JPH0420944A - 露光補正量決定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、結像面に多数の測光素子をトリクス状に配列
し、個々の測光素子から得られる輝度値に基づいて的確
な露光補正量を得るための方法に関するものである。

〔従来の技術〕

最近の写真カメラやビデオカメラ等には、マルチパター
ン測光による露光制御を行うようにしたものがあり、逆
光などの異常光シーンでも主要被写体に対して自動的に
適正露光が得られるようになってきている。従来のマル
チパターン測光の一方式では、被写体画面を５〜１０個
程度の測光工リアに分割して各々の輝度を測光し、得ら
れた輝度値に対して測光エリアの位置に応じた重みづけ
を行って露光量を決定する。また他の方式では、各々の
測光エリアから得られた輝度値により被写体画面内の輝
度分布パターンを得、この輝度分布パターンに基づいて
被写体画面が順光シーン、逆光シーン、あるいはスポッ
ト光照明シーン等のいずれのシーンに分類されるかを判
別した上で、その判別シーンに対応づけられた演算式を
用いて露光量を決めるようにしている。

また、特開平１−２３１０３４号公報に記載されている
ように、被写体画面を細かくマトリクス状に分割して各
々測光し、これらの測光値を評価して主要被写体が属す
ると推定される領域を絞り込みながら測光を繰り返して
被写体画面全体の平均輝度値と主要被写体が属する領域
との平均輝度値との差が所定の関係となったときに露光
量を決める方法も提案されている。

〔発明が解決しようとする課題〕 ところが、マルチパターン測光方式を用いた従来の露光
制御の場合、主要被写体に対して適正露光を得るという
点ではほぼ満足し得るが、背景や近景等の副液写体に対
する描写が不充分になりやすいという欠点がある。すな
わち写真カメラの場合には感光材料のラチチュード、ま
たビデオカメラでは画像再生に用いられるＣＲＴのダイ
ナミ、。

クレソン（明暗の階調表現能）には限界があるため、例
えば逆光シーンでは、主要被写体に対しては適正露光が
得られる反面、背景は完全にオーツ＜−露光となってし
まい、何が写っているのか判然としないことが多い。

このような弊害を軽減するには、被写体画像を輝度分布
パターンにしたがってシーン分類してから、測光値各々
の相互間の差についても評価して露光量を決定すればよ
い。しかし、従来のマルチパターン測光方式の場合、主
要被写体からの光を測光している測光素子が、部分的に
背景の一部からの光測光していることも多いため、各輝
度値相互間の差をとってもあまり正確な補正を行うこと
ができない。

また、特開平１−２３１０３４号公報記載の手法は、被
写体画面を細かく分割して測光しているので、主要被写
体と背景との輝度値をかなり正確に測光できるという利
点はあるが、最終的な露光量を決定するまでには主要被
写体の位置並びに範囲の推定処理を必要とし、そのアル
ゴリズムが複雑になりやすく、また前景の描写という点
でも未だ不充分であった。

〔発明の目的〕

本発明は以上のような従来技術の欠点を解決するために
なされたもので、逆光その他の異常光シーンであっても
、主要被写体はもとより、背景被写体に対しても満足し
得る露光制御を行うことができるようにした露光量決定
方法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記目的を達成するために、マトリクス配列さ
れた多数の測光素子により、被写体画面を細分して各部
から各々輝度値を検出し、横軸に輝度値、縦軸には互い
に等しい輝度値ごとの個数を表したヒストグラムを作成
する。そして、このヒストグラムにおける輝度値の度数
分布を互いに分散が最大となるような輝度値を閾値とし
て２分し、被写体画面中央部からの輝度値が属するグル
ープをメイングループ、他方をサブグループに設定し、
各々の平均輝度ＬＨ，ＬＳ及び各グループに属する各輝
度値の総度数ＮＭ、Ｎ、を求め、次式から制御パラメー
タＬａ、Ｎｄを算出する。

