JP2015097326A - フリッカーレス撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リッカーレス制御で撮影を行った場合でも適正な露出で撮影をすることを可能にした撮影装置提供すること。【解決手段】撮像素子と、前記撮像素子の撮影する範囲の測光値を検出する測光手段、前記測光手段で検出した測光値から露光量を求める露光量計算手段、光源光量の時間変化、及びその周期と位相を検出するフリッカー検出手段、前記露光量計算手段で算出された露光量、及び前記フリッカー検出手段から得られた光源の時間変化から前記露光量計算手段で求めた露光量を露光するのに必要なシャッタースピードを求めるシャッタースピード演算手段、前記シャッタースピードに応じて前記フリッカー検出手段で検出された光源光量の周期と位相から露光開始タイミング求めること特徴とする構成とした。【選択図】 図１

Description

本発明は、デジタルカメラに代表される撮像装置に関し、特に蛍光灯下などの人工光源下で発生するフリッカーを検出し、フリッカーによる明暗の変化が少ない光量のピークタイミングで露光制御をする撮影装置に関するものである。

近年のデジタルカメラの撮像素子の高感度化に伴い、室内のような比較的暗い環境下においても高速シャッターでブレのない写真を撮影できるようになってきている。また、室内光源として普及している蛍光灯は電源周波数の影響により、周期的に照明光がゆらぐフリッカー現象が起きる。このようなフリッカー光源下での高速シャッター撮影では、フリッカーの影響により、フレーム毎に画像の露出や色温度のバラツキが発生したり、１フレーム内での露出ムラや色ムラが発生したりしてしまうことがある。

このような問題に対して、フリッカーの周期と位相を検出して、明暗の変化が少ないフリッカーの光量のピークタイミングに合わせて露光できるようにシャッター開始同期信号を生成し、露光を行うフリッカー除去システムが考えられている（特許文献１）。

また、フリッカー除去により制御で露出補正を行う場合はAv値で行うことなどが考えられている（特許文献２）。

特開2004-193922号公報 特許第3068305号明細書

しかしながら上述の特許文献１に開示された従来技術では、明暗の変化が少ないフリッカーの光量のピークタイミングに合わせて露光を行う事によりフリッカーを除去した撮影をおこなっている。このため、平均光量で計算した測光値からTv値を算出して、そのＴv値を使ってフリッカーを除去する撮影を行うと、平均光量とピークの光量が異なるため本来期待していた露光量とならない。

例えば、図９のようなフリッカー光源下で安定した測光値を得るためには、フリッカーの周期以上の蓄積時間で蓄積する必要がある。このようにして得られた測光値をAEaveとする。この測光値を使って所定のプログラム線図からシャッタースピード（露光時間TV_nf）を計算する。ここで得られたシャッタースピードが所定より高速の場合は、フリッカーレス制御をおこなう。このとき同じ測光値になるフリッカーがない光源でシャッタースピードTV_nfの露光を行うと露光量がEnfになる。ところが、フリッカー光源下の場合フリッカーレス制御でシャッタースピードTV_nfの露光を行うと露光量はEerrとなり本来撮影しようとした露出よりオーバーとなる。

このため、フリッカーレス制御を行わないシャッタースピードで撮影する場合は適正露出で撮影できるのに、フリッカーレス制御になると適正露出が得られない。また、フリッカーがない光源下とフリッカーがある光源下では同じ露光量が得られない。

また、特許文献２では、フリッカーレス制御をした時の露出補正は露光時間を変化させることなく絞り制御を変更して行う事が提案されている。シャッタースピードを変化させても思惑通りに露出補正が出来ないためである。

図１０では、シャッタースピードTVaでフリッカーレス制御撮影を行った場合の例である。例えばフリッカーの無い光源下でシャッタースピードを変化させて＋１段の露出補正をかけるには、TV値を2倍すればよい。

しかしながら、フリッカーレス制御の場合は光量が変化しているためTV値を2倍にしても露光量は２倍にならない。（＋１段の補正にならない。）図中、露光時間TVaで撮影した基準画像の露光量（基準の露光量）をEstとする。このとき、TVaの2倍の時間露光した時の露光量Etvadjは、基準の露光量Estの2倍にはならない。

