JPH07274062A - 自動露出制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 明るい被写体は明るく、また暗い被写体は暗
く撮影されるように自動的に適正露出を決定する。 【構成】 ＣＣＤ２からの出力に基づいてマトリクス回
路３は輝度信号であるＹ信号を出力する。最大信号検出
器４を介して最大Ｙ信号を受けた露出制御回路５は、最
大Ｙ信号となるときの露出量がＣＣＤ２のダイナミック
レンジの70〜100％程度となるように絞り／シャッタ調
整器１に制御信号を出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ビデオカメラ，スチル
ビデオカメラ等の撮像素子を用いた画像入力機器に適用
される自動露出制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の自動露出制御装置における露出決
定方式には、平均測光，中央重点測光，スポット測光，
マルチパターン測光等の方式がある。平均測光方式は、
画像全体の輝度信号の平均値が、予め定められた規定の
値になる露光量が得られる露出を適正露出とするもので
ある。中央重点測光は、平均測光方式において、画像の
輝度信号の平均値を得る際に画像の中央付近の領域に重
み付けする方式である。スポット測光方式は、画像のご
く狭い領域を撮影者が選択し、その領域の輝度信号の平
均値が規定の値になる露光量の得られる露出を適正露出
とするものである。マルチパターン測光は、画像を複数
の領域に分割し、マイクロコンピュータによるパターン
認識処理を行って、最も重要視される領域を予想し、そ
の領域の輝度信号の平均値が規定の値になる露光量の得
られる露出を適正露出とするものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の自動露出制御装
置における露出決定方式のうち、平均，中央重点，スポ
ット測光方式は、いずれも画像中から被写体が占めると
予想される領域を定め、その領域の輝度信号の平均値が
規定の値になるように露出を制御している。

【０００４】したがって、被写体の輝度に拘らず、いつ
でも被写体の輝度は規定の値に撮影されてしまう。この
ため、たとえ撮影するシーンが逆光等の特別な状況にな
い場合でも、明るい被写体を撮影する際には規定値を上
げ、逆に暗い被写体を撮影する際には規定値を下げる補
正を撮影者が意識的に行う必要があるという問題があ
る。

【０００５】また、マルチパターン測光は、前記問題に
対して、撮影される画像の輝度分布をマイクロコンピュ
ータを用いたパターン認識処理によって、経験的に得ら
れた典型的な撮影条件に割り当てて規定値の補正の自動
化を図っているが、画像の領域分割数を増やすに従っ
て、撮影条件と輝度分布の組合せ数が膨大になるため、
マイクロコンピュータによるパターン認識処理に時間を
要するという問題を有する。

【０００６】本発明は、前記問題点を改善し、撮影者が
意識的に露出補正することなく、明るい被写体は明る
く、また暗い被写体は暗く撮影されるような露出を自動
的に決定することができる自動露出制御装置を提供する
ことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は、平面上に複数の光電素子をアレイ状に配
置した撮像素子に対する露出制御をする自動露出制御装
置において、入力画像の輝度信号の中で最大値を出力す
る撮像素子に対する露出量が、撮像素子のダイナミック
レンジの略70〜100％になる値に基づいて露出制御を行
う制御部を備えたことを特徴とする。

【０００８】また前記自動露出制御装置において、入力
画像を複数の小領域に分割して、各小領域内における輝
度信号の値の平均値の中で最大値を呈する小領域に対す
る露光量が、撮像素子のダイナミックレンジに対して略
70〜90％になる値に基づいて露出制御を行う制御部を備
えたことを特徴とする。

【０００９】また前記自動露出制御装置において、入力
画像を複数の小領域に分割して、各小領域内における輝
度信号の値を入力画像の中心領域と周辺領域の二領域に
分けて平均し、二領域の輝度信号の平均値の比率が規定
値を超える場合には、前記中心領域に含まれる小領域の
中で最大平均値を呈する小領域に対する露出量が、撮像
素子のダイナミックレンジに対して略70〜90％になる値
に基づいて露出制御を行い、また前記比率が規定値を超
えない場合には、全ての小領域の中で輝度信号の最大平
均値を呈する小領域に対する露出量が、撮像素子のダイ
ナミックレンジに対して略70〜90％になる値に基づいて
露出制御を行う制御部を備えたことを特徴とする。

