(57)【要約】【課題】  低輝度化の撮影時に、画面全体に亘ってより適正な明るさで撮影すること。【解決手段】  ２次元に配置した複数の光電変換素子を有する撮像素子（８）と、フラッシュ（２３）のプリ発光前後に前記撮像素子により撮像して得られた画像データの輝度情報に基づいて、前記撮像素子を複数の分割領域に分割するエリア分割回路（１９）と、前記輝度情報に基づいて、前記フラッシュの発光時間を演算するフラッシュ用演算部（２１）と、前記フラッシュのプリ発光前後の輝度情報及びフラッシュ用演算部により演算された発光時間に基づいて、前記複数の分割領域それぞれについて露光時間を演算する露光時間演算部（２０）と、前記露光時間の終了時間が前記複数の分割領域で同じになるように、露光開始タイミングを前記複数の分割領域毎に異ならせる露光時間制御手段（２、１４）と、前記演算された発光時間に基づいて、前記フラッシュの発光を制御する発光制御回路（２２）とを有する。【選択図】  図１
2010004489.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次元に配置した複数の光電変換素子を有する撮像素子と、
フラッシュのプリ発光前後にそれぞれ前記撮像素子により撮像して得られた画像データの輝度情報に基づいて、前記撮像素子を複数の分割領域に分割する分割手段と、
前記輝度情報に基づいて、前記フラッシュの発光時間を演算する発光時間演算手段と、
前記フラッシュのプリ発光前後の輝度情報及び前記発光時間演算手段により演算された発光時間に基づいて、前記複数の分割領域それぞれについて露光時間を演算する露光時間演算手段と、
前記露光時間の終了時間が前記複数の分割領域で同じになるように、露光開始タイミングを前記複数の分割領域毎に異ならせる露光時間制御手段と、
前記演算された発光時間に基づいて、前記フラッシュの発光を制御する発光制御手段と
を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
撮像素子を遮光するための遮光手段を更に有し、
前記露光時間の終了時間に、前記遮光手段により前記撮像素子を遮光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】
前記撮像素子は、ＸＹアドレス型の撮像素子であることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項４】
２次元に配置した複数の光電変換素子を有する撮像素子を有する撮像装置の制御方法であって、
フラッシュのプリ発光前後にそれぞれ前記撮像素子により撮像して得られた画像データの輝度情報に基づいて、前記撮像素子を複数の分割領域に分割する分割工程と、
前記輝度情報に基づいて、前記フラッシュの発光時間を演算する発光時間演算工程と、
前記フラッシュのプリ発光前後の輝度情報及び前記発光時間演算工程で演算された発光時間に基づいて、前記複数の分割領域それぞれについて露光時間を演算する露光時間演算工程と、
前記露光時間の終了時間が前記複数の分割領域で同じになるように、露光開始タイミングを前記複数の分割領域毎に異ならせる露光時間制御工程と、
前記演算された発光時間に基づいて、前記フラッシュの発光を制御する発光制御工程と、
前記露光時間の経過後に、前記撮像素子から画像データを読み出す読み出し工程と
を有することを特徴とする制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の撮像装置において、露出制御は自動化され、カメラ操作が未熟な人でも通常の被写体であれば失敗することなく撮影を行うことが可能となっている。また、これらのカメラにおいて夜景や夕景などの低照度下で静止画撮影を行う場合に、フラッシュを用いた撮影やスローシャッターを用いた撮影が行われている。また、フラッシュ光が距離的に届かず、背景が暗くなってしまうような状況においては、シャッターを低速シャッターとすることで背景を明るくし、人物はフラッシュ光により明るくするスローシンクロ撮影の手法がとられている。
【０００３】