このため、フリッカーレス制御を行った場合はAV値で露出補正をするしかなかった。特にAV優先モードでAEB、HDR、マルチショットNRなどの撮影でTV値を変更しなければならない場合、フリッカーレス制御が出来なかった。

そこで、本発明の目的は、フリッカーレス制御で撮影を行った場合でも適正な露出で撮影をすることを可能にした撮影装置を提供することである。

さらに、フリッカーレス制御撮影でシャッタースピードでの露出補正を可能にした撮影装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明は、
撮像素子と、
前記撮像素子の撮影する範囲の測光値を検出する測光手段、
前記測光手段で検出した測光値から露光量を求める露光量計算手段
光源光量の時間変化、及びその周期と位相を検出するフリッカー検出手段、
前記露光量計算手段で算出された露光量、及び前記フリッカー検出手段から得られた光源の時間変化から前記露光量計算手段で求めた露光量を露光するのに必要なシャッタースピードを求めるシャッタースピード演算手段
前記、シャッタースピードに応じて前記フリッカー検出手段で検出された光源光量の周期と位相から露光開始タイミング求めること特徴としている。

撮像素子と、
光源光量の時間変化、及びその周期と位相を検出するフリッカー検出手段、
前記フリッカー検出手段から得られた光源光量の周期と位相及び撮像装置のシャッタースピードを元にシャッター開始のタイミングを発生するタイミング発生手段
前記撮像装置のシャッタースピード、前記フリッカー検出手段で検出する光源光量の時間変化、前記タイミング発生手段で発生させたシャッター開始タイミングから撮影される画像の露光量（第1の露光量）および、第1の露光量に露出補正をかけた露光量（第2の露光量）を算出する露光量算出手段
上記、露光量計算手段で算出された第2の露光量及び前記フリッカー検出手段から得られた光源の時間変化から必要なシャッタースピード及び露光開始タイミング求めること特徴としている。

本発明によれば、フリッカーレス制御で撮影を行った場合でも適正な露出で撮影をすることを可能にした撮影装置を提供することができる。

さらに、フリッカーレス制御撮影でシャッタースピードでの露出補正を可能にした撮影装置を提供することができる。

第1実施例のTV値の再計算を説明するための図。 第1実施例のTV値の再計算を説明するための具体例。 本発明のカメラシステム構成図 第1実施例のフローチャート図 フリッカーを検出の説明図 フリッカー蓄積の具体の例 第２実施例のフローチャート図 第２実施例の基準露光量および露出補正TV値の算出を説明するための具体例。 本発明が解決しようとする課題を説明するための図 本発明が解決しようとする課題を説明するための図

［実施例１］
以下、本発明の第１の実施例におけるフリッカーレス制御で撮影を行った場合でも適正な露出で撮影をすることを可能にした撮影装置について説明する。

図３は本発明の実施例にかかわるカメラシステムの構成を示す図である。

１００はカメラ本体を、２００はレンズを示している。

まず、カメラ本体１００とレンズ２００内の構成について説明する。

１０１はカメラ１００の各部を制御するマイクロコンピュータＣＰＵ（以下、カメラマイコン）である。

１０２はカメラマイコン１０１に接続されているRAMやROM等のメモリである。

１０３は赤外カットフィルタやローパスフィルタ等を含むＣＣＤ，ＣＭＯＳ等の撮像素子であり、レンズ２００によって撮影時に被写体の像が結像される。

１０４はシャッターで非撮影時には撮像素子１０３を遮光し、撮影時には開いて撮像素子１０３へ光線を導く。

１０５はハーフミラーで非撮影時にレンズ２００より入射する光の一部を反射し１０６のピント板に結像させる。

１０７はＰＮ液晶等のＡＦ測距枠を表示するための表示素子であり、光学ファインダーを覗いたときにどの位置でＡＦしているか等をユーザーに示す。

１０８は測光センサで、ＣＣＤ、ＣＯＭＳ等の撮像素子を使用することにより測光だけでなく顔検出や追尾、フリッカー検出を行う。

本実施例ではフリッカーを検出する手段として、測光センサを例に挙げているが、本画像の撮像素子をフリッカー検出手段としても良い。

１０９はペンタプリズムで、ピント板１０６の被写体像を測光センサ１０８及び光学ファインダーに導く。測光センサはペンタプリズムを介してピント板１０６に結像された被写体像を斜めの位置から見込んでいる。

