログ電気信号はＡＦＥ（アナログフロントエンド）３がデジタル信号へ変換する。撮像素子２には、アナログ映像信号を直接出力するデバイスの他に、撮像素子２の内部でＡＤ（アナログ−デジタル）変換処理を行い、ＬＶＤＳなどのデジタルデータを出力するデバイスがある。なお、ＬＶＤＳは“Low Voltage Differential Signaling”の略号である。ＡＦＥ３は、撮像素子２からのアナログ電気信号をデジタル信号に変換し、ＬＶＤＳなどのデータとして画像処理部４へ送出するが、撮像素子２がその内部でＡＤ変換処理を行う場合、ＡＦＥ３は不要である。

画像処理部４はデジタル化された映像信号に対して、ガンマ補正、ニー補正、ノイズリダクションなどの各種画像処理を施す。画像処理部４は、例えば撮像素子２がＣＭＯＳイメージセンサの場合、ＣＭＯＳイメージセンサ特有の固定パターンノイズの除去や、黒レベルクランプ処理などを行う。画像処理部４は電子ズームの処理機能をもち、撮影画像から必要な撮影範囲を切り出して拡大処理を行い、また画像縮小処理を行うことでズーム倍率を変更する。なお画像処理部４は各補正や画像処理に必要な設定値のデータを記憶するための記憶回路を含む。
システム制御部６は、撮像装置の各部を制御する。例えばシステム制御部６は光学レンズ及び光学ＬＰＦ１におけるフォーカス機構、ズーム機構、アイリス機構を制御して焦点調節や露出動作などを行い、また画像処理部４を制御して電子ズーム、現像処理や記録処理などを行う。静止画取得キー７は、静止画取得の指示信号をシステム制御部６に送る。つまり該キーは操作部の一部をなし、撮像装置に静止画の取得指示を出すための操作手段である。撮影者は静止画を取得したい瞬間に静止画取得キー７を押下してシステム制御部６に静止画取得を指示することができる。
画像処理部４で各種画像処理を施した映像信号は、信号出力部５から図示しないモニタなどの画像表示部に送出される。つまり信号出力部５は、画像処理部４からの画像処理後の映像信号を、所定の外部モニタに出力し、または撮像装置に付設の画像表示部に出力して画像を表示画面に表示させる。
記録部８はシステム制御部６からの指令に従って画像処理部４からの画像データを不図示の記録媒体に記録する。また記録部８はシステム制御部６からの指令に従って記録媒体から読み出した画像データを画像処理部４に出力する。

次に図２のフローチャートを用いて撮像装置の動作について説明する。なお以下の処理はシステム制御部６を構成する中央演算処理装置が解釈して実行するプログラムに従って実現される。
まずＳ１にて撮影者が静止画取得キー７を操作すると、システム制御部６は静止画取得指示の命令を受けて、画像処理部４に静止画の取得開始を指示する。Ｓ２でシステム制御部６は現在のモードが動画優先モード、つまり撮像装置が動画の取得を優先するモードであるか否かを判定する。現行モードが動画優先モードの場合、Ｓ３に進み、静止画の取得を優先するモードの場合、Ｓ８に進む。
Ｓ３でシステム制御部６は、光学レンズ及び光学ＬＰＦ１のレンズ情報に基づいて光学ズームが動作中か否かを判断する。光学ズーム動作中の場合、Ｓ４に進み、光学ズーム動作中でない場合、Ｓ７に進む。Ｓ４にてシステム制御部６は光学ズーム動作を一旦停止し、電子ズームに切り替える。電子ズームに切り替えた場合、撮像素子２が受光する被写体像の画角は変わらないため、放射状のボケが発生することはない。電子ズームの切り替えは、システム制御部６の制御下で画像処理部４にて行われる。次のＳ５で静止画の画像データの取得処理が行われ、記録部８は画像データを不図示の記録媒体に記録する。その後、Ｓ６に進む。ここでは、一時的に停止されていた光学ズームへの切り替えが円滑に行われ、ズーム機構の動作が再開する。
一方、Ｓ３からＳ７に進んだ場合、静止画の画像データの取得処理が実行され、記録部８は画像データを不図示の記録媒体に記録し、一連の処理が終了する。またＳ２からＳ８に進んだ場合、システム制御部６は光学ズームが動作中か否かを判断する。光学ズーム動作中の場合、Ｓ９に進み、光学ズーム動作中でない場合、Ｓ７に進んで静止画記録が実行される。Ｓ９にてシステム制御部６は光学ズーム動作を一旦停止させた後、静止画のデータを取得して不図示の記録媒体に記録させる（Ｓ１０）。その後、光学ズーム動作が再開する（Ｓ１１）。

