JP5820120B2

JP5820120B2 - 撮像装置およびその制御方法

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Description

本発明は撮像装置およびその制御方法に関し、特には撮像された画像信号に発生するフリッカを抑制可能な撮像装置およびその制御方法に関する。

デジタルカメラ等の撮像装置の撮像素子として用いられるCMOSイメージセンサは、CCDイメージセンサと異なり、ライン毎に露光タイミングが異なる。そのため、蛍光灯のような、電源周波数（50Hzや60Hz等）に応じて周期的に輝度が変化する光源（フリッカ光源）下で撮像した１フレーム分の画像信号には横縞状の明暗変化が生じる。具体的には、電源周波数が50Hzの場合には、１／１００秒周期で光源の輝度が変化し、60Hzの場合には、１／１２０秒周期で光源の輝度が変化する。この明暗変化は時間の経過と共に、撮像素子の露光ラインに対して垂直方向に移動する。このような、垂直方向の周期的な明暗をフリッカと呼ぶ。フリッカを抑制するため、光源の輝度変化の周期の正の倍数のシャッタ速度で撮像する方法が知られている。つまり、電源周波数が50Hzなら撮像装置のシャッタ速度を1/50秒や1/100秒に、60Hzならば1/60秒や1/120秒とするものである。以下、１／（光源の輝度変化の周期）をフリッカ周波数と呼ぶ。

一方、撮像装置の静止画撮像モードでは、スタンバイ状態において表示装置にスルー画像（あるいはライブビュー画像）を表示し、表示装置を電子ビューファインダ（ＥＶＦ）として機能させることが多い。また、シャッタボタンの半押し時にオンするレリーズSW1と、全押し時にオンするレリーズSW2とを設け、レリーズSW1がオンすると撮像準備動作を開始し、レリーズSW2がオンすると撮像動作を開始するように構成される撮像装置が多い。撮像準備動作には、自動焦点検出（以下、オートフォーカスまたはＡＦと呼ぶ）処理が含まれ、撮像動作には撮像処理および撮像画像の記録媒体への保存処理が含まれる。

一般的な撮像装置は被写体輝度に応じた適切な撮像条件（絞りとシャッタ速度（および必要に応じてさらに撮像感度））の組み合わせを予め定めたプログラム線図を用いた自動露出制御機能を有している。また、用途に応じたプログラム線図を用意しておき、選択的に用いることが知られている。

例えば、特許文献１では、動画モードと静止画モードとで異なるプログラム線図を用いるビデオカメラが開示されている。具体的には、動画モードでは１／６０秒のシャッタ速度を維持するように絞りとゲイン（撮像感度）を変化させるプログラム線図を用いている。また、静止画モードでは動画モード以上のシャッタ速度とし、また室内での明るさに相当する被写体輝度の範囲ではシャッタ速度を１／１００秒としてフリッカを抑制可能なプログラム線図を用いている。

また、従来のデジタルカメラ等の撮像装置において、被写体に対して焦点の合った静止画撮影を行うために、ＡＦ処理を行ったときの絞りよりも静止画撮影時の絞りが開かないように絞りを制御するものがある。これは、絞りを開くほど被写界深度が浅くなり、ＡＦ処理により焦点を合わせた被写体に対して静止画撮影時に絞りを開くことで焦点が合わなくなることを防ぐためである。そこで、例えば、ＡＦ処理を行ったときの絞りよりも静止画撮影時の絞りが開かないように、レリーズSW1がオンしてから開始されるＡＦ処理に用いるプログラム線図をレリーズSW1オフの状態で用いるプログラム線図と異ならせるようにしている。

特開平９−０８３９４５号公報

しかしながら、レリーズSW2オンによって撮像される静止画に加え、レリーズSW2オン直前の所定期間の動画も合わせて記録する静止画撮像モードを想定した場合、以下のような課題が生じると考えられる。

このような静止画撮像モードでは、レリーズSW2がオフでレリーズSW1がオンの期間において撮像された動画が記録されることになるが、レリーズSW1がオンの期間ではＡＦ処理を含む撮像準備処理が行われている。上述のように、ＡＦ処理時にＡＦ処理に適したプログラム線図を用いた場合、フリッカを抑制することができるシャッタ速度になるとは限らず、ＡＦ処理中に撮像された動画にフリッカが含まれ、好適でない画像が動画として記録されてしまう。

本発明はこのような従来技術の課題を解決することを目的とする。すなわち、本発明は、静止画とともに静止画撮像直前の所定期間の動画を記録する場合に、記録される動画におけるフリッカ抑制と、静止画撮像における良好な焦点検出精度を両立させることを目的とする。

上述の目的は、撮像素子と、撮像準備処理の開始指示に応答して、撮像素子で撮像して得られた画像データを用いた自動焦点検出処理を含む撮像準備処理を行う処理手段とを有し、撮像準備処理の開始後に与えられた撮像指示に応答して撮像素子で撮像して得られた静止画と、撮像指示の直前の所定期間において撮像素子で撮像して得られた動画とを記録する撮像モードを有する撮像装置であって、処理手段は、撮像モードにおける撮像準備処理における自動焦点検出処理において用いる画像データを撮像素子で撮像して得るための撮像条件として、シャッタ速度、絞り値、および撮像感度の組み合わせを被写体輝度ごとに定めたプログラム線図を用いて決定し、プログラム線図が、第１の領域から第４の領域で構成され、第１の領域では、開放絞り、最低シャッタ速度および最大撮像感度の組み合わせから、被写体輝度が上昇するに従って、開放絞りと最大撮像感度とを維持しながら、撮像環境における光源に起因するフリッカを抑制可能な所定のシャッタ速度までシャッタ速度を上昇させ、第１の領域に続く第２の領域では、被写体輝度が上昇するに従って、開放絞りと所定のシャッタ速度とを維持しながら、撮像感度を最小撮像感度まで低下させ、第２の領域に続く第３の領域では、被写体輝度が上昇するに従って、開放絞りと最小撮像感度とを維持しながら、シャッタ速度を最高シャッタ速度まで増加させ、第３の領域に続く第４の領域では、最小撮像感度、開放絞り、最高シャッタ速度の組み合わせから、絞りを小さくし、被写体輝度が上昇するに従って、当絞りと最小撮像感度を維持しながら、シャッタ速度を、当絞りと最小撮像感度に対応するシャッタ速度から最高シャッタ速度まで増加させる、ように撮像条件が定められることを特徴とする撮像装置によって達成される。

