(57)【要約】【目的】特殊な撮像素子を用いることなく、少ないメモリ数で、多数の露光条件での撮像によって得られた画像デ−タの有効部分を利用した広ダイナミックレンジの輝度測定を行うことができる光学測定装置を提供すること。【構成】被写体の光強度を測定する光学測定装置において、画像記録手段と、画像を記録したときの露光条件を記録する露光条件記録手段を有し、画像記録手段のアドレスと露光条件記録手段のアドレスは、撮像素子の各画素の位置に対応しており、複数回の露光を行って各露光につき画素ごとにレベル判定を行って、特定のレベル範囲内にある画素情報のみを画像記録手段に記録し、そのときの露光条件を露光条件記録手段に記録し、特定のレベル範囲になかった場合に露光条件を変化させることで、各画素が特定のレベル範囲内に収まるように制御し、各画素の情報を露光条件の特性値で除算することで被写体の光強度を求める。【選択図】　　　図１
2004080091.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次元的に画素を配置した撮像素子によって、被写体の光強度を測定する光学測定装置において、
撮像素子から出力される画像情報を記録する画像記録手段と、画像を記録したときの露光条件を記録する露光条件記録手段を有し、画像記録手段のアドレスと露光条件記録手段のアドレスは、撮像素子の各画素の位置に対応しており、複数回の露光を行って各露光につき画素ごとにレベル判定を行って、特定のレベル範囲内にある画素情報のみを画像記録手段に記録し、そのときの露光条件を露光条件記録手段に記録し、特定のレベル範囲になかった場合に露光条件を変化させることで、各画素が特定のレベル範囲内に収まるように制御し、各画素の情報を露光条件の特性値で除算することで被写体の光強度を求めることを特徴とする光学測定装置。
【請求項２】
露光時間の制御、透過率の異なる複数の光学フィルタの使用による入射光量の減衰率の制御、絞りの制御の三者のうちの何れかを単独で、或は複合して行うことにより露光条件を変化させることを特徴とする請求項１記載の光学測定装置。
【請求項３】
画素毎のレベル判定の結果、画素レベルが特定のレベル範囲より大きかった場合、撮像素子への入射光量が少なくなるように露光条件を設定し直して再び露光を行い、画素レベルが特定のレベル範囲より小さかった場合、撮像素子への入射光量が多くなるように露光条件を設定し直して再び露光を行うことを、全ての画素について行う請求項２記載の光学測定装置。
【請求項４】
画素毎のレベル判定の結果、特定のレベル範囲より大きい画素と、特定のレベル範囲より小さい画素が混在していた場合、撮像素子への入射光量が少なくなるように露光条件を設定し直すことと、撮像素子への入射光量が多くなるように露光条件を設定し直すこと、の何れかを優先して行うことを特徴とする請求項３記載の光学測定装置。
【請求項５】
露光時間の短縮、透過率の小さいフィルタへの変更、絞りの開口面積の縮小、の三者のうちの何れかを単独で、或は複合して行うことによって撮像素子への入射光量を少なくし、露光時間の延長、透過率の大きいフィルタへの変更、絞りの開口面積の拡大、の三者のうちの何れかを単独で、或は複合して行うことによって撮像素子への入射光量を多くすることを特徴とする請求項２〜４の何れかに記載の光学測定装置。
【請求項６】
初回の露光では全ての画素のレベル判定を行い、２回目以降の露光では未だ特定のレベル範囲内に入ったことのない画素についてのみレベル判定を行い、全ての画素が特定のレベル範囲に入るまで露光を繰り返すことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の光学測定装置。
【請求項７】
初回の露光を行う前に画像記録手段の内容をクリアし、画素のレベル判定を行う前に画像記録手段の内容を読み出し、読み出した内容がクリアした値でなかった場合、画素のレベル判定を省略することを特徴とする請求項６記載の光学測定装置。
【請求項８】
初回の露光を行う前に露光条件記録手段の内容をクリアし、画素のレベル判定を行う前に露光条件記録手段の内容を読み出し、読み出した内容がクリアした値でなかった場合、画素のレベル判定を省略することを特徴とする請求項６記載の光学測定装置。
【請求項９】
求める光強度が、ＸＹＺ表色系の３刺激値の何れかであることを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載の光学測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被写体の輝度や色度等の光学特性を二次元的に測定する光学測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、輝度や色度の測定は、フォトダイオードや光電子増倍管等を用い、光電変換によって得られた電圧を読み取ることによって行われていた。しかし、この方法では、或る１点の面積平均輝度しか求めることができず、ディスプレイモニタ等、二次元的な輝度の分布を測定するためには、測定位置を少しずつずらし、多回数の測定を行わなければならなかった。
【０００３】
そのため、ＣＣＤ等の固体撮像素子をマトリクス状に配置して、光電効果によって固体撮像素子に蓄積される電荷を読み取ることによって、二次元的な光学特性の測定を行う装置が開発され、利用されている。
【０００４】
このような方式の二次元輝度測定装置の動作について図を用いて説明する。
【０００５】
図２５は従来のＣＣＤを用いた二次元輝度測定システムの例であり、同図中、２はシャッタ、３は撮像素子、４は読み出し回路、５はアナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）、１１は画像メモリ、１３は画像処理回路、１６は同期信号発生器、１７はシステムコントロ−ラである。
【０００６】
被写体の輝度を測定する場合、先ず、シャッタ２を閉じて、撮像素子３に溜まった電荷の吐き出しを行った後、シャッタ２を開ける。シャッタ２を開けることで、被写体からの撮像光が撮像素子３に入射する。入射した光は、撮像素子３の内部光電効果によって電荷に変換され、撮像素子３内に蓄積される。所定の時間が経過後、シャッタ２を閉じることによって、撮像素子３での電荷の蓄積は終了する。
【０００７】
撮像素子３に蓄積された電荷は、読み出し回路４によって電気信号として読み出され、Ａ／Ｄ変換器５によってデジタル画像データに変換され、画像メモリ１１に書き込まれる。画像メモリ１１に書き込まれたデジタル画像データは、画像処理回路１３によってγ補正やオフセット補正等の種々の処理がなされた後、輝度値に変換され、外部に出力される。シャッタ２の開閉、読み出し回路４によるデータの読み出し、Ａ／Ｄ変換器５によるＡ／Ｄ変換、画像メモリ１１へのデジタルデータの書き込みの同期制御は、同期信号発生器１６による同期信号によって行われ、画像メモリ１１から画像処理回路１３へのデータの読み出し、同期信号の周波数設定、同期信号発生器１６からの同期信号出力の開始等は、システムコントローラ１７によって制御される。
【０００８】
このような輝度測定システムの測定可能な輝度の範囲（ダイナミックレンジ）は、撮像素子３のダイナミックレンジによって殆ど決定される。しかし、実際の被写体は、撮像素子３のダイナミックレンジを超える輝度比を持つものが多く、そのような被写体の輝度を一度に測定することはできないという問題があった。この問題を解決するために、以下のような従来例が提案されている。
【０００９】
第１の従来例は、複数の画像データから１つの画像デ−タを合成するという方法である。複数の画像データは、それぞれ異なる露光条件で撮像したものであり、各画像データの中から、有効輝度範囲にあるデ−タを抜き出して、１つの画像として合成する。
【００１０】
図２６はこの従来例の代表的な構成のブロック図である。
【００１１】
図２６において、１１ａ，１１ｂ，１１ｃは複数設けられた画像メモリ１１を示すものである。又、図の簡略化のため、同期信号発生器やシステムコントロ−ラ等の制御系の手段の記載は省略してある。
【００１２】
先ず、露光時間の短い第１の露光条件で撮像を行い、得られたデジタル画像データを画像メモリ１１ａに保存する。次に、露光時間を長くした第２の露光条件で撮像を行い、得られたデジタル画像データを画像メモリ１１ｂに保存する。
【００１３】
次に、更に露光条件を長くした第３の露光条件で撮像を行い、得られたデジタル画像データを画像メモリ１１ｃに保存する、というように、露光条件を変えて撮像したデジタル画像データは、それぞれ別の画像メモリに保存される。全ての露光条件での撮像が終わり、画像メモリに画像データを保存した後、画像処理回路１３で、各画像ごとに閾値判定を行って必要部分を抽出し、露光条件に応じた処理を行い、抽出部分の合成が行われる。撮像素子３は、出力する画像情報が露光条件に対して略比例する関係となっているため、抽出された画像情報ごとに、撮像時の露光条件で除算することで、単位露光条件当たりの入射光エネルギーが得られる。
【００１４】
第２の従来例は、撮像素子自体に新たな構造を加えるものである。撮像素子に新たな構造を加えた従来例として、特開平０７−０６７０４２号等が挙げられる。特開平０７−０６７０４２号は、撮像素子の画素毎に、光電変換素子である光ダイオードの電位と外部から与えられる参照電位を比較する比較器と、クロックカウンタを設け、外部から高周波のクロックを各画素のクロックカウンタに供給し、光ダイオードの出力が所定の値になるまでの時間をクロックカウンタに与えられたクロックのカウント数で計測するものである。
【００１５】
弱い光が入射した場合には、光ダイオードの電位はゆっくりと上昇し、所定の値になるまでの時間は長くなって、カウント数は多くなる。強い光が入射した場合には、光ダイオードの電位が急激に上昇し、所定の時間になるまでの時間は短くなってカウント数は少なくなる。従って、光ダイオ−ドの電位が参照電位になるまでの時間、即ちクロックカウンタで測定されたカウント数が入射光の強度に対応するため、カウント数を用いることによって、輝度を求めることが可能となる。
【００１６】
各画素の動作は、次のように行われる。尚、説明では、シャッタ動作は、撮像素子の電子シャッタによって行われている。