１１０は焦点検出回路で、１１１のＡＦミラーで、レンズより入射し、ハーフミラー１０５を通過した光線の一部を焦点検出回路内のＡＦセンサに導き測距を行っている。

１１２は測光センサ１０８の駆動制御や画像処理・演算用のCPU（以下AECPUと呼ぶ）で、ここで顔検出の演算や追尾の演算、測光演算、フリッカー検出演算などを行う。

１１３はAECPU１１２に接続されているRAMやROM等のメモリである。

今回は、１１２のように測光センサ専用のＣＰＵを用意したが、１０１のカメラマイコン等で処理を行っても良い。

２０１はレンズ内のCPU（以下LPUと呼ぶ）で、被写体との距離情報等をカメラマイコンに送る。

以上で図３の本発明の実施例にかかわるカメラシステムの構成図の説明を終わる。

次に図４により本発明の実施の形態であるデジタル一眼レフカメラのフローチャートについて説明する。

まず、カメラの電源が投入され、動作が開始するとＳ１０１で測光動作を行う。

この測光は、仮にフリッカー光源下でおいても、フリッカーによる明暗の変化に対して測光値がばらつかないように、蓄積時間をフリッカーの周期のほぼ整数倍に設定する。

ここで、フリッカー光源の明暗が変化する周波数は、商用電源の周波数の2倍になることから、電源周波数が50Hzの電源地域では周波数100Hzとなり、その発光周期は10msとなる。同様に電源周波数が60Hzの地域では周波数120Hz、周期8.33msとなる。

この２種類の周波数に対応するために、測光センサの蓄積時間を、10msと8.33msの間の約9ms程度に設定すると、電源周波数が50、60Hzのどちらであろうと、ほぼフリッカーの1周期分を蓄積することになるので、フリッカーがある場合でも、安定した測光値を得ることができる。

ここで得られた測光値AEaveを元に、露出条件である絞り値AV、シャッタースピードTV、ISO感度ISOを決定する。AV、TV、ISOの決定に際しては、カメラ内部に予め記憶されたプログラム線図を利用して決定する。このときのTV値はフリッカーの有無や算出される露光時間の長短にかかわらず算出される。

次にＳ１０２でフリッカー検出用の蓄積と読み出し動作を行う。

本発明では、フリッカーを検出するために図５で示すように６００ｆｐｓ、約１．６６７ｍｓ周期で蓄積・読み出しを連続して１２回行う。この６００ｆｐｓは予め予想されるフリッカー光源の周波数（１００Ｈｚと１２０Ｈｚ）の公倍数周波数となっている。

Ｓ１０３でフリッカー検出演算を行う。

商用電源50Hz時のフリッカー発光周期は約10msであり、10÷1.667≒6であるから、蓄積のタイミングによらず、6回周期で同じ測光値が得られる。すなわち、AE(n)=AE(n+6)の関係となる。

同様に、商用電源60Hz時のフリッカーは、発光周期が約8.33msであり、8.33/1.667≒5であるため、5回周期で同じ測光値が得られ、AE(n)=AE(n+5)の関係となる。

この事からF50をAE(n)とAE(n+6)の差の総和、F60をAE(n)とAE(n+5)の差の総和として評価値F50、F60をそれぞれ定義し、所定の閾値F_thを用いると、以下のように判定することができる。

