(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影した画像中の被写体の明るさが被写体の輝度にかかわらず略一定になるように、撮像素子の露光量を調節するカメラにおいて、
被写体と背景に大きな輝度差がない第１の状態と、被写体と背景に大きな輝度差があり被写体の輝度の方が低い第２の状態と、被写体と背景に大きな輝度差があり被写体の輝度の方が高い第３の状態を判別し、判定した状態に応じて撮像素子の露光量を調節する制御部を備え、
該制御部は、
第１の状態および第２の状態を含む第４の状態と、第１の状態および第３の状態を含む第５の状態とをまず判別して、第４の状態と判定したときに第１の状態と第２の状態を判別し、第５の状態と判定したときに第１の状態と第３の状態を判別することを特徴とし、
撮影対象範囲を上部と下部に２分し、上部と下部をそれぞれ複数の領域に分割して全ての領域の輝度を個別に求め、上部の領域の輝度の平均値である上平均値と、下部の領域の輝度の平均値である下平均値とを算出し、下平均値に対する上平均値の比の値である上下比値が所定の基準上下比値を超えるときに第４の状態と判定し、上下比値が基準上下比値を超えないときに第５の状態と判定することを特徴とし、
第２の状態と判定しているときに、第１の状態と判定しているときおよび第３の状態と判定しているときよりも、基準上下比値を小さくすることを特徴とする自動露光調節カメラ。
【請求項２】
撮影した画像中の被写体の明るさが被写体の輝度にかかわらず略一定になるように、撮像素子の露光量を調節するカメラにおいて、
被写体と背景に大きな輝度差がない第１の状態と、被写体と背景に大きな輝度差があり被写体の輝度の方が低い第２の状態と、被写体と背景に大きな輝度差があり被写体の輝度の方が高い第３の状態を判別し、判定した状態に応じて撮像素子の露光量を調節する制御部を備え、
該制御部は、
第１の状態および第２の状態を含む第４の状態と、第１の状態および第３の状態を含む第５の状態とをまず判別して、第４の状態と判定したときに第１の状態と第２の状態を判別し、第５の状態と判定したときに第１の状態と第３の状態を判別することを特徴とし、
撮影対象範囲を上部と下部に２分し、上部と下部をそれぞれ複数の領域に分割して全ての領域の輝度を個別に求め、上部の領域の輝度の平均値である上平均値と、下部の領域の輝度の平均値である下平均値とを算出し、下平均値に対する上平均値の比の値である上下比値が所定の基準上下比値を超えるときに第４の状態と判定し、上下比値が基準上下比値を超えないときに第５の状態と判定することを特徴とし、
全ての領域の輝度の平均値である全平均値と、全平均値よりも輝度の低い領域の輝度の平均値である第１の暗平均値と、第１の暗平均値よりも輝度の低い領域の輝度の平均値である第２の暗平均値とを算出し、第４の状態と判定した場合、第１の暗平均値に対する全平均値の比の値である第１の全暗比値が所定の第１の基準全暗比値を超えないとき、または第２の暗平均値に対する全平均値の比の値である第２の全暗比値が第１の基準全暗比値よりも大きい所定の第２の基準全暗比値を超えないときに第１の状態と判定し、第１の全暗比値が第１の基準全暗比値を超え、かつ第２の全暗比値が第２の基準全暗比値を超えるときに第２の状態と判定することを特徴とする、自動露光調節カメラ。
【請求項３】
前記制御部は、第２の状態と判定しているときに、第１の状態と判定しているときよりも、第１の基準全暗比値および第２の基準全暗比値を小さくすることを特徴とする請求項２に記載の自動露光調節カメラ。
【請求項４】
撮影した画像中の被写体の明るさが被写体の輝度にかかわらず略一定になるように、撮像素子の露光量を調節するカメラにおいて、
被写体と背景に大きな輝度差がない第１の状態と、被写体と背景に大きな輝度差があり被写体の輝度の方が低い第２の状態と、被写体と背景に大きな輝度差があり被写体の輝度の方が高い第３の状態を判別し、判定した状態に応じて撮像素子の露光量を調節する制御部を備え、
該制御部は、
第１の状態および第２の状態を含む第４の状態と、第１の状態および第３の状態を含む第５の状態とをまず判別して、第４の状態と判定したときに第１の状態と第２の状態を判別し、第５の状態と判定したときに第１の状態と第３の状態を判別することを特徴とし、
撮影対象範囲を上部と下部に２分し、上部と下部をそれぞれ複数の領域に分割して全ての領域の輝度を個別に求め、上部の領域の輝度の平均値である上平均値と、下部の領域の輝度の平均値である下平均値とを算出し、下平均値に対する上平均値の比の値である上下比値が所定の基準上下比値を超えるときに第４の状態と判定し、上下比値が基準上下比値を超えないときに第５の状態と判定することを特徴とし、
