JP5219934B2 - 撮像装置およびその制御方法 - Google Patents
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Description
・固定パターンの感度配置によるワンショットサンプリング
・被写体輝度に応じた露光時間制御
以下、これら従来の、ダイナミックレンジ(以下、DR)を拡大する3つの方法について説明する。
●撮像装置の構成
図1は、本実施形態における撮像装置の構成例を示すブロック図である。撮像装置1において、101はシャッタ、レンズ、絞りや光学LPF等からなる光学部である。102は、水平方向および垂直方向にモザイク状に複数色配列されたカラーフィルタとCMOSセンサから構成され、被写体の予備撮像並びに本撮像を行うカラー撮像素子部である。103はカラー撮像素子部102による予備撮像結果から各ピクセルの露光量を設定するピクセル露光量設定部である。104は複数の露光量間の境界輝度に関するパラメータを記憶する境界輝度パラメータ保存部である。105はカラー撮像素子部102にて本撮像された画像とピクセル露光量設定部103にて設定された露光量から各画素にゲイン補正を行うゲイン演算部である。106はゲイン演算部105にてゲイン補正処理が施されたモザイク状の画像に対して補間を施し、複数枚の独立プレーン画像を得る画素補間部である。
以下、上記ステップS201にて表示される境界輝度パラメータ設定UI111について、図3を用いて説明する。なお、境界輝度パラメータ設定UI111は、選択されたボタンに応じて表示ウィンドウ等が図3(a)と図3(b)に示すように変化するため、図3(a)と図3(b)において共通するボタンには同一番号を付してある。
本実施形態におけるピクセル露光量設定部103では、上記ステップS203における再予備撮像判定処理、およびステップS205におけるピクセル露光量設定処理が行われる。これらの処理を詳細に説明するに先立ち、ピクセル露光量設定部103の詳細構成について、図5のブロック図を用いて説明する。
507は明暗領域マップにおいて検出された輪郭を補正する輪郭補正部である。なお、この輪郭補正処理によって、明暗領域マップは本実施形態における露光時間マップとなる。
以下、ピクセル露光量設定部103で行われる、上記ステップS203における再予備撮像判定処理について、図6のフローチャートを用いて説明する。なお、本実施形態における再予備撮像判定は、飽和画素検出処理(後述するステップS602に対応)、予備撮像条件変更判定処理(同S606)、撮像条件記録処理(同S604)、以上の3つの処理を経て行われる。
以下、上記ステップS205におけるピクセル露光量設定処理について、図8のフローチャートを用いて説明する。なお、本実施形態における露光量設定動作は、以下の3つの処理を経て実行される。まず、各画素の輝度を算出する輝度算出処理(後述するステップS802に対応)、そして境界輝度と各画素の輝度値から露光時間マップを生成する露光時間マップ生成処理(同S803)、そしてトランジスタの駆動パルス生成処理(同S804)、である。
TVj=−log2(Tj) ・・・(2)
SVj=log2(ISOj/3.125) ・・・(3)
次に以下の式(4)を用いて、被写体輝度のAPEX値を算出する。
次に以下の式(5)を用いて、被写体輝度を算出する。但し、式(5)においてN,Kは定数である。
次に以下の式(6)を用いて、画素番号jの輝度を算出する。
以上のように各画素の輝度が算出されると、次にステップS803で露光時間マップを生成して露光時間マップ記録部508に保持する。なお、この露光時間マップ生成処理の詳細については後述する。
以下、上記ステップS803における露光時間マップ生成処理について、図9のフローチャートを用いて説明する。
なお、Σは1〜m×nの画素における累積を示す。
またステップS905では、図3(b)に示すUIによって設定された境界輝度パラメータ(主要被写体の相対輝度)に基づいく、第2の境界輝度設定を行う。すなわち、ステップS902で取得した最大輝度値MBと境界輝度パラメータに基づき、式(9)によって境界輝度SBを算出・設定する。
次にステップS906では、画素番号jの輝度値と、ステップS904またはS905で設定された境界輝度SBとを比較し、画素番号jの輝度値の方が小さければステップS907へ進んで、明暗領域マップの対応位置に暗領域を示す0を記録する。一方、画素番号jの輝度値が境界輝度SB以上であればステップS908へ進んで、明暗領域マップの対応位置に明領域を示す1を記録する。
次に、上記式(1),(3)を用いて絞り値のAPEX値AVlight,ISO感度のAPEX値SVlightを求め、これに基づいて式(11)よりシャッタースピードのAPEX値TVlightを求める。
