JP2013080138A - 測光装置および撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 回路規模を増大させることなく、確度高く測光値の補正ができる技術を提供することを目的とする。
【解決手段】 被写界を撮像した画像を用いて、被写界を測光して測光値を求める測光手段と、画像に基づいて、被写界から所定の色の画素値を有する画像領域を主要被写体として抽出する被写体抽出手段と、抽出された主要被写体の大きさに応じて測光値を補正する補正手段と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、測光装置および撮像装置に関する。

従来、撮像対象の被写界に、輝度が暗いまたは明るい主要被写体があり被写界に占める割合が大きい場合、被写界の画像におけるその主要被写体は、露出オーバーまたは露出アンダー気味に撮像される。

そこで、例えば、デジタルカメラの撮像素子で得られた画像信号に基づいて、測光手段が被写体の明るさを測光するとともに、可視光センサがデジタルカメラの置かれた雰囲気の明るさを検知して、測光値と雰囲気の明るさとの比較に応じて測光値を補正することにより、適正な露出制御を行う技術がある（特許文献１など参照）。

特開２００８−２０５９２２号公報

しかしながら、従来技術では、測光手段とともに、可視光センサを有するために、回路規模が増大し、コストが高くなるという問題がある。

上記従来技術が有する問題に鑑み、本発明の目的は、回路規模を増大させることなく、確度高く測光値の補正ができる技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明を例示する測光装置の一の態様は、被写界を撮像した画像を用いて、被写界を測光して測光値を求める測光手段と、画像に基づいて、被写界から所定の色の画素値を有する画像領域を主要被写体として抽出する被写体抽出手段と、抽出された主要被写体の大きさに応じて測光値を補正する補正手段と、を備える。

また、補正手段は、主要被写体が被写界に占める割合を求め、割合に応じた測光値を補正するための補正量を算出し、測光値を補正してもよい。

また、補正手段は、主要被写体に対し所定値以上の輝度差を有する画像領域が存在するか否かを判定し、輝度差を有する画像領域が存在する場合、測光値の補正を行ってもよい。

また、所定の色は、白色または黒色であってもよい。

本発明を例示する撮像装置の一の態様は、被写界を撮像して画像を生成する撮像部と、本発明の測光装置と、を備える。

本発明によれば、回路規模を増大させることなく、確度高く測光値の補正ができる。

一の実施形態に係るデジタルカメラの構成を示すブロック図 一の実施形態に係るデジタルカメラの処理動作を示すフローチャート 撮像対象の被写界の一例を示す図

図１は、本発明の一の実施形態に係るデジタルカメラの構成を示すブロック図である。

本実施形態のデジタルカメラは、撮像光学系１１、撮像素子１２、ＡＦＥ１３、画像処理部１４、メモリ１５、モニタ１６、記録Ｉ／Ｆ１７、ＣＰＵ１９、操作部材２３、レリーズ釦２４、タッチパネル２５、バスから構成される。画像処理部１４、メモリ１５、モニタ１６、記録Ｉ／Ｆ１７、ＣＰＵ１９は、バスを介して情報伝達可能にそれぞれ接続される。また、操作部材２３、レリーズ釦２４、タッチパネル２５は、それぞれＣＰＵ１９に接続される。

撮像光学系１１は、ズームレンズやフォーカシングレンズを含む複数のレンズ群で構成されている。撮像光学系１１のレンズ位置は、レンズ駆動部（不図示）によって光軸方向に調整される。なお、簡単のため、図１では撮像光学系１１を１枚のレンズとして図示する。

撮像素子１２は、撮像光学系１１を通過した光束によって結像される被写界を撮像するデバイスである。この撮像素子１２の出力はＡＦＥ１３に入力される。なお、本実施形態の撮像素子１２は、順次走査方式の固体撮像素子（ＣＣＤ等）であっても、ＸＹアドレス方式の固体撮像素子（ＣＭＯＳ等）であってもよい。

また、撮像素子１２の受光面には、複数の受光素子がマトリックス状に配列されている。撮像素子１２の各受光素子には、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）のカラーフィルタが公知のベイヤ配列にしたがって配置されている。そのため、撮像素子１２の各受光素子は、カラーフィルタでの色分解によってそれぞれの色に対応する画像信号を出力する。これにより、撮像素子１２は、カラーの画像を取得できる。

