JP2017022547A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】耐久性の低い絞りや、グラデーション式以外のＮＤフィルターを使用した場合での自動露出と、プログラム線図による自動露出の応答性を変化させるための機能（ＡＥレスポンス切り替え機能）を併用した場合において、非連続でしか制御出来ない露出機能の切り替わり目における画のショックを最小限に抑える。
【解決手段】プログラム線図による自動露出の応答性を変化させるための機能（ＡＥレスポンス切り替え機能）の設定値に関わらず、非連続でしか切り替えられない露出機能の切り替わり目は自動露出の応答性を速くする。
【選択図】図２

Description

本発明は、自動露出機能を備えた撮像装置に関する。

現在、静止画や動画を撮影するための撮像装置において、被写体の露出を自動的に合わせるように制御するオート露出機能が発明されている。この自動露出機能には、スイッチ等の操作により１度だけ絞りを用いて適正露出に合わせる動作を行うプッシュオートアイリスと、絞り、ＮＤフィルタ、ゲイン、シャッター等を使用して常に適正露出に合わせる動作を行う自動露出が広く知られており、特に動画の撮影には自動露出の要求が高まっている。

一般的な自動露出は、露出値（ＥＶ値）の変化に対して上記いずれかの露出パラメータを連続的に変化させるようなプログラム線図と呼ばれる線図に基づいて制御を行っている。例えば、図３−（Ａ）は、ゲインと絞りのみを使用したプログラム線図の一例である。露出値（ＥＶ値）が低くなる、すなわち被写体の明るさが暗くなるに従って、まずゲインが連続的に上げていく。ある一定のゲイン値まで上げた後、絞りを徐々に開放に向かって連続的に制御していく。ある一定の絞り位置まで制御した後、ゲインをさらに連続的に上げていくといったものである。さらに、このプログラム線図による自動露出の応答性を変化させるための機能（ＡＥレスポンス切り替え機能）を備えた撮像装置も発明されている。

しかしながら、ゲインやシャッターのようにデジタル的に即座に露出を変更可能なパラメータに対して、絞りやＮＤフィルタといったメカ的なものは動作に時間がかかり、交換レンズ式の撮像装置においては装着するレンズ毎に応答性が異なるといった問題も発生する。

これに対して、従来の技術には、装着されているレンズの絞りの応答特性に応じて、ゲインの応答性を変化させることで、装着されているレンズのによらず露出変化の連続性を保てるようにした撮像装置が存在する（特許文献１参照）。また、装着されているレンズの絞りの応答特性に応じて、絞り制御手段の応答性を変化させることで、装着されているレンズによらず一定の絞りの応答性を保てるようにした撮像装置も存在する（特許文献２参照）。

特開２０１５−０１９１６１号公報 特開２０１４−０４５３８８号公報

従来技術では、装着されているレンズに応じて、ゲインや絞り制御手段の応答性を変化させることで、装着されているレンズ毎の応答性の違いを吸収することが可能であった。しかしながら、実際のプログラム線図を作成する際、装着されているレンズの絞りの耐久性が低かったり、撮像装置に搭載されているＮＤフィルターがグラデーション式のＮＤフィルターではなかった場合など、露出パラメータを連続的に変化させることが出来なくなる。その際のプログラム線図は、例えば、図３−（Ｂ）のようになる。

図３−（Ｂ）はゲインと耐久性の低い絞りのみを使用したプログラム線図の一例である。露出値（ＥＶ値）が低くなる、すなわち被写体の明るさが暗くなるに従って、まずゲインを連続的に上げていく。ある一定のゲイン値まで上げた後、絞りを開放に向けて数段分一気に非連続的で制御する。その際、同一段数分、ゲイン値を下げる。そこから改めてゲインを連続的に上げていき、またある一定のゲイン値まで上げた後、絞りを開放に向けて数段分一気に非連続的で制御する。その際、同一段数分、ゲイン値を下げる。そこから改めてゲインを連続的に上げていくといったものである。

