JP2018007076A - 撮像装置および画像処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】従来技術では、ブロックの撮像条件を変更したときに画像に異常が生じるという問題があった。【解決手段】撮像装置は、撮像条件を変更できる複数の撮像領域を有する撮像部と、対象物を含む1つまたは複数の前記撮像領域を有する対象物領域を設定し、前記対象物領域内の撮像領域に同一の撮像条件を設定する設定部と、前記対象物領域に含まれる前記撮像領域を前記対象物の動きに基づいて変更する領域変更部とを備える撮像装置。【選択図】図1
Description
本発明は、撮像装置および画像処理装置に関する。
撮像素子の撮像面を複数のブロックに分割し、ブロックごとに動きを検出してそれぞれの露光時間を制御する技術が知られている(特許文献1参照)。従来技術では、ブロックの撮像条件を変更したときに画像に異常が生じるという問題があった。
第1の態様による撮像装置は、撮像条件を変更できる複数の撮像領域を有する撮像部と、対象物を含む1つまたは複数の前記撮像領域を有する対象物領域を設定し、前記対象物領域内の撮像領域に同一の撮像条件を設定する設定部と、前記対象物領域に含まれる前記撮像領域を前記対象物の動きに基づいて変更する領域変更部と、を備える。
第2の態様による画像処理装置は、前記撮像装置で、前記対象物領域で撮像された画像、および前記撮像装置で、前記対象物領域以外の領域で撮像された画像を入力する入力部と、前記入力部へ入力された前記対象物領域で撮像された画像と、前記入力部へ入力された前記対象物領域以外の領域で撮像された画像とを合成し、前記対象物領域で撮像されたフレームレートの画像を生成する画像生成部と、を備える。
第3の態様による撮像装置は、撮像条件の異なる第1領域と第2領域とを有する撮像部と、前記第1領域の第1撮像条件と前記第2領域の第2撮像条件とを設定し、前記第1領域の位置が変化することにより生じる、撮像条件が設定されていない領域に前記第1撮像条件を設定する設定部と、を備える。
第2の態様による画像処理装置は、前記撮像装置で、前記対象物領域で撮像された画像、および前記撮像装置で、前記対象物領域以外の領域で撮像された画像を入力する入力部と、前記入力部へ入力された前記対象物領域で撮像された画像と、前記入力部へ入力された前記対象物領域以外の領域で撮像された画像とを合成し、前記対象物領域で撮像されたフレームレートの画像を生成する画像生成部と、を備える。
第3の態様による撮像装置は、撮像条件の異なる第1領域と第2領域とを有する撮像部と、前記第1領域の第1撮像条件と前記第2領域の第2撮像条件とを設定し、前記第1領域の位置が変化することにより生じる、撮像条件が設定されていない領域に前記第1撮像条件を設定する設定部と、を備える。
−−第1の実施形態−−
第1の実施形態では、撮像素子における撮像面を複数のブロックに分割し、ブロックごとの撮像条件(例えばフレームレート)を異ならせて動画像を撮像する。ブロック間のフレームレートに差をつけることにより、全ブロックを速いフレームレートで撮像する場合に比べて、消費電力を抑えることができる。
第1の実施形態では、撮像素子における撮像面を複数のブロックに分割し、ブロックごとの撮像条件(例えばフレームレート)を異ならせて動画像を撮像する。ブロック間のフレームレートに差をつけることにより、全ブロックを速いフレームレートで撮像する場合に比べて、消費電力を抑えることができる。
<カメラの説明>
上記のようにブロックごとの撮像条件を制御可能な撮像装置を搭載する電子機器の一例として、デジタルカメラを例にあげて説明する。図1は、第1の実施形態によるカメラ1の構成を例示するブロック図である。カメラ1は、撮像素子32aにおける撮像面の領域ごとに異なる条件で撮像を行うことが可能に構成される。画像処理部33は、撮像条件が異なる領域に対して、それぞれ適切な処理を行う。
上記のようにブロックごとの撮像条件を制御可能な撮像装置を搭載する電子機器の一例として、デジタルカメラを例にあげて説明する。図1は、第1の実施形態によるカメラ1の構成を例示するブロック図である。カメラ1は、撮像素子32aにおける撮像面の領域ごとに異なる条件で撮像を行うことが可能に構成される。画像処理部33は、撮像条件が異なる領域に対して、それぞれ適切な処理を行う。
図1において、カメラ1は、撮像光学系31と、撮像部32と、画像処理部33と、制御部34と、表示部35と、操作部材36と、記録部37とを有する。
撮像光学系31は、被写界からの光束を撮像部32へ導く。撮像部32は、撮像素子32aおよび駆動部32bを含み、撮像光学系31によって結像された被写体(対象物)の像を光電変換する。撮像部32は、撮像素子32aにおける撮像面の全域において同じ条件で撮像したり、撮像素子32aにおける撮像面の領域ごとに異なる条件で撮像したりすることができる。撮像部32の詳細については後述する。駆動部32bは、撮像素子32aに蓄積制御を行わせるために必要な駆動信号を生成する。駆動部32bに対する電荷蓄積時間、ISO感度(ゲイン)、フレームレートなどの撮像指示は、制御部34から駆動部32bへ送信される。
画像処理部33には、撮像部32によって取得された画像データが入力される。画像処理部33は、上記入力された画像データに対する画像処理を行う。画像処理には、例えば、色補間処理、画素欠陥補正処理、輪郭強調処理、ノイズ低減(Noise reduction)処理、ホワイトバランス調整処理、ガンマ補正処理、表示輝度調整処理、彩度調整処理等が含まれる。さらに、画像処理部33は、表示部35により表示する画像を生成する。
制御部34は、例えばCPUによって構成され、カメラ1による全体の動作を制御する。制御部34は、撮像部32で取得された光電変換信号に基づいて所定の露出演算を行い、適正露出に必要な撮像素子32aの電荷蓄積時間(以下、露光時間と称する)、ISO感度、フレームレート、および撮像光学系31の絞り値等の露出条件を決定する。こうして、決定された露光時間およびISO感度は、駆動部32bに入力され、絞り値は、撮像光学系31に設けられた絞りを駆動する不図示の絞り駆動部に入力される。
また、制御部34は、カメラ1に設定されている撮像シーンモードや、撮像部32で取得された光電変換信号から生成された画像に基づいて認識した被写体要素の種類に応じて、彩度、コントラスト、シャープネス等を調整する画像処理条件を決定して画像処理部33へ指示する。被写体要素の認識は、後述する物体検出部34aによって行われる。
制御部34には、物体検出部34aと、設定部34bと、撮像制御部34cと、AF演算部34dとが含まれる。これらは、制御部34が不図示の不揮発性メモリに格納されているプログラムを実行することにより、ソフトウェア的に実現されるが、これらをASIC等により構成しても構わない。
物体検出部34aは、公知の物体認識処理を行うことにより、撮像部32によって取得された画像から、人物(人物の顔)、犬、猫などの動物(動物の顔)、植物、自転車、自動車、電車などの乗物、建造物、静止物、山、雲などの風景、あらかじめ定められた特定の物体などの、被写体要素を検出する。設定部34bの領域変更部34b2は、撮像部32による撮像画面を、上述のように検出した被写体要素を含む複数の領域に分割する。
設定部34bはさらに、複数の領域に対して撮像条件を設定する。撮像条件は、上記露出条件(露光時間、ゲイン、ISO感度、フレームレート等)と、上記画像処理条件(例えば、ホワイトバランス調整用パラメータ、ガンマ補正カーブ、表示輝度調整パラメータ、彩度調整パラメータ等)とを含む。なお、撮像条件は、複数の領域の全体に同じ撮像条件を設定することも、複数の領域間で異なる撮像条件を設定することも可能である。
撮像制御部34cは、設定部34bによって領域ごとに設定された撮像条件を適用して撮像部32(撮像素子32a)、画像処理部33を制御する。これにより、撮像部32に対しては、複数の領域ごとに異なる露出条件で撮像を行わせることが可能であり、画像処理部33に対しては、複数の領域ごとに異なる画像処理条件で画像処理を行わせることが可能である。領域を構成する画素の数はいくらでもよく、例えば1000画素でもよいし、1画素でもよい。また、領域間で画素の数が異なっていてもよい。
AF演算部34dは、撮像画面の所定の位置(焦点検出位置と呼ぶ)において、対応する被写体に対してフォーカスを合わせる自動焦点調節(オートフォーカス:AF)動作を制御する。AF演算部34dは、演算結果に基づいて、撮像光学系31のフォーカスレンズを合焦位置へ移動させるための駆動信号を出力し、この駆動信号に基づき、図示を省略した自動焦点調節部が撮像光学系31の自動焦点調節動作を行う。AF演算部34dが自動焦点調節のために行う処理は、焦点検出処理とも呼ばれる。
表示部35は、画像処理部33によって生成された画像や画像処理された画像、記録部37によって読み出された画像などを再生表示する。表示部35は、操作メニュー画面や、撮像条件を設定するための設定画面等の表示も行う。
操作部材36は、レリーズボタンやメニューボタン等の種々の操作部材によって構成される。操作部材36は、各操作に対応する操作信号を制御部34へ送出する。操作部材36には、表示部35の表示面に設けられたタッチ操作部材も含まれる。
記録部37は、制御部34からの指示に応じて、不図示のメモリカードなどで構成される記録媒体に画像データなどを記録する。また、記録部37は、制御部34からの指示に応じて記録媒体に記録されている画像データを読み出す。
<積層型の撮像素子の説明>
