JP6432642B2 - 露出制御装置及び光学機器 - Google Patents

Description

本発明は、露出制御装置及び光学機器に関する。

動画モニタ機能を有する撮像措置においては、取得した画像データを表示部にスルー画表示し、その取得した画像データを基に、次回の画像データの露出が最適になるように撮像素子の露出値を演算する事を繰り返し行う。
ここで、撮影者によって露出補正が設定された場合、露出補正前のスルー画から算出した露出値をＥＶａ、設定された露出補正量をＨｏとすると、露出補正後のスルー画から算出した露出値はＥＶａ＋Ｈｏが望ましい。
しかし、露出補正によって画像データのオーバーフローの程度が変わるために、露出補正後のスルー画から算出した露出値はＥＶｂ＋Ｈｏ（ＥＶｂ≠ＥＶａ）となる。つまり露出値が変動してしまう。
そこで、例えば、撮像データを列毎または行毎にある周期で露出演算用と表示用に分けて読み出し、各々に異なるゲインを掛けている従来技術がある（特許文献１参照）。

特開２００９−４４２３１号公報

しかし、上記従来技術によると、スルー画時の動作において、データを間引かないとデータ処理の負荷が重くなる。また負荷を考慮して間引いた後のデータを二分すると、データ量が少なくなって露出演算の精度や表示画像の画質が劣化する。

本発明は、好適な露出補正結果が得られる露出制御装置及び光学機器を提供することを目的とする。

本発明は、以下のような解決手段により前記課題を解決する。

本発明の露出制御装置は、第１の輝度で信号がオーバーフローする撮像部で得られた画像の輝度値と露出値の補正量とに基づいて前記画像の露出値を演算する演算部と、前記露出値をアンダー補正する補正量を前記演算部に入力する入力部と、を備える露出制御装置において、前記演算部は、前記入力部から前記補正量が入力された場合、前記画像の輝度値のうち前記第１の輝度よりも小さい第２の輝度で制限した輝度値に基づいて、前記露出値を演算する構成とした。
本発明の露出制御装置は、第１の輝度で信号がアンダーフローする撮像部で得られた画像の輝度値と露出値の補正量とに基づいて前記画像の露出値を演算する演算部と、前記露出値をオーバー補正する補正量を前記演算部に入力する入力部と、を備える露出制御装置において、前記演算部は、前記入力部から前記補正量が入力された場合、前記画像の輝度値のうち前記第１の輝度よりも大きい第２の輝度で制限した輝度値に基づいて、前記露出値を演算する構成とした。
なお、上記構成は、適宜改良してもよく、また、少なくとも一部を他の構成物に代替してもよい。

本発明によれば、好適な露出補正結果が得られる露出制御装置及び光学機器を提供することができる。

第１実施形態のカメラの構成を示したものである。 カメラの制御部の動作を示すフローチャートである。 撮像センサの画素を説明する図であり、（ａ）は複数のＲＧＢ画素がベイヤー配列されている撮像センサの出力例であり、（ｂ）はその出力例をブロック化したものである。 横軸を画素位置、縦軸を出力として表した撮像データであり、（ａ）は露出補正前の撮像データであり、（ｂ）は露出補正後における比較形態の場合の演算に用いる領域を示した図、（ｃ）は露出補正後における本実施形態の場合の演算に用いる領域を示した図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１は第１実施形態のカメラ１００の構成を示したものである。カメラ１００は、ライブビューが可能であり、撮影光学系１と、絞り部１ａと、撮像センサ２と、を備える。撮像センサ２は、全画素読み出しまたは行間引き読み出しの選択が可能である。
また、カメラ１００は、複数行の加算が可能なＡ／Ｄ変換部３と、表示部９と、画像データを記録する外部メモリカード１０と、撮影者がレリーズ操作や露出補正操作を行う操作部１１等を備える。

カメラ１００は、さらに、露出演算装置５と、センサ制御部６と、絞り制御部７と、画像処理部８と、を備える。
露出演算装置５は、Ａ／Ｄ変換部３の出力を露出演算用のデータに加工するとともに、入力された撮影画像の輝度データに基づいて撮影画像の露出値を演算する演算部５２と、演算部５２により演算された露出値から、絞り値や撮像センサ２の感度およびシャッタ速度等の撮影条件を求める撮影条件決定部５３と、操作部１１から入力された露出値に関する補正情報を演算部５２に入力する補正情報入力部５４と、を備える。

