JP4787403B2 - 自動露出装置及び方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特にデジタルスチルカメラに好適な自動露出装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
デジタルスチルカメラと銀塩カメラとを問わず、特に多くの機能を搭載する比較的高級なカメラにおいては、ＡＥ（Ａｕｔｏ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ）機能の１つとして、画面をいくつかに分割し、その一部または複数部分を測光し、最適な露出を得ようとするマルチパターン測光、あるいは多分割測光、評価測光と称される測光モード（以下「マルチ測光モード」と略称する）をほとんどの機種で有している。
【０００３】
このようなマルチ測光モードは、予め用意した多くの測光パターンとその時点で得られる測光パターンとのマッチングをとることで、極端な逆光や過度に強い光源の撮影を行なう場合でも、より最適な露出が得られる確率を向上するようにしたものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、被写体に対して背景が非常に明るい逆光状態での撮影では、背景の明るさの影響でどうしても被写体の画像が暗くなってしまいがちである。
【０００５】
この場合、特に画面の中心部とこの中心部を除く画面上部との明るさを比較することで逆光を判断して補正を行なう場合を考えると、被写体が画面の中心に位置する際には、非常に典型的な構図であり、比較的有効な補正がかけられることとなる一方、被写体が画面の中心から外れて位置する際には、これもよくある構図ではありながら、充分に適正な補正がかけられる確率は低いものとなる。
【０００６】
また、特にデジタルカメラで上記マルチ測光モードのＡＥを設定し、且つホワイトバランスも自動調整を設定しているような場合には、明るさを常に一定の基準に合せて撮影するようになり、例えば被写体が実際には白あるいは黒いものであっても中間調のグレーの基準値となるように撮影されてしまうため、撮影時の雰囲気を撮影した画像に忠実に反映させることが困難となる。
【０００７】
このような不具合に対し、従来より、デジタルカメラで撮影時に得た画像データの各画素の輝度値からヒストグラムを作成して正確な露出を判断し、本来のタイミングでの撮影に利用するようにしたものも考えられている。
【０００８】
しかしながら、近年、デジタルカメラの撮像素子であるＣＣＤ等の構成画素数は飛躍的に向上しており、それに連れて撮影により得られる画像データの容量も非常に大きなものとなる。
【０００９】
そのような膨大な容量の画像データからヒストグラムを作成して正確な露出を判断する手段としては、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｃｅｓｓｏｒ）を用いてソフトウェア的に処理を実行するか、あるいはヒストグラム演算を行なうための専用のハードウェア回路を実装することが考えられる。
【００１０】
しかして、ソフトウェアによる処理の場合、ＤＳＰに対する負担が大きく、多大な演算時間を要するため、本来の撮影に移行できるまでの時間がかかり過ぎることにもなり、被写体を含む撮影環境が変化してヒストグラムを有効に活用できなくなることもあり得る。
【００１１】
また、専用のハードウェア回路を用いる場合、適正な露出を得る１つの手段のためだけに比較的規模の大きな回路を加えて実装しなければならないため、デジタルカメラ全体の回路規模が大型化し、且つ商品としてのコストが大幅に上昇してしまうことになる。
【００１２】
本発明は上記のような実情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ハードウェア及びソフトウェア双方の面での負担を充分小さいものとしながら、撮影した画像データから適正な露出を得ることが可能な自動露出装置及び方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、画像データを撮像する撮像素子と、上記画像データを複数の領域に分割する分割手段と、この分割手段で分割した複数の領域毎の画像データから輝度信号を生成する生成手段と、この生成手段で生成した複数の領域毎の輝度信号を積分する積分手段と、この積分手段で得た複数の領域毎の積分値を上下方向に隣接する複数の領域間で比較し、下の領域の輝度に対する上の領域の輝度の差を算出する第１の比較手段と、画像データの中央部の領域を含む複数の領域を対象として上記第１の比較手段により算出された輝度の差と、画像データの上部であり画像データの中央部の領域を含まない複数の領域を対象として上記第１の比較手段により算出された輝度の差とを合算して得られる輝度の差が所定値より大きい場合には逆光と判定する判定手段とを具備したことを特徴とする。
【００１４】
請求項２記載の発明は、上記請求項１記載の発明において、上記積分手段で得た複数の領域毎の積分値を左右方向に隣接する複数の領域間で比較し、中央の領域の輝度に対する左右の領域の輝度の差を算出する第２の比較手段を更に備え、上記判定手段は、画像データの中央部の領域を含む複数の領域を対象として上記第１の比較手段により算出された輝度の差と、画像データの上部であり画像データの中央部の領域を含まない複数の領域を対象として上記第１の比較手段により算出された輝度の差と、画像データの上部であり画像データの中央部の領域を含まない複数の領域を対象として上記第２の比較手段により算出された輝度の差とを合算して得られる輝度の差が所定値より大きい場合には逆光と判定することを特徴とする。
【００１５】
請求項３記載の発明は、上記請求項１または２記載の発明において、上記判定手段は、画像データの中央部の領域を含む複数の領域を対象として上記第１の比較手段により算出された輝度の差と、画像データの最上部の領域を含む複数の領域を対象として上記第１の比較手段により算出された輝度の差とを合算して得られる輝度の差が所定値より大きい場合には逆光と判定することを特徴とする。
【００１６】
請求項４記載の発明は、上記請求項１記載の発明において、上記判定手段は、画像データの各部において上記第１の比較手段により算出された輝度の差を合算する際に、各領域の位置に応じた重み係数を乗算してから合算することを特徴とする。
【００１７】
請求項５記載の発明は、上記請求項２記載の発明において、上記判定手段は、画像データの各部において上記第１の比較手段または上記第２の比較手段により算出された輝度の差を合算する際に、各領域の位置に応じた重み係数を乗算してから合算することを特徴とする。
【００１８】
請求項６記載の発明は、上記請求項１乃至５いずれか記載の発明において、上記判定手段は、合算して得られた輝度の差が正である場合には逆光と判定し、負である場合には順光と判定することを特徴とする。
【００１９】
請求項７記載の発明は、上記請求項１乃至６いずれか記載の発明において、上記判定手段により逆光と判定された場合に逆光の補正を行う逆光補正手段を更に備えたことを特徴とする。
【００２０】
請求項８記載の発明は、上記請求項７記載の発明において、上記積分手段で得た複数の領域毎の積分値から輝度の分布状態を算出する算出手段と、この算出手段により算出された輝度の分布状態に応じて明るさの補正を行う明るさ補正手段とを更に具備したことを特徴とする。
請求項９記載の発明は、画像データを撮像する撮像ステップと、上記画像データを複数の領域に分割する分割ステップと、この分割ステップで分割した複数の領域毎の画像データから輝度信号を生成する生成ステップと、この生成ステップで生成した複数の領域毎の輝度信号を積分する積分ステップと、この積分ステップで得た複数の領域毎の積分値を上下方向に隣接する複数の領域間で比較し、下の領域の輝度に対する上の領域の輝度の差を算出する第１の比較ステップと、画像データの中央部の領域を含む複数の領域を対象として上記第１の比較ステップにより算出された輝度の差と、画像データの上部であり画像データの中央部の領域を含まない複数の領域を対象として上記第１の比較ステップにより算出された輝度の差とを合算して得られる輝度の差が所定値より大きい場合には逆光と判定する判定ステップとを有したことを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下本発明をデジタルスチルカメラに適用した場合の第１の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２２】
図１はその回路構成を示すもので、１０がデジタルカメラである。このデジタルカメラ１０は、記録モードと再生モードとを設定可能であり、記録モードの状態においては、レンズ１１の後方に配置されたＣＣＤ１２は、タイミング発生器（ＴＧ）１３、垂直ドライバ１４によって走査駆動され、一定周期毎に光電変換出力を１画面分出力する。
【００２３】