全ての領域の輝度の平均値である全平均値と、全平均値よりも輝度の低い領域の輝度の平均値である暗平均値と、全平均値よりも輝度の高い領域の輝度の平均値である明平均値とを算出し、第５の状態と判定した場合、暗平均値に対する明平均値の比の値である明暗比値が所定の基準明暗比値を超えないときに第１の状態と判定し、明暗比値が基準明暗比値を超えるときに第３の状態と判定することを特徴とする自動露光調節カメラ。
【請求項５】
前記制御部は、
第３の状態と判定しているときに、第１の状態と判定しているときよりも、基準明暗比値を小さくすることを特徴とする、請求項４に記載の自動露光調節カメラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は被写体が適正な明るさとなるように撮像素子の露光量を調節する機能を有するカメラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
カメラには、主たる撮影対象である被写体を適正な明るさで撮影するために、撮像素子の露光量を被写体の輝度に応じて調節する自動露光調節（ＡＥ）の機能が備えられている。このＡＥ機能は、ビデオカメラやデジタルカメラのように撮像素子として光電変換を行うものを使用するカメラにも、撮像素子として感光剤を塗布したフィルムを使用するカメラにも備えられている。
【０００３】
一般に、ＡＥ機能は、撮影対象範囲全体について輝度の平均値を求め、その平均値が所定値となるようにアイリスすなわち絞りの開口径を調節することで実現されている。これにより、被写体と背景が前方から（カメラ側から）照明されて被写体と背景の輝度に大きな差のない順光の状態では、ほぼ確実に被写体を適正な明るさで撮影することができる。ところが、被写体が後方から照明されて背景に比べて被写体の輝度が著しく低くなる逆光の状態では、撮影した被写体が暗くなってしまう。そこで、逆光のときには輝度の平均値を求める処理を順光のときと違えることにより、たとえ背景が明るくなりすぎても、被写体を適正な明るさとすることが行われている。この処理は逆光補正と呼ばれる。
【０００４】
ＡＥ機能を備える従来のカメラでは、撮影対象範囲全体を複数の領域に分割して領域ごとの輝度を求め、全ての領域の輝度の平均値が所定の目標値となるようにアイリスを調節する。輝度の平均値としては、逆光補正を行わない場合は単純平均値を、逆光補正を行う場合は加重平均値を使用する。
【０００５】
加重平均を求めるための重み係数の例を図６に示す。この例では、撮影対象範囲は６４の領域に分割されており、中央部および下部に位置する２４の領域Ｒ１の重み係数は１、中央部の近くに位置する１６の領域Ｒ２の重み係数は０．５、上部および左右両端部に位置する２４の領域Ｒ３の重み係数は０に設定されている。被写体が撮影対象範囲の中央部から下部にかけて存在すれば、上部や左右両端部の背景の輝度は平均値に反映されないことになり、逆光の状態であっても被写体を適正な明るさで撮影することができる。
【０００６】
このように従来のカメラでは、被写体が撮影対象範囲の中央部または下部に位置する確率が高いことを利用して逆光補正を行っており、重み係数は固定されている。
【０００７】
従来のカメラで撮影した画像の例を図８の（ａ）、（ｂ）に示す。（ａ）は逆光の状態で、逆光補正をすることなく撮影した画像であり、中央部の被写体は暗くなっている。（ｂ）は同じ逆光の状態で、逆光補正をして撮影した画像であり、中央部の被写体が適正な明るさとなっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、被写体が常に撮影対象範囲の中央部または下部に位置するとは限らず、被写体を適正な明るさで撮影することができなくなる場合が多い。このような不都合が生じる輝度の分布の１例を図７に示す。図７は、被写体（例えば人物２人）が撮影対象範囲の左右両端付近に位置する逆光の状態を示したものであり、中央部および上部の斜線を付していない２８の領域ＲＨの輝度は高く、斜線を付した左右の領域ＲＭおよびＲＬの輝度はこの順で低い。中央部の重み係数が大きいため、加重平均には背景の高い輝度が大きく寄与することになり、撮影された画像中の被写体は暗くなってしまう。逆光補正をしても、被写体が適正な明るさにならない画像の例を図８の（ｃ）に示す。
【０００９】
撮影対象範囲内の輝度の高低差から順光であるか逆光であるかを判別し、逆光と判定したときに低輝度の領域の輝度の平均値が目標値となるように撮像素子の露光量を調節するようにすれば、上記の問題を解消することができる。しかしながら、撮影条件によっては、被写体が前方から照明されて背景に比べて被写体の輝度が著しく高くなる過順光の状態となることがあり、単に順光と逆光とを判別するだけでは、過順光のときに被写体を適正な明るさで撮影することはできなくなる。
【００１０】