これにより、自動露出の機能としては実現可能となるが、非連続的に露出機能が動作する箇所において、絞りやＮＤフィルターの駆動完了までの間、画にショックが出てしまう問題は回避できない。この時、プログラム線図による自動露出の応答性を変化させるための機能（ＡＥレスポンス切り替え機能）を併用した場合、非連続でしか制御出来ない露出機能の切り替わり目における応答性も下がってしまうため、画のショックが長期間続いてしまうという問題が発生する。

これを解決する為には、プログラム線図による自動露出の応答性を変化させるための機能（ＡＥレスポンス切り替え機能）の設定値に関わらず、非連続で動作する露出機能の露出切替時は自動露出の応答性を速くすることが有効であると考えられる。

本発明に係る撮像装置は、
被写体を撮像し電気信号に変換するための撮像手段と、
前記撮像手段に照射される光量を段階的に切り替え露出を制御するための第一の露出制御手段と、
前記撮像手段により変換された電気信号を電気的に増幅することにより露出を制御するための第二の露出制御手段と、
前記第一の露出制御手段と前記第二の露出制御手段の組み合わせにより自動的に適正な露出に制御するための自動露出制御手段と、
を備えた撮像装置において、
前記第一の露出制御手段により段階的に露出を切り替えると同時に、前記第二の露出制御手段により電気的に増幅する応答性を速くすることを特徴とする。

本発明に係る撮像装置によれば、プログラム線図による自動露出の応答性を変化させるための機能（ＡＥレスポンス切り替え機能）の設定値に関わらず、非連続でしか切り替えられない露出機能の切り替わり目は自動露出の応答性を速くすることが可能となる。それにより、耐久性の低い絞りや、グラデーション式以外のＮＤフィルターを使用した場合での自動露出において、非連続でしか制御出来ない露出機能の切り替わり目における画のショックを最小限に抑えることが可能となる。

本実施形態に係るデジタルビデオカメラの外観図 本実施形態に係るデジタルビデオカメラのブロック図 ゲインと絞りのみを使用したプログラム線図の一例 本実施形態に係るプログラム線図による自動露出の応答性切り替え処理のフローチャート

以下に、本出願の発明に係るレンズ交換式デジタルビデオカメラについて、図面に基づいて説明する。なお、本発明は本実施形態に限定されるものではなく、一眼レフカメラや、レンズ一体型コンパクトカメラや、カメラ機能つき携帯電話であってもよい。

図１は本実施形態の撮像装置のデジタルビデオカメラ１００の外観図を示している。図１に示すモニタ２８およびファインダ２９は、画像や各種情報を表示する図２に示す表示部１０７に含まれる。トリガーボタン６１は、撮影指示を行うため操作ボタンであり、電源／モードスイッチ７２は、電源オン、電源オフや撮影モード、再生モードを切り替えるための操作ボタンである。また、操作パネル７０は、ユーザからの各種操作を受け付ける各種スイッチ、ボタン等の操作部材からなる。コネクタ１２は、デジタルビデオカメラ１００から外部モニタや外部記録装置に映像信号を出力するコネクタであり、外部出力Ｉ／Ｆ部１２０を構成する。

また、バッテリーカバー１１は、装填したバッテリーを保持するカバーである。アクセスランプ１３は、記録用のカードスロットの状態を表示するランプであり表示部１０７に含まれる。

図２は本デジタルビデオカメラ１００の機能構成例を示している。なお、各機能ブロックの１つ以上は、ＡＳＩＣやプログラマブルロジックアレイ（ＰＬＡ）などのハードウェアによって実現されてもよいし、ＣＰＵやＭＰＵ等のプログラマブルプロセッサがソフトウェアを実行することによって実現されてもよい。また、ソフトウェアとハードウェアの組み合わせによって実現されてもよい。従って、以下の説明において、異なる機能ブロックが動作主体として記載されている場合であっても、同じハードウェアが主体として実現されうる。

デジタルビデオカメラ１００は、図２の機能ブロックの多くを内包する外装であり、各種の操作部や表示部１０７、外部出力部１２１はデジタルビデオカメラ１００の表面に露出している。