特にこのスローシンクロ撮影において、人物が画面の真中にいない場合にカメラが人物を背景だと認識し、人物が白飛びしてしまうのを改善する方法として、エリア分割して測光する方法を用いた撮像装置がある（例えば、特許文献１参照）。この撮像装置において、各エリアから得られる測光データに基づいて、露光時間の制御及びフラッシュの発光制御を行うことが開示されている。
【０００４】
また、撮像素子としてＣＭＯＳセンサ等のＸＹアドレス方式の撮像素子を採用した撮像装置がある（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２２９０９４号公報
【特許文献２】特開２００３−３２５５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した従来のスローシンクロ撮影方法では、全画面を同じ露光時間で露光するため、背景を十分な明るさで撮影できないことがあった。
【０００７】
本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、低照度下の撮影時に、画面全体に亘ってより適正な明るさで撮影できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の撮像装置は、２次元に配置した複数の光電変換素子を有する撮像素子と、フラッシュのプリ発光前後にそれぞれ前記撮像素子により撮像して得られた画像データの輝度情報に基づいて、前記撮像素子を複数の分割領域に分割する分割手段と、前記輝度情報に基づいて、前記フラッシュの発光時間を演算する発光時間演算手段と、前記フラッシュのプリ発光前後の輝度情報及び前記発光時間演算手段により演算された発光時間に基づいて、前記複数の分割領域それぞれについて露光時間を演算する露光時間演算手段と、前記露光時間の終了時間が前記複数の分割領域で同じになるように、露光開始タイミングを前記複数の分割領域毎に異ならせる露光時間制御手段と、前記演算された発光時間に基づいて、前記フラッシュの発光を制御する発光制御手段とを有する。
【０００９】
また、２次元に配置した複数の光電変換素子を有する撮像素子を有する撮像装置の本発明の制御方法は、フラッシュのプリ発光前後にそれぞれ前記撮像素子により撮像して得られた画像データの輝度情報に基づいて、前記撮像素子を複数の分割領域に分割する分割工程と、前記輝度情報に基づいて、前記フラッシュの発光時間を演算する発光時間演算工程と、前記フラッシュのプリ発光前後の輝度情報及び前記発光時間演算工程で演算された発光時間に基づいて、前記複数の分割領域それぞれについて露光時間を演算する露光時間演算工程と、前記露光時間の終了時間が前記複数の分割領域で同じになるように、露光開始タイミングを前記複数の分割領域毎に異ならせる露光時間制御工程と、前記演算された発光時間に基づいて、前記フラッシュの発光を制御する発光制御工程と、前記露光時間の経過後に、前記撮像素子から画像データを読み出す読み出し工程とを有する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、低輝度化の撮影時に、画面全体に亘ってより適正な明るさで撮影することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本実施の形態における撮像装置の主要構成を示すブロック図である。同図において、１はレンズ群（図１では、簡略的に１枚で示している。）、２は絞り、３は絞りを駆動させる絞り駆動モータ、４は絞り２の位置を検出する絞り状態検出センサを示している。本実施の形態においては、絞り２がメカシャッター機能（遮光手段）を兼用しており、静止画撮影時には絞り２を瞬時に閉じることでメカシャッターを実現している。５はＮＤフィルタ、６はＮＤフィルタ６を駆動させるＮＤフィルタ駆動モータ、７はＮＤフィルタ６の位置を検出するＮＤフィルタ状態検出検出センサ、８はＣＭＯＳセンサ等の撮像素子を示している。なお、撮像素子８はＣＭＯＳセンサに限られるものではなく、２次元に配置した複数の光電変換素子をＸＹアドレス方式で駆動するＸＹアドレス型のセンサであれば、他の撮像素子であっても構わない。
【００１３】