1.F50<F_th かつ F60<F_thが成り立つ場合
⇒フリッカーなし
2.F50<F_th かつ F60≧F_thが成り立つ場合
⇒発光周期T=10ms(電源周波数50Hz)のフリッカー環境下
3.F50≧F_th かつ F60<F_thが成り立つ場合
⇒発光周期T=8.33ms(電源周波数60Hz)のフリッカー環境下
さらにステップＳ１０３では、フリッカーが存在する場合のフリッカーの位相を求める。
位相の求め方としては、例えば、連続１２回の蓄積・読み出しで得られた測光値を補間し、フリッカーの光量が最も大きくなるピークのタイミングt_peakを算出すれば良い。

次にＳ１０４でフリッカーの有無により分岐を行う。フリッカーが有る場合はＳ１０５へ分岐し、シャッタースピードが所定より高速であるか判定する。露光時間がフリッカーの一周期より長い場合フリッカーが有る場合でも安定した露光を得ることが出来る。具体的にはシャッタースピードが8msより短い場合、すなわちＴＶ値が1/125より高速ならS106へ分岐しフリッカー対策を講じることとする。

S106で行うTV値の再計算を図1で説明する。フリッカーがない光源における露光時間をTV_nf、測光値をAEaveとすると、期待される露光量はEnfである。ところが、フリッカーレス制御で撮影すると、t_peakを中心にts_nfからte_nfまで露光時間TVnfで露光を行う。このときの露光量はEerrでありEnfと同じにならない。Enfの露光量になるためには、ts_flcからte_flcまで露光時間TV_flcで露光制御を行えばよい。

Ｓ１０２でフリッカー蓄積の値が図６のように検出された場合の具体例を図2で説明する。

フリッカーがない光源における露光時間をTV_nf＝2.5ms（1/400）、測光値AEave＝793とすると、期待される露光量はEnf=793×2.5=1982.5である。ところが、フリッカーレス制御で露光時間TVnf=2.5msのまま撮影すると、t_peak=8.533を中心にts_nf=7.28msからte_nf=9.78msまでで露光を行う。このときの露光量は
Eerr=1190×(8.33-7.28)＋1240×(9.78-8.33)=3047.5
となりEnf＜EerrでEnfと比べオーバーな露出となる。

Enfの露光量になるためには、ts_flc=7.72msからte_flc=9.34まで露光時間TV_flc=1.62msの露光制御を行えばよい。このときの露光量は
Eflc＝1190*(8.33-7.72)+1240*(9.34-8.33)= 1982.5となりEnf＝Eflcとなる。

Ｓ１０７ではＳＷ２の後、フリッカーに同期したシャッター開始信号を出力する。実際のシャッターがts_flicに開放できるようなタイミング信号を出力する。

Ｓ１０８には、フリッカーがない場合、またはフリッカーが有ってもシャッタースピードが低く（露光時間が長く）フリッカーの影響を考慮する必要の無い場合に分岐してくる。この場合、ＳＷ２に同期してシャッター開始信号を出力する。

Ｓ１０９でシャッター開始信号に同期して露光を行う。

以上説明したように、フリッカーレス制御で撮影を行った場合でも適正な露出で撮影をすることを可能にした撮影装置を提供することが出来る。

［実施例２］
以下、本発明の第２の実施例によるフリッカーレス制御撮影でシャッタースピードでの露出補正を可能にした撮影装置について説明する。

カメラシステムの構成は、第1の実施例でと同じである（図３）。

次に図７により本発明の実施の形態であるデジタル一眼レフカメラのフローチャートについて説明する。

前提として、使用者の撮影モードやパラメータの設定および測光値やカメラ内部に予め記憶されたプログラム線図などから露出条件である絞り値AV、シャッタースピードTV、ISO感度は決定されているものとする。

まず、次にＳ２０１でフリッカー検出用の蓄積と読み出し動作を行う（図５：Ｓ１０２と同じ）。

さらにステップＳ２０２では、フリッカーが存在する場合のフリッカーの位相を求める（図５：Ｓ１０３と同じ）。

次にＳ２０３でフリッカーの有無により分岐を行う。フリッカーが有る場合はＳ２０４へ分岐し、シャッタースピードが所定より高速であるか判定する。露光時間がフリッカー一周期より長い場合フリッカーが有る場合でも安定した露光を得ることが出来る。シャッタースピードが所定より短い場合S２０５へ分岐しフリッカー対策を講じることとする。
Ｓ２０５で基準露光量を算出する。図８を用いて具体的に説明する。ＴＶ＝2.5msでt_peak=8.533msを中心とした露光を行うと、基準露光量は
1190×(8.33−7.28)＋1240×(9.78−8.33)=3047.5となる。

