(57)【要約】【課題】  通常使用状態ではフレームレートが制限されず、フリッカ発生のない撮像環境下では最適なシャッタスピードの制御を可能とし、かつ確実にフリッカを低減できるようにする。【解決手段】  画像データから算出された画像統計情報を基に増幅器の利得を制御すると共に、シャッタスピードの設定指示を出す自動レベル調整手段、画像統計情報を基にフリッカ発生を検出するフリッカ検出手段、少なくとも初期状態に所定のフレームレートにする指示を出し、その時のフリッカ検出手段の検出出力に基づいて設定可能なシャッタスピードを選択して自動レベル調整手段に指示するフリッカの検出制御を行う制御手段、自動レベル調整手段からの指示に基づいてシャッタスピードを設定すると共に、制御手段からの指示に基づいてフレームレートを設定するタイミングジェネレータを備える。【選択図】        図１
2006310974.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子シャッタ機能を有し、入射結像した被写体像を光電変換して画像信号を生成する固体撮像素子と、
生成された画像信号を増幅する増幅器と、
増幅された画像信号をデジタル変換して画像データにするＡ／Ｄ変換器と、
変換された画像データからフレーム毎の画素データを積算した画像統計情報を算出する信号処理手段と、
前記画像信号のレベルが所定のレベルになるように、前記画像統計情報に基づいて前記増幅器の利得を制御すると共に、前記電子シャッタのシャッタスピードを設定する指示を出す自動レベル調整手段と、
前記画像統計情報に基づいてフリッカ発生の有無を検出するフリッカ検出手段と、
少なくとも初期状態にフレームレートを所定の値に固定する指示を出し、その時の前記フリッカ検出手段の検出出力に基づいて設定可能なシャッタスピードを選択して前記自動レベル調整手段に指示するフリッカの検出制御を行う制御手段と、
前記自動レベル調整手段からの指示に基づいて前記シャッタスピードを設定すると共に、前記制御手段からの指示に基づいてフレームレートを設定するタイミングジェネレータとを備えたことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
制御手段は、
商用電源周波数が５０Ｈｚの地域でフリッカが発生しないフレームレートと商用電源周波数が６０Ｈｚの地域でフリッカが発生しないフレームレートの２種類のフレームレートを任意の順序に設定し、
前記２種類のフレームレートのうちの最初の設定において前記フリッカ検出手段の検出出力がフリッカ発生でない場合には他方のフレームレートに設定し、
前記他方のフレームレートの設定において前記フリッカ検出手段の検出出力がフリッカ発生でない場合にはシャッタスピードに制限を設けず、かつフレームレートは自由に変更できるように設定し、
前記２種類のフレームレートの設定のそれぞれにおいてフリッカ検出手段の検出出力がフリッカ発生である場合にはシャッタスピードを、その時の他方の商用電源周波数の２倍の周波数の整数倍に制限し、かつフレームレートは自由に変更できるように設定することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
制御手段は、
商用電源周波数が５０Ｈｚの地域でフリッカが発生しないフレームレートまたは商用電源周波数が６０Ｈｚの地域でフリッカが発生しないフレームレートを設定し、
フリッカ検出手段の検出出力がフリッカ発生である場合にはシャッタスピードを、前記フレームレートが設定された時の商用電源周波数以外の商用電源周波数の２倍の周波数の整数倍に制限し、かつフレームレートは自由に変更できるように設定し、
前記フリッカ検出手段の検出出力がフリッカ発生でない場合にはシャッタスピードを、前記フレームレートが設定された時の商用電源周波数の２倍の周波数の整数倍に制限し、かつフレームレートは自由に変更できるように設定することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項４】