交換レンズ１０１は、複数のレンズ群からなる撮影レンズであり、フォーカスレンズ、ズームレンズ、シフトレンズを内部に備えるほか、絞りを含む。撮像素子１０２は、光電変換素子を有する画素が複数、二次元状に配列された構成を有する。撮像素子１０２は、交換レンズ１０１により結像された被写体光学像を各画素で光電変換し、さらにＡ／Ｄ変換回路によってアナログ・デジタル変換して、画素単位の画像信号（ＲＡＷ画像データ）を出力する。測距部１０８は、位相差ＡＦにより被写体の距離を測距する。

ＮＤフィルタ１０３はレンズに備えられた絞りとは別に入射光量を調整するために本デジタルビデオカメラに設けられたものである。

画像処理部１１８は、撮像素子１０２に起因するレベル差を補正する。例えば、ＯＢ領域の画素を用いて、有効領域の画素のレベルを補正するほか、欠陥画素に対して周囲画素を用いた補正を行う。また、周辺光量落ちに対する補正、色補正、輪郭強調、ノイズ除去、ガンマ補正、ディベイヤー、圧縮などの各処理を行う。画像処理部１１８は、撮像素子１０２から入力されたＲＡＷ画像データに対して上記処理を行うと、その他の制御部へ補正した画像データを出力する。

記録媒体Ｉ／Ｆ部１０４は、記録媒体１０５と本デジタルビデオカメラとのインターフェースであり、記録媒体１０５に対して、画像処理部１１８から入力された画像データの記録や記録した画像データの読み出しを制御する。

記録媒体１０５は、撮影された映像あるいは画像データを記録するための半導体メモリ等で構成される記録媒体であり、記録媒体Ｉ／Ｆ部１０４による制御に応じて画像データの記録や記録された画像データの読み出しを実行する。

ＧＰＵ１１５は、ビデオカメラの各種情報表示やメニュー画面をＶＲＡＭに描画するレンダリングエンジンである。文字列や図形の描画機能のほか、拡大縮小描画機能や、回転描画機能、レイヤ合成機能を備えている。描画したＶＲＡＭは透過度を表すアルファチャネルを備えており、表示用Ｉ／Ｆ部１０６によって映像上にオンスクリーン表示することができる。

表示用Ｉ／Ｆ部１０６は、画像処理部１１８からの映像データおよびＧＰＵ１１５で描画したＶＲＡＭに対して、重畳合成およびリサイズ処理を行い、表示部１０７へ出力する。本体マイコン１１９によって拡大表示モードが有効になっているときは、表示用Ｉ／Ｆ部１０６は映像データの部分領域に対して重畳合成およびリサイズ処理を行う。その結果、拡大表示モードでは、通常時よりも拡大された映像が表示部１０７に表示されるため、撮影者がＭＦ調整操作をより正確に行いやすくなる。

表示部１０７は、表示用Ｉ／Ｆ部１０６から出力された画像データを画角確認用に表示するモニタやファインダである。

以下に説明するゲイン制御部１０９、シャッター制御部１１０、ＮＤ制御部１１１および絞り制御部１１２は、いずれも露出制御のためのブロックであり、それぞれ画像処理部１１８の出力した画像データの輝度レベルを本体マイコン１１９で算出した結果に基づいて、あるいは撮影者がマニュアル設定した動作パラメータに基づいて、本体マイコン１１９によって制御が行われる。 ゲイン制御部１０９は、撮像素子１０２のゲインを制御する。

シャッター制御部１１０は、撮像素子１０２のシャッタースピードを制御する。ＮＤ制御部１１１は、ＮＤフィルタ１０３を介して撮像素子１０２に入射する光量を制御する。絞り制御部１１２は、交換レンズ１０１の絞りを制御する。フォーカス制御部１１３は、本体マイコン１１９で保持されるフォーカス駆動状態がＡＦ（オートフォーカス）かＭＦ（マニュアルフォーカス）かによって異なる動作を行う。

