JP7150452B2 - 撮像装置とその制御方法およびプログラム、記録媒体 - Google Patents

Description

本発明は、撮像装置の露出制御に関し、特に露光指数を変更可能な撮像装置とその制御方法およびプログラム、記録媒体に関する。

近年のビデオカメラなどの撮像装置では、被写体を撮像することで取得する画像データの明るさを変更するための制御として、被写体の撮像時および撮像後の露出を制御する機能が備わっている。この露出を制御する方法としては、絞りの開口径、ＮＤフィルタ等の光学フィルタの光の透過率、撮像素子における電荷の蓄積時間、画像信号の増幅率などの露出条件を変更することが一般的である。なお、説明を簡略化するために、以降の説明では、各露出条件を、絞り、ＮＤフィルタの透過率、蓄積時間、増幅率と称する。これらの露出条件の変更は、ユーザの手動操作により任意に変更する方法と、撮像装置による自動制御により変更する方法、または、ユーザによる一部手動操作と撮像装置による自動制御の組合せにより変更する方法などがある。

ここで、露出の制御を簡易にするために各露出条件をＡＰＥＸ単位に換算して、露出を総合的に制御するシステムが知られている。この場合、被写体輝度に応じて、絞り、蓄積時間（シャッター速度）、増幅率（撮影感度）を統括的に調整することで、被写体輝度に応じた適切な露出条件を設定できる。このうち、絞りが変化すると被写界深度も変化し、蓄積時間が変化すると動画像の滑らかさが変化するが、被写界深度と動画像の滑らかさの変化に影響しないＮＤフィルタの透過率と増幅率の変更は、それぞれを連動させて制御したいという要望があった。例えば、特許文献１では、絞りをなるべく変えずに、ＮＤフィルタの光透過率、撮像素子の感度、映像信号処理装置のゲインを順に変更することで自動感度調整を行う技術について提案されている。

特開２００４－２８９３４８号公報

しかしながら、特許文献１で提案されている技術では、ＮＤフィルタの透過率と撮像素子の感度およびゲインの変更手段がそれぞれ分かれている。したがって、例えば、ユーザの簡単な操作によって、ＮＤフィルタの透過率と増幅率とを連動させて変更する手法については言及はされていない。

本発明の目的は、ユーザの操作に応じてＮＤフィルタの光の透過率と画像信号の増幅率とを連動させて変更する際に、操作性の煩雑化を防止することである。

上記目的を達成するために、本発明の撮像装置は、撮像素子と、前記撮像素子に入射する被写体像の光量を調整する光学部材と、前記光学部材の透過率を調整する光量調整手段と、前記撮像素子を用いて被写体を撮像する際に出力される画像信号を増幅させる信号増幅手段と、前記信号増幅手段による前記画像信号の増幅率を変更する増幅率変更手段と、前記画像信号の増幅率と前記光学部材の透過率の組合せに応じた露光指数に関する第１の情報を記憶した記憶手段と、被写体の輝度変化に応じて、少なくとも前記露光指数を含めた露出条件を変更することで露出制御を行う露出制御手段と、を有し、前記第１の情報には、前記露光指数が第１の値である場合に、前記光学部材の透過率と前記画像信号の増幅率の組合せが複数含まれることを特徴とした。

本出願によれば、ユーザの操作に応じてＮＤフィルタの光の透過率と画像信号の増幅率とを連動させて変更する際に、操作性の煩雑化を防止することができる。

本発明の第１実施形態に係る撮像装置１００を例示的に説明する外観図である。 本発明の第１実施形態に係る撮像装置１００の内部構成を例示的に説明するブロック図である。 本発明の第１実施形態に係る、ＮＤフィルタ１０４の透過率、ゲインおよびガンマ補正特性を決定するための処理を示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態に係るＮＤフィルタの透過率と信号増幅率の組合せを例示的に説明する図である。 本発明の第１実施形態に係る増幅率に応じたゲインとガンマの組合せを例示的に説明する図である。 本発明の第１実施形態に係るガンマ補正特性を例示的に説明する図である。 本発明の第２実施形態に係る露出条件の表示制御に関するフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る表示制御処理によって表示される各情報を例示的に説明する図である。 本発明の第３実施形態に係る、ＮＤフィルタ１０４の透過率、ゲインおよびガンマ補正特性を決定するための処理を示すフローチャートである。 本発明の第３実施形態に係る、Ｄレンジに応じたＮＤフィルタの透過率と増幅率の組合せを例示的に説明する図である。