次に、図３を用いて、光学ズームと電子ズームの切替処理について詳述する。
図３（ａ）は、光学ズームにてワイド側からテレ側にズームイン動作が行われている途中で一時的に電子ズームへの切り替えを行う場合を例示する。水平軸は時間軸であり、ズーム動作が開始した時刻をｔ０とし、撮影者が静止画取得キー７を操作した時刻をｔ１とする。また縦軸はズーム倍率を表す。図中の実線で示すグラフ線が光学ズーム倍率の時間的変化を表し、点線で示すグラフ線が電子ズーム倍率の時間的変化を表す。なお光学ズーム倍率の時間変化率は光学ズームの動作速度に相当する。
時刻ｔ０から光学ズーム倍率が上昇した後、時刻ｔ１で光学ズーム動作が停止し、時刻ｔ２までの期間中、光学ズーム倍率が一定値を示す。時刻ｔ１で電子ズームに切り替わり、ｔ１乃至ｔ２の期間中、電子ズーム倍率が上昇するとともに、この期間に静止画記録が行われる。それまで上昇していた電子ズーム倍率は時刻ｔ２で減少に転じ、時刻ｔ２乃至ｔ３の期間に電子ズームから光学ズームへ切り替えが行われる。この移行期間中、システム制御部６は画像処理部４に制御信号を送出して電子ズーム倍率を時間経過につれて低下させ、光学ズーム倍率については電子ズームの減少分を相殺するように倍率の時間変化率を上げる。すなわち、時刻ｔ２乃至ｔ３にて光学ズーム倍率と電子ズーム倍率とを合成した倍率の時間変化率は、時刻ｔ０乃至ｔ１における光学ズームの時間変化率に等しい。これは、電子ズームから光学ズームへの切り替えによる不自然さを撮影者に感じさせないようにするためである。
時刻ｔ３にて電子ズーム倍率が時刻ｔ１での倍率に戻ると、光学ズームの動作速度が元に戻り、光学ズーム倍率の時間変化率が時刻ｔ０乃至ｔ１の期間での時間変化率と同じ値になる。このような切替制御により、撮影者に対して不自然さを極力与えないズーミングが可能となる。

図３（ｂ）は、光学ズームにてテレ側からワイド側へズームアウト動作が行われている途中で一時的に電子ズームへの切り替えを行う場合を例示する。本例では時刻ｔ０から光学ズーム倍率が減少し、時刻ｔ１にて光学ズーム倍率が一定値となって電子ズームに切り替わると、電子ズーム倍率は時刻ｔ０乃至ｔ１の期間における倍率に比べて減少していく。時刻ｔ２から電子ズーム倍率は上昇に転じ、光学ズーム倍率については電子ズームの増加分を相殺するように倍率の時間変化率が低下する。時刻ｔ３で電子ズーム倍率が時刻ｔ１での倍率に戻ると、光学ズーム倍率の時間変化率が時刻ｔ０乃至ｔ１の期間での時間変化率と同じ値となる。図３（ａ）に示すズームインの場合と相違する点は、ズームアウトの場合、電子ズーム倍率が低下する方向に変化するため、撮像素子２が通常の撮影に使用する画素領域よりも広い画素領域を使用することである。つまり、画像縮小の場合、解像度の低下を招かないように、実際に出力される画素領域よりも大きい有効画素領域を持つ撮像素子を搭載する必要がある。

第１実施形態によれば、静止画取得キー７の操作信号をトリガにして静止画取得の際に光学ズームから電子ズームへの切り替えが行われ、取得した画像データが記録される。これにより、撮影者は光学レンズによるズーム動作中であることを意識することなく、放射状のボケのない、画質劣化を最小限に抑えた静止画撮影を行える。

［第２実施形態］
次に本発明の第２実施形態を説明する。なお第２実施形態に係る撮像装置の構成は第１実施形態の場合と同様である。以下では第１実施形態との相違点を説明し、同様の構成部については既に使用した符号を用いることによってそれらの詳細な説明を省略する。
図４のフローチャートを用いて静止画取得処理を説明する。本処理では、静止画取得の際、電子シャッタを高速に設定することで、放射状のボケを低減させる。図２との相違点はＳ３に続くＳ２０、及びＳ５に続くＳ２１の処理である。
Ｓ３で光学ズーム動作中と判定された場合、Ｓ２０にてシステム制御部６は撮像素子２の駆動制御により、電子シャッタ速度を通常の動画撮影時の値よりも大きい値に設定して露光量を調整する。つまり、第２実施形態では電子ズームではなく、電子シャッタを一時的に高速にすることで撮像素子２の露光時間を減少させ、放射状のボケを低減させた状態で静止画取得及び記録が行われる（Ｓ５）。露光時間が減少した分、システム制御部６は画像処理時のゲイン、つまりＡＦＥ３または画像処理部４のゲイン値を上げる。これにより、電子シャッタ速度の変更前と同等の明るさが得られる。Ｓ２１にてシステム制御部６は、電子シャッタ速度値と、ＡＦＥ３または画像処理部４のゲイン値を元に戻して露光量を調整する。

