JP7204539B2 - 撮像装置及びその制御方法、プログラム、記憶媒体 - Google Patents

撮像装置及びその制御方法、プログラム、記憶媒体 Download PDF

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Description

本発明は、デジタルカメラなどの撮像装置における、焦点検出精度の向上と表示部の見栄えの向上とを実現する技術に関するものである。
従来、デジタルカメラなどの撮像装置では、被写体の静止画(または動画)の撮影を行う前に、オートフォーカス機能を利用して焦点位置の調整を行い表示部に表示している。これにより、撮影される静止画(または動画)の状態を事前に確認することが可能である。
このような処理において、ライブビュー動作などで表示部に表示される動画像は、処理の負荷を低減するために、比較的低いフレームレート(例えば30fps)で処理することが望ましいとされている。一方、オートフォーカスの処理を行う際は、応答性や焦点検出精度の向上のためにも、高フレームレート(例えば240fps)で処理することが望ましいとされている。
そこで、一般的には、撮影前の動画像は低フレームレートで表示部に表示し、ユーザーによって合焦動作が指示されると高フレームレートに切り替える手法が用いられている。しかし、この場合、フレームレートを切り替える際に、不要な時間が発生し、操作性が低下する恐れがある。
このような不要な時間を短縮する方法として、特許文献1では、撮像素子から複数種類のフレームレートで同時に画像を読みだすことにより、ユーザーの操作による撮影指示から静止画撮影が開始されるまでの操作性を向上させる技術が開示されている。
また、上記処理を蛍光灯などの人工光源下で行う場合、高フレームレートでは画面内に横縞状の明暗変化(ラインフリッカ)が生じ、ライン毎の焦点検出結果が変動してしまう。その結果、オートフォーカスの合焦精度に悪影響を与える場合がある。また、表示部に表示する動画像にラインフリッカが生じてしまい、見栄えが悪化する場合がある。
このようなフリッカによる合焦精度の悪化や表示部の見栄えの悪化を防ぐ方法として、特許文献2には、画素ライン毎に焦点検出用と表示用に用途を分け、複数種類のフレームレートで画像を読み出し、各用途で独立した処理を行う技術が開示されている。これにより、合焦精度の向上と表示部の見栄えの悪化の抑制を図っている。
特許第5862126号公報 特開2015-108778号公報
しかしながら、上記の特許文献1に開示された技術では、すでに述べたように、フリッカ光源下で複数種類のフレームレートで同時に信号を読み出す際に、高フレームレートでの処理ではラインフリッカが発生する恐れがある。そのため、フレームレートの違いによってオートフォーカスの焦点検出結果や、撮影した動画像に差が生じてしまう場合がある。
また、特許文献2に開示された技術では、画素ライン毎に用途を分けるため、表示用に使用される画像の画素数が少なくなり、全画素を用いて表示する場合に比べて解像度が低下する。
本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、フリッカによる合焦精度の低下と表示部への表示画像の劣化を防ぐことを可能にした撮像装置を提供することである。
本発明に係わる撮像装置は、画面内の領域ごとに駆動周波数を変更可能な撮像素子と、前記撮像素子の画面を分割する複数の領域を指定する指定手段と、前記複数の領域に対して駆動周波数を設定する設定手段と、前記複数の領域を前記設定手段により設定された駆動周波数で駆動した場合に、前記複数の領域のなかでフリッカの影響による露光ムラが発生している領域を検出する検出手段と、前記検出手段により露光ムラが検出された場合に、露光ムラが検出された領域の駆動周波数を、露光ムラを低減するように変更する変更手段と、前記露光ムラを低減するように変更された駆動周波数で駆動して得られた前記複数の領域の画像を表示する表示手段と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、フリッカによる合焦精度の低下と表示部への表示画像の劣化を防ぐことを可能にした撮像装置を提供することができる。
本発明の撮像装置の第1の実施形態であるデジタルカメラの構成を示すブロック図。 第1の実施形態のデジタルカメラの全体動作の流れを示すフローチャート。 第1の実施形態における撮像素子の駆動周波数を変更する領域設定方法を示す図。 第1の実施形態における駆動周波数を変更した領域に生じたフリッカ―と、フリッカ―周期を示す図。 第2の実施形態のデジタルカメラの動作の流れを示すフローチャート。 第2の実施形態における撮像素子の駆動周波数を変更する領域設定方法を示す図。
