JP6576115B2 - 撮像装置及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、撮像装置及びその制御方法に関し、特には露出制御技術に関する。

適正露出より低い露出（露出アンダー）で撮影し、ガンマ補正（階調補正）によって輝度を調整することで、撮影画像における白飛びや黒つぶれを抑制し、適正露出時よりもダイナミックレンジを拡大する方法が知られている。ガンマ補正特性（ガンマカーブとも呼ばれる）は、設定されたダイナミックレンジに応じた入力レベルの範囲と、予め定められた出力レベルの範囲との対応付けを規定する特性であるが、ガンマ補正特性（ガンマカーブの形状）を変更することで、入力レベルの階調性をどのように出力レベルに反映させるかを制御することができる。

ダイナミックレンジを拡大するとともにガンマ補正特性を変更する手法がいくつか提案されている。特許文献１では、ダイナミックレンジを拡大するとともにガンマ補正特性の高輝度部の傾きをなだらかにすることによって高輝度部の階調も有効に使用する手法が提案されている。この手法によれば、ダイナミックレンジが狭い状態でも、階調特性の高輝度部の傾きを変化させることで高輝度部の階調を有効に利用することができる。

また、特許文献２では、撮像素子の最大出力に対応させる入射光量（被写体の最大反射率）を可変にするとともに、最大反射率を変更した場合でも基準反射率に対応する出力値を維持するようにガンマ補正特性を変更する手法が提案されている。この手法では、最大反射率を高める場合にはガンマ値を０に近づけ、最大反射率を低める場合にはガンマ値を１に近づけている。このようにすることで、最大反射率が高ければコントラストを下げ、最大反射率が低ければコントラストを高めている。

特開２００４−１２０５１１号公報 特開２００６−８１０３７号公報

露出アンダーでの撮影と、ガンマ補正特性の変更との組み合わせによってダイナミックレンジを拡大する場合、露出の不足分をガンマ補正で補うため、ガンマ補正は信号の増幅を伴い、Ｓ／Ｎ比が低下する原因となる。そのため、Ｓ／Ｎ比の観点からは、必要以上のダイナミックレンジ拡張を行わない方がよい。そのため、ある撮影条件で画像に白飛びが生じている場合、ユーザーは、白とびを解消できる最小限のダイナミックレンジ拡大を希望するであろう。しかしながら、白飛びしている部分は測光値も飽和しているため、白飛び部分の入射光のレベルを特定することはできない。そのため、ユーザは白飛びを回避するために必要なダイナミックレンジの拡大量を知ることができないという問題がある。

この問題を解決するためには、ダイナミックレンジを一旦拡大し、入射光の最大レベルを特定した後、必要最小限のダイナミックレンジ拡大を行うための撮影条件を設定する方法が考えられる。しかし、入射光の最大レベルを特定するための動作に時間がかかると、シャッターチャンスを逃したり、使い勝手を低下させる原因となる。

しかしながら、ダイナミックレンジを変更するためには、上述のように、露出をアンダーに変更する必要があり、その露出の変更にある程度の時間が必要とされる。通常、露出を変更する方法として、絞り値の変更、ＮＤフィルターの挿抜、電子シャッタースピードの変更、ＩＳＯ感度の変更などの方法がある。その中でも、電子シャッタースピードやＩＳＯ感度の変更は撮像素子内の回路や信号処理回路の半導体デバイスの設定変更であるため、それにかかる時間は短い。一方、絞り値の変更やＮＤフィルターの挿抜はメカ機構を介した動作であるため、露出の変更開始から終了までにある程度長い時間が必要である。

例えば、絞りをステッピングモーターで動作させる場合、１パルスで１／８絞り変化し、モーター回転速度が５００ｐｐｓ（パルスパーセコンド）である場合の動作速度を考えてみる。露出を１段変更させる場合、ステッピングモーターを８パルスだけ動作させる必要がある。したがって、絞りが動作している時間は、
８パルス÷５００ｐｐｓ＝０．０１６ｓ＝１６ｍＳ
となる。実際には、ステッピングモーターを正しく動作させるためには、最初の動き出しから５００ｐｐｓで駆動するのではなく、徐々に速度を上げていく加速制御を行うことが必要となる。そして、その加速している時間が数十ｍＳ程度かかる。また、停止させるときも、正確な位置に停止させるためには、加速制御と同様に数十ｍＳ程度の減速制御が必要となる。

ＮＤフィルタの挿抜においても、ステッピングモータ等を用いてメカ機構を介して動作させることが一般的である。特に、業務用のビデオカメラに内蔵されるＮＤフィルタでは、求められる性能が高いため、開口径を全て覆う必要がある。更に、様々なシーンに適用できるように複数枚必要である。従って、ＮＤフィルタを動作させる場合、絞りの開口径を動作させるよりも長い距離を動作させることとなり、動作時間はより長くなる。そのため、ダイナミックレンジを拡大する場合、露出の変更にかかる時間分だけタイムラグが生じ、撮影タイミングを逃す原因となる。また、設定のミスの原因となったり、ユーザーに使用上の違和感を感じさせたりする問題もある。

本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、ダイナミックレンジを拡大することで入射光の最大レベルを検出する動作を短時間で実現可能な撮像装置を提供することを目的とする。

本発明に係わる撮像装置は、撮像素子を備え、被写体像を撮像して画像データを出力する撮像手段と、露出を調整する調整手段と、前記撮像素子から出力される信号に基づく画像データが飽和している場合に、露出を少なくして飽和を解消し、前記撮像素子から出力される入射光の最大レベルに相当する信号レベルを検出する検出手段と、露出を少なくする場合に、露出を変更する複数の方法のうちで、露出の変更指示に対して応答速度の速い方法を優先して用いるように前記調整手段を制御する制御手段と、を備え、前記調整手段は、露出を変更する前のダイナミックレンジと設定可能な最大のダイナミックレンジとに基づいて、飽和を解消するように露出を調整することを特徴とする。
また、本発明に係わる撮像装置は、撮像素子を備え、被写体像を撮像して画像データを出力する撮像手段と、露出を調整する調整手段と、前記撮像素子から出力される信号に基づく画像データが飽和している場合に、露出を少なくして飽和を解消し、前記撮像素子から出力される入射光の最大レベルに相当する信号レベルを検出する検出手段と、前記調整手段により前記撮像手段の露出を少なくする場合に、露出を変更する複数の方法のうちで優先して用いる方法をユーザーの指示により選択する選択手段と、を備え、前記調整手段は、露出を変更する前のダイナミックレンジと設定可能な最大のダイナミックレンジとに基づいて、飽和を解消するように露出を調整することを特徴とする。

本発明によれば、ダイナミックレンジを拡大することで入射光の最大レベルを検出する動作を短時間で実現可能な撮像装置を提供することが可能となる。

第１及び第２の実施形態におけるデジタルビデオカメラの外観図。 第１及び第２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とガンマ補正特性の決定処理を示すフローチャート。 第１の実施形態におけるＤレンジアシスト前後のガンマ補正特性の一例を示す図。 第１の実施形態における差分値の表示処理を示すフローチャート。 第１乃至第６の実施形態における画像に対する測光枠と表示の例を示す図。 第２の実施形態における露出とガンマ補正特性の決定処理を示すフローチャート。 第２の実施形態における目標のダイナミックレンジの決定処理を示すフローチャート。 第２の実施形態における差分値の表示処理を示すフローチャート。 第３の実施形態における露出とガンマ補正特性の決定処理を示すフローチャート。 第４の実施形態における露出とガンマ補正特性の決定処理の動作を示すフローチャートである。 第５の実施形態における露出とガンマ補正特性の決定処理の動作を示すフローチャートである。 第６の実施形態における露出とガンマ補正特性の決定処理の動作を示すフローチャートである。

