JP5956870B2 - 撮像装置及びその制御方法 - Google Patents

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Description

本発明は、フィールド周期よりも長い露光時間となる低速シャッターで動画撮影を行う際の露出制御に関する。
デジタルビデオカメラなどの撮像装置には自動的に露出を制御する機能を有するものが多い。その手法として、例えばフィールドごとの画像データから測光値を取得し、明るさが適正な時の測光値である目標値になるように、アイリスやゲインなどを調整する方法がある。ここでは測光値とは画像データの明るさの指標を示す値とし、例えば画面全体の輝度平均値などが挙げられる。
動画撮影時には、露出の急激な変化や目標値を上下しながら目標値に近づくような変化は、映像の品質を悪くするため、複数フィールドかけて目標値を上下しないように目標値に近づくように露出を制御している。また、露出を変更すると画面全体の明るさが変動するため、適正露出に近い時は露出変動は小さいほうがよい。そのため、測光値と目標値の差分値が大きい時は露出変更量を大きくし、小さい時は露出変更量を小さくする撮像装置も提案されている。
また、フィールド周期よりも露光時間が長い低速シャッターで撮影可能な撮像装置も提案されている。このような撮像装置では、数フィールドに一度、画像データが更新される。そのため、画像データが得られる度に露出変更量を算出し、露出を変更すると、低速シャッターではないときに比べて露出の変更周期が長くなり、適正露出に達するまでの時間が長くなってしまう。例えば、1枚の画像データの露光がnフィールドかかるとすると、適正露出に達するまでにn倍の時間がかかる。
一方、画像データの取得時に露出変更量を算出し、次の画像データの更新まで毎フィールド算出した変更量で露出を変化させると、適正露出に達するまでの時間は速くなる。特許文献1には、所定のフィールド周期で供給された映像信号の検波信号に基づいて明るさの変化量を演算し、映像信号のないフィールドの露出量を補間して、映像信号のないフィールドの露出量を制御することが提案されている。
特開平5−344414号公報
しかしながら、特許文献1では、露出変更量を考慮していないため、映像信号のないフィールドの露出量を良好に制御することができない。
本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、フィールド周期よりも露光時間が長い低速シャッターで動画撮影を行う際に、良好な露出変化となるように露出制御することである。
本発明に係わる撮像装置は、被写体像を撮像して画像データを出力する撮像手段と、前記画像データから測光値を取得する測光値取得手段と、前記撮像手段の露出を変更する露出変更手段と、前記露出変更手段で露出を変更する際の露出変更量を演算する演算手段と、を備え、前記演算手段は、フィールド周期に対応する所定時間よりも長い露光時間で動画撮影を行う場合、前記画像データを取得しないフィールドでの露出変更量を、前記測光値取得手段により取得した測光値及び前記画像データを取得しないフィールドの前フィールドでの露出変更量に基づいて演算することを特徴とする。
本発明によれば、フィールド周期よりも露光時間が長い低速シャッターで動画撮影を行う際に、良好な露出変化となるように露出制御することができる。
本発明の第1の実施形態であるデジタルビデオカメラの外観図。 第1の実施形態におけるデジタルビデオカメラの構成を示すブロック図。 第1の実施形態における露出変更量算出処理のフローチャート。 第1の実施形態における露出変更量算出用ΔEVと露出変更量の関係を示すグラフ。 第2の実施形態における露出変更量算出処理のフローチャート。 第3の実施形態における露出変更量算出処理のフローチャート。 第4の実施形態における露出変更量算出処理のフローチャート。
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の撮像装置の第1の実施形態であるデジタルビデオカメラ100を示す外観図である。図1において、表示部28は画像や各種情報を表示する表示部である。録画スイッチ61は撮影指示を行うための操作部である。モード切替スイッチ60は各種モードを切り替えるための操作部である。コネクタ112は外部機器とデジタルビデオカメラ100とのコネクタである。操作部70はユーザーからの各種操作を受け付ける各種ボタン、十字キー等の操作部材より成る操作部である。72は電源スイッチであり、電源オン、電源オフを切り替える。記録媒体200はメモリカードやハードディスク等の記録媒体である。記録媒体スロット201は記録媒体200を格納するためのスロットである。記録媒体スロット201に格納された記録媒体200は、デジタルビデオカメラ100との通信が可能となる。