本発明は、このような問題点に鑑みてさなれたもので、被写体を常に適正な明るさで撮影することが可能なカメラを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、撮影した画像中の被写体の明るさが被写体の輝度にかかわらず略一定になるように、撮像素子の露光量を調節するカメラにおいて、被写体と背景に大きな輝度差がない第１の状態と、被写体と背景に大きな輝度差があり被写体の輝度の方が低い第２の状態と、被写体と背景に大きな輝度差があり被写体の輝度の方が高い第３の状態を判別し、判定した状態に応じて撮像素子の露光量を調節する制御部を備え、該制御部は、第１の状態および第２の状態を含む第４の状態と、第１の状態および第３の状態を含む第５の状態とをまず判別して、第４の状態と判定したときに第１の状態と第２の状態を判別し、第５の状態と判定したときに第１の状態と第３の状態を判別することを特徴とする。
【００１２】
このカメラは被写体と背景の輝度に関する３状態を判別して、判定結果をＡＥ制御に反映する。第１、第２および第３の状態はそれぞれ順光、逆光および過順光の状態に相当する。順光と逆光だけでなく過順光も判別することで、過順光の状態を逆光の状態と誤認することが防止され、被写体を常に適正な明るさで撮影することが可能になる。また、第１の状態と他の状態の判別を先に行うと第２の状態と第３の状態の判別が難しくなるが、このように第２の状態を含む第４の状態と第３の状態を含む第５の状態を先に判別することで、第２の状態と第３の状態とを容易にかつ確実に判別することができる。なお、ビデオカメラやデジタルカメラとするときは、撮像素子である光電変換素子そのものを輝度検出の手段として利用することができる。撮像素子としてフィルムを使用するカメラとするときは、輝度検出の手段を別途備えればよい。
【００１４】
撮影対象範囲を上部と下部に２分し、上部と下部をそれぞれ複数の領域に分割して全ての領域の輝度を個別に求め、上部の領域の輝度の平均値である上平均値と、下部の領域の輝度の平均値である下平均値とを算出し、下平均値に対する上平均値の比の値である上下比値が所定の基準上下比値を超えるときに第４の状態と判定し、上下比値が基準上下比値を超えないときに第５の状態と判定するようにするとよい。
【００１５】
平均値は単純平均で求めればよく、重み係数を定める必要はない。きわめて特殊な撮影条件の場合を除いて、被写体は撮影対象範囲の下部に位置するから、下平均値には被写体の輝度が反映され、上平均値には背景の輝度が反映される。つまり、下平均値に対する上平均値の比である上下比値は、第２の状態のときに大きくなり、第３の状態のときに小さくなる。したがって、上下比値を基準上下比値と比較することで、第４の状態と第５の状態を判別することができる。
【００１６】
前回の判別で第２の状態と判定しているときに、第１の状態と判定しているときおよび第３の状態と判定しているときよりも、基準上下比値を小さくするようにしてもよい。基準上下比値を前回の判定結果にかかわらず一定とすると、上下比値が基準上下比値に近いときに、輝度の僅かな変化で第４の状態と第５の状態の判別結果が頻繁に逆転するが、第２の状態と判定しているときに基準上下比値を少し小さくすることで、そのような事態が生じるのを避けることができる。
【００１７】
全ての領域の輝度の平均値である全平均値と、全平均値よりも輝度の低い領域の輝度の平均値である第１の暗平均値と、第１の暗平均値よりも輝度の低い領域の輝度の平均値である第２の暗平均値とを算出し、第４の状態と判定した場合、第１の暗平均値に対する全平均値の比の値である第１の全暗比値が所定の第１の基準全暗比値を超えないとき、または第２の暗平均値に対する全平均値の比の値である第２の全暗比値が第１の基準全暗比値よりも大きい所定の第２の基準全暗比値を超えないときに第１の状態と判定し、第１の全暗比値が第１の基準全暗比値を超え、かつ第２の全暗比値が第２の基準全暗比値を超えるときに第２の状態と判定するようにするとよい。
【００１８】
暗平均値に対する全平均値の比である全暗比値は、撮影対象範囲全体に対する低輝度の領域の輝度の相対的な低さを表し、この値が大きいほど低輝度の領域の輝度は低い。したがって、全暗比値を基準全暗比値と比較することで、第１の状態と第２の状態を判別することができる。ここで、全平均値よりも低輝度の領域の輝度の平均値である第１の暗平均値と、第１の暗平均値よりも低輝度の領域の輝度の平均値である第２の暗平均値とを算出することで、低輝度の領域全体としての輝度の低さと、低輝度の領域の中でも特に低輝度の領域の輝度の低さが判る。そして、第１、第２の全暗比値がそれぞれ第１、第２の基準全暗比値を超えるときに限り第２の状態と判定し、そうでないときには第１の状態と判定することで、第１、第２の状態を判別することが可能になる。
【００１９】
第２の状態と判定しているときに、第１の状態と判定しているときよりも、第１の基準全暗比値および第２の基準全暗比値を小さくするようにしてもよい。輝度の僅かな変化で第１の状態と第２の状態の判別結果が頻繁に逆転するのを避けることができる。
【００２０】