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。

まず、本発明の実施形態の概要について説明する。ビデオカメラで動画を撮影する場合、高輝度の被写体に対して白飛びを抑制するための手法として、露出をアンダーにするとともに感度を上げてダイナミックレンジを拡大する方法がある。しかし、現状の露出で白飛びが発生している場合、どの程度ダイナミックレンジを拡大すれば白飛びを回避できるか、言い換えれば、どの程度露出をアンダーにすれば白飛びが回避できるかはユーザーには分からない。それは、白飛びしている部分は信号が飽和しているので、その部分の信号レベルの最大値はカメラ側でも検出できないためである。

そこで、本実施形態では、撮影中に一旦ダイナミックレンジを広い値に設定する。これにより、今まで白飛びしていた部分が飽和しなくなり、その部分の信号の最大値（飽和していた部分における入射光の最大レベルに相当する信号レベル）を検出することができる。つまり、今まで設定されていたダイナミックレンジで表現できる信号の最大値と、白飛びしていた部分の信号の最大値の差を求めることができる。そして、この差の分だけダイナミックレンジを拡大すれば白飛びを回避できることが分かり、それをユーザに通知することができる。しかし、上記のように撮影中にダイナミックレンジを拡大しようとして露出をアンダーにすると、画像にその露出の変化の様子が反映されてしまい、ユーザは明るさが変化する不自然な画像を見ることになってしまう。そのため、本実施形態では、撮影中にダイナミックレンジを拡大する動作に伴って、画像のガンマ特性を変更する。そして、ダイナミックレンジを拡大した後も、ガンマ特性を変更することにより生成された、ダイナミックレンジを拡大する前と概ね同じように見える白飛びした映像（表示画像）を表示する。これにより、白飛びした部分の信号の最大値を知ることが可能でありながら、表示される映像が不自然に変化することを回避できる。

また、ダイナミックレンジを拡大する場合、上記のように露出を変更することになるが、この露出の変更にかかる時間が長くなると、カメラの操作性に悪影響を与える。そのため、本実施形態では、この露出の変更にかかる時間を極力短くする方法についても説明する。

（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、デジタルビデオカメラ１００に接続ケーブルを接続させるためのコネクタである。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を備える操作部である。電源スイッチ７２は、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２００は、記録媒体スロット２０１に格納されることにより、デジタルビデオカメラ１００との通信が可能となる。

図２は、第１の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。ＮＤフィルター（Neutral Density Filter）１０４は減光用に使用するフィルターである。撮像部２２は光学像を電気信号に変換するＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等で構成される撮像素子を有する。また、撮像部２２は電子シャッターによる蓄積の制御や、アナログゲインの変更、読み出し速度の変更などの機能も備える。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処理、縮小処理といったリサイズ処理や、色変換処理、ガンマ補正処理、デジタルゲインの付加処理等の処理を行う。また、撮像した画像データを用いて所定の演算処理を行い、演算結果をシステム制御部５０に送信する。送信された演算結果に基づいて、システム制御部５０が露出制御、測距制御、ホワイトバランス制御等を行う。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、ＡＷＢ（オートホワイトバランス）処理等が行われる。

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によって撮像され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、電子ビューファインダが実現され、スルー画像表示を行うことができる。

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、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により、後述する本実施形態の各処理を実行する。システムメモリ５２には、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、静止画記録モード、再生モード等のいずれかに切り替える。動画記録モードや静止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を操作することにより、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ることができる。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がＯＮされると、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動作する。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。

次に本実施形態のデジタルビデオカメラの動作について説明する。本実施形態では、デジタルビデオカメラ１００は、現在撮影している映像の一部が白飛びしている場合に、この白飛びしている部分における信号値の最大値と、現在設定されているダイナミックレンジで表現できる信号の最大値の差分を表示可能である。ユーザーは、この表示された差分だけダイナミックレンジを拡大すれば（露出をアンダーにすれば）画像の白飛びを回避できることを知ることができる。この機能をＤレンジアシストと呼ぶことにする。

本実施形態では、白飛びしている部分の信号値の最大値を検出するために、ダイナミックレンジ（以下、Ｄレンジと呼ぶ）を、一旦デジタルビデオカメラ１００で設定可能な最大値に拡大する。これにより、白飛びしている部分の信号の飽和が無くなり、白飛び部分の信号値の最大値を検出できるようになる。このとき、Ｄレンジを拡大するために露出をアンダーにすることになるが、この露出の変化が表示している画像に表れると、ユーザーは明るさが変化する不自然な画像を見ることになる。これを避けるために、ガンマ補正特性を調整して、表示される画像においては、あたかも露出を変えていないような、ダイナミックレンジを拡大する前と同様に白飛びした画像を表示する。なお、本実施形態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。

以下、設定しようとするＤレンジ（本実施形態ではＤｍａｘ）に応じて、露出とガンマ補正特性を変更する処理について説明する。図３は、本実施形態における露出とガンマ補正特性の決定処理の動作を示すフローチャートである。

まず、Ｓ３０１において、Ｄレンジアシストが有効になっているか否かを判断する。Ｄレンジアシストの有効、無効は、ユーザーが操作部７０を用いて設定する。Ｄレンジアシストが無効であれば、Ｓ３０７において、露出とガンマ補正特性をＤレンジアシストを有効にする前の状態に戻す。Ｄレンジアシストが有効であれば、Ｓ３０２において、Ｄレンジを変更しようとする量（以下、Ｄレンジ変更量と呼ぶ）を算出する。本実施形態では、Ｄレンジをデジタルビデオカメラ１００で設定できる最大のＤレンジであるＤｍａｘに変更するものとする。Ｄレンジの変更量の段数であるＤｃｈａｎｇｅは、現在のＤレンジをＤｎｏｗ、変更後のＤレンジをＤｍａｘとすると、式（１）で表わされる。

Ｄｃｈａｎｇｅ＝ｌｏｇ₂（Ｄｍａｘ／Ｄｎｏｗ） …（１）
例えば、設定可能な最大のＤレンジが８００％で、現在のＤレンジが４００％であるとすると、Ｄレンジ変更量は１段となる。現在のＤレンジが３００％であるとすると、Ｄレンジ変更量は約１．５２段となる。

次に、Ｓ３０６において、Ｓ３０２で算出したＤレンジ変更量に応じて露出とガンマ補正特性を変更するにあたり、Ｓ３０３〜Ｓ３０５において、露出をどのように変えるかを選択する。Ｓ３０４〜Ｓ３０５の選択では、露出を変更するのに、絞り１０１、ＮＤフィルター１０２、撮像部２２における電子シャッターのうち、応答速度の速いものを優先して用いる。その応答速度の順番をあらかじめシステム制御部５０に記憶させておく。絞りとＮＤフィルタはメカ機構が介在しているため、応答時間は数十ｍＳであり、露出の変更に数フレームかかることとなる。また、ＮＤフィルタを駆動する距離は絞りを駆動する距離よりも大きいため、絞りの応答速度の方がＮＤフィルタよりも速い。電子シャッター速度の変更にかかる時間は、半導体の応答速度で決まるので、撮像部への電子シャッター速度の変更指示が出されたならば瞬時に変更される。つまり、システム制御部５０に記憶させておく優先順序は、上記の応答速度から、
（１）電子シャッター速度の変更
（２）絞り値の変更
（３）ＮＤフィルターの挿抜
となる。

