JP2014126712A - 撮像装置および調光制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発光時の露出に応じた露出でテスト発光による調光を行うことを可能とし、種々のシーンで適正な調光制御ができるようにする。
【解決手段】 被写体を照明するための発光部によりテスト発光を行なって得られる輝度情報を用いて本撮影のための発光部の発光量を決定する撮像装置は、本撮影のための露光条件に基づいてテスト発光のための露出条件を設定し、設定された露出条件と、あらかじめ定められているテスト発光のための露出条件の初期値との差分を補うように、テスト発光のためにあらかじめ定められているテスト発光量を変更し、設定された露出条件と、変更されたテスト発光量でテスト発光を実行する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ストロボ装置を用いた撮影が可能な撮像装置およびその調光制御方法に関する。

一般に、キセノン管を用いたストロボ装置のための調光方式として、本発光の前に調光制御用のテスト発光（プリ発光）を行って事前に被写体反射光を測定し、その測定結果から本発光量を算出するテスト発光方式が知られている。ここで、テスト発光量はある初期設定された露出（たとえば、絞り値Ｆ２．８、シャッタスピード１／６０、ＩＳＯ１００）において、所定の距離に所望の光量が届くように予め設定されている（図３）。

特許文献１には、テスト発光を用いた調光において、被写体との距離を考慮してテスト発光時の感度を調整し、露出の演算誤差を低減する構成が記載されている。

特開２００８−２１９３３４号公報

一方、テスト発光時の露出が本発光時の露出とあまりにずれてしまうと、環境光による被写体への影響が変わってしまい、調光精度に影響を及ぼす場合がある。例えば、図４のように本発光時の露出がＦ２．８、シャッタスピード１／２０００、ＩＳＯ１００に設定されるようなシーンの場合、上述の初期設定の露出では、テスト発光による照射を行わなくても被写体が白とびしてしまう可能性がある。このように被写体が白とびしてしまった場合は、被写体は常に露出オーバー状態となり、テスト発光を行っても適切な反射輝度は得られない（テスト発光の前後で輝度差が生じない）。したがって、調光演算の精度を保つためにはテスト発光時の露出は本発光時の露出と同等にしておくことが望ましい。

しかしながら、テスト発光時の露出が初期設定の露出と異なると、図５（ｂ）や図５（ｃ）に示しているように、予め設定されているテスト発光量では、反射輝度が高めに出たり、低めに出たりして、被写体に対して適正な調光ができないケースがある。また、キセノン管ではテスト発光と本発光の光量に相関性があり、一つのテスト発光の発光量に対し一つの本発光テーブルを持つ必要がある。したがって、複数種類の発光量でテスト発光を行えるように構成するには、それらに対応した複数の本発光テーブルを保持することが必要となる。このように複数の本発光テーブルを保持することは、撮像装置のメモリ容量を考慮すると現実的には困難であった。すなわち、キセノン管を光源とするストロボ装置を用いた撮像装置においては、テスト発光に複数種類の発光量を適用するように構成することは現実的ではなかった。

本発明は、上記課題を顧みてなされたものであり、種々のシーンで適正な調光制御ができるようにすることを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明の一態様による撮像装置は以下の構成を備える。すなわち、
被写体を照明するための発光手段によりテスト発光を行なって得られる輝度情報を用いて本撮影のための前記発光手段の発光量を決定する撮像装置であって、
本撮影のための露光条件に基づいてテスト発光のための露出条件を設定する設定手段と、
前記設定手段で設定された露出条件と、あらかじめ定められているテスト発光のための露出条件の初期値との差分を補うように、テスト発光のためにあらかじめ定められているテスト発光量を変更する変更手段と、
前記設定手段で設定された露出条件と、前記変更手段により変更されたテスト発光量で前記テスト発光を実行する実行手段と、を備える。