この光電変換出力は、アナログ値の信号の状態でＲＧＢの各原色成分毎に適宜ゲイン調整された後に、サンプルホールド（Ｓ／Ｈ）回路１５でサンプルホールドされ、Ａ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄ）１６でデジタルデータに変換され、カラープロセス回路１７で補間処理及びγ補正処理を含むカラープロセス処理が行なわれて、デジタル値の輝度信号Ｙ及び色差信号Ｃｂ，Ｃｒが生成され、ＤＭＡ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｍｅｍｏｒｙ Ａｃｃｅｓｓ）コントローラ１８に出力される。
【００２４】
ＤＭＡコントローラ１８は、カラープロセス回路１７の出力する輝度信号Ｙ及び色差信号Ｃｂ，Ｃｒを、同じくカラープロセス回路１７からの同期信号、メモリ書込みイネーブル、クロック出力を用いて一度ＤＭＡコントローラ１８内部のバッファに書込み、ＤＲＡＭインタフェース（Ｉ／Ｆ）１９を介してＤＲＡＭ２０にＤＭＡ転送を行なう。
【００２５】
ＣＰＵ２１は、上記輝度及び色差信号のＤＲＡＭ２０へのＤＭＡ転送終了後に、この輝度及び色差信号をＤＲＡＭインタフェース１９を介してＤＲＡＭ２０より読出し、ＶＲＡＭコントローラ２２を介してＶＲＡＭ２３に書込む。
【００２６】
デジタルビデオエンコーダ（以下「ビデオエンコーダ」と略称する）２４は、上記輝度及び色差信号をＶＲＡＭコントローラ２２を介してＶＲＡＭ２３より定期的に読出し、これらのデータを元にビデオ信号を発生して表示部２５に出力する。
【００２７】
この表示部２５は、例えばバックライト付のカラー液晶表示パネルとその駆動回路とで構成され、カメラ本体の背面側に配設されて、記録モード時にはＥＶＦ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｖｉｅｗ Ｆｉｎｄｅｒ：電子ビューファインダ）として機能するもので、ビデオエンコーダ２４からのビデオ信号に基づいた表示を行なうことで、その時点でＶＲＡＭコントローラ２２から取込んでいる画像情報に基づく画像を表示することとなる。
【００２８】
そして、このように表示部２５にその時点での画像がモニタ画像としてリアルタイムに表示されている状態で、記録保存を行ないたいタイミングでキー入力部２６を構成する複数のキー中のシャッタキーを操作すると、トリガ信号を発生する。
【００２９】
ＣＰＵ２１は、このトリガ信号に応じてその時点でＣＣＤ１２から取込んでいる１画面分の輝度及び色差信号のＤＲＡＭ２０へのＤＭＡ転送の終了後、直ちにＣＣＤ１２からのＤＲＡＭ２０への経路を停止し、記録保存の状態に遷移する。
【００３０】
この記録保存の状態では、ＣＰＵ２１がＤＲＡＭ２０に書込まれている１フレーム分の輝度及び色差信号をＤＲＡＭインタフェース１９を介してＹ，Ｃｂ，Ｃｒの各コンポーネント毎に縦８画素×横８画素の基本ブロックと呼称される単位で読出してＪＰＥＧ回路２７に書込み、このＪＰＥＧ回路２７でＡＤＣＴ（Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｃｏｓｉｎｅ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：適応離散コサイン変換）、エントロピ符号化方式であるハフマン符号化等の処理により圧縮し、得た符号データを１画像データファイルとして該ＪＰＥＧ回路２７から読出し、このデジタルカメラ１０の記憶媒体として着脱自在に装着される、不揮発性メモリであるフラッシュメモリ２８に書込む。
【００３１】
そして、１フレーム分の輝度及び色差信号の圧縮処理及びフラッシュメモリ２８への全圧縮データの書込み終了に伴なって、ＣＰＵ２１は再度ＣＣＤ１２からＤＲＡＭ２０への経路を起動する。
【００３２】
この際、併せてＣＰＵ２１は、元の画像データの構成画素数を大幅に間引いた画像データを作成し、これをサムネイル画像とも呼称されるプレビュー画像として元の画像データに関連付けてフラッシュメモリ２８に記憶させる。
【００３３】
なお、上記キー入力部２６は、上述したシャッタキーの他に、記録（ＲＥＣ）モードと再生（ＰＬＡＹ）モードとを切換える録／再モード切換えキー、画像選択等のために上下左右各方向を指示するカーソルキーや「Ｅｎｔｅｒ」キー等から構成され、キー操作に伴なう信号は直接ＣＰＵ２１へ送出される。
【００３４】
また、再生モードでは、ＣＰＵ２１はＣＣＤ１２からＤＲＡＭ２０への経路を停止し、キー入力部２６の画像選択キー等の操作に応じてＣＰＵ２１がフラッシュメモリ２８から特定の１フレーム分の符号データを読出してＪＰＥＧ回路２７に書込み、ＪＰＥＧ回路２７で伸長処理を行なって得られた縦８画素×横８画素の基本ブロック単位に、ＶＲＡＭコントローラ２２を介してＶＲＡＭ２３へ１フレーム分のＹＵＶデータを展開記憶させる。すると、ビデオエンコーダ２４は、ＶＲＡＭ２３に展開記憶されている１フレーム分のＹＵＶデータを元にビデオ信号を発生し、表示部２５で表示させる。
【００３５】
次に上記実施の形態の動作について説明する。
【００３６】
ここでは、記録モード時に測光モードでマルチ測光モードが設定されている際には自動逆光補正を行なうものとしてその動作を説明する。
【００３７】
図２は主としてＣＰＵ２１によりなされる処理内容を示すもので、その当初には測光モードがマルチ測光モードであるか否かを判断し（ステップＡ０１）、そうでなければキー入力部２６のシャッタキーが操作されたか否かを判断する（ステップＡ０２）、という処理を所定の周期で繰返し実行することで、これらを待機する。
【００３８】
しかして、上記ステップＡ０１でマルチ測光モードであると判断した場合、直ちに逆光判定を行なうための画像データを得るべく、ＡＦ（オートフォーカス）、ＡＥ、ＡＷＢ（自動ホワイトバランス）調整により撮影を行ない、画像データを取得する（ステップＡ０３）。
【００３９】
そして、取得した画像データをＤＲＡＭ２０に記憶した段階で、特にその輝度信号Ｙに対して図３に示すような、例えば縦５×横１０の計５０のブロック領域に分割する（ステップＡ０４）。
【００４０】
こうして分割した各ブロック領域毎の輝度信号Ｙを積分処理する（ステップＡ０５）。積分により得られたブロック領域毎の積分値を図示する如く「Ｓｕｍ００」〜「Ｓｕｍ４９」とすると、次にこれら積分値「Ｓｕｍ００」〜「Ｓｕｍ４９」を用い、横方向に隣り合う２つのブロック領域どうしを統合するものとして図中で示す２５のブロック領域に再分割するものとする。
【００４１】
この場合、各ブロック領域の積分値を「ａ０」〜「ｅ４」とすると、まず全ブロック領域の積分値により、１画素当たりの輝度信号Ｙのレベルの平均値が、ある一定の基準値になる露光時間に合せるものとする。すなわち、
Ｙref＝(sum00＋sum01＋‥‥＋sum49)／(50＊ｎ) …(1)
（但し、Ｙref ：１画素当たりの輝度基準値、
ｎ：１ブロック毎の画素数。）
この基準値Ｙref に合せた状態でのブロック領域毎の積分値を用いて逆光係数算出式を実行する（ステップＡ０６）。すなわち、
add1＝b1＋b2＋b3 …(2)
add2＝a1＋a2＋a3 …(3)
L＝(add1*X/c1＋add1*X/c2＋add1*X/c3−X*9) …(4)
M＝(add2*Y/b1＋add2*Y/b2＋add2*Y/b3−Y*9) …(5)
N＝((a1＋a3)*Z/a2−Z*2) …(6)
Against ＝L＋M＋N …(7)
（但し、Against ：出力係数、
X,Y,Z ：夫々出力係数の大きさに与える影響をブロック領域の位置に
応じて重付けする定数で、重付けしない際は「１」。）
上記式（７）で使用される変数Ｌを定義する式（４）は、画像データの中央部における比較を行なうものであり、ｃ１，ｃ２，ｃ３に位置するブロック領域とその上の３つのブロック領域ｂ１，ｂ２，ｂ３との輝度に差があるかを判断するためのものである。
【００４２】
また、上記式（７）で使用される変数Ｍを定義する式（５）は、画像データの最上部における比較を行なうものであり、ｂ１，ｂ２，ｂ３に位置するブロック領域とその上の３つのブロック領域ａ１，ａ２，ａ３との輝度に差があるかを判断するためのものである。
【００４３】
さらに、上記式（７）で使用される変数Ｎを定義する式（６）は、画像データの最上部左右における比較を行なうものであり、ａ２に位置するブロック領域とその左右のブロック領域ａ１，ａ３との輝度に差があるかを判断するためのものである。
【００４４】
こうして得られた出力係数Ａｇａｉｎｓｔを逆光判定係数として、その値により逆光判定のための比較処理を実行する（ステップＡ０７）。
【００４５】
ここで、仮に画像データが全面に渡って均一な輝度であり、各ブロック領域の輝度データの積分値が等しかった場合には、上記式（４）〜（６）で変数Ｌ，Ｍ，Ｎにより、画像データの中央部、最上部、及び最上部左右の比較を行なった後に、係数及び比較ブロック数の乗算値と同等の値とを減算しているため、最終的な計算結果である係数Ａｇａｉｎｓｔも「０（ゼロ）」になる。
【００４６】
これに対し、逆光であった場合には係数Ａｇａｉｎｓｔは「＋（プラス）」に、また順光であった場合には係数Ａｇａｉｎｓｔは「−（マイナス）」になる。この点について、以下に説明する。
【００４７】
いま、例えば被写体の最も重要な部分である人物の顔が、上記図３で示した撮影範囲の中心であるブロック領域ｃ２に位置する場合について考えるものとする。
【００４８】
この場合、予め一定の基準であるＹrefに合せた状態での積分値の比較となるので、画像データ中にそれより明るいブロック領域が存在すれば、同様に暗いブロック領域も存在することとなる。
