JP2016029777A - 撮像装置及びその制御方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】フリッカ光源下でのトリミングズーム中の撮影において、全画面露光時よりもレリーズタイムラグを減らして、シャッタチャンスを拡大する仕組みを提供する。
【解決手段】撮像装置は、撮像素子103と、撮影指示に応じてシャッタ104を駆動して撮像素子103の露光を行うシャッタ制御手段と、ユーザ操作によりズーム倍率を設定する設定手段115と、光源の光量と周期からフリッカを検出するフリッカ検出手段108と、前記設定されたズーム倍率に応じて撮像素子103の一部の領域を切り出す切り出し手段と、を備える。シャッタ制御手段は、設定手段115によりズーム倍率が設定され、かつフリッカ検出手段108によりフリッカが検出されている場合、撮像素子103の全画面露光期間内に前記ズーム倍率に応じて切り出された撮像素子103の一部の領域の露光を開始し、終了するようにシャッタ104の駆動タイミングを制御する。
【選択図】図4

Description

本発明は、例えばデジタルカメラ等の撮像装置に関し、特に蛍光灯下等の人工光源下で発生するフリッカを検出し、フリッカによる明暗の変化が少ない光量で露光をする技術に関する。
デジタルカメラ等の撮像装置では、近年の撮像素子の高感度化に伴い、室内等の比較的暗い環境下においても高速シャッタでブレのない写真を撮影できるようになっている。ところで、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現象が起きる。このようなフリッカ光源下での高速シャッタ撮影では、フリッカの影響により、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、フリッカの周期と位相を検出して、明暗の変化が少ないフリッカ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開始同期信号を生成し、露光を行うフリッカ除去システムが提案されている(特許文献1)。
一方、カメラの小型化を目的として、望遠側のズームは、撮像素子の一部を切り出すことで実現する、トリミングズーム機能が一般的に知られている。トリミングズームは、撮像素子の一部しか読み出さないため、高速読み出しが可能であり、連写性能を向上することができる。
特開2004−193922号公報
上記特許文献1では、フリッカの周期に合わせてレリーズ許可を行うため、レリーズタイムラグの最大値は、検出フリッカの周期である10ms程度になる。一方、トリミングズームにおいては、高速読み出しが可能であるため、フリッカの影響による同一画像内の明暗差が全画面露光時よりも少なくて済む。しかし、上記特許文献1では、高速読み出しが可能なモードでも、レリーズタイムラグに対する改善策は考慮されていない。
そこで、本発明は、フリッカ光源下でのトリミングズーム中の撮影において、全画面露光時よりもレリーズタイムラグを減らして、シャッタチャンスを拡大する仕組みを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の撮像装置は、撮像素子と、撮影指示に応じてシャッタを駆動して前記撮像素子の露光を行うシャッタ制御手段と、ズーム倍率を設定する設定手段と、光源の光量と周期からフリッカを検出するフリッカ検出手段と、前記設定手段により設定されたズーム倍率に応じて前記撮像素子の一部の領域を切り出す切り出し手段と、を備え、前記シャッタ制御手段は、前記設定手段によりズーム倍率が設定され、かつ前記フリッカ検出手段によりフリッカが検出されている場合、前記撮像素子の全画面露光期間内に前記ズーム倍率に応じて切り出された前記撮像素子の一部の領域の露光を開始し、終了するように前記シャッタの駆動タイミングを制御することを特徴とする。
本発明によれば、フリッカ光源下でのトリミングズーム中の撮影において、全画面露光時よりレリーズタイムラグを減らして、シャッタチャンスを拡大することができる。
