JP4222278B2

JP4222278B2 - カメラ装置、及び露出制御方法

Info

Publication number: JP4222278B2
Application number: JP2004256376A
Authority: JP
Inventors: 芳幸加藤
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2004-09-03
Filing date: 2004-09-03
Publication date: 2009-02-12
Anticipated expiration: 2024-09-03
Also published as: JP2006074530A

Description

本発明は、デジタルカメラに用いて好適なカメラ装置、及び露出制御方法に関するものである。

近年、ＣＣＤ等の固体撮像手段を備えたデジタルカメラにおいては、自動露出制御時におけるＩＳＯ感度（５０，１００，２００，４００等）、すなわち撮影感度をユーザーが指定できるようにしたものが多い。感度設定は撮像信号のゲインを上げる設定であり、撮影時の露出制御においては、撮像信号のゲインを指定感度に相当する増幅率に設定した状態で適正露出が得られるようにシャッター速度や絞り値が決定される。

ところで、前述した露出制御による撮影結果は、実際に撮影を行った後でなければユーザーは確認できないが、例えば被写体が暗い場合等においては、ユーザーが、撮影待機状態で液晶モニタ等に表示するスルー画像によってそれを確認できることが望ましい。これを実現するには、スルー画像を表示している間に、撮影時と同様の露出制御を行わせればよい。

しかし、その場合、例えばＩＳＯ感度が自動又は手動によって高く設定されているときには、シャッター速度を速くして（ＣＣＤ等の露光時間を短くして）露光量を減らす制御となる。その結果、室内において蛍光灯の明かりの下で撮影が行われたときには、スルー画像に明暗による縞が現れたり、画面全体にちらつきが生じたりするフリッカが生じやすくなる。すなわち、スルー画像表示中におけるＣＣＤ等からの撮像信号の読み出し周期（フレームレート）が家庭用電源の周波数よりも低いため、シャッター速度が速いと、１フレームの走査時間内（露光時間内）における露光量が変動するためである。なお、かかる不具合は、フレーム周波数を電源周波数を２倍した周波数の公数倍としてフレーム周期と蛍光灯の明滅周期とを同期させればよく、例えば電源周波数が５０Ｈｚであればフレームレートを２０枚／秒とすれば解消できる。しかし、その場合には被写体に対するスルー画像の追従性が低下してしまう。

一方、高速シャッター時におけるフリッカを防止する方法としては、例えば特許文献１には、電荷蓄積時間を自動調整する固体撮像装置において、シャッタースピード（ＣＣＤの電荷蓄積時間）が高速になるにつれステップ毎の蓄積期間の変化を少なくすべく、１／６０ｓ〜１／１００００ｓのシャッターで２５６ステップの蓄積期間を予め設定し、これを信号レベレに対応して切り替えることによって、蓄積期間変化でちらつき等を軽減する方法が記載されている。
特開平０７−１６２７６６号公報

しかしながら、前述した従来の方法によりフリッカを防止するためには、ＣＣＤの駆動回路（電子シャッター回路）が不可欠となる。したがって、特定のハードウェア構成を備えていなければ、実際に記録される画像の明るさを良好なスルー画像によってユーザーに確認させることができないという問題があった。

本発明は、かかる従来の課題に鑑みてなされたものであり、汎用的なハードウェア構成を備えたものであっても、実際に記録される画像の明るさを、撮影以前に良好なスルー画像によって撮影者に確認させることが可能となるカメラ装置、及び露出制御方法と、その実現に使用されるプログラムを提供することを目的とする。

前記課題を解決するため請求項１の発明にあっては、撮影操作が行われる以前の撮影待機状態で、撮像手段により所定のフレームレートで撮像された被写体の画像を表示手段に表示するカメラ装置において、撮影操作が行われた撮影時に、被写体の明るさに応じた適正露出を得るため予め用意されている、露光時間を含む複数種の設定値からなる適正露出条件による露出制御を行う露出制御手段と、撮影時と同様の被写体の明るさに応じた適正露出を得ることができる、前記フレームレートの範囲内の時間であって設定可能なより長い露光時間を含む複数種の設定値からなる露出条件を取得する取得手段と、前記撮影待機状態において前記取得手段により取得された露出条件による露出制御を前記露出制御手段に行わせる制御手段とを備えたものとした。