【００４９】
人物の顔がブロック領域ｃ２に位置しており、且つ背景が明るい逆光の場合には、ブロック領域ｃ２とその上の３ブロック領域ｂ１〜ｂ３とを比較した値が「＋（プラス）」となる。
【００５０】
一方、被写体の顔の左右であるブロック領域ｃ１，ｃ３とその上の３つのブロック領域ｂ１〜ｂ３との比較結果は、同等の明るさとなり、比較した値はほとんど「０（ゼロ）」となる。したがって、上記式（４）における変数Ｌは「＋（プラス）」となる。
【００５１】
また、被写体の顔の部分のブロック領域ｃ２の上に位置する３つのブロック領域ｂ１〜ｂ３と、さらにその上に位置する３つのブロック領域ａ１〜ａ３において同様の比較を行なうと同等の明るさとなるので、上記式（５）における変数Ｍとなる比較値はほとんど「０（ゼロ）」となる。
【００５２】
そして、最上部中央のブロック領域ａ２とその左右のブロック領域ａ１，ａ３との比較においても、同等の明るさとなり、上記式（６）における変数Ｎとなる比較値はほとんど「０（ゼロ）」となる。
【００５３】
結果として、全体としては、被写体となる人物の顔が位置しているブロック領域ｃ２とその上の３ブロック領域ｂ１〜ｂ３との比較値「＋（プラス）」の数値がそのまま出力係数Ａｇａｉｎｓｔそのものとなるもので、特にブロック領域ｃ２とその上の３ブロック領域ｂ１〜ｂ３とで輝度値の積分値の差が大きい場合にはその比較値の数値もそれに連れて大きいものとなる。
【００５４】
次に、被写体の最も重要な部分である人物の顔が、上記図３で示した撮影範囲の中心から１つ左側にずれたブロック領域ｃ１に位置する場合について考える。
【００５５】
この場合も人物の顔がブロック領域ｃ１に位置しており、且つ背景が明るい逆光の場合には、ブロック領域ｃ１とその上の３ブロック領域ｂ１〜ｂ３とを比較した値のみが「＋（プラス）」となり、その他の場合は上記ほとんど「０（ゼロ）」となるので、全体としては、被写体となる人物の顔が位置しているブロック領域ｃ１とその上の３ブロック領域ｂ１〜ｂ３との比較値「＋（プラス）」の数値がそのまま出力係数Ａｇａｉｎｓｔそのものとなる。
【００５６】
同様に、被写体の最も重要な部分である人物の顔が上記図３で示した撮影範囲の中心から１つ上にずれたブロック領域ｂ１〜ｂ３のいずれに位置している場合であっても、背景となる周囲のブロック領域が明るい逆光の場合には、ブロック領域ｂ１（またはｂ２，ｂ３）とさらにその上の３ブロック領域ａ１〜ａ３とを比較した値のみが「＋（プラス）」となり、その他の場合はほとんど「０（ゼロ）」となるので、全体としては、被写体となる人物の顔が位置しているブロック領域ｂ１とその上の３ブロック領域ｂ１〜ｂ３との比較値「＋（プラス）」の数値がそのまま出力係数Ａｇａｉｎｓｔそのものとなる。
【００５７】
さらに、被写体の最も重要な部分である人物の顔が上記図３で示した撮影範囲の最上部のブロック領域ａ２に位置している場合であっても、背景となる周囲のブロック領域が明るい逆光の場合には、ブロック領域ａ２とその左右のブロック領域ａ１，ａ３とを比較した値が「＋（プラス）」となり、その他の場合はほとんど「０（ゼロ）」となるので、全体としては、被写体となる人物の顔が位置しているブロック領域ｂ１とその上の３ブロック領域ｂ１〜ｂ３との比較値「＋（プラス）」の数値がそのまま出力係数Ａｇａｉｎｓｔそのものとなる。
【００５８】
しかして、このように逆光が生じている場合には出力係数Ａｇａｉｎｓｔによりこれを判定することができるもので、上記図２の処理では、上記ステップＡ０７で逆光判定の比較演算を行なった結果、逆光が生じていたか否かを判断する（ステップＡ０８）。
【００５９】
そして、逆光が生じていると判断した場合にのみ、その出力係数値に対応してＡＥの露出値を補正、具体的には出力係数値に応じた分だけ露出値をプラス方向に補正設定し（ステップＡ０９）、それから上記ステップＡ０２に進んでシャッタキーが操作されるのを待機する。
【００６０】
しかるに、ステップＡ０１，Ａ０２の処理を繰返し実行しながらシャッタキーが操作されるのを待機する過程で、マルチ測光モードが設定されている場合には逐次上記ステップＡ０３〜Ａ０９の処理を行なうことにより、逆光が生じている場合でもリアルタイムでその露出値の補正設定を行なうことができる。
【００６１】
そして、ステップＡ０２でシャッタキーが操作されたと判断した時点で、直ちに撮影に移行し、まずＡＦ（自動合焦）を行なって被写体の正確な合焦距離を得る（ステップＡ１０）。
【００６２】
次いで、その合焦した状態で、マルチ測光モードが設定されているか否かを判断するもので（ステップＡ１１）、マルチ測光モードが設定されておらず、他の測光モードであると判断した場合にはその測光モードに応じたＡＥを行なう一方（ステップＡ１２）、マルチ測光モードであると判断した場合には、上記ステップＡ０９での処理により必要に応じて逆光補正を行なったその時点で最も新しい露出値を設定する（ステップＡ１３）。
【００６３】
その後、ＡＷＢ調整を行なった上で（ステップＡ１４）、画像データの撮影を行ない（ステップＡ１５）、得た画像データをＪＰＥＧ回路２７にてデータ圧縮させ、得た画像データを記録媒体であるフラッシュメモリ２８に書込み（ステップＡ１６）、それから再び次の撮影に備えて上記ステップＡ０１からの処理に戻る。
【００６４】
このように、画像データを複数のブロック領域に分割した上でその輝度信号を積分することでブロック領域毎の積分値を得、それら積分値の相互間での比較結果により逆光の判定を行なうので、ソフトウェアによる処理ながら、取扱うデータ量が充分に小さいために短時間で演算を終えることができ、撮影した画像データから迅速に逆光の状態を判定して本撮影に活用して、適正な露出出の撮影を実行することが可能となる。
【００６５】
また、ブロックの比較するパターンを上部の３ブロック領域としたがその組み合わせを変えても可能なことは言うまでもない。
【００６６】
（第２の実施の形態）
以下本発明をデジタルスチルカメラに適用した場合の第２の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００６７】
なお、回路構成自体は上記図１で示したものと基本的にほぼ同様であるものとして、同一部分には同一符号を付してその図示及び説明は省略するものとする。
【００６８】
次に上記実施の形態の動作について説明する。
【００６９】
ここでは、記録モード時に測光モードでマルチ測光モードが設定されている際に明るさの補正を行なうものとしてその動作を説明する。
【００７０】
図４は主としてＣＰＵ２１によりなされる処理内容を示すもので、その当初には測光モードがマルチ測光モードであるか否かを判断し（ステップＢ０１）、そうでなければキー入力部２６のシャッタキーが操作されたか否かを判断する（ステップＢ０２）、という処理を所定の周期で繰返し実行することで、これらを待機する。
【００７１】
しかして、上記ステップＢ０１でマルチ測光モードであると判断した場合、直ちに逆光判定を行なうための画像データを得るべく、ＡＦ（オートフォーカス）、ＡＥ、ＡＷＢ（自動ホワイトバランス）調整により撮影を行ない、画像データを取得する（ステップＢ０３）。
【００７２】
そして、取得した画像データをＤＲＡＭ２０に記憶した段階で、特にその輝度信号Ｙに対して図５に示すような、例えば縦５×横１０の計５０のブロック領域に分割する（ステップＢ０４）。
【００７３】
こうして分割した各ブロック領域毎の輝度信号Ｙを積分処理する（ステップＢ０５）。積分により得られたブロック領域毎の積分値を図示する如く「Ｓｕｍ００」〜「Ｓｕｍ４９」とする。
【００７４】
これら輝度信号の積分値「Ｓｕｍ００」〜「Ｓｕｍ４９」を用いたヒストグラムが例えば図６に示すような分布であったものとする。この場合、横軸が８ビットの数値で表現した輝度の積分値、縦軸がブロック数であり、総ブロック数は「５０」となる。
【００７５】
同図は、例えば白い紙のような、きわめて単調な画像パターンの被写体を撮影した場合の輝度分布を示すものであり、明るさの分布がほぼ１か所に集中している。
【００７６】
そのため、画像データとしては均一な明るさを有するものとなり、第１の実施の形態で示したような逆光補正を行なうようなことはしない。
【００７７】
しかしながら、このようなきわめて狭い範囲に輝度分布が集中しているような場合には、中間調であるグレーはそのまま忠実にグレーとして処理される一方、白や黒といった輝度の値が極端なものも基準に合せることでグレーとして処理されてしまう。
【００７８】
これは、一面の青空を撮影してもグレーの画像、すなわち曇り空として処理されてしまうことを意味するもので、明るさの調整が必要となる。
【００７９】
そこで、まず上記積分値「Ｓｕｍ００」〜「Ｓｕｍ４９」を用い、１画素当たりの輝度信号Ｙのレベルの平均値が、ある一定の基準値になる露光時間に合せるものとする。すなわち、
Ｙref＝(sum00＋sum01＋‥‥＋sum49)／(50＊ｎ) …(8)
（但し、Ｙref ：１画素当たりの輝度基準値、
ｎ：１ブロック毎の画素数。）
この基準値Ｙｒｅｆに合せた状態でのブロック領域毎の積分値を用いて明るさの比較値を算出する（ステップＢ０６）。すなわち、
VALUE ＝(絞りＦ値)2/露光時間 …(9)
