JP2016005110A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来技術では、被写体上の横切り等の突発的な被写体環境変化が発生するシーンや、短い周期で明るさ等の条件が変化する被写体を撮影した場合は精度の良いフリッカー周波数検出を行うことが出来ないという課題があった。【解決手段】第一の測光手段と、第二の測光手段を有しその出力を処理する処理回路とを有し、第一の測光手段は、フレームレートを光源のフリッカー周波数として予め予測される複数の周波数の公倍数として連続して複数回の測光を行い、前記第二の測光手段は、前記第一の測光手段とは異なる位置に取り付けられ、連続して複数回の測光を行い、それぞれのフレームから得られた測光結果から、光源のフリッカー周波数と位相とを検出し、第一の測光手段と第二の測光手段のうち商用電源周波数に近い検出結果を光源のフリッカー周波数とすることを特徴とする構成とした。【選択図】図３Ａ

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、特に蛍光灯などの人工光源下での撮影時に発生するフリッカーを検出するものに関する。

近年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、１コマ撮影毎に画像の露出や色温度のバラツキが発生したり、１コマ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、特許文献１では、撮像素子の測光によるフリッカー検出前にエリアセンサで最大輝度部分が飽和しない露出制御を行うことで光源が白飛びしない条件で光源のフリッカーを検出する方法が開示されている。また、フリッカー周波数検出用の蓄積を高速フレームレートで行うことによりフリッカー周波数を検知し、露出制御プログラム線図をライブビュー時と撮影時と別に設けることでフリッカー周波数検出に特化したシャッター速度で撮像を行うことで精度のよいフリッカー周波数検出を行っている。

また、特許文献２では高速連写時の１コマ毎のシャッタータイミングにおけるフリッカーの影響により得られる画像の明るさが異なるという課題に対し、シャッター速度に基づいて、スリット露光するか否かを判定し、スリット露光すると判定した場合には測光輝度に基づいて光源のフリッカー周波数と位相を算出する方法が開示されている。

特開２０１３−４２２９７号公報 特開２０１０−７４４８４号公報

しかしながら、上述の特許文献に開示された従来技術では、被写体方向の測光によるフリッカー検出を行う構成のため、被写体上の横切り等の突発的な被写体環境変化が発生するシーンや、短い周期で明るさ等の条件が変化する被写体を撮影した場合は精度の良いフリッカー周波数検出を行うことが出来ないという課題があった。

本発明の目的は、被写体の環境変化によらずフリッカーの周波数と位相を検出できる撮像装置を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明に係る撮像装置は、第一の測光手段と、第二の測光手段を有しその出力を処理する処理回路とを有し、第一の測光手段は、フレームレートを光源のフリッカー周波数として予め予測される複数の周波数の公倍数として連続して複数回の測光を行い、前記第二の測光手段は、前記第一の測光手段とは異なる位置に取り付けられ、連続して複数回の測光を行い、それぞれのフレームから得られた測光結果から、光源のフリッカー周波数と位相とを検出し、第一の測光手段と第二の測光手段のうち商用電源周波数に近い検出結果を光源のフリッカー周波数とすることを特徴とする。

本発明によれば、被写体の環境変化によらずフリッカー周波数と位相を検出できる。

本発明のカメラシステム構成図 実施形態のデジタルカメラの外観図 本発明のフリッカー検出のための蓄積、読み出し、測光波形を説明する図 本発明のフリッカー検出のための蓄積、読み出し、測光波形を説明する図 フリッカー検出処理のフローチャートの一例を示す図

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。

以下、本発明の実施例について説明する。図１に本発明を適用できるデジタルカメラのシステム構成図を示す。被写体像は光学レンズ（１０）を通過した後、イメージセンサ（１１）に結像される。撮像制御回路（１２）はイメージセンサ（１１）の駆動制御を行うとともに、イメージセンサ（１１）からの画像信号をアナログ／デジタル変換してシステム制御回路（２２）に送る。イメージセンサ（１１）はＣＣＤやＣＭＯＳで構成され、被写体像を画像信号に変換して出力する。

測光センサ（１３）はＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の撮像素子を使用し測光や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、撮影用のイメージセンサをフリッカー検出手段としても良い。照度センサ（１４）は周辺照度に応じて出力電流が変化するアナログ出力、または、照度に応じた値をデジタル出力するセンサＩＣであり、デジタルカメラ背面の表示部近辺に配置される。

システム制御回路（２２）はデジタルカメラ全体を制御する回路であり、かつ、諸所の演算を行う演算回路もかねており測光センサ（１３）の駆動制御や画像処理、測光演算、測光センサの出力を用いたフリッカー検出演算などを行う。また、照度センサ（１４）の駆動制御や、照度センサ（１４）の出力を用いたフリッカー検出演算などを行う。

