JP4269699B2

JP4269699B2 - 電子カメラ

Info

Publication number: JP4269699B2
Application number: JP2003015763A
Authority: JP
Inventors: 勝村松
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2003-01-24
Filing date: 2003-01-24
Publication date: 2009-05-27
Anticipated expiration: 2023-01-24
Also published as: US20040207736A1; US7375758B2; JP2004229054A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＣＤイメージセンサなどを用いた撮像装置で被写体像を撮像し、電子画像データを得る電子カメラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
撮像装置から出力される撮像信号の最大値および最小値の差に基づいて撮影時の露出量を決定し、この露出量で撮影を行う電子カメラが知られている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１の電子カメラは、撮影時に得られた画素ごとの撮像信号によるヒストグラムを作成し、このヒストグラムに基づいて階調補正（γ補正）時に用いる階調特性曲線を決定する。このように階調特性を決定することにより、高輝度域に属する撮像信号の飽和を抑制し、いわゆる白とびの発生を少なく抑えている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−３２２５９２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１の電子カメラでは、ヒストグラムの作成処理に時間がかかる上に、点光源が数多く存在する夜景などの撮影シーンには適さなかった。すなわち、点光源を示す画素単位の撮像信号が飽和低減の対象にされるので、点光源の輝度が低く抑えられ、撮影した画像から夜景の美しさが損なわれてしまう。
【０００５】
本発明は、ヒストグラム作成に比べて処理量が少なく、夜景撮影などにも適した露出量および階調特性を決定するようにした電子カメラを提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明による電子カメラは、被写体像を撮像し、画素に対応する撮像信号を出力する撮像素子と、撮像素子から出力される撮像信号に対して階調補正を行う階調補正手段と、撮像素子を複数の画素領域に分割し、撮像素子からレリーズ前に出力される画素領域ごとの撮像信号の平均値を算出する平均値算出手段と、被写体輝度を検出する測光手段と、測光手段で検出された被写体輝度に基づいて露出演算を行う露出演算手段と、平均値算出手段により算出された複数の画素領域に対応する複数の平均値の中で第１の判定閾値を超える平均値に対応する画素領域の数が所定値未満のとき、露出量を露出演算手段で演算された第１の露出量に設定するとともに階調特性を第１の階調特性に設定し、複数の平均値の最大値が第１の判定閾値より小さい第２の判定閾値以下のとき、露出量を第１の露出量より大きい第２の露出量に設定するとともに階調特性を階調補正後の信号レベルが第１の階調特性で階調補正した場合より低くなる第２の階調特性に設定する演算手段と、レリーズ時に演算手段によって決定された露出量で撮像素子に撮像させるとともに、撮像素子から出力される撮像信号に対して演算手段で決定された階調特性で階調補正を行うように階調補正手段を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の一実施の形態による電子カメラの概要を説明するブロック図である。図１において電子カメラは、撮影レンズ１と、絞り機構２と、ＣＣＤイメージセンサなどで構成される撮像デバイス３と、ＣＰＵなどで構成される画像プロセッサ４と、絞り駆動機構５とを含む。撮像デバイス３の撮像面上には、撮影レンズ１および絞り機構２を通過した被写体光による被写体像が結ばれる。
【０００８】
