JP4076364B2 - カメラ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はカメラに関し、特に、カメラの制御技術の改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
画面内の複数のポイントの明るさに関する情報を使用して主被写体に露出をあわせる提案が、例えば特開昭61−246711号公報においてなされている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開昭61−246711号公報のように主被写体のポイントのみに露出を合わせると、画面全体の雰囲気が再現されない場合がある。例えば、青空を背景に撮影された写真などは、人物の露出が優先されるので、背景である空の青の部分が写真として表現されず、雰囲気の乏しい写真になってしまう。特に、ラチチュードの狭いフィルムを利用したときや、デジタルカメラを使用して撮影を行った場合には、このようなことが頻繁に起こり得る。
【0004】
本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、その目的とするところは、主被写体のみならず、画面全体の色調をも考慮することにより、雰囲気の豊かな画像を取得することができるカメラを提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の第1の態様に係るカメラは、画面内の明るさの分布を検出する輝度分布検出手段と、上記輝度分布検出手段によって検出された明るさの分布を参照して明部と暗部の変化ポイントを判定する変化ポイント判定手段と、上記変化ポイント判定手段により判定された変化ポイントの画面内の位置に基づいて、露出を制御する露出制御手段と、上記輝度分布検出手段によって検出された明るさの分布を参照し、明部を撮影画面の上方と判定する構図判定手段と、上記露出制御手段は、上記構図判定手段により判定された撮影画面の上下の情報に基づき、上記変化ポイントが画面内の中央より上に位置する場合に上記変化ポイントより下部に露出を合わせ、上記変化ポイントが画面内の中央より下に位置する場合に上記変化ポイントより上部に露出を合わせる。
【0006】
また、本発明の第2の態様に係るカメラは、本発明の第1の態様において、さらにストロボ光投射を行うストロボ制御手段を有し、上記変化ポイントが画面内の中央より下に位置する場合に、上記変化ポイントより上部に露出を合わせるとともに、上記ストロボ制御手段はストロボ光投射を行って上記変化ポイントより下部の露出を補助する。
【0009】
【発明の実施の形態】
(第1実施形態)
以下、図面を参照して本発明の第1実施形態を詳細に説明する。まず、本発明の前提となる構成を説明する。図1は、本発明の実施形態が適用されるカメラの機能ブロック図である。以下に、カメラのピント合わせを行なうときの被写体距離Lの求め方を説明する。3a,3bは視差Bをもたせて配置された一対の受光レンズであり、被写体5の像はこれらのレンズによってセンサアレイ2a,2b上に結像される。この像は上記視差Bによって三角測距の原理に従って、2つのセンサアレイ2a,2b上の異なる相対位置に結像する。この相対位置の差xを検出すれば被写体距離Lは、受光レンズの焦点距離fと、上記視差Bに従って、L=(B・f)/xを計算することによって求めることができる。
【0010】
このようにして被写体距離Lを求めた後、ワンチップマイクロコンピュータ等からなる演算制御手段(CPU)1は、求めた被写体距離Lに従って、撮影レンズ11のピントを合わせるピント合せ手段4を制御する。これによって被写体5にピントが合った撮影を行うことができる。
【0011】
撮影にあたって、被写体像は撮影レンズ11を介して取り込まれ、撮像素子12により撮像される。撮像された被写体像は、A/D変換器13によりデジタル信号に変換された後、CPU1により制御される画像処理部14に入力される。この画像処理部14で所定の画像処理が施された被写体データはメモリ15に記憶される。また、当該被写体データは表示部16に適宜表示される。1aは撮影釦である。
【0012】
ここで上記した相対位置の差xは以下の方法により算出される。CPU1内に設けられたA/D変換器2cによって各センサアレイの各センサの出力がディジタル信号としてCPU1内のメモリ(図示せず)中に記憶される。CPU1はこの結果を用いて相関演算部2eにより所定のプログラムを用いて相関演算を行うが、これは2つのセンサアレイの出力をセンサアレイの並び方向にずらしながら差をとって、いちばん差が小さくなった時のずらし量により“相関”が高いと判定する方法である。このずらし量とセンサアレイのピッチが前記した相対位置の差xをあらわす値となる。
【0013】