上述した撮像素子32aの一例として積層型の撮像素子100について説明する。図2は、撮像素子100の断面図である。撮像素子100は、撮像チップ111と、信号処理チップ112と、メモリチップ113とを備える。撮像チップ111は、信号処理チップ112に積層されている。信号処理チップ112は、メモリチップ113に積層されている。撮像チップ111および信号処理チップ112、信号処理チップ112およびメモリチップ113は、それぞれ接続部109により電気的に接続されている。接続部109は、例えばバンプや電極である。
上述した撮像素子32aの一例として積層型の撮像素子100について説明する。図2は、撮像素子100の断面図である。撮像素子100は、撮像チップ111と、信号処理チップ112と、メモリチップ113とを備える。撮像チップ111は、信号処理チップ112に積層されている。信号処理チップ112は、メモリチップ113に積層されている。撮像チップ111および信号処理チップ112、信号処理チップ112およびメモリチップ113は、それぞれ接続部109により電気的に接続されている。接続部109は、例えばバンプや電極である。
撮像チップ111は、被写体からの光像を撮像して画像データを生成する。撮像チップ111は、画像データを撮像チップ111から信号処理チップ112へ出力する。信号処理チップ112は、撮像チップ111から出力された画像データに対して信号処理を施す。メモリチップ113は、複数のメモリを有し、画像データを記憶する。なお、撮像素子100は、撮像チップおよび信号処理チップで構成されてもよい。撮像素子100が撮像チップおよび信号処理チップで構成されている場合、画像データを記憶するための記憶部は、信号処理チップに設けられてもよいし、撮像素子100とは別に設けていてもよい。
図2に示すように、入射光は、主に白抜き矢印で示すZ軸プラス方向へ向かって入射する。また、座標軸に示すように、Z軸に直交する紙面左方向をX軸プラス方向、Z軸およびX軸に直交する紙面手前方向をY軸プラス方向とする。以降のいくつかの図においては、図2の座標軸を基準として、それぞれの図の向きがわかるように座標軸を表示する。
撮像チップ111は、例えば、裏面照射型のCMOSイメージセンサである。撮像チップ111は、マイクロレンズ層101、カラーフィルタ層102、パッシベーション層103、半導体層106、および配線層108を有する。撮像チップ111は、Z軸プラス方向に向かってマイクロレンズ層101、カラーフィルタ層102、パッシベーション層103、半導体層106、および配線層108の順に配置されている。
マイクロレンズ層101は、複数のマイクロレンズLを有する。マイクロレンズLは、入射した光を後述する光電変換部104に集光する。カラーフィルタ層102は、分光特性の異なる複数種類のカラーフィルタFを有する。カラーフィルタ層102は、具体的には、主に赤色成分の光を透過させる分光特性の第1フィルタ(R)と、主に緑色成分の光を透過させる分光特性の第2フィルタ(Gb、Gr)と、主に青色成分の光を透過させる分光特性の第3フィルタ(B)と、を有する。カラーフィルタ層102は、例えば、ベイヤー配列により第1フィルタ、第2フィルタおよび第3フィルタが配置されている。パッシベーション層103は、窒化膜や酸化膜で構成され、半導体層106を保護する。
半導体層106は、光電変換部104および読出回路105を有する。半導体層106は、光の入射面である第1面106aと第1面106aの反対側の第2面106bとの間に複数の光電変換部104を有する。半導体層106は、光電変換部104がX軸方向およびY軸方向に複数配列されている。光電変換部104は、光を電荷に変換する光電変換機能を有する。また、光電変換部104は、光電変換信号による電荷を蓄積する。光電変換部104は、例えば、フォトダイオードである。半導体層106は、光電変換部104よりも第2面106b側に読出回路105を有する。半導体層106は、読出回路105がX軸方向およびY軸方向に複数配列されている。読出回路105は、複数のトランジスタにより構成され、光電変換部104によって光電変換された電荷により生成される画像データを読み出して配線層108へ出力する。
配線層108は、複数の金属層を有する。金属層は、例えば、Al配線、Cu配線等である。配線層108は、読出回路105により読み出された画像データが出力される。画像データは、接続部109を介して配線層108から信号処理チップ112へ出力される。
なお、接続部109は、光電変換部104ごとに設けられていてもよい。また、接続部109は、複数の光電変換部104ごとに設けられていてもよい。接続部109が複数の光電変換部104ごとに設けられている場合、接続部109のピッチは、光電変換部104のピッチよりも大きくてもよい。また、接続部109は、光電変換部104が配置されている領域の周辺領域に設けられていてもよい。
信号処理チップ112は、複数の信号処理回路を有する。信号処理回路は、撮像チップ111から出力された画像データに対して信号処理を行う。信号処理回路は、例えば、画像データの信号値を増幅するアンプ回路、画像データのノイズの低減処理を行う相関二重サンプリング回路およびアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ/デジタル(A/D)変換回路等である。信号処理回路は、光電変換部104ごとに設けられていてもよい。
また、信号処理回路は、複数の光電変換部104ごとに設けられていてもよい。信号処理チップ112は、複数の貫通電極110を有する。貫通電極110は、例えばシリコン貫通電極である。貫通電極110は、信号処理チップ112に設けられた回路を互いに接続する。貫通電極110は、撮像チップ111の周辺領域、メモリチップ113にも設けられてもよい。なお、信号処理回路を構成する一部の素子を撮像チップ111に設けてもよい。例えば、アナログ/デジタル変換回路の場合、入力電圧と基準電圧の比較を行う比較器を撮像チップ111に設け、カウンター回路やラッチ回路等の回路を、信号処理チップ112に設けてもよい。
メモリチップ113は、複数の記憶部を有する。記憶部は、信号処理チップ112で信号処理が施された画像データを記憶する。記憶部は、例えば、DRAM等の揮発性メモリである。記憶部は、光電変換部104ごとに設けられていてもよい。また、記憶部は、複数の光電変換部104ごとに設けられていてもよい。記憶部に記憶された画像データは、後段の画像処理部に出力される。
図3は、撮像チップ111の画素配列と単位領域131を説明する図である。特に、撮像チップ111を裏面(撮像面)側から観察した様子を示す。画素領域には例えば2000万個以上の画素がマトリックス状に配列されている。図3の例では、隣接する2画素×2画素の4画素が一つの単位領域(撮像領域)131を形成する。図の格子線は、隣接する画素がグループ化されて単位領域131を形成する概念を示す。単位領域131を形成する画素の数は、これに限られず1000個程度、例えば32画素×32画素でもよいし、それ以上でもそれ以下でもよく、1画素であってもよい。
画素領域の部分拡大図に示すように、図3の単位領域131は、緑色画素Gb、Gr、青色画素Bおよび赤色画素Rの4画素から成るいわゆるベイヤー配列を内包する。緑色画素Gb、Grは、カラーフィルタFとして緑色フィルタを有する画素であり、入射光のうち緑色波長帯の光を受光する。同様に、青色画素Bは、カラーフィルタFとして青色フィルタを有する画素であって青色波長帯の光を受光し、赤色画素Rは、カラーフィルタFとして赤色フィルタを有する画素であって赤色波長帯の光を受光する。
本実施形態において、1ブロックにつき単位領域131を少なくとも1つ含むように複数のブロックが定義される。すなわち、1ブロックの最小単位は1つの単位領域131となる。上述したように、1つの単位領域131を形成する画素の数として取り得る値のうち、最も小さい画素の数は1画素である。したがって、1ブロックを画素単位で定義する場合、1ブロックを定義し得る画素の数のうち最小の画素の数は1画素となる。各ブロックはそれぞれ異なる制御パラメータで各ブロックに含まれる画素を制御できる。各ブロックは、そのブロック内の全ての単位領域131、すなわち、そのブロック内の全ての画素が同一の撮像条件で制御される。つまり、あるブロックに含まれる画素群と、別のブロックに含まれる画素群とで、撮像条件が異なる光電変換信号を取得できる。
制御パラメータの例は、フレームレート、ゲイン、間引き率、光電変換信号を加算する加算行数または加算列数、電荷の蓄積時間または蓄積回数、デジタル化のビット数(語長)等である。撮像素子100は、行方向(撮像チップ111のX軸方向)の間引きのみでなく、列方向(撮像チップ111のY軸方向)の間引きも自在に行える。さらに、制御パラメータは、画像処理におけるパラメータであってもよい。
図4は、単位領域131における回路を説明する図である。図4の例では、隣接する2画素×2画素の4画素により一つの単位領域131を形成する。なお、上述したように単位領域131に含まれる画素の数はこれに限られず、1000画素以上でもよいし、最小1画素でもよい。単位領域131の二次元的な位置を符号A〜Dにより示す。
単位領域131に含まれる画素のリセットトランジスタ(RST)は、画素ごとに個別にオンオフ可能に構成される。図4において、画素Aのリセットトランジスタをオンオフするリセット配線300が設けられており、画素Bのリセットトランジスタをオンオフするリセット配線310が、上記リセット配線300とは別個に設けられている。同様に、画素Cのリセットトランジスタをオンオフするリセット配線320が、上記リセット配線300、310とは別個に設けられている。他の画素Dに対しても、リセットトランジスタをオンオフするための専用のリセット配線330が設けられている。