このような構成により、本発明によれば、静止画とともに静止画撮像直前の所定期間の動画を記録する場合に、記録される動画におけるフリッカ抑制と、静止画撮像における良好な焦点検出精度が両立できる。

本発明の実施形態に係る撮像装置の一例としてのデジタルカメラの構成例を示すブロック図。本発明の実施形態に係るデジタルカメラにおける、自動焦点検出処理用のプログラム線図設定動作を説明するためのフローチャート。本発明の実施形態に係るデジタルカメラが用いる自動焦点検出処理用のプログラム線図の例を示す図。図２のＳ２０１におけるフリッカ検出処理の具体例を説明するためのフローチャート。

以下、添付図面を参照して、本発明をその例示的な実施形態に基づいて詳細に説明する。ここでは本発明を撮像装置の一例としてのデジタルカメラに適用した実施形態について説明する。しかし、本発明は、静止画とともに静止画撮像直前の所定期間の動画を記録することが可能であって、当該動画の記録中に自動焦点検出処理を行う任意の撮像装置に適用可能である。

（デジタルカメラ１００の構成）
図１は、本発明の一実施形態に係る撮像装置の一例としてのデジタルカメラ１００の構成例を示すブロック図である。１０はレンズ部、１２は絞り機能を備えるシャッタ、１４は光学像を電気信号に変換する撮像素子、１６は撮像素子１４からのアナログ画像信号をデジタル化し、画像データに変換するＡ／Ｄ変換器である。なお、撮像素子１４には、ＣＣＤイメージセンサ、ＣＭＯＳイメージセンサ等を用いることができる。また、撮像素子１４の出力段には図示しない増幅部が設けられ、撮像素子１４の出力信号（アナログ画像信号）を設定されたゲインで増幅する。ゲインの値は露光制御部４０から与えられる。

タイミング発生部１８は撮像素子１４、Ａ／Ｄ変換器１６、Ｄ／Ａ変換器２６にクロック信号や制御信号を供給し、メモリ制御部２２及びシステム制御部５０により制御される。

画像処理部２０は、Ａ／Ｄ変換器１６からの画像データ或いはメモリ制御部２２からの画像データに対して所定の画素補間処理や色変換処理を行う。
また、画像処理部２０においては、撮像した画像データを用いて所定の演算処理を行う。そして、得られた演算結果に基づいてシステム制御部５０が露光制御部４０、焦点制御部４２を制御し、ＴＴＬ（スルー・ザ・レンズ）方式のＡＦ（自動焦点検出）、ＡＥ（自動露出）、ＥＦ（フラッシュプリ発光）機能を実現している。

さらに、画像処理部２０においては、撮像した画像データを用いて所定の演算処理を行い、得られた演算結果に基づいてＴＴＬ方式のＡＷＢ（オートホワイトバランス）処理も行っている。

メモリ制御部２２は、Ａ／Ｄ変換器１６、タイミング発生部１８、画像処理部２０、画像表示メモリ２４、Ｄ／Ａ変換器２６、メモリ３０、圧縮伸長部３２を制御する。
Ａ／Ｄ変換器１６の出力データが画像処理部２０、メモリ制御部２２を介して、或いはＡ／Ｄ変換器１６の出力データが直接メモリ制御部２２を介して、画像表示メモリ２４或いはメモリ３０に書き込まれる。

画像表示メモリ２４に書き込まれた表示用の画像データは、Ｄ／Ａ変換器２６を介してＬＣＤや有機ＥＬディスプレイ等の画像表示部２８により表示される。撮像した画像データを画像表示部２８で逐次表示すれば、電子ビューファインダ（ＥＶＦ）機能を実現することが可能である。
メモリ３０は撮影した静止画や動画を格納する記憶装置である。また、メモリ３０はシステム制御部５０の作業領域としても使用することが可能である。

圧縮伸長部３２は、メモリ３０に格納された画像データを読み込み、その画像データを所定の画像圧縮方法に従って圧縮し、圧縮された画像データをメモリ３０に書き込む。また、圧縮伸長部３２は、メモリ３０から圧縮された画像データを読み込み、その画像データを伸長し、伸長された画像データをメモリ３０に書き込むこともできる。

露光制御部４０は絞り機能を備えるシャッタ１２を制御するとともに、フラッシュ４８と連携することによりフラッシュ調光機能も有する。また、露光制御部４０は標準ゲインとゲイン係数とから算出したゲインを撮像素子１４の増幅部に設定する。

焦点制御部４２はレンズ部１０のフォーカシングを制御し、ズーム制御部４４はレンズ部１０のズーミングを制御する。バリア制御部４６はレンズ部１０の保護を行うためのバリア１０２の動作を制御する。
フラッシュ４８は撮影時の補助光源として機能し、調光機能も有する。また、ＡＦ補助光の投光機能も有する。

露光制御部４０、焦点制御部４２はＴＴＬ方式を用いて制御されており、撮像した画像データを画像処理部２０によって演算した演算結果に基づき、システム制御部５０が露光制御部４０、焦点制御部４２に対して制御を行う。

システム制御部５０は例えばＣＰＵであり、メモリ５２に記憶されたプログラムを実行することによりデジタルカメラ１００全体を制御する。メモリ５２はシステム制御部５０の動作用の定数、変数、プログラム等を記憶する。

表示部５４は例えばＬＣＤやＬＥＤ、スピーカ等の出力装置の組み合わせにより構成され、システム制御部５０でのプログラムの実行に応じて、文字、画像、音声等を用いて動作状態やメッセージ等を出力する。表示部５４はデジタルカメラ１００の操作部７０近辺の視認し易い位置に、単数或いは複数設置される。また、表示部５４の一部は光学ファインダ１０４内に設置されている。
不揮発性メモリ５６は電気的に消去・記録可能なメモリであり、例えばＥＥＰＲＯＭ等が用いられる。