（第１実施形態）
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。図１は、本発明の第１実施形態に係る撮像装置１００を例示的に説明する外観図である。なお、本実施形態では、撮像装置１００がデジタルビデオカメラである場合を例示的に説明するが、撮像装置１００としては、デジタルカメラや監視用途のネットワークのようなカメラ、およびスマートフォンなどのカメラ機能付きの可搬機器を含む。

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（不図示）は各種モードを切り替えるための操作部である。操作部７０はユーザ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より成る操作部である。電源スイッチ（反対面に配置されているため不図示）は、電源オン、電源オフを切り替える。コネクタ１１２は電源の接続ケーブルと撮像装置１００とのコネクタである。記録媒体スロット２０１はメモリカードやハードディスク等の記録媒体２００（不図示）を格納するためのスロットである。記録媒体スロット２０１に格納された記録媒体２００は、撮像装置１００との通信が可能となる。

図２は、本発明の第１実施形態に係る撮像装置１００の内部構成を例示的に説明するブロック図である。図２において、撮像レンズ１０３はズームレンズ、フォーカスレンズ、シフト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１０４は後述する撮像部２２が備える撮像素子２２ａに入射する光量を調整（減光）するための光学部材であって、本実施形態では濃度が異なる４つのフィルタを備えたターレット方式のＮＤフィルタを備える。撮像部２２は光学像を電気信号に変換するＣＣＤやＣＭＯＳ素子等の電荷蓄積型の固体撮像素子で構成された撮像素子２２ａを有する。また、撮像部２２には電子シャッターによる撮像素子２２ａの蓄積時間の制御や、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、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、撮像装置１００の、撮像レンズ１０３を含む撮像系を覆うことにより、撮像レンズ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。すなわち、前述した撮像部２２および画像処理部２４が、本実施形態におけるアナログゲインおよびデジタルゲインを増幅する信号増幅手段であって、これらの増幅率の変更指示はシステム制御部５０が増幅率変更手段として機能することで実現される。なお、撮像部２２および画像処理部２４が増幅率変更手段を兼ねる構成であってもよい。

また、画像処理部２４は、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、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。また、ジャイロ４０で検出した手振れなどによる撮像装置１００の動きや姿勢変化に対して、システム制御部５０が、撮像レンズ１０３のシフトレンズを動作させるか、もしくは画像処理部２４で画像をずらすことで像振れ補正を行う。

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、画像信号やその他の各種データを格納するのに十分な記憶容量を備えている。例えば、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、撮像装置１００の全体を統括的に制御するためのマイクロプロセッサなどのＣＰＵを備えた制御手段である。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、オートシーン判定モード、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、モード切替スイッチ６０で動画撮影モードに一旦切り替えた後に、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、絞り込みボタン、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。使用者は、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などの一次電池やＮｉＣｄ電池やＮｉＭＨ電池、Ｌｉイオン電池などの二次電池、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。

なお、本実施例で使用する撮像素子２２ａとしては、ＮＤフィルタ１０４の透過率が１００％であって、露光指数を示すＥＩ（Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｉｎｄｅｘ）が１００を示す場合に、撮像装置１００のダイナミックレンジ（Ｄレンジ）が２００％となる。つまり、ＮＤフィルタの透過率が１００％でＥＩ１００である場合にＡＰＥＸ単位における適正露出が入力信号の最大値（２００％）に対する２０％であるとすれば、当該適正露出の１０倍（２００％）の入力信号で出力信号が飽和することになる。この露光指数ＥＩは、値が大きくなるごとに明るい露出条件となり、例えば、ＥＩ２００であればＥＩ１００よりも１段分明るい露出条件となり、ＥＩ４００であれば２段分明るい露出条件となる。

なお、適正露出のときには、ＡＰＥＸ単位におけるＡｖ（絞り値）＋Ｔｖ（蓄積時間（シャッター速度））＝Ｓｖ（感度）＋Ｂｖ（被写体の明るさ）が成り立つことを前提としている。また、上述した撮像装置１００のＤレンジは、撮像装置１００が被写体を撮像することで飽和していない画像を得ることが出来る明るさの幅を示す。また、本実施形態においては、撮像素子２２ａから出力されるアナログゲインおよびデジタルゲインが増幅された入力信号に対する出力信号の入出力特性を示すガンマカーブ（以下、単にガンマと称す）のＤレンジは１６００％であるとする。