かかる構成においては、撮影待機状態にあるとき、露出制御手段により、露光時間がフレームレートの範囲内の時間であって設定可能なより長い時間に設定する露出制御が行われることによって、表示手段に表示される被写体画像に実際の撮影時と同様の露出制御の結果が反映され、同時に撮像手段を特別な方法で駆動させなくとも、表示画像に生じるフリッカが低減される。

また、請求項２の発明にあっては、撮影操作に先立つ撮影予告操作を行うための操作手段を備え、前記取得手段は、前記操作手段による撮影予告操作に応じて被写体の明るさに応じた前記露出条件を取得し、前記制御手段は、撮影待機状態であって前記操作手段による撮影予告操作の継続中に、前記取得手段により取得された露出条件による露出制御を前記露出制御手段に行わせるものとした。

かかる構成においては、撮影待機状態で撮影予告操作が行われ、その操作が継続されている間、つまり構図がほぼ決定された段階等において表示手段に表示される被写体画像に、実際の撮影時と同様の露出制御の結果が反映される。

また、請求項３の発明にあっては、撮影操作が行われた撮影時に前記露出制御手段による露出制御に使用される適正露出条件には、露光時間、撮影感度、絞り値が含まれ、前記取得手段は、被写体の明るさに応じた前記適正露出条件における絞り値をそのままとし、かつ露光時間を前記フレームレートの範囲内でより長くし、かつその分だけ撮影感度を下げた露出条件を取得するものとした。

かかる構成においては、撮影待機状態で、または撮影待機状態における撮影予告操作の継続中の露出制御に使用される露出条件の絞り値が、被写体の明るさに応じた適正露出条件の絞り値と同一であるため、撮影操作後に伴う絞りの開度を変更する必要がなくなる。

また、請求項４の発明にあっては、撮影操作が行われる以前の撮影待機状態で、所定のフレームレートで撮像した被写体の画像を表示手段に逐次表示するカメラ装置における露出制御方法であって、前記撮影待機状態では、撮影時と同様の被写体の明るさに応じた適正露出を得ることができる、前記フレームレートの範囲内の時間であって設定可能なより長い露光時間を含む複数種の設定値からなる露出条件による露出制御を行い、撮影操作が行われた撮影時には、被写体の明るさに応じた適正露出を得るため予め用意されている、露光時間を含む複数種の設定値からなる適正露出条件による露出制御を行う方法とした。

かかる方法によれば、撮影待機状態にあるときには、露光時間がフレームレートの範囲内の時間であって設定可能なより長い時間に設定する露出制御が行われることによって、表示手段に表示される被写体画像に実際の撮影時と同様の露出制御の結果が反映され、同時に撮像手段を特別な方法で駆動させなくとも、表示画像に生じるフリッカが低減される。

また、請求項５の発明にあっては、撮影操作が行われる以前の撮影待機状態で、撮像手段により所定のフレームレートで撮像された被写体の画像を表示手段に表示するカメラ装置が有するコンピュータを、撮影操作が行われた撮影時に、被写体の明るさに応じた適正露出を得るため予め用意されている、露光時間を含む複数種の設定値からなる適正露出条件による露出制御を行う露出制御手段と、撮影時と同様の被写体の明るさに応じた適正露出を得ることができる、前記フレームレートの範囲内の時間であって設定可能なより長い露光時間を含む複数種の設定値からなる露出条件を取得する取得手段と、前記撮影待機状態において前記取得手段により取得された露出条件による露出制御を前記露出制御手段に行わせる制御手段として機能させるためのプログラムとした。

以上のように本発明においては、撮影待機状態にあるとき、または構図がほぼ決定された段階等において表示手段に表示される被写体画像に撮影時と同様の露出制御の結果が反映され、同時に撮像手段を特別な方法で駆動しなくとも、表示画像に生じるフリッカが低減されるようにした。よって、汎用的なハードウェア構成を備えたものであっても、実際に記録される画像の明るさを、撮影以前に良好なスルー画像によって撮影者に確認させることが可能となる。