モードダイヤル６０、第１シャッタスイッチ（ＳＷ１）６２、第２シャッタスイッチ（ＳＷ２）６４、電源スイッチ６６、無線接続ボタン６８及び操作部７０は、システム制御部５０に所定の動作の開始、停止等を指示するための操作部材である。これらの操作部材は、ボタン、スイッチ、ダイアル、タッチパネル、視線検知装置、音声認識装置或いはこれらの組み合わせで構成される。

第１シャッタスイッチ（ＳＷ１）６２は、デジタルカメラ１００に設けられたシャッタボタン（図示せず）の第１ストローク（例えば半押し）でオンとなる。第１シャッタスイッチ（ＳＷ１）６２のオンは、撮像準備処理の開始指示と認識され、それに応答してＡＦ処理、ＡＥ処理、ＡＷＢ処理、ＥＦ処理等が開始される。

第２シャッタスイッチ（ＳＷ２）６４は、デジタルカメラ１００に設けられたシャッタボタンの第２ストローク（例えば全押し）でＯＮとなり、露光処理、現像処理及び記録処理からなる一連の処理の開始を指示する。まず、露光処理では、撮像素子１４から読み出した信号をＡ／Ｄ変換器１６、メモリ制御部２２を介して画像データをメモリ３０に書き込み、更に、画像処理部２０やメモリ制御部２２での演算を用いた現像処理が行われる。更に、メモリ３０から画像データを読み出し、圧縮伸長部３２で圧縮を行い、メモリカード２００や２１０に画像データを書き込む記録処理が行われる。

電源スイッチ６６は、デジタルカメラ１００の電源オン及び電源オフを行うためのスイッチである。
無線接続ボタン６８は、無線通信部１１４によってデジタルカメラ１００と外部装置（不図示）との間で無線通信を行うための無線接続開始をユーザが指示するためのボタンである。無線接続が確立していない状態において、無線接続ボタン６８が押下されると、無線接続開始指示がシステム制御部５０へ入力される。なお、デジタルカメラ１００と無線通信を行う外部装置には、パーソナルコンピュータ、プリンタ、ストレージサーバなどを用いることができる。

操作部７０は、スイッチ、ボタン、回転ダイアルスイッチ、タッチパネル等の操作部材を有するユーザインターフェースである。

電源制御部８０は、電池検出回路、ＤＣ−ＤＣコンバータ、通電するブロックを切り替えるスイッチ回路等により構成され、電池の装着の有無、電池の種類、電池残量の検出を行う。また、電源制御部８０は、これらの検出の結果及びシステム制御部５０の指示に基づいてＤＣ−ＤＣコンバータを制御し、必要な電圧を必要な期間、メモリカード２００及び２１０を含む各部へ供給する。

電源８６はアルカリ電池やリチウム電池等の一次電池やＮｉＣｄ電池やＮｉＭＨ電池、Ｌｉ電池等の二次電池、或いはＡＣアダプター等からなり、コネクタ８２及び８４によってデジタルカメラ１００に取り付けられる。

メモリカード２００及び２１０は、取り外し可能な記憶媒体である。メモリカード２００及び２１０には、半導体メモリカードだけでなく、リムーバブルＨＤＤなどを用いることもできる。メモリカード２００は、メモリ２０２と、カメラインターフェース２０４と、コネクタ２０６とを有する。メモリカード２１０は、メモリ２１２と、カメラインターフェース２１４と、コネクタ２１６とを有する。メモリ２０２及び２１２は、ランダムアクセス可能な不揮発性メモリである。カメラインターフェース２０４はデジタルカメラ１００側のカードインターフェース９０と通信可能であり、カメラインターフェース２１４はデジタルカメラ１００側のカードインターフェース９４と通信可能である。コネクタ２０６はカメラ側のコネクタ９２と接続可能であり、コネクタ２１６はカメラ側のコネクタ９８と接続可能である。なお、メモリカード２００及び２１０の装着及び取り外しは、デジタルカメラ１００に内蔵されたカード検知部（不図示）によって検知される。

バリア１０２は、デジタルカメラ１００の、レンズ部１０を含む撮像部を覆う事により、撮像部の汚れや破損を防止する。
光学ファインダ１０４は例えばＴＴＬファインダであり、プリズムやミラーを用いてレンズ部１０を通じた光束を結像する。光学ファインダ１０４を用いることで、画像表示部２８による電子ファインダ機能を使用すること無しに撮影を行うことが可能である。

有線通信部１１０は、ＲＳ２３２Ｃ、ＵＳＢ、ＩＥＥＥ１３９４、Ｐ１２８４、ＳＣＳＩ、モデム、ＬＡＮ等による通信を行う。コネクタ１１２は、有線通信部１１０によりデジタルカメラ１００と外部装置との通信を行う際に、ケーブルを接続するためのコネクタである。

無線通信部１１４は、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｂ／ｇ等の無線ＬＡＮ通信、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＩｒＤＡ等による通信を行う。アンテナ１１６は、無線通信部１１４によりデジタルカメラ１００と外部装置との通信を行う際に用いる。

識別情報記憶部１１８は、無線通信部１１４、アンテナ１１６を介して外部装置（不図示）と無線通信を行う際に、通信に先立って認証を行うための各種識別情報を格納する。識別情報記憶部１１８は、例えば書き換え可能な不揮発性メモリから構成される。

次に、絞り値とシャッタ速度（および撮像感度もしくはゲイン）の関係を示すプログラム線図の設定に関して説明する。システム制御部５０は、例えば操作部７０から設定された撮像モードに応じて、例えば不揮発性メモリ５６に記憶されている複数のプログラム線図のうち１つを選択して撮像条件を設定する。以下、自動焦点検出処理時の撮像に用いるプログラム線図をAF用P線図と呼ぶ。また、撮像指示にしたがって撮像して得られた静止画のみ記録する撮像モードを静止画撮像モード、撮像指示にしたがって撮像して得られた静止画と静止画撮像直前の所定期間の動画とを記録する撮像モードを動画・静止画連続撮像モードと呼ぶ。そして、本実施形態では、静止画撮像モード用のAF用P線図と、動画・静止画連続撮像モード用のAF用P線図が不揮発性メモリ５６に記憶されている。

