JP5765945B2 - 撮像装置および撮像装置の制御方法 - Google Patents
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Description
前記比較ステップと前記更新ステップを、複数画面分の画像データに対して繰り返した後の前記メモリ内の画像データを用いて、前記複数画面分の画像データの合成画像データを生成する生成ステップと、を有し、前記所定の閾値は、撮像素子のカラーフィルタに応じて設定されることを特徴とする。
本実施形態では、閾値を超える大きい信号値を選択的に保存することと、低輝度部の信号値を平均して保存することを、信号値に応じて切り替える。
1002はレンズの光路上に配置されているメカニカルシャッタである。
1003はレンズ1001で結像した被写体像を撮像し、電気的な情報に変換するための撮像部である。本発明では、撮像部に含まれる撮像素子としてCMOSイメージセンサやCCDイメージセンサが使用される。また、撮像部1003には撮像素子のほかにCDS回路(相関二重サンプリング回路)やAGC回路(オートゲインコントロール回路)を含むものとして扱う。撮像部1003の出力は画像データとして比較部1006、バッファメモリ1004に出力される。
1005は撮像装置を制御するためのCPUでありレンズ1001、メカニカルシャッタ1002、撮像部1003の他に、後に説明する表示部1009、外部メモリ1008を制御する。
1007は比較部1006の比較結果と撮像部1003からの出力信号値、バッファメモリ1004に記録されている信号値を基に演算を行う演算処理部である。
1009は撮影条件や、スルー画など、撮像装置の各種情報を表示するための表示部である。
1010は撮影のトリガとなるシャッタボタンや、撮影の中断を行う撮影中断ボタン、撮影条件設定ボタンなどを含む操作部であり、押下されたボタンによりCPU1005の判断で各種動作を行う。
1011は、演算部1007から出力される画像信号に対して公知のホワイトバランス処理、色空間変換処理等の現像処理などを行う信号処理部である。
その他撮像装置に備えられる一般的な部材及び処理ブロックについては、本件とは直接関係しないため省略する。
図2は本発明における撮影時のフローチャートである。各処理はCPU1005あるいはCPU1005の指示により各部で実行される。
上記理由としては、撮像装置でよく用いられる赤(R)、緑(G)、青(B)、のカラーフィルタをベイヤー配列に配置した撮像素子では、白い被写体に対し、カラーフィルタによって感度差が生じるためである。
KR=(Y+1.40200×Cr)/WBr
KG=(Y−0.34414×Cb−0.71414×Cr)/WBg (1)
KB=(Y+1.77200×Cb)/WBb
ここで、Cb、Crは色差信号を示す。
Y=0.29891×SR+0.58661×SG+0.11448×SB
Cb=−0.16874×SR−0.33126×SG+0.50000×SB (2)
Cr=0.50000×SR−0.41869×SG−0.08131×SB
ここで、SRはR画素の信号値、SGはG画素の信号値、SBはB画素の信号値である。
また、閾値となる輝度値Yについても、撮像装置内に予め値を保持しておいても良いし、好みの画作りを行うためにユーザが任意に決定しても良い。
ここでは、露光条件は予めユーザまたは撮像装置のプログラムによって、決定されているものとする。
これは、第1の実施形態では時間的に形状の変化する同一の被写体に対し、複数回の露光を行うことを前提としているためである。
また、上記露光条件には、露光時間、絞り値、ISO感度(撮像部1003からの出力の信号ゲインに相当)が挙げられる。
また、撮像部1003内のAGC回路の信号ゲインが増大すると、SNが悪化するため、「開放でも光量が足りない場合や、被写界深度を深くとるために小絞りにしておく必要がある場合」など絞りで露光量の調整に対応できない場合にゲインをアップすることが望ましい。
上記信号の読み出しは、全画素分が終わるまで繰り返される(S1005)。
先に述べたように、2度目以降の露光条件についても、1度目の露光条件と等しい。