センサ制御部６は、露出演算装置５が算出した感度およびシャッタ速度で撮像センサ２を制御する。
絞り制御部７は、露出演算装置５が算出した絞り値で光学系１の絞り部を制御する。
画像処理部８は、ガンマ変換などを施して表示用画像データを生成する。

図２はカメラ１００の動作を示すフローチャートである。本実施形態のカメラ１００は、図２のフローチャートに従い、以下のように動作する。

（ステップＳ００１）
まず、不図示の電源スイッチをＯＮにすることによってカメラ１００の本動作が起動すると、露出演算装置５の演算部５２は、露出値に初期値を設定する。なお、操作部１１を介して、撮影者によって露出補正が設定されていた場合は、その補正量を露出値に加算する。
次いで、撮影条件決定部５３は、その露出値に基づいて、例えばプログラム線図を用いて制御値、すなわち光学系１の絞り部１ａの絞り値と、撮像センサ２の感度と、シャッタ速度とを算出する。

（ステップＳ００２）
絞り制御部７は、撮影条件決定部５３が算出した絞り値に基づいて、光学系１の絞り部１ａを制御し、センサ制御部６は、撮影条件決定部５３が算出した感度およびシャッタ速度で、撮像センサ２に被写界の撮像データを取得させる。
撮像センサ２で取得された撮像データは、Ａ／Ｄ変換部３にアナログ出力され、そのＡ／Ｄ部でＡ／Ｄ変換されてデータ処理部５１および画像処理部８へ出力される。
その際、画像処理の負荷が大きい場合、データ処理部５１は、撮像センサ２の画素を行毎に間引いて読み出してもよく、Ａ／Ｄ変換されたデータを数行毎に加算してもよい。

（ステップＳ００３）
画像処理部８は、ガンマ変換したデータを表示部９へ出力し、表示部９は画像を表示する。

（ステップＳ００４）
データ処理部５１はＡ／Ｄ変換部３の出力を露出演算用のデータに加工する。
この、データ処理部５１におけるデータ加工は、以下のようなブロック化を含む。
図３は、撮像センサ２の画素を説明する図であり、（ａ）は複数のＲＧＢ画素がベイヤー配列されている撮像センサの出力例であり、（ｂ）はその出力例をブロック化したものである。
図３（ａ）に示すように、撮像センサ２は複数のＲＧＢ画素がベイヤー配列されているものである。しかし、露出演算において、全画素または表示用に間引いたり加算したりしたデータが全て必要とは限らない。データ数が多いと演算負荷が大きくなって動作の応答性が悪くなるので、露出演算の精度が落ちない程度にブロック化することもできる。
図３（ｂ）はブロック化された画素を示したものである。図３（ｂ）においては、ＲＧＢ毎にブロック分けして平均化されている。
ここで、ブロック化する前のＲＧＢ出力をＲ［ｉ，ｊ］、Ｇ［ｉ，ｊ］、Ｂ［ｉ，ｊ］とする。ブロック化した後のＲＧＢ出力をＲｂｋ［ｘ，ｙ］、Ｇｂｋ［ｘ，ｙ］、Ｂｂｋ［ｘ，ｙ］とする。またＲｂｋ［ｘ，ｙ］、Ｇｂｋ［ｘ，ｙ］、Ｂｂｋ［ｘ，ｙ］から算出した輝度データをＹｂｋ［ｘ，ｙ］とする。

（ステップＳ００５）
フローチャートに戻り、ステップＳ００５では、ステップ００２における撮像動作において、撮影者が操作部１１を介して露出アンダー補正をしていたかどうかを判断する。
（ステップＳ００６）
露出アンダー補正をしていた場合（ステップＳ００５，ＹＥＳ）はステップ００６へ進み、補正していない場合（ステップＳ００５，ＮＯ）はステップ００７へ進む。

ここで、図４は、横軸を画素位置、縦軸をＡ／Ｄ変換部３からの撮像データ出力として表した撮像データである。図４（ａ）は露出補正前の撮像データであり、ＯｖｆＬｖｌは撮像センサ２のオーバーフローレベルを表す。
図４（ａ）で示す被写体は、輝度差が大きく、一部のデータがオーバーフローしている。露出演算においては斜線部分Ａのデータのみが露出値としての演算対象になり、オーバーフロー部分Ｂのデータは演算する事が出来ない。