次に、図３を参照して、本実施形態におけるＮＤフィルタ１０４の透過率、ゲインおよびガンマ補正特性を決定するための処理について説明する。図３は、本発明の第１実施形態に係る、ＮＤフィルタ１０４の透過率、ゲインおよびガンマ補正特性を決定するための処理を示すフローチャートである。なお、図３に図示するフローチャートの開始は、撮像装置１００の電源がオンされたことや撮影モードが変更されたことに応じて実行される、または、ユーザの手動操作に応じて任意のタイミングで実行される構成であればよい。

図３に図示するように、ステップＳ３０１でシステム制御部５０は、撮像装置１００における現在の設定がＤレンジ重視であるか否かを判定する。Ｄレンジ重視とは露光指数ＥＩの変更に対して、なるべく広いＤレンジを維持して被写体を撮像することを目的とした種々の撮影条件の設定を行う設定である。なお、撮像装置１００において、当該Ｄレンジ重視を１つの撮像モードとして設定可能な構成であってもよい。このＤレンジ重視を選択しない場合（換言すると、Ｓ／Ｎ重視を選択した場合）は、Ｄレンジは狭くなるが、被写体を撮像することで得られる画像信号において、信号に対するノイズ量の比率を示すＳ／Ｎ比の低下を抑制することが出来る。

なお、Ｄレンジ重視やＳ／Ｎ重視の選択は、ユーザによって予め選択が可能であって、例えば、撮像装置１００としては、撮像装置１００のメニューにおける選択項目の１つとして、ユーザが任意に選択可能な構成であればよい。

ステップＳ３０１でＤレンジ重視が選択された場合、ステップＳ３０２でシステム制御部５０は、Ｄレンジ重視のＮＤフィルタの透過率と増幅率の組合せ（配分）を選択する。また、ステップＳ３０１でＤレンジ重視が選択されていない場合、ステップＳ３０３でシステム制御部５０は、Ｓ／Ｎ重視のＮＤフィルタの透過率と増幅率の組合せ（配分）を選択する。

図４は、本発明の第１実施形態に係るＮＤフィルタの透過率と信号増幅率の組合せを例示的に説明する図である。本実施形態では、各露光指数（ＥＩ）に対するＮＤフィルタの透過率と増幅率の組合せは、図４に図示するような関係を採用する。

なお、図４において、ＮＤフィルタの透過率としては、ＮＤフィルタ１０４を透過率を段数（Ｓｔｏｐ）で示しており、０ＳｔｏｐでＮＤフィルタ１０４の透過率が１００％、１Ｓｔｏｐで５０％、２Ｓｔｏｐｓで２５％、３Ｓｔｏｐｓで１２．５％となる。すなわち、ＮＤフィルタ１０４の３Ｓｔｏｐでは、減光されていない状態と比較して、撮像素子２２ａ側に入射する光量がＮＤフィルタ１０４によって１／８まで減光される。また、増幅率は信号を増幅する倍率で示し、×２は信号を２倍、×４は信号を４倍することを意味する。この増幅はアナログゲインでもデジタルゲインでも良く、少なくとも、ガンマ補正回路によって入力信号にガンマカーブが適用される前に実行される信号の増幅率を示す。

図４に図示するように、Ｄレンジ重視が選択されている場合は、露光指数ＥＩの増加に応じて、ＮＤフィルタ１０４の透過率を増加（すなわち、減光量を減少）させるよりも増幅率の増加を優先する。ただし、所定の増幅率になると最大Ｄレンジに達するため、それ以上増幅率を上げてもＤレンジは増加しない。そのため、所定の増幅率まで増加させた段階でＮＤフィルタ１０４の透過率の変更を優先し、透過率が最大に到達した後に、再び増加率を増加させる。増加率とＤレンジの関係については後述する。

一方、図４に図示するように、Ｓ／Ｎ重視の場合は露光指数ＥＩの増加に応じて、増加率を増加させるよりも、ＮＤフィルタ１０４の透過率を増加させることを優先する。この場合、露光指数の増加に伴い、ＮＤフィルタ１０４の透過率が最大（０Ｓｔｏｐ）に到達した後に、信号の増幅率を増加させる。

以上説明したＤレンジ重視とＳ／Ｎ重視を比較すると、本実施形態の撮像装置１００では、露光指数ＥＩ２５～４００の範囲における各露光指数において、Ｄレンジ重視の方がＳ／Ｎ重視よりも、信号の増幅率が大きくなる。また、本実施形態の撮像装置１００では、露光指数ＥＩ２５～４００の範囲における各露光指数において、Ｓ／Ｎ重視の方がＤレンジ重視よりも、ＮＤフィルタ１０４の透過率が大きくなる。