制御手段は、フリッカの検出制御を実行している期間を外部に通知する出力手段を備えたことを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の撮像装置。
【請求項５】
画像統計情報に基づいて輝度情報および／もしくは色温度情報の指標値を演算し、当該指標値に基づいて蛍光灯照明下であるか否かを判断するマスク手段を備え、
制御手段は、マスク手段が蛍光灯照明下でないと判断した場合には、フリッカの検出制御を行わないことを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えばデジタルスチルカメラなどに適用され、特に蛍光灯照明下において発生するフリッカを低減して良好な画像を得るようにした撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
デジタルスチルカメラなどのＣＣＤやＣＭＯＳセンサを撮像素子に使用した撮像装置において、蛍光灯照明下で撮像を行うと、フレーム毎に輝度変動が発生したり、撮像画像上に明暗の横縞が発生する場合がある。この現象はフリッカと呼ばれ、蛍光灯が商用電源の周期の１／２の周期で点滅を繰り返していることに起因して発生する。そのため、従来、照明の周波数に応じて撮像素子のフレームレートを変更することによりフリッカを低減する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、はじめに商用電源の周波数が５０Ｈｚの蛍光灯下でフリッカが発生しない電子シャッタのシャッタスピード（第１の電子シャッタスピード）、あるいは商用電源の周波数が６０Ｈｚの蛍光灯下でフリッカが発生しないシャッタスピード（第２の電子シャッタスピード）のいずれかに予め設定しておき、画像データからフリッカが検出された場合に、予め設定されていた電子シャッタスピードが第１の電子シャッタスピードであれば第２の電子シャッタスピードに変更し、あるいは予め設定されていたシャッタスピードが第２の電子シャッタスピードであれば第１の電子シャッタスピードに変更することでフリッカを低減する方法がある（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１６５１４１号公報
【特許文献２】特開２００２−３３０３５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の撮像装置のフリッカ低減方法は、以上のように構成されているが、次のような問題がある。特許文献１で開示されている方法では、フレームレートを変更することのみでフリッカを低減するようにしているため、フリッカが発生する撮像環境下では、フレームレートが１２０／ｎ（ｎは整数）あるいは１００／ｎに限られてしまうため、カメラ付き携帯電話やデジタルスチルカメラなどの装置において使用可能なフレームレートが著しく制限されてしまう。
また、特許文献２で開示されている方法では、はじめに商用電源の周波数が５０Ｈｚの蛍光灯下でフリッカが発生しない蓄積時間、あるいは商用電源の周波数が６０Ｈｚの蛍光灯下でフリッカが発生しない蓄積時間のどちらかに予め設定するように構成されているので、フリッカが発生しない撮像環境下においても設定できる蓄積時間が離散的になってしまい、撮像装置の自動レベル調整機能の性能低下につながっていた。
【０００５】
この発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、通常使用状態においてフレームレートが制限されず、フリッカが発生しない撮像環境下においては最適なシャッタスピードの制御を可能とし、かつ確実にフリッカを低減できる撮像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】
【０００６】
