JP2014075719A - 撮像装置、撮像方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】照射光量が不均一な撮影補助光を用いて物体を撮影する場合であっても、良質な画質が確保された画像を得る。
【解決手段】
撮像センサ３により被写体を周期的に撮像する間、ＬＥＤ２１を発光させ配光レンズ２３により照射範囲を拡大した撮影補助光を被写体に照射する。その間、メインＣＰＵ２は、ＬＥＤ２１の発光量を、撮像センサ３の撮像画面内における被写体の位置に応じた光量に制御する。配光レンズ２３の光学特性による周辺光量の低下を、撮影補助光の光量調整によって補償することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮影補助光の光量を制御する撮像装置、撮像方法及びプログラムに関するものである。

近年、暗い場所における被写体の撮影に際し、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）が照明として広く使用されるようになっており、例えば下記特許文献１には、ＬＥＤを照明として使用しダイナミックレンジの拡大や照明電力の低減を図る技術が開示されている。

特開２００１−３３３４２０号公報

ＬＥＤを照明として使用する場合、指向性が強いＬＥＤの光を照射範囲が広い撮影補助光にするため配光レンズが一般的に使用される。その場合、撮影した画像には、配光レンズの光学特性による周辺光量の低下に起因して中央部が明るく周辺部ほど暗くなるシェーディングが不可避的に生ずる。

そのため、画角内で位置が変化する物体を撮影する場合には、例えば物体が画角内において中央部から周辺部に移動すると暗くなり、撮影した画像は、光量不足に伴い画質が低下することとなる。係る不具合は上記の先行技術を用いてダイナミックレンジを拡大しても解決できないという問題があった。

本発明は、係る従来の課題に鑑みてなされたものであり、照射光量が不均一な撮影補助光を用いて物体を撮影する場合であっても、良質な画質が確保された画像を得ることができる撮像装置、撮像方法及びプログラムを提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明にあっては、被写体を撮像する撮像手段と、被写体に撮影補助光を照射する照射手段と、前記照射手段が被写体に照射する撮影補助光の光量を、前記撮像手段の撮像画面内における被写体の位置に応じて決定する光量制御手段とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、照射光量が不均一な撮影補助光を用いて物体を撮影する場合であっても、良質な画質が確保された画像を得ることが可能となる。

本発明の第１及び第２の実施形態に係る撮像装置を示すブロック図である。 （ａ）は撮影補助光の配光特性を示す図、（ｂ）は、画角内における撮影補助光の照射領域を示す図である。 第１の実施形態における撮影補助光の光量制御に関する処理を示したフローチャートである。 第１の実施形態において移動物体の画像内での位置を例示する説明図である。 第２の実施形態における撮影補助光の光量制御に関する処理を示したフローチャートである。 第２の実施形態において移動物体の画像内での位置を例示する説明図である。

（実施形態１）
以下、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、第１の実施形態、及び後述する第２の実施形態に共通する撮像装置１の概略構成を示したブロック図である。

図１に示したように撮像装置１は、メインＣＰＵ（Central Processing Unit）２と、撮像センサ３、撮像レンズ４、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）５、画像メモリ６、キー入力ブロック７、補助光ブロック８、電源ブロック９から構成される。

メインＣＰＵ（以下、単にＣＰＵという）２は、画像処理ブロック１１と、ＲＡＭ（Random Access memory）等の作業用のメモリ１２と、ＲＯＭ（Read Only Memory）１３とを含み、装置全体の動作を制御する。ＲＯＭ１３には、撮像装置１の各部の制御や、ＡＥ（Auto Exposure）制御、後述する撮影補助光の光量制御をＣＰＵ２に行わせるための各種のプログラム、及びデータが記憶されている。

撮像センサ３は、高速のフレームレート（例えば２００ｆｐｓ〜１０００ｆｐｓ）で駆動が可能なＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Meta1 0xide Semiconductor）型の撮像素子であり、撮像レンズ４を介して所定のフレームレートで被写体を撮像し、撮像信号をＣＰＵ２の画像処理ブロック１１へ送る。

画像処理ブロック１１は、撮像センサ３から送られた撮像信号に対したアナログ処理や、デジタル信号への変換処理、各種の画像処理を行い記録用の画像データを生成する。また、画像処理ブロック１１は、生成した画像データを、ＪＰＥＧ（Joint Photographic Expert Group）方式等で静止画データとして圧縮したり、ＭＰＥＧ（Motion Picture Experts Group）方式等で動画データとして圧縮したりする。

圧縮後の静止画データや動画データは画像メモリ６に記録される。画像メモリ６に記録された静止画データや動画データは、画像処理ブロック１１において伸張された後、ＬＣＤ５において静止画像や動画像として再生（表示）される。

キー入力ブロック７は、電源キー、シャッタキー、及び撮像装置１の操作に使用される複数の操作キーから構成される。キー入力ブロック７における操作キーの操作状態はＣＰＵ２に随時送られる。

電源ブロック９は、充電池、およびＤＣ／ＤＣコンバータ等で構成され、撮像装置１の各部に対して動作に必要とする電力を供給する。

補助光ブロック８は、光源である高輝度のＬＥＤ２１と、ＬＥＤ制御ブロック２２と、配光レンズ２３とから構成され、ＬＥＤ２１が発する光を配光レンズ２３を介して撮影補助光として被写体に照射する。

