JP6070183B2

JP6070183B2 - 撮像装置

Info

Publication number: JP6070183B2
Application number: JP2012286184A
Authority: JP
Inventors: 寺内　正和; 正和寺内
Original assignee: Ricoh Imaging Co Ltd
Current assignee: Ricoh Imaging Co Ltd
Priority date: 2012-12-27
Filing date: 2012-12-27
Publication date: 2017-02-01
Anticipated expiration: 2032-12-27
Also published as: JP2014128021A

Description

本発明は、画像を撮像する撮像装置に関する。

複数回に分けて撮像した画像を合成して１枚の合成画像にする撮像装置が知られている。撮像装置は、撮像する度に、撮像した画像を撮像済みの画像に合成して合成画像を作成し、画面に表示する。画面に表示された合成画像を見て、ユーザは合成画像の露出が適正か否かを判断し、適正であるとユーザが判断したときにはユーザの操作により撮像を終了する（特許文献１）。

特開２００９−１３０４７１号公報

しかし、このような撮像装置では、ユーザは露光期間中にモニタの傍に待機してモニタに表示される画像を確認しなければならず、露光期間が長期間に渡る場合においては煩雑であり、ユーザがモニタの傍に待機できない場合においては長期間露光ができなくなる。同様に、測定限界以下の光量しか得られない状況下ではシャッタスピードや絞り等の撮影条件を撮像装置が撮像前に決定できないため、モニタに表示される画像をユーザが確認して露光期間を決定しなければならない。

本発明はこれらの問題に鑑みてなされたものであり、ユーザが確認することなく、自動的に露光を適正に保つことができる撮像装置を得ることを目的とする。

本願発明による撮像装置は、露光期間中において、単位露光期間毎に撮像して画像を出力する撮像素子と、撮像素子から画像を受信して画像の露光状態を監視する監視部とを備え、露光期間中において、監視部は撮像素子から画像を受信し、受信した画像の露光状態に基づいて残り露光期間を決定することを特徴とする。

露光期間中において、監視部は撮像素子から複数の画像を受信し、受信した複数の画像の露光状態に基づいて残り露光期間を決定することが好ましい。

露光期間中において、監視部は撮像素子から画像を受信し、受信した全ての画像を合成して合成画像を作成し、合成画像の露光状態に基づいて残り露光期間を決定することが好ましい。

監視部は、合成画像の露光状態が適正以上であるときに撮像を終了することが好ましい。

監視部は、合成画像の露光状態が適正以上でないときに残り露光期間を決定することが好ましい。

監視部は、残り露光期間が単位露光期間よりも長い場合には、単位露光期間で撮像素子に撮像を行わせ、残り露光期間が単位露光期間以下である場合には、残り露光期間で撮像素子に撮像を行わせることが好ましい。

監視部は、露光期間を開始する前に被写体像の露出に基づいて目標露光期間を算出し、目標露光期間が単位露光期間よりも長い場合には、単位露光期間で撮像素子に撮像を行わせ、目標露光期間が単位露光期間以下である場合には、目標露光期間で撮像素子に撮像を行わせることが好ましい。

単位露光期間は、撮像素子の特性に応じて決定されることが好ましい。

本発明によれば、ユーザが確認することなく、自動的に露光を適正に保つことができる撮像装置を得る。

撮像装置を概略的に示したブロック図である。露光シーケンスを示したタイミングチャートである。露光量と露光期間との関係を示したグラフである。露光処理を示したフローチャートである。露光期間算出処理を示したフローチャートである。露光量判定処理を示したフローチャートである。

以下、本発明による撮像装置の一実施形態であるデジタルカメラ１００について図１から６を用いて説明する。まず、図１を用いてデジタルカメラ１００の構成について説明する。

デジタルカメラ１００は、撮影レンズ１０１、リターンミラー１０２、シャッタ１０３、例えばＣＣＤやＣＭＯＳから成る撮像素子１０４、監視部を成すＤＳＰ１０５、内部メモリ１０６、操作ボタン１０７、ＬＣＤ１０８、ＳＤカード１０９、及び露出センサ１１０を主に備える。