【００１７】
撮像素子をリセットし、光ダイオードに蓄積された電荷を排出した後、クロックカウンタは外部クロックの計数を開始する。
【００１８】
光ダイオードに電荷が蓄積される速度は、入射光強度によって異なり、入射光強度が強いほど早く電荷が蓄積される。即ち、入射光強度が強いほど、早く電位が上昇する。
【００１９】
光ダイオードの電位が徐々に上昇し、参照電位以上になると、比較器の出力が変化し、変化した比較器の出力によって、クロックカウンタへのクロックの供給がストップする回路構成となっている。
【００２０】
従って、クロックカウンタは、撮像素子のリセットから、光ダイオードの電位が参照電位になるまでに与えられたクロックの数をカウントすることとなる。
【００２１】
以上の動作が、撮像素子の全ての画素で行われ、カウント値がデータとして読み出される。
【００２２】
入射光強度と電荷が蓄積される速度には、対応関係があるため、カウント値から輝度を算出することが可能である。
【００２３】
以上のように構成されているため、撮像手段が飽和するほどの強い光が入射した場合でも、光ダイオードに生じる電位が参照電位になるまでの時間は有限であるため、入射光強度を測定することが可能となる。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記第１の従来例においては、露光条件と同数のメモリが必要となり、複雑・高コストのシステムとなってしまうという問題があった。又、複雑・高コストのシステムであるため、設定する露光条件は、通常２条件或は３条件であることが多い。
【００２５】
しかし、２条件或は３条件では、最大でも撮像素子のダイナミックレンジの２乗或は３乗の拡大にしかならない。実際は、ノイズの影響があるため、更に、ダイナミックレンジの拡大量は少なくなる。従って、それ以上の輝度比を持つ被写体には対応できないという問題があった。
【００２６】
第２の従来例では、メモリ数は少なくて済むが、撮像素子の画素毎に特殊な回路を備える必要があるため、撮像素子自体の複雑化・高コスト化が問題となる。
【００２７】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、特殊な撮像素子を用いることなく、少ないメモリ数で、多数の露光条件での撮像によって得られた画像デ−タの有効部分を利用した広ダイナミックレンジの輝度測定を行うことができる光学測定装置を提供することにある。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、二次元的に画素を配置した撮像素子によって、被写体の光強度を測定する光学測定装置において、撮像素子から出力される画像情報を記録する画像記録手段と、画像を記録したときの露光条件を記録する露光条件記録手段を有し、画像記録手段のアドレスと露光条件記録手段のアドレスは、撮像素子の各画素の位置に対応しており、複数回の露光を行って各露光につき画素ごとにレベル判定を行って、特定のレベル範囲内にある画素情報のみを画像記録手段に記録し、そのときの露光条件を露光条件記録手段に記録し、特定のレベル範囲になかった場合に露光条件を変化させることで、各画素が特定のレベル範囲内に収まるように制御し、各画素の情報を露光条件の特性値で除算することで被写体の光強度を求めることを特徴とする。
【００２９】
先ず、撮像を行う前に、画像記録手段と露光条件記録手段の内容をクリアする。それから、或る露光条件で１回目の撮像を行い、撮像素子に被写体像の輝度に対応した電荷を蓄積する。
【００３０】
蓄積された電荷（画素情報）を１画素ずつ読み出し、特定のレベルと大小判定を行う。
【００３１】
特定のレベルは、読み出された画素情報が、被写体の輝度と一対一の対応関係がある範囲を示す値である。その結果、画素情報が特定の範囲内にあった場合にのみ、画素情報を画像記録手段に記録し、そのときの露光条件を露光条件記録手段に記録する。
【００３２】
画像記録手段のアドレスと撮像素子の画素位置は一対一に対応しており、画素情報は画像記録手段の指定されたアドレスに書き込まれる。
【００３３】
露光条件記録手段のアドレスと撮像素子の画素位置も一対一に対応しており、露光条件は露光条件記録手段の指定されたアドレスに書き込まれる。
【００３４】
画素情報が特定のレベル範囲になかった場合、その画素情報は利用し得ない情報であり、２回目の撮像を行う必要がある。
【００３５】
画素情報が特定のレベル範囲よりも大きかった場合、２回目の撮像では、同じ輝度を測定した場合に１回目の撮像時よりも小さい値を得られるような露光条件を設定する。
【００３６】
画素情報が特定のレベル範囲よりも小さかった場合、２回目の撮像では、同じ輝度を測定した場合に１回目の撮像時よりも大きい値を得られるような露光条件を設定する。
【００３７】
以上のようにして、１回目の撮像で撮像素子に蓄積された電荷を全て読み出した後、２回目の撮像を行うために露光条件が変更されているかを調べる。
【００３８】
露光条件が変更されていた場合、２回目の撮像を行い、同様に１画素ずつ画素情報を読み出し、特定のレベルとの比較結果に応じた処理を行う。
【００３９】
２回目の撮像で撮像素子に蓄積された電荷を全て読み出した後、次の撮像を行うために露光条件が変更されているかを調べ、露光条件が変更されていた場合、３回目の撮像を行う。
【００４０】
以上の動作を、全ての画素情報が特定のレベル範囲内に入り、次の撮像を行う必要がなくなるまで繰り返す。
【００４１】
但し、２回目以降の画素情報の読み出しは、既に前回までの撮像時に特定のレベル範囲に入ったことのある画素について行う必要はない。読み出そうとする画素が、既に特定のレベル範囲に入ったことがあるかについては、画像記録手段に書き込まれている値が、最初にクリアしたときのままであるか、他の値であるか、を調べることで判定できる。クリアした値でない場合は、既に特定のレベル範囲に入ったことがあり、そのときの画素情報が書き込まれていることを示している。クリアしたままの値であった場合は、未だ特定のレベル範囲に入っていないと判定できる。この判定は、画像記録手段ではなく、露光条件記録手段の内容を調べることでも、同様の結果が得られる。
【００４２】
全ての画素情報が、特定のレベル範囲内に入り、次の撮像を行う必要がない場合、露光条件は変更されない。
【００４３】
その場合、画像記録手段に記録されている情報を露光条件記録手段に記録されている情報で除算することで、全ての画素について、単位露光条件当たりの画素情報を得ることができる。入力輝度と単位露光条件当たりの画素情報の対応関係が分かれば、輝度値を求めることが可能となる。
【００４４】
露光条件として露光条件記録手段に記録する値は、露光時間、入射光量を減衰させるフィルタの透過率、絞り装置の開口面積の個々、或はこれらの積を用いる。
【００４５】
本発明では、１回の撮像で得られた画像情報を１つの画像記録手段に全て記録し、露光条件ごとに複数の画像記録手段を設ける第１の従来例と異なり、有効な値の範囲にある部分のみを選択的に記録して行き、そのときの露光条件も同時に記録するため、画像情報を記録する画像記録手段が１つで済み、１つの画像記録手段に記録した画像情報と、それに対応した１つの露光条件記録手段に記録した露光条件の値で、入射光の二次元的輝度分布を計算することができ、多数の露光条件で撮像した画像情報を用いた広ダイナミックレンジの二次元的光学測定を行うのに、少ない記録手段数で実現することが可能となる。
【００４６】
更に、上記のような構成にすれば、一般的な撮像手段を用いて広ダイナミックレンジ輝度測定が可能となるため、第２の従来例のような特殊な構成の撮像手段を用いる必要がなくなり、システムの高コスト化を抑えることが可能となる。
【００４７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００４８】
＜実施の形態１＞
図１は本発明の実施の形態１を示すブロック図であり、同面中、１は被写体を結像させるための撮像光学系、２は光の入射時間を制御するためのシャッタ、３は入射した光を電荷に変換する撮像素子、４は撮像素子３で得られた電荷を電気情報として読み出す読み出し回路、５は読み出し回路４で読み出された電気情報をデジタル画像データに変換するＡ／Ｄ変換器、６はＡ／Ｄ変換器５から出力された画像データの１画素分のデータを一時保持する画像レジスタ、７は画像情報として抽出すべきデータ範囲の下限値を保存する下限値レジスタ、８は画像レジスタ６に保持されている１画素分の画像データと下限値レジスタ７の値を比較し、画像データの方が大きかった場合にＨｉｇｈを出力する下限比較器、９は画像情報として抽出すべきデータ範囲の上限値を保存する上限値レジスタ、１０は画像レジスタ６に保持されている１画素分の画像データと上限値レジスタ９の値を比較し、上限値レジスタ９の値の方が大きかった場合にＨｉｇｈを出力する上限比較器、１１はデジタル画像データを記録するための画像メモリ、１２はデジタル画像データを保存したときの画像の露光時間を記録するための露光条件メモリ、１３は画像メモリ１１に保存されたデジタル画像データと露光条件メモリ１２に保存された露光時間の値を用いて、所定の演算を行い、二次元的輝度分布データを外部に出力する画像処理回路、１４は現在の露光時間の値を一時保持する露光条件レジスタａ、１５は次の撮像の際の露光時間の値を一時保持する露光条件レジスタｂ，１６は各段階の処理の同期を取るための同期信号を発生する同期信号発生器、１７はシステム全体の制御を行うためのシステムコントローラである。尚、図１において、実線の矢印は情報の流れを示し、破線の矢印は制御信号の流れを示している。
【００４９】
被写体の像は、撮像光学系１及びシャッタ２を通って撮像素子３に結像する。シャッタ２は撮像素子３への像の照射時間を調節するもので、シャッタ２が開いている時間だけ撮像素子３に内部光電効果による電荷が蓄積され、シャッタ２を閉じると撮像素子３の電荷の蓄積が停止される。
【００５０】
尚、本明細書においては、撮像光学系１、シャッタ２は、被写体側からこの順番で配置されているが、これらの順番を入れ替えても同様の効果が得られる。
【００５１】
システムが立ち上がってからの動作を、図２〜図７のフローチャートを用いて説明する。
【００５２】