ここで、デジタルカメラの撮影モードにおいて、撮像素子１２はレリーズ釦２４の全押し操作に応答して記録画像（本画像）を撮像する。また、撮影モードでの撮像素子１２は、撮影待機時にも所定の時間間隔で構図確認用画像（スルー画像）を撮像する。このスルー画像のデータは、撮像素子１２から間引き読み出しで出力される。なお、スルー画像のデータは、モニタ１６での画像表示や、ＣＰＵ１９による各種の演算処理等に使用される。なお、本実施形態の撮像素子１２は、後述するように、ＣＰＵ１９の測光部２０と合わせて、スルー画像に基づいて被写界を測光する測光センサとして動作する。

ＡＦＥ１３は、撮像素子１２の出力に対してアナログ信号処理を施すアナログフロントエンド回路である。このＡＦＥ１３は、相関二重サンプリング、画像信号のゲインの調整、画像信号のＡ／Ｄ変換を行う。ＡＦＥ１３の出力は画像処理部１４に接続される。なお、本実施形態では、撮像素子１２とＡＦＥ１３とで撮像部を構成する。

画像処理部１４は、１フレーム分のデジタル画像信号に対して、各種画像処理（例えば、色補間処理、階調変換処理、輪郭強調処理、ホワイトバランス調整など）を施す。

メモリ１５は、デジタルカメラによって撮像された画像データや、ＣＰＵ１９によって実行される制御プログラムなどを記憶する。また、メモリ１５は、例えば、画像処理部１４による画像処理の前工程や後工程での画像データなどを一時的に記憶する。メモリ１５には、不揮発性の半導体メモリなどを用いることができる。

モニタ１６は、液晶モニタなどの表示手段であり、ＣＰＵ１９の指示に応じて各種画像を表示する。

記録Ｉ／Ｆ１７には、記憶媒体１８を接続するためのコネクタが形成されている。そして、記録Ｉ／Ｆ１７は、コネクタに接続された記憶媒体１８に対してデータの書き込み／読み込みを実行する。上記記憶媒体１８は、ハードディスクや、半導体メモリを内蔵したメモリカードなどで構成される。なお、図１では記憶媒体１８の一例としてメモリカードを示す。

ＣＰＵ１９は、デジタルカメラの各部を統括的に制御するプロセッサである。ＣＰＵ１９は、制御プログラムを実行することにより、スルー画像のデータに基づいて、位相差検出方式やコントラスト検出方式による公知のＡＦ制御や、自動露出（ＡＥ）演算、オートホワイトバランス演算などを行う。また、ＣＰＵ１９は、撮像モードにおける各種の演算処理を行うとともに、撮像した画像のファイル生成処理や設定画面での表示処理なども行う。さらに、本実施形態のＣＰＵ１９は、制御プログラムの実行により、測光部２０、被写体抽出部２１、補正部２２として動作する。

測光部２０は、撮像素子１２により撮像されたスルー画像を用いて被写界を測光して、測光値を求める。なお、測光方式は公知のいずれの方式でもよい。

被写体抽出部２１は、スルー画像の被写界から所定の色の画素値を有する主要被写体を抽出する。すなわち、被写体抽出部２１は、スルー画像のＲＧＢの画素値に基づいて、各画素の色を判定し、所定の色の画素値を有する画像領域を主要被写体として抽出する。なお、本実施形態では、所定の色として、輝度が暗い黒色および輝度が明るい白色とし、黒色および白色は、例えば、２５５階調の画像の場合、ＲＧＢ全ての画素値が０〜５および２５０〜２５５となる画素とする。なお、黒色や白色などの所定の色の定義や指定は、ユーザによる操作部材２３やタッチパネル２５の操作などに応じて、任意に設定することができる。

補正部２２は、被写体抽出部２１により抽出された黒色および白色の主要被写体の被写界に占める割合をそれぞれ求め、黒色または白色の主要被写体の割合が、閾値α以上であるか否かを判定する。補正部２２は、いずれかの主要被写体の割合が閾値α以上の場合、ＣＰＵ１９によるＡＥ演算により、被写界の撮像において適正な露出値が算出されるように、測光部２０によって測光された測光値を補正する。すなわち、補正部２２は、主要被写体の占める割合に応じた補正量を算出し、測光値を補正する。一方、主要被写体の占めるの割合が閾値αより小さい場合、補正部２２は、ＣＰＵ１９によるＡＥ演算により、被写界の撮像時の適正な露出値が得られるとして、測光部２０によって測光された測光値を補正しない。