また、撮影操作後に伴う絞りの開度を変更する必要がなくなるようにした。よって、撮影操作後における撮影動作に即応性を確保することができる。

以下、本発明の好ましい実施の形態について説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係るデジタルカメラ１の電気的構成の概略を示すブロック構成図である。デジタルカメラ１は、撮像手段であるＣＣＤ２を備えるとともに、ＣＣＤ２により撮像した画像を圧縮・伸張し、所定フォーマット、例えば統一規格ＤＣＦ（Design rule for Camera File system）やＪＰＥＧ（Joint Photographic Expert Group）に合致するフォーマットの画像
ファイルを生成・再生する画像処理機能を備えたＭＰＵ３を中心に構成されている。

ＣＣＤ２の受光面には、撮像レンズ４、フォーカスレンズ５、絞り６を通過して被写体の光学像が結像される。フォーカスレンズ５はＡＦモータ等からなる駆動機構７に保持されており、ＭＰＵ３からの制御信号によりＡＦドライバー８が出力する駆動信号が駆動機構７に供給されることにより光軸上を前後に移動する合焦動作を行う。絞り６は、ＭＰＵ３からの制御信号に基づき絞り駆動部９が発生する駆動信号により駆動しＣＣＤ２に入射する被写体像の光量を調整する。

また、ＭＰＵ３には、タイミング信号を発生するＴＧ（Timing Generator）１０が接続されており、ＴＧ１０が発生したタイミング信号に基づきＶドライバー１１（垂直方向ドライバー）がＣＣＤ２を駆動し、それに伴いＣＣＤ２により被写体像の輝度に応じたアナログの撮像信号が出力されアナログ信号処理部１２へ送られる。アナログ信号処理部１２は、ＣＣＤ２から出力された撮像信号を保持するＣＤＳ（Correlated Double Sampling：相関二重サンプリング回路）と、ＣＤＳから撮像信号を供給されるアナログアンプであるゲイン調整アンプ（ＡＧＣ）と、ゲイン調整アンプで増幅され調整されたアナログの撮像信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器（ＡＤ）とからなり、ＣＣＤ２の出力信号は、ここで黒レベルを合わせてサンプリングされデジタル信号としてＭＰＵ３に送られる。ゲイン調整アンプ（ＡＧＣ）は、撮影感度であるＩＳＯ感度に応じた増幅率で、ＣＤＳから供給される撮像信号を増幅する。

ＭＰＵ３には、シャッターキーを含む各種のキー群をからなる操作キー部１３、ＴＦＴ液晶モニタ１４、ストロボ１５、ＤＲＡＭ１６、ＭＲＯＭ１７、フラッシュメモリ１８が接続されている。ストロボ１５は、ＭＰＵ３によりその発光量を制御される。前記シャッターキーは「半押し」と「全押し」との２段階操作が可能な所謂ハーフシャッター機能を有したものであり、本発明の操作手段であって、その半押し操作が本発明の撮影予告操作となる。

ＤＲＡＭ１６は作業用のメモリ、フラッシュメモリ１８は画像記録用のメモリであり、ＣＣＤ２からＭＰＵ３に送られたデジタル信号（撮像信号）はＤＲＡＭ１６に一時保存されるとともに、ＭＰＵ３によって各種の画像処理が施された後、最終的には圧縮された画像データとしてフラッシュメモリ１８に記録される。なお、フラッシュメモリ１８はカメラ本体に着脱自在なカード型のものであってもよい。

フラッシュメモリ１８に記録された画像データは、必要に応じてＭＰＵ３に読み出され、伸長処理、輝度信号及び色信号の付加等の処理を経てデジタルビデオ信号やアナログビデオ信号に変換され、本発明の表示手段であるＴＦＴ液晶モニタ１４によって表示される。またＴＦＴ液晶モニタ１４には、記録モードにおいて周期的に撮像された画像がスルー画像として表示される。