撮影レンズ１０１は着脱自在となるようにデジタルカメラ１００に取り付けられる。リターンミラー１０２は、下げられた状態において、撮影レンズ１０１からの被写体像をファインダーブロック１１１に向けて反射する。ファインダーブロック１１１内に設けられるペンタプリズム１１２は、被写体像をファインダ１１３及び露出センサ１１０に向けて反射する。また、リターンミラー１０２はハーフミラーであって、リターンミラー１０２を透過した被写体像はＡＦセンサ１１４に向けて反射される。他方、リターンミラー１０２が上げられると、撮影レンズ１０１からの被写体像は撮像素子１０４に結像する。

操作ボタン１０７は、例えばシャッターレリーズを備える。シャッターレリーズは、ユーザにより操作され、撮影を行う旨の信号をＤＳＰ１０５に送信する。

シャッターレリーズが半押しされると、露出センサ１１０は、被写体像の露出を測定し、ＤＳＰ１０５に送信し、ＡＦセンサ１１４は被写体像のコントラスト情報をＤＳＰ１０５に送信する。ＤＳＰ１０５は、露出に基づいて、シャッタスピードを決定し、コントラスト情報に基づいて撮影レンズ１０１を駆動して被写体に合焦させる。

シャッターレリーズが全押しされると、シャッタ１０３は先幕と後幕とを有し、ＤＳＰ１０５が決定したシャッタスピードに基づいて、撮像時に先幕と後幕が期間を開けて走ることにより撮像素子１０４の露光量を調節する。撮像素子１０４は被写体像を撮像して画像を出力する。

ＤＳＰ１０５は、撮像素子１０４から画像を受信して、内部メモリ１０６を使用しながら画像処理を施し、ＬＣＤ１０８及び／又はＳＤカード１０９に送信する。ＬＣＤ１０８は画像を表示し、ＳＤカード１０９は画像を保存する。ＳＤカード１０９は、デジタルカメラ１００に対して着脱自在に設けられる。

撮像素子１０４は、その特性に応じた単位露光期間を有する。単位露光期間は実験により予め決定され、内部メモリ１０６に記憶される値である。一般に撮像素子１０４が長期間露光を行うと、暗電流の影響により、出力した画像にノイズがのる傾向がある。露光期間が長くなるほどノイズが増える。そこで、画像に含まれるノイズが画質に影響を与えない程度である露光期間を単位露光期間として決定する。

デジタルカメラ１００は、バルブ撮影を行うことができる。後述する露光処理を実行することにより、バルブ撮影が実現される。

次に、図２を用いてバルブ撮影における露光シーケンスについて説明する。露光シーケンスを開始する前、デジタルカメラ１００は待機状態にある。待機状態においては、リターンミラー１０２は下げられ、シャッタ１０３は閉じられ、撮像素子１０４は待機状態に置かれている。そして、ユーザがシャッターレリーズを半押しすると、露出センサ１１０は被写体像の露出を測定し、ＤＳＰ１０５は露出センサ１１０から被写体像の露出を取得し、露出に基づいて目標露光期間を算出する。目標露光期間は、適正な露光量を得るまでシャッタ１０３を開放すべき期間であって、適正な露光量を得るまで撮像素子１０４が被写体像を露光すべき期間である。目標露光期間算出の詳細については後述される。シャッターレリーズが半押しされた時点の被写体像の露出に基づいて目標露光期間が算出されているため、被写体像の露出が増加した場合には、目標露光期間が経過していなくても画像が適正露出に達する可能性があり、被写体像の露出が減少した場合には、目標露光期間が経過しても画像が適正露出に達していない可能性がある。

ユーザがシャッターレリーズを全押しすると、撮像素子１０４の電荷がリセットされた後、電荷を蓄積し始める。撮像素子１０４が電荷を蓄積し始めると、シャッタ１０３の先幕が走って、被写体像が撮像素子１０４に結像する。このとき、露光が開始される。

撮像素子１０４は、１回目の単位露光期間が経過すると、１フレーム目の画像を出力する。ＤＳＰ１０５は、画像を受信して、画像の露光量を測定し、残り露光期間を算出する。残り露光期間は、現在の露光量から適正な露光量を得るまでシャッタ１０３を開放すべき期間であって、現在の露光量から適正な露光量を得るまで撮像素子１０４が被写体像を露光すべき期間である。残り露光期間算出の詳細については後述される。

そして、単位露光期間が残り露光期間よりも短い場合には、撮像素子１０４は２回目の単位露光期間に入って、単位露光期間が経過した後に２フレーム目の画像を出力する。そしてＤＳＰ１０５は、１フレーム目の画像と２フレーム目の画像とを合成して合成画像を作成する。そしてこの合成画像の露光量を測定し、再度、残り露光期間を算出する。