ＬＥＤ制御ブロック２２は、ＬＥＤ２１に所定の駆動電流を供給してＬＥＤ２１を発光させるとともに、ＣＰＵ２の命令により駆動電流を制御することによってＬＥＤ２１の発光量を制御する。より具体的には、後述するようにＬＥＤ２１の発光量を複数段階に制御する。また、ストロボ等と違い撮影ごとに発光を繰り返すのではなく、撮影中は連続して発光を行う。

配光レンズ２３は、ＬＥＤ２１が発する指向性の強い光の照射角度を拡大し、撮影補助光の配光特性を制御する。

図２（ａ）は、配光レンズ２３による撮影補助光の配光特性を示した図である。なお、この図は左右方向の配光特性を示すものである。図２（ａ）において縦軸に示した光の強度は、最大強度を１００％としたときの割合であり、図示したように撮影補助光の配光特性は、光軸との角度が３０度以上になると光の強度が急激に低下する特性である。

また、図２（ｂ）は、撮像装置１の画角内における撮影補助光の照射領域を示した図である。照射領域は、左右方向に対して上下方向の配光角度が狭く楕円形である。また、照射領域においては、配光レンズ２３の光学特性によって光軸中心の光量に対して周辺光量が低下する。そのため、暗い環境下で撮影補助光を照射して撮像を行うと、撮像される画像にシェーディングが発生する。

一方、本実施形態においては、撮影補助光の照射領域に、図２（ｂ）に示した３つの明るさ領域が予め設定されている。すなわち撮影補助光の照射領域には、中央に位置する第１の明るさ領域Ａと、その外側の第２の明るさ領域Ｂと、さらに外側の第３の明るさ領域Ｃの３つの領域が設定されている。第１〜第３の明るさ領域Ａ，Ｂ，Ｃのそれぞれ外縁は、撮像センサ３により撮像される撮像画面内での座標位置、大きさ、扁平率を、所定の関数により表すことができる楕円である。

係る第１〜第３の明るさ領域Ａ，Ｂ，Ｃは、照射領域の明るさを３段階に分けたときの領域であり、後述するように撮影補助光を使用した動画撮影時において、撮影補助光の光量を主たる被写体である移動物体の撮像画面内における位置に応じて制御する際の制御基準となる領域である。

すなわち、照射領域の中央における第１の明るさ領域Ａは、撮影補助光の光量制御に際して、全域内の明るさを最大（１００％）であるものとして扱う領域である。また、第２の明るさ領域Ｂは、全域内の明るさを最大から２０％低下した明るさとして扱う領域である。また、第３の明るさ領域Ｃは、全域内の明るさを最大から５０％低下した明るさとして扱う領域である。

そして、以上の構成からなる撮像装置１においては、適正露出が得られない場合の動画撮影時には、ＬＥＤ２１を自動的に点灯して被写体に撮影補助光を照射する。ここで、適正露出が得られない場合とは、例えば夜間等のように周囲が暗い場合や、使用されるフレームレートが高く、１フレーム期間内に確保できる露光時間が極めて短い場合である。なお、高フレームレートによる動画撮影は、例えば高速で移動する物体（インパクト直後における野球・ゴルフ・テニスのボール等）を対象として行われるものであり、撮像装置１を三脚等に固定した状態で行われることが予想される。

また、動画撮影中において撮像装置１は、ＬＥＤ２１の発光量を制御することにより、各フレームの撮像タイミングにおける撮影補助光の光量を、撮像画面内での主たる被写体である移動物体の位置に応じた発光量に制御する。

具体的には、ＬＥＤ２１の発光量を、第１〜第３の明るさ領域Ａ，Ｂ，Ｃにそれぞれ対応して予め設定されている所定の発光量に制御する。予め設定されている発光量は、第１の明るさ領域Ａが最大発光量の５０％であり、第２の明るさ領域Ｂが最大発光量の６２．５％であり、第３の明るさ領域Ｃが最大発光量（１００％）である。

すなわち、第１の明るさ領域Ａに設定されている発光量は、画角内で周辺光量の低下がない箇所に位置する任意の移動物体の明るさを、周辺光量の低下により明るさが５０％低下した箇所に位置する任意の移動物体の明るさと等しくするための発光量である。同様に、第２の明るさ領域Ｂに設定されている発光量は、画角内で周辺光量の低下により明るさが２０％低下した箇所に位置する任意の移動物体の明るさを、周辺光量の低下により明るさが５０％低下した箇所に位置する任意の移動物体の明るさと等しくするための発光量である。

以下、撮像装置１における上述した撮影補助光の光量制御について具体的に説明する。図３は、動画撮影時においてＣＰＵ２がＲＯＭ１３に記憶されたプログラムに基づき実行する、撮影補助光の光量制御に関する処理を示したフローチャートである。

動画撮影時においてＣＰＵ２は、まず任意の移動物体が撮像画面内で第１の明るさ領域Ａに位置しているものと仮定し、ＬＥＤ制御ブロック２２に、第１の明るさ領域Ａに設定されている発光量、つまり最大発光量の５０％の発光量でＬＥＤ２１を点灯させる（ステップＳＡ１）。

なお、ＬＥＤ２１の発光量を最大発光量の５０％とする理由は、撮影開始当初においては、移動物体が第１の明るさ領域Ａ内である場合が多いと予想されるためである。

次に、ＣＰＵ２は、動画像の撮影を開始する（ステップＳＡ２）。すなわちＣＰＵ２は、所定のフレームレートによる撮像センサ３の駆動を開始する。なお、以下の説明においてはフレームレートが２００ｆｐｓに設定されているものとする。

