JP2013122513A - 撮像装置及び露出制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】画面全体の輝度が変わった場合及び特定のシーンまたは被写体が検出された場合のいずれでも、画面の輝度変化を安定させることができる撮像装置を提供する。
【解決手段】被写体を撮像する撮像部と、撮像部により撮像して得られた画像データから露出値を算出し、算出した露出値と目標露出値の差分である第１の露出差分値を算出する第１の算出部と、撮像部により撮像して得られた画像データから特定のシーンまたは特定の被写体が検出された場合に、第１の露出差分値を補正する補正値を算出する第２の算出部と、第１の露出差分値と補正値とに基づいて、第２の露出差分値を決定する決定部と、第２の露出差分値に占める補正値の割合が高いほど、目標露出値に対応した露出に収束させる速度を遅くするように制御する制御部とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、デジタルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像装置に関し、特に、動画撮影時の露出制御を適切に行う機能を備えた撮像装置に関するものである。

従来から、デジタルカメラにおける動画の露出制御では、撮像した画像から、画面全体の測光領域に基づいて輝度レベルを算出し、その結果をもとに次に撮像する画像の目標露出レベルを設定して露出を制御するフィードバック制御を行っている。

また、撮像した画像から、例えばスポットライトシーンや人物の顔のような、特定のシーンや被写体を検出する。そして、そのシーンや被写体に特化した測光領域に基づいて輝度レベルを算出し、その結果をもとに、画面全体の測光領域に基づいて設定した目標露出レベルを補正することにより、そのシーンや被写体に合った露出にするための制御も行っている。

例えば、特許文献１では、撮像領域における人物の顔の位置及び範囲を検出し、検出された位置及び範囲における測光結果に基づいて露出レベルを決定することにより、人物を適正露出にする技術が開示されている。

特開２００８−１１８３８８号公報

しかしながら、上述の技術では、動画撮影中に特定のシーンや被写体を検出して、その検出結果に基づいて露出制御を行う場合に、次のような問題がある。例えばフレーミング中などで、始めは画面全体の測光領域に基づいて露出制御しているときに、急に特定のシーンや被写体を検出して、そのシーンや被写体の領域に特化した露出制御に切り替わることがある。そして、フレーミングを続けることによって、特定のシーンや被写体が検出できないようになると、また画面全体の測光領域に基づいた露出制御に切り替わることになる。

図２（ａ−１）〜（ａ−３）は、大部分が暗く一部だけ照明が当てられて明るいスポットライトシーンの検出時における露出制御の例を示す図である。始めに、図２（ａ−１）の状態では特定のシーンや被写体が検出されておらず、点線で囲われたような、画面全体の測光領域に基づいた露出制御が行われている。その状態からフレーミングを行って画角が変わった結果、図２（ａ−２）の状態で、スポットライトシーンと検出されたとする。このとき、点線で囲われたような、スポットライトが当たっている領域に特化した一部の領域に基づいた露出制御に切り替わる。その状態からフレーミングを行ってさらに画角が変わった結果、図２（ａ−３）の状態では、特定のシーンや被写体が検出されず、再び点線で囲われたような、画面全体の測光領域に基づいた露出制御に切り替わる。このような場合、画面全体でみたときには、大きな輝度変化は起こっていないにもかかわらず、少しの画角変化によって、図２（ａ−２）でスポットライトシーンが検出されたときだけ、露出目標値が急に変化してしまうため、輝度変動が大きく、安定性の無い動画が撮影されてしまう。

また、図２（ｂ−１）〜（ｂ−３）は、人物の顔の検出時における露出制御の例を示す図である。始めに、図２（ｂ−１）の状態では、顔が検出されていて、点線で囲われたような、顔部分の測光領域に基づいた露出制御が行われている。その状態から図２（ｂ−２）のように、顔が一時的に横を向いたため、顔が検出できなくなったとする。このとき、画面全体の測光領域に基づいた露出制御に切り替わることになる。そして、その状態から図２（ｂ−３）のように、顔が正面を向くと、再び点線で囲われたような、顔部分の測光領域に基づいた露出制御に切り替わる。このような場合、画面全体でみたときには、大きな輝度変化は起こっていないにもかかわらず、顔の向きの変化による顔検出の有無によって、図２（ｂ−２）で顔が検出されなかったときだけ、露出目標値が急に変化してしまう。そのため、輝度変動が大きく、安定性の無い動画が撮影されてしまう。