単位領域131に含まれる画素の転送トランジスタ(TX)についても、画素ごとに個別にオンオフ可能に構成される。図4において、画素Aの転送トランジスタをオンオフする転送配線302、画素Bの転送トランジスタをオンオフする転送配線312、画素Cの転送トランジスタをオンオフする転送配線322が、別個に設けられている。他の画素Dに対しても、転送トランジスタをオンオフするための専用の転送配線332が設けられている。
さらに、単位領域131に含まれる画素の選択トランジスタ(SEL)についても、画素ごとに個別にオンオフ可能に構成される。図4において、画素Aの選択トランジスタをオンオフする選択配線306、画素Bの選択トランジスタをオンオフする選択配線316、画素Cの選択トランジスタをオンオフする選択配線326が、別個に設けられている。他の画素Dに対しても、選択トランジスタをオンオフするための専用の選択配線336が設けられている。
なお、電源配線304は、単位領域131に含まれる画素Aから画素Dで共通に接続されている。同様に、出力配線308は、単位領域131に含まれる画素Aから画素Dで共通に接続されている。また、電源配線304は複数の単位領域間で共通に接続されるが、出力配線308は単位領域131ごとに個別に設けられる。負荷電流源309は、出力配線308へ電流を供給する。負荷電流源309は、撮像チップ111側に設けられてもよいし、信号処理チップ112側に設けられてもよい。
単位領域131のリセットトランジスタおよび転送トランジスタを個別にオンオフすることにより、単位領域131に含まれる画素Aから画素Dに対して、電荷の蓄積開始時間、蓄積終了時間、転送タイミングを含む電荷蓄積を制御することができる。また、単位領域131の選択トランジスタを個別にオンオフすることにより、各画素Aから画素Dの光電変換信号を、それぞれ対応する増幅トランジスタ(AMP)を介して、共通の出力配線308から出力することができる。
ここで、単位領域131に含まれる画素Aから画素Dについて、行および列に対して規則的な順序で電荷蓄積を制御する、いわゆるローリングシャッタ方式が公知である。ローリングシャッタ方式により行ごとに画素を選択してから列を指定すると、図4の例では「ABCD」の順序で光電変換信号が出力される。
このように単位領域131を基準として回路を構成することにより、単位領域131ごとに露光時間を制御することができる。換言すると、単位領域131間で異なったフレームレートによる光電変換信号をそれぞれ出力させることができる。また、撮像チップ111において一部のブロックに含まれる単位領域131に電荷蓄積(撮像)を行わせる間に他のブロックに含まれる単位領域131を休ませることにより、撮像チップ111の所定のブロックでのみ撮像を行わせて、その光電変換信号を出力させることができる。さらに、フレーム間で電荷蓄積(撮像)を行わせるブロック(蓄積制御の対象ブロック)を切り替えて、撮像チップ111の異なるブロックで逐次撮像を行わせて、光電変換信号を出力させることもできる。
上記の通り、単位領域131のそれぞれに対応して出力配線308が設けられている。撮像素子100は撮像チップ111、信号処理チップ112およびメモリチップ113を積層しているので、これら出力配線308に接続部109を用いたチップ間の電気的接続を用いることにより、各チップを面方向に大きくすることなく配線を引き回すことができる。
<撮像素子のブロック制御>
本実施形態では、撮像素子32aにおける複数のブロックごとに撮像条件を設定する。制御部34(撮像制御部34c)は、上記複数の領域を上記ブロックに対応させて、領域ごとに設定する撮像条件で撮像を行わせる。
本実施形態では、撮像素子32aにおける複数のブロックごとに撮像条件を設定する。制御部34(撮像制御部34c)は、上記複数の領域を上記ブロックに対応させて、領域ごとに設定する撮像条件で撮像を行わせる。
例えば、移動する物体Tを被写体として動画像を撮像する場合において、制御部34(撮像制御部34c)は、物体Tを含む第1領域と、第1領域以外の背景の第2領域とに撮像条件をそれぞれ設定して、第1動画像と第2動画像とを取得させる。移動する物体Tは、第1動画像の撮像を開始する前に、撮像素子32aの撮像面の全体に同じ条件を設定して取得したフレーム画像に基づいて、物体検出部34aによって検出させる。
<撮像>
-- 第1動画像 --
図5(a)〜図5(f)は、撮像素子32aによって取得される第1動画像を説明する模式図である。図5(a)〜図5(f)において、移動する物体Tは同一物であり、撮像画面内を左から右へ向かって移動する。図5(a)〜図5(f)は、例えばフレームレート240fpsで撮像する。図5(a)〜図5(f)で物体Tを撮像する時刻が異なるため、物体Tが移動した距離に応じて撮像画面内における物体Tの位置が異なる。
-- 第1動画像 --
図5(a)〜図5(f)は、撮像素子32aによって取得される第1動画像を説明する模式図である。図5(a)〜図5(f)において、移動する物体Tは同一物であり、撮像画面内を左から右へ向かって移動する。図5(a)〜図5(f)は、例えばフレームレート240fpsで撮像する。図5(a)〜図5(f)で物体Tを撮像する時刻が異なるため、物体Tが移動した距離に応じて撮像画面内における物体Tの位置が異なる。
図5(a)のフレーム画像は、第1動画像の先頭フレーム、すなわち第1フレームである。図5(a)において、設定部34bの領域変更部34b2は、物体検出部34aの検出結果に基づき物体Tを含む第1領域として領域R1を設定する。領域R1は1つまたは複数の単位領域を含む。図5(b)のフレーム画像は、第1動画像の第2フレームである。図5(b)において、設定部34bの領域変更部34b2は、物体検出部34aの検出結果に基づき物体Tを含む第1領域として領域R2を設定する。領域R2は、領域R1の範囲に比べて物体Tの移動方向、すなわち水平右方向に長さd1だけ広く設定される。領域R2に含まれる単位領域の数は領域R1に含まれる単位領域の数よりも多くなる。設定部34bの領域変更部34b2は、長さd1を、物体Tの動き、例えば物体Tの移動速度(速さ)に基づいて決定する。例えば、第1動画像の撮像を開始する前に、撮像素子32aの撮像面の全体に同じ条件を設定して取得された直近の2フレームのライブビュー画像から得られる物体Tの相対的な移動量に基づいて長さd1を決定する。ライブビュー画像は、所定のフレームレート(例えば60fps)で繰り返し撮像するモニタ用画像のことをいう。
図5(c)のフレーム画像は、第1動画像の第3フレームである。図5(c)において、設定部34bの領域変更部34b2は、物体検出部34aの検出結果に基づき物体Tを含む第1領域として領域R3を設定する。領域R3は、領域R2の範囲に比べて物体Tの移動方向、すなわち水平右方向に長さd2だけ広く設定される。領域R3に含まれる単位領域の数は領域R2に含まれる単位領域の数よりも多くなる。設定部34bの領域変更部34b2は、長さd2を、物体Tの移動速度に基づいて決定する。例えば、直近の2フレームの第1動画像、すなわち第1フレーム(図5(a))および第2フレーム(図5(b))の画像から得られる物体Tの相対的な移動量に基づいて長さd2を決定する。
図5(d)のフレーム画像は、第1動画像の第4フレームである。図5(d)において、設定部34bの領域変更部34b2は、物体検出部34aの検出結果に基づき物体Tを含む第1領域として領域R4を設定する。領域R4は、領域R3の範囲に比べて物体Tの移動方向、すなわち水平右方向に長さd3だけ広く設定される。領域R4に含まれる単位領域の数は領域R3に含まれる単位領域の数よりも多くなる。設定部34bの領域変更部34b2は、長さd3を、物体Tの移動速度に基づいて決定する。例えば、直近の2フレームの第1動画像、すなわち第2フレーム(図5(b))および第3フレーム(図5(c))の画像から得られる物体Tの相対的な移動量に基づいて長さd3を決定する。
設定部34bの領域変更部34b2は、第1動画像の所定数のフレームの撮像を行う度に、物体Tを含む第1領域の撮像画面における位置および範囲を見直す。図5(e)のフレーム画像は、第1動画像の第5フレームである。図5(e)において、設定部34bの領域変更部34b2は、物体検出部34aの検出結果に基づき物体Tを含む第1領域として領域R5を設定する。領域R5は、第1フレームである図5(a)の領域R1と比べると、物体Tが移動した距離に応じて撮像画面内における位置が異なる。
詳述すると、第2フレームの領域R2は、第1フレームの領域R1よりも長さがd1だけ拡大され、第3フレームの領域R3は、第1フレームの領域R1よりも長さが(d1+d2)だけ拡大されている。同様に、第4フレームの領域R4は、第1フレームの領域R1よりも長さが(d1+d2+d3)だけ拡大されている。第5フレームの領域R5は、第1フレームの領域R1のサイズと略同一に戻るが、撮影画面内の位置が第1フレームの領域R1に対して、異なっている。
詳述すると、第2フレームの領域R2は、第1フレームの領域R1よりも長さがd1だけ拡大され、第3フレームの領域R3は、第1フレームの領域R1よりも長さが(d1+d2)だけ拡大されている。同様に、第4フレームの領域R4は、第1フレームの領域R1よりも長さが(d1+d2+d3)だけ拡大されている。第5フレームの領域R5は、第1フレームの領域R1のサイズと略同一に戻るが、撮影画面内の位置が第1フレームの領域R1に対して、異なっている。