システムが立ち上がると、先ず、撮像光学系１の調整を行い、撮像素子３に適切な被写体像が結像するようにする（Ｓ１）。この調整は、システムコントローラ１７が行っても、オペレータが手動で行っても良い。次に、下限値レジスタ７と上限値レジスタ９に下限値及び上限値をそれぞれセットする（Ｓ２）。下限値レジスタ７にセットする値は、撮像素子３、読み出し回路４、Ａ／Ｄ変換器５で発生するノイズの量よりも大きく、画像情報として取り得る範囲の値とする。又、上限値レジスタ９にセットする値は、撮像素子３の飽和量以下で且つ下限値レジスタ７にセットした下限値以上の値とする。次に、初回の撮像時の露光時間を露光条件レジスタａと露光条件レジスタｂにセットする（Ｓ３）。その後、待機状態となって測定開始の割り込みを待つ。
【００５３】
オペレ−タや外部の機器などからの操作により、測定開始の割り込みが発生すると、画像メモリ１１、露光条件メモリ１２の内容をクリアする（Ｓ４）。クリアの際に各メモリに書き込む値は０が望ましいが、その他の適切な値を書き込んでも良い。次に、露光の同期をとるため、露光条件レジスタａに保存された露光時間の値を同期信号発生器１６にセットする（Ｓ５）。そして、シャッタ２を開いて（Ｓ６）、設定した露光時間が経過した後、シャッタ２を閉じる（Ｓ７）。
【００５４】
次に、撮像素子３に蓄積された電荷を読み出し回路４で左上の画素から順に１画素ずつ読み出し（Ｓ８）、読み出された電気信号をＡ／Ｄ変換器５でＡ／Ｄ変換して、デジタル画像デ−タにする（Ｓ９）。Ａ／Ｄ変換器５から出力されたデジタル画像デ−タは、画像情報レジスタに送られ、一時保持される（Ｓ１０）。
【００５５】
次に、システムコントローラ１７は、画像情報を読み出した画素に対応する露光条件メモリのアドレスに書き込まれている値を読み出し、Ｓ４のクリアによって書き込まれた値であるか否かを調べる（Ｓ１１）。クリアで書き込まれた値でなければ、読み出した画素は、後述する下限値と上限値の間に入って、露光条件メモリに値が書き込まれていたことを示し、クリアによって書き込まれた値であれば、未だ下限値と上限値の間に入っていない画素であることが分かる。
【００５６】
上記判定の結果、露光条件メモリの値が、クリアによって書き込まれた値でなかった場合、即ち当該画素が下限値と上限値の間に入っていた場合、下限値及び下限値との値の比較をする必要はないため、ステップＳ２７に処理を移す。
【００５７】
ステップＳ１１での判定の結果、露光条件メモリの値が、クリアによって書き込まれた値であった場合、即ち当該画素が未だ所定の範囲内になっていないと判定された場合、画像レジスタ６からデジタル画像データが、下限値レジスタ７から下限値が、下限比較器８に出力される。下限比較器８は画像データと下限値を比較し、デジタル画像データの方がが大きかった場合にシステムコントローラ１７にＨｉｇｈを出力する（Ｓ１２）。
【００５８】
更に、画像レジスタ６からデジタル画像データが、上限値レジスタ９から上限値が、上限比較器１０に出力される。上限比較器１０は画像デ−タと上限値を比較し、上限値の方が大きかった場合にシステムコントローラ１７にＨｉｇｈを出力する（Ｓ１３）。
【００５９】
システムコントローラ１７は、下限比較器８と上限比較器１０の出力から、デジタル画像データが下限値と上限値の間に入っているか否かを判定する（Ｓ１４）。デジタル画像データが下限値と上限値の間にあるか否かは、下限比較器８の出力と上限比較器１０の出力の論理積を取ることで判定できる。論理積の結果、Ｈｉｇｈである場合はデジタル画像データが下限値と上限値の間にあり、Ｌｏｗである場合は下限値以下か上限値以上である。
【００６０】
デジタル画像データが下限値と上限値の間に値がなかった場合、デジタル画像データが上限値よりも大きい値であるか否かを判定する（Ｓ１７）。上限値よりも大きい値であるかの判定には、上限比較器１０の出力を用いる。上限比較器１０の出力がＨｉｇｈであった場合デジタル画像データが上限値よりも小さいことを示し、Ｌｏｗであった場合はデジタル画像データが上限値よりも大きいことを示している。
【００６１】
デジタル画像データと上限値の比較の結果、デジタル画像データが上限値よりも大きかった場合、露光条件レジスタａに保存されている現在の露光時間と、予め設定されている最短の露光時間を比較する（Ｓ１８）。最短の露光時間は、有用でないほど非常に明るい光が入射された場合に、際限なく露光時間を短くしてしまうことを防ぐために設定しておくもので、最短の露光時間以下まで露光時間を短くした撮像は行わない。
【００６２】
露光条件レジスタａと最短の露光時間が等しかった場合、画像メモリ１１に最大値を書き込み（Ｓ１９）、露光条件メモリ１２には光量が過大であるという情報を書き込む（Ｓ２０）。最大値とは、デジタル画像データとして採用する上限値よりも大きい値であることを示すためのもので、デジタル画像データそのものでも良いし、画像メモリ１１が取り得る最大の値でも良い（８ビットのメモリであれば２５５）し、上限値より１だけ大きい値でも良いし、その他上限値と画像メモリ１１が取り得る最大値の間の数値であり、且つ、画像メモリ１１のクリア（Ｓ４）で画像メモリ１１に書き込んだ値以外の値であれば何れでも良い。露光条件メモリ１２に書き込む光量過大情報は、最短の露光時間よりも小さい値で、露光条件メモリ１２のクリア（Ｓ４）で露光条件メモリ１２に書き込んだ値以外の値であれば良い。画像メモリ１１と露光条件メモリ１２に値を書き込んだ後、ステップＳ２７に処理を移す。
【００６３】
露光条件レジスタａに保存されている現在の露光時間と、予め設定されている最短の露光時間を比較した（Ｓ１８）結果、露光条件レジスタａの値が最短の露光時間でなかった場合、現在の露光時間よりも短く、最短の露光時間以上の値を、次回の撮像時の露光時間を保存するための露光条件レジスタｂに書き込む（Ｓ２１）。露光条件レジスタｂに書き込む露光時間については後述する。露光条件レジスタｂへの値の書き込みは、再び撮像を行うためのフラグとしても利用される。その後、ステップＳ２７に処理を移す。
【００６４】
デジタル画像データが上限値よりも大きい値であるか否かの判定（Ｓ１７）の結果、上限値以下であった場合、デジタル画像データは、下限値以下の値である。下限値と上限値の間になく、上限値以下であるため、必然的に下限値以下であることが分かる。ここで、露光条件レジスタａに保存されている現在の露光時間と、予め設定されている最長の露光時間を比較する（Ｓ２２）。最長の露光時間は、有用でないほど非常に暗い光が入射された場合に、際限なく露光時間を長くしてしまうことを防ぐために設定しておくもので、最長の露光時間以上に露光時間を長くした撮像は行わない。
【００６５】
露光条件レジスタａが最長の露光時間と等しかった場合、画像メモリ１１に最小値を書き込み（Ｓ２３）、露光条件メモリ１２には光量不足の情報を書き込む（Ｓ２４）。最大値とは、デジタル画像データとして採用する下限値よりも小さい値であることを示すためのもので、デジタル画像データそのものでも良いし、画像メモリのクリア（Ｓ４）で書き込んだ値以外で画像メモリ１１が取り得る最小の値（１）でも良いし、下限値レジスタ７にセットした下限値より１だけ小さい値でも良いし、その他画像メモリ１１が取り得る最大値と下限値の間の数値であれば何れでも良い。露光条件メモリ１２に書き込む光量不足情報は、最長のシャッタ時間よりも大きい値で、露光条件メモリ１２が取り得る最大の値以下で、且つ露光条件メモリ１２のクリア（Ｓ４）で露光条件メモリ１２に書き込んだ値以外の値であれば良い。画像メモリ１１と露光条件メモリ１２に値を書き込んだ後、ステップＳ２７に処理を移す。
【００６６】
デジタル画像データが下限値以下の値であると判定された後、露光条件レジスタａに保存されている現在の露光時間と、予め設定されている最長の露光時間を比較した（Ｓ２２）結果、露光条件レジスタａの値が最長の露光時間でなかった場合、先ず、露光条件レジスタａと露光条件レジスタｂの値を比較する（Ｓ２５）。比較の結果、両者が等しければ、次回の撮像の露光時間の設定がされていないことを示しているため、現在の露光時間よりも長く、最長の露光時間以下の値を、次回の撮像時の露光時間を保存するための露光条件レジスタｂに書き込む（Ｓ２６）。露光条件レジスタｂに書き込む露光時間については後述する。その後、ステップＳ２７に処理を移す。
【００６７】
露光条件レジスタａと露光条件レジスタｂの値が異なっていた場合、既に次回の撮像時の露光時間が保存されているため、ステップＳ２６は実行せずに、ステップＳ２７に処理を移す。デジタル画像データの値が下限値以下のときに、露光条件レジスタａと露光条件レジスタｂの値を比較して両者が等しい場合だけ露光条件レジスタｂに値を設定することによって、露光時間を短くする設定の方が優先されるようになっている。
【００６８】
ステップＳ１４において、デジタル画像データが下限値と上限値の間にあると判定された場合、画像レジスタ６に保存されている画像データを、画像メモリ１１の当該画素に対応するアドレスに書き込み（Ｓ１５）、露光条件レジスタａに保存されている現在の露光時間の値を露光条件メモリ１２の当該画素に対応するアドレスに書き込む（Ｓ１６）。
【００６９】
その後、全ての画素の読み出しが終了したかの判定を行う（Ｓ２７）。全画素を読み出したことは、システムコントローラ１７が、画像レジスタ６に画像データを保存した回数をカウントして、カウント値が全画素と等しくなったことを検出することで判定することができる。未だ全画素の読み出しが終了していなかった場合、再び画素データの読み出し（Ｓ８）に戻って、同様の処理を繰り返す。
【００７０】
全画素の読み出しが終了した場合、露光条件レジスタａと露光条件レジスタｂの値を比較する（Ｓ２８）。両者の値が異なっていた場合、未だ画像メモリ１１に全ての画素の画像データが保存されておらず、再び異なる露光時間で撮像を行う必要のあることを示しており、露光条件レジスタｂの値を露光条件レジスタａにコピーし（Ｓ３２）、同期信号発生器に露光条件レジスタａに保存された露光時間をセットする処理（Ｓ５）に戻って、同様の処理を繰り返す。
【００７１】
露光条件レジスタａと露光条件レジスタｂの値が等しい場合、このときの露光時間による撮像で、全てのデジタル画像データが下限値と上限値の間に入り、異なる露光時間での撮像の必要がないことを示し、画像処理回路１３でのデジタル画像データの処理が開始される。