この発明に係る撮像装置は、電子シャッタ機能を有し、入射結像した被写体像を光電変換して画像信号を生成する固体撮像素子と、生成された画像信号を増幅する増幅器と、増幅された画像信号をデジタル変換して画像データにするＡ／Ｄ変換器と、変換された画像データからフレーム毎の画素データを積算した画像統計情報を算出する信号処理手段と、画像信号のレベルが所定のレベルになるように、画像統計情報に基づいて増幅器の利得を制御すると共に、電子シャッタのシャッタスピードを設定する指示を出す自動レベル調整手段と、画像統計情報に基づいてフリッカ発生の有無を検出するフリッカ検出手段と、少なくとも初期状態にフレームレートを所定の値に固定する指示を出し、その時のフリッカ検出手段の検出出力に基づいて設定可能なシャッタスピードを選択して自動レベル調整手段に指示するフリッカの検出制御を行う制御手段と、自動レベル調整手段からの指示に基づいてシャッタスピードを設定すると共に、制御手段からの指示に基づいてフレームレートを設定するタイミングジェネレータとを備えたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、初期状態においてフレームレートを一時的に固定することはあっても、通常使用状態のフレームレートは制限されず、また、フリッカ発生の撮像環境下においてはある程度のシャッタスピードの制限があるが、フリッカ発生のない撮像環境下においては最適な電子シャッタのシャッタスピードの制御が可能となり、かつ確実にフリッカを低減することができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１および実施の形態２による撮像装置の構成を示すブロック図である。
図において、固体撮像素子１は、入射結像した被写体像を光電変換してアナログの画像信号を生成するＣＣＤやＣＭＯＳセンサなどからなり、電子シャッタ機能を有する手段である。相関二重サンプリング回路（以下、ＣＤＳとする）２は、光電変換された画像信号からリセットノイズを除去する手段である。増幅器３は、ノイズ除去された画像信号を増幅する手段である。Ａ／Ｄ変換器４は、増幅された画像信号をデジタル変換して画像データにする手段である。信号処理手段５は、Ａ／Ｄ変換器４で得られた画像データからフレーム毎の画素データを積算した画像統計情報を算出する手段である。自動レベル調整手段６は、画像信号のレベルが所定のレベルになるように、信号処理手段５の画像統計情報に基づいて電子シャッタのシャッタスピードと増幅器３の利得を制御する手段である。フリッカ検出手段７は、信号処理手段５から得られる画像統計情報に基づいてフリッカ発生の有無を検出する手段である。制御手段８は、所定のタイミングでフレームレートを所定の値に固定する指示を出し、その時のフリッカ検出手段７の検出出力に基づいて自動レベル調整手段６で設定可能なシャッタスピードを選択するフリッカの検出制御を行う手段である。タイミングジェネレータ９は、自動レベル調整手段６からの指示に基づいてシャッタスピードを設定すると共に、制御手段８からの指示に基づいてフレームレートを設定する手段である。
【０００９】
次に動作について説明する。
固体撮像素子１の撮像面に入射結像した被写体像は光電変換され画像信号として取り出された後、ＣＤＳ２によってノイズが除去される。ＣＤＳ２から出力された画像信号は増幅器３によって増幅され、Ａ／Ｄ変換器４によってデジタル変換されて画素データとして出力される。信号処理手段５では、１フレーム毎に、例えば画面全体あるいは画面の一部の領域の画素データが積算され、積算された値を画像統計情報として自動レベル調整手段６に出力する。自動レベル調整手段６では、信号処理手段５からの画像統計情報に基づいて次フレーム撮像時のシャッタスピードと増幅器３のゲインの組み合わせを決定し、タイミングジェネレータ９を介して固体撮像素子１のシャッタスピードを制御すると共に、増幅器３の利得を制御し、画像信号の信号レベルが一定になるようにする。
【００１０】
フリッカ検出手段７は固体撮像素子１の種類によって次のように動作するように構成されている。
固体撮像素子１がＣＣＤの場合、フリッカはフレーム毎の輝度変動として現れる。フリッカ検出手段７では、信号処理手段５から入力される画像統計情報から画像信号の信号レベルの変動に周期性があるかを判断する。フリッカ検出手段７は、信号レベルの変動に周期性がある場合にはフリッカが発生していると判断し、制御手段８に対し「１」を出力すし、また、周期性が無い場合にはフリッカが発生していないと判断し、制御手段８に対して「０」を出力する。
