JP6494829B2 - 撮像装置、制御方法、プログラム及び記憶媒体 - Google Patents

撮像装置、制御方法、プログラム及び記憶媒体 Download PDF

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Description

本発明は、撮像装置に関し、特にフリッカーが生じる光源下で露光をする際の制御方法に関するものである。
近年、デジタルカメラや携帯電話、タブレット端末などの撮像装置の高感度化が進んでいる。そのため、室内のような比較的暗い環境下においても、シャッタースピードを高速にした(露光時間を短くした)撮影により、ブレを抑えた明るい画像を取得することが可能になってきている。
また、室内光源として普及している蛍光灯やLEDは商用電源周波数の影響により、周期的に照明光がゆらぐ現象であるフリッカーが生じる。このようなフリッカーが生じる光源(以下、フリッカー光源とする)下でシャッタースピードを高速にした撮影を行うと、1つの画像内で露出ムラや色ムラが発生したり、連続して撮影した複数の画像間で露出や色温度のばらつきが発生したりする場合がある。
このような問題に対して、特許文献1では、照明光のフリッカーの状態を検出し、露光時間の中心が照明光の光量が極大値を示すタイミングと略一致するように撮像タイミングを調節する技術が提案されている。
特開2006−222935号公報
しかしながら、特許文献1では、照明光の照度の平均値に基づいて露出制御を行っており、撮像タイミングに応じた露出制御ができない。例えば、露光期間の中心がフリッカー光源の光量変化の極大値を示すタイミングと略一致するように撮像タイミングを調節する場合、図13に示すように、当該露光期間における光量の平均値はフリッカー光源の光量変化の1周期の平均値(全体平均値)と異なる。このため、露光期間の中心がフリッカー光源の光量変化の極大値を示すタイミングと略一致するように撮像タイミングを調節して撮影する場合、照明光の全体平均値に基づいて露出制御を行うと、露出がオーバー気味になってしまう。また、露光期間の中心がフリッカー光源の光量変化の極小値を示すタイミングと略一致するように撮像タイミングを調節して撮影する場合、照明光の全体平均値に基づいて露出制御を行うと、露出がアンダー気味になってしまう。
そこで、本発明は、フリッカーが生じる光源下で撮影しても良好な画像を取得することができるようにすることを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係る撮像装置は、撮像手段と、フリッカーの光量変化における光量の特徴点を検出する検出手段と、前記検出手段が検出したフリッカーの特徴点に合わせて露光を行うように前記撮像手段を用いた露光のタイミングを制御できる撮像制御手段と、前記特徴点に合わせて露光を行う場合であって、露光時間が所定値以下の場合に、露光時間の長さに基づいて測光値を決定する測光値決定手段と、前記測光値決定手段が決定した測光値に基づいて、前記特徴点に合わせて露光を行う場合の露出制御値を決定する露出決定手段と、を有し、前記測光値決定手段は、露光時間が短いほど、測光値を大きくすることを特徴とすることを特徴とする。
本発明によれば、フリッカーが生じる光源下で撮影しても良好な画像を取得することができるようにすることができる。
本発明の実施形態に係る撮像装置の概略構成図である。 第1の実施形態に係る撮像装置のフリッカーの影響を低減させた撮影を行う際の測光値決定処理を示すフローチャート図である。 フリッカー検出用の電荷の蓄積タイミング及び画像信号の読み出しタイミングを示す図である。 垂直画素加算数と読み出し時間の関係を示す図である。 フリッカー光源の光量のピークのタイミングを算出する方法の一例を示す模式図である。 第1の実施形態におけるシャッタースピードと測光補正値により補正された測光値の関係を示す図である。 第2の実施形態の測光補正値の算出方法のフローチャートを示す図である。 第2の実施形態における近似によるフリッカー光源の波形予測を用いた測光補正値の算出方法の一例を示す模式図である。 第2の実施形態におけるシャッタースピードと測光補正値により補正された測光値の関係を示す図である。 第3の実施形態の測光補正値の算出方法のフローチャートを示す図である。 第3の実施形態における近似によるフリッカー光源の波形予測を用いた測光補正値の算出方法の一例を示す模式図である。 蛍光灯と一部のLEDの光量の波形を説明する図である。 フリッカー光源の光量変化の1周期における平均測光値と露光期間における平均測光値との差を示す図である。
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。
(第1の実施形態)
以下、本発明の第1の実施形態について説明する。
図1は、本実施形態に係る撮像装置の概略構成図である。本実施形態に係る撮像装置は、カメラ本体100と、カメラ本体100に着脱可能なレンズユニット200を含む。
まず、カメラ本体100の構成について説明する。マイクロコンピュータCPU(以下、カメラマイコン)101は、カメラ本体100の各部を制御する。メモリ102は、カメラマイコン101に接続されているRAMやROM等のメモリである。
撮像素子103は、赤外カットフィルタやローパスフィルタ等を含むCCD、CMOS等の撮像素子であり、レンズユニット200を介して入射した光束を光電変換して画像信号を出力する。
シャッター104は、レンズユニット200を介して入射した光束から撮像素子103を遮光する遮光状態、及び、レンズユニット200を介して入射した光束を撮像素子103に導く退避状態となるように走行する。すなわち、シャッター104は、撮像素子103を遮光する第1の状態と撮像素子103を遮光しない第2の状態とに変更可能であって、撮像素子103の露光時間を調節する機能を果たす。なお、撮像素子103の露光時間は、カメラマイコン101によって撮像素子103の電荷蓄積期間を制御する、いわゆる電子シャッター機能によって調節する構成でもよい。
