JP4541600B2

JP4541600B2 - 撮像装置及び露出制御方法

Info

Publication number: JP4541600B2
Application number: JP2001210868A
Authority: JP
Inventors: 裕司津田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-07-11
Filing date: 2001-07-11
Publication date: 2010-09-08
Anticipated expiration: 2021-07-11
Also published as: JP2003032543A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動露出制御に伴う撮影画像の劣化に考慮した技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ビデオカメラなどの撮像装置において露出制御を自動的に行う手段が考案されている。これは、例えば、図６に図示したように、被写体の照度が明るいときには、ＡＧＣ回路のゲインを０ｄＢに固定してアイリスで露出を制御し、一方、被写体の照度が暗い時にはアイリスは開放端に固定してＡＧＣ回路のゲイン制御で露出を制御する。
【０００３】
ここで、アイリスとは、入射光量を調節するものであり、アイリスによって光量を調節された画像は、ＣＣＤ等の撮像素子で光電変換して映像信号に変換される。また、ＡＧＣ回路とは、撮像素子により出力された映像信号にゲインを持たせるものである。このようなアイリスおよびＡＧＣ回路に対する制御の結果は、図７に示すように、被写体照度の明暗によらず露出状態は常に一定になる。
【０００４】
このように、従来の撮像素子では、被写体の照度が明るい暗いに関わらず、全面白の被写体を撮像したときに映像レベルが５０ＩＲＥになるように目標値が設定されているため、低照度下で被写体に照度不足が生じた場合にも、ＡＧＣ回路のゲインを上げるように制御される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようにＡＧＣ回路のゲインを上げると、Ｓ／Ｎ比が劣化するという問題点があり、更に、見た目よりも被写体が明るくなり過ぎて、不自然な印象になるという問題点もあった。
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、ＡＧＣ回路のゲイン制御時のＳ／Ｎ比の劣化を抑え、被写体の不自然な明るさを防止する撮像装置及び露出制御方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、請求項１記載の撮像装置は、入射光を光電変換して映像信号を生成する映像信号生成手段と、該映像信号生成手段により生成される映像信号のゲインを制御して出力すると共に、前記映像信号の輝度を示す映像輝度信号を出力するゲイン制御手段と、該ゲイン制御手段により得られる映像輝度信号から撮像画面上の平均光量を測光値として求める測光値算出手段と、前記ゲイン制御手段のゲイン値に応じた補正係数に基づき、前記測光値算出手段により算出された測光値を変換する測光値変換手段と、該測光値変換手段により変換された測光値に応じて前記ゲイン制御手段のゲインを制御する制御手段とを有することを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２記載の撮像装置は、請求項１記載の発明において、前記制御手段は、前記測光値変換手段による変換後の測光値が所定の範囲内となるように、前記ゲイン制御手段のゲインを制御することを特徴とする。
【０００９】
また、請求項３記載の撮像装置は、請求項１記載の発明において、前記測光値変換手段は、前記ゲイン制御手段のゲイン値が高い値である程高い値の補正係数を用い、前記ゲイン制御手段のゲイン値が低い値である程低い値の補正係数を用いることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項４記載の撮像装置は、請求項１記載の発明において、前記測光値変換手段は、撮像画面上を複数の画面に分割し、それぞれの画面領域毎に映像輝度信号を積分してその平均値を求め、各画面領域の平均値に所定の比率を掛け合わせて、更にそれぞれを加算することにより測光値を算出することを特徴とする。
【００１１】
また、請求項５記載の撮像装置は、請求項１記載の発明において、前記映像信号生成手段への透過光量を調節する透過光量調節手段を有し、前記制御手段は、前記測光値変換手段により変換された測光値に応じて前記透過光量調節手段での透過光量の調節を制御することを特徴とする。
【００１２】