以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。
(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カメラの構成を示すブロック図である。
図1において、本実施形態のデジタルカメラ100は、カメラ本体101に、撮影レンズ102が交換可能に装着されて構成されている。
撮影レンズ102は、ズームレンズ103と、フォーカスレンズ104と、絞り105と、それらの駆動を制御するレンズ制御回路106とを備える。カメラ本体101と撮影レンズ102はマウント接点部107により電気的に接続されており、レンズ制御部106は、マウント接点部107を介してカメラ本体101からの情報を受信することができる。
カメラ本体101はシステム制御回路108を内蔵し、システム制御回路108はカメラ各部の制御を行う。電源109は、アルカリ電池などの一次電池、NiCd電池やNiMH電池、Liイオン電池等の二次電池、ACアダプタ等から構成され、システム制御回路108を介してカメラ各部に電力を供給する。
操作SW(操作スイッチ)110は各種のスイッチ群からなり、例えば不図示の、主電源スイッチ、レリーズスイッチ、再生スイッチ、ズームスイッチ、十字キー、SETスイッチ等を含む。主電源スイッチは、カメラ本体101を起動させ、電源供給を行うためのスイッチである。レリーズスイッチは、二段スイッチにより構成され、第1ストローク(SW1)では、撮影動作に先立って行われるAE処理、AF処理等の撮影準備動作を開始させる指示信号を発生する。そして第2ストローク(SW2)では、実際の撮影動作を開始させる指示信号を発生する。再生スイッチは再生動作を開始させ、ズームスイッチは撮影レンズ102のズームレンズ103を移動させズームを行わせる。十字キーは、ユーザーが選択操作の入力を行うために用いられ、SETスイッチは各決定操作を入力するために用いられる。
シャッタ111は、撮影レンズ102と撮像素子112の間に配置され、シャッタ制御回路113によって、撮影レンズ102から入射した光の露光時間を制御するように駆動される。
撮像素子112は、撮影レンズ102から入射した光を電気信号へ変換し、アナログの画像信号を出力する。撮像素子112から出力された信号は、撮像回路114によって各種画像処理が施される。A/D変換回路115では、撮像回路114によって処理されたアナログ画像信号がデジタル画像信号へと変換される。なお、撮像素子112は画面内の分割領域ごとに駆動周波数を変更可能であり、分割領域ごとの駆動周波数はシステム制御回路108により制御される。
メモリ116は、A/D変換回路115から出力されるデジタル画像信号を一時的に記憶するバッファメモリ等のメモリである。D/A変換回路117は、メモリ116に記憶された画像信号を読み出してアナログ信号に変換するとともに、再生表示に適する形態の画像信号に変換する。表示部118は液晶表示装置(LCD)等からなり、D/A変換回路117により変換された画像信号を表示する。圧縮/伸長回路119は、メモリ116に一時記憶された画像信号を読み出して圧縮処理や符号化処理を施し、記憶用メモリ120での記憶に適した形態の画像データに変換する。記憶用メモリ120は、圧縮/伸長回路119により処理された画像データを記憶する。また、圧縮/伸長回路119は、記憶用メモリ120に記憶された画像データを読み出して伸長処理や復号化処理を施し、再生表示のために最適な形態の画像データに変換する。
記憶用メモリ120としては、様々な形態の記憶手段を適用することができる。例えば、装置に対して着脱可能なカード形状やスティック形状を有するフラッシュメモリ等の半導体メモリの他、ハードディスクやフレキシブルディスク等の磁気記憶媒体であってもよい。
AE処理回路(自動露出処理回路)121は、A/D変換回路115から出力される画像信号を用いて自動露出(AE)処理を行う。この時の露出変更はシステム制御回路108により制御される。また、AF処理回路122は、A/D変換回路115から出力される画像信号を用いてオートフォーカス(AF)処理を行う。
タイミングジェネレータ(以下、TG)123は所定のタイミング信号を発生する。センサードライバ124は、TG123からのタイミング信号に基づいて、撮像素子112を駆動する。