ここで、まず、説明の便宜のため比較形態について説明する。比較形態において、図４（ａ）のような出力を示している画像に対して、例えばマイナス１ＥＶにアンダー補正されると、演算部５２は、そのアンダー補正に合わせて、露出値が、露出制御装置５０において予め最適として設定されている露出値Ａの半分（Ａ／２）になるように制御する。

本実施形態では、一例としてシャッタ速度を変更することによって露出値を制御し、シャッタ速度をＴｂ＝Ｔａ／２にする。なお、露出値の制御はシャッタ速度の変更に限定されず、絞り、感度等の変更であってもよい。

図４（ｂ）は（ａ）の状態からＴｂ＝Ｔａ／２とした場合の撮像データ出力を示した図である。シャッタ速度がＴｂ＝Ｔａ／２となると、図４（ａ）において白とびしていた部分（オーバーフロー部分）Ｂが演算可能な範囲に入る。このため、露出値は目標としていたＡ／２より多い、Ａ／２＋Ｂとなる。
しかし、露出演算装置５は、露出値の目標値がＡ／２であるため、露出値がＡ／２＋ＢからＡ／２となるように、さらに速いシャッタ速度Ｔｃとする。

そうすると、図４（ｂ）における一点鎖線で示すように、例えば露出補正をした撮影者が予測していた明るさ（図４（ｂ）における実線で示すグラフ）よりも、表示部９に表示される画像は暗くなる。

そこで、本実施形態では、露出演算装置５は、露出演算において、露出補正を行った際に、飽和していた部分（オーバーフローしていた部分）の露出値Ｂは、露出演算に用いないこととする。

以下、その本実施形態の演算方法について説明する。図４（ｃ）は、本実施形態の演算方法を説明する図である。
（ステップＳ００６）
ステップＳ００５において、アンダーに露出補正していた場合（ステップＳ００５，ＹＥＳ）、データ処理部５１は撮像データに擬似オーバーフロー処理を施す。
擬似オーバーフロー処理とは以下の処理である。
ＰｓｄＯｖｆＬｖｌ＝ＯｖｆＬｖｌ×２＾（Ｈｏ）
式（１）
Ｖ［ｘ，ｙ］＞ＰｓｄＯｖｆＬｖｌならば、Ｖ［ｘ，ｙ］＝ＰｓｄＯｖｆＬｖｌとする
式（２）
ここで、Ｖ［ｘ，ｙ］はＲｂｋ［ｘ，ｙ］、Ｇｂｋ［ｘ，ｙ］、Ｂｂｋ［ｘ，ｙ］またはＹｂｋ［ｘ，ｙ］である（全てのデータに対して処理を行う）。
Ｈｏは露出アンダー補正量である（負の値）。
ＯｖｆＬｖｌはオーバーフローレベルである。
ＰｓｄＯｖｆＬｖｌは擬似オーバーフローレベルである。
すなわち、例えば、１段アンダー補正されていた場合、上記式（１）により求めたレベルを擬似オーバーフローレベル（図４（ｃ）のＰｓｄＯｖｆＬｖｌ）とし、輝度が、擬似オーバーフローレベルより大きい場合、輝度を擬似オーバーフローレベルとして（クリップして）露出演算する。

（ステップＳ００７）
そして、露出演算装置５はＲＧＢ出力または輝度データであるＶ［ｘ，ｙ］に基づいて露出演算を行う。
算出した露出値に基づいて、撮影条件決定部５３は、次回の制御値（光学系１の絞り部の絞り値と、撮像センサ２の感度およびシャッタ速度）を算出する。なお、撮影者によって露出補正が設定されていた場合は、その補正量を露出値に加算する。

（ステップＳ００８）
次いで、撮影者によるレリーズ操作が行われたか否かを判断する。
（ステップＳ００９）
レリーズ操作が行われていれば（レリーズ操作を示す信号が入力されれば）（ステップＳ００８，ＹＥＳ）、静止画撮影処理を行う。静止画撮影においては間引き読み出しはしない。そして、画像処理部８の出力をメモリカード１０に記録する。
撮影者によるレリーズ操作が行われていない場合（レリーズ操作を示す信号の入力がない場合）（ステップＳ００８，ＮＯ）、ステップ００２へ戻る。
ステップ００２においては、上述の説明と同様にステップ００７で求めた制御値に基づいて撮像センサ２の撮像動作を行う。