本発明の撮像装置の第1の実施形態であるデジタル一眼レフカメラのシステム構成例を示す概略図である。 (a)はカメラ本体を背面側から見た斜視図、(b)はカメラ本体を正面側から見た斜視図である。 フリッカの周波数及び位相を検出しつつ、撮影を行う場合のカメラ動作について説明するフローチャート図である。 全画面露光時のシャッタ制御とトリミングズーム撮影時のシャッタ制御を示す図である。 撮像素子における実際の全画面露光で画像として使用する領域とトリミングズームで使用する領域との関係を示す図である。 本発明の撮像装置の第2の実施形態であるデジタル一眼レフカメラにおいて、全画面露光時のシャッタ制御とトリミングズーム撮影時のシャッタ制御とを示す図である。 本発明の撮像装置の第3の実施形態であるデジタル一眼レフカメラにおいて、カメラ本体の表示装置に表示されるシャッタ制御の選択画面例を示す図である。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の撮像装置の第1の実施形態であるデジタル一眼レフカメラのシステム構成例を示す概略図である。
本実施形態のデジタル一眼レフカメラは、図1に示すように、カメラ本体100に対して交換用のレンズ鏡筒200が着脱可能に装着されている。
カメラ本体100は、カメラ全体の制御を司るカメラCPU101を有し、カメラCPU101には、RAMやROM等のメモリ102が接続されている。メインミラー105及びサブミラー111は、ファインダ観察時に、撮影光路に進入してレンズ鏡筒200を通過した被写体光束をピント板106に導き、撮影時に、撮影光路から退避して被写体光束を撮像素子103に導く。メインミラー105は、ハーフミラーで構成され、サブミラー111は、メインミラー105を透過した被写体光束の一部を反射してAFユニット110へ導く。
ペンタダハプリズム109は、ピント板106に結像した被写体光束を正立正像の被写体像に変換し、変換された被写体像は、AEセンサ108に導かれるとともに、光学ファインダを通して観察される。表示素子107は、PN液晶等のAF測距枠を表示し、ユーザが光学ファインダを覗いたときにどの位置で合焦しているか等を示す。
撮像素子103は、CCDセンサやCMOSセンサ等で構成され、赤外カットフィルタやローパスフィルタ等を含む。撮像素子103は、撮影時にレンズ鏡筒200を通過して結像した被写体像を光電変換して画像信号を出力する。シャッタ104は、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へ被写体光を導く。
AEセンサ108は、CCDセンサやCOMSセンサ等の撮像素子を用いることで、測光だけでなく、顔検出などのシーン認識やフリッカ検出を行う。なお、本実施形態では、フリッカを検出する手段として、AEセンサ108を例示するが、撮像素子103をフリッカ検出手段として用いてもよい。
ICPU112は、AEセンサ108の駆動制御や画像処理・演算用のCPUである。ICPU112は、顔検出の演算や追尾の演算、測光演算等の他に、後述するフリッカの周波数やフリッカのピークタイミングの検出も行う。ICPU112には、RAMやROM等のメモリ113が接続されている。なお、本実施形態では、AEセンサ108の専用のICPU112を用いているが、ICPU112の処理のすべてをカメラCPU101で行うようにしてもよい。LPU201は、レンズ鏡筒200内のCPUであり、被写体との距離情報等をカメラCPU101に送る。
図2(a)はカメラ本体100を背面側から見た斜視図、図2(b)はカメラ本体100を正面側から見た斜視図である。
図2(a)に示すように、カメラ本体100の背面側には、LCD等で構成される表示装置114が設けられ、表示装置114の図の右側には、各種操作ボタン群115が設けられる。表示装置114は、撮影中のライブビュー映像や撮影画像の再生、メニュー設定画面や各種情報を表示する。操作ボタン群115は、ユーザがメニューの選択、設定、キャンセル等の操作やズーム操作等を行う各種ボタン群からなる。
また、図2(b)に示すように、カメラ本体100を正面側から見て左上部には、レリーズボタン116が設けられる。レリーズボタン116が半押し操作されると不図示のレリーズスイッチSW1がオンしてAFやAE等の撮影準備動作が行われ、レリーズボタン116が全押し操作されると、不図示のレリーズスイッチSW2がオンして撮影指示がなされて撮影動作が行われる。