【００１０】また前記自動露出制御装置において、入力
画像を複数の小領域に分割して、各小領域内における輝
度信号の値を入力画像の中心領域と周辺領域の二領域に
分けて平均し、二領域の輝度信号の平均値の比率が第１
の規定値よりも小さい場合には、全ての小領域の中で輝
度信号の最大平均値を呈する小領域に対する露光量が、
撮像素子のダイナミックレンジに対して略70〜90％にな
る値に基づいて露出制御を行い、また前記比率が前記第
１の規定値よりも大きく、かつこの第１の規定値よりも
大きい第２の規定値よりも小さい場合には、全ての小領
域の中で輝度信号の最大平均値を呈する小領域に対する
露光量が、撮像素子のダイナミックレンジに対して略70
〜90％になる値に基づいて露出制御を行うとともに画像
信号に対するガンマ補正量を多くし、また前記比率が前
記第２の規定値よりも大きい場合には、前記中心領域に
含まれる小領域の中で最大平均値を呈する小領域に対す
る露出量が、撮像素子のダイナミックレンジに対して略
70〜90％になる値に基づいて露出制御を行う制御部を備
えたことを特徴とする。

【００１１】

【作用】前記構成の自動露出制御装置では、従来、一般
的に撮影される画像においては、多くの場合、約５EVの
範囲で各輝度の被写体が画面内に含まれる。従来の平均
測光の場合、各輝度の領域が画面内を均等に分布してい
る場合には、適正な露出が得られるが、輝度分布に偏り
がある画像の場合、誤差を生じる。一例として、暗い背
景に明るい小さい被写体がある場合、平均測光を行った
場合は、被写体が露出オーバーになる。また、中央重点
やスポット測光で被写体のみを測光した場合も、本来明
るい被写体が露出アンダーになる。

【００１２】これに対して、本発明の自動露出制御装置
においては、画像内の輝度分布や位置によらず、最も輝
度の高い被写体を撮像素子のダイナミックレンジの70〜
100％、すなわちサチュレーション(飽和)の生じない範
囲内で、最も明るくなる露出制御を行うため、上述の問
題を生じる頻度を大幅に軽減できるとともに、画像のダ
イナミックレンジが最大の広さで使用可能になる。

【００１３】具体的には、順光および過順光の撮影状況
において、画像の輝度信号の最大値がＣＣＤダイナミッ
クレンジの最大レベルになる露出制御を行うことによ
り、明るい被写体に対しても、暗い被写体に対しても、
適正露出が補正なしで得られる。

【００１４】また、画像を複数の領域に分割して、小領
域内の平均値を露出決定に用いることにより、画像信号
中に生じるノイズや乱反射によって生じる輝度レベルが
極端に高い信号に対しても露出制御が安定する。

【００１５】また、入力画像の中心領域と周辺領域との
輝度比によって、背景が明るい逆光状態を検出し、逆光
時に中心領域の輝度最大値を基準に露出制御を行うこと
により、逆光補正が得られる。

【００１６】また、画像の中心領域と周辺領域との輝度
比によって、逆光状態が軽度なものか否か判断し、軽度
の逆光状態のときには、露出制御は、画像全体の輝度信
号の最大値によって求め、画像を表示する際のガンマ補
正量を多くすることで、背景のサチュレーションを軽減
した逆光補正を行い、逆光のときには、画像の中心領域
の輝度の最大値によって露出を決定することで、順光あ
るいは過順光時に適正露出が得られるとともに、軽度の
逆光時に、背景をサチュレーションでつぶさずに逆光補
正し、しかも逆光時にも画像の中心領域については適正
露出が得られる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１８】図１は本発明の第１実施例の構成を示すブ
ロック図であり、１は露出調整を行う絞り／シャッタ調
整器、２は平面上に複数の光電素子をアレイ状に配置し
た撮像素子であるＣＣＤであって、ＣＣＤ２に対する露
光量が前記絞り／シャッタ調整器１により調整される。
３は、マトリクス回路であり、ＣＣＤ２から出力される
Ｒ，Ｇ，Ｂ信号を輝度信号であるＹ信号と色差信号であ
るＣr，Ｃb信号に変換する。４は、最大信号検出器であ
り、マトリクス回路３のＹの出力信号が入力され、入力
信号の最大値を検出して最大Ｙ信号を出力する。

