(57)【要約】【課題】  天体等の移動物体を停止させた状態にして長時間露出の撮影を行って得られる画像を生成できる撮影装置を提供する。【解決手段】  制御部１７は、天体撮影モード設定時にシャッターキーが操作されると、撮像部１１に複数回、撮影を行わせる。そのうちの少なくとも１回は、星が位置を移動させることによって移動軌跡として撮影されないように撮影させる。画像処理部１３は、そのようにして撮影された撮影画像に、他の撮影画像に存在する星の画像成分を加える画像処理を行う。それにより、星を停止させた状態にして長時間露出の撮影を行って得られる画像を生成する。【選択図】      図１
2006287375.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像素子により画像を電気信号に変換して撮影する撮影装置において、
前記撮像素子に、指定された露出時間、露出させて前記画像の撮影を行う撮像手段と、
予め被写体として想定する移動物体の撮影が指示された場合に、該移動物体が移動軌跡として撮影されない第１の露出時間、及び所定の第２の露出時間で前記撮像手段にそれぞれ撮影させる撮影制御手段と、
前記撮影手段が前記第１の露出時間で撮影することで得られた第１の画像中の前記移動物体による画像成分に、該撮影手段が前記第２の露出時間で撮影することで得られた第２の画像中の該移動物体による画像成分を加える画像処理手段と、
を具備することを特徴とする撮影装置。
【請求項２】
撮像素子により画像を電気信号に変換して撮影する撮影装置に実行させるプログラムであって、
前記撮像素子に、指定された露出時間、露出させて前記画像の撮影を行う機能と、
予め被写体として想定する移動物体の撮影が指示された場合に、該移動物体が移動軌跡として撮影されない第１の露出時間、及び所定の第２の露出時間で前記行う機能によりそれぞれ撮影させる機能と、
前記第１の露出時間で撮影することで得られる第１の画像中の前記移動物体による画像成分に、前記第２の露出時間で撮影することで得られる第２の画像中の該移動物体による画像成分を加える機能と、
を実現させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、予め被写体として想定する移動物体が写っている画像を得るための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年は、ＣＣＤ等の撮像素子で画像を電気信号に変換して撮影するタイプの撮影装置が広く普及している。そのような撮影装置でも、露出時間を長くすることで弱い光を放つ被写体もより鮮明に撮影することができる。
【０００３】
撮影装置に対して位置関係を変化させる移動物体は、露出時間を長くすることにより、その物体が移動した軌跡として撮影され、その形状は視認できなくなる。それにより、長時間露出で物体の形状を視認できるように撮影するには、その物体が撮影装置から見て停止している状態にしなければならない。このことから、天体の撮影では、その天体の回転運動に合わせて撮影装置を回転させることが行われている。
【０００４】
その撮影装置の回転は、赤道式取付部に取り付けた天体望遠鏡等に撮影装置を取り付け、望遠鏡を極軸の周りに地球の自転と同じ速度で手動、或いはモータにより回転させることで行うのが普通である。そのような望遠鏡を用いないとしても、天体が停止しているように撮影装置を回転させるには、別の専用設備が必要なのが実情である。また、適切に撮影装置を回転させるには、例えば赤道式取付部では、地球の回転軸に極軸を平行にセットさせなければならない。
【０００５】
上述したようなことから、従来は、天体を移動軌跡とさせない長時間露出での撮影は、専用設備を用意し、その設備を正確にセットして行っていた。このため、その撮影を行うための制約が大きかった。このことから、そのような撮影による画像をより容易に得られるようにすることは非常に有意義であると考えられる。
【特許文献１】特開２００３−３２３６２５号公報
【特許文献２】特開２００２−２２００９８号公報
【特許文献３】特開平５−２６０３６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、天体等の移動物体を停止させた状態にして長時間露出の撮影を行って得られる画像を生成できる撮影装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の撮影装置は、撮像素子により画像を電気信号に変換して撮影するものであり、撮像素子に、指定された露出時間、露出させて画像の撮影を行う撮像手段と、予め被写体として想定する移動物体の撮影が指示された場合に、該移動物体が移動軌跡として撮影されない第１の露出時間、及び所定の第２の露出時間で撮像手段にそれぞれ自動的に撮影させる撮影制御手段と、撮影手段が第１の露出時間で撮影することで得られた第１の画像中の移動物体による画像成分に、該撮影手段が第２の露出時間で撮影することで得られた第２の画像中の該移動物体による画像成分を加える画像処理手段と、を具備する。
