JP4314898B2 - 撮像装置、及びその画像制御方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ズーム機能を備えたデジタルカメラ等の撮像装置、及びズーム機能を備えた撮像装置に用いて好適な画像制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、デジタルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像装置では、自動露出制御(AE)やオートホワイトバランス制御(AWB)が一般に行われている。これらの制御は、一般に撮像した画像から明るさ成分や色成分を取得し、それに基づき次に撮像する画像の明るさ成分の量や色成分の割合を制御するフィードバック制御となっている。
【0003】
また、現在、デジタルカメラ等においてはズーム機能を有したものが多いが、例えばズームレンズの駆動の制御と、自動露出制御やオートホワイトバランス制御とは独立して行われているのが一般的である。
【0004】
そのため、ズーム機能を備えたデジタルカメラ等においてズームレンズがテレ側からワイド側、又はワイド側からテレ側へ駆動されるズーム動作中、つまり画角が連続して変化する間においては、変化部分の画像に露出やホワイトバランスに影響するものが含まれていると、逐次撮像される画像における明るさ成分や色成分が頻繁に変化することにより、自動露出制御やオートホワイトバランス制御が不安定となる可能性があった。
【0005】
一方、これと関連した技術としては、ズームレンズ位置がワイド時には、ホワイトバランス調整間隔を短くし、ズームレンズ位置がテレ時には、ホワイトバランス調整間隔を長くすることにより、ズーム倍率に応じたホワイトバランス調整を行う方法が下記特許文献1に記載されている。
【0006】
【特許文献1】
特開平4−245888号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記方法では、あるズーム倍率の状態におけるホワイトバランス調整を良好に行うことはできるが、ズーム動作中におけるオートホワイトバランス制御に安定性を確保することはできなかった。つまりズーム動作中に撮像される画像の質を確実に安定させることはできなかった。
【0008】
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、ズーム動作中の撮像動作により取得される画像の質を確実に安定させることができる撮像装置、及びその画像制御方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために請求項1の発明にあっては、ズーム機能を備えた撮像装置において、撮像した画像に含まれる所定の画像成分に基づいて、次に撮像する画像に対するフィードバック制御を行うための制御目標値を算出する制御目標値算出手段を有し、この制御目標値算出手段で算出された制御目標値を用いて前記フィードバック制御を行う画像制御手段と、ズーム機能の動作状態を検出する検出手段とを備え、前記画像制御手段は、前記検出手段によりズーム動作停止中であることが検出された場合には、前記制御目標値算出手段で算出された最新の制御目標値に基づいて前記フィードバック制御を行い、前記検出手段によりズーム動作中であることが検出された場合には、前記制御目標値算出手段で算出された最新の制御目標値に前記制御目標値算出手段で過去一定期間内に算出された過去の制御目標値を所定の割合で反映させて制御目標値の変化度合いを低減させ、この変化度合いの低減された制御目標値に基づいて、前記フィードバック制御を行うことを特徴とする。
【0010】
かかる構成においては、ズーム動作中は、制御目標値算出手段で算出された最新の制御目標値に前記制御目標値算出手段で過去一定期間内に算出された過去の制御目標値を所定の割合で反映させて制御目標値の変化度合いを低減させ、この変化度合いの低減された制御目標値に基づいて次に撮像する画像に対するフィードバック制御を行うので、フィードバック制御の追従速度がズーム動作停止中よりも遅くなり、ズーム動作中の画角の変化に伴い、撮像された画像において所定の画像成分が頻繁に変化したとしても、安定したフィードバック制御が行われる。
【0011】
