JP3630470B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は露光制御機能を備えた撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に撮像装置は、出力映像信号のレベルが一定の値となるように入射光量を制御する露光制御機能を備えている。露光制御においては、映像信号から画面内の平均的な信号レベルを検出し、検出値と予め設定された基準値とが一致するように絞り値やシャッタ速度をフィ−ドバック制御する方式が用いられることが多い。このとき、映像信号の信号レベルを画面の中心付近に設定された測光領域から検出するのが一般的な方法である。
【０００３】
しかし被写体が測光領域からずれた場合、上記のような方式では被写体部分が適当な明るさに再現されない場合が生じ、特に逆光や過順光の条件下において問題となる。そこで、注目する被写体部分を適当な明るさとするため、撮影画面内の被写体の位置と大きさを判定し、これに合わせて測光領域の位置と大きさを可変する装置が提案されている。このような従来技術に関し、例えば特開平１ー１２０１８１に記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来技術においては測光領域の位置、大きさをリアルタイムで可変するための手段が必要があり、このために回路規模が増大してしまう問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、上記問題点を解決し、被写体を常に適当な信号レベルに再生する露光制御機能を備え、かつ回路規模の小さい撮像装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明は主として次のような構成を採用する。
入射光を光電変換して撮像信号を出力する撮像素子と、
前記撮像素子における露光量を制御する露光制御手段と、
前記撮像素子の出力する撮像信号から映像信号を生成する信号処理手段と、
前記映像信号から特定の被写体を抽出し、抽出した被写体領域を表わす被写体領域信号を出力する被写体抽出手段と、
撮像画面を分割した複数の測光領域における前記撮像信号の信号レベルを検出して出力する信号レベル検出手段と、
前記信号レベル検出手段の出力する複数の出力信号に対し、前記撮像画面を分割した複数の各々の領域の大きさに対する、前記各々の領域での被写体領域の重なりの大きさに比例する係数を乗じて加算する演算手段と、
前記被写体抽出手段の出力に応じて前記演算手段における演算を変化させる演算制御手段と、によって構成され、
前記演算手段の出力信号に応じて前記露光制御手段により露光制御を行なう構成とする。
【０００７】
【作用】
被写体抽出手段は、撮像した映像信号から人物等の被写体を抽出し、画面上において被写体が存在する領域を表す被写体領域信号を出力する。一方、信号レベル検出手段は、撮像画面を複数の小画面に分割した各測光領域における信号レベルを検出する。演算手段は信号レベル検出手段の出力信号を加算して一画面の平均的な信号レベルを演算する。
【０００８】
このとき、演算制御手段は被写体領域信号を用いて被写体の存在する領域の信号レベルに対する比重が高くなるように演算手段の制御を行なう。これによって演算手段は画面上の被写体領域における平均的な信号レベルを算出することができる。この演算手段の出力がほぼ一定となるように電子シャッタのシャッタ速度や絞り値を制御すれば、常に被写体の明るさが一定レベルとなるような露光制御を行なうことができる。
【０００９】
またこのとき測光領域は固定したままで良く、抽出した被写体の位置や大きさに合わせてリアルタイムで移動させるための複雑なハ−ドウェアが不用であるから、回路構成が簡単になる。
【００１０】
【実施例】