ここで、撮像部２２で設定可能であるアナログゲインの変更が選択肢に入っていないのは、以下の理由によるものである。本実施形態では、画質を良くするためにダイナミックレンジをできる限り狭くして撮影することを前提としている。そのため、Ｄレンジ拡大の時に撮像部２２のアナログゲインを下げると、撮像部２２の画素の飽和電子数が足りなくなり、Ｄレンジを拡大させることができなくなってしまうからである。

アナログゲイン以外の露出パラメーターで露出を変更する場合について以下説明する。図３において、まず、Ｓ３０３では、露出の変更を電子シャッターで対応可能かを判定する。電子シャッター速度を変更する場合、Ｄレンジ変更前の電子シャッター速度が１／６０秒であり、Ｄレンジ変更量が１段であれば、電子シャッター速度を１／１２０秒に変更する。もし、電子シャッター速度の設定上限値が１／２０００秒であり、Ｄレンジ変更前に、すでに設定上限値である１／２０００秒に設定されている場合、Ｄレンジ変更時に電子シャッターで露出を変更することは出来ない（３０３：Ｎｏ）。そのため、Ｓ３０４において、露出の変更を電子シャッターよりも優先度が一段階だけ低い絞りで対応できるかを判定する。ここで、Ｄレンジ変更前に、絞り値もすでに製品の設定上限値に設定されていれば（Ｓ３０４：Ｎｏ）、Ｓ３０５において、絞りより優先度が一段階低いＮＤフィルターを利用することで対応可能かを判定する。そして、Ｓ３０６において、Ｓ３０３〜Ｓ３０５の判定に基づいて、電子シャッター速度の変更、絞り値の変更、ＮＤフィルターの挿抜のいずれかあるいはそれらを組み合わせた方法で、Ｓ３０２で算出したＤレンジ変更量に応じた露出に変更する。但し、ここでは一例として、電子シャッター速度、絞り値、ＮＤフィルターの変更できる範囲を製品の設定上限値としている。しかし、Ｄレンジ変更時はそれを超えて設定できるようにしても良い。これは、Ｄレンジを拡大する目的が、飽和している部分の正しい輝度値を取得することだからである。

また、Ｓ３０６では、Ｄレンジの変更と同時に、画像処理部２４の中のガンマ補正回路に設定するガンマ補正特性も変更する。Ｄレンジを拡大した後で、且つガンマ補正特性を変更する前の入力（光の強度）Ｘに対する出力（撮像素子の出力信号）をＹとすると、Ｘ×Ｄｎｏｗ／Ｄｍａｘの出力がＹとなるようなガンマ補正特性とする。また、ガンマ補正特性を変更する前の入力の最大値をＸｍａｘ、出力の最大値をＹｍａｘとすると、ガンマ補正特性の変更後は、入力がＸｍａｘ×Ｄｎｏｗ／Ｄｍａｘの時にＹｍａｘとなるようにし、それ以降の入力に対する出力はＹｍａｘとなるようにする。

図４は、Ｄレンジの拡大の前後における、ガンマ補正特性の入力と出力の関係の一例を示す図である。図４は、Ｄｎｏｗが４００％、Ｄｍａｘが８００％である場合の例である。横軸はガンマ補正回路の入力ビット（光の強度）、縦軸は出力ビットである。Ｄレンジの拡大前は、Ｄレンジの最大値、すなわち４００％の信号がＸｍａｘとなる。また、Ｄレンジ拡大後はＤレンジの最大値、すなわち８００％の信号がＸｍａｘとなり、４００％の信号はＸｍａｘ／２となる。

通常のガンマ補正特性のままＤレンジを拡大すると、露出がアンダーとなり画像が暗くなるとともに白飛びが無くなる。すなわち、表示している映像が変化する。これをユーザーに見せないようにするために、ガンマ補正特性を変更する。具体的には、Ｄｎｏｗ／Ｄｍａｘが１／２（＝４００％／８００％）なので、図４に一点鎖線で示すように、ガンマ補正特性変更前の入力Ｘに対する出力とガンマ補正特性変更後の入力Ｘ／２に対する出力が同じになるようなガンマ補正特性とする。また、ガンマ補正特性変更後は、Ｘｍａｘ／２の時にＹｍａｘとなり、それ以降はＹｍａｘを維持する特性としている。このガンマ補正特性に基づいた設定値が画像処理部２４に送信され、ガンマ補正回路に設定される。

上記のようにＤレンジを拡大することにより、白飛びしている部分の信号をガンマ補正回路に入力する前にＤレンジを広げた状態で知ることができる。以下では、Ｄレンジ拡大後に得られる信号の最大値と、拡大する前のＤレンジで表現できる信号の最大値の差分値を算出する処理について説明する。図５は、この差分値を算出し、さらに表示する動作を示すフローチャートである。

まず、Ｓ５０１において、Ｄレンジアシストが有効になっているか否かを判断する。Ｄレンジアシストが無効であれば、以下の処理を行わずにこのフローを終了する。Ｄレンジアシストが有効であれば、Ｓ５０２において、Ｄレンジを拡大することにより検出可能となった白飛びした部分の測光値（最大測光値）及びそれ以外の部分の測光値を取得する。画像処理部２４ではＤレンジを拡大した後で且つガンマ補正回路を通過する前の画像データからこの測光値が算出される。

測光値は、画像データ（画面内）を複数の特定のサイズに区切り（分割し）、区切られた枠の中の画像データの輝度信号の平均値を算出した値である。本実施形態では８×８の枠（領域）に区切るものとする。図６は、画像に対する測光枠の配置と表示の例を示した図である。図６（ａ）は測光される画像を示し、図６（ｂ）は画像と測光枠を示している。システム制御部５０は、６４個の各測光枠のそれぞれについて輝度を平均し、６４個の輝度平均値を取得する。本実施形態では、測光値を輝度信号の平均値としたが、枠毎の明るさが分かればよく、積分値で表してもよいし、ＥＶ値等の明るさの指標となる値で表わしてもよい。

次に、Ｓ５０３において、最大測光値を判定する。上記の６４個の測光値の中で最も大きな値を抽出し、枠の位置とともに記憶しておく。次に、Ｓ５０４において、現在のＤレンジで表現できる信号の最大値と最大測光値の差分を算出する。差分値は以下の式（２）により算出される。

差分値＝ｌｏｇ₂（最大測光値／（最大値×現在Ｄレンジ／最大Ｄレンジ））
…（２）
例えば、現在のＤレンジが４００％、最大Ｄレンジが８００％、最大値が４０９５、最大測光値が３５００とすると、差分値は約０．７７段となる。つまりＤレンジを０．７７段変更して約６８０％のＤレンジにすると、最大測光値がＤレンジで表現できる最大値の範囲内に収まる。また、同時に０．７７段分の露出補正が必要となるとともに、その分だけＳ／Ｎ比が低下する可能性がある。

最後に、Ｓ５０５において、差分値を表示する。システム制御部５０は、最大測光値を示す測光枠の位置と差分値を画像処理部２４に送信する。画像処理部２４では枠の位置に応じて枠の画像を描くとともに、その枠の中に差分値を描いた画像を作成し、画像データに重ねた画像を生成する。画像データはメモリ制御部１５とＤ／Ａ変換器１３を経て表示部２８に表示される。図６（ｃ）は、差分値の表示例を示している。図６（ｂ）に示す枠Ａの測光値が最大測光値である場合の例である。この差分値の表示により、枠Ａの被写体をＤレンジの範囲内に収めるには０．７７段のＤレンジの変更が必要であることがわかる。なお、本実施形態では、枠の中に差分値を表示する例を示したが、枠の表示方法や、数値の表示場所は任意であり、特に図６（ｃ）の例に限定されるものではない。