また、請求項2の発明にあっては、前記最新の制御目標値に反映させる過去の制御目標値は複数であり、夫々個別に設定された所定の割合で最新の制御目標値に反映させることを特徴とする。
かかる構成においても、ズーム動作中における画角の変化に伴い、撮像された画像において所定の画像成分が頻繁に変化したとしても、安定したフィードバック制御が行われる。
【0012】
また、請求項3の発明にあっては、前記所定の割合は、ズーム動作中のズーム速度が速いほど大きく設定されることを特徴とする。
かかる構成においては、ズーム動作中に画角の変化速度が変動する場合においても、その時々のフィードバック制御の遅延度合が適切なものとなる。
【0019】
また、請求項4の発明にあっては、前記画像制御手段は、撮像した画像の明るさの成分に基づき露出を制御する露出制御手段を含むことを特徴とする。
【0020】
かかる構成においては、ズーム動作中における画角の変化に伴い、撮像された画像において明るさの成分が頻繁に変化したとしても、安定した露出制御が行われる。
【0021】
また、請求項5の発明にあっては、前記画像制御手段は、撮像した画像の色成分に基づきホワイトバランスを制御するホワイトバランス制御手段を含むことを特徴とする。
【0022】
かかる構成においては、ズーム動作中における画角の変化に伴い、撮像された画像において色の成分が頻繁に変化したとしても、安定したホワイトバランス制御が行われる。
【0023】
また、請求項6の発明にあっては、ズーム機能を備えた撮像装置における画像制御方法であって、ズーム動作停止中には、撮像した画像に含まれる所定の画像成分に基づいて算出される制御目標値に基づいて、次に撮像する画像に対するフィードバック制御を行い、ズーム動作中には、撮像した画像に含まれる所定の画像成分に基づいて算出された最新の制御目標値に、過去一定期間内に算出された過去の制御目標値を所定の割合で反映させて、制御目標値の変化度合いを低減させ、この変化度合いの低減された制御目標値に基づいて、前記フィードバック制御を行うことを特徴とする。かかる方法によれば、ズーム動作中における画角の変化に伴い、撮像された画像において所定の画像成分が頻繁に変化したとしても、安定したフィードバック制御が行われる。
また、請求項7の発明にあっては、前記最新の制御目標値に反映させる過去の制御目標値は複数であり、夫々個別に設定された所定の割合で最新の制御目標値に反映させることを特徴とする。かかる方法においても、ズーム動作中における画角の変化に伴い、撮像された画像において所定の画像成分が頻繁に変化したとしても、安定したフィードバック制御が行われる。
また、請求項8の発明にあっては、前記所定の割合は、ズーム動作中のズーム速度が速いほど大きく設定されることを特徴とする。かかる方法においては、ズーム動作中におけるその時々のフィードバック制御時における制御量がより適切なものとなる。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図にしたがって説明する。
(第1の実施の形態)
図1は、本発明に係るデジタルカメラの電気的構成を示すブロック図である。このデジタルカメラにおいて、被写体像はレンズ1、ズームレンズ2、絞り3を通してCCD4のベイヤー配列の色フィルタが設けられた感光部に結像される。CCD4はTG(Timing Generator)20により駆動され、各画素の蓄積電荷レベルに応じた信号を出力する。この信号はCCD4を駆動するTG20からのタイミングに同期した信号を用いてCDS(Correlated Double Sampling)回路5でサンプリングされ、AGC(Auto Gain Control)アンプ6に入力され所定のゲインが乗じられた後、ADコンバータ7で、例えば10ビットでデジタルデータ化される。このデジタルデータはデジタルクランプ回路8で所定の黒レベルにクランプされ、メモリバスインターフェース9を介してDMA転送によりメモリ10(DRAM等)にベイヤー画素データとして保存される。
【0025】