図３に戻り、ステップＳ３０４でシステム制御部５０は、ステップＳ３０２またはＳ３０３における選択結果に基づいて、ＮＤフィルタ１０４の透過率と増幅率を決定する（Ｓ３０４）。なお、本実施形態では、例えば、ＡｖやＴｖと同様にユーザが任意に設定可能な１つの露出条件（露出パラメータ）として、露光指数ＥＩがユーザによって設定される構成について説明するが、これに限定されるものではない。例えば、システム制御部５０などが、被写体の輝度に応じた最適な露光指数ＥＩを自動的に設定する際に、ユーザによって予め選択された状態（Ｄレンジ重視か否か）に応じて、ＮＤフィルタ１０４の透過率と増幅率を決定する構成であってもよい。

次に、ステップＳ３０５でシステム制御部５０は、ステップＳ３０４で決定された増幅率に応じてゲインとガンマ補正特性を決定する。図５は、本発明の第１実施形態に係る増幅率に応じたゲインとガンマの組合せを例示的に説明する図である。図５に図示するように、ゲインは、画像処理部２４により入力信号にガンマカーブが適用されるよりも前に実行される、撮像部２２のアナログゲインやデジタルゲインでの増幅量を示し、その単位をｄＢで示す。このゲインは、６ｄＢ増加するごとに露出がＡＰＥＸ単位で１段分明るくなるものとする。また、図５に図示するように、ガンマは、ガンマカーブ（ガンマ補正特性）の形状を示すＤレンジで表現している。Ｄレンジが２倍になると明るさも２倍となる。ガンマ補正特性とＤレンジの関係については後述する。

本実施形態に係る撮像素子２２ａは、露光指数ＥＩ１００でＤレンジが２００％であるため、増幅率が１倍の時は２００％のガンマ補正特性が設定される。したがって、増幅率が増加すると、まずガンマ補正特性が変更されて、Ｄレンジが拡大される。具体的に、ガンマ補正特性が４００％、８００％、１６００％と変更されることで増幅率が２倍、４倍、８倍となる。また、本実施形態では、Ｄレンジの上限が１６００％となるガンマ補正特性を例にした場合、増幅率が８倍を超えると、Ｄレンジが１６００％に固定され、以降の増幅率の増加に伴ってゲインが増加される。ゲインの増加ではガンマの入力信号が増加することで露出が明るい側に変化するが、Ｄレンジ自体は変化しない。すなわち、図４に図示する、増幅率が１倍、２倍、４倍、８倍（８倍以降も含む）に対応するＤレンジは、それぞれ２００％、４００％、８００％、１６００％となる。したがって、本実施形態の撮像装置１００では、露光指数ＥＩが２５から４００の範囲において、Ｄレンジ重視の方がＳ／Ｎ重視よりもＤレンジが広い状態を実現できる。

以下、図６を用いてガンマ補正特性とＤレンジの関係について説明する。図６は、本発明の第１実施形態に係るガンマ補正特性を例示的に説明する図であって、横軸は入力、縦軸は出力をそれぞれ示している。より具体的には、図６の横軸はガンマ補正回路の入力のコード値を示す、縦軸はガンマ補正回路の出力のコード値を示す。このコード値は回路に依存するものであって、データ単位が１０ビットであれば０～１０２３、１２ビットであれば０～４０９６となる。図６に図示するカーブ６０１が１６００％のガンマ補正特性を示し、続いてカーブ６０２が８００％、カーブ６０３が４００％、カーブ６０４が２００％のガンマ補正特性をそれぞれ示している。カーブ６０１は入力信号の最大値Ｘｍａｘのときに出力信号の最大値Ｙｍａｘとなるガンマ補正特性である。そのため１６００％より大きな入力信号が発生しても、出力信号をＹｍａｘより大きくできず、適正な明るさを保ったまま１６００％以上の信号を表現することはできない。カーブ６０１に対してカーブ６０２は入力方向に１／２の相似形となっている。例えば、カーブ６０１では入力値がＸｍａｘ／２のときに出力値がＹ１となるのに対して、カーブ６０２では同じ入力値がＸｍａｘであっても出力値がＹ１となる。カーブ６０２に対するカーブ６０３、また、カーブ６０３に対するカーブ６０４のガンマ補正特性も同様に入力方向に１／２の相似形である。そのため、ガンマ補正特性をカーブ６０２（８００％）からカーブ６０１（１６００％）に変更すると、入力値に対する出力値の明るさが１段分明るくなる。したがって、例えば、カーブ６０１に示すガンマ補正特性は、被写体の明るさが１段分暗くなる、あるいは、絞り値や蓄積時間（シャッター速度）を１段分暗くした場合にカーブ６０２と同等の明るさとなる。すなわち、カーブ６０１に示すガンマ補正特性では、出力値Ｙｍａｘまでの信号を出力できるようになり、Ｄレンジを増加することができる。