また前記同様、読み出し時には信号に対し所望のISO感度となるよう適切なゲインをかける。
具体的には、2番目以降のn番目の画像読み出し時における加算平均処理では、重み付けの結果得られる信号値は下記になる。
Sm’=(1/n)×Si+((n−1)/n)×Sm
上記重み付け加算平均の結果Sm’をバッファメモリ1004の同一アドレスに書き込む。
1画面分の信号値が読み出し完了した後に、撮影終了の判定を行う(S1012)。ユーザによる撮影終了の指示があった場合にはそのときメモリ内に生成されている画像データを最終的な合成画像データとして出力し、合成画像取得までの処理を終了する。
ユーザによる撮影終了の合図とは、通常知られているバルブ撮影のように、「撮影開始ボタンが押されてから離すまで」と定義しても良いし、操作部1010に撮影終了用のボタンを機能として割り振っても良い。また、予めユーザによって枚数が指定されていても良い。
前記操作により、ユーザはリアルタイムに撮影期間を決定することができる。
図3は第1の実施形態の撮像装置について、露光のタイミングを記したものである。
以下、図3(a)を用いて露光のタイミングを説明する。
ここで、SRはCPU1005より撮像部1003に出力される読み出し信号を、RSTはリセット信号を示す。また、EXPは画像の露光タイミングを示し、UPが画面上部を、LOが画面下部を示す。
CMOSイメージセンサで電子シャッタを使用した撮影を行うと、原理上画素の読み出しタイミングと露光の終了タイミングがほぼ等しく、かつ画面内を同時に読み出すことはできないのが一般的である。
t3は画面の読み出し開始タイミングであり、t1〜t3までが画面上部の露光期間となる。t3は読み出しパルスがCPUから撮像部1003に発せられることで画素の信号を読み出してゆく。
t4は2フレーム目のためのリセット開始位置である。
ここでは、露光しない期間をできる限り短くするため、1フレーム目の読み出しが完了する前に、2フレーム目のリセット動作を開始している。
t6は2フレーム目のリセット完了のタイミングである。
t7、t8、t9、t10は、それぞれ、t4、t5、t6、t7に相当する。
以下同様の繰り返しとなる。
t4nのタイミングで画面上部から露光開始、t4n+2のタイミングで画面下部までの露光終了。
t4n+3のタイミングで画面上部から読み出し開始t4n+4のタイミングで画面下部までの読み出し終了。
上記のように露光時間は、フレームレートと略等しくなることが望ましい。
また、上記フレームレートと略等しい露光時間では露出がオーバーする場合は、絞りの絞り光量を減らすか、信号ゲインを下げることにより、フレームレートと略等しい露光時間のまま適正な信号値を確保することができる。
また、具体的な適正露光を得る方法はカメラの一般知識になるためここでは述べない。
また、上記フレームレートでは露光時間が十分に確保できない場合において、絞りや、ゲインの設定範囲を超えている状況では、フレームレートを遅くすることにより適正なフレームレートを確保することができる。
以下、図3(b)を用いて露光タイミングを説明する。
ここで、SR1はCPU1005より撮像部1003に出力される第1フィールドの読み出し信号を、SR2は第2フィールドの読み出し信号を、SR3は第3フィールドの読み出し信号を示す。
そのほかの記号は図3(a)と同様である。
また、CCDイメージセンサでの画素加算や画素間引きを行わない読み出し方式、すなわち全画素読み出し方式では画面全体を複数のフィールドに分けて読み出すのが一般的である。
通常CCDイメージセンサでは全画面一括露光を行うのが一般的であるが、その場合露光終了時にメカニカルシャッタを使用しないと各フィールドで露光時間差が発生してしまう。しかし、本実施形態では、露光しない期間をできる限り短くするため、電子シャッタを使用し、全画面一括リセットでなく、各フィールドの読み出しによるリセット動作を行う。
このように露光間隔を空けずに撮影するため、前のフレームの読み出し完了前に次フレームの露光を開始することが望ましい。
また、上記フレームレートと略等しい露光時間では露出がオーバーする場合は、絞りを絞り光量を減らすか、信号ゲインを下げることにより、フレームレートと略等しい露光時間のまま適正な露光量を確保することができる。
