撮像装置及び撮像装置の制御方法
【課題】 画像データの輝度レベルを適正にするために撮像素子への露出を制御しようとした場合、画像データにノイズが発生したり、輝度のチラツキが発生する場合がある。例えば撮像素子から読み出した画像データレベルを増幅するＰＧＡゲインを大幅に変化させた場合、増幅器の特性によっては画像データにノイズが発生する現象が発生してしまう。
【解決手段】 自動露出制御の際に、露出を制御するデバイスである絞り、シャッター、ＰＧＡゲインが、それぞれの特性にあった制御が可能なようにそれぞれの変化量を制限することで最適な自動露出制御を可能にしている。
【解決手段】 自動露出制御の際に、露出を制御するデバイスである絞り、シャッター、ＰＧＡゲインが、それぞれの特性にあった制御が可能なようにそれぞれの変化量を制限することで最適な自動露出制御を可能にしている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置で撮影した画像の露出を適正にするための方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ビデオカメラや、デジタルスチルカメラ、カメラ付携帯電話などでは、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサーなどの撮像素子で光電変換された画像信号データを画像処理し、電子ビューファインダー（これよりＥＶＦという）などの表示装置へ表示したり、フラッシュメモリや磁気テープなどの記憶媒体へ記録している。このとき、撮影画像の露出を適正にするために自動露出制御（これよりＡＥ制御という）を行っている。ＡＥ制御は、撮像素子への露光量を決定する絞り、撮像素子への露光時間を決定するシャッター、撮像素子から読み出したデータを増幅するＰＧＡのゲインを制御し、画像データの輝度レベルが適正になるように働いている。特に動画撮影時は、被写体の輝度変化に対し、徐々に輝度レベルが適正値に収束するように時定数を持って制御している（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００３−１５３０７３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記に示した特許文献１における発明では、被写体輝度の変化によって時定数を変更することで、輝度レベルが適正値に収束するように制御しているが、例えば、撮像素子から読み出した画像データレベルを増幅するＰＧＡでの増幅量を大きく変化させた場合は、増幅器の特性によっては画像データにノイズが発生する現象が起きてしまったり、また、絞りの変化量を大きく変化させた場合は、ゲインの増幅量を大きく変化させた時と同様に、画像データにノイズが発生するという現象に加え、絞り自体の駆動音が大きくなり、動画撮影中にその駆動音が記録されてしまったりと、被写体輝度の変化によって時定数を変化させるという方法ではデバイスの特性を活かした制御が行えないことがあった。そこで、本発明ではビデオカメラや、デジタルスチルカメラ、カメラ付携帯電話といった映像記録機器において、露出を制御するデバイスごとに変化量を設定し、それぞれのデバイスの特性に合った制御を行うことで、撮影画像の画質の低下を防ぐことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決し目的を達成するために本発明の画像処理装置は、撮像画面に結像される入射光を光電変換する撮像手段と、前記撮像手段から読み出したデータから輝度情報を抽出する輝度情報抽出手段と、前記輝度情報と予め設定された目標値との一度の比較結果に応じて露出値を設定して露出値の調節を行う露出調節手段を有し、前記露出調節手段は、一度の比較結果に応じて設定する制御値を、前記露出調節手段を構成するデバイスの制御範囲の最大値よりも小さな所定値以下に制限することを特徴とする撮像装置。
【０００５】
上記課題を解決し目的を達成するために本発明の画像処理装置は、撮像画面に結像される入射光を光電変換する撮像手段と、第１の露出制御手段と、前記第１の露出制御手段とは異なるデバイスにて構成されている第２の露出制御手段とを備え、前記第１および第２の露出制御手段を駆動して露出を調節する露出調節手段と、前記撮像手段から読み出したデータから輝度情報を抽出する輝度情報抽出手段と、前記露出調節手段は、前記輝度情報と予め設定された目標値との一度の比較結果に応じて設定する前記第１および第２の露出制御手段各々の制御値を、前記第１および第２の制御手段各々を構成するデバイスの駆動範囲の最大値よりも小さな所定値に制限することを特徴とする撮像装置。
【０００６】
上記課題を解決し目的を達成するために本発明の画像処理装置の撮像方法は、撮像画面に結像される入射光を光電変換する撮像行程と、前記撮像行程から読み出したデータから輝度情報を抽出する輝度情報抽出行程と、前記輝度情報と予め設定された目標値との一度の比較結果に応じて露出値を設定して露出値の調節を行う露出調節行程を有し、前記露出調節行程は、一度の比較結果に応じて設定する制御値を、前記露出調節行程を構成するデバイスの制御範囲の最大値よりも小さな所定値以下に制限することを特徴とする撮像装置の制御方法。
【０００７】
上記課題を解決し目的を達成するために本発明の画像処理装置の撮像方法は、撮像画面に結像される入射光を光電変換する撮像行程と、第１の露出制御行程と、前記第１の露出制御行程とは異なるデバイスにて構成されている第２の露出制御行程とを備え、前記第１および第２の露出制御行程を駆動して露出を調節する露出調節行程と、前記撮像行程から読み出したデータから輝度情報を抽出する輝度情報抽出行程と、前記露出調節行程は、前記輝度情報と予め設定された目標値との一度の比較結果に応じて設定する前記第１および第２の露出制御行程各々の制御値を、前記第１および第２の制御行程各々を構成するデバイスの駆動範囲の最大値よりも小さな所定値に制限することを特徴とする撮像装置の制御方法。
【発明の効果】
【０００８】
露出を制御するデバイスごとに変化量を設定できるため、それぞれのデバイスの特性に合った制御を行うことが可能となる。これにより、撮影画像の画質の低下を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１０】
（第１の実施形態）
本実施形態における撮像装置の構成を図１に示す。
【００１１】
１０は外光を集光するレンズである。なお、本図においては、レンズは１枚として表現しているが、複数枚のレンズから構成されたレンズユニットを搭載することも可能である。また、レンズ位置を光軸に沿って前後に動かすことで焦点を調節したり、画角を調節することも可能である。１００は本撮像装置の各種回路を制御するためのシステム制御部、１２はレンズ１０を通過した光の光量を調節する絞り、２４はシステム制御部１００から伝えられる絞り制御情報を基に絞りを駆動する絞り駆動回路である。なお、システム制御部１００から絞り駆動回路２４への制御情報伝達は、シリアル通信やパルス信号などがあり、絞り駆動回路２４の仕様に合わせて適した手段をとる。システム制御部１００は絞り１２と絞り駆動回路２４を用い、被写体輝度が高い場合は絞りを絞って光量を落とすように制御し、被写体輝度が低い場合は絞りを開放にして光を多く取り込むように制御することが可能である。１４は光電変換機能を有する固体撮像素子であるＣＣＤである。なお、固体撮像素子はＣＣＤに限られるものではなく、ＣＭＯＳなどの光電変換機能を有する撮像素子であれば構わない。２２はシステム制御部１００からの情報を基にＣＣＤを制御するタイミングジェネレーター（これよりＴＧという）である。なお、ＴＧ２２は、撮像素子１４の露光時間を制御しており、任意のタイミングで、撮像素子１４がチャージした電荷を開放するように、ＴＧ２２から撮像素子１４へ駆動信号を出すことでこれを可能としている。