撮像デバイス３は、電子カメラの電源がオンされているとき、定常的に被写体像を繰り返し撮像するように構成されている。撮像デバイス３は、撮像時に被写体像の明るさに応じて画素ごとに信号電荷を蓄積する。蓄積電荷は、不図示の駆動回路から撮像デバイス３へ供給される駆動信号によって撮像デバイス３から順次掃き出される。信号電荷は不図示のアナログ信号処理回路で所定のアナログ処理された後、Ａ／Ｄ変換回路（不図示）によってデジタル撮像信号に変換されて画像プロセッサ４へ導かれる。
【０００９】
画像プロセッサ４は、露出演算や絞り駆動機構５に対する絞り機構２を駆動する指示、撮像デバイス３に対する撮像時間（電荷蓄積時間）の指示などを行う。画像プロセッサ４はさらに、デジタル撮像信号に対してホワイトバランス調整処理や輪郭補償処理を行う他に、後述する階調補正（γ補正）処理等の画像処理を行う。画像処理後の画像データは、不図示のメモリに記録される。画像プロセッサ４は、不図示のレリーズスイッチからレリーズ操作信号が入力されると撮影シーケンスを開始させ、撮像デバイス３へ撮影用の電荷蓄積の開始を指示するように構成されている。
【００１０】
絞り駆動機構５は、画像プロセッサ４からの指示により絞り機構２を駆動する一方、絞り機構２の絞り値（絞り位置）を検出し、検出情報を画像プロセッサ４へ送出する。
【００１１】
本発明は、上記電子カメラで撮影時の撮像時間（露出量）を決定し、階調補正処理用の階調変換特性を決定する動作に特徴を有する。
【００１２】
図２は、電子カメラの画像プロセッサ４で行われる撮影処理の流れを説明するフローチャートである。図２による処理は、電子カメラの電源オン時に繰り返し行われる。ステップＳ１において、画像プロセッサ４は、撮像デバイス３（ＣＣＤイメージセンサ）の露光を指示してステップＳ２へ進む。この場合の露出量は、画像プロセッサ４にあらかじめ設定されている初期値が用いられる。初期値は、たとえば、被写体輝度Ｂｖが＋７（アペックス値）の場合を想定してシャッター速度Ｔｖ、絞り値Ａｖ、感度Ｓｖをそれぞれ定めたもので、通常の被写体輝度において撮像信号が飽和することがない。
【００１３】
ステップＳ２において、画像プロセッサ４は、６４領域の平均出力を検出してステップＳ３へ進む。図３は、撮像デバイス３の撮像面を縦横それぞれ８つに分割した計６４個の分割領域を示す図である。画像プロセッサ４は、撮像デバイス３による画素ごとの撮像信号を６４領域に対応する撮像信号にグループ化し、各グループごとの撮像信号の平均値を算出する。
【００１４】
ステップＳ３において、画像プロセッサ４は、上記６４領域のうち中央に位置する１６領域に対応する撮像信号の平均値を検出する。中央部の１６領域は、図３において斜線で示した領域である。画像プロセッサ４はさらに、上記１６領域の撮像信号の平均値、設定されているシャッター速度Ｔｖ、絞り値Ａｖ、ならびに設定されている感度Ｓｖを用いて被写体輝度Ｂｖを検出する演算を行い、ステップＳ４へ進む。この時点で設定されているシャッター速度Ｔｖ、絞り値Ａｖ、感度Ｓｖは、上述した初期値によるものである。
【００１５】
ステップＳ４において、画像プロセッサ４は、ステップＳ３で検出した被写体輝度Ｂｖを用いて露出演算を行う。本実施の形態では、たとえば、プログラムオート露出演算を行う。この場合には、画像プロセッサ４内にあらかじめ格納されているプログラム線図を用いて、上記被写体輝度Ｂｖに対応するシャッター速度Ｔｖ、絞り値Ａｖ、感度Ｓｖを決定する。画像プロセッサ４は、露出演算を行うとステップＳ５へ進む。
【００１６】
ステップＳ５において、画像プロセッサ４は、シャッターレリーズが押下操作されたか否かを判定する。画像プロセッサ４は、レリーズスイッチ（不図示）からレリーズ操作信号が入力されるとステップＳ５を肯定判定してステップＳ６へ進み、レリーズ操作信号が入力されない場合にステップＳ５を否定判定してステップＳ１へ戻る。
【００１７】
ステップＳ６において、画像プロセッサ４は、上述した６４領域に対応する各グループごとの撮像信号の平均値のうち、飽和レベル相当を超えている領域数、すなわち、飽和領域数novfをカウントしてステップＳ７へ進む。ここで、飽和レベル相当とは、撮像デバイス３の蓄積電荷量が上限に対して所定範囲内に達した場合の撮像信号レベルを示す。
【００１８】