上述の例のように、これまでは、撮像される画像の露出目標値が、特定のシーンや被写体の検出結果によって頻繁に変化することになり、結果として、輝度変動が大きく、見栄えの悪い動画が撮影されてしまうという問題があった。

その対策として、露出目標値が大きく変動した場合には、露出制御の収束速度を、通常より遅くするという方法がある。しかしその場合、シーンの切り替わりなどによる画面全体の急激な輝度変化に対応することができない。例えば、画面全体において大きな輝度変化が急激に発生したことにより、露出目標値が大きく変動した場合、収束速度を遅くしていることによって、画面全体の露出が適正に収束するまで時間がかかってしまう。そのため、長い間、適正露出ではない画像が表示されてしまう。

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、画面全体の輝度が変わった場合及び特定のシーンまたは被写体が検出された場合のいずれでも、画面の輝度変化を安定させることができる撮像装置を提供することである。

本発明に係わる撮像装置は、被写体を撮像する撮像手段と、前記撮像手段により撮像して得られた画像データから露出値を算出し、算出した露出値と目標露出値の差分である第１の露出差分値を算出する第１の算出手段と、前記撮像手段により撮像して得られた画像データから特定のシーンまたは特定の被写体が検出された場合に、前記第１の露出差分値を補正する補正値を算出する第２の算出手段と、前記第１の露出差分値と前記補正値とに基づいて、第２の露出差分値を決定する決定手段と、前記第２の露出差分値に占める前記補正値の割合が高いほど、前記目標露出値に対応した露出に収束させる速度を遅くするように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、画面全体の輝度が変わった場合及び特定のシーンまたは被写体が検出された場合のいずれでも、画面の輝度変化を安定させることができる撮像装置を提供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概略構成を示した図。 スポットライトシーンの検出時と人物の顔の検出時における露出制御の例を示す図。 シーン判別結果をユーザに示すアイコンの例を示す図。 一実施形態の撮像装置の動作を表すフローチャート。 ΔＢｖに占めるΔＢｖＨｏｓｅｉの割合に対する、係数αの設定値を示した図。 ΔＢｖが時間とともに収束していく様子を示した図。

以下、本発明の一実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係わる撮像装置の概略構成を示すブロック図である。

１はレンズおよび絞りからなる光学系、２はメカニカルシャッタ（メカシャッタと図示する）、３は撮像素子、４はアナログ信号処理を行うＣＤＳ回路、５はアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器である。６は撮像素子３、ＣＤＳ回路４およびＡ／Ｄ変換器５を動作させる信号を発生するタイミング信号発生回路、７は光学系１、メカニカルシャッタ２および撮像素子３の駆動回路、８は画像データに必要な信号処理を行う信号処理回路である。９は信号処理された画像データを記憶する画像メモリ、１０は撮像装置から取り外し可能な記録媒体、１１は信号処理された画像データを記録媒体１０に記録する記録回路、１２は信号処理された画像データに基づく画像を表示する画像表示装置である。１３は画像表示装置１２に画像を表示させる表示回路、１４は撮像された被写体がどのようなシーンであるかを判別するシーン判別回路、１５は撮像装置全体を制御するシステム制御部である。

以下、上述のように構成された撮像装置におけるメカニカルシャッタ２を使用した撮影動作について説明する。まず、光学系１は、システム制御部１５からの制御信号により、絞りとレンズを駆動して、適切な明るさに調節された被写体像を撮像素子３上に結像させる。次に、メカニカルシャッタ２は、システム制御部１５からの制御信号により、必要な露光時間となるように撮像素子３の動作に合わせて撮像素子３を遮光するように駆動される。この時、撮像素子３が電子シャッタ機能を有する場合は、メカニカルシャッタ２と併用して、必要な露光時間を確保してもよい。