また、ＣＰＵ２は、動画像の撮影を開始すると、直ちにフレーム数のカウントを開始する（ステップＳＡ３）。

その後、ＣＰＵ２は、２フレーム目の画像を取得した段階で（ステップＳＡ４：ＹＥＳ）、１フレーム目の画像と２フレーム目の画像とに基づいて、画像内における移動物体を検出し、双方の画像内における移動物体の位置と、フレーム間における移動物体の移動量を取得する（ステップＳＡ５）。

具体的に述べると、ＣＰＵ２は、例えば双方のフレーム画像を複数の検出ブロックに分割し、検出ブロックを単位としてブロックマッチング法等の周知の方法により動きベクトルを検出した後、検出した動きベクトルの大きさを複数段階に分けてグループ化し、最大の動きベクトルが検出された複数の検出ブロックからなる領域を移動物体に相当する領域として特定する。そして、特定した領域つまり移動物体について、１フレーム目の画像内での位置と２フレーム目の画像内での位置を取得し、さらにフレーム間における移動物体の移動量を取得する。なお、ステップＳＡ５の処理に際してＣＰＵ２が取得する移動物体の位置は、画像空間における移動物体の中心の座標位置である。

しかる後、ＣＰＵ２は、２フレーム目の画像内での移動物体の位置、つまり現在の位置が第１の明るさ領域Ａである場合には（ステップＳＡ６：ＹＥＳ）、直ちにステップＳＡ５の処理で検出した移動量と、フレームレートに応じた撮像間隔（ここでは、５ｍｓｅｃ）とに基づいて移動物体の移動速度を算出する（ステップＳＡ８）。

また、ＣＰＵ２は、移動物体の現在の位置が第１の明るさ領域Ａでなければ（ステップＳＡ６：ＮＯ）、ＬＥＤ制御ブロック２２にＬＥＤ２１の駆動電流を切り替えさせ、ＬＥＤの発光量を、移動物体が現在位置する明るさ領域に応じた発光量に制御する（ステップＳＡ７）。

すなわちＣＰＵ２は、点灯中のＬＥＤ２１の発光量を、移動物体の現在の位置が第２の明るさ領域Ｂであれば最大発光量の６２．５％に制御し、かつ移動物体の現在の位置が第３の明るさ領域Ｃであれば最大発光量（１００％）に制御する。しかる後、ＣＰＵ２は、移動物体の移動速度を算出する（ステップＳＡ８）。

次に、ＣＰＵ２は、移動物体が、１フレーム目の画像における移動物体の位置（中心位置）と、２フレーム目の画像における移動物体の位置（中心位置）とから判断される移動方向を変えることなく、同一方向へ移動を続けた場合に通過が予想される、前述した第１〜第３の明るさ領域Ａ，Ｂ，Ｃにおける領域境界の通過点の座標位置を全て取得する（ステップＳＡ９）。

具体的に述べると、ＣＰＵ２は、ステップＳＡ５の処理に際して特定した１フレーム目の画像における移動物体の中心と、２フレーム目の画像における移動物体の中心とを通る直線を想定し、その直線が、移動物体の移動方向の側でいずれかの領域境界と交わる点を通過点とし、全ての通過点の座標位置を取得する。

このとき、例えば１フレーム目の画像において、移動物体Ｘの中心が図４（ａ）に示したように画像の中央であり、かつ移動方向が右方向であって、２フレーム目の画像における移動物体Ｘの中心が図４（ｂ）に示した位置であった場合には、通過点は２つ存在する。

すなわち２つの通過点は、図４（ｂ）に示した移動物体Ｘの右方向において、同図に破線で示した直線が第１の明るさ領域Ａと第１の明るさ領域Ｂとの境界線と交わる第１の通過点Ｋ１と、上記直線が第２の明るさ領域Ｂと第３の明るさ領域Ｃとの境界線に交わる第２の通過点Ｋ２である。

次に、上述した通過点の座標位置を取得した後、ＣＰＵ２は、２フレーム目の画像内における移動物体の位置と、各通過点（１つの場合もある）の位置と、移動物体の移動速度とに基づいて、移動物体が各通過点へ到達するまで所要時間を計算する（ステップＳＡ１０）。

さらに、ＣＰＵ２は、各通過点へ到達するまでの所要時間に応じたフレーム数を算出し、算出した１つ前のフレーム数を、ＬＥＤ２１の発光量を変更すべき特定フレーム数として、各通過点を超えた後の移動物体が位置する移動先の明るさ領域と対応付けて記憶する（ステップＳＡ１１）。ここで、移動先の明るさ領域は、例えば特定フレーム数が、図４（ｂ）に示した第１の通過点Ｋ１までの所要時間に応じたフレーム数であったときには第２の明るさ領域Ｂである。

その後、ＣＰＵ２は、３フレーム以降の新たなフレームの画像を取得する毎に（ステップＳＡ１２：ＹＥＳ）、そのときのフレーム数がステップＳＡ１１の処理で記憶した特定フレーム数となったか否かを確認する（ステップＳＡ１３）。

また、ＣＰＵ２は、新たなフレームの画像を取得までの間（ステップＳＡ１２：ＮＯ）、及び新たなフレームの画像を取得したが、そのときのフレーム数が特定フレーム数でないときには（ステップＳＡ１３：ＮＯ）、撮影終了が指示されたか否かを確認し、撮影終了が指示されなければ（ステップＳＡ１５：ＮＯ）、そのままステップＳＡ１２の処理へ戻る。