ステップＳ７において、画像プロセッサ４は、飽和領域数novf≧１が成立するか否かを判定する。画像プロセッサ４は、飽和領域数novfが１以上の場合にステップＳ７を肯定判定してステップＳ９へ進み、飽和領域数novfが０の場合にステップＳ７を否定判定してステップＳ８へ進む。
【００１９】
ステップＳ８において、画像プロセッサ４は、飽和領域が存在しない場合の階調変換テーブルを選択してステップＳ１１へ進む。図４は、階調補正時に用いる階調変換テーブルの例を説明する図である。横軸は階調変換前の信号値を示し、縦軸は階調変換後の信号値を示す。図４において、飽和領域が存在しない場合の階調変換テーブルはtableＡによって示される。飽和領域が存在する場合の階調変換テーブルはtableＢによって示される。tableＢは、通常使用するtableＡに比べて、撮像信号レベルが最小（ノイズレベル）となる領域、および撮像信号レベルが最大（飽和レベル相当）となる領域を除いて、階調変換後の信号値が大きくなるように構成されている。tableＣについては後述する。
【００２０】
ステップＳ９において、画像プロセッサ４は、飽和領域が１つ以上存在する場合の階調変換テーブルtableＢを選択してステップＳ１０へ進む。ステップＳ１０において、画像プロセッサ４は、被写体輝度Ｂｖ（アペックス値）に対する補正値を＋１／２にしてステップＳ１１へ進む。
【００２１】
ステップＳ１１において、画像プロセッサ４は、補正後の被写体輝度Ｂｖを用いて撮影時の露出演算を行う。画像プロセッサ４は、ステップＳ４と同様に、あらかじめ用意されたプログラム線図を用いて、被写体輝度Ｂｖに対応するシャッター速度Ｔｖ、絞り値Ａｖ、感度Ｓｖを決定する。画像プロセッサ４はさらに、決定したシャッター速度Ｔｖを示す信号を上述した駆動回路（不図示）へ、決定した絞り値Ａｖを示す信号を絞り駆動機構５へ、決定した感度Ｓｖを示す信号を撮像デバイス３へそれぞれ送出し、撮影シーケンスを開始する。これにより、撮像デバイス３が露光（電荷蓄積）を開始する。
【００２２】
ステップＳ１２において、画像プロセッサ４は、撮影シーケンス開始後に撮像デバイス３から出力される撮像信号に画像処理を施す。階調補正時には、選択されている階調変換テーブルを用いる。画像プロセッサ４は、画像処理後の画像データをメモリ（不図示）に記録すると、図２による一連の撮影処理を終了する。
【００２３】
飽和領域が１つ以上存在する場合についてさらに説明する。階調変換テーブルtableＢを選択した場合、階調変換テーブルtableＡを選択した場合に比べて、同じ露出量で撮影すると階調補正後（変換後）の信号値が高くなる。本実施の形態では、ステップＳ１０において被写体輝度Ｂｖを＋２／１段にするので、露出演算（ステップＳ１１）によって得られる制御露出が適正露出に対して１／２段アンダーになる。適正露出に比べて１／２段アンダーで撮像された撮像信号は、適正露出時より信号レベルが低下するが、階調変換テーブルtableＢによって信号値を高く補正することにより、適正露出時の信号レベルと同等に補正できる。このとき、撮像信号レベルが最小（ノイズレベル）となる領域、および撮像信号レベルが最大（飽和レベル相当）となる領域は階調変換テーブルtableＡの場合の階調補正量と同等なので、とくに、被写体輝度Ｂｖ高い領域において適正露出時より信号レベルを低くすることができる。
【００２４】
以上説明した実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）画像プロセッサ４は、レリーズ前に撮像デバイス３から出力される画素ごとの撮像信号を撮像デバイス３の撮像面を分割した６４領域に対応する撮像信号にグループ化し、各グループごとの撮像信号の平均値を算出する。そして、算出した平均値が飽和レベル相当を超えている領域数（飽和領域数novf）をカウントし、カウント値が１以上の場合に階調変換テーブルをtableＢにするとともに（ステップＳ９）、撮影時の露出量を１／２段アンダーにするように被写体輝度Ｂｖを＋１／２補正した（ステップＳ１０）。領域ごとの撮像信号の平均値を算出することにより、夜景撮影時の点光源のように少数の画素に対応する撮像信号が飽和レベル相当に達していたとしても、飽和領域としてカウントされない。この結果、点光源が存在する場合に露出補正が行われないので、撮影画像から夜景の美しさが損なわれることがない。