また、上記フレームレートでは露光時間が十分に確保できない場合において、絞りや、ゲインの設定範囲を超えている状況では、フレームレートを遅くすることにより適正なフレームレートを確保することができる。
図4(a)は、1度目の露光によって得られた画像、図4(b)は2度目の露光によって得られた画像、図4(c)は3度目の露光によって得られた画像である。
図5は本発明の第2の実施形態における撮影時のフローチャートである。
ここでは、露光条件は第1の実施形態同様に予めユーザまたは撮像装置のプログラムによって、決定されているものとする。
また、本実施形態では、複数枚の画像における撮影時露光条件は等しいとは限らない。
これは、第2の実施形態では異なる被写体に対し露光を行い、合成画像を作成することを目的としているためである。
また、上記露出条件には、露光時間、絞り値、ISO感度(撮像素子出力の信号ゲインに相当)が挙げられる。
第2の実施形態ではメカニカルシャッタ1002を使用した撮影となるため、画面内一括露光が可能となり、第1の実施形態のような画面内露光時間差は発生しない。
よって、ユーザが好みの撮影条件(しぼり、ゲイン、露光時間)で撮影を行いやすい。
上記閾値の設定については、第1の実施形態と同様である。
次に、シャッタボタンが押されたか否かの判定を行い(S2002)、押下された場合撮影開始前に指定された条件によって、露光を開始する(S2003)。
露光終了後、メカニカルシャッタ1002を閉じ、撮像部1003に含まれる撮像素子の撮像面に光が当たらないようにする。
上記信号の読み出しは、全画素分が終わるまで繰り返される(S2006)。
また読み出しの際には、信号に対し適切なゲインをかける。前記作業は予め設定したISO感度相当に信号を増やすために必要となる。
上記2度目の露光では、1度目の露光と同条件である必要はなく、むしろ撮影の目的に応じて露光条件を設定した方がよい。
上記2度目の露光終了時には1度目と同様メカニカルシャッタ1002を閉じる。
次に、撮像部1003から読み出された1画素の信号値Siと、バッファメモリ1004に蓄えられた撮像部1003から読みだされた信号の画素と対応した画素の信号値Smの両方を予め設定された閾値と比較する(S2010)。Siと「対応する」画素とは、ここでは撮像している被写体が対応している画素のことを指し、画像同士の位置合わせの処理を行わない本実施形態では、同一アドレスの関係にある画素のことを指す。2画像の差分などから画像間のずれ量を算出するなどして位置合わせ処理を行った上で合成する場合には、「対応する」画素は位置合わせ後に同一アドレスとみなされる画素のことを指す。
もしSi、Smが閾値より小さい場合には、SiとSmの加算平均処理を行い、その結果を同一アドレスの信号値として上書きする(S2011)。
重み付け加算平均処理については第1の実施形態にて述べた。
上記のように、信号値に応じて処理を変える理由は、(1)高輝度部の信号値を保持すること、(2)低輝度部の信号値を平均することにより、ノイズを抑えるためである。
上記のように、暗部と高輝度部で処理を分けることにより、全ての画素について大きい方の信号値を保存するようにした場合に比して、ランダムノイズによる黒部の信号浮きを抑えることができる。
シャッタボタンが押される度(S2014)に、露光(S2008)から画素信号の読み出し、比較、メモリの更新(S2001)、(S2012)を繰り返す。
図6(a)は撮像部1003にCMOSイメージセンサを使用した場合である。
ここで、MSTはCPU1005よりメカニカルシャッタ1002に出力されるシャッタ信号を示し、閉側で閉じた状態を、開側で開いた状態を示す。そのほかの記号は図3と同様である。
まず、ユーザによるシャッタボタンをトリガとして、t1でリセット信号がCPUより撮像部1003に発せられる。上記信号を受けて、撮像部1003に含まれる撮像素子の全画素の電荷が一斉に吐き捨てられる。
第2の実施形態では、複数の画像の撮影間隔が開くためメカニカルシャッタの使用が可能となる。また、メカニカルシャッタを使用することにより、第1の実施形態と異なり画面内の露光タイミングずれを抑えることができる。
