JP2015201776A - 撮像装置およびその制御方法 - Google Patents

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【課題】振れ補正手段の駆動で対応できない大きな振れが装置に加わったことに応じて露光を中止した場合においても、ノイズを大きくすることなく良好な明るさの撮影画像を得ることができる撮像装置を提供する。【解決手段】被写体像を撮像する撮像素子102を備える撮像装置を設ける。撮像装置が、狙いの露光量よりも大きい露光量を露光制御に用いる露光量として予め設定する。撮像装置が、光軸シフトレンズ100aを駆動して、装置の振れにより生じる被写体像のブレを補正し、光軸シフトレンズ100aが駆動可能端まで駆動したときに、露光を中止する。【選択図】図1

Description

本発明は、撮像装置およびその制御方法に関する。
カメラでの撮影方法の一つに流し撮りがある。流し撮りは、例えば水平方向に移動している主被写体の動きにカメラを追従させながら撮影する手法である。流し撮りでは、被写体の躍動感を出すためにシャッター速度を遅くするのが一般的である。
被写体の動きに上手にカメラを追従させるには、長年の経験が必要であり、初心者にとって流し撮りは難しい撮影方法である。そこで、被写体の追従時に装置に加わる振れによって生じる撮影画像のブレ(像ブレ)を補正するために、撮像装置が、シフトレンズ等の振れ補正手段を光軸と垂直な方向にシフト駆動させることが考えられる。特許文献1は、主被写体の撮像面上の移動速度を検出し、撮影者が行う流し撮り速度との差から主被写体移動速度を算出し、露光中は算出した主被写体移動速度と撮影者が行う流し撮り速度との差を補正するように振れ補正手段を偏心させる撮像装置を開示している。また、特許文献2は、露光中に振れ補正手段の補正可能ストロークが少なくなることを検出して、露光を中止して再撮影を行い、画像の位置ずれを補正して合成する撮影装置を開示している。
特開2007−139952号公報 特開2005−077886号公報
特許文献1が開示する撮像装置では、装置に加わる振れが大きく、振れ補正手段が駆動できる限界まで駆動した場合には、それ以上装置に加わる振れによる像ブレを補正することができない。したがって、振れ補正手段が駆動できる限界まで駆動した場合には露光を中止することが考えられる。しかし、特許文献2が開示する撮影装置を適用する場合、流し撮り撮影時には撮影画角が時間とともに変化するので、一旦露光を中断して再撮影した画像を合成することが困難である。さらに、露光を中断すると、露光量が不足するので、撮影画像が暗くなってしまうし、利得を上げることで明るさを補正すると、画像のノイズが大きくなる。
本発明は、振れ補正手段の駆動で対応できない大きな振れが装置に加わったことに応じて露光を中止した場合においても、ノイズを大きくすることなく良好な明るさの撮影画像を得ることができる撮像装置の提供を目的とする。
本発明の一実施形態の撮像装置は、被写体像を撮像する撮像手段と、狙いの露光量よりも大きい露光量を露光制御に用いる露光量として予め設定する設定手段と、振れ補正手段を駆動して、装置の振れにより生じる前記被写体像のブレを補正する補正駆動手段と、前記振れ補正手段が駆動可能端まで駆動したときに、露光を中止する中止手段とを備える。
本発明の撮像装置によれば、振れ補正手段の駆動で対応できない大きな振れが装置に加わったことに応じて露光を中止した場合においても、ノイズを大きくすることなく良好な明るさの撮影画像を得ることができる。
本実施形態の撮像装置の構成例を示す図である。 流し撮りモード時の撮像装置の動作を説明するフローチャートである。 露出補正量の決め方を説明する図である。 飽和画素領域の評価の手法を説明する図である。 トーンカーブ補正を説明する図である。 露光を中断したことを示す情報の表示例である。
図1は、本実施形態の撮像装置の構成例を示す図である。
図1に示す撮像装置は、デジタルカメラである。もちろん、本発明の適用範囲は、デジタルカメラに限定されない。
撮像装置は、レンズ群100乃至露光条件制御部116を備える。
CPU111は、撮像装置全体を制御する。カメラの起動時には、プログラムフラッシュメモリ113内に圧縮されたプログラムが、プログラムメモリ112に解凍/展開され、CPU111が、プログラムメモリ112内のプログラムにしたがって動作し、以後説明する各種の制御動作を行う。レンズ群100は、撮像レンズとして機能し、被写体光を撮像素子102に導く。