【０００８】
本発明のプログラムは、上記撮影装置が具備する手段を実現させるための機能を搭載している。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、予め被写体として想定する移動物体が移動軌跡として撮影されない第１の露出時間、及び所定の第２の露出時間でそれぞれ第１、及び第２の画像を撮影し、第１の画像中の移動物体による画像成分に、第２の画像中の移動物体による画像成分を加える画像処理を行う。そのような画像成分を加えることにより、第１の画像は、露出時間をより長くすることで撮影可能なものとすることができる。その第１の画像は、天体等の移動物体を停止させた状態にして撮影させたものである。これらのことから、天体等の移動物体を停止させた状態にして長時間露出の撮影を行って得られる画像を生成させることができる。
【００１０】
上記第１、及び第２の画像のうちの少なくとも一方を自動的に撮影させるようにした場合には、ユーザーが行うべき操作をより少なくさせることができる。このことから、ユーザーにとっては高い利便性が得られ、生成させる画像はより容易に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本実施の形態による撮影装置の構成を示す図である。
この撮影装置は、図１に示すように、光学系により結像された画像をＣＣＤ等の撮像素子で電気信号に変換することで撮影し、その電気信号をデジタルデータに変換して出力する撮像部１１と、その撮像部１１がデジタルデータの形で出力する撮影画像を格納できるメモリ１２と、その撮影画像を対象にした画像処理を行うことができる画像処理部１３と、その画像処理部１３が出力する画像を表示する表示部１４と、その画像を出力するためのデータ出力部１５と、ユーザーに操作させる各種キーを有する入力部１６と、その入力部１６からユーザーが行った操作内容を示す情報を受け取り、全体の制御を行う制御部１７と、を備えた構成となっている。
【００１２】
上記撮像部１１が備えた光学系は、例えば光軸方向に移動可能に配置されたズームレンズ及びフォーカスレンズ等からなるレンズ群（光学系）、それらの位置を検出するための複数のセンサ、及び絞り等を有するものである。それ以外には、ズームレンズ、フォーカスレンズをぞれぞれ移動させるための複数のモータ、絞りを開閉する絞り用アクチュエータ、機械式のシャッターを開閉するシャッター用アクチュエータ、それらを駆動するコントローラ、撮像素子を駆動する駆動回路、その撮像素子から出力された電気信号に対して各種処理を行い、デジタルデータに変換する処理回路、そのデジタルデータを符号化する符号化回路、等を備えている。それにより、メモリ１２には符号化したデータを格納するようになっている。
【００１３】
入力部１６は、例えば電源キー、記録／再生のモード設定用の第１のモード切替スイッチ、記録モード設定時に通常／天体撮影のモード設定用の第２のモード切替スイッチ、シャッターキー、露出時間変更用の複数の変更キー、メニューキー、十字キー、フォーカスキー、ズームキー等の各種キーと、それらの状態変化を検出し、それに応じた操作信号を制御部１７に出力するＣＰＵと、備えた構成となっている。フォーカスキー、ズームキーもそれぞれ２種類、存在する。
【００１４】
画像処理部１３は、メモリ１２に符号化されて格納されたデジタルデータ（撮影画像）を復号化し、画像処理を行う。そのデジタルデータをデータ出力部１５に出力する場合には、復号化、画像処理を行うことなく、そのデータ出力部１５に出力する。また、撮像部１１から符号化していないデジタルデータを入力して表示部１４に出力することにより、シャッターキーへの操作によって撮影可能な画像を表示させる。
【００１５】
制御部１７は、入力部１６から入力する操作信号により、撮像部１１、画像処理部１３に送出すべきコマンドを生成して送出することにより、撮影装置全体の制御を行う。シャッターを開閉させる時間間隔（露出時間）は、そのコマンドによって指定する。
【００１６】