一方、固体撮像素子１がＣＭＯＳセンサの場合には、フリッカは撮像画像上の周期的な明暗の横縞として現れる。この場合のフリッカ検出手段７では、信号処理手段５から入力される画像統計情報から画像に周期的な横縞が発生しているか否かを検出する。そして、横縞の発生を検出した場合にはフリッカが発生していると判断し、制御手段８に対して「１」を出力し、また、横縞が検出できなかった場合にはフリッカが発生していないと判断し、制御手段８に対して「０」を出力する。
【００１１】
次に、制御手段８によるフリッカの検出制御の動作を図２のフローチャートを用いて説明する。この実施の形態１では、電源投入時などの初期状態において、フリッカの検出制御を実行する。
まず、カメラを起動する電源投入時などの初期状態において、制御手段８は、商用電源の周波数が５０Ｈｚの蛍光灯照明下でフリッカが発生しないフレームレートで固体撮像素子１を駆動するようにタイミングジェネレータ９に指示を与える（ステップＳＴ１）。ちなみに、商用電源の周波数がＦｐＨｚとすると、その蛍光灯照明下でフリッカが発生しないフレームレートは、Ｆｐ×２／ｎ（ｎは整数）である。ここでは、一例として５０×２／４＝２５フレーム／秒を設定したと仮定する。
【００１２】
次に、制御手段８はフリッカ検出手段７の検出出力からフリッカの発生有無を判断する（ステップＳＴ２）。この処理は、画像統計情報の周期性に基づいて判断するので、複数フレーム分の時間を要する。フレームレートが２５フレーム／秒の場合、商用電源の周波数が６０Ｈｚの地域の蛍光灯照明下では、蛍光灯の明滅と固体撮像素子１の蓄積タイミングの位相関係がフレーム毎に変化するためフリッカが発生する。したがって、フリッカ検出手段７の検出出力がフリッカの発生を表す「１」となった場合は、撮像環境が商用電源の周波数が６０Ｈｚの地域の蛍光灯照明下であると判断できる。また、フリッカ検出手段７の検出出力が「０」となった場合は、撮像環境が商用電源の周波数が５０Ｈｚの地域の蛍光灯照明下か、あるいはフリッカが発生しない撮像環境下（自然光や蛍光灯以外の照明など）であると判断できる。
【００１３】
制御手段８は、フリッカ検出手段７から検出出力「１」が入力されると、設定可能な電子シャッタのシャッタスピードを１２０Ｈｚ（商用電源の周波数が６０Ｈｚの地域の蛍光灯の点滅周波数）の整数倍に制限し、かつ固体撮像素子１のフレームレートは自由に変更できるようにする（ステップＳＴ３）。このように、シャッタスピードの設定値を制限することで、フリッカの発生が低減される。なお、その後のフレームレートは、被写体照度に応じて連動して変化するように構成しても良いし、動画を蓄積する機能を備えたものであれば、動画蓄積に適したフレームレートに固定して動作させても良い。また、被写体照度が高く、画像の信号レベルを一定に保つためにシャッタスピードを蛍光灯の明滅周波数より短くする必要がある撮像環境下に遷移した場合には、整数倍という制限をはずして動作させるようにしても良い。
【００１４】
一方、ステップＳＴ２で、フリッカ検出手段７から検出出力「０」が入力された場合は、撮像環境が商用電源の周波数が５０Ｈｚの地域の蛍光灯照明下であるのか、それともフリッカが発生しない撮像環境化であるのかを判断するために、制御手段８は、商用電源の周波数が６０Ｈｚの蛍光灯照明下でフリッカが発生しないフレームレートで固体撮像素子１を駆動するようにタイミングジェネレータ９に指示を与える（ステップＳＴ４）。その後、制御手段８は、ステップＳＴ２と同様な手順でフリッカの発生有無を判断し（ステップＳＴ５）、フリッカ検出手段７から検出出力「１」が入力されると、設定可能なシャッタスピードを１００Ｈｚ（商用電源の周波数が５０Ｈｚの地域の蛍光灯の点滅周波数）の整数倍に制限し、かつ撮像素子のフレームレートは自由に変更できるようにする（ステップＳＴ６）。このようにシャッタスピードの設定値を制限することで、フリッカの発生が低減される。また、ステップＳＴ５で、フリッカ検出手段７から検出出力「０」入力された場合には、設定可能なシャッタスピードに制限は設けず、フレームレートも自由に変更できるようにする（ステップＳＴ７）。
【００１５】