露光条件制御部116によって決定された露光条件によって、被写体光は、フォーカス、ズーム等を撮像制御部101に制御されたレンズ群100を通して撮像素子102に結像される。撮像素子102は、被写体光を光電変換して、画像信号を出力する。すなわち、撮像素子102は、被写体像を撮像する撮像手段として機能する。撮像素子102からの画像信号は、所定の周期で読み出され、カメラ信号処理103にて、標準的な画像信号になるように信号処理され、所定周期で標準的なデジタル画像として、画像メモリ104に一時的に蓄積される。また、デジタル画像は、ディスプレイ106へと送られて画面表示される(撮影待機状態)。この撮影待機状態で、操作スイッチ105に含まれる撮影ボタン(未表示)が押されることで撮影が開始する。
撮影ボタンが押されると、CPU111が、撮像素子102から予め設定されたシャッター時間で画像信号を読み出し、画像メモリ104に原画像として一時的に蓄積する。原画像は、画像符号化/復号化回路108にて静止画像の圧縮符号化がなされ(圧縮本画像)、メモリカード109に記録される。
露光条件制御部116は、設定される撮影モードなどの条件に基づいて、撮影時の絞り値、シャッター速度、ISO感度等の露光条件を決定する。決定された絞り値は、レンズ群100内の絞り羽根(未表示)を駆動することで設定される。決定されたシャッター速度は、レンズ群100内のシャッター(未表示)を所定の時間で開閉するように駆動することで設定される。決定されたISO感度は、撮像素子102内のアナログゲイン回路などを制御することで設定される。
撮像装置本体に取り付けられている角速度センサのジャイロセンサ114が、撮影時に手振れなどの揺れを検出すると、CPU111が、撮像制御部101を制御する。具体的には、CPU111は、振れ補正手段である光軸シフトレンズ100aを駆動して、装置に生じる振れ(手振れ)による光軸ずれを補正するように制御する。これにより、手振れにより生じる撮影画像のブレが補正される。光軸シフトレンズ100aは、レンズ群100の一部を形成する光学部材である。
ベクトル検出回路110は、所定の周期で読み出した画像から動きベクトルを検出する。撮像装置の動作モードが流し撮りモードの時には、撮像制御部101が、検出された動きベクトルに基づいて光軸シフトレンズの駆動量を演算して、光軸シフトレンズ100aを所定のタイミングで駆動する。流し撮りモードは、移動する被写体の動きにカメラを追従しながら撮影する動作モードである。
なお、図1において、メモリカード109は、光ディスクやハードディスクや光磁気ディスク等でも構わないし、FLASHメモリやSRAM/DRAM等の固体半導体メモリで構成されるランダムアクセス可能なメモリでも構わない。
図2は、流し撮りモード時の撮像装置の動作を説明するフローチャートである。
電源投入後、CPU111が、ユーザの操作にしたがって、撮像装置が流し撮りモードに設定されたかを判断する。撮像装置が流し撮りモードに設定されると、CPU111が、ジャイロセンサの出力からカメラ本体の動きを検出する(ステップS201)。CPU111は、ジャイロセンサ出力の直流成分が所定の閾値よりも大きい場合には、ユーザがパンニング等をしてカメラを動かしていると判断する。
次に、CPU111が、撮像素子102から所定の周期で読み出した撮影画像から、動く被写体を検出する(ステップS202)。具体的には、CPU111は、ベクトル検出回路110を用いて動きベクトルを検出し、撮影画像の領域のうち、周囲よりも動きベクトルが小さい領域を、動く被写体として検出する。
次に、CPU111が、撮影する露光量を決定(自動露出設定)する(ステップS203)。具体的には、CPU111は、撮像面を複数のブロック領域に分割し、各ブロック領域の信号値に基づいて、撮像面の中央や被写体領域に大きい重み付けをした重み平均などによって露光量を決定する。この露光量を、狙いの露光量(A)とする。狙いの露光量(A)は、撮影時に実際に得られる露光量に関する目標量である。さらに、CPU111は、設定した露光量(A)に基づいて、既知のプログラム線図に従って、シャッター秒時、絞り値、ISO感度値を決定する。
次に、CPU111が、シャッターボタンが押されたかを判断する(ステップS204)。シャッターボタンが押されていない場合は、処理がステップS201に戻る。シャッターボタンが押された場合は、処理がステップS205に進む。
次に、CPU111が、上記ステップS203で決定した露光量(A)に対して露出補正を行う(ステップS205)。CPU111は、撮影条件に応じて、予め露光量が狙いの露光量(A)よりも大きくなるようにプラスの方向に露出補正を行う。具体的には、CPU111は、プラスの露光補正量を決定し、露光補正量を露光量(A)に加えることで、露光量を設定する。これは、撮影時に装置の振れが大きく、露光を途中で中断した際に、露光量不足となるのを防ぐためである。露光量不足となった場合には、上記ステップS203で決定した露光量と同等の明るさにするためには画像をデジタルゲインで明るく補正する必要があり、ノイズが大きくなってしまう。