ハーフミラー105は、レンズユニット200を介して入射した光束を撮像素子103へ導く位置(ミラーアップ状態)と測光センサ108へ導く位置(ミラーダウン状態)とに移動可能である。すなわち、ハーフミラー105は、撮像素子103へ導く状態と測光センサ108へ導く状態とに、レンズユニット200を介して入射した光束の光路変更を行う。また、測光センサ108へ導く位置にある場合には、レンズユニット200を介して入射した光束をピント板106に結像させる。
表示素子107は、PN液晶等を用いた表示素子であり、自動焦点調節制御(AF制御)に用いられる焦点検出領域を示す枠(AF枠)などを表示する。測光センサ108は、CCD、CMOS等の入射光量に応じた電荷を蓄積する電荷蓄積型撮像素子を使用することにより、出力される画像信号に基づいて測光だけでなく被写体の顔検出や被写体追尾、フリッカーの検出などを行うことができる。なお、測光センサ108から出力される画像信号ではなく、撮像素子103から出力される画像信号に基づいてフリッカーの検出を行ってもよい。
ペンタプリズム109は、ハーフミラー105で反射されたレンズユニット200を介して入射した光束を測光センサ108及び不図示の光学ファインダに導く。焦点検出回路110は、AF制御のために焦点検出を行うものであって、AFミラー111により、レンズユニット200を介して入射しハーフミラー105を通過した光束の一部が導かれる。
CPU112は、測光センサ108の駆動制御や画像処理・演算用のCPU(以下ICPUとする)であって、測光センサ108からの出力信号(画像信号)に基づいて測光、被写体の顔検出、被写体追尾などに関わる各種演算を行う。また、ICPU112は、測光センサ108からの出力信号(画像信号)に基づいて、被写体からの光の光量変化周期や光量が所定の条件を満たすタイミング(例えば、光量が最大となるタイミングや光量が最少となるタイミング)などの光量変化特性を算出する。メモリ113は、ICPU112に接続されているRAMやROM等のメモリである。なお、本実施形態では、カメラマイコン101とは別にICPU112を有する構成を説明するが、ICPU112で実行する処理をカメラマイコン101で実行する構成でも構わない。
操作部114は、ユーザがカメラ本体100に撮影準備動作の開始指示や撮影動作の開始指示を行うためのレリーズボタンや、ユーザがカメラ本体100の各種設定を行うための設定ボタンなどを含む。また、操作部114は、ユーザがカメラ本体100の電源のオンオフを切り替えるための電源スイッチや、ユーザがカメラ本体100の撮影モードを複数のモードの中から選択するためのモードダイヤル、タッチパネルなどを含む。
次に、レンズユニット200の構成について説明する。レンズCPU201(以下、LPUとする)は、レンズユニット200の各部、例えば、フォーカスレンズ、ズームレンズ、絞りの駆動部などを制御するものであって、レンズに関する情報をカメラマイコン101に送信する。
次に、図2を用いてフリッカーの影響を低減させた撮影を行う際の測光値決定処理について説明する。図2は、本実施形態に係る撮像装置のフリッカーの影響を低減させた撮影を行う際の測光値決定処理を示すフローチャート図である。
まず、ユーザの電源スイッチへの操作によりカメラ本体100の電源がオン状態になると、ステップS101でICPU112は、測光許可状態であるか否かを判別し、測光許可状態ではないときはステップS101を繰り返す。なお、カメラ本体100の電源をONした時やレリーズボタンの半押し状態であるSW1がONされることで測光許可状態になり、測光許可状態で所定時間カメラ本体100が操作されないと測光許可状態ではなくなる。
測光許可状態であればステップS102に進み、通常測光用の蓄積&読み出し動作を行う。この測光は、フリッカー光源下においても、フリッカー光源の光量変化に影響して測光値がばらつかないように、測光センサ108の蓄積時間をフリッカーの周期のほぼ整数倍に設定するとよい。ここで、フリッカー光源の光量が変化する周波数(以下、フリッカー周波数とする)は、商用電源周波数の2倍になることから、商用電源周波数が50Hzの地域ではフリッカー周波数は100Hzとなる。そして、その光量変化周期はフリッカー周波数の逆数で10msとなる。同様に商用電源周波数が60Hzの地域ではフリッカー周波数は120Hz、光量変化周期はフリッカー周波数の逆数で8,33msとなる。この2種類のフリッカー周波数に対応するために、測光センサ108の蓄積時間を、10msと8,33msの平均値と略等しい時間、例えば9msに設定する。そうすると、商用電源周波数が50Hz、60Hzのどちらであっても測光センサ108の蓄積時間はフリッカー光源の光量変化の1周期と略等しくなり、フリッカー光源下でも安定した測光値を得ることができる。なお、フリッカー光源下でも安定した測光値を得るためには、フリッカー光源の光量変化の1周期の整数倍(商用電源周波数の2倍の逆数の整数倍)と略等しい蓄積時間(所定の測光期間)で測光を行えばよい。
ステップS102で測光センサ108による電荷の蓄積及び画像信号の読み出しを行い得られた画像信号に基づいて、ステップS103でICPU112は測光に関わる演算(以下、測光演算とする)を行い通常測光値BVを取得する。通常測光値BVは、公知の演算方法を行い取得すればよい。例えば、ステップS102で得られた画像信号の輝度成分を蓄積時間で割って取得すればよい。このとき、画像信号を複数の測光領域に分割して各測光領域の輝度成分を加重平均して通常測光値BVを取得してもよい。