【００１２】
１６は相関二重サンプリング方式により画像データのノイズ成分を除去する相関二重サンプリング回路（これよりＣＤＳ回路という）、１８は画像データの信号レベルを増幅するＰＧＡ回路である。通常、撮像素子１４の露出を適正にするには、絞り１２で撮像素子１４への露光量を適切に設定すると共に、ＴＧ２２により撮像素子１４の露光時間を適切に設定することで実現されるが、ＰＧＡ１８で画像データの信号を増幅することで、擬似的に画像データの露出を変える役割を担うことができる。例えば被写体輝度が極端に低い場合、絞り１２を開放にして露光量が最大になるようにし、撮像素子１４の露光時間を可能な限り延ばすことで、より多くの光を受光するように制御する。しかし、絞り１２はある一定以上は開放にできないといったメカ構造上の制約があり、また、撮像素子１４の露光時間を延ばしていくと、画像データの更新周期が長くなるといった実用上の限界がある。この場合、画像データの信号レベルが低くなり、露出不足として暗い画像が撮影されてしまう。この現象を改善する方法として、ＰＧＡ回路１８にて画像データの信号レベルを増幅し、画像の露出が適正になるように制御する。
【００１３】
２０は画像データをアナログ信号からデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路である。なお、本実施形態の構成図ではＣＤＳ回路１６、ＰＧＡ回路１８、Ａ／Ｄ変換回路２０をそれぞれ、別の回路として表現しているが、これらの機能を一つのＩＣパッケージに搭載したものを採用することも可能である。
【００１４】
２００は、画像データから輝度情報Ｙを抽出するＹ分離回路、２０２はＹ分離回路２００を含む、様々な画像処理回路から構成される信号処理回路である。なお、撮像素子１４には素子前面にＲｅｄ／Ｇｒｅｅｎ／Ｂｌｕｅや、Ｙｅｌｌｏｗ／Ｍａｇｅｎｔａ／Ｃｙａｎといったカラーフィルタが貼られており、それぞれの画素毎が各色でフィルタリングされており、これらの各画素データから色情報を排除して、輝度情報Ｙのみを抽出する作業をＹ分離回路２００で行う。なお、Ｙ分離回路２００では輝度情報を抽出する際、画面内を複数のエリアに分割し、それぞれのエリアごとに輝度情報を抽出することができる。
【００１５】
ここで、図を用いて輝度情報の抽出の様子を説明する。図７は画像データ輝度分布を示しており、画面全体を縦横１０エリアに計１００エリアに分割し、背景が暗く人物が明るい被写体を撮影した場合の輝度分布を示している。背後の輝度レベルが低く、人物の輝度レベルが高い様子がわかる。
【００１６】
図８は重み付けテーブルを示しており、図７の人物の輝度分布に対し、画面中心に重みを置いた重み付けテーブルを掛け合わせると、人物の顔付近のエリアにより重点を置いたものになることが分かる。
【００１７】
図９は重み付け後の画像データ輝度分布を示しており、図８の重み付け後の輝度分布を画面全体で平均し、被写体輝度Ｙを算出する。
【００１８】
なお、図７〜図９においては、画面全体を１０×１０＝１００のエリアに分割した場合を示したが、分割エリア、分割数はこの限りではなく、任意に選択することが可能である。
【００１９】
２６は信号処理回路２０２で画像処理が施された画像データを記録するための、不揮発性メモリや磁気テープといった記録媒体である。２８は信号処理回路２０２と記録媒体２６との接続を仲介する記録媒体Ｉ／Ｆである。なお、記録媒体２６は記録媒体Ｉ／Ｆを介して着脱可能な形態にすることも可能である。
【００２０】
３０は信号処理回路２０２にて画像処理が施されたデジタルの画像データをアナログデータに変換するＤ／Ａ変換回路である。３２はＤ／Ａ変換回路３０にてアナログデータに変換された画像データを表示するための、ＥＶＦなどの画像表示装置である。なお、本実施形態では画像表示装置３２に画像を表示しているが、ビデオ出力端子を搭載し、テレビなどの外部モニターとケーブル接続することで、画像を出力することも可能である。
【００２１】
３４は電源ＯＮ／ＯＦＦスイッチ、撮影開始／終了スイッチ、測光モード選択スイッチ、撮影モード選択スイッチ、再生モード選択スイッチなどの部材からなる操作部である。
【００２２】
図２は、図１に示したシステム上で、ＡＥ制御を実現するためのシステム制御部１００内の詳細なブロック図である。これより図２についての説明を行う。
【００２３】
同図において、Ｙ分離ブロック２００で画像データから輝度情報Ｙが抽出され、その輝度情報がシステム制御部１００に入力される。１０２は基準輝度情報ＹＲｅｆをＬｏｇ圧縮するＬｏｇ圧縮回路、１０４は輝度情報ＹをＬｏｇ圧縮するＬｏｇ圧縮回路である。そして、Ｌｏｇ圧縮回路１０２で圧縮したＹＲｅｆとＬｏｇ圧縮回路１０４で圧縮したＹとを比較し、基準輝度との偏差△Ｂｖ０を求める。
【００２４】
なお、本発明において、上記の基準輝度とはＣＣＤ特性を加味して予め決められた値であり、撮像条件等により変わるものではない。
ＡＥ制御では、基準輝度との偏差△Ｂｖ０が時定数を持って徐々にゼロに近づいていくように、フィードバックゲイン回路１０６にてフィードバックゲインをかけて△Ｂｖ１を求める。
【００２５】
なお、この時に参照される時定数は、△Ｂｖ０の値と各デバイスの特性に基づき決定される。
【００２６】
図２は単純な比例制御のブロックであり、その場合フィードバックゲインは１より小さい値に設定するのが一般的である。偏差を積分していき、その値を含めた偏差をゼロにするように作用する積分制御や、前回と今回の偏差の変化量に応じてフィードバックゲインを変化させる微分制御などをフィードバック系に組み込むことも可能である。
【００２７】
△Ｂｖ１と、現在の露出制御値である実効絞り値（これよりＡｖ値という）、実効シャッタースピード値（これよりＴｖ値という）、実効感度値（これより△Ｇａｉｎ値という）から、露出値Ｅｖを算出する。１０８は横軸にＴｖ、縦軸にＡｖと△Ｇａｉｎ、斜め軸にＥｖをとり、太線との交点からそれぞれの値を求めることができるプログラム線図を参照する回路であり、算出した露出値Ｅｖとプログラム線図１０８から、目標Ａｖ、目標Ｔｖ、目標△Ｇａｉｎの組み合わせを求める。
【００２８】
図４にプログラム線図１０８の一例を示す。例えばＥｖ＝１３の場合、Ｅｖ＝１３と太線の交わる点Ａｖ＝６、Ｔｖ＝７、△Ｇａｉｎ＝０の値をとる。また例えばＥｖ＝５の場合、Ｅｖ＝５と太線の交わる点Ａｖ＝２、Ｔｖ＝５、△Ｇａｉｎ＝２の値をとる。
【００２９】
１１６はプログラム線図１０８により求められた△Ｇａｉｎ値を基にＰＧＡゲインを制御するＧａｉｎドライバ、１１８はプログラム線図１０８により求められたＴｖ値を基にシャッタースピードを制御するシャッタードライバ、１２０はプログラム線図１０８により求められた目標Ａｖ値を基に絞りを制御する絞りドライバであり、制御された目標△Ｇａｉｎ値、Ｔｖ値、Ａｖ値に基づいて再び輝度情報Ｙを取得し、基準輝度との偏差を０に近づけていくようにループを形成するのがＡＥ制御である。
【００３０】
図６は輝度値が収束していく様子を示す図である。
【００３１】
図６においては、時間が経つにつれて、基準輝度Ｙｒｅｆとの偏差△Ｂｖが小さくなり、ＹＲｅｆに近づいていく様子が分かる。
【００３２】
通常、フィードバック制御では任意のフィードバックゲイン１０６を用い、そのフィードバックゲインに従い収束していく。この方式の場合、△Ｂｖ１を決定する段階では、絞り、シャッタースピード、ＰＧＡゲインの変化量は特に規定しておらず、△Ｂｖ１が大きな値になった場合、絞り、シャッタースピード、ＰＧＡゲインもそれに応じて大きくその状態を変化させることになってしまう。例えばＰＧＡゲインの場合、その増幅量を急激に大きく変化させた場合、ＰＧＡのハード的特性によっては画像にノイズが発生してしまう場合がある。これは画質を低下させるものであるため、ノイズが発生しないように制御する必要がある。そこで、本発明では、露出を決定する基となる各デバイスの特性を発揮することができる制御量の限界値である制御リミット値を設定することで、各デバイスの特性を活かしつつ適正露出に収束させている。