図3は、露出補正量の決定処理を説明する図である。
CPU111は、図2のステップS203で決定したISO感度値に対する評価係数、撮影シーンにおける飽和画素領域の割合に対する評価係数、撮影時の振れ評価値に対する評価係数に基づいて、露出補正量を決定する。以下に、それぞれの評価指標について詳しく説明する。
図3(A)は、撮影時のISO感度値に対する評価係数Aを示すグラフである。CPU111は、図3(A)のグラフに示される対応情報に基づいて、ISO感度値に対する評価係数Aを算出する。露出補正量を決定する際にISO感度値を指標とする理由は、ISO値が大きいほどノイズ量が多いため、さらにデジタルゲインによってノイズが大きくなると好ましくない画像になりやすいためである。撮像素子の特性や、ノイズ除去アルゴリズムの特性によって、ISO感度に対するノイズ量は異なるので、図3(A)中の閾値Tha1、Tha2は、各カメラのノイズ耐性に応じて決定することが望ましい。
図3(B)は、撮影シーンの飽和画素領域の割合に対する評価係数Bを示すグラフである。CPU111は、図3(B)のグラフに示される対応情報に基づいて、撮影シーンの飽和画素領域の割合に対する評価係数Bを算出する。
閾値Thb1、Thb2は、例えば、画像全体に対して10%、30%としておく。撮影シーンの飽和画素領域の割合を指標とする理由は、画素値が飽和している領域が多いシーンでは、露出を大きくするとさらに飽和する画素値が多くなり、これは後でデジタルゲインで暗く補正しても階調が出ないためである。すなわち、このようなシーンでは、プラスの露出補正をあまりしない方が好ましい画像になりやすいので、対応する評価係数Bが小さくなるようにする。
図4は、飽和画素領域の評価の手法を説明する図である。
CPU111は、例えば、図4に示すような撮影画像のBV値のヒストグラムを取得し、適レベルに対して+3段以上の領域の全体に対する割合を、飽和画素領域の割合として算出する。CPU111は、高速化およびノイズ除去のため、撮像素子を複数の領域に分割し、各領域で一つのBV値を算出して、上記のヒストグラムを作成するようにしてもよい。
図3(C)は、撮影時の振れ評価値に対する評価係数Cを示すグラフである。CPU111は、図3(C)のグラフに示される対応情報に基づいて、振れ評価値に対する評価係数Cを算出する。
撮影時の振れ評価値を指標とする理由は、装置の振れ量が大きいほど、振れ量を補正するためのレンズ駆動量が大きくなり、補正限界に早く達しやすいためである。後述するように、本実施形態の撮像装置は、補正限界まで光学シフトレンズが駆動すると露光を終了するので、図2のステップS203で決定した露光量に対して露光量不足になりやすい。したがって、CPU111は、振れ量が大きい場合には、予め露光量をプラスに補正しておくことで、露光量不足を未然に防いでおく。
CPU111は、振れ量の評価値を、例えば、式(1)に示すように、被写体角速度とパンニング角速度の差分に、撮影秒時を積算することで算出する。
振れ評価値=|(被写体角速度)−(パンニング角速度)|×(撮影秒時)・・・式(1)
本実施形態では、図3(C)中に示す閾値Thc1を振れ補正の最大量、閾値Thc2を振れ補正の最大量の8割にすることで、図3(C)のグラフを折れ線のグラフとしている。これは、被写体角速度およびパンニング角速度が撮影前と撮影中で変わらなければ、式(1)を用いて算出した振れ評価値が振れ補正の最大量となるまでは途中で露光終了することなく撮影可能であるので、予め露出補正をしておく必要性が少ないからである。
CPU111は、評価係数A、評価係数B、評価係数Cを積算して露出補正評価値を算出する。そして、図3(D)のグラフに示される対応情報に基づいて、露出補正評価値に対する露出補正量を算出する。図3(A)乃至(D)のグラフに示される対応情報は、あらかじめプログラムフラッシュメモリ113に記憶される。なお、CPU111は、評価係数A、評価係数B、評価係数Cのうちのいずれかに基づいて算出される露出補正評価値に応じた露出補正量を決定してもよい。
図2に戻って、ステップS206において、CPU111が、ステップS205による露光補正後の露光量に従って、シャッター走行を開始する(露光制御を実行する)。続いて、CPU111が、露光中に撮影画像がブレないように光軸シフトレンズ100aを駆動して、振れ補正を実行する(ステップS207)。すなわち、CPU111が、装置の振れにより生じる被写体像のブレを補正する補正駆動手段として機能する。
