(57)【要約】【課題】  輝度差の大きい撮影シーンにおいても、階調再現性の優れた画像が得られるようにする。【解決手段】デジタルスチルカメラを連写モードに設定し、シャッタボタンを半押しすると、測光素子により撮影範囲を１６分割した分割測光が行われ、撮影範囲の輝度分布が求められる。ＣＣＤイメージセンサのラチチュード情報が読み出され、ラチチュード情報と輝度分布が比較される。輝度分布がラチチュードよりも広い場合には、輝度分布のラチチュードに対する割合から露光回数が求められる。露光回数に応じて露光量差が求められ、各露光時の露光量に応じて露光条件が決定する。シャッタボタンの全押し操作により、露光量の異なる連写撮影が行われる。【選択図】        図３
2006108759.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体光を撮像して画像信号を出力する撮像手段と、
撮影範囲を分割した複数のエリアの輝度をそれぞれ測定する分割測光手段と、
前記撮像手段による光電検出の可能な最小輝度から最大輝度までの範囲を示すラチチュード情報が記憶された記憶手段と、
前記分割測光手段により得られた各エリアの測光値から撮影範囲内の輝度分布を求め、前記輝度分布が前記撮像手段のラチチュードより広いか否かを判定し、この判定結果と前記各エリアの測光値とから露光条件を決定する露光条件決定手段とを備えたことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
露光量差が一定になるように露光条件を変更しながら複数回の露光を連続して行う連続露光手段を備え、
前記露光条件決定手段は、前記ラチチュードよりも前記輝度分布が広い場合に、前記輝度分布の広さと、前記ラチチュードに対する前記輝度分布の広さの割合とから、前記連続露光手段の露光回数及び各露光の露光条件をそれぞれ決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】
前記画像信号に基づいて、予め優先度を設定した被写体を判別する被写体判別手段を備え、
前記露光条件決定手段は、前記輝度分布が前記ラチチュードより広い場合に、優先度が設定された被写体を含むエリアの測光値を他のエリアよりも重み付けして撮影範囲内の平均測光値を算出し、この平均測光値に対して適正な露光条件を決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】
前記被写体判別手段は、前記画像信号に含まれる色情報に基づいて被写体を判別することを特徴とする請求項３記載の撮像装置。
【請求項５】
前記被写体判別手段は、前記画像信号に含まれる輝度情報に基づいて輪郭抽出を行い、抽出された輪郭形状から被写体を判別することを特徴とする請求項３記載の撮像装置。
【請求項６】
前記輝度分布からフラッシュ発光による補助光の要否を判定する判定手段を備え、
前記露光条件決定手段は、前記複数のエリアから選ばれた特定のエリアの測光値に対する露光条件に基づいて、フラッシュ発光量を算出することを特徴とする請求項１ないし５にいずれか１つ記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮影シーンに適した露光条件を決定して被写体光を撮像する撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤ型，ＣＭＯＳ型等のイメージセンサにより、被写体の光学像を画像信号に変換する撮像装置として、不揮発性メモリ等の記録媒体に高解像度のデジタル静止画像を記録するデジタルスチルカメラが広く知られている。近年のデジタルスチルカメラは、少なくとも１００万画素から２００万画素という高画素数のイメージセンサを使用したものが標準的になっており、高精細な画像の記録が可能になっている。一方、イメージセンサの高画素化が進むにつれ、イメージセンサのダイナミックレンジは小さくなり、正確な階調表現のできる輝度域が狭くなる。よって、輝度差の大きい撮影シーンでは、画像のハイライト部やシャドー部に「つぶれ」が発生し、撮影画質を損なう問題が発生する。
【０００３】
