JP2012222469A - 撮像装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 蓄積型の撮像素子を用いた測光範囲の拡大と、測光に要する時間の増加抑制とを両立する。
【解決手段】 蓄積型の撮像素子を用い、異なる露光量で撮像した複数の画像データを用いて測光を行うことで測光範囲を拡大する撮像装置である。異なる露光量での撮像を行う場合、蓄積時間が所定時間を超えないようにするとともに、所定時間の蓄積で露光量が得られない場合には、所定時間の蓄積で不足する露光量を画素値の加算により補う。
【選択図】 図６

Description

本発明は、撮像装置及びその制御方法に関し、蓄積型の撮像素子を用いて測光を行う撮像装置及びその制御方法に関する。

デジタルカメラやデジタルビデオカメラのような撮像装置に要求される測光範囲は、一般にＡＰＥＸ単位におけるＢｖ値で約−５〜＋１５である。すなわち測光範囲のダイナミックレンジは２０段程度である。一方、蓄積型の撮像素子による１回の蓄積で測光できるダイナミックレンジは２０段よりも小さい。

そこで、蓄積型の撮像素子を用い、同一シーンについて異なる露出で複数回撮像した画像信号を合成することで、１回の蓄積（撮像）で実現できるダイナミックレンジよりも広いダイナミックレンジを有する画像を生成する技術が知られている。このような技術は、一般的にＨＤＲ(ハイダイナミックレンジ)合成と呼ばれている。

また、同様の考え方で、蓄積型の受光素子を用いる測光装置のダイナミックレンジを拡大することも提案されている。例えば、特許文献１では、蓄積型の受光素子を用いた測光装置において、電荷蓄積時間を長くした測光と、電荷蓄積時間を短くした測光とを交互に行い、被写界内の輝度差が非常に大きい場合でも低輝度部分から高輝度部分までの測光値を得ている。

特開平６−１３０４６２号公報

しかしながら、特許文献１の方法では、低輝度領域の測光を行うための撮像に必要な露光時間が長くなるため、測光に必要な時間が増加してしまう。本発明はこのような従来技術の課題に鑑みなされたもので、蓄積型の撮像素子を用いた測光範囲の拡大と、測光に要する時間の増加抑制とを両立した撮像装置及びその制御方法を提供することを目的とする。

上述の目的は、蓄積型の撮像素子を用い、異なる露光量で撮像した複数の画像データを用いて測光を行う撮像装置であって、異なる露光量で撮像を行うための蓄積時間と画素加算数を決定する決定手段と、蓄積時間に従った撮像により得られた複数の画像データのそれぞれについて、画素加算数に従った画素値の加算に基づいて測光出力値を算出する算出手段と、複数の画像データのそれぞれについて得られた複数の測光出力値を合成する合成手段と、を有し、決定手段は、必要な露光量が予め定めた時間未満の蓄積時間で得られる場合には、撮像に必要な露光量が得られる蓄積時間と画素加算数なしを決定し、必要な露光量が予め定めた時間以上の蓄積時間で得られる場合には、予め定めた時間に等しい蓄積時間と、不足する露光量に応じた画素加算数を決定する、ことを特徴とする撮像装置によって達成される。

この構成により、本発明によれば、蓄積型の撮像素子を用いた測光範囲の拡大と、測光に要する時間の増加抑制とを両立することができる。

本発明の実施形態に係る撮像装置の一例としてのデジタルスチルカメラの構成例を示すブロック図 本発明の実施形態に係るデジタルスチルカメラの撮像処理を説明するためのフローチャート 本発明の実施形態に係るデジタルスチルカメラのＡＥ処理を説明するためのフローチャート 本発明の実施形態に係るデジタルスチルカメラの初回蓄積処理を説明するためのフローチャート 本発明の実施形態に係るデジタルスチルカメラの画素加算範囲の設定方法を説明するための図 本発明の実施形態に係るデジタルスチルカメラの測光用蓄積制御に用いる制御値を決定するために用いるプログラム線図の例を示す図 本発明の実施形態に係るデジタルスチルカメラのＡＥ処理における測光出力値の合成処理を説明するための図

以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
●（カメラ１０の構成）
図１は、本発明の実施形態に係る撮像装置の一例としてのデジタルスチルカメラ（以下、単にカメラという）１０の構成例を示すブロック図である。

撮像レンズ１１は本実施形態ではオートフォーカス機構とズーム機構を有するレンズであり、ズーム制御部４４からの制御信号に従ってズーミング機構が駆動可能であるほか、焦点制御部４５からの制御信号によってフォーカスレンズが駆動可能である。

