JP2019129462A - 撮像装置 - Google Patents

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。