そして最後に、明領域のシャッタースピードTlightを算出する。このシャッタースピードTlightが、本実施形態における短秒露光に相当する。
次にステップS916では、以下の式(13)〜(15)を用いて、暗領域に適用するシャッタースピードTdarkを算出する。このシャッタースピードTdarkが、本実施形態における長秒露光に相当する。
次に、上記式(1),(3)を用いて絞り値のAPEX値AVdark,ISO感度のAPEX値SVdarkを求め、これに基づいて式(11)よりシャッタースピードのAPEX値TVdarkを求める。
そして最後に、暗領域のシャッタースピードTdarkを算出する。
次にステップS917では、算出された明領域,暗領域にそれぞれ適用するシャッタースピード(Tlight,Tdark)を、露光時間マップに関連付けて格納する。なお、シャッタースピードの格納場所については特に限定しないが、例えば、露光時間マップに追加しても良いし、露光時間マップ内に設定した2値の値をそれぞれ、対応するシャッタースピードの値に置き換えて保持するようにしても良い。
本実施形態におけるカラー撮像素子部102はCMOSセンサによって構成され、上述したように作成された露光時間マップに応じてCMOSセンサを構成するトランジスタを画素ごとに駆動することで、画素毎の露光時間の長短制御を行う。
以下、CMOSセンサにおける画素1202の駆動方式とその特性について、図14を用いて説明する。
以下、上記ステップS804におけるトランジスタ駆動パルスの生成処理について、図11のフローチャートを用いて説明する。ここではすなわち、CMOSセンサの各画素に対して上記トランジスタを制御する。
以下、上記ステップS207におけるゲイン補正処理について、図15のフローチャートを用いて説明する。
次にステップS1503では、全画素の露光時間マップを取得する。
ステップS1506では画素値Pjを記録する。そしてステップS1507で、全ての画素に対して処理を行ったか否かを判定し、行っていれば処理を終了し、そうでなければ画素番号を表すjに1を加えてステップS1504へ戻る。
以下、本発明に係る第2実施形態について説明する。
第2実施形態における長短露光は、行転送トランジスタ1302とリセットトランジスタ1303、あるいは列転送トランジスタ1304とリセットトランジスタ1303、による2種類のリセットタイミングのいずれかを与えることによって制御される。
以下、本発明に係る第3実施形態について説明する。
図17は、第3実施形態におけるカラー撮像素子部(CMOSセンサ)102を構成する画素1202の回路構成例を示すブロック図である。以下、上述した第1実施形態とは異なる動作のみについて説明を行うとし、共通する部分についての説明は省略する。
第3実施形態における長短露光は、行転送トランジスタ1802と行リセットトランジスタ1803、あるいは行転送トランジスタ1802と列リセットトランジスタ1804、による2種類のリセットタイミングのいずれかを与えることによって制御される。
Claims (14)
- 入射光を光電変換した電荷を蓄積する複数の画素からなる撮像素子を駆動することによって撮像を行う撮像手段と、
前記撮像手段で被写体に対する予備撮像を行うことによって得られた予備撮像データに基づき、前記撮像素子の各画素を、第1の領域を構成する画素と、該第1の領域よりも多い露光量を適用すべき第2の領域を構成する画素とのいずれかに分類する領域設定手段と、
前記第1の領域が前記第2の領域の側に拡張されるように前記分類を補正する領域補正手段と、
前記撮像素子の各画素に対し、前記領域補正手段で補正された分類に応じた露光量を設定する露光量設定手段と、を有し、
前記撮像手段は、前記露光量設定手段で設定された露光量に応じて前記撮像素子の各画素に対する駆動パルスを生成することによって、前記被写体に対する本撮像を行うことを特徴とする撮像装置。 - 前記領域設定手段は、前記第1および第2の領域を示す領域マップを生成し、
前記領域補正手段は、前記領域マップにおいて、前記第2の領域を構成する画素のうち、前記第1の領域との境界にある画素の分類を、前記第1の領域を構成する画素に変更し、
前記露光量設定手段は、前記領域補正手段で補正された前記分類に基づいて、各画素の露光量を示す露光量マップを生成することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 - 前記撮像手段は前記予備撮像を行う際に、前記撮像素子の各画素に対し均一な駆動パルスを生成することを特徴とする請求項1または2に記載の撮像装置。
- さらに、前記第1および第2の領域の境界輝度を設定する境界輝度設定手段を有し、
前記領域設定手段は、前記予備撮像データにおける各画素の輝度を前記境界輝度を閾値として2値化して得られるデータに従って、前記撮像素子の各画素を前記第1および第2の領域を構成する画素のいずれかに分類することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前記露光量設定手段は、前記第1および第2の領域のそれぞれに対応するシャッタースピードを設定し、