本実施形態のデジタルカメラ１００は、静止画が撮像可能なスタンバイ状態において動画を撮像し、撮像した動画を直ちに画像表示部２８に表示することにより、画像表示部２８を電子ビューファインダとして機能させる。画像表示部２８を電子ビューファインダとして機能させるために表示する動画をスルー画像もしくはＥＶＦ画像と呼ぶ。

システム制御部５０は、スタンバイ状態においてユーザによりシャッタボタン（不図示）が半押しされ、第１シャッタスイッチ（ＳＷ１）６２がオンになると、撮像準備処理を開始する。システム制御部５０は、例えばスルー画像の輝度情報に基づいて被写体輝度を算出する。なお、被写体輝度はレンズ部１０とは光軸の異なる外測センサを用いて取得してもよい。そして、設定されているAF用P線図を被写体輝度によって参照し、撮像条件（絞り値およびシャッタ速度（必要ならさらにゲイン係数））を決定する。システム制御部５０は、決定した撮像条件を露光制御部４０に供給し、シャッタ１２（絞り値及びシャッタ速度）および撮像素子１４（撮像感度又はゲイン）を制御する。

そして、システム制御部５０は、撮像された画像データに基づいて例えばコントラスト法による自動焦点検出処理を開始させる。また、本実施形態のデジタルカメラは、動画・静止画連続撮像モードが設定されている場合には、静止画と合わせて記録する動画の長さとして設定されている時間分以上の最新のスルー画像を例えばメモリ５２に蓄積する。

そして、撮像準備処理の開始後、撮像指示（第２シャッタスイッチ（ＳＷ２）６４のオン）が与えられると、システム制御部５０は上述した露光処理、現像処理及び記録処理からなる一連の撮像処理を開始させる。またシステム制御部５０は、メモリ５２に一時蓄積されている、静止画撮像直前における所定期間に撮像されて得られた動画も合わせて記録する。

＜AF用P線図の切り替え＞
次に、本実施形態に係るデジタルカメラ１００における、AF用P線図の切り替え処理について、図２に示すフローチャートを参照して説明する。
（Ｓ２０１）
システム制御部５０は、スルー画像にフリッカ成分が含まれるかどうかを判定するフリッカ検出を、画像処理部２０を用いて実行する。システム制御部５０は、フリッカ検出処理により、電源周波数が50Hzのフリッカ光源下、電源周波数が60Hzのフリッカ光源下、もしくはフリッカの存在しない光源下のうちどの環境で撮像しているかを判定する。フリッカ検出処理の詳細については図４を用いて後述する。

（Ｓ２０２〜Ｓ２０３）
システム制御部５０は、デジタルカメラ１００に現在設定されている撮像モードが動画撮像モードの場合はＳ２０４へ、動画・静止画連続撮像モードの場合はＳ２０５へ、それ以外の撮像モード（静止画撮像モード）の場合はＳ２０６へ、それぞれ処理を移行させる。

（Ｓ２０４〜Ｓ２０６）
システム制御部５０は、例えば不揮発性メモリ５６に記憶されているAF用P線図の中から、現在設定されている撮像モードに応じたAF用P線図を読み出して露光制御部４０に設定する。すなわち、動画撮像モードの場合は動画撮像用のAF用P線図、動画・静止画連続撮像モードの場合は動画・静止画連続撮像用のAF用P線図、静止画撮像モードの場合は静止画撮像用のAF用P線図をそれぞれ設定する。

動画・静止画連続撮像用のAF用P線図の具体例については図３を参照して後述するが、
・できるだけ開放に近い絞りを用いる
・ゲインはできるだけ上げない
・ゲインを変化させる場合、シャッタ速度の値はフリッカ周波数の逆数の正の倍数に固定する
ように、被写体輝度ごとに絞り値、シャッタ速度、及びゲインの組み合わせが規定される。

（Ｓ２０７）
システム制御部５０は、Ｓ２０１におけるフリッカ検出処理において、フリッカが検出されているかどうか判別し、フリッカが検出されていなければＳ２０８へ、検出されていればＳ２０９へ処理を移行させる。

（Ｓ２０８）
システム制御部５０は、設定されているAF用P線図におけるゲインアップTV（ゲイン（撮像感度）を上げるシャッタ速度）として、フリッカ抑制を特に意識せず、ＡＦ処理の精度を優先した値を設定する。例えば、シャッタ速度をフリッカ抑制に効果がある特定の値（例えば1/50秒や1/60秒）に固定することを優先するのではなく、ゲインをできるだけ上げず、また絞りを開けるような静止画撮像用のAF用P線図を用いることができる。これにより、ゲインアップによるスルー画像中のノイズ増加を抑制するとともに、被写界深度を浅くして、スルー画像を用いたＡＦ処理（例えばコントラスト法）の精度を向上させることができる。

（Ｓ２０９）
システム制御部５０は、Ｓ２０１において検出されたフリッカ光源の電源周波数が50Hzである（50Hzフリッカ光源下）と判定される場合はＳ２１０へ、そうでない（60Hzフリッカ光源下）と判定される場合はＳ２１１へ、処理を移行させる。動画撮像用および動画・静止画連続撮像用のAF用P線図を使用する場合であって、フリッカが検出されている場合は、フリッカ抑制効果を得るため、フリッカ周波数に応じて適切なゲインアップTVを設定する。

（Ｓ２１０〜Ｓ２１１）
システム制御部５０は、電源周波数が50Hzのフリッカ光源下であれば、動画・静止画連続撮像用のAF用P線図のゲインアップTVをｎ／１００（ｎは正の整数）秒、例えば1/50秒や1/100秒に設定する。また、電源周波数が60Hzのフリッカ光源下であれば、ゲインアップTVをｎ／１２０（ｎは正の整数）秒、例えば1/60秒や1/120秒に設定する。このように、フリッカ周波数の逆数の正の倍数をシャッタ速度のゲインアップTVとして設定することで、異なるフリッカ周波数に対してフリッカを抑制することが可能となる。