絞り１２は、絞り制御部４３からの制御信号に従って開口の大きさが変化し、撮像素子への入射光量を制御する。
シャッタ１３は、シャッタ制御部４２からの制御信号に従って開閉することで、撮像素子の露光時間を制御する。

蓄積型の撮像素子１４は例えばＣＭＯＳイメージセンサであり、撮像素子制御部４１からの制御信号に従い、画素毎に光電変換を行って電荷を蓄積し、光学像を電気信号（画像データ）に変換して出力する。

ＡＧＣ回路１５は、撮像素子１４が出力する画像データに対し、ゲイン制御部４０からの制御信号に従ったゲイン調整を行い、Ａ／Ｄ変換器１６に出力する。

Ａ／Ｄ変換器１６は、ＡＧＣ回路１５からの、ゲイン調整された画像データをＡ／Ｄ変換する。Ａ／Ｄ変換後の画像データは、画像処理部２０とメモリ制御部２１を介して、或いはメモリ制御部２１のみを介して、メモリ３０に書き込まれる。

画像処理部２０は、Ａ／Ｄ変換器１６又はメモリ制御部２１からの画像データに対し、画素補正処理、色変換処理、ＡＦ（オートフォーカス）処理、ＡＥ（自動露出）処理、ＥＦ（ストロボプリ発光）処理、ＡＷＢ（オートホワイトバランス）処理等を行う。

画像処理部２０の演算結果に基づいて、システム制御部５０は、ゲイン制御部４０、撮像素子制御部４１、シャッタ制御部４２、絞り制御部４３、ズーム制御部４４、焦点制御部４５、ストロボユニット４６に対する制御を実行する。

ゲイン制御部４０は、ＡＧＣ回路１５のゲインを制御する。撮像素子制御部４１は、撮像素子１４の蓄積時間、画素加算数を制御する。シャッタ制御部４２は、シャッタ１３の開閉動作を制御する。絞り制御部４３は絞り１２の開口の大きさを制御する。ズーム制御部４４は、撮像レンズ１１のズーミングを制御する。焦点制御部４５は、撮像レンズ１１が有するフォーカスレンズを駆動し、焦点位置を制御する。

ストロボユニット４６は、ＡＦ補助光の投光機能、ストロボ調光機能を有する。
システム制御部５０は例えばＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭを有し、カメラ１０全体の動作を制御する。なお、システム制御部５０が、上述したゲイン制御部４０、撮像素子制御部４１、シャッタ制御部４２、絞り制御部４３、ズーム制御部４４、焦点制御部４５の制御の少なくとも一部を実行してもよい。
メモリ３０は、システム制御部５０の動作用の定数、変数、プログラム等を記憶している。

表示部３２は、例えばＬＣＤであり、システム制御部５０の制御に従い、メニュー画面や、カメラ１０の各種情報などの表示を行う。また、本実施形態のカメラ１０は、撮像スタンバイ状態において、連続的に撮像を行って撮像画像を表示部３２に表示することで、表示部３２を電子ビューファインダとして機能させるものとする。

シャッタスイッチ６０は、シャッタスイッチＳＷ１とＳＷ２からなり、シャッタスイッチＳＷ１は、不図示のシャッタボタンの半押しでオンし、シャッタスイッチＳＷ２はシャッタボタンの全押しでオンする。

ＳＷ１のオンは、システム制御部５０によって撮像準備処理の開始指示として検出され、システム制御部５０は、ＡＦ（オートフォーカス）処理、ＡＥ（自動露出）処理等の動作を開始する。

また、シャッタスイッチＳＷ２のオンは本撮像（記録用画像の撮像）処理の開始指示としてシステム制御部５０に検出される。本撮像処理においてシステム制御部５０は、ストロボ撮像モードの場合はストロボユニット４６の発光制御、ＡＥ処理に従った絞り値とシャッタ速度（露光時間）で撮像素子１４を露光する露光処理を行う。

また、システム制御部５０は、撮像素子１４で得られた画像データをＡ／Ｄ変換器１６、メモリ制御部２１を介してメモリ３０に書き込む。さらにシステム制御部５０は、画像処理部２０での演算結果を用いて、メモリ３０に存在する画像データに現像処理（色補間処理など）を行う。さらにシステム制御部５０は、現像処理後の画像データをメモリ３０から読み出し、例えば画像ファイルの形式で記録部７０が有する記録媒体に書き込む記録処理を実行する。なお、システム制御部５０は、必要に応じて画像データの符号化も実行する。