EEPROM125は、電気的に書き換え可能な読み出し専用メモリで、各種制御等を行うプログラムや各種動作を行わせるために使用するデータ等が予め記憶されている。RAM130は、EEPROM125に記憶されたプログラムを、システム制御回路108が実行できるように展開するために用いられる。また、システム制御回路108の作業領域としても用いられる。
フリッカ検出回路126は、A/D変換回路115からの出力画像信号を受けて画面内の輝度変動からフリッカの有無を検出するとともに、検出したフリッカの発生周期を算出する。
次に、図2は、本実施形態のデジタルカメラ100の全体動作の流れを示すフローチャートである。
S201では、ユーザーが操作SW110に含まれる主電源スイッチをONにすることにより、カメラ各部に電力が供給される。
S202では、システム制御回路108は、シャッタ制御回路113に指示して、シャッタ111を開状態に移行させ、撮像素子112に撮影レンズ102を介した光を導く。S203では、システム制御回路108は、撮像素子112の露光を開始させる。
S204では、システム制御回路108は表示制御を行う。具体的には、撮影レンズ102から入射した光が撮像素子112により光電変換され、変換された電気信号に撮像回路114によって各種画像処理が施され画像信号が生成される。その後、A/D変換回路115によってアナログ画像信号がデジタル画像信号へ変換され、メモリ116に一時的に記憶される。記憶されたデジタル画像信号は、D/A変換回路117によって再度アナログ画像信号に変換され、表示部118に表示される。
なお、S203、S204は、後述する撮像素子112の駆動周波数を変更する領域分割を行う前の処理であるため、全画角を低周波数(例えば30fps等)で駆動する。
S205では、システム制御回路108は、操作SW110に含まれるレリーズスイッチの第1ストロークが操作されたか否か(SW1がONされたか否か)を判定する。SW1がONされていればS206に進み、ONされていなければそのまま待機する。
S206では、システム制御回路108は、後述する撮像素子112の駆動周波数を変更して制御する領域の有無と、領域の位置と範囲を判定する。駆動周波数を変更する領域がない場合はS207に進み、駆動周波数を変更する領域がある場合は、領域の位置と範囲を設定し、S214に進む。
ここで、駆動周波数を変更する領域の設定に関して、図3を用いて説明する。図3は、撮像素子112の駆動周波数を変更する領域設定例を示す図である。図3においては、表示部118と、現在ユーザーによって選択されている焦点検出領域127と、駆動周波数を変更する領域128と、操作SW110の十字キーおよびセットボタンが示されている。
撮像素子112の駆動周波数を変更する領域128は、図3(a)のように、焦点検出領域127を中心に自動的に設定してもよいし、図3(b)のように、ユーザーが十字キーを操作して位置を指定してもよい。また、図3(c)のように、表示部118にタッチパネル機能を設けて、ユーザーのタッチ操作により領域を指定してもよい。領域の設定方法は、これらの例に限定されず、種々の変形及び変更が可能である。
S207~S213は、撮像素子112の駆動周波数を変更しない通常撮影のシーケンスである。
S207では、システム制御回路108は、AE処理回路121を用いて測光動作を行い、S208において、適正な露出になるように、輝度に関わる各露光パラメータ(例えば感度、絞り値)を変更し、表示部118の表示を更新する。
S209では、システム制御回路108は、AF処理回路122を用いてオートフォーカス動作を行い、合焦したと判定されると、S210に進む。
S210では、システム制御回路108は、操作SW110に含まれるレリーズスイッチの第2ストロークが操作されたか否か(SW2がONされたか否か)を判定する。SW2がONされていればS211に進み、ONされていなければそのまま待機する。
S211では、システム制御回路108は、撮像素子112に静止画の撮影を行わせ、シャッタ111を閉状態に移行させる。
S212では、システム制御回路108は、撮像素子112に蓄積された電荷を読み出し、撮像回路114、A/D変換回路115、メモリ116、圧縮/伸長回路119を介して処理されたデジタル画像信号を、記憶用メモリ120に保存する。
S213では、システム制御回路108は、記憶用メモリ120に保存した画像を表示部118に所定の時間表示させ、S202へ戻る。
