JP2012100236A

JP2012100236A - 高速露光制御

Info

Publication number: JP2012100236A
Application number: JP2010259475A
Authority: JP
Inventors: Kazumoto Suzuki; 一元鈴木; Akira Suzuki; 明鈴木
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-11-03
Filing date: 2010-11-03
Publication date: 2012-05-24

Abstract

【課題】ビデオカメラの自動露光制御装置の作動の遅れに起因する一過性の露光オーバーや露光アンダーを回避し、適性露出を得る方法を開発する。
【解決手段】固体撮像素子への入射光量が急激に変化したときは、自動露光制御装置が十分に作動するまでの間、ビデオカメラに内蔵した露出計の測光データに基づいて生成した制御信号によって、フレームレートおよび電子シャッターのシャッター速度を固体撮像素子への入射光量の変化率に比例した大きさで一過性に増減させることで適性露出を得る。
【選択図】図１

Description

発明の詳細な説明

この発明は、ビデオカメラの自動露光制御を高速化する方法に関するものである。

一般に、ビデオカメラには、固体撮像素子への入射光量に応じて絞り（アイリス）を自動的に開閉する機械式の露光制御装置が装備されている。それによって、撮影者が手動で絞りを調節するより遙かに短時間で露光制御が可能となっている。しかし、撮像装置が入射光を測光してから絞りをモーターで開閉し、実際に入射光量が適切な値に調節されるまでには、短時間とはいえ必ず一定の時間を要する。そのため、入射光量に急激な変動があると、しばらくの間、撮像素子は過大な光刺激によって飽和する、あるいは、過小な光刺激によって画像を生成できない、という現象が生じた。この現象は、動画の品位を少なからず低下させるものであった。

自動露光制御装置の動作速度を理想的に高速化すれば、作動遅れの問題は解決するであろうが、一定の質量のある静止物体を短時間で加速するためにはきわめて大きな駆動力を要する。そのため、装置の高速化によって、機械式の自動露光制御装置の作動の遅れを画像の品位低下を来さないレベルにまで短縮することは現実的には困難であった。

一方、従来より、電子アイリスと称して電子シャッターのシャッター速度を増減することで固体撮像素子の電荷蓄積時間（露光時間）を調節する方法が行われている（例えば特許文献１，特許文献２）。この方法は、厳密にはアイリスとは言えないが、電子式であるため作動遅れを機械式のアイリスよりはるかに短縮することができるという利点がある。それゆえ、入射光量が急増した場合は、電子シャッターのシャッター速度を急速に速めれば（露光時間を短縮すれば）、画像の品位はやや低下するものの、機械式アイリスの作動遅れによる露光オーバーを回避することは可能であった。ところが、ビデオカメラの撮影は、通常、フレームレートを固定して行われるから、シャッター速度を１／Ｆ秒（Ｆはフレームレート）より遅くすることはできない。そのため、入射光量が急減した場合に、シャッター速度を十分に遅くして、機械式アイリスの作動遅れによる露光アンダーを回避するという操作を行うことはできなかった。

しかし、機械式アイリスの作動遅れによる露光アンダーを電子回路で回避するには、電子シャッターのシャッター速度を遅くして露光時間を長くする以外に有効な方法はない。もし、それが可能となれば、われわれは、明暗が激しく変わる場面でも、高品位の動画を撮影することができるだろう。

特開平６−６２３２３特開平７−１２３３２５

本発明が解決しようとする課題は、画像品位を低下させることなく、ビデオカメラの機械式自動露光制御装置の作動遅れに起因する一過性の露光オーバーや露光アンダーを回避する方法を開発することである。

本発明は、ビデオカメラに装備された機械式の自動露光制御装置の作動遅れによって生じる一過性の画像の露光オーバーや露光アンダーを、撮影時の固体撮像素子のフレームレートおよび電子シャッターのシャッター速度を、露出計で計測した入射光量の変化率に応じて一過性に増減させることで回避することを最大の特徴とする。

露出計の測光データに基づいて、固体撮像素子のフレームレートおよび電子シャッターのシャッター速度を増減する作業は全て電子的に行うことができるから、そのときの作動遅れ時間は無いか、あったとしても極めてわずかである。

本発明では、強い光刺激によって生じる露光オーバーを回避するには、フレームレートを高くし、同時に電子シャッターのシャッター速度を上げて露光時間を短くする。一方、弱い光刺激によって生じる露光アンダーを回避するには、フレームレートを低下させ、同時に電子シャッターのシャッター速度を下げて露光時間を長くする。通常の動画撮影では、フレームレートは固定したままで電子シャッターのシャッター速度のみを変動させるのであるが、本発明では、電子シャッターのシャッター速度のみならずフレームレートまでも同時に変動させるのである。

固体撮像素子への入射光量が変動した場合、フレームレートおよび電子シャッターのシャッター速度が入射光量の変化率に比例して増減するように、露出計の出力の微分波形を基にフレームレート制御回路および露光時間制御回路を制御する制御信号を作成する。この制御信号によって、露出計の出力がプラス側に変化すればその変化率に比例してフレームレートおよび電子シャッターのシャッター速度が増加するように、逆に、露出計の出力がマイナス側に変化すればその変化率に比例してフレームレートおよび電子シャッターのシャッター速度が低下するように図１の３および４の回路を設計する。ただし、フレームレートと電子シャッターのシャッター速度は、必ずしも個別に制御する必要はなく、また、制御回路も分離して設置する必要もない。