９はＣＤＳ／ＡＧＣ回路、１０はＡ／Ｄ変換器を示している。ここで、ＣＤＳ／ＡＧＣ回路９、Ａ／Ｄ変換器１０は撮像素子８に組み込んだり、デジタル信号処理回路１１に含まれるように構成しても構わない。１１はＡ／Ｄ変換器１０から出力された映像信号をデジタル処理するデジタル信号処理回路、１２はデジタル信号処理回路１１からの輝度・色等の情報を受けて各種演算を行い、制御信号を出力するマイクロコンピュータである。１３は絞り機構駆動回路、１４は撮像素子８の電荷読出しを制御したり、電荷をリセットするリセットパルスをコントロールする電子シャッター機能を含む撮像素子駆動回路である。この撮像素子駆動回路１４の電子シャッター機能及び絞り２のメカシャッター機能により、撮像素子８の露光時間が制御されることになる。即ち、撮像素子駆動回路１４と絞り２が露光時間制御手段を構成する。１５はＮＤフィルタの光路への挿入／退避をするＮＤフィルタ駆動回路、１６はゲインを制御するＡＧＣ制御回路を示している。
【００１４】
１７は映像信号の輝度情報を検出する輝度情報検波回路、１８は検波の情報に基づき演算する輝度情報演算回路、１９は輝度情報演算回路１８の演算結果に基づいてエリア分割を行うエリア分割回路である。２０はマイクロコンピュータ１２または、輝度情報検波回路１７の検波結果、輝度情報演算回路１８の演算結果、エリア分割回路１９のエリア分割結果に基づいて各エリアの露光時間を演算する露光時間演算部である。２１は同様にマイクロコンピュータ１２または輝度情報検波回路１７、輝度情報演算回路１８、エリア分割回路１９により得られるに情報に基づいてフラッシュ２３の発光する場合に発光量や発光タイミングを演算するフラッシュ用演算部（発光時間演算手段）である。２２は発光制御回路であり、フラッシュ用演算部２１の演算結果により実際のフラッシュ発光を制御する装置であり、フラッシュ２３のフラッシュ発光管へ信号を送り、フラッシュの発光が行われる。なお、フラッシュ２３は、撮像装置に一体的に備えられたものであっても、着脱可能な構成であっても構わない。また、２４は撮像装置の映像を記録する記録媒体を示している。
【００１５】
上記構成を有する撮像装置における通常の撮影では、先ず、撮像素子８に蓄えられた電荷をＣＤＳ／ＡＧＣ回路９でサンプリング及び増幅させＡ／Ｄ変換器１０でデジタル画像データに変換し、デジタル信号処理回路１１へ送る。そして輝度情報検波回路１７にて画像データから被写体の輝度成分を抽出し測光を行い、マイクロコンピュータ１２にて被写体の適正輝度を求める。マイクロコンピュータ１２は、この輝度情報を基に適正な露出値の画像信号が得られるように、絞り機構駆動回路１３、ＮＤフィルタ駆動回路１５、ＡＧＣ制御回路１６、及び撮像素子駆動回路１４（電子シャッター機能および読出し機能）を制御をする。
【００１６】
次に、本実施の形態における露出制御及びフラッシュ制御方法について、図２〜図４を参照して説明する。図２及び図３は、エリア分割を説明するための図であり、図４は、撮像素子８と絞り２の駆動タイミングを示すタイミングチャートである。
【００１７】
先ず、輝度情報検波回路１７において、静止画撮影時のフラッシュプリ発光前後の輝度情報をそれぞれ検出する。このフラッシュプリ発光前後の輝度情報を基に、輝度情報演算回路１８にて輝度情報の反射率および輝度差に基づき、フラッシュ光が届くエリアと届かない背景エリアとの情報を検出する。そして、この情報に基づきエリア分割回路１９にて静止画本撮影時の制御エリアとしてエリア分割を行う。
【００１８】
例えば、低照度の場合にフラッシュプリ発光して得られる被写体の画像が図２に示すような場合、フラッシュプリ発光前後の輝度情報の反射率および輝度差を基に、図３のような２つのエリア（分割領域）にエリア分割する。
【００１９】
そして、本撮影ではこのエリア分割の結果及び輝度情報演算回路１８の結果を用いて、露光時間演算部２０により各エリア（分割領域毎）の露光時間を、そしてフラッシュ用演算部２１によりフラッシュ２３の本発光量を演算する。ここで、フラッシュが到達しないと判断されたエリア（図３に示す例では、エリア１）に関しては露光時間を長くする必要がある。そのため、露光時間演算部２０による演算結果に基づき、露光時間を長くすべきエリアと判断されたエリア（エリア１）では、露光時間が短いと判断されたエリアよりも時間的に先に撮像素子駆動回路１４の電子シャッター制御により一括リセットを行う（ｔ１）。