上述したように、記録モードの設定時には、サブモードとして、通常モード、天体撮影モードの何れかをユーザーが設定できるようにしている。通常モードは、シャッターキーを操作する前に設定されている内容に従って撮影を行うモードである。天体撮影では、星などが発する光は非常に微弱であることから、長時間露出の撮影を行うのが普通である。長時間露出の撮影では、露出時間によっては、星は露出している間に位置を移動させ、その移動軌跡が撮影される結果となる。天体撮影モードは、露出時間に係わらず、実際の撮影で得た画像から、撮影装置を天体の回転と同じ速度で回転させて長時間露出の撮影を行った場合に得られる仮想的な画像（以下「仮想画像」と呼ぶ）を生成するモードである。画像処理部１３は、その画像を生成する画像処理を行う。
【００１７】
そのような仮想画像を生成することにより、ユーザーは赤道式取付部といった専用設備を用いることなく、その専用設備を適切に使用して長時間露出の撮影を行わせたような画像を得られるようになる。このため、ユーザーにとっては非常に高い利便性が得られることとなる。
【００１８】
図２は、上記画像処理部１３の機能構成を説明する図である。その画像処理部１３は、静止物体認識部１３ａ、星パターン認識部１３ｂ、中心点算出部１３ｃ、移動角度算出部１３ｄ、光量積算部１３ｅ、及び星座画像作成部１３ｆを備えている。それら各部１３ａ〜ｆの機能について、図４以降の説明図を参照しつつ、具体的に説明する。
【００１９】
制御部１７は、天体撮影モードの設定時にユーザーがシャッターキーを操作して撮影を指示すると、撮像部１１に指示して、ユーザーが設定した露出時間、シャッターを開放して露出させた画像を撮影させる。その画像の撮影の前後に、天体が移動軌跡の形で撮影されない露出時間で画像を撮影させる。図２において、ユーザーが設定した露出時間の露出によって撮影された画像は開放撮影画像Ｐ３に相当する。その撮影画像Ｐ３の撮影前に撮影する画像は開始時点の撮影画像Ｐ１に相当し、その撮影画像Ｐ３の撮影後に撮影する画像は終了時点の撮影画像Ｐ２に相当する。
【００２０】
図４〜図６はそれぞれ、開始時点の撮影画像Ｐ１、終了時点の撮影画像Ｐ２、及び開放撮影画像Ｐ３の例を説明する図である。その撮影画像Ｐ３では、長時間露出により、天体（星）が移動軌跡として撮影されている。図４〜図６でＯＢを付した画像は、撮影された、移動しない静止物体画像（例えば建物）である。
【００２１】
上記静止物体認識部１３ａは、メモリ１２から読み出された撮影画像Ｐ１、及びＰ２を入力し、それらを比較することにより、それらの間で形状、及び位置が変化しない物体を静止物体と認識する。その物体の認識は、予め定めた大きさ（領域）以上のものを対象に行う。それにより、北極星ＮＳを静止物体と認識するのを回避する。その認識結果は星パターン認識部１３ｂに渡される。
【００２２】
星パターン認識部１３ｂは、撮影画像Ｐ１、及びＰ２の比較を行うことにより、それらの間で位置が変化し、且つ位置が変化した他の物体間で相対的な位置関係（パターン）が変化していない物体を星（天体）と認識する。中心点算出部１３ｃには、画像毎に、星と認識した物体の位置情報や、静止物体認識部１３ａが認識した静止物体を除去した撮影画像Ｐ１、Ｐ２等を渡す。
【００２３】
中心点算出部１３ｃは、星パターン認識部１３ｂが星と認識した物体のなかから２つ以上の物体を選択し、選択した物体毎に、その認識部１３ｂから受け取った撮影画像Ｐ１、Ｐ２を重ねる形で、その物体の２つの位置を結ぶ線分を作成し、更にその線分の垂直二等分線を作成する。それにより、複数の垂直二等分線が交わる点を、星が回転の中心とする中心点として求める。
【００２４】
図７は、中心点の特定方法を説明する図である。その図７では、図４〜図６と同様に、撮影画像Ｐ１、Ｐ２でそれぞれ異なる位置に撮影された星は外形が同じ図形内への塗り潰しの有無で区別させている。
【００２５】
図７において、北極星ＮＳを通る直線は垂直二等分線であり、その垂直二等分線と直交する直線は、撮影画像Ｐ１、Ｐ２の撮影時に位置が異なる同じ星α、βを結んでいる。中心点算出部１３ｃは、撮影時に位置が異なる複数の星を対象にして、同じ星の撮影時間によって異なる位置を結ぶ直線を作成し、その直線の垂直二等分線を作成し、作成した垂直二等分線の交点を求めることにより、中心点を正確に特定する。移動角度算出部１３ｄには、特定した中心点の位置情報や、静止物体認識部１３ａの認識結果から静止物体を除去した撮影画像Ｐ１、Ｐ２等を渡す。
【００２６】
移動角度算出部１３ｄは、撮影時に位置が異なる星を対象にして、図８に示すように、同じ星の撮影時間によって異なるそれぞれの位置と中心点を結ぶ２つの直線を作成し、その２つの直線が成す角度、つまり中心点を中心に星が回転した角度（移動角度）を算出する。光量積算部１３ｅには、その移動角度、中心点の位置情報、及び静止物体認識部１３ａの認識結果から静止物体を除去した撮影画像Ｐ１、Ｐ等を渡す。