接眼検知センサ（１５）は赤外線センサＩＣなどで構成され、デジタルカメラのファインダー近傍に配置され、ユーザーがファインダ近辺へ接眼状態であるか否かを検知しシステム制御回路（２２）へ通知する。レリーズ操作ボタン（１６）はＳＷ１操作により測光、フリッカー検出を行い、ＳＷ２操作により撮影開始操作を行うことができる操作ボタンである。

メモリ制御回路（１７）は、システム制御回路（２２）の制御のもと、揮発性メモリ（２０）、イメージセンサ（１１）、画像処理回路（１８）、記録用メモリ（１９）におけるデータ送受の制御を行う。揮発性メモリ（２０）はＳＤＲＡＭなどの高速アクセス可能なメモリである。不揮発性メモリ（２１）はシステム制御回路（２２）の動作用の定数、変数、プログラムを記録するメモリである。

記録用メモリ（１９）はデジタルカメラから着脱可能なメモリである。メモリの空き容量が不足した場合は交換が可能な仕組みとなっている。

図２に、デジタルカメラの外観図を示す。デジタルカメラ本体（２０１）のファインダ内部（２０２）のペンタプリズム部には図１における測光センサ（１３）、ファインダ近傍（２０３）には図１における接眼検知センサ（１５）が設けられている。背面の表示部近傍の（２０５）には図１における照度センサ（１４）が設けられている。また、デジタルカメラ本体（２０１）の上部（２０４）には図１におけるレリーズ操作ボタン（１６）が設けられている。

図４に、本実施形態の撮影及び測光演算、フリッカー検出演算のシーケンスについてフローチャートを用いて説明する。まず、カメラの電源が投入され（Ｓ１０１）、次に（Ｓ１０２）にてレリーズ操作ボタン（１６）のＳＷ１の操作がされた場合（Ｓ１０３）へ進み、測光センサ（１３）により通常の測光動作を行う。この測光動作は、フリッカー光源下の明暗の変化に対して測光センサ（１３）による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と良い。

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５０Ｈｚ、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。

次に（Ｓ１０４）へ進み、測光センサ（１３）によりフリッカー検出用の蓄積と読み出し動作を行う。図３Ａ、図３Ｂを用いてフリッカー検出動作について説明する。横軸は時間を、縦軸は光源の明るさを示す。図３Ａで（ａ）は５０Ｈｚ、図３Ｂで（ｄ）は６０Ｈｚの光源そのものの明るさの変化を示し、２周期分の波形である。図３Ａ、図３Ｂの（ｂ）、（ｅ）は測光センサ（１３）にて図３Ａ、図３Ｂの（ａ）、（ｄ）の光源を測光した結果の測光値である。図３Ａ、図３Ｂの（ｃ）、（ｆ）は照度センサ（１４）にて図３Ａ、図３Ｂの（ａ）、（ｄ）の光源を測光した結果の測光値を表す波形である。

フリッカーを検出するために測光センサ（１３）は図３Ａ、図３Ｂの（ｂ）、（ｅ）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回行うフリッカー演算（Ｓ１０５）を行う。具体的には、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）の公倍数となっている。次に６００ｆｐｓのフレームレートでサンプリングを行い、得られた発光周期２周期分の測光値の差分からフリッカー周波数を検出する方法を用いた場合について説明する。

図３Ａ、図３Ｂの（ｂ）と（ｅ）にはｎ回目の蓄積を「蓄積ｎ」、蓄積ｎの読み出しを「読み出しｎ」、読み出しｎの結果から得られる測光値を「ＡＥ（ｎ）」と記述する。

商用電源５０Ｈｚ時のフリッカー発光周波数は約１０ｍｓであり、１０÷１．６６７≒６であるため、１回目の測光値と２回目の測光値が同じであれば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、１回目の測光値と２回目の測光波形が同じであれば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。一方で、フリッカーがない環境下では、ｎによらずＡＥ（ｎ）は一定である。以上より

として測光センサ（１３）による評価値Ｆ５０、Ｆ６０をそれぞれ定義し、所定の閾値Ｆ＿ｔｈを用いると、
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
と判定することができる。

また、パンニングや被写体が動いてしまったことによって、Ｆ５０とＦ６０の両方がＦ＿ｔｈを超えてしまう場合も考えられる。

すなわち、
４．Ｆ５０≧Ｆ＿ｔｈかつＦ６０≧Ｆ＿ｔｈが成り立つ場合
⇒光源の周波数を正確に判定できない。

前述の４．が発生する例としては、図３（ａ）と３（ｄ）のように光源の元の波形は２周期分同じ明るさの波形であるが、図３（ｂ）と３（ｅ）に示すように測光センサで光源をサンプリングした際に、被写体上の横切り等の突発的な被写体環境変化が発生し、１回目の測光値が２回目に比べ低い測光値の結果が得られた場合が考えらえる。