本発明によれば、種々のシーンで適正な調光制御ができるようになる。

実施形態による撮像装置のブロック図。 実施形態による撮像装置の処理を示すフローチャート。 テスト発光の到達距離を説明する図。 露出差による被写体照度差を説明する図。 露出差によるテスト発光の到達距離の差を示した図。 発光量の算出方法を説明する図。

以下に、本発明の好ましい実施形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係るデジタルカメラの機能構成例を示すブロック図である。図１を参照して、本発明の実施形態による撮像装置の構成および処理の流れについて説明する。

＜撮像装置（デジタルカメラ）の構成＞
操作部１０１は、本デジタルカメラの操作者が本デジタルカメラに対して各種の指示を入力するために操作するスイッチやボタンなどにより構成されている。操作部１０１の中には、シャッタースイッチや、タッチセンサ（表示装置をタッチすることで操作が可能となるもの）も含む。制御部１０２は、図１に示すデジタルカメラの全体動作を制御するものであり、操作部１０１からの指示に応じて各部を制御する。

センサ部１０３は、ＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサ等の撮像素子を含み、レンズ１０８ａ、メカ機構１０９ａを介して入射される光を受け、その光量に応じた電荷を蓄積し画像信号を出力する。Ａ／Ｄ変換部１０４は、センサ部１０３から出力されたアナログ画像信号に対して、サンプリング、ゲイン調整、Ａ／Ｄ変換等を行い、デジタル画像信号として出力する。画像処理部１０５は、Ａ／Ｄ変換部１０４から出力されたデジタル画像信号に対して各種の画像処理を行い、処理済みのデジタル画像信号を出力する。例えば、Ａ／Ｄ変換部１０４から受けたデジタル画像信号を、ＹＵＶ画像信号に変換して出力する。メモリ部１１６は内部メモリを構成しており、上記画像処理後の画像を保管する。

被写体輝度算出部１０６は、画像処理部１０５にて得られた画像信号に基づいて被写体輝度を算出する。なお、画像処理部１０５や被写体輝度算出部１０６などの各部の一部あるいは全体は、制御部１０２が所定のプログラムを実行することにより実現される機能であってもよい。表示部１０７は、液晶画面などにより構成され、制御部１０２の制御下で各種の表示を行なう。ＡＦ処理部１０８は画像処理部１０５によって得られた画像をもとにレンズ１０８ａを制御し、ピントを合わせる。ＡＥ処理部１０９は、被写体輝度算出部１０６によって算出された被写体輝度と適正輝度との差分を算出し、メカ機構１０９ａを制御する。ＥＦ処理部１１０は、発光判断がされた場合に被写体が適正となりうる光量で発光部１１１を発光させる。発光部１１１は、ＬＥＤを光源としたストロボ装置である。発光部１１１は、デジタルカメラ本体に内蔵されてもよいし、着脱可能であってもよい。

ライト処理部１１８は、動画撮影を行った場合に、発光部１１１に対して継続点灯指示を行なう。ライト処理部１１８では、外光輝度（発光部１１１を発光させていないときの被写体輝度）が所定輝度以下になったか否かにより発光判定がなされ、外光輝度が所定輝度以下になった場合に継続点灯指示が出される。この継続点灯時に発光部１１１に通達される電流値は、熱による温度上昇を緩和するため、静止画発光時よりも低い値が流される。また、ライト処理部１１８は、暗い状態であると判定した場合に被写体照度補助のために発光部１１１を点灯させ、照明が不要な輝度になった場合には発光部１１１を消灯させる。なお点灯と消灯が頻繁に繰り返されてしまうことを防ぐため、この点灯輝度と消灯輝度には輝度段差によるヒステリシスが設けられている。なお、発光部１１１はＡＦ補助光を発生する発光部として用いられてもよい。

エンコーダ部１１２は、出力されたデジタル画像信号（画像データ）のフォーマットをＪＰＥＧなどのフォーマットに変換し、画像記録部１１３に出力する。画像記録部１１３は、エンコーダ部１１２から受けたフォーマット変換済みの画像データを、本デジタルカメラ内の不図示のメモリや、本デジタルカメラに挿入されている外部メモリなどに記録する。外部接続部１１４は、パーソナルコンピュータ等の外部装置と通信可能に接続するためのインタフェースである。

