JP4304542B2 - カメラシステム及び自動露光制御方法 - Google Patents
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Description
ところで、この種のカメラシステムにおけるAE(自動露光制御)は、映像の輝度成分を積分した値をOPD(光学検波回路)により取得し、適正露光時における輝度積分値を基準輝度積分値(以下、リファレンス:refという)として記憶しておく。
そして、現在の輝度積分値(Intgとする)がリファレンスに対して等しくなるようにメカシャッタ(アイリス)、電子シャッタ、AGC(自動利得制御)のゲインなどを制御し、システムゲインを増減させて適正露光が得られるようにする。
そして、このようなカメラシステムにおける従来のAE(自動露光制御)としては、高輝度被写体撮像用AEのリファレンスはより低めに設定し、低輝度被写体用撮像用AEのリファレンスをより高めに設定するようなアルゴリズムによって対応していた。
したがって、例えば逆光状態や過順光状態などの撮像をした場合でも、適切な露光制御による高輝度撮像映像と低輝度撮像映像とを得ることができ、高ダイナミックレンジ撮影を有効に行うことが可能となる。
したがって、例えば逆光状態や過順光状態などの撮像をした場合でも、適切な露光制御による高輝度撮像映像と低輝度撮像映像とを得ることができ、高ダイナミックレンジ撮影を有効に行うことが可能となる。
図1は、本発明の実施の形態によるカメラシステムの構成例を示すブロック図である。
このカメラシステムは、撮像光を集光するレンズ1と、被写体を撮像するCCD撮像部2と、撮像信号のノイズ除去等を行うCDS(相関2重サンプリング)回路3と、撮像信号のゲインを制御するAGC(自動利得制御)回路4と、アナログ信号をデジタルデータに変換するA/Dコンバータ5と、信号処理を行うDSP(デジタルシグナルプロセッサ)6と、デジタルデータをアナログ信号に変換するD/Aコンバータ8と、必要なタイミング信号を生成して各部に供給するTG(タイミングジェネレータ)9と、メカシャッタ機構としてのメカアイリス(絞り機構)11と、メカアイリス用の駆動モータ12と、システム全体を制御するマイクロコンピュータ(μ−COM)10と、内部バス13を有する。
また、長時間露光信号処理部7Aと短時間露光信号処理部7Bには、それぞれOPD(光学検波回路)18A、18Bが設けられており、それぞれ独立して輝度分布(ヒストグラム)を出力するようになっている。
また、マイクロコンピュータ10には、内部バスインタフェース(I/F)14、CPU15、ROM16、およびRAM17が設けられている。
本カメラシステムは、例えば、図2に示すように、直射日光がさし込むビル20の窓21を背景に人物22をカメラ23で撮影する場合のように、広ダイナミックレンジを持ったシチュエーションでの撮像において有効な露光制御を行うことが可能である。
本カメラシステムにおいて、撮像映像はレンズ1を通過し、CCD撮像部2に光電変換され電気信号となる。そして、CDS回路3を経てサンプリングされAGC回路4によって適切なゲインになるようコントロールされ、A/Dコンバータ5でデジタル信号へと変換される。
図2の例で説明すると、高輝度被写体用撮像(短時間露光撮像)は、例えば図2における窓の外の屋外の撮像が該当し、低輝度被写体用撮像(長時間露光撮像)は、例えば図2における室内の撮像に該当する。
そして、高輝度被写体用撮像(短時間露光撮像)によって図3(A)に示すような映像を撮像され、低輝度被写体用撮像(長時間露光撮像)によって図3(B)に示すような映像が撮像される。
これはDSP6内のスイッチ7Cで、低輝度被写体用撮像信号は長時間露光信号処理部7Aに送って処理し、高輝度被写体用撮像信号は短時間露光処理部7Bに送って処理するように、時分割で切り換えることにより実行する。
そして、長時間露光信号処理で作られた低輝度被写体撮像映像と短時間露光信号処理で作られた高輝度被写体撮像映像を合成部7Dで合成し、広ダイナミックレンジの撮像映像を出力する。
その後、DSP6内の信号処理部6Aで信号処理を行い、D/Aコンバータ8でアナログ映像信号に変換し、後段に出力する。
図4は被写体輝度とシステム出力値の関係を示す説明図、図5は長・短時間露光制御の収束点を示す説明図であり、それぞれ縦軸は出力レベル、横軸は被写体輝度レベル(絶対値)を示している。
また、図6は本例で用いるOPDの仕様を示す説明図であり、図6(A)はヒストグラム、図6(B)は回路構成を示している。
また、図7は長時間露光制御収束点におけるヒストグラム例を示す説明図、図8は短時間露光制御収束点におけるヒストグラム例を示す説明図である。
また、図9は長時間露光制御動作例を示すフローチャート、図10は短時間露光制御動作例を示すフローチャートである。
まず、短時間露光側の適切露光は、図3(A)に示すように、屋外基準(高輝度部分)に合わせることとなる。