ＭＲＯＭ１７は、ＭＰＵ３における各部の制御及びデータ処理に必要な各種の動作プログラムが記録されたプログラムＲＯＭである。すなわち、ＭＲＯＭ１７には、ＭＰＵ３に上述した各部を制御させるとともに、記録モードでの静止画撮影時には後述する露出制御処理を行わせることによりＭＰＵ３を本発明の露出制御手段、取得手段、制御手段として機能させるためのプログラムや、その他の各種データが格納されている。各種データのうちには、前記露出制御処理に際して使用される、図２に示した撮影時の適正な露出値（ＥＶ）に対応する絞り値とシャッタースピードとの組み合わせを示す撮影時用露出線図（プログラム線図）１７１や、図３に示したスルー表示に適した適正な露出値（ＥＶ）に対応する絞り値とシャッタースピードとの組み合わせを示すスルー用露出線図（プログラム線図）１７２のデータが含まれている。なお、撮影時用露出線図１７１、スルー用露出線図１７２は、各々が設定可能なＩＳＯ感度毎に用意されており、図示したものはＩＳＯ感度が１００である場合の例である。

そして、ＭＰＵ３は、記録モードでは、前記プログラム線図に従い、シャッタースピードである前記ＣＣＤ２の電荷蓄積時間や、前記絞り６の開度、前記アナログ信号処理部１２のゲイン調整アンプ（ＡＧＣ）のゲインの制御によるＡＥ（自動露出）制御を行うとともに、所定のプログラムに従い前記フォーカスレンズ５を駆動するＡＦ（オートフォーカス）制御、ＡＷＢ（オートホワイトバランス）制御を行う。

また、操作キー部１３のシャッターキーが全押し操作された撮影時には、必要に応じてストロボ１５による撮影補助光の発光、及びその発光量を制御する。フラッシュメモリ１８には、撮影された画像データが記録される。なお、各部への必要な電源は、図示しない電池より供給される。

次に、以上の構成からなるデジタルカメラ１の本発明に係る動作について説明する。図４は、記録モードでの静止画撮影時にＭＰＵ３が実行する主として露出制御に関する処理手順を示すフローチャートである。

すなわち、ＭＰＵ３は記録モードが設定されると、所定のフレームレート（本実施の形態では３０枚／秒）による撮像処理を開始してＣＣＤ２から画像を取り込み（ステップＳ１）、取り込んだ画像をスルー画像としてＴＦＴ液晶モニタ１４に表示する（ステップＳ２）。また、取り込んだ画像の画素毎の輝度値に基づき、被写体の明るさを取得する（ステップＳ３）。引き続き、シャッターキーが操作されていない撮影待機状態においては（ステップＳ４でＮＯ）、その時設定されているＩＳＯ感度に応じたスルー用露出線図１７２（図３）に基づき、その時点の被写体の明るさに応じたスルー表示に適した適正露出値（ＥＶ）が得られる絞り値とシャッター速度値を演算し（ステップ５）、演算したシャッター速度値、絞り値と、ＩＳＯ感度値を設定値としたスルー用の露出調整を行う（ステップＳ６）。以後、シャッターキーの操作がなければ上記処理を繰り返す。

一方、上記処理を繰り返している間に、シャッターキーの半押しによる撮影予告操作があったときには（ステップＳ４でＹＥＳ）、引き続きシャッターキーが全押しされなければ（ステップＳ７でＮＯ）、さらに、その時設定されているＩＳＯ感度値が最小（設定感度が最低）であるか否かを更に判別する（ステップＳ８）。ここで、設定感度が最低であった場合には（ステップＳ８でＹＥＳ）、ステップＳ５へ進み、前述したスルー用の露出調整を行う（ステップＳ６）。

また、設定感度が最低で無かった場合には（ステップＳ８でＮＯ）、まず設定されているＩＳＯ感度に応じた撮影用露出線図１７１（図２）に基づき、その時点の被写体の明るさに応じた撮影時の適正露出値（ＥＶ）が得られる絞り値とシャッター速度値を演算する（ステップＳ９）。次に、ここで演算した絞り値を変えずに、次の条件検索を行う新たなシャッター速度値とＩＳＯ感度値とを取得する。すなわちシャッター速度をフレームレートの範囲内で設定可能な最も遅いシャッター速度とする、つまり露光時間をフレーム周期（１／３０秒）からマージン分（スルー画像の生成などの撮像後の信号処理時間）を差し引いた時間を上限に、より長い時間とすることを条件として、撮影時の適正露出値（ＥＶ）が得られるシャッター速度値とＩＳＯ感度値の組み合わせを検索する（ステップＳ１０）。

