(57)【要約】【課題】電子シャッターを備えた電子カメラ等により対象を撮像しその画像を取得する際に、きめ細かに感光制御を行いつつ、適正な輝度が維持された画像を取得できる感光制御装置を得る【解決手段】設定分解能の制約によりステップ単位で感光時間が設定される電子シャッターを用いて撮像した２次元画像の１画面分のビデオ信号の平均レベルを求め、これをあらかじめ設定された輝度の基準レベルと比較してその偏差を算出する。そして、次回電子シャッターに設定する感光時間を導出するにあたって、今回の感光時間からこの偏差がより少なくなるように追い込んで求めた次回の感光時間を、設定分解能のステップ単位に丸め込んで電子シャッターに設定するとともに、丸め込まれた設定分解能未満の感光時間分についてはこれを補正するためのビデオゲインを算出し、取得した画像のビデオ信号に対してこのビデオゲインを適用して補正する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のステップ単位で設定される感光時間に基づき電子シャッターを動作させて２次元の画像を取得する撮像手段と、
設定されるビデオゲインに基づき撮像手段からのビデオ信号のレベルを制御するレベル制御手段と、
取得した前記２次元の画像１画面分のレベル制御後のビデオ信号の平均レベルを算出するとともに、この平均レベルとあらかじめ設定された基準レベルとの偏差を得るレベル偏差算出手段と、
前記偏差に基づいて前記電子シャッターに適用する次回の感光時間の算出値を求めこれを前記所定のステップ単位に丸め込み後、感光時間の設定値として前記電子シャッターに設定するとともに、これら求めた次回の感光時間の算出値と感光時間の設定値との比に基づき前記レベル制御手段に適用する次回のビデオゲインを算出し、前記レベル制御手段に設定する制御値設定手段とを有することを特徴とする感光制御装置。
【請求項２】
前記制御値設定手段において求める次回の感光時間の算出値は、前記電子シャッターに今回設定した前記丸め込み後の感光時間の設定値から、前記偏差算出手段からの偏差に制御利得としての定数を乗じた値に相当する比率分の時間を減じて算出することを特徴とする請求項１に記載の感光制御装置
【請求項３】
前記レベル偏差算出手段においてビデオ信号の平均レベルを算出する際は、前記取得した２次元の画像１画面分の中に存在する撮像対象目標を含むこの画面内の所定の領域を対象にして算出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の感光制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、感光制御装置に係り、特に、電子シャッターを用いて対象を撮像する際に、良好な輝度レベルの画像を維持できるよう制御する感光制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電子カメラ等においては、撮像素子として、例えば画素が２次元に配列されたＣＣＤ等の電荷蓄積型の素子を用い、また、シャッターとして、その電荷蓄積時間、すなわち感光時間を電子的に制御可能な電子シャッターを用いて、取得した画像として撮像素子から出力されるビデオ信号のレベルが所定の範囲に安定化するように電子シャッターの感光時間を制御する手法がある。
【０００３】
このような、画素が２次元に配列された撮像素子とともに用いられる電子シャッターは、撮像素子の１フレーム分の画像の取得周期に相当する垂直同期信号から所定の時間経過後に発生する読み出し開始のタイミング信号の後、１ライン分の周期に相当する水平同期信号の周期で撮像素子に蓄積された電荷を順次消去する。このため、電子シャッターに設定される感光時間の分解能は、この水平同期信号の周期となるものがほとんどであり、この分解能が感光時間設定時の最小単位となり、また感光時間の最小値にもなる。
【０００４】
従って、電子シャッターに設定される感光時間には、分解能に起因する誤差を含む場合がある。すなわち、最適値をそのまま電子シャッターに設定できるわけではなく、設定に際しては、この最適値は、分解能を考慮した階段状のステップ値に丸め込まれた上で設定される。また、丸め込まずに最適値が設定されたとしても、実際の感光時間は、分解能によって制約される。