次に、図3乃至図5を参照して、上記構成のデジタル一眼レフカメラの動作例について説明する。図3は、フリッカの周波数及び位相を検出しつつ、撮影を行う場合のカメラ動作について説明するフローチャート図である。なお、図3での各処理は、カメラCPU101の制御により、メモリ113のROM等に格納されたプログラムがRAMに展開されて、ICPU112により実行される。
図3において、ステップS101では、カメラ電源が投入されると、ICPU112は、AEセンサ108による測光動作を行い、ステップS102に進む。ここでの測光動作は、仮にフリッカ光源下でおいても、フリッカ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、AEセンサ108の蓄積時間をフリッカの周期のほぼ整数倍に設定すると良い。
ここで、フリッカ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となり、発光周期は、8.33msとなる。
この2種類の周波数に対応するために、AEセンサ108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のいずれであっても、ほぼフリッカの1周期分を蓄積することになる。これにより、フリッカ環境下でも、安定した測光値を得ることができる。そして、カメラCPU101は、ここで得られた測光値を基に、露出条件である絞り値AV、シャッタスピードTV、ISO感度を決定する。AV,TV,ISOの決定に際しては、メモリ102等に予め記憶されたプログラム線図を利用して決定する。
ステップS102では、ICPU112は、AEセンサ108からフリッカ検出用の蓄積と読み出し動作を行い、ステップS103に進む。本実施形態では、フリッカを検出するため、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、予想されるフリッカ光源の周波数(100Hzと120Hz)の公倍数周波数となっている。
ステップS103では、ICPU112は、フリッカ検出演算を行い、フリッカが存在する場合は、フリッカの位相を求め、ステップS104に進む。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、フリッカの光量が最も多くなるピークのタイミングを算出すれば良い。
ステップS104では、ICPU112は、ステップS103で求めたフリッカの周波数と位相(ピークタイミング)からフリッカ同期信号を生成し、フリッカ同期信号からシャッタ開始信号(図4(c)参照)を生成して、ステップS105に進む。フリッカ同期信号は、図4(a)及び図4(b)に示すように、フリッカの周期毎に発生させ、フリッカの所定のタイミングに同期した信号である。
図4(d)において、フリッカ同期信号からシャッタ開始信号までのウェイト時間をT_ShutterWaitとし、シャッタ開始信号から実際のシャッタ走行までのタイムラグをT_ShutterResponseとする。また、シャッタが撮像素子103の端から端まで走行する時間をT_Runとする。
ウェイト時間T_ShutterWait を、シャッタスピード毎に変更することによってフリッカの光量変化の少ないピークのタイミングがシャッタ先幕走行開始から後幕走行終了までの時間T_Run の中心にくるようにシャッタ開始信号を出すように設定する。ここで、ステップS103でフリッカの周期Tと位相(ピークタイミング)t_peakが判明している。
そこで、フリッカ同期信号の発生タイミングを0msとしたとき、シャッタ開始信号までのウェイト時間T_ShutterWaitは、T_ShutterWait=t_peak−T_ShutterResponse−(T_Run+TV)/2(TV:シャッタスピード)となる。
図3に戻って、ステップS105では、ICPU112は、撮影モードがトリミングズームに設定されているか否かを判定し、設定されている場合は、ステップS106へ進み、設定されていない場合は、ステップS107へ進む。
ステップS106では、ICPU112は、トリミンググズーム撮影時におけるシャッタ制御を行うため、ステップS104で生成したシャッタ開始信号の補正を行い、ステップS107に進む。
図5は、撮像素子103における実際の全画面露光で画像として使用する領域1031とトリミングズームで使用する領域1032との関係を示す図である。トリミングズームで使用する領域1032は、全画面露光で画像として使用する領域1031の一部を切り出して利用するが、ズーム倍率により異なる。