そして、ＣＰＵ２は、新たなフレームの画像を取得したときのフレーム数が特定フレーム数であった場合には（ステップＳＡ１３：ＹＥＳ）、ＬＥＤ２１の発光量を、ステップＳＡ１１の処理において特定フレーム数に対応して記憶してある明るさ領域に応じた発光量に制御する（ステップＳＡ１４）。

すなわちＣＰＵ２は、例えば特定フレーム数が、図４（ｂ）に示した第１の通過点Ｋ１までの所要時間に応じたフレーム数であったときには、ＬＥＤ２１の発光量を、第２の明るさ領域Ｂに設定されている最大発光量の６２．５％の発光量に制御する。

以後、ＣＰＵ２は、撮影終了が指示されるまでは（ステップＳＡ１５：ＮＯ）、そのままステップＳＡ１２の処理へ戻り、前述した処理を繰り返す。

これにより、ＣＰＵ２は、撮影終了が指示される以前に、新たなフレームの画像を取得したときのフレーム数が、図４（ｂ）に示した第２の通過点Ｋ２までの所要時間に応じたフレーム数（特定フレーム数）となったときには、ＬＥＤ２１の発光量が、第３の明るさ領域Ｃに設定されている最大発光量に制御される。

そして、ＣＰＵ２は、いずれかの時点で撮影終了が指示されたら（ステップＳＡ１５：ＹＥＳ）、その時点でＬＥＤ２１を消灯し（ステップＳＡ１６）、処理を終了する。

以上のように本実施形態においては、被写体に撮影補助光を照射した動画撮影中に、撮影補助光の光量を、撮像画面内における移動物体の位置に応じた発光量に制御する。これにより、撮像画面内での配光レンズ２３の光学特性による周辺光量の低下を撮影補助光の光量調整によって補償することができる。したがって、照射光量が不均一な撮影補助光を用いて物体を撮影する場合であっても、良質な画質が確保された画像を得ることができる。

また、本実施形態においては、撮影補助光の光量を、撮影補助光の照射領域を光量分布に応じて分割した第１〜第３の明るさ領域Ａ，Ｂ，Ｃにそれぞれ対応して予め設定されている発光量に制御する。したがって、撮影補助光の光量制御を効率的に行うことができる。

また、本実施形態においては、撮像画面内における移動物体の移動速度を計算し、その移動速度に基づいて、移動物体が異なる明るさ領域に到達するまでの所要時間を計算し、所要時間が経過する毎に移動先の明るさ領域に設定されている発光量に制御する。

すなわち、本実施形態においては、移動物体の移動速度に基づいて、移動物体が異なる明るさ領域に到達する時点の撮像動作タイミングにおける移動物体の位置、つまり移動先を予測し、撮影補助光の光量を、予測した移動先の明るさ領域に設定されている発光量に制御する。したがって、１又は複数の移動先を予測した後における、撮影補助光の光量制御に関する処理を簡略化することができる。

なお、本実施形態においては、動画撮影中のフレーム数をＣＰＵ２がカウントし、そのフレーム数が前述した特定フレーム数に達した時点で、ＬＥＤ制御ブロック２２に、ＬＥＤ２１へ供給する駆動電流を切り替えさせる構成とした。しかし、係る構成については、例えば動画撮影中のフレーム数をＬＥＤ制御ブロック２２にカウントさせ、かつＬＥＤ制御ブロック２２に、カウント中のフレーム数が特定フレーム数となった時点でＬＥＤ２１へ供給する駆動電流を自動的に切り替えさせる構成とすることができる。

その場合には、例えばＬＥＤ制御ブロック２２に、動画撮影中における撮像センサ３の駆動タイミングと同期するタイミング信号を生成するタイミングジェネレータと、フレーム数をカウントするためのカウンタとを別途設ける。

そして、前述した１又は複数の特定フレーム数と、特定フレーム数に対応する駆動電流を示す情報とを、ＣＰＵ２から一括してＬＥＤ制御ブロック２２へ送り、ＬＥＤ制御ブロック２２に事前に記憶させる構成とすればよい。

また、本実施形態においては、上記の特定フレーム数を、図４に示した例で移動物体Ｘが第１の通過点Ｋ１や第２の通過点Ｋ２へ到達するまでの所要時間に応じたフレーム数の１つ前のフレーム数とした。つまり移動物体Ｘが新たな明るさ領域Ｂ，Ｃに達する直前のタイミングでＬＥＤ２１の発光量を切り替えるようにした。しかし、ＬＥＤ２１の発光量を切り替えるタイミングは、移動物体Ｘが新たな明るさ領域Ｂ，Ｃに達した時点としてもよい。

また、本実施形態においては、動画撮影を開始した後、２フレーム目の画像を取得した段階で移動物体の移動速度を取得したが、移動物体の移動速度は、３フレーム以降のフレームの画像を取得した段階で取得しても構わない。例えばＣＰＵ２に、４フレーム目の画像を取得した段階でステップＳＡ５以降の処理を行わせ、１フレーム目の画像から４フレーム目の画像までのいずれか複数の画像に基づいて移動物体の移動速度を取得させてもよい。

上記のように移動物体の移動速度を３フレーム以降のフレームの画像を取得した段階で取得する場合には、移動物体の移動速度としてより正確な移動速度を取得することができ、前述した通過点をより正確に計算することができる。

（実施形態２）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態は、第１の実施形態で説明した構成を備えた撮像装置１において、ＣＰＵ２が、ＲＯＭ１３に記憶されたプログラムに基づき第１の実施形態とは異なる以下の処理を実行するものである。