図5(f)のフレーム画像は、第1動画像の第6フレームである。図5(f)において、設定部34bの領域変更部34b2は、物体検出部34aの検出結果に基づき物体Tを含む第1領域として領域R6を設定する。領域R6は、領域R5の範囲に比べて物体Tの移動方向、すなわち水平右方向に長さd1’だけ広く設定される。設定部34bの領域変更部34b2は、長さd1’を、物体Tの移動速度に基づいて決定する。例えば、直近の2フレームの第1動画像、すなわち第4フレーム(図5(d))および第5フレーム(図5(f))の画像から得られる物体Tの相対的な移動量に基づいて長さd1’を決定する。以降のフレームについても同様である。
以上説明したように、第1動画像は、移動する物体Tを含む領域Rn(ただし、nは1、2、3、…)を撮像対象にする。設定部34bの領域変更部34b2は、第1領域とする領域Rnの範囲を、物体Tが移動するにつれて広げる。また、領域変更部34b2は、後述のように、領域Rnの位置および範囲を、第2動画像を撮像する度に設定し直す。
-- 第2動画像 --
図6(a)および図6(b)は、撮像素子32aによって取得される第2動画像を説明する模式図である。図6(a)のフレーム画像は、第2動画像の先頭フレーム、すなわち第1フレームである。図6(b)のフレーム画像は、第2動画像の第2フレームである。図6(c)〜図6(g)のフレーム画像は、第1動画像の第1フレーム〜第5フレーム、すなわち、図5(a)〜図5(e)に対応する。
図6(a)および図6(b)は、撮像素子32aによって取得される第2動画像を説明する模式図である。図6(a)のフレーム画像は、第2動画像の先頭フレーム、すなわち第1フレームである。図6(b)のフレーム画像は、第2動画像の第2フレームである。図6(c)〜図6(g)のフレーム画像は、第1動画像の第1フレーム〜第5フレーム、すなわち、図5(a)〜図5(e)に対応する。
第2動画像は、例えば、第1動画像のフレームレート240fpsの1/4のフレームレート60fpsで撮像される。第1動画像の第1フレーム(図6(c))を撮像する時点で、第2動画像の第1フレーム(図6(a))が撮像される。また、第1動画像の第5フレーム(図6(g))を撮像する時点で、第2動画像の第2フレーム(図6(b))が撮像される。上述したように、第2動画像として撮像する領域は、第1動画像の撮像対象である第1領域以外の第2領域である。
なお、上述したように撮像素子32aの領域ごとに異なる撮像条件を設定できるので、第1動画像と第2動画像とで1フレーム当たりの露光時間を異ならせることが可能である。例えば、本実施の形態では第1動画像のフレームレートが240fpsであるので、第1動画像の1フレーム当たりの露光時間は4msec程度まで長くすることができる。また、第2動画像のフレームレートが60fpsであるので、第2動画像の1フレーム当たりの露光時間は16msec程度まで長くすることができる。
第1動画像と第2動画像との間で異なる露光時間を設定することにより、例えば、第2動画像の第1フレームを撮像する(電荷蓄積および読み出し)傍らで、第1動画像の第1フレーム、第2フレーム、…を撮像する(電荷蓄積および読み出し)ことも可能である。
第1動画像と第2動画像との間で異なる露光時間を設定することにより、例えば、第2動画像の第1フレームを撮像する(電荷蓄積および読み出し)傍らで、第1動画像の第1フレーム、第2フレーム、…を撮像する(電荷蓄積および読み出し)ことも可能である。
図6(a)において、設定部34bの領域変更部34b2は、第1動画像の第1フレームの領域R1(図6(c))以外の領域B1を第2領域(ハッチングを付けた領域)として設定する。図6(b)において、設定部34bの領域変更部34b2は、第1動画像の第5フレームの領域R5(図6(g))以外の領域B2を第2領域(ハッチングを付けた領域)として設定する。
以上説明したように、第1の実施形態による第2動画像は、上記領域Rn(ただし、nは1、5、…)以外の領域Bm(ただし、mは1、2、…)を撮像対象とする。設定部34bの領域変更部34b2は、第2領域とする領域Bmを、第2動画像を撮像する度に設定し直す。
<記録>
制御部34は、記録部37によって記録媒体に記録する動画像ファイルを生成する。制御部34は、第1動画像を記録した第1動画像ファイルと、第2動画像を記録した第2動画像ファイルとをそれぞれ記録媒体に記録する第1記録モードの場合、第1動画像ファイルと第2動画像ファイルとをそれぞれ生成する。記録部37は、制御部34からの指示により、記録媒体に第1動画像ファイルと第2動画像ファイルとを記録する。
制御部34は、記録部37によって記録媒体に記録する動画像ファイルを生成する。制御部34は、第1動画像を記録した第1動画像ファイルと、第2動画像を記録した第2動画像ファイルとをそれぞれ記録媒体に記録する第1記録モードの場合、第1動画像ファイルと第2動画像ファイルとをそれぞれ生成する。記録部37は、制御部34からの指示により、記録媒体に第1動画像ファイルと第2動画像ファイルとを記録する。
制御部34は、再生用の動画像を記録媒体に記録する第2記録モードの場合、第1動画像と第2動画像とを合成した第3動画像を記録した第3動画像ファイルを生成する。第3動画像ファイルの生成については後述する。記録部37は、制御部34からの指示により、記録媒体に第3動画像ファイルを記録する。
制御部34は、第1記録モードと第2記録モードとの切替を、例えば操作部材36の設定状態に基づいて行う。
なお、上記第1動画像ファイルと、上記第2動画像ファイルと、上記第3動画像ファイルとをそれぞれ記録媒体に記録する第3記録モードを備えてもよい。この場合において、第1記録モード〜第3記録モードとの切替を、操作部材36の設定状態に基づいて行ってもよい。
なお、上記第1動画像ファイルと、上記第2動画像ファイルと、上記第3動画像ファイルとをそれぞれ記録媒体に記録する第3記録モードを備えてもよい。この場合において、第1記録モード〜第3記録モードとの切替を、操作部材36の設定状態に基づいて行ってもよい。
<再生>
図6(h)〜図6(l)のフレーム画像を参照して、再生動画像を説明する。制御部34は、記録部37によって記録媒体から読み出された動画像ファイルに基づき、表示部35に動画像を再生表示する。
図6(h)〜図6(l)のフレーム画像を参照して、再生動画像を説明する。制御部34は、記録部37によって記録媒体から読み出された動画像ファイルに基づき、表示部35に動画像を再生表示する。
-- 第1記録モードの画像の再生 --
第1記録モードの場合、上記第3動画像を生成していないので、制御部34は、記録媒体に記憶された第1動画像と第2動画像とを読み出し、読み出された第1および第2動画像を合成して第3動画像を生成する。制御部34は、第3動画像のフレームレートとして、第1動画像のフレームレートと第2動画像のフレームレートとのうちの速い方のフレームレートを採用する。本例では、第1動画像のフレームレート240fpsを採用して240fpsの第3動画像を生成する。以下に、第3動画像の生成、即ち合成について詳細に説明する。
第1記録モードの場合、上記第3動画像を生成していないので、制御部34は、記録媒体に記憶された第1動画像と第2動画像とを読み出し、読み出された第1および第2動画像を合成して第3動画像を生成する。制御部34は、第3動画像のフレームレートとして、第1動画像のフレームレートと第2動画像のフレームレートとのうちの速い方のフレームレートを採用する。本例では、第1動画像のフレームレート240fpsを採用して240fpsの第3動画像を生成する。以下に、第3動画像の生成、即ち合成について詳細に説明する。
(画像合成)
制御部34は、第2動画像の第1フレーム(図6(a))に対して、第1動画像の第1フレーム(図6(c))を合成して第3動画像の第1フレーム(図6(h))を生成する。次に、制御部34は、第2動画像の第1フレーム(図6(a))に対して、第1動画像の第2フレーム(図6(d))を上書き合成して第3動画像の第2フレーム(図6(i))を生成する。
制御部34は、第2動画像の第1フレーム(図6(a))に対して、第1動画像の第1フレーム(図6(c))を合成して第3動画像の第1フレーム(図6(h))を生成する。次に、制御部34は、第2動画像の第1フレーム(図6(a))に対して、第1動画像の第2フレーム(図6(d))を上書き合成して第3動画像の第2フレーム(図6(i))を生成する。
以降のフレームについても同様に、制御部34は、第2動画像の第1フレーム(図6(a))に対して、第1動画像の第3フレーム(図6(e))、第4フレーム(図6(f))をそれぞれ上書き合成して第3動画像の第3フレーム(図6(j))、第4フレーム(図6(k))をそれぞれ生成する。
制御部34は、第2動画像の第2フレーム(図6(b))に対して、第1動画像の第5フレーム(図6(g))を合成して第3動画像の第5フレーム(図6(l))を生成する。以降のフレームについても同様である。
なお、このような第1動画像と第2動画像とを合成して第3動画像を生成する方法は、第2記録モードの場合において第1動画像と第2動画像とを合成して第3動画像を生成する際にも、同様に適用される。
なお、このような第1動画像と第2動画像とを合成して第3動画像を生成する方法は、第2記録モードの場合において第1動画像と第2動画像とを合成して第3動画像を生成する際にも、同様に適用される。