これらの処理を繰り返すと、単位露光期間が残り露光期間よりも長くなる場合が生じる。このとき、撮像素子１０４は残り露光期間が経過した後に画像を出力し、後幕が走ってシャッタ１０３を閉じ、リターンミラー１０２が下がって、露光を終了する。

次に図３を用いて残り露出期間の算出手法について詳細に説明する。

観察に耐えうる適正な画像を得るための露光量は一般的に既知の手法により求められる値であり、ここでは目標露光量Ｅｔと呼ばれる。残り露出期間の算出手法は、撮像素子１０４が画像を出力する度に、現時点における露光量Ｅｎと目標露光量Ｅｔとを用いて残り露出期間を算出する手法である。

まず、１回目の単位露光期間ｔ１が経過したときについて説明する。ＤＳＰ１０５は、１フレーム目の画像を受信して、画像の露光量Ｅ１を測定する。一般に露光量Ｅと期間ｔとの関係は線形一次式Ｅ＝ａｔ＋ｂで表される。そこで、１回目の単位露光期間ｔ１、及び１フレーム目の画像の露光量Ｅ１に基づいて、係数ａ及びｂを求める。そして求められた式を用いて目標露光量を得るまでに必要な期間ｔｔ＝（Ｅｔ−ｂ）／ａを求める。そして、期間ｔｔから単位露光期間ｔ１を減じて残り露光期間を求める。

ｎ回目の単位露光期間ｔｎが経過したときについて説明する。ＤＳＰ１０５は、ｎフレーム目の画像を受信して、１フレーム目からｎ−１フレーム目までの画像と合成して合成画像を作成する。そして合成画像の露光量Ｅｎを測定する。さらに、１回目からｎ回目までの単位露光期間の合計、及び合成画像の露光量Ｅｎに基づいて、式Ｅ＝ａｔ＋ｂの係数ａ及びｂを求める。そして求められた式を用いて目標露光量を得るまでに必要な期間ｔｔ＝（Ｅｎ−ｂ）／ａを求める。そして、１回目からｎ回目までの単位露光期間の合計を期間ｔｔから減じて残り露光期間を求める。

そして、単位露光期間が残り露光期間よりも長くなると、撮像素子１０４は残り露光期間が経過した後に画像を出力し、後幕が走ってシャッタ１０３を閉じ、リターンミラー１０２が下がって、露光を終了する。そしてＤＳＰ１０５は、出力された全ての画像を合成して合成画像を作成する。

次に図４を用いて露光処理について説明する。露光処理は、ユーザがシャッターレリーズを半押ししたときに実行される。

始めのステップＳ４１では、露出センサ１１０が被写体像の露出を測定し、ＤＳＰ１０５は露出センサ１１０から被写体像の露出を取得する。

次のステップＳ４２では、シャッターレリーズが全押しされたか否かを判断する。全押しされた場合、処理はステップＳ４３に進み、全押しされていない場合、処理はステップＳ４１に戻る。

ステップＳ４３では、後述する露光期間計算処理を実行する。露光期間算出処理は、目標露光期間及び単位露光期間を算出する処理である。

次のステップＳ４４では、撮像素子１０４が単位露光期間だけ露光を行い、次のステップＳ４５では、ＤＳＰ１０５が撮像素子１０４から１フレームの画像を読み出す。

次のステップＳ４６では、後述する露光量判定処理を実行する。露光量判定処理は、画像の露光量に応じて露光を終了するか否かを判定する処理である。

次のステップＳ４７では、露光量判定処理の結果に基づいて、露光を終了するか否かを判断する。露光を終了する場合、処理は終了し、露光を終了しない場合、処理はステップＳ４４に戻って再度露光を行う。

次に図５を用いて露光期間算出処理について説明する。露光期間算出処理は、露光処理のステップＳ４３において実行される。

始めのステップＳ５１では、単位露光期間を内部メモリ１０６から読み出す。

次のステップＳ５２では、ＡＥデータが有効か否かを判断する。すなわち、露光処理のステップＳ４１で露出センサ１１０が被写体像の露出が適正に測定しているか否かを判断する。有効である場合、処理はステップＳ５５に進み、有効でない場合、処理はステップＳ５６に進む。バルブ撮影を行うときなどには被写体像の露出が少ないことがあり、このために露出センサ１１０が適正にＡＥデータを測定できない場合がある。このような場合にＡＥデータが有効でないと判断される。