図2は、本実施形態のデジタルビデオカメラ100の内部構成を示すブロック図である。図2において、撮影レンズ103はズームレンズ、フォーカスレンズを含むレンズ群であり、被写体像を結像させる。絞り101は光量調整に使用する絞りである。撮像部22は光学像を電気信号に変換するCCDやCMOS素子等で構成される撮像素子である。A/D変換器23は、アナログ信号をデジタル信号に変換する。A/D変換器23は、撮像部22から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するために用いられる。バリア102は、デジタルビデオカメラ100の、撮影レンズ103を含む撮像系を覆うことにより、撮影レンズ103、絞り101、撮像部22を含む撮像系の汚れや破損を防止する。
画像処理部24は、A/D変換器23からのデータ、又は、メモリ制御部15からのデータに対し所定の画素補間、縮小といったリサイズ処理や色変換処理を行う。また、画像処理部24では、撮像した画像データを用いて所定の演算処理が行われ、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、測距制御を行う。これにより、TTL(スルー・ザ・レンズ)方式のAF(オートフォーカス)処理、AE(自動露出)処理が行われる。画像処理部24では更に、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。
A/D変換器23からの出力データは、画像処理部24及びメモリ制御部15を介して、或いは、メモリ制御部15を介してメモリ32に直接書き込まれる。メモリ32は、撮像部22によって得られA/D変換器23によりデジタルデータに変換された画像データや、表示部28に表示するための画像データを格納する。メモリ32は、所定時間の動画像および音声を格納するのに十分な記憶容量を備えている。
また、メモリ32は画像表示用のメモリ(ビデオメモリ)を兼ねている。D/A変換器13は、メモリ32に格納されている画像表示用のデータをアナログ信号に変換して表示部28に供給する。こうして、メモリ32に書き込まれた表示用の画像データはD/A変換器13を介して表示部28により表示される。表示部28は、LCD等の表示器上に、D/A変換器13からのアナログ信号に応じた画像の表示を行う。A/D変換器23によって一度A/D変換されメモリ32に蓄積されたデジタル信号をD/A変換器13においてアナログ変換し、表示部28に逐次転送して表示することで、ライブビュー機能を実現し、ライブビュー画像(スルー画像)表示を行える。
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が用いられる。不揮発性メモリ56には、システム制御部50の動作用の定数、プログラム等が記憶される。ここでいう、プログラムとは、本実施形態にて後述する各種フローチャートを実行するためのプログラムのことである。
システム制御部50は、デジタルビデオカメラ100全体を制御する。前述した不揮発性メモリ56に記録されたプログラムを実行することで、後述する本実施形態の各処理を実現する。52はシステムメモリであり、RAMが用いられる。システムメモリ52には、システム制御部50の動作用の定数、変数、不揮発性メモリ56から読み出したプログラム等を展開する。また、システム制御部50はメモリ32、D/A変換器13、表示部28等を制御することにより表示制御も行う。
システムタイマー53は各種制御に用いる時間や、内蔵された時計の時間を計測する計時部である。モード切替スイッチ60、録画スイッチ61、操作部70はシステム制御部50に各種の動作指示を入力するための操作手段である。
モード切替スイッチ60は、システム制御部50の動作モードを、動画記録モード、再生モード等のいずれかに切り替える。動画記録モードに含まれるモードとして、オート撮影モード、オートシーン判別モード、マニュアルモード、撮影シーン別の撮影設定となる各種シーンモード、プログラムAEモード、カスタムモード等がある。モード切替スイッチ60で、動画撮影モードに含まれるこれらのモードのいずれかに直接切り替えられる。あるいは、モード切り替えスイッチ60で動画撮影モードに一旦切り換えた後に、動画撮影モードに含まれるこれらのモードのいずれかに、他の操作部材を用いて切り替えるようにしてもよい。録画スイッチ61は撮影待機状態と撮影状態を切り替える。システム制御部50は、録画スイッチ61により、撮像部22からの信号読み出しから記録媒体200への動画データの書き込みまでの一連の動作を開始する。
操作部70の各操作部材は、表示部28に表示される種々の機能アイコンを選択操作することなどにより、場面ごとに適宜機能が割り当てられ、各種機能ボタンとして作用する。機能ボタンとしては、例えば終了ボタン、戻るボタン、画像送りボタン、ジャンプボタン、絞込みボタン、属性変更ボタン等がある。例えば、メニューボタンが押されると各種の設定可能なメニュー画面が表示部28に表示される。利用者は、表示部28に表示されたメニュー画面と、上下左右4方向の十字キーやSETボタンを用いて直感的に各種設定を行うことができる。