（但し、VALUE ：相対的な明るさ（＝ＥＶ）。）
として明るさの比較値ＶＡＬＵＥを算出するもので、上記式（９）の右辺には、さらにこのデジタルカメラ１０固体のばらつき係数を乗算するものとしてもよい。
【００８０】
しかして、上記式（９）は、比較値ＶＡＬＵＥが露光時間に反比例することを示しており、基準値Ｙｒｅｆに合せた時の露光時間が２倍になると、１段階暗くなったことになるので、明るさの比較値としては１／２になることを示している。
【００８１】
しかして、このようにして算出した比較値ＶＡＬＵＥを、予め用意したしきい値と比較し（ステップＢ０７）、比較値ＶＡＬＵＥが該しきい値より大きいか否かにより、明るさの補正を行なうか否かを判断する（ステップＢ０８）。
【００８２】
そして、明るさの補正を行なうと判断した場合にのみ、実際の撮影時に、より明るい画像を得ることができるように、絞りＦ値、シャッタスピード、Ａ／Ｄ変換器１６で調整するＣＣＤ１２出力のゲイン等を補正設定し（ステップＢ０９）、それから上記ステップＢ０２に進んでシャッタキーが操作されるのを待機する。
【００８３】
しかるに、ステップＢ０１，Ｂ０２の処理を繰返し実行しながらシャッタキーが操作されるのを待機する過程で、マルチ測光モードが設定されている場合には逐次上記ステップＢ０３〜Ｂ０９の処理を行なうことにより、明るさの補正が必要な際には適宜これに対処して露出値の補正設定を行なうことができる。
【００８４】
そして、ステップＢ０２でシャッタキーが操作されたと判断した時点で、直ちに撮影に移行し、まずＡＦ（自動合焦）を行なって被写体の正確な合焦距離を得る（ステップＢ１０）。
【００８５】
次いで、その合焦した状態で、マルチ測光モードが設定されているか否かを判断するもので（ステップＢ１１）、マルチ測光モードが設定されておらず、他の測光モードであると判断した場合にはその測光モードに応じたＡＥを行なう一方（ステップＢ１２）、マルチ測光モードであると判断した場合には、上記ステップＢ０９での処理により必要に応じて明るさの補正を行なったその時点で最も新しい露出値を設定する（ステップＢ１３）。
【００８６】
その後、ＡＷＢ調整を行なった上で（ステップＢ１４）、画像データの撮影を行ない（ステップＢ１５）、得た画像データをＪＰＥＧ回路２７にてデータ圧縮させ、得た画像データを記録媒体であるフラッシュメモリ２８に書込み（ステップＢ１６）、それから再び次の撮影に備えて上記ステップＢ０１からの処理に戻る。
【００８７】
このように、画像データを複数のブロック領域に分割した上でその輝度信号を積分することでブロック領域毎の積分値を得、それら積分値のしきい値との比較結果により明るさの判定を行なうので、ソフトウェアでの処理ながら取扱うデータ量が充分に小さいために短時間で演算を終えることができ、撮影した画像データから迅速に明るさの状態を判定して、例えば暗い環境下でグレーに見える白い紙と、明るい環境下で正しく白に見える白い紙を正確に中間調を適切に表現するべく必要により露出を補正設定することで、本撮影に活用して適正な露出を得ることが可能となる。
【００８８】
なお、上記第１の実施の形態で示した逆光による露出補正を行なう方法と、第２の実施の形態で示した明るさの分布に対応した露出補正を行なう方法は、併用して実行することで、より正確な露出制御を実現することが可能となるものである。
【００８９】
その場合、逆光が発生するような、ブロック間の輝度値に大きな差が現出するようなケースでは、輝度値のヒストグラムは大きく分布が広がる傾向にあるため、逆光による補正を行なう一方で、明るさに関する補正は行なず、一方、逆光が発生せず、全体がほぼ均一な輝度となっているケースでは、そのときの明るさに合せて輝度分布から露出補正を行なうようにするような設定とすることが可能となる。
【００９０】
また、上記各実施の形態では画像データを例えば５０のブロック領域に分割するものとした。その場合、画像全体の２％未満の範囲であれば、著しく大きな輝度の差があったとしても、輝度値の分布には反映されず、マルチ測光モードにおける適正な露出値を得る際に悪影響を及ぼすことはないものと判断できる。
【００９１】
同様に、画像データを分割するブロック領域の数が小さくなると、露出補正を負う樽の制度が低下することとなるが、ある程度の範囲までであれば、著しく大きな輝度の差があったとしても、その影響を吸収することができる。
【００９２】
その他、本発明は上記実施の形態に限らず、その要旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することが可能であるものとする。
【００９３】
さらに、上記実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施の形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題の少なくとも１つが解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果の少なくとも１つが得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【００９４】
【発明の効果】
本発明によれば、画像データを複数の領域に分割して各領域毎に輝度信号の積分値を算出し、上下方向に隣接する複数の領域間で積分値を比較して下の領域の輝度に対する上の領域の輝度の差を算出する比較手段により、画像データの中央部の領域を含む複数の領域を対象として算出された輝度の差と、この比較手段により、画像データの上部であり画像データの中央部の領域を含まない複数の領域を対象として算出された輝度の差とを合算して得られる輝度の差が所定値より大きい場合には逆光と判定することで、重要な被写体が、撮影範囲の中心領域に位置する場合であっても、撮影範囲の中心から上にずれた領域に位置している場合であっても、適正な逆光補正をかけることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るデジタルカメラの電子回路構成を示すブロック図。
【図２】同実施の形態に係る記録モード時の特にマルチ測光モードに対応した処理内容を示すフローチャート。
【図３】同実施の形態に係る画像データの複数のブロック領域への分割状態を示す図。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る記録モード時の特にマルチ測光モードに対応した処理内容を示すフローチャート。
【図５】同実施の形態に係る画像データの複数のブロック領域への分割状態を示す図。
【図６】同実施の形態に係る分割ブロック領域毎の輝度値のヒストグラムを示す図。
【符号の説明】
１０…デジタルカメラ
１１…レンズ
１２…ＣＣＤ
１３…タイミング発生器（ＴＧ）
１４…垂直ドライバ
１５…サンプルホールド回路（Ｓ／Ｈ）
１６…Ａ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄ）
１７…カラープロセス回路
１８…ＤＭＡコントローラ
１９…ＤＲＡＭインタフェース（Ｉ／Ｆ）
２０…ＤＲＡＭ
２１…ＣＰＵ
２２…ＶＲＡＭコントローラ
２３…ＶＲＡＭ
２４…ビデオエンコーダ
２５…表示部
２６…キー入力部
２７…ＪＰＥＧ回路
２８…フラッシュメモリ
【発明の属する技術分野】
本発明は、特にデジタルスチルカメラに好適な自動露出装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
デジタルスチルカメラと銀塩カメラとを問わず、特に多くの機能を搭載する比較的高級なカメラにおいては、ＡＥ（Ａｕｔｏ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ）機能の１つとして、画面をいくつかに分割し、その一部または複数部分を測光し、最適な露出を得ようとするマルチパターン測光、あるいは多分割測光、評価測光と称される測光モード（以下「マルチ測光モード」と略称する）をほとんどの機種で有している。
【０００３】
このようなマルチ測光モードは、予め用意した多くの測光パターンとその時点で得られる測光パターンとのマッチングをとることで、極端な逆光や過度に強い光源の撮影を行なう場合でも、より最適な露出が得られる確率を向上するようにしたものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、被写体に対して背景が非常に明るい逆光状態での撮影では、背景の明るさの影響でどうしても被写体の画像が暗くなってしまいがちである。
【０００５】
この場合、特に画面の中心部とこの中心部を除く画面上部との明るさを比較することで逆光を判断して補正を行なう場合を考えると、被写体が画面の中心に位置する際には、非常に典型的な構図であり、比較的有効な補正がかけられることとなる一方、被写体が画面の中心から外れて位置する際には、これもよくある構図ではありながら、充分に適正な補正がかけられる確率は低いものとなる。
【０００６】
また、特にデジタルカメラで上記マルチ測光モードのＡＥを設定し、且つホワイトバランスも自動調整を設定しているような場合には、明るさを常に一定の基準に合せて撮影するようになり、例えば被写体が実際には白あるいは黒いものであっても中間調のグレーの基準値となるように撮影されてしまうため、撮影時の雰囲気を撮影した画像に忠実に反映させることが困難となる。