Ｌ−＝　　　Ｌ、４　　Ｌｓ Ｎｄ＝　　ＮＭ　　　ＮＳ こうして得られた制御パラメータｔ、、　、　Ｎ、はそ
れぞれ一定の値をもっており、これらの組み合わせに対
応して露光制御量の決定を行うようにしている。

さらに、上記のようにして決定された制御パラメータＬ
、、Ｎ、を前件部変数とし、露光補正の基準値を後件部
出力としたファジィ推論を適用して露光補正量を求める
こともできる。

〔作用〕

横軸に輝度値、縦軸に等しい輝度値ごとの個数を表した
ヒストグラムを用いることによって、被写体画面におけ
る輝度分布は統計的に処理され、順光シーンはもとより
、逆光やスポット照明等のような異常光シーンであって
も、全く同じ処理によって制御パラメータＬｄ、Ｎｄを
求めることができる。制御パラメータＬａ、Ｎｄを求め
る際には、まずヒストグラムにおける輝度値の個数分布
を主要被写体が属するメイングループと、それ以外のサ
ブグループとに２分するが、これらの両グループの分散
が最大となるように閾値となる輝度値を決めるようにし
ているから、各グループのまとまりがよく、しかも各グ
ループ間の分離を的確に行うことができる。したがって
、このグループ化の後に算出される制御パラメータＬ、
、Ｎ、の値はシーンの種類に左右されることがなく、こ
れらの値に対応して露光補正量を決めることによって汎
用性に冨んだ露光制御が可能となる。

以下、図示した実施例にしたがって本発明について説明
する。

〔実施例］ 本発明を適用したビデオカメラの構成を概略的に示した
第１図において、対物レンズ２からの被写体光は、絞り
３を通ってＣＣＤイメージセンサ−４の光電面に結像さ
れる。ＣＣＤイメージセンサ−４は、ＣＣＤドライバ５
から供給されるシフトパルスのタイミングによって電荷
蓄積時間が制御され、引続き供給されてくる転送パルス
を受けて光電信号を順次に出力する。ＣＣＤイメージセ
ンサ−４からの光電信号は映像信号処理回路６に供給さ
れる。そして、光電信号は輝度信号と色信号に変換処理
されるとともに、再生画像がＣＲＴ表示されることを考
慮したＴ補正処理、ＮＴＬＣ方式に準拠した映像信号に
変換するための処理等が施され、記録装置７に出力され
る。

映像信号処理回路６から取り出された輝度信号は、ＭＰ
Ｕ８からの信号により一定周期で切換え動作される切換
スイッチ９を介し、ローパスフィルタ１０に供給される
。なお、この切換スイッチ８の切換え周期は、連続的な
映像記録が行われることを考慮した露光制御周期として
、例えば１秒程度になっている。

ローパスフィルタ１０は、輝度信号中に含まれている例
えば２ＭＨｚ以上の高周波成分をカットする。ローパス
フィルタＩＯを経た輝度信号はＡＤコンバータ１１によ
りデジタル値に変換され、フレームメモリ１２に輝度デ
ータとして格納される。フレームメモリ１２は、デジタ
ル変換された輝度信号を被写体画面内の輝度分布に対応
して１フレ一ム分格納する。なお、ＡＤコンバータ１１
によるデジタル変換処理時には、ＣＣＤイメージセンサ
−４の電荷蓄積時間データとそのときの絞り開口データ
とが参照され、したがってフレームメモリー１２には絶
対的な輝度データが格納されるようになる。

７レーム／−１−ｌＪ１２に格納された１フレ一ム分の
輝度データを加算することによって、被写体画面全体の
平均輝度を測光することができる。こうして得られた平
均輝度値に基づいて、ＭＰＵ８は適正露光量となる絞り
値と露光時間との組み合わせを決定し、絞りドライバ１
５．ステッピングモータ１５ａを介して絞り３の開口径
を調節するとともに、ＣＣＤドライバ５を介してＣＣＤ
イメージセンサ−４の電荷蓄積時間を調節する。この平
均測光による露光制御を行うことによって、被写体画面
が通常の順光シーンである場合には、適正露光を得るこ
とができる。