S214~S222は、撮像素子112の撮影領域を複数の領域に分割し、少なくとも1つの領域の駆動周波数を変更する制御を行う場合であって、且つフリッカ―光源の影響を受けない(例えば屋外等)場合の撮影シーケンスである。
S214では、システム制御回路108は、S206で分割された領域において、オートフォーカスの動作に使用する少なくとも1つの領域の駆動周波数を高周波側に変更する。ここでは一例として、オートフォーカスの動作用の領域の駆動周波数を120分の1秒(読み出しレートは120fps)、その他の領域の駆動周波数を30分の1秒(読み出しレートは30fps)とする場合について説明する。駆動周波数の変更が終了するとS215へ進む。
S215では、システム制御回路108は、AE処理回路121を用いて測光動作を行い、S216へ進む。
S216では、システム制御回路108は、フリッカ検出回路126を用いて、A/D変換回路115からの出力のうち駆動周波数を変更した領域に対してフリッカの有無(フリッカに起因する露光ムラの有無)を判定する。具体的には、図4に示すような、駆動周波数変更後の領域内の輝度変動の有無に基づいてフリッカの有無を判定する。フリッカの発生がない場合はS217に進み、フリッカが発生していた場合は、フリッカの発生周期tを算出し、S223へ進む。
S217では、システム制御回路108は、S214で変更した駆動周波数の情報と、S215の測光動作によって得た輝度情報とに基づいて、駆動周波数を変更した領域が適正な露出(他の領域と同等の露出)になるように、輝度に関わる感度、絞り値などの各露光パラメータ(露出条件)を変更する。そして、表示部118の表示を更新する。一例として、S214ではオートフォーカス動作用の領域の駆動周波数を120分の1秒(読み出しレートは120fps)、その他の領域の駆動周波数を30分の1秒(読み出しレートは30fps)とした。そのため、オートフォーカス動作用の領域はその他の領域に対して、2段露出が低下している。そこで、オートフォーカス動作用の駆動周波数を変更した領域の感度を2段分高感度側へ変更する。露光パラメータの変更が終了するとS218へ進む。
S218では、システム制御回路108は、AF処理回路122を用いて、オートフォーカス動作を行い、合焦したと判定されると、S219に進む。
S219では、システム制御回路108は、操作SW110に含まれるレリーズスイッチの第2ストロークが操作されたか否か(SW2がONされたか否か)を判定する。SW2がONされていればS220に進み、ONされていなければそのまま待機する。
S220では、システム制御回路108は、撮像素子112に静止画の撮影を行わせ、シャッタ111を閉状態に移行させる。
S221では、システム制御回路108は、撮像素子112に蓄積された電荷を読み出し、撮像回路114、A/D変換回路115、メモリ116、圧縮/伸長回路119を介して処理されたデジタル画像信号を、記憶用メモリ120に保存する。
S222では、システム制御回路108は、記憶用メモリ120に保存した画像を表示部118に所定の時間表示させ、S202へ戻る。
S223~S230は、撮像素子112の撮影領域を複数の領域に分割し、少なくとも1つの領域の駆動周波数を変更する制御を行う場合であって、且つフリッカ―光源の影響を受けている(例えば蛍光灯下)場合の撮影シーケンスである。
S223では、S214で変更した駆動周波数をフリッカの影響を受けない駆動周波数(駆動周波数の周期がフリッカの周期の整数倍となる周波数)に再度変更する。一例として、フリッカ周期が50Hzの場合は、オートフォーカス動作用の領域の駆動周波数を50分の1秒(読み出しレートは50fps)、その他の領域の駆動周波数を30分の1秒(読み出しレートは30fps)とする。駆動周波数の再変更が終了するとS224へ進む。
S224では、システム制御回路108は、AE処理回路121を用いて測光動作を行い、S225へ進む。
S225では、システム制御回路108は、S223で再変更した駆動周波数の情報と、S224の測光動作によって得た輝度情報とに基づいて、駆動周波数を変更した領域が適正な露出(他の領域と同等の露出)になるように、輝度に関わる感度、絞り値などの各露光パラメータ(露出条件)を変更する(露出制御)。そして、表示部118の表示を更新する。一例として、S223ではオートフォーカス動作用の領域の駆動周波数を50分の1秒(読み出しレートは50fps)、その他の領域の駆動周波数を30分の1秒(読み出しレートは30fps)とした。そのため、オートフォーカス動作用の領域はその他の領域に対して、約2/3段露出が低下している。そこで、オートフォーカス動作用の駆動周波数を変更した領域の感度を2/3段分高感度側へ(増加側へ)変更する(感度調整)。露光パラメータの変更が終了するとS226へ進む。