【０００７】
このような不具合に対し、従来より、デジタルカメラで撮影時に得た画像データの各画素の輝度値からヒストグラムを作成して正確な露出を判断し、本来のタイミングでの撮影に利用するようにしたものも考えられている。
【０００８】
しかしながら、近年、デジタルカメラの撮像素子であるＣＣＤ等の構成画素数は飛躍的に向上しており、それに連れて撮影により得られる画像データの容量も非常に大きなものとなる。
【０００９】
そのような膨大な容量の画像データからヒストグラムを作成して正確な露出を判断する手段としては、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｃｅｓｓｏｒ）を用いてソフトウェア的に処理を実行するか、あるいはヒストグラム演算を行なうための専用のハードウェア回路を実装することが考えられる。
【００１０】
しかして、ソフトウェアによる処理の場合、ＤＳＰに対する負担が大きく、多大な演算時間を要するため、本来の撮影に移行できるまでの時間がかかり過ぎることにもなり、被写体を含む撮影環境が変化してヒストグラムを有効に活用できなくなることもあり得る。
【００１１】
また、専用のハードウェア回路を用いる場合、適正な露出を得る１つの手段のためだけに比較的規模の大きな回路を加えて実装しなければならないため、デジタルカメラ全体の回路規模が大型化し、且つ商品としてのコストが大幅に上昇してしまうことになる。
【００１２】
本発明は上記のような実情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ハードウェア及びソフトウェア双方の面での負担を充分小さいものとしながら、撮影した画像データから適正な露出を得ることが可能な自動露出装置及び方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、画像データを撮像する撮像素子と、上記画像データを複数の領域に分割する分割手段と、この分割手段で分割した複数の領域毎の画像データから輝度信号を生成する生成手段と、この生成手段で生成した複数の領域毎の輝度信号を積分する積分手段と、この積分手段で得た複数の領域毎の積分値を上下方向に隣接する複数の領域間で比較し、下の領域の輝度に対する上の領域の輝度の差を算出する第１の比較手段と、画像データの中央部の領域を含む複数の領域を対象として上記第１の比較手段により算出された輝度の差と、画像データの上部であり画像データの中央部の領域を含まない複数の領域を対象として上記第１の比較手段により算出された輝度の差とを合算して得られる輝度の差が所定値より大きい場合には逆光と判定する判定手段とを具備したことを特徴とする。
【００１４】
請求項２記載の発明は、上記請求項１記載の発明において、上記積分手段で得た複数の領域毎の積分値を左右方向に隣接する複数の領域間で比較し、中央の領域の輝度に対する左右の領域の輝度の差を算出する第２の比較手段を更に備え、上記判定手段は、画像データの中央部の領域を含む複数の領域を対象として上記第１の比較手段により算出された輝度の差と、画像データの上部であり画像データの中央部の領域を含まない複数の領域を対象として上記第１の比較手段により算出された輝度の差と、画像データの上部であり画像データの中央部の領域を含まない複数の領域を対象として上記第２の比較手段により算出された輝度の差とを合算して得られる輝度の差が所定値より大きい場合には逆光と判定することを特徴とする。
【００１５】
請求項３記載の発明は、上記請求項１または２記載の発明において、上記判定手段は、画像データの中央部の領域を含む複数の領域を対象として上記第１の比較手段により算出された輝度の差と、画像データの最上部の領域を含む複数の領域を対象として上記第１の比較手段により算出された輝度の差とを合算して得られる輝度の差が所定値より大きい場合には逆光と判定することを特徴とする。
【００１６】
請求項４記載の発明は、上記請求項１記載の発明において、上記判定手段は、画像データの各部において上記第１の比較手段により算出された輝度の差を合算する際に、各領域の位置に応じた重み係数を乗算してから合算することを特徴とする。
【００１７】
請求項５記載の発明は、上記請求項２記載の発明において、上記判定手段は、画像データの各部において上記第１の比較手段または上記第２の比較手段により算出された輝度の差を合算する際に、各領域の位置に応じた重み係数を乗算してから合算することを特徴とする。
【００１８】
請求項６記載の発明は、上記請求項１乃至５いずれか記載の発明において、上記判定手段は、合算して得られた輝度の差が正である場合には逆光と判定し、負である場合には順光と判定することを特徴とする。
【００１９】
請求項７記載の発明は、上記請求項１乃至６いずれか記載の発明において、上記判定手段により逆光と判定された場合に逆光の補正を行う逆光補正手段を更に備えたことを特徴とする。
【００２０】
請求項８記載の発明は、上記請求項７記載の発明において、上記積分手段で得た複数の領域毎の積分値から輝度の分布状態を算出する算出手段と、この算出手段により算出された輝度の分布状態に応じて明るさの補正を行う明るさ補正手段とを更に具備したことを特徴とする。
請求項９記載の発明は、画像データを撮像する撮像ステップと、上記画像データを複数の領域に分割する分割ステップと、この分割ステップで分割した複数の領域毎の画像データから輝度信号を生成する生成ステップと、この生成ステップで生成した複数の領域毎の輝度信号を積分する積分ステップと、この積分ステップで得た複数の領域毎の積分値を上下方向に隣接する複数の領域間で比較し、下の領域の輝度に対する上の領域の輝度の差を算出する第１の比較ステップと、画像データの中央部の領域を含む複数の領域を対象として上記第１の比較ステップにより算出された輝度の差と、画像データの上部であり画像データの中央部の領域を含まない複数の領域を対象として上記第１の比較ステップにより算出された輝度の差とを合算して得られる輝度の差が所定値より大きい場合には逆光と判定する判定ステップとを有したことを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下本発明をデジタルスチルカメラに適用した場合の第１の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２２】
図１はその回路構成を示すもので、１０がデジタルカメラである。このデジタルカメラ１０は、記録モードと再生モードとを設定可能であり、記録モードの状態においては、レンズ１１の後方に配置されたＣＣＤ１２は、タイミング発生器（ＴＧ）１３、垂直ドライバ１４によって走査駆動され、一定周期毎に光電変換出力を１画面分出力する。
【００２３】
この光電変換出力は、アナログ値の信号の状態でＲＧＢの各原色成分毎に適宜ゲイン調整された後に、サンプルホールド（Ｓ／Ｈ）回路１５でサンプルホールドされ、Ａ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄ）１６でデジタルデータに変換され、カラープロセス回路１７で補間処理及びγ補正処理を含むカラープロセス処理が行なわれて、デジタル値の輝度信号Ｙ及び色差信号Ｃｂ，Ｃｒが生成され、ＤＭＡ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｍｅｍｏｒｙ Ａｃｃｅｓｓ）コントローラ１８に出力される。
【００２４】
ＤＭＡコントローラ１８は、カラープロセス回路１７の出力する輝度信号Ｙ及び色差信号Ｃｂ，Ｃｒを、同じくカラープロセス回路１７からの同期信号、メモリ書込みイネーブル、クロック出力を用いて一度ＤＭＡコントローラ１８内部のバッファに書込み、ＤＲＡＭインタフェース（Ｉ／Ｆ）１９を介してＤＲＡＭ２０にＤＭＡ転送を行なう。
【００２５】
ＣＰＵ２１は、上記輝度及び色差信号のＤＲＡＭ２０へのＤＭＡ転送終了後に、この輝度及び色差信号をＤＲＡＭインタフェース１９を介してＤＲＡＭ２０より読出し、ＶＲＡＭコントローラ２２を介してＶＲＡＭ２３に書込む。
【００２６】
デジタルビデオエンコーダ（以下「ビデオエンコーダ」と略称する）２４は、上記輝度及び色差信号をＶＲＡＭコントローラ２２を介してＶＲＡＭ２３より定期的に読出し、これらのデータを元にビデオ信号を発生して表示部２５に出力する。
【００２７】
この表示部２５は、例えばバックライト付のカラー液晶表示パネルとその駆動回路とで構成され、カメラ本体の背面側に配設されて、記録モード時にはＥＶＦ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｖｉｅｗ Ｆｉｎｄｅｒ：電子ビューファインダ）として機能するもので、ビデオエンコーダ２４からのビデオ信号に基づいた表示を行なうことで、その時点でＶＲＡＭコントローラ２２から取込んでいる画像情報に基づく画像を表示することとなる。
【００２８】
そして、このように表示部２５にその時点での画像がモニタ画像としてリアルタイムに表示されている状態で、記録保存を行ないたいタイミングでキー入力部２６を構成する複数のキー中のシャッタキーを操作すると、トリガ信号を発生する。