【００３３】
つまり、本発明においての制御量の限界値とはデバイス自体の制御量の限界値ではなく、あくまでデバイスが特性を発揮できる制御量の限界値、つまりデバイスを制御することで画質の低下等を引き起こさない範囲内の制御量のことを意味している。
【００３４】
１１０は絞り制御量を制限するＡｖリミッタ、１１２はシャッタースピード制御量を制限するＴｖリミッタ、１１４は前回からの△Ｇａｉｎの変化量にリミット値を設定し、ＰＧＡゲインの変化量を少なくすることでノイズの発生を抑える△Ｇａｉｎリミッタである。もちろんリミットしない設定も可能である。
【００３５】
次に、本実施形態におけるフィードバックＡＥの動作について、図３に示すフローチャート図を用いて説明を行う。
【００３６】
ステップＳ１０１でフィードバックＡＥを開始して、初期Ｅｖを決定する。
【００３７】
ステップＳ１０２にて、システム制御部１００はステップＳ１０１にて求めたＥｖ値とプログラム線図から目標となるＡｖ、Ｔｖ、△Ｇａｉｎを決定する。
【００３８】
ステップＳ１０３では、現在のＡｖ値からステップＳ１０２にて求めた目標Ａｖ値までの変化量がリミット値を越えてるかどうかをチェックし、リミット値を越えていればステップＳ１０４に進み、Ａｖリミッタ１１０はその変化量がリミット値となるような新たな目標Ａｖ値を設定し、ステップＳ１０９へ進む。また、ステップＳ１０３にてリミット値を越えていないと判断されると、そのまま目標Ａｖ値を変更せずにステップＳ１０９へ進む。
【００３９】
なお、リミット値は任意に設定することもできる。
【００４０】
ステップＳ１０９では、絞りドライバ１２０は、ステップＳ１０３又はステップＳ１０４で決定した目標Ａｖ値にあわせて絞りを制御し制御後の実効Ａｖ値を取得する。
【００４１】
ステップＳ１０５では、現在のＴｖ値からステップＳ１０２にて求めた目標Ｔｖ値までの変化量がリミット値を越えてるかどうかをチェックし、リミット値を越えていればステップＳ１０６に進み、Ｔｖリミッタ１１２はその変化量がリミット値となるような新たな目標Ｔｖ値を設定し、ステップＳ１１０へ進む。また、ステップＳ１０５にてリミット値を越えていないと判断されると、そのまま目標Ｔｖ値を変更せずにステップＳ１１０へ進む。
【００４２】
なお、リミット値は任意に設定することもできる。
【００４３】
ステップＳ１１０では、シャッタードライバ１１８は、ステップＳ１０５又はステップＳ１０６で決定した目標Ｔｖ値にあわせてシャッタースピードを制御し制御後の実効Ｔｖ値を取得する。
【００４４】
ステップＳ１０７では、現在の△Ｇａｉｎ値からステップＳ１０２にて求めた目標△Ｇａｉｎ値までの変化量がリミット値を越えてるかどうかをチェックし、リミット値を越えていればステップＳ１０８に進み、△Ｇａｉｎリミッタ１１２はその変化量がリミット値となるような新たな目標△Ｇａｉｎを設定し、ステップＳ１１１へ進む。また、ステップＳ１０５にてリミット値を越えていないと判断されると、そのまま目標△Ｇａｉｎ値を変更せずにステップＳ１１１へすすむ。なお、リミット値は任意に設定することもできる。
【００４５】
ステップＳ１１１では、Ｇａｉｎドライバ１１６は、ステップＳ１０７又はステップＳ１０８で決定した目標△Ｇａｉｎ値にあわせてＰＧＡゲインを制御し制御後の実効△Ｇａｉｎ値を取得する。
【００４６】
次にステップＳ１０９〜ステップＳ１１１で行われる、絞り、シャッタースピード、ＰＧＡゲインの制御の様子を図５に示す。
【００４７】
ＶＤは撮像素子の駆動信号の一つで、垂直同期信号を意味する。ＧＳＵＢは撮像素子で蓄積した電荷を捨てるための信号で、ＸＳＧは蓄積した電荷を読み出す信号である。すなわち、ＧＳＵＢ信号を停止した瞬間から、次のＸＳＧパルスまでの期間が露光時間でありシャッタースピードとなる。シャッタースピード制御は、ＧＳＵＢ信号の出力タイミングを制御することで実現している。図５に示したＶＤが区間Ａにおいて信号の出力タイミングの変更指示を出すと、次のＧＳＵＢ信号にその変更が反映される。また、ＰＧＡゲインはセンサーから読み出した画像データを増幅するものであるため、図５で示したＶＤが区間Ｂにおいて増幅量の変更指示を出す。そうすることで図示した露光期間で蓄積したデータの読み出しから、増幅を反映させることができる。上述したように、ＧＳＵＢ出力中は電荷を捨てており、言い換えれば露光していない期間である。この期間に同期して絞り制御を行うと、絞り駆動中に発生する輝度のちらつきを撮影しないようにすることができる。
【００４８】
ステップＳ１１２では、信号処理回路２０２は、ステップＳ１０９〜ステップＳ１１１にて得られた目標Ａｖ値、Ｔｖ値、△Ｇａｉｎ値に基づき、被写体輝度Ｙを算出する。
【００４９】
ステップＳ１１３では、信号処理回路２０２は、ステップＳ１１２にて算出された被写体輝度Ｙと、基準被写体輝度ＹＲｅｆとの偏差△Ｂｖ０を算出する。
【００５０】
ステップＳ１１４ではステップＳ１１３で算出された△Ｂｖ０が収束範囲内に入っているかどうかチェックする。収束範囲は任意の値に固定することも可能であるが、状況に応じて可変にすることもできる。絞り、シャッター、ＰＧＡゲインの特性にもよるが、例えばシャッターの場合、シャッタースピードが高速になるほど制御分解能が低下する現象が見られる。この場合、分解能の低下に応じて収束範囲を広げることが可能である。△Ｂｖ０が収束範囲内であった場合は、ステップＳ１１５にて一定時間待機し、ステップＳ１１２〜ステップＳ１１４の処理を繰り返す。
【００５１】
△Ｂｖ０が収束範囲内でなかった場合は、フィードバックゲイン回路１０６は、ステップＳ１１６にて△Ｂｖ０にフィードバックゲインをかけ△Ｂｖ１を算出する。
【００５２】
ステップＳ１１７にて、現在の実効Ａｖ値、Ｔｖ値、△Ｇａｉｎ値、と△Ｂｖ１からＥｖを算出し、ステップＳ１０２以降の処理を繰り返す。
【００５３】
以上のように本実施形態では、自動露出制御の際に、露出を制御するデバイスである絞り、シャッター、ＰＧＡゲインが、それぞれの特性を活かした制御が可能なようにそれぞれの変化量を制限することで、最適な露出制御が可能となる。
【００５４】
また、各実施形態の目的は、前述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体（または記録媒体）を、システムあるいは装置に供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成されることは言うまでもない。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。
【００５５】
また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、前述した実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼働しているオペレーティングシステム（ＯＳ）などが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。
【００５６】
さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張カードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張カードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。
【００５７】
本発明を上記記憶媒体に適用する場合、その記憶媒体には、先に説明したフローチャートに対応するプログラムコードが格納されることになる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】第１の実施形態における撮像装置のブロック図である。