＜撮影制御の流れ＞
次に、上記の構成を有する本デジタルカメラを用いて撮像を行う場合の動作について説明する。

先ず、本デジタルカメラの操作者が、操作部１０１に含まれている電源スイッチをオンにすると、制御部１０２はこれを検知し、本デジタルカメラを構成する各部に電源を供給する。本デジタルカメラを構成する各部に電源が供給されるとメカ機構１０９ｂのシャッタが開き、センサ部１０３には、カメラ前面に配置されたレンズ１０８ａ、メカ機構１０９ｂを介して光が入射することになる。センサ部１０３は、受光量に応じてセンサに溜まった電荷を読み出し、Ａ／Ｄ変換部１０４にアナログ画像信号として出力する。

Ａ／Ｄ変換部１０４は、センサ部１０３から出力されたアナログ画像信号に対して、サンプリング、ゲイン調整、Ａ／Ｄ変換等を行い、デジタル画像信号として出力する。画像処理部１０５は、Ａ／Ｄ変換部１０４から出力されたデジタル画像信号に対して各種画像処理を行い、処理済みのデジタル画像信号を出力する。

制御部１０２は、撮影ボタンの半押しによる信号の通知（以下ＳＷ１）をシャッタースイッチから受けると、この時点における画像信号を用いてＡＦ処理、ＡＥ処理を行い、撮影に最適なピントおよび露出設定条件を取得する。またＳＷ１のＯＮ時にはストロボ発光判定も行われる。

ストロボ発光判定において非発光と判定された場合は、撮影ボタン全押しによる信号の通知（以下ＳＷ２）をシャッタースイッチから受けるとそのまま本撮影に移行する。すなわち、制御部１０２は、ＳＷ１のＯＮの時点で設定された撮影条件をＡＥ処理部１０９、ＡＦ処理部１０８に通知し、レンズ１０８ａ、メカ機構１０９ａをセットする。センサ部１０３は、レンズ１０８ａ、メカ機構１０９ａを介して到達した光に応じて蓄積された電荷を読み出し、Ａ／Ｄ変換部１０４にアナログ画像信号として出力する。

Ａ／Ｄ変換部１０４は、センサ部１０３から出力されたアナログ画像信号に対して、サンプリング、ゲイン調整、Ａ／Ｄ変換等を行い、デジタル画像信号として出力する。画像処理部１０５はＡ／Ｄ変換部１０４から出力されたデジタル画像信号に対して各種の画像処理を行い、処理済みのデジタル画像信号を出力する。

また、ストロボ発光判定において発光すると判定された場合は、ＳＷ２のＯＮに応じてテスト発光（プリ発光）による調光を伴う本撮影に移行する。すなわち、ＳＷ１のＯＮの時点で設定された撮影条件をＡＥ処理部１０９とＡＦ処理部１０８に伝え、まずは発光部１１１を発光させない調光用の非発光画像データを取得する。次に、ＥＦ処理部１１０がテスト発光の指示を発光部１１１へ出力し、テスト発光下の画像データである調光用画像データを取得する。こうして取得された非発光画像データと調光用画像データの輝度差を用いて、本撮影において被写体を適正輝度とするのに必要な、発光部１１１による本発光のための発光量（本発光量）を算出する。

本発光量が算出されると、続いて本発光撮影が行われる。すなわち、制御部１０２の制御下で、ＥＦ処理部１１０は、算出された本発光量による発光の指示（本発光指示）を発光部１１１に出力し、発光部１１１を発光させる。センサ部１０３は、レンズ１０８ａ、メカ機構１０９ａ（露出機構）を介して到達した本発光による反射光による電荷を読み出し、Ａ／Ｄ変換部１０４にアナログ画像信号として出力する。