シャッタ制御は、撮像素子103の図の縦方向のRSからREへシャッタを一定速度で走行させて制御を行う。そのため、ズーム倍率をNとすると、トリミングズームで使用する領域1032のR1からR2をシャッタが走行する時間t_runは、t_run=(T_Run/N)となる。また、トリミングズームで使用する領域1032へシャッタが到達するまでの時間t_run_dlyは、トリミング位置により決定され、t_run_dly=T_Run(R1-RS)/(RE-RS)で表すことができる。
よって、トリミングズームで使用する領域1032へシャッタが到達するまでの時間t_run_dlyの最小値t_run_dly_minは、RS=R1のとき、0となり、t_run_dlyの最大値t_run_dly_maxは、RE=R2のとき、t_run_dly_max=T_Run(N-1)/Nとなる。
図4(e)及び図4(f)は、トリミングズームを行っているときのシャッタの駆動タイミングを示すチャート図である。図4(d)では、全画面露光時に取得できる画像内に発生する輝度の差が最小となるタイミングで撮影を行っている。そのため、全画面露光期間内にトリミングズームの露光を開始し、終了することでトリミングズーム画像を全画面露光画像と同等の輝度で撮影することができる。
図4(e)では、全画面露光時のシャッタ開始時間とトリミングズームで露光する場合のシャッタ開始時間が一致している。この場合、全画面露光時のシャッタ開始信号までのウェイト時間より最大でt_run_dly 短縮することができるため、図4(e)におけるシャッタ開始信号までのウェイト時間T_ShutterWait1は、T_ShutterWait1=T_ShutterWait-t_run_dlyとなる。
図4(f)では、全画面露光時のシャッタ終了時間とトリミングズームで露光する場合のシャッタ終了時間が一致している。この場合、ズーム倍率Nに応じて、シャッタの開始時間を図4(e)のシャッタ開始時間に対して遅延させることが可能である。この遅延時間をT_ShutterAcceptable1とすると、T_ShutterAcceptable1=T_Run - t_run=T_Run(N-1)/Nとなる。
図4(g)は、トリミングズーム撮影を行っているときのシャッタの開始信号を示す図である。図4(g)に示すように、シャッタ開始信号は、T_ShutterWait1の時点で有効(Highレベル)となり、T_ShutterAcceptable1期間保持した後、無効(Lowレベル)となる。レリーズスイッチSW2がオンした直後のシャッタ開始信号がHighレベルのときにシャッタ駆動の開始が可能となる。
シャッタ開始信号がLowレベルのときにレリーズスイッチSW2がオンした場合は、シャッタ開始信号がHighレベルになるまでの期間、レリーズタイムラグが発生する。しかし、シャッタ開始信号がHighレベルのときにレリーズスイッチSW2がオンすると、即刻シャッタの駆動を開始することになる。
図3に戻って、ステップS107では、ICPU112は、ユーザ操作によるレリーズ信号であるレリーズスイッチSW2のオンを待ち、レリーズスイッチSW2がオンすると、ステップS108に進む。
ステップS108では、ICPU112は、レリーズスイッチSW2がオンした後の次のフリッカ同期信号を検知すると、各シャッタスピードに応じたウェイト時間T_ShutterWaitだけ待ってシャッタ開始信号を出す。これにより、シャッタが駆動して、露光が開始される。全画面露光撮影時は、各シャッタスピードに応じてT_ShutterWaitだけシャッタ開始信号を待つのに対して、トリミングズーム撮影時は、t_run_dlyが短縮され、さらにT_ShutterAcceptable1の期間はシャッタ開始信号の保持が可能となる。そのため、トリミングズーム撮影時においても、全画面露光撮影時の露光タイミング内に露光を完了させることができる。よって、画面内で露出ムラの少ない画像を得る機会を拡大することができる。
以上説明したように、本実施形態では、フリッカ光源下でのトリミングズーム中の撮影において、全画面露光時よりレリーズタイムラグを減らすことができるので、シャッタチャンスを拡大することができる。