撮像素子３は、システム制御部１５により制御されるタイミング信号発生回路６が発生する動作パルスをもとにした駆動パルスで駆動され、被写体像を光電変換により電気信号に変換してアナログ画像信号として出力する。撮像素子３から出力されたアナログの画像信号は、システム制御部１５により制御されるタイミング信号発生回路６が発生する動作パルスにより、ＣＤＳ回路４でクロック同期性ノイズが除去され、Ａ／Ｄ変換器５でデジタル画像信号に変換される。

次に、信号処理回路８において、色変換、ホワイトバランス、ガンマ補正等の画像処理、解像度変換処理、画像圧縮処理等を行う。信号処理回路８においては、システム制御部１５からの制御信号により信号処理をせずにデジタル画像信号をそのまま画像データとして、画像メモリ９や記録回路に出力してもよい。さらに、信号処理回路８は、システム制御部１５から要求があった場合に、信号処理の過程で生じたデジタル画像信号や画像データの情報、例えば、画像の空間周波数、指定領域の平均値、圧縮画像のデータ量等の情報をシステム制御部１５に出力する。また、記録回路１１は、システム制御部１５から要求があった場合に、記録媒体１０の種類や空き容量等の情報をシステム制御部１５に出力する。

さらに、記録媒体１０に画像データが記録されている場合の再生動作について説明する。システム制御部１５からの制御信号により記録回路１１は、記録媒体１０から画像データを読み出し、同じくシステム制御部１５からの制御信号により信号処理回路８は、画像データが圧縮画像であった場合には、画像伸長処理を行い、画像メモリ９に記憶する。画像メモリ９に記憶されている画像データは、信号処理回路８で解像度変換処理を実施された後、表示回路１３において画像表示装置１２に適した信号に変換されて画像表示装置１２に表示される。

シーン判別回路１４は、ユーザが撮影しようとしている被写体が、どのようなシーンであるかを判別する回路である。撮像画像をもとに、撮像画面を複数の領域（複数領域）に分割し、領域ごとの輝度や色などの特徴量の算出結果や、被写体輝度、フォーカス位置、顔検出結果などの様々な情報を用いて、予め定義されたいくつかのシーン候補の中からどのシーンに該当するかを求める。そして、判別した結果は画像表示装置１２に表示される。例えば、図３のように「ポートレート」、「風景」、「夜景」、「夕景」、「接写」「スポットライト」等のシーンが判別される。このシーン判別結果は、ユーザに分かりやすいように画像表示装置１２に表示される。尚、定義したシーンのいずれにも当てはまらない場合の判別結果は、「ＡＵＴＯ」と表示される。

また、システム制御部１５は、信号処理回路８が出力したデジタル画像データの特定領域（例えば、画像の全領域や顔領域など）を測光領域として設定する。そして、測光領域の平均輝度を算出し、平均輝度が適正値になるように露出レベルを決定する。平均輝度の算出に際しては、特定の領域（例えば画面中央付近）に重み付けをしても構わない。駆動回路７は、システム制御部１５が決定した露出レベルに従い、光学系１に含まれるレンズおよび絞りを制御する。

以下、図４に示すフローチャートを参照して、本実施形態のシステム制御部１５で行われる露出制御処理について説明する。

ステップＳ４０１でユーザの操作により、動画撮影が開始されると、ステップＳ４０２において、システム制御部１５は、撮像した画像から測光領域を画面全体（第１の測光領域）に設定して、測光領域の平均輝度を算出し、露出レベルを算出する。そして、算出した露出レベルと、目標とする露出レベル（目標露出値）との差分露出レベル（第１の露出差分値であり、以下、「ΔＢｖ１」と呼ぶ）を算出する（第１の算出）。

次に、ステップＳ４０３において、シーン判別回路１４によって、撮像した画像から特定のシーンまたは特定の被写体（例えば人物の顔）の検出が行われる。特定のシーンまたは特定の被写体の存在が検出されなかった場合は、ステップＳ４０４において、次のような処理を行う。すなわち、前述したように、測光領域を画面全体に設定したときの露出レベルと、目標とする露出レベルとの差分露出レベルであるΔＢｖ１を、目標とする露出レベルに対する最終的な差分露出レベル（第２の露出差分値であり、以下、「ΔＢｖ」と呼ぶ）として決定する。