クロックパルス発生部１７は、ＭＰＵ８やＣＣＤドライ
バ５等を同期して作動させるためのクロックパルスを発
生する。また、プログラムＲＯＭ１８には、上述した露
光制御処理、さらには後述する露光補正量の算出処理を
行うためのプログラムが格納されている。

このビデオカメラには、逆光やスポット光照明下のよう
な異常光シーンでも自動的に適正露光が得られるように
、制御パラメータ演算部２０．露光補正量演算部２２を
備えている。制御パラメータ演算部２０は、まずフレー
ムメモリ１２に格納された１フレ一ム分の輝度データを
、第２図に示したように被写体画面Ａをマトリクス状の
２５個のエリアＡ１〜Ａ２５に分割した形で、各々のエ
リアごとに平均輝度値を算出する。そして、得られた２
５個の輝度データについて、横軸に輝度値、縦軸には同
じ値をもつ輝度データの個数をとったヒストグラムをＲ
ＡＭ２１上に作成する。

第３図は上記のようにして作成されたヒストグラムの一
例を示し、第２図の被写体画面Ａ内の中央に主要被写体
が位置した逆光シーンの場合のものを概念的に表してい
る。第２図の例のように、主要被写体が人物の全身像で
比較的小さく、背景の被写体画面Ａにおける背景の領域
が広い場合には、一般に撮影者の意図としては背景の描
写にも期待がおかれていることが多い。したがって、こ
のようなヒストグラムが得られた際には、主要被写体が
多少の露光アンダーになったとしても、背景領域の画像
がＣＲＴのダイナミックレンジ内に収まるような露光制
御をするのが望ましい。逆に、主要被写体の占める範囲
が大□きく、背景領域が狭くなっているときには、背景
領域の画像に多少のトビは許しても、主要被写体の輝度
を重視した露光制御が好ましいものとなる。

制御パラメータ演算部２０は、第３回のヒストグラムを
もとに、輝度値の個数分布を２分割する閾値Ｔｈを算出
する。この閾値Ｔｈは、２分されたグループ間の分散が
最大となる値として決定される。すなわち、エリアＡ１
〜Ａ２５のもつ輝度値Ｌｉが０〜ｍの範囲であり、これ
らの輝度値をもつエリアの個数をＮｉ個とすると、全て
のエリアの個数Ｎは、 Ｎ＝、！Ｎ、＝２５ であるから、輝度値Ｌｉごとのエリア個数の確率Ｐ８は
、 Ｐ、＝Ｎ、／Ｎ で表される。そこで、輝度値（横軸）Ｌをｋで低輝度側
と高輝度側とに２分し、ＧＬ＝（０〜ｋ）。

ＧＭ＝　（ｋ＋１〜ｍ）のグル−プに分けたとすると、
Ｇｔ　、ＧＭの生起確率ＷＬ、ＷＨは、次式で表すこと
ができる。

ＷＨ＝ΣＰｉ ｉｓｋ＊１ ＝１−Ｗ（ｋ） さらに、 各グループＧｔ ＧＭ における平均輝度 値ＬＬ Ｌ。

は、 Ｌ、＝、受ｉ （ｉ／Ｇｔ となる。

ここに、 Ｌ＝、ΣｉＰ。

Ｌ　　（ｋ）　　＝ΣｉＰ。

で、 それぞれのグループに属するエリアの平均輝度値を表し
ているから、 Ｌ＝ＷＬ Ｌ ＋ ＷＨ ＷＨ となる。したがって、輝度値にで分割された各グループ
の分散σ（ｋ）は、 σ　（ｋ）＝ＷＬ　　（Ｌｔ　　　Ｌ）”＋ＷＭ　　＜
　　ＬＭ　　　Ｌ　）　”＝Ｗｔ　　Ｗｌｌ　　（ＬＭ
　　　Ｌｔ　　）　ｚであるから、「σ（ｋ）”」の値
が最大となるｋを求め、ｒｋ＝ＴｈＪとすることによっ
て、第３図に示した閾値Ｔｈを決定することができる。