【０００５】
なお、特許文献１には、電子シャッターとメカニカルシャッターとを有する撮像装置の露光誤差を補正する手法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−９８４４９号公報（第７ページ、図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記したように、電子シャッターに対して感光時間を設定する際には、その分解能による制約のため、丸め込まれて設定されるとともに、最小の感光時間も制約される。従って、分解能未満となるようなきめ細かな単位での感光制御が難しく、特に、入射光量の多い場合、すなわち感光時間が短い領域においては感光時間の制御が円滑なものとはならずに粗いものとなって、入射光量のわずかな変化に対しても、画像の輝度がフレーム間で大きく変化していた。
【０００８】
さらに、最適値が階段状の設定値の中間付近に位置する場合などは、設定値が隣接するステップ値の間をふらつくことによって、取得した画像のフレーム間でいわゆるフリッカと呼ばれる輝度のちらつきが発生するなど、取得された画像の品質が必ずしも十分ではなかった。特に、このように輝度が不安定な画像では、例えば後段において対象物や目標物の視認、抽出等を行う際にも支障をきたすおそれがあった。
【０００９】
本発明は、上記事情を考慮してなされたものであり、電子シャッターを備えた電子カメラ等により対象を撮像しその画像を取得する際に、きめ細かに感光制御を行いつつ、適正な輝度が維持された画像を取得する感光制御装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の感光制御装置は、所定のステップ単位で設定される感光時間に基づき電子シャッターを動作させて２次元の画像を取得する撮像手段と、設定されるビデオゲインに基づき撮像手段からのビデオ信号のレベルを制御するレベル制御手段と、取得した前記２次元の画像１画面分のレベル制御後のビデオ信号の平均レベルを算出するとともに、この平均レベルとあらかじめ設定された基準レベルとの偏差を得るレベル偏差算出手段と、前記偏差に基づいて前記電子シャッターに適用する次回の感光時間の算出値を求めこれを前記所定のステップ単位に丸め込み後、感光時間の設定値として前記電子シャッターに設定するとともに、これら求めた次回の感光時間の算出値と感光時間の設定値との比に基づき前記レベル制御手段に適用する次回のビデオゲインを算出し、前記レベル制御手段に設定する制御値設定手段とを有することを特徴とする。
【００１１】
また、前記レベル偏差算出手段においてビデオ信号の平均レベルを算出する際は、前記取得した２次元の画像１画面分の中に存在する撮像対象目標を含むこの画面内の所定の領域を対象にして算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、電子シャッターを備えた電子カメラ等により対象を撮像しその画像を取得する際に、きめ細かに感光制御を行いつつ、適正な輝度が維持された画像を取得できる感光制御装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る感光制御装置の第１の実施例の構成を示すブロック図。
【図２】図１に例示した感光制御装置の動作を説明するためのフローチャート。
【図３】本発明に係る感光制御装置の第２の実施例の構成を示すブロック図。
【図４】図３に例示した感光制御装置の動作を説明するためのフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明に係る感光制御装置を実施するための最良の形態について、図１乃至図４を参照して説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は、本発明に係る感光制御装置の第１の実施例の構成を示すブロック図である。図１に例示したように、この感光制御装置は、撮像部１０、レベル制御部２０、レベル偏差算出部３０、基準値４０、及び設定値算出部５０から構成されている。撮像部１０は、例えば画素が２次元に配列されたＣＣＤ等の電荷蓄積型の撮像素子１１と、感光時間としてこの撮像素子１１の電荷蓄積時間を所定のステップ単位で電子的に制御する電子シャッター１２とを備えており、２次元の画像を取得してそのビデオ信号Ｖｒａｗをレベル制御部２０に送出する。電子シャッター１２の感光時間の１ステップは、感光時間の分解能に相当する。