S226では、システム制御回路108は、AF処理回路122を用いて、オートフォーカス動作を行い、合焦したと判定されると、S227に進む。
S227では、システム制御回路108は、操作SW110に含まれるレリーズスイッチの第2ストロークが操作されたか否か(SW2がONされたか否か)を判定する。SW2がONされていればS228に進み、ONされていなければそのまま待機する。
S228では、システム制御回路108は、撮像素子112に静止画の撮影を行わせ、シャッタ111を閉状態に移行させる。
S229では、システム制御回路108は、撮像素子112に蓄積された電荷を読み出し、撮像回路114、A/D変換回路115、メモリ116、圧縮/伸長回路119を介して処理されたデジタル画像信号を、記憶用メモリ120に保存する。
S230では、システム制御回路108は、記憶用メモリ120に保存した画像を表示部118に所定の時間表示させ、S202へ戻る。
以上説明したように、本実施形態では、オートフォーカス動作用に撮像素子の一部の領域の駆動周波数を高くした場合でも、フリッカが検出された場合には、駆動周波数をさらに変更する。これにより、オートフォーカス動作用に撮像素子の一部の領域を高フレームレートで処理した場合であっても、フリッカによる合焦精度の低下と表示部への表示画像の劣化を防ぐことが可能となる。
なお、上記の説明では、撮像素子の画面内を2つの領域に分割する例について説明したが、本発明は2つの領域に限定されるものではなく、画面内を3つ以上の複数の領域に分割し、領域ごとに駆動周波数を変更してもよい。その場合は、複数の領域のそれぞれについてフリッカによる露光ムラが発生しているか否かを判定し、発生している場合には、その領域の駆動周波数をさらに変更する。
(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。第2の実施形態は、表示の設定を変更する手段(表示設定手段)を有し、フリッカ検出時に分割領域の表示変更が可能な点が上述した第1の実施形態と異なる。なお、デジタルカメラのブロック構成に関しては、図1に示した第1の実施形態と同様であるため、説明を省略する。
図5は、第2の実施形態のデジタルカメラの動作を示すフローチャートである。なお、図5においては、図2で説明したステップと同様の処理内容のステップには同じステップ番号を付し、適宜説明を省略する。
まず、S216においてフリッカが検出されるとS501に進む。
S501では、システム制御回路108は、駆動周波数を変更した領域を表示部118に表示するか否かを判定する。一例として、図6を用いて説明する。
図6(a)は駆動周波数の変更領域を横ライン状に設定した場合を示し、図6(b)は駆動周波数の変更領域を縦ライン状に設定した場合を示している。図6の様に小さな駆動周波数の変更領域が複数設けられている場合、感度を変更して表示部に表示すると、ノイズによって見栄えが悪くなってしまうので、このような場合は表示部に表示しない方がよい。
そこでS501では、システム制御回路108は、少なくとも1つの駆動周波数を変更した領域の面積が閾値以下か否かによって表示部118に表示するか否かを判定する。表示しないと判定されるとS502へ進み、オートフォーカス動作を行いS227へ進む。また、表示すると判定されるとS224へ進む。上記の面積を判定する閾値はEEPROM125に格納しておく。S224~S230に関しては、図2の説明と同様であるため、説明を省略する。
以上説明したように、本実施形態では、フリッカが検出された場合でも、駆動周波数を変更した領域が小さい場合は、その領域の大きさによって表示を行うか否かを判定する。これにより、フリッカによる合焦精度の低下と表示部への表示画像の劣化を防ぐことが可能となる。
(他の実施形態)
また本発明は、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できる。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現できる。