全ての領域の輝度の平均値である全平均値と、全平均値よりも輝度の低い領域の輝度の平均値である暗平均値と、全平均値よりも輝度の高い領域の輝度の平均値である明平均値とを算出し、第５の状態と判定した場合、暗平均値に対する明平均値の比の値である明暗比値が所定の基準明暗比値を超えないときに第１の状態と判定し、明暗比値が基準明暗比値を超えるときに第３の状態と判定するようにするとよい。
【００２１】
暗平均値に対する明平均値の比である明暗比値は、低輝度の領域に対する高輝度の領域の輝度の相対的な高さを表し、この値が大きいほど輝度差が大きい。したがって、明暗比値を基準明暗比値と比較することで、第１の状態と第３の状態を判別することができる。
【００２２】
第３の状態と判定しているときに、第１の状態と判定しているときよりも、基準明暗比値を小さくするようにしてもよい。輝度の僅かな変化で第１の状態と第３の状態の判別結果が頻繁に逆転するのを避けることができる。
【００２３】
撮影対象範囲を複数の領域に分割して全ての領域の輝度を個別に求め、全ての領域の輝度の平均値である全平均値と、全平均値よりも輝度の低い領域の輝度の平均値である第１の暗平均値と、第１の暗平均値よりも輝度の低い領域の輝度の平均値である第２の暗平均値と、全平均値よりも輝度の高い領域の輝度の平均値である第１の明平均値と、第１の明平均値よりも輝度の高い領域の輝度の平均値である第２の明平均値とを算出し、第１の状態と判定したときに全平均値を被写体の輝度とし、第２の状態と判定したときに第２の暗平均値を被写体の輝度とし、第３の状態と判定したときに第２の明平均値を被写体の輝度として、撮像素子の露光量を調節するようにするとよい。
【００２４】
被写体と背景に大きな輝度差のない第１の状態と判定したときは、全ての領域の輝度の平均値である全平均値を被写体の輝度とすることで、被写体を適正な明るさで撮影することができる。背景に比べて被写体の輝度が著しく低い第２の状態と判定したときは、特に低輝度の領域の輝度の平均値である第２の暗平均値を被写体の輝度とすることで、被写体を適正な明るさで撮影することができる。また、背景に比べ被写体の輝度が著しく高い第３の状態と判定したときは、特に高輝度の領域の輝度の平均値である第２の明平均値を被写体の輝度とすることで、被写体を適正な明るさで撮影することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明をビデオカメラに適用した実施形態について、図面を参照しながら説明する。本実施形態のビデオカメラ１（以下、単にカメラともいう）の構成の概略を図１に示す。カメラ１は、撮影レンズ１１、撮像素子であるＣＣＤ１２、アナログ処理回路１３、ＹＣ分離回路１４、Ｙプロセス回路１５、Ｃプロセス回路１６、Ｙ積算回路１７、およびＣＰＵ１８を備えている。
【００２６】
撮影レンズ１１は撮影対象範囲からの光をＣＣＤ１２の受光面に結像させる。撮影レンズ１１の瞳位置には開口径可変の絞り（アイリス）１１ａが備えられており、絞り１１ａの開口径を変えることにより、ＣＣＤ１２の露光量を調節することができる。
【００２７】
ＣＣＤ１２は光を電気信号に変換することにより撮影を行う。ＣＣＤ１２の各画素には、マジェンダ、シアン、緑または黄の色光を選択的に透過させるフィルターのいずれかが設けられており、全ての画素は４種に分類される。これら４種の画素は所定の順序で交互に２次元に配列されている。ＣＣＤ１２による撮影は一定の周期（例えば１／３０秒）で繰り返し行われる。
【００２８】
アナログ処理回路１３は、ＣＤＳ（相関二重サンプリング）回路、ＡＧＣ（自動ゲイン制御）回路、およびＡＤＣ（Ａ−Ｄ変換）回路より成る。ＣＤＳ回路はＣＣＤ１２が出力するアナログ信号のノイズを低減させ、ＡＧＣ回路は、そのゲインによって、ＣＤＳ回路からの全ての信号のレベルを調整する。ＡＤＣ回路は、ＡＧＣ回路からのアナログ信号を所定ビット数（例えば１０ビット）のデジタル信号に変換する。
【００２９】
ＹＣ分離回路１４は、ＡＤＣ回路によりデジタル化されたＣＣＤ１２の出力信号を処理して、輝度信号（Ｙ信号）と色信号（Ｃｒ信号およびＣｂ信号）に分離する。Ｙプロセス回路１５は、ＹＣ分離回路１４が出力するＹ信号に水平同期信号および垂直同期信号の付加を含む処理を施して、撮影した画像の明るさを表す輝度信号Ｙｏｕｔを生成する。Ｃプロセス回路１６は、ＹＣ分離回路１４が出力するＹ信号、Ｃｒ信号およびＣｂ信号を処理して、撮影した画像の色（Ｒ、Ｇ、Ｂの相対強度）を表す色信号Ｃｏｕｔを生成する。輝度信号Ｙｏｕｔおよび色信号Ｃｏｕｔは、外部の表示装置や記録装置に与えられて、表示や記録に用いられる。
【００３０】
カメラ１はＡＥ機能を備えており、ＣＰＵ１８はＡＥ制御を司る。すなわち、ＣＰＵ１８は、主たる撮影対象である被写体が所定の明るさで撮影されるように、ＹＣ分離回路１４から出力されるＹ信号の強度に基づいて、絞り１１ａの開口径を設定して、ＣＣＤ１２の露光量を調節する。絞り１１ａを最大口径にまで開放しても被写体が所定の明るさに達しないときや、絞り１１ａを最小口径にまで絞り込んでも被写体が所定の明るさを超えるときには、ＣＰＵ１８はアナログ処理回路１３のＡＧＣ回路のゲインを変える。これにより、露光量の調節だけでは撮影される画像の明るさを制御できない撮影環境でも、被写体が所定の明るさとなるように輝度信号Ｙｏｕｔを設定することができる。
