JP2019129462A - 撮像装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ストロボ撮影の場合、被写体条件によってはストロボ自体の反射光が撮像素子の蓄積飽和となり部分的に露出オーバーとなる。【解決手段】ストロボ撮影の際に先だって被写体に照射した反射光で露出決定を行うストロボ予備発光を行う撮像装置において、画素毎に露出変更可能である撮像センサに、通常露出画素と通常露出より暗い露出となる画素を配置した輝度判定用画素群で測光判定する判定手段を持ち、予備発光の際に、慨輝度判定用画素群の中で飽和に至る画素を検出した場合は、飽和画素を含む慨輝度判定用画素群の中から飽和しない画素の露出設定を選定し、飽和しない画素の露出設定の中から最大の露出設定となるように、慨輝度判定用画素群の露光時間を変更して設定する手段を持ち、ストロボ撮影の本撮影の際には選択された露出画素を基に飽和している画素群全体の露出を変更する。【選択図】図3

Description

本発明は、撮像装置に関する。
カメラの閃光撮影において、撮影用の本発光前に予め設定された所定光量の予備発光を被写体に向けて照射し、その反射光量の輝度値より本発光の発光光量を決定して画像を取得する閃光調光システムが知られている(特許文献1)。
予備発光の反射光輝度値を基に撮影用本発光が決定される調光システムであるため、昨今は被写体に照射される輝度と背景の輝度条件から人物を特定して、撮影用の発光量と露出を決定して撮影することも可能としている。
一方、特許文献2には、撮像センサの画素ブロックを構成する複数の同一色画素各々に対して異なる露光時間の制御が行える撮像素子、および画素毎の露光時間設定方法が開示されている。
画素ブロックの複数の同一色画素の出力を加算した加算画素値を生成し、高ダイナミックレンジ画像を生成する手法として有効である。
特許文献3には、ストロボ撮影の予備発光により画素の飽和領域を算出して飽和領域の重みづけを行い、飽和量を減らすように撮影条件を変更し、画像に階調変換処理を行う手法が開示されている。
特開2003−283918号公報 特開2013−066140号公報 特開2014−98859号公報
ストロボ撮影を行う場合、被写体条件によってはストロボ閃光が高輝度反射となり画像の一部が白飛びとなる露光過多現象が生じる。これは撮像センサの画素自体の蓄積が飽和しており、被写体輝度はほぼ適正露出であるのに対し、高輝度反射体に照射されたストロボ閃光部分はそのまま露出オーバーとなる。
図7に、ストロボ撮影画像の一例を示す。
(a)は背景に高輝度反射となる対象物が無い場合の被写体人物でのストロボ撮影画像を表している。
(b)は被写体人物の背景に窓があり、ストロボ発光部の閃光が窓に反射して高輝度部分が発生している。
(c)は被写体人物の背景に金屏風があり、ストロボ発光部の閃光が金屏風の折れ目に合わせて反射光となり高輝度部分が発生している。
またストロボ撮影は暗中や夜景の場合が多く、ストロボ反射光に限らず夜景撮影での高輝度照明も部分的な露出オーバーな画像となる。
本発明では、ストロボ撮影における露光過多となる高輝度部分を抑制する撮像装置閃光制御手段を提案し、ストロボ撮影画像の向上を可能とすることを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明に係る撮像装置は、
ストロボ撮影の際に先だって被写体に照射した反射光で露出決定を行うストロボ予備発光を行う撮像装置において、
画素毎に露出変更可能である撮像センサ(10)に、通常露出画素と通常露出より暗い露出となる画素を配置した輝度判定用画素群(図3)で測光判定する判定手段(S605)を持ち、
予備発光の際に、慨輝度判定用画素群の中で飽和に至る画素を検出(S607)した場合は、飽和画素を含む慨輝度判定用画素群の中から飽和しない画素の露出設定を選定(S608)し、
飽和しない画素の露出設定の中から最大の露出設定となるように、慨輝度判定用画素群の露光時間を変更して設定する手段(図4)を持ち、