ＡＦのときは、画像処理部１１８から出力された画像データを参照して本体マイコン１１９でフォーカスの合焦情報を算出し、それをもとにフォーカス制御部１１３が交換レンズ１０１内部のフォーカスレンズを制御する。本体マイコン１１９で画像データの部分領域にＡＦ枠を設定し、ＡＦ枠内の被写体のみに基づいてフォーカス合焦情報を算出することもできる。ＡＦは、本体マイコン１１９の振る舞いによって、さらに２つの動作モードを備えている。

一つはワンショットＡＦモードであり、ワンショットＡＦキー１２９が押下されたときだけＡＦ制御を行い、合焦成功または合焦失敗が確定した後はフォーカス制御部１１３の制御を停止するモードである。もう一つはコンティニュアスＡＦモードであり、常にＡＦ制御を行うモードである。ただし、コンティニュアスＡＦモードであっても、ＡＦロックキー１３０の押下によってＡＦロック状態になっているときは、フォーカス制御部１１３の制御を停止する。２つのモードの切り替えはメニュー画面内の設定変更によって行う。

ＭＦのときは、フォーカス制御部１１３は制御を停止する。この場合、撮影者が交換レンズ１０１に組み込まれたフォーカスリング１３４を回転させることによって、任意のフォーカス調整を行うことができる。

防振制御部１１４は、画像処理部１１８から出力された画像データを参照して本体マイコン１１９で被写体の動きベクトルを算出し、算出した動きベクトルをもとに手ブレを相殺するように交換レンズ１０１内部のシフトレンズを制御する光学式防振処理を行う。あるいは、防振制御部１１４は手ブレによる像ブレを相殺する方向に動画の各フレームで画像を切り出す電子式防振処理を行う。

メモリＩ／Ｆ部１１６は、撮像素子１０２から出力された全画素分のＲＡＷ画像データをメモリ１１７に書き込み、また、メモリ１１７に保持されたＲＡＷ画像データを読み出して画像処理部１１８に出力する。メモリ１１７は、数フレームの全画素分のＲＡＷ画像データを格納する揮発性の記憶媒体である。画像処理部１１８は、メモリＩ／Ｆ部１１６から送られた全画素分のＲＡＷ画像データに対し、制御に必要な画像処理を行う。

本体マイコン１１９は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを備え、ＣＰＵがＲＯＭに格納されたプログラムをＲＡＭの作業領域に展開し、実行することにより、本デジタルビデオカメラの全体の動作を制御する。また、本体マイコン１１９は、ＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することで、後述する本実施形態の各処理を実現する。ＲＡＭは、本体マイコン１１９の動作用の定数、変数、ＲＯＭから読み出したプログラム等を展開する。

外部出力Ｉ／Ｆ部１２０は、画像処理部１１８からの映像データにリサイズ処理を行う。また、外部出力部１２１の規格に適した信号変換および制御信号の付与を行い、外部出力部１２１へ出力する。外部出力部１２１は、映像データを外部出力する端子であり、例えばＳＤＩ端子やＨＤＭＩ（登録商標）端子である。モニターディスプレイや外部記録装置が接続可能である。

外部操作用Ｉ／Ｆ部１２２は、外部操作部１２３による制御指示を受信し、本体マイコン１１９へ通知するインターフェースである。例えば、赤外線リモコン受光部や、無線ＬＡＮインターフェースや、ＬＡＮＣ（登録商標）が相当する。

外部操作部１２３は、外部操作用Ｉ／Ｆ部１２２に対して制御指示を送信する。デジタルビデオカメラ１００や交換レンズ１０１に組み込まれた１２４〜１３５の各部の操作に相当する指示を送信することができるほか、表示部１０７で表示するメニュー画面における設定変更情報を送信することができる。