【００３１】
カメラ１は、ＡＥ制御に関し、２つのモードを有する。第１のモードは、被写体と背景の輝度の関係を第１、第２および第３の状態に分類し、被写体と背景の輝度がこれら３状態のどれであるかを判別して、判定結果に基づいてＡＥ制御を行うものである。第１の状態は被写体と背景に大きな輝度差のない状態である。第２の状態は被写体と背景の輝度差が大きく、背景よりも被写体の方が輝度の低い状態である。第３の状態は被写体と背景の輝度差が大きく、背景よりも被写体の方が輝度の高い状態である。したがって、第１、第２および第３の状態はそれぞれ、順光、逆光および過順光の状態に相当する。
【００３２】
第２のモードは、被写体と背景の輝度の関係にかかわらず、撮影対象範囲全体の平均輝度に基づいてＡＥ制御を行うものである。なお、第１のモードおよび第２のモードは切り換え可能であり、カメラ１は使用者の操作により設定されたモードで動作する。
【００３３】
いずれのモードにおいても、撮影対象範囲を複数の領域に分割し、各領域の輝度を個別に求める。そして、第１のモードでは、各領域の輝度から３状態を判別し、第２のモードでは撮影対象範囲全体の平均輝度を算出する。各領域の輝度を求める処理はＹ積算回路１７が行い、３状態の判別や平均輝度の算出はＣＰＵ１８が行う。
【００３４】
複数の領域に分割された撮影対象範囲を図２に示す。ここでは、撮影対象範囲全体を縦方向に８等分、横方向に８等分して、Ａ１〜Ｈ８の６４の領域に分割している。撮影対象範囲全体は、撮像素子であるＣＣＤ１２の全体のうち、ＹＣ分離回路１４がＹ信号、Ｃｒ信号およびＣｂ信号の生成に利用する信号を出力する範囲に相当する。ただし、ＣＣＤ１２が実際に分割されているのではなく、Ｙ積算回路１７がＹＣ分離回路１４からのＹ信号を図２の各領域に対応するように個別に積算することにより、領域の分割が行われる。
【００３５】
第１のモードでのＡＥ制御について説明する。このモードでは上記のように３状態を判別するが、判別に際しては、第１の状態と第２の状態を含む第４の状態と、第１の状態と第３の状態を含む第５の状態とをまず判別し、その後に第１の状態と第２の状態の判別、または第１の状態と第３の状態の判別を行う。これは、第２の状態と第３の状態を確実に判別するためである。
【００３６】
仮に、第１の状態と第２、第３の状態とを先に判別し、その後に第２の状態と第３の状態を判別するようにすると、第２、第３の状態の判別が困難になる。なぜならば、これらの状態は、被写体と背景の輝度差が大きいという点では同じであり、被写体と背景のどちらの輝度が高いかという点でのみ相違する。その一方、撮影対象範囲内のどこに被写体が位置するかは不定であり、どの領域が被写体に対応するかを特定することはできないからである。第４の状態と第５の状態を先に判別することで、第２の状態と第３の状態の一方である可能性を排除することができて、どの領域が被写体に対応するかを特定する必要がなくなる。
【００３７】
第４の状態と第５の状態は、撮影対象範囲の上半分（図２のＡ〜Ｄの列）に含まれる３２の領域の輝度の平均値ＹａｖＵ３２と、撮影対象範囲の下半分（Ｅ〜Ｈの列）に含まれる３２の領域の輝度の平均値ＹａｖＬ３２を算出し、後者に対する前者の比の値ＹｒｔＵＬが所定の基準値Ｒ１を超えるか否かによって判別する。きわめて特殊な場合を除き、被写体の少なくとも一部は撮影対象範囲の下半分に存在し、上半分の大部分は背景に相当することになるから、下半分の輝度の平均値ＹａｖＬ３２には被写体の輝度が反映され、上半分の輝度の平均値ＹａｖＵ３２には背景の輝度が反映される。比の値ＹｒｔＵＬが大きいほど被写体よりも背景の方が輝度が高いことになり、その値が基準値Ｒ１を超えるときに第４の状態、超えないときに第５の状態と判定する。
【００３８】
第１の状態と第２の状態の判別では、全ての領域の輝度の平均値Ｙａｖ６４と、この平均値Ｙａｖ６４よりも輝度の低い領域の輝度の平均値ＹａｖＤ１と、この平均値ＹａｖＤ１よりもさらに輝度の低い領域の輝度の平均値ＹａｖＤ２を算出する。そして、平均値ＹａｖＤ１に対する平均値Ｙａｖ６４の比の値ＹｒｔＤ１および平均値ＹａｖＤ２に対する平均値Ｙａｖ６４の比の値ＹｒｔＤ２が、それぞれ所定の基準値Ｒ２およびＲ３を超えるか否かによって、第１、第２の状態を判別する。平均値ＹａｖＤ１は撮影対象範囲全体の輝度に対する低輝度の領域の輝度の相対的な低さを表し、平均値ＹａｖＤ２は撮影対象範囲全体の輝度に対する特に低輝度の領域の輝度の相対的な低さを表す。
【００３９】