なお、本実施形態の補正部２２は、被写体抽出部２１により黒色または白色の主要被写体のいずれかが抽出されなかった場合、測光部２０によって測光された測光値を補正しない。また、閾値αの値は、本実施形態では７０％とするが、少なくとも５０％以上に設定されていればよく、撮影モードやＣＰＵ１９の処理能力などに応じて適宜設定されることが好ましい。

操作部材２３は、例えば、コマンドダイヤル、十字状のカーソルキー、決定釦などで構成される。そして、操作部材２３はデジタルカメラの各種入力をユーザから受け付ける。例えば、操作部材２３は、デジタルカメラの動作モードの切替操作や、設定画面での入力操作などに用いられる。

レリーズ釦２４は、半押し操作による撮像前のＡＦ動作開始の指示入力と、全押し操作による撮像動作開始の指示入力とをユーザから受け付ける。

タッチパネル２５は、操作部材２３の一部を構成し、パネル表面に接触したスタイラス（または指先など）の位置を検出し、検出した位置情報をＣＰＵ１９に出力することでユーザからの指示入力を受け付ける。なお、タッチパネル２５の構成は、静電容量式または感圧式のいずれでもよい。本実施形態のタッチパネル２５は、モニタ１６と同形状の透明のパネルで構成され、モニタ１６の表面全体に積層配置される。ユーザは、モニタ１６に表示されたＧＵＩ形式の釦を視認しつつ、タッチパネル２５を介してＣＰＵ１９に指示入力する。

次に、図２のフローチャートを参照しつつ、本実施形態のデジタルカメラによる処理動作について説明する。なお、本実施形態のデジタルカメラは、撮影モードとして、単写モードと連写モードとを有する静止画モードおよび動画モードなどを有するものとする。そして、デジタルカメラは、撮影モードとして、単写モードの静止画モードに予め設定されているものとし、例えば、図３に示すような被写界３０を撮像し、静止画像（本画像）を生成するものとする。図３に示す被写界３０には、上記で定義された黒色および白色以外の色の領域６０を背景に、黒色の直方体４０と白色の円錐５０とが配置されている。

ＣＰＵ１９は、ユーザによる操作部材２３の電源釦操作により、電源投入指示を受け付け、デジタルカメラの電源を投入する。ＣＰＵ１９は、デジタルカメラを初期化する。ＣＰＵ１９は、撮像素子１２に３０ｆｐｓなどのフレームレートでスルー画像を撮像させ、モニタ１６にそのスルー画像を表示させる。ＣＰＵ１９は、ステップＳ１０１からの処理を開始する。

ステップＳ１０１：ＣＰＵ１９の測光部２０は、撮像素子１２により撮像されたスルー画像に基づいて被写界３０の測光値を求める。

ステップＳ１０２：ＣＰＵ１９は、ユーザによるレリーズ釦２４の半押し操作に基づく制御信号を受け付けたか否かを判定する。ＣＰＵ１９は、半押し操作による制御信号を受け付けた場合、ステップＳ１０３（ＹＥＳ側）へ移行する。一方、ＣＰＵ１９は、制御信号を受け付けなかった場合、ステップＳ１０１（ＮＯ側）へ移行し、次のスルー画像を取得する。

ステップＳ１０３：ＣＰＵ１９の被写体抽出部２１は、黒色および白色の主要被写体をそれぞれ抽出する。例えば、被写体抽出部２１は、スルー画像のＲＧＢの画素値に基づいて、まず黒色の画素値を有する画素を水平走査（Ｘ軸）方向または垂直走査（Ｙ軸）方向に走査して検出する。次に、被写体抽出部２１は、検出した黒色の画素に隣接する画素が黒色の画素値を有するか否かを判定する。被写体抽出部２１は、隣接する画素が黒色の場合、最初に検出された黒色の画素と同じ主要被写体を形成する画素と判断する。さらに、被写体抽出部２１は、黒色と判定された隣接する画素に隣接する画素が黒色か否かを判定する。このように、被写体抽出部２１は、最初に黒色と判定された画素に基づいて順次隣接する画素の色を参照することにより、１つの連結した黒色の画像領域をなす主要被写体を抽出する。なお、被写体抽出部２１は、例えば、複数の黒色の画像領域を検出した場合、最も大きな画像領域を主要被写体とする。