なお、プログラム線図のゲインアップTVをｎ／１００秒に設定するということは、被写体輝度が変化してもシャッタ速度がｎ／１００秒を維持するような絞り値とゲイン係数との組み合わせを設定するプログラム線図であることを意味する。上述のように、動画・静止画連続撮像用のAF用P線図においては、できるだけ開放に近い絞りと、ｎ／１００秒のシャッタ速度の組み合わせにより、ゲインを上げずに適正露光量を確保する。しかし、絞りを開放にしてもｎ／１００秒のシャッタ速度を維持できない場合には、ｎ／１００秒にシャッタ速度を固定して、ゲインアップにより撮像感度を上げることで露光量を確保する。

なお、ここでは、フリッカが検出された場合に、選択したAF用P線図のゲインアップTVをフリッカを抑制可能な値に変更するものとして説明した。しかし、予め一般的なフリッカ周波数に対応したAF用P線図を記憶しておき、検出されたフリッカ周波数に対応するAF用P線図を選択するように構成してもよい。

＜AF用P線図＞
次に、静止画撮像時、動画撮像時、動画・静止画連続撮像時のAF用P線図の具体例について図３を参照して説明する。ここでは、デジタルカメラ１００が、開放絞りと小絞りの２種類を切り替えることができ、それぞれAv3およびAv6に対応するものとする。また、シャッタ速度の最低速および最高速がTv5、Tv10に対応し、最大ゲイン係数がGain4であるものとして説明する。ここで、ゲイン係数は増幅部における標準ゲインに対する増加率を表す値（≧１）であり、最低ゲイン係数Gain0は増加率０％（すなわち、ゲインアップなし）に対応する。すなわち、最大ゲイン係数が設定されるときは最大撮像感度となり、最小ゲイン係数が設定されるときは最小撮像感度となる。
なお、図３では、Av値、Tv値、ゲイン係数の上限値及び下限値をＡＦ用に適した値の一例として示しており、動画撮像時や静止画撮像時とはAv値、Tv値、ゲイン係数の上限値及び下限値が異なっていても構わない。

図３（ａ）〜（ｅ）は撮像時のAF用P線図を表したものである。実線はAv（Aperture Value）、破線はTv（Time Value）、点線はゲイン係数をそれぞれ表す。また、横軸は被写体輝度であり、右に行くほど高輝度となる。縦軸はAv値、Tv値、ゲイン係数を表し、上に行くほど大きい値を取る。低輝度であるほど一般にAv値、Tv値が小さくゲイン係数が大きい、つまり絞りを開き、シャッタ速度を低速とし、またゲインを大きくして、必要な露光量を得ようとする。逆に、高輝度であるほど一般にAv値、Tv値が大きくゲイン係数が小さい、つまり絞りを閉じ、シャッタ速度を高速とし、ゲインを小さくする。

図３（ａ）は静止画撮像時のAF用P線図を示す。図３（ａ）の領域(1)は低輝度時の制御であり、自動露出制御範囲における最低輝度においては、開放絞り、最低シャッタ速度および最大ゲイン係数の組み合わせとなる。この領域では、輝度が上昇するに従い、他のパラメータに優先してゲイン係数が最小値(Gain0)となるまで低下させる。そして、最小のゲイン係数、開放絞り、最低シャッタ速度の組み合わせとなってからの領域(2)は、輝度が上昇するに従って、最小ゲイン係数と開放絞りを維持しながら、Tv値を増加させる。そして、最小ゲイン係数、開放絞り、最高シャッタ速度の組み合わせの輝度を超える領域(3)では、絞りを１段閉じ（Av値を小絞りに対応する値Av6に設定し）、Tv値を新たなAv値に対応する値から再度増加させる。なお、絞りがより小さくできる場合には、最小絞りになるまで領域(3)と同様の制御が繰り返される。

上述のように、画像のコントラストに基づいて合焦位置を検出するオートフォーカス方法では、一般に小さいAv値およびゲインにより得られる画像を用いた方が良好な合焦精度が得られる。これは、Av値を小さくするほど（絞りを開けるほど）被写界深度が浅くなり、画像のうち、合焦している部分と合焦していない部分の差が明確になるためである。つまり、絞りをできるだけ開いて撮像するほど画像のコントラストのピークが明瞭になり、合焦位置の検出精度が高くなる。一方、ゲインは撮像素子１４から出力される信号の増幅率であるため、ゲインが大きくなると画像中のノイズ成分が画像のコントラストに与える影響が大きくなる。その結果、画像のコントラストのピークとノイズ成分のピークとを誤判定する可能性も増加し、焦点検出精度を低下させる要因となる。以上の理由から、静止画撮像時のAF用P線図は、フリッカ抑制よりも焦点検出精度（画質）を優先して、できるだけ絞りを開き、またできるだけゲインアップしないような撮像条件が設定されるようにする。

図３（ｂ）は電源周波数が60Hzのフリッカ光源下での動画撮像時のAF用P線図を表したものである。便宜上、プログラム線図が、被写体輝度に応じて、低輝度側から高輝度側に連続する第１の領域(1)〜第４の領域(4)から構成されるものとして説明する。

図３（ｂ）の領域(1)では、開放絞り、最低シャッタ速度および最大ゲイン係数の組み合わせが最低被写体輝度に対応する。そして被写体輝度が上昇するに従い、開放絞りと最大ゲイン係数とを維持しながら、TV値を、撮像環境における光源に起因するフリッカを抑制可能なシャッタ速度である1/120秒になるまで変更する。そして、シャッタ速度が1/120秒となると、続く領域(2)（第２の領域）では、シャッタ速度を1/120秒に、絞りを開放に維持しながら、ゲイン係数を最小値まで低下させる。

ゲイン係数が最小値になると、絞りを１段閉じ（Av値を小絞りに対応する値Av6に設定し）る。同時に、TV値を、フリッカを抑制可能なシャッタ速度である1/60秒に対応する値に変更するとともに、シャッタ速度を1/60秒とするためにゲイン係数も変更する。そして、続く領域(3)では、シャッタ速度1/60秒、小絞り(Av6)を維持しながらゲイン係数を低下させる。ゲイン係数が最小値になってもシャッタ速度1/60秒を維持できない高輝度となる領域(4)では、Tv値を増加させる。動画を記録するモードでは、一般にフリッカによる画質低下を抑えるために、電源周波数が60Hzのフリッカ光源下ではシャッタ速度を1/60秒または1/120秒に設定することが知られている。この理由から、図３（ａ）の静止画撮像用のAF用P線図とは異なり、開放絞りや低ゲインアップよりもフリッカを抑制可能なシャッタ速度の使用を優先したP線図にする。