前記撮像手段は、該設定されたシャッタースピードに基づいて、前記撮像素子の各画素に対する駆動パルスを生成することを特徴とする請求項2乃至4のいずれか1項に記載の撮像装置。 - さらに、前記撮像手段で前記本撮像によって得られた本撮像データに対し、前記シャッタースピードに基づいてゲイン補正を行うゲイン演算手段を有することを特徴とする請求項5に記載の撮像装置。
- 前記撮像手段は、前記予備撮像データにおいて予め定められた値よりも画素値が大きい画素が存在する場合に、前記予備撮像を撮像条件を変えて再度行うことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 前記撮像素子はCMOSセンサであることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 前記撮像手段は前記本撮像を行う際に、前記撮像素子の各画素に対する駆動パルスとして、リセットパルスと行転送パルス、および列転送パルスを生成し、
前記撮像素子の1行内の各画素に対し、前記列転送パルスによって2種類の列転送タイミングのうち前記分類に従う一方を与えることを特徴とする請求項8に記載の撮像装置。 - 前記撮像手段は前記本撮像を行う際に、前記撮像素子の各画素に対する駆動パルスとして、リセットパルスと行転送パルス、および列転送パルスを生成し、
前記リセットパルスと前記行転送パルスによって前記第2の領域を構成する画素にリセットタイミングを与え、前記リセットパルスと前記列転送パルスによって前記第1の領域を構成する画素にリセットタイミングを与えることを特徴とする請求項8に記載の撮像装置。 - 前記撮像手段は前記本撮像を行う際に、前記撮像素子の各画素に対する駆動パルスとして、行リセットパルスと列リセットパルス、および行転送パルスを生成し、
前記行リセットパルスと前記行転送パルスによって前記第2の領域を構成する画素にリセットタイミングを与え、前記列リセットパルスと前記行転送パルスによって前記第1の領域を構成する画素にリセットタイミングを与えることを特徴とする請求項8に記載の撮像装置。 - 入射光を光電変換した電荷を蓄積する複数の画素からなる撮像素子を駆動することによって撮像を行う撮像装置が行う撮像制御方法であって、
前記撮像装置が、被写体に対する予備撮像を行って予備撮像データを取得する予備撮像ステップと、
領域設定手段が、前記予備撮像データに基づき、前記撮像素子の各画素を、第1の領域を構成する画素と、該第1の領域よりも多い露光量を適用すべき第2の領域を構成する画素とのいずれかに分類する領域設定ステップと、
領域補正手段が、前記第1の領域が前記第2の領域の側に拡張されるように前記分類を補正する領域補正ステップと、
露光量設定手段が、前記撮像素子の各画素に対し、前記領域補正ステップにおいて補正された分類に応じた露光量を設定する露光量設定ステップと、
前記撮像装置が、前記露光量設定ステップにおいて設定された露光量に応じて前記撮像素子の各画素に対する駆動パルスを生成することによって、前記被写体に対する本撮像を行う本撮像ステップと、
を有することを特徴とする撮像制御方法。 - 前記領域設定ステップにおいては、前記第1および第2の領域を示す領域マップを生成し、
前記領域補正ステップにおいては、前記領域マップにおいて、前記第2の領域を構成する画素のうち、前記第1の領域との境界にある画素の分類を、前記第1の領域を構成する画素に補正し、
前記露光量設定ステップにおいては、前記領域補正ステップにおいて補正された前記分類に基づいて、各画素の露光量を示す露光量マップを生成することを特徴とする請求項12に記載の撮像制御方法。 - 入射光を光電変換した電荷を蓄積する複数の画素からなる撮像素子を駆動することによって撮像を行う撮像手段と、プロセッサとを備える撮像装置に、
被写体に対する予備撮像を行って予備撮像データを取得する予備撮像ステップと、
前記予備撮像データに基づき、前記撮像素子の各画素を、第1の領域を構成する画素と、該第1の領域よりも多い露光量を適用すべき第2の領域を構成する画素とのいずれかに分類する領域設定ステップと、
前記第1の領域が前記第2の領域の側に拡張されるように前記分類を補正する領域補正ステップと、
前記撮像素子の各画素に対し、前記領域補正ステップにおいて補正された分類に応じた露光量を設定する露光量設定ステップと、
前記露光量設定ステップにおいて設定された露光量に応じて前記撮像素子の各画素に対する駆動パルスを生成することによって、前記被写体に対する本撮像を行う本撮像ステップと、
を実行させるためのプログラム。
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