すなわち図５は、本実施形態において、ＣＰＵ２が動画撮影時において実行する撮影補助光の光量制御に関する処理を示したフローチャートである。

本実施形態においても、動画撮影時においてＣＰＵ２は、まず任意の移動物体が撮像画面内で第１の明るさ領域Ａに位置しているものと仮定し、ＬＥＤ制御ブロック２２に、第１の明るさ領域Ａに設定されている発光量、つまり最大発光量の５０％の発光量でＬＥＤ２１を点灯させる（ステップＳＢ１）。

次に、ＣＰＵ２は、動画像の撮影を開始する（ステップＳＢ２）。すなわちＣＰＵ２は、所定のフレームレートによる撮像センサ３の駆動を開始する。

その後、ＣＰＵ２は、２フレーム目の画像を取得した段階で（ステップＳＢ３：ＹＥＳ）、１フレーム目の画像と２フレーム目の画像とに基づいて、画像内における移動物体を検出し、双方の画像内における移動物体の位置と、フレーム間における移動物体の移動量を取得する（ステップＳＢ４）。

しかる後、ＣＰＵ２は、２フレーム目の画像内での移動物体の位置、つまり現在の位置が第１の明るさ領域Ａである場合には（ステップＳＢ５：ＹＥＳ）、直ちにステップＳＢ９の処理へ移行する。また、ＣＰＵ２は、移動物体の現在の位置が第１の明るさ領域Ａでなければ（ステップＳＢ５：ＮＯ）、点灯中のＬＥＤの発光量を現在の位置に応じた発光量に制御する（ステップＳＢ６）。しかる後、ＣＰＵ２は、ステップＳＢ９の処理へ移行する。

なお、上記のステップＳＢ４〜ステップＳＢ６の処理は、第１の実施形態で図３に示したステップＳＡ５〜ステップＳＡ７の処理と同一である。

一方、続くステップＳＢ９の処理においてＣＰＵ２は、移動物体が移動方向を変えることなく、ステップＳＢ４の処理で取得した移動量を移動した場合に予測される次のフレームでの移動物体の移動先の位置を取得する。なお、２フレーム目の画像を取得した直後のステップＳＢ９の処理において、移動物体の移動方向は、ステップＳＢ４の処理で取得した１フレーム目の画像における移動物体の位置（中心位置）と、２フレーム目の画像における移動物体の位置（中心位置）とから判断される移動方向である。

例えば１フレーム目の画像における移動物体Ｘの中心が、図６（ａ）に示したように画角内の中央であり、２フレーム目の画像における移動物体Ｘの位置が図６（ｂ）に示した位置であり、かつ移動量が図６（ｂ）に示した移動量Ｌである場合、移動先の位置は図にＰで示した位置である。

次に、ＣＰＵ２は、移動物体Ｘの移動先が、現在の明るさ領域とは異なる明るさ領域であるか否かを確認し、異なる明るさ領域でない場合、すなわち図６（ｂ）に例示したように、現在の領域と移動先とが共に第１の明るさ領域Ａである場合には（ステップＳＢ１０：ＮＯ）、いったん撮影終了が指示されたか否かを確認し、撮影終了が指示されなければ（ステップＳＢ１２：ＮＯ）、ステップＳＢ７の処理へ進む。

そして、ＣＰＵ２は、３フレーム以降の新たなフレームの画像を取得する毎に（ステップＳＢ７：ＹＥＳ）、直前のフレームで検出した移動物体を追跡し、新たなフレームの画像における移動物体の位置を取得し、直前のフレームとの間での移動量を取得する（ステップＳＢ８）。

しかる後、ＣＰＵ２は、移動物体が移動方向を変えることなく、ステップＳＢ８で取得した移動量を移動した場合に予測される移動物体の移動先の位置を取得する（ステップＳＢ９）。なお、係る処理において使用する移動物体の移動方向は、例えば３フレーム目の画像を取得した直後の時点では、ステップＳＢ４の処理で取得した２フレーム目の画像における移動物体の位置と、ステップＳＢ８の処理で取得した３フレーム目の画像における移動物体の位置とから判断できる移動方向である。また、４フレーム目以降の画像を取得した直後の時点において使用する移動方向は、ステップＳＢ８の処理で取得した、相前後するフレームの各々における移動物体の位置から判断できる移動方向である。

そして、ＣＰＵ２は、移動先の明るさ領域が現在の明るさ領域と異なる領域でなければ（ステップＳＢ１０：ＮＯ）、撮影終了が指示されるまで（ステップＳＡ１２：ＮＯ）、ステップ７以降の処理を繰り返す。

その後、いずれかのフレームの画像を取得した際に、予測される次のフレームでの移動物体の移動先が現在の明るさ領域とは異なる明るさ領域となった場合（ステップＳＢ１０：ＹＥＳ）、ＣＰＵ２は、ＬＥＤ２１の発光量を移動先の明るさ領域に応じた発光量に制御する（ステップＳＢ１１）。

つまりＣＰＵ２は、図６（ｃ）に例示したように、現在の領域が第１の明るさ領域Ａであり、移動先の領域が第２の明るさ領域Ｂであったときには、移動物体Ｘが第２の明るさ領域Ｂに移動する直前のタイミングで、ＬＥＤ２１の発光量を、第２の明るさ領域Ｂに設定されている最大発光量の６２．５％の発光量に制御する。