【００１９】５は、露出制御回路であり、最大信号検出
器４の出力信号を受け、次回の露光条件として、Ｙ出力
信号が最大になるときの露光量がＣＣＤ２のダイナミッ
クレンジの70〜100％程度となる絞り量とシャッタ・ス
ピードを検出し、絞り／シャッタ調整器１に対して、絞
りとシャッタとの制御信号を出力する。一般的画像の主
観評価を行う場合、最も輝度の高い白い被写体は、ＣＣ
Ｄ２のダイナミックレンジの70〜100％程度の範囲で露
光した場合に白と認識でき、70％以下に露光すると白が
灰色に感じられる。また、白い被写体がサチュレーショ
ンを起こす100％以上に露光すると、白以外の被写体も
サチュレーションにより白っぽくなるため、70〜100％
の範囲で露出制御を行うものとする。

【００２０】６は、ガンマ補正回路であり、マトリクス
回路３からの画像出力信号に図２に示す特性のガンマ補
正を施す。図２の特性図は、一般的テレビモニタにおけ
るガンマ係数0.45のガンマ補正回路の入出力特性を示
す。

【００２１】７は、画像表示／記録装置であり、ガンマ
補正回路６のＹ，Ｃr，Ｃb出力信号を受け、画像表示あ
るいは記録等を行う。

【００２２】図３は本発明の第２実施例の構成を示すブ
ロック図であり、第２実施例において、マトリクス回路
３までの構成，動作は第１実施例と同様である。なお、
以下の説明において、図１に基づいて説明した部材に対
応する部材には同一符号を付して詳しい説明は省略す
る。

【００２３】図３において、８は、領域分割器であり、
マトリクス回路３のＹ出力信号が入力され、図４に示す
例のように入力画像Ｇを均等に複数の小領域Ｇ₁〜Ｇ₇₇
に分割し、各小領域Ｇ₁〜Ｇ₇₇内の輝度信号の平均値を
検出し、最大信号検出器４へ出力する。最大信号検出器
４は、入力信号の最大値を検出し、最大のＹ出力信号を
露出制御回路９へ出力する。ここで露出制御回路９は、
次回の露光条件として、Ｙ出力信号が最大になるときの
露光量がＣＣＤ２のダイナミックレンジの70〜90％程度
となる絞りとシャッタ・スピードを検出し、絞り／シャ
ッタ調整器１に対して制御信号を出力する本実施例で
は、輝度の最大値を検出する際、小領域Ｇ₁〜Ｇ₇₇内の
輝度信号を平均しているため、最大の輝度平均値を出力
する小領域に対する露光量が、ＣＣＤ２のダイナミック
レンジの100％付近になるような露光を行うと、小領域
内ではサチュレーションを生じる画素が出てくるため、
露光量は画像を分割する際の小領域の広さによって決定
するものとする。

【００２４】小領域が広い場合には露光量を少なくし、
小領域が狭い場合には露光量を増やすことで、サチュレ
ーションの少ない露出が得られるが、一例として図４の
ように画像を77等分する場合には、小領域のＹ出力信号
が最大になるときの露光量をＣＣＤ２のダイナミックレ
ンジの70％程度とすることで、最も小領域内のサチュレ
ーションが少なく、なおかつ明るい露出が得られる。

【００２５】また、小領域数を減らして１つの小領域の
面積を大きくしていくと、輝度を平均化することによる
誤差が大きくなり、逆に小領域を増やして１つの小領域
の面積を小さくしていくと、画像中の乱反射やノイズに
対して誤差を生じやすくなる。

【００２６】一般的画像を統計的に主観評価した結果、
小領域の数を77個よりも少なくし、輝度平均値の最大値
をＣＣＤ２のダイナミックレンジの70％よりも低い露光
量に露出を合わせると、平均化による誤差により露出制
御が不安定になり、逆に小領域の数を99個以上に増や
し、輝度平均値の最大値をＣＣＤ２のダイナミックレン
ジの90％よりも高い露光量に露出を合わせると、乱反射
やノイズが画像に含まれる際に露出が不安定になった。