図2は、上記したセンサアレイの一部の構成をより詳細に示した図である。S1〜S4は、センサアレイを形成する受光素子の受光面を表わしている。S1〜S4の各センサは、バイアス回路100から電源を供給されるようになっている。上記各センサは受光量に応じた信号電流を出力する。この信号電流は、積分開始/終了スイッチ7aのON時は積分アンプA1〜A4に導かれ、リセットスイッチ7bがOFFであれば、分量に応じた電圧信号が各アンプの出力に出力される。この結果をCPU1内蔵のA/D変換器2cによって読みとれば、図1で説明した相関演算を経てピント合せができる。
【0014】
しかし、この各センサS1〜S4に入る光の量は、シーンの明るさや被写体の色や反射率によって種々の値にバラつくので、限られたダイナミックレンジの積分手段で適正な値に積分量を収めるためには、正確な積分制御技術が必要になる。例えば、積分時間が短かすぎるときには積分結果が平坦になってしまって差が得られないが、長すぎても回路の飽和によって積分結果が均一になってしまう。
【0015】
先の相関演算の説明からも明らかなように、像の変化が小さい場合には2つのセンサアレイで得られた2つの像の相関がとりにくく、結果として正しい測距ができなくなってしまう。
【0016】
そこで、ここではCPU1により積分結果をリアルタイムでモニタして適正なレベルになった所で積分を終了させるようにする。最大積分値検出回路6はスイッチ7cの各スイッチをON,OFFすることにより入力される各センサS1〜S4の積分出力のうち最大の積分値を検出する。
【0017】
図3(a)は、これらのスイッチ7cをONさせて、積分制御部2dにより積分制御を行うときのタイミングチャートである。各センサS1〜S4に光が入射しているとき、最初にリセットスイッチ7bをONしておき、出力を基準レベルにリセットしたあと、積分開始/終了スイッチ7aをON、リセットスイッチ7bをOFFするとT1 のタイミングで積分が開始される。
【0018】
最大積分値検出回路6の出力は、A/D選択スイッチ8が最大積分値検出回路6に接続されているときに最も積分量の大きいセンサ出力(最大値)が選択されてCPU1のA/D変換器2cに入力される。CPU1はこの出力をA/D変換器2cを駆動して逐次モニタ(図3(a))する。すなわち、CPU1は、上記最大値が回路のダイナミックレンジを越えないタイミングT2で積分開始/終了スイッチ7aをOFFすることで各センサの積分出力がダイナミックレンジを越えることがないようにモニタしている。積分停止後、CPU1はA/D選択スイッチ8を切換制御して、各センサS1〜S4の積分出力をA/D変換することにより、各センサ出力を順次モニタすることができる。
【0019】
このようにして得られた像信号は、図3(b)に示すような形状を有し、光の入射状態に従って暗い所は低い出力、明るい所は高い出力を示す。このような方法によって、カメラの測距装置は適正な像信号を得ることができる。
【0020】
なお、図1の構成で、受光レンズ3aからの点線で示した光線を利用すると、画面中心の(C)ポイント以外のポイント、つまり基線長方向にズレたポイント(L),(R)の測距も可能となる。
【0021】
また、図4(a)のように受光レンズ3a,3bの後方のセンサアレイ2a,2bを基線長方向と垂直の方向に上下各々1本追加すると、図4(a)の光線で示されるように、基線長方向とは垂直方向の部分(U)、(D)の測距が可能となる。従って、この時、図4(b)のようにセンサアレイのモニタ域が拡大されて画面内の多くのポイントが測距できるようになる。
【0022】
この考え方を拡張すれば、1本や3本のラインセンサではなく、図5(a)のようにセンサが連続して並べられたいわゆるエリアセンサを用いることによって画面内をくまなくモニタすることができ、例えば図5(b)のように測距可能ポイント数を、30ポイントあるいはそれ以上に増加させることが可能になる。
【0023】
このような工夫によって測距ポイント数を増加させれば、主被写体が画面のどこに存在していても正確な測距ができる。例えば、図5(c)のような構図で画面の端の方に人物がいる場合であっても正確なピント合せのできるカメラが得られる。
【0024】
また、各センサ出力が画面内の各ポイントの明暗を表すので、画面内の輝度分布センサともみなすことができる。
【0025】
上記した構成を前提にして、以下に本発明の第1実施形態を図6を参照して説明する。図6(a)のようなシーンでは、人物50のみならず窓の外の風景51について、多少のピントの差はあっても、各々の色合いが再現された画像が得られることが望ましい。人物50が主被写体だからといって、人物50に露出を合わせると、図6(b)のように窓の外はラチチュードでカバーできず、写真として再現されないので非常に雰囲気の乏しい画像となってしまう。このような写真では、被写体がどこに存在していても同じような画像となってしまうため、例えば旅先での記念写真としては好ましくないものになってしまう。
【0026】