t2ではメカニカルシャッタ1002が閉じると同時に撮像部1003から信号の読み出しが開始される。
t3で撮像部からの信号読み出しが完了し、操作部に備えられたシャッタボタンが次に押されるのを待つ。
時間を置いて、ユーザにより再度シャッタボタンが押されると、t4でリセット信号がCPUより撮像部1003に発せられる左記により2度目の露光が開始される。
露光・読み出し動作としては、t4、t5、t6がt1、t2、t3に相当する。
最終的な露光枚数をnとすると、n枚目の撮影では、t3n+1、t3n+2、t3n+3がt1、t2、t3に相当する。
図に含まれる記号は図3および、図4(a)と同様である。
本実施形態でも、最初のフィールドでは全画面を3行置きに飛ばして読み出しを行い、2番目のフィールドでは、第1のフィールドで読み出した行の直下にあたる行の読み出しを行い、3番目のフィールドでは、残りの行の読み出しを行うものとして説明する。
t2ではメカニカルシャッタが閉じると同時に撮像部1003から第1フィールドの信号の読み出しが開始される。
第2フィールドの信号読み出し完了後、t4で撮像部1003から第3フィールドの信号の読み出しが開始される。
全てのフィールドの読み出し完了後、操作部に備えられたシャッタボタンが次に押されるのを待つ。
最終的な露光枚数をnとすると、n枚目の撮影では、t4n+1、t4n+2、t4n+3、t4n+4がt1、t2、t3、t4に相当する。
このため、露光時間を自由に設定することができる。
また、撮影間隔を空けることにより、ユーザは、複数枚の各画像の撮影条件(ゲイン、絞り、露光時間)を自由に設定することができる。
上記設定により、簡単な操作でユーザの画作りの幅を大きく広げることが可能となる。
まず、花火の撮影例を示す。
図7(a)は、1度目の露光によって得られた画像、図7(b)は2度目の露光によって得られた画像である。図7(c)は合成後の画像である。
第2の実施形態の露光では、各画像の露出条件をユーザが任意に指定できるため、より自由度の高い撮影が可能となる。
この例では、室内の照明を消して窓から見える夜景を撮影した画像と(図7(d))と室内照明をつけた屋内の風景(図7(e))から、室内、室外の両方の風景が見える合成画像(図7(f))を作成した例である。
ここで、図7(d)、図7(e)はそれぞれの被写体に対して、適正な露光条件で撮影を行う。
上記のようにして、連写によって得られた複数の画像を用いた合成画像を、少量のメモリかつ簡単な操作で作成可能となる。
図8を用いて本発明の第3の実施形態における撮像装置の駆動方法を説明する。
図8は本発明における撮影時のフローチャートである。
ここでは、第1の実施形態同様露光条件は予めユーザまたは撮像装置のプログラムによって、決定されているものとする。
これは、第1の実施形態同様、時間的に形状の変化する同一の被写体に対し、複数回の露光を行うことを前提としているためである。
また、上記露出条件には、露光時間、絞り値、ISO感度(撮像素子出力の信号ゲインに相当)が挙げられる。
また、露光量がオーバーする場合には、絞りを絞って撮像素子への入射光量を減らすか、信号ゲインを減らしてフレームレートと露光時間を略等しくすることが好ましい。
また、信号ゲインが増大すると、SNが悪化するため、「開放でも光量が足りない場合や、被写界深度を深くとるために小絞りにしておく必要がある場合」などではゲインをアップすることが望ましい。
まず、最初に閾値KR、KG、KBの設定を行う(S3001)。以下(S3006)までが、第1の実施形態の(S1001)から(S1006)に相当する。
操作部に記録中断ボタンを設け、ユーザが記録中断ボタンを押下した際には、記録中断中と判断することが望ましい。
図9は第3の実施形態の撮像装置で撮影を行った結果を図示したものである。
図9(a)は、1度目の露光によって得られた画像、図9(b)および図9(f)は2度目以降の各露光によって得られた画像である。
また、図9(a)、図9(b)、図9(c)は連続して露光された3枚の画像である。
図9(d)、図9(e)、図9(f)は、図9(c)の撮影の後に撮影中断期間を経て、3枚連続して露光された画像である。