Ａ／Ｄ変換部１０４は、センサ部１０３から出力されたアナログ画像信号に対して、サンプリング、ゲイン調整、Ａ／Ｄ変換等を行い、デジタル画像信号として出力する。なお調光時のテスト発光量制御に関しては後述する。画像処理部１０５から出力されたデジタル画像信号はエンコーダ部１１２にてＪＰＥＧなどのフォーマットに変換され、画像記録部１１３に出力される。画像記録部１１３は、フォーマット変換された画像データを所定のメモリ（例えばメモリ部１１６）に記録する処理を行う。

＜調光処理の説明＞
次に、本実施形態による、ストロボ発光時の調光処理について説明する。図２は、上記制御の詳細を示すフローチャートである。

制御部１０２は、操作部１０１に含まれている電源スイッチがオンされると、初期の露出値を設定して露光を開始し（ステップＳ２０１）、センサ部１０３から露光された画像信号を読み出す（ステップＳ２０２）。次に、制御部１０２は、センサ部１０３から読み出された画像信号から被写体の輝度に関する輝度情報として画像の輝度値Bvを算出する（ステップＳ２０３）。本実施形態では、画面をブロック分割してブロックごとに輝度値を積分するブロック積分を用いて画面平均輝度を算出して輝度値Bvとして用いるものとするが、他の方法でも構わない。このとき読み出された画像信号に基づく画像は表示部１０７に表示され、新たな画像が得られるたびに表示される画像は逐次更新される。その後、ＳＷ１が押されるまでこの露光が繰り返される（Ｓ２０４）。

制御部１０２は、ＳＷ１のＯＮを検出すると（Ｓ２０４でＹＥＳ）、発光判断を行う（Ｓ２０５）。「非発光」と判断された場合（Ｓ２０５でＮＯ）、Ｓ２０３で取得した輝度情報であるＢｖ値を用いて非発光用の撮影露出（絞りAv、シャッタスピードTv、ＩＳＯ感度Sv）を算出する（Ｓ２０６）。なお、本実施形態では、露出を算出するための絞り、シャッタスピード、ＩＳＯ感度の単位の一例としてＡＰＥＸ値を用いている。なお、ストロボ非発光撮影の撮影露出は、撮影画像が適正な露出となるように、Bv値に基づいてＩＳＯ感度、絞り、シャッタスピードなどが決定される。引き続きＳＷ２がＯＮになった場合は、制御部１０２は、Ｓ２０６で決定された露出条件にて本露光（撮影）を行なう（Ｓ２０８）。

他方、Ｓ２０５の発光判断で「発光」と判断された場合、制御部１０２は、まずデジタルカメラ内に保持している初期テスト発光量（PreFlash_default）とテスト発光のための露出条件の初期値である初期テスト発光時露出（PreAv、PreTv、PreSv）を取得する（Ｓ２０９）。ここでの初期テスト発光量と初期テスト発光露出とは、例えば、所定の距離（５０ｃｍ〜２００ｃｍ）に対して調光精度を保てる反射輝度（５０ｃｍ時ＪＰＥＧ反射輝度Ｙ２００、２００ｃｍ時ＪＰＥＧ反射輝度Ｙ３０）を想定した露出とテスト発光量となっている。この状態を図５（ａ）に示す。なお、この所定距離や反射輝度は各々の撮像装置の設計思想に基づくものであり、上記数値に限定されるものではない。

次に、制御部１０２は、Ｓ２０３で取得した輝度情報であるBv値を用いて、テスト発光用の撮影露出（Avf、Tvf、Svf）を算出する（Ｓ２１０）。そして、制御部１０２は、得られた撮影露出と初期テスト発光時露出との差分ΔPreExpを算出する（Ｓ２１１）。