以上のような方法で測光値を検出すれば、測光値がデジタルビデオカメラ１００で設定できる最大のＤレンジの範囲内であれば、現在のＤレンジを超えた測光値であっても、現在のＤレンジの最大値と最大測光値の関係を知ることができる。そのため、ユーザがＤレンジを変更する際の目安とすることができる。

また、ダイナミックレンジを拡大する場合、露出の変更にかかる時間が長くなると、カメラの操作性に悪影響を与える。本実施形態では、露出を変更するのに、絞り値の変更、ＮＤフィルターの挿抜、撮像部における電子シャッター速度の変更のうち、応答速度の速いものを優先して用いる。これにより、露出の変更にかかる時間を極力短くすることが可能となる。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、Ｄレンジアシストを有効にした場合に、Ｄレンジを最大にした状態でガンマ補正の特性を変更して、入射光に対する出力の関係をＤレンジの拡大前とほぼ同じとし、表示映像上では画像の変化がないように見せる例を示した。しかしながら、Ｄレンジを拡大することはゲインを高くするのとほぼ同等であるため、拡大の量に応じてＳ／Ｎ比が悪化する。すなわちＤレンジアシストを実行する前後でノイズ感に違いが生じる。そこで本実施形態では、Ｄレンジアシストを実行する場合に、Ｄレンジを設定可能な最大値に設定するのではなく、Ｄレンジを拡大する量を極力少なくする例について説明する。

撮像装置の外観及び構成は、第１の実施形態で説明した図１、図２の構成と同様であるため、その説明は省略する。図７は、本実施形態における露出とガンマ補正特性の決定処理の動作を示すフローチャートである。

まず、第１の実施形態と同様に、Ｓ３０１において、Ｄレンジアシストが有効になっているか否かを判断する。Ｄレンジアシストが無効であれば、Ｓ３０７において、露出とガンマ補正特性をＤレンジアシストを有効にする前の状態に戻す。Ｄレンジアシストが有効であれば、Ｓ７０１において、測光値を検出し、測光値に基づいてＤレンジの目標値を算出する。なお、ここでは第１の実施形態と同様に８×８の６４枠の測光値を取得するものとする。測光値が部分的に飽和していてもかまわない。また、Ｄレンジの目標値の算出に関しては後述する。

次に、Ｓ３０２において、現在のＤレンジ（Ｄｎｏｗ）と算出されたＤレンジの目標値（Ｄｔａｒｇｅｔ）とからＤレンジの変更量の段数（Ｄｃｈａｎｇｅ）を以下の式（３）を用いて算出する。

Ｄｃｈａｎｇｅ＝ｌｏｇ₂（Ｄｔａｒｇｅｔ／Ｄｎｏｗ） …（３）
次に、第１の実施形態と同様に、Ｓ３０６において、Ｓ３０２で算出したＤレンジ変更量に応じて、露出とガンマ補正特性を変更するにあたり、Ｓ３０３〜Ｓ３０５において、露出をどのように変えるかを選択する。次に、Ｓ３０６において、Ｓ３０２で算出したＤレンジ変更量に応じて、露出を変更する。

一方、Ｄレンジを変更する（具体的には拡大する）ために露出を変更すると、露出がアンダーとなり画像が変化する。これをユーザーに見せないようにするために、ガンマ補正特性を変更する。ガンマ補正特性変更前の入力Ｘに対する出力の関係と、ガンマ補正特性変更後の入力Ｘ×Ｄｎｏｗ／Ｄｔａｒｇｅｔに対する出力の関係とが同じになるようなガンマ補正特性とする。また、ガンマ補正特性変更後は、Ｘｍａｘ×Ｄｎｏｗ／Ｄｔａｒｇｅｔの時にＹｍａｘとなり、それ以降はＹｍａｘを維持する特性とする。

次に、Ｓ７０１におけるＤレンジの目標値を算出する方法について説明する。図８は、Ｄレンジの目標値の算出動作を示すフローチャートである。

まず、Ｓ８０１において、測光値を取得する。第１の実施形態と同様に、８×８の６４枠の測光値を取得する。次に、Ｓ８０２において、６４枠の測光値の中で最大値を検出する。

次に、Ｓ８０３において、最大測光値が飽和しているかどうかを判定する。測光値が１２ビットであれば、１２ビットで表現できる最大値である４０９５になっているかどうかを判定する。飽和の判定は範囲を持たせてもよい。たとえば、４０００以上であれば飽和していると判断してもよい。

Ｓ８０３の判定で最大測光値が飽和していれば、Ｓ８０４において、現在のＤレンジが最大Ｄレンジ（Ｄｍａｘ）かどうかを判定する。現在のＤレンジが最大Ｄレンジであれば、測光値が飽和していてもこれ以上Ｄレンジを拡大することができないため、Ｓ８０５において目標のＤレンジを最大Ｄレンジとする。言い換えれば、現在のＤレンジを維持する。Ｓ８０４の判定で現在のＤレンジが最大Ｄレンジでなければ、Ｄレンジを拡大することができるため、Ｄレンジを固定値（一定値）αだけ増加させる。例えばαが現在のＤレンジ×１／２０、現在のＤレンジが７００％とすると、目標のＤレンジを７３５％とする。

Ｓ８０３の判定で最大測光値が飽和していなければ、Ｓ８０７において、現在のＤレンジが最小Ｄレンジかどうかを判定する。これは、最大測光値が飽和していないということは、現在のＤレンジが広すぎるとも考えられるので、Ｄレンジを縮小することも考慮するためである。Ｓ８０７の判定で現在のＤレンジが最小Ｄレンジであれば、これ以上Ｄレンジを縮小できないので、Ｓ８０８において目標のＤレンジを最小Ｄレンジとする。言い換えれば、現在のＤレンジを維持する。

Ｓ８０７の判定で目標のＤレンジが最小Ｄレンジでなければ、Ｓ８０９において、最大測光値が所定の範囲内かどうかを判定する。この所定の範囲とは、Ｄレンジの最大値に近い範囲である。最大測光値が飽和に近い（Ｄレンジの最大値に近い）状態であれば、Ｄレンジは最大測光値をカバーできる範囲で十分に小さい状態であり、Ｄレンジを変更する必要がない。そのため、Ｄレンジの最大値に近い予め決められた範囲内に測光値が入っていれば、Ｓ８１０において、目標のＤレンジを現在のＤレンジとする。例えば測光値が１２ビットであるとすると、最大測光値が４０９５×９／１０以上であれば、現在のＤレンジを維持することとする。これは現在のＤレンジが７００％であれば、最大測光値が６３０％〜７００％に相当する場合である。

Ｓ８０９の判定で最大測光値が所定の範囲内でなければ、Ｄレンジの最大値に対して最大測光値が低いので、Ｓ８１１において、Ｄレンジを固定値αだけ縮小する。αを現在のＤレンジ×１／２０とすれば、現在のＤレンジが７００％であれば、縮小後のＤレンジは６６５％となる。なお、固定値αはこの値に限定されるものではなく、Ｄレンジに応じて変更してもよいし、Ｓ８０６とＳ８１１で違う値としてもよい。さらに、Ｓ８１１では、最大測光値から目標Ｄレンジを算出してもよい。その際は例えば最大測光値が４０９５×１９／２０になるようなＤレンジとしても良い。その際、目標Ｄレンジ（Ｄｔａｒｇｅｔ）は、現在のＤレンジ（Ｄｎｏｗ）と最大測光値（Ｅｍａｘ）を用いて式（４）により算出することができる。