記録部７０は、例えば半導体メモリカードのような記録媒体を備え、システム制御部５０の制御に従って記録媒体に対するデータの読み書きを行う。

●（カメラ１０の動作）
次に、図２〜図４に示すフローチャートを参照して、カメラ１０の動作を説明する。なお、ここでは、カメラ１０の電源がオンされ、撮像スタンバイの状態にあるものとする。上述のように、撮像スタンバイ状態でカメラ１０は連続的な撮像を行っており、表示部３２が電子ビューファインダとして機能している。以下、表示部３２を電子ビューファインダとして機能させる際に表示する撮像画像をスルー画像と呼ぶ。

Ｓ１０１で、システム制御部５０は、シャッタスイッチＳＷ１がオンかオフか判別し、オンならＳ１０２に処理を進める。
Ｓ１０２で、システム制御部５０はＡＥ処理を行うため、スルー画像の画像データに対して、画像処理部２０でＡＥ処理用の画像処理を実行させる。なお、ＡＥ処理の詳細は図３を参照して後述する。

Ｓ１０３で、システム制御部５０は、スルー画像の画像データを用いて既知のコントラスト方式のＡＦ（オートフォーカス）処理を行う。システム制御部５０は、画像処理部２０でスルー画像の画像データからＡＦ評価値を算出させ、焦点制御部４５を通じて撮像レンズ１１のフォーカスレンズを駆動させ、ＡＦ評価値が最大となるフォーカスレンズ位置を探索する。そして、ＡＦ評価値が最大となるフォーカスレンズ位置にフォーカスレンズを駆動させる。

Ｓ１０４でシステム制御部５０は、シャッタスイッチＳＷ２がオンかオフか判別する。シャッタスイッチＳＷ２がオフなら、システム制御部５０はＳ１０５でシャッタスイッチＳＷ１の状態を確認し、オンのままならＳ１０２に、オフになった場合はＳ１０１に、それぞれ処理を戻す。

Ｓ１０４でシャッタスイッチＳＷ２がオンであれば、システム制御部５０はＳ１０６で、Ｓ１０２のＡＥ処理で算出した露出制御値に基づいて上述した本撮像処理を実行する。

●（ＡＥ処理の詳細）
図３は、図２のＳ１０２におけるＡＥ処理の詳細を示すフローチャートである。
Ｓ２０１でシステム制御部５０は、電源投入時か否かを判定し、ＹＥＳの場合にはＳ２５０へ、ＮＯの場合にはＳ２０２へ処理を進める。
Ｓ２５０でシステム制御部５０は、初回蓄積処理を行う。

初回蓄積処理について、図４のフローチャート及び図６を用いて説明する。
Ｓ３０１でシステム制御部５０は、測光用蓄積制御（初回１回目）を実行する。初回蓄積処理の１回目の蓄積（撮像）でシステム制御部５０は、カメラ１０に要求される測光範囲の中心の輝度に対応する出力が撮像素子１４のダイナミックレンジ（最小出力値〜最大出力値）の中央値となる蓄積時間（Ｔｖ０）、画素加算数（Ｋｖ０）を設定する。例えば、本実施形態では要求される測光範囲がＢｖ値−５〜＋１５であるため、Ｂｖ５の輝度に対応する出力が撮像素子１４のダイナミックレンジの中央値となるような蓄積時間と画素加算数を設定する。画素加算数については後述する。なお、本実施形態では、蓄積処理において設定される絞りが常に開放である場合を説明しているが、予め決められたプログラム線図に従って絞りを設定するようにしてもよい。

そして、システム制御部５０は、設定した蓄積時間で測光用の蓄積（撮像）を行う。設定した蓄積時間が終了すると、システム制御部５０は、画像処理部２０に、得られた撮像画像を分割した複数の測光エリアの各々について、含まれる画素データから輝度に関する測光出力値Ｙを算出させる。測光エリアの詳細は図５に基づいて後述するが、本実施形態では、画像を横に６分割、縦に４分割し、計２４の測光エリアを設定するものとする。なお、測光エリアの分割数は上記の数に限定されるものではなく、測光エリアの形も撮像画像を縦横に等間隔に分割した形でなくてもよい。

Ｓ３０２でシステム制御部５０は、画像処理部２０が算出した測光エリア毎の測光出力値Ｙと重み付け係数ｋとの加重平均値Ｙｗを以下のように算出する。
Ｙｗ＝ΣＹｉｊ×ｋｉｊ／２４
ここで、ｉ，ｊは測光エリアの場所を表す添字であり、本実施形態では横６、縦４の測光エリアが存在するので、ｉ：０〜５，ｊ：０〜３である。