基準値Ｒ３は基準値Ｒ２よりも大きく設定されており、比の値ＹｒｔＤ１が基準値Ｒ２を超え、かつ比の値ＹｒｔＤ２が基準値Ｒ３を超えるときに第２の状態と判定し、そうでないときは第１の状態と判定する。このように、低輝度の領域全体の輝度だけでなく、低輝度の領域のうち特に低輝度の領域の輝度も考慮することで、第１の状態と第２の状態の判別の確実性が高まる。
【００４０】
第１の状態と第３の状態の判別では、全ての領域の輝度の平均値Ｙａｖ６４よりも輝度の低い領域の輝度の平均値ＹａｖＤ１と、平均値Ｙａｖ６４よりも輝度の高い領域の輝度の平均値ＹａｖＢ１と、この平均値ＹａｖＢ１よりも輝度の高い領域の輝度の平均値ＹａｖＢ２を算出する。そして、平均値ＹａｖＤ１に対する平均値ＹａｖＢ１の比の値ＹｒｔＢＤが、所定の基準値Ｒ４を超えるときに第３の状態と判定し、そうでないときに第１の状態と判定する。比の値ＹｒｔＢＤは、低輝度の領域に対する高輝度の領域の輝度の相対的な高さを表し、この値が大きいほど輝度差が大きい。したがって、比の値ＹｒｔＢＤを基準値Ｒ４と比較することで、第１、第３の状態を判別することができる。なお、平均値ＹａｖＢ２は判別には用いない。
【００４１】
第１の状態と判定したときは、全ての領域の輝度の平均値Ｙａｖ６４を被写体の輝度とする。第２の状態と判定したときは、特に低輝度の領域の輝度の平均値ＹａｖＤ２を被写体の輝度とし、第３の状態と判定したときは、特に高輝度の領域の輝度の平均値ＹａｖＢ２を被写体の輝度とする。そして、これら被写体の輝度が所定の目標値よりも高いか低いかに応じて、絞り１１ａの開口径を調節する。
【００４２】
３状態の判別においては、４つの基準値Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４を使用するが、これらは固定せず、判定結果すなわち３状態を現在どのように判定しているかに応じて、それぞれ２つの値の中から選択する。基準値Ｒ１としては値Ｒ１ａ、Ｒ１ｂ、基準値Ｒ２としては値Ｒ２ａ、Ｒ２ｂ、基準値Ｒ３としては値Ｒ３ａ、Ｒ３ｂ、基準値Ｒ４としては値Ｒ４ａ、Ｒ４ｂがあり、Ｒ１ｂ＜Ｒ１ａ、Ｒ２ｂ＜Ｒ２ａ、Ｒ３ｂ＜Ｒ３ａ、Ｒ４ｂ＜Ｒ４ａの関係に設定されている。具体的には、Ｒ１ａ＝１、Ｒ１ｂ＝０．５、Ｒ２ａ＝２．０、Ｒ２ｂ＝１．８、Ｒ３ａ＝３．０、Ｒ３ｂ＝２．８、Ｒ４ａ＝３．３、Ｒ４ｂ＝３．１である。
【００４３】
基準値Ｒ１は、現在第１または第３の状態と判定しているときには大きい方の値Ｒ１ａとし、第２の状態と判定しているときには小さい方の値Ｒ１ｂとする。基準値Ｒ２およびＲ３は、現在第１の状態と判定しているときには大きい方の値Ｒ２ａおよびＲ３ａとし、他の状態と判定しているときには小さい方の値Ｒ２ｂおよびＲ３ｂとする。基準値Ｒ４は、現在第１の状態と判定しているときには大きい方の値Ｒ４ａとし、他の状態と判定しているときには小さい方の値Ｒ４ｂとする。
【００４４】
仮に、基準値を固定すると、求めた比の値が基準値に近いときに、撮影対象範囲の輝度の僅かな変動により判定結果が頻繁に逆転する。例えば、比の値ＹｒｔＵＬが基準値Ｒ１を少し超えているときは第４の状態と判定することになるが、輝度が僅かだけ変化して、比の値ＹｒｔＵＬが基準値Ｒ１よりも少し小さくなると第５の状態と判定することになり、さらに輝度が僅かだけ変化して、比の値ＹｒｔＵＬが基準値Ｒ１を少し超えると再び第４の状態と判定することになる。このような事態は、撮影した画像の明るさの変動、したがって画像のちらつきを招くことになり、好ましくない。
【００４５】
基準値Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４を上記のように設定することで、現在判定している状態を維持しようとする作用が働いて、画像のちらつきを避けることができる。
【００４６】
カメラ１におけるＡＥ制御の処理の流れについて図３のフローチャートを参照して説明する。まず、垂直ブランキング期間であるか否かを判定し、垂直ブランキング期間になるのを待つ（ステップ＃２）。垂直ブランキング期間であれば、Ｙ信号を読み出して６４の領域ごとの輝度を求める（＃４）。そして、全ての領域の輝度の平均値Ｙａｖ６４を単純平均で算出する（＃６）。次いで、第１のモードに設定されているか否かを判定する（＃８）。
【００４７】
第１のモードでないとき、すなわち第２のモードのときは、全ての領域の輝度の平均値Ｙａｖ６４を被写体の輝度とし（＃１０）、その被写体輝度を所定の目標輝度と比較する（＃１２）。被写体輝度が目標輝度に等しいときは、絞り１１ａの開口径を変えることなくステップ＃２に戻る。被写体輝度が目標輝度よりも高いときは、絞り１１ａの開口径を小さくして（＃１４）、ステップ＃２に戻り、被写体輝度が目標輝度よりも低いときは、絞り１１ａの開口径を大きくして（＃１６）、ステップ＃２に戻る。
【００４８】
第１のモードに設定されているときは、撮影対象範囲の上半分の３２の領域の輝度の平均値ＹａｖＵ３２と、下半分の３２の領域の輝度の平均値ＹａｖＬ３２を、それぞれ単純平均で算出し（＃２０）、平均値ＹａｖＬ３２に対する平均値ＹａｖＵ３２の比の値ＹｒｔＵＬを求める（＃２２）。そして、現在第２の状態（逆光）と判定しているか否かを調べ（＃２４）、第２の状態と判定していれば値Ｒ１ｂを基準値Ｒ１とし（＃２８）、そうでなければ値Ｒ１ａを基準値Ｒ１とする（＃２６）。