次のステップＳ５３では、被写体像の露出に基づいて目標露光期間を算出する。

次のステップＳ５４では、目標露光期間が単位露光期間よりも長いか否かを判断する。長い場合には、ステップＳ５６に進み、長くない場合にはステップＳ５５に進む。

ステップＳ５５では、残り露光期間に目標露光期間を設定する。目標露光期間が単位露光期間よりも長くない場合、つまり目標露光期間が単位露光期間以下である場合、単位露光期間を露光すると画像の露光量が適正露光量を超えてしまう。そこで、残り露光期間に目標露光期間を設定して、目標露光期間だけ撮像素子１０４に露光させる。そして処理が終了する。

ステップＳ５６では、残り露光期間に単位露光期間を設定する。ＡＥデータが有効でない場合、目標露光量を正確に算出できないため、残り露光期間に単位露光期間を設定して、画像の露光状態を監視しながら撮像を行う。また、目標露光期間が単位露光期間よりも長い場合にも、残り露光期間に単位露光期間を設定して、画像の露光状態を監視しながら撮像を行う。そして処理が終了する。

次に図６を用いて露光量判定処理について説明する。露光量判定処理は、露光処理のステップＳ４６において実行される。

始めのステップＳ６１では、露光処理のステップＳ４５において読み出した画像が１フレーム目か否かを判断する。１フレーム目であるとき、１フレーム目の画像を合成画像としてステップＳ６３に進む。１フレーム目でないとき、処理はステップＳ６２に進み、いままでに読み出した画像と今回読み出した画像とを合成して合成画像を作成する。

ステップＳ６３では、合成画像の露光量を測定する。次のステップＳ６４では、測定した露光量に基づいて露光が適正か否かを判定する。

そしてステップＳ６５では、ステップＳ６４で判定した露光量が目標露光量を超えているか否かを判断する。超えている場合、処理はステップＳ６６に進み、露光完了フラグに１を設定する。露光完了フラグが１であるときは露光が完了したことを表す。ステップＳ６５において露光量が目標露光量を超えているか否かを判断することにより、被写体像の露出が急に変化したときに撮影を中断して、適正な露出の画像を得ることができる。ステップＳ６５において、露光量が目標露光量を超えていない場合、処理はステップＳ６７に進む。

ステップＳ６７では、ステップＳ６３において測定した露光量に基づいて残り露光期間を算出する。

次のステップＳ６８では、単位露光期間よりも残り露光期間の方が長いか否かを判断する。長い場合、処理はステップＳ６９に進み、長くない場合、処理はステップＳ７０に進む。

ステップＳ６９では、次の露光期間に単位露光期間を設定する。これにより、画像の露光状態を監視しながら撮像を行うことができる。

ステップＳ７０では、次の露光期間に残り露光期間を設定する。これにより、画像の露光量を適正に保ちながら露光を終了できる。

次のステップＳ７１では、露光完了フラグに０を設定する。露光完了フラグが０であるときは露光が完了していないことを表す。そして処理が終了する。

本実施形態によれば、画像の露光状態をデジタルカメラが適宜監視しながら撮影を行えるため、撮影中に適正な露出の画像を自動的に得ることができる。また、被写体像の露出が急に変化したときには撮影を中断して、適正な露出の画像を得ることができる。

従来のデジタルカメラ１００を用いてバルブ撮影を行うとき、ユーザは所望の期間の間ずっとシャッターレリーズを押圧していなければならない。しかしながら本実施形態によれば、ユーザはシャッターレリーズを１回押し下げることによりバルブ撮影を行い、かつ適切な露光量の画像を得ることができる。

また、測定限界以下の光量しか得られない状況において撮像を行う場合、シャッタスピードや絞り等の撮影条件を撮像装置が撮像前に決定できない。しかしながら本実施形態によれば、撮像された画像を解析することで露光期間を自動的に決定することができる。