また、請求項６記載の露出制御方法は、入射光を光電変換して映像信号を生成する映像信号生成ステップと、該映像信号生成ステップにより生成される映像信号のゲインを制御して出力すると共に、前記映像信号の輝度を示す映像輝度信号を出力するゲイン制御ステップと、該ゲイン制御ステップにより得られる映像輝度信号から撮像画面上の平均光量を測光値として求める測光値算出ステップと、前記ゲイン制御ステップのゲイン値に応じた補正係数に基づき、前記測光値算出ステップにより算出された測光値を変換する測光値変換ステップと、該測光値変換ステップにより変換された測光値に応じて前記ゲイン制御ステップのゲインを制御する制御ステップとを有することを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２２】
図１は、本発明の第１の実施形態における撮像装置の機能構成を示したブロック図である。図１中の５０１は、入射光量を調節するアイリス、５０２は、前記アイリス５０１によって光量を調節された画像を光電変換して映像信号に変換するＣＣＤ等の撮像素子、５０３は、前記撮像素子５０２より出力された映像信号にゲインを持たせるＡＧＣ回路、５０４は、映像信号に所定の信号処理を施して規格化された映像信号に変換するカメラ信号処理回路、５０５は、撮像画面上を複数画面に分割し、任意の領域に相当する画像信号を抽出すべく、前記ＡＧＣ回路５０３から得られた映像輝度信号に複数のゲートをかけ、撮像画面上の指定領域内に相当する映像輝度信号を積分してその平均光量（測光値）をそれぞれ求める輝度信号検波回路、５０６は、前記輝度信号検波回路５０５によって検波された複数の測光値から、実際にＡＥを制御するための測光値を演算する測光値演算回路、５０７は、前記測光値演算回路５０６によって生成された測光値を使って実際に前記アイリス５０１と前記ＡＧＣ回路５０３のゲインを制御してＡＥ制御を行うＡＥ制御信号演算回路、５０８は、前記測光値演算回路５０６によって生成された測光値を、前記ＡＧＣ回路５０３のゲイン量に応じて予め定められた係数を掛け合わせて測光値を変換するための測光値変換回路、５０９は、前記ＡＧＣ回路５０３のゲイン量の情報を前記測光値変換回路５０８に伝達するための経路である。
【００２３】
図２は、図１に示した輝度信号検波回路５０５において、撮像画面上を複数画面に分割した時の具体的な図である。Ａは、画面中心部にゲートをかけ映像輝度信号を積分し、このエリアで求められた平均光量をＹｓ３とする。Ｂは、画面周辺部にゲートをかけ映像輝度信号を積分し、このエリアで求められた平均光量をＹｓ２とする。Ｃは、画面上部にゲートをかけ映像輝度信号を積分し、このエリアで求められた平均光量をＹｓ１とする。
【００２４】
図３は、本実施形態における撮像装置による動作の流れを示したフローチャートである。光学像が前記アイリス５０１を介して、前記撮像素子５０２にて光電変換される。前記撮像素子５０２より出力された映像信号は、前記ＡＧＣ回路５０３に入力され所定のゲインを持たせ、前記カメラ信号処理回路５０４に送られる。
【００２５】
また、ＡＧＣ回路５０３からは露出を制御するために当該映像信号の輝度を示す映像輝度信号も出力され、この映像輝度信号はカメラ信号処理回路５０４とともに前記輝度信号検波回路５０５にも入力される。前記輝度信号検波回路５０５では、映像輝度信号に複数のゲートをかけ撮像画面上の指定領域内に相当する映像輝度信号を積分してその平均光量を求める。
【００２６】
例えば、輝度信号検波回路５０５は、撮像画面上の画面上部に相当する領域を検波し、検波した映像輝度信号を積分してその平均値を測光量Ｙｓ１として算出する（ステップＳ２０１）。次に、輝度信号検波回路５０５は、撮像画面上の画面周辺部に相当する領域を検波し、検波した映像輝度信号を積分してその平均値を測光量Ｙｓ２として算出する（ステップＳ２０２）。次に、輝度信号検波回路５０５は、撮像画面上の画面中央部に相当する領域を検波し、検波した映像輝度信号を積分してその平均値を測光量Ｙｓ３として算出する（ステップＳ２０３）。
【００２７】
次に、上記ステップＳ２０１〜ステップＳ２０３で算出されたＹｓ１〜Ｙｓ３に予め定められた中央重点平均測光の比率（α：β：γ）を掛け合わせて、更にそれぞれを加算して測光量を演算する（ステップＳ２０４）。本実施形態では、次の式１に示すように、Ｙｓ１、Ｙｓ２、Ｙｓ３の加算比率をそれぞれα：β：γとして、それぞれを掛け合わせたものを加算して測光量を演算している。
【００２８】
【数１】

【００２９】
そして、前記測光値演算回路５０６によって生成されたＹｓは、前記測光値変換回路５０８に入力される。一方、測光値変換回路５０８には、前記ゲイン量情報伝達経路５０９によって伝達されたゲイン量に応じて予め定められた補正係数を決定する（ステップＳ２０５）。次に、測光値変換回路５０８は、前記補正係数と前記測光量演算回路５０６で演算した測光値Ｙｓとを掛け合わせることにより、測光値Ｙｓ’を演算する（ステップＳ２０６）。この後、測光値Ｙｓ’が前記ＡＥ制御信号演算回路５０７に入力され、ＡＥ制御が行われる。前記ＡＥ制御信号演算回路５０７では、前記測光値変換回路５０８によって演算された測光値のレベルが予め定められた所定の範囲内に入るように、前記アイリス５０１と前記ＡＧＣ回路５０３のゲインを制御する事によって行われる。