次に、ステップS104で図3に示すようにして測光センサ108によるフリッカー検出用の複数回の電荷の蓄積及び画像信号の読み出しを行う。図3は、フリッカー検出用の電荷の蓄積タイミング及び画像信号の読み出しタイミングを示す図であり、600fps、約1,667ms周期で蓄積・読み出しを連続して12回行う。この600fpsは、予め想定されるフリッカー周波数(100Hzと120Hz)の最小公倍数と等しい値となっている。また、600fpsで12回蓄積を行うことで、全体として20msの期間で蓄積を行うことになり、商用電源周波数が50Hz、60Hzのどちらであっても、フリッカー光源の光量変化が2周期含まれることになる。
ここで、測光センサ108を600fps(1,667ms周期)で駆動させる方法について説明する。
本実施形態では、測光センサ108から出力される画像信号に基づいて、測光だけでなく被写体の顔検出や被写体追尾、フリッカーの検出などを行う。被写体の顔検出を精度よく行うためには、測光センサ108の画素数はある程度、例えばQVGA相当の画素数必要である。このような被写体の顔検出を精度よく行うことが可能な画素数を有する撮像素子の全画素信号を600fps以上のフレームレートで読み出すためには、回路構成が複雑となりコストも増大する。
そこで、被写体の顔検出を行うための画像信号については全画素信号を読み出し、フリッカー検出を行うための画像信号については画素加算読み出しや間引き読み出しをすることによってフレームレートを600fps(1,667ms周期)に調整する。
測光センサ108にCCDを用いる場合、画素信号を加算して読み出す画素加算読み出しにより、読み出しライン数を擬似的に減少させて読み出し時間を短縮させるとよい。例えば、画素配列がストライプ状のCCDで垂直画素加算を行うことで、図4に示すような読み出し時間の短縮効果がある。図4は、垂直画素加算数と読み出し時間の関係を示す図であり、画素信号を加算することなく全画素信号を読み出す(垂直画素加算数が1)場合の読み出し時間が6,25msとなるCCDを例にして説明する。図4に示す特徴を有するCCDの場合、9画素加算を行うことにより読み出し時間は1,66msとなり、フレームレートを約600fpsにすることができる。このとき読み出される画像信号は、画素信号を加算することなく読み出された画像信号と比べて垂直方向の画素数が1/9になるが、フリッカー検出においては画像信号間の測光値を比較するだけなので、垂直方向の画素数が減少した画像信号でも問題ない。
また、測光センサ108にCMOSを用いる場合、画素信号の読み出しを行う水平ラインを限定したいわゆる間引き読み出しによって、蓄積と読み出しの合計時間が約1,667ms周期となるように調整するとよい。
以上で、測光センサを約600fps(約1,667ms周期)程度で駆動させる方法についての説明を終える。なお、上記の測光センサの蓄積・読み出し周期はあくまで一例であって、フレームレートは約600fps(約1,667ms周期)でなくても構わない。例えば、蓄積時間が長いほど低照度の環境に有効なため、1回の蓄積時間を約1,667msよりも長くし、フレームレートを600fpsよりも小さくしても構わない。あるいは、蓄積・読み出し周期が短いほどフリッカー検出に要する時間が短くなるため、1回の蓄積時間を約1,667msよりも短くしても構わない。このとき、垂直画素加算数を読み出し時間が1,66msよりも短くなる画素加算数にして、フレームレートを600fpsよりも大きくしても構わない。また、図4に示した垂直画素加算数と読み出し時間の関係もあくまで一例である。ただし、フレームレートが600fpsから離れるほど測光センサの蓄積・読み出し周期とフリッカー光源の光量変化の周期とのずれが大きくなるため、600fps±1〜2%以内のフレームレートが好ましい。すなわち、測光センサの測光周期は、第1の商用電源周波数の2倍の周波数と第2の商用電源周波数の2倍の周波数との最少公倍数の逆数に略等しい周期が好ましい。
ステップS104でフリッカー検出用の電荷の蓄積及び画像信号の読み出しを終えたら、ステップS105でICPU112は、読み出した画像信号に基づいてフリッカー検出演算を行う。
図3(a)は、商用電源周波数が50Hzであるときの電荷の蓄積タイミング、画像信号の読み出しタイミング及び測光値の推移を示している。そして、n回目の蓄積を「蓄積n」、蓄積nの読み出しを「読み出しn」、読み出しnの結果から得られる測光値を「AE(n)」としている。なお、各蓄積により得られる測光値は1つであるが、フリッカー光源の光量は蓄積期間中も一定ではない。そこで、各蓄積により得られる測光値を、各蓄積期間中の中心時点におけるフリッカー光源の光量に対応した値とみなす。
商用電源周波数が50Hzの時のフリッカー光源の光量変化周期は約10msであり、10÷1,667≒6であるから、図3(a)に示すように、6回周期でフリッカー光源の光量が略等しいタイミングで蓄積が行われる。すなわち、AE(n)≒AE(n+6)の関係となる。
同様に、商用電源周波数が60Hzの時のフリッカー光源の光量変化周期は約8,33msであり、8,33÷1,667≒5であるから、図3(b)に示すように、5回周期でフリッカー光源の光量が略等しいタイミングで蓄積が行われる。すなわち、AE(n)≒AE(n+5)の関係となる。
一方、光量変化がない光源下であれば、nによらずAE(n)は略一定である。そこで、フリッカー検出用の蓄積を行い得られた複数の測光値に基づいて、下の式(1)、(2)を用いて評価値を算出する。
Figure 0006494829
Figure 0006494829
式(1)を用いて算出される評価値をF50、式(2)を用いて算出される評価値をF60として、評価値F50及び評価値F60を所定の閾値F_thと比較することで、フリッカー検出を行う。