係る検索は、例えば以下のように行う。予め撮影で使用できるＩＳＯ感度をステップ毎に増幅率の変化割合で次ぎのように定義しておき、
ＩＳＯ５０・・・ Sens_table［０］＝５０％
ＩＳＯ１００・・・ Sens_table［１］＝１００％
ＩＳＯ２００・・・ Sens_table［２］＝２００％
ＩＳＯ４００・・・ Sens_table［３］＝４００％
ＩＳＯ８００・・・ Sens_table［４］＝８００％
ステップＳ９で演算したシャッター速度値とＩＳＯ感度値を用い、設定可能なシャッター速度を遅い順に下記式に順番に代入する。そして、最初に下記式を満たしたときのｎを取得する。
Frame time ＞シャッター速度値 × ＩＳＯ感度値／ Sens_table［ｎ］
しかる後、取得したｎに対応するＩＳＯ感度値を新たなＩＳＯ感度値とし、かつそのときのシャッター速度値を新たなシャッター速度値とする。

そして、ステップＳ９で撮影用露出線図１７１（図２）に基づき演算した絞り値と、上記のように検索した新たなシャッター速度値、ＩＳＯ感度値を設定値とした、つまりシャッター速度値を可能な限り下げ（露光時間を長くし）、その分だけＩＳＯ感度値を下げた露出条件を用いてＡＥロック時用の露出調整を行う（ステップＳ１１）。これにより、シャッターキーが半押しされたときには、また半押しされている間においては、その時点で撮影を行った場合に実際に記録される画像の明るさをスルー画像によってユーザーに確認させることができる。しかも、シャッター速度をできるだけ遅く（露光時間をできるだけ長く）することにより、撮像時にＣＣＤ２を特別な方法により駆動しなくとも、撮影時の光源が蛍光灯である場合のスルー画像におけるフリッカの発生が抑制できる。

また、シャッターキーが半押し状態にある間には、前記ＡＥロック時用の露出調整を行い、やがてシャッターキーが全押しされたら（ステップＳ７でＹＥＳ）、その時点で設定されているＩＳＯ感度に応じた撮影用露出線図１７１（図２）に基づき、被写体の明るさに応じた撮影時の適正露出値（ＥＶ）が得られる絞り値とシャッター速度値を演算する（ステップＳ１２）。さらに、演算したシャッター速度値、絞り値と、ＩＳＯ感度値を設定値とした撮影用の露出調整を行い（ステップＳ１３）、適正露出を確保する。以後、記録モードが設定されている間においては、上述した処理を繰り返す実行する。

以上のように、本実施の形態によれば、汎用的なハードウェア構成を備えたものであっても、実際に記録される画像の明るさを、撮影以前に良好なスルー画像によって撮影者に確認させることができる。また、前述したようにＡＥロック用の露出調整に際して設定される絞り値は、撮影用の露出調整に際して設定される絞り値と同一であるため、シャッターキーが全押しされてから絞りの開度を変更する必要がなく、シャッターキーの全押し後の撮影動作に即応性を確保することができる。

ここで、本実施の形態においては、シャッターキーが半押しされたとき、つまり構図がほぼ決定された段階で、その時点で撮影を行った場合に実際に記録される画像の明るさをユーザーに確認させることができるようにしたが、本実施の形態とは異なりハーフシャッター機能を有していない構成では、例えばシャッターキーが押される以前の撮影待機状態にある間に、前述したＡＥロック時用の露出調整を行わせればよい。また、ハーフシャッター機能を有している構成であっても、シャッターキーが半押しされる以前の撮影待機状態で前述したＡＥロック時用の露出調整を行わせるようにしてもよい。なお、その場合には、絞り値も適宜変更させても構わない。

また、操作キー部１３のシャッターキーが本発明の操作手段であり、その半押し操作が本発明の撮影予告操作であるものについて説明したが、例えば被写体の異なるポイントでＡＦ機能によるピント合わせと露出決定とを可能にするためのＡＥロックボタンを有するものにおいては、それを本発明の操作手段として機能させ、ＡＥロックボタンの操作（露出固定操作）を本発明の撮影予告操作としても構わない。