【００４９】
次いで、比の値ＹｒｔＵＬが基準値Ｒ１を超えているか否かを判定し（＃３０）、超えていればステップ＃３２に、超えていなければステップ＃６２に進む。これで、第４の状態と第５の状態の判別が終了する。
【００５０】
ステップ＃３２以降は、第４の状態と判定したときの、第１の状態と第２の状態を判別する処理である。まず、全ての領域の輝度の平均値Ｙａｖ６４よりも低輝度の領域の輝度の平均値ＹａｖＤ１と、平均値ＹａｖＤ１よりも低輝度の領域の輝度の平均値ＹａｖＤ２を、それぞれ単純平均で算出し（＃３２）、平均値ＹａｖＤ１に対する平均値Ｙａｖ６４の比の値ＹｒｔＤ１を求める（＃３４）。そして、現在第１の状態（順光）と判定しているか否かを調べ（＃３６）、第１の状態と判定していれば値Ｒ２ａを基準値Ｒ２とし（＃３８）、そうでなければ値Ｒ２ｂを基準値Ｒ２とする（＃４０）。
【００５１】
次いで、比の値ＹｒｔＤ１が基準値Ｒ２を超えているか否かを判定する（＃４２）。超えていれば、平均値ＹａｖＤ２に対する平均値Ｙａｖ６４の比の値ＹｒｔＤ２を求める（＃４４）。また、現在第１の状態（順光）と判定しているか否かを調べ（＃４６）、第１の状態と判定していれば値Ｒ３ａを基準値Ｒ３とし（＃４８）、そうでなければ値Ｒ３ｂを基準値Ｒ３とする（＃５０）。そして、比の値ＹｒｔＤ２が基準値Ｒ３を超えているか否かを判定する（＃５２）。
【００５２】
この判定で比の値ＹｒｔＤ２が基準値Ｒ３を超えているときは、第２の状態すなわち逆光であると判定して（＃５４）、平均値ＹａｖＤ２を被写体の輝度とする（＃５６）。その後、ステップ＃１２に進んで、前述の処理を行う。
【００５３】
ステップ＃４２の判定で比の値ＹｒｔＤ１が基準値Ｒ２を超えていないとき、およびステップ＃５２の判定で比の値ＹｒｔＤ２が基準値Ｒ３を超えていないときは、第１の状態すなわち順光であると判定して（＃５８）、平均値Ｙａｖ６４を被写体の輝度とする（＃６０）。その後、ステップ＃１２に進んで、前述の処理を行う。
【００５４】
ステップ＃６２以降は、第５の状態と判定したときの、第１の状態と第３の状態を判別する処理である。まず、全ての領域の輝度の平均値Ｙａｖ６４よりも低輝度の領域の輝度の平均値ＹａｖＤ１と、平均値Ｙａｖ６４よりも高輝度の領域の輝度の平均値ＹａｖＢ１と、平均値ＹａｖＢ１よりも高輝度の領域の輝度の平均値ＹａｖＢ２を、それぞれ単純平均で算出し（＃６２）、平均値ＹａｖＤ１に対する平均値ＹａｖＢ１の比の値ＹｒｔＢＤを求める（＃６４）。そして、現在第１の状態（順光）と判定しているか否かを調べ（＃６６）、第１の状態と判定していれば値Ｒ４ａを基準値Ｒ４とし（＃６８）、そうでなければ値Ｒ４ｂを基準値Ｒ４とする（＃７０）。
【００５５】
次いで、比の値ＹｒｔＢＤが基準値Ｒ４を超えているか否かを判定し（＃７２）、超えていなければ、ステップ＃５８に進んで第１の状態すなわち順光であると判定する。比の値ＹｒｔＢＤが基準値Ｒ４を超えていれば、第３の状態すなわち過順光であると判定して（＃７４）、平均値ＹａｖＢ２を被写体の輝度とする（＃７６）。そして、ステップ＃１２に進んで、前述の処理を行う。
【００５６】
上記のようなＡＥ制御を行う第１のモードを備える本実施形態のカメラ１では、撮影対象範囲内の輝度の分布が前述の図７に示したような場合でも、輝度の低い被写体が適正な明るさとなる画像を撮影することができる。図８の（ｃ）と同一条件下で、第１のモードで撮影したときの画像を図５に示す。
【００５７】
なお、ここでは、撮影対象範囲の領域の数、３状態の判別に用いる基準値等の具体的な数値を掲げたが、これらは例にすぎず、他の値とすることもできる。例えば、領域数は３６（縦６×横６）以上であれば、ほとんどの場合３状態を正しく判別することができる。ただし、領域数をあまり多くしても判別結果には影響しないから、領域数を１４４（縦１２×横１２）程度以下として、演算量を抑えるのが好ましい。
【００５８】
また、ここでは基準値を固定しているが、撮影対象範囲全体の輝度の高低に応じて、基準値を変えるようにしてもよい。このような基準値の設定例を図４に示す。図４において、横軸は全ての領域の輝度の平均値Ｙａｖ６４であり、縦軸は基準値Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４として用いる値Ｒ２ａ、Ｒ２ｂ、Ｒ３ａ、Ｒ３ｂ、Ｒ４ａ、Ｒ４ｂである。第１の状態と第２の状態の判別に用いる基準値Ｒ２およびＲ３は平均値Ｙａｖ６４が大きくなるほど小さくするのがよく、第１の状態と第３の状態の判別に用いる基準値Ｒ４は平均値Ｙａｖ６４が大きくなるほど大きくするのがよい。また、第４の状態と第５の状態を判別するための基準値Ｒ１は、撮影対象範囲全体の輝度の高低にかかわらず一定とするのが好ましい。