また、重み付け係数ｋは、カメラ１０の撮像モード、測光モードや撮影シーンなどに応じて各測光エリアの測光出力値の重み付けを変えるための係数である。例えば、測光モードが中央重点測光モードであれば、画像の中央付近の測光エリアに対する重み付け係数を画像の周辺付近に対する重み付け係数よりも大きくする。また、顔などの特徴領域検出機能を有する場合、特徴領域検出機能を用いる撮像モードでは特徴領域に対応する測光エリアに対する重み付け係数を他の測光エリアに対する重み付け係数よりも大きくする。また、被写界の状況に応じてどのような撮影シーンか自動判別するシーン判別機能を有する場合、判別されたシーンに最適な重み付け係数をそれぞれの測光エリアに対して設定する。重み付け係数ｋは本発明とは直接関係がないため、これ以上の詳細は省略する。

さらに、システム制御部５０は、初回蓄積処理の２回目を行うか否かを、以下のΔＹに応じて判定する。
ΔＹ＝ｌｏｇ_２（Ｙｗ／Ｙｔａｒｇｅｔ）
ここで、目標輝度値Ｙｔａｒｇｅｔは、加重平均値Ｙｗの目標とする値であって、システム制御部５０は加重平均値Ｙｗが目標輝度値Ｙｔａｒｇｅｔに近づくように露出制御値を設定する。

ΔＹが所定範囲内（例えば、±３．０段以内）の場合、システム制御部５０は、次回測光用蓄積時の制御値Ｐ０を下記の式で算出し、初回２回目の蓄積（撮像）は行なわず、Ｓ２０２へ処理を進める。なお、制御値Ｐ０（初回１回目）は、Ｓ３０１で設定された蓄積時間（Ｔｖ０）、画素加算数（Ｋｖ０）に対応する値である。制御値Ｐについて詳細は後述する。
（―３．０≦ΔＹ≦＋３．０）の場合
Ｐ０（次回）＝Ｐ０（初回１回目）＋ΔＹ
ここで、Ｐ０（次回）はＳ２０６で用いる制御値であって、初回２回目の蓄積（撮像）で用いるものではない。

一方、ΔＹが所定範囲外（例えば、±３．０段に入らない）の場合、システム制御部５０は、露光量を所定量（例えば、±６段分）変えた制御値Ｐ０（初回２回目）を算出し、初回２回目の蓄積（撮像）を行うことを決定する。すなわち、
（―３．０＞ΔＹ）の場合
Ｐ０（初回２回目）＝Ｐ０（初回１回目）―６
（ΔＹ＞３．０）の場合
Ｐ０（初回２回目）＝Ｐ０（初回１回目）＋６

Ｓ３０３でシステム制御部５０は、初回２回目の蓄積（撮像）を行う場合には処理をＳ３０４に進め、行わない場合には初回蓄積処理を終了させる（処理をＳ２０２へ進める）。

Ｓ３０４でシステム制御部５０は、初回２回目の測光用蓄積制御用に設定した制御値Ｐ０（初回２回目）に基づいて、図６（ａ）のプログラム線図より蓄積時間（Ｔｖ０）、画素加算数（Ｋｖ０）を決定する。図６（ａ）の例では、―３．０＞ΔＹの場合は蓄積時間（Ｔｖ０）＝１／１００秒、画素加算数（Ｋｖ０）＝１６画素加算、ΔＹ＞３．０の場合は蓄積時間（Ｔｖ０）＝１／２５６００秒、画素加算数（Ｋｖ０）＝０（画素加算なし）である。

Ｓ３０５でシステム制御部５０は、画像データ取得後、Ｓ３０２と同様にΔＹを算出したのち、次回測光用蓄積時の制御値Ｐ０を以下のように算出する。
（―３．０≦ΔＹ≦＋３．０）の場合
Ｐ０（次回）＝Ｐ０（初回２回目）＋ΔＹ

一方、ΔＹが±３．０段に入らない場合、露光量を±３段分変える。すなわち、
（―３．０＞ΔＹ）の場合
Ｐ０（次回）＝Ｐ０（初回２回目）―３
（ΔＹ＞３．０）の場合
Ｐ０（次回）＝Ｐ０（初回２回目）＋３

システム制御部５０は、次回測光用蓄積時の制御値を設定すると、初回蓄積処理を終了し、図２のＳ２０２に処理を進める。

Ｓ２０２でシステム制御部５０は、後述するＳ２０９で設定した合成条件がＯＮの場合にはＳ２０３へ、ＮＯの場合にはＳ２０６へ処理を進める。なお、初回蓄積の結果に対しては、Ｓ２０９で合成するか否かが決定される前にＳ２０２で合成判定されることになる。そこで、初回蓄積の後は合成条件がＯＦＦであるものとして処理を進めるようにする。代わりに、初回蓄積の後はＳ２０２の処理を省略してＳ２０６の処理へ進めるようにしても構わない。