具体的には、F50<F_thかつ、F60<F_thの場合、フリッカー検出用の蓄積を行い得られた複数の測光値のすべてが略等しいといえるため、フリッカーが生じていないと判断する。F50<F_thかつ、F60≧F_thの場合、フリッカー検出用の蓄積を行い得られた複数の測光値が、6回周期で略等しい値となっていて、5回周期では略等しい値となっていないといえる。そのため、光量変化周期が10msのフリッカーが生じている(商用電源周波数が50Hzのフリッカー光源下)と判断する。F50≧F_thかつ、F60<F_thの場合、フリッカー検出用の蓄積を行い得られた複数の測光値が、5回周期で略等しい値となっていて、6回周期では略等しい値となっていないといえる。そのため、光量変化周期が8,33msのフリッカーが生じている(商用電源周波数が60Hzのフリッカー光源下)と判断する。
なお、フリッカー検出用の蓄積を行っている間にパンニングなどの撮像装置の移動や被写体の移動が生じた場合などに、測光値が大きく変化してF50≧F_thかつ、F60≧F_thとなる場合も考えられる。その場合はF50とF60とを比較してフリッカー検出を行う。具体的には、F50≧F_thかつ、F60≧F_thかつ、F50≦F60の場合、光量変化周期が10msのフリッカーが生じている(商用電源周波数が50Hzのフリッカー光源下)と判断する。反対に、F50≧F_thかつ、F60≧F_thかつ、F50>F60の場合、光量変化周期が8,33msのフリッカーが生じている(商用電源周波数が60Hzのフリッカー光源下)と判断する。なお、F50≧F_thかつ、F60≧F_thかつ、F50=F60の場合は、フリッカー光源の光量変化周期を判断できないため、フリッカーが生じていないあるいはフリッカーの検出不可と判断してもよい。
その他、F50≧F_thかつ、F60≧F_thの場合にフリッカー光源の光量変化周期を判断したが、F50≧F_thかつ、F60≧F_thの場合はフリッカー検出の精度が低いため、フリッカー検出用の蓄積をやり直してもよい。
フリッカー光源下ではない場合、ステップS102で取得した測光値BVを補正する必要はないため以降の処理は行わない。また、フリッカー光源下ではない場合、フリッカーの影響を低減させた撮影を行うために露光タイミングを調節する必要もなく、通常の撮影を行えばよいので詳細な説明は省略する。
さらに、ステップS105でICPU112は、フリッカー光源下である場合は、フリッカーの特徴点のタイミングを求める。図5はフリッカーの特徴点のタイミングの一例であるフリッカー光源の光量のピークのタイミングを算出する方法の一例を説明する図である。
AE(2)〜AE(11)の中で最大値を得た点をP2(t(m),AE(m))とし、その1つ前の測光結果の点をP1(t(m−1),AE(m−1))、1つ後の測光結果の点をP3(t(m+1),AE(m+1))とする。そして、AE(m−1)とAE(m+1)の小さい方を取る点(図5の例ではP1)と点P2の2点を通る直線をL1=at+bとして求め、AE(m−1)とAE(m+1)の大きい方を取る点(図5の例ではP3)を通り、傾き−aの直線をL2とする。L1とL2の交点を求めると、AE(1)の取得タイミングをt=1,667msとしたときのピークタイミングt_peakと、ピーク時の光量に対応するピーク測光値AE_peakを算出することができる。
なお、図5では、フリッカーの特徴点のタイミングを算出する方法の一例としてフリッカーの光量変化の中で光量が最大(ピーク)となるタイミングを算出する方法を説明したが、光量が最小(ボトム)となるタイミングを算出しても構わない。
さらにステップS105でICPU112は、フリッカーの光量のピークのタイミングに合わせて露光を行う場合の測光補正値を算出する。この測光補正値はシャッタースピードに応じて算出される。以下では、測光補正値の算出方法を説明する。
まず、シャッタースピードに応じた測光補正値を算出するために、本実施形態では、フリッカーの影響を低減させた撮影を行う際に設定されるシャッタースピード(TV)の範囲を、例えば5つの区間に分割する。それぞれの区間は、1/8000≦TV≦1/500、1/500<TV≦1/250、1/250<TV≦1/200、1/200<TV≦1/160、1/160<TV≦1/125である。
シャッタースピードが1/100秒より遅い場合は、フリッカー光源の光量変化周期の1周期分以上の期間で露光を行うため、フリッカーの影響が少なくなる。また、露光を行う期間がフリッカー光源の光量変化周期の1周期分に満たないシャッタースピードであっても、露光を行う期間がフリッカー光源の光量変化周期の1周期分に近ければ比較的フリッカーの影響が少ないと考えられる。そこで、シャッタースピードが8ms(1/125s)以下の場合にフリッカーの影響を低減させるシャッター制御を行うものとし、シャッタースピードが8msより長い場合はフリッカーの影響を低減させた撮影を行わないので、測光補正値を算出しない。
次に、図6に示すように、フリッカー光源の光量変化周期の1周期以上の期間で得られた複数の測光値を大きい順にAE(max1)、AE(max2)、AE(max3)、AE(max4)、AE(max5)、AE(max6)とする。図6は、シャッタースピードと測光補正値の関係を示す図である。そして、フリッカー光源の光量変化周期の1周期の平均測光値FLK_AE_averageを以下の式(3)または式(4)を用いて算出する。
光源が100Hzの場合
Figure 0006494829
光源が120Hzの場合
Figure 0006494829
次に、シャッタースピードに応じた測光補正値を以下の式(5)〜式(9)を用いて算出する。
1/8000≦TV≦1/500の場合に用いる測光補正値(BV_FLK_com_500)は式(5)により求められる。