第2動画像に対して第1動画像を合成する場合、双方の動画像の明暗差が少ない方が望ましい。合成後の第3動画像において、合成した境界部分の明暗差が目立つおそれがあるからである。しかしながら、例えば第1動画像と第2動画像とで異なる露光時間を設定したことにより、両動画像に明暗差が生じる場合には、暗い動画像の画像データに対してゲインをかけたり、暗い動画像の近傍の画素データを加算したりして、境界部分の明暗差を抑える処理が有効である。境界部分の明暗差を抑える処理をして第1動画像および第2動画像の合成を行うことで、合成後の第3動画像において合成した境界部分の明暗差を目立たなくすることができる。
制御部34は、上述したように、第1動画像および第2動画像に基づいて第3動画像を生成する動画像生成処理を行いながら、生成した第3動画像を表示部35に再生表示する。
-- 第2記録モード、第3記録モードの画像の再生 --
第2記録モード、第3記録モードの場合は、既に上記第3動画像を生成済みであるので、制御部34は、記録部37に指示を送り、記録媒体に記録されている第3動画像ファイルを読み出させる。制御部34は、記録部37で読み出された第3動画像を表示部35に再生表示する。
第2記録モード、第3記録モードの場合は、既に上記第3動画像を生成済みであるので、制御部34は、記録部37に指示を送り、記録媒体に記録されている第3動画像ファイルを読み出させる。制御部34は、記録部37で読み出された第3動画像を表示部35に再生表示する。
上述した第1の実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
(1)撮像装置の一例であるカメラ1は、入射した光を撮像する第1領域と、入射した光を撮像する第1領域とは異なる第2領域とを有する撮像部32と、第1領域の撮像条件を、第2領域の撮像条件と異なる条件に設定する設定部34bとを備える。そして、設定部34bは、移動する物体Tを含み、物体Tの移動速度に基づく領域Rnを第1領域としてフレームレート240fpsを設定して第1動画像を撮像させ、かつ、第1領域以外の領域Bmを第2領域としてフレームレート240fpsよりも遅いフレームレート60fpsを設定して第2動画像を撮像させる。これにより、動画像の撮像を適切に行うことができる。速いフレームレートを設定する領域Rnを限定したことで、例えば撮像画面の全体に速いフレームレートを設定して撮像する場合に比べて、消費電力の低減、および発熱量の低減を図ることができる。さらに、速いフレームレートを設定する領域Rnを限定したことで、画像のデータ量を削減することができる。
(1)撮像装置の一例であるカメラ1は、入射した光を撮像する第1領域と、入射した光を撮像する第1領域とは異なる第2領域とを有する撮像部32と、第1領域の撮像条件を、第2領域の撮像条件と異なる条件に設定する設定部34bとを備える。そして、設定部34bは、移動する物体Tを含み、物体Tの移動速度に基づく領域Rnを第1領域としてフレームレート240fpsを設定して第1動画像を撮像させ、かつ、第1領域以外の領域Bmを第2領域としてフレームレート240fpsよりも遅いフレームレート60fpsを設定して第2動画像を撮像させる。これにより、動画像の撮像を適切に行うことができる。速いフレームレートを設定する領域Rnを限定したことで、例えば撮像画面の全体に速いフレームレートを設定して撮像する場合に比べて、消費電力の低減、および発熱量の低減を図ることができる。さらに、速いフレームレートを設定する領域Rnを限定したことで、画像のデータ量を削減することができる。
(2)カメラ1の領域変更部34b2は、第1動画像を撮像する度に領域Rnを物体Tが移動する方向へ広げるので、後フレームになるほど領域Rnが広くなる。仮に、後フレームの領域を狭くしてしまうと、第2動画像のフレームに対して第1動画像のフレームを合成した場合に画像データが欠落する部分が生じるおそれがあるところ、本実施形態では後フレームの領域Rnを広げたので、合成後のフレーム画像にデータの欠落部分を発生させないというメリットが得られる。
(3)カメラ1の領域変更部34b2は、移動する物体Tの移動速度により、領域Rnを広げる幅を変化させる。これにより、必要以上に領域Rnを広げることが防止され、消費電力の低減、および発熱量の低減を図ることができる。
(4)カメラ1の領域変更部34b2は、第2動画像を撮像する度に撮像画面における領域Rnの位置および範囲を設定し直すので、広げた領域Rnを定期的に小さく戻すことができる。これにより、必要以上に領域Rnを広げることが防止され、消費電力の低減、および発熱量の低減を図ることができる。
(5)画像処理装置の一例であるカメラ1は、上記のように撮像されたフレームレート240fpsの第1動画像、および上記のように撮像されたフレームレート60fpsの第2動画像を読み出す記録媒体に記録部37と、記録部37に読み出された第1動画像と、記録部37に読み出された第2動画像とを合成し、フレームレート240fpsの第3動画像を生成する制御部34とを備える。これにより、第1動画像および第2動画像に基づいて、適切に動画像(第3動画像)を再生することができる。
(6)上記(5)の制御部34は、第2動画像に対し、対応する第1動画像の各フレームの画像をフレーム順に合成する。これにより、第1動画像および第2動画像に基づいて、適切に動画像(第3動画像)を再生することができる。
次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形態と組み合わせることも可能である。
(第1の実施形態の変形例)
上述の実施の形態では、移動物体Tが水平右方向に移動する場合に、領域Rを水平右方向に広げた。物体Tが撮像画面内を水平左方向へ移動する場合には、設定部34bの領域変更部34b2は、第1動画像の撮像対象にする領域Rnの範囲を水平左方向へ広げてよい。
また、移動する物体Tが元の位置の方向へ戻る場合、例えば、当初水平右方向へ所定の距離だけ移動した物体Tが移動方向を水平左方向へ変える場合には、設定部34bの領域変更部34b2は、物体Tが水平右方向に移動中には、図5に示したように、領域Rを右方向への移動に伴い、徐々に広げる。設定部34bの領域変更部34b2は、その後に、物体Tが方向を変えて水平左方向に移動しても、ほぼ上記の所定の距離移動するまで、領域Rを不変のままとし、物体Tがほぼ上記の所定の距離だけ水平左方向に移動した後に、左方向に領域Rを広げる。この理由は、第2動画像を撮像するタイミングで、領域Rnの位置および範囲を設定し直すからである。
(第1の実施形態の変形例)
上述の実施の形態では、移動物体Tが水平右方向に移動する場合に、領域Rを水平右方向に広げた。物体Tが撮像画面内を水平左方向へ移動する場合には、設定部34bの領域変更部34b2は、第1動画像の撮像対象にする領域Rnの範囲を水平左方向へ広げてよい。
また、移動する物体Tが元の位置の方向へ戻る場合、例えば、当初水平右方向へ所定の距離だけ移動した物体Tが移動方向を水平左方向へ変える場合には、設定部34bの領域変更部34b2は、物体Tが水平右方向に移動中には、図5に示したように、領域Rを右方向への移動に伴い、徐々に広げる。設定部34bの領域変更部34b2は、その後に、物体Tが方向を変えて水平左方向に移動しても、ほぼ上記の所定の距離移動するまで、領域Rを不変のままとし、物体Tがほぼ上記の所定の距離だけ水平左方向に移動した後に、左方向に領域Rを広げる。この理由は、第2動画像を撮像するタイミングで、領域Rnの位置および範囲を設定し直すからである。
物体Tが撮像画面内を鉛直上方向へ移動する場合には、設定部34bの領域変更部34b2は、第1動画像の撮像対象にする領域Rnの範囲を鉛直上方向へ広げてよい。また、物体Tが撮像画面内を鉛直下方向へ移動する場合には、設定部34bの領域変更部34b2は、第1動画像の撮像対象にする領域Rnの範囲を鉛直下方向へ広げてよい。
さらにまた、物体Tが撮像画面内を斜め方向へ移動する場合には、設定部34bの領域変更部34b2は、第1動画像の撮像対象にする領域Rnの範囲を斜め方向へ広げてよい。例えば、領域Rnの範囲を右斜め上方向に広げる場合において、領域Rnを示す四角形の右上の頂点を右斜め上に移動させることによって領域Rnの範囲を広げてもよい。
移動する物体Tが移動方向を変えて移動する場合には、設定部34bの領域変更部34b2は、領域Rnの範囲を新たな移動方向に向かって広げてよい。
移動する物体Tが移動方向を変えて移動する場合には、設定部34bの領域変更部34b2は、領域Rnの範囲を新たな移動方向に向かって広げてよい。
移動する物体Tがカメラ1の方向に近づく場合には、設定部34bの領域変更部34b2は、第1動画像の撮像対象にする領域Rnの範囲を上下左右方向へ広げてよい。また、移動する物体Tがカメラ1から離れる場合には、設定部34bの領域変更部34b2は、第1領域を狭めなくてよい。領域Rnの位置および範囲を、第2動画像を撮像するタイミングで設定し直すからである。
さらに、制御部34は、移動する物体Tを検出する前には、撮像画面の全体をフレームレート60fpsに設定して一つの動画像を撮像しておき、移動する物体Tを検出した後に、上述した第1動画像および第2動画像の撮像へ切替えてもよい。この場合、例えば、移動する物体Tがフレームアウト、すなわち撮像画面の外へ外れた場合には、制御部34は、第1動画像および第2動画像の撮像を終了し、撮像画面の全体をフレームレート60fpsに設定して一つの動画像の撮像へ切替えてよい。
上記の説明では、上記領域Rn(ただし、nは1、5、…)以外の領域Bm(ただし、mは1、2、…)を第2動画像の撮像対象としたが、領域Rnと領域Bmとを合わせた領域、すなわち、撮像素子32aの撮像面の全体を第2動画像の撮像対象としてもよい。