そこで本実施形態では画面内の明るさ分布の判定を行ない、例えば図6(c)のように、画面の明暗分布を2値化して、明と暗のどちらを占める割合が大きいかを検出し、これに基づいて露出制御部10において露出を制御するようにする。但し、明暗に大きな差異がないシーンもあるので、所定の明るさ以上の変化があるときのみに、本実施形態の明暗分布判定を行なうようにする。
【0027】
本実施形態のフローを図7に示す。ステップS40〜S41は、すでに説明した測距装置によって被写体の距離分布を検出するステップであり、図6(c)の画面内の3点52、53、54のうち、最も近い距離を示すポイントを主被写体距離とし、ステップS42でその位置を検出する。
【0028】
ステップS43以下では、前述のような明るさの分布を調べるために、まず、画面内の明るさの変化(明暗の差)が大きいか否かを検出する(ステップS43)。この明るさの変化の検出方法については、図10及ぶ図11を用いて以下に詳述する。ステップS43で明暗差(図10、図11のΔBV)が小さいと判断された場合にはステップS58に分岐して被写体距離Lにピント合わせした後、明るさを平均化したものに対して正しい露出制御を行う(ステップS59)。
【0029】
また、ステップS43で明暗差が大きいと判断された場合には、ステップS43をステップS44に分岐して、明部の面積が大きいかどうかを判定する。ステップS44で明部の面積が大きいと判断された場合には、図6(a)のようなシーンであると判断して、基本的に明るいところの色合いが重要であるとして、ステップS45に移行してこの部分の露出が適正になるような露出制御を行なう。
【0030】
色によっては、最適な露出制御が異なるので、デジタルカメラに本発明を応用する場合には、明部の色調を撮像素子により検出して、その結果を反映させるようにしてもよい。
【0031】
明度を優先する露出を行なう場合には、図6(a)や図8(b)の人物のような状態のものは逆光で暗くなってしまうので、ステップS45において主被写体位置が暗部に存在するかどうかを判定し、YESならば被写体距離Lにピント合わせ(ステップS46)した後、逆光状態なのでステップS47にてストロボ発光にて明部で露出を行なうようにする。
【0032】
一方、ステップS45において、主被写体が明部に存在しないと判断されたならば、ステップS51に分岐して被写体距離Lにピント合わせをした後、明部で露出制御を行なう(ステップS52)。
【0033】
一方、ステップS44で明部の面積が小さいと判断された場合には、ステップS44をステップS54に分岐して主被写体位置が暗部に存在するかどうかを判定し、ピント合わせの後、主被写体を重視した露出制御を行う(ステップS52、S56)。
【0034】
すなわち、ステップS54においてYESの場合には、被写体距離Lにピント合わせをして(ステップS55)、暗部で露出制御を行なう(ステップS56)。また、ステップS54においてNOの場合には、被写体距離Lにピント合わせをして(ステップS51)、明部で露出制御を行なう(ステップS52)。ここでは、図8(a)のようなシーンを想定しており、背景の明るい空の部分61は、重要度が小さいとみなして、人物60に露出を合わせる制御を行なっている。
【0035】
以上、説明したように、本実施形態によれば、主被写体の明暗のみならず、明部と暗部の比率を考慮して露出制御を行なうようにしたので、面積の広いほうの色合いを重視した、雰囲気の豊かな写真撮影が可能となる。
【0036】
(第2実施形態)
図5(a)に示すようなエリアセンサを備えたカメラにおいては、以下に述べるような方法によって、カメラを構えたときに画面が縦長になるか横長になるかを判定することが可能である。
【0037】
図8(a)、(b)から明らかなように、通常、画面上方61は明るいだけでなく、主被写体60より遠距離である場合が多い。そこで本実施形態では、エリアセンサを利用し、画面内の明るさや距離の分布を考慮して、写真撮影時のカメラの構え方が画面横長となるか、縦長となるかを判定するようにする。
【0038】
図9に、本実施形態のエリアセンサを用いたAFによる、構え方検知(構図検知)のフロー例を示す。このフローは、CPU1によって制御され、この制御結果により、CPU1はカメラの制御方法を切り替える。
【0039】
このフローは図10(a)及び図11(a)に示すシーンに基づく考え方によって構成されている。つまり、画面の長い方向をx方向、画面の短い方向をy方向としたときに、図10(a)のようなシーンでは、上下方向になる。y方向に沿って図5(a)のようなエリアセンサの同じy座標の画素データを加算した値の分布は、空が明るいことにより、図10(b)のように、大きな変化(ΔBV)を示す。左右方向になるx方向に沿って同じx座標の画素データを加算したときの値の分布は、逆に、変化が乏しい(図10(c))。
【0040】