【００１６】
レベル制御部２０は、式（１）に示すように、後述する設定値算出部５０によって設定されるビデオゲインＧに基づいて、撮像部１０からのビデオ信号Ｖｒａｗのレベルを制御し、補正ビデオ信号Ｖとして送出する。
【数１】
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【００１７】
レベル偏差算出部３０は、レベル制御部２０から出力される補正ビデオ信号の１画面分についてその平均レベルＶμを算出し、これをあらかじめ基準値４０に設定された輝度の基準レベルＶｒｅｆと比較して、その差異としての偏差Ｖεを式（２）のように算出する。
【数２】
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【００１８】
ここに、レベル偏差算出部３０は、平均レベル算出部３１、及び偏差算出部３２を有している。平均レベル算出部３１は、レベル制御部２０からの補正ビデオ信号Ｖの１画面分の平均レベルＶμを算出し、偏差算出部３２に送出する。偏差算出部３２は、この平均レベルＶμと基準値４０に設定された輝度の基準レベルＶｒｅｆとの偏差Ｖεを式（２）従って算出し、設定値算出部５０に送出する。
【００１９】
設定値算出部５０は、レベル偏差算出部３０からの偏差Ｖεに基づいて、電子シャッター１２に対する感光時間を算出し設定するとともに、電子シャッター１２に感光時間を設定する際に丸め込まれた感光時間を補間するように、レベル制御部２０に対するビデオゲインを算出し設定する。ここに、設定値算出部５０は、感光時間算出部５１、及びビデオゲイン算出部５２を備えている。感光時間算出部５１は、本実施例では、式（３）に示したように、今回（ｎ）電子シャッター１２に設定した感光時間の設定値τｎａｐｐ（後述する丸め込み後の感光時間）から、偏差Ｖεに基づき、このＶεと制御利得としての定数ｋを乗じた値に相当する比率分の時間を減じて、次回の感光時間の算出値τｎ＋１ｃａｌｃを求めている。
【数３】
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【００２０】
ここに、制御利得ｋは、制御系における応答時間の時定数に相当する定数である。なお、１次の制御系としては、制御定数を定数Ｋとして、例えば、τｎ＋１＝τｎ−Ｋ・Ｖεのようにすることが一般的であるが、本発明では、感光時間の長短の全範囲にわたって制御の応答性をムラなく一定とさせるために、今回（ｎ）の感光時間が長いときは次回（ｎ＋１）の感光時間をより長く変更するよう、また、今回の感光時間が短いときは次回の感光時間をより短く変更するよう、制御定数を今回（ｎ）の感光時間の設定値に関連づけて算出している。
【００２１】
そして、求めた次回の感光時間の算出値τｎ＋１ｃａｌｃを、式（４）に示したように、丸め込み関数ｆを用いて電子シャッター１２の分解能に相当するステップ単位に丸め込み、感光時間の設定値τｎ＋１ａｐｐとして電子シャッター１２に送出する。丸め込み関ｆとしては、例えば、ステップ単位への切り上げ、切り捨て、四捨五入等を適用することができる。
【数４】
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【００２２】
また、ビデオゲイン算出部５２は、感光時間算出部５１で丸め込まれた感光時間分を補間するように、感光時間算出部５１で毎回求める感光時間の算出値τｃａｌｃと感光時間の設定値τａｐｐとの比を式（５）に従って算出し、これをビデオ信号Ｖｒａｗに乗ずるビデオゲインＧとしてレベル制御部２０に送出する。
【数５】
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【００２３】
次に、前出の図１、及び図２のフローチャートを参照して、上述のように構成された本実施例の感光制御装置の動作について説明する。図２は、図１に例示した感光制御装置の第１の実施例の動作を説明するためのフローチャートである。
【００２４】