【００７２】
先ず、デジタル画像データとそれに対応する露光時間の情報をそれぞれ画像メモリ１１と露光条件メモリ１２から読み出し、デジタル画像データを露光時間で除算する（Ｓ２９）。これによって、デジタル画像データを単位時間当たりの画像データとして表すことができる。更に、得られた単位時間当たりの画像データに、撮像素子３の入出力特性の逆関数を掛ける等して、輝度値に比例した値を求め（Ｓ３０）、外部に出力し（Ｓ３１）、再び待機状態となり、測定開始の割り込みを待つ。
【００７３】
シャッタ２の開閉、読み出し回路４の読み出し動作、Ａ／Ｄ変換器５のＡ／Ｄ変換動作、Ａ／Ｄ変換器５から画像レジスタ６へのデジタル画像データの出力は、同期信号発生器１６が発生する同期信号によって制御される。
【００７４】
画像レジスタ６から下限比較器８へのデータ出力、下限値レジスタ７から下限比較器８へのデータ出力、画像レジスタ６から上限比較器１０へのデータ出力、上限値レジスタ９から上限比較器１０へのデータ出力、画像レジスタ６から画像メモリ１１への値の書き込み、露光条件レジスタａから露光条件メモリ１２への値の書き込み、画像処理回路１３による画像処理動作の開始と撮像光学系１の調節は、システムコントローラが発生する制御信号によって制御される。
【００７５】
尚、撮像素子３がＣＣＤであった場合、撮像素子３に照射される被写体像の輝度が高過ぎて蓄積可能な電荷量を超えてしまうと、隣接する画素に電荷が溢れるブルーミングが発生してしまう。ブルーミングが発生すると、高輝度の光が入射した画素に隣接した画素の輝度は正確に測定できなくなる。従って、ブルーミングを防止するために、Ｏｖｅｒｆｌｏｗ　　Ｄｒａｉｎ（ＯＦＤ）等を設けて、飽和した電荷の吐き出しを行うことが必要となる。
【００７６】
又、シャッタ２はＣＣＤの電子シャッタ等を用いることも可能であるが、スメアの影響を排除するため、メカニカルシャッタを用いて、電荷の読み出し中は入射光を完全に遮断するのが望ましい。
【００７７】
次に、画像情報を画像メモリ１１に書き込む際のアドレスの仕方について説明する。
【００７８】
図８は撮像素子３の画素の配列を示した図である。実際の撮像素子では、暗情報取得のため等に、オプティカルブラック部を設けてあるが、図では省略して、有効画素のみを示している。図面中、１０１は撮像素子３の画素１つを示している。又、横方向に並んだ数字は撮像素子の画素の横位置（Ｘ位置）を表し、縦方向に並んだ数字は撮像素子の画素の縦位置（Ｙ位置）を表している。本明細書において画素の位置を示す場合には、Ｘ２−Ｙ３のようにＸ位置−Ｙ位置と表記することとする。
【００７９】
図８の例では、Ｘ方向にｍ画素（０〜ｍ−１）、Ｙ方向にｎ画素（０〜ｎ−１）配置しており、全部でｍ×ｎの有効画素数を有している。
【００８０】
図９は画像メモリ１１のアドレスの割り付けを模式的に示した図である。
【００８１】
図９において、１０２は画像メモリ１１のメモリの要素１つを示し、この要素１つに、撮像素子３の画素から得られるデジタル画像データ１つを保存する。デジタル画像データが８ビットの場合はメモリ１バイト、デジタル画像データが１６ビットの場合はメモリ２バイトのように、要素１０２の大きさは、デジタル画像データの情報量による。画像メモリ１１の大きさは、撮像素子３の有効画素の画像データを保存できるだけの大きさが必要である。
【００８２】
つまり、デジタル画像データが８ビットで、撮像素子３の有効画素数が１００００画素である場合は１００００バイト、デジタル画像データが１６ビットで、撮像素子３の有効画素数が２００００画素である場合は４００００バイトの大きさを必要とする。図９の例では、図８の撮像素子３の画素数に対応して、ｍ×ｎ（０〜ｎ×ｍ−１）個のデ−タが保存できる大きさとなっている。図において、要素１０２の上部に記されている数字は、それぞれの要素のアドレスを示す番号である。本明細書において、メモリの特定の要素を示す場合には、アドレスを示す番号の前にＡを付して、Ａ（５）のように表記する。
【００８３】
例えば、撮像素子３の画素Ｘ１−Ｙ２（図８の斜線部分）の画像情報が下限値と上限値の間にあると判定され（図４のＳ１４）、画像メモリ１１にデジタル画像データを書き込む（図４のＳ１５）とする。画像メモリ１１は一次元メモリであり、撮像素子３の画素Ｘ１−Ｙ２に対応するメモリ要素のアドレスは、２×ｍ＋１の位置にある（図９の斜線部分）。従って、撮像素子３の画素Ｘ１−Ｙ２のデジタル画像データを画像メモリ１１のアドレスＡ（２ｍ＋１）に書き込めば良い。一般的に、撮像素子３の画素Ｘｉ−Ｙｊには、画像メモリ１１のアドレスＡ（ｊ×ｍ＋ｉ）が対応する。
【００８４】
本実施の形態では、画像メモリとして一次元メモリを用いているが、ランダムアクセスが可能なメモリであれば、二次元以上のメモリでも同様のことが実現可能である。
【００８５】
露光条件メモリ１２のアドレス方法についても、上記画像メモリ１１のアドレス方法と同様に行われる。この場合、露光条件メモリの１要素の大きさは、保存する露光条件の数値の大きさによる。
【００８６】
次に、下限値及び上限値の設定と露光時間の短縮、延長の設定の方法について説明する。
【００８７】
図１０は画像メモリ１１が取り得る値の範囲と、撮像素子３の出力を読み出し回路４で読み出してＡ／Ｄ変換器５でＡ／Ｄ変換して得られたデジタル画像データの関係を示した図である。
【００８８】
図１０において、実線で囲まれた領域２０１は画像メモリ１１が取り得る値の範囲、斜線領域２０２は撮像素子３及び読み出し回路４で発生するノイズが信号と重なって現れるノイズ領域、点線で囲まれた領域２０３は下限値レジスタ７に設定された下限値と上限値レジスタ９に設定された上限値の範囲である採択領域を示している。又、図中丸で示された２０４〜２１４は、画像メモリ１１に書き込まれる値を示している。
【００８９】
図１０（ａ）において、値２０４はノイズ領域２０２に、値２０５及び値２０７は採択領域２０３に、値２０５及び値２０８はノイズ領域２０２にも採択領域２０３にも属さない領域にある。下限値はノイズ領域２０２よりも大きい値としなければならない。図１０においては、下限値とノイズ領域２０２の間及び上限値と画像メモリ１１の最大値の間が空いているが、これは環境温度や回路の安定性を見込んで余裕を持たせているためである。値２０４と値２０５と値２０８は、デジタル画像デ−タが下限値と上限値の間にあるか否かの判定（図４のＳ１４）を行った際には、下限値と上限値の間にないという判定結果となり、採択領域２０３にある値２０６と値２０７は下限値と上限値の間にあるという判定結果となる。
【００９０】
図１０（ｂ）は値２０９が上限値以上であると判定され（図５のＳ１７）、且つ、露光条件レジスタａに保存されている現在の露光時間が最短露光時間でないと判定され（図５のＳ１８）、露光時間を短縮して（図５のＳ２１）再び撮像した場合の値の変化を示した図である。値２０９は、上限値よりも僅かに大きい値であるとする。露光時間を短縮すると、同じ輝度の被写体に対して撮像素子３に蓄積される電荷量が少なくなって、得られるデジタル画像デ−タが小さくなり、露光時間を短縮する量によって、値２１０或は値２１１が得られる。露光時間を短縮し過ぎると、値２０９は、次回の撮像の後、値２１１のように変化する。露光時間の短縮量が適切であれば、値２０９は、次回の撮像の後値２１０のように変化し、採択領域２０３の中に入るようになる。
【００９１】
図１０（ｃ）は値２１２が下限値と上限値の間でなく且つ上限値以下であると判定され（図５のＳ１７）、更に露光条件レジスタａに保存されている現在の露光時間が最長露光時間でないと判定され（図６のＳ２２）、露光条件レジスタａと露光条件レジスタｂの値が等しかった（図６のＳ２５）ときに、露光時間を延長して（図６のＳ２６）再び撮像した場合の値の変化を示した図である。値２１２は、下限値よりも僅かに小さい値であるとする。露光時間を延長すると、同じ輝度の被写体に対して撮像素子３に蓄積される電荷量が多くなって、得られるデジタル画像デ−タが大きくなり、露光時間を延長する量によって、値２１３或は値２１４が得られる。露光時間を延長し過ぎると、値２１２は、次回の撮像の後、値２１４のように変化する。露光時間の延長量が適切であれば、値２１２は、次回の撮像の後、値２１３のように採択領域２０３の中に入るようになる。
【００９２】
露光時間の短縮量と延長量が共に適切でない場合、値２０９は先ず上限値以上であると判定され、露光時間が短縮され、値２１１となる。値２１１は下限値以下であるので、露光時間の延長が行われるが、延長量が大き過ぎるため、値２０９のように再び上限値以上の値となってしまい、測定のル−プを抜けられなくなってしまう。
【００９３】
露光時間の短縮量と延長量の一方が適切で、もう一方が適切でない場合、例えば、短縮量が適切でなく、延長量が適切だった場合は、値２０９は先ず上限値以上であると判定され、露光時間が短縮され、値２１１となってしまう。しかし、値２１１が下限値以下であると判定され、露光時間が延長されると、値２１０のようになり、採択領域２０４の中に入るため、測定が無限ル−プに入ることは避けられる。しかし、この場合、測定時間が長くなる等の問題が生じてしまう。
【００９４】
従って、撮像素子３の特性に応じて、露光時間の短縮量及び延長量を適切に設定する必要がある。露光時間の短縮量及び延長量を適切に設定した例を図１１〜図１５を用いて説明する。
【００９５】
図１１は本実施の形態における、画像メモリ１１が取り得る値の範囲を示した図である。図面において、各領域の境目の左側の数値は、それぞれを区切る閾値を示している。即ち、画像メモリ１１の取り得る最小値は０、最大値は２５５、採択領域２０４の下限値は８０、上限値は２００、ノイズ領域２０２の最大値は１０である。
【００９６】
撮像素子３の有効画素数は、水平ｍ画素、垂直ｎ画素のｍ×ｎ画素、画像メモリ１１及び露光条件メモリ１２の要素数もｍ×ｎ個であるとする。
【００９７】
図１２は本光学測定システムで測定する被写体を、撮像素子３の各画素に入射する領域に区切り、その輝度値を示した図である。
【００９８】