ΔPreExp＝（Avf−PreAv）＋（Tvf−PreTv）−（Svf−PreSv）
ここで露出差分ΔPreExpが無いまたは小さい場合はよいが、露出差分が大きい場合には、上記で想定した距離の被写体に対して適切な反射輝度が得られない可能性がある。そのため、制御部１０２は、（式１）に示すように、露出差分ΔPreExpに相当する発光量f(ΔPreExp)を初期テスト発光量PreFlash_defaultへの変更量として用いることで、所定の調光範囲の被写体に対して所望の反射輝度を得ることのできるテスト発光量PreFlashを算出する（Ｓ２１２）。なお、露出差分ΔPreExpに相当する発光量f(ΔPreExp)は、あらかじめテーブルにより保持しておけばよい。

PreFlash＝PreFlash_default＋f(ΔPreExp) （式１）
ここでテスト発光量を変更した結果、変更された発光量が発光テーブルの上限あるいは下限（FlashTableLimit）を超えた場合は、その発光量のオーバー分もしくはアンダー分（LimitOverFlash）を（式２）のように算出する。そして、このオーバー分もしくはアンダー分（LimitOverFlash）を露光条件（絞り値、感度、シャッタスピード）の調整により補う。たとえば、（式３）に示すようにテスト発光時の感度PreSvを発光強度の過不足を補うように調整することで、調光範囲を一定に保つようにする（Ｓ２１３〜Ｓ２１５）。

LimitOverFlash＝PreFlash−FlashTableLimit （式２）
PreSv＝PreSv−g(LimitOverFlash) （式３）
なお、（式３）におけるg(LimitOverFlash)は、設定範囲を超過した光量LimitOverFlashに対応した露出値であり、予めテーブル等の形式でメモリ部１１６に保持されている。

この状態でＳＷ２が押されると、上記制御値を用いた調光制御へと移行する（Ｓ２１６）。制御部１０２は、まず必要な本発光量を算出するため、調光用非発光画像データと調光用テスト発光画像データを取得する（Ｓ２１７、Ｓ２１８）。制御部１０２は、これらの画像データをそれぞれブロック分割した輝度ブロックから各ブロック輝度を算出し、その各ブロックの輝度差分の値を重み付け演算した値から必要な本発光量を算出する（Ｓ２１９，Ｓ２２０、図６）。このとき、調光用非発光画像データと調光用テスト発光画像データの輝度差分からテスト発光による反射光量が所定値を超える被写体領域を切り出し、切り出された被写体領域の重み付けが他の領域よりも大きくなるようにしてもよい。そして、制御部１０２は、Ｓ２２０で算出された本発光量で発光部１１１を駆動するとともに、Ｓ２１０で算出された撮影露出（Avf、Tvf、Svf）を用いた撮影を行うことで、本発光および本撮影を実行する（Ｓ２２１）。

基本的にはテスト発光時点で不足している分の発光量をテスト発光量に上乗せして本発光の発光量とする。しかしながら、反射率の高い被写体が存在した場合などでは、単純に発光量を上乗せしてしまうと白とびが生じる可能性がある。したがって、テスト発光による撮影で得られた画像データに輝度値が所定の閾値を超える領域が存在した場合には、そのような閾値を超えた輝度値を除外して本発光量を算出するようにしてもよい。

さらに算出された本発光量が発光部１１１の設定可能範囲の下側の限度値（下限値）を下回った場合は本発光量が下限値に制限されることにより白とびが発生する可能性がある。そのような白とびの発生を回避するために、白とび分（たとえば、算出された発光量と下限値との差分）の発光量に相当する露出を本発光時の露出から減算した白とび回避露出を設定して本発光を行うようにしてもよい。このとき白とび分を回避する露出の設定としては、絞りとゲイン（感度）をそれぞれ暗く調整すること、シャッタスピードを速くすることが考えられるが、本実施形態においてはゲインを優先的に暗めに調整するものとする。

また、逆に、算出された本発光量が発光部１１１の設定可能範囲の上側の限度値（上限値）を上回った場合は本発光量が上限値に制限されることにより露出アンダーが発生する可能性がある。そのような露出アンダーの発生を回避するために、露出アンダー分（たとえば、算出された発光量と上限値との差分）の発光量に相当する露出を本発光時の露出に加算した露出を設定して本発光を行うようにしてもよい。このとき、露出アンダーを回避する方法としては、絞りとゲイン（感度）を明るく調整したり、シャッタスピードを遅くしたりすることが考えられる。

