JPH06326919A - 自動露出調節装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 いかなる画面に対しても常に最適な露出が得
られるようにする。 【構成】 撮像素子３から出力される輝度レベルを、ロ
ーパスフィルタ１２およびＡＤ変換器１３を介して同期
分離タイミング回路５および領域選択回路１４によって
分割された撮像画面の各々の領域ごとに分離し、さらに
積算回路１５ａ〜１５ｆによって積算する。その積算さ
れた輝度レベルの評価値をニューラルネットワーク１６
へ入力し、このニューラルネットワーク１６によって撮
像画面全体を代表する代表輝度レベルを算出する。その
算出された代表輝度レベル、および単純平均算出回路１
７によって算出された各領域における輝度レベルの単純
平均の比に基づいて、光学絞り２または映像回路４の利
得を制御するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は自動露出調節装置に関
し、さらに詳しくは、ビデオカメラなどの撮像装置にお
いて撮像素子から得られる撮像画面の露出を自動的に調
節するための自動露出調節装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、たとえばビデオカメラなどの撮像
装置においては、撮像素子から出力される映像信号に基
づいて自動的に露出を調節する機能、いわゆるオートア
イリス機能を備えたものが実用化されている。

【０００３】従来のオートアイリスの方式としては、主
として、レンズの光学絞りの調節により機構的に露出調
節を行なう方式と、映像信号を増幅するための増幅回路
の利得の調節により電気的に露出調節を行なう方式との
２種類がある。このような光学絞り、利得などの調節に
よる露出の制御は、ビデオカメラにおいて焦点制御と並
んで非常に重要な課題である。

【０００４】従来の自動露出調節装置としては、たとえ
ば撮像画面における輝度レベルの平均値またはピーク値
などを検出し、それに基づいて光学絞り、利得などを制
御するものが用いられている。

【０００５】このような装置では、撮像画面内に光源な
どの高い輝度レベルを有する部分が存在したり、逆に背
景が暗い場合、そのような周囲の影響によって主要な被
写体にとって適切な露出を得られないことがあった。

【０００６】このような問題を解決するために、たとえ
ば特開昭６２−１１０３６９号公報には、主要な被写体
は撮像画面の中央に位置することが多いという傾向を利
用した撮像装置が開示されている。

【０００７】この撮像装置は、撮像画面を中央部とそれ
以外の周辺部とに分割し、各々の輝度レベルを検出し、
さらに両者の比に基づいて利得を制御することによって
映像信号の輝度レベルを補正して、画面の中央部に位置
する主要な被写体にとって適正な露出を得るものであ
る。

【０００８】図５はこれに相当する方式を用いた従来の
自動露出調節装置を含むビデオカメラの一部構成を示す
ブロック図である。

【０００９】このビデオカメラにおいて、被写体などか
らの入射光はレンズ１を通過し、光学絞り２によってそ
の光量を調節された後、ＣＣＤなどの撮像素子３によっ
て光電変換される。この撮像素子３からの映像信号は映
像回路４によって増幅および色分離などの信号処理が行
なわれた後、図示しないビデオ回路へ送られる。

【００１０】一方、この自動露出調節装置は、同期分離
タイミング回路５、領域選択回路６、積分回路７ａ，７
ｂ、除算回路８、目標輝度レベル制御回路９、利得制御
回路１０およびオペアンプからなる光学絞り駆動回路１
１などを備える。

【００１１】この自動露出調節装置によれば、撮像素子
３からの映像信号は同期分離タイミング回路５および領
域選択回路６によって２つに分離される。すなわち、こ
の自動露出調節装置では、撮像画面が中央部の優先領域
と周辺部の非優先領域とに分割されていて、映像信号は
それぞれの領域ごとに分離される。

【００１２】分離された映像信号はそれぞれレベル検出
のための積分回路７ａおよび７ｂへ入力され、それらに
よって１画面ごとに積分される。積分回路７ａおよび７
ｂの出力はともに除算回路８へ入力され、それらの比率
が目標輝度レベル制御回路９および利得制御回路１０へ
与えられる。目標輝度レベル制御回路９は、それらの比
率に基づいて撮像画面の露出が最適になるような目標輝
度レベルを生成する。