なお、上述した実施形態ではガンマ補正特性を変更することで、信号を増幅する例を示したが、これに限定されるものではない。Ｄレンジを１６００％に固定して、ガンマ補正特性を適用する前段におけるデジタルゲインの調整において信号の増減を調整する構成であってもよい。この場合、Ｄレンジが２００％のときに１／８、Ｄレンジが４００％のときに１／４、Ｄレンジが８００％は１／２に信号を減少することも可能である。ただし、その場合は、ガンマ補正特性を適用する時点で入力信号が減少しているため、入出力のビット数によっては階調性が損なわれる可能性がある。

次に、ステップＳ３０６でシステム制御部５０は、ステップＳ３０１～Ｓ３０５までに決定した値となるように、ＮＤフィルタ、ゲイン、ガンマ補正特性を変更する（Ｓ３０６）。そして、システム制御部５０は、決定した値となるように、ＮＤフィルタの透過率、ゲインおよびガンマを実際に調整するために、ＮＤフィルタ１０４、撮像部２２や画像処理部２４を制御する。

なお、本実施形態では、図５に図示するように、増幅率に応じたゲインとガンマの配分を一律にしていたが、これに限定されるものではない。例えば、Ｓ／Ｎ重視の時、増幅率２倍に対するゲインを６ｄＢにして、ガンマ補正特性におけるＤレンジを２００％にしても良い。この構成であれば、増幅率が２倍である場合もＤレンジが２００％になるため、ＥＩが１２～２００でＤレンジを２００％とすることができる。すなわち、本実施形態としては、Ｓ／Ｎ重視に対して、Ｄレンジ重視を設定したほうが、Ｄレンジが広いＥＩの範囲がより広くなる構成であればよい。

以上説明したように、本実施形態に係る撮像装置の構成を採用すれば、ＮＤフィルタ、ゲイン、ガンマ補正特性を制御することで、ユーザによる露光指数ＥＩの設定に伴い、ＮＤフィルタの透過率と増幅率とを連動して変更することができる。さらに、Ｄレンジを重視する選択が行われた場合に、同じ露光指数ＥＩであっても、可能な限りＮＤフィルタの透過率を下げ、増幅率を増加することによって、特定の範囲のＥＩでＤレンジが広い状態で撮影することが可能となる。この構成により、例えば、ユーザの操作に応じてＮＤフィルタの透過率と信号の増幅率とを連動させて変更する際に、操作性の煩雑化を防止しつつ、ユーザの意図を反映した品位の画像を取得するための各種撮像条件を設定することが出来る。

（第２実施形態）
前述した第１実施形態では、ＮＤフィルタの透過率と増幅率とを露光指数ＥＩで包括的に表し、同じ露光指数ＥＩにおいても、Ｄレンジ重視か否かに応じて、ＮＤフィルタの透過率と増幅率の組合せ（配分）を変える構成について説明した。しかしながら、露光指数ＥＩを単に表示しているだけでは、ユーザがＮＤフィルタの透過率や増幅率の正確な状態を知るのは困難であるため、ゲインやガンマ、ＮＤフィルタの透過率に応じた画質の変化にユーザが気づきにくいという問題がある。そこで、本実施形態では、露光指数ＥＩによりＮＤフィルタの透過率と増幅率を変更する際の表示手段における露出条件の表示方法に関して説明する。なお、本実施形態に係る撮像装置の構成については、前述した第１実施形態と略同一であるため説明は省略し、同一の符号を付して説明する。

図７は、本発明の第２実施形態に係る露出条件の表示制御に関するフローチャートである。なお、図７に図示するフローチャートの開始は、撮像装置１００の電源がオンされたことに応じて実行される、または、ユーザの手動操作に応じて任意のタイミングで実行され、表示部２８などへの表示が行われる構成であればよい。また、図７に図示するフローチャートは、表示部２８への表示制御に限定されるものではなく、表示部２８以外の表示手段（例えば、撮像装置１００に外部接続された表示装置など）への表示制御に適用可能である。

図７に図示するように、表示制御処理が開始されると、ステップＳ７０１でシステム制御部５０は、表示手段への露光指数ＥＩの表示を（指示）する。なお、露光指数ＥＩは、前述した第１実施形態で説明したような構成において事前に決定されているものとする。