動作の開始に先立ち、基準値４０への輝度の基準レベルＶｒｅｆの設定、電子シャッター１２への感光時間τａｐｐの初期設定、及びレベル制御部２０へのビデオゲインＧの初期設定を含む、装置内の各種の初期設定を行う（ＳＴ２１）。これら初期設定に継いで装置動作が開始されると、撮像対象からの入射光は撮像部１０の撮像素子１１に入力され、電子シャッター１２に今回（ｎ）設定された感光時間τｎａｐｐに基づきこの撮像素子１１が感光した光量分に対応するビデオ信号Ｖｒａｗが、レベル制御部２０に送出される（ＳＴ２２）。レベル制御部２０では、式（１）に従って、このビデオ信号Ｖｒａｗに今回（ｎ）設定されたビデオゲインＧを乗じて補正ビデオ信号Ｖを得る。このビデオゲインＧは、上述したように、電子シャッター１２に感光時間を設定する際に丸め込まれた感光時間分など、感光時間設定時に追い込みきれなかった制御量に起因してビデオ信号に含まれる輝度の基準レベルからの偏差を補間するように補正するものである。この補正ビデオ信号Ｖは、レベル制御部２０からレベル偏差算出部３０に送出されるとともに、より基準レベルに合致した適正な輝度レベルに補正されたビデオ信号として、例えば後段の機器等に供される（ＳＴ２３）。
【００２５】
次いで、レベル偏差算出部３０では、内部の平均レベル算出部３１においてレベル制御部２０からの補正ビデオ信号Ｖの１画面分の平均レベルＶμが算出され、偏差算出部３２に送られる。平均レベルＶμの算出にあたっては、例えば１画面分の全画素の輝度レベルの平均値を算出するといった手法が適用できる（ＳＴ２４）。偏差算出部３２では、式（２）に従って平均レベルＶμと基準値４０に設定された輝度の基準レベルＶｒｅｆとの偏差Ｖεが算出され、設定値算出部５０に送出される（ＳＴ２５）。
【００２６】
次いで、設定値算出部５０では、この今回（ｎ）の偏差Ｖεに基づいて、次回（ｎ＋１）に電子シャッター１２に設定する感光時間、及びレベル制御部２０に設定するビデオゲインを求める。まず、感光時間算出部５１では、偏差算出部３２からの偏差Ｖεに基づき、次回（ｎ＋１）はこの偏差Ｖεがより少なくなるよう、今回（ｎ）の感光時間の設定値τｎａｐｐから式（３）に従って次回（ｎ＋１）の感光時間の算出値τｎ＋１ｃａｌｃを求める。そして、式（４）に従って、この算出値τｎ＋１ｃａｌｃに丸め込み関数ｆを適用し、次回（ｎ＋１）の感光時間の設定値τｎ＋１ａｐｐを求める。このようにして求まった感光時間は、電子シャッター１２に対する次回（ｎ＋１）の感光時間の設定値として、電子シャッター１２に送出される（ＳＴ２６）。
【００２７】
一方、ビデオゲイン算出部５２では、感光時間算出部５１で求めた、それぞれ次回の感光時間の算出値τｎ＋１ｃａｌｃと感光時間の設定値τｎ＋１ａｐｐとの比を、式（５）に従って求め、ビデオゲインＧを算出する。このビデオゲインＧは、すでに述べたように、電子シャッター１２の感光時間の設定時における丸め込み分、すなわち分解能未満の感光時間分に起因するビデオ信号Ｖｒｅｆのレベルの偏差を補正するものである。そして、算出されたビデオゲインＧは、次回（ｎ＋１）のビデオゲインとしてレベル制御部２０に送出される（ＳＴ２７）。この後は、動作の終了が指示されるまで、上述したＳＴ２２のステップからの動作を繰り返す（ＳＴ２８）。
【００２８】
以上説明したように、本実施例においては、設定分解能の制約によりステップ単位で感光時間が設定される電子シャッターを用いて撮像した２次元画像の１画面分のビデオ信号の平均レベルを求め、これをあらかじめ設定された輝度の基準レベルと比較してその偏差を算出している。そして、次回電子シャッターに設定する感光時間を導出するにあたって、今回の感光時間からこの偏差がより少なくなるように追い込んで求めた次回の感光時間を、設定分解能のステップ単位に丸め込んで電子シャッターに設定するとともに、丸め込まれた設定分解能未満の感光時間分についてはこれを補正するためのビデオゲインを算出し、取得した画像のビデオ信号に対してこのビデオゲインを適用している。
【００２９】
従って、感光時間の分解能未満分についてもきめ細かく制御を行って、基準の輝度レベルとの偏差がより少ない、適正な輝度が維持された画像を継続して取得することができる。特に、電子シャッターの感光時間の分解能に近いような短い感光時間で撮像する場合においても、きめ細かな感光制御を行いつつ良好な品質の画像を取得することができる。