ストロボ撮影の本撮影の際には選択された露出画素を基に飽和している画素群全体の露出を変更(S609)することを特徴とする。
また、輝度判定用画素群の中で飽和に至る画素を検出しなかった場合(S606)は、
輝度判定用画素群の中の通常露出画素の露光時間を選択し、本撮影の際には通常露出画素の露光時間を基に露出を決定することを特徴とする。
また、前記の測光判定する輝度判定用画素群の配列は、通常露出より暗い露出となる画素グループの範囲に比べて、通常露出画素グループの範囲が大きくなるように配置設定される(図3)。
また、前記の測光判定する輝度判定用画素群の配列は、通常露出画素の領域の周辺に通常露出より暗い露出となる画素を配置するように配置設定される(図3)。
本発明に係る撮像装置によれば、予備発光時に高輝度反射部分となる画素エリアを特定し、撮影時の露出と本発光量を加味した輝度抑制が可能となり、高輝度部分が抑制されたストロボ撮影画像を得ることが可能となる。
本実施例のシステム構成図 本実施例の画素配列構成の一例を示す図 本実施例の高輝度判定画素群の露出設定例を示す図 本実施例の高輝度判定画素群の判定要素となる一例を示すグラフ 本実施例のストロボ本発光撮影における画素群の露出設定の一例を示す図 本実施例の撮像時の閃光動作を表すフローチャート 本実施例のストロボ撮影画像の一例を示す図
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。
図1は、本発明の一例となるストロボ撮影システムの電気回路構成を示すブロック図であり、図中100の部分が画像処理装置をもったデジタルカメラの簡略化した構成である。
カメラ本体100はデジタル一眼レフカメラの形態をしており、絞り機能を備える交換可能な撮影レンズ200と、閃光装置である外部ストロボ300が装着可能となっている。
また、カメラ本体100には閃光装置である内蔵ストロボ2を搭載している。
1はデジタルカメラ100全体を制御するシステム制御回路であり、内部にROM、RAM、A/Dコンバータ、D/Aコンバータ、時計機能を有するマイクロコンピュータである。このシステム制御回路1にて、本発明に関わるストロボ発光制御、画素毎露光制御、などを内部プログラムにて処理および制御する。
3は電源制御部で、電池400の検出回路を含みDC−DCコンバータにより構成されており、電池接点コネクタ4を介し、電池装着の有無や電池残量の検出を行なう。電源制御部3にてシステム制御回路1の指示に基づいてDC−DCコンバータを制御し、所定の電力をカメラ内各部へ供給する。
7は前途した撮影レンズ200のフォーカシングを制御する測距制御部であり、測距センサを含んで構成され、複数の測距点から選択された測距を行なう。システム制御回路1で演算された絞り値(Av値)に合わせて、撮影レンズ200の絞りの開閉制御をレンズ接続端子6を介して駆動する。
8はシャッター9を制御するシャッター制御部であり、システム制御回路1で演算されたシャッター秒時(Tv値)に合わせてシャッター9の開閉制御を行なう。
10は光学像を電気信号に変換する例えばCMOSイメージセンサ等の撮像素子であり、本発明に関わる画素毎露光制御を可能としている。撮像素子10は数十万画素で構成され、画素の一つ一つが露光時間を設定でき、後述する画素毎の露光量設定および画素配列は、この撮像素子10の単独画素を表している。
11は撮像素子10のアナログ信号出力をデジタル信号に変換するA/D変換器を含む信号処理部。
12は撮像素子10へクロック信号や画素制御信号を供給するタイミング発生回路であり、画像処理制御部13およびシステム制御回路1により制御される。
13は画像処理制御部であり、信号処理部11からのデータに対して所定の画素補間処理や色変換処理を行なう。画像処理制御部13は内部メモリを持ち、画像に関連する情報を記録することも可能である。本実施例に関わる画素毎の露光量設定と画像データは、システム制御回路1から画像処理制御部13を経由して指示命令することで撮像素子10の単独画素または画素群となるグループ画素に対して管理制御される。