Ｓ２０３でシステム制御部５０は、前回の蓄積制御が制御値Ｐ１で行われたか否かを判定し、ＹＥＳの場合にはＳ２０４へ、ＮＯの場合にはＳ２０５へ処理を進める。後述するように、制御値Ｐ０を基準として、制御値Ｐ１、Ｐ２はそれぞれ＋２段、−２段露光量を変えた制御値である。

Ｓ２０４でシステム制御部５０は、制御値Ｐ２に基づいて蓄積時間（Ｔｖ２）と画素加算数（Ｋｖ２）を決定し、測光用蓄積処理を行う。蓄積後、システム制御部５０は撮像画像を複数の測光エリアに分割し、測光エリア毎の測光出力値Ｙを算出する。

Ｓ２０５でシステム制御部５０は、制御値Ｐ１に基づいて蓄積時間（Ｔｖ１）と画素加算数（Ｋｖ１）を決定し、測光用蓄積処理を行う。蓄積後、システム制御部５０は撮像画像を複数の測光エリアに分割し、測光エリア毎の測光出力値Ｙを算出する。

Ｓ２０６でシステム制御部５０は、制御値Ｐ０に基づいて蓄積時間（Ｔｖ０）と画素加算数（Ｋｖ０）を決定し、測光用蓄積処理を行う。蓄積後、システム制御部５０は撮像画像を複数の測光エリアに分割し、測光エリア毎の測光出力値Ｙを算出する。なお、初回蓄積において算出されたＰ０（次回）は、このときの制御値Ｐ０である。

Ｓ２０７でシステム制御部５０は、Ｓ２０４〜Ｓ２０６の異なる２つのステップにおいて前回算出した測光出力値Ｙと今回算出した測光出力値Ｙのレベル合わせを行った後、合成処理を行い、測光エリア毎の測光範囲が拡大された測光出力値Ｙを算出する。なお、合成処理の詳細は図７を参照して後述する。

Ｓ２０８でシステム制御部５０は、Ｓ２０６またはＳ２０７で算出した測光エリア毎の測光出力値Ｙと重み付け係数ｋとの加重平均値Ｙｗを算出する。そしてシステム制御部５０は、加重平均値Ｙｗ、蓄積時間、及び画素加算数から得られる被写体輝度に基づいて、本撮像時の露出制御値（シャッタ速度、絞り値、感度など）を決定する。なお、露出制御値の決定方法は本発明と直接関係がなく、また任意の方法を採用しうるためその詳細を省略する。
Ｓ２０９でシステム制御部５０は、Ｓ２０８で算出した加重平均値Ｙｗに基づいて、次回のＡＥ処理において測光出力値の合成をするか否かを示す合成条件を決定する。合成をするか否かの決定方法についての詳細は後述する。

次に、画素加算数と測光出力値Ｙの算出方法を図５に基づいて説明する。
本実施形態のカメラ１０が有する撮像素子１４は原色カラーフィルタを備えており、各画素は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）またはＢ（青）のいずれかに対応する分光特性を有している。また、説明及び理解を容易にするため、撮像素子１４の画素数が、横９６、縦６４であるものとする。

図５（ａ）は撮像素子制御部４１で撮像素子１４を制御して、撮像素子１４から読み出した画像データをＡ／Ｄ変換器１６、メモリ制御部２１を介してメモリ３０に書き込んだ状態を模式的に示している。

図５（ｂ）は、横９６×縦６４画素の画像を横６×縦４に分割し、２４の測光エリア２００に分割した例である。１つの測光エリア内に含まれる撮像素子の画素数は１６×１６である。

図５（ｃ）に、１つの測光エリア２００の拡大図を示す。ここでは、撮像素子１４がベイヤー配列のカラーフィルタを備えている場合の画素配置を示している。なお、本発明はカラーフィルタの配列には依存しないため、他の画素配列であってもよい。

撮像素子制御部４１は、同色画素の出力を加算する撮像素子（もしくは画像）の範囲を設定する。
例えば図５（ｄ）〜（ｆ）は、図５（ｃ）の測光エリア内で、４×４画素、８×８画素、１６×１６画素の画素加算範囲２１０、２２０、２３０を設定した例を示す。

画素加算範囲２１０、２２０、２３０内で、２×２のカラーフィルタの単位配列（Ｒ，Ｇ１，Ｂ，Ｇ２）の各色の画素値が加算される回数はそれぞれ４、１６、６４回で、加算範囲ごとにＲ，Ｇ１，Ｂ，Ｇ２の加算値が１組得られる。