一方、被写体抽出部２１は、隣接する画素が黒色でない場合、検出された黒色の画素は、孤立した画素と判定し、Ｘ軸またはＹ軸方向の走査を再開して次の黒色の画素を検出し、黒色の主要被写体を抽出する。

同時に、被写体抽出部２１は、白色の主要被写体についても同様に抽出する。

ステップＳ１０４：ＣＰＵ１９の補正部２２は、黒色および白色の主要被写体が抽出されたか否かを判定する。すなわち、補正部２２は、図３に示す被写界３０のスルー画像に、黒色と白色という輝度差の大きな画像領域が存在するか否かを判定する。補正部２２は、黒色および白色の主要被写体が抽出された場合、ステップＳ１０５（ＹＥＳ側）へ移行する。一方、補正部２２は、黒色または白色の主要被写体が抽出されなかった場合、被写界３０には大きな輝度差はないとして、ステップＳ１０７（ＮＯ側）へ移行する。

なお、被写界３０における大きな輝度差の有無を、黒色と白色との色に基づいて判定したが、抽出された主要被写体同士の輝度差が所定値以上か否かに基づいて判定してもよい。その所定値は、比較対象となる所定の色に応じて適宜設定されることが好ましく、本実施形態の黒色と白色との場合、例えば、所定値は２４５と設定される。

ステップＳ１０５：補正部２２は、黒色および白色の主要被写体が被写界３０のスルー画像に占める割合を求め、黒色または白色のいずれかの主要被写体の割合が閾値α以上か否かを判定する。補正部２２は、いずれかの主要被写体の割合が閾値α以上の場合、ステップＳ１０６（ＹＥＳ側）へ移行する。一方、補正部２２は、いずれの主要被写体の割合が閾値αより小さい場合、ステップＳ１０７（ＮＯ側）へ移行する。

ステップＳ１０６：補正部２２は、所定の色の主要被写体が被写界３０を占める割合が閾値α以上であることから、ステップＳ１０１で測光部２０により測光された被写界３０の測光値を補正する。

ここで、従来技術では、黒色の主要被写体の割合が閾値α以上の場合、ステップＳ１０１で測光された測光値に基づいて、被写界３０を大きく占める黒色で輝度の暗い主要被写体を考慮した露出値などの露出条件が算出される。算出された露出条件で、デジタルカメラが、被写界３０を撮像した場合、撮像された静止画像の黒い直方体４０は適正な露出で撮像されるが、白い円錐５０のような白色で輝度が明るい主要被写体は、露出オーバー気味となり、白くつぶれてしまう。なお、黒色の主要被写体が占める場合、従来技術では、黒色の主要被写体に対しても、実際には算出した露出条件はオーバー気味となる傾向がある。

そこで、本実施形態の補正部２２は、公知の露出補正に基づいて、黒色の主要被写体に対しより適正な露光条件が算出され、白色の主要被写体が白つぶれしないように、黒色の主要被写体の占める割合に応じたプラスの補正量で測光値を補正する。なお、本実施形態における補正量は、例えば、＋０．３段など、黒色の主要被写体の割合や撮像光学系１１の性能などに応じて適宜決められることが好ましい。

同様に、補正部２２は、白色の主要被写体の割合が閾値α以上の場合、白色の主要被写体に対して適正な露光条件が算出され、黒色の主要被写体が黒つぶれしないように、白色の主要被写体の割合に応じたマイナスの補正量で測光値を補正する。

ステップＳ１０７：ＣＰＵ１９は、ステップＳ１０１で測光された測光値またはステップＳ１０６で補正された測光値に基づいて、被写界３０を撮像するためのＡＥ演算を行い、露出条件を求める。

ステップＳ１０８：ＣＰＵ１９は、ユーザによるレリーズ釦２４の全押し操作の撮像指示を受け付けたか否かを判定する。ＣＰＵ１９は、撮像指示を受け付けた場合、撮像素子１２に、ステップＳ１０７で求めた露出条件で被写界３０を撮像させ、ステップＳ１０９（ＹＥＳ側）へ移行する。一方、ＣＰＵ１９は、撮像指示を受け付けていない場合、ステップＳ１０１（ＮＯ側）へ移行する。ＣＰＵ１９は、次のスルー画像を取得し、ステップＳ１０１〜ステップＳ１０７の処理を行う。