【００１３】駆動回路１１はこの目標輝度レベル制御回
路９から出力される目標輝度レベルおよび撮像素子３か
ら出力される映像信号を受け、それらを比較する。その
比較した結果に従って光学絞り２が駆動され、これによ
り撮像画面の露出が調節される。

【００１４】一方、映像回路４の利得は利得制御回路１
０によって優先領域および非優先領域における輝度レベ
ルの比に従って制御され、これによっても撮像画面の露
出が調節される。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】このように撮像画面の
中央部における輝度レベルを優先する方式では、優先領
域をどのように設定するかが重要となる。たとえば優先
領域を小さく設定すると、主要な被写体の小さな動きま
たは画面の変化によって優先領域における輝度レベルが
大きく変化する。このため、これに従って露出を調節す
ると、撮像画面全体の輝度レベルがしばしば大きく変化
するという問題がある。これとは逆に優先領域を大きく
設定すると、撮像画面全体の輝度レベルは比較的安定す
るが、主要な被写体の位置または形状次第で優先領域内
に主要な被写体以外の背景なども入ってくるため、撮像
画面の露出を十分に調節できないという問題がある。

【００１６】これを改善するためには、たとえば優先領
域をさらに細かく分割し、それぞれの領域における優先
度を設定して種々の画面に対応することが考えられる。
しかしながら、実際の画面は極めて多様であり、そのす
べての場合について最適な優先度を設定することは困難
である。

【００１７】この発明は、上述した露出の調節能力と画
面の安定さおよび自然さとが両立しないという問題を解
決するためになされたもので、様々な画面に対して常に
露出を最適に調節できる自動露出調節装置を提供するこ
とを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】この発明は、要約すれ
ば、撮像素子から得られる撮像画面の露出を自動的に調
節するための自動露出調節装置であって、ピックアップ
手段、ニューラルネット手段、および露出制御手段を含
む。ピックアップ手段は、複数の領域に分割された撮像
画面の各々の領域における輝度レベルをピックアップし
て出力する。ニューラルネット手段は、ピックアップ手
段からの出力に基づいて、撮像画面の最適な露出を決定
するために必要となる撮像画面全体を代表する代表輝度
レベルを算出する。露出制御手段は、ニューラルネット
手段によって出力された代表輝度レベルに基づいて、撮
像画面の露出を制御する。

【００１９】この発明の他の局面に従うと、この発明
は、撮像素子から得られる撮像画面の露出を自動的に調
節するための自動露出調節装置であって、ピックアップ
手段、ニューラルネット手段、重付平均算出手段、およ
び露出制御手段を含む。ピックアップ手段は、複数の領
域に分割された撮像画面の各々の領域における輝度レベ
ルをピックアップして出力する。ニューラルネット手段
は、ピックアップ手段からの出力に基づいて、撮像画面
の最適な露出を決定するに当たって撮像画面の各々の領
域が持つ重要性を表わす優先度を算出する。重付平均算
出手段は、ニューラルネット手段によって算出された優
先度に基づいて、ピックアップ手段からの出力を重み付
けして、それらの重付平均を算出する。露出制御手段
は、重付平均算出手段によって算出された重付平均に基
づいて、撮像画面の露出を制御する。

【００２０】

【作用】この発明に従った自動露出調節装置によれば、
複数の領域に分割された撮像画面の各々の領域における
輝度レベルがピックアップされて出力され、それらの出
力に基づいてニューラルネット手段によって撮像画面全
体を代表する代表輝度レベルが算出される。この代表輝
度レベルに基づいて撮像画面の露出が制御され、撮像画
面の露出が決定される。ここで、予め様々な画面を用い
てニューラルネット手段を学習させておけば、常に撮像
画面にとって最適な露出となるよう自動的に露出が調節
される。