以上のように、この実施の形態１によれば、カメラ電源投入時などの初期状態において、フレームレートを所定の値に順次固定することで、撮像環境が商用電源周波数５０Ｈｚの地域の蛍光灯照明下であるのか、６０Ｈｚの地域の蛍光灯照明下であるのか、フリッカが発生しない撮像環境下であるのかを予め検出するようにし、その後は、フリッカを抑圧する必要がある場合には、設定可能なシャッタスピードを制限することのみでフリッカを低減するようにしているので、通常使用状態においてフレームレートが制限されること無く、さらにフリッカが発生しない撮像環境下においては最適なシャッタスピードの制御が可能で、かつ確実にフリッカを低減することが可能になる。
【００１６】
実施の形態２．
この実施の形態２は、上記実施の形態１に対して、制御手段８の動作を一部簡略化することでフリッカの低減処理の高速化を図るものである。制御手段８の動作を図３のフローチャートを用いて説明する。なお、ステップＳＴ２１〜ＳＴ２３までは、実施の形態１のステップＳＴ１〜ＳＴ３の動作とそれぞれ同一であるので、異なる部分についてのみ説明する。
ステップＳＴ２２に対応する実施の形態１のステップＳＴ２で、フリッカ検出手段７の出力が、フリッカが発生していないことを表す「０」の場合は、撮像環境が商用電源の周波数が５０Ｈｚの地域の蛍光灯照明下であるのか、それともフリッカが発生しない撮像環境化であるのかを判断するために、制御手段８は、商用電源の周波数が６０Ｈｚの地域の蛍光灯照明下でフリッカが発生しないフレームレートで撮像素子１を駆動するようにタイミングジェネレータ９に指示を与えていた。これに対し、実施の形態２の制御手段８では、フリッカ検出手段７の出力が「０」の場合は、設定可能なシャッタスピードを１００Ｈｚ（商用電源の周波数が５０Ｈｚの地域の蛍光灯の点滅周波数）の整数倍に制限し、かつフレームレートは自由に設定できるようにする（ステップＳＴ２４）。以上のような動作でフリッカの発生を低減する。
【００１７】
以上のように、この実施の形態２によれば、カメラ電源投入時などの初期状態において、フレームレートを所定の値に固定することで、撮像環境が商用電源周波数６０Ｈｚの地域の蛍光灯照明下であるのか、それ以外の撮像条件であるかを予め検出するようにし、その後は、設定可能なシャッタスピードを制限することのみでフリッカを低減するようにしているので、上記実施の形態１に比べて使用可能なシャッタスピードの設定値が離散的になるものの、高速にフリッカの低減処理が実行でき、通常使用状態においてフレームレートが制限されること無く、確実にフリッカを低減することが可能になる。
なお、上記例では、ステップＳＴ２１で、商用電源の周波数が５０Ｈｚの蛍光灯照明下でフリッカが発生しないフレームレートで固体撮像素子１を駆動するようにタイミングジェネレータ９に指示を与えるようにしたが、逆に、始めに６０Ｈｚの蛍光灯照明下でフリッカが発生しないフレームレートで撮像素子１を駆動するようにタイミングジェネレータ９に指示を与えるように構成しても良い。
【００１８】
実施の形態３．
上記各実施の形態では、電源投入時などの初期状態において、フレームレートを順次変更することでフリッカの検出を行うようにしてきた。しかし、例えば動画を保存する機能を備え、保存する動画のフレームレートが決まっている装置の場合、フリッカの検出制御時は動画を保存できないという問題が起こる。また、フリッカの検出制御時の画像がユーザにとって好ましくないことも想定される。この実施の形態３では、この問題に対処した構成について述べる。
【００１９】
図４はこの発明の実施の形態３による撮像装置の構成を示すブロック図である。図において、図１に相当する部分には同一符号を付し、原則としてその説明を省略する。
図１の構成と異なる点は、出力手段１０が制御手段８内に設けられ、不揮発性の半導体メモリなどから構成される画像保存手段１１、ＬＣＤなどから構成される表示モニタ手段１２、メインＣＰＵ１３が新たに設けられていることである。メインＣＰＵ１３は、画像保存手段１１、表示モニタ手段１２および装置全体の動作を制御する手段である。
【００２０】
次に動作について説明する。