このような場合、被写体方向の照度を測定する測光センサ（１３）とは異なる位置に取り付けられ、周辺照度を測定可能な照度センサ（１４）の検出結果を用いる。
具体的には、（Ｓ１０４）と（Ｓ１０５）のフリッカー測光、フリッカー検出演算動作と平行して、照度センサ（１４）を駆動させ、照度センサ（１４）からの出力値をシステム制御回路（２２）で検出し、周辺照度からフリッカー測光を行う（Ｓ１０６）。続けて測光センサ（１３）と同様な方法で照度センサ（１４）からの出力値を用いてフリッカー検出演算を行う（Ｓ１０７）。

測光センサ（１３）がＣＣＤやＣＭＯＳセンサで構成される場合、画素数が多く蓄積、読み出しによる測光動作には時間がかかる。本実施例では画素加算読み出しや間引き読み出しを行うことによりサンプリングのフレームレートは早くても約６００ｆｐｓ（約１．６６７ｍｓ周期）程度の速度までとなる。

しかし、照度センサ（１４）を用いた場合は照度センサ（１４）からの出力値をシステム制御回路（２２）の処理能力で制御するため、測光センサ（１３）よりも更に早いフレームレートで光源の変化をサンプリング可能である。本発明では、照度センサ（１４）でフリッカーを検出するため図３の（ｃ）と（ｆ）で示すように１８００ｆｐｓ、約０．５５５ｍｓ周期で連続して測光を行う。この１８００ｆｐｓは予想されるフリッカー光源の周波数（１００Ｈｚと１２０Ｈｚ）の公倍数となっている。

照度センサ（１４）を用いたフリッカー検出演算（Ｓ１０７）の具体的な方法について説明する。図３の（ｃ）、（ｆ）に示すようにｎ回目の光源のサンプリング検出結果から得られる測光値を「Ｌ（ｎ）」と記述する。商用電源５０Ｈｚ時のフリッカー発光周期は約１０ｍｓであり、１０÷０．５５５≒１８であるから、図３（ｃ）に示すように、測光のタイミングによらず、１８回周期で同じ測光値が得られる。すなわち、Ｌ（ｎ）＝Ｌ（ｎ＋１８）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÷０．５５５≒１５であるため、図３（ｆ）に示すように、１５回周期で同じ測光値が得られ、Ｌ（ｎ）＝Ｌ（ｎ＋１５）の関係となる。一方で、フリッカーがない環境下では、ｎによらずＬ（ｎ）は一定である。以上より

として照度センサによる評価値ＦＬ５０、ＦＬ６０をそれぞれ定義し、所定の閾値ＦＬ＿ｔｈを用いると、
１．ＦＬ５０＜ＦＬ＿ｔｈかつＦＬ６０＜ＦＬ＿ｔｈが成り立つ場合
⇒フリッカーなし
２．ＦＬ５０＜ＦＬ＿ｔｈかつＦＬ６０≧ＦＬ＿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．ＦＬ５０≧ＦＬ＿ｔｈかつＦＬ６０＜ＦＬ＿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
と判定することができる。
４．ＦＬ５０≧ＦＬ＿ｔｈかつＦＬ６０≧ＦＬ＿ｔｈが成り立つ場合
⇒フリッカー周波数判定不可として判断する。

本実施例では、フリッカー光源周波数の公倍数のフレームレートでサンプリングを行い、得られた発光周期２周期分の測光値ＡＥ（ｎ）の差分及び、測光値Ｌ（ｎ）の差分からフリッカー周波数を検出した。しかし、その他の公知である発光周期のピークを検出しフリッカー光源周期を判定する方法を用いてもよい。

次に（Ｓ１０８）へ進み、測光センサ（１３）により（Ｓ１０５）で求めたフリッカー測光演算結果が商用電源周波数以外の演算結果となった場合、次の（Ｓ１０９）へ進み、照度センサ（１４）により（Ｓ１０７）で求めたフリッカー演算結果を判定する。ここで商用電源周波数５０Ｈｚもしくは６０Ｈｚであると判定された場合、次の（Ｓ１１０）へ進み、（Ｓ１０４）、（Ｓ１０５）もしくは（Ｓ１０６）、（Ｓ１０７）で求めたフリッカーの周波数と位相から、公知の方法である撮影タイミングをフリッカー光源の所定の位相となるように制御することで安定した露出が得られるようにシャッター開始許可の同期信号を生成し、同期信号に基づいて撮影を行う。