そこで、従来では、イメージセンサのダイナミックレンジに起因する画質低下を補うために、露光量を段階的に変化させて複数回の露光を行うものが知られている（特許文献１，２参照）。これらの従来技術では、高輝度の領域と低輝度の領域が混在する撮影シーンであっても、各領域についてそれぞれ適正となる露光を行い、２つの画像を合成することで階調再現性の高い画像を得ることができる。
【特許文献１】特開２００３−２２３３８７号公報
【特許文献２】特開２００２−１３５６４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来技術では、撮影シーンの輝度分布の広さに応じて露光回数が決定されるため、撮影シーンによっては露光回数が増大し、露光回数分の画像データを保存するために容量の大きい記録媒体を要するという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記問題点を考慮してなされたもので、階調再現性の高い画像を記録する際に露光回数を最小限にできる撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の撮像装置は、被写体光を撮像して画像信号を出力する撮像手段と、撮影範囲を分割した複数のエリアごとの輝度を測定する分割測光手段と、前記撮像手段による光電検出の可能な最小輝度から最大輝度までの範囲を示すラチチュード情報が記憶された記憶手段と、前記分割測光手段により得られた各エリアの測光値から撮影範囲内の輝度分布を求め、前記輝度分布が前記撮像手段のラチチュードより広いか否かを判定し、この判定結果に基づいて露光条件を決定する露光条件決定手段とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
また、露光量差が一定になるように露光条件を変更しながら複数回の露光を連続して行う連続露光手段を備え、前記露光条件決定手段は、前記ラチチュードよりも前記輝度分布が広い場合に、前記輝度分布の広さと、前記ラチチュードに対する前記輝度分布の広さの割合とから、前記連続露光手段の露光回数、各露光における露光条件を算出することを特徴とする。
【０００８】
また、前記画像信号に基づいて、予め優先度を設定した被写体を判別する被写体判別手段を備え、前記露光条件決定手段は、前記輝度分布が前記ラチチュードより広い場合に、優先度が設定された被写体を含むエリアの測光値を他のエリアよりも重み付けして撮影範囲内の平均測光値を算出し、この平均測光値に対して適正な露光条件を決定することを特徴とする。
【０００９】
また、前記被写体判別手段は、前記画像信号に含まれる色情報に基づいて被写体を判別することを特徴とする。
【００１０】
また、前記被写体判別手段は、前記画像信号に含まれる輝度情報に基づいて輪郭抽出を行い、抽出された輪郭形状から被写体を判別することを特徴とする。
【００１１】
前記輝度分布からフラッシュ発光による補助光の要否を判定する判定手段を備え、
前記露光条件決定手段は、前記複数のエリアから選ばれた特定のエリアの測光値に対する露光条件に基づいて、フラッシュ発光量を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、イメージセンサのダイナミックレンジに起因するラチチュードと、被写界の輝度分布に基づいて露光量、露光条件を決定するから、被写界の輝度分布が広い輝度差の大きい撮影シーンでは、露光量を多段階に変更して複数回の露光を行うにあたり、露光回数を最も小さくして最適な露光量差を設定することができ、画像データを記憶する記憶媒体の記憶容量を節約することができる。また、予め優先度を設定した被写体を判別し、判別された被写体について重み付けして求められた測光値に基づいて適正な露光量を決定するから、撮影範囲の輝度分布が高輝度側又は低輝度側に偏っていても、１回の撮影で主要被写体の適正露光が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１において、デジタルスチルカメラ１０は、ズームレンズからなる撮像レンズ１１と、その背後に設けられたＣＣＤイメージセンサ１２とを備えている。撮像レンズ１１は、レンズモータ１３から供給される駆動力により光軸方向に移動し、レンズ間隔を変更することによりフォーカス調整及びズーム調整が行われる。撮像レンズ１１には、絞り１４が設けられている。絞り１４は、アイリスモータ１５から供給される駆動力により開口径を変化させ、撮像レンズ１１を透過する被写体光量を調節する。