14は画像処理制御13でのデータを記録する画像データメモリ部であり、撮影した画像データや付帯する撮影情報のコード化されたものを記録し、所定数量の画像を格納するのに十分な記憶量を備えている。本発明に関わる画素毎の露出情報や後述する画素毎のグループ情報は、この画像データメモリ部14で記録してもよく、画像処理制御部13の内部メモリで記録してもよい。
15は画像表示モニタであり、画像メモリに書き込まれた画像データは画像処理制御部13内部のD/A変換器を介して画像表示モニタ15により表示される。画像表示モニタ15では、後述する本実施例での被写体確認画像や撮影後の画像確認が行え、システム制御回路1との通信によりさまざまなカメラ設定状態の告知情報も表示する。
画像データメモリ部14にてコード化された画像ファイルは、インターフェイス回路16にて画像データを圧縮伸長しファイル化を行い、処理を終えたデータをメモリ接続端子17のコネクタを介して外部メモリ500に書き込む。
外部メモリ500はフラッシュメモリカード等の規格に準拠したものを用いて構成される例えばカード型の取り外し可能な外部記録メディアである。
18は撮影開始を発動させるシャッタースイッチであり、シャッターボタンの操作途中でONとなり撮影動作開始を指示するSW1と、シャッターボタンの操作完了でONとなりシャッターを開口して撮像開始を指示するSW2とを含む。SW2がONされると撮像素子10から読み出した信号を前途した画像信号処理各部を経て画像データメモリ14に画像データを書込む一連の撮影処理を行う。
19はカメラのさまざまな撮影モードを選択するモードダイアルであり、複数信号のキーマトリクスで構成され、カメラ本体100の電源起動スイッチも兼ねている。
20はEEPROMなどの電源供給が断たれても記憶を継続する不揮発性メモリであり、カメラ撮影に関わる露出設定情報などを記録する。
外部ストロボ300が装着した場合は、ストロボ接点5を介してシステム制御部1と通信を行い、撮像開始に合わせて発光開始と発光量制御を行う。内蔵ストロボ2を動作する場合も同様に、閃光開始のタイミングや発光する光量制御は、システム制御部1が撮像開始のタイミングと合わせて行う。
図2は、本発明の実施形態に関わる撮像素子の画素配列構成の一例を示す図である。
図2(a)は、撮像素子10の有効画素の中で25画素の単独画素で構成された画素群を表している。画素の位置関係を示すために仮にそれぞれp1からp25で番号を付している。
図2(b)は、RGBWの色フィルターで構成された場合の画素配置を示し、25画素群はそれぞれの色フィルターと関係性を持って制御する。色フィルターの構成はこれに限らず、例えば階層構成された色フィルターの撮像素子では露出判定可能な箇所に画素群を配置する。本実施例ではこの25画素群を高輝度判定画素群として使用する。
図3は、本発明の実施形態に関わる輝度判定画素群の露出設定の一例を示す。図2での輝度判定画素群25画素は図3のように露光時間が設定される。
中心位置に配置されるp7p8p9、p12p13p14、p17p18p19、は露出設定の基準値となる通常露出0EVに設定される。
周辺位置に配置されるp3p11p15p23は通常露出よりも光量段差で−1EVアンダーとなる露光時間に設定される。
周辺位置に配置されるp4p10p16p22は通常露出よりも光量段差で−2EVアンダーとなる露光時間に設定される。
周辺位置に配置されるp2p6p20p24は通常露出よりも光量段差で−3EVアンダーとなる露光時間に設定される。
周辺位置に配置されるp1p25は通常露出よりも光量段差で−4EVアンダーとなる露光時間に設定される。
周辺位置に配置されるp5p21は通常露出よりも光量段差で−5EVアンダーとなる露光時間に設定される。
各画素は単独で制御および画素出力の判定が可能であるが、露光時間のグループに分けて露出判定してもかまわない。
また、露出設定となる露光時間グループの画素数および配列はこれに限らないが、基準値となる通常露出グループは輝度判定画素群の範囲の中で領域を大きく設定される。
図のように、通常露出より暗い画素グループの画素数に比べて通常露出画素0EVの画素数は多めに設定していることで、通常露出画素グループは広範囲な領域となる。これは通常露出画素グループを輝度判定の基準値として演算するためであり、広範囲になるほど光量条件や精度に対して有利になる。