以下本発明の第１の実施例について説明する。図１は、本発明による撮像装置の構成を示すブロック図である。１はレンズであり、入射した光信号をＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）等の撮像素子３に結像させる。撮像素子３は、結像した光信号を電気信号に変換し、撮像信号を出力する。撮像素子３の動作タイミングや、１回の光電変換のための時間すなわちシャッタ速度は、撮像素子駆動回路２によって制御する。
【００１１】
４は増幅回路であり、アナログの撮像信号を後段の処理で必要な信号レベルに増幅する。またここで増幅の他に相関２重サンプリングのような低雑音化処理を行なっても良い。５はカメラ信号処理回路であり、撮像信号をディジタル信号に変換した後、クランプ、ガンマ補正、ホワイトバランス補正等の公知の処理を施して輝度信号および色差信号を生成する。これらの信号をＮＴＳＣ等ビデオ信号の規格に定められたフォ−マットに変換し、出力端子１２から出力する。
【００１２】
６は信号レベル検出回路であり、カメラ信号処理回路５においてディジタル信号に変換された撮像信号から信号レベルの検出を行なう。信号レベルの検出は、画面を分割して設定した複数の測光領域において行なう。一方、被写体抽出回路７はカメラ信号処理回路５の出力する映像信号から一定の抽出条件を満たす領域を被写体とみなして抽出すると共にその大きさ、位置を制御回路８に出力する。制御回路８は所望の被写体を抽出するための抽出条件を被写体抽出回路７に出力する。また制御回路８は、演算回路９において必要な係数を被写体の位置情報から求めて出力する。なお制御回路８は、上記したような被写体抽出回路の制御の他、カメラ信号処理回路５等の制御も行なうものであり、マイクロコンピュ−タを用いて構成すれば良い。
【００１３】
演算回路９は、信号レベル検出回路６が出力する複数の測光領域から得た信号と、制御回路８が出力する演算係数とから、被写体部分の信号レベルを演算する。更に、こうして得られた被写体部分の信号レベルを基にして、被写体を適正な明るさに再現するための露光制御量を演算して出力する。本実施例における露光制御は撮像素子３のシャッタ速度を可変することにより行なっている。撮像素子駆動回路２は、演算回路９の出力信号を基に、所望のシャッタ速度を得るよう撮像素子３を駆動する。
【００１４】
次に、本実施例における被写体抽出の方法について詳しく説明する。図２は図１における被写体抽出回路７の構成の一例を示すブロック図である。２０〜２２は２値化回路であり、入力端子２００から入力される映像信号を２値化することによって被写体の候補領域を生成する。入力映像信号は輝度信号と２種類の色差信号を含んでいるが、２値化回路２０〜２２はこれら３種の信号に対する２値化の閾値を設定して映像信号の中の特定の色と明るさを持った部分を抽出する。なお、２値化する際の閾値は、制御回路８（図１）がインタ−フェ−ス回路２０１を介して２値化回路２０〜２２に供給する。
【００１５】
図３は、被写体抽出回路７による被写体抽出動作の過程において生成される画像を模式的に示した図である。同図において（ａ）が被写体抽出回路７の入力画像である。中央の人物が被写体である。このような映像から人物被写体を抽出するため、３チャンネルの２値化回路２０〜２２の閾値を適当に設定することにより、髪、顔、服を別々の２値化回路によって抽出する。抽出条件、つまり２値化の閾値は、制御回路８が自動的に設定するものである。
【００１６】
このようにして２値化回路２０〜２２が生成する２値信号を、ＯＲ回路２３で合成し、更にＡＮＤ回路２４でゲ−トをかける。ＡＮＤ回路２４の他方の入力は、ＡＮＤ回路２４の出力信号を、メモリ制御回路２８によって制御されるメモリ２５に記憶させることにより、映像信号における１フィ−ルド（または１フレ−ム）期間遅延させ、拡大回路２６で垂直、水平方向に一回り拡大させた信号である。 このようにして、１フィ−ルド前に抽出した信号を一回り大きくしてゲ−トをかけることによって、動く被写体も抽出でき、また、同じ色や明るさを持った物体が画面内にあったとしても、最初に狙った被写体を抽出することが可能である。なお、このような被写体の抽出方法に関しては、特開平４−２０５０７０や、１９９３年テレビジョン学会全国大会予稿集、第９１から第９２頁に述べられている。また、演算回路２７は、メモリに記憶された被写体情報から、その大きさや位置等の特徴量を算出して出力する。制御回路８では、これらの特徴量に基づいて、抽出すべき被写体の抽出条件を制御する。