次に、（Ｓ１１１）でユーザーからのシャッター開始信号であるＳＷ２の操作を待ち、ＳＷ２がＯＮされたら（Ｓ１１２）に進み、次のシャッター開始許可信号によりシャッターや撮像素子等を駆動し、露光を開始する。

一方、（Ｓ１０８）の測光センサ（１３）によるフリッカー演算結果の判定においてフリッカーなしと判定された場合、（Ｓ１１３）でユーザーからのシャッター開始信号であるＳＷ操作を待ち、ＳＷ２が操作されたら（Ｓ１１４）に進み、通常のシーケンスでシャッターや撮像素子等を駆動し、露光を開始する。

一方、（Ｓ１０８）の測光センサ（１３）によるフリッカー演算結果の判定において５０Ｈｚや６０Ｈｚの商用電源周波数と判定できた場合、次の（Ｓ１１０）へ進む。

一方、（Ｓ１０９）の照度センサ（１４）によるフリッカー演算結果を判定においてフリッカー判定不可と判定された場合、次の（Ｓ１１３）へ進む。

以上のように、測光及びフリッカー検出の基本的な考えとしては、撮影する被写体方向の光源を測光センサ（１３）で観測することが精度のよい光源検知方法であるが、測光中にパンニングや被写体が動いてしまった場合等、光源が変化し正しく観測できない場合がある。そのような場合に測光センサ（１３）とは異なる方向の周辺の光源照度を測定可能な照度センサ（１４）によるフリッカー検出結果を使用することで光源のフリッカー周期と位相の検出精度を上げる撮像装置を提供することができる。

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。例えば、実施例１では測光センサ（１３）と照度センサ（１４）の演算結果を用いてフリッカー周波数を特定する方法を示したが、照度センサ（１４）の情報の信頼性が低いと判定されるような条件の場合は、照度センサ（１４）の演算結果は用いないフローとしてもよい。例えば、照度センサ用の窓の配置がユーザーが撮影装置に接眼状態の場合に十分に遮光状態になるようなメカ構成の場合などは、照度センサ（１４）で正確に受光できない場合がある。

このように、照度センサ（１４）が所定の照度以下の演算結果の場合、もしくは接眼検知センサ（１５）が接眼状態である場合は照度センサ（１４）の演算結果は用いず、測光センサ（１３）のみの演算結果からフリッカー周波数を検出する構成としてもよい。

また、実施例１では照度センサ（１４）の位置は撮像装置の背面とした場合の方法を示したが、デジタルカメラ本体の上面などファインダに接眼状態の撮影時に照度センサ（１４）がユーザーの影にならないような場所に配置する構成としてもよい。

また、実施例１では照度センサ（１４）は１つの場合の構成の方法を示したが、デジタルカメラはあらゆる姿勢で撮影される可能性があるため、複数の照度センサ（１４）を異なる位置に配置した構成としてもよい。

１０ 光学レンズ、１１ イメージセンサ、１２ 撮像制御回路、１３ 測光センサ、
１４ 照度センサ、１５ 接眼検知センサ、１６ レリーズ操作ボタン、
１７ メモリ制御回路、１８ 画像処理回路、１９ 記録用メモリ、
２０ 揮発性メモリ、２１ 不揮発性メモリ、２２ システム制御回路

Claims (6)

1. 第一の測光手段と、第二の測光手段と、その出力を処理する処理回路とを有し、
   第一の測光手段は、フレームレートを光源のフリッカー周波数として予め予測される複数の周波数の公倍数として連続して複数回の測光を行い、
   前記第二の測光手段は、前記第一の測光手段とは異なる位置に取り付けられ、連続して複数回の測光を行い、それぞれのフレームから得られた測光結果から、光源のフリッカー周波数と位相とを検出し、
   第一の測光手段と第二の測光手段のうち商用電源周波数に近い検出結果を光源のフリッカー周波数とすることを特徴とする撮像装置。
2. 第一の測光手段は被写体方向を測光する位置に取り付けられ、第二の測光手段は周辺照度を測光可能な位置に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 第二の測光手段のフレームレートは第一の測光手段のフレームレートよりも早い周期のフレームレートとすることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
4. 前記第二の測光手段の測光結果が所定以下の明るさの場合、第二の測光手段の測光結果を光源のフリッカー周波数検知に用いないことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
5. 接眼検知手段を有し、接眼検知手段で接眼を検知した場合には前記第二の測光手段の測光結果は光源のフリッカー周波数検知に用いないことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
6. 前記第二の測光手段を複数個有し、それぞれの測光手段は撮像装置の異なる位置に取り付けられ、連続して複数回の測光を行い、それぞれのフレームから得られた測光結果から、光源のフリッカー周波数と位相とを検出し、商用電源周波数に最も近い検出結果を第二の測光手段の光源のフリッカー周波数として判定し、第一の測光手段の検出結果と比較することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。