【００２１】一方、この発明に従った他の自動露出調節
装置によれば、複数の領域に分割された撮像画面の各々
の領域における輝度レベルがピックアップされて出力さ
れ、それらの出力に基づいてニューラルネット手段によ
って撮像画面の各々の領域が持つ重要性を表わす優先度
が算出される。この算出された優先度に基づいて上記ピ
ックアップされた出力が重み付けされ、それらの重付平
均が算出される。さらに、この算出された重付平均に基
づいて撮像画面の露出が制御され、撮像画面の露出が決
定される。ここで、予め様々な画面を用いてニューラル
ネット手段を学習させておけば、常に撮像画面にとって
最適な露出となるよう自動的に露出が調節される。

【００２２】

【実施例】次に、この発明に従った自動露出調節装置の
実施例について図面に基づき詳しく説明する。

【００２３】［実施例１］図１は、この発明の第１実施
例による自動露出調節装置を含むビデオカメラのの一部
構成を示すブロック図である。

【００２４】図１に示すように、このビデオカメラは、
レンズ１、光学絞り２、ＣＣＤなどの撮像素子３、映像
回路４、およびビデオ回路などを備え、さらに自動露出
調節装置を備える。この自動露出調節装置は、ローパス
フィルタ１２、ＡＤ変換器１３、同期分離タイミング回
路５、領域選択回路１４、積算回路１５ａないし１５ｆ
を備える。

【００２５】ローパスフィルタ１２は撮像素子３から出
力される映像信号の中から輝度レベルの低域成分のみを
取出す。ＡＤ変換器１３はローパスフィルタ１２から受
けたアナログの輝度レベルをデジタルの輝度レベルへ変
換する。

【００２６】同期分離タイミング回路５は、撮像画面を
図２に示すように複数の領域ａないしｆに分割するた
め、領域選択回路１４を所定のタイミングで切換える切
換信号を生成する。領域選択回路１４は、同期分離タイ
ミング回路５からの切換信号に応答して、ＡＤ変換器１
３から受けた輝度レベルをそれぞれの領域ａ〜ｆごとに
分離する。積算回路１５ａないしｆは領域選択回路１４
によって分離された輝度レベルを１画面ごとに積算す
る。

【００２７】この自動露出調節装置はさらに、撮像画面
全体を代表する代表輝度レベルを算出するニューラルネ
ットワーク１６を備える。ニューラルネットワーク１６
は、入力層、中間層および出力層を備え、信号がそれぞ
れの層間を一方向にのみ伝播する多層構造をなす。

【００２８】入力層を構成する６つのユニット１６ａの
各々は、中間層を構成するユニット１６ｂの各々に、あ
る結合係数で結合されている。中間層を構成するユニッ
ト１６ｂの各々は、その次の層を構成するユニット１６
ｂの各々に、ある結合係数で結合されている。さらに、
中間層の最終層を構成するユニット１６ｂの各々は、出
力層を構成する１つのユニット１６ｃに、ある結合係数
で結合されている。

【００２９】この自動露出調節装置はさらに、単純平均
算出回路１７および除算回路８を備える。単純平均算出
回路１７は、積算回路１５ａ〜１５ｆによって各領域ａ
〜ｆごとに積算された輝度レベルに基づいてそれらの単
純平均を算出する。除算回路８は、ニューラルネットワ
ーク１６から出力される代表輝度レベル、および単純平
均算出回路１７から出力される単純平均の比を算出す
る。

【００３０】この自動露出調節装置はさらに、目標輝度
レベル制御回路９、光学絞り駆動回路１１および利得制
御回路１０を備える。目標輝度レベル制御回路９は、除
算回路８から出力される代表輝度レベルおよび平均輝度
レベルの比に基づいて目標輝度レベルを算出し、それを
駆動回路１１へ与える。駆動回路１１は、その目標輝度
レベルと撮像素子３から出力される輝度レベルとを比較
し、撮像素子３から出力される輝度レベルが目標輝度レ
ベルに一致するように光学絞り２を駆動する．一方、利
得制御回路１０は、除算回路８からの代表輝度レベルお
よび平均輝度レベルの比に基づいて映像回路４の利得を
制御する。