以後、ＣＰＵ２は、撮影終了が指示されるまでは（ステップＳＢ１２：ＮＯ）、そのままステップＳＢ７の処理へ戻り、前述した処理を繰り返す。

これにより、ＣＰＵ２は、撮影終了が指示される以前において、新たなフレームの画像を取得した際、予測される次のフレームでの移動物体の移動先が第３の明るさ領域Ｃとなると、その時点で、ＬＥＤ２１の発光量を、第３の明るさ領域Ｃに設定されている最大発光量に制御する。

そして、ＣＰＵ２は、いずれかの時点で撮影終了が指示されたら（ステップＳＢ１２：ＹＥＳ）、その時点でＬＥＤ２１を消灯し（ステップＳＢ１３）、処理を終了する。

以上のように本実施形態の撮像装置１においても、被写体に撮影補助光を照射した動画撮影中に、撮影補助光の光量を、撮像画面内における移動物体の位置に応じた発光量に制御する。これにより、撮像画面内での配光レンズ２３の光学特性による周辺光量の低下を撮影補助光の光量調整によって補償することができる。したがって、照射光量が不均一な撮影補助光を用いて物体を撮影する場合であっても、良質な画質が確保された画像を得ることができる。

また、撮影補助光の光量を、撮影補助光の照射領域を光量分布に応じて分割した第１〜第３の明るさ領域Ａ，Ｂ，Ｃにそれぞれ対応して予め設定されている発光量に制御することによって、撮影補助光の光量制御を効率的に行うことができる。

また、本実施形態においては、第１の実施形態とは異なり、新たなフレームの画像を取得する毎に、フレーム間における移動物体の移動量に基づいて次のフレームでの移動物体の移動先を予測し、撮影補助光の光量を、予測した移動先の領域に応じて制御する。したがって、本実施形態においては、動画撮影中の任意の時点で移動物体の移動方向が任意の方向に変化した場合であっても、それに対応することができる。

なお、本実施形態においては、２フレーム目以降の画像を取得する毎に、予測した移動先が現在の明るさ領域とは異なる明るさ領域であれば、撮影補助光の光量を、予測した移動先の領域に応じて制御するものとし、これにより第１の実施形態と同様、移動物体Ｘが新たな明るさ領域Ｂ，Ｃに達する直前のタイミングでＬＥＤ２１の発光量を切り替えるようにした。しかし、第１の実施形態において述べたように、ＬＥＤ２１の発光量を切り替えるタイミングは、移動物体Ｘが新たな明るさ領域Ｂ，Ｃに達した時点としてもよい。

ＬＥＤ２１の発光量を切り替えるタイミングを移動物体Ｘが新たな明るさ領域Ｂ，Ｃに達した時点とする場合においては、例えば新たなフレームの画像を取得する毎に移動物体の画像内での位置を確認し、撮影補助光の光量を、確認した位置が含まれる明るさ領域に設定されている光量に制御すればよい。その場合であっても、本実施形態と同様、動画撮影中の任意の時点で移動物体の移動方向が任意の方向に変化した場合には、それに対応することができる。

ここで、以上説明した第１及び第２の実施形態においては、ＬＥＤ２１の発光量を駆動電流によって制御する構成について説明したが、これに限らず、ＬＥＤ２１の発光量は、例えばＬＥＤ２１を１フレーム期間内にパルス発光させるとともに、デューティ比を切り替えることによって制御してもよい。

また、第１及び第２の実施形態においては、撮影補助光をＬＥＤ２１と配光レンズ２３とによって生成する構成について説明した。しかし、本発明において被写体に撮影補助光を照射する照射手段の構成は任意であり、光源はＬＥＤ２１以外であってもよく、また配光レンズ２３は光源と一体形成されていてもよい。

また、第１及び第２の実施形態に示した補助光ブロック８は、撮像装置１に着脱自在な外付けの装置であっても構わない。その場合には、例えば撮影補助光の配光特性に関する特性情報を外付けの装置に記憶させておき、その特性情報を外付けの装置からＣＰＵ２へ供給可能な構成とすればよい。

また、第１及び第２の実施形態においては、撮影補助光の照射領域に、照射領域内の明るさを３段階に分けることにより第１〜第３の明るさ領域Ａ，Ｂ，Ｃを設定し、移動物体が位置する明るさ領域に応じて、撮影補助光の光量を３段階に制御する構成について説明した。

しかし、撮影補助光の光量を段階的に制御する場合においては、撮影補助光の光量をより多くの段階に制御することが望ましく、さらには、撮影補助光の光量は、撮影補助光の照射領域における移動物体の位置に応じて無段階に制御することが好ましい。

すなわち、撮影補助光の光量をより多くの段階数で段階的に制御する構成とすれば、撮像画面内での配光レンズ２３の光学特性による周辺光量の低下を、撮影補助光の光量調整によって、より効果的に補償することができ、動画撮影中には画角内での位置に関係なく移動物体により均一な明るさを確保することができる。その結果、全期間を通して一層良質な画質が確保された動画像を得ることができる。

さらに、撮影補助光の光量を無段階に制御する構成とすれば、撮像画面内での配光レンズ２３の光学特性による周辺光量の低下を、撮影補助光の光量調整によって、ほぼ完全に補償することができ、動画撮影中には画角内での位置に関係なく移動物体に均一な明るさを確保することができる。その結果、全期間を通して極めて良質な画質が確保された動画像を得ることができる。

