JP6995510B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、イメージセンサを使用した撮像装置に関し、特に自動露出制御機能を備えた撮像装置に関する。

イメージセンサを使用した撮像装置は、近年デジタルスチルカメラや携帯端末等に内蔵されて広く利用されている。このような撮像装置には、自動露出制御機能があり、撮像する環境の明るさが変化しても常に同じ明るさでモニタに表示されるように信号増幅器のゲインや露出時間（シャッタ速度）が目標値に近づくよう自動調整している。
通常、このような調整は、イメージセンサから出力される画像フレームの輝度を読み取り、目標輝度との差を計算して、その結果を基にシャッタ速度とゲインとを調整することで明るさが一定になるように調整した（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７－３３６５４１号公報

従来の撮像装置は、上述したように映像出力値と目標値とを比較して差を求め、差情報を基に逐次ゲイン及びシャッタ速度を補正しながら、輝度収束を図っていた。そのため、輝度が収束するまでに例えば３秒と時間を要する場合があった。

そこで、本発明はこのような問題点に鑑み、輝度収束までの時間を短縮し、被写体照度に変動が発生した場合でも、高速に追従することが可能な撮像装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決する為に、請求項１の発明は、撮像手段が出力する撮像画像の現在の明るさ情報を入手してフィードバック制御により露出調整する映像信号制御部を有する撮像装置であって、映像信号制御部は、撮像手段が出力する画像フレームのＲＧＢ信号を増幅する増幅手段と、増幅手段の出力信号から明るさ情報を入手する輝度情報取得部と、輝度情報取得部が取得した明るさ情報と予め設定された輝度目標値との比率を算出する比率算出部と、算出した比率から、撮像手段のシャッタ速度、及び増幅手段のゲイン値の補正量を導出する補正量算出部と、導出したシャッタ速度及びゲイン値によりフィードバック制御して露出調整を実施する露出制御部と、輝度目標の明るさを追い越す制御を防止するために、フィードバック補正が可能な最初の少なくとも１枚の画像フレームは補正せず通過させ、その後撮像手段が出力する画像フレームに対してフィードバック補正を実施するタイミング制御部とを有し、露出制御部は、導出したシャッタ速度の補正量を撮像手段に出力し、導出したゲイン値の補正量を増幅手段に出力することを特徴とする。
この構成によれば、輝度目標値までの比率を基にフィードバック制御するため、加減算により目標値に近づける従来のフィードバック制御に比べて、被写体照度に変動が発生した場合でも高速に輝度目標値に到達できる。

そして、フィードバック補正が可能な最初の画像フレームは通過させることで、輝度目標の明るさを追い越して制御される事態を防止でき、結果ハンチングを防止できる。

本発明によれば、輝度目標値までの比率を基にフィードバック制御するため、加減算により目標値に近づける従来のフィードバック制御に比べて、被写体照度に変動が発生した場合でも高速に輝度目標値に到達できる。

本発明に係る撮像装置の一例を示す映像信号制御部のブロック図を示している。

以下、本発明を具体化した実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明に係る撮像装置の一例を示し、１はイメージセンサ、１０は映像信号制御部１０であり映像信号制御部はブロック図で示している。
イメージセンサ１は、レンズ（図示せず）を介して入光する光により撮像して画像フレームを出力する撮像手段であり、映像信号制御部１０は、イメージセンサ１が出力する画像フレームの信号を増幅するＰＧＡ（Programmable Gain Amplifier）制御部２、画像フレームデータから輝度情報（現在の輝度情報）を取得する輝度統計量取得部３、輝度統計量取得部３が取得した輝度情報と目標値との比率を演算し、演算結果からイメージセンサ１に対して露出制御信号を出力し、ＰＧＡ制御部２に対して増幅率制御信号を出力する自動露出制御部４を有している。ＰＧＡ制御部２の出力信号が映像を表示するモニタ等に出力される。

尚、この映像信号制御部１０はＩＳＰ（Image Signal Processor）により構成され、インストールされたファームウェアにより所定の動作が実施される。

イメージセンサ１は、一定間隔で撮像した画像フレームを出力し、自動露出制御部４が送信した制御量に基づき、電子シャッタ速度（シャッタ速度）を調整して露出が制御される。

ＰＧＡ制御部２は、イメージセンサ１が出力した画像フレームに対して自動露出制御部４から指定されたゲインに応じた増幅度で順次ＲＧＢ信号の増幅を実施する。

輝度統計量取得部３は、ＰＧＡ制御部２が出力した画像フレームに対して個々のピクセルの輝度データ（画像フレームを格子状に複数のブロックに分解した個々のブロックの輝度データ）から輝度のヒストグラムを作成して重心を求め、その重心に位置する輝度を代表輝度情報として出力する。