Figure 0006494829
1/500<TV≦1/250の場合に用いる測光補正値(BV_FLK_com_250)は式(6)により求められる。
Figure 0006494829
1/250<TV≦1/200の場合に用いる測光補正値(BV_FLK_com_200)は式(7)により求められる。
Figure 0006494829
1/200≦TV≦1/160の場合に用いる測光補正値(BV_FLK_com_1600)は式(8)により求められる。
Figure 0006494829
1/160≦TV≦1/125の場合に用いる測光補正値(BV_FLK_com_125)は式(9)により求められる。
Figure 0006494829
以上のように、フリッカーの光量のピークのタイミングに合わせて露光を行う場合、露光時間が短くなるほど(シャッタースピードが高速になるほど)光量変化の極大値に近い部分の平均値となるため、測光補正値を大きくする。なお、本実施形態では、フリッカーの影響を低減させた撮影を行う際に設定されるシャッタースピードの範囲を5つの区間に分割する例を説明したが、分割する区間は5つよりも多くても少なくてもよい。その場合、利用する測光値の数を変更するだけではなく、各測光値に対する重み付け係数を変えて各区間の測光補正値を算出するようにすればよい。
ステップS105でフリッカー検出演算及び測光補正値の算出処理を終えたら、S106でICPU112は、ユーザによって選択された撮影モードを確認する。本実施形態では、カメラマイコン101が、操作部114のモードダイヤルがユーザに操作されることに応じて、TV優先モード、AV優先モード、マニュアル露出モード、全自動露出モードのいずれかを設定する。TV優先モードは、ユーザによって選択されたシャッタースピードとICPU112から出力される測光値とに基づいて、カメラマイコン101が露出制御値である絞り値AV、ISO感度(撮影感度)SVの少なくとも一方を決定するモードである。AV優先モードは、ユーザによって選択された絞り値とICPU112から出力される測光値とに基づいて、カメラマイコン101がシャッタースピード、ISO感度の少なくとも一方を決定するモードである。マニュアル露出モードは、少なくともユーザによってシャッタースピードと絞り値が選択されるモードである。全自動露出モードは、ICPU112から出力される測光値に基づいて、カメラマイコン101が絞り値、シャッタースピード、ISO感度のすべてを決定するモードである。絞り値、シャッタースピード、ISO感度の決定に際しては、カメラマイコン101は、メモリ102に予め記憶されたプログラム線図を利用して決定する。
TV優先モードかマニュアル露出モードが設定されていて、ユーザの選択によってシャッタースピードが予め決定している(ユーザの操作部114への操作に基づいてカメラマイコン101が露光時間を設定している)場合はステップS107へ進む。ステップS107でICPU112は、予め決定しているシャッタースピードに応じて使用する測光補正値を選択する。
一方、AV優先モードか全自動露出モードが設定されていてシャッタースピードが予め決定していない場合はステップS108へ進む。ステップS108では、ステップS103で取得された通常測光値BVに基づいて、カメラマイコン101が絞り値、シャッタースピード、ISO感度を仮決定する。そして、ICPU112は、カメラマイコン101によって仮決定されたシャッタースピードに応じて(測光を行い得られた測光値に基づいてカメラマイコン101が設定した露光時間に基づいて)使用する測光補正値を選択する。
そしてステップS109でICPU112は、ステップS103で取得された通常測光値BVを以下の式(10)を用いて補正する。補正後の測光値をBV_FLK、ステップS107またはS108で選択した測光補正値をBV_FLK_com_***とすると、
Figure 0006494829
以上でフリッカーの影響を低減させた撮影を行う際の測光値決定処理を終了する。
カメラマイコン101は、このようにして補正された測光値に基づいて撮影時に用いる露出制御値を決定する。
以上のように、シャッタースピードに応じて測光値を補正することで、フリッカーの影響による測光の誤差を軽減でき、フリッカーの影響を抑えた良好な画像を取得することができるようにすることができる。
なお、本実施形態では、ユーザによって選択される撮影モードの一部を例示して説明を行ったが、その他のモードであっても、ユーザの選択によってシャッタースピードが予め決定可能なモードか否かという条件によって場合分けすればよい。
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。本実施形態は、フリッカー検出用の測光値に基づいて近似を行うことによりフリッカー光源の波形を予測して測光補正値を算出する点で、第1の実施形態と異なる。以下、本実施形態に係る撮像装置について、第1の実施形態と共通する点については詳細な説明を省略し、異なる点である測光補正値の算出方法について主に説明する。
図7は、本実施形態の測光補正値の算出方法のフローチャートを示す図である。図8は近似によるフリッカー光源の波形予測を用いた測光補正値の算出方法の一例を示す模式図である。この2つの図を用いて本実施形態の測光補正値の算出方法を説明する。なお、図7に示したフローチャートは、図2のステップS105のフリッカー検出演算に続いて実行される。
ステップS201でICPU112は、前述のステップS104、S105と同様の方法で得られた複数の測光値に基づいて、以下のようにフリッカー光源の波形の予測を行う。
まず、図8(a)に示すようにフリッカー光源の光量変化周期の1周期以上の期間で得られた複数の測光値を大きい順にAE(max1)、AE(max2)、AE(max3)、AE(max4)、AE(max5)、AE(max6)とする。