【実施例２】
【００３０】
図３は、本発明に係る感光制御装置の第２の実施例の構成を示すブロック図である。また、図４は、この感光制御装置の第２の実施例の動作を説明するためのフローチャートである。この第２の実施例について、図１及び図２に示した第１の実施例の各部と同一の部分は同一の符号で示し、その説明は省略する。この第２の実施例が第１の実施例と異なる点は、取得した画像の平均レベルを算出する際に、第１の実施例では１画面全体を対象にして算出したのに対し、第２の実施例においては、この画像内に存在する撮像対象の目標を検出してこの目標を含む周辺領域を対象に算出するようにした点である。以下、前出の図１及び図２、ならびに図３及び図４を参照して、その相違点のみを説明する。
【００３１】
図３に例示したように、この感光制御装置は、撮像部１０、レベル制御部２０、領域特定部６０、レベル編纂算出部７０、基準値４０、及び設定値算出部５０から構成されている。撮像部１０、レベル制御部２０、基準値４０、及び設定値算出部５０は、第１の実施例と同様に構成される。領域特定部６０は、レベル制御部２０から出力される補正ビデオ信号の１画面分から、撮像対象の目標の有無を検出するとともに、この検出した目標を含む画面内の所定の領域を補正ビデオ信号の平均レベルの算出対象領域として特定し、レベル偏差算出部７０に通知する。目標の検出にあたっては、例えば、補正ビデオ信号のレベルやレベル変化等により判定する手法等が適用できる。また、対象の領域としては、目標を中心として半径が所定画素数分の円形の領域や、方形の領域等、種々の幾何学形状をあらかじめ設定しこれを適用できる。
【００３２】
レベル偏差算出部７０は、この領域特定部６０からの通知に基づき、内部の平均レベル算出部７１においてレベル制御部２０から出力される補正ビデオ信号の１画面中の特定の領域についてその平均レベルＶμを算出するとともに、偏差算出部３２において、この算出結果を基準値４０に設定された輝度の基準レベルＶｒｅｆと比較してその差異としての偏差Ｖεを算出し、設定値算出部５０に送出する。
【００３３】
次に、図４のフローチャートを参照して、この感光制御装置の動作について説明する。まず、第１の実施例と同様に、撮像部１０により撮像対象の画像が取得され、レベル制御部２０でレベル制御された補正ビデオ信号Ｖが領域特定部６０に送られる（ＳＴ２１〜ＳＴ２３）。次いで、領域特定部６０では、この補正ビデオ信号Ｖの１画面分の中から撮像対象の目標の有無を判定し、目標を検出した場合には、その画面上の位置に基づいて、平均レベルの算出対象とする目標周辺の領域を特定する。特定された対象領域は、レベル偏差算出部７０内の平均レベル算出部７１に通知される（ＳＴ４１）。
【００３４】
次いで、平均レベル算出部７１では、レベル制御部２０からの補正ビデオ信号の１画面の中から、領域特定部６０からの通知に従って対象領域の信号を抽出し、その平均レベルＶμを算出する。算出された平均レベルＶμは偏差算出部３２に送出される（ＳＴ４２）。以降、第１の実施例と同様に、偏差算出部３２で基準値４０との偏差が算出され、さらにこの偏差に基づいて設定値算出部５０から次回の感光時間、及びビデオゲインが各部に送出される（ＳＴ２５〜ＳＴ２８）。
【００３５】
以上説明したように、本実施例においては、取得した画像の平均レベルを算出する際に、この画像内に存在する撮像対象の目標を検出してこの目標を含む周辺領域を対象に算出している。これにより、第１の実施例における効果に加え、特に撮像対象の目標を鮮明にして、より確実かつ容易に視認することができる。
【００３６】
なお、本発明は、上記した実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【符号の説明】
【００３７】
１０  撮像部
１１  撮像素子
１２  電子シャッター
２０レベル制御部
３０、７０  レベル偏差算出部
３１、７１  平均レベル算出部
４０  基準値
５０  設定値算出部
５１  感光時間算出部
５２  ビデオゲイン算出部
６０  領域特定部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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