発明は上記実施形態に制限されるものではなく、発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、発明の範囲を公にするために請求項を添付する。
108:システム制御回路、112:撮像素子、118:表示部、121:AE処理回路、122:AF処理回路、126:フリッカ検出回路

Claims (13)

  1. 画面内の領域ごとに駆動周波数を変更可能な撮像素子と、
    前記撮像素子の画面を分割する複数の領域を指定する指定手段と、
    前記複数の領域に対して駆動周波数を設定する設定手段と、
    前記複数の領域を前記設定手段により設定された駆動周波数で駆動した場合に、前記複数の領域のなかでフリッカの影響による露光ムラが発生している領域を検出する検出手段と、
    前記検出手段により露光ムラが検出された場合に、露光ムラが検出された領域の駆動周波数を、露光ムラを低減するように変更する変更手段と、
    前記露光ムラを低減するように変更された駆動周波数で駆動して得られた前記複数の領域の画像を表示する表示手段と、
    を備えることを特徴とする撮像装置。
  2. 前記変更手段は、露光ムラが検出された領域の駆動周波数を、該駆動周波数の周期が前記フリッカの周期の整数倍となるように変更することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
  3. 前記変更手段により駆動周波数を変更された領域の露出条件を、その他の領域の露出条件と同等となるように制御する露出制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項1または2に記載の撮像装置。
  4. 前記露出制御手段は、前記駆動周波数を変更された領域の露出条件を、その他の領域の露出条件と同等となるように、領域ごとの感度を制御することを特徴とする請求項3に記載の撮像装置。
  5. 前記指定手段は、前記画面を、焦点検出領域を含む領域と、その他の領域に自動的に分割することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の撮像装置。
  6. 前記設定手段は、前記焦点検出領域を含む領域の駆動周波数を、前記その他の領域の駆動周波数に対して高く設定することを特徴とする請求項5に記載の撮像装置。
  7. 前記焦点検出領域を含む領域の感度を、前記駆動周波数を高くした量に応じた量だけ増加させる感度調整手段をさらに備えることを特徴とする請求項6に記載の撮像装置。
  8. 前記指定手段は、ユーザーの操作により、前記画面を複数の領域に分割することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の撮像装置。
  9. 前記表示手段は、前記複数の領域の画像を同時に表示することを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の撮像装置。
  10. 前記複数の領域の画像を前記表示手段に表示するか否かを設定する表示設定手段をさらに備えることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の撮像装置。
  11. 画面内の領域ごとに駆動周波数を変更可能な撮像素子を備える撮像装置を制御する方法であって、
    前記撮像素子の画面を分割する複数の領域を指定する指定工程と、
    前記複数の領域に対して駆動周波数を設定する設定工程と、
    前記複数の領域を前記設定工程において設定された駆動周波数で駆動した場合に、前記複数の領域のなかでフリッカの影響による露光ムラが発生している領域を検出する検出工程と、
    前記検出工程において露光ムラが検出された場合に、露光ムラが検出された領域の駆動周波数を、露光ムラを低減するように変更する変更工程と、
    前記露光ムラを低減するように変更された駆動周波数で駆動して得られた前記複数の領域の画像を表示する表示工程と、
    を有することを特徴とする撮像装置の制御方法。
  12. 請求項11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。
  13. 請求項11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を記憶したコンピュータが読み取り可能な記憶媒体。
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