図１３は図１２の輝度分布を持つ被写体を撮像したときの、撮像素子３の有効画素の左上部を示した模式図であり、各画素１０１は、図１２に示した被写体を分割した各領域に対応している。撮像素子３に蓄積された電荷を読み出し回路４で読み出し、Ａ／Ｄ変換器５でデジタル画像データに変換した値を、各画素１０１内に記している。
【００９９】
本実施の形態で用いている撮像素子３の入出力特性は、照射された光の輝度に対して、蓄積される電荷量が正比例しており、読み出し回路４及びＡ／Ｄ変換器５の入出力特性も線形であるとする。本実施の形態では、撮像素子３から読み出してＡ／Ｄ変換したデジタル画像デ−タの取り得る値は０〜２５５としており、２５５を超えて飽和した電荷は、ＯＦＤによって掃き出される。画素１０１内に示された数値で、括弧で括られた数値は、得られた撮像素子３に入射した光の輝度に対して蓄積された電荷の総量をＯＦＤによって掃き出された電荷量も含めて示している。
【０１００】
即ち、入射光の輝度に比例した値を示している。図面中、斜線で示された画素は、図１１に示した下限値と上限値の間に値が入ったことのある画素を示している。図面において全ての画素が斜線で塗られたとき、全てのデジタル画像データが画像メモリ１１に書き込まれたことを示し、画像処理回路１３でのデジタル画像デ−タの処理が開始される。
【０１０１】
図１４は画像メモリ１１及び露光条件メモリ１２のアドレスの割り付けを模式的に示した図である。
【０１０２】
図１４において、点線で囲まれた領域１２は画像メモリ、点線で囲まれた領域１３は露光条件メモリを示し、１０２は画像メモリ１１の各要素、１０３は露光条件メモリ１２の各要素を示している。画像メモリ１１の各要素１０２中にある数値及び、露光条件メモリ１２の各要素１０３中にある数値は、各要素１０２及び要素１０３に書き込まれた値を示している。斜線で示された要素は、下限値と上限値の間に値があったことのある画素に該当する要素であることを示している。
【０１０３】
露光時間を１秒として撮像したとき、図１３（ａ）のようなデジタル画像データを得たとする。画素Ｘ０−Ｙ１から出力されたデジタル値は１２０であるため、図１１に示した採択領域２０４内にある。従って、このデジタル値を画像メモリ１１に書き込み、露光時間１秒を露光条件メモリ１２に書き込む。このときの各メモリの状態を示したものが図１３（ａ）であり、画素Ｘ０−Ｙ１に対応する画像メモリ１１のアドレスＡ（ｍ＋０）にデジタル値１２０が書き込まれ、露光条件メモリ１２のアドレスＡ（ｍ＋０）に露光時間１が書き込まれる。
【０１０４】
他の画素については、採択領域２０４内にないため、他のメモリ要素１０２及び要素１０３には値が書き込まれない。１回目の撮像によって得られたデジタル画像データそれぞれについて、下限値及び上限値との比較を行うが、画素Ｘ１−Ｙ０、画素Ｘ１−Ｙ１、画素Ｘ２−Ｙ１は上限値２００を超えているため、露光時間を短縮し、全てのデジタル画像データについて処理を行った後、再び撮像を行う。本実施の形態では、露光時間の短縮量は、元の露光時間の１／２に、露光時間の延長量は、元の露光時間の２倍にするものとする。又、本実施の形態では、最短の露光時間を１／４秒、最長の露光時間を８秒としている。
【０１０５】
露光時間を１／２秒にして再び被写体を撮像したときに得られたデジタル画像データが図１３（ｂ）である。露光時間を１／２にしたことによって、露光時間が１秒であったときに上限値を超えていた画素Ｘ１−Ｙ１のデジタル値が１０５となり、採択領域２０４内に入る。従って、図１４（ｂ）に示す通り、画素Ｘ１−Ｙ１に対応する画像メモリ１１のアドレスＡ（ｍ＋１）にデジタル値１０５を書き込み、露光条件メモリ１２のアドレスＡ（ｍ＋１）に露光時間１／２を書き込む。アドレスＡ（ｍ＋０）に対応する画素Ｘ０−Ｙ１は、既に画像メモリ１１及び露光条件メモリ１２に値が書き込まれているため、下限値及び上限値とデジタル画像データとの比較は行わず、各メモリへの書き込みも行われない。
【０１０６】
その他の画素については、採択領域２０４内にないため、他のメモリ要素１０２及び要素１０３には値が書き込まれない。図１３（ｂ）のデジタル画像データそれぞれについて、下限値及び上限値との比較を行うと、画素Ｘ１−Ｙ０、画素Ｘ２−Ｙ１は上限値２００を超えているため、露光時間を更に１／２短縮し、全てのデジタル画像データについて処理を行った後、露光時間１／４秒で再び撮像を行う。
【０１０７】
露光時間を１／４秒にして再び被写体を撮像したときに得られたデジタル画像データが図１３（ｃ）である。露光時間を１／４にしたことによって、露光時間が１／２秒であったときに上限値を超えていた画素Ｘ２−Ｙ１のデジタル値が１２５となり、採択領域２０４内に入る。従って、図１４（ｃ）に示す通り、画素Ｘ１２−Ｙ１に対応する画像メモリ１１のアドレスＡ（ｍ＋２）にデジタル値１２５を書き込み、露光条件メモリ１２のアドレスＡ（ｍ＋２）に露光時間１／４を書き込む。図１３（ｃ）のデジタル画像データそれぞれについて、下限値及び上限値との比較を行うと、画素Ｘ１−Ｙ０が上限値２００を超えている。
【０１０８】
しかし、露光時間が最短の１／４秒であるため、これ以上露光時間を短縮することはせず、画像メモリ１１に最大値を、露光条件メモリ１２に光量過大情報を書き込む。最大値は現在の画素Ｘ１−Ｙ０の値２５５とし、光量過大情報は最短の露光時間より１段階小さい１／８とする。図１３（ｃ）のデジタル画像デ−タそれぞれについて、下限値及び上限値との比較を行うと、画素Ｘ０−Ｙ０、画素Ｘ２−Ｙ０は下限値８０を下回っているため、露光時間を２倍にし、全てのデジタル画像データについて処理を行った後、露光時間１／２秒で再び撮像を行う。
【０１０９】
露光時間１／２秒で撮像を行った結果、デジタル画像データは図１３（ｂ）と同じになる。但し、画素Ｘ１−Ｙ０、画素Ｘ２−Ｙ１については、既に画像メモリ１１及び露光条件メモリ１２に書き込み済みであるため、データと下限値上限値の比較は行われない。このとき、残りの画素Ｘ０−Ｙ０、画素Ｘ２−Ｙ０のデジタル画像データが採択範囲に入っていないため、更に露光時間を２倍にして、全てのデジタル画像データについて処理を行った後、露光時間１秒で再び撮像を行う。
【０１１０】
露光時間１秒で撮像を行った結果、デジタル画像データは図１３（ａ）と同じになる。但し、画素Ｘ１−Ｙ０、画素Ｘ２−Ｙ１については、既に画像メモリ１１及び露光条件メモリ１２に書き込み済みであるため、デ−タと下限値上限値の比較は行われない。このとき、残りの画素Ｘ０−Ｙ０、画素Ｘ２−Ｙ０のデジタル画像データが採択範囲に入っていないため、更に露光時間を２倍にして、全てのデジタル画像データについて処理を行った後、露光時間２秒で再び撮像を行う。
【０１１１】
露光時間を２秒にして再び被写体を撮像したときに得られたデジタル画像データが図１３（ｄ）である。露光時間を２倍したことによって、露光時間が１秒であったときに下限値を下回っていた画素Ｘ２−Ｙ０のデジタル値が１４０となり、採択領域２０４内に入る。従って、図１４（ｄ）に示す通り、画素Ｘ２−Ｙ０に対応する画像メモリ１１のアドレスＡ（２）にデジタル値１４０を書き込み、露光条件メモリ１２のアドレスＡ（２）に露光時間２を書き込む。図１３（ｄ）のデジタル画像データそれぞれについて、下限値及び上限値との比較を行うと、画素Ｘ０−Ｙ０が下限値８０を下回っているため、露光時間を更に２倍し、全てのデジタル画像データについて処理を行った後、露光時間４秒で再び撮像を行う。
【０１１２】
露光時間を４秒にして被写体を撮像したときに得られたデジタル画像データが図１３（ｅ）であるが、処理対象となっている画素Ｘ０−Ｙ０の値が下限値を下回っている。露光時間を更に２倍し、全てのデジタル画像データについて処理を行った後、露光時間８秒で再び撮像を行う。
【０１１３】
露光時間を８秒にして被写体を撮像したときに得られたデジタル画像デ−タが図１３（ｆ）である。露光時間を２倍し、８秒にしても、画素Ｘ０−Ｙ０の値は下限値を下回っている。しかし、露光時間が最長の８秒であるため、画像メモリ１１に最小値を、露光条件メモリ１２に光量不足の情報を書き込む。最小値は現在の画素Ｘ０−Ｙ０の値６４とし、光量不足情報は最長の露光時間より１大きい９とする。
【０１１４】
この時点で、露光時間の短縮または延長の指示がなくなり、全ての画素のデジタル画像データを画像メモリ１１に書き込み、そのときの露光時間を露光条件メモリ１２に書き込んだこととなる。
【０１１５】
全てのデータを画像メモリ１１及び露光条件メモリ１２に書き込んだ後、画像処理回路１３で、デジタル画像データの加工を行う。
【０１１６】
図１５は画像メモリ１１から読み出した値を画像処理回路１３で加工した値を示している。同図（ａ）は露光条件メモリ１２の値で除算した結果を示した図、同図（ｂ）は（ａ）の結果に撮像素子３の入出力特性の逆関数を掛けた結果の図であり、同図（ｂ）の値を外部に出力する。
【０１１７】
画像処理回路１３は、画像メモリ１１からデジタル画像デ−タを読み出し、同時に露光条件メモリ１２から読み出した露光時間の値で除算する。それによって、単位時間当たりの撮像素子３の出力値に相当する値を得ることができる。画像メモリ１１のアドレスＡ（２）の値１４０を露光条件メモリ１２のアドレスＡ（２）の値２で割ると、７０が得られる。同様にして、全てのアドレスについて、計算を行う。ここで、露光条件メモリ１２のアドレスＡ（０）には、最長の露光時間８を超える値９が保存されている。
【０１１８】
従って、アドレスＡ（０）の値を出力する際には、光量不足であることを示す値を出力する。光量不足であることを示す値としては、−１等の特定の負の値の他、輝度値として用いない値とする。又、露光条件メモリ１２のアドレスＡ（１）には、最短の露光時間１／４を下回る値１／８が保存されている。従って、アドレスＡ（１）の値を出力する際には、光量過多であることを示す値を出力する。光量過多であることを示す値としては、−２等の光量不足を示す値と異なる負の値の他、輝度値として用いない値で、且つ、光量不足であることを示す値と異なった値とする。
【０１１９】
全てのデジタル画像デ−タについて、画像メモリ１１の値を露光条件メモリ１２の値で除算し終えたら、得られた値に撮像素子３の入出力特性の逆関数を掛ける。
【０１２０】
本実施の形態においては、入力輝度値をＬ、出力されるデジタル画像デ−タの値をＶとすると、単位時間当たりの撮像素子３の入出力特性は、Ｖ＝　Ｌ／２．　５である。