ところが、図11(a)のようなシーンでは、反対に、y方向に沿って同じy座標の画素データを加算した値を調べても、空と地上の建物、人物等が混ざり合って大きな変化を示さない(図11(c))。むしろ、x方向に沿って同じx座標の画素データを加算すると、空は明るく、地上は暗いので明瞭に輝度変化が観測され、同様にして、ΔBVとして示した大きなデータ変化を示す(図11(b))。
【0041】
このように、x方向またはy方向の画素データ加算値の分布を調べることによって、構図(縦か横か)を判定することができる。
【0042】
図9のステップS1乃至S4は、y方向の原点から終了点に向かって同じy座標を取るデータをx方向に加算し、その輝度分布を調べるフローである。ステップS3では、y座標をnだけ増加していく処理を行ない、全画面範囲に渡って分布を調べる。ここではCPUの処理速度を考慮して、とびとびのyの値について加算値を求めるようにしている。ステップS5乃至S8は、x方向について同様の処理を行なっている。
【0043】
ステップS9以降のフローは、前述の考え方に基づき、y方向に沿った加算値の最大変化ΔBVyと、x方向に沿った加算値の最大変化ΔBVxとを比較して(ステップS9)、カメラが縦長構図で構えられているかあるいは横長構図で構えられているかを調べるフローである。一般の写真は、人間の眼が2つ横に並んでいることに対応して横長構図なので、y方向の変化が大きいと、直ちにステップS17に分岐し、横長構図であると判定する。
【0044】
しかしそれ以外は、縦長構図の可能性があると判断してステップS10に分岐し距離の分布を考慮する。明るさの分布は判定が容易であるが、距離分布は判定が困難であるので、ここでは最も端の部分のエリアセンサ部のみを利用する。さらに絞り込むとすると、x方向、y方向の各両端でその中央部分付近の距離を求めれば良い。
【0045】
まず、ステップS10、S11及びステップS13、S14がその距離を判定するステップであり、遠距離データを出力する部分が上下方向の上部であるという考え方で、構図判定を行なっていく。ステップS12で、y方向の両端の距離差が大きいかどうかを判断し、YESの場合にはステップS17に分岐して横長構図であると判定する。
【0046】
ステップS15、S16でx方向両端距離差が大きいかどうかを判断し、距離差が小さい場合にはステップS17に分岐する。しかし、距離差が大きい場合にはステップS18、S19にて、縦長構図であることを判定する。横長画面時の左の方向が上か、右の方向が上かは、ステップS15またはS16にて検出することができる。
【0047】
図12は、周囲が暗いときの構図判定の流れを示すフローチャートである。暗いときには、図1のストロボ回路9を制御して、発光部9aから光を投射し(ステップS20)、そのときにエリアセンサから得られる反射光分布(ステップS21)によっても、同じような考え方で構図判定ができる。ステップS22、S23は、図9のステップS1乃至S4、S5乃至S8に相当し、輝度ではなく、反射光分布となるところが異なるが、処理は同じでよい。
【0048】
ステップS24にてy方向の分布の変化よりx方向の分布の変化の方がはるかに大きいかどうかを調べ、大きいときには縦構図であると判定し(ステップS26、S27、S28)、そうでない場合には横構図であると判定する(ステップS25)。
【0049】
ここで、反射光は近い距離ほど大きくなるので、ステップS26で光量が大きい部分を近距離、小さい部分を遠距離(上方向)と考えることによって、ステップS27、S28に分岐して上下関係を判定する。このような考え方によれば、明るさ(反射光)の分布がそのまま距離の分布となるので、図9のフローより高速な判定ができる。また、専用のセンサではなく、撮像素子を流用して判定しても良い。
【0050】
図13は、上記した構図判定機能を利用した露出制御の一例を説明するためのフローチャートである。この実施形態は、特に、空の色合いを出すかどうかを重視した実施形態である。すなわち、まず、前述のような方法で明るい方向が空であるという考え方に基づいて画面の上下方向の検出を行なう(ステップS30)。次に、ステップS31にてこのときの明るさの変化ポイント(輝度変化点)(図10(b)、図11(b)のΔBVのポイント)が画面の中央より上か下かを判定し、中央以下なら、明るい部分が大きいとして、図8(b)のようなシーンと考え、被写体距離が近距離かどうかを判断する(ステップS32)。ここでYESならばステップS32をステップS34に分岐し、上方(明部)を重視した露出制御を行なう。下方の人物の露出はストロボで補助する(ステップS35)。
【0051】
また、ステップS32の判断がNO、すなわち、ストロボが届かない距離では、ステップS32をステップS33に分岐して主被写体の明るさに合わせて露出制御を行なう。
【0052】