【００１４】
レンズモータ１３とアイリスモータ１５は、ステッピングモータからなり、ＣＰＵ１８の制御命令によりモータドライバ１９、モータドライバ２０からそれぞれ入力される駆動パルスにより駆動量が制御される。ＣＰＵ１８は、各モータの駆動量に基づいて撮像レンズ１１のフォーカス位置及びズーム位置と、絞り１４の開口径の大きさを常時監視している。
【００１５】
ＣＣＤイメージセンサ１２は、２次元マトリックス状に配列された多数の受光素子により撮像面が構成されており、撮像レンズ１１を透過した被写体光を撮像する。撮像レンズ１１により撮像面上に結像される被写体光は光電変換され、画像信号として出力される。ＣＣＤイメージセンサ１２は、タイミングジェネレータ２１から入力されるクロックパルスにより電荷の転送タイミングが決定され、所定のフレームレートで撮像を行う。タイミングジェネレータ２１により決定される電荷の転送タイミングは、電荷の蓄積時間、すなわち露光時間を決定することになるので、ＣＣＤイメージセンサ１２に電子シャッタ機能が与えられる。
【００１６】
入力操作部２３は、撮影操作を検知するレリーズスイッチ２４、撮影モードと再生モードを切替えるためのモード切替えスイッチ２５、ズーム倍率を変えるためのズームキー、その他に電源スイッチや十字キー等からなる。入力操作部２３は、各スイッチやキーの操作がなされると、ＣＰＵ１８に操作信号を入力する。レリーズスイッチ２４は、レリーズボタンの押下操作によってオンされ、レリーズボタンの半押し操作と全押し操作を検知する。レリーズボタンが半押しされると、自動露出調整（ＡＥ）、自動焦点調整（ＡＦ）などの撮影準備動作が行われ、全押し操作されると画像の記録が行われる。
【００１７】
モード切替えスイッチ２５は、デジタルスチルカメラ１０の再生モードと撮影モードとを切替える際に操作される。再生モードは、撮影された画像を再生表示する。撮影モードは、通常モード、連写モード等の複数の動作モードが予め用意されており、いずれかの動作モードを選択することにより特定の撮影処理動作が実行される。通常モードでは、１回の撮影操作により、１フレームの画像が記録される。連写モードでは、１回の撮影操作により２フレーム以上の画像が記録される。また、連写モードでは、露光量を所定ステップずつ変更した複数の画像を記録するオートブラケット機能のオン、オフを設定することができる。
【００１８】
液晶ディスプレイ３０（ＬＣＤ）は、再生モード時に、記録された撮影画像の表示に使用される。また、撮影モード時には、ＣＣＤイメージセンサ１２の撮像面で光電検出された被写体光を映し出す電子ビューファインダとして使用される。ＬＣＤドライバ３１は、液晶ディスプレイ３０の画面上に画像を表示するために液晶素子を駆動する駆動信号を生成する。
【００１９】
ＣＰＵ１８は、入力操作部２３の操作信号を監視しながらＲＯＭ３２に記憶された制御プログラムを実行し、各部に制御命令を伝達してデジタルスチルカメラ１０を電気的に管理する。ＲＡＭ３３は、ＣＰＵ１８のワークメモリとして使用され、ＣＰＵ１８がＲＯＭ３２から読み出した制御プログラムや設定データ、演算値等が格納される。
【００２０】
ＣＣＤイメージセンサ１２から出力された画像信号は、画像信号処理回路３５に入力される。画像信号処理回路３５は、入力された画像信号に対し、ノイズ低減処理、増幅処理、ガンマ補正、ホワイトバランス調節等の信号処理を行う。なお、ガンマ補正、ホワイトバランス調節等の画質補正に関する信号処理は、設定変更により省略することができる。画像信号処理回路３５は、各種の信号処理がなされた画像信号をデジタル変換し、変換した画像信号をフレームメモリ３６に出力する。
【００２１】