次に、ステップＳ７０２でシステム制御部５０は、露光指数ＥＩに関するＮＤフィルタの透過率と増幅率の組合せに関する情報を表示することが選択されているか否かを判定する。組合せに関する情報としては、両者の割合を表示する構成であってもよいが、本実施形態では、実際のＮＤフィルタの透過率と増幅率を示す情報を表示に用いる。なお、組合せに関する情報の表示有無については、メニュー画面などからユーザが任意に設定可能であるものとする。

なお、この組合せに関する情報の表示は、システム制御部５０の判断により自動的に行われる構成であってもよい。例えば、同じ露光指数ＥＩに対してＮＤフィルタの透過率と増幅率の組み合わせが複数含まれる（存在する）場合に自動的に表示する構成であってもよい。また、前述した第１実施形態のように、Ｄレンジ重視およびＳ／Ｎ重視のいずれを選択するかに応じて、ＮＤフィルタの透過率や増幅率が異なる、露光指数ＥＩ２５から露光指数ＥＩ４００が設定される場合に自動的に表示する構成であってもよい。

システム制御部５０は、ステップＳ７０２において組合せに関する情報の表示を行うことが選択されていないと判定した場合に、ＮＤフィルタの透過率や増幅率は表示せずに露光指数ＥＩのみを表示する。また、システム制御部５０は、ステップＳ７０２において組合せに関する情報の表示を行うことが選択されていると判定した場合、ステップＳ７０３で、ＮＤフィルタの透過率に関する情報を表示する。

次に、ステップＳ７０４でシステム制御部５０は、合計増幅率に関する情報を表示することが選択されているか否かを判定する。なお、合計増幅率に関する情報とは、ゲインとガンマを合わせた合計の増幅率を示す情報である。前述した組合せに関する情報と同様に、合計増幅率に関する情報も、ユーザが任意に設定可能である。

システム制御部５０は、ステップＳ７０４で合計増幅率に関する情報を表示することが選択されていると判定した場合に、ステップＳ７０５で、合計増幅率に関する情報を表示する。また、システム制御部５０は、ステップＳ７０４で合計増幅率に関する情報を表示することが選択されてないと判定した場合に、ステップＳ７０６で、ゲインとＤレンジのそれぞれに関する情報を表示する。

図８は、本発明の第２実施形態に係る表示制御処理によって表示される各情報を例示的に説明する図である。図８（ａ）は、前述した、露光指数ＥＩのみを表示する場合（Ｓ７０２でＮＯ）の情報を表示する場合示している。また、図８（ｂ）、（ｃ）は、組合せに関する情報と合成増幅率に関する情報を表示する場合を示しており、図８（ｂ）は、Ｄレンジ重視を選択した際の露光指数ＥＩ１００、図８（ｃ）は、Ｓ／Ｎ重視を選択した際の露光指数ＥＩ１００をそれぞれ示している。また、図８（ｄ）、（ｅ）は、組合せに関する情報とゲインとＤレンジのそれぞれに関する情報を表示する場合を示している。図８（ｄ）は、Ｄレンジ重視を選択した際の露光指数ＥＩ１００、図８（ｅ）は、Ｓ／Ｎ重視を選択した際の露光指数ＥＩ１００をそれぞれ示している。

例えば、図８（ｄ）と図８（ｅ）を比較すると、同じ露光指数ＥＩにおいて、Ｄレンジ重視を選択した場合とＳ／Ｎ重視を選択した場合とで、Ｄレンジは異なるがゲインは同一である点を、ユーザが容易に確認することができる。また、Ｄレンジ重視を選択した場合は、Ｄレンジが１６００％であるのに対して、Ｓ／Ｎ重視を選択した場合は、Ｄレンジが２００％となり、Ｄレンジ重視の方がＳ／Ｎ重視に対してガンマで信号を８倍増幅していることをユーザは容易に確認することができる。この場合、Ｄレンジは広がるが、前段のゲインで８倍に増幅した時よりもＳ／Ｎが低下することで画質が劣化する。

以上説明したように、本実施形態の表示制御処理を採用すれば、ユーザの意図に応じた露出条件を効果的に表示することが出来るため、ゲインとＤレンジの組合せなどに応じた画質の違いをユーザが簡単に認識することができる。

なお、本実施形態では、ガンマでの信号増幅を表す値としてＤレンジを表示する構成について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、基準のＤレンジに対する倍率を表示する構成であってもよい。この場合、Ｄレンジが２００％であれば×１、４００％であれば×２などと表示すればよい。また、Ｄレンジと基準のＤレンジに対する倍率の双方を表示する構成であってもよい。