【００１７】
このようにして、図２のＡＮＤ回路２４の出力画像として、図３の（ｂ）に示すように、被写体領域を表す２値画像が得られる。図３（ｂ）において、斜線を施した部分が被写体領域である。また、演算回路２７は図３（ｂ）における被写体領域の上下端の垂直座標ＴとＢ、左右端の水平座標ＬとＲを演算し、インタ−フェ−ス回路２９を介して出力する。
【００１８】
以上、被写体の抽出方法について説明したが、次に信号レベル検出方法について説明する。図４は図１における信号レベル検出回路６の構成を示すブロック図である。同図において４１，４２，４３は積分回路であって、画面上に設定された複数の測光領域毎に、撮像信号または撮像信号から生成した輝度信号の積分値を算出する。インタ−フェ−ス回路４５は各積分回路から入力されたパラレル信号である積分値をシリアル信号に変換し、出力端子４６から出力する。測光領域の分割パタ−ンの例を図５に示す。図５の（ａ）は、画面を水平、垂直とも均等に４分割して１６個の領域を設けた例であり、（ｂ）は画面中央に領域Ｒ４を設定し、周辺を６つの領域に分割して７個の領域を設けた例である。例えば図５（ａ）に示した測光領域の分割パタ−ンを用いる場合、図４の積分回路４１，４２及び４３は各々図５（ａ）における領域Ｒ１ないしＲ１６に対応する撮像信号の積分値を求める。（ｂ）の分割パタ−ンを用いる場合も同様にして領域Ｒ１からＲ７に対応する積分回路により各分割領域における積分値を求める。このように、図４における積分回路は画面上の分割の数だけ設ける必要があるが、図４では簡単のため３個の積分回路４１〜４３のみ示し、他の積分回路は省略した。
【００１９】
次に演算回路９の動作について詳しく説明する。図６は、図１における演算回路９の構成を示すブロック図である。図６において６６はインタ−フェ−ス回路であり、入力端子６７から入力される制御回路８の出力信号や、入力端子４５から入力される信号レベル検出回路６（図１）の出力信号すなわち測光領域毎の撮像信号の積分値を演算回路９内の所定の部分に転送する。６０，６１，６２は乗算回路であり、インタ−フェ−ス回路６６を介して入力される測光領域毎の撮像信号の積分値と、制御回路８において被写体情報を用いて生成された演算係数とを乗算し、乗算結果を加算回路６３で加算し、被写体領域の平均信号レベルを計算する。このときの演算は次の式で表される。
【００２０】
Ｓ＝（１／ｎ）×Σｋｉ・ｓｉ……（数１）
上記演算式（数１）においてＳは被写体の平均信号レベルを表し、ｓｉは図５に示した１番目からｎ番目中におけるｉ番目の測光領域Ｒｉから検出された撮像信号の積分値であり、ｋｉは１番目からｎ番目中におけるｉ番目の演算係数である。ここで数１における演算係数ｋｉの計算方法について説明する。例えばｋｉを１として数１の計算を行なえば、その結果は単に画面全体にわたる積分値と同一であるから、被写体領域における平均信号レベルを正確に求めることはできない。そこで本発明では、被写体が存在する測光領域から得られた積分値の重みが大きくなるように演算係数ｋｉを決定する。このような演算係数の決め方は多数存在するが、その一例を次に述べる。
【００２１】
演算係数ｋｉは、図１における制御回路８において、予め与えられた測光領域の位置情報と、被写体抽出回路７が出力する被写体の位置情報とから以下のように計算する。被写体抽出回路の出力する、被写体の上下左右の座標Ｔ，Ｂ，Ｌ，Ｒによって決まる四角形の領域を求め、この領域において、複数の分割された各測光領域の面積Ｒｉに対応する被写体の領域Ｑｉ、すなわち被写体抽出の重なり合った部分の面積Ｑｉを求める。ＱｉのＲｉに対する比Ｑｉ／Ｒｉをｒｉとしたとき、演算係数ｋｉがｒｉに比例するように演算係数ｋｉを決定すれば良い。このときの比例定数は、数１のゲインが一定となるようにすれば良い。このようにして演算係数ｋｉを設定すれば、数１の演算による結果において被写体の存在する領域に重みをかけることができ、被写体の平均的な信号レベルを正確に求めることができる。