同被写界（同一シーン）で撮像素子１４から同じ出力を得るための蓄積時間は、画素値の加算を行わない場合を１とすると、画素加算範囲２１０，２２０，２３０を設定した場合にそれぞれ１／４、１／１６、１／６４倍となる。そのため、画素加算数を増やす（広い画素加算範囲を設定する）ことで、低輝度時に蓄積時間が延びることを抑制できる。

次に、測光エリア内でＲ、Ｇ（Ｇ１，Ｇ２）、Ｂのそれぞれの平均値を算出し、例えば、以下の式より測光出力値Ｙを算出する。
Ｙ＝０．２９９×Ｒ＋０．５８７×Ｇ＋０．１１４×Ｂ

このように、加算範囲によらず、測光エリア毎に１つの測光出力値Ｙを算出することで、後述する合成処理が可能となる。なお、測光エリア毎に１つの測光出力値Ｙを算出するのではなく、加算範囲毎に１つの測光出力値Ｙを算出し、加算範囲内の画素の出力値として用いて演算しても良い。

次に、蓄積時間と画素加算数の制御方法について図６（ａ）を用いて説明する。
図６（ａ）は被写界のＢｖ値に対して、横軸に蓄積時間、縦軸に画素加算数を表したプログラム線図の例である。

ここで、蓄積時間（Ｔｖ）と画素加算数（Ｋｖ）の加算値（Ｔｖ＋Ｋｖ）を制御値（露光量）Ｐと定義する。なお、ここでの加算はＡＰＥＸ値によるものであり、実際の蓄積時間（例えば１／１００秒）や画素加算数（例えば１６画素加算）の加算ではない。具体的な蓄積時間や画素加算数に対応するＴｖ（ＡＰＥＸ）、Ｋｖ（ＡＰＥＸ）は、Ｐ（ＡＰＥＸ）＝Ｔｖ（ＡＰＥＸ）＋Ｋｖ（ＡＰＥＸ）を満たすように予め決定しておく。ＡＰＥＸ単位の考え方については、例えば「ディジタルスチルカメラ用画像ファイルフォーマット規格(Exif) Version 2.1」の「付録Ｃ ＡＰＥＸについて」を参照されたい。
制御値Ｐが決まれば、図６のプログラム線図よりＴｖとＫｖが決まる。

Ｂｖ値が小さい低輝度時には、露光量を得るために必要な蓄積時間が長くなる。必要な蓄積時間が予め定めた蓄積時間以上（図６では１／１００秒以上）となる場合、システム制御部５０は、予め定めた蓄積時間で撮像した際に不足する露光量を補うために画素加算数を増加させる。画素加算数を最大（図６では６４画素）としても、不足する露光量を補えない場合にのみ、蓄積時間を予め定めた蓄積時間を超える時間（１／１００秒より長い時間）とする。予め定めた蓄積時間未満で露光量が得られる高輝度時には、画素加算なしとする。なお、本実施形態では、１／１００秒を予め設定された蓄積時間として設定したが、１／１００秒と異なる時間を予め設定された蓄積時間として設定しても構わない。また、カメラの撮影モードなどに応じて異なる蓄積時間を設定するようにしてもよい。

次に、測光出力値Ｙの合成処理について図６及び図７を用いて説明する。
上述の通り、一般に要求される測光範囲はＢｖ−５〜＋１５、すなわちダイナミックレンジで２０段程度である。しかし、本実施形態における撮像素子１４のダイナミックレンジ（１回の蓄積で測光可能な輝度の範囲）は２０段よりも小さい。

そこで、本実施形態では、測光出力値の加重平均値に対応する出力が撮像素子１４のダイナミックレンジ中央となる制御値（当該制御値に基づいて露光した場合に、撮像素子の出力値の中央値が得られる制御値）を制御値Ｐ０とする。また、制御値Ｐ１、Ｐ２は、制御値Ｐ０を基準としてそれぞれ＋２段、−２段露光量を変えた制御値とする。

図６（ｂ）は制御値Ｐ０、Ｐ１用のプログラム線図、図６（ｃ）は制御値Ｐ２用のプログラム線図である。
図６（ｂ）、（ｃ）上の点Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２は、被写界のＢｖ値＝５の場合の制御値を示している。Ｐ０が蓄積時間１／４００秒、画素加算なしであるのに対し、Ｐ１、Ｐ２は蓄積時間が同じ（１／１６００秒）で、画素加算数がそれぞれ加算なし、１６画素加算である。

本実施形態における測光は、蓄積時間と画素加算数を制御した制御値Ｐ１、Ｐ２を用いた蓄積制御を交互に繰り返し行うことで、測光範囲、すなわち撮像素子１４のダイナミックレンジを拡大する。