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、その検出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、記録媒体200を含む各部へ供給する。
電源部30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イオン電池等の二次電池、ACアダプター等からなる。記録媒体I/F18は、メモリカードやハードディスク等の記録媒体200とのインターフェースである。記録媒体200は、撮影された画像を記録するためのメモリカード等の記録媒体であり、半導体メモリや磁気ディスク等から構成される。
次に本実施形態の動作について説明する。この第1の実施形態ではデジタルビデオカメラ100における、スローシャッター駆動時、すなわち、撮像部22に複数フィールドにわたって電荷を蓄積させ、複数フィールドにつき一度の画像データの出力をさせるスローシャッター動作時の露出制御の例を示す。このとき、フィールド周期に対応する所定時間よりも長い露光時間で動画撮影を行うことになる。図3に本実施形態における露出変更量算出処理のフローチャートを示す。このフローチャートにおける各処理はシステム制御部50が不揮発性メモリ56に格納されたプログラムをシステムメモリ52に展開して実行することにより実現される。
撮像部22での電荷の蓄積が終了すると撮像部22から画像データが出力される。蓄積中は画像データの出力は行われない。画像データの出力はシステム制御部50で管理している。画像データが出力されるタイミングかどうか判断し(S301)、画像データが出力されるフィールドであれば、画像データから測光値を取得する(測光値取得)。取得された測光値と適正露出時の測光値と等しい値である目標値を用いて、適正露出からの露出量のずれ(以下、ΔEV、差分値ともいう)を計算する(S302)。例えば目標値がAで測光値が2Aの場合はΔEVは1[EV]となる。本実施形態ではΔEVは絶対値とするため、測光値がA/2であったとしてもΔEVは1[EV]となる。次に露出変更量を算出するためのΔEVである露出変更量算出用ΔEVをS302で算出した結果で置き換える(S303)。
S301で画像データが出力されないフィールドであれば、前フィールドで使用した露出変更量算出用ΔEVから前フィールドで算出した露出変更量を引いた値で露出変更量算出用ΔEVを更新する。本ステップでは、前フィールドで使用したΔEVから、前フィールドで変更した露出変更量を引くことにより現在のΔEVを予測している。
次に露出変更量算出用ΔEVを用いて露出変更量を算出する。図4に本実施形態における露出変更量算出用ΔEVと露出変更量の関係を示すグラフを示す。このグラフに基づき露出変更量算出用ΔEVから露出変更量を求める(S304)。図4に示すAは適正露出の範囲を示す。露出変更量算出用ΔEVがA以下であれば露出変更量は0となり、露出変更は行われない。画像データが出力されない時も、露出変更の分だけ露出変更量算出用ΔEVが小さくなるため、露出変更量が小さくなっていく。
以上のように、本実施形態では、画像データが出力されないフィールドでは、前フィールドの露出変更量に基づいて予想したΔEVをもとに露出変更量を決定している。そのため、被写体の大きな変化がなければ、仮に画像データが出力された時に得られるΔEVに近い値で露出変更量の算出が可能となり、露出の変化の過程が低速シャッターではないときと近く、適正露出に達する時間も近い値となる。すなわち、低速シャッターで動画撮影を行う際に、良好な露出変化となるように露出制御することができる。
(第2の実施形態)
第1の実施形態では測光値の取得と露出の変更が同じフィールドで行われる必要がある。しかしながら、測光値を取得するフィールドに対して、同じフィールドで露出変更量を決定し、次以降のフィールドで露出変更が行われることが多い。そこで本実施形態では、測光値の取得フィールドの次のフィールドで露出変更を行う例を挙げて、このような場合の露出変更量の決定手法の例を示す。
図5に本実施形態における露出変更量算出処理のフローチャートを示す。以下フローチャートに従って説明する。第1の実施形態と同様に、画像データを出力するフィールドかどうか判断し(S501)、画像データを出力するフィールドであれば、測光値と目標値を用いてΔEVを算出する(S502)。次に露出変更量算出用ΔEVをΔEVで置き換える(S503)。画像データを出力しないフィールドであれば、S502、S503の処理は行わない。すなわち露出変更量算出用ΔEVの値は前フィールドで算出した結果を維持する。
次に露出変更量算出用ΔEV(露出変更量算出用差分値)から前フィールドで算出した露出変更量を引いたものを露出変更量算出用ΔEVとして更新する。第1の実施形態とは異なり、画像データを出力するフィールドにおいても前フィールドで算出した露出変更量を引く。