【００２５】
（２）上記（１）に加えて、領域内の撮像信号の大半が飽和レベル相当に達した場合には、当該領域が飽和領域としてカウントされる。この結果、撮影時の露出量を１／２段アンダーにするように露出補正が行われるので、高輝度の被写体による白とび領域を少なく抑えることができる。さらに、露出量を１／２段アンダーにする場合には階調変換テーブルとしてtableＢを選択するので、撮像信号レベルの中間値（ノイズレベルおよび飽和レベル相当となる領域を除いた信号レベル）の階調変換後の信号値を大きくするように階調補正が行われる。この結果、露出量を１／２段アンダーにすることによる上記中間値に対応する信号レベルの低下を抑え、撮影画像が暗くなることがない。
【００２６】
（３）撮像デバイス３から出力される画素ごとの撮像信号を用いてヒストグラムを作成するなどの輝度分布状態を検出するための処理を行わなくてもよいので、レリーズ前の処理時間を短縮することができる。この結果、シャッターチャンスを逃すおそれが少なくなる上に、連写撮影にも有効である。
【００２７】
（４）画像プロセッサ４が補正後の被写体輝度Ｂｖを用いて撮影時の露出演算を行うようにした（ステップＳ１１）ので、最新の情報を用いて露出演算を行うことができる。
【００２８】
以上の説明では、撮像デバイス３の撮像面を６４分割するように撮像信号をグループ分けした（ステップＳ２）が、分割数は６４分割に限らず、３２分割でも１２８分割でもよい。
【００２９】
被写体輝度Ｂｖを検出するために中央部１６領域の平均値を算出した（ステップＳ３）が、全領域（上記例では６４領域）の平均値を算出してもよいし、任意の１つあるいは複数の領域の平均値を算出してもよい。
【００３０】
上述した電子カメラは、プログラムオート露出演算を行う（ステップＳ４、ステップＳ１１）例を説明したが、絞り値優先オート露出演算や、シャッター速度優先オート露出演算を行うようにしてもよい。
【００３１】
図３のステップＳ７において、飽和領域数novfが１以上であるか否かを判定したが、判定閾値は１に限らず、たとえば、３や１０など適宜設定してよい。
【００３２】
（第二の実施の形態）
第二の実施の形態では、第一の実施の形態による処理に加えて、飽和領域数novfが０の場合に画像のコントラストが低いか否かを判定し、コントラストが低いと判定したとき、上述したtableＡ、tableＢと異なる階調変換テーブルを選択するとともに、撮影時の露出補正を行う。
【００３３】
図５は、第二の実施の形態による電子カメラの画像プロセッサ４で行われる処理を説明するフローチャートである。図５による処理は、図２のステップＳ８に代えて行われる。図２のステップＳ７を否定判定して進む図５のステップＳ８Ａにおいて、画像プロセッサ４は、上述した６４領域に対応する各グループごとの撮像信号の平均値のうち、その最大値が所定値以下か否かを判定する。ここで、所定値とは白とびのおそれがない撮像信号レベルを示し、（ノイズレベル）＜所定値＜（飽和レベル相当）の関係を有する。
【００３４】
画像プロセッサ４は、撮像信号の平均値の最大値が所定値以下の場合にステップＳ８Ａを肯定判定してステップＳ８Ｂへ進み、撮像信号の平均値の最大値が所定値を超える場合にステップＳ８Ａを否定判定してステップＳ８へ進む。ステップＳ８は、上述した図２のステップＳ８による処理と同一なので説明を省略する。
【００３５】
ステップＳ８Ｂにおいて、画像プロセッサ４は、撮像信号の平均値の最大値が所定値以下の場合の階調変換テーブルtableＣを選択してステップＳ８Ｃへ進む。図４においてtableＣは、通常使用するtableＡに比べて、撮像信号レベルが最小（ノイズレベル）となる領域、および撮像信号レベルが最大（飽和レベル相当）となる領域を除く中間値において、階調変換後の信号値が小さくなるように構成されている。ステップＳ８Ｃにおいて、画像プロセッサ４は、被写体輝度Ｂｖ（アペックス値）に対する補正値を−１／２にして図２のステップＳ１１へ進む。
【００３６】