（第３実施形態）
前述した第１、２の実施形態ではＤレンジ重視であるか否かに応じて、ＮＤフィルタの透過率と信号の増幅率の組合せを変更する例について説明した。本実施形態では、ユーザが所望するＤレンジを選択し、当該選択されたＤレンジに基づいて、ＮＤフィルタの透過率と信号の増幅率の組合せを変更する例について説明する。なお、本実施形態に係る撮像装置の構成については、前述した第１実施形態と略同一であるため説明は省略し、同一の符号を付して説明する。

図９は、本発明の第３実施形態に係る、ＮＤフィルタ１０４の透過率、ゲインおよびガンマ補正特性を決定するための処理を示すフローチャートである。なお、図９に図示するフローチャートの開始は、撮像装置１００の電源がオンされたことや撮影モードが変更されたことに応じて実行される、または、ユーザの手動操作に応じて任意のタイミングで実行される構成であればよい。

ステップＳ９０１でシステム制御部５０は、予め選択されているＤレンジを検出する。なお、Ｄレンジの選択は、任意のタイミングで実行されるものとする。本実施形態では、ステップＳ９０１の処理が実行される前に、メニュー画面などを参照してユーザによって事前にＤレンジが選択されているものとする。なお、本実施形態では、Ｄレンジとして、２００％、４００％、８００％、１６００％のいずれかを選択可能である。

次に、ステップＳ９０２でシステム制御部５０は、先に検出した選択済みのＤレンジに応じてＮＤフィルタと信号の増幅率の組合せを選択する。図１０は、本発明の第３実施形態に係る、Ｄレンジに応じたＮＤフィルタの透過率と増幅率の組合せを例示的に説明する図である。図１０に図示するように、例えば、Ｄレンジ２００％を選択すると、増幅率１倍でＮＤフィルタの透過率を変更し、広い範囲の露光指数ＥＩ（ＥＩ１２～１００）で増幅率を１倍に設定する。同様に、４００％では２倍、８００％では４倍、１６００％では８倍でＮＤフィルタの増幅率を変更し、広い範囲の露光指数ＥＩで増幅率を２倍、４倍、８倍に設定する。以降のステップＳ９０３～Ｓ９０５の処理は、前述した第１実施形態のステップＳ３０４～Ｓ３０６の処理と同一なので説明を省略する。

以上説明したように、本実施形態に係る撮像装置は、任意に選択されたＤレンジに応じて、広い範囲の露光指数ＥＩで選択されたＤレンジを達成できるように、各露光指数ＥＩにおけるＮＤフィルタの透過率と信号の増幅率の組合せ（配分）を設定できる。この構成により、例えば、ユーザの操作に応じてＮＤフィルタの透過率と信号の増幅率とを連動させて変更する際に、操作性の煩雑化を防止しつつ、ユーザの意図を反映した品位の画像を取得するための各種撮像条件を設定することが出来る。

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。例えば、前述した実施形態では、Ｄレンジ重視やＳ／Ｎ重視などの設定が可能であって、これらの設定に応じて露光指数ＥＩにおける露出条件の組合せ（配分）が異なる点について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、Ｄレンジ重視やＳ／Ｎ重視以外の設定が可能であって、当該設定に適応させて、露光指数ＥＩにおける増幅率とＮＤフィルタの透過率の組み合わせを異ならせる構成であってもよい。

また、前述した実施形態では、ＮＤフィルタ１０４の透過率として０段～３段までの計４つの濃度（うち１つは透過率が略１００％の透明部）を備える構成について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、ＮＤフィルタ１０４の濃度として、前述したもの以外の透過率を備える構成であってもよく、ＮＤフィルタ１０４の透過率の段数に制限はない。

また、前述した実施形態では、ＮＤフィルタ１０４がターレット方式の光学フィルタ部材である場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、１つのフィルタにおける位置に応じて濃度が異なる所謂グラデーション方式や、単一の濃度のフィルタを光路上に複数備え、これらの複数のフィルタの光路上への挿抜の組合せで意図する濃度を実現する構成をＮＤフィルタとして採用してもよい。また、ＮＤフィルタ１０４としては、液晶素子や有機エレクトロクロミック（ＥＣ）素子などの、光の透過率を電気的に制御可能な光透過率可変素子（所謂可変ＮＤフィルタ）を採用する構成であってもよい。