露出変更量算出用ΔEVを用いて、第1の実施形態と同じように図4に基づいて露出変更量を決定する(S505)。決定された露出変更量をもとにシステム制御部50から絞り101、撮像部22、A/D変換器23に信号が送られ、次のフィールドでアイリス、シャッター、ゲインなどの露出パラメータを変更する。
以上のように露出変更量を決定すれば、画像データを出力するフィールドにおいても前フィールドで算出した露出変更量を引くことで、露出変更を行うフィールドでのΔEVを予想した値に基づいて露出変更量を決定することができる。また、第1の実施形態と同様、画像データを取得しないフィールドでは、露出変更量に基づき予想したΔEVをもとに露出変更量を決定している。
そのため、画像データを出力するフィールドに対して、同じフィールドで露出変更量を決定し、次のフィールドで露出変更が行われる場合も、被写体の大きな変化がなければ、画像データを取得している時と近いΔEVで露出変更量の算出が可能となる。そして、露出の変化の過程が低速シャッターではないときと近く、適正露出に達する時間も近い値となる。
本実施形態では測光値を取得する映像データと露出変更量を反映するタイミングが1フィールドずれる例を示した。しかし、nフィールドずれる場合はS504においてnフィールド前までの露出変更量をすべて露出変更量算出用ΔEVから引くことで同様に露出変更量を算出することができる。
(第3の実施形態)
第1及び第2の実施形態では露出変更量を毎フィールド算出する例を示した。しかしながら、画像データを出力しないフィールドの露出変更量は画像データを出力するフィールド以降であればいつでも算出することができる。そのため、画像データを出力するフィールドで蓄積フィールド数の露出変更量を算出してもよい。また、算出結果を蓄積フィールド数で割って平均し、蓄積フィールド中は一定の露出変更量としてもよい。
図6に第3の実施形態における露出変更量算出処理のフローチャートを示す。本実施形態では第2の実施形態と同様に、画像データを出力するフィールドで露出変更量を算出し、次のフィールドで露出の変更を行う。露出変更量は画像データを出力するフィールドで算出し、次の画像データを出力するフィールドで算出されるまで一定の露出変更量で露出を変更する例を示す。
まず画像データを出力するフィールドかどうかを判断する(S601)。画像データを出力するフィールドであれば測光値と目標値を用いてΔEVを算出する(S602)。次に露出変更量算出用ΔEVをΔEVで更新する(S603)。カウンタと露出変更量積分値を0にする(S604)。
現フィールドで変更されている露出を加味するため、露出変更量算出用ΔEVから前フィールドの露出変更量を引いた値を露出変更量算出用ΔEVとする(S605)。第1及び第2の実施形態と同様に図4の特性に基づき露出変更量算出用ΔEVに応じた露出変更量を算出する(S606)。次に蓄積フィールド数の露出変更量を積分するために露出変更量積分値に露出変更量を加算する(S607)。次にカウンタに1を加算する(S608)。
カウンタが蓄積フィールド数に達しているかどうかを判定する(S609)。達していればS610に進む。達していなければS605からS608をカウンタが蓄積フィールド数に達するまで繰り返す。カウンタが蓄積フィールド数に達した後、露出変更量を算出する(S610)。露出変更量は露出変更量積分値を蓄積フィールド数で除することで算出する。
S601で画像データを出力するフィールドでなければ露出変更量の算出は行わず、画像データを出力したフィールドで計算した露出変更量の値を維持する。
以上のように露出変更量を算出すれば、画像データを出力するフィールドにおいて、次に画像データを出力するフィールドまでに変更する露出の量を算出することができる。そして、蓄積フィールド数で除することで1フィールドに変更する露出の量を算出することができ、画像データを出力しないフィールドでは露出変更量の算出を省略することができる。
なお、一定の露出変更量で露出を変更するのではなく、S606で算出した各露出変更量を用いて露出を変更しても構わない。
(第4の実施形態)
適正露出付近で少し被写体が動いたときに露出を変動させると、画面全体の明るさが変動するため、映像の品質が悪くなる。そのため、明るさが適正露出からある閾値内になれば露出の変更をやめ、上記閾値より少し高い閾値を上回るまで露出を変更しないようにして、適正露出付近において少し明るさが変動しても露出が変動しないようにすることがある。これを実現しようとすると、例えば露出変更量算出用ΔEVが図4に示すAに達すると、露出変更量の算出を止め、Aより高いある閾値を超えると露出変更量の算出を再開することが考えられる。
しかしながら、露出変更量算出用ΔEVは予想のΔEVであり実際のΔEVとは異なる場合がある。そのようなときに上述のように露出変更量の算出を止めてしまうと、適正露出に達していないにもかかわらず露出変更を終了してしまうこととなる。本実施形態では、露出変更量の算出の開始、停止を行う場合の低速シャッター時の露出制御について示す。