自動露出制御部４はファームウェアを内蔵しており、比率算出部４ａ、補正量算出部４ｂ、露出制御部４ｃ、タイミング制御部４ｄを備えている。
比率算出部４ａは、輝度統計量取得部３が取得した明るさ情報と予め設定された輝度目標値との比率を算出し、算出された比率から補正量算出部４ｂが輝度目標値までの変位量を予測して、イメージセンサ１のシャッタ速度、及びＰＧＡ制御部２のゲイン値の補正量を導出する。
そして露出制御部４ｃが、導出したシャッタ速度補正量をイメージセンサ１に出力し、ＰＧＡ制御部２へゲイン値の補正量を出力してフィードバック制御により露出調整を実施する。

また自動露出制御部４は、ハンチング防止制御も合わせて実施する。具体的に、イメージセンサ１から出力された画像フレームの情報を基にシャッタ速度及びゲイン値の補正値を算出し、フィードバック制御を開始するまでに少なくとも３フレームが必要とされている。即ち、最初の画像フレームを第１フレームとすると最初にフィードバック制御が実施される画像フレームは、最短で第４フレームとなる。
ところが、輝度統計量取得部３が得た現在の明るさ情報と目標値の比率を導出する事で、目標量までに制御しなければならない補正ゲイン量の予測を立てるため、第４フレームを目標量に補正するフィードバック制御を実施すると、大きなゲイン制御を伴う場合があり、その際ハンチングが発生する場合があった。

そこで、タイミング制御部４ｄが次のような制御を実施する。フィードバック補正が可能な最初の１枚の画像フレームは補正せず通過させ、その次の画像フレームである第５フレームに対してフィードバック補正指令を出し、露出制御部４ｃの制御に基づきシャッタ速度及びゲイン値の補正が成される。
この結果、輝度目標の明るさを追い越して制御される事が無くなり、ハンチングを回避出来る。

このように、輝度目標値までの比率を基にフィードバック制御するため、加減算により目標値に近づける従来のフィードバック制御に比べて、被写体照度に変動が発生した場合でも例えば１秒と高速に輝度目標値に到達できる。
また、フィードバック補正が可能な最初の画像フレームは通過させることで、輝度目標の明るさを追い越して制御される事態を防止でき、結果ハンチングを防止できる。

尚、上記実施形態では、現在の画像フレームの輝度情報を得るために、輝度の重心を求めて代表輝度情報として使用しているが、画像フレームの個々のピクセルの輝度データから平均輝度を求めて代表輝度としても良い。
また、１フレームを通過させることで、現在の輝度を求めた画像フレームから４フレーム目に対してフィードバック制御を実施しているが、２フレームを通過させて５フレーム目をフィードバック制御しても良い。

１・・イメージセンサ（撮像手段）、２・・ＰＧＡ制御部（利得増幅手段）、３・・輝度統計量取得部（輝度情報取得部）、４・・自動露出制御部、４ａ・・比率算出部、４ｂ・・補正量算出部、４ｃ・・露出制御部、４ｄ・・タイミング制御部、１０・・映像信号制御部。

Claims (1)

1. 撮像手段が出力する撮像画像の現在の明るさ情報を入手してフィードバック制御により露出調整する映像信号制御部を有する撮像装置であって、
   前記映像信号制御部は、前記撮像手段が出力する画像フレームのＲＧＢ信号を増幅する増幅手段と、
   前記増幅手段の出力信号から明るさ情報を入手する輝度情報取得部と、
   前記輝度情報取得部が取得した明るさ情報と予め設定された輝度目標値との比率を算出する比率算出部と、
   算出した前記比率から、前記撮像手段のシャッタ速度、及び前記増幅手段のゲイン値の補正量を導出する補正量算出部と、
   導出した前記シャッタ速度及び前記ゲイン値によりフィードバック制御して露出調整を実施する露出制御部と、
   輝度目標の明るさを追い越す制御を防止するために、フィードバック補正が可能な最初の少なくとも１枚の画像フレームは補正せず通過させ、その後前記撮像手段が出力する画像フレームに対してフィードバック補正を実施するタイミング制御部とを有し、
   前記露出制御部は、導出した前記シャッタ速度の補正量を前記撮像手段に出力し、導出した前記ゲイン値の補正量を前記増幅手段に出力することを特徴とする撮像装置。

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