こうして閾値Ｔｈを決めた後、第２図におけるエリアＡ
１３．ＡｌＢの平均輝度値が、前記グループＧ、、Ｇ）
ｌのいずれの側に属するかでこれらをメイングループＧ
Ｍ、サブグループＧ、に分類する。なお、この例では逆
光シーンであるため、低輝度側がメイングループＧＭ＋
高輝度側がサブグループＧ、となる。

メイングループＧＭ、サブグループＧ、が特定されると
、それぞれのグループの平均輝度値しＭＬ、と、前記エ
リアＡ１〜Ａ２５のうちで各グループに属するエリアの
個数Ｎや、Ｎ、が求められ、これらの値から次式にした
がって２個の制御パラメータＬ、、Ｎ、が算出され、こ
れらは露光補正量演算部２２に送られる。

Ｌ、＝　　　Ｌ、−Ｌ。

Ｎｄ　　”　　　ＮＭ　　ＮＳ 露光補正量演算部２２は、制御パラメータＬｄ、Ｎｄの
組み合わせに基づき、下表にしたがって露光補正量ΔＬ
を決定する。

（ＥＶ値） 上表から分るように、メイングループＧＨ，サブグルー
プＧ、相互間の平均輝度差だけでな（、各々のグループ
に属するエリアの個数を考慮した露光補正を行うことに
より、背景等の副液写体についても満足のゆく描写を期
待することができるようになる。

なお上記実施例では、閾値Ｔｈで分割されたグループの
いずれをメイングループＧＭにするかを決めるために、
被写体画面Ａの中央部の輝度を測光しているエリアＡ１
３．ＡｌＢの輝度値を利用している。これは、通常のシ
ーンでは主要被写体の位置が被写体画面の中央に位置し
ている確率が極めて高いからである。したがって、その
他の手法で主要被写体の位置を特定できる場合には、主
要被写体位置の輝度を測光しているエリアからの輝度値
をもとにしてメイングループＧＭを決めることも可能と
なる。これには、例えば被写体に向けて複数の測距光を
投光して主要被写体までの測距を行うマルチビーム式の
測距装置を利用することができる。すなわち、複数の測
距光のうち、ピント合わせに用いられた測距光の照射位
置は、主要被写体位置となっているはずであるから、そ
の部分を測光しているエリアの輝度値が属する側をメイ
ングループとして決めることができる。

露光補正量演算部２２で露光補正量ΔＬが決められ、こ
れがＣＰＵ８に入力されると、ｃｐｕｓは露光補正量Δ
Ｌに対応した補正信号をＣＣＤドライバ５に送出する。

これにより、ＣＣＤドライバ５はシフトパルスの送出タ
イミングを調節し、ＣＣＤイメージセンサ−４の電荷蓄
積時間が露光補正量ΔＬに応じて変えられ、以後は補正
された電荷蓄積時間のもので録画が行われる。なお、第
４図に示したフローチャートは、上述した露光補正処理
の手順を表したものである。

上述した露光補正量決定方法は、制御パラメータＬ、、
Ｎ、の組み合わせに対して一義的に露光補正量ΔＬを対
応づけたもので、基本的には２値化論理に基づくクリス
プ制御による方式であり、得られる露光補正量は第５図
のようにグラフ化することができる。ところが、実際に
録画を行っているときの露光制御についてユーザーの立
場に立って考察すると、例えば逆光シーンのもとでは、
背景がとび過ぎないように、かつ主要被写体である人物
の顔も識別できる程度に明るくなるようにするのが普通
である。そしてもう一方では、画像再生用のＣＲＴにダ
イナミックレンジという制限が伴うため、これらの条件
をできるだけ満足させるというような曖昧な基準のもと
で適正露光が決められているのが実情である。