１２４〜１３５は操作部であり、キー（ボタン）やダイヤル、タクトスイッチ、リング等の部材からなる。いずれも撮影者の操作を受けつけ、本体マイコン１１９に対して制御指示を通知する役割を担っている。１２４〜１３３はデジタルビデオカメラ１００に組みつけられており、フォーカスリング１３４とＡＦ／ＭＦスイッチ１３５は、交換レンズ１０１に組みつけられている。これらの操作部の一部は、メニュー画面内の設定によって、キーの役割を交換したり、別の機能にアサインしたりすることも可能である。

メニューキー１２４は、表示部１０７にメニュー画面を表示する指示、あるいはすでに開いているメニュー画面を閉じる指示を行う。十字キー１２５およびダイヤル１２６は、どちらもメニュー画面内で項目を選択するためのカーソルを移動したり、フォーカスに関する枠表示を撮影者の望む方向へ移動したりする指示を行う。ＳＥＴキー１２７は、メニュー画面内でカーソルの当たっている項目を選択したり、各種の設定操作を確定したりする指示を行う。

キャンセルキー１２８は、メニュー画面で深い階層の選択を行っているときにひとつ前の階層へ戻ったり、各種の設定操作を破棄したりする指示を行う。ワンショットＡＦキー１２９は、ＡＦモードがワンショットＡＦであるときに、フォーカス制御部１１３によってＡＦを駆動する指示を行う。ＡＦロックキー１３０は、ＡＦモードがコンティニュアスＡＦであるときに、フォーカス制御部１１３による制御を停止したり、制御停止状態を解除したりする指示を行う。拡大キー１３１は、表示部１０７に表示される映像を拡大したり元に戻したりする指示を行う。

ＤＩＳＰＬＡＹキー１３２は、本体マイコン１１９で保持されるＤｉｓｐレベルを変更する指示を行う。選択されたＤｉｓｐレベルに基づいて、表示部１０７に表示される各種情報表示が制限され、より詳細な情報を表示したり、映像をよりクリアに表示したりすることができる。ＳＴＡＲＴ／ＳＴＯＰキー１３３は、記録媒体Ｉ／Ｆ部１０４による記録の開始と停止の指示を行う。

フォーカスリング１３４は、フォーカス駆動状態がＭＦであるときに、交換レンズ１０１内のフォーカスレンズを移動し、フォーカス調整を行うことができる。ＡＦ／ＭＦスイッチ１３５は、フォーカス駆動状態、すなわちＡＦとＭＦを相互に切り替える指示を行う。

図４は本デジタルビデオカメラが行う制御を示すフローチャートである。尚、このフローチャートの動作は、本体マイコン１１９がＲＯＭに記憶されたプログラムに基づいて、本デジタルビデオカメラの各部を制御することによって実現される。

図４は本実施形態に係るプログラム線図による自動露出の応答性切り替え処理のフローチャートである。本フローチャートでは、図３−（Ｂ）のように絞りを非連続で制御するプログラム線図による自動露出を想定したものとする。また、メニュー操作により、ユーザがプログラム線図による自動露出の応答性を変更可能な仕様として説明を行う。

最初のステップＳ４０１において、現在の露出設定が自動露出モードであるかどうかの判断を行う。ステップＳ４０１において自動露出モードであると判断された場合、次のステップＳ４０２で現在の絞り位置が目標とする絞り位置と一致しているかどうかの判断を行う。ステップＳ４０１において、自動露出モードではないと判断された場合、なにもせずに処理を終了する。

ステップＳ４０２において、現在の絞り位置が目標とする絞り位置と一致していないと判断された場合、図３−（Ｂ）のプログラム線図における絞りを非連続で動作させるポイントにいると判断されるため、次のステップＳ４０３において、プログラム線図による自動露出の応答性をユーザがメニューで設定した値よりも高速にする。

次のステップＳ４０４において、絞りを目標とする位置まで高速に駆動する。ステップＳ４０２において、現在の絞り位置が目標とする絞り位置と一致していると判断された場合、次のステップＳ４０５においてプログラム線図による自動露出の応答性をユーザがメニューで設定した値に設定する。次のステップＳ４０６において、現在の露出の評価値を基にオートゲイン制御を行うことで適正露出とする。

