(57)【要約】【課題】ユーザを煩わせることなく、通常撮像とワイドダイナミックレンジ撮像の撮像モードおよびＡＥモードを適正に選択して良好な画像を得る。【解決手段】ＣＣＤイメージセンサ１００から出力された高輝度画像信号と低輝度画像信号を、信号処理回路４００でＹ／Ｃ分離し、その輝度信号を演算器４２０Ｂに入力し、輝度信号分布から平均値と標準偏差を計算する。そして、比較器４３０で、各輝度信号分布の平均値と標準偏差を比較し、分布状態からワイドダイナミックレンジＡＥモードか標準ＡＥモード（および逆光補正ＡＥモード）を判定する。そして、この判定結果に基づいて、切り替えスイッチ６００に露光モード判定信号を送り、タイミング発生器５００の切り替えを行なう。これにより、最適な撮像モードと露光モードを自動的に判定し、撮像動作を行う。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像部の露光タイミングを制御する露光タイミング制御手段と、
撮像部から入力した撮像信号の画像条件を判定する判定手段と、
前記判定手段の判定結果に応じて撮像モードを切り替えるとともに、前記露光タイミング制御手段による露光モードを切り替える撮像制御手段と、
を有することを特徴とするカメラ装置。
【請求項２】
前記撮像制御手段によって切り替える撮像モードおよび露光モードには、通常モードとワイドダイナミックレンジモードを含むことを特徴とする請求項１記載のカメラ装置。
【請求項３】
前記撮像制御手段によって切り替える撮像モードおよび露光モードには、通常モードとワイドダイナミックレンジモードと逆光補正モードを含むことを特徴とする請求項１記載のカメラ装置。
【請求項４】
前記判定手段は、撮像部から入力した撮像信号の低輝度画像と高輝度画像の画質を判定することを特徴とする請求項１記載のカメラ装置。
【請求項５】
前記判定手段は、撮像部から入力した撮像信号の輝度信号と色差信号の少なくとも一方を用いて判定を行うことを特徴とする請求項１記載のカメラ装置。
【請求項６】
前記判定手段は、長時間露光状態と短時間露光状態のそれぞれの輝度信号または色差信号を検波し、その差を用いて判定を行うことを特徴とする請求項５記載のカメラ装置。
【請求項７】
前記判定手段は、前記輝度信号の平均値と標準偏差を用いて判定を行うことを特徴とする請求項５記載のカメラ装置。
【請求項８】
前記撮像部には固体撮像素子を含むことを特徴とする請求項１記載のカメラ装置。
【請求項９】
撮像部の露光タイミングを制御する露光タイミング制御ステップと、
カメラ装置の撮像部から入力した撮像信号の画像条件を判定する判定ステップと、
前記判定ステップの判定結果に応じて撮像モードを切り替えるとともに、前記露光タイミング制御ステップによる露光モードを切り替える撮像制御ステップと、
を有することを特徴とするカメラ装置の露光制御方法。
【請求項１０】
前記撮像制御ステップによって切り替える撮像モードおよび露光モードには、通常モードとワイドダイナミックレンジモードを含むことを特徴とする請求項９記載のカメラ装置の露光制御方法。
【請求項１１】
前記撮像制御ステップによって切り替える撮像モードおよび露光モードには、通常モードとワイドダイナミックレンジモードと逆光補正モードを含むことを特徴とする請求項９記載のカメラ装置の露光制御方法。
【請求項１２】
前記判定ステップは、撮像部から入力した撮像信号の低輝度画像と高輝度画像の画質を判定することを特徴とする請求項９記載のカメラ装置の露光制御方法。
【請求項１３】
前記判定ステップは、撮像部から入力した撮像信号の輝度信号と色差信号の少なくとも一方を用いて判定を行うことを特徴とする請求項９記載のカメラ装置の露光制御方法。
【請求項１４】
前記判定ステップは、長時間露光状態と短時間露光状態のそれぞれの輝度信号または色差信号を検波し、その差を用いて判定を行うことを特徴とする請求項１３記載のカメラ装置の露光制御方法。
【請求項１５】
前記判定ステップは、前記輝度信号の平均値と標準偏差を用いて判定を行うことを特徴とする請求項１３記載のカメラ装置の露光制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワイドダイナミックレンジの撮像モードと標準ダイナミックレンジの撮像モードに対応してＡＥモードを選択して撮像動作を行うカメラ装置に関し、特にその露光制御方法の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えばＣＣＤ等の固体撮像素子を用いたカメラ装置において、ワイドダイナミックレンジ機能を有するものが知られており、このワイドダイナミックレンジ機能は、特に監視カメラとして利用されることが多い。