【００２９】
ＣＰＵ２１は、このトリガ信号に応じてその時点でＣＣＤ１２から取込んでいる１画面分の輝度及び色差信号のＤＲＡＭ２０へのＤＭＡ転送の終了後、直ちにＣＣＤ１２からのＤＲＡＭ２０への経路を停止し、記録保存の状態に遷移する。
【００３０】
この記録保存の状態では、ＣＰＵ２１がＤＲＡＭ２０に書込まれている１フレーム分の輝度及び色差信号をＤＲＡＭインタフェース１９を介してＹ，Ｃｂ，Ｃｒの各コンポーネント毎に縦８画素×横８画素の基本ブロックと呼称される単位で読出してＪＰＥＧ回路２７に書込み、このＪＰＥＧ回路２７でＡＤＣＴ（Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｃｏｓｉｎｅ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：適応離散コサイン変換）、エントロピ符号化方式であるハフマン符号化等の処理により圧縮し、得た符号データを１画像データファイルとして該ＪＰＥＧ回路２７から読出し、このデジタルカメラ１０の記憶媒体として着脱自在に装着される、不揮発性メモリであるフラッシュメモリ２８に書込む。
【００３１】
そして、１フレーム分の輝度及び色差信号の圧縮処理及びフラッシュメモリ２８への全圧縮データの書込み終了に伴なって、ＣＰＵ２１は再度ＣＣＤ１２からＤＲＡＭ２０への経路を起動する。
【００３２】
この際、併せてＣＰＵ２１は、元の画像データの構成画素数を大幅に間引いた画像データを作成し、これをサムネイル画像とも呼称されるプレビュー画像として元の画像データに関連付けてフラッシュメモリ２８に記憶させる。
【００３３】
なお、上記キー入力部２６は、上述したシャッタキーの他に、記録（ＲＥＣ）モードと再生（ＰＬＡＹ）モードとを切換える録／再モード切換えキー、画像選択等のために上下左右各方向を指示するカーソルキーや「Ｅｎｔｅｒ」キー等から構成され、キー操作に伴なう信号は直接ＣＰＵ２１へ送出される。
【００３４】
また、再生モードでは、ＣＰＵ２１はＣＣＤ１２からＤＲＡＭ２０への経路を停止し、キー入力部２６の画像選択キー等の操作に応じてＣＰＵ２１がフラッシュメモリ２８から特定の１フレーム分の符号データを読出してＪＰＥＧ回路２７に書込み、ＪＰＥＧ回路２７で伸長処理を行なって得られた縦８画素×横８画素の基本ブロック単位に、ＶＲＡＭコントローラ２２を介してＶＲＡＭ２３へ１フレーム分のＹＵＶデータを展開記憶させる。すると、ビデオエンコーダ２４は、ＶＲＡＭ２３に展開記憶されている１フレーム分のＹＵＶデータを元にビデオ信号を発生し、表示部２５で表示させる。
【００３５】
次に上記実施の形態の動作について説明する。
【００３６】
ここでは、記録モード時に測光モードでマルチ測光モードが設定されている際には自動逆光補正を行なうものとしてその動作を説明する。
【００３７】
図２は主としてＣＰＵ２１によりなされる処理内容を示すもので、その当初には測光モードがマルチ測光モードであるか否かを判断し（ステップＡ０１）、そうでなければキー入力部２６のシャッタキーが操作されたか否かを判断する（ステップＡ０２）、という処理を所定の周期で繰返し実行することで、これらを待機する。
【００３８】
しかして、上記ステップＡ０１でマルチ測光モードであると判断した場合、直ちに逆光判定を行なうための画像データを得るべく、ＡＦ（オートフォーカス）、ＡＥ、ＡＷＢ（自動ホワイトバランス）調整により撮影を行ない、画像データを取得する（ステップＡ０３）。
【００３９】
そして、取得した画像データをＤＲＡＭ２０に記憶した段階で、特にその輝度信号Ｙに対して図３に示すような、例えば縦５×横１０の計５０のブロック領域に分割する（ステップＡ０４）。
【００４０】
こうして分割した各ブロック領域毎の輝度信号Ｙを積分処理する（ステップＡ０５）。積分により得られたブロック領域毎の積分値を図示する如く「Ｓｕｍ００」〜「Ｓｕｍ４９」とすると、次にこれら積分値「Ｓｕｍ００」〜「Ｓｕｍ４９」を用い、横方向に隣り合う２つのブロック領域どうしを統合するものとして図中で示す２５のブロック領域に再分割するものとする。
【００４１】
この場合、各ブロック領域の積分値を「ａ０」〜「ｅ４」とすると、まず全ブロック領域の積分値により、１画素当たりの輝度信号Ｙのレベルの平均値が、ある一定の基準値になる露光時間に合せるものとする。すなわち、
Ｙref＝(sum00＋sum01＋‥‥＋sum49)／(50＊ｎ) …(1)
（但し、Ｙref ：１画素当たりの輝度基準値、
ｎ：１ブロック毎の画素数。）
この基準値Ｙref に合せた状態でのブロック領域毎の積分値を用いて逆光係数算出式を実行する（ステップＡ０６）。すなわち、
add1＝b1＋b2＋b3 …(2)
add2＝a1＋a2＋a3 …(3)
L＝(add1*X/c1＋add1*X/c2＋add1*X/c3−X*9) …(4)
M＝(add2*Y/b1＋add2*Y/b2＋add2*Y/b3−Y*9) …(5)
N＝((a1＋a3)*Z/a2−Z*2) …(6)
Against ＝L＋M＋N …(7)
（但し、Against ：出力係数、
X,Y,Z ：夫々出力係数の大きさに与える影響をブロック領域の位置に
応じて重付けする定数で、重付けしない際は「１」。）
上記式（７）で使用される変数Ｌを定義する式（４）は、画像データの中央部における比較を行なうものであり、ｃ１，ｃ２，ｃ３に位置するブロック領域とその上の３つのブロック領域ｂ１，ｂ２，ｂ３との輝度に差があるかを判断するためのものである。
【００４２】
また、上記式（７）で使用される変数Ｍを定義する式（５）は、画像データの最上部における比較を行なうものであり、ｂ１，ｂ２，ｂ３に位置するブロック領域とその上の３つのブロック領域ａ１，ａ２，ａ３との輝度に差があるかを判断するためのものである。
【００４３】
さらに、上記式（７）で使用される変数Ｎを定義する式（６）は、画像データの最上部左右における比較を行なうものであり、ａ２に位置するブロック領域とその左右のブロック領域ａ１，ａ３との輝度に差があるかを判断するためのものである。
【００４４】
こうして得られた出力係数Ａｇａｉｎｓｔを逆光判定係数として、その値により逆光判定のための比較処理を実行する（ステップＡ０７）。
【００４５】
ここで、仮に画像データが全面に渡って均一な輝度であり、各ブロック領域の輝度データの積分値が等しかった場合には、上記式（４）〜（６）で変数Ｌ，Ｍ，Ｎにより、画像データの中央部、最上部、及び最上部左右の比較を行なった後に、係数及び比較ブロック数の乗算値と同等の値とを減算しているため、最終的な計算結果である係数Ａｇａｉｎｓｔも「０（ゼロ）」になる。
【００４６】
これに対し、逆光であった場合には係数Ａｇａｉｎｓｔは「＋（プラス）」に、また順光であった場合には係数Ａｇａｉｎｓｔは「−（マイナス）」になる。この点について、以下に説明する。
【００４７】
いま、例えば被写体の最も重要な部分である人物の顔が、上記図３で示した撮影範囲の中心であるブロック領域ｃ２に位置する場合について考えるものとする。
【００４８】
この場合、予め一定の基準であるＹrefに合せた状態での積分値の比較となるので、画像データ中にそれより明るいブロック領域が存在すれば、同様に暗いブロック領域も存在することとなる。
【００４９】
人物の顔がブロック領域ｃ２に位置しており、且つ背景が明るい逆光の場合には、ブロック領域ｃ２とその上の３ブロック領域ｂ１〜ｂ３とを比較した値が「＋（プラス）」となる。
【００５０】
一方、被写体の顔の左右であるブロック領域ｃ１，ｃ３とその上の３つのブロック領域ｂ１〜ｂ３との比較結果は、同等の明るさとなり、比較した値はほとんど「０（ゼロ）」となる。したがって、上記式（４）における変数Ｌは「＋（プラス）」となる。
【００５１】
また、被写体の顔の部分のブロック領域ｃ２の上に位置する３つのブロック領域ｂ１〜ｂ３と、さらにその上に位置する３つのブロック領域ａ１〜ａ３において同様の比較を行なうと同等の明るさとなるので、上記式（５）における変数Ｍとなる比較値はほとんど「０（ゼロ）」となる。
【００５２】
そして、最上部中央のブロック領域ａ２とその左右のブロック領域ａ１，ａ３との比較においても、同等の明るさとなり、上記式（６）における変数Ｎとなる比較値はほとんど「０（ゼロ）」となる。
【００５３】
結果として、全体としては、被写体となる人物の顔が位置しているブロック領域ｃ２とその上の３ブロック領域ｂ１〜ｂ３との比較値「＋（プラス）」の数値がそのまま出力係数Ａｇａｉｎｓｔそのものとなるもので、特にブロック領域ｃ２とその上の３ブロック領域ｂ１〜ｂ３とで輝度値の積分値の差が大きい場合にはその比較値の数値もそれに連れて大きいものとなる。
【００５４】
次に、被写体の最も重要な部分である人物の顔が、上記図３で示した撮影範囲の中心から１つ左側にずれたブロック領域ｃ１に位置する場合について考える。
【００５５】
この場合も人物の顔がブロック領域ｃ１に位置しており、且つ背景が明るい逆光の場合には、ブロック領域ｃ１とその上の３ブロック領域ｂ１〜ｂ３とを比較した値のみが「＋（プラス）」となり、その他の場合は上記ほとんど「０（ゼロ）」となるので、全体としては、被写体となる人物の顔が位置しているブロック領域ｃ１とその上の３ブロック領域ｂ１〜ｂ３との比較値「＋（プラス）」の数値がそのまま出力係数Ａｇａｉｎｓｔそのものとなる。