また、通常露出画素グループと高輝度判定用の通常露出よりも暗い画素グループを、中心部分と周辺部分に振り分けている配列は、図2(b)で説明したように、並べて配置した場合に均等に分配して配置されるように構成される。
この画素露出設定は、撮影時のISO感度設定やその他露出に関わる撮像センサに対する露光設定やゲイン設定を反映した画素出力となる。
図4は、図3で設定した輝度判定画素群の判定要素となる一例をグラフ化したものである。グラフ横軸は画素の露光量設定値、グラフ縦軸は画素出力値であり、露光時間を設定した画素の出力はそれぞれに対応したy出力で表している。
図4(a)の例は、輝度判定画素群25画素の中で高輝度部分が発生している状態であり、−2EV、−1EV、通常露出0EVを含めた画素出力が飽和出力領域となっており、−3EV、−4EV、−5EVの画素出力は飽和出力に到達していない状態を示している。図4(a)例では−3EVの出力y3になれば飽和しないレベルであるので、画素設定−3EVの露光時間になるように変更設定すればよい。このとき、−4EV、−5EVの画素出力も飽和に達しておらず、y4、y5の露光時間も選定可能であるが、撮像素子10のダイナミックレンジの有効範囲を考慮し、変更する画素設定は飽和しない最大露出となるように選定する。
図4(b)の例は、全ての画素露光時間設定を−3EVの露光時間に変更設定した場合の出力状態である。図のように、通常露出0EV画素出力y0は光量−3段補正され、−1EV画素出力y1は光量−2段補正され、−2EV画素出力y2は光量−1段補正され、高輝度であっても飽和しない条件となる。
以上説明したように、前途した図3での輝度判定画素群に配置設定した画素の蓄積飽和の状態は各々の画素出力から判定でき、飽和に到達していない画素の中から最大露出条件となる画素グループを選択可能である。
さらに、選択した画素露光条件を他の露出条件の異なる画素に変更設定することで、高輝度飽和となっている出力を抑制することが可能となる。
図5では、図4例で画素出力飽和を判定した場合のストロボ本発光撮影における画素群の露出設定の一例を示す。
図5(a)はストロボ予備発時に高輝度反射が発生した画素群の設定例を示し、輝度判定画素群25画素の位置に対応した画素エリアを、本発光撮影時には画素出力が飽和しない露光時間に設定する。図5(a)例では、蓄積飽和しない−3EV画素に25画素全てを設定する。これにより、予備発光時に高輝度反射があった画素エリアは細部にわたって露出抑制が可能となる。輝度判定画素群で設定された画素露出を含み本発光の光量は演算され、本発光撮影を行う。
図5(b)はストロボ予備発時に高輝度反射が発生していない画素群の設定例を示し、輝度判定画素群25画素の位置に対応した画素エリアは、本発光撮影時には通常露出となる露光時間に設定する。これにより、予備発光時に高輝度反射の無い画素エリアは所定のストロボ撮影と同様のアルゴリズムで演算され、本発光と撮影露出が決定される。また、予備発光と本発光の光量は撮影前に予め推定できるので、輝度判定画素の飽和画素判定をシフトすることも可能である。
カメラのISO感度設定や撮像センサのゲイン設定で本発光の光量が予備発光の光量より低くなるようであればその露出の値を加算して判定をシフトする。例えば、予備発光時に輝度判定画素群で−2EVで飽和判定した場合の25画素群は−3EV画素に変更されるが、ISO感度設定で光量段差が2段明るい場合は−1EVにシフトする。
以上の構成により、予備発光でストロボ反射光の高輝度露出状態と画素エリアを判定し、特定して画素の露出条件を変更することで、本発光撮影の際には高輝度部分は露出を抑えた撮像露光時間に設定できる。
図6は、本実施例カメラでのシステム制御部1のプログラムで実行される撮像時の閃光動作を表すフローチャートを示す。この実行プログラムでは図3で説明した輝度判定画素群の露出条件が予め設定されている。
S601はシステム制御部1と外部ストロボ300または内蔵ストロボ2が起動している状態でシャッタースイッチのSW1が押されて撮影を開始する。