このように、露光時間に応じてエリア毎に露光開始タイミングが異なるように制御する。ただし、読出し動作時に読み出しパルスにより電荷が読み出されることで電荷が無くなりリセット動作と同様の効果が得られるため、露光時間が一番長いエリアに関してはリセット動作を必ず行う必要は無い。その後、エリア間の露光時間差をおいて、フラッシュ光が到達すると判断された、露光時間の短いエリア（図３の例ではエリア２）の一括リセット動作を行う（ｔ２）。その後、本撮影の読出しが行われまでの間の時間において、フラッシュ２３の本発光をフラッシュ用演算部２１により演算された本発光量に従って行う（ｔ３）。その後、露光時間の終了時間になると（露光時間の経過後）、絞り２を閉じることで全画面の露光を同時に終了し、読出し動作を行う（ｔ４）。この動作により、画面全体の露光の同時性が維持される。
【００２０】
次に本実施の形態における撮像装置の露出制御の手順について、図５に示すフローチャートを用いて説明を行う。
【００２１】
処理が開始されると、まず、ステップＳ１０１にて、上述したエリア別の露光制御を行うかどうかの条件判断を行う。ここでは、例えばボタン操作やメニュー設定にて本制御が切り替えられる場合などでは、本制御開始されるかをユーザー設定の条件により判断する。ステップＳ１０１にてユーザー設定が上述した制御を行うと設定していない場合はステップＳ１０１へ戻る。また、本制御を行う設定になっている場合には、ステップＳ１０２へ進む。
【００２２】
ステップＳ１０２では静止画撮影の一連の動作においてフラッシュプリ発光前の輝度情報を取得し、次に、フラッシュ用演算部２１により、フラッシュ２３のプリ発光のための発光量を演算する（ステップＳ１０３）。ステップＳ１０３にて計算されたプリ発光量に基づき、フラッシュ２３のプリ発光制御を行い（ステップＳ１０４）、プリ発光して得られた画像の輝度情報を取得する（ステップＳ１０５）。そして、ステップＳ１０２で得た輝度情報と、ステップＳ１０５で得た輝度情報（フラッシュプリ発光前後の輝度情報）に基づき、反射率や輝度差等の輝度情報を演算する（ステップＳ１０６）。
【００２３】
次にステップＳ１０７では、ステップＳ１０６の演算結果を用いてエリア分割の必要があるかどうかを判断する。エリア分割が必要かどうかの判断は、例えば、フラッシュプリ発光前後に得られる画像の輝度差を求め、求めた輝度差が、予め設定された閾値よりも少ないかどうかを調べることにより判断することができる。輝度差が予め設定された閾値よりも低い場合には、エリア毎に露光時間を変えなくても、各エリアの明るさが十分な画像を得ることができるため、エリア分割の必要が無いと判断する（ステップＳ１０７でＮＯ）。一方、輝度が予め設定された閾値以上の場合には、全画面で同じ露光時間で撮影を行った場合に、明るい領域では白飛び、暗い領域では黒潰れが発生する可能性がある。そのため、上述したエリア毎の露光時間の制御を行うべく、エリア分割が必要であると判断する（ステップＳ１０７でＹＥＳ）。
【００２４】
エリア分割の必要が無いと判断された場合にはステップＳ１１２へ進み、従来から行われている方法により撮影を行う。ステップＳ１１２で撮影を行った後、ステップＳ１１３へ進んで撮影は終了となり、ステップＳ１０１へ戻る。
【００２５】
一方、エリア分割の必要があると判断された場合には（ステップＳ１０７でＹＥＳ）、上述したエリア分割を含む露光制御を行うべく、ステップＳ１０８へ進む。ステップＳ１０８ではステップＳ１０６の演算結果に従って、図２及び図３を参照して上述したようにしてエリア分割を行う。ステップＳ１０９ではエリア分割を受けて、露光時間演算部２０により各エリアの露光時間を算出する。更に、ステップＳ１１０では、各エリア毎にフラッシュ用演算部２１によりステップＳ１０５で得られた輝度情報に基づいてフラッシュ２３の本発光量および発光タイミングを制御する。そして、ステップＳ１１１では、図４を参照して上述したように、ステップＳ１０９及びＳ１１０において算出された各エリアに対する露光時間と、フラッシュ２３の本発光量及び発光タイミングとを制御して本撮影を行う。次のステップＳ１１３にて撮影の一連の動作を終了し、ステップＳ１０１へ戻る。
【００２６】