図７は被写界のＢｖ値に対して、制御値Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２による撮像で、撮像素子１４によって測光できる範囲を示している。
また、図７のＹ合成値は、制御値Ｐ１、Ｐ２で得られた測光エリア毎の測光出力値Ｙをレベル合わせした後に合成処理することで得られる。なお、制御値Ｐ１を用いた蓄積制御（撮像）時と、制御値Ｐ２を用いた蓄積制御時との間で被写界の輝度に変化があり、制御値Ｐ０が変化した場合には、レベル合わせ時に変化分を反映させる。

レベル合わせは、閾値ＴＨ＿ＤＲ＿ＨＩ、ＴＨ＿ＤＲ＿ＬＯを設けて行う。ＴＨ＿ＤＲ＿ＨＩは制御値Ｐ２での測光可能範囲の上限Ｂｖ値に、ＴＨ＿ＤＲ＿ＬＯは制御値Ｐ１での測光可能範囲の下限Ｂｖ値にそれぞれ相当する値である。

レベル合わせは、同一Ｂｖ値に対する測光出力値が同一になるようにする処理である。例えば、制御値Ｐ２で蓄積制御した際の測光出力値を、制御値Ｐ１で蓄積制御した際の測光出力値に合わせるように補正する。具体的には、制御値Ｐ１が画素加算なしで制御値Ｐ２が１６画素加算の場合には、制御値Ｐ２で蓄積制御した際の測光出力値を１／１６に補正する。これにより、合成後の測光範囲におけるＢｖ値と測光出力値の関係の連続性が維持される。

システム制御部５０は、測光出力値のレベル合わせ後、合成処理を以下の条件で行う。
制御値Ｐ１を用いて撮像した画像から得られる測光出力値ＹがＴＨ＿ＤＲ＿ＨＩよりも大きい場合には、その値を合成後の値として用いる。
制御値Ｐ２を用いて撮像した画像から得られる測光出力値ＹがＴＨ＿ＤＲ＿ＬＯよりも小さい場合には、その値を合成後の値として用いる。
制御値Ｐ１を用いて撮像した画像から得られる測光出力値Ｙと、制御値Ｐ２を用いて撮像した画像から得られる測光出力値ＹがいずれもＴＨ＿ＤＲ＿ＬＯ以上で、ＴＨ＿ＤＲ＿ＨＩ以下の場合には、新しい撮像画像に基づく測光出力値Ｙを合成後の値として用いる。これは、新しい撮影画像に基づく測光出力値Ｙのほうがより現在の被写界の輝度を反映しているからである。

上記の処理により、制御値Ｐ０による測光可能範囲より、約４段（±２段）分の測光可能範囲を拡大できる。

また、制御値Ｐ１、Ｐ２以外に制御値Ｐｎを複数個設定した場合にも、測光エリア毎にレベル合わせを行い、合成処理を行うことで、測光可能範囲を拡大することができる。
また、図７では、制御値Ｐ１、Ｐ２で得られた測光エリア毎の測光出力値Ｙを合成処理する例を説明したが、制御値Ｐ１、Ｐ２の一方の測光出力値Ｙと制御値Ｐ０の測光出力値Ｙとの合成処理を行う場合も同様である。

次に、Ｓ２０９における合成するか否かの決定方法について説明する。
Ｓ２０９では、測光結果に基づいて、次回の測光用蓄積時に合成処理を行うか否かを決定する。次回の測光用蓄積時に合成を行う場合、合成条件をＯＮとする。次回の測光用蓄積時に合成を行わない場合、合成条件をＯＦＦとする。

Ｓ２０８において、上述のようにして、測光エリア毎の測光出力値Ｙと重み付け係数ｋとの加重平均値Ｙｗを算出し、目標輝度値Ｙｔａｒｇｅｔと加重平均値Ｙｗの差分に対応する段数ΔＹを以下のように算出する。
ΔＹ＝ｌｏｇ_２（Ｙｗ／Ｙｔａｒｇｅｔ）

そして、Ｓ２０９において、システム制御部５０は、ΔＹが±３．０段以内の場合、被写界で大きな輝度変化がなかったと考えられるので、次の測光用蓄積時に合成処理を行うために、次回の撮像パラメータを以下のように設定する。
（―３．０≦ΔＹ≦＋３．０）の場合
Ｐ０（次回）＝Ｐ０（前回）＋ΔＹ
Ｐ１（次回）＝Ｐ０（次回）＋２
Ｐ２（次回）＝Ｐ０（次回）−２
次回合成条件ＯＮ

一方、ΔＹが±３．０段に入らない場合、被写界で大きな輝度変化があったと考えられるので、次の測光用蓄積時には合成処理を行わず制御値Ｐ０による撮像を行うために次回の撮像パラメータを以下のように設定する。