メモリ10上の画素データ量が画像処理ブロック単位(例えば8×8画素単位)以上の利用可能状態になるとDMA転送が起動され、画素データはメモリバスインターフェース9を介してメモリ10からベイヤー入力バッファ11に画像処理ブロック単位で転送される。画像処理ブロック単位の画素データはRGB重み付け部12でホワイトバランス(WB)の設定の後、ガンマ補正処理部13で所定のガンマ補正カーブの係数が乗じられ、Y(輝度信号)生成部14、C(色信号)生成部15の各処理によって輝度信号Y、色信号Cが生成される。その後、画像加工処理部16で様々な画像加工処理(エッジ強調、色調調整等)が行われてメモリバスインターフェース9を介してメモリ10に保存される。同時に、メモリ10に保存された輝度信号Y、色信号Cはシステム制御装置24により制御される表示データ処理部17を介して表示装置18にモニタ表示される。
【0026】
システム制御装置24はCPU及びROM、RAMを内蔵しており、ROMに格納されたプログラムにより動作するとともに、ユーザーが操作するキー入力装置23の状態を検出しながらシステム全体の制御を行う。そしてキー入力装置23からズーム操作の状態が検知されると、システム制御装置24は、その移動方向(テレ側又はワイド側)と移動量に応じてズーム駆動部25を制御し、ズームレンズ2を移動させることにより被写体の画角を変化させる。このとき、ズーム駆動部25は本発明の検出手段であって、ズーム操作に応じたズームレンズ2の移動速度つまりズーム速度を検出し、それをズーム状態信号としてAE制御処理部19とAWB制御処理部22にそれぞれ出力する。
【0027】
一方、前述したY生成部14から出力された輝度信号YはAE制御処理部19に入力される。AE制御処理部19は本発明の露出制御手段(画像制御手段)であって、入力した輝度信号Yのレベルに応じた制御信号を絞り駆動部21とTG20とAGCアンプ6にそれぞれ送り、被写体像が暗い場合には絞り3は開放し、CCD4の露光時間を許容される限り長くし、さらにその状態でも十分な出力画像レベル(低域輝度信号の積分レベル)が得られない場合にはAGCアンプ6のゲインを増加させる自動露出制御(AE)を行う。また、C生成部15から出力された色信号CはAWB制御処理部22に入力される。AWB制御処理部22は本発明のホワイトバランス制御手段(画像制御手段)であって、色信号Cに応じた制御信号をRGB重み付け部12に送り、RGBの各成分の調整(重み付け)によるオートホワイトバランス制御(AWB)を行う。
【0028】
図2は、AE制御処理部19及びAWB制御処理部22に共通する部分の回路構成を示した図であって、双方の処理部19,22は、それぞれが評価値抽出部31、目標値演算部32、ラッチレジスタ33、分周器34を備えており、分周器34には、CCD4を駆動するTG20から送られる画像フレームに同期したフレーム同期信号と、前記ズーム駆動部25から送られたズーム状態信号(ズーム速度)が入力する構成である。なお、本実施の形態においてはラッチレジスタ33、分周器34が本発明の遅延手段として機能する。
【0029】
AE制御処理部19及びAWB制御処理部22においては、評価値抽出部31によって、画像成分入力(AEでは輝度信号Y、AWBでは色信号C)から評価値(AEでは明るさを反映する成分、AWBでは色の偏りを反映する成分)が抽出され、それに基づき目標値演算部32により制御目標値(AEでは絞り値、露光時間、AGCゲインであり、AWBではRGBゲインである。)が演算される。演算された制御目標値はラッチレジスタ33にラッチされるとともに、それが分周器34を介してフレーム同期信号が入力する毎に前述した各部へ出力される。それに伴い前述した自動露出制御及びオートホワイトバランス制御が行われ、表示装置18に表示されるモニタ画像の明るさと色合いが自動調整される。
【0030】
一方、分周器34は前記ズーム状態信号に応じた所定の分周回数Nでフレーム同期信号を1/N分周してラッチレジスタ33に出力し、ラッチレジスタ33に一時保存された前述した制御目標値を制御出力する。本実施の形態において、分周器34におけるズーム速度と分周回数Nとの関係は、ズーム速度がゼロつまりズーム停止状態で「1」、以後はズーム速度が増加する毎に「2」〜「5」に5段階に変化するよう設定されている。
【0031】
これにより、ズーム停止中にはAE及びAWBの制御がフレーム毎に実施される一方、ズーム動作中にはその制御間隔がフレーム単位で延長され、かつその制御間隔がズーム速度に比例して長くなる。つまりフィードバック制御中の制御頻度をズーム速度に比例して減少させる間引き制御が行われる。