ここで、特にステップＳ１０９の露光時間演算と、ステップＳ１１０のフラッシュ発光量演算、及び、ステップＳ１１３の撮影の制御が本発明の特徴となるため、以下により具体的に説明する。
【００２７】
まず、露光時間とフラッシュ発光量の演算の説明を行う。露光時間とフラッシュ発光量はそれぞれ別々に演算が行われる。フラッシュ発光量の演算方法としては、各エリア毎に下記の式（１）に基づいて算出される。
ＴTarget＝（（（Ｌtarget−Ｌ2）＋（Ｌ2−Ｌ1））／（Ｌ2−Ｌ1））ｘＴp      …（１）
【００２８】
なお、上記式（１）において、ＴTargetは目標とするフラッシュの発光時間、Ｌtargetは目標輝度値、Ｌ1はプリ発光前の輝度値、Ｌ2はプリ発光後の輝度値、Ｔpプリ発光時間を表している。
【００２９】
まず、予め定められた適正露出とされる輝度目標値Ｌtargetからプリ発光後の輝度値Ｌ2を引き算することで、輝度目標値Ｌtargetに対してプリ発光後の輝度値Ｌ2がどの程度が過不足しているかを算出する。次にプリ発光後の輝度値Ｌ2からプリ発光前の輝度値Ｌ１を引き算することにより、プリ発光を行ったことでどの程度被写体に影響を及ぼしたかを演算する。これらの２つの結果を加算することで、輝度目標値Ｌtargetとするために、プリ発光前の輝度値Ｌ1に対してどの程度輝度を増加させるかを算出することができる。この結果に対して、プリ発光によりどの程度輝度が増加したかで除することにより、本発光ではどの程度発光すれば良いかを算出することができる。この一連の演算が式（１）により算出可能となる。
【００３０】
また、露光時間は、各エリア毎に下記の式（２）に基づいて算出する。
Ｔe＝（（（Ｌtarget−（（Ｌ2−Ｌ1）ｘ（Ｔf／Ｔp）＋Ｌ１）＋Ｌ１）／Ｌ１）ｘＴs      …（２）
【００３１】
なお、上記式（２）において、Ｔeは露光時間、Ｔsはプリ発光時の電子シャッター時間（露光時間）を示している。
【００３２】
まず、プリ発光後の輝度値Ｌ2からプリ発光前Ｌ1の輝度値を引き算し、その値にプリ発光時間Ｔpに対する本発光時間Ｔfの割合を掛けることにより、本発光にてどの程度の輝度が増加すると予想できるかを算出する。その値にプリ発光前の輝度値Ｌ1を足すことで、本発光時に想定される輝度値が算出される。これを輝度目標値Ｌtargetから引き算することで、本発光時にどの程度露光量が足りないかを算出する。これをプリ発光前の輝度値Ｌ1で割り算し、プリ発光時の電子シャッター時間Ｔsを掛け算することで、本撮影時の露出時間Ｔeを算出することが可能となる。
【００３３】
上記の通り本実施の形態によれば、低輝度化の撮影時に、画面全体に亘ってより適正な明るさで撮影することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施の形態における撮像装置の概略構成を説明するブロック図である。
【図２】従来の撮影方法により得られる画像の一例を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態におけるエリア分割に係る一例の図である。
【図４】本発明の露光制御及びフラッシュ発光のタイミングを示す図である。
【図５】本発明の実施の形態における撮像装置の露出制御の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３５】
１  レンズ群
２  絞り
３  絞り駆動モータ
４  絞り状態検出センサ
５  ＮＤフィルタ
６  ＮＤフィルタ駆動モータ
７  ＮＤフィルタ状態検出センサ
８  撮像素子
９  ＣＤＳ／ＡＧＣ
１０  Ａ／Ｄ変換器
１１  デジタル信号処理回路
１２  マイクロコンピュータ
１３  絞り機構駆動回路
１４  撮像素子駆動回路
１５  ＮＤフィルタ駆動回路
１６  ＡＧＣ制御回路
１７  輝度情報検波回路
１８  輝度情報演算回路
１９  エリア分割回路
２０  露光時間演算部
２１  フラッシュ用演算部
２２  発光制御回路
２３  フラッシュ
２４  記録媒体
【図１】
2010004489.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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