S602ではストロボ側の発光準備確認が完了すると撮影モードである画素毎露光制御のストロボモードを開始する。
S603では被写体に向けて所定光量の予備発光を行う。
S604では被写体に照射された反射光を撮像素子10で蓄積し、得られた画素毎の蓄積データを読み出し、図4で説明したように画素出力から画素群の中で飽和している画素露出の検出動作を行う。
S605では飽和画素の有無を判定しており、飽和した画素が無い場合はS606に進み、有効画素の中に配置した画素は通常露光時間設定のまま予備発光の反射光を演算し、S611に進み本発光撮影を行う。S605での飽和画素判定で、飽和した画素が有った場合はS607に進み、飽和画素グループを検出する。
S607では前途した図4のように、輝度判定画素群のなかで飽和出力に到達している飽和画素グループを検出する。図4例では、輝度判定画素群の中の−2EV、−1EV、通常露出0EV画素グループが該当する。
S608では前途した図4のように、輝度判定画素群のなかで飽和していない画素出力の露光時間を選定する。図4例では、輝度判定画素群の中の−3EV、−4EV、−5EV画素グループから最大露出画素となる−3EV画素の露光時間を選定する。S608で選定した画素の露光時間設定を、S609では輝度判定画素群の全画素に設定する。
S609で設定した画素毎の露光時間を含めて、S610ではストロボ予備発光の演算を行う。
S611では、飽和画素が無かった場合の予備発光演算S606の結果と、飽和画素が有った場合の予備発光演算S610の結果とから、本発光の光量と露出設定を決定する。
S612では決定された撮像素子の露光時間と本発光で撮影を行う。
以上説明したように、ストロボ予備発光の反射光の高輝度部分を画素領域で特定し、撮像センサの画素毎に露出時間を反映することで、高輝度部分が抑制されたストロボ撮影画像が取得できる。
1 システム制御部、2 内蔵ストロボ、10 撮像素子、11 信号処理回路、
12 タイミング発生回路、13 画像処理制御、14 画像データメモリ、
100 デジタルカメラ、200 交換レンズ、300 外部ストロボ、
400 電池、500 外部メモリ

Claims (4)

  1. ストロボ撮影の際に先だって被写体に照射した反射光で露出決定を行うストロボ予備発光を行う撮像装置において、
    画素毎に露出変更可能である撮像センサに、通常露出画素と通常露出より暗い露出となる画素を配置した輝度判定用画素群で測光判定する判定手段を持ち、
    予備発光の際に、慨輝度判定用画素群の中で飽和に至る画素を検出した場合は、
    飽和画素を含む慨輝度判定用画素群の中から飽和しない画素の露出設定を選定し、
    飽和しない画素の露出設定の中から最大の露出設定となるように、慨輝度判定用画素群の露光時間を変更して設定する手段を持ち、
    ストロボ撮影の本撮影の際には選択された露出画素を基に飽和している画素群全体の露出を変更することを特徴とする撮像装置。
  2. 輝度判定用画素群の中で飽和に至る画素を検出しなかった場合は、輝度判定用画素群の中の通常露出画素の露光時間を選択し、本撮影の際には通常露出画素の露光時間を基に露出を決定することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
  3. 前記の測光判定する輝度判定用画素群の配列は、通常露出より暗い露出となる画素グループの範囲に比べて、通常露出画素グループの範囲が大きくなるように配置設定されることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
  4. 前記の測光判定する輝度判定用画素群の配列は、通常露出画素の領域の周辺に通常露出より暗い露出となる画素を配置するように配置設定されることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
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