以上、本実施形態によると、アンダー露出補正後の撮像データは図４（ｃ）に示すように、撮像データをＰｓｄＯｖｆＬｖｌ以下に制限しているので、画像中の演算対象の領域が図４（ａ）と略同様となる。そしてその領域においては、撮影者が意図した露出補正が行われるように露出演算が行われる。従って、意図した露出値からの変動がほとんど無い。
また、表示用のデータと露出演算用のデータに同じゲインを掛けるために間引いたデータで演算する事が可能であり、データ処理の負荷や時間を増やさずにすむ。

（変形形態）
以上、説明した実施形態に限定されることなく、以下に示すような種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の範囲内である。
（１）本実施形態では、撮影者が露出アンダー補正を行う場合について説明したが、これに限定されない。例えば、白とびを抑えるように露出をアンダーに補正して撮影し、暗部階調の明度を上げてアンダーの黒飛びを抑えるような処理を撮影装置おいて行う場合があるが、このような場合にも本発明は適用可能である。
（２）本実施形態では、オーバーフローしている場合にアンダー側に露出補正する形態について説明したが、本発明はこれに限定されない。
例えば、黒とび（アンダーフロー）している場合、オーバ側に露出補正する際にも適用可能である。
その場合、上述の擬似オーバーフローレベル処理の代わりに擬似アンダーフロー処理を施す。
ＰｓｄＵｄｆＬｖｌ＝ＵｄｆＬｖｌ×２＾（Ｈｏ２）
式（３）
Ｖ［ｘ，ｙ］＜ＰｓｄＵｄｆＬｖｌならば、Ｖ［ｘ，ｙ］＝ＰｓｄＵｄｆＬｖｌとする
式（４）
Ｈｏ２は露出オーバー補正量である（正の値）。
ＵｄｆＬｖｌはアンダーフローレベルである。
ＰｓｄＵｄｆＬｖｌは擬似アンダーフローレベルである。
この場合も、上記実施形態と同様に、オーバ露出補正後の撮像データはＰｓｄＵｄｆＬｖｌ以上に制限しているので、演算対象のデータが補正前と略同様となる。従って露出値の変動がほとんど無い。
なお、実施形態及び変形形態は、適宜組み合わせて用いることもできるが、詳細な説明は省略する。また、本発明は以上説明した実施形態によって限定されることはない。

１：撮影光学系、１ａ：絞り部、２：撮像センサ、３：Ａ／Ｄ変換部、５：露出制御部、５：露出演算装置、６：センサ制御部、７：絞り制御部、８：画像処理部、９：表示部、１０：メモリカード、１１：操作部、２０：制御部、５０：露出演算装置、５２：演算部、５３：撮影条件決定部、５４：補正情報入力部、１００：カメラ

Claims (7)

1. 画像を撮像する撮像部から出力される、第１信号レベル以下の画像信号に基づいて前記画像の輝度を求める演算部と、
   前記画像の輝度に基づいて前記撮像部で撮像する前記画像の撮像条件を決定する決定部とを備え、
   前記演算部は、
   前記撮像条件を補正する補正量が設定されると、前記画像信号のうち前記第１信号レベルよりも低い第２信号レベル以下の前記画像信号に基づいて前記画像の輝度を求める露出制御装置。
2. 請求項１に記載の露出制御装置であって、
   前記第２信号レベルは、前記第１信号レベルを前記補正量で補正したものである露出制御装置。
3. 請求項１または２に記載の露出制御装置であって、
   前記補正量をＨｏ（負の値）、
   前記第１信号レベルをＯｖｆＬｖｌ、
   としたとき、前記第２信号レベルは、
   ＰｓｄＯｖｆＬｖｌ＝ＯｖｆＬｖｌ×２＾（Ｈｏ）
   式（１）
   である露出制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の露出制御装置であって、
   前記決定部は、表示部に表示する前記画像の前記撮像条件を決定する露出制御装置。
5. 画像を撮像する撮像部から出力される、第１信号レベル以上の画像信号に基づいて前記画像の輝度を求める演算部と、
   前記画像の輝度に基づいて前記撮像部で撮像する前記画像の撮像条件を決定する決定部とを備え、
   前記演算部は、
   前記撮像条件を補正する補正量が設定されると、前記画像信号のうち前記第１信号レベルよりも高い第２信号レベル以上の前記画像信号に基づいて前記画像の輝度を求める露出制御装置。
6. 請求項５に記載の露出制御装置であって、
   前記第２信号レベルは、前記第１信号レベルを前記補正量で補正したものである露出制御装置。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の露出制御装置を備える光学機器。

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