次に、CPU111が、光軸シフトレンズ100aが駆動可能端に達したか、つまり振れ補正の限界に達したかを判断する(ステップS208)。光軸シフトレンズ100aが駆動可能端に達した場合は、処理がステップS210に進む。そして、CPU111が、露光を終了(中止)する(ステップS210)。光軸シフトレンズ100aが駆動可能端に達していない場合は、処理がステップS209に進む。
ここで、光軸シフトレンズ100aが駆動可能端に達したことによって露光が中断された場合は、CPU111は、露光を中断したことを通知する。この例では、CPU111は、ディスプレイ106に露光を中断したことを表示する。この際に、CPU111は、被写体に対してユーザによるパンニングが速すぎるか遅すぎるかを示す情報も表示する。これにより、ユーザは、次回の流し撮りを行う際の参考とすることができる。
CPU111は、パンニングが速すぎるか遅すぎるかを、光軸シフトレンズ100aの駆動した方向と、パンニング方向との関係によって判断する。露光を中断することで、ブレのない流し撮り画像が得られるものの、パンニングが速すぎるか遅すぎる場合には、本来の撮影秒時で撮影した画像に比べて、流し撮りの効果が少なくなるので、ユーザに対してその旨の警告を行うことが望ましい。
図2に戻り、ステップS209において、CPU111が、上記ステップS203で決定した露光時間が経過したかを判断する。露光時間が経過していない場合は、処理がステップS207に戻り、CPU111が、光軸シフトレンズ100aを駆動しながら露光を継続する。露光時間が経過した場合は、処理がステップS210に進む。
ステップS210で露光が終了した後、CPU111が、実際に撮影された画像の露光量(B)が、上記ステップS203で設定した狙いの露光量(A)と同じであるかを判断する(ステップS)。これは、狙いの露光量分が過不足なく撮像された場合には、ステップS212の明るさ補正を行う必要がないので、明るさ補正の処理をスキップすることができるためである。したがって、露光量(B)と露光量(A)とが同じである場合は、ステップS212をスキップして、処理がステップS213に進む。露光量(B)と露光量(A)とが異なる場合は、処理がステップS212に進む。
次に、CPU111が、撮影画像に対して明るさ補正を行う(ステップS212)。具体的には、CPU111は、ステップS203で算出した狙いの露光量(A)に対する、実際に撮影された被写体像の露光量(B)の比率に基づき、露光量(B)が狙いの露光量(A)に過不足した分(差分)に応じた画像補正処理を実行する。この例では、CPU111は、全輝度に対して一律の露光量(B)/露光量(A)倍のデジタルゲインを、被写体像に係る各画素信号に対して積算することで、明るさ補正を行う。以下では、露光量(B)/露光量(A)を単にB/Aと記述する。飽和している画素信号をゲインダウンすると、階調が失われているために、飽和部がグレーになるなど、不自然な画像になってしまう場合がある。したがって、CPU111は、画素信号をゲインダウンする場合には、画像の輝度によって異なる利得となるトーンカーブ補正を行う。これにより、ゲインダウンによる画像の不自然さを軽減することができる。
図5は、トーンカーブ補正を説明する図である。
図5には、1倍〜0.5倍の補正を行うトーンカーブの例を示す。CPU111は、例えば、画像の中間輝度については、補正倍率(B/A)倍、画像のダークレベルと飽和レベルについては、補正倍率1倍とし、その中間は階調が滑らかにつながるように、徐々に画素信号をゲインダウンする際の補正倍率を変える。これにより、CPU111は、画像の主要部分については、図2のステップS203で決定した狙いの露光量(A)になるように明るさ補正を行いながら、全体としての階調も自然に補正することができる。
ゲインダウン(B/A<1)の場合には、上記のようにトーンカーブ補正を行うことが望ましいが、ゲインアップ(B/A>1)の場合には、輝度によって一律のデジタルゲインによって明るさ補正を行っても、不自然な画像にはなりにくい。したがって、CPU111は、ゲインダウンかゲインアップかで、トーンカーブ補正を行うか、一律のデジタルゲインを行うかを切り替えてもよい。
図2の説明に戻る。ステップS213において、CPU111は、画像処理回路107および画像符号化/復号化回路108を制御して、撮影された画像に対してガンマ補正や圧縮処理などの所定の画像処理を行う。そして、CPUは、画像処理後の画像をディスプレイ106に表示するとともに、メモリカード109に記録する(ステップS213)。
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。