【００２７】
星は回転運動することから、撮影画像Ｐ１、Ｐ２上の位置が異なる星は撮影画像Ｐ３では弧を描く移動軌跡として撮影される。光量積算部１３ｅは、撮影画像Ｐ３上で星によって描かれた弧を抽出し、抽出した弧毎に、その弧の２つの端と中心点を結ぶ直線の角度が移動角度と一致するか否か判定することにより、その角度が移動角度と一致している弧（星）を更に抽出する。
【００２８】
そのようにして最終的に抽出される弧は、撮影画像Ｐ１、Ｐ２に共に写っている星によって描かれた弧である。そのような弧を抽出することにより、光量積算部１３ｅはそれが存在する画像領域の認識を併せて行う。その画像領域は、各撮影画像Ｐ１〜３で共有させるものであり、図９中に９０１を付して示す部分に対応する。星は回転運動することから、その外側の形状は弧状となる。最終的に抽出される弧は、その全てが画像領域９０１内に入っているものである。
【００２９】
最終的に弧を抽出した後は、その弧毎に、その光量（画像成分）を積算し、積算した光量を、例えば移動角度算出部１３ｄから受け取った撮影画像Ｐ１、Ｐ２のうちの何れかを対象にして、対象とする撮影画像中の対応する星の光量に加える形で与える。より具体的には、光量の積算は、例えば弧を表現する画素毎に、その値から弧の近傍に位置する画素の値を減算して得られる減算値を算出し、算出した減算値の累算値を算出することで行う。その累算値は、対象とする撮影画像中の対応する星を表現する画素の値を正規化し、正規化した値に応じて分配する形で与える。それにより、撮影画像Ｐ１、或いはＰ２で星が撮影された状態を考慮して、その星の画像成分に、開放撮影画像Ｐ３に存在するその星の画像成分を与えている。そのようにして、自然と感じられるように画像成分を与えるようにしている。
【００３０】
光量積算部１３ｅは、積算した光量を与えた撮影画像、画像領域９０１の位置情報等を星座画像作成部１３ｆに渡す。その作成部１３ｆは、図９に示すように、その撮影画像中の画像領域９０１から矩形状に画像領域（範囲）９０２を切り出す。切り出した画像領域９０２は、星座撮影画像として表示部１４に表示させる。それにより、表示部１４は、図１０に示すような撮影画像を表示させることになる。画像領域９０１内の画像は上記仮想画像に相当する。
【００３１】
上述したように積算した光量を与える場合、与える光量は、中心点から見た弧の角度によって変動する。たとえ明るさが同じ星であっても、それの弧の角度の大きさによって、与える光量は変動してしまう。その変動は、暗い星をそれより明るい星よりも明るくさせてしまうといったことを発生させ、本来の星の明るさの関係を乱す原因となる。その原因を排除すために、本実施の形態では、図９に示す画像領域９０１の認識を行い、その領域９０１から星座撮影画像９０２を切り出すようにしている。画像領域９０１を認識することによる表示対象とすべき星の選別は、必要に応じて、或いはユーザーの設定に従って行うようにしても良い。
【００３２】
上記画像処理部１３、及び制御部１７は実際には共に、例えば不図示のＣＰＵがフラッシュメモリ等に格納されたプログラムを実行することで実現される。それらのうちの少なくとも一方を実現させるようなプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、或いは着脱自在なフラッシュメモリ等の記録媒体に記録させて配布しても良い。公衆網等の通信ネットワークを介して、そのプログラムの一部、若しくは全部を配信するようにしても良い。そのようにした場合には、ユーザーはプログラムを取得して、撮影装置（ここでは通常、パーソナルコンピュータ等のデータ処理装置を含むものである）にロードすることにより、本発明を適用させた撮影装置を実現させることができる。このことから、記録媒体は、プログラムを配信する装置がアクセスできるものであっても良い。
【００３３】
図３は、天体撮影モード設定時の撮影処理を示すフローチャートである。その撮影処理は、天体撮影モード設定時にユーザーがシャッターキーを操作することで実行される処理である。上記ＣＰＵが、フラッシュメモリ等に格納されたプログラムを実行することで実現される。次に図３を参照して、その撮影処理について詳細に説明する。
【００３４】