これは図4で、標準の露光基準値をもって露光制御した場合の信号(2)における点線部分(高輝度部分)に相当し、このままではシステムの出力限界値を超え、白つぶれとなって出力されてしまう。
そこで、短時間露光制御においては、システムゲインを下げて信号(3)のような出力を得るべきである。
これは図4における信号(2)のままでもよいが、より暗い部分を鮮明に出力するため、システムゲインを上げて信号(3)のような出力信号を得るべきである。
この結果、図5に示すように、適切な長時間露光信号(4)、短時間露光信号(5)が得られ、それらを合成すると、従来のシステムの出力限界値の範囲で広ダイナミックレンジの撮像映像を出力ことが可能である。
図6(B)に示すように、各OPD18A、18Bは、輝度信号(Y出力)を入力して閾値Th1、Th2と比較する2つのコンパレータ31、32、輝度信号(Y出力)及び各コンパレータ31、32からの比較出力をそれぞれ積算するΣ回路33、34、35と、各Σ回路33、34、35の出力値から輝度積分値Intg1、Intg2、Intg3及び画素数Cnt1、Cnt2、Cnt3を算出する減算器36、37、38を有している。
長時間露光制御評価値=k×(Intg1/Cnt1)+(1−k)×(Intg2/Cnt2) ……式(1)
または、
長時間露光制御評価値=(k×Intg1+(1−k)×(Intg2)/(k×Cnt1+(1−k)×(Cnt2) ……式(2)
ただし、この場合の変数kは、0.5<k≦1である。
短時間露光制御評価値=k×(Intg1/Cnt1)+(1−k)×(Intg2/Cnt2) ……式(3)
または、
短時間露光制御評価値=(k×Intg1+(1−k)×(Intg2)/(k×Cnt1+(1−k)×(Cnt2) ……式(4)
ただし、この場合の変数kは、0≦k<0.5である。
以上を評価値に用いることにより、長時間露光制御、短時間露光制御それぞれにおいて適正な制御が可能となる。
なお、以上のような評価値算出係数は、高輝度成分重視と低輝度成分重視に応じて変更することが可能である。
まず、図9に示す長時間露光制御においては、ステップS1で閾値Thを設定し、ステップS2で長時間露光用OPD18Aから輝度積分値IntgL1、IntgL2と画素数CntL1、CntL2を受け取る。
そして、上述した評価値計算を行い(ステップS3)、最適露光量に対するエラー量を算出する(ステップS4)。
さらに、このエラー量に基づいて、メカアイリス11、AGC回路4、及びCCD撮像部2の電子シャッタを制御し、露光制御を行う(ステップS5)。なお、長時間露光時のシャッタ動作としては電子シャッタは機能させず、メカアイリス11だけで行うことが可能である。
そして、上述した評価値計算を行い(ステップS13)、最適露光量に対するエラー量を算出する(ステップS14)。
さらに、このエラー量に基づいてCCD撮像部2の電子シャッタを制御し、露光制御を行う(ステップS15)。すなわち、短時間露光時では電子シャッタだけで露光制御を行う。
このように、長時間露光時と短時間露光時で露光制御に用いる制御要素の組み合わせを異ならせることにより、それぞれに最適な露光制御を行うことが可能となる。
なお、以上説明した実施の形態は、本発明の好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明はこのような具体例に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能なものである。
したがって、全てのシチュエーションでの撮像で適正な長時間露光制御、短時間露光制御が可能となり、例えば逆光状態や過順光状態などの撮像をした場合でも、適切な露光制御による高輝度撮像映像と低輝度撮像映像とを得ることができ、高ダイナミックレンジ撮影を有効に行うことが可能となる。
したがって、全てのシチュエーションでの撮像で適正な長時間露光制御、短時間露光制御が可能となり、例えば逆光状態や過順光状態などの撮像をした場合でも、適切な露光制御による高輝度撮像映像と低輝度撮像映像とを得ることができ、高ダイナミックレンジ撮影を有効に行うことが可能となる。
Claims (10)
- 電子シャッタ機能を有する固体撮像素子により、高輝度被写体用の撮像と低輝度被写体用の撮像とを行い、各撮像によって得られた2種類の映像信号を合成して広ダイナミックレンジの撮像映像を出力するカメラシステムにおいて、
前記高輝度被写体用の撮像を行うための短時間露光時の露光制御を行う第1の自動露光制御手段と前記低輝度被写体用の撮像を行うための長時間露光時の露光制御を行う第2の自動露光制御手段を有し、
前記第1及び第2の自動露光制御手段はそれぞれ、所定の閾値で区切られた輝度領域の画素数と各画素信号の積分値を求めて評価値を計算し、エラー量を算出して露光制御を行う、