【００３１】なお、図中、同一符号で示される部分は同
一または相当部分を示す。次に、この第１実施例による
自動露出調節装置の動作を説明する。

【００３２】被写体などからの光は、レンズ１および光
学絞り２を介して撮像素子３へ入射する。この撮像素子
３に入射した光は撮像素子３によって光電変換され、映
像回路４によって増幅および色分離などされ、さらに図
示しないビデオ回路へ送られる。

【００３３】一方、撮像素子３からの映像信号はローパ
スフィルタ１２へ与えられ、そのローパスフィルタ１２
によって輝度レベルの低域成分のみが取出され、さらに
ＡＤ変換器１３によってデジタルの輝度レベルに変換さ
れる。このデジタルの輝度レベルは、領域選択回路１４
によって同期分離タイミング回路５からの切換信号に応
答して各領域ａ〜ｆごとに分離される。分離された輝度
レベルの各々は積算回路１５ａ〜１５ｆへ与えられ、各
積算回路１５ａ〜１５ｆによって１画面ごとに積算さ
れ、さらにその積算された結果が輝度評価値として出力
される。

【００３４】一方、このニューラルネットワーク１６は
いわゆる後ろ向き伝播法（バックプロパゲーション法）
によって予め学習されている。すなわち、まずユニット
１６ａ〜１６ｃ間の結合係数をランダムに定めておき、
ある選択された画面の各々の領域ａ〜ｆにおける輝度レ
ベルをニューラルネットワーク１６へ入力する。このと
きニューラルネットワーク１６から代表輝度レベルとし
て出力される値を、その画面の代表輝度レベルとして望
ましい教師データと比較し、それらの差が最小になるよ
うに結合係数１６ａ〜１６ｃを変化させる。このような
方法としては、たとえばそれらの差の二乗和を誤差関数
として、この関数を最小化するように結合係数を変化さ
せればよい。

【００３５】さらに様々な画面を用いて上記学習を繰返
し、結合係数を更新することによって、いかなる画面に
おいても最適の露出を決定するために必要となる代表輝
度レベルを出力し得るニューラルネットワーク１６が実
現される。

【００３６】したがって、積算回路１５ａ〜１５ｆから
出力される輝度評価値の各々はニューラルネットワーク
１６の入力層を構成するユニット１６ａへ入力され、中
間層において結合係数に従って順次重み付け処理され、
最後に出力層を構成するユニット１６ｃから撮像画面全
体を代表する代表輝度レベルが出力される。このこと
は、各領域ａ〜ｆの輝度評価値に、ニューラルネットワ
ーク１６内に設定された各結合係数によって重み付け処
理が施されたことに相当する。

【００３７】一方、積算回路１５ａ〜１５ｆから出力さ
れる各領域ａ〜ｆにおける輝度評価値は、また、単純平
均算出回路１７へも入力され、この単純平均算出回路１
７によって撮像画面全体における単純平均が算出され
る。得られた代表輝度レベルおよび単純平均は除算回路
８へ入力され、それらの比が目標輝度レベル制御回路９
および利得制御回路１０の双方へ与えられる。それらの
比に基づき、目標輝度レベル制御回路９によって目標輝
度レベルが生成され、利得制御回路１０によって最適な
利得レベルが生成される。

【００３８】目標輝度レベル制御回路９から出力される
目標輝度レベルは駆動回路１１を構成するオペアンプの
一方に入力され、その他方に撮像素子３から出力される
映像信号が入力される。これら映像信号および目標輝度
レベルはオペアンプによって比較され、それらに差があ
る場合は光学絞り２が駆動され、それらの差がなくなる
ように調節される。これにより、撮像画面の露出は目標
輝度レベルを参照して最適に調節される。また、映像回
路４の利得は利得制御回路１０によって制御され、同様
に撮像画面の露出は最適に調節される。

【００３９】以上詳述したように、この発明の第１実施
例による自動露出調節装置によれば、撮像画面を分割し
た各々の領域における輝度レベルに基づいて撮像画面全
体を代表する代表輝度レベルを出力するニューラルネッ
トワークが用いられているので、様々な画面に対応して
常に最適な露出が得られる。しかも露出の調節能力と画
面の安定さ、自然さとが両立するなど、種々の優れた効
果を奏する。