次に、図8(b)に示すようにAE(max6)´をt=0となるタイミングに補間し、AE(max6)´からAE(max6)で1周期となるようする。以上の7点を用いた近似によりフリッカー光源の波形予測を行う。
ここで、図12を用いて蛍光灯と一部のLEDの光量の波形を説明する。図12の横軸は時間、縦軸は発光強度である。図12に示すように、蛍光灯は光量変化の1周期において光量が0(最小)になる期間が瞬間的に存在するのみであるのに対し、LEDは光量が0(最小)になる期間が継続的に存在する。LEDの様な光量が一定となる期間がして存在するフリッカー光源に対して得られた複数の測光値に基づいてフリッカー検出用の近似関数を算出すると、実際のフリッカー光源の波形とは大きく違う波形になる可能性が高い。そこで本実施形態では、光量が一定となる期間が存在するフリッカー光源に対しても対応するために、光量変化の1周期を複数の区間に分割し、分割されたそれぞれの区間で近似することによりフリッカー光源の波形予測を行う。
例えば、図8(c)に示すように、上位3点を用いて二次関数近似を行い、そのほかの範囲では隣り合う2点で一次近似を行うことによりフリッカー光源の波形の予測を行う。ここで、AE(max1)、AE(max2)、AE(max3)により求めた二次近似式をf1(t)、そのほかの一次近似式を上位の測光値を用いる順にf2(t)、f3(t)、f4(t)、f5(t)とする。それにより、フリッカー光源の波形は
0ms≦t<1,66msの区間は、f5(t)
1,66ms≦t<3,33msの区間は、f3(t)
3,33ms≦t<6,66msの区間は、f1(t)
6,66ms≦t<8,33msの区間は、f2(t)
8,33ms≦t≦10msの区間は、f4(t)
で近似される。
次に、S202でICPU112は、測光補正値の算出に用いる測光値を求める。図8(d)に示すように前述の近似式に基づいて測光補正値の算出に用いる測光値を求める。近似式により求める算出用測光値を、AE(max1)_calc、AE(max2)_calc、AE(max3)_calc、AE(max4)_calc、AE(max5)_calc、AE(max6)_calcとする。これらの算出用測光値は、前述の近似式と、前述のステップS105と同様の方法で得られたt_peakを用いて以下の式(11)〜(21)で求められる。
t_peak≧5,0msの場合
AE(max1)_calc=f1(t_peak) ・・・(11)
AE(max2)_calc=f2(t_peak−1,66) ・・・(12)
AE(max3)_calc=f3(t_peak+1,66) ・・・(13)
AE(max4)_calc=f4(t_peak−3,33) ・・・(14)
AE(max5)_calc=f5(t_peak+3,33) ・・・(15)
AE(max6)_calc=f6(t_peak−5,00) ・・・(16)
t_peak<5,0msの場合
AE(max1)_calc=f1(t_peak) ・・・(11)
AE(max2)_calc=f2(t_peak+1,66) ・・・(17)
AE(max3)_calc=f3(t_peak−1,66) ・・・(18)
AE(max4)_calc=f4(t_peak+3,33) ・・・(19)
AE(max5)_calc=f5(t_peak−3,33) ・・・(20)
AE(max6)_calc=f6(t_peak+5,00) ・・・(21)
これにより、図8(e)に示すようにフリッカーの光量のピークのタイミングを基準として1,66ms間隔の測光値が求められる。このとき、算出用測光値を算出する間隔を1,66msよりも短くし、各区間の算出用測光値の数を増やしてもよい。
その後、S203でICPU112は、測光補正値を算出する。まず、フリッカー光源の光量変化周期の1周期の平均測光値FLK_AE_averageを以下の式(22)または式(23)を用いて算出する。
光源が100Hzの場合
Figure 0006494829
光源が120Hzの場合
Figure 0006494829
次に、シャッタースピードに応じた測光補正値を以下の式(24)〜式(28)を用いて算出する。
1/8000≦TV≦1/500の場合に用いる測光補正値(BV_FLK_com_500)は式(24)により求められる。
Figure 0006494829
1/500<TV≦1/250の場合に用いる測光補正値(BV_FLK_com_250)は式(25)により求められる。
Figure 0006494829
1/250<TV≦1/200の場合に用いる測光補正値(BV_FLK_com_200)は式(26)により求められる。
Figure 0006494829
1/200≦TV≦1/160の場合に用いる測光補正値(BV_FLK_com_1600)は式(27)により求められる。
Figure 0006494829
1/160≦TV≦1/125の場合に用いる測光補正値(BV_FLK_com_125)は式(28)により求められる。
Figure 0006494829
以降の測光補正値の選択処理、測光値の補正処理、露出制御値の決定処理は第1の実施形態と同様であるため説明は省略する。
図9は、各シャッタースピードと測光補正値により補正された測光値との関係を示す図である。本実施形態では、フリッカー光源の光量変化の1周期を複数の区間に分割して区間毎に近似式を算出し、フリッカー光源の波形を予測している。さらに、フリッカーの光量のピークのタイミングを基準として測光補正値を算出するための算出用測光値を予測した波形を用いて求めているので、図9に示すように、第1の実施形態よりも精度よくシャッタースピードに応じて測光値を補正することができる。