【0032】
したがって、ズーム動作中においては被写体の変化に対するAE及びAWBの追従が遅くなるため、ズーム動作中にフレーム内の明るさや色成分が頻繁に変化したとしても、その影響を受けることなく安定した自動露出制御と安定したオートホワイトバランス制御が行われる。その結果、ズーム動作中においても、表示装置18に表示されるモニタ画像における明るさや色合いの状態を、確実に良好な状態に制御することができ、ズーム動作中にモニタ画像の明るさや色合いが不自然に変動することが防止できる。
【0033】
なお、本実施の形態では、自動露出制御とオートホワイトバランス制御の双方について前述した間引き制御を行わせるようにしたが、どちらか一方の制御について間引き制御を行わせ、他方についてはフレーム毎の制御を行わせるようにしてもかまわない。
【0034】
また、分周器34におけるズーム速度と分周回数Nとの関係、つまり制御頻度は前述した以外の制御頻度に設定してもよく、さらには、それらを自動露出制御とオートホワイトバランス制御とで異ならせるようにしてもよい。
【0035】
(第2の実施の形態)
次に本発明の第2の実施の形態を説明する。本実施の形態は、図1に示したデジタルカメラにおいて、AE制御処理部19及びAWB制御処理部22が図3に示した共通する回路構成を備えたものである。
【0036】
すなわち本実施の形態においては、第1の実施の形態と異なり、目標値演算部32の後段には第1〜第3のラッチレジスタ41〜43が直列に接続されており、それらの出力が第1〜第3の低減器44〜46を介して加算器47に入力され、そこで加算された後、前述した各部へ出力される構成であり、第1〜第3のラッチレジスタ41〜43、第1〜第3の低減器44〜46、加算器47によって本発明の遅延手段が実現されている。
【0037】
そして、本実施の形態においては、第1〜第3のラッチレジスタ41〜43に前述したフレーム同期信号がそれぞれ入力されると、第1のラッチレジスタ41からは目標値演算部32により演算された今回の制御目標値(現フレームでの制御目標値)が出力され、第2のラッチレジスタ42からは前回の制御目標値が、また第3のラッチレジスタ43からは前々回の制御目標値がそれぞれ出力され、各々の制御目標値が第1〜第3の低減器44〜46に個別に入力される。第1〜第3の低減器44〜46においては、前述したズーム状態信号に応じた互いに異なる低減倍率を個別に乗じられ、低減後の各制御目標値が加算器47において加算され、加算後の値が最終的な制御目標値として出力される。
【0038】
つまり現フレーム、及び過去の2回のフレームでの制御目標値をそれぞれ
E(t),E(t−1),E(t−2)
とし、それらに対する低減倍率をそれぞれ
K0,K1,K2
とすると、
制御出力 = K0×E(t)+K1×E(t−1)+K2×E(t−2)
となり、現フレームでの制御目標値に、過去のフレームでの制御目標値を用いてダンピングがかけられる構成となっている。
【0039】
また、本実施の形態において第1〜第3の低減器(乗算器)44〜46におけるズーム速度と低減倍率との関係は、
ズーム速度がゼロつまりズーム停止状態で、
(K0,Kl,K2)=(1,0,0)
以後はズーム速度に応じて、
(K0,Kl,K2)=(0.8,0.15,0.05)
(K0,Kl,K2)=(0.7,0.2 ,0.1)
(K0,Kl,K2)=(0.6,0.27,0.13)
(K0,Kl,K2)=(0.5,0.2, 0.1)
の5段階に変化するよう設定されている。
【0040】
これにより、ズーム停止中には、AE及びAWBによる通常の制御が行われる一方、ズーム動作中には、制御の変化度合いがズーム速度に比例して低減され、かつその低減度合いにヒステリシスが存在するダンピング制御が行われる。つまりズーム動作中においては、1回の制御動作時における制御量が低減されることによって、被写体の変化に対するAE及びAWBの追従が遅くなる。
【0041】
したがって、ズーム動作中には、第1の実施の形態と同様、フレーム内の明るさや色成分が頻繁に変化したとしても、その影響を受けることなく安定した自動露出制御と安定したオートホワイトバランス制御が行われる。その結果、ズーム動作中においても、表示装置18に表示されるモニタ画像における明るさや色合いの状態を、確実に良好な状態に制御することができ、ズーム動作中にモニタ画像の明るさや色合いが不自然に変動することが防止できる。