そして、このようなカメラ装置の自動露光（ＡＥ）機能としては、その殆どが通常の露光モード（標準ＡＥ）と、ワイドダイナミックレンジの撮像に対応するワイドダイナミックレンジＡＥとを設けたものである。
【０００３】
ここで、ワイドダイナミックレンジＡＥは、固体撮像素子のダイナミックレンジ（取り扱い電荷量）を超えた異なる輝度の被写体が存在する撮像条件において、特殊な方法で固体撮像素子の駆動や信号処理を行なうものであり、１回の撮像動作で短時間露光による高輝度被写体の撮像と長時間露光による低輝度被写体の撮像を行うことにより、それぞれの輝度被写体を同時的に階調を確保しながら撮像する機能のことである。
また、標準ＡＥは、固体撮像素子のダイナミックレンジ（取り扱い電荷量）までの階調しか撮像できないものであり、露光制御は外部取り付けレンズまたは固体撮像素子の基板電荷排出と外部信号処理回路による信号増幅により行なわれる機能のことである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したワイドダイナミックレンジＡＥでは、高輝度画像と低輝度画像の２つの画像を合成して１つの画像を作り出すため、コントラストがつぶれることが多く、また２つの画像に色温度差がある場合、ホワイトバランスを取りにくい状態となるため、常にワイドダイナミックレンジモードでの撮像を行うことは、好ましくないものである。
また、輝度差がない被写体であれば、標準ＡＥのほうが色再現性も人間の目に近く自然な画質となる。
したがって、通常の撮像モードおよび標準ＡＥとワイドダイナミックレンジの撮像モードおよびワイドダイナミックレンジＡＥの選択は、良好な撮像を行う上で極めて重要な要素であるが、適正な選択を行うことは、ユーザにとって容易でないという課題があった。
【０００５】
そこで本発明の目的は、ユーザを煩わせることなく、通常撮像とワイドダイナミックレンジ撮像の撮像モードおよびＡＥモードを適正に選択して良好な画像を得ることが可能なカメラ装置およびその露光制御方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成するため、撮像部の露光タイミングを制御する露光タイミング制御手段と、撮像部から入力した撮像信号の画像条件を判定する判定手段と、前記判定手段の判定結果に応じて撮像モードを切り替えるとともに、前記露光タイミング制御手段による露光モードを切り替える撮像制御手段とを有することを特徴とする。
また本発明は、撮像部の露光タイミングを制御する露光タイミング制御ステップと、カメラ装置の撮像部から入力した撮像信号の画像条件を判定する判定ステップと、前記判定ステップの判定結果に応じて撮像モードを切り替えるとともに、前記露光タイミング制御ステップによる露光モードを切り替える撮像制御ステップとを有することを特徴とする。
【０００７】
本発明のカメラ装置およびその露光制御方法では、撮像部から入力した撮像信号の画像条件を判定し、その判定結果によって撮像モードを切り替え、それに合わせて露光タイミング制御による露光モードを切り替えことにより、自動的に最適な撮像モードと露光モードを選択することができる。
したがって、ユーザを煩わせることなく、通常撮像とワイドダイナミックレンジ撮像の撮像モードおよびＡＥモードを適正に選択して良好な画像を得ることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるカメラ装置およびその露光制御方法の実施の形態例について説明する。
図１は本発明の実施の形態例によるカメラ装置の制御系の構成を示すブロック図であり、本発明の機能に関連する部分を中心に示したものである。
まず、本例のカメラ装置における撮像モードおよび露光モードの概要を説明する。このカメラ装置は、通常の撮像モード（標準ＡＥモード）に加えて、ワイドダイナミックレンジ撮像モード（ワイドダイナミックレンジＡＥモード）、逆光補正撮像モード（逆光補正ＡＥモード）とを有している。
【０００９】