フレームメモリ３６は、順次入力される画像信号をフレームごとの画像データとして格納する。フレームメモリ３６には、複数フレーム分の画像データが一時的に格納され、画像信号処理回路３５から画像信号が入力されるたびに、過去のフレームの画像データは消去され、最新のフレームの画像データに更新される。
【００２２】
圧縮伸長処理回路３７は、画像データを所定の圧縮形式（例えばＪＰＥＧ形式）で不可逆圧縮を施してデータ容量を小さくする処理を行う。また、圧縮処理された画像データを伸長処理して画像データを復元する処理を行う。メモリカードコントローラ３８は、メモリカード３９に対するデータの書き込みと読み出しを制御する。メモリカード３９は、デジタルスチルカメラ１０に着脱自在な記憶媒体であり、撮影操作がなされた時に取り込まれた画像データが記録される。
【００２３】
フラッシュ回路４０は、フラッシュ発光部４１を発光させ、被写体に向けて補助光を照射することにより被写体光量を補う。フラッシュ回路４０は、ＣＰＵ１８からの指令により、充電、トリガー放電、発光停止が制御される。フラッシュ光検出部４２は、例えば、フォトダイオードからなり、被写体を反射したフラッシュ光を検出する。フラッシュ回路４０は、フラッシュ光検出部４２で得られた光電流に基づいてフラッシュ光の発光量を検知し、ＣＰＵ１８の指令により予め決められた発光量に達するとフラッシュ発光部４１の発光を停止させる。
【００２４】
測光部４３は、被写体光を受光する測光素子４４により、撮影範囲の輝度測定を行う。図２に示すように、測光素子４４は、撮影範囲を縦４コマ横４コマに分割した計１６コマの分割エリアＡ１〜Ａ１６についてそれぞれ行えるように、１６個の受光素子が配列して構成されており、各分割エリアＡ１〜Ａ１６についてそれぞれ輝度測定が行われる。また、測光部４３は、フレームメモリ３６に格納された画像データを読み出して、画素ごとの輝度情報を抽出し、撮影範囲の輝度測定を行う。画像データによる輝度測定は、測光素子４４と同様に分割エリアＡ１〜Ａ１６についてそれぞれ求められ、所定の分割エリアに属する画素の輝度情報を積算することにより測光値が得られる。測光部４３は、測光素子４４により求められた測光値及び画像データにより求められた測光値をＣＰＵ１８に送る。
【００２５】
測距部４５は、撮像レンズ１１のフォーカス調整時に、フレームメモリ３６に格納された画像データを順次読み出し、１フレームごとに画像のコントラストを評価することによって撮像レンズ１１が撮像面上に最も鮮鋭な被写体像を結ぶフォーカス位置を検出する。また、夜間のように適度な明るさが得られない時のために、赤外線を発する投光素子４６と、位置検出素子（ＰＳＤ）からなる受光素子４７とが設けられ、周知の三角測距法により被写体距離を算出する。
【００２６】
被写体判別部４８は、撮影時に主要被写体となることが多い特定の被写体に関するパラメータが予め設定されており、画像データに基づいて被写体の種類を判別する。このような被写体の例としては人物、植物等がある。被写体判別部４８は、被写体を判別する際に、画像データから画素の色情報を抽出し、画像中に占める割合の多い色成分の画素から被写体を特定する色判別と、画像データの輝度情報から輝度の変化が大きい領域を被写体の輪郭として抽出し、輪郭の形状から被写体を特定する輪郭判別とを二重に行うことにより、信頼度の高い被写体判別を行う。
【００２７】
露光条件決定部４９は、測光部４３で測定された測光値に基づいて絞り１４の開口径と、ＣＣＤイメージセンサ１２の電子シャッタ機能による露光時間とによる露光条件を決定する。また、光量不足を補うためにフラッシュ光を照射する場合には、その発光量を決定し、絞り径、露光時間、フラッシュ発光量による露光条件を決定する。
【００２８】
ＲＯＭ３２には、ＣＣＤイメージセンサ１２のラチチュード情報が記憶されている。ラチチュード情報は、ＣＣＤイメージセンサ１２により検出の可能な最小輝度から最大輝度までの範囲を示す情報である。ラチチュード情報は、ＣＰＵ１８により読み出され、露光条件決定部４９に参照される。露光条件決定部４９は、露光条件を決定する際に、測光素子４４により測定された分割エリアＡ１〜Ａ１６の測光値から撮影範囲の輝度分布を求め、輝度分布がＣＣＤイメージセンサ１２のラチチュードよりも広いか否かを判定する。測定された輝度分布がＣＣＤイメージセンサ１２のラチチュードよりも広い場合には、撮影モードの種類ごとに撮影シーンに応じた適切な露光条件が決定される。