図３（ｃ）は電源周波数が50Hzのフリッカ光源下での動画撮像時のAF用P線図を表したものである。図３（ｂ）と同様のP線図となるが、領域(2)および領域(3)のシャッタ速度がそれぞれ1/100秒、1/50秒となっている。これは、電源周波数が50Hzのフリッカ光源下ではシャッタ速度を1/50秒または1/100秒に設定することでフリッカを抑制することが可能となるためである。

なお、動画撮像時は、自動焦点検出処理のための撮像と動画記録のための撮像とを分けて行わないため、動画撮像時のAF用P線図は動画撮像時の通常のP線図と同様のものとなる。そのため、動画撮像時のAF用P線図では、ＡＦ処理の精度よりもフリッカ抑制を優先させ、Av値及びゲイン係数を限界値まで変化させても被写体輝度に追従できない場合に、Tv値をフリッカを抑制できない値に変化させる。

図３（ｄ）は電源周波数が60Hzのフリッカ光源下での動画・静止画連続撮像用のAF用P線図を表したものである。このAF用P線図は低輝度側から輝度の上昇に従って以下の条件で絞り、シャッタ速度およびゲイン係数の組み合わせを決定する領域(1)〜(4)から構成される。

最も低輝度の領域(1)では、開放絞り、最低シャッタ速度および最大ゲイン係数の組み合わせから、まず、フリッカを抑制可能なシャッタ速度である1/60秒になるまでTv値を増加させる。シャッタ速度が1/60秒になると、領域(2)では開放絞り、1/60秒のシャッタ速度を維持しながら、ゲイン係数を最小値まで低下させる。ゲイン係数が最小値になった後の領域(3),(4)は、図３（ａ）に示した静止画撮影時のAF用P線図の領域(2),(3)と同様である。すなわち、輝度が上昇するに従って、領域(3)（第３の領域）では最小ゲイン係数と開放絞りを維持しながら、Tv値を増加させる。そして、最小ゲイン係数、開放絞り、最高シャッタ速度の組み合わせの輝度を超える領域(4)（第４の領域）では、絞りを１段閉じ（Av値を小絞りに対応する値Av6に設定し）、Tv値を新たなAv値に対応する値から再度増加させる。

図３（ｅ）は電源周波数が50Hzのフリッカ光源下での動画・静止画連続撮像用のAF用P線図を表したものである。図３（ｄ）と同様のP線図となるが、領域(2)のシャッタ速度が1/50秒となっている。これは、50Hzのフリッカ光源下ではシャッタ速度を1/50秒に設定することでフリッカを抑制することが可能となる為である。

静止画だけでなく、静止画撮像の直前の所定期間の動画も記録するこの撮像モードでは、図３（ａ）のようにＡＦ処理の精度を優先したP線図を使用してＡＦ処理を行うと、ＡＦ処理中のフリッカ抑制されていない動画が記録されてしまう。これは、一般には、撮像準備処理の開始指示である第１シャッタスイッチ（ＳＷ１）６２のオンが、ユーザの撮像意図によるものであることを考えれば理解されよう。つまり、撮像を意図しているユーザは、ＡＦ処理による焦点検出が完了すれば、速やかに撮像開始指示（第２シャッタスイッチ（ＳＷ２）６４のオン）を行うであろうから、記録される動画には、ＡＦ処理中に撮像された動画が含まれる可能性が高い。その一方で、図３（ｂ）、（ｃ）のようにフリッカ抑制を優先したP線図を使用すると、図３（ａ）と比較して高輝度の領域で絞りが小さくなりやすく、またゲイン係数も最小値でない範囲が大きいので、高精度のＡＦ処理を実行するには不利である。そこで、本実施形態では、図３（ｄ）および（ｅ）のように、まずフリッカ抑制可能な（最初の）シャッタ速度としてからゲイン係数を最小値に低下させる。これにより、領域(2)の輝度範囲において、静止画撮影時のAF用P線図を用いた場合には実現できない、フリッカ抑制された動画を得ることができる。また、領域(3)の区間では、開放絞りと最小ゲイン係数を維持するので、動画撮像時のAF用P線図を用いた場合よりも高精度のＡＦ処理を実現できる可能性が大きい。

＜フリッカ検出＞
次に、図２のＳ２０１で実施するフリッカ検出処理の例について、図４のフローチャートを用いて説明する。
（Ｓ４０１）
まず、システム制御部５０は、スルー画像撮像用に用いているP線図のゲインアップTvを1/60秒および1/120秒に設定する。これにより、電源周波数が60Hzのフリッカ光源下で撮像している場合にはスルー画像におけるフリッカを抑制することが可能であるが、電源周波数が50Hzのフリッカ光源下で撮像している場合にはスルー画像におけるフリッカを抑制することは困難となる。

（Ｓ４０２）
画像処理部２０は、スルー画像の現フレーム画像について輝度ヒストグラムYf[ i ]を算出する。iは輝度ヒストグラムの分割数である。例えば画像の各画素が取りうる輝度値が0〜255、iの取り得る値を0〜31とする。このとき、Yf[ 0 ]は0〜7の輝度値を持つ画素数の和、Yf[ 1 ]は8〜15の輝度値を持つ画素数の和、Yf[ 31 ]は248〜255の輝度値を持つ画素数の和、となる。

（Ｓ４０３）
システム制御部５０は、フリッカ検出に必要な、予め定められた回数(CalcNum+1)以上、画像処理部２０が輝度ヒストグラムを算出したかどうかを判定する。システム制御部５０は、まだ回数が足りなければ処理を終了し、次のフレーム画像が撮像されるまで待機する。また、システム制御部５０は、予め定められた回数以上輝度ヒストグラムが算出されていれば処理をＳ４０４へ移行させる。