以上のように、本実施形態では、フリッカー光源の波形によらず、フリッカーの影響による測光の誤差を軽減でき、フリッカーの影響を抑えた良好な画像を取得することができるようにすることができる。
(第3の実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。本実施形態は、測光補正値算出の際に、フリッカー検出用の測光値に基づいて近似を行うことによりフリッカー光源の波形を予測し、その近似式をシャッタースピードに応じた時間で積分して測光補正値の演算を行う点で、第1、第2の実施形態と異なる。以下、本実施形態に係る撮像装置について、第1、第2の実施形態と共通する点については詳細な説明を省略し、異なる点である測光補正値の算出方法について主に説明する。
図10は、本実施形態の測光補正値の算出方法のフローチャートを示す図である。図11は、近似によるフリッカー光源の波形予測を用いた測光補正値の算出方法の一例を示す模式図である。この2つの図を用いて本実施形態の測光補正値の算出方法を説明する。なお、図10に示したフローチャートは、図2のステップS105のフリッカー検出演算に続いて実行される。
ステップS301でICPU112は、前述のステップS104、S105と同様の方法で得られた複数の測光値に基づいて、以下のようにフリッカー光源の波形の予測を行う。
まず、図11(a)に示すようにフリッカー光源の光量変化周期の1周期以上の期間で得られた複数の測光値を大きい順にAE(max1)、AE(max2)、AE(max3)、AE(max4)、AE(max5)、AE(max6)とする。
次に、図8(b)と同様の方法でAE(max6)´をt=0となるタイミングに補間し、AE(max6)´からAE(max6)で1周期となるようする。以上の7点を用いた近似によりフリッカー光源の波形予測を行う。
次に、第2の実施形態と同様に、上位3点を用いて二次関数近似を行い、そのほかの範囲では隣り合う2点で一次近似を行うことによりフリッカー光源の波形の予測を行う。ここで、AE(max1)、AE(max2)、AE(max3)により求めた二次近似式をf1(t)、そのほかの一次近似式を上位の測光値を用いる順にf2(t)、f3(t)、f4(t)、f5(t)とする。それにより、フリッカー光源の波形は、図11(c)に示すように、
0ms≦t<1,66msの区間は、f5(t)
1,66ms≦t<3,33msの区間は、f3(t)
3,33ms≦t<6,66msの区間は、f1(t)
6,66ms≦t<8,33msの区間は、f2(t)
8,33ms≦t≦10msの区間は、f4(t)
で近似される。
次に、ステップS302でICPU112は、フリッカー光源の光量変化周期の1周期の平均測光値FLK_AE_averageを以下の式(29)または式(30)を用いて算出する。
光源が100Hzの場合
Figure 0006494829
光源が120Hzの場合
Figure 0006494829
次に、ステップS303でICPU112は、シャッタースピードに応じた露光期間の平均測光値を、近似式をシャッタースピードに応じた時間で積分することにより算出する。このとき、積分区間の中央を前述のステップS105と同様の方法で求めてt_peakとする。シャッタースピードに応じた平均測光値をFLK_AE_exとすると、以下の式(31)で求められる。
Figure 0006494829
ここでf(t)はフリッカー光源の波形の近似式、t_exはシャッタースピードである。
例としてシャッタースピードが1/200であるときの測光値の算出方法を説明する。図11(e)は、シャッタースピードが1/200のときの測光値を求める際の積分を示す図である。シャッタースピードが1/200のときの測光値をFLK_AE_200とすると、以下の式(32)で求められる。
Figure 0006494829
本実施形態では、フリッカー光源の波形を分割して近似しているため、積分も以下の式(33)のように分割して行う。
Figure 0006494829
このとき、各積分区間の積分値は、t_peakの値に応じて以下の式(34)〜(36)で求められる。
Figure 0006494829
Figure 0006494829
Figure 0006494829
次に、ステップS304でICPU112は、シャッタースピードに応じた測光補正値を以下の式(37)を用いて算出する。
BV_FLK_com_***=FLK_AE_ex−FLK_AE_average ・・・(37)
以降の測光補正値の選択処理、測光値の補正処理、露出制御値の決定処理は第1の実施形態と同様であるため説明は省略する。
以上のように、本実施形態では、フリッカー光源の光量変化の1周期を複数の区間に分割して区間毎に近似式を算出し、フリッカー光源の波形を予測している。さらに、その近似式をシャッタースピードに応じた時間で積分することにより測光補正値の演算を行っているため、第1、第2の実施形態よりも精度よくシャッタースピードに応じて測光値を補正することができる。
なお、上記の実施形態では、フリッカー光源の光量変化の周波数が100Hzの場合を例に説明を行ったが、フリッカー光源の光量変化の周波数が120Hzの場合は、フリッカー検出用の測光値5点を用いて同様の演算を行えばよい。
また、上記の実施形態では、通常測光用の蓄積と読み出し動作の後にフリッカー検出用の蓄積と読み出し動作を行う例を説明したが、特に順序は限定されず、フリッカー検出用の蓄積と読み出し動作を先に行ってもよい。