【００２９】
次に、デジタルスチルカメラ１０の作用について説明する。図３において、モード切替えスイッチ２５を操作し、デジタルスチルカメラ１０を連写モードに設定する。ＣＣＤイメージセンサ１２では、撮像レンズ１１から入射する被写体光が撮像され、画像信号がフレームごとに順次出力され、フレームメモリ３６に格納される。レリーズボタンの押下操作によりレリーズスイッチ２４が半押し操作を検知すると、ＣＰＵ１８はモータドライバ１９に指令を送り、レンズモータ１３を駆動させて撮像レンズ１１のフォーカス調整が行われる。
【００３０】
また、ＣＰＵ１８は測光部４３に指令を送り、測光部４３は測光素子４４による測光を行う。測光部４３は、分割エリアＡ１〜Ａ１６について撮影範囲の測光値をＣＰＵ１８に出力する。このとき、オートブラケット機能がオンに設定されていると、露光条件決定部４９は、測光値の平均値に対する適正露光量に対し、ＥＶ値が＋１ＥＶ（２倍の光量）と−１ＥＶ（１／２倍の光量）の露光量となる３通りの露光条件を決定する。そして、レリーズスイッチ２４により全押し操作が検知されると、ＣＰＵ１８は、各露光条件を満たすようにアイリスモータ１５を駆動させ、絞り１４の開口径を変更する。これにより、各露光条件下で撮影された３フレーム分の画像が記録される。なお、連写回数の設定や、適正露光に対する露光量差の設定は、撮影者による入力操作により自由に変更できるようにしてよい。
【００３１】
オートブラケット機能がオフに設定されている場合、ＣＰＵ１８は、ＲＯＭ３２から読み出したＣＣＤイメージセンサ１２のラチチュード情報と、１６コマ分の測光値を露光条件決定部４９に送る。露光条件決定部４９は、得られた測光値から撮影範囲の輝度分布を求め、輝度分布とＣＣＤイメージセンサ１２のラチチュードより広いか否かを判定する。判定の結果、撮影範囲の輝度分布がラチチュードより狭い場合、露光条件決定部４９は、分割エリアＡ１〜Ａ１６の測光値の平均値に対して適正露光量となる露光条件を決定する。レリーズスイッチ２４により全押し操作が検知されると、同一の露光条件で３フレーム分の画像が記録される。
【００３２】
撮影範囲の輝度分布がＣＣＤイメージセンサ１２のラチチュードより広かった場合、露光条件決定部４９は、ラチチュードに対する輝度分布の割合から露光量差を算出する。例えば、ＣＣＤイメージセンサ１２のラチチュードが４ＥＶの広さであり、撮影範囲の輝度分布が１２ＥＶであった場合、露光条件決定部４９は、露光量が４ＥＶずつ異なる３通りの露光条件を決定し、露光回数を３回とする。露光回数は、ＣＣＤイメージセンサ１２のラチチュードの広さに対する被写界輝度分布の比の値によって決まり、輝度分布がラチチュードの３倍〜４倍の広さであれば露光回数は４回、４倍〜５倍であれば露光回数は５回となる。このようにして、露光回数とこれに応じた露光量差が算出されると、撮影範囲の高輝度領域、中輝度領域、低輝度領域がＣＣＤイメージセンサ１２のラチチュード内にそれぞれ収まる露光条件が決定され、露光回数に応じたフレーム数の画像が記録される。得られた複数の画像は、パーソナルコンピュータ等を用いた編集処理により、適正に露光された画像の一部を集めて合成されることにより階調再現性が高い画像として得ることができる。また、主要被写体が適正露光とされている画像が得られれば、画像合成をすることなしに利用される。なお、この画像合成処理をカメラの内部で行えるようにしてもよい。
【００３３】
また、撮影範囲の高輝度領域をラチチュード内に収められるようにする場合には、絞り１４の開口径が小さく、露光時間が短い露光条件が決定される。これにより、中輝度領域や低輝度領域が光量不足となる場合には、ＣＰＵ１８はフラッシュ回路４０を作動させる。このため、露光条件決定部４９は、露光回数と露光量差が算出されたとき、各回の露光時にフラッシュによる補助光が必要か否かを判断し、補助光を要する場合には、絞り１４の開口径と、投光素子４６と受光素子４７により測定される被写体距離とに基づき、適切な発光量を算出する。フラッシュ発光部４１は、決められた量のフラッシュ光が発せられると発光を停止する。このような動作により、露光量差が大きい連写撮影が行われる場合でも、適正な露光量の画像が得られる。