【０１２１】
従って、この逆関数Ｌ＝　２．　５Ｖを掛けて、輝度値に変換する。その結果が、図１５（ｂ）であり、これらの値を外部に出力する。
【０１２２】
以上の例では、単位時間１秒で測定した場合、測定し得る輝度の最小値は、下限値８０×２．　５＝２００ｃｄ／ｍ２　、最大値は、上限値２００×２．　５＝５００ｃｄ／ｍ２　であるが、本実施の形態では、最短露光時間が１／４秒、最長の露光時間が８秒となっているため、本システムで測定可能な輝度の最小値は、２００×（　１／４）　＝５０ｃｄ／ｍ２　、最大値は、５００×８＝４０００ｃｄ／ｍ２　となり、ダイナミックレンジは（　４０００／５０）　／（　５００／２００）　＝８０／２．　５＝（最長露光時間／最短露光時間）＝３２倍に拡大される。
【０１２３】
＜実施の形態２＞
図１６は本発明の実施の形態２を示すブロック図である。実施の形態１においては、画像データはＡ／Ｄ変換器５を通り、デジタル画像データとして下限比較器８及び上限比較器１０でそれぞれ下限値及び上限値と比較しているが、本実施の形態においては、画像データは読み出し回路４で読み出した電気信号即ちアナログ画像データとして、下限比較器８及び上限比較器１０でそれぞれ下限値及び上限値と比較している。
【０１２４】
本実施の形態の光学測定システムの動作は、読み出し回路４で撮像素子３に蓄積された電荷を読み出すまでは、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
【０１２５】
読み出し回路４で読み出された電荷は、アナログ画像データとして出力され、Ａ／Ｄ変換器５、下限比較器８及び上限比較器１０に送られる。
【０１２６】
ここで、実施の形態１と同様に、画像データを読み出した画素が、下限値と上限値の間に入ったことのある画素であるか否かを判定する。既に下限値と上限値の間に入ったことのある画素であった場合は、次の画素データの読み出しを行い、未だ下限値と上限値の間に入っていない場合は、以下の動作に移る。
【０１２７】
下限値レジスタ７及び上限値レジスタ９は、定電圧を供給する定電圧源であり、下限比較器８及び上限比較器１０の一端に一定の電圧を供給している。
【０１２８】
下限比較器８は、読み出し回路４から出力されたアナログ画像データと下限値レジスタ７から供給されている電圧値を比較し、アナログ画像データの方が大きかった場合にシステムコントローラ１７にＨｉｇｈを出力する。上限比較器１０は、読み出し回路４から出力されたアナログ画像データと上限値レジスタ９から供給されている電圧値を比較し、上限値の方が大きかった場合にシステムコントローラ１７にＨｉｇｈを出力する。システムコントローラ１７は、下限比較器８と上限比較器１０の出力から、アナログ画像データが下限値と上限値の間にあるか否かを判定する。
【０１２９】
アナログ画像データが下限値と上限値の間にあると判定された場合、システムコントローラ１７からの制御信号により、Ａ／Ｄ変換器５は、アナログ画像データをＡ／Ｄ変換してデジタル画像データに変換する。Ａ／Ｄ変換器５には、サンプルアンドホ−ルド回路が含まれておりシステムコントローラ１７からの指示があるまで、アナログ値をホールドしている。Ａ／Ｄ変換器５から出力されたデジタル画像データは、画像メモリ１１に書き込まれる。次に、システムコントローラ１７の制御信号により、露光条件レジスタａに保存されている現在の露光時間を露光条件メモリに書き込む。画像メモリ及び露光条件メモリに書き込む際のアドレス指定は、実施の形態１と同じ方法で行う。
【０１３０】
以下の動作は、実施の形態１と同様に行うが、アナログ画像データが上限値以上で且つ撮像レジスタａの値が最短の露光時間になっていた場合、又はアナログ画像データが下限値以下で且つ撮像レジスタａの値が最長露光時間になっていた場合に、画像メモリ１１に書き込む最大値或は最小値は、アナログ画像データをＡ／Ｄ変換したものを用いることが望ましい。この場合、システムコントローラ１７の制御信号により、Ａ／Ｄ変換器５はアナログ画像データをデジタル画像データに変換し、画像メモリ１１にデータを記録する。
【０１３１】
以上の構成の場合、同期信号発生器１６が同期を制御するのは、シャッタ２、読み出し回路４のみとなる。Ａ／Ｄ変換器５がアナログ画像データをデジタル画像データに変換して画像メモリ１１へ出力する動作は、システムコントローラ１７からの制御信号によって行われる。
【０１３２】
本実施の形態では、一時的にデジタル画像データを保存するための画像レジスタ６は不要となる。
【０１３３】
＜実施の形態３＞
図１７は本発明の実施の形態３を示すブロック図である。図面中、１８はＡ／Ｄ変換器５から出力される全画素分のデジタル画像データを一時的に保存する画像キャッシュである。画像キャッシュ１８の大きさとアドレス方法は画像メモリ１１と同じである。
【０１３４】
本実施の形態の動作を、図２〜図７及び図１８〜図２０を用いて説明する。
【０１３５】
システムが立ち上がってから待機状態に至るまでの初期動作（図２のＳ１〜Ｓ３）は、実施の形態１と同様に行われる。
【０１３６】
図１８は図３のＳ７以降について、実施の形態１と本実施の形態の差異を示すための図である。Ｓ７までの動作は図３と同様に行われる。その後、図３では図４のＢに動作が移行するが、本実施の形態では、図１９のＦに移行する。
【０１３７】
図１９は図４の初めの段階のステップにおける、実施の形態１と本実施の形態の差異を示す図である。本実施の形態では、シャッタ２を閉じた後、読み出し回路４によって撮像素子３から画像情報を読み出し（Ｓ８）、Ａ／Ｄ変換器５でデジタル画像デ−タに変換し（Ｓ９）た後、そのデジタル画像データを画像キャッシュ１８に書き込む（Ｓ３３）。これを、全有効画素の読み出しが完了するまで繰り返す（Ｓ３４）。
【０１３８】
全画素の読み出しが完了すると、画像キャッシュ１８からデータを読み出す前に、読み出そうとしている画素に対応する露光条件メモリ１２のアドレスの値を調べて、既に下限値と上限値の間にあった画素であるか否かを判定する（　Ｓ１０）　。既に下限値と上限値の間にあった画素であれば、全ての画素について、下限値と上限値との比較が終了したか否かの判定（Ｓ２７）に処理を移す。未だ下限値と上限値の間に入ったことのない画素であれば、画像キャッシュ１８からデジタル画像データを１画素分ずつ読み出し、下限比較器８及び上限比較器１０にデジタル画像データを出力して、図４のＳ１２以降の処理を行う。但し、デジタル画像データを画像メモリ１１に書き込む際には、画像キャッシュ１８からデータを読み出して、画像メモリ１１に書き込むため、実施の形態１の画像レジスタ６は不要である。
【０１３９】
以降の動作は、実施の形態１と同様に行われるが、全ての画素の下限値上限値との比較が終了したか否かの判定（Ｓ２７）を行い、その結果全ての画素の比較が終了していないと判定された場合、実施の形態１ではＳ８に戻って処理を繰り返すようにしているが、本実施の形態では図１９のＳ１１に戻るようにする。以上の処理について、図７からの変更部分を抜き出したものが図２０である。
【０１４０】
尚、下限値レジスタ７及び上限値レジスタ９からのデータ出力は、画像キャッシュ１８からのデータ出力と同期させるため、システムコントローラ１７からの制御信号によって行う。
【０１４１】
以上のような構成にすることで、画像データの読み出しと値の判定を独立して行うことができるため、値の判定が遅いシステムでも実現できるという効果がある。
【０１４２】
＜実施の形態４＞
図２１は本発明の実施の形態４を示すブロック図である。図面において、１９は下限値レジスタ７または上限値レジスタ９から出力される値とデジタル画像データを比較し、デジタル画像データの方が大きかった場合にＨｉｇｈを出力する比較器である。本実施の形態では、デジタル画像データの方が大きかった場合にＨｉｇｈを出力するようにしているが、デジタル画像データの方が小さかった場合にＨｉｇｈを出力しても同様の効果が得られる。
【０１４３】
本実施の形態の動作は、有効画素全てのデジタル画像データを読み出して画像キャッシュ１８に書き込むまでは、実施の形態３と同様であり、説明を省略する。
【０１４４】
画像キャッシュ１８にデジタル画像データを書き込み終わったら、システムコントローラ１７は１画素分ずつ露光条件メモリ１２から値を読み出し、既に下限値と上限値の間に入ったことのある画素であるか否かを調べる。未だ下限値と上限値の間にない画素であった場合、システムコントローラ１７からの制御信号により、画像キャッシュ１８は、デジタル画像データを１画素ずつ比較器１９に出力する。同時に、システムコントローラ１７からの制御信号により、上限値レジスタ９は上限値を比較器１９に送り、デジタル画像データと上限値の比較が行われる。
【０１４５】
比較の結果、デジタル画像データの方が大きかった場合、比較器１９はＨｉｇｈをシステムコントローラ１７に出力する。システムコントローラ１７は、比較器１９からＨｉｇｈを受け取ると、実施の形態１でデジタル画像データが上限値を超えている場合の処理と同様の処理を行う。
【０１４６】
デジタル画像デ−タと上限値の比較の結果、上限値の方が大きく、比較器１９がＬｏｗを出力した場合、システムコントローラ１７は、再び画像キャッシュに対して制御信号を発生して、比較器１９にデジタル画像データを出力する。同時にシステムコントローラ１７からの制御信号により、下限値レジスタ７は比較器１９に下限値を送り、デジタル画像データと比較する。
【０１４７】
比較の結果、デジタル画像データの方が小さかった場合、比較器１９はＬｏｗをシステムコントローラ１７に出力する。システムコントローラ１７は、比較器１９からＬｏｗを受け取ると、実施の形態１でデジタル画像データが下限値を下回った場合の処理と同様の処理を行う。
【０１４８】
デジタル画像データと下限値の比較の結果、デジタル画像データの方が大きく、比較器１９がＨｉｇｈを出力した場合、システムコントローラ１７からの制御信号により、画像キャッシュからデジタル画像データを画像メモリ１１に書き込み、露光条件レジスタａの値を露光条件メモリ１２に書き込む。
【０１４９】
以降の動作については、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
【０１５０】