また、ステップS31にて、輝度変化点が画面中央より上ならば、図8の(a)のようなシーンとなるので、画面下方を重視した露出制御を行ない(ステップS36)、状況に応じて、すなわち手ブレかどうかに応じて(ステップS37)、ストロボ発光制御を行なう(ステップS38)。
【0053】
以上、説明したように、本実施形態によれば、画面の上下方向を考慮して、空の部分の色など周囲の雰囲気を重視した露出制御が行なえる。
【0054】
(第3実施形態)
以下に図14を参照して本発明の第3実施形態を説明する。本実施形態は被写体の距離分布を本発明の特徴である画面内の明暗分布判定と組み合わせたことを特徴とする。まずステップS60で輝度差(明暗差)が大きいかどうかを判断する。輝度差が大きい場合には明部の距離と暗部の距離を比較し(ステップS61)、暗部の距離が近い場合には明部で露出制御を行う際に、ストロボ発光により暗部の明るさを補助する(ステップS62)。この場合、明部は距離が遠いのでストロボ光が届かず影響を受けない。従ってラチチュード内に明るさを抑えた露出制御ができる。
【0055】
また、ステップS61で明部の距離が近いと判断された場合には、ストロボ投射で輝度差が拡大するので、ストロボの有効利用ができない。この場合には、図8(b)のように、遠距離のものを主被写体であると考えて、暗いほうに露出を合わせる(ステップS63)。
【0056】
また、ステップS60で輝度差が小さいと判断された場合には、平均化を行い(ステップS64)、取得した平均値を用いて露出制御を行なう(ステップS65)。
【0057】
本実施形態によれば、暗くて近い被写体に対してはストロボ光が有効活用できることを利用して、画面全体の明るさの差を小さくして色再現性の良い画像が得られる。
【0058】
【発明の効果】
本発明によれば、画面内の明るさの分布を判断して、露出制御の方法を決定するようにしたので、画面全体の色再現性を良好に維持した画像を得ることができるカメラとなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態が適用されるカメラの機能ブロック図である。
【図2】センサアレイの一部の構成をより詳細に示した図である。
【図3】図2に示すスイッチを切り換えて積分制御を行うときのタイムチャートである。
【図4】センサアレイを基線長方向と垂直方向に追加して測距可能域を拡大した実施形態を説明するための図である。
【図5】エリアセンサにより測距域を画面全域に拡大した実施形態を説明するための図である。
【図6】本発明の第1実施形態の概略を説明するための図である。
【図7】本発明の第1実施形態に係る撮影フローを説明するための図である。
【図8】本発明の第2実施形態の概略を説明するための図である。
【図9】本発明の第2実施形態に係る構図判定フローを説明するための図である。
【図10】明るさの変化の検出方法について説明するための図(その1)である。
【図11】明るさの変化の検出方法について説明するための図(その2)である。
【図12】本発明の第2実施形態に係る他の構図判定フローを説明するための図である。
【図13】本発明の構図判定機能を利用した露出制御の一例を説明するためのフローチャートである。
【図14】本発明の第3実施形態を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
1 演算制御手段(CPU)
1a 撮影釦
2a、2b センサアレイ
2c A/D変換器
2d 積分制御手段
2e 相関演算手段
3a、3b 一対の受光レンズ
4 ピント合わせ手段
5 被写体
8 A/D選択スイッチ
9 ストロボ回路
9a 発光部
10 露出制御部
11 撮影レンズ
12 撮像素子
13 A/D変換器
14 画像処理部
15 メモリ
16 表示部
Claims (2)
- 画面内の明るさの分布を検出する輝度分布検出手段と、
上記輝度分布検出手段によって検出された明るさの分布を参照して明部と暗部の変化ポイントを判定する変化ポイント判定手段と、
上記変化ポイント判定手段により判定された変化ポイントの画面内の位置に基づいて、露出を制御する露出制御手段と、
上記輝度分布検出手段によって検出された明るさの分布を参照し、明部を撮影画面の上方と判定する構図判定手段と、
上記露出制御手段は、上記構図判定手段により判定された撮影画面の上下の情報に基づき、上記変化ポイントが画面内の中央より上に位置する場合に上記変化ポイントより下部に露出を合わせ、上記変化ポイントが画面内の中央より下に位置する場合に上記変化ポイントより上部に露出を合わせる
ことを特徴とするカメラ。 - さらにストロボ光投射を行うストロボ制御手段を有し、
上記変化ポイントが画面内の中央より下に位置する場合に、上記変化ポイントより上部に露出を合わせるとともに、上記ストロボ制御手段はストロボ光投射を行って上記変化ポイントより下部の露出を補助することを特徴とする請求項1に記載のカメラ。
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