このような制御対象についてはファジィ推論を適用して
最終的な制？ｉｌ量を得ることができる。すなわち、制
御パラメータ演算部２０によって算出された制御パラメ
ータＬａ、Ｎ−をファジィ推論の前件部変数、露光補正
の基準値を後件部出力として最終的な制御量である露光
補正量ΔＬを求める方式である。このファジィ推論を適
用するには、露光量演算部２２のソフトを変更すればよ
い。

以下、制御パラメータ演算部２ｏから得られた制御パラ
メータＬ＝　、Ｎｄに基づき、ファジィ推論により露光
制御量ΔＬを求める方法について説明する。

ファジィ推論に用いられるメンバーシップ関数は、各々
制御パラメータＬ、、Ｎ、を横軸にとり、適合度μＳ、
μ８を縦軸にとると、例えば第６図及び第７図のように
設定される。各々のメンバーシップ関数Ｓ、Ｍ、Ｂ、Ｖ
Ｂ、またＮＢ、ＮＭ。

Ｚ、ＰＭ、ＰＢは、それぞれ次のような集合を表してい
る。

Ｓ　　　（Ｓ＋ｓａｌｌ） Ｍ　　　（Ｍｅｄｉｕ＋ｗ） Ｂ　　　（Ｂｉｇ） Ｖ　Ｂ　　（Ｖｅｒｙ　Ｂｉｇ） ＮＢ ＮＭ ＮＭ ＮＢ （Ｎｅｇａｔｉｖｅ　Ｂｉｇ） （Ｎｅｇａｔｉｖｅ　Ｍｅｄｉｕｍ） （ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ　Ｚｅｒｏ）（Ｐｏｓｉ
ｔｉｖｅ　Ｍｅｄｉｕｍ） （Ｐｏｓｉｔｉｖｅ　Ｂｉｇ） 負で大 負で中 零付近 正で中 正で大 そして、これらのメンバーシップ関数は、後件部出力と
して次表のように決められた露光補正の基準値と対応づ
けされている。

（ＥＶ値） そして、制御パラメータ演算部２０から得られた制御パ
ラメータＬ４．Ｎｄ　は、上表のファジィルールにした
がって適合度が求められる。すなわち、前件部変数をＬ
ａ、Ｎｄとし、各々のｉ番目のメンバーシップ関数（Ｓ
−ＶＢ、ＮＢ−ＰＢ）をＸ　ｉ　＋　Ｙｉ　、上表に表
した露光補正の基準値（後件部出力）をｆｉ　としたと
き、ルールｉについての制御規則は、出力変数をＣとし
てＩＦ　　　Ｌ４ｉｓ　　Ｘ；　　ａｎｄ　　　Ｎ、ｉ
ｓ　　ＹｉＴｈｅｎ　　Ｃｉｓ　　　　ｆｉ と表される。そして、制御パラメータのそれぞれの値Ｌ
ａ、Ｎｄに対する各々のメンバーシップ関数の適合度を
μ１．．μ８．とすると、ルールｉについての適合度μ
＝（ｆｉ）は、 μ處 ｆｉ） ＝μＬ８ Δ μド； Δ として得られる。なお「Ａ」は、左右の値のうち小さい
方を採る演算記号を表す。そして、最終的な出力変数の
値Ｑは、 として得ることができる。

例えば、制御パラメータＬｍ　、Ｎ４の値がそれぞれｒ
４７Ｊ、ｒ７．であるときには、メンバーシップ関数Ｓ
、Ｍ、Ｂ、ＶＢのそれぞれの値（適合度）は、ｒｏ、８
Ｊ、’０．３Ｊ、ｒｏ」。

「０」となり、メンバーシップ関数ＰＢ、ＰＭ。

Ｚ、ＮＭ、ＮＢｌ’Ｌぞれ（７）値ば、ｒＱ」、ｒＱ。

７Ｊ、’０．３Ｊ、ｒＯ」、ｒＯ」となる、したかって
、 ＝０．６５ を得ることができ、この値が最終的な露光補正量ΔＬと
して用いられることになる。第８図は、上述のファジィ
推論によって求めた露光補正量ΔＬの値を示すグラフで
あるが、第５図のグラフと比較して露光補正量ΔＬが連
続的に変化し、微妙な露光制御を行うのに適しているの
が分る。