Ｄｔａｒｇｅｔ＝（Ｄｎｏｗ×Ｅｍａｘ）／（４０９５×１９／２０） …（４）
Ｓ８０６，Ｓ８１１では目標Ｄレンジの増減ができれば良い。

次に、本実施形態における最大測光値と現在のＤレンジの最大値との差分値（どれだけＤレンジを拡大すれば白飛びを回避できるかを示す値）を表示する方法について説明する。図９は、最大測光値とＤレンジの最大値との差分値を表示する処理を示すフローチャートである。

まず、第１の実施形態と同様に、Ｓ５０１において、Ｄレンジアシストが有効になっているか否かを判断する。Ｄレンジアシストが無効であれば、以下の処理を行わずにこのフローを終了する。Ｄレンジアシストが有効であれば、第１の実施形態と同様に、図８の動作に従ってＤレンジを拡大する。そして、Ｓ５０２において、Ｄレンジを拡大した後で且つガンマ補正回路を通過する前の画像データから測光値を取得し、Ｓ５０３において、最大測光値を抽出する。次に、Ｓ９０１において、Ｄレンジを拡大するときの目標値となった変更目標値とこの最大測光値との差分を算出する。差分値は以下の式（５）により算出される。

差分値＝ｌｏｇ₂（最大測光値／（最大値×現在Ｄレンジ／目標Ｄレンジ））
…（５）
最後に、Ｓ５０５において、第１の実施形態と同様に差分値を表示する。

Ｄレンジアシストを実行する場合に、以上のような方法でＤレンジを変更すれば、映像の最大測光値に近いＤレンジに変更できるため、Ｄレンジアシストを実行する前後でのＳ／Ｎ比の変化を極力低減することができる。

以上説明したように、上記の第２の実施形態によれば、必要最小限の量だけＤレンジを拡大すると同時に入射光に対する出力の特性をＤレンジの拡大前とほぼ同様にしているため、表示される映像を不自然にすることなく、Ｄレンジの拡大前に飽和していた測光値を取得することができる。そのため、測光値と現在のＤレンジを用いて、Ｄレンジの最大値と測光値の差分を算出することができる。

また、ダイナミックレンジを拡大する場合、露出の変更にかかる時間が長くなると、カメラの操作性に悪影響を与える。本実施形態では、露出を変更するのに、絞り値の変更、ＮＤフィルターの挿抜、撮像部における電子シャッター速度の変更のうち、応答速度の速いものを優先して用いる。これにより、露出の変更にかかる時間を極力短くすることが可能となる。

（第３の実施形態）
第１及び第２の実施形態では、Ｄレンジの拡大を素早く行うために、電子シャッター速度を変更する（高速にする）ことを優先して、露出を変更する場合について説明した。しかし、電子シャッター速度を高速にすると、光源（照明光）によってはフリッカーが発生してしまう場合がある。この第３の実施形態では、電子シャッター速度の変更によりＤレンジを拡大する場合に、フリッカーの発生を抑制する方法について説明する。

撮像装置の外観及び構成は、第１の実施形態で説明した図１、図２の構成と同様であるため、その説明は省略する。図１０は、本実施形態における露出とガンマ補正特性の決定処理の動作を示すフローチャートである。

まず、Ｓ１００１において、Ｄレンジアシストが有効になっているか否かを判断する。Ｄレンジアシストの有効、無効は、ユーザーが操作部７０を用いて設定する。Ｄレンジアシストが無効であれば、Ｓ１００９において、露出とガンマ補正特性をＤレンジアシストを有効にする前の状態に戻し、処理を終了する。Ｄレンジアシストが有効であれば、Ｓ１００２において、Ｄレンジを変更しようとする量（以下、Ｄレンジ変更量と呼ぶ）を算出する。本実施形態では、Ｄレンジをデジタルビデオカメラ１００で設定できる最大のＤレンジであるＤｍａｘに変更するものとする。Ｄレンジの変更量の段数であるＤｃｈａｎｇｅは、現在のＤレンジをＤｎｏｗ、変更後のＤレンジをＤｍａｘとすると、式（６）で表わされる。

Ｄｃｈａｎｇｅ＝ｌｏｇ₂（Ｄｍａｘ／Ｄｎｏｗ） …（６）
例えば、設定可能な最大のＤレンジが８００％で、現在のＤレンジが４００％であるとすると、Ｄレンジ変更量は１段となる。現在のＤレンジが３００％であるとすると、Ｄレンジ変更量は約１．５２段となる。

次に、Ｓ１００３において、Ｓ１００２で算出したＤレンジ変更量に応じて、電子シャッター速度を変更することにより、露出を変更する。例えばＤレンジ変更前の電子シャッター速度が１／６０秒であり、Ｄレンジ変更量が１段であれば、電子シャッター速度を１／１２０秒に変更する。

さらに、Ｓ１００４において、Ｄレンジの変更と同時に、画像処理部２４の中のガンマ補正回路に設定するガンマ補正特性も変更する。Ｄレンジを拡大した後で、且つガンマ補正特性を変更する前の入力（光の強度）Ｘに対する出力（撮像素子の出力信号）をＹとすると、Ｘ×Ｄｎｏｗ／Ｄｍａｘの出力がＹとなるようなガンマ補正特性とする。また、ガンマ補正特性を変更する前の入力の最大値をＸｍａｘ、出力の最大値をＹｍａｘとすると、ガンマ補正特性の変更後は、入力がＸｍａｘ×Ｄｎｏｗ／Ｄｍａｘの時にＹｍａｘとなるようにし、それ以降の入力に対する出力はＹｍａｘとなるようにする。この場合のＤレンジの拡大の前後と、ガンマ補正特性の変更の前後の入力と出力の関係は、第１の実施形態で示した図４と同様であるので、説明を省略する。このガンマ補正特性の変更により、表示される画像に露出の変更の影響が表れないようにすることができる。

次に、Ｓ１００５において、画像処理部２４およびシステム制御部５０で画像データのフレーム間の輝度差などを解析することにより、フリッカーの検出を行う。ここでフリッカーが検出されない場合はそのまま処理を終了する。

一方、Ｓ１００５でフリッカーが検出された場合、フリッカーを解消するために、Ｓ１００６において、電子シャッター速度を所定値に変更する。ここで所定値とは、フリッカーの発生を抑制できると予測される電子シャッター速度である。画像処理部２４およびシステム制御部５０での解析でフリッカーの周期が検出できている場合、検出された周期と同等、もしくは検出された周期の整数倍の露光時間となるように電子シャッター速度を変更する。例えば、フリッカーが１／１００秒周期で発生している場合、電子シャッタースピードを１／１００秒や１／５０秒とすることで、フリッカーの発生を抑制することができる。

フリッカーの周期が検出できない場合、一般的な商用電源の周波数である６０Ｈｚや５０Ｈｚの電源で点灯する光源により発生しているフリッカーである可能性が高い。そのため、電子シャッタースピードを１／１２０秒や１／１００秒、もしくはそれらの整数倍の露光時間となる１／６０秒、１／５０秒といった値に変更する。この際、撮像装置のフレームレートと同じ周波数を持つ電源で点灯する光源ではフリッカーが発生しない。そのため、例えば撮像装置が毎秒５０フレームのフレームレートで撮像している場合は、電子シャッタースピードを１／１００秒や１／５０秒とする必要はなく、１／１２０秒もしくはその整数倍の露光時間となる電子シャッター速度にすればよい。ただし、撮像装置のフレームレートが毎秒５９．９４フレームで電源周波数が６０Ｈｚなど、僅かでも周波数がずれている場合はフリッカーが発生することがあるため注意が必要である。