以上のように構成したことによって、比較器が１つで済み、回路の簡略化が図れるという効果がある。
【０１５１】
＜実施の形態５＞
図２２は本発明の実施の形態５を示すブロック図である。図面において、２０は撮像素子に入射する光量を制御するための、面積が可変の絞り、２１は現在の撮像時の絞りの面積値を一時保存するための露光条件レジスタｃ、２２は次回の撮像時の絞りの面積値を一時保存するための露光条件レジスタｄ、２３は露光条件レジスタａの値と露光条件レジスタｃの値の積を計算する乗算回路である。
【０１５２】
尚、本実施の形態では、撮像光学系１、シャッタ２、絞り２０は、被写体側からこの順番で配置されているが、これらの順番を入れ替えても同様の効果が得られる。
【０１５３】
本実施の形態では、システムが立ち上がると、撮像光学系１の調整、下限値レジスタ７及び上限値レジスタ９のセット、露光条件レジスタａ、露光条件レジスタｂのセットを行う。以上は、実施の形態１と同様の動作である。
【０１５４】
その後、初回の撮像時の絞りの面積を露光条件レジスタｃと露光条件レジスタｄにセットし、待機状態となって、測定開始の割り込みを待つ。
【０１５５】
オペレータや外部の機器等からの操作により、測定開始の割り込みが発生すると、画像メモリ１１、露光条件メモリ１２の内容をクリアし、同期信号発生器１６に露光条件レジスタａに保存された露光時間の値をセットする。更に、露光条件レジスタｃに保存された絞りの面積の値に従って、絞り２０の絞り量を調節する。
【０１５６】
その後、撮像を行い、画像データの読み出し、画像データと下限値・上限値との比較を行うまでは、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
【０１５７】
画像データが下限値と上限値の間にあった場合、画像レジスタ６に保存されている画像データを、画像メモリ１１の当該がその対応するアドレスに書き込む。更に、露光条件レジスタａに保存されている値と露光条件レジスタｃに保存されている値を乗算回路２３で乗算する。この乗算回路２３から出力された値を、露光条件メモリ１２に書き込む。
【０１５８】
画像データが上限値よりも大きかった場合、露光条件レジスタａに保存されている現在の露光時間と、予め設定されている最短の露光時間を比較する。
【０１５９】
露光条件レジスタａの値が最短の露光時間でなかった場合、現在の露光時間よりも短く、最短の露光時間以上の値を、露光条件レジスタｂに書き込む。このときの値は、実施の形態１で述べている値を書き込む。
【０１６０】
露光条件レジスタａの値が最短の露光時間と等しかった場合、露光条件レジスタｃに保存されている現在の絞りの面積と、予め設定されている最小の絞り面積を比較する。
【０１６１】
露光条件レジスタｃの値が、最小の絞り面積でなかった場合、現在の絞りよりも小さく、最小の絞り以上の値を、露光条件レジスタｄに書き込む。このときの値は、実施の形態１で露光条件レジスタｂに書き込む露光時間を設定する場合と同様に、絞りを変更することによって、上限値以上にあった画像データが下限値以下にならないような値を設定する。
【０１６２】
露光レジスタｃの値が、最小の絞り面積であった場合、実施の形態１のステップＳ１９、ステップＳ２０と同様の処理を行う。
【０１６３】
画像データが下限値よりも小さかった場合、露光条件レジスタａに保存されている現在の露光時間と、予め設定されている最長の露光時間を比較する。
【０１６４】
露光条件レジスタａの値が最長の露光時間でなかった場合、現在の露光時間よりも長く、最長の露光時間以下の値を、露光条件レジスタｂに書き込む。このときの値は、実施の形態１で述べている値を書き込む。
【０１６５】
露光条件レジスタａの値が最長の露光時間と等しかった場合、露光条件レジスタｃに保存されている現在の絞りの面積と、予め設定されている最大の絞り面積を比較する。
【０１６６】
露光条件レジスタｃの値が、最大の絞り面積でなかった場合、露光条件レジスタｃと露光条件レジスタｄの値を比較する。
【０１６７】
比較の結果両者が等しければ、現在の絞りよりも大きく、最大の絞り以上の値を、露光条件レジスタｄに書き込む。このときの値は、実施の形態１で露光条件レジスタｂに書き込む露光時間を設定する場合と同様に、絞りを変更することによって、下限値以下にあった画像データが上限値以上にならないような値を設定する。
【０１６８】
露光レジスタｃの値が、最大の絞り面積であった場合、実施の形態１のステップ２３、ステップ２４と同様の処理を行う。
【０１６９】
その後、全ての画素の読み出しが終了したかを調べ、全ての画素の読み出しが終了していなかった場合、画素データの読み出しから同様の処理を繰り返す。
【０１７０】
全ての画素の読み出しが終了した場合、露光条件レジスタａと露光条件レジスタｂの値を比較する。
【０１７１】
両者の値が異なっていた場合、露光条件レジスタｂの値を露光条件レジスタａにコピーし、同期信号発生器１６に露光条件レジスタａに保存された露光時間をセットする処理に戻って、同様の処理を繰り返す。
【０１７２】
露光条件レジスタａと露光条件レジスタｂの値が等しかった場合、露光条件レジスタｃと露光条件レジスタｄの値を比較する。
【０１７３】
両者の値が異なっていた場合、露光条件レジスタｄの値を露光条件レジスタｃにコピーし、絞り２０に露光条件レジスタｃのに保存された絞りの面積をセットする処理に戻って、同様の処理を繰り返す。
【０１７４】
露光条件レジスタｃと露光条件レジスタｄの値が等しかった場合、画像処理回路１３でのデジタル画像データの処理が開始される。
【０１７５】
先ず、デジタル画像データとそれに対応する露光情報（露光時間と絞りの面積の積）をそれぞれ画像メモリ１１と露光条件メモリ１２から読み出し、デジタル画像データを露光情報で除算する。
【０１７６】
これによって、デジタル画像データを単位時間当たり、単位絞り面積当たりの画像データとして表すことができる。更に、得られた画像データに、撮像素子３の入出力特性の逆関数を掛ける等して、輝度値に比例した値を求め、外部に出力し、再び待機状態となり、測定開始の割り込みを待つ。
【０１７７】
露光条件レジスタａと露光条件レジスタｃの積の計算は、システムコントローラ１７が発生する制御信号によって制御される。
【０１７８】
尚、本実施の形態においては、先ず露光時間が最短あるいは最長であるかを調べ、それから絞りが最小或は最大であるかを調べているが、これらの判定を逆にしても、同様の効果が得られる。又、露光時間と絞りを同時に変化させ、両方が制限値（最短・最長、最小・最大）に達するまで変化させるようにしても良い。
【０１７９】
又、本実施の形態において、撮像素子３に蓄積される電荷量を制御することを、露光時間・絞りの面積の変更によって行っているが、光量を調節するための透過率の異なるフィルタを複数枚用い、入射光量を制御することでも、同様の効果が得られる。この場合、露光条件メモリ１２に書き込む値は、フィルタの透過率を用いれば良い。
【０１８０】
更に、露光時間・絞りの面積・フィルタの透過率のうち、任意の２つ以上を組み合わせて、撮像素子３に蓄積される電荷量を制御することも可能である。この場合、それぞれについて、現在の値と次回の撮像の際の値を保存するレジスタを設ける必要がある。露光条件メモリ１２に書き込む値は、それぞれの値の積を用いる。
【０１８１】
＜実施の形態６＞
本実施の形態は、実施の形態１を更に効率化したものである。
【０１８２】
図２３及び図２４は本実施の形態の動作を示すフローチャートの一部である。図２３は実施の形態１の図６に対応し、読み出したデジタル画像データが下限値以下であったときの処理を示している。図２４は実施の形態１の図７に対応し、１画素分のデジタル画像データと下限値・上限値との比較を行った後の処理を示している。
【０１８３】
１回目の撮像の時には、図２３のステップＳ２３の手前まで、実施の形態１と同様の処理を行う。デジタル画像データが下限値以下のとき、処理は図２３に移る。
【０１８４】
ステップＳ２３で、画像メモリの該当アドレスに最小値が書き込まれる。次に、ステップＳ２４で、露光条件メモリの該当アドレスに光量不足情報を書き込む。これらの処理は実施の形態１と同様に行う。
【０１８５】
次に、下限値以下のデータがあることを記憶するための下限フラグを立てる（Ｓ３３）。その後、現在の露光時間が最長の露光時間であるかを調べ、最長の露光時間であれば、図２４のステップＳ２７へ処理を移す。最長の露光時間でなければ、実施の形態１のステップＳ２５、ステップＳ２６と同じ処理を行ってから、図２４のステップＳ２７へ処理を移す。
【０１８６】
ステップＳ２７で、全ての画素の読み出しが終了したかの判定を行い、ステップＳ２８で露光条件レジスタａと露光条件レジスタｂの値を比較し、両者が異なっていた場合、ステップＳ３２以降の処理を行う。
【０１８７】
両者が等しかった場合、下限フラグの状態を調べる（Ｓ３４）。下限フラグが立っていた場合、下限値以下の値を示す画素が残っていることを表しているため、下限フラグを降ろし（Ｓ３５）、露光時間のセット（Ｓ５）に戻る。下限フラグが立っていなかった場合、ステップＳ２９以降の処理を行い、輝度値を外部に出力して、待機状態に戻る。
【０１８８】
２回目以降の撮像の際には、ステップＳ１１において、保存済みのアドレスであるかを判定するときに、露光条件メモリの値がステップＳ４でクリアした値であるかを調べると共に、光量不足情報が書かれているか否かも調べる。光量不足情報が書かれていた場合、そのアドレスに対応する画素の画像データは下限値以下であることを示している。露光時間を長くするよりも露光時間を短くすることを優先するようになっている本実施の形態においては、下限値以下の画素の画像データは、露光時間を短くしても下限値以下であることは明白である。従って、この画像データと下限値・上限値との比較をする必要がないため、ステップＳ２７に処理を移す。
【０１８９】
このようにして処理を続け、上限値以上の値がなくなった場合、ステップＳ２８の判定で、露光条件レジスタａと露光条件レジスタｂの値が等しくなる。両者が等しかった場合、下限フラグの状態を調べることによって、下限値以下の画素があるか否かを調べることができる。下限フラグが立っていなかった場合、下限値以下の画素も上限値以上の画素もないということを示しており、ステップＳ２９以降の動作に移る。