なお、本実施の形態においては、絞りを備えた構成のデジタルカメラ１について説明したが、絞りを備えていないものにも本発明は適用することができる。その場合であっても、汎用的なハードウェア構成のままで、実際に記録される画像の明るさを、撮影以前に良好なスルー画像によって撮影者に確認させることができる。また、被写体の明るさを撮像した画像から取得するようにしたが、光センサを設けておき、光センサが検出した明るさを必要に応じて補正して被写体の明るさを得るようにしてもよい。

さらに、本実施の形態では、本発明を専用機としてのデジタルカメラ１に採用した場合について説明したが、これに限らず本発明は、携帯電話等の携帯情報端末に内蔵されているカメラにも採用することができる。

本発明の一実施の形態に係るデジタルカメラの電気的構成の概略を示すブロック構成図である。撮影時用露出線図を示す図である。スルー用露出線図を示す図である。露出制御に関する処理手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１デジタルカメラ
２ＣＣＤ
３ＭＰＵ
６絞り
９絞り駆動部
１２アナログ信号処理部
１３操作キー部
１４ＴＦＴ液晶モニタ
１６ＤＲＡＭ
１７ＭＲＯＭ
１８フラッシュメモリ
１７１撮影時用露出線図
１７２スルー用露出線図

Claims

撮影操作が行われる以前の撮影待機状態で、撮像手段により所定のフレームレートで撮像された被写体の画像を表示手段に表示するカメラ装置において、
撮影操作が行われた撮影時に、被写体の明るさに応じた適正露出を得るため予め用意されている、露光時間を含む複数種の設定値からなる適正露出条件による露出制御を行う露出制御手段と、
撮影時と同様の被写体の明るさに応じた適正露出を得ることができる、前記フレームレートの範囲内の時間であって設定可能なより長い露光時間を含む複数種の設定値からなる露出条件を取得する取得手段と、
前記撮影待機状態において前記取得手段により取得された露出条件による露出制御を前記露出制御手段に行わせる制御手段と
を備えたことを特徴とするカメラ装置。
撮影操作に先立つ撮影予告操作を行うための操作手段を備え、
前記取得手段は、前記操作手段による撮影予告操作に応じて被写体の明るさに応じた前記露出条件を取得し、
前記制御手段は、撮影待機状態であって前記操作手段による撮影予告操作の継続中に、前記取得手段により取得された露出条件による露出制御を前記露出制御手段に行わせる
ことを特徴とする請求項１記載のカメラ装置。
撮影操作が行われた撮影時に前記露出制御手段による露出制御に使用される適正露出条件には、露光時間、撮影感度、絞り値が含まれ、
前記取得手段は、被写体の明るさに応じた前記適正露出条件における絞り値をそのままとし、かつ露光時間を前記フレームレートの範囲内でより長くし、かつその分だけ撮影感度を下げた露出条件を取得する
ことを特徴とする請求項１又は２記載のカメラ装置。
撮影操作が行われる以前の撮影待機状態で、所定のフレームレートで撮像した被写体の画像を表示手段に逐次表示するカメラ装置における露出制御方法であって、
前記撮影待機状態では、撮影時と同様の被写体の明るさに応じた適正露出を得ることができる、前記フレームレートの範囲内の時間であって設定可能なより長い露光時間を含む複数種の設定値からなる露出条件による露出制御を行い、
撮影操作が行われた撮影時には、被写体の明るさに応じた適正露出を得るため予め用意されている、露光時間を含む複数種の設定値からなる適正露出条件による露出制御を行う
ことを特徴とする露出制御方法。
撮影操作が行われる以前の撮影待機状態で、撮像手段により所定のフレームレートで撮像された被写体の画像を表示手段に表示するカメラ装置が有するコンピュータを、
撮影操作が行われた撮影時に、被写体の明るさに応じた適正露出を得るため予め用意されている、露光時間を含む複数種の設定値からなる適正露出条件による露出制御を行う露出制御手段と、
撮影時と同様の被写体の明るさに応じた適正露出を得ることができる、前記フレームレートの範囲内の時間であって設定可能なより長い露光時間を含む複数種の設定値からなる露出条件を取得する取得手段と、
前記撮影待機状態において前記取得手段により取得された露出条件による露出制御を前記露出制御手段に行わせる制御手段と
して機能させるためのプログラム。