また、Ｄレンジアシストが実施される前の電子シャッター速度は、ユーザーによりフリッカーが発生しない値に調整されていること考えられるため、Ｓ１００６では、Ｄレンジアシストが実施される前の電子シャッター速度に戻してもよい。さらに、以前にＤレンジアシストを実施した際にフリッカーの発生を抑制できた電子シャッター速度がある場合には、その値としてもよい。

続いて、電子シャッター速度を変更すると同時に、Ｓ１００７において、変更した分の露出の変化を補うため、絞り１０１もしくはＮＤフィルター１０４（電子シャッター速度の変更以外の方法）により露出の補正を行う。さらに、Ｓ１００８において、ガンマ補正特性を変更する。ガンマ補正特性を変更する処理は、Ｓ１００４と同様の処理である。

その後、Ｓ１００５において、再度フリッカーの検出を行い、フリッカーが検出された場合はＳ１００６〜Ｓ１００８の処理を繰り返す。これらはフリッカーが検出されなくなるまで行ってもよいし、回数制限を設けてもよい。

（第４の実施形態）
第３の実施形態では、フリッカーの周期が検出できる場合や、一般的な商用電源の周波数で発生するフリッカーの場合などでは、フリッカーの発生を抑制することができる。しかし、一般的でない周期で発生しているフリッカーや、電子シャッター速度の変更による露出の変化分を絞りやＮＤフィルターで補えない場合などには、フリッカーの発生を抑制することができなくなる。そこで本実施形態では、フリッカーが発生している状況においても正しい測光値を取得し、Ｄレンジアシストを可能にする例を示す。

撮像装置の外観及び構成は、第１の実施形態で説明した図１、図２の構成と同様であるため、その説明は省略する。図１１は、本実施形態における露出とガンマ補正特性の決定処理の動作を示すフローチャートである。

まず、Ｓ１１０１において、Ｄレンジアシストが有効になっているか否かを判断する。Ｄレンジアシストの有効、無効は、ユーザーが操作部７０を用いて設定する。Ｄレンジアシストが無効であれば、Ｓ１１１０において、露出とガンマ補正特性をＤレンジアシストを有効にする前の状態に戻し、処理を終了する。Ｄレンジアシストが有効であれば、Ｓ１１０２において、フリッカー検出を行う。なお、Ｓ１１０２の処理に遷移する前に第３の実施形態の図１０の処理を行うことで、電子シャッター速度の変更によるフリッカーの発生を抑制することが好ましい。しかし、第３の実施形態の図１０の処理を実施しない状態でＳ１１０２の処理に遷移してもよい。

Ｓ１１０２でフリッカーが検出されない場合は、Ｓ１１０３において、第１の実施形態におけるＳ５０２の処理と同様に測光値を取得する。一方、Ｓ１１０２でフリッカーが検出された場合は、Ｓ１１０４において、複数フレーム分の測光値を取得して記憶しておく。

次に、Ｓ１１０５において、記憶された複数フレーム分の測光値から、測光値が極大値もしくは極小値となるフレームを２フレーム以上検出し、検出されたフレームの発生周期を取得する。Ｓ１１０６において、この周期に基づいて、記憶されている１周期分もしくは複数周期分の測光値を平均する。これにより、フリッカーが発生している状態においても正しい測光値を得ることができる。ここで、平均する測光値が多ければ多いほど信頼性の高い測光値が得られるが、同時に算出に時間がかかることとなる。

その後、Ｓ１１０７において、最大測光値を判定し、Ｓ１１０８において、現在のＤレンジの最大値と最大測光値の差分を算出し、Ｓ１１０９において、差分値の表示を行う。これらは第１の実施形態におけるＳ５０３〜Ｓ５０５の処理と同様であるため、詳細な説明は省略する。

以上説明したように、上記の第３及び第４の実施形態によれば、Ｄレンジを拡大すると同時に入射光に対する出力の特性をＤレンジの拡大前とほぼ同様にしているため、表示される映像を不自然にすることなく、Ｄレンジの拡大前に飽和していた測光値を取得することができる。そのため、測光値と現在のＤレンジを用いて、Ｄレンジの最大値と測光値の差分を算出することができる。

また、ダイナミックレンジを拡大する場合、露出の変更にかかる時間が長くなると、カメラの操作性に悪影響を与える。本実施形態では、露出を変更するのに、応答速度の速い電子シャッター速度の変更を用いて行うため、カメラの操作性の低下を防ぐことができる。その際に、電子シャッター速度の変更によりフリッカーが発生しても、フリッカーを抑制でき、あるいはフリッカーが発生しても正確な測光値を取得することができる。そのため、Ｄレンジアシストを正確に行うことができる。

（第５の実施形態）
第１乃至第４の実施形態では、Ｄレンジの拡大を素早く行うために、露出を変更する際に、絞り値の変更、ＮＤフィルターの挿抜、撮像部における電子シャッター速度の変更のうち、応答速度の速いものを優先して用いる例について説明した。しかし、Ｄレンジの拡大を素早く行うことができたとしても、Ｄレンジを変化させる際に得られる画質が変化することが原因で撮影したい映像を撮影できない場合もある。

例えば、絞りを変えて露出を変える場合には、撮影できる映像の被写界深度が変化する。一般に絞りを絞ると被写界深度は深くなる。これはフォーカスが合っていると感じる領域が広がり、画面全体にピントが合っているように見えるということである。逆に絞りを開けると被写界深度が浅くなり、フォーカスが合っている範囲が狭くなる。その場合は、フォーカスが合う範囲以外はボケて映る。撮影スタイルによってはこのボケをうまく使うことにより対象となる被写体を浮かび上がらせる手法を使う場合があり、露出を変更する手段の中で、最初に絞り値を決めることも多い。

このように、撮影環境や撮影スタイルによっては、Ｄレンジアシストモードと通常撮影モードを素早く変更できるか否かということよりも、撮影したい画像が変わってしまうことが問題となる場合がある。本実施形態では、ＤレンジアシストにおいてＤレンジの拡大を行う場合に、ユーザーの意図により露出を変更する方法を選択できる例について説明する。

撮像装置の外観及び構成は、第１の実施形態で説明した図１、図２の構成とほとんど同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。

図２において、絞り１０１はシステム制御部５０によって動きを制御されるが、開口径にどのくらい変化があったかを検出する不図示の動きセンサを有し、この動きセンサによりシステム制御部５０は絞りの動きを検知することができる。また、ＮＤフィルター１０４は開口径を全て覆うために複数枚備えられることが多いが、撮像装置はＮＤフィルター１０４の位置を検知する位置センサを有しており、この位置センサによりシステム制御部５０はＮＤフィルター１０４の位置を検知することができる。なお、電子シャッター速度はシステム制御部５０が制御するが、現状のシャッター速度を知る手段はなく、設定されたタイミングとその設定で露光された映像が出てくるタイミング差を考慮して制御される。

次に、本実施形態の撮像装置の動作について説明する。図１２は、本実施形態における露出とガンマ補正特性の決定処理の動作を示すフローチャートである。

まず、Ｄレンジアシストの有効無効を判定する前に、Ｓ１２０１において、ユーザーにとって気になりにくい画質変化を選択肢から選択してもらう。このとき、選択肢は表示部２８に表示され、ユーザーに操作部７０を用いて選択してもらう。例えば選択肢は以下の様なものになる。