【００３０】
次に、図４及び図５を用いて上述した撮像装置の動作について更に詳細に説明する。図４において、横軸は被写体の照度を意味しており、図の左側が「被写体照度が明るい場合」、図の右側が「被写体照度が暗い場合」を意味していて、これらの間は被写体の照度がリニアに変化していることを意味している。
【００３１】
測光値Ｙｓ（変換前）３０１は、図３のフローチャートにあるステップＳ２０４の処理を行った後のＹｓである。測光値Ｙｓ（変換前）３０１は、常時ＡＥ制御が行われているために被写体照度に関わらず常に一定の値となる。ゲイン（ｄＢ）３０２は前記ＡＧＣ回路５０３でＡＧＣのゲインでＡＥ制御した結果のゲイン量である。このＡＧＣのゲイン量は０ｄＢから１５ｄＢまでの間を被写体の照度に応じて変化していることがわかる。
【００３２】
また、補正係数３０３は、前記ゲイン（ｄＢ）３０２と１対１で決まっている予め定められた係数であり、ゲイン３０２が高い値である程高い値の補正係数が設定され、ゲイン値が低い値である程低い値の補正係数が設定されている。測光値Ｙｓ’（変換後）３０４は、測光値Ｙｓ（変換前）３０１と補正係数３０３を掛け合わせ演算したことにより生成されたものである。図からもわかるように被写体の照度が明るい場合は、測光値Ｙｓ（変換前）３０１と測光値Ｙｓ’（変換後）３０４は同じになるが、被写体の照度が暗い場合は、測光値Ｙｓ（変換前）３０１に比べて測光値Ｙｓ’（変換後）が大きい値になることがわかる。
【００３３】
露出状態（ＩＲＥ）３０５は、測光値Ｙｓ’（変換後）３０４を前記ＡＥ制御信号演算回路５０７に入力し前記ＡＧＣ回路５０３にてＡＥ制御した後の露出状態が、被写体の照度に応じてどのように変化するかをまとめたものである。この測光値Ｙｓ’（変換後）３０４を使って前記ＡＥ制御信号演算回路５０７で前記ＡＧＣ回路５０３のゲインを制御すると、ゲインが高くなればなるほど測光値Ｙｓ’（変換後）３０４の値が大きくなるため、３０５の露出状態（ＩＲＥ）からもわかるように被写体照度が暗くなるほど撮像結果、つまり露出状態が暗くなることがわかる。
【００３４】
図５において、図４に示される露出状態（ＩＲＥ）３０５と被写体の照度との関係を図示したものである。被写体照度が明るい時は露出状態が一定になっているが、被写体照度が暗い時は露出状態が一定ではなく、前記ＡＧＣ回路５０３のゲイン量に応じて露出状態が下がっていることが図５中の▲１▼に図示されている。つまり、被写体の照度が暗くなった時に露出状態が図の▲１▼の様に変化することにより、被写体の照度が暗いときには必要以上にＡＧＣゲインを上げないため、Ｓ／Ｎ比の劣化が少なく、又、撮像結果が被写体の見た目に近く、被写体の不自然な明るさを防止でき高品質の被写体画像の撮影を行うことが可能になる。
【００３５】
このように、本実施形態による撮像装置によれば、被写体の照度が下がりＡＧＣのゲインが上がった時に、ゲインに応じた予め定められた補正係数と測光値を掛け合わせ演算することにより測光値が変換され、特にゲインが高い時の補正係数をゲインが低い時の補正係数と比較して大きい値に設定しているため、変換された測光値でＡＥ制御した場合に、被写体の照度が暗くなった時に露出状態が暗めになる。従って、低照度下にてゲインが高くなったときに必要以上にＡＧＣゲインが上がることが抑制される。その結果、Ｓ／Ｎ比の劣化が少なく、又、撮像結果が被写体の見た目に近く、被写体の不自然な明るさになることを防止でき高品質の被写体画像の撮影を行うことが可能になる。
【００３６】
上述した実施形態の機能を実現するべく各種のデバイスを動作させるように、該各種デバイスと接続された装置あるいはシステム内のコンピュータに対し、上記実施形態の機能を実現するためのソフトウェアのプログラムコードを供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータ（ＣＰＵあるいはＭＰＵ）に格納されたプログラムに従って上記各種デバイスを動作させることによって実施したものも、本発明の範疇に含まれる。
【００３７】
また、この場合、上記ソフトウェアのプログラムコード自体が上述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコード自体、およびそのプログラムコードをコンピュータに供給するための手段、例えばかかるプログラムコードを格納した記録媒体は本発明を構成する。かかるプログラムコードを記憶する記録媒体としては、例えばフレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることができる。
【００３８】
また、コンピュータが供給されたプログラムコードを実行することにより、上述の実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードがコンピュータにおいて稼働しているＯＳ（オペレーティングシステム）あるいは他のアプリケーションソフト等と共同して上述の実施形態の機能が実現される場合にもかかるプログラムコードは本発明の実施形態に含まれることは言うまでもない。