【図２】システム制御部内の詳細なブロック図である。
【図３】第１の実施形態における、フィードバックＡＥ処理のフローチャートである。
【図４】プログラム線図を示す図である。
【図５】絞り、シャッタースピード、ＰＧＡゲインの制御タイミングの図である。
【図６】フィードバックＡＥの収束タイミングを示す図である。
【図７】画像データの輝度分布の様子を示す図である。
【図８】重み付けテーブルの様子を示す図である。
【図９】重み付け後の画像データ輝度分布の様子を示す図である。
【符号の説明】
【００５９】
１０ レンズ
１２ 絞り
１４ ＣＣＤ
１６ 相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ回路）
１８ ＰＧＡ回路
２０ Ａ／Ｄ変換回路
２２ タイミングジェネレーター（ＴＧ）
２４ 絞り駆動回路
２６ 記録媒体
２８ 記録媒体Ｉ／Ｆ
３０ Ｄ／Ａ変換回路
３２ 画像表示装置
３４ 操作部
１００ システム制御部
１０２ Ｌｏｇ圧縮回路
１０４ Ｌｏｇ圧縮回路
１０６ フィードバックゲイン回路
１０８ プログラム線図
１１０ Ａｖリミッタ
１１２ Ｔｖリミッタ
１１４ △Ｇａｉｎリミッタ
１１６ Ｇａｉｎドライバ
１１８ シャッタードライバ
１２０ 絞りドライバ
２００ Ｙ分離回路
２０２ 信号処理回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置で撮影した画像の露出を適正にするための方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ビデオカメラや、デジタルスチルカメラ、カメラ付携帯電話などでは、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサーなどの撮像素子で光電変換された画像信号データを画像処理し、電子ビューファインダー（これよりＥＶＦという）などの表示装置へ表示したり、フラッシュメモリや磁気テープなどの記憶媒体へ記録している。このとき、撮影画像の露出を適正にするために自動露出制御（これよりＡＥ制御という）を行っている。ＡＥ制御は、撮像素子への露光量を決定する絞り、撮像素子への露光時間を決定するシャッター、撮像素子から読み出したデータを増幅するＰＧＡのゲインを制御し、画像データの輝度レベルが適正になるように働いている。特に動画撮影時は、被写体の輝度変化に対し、徐々に輝度レベルが適正値に収束するように時定数を持って制御している（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００３−１５３０７３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記に示した特許文献１における発明では、被写体輝度の変化によって時定数を変更することで、輝度レベルが適正値に収束するように制御しているが、例えば、撮像素子から読み出した画像データレベルを増幅するＰＧＡでの増幅量を大きく変化させた場合は、増幅器の特性によっては画像データにノイズが発生する現象が起きてしまったり、また、絞りの変化量を大きく変化させた場合は、ゲインの増幅量を大きく変化させた時と同様に、画像データにノイズが発生するという現象に加え、絞り自体の駆動音が大きくなり、動画撮影中にその駆動音が記録されてしまったりと、被写体輝度の変化によって時定数を変化させるという方法ではデバイスの特性を活かした制御が行えないことがあった。そこで、本発明ではビデオカメラや、デジタルスチルカメラ、カメラ付携帯電話といった映像記録機器において、露出を制御するデバイスごとに変化量を設定し、それぞれのデバイスの特性に合った制御を行うことで、撮影画像の画質の低下を防ぐことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決し目的を達成するために本発明の画像処理装置は、撮像画面に結像される入射光を光電変換する撮像手段と、前記撮像手段から読み出したデータから輝度情報を抽出する輝度情報抽出手段と、前記輝度情報と予め設定された目標値との一度の比較結果に応じて露出値を設定して露出値の調節を行う露出調節手段を有し、前記露出調節手段は、一度の比較結果に応じて設定する制御値を、前記露出調節手段を構成するデバイスの制御範囲の最大値よりも小さな所定値以下に制限することを特徴とする撮像装置。
【０００５】
上記課題を解決し目的を達成するために本発明の画像処理装置は、撮像画面に結像される入射光を光電変換する撮像手段と、第１の露出制御手段と、前記第１の露出制御手段とは異なるデバイスにて構成されている第２の露出制御手段とを備え、前記第１および第２の露出制御手段を駆動して露出を調節する露出調節手段と、前記撮像手段から読み出したデータから輝度情報を抽出する輝度情報抽出手段と、前記露出調節手段は、前記輝度情報と予め設定された目標値との一度の比較結果に応じて設定する前記第１および第２の露出制御手段各々の制御値を、前記第１および第２の制御手段各々を構成するデバイスの駆動範囲の最大値よりも小さな所定値に制限することを特徴とする撮像装置。
【０００６】
上記課題を解決し目的を達成するために本発明の画像処理装置の撮像方法は、撮像画面に結像される入射光を光電変換する撮像行程と、前記撮像行程から読み出したデータから輝度情報を抽出する輝度情報抽出行程と、前記輝度情報と予め設定された目標値との一度の比較結果に応じて露出値を設定して露出値の調節を行う露出調節行程を有し、前記露出調節行程は、一度の比較結果に応じて設定する制御値を、前記露出調節行程を構成するデバイスの制御範囲の最大値よりも小さな所定値以下に制限することを特徴とする撮像装置の制御方法。
【０００７】
上記課題を解決し目的を達成するために本発明の画像処理装置の撮像方法は、撮像画面に結像される入射光を光電変換する撮像行程と、第１の露出制御行程と、前記第１の露出制御行程とは異なるデバイスにて構成されている第２の露出制御行程とを備え、前記第１および第２の露出制御行程を駆動して露出を調節する露出調節行程と、前記撮像行程から読み出したデータから輝度情報を抽出する輝度情報抽出行程と、前記露出調節行程は、前記輝度情報と予め設定された目標値との一度の比較結果に応じて設定する前記第１および第２の露出制御行程各々の制御値を、前記第１および第２の制御行程各々を構成するデバイスの駆動範囲の最大値よりも小さな所定値に制限することを特徴とする撮像装置の制御方法。
【発明の効果】
【０００８】
露出を制御するデバイスごとに変化量を設定できるため、それぞれのデバイスの特性に合った制御を行うことが可能となる。これにより、撮影画像の画質の低下を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１０】
（第１の実施形態）
本実施形態における撮像装置の構成を図１に示す。
【００１１】
１０は外光を集光するレンズである。なお、本図においては、レンズは１枚として表現しているが、複数枚のレンズから構成されたレンズユニットを搭載することも可能である。また、レンズ位置を光軸に沿って前後に動かすことで焦点を調節したり、画角を調節することも可能である。１００は本撮像装置の各種回路を制御するためのシステム制御部、１２はレンズ１０を通過した光の光量を調節する絞り、２４はシステム制御部１００から伝えられる絞り制御情報を基に絞りを駆動する絞り駆動回路である。なお、システム制御部１００から絞り駆動回路２４への制御情報伝達は、シリアル通信やパルス信号などがあり、絞り駆動回路２４の仕様に合わせて適した手段をとる。システム制御部１００は絞り１２と絞り駆動回路２４を用い、被写体輝度が高い場合は絞りを絞って光量を落とすように制御し、被写体輝度が低い場合は絞りを開放にして光を多く取り込むように制御することが可能である。１４は光電変換機能を有する固体撮像素子であるＣＣＤである。なお、固体撮像素子はＣＣＤに限られるものではなく、ＣＭＯＳなどの光電変換機能を有する撮像素子であれば構わない。２２はシステム制御部１００からの情報を基にＣＣＤを制御するタイミングジェネレーター（これよりＴＧという）である。なお、ＴＧ２２は、撮像素子１４の露光時間を制御しており、任意のタイミングで、撮像素子１４がチャージした電荷を開放するように、ＴＧ２２から撮像素子１４へ駆動信号を出すことでこれを可能としている。