（Ｓ４０４）
システム制御部５０は、スルー画像の予め定められた連続する複数(CalcNum+1)のフレーム画像に対して算出された輝度ヒストグラムについて、連続する２フレーム画像間の輝度ヒストグラムの分割区分毎の差分を合計した差分和を順次算出する。システム制御部５０は、例えばn=0のとき、現在のフレーム画像と１つ前のフレーム画像の輝度ヒストグラムの差分和を算出するを比較する。現在のフレーム画像の輝度ヒストグラムをYf[ i ][ 0 ]、１つ前のフレーム画像の輝度ヒストグラムをYf[ i ][ 1 ]とすると、差分は
DiffSum[ 0 ] = Σ（Yf[ i ][ 0 ] - Yf[ i ][ 1 ]） (i = 0, 1,..., 31)
となる。

（Ｓ４０５）
システム制御部５０は、Ｓ４０４で取得したDiffSum[ n ]の最大値と最小値、およびそれらの差分Deltaを算出する。

（Ｓ４０６）
システム制御部５０は、Deltaの値がTh_Min以上Th_Over以下ならばスルー画像にフリッカ成分が含まれている（フリッカが発生している）可能性があるとみなす。また、システム制御部５０は、Deltaの値がTh_Min未満の場合にはスルー画像にフリッカ成分が含まれていないとみなし、また、Deltaの値がTh_Overを超える場合は誤検出の可能性があると判断する。

（Ｓ４０７、Ｓ４０８）
システム制御部５０は、Ｓ４０６でフリッカが発生している可能性があるとみなした場合には、フリッカ検出カウントCountを1増加し、そうでなければカウントを初期化(Count=0)する。これは、Deltaの値が一度閾値以内（Th_Min ≦ Delta ≦ Th_Over）となるだけでフリッカが発生しているとみなすとフリッカ誤検出の可能性があるため、誤検出を抑制するためである。

（Ｓ４０９、Ｓ４１０）
システム制御部５０は、直近の(CalcNum+1)のフレーム画像についてフリッカ成分が含まれている可能性があると一定期間連続してみなされれば、電源周波数が50Hzのフリッカ光源下で撮像されていると判定する。具体的には、フリッカ検出カウントがTh_Count以上となった場合は、電源周波数が50Hzのフリッカが検出されたものとする。そして、電源周波数が50Hzのフリッカを抑制するため、スルー画像撮像用のP線図におけるゲインアップTvを1/50秒および1/100秒に変更する。

（Ｓ４１１）
システム制御部５０は、Ｓ４０２〜Ｓ４０８と同様の処理を、ゲインアップTvを1/50秒および1/100秒としたP線図を用いて撮像した画像について実行する。

（Ｓ４１２、Ｓ４１３、Ｓ４１４）
システム制御部５０は、直近の(CalcNum+1)のフレーム画像についてフリッカ成分が含まれている可能性があると一定期間連続してみなされれば、電源周波数が60Hzのフリッカ光源下で撮像されていると判定する。具体的には、フリッカ検出カウントがTh_Count以上となった場合は、電源周波数が60Hzのフリッカが検出されたものとする。そして、電源周波数が60Hzのフリッカを抑制するため、スルー画像撮像用のP線図におけるゲインアップTvを1/60秒および1/120秒に変更する。一方、システム制御部５０は、フリッカ検出カウントがTh_Count未満であれば、電源周波数が60Hzおよび50Hzのフリッカ光源下のどちらでもないと判定する。この場合、システム制御部５０は、スルー画像撮像用のP線図のゲインアップTVを変更前の値に戻す。あるいは、静止画撮像用のP線図を使用するように変更してもよい。

このように、本実施形態のデジタルカメラ１００は、シャッタボタンの半押し時に自動焦点検出処理を開始し、シャッタボタンの全押し時に静止画撮像を行う。そして、静止画とともに静止画撮影直前の所定時間の動画を記録する動画・静止画連続撮像モードを有する。このようなデジタルカメラ１００において、動画・静止画連続撮像モードで自動焦点検出処理を行うための画像の撮像を行うための撮像条件を決定するためのＡＦ用プログラム線図を、フリッカ抑制とＡＦ処理の精度の両方を考慮した構成とする。具体的には、ゲイン係数が最小値でない低輝度の領域では、フリッカ抑制可能なシャッタ速度としてからゲイン係数を最小値に低下させることで、フリッカ抑制された動画を得ることを可能とする。そして、ゲイン係数が最小値となる被写体輝度に達した後、より高輝度の範囲では、最小ゲイン係数を維持しながら、できるだけ絞りを開くことを優先した絞りとシャッタ速度の組み合わせとなるようにするので、高精度のＡＦ処理を実現できる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