例えば、フレームレート60fpsの第2動画像は、図6(a)に示した第1フレームと、図6(b)に示した第2フレームとは、領域Rnと領域Bmとを合わせた領域を撮像する。従って、第2動画像は、第1および第2フレームが、あたかも図6(h)および(l)と同様の画像となる。この第2動画像の第1および第2フレームの撮像時には、図6(c)および(g)に示した第1動画像の第1フレーム、および第5フレームの撮像を行わない。第3動画像は、第2動画像の第1フレーム(図6(h))と、第2動画像の第1フレームを第1動画像の第2、第3、第4フレームでそれぞれ上書きした3つのフレーム(図6(i)、(j)、(k))と、第2動画像の第2フレーム(図6(l))とから生成される。
例えば、フレームレート60fpsの第2動画像は、図6(a)に示した第1フレームと、図6(b)に示した第2フレームとは、領域Rnと領域Bmとを合わせた領域を撮像する。従って、第2動画像は、第1および第2フレームが、あたかも図6(h)および(l)と同様の画像となる。この第2動画像の第1および第2フレームの撮像時には、図6(c)および(g)に示した第1動画像の第1フレーム、および第5フレームの撮像を行わない。第3動画像は、第2動画像の第1フレーム(図6(h))と、第2動画像の第1フレームを第1動画像の第2、第3、第4フレームでそれぞれ上書きした3つのフレーム(図6(i)、(j)、(k))と、第2動画像の第2フレーム(図6(l))とから生成される。
−−第2の実施形態−−
第2の実施形態は、第1の実施形態に比べて物体Tが低速で移動する場合において好適である。第2の実施形態は、第1動画像として撮像する第1領域の決め方、第2動画像として撮像する第2領域の決め方、および、第2動画像の撮像時に第1動画像を撮像しない点において、第1の実施形態と相違する。以下、図7および図8を参照して第2の実施形態について説明する。
第2の実施形態は、第1の実施形態に比べて物体Tが低速で移動する場合において好適である。第2の実施形態は、第1動画像として撮像する第1領域の決め方、第2動画像として撮像する第2領域の決め方、および、第2動画像の撮像時に第1動画像を撮像しない点において、第1の実施形態と相違する。以下、図7および図8を参照して第2の実施形態について説明する。
<撮像>
-- 第1動画像 --
図7(a)〜図7(f)は、第2の実施形態によるカメラ1で取得される第1動画像を説明する模式図である。第1の実施形態によるカメラ1で取得される第1動画像との比較を容易にするため、図7(a)〜図7(f)はそれぞれ、第1の実施形態で参照した図5(a)〜図5(f)に対応させている。
-- 第1動画像 --
図7(a)〜図7(f)は、第2の実施形態によるカメラ1で取得される第1動画像を説明する模式図である。第1の実施形態によるカメラ1で取得される第1動画像との比較を容易にするため、図7(a)〜図7(f)はそれぞれ、第1の実施形態で参照した図5(a)〜図5(f)に対応させている。
第1動画像は、後述するように例えばフレームレート240fpsで撮像されるが、フレームレート240fpsの撮像タイミングのうち、4回に1回の割合で第1動画像を撮像しない。図7は、フレームレート240fpsの第1フレーム〜第6フレームを例示したものである。
図7(a)における第1動画像の撮像対象である領域R1の破線、および図7(e)における第1動画像の撮像対象である領域R5の破線は、それぞれ、第1フレーム(図7(a))および第5フレーム(図7(e))に相当する第1動画像を撮像しない、すなわち、第1動画像の第1および第5フレームが存在しないことを示す。
図7(a)における第1動画像の撮像対象である領域R1の破線、および図7(e)における第1動画像の撮像対象である領域R5の破線は、それぞれ、第1フレーム(図7(a))および第5フレーム(図7(e))に相当する第1動画像を撮像しない、すなわち、第1動画像の第1および第5フレームが存在しないことを示す。
第1動画像の第2フレーム(図7(b))から第4フレーム(図7(d))、および第6フレーム(図7(f))において、移動する物体Tは同一物であり、撮像画面内を左から右へ向かって移動する。第2フレームから第4フレーム、および第6フレームから不図示の第8フレームは、上述のように例えばフレームレート240fpsで撮像される。図7(b)〜図7(d)、および図7(f)で物体Tを撮像する時刻が異なるため、物体Tが移動した距離に応じて撮像画面内における物体Tの位置が異なる。
図7(a)に示すように、設定部34bの領域変更部34b2は、第1フレーム(図7(a))に相当する時点(後述する第2動画像の第1フレームを取得する時点)において、物体Tを検出した物体検出部34aの検出結果に基づき物体Tを含む第1領域として領域R1を設定する。上述したように、第1動画像の第1フレームを撮像しないため、設定部34bの領域変更部34b2は、領域R1の設定のみを行う。設定部34bの領域変更部34b2は、領域R1の物体Tの移動方向の領域R1の長さを、物体Tの移動速度に基づいて決定する。例えば、第1動画像の撮像を開始する前に、撮像素子32aの撮像面の全体に同じ条件を設定して取得された直近の4フレームのライブビュー画像から得られる物体Tの相対的な移動量に基づいて、移動方向である水平方向の長さを決定する。4フレームのライブビュー画像に基づいて決定するのは、4フレームごとに領域の長さを見直すからである。
なお、ライブビュー画像は、上述したように、所定のフレームレート(例えば60fps)で繰り返し撮像するモニタ用画像である。
なお、ライブビュー画像は、上述したように、所定のフレームレート(例えば60fps)で繰り返し撮像するモニタ用画像である。
図7(b)のフレーム画像は、第1動画像の第2フレームである。図7(b)において、設定部34bの領域変更部34b2は、物体Tを含む第1領域として領域R2を設定する。領域R2は、領域R1と撮像画面における位置および範囲が同じである。
図7(c)のフレーム画像は、第1動画像の第3フレームである。図7(c)において、設定部34bの領域変更部34b2は、物体Tを含む第1領域として領域R3を設定する。領域R3は、領域R1および領域R2と撮像画面における位置および範囲が同じである。
図7(d)のフレーム画像は、第1動画像の第4フレームである。図7(d)において、設定部34bの領域変更部34b2は、物体Tを含む第1領域として領域R4を設定する。領域R4は、領域R1〜領域R3と撮像画面における位置および範囲が同じである。
設定部34bの領域変更部34b2は、第1動画像の所定数のフレームの撮像を行う度に、物体Tを含む第1領域の撮像画面における位置および範囲を見直す。図7(e)に示すように、設定部34bの領域変更部34b2は、第5フレーム(図7(e))に相当する時点(後述する第2動画像の第2フレームを取得する時点)において、物体Tを検出した物体検出部34aの検出結果に基づき物体Tを含む第1領域として領域R5を設定する。上述したように、第5動画像の第5フレームを撮像しないため、設定部34bの領域変更部34b2は、領域R5の設定のみを行う。設定部34bの領域変更部34b2は、物体Tの移動方向の領域R5の長さを、物体Tの移動速度に基づいて決定する。例えば、計4フレームの動画像に基づいて、移動方向である水平方向の領域5の長さを決定する。具体的には、直近の3フレームの第1動画像(図7(b)、図7(c)、図7(d))と、直近の1フレームの第2動画像(図8(a))とから得られる物体Tの相対的な移動量に基づいて決定する。計4フレームの動画像に基づいて決定するのは、4フレームごとに領域の長さを見直すからである。
図7(f)のフレーム画像は、第1動画像の第6フレームである。図7(f)において、設定部34bの領域変更部34b2は、物体Tを含む第1領域として領域R6を設定する。領域R6は、領域R5と撮像画面における位置および範囲が同じである。以降のフレームについても同様である。
以上説明したように、第1動画像は、移動する物体Tを含む領域Rn(ただし、nは2、3、4、6,…)を撮像対象にする。設定部34bの領域変更部34b2は、第1領域とする領域Rnの位置および範囲を、第2動画像を撮像する度に設定し直す。
-- 第2動画像 --
図8(a)および図8(b)は、撮像素子32aによって取得される第2動画像を説明する模式図である。図8(a)のフレーム画像は、第2動画像の先頭フレーム、すなわち第1フレームである。図8(b)のフレーム画像は、第2動画像の第2フレームである。図8(c)〜図8(g)のフレーム画像は、第1動画像の説明で参照した図7(a)〜図7(e)に対応する。
図8(a)および図8(b)は、撮像素子32aによって取得される第2動画像を説明する模式図である。図8(a)のフレーム画像は、第2動画像の先頭フレーム、すなわち第1フレームである。図8(b)のフレーム画像は、第2動画像の第2フレームである。図8(c)〜図8(g)のフレーム画像は、第1動画像の説明で参照した図7(a)〜図7(e)に対応する。
第2動画像は、例えばフレームレート60fpsで撮像される。第2動画像として撮像する領域は、第1動画像として撮像する第1領域と、第1領域以外の第2領域とを合わせた領域、すなわち、撮像素子32aの撮像面の全体である。
なお、第2動画像の第1および第2フレームをそれぞれ示す図8(a)、(b)と、第1動画像の撮像されない第1および第5フレームをそれぞれ示す図8(c)、(g)とが上下方向にそれぞれ並んでいる。これは、第2動画像の第1および第2フレームと第1動画像の撮像されない第1および第5フレームとがそれぞれ同時期であることを表している。