（―３．０＞ΔＹ）の場合
Ｐ０（次回）＝Ｐ０（前回）―３
次回合成条件ＯＦＦ
（ΔＹ＞３．０）の場合
Ｐ０（次回）＝Ｐ０（前回）＋３
次回合成条件ＯＦＦ

以上説明したように、本実施形態によれば、露光量を異ならせた複数回の撮像によって測光することにより、１回の撮像で測光を行う場合よりも測光可能範囲を拡大することが可能である。また、低輝度領域の測光を行うための撮像に所定時間以上の蓄積時間が必要となる場合には、蓄積時間を所定時間とした撮像を行い、加算画素値に基づいて測光出力値を算出することで測光に要する時間の増加の抑制と測光可能範囲の拡大とが可能である。

（その他の実施形態）
以上、本発明をその例示的な実施形態に従って説明したが、本発明はここで説明した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。
例えば、上記の実施形態では、記録用画像の撮像を行う撮像素子で測光を行う場合について説明したが、記録用画像の撮像を行う撮像素子とは別に設けられた蓄積型の撮像素子で測光を行う場合に適用してもよい。
また、上記の実施形態で説明した処理を行うか否かを、不図示の操作手段を使用者が操作して決定することができる構成であってもよいし、不図示の操作手段を使用者が操作して複数のモードの中から所定のモードを選択した場合だけ行うような構成であってもよい。
また、低輝度時に、適正な露光量とするために蓄積時間を予め定めた蓄積時間を超える時間とする場合には、複数回の測光蓄積を行うと測光に必要な時間が増加してしまうので、複数回の測光蓄積は行わず、合成処理も行わないようにしてもよい。

また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。

Claims (6)

1. 蓄積型の撮像素子を用い、異なる露光量で撮像した複数の画像データを用いて測光を行う撮像装置であって、
   前記異なる露光量で撮像を行うための蓄積時間と画素加算数を決定する決定手段と、
   前記蓄積時間に従った撮像により得られた前記複数の画像データのそれぞれについて、前記画素加算数に従った画素値の加算に基づいて測光出力値を算出する算出手段と、
   前記複数の画像データのそれぞれについて得られた複数の測光出力値を合成する合成手段と、を有し、
   前記決定手段は、必要な露光量が予め定めた時間未満の蓄積時間で得られる場合には、撮像に必要な露光量が得られる蓄積時間と前記画素加算数なしを決定し、前記必要な露光量が前記予め定めた時間以上の蓄積時間で得られる場合には、前記予め定めた時間に等しい蓄積時間と、不足する露光量に応じた前記画素加算数を決定する、ことを特徴とする撮像装置。
2. 前記算出手段は、前記複数の画像データのそれぞれを複数の測光エリアに分割し、前記測光エリアのそれぞれについて前記画素加算数に従った画素値の加算に基づいて測光出力値を算出し、
   前記合成手段は、前記測光エリアごとに、前記算出手段が算出した複数の測光出力値を合成する、ことを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
3. 前記算出手段は、前記画素加算数なしの場合には、前記測光エリアに含まれる画素の平均値から前記測光出力値を算出し、前記画素加算数なしでない場合には、前記測光エリアに含まれる画素の画素値を前記画素加算数ずつ加算した値の平均値から前記測光出力値を算出する、ことを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記合成手段は、前記複数の画像データのそれぞれについて得られた前記複数の測光出力値のレベルを合わせて前記合成を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の撮像装置。
5. 前記異なる露光量が、予め定められた目標輝度値に対応する前記撮像素子の出力値が、前記撮像素子のダイナミックレンジの中央値となる蓄積時間を基準として設定されることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の撮像装置。
6. 蓄積型の撮像素子を用い、異なる露光量で撮像した複数の画像データを用いて測光を行う撮像装置の制御方法であって、
   決定手段が、前記異なる露光量で撮像を行うための蓄積時間と画素加算数を決定する決定工程と、
   算出手段が、前記蓄積時間に従った撮像により得られた前記複数の画像データのそれぞれについて、前記画素加算数に従った画素値の加算に基づいて測光出力値を算出する算出工程と、
   合成手段が、前記複数の画像データのそれぞれについて得られた複数の測光出力値を合成する合成工程と、を有し、
   前記決定工程において前記決定手段は、必要な露光量が予め定めた時間未満の蓄積時間で得られる場合には、撮像に必要な露光量が得られる蓄積時間と前記画素加算数なしを決定し、前記必要な露光量が前記予め定めた時間以上の蓄積時間で得られる場合には、前記予め定めた時間に等しい蓄積時間と、不足する露光量に応じた前記画素加算数を決定する、ことを特徴とする撮像装置の制御方法。

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