【００３４】
図４において、通常モードが設定されていた場合、上述と同様にして、レリーズスイッチ２４により半押し操作が検知されると、撮影範囲の輝度分布とＣＣＤイメージセンサ１２のラチチュ−ドが比較される。撮影範囲の輝度分布が狭い場合、露光条件決定部４９は、分割エリアＡ１〜Ａ１６の測光値の平均値に基づいて露光条件を決定する。ＣＰＵ１８は、この露光条件を満足するように各部を制御し、レリーズスイッチ２４により全押し操作が検知されると画像の記録が行われる。
【００３５】
一方，撮影範囲の輝度分布がＣＣＤイメージセンサ１２のラチチュ−ドよりも広い場合には被写体判別部４８が作動する。被写体判別部４８は、フレームメモリ３６から画像データを読み出し、画素ごとの色情報を抽出することにより主要被写体を判別する。ここで、主要被写体の種類が特定されると、分割エリアＡ１〜Ａ１６のうち主要被写体が属するエリアが特定される。露光条件決定部４９は、主要被写体が位置するエリアの測光値に例えば５倍の重み付けを行い、撮影範囲の平均測光値を算出する。また、この平均測光値に基づいて露光条件を決定する。レリーズボタンが全押し操作されると、決定された露光条件に基づき、主要被写体が適正露光となる画像が記録される。
【００３６】
逆光シーンのように主要被写体が陰になり、色情報による被写体の判別が不可能だった場合には、画像の輪郭抽出が行われ、輪郭の形状から被写体の種類を特定する処理が行われる。ここで、被写体の種類が特定された場合には、上述したように主要被写体の属するエリアの測光値に重み付けがなされ、露光条件が決定される。また、被写体の判別ができなかった場合には、分割エリアＡ１〜Ａ１６の測光値の単純平均値が算出され、これに基づき露光条件が決定される。また、被写体の判別が不可能だった場合には、フラッシュ回路４０によって光量不足を強制的に補償する動作が実行される。これにより、被写界が低輝度であることによって被写体判別ができない夜間等の撮影シーンでは、自動的にフラッシュ光が発光する。
【００３７】
以上のように、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は、デジタルスチルカメラに限定されるものではなく、動画撮影の可能なデジタルカメラ、あるいは動画をアナログ記録するビデオカメラ等の撮像装置に適用することができる。また、上記実施形態では、ＣＣＤイメージセンサの電子シャッタ機能により露光時間を制御しているが、撮影操作時に閉じられるメカニカルシャッタを設け、露光時間（電荷の蓄積時間）を制御してもよい。また、撮像素子としては、ＣＣＤ型のイメージセンサに限らず、ＣＭＯＳ型の他のイメージセンサを用いてもよい。測光素子としては、受光素子の数（画素数）が少なく、ダイナミックレンジが広いＣＣＤ型受光素子を用いてもよい。また、撮影範囲の輝度分布を測定するにあたっては、測光素子を用いることに限らず、例えば、絞り径や露光時間を段階的に変更した露光条件で予備撮影を複数回行い、被写界輝度の上限と下限がイメージセンサのラチチュードに収まるまで予備撮影を行った後、画素の輝度情報から得られた測定値に対して露光条件に応じた演算処理を行うことで輝度分布を求めてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】デジタルスチルカメラの電気的構成を示すブロック図である。
【図２】撮影範囲と分割エリアを示す説明図である。
【図３】連写モード時のフローチャートである。
【図４】通常モード時のフローチャートである。
【符号の説明】
【００３９】
１０  デジタルスチルカメラ
１２  ＣＣＤイメージセンサ
１４  絞り
４３  測光部
４４  測光素子
４５  測距部
４８  被写体判別部
４９  露光条件決定部
【図１】
2006108759.tif 000003
【図２】
2006108759.tif 000004
【図３】
2006108759.tif 000005
【図４】
2006108759.tif 000006