【００４０】［実施例２］図３は、この発明の第２実施
例による自動露出調節装置を含むビデオカメラの一部構
成を示すブロック図である。

【００４１】図３に示すように、この自動露出調節装置
は、上記第１実施例による自動露出調節装置と異なり、
撮像画面の各々の領域ａ〜ｆにおける優先度を算出する
ニューラルネットワーク１８および重付平均算出回路１
９を備える。その他、図１と同一符号で示される部分は
同一または相当部分であるから、その詳細な説明は省略
する。

【００４２】このニューラルネットワーク１８も上記ニ
ューラルネットワーク１６と同様に多層構造をなし、入
力層、中間層および出力層から構成される。入力層は分
割された撮像画面の領域ａ〜ｆの数に相当する６つのユ
ニット１８ａからなり、中間層はそれより少ない数のユ
ニット１８ｂからなる。出力層は上記ニューラルネット
ワーク１６と異なり、それら領域ａ〜ｆの数に相当する
６つのユニット１８ｃからなる。

【００４３】このニューラルネットワーク１８は、たと
えば前述した後ろ向き伝播法によって、撮像画面の最適
な露出を決定するに当たって撮像画面の各々の領域ａ〜
ｆにおける優先度を算出するように学習されている。こ
こで、優先度は撮像画面の各々の領域ａ〜ｆが持つ重要
性を表わす重み係数に相当するものである。

【００４４】重付平均算出回路１９は、ニューラルネッ
トワーク１８から出力される優先度に基づいて各領域ａ
〜ｆにおける輝度評価値を重み付けし、それらの重付平
均を算出する。

【００４５】この自動露出調節装置によれば、積算回路
１５ａ〜１５ｆから出力される各々の領域ａ〜ｆにおけ
る輝度評価値はニューラルネットワーク１８へ入力され
るとともに、単純平均算出回路１７および重付平均算出
回路１９へ入力される。

【００４６】ニューラルネットワーク１８へ入力された
各々の領域ａ〜ｆにおける輝度評価値はこのニューラル
ネットワーク１８によって撮像画面の最適な露出を決定
するに当たって必要となる撮像画面の各々の領域ａ〜ｆ
における優先度が算出される。この算出された優先度に
基づいて積算回路１５ａ〜１５ｆから出力される輝度評
価値が重付平均算出回路１９によって重み付けされる。
一方、積算回路１５ａ〜１５ｆからの輝度評価値は単純
平均算出回路１７によってそれらの単純平均が算出され
る。

【００４７】そして、これら重付平均および単純平均は
ともに除算回路８へ与えられ、それらの比が目標輝度レ
ベル制御回路９および利得制御回路１０へ与えられるこ
とになる。

【００４８】この発明の第２実施例による自動露出調節
装置によれば、撮像画面を分割した各々の領域ａ〜ｆに
おける輝度レベルに基づいて、撮像画面の各々の領域ａ
〜ｆにおける優先度を算出するニューラルネットワーク
１８が用いられているので、様々な画面に対応して常に
最適な露出が得られる。

【００４９】［実施例３］図４は、この発明の第３実施
例による自動露出調節装置を含むビデオカメラの一部構
成を示すブロック図である。

【００５０】図４に示すように、この自動露出調節装置
は、上記第１および第２実施例による自動露出調節装置
と異なり、ニューラルネットワーク１６から出力される
代表輝度レベルと、予め定められた基準レベルRef とを
比較して光学絞り２を駆動する駆動回路２０を備える。

【００５１】この自動露出調節装置によれば、ニューラ
ルネットワーク１６から出力される代表輝度レベルは駆
動回路２０を構成するオペアンプの一方にフィードバッ
クされ、その他方に入力される基準レベルと比較され、
それらの差がなくなるように光学絞り２が駆動される。

【００５２】なお、このような駆動回路２０は各領域ａ
〜ｆにおける優先度を出力するニューラルネットワーク
１８を用いた自動露出調節装置においても用いることが
できる。