(その他の実施例)
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。上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア(コンピュータプログラム)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、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。この場合、そのプログラム、及び該プログラムを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。
100 レンズ群
110 ベクトル検出回路
111 CPU

Claims (11)

  1. 被写体像を撮像する撮像手段と、
    狙いの露光量よりも大きい露光量を露光制御に用いる露光量として予め設定する設定手段と、
    振れ補正手段を駆動して、装置の振れにより生じる前記被写体像のブレを補正する補正駆動手段と、
    前記振れ補正手段が駆動可能端まで駆動したときに、露光を中止する中止手段とを備える
    ことを特徴とする撮像装置。
  2. 前記露光を中止したときの露光量が前記狙いの露光量と異なる場合に、前記露光を中止したときの露光量と前記狙いの露光量との差分に応じて、前記被写体像の明るさを補正する明るさ補正手段を備える
    ことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
  3. 前記明るさ補正手段は、前記露光を中止したときの露光量が前記狙いの露光量と同じである場合には、前記被写体像の明るさを補正しない
    ことを特徴とする請求項2に記載の撮像装置。
  4. 前記明るさ補正手段は、全輝度に対して一律のデジタルゲインを前記被写体像に係る画素信号に積算するか、または前記画素信号に対して、輝度によって異なる利得となるトーンカーブ補正を行うことによって、前記被写体像の明るさを補正する
    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. 前記明るさ補正手段は、
    前記被写体像に係る画素信号をゲインアップする場合は、全輝度に対して一律のデジタルゲインを当該画素信号に積算し、
    前記被写体像に係る画素信号をゲインダウンする場合は、前記画素信号に対して前記トーンカーブ補正を行う
    ことを特徴する請求項4に記載の撮像装置。
  6. 前記設定手段は、ISO感度値、撮影シーンにおける飽和画素領域の割合、または、撮影時の振れ評価値に基づいて、前記狙いの露光量よりも大きい露光量を予め設定する
    ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の撮像装置。
  7. 前記撮影時の振れ評価値は、被写体角速度とパンニング角速度と撮影秒時とによって算出される
    ことを特徴とする請求項6に記載の撮像装置。
  8. 前記振れ補正手段は、撮像レンズの一部を形成する光学部材である
    ことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の撮像装置。
  9. 前記振れ補正手段が駆動可能端まで駆動したことによって前記露光が中止された場合に、当該露光が中止されたことを通知する通知手段を備える
    ことを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の撮像装置。
  10. 前記撮像装置の動作モードが、移動する被写体の動きに追従しながら撮影する流し撮りモードであるかを判断する判断手段を備え、
    前記撮像装置の動作モードが前記流し撮りモードであると判断された場合に、前記設定手段が前記露光制御に用いる露光量を予め設定し、前記補正駆動手段が前記振れ補正手段を駆動する
    ことを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の撮像装置。
  11. 被写体像を撮像する撮像手段を備える撮像装置の制御方法であって、
    狙いの露光量よりも大きい露光量を露光制御に用いる露光量として予め設定する工程と、
    振れ補正手段を駆動して、装置の振れにより生じる前記被写体像のブレを補正する工程と、
    前記振れ補正手段が駆動可能端まで駆動したときに、露光を中止する工程とを有する
    ことを特徴とする制御方法。
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