以上のように、Ｓ２１０で算出された撮影時露出では被写体に適切な発光量で発光部１１１を本発光できない場合、被写体に適切な発光量で発光部１１１を本発光させるために、撮影時露出をＳ２１０で算出された値から変更する。

なお、本実施形態では、発光部１１１はライト処理部１１８により、動画時に連続点灯可能なライトとしても使用可能である。この場合、動画ライトとして使用する電流値は、静止画時ストロボとして使用している場合よりも低い値で使用することが好ましい。また、動画記録中にライト点灯をさせた場合には、得られた画像から赤目検出を行い、赤目が発生していた場合には、発光量を下げ、適正輝度までの不足分を絞り、感度、シャッタスピードにて補完するようにしてもよい。

以上のように、上記実施形態によれば、発光量と設定電流値に比例性を持つ光源（たとえばＬＥＤライト）を活用することで、本発光時の露出条件を調光時にも用い、その露出条件に応じてテスト発光量を変更することを可能にした。このように、本発光時の露出に応じてテスト発光量を所定値から変更することで、被写体の白とびやアンダーによる調光精度悪化を防ぐことができ、種々のシーンにおいて適正な調光制御ができるようになる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

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 (8)

1. 被写体を照明するための発光手段によりテスト発光を行なって得られる輝度情報を用いて本撮影のための前記発光手段の発光量を決定する撮像装置であって、
   
   本撮影のための露光条件に基づいてテスト発光のための露出条件を設定する設定手段と、
   前記設定手段で設定された露出条件と、あらかじめ定められているテスト発光のための露出条件の初期値との差分を補うように、テスト発光のためにあらかじめ定められているテスト発光量を変更する変更手段と、
   前記設定手段で設定された露出条件と、前記変更手段により変更されたテスト発光量で前記テスト発光を実行する実行手段と、を備えることを特徴とする撮像装置。
2. 前記実行手段により実行された前記テスト発光の結果に基づいて本撮影における前記発光手段の発光量を決定する決定手段と、
   前記決定手段により決定された発光量で前記発光手段を駆動し、前記本撮影のための露出条件で撮像を行う撮影制御手段と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記設定手段は、前記本撮影のための露出条件をそのまま前記テスト発光のための露出条件として設定することを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
4. 前記変更手段は、前記差分に基づいて決定される変更量で前記テスト発光量を変更すると前記変更されたテスト発光量が設定可能な範囲を超える場合、前記変更されたテスト発光量を前記範囲の限度値に設定し、前記範囲を超える分の発光量に相当する露出を補うように前記設定手段で設定された露出条件を変更することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。
5. 前記変更手段は、前記範囲を超える分の発光量に相当する露出を、感度の調整により補う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、前記テスト発光とともに撮影を行い得られた画像データに輝度値が所定の閾値を超える領域が存在する場合は、前記閾値を超えた輝度値を除外して前記本撮影における発光量を算出することを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載の撮像装置。
   
7. 被写体を照明するための発光手段によりテスト発光を行なって得られる輝度情報を用いて本撮影のための前記発光手段の発光量を決定する撮像装置の調光制御方法であって、
   設定手段が、本撮影のための露光条件に基づいてテスト発光のための露出条件を設定する工程と、
   算出手段が、前記設定する工程で設定された露出条件と、あらかじめ定められているテスト発光のための露出条件の初期値との
   差分を補うように、テスト発光のためにあらかじめ定められているテスト発光量を変更する工程と、
   実行手段が、前記設定する工程で設定された露出条件と、前記変更する工程で変更されたテスト発光量で前記テスト発光を実行する工程と、を有することを特徴とする調光制御方法。
8. 請求項７に記載された調光制御方法の各工程をコンピュータに実行させるためのプログラム。