第２実施形態では、静止画取得の際に電子シャッタの速度値を大きくして露光時間を短くし、その分、ＡＦＥ３または画像処理部４のゲインを変更することにより、取得した画像データの記録処理が行われる。これにより、電子ズーム機能をもたない装置でも、撮影者は光学レンズのズーム動作中であることを意識することなく、放射状のボケのない、画質劣化を最小限に抑えた静止画撮影を行える。なお、第２実施形態では電子シャッタ速度制御によって露光時間を変更し、ＡＦＥ３または画像処理部４のゲイン変更で露光量を補償する方法を例示したが、露光時間や露光量の制御方法については撮像装置の仕様に応じて各種方法を採用することができる。

１ 光学レンズ及び光学ＬＰＦ
２ 撮像素子
３ ＡＦＥ
４ 画像処理部
５ 信号出力部
６ システム制御部
７ 静止画取得キー
８ 記録部

Claims (7)

1. ズーム機構を有する光学レンズの駆動によって行う光学ズーム、及び撮像素子によって得た画像データの拡大及び縮小処理によって行う電子ズームの機能を有する撮像装置であって、
   静止画の取得を指示する操作手段と、
   前記撮像素子からの画像データの一部を拡大し又は画像データを縮小する画像処理手段と、
   前記画像処理手段が処理した画像データを記録する記録手段と、
   前記光学ズームの動作中に前記操作手段による静止画取得の指示を受けた場合、前記光学ズームの動作を停止させて、一時的に前記電子ズームへと切り替えて静止画の画像データを前記記録手段に記録させる制御手段を備えることを特徴とする撮像装置。
2. 前記制御手段は、光学ズーム倍率を変化させる途中で前記操作手段によって静止画取得の指示を受けた場合、前記光学ズームの動作を一時的に停止させて光学ズーム倍率を一定値とし、電子ズーム倍率を増加又は減少させながら取得した前記静止画の画像データを前記記録手段に記録させることを特徴とする、請求項１記載の撮像装置。
3. 前記制御手段は、前記静止画の画像データを前記記録手段に記録してから前記光学ズームの動作を再開させて元の動作速度に戻すまでの移行期間において、前記電子ズーム倍率を時間経過につれて変化させ、前記光学ズームの動作を停止させる前の元の倍率に戻すように制御することを特徴とする、請求項１又は２記載の撮像装置。
4. 前記制御手段は、前記移行期間にて前記光学ズーム倍率と前記電子ズーム倍率を合成した倍率の時間変化率が、前記光学ズームの動作を停止させる前の光学ズーム倍率の時間変化率と等しくなるように、前記光学ズーム倍率及び前記電子ズーム倍率を変化させることを特徴とする、請求項３記載の撮像装置。
5. ズーム機構を有する光学レンズの駆動によって行う光学ズーム、及び撮像素子の駆動制御による電子シャッタの機能を有する撮像装置であって、
   静止画の取得を指示する操作手段と、
   前記撮像素子からの画像データを取得して画像処理を行う画像処理手段と、
   前記画像処理手段が処理した画像データを記録する記録手段と、
   前記光学ズームの動作中に前記操作手段による静止画取得の指示を受けた場合、前記電子シャッタの速度値を一時的に大きくし、かつ前記画像処理手段のゲイン値を上げて取得した静止画の画像データを前記記録手段に記録させる制御手段を備えることを特徴とする撮像装置。
6. ズーム機構を有する光学レンズの駆動によって行う光学ズーム、及び撮像素子によって得た画像データの拡大及び縮小処理によって行う電子ズームの機能を有する撮像装置で実行する制御方法であって、
   前記光学ズームの動作中に静止画を取得する指示を受け付けるステップと、
   前記ステップにて静止画取得の指示を受け付けた場合、前記光学ズームの動作を停止させて、一時的に前記電子ズームへと切り替えるステップと、
   前記撮像素子から得た画像データに拡大又は縮小処理を施して記録手段に記録するステップを有することを特徴とする撮像装置の制御方法。
7. ズーム機構を有する光学レンズの駆動によって行う光学ズーム、及び撮像素子の駆動制御による電子シャッタの機能を有する撮像装置で実行する制御方法であって、
   前記光学ズームの動作中に静止画を取得する指示を受け付けるステップと、
   前記ステップにて静止画取得の指示を受け付けた場合、前記電子シャッタの速度値を一時的に大きくし、かつ画像処理のゲイン値を上げて静止画の画像データを取得するステップと、
   取得した前記画像データを記録手段に記録するステップを有することを特徴とする撮像装置の制御方法。

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