上述のように、本フローチャートを繰り返し実行することで、耐久性の低い絞りを数段分一気に非連続的に制御している期間はプログラム線図による自動露出の応答性を早め、耐久性の低い絞りを動かさずにゲインのみで自動露出を制御している期間はプログラム線図による自動露出の応答性をユーザがメニューで設定した値にすることが可能である。これにより、耐久性の低い絞りや、グラデーション式以外のＮＤフィルターを使用した場合での自動露出において、非連続でしか制御出来ない露出機能の切り替わり目における画のショックを最小限に抑えることが可能となる。

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定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様々な形態も本発明に含まれる。上述の実施形態の一部を適宜組み合わせてもよい。また、上述の実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムを、記録媒体から直接、或いは有線／無線通信を用いてプログラムを実行可能なコンピュータを有するシステム又は装置に供給し、そのプログラムを実行する場合も本発明に含む。

従って、本発明の機能処理をコンピュータで実現するために、該コンピュータに供給、インストールされるプログラムコード自体も本発明を実現するものである。つまり、本発明の機能処理を実現するためのコンピュータプログラム自体も本発明に含まれる。
その場合、プログラムの機能を有していれば、オブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラム、ＯＳに供給するスクリプトデータ等、プログラムの形態を問わない。

プログラムを供給するための記録媒体としては、例えば、ハードディスク、磁気テープ等の磁気記録媒体、光／光磁気記憶媒体、不揮発性の半導体メモリでもよい。
また、プログラムの供給方法としては、コンピュータネットワーク上のサーバに本発明を形成するコンピュータプログラムを記憶し、接続のあったクライアントコンピュータはがコンピュータプログラムをダウンロードしてプログラムするような方法も考えられる。

１００ 筐体、１０１ 交換レンズ、１０２ 撮像素子、１０３ ＮＤフィルタ、
１０４ 記録媒体Ｉ／Ｆ部、１０５ 記録媒体、１０６ 表示用Ｉ／Ｆ部、
１０７ 表示部、１０８ 測距部、１０９ ゲイン制御部、１１０ シャッター制御部、
１１１ ＮＤ制御部、１１２ 絞り制御部、１１３ フォーカス制御部、
１１４ 防振制御部、１１６ メモリＩ／Ｆ部、１１５ ＧＰＵ、１１７ メモリ、
１１８ 画像処理部、１１９ 本体マイコン、１２０ 外部出力Ｉ／Ｆ部、
１２１ 外部出力部、１２２ 外部操作用Ｉ／Ｆ部、１２３ 外部操作部、
１２４ メニューキー、１２５ 十字キー、１２６ ダイヤル、１２７ ＳＥＴキー、
１２８ キャンセルキー、１２９ ワンショットＡＦキー、１３０ ＡＦロックキー、
１３１ 拡大キー、１３２ ＤＩＳＰＬＡＹキー、１３３ ＳＴＡＲＴ／ＳＴＯＰキー、
１３４ フォーカスリング、１３５ ＡＦ／ＭＦスイッチ

Claims (2)

1. 被写体を撮像し電気信号に変換するための撮像手段と、
   前記撮像手段に照射される光量を段階的に切り替え露出を制御するための第一の露出制御手段と、
   前記撮像手段により変換された電気信号を電気的に増幅することにより露出を制御するための第二の露出制御手段と、
   前記第一の露出制御手段と前記第二の露出制御手段の組み合わせにより自動的に適正な露出に制御するための自動露出制御手段と、
   を備えた撮像装置において、
   前記第一の露出制御手段により段階的に露出を切り替えると同時に、前記第二の露出制御手段により電気的に増幅する応答性を速くすることを特徴とする撮像装置。
2. さらに、
   前記自動露出制御手段による適正露出への応答性をユーザが設定するための自動露出制御応答性変更手段と、
   を備えた撮像装置において、
   前記第一の露出制御手段により段階的に露出を切り替えると同時に、前記第二の露出制御手段により電気的に増幅する応答性を前記自動露出制御応答性変更手段によって設定された応答性よりも速くすることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。