なお、単位露光期間は、露光期間算出処理のステップＳ４３において算出されても良い。

なお、ＤＳＰ１０５は、ｎ−１フレーム目の画像とｎフレーム目の画像の露光量を用いて式Ｅ＝ａｔ＋ｂの係数ａ及びｂを求め、求められた式を用いて目標露光量を得るまでに必要な期間ｔｔ＝（Ｅｎ−ｂ）／ａを求めてもよい。さらに、ｎフレーム目の画像の露光量を用いて式Ｅ＝ａｔ＋ｂの係数ａ及びｂを求め、求められた式を用いて目標露光量を得るまでに必要な期間ｔｔ＝（Ｅｎ−ｂ）／ａを求めても良い。単位露光期間に得られた露光量から係数ａ及びｂを算出して目標露光量になるまでの時間を算出することができる。

また、ＤＳＰ１０５は、最小二乗法などの手法を用いて、複数の画像の露光量に基づいて式Ｅ＝ａｔ＋ｂの係数ａ及びｂを求め、求められた式を用いて目標露光量を得るまでに必要な期間ｔｔ＝（Ｅｎ−ｂ）／ａを求めてもよい。

なお、本実施形態では、バルブ撮影に対して本願発明を適用した場合について説明したが、通常の撮影、シャッタスピードが例えば１秒以下の場合に対しても本願発明を適用でき、この場合においてもバルブ撮影と同様の効果を得る。

また、従来の自動露光では長時間に渡る露光期間に関して適正な露光値を算出することが困難であるが、本実施形態によれば非常に長い露光期間を必要とする場合にも適切かつ精度の高い露光値を得ることができる。

なお、撮影レンズ１０１は、デジタルカメラ１００に対して着脱自在でなく、着脱できないように固定されてもよい。

また、撮像素子１０４は、ＣＣＤでなく、ＣＭＯＳ等の固体撮像素子を備えてもよい。

なお、シャッタ１０３は、先幕及び後幕の双方、あるいは一方を有さず。電子シャッタであっても良い。一方を有さない場合、先幕又は後幕いずれか一方に相当する動作を電子シャッタが行う。

単位露光期間は実験により予め決定されなくてもよく、撮像環境の変化に応じて露光期間中に動的に変更されても良い。なお撮像環境とは、撮像素子１０４の温度や、デジタルカメラの温度等である。

なお本実施形態では、撮像素子１０４から所定の期間毎に画像を取得して合成画像を作成し、合成画像の露光量を用いて目標露光期間を算出したが、撮像素子１０４から所定の期間毎に画像を取得し、画像の露光量の増加分から目標露光期間を算出してもよい。

１００デジタルカメラ
１０１撮影レンズ
１０２リターンミラー
１０３シャッタ
１０４撮像素子
１０５ＤＳＰ
１０６内部メモリ
１０７操作ボタン
１０８ＬＣＤ
１０９ＳＤカード
１１０露出センサ

Claims

露光期間中において、単位露光期間毎に撮像して画像を出力する撮像素子と、
前記撮像素子から単位露光期間毎に出力される画像を受信し、受信した画像の露光状態を監視する監視部とを備え、
前記露光期間中において、前記監視部は、画像を受信する毎に、受信した画像の露光状態に基づいて残り露光期間を決定する撮像装置。
前記露光期間中において、前記監視部は、受信した画像の露光量に基づいて、目標露光量が得られるまでの残り露光期間を算出する請求項１に記載の撮像装置。
前記露光期間中において、前記監視部は、受信した全ての画像を合成して合成画像を作成し、前記合成画像の露光状態に基づいて残り露光期間を決定する請求項１に記載の撮像装置。
前記監視部は、前記合成画像の露光状態が適正以上であるときに撮像を終了する請求項３に記載の撮像装置。
前記監視部は、前記合成画像の露光状態が適正以上でないときに前記残り露光期間を決定する請求項３に記載の撮像装置。
前記監視部は、前記残り露光期間が前記単位露光期間よりも長い場合には、前記単位露光期間で前記撮像素子に撮像を行わせ、前記残り露光期間が前記単位露光期間以下である場合には、前記残り露光期間で前記撮像素子に撮像を行わせる請求項１から５のいずれかに記載の撮像装置。
前記監視部は、前記露光期間を開始する前に被写体像の露出に基づいて目標露光期間を算出し、前記目標露光期間が前記単位露光期間よりも長い場合には、前記単位露光期間で前記撮像素子に撮像を行わせ、前記目標露光期間が前記単位露光期間以下である場合には、前記目標露光期間で前記撮像素子に撮像を行わせる請求項１から６のいずれかに記載の撮像装置。
前記単位露光期間は、前記撮像素子の特性に応じて決定される請求項１から７のいずれかに記載の撮像装置。