【００５６】
同様に、被写体の最も重要な部分である人物の顔が上記図３で示した撮影範囲の中心から１つ上にずれたブロック領域ｂ１〜ｂ３のいずれに位置している場合であっても、背景となる周囲のブロック領域が明るい逆光の場合には、ブロック領域ｂ１（またはｂ２，ｂ３）とさらにその上の３ブロック領域ａ１〜ａ３とを比較した値のみが「＋（プラス）」となり、その他の場合はほとんど「０（ゼロ）」となるので、全体としては、被写体となる人物の顔が位置しているブロック領域ｂ１とその上の３ブロック領域ｂ１〜ｂ３との比較値「＋（プラス）」の数値がそのまま出力係数Ａｇａｉｎｓｔそのものとなる。
【００５７】
さらに、被写体の最も重要な部分である人物の顔が上記図３で示した撮影範囲の最上部のブロック領域ａ２に位置している場合であっても、背景となる周囲のブロック領域が明るい逆光の場合には、ブロック領域ａ２とその左右のブロック領域ａ１，ａ３とを比較した値が「＋（プラス）」となり、その他の場合はほとんど「０（ゼロ）」となるので、全体としては、被写体となる人物の顔が位置しているブロック領域ｂ１とその上の３ブロック領域ｂ１〜ｂ３との比較値「＋（プラス）」の数値がそのまま出力係数Ａｇａｉｎｓｔそのものとなる。
【００５８】
しかして、このように逆光が生じている場合には出力係数Ａｇａｉｎｓｔによりこれを判定することができるもので、上記図２の処理では、上記ステップＡ０７で逆光判定の比較演算を行なった結果、逆光が生じていたか否かを判断する（ステップＡ０８）。
【００５９】
そして、逆光が生じていると判断した場合にのみ、その出力係数値に対応してＡＥの露出値を補正、具体的には出力係数値に応じた分だけ露出値をプラス方向に補正設定し（ステップＡ０９）、それから上記ステップＡ０２に進んでシャッタキーが操作されるのを待機する。
【００６０】
しかるに、ステップＡ０１，Ａ０２の処理を繰返し実行しながらシャッタキーが操作されるのを待機する過程で、マルチ測光モードが設定されている場合には逐次上記ステップＡ０３〜Ａ０９の処理を行なうことにより、逆光が生じている場合でもリアルタイムでその露出値の補正設定を行なうことができる。
【００６１】
そして、ステップＡ０２でシャッタキーが操作されたと判断した時点で、直ちに撮影に移行し、まずＡＦ（自動合焦）を行なって被写体の正確な合焦距離を得る（ステップＡ１０）。
【００６２】
次いで、その合焦した状態で、マルチ測光モードが設定されているか否かを判断するもので（ステップＡ１１）、マルチ測光モードが設定されておらず、他の測光モードであると判断した場合にはその測光モードに応じたＡＥを行なう一方（ステップＡ１２）、マルチ測光モードであると判断した場合には、上記ステップＡ０９での処理により必要に応じて逆光補正を行なったその時点で最も新しい露出値を設定する（ステップＡ１３）。
【００６３】
その後、ＡＷＢ調整を行なった上で（ステップＡ１４）、画像データの撮影を行ない（ステップＡ１５）、得た画像データをＪＰＥＧ回路２７にてデータ圧縮させ、得た画像データを記録媒体であるフラッシュメモリ２８に書込み（ステップＡ１６）、それから再び次の撮影に備えて上記ステップＡ０１からの処理に戻る。
【００６４】
このように、画像データを複数のブロック領域に分割した上でその輝度信号を積分することでブロック領域毎の積分値を得、それら積分値の相互間での比較結果により逆光の判定を行なうので、ソフトウェアによる処理ながら、取扱うデータ量が充分に小さいために短時間で演算を終えることができ、撮影した画像データから迅速に逆光の状態を判定して本撮影に活用して、適正な露出出の撮影を実行することが可能となる。
【００６５】
また、ブロックの比較するパターンを上部の３ブロック領域としたがその組み合わせを変えても可能なことは言うまでもない。
【００６６】
（第２の実施の形態）
以下本発明をデジタルスチルカメラに適用した場合の第２の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００６７】
なお、回路構成自体は上記図１で示したものと基本的にほぼ同様であるものとして、同一部分には同一符号を付してその図示及び説明は省略するものとする。
【００６８】
次に上記実施の形態の動作について説明する。
【００６９】
ここでは、記録モード時に測光モードでマルチ測光モードが設定されている際に明るさの補正を行なうものとしてその動作を説明する。
【００７０】
図４は主としてＣＰＵ２１によりなされる処理内容を示すもので、その当初には測光モードがマルチ測光モードであるか否かを判断し（ステップＢ０１）、そうでなければキー入力部２６のシャッタキーが操作されたか否かを判断する（ステップＢ０２）、という処理を所定の周期で繰返し実行することで、これらを待機する。
【００７１】
しかして、上記ステップＢ０１でマルチ測光モードであると判断した場合、直ちに逆光判定を行なうための画像データを得るべく、ＡＦ（オートフォーカス）、ＡＥ、ＡＷＢ（自動ホワイトバランス）調整により撮影を行ない、画像データを取得する（ステップＢ０３）。
【００７２】
そして、取得した画像データをＤＲＡＭ２０に記憶した段階で、特にその輝度信号Ｙに対して図５に示すような、例えば縦５×横１０の計５０のブロック領域に分割する（ステップＢ０４）。
【００７３】
こうして分割した各ブロック領域毎の輝度信号Ｙを積分処理する（ステップＢ０５）。積分により得られたブロック領域毎の積分値を図示する如く「Ｓｕｍ００」〜「Ｓｕｍ４９」とする。
【００７４】
これら輝度信号の積分値「Ｓｕｍ００」〜「Ｓｕｍ４９」を用いたヒストグラムが例えば図６に示すような分布であったものとする。この場合、横軸が８ビットの数値で表現した輝度の積分値、縦軸がブロック数であり、総ブロック数は「５０」となる。
【００７５】
同図は、例えば白い紙のような、きわめて単調な画像パターンの被写体を撮影した場合の輝度分布を示すものであり、明るさの分布がほぼ１か所に集中している。
【００７６】
そのため、画像データとしては均一な明るさを有するものとなり、第１の実施の形態で示したような逆光補正を行なうようなことはしない。
【００７７】
しかしながら、このようなきわめて狭い範囲に輝度分布が集中しているような場合には、中間調であるグレーはそのまま忠実にグレーとして処理される一方、白や黒といった輝度の値が極端なものも基準に合せることでグレーとして処理されてしまう。
【００７８】
これは、一面の青空を撮影してもグレーの画像、すなわち曇り空として処理されてしまうことを意味するもので、明るさの調整が必要となる。
【００７９】
そこで、まず上記積分値「Ｓｕｍ００」〜「Ｓｕｍ４９」を用い、１画素当たりの輝度信号Ｙのレベルの平均値が、ある一定の基準値になる露光時間に合せるものとする。すなわち、
Ｙref＝(sum00＋sum01＋‥‥＋sum49)／(50＊ｎ) …(8)
（但し、Ｙref ：１画素当たりの輝度基準値、
ｎ：１ブロック毎の画素数。）
この基準値Ｙｒｅｆに合せた状態でのブロック領域毎の積分値を用いて明るさの比較値を算出する（ステップＢ０６）。すなわち、
VALUE ＝(絞りＦ値)2/露光時間 …(9)
（但し、VALUE ：相対的な明るさ（＝ＥＶ）。）
として明るさの比較値ＶＡＬＵＥを算出するもので、上記式（９）の右辺には、さらにこのデジタルカメラ１０固体のばらつき係数を乗算するものとしてもよい。
【００８０】
しかして、上記式（９）は、比較値ＶＡＬＵＥが露光時間に反比例することを示しており、基準値Ｙｒｅｆに合せた時の露光時間が２倍になると、１段階暗くなったことになるので、明るさの比較値としては１／２になることを示している。
【００８１】
しかして、このようにして算出した比較値ＶＡＬＵＥを、予め用意したしきい値と比較し（ステップＢ０７）、比較値ＶＡＬＵＥが該しきい値より大きいか否かにより、明るさの補正を行なうか否かを判断する（ステップＢ０８）。
【００８２】
そして、明るさの補正を行なうと判断した場合にのみ、実際の撮影時に、より明るい画像を得ることができるように、絞りＦ値、シャッタスピード、Ａ／Ｄ変換器１６で調整するＣＣＤ１２出力のゲイン等を補正設定し（ステップＢ０９）、それから上記ステップＢ０２に進んでシャッタキーが操作されるのを待機する。
【００８３】
しかるに、ステップＢ０１，Ｂ０２の処理を繰返し実行しながらシャッタキーが操作されるのを待機する過程で、マルチ測光モードが設定されている場合には逐次上記ステップＢ０３〜Ｂ０９の処理を行なうことにより、明るさの補正が必要な際には適宜これに対処して露出値の補正設定を行なうことができる。
【００８４】
そして、ステップＢ０２でシャッタキーが操作されたと判断した時点で、直ちに撮影に移行し、まずＡＦ（自動合焦）を行なって被写体の正確な合焦距離を得る（ステップＢ１０）。
【００８５】
次いで、その合焦した状態で、マルチ測光モードが設定されているか否かを判断するもので（ステップＢ１１）、マルチ測光モードが設定されておらず、他の測光モードであると判断した場合にはその測光モードに応じたＡＥを行なう一方（ステップＢ１２）、マルチ測光モードであると判断した場合には、上記ステップＢ０９での処理により必要に応じて明るさの補正を行なったその時点で最も新しい露出値を設定する（ステップＢ１３）。