ことを特徴とするカメラシステム。 - 前記第1の自動露光制御手段は、被写体輝度レベルを示す2つの閾値で区切られた低輝度領域、中輝度領域、および高輝度領域における画素数、および積分値を検波する第1の光学検波回路を有し、
前記第2の自動露光制御手段は、被写体輝度レベルを示す2つの閾値で区切られた低輝度領域、中輝度領域、および高輝度領域における画素数、および積分値を検波する第2の光学検波回路を有し、
前記第1及び第2の光学検波回路によって得られる低輝度領域と中輝度領域の画素数、および積分値より評価値を求めることを特徴とする請求項1記載のカメラシステム。 - 前記第1の光学検波回路は、被写体輝度レベルを示す2つの閾値で区切られた低輝度領域、中輝度領域、および高輝度領域のうち低輝度領域と中輝度領域の輝度信号を2つの閾値と比較する第1、第2比較器と、前記比較器の出力信号をそれぞれ積分する第1、第2積分器と、高輝度領域の輝度信号を積分する第3積分器と、前記第1、第2、第3積分器の出力を差分して低輝度領域、中輝度領域、および高輝度領域の積分値を算出する回路であり、
前記第2の光学検波回路は、被写体輝度レベルを示す2つの閾値で区切られた低輝度領域、中輝度領域、および高輝度領域のうち低輝度領域と中輝度領域の輝度信号を2つの閾値と比較する第3、第4比較器と、前記比較器の出力信号をそれぞれ積分する第4、第5積分器と、高輝度領域の輝度信号を積分する第6積分器と、前記第4、第5、第6積分器の出力を差分して低輝度領域、中輝度領域、および高輝度領域の積分値を算出する回路である、
ことを特徴とする請求項2記載のカメラシステム。 - 前記第1の自動露光制御手段は、前記評価値から短時間露光制御を行い、前記第2の自動露光制御手段は、前記評価値から長時間露光制御を行い、高ダイナミックレンジを達成することを特徴とする請求項1乃至3に記載のカメラシステム。
- 前記長時間露光制御はメカシャッタにより行い、前記短時間露光制御は電子シャッタにより行うことを特徴とする請求項1乃至4に記載のカメラシステム。
- 電子シャッタ機能を有する固体撮像素子により、高輝度被写体用の撮像と低輝度被写体用の撮像とを行い、各撮像によって得られた2種類の映像信号を合成して広ダイナミックレンジの撮像映像を出力するカメラシステムの自動露光制御方法において、
前記高輝度被写体用の撮像を行うための短時間露光時の露光制御を行う第1の自動露光制御ステップと、前記低輝度被写体用の撮像を行うための長時間露光時の露光制御を行う第2の自動露光制御ステップを有し、
前記第1及び第2の自動露光制御ステップではそれぞれ、所定の閾値で区切られた輝度領域の画素数と各画素信号の積分値を求めて評価値を計算し、エラー量を算出して露光制御を行う、
ことを特徴とするカメラシステムの自動露光制御方法。 - 前記第1の自動露光制御ステップでは、被写体輝度レベルを示す2つの閾値で区切られた低輝度領域、中輝度領域、および高輝度領域における画素数、および積分値を検波する第1の光学検波回路を有し、
前記第2の自動露光制御ステップでは、被写体輝度レベルを示す2つの閾値で区切られた低輝度領域、中輝度領域、および高輝度領域における画素数、および積分値を検波する第2の光学検波回路を有し、
前記第1及び第2の光学検波回路によって得られる低輝度領域と中輝度領域の画素数、および積分値より評価値を求めることを特徴とする請求項6記載のカメラシステムの自動露光制御方法。 - 前記第1の光学検波回路は、被写体輝度レベルを示す2つの閾値で区切られた低輝度領域、中輝度領域、および高輝度領域のうち低輝度領域と中輝度領域の輝度信号を2つの閾値と比較する第1、第2比較器と、前記比較器の出力信号をそれぞれ積分する第1、第2積分器と、高輝度領域の輝度信号を積分する第3積分器と、前記第1、第2、第3積分器の出力を差分して低輝度領域、中輝度領域、および高輝度領域の積分値を算出する回路であり、
前記第2の光学検波回路は、被写体輝度レベルを示す2つの閾値で区切られた低輝度領域、中輝度領域、および高輝度領域のうち低輝度領域と中輝度領域の輝度信号を2つの閾値と比較する第3、第4比較器と、前記比較器の出力信号をそれぞれ積分する第4、第5積分器と、高輝度領域の輝度信号を積分する第6積分器と、前記第4、第5、第6積分器の出力を差分して低輝度領域、中輝度領域、および高輝度領域の積分値を算出する回路である、
ことを特徴とする請求項7記載のカメラシステムの自動露光制御方法。 - 前記第1の自動露光制御ステップでは、前記評価値から短時間露光制御を行い、前記第2の自動露光制御ステップでは、前記評価値から長時間露光制御を行い、高ダイナミックレンジを達成することを特徴とする請求項6乃至8に記載のカメラシステムの自動露光制御方法。
- 前記長時間露光制御はメカシャッタにより行い、前記短時間露光制御は電子シャッタにより行うことを特徴とする請求項6乃至9に記載のカメラシステムの自動露光制御方法。
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