なお、撮影補助光の光量を無段階に制御する構成を採用する場合、撮影補助光における周辺光量の低下はコサイン四乗則の比率による低下であるため、撮像画面内での移動物体の位置に応じた撮影補助光の光量（ＬＥＤ２３の発光量）は演算可能である。すなわち撮影補助光の光量は、例えば撮像画面内における移動物体の位置（中心位置）と光軸に相当する撮像画面の中心との水平距離、及び垂直距離と、照射領域の偏平度に応じた偏平係数とを用いて演算により求めることができる。

また、撮影補助光の光量（ＬＥＤ２３の発光量）の決定は、第１及び第２の実施形態で説明したように被写体の位置に応じて決定する方式と、従来ある被写体の明るさを測定し、測定結果に応じて決定する方式とを、被写体が移動しているか否か或いは、移動速度が早いか遅いかに応じて使い分けて行うようにしてもよい。

また、撮影補助光の光量（ＬＥＤ２３の発光量）を決定する方法として、距離を測定し、測定した距離と位置に基づいて決定方法や、画面全体の明るさを測定して被写体の位置に応じて調整する方法等が考えられる。

また、第１及び第２の実施形態においては、主たる被写体である移動物体が１つの場合を想定して説明したが、移動物体が複数の場合には、例えば複数の移動物体に所定の基準に従い優先度を設定し、撮影補助光の光量を、優先度が最も高い移動物体の位置に応じて制御するようにしてもよい。その場合には、移動物体が複数であっても、撮影者が予め想定していた移動物体を主たる被写体とするとともに、その被写体を確実に良好な状態で撮影することができる。

なお、優先度の設定基準には、例えば移動物体の移動速度を使用することができ、その場合、例えば移動速度が最も速い移動物体の優先度を最大とすることができる。また、優先度の設定基準には、例えば移動物体（被写体）の種類を使用することができ、その場合、優先度が最も高い移動物体の種類を人物の顔とすることもできる。

さらに、本発明において主たる被写体は必ずしも移動物体である必要はない。すなわち本発明は、移動物体に限らず静止している物体や人物を主たる被写体として、周辺光量が低下する撮影補助光を照射した状態で動画撮影する場合においても有効である。

例えば暗い環境下において静止している物体や人物を手持ちで動画撮影する際に、演出効果を得ること等を目的として、撮像装置の向きを変えて画角内における物体や人物の位置を意図的に変化させる場合においても、動画撮影中には、画角内での位置に関係なく主たる被写体に良好な明るさを確保することができる。したがって、係る場合についても、全期間を通して極めて良質な画質が確保された動画像を得ることができる。

また、第１及び第２の実施形態においては、撮影補助光の光源であるＬＥＤが単一であって、撮影補助光の照射領域を複数の明るさ領域に区分したとき、各々の明るさ領域が他の明るさの領域によって分断されることなく連続する構成について説明した。しかし、本発明は、例えば撮影補助光の光源が複数のＬＥＤであって、撮影補助光の照射領域を複数の明るさ領域に区分したとき、明るさの範囲が同一である明るさ領域が照射領域に複数存在するような構成であっても有効である。

また、以上の説明においては、主として動画撮影を開始してから終了するまでの全期間にわたって撮影補助光を被写体に照射する場合を想定したが、本発明による効果は、例えば動画撮影中に必要に応じて一時的に撮影補助光を被写体に照射するような場合であっても得ることができる。

一例を上げると、動画撮影を開始した後、画角内に移動物体が入ったことが検出できたら、その時点で撮影補助光の照射を開始し、かつ移動物体が画角内から出たことが検出できたら、その時点で撮影補助光の照射を終了する場合が考えられる。その場合、本発明による効果は、撮影補助光の照射時間の長さに関係なく得ることができる。

以上、本発明のいくつかの実施形態、及びその変形例について説明したが、これらは本発明の作用効果が得られる範囲内であれば適宜変更が可能であり、変更後の実施形態も特許請求の範囲に記載された発明、及びその発明と均等の発明の範囲に含まれる。

以下に、本出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［請求項１］
被写体を撮像する撮像手段と、被写体に撮影補助光を照射する照射手段と、前記照射手段が被写体に照射する撮影補助光の光量を、前記撮像手段の撮像画面内における被写体の位置に応じて決定する光量制御手段とを備えたことを特徴とする撮像装置。
［請求項２］
前記光量制御手段は、撮像タイミングにおける被写体の明るさ測定が行われていない段階で、撮像タイミングにおける被写体の位置に応じて撮影補助光の光量を決定することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
［請求項３］
前記光量制御手段は、前記撮影補助光の光量を、前記撮像画面内における撮影補助光の光量分布及び、前記撮像画面内における被写体の位置に応じた光量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。
［請求項４］
前記照射手段は、前記撮影補助光の配光特性を制御する配光制御手段を含み、前記光量制御手段は、前記撮影補助光の光量を、前記撮像画面内における、前記配光制御手段により配光特性を制御された前記撮影補助光の光量分布に基づいて、前記撮像手段の撮像画面内における被写体の位置に応じた光量に制御することを特徴とする請求項３記載の撮像装置。
［請求項５］
前記光量制御手段は、被写体が撮影位置への移動を完了する前のタイミングで被写体の撮影位置に応じて光量を決定することを特徴とする１乃至４いずれか記載の撮像装置。
［請求項６］
前記撮像画面内における被写体の所定時間内の移動量を取得する移動量取得手段と、前記移動量取得手段により取得された移動量に基づいて、前記撮像手段の撮像動作タイミングでの前記撮像画面内における被写体の位置を予測する予測手段とをさらに備え、前記光量制御手段は、前記撮影補助光の光量を、前記予測手段により予測された被写体の位置に応じた光量に制御することを特徴とする請求項１乃至５いずれか記載の撮像装置。
［請求項７］
前記予測手段は、前記移動量取得手段により取得された移動量に基づき被写体の移動速度を計算し、計算した移動速度に基づいて、前記撮像手段の撮像動作タイミングでの前記撮像画面内における被写体の位置を予測することを特徴とする請求項６記載の撮像装置。
［請求項８］
前記移動量取得手段は、前記撮像画面内における被写体の所定時間内の移動量を周期的に取得し、前記予測手段は、前記移動量取得手段により周期的に取得された移動量に基づいて、前記撮像手段の撮像動作タイミングでの前記撮像画面内における被写体の位置を予測することを特徴とする請求項６記載の撮像装置。
［請求項９］
前記光量制御手段は、前記撮影補助光の光量を、前記撮像手段の撮像画面内における複数の被写体のうちで優先度が最も高い被写体の位置に応じた光量に制御することを特徴とする請求項１乃至８いずれか記載の撮像装置。
［請求項１０］
撮像手段により撮像している被写体を照射する撮影補助光の光量を、前記撮像手段の撮像画面内における被写体の位置に応じて決定することを特徴とする撮像方法。
［請求項１１］
被写体を撮像する撮像手段と被写体に撮影補助光を照射する照射手段とを備えた撮像装置が有するコンピュータを、前記照射手段が被写体に照射する撮影補助光の光量を、前記撮像手段の撮像画面内における被写体の位置に応じて決定する光量制御手段として機能させることを特徴とするプログラム。