図7に本実施形態における露出変更量の決定方法のフローチャートを示す。S701〜S703は第2の実施形態と同様であるので説明を省略する。
S704でΔEVと閾値を比較する。閾値の初期値は第1の閾値となっている。ΔEVが閾値を下回っているときは、適正露出であると判断し、まず閾値を第2の閾値とする(S705)。第2の閾値は第1の閾値より大きな値であり、露出変更量の算出の再開を判定する閾値である。そして露出変更量は0とし(S706)、露出の変更を停止する。第2の閾値を超えなければS704でS705、S706の処理を繰り返し、露出の変更は行われない。
上述の状態でS704でΔEVが第2の閾値を上回っていれば、閾値を第1の閾値とし(S707)、S708、S709で第1〜第3の実施形態と同じ手法で露出変更量を求める。次のS704の判定では閾値は第1の閾値となっているので、ΔEVが第1の閾値を下回るまでは露出変更量の算出を続ける。ΔEVが第1の閾値を下回るとS705,S706で再び露出の変更を停止する。
以上のように露出変更量を算出すれば、ΔEVが閾値を下回った時に露出の変更を止めることができる。そのため、露出変更量算出用ΔEVが閾値を下回っていても露出変更は続くため、予想のΔEVが実際のΔEVと異なっている際に、誤って露出変更を終えてしまうことがなくなる。一方露出変更量は露出変更量算出用ΔEVに基づいて算出しているため、ΔEVが閾値に達していなくても、予想しているΔEV値が図4に示すAに達すると露出変更量は0となり、露出の変更は行われなくなる。つまり、画像データが出力されないフィールドでもΔEV値がAに達すれば露出の変更は行われなくなり、適正露出に達しても露出を変更してしまうことを軽減することができる。
ただし、ΔEVと閾値を比較する方法は上記の方法に限定されるものではない。前フィールドの露出変更量が0になった次のフィールド以降に、測光値を取得するフィールドで露出変更量算出用ΔEVと閾値を比較してもよい。また、露出変更量算出用ΔEVをΔEVに置き換えたりしても、ΔEVと閾値を比較することができる。露出変更量は露出変更量算出用ΔEVで求め、露出変更を終えるかどうかをΔEVに相当する値で判断できれば同様のことを実現することができる。
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。上述の実施形態の一部を適宜組み合わせてもよい。

Claims (6)

  1. 被写体像を撮像して画像データを出力する撮像手段と、
    前記画像データから測光値を取得する測光値取得手段と、
    前記撮像手段の露出を変更する露出変更手段と、
    前記露出変更手段で露出を変更する際の露出変更量を演算する演算手段と、を備え、
    前記演算手段は、フィールド周期に対応する所定時間よりも長い露光時間で動画撮影を行う場合、前記画像データを取得しないフィールドでの露出変更量を、前記測光値取得手段により取得した測光値及び前記画像データを取得しないフィールドの前フィールドでの露出変更量に基づいて演算することを特徴とする撮像装置。
  2. 前記演算手段は、前記画像データを取得しないフィールドでの露出変更量を、前記測光値取得手段により取得した測光値と予め記憶されている目標値との差分値及び前記前フィールドでの露出変更量に基づいて演算することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
  3. 前記目標値は、適正露出時に前記測光値取得手段により取得される測光値と等しい値であることを特徴とする請求項2に記載の撮像装置。
  4. 前記露出変更手段は、前記差分値が閾値を下回る場合、露出を変更しないことを特徴とする請求項2または3に記載の撮像装置。
  5. 前記演算手段は、前記所定時間よりも長い露光時間で動画撮影を行う場合、前記画像データを取得するフィールドでの露出変更量を、前記差分値に基づいて演算することを特徴とする請求項2ないし4のいずれか1項に記載の撮像装置。
  6. 被写体像を撮像して画像データを出力する撮像手段と、前記撮像手段の露出を変更する露出変更手段と、を備えた撮像装置の制御方法であって、
    前記画像データから測光値を取得する測光値取得ステップと、
    前記露出変更手段で露出を変更する際の露出変更量を演算する演算ステップと、を備え、
    前記演算ステップは、フィールド周期に対応する所定時間よりも長い露光時間で動画撮影を行う場合、前記画像データを取得しないフィールドでの露出変更量を、前記測光値取得ステップで取得した測光値及び前記画像データを取得しないフィールドの前フィールドでの露出変更量に基づいて演算することを特徴とする撮像装置の制御方法。
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