【0042】
なお、本実施の形態では、自動露出制御とオートホワイトバランス制御の双方について前述したダンピング制御を行わせるようにしたが、どちらか一方の制御についてダンピング制御を行わせ、他方についてはダンピング無しの制御を行わせるようにしてもかまわない。
【0043】
また、第1〜第3の乗算器44〜46におけるズーム速度と低減倍率との関係、つまり制御量の低減度合い、及びヒステリシスの強度は、前述した以外の度合いに設定してもよく、さらには、それらを自動露出制御とオートホワイトバランス制御とで異ならせるようにしてもよい。
【0044】
また、本実施の形態では、ズーム動作中におけるダンピング制御に際して、その時々の制御量に前回及び前々回の制御目標値を反映させる(ヒステリシスを持たせる)ようにしたが、その時々の制御量に前回の制御目標値のみを反映させるようにしてもよい。その場合には、前述した第3のラッチレジスタ43と、第3の低減器46とを廃止すればよい。さらには、ヒステリシスを持たせることなくズーム速度に応じて制御量を低減させるようにしてもよい。その場合には、前述した第2及び第3のラッチレジスタ42,43と、第2及び第3の低減器45,46と、加算器47を廃止すればよい。かかる場合であっても、ズーム動作中に表示装置18に表示されるモニタ画像の明るさや色合いが頻繁に変化することが防止できる。但し、本実施の形態のように、その時々の制御量に過去一定期間の制御目標値を反映させた方が、ズーム動作中におけるその時々の自動露出制御やオートホワイトバランス制御の制御量をより適切なものとすることができるため、ズーム動作中における画角の変化速度に応じた制御の安定性をより一層確実なものとすることができる。
【0045】
また、以上説明した実施の形態とは別に、ズーム動作中における自動露出制御とオートホワイトバランス制御について、一方の制御に第1の実施の形態で説明した間引き制御を採用し、かつ他方の制御に第2の実施の形態で説明したダンピング制御を採用するようにしてもよい。その場合においても各制御の詳細についても前述したように適宜変更することができる。
【0046】
また、ズームレンズ2の移動による画角調整が可能な光学ズームを備えたデジタルカメラについて説明したが、本発明は、CCD4又はメモリ10上で画素切り出しを行うことにより実現されるズーム機能、つまり所謂デジタル(電子)ズームを備えたデジタルカメラにも適用でき、その場合においても、ズーム動作中における自動露出制御やオートホワイトバランス制御に第1又は第2の実施の形態と同様の間引き制御やダンピング制御を採用することにより、前述した実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【0047】
また、撮像する画像に対するフィードバック制御の例として自動露出制御とオートホワイトバランス制御とを示したが、これ以外にも、撮像した画像に含まれる所定の画像成分に基づき、次に撮像する画像に対するフィードバック制御を行うものにおいて、ズーム動作中に、そのフィードバック制御の追従速度をズーム停止中よりも遅らせるようにしてもよい。その場合においても、ズーム動作中には制御動作の安定性が確保できるため、ズーム動作中おける、その制御内容に応じた画像の質を安定させることができる。
【0048】
さらに、本発明はデジタルカメラに限らず、ズーム機能を有するものであれば、デジタルビデオカメラ等の他の撮像装置にも採用することができる。
【0049】
【発明の効果】
以上説明したように請求項1、2、6、7の発明においては、ズーム動作中の画角の変化に伴い、撮像された画像において所定の画像成分が頻繁に変化したとしても、安定したフィードバック制御が行われるようにした。よって、ズーム動作中の撮像動作により取得される画像の質を安定させることができる。
【0050】
また、請求項3、8の発明においては、ズーム動作中に画角の変化速度が変動する場合においても、その時々のフィードバック制御の遅延度合が適切なものとなるようにした。よって、ズーム動作中の撮像動作により取得される画像の質をより確実に安定させることができる。
【0052】