なお、第2動画像の第1および第2フレームをそれぞれ示す図8(a)、(b)と、第1動画像の撮像されない第1および第5フレームをそれぞれ示す図8(c)、(g)とが上下方向にそれぞれ並んでいる。これは、第2動画像の第1および第2フレームと第1動画像の撮像されない第1および第5フレームとがそれぞれ同時期であることを表している。
図8(a)において、設定部34bの領域変更部34b2は、上記のように設定した領域R1(図8(c))以外の領域B1を第2領域として設定する。図8(b)において、設定部34bの領域変更部34b2は、上記のように設定した領域R5(図8(g))以外の領域B2を第2領域として設定する。
以上説明したように、第2の実施形態による第2動画像は、上記領域Rn(ただし、nは1、5、…)と、上記領域Rn以外の領域Bm(ただし、mは1、2、…)とを合わせた領域、すなわち、撮像素子32aの撮像面の全体を撮像対象にする。設定部34bの領域変更部34b2は、第1領域とする領域Rnを、第2動画像を撮像する度に設定し直す。
なお、第2の実施形態において第1領域とする領域Rnを設定することは、第2領域とする領域Bmを設定することに等しい。
なお、第2の実施形態において第1領域とする領域Rnを設定することは、第2領域とする領域Bmを設定することに等しい。
<記録>
制御部34は、第1記録モードの場合、第1動画像ファイルと第2動画像ファイルとをそれぞれ生成する。記録部37は、制御部34からの指示により、記録媒体に第1動画像ファイルと第2動画像ファイルとを記録する。
制御部34は、第1記録モードの場合、第1動画像ファイルと第2動画像ファイルとをそれぞれ生成する。記録部37は、制御部34からの指示により、記録媒体に第1動画像ファイルと第2動画像ファイルとを記録する。
制御部34は、第2記録モードの場合、第1動画像と第2動画像とを合成した第3動画像を記録した第3動画像ファイルを生成する。第3動画像ファイルの生成については後述する。記録部37は、制御部34からの指示により、記録媒体に第3動画像ファイルを記録する。
なお、第1記録モードと第2記録モードとの切替を、例えば操作部材36の設定状態に基づいて行う点は、第1の実施形態と同様である。
また、第1動画像ファイルと、第2動画像ファイルと、第3動画像ファイルとをそれぞれ記録媒体に記録する第3記録モードを備えてよい点も第1の実施形態と同様である。
また、第1動画像ファイルと、第2動画像ファイルと、第3動画像ファイルとをそれぞれ記録媒体に記録する第3記録モードを備えてよい点も第1の実施形態と同様である。
<再生>
図8(h)〜図8(l)のフレーム画像を参照して、再生動画像を説明する。制御部34は、記録部37によって記録媒体から読み出された動画像ファイルに基づき、表示部35に動画像を再生表示する。
図8(h)〜図8(l)のフレーム画像を参照して、再生動画像を説明する。制御部34は、記録部37によって記録媒体から読み出された動画像ファイルに基づき、表示部35に動画像を再生表示する。
-- 第1記録モードの画像の再生 --
第1記録モードの場合、上記第3動画像が存在しないので、制御部34は、第1動画像と第2動画像とを合成して第3動画像を生成する。制御部34は、第3動画像のフレームレートとして、第1動画像のフレームレートと第2動画像のフレームレートうちの速い方のフレームレートを採用する。本例では、第1動画像のフレームレート240fpsを採用して240fpsの第3動画像を生成する。
第1記録モードの場合、上記第3動画像が存在しないので、制御部34は、第1動画像と第2動画像とを合成して第3動画像を生成する。制御部34は、第3動画像のフレームレートとして、第1動画像のフレームレートと第2動画像のフレームレートうちの速い方のフレームレートを採用する。本例では、第1動画像のフレームレート240fpsを採用して240fpsの第3動画像を生成する。
(画像合成)
制御部34は、第2動画像の第1フレーム(図8(a))を、第3動画像の第1フレーム(図8(h))として用いる。次に、制御部34は、第2動画像の第1フレーム(図8(a))に対して、第1動画像の第2フレーム(図8(d))を上書き合成して第3動画像の第2フレーム(図8(i))を生成する。
制御部34は、第2動画像の第1フレーム(図8(a))を、第3動画像の第1フレーム(図8(h))として用いる。次に、制御部34は、第2動画像の第1フレーム(図8(a))に対して、第1動画像の第2フレーム(図8(d))を上書き合成して第3動画像の第2フレーム(図8(i))を生成する。
以降のフレームについても同様に、制御部34は、第2動画像の第1フレーム(図8(a))に対して、第1動画像の第3フレーム(図8(e))、第4フレーム(図8(f))をそれぞれ上書き合成して第3動画像の第3フレーム(図8(j))、第4フレーム(図8(k))をそれぞれ生成する。
制御部34は、第2動画像の第2フレーム(図8(b))を、第3動画像の第5フレーム(図8(l))として用いる。制御部34は、第2動画像の第2フレーム(図8(b))に対して、第1動画像の第6フレーム(図7(f))を上書き合成して第3動画像の第6フレーム(不図示)を生成する。以降のフレームについても同様である。
なお、このような第1動画像と第2動画像とを合成して第3動画像を生成する方法は、第2記録モードの場合において第1動画像と第2動画像とを合成して第3動画像を生成する際にも、同様に適用される。
なお、このような第1動画像と第2動画像とを合成して第3動画像を生成する方法は、第2記録モードの場合において第1動画像と第2動画像とを合成して第3動画像を生成する際にも、同様に適用される。
制御部34は、上述したように、第1動画像および第2動画像に基づいて第3動画像を生成する動画像生成処理を行いながら、生成した第3動画像を表示部35に再生表示する。
-- 第2記録モード、第3記録モードの画像の再生 --
第2記録モード、第3記録モードの場合は、既に上記第3動画像が存在するので、制御部34は、記録部37で読み出された第3動画像を表示部35に再生表示する。
第2記録モード、第3記録モードの場合は、既に上記第3動画像が存在するので、制御部34は、記録部37で読み出された第3動画像を表示部35に再生表示する。
上述した第2の実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
(1)撮像装置の一例であるカメラ1は、入射した光を撮像する第1領域と、入射した光を撮像する第1領域とは異なる第2領域とを有する撮像部32と、第1領域の撮像条件を、第2領域の撮像条件と異なる条件に設定する設定部34bとを備える。そして、設定部34bは、移動する物体Tを含み、物体Tの移動速度に基づく領域Rnを第1領域としてフレームレート240fpsを設定して第1動画像を撮像させ、かつ、第1領域以外の領域Bmを第2領域として、少なくとも第2領域に第1フレームレートよりも遅いフレームレート60fpsを設定して第2動画像を撮像させる。これにより、動画像の撮像を適切に行うことができる。速いフレームレートを設定する領域Rnを限定したことで、例えば撮像画面の全体に速いフレームレートを設定して撮像する場合に比べて、消費電力の低減、および発熱量の低減を図ることができる。さらに、速いフレームレートを設定する領域Rnを限定したことで、画像のデータ量を削減することができる。
(1)撮像装置の一例であるカメラ1は、入射した光を撮像する第1領域と、入射した光を撮像する第1領域とは異なる第2領域とを有する撮像部32と、第1領域の撮像条件を、第2領域の撮像条件と異なる条件に設定する設定部34bとを備える。そして、設定部34bは、移動する物体Tを含み、物体Tの移動速度に基づく領域Rnを第1領域としてフレームレート240fpsを設定して第1動画像を撮像させ、かつ、第1領域以外の領域Bmを第2領域として、少なくとも第2領域に第1フレームレートよりも遅いフレームレート60fpsを設定して第2動画像を撮像させる。これにより、動画像の撮像を適切に行うことができる。速いフレームレートを設定する領域Rnを限定したことで、例えば撮像画面の全体に速いフレームレートを設定して撮像する場合に比べて、消費電力の低減、および発熱量の低減を図ることができる。さらに、速いフレームレートを設定する領域Rnを限定したことで、画像のデータ量を削減することができる。
(2)カメラ1の設定部34bの領域変更部34b2は、第2動画像の前後する二つのフレームの間において、領域Rnを同じ大きさに設定する。これにより、仮に、後フレームの領域を狭くしてしまうと、第2動画像のフレームに対して第1動画像のフレームを合成した場合に画像データが欠落する部分が生じるおそれがあるところ、本実施形態では後フレームの領域Rnを同じ大きさに設定したので、合成後のフレーム画像にデータの欠落部分を発生させないというメリットが得られる。
(3)カメラ1の領域変更部34b2は、第2動画像の撮像時には第1動画像を撮像させないようにした。これにより、領域Rnによる撮像を、定期的に休ませることができるから、消費電力の低減、および発熱量の低減を図ることができる。
(4)カメラ1の設定部34bは、第1動画像を撮像させないで第2動画像を撮像する場合には、領域Rnおよび領域Bmにそれぞれフレームレート60fpsを設定して第2動画像を撮像させるので、領域Rnによる撮像を休ませても、移動する物体Tの動画像を撮像することができる。