【００５３】［その他］上記第１ないし第３実施例によ
る自動露出調節装置においては、各領域ａ〜ｆにおける
輝度レベルがそのままニューラルネットワーク１６，１
８に入力されているが、たとえば領域ａにおける輝度レ
ベルおよび領域ｂにおける輝度レベルの積、または領域
ａにおける輝度レベルおよび領域ｂにおける輝度レベル
の比など、それら輝度レベルに基づいて算術的に得られ
る値がニューラルネットワーク１６，１８へ入力されて
もよい。さらにズーム倍率、光学絞りなどに基づく種々
のパラメータが入力されてもよい。

【００５４】その他、撮像画面の分割数、分割形式など
も上述した実施例に限定されるものではない。また、ニ
ューラルネットワークはマイクロコンピュータを用いて
ソフトウエア上で実行できることはいうまでもない。

【００５５】

【発明の効果】この発明の請求項１に記載の自動露出調
節装置は、撮像画面を複数の領域に分割し、各々の領域
における輝度レベルに基づいて撮像画面全体を代表する
代表輝度レベルを算出するためのニューラルネット手段
を備えるため、いかなる画面に対しても常に最適な露出
を得ることが可能である。

【００５６】また、請求項２に記載の自動露出調節装置
は、撮像画面を複数の領域に分割し、各々の領域におけ
る輝度レベルに基づいて各々の領域における優先度を算
出するためのニューラルネット手段を備えるため、いか
なる画面に対しても常に最適な露出を得ることが可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例による自動露出調節装置
を含むビデオカメラの一部構成を示すブロック図であ
る。

【図２】図１に示した自動露出調節装置によって撮像画
面が複数の領域に分割される態様を示す説明図である。

【図３】この発明の第２実施例による自動露出調節装置
を含むビデオカメラの一部構成を示すブロック図であ
る。

【図４】この発明の第３実施例による自動露出調節装置
を含むビデオカメラの一部構成を示すブロック図であ
る。

【図５】従来の自動露出調節装置を含むビデオカメラの
一部構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

５ 同期分離タイミング回路 ８ 除算回路 ９ 目標輝度レベル制御回路 １０ 利得制御回路 １１，２０ 光学絞り駆動回路 １２ ローパスフィルタ １３ ＡＤ変換器 １４ 領域選択回路 １５ａ〜１５ｆ 積算回路 １６，１８ ニューラルネットワーク １６ａ〜１６ｃ，１８ａ〜１８ｃ ユニット １７ 単純平均算出回路 １９ 重付平均算出回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 撮像素子から得られる撮像画面の露出を
   自動的に調節するための自動露出調節装置であって、 複数の領域に分割された前記撮像画面の各々の領域にお
   ける輝度レベルをピックアップして出力するためのピッ
   クアップ手段、 前記ピックアップ手段からの出力に基づいて、前記撮像
   画面の最適な露出を決定するために必要となる前記撮像
   画面全体を代表する代表輝度レベルを算出するためのニ
   ューラルネット手段、および前記ニューラルネット手段
   によって出力された代表輝度レベルに基づいて、前記撮
   像画面の露出を制御するための露出制御手段を含む、自
   動露出調節装置。
2. 【請求項２】 撮像素子から得られる撮像画面の露出を
   自動的に調節するための自動露出調節装置であって、 複数の領域に分割された前記撮像画面の各々の領域にお
   ける輝度レベルをピックアップして出力するためのピッ
   クアップ手段、 前記ピックアップ手段からの出力に基づいて、前記撮像
   画面の最適な露出を決定するに当たって前記撮像画面の
   各々の領域が持つ重要性を表わす優先度を算出するため
   のニューラルネット手段、 前記ニューラルネット手段によって算出された優先度に
   基づいて、前記ピックアップ手段からの出力を重み付け
   して、それらの重付平均を算出するための重付平均算出
   手段、および前記重付平均算出手段によって算出された
   重付平均に基づいて、前記撮像画面の露出を制御するた
   めの露出制御手段を含む、自動露出調節装置。