【０１９０】
下限フラグが立っていた場合、下限値以下の画素があるため、再び撮像を行う。先ず、下限フラグを降ろす（Ｓ３５）ことによって、無限ループに陥ることを防ぐ。
【０１９１】
そして、露光時間のセット（Ｓ５）に戻り処理を続けるが、保存済みのアドレスであるかの判定（Ｓ１１）では、露光条件メモリに光量不足情報が書かれているか否かを調べる。光量不足情報が書かれていた場合、その画素は未だ下限値と上限値の間に入っていない画素であることを示しているため、ステップＳ１２以降に処理を移し、ステップＳ１２，Ｓ１３，Ｓ１４で画素の画像データが上限値と下限値の間にあるかを調べる。
【０１９２】
画像データが下限値と上限値の間になかった場合、下限値以下であることは明白であるため、ステップＳ１７からステップＳ２１までの処理を省略し、図６のステップＳ２２以降の処理のみを行う。ここで、図２３のステップＳ２３以降の処理を行うと、下限フラグが立ってしまうため、図２３ではなく図６の処理を行わなければならない。
【０１９３】
図６の処理を行った後、図２４のステップＳ２７に移って処理を続け、全ての画素が下限値と上限値の間に入るか、最長の露光時間になるまで繰り返す。その後、ステップＳ２９以降の処理で、輝度データを外部に出力して、待機状態に戻る。
【０１９４】
以上のようにすることで、画像データと下限値・上限値との比較の回数が減少し、効率化を図ることができる。
【０１９５】
本実施の形態では、露光時間を長くするより露光時間を短くする方を優先するようにしているが、露光時間を長くする方を優先するようにしても良い。この場合、ステップＳ１１で保存済みのアドレスであるかを調べる処理、上限値以上のときの処理、下限値以下のときの処理、フラグの処理は、適当な処理を行う。
【０１９６】
以上の実施の形態において、デジタル画像データと下限値と上限値の比較の結果、上限値より大きいデジタル画像データがあった場合は露光時間を短縮し、上限値より大きいデータがなく、下限値よりも小さいデータがあった場合は露光時間を延長して再び撮像を行うが、上限値よりも大きいデジタル画像データがなくなった場合は、デジタル画像デ−タと下限値の比較しか行わなくても良い。この後の比較対照となっている画素は、初期の露光時間でデジタル画像データが下限値よりも小さいと判定されている画素のみである。
【０１９７】
従って、初期の露光時間になるまでは、比較対照となっているどの画素も、下限値よりも小さいことは明白である。従って、先ず上限値以上のデジタル画像データがなくなるか、最短の露光時間になるまでシャッタ時間を短縮した後、下限値よりも小さいデジタル画像データがあった場合は、初期の露光時間よりも１段階露光時間を延長して撮像するところから行えば、測定の効率化が図れる。このような露光時間の設定は、図６のステップＳ２６で行っており、このステップで露光時間を設定する際に、初期の露光時間よりも１段階大きい露光時間を設定すれば良い。
【０１９８】
以上の実施の形態において、下限比較器８はデジタル画像データの方が下限値よりも大きかった場合にＨｉｇｈを出力し、上限比較器１０は上限値の方がデジタル画像データよりも大きかった場合にＨｉｇｈを出力するような構成となっているが、これらはそれぞれ逆の出力を行っても同様に処理を行うことができる。
【０１９９】
以上の実施の形態において、露光時間は、時間を短縮する指示を優先するようにしているが、時間を延長する指示を優先しても良いし、その時々によって優先する方を変えても良い。
【０２００】
以上の実施例において、初期の露光時間の設定を、最短の露光時間や最長の露光時間に設定することも可能である。初期の露光時間設定を最短の露光時間にした場合、画像データと上限値を比較するのは初めの１回のみで済むため、測定時間の短縮が図れる。又、初期の露光時間の設定を最長の露光時間にした場合、画像データと下限値を比較するのは初めの１回のみで済むため、暗い被写体の輝度を測定する場合は、測定時間の短縮が図れる。
【０２０１】
以上の実施の形態において、撮像光学系１、調光手段２、シャッタ２、撮像素子３、読み出し回路４、Ａ／Ｄ変換器５は内部に包含されている構成となっているが、以上の要素で構成された外部の撮像装置を用いても同様のことが実現できる。この場合、外部からのトリガによって撮像のタイミングが制御でき、更に露光時間も外部から指定できるものを用いる。又、実施の形態２を実現するには、アナログ出力端子のある撮像装置を用いれば良い。以上の実施の形態において、画像処理回路１３で輝度値に変換する処理を行っているが、輝度値への変換は、外部に設けた別の処理装置を用いて行っても良い。
【０２０２】
以上の実施の形態において、画像処理回路１３から出力される値が輝度とされているが、例えばＣＩＥＸＹＺ表色系のＸやＺ等の値でも良いし、その他の光強度を示す値でも良い。
【０２０３】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、複数回の露光を行って、各露光につき画素ごとにレベル判定を行って、特定のレベル範囲内にある画素情報のみを画像記録手段に記録し、そのときの露光時間を露光条件記録手段に記録し、特定のレベル範囲になかった場合に露光時間を変化させることで、各画素が特定のレベル範囲内に収まるように制御し、各画素の情報を露光時間で除算することで被写体の輝度を求めることができるため、多数の露光条件で撮像した画像情報を用いた広ダイナミックレンジの二次元的光学測定を行うことを、少ない記録手段数で実現することが可能となる。
【０２０４】
更に、以上のような構成にすれば、一般的な撮像手段を用いて広ダイナミックレンジ輝度測定が可能となるため、特殊な構成の撮像手段を用いる必要がなくなり、システムの高コスト化を抑えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の代表的な構成例を示すブロック図である。
【図２】本発明の初期動作を示すフローチャートである。
【図３】本発明の処理動作を示すフローチャートである。
【図４】本発明の処理動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明の処理動作を示すフローチャートである。
【図６】本発明の処理動作を示すフローチャートである。
【図７】本発明の処理動作を示すフローチャートである。
【図８】撮像素子の有効画素領域の一部の配列を示す図である。
【図９】メモリのアドレス割り付けを模式的に示す図である。
【図１０】メモリの取り得る値の範囲を示す図である。
【図１１】メモリの取り得る値の範囲を示す図である。
【図１２】被写体の輝度分布を示す図である。
【図１３】撮像素子から得られる画像データの値を示す図である。
【図１４】メモリに書き込まれる値を示す図である。
【図１５】デジタル画像データが画像処理回路で処理された値を示す図である。
【図１６】本発明の実施の形態２の構成を示すブロック図である。
【図１７】本発明の実施の形態３の構成を示すブロック図である。
【図１８】本発明の実施の形態３の処理動作を示すフローチャートである。
【図１９】本発明の実施の形態３の処理動作を示すフローチャートである。
【図２０】本発明の実施の形態３の処理動作を示すフローチャートである。
【図２１】本発明の実施の形態４の構成を示すブロック図である。
【図２２】本発明の実施の形態５の構成を示すブロック図である。
【図２３】本発明の実施の形態６の処理動作を示すフローチャートである。
【図２４】本発明の実施の形態６の処理動作を示すフローチャートである。
【図２５】従来の光学測定システムの構成例を示すブロック図である。
【図２６】第１の従来例の構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１　　　　撮像光学系
２　　　　シャッタ
３　　　　撮像素子
４　　　　読み出し回路
５　　　　Ａ／Ｄ変換器
６　　　　画像レジスタ
７　　　　下限値レジスタ
８　　　　下限比較器
９　　　　上限値レジスタ
１０　　　上限比較器
１１　　　画像メモリ
１２　　　露光条件メモリ
１３　　　画像処理回路
１４　　　露光条件レジスタａ
１５　　　露光条件レジスタｂ
１６　　　同期信号発生器
１７　　　システムコントロ−ラ
１８　　　画像キャッシュ
１９　　　比較器
２０　　　絞り
２１　　　露光条件レジスタｃ
２２　　　露光条件レジスタｄ
２３　　　乗算器
１０１　　画素
１０２　　画像メモリのメモリ要素
１０３　　露光条件メモリのメモリ要素
２０１　　メモリの範囲
２０２　　ノイズ領域
２０３　　採択領域
【図１】
2004080091.tif 000003
【図２】
2004080091.tif 000004
【図３】
2004080091.tif 000005
【図４】
2004080091.tif 000006
【図５】
2004080091.tif 000007
【図６】
2004080091.tif 000008
【図７】
2004080091.tif 000009
【図８】
2004080091.tif 000010
【図９】
2004080091.tif 000011
【図１０】
2004080091.tif 000012
【図１１】
2004080091.tif 000013
【図１２】
2004080091.tif 000014
【図１３】
2004080091.tif 000015
【図１４】
2004080091.tif 000016
【図１５】
2004080091.tif 000017
【図１６】
2004080091.tif 000018
【図１７】
2004080091.tif 000019
【図１８】
2004080091.tif 000020
【図１９】
2004080091.tif 000021
【図２０】
2004080091.tif 000022
【図２１】
2004080091.tif 000023
【図２２】
2004080091.tif 000024
【図２３】
2004080091.tif 000025
【図２４】
2004080091.tif 000026
【図２５】
2004080091.tif 000027
【図２６】
2004080091.tif 000028