【００１２】
１６は相関二重サンプリング方式により画像データのノイズ成分を除去する相関二重サンプリング回路（これよりＣＤＳ回路という）、１８は画像データの信号レベルを増幅するＰＧＡ回路である。通常、撮像素子１４の露出を適正にするには、絞り１２で撮像素子１４への露光量を適切に設定すると共に、ＴＧ２２により撮像素子１４の露光時間を適切に設定することで実現されるが、ＰＧＡ１８で画像データの信号を増幅することで、擬似的に画像データの露出を変える役割を担うことができる。例えば被写体輝度が極端に低い場合、絞り１２を開放にして露光量が最大になるようにし、撮像素子１４の露光時間を可能な限り延ばすことで、より多くの光を受光するように制御する。しかし、絞り１２はある一定以上は開放にできないといったメカ構造上の制約があり、また、撮像素子１４の露光時間を延ばしていくと、画像データの更新周期が長くなるといった実用上の限界がある。この場合、画像データの信号レベルが低くなり、露出不足として暗い画像が撮影されてしまう。この現象を改善する方法として、ＰＧＡ回路１８にて画像データの信号レベルを増幅し、画像の露出が適正になるように制御する。
【００１３】
２０は画像データをアナログ信号からデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路である。なお、本実施形態の構成図ではＣＤＳ回路１６、ＰＧＡ回路１８、Ａ／Ｄ変換回路２０をそれぞれ、別の回路として表現しているが、これらの機能を一つのＩＣパッケージに搭載したものを採用することも可能である。
【００１４】
２００は、画像データから輝度情報Ｙを抽出するＹ分離回路、２０２はＹ分離回路２００を含む、様々な画像処理回路から構成される信号処理回路である。なお、撮像素子１４には素子前面にＲｅｄ／Ｇｒｅｅｎ／Ｂｌｕｅや、Ｙｅｌｌｏｗ／Ｍａｇｅｎｔａ／Ｃｙａｎといったカラーフィルタが貼られており、それぞれの画素毎が各色でフィルタリングされており、これらの各画素データから色情報を排除して、輝度情報Ｙのみを抽出する作業をＹ分離回路２００で行う。なお、Ｙ分離回路２００では輝度情報を抽出する際、画面内を複数のエリアに分割し、それぞれのエリアごとに輝度情報を抽出することができる。
【００１５】
ここで、図を用いて輝度情報の抽出の様子を説明する。図７は画像データ輝度分布を示しており、画面全体を縦横１０エリアに計１００エリアに分割し、背景が暗く人物が明るい被写体を撮影した場合の輝度分布を示している。背後の輝度レベルが低く、人物の輝度レベルが高い様子がわかる。
【００１６】
図８は重み付けテーブルを示しており、図７の人物の輝度分布に対し、画面中心に重みを置いた重み付けテーブルを掛け合わせると、人物の顔付近のエリアにより重点を置いたものになることが分かる。
【００１７】
図９は重み付け後の画像データ輝度分布を示しており、図８の重み付け後の輝度分布を画面全体で平均し、被写体輝度Ｙを算出する。
【００１８】
なお、図７〜図９においては、画面全体を１０×１０＝１００のエリアに分割した場合を示したが、分割エリア、分割数はこの限りではなく、任意に選択することが可能である。
【００１９】
２６は信号処理回路２０２で画像処理が施された画像データを記録するための、不揮発性メモリや磁気テープといった記録媒体である。２８は信号処理回路２０２と記録媒体２６との接続を仲介する記録媒体Ｉ／Ｆである。なお、記録媒体２６は記録媒体Ｉ／Ｆを介して着脱可能な形態にすることも可能である。
【００２０】
３０は信号処理回路２０２にて画像処理が施されたデジタルの画像データをアナログデータに変換するＤ／Ａ変換回路である。３２はＤ／Ａ変換回路３０にてアナログデータに変換された画像データを表示するための、ＥＶＦなどの画像表示装置である。なお、本実施形態では画像表示装置３２に画像を表示しているが、ビデオ出力端子を搭載し、テレビなどの外部モニターとケーブル接続することで、画像を出力することも可能である。
【００２１】
３４は電源ＯＮ／ＯＦＦスイッチ、撮影開始／終了スイッチ、測光モード選択スイッチ、撮影モード選択スイッチ、再生モード選択スイッチなどの部材からなる操作部である。
【００２２】
図２は、図１に示したシステム上で、ＡＥ制御を実現するためのシステム制御部１００内の詳細なブロック図である。これより図２についての説明を行う。
【００２３】
同図において、Ｙ分離ブロック２００で画像データから輝度情報Ｙが抽出され、その輝度情報がシステム制御部１００に入力される。１０２は基準輝度情報ＹＲｅｆをＬｏｇ圧縮するＬｏｇ圧縮回路、１０４は輝度情報ＹをＬｏｇ圧縮するＬｏｇ圧縮回路である。そして、Ｌｏｇ圧縮回路１０２で圧縮したＹＲｅｆとＬｏｇ圧縮回路１０４で圧縮したＹとを比較し、基準輝度との偏差△Ｂｖ０を求める。
【００２４】
なお、本発明において、上記の基準輝度とはＣＣＤ特性を加味して予め決められた値であり、撮像条件等により変わるものではない。
ＡＥ制御では、基準輝度との偏差△Ｂｖ０が時定数を持って徐々にゼロに近づいていくように、フィードバックゲイン回路１０６にてフィードバックゲインをかけて△Ｂｖ１を求める。
【００２５】
なお、この時に参照される時定数は、△Ｂｖ０の値と各デバイスの特性に基づき決定される。
【００２６】
図２は単純な比例制御のブロックであり、その場合フィードバックゲインは１より小さい値に設定するのが一般的である。偏差を積分していき、その値を含めた偏差をゼロにするように作用する積分制御や、前回と今回の偏差の変化量に応じてフィードバックゲインを変化させる微分制御などをフィードバック系に組み込むことも可能である。
【００２７】
△Ｂｖ１と、現在の露出制御値である実効絞り値（これよりＡｖ値という）、実効シャッタースピード値（これよりＴｖ値という）、実効感度値（これより△Ｇａｉｎ値という）から、露出値Ｅｖを算出する。１０８は横軸にＴｖ、縦軸にＡｖと△Ｇａｉｎ、斜め軸にＥｖをとり、太線との交点からそれぞれの値を求めることができるプログラム線図を参照する回路であり、算出した露出値Ｅｖとプログラム線図１０８から、目標Ａｖ、目標Ｔｖ、目標△Ｇａｉｎの組み合わせを求める。
【００２８】
図４にプログラム線図１０８の一例を示す。例えばＥｖ＝１３の場合、Ｅｖ＝１３と太線の交わる点Ａｖ＝６、Ｔｖ＝７、△Ｇａｉｎ＝０の値をとる。また例えばＥｖ＝５の場合、Ｅｖ＝５と太線の交わる点Ａｖ＝２、Ｔｖ＝５、△Ｇａｉｎ＝２の値をとる。
【００２９】
１１６はプログラム線図１０８により求められた△Ｇａｉｎ値を基にＰＧＡゲインを制御するＧａｉｎドライバ、１１８はプログラム線図１０８により求められたＴｖ値を基にシャッタースピードを制御するシャッタードライバ、１２０はプログラム線図１０８により求められた目標Ａｖ値を基に絞りを制御する絞りドライバであり、制御された目標△Ｇａｉｎ値、Ｔｖ値、Ａｖ値に基づいて再び輝度情報Ｙを取得し、基準輝度との偏差を０に近づけていくようにループを形成するのがＡＥ制御である。
【００３０】
図６は輝度値が収束していく様子を示す図である。
【００３１】
図６においては、時間が経つにつれて、基準輝度Ｙｒｅｆとの偏差△Ｂｖが小さくなり、ＹＲｅｆに近づいていく様子が分かる。
【００３２】