【００２７】したがって、小領域の輝度信号の平均値
は、ＣＣＤ２のダイナミックレンジの70〜90％程度とな
る露出制御を行うものとする。

【００２８】図５は本発明の第３実施例の構成を示すブ
ロック図であり、第３実施例において、領域分割器８ま
での構成，動作は第２実施例と同様である。

【００２９】図５において、10は、輝度比判別器であ
り、領域分割器８から前記各小領域の輝度信号の平均値
を受け、さらにこの平均値を図６に示す例のように入力
画像Ｇの中心領域Ｇcに含まれる小領域の輝度信号の平
均値と、画像の周辺領域Ｇoに含まれる小領域の輝度信
号の平均値を検出し、両者の比率と予め設定された規定
値との比較を行い、輝度平均値の比率が規定値よりも大
きい場合、画像の中心領域Ｇcに含まれる小領域のみの
輝度信号を最大信号検出器４に対して出力し、輝度平均
値の比率が規定値よりも小さい場合、全ての小領域の輝
度平均信号を出力する。

【００３０】ここで、規定値を、中心領域：周辺領域の
輝度比が１：２〜１：３となる値とすることで、画像の
中心と背景が逆光条件となることを検出する。最大信号
検出器４以降の露出制御動作は第２実施例と同様であ
る。

【００３１】図７は本発明の第４実施例の構成を示すブ
ロック図であり、第４実施例において、領域分割器８ま
での動作は第２実施例と同様である。

【００３２】図７において、11は、輝度比判別器であ
り、第３実施例で説明した輝度比判別器10と異なる以下
の動作をする。すなわち、輝度比判別器11は、はじめに
前記画像の中心領域Ｇcに含まれる小領域の輝度信号の
平均値と、画像の周辺領域Ｇoに含まれる小領域の輝度
信号の平均値を検出し、両者の比率と予め設定された第
１の規定値を比較し、輝度平均値の比率が第１の規定値
よりも小さい場合には、最大信号検出器４に対して、全
ての小領域内の輝度平均信号を出力する。

【００３３】また、輝度平均値の比率が第１の規定値よ
りも大きい場合には、輝度比判別器11は、輝度平均値の
比率と、予め設定された、第１の規定値よりも大きい第
２の規定値を比較し、輝度平均値の比率が第２の規定値
を超える場合に、最大信号検出器４に対して、前記全て
の小領域Ｇ₁〜Ｇ₇₇内の輝度平均値を出力し、なおかつ
逆光判定信号をガンマ補正回路12に有効値レベルで出力
する。

【００３４】また、輝度平均値の比率が第２の規定値よ
りも大きい場合には、最大信号検出器４に対して、画像
の中心領域Ｇcに含まれる小領域のみの輝度平均信号を
出力する。

【００３５】ここで、第１の規定値を、中心領域：周辺
領域の輝度比が１：２程度となる値とすることで、画像
の中心と背景が軽度の逆光条件となることを検出し、第
２の規定値を中心領域：周辺領域の輝度比が１：３程度
となる値とすることで、画像の中心と背景が逆光条件に
なっていることを検出する。

【００３６】最大信号検出器４以降の露出制御動作は、
第２実施例と同様である。12は、画像を表示する際のガ
ンマ補正回路であるが、ガンマ補正をかけるとき、輝度
比判別器11の逆光判定信号が有効値レベルの場合、すな
わち軽度の逆光条件時には、通常よりもガンマ補正を強
力にかけた画像信号を出力する。図８に一般的なガンマ
係数0.45と、ガンマ補正を強化する場合のガンマ係数0.
13についてのガンマ補正回路12の入出力特性の比較例を
示した。

【００３７】なお、前記いずれの実施例においても、初
回の露光でサチュレーションが生じると測光が不可能と
なるため、絞り，シャッタの初期状態として最も露光量
が少ない状態から露光を開始するものとする。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の自動露出
制御装置は、請求項１記載の発明によれば、順光および
過順光の撮影状況において、画像の輝度信号の最大値
が、ＣＣＤダイナミックレンジの最大レベルになる露出
制御を行うため、明るい被写体に対しても暗い被写体に
ついても、適正露出を補正なしで得ることができる。

【００３９】請求項２記載の発明によれば、画像信号中
に生じるノイズや乱反射によって生じる輝度レベルが極
端に高い信号に対しても露出制御を安定させることがで
きる。

【００４０】請求項３記載の発明によれば、順光および
過順光時に適正露出が得られる効果に加え、画像の中心
領域と周辺領域の輝度比によって背景が明るい逆光状態
を検出し、逆光時に中心領域の輝度最大値を基準に露出
制御を行うため逆光補正の効果が得られる。