【００２２】
以上のようにして得られたｋｉを用いて数１の演算を行なった結果が加算回路６３から出力される。この信号と、基準信号とを比較回路６４において比較し、その差信号を出力する。露光制御量演算回路６５では、現在のシャッタ速度と比較回路６４の出力とから最適なシャッタ速度を計算し、求めたシャッタ速度に設定されるよう所定の制御信号を出力する。
【００２３】
本実施例では以上のようにして被写体の存在する領域から得た測光値を用いてシャッタ速度の制御ができるので、常に被写体の明るさを適正なレベルに保つ露光制御を実現できる。また、信号レベルの検出の際に被写体が存在する測光領域における測光値の寄与が高くなる演算を行なうように構成したことにより、被写体の位置に合わせて測光領域を可変する手段等が不用であり、回路規模の増加を抑えることができる。また本実施例ではシャッタ速度を可変して露光制御を行なっており、絞り等の露光量制御手段が不用であるため撮像装置の小形化が可能である。
【００２４】
以下、本発明の第２の実施例について説明する。第１の実施例は露光制御のためにシャッタ速度のみを制御したが、本実施例ではシャッタ速度だけでなく絞りや信号処理における増幅度の制御も同時に行なっている。図７は本実施例における撮像装置の構成を示すブロック図であり、図１に示したブロック図と共通の部分は同一符号を付け、動作の説明を省略する。
【００２５】
図７において１３は入射光量を調節する絞り、１４は絞り値を可変し所望の値に設定するための絞り駆動回路である。また、１５は増幅度可変増幅回路であり、照度が低くなった場合に増幅度を上げて再生信号レベルが一定となるように増幅度を可変する。演算回路９は、図６に示した演算回路９と同様の動作をするが、前記露光制御量演算回路６５では、シャッタ速度だけでなく、絞り１３における絞り値と増幅度可変増幅回路１５における増幅度の演算も行なう。
【００２６】
本実施例では、第１の実施例と同様に被写体の存在する領域から得た測光値を用いてシャッタ速度の制御ができるので、常に被写体の明るさを適正なレベルに保つ露光制御を実現できる。また、信号レベルの検出の際に被写体が存在する測光領域における測光値の寄与が高くなる演算を行なうように構成したことにより、被写体の位置に合わせて測光領域を可変する手段等が不用であり、回路規模の増加を抑えることができる。また、シャッタ速度だけでなく絞りや増幅度を可変して露光制御を行なうため、制御範囲の広い露光制御が可能である。
【００２７】
以下、本発明の第３の実施例について説明する。第１または第２の実施例では、被写体の抽出条件は自動的に設定するものとした。これに対し本実施例は、被写体指定手段を設けることによって、撮影している映像の中の任意の被写体をユ−ザ−が自由に設定できるように構成したものである。図８は本実施例における撮像装置のブロック図であって、８０はマイコン、８１は被写体設定釦である。マイコン８０は、図７の実施例における制御回路８と演算回路９を一体化したものである。図６に示した演算回路９における演算処理はソフトウェア処理によって行なうことも可能である。そこでこの演算処理をソフトウェア処理で行なうことにより制御回路８と演算回路９とを一体化し、ハ−ド構成の簡略化を図った。次に被写体の設定方法について説明する。撮影時にユ−ザ−は、映像信号の出力端子１２から出力される映像を液晶ディスプレイ等の表示装置（図示せず）でモニタしながら操作を行なう。被写体設定釦ボタン８１をユ−ザ−が一回押すと、図９に示すように画面中央付近にマ−カ−１００がス−パ−インポ−ズされる。ユ−ザ−は撮影対象である被写体とマ−カ−が重なるように撮像装置の向きや画角を合わせる。ここで、もう一度被写体設定釦８１を押すとマ−カ−付近の被写体が抽出されるように抽出条件が設定される。
【００２８】