（１）切り替えスピード優先
（２）絞り値優先
（３）シャッター速度優先
上記のうち、切り替えスピード優先とは、通常の撮影モードからＤレンジアシストモードへの切り替えが早く終わることを優先するモードである。また、絞り優先とは、ユーザーが指定する絞り値をなるべく変更せず、他のパラメータで露出を変更するモードである。シャッター速度優先とは、ユーザーが指定するシャッター速度をなるべく変更せず、他のパラメータで露出を変更するモードである。

ユーザーが選択肢を選択すると、Ｓ１２０２において、ユーザーが気になりにくい露出制御の順番を決める。ユーザーが切り替えスピード優先を選択した場合は、応答時間の短い順で、電子シャッター速度、絞り値、ＮＤフィルターの挿抜の順で値を変更させるように、露出パラメータの順１２０７としてシステム制御部５０に記憶させておく。この場合の動作は第１の実施形態と同様のものとなる。ユーザーが絞り優先を選択した場合は、ＮＤフィルターの挿抜、電子シャッター速度、絞り値の順で値を変更させるように、システム制御部５０に記憶させておく。ユーザーがシャッター速度優先を選択した場合は、ＮＤフィルターの挿抜、絞り値、電子シャッター速度の順で値を変更させるようにシステム制御部５０に記憶させておく。

上記のシステム制御部５０の記憶が終了すると、Ｓ１２０３において、Ｄレンジアシストが有効になっているか否かを判断する。Ｄレンジアシストの有効、無効は、ユーザーが操作部７０を用いて設定する。Ｄレンジアシストが無効であれば、Ｓ１２０６において、露出とガンマ補正特性をＤレンジアシストを有効にする前の状態に戻し、処理を終了する。Ｄレンジアシストが有効であれば、Ｓ１２０４において、Ｄレンジを変更しようとする量（以下、Ｄレンジ変更量と呼ぶ）を算出する。Ｄレンジ変更量の算出方法は第１の実施形態と同様であるため説明は省略する。

次に、Ｓ１２０５において、算出したＤレンジ変更量に基づいて露出を変更する。この時、露出制御パラメータの順１２０７に記録されている順にパラメータを変更して露出を変更し、同時にガンマ補正特性を変更する。

絞り１０１とＮＤフィルター１０４の制御には時間を要するため、数フレームかけて効果が現れる。一方、ガンマ補正の変更は次のフレームで即座に変更されるため、輝度のショックが見える場合がある。ユーザーがＤレンジを評価する上で、輝度のショックがあると見難くなるため、制御が終わるまでの間は制御を始める前の状態の映像をフリーズして出力し続けるようにしてもよい。

以上のように制御することで、Ｄレンジアシストモードの場合に、ユーザーが気にする画質変化が発生する可能性を低く抑えることができ、Ｄレンジの決定を効率的に行うことが可能となる。

（第６の実施形態）
第５の実施形態では、露出の変更に用いるパラメータのうち、何番目の優先順位までのパラメータが実際の露出変更に用いられたかをユーザーは知ることができない。本実施形態では、露出の変更に用いるパラメータのうち、何番目の優先順位までのパラメータが実際の露出変更に用いられたかをユーザーに報知する例について説明する。

撮像装置の外観及び構成は、第５の実施形態で説明した構成と同様であるため、その説明は省略する。図１３は、本実施形態における露出とガンマ補正特性の決定処理の動作を示すフローチャートである。

まず、Ｄレンジアシストの有効無効を判定する前に、Ｓ１３０１において、ユーザーにとって気になりにくい画質変化を選択肢から選択してもらう。このとき、選択肢は表示部２８に表示され、ユーザーに操作部７０を用いて選択してもらう。選択肢は第５の実施形態と同様である。

ユーザーが選択肢を選択すると、Ｓ１３０２において、ユーザーが気になりにくい露出制御の順番を決める。ユーザーが切り替えスピード優先を選択した場合は、応答時間の短い順で、電子シャッター速度、絞り値、ＮＤフィルターの挿抜の順で値を変更させるように、露出パラメータの順１３０７としてシステム制御部５０に記憶させておく。この場合の動作は第１の実施形態と同様のものとなる。ユーザーが絞り優先を選択した場合は、ＮＤフィルターの挿抜、電子シャッター速度、絞り値の順で値を変更させるように、システム制御部５０に記憶させておく。ユーザーがシャッター速度優先を選択した場合は、ＮＤフィルターの挿抜、絞り値、電子シャッター速度の順で値を変更させるようにシステム制御部５０に記憶させておく。

上記のシステム制御部５０の記憶が終了すると、Ｓ１３０３において、Ｄレンジアシストが有効になっているか否かを判断する。Ｄレンジアシストの有効、無効は、ユーザーが操作部７０を用いて設定する。Ｄレンジアシストが無効であれば、Ｓ１３０８において、露出とガンマ補正特性をＤレンジアシストを有効にする前の状態に戻し、処理を終了する。Ｄレンジアシストが有効であれば、Ｓ１３０４において、Ｄレンジを変更しようとする量（以下、Ｄレンジ変更量と呼ぶ）を算出する。Ｄレンジ変更量の算出方法は第１の実施形態と同様であるため説明は省略する。

次に、Ｓ１３１０において、算出したＤレンジ変更量に基づいて露出を変更するにあたり、露出制御パラメータの順１３０７に記録されている順に、そのパラメータで露出の変更量に対応可能かを判定する。

まず、Ｓ１３０５において、第１優先の露出パラメータのみで露出の変更量に対応できる場合（Ｓ１３０５：Ｙｅｓ）は、Ｓ１３１０において、第５の実施形態と同様に露出を変更し、ガンマ補正を変更する。

一方、第１優先の露出パラメータだけで露出の変更量に対応できず（Ｓ１３０５：Ｎｏ）、第２優先のパラメータを使うと対応できる場合（Ｓ１３０６：Ｙｅｓ）は、第２優先のパラメータを使う（第１優先の方法以外の方法）。この場合、Ｓ１３１１において、第２優先のパラメータの現状値を表示部２８に注意喚起色で表示する。その後は、Ｓ１３１０において、上記の通り露出とガンマ補正を変更する。さらに、第２パラメータを使っても露出の変更量に対応できず（Ｓ１３０６：Ｎｏ）、第３パラメータを使って対応可能な場合（Ｓ１３０９：Ｙｅｓ）は、第１優先パラメータ、第２優先パラメータ、第３優先パラメータを使って露出変更する。この場合、Ｓ１３１２において、第２優先パラメータの現状値と第３優先パラメータの現状値を表示部２８に注意喚起色で表示する。その後は、Ｓ１３１０において、上記の通り露出とガンマ補正を変更する。最後に、第３優先のパラメータまで全てを使っても露出の変更量に対応できなかった場合（Ｓ１３０９：Ｎｏ）は、そもそもＤレンジアシストが機能しないため、何もせずに制御を終了する。

上記のように制御することにより、ユーザーが気にする画質変化が起こる可能性を低く抑えることが可能になる。また、仮に画質変化が起こる可能性がある場合でも、表示部２８を使った注意喚起が可能になるため、ダイナミックレンジの決定を効率的に行うことができる。