また、上記の実施形態では、フリッカーの影響を低減させた撮影を行うために、被写体からの光の光量変化特性に基づいて設定されたタイミングで露光を行う例として、フリッカー光源の光量が最大となるタイミングに合わせて露光を行っている。しかしながら、フリッカーの影響を低減させた撮影を行うことができれば他のタイミングでもよい。例えば、図12に示すLEDのようにフリッカー光源の光量が最小となる期間が一定期間継続する光源の場合、フリッカー光源の光量が最小となるタイミングに合わせて露光を行ってもフリッカーの影響を低減させた撮影を行うことができる。あるいは、光量が一定となる期間がなくても、光量変化が減少から増加に緩やかに転じる光源の場合、光量が最大となるタイミングと同様に光量が最小となるタイミングとに合わせて露光を行ってもフリッカーの影響を低減させた撮影を行うことができる。
また、上記の実施形態では、ICPU112が測光センサ108からの出力信号(画像信号)に基づいて測光や被写体からの光の光量変化特性算出を行っているが、測光用のセンサと光量変化特性算出用のセンサとを別々に備えていてもよい。
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、本実施形態の機能を実現するソフトウェア(プログラム)を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステムあるいは装置に供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータ(またはCPUやMPUなど)がプログラムを読み出して実行する処理である。
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。
100 カメラ本体
101 カメラマイコン
103 撮像素子
104 シャッター
108 測光センサ
112 ICPU

Claims (11)

  1. 撮像手段と、
    フリッカーの光量変化における光量の特徴点を検出する検出手段と、
    前記検出手段が検出したフリッカーの特徴点に合わせて露光を行うように前記撮像手段を用いた露光のタイミングを制御できる撮像制御手段と、
    前記特徴点に合わせて露光を行う場合であって、露光時間が所定値以下の場合に、露光時間の長さに基づいて測光値を決定する測光値決定手段と、
    前記測光値決定手段が決定した測光値に基づいて、前記特徴点に合わせて露光を行う場合の露出制御値を決定する露出決定手段と、
    を有し、
    前記測光値決定手段は、露光時間が短いほど、測光値を大きくすることを特徴とする撮像装置。
  2. 前記測光値決定手段は、第1の露光時間よりも露光時間が短い第2の露光時間の方が測光値を大きくし、
    前記第1の露光時間と前記第2の露光時間は、前記所定値以下の露光時間であることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
  3. 前記撮像制御手段は、露光時間が前記所定値以下の場合に、前記特徴点に合わせて露光のタイミングを制御し、前記所定値よりも長い第3の露光時間では、前記特徴点を考慮せずに露光のタイミングを制御することを特徴とする請求項1又は2に記載の撮像装置。
  4. 前記検出手段は、異なる2つの商用電源周波数の2倍の逆数の整数倍に略等しい周期で複数回の露光の結果に基づいて前記フリッカーの光量変化における光量の特徴点を検出することを特徴とする請求項3に記載の撮像装置。
  5. 前記撮像制御手段は、前記検出手段が検出したフリッカーの特徴点が前記撮像手段を用いた露光時間の中心に合うように露光のタイミングを制御することを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載の撮像装置。
  6. 前記露出制御値は、露光時間、絞り値、撮影感度の少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項1乃至5の何れか一項に記載の撮像装置。
  7. 前記フリッカーの特徴点は、フリッカーの光量変化における光量が最大となるフリッカーのピークであることを特徴とする請求項1乃至6の何れか一項に記載の撮像装置。
  8. 前記測光値決定手段は、フリッカーの光量変化の1周期に相当する期間で得られた第1の測光値に基づく第1の露光時間が前記所定値以下の場合に、当該第1の露光時間の長さに基づいて第2の測光値を決定し、
    前記露出決定手段は、前記第1の露光時間が前記所定値以下の場合に、前記第2の測光値に基づいて、前記特徴点に合わせて露光を行う場合の露出制御値を決定し、前記第1の露光時間が前記所定値よりも長い場合に、前記第1の測光値に基づいて、露光を行う場合の露出制御値を決定することを特徴とする請求項1乃至7の何れか一項に記載の撮像装置。
  9. 撮像手段を備えた撮像装置の制御方法であって、
    フリッカーの光量変化における光量の特徴点を検出する検出工程と、
    前記検出工程で検出されたフリッカーの特徴点に合わせて露光を行うように前記撮像手段を用いた露光のタイミングを制御できる撮像制御工程と、
    前記特徴点に合わせて露光を行う場合であって、露光時間が所定値以下の場合に、露光時間の長さに基づいて測光値を決定する測光値決定工程と、
    前記測光値決定工程で決定された測光値に基づいて、前記特徴点に合わせて露光を行う場合の露出制御値を決定する露出決定工程と、
    を有し、
    前記測光値決定工程では、露光時間が短いほど、測光値を大きくすることを特徴とする撮像装置の制御方法。
  10. 請求項9に記載の制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
  11. コンピュータに、請求項9に記載された制御方法を実行させるためのプログラムを記憶したコンピュータにより読み取り可能な記憶媒体。
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