通常、フィードバック制御では任意のフィードバックゲイン１０６を用い、そのフィードバックゲインに従い収束していく。この方式の場合、△Ｂｖ１を決定する段階では、絞り、シャッタースピード、ＰＧＡゲインの変化量は特に規定しておらず、△Ｂｖ１が大きな値になった場合、絞り、シャッタースピード、ＰＧＡゲインもそれに応じて大きくその状態を変化させることになってしまう。例えばＰＧＡゲインの場合、その増幅量を急激に大きく変化させた場合、ＰＧＡのハード的特性によっては画像にノイズが発生してしまう場合がある。これは画質を低下させるものであるため、ノイズが発生しないように制御する必要がある。そこで、本発明では、露出を決定する基となる各デバイスの特性を発揮することができる制御量の限界値である制御リミット値を設定することで、各デバイスの特性を活かしつつ適正露出に収束させている。
【００３３】
つまり、本発明においての制御量の限界値とはデバイス自体の制御量の限界値ではなく、あくまでデバイスが特性を発揮できる制御量の限界値、つまりデバイスを制御することで画質の低下等を引き起こさない範囲内の制御量のことを意味している。
【００３４】
１１０は絞り制御量を制限するＡｖリミッタ、１１２はシャッタースピード制御量を制限するＴｖリミッタ、１１４は前回からの△Ｇａｉｎの変化量にリミット値を設定し、ＰＧＡゲインの変化量を少なくすることでノイズの発生を抑える△Ｇａｉｎリミッタである。もちろんリミットしない設定も可能である。
【００３５】
次に、本実施形態におけるフィードバックＡＥの動作について、図３に示すフローチャート図を用いて説明を行う。
【００３６】
ステップＳ１０１でフィードバックＡＥを開始して、初期Ｅｖを決定する。
【００３７】
ステップＳ１０２にて、システム制御部１００はステップＳ１０１にて求めたＥｖ値とプログラム線図から目標となるＡｖ、Ｔｖ、△Ｇａｉｎを決定する。
【００３８】
ステップＳ１０３では、現在のＡｖ値からステップＳ１０２にて求めた目標Ａｖ値までの変化量がリミット値を越えてるかどうかをチェックし、リミット値を越えていればステップＳ１０４に進み、Ａｖリミッタ１１０はその変化量がリミット値となるような新たな目標Ａｖ値を設定し、ステップＳ１０９へ進む。また、ステップＳ１０３にてリミット値を越えていないと判断されると、そのまま目標Ａｖ値を変更せずにステップＳ１０９へ進む。
【００３９】
なお、リミット値は任意に設定することもできる。
【００４０】
ステップＳ１０９では、絞りドライバ１２０は、ステップＳ１０３又はステップＳ１０４で決定した目標Ａｖ値にあわせて絞りを制御し制御後の実効Ａｖ値を取得する。
【００４１】
ステップＳ１０５では、現在のＴｖ値からステップＳ１０２にて求めた目標Ｔｖ値までの変化量がリミット値を越えてるかどうかをチェックし、リミット値を越えていればステップＳ１０６に進み、Ｔｖリミッタ１１２はその変化量がリミット値となるような新たな目標Ｔｖ値を設定し、ステップＳ１１０へ進む。また、ステップＳ１０５にてリミット値を越えていないと判断されると、そのまま目標Ｔｖ値を変更せずにステップＳ１１０へ進む。
【００４２】
なお、リミット値は任意に設定することもできる。
【００４３】
ステップＳ１１０では、シャッタードライバ１１８は、ステップＳ１０５又はステップＳ１０６で決定した目標Ｔｖ値にあわせてシャッタースピードを制御し制御後の実効Ｔｖ値を取得する。
【００４４】
ステップＳ１０７では、現在の△Ｇａｉｎ値からステップＳ１０２にて求めた目標△Ｇａｉｎ値までの変化量がリミット値を越えてるかどうかをチェックし、リミット値を越えていればステップＳ１０８に進み、△Ｇａｉｎリミッタ１１２はその変化量がリミット値となるような新たな目標△Ｇａｉｎを設定し、ステップＳ１１１へ進む。また、ステップＳ１０５にてリミット値を越えていないと判断されると、そのまま目標△Ｇａｉｎ値を変更せずにステップＳ１１１へすすむ。なお、リミット値は任意に設定することもできる。
【００４５】
ステップＳ１１１では、Ｇａｉｎドライバ１１６は、ステップＳ１０７又はステップＳ１０８で決定した目標△Ｇａｉｎ値にあわせてＰＧＡゲインを制御し制御後の実効△Ｇａｉｎ値を取得する。
【００４６】
次にステップＳ１０９〜ステップＳ１１１で行われる、絞り、シャッタースピード、ＰＧＡゲインの制御の様子を図５に示す。
【００４７】
ＶＤは撮像素子の駆動信号の一つで、垂直同期信号を意味する。ＧＳＵＢは撮像素子で蓄積した電荷を捨てるための信号で、ＸＳＧは蓄積した電荷を読み出す信号である。すなわち、ＧＳＵＢ信号を停止した瞬間から、次のＸＳＧパルスまでの期間が露光時間でありシャッタースピードとなる。シャッタースピード制御は、ＧＳＵＢ信号の出力タイミングを制御することで実現している。図５に示したＶＤが区間Ａにおいて信号の出力タイミングの変更指示を出すと、次のＧＳＵＢ信号にその変更が反映される。また、ＰＧＡゲインはセンサーから読み出した画像データを増幅するものであるため、図５で示したＶＤが区間Ｂにおいて増幅量の変更指示を出す。そうすることで図示した露光期間で蓄積したデータの読み出しから、増幅を反映させることができる。上述したように、ＧＳＵＢ出力中は電荷を捨てており、言い換えれば露光していない期間である。この期間に同期して絞り制御を行うと、絞り駆動中に発生する輝度のちらつきを撮影しないようにすることができる。
【００４８】
ステップＳ１１２では、信号処理回路２０２は、ステップＳ１０９〜ステップＳ１１１にて得られた目標Ａｖ値、Ｔｖ値、△Ｇａｉｎ値に基づき、被写体輝度Ｙを算出する。
【００４９】
ステップＳ１１３では、信号処理回路２０２は、ステップＳ１１２にて算出された被写体輝度Ｙと、基準被写体輝度ＹＲｅｆとの偏差△Ｂｖ０を算出する。
【００５０】
ステップＳ１１４ではステップＳ１１３で算出された△Ｂｖ０が収束範囲内に入っているかどうかチェックする。収束範囲は任意の値に固定することも可能であるが、状況に応じて可変にすることもできる。絞り、シャッター、ＰＧＡゲインの特性にもよるが、例えばシャッターの場合、シャッタースピードが高速になるほど制御分解能が低下する現象が見られる。この場合、分解能の低下に応じて収束範囲を広げることが可能である。△Ｂｖ０が収束範囲内であった場合は、ステップＳ１１５にて一定時間待機し、ステップＳ１１２〜ステップＳ１１４の処理を繰り返す。
【００５１】
△Ｂｖ０が収束範囲内でなかった場合は、フィードバックゲイン回路１０６は、ステップＳ１１６にて△Ｂｖ０にフィードバックゲインをかけ△Ｂｖ１を算出する。
【００５２】
ステップＳ１１７にて、現在の実効Ａｖ値、Ｔｖ値、△Ｇａｉｎ値、と△Ｂｖ１からＥｖを算出し、ステップＳ１０２以降の処理を繰り返す。
【００５３】
以上のように本実施形態では、自動露出制御の際に、露出を制御するデバイスである絞り、シャッター、ＰＧＡゲインが、それぞれの特性を活かした制御が可能なようにそれぞれの変化量を制限することで、最適な露出制御が可能となる。
【００５４】
また、各実施形態の目的は、前述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体（または記録媒体）を、システムあるいは装置に供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成されることは言うまでもない。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。
【００５５】
また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、前述した実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼働しているオペレーティングシステム（ＯＳ）などが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。
【００５６】
さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張カードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張カードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。
【００５７】
本発明を上記記憶媒体に適用する場合、その記憶媒体には、先に説明したフローチャートに対応するプログラムコードが格納されることになる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】第１の実施形態における撮像装置のブロック図である。
【図２】システム制御部内の詳細なブロック図である。
【図３】第１の実施形態における、フィードバックＡＥ処理のフローチャートである。
【図４】プログラム線図を示す図である。
【図５】絞り、シャッタースピード、ＰＧＡゲインの制御タイミングの図である。
【図６】フィードバックＡＥの収束タイミングを示す図である。
【図７】画像データの輝度分布の様子を示す図である。
【図８】重み付けテーブルの様子を示す図である。
【図９】重み付け後の画像データ輝度分布の様子を示す図である。
【符号の説明】
【００５９】
１０ レンズ
１２ 絞り
１４ ＣＣＤ
１６ 相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ回路）
１８ ＰＧＡ回路
２０ Ａ／Ｄ変換回路
２２ タイミングジェネレーター（ＴＧ）
２４ 絞り駆動回路
２６ 記録媒体
２８ 記録媒体Ｉ／Ｆ
３０ Ｄ／Ａ変換回路
３２ 画像表示装置
３４ 操作部
１００ システム制御部
１０２ Ｌｏｇ圧縮回路
１０４ Ｌｏｇ圧縮回路
１０６ フィードバックゲイン回路
１０８ プログラム線図
１１０ Ａｖリミッタ
１１２ Ｔｖリミッタ
１１４ △Ｇａｉｎリミッタ
１１６ Ｇａｉｎドライバ
１１８ シャッタードライバ
１２０ 絞りドライバ
２００ Ｙ分離回路
２０２ 信号処理回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像画面に結像される入射光を光電変換する撮像手段と、
前記撮像手段から読み出したデータから輝度情報を抽出する輝度情報抽出手段と、
前記輝度情報と予め設定された目標値との一度の比較結果に応じて露出値を設定して露出値の調節を行う露出調節手段を有し、
前記露出調節手段は、一度の比較結果に応じて設定する制御値を、前記露出調節手段を構成するデバイスの制御範囲の最大値よりも小さな所定値以下に制限することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記露出調節手段は、前記輝度情報と予め設定された目標値との比較結果が前記所定値よりも大きい場合は、前記露出調節手段の制御値を前記所定値以下として前記デバイスを動作させてから、再度得られた輝度情報と前記予め設定された目標値との比較結果に応じて制御値を再設定することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記露出調節手段は、前記撮像手段への入射光量を制御する入射光量制御手段と、
前記撮像手段への露光時間を制御する露光時間制御手段と、
前記撮像手段から読み出したデータを増幅する増幅制御手段のいずれかであることを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記制御値は、前記入射光量制御手段による入射光量変化量、あるいは前記露光時間制御手段による露光時間変化量、あるいは前記増幅手段による増幅変化量のうち少なくとも一つ以上を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項５】
前記露出調節手段は制御値を任意に設定できることを特徴とする請求項１から４いずれかに記載の撮像装置。
【請求項６】
前記露出調節手段は比較結果が予め設定された収束範囲以内であれば制御値を設定しないことを特徴とする請求項１から５いずれかに記載の撮像装置。
【請求項７】
撮像画面に結像される入射光を光電変換する撮像手段と、
第１の露出制御手段と、
前記第１の露出制御手段とは異なるデバイスにて構成されている第２の露出制御手段とを備え、
前記第１および第２の露出制御手段を駆動して露出を調節する露出調節手段と、
前記撮像手段から読み出したデータから輝度情報を抽出する輝度情報抽出手段と、
前記露出調節手段は、前記輝度情報と予め設定された目標値との一度の比較結果に応じて設定する前記第１および第２の露出制御手段各々の制御値を、前記第１および第２の制御手段各々を構成するデバイスの駆動範囲の最大値よりも小さな所定値に制限することを特徴とする撮像装置。
【請求項８】
前記露出調節手段は、前記輝度情報と予め設定された目標値との比較結果によって設定されるべき前記第１の露出制御手段の制御値が前記所定値よりも大きい場合は、前記第１の露出制御手段の制御値を前記所定値以下として前記第１の露出制御手段を動作させてから、再度得られた輝度情報と前記予め設定された目標値との比較結果に応じて前記第１１の露出制御手段の制御値を再設定することを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記露出調節手段は、前記輝度情報と予め設定された目標値との比較結果によって設定されるべき前記第２の露出制御手段の制御値が前記所定値よりも大きい場合は、前記第２の露出制御手段の制御値を前記所定値以下として前記第２の露出制御手段を動作させてから、再度得られた輝度情報と前記予め設定された目標値との比較結果に応じて前記第２の露出制御手段の制御値を再設定することを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記第１および第２の露出調節手段は、前記撮像手段への入射光量を制御する入射光量制御手段と、前記撮像手段への露光時間を制御する露光時間制御手段と、前記撮像手段から読み出したデータを増幅する増幅制御手段のいずれかであることを特徴とする請求項７から９いずれかに記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記制御値は前記入射光量制御手段による入射光量変化量、あるいは前記露光時間制御手段による露光時間変化量、あるいは前記増幅手段による増幅変化量のうち少なくとも一つ以上を含むことを特徴とする請求項７から１０いずれかに記載の撮像装置。
【請求項１２】
少なくとも前記第１および第２の露出制御手段のいずれかの制御値を任意に設定できることを特徴とする請求項７から１１のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項１３】
前記第１および第２の露出調節手段は、比較結果が予め設定された収束範囲以内であれば制御値を設定しないことを特徴とする請求項７から１２いずれかに記載の撮像装置。
【請求項１４】
撮像画面に結像される入射光を光電変換する撮像行程と、
前記撮像行程から読み出したデータから輝度情報を抽出する輝度情報抽出行程と、
前記輝度情報と予め設定された目標値との一度の比較結果に応じて露出値を設定して露出値の調節を行う露出調節行程を有し、
前記露出調節行程は、一度の比較結果に応じて設定する制御値を、前記露出調節行程を構成するデバイスの制御範囲の最大値よりも小さな所定値以下に制限することを特徴とする撮像装置の制御方法。
【請求項１５】
撮像画面に結像される入射光を光電変換する撮像行程と、
第１の露出制御行程と、
前記第１の露出制御行程とは異なるデバイスにて構成されている第２の露出制御行程とを備え、
前記第１および第２の露出制御行程を駆動して露出を調節する露出調節行程と、
前記撮像行程から読み出したデータから輝度情報を抽出する輝度情報抽出行程と、
前記露出調節行程は、前記輝度情報と予め設定された目標値との一度の比較結果に応じて設定する前記第１および第２の露出制御行程各々の制御値を、前記第１および第２の制御行程各々を構成するデバイスの駆動範囲の最大値よりも小さな所定値に制限することを特徴とする撮像装置の制御方法。