このように、フレームレートと電子シャッターのシャッター速度は、固体撮像素子への入射光量の変化率に比例して変動するから、それらが大きく変動するのは機械式の自動露光制御装置が作動してからその効果が現れるまでの短時間に限られる。換言すれば、入射光量の変化率が小さい撮影時間の大部分はフレームレートの変動はわずかであり、その変動をユーザーが感知することは殆どない。しかし、もし、そうしたわずかな変動を避ける必要がある場合には、入射光量の変化率が一定の大きさ以上になった場合のみフレームレートおよび電子シャッターのシャッター速度が変動するようにユーザーが切り替えスイッチで回路設定を変更することもできる。そうすれば、撮影の大部分の時間（または、全ての時間）を一定のフレームレートで行うことも可能である。

本発明の装置を備えたビデオカメラで撮影した動画記録は、そのまま一般的な固定フレームレートの再生機器で再生することを前提としている。ただし、その再生動画では、暗い所から急に明るい所へ移動した動体は、一瞬、速度が低下する。これは高速度撮影フィルムのスロー再生と同じ原理であるから、画像の品位低下は生じない。逆に、明るい所から急に暗い所へ移動した動体は、一瞬、速度が上昇する。これは、低フレームレートで撮影した画像を、それより高いフレームレートで再生する場合に相当するから、やはり、画像の品位低下は生じない。

しかしながら、常識的には、再生画像で動体の速度が正しく表示されないというのは、撮影機器の重大な欠点である。しかし、動体速度を正しく表示するためにフレームレートを固定して撮影しても、機械式の自動露光制御装置が効果を発揮するまで撮像素子が露出オーバーや露出アンダーに陥って有効な画像情報を出力できないならば、その間、動体速度を正しく表示しようとすること自体が何の意味も持たない。換言すれば、多少動体速度の表示が乱れたとしても、何らかの画像情報が得られるならば、その方が遙かに有意味である。しかも、速度が明らかに変動して見えるのは、不連続的に入射光量が変化したときの短時間のみであるから、その動画の視聴者は、動体速度の揺らぎによる違和感をほとんど感じない。むろん、静止画の場合は、フレームレートの変動は再生画像に何の影響も及ぼさない。このように、本発明は、形式的な動体速度表示の精確さを犠牲にすることで、機械式の自動露光制御装置に作動の遅れが生じている間にも適性露出の画像データを得ることに成功したのである。

なお、本発明の方法では、フレームレートが変動することで再生時の画像と音声との間にわずかな時間的ズレが生じる。しかし、外界は、不連続的にますます明るくなる場面のみで構成されることはなく、また、不連続的にますます暗くなる場面のみで構成されることもない。換言すれば、画像と音声のズレは、一方向に累加的に拡大することはなく、ある程度の撮影時間を平均すれば、ほぼゼロに収束する。それゆえ、画像と音声のズレを補正しなくても実用上何ら問題は生じない。

ちなみに、本発明の方法は、われわれの視覚が採用しているであろう方法を模倣したものである。われわれの視覚では、一定速度で回転している物体の照度を不連続に増減すると、回転速度が急激に増減するように知覚される。

本発明によって、撮像装置の機械的露光制御装置の作動遅れに起因する露光オーバーや露光アンダーなどが回避され、高品位の再生画像を得ることができる。

本発明の一実施例の装置の構成を示すブロック図である。

図１は、本発明の実施例１の構成を示すブロック図である。信号は矢印の方向に流れるものとする。この装置をビデオカメラに組み込んで用いる。本発明の主体は、機械式の露光制御装置の作動の遅れに起因する一過性の露光オーバーおよび露光アンダーを回避する方法にあり、それを実施するためのフレームレートの制御や電子シャッターのシャッター速度の制御等は、すでに実施されている技術の範囲内のものであるから、その詳細な説明は省略する。

本発明の方法は、業務用、民生用を問わず、あらゆる撮像装置で利用することができ、従来の方法では高品位の画像を得ることが難しかった明暗が頻回に変動するようなシーンでの撮影が容易に行えるようになる。また、本発明の方法を従来のビデオカメラに付加しても、追加費用は多くは発生しない。

１固体撮像素子
２画像記録部
３フレームレートの制御回路
４電子シャッターのシャッター速度（露光時間）の制御回路
５露出計
６制御信号の生成回路

Claims

ビデオカメラによる動画撮影において、固体撮像素子への入射光量の変化に対する機械式の自動露光制御装置の作動の遅れに起因する一過性露光オーバーおよび一過性露光アンダーを、露出計の測光データに基づいて生成した制御信号によってフレームレートおよび電子シャッターのシャッター速度を固体撮像素子への入射光量の変化率に比例した大きさで変動させることで回避し、適性露出を得る方法。