［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。

２２ 撮像部
２４ 画像処理部
５０ システム制御部
１００ 撮像装置
１０４ ＮＤフィルタ

Claims (12)

1. 撮像素子と、
   前記撮像素子に入射する被写体像の光量を調整する光学部材と、
   前記光学部材の透過率を調整する光量調整手段と、
   前記撮像素子を用いて被写体を撮像する際に出力される画像信号を増幅させる信号増幅手段と、
   前記信号増幅手段による前記画像信号の増幅率を変更する増幅率変更手段と、
   前記画像信号の増幅率と前記光学部材の透過率の組合せに応じた露光指数を含めた露出条件を変更することで露出制御を行う露出制御手段と、
   を有し、
   前記露出制御手段は、前記露光指数を変更することで、前記画像信号の増幅率と前記光学部材の透過率とを変更可能であることを特徴とする撮像装置。
2. 前記露光指数に関する第１の情報を記憶した記憶手段を有し、
   前記第１の情報には、前記露光指数が第１の値である場合に、前記光学部材の透過率と前記画像信号の増幅率の組合せが複数含まれることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記第１の情報には、前記露光指数が前記第１の値である場合に、前記光学部材の透過率が第２の値であって前記画像信号の増幅率が第３の値である第１の組合せと、前記光学部材の透過率が第４の値であって前記画像信号の増幅率が第５の値である第２の組合せとが含まれ、
   前記第２の値は、前記第４の値よりも前記光学部材の透過率が大きく、
   前記第３の値は、前記第５の値よりも前記画像信号の増幅率が小さいことを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
4. 表示手段に前記第１の情報を表示する際の表示制御を行う表示制御手段を有し、
   前記表示制御手段は、前記露光指数が前記第１の値である場合に、前記第１の情報として第１の値と、前記光学部材の透過率と前記画像信号の増幅率の組合せと、前記第１の値におけるダイナミックレンジとのうち、少なくとも第１の値を前記表示手段に表示するように制御することを特徴とする請求項２又は３に記載の撮像装置。
5. 前記撮像装置を用いた被写体を撮像する際の設定として、ダイナミックレンジを重視する第１の設定と当該第１の設定とは異なる第２の設定が可能であって、
   前記第１の情報は、前記第１の設定がされている場合の方が前記第２の設定がされている場合よりも、所定の前記露光指数が設定されている場合の、前記光学部材の透過率が小さく、前記画像信号の増幅率が大きいことを特徴とする請求項２乃至４の何れか一項に記載の撮像装置。
6. 前記第２の設定は、画像信号におけるノイズ量の低下を重視する設定であることを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
7. 画像信号にガンマ補正を施すガンマ補正手段を有し、
   前記信号増幅手段は、前記ガンマ補正手段によるガンマ補正の前に画像信号を増幅する第１の信号増幅手段と、前記ガンマ補正手段に相似形のガンマ補正特性を適用することでダイナミックレンジの変更および画像信号を増幅する第２の信号増幅手段とを含む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. 前記第１の信号増幅手段での増幅量に関する情報を表示する第１の信号増幅情報表示手段と、
   前記第２の信号増幅手段での増幅量に関する情報を表示する第２の信号増幅情報表示手段と、
   を有し、
   前記第１、第２の少なくとも１つの信号増幅に関する情報を表示することを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
9. 前記撮像装置を用いた被写体を撮像する際の設定として、ダイナミックレンジの設定が可能であって、
   前記露光指数の変更に対して、前記第２の信号増幅手段での増幅量が前記設定されたダイナミックレンジに相当する増幅量になった際に前記光学部材の透過率を変更することを特徴とした請求項７又は８に記載の撮像装置。
10. 撮像素子と前記撮像素子に入射する被写体像の光量を調整する光学部材とを有する撮像装置の制御方法であって、
    前記光学部材の透過率を調整する光量調整工程と、
    前記撮像素子を用いて被写体を撮像する際に出力される画像信号の増幅率を変更する増幅率変更工程と、
    少なくとも、前記画像信号の増幅率と前記光学部材の透過率の組合せに応じた露光指数を含めた露出条件を変更することで露出制御を行う露出制御工程と、を有し、
    前記露出制御工程では、前記露光指数が第１の値である場合に、前記光学部材の透過率と前記画像信号の増幅率の組合せとして異なる組合せを設定可能であることを特徴とした撮像装置の制御方法。
11. 請求項１０に記載の撮像装置の制御方法をコンピュータで実行させるためのコンピュータで読み取り可能なプログラム。
12. 請求項１１のプログラムを記録した、コンピュータで読み取り可能な記録媒体。

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