制御手段８の出力手段１０は、制御手段８がフリッカの検出制御中でフレームレートが固定されている場合は「１」を出力し、フリッカの検出制御が終了後、フレームレートが自由に変更できるようになった場合に「０」を出力する。メインＣＰＵ１３は出力手段１０からの出力が「１」の場合は、撮像画像を表示しないように表示モニタ手段１２を制御したり、撮像動画を保存しないように画像保存手段１１を制御したりする。
【００２１】
以上のように、実施の形態３によれば、フリッカの検出制御している期間を外部へ通知する出力手段を備えているので、フリッカの検出制御中に動作すると不都合となる機能をその期間だけ停止させるように構成することが可能になる。
【００２２】
実施の形態４．
この実施の形態４では、フリッカが発生しない撮像環境下であると判断できる場合は、フリッカの検出制御を行わないようにする構成について述べる。
図５はこの発明の実施の形態４による撮像装置の構成を示すブロック図である。図において、図１に相当する部分には同一符号を付し、原則としてその説明を省略する。図１の構成と異なる点は、マスク手段２０が新たに追加されていることである。マスク手段２０は、信号処理手段５の画像統計情報に基づいて照度（輝度情報）および色温度（色温度情報）の指標値を演算し、その指標値に基づいてフリッカの検出制御を行うか否かの指示を出す手段である。
【００２３】
蛍光灯照明下における照度および色温度の範囲は大略規定することができる。したがって、照度および色温度が所定の範囲から外れている場合は、制御手段８で実施するフリッカの検出制御を動作させないようにすれば無駄な処理を行わずにすむ。信号処理手段５は画像データに基づいて画像統計情報を演算しているので、その画像統計情報から照度および色温度の指標値を得ることが可能である。そこで、マスク手段２０は、信号処理手段５から得られる画像統計情報に基づいて照度および色温度の指標値を演算し、その指標値が所定に範囲外の場合には蛍光灯照明下であると判断し、また、所定に範囲内にある場合には蛍光灯照明下でないと判断する。そして、蛍光灯照明下でないと判断した場合には、制御手段８に対してフリッカの検出制御を行わないようにする指示を与える。したがって、フリッカが発生しない撮像環境下において、制御手段８はフリッカの検出制御の動作を停止することになる。
【００２４】
以上のように、実施の形態４によれば、画像統計情報から蛍光灯照明下であるか否かを判断し、蛍光灯照明下でないと判断できる場合にはフリッカの検出制御を行わないように構成しているので、無駄な処理を省き、装置の処理負荷を軽減することできる。なお、上記例では照度（輝度情報）および色温度（色温度情報）を同時に用いて蛍光灯照明下であるかを判断しているが、いずれか一方を用いて判断しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】この発明の実施の形態１および実施の形態２による撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る制御手段によるフリッカの検出制御の動作を示すフローチャートである。
【図３】この発明の実施の形態２に係る制御手段によるフリッカの検出制御の動作を示すフローチャートである。
【図４】この発明の実施の形態３による撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図５】この発明の実施の形態４による撮像装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  固体撮像素子、２  ＣＤＳ（相関二重サンプリング回路）、３  増幅器、４  Ａ／Ｄ変換器、５  信号処理手段、６  自動レベル調整手段、７  フリッカ検出手段、８  制御手段、９  タイミングジェネレータ、１０  出力手段、１１  画像保存手段、１２  表示モニタ手段、２０  マスク手段。
【図１】
2006310974.tif 000003
【図２】
2006310974.tif 000004
【図３】
2006310974.tif 000005
【図４】
2006310974.tif 000006
【図５】
2006310974.tif 000007