ステップＳ１０９：画像処理部１４は、ＡＦＥ１３から出力されるデジタル画像信号に対して、各種画像処理を施す。ＣＰＵ１９は、画像処理された画像データを静止画像とする画像ファイルを生成する。ＣＰＵ１９は、その画像ファイルを記憶媒体１８などに記録する。

このように、本実施形態では、測光部２０によって測光された測光値を、スルー画像における輝度の暗いおよび明るい画像領域を抽出しそれぞれが占める割合に基づいて補正することにより、回路規模を増大させることなく、被写界３０の撮像に最適な測光値に確度高く補正することができる。
《実施形態の補足事項》
（１）上記実施形態では、測光部２０、被写体抽出部２１、補正部２２の各処理を、ＣＰＵ２０がソフトウエア的に実現する例を説明したが、ＡＳＩＣを用いてこれらの各処理をハードウエア的に実現してもよい。

（２）本発明は、上記実施形態の図１に示すデジタルカメラの例に限定されない。例えば、撮像素子１２とは別に、被写界３０を測光する測光センサを有する一眼レフのデジタルカメラなどに対しても本発明は適用可能である。

（３）上記実施形態では、主要被写体として、黒色や白色の画像領域としたが、本発明はこれに限定されず、赤色や青色など他の色の画像領域であってもよい。また、被写体抽出部２１は、例えば、黒色と白色との主要被写体を抽出する際、ある色の画像領域が大きい場合、その画像領域も主要被写体として検出するようにしてもよい。

（４）上記実施形態では、被写体抽出部２１は、スルー画像をＸ軸またはＹ軸方向に走査して所定の色の画素を検出し、検出した画素に隣接する画素が所定の色であるか否かの判定を繰り返すことにより、所定の色の主要被写体を抽出したが、本発明はこれに限定されない。例えば、被写体抽出部２１は、スルー画像全体から所定の色の画素全てを検出して、それらの画素の画素位置をメモリ１５などに一時的に記憶する。被写体抽出部２１は、記憶した画素位置に基づいて、所定の色の連結した画像領域を抽出するようにしてもよい。

以上の詳細な説明により、実施形態の特徴点および利点は明らかになるであろう。これは、特許請求の範囲が、その精神および権利範囲を逸脱しない範囲で前述のような実施形態の特徴点および利点にまで及ぶことを意図する。また、当該技術分野において通常の知識を有する者であれば、あらゆる改良および変更に容易に想到できるはずであり、発明性を有する実施形態の範囲を前述したものに限定する意図はなく、実施形態に開示された範囲に含まれる適当な改良物および均等物によることも可能である。

１１…撮像光学系、１２…撮像素子、１３…ＡＦＥ、１４…画像処理部、１５…メモリ、１６…モニタ、１７…記録Ｉ／Ｆ、１８…記憶媒体、１９…ＣＰＵ、２０…測光部、２１…被写体抽出部、２２…補正部、２３…操作部材、２４…レリーズ釦、２５…タッチパネル

Claims (5)

1. 被写界を撮像した画像を用いて、前記被写界を測光して測光値を求める測光手段と、
   前記画像に基づいて、前記被写界から所定の色の画素値を有する画像領域を主要被写体として抽出する被写体抽出手段と、
   抽出された前記主要被写体の大きさに応じて前記測光値を補正する補正手段と、
   を備えることを特徴とする測光装置。
2. 請求項１に記載に記載の測光装置において、
   前記補正手段は、前記主要被写体が前記被写界に占める割合を求め、前記割合に応じた前記測光値を補正するための補正量を算出し、前記測光値を補正することを特徴とする測光装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の測光装置において、
   前記補正手段は、前記主要被写体に対し所定値以上の輝度差を有する画像領域が存在するか否かを判定し、前記輝度差を有する画像領域が存在する場合、前記測光値の補正を行うことを特徴とする測光装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の測光装置において、
   前記所定の色は、白色または黒色であることを特徴とする測光装置。
5. 被写界を撮像して画像を生成する撮像部と、
   請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の測光装置と、
   を備えることを特徴とする撮像装置。

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