先ず、ステップ３０１では、開始時点の撮影画像Ｐ１。開放撮影画像Ｐ３、及び終了時点の撮影画像Ｐ２（図４〜図６）を得るための撮影を順次、行わせる。続くステップ３０２では、撮影画像Ｐ１、Ｐ２をメモリ１２から読み出し、それらを比較することにより、それらの間で形状、及び位置が変化しない物体を静止物体（部分）として認識する。その次に移行するステップ３０３では、認識した静止物体を撮影画像Ｐ１、Ｐ２からそれぞれ除去する。その除去後はステップ３０４に移行する。
【００３５】
ステップ３０４では、静止物体を除去した後の撮影画像Ｐ１、及びＰ２の比較を行うことにより、それらの間で位置が変化し、且つ位置が変化した他の物体間で相対的な位置関係（パターン）が変化していない物体を星（天体）として抽出する。次のステップ３０５では、撮影画像Ｐ１、Ｐ２を重ね、抽出した複数の星別に、それらに写っている位置を結ぶ線分（直線）を作成する。その作成後は、ステップ３０６に移行して、作成した線分の垂直二等分線をそれぞれ更に作成し、複数の垂直二等分線の交点を中心点として求める（図７）。ステップ３０７にはその後に移行する。
【００３６】
ステップ３０７では、同じ星が撮影画像Ｐ１、Ｐ２上でそれぞれ撮影されている位置と中心点を結ぶ２つの直線を作成し、その２つの直線が成す角度、つまり中心点を中心に星が回転した角度（移動角度）を算出する。続くステップ３０８では、開放撮影画像Ｐ３上で星によって描かれた弧を抽出し、抽出した弧のなかから、その弧の２つの端と中心点を結ぶ直線の角度が移動角度と一致する弧を更に抽出し、抽出した弧毎に、その光量（画像成分）を積算する。抽出した弧を全て有する画像領域９０１の認識も併せて行う。それらを行った後、ステップ３０９に移行する。
【００３７】
ステップ３０９では、例えば静止物体を除去した後の撮影画像Ｐ１、Ｐ２のうちの何れかを対象にして、積算した光量を、対象とする撮影画像中の対応する星の光量に加える。その後に移行するステップ３１０では、積算した光量を加えた撮影画像の画像領域９０１中から矩形状に画像領域（範囲）９０２を切り出し、それを星座撮影画像として表示部１４に表示させる（図１０）。その後、一連の処理を終了する。
【００３８】
なお、本実施の形態では、星の光量（画像成分）を加えるための撮影を１回だけ行うようにしているが、その撮影を複数回、行うようにしても良い。その撮影における露出時間はユーザーに設定させるようにしているが、その露出時間は自動的に設定するようにしても良い。移動角度の算出は、実際に撮影した撮影画像を分析して行っているが、撮影開始時刻と撮影終了時刻の時間間隔を計時して算出するようにしても良い。
【００３９】
本実施の形態による撮影装置は、本実施の形態による画像処理装置を搭載させたものとしているが、その撮影装置が撮影した撮影画像Ｐ１〜３を提供して別の装置に星座撮影画像を生成させるようにしても良い。つまり、上述したような画像処理を行う画像処理装置を撮影装置とは別に用意しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本実施の形態による撮影装置の構成を示す図である。
【図２】画像処理部１３の機能構成を説明する図である。
【図３】天体撮影モード設定時の撮影処理を示すフローチャートである。
【図４】開始時点の撮影画像Ｐ１例を説明する図である。
【図５】終了時点の撮影画像Ｐ２例を説明する図である。
【図６】開放撮影画像Ｐ３例を説明する図である。
【図７】中心点の特定方法を説明する図である。
【図８】中心点を中心に星が回転した移動角度の求め方を説明する図である。
【図９】表示の対象とする星の存在する画像領域を説明する図である。
【図１０】星座撮影画面例を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
１１    撮像部
１２    メモリ
１３    画像処理部
１３ａ    静止物体認識部
１３ｂ    星パターン認識部
１３ｃ    中心点算出部
１３ｄ    移動角度算出部
１３ｅ    光量積算部
１３ｆ    星座画像作成部
１４    表示部
１６    入力部
１７    制御部
Ｐ１    開始時点の撮影画像
Ｐ２    終了時点の撮影画像
Ｐ３    開放撮影画像
【図１】
2006287375.tif 000003
【図２】
2006287375.tif 000004
【図３】
2006287375.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006287375.tif 000009
【図８】
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【図９】
2006287375.tif 000011
【図１０】
2006287375.tif 000012