次にＳ２０６でフリッカーレス制御の露出補正TV値の計算を行う。例えば、＋１段の補正を行う場合、基準露光量3047.5の2倍の露光量すなわち6095が得られれば良い。フリッカーレス制御でt_peakを中心に露光量が6095になるシャッター開とシャッター閉のタイミングを求める。TV値を5.75msすなわち、シャッター開始を5.66ms、シャッター閉を11.41msにすると露光量は
835×(6.67-5.66)＋1190×（8.33-6.67）＋1240×(10.00-8.33) ＋855×(11.41-10.00）
＝6095となり、基準露光量3047.5の2倍すなわち＋1段の露出補正となる。

このような制御をすることによりフリッカーレス制御においてもシャッタースピードで露出補正をすることが出来る。

Ｓ２０７ではＳＷ２の後、フリッカーに同期したシャッター開始信号を出力する。実際のシャッターがＳ２０６で求めたタイミングに開放できる信号を出力する。

Ｓ２０８には、フリッカーがない場合、またはフリッカーが有ってもシャッタースピードが低く（露光時間が長く）フリッカーの影響を考慮する必要の無い場合に分岐してくる。

Ｓ２０８では露出補正のＴＶ値を計算する。フリッカーレス制御ではないので、例えば＋１段の補正であれば、露光時間を２倍すればよい。

次にＳ２０９へ進み、ＳＷ２に同期してシャッター開始信号を出力する。

Ｓ２１０でシャッター開始信号に同期して露光を行う。

以上説明したように、フリッカーレス制御撮影でシャッタースピードでの露出補正を可能にした撮影装置を提供することが出来る。特にAV優先モードでAEB、HDR、マルチショットNRなどの撮影を行う場合、フリッカー光源下でもTV値を変更することが出来るので露出補正が可能になる。

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。

１００ カメラ
１０１ カメラマイコン
１０３ 撮像素子
１０４ シャッター
１０５ ハーフミラー
１０７ 測距枠表示素子
１０８ 測光センサ
１１０ 焦点検出回路
１１２ 画像処理・演算用のCPU
２００ レンズ
２０１ レンズマイコン

Claims (2)

1. 撮像素子（１０３）と、
   前記撮像素子の撮影する範囲の測光値を検出する測光手段（１０８）、
   前記測光手段で検出した測光値から露光量を求める露光量計算手段（１１２）
   光源光量の時間変化、及びその周期と位相を検出するフリッカー検出手段（１１２）、
   前記露光量計算手段で算出された露光量、及び前記フリッカー検出手段から得られた光源の時間変化から前記露光量計算手段で求めた露光量を露光するのに必要なシャッタースピードを求めるシャッタースピード演算手段（１０１）
   前記、シャッタースピードに応じて前記フリッカー検出手段で検出された光源光量の周期と位相から露光開始タイミング求めること特徴とするフリッカーレス撮影装置。
2. 撮像素子（１０３）と、
   光源光量の時間変化、及びその周期と位相を検出するフリッカー検出手段（１１２）、
   前記フリッカー検出手段から得られた光源光量の周期と位相及び撮像装置のシャッタースピードを元にシャッター開始のタイミングを発生するタイミング発生手段（１０１）
   前記撮像装置のシャッタースピード、前記フリッカー検出手段で検出する光源光量の時間変化、前記タイミング発生手段で発生させたシャッター開始タイミングから撮影される画像の露光量（第1の露光量）および、第1の露光量に露出補正をかけた露光量（第2の露光量）を算出する露光量算出手段（１０１）
   上記、露光量計算手段で算出された第2の露光量及び前記フリッカー検出手段から得られた光源の時間変化から必要なシャッタースピード及び露光開始タイミング求めること特徴とするフリッカーレス撮影装置。