(5)カメラ1の領域変更部34b2は、第2動画像を撮像する度に撮像画面における領域Rnの位置および範囲を設定し直す。これにより、必要以上に領域Rnを広げることが防止され、消費電力の低減、および発熱量の低減を図ることができる。
次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形態と組み合わせることも可能である。
(第2の実施形態の変形例)
物体Tが撮像画面内を鉛直方向へ移動する場合には、設定部34bの領域変更部34b2は、第1動画像の撮像対象にする領域Rnの範囲を鉛直方向に長く設定してよい。
(第2の実施形態の変形例)
物体Tが撮像画面内を鉛直方向へ移動する場合には、設定部34bの領域変更部34b2は、第1動画像の撮像対象にする領域Rnの範囲を鉛直方向に長く設定してよい。
また、物体Tが撮像画面内を斜め方向へ移動する場合には、設定部34bの領域変更部34b2は、第1動画像の撮像対象にする領域Rnの範囲を斜め方向に長く設定してよい。
さらに、制御部34は、移動する物体Tを検出する前には、撮像画面の全体をフレームレート60fpsに設定して一つの動画像を撮像しておき、移動する物体Tを検出した後に、上述した第1動画像および第2動画像の撮像へ切替えてもよい。この場合、例えば、移動する物体Tがフレームアウト、すなわち撮像画面の外へ外れた場合には、制御部34は、第1動画像および第2動画像の撮像を終了し、撮像画面の全体をフレームレート60fpsに設定して一つの動画像の撮像へ切替えてよい。
なお、上記では第1フレーム(図7(a))および第5フレーム(図7(e))に相当する第1動画像を撮像しないとしたが、第1フレーム(図7(a))および第5フレーム(図7(e))に相当する第1動画像を撮像してもよい。その場合は、例えば第1フレームの第1領域と第2領域は、第2フレームと同じにする。これにより、第1フレームから第4フレームまで第1領域の位置と大きさは同じになる。
なお、上記では第1フレーム(図7(a))および第5フレーム(図7(e))に相当する第1動画像を撮像しないとしたが、第1フレーム(図7(a))および第5フレーム(図7(e))に相当する第1動画像を撮像してもよい。その場合は、例えば第1フレームの第1領域と第2領域は、第2フレームと同じにする。これにより、第1フレームから第4フレームまで第1領域の位置と大きさは同じになる。
−−第3の実施形態−−
第1の実施形態に第1動画像として撮像する第1領域の決める際に物体Tの移動に伴い第1領域の範囲を広げていたが、第3の実施形態は、物体Tが移動したときに第1領域の位置は変化させるが範囲は変化させない。これにより、前回の撮像で第1領域であった一部が第1領域ではなくなる。第3の実施形態は、この部分に第1領域の撮像条件を設定する。これにより、物体Tが移動して第1領域の位置が変化しても範囲を変化させないときであっても、撮像されない部分がなくなる。これら以外については、第1の実施形態と同様に行うことができる。
第1の実施形態に第1動画像として撮像する第1領域の決める際に物体Tの移動に伴い第1領域の範囲を広げていたが、第3の実施形態は、物体Tが移動したときに第1領域の位置は変化させるが範囲は変化させない。これにより、前回の撮像で第1領域であった一部が第1領域ではなくなる。第3の実施形態は、この部分に第1領域の撮像条件を設定する。これにより、物体Tが移動して第1領域の位置が変化しても範囲を変化させないときであっても、撮像されない部分がなくなる。これら以外については、第1の実施形態と同様に行うことができる。
上記実施の形態は、次のような撮像装置も含む。すなわち、撮像条件を変更できる複数の撮像領域を有する撮像部32と、対象物を含む1つまたは複数の撮像領域を有する対象物領域を設定し、対象物領域内の撮像領域に同一の撮像条件を設定する設定部34と、対象物領域に含まれる撮像領域を対象物の動きに基づいて変更する領域変更部34b2と、を備える撮像装置。
1…カメラ
32…撮像部
33…画像処理部
34…制御部
34a…物体検出部
34b…設定部
34b2…領域変更部
34c…撮像制御部
35…表示部
36…操作部材
37…記録部
32…撮像部
33…画像処理部
34…制御部
34a…物体検出部
34b…設定部
34b2…領域変更部
34c…撮像制御部
35…表示部
36…操作部材
37…記録部
Claims (15)
- 撮像条件を変更できる複数の撮像領域を有する撮像部と、
対象物を含む1つまたは複数の前記撮像領域を有する対象物領域を設定し、前記対象物領域内の撮像領域に同一の撮像条件を設定する設定部と、
前記対象物領域に含まれる前記撮像領域を前記対象物の動きに基づいて変更する領域変更部と、
を備える撮像装置。 - 請求項1に記載の撮像装置において、
前記領域変更部は、前記対象物領域で画像を撮像する度に、前記対象物領域に含まれる前記撮像領域の数を増やすことにより、前記対象物領域を前記対象物が移動する方向へ広げる撮像装置。 - 請求項2に記載の撮像装置において、
前記領域変更部は、前記移動する対象物の移動の速さにより、前記対象物領域に含まれる前記撮像領域を増やす数を変化することにより、前記広げる範囲を変化させる撮像装置。 - 請求項3に記載の撮像装置において、
前記設定部は、前記対象物領域のフレームレートを前記対象物領域以外の領域のフレームレートより高く設定し、
前記領域変更部は、前記対象物領域以外の領域で画像を撮像する度に、前記対象物領域の位置および範囲を設定し直す撮像装置。 - 請求項4に記載の撮像装置において、
前記領域変更部は、前記対象物領域以外の領域で撮像する画像の前後する二つのフレームの間において、前記対象物領域を同じ大きさに設定する撮像装置。 - 請求項5に記載の撮像装置において、
前記設定部は、前記対象物領域以外の領域での画像の撮像時には前記対象物領域で画像を撮像させない撮像装置。 - 請求項6に記載の撮像装置において、
前記設定部は、前記対象物領域で画像を撮像させないで前記対象物領域以外の領域で画像を撮像する場合には、前記対象物領域および前記対象物領域以外の領域にそれぞれ前記対象物領域以外の領域のフレームレートを設定して前記対象物領域以外の領域の画像を撮像させる撮像装置。 - 請求項7に記載の撮像装置において、
前記領域変更部は、前記対象物領域以外の領域の画像を撮像する度に前記対象物領域の位置および範囲を設定し直す撮像装置。 - 請求項5に記載の撮像装置において、
前記設定部は、前記対象物領域以外の領域での画像の撮像時にも前記対象物領域で画像を撮像する撮像装置。 - 請求項4から請求項8のいずれか一項に記載の撮像装置で、前記対象物領域で撮像された画像、および前記撮像装置で、前記対象物領域以外の領域で撮像された画像を入力する入力部と、
前記入力部へ入力された前記対象物領域で撮像された画像と、前記入力部へ入力された前記対象物領域以外の領域で撮像された画像とを合成し、前記対象物領域で撮像されたフレームレートの画像を生成する画像生成部と、
を備える画像処理装置。 - 請求項10に記載の画像処理装置において、
前記画像生成部は、前記対象物領域以外の領域で撮像された画像に対し、対応する前記対象物領域で撮像された画像の各フレームの画像をフレーム順に合成する画像処理装置。 - 撮像条件の異なる第1領域と第2領域とを有する撮像部と、
前記第1領域の第1撮像条件と前記第2領域の第2撮像条件とを設定し、前記第1領域の位置が変化することにより生じる、撮像条件が設定されていない領域に前記第1撮像条件を設定する設定部と、
を備える撮像装置。 - 請求項12に記載の撮像装置において、
前記設定部は、前記第1撮像条件として第1フレームレートを設定して第1の画像を撮像させ、前記第2撮像条件として前記第1フレームレートよりも遅い第2フレームレートを設定して第2の画像を撮像させる撮像装置。 - 請求項13に記載の撮像装置において、
前記設定部は、前記第2の画像を撮像する度に前記第1領域の位置および範囲を設定し直す撮像装置。 - 請求項12から請求項14のいずれか一項に記載の撮像装置において、
前記第1領域は前記撮像部で撮像される移動する対象物の像を含み、
前記設定部は、前記第1領域を前記対象物の移動の速さに基づき設定する撮像装置。
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JP2016132795A JP2018007076A (ja) | 2016-07-04 | 2016-07-04 | 撮像装置および画像処理装置 |
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WO2019189195A1 (ja) * | 2018-03-30 | 2019-10-03 | 株式会社ニコン | 動画圧縮装置、電子機器、および動画圧縮プログラム |
-
2016
- 2016-07-04 JP JP2016132795A patent/JP2018007076A/ja active Pending
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CN112075079A (zh) * | 2018-03-30 | 2020-12-11 | 株式会社尼康 | 视频压缩装置、电子设备、以及视频压缩程序 |
JPWO2019189195A1 (ja) * | 2018-03-30 | 2021-04-01 | 株式会社ニコン | 動画圧縮装置、電子機器、および動画圧縮プログラム |
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