【００８６】
その後、ＡＷＢ調整を行なった上で（ステップＢ１４）、画像データの撮影を行ない（ステップＢ１５）、得た画像データをＪＰＥＧ回路２７にてデータ圧縮させ、得た画像データを記録媒体であるフラッシュメモリ２８に書込み（ステップＢ１６）、それから再び次の撮影に備えて上記ステップＢ０１からの処理に戻る。
【００８７】
このように、画像データを複数のブロック領域に分割した上でその輝度信号を積分することでブロック領域毎の積分値を得、それら積分値のしきい値との比較結果により明るさの判定を行なうので、ソフトウェアでの処理ながら取扱うデータ量が充分に小さいために短時間で演算を終えることができ、撮影した画像データから迅速に明るさの状態を判定して、例えば暗い環境下でグレーに見える白い紙と、明るい環境下で正しく白に見える白い紙を正確に中間調を適切に表現するべく必要により露出を補正設定することで、本撮影に活用して適正な露出を得ることが可能となる。
【００８８】
なお、上記第１の実施の形態で示した逆光による露出補正を行なう方法と、第２の実施の形態で示した明るさの分布に対応した露出補正を行なう方法は、併用して実行することで、より正確な露出制御を実現することが可能となるものである。
【００８９】
その場合、逆光が発生するような、ブロック間の輝度値に大きな差が現出するようなケースでは、輝度値のヒストグラムは大きく分布が広がる傾向にあるため、逆光による補正を行なう一方で、明るさに関する補正は行なず、一方、逆光が発生せず、全体がほぼ均一な輝度となっているケースでは、そのときの明るさに合せて輝度分布から露出補正を行なうようにするような設定とすることが可能となる。
【００９０】
また、上記各実施の形態では画像データを例えば５０のブロック領域に分割するものとした。その場合、画像全体の２％未満の範囲であれば、著しく大きな輝度の差があったとしても、輝度値の分布には反映されず、マルチ測光モードにおける適正な露出値を得る際に悪影響を及ぼすことはないものと判断できる。
【００９１】
同様に、画像データを分割するブロック領域の数が小さくなると、露出補正を負う樽の制度が低下することとなるが、ある程度の範囲までであれば、著しく大きな輝度の差があったとしても、その影響を吸収することができる。
【００９２】
その他、本発明は上記実施の形態に限らず、その要旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することが可能であるものとする。
【００９３】
さらに、上記実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施の形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題の少なくとも１つが解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果の少なくとも１つが得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【００９４】
【発明の効果】
本発明によれば、画像データを複数の領域に分割して各領域毎に輝度信号の積分値を算出し、上下方向に隣接する複数の領域間で積分値を比較して下の領域の輝度に対する上の領域の輝度の差を算出する比較手段により、画像データの中央部の領域を含む複数の領域を対象として算出された輝度の差と、この比較手段により、画像データの上部であり画像データの中央部の領域を含まない複数の領域を対象として算出された輝度の差とを合算して得られる輝度の差が所定値より大きい場合には逆光と判定することで、重要な被写体が、撮影範囲の中心領域に位置する場合であっても、撮影範囲の中心から上にずれた領域に位置している場合であっても、適正な逆光補正をかけることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るデジタルカメラの電子回路構成を示すブロック図。
【図２】同実施の形態に係る記録モード時の特にマルチ測光モードに対応した処理内容を示すフローチャート。
【図３】同実施の形態に係る画像データの複数のブロック領域への分割状態を示す図。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る記録モード時の特にマルチ測光モードに対応した処理内容を示すフローチャート。
【図５】同実施の形態に係る画像データの複数のブロック領域への分割状態を示す図。
【図６】同実施の形態に係る分割ブロック領域毎の輝度値のヒストグラムを示す図。
【符号の説明】
１０…デジタルカメラ
１１…レンズ
１２…ＣＣＤ
１３…タイミング発生器（ＴＧ）
１４…垂直ドライバ
１５…サンプルホールド回路（Ｓ／Ｈ）
１６…Ａ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄ）
１７…カラープロセス回路
１８…ＤＭＡコントローラ
１９…ＤＲＡＭインタフェース（Ｉ／Ｆ）
２０…ＤＲＡＭ
２１…ＣＰＵ
２２…ＶＲＡＭコントローラ
２３…ＶＲＡＭ
２４…ビデオエンコーダ
２５…表示部
２６…キー入力部
２７…ＪＰＥＧ回路
２８…フラッシュメモリ
Claims (9)
- 画像データを撮像する撮像素子と、
上記画像データを複数の領域に分割する分割手段と、
この分割手段で分割した複数の領域毎の画像データから輝度信号を生成する生成手段と、
この生成手段で生成した複数の領域毎の輝度信号を積分する積分手段と、
この積分手段で得た複数の領域毎の積分値を上下方向に隣接する複数の領域間で比較し、下の領域の輝度に対する上の領域の輝度の差を算出する第１の比較手段と、
画像データの中央部の領域を含む複数の領域を対象として上記第１の比較手段により算出された輝度の差と、画像データの上部であり画像データの中央部の領域を含まない複数の領域を対象として上記第１の比較手段により算出された輝度の差とを合算して得られる輝度の差が所定値より大きい場合には逆光と判定する判定手段と
を具備したことを特徴とする自動露出装置。 - 上記積分手段で得た複数の領域毎の積分値を左右方向に隣接する複数の領域間で比較し、中央の領域の輝度に対する左右の領域の輝度の差を算出する第２の比較手段を更に備え、
上記判定手段は、画像データの中央部の領域を含む複数の領域を対象として上記第１の比較手段により算出された輝度の差と、画像データの上部であり画像データの中央部の領域を含まない複数の領域を対象として上記第１の比較手段により算出された輝度の差と、画像データの上部であり画像データの中央部の領域を含まない複数の領域を対象として上記第２の比較手段により算出された輝度の差とを合算して得られる輝度の差が所定値より大きい場合には逆光と判定することを特徴とする請求項１記載の自動露出装置。 - 上記判定手段は、画像データの中央部の領域を含む複数の領域を対象として上記第１の比較手段により算出された輝度の差と、画像データの最上部の領域を含む複数の領域を対象として上記第１の比較手段により算出された輝度の差とを合算して得られる輝度の差が所定値より大きい場合には逆光と判定することを特徴とする請求項１または２記載の自動露出装置。
- 上記判定手段は、画像データの各部において上記第１の比較手段により算出された輝度の差を合算する際に、各領域の位置に応じた重み係数を乗算してから合算することを特徴とする請求項１記載の自動露出装置。
- 上記判定手段は、画像データの各部において上記第１の比較手段または上記第２の比較手段により算出された輝度の差を合算する際に、各領域の位置に応じた重み係数を乗算してから合算することを特徴とする請求項２記載の自動露出装置。
- 上記判定手段は、合算して得られた輝度の差が正である場合には逆光と判定し、負である場合には順光と判定することを特徴とする請求項１乃至５いずれか記載の自動露出装置。
- 上記判定手段により逆光と判定された場合に逆光の補正を行う逆光補正手段を更に備えたことを特徴とする請求項１乃至６いずれか記載の自動露出装置。
- 上記積分手段で得た複数の領域毎の積分値から輝度の分布状態を算出する算出手段と、
この算出手段により算出された輝度の分布状態に応じて明るさの補正を行う明るさ補正手段と
を更に具備したことを特徴とする請求項７記載の自動露出装置。 - 画像データを撮像する撮像ステップと、
上記画像データを複数の領域に分割する分割ステップと、
この分割ステップで分割した複数の領域毎の画像データから輝度信号を生成する生成ステップと、
この生成ステップで生成した複数の領域毎の輝度信号を積分する積分ステップと、
この積分ステップで得た複数の領域毎の積分値を上下方向に隣接する複数の領域間で比較し、下の領域の輝度に対する上の領域の輝度の差を算出する第１の比較ステップと、
画像データの中央部の領域を含む複数の領域を対象として上記第１の比較ステップにより算出された輝度の差と、画像データの上部であり画像データの中央部の領域を含まない複数の領域を対象として上記第１の比較ステップにより算出された輝度の差とを合算して得られる輝度の差が所定値より大きい場合には逆光と判定する判定ステップと
を有したことを特徴とする自動露出方法。
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