ここで、標準ＡＥモードとは、例えば固体撮像素子（ＣＣＤイメージセンサ等）のダイナミックレンジ（取り扱い電荷量）までの階調しか撮像できず、露光制御は外部取り付けレンズまたは固体撮像素子の基板電荷排出と外部信号処理ＩＣによる信号増幅により行なわれる機能のことである。
また、ワイドダイナミックレンジＡＥモードとは、固体撮像素子のダイナミックレンジ（取り扱い電荷量）を超えた異なる輝度の被写体が存在する撮像条件において特殊な固体撮像素子の駆動方法や信号処理を行なうことによってそれぞれの輝度被写体を同時的に階調を確保しながら撮像する機能のことである。
また、逆光補正ＡＥモードとは、標準ＡＥモード機能に加え局所的に露光制御を行なう機能のことである。
そして、本例のカメラ装置における露光制御では、このようなワイドダイナミックレンジＡＥモードと標準ＡＥまたは逆光補正ＡＥモードとを撮像信号を用いた自動的な判定によって切り替え、最適化する機能を有している。
【００１０】
以下、図１に示す回路構成に基づいて本発明の実施例を具体的に説明する。
このカメラ装置は、ＣＣＤイメージセンサ１００と、Ｓ／Ｈ・ＡＧＣ回路２００と、Ａ／Ｄ変換回路３００と、信号処理回路４００と、タイミング発生器５００とを有する。
ＣＣＤイメージセンサ１００は、被写体を撮像して画像信号を出力するものであり、特に本例では、電子シャッタ動作等によって高輝度画像信号（長時間露光信号）と低輝度画像信号（短時間露光信号）を出力する。
また、Ｓ／Ｈ・ＡＧＣ回路２００は、ＣＣＤイメージセンサ１００からの画像信号をサンプルホールドするサンプルホールド回路とゲインを制御するオートゲインコントロール回路とを含むものであり、Ａ／Ｄ変換回路３００は、Ｓ／Ｈ・ＡＧＣ回路２００からの画像信号をアナログからデジタルに変換して信号処理回路４００に供給するものである。なお、Ｓ／Ｈ・ＡＧＣ回路２００の前段でアナログからデジタルに変換する構成も可能であり、その場合には、Ａ／Ｄ変換回路３００の位置が変わることになる。
【００１１】
また、信号処理回路４００は、入力した画像信号に対してカラー画像のモニタ出力に必要な各種信号処理と本例の特徴部分となる撮像モードおよび自動露光モードを選択するための信号処理や判定処理を行うものである（判定手段および撮像制御手段）。
また、タイミング発生器５００は、本カメラ装置の各部が動作するための各種のタイミング信号を生成するものであり、特に本例においては、信号処理回路４００からの露光モード判定信号（Ｎｏｒｍａｌ／Ｗｉｄｅ）による切り替えスイッチ６００の動作に基づいて、ＣＣＤイメージセンサ１００に対する露光タイミング信号（ＣＣＤ駆動パルス）を切り替える機能を有するものである（露光タイミング制御手段）。
【００１２】
次に、信号処理回路４００の内部構成について説明する。
図１に示すように、この信号処理回路４００は、ＣＣＤイメージセンサ１００によって出力された高輝度信号と低輝度信号に対し、それぞれ輝度信号と色差信号を検波する色分離（Ｙ／Ｃ）回路４１０Ａ、４１０Ｂと、各色分離回路４１０Ａ、４１０Ｂからの色差信号を入力して平均値（Ａｖｅ）と標準偏差（σ）を算出する演算器４２０Ａと、各色分離回路４１０Ａ、４１０Ｂからの輝度信号を入力して平均値（Ａｖｅ）と標準偏差（σ）を算出する演算器４２０Ｂと、演算器４２０Ａ、４２０Ｂを通して得られる高輝度信号と低輝度信号の輝度信号および色差信号を比較する比較器４３０と、各色分離回路４１０Ａ、４１０Ｂからの輝度信号を合成する輝度信号合成回路４４０と、各色分離回路４１０Ａ、４１０Ｂからの色差信号を合成するクロマ信号合成回路４５０と、輝度信号合成回路４４０およびクロマ信号合成回路４５０の出力からカラー画像信号を生成し、図示しないカラーモニタに出力するカラー信号処理回路４６０とを有する。
【００１３】
本例では、このような構成の信号処理回路４００を用いて、撮像部（ＣＣＤイメージセンサ）によって撮像した高輝度信号と低輝度信号を信号比較し、ワイドダイナミックレンジＡＥモードと標準ＡＥモード（および逆光補正ＡＥモード）を自動的に切り替えるものである。
なお、図１では、本発明に直接関係しない、クランプ処理、ガンマ変換処理等の要素は省略している。
【００１４】
以下、本例のカメラ装置における動作例について説明する。
まず、プレスキャン動作を行い、ＣＣＤイメージセンサ１００によるワイドダイナミックレンジ撮像モードでの撮像動作を行う。