(第2の実施形態)
次に、図6を参照して、本発明の撮像装置の第2の実施形態であるデジタル一眼レフカメラについて説明する。
上記第1の実施形態では、トリミングズーム撮影において、全画面露光時間内に露光を開始し、終了することで、全画面露光画像と同等の輝度で撮影することができる。これに対し、本実施形態では、AEセンサ108で計測した全画面露光時の光源の光量変化量をトリミングズーム撮影中の光源の光量変化量と同等に保つ。即ち、トリミングズーム画像内の輝度変化量が全画面露光画像内の輝度変化量と同等になるようにシャッタ開始信号を生成する。
また、上記第1の実施形態では、フリッカ検出のための蓄積読み出しは、フリッカの周期検出のみを目的として、9ms程度に設定している。これに対し、本実施形態では、全画面露光時間の光源の光量変化量等を計測する必要があるため、一時的に蓄積時間を短期間にしてサンプリングを増やし、光源の光量変化量の測定精度を向上させている。
図6は、全画面露光時のシャッタ制御とトリミングズーム撮影時のシャッタ制御を示す図である。
図6(d)は、全画面露光時のシャッタ制御を示すタイミングチャート図であり、上記第1の実施形態(図4(d))と同じである。図6では、全画面露光期間中の最小の光量と最大の光量の差分をΔD(基準値)とする。光源の特性に依存するが、一般的には光源の光量の変化は、図6(a)に示すように、周期中の最小光量から最大光量が単調増加となり、最大光量から最小光量が単調減少になる。そのため、露光期間の中心が最大光量とすると、露光開始直前または直後が最小光量となる。
図6(e)及び図6(f)は、トリミングズームを行っているときのシャッタの駆動タイミングを示すタイミングチャート図である。ここでは、トリミングズーム期間内の光量の差分が図6(d)で説明したΔD以下となる区間において、シャッタの駆動許可を与えるように制御を行う。
ここで、光源の光量の変化量について、単調増加期間中は光量の変化量が徐々に減少し、最大光量を過ぎた単調減少期間中は光量の変化量が徐々に増大していく光源特性について考える。なお、トリミングズーム期間中の光源の光量の差分をΔdとする。
図6(e)では、全画面露光時の光源の光量の差分ΔDと、光源の光量が単調増加期間において、トリミングズームで露光する場合の光源の光量の差分Δdが一致している。図6(f)では、全画面露光時の光源の光量の差分ΔDと、光源の光量が単調減少期間において、トリミングズームで露光する場合の光源の光量の差分Δdが一致している。
図6(g)は、トリミングズーム撮影を行っているときのシャッタの開始信号を示す図である。
光源の光量の変化の特性がピークを境に対称である場合は、概ね拡大倍率が2倍以上のときに、上記第1の実施形態(図4(g))に比べて、トリミングズームの場合のシャッタ駆動の開始時間:T_ShutterWait2を短縮することができる。これにより、T_ShutterAcceptable2を延長することが可能となる。その他の構成、及び作用効果は、上記第1の実施形態と同様である。
(第3の実施形態)
次に、図7を参照して、本発明の撮像装置の第3の実施形態であるデジタル一眼レフカメラについて説明する。
図7に示すように、本実施形態では、上記第1の実施形態のシャッタ制御Aと、上記第2の実施形態のシャッタ制御Bとをユーザが選択して切り替える選択画面をカメラ本体100の表示装置114に表示する。フリッカを検出しているときに、ユーザがレリーズボタン116を全押し(SW2がオン)した後、シャッタが駆動するまでのシャッタ制御において、ユーザが操作ボタン115により選択画面のラジオボタン1141〜1143のいずれかを選択操作する。
図7において、ラジオボタン1141が選択されると、上記第1の実施形態のシャッタ制御Aに設定され、ラジオボタン1142が選択されると、上記第2の実施形態のシャッタ制御に設定される。また、ラジオボタン1143が選択されると、フリッカの検出状況に関わらず、上記第1及び第2の実施形態のシャッタ制御は行われない。つまり、SW2がオンした後、すぐにシャッタを駆動するように設定される。
このように、ユーザがシャッタ制御方式を選択画面で設定することで、露出ムラが最も少ないタイミングで撮影を行うのか、レリーズタイムラグを最小にするように制御を行うのかをユーザの意図に合わせて選択することが可能となる。その他の構成、及び作用効果は、上記第1及び第2の実施形態と同様である。