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。

（その他の実施形態）
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

１３：Ｄ／Ａ変換器、１５：メモリ制御部、１８：記録媒体Ｉ／Ｆ、２２：撮像部、２３：Ａ／Ｄ変換器、２４：画像処理部、２８：表示部、３２：メモリ、５０：システム制御部、５２：システムメモリ、５６：不揮発性メモリ、６０：モード切替スイッチ、６１：録画スイッチ、７０：操作部、１００：デジタルビデオカメラ、１０１：絞り、１０３：撮像レンズ、２００：記録媒体

Claims (21)

1. 撮像素子を備え、被写体像を撮像して画像データを出力する撮像手段と、
   露出を調整する調整手段と、
   前記撮像素子から出力される信号に基づく画像データが飽和している場合に、露出を少なくして飽和を解消し、前記撮像素子から出力される入射光の最大レベルに相当する信号レベルを検出する検出手段と、
   露出を少なくする場合に、露出を変更する複数の方法のうちで、露出の変更指示に対して応答速度の速い方法を優先して用いるように前記調整手段を制御する制御手段と、を備え、
   前記調整手段は、露出を変更する前のダイナミックレンジと設定可能な最大のダイナミックレンジとに基づいて、飽和を解消するように露出を調整することを特徴とする撮像装置。
2. 前記調整手段は、露出を変更する前のダイナミックレンジと前記設定可能な最大ダイナミックレンジとに基づいて、飽和を解消するためのダイナミックレンジの変更量を算出し、当該ダイナミックレンジの変更に基づいて飽和を解消するための露出を調整することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記露出を変更する複数の方法は、絞り値の変更、ＮＤフィルターの挿抜、電子シャッター速度の変更、の１つ以上を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
4. 前記応答速度の速い方法が、電子シャッター速度の変更であることを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
5. 照明光のフリッカーを検出するフリッカー検出手段をさらに備え、前記制御手段は、前記電子シャッター速度をフリッカーの発生しない電子シャッター速度に制御するとともに、目標とする電子シャッター速度と前記フリッカーの発生しない電子シャッター速度との差分に対応する露出の変化を、前記露出を変更する複数の方法のうちの電子シャッター速度の変更以外の方法により補うことを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
6. 前記フリッカー検出手段は前記照明光のフリッカーの周期を検出し、前記検出手段は前記フリッカー検出手段により検出された前記フリッカーの周期の複数周期分の前記画像データの測光値を平均して、前記入射光の最大レベルに相当する信号レベルを検出することを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
7. 前記画像データに階調補正を行う階調補正手段と、該階調補正手段により前記画像データを階調補正して得られた表示画像を表示する表示手段とをさらに備え、前記制御手段は、前記調整手段による露出の変更により引き起こされる前記表示画像の変化を抑制するように前記階調補正の特性を変更することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の撮像装置。
8. 前記制御手段は、前記露出を少なくした後の前記表示画像の、前記露出を少なくする前の前記表示画像とほぼ同じ部分が飽和するように、前記階調補正の特性を変更することを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
9. 前記検出手段は、前記撮像手段の画面内を複数の領域に分割し、該複数の領域のそれぞれの信号の中から最大値を検出することを特徴とする請求項７又は８に記載の撮像装置。
10. 前記検出手段により検出された前記最大値と、前記調整手段により露出を少なくする前のダイナミックレンジで表現できる信号の最大値との差分を算出する算出手段をさらに備え、前記制御手段は、前記差分を前記表示手段に表示させることを特徴とする請求項９に記載の撮像装置。
11. 前記制御手段は、前記露出を変更する複数の方法のうちで、第１優先の方法以外の方法を用いる場合には、該第１優先の方法以外の方法に関するパラメータの現状値を予め定めた注意喚起色で表示することを特徴とする請求項１０に記載の撮像装置。
12. 撮像素子を備え、被写体像を撮像して画像データを出力する撮像手段と、
    露出を調整する調整手段と、
    前記撮像素子から出力される信号に基づく画像データが飽和している場合に、露出を少なくして飽和を解消し、前記撮像素子から出力される入射光の最大レベルに相当する信号レベルを検出する検出手段と、
    前記調整手段により前記撮像手段の露出を少なくする場合に、露出を変更する複数の方法のうちで優先して用いる方法をユーザーの指示により選択する選択手段と、を備え、
    前記調整手段は、露出を変更する前のダイナミックレンジと設定可能な最大のダイナミックレンジとに基づいて、飽和を解消するように露出を調整することを特徴とする撮像装置。
13. 前記調整手段は、露出を変更する前のダイナミックレンジと前記設定可能な最大ダイナミックレンジとに基づいて、飽和を解消するためのダイナミックレンジの変更量を算出し、当該ダイナミックレンジの変更に基づいて飽和を解消するための露出を調整することを特徴とする請求項１２に記載の撮像装置。
14. 前記露出を変更する複数の方法は、絞り値の変更、ＮＤフィルターの挿抜、電子シャッター速度の変更、の１つ以上を含むことを特徴とする請求項１２又は１３に記載の撮像装置。
15. 前記画像データに階調補正を行う階調補正手段と、該階調補正手段により前記画像データを階調補正して得られた表示画像を表示する表示手段とをさらに備え、前記階調補正手段は、前記調整手段による露出の変更により引き起こされる前記表示画像の変化を抑制するように前記階調補正の特性を変更することを特徴とする請求項１２乃至１４のいずれか１項に記載の撮像装置。
16. 前記階調補正手段は、前記露出を少なくした後の前記表示画像の、前記露出を少なくする前の前記表示画像とほぼ同じ部分が飽和するように、前記階調補正の特性を変更することを特徴とする請求項１５に記載の撮像装置。
17. 前記検出手段は、前記撮像手段の画面内を複数の領域に分割し、該複数の領域のそれぞれの信号の中から最大値を検出することを特徴とする請求項１５又は１６に記載の撮像装置。
18. 前記検出手段により検出された前記最大値と、前記調整手段により露出を少なくする前のダイナミックレンジで表現できる信号の最大値との差分を算出する算出手段をさらに備え、当該差分は、前記表示手段に表示されることを特徴とする請求項１７に記載の撮像装置。
19. 撮像素子を備え、被写体像を撮像して画像データを出力する撮像装置を制御する方法であって、
    露出を調整する調整工程と、
    前記撮像素子から出力される信号に基づく画像データが飽和している場合に、露出を少なくして飽和を解消し、前記撮像素子から出力される入射光の最大レベルに相当する信号レベルを検出する検出工程と、を有し、
    前記調整工程では、露出を少なくする場合に、露出を変更する複数の方法のうちで、露出の変更指示に対して応答速度の速い方法を優先し、露出を変更する前のダイナミックレンジと設定可能な最大のダイナミックレンジとに基づいて、飽和を解消するように露出を調整することを特徴とする撮像装置の制御方法。
20. 撮像素子を備え、被写体像を撮像して画像データを出力する撮像装置を制御する方法であって、
    露出を調整する調整工程と、
    前記撮像素子から出力される信号に基づく画像データが飽和している場合に、露出を少なくして飽和を解消し、前記撮像素子から出力される入射光の最大レベルに相当する信号レベルを検出する検出工程と、
    前記調整工程で前記撮像素子の露出を少なくする場合に、露出を変更する複数の方法のうちで優先して用いる方法をユーザーの指示により選択する選択工程と、を有し、
    前記調整工程では、露出を変更する前のダイナミックレンジと設定可能な最大のダイナミックレンジとに基づいて、飽和を解消するように露出を調整することを特徴とする撮像装置の制御方法。
21. 請求項１９または２０に記載の制御方法の各工程をコンピュータに実行させるためのプログラム。

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