そして、ステップＳ４０５において、ΔＢｖを予め設定されている収束速度ｓで収束させるように設定する。そして最終的に、ステップＳ４１０において、ΔＢｖを収束速度ｓで収束させるように、図１の駆動回路７が、光学系１に含まれるレンズおよび絞りの制御動作を行い、露出制御する。すなわち、目標露出値に対応した露出に収束させるように露出制御を行う。

また、ステップＳ４０３において、シーン判別回路１４によって、撮像した画像から特定のシーンまたは特定の被写体が検出された場合は、ステップＳ４０６において、そのシーンや被写体に特化した測光領域（第２の測光領域）を設定して、その測光領域における平均輝度を算出する。その結果をもとに、検出されたシーンや被写体を適正な露出レベルにするために、ステップＳ４０２において算出されたΔＢｖ１の値を補正するための補正露出値（露出の補正値であり、以下、「ΔＢｖＨｏｓｅｉ」と呼ぶ）を算出する（第２の算出）。

次に、ステップＳ４０７において、ステップＳ４０２で算出されたΔＢｖ１に、ステップＳ４０６で算出されたΔＢｖＨｏｓｅｉを加えた（加算した）値を求める。そして、その値を目標とする露出レベルに対する最終的な差分露出レベルであるΔＢｖとして設定する。

次に、ステップＳ４０８において、ステップＳ４０７において設定されたΔＢｖに占める、ステップＳ４０６において設定されたΔＢｖＨｏｓｅｉの割合をもとに、予め設定された収束速度ｓに乗算する係数αを算出する。

図５は、ΔＢｖに占めるΔＢｖＨｏｓｅｉの割合に対する、係数αの設定値を示した図である。ΔＢｖに占めるΔＢｖＨｏｓｅｉの割合が０％のとき、すなわちΔＢｖＨｏｓｅｉがかかっていないときには、係数αは１となる。そして、ステップＳ４０８において算出された収束速度ｓをそのまま使用することとなる。そして、ΔＢｖに占めるΔＢｖＨｏｓｅｉの割合が増えるに従って、係数αは小さくなっていき、結果として、ステップＳ４０８において算出された収束速度ｓよりも遅い収束速度になるように設定されている。

そして、ステップＳ４０９において、ΔＢｖを、予め設定されている収束速度ｓに、ステップＳ４０９において算出された係数αを乗算することによって算出した収束速度ｓ’で収束させるように設定する。

そして最終的に、ステップＳ４１０において、ΔＢｖを収束速度ｓ’によって収束させるように、図１の駆動回路７が、光学系１に含まれるレンズおよび絞りの制御動作を行い、露出制御する。

ここで、本実施形態を適用した場合の効果について説明する。図６は、画面全体の輝度変化や、特定のシーンまたは被写体が検出されたことによって大きくなったΔＢｖが、時間とともに収束していき、露出が適正になっていく例を示した図である。図６（ａ）と図６（ｂ）では、ΔＢｖの値は同じであるが、ΔＢｖに占める、ΔＢｖ１とΔＢｖＨｏｓｅｉの比率が異なっている。

図６（ａ）は、ΔＢｖＨｏｓｅｉよりもΔＢｖ１の占める割合のほうが大きい場合を示す。すなわち、特定のシーンまたは被写体が検出され、そのシーンや被写体の領域に特化して算出した露出目標値との差分よりも、画面全体の領域から算出した露出目標値との差分のほうが大きい場合を示している。

このような状況は、特定のシーンまたは被写体の検出結果による輝度変化よりも、画面全体の輝度変化のほうが支配的な状況であり、このときの収束速度は大きく設定されるため、画面全体の急激な輝度変化に素早く対応することができる。

図６（ｂ）は、ΔＢｖ１よりもΔＢｖＨｏｓｅｉの占める割合のほうが大きい場合を示す。すなわち、画面全体の領域から算出した露出目標値との差分よりも、特定のシーンまたは被写体が検出され、そのシーンや被写体の領域に特化して算出した露出目標値との差分のほうが大きい場合を示している。