なお、本発明は、上記各実施形態に例示したものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。例えば、上記の実施形態では、操作ボタン群115をユーザが操作してズーム倍率を設定する例を説明したが、CPU101が主被写体の大きさなどを判別して自動でズーム倍率を設定してもよい。また、上記の実施形態では、全画面露光時に取得できる画像内に発生する輝度の差が最小となるタイミングをピークタイミングを基準に設定しているが、フリッカの光量変化が減少から増加に緩やかに遷移するのであれば、ボトムタイミングを基準に設定してもよい。
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。ネットワーク又は各種記憶媒体を介して取得したソフトウェア(プログラム)をパーソナルコンピュータ(CPU,プロセッサ)にて実行することでも実現できる。
100 カメラ本体
103 撮像素子
104 シャッタ
108 AEセンサ
112 ICPU
113 メモリ
116 レリーズボタン
200 レンズ鏡筒

Claims (6)

  1. 撮像素子と、
    撮影指示に応じてシャッタを駆動して前記撮像素子の露光を行うシャッタ制御手段と、
    ズーム倍率を設定する設定手段と、
    光源の光量と周期からフリッカを検出するフリッカ検出手段と、
    前記設定手段により設定されたズーム倍率に応じて前記撮像素子の一部の領域を切り出す切り出し手段と、を備え、
    前記シャッタ制御手段は、前記設定手段によりズーム倍率が設定され、かつ前記フリッカ検出手段によりフリッカが検出されている場合、前記撮像素子の全画面露光期間内に前記ズーム倍率に応じて切り出された前記撮像素子の一部の領域の露光を開始し、終了するように前記シャッタの駆動タイミングを制御することを特徴とする撮像装置。
  2. 前記シャッタ制御手段は、前記撮像素子の一部の領域の露光を開始する際、前記フリッカ検出手段により検出された前記撮像素子の全画面露光時に画像内に発生する輝度の差が最小となるタイミングで前記シャッタを駆動することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
  3. 前記シャッタ制御手段は、前記フリッカ検出手段により検出された全画面露光期間中の最小の光量と最大の光量の差分を基準値とした場合、前記撮像素子の一部の領域の露光期間内の光量の差分が前記基準値となる区間において、前記シャッタを駆動することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
  4. 前記設定手段によりズーム倍率が設定され、かつ前記フリッカ検出手段によりフリッカが検出されている場合に、前記シャッタ制御手段により前記シャッタの駆動タイミングを制御するかしないかをユーザ操作により選択させるための選択画面を表示する表示手段を備えることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の撮像装置。
  5. 前記撮影指示を行うための操作手段を有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の撮像装置。
  6. 撮像素子と、ズーム倍率を設定する設定手段と、を備える撮像装置を制御する方法であって、
    撮影指示に応じてシャッタを駆動して前記撮像素子の露光を行うシャッタ制御ステップと、
    光源の光量と周期からフリッカを検出するフリッカ検出ステップと、
    前記設定手段により設定されたズーム倍率に応じて前記撮像素子の一部の領域を切り出す切り出しステップと、を備え、
    前記シャッタ制御ステップは、前記設定手段によりズーム倍率が設定され、かつ前記フリッカ検出ステップでフリッカが検出されている場合、前記撮像素子の全画面露光期間内に前記ズーム倍率に応じて切り出された前記撮像素子の一部の領域の露光を開始し、終了するように前記シャッタの駆動タイミングを制御することを特徴とする撮像装置の制御方法。
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