【請求項１６】
請求項１４または１５に記載の撮像装置の制御方法の処理ステップをコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項１７】
請求項１６に記載のコンピュータが実行可能なプログラムを格納したコンピュータが読み取り可能な記憶媒体。
【請求項１】
撮像画面に結像される入射光を光電変換する撮像手段と、
前記撮像手段から読み出したデータから輝度情報を抽出する輝度情報抽出手段と、
前記輝度情報と予め設定された目標値との一度の比較結果に応じて露出値を設定して露出値の調節を行う露出調節手段を有し、
前記露出調節手段は、一度の比較結果に応じて設定する制御値を、前記露出調節手段を構成するデバイスの制御範囲の最大値よりも小さな所定値以下に制限することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記露出調節手段は、前記輝度情報と予め設定された目標値との比較結果が前記所定値よりも大きい場合は、前記露出調節手段の制御値を前記所定値以下として前記デバイスを動作させてから、再度得られた輝度情報と前記予め設定された目標値との比較結果に応じて制御値を再設定することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記露出調節手段は、前記撮像手段への入射光量を制御する入射光量制御手段と、
前記撮像手段への露光時間を制御する露光時間制御手段と、
前記撮像手段から読み出したデータを増幅する増幅制御手段のいずれかであることを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記制御値は、前記入射光量制御手段による入射光量変化量、あるいは前記露光時間制御手段による露光時間変化量、あるいは前記増幅手段による増幅変化量のうち少なくとも一つ以上を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項５】
前記露出調節手段は制御値を任意に設定できることを特徴とする請求項１から４いずれかに記載の撮像装置。
【請求項６】
前記露出調節手段は比較結果が予め設定された収束範囲以内であれば制御値を設定しないことを特徴とする請求項１から５いずれかに記載の撮像装置。
【請求項７】
撮像画面に結像される入射光を光電変換する撮像手段と、
第１の露出制御手段と、
前記第１の露出制御手段とは異なるデバイスにて構成されている第２の露出制御手段とを備え、
前記第１および第２の露出制御手段を駆動して露出を調節する露出調節手段と、
前記撮像手段から読み出したデータから輝度情報を抽出する輝度情報抽出手段と、
前記露出調節手段は、前記輝度情報と予め設定された目標値との一度の比較結果に応じて設定する前記第１および第２の露出制御手段各々の制御値を、前記第１および第２の制御手段各々を構成するデバイスの駆動範囲の最大値よりも小さな所定値に制限することを特徴とする撮像装置。
【請求項８】
前記露出調節手段は、前記輝度情報と予め設定された目標値との比較結果によって設定されるべき前記第１の露出制御手段の制御値が前記所定値よりも大きい場合は、前記第１の露出制御手段の制御値を前記所定値以下として前記第１の露出制御手段を動作させてから、再度得られた輝度情報と前記予め設定された目標値との比較結果に応じて前記第１１の露出制御手段の制御値を再設定することを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記露出調節手段は、前記輝度情報と予め設定された目標値との比較結果によって設定されるべき前記第２の露出制御手段の制御値が前記所定値よりも大きい場合は、前記第２の露出制御手段の制御値を前記所定値以下として前記第２の露出制御手段を動作させてから、再度得られた輝度情報と前記予め設定された目標値との比較結果に応じて前記第２の露出制御手段の制御値を再設定することを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記第１および第２の露出調節手段は、前記撮像手段への入射光量を制御する入射光量制御手段と、前記撮像手段への露光時間を制御する露光時間制御手段と、前記撮像手段から読み出したデータを増幅する増幅制御手段のいずれかであることを特徴とする請求項７から９いずれかに記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記制御値は前記入射光量制御手段による入射光量変化量、あるいは前記露光時間制御手段による露光時間変化量、あるいは前記増幅手段による増幅変化量のうち少なくとも一つ以上を含むことを特徴とする請求項７から１０いずれかに記載の撮像装置。
【請求項１２】
少なくとも前記第１および第２の露出制御手段のいずれかの制御値を任意に設定できることを特徴とする請求項７から１１のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項１３】
前記第１および第２の露出調節手段は、比較結果が予め設定された収束範囲以内であれば制御値を設定しないことを特徴とする請求項７から１２いずれかに記載の撮像装置。
【請求項１４】
撮像画面に結像される入射光を光電変換する撮像行程と、
前記撮像行程から読み出したデータから輝度情報を抽出する輝度情報抽出行程と、
前記輝度情報と予め設定された目標値との一度の比較結果に応じて露出値を設定して露出値の調節を行う露出調節行程を有し、
前記露出調節行程は、一度の比較結果に応じて設定する制御値を、前記露出調節行程を構成するデバイスの制御範囲の最大値よりも小さな所定値以下に制限することを特徴とする撮像装置の制御方法。
【請求項１５】
撮像画面に結像される入射光を光電変換する撮像行程と、
第１の露出制御行程と、
前記第１の露出制御行程とは異なるデバイスにて構成されている第２の露出制御行程とを備え、
前記第１および第２の露出制御行程を駆動して露出を調節する露出調節行程と、
前記撮像行程から読み出したデータから輝度情報を抽出する輝度情報抽出行程と、
前記露出調節行程は、前記輝度情報と予め設定された目標値との一度の比較結果に応じて設定する前記第１および第２の露出制御行程各々の制御値を、前記第１および第２の制御行程各々を構成するデバイスの駆動範囲の最大値よりも小さな所定値に制限することを特徴とする撮像装置の制御方法。
【請求項１６】
請求項１４または１５に記載の撮像装置の制御方法の処理ステップをコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項１７】
請求項１６に記載のコンピュータが実行可能なプログラムを格納したコンピュータが読み取り可能な記憶媒体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００６−１６６３４１（Ｐ２００６−１６６３４１Ａ）
【公開日】平成１８年６月２２日（２００６．６．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３５８３５９（Ｐ２００４−３５８３５９）
【出願日】平成１６年１２月１０日（２００４．１２．１０）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月２２日（２００６．６．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１２月１０日（２００４．１２．１０）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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