ユーザの操作としては下記のようになる。
本発明の目的は以下のようにしても達成できる。すなわち、前述した各実施形態の機能を実現するための手順が記述されたソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体を、システムまたは装置に供給する。そしてそのシステムまたは装置のコンピュータ(またはCPU、MPU等)が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出して実行するのである。
1002 メカニカルシャッタ
1003 撮像部
1004 バッファメモリ
1005 CPU
1006 比較部
1007 演算部
1008 外部メモリ
1009 表示部
1010 操作部
Claims (20)
- 被写体を撮像し、画像データを出力する撮像手段と、
前記撮像手段から出力される1画面分の画像データを保持可能な容量を有するメモリと、
前記撮像手段から出力される第1の画像データの第1の画素値と、前記メモリに保持された1画面分の第2の画像データの、前記第1の画像データの前記第1の画素値に対応する第2の画素値との両方を、所定の閾値と比較する比較手段と、
前記比較手段による比較で前記第1及び前記第2の画素値のうち少なくとも一方が前記所定の閾値を超えるとき、前記第1及び前記第2の画素値のうち、小さくない方の値で前記第2の画素値を更新する更新手段と、
前記比較手段に前記比較を、前記更新手段に前記更新を、複数画面分の画像データに対して繰り返させた後の前記メモリ内の画像データを用いて、前記複数画面分の画像データの合成画像データを生成する制御手段と、を有し、
前記所定の閾値は、撮像素子のカラーフィルタに応じて設定されることを特徴とする撮像装置。 - 前記更新手段は、前記比較手段による比較で前記第1及び前記第2の画素値の両方が前記所定の閾値を超えないとき、前記第1及び前記第2の画素値の平均値で前記第2の画素値を更新することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
- 前記更新手段による前記平均値は、1画面あたりの重みが等しくなるように重みづけ平均を行って得られる値であることを特徴とする請求項2に記載の撮像装置。
- 前記所定の閾値は、撮像素子のカラーフィルタ毎に設定されることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1つに記載の撮像装置。
- 前記撮像手段から出力される画像データにホワイトバランスの処理を施すホワイトバランス処理手段を有し、
前記カラーフィルタ毎の所定の閾値は、前記ホワイトバランス処理に用いられるホワイトバランス係数に基づいて決定されることを特徴とする、請求項4に記載の撮像装置。 - 前記ホワイトバランス係数は、前記撮像手段による撮像の前に予備撮影を行い、その結果を用いて決定されることを特徴とする請求項5に記載の撮像装置。
- 前記制御手段は、前記更新手段によって更新される前記メモリに記録された1画面分の画像データの輝度値の平均値が所定の輝度値を超えると、前記合成画像データの生成を終了することを特徴とする請求項3に記載の撮像装置。
- ユーザの操作によって前記撮像手段による撮像の枚数を指定する指定手段を有し、
前記制御手段は、前記指定手段によって指定された枚数分の画像データを用いて前記合成画像データを生成することを特徴とする請求項3に記載の撮像装置。 - ユーザの操作によって前記撮像手段による撮像を終了する指示を行う指示手段を有することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1つに記載の撮像装置。
- 前記撮像手段は、前記複数画面分の画像データを取得する時の露光において、電子シャッタを使用することを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1つに記載の撮像装置。
- 前記撮像手段にはCMOSイメージセンサが用いられ、
前記撮像手段は、前記複数画面分の画像データを取得する時の露光においてローリングシャッタを使用し、