また、請求項4の発明においては、ズーム動作中における画角の変化に伴い、撮像された画像において明るさの成分が頻繁に変化したとしても、安定した露出制御が行われるようにした。よって、ズーム動作中の撮像動作により取得される画像の明るさを安定して制御することができる。
【0053】
また、請求項5の発明にあっては、ズーム動作中における画角の変化に伴い、撮像された画像において色の成分が頻繁に変化したとしても、安定したホワイトバランス制御が行われるようにした。よって、ズーム動作中の撮像動作により取得される画像の色合いを安定して制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の各実施の形態を示すデジタルカメラのブロック図である。
【図2】第1の実施の形態におけるAE制御処理部及びAWB制御処理部に共通する回路構成を示すブロック図である。
【図3】第2の実施の形態におけるAE制御処理部及びAWB制御処理部に共通する回路構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
2 ズームレンズ
4 CCD
19 AE制御処理部
22 AWB制御処理部
25 ズーム駆動部
31 評価値抽出部
32 目標値演算部
33 ラッチレジスタ
34 分周器
41〜43 第1〜第3のラッチレジスタ
44〜46 第1〜第3の低減器
47 加算器
Claims (8)
- ズーム機能を備えた撮像装置において、
撮像した画像に含まれる所定の画像成分に基づいて、次に撮像する画像に対するフィードバック制御を行うための制御目標値を算出する制御目標値算出手段を有し、この制御目標値算出手段で算出された制御目標値を用いて前記フィードバック制御を行う画像制御手段と、
ズーム機能の動作状態を検出する検出手段と
を備え、
前記画像制御手段は、前記検出手段によりズーム動作停止中であることが検出された場合には、前記制御目標値算出手段で算出された最新の制御目標値に基づいて前記フィードバック制御を行い、前記検出手段によりズーム動作中であることが検出された場合には、前記制御目標値算出手段で算出された最新の制御目標値に前記制御目標値算出手段で過去一定期間内に算出された過去の制御目標値を所定の割合で反映させて制御目標値の変化度合いを低減させ、この変化度合いの低減された制御目標値に基づいて前記フィードバック制御を行うことを特徴とする撮像装置。 - 前記最新の制御目標値に反映させる過去の制御目標値は複数であり、夫々個別に設定された所定の割合で最新の制御目標値に反映させることを特徴とする請求項1記載の撮像装置。
- 前記所定の割合は、ズーム動作中のズーム速度が速いほど大きく設定されることを特徴とする請求項1又は2記載の撮像装置。
- 前記画像制御手段は、撮像した画像の明るさの成分に基づき露出を制御する露出制御手段を含むことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の撮像装置。
- 前記画像制御手段は、撮像した画像の色成分に基づきホワイトバランスを制御するホワイトバランス制御手段を含むことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の撮像装置。
- ズーム機能を備えた撮像装置における画像制御方法であって、
ズーム動作停止中には、撮像した画像に含まれる所定の画像成分に基づいて算出される制御目標値に基づいて、次に撮像する画像に対するフィードバック制御を行い、ズーム動作中には、撮像した画像に含まれる所定の画像成分に基づいて算出された最新の制御目標値に過去一定期間内に算出された過去の制御目標値を所定の割合で反映させて制御目標値の変化度合いを低減させ、この変化度合いの低減された制御目標値に基づいて前記フィードバック制御を行うことを特徴とする画像制御方法。 - 前記最新の制御目標値に反映させる過去の制御目標値は複数であり、夫々個別に設定された所定の割合で最新の制御目標値に反映させることを特徴とする請求項6記載の画像制御方法。
- 前記所定の割合は、ズーム動作中のズーム速度が速いほど大きく設定されることを特徴とする請求項6又は7記載の画像制御方法。
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