以上、図示した実施例にしたがって本発明について述べ
てきたが、露光補正量を利用する形態としては、ＣＣＤ
イメージセンサ−の電荷蓄積時間を補正する代わりに、
絞りドライバ１５を介し、絞り開口を補正することもも
ちろん可能である。

また本発明は、動画を記録するビデオカメラの他に、静
止画像を撮像して電気的、磁気的に記録を行うビデオス
チルカメラや、写真カメラにも用いることができ、さら
にはネガフィルムから印画紙に写真画像の焼き付けを行
う写真プリンターの露光制御にも適用することも可能で
ある。

［発明の効果］ 以上に説明したように、本発明の露光補正量決定方法に
よれば、被写体画面内の輝度分布について、等しい値を
もつ頻度値を度数としたヒストグラムを作成し、これを
統計的に解析して主要被写体が属するメイングループと
それ以外のサブグループとに部分し、各々の平均輝度の
差Ｌ４と各々のグループに属する度数の差Ｎ６の２つの
制御パラメータを求め、これらの値に組み合わせに対応
して露光補正量を求めるようにしている。したがって、
露光制御の処理手順を全く変更することなく、しかも順
光、逆光、スポット光照明等のシーンの種類に影響され
ずに主要被写体だけでなく背景についてもその描写性を
考慮した露光補正を行うことが可能となる。

さらに、制御パラメータＬａ、Ｎｄを前件部変数とした
ファジィ推論を適用することによって、連続的でしかも
実際の露光制御に適した露光補正４゜ 量を求めることも可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を実施したビデオカメラの構成を概略
的に示すブロック図である。 第２図は被写体画面をエリアごとに分割した一例を示す
説明図である。 第３図は第２図のエリア分割によって得られたヒストグ
ラムの例を示す説明図である。 第４図は露光制御の基本的な処理手順を示すフローチャ
ートである。 第５図はクリスプ制御による露光補正量を表すグラフで
ある。 第６図及び第７図は、本発明をファジィ推論のもとで用
いる際のメンバーシップ関数を示すグラフである。 第８図はファジィ推論を適用した際の露光補正量を示す
グラフである。 ４・・・ＣＣＤイメージセンサ− ２０・・制御パラメータ演算部 Ａ　・ ６．４ Ｇ。 ｈ 露光補正量演算部 被写体画面 メイングループ サブグループ 閾値。 第２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）被写体画面の結像面に多数の測光素子をマトリク
   ス配列して各々輝度値を検出し、これらの輝度値を含む
   所定範囲の輝度値に対し、互いに等しい値をもつ輝度値
   の個数を対応づけたヒストグラムを作成した後、このヒ
   ストグラムにおける各輝度値の度数分布を互いに分散が
   最大となるような輝度値を閾値として２分し、被写体画
   面の中央部から得られた輝度値が属するグループをメイ
   ングループ、他方をサブグループとして各グループの平
   均輝度値Ｌ＿Ｍ、Ｌ＿Ｓ及び各グループに属する各輝度
   値の総個数Ｎ＿Ｍ、Ｎ＿Ｓを求め、 Ｌ＿ｄ＝｜Ｌ＿Ｍ−Ｌ＿Ｓ｜ Ｎ＿ｄ＝Ｎ＿Ｍ−Ｎ＿Ｓ で得られた制御パラメータＬ＿ｄ、Ｎ＿ｄの組み合わせ
   に対応して露光補正量を決定することを特徴とする露光
   補正量決定方法。
2. （２）前記制御パラメータＬ＿ｄ、Ｎ＿ｄを前件部変数
   、露光補正の基準値を後件部出力としてファジィルール
   を作成し、制御パラメータＬ＿ｄ、Ｎ＿ｄの値からファ
   ジィ推論によって前記露光補正量を求めるようにしたこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の露光補正量
   決定方法。