このような状況は、画面全体の輝度変化よりも、特定のシーンまたは被写体の検出結果による輝度変化のほうが支配的な状況であり、このときの収束速度は小さく設定される。そのため、特定のシーンまたは被写体の検出の切り替わり等に敏感に左右されることなく、画面全体として輝度の急激な変化を抑えた安定した露出制御を行うことができる。

上述したように、本実施形態では、画面全体の輝度が変わることによって、露出目標値が大きく変動した場合には、露出を早く目標値に収束させるように対応する。また、画面全体の輝度はあまり変わっていないが、特定のシーンまたは被写体が検出されたことによって、露出目標値が大きく変動した場合には、目標値への収束を遅くする。これによって、画面の急激な輝度変化を抑えることができる。

なお、上述した実施形態における記述は、一例を示すものであり、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、上記の実施形態では、通常は測光領域を画面全体に設定して平均輝度レベルを算出しているが、中央重点測光など、領域ごとに重み付けを変えるといった他の測光方式を用いてもよい。また、上記の実施形態では、通常は測光領域を画面全体に設定し、一方で、特定のシーンまたは被写体が検出された場合は、そのシーンや被写体に特化した測光領域を設定するようにしている。しかし、特定のシーンまたは被写体が検出された場合でも、測光領域は画面全体に設定するが、被写体領域等の部分的な領域に対する重み付けを通常に比べて相対的に大きくするような構成としてもよい。

このように、上述した実施形態における構成及び動作に関しては、適宜変更が可能である。

Claims (7)

1. 被写体を撮像する撮像手段と、
   前記撮像手段により撮像して得られた画像データから露出値を算出し、算出した露出値と目標露出値の差分である第１の露出差分値を算出する第１の算出手段と、
   前記撮像手段により撮像して得られた画像データから特定のシーンまたは特定の被写体が検出された場合に、前記第１の露出差分値を補正する補正値を算出する第２の算出手段と、
   前記第１の露出差分値と前記補正値とに基づいて、第２の露出差分値を決定する決定手段と、
   前記第２の露出差分値に占める前記補正値の割合が高いほど、前記目標露出値に対応した露出に収束させる速度を遅くするように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２の算出手段は、前記第１の算出手段が露出値を算出するのに用いる測光領域とは異なる測光領域を用いて露出値を算出し、当該露出値に基づいて前記補正値を算出することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記第２の算出手段は、検出された特定のシーンに応じて設定される測光領域、または検出された特定の被写体が存在する測光領域を用いて、前記露出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. 前記第２の算出手段は、前記第１の算出手段が露出値を算出するのに用いる撮像画面を分割した複数領域に対する重み付けとは異なる重み付けを用いて露出値を算出し、当該露出値に基づいて前記補正値を算出することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
5. 前記第２の算出手段は、検出された特定のシーンに応じて設定される重み付け、または検出された特定の被写体が存在する領域の重み付けを前記第１の算出手段が露出値を算出するのに用いる重み付けに比べて相対的に大きくした重み付けを用いて、前記露出値を算出することを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
6. 前記決定手段は、前記撮像手段により撮像して得られた画像データから特定のシーンまたは特定の被写体が検出されない場合、前記第１の露出差分値を前記第２の露出差分値として決定することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の撮像装置。
7. 撮像して得られた画像データから露出値を算出し、算出した露出値と目標露出値の差分である第１の露出差分値を算出する第１の算出ステップと、
   撮像して得られた画像データから特定のシーンまたは特定の被写体が検出された場合に、前記第１の露出差分値を補正する補正値を算出する第２の算出ステップと、
   前記第１の露出差分値と前記補正値とに基づいて、第２の露出差分値を決定する決定ステップと、
   前記第２の露出差分値に占める前記補正値の割合が高いほど、前記目標露出値に対応した露出に収束させる速度を遅くするように制御する制御ステップと、
   を備えることを特徴とする露出制御方法。

Images