これにより、ＣＣＤイメージセンサ１００から出力された高輝度画像信号と低輝度画像信号（もしくは長時間露光成分と短時間露光成分）は、Ｓ／Ｈ・ＡＧＣ回路２００のサンプルホールド回路により光に応じた信号成分のみサンプリングされ、Ａ／Ｄ変換回路３００を介して信号処理回路４００に入力される。
そして、この信号処理回路４００では、高輝度信号と低輝度信号はそれぞれ別々にＹ／Ｃ回路４１０Ａ、４１０ＢによってＹ／Ｃ分離される。なお、システムによっては１つのＹ／Ｃ分離回路でも最終的に高輝度信号と低輝度信号が比較器４３０に入り、判定ができれば、そのような構成であってもよいものとする。
【００１５】
ところで、ＣＣＤイメージセンサ１００による２つの輝度信号は、例えば図２（Ａ）や図２（Ｂ）に示すように分布することになる。すなわち、撮像条件によっては２つの分布が狭い場合や広い場合、分布そのものが広い分布であったり、狭い分布であったりする。
そこで、Ｙ／Ｃ回路４１０Ａ、４１０ＢでＹ／Ｃ分離した信号のうちの輝度信号を演算器４２０Ｂに入力し、図２に示すような輝度信号分布から平均値と標準偏差を計算する。
そして、最後に比較器４３０で、各輝度信号分布の平均値と標準偏差を比較し、分布状態からワイドダイナミックレンジＡＥモードか標準ＡＥモード（および逆光補正ＡＥモード）を判定する。例えば、輝度分布が大きい画像の場合には、ワイドダイナミックレンジＡＥモードを選択する。
そして、この判定結果に基づいて、切り替えスイッチ６００に露光モード判定信号（Ｎｏｒｍａｌ／Ｗｉｄｅ）を送り、タイミング発生器５００の切り替えを行なう。
【００１６】
なお、本例では、輝度信号を用いて比較器４３０の判定を行うが、図１に示す装置構成では、同様に色差信号を処理する演算器４２０Ａを有しており、この演算器４２０Ａを用いて色差信号分布の平均値と標準偏差を求め、この演算結果に基づいて判定を行うことが可能となる。また、輝度信号と色差信号の両方を用いて判定を行うようにしてもよい。
また、モード判定に用いる画像条件としては、例えば上述した高輝度画像信号と低輝度画像信号の輝度分布や色差分布から画質を判定してモード選択するような構成としてもよい。
【００１７】
以上のような構成により、ワイドダイナミックレンジ機能を有するＣＣＤカメラ装置において、撮像環境にフレキシブルに対応したＡＥ機能を持つ実用性の高いカメラ装置を提供することが可能となる。
なお、以上の例は、ＣＣＤイメージセンサを用いたカメラ装置について説明したが、本発明は他の方式による撮像部を有するカメラ装置や、撮像部と分離可能に構成された各種のカメラ装置の制御系に適用できるものである。
また、以上の例は、カラー画像を処理するカメラ装置について説明したが、モノクロのカメラ装置についても同様に適用し得るものである。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のカメラ装置およびその露光制御方法によれば、撮像部から入力した撮像信号の画像条件を判定し、その判定結果によって撮像モードを切り替え、それに合わせて露光タイミング制御による露光モードを切り替えことにより、自動的に最適な撮像モードと露光モードを選択することができることから、ユーザを煩わせることなく、通常撮像とワイドダイナミックレンジ撮像の撮像モードおよびＡＥモードを適正に選択して良好な画像を得ることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態例によるカメラ装置の制御系の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示すカメラ装置のモード判定で用いる輝度信号の分布例を示す説明図である。
【符号の説明】
１００……ＣＣＤイメージセンサ、２００……Ｓ／Ｈ・ＡＧＣ回路、３００……Ａ／Ｄ変換回路、４００……信号処理回路、４１０Ａ、４１０Ｂ……色分離（Ｙ／Ｃ）回路、４２０Ａ、４２０Ｂ……演算器、４３０……比較器、４４０……輝度信号合成回路、４５０……クロマ信号合成回路、４６０……カラー信号処理回路、５００……タイミング発生器、６００……切り替えスイッチ。
【図１】
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【図２】
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