以上説明した第二の実施の形態によれば、領域ごとの撮像信号の平均値が、いずれの領域でも白とびのおそれがない信号レベルの場合（ステップＳ８Ａを肯定判定）に、撮影時の露出量を１／２段オーバーにするように露出補正を行なうようにした。ステップＳ８Ａを肯定判定するのは、画像の明るい領域（撮像信号の平均値が最大となる領域）と暗い領域との間のコントラストが低い状態とみなせる。このような状態で白とびが生じないように撮像信号レベルを高めるので、撮影画像のＳ／Ｎ比を向上させることができる。さらに、露出量を１／２段オーバーにする場合には階調変換テーブルとしてtableＣを選択するので、撮像信号レベルの中間値の階調変換後の信号値を小さくするように階調補正が行われる。この結果、露出量を１／２段オーバーにすることによって上記中間値に対応する信号レベルが過度に増加することがなく、撮影画像が明る過ぎることがない。このような補正は、夕やみ時や室内撮影のように、画像のコントラストが低い状況でとくに有効である。
【００３７】
上述した電子カメラでは、撮像デバイス３による領域ごとの撮像信号を用いて被写体輝度Ｂｖを検出するようにした。この代わりに、撮像デバイス３と別に被写体輝度Ｂｖを検出するための専用のエリアセンサを設け、このエリアセンサによるエリアごとの検出値を用いて被写体輝度Ｂｖを検出してもよい。
【００３９】
なお、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、各構成要素は上記構成に限定されるものではない。
【００４０】
【発明の効果】
本発明による電子カメラでは、適切な露出量および階調特性を決定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による電子カメラの概要を説明するブロック図である。
【図２】画像プロセッサで行われる撮影処理の流れを説明するフローチャートである。
【図３】撮像デバイスの撮像面を分割した分割領域を示す図である。
【図４】階調補正時に用いる階調変換テーブルの例を説明する図である。
【図５】第二の実施の形態による電子カメラで行われる処理を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１…撮影レンズ１、２…絞り機構、
３…撮像デバイス、４…画像プロセッサ、
５…絞り駆動機構

Claims

被写体像を撮像し、画素に対応する撮像信号を出力する撮像素子と、
前記撮像素子から出力される撮像信号に対して階調補正を行う階調補正手段と、
前記撮像素子を複数の画素領域に分割し、前記撮像素子からレリーズ前に出力される前記画素領域ごとの撮像信号の平均値を算出する平均値算出手段と、
被写体輝度を検出する測光手段と、
前記測光手段で検出された前記被写体輝度に基づいて露出演算を行う露出演算手段と、
前記平均値算出手段により算出された前記複数の画素領域に対応する複数の平均値の中で第１の判定閾値を超える平均値に対応する画素領域の数が所定値未満のとき、露出量を前記露出演算手段で演算された第１の露出量に設定するとともに階調特性を第１の階調特性に設定し、前記複数の平均値の最大値が前記第１の判定閾値より小さい第２の判定閾値以下のとき、前記露出量を前記第１の露出量より大きい第２の露出量に設定するとともに前記階調特性を階調補正後の信号レベルが前記第１の階調特性で階調補正した場合より低くなる第２の階調特性に設定する演算手段と、
レリーズ時に前記演算手段によって決定された前記露出量で前記撮像素子に撮像させるとともに、前記撮像素子から出力される撮像信号に対して前記演算手段で決定された前記階調特性で階調補正を行うように前記階調補正手段を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする電子カメラ。
請求項１に記載の電子カメラにおいて、
前記演算手段は、前記平均値算出手段で算出された複数の平均値の中で前記第１の判定閾値を超える平均値に対応する画素領域の数が前記所定値以上のとき、前記露出量を前記第１の露出量より小さい第３の露出量にするとともに、階調補正後の信号レベルが前記第１の階調特性で階調補正した場合より高くなる第３の階調特性を前記階調特性にすることを特徴とする電子カメラ。
請求項１または２に記載の電子カメラにおいて、
前記制御手段は、前記演算手段で決定された露出量にするように前記測光手段で検出された被写体輝度を補正するとともに、前記補正後の被写体輝度に基づいて露出演算を行うように前記露出演算手段をさらに制御することを特徴とする電子カメラ。