【００５９】
本実施形態ではビデオカメラの例を示したが、本発明はデジタルカメラや撮像素子としてフィルムを使用するカメラにも適用することが可能である。デジタルカメラの場合も、撮像素子であるＣＣＤの出力から輝度を検出することができる。フィルムを使用するカメラでは、輝度検出のためにセンサーを別途備える必要があるが、そのセンサーは解像度の低いものであってもかまわない。
【００６０】
【発明の効果】
被写体と背景に大きな輝度差がない第１の状態と、被写体と背景に大きな輝度差があり被写体の輝度の方が低い第２の状態と、被写体と背景に大きな輝度差があり被写体の輝度の方が高い第３の状態を判別し、判定した状態に応じて撮像素子の露光量を調節するようにした本発明のカメラでは、順光のときはもちろん、逆光のときも、さらには過順光のときも、撮影対象範囲内の被写体の位置にかかわらず、撮像素子の露光量を被写体の輝度に応じて調節することができる。したがって、環境の光線状態が変化し易い用途でも被写体を適正な明るさで確実に撮影し得る使い勝手のよいカメラとなる。
【００６１】
第１の状態および第２の状態を含む第４の状態と、第１の状態および第３の状態を含む第５の状態とをまず判別して、その後に第１の状態と第２の状態、または第１の状態と第３の状態を判別するようにすることで、第２の状態と第３の状態とを正しく判別することが可能になり、逆光や過順光のときの被写体を確実に適正な明るさとすることができる。
【００６２】
撮影対象範囲を上部と下部に２分し、上部と下部をそれぞれ複数の領域に分割して全ての領域の輝度を個別に求め、下部の領域の輝度の平均値に対する上部の領域の輝度の平均値の比を基準値と比較することにより第４の状態と第５の状態を判別するようにすると、被写体が撮影対象範囲の左端付近や右端付近に位置しているときでも、第４、第５の状態、したがって逆光と過順光を誤りなく判別することができる。
【００６３】
全ての領域の輝度の平均値よりも低輝度の領域の輝度の平均値に対する全ての領域の輝度の平均値の比を基準値と比較し、特に低輝度の領域の輝度の平均値に対する比も考慮して、第１の状態と第２の状態を判別するようすると、第１、第２の状態、つまり順光と逆光を誤りなく判別することが可能である。
【００６４】
全ての領域の輝度の平均値よりも低輝度の領域の輝度の平均値に対する高輝度の領域の輝度の平均値の比を基準値と比較することにより第１の状態と第３の状態を判別するようにすると、第１、第３の状態、つまり順光と過順光を誤りなく判別することができる。
【００６５】
平均値の比と比較して状態の判別に用いる基準値を前回の判別の結果に応じて少し変化させることで、撮影対象範囲の輝度の僅かな変化で判別結果が頻繁に逆転するのを避けることができる。これにより、ビデオカメラのように繰り返し撮影を行うカメラでも、撮影した画像の明るさが頻繁に変わってちらつきが生じるのを防止することが可能になる。
【００６６】
撮影対象範囲を複数の領域に分割して各領域の輝度を求め、第１の状態と判定したときに全ての領域の輝度の平均値を被写体の輝度とし、第２の状態と判定したときに特に低輝度の領域の輝度の平均値を被写体の輝度とし、第３の状態と判定したときに特に高輝度の領域の輝度の平均値を被写体の輝度として、撮像素子の露光量を調節するをすることで、順光、逆光、過順光のいずれのときも、被写体を適正な明るさで撮影することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態であるビデオカメラの構成の概略を模式的に示すブロック図。
【図２】上記ビデオカメラにおける状態判別のための撮影対象範囲の領域分割を示す図。
【図３】上記ビデオカメラにおけるＡＥ制御の処理の流れを示すフローチャート。
【図４】上記ビデオカメラが状態判別のために使用する基準値の設定例を示す図。
【図５】上記ビデオカメラで逆光の状態の被写体を撮影したときの画像を模式的に示す図。
【図６】従来のカメラにおける逆光補正のための領域の重み係数の設定例を示す図。
【図７】従来のカメラで逆光補正を行っても被写体を適正な明るさで撮影することができなくなる輝度分布の例を示す図。
【図８】従来のカメラで撮影した画像を模式的に示す図であり、（ａ）は逆光の状態で逆光補正をすることなく撮影した画像、（ｂ）および（ｃ）は逆光の状態で逆光補正をして撮影した画像を表す。
【符号の説明】
１    ビデオカメラ
１１    撮影レンズ
１１ａ  絞り
１２    ＣＣＤ
１３    アナログ処理回路
１４    ＹＣ分離回路
１５    Ｙプロセス回路
１６    Ｃプロセス回路
１７    Ｙ積算回路
１８    ＣＰＵ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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