【００３９】
さらに、供給されたプログラムコードがコンピュータの機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに格納された後、そのプログラムコードの指示に基づいてその機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵ等が実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって上述した実施形態の機能が実現される場合にも本発明に含まれることは言うまでもない。
【００４０】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明によれば、ゲイン制御手段より得られる映像輝度信号から撮像画面上の平均光量を測光値として求め、この測光値をゲイン制御手段におけるゲイン値に応じた補正係数で変換して、変換後の測光値に基づいてゲイン制御手段を制御することにより、被写体の照度が暗いときにおけるゲイン制御手段でのゲイン制御を適正なものとし、ゲイン制御手段のゲイン制御時のＳ／Ｎ比の劣化を抑え、また、被写体の不自然な明るさとなってしまうことを防止して、高品質な被写体画像の撮影を可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における撮像装置の機能的構成を示したブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態における輝度信号検波回路の撮像画面上を複数画面に分割したときの具体例を示した図である。
【図３】本発明の一実施形態における撮像装置による動作の流れを示したフローチャートである。
【図４】本発明の一実施形態における撮像装置の動作を具体的に説明するための図である。
【図５】本発明の一実施形態における撮像装置の動作を具体的に説明するための図である。
【図６】従来例の撮像装置の動作を具体的に説明するための図である。
【図７】従来例の撮像装置の動作を具体的に説明するための図である。
【符号の説明】
５０１アイリス
５０２撮像素子（ＣＣＤ）
５０３ＡＧＣ回路
５０４カメラ信号処理回路
５０５輝度信号検波回路
５０６測光値演算回路
５０７ＡＥ制御信号演算回路
５０８測光値変換回路
５０９ゲイン量情報伝達経路

Claims

入射光を光電変換して映像信号を生成する映像信号生成手段と、
該映像信号生成手段により生成される映像信号のゲインを制御して出力すると共に、前記映像信号の輝度を示す映像輝度信号を出力するゲイン制御手段と、
該ゲイン制御手段により得られる映像輝度信号から撮像画面上の平均光量を測光値として求める測光値算出手段と、
前記ゲイン制御手段のゲイン値に応じた補正係数に基づき、前記測光値算出手段により算出された測光値を変換する測光値変換手段と、
該測光値変換手段により変換された測光値に応じて前記ゲイン制御手段のゲインを制御する制御手段とを有することを特徴とする撮像装置。
前記制御手段は、前記測光値変換手段による変換後の測光値が所定の範囲内となるように、前記ゲイン制御手段のゲインを制御することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
前記測光値変換手段は、前記ゲイン制御手段のゲイン値が高い値である程高い値の補正係数を用い、前記ゲイン制御手段のゲイン値が低い値である程低い値の補正係数を用いることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
前記測光値変換手段は、撮像画面上を複数の画面に分割し、それぞれの画面領域毎に映像輝度信号を積分してその平均値を求め、各画面領域の平均値に所定の比率を掛け合わせて、更にそれぞれを加算することにより測光値を算出することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
前記映像信号生成手段への透過光量を調節する透過光量調節手段を有し、
前記制御手段は、前記測光値変換手段により変換された測光値に応じて前記透過光量調節手段での透過光量の調節を制御することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
入射光を光電変換して映像信号を生成する映像信号生成ステップと、
該映像信号生成ステップにより生成される映像信号のゲインを制御して出力すると共に、前記映像信号の輝度を示す映像輝度信号を出力するゲイン制御ステップと、
該ゲイン制御ステップにより得られる映像輝度信号から撮像画面上の平均光量を測光値として求める測光値算出ステップと、
前記ゲイン制御ステップのゲイン値に応じた補正係数に基づき、前記測光値算出ステップにより算出された測光値を変換する測光値変換ステップと、
該測光値変換ステップにより変換された測光値に応じて前記ゲイン制御ステップのゲインを制御する制御ステップとを有することを特徴とする露出制御方法。