Claims

撮像素子と、撮像準備処理の開始指示に応答して、前記撮像素子で撮像して得られた画像データを用いた自動焦点検出処理を含む撮像準備処理を行う処理手段とを有し、前記撮像準備処理の開始後に与えられた撮像指示に応答して前記撮像素子で撮像して得られた静止画と、前記撮像指示の直前の所定期間において前記撮像素子で撮像して得られた動画とを記録する撮像モードを有する撮像装置であって、
前記処理手段は、前記撮像モードにおける前記撮像準備処理における前記自動焦点検出処理において用いる画像データを前記撮像素子で撮像して得るための撮像条件として、シャッタ速度、絞り値、および撮像感度の組み合わせを被写体輝度ごとに定めたプログラム線図を用いて決定し、
前記プログラム線図が、第１の領域から第４の領域で構成され、
前記第１の領域では、開放絞り、最低シャッタ速度および最大撮像感度の組み合わせから、被写体輝度が上昇するに従って、開放絞りと最大撮像感度とを維持しながら、撮像環境における光源に起因するフリッカを抑制可能な所定のシャッタ速度まで前記シャッタ速度を上昇させ、
前記第１の領域に続く前記第２の領域では、被写体輝度が上昇するに従って、前記開放絞りと前記所定のシャッタ速度とを維持しながら、前記撮像感度を最小撮像感度まで低下させ、
前記第２の領域に続く前記第３の領域では、被写体輝度が上昇するに従って、前記開放絞りと前記最小撮像感度とを維持しながら、前記シャッタ速度を最高シャッタ速度まで増加させ、
前記第３の領域に続く前記第４の領域では、前記最小撮像感度、前記開放絞り、前記最高シャッタ速度の組み合わせから、絞りを小さくし、被写体輝度が上昇するに従って、
当該絞りと前記最小撮像感度を維持しながら、前記シャッタ速度を、当該絞りと前記最小撮像感度に対応するシャッタ速度から前記最高シャッタ速度まで増加させる、
ように前記撮像条件が定められることを特徴とする撮像装置。
前記撮像素子が撮像して得られた画像データに基づいて、フリッカ光源下での撮像であるか否か及び、フリッカ周波数を検出する検出手段を有し、
前記処理手段は、前記所定のシャッタ速度の値を、前記検出手段によって検出されたフリッカ周波数の逆数の正の倍数に設定することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
前記処理手段は、前記検出手段により、フリッカ光源下での撮像でないと検出された場合には、前記プログラム線図とは異なるプログラム線図であって、
前記開放絞り、前記最低シャッタ速度および前記最大撮像感度の組み合わせから、前記被写体輝度が上昇するに従って、前記開放絞り及び前記最低シャッタ速度を維持しながら、前記撮像感度を前記最小撮像感度まで低下させる第１の領域と、
当該第１の領域に続く第２の領域であって、輝度が上昇するに従って、前記最小撮像感度と前記開放絞りとを維持しながら、シャッタ速度を最高シャッタ速度まで増加させる第２の領域と、
当該第２の領域に続く第３の領域であって、前記最小撮像感度、前記開放絞り、前記最高シャッタ速度の組み合わせから、絞りを小さくし、被写体輝度が上昇するに従って、当該絞りと前記最小撮像感度を維持しながら、前記シャッタ速度を、当該絞りと前記最小撮像感度に対応するシャッタ速度から前記最高シャッタ速度まで増加させる第３の領域、とから構成されるプログラム線図、
を用いて、前記撮像モードにおける前記撮像準備処理における前記自動焦点検出処理において用いる画像データを前記撮像素子で撮像するための撮像条件を設定することを特徴とする請求項２記載の撮像装置。
撮像指示に応答して静止画撮像を行い、当該撮像指示に応答した静止画撮像を行う前の所定期間の動画を記録する第１の撮影モードを有する撮像装置であって、
前記第１の撮影モードにおいて、撮像指示の前に行われる撮像準備処理の開始指示に応答して焦点制御を行う際に、被写体輝度の周期的な変化に対応する所定のシャッタ速度にすることを優先した露出制御を行う露出制御手段を有することを特徴とする撮像装置。
前記露出制御手段は、前記第１の撮影モードにおいて前記撮像準備処理の開始指示に応答して焦点制御を行う際に、静止画撮像時以下の絞り値にすることを優先した露出制御を行うことを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
前記撮像装置は前記第１の撮影モードにおいて、撮像指示に応答して静止画撮像を行い、当該撮像指示および当該撮像指示に応答した静止画撮像より前の所定期間の動画を記録することを特徴とする請求項４または５に記載の撮像装置。
前記撮像装置は、撮像指示に応答して静止画撮像を行い、前記所定期間の動画を記録しない第２の撮影モードをさらに有し、
前記露出制御手段は、前記撮像準備処理の開始指示に応答して焦点制御を行う際に、前記第２の撮影モードである場合よりも前記第１の撮影モードである場合の方が、前記所定のシャッタ速度にすることを優先した露出制御を行うことを特徴とする請求項４ないし６のいずれか１項に記載の撮像装置。
前記所定のシャッタ速度は、被写体輝度の変化周期の整数倍であることを特徴とする請求項４ないし７のいずれか１項に記載の撮像装置。
撮像素子と、撮像準備処理の開始指示に応答して、前記撮像素子で撮像して得られた画像データを用いた自動焦点検出処理を含む撮像準備処理を行う処理手段とを有し、前記撮像準備処理の開始後に与えられた撮像指示に応答して前記撮像素子で撮像して得られた静止画と、前記撮像指示の直前の所定期間において前記撮像素子で撮像して得られた動画とを記録する撮像モードを有する撮像装置の制御方法であって、
前記処理手段が、前記撮像モードにおける前記撮像準備処理における前記自動焦点検出処理において用いる画像データを前記撮像素子で撮像して得るための撮像条件として、シャッタ速度、絞り値、および撮像感度の組み合わせを被写体輝度ごとに定めたプログラム線図を用いて決定するステップを有し、
前記プログラム線図が、第１の領域から第４の領域で構成され、
前記第１の領域では、開放絞り、最低シャッタ速度および最大撮像感度の組み合わせから、被写体輝度が上昇するに従って、開放絞りと最大撮像感度とを維持しながら、撮像環境における光源に起因するフリッカを抑制可能な所定のシャッタ速度まで前記シャッタ速度を上昇させ、
前記第１の領域に続く前記第２の領域では、被写体輝度が上昇するに従って、前記開放絞りと前記所定のシャッタ速度とを維持しながら、前記撮像感度を最小撮像感度まで低下させ、
前記第２の領域に続く前記第３の領域では、被写体輝度が上昇するに従って、前記開放絞りと前記最小撮像感度とを維持しながら、前記シャッタ速度を最高シャッタ速度まで増加させ、
前記第３の領域に続く前記第４の領域では、前記最小撮像感度、前記開放絞り、前記最高シャッタ速度の組み合わせから、絞りを小さくし、被写体輝度が上昇するに従って、当該絞りと前記最小撮像感度を維持しながら、前記シャッタ速度を、当該絞りと前記最小撮像感度に対応するシャッタ速度から前記最高シャッタ速度まで増加させる、
ように前記撮像条件が定められることを特徴とする撮像装置の制御方法。
撮像指示に応答して静止画撮像を行い、当該撮像指示に応答した静止画撮像を行う前の所定期間の動画を記録する第１の撮影モードを有する撮像装置の制御方法であって、
前記第１の撮影モードにおいて撮像指示の前に行われる撮像準備処理の開始指示に応答して焦点制御を行う際に、露出制御手段が、被写体輝度の周期的な変化に対応する所定のシャッタ速度にすることを優先した露出制御を行うステップを有することを特徴とする撮像装置の制御方法。