【００４１】請求項４記載の発明によれば、順光あるい
は過順光時に適正露出が得られる効果に加え、軽度の逆
光時に背景をサチュレーションでつぶさずに逆光補正で
き、しかも逆光時にも画像の中心領域について適正露出
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の自動露出制御装置の第１実施例を示す
ブロック図である。

【図２】第１実施例のガンマ補正回路の入出力特性図で
ある。

【図３】本発明の自動露出制御装置の第２実施例を示す
ブロック図である。

【図４】入力画像の小領域分割の一例を示す説明図であ
る。

【図５】本発明の自動露出制御装置の第３実施例を示す
ブロック図である。

【図６】入力画像の中心領域と周辺領域の説明図であ
る。

【図７】本発明の自動露出制御装置の第４実施例を示す
ブロック図である。

【図８】第４実施例のガンマ補正回路の入出力特性図で
ある。

【符号の説明】

１…絞り／シャッタ調整器、 ２…ＣＣＤ(撮像素子)、
３…マトリクス回路、４…最大信号検出器、 ５，９
…露出制御回路、 ６，12…ガンマ補正回路、７…画像
表示／記録装置、 ８…領域分割器、 10，11…輝度比
判別器。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平面上に複数の光電素子をアレイ状に配
   置した撮像素子に対する露出制御をする自動露出制御装
   置において、入力画像の輝度信号の中で最大値を出力す
   る撮像素子に対する露出量が、撮像素子のダイナミック
   レンジの略70〜100％になる値に基づいて露出制御を行
   う制御部を備えたことを特徴とする自動露出制御装置。
2. 【請求項２】 平面上に複数の光電素子をアレイ状に配
   置した撮像素子に対する露出制御をする自動露出制御装
   置において、入力画像を複数の小領域に分割して、各小
   領域内における輝度信号の値の平均値の中で最大値を呈
   する小領域に対する露光量が、撮像素子のダイナミック
   レンジに対して略70〜90％になる値に基づいて露出制御
   を行う制御部を備えたことを特徴とする自動露出制御装
   置。
3. 【請求項３】 平面上に複数の光電素子をアレイ状に配
   置した撮像素子に対する露出制御をする自動露出制御装
   置において、入力画像を複数の小領域に分割して、各小
   領域内における輝度信号の値を入力画像の中心領域と周
   辺領域の二領域に分けて平均し、二領域の輝度信号の平
   均値の比率が規定値を超える場合には、前記中心領域に
   含まれる小領域の中で最大平均値を呈する小領域に対す
   る露出量が、撮像素子のダイナミックレンジに対して略
   70〜90％になる値に基づいて露出制御を行い、また前記
   比率が規定値を超えない場合には、全ての小領域の中で
   輝度信号の最大平均値を呈する小領域に対する露出量
   が、撮像素子のダイナミックレンジに対して略70〜90％
   になる値に基づいて露出制御を行う制御部を備えたこと
   を特徴とする自動露出制御装置。
4. 【請求項４】 平面上に複数の光電素子をアレイ状に配
   置した撮像素子に対する露出制御をする自動露出制御装
   置において、入力画像を複数の小領域に分割して、各小
   領域内における輝度信号の値を入力画像の中心領域と周
   辺領域の二領域に分けて平均し、二領域の輝度信号の平
   均値の比率が第１の規定値よりも小さい場合には、全て
   の小領域の中で輝度信号の最大平均値を呈する小領域に
   対する露光量が、撮像素子のダイナミックレンジに対し
   て略70〜90％になる値に基づいて露出制御を行い、また
   前記比率が前記第１の規定値よりも大きく、かつこの第
   １の規定値よりも大きい第２の規定値よりも小さい場合
   には、全ての小領域の中で輝度信号の最大平均値を呈す
   る小領域に対する露光量が、撮像素子のダイナミックレ
   ンジに対して略70〜90％になる値に基づいて露出制御を
   行うとともに画像信号に対するガンマ補正量を多くし、
   また前記比率が前記第２の規定値よりも大きい場合に
   は、前記中心領域に含まれる小領域の中で最大平均値を
   呈する小領域に対する露出量が、撮像素子のダイナミッ
   クレンジに対して略70〜90％になる値に基づいて露出制
   御を行う制御部を備えたことを特徴とする自動露出制御
   装置。