上記の操作により被写体の設定を行なうためのマイコン８０における被写体設定処理のフロ−を図１０に示す。ステップ９１において被写体設定釦の入力の有無を判定し、入力があった場合には、ステップ９２においてマ−カ−表示命令をカメラ信号処理回路５に送る。ステップ９３では再び被写体設定釦の入力の有無を判定し、入力があった場合にはステップ９４においてサンプリング命令をカメラ信号処理回路５に送る。カメラ信号処理回路５はマ−カ−付近、及びその他の領域における映像信号をサンプリングし、そのデ−タをマイコン８０に送る。ステップ９５ではサンプリングデ−タを基に被写体を背景と分離して抽出するための条件を計算し、その抽出条件を被写体抽出回路７に送る。ステップ９６においてマ−カ−を消去し、被写体設定を終了する。このようにして被写体設定を行なった後、抽出した被写体情報に基づく露光制御を開始する。
【００２９】
本実施例では、第１の実施例と同様に被写体の存在する領域から得た測光値を用いてシャッタ速度の制御ができるので、常に被写体の明るさを適正なレベルに保つ露光制御を実現できる。また、信号レベルの検出の際に被写体が存在する測光領域における測光値の寄与が高くなる演算を行なうように構成したことにより、被写体の位置に合わせて測光領域を可変する手段等が不用であり、回路規模の増加を抑えることができる。また、被写体の設定手段を設けたため操作性が良い。
【００３０】
以下、本発明の第４の実施例について説明する。図１１は本実施例における撮像装置の構成を示すブロック図であり、図８に示したブロック図と共通の部分は同一符号を付け、動作の説明を省略する。図１１において１１０は被写体判定回路であり、被写体抽出回路７の出力に基づき画面上における被写体の有無を判定する。判定結果は制御回路マイコン８０に出力され、被写体が存在する場合は第３の実施例と同様の制御を行ない、存在しない場合は数１における係数ｋｉとして予め設定された固定値を用いることによって安定した制御を行なうものである。なお、被写体の有無の判定は、マイコン８０におけるソフトウェア処理によって行なうことも可能である。
【００３１】
本実施例では、第３の実施例と同様の効果が得られると同時に、被写体が画面上から外れた場合や、被写体抽出回路７による被写体抽出が正確に抽出できなかった場合にも、安定した露光制御を行なうことができる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、複数の測光領域から検出した信号を、被写体が存在する測光領域からの測光値の寄与が高くなる演算を行なうよう構成したため、被写体の位置に合わせて測光領域を可変する手段等が不用となり、簡単な回路構成で常に被写体の明るさを適正なレベルに保つ露光制御を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による撮像装置の一実施例の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施例における被写体抽出回路の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施例において画像から人物被写体を抽出する動作を説明するための説明図である。
【図４】信号レベル検出回路の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の一実施例における画面領域分割の例を示す説明図である。
【図６】本発明の一実施例における演算回路の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明による撮像装置の他の一実施例の構成を示すブロック図である。
【図８】本発明による撮像装置の他の一実施例の構成を示すブロック図である。
【図９】本発明による撮像装置の他の一実施例における被写体指定方法を説明するための説明図である。
【図１０】本発明の他の一実施例における被写体設定方法のフロ−チャ−ト図である。
【図１１】本発明による撮像装置の他の一実施例の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ レンズ
２ 撮像素子駆動回路