１ 撮像装置
２ メインＣＰＵ
３ 撮像センサ
４ 撮像レンズ
５ ＬＣＤ
６ 画像メモリ
７ キー入力ブロック
８ 補助光ブロック
９ 電源ブロック
１１ 画像処理ブロック
１２ メモリ
１３ ＲＯＭ
２１ ＬＥＤ
２２ ＬＥＤ制御ブロック
２３ 配光レンズ
Ａ 第１の明るさ領域
Ｂ 第２の明るさ領域
Ｃ 第３の明るさ領域
Ｋ１ 第１の通過点
Ｋ２ 第２の通過点
Ｌ 移動量
Ｘ 移動物体

Claims (11)

1. 被写体を撮像する撮像手段と、
   被写体に撮影補助光を照射する照射手段と、
   前記照射手段が被写体に照射する撮影補助光の光量を、前記撮像手段の撮像画面内における被写体の位置に応じて決定する光量制御手段と
   を備えたことを特徴とする撮像装置。
2. 前記光量制御手段は、撮像タイミングにおける被写体の明るさ測定が行われていない段階で、撮像タイミングにおける被写体の位置に応じて撮影補助光の光量を決定することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
3. 前記光量制御手段は、前記撮影補助光の光量を、前記撮像画面内における撮影補助光の光量分布及び、前記撮像画面内における被写体の位置に応じた光量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. 前記照射手段は、前記撮影補助光の配光特性を制御する配光制御手段を含み、
   前記光量制御手段は、前記撮影補助光の光量を、前記撮像画面内における、前記配光制御手段により配光特性を制御された前記撮影補助光の光量分布に基づいて、前記撮像手段の撮像画面内における被写体の位置に応じた光量に制御する
   ことを特徴とする請求項３記載の撮像装置。
5. 前記光量制御手段は、被写体が撮影位置への移動を完了する前のタイミングで被写体の撮影位置に応じて光量を決定することを特徴とする１乃至４いずれか記載の撮像装置。
6. 前記撮像画面内における被写体の所定時間内の移動量を取得する移動量取得手段と、
   前記移動量取得手段により取得された移動量に基づいて、前記撮像手段の撮像動作タイミングでの前記撮像画面内における被写体の位置を予測する予測手段と
   をさらに備え、
   前記光量制御手段は、前記撮影補助光の光量を、前記予測手段により予測された被写体の位置に応じた光量に制御する
   ことを特徴とする請求項１乃至５いずれか記載の撮像装置。
7. 前記予測手段は、前記移動量取得手段により取得された移動量に基づき被写体の移動速度を計算し、計算した移動速度に基づいて、前記撮像手段の撮像動作タイミングでの前記撮像画面内における被写体の位置を予測する
   ことを特徴とする請求項６記載の撮像装置。
8. 前記移動量取得手段は、前記撮像画面内における被写体の所定時間内の移動量を周期的に取得し、
   前記予測手段は、前記移動量取得手段により周期的に取得された移動量に基づいて、前記撮像手段の撮像動作タイミングでの前記撮像画面内における被写体の位置を予測する
   ことを特徴とする請求項６記載の撮像装置。
9. 前記光量制御手段は、前記撮影補助光の光量を、前記撮像手段の撮像画面内における複数の被写体のうちで優先度が最も高い被写体の位置に応じた光量に制御することを特徴とする請求項１乃至８いずれか記載の撮像装置。
10. 撮像手段により撮像している被写体を照射する撮影補助光の光量を、前記撮像手段の撮像画面内における被写体の位置に応じて決定することを特徴とする撮像方法。
11. 被写体を撮像する撮像手段と被写体に撮影補助光を照射する照射手段とを備えた撮像装置が有するコンピュータを、前記照射手段が被写体に照射する撮影補助光の光量を、前記撮像手段の撮像画面内における被写体の位置に応じて決定する光量制御手段として機能させることを特徴とするプログラム。

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