現在のフレームの信号読み出し中に、次のフレームのリセット動作を開始することを特徴とする請求項1および請求項9に記載の撮像装置。 - 前記撮像手段は、前記複数画面分の画像データを取得する時の露光条件について、同一の露光条件で撮像することを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1つに記載の撮像装置。
- 前記撮像手段は、前記複数画面分の画像データを取得する時の露光条件を、1枚目の画像の撮像前にユーザが指定することを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1つに記載の撮像装置。
- 前記撮像手段は、前記複数画面分の画像データを取得する時の露光条件を、1枚目の画像撮像前に予備撮影を行うことにより、その結果を用いて前記撮像画像の露光条件を決定し、前記露光条件で撮像を行うことを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1つに記載の撮像装置。
- 前記撮像手段は、前記複数画面分の画像データを取得する時に、露光終了時のシャッタとしてメカニカルシャッタを使用することを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1つに記載の撮像装置。
- 被写体を撮像し、画像データを出力する撮像手段と、
前記撮像手段から得られる複数の画像データを画素ごとに合成して合成画像データを生成する合成手段と、を有し、
前記合成手段は、前記複数の画像データ間の対応する画素の各画素値の少なくとも1つが所定の閾値よりも大きければ、前記各画素値のうちの最大値を当該アドレスの画素値とし、
前記複数の画像データ間の対応する画素の各画素値がすべて所定の閾値より小さければ、前記各画素値の平均値を当該アドレスの画素値として、1画面分の前記合成画像データを生成し、
前記所定の閾値は、撮像素子のカラーフィルタに応じて設定されることを特徴とする撮像装置。 - 被写体を撮像し、画像データを出力する撮像手段と、前記撮像手段から出力される1画面分の画像データを保持可能な容量を有するメモリと、を有する撮像装置であって、
前記撮像手段から出力される第1の画像データの第1の画素値と、前記メモリに保持された1画面分の第2の画像データの前記第1の画像データの前記第1の画素値に対応する第2の画素値との両方を、所定の閾値と比較する比較ステップと、
前記比較ステップでの比較で前記第1及び前記第2の画素値のうち少なくとも一方が前記所定の閾値を超えるとき、前記第1及び前記第2の画素値のうち、小さくない方の値で前記第2の画素値を更新する更新ステップと、
前記比較ステップと前記更新ステップを、複数画面分の画像データに対して繰り返した後の前記メモリ内の画像データを用いて、前記複数画面分の画像データの合成画像データを生成する生成ステップと、を有し、
前記所定の閾値は、撮像素子のカラーフィルタに応じて設定されることを特徴とする撮像装置の制御方法。 - 被写体を撮像し、画像データを出力する撮像手段と、前記撮像手段から得られる複数の画像データを画素ごとに合成して合成画像データを生成する合成手段と、を有する撮像装置の制御方法であって、
前記複数の画像データ間の対応する画素の各画素値を所定の閾値と比較する比較ステップと、
前記比較ステップでの比較で前記各画素値の少なくとも1つが所定の閾値よりも大きければ、前記各画素値のうちの最大値を当該アドレスの画素値とし、
前記比較ステップでの比較で前記各画素値がすべて所定の閾値より小さければ、前記各画素値の平均値を当該アドレスの画素値として、1画面分の前記合成画像データを生成する生成ステップと、を有し、
前記所定の閾値は、撮像素子のカラーフィルタに応じて設定されることを特徴とする撮像装置の制御方法。 - 請求項17または18に記載の撮像装置の制御方法の手順が記述されたコンピュータで実行可能なプログラム。
- 請求項17または18に記載の撮像装置の制御方法の手順が記述されたプログラムが記憶されたコンピュータが読み取り可能な記憶媒体。
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