３ 撮像素子
５ カメラ信号処理回路
６ 信号レベル検出回路
７ 被写体抽出回路
８ 制御回路
９ 演算回路
１３ 絞り
２０〜２２ ２値化回路
２３ ＯＲ回路
２４ ＡＮＤ回路
２５ メモリ
２６ 拡大回路
４１〜４３ 積分回路
６０〜６２ 乗算回路
６３ 加算回路
６４ 比較回路
６５ 露光制御量演算回路
８０ マイクロコンピュ−タ
８１ 被写体指定釦
１００ マ−カ−

Claims (8)

1. 入射光を光電変換して撮像信号を出力する撮像素子と、
   前記撮像素子における露光量を制御する露光制御手段と、
   前記撮像素子の出力する撮像信号から映像信号を生成する信号処理手段と、
   前記映像信号から特定の被写体を抽出し、抽出した被写体領域を表わす被写体領域信号を出力する被写体抽出手段と、
   撮像画面を分割した複数の測光領域における前記撮像信号の信号レベルを検出して出力する信号レベル検出手段と、
   前記信号レベル検出手段の出力する複数の出力信号に対し、前記撮像画面を分割した複数の各々の領域の大きさに対する、前記各々の領域での被写体領域の重なりの大きさに比例する係数を乗じて加算する演算手段と、
   前記被写体抽出手段の出力に応じて前記演算手段における演算を変化させる演算制御手段と、によって構成され、
   前記演算手段の出力信号に応じて前記露光制御手段により露光制御を行なう
   ことを特徴とする撮像装置。
2. 入射光を光電変換して撮像信号を出力する撮像素子と、
   前記撮像素子における露光量を制御する露光制御手段と、
   前記撮像素子の出力する撮像信号から映像信号を生成する信号処理手段と、
   前記映像信号から特定の被写体を抽出し、抽出した被写体領域を表わす被写体領域信号を出力する被写体抽出手段と、
   撮像画面を分割した複数の測光領域における前記撮像信号の信号レベルを検出して出力する信号レベル検出手段と、
   撮像装置を操作する操作者が信号処理手段の出力における被写体を指定するための入力手段と、
   前記入力手段によって指定された被写体を前記被写体抽出手段において抽出するための抽出条件を設定する抽出条件設定手段と、
   前記信号レベル検出手段の出力する複数の出力信号に対し、前記撮像画面を分割した複数の各々の領域の大きさに対する、前記各々の領域での被写体領域の重なりの大きさに比例する係数を乗じて加算する演算手段と、
   前記被写体抽出手段の出力に応じて前記演算手段における演算を変化させる演算制御手段と、によって構成され、
   前記演算手段の出力信号に応じて前記露光制御手段により露光制御を行なう
   ことを特徴とする撮像装置。
3. 請求項１または２において、
   前記露光制御手段は前記撮像素子の駆動手段を備え、前記駆動手段により前記撮像素子の露光時間を制御することを特徴とする撮像装置。
4. 請求項１または２において、
   前記露光制御手段は入射光量を制御する絞り手段を備えたことを特徴とする撮像装置。
5. 請求項１、２、３または４において、
   前記演算手段と前記演算制御手段とをマイクロコンピュータによって構成したことを特徴とする撮像装置。
6. 請求項１または２において、
   前記被写体抽出手段は、映像信号における輝度信号と色差信号が一定範囲内にある領域を抽出することを特徴とする撮像装置。
7. 請求項１または２において、
   前記被写体抽出手段は、１画面分の前記被写体領域を記録するメモリ手段と、前記メモリ手段の出力する被写体領域を一回り拡大する拡大手段を備え、前記拡大手段の出力する前画面の被写体領域と、現画面の出力する被写体領域の重なり合った領域を新たな被写体領域とすることを特徴とする撮像装置。
8. 請求項１または２において、
   前記被写体抽出手段は、被写体の有無を判定する手段を備え、被写体が画面上に無いと判定した場合には、前記演算手段は予め定められた所定の演算を行なうように構成したことを特徴とする撮像装置。

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