(57)【要約】【課題】処理負荷を軽減することができる露出制御方法及び露出制御装置を提供する。【解決手段】複数の画素を有する撮像素子を備え露出の調整が可能な撮像装置Ｃの各画素の画素値のヒストグラムを作成するヒストグラム作成手段２と、ヒストグラムの一部を除去するヒストグラム端除去手段３と、ヒストグラムの重心を算出する重心算出手段４と、予め設定された基準範囲に対するヒストグラムの重心のずれの向きと大きさとを算出する比較手段５と、基準範囲に対するヒストグラムの重心のずれの向きと大きさとに基づいてヒストグラムの重心が基準範囲内に入るように露出を制御する露出制御手段６とを備える。ヒストグラムの重心の算出に必要な演算の回数は、一画面の画素の出力の平均値の算出に必要な演算の回数よりも少なくすることができるから、一画面の画素の出力の平均値を制御に用いる場合と比べ、処理負荷を軽減することができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素を有する撮像素子を備え露出の調整が可能な撮像装置の露出を制御する露出制御方法であって、撮像素子の画素値のヒストグラムを作成し、前記ヒストグラムの重心を算出し、予め設定された基準範囲に対する前記ヒストグラムの重心のずれの向きと大きさとに基づいて前記ヒストグラムの重心が前記基準範囲内に入るように露出を制御することを特徴とする露出制御方法。
【請求項２】
前記ヒストグラムの重心を算出する前に、画素値の撮像装置において決まる最大値から一定幅の範囲と、画素値が０から一定幅の範囲との少なくとも一方を前記ヒストグラムから除去することを特徴とする請求項１記載の露出制御方法。
【請求項３】
複数の画素を有する撮像素子を備え露出の調整が可能な撮像装置の露出を制御する露出制御装置であって、撮像素子の画素値のヒストグラムを作成するヒストグラム作成手段と、前記ヒストグラムの重心を算出する重心算出手段と、予め設定された基準範囲に対する前記ヒストグラムの重心のずれの向きと大きさとを算出する比較手段と、前記基準範囲に対する前記ヒストグラムの重心のずれの向きと大きさとに基づいて前記ヒストグラムの重心が前記基準範囲内に入るように露出を制御する露出制御手段とを備えることを特徴とする露出制御装置。
【請求項４】
画素値の撮像装置において決まる最大値から一定幅の範囲と画素値が０から一定幅の範囲との少なくとも一方を前記ヒストグラムから除去するヒストグラム端除去手段を備え、前記重心算出手段は前記ヒストグラム端除去手段が出力した前記ヒストグラムの重心を算出することを特徴とする請求項３記載の露出制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の画素を有する撮像素子を備え露出の調整が可能な撮像装置の露出を制御する露出制御方法及び露出制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、複数の画素を有する撮像素子を備え露出の調整が可能な撮像装置の露出を制御する露出制御方法として、画素が出力する輝度信号（以下、単に「画素の出力」と呼ぶ）の一画面分の平均が基準値に近付くように露出を制御する露出制御方法が提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
【０００３】
一画面の画素の出力の平均Ｉａｖｅｒａｇｅは、例えば演算装置を用いて下式１で算出していた。
【０００４】
【数１】
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【０００５】
ただし、図４に示すように、Ｋｍａｘは撮像素子の縦に並んだ画素数、Ｍｍａｘは撮像素子の横に並んだ画素数、Ｉ（ｋ，ｍ）は上からｋ番目、左からｍ番目の画素Ｐの出力である。つまり、画素の出力を加算し、画素数Ｋｍａｘ×Ｍｍａｘで割ることによって一画面の画素の出力の平均Ｉａｖｅｒａｇｅを算出している。なお、例えばカメラ付ドアホンで一般的に使用されている撮像装置（ＣＣＤカメラ）の撮像素子（ＣＣＤ素子）では、Ｋｍａｘ＝２４０、Ｍｍａｘ＝３２０である。
【０００６】
【特許文献１】
特開平５−２０７３６１号公報（第４頁）
【特許文献２】
特開平６−４６３２５号公報（第６頁）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の露出制御方法においては、一画面の画素の出力の平均を算出するために、画素数と同じ回数の演算を行う必要がある。上で例に挙げた撮像装置の場合、加算が（２４０×３２０−１）回と除算が１回とで、合計７６８００回もの演算が必要となる。従って、演算装置に大きな負荷がかかり、露出の制御が遅くなって画像の変化への追従性が悪くなっていた。
【０００８】
本発明は上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、処理負荷を軽減することができる露出制御方法及び露出制御装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、複数の画素を有する撮像素子を備え露出の調整が可能な撮像装置の露出を制御する露出制御方法であって、撮像素子の画素値のヒストグラムを作成し、前記ヒストグラムの重心を算出し、予め設定された基準範囲に対する前記ヒストグラムの重心のずれの向きと大きさとに基づいて前記ヒストグラムの重心が前記基準範囲内に入るように露出を制御することを特徴とする。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１記載の発明において、前記ヒストグラムの重心を算出する前に、画素値の撮像装置において決まる最大値から一定幅の範囲と、画素値が０から一定幅の範囲との少なくとも一方を前記ヒストグラムから除去することを特徴とする。
【００１１】
請求項３の発明は、複数の画素を有する撮像素子を備え露出の調整が可能な撮像装置の露出を制御する露出制御装置であって、撮像素子の画素値のヒストグラムを作成するヒストグラム作成手段と、前記ヒストグラムの重心を算出する重心算出手段と、予め設定された基準範囲に対する前記ヒストグラムの重心のずれの向きと大きさとを算出する比較手段と、前記基準範囲に対する前記ヒストグラムの重心のずれの向きと大きさとに基づいて前記ヒストグラムの重心が前記基準範囲内に入るように露出を制御する露出制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項３記載の発明において、画素値の撮像装置において決まる最大値から一定幅の範囲と画素値が０から一定幅の範囲との少なくとも一方を前記ヒストグラムから除去するヒストグラム端除去手段を備え、前記重心算出手段は前記ヒストグラム端除去手段が出力した前記ヒストグラムの重心を算出することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１４】
本実施形態は、図１に示すように、複数の画素を有する撮像素子を備え露出の調整が可能な撮像装置Ｃ（例えばＣＣＤカメラ）の露出を制御するものであって、撮像装置Ｃの各画素の出力をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換手段１と、Ａ／Ｄ変換手段１の出力に基づいてヒストグラムを作成するヒストグラム作成手段２と、ヒストグラムの一部を除去するヒストグラム端除去手段３と、ヒストグラムの重心を算出する重心算出手段４と、予め設定された基準範囲に対するヒストグラムの重心のずれの向きと大きさとを算出する比較手段５と、基準範囲に対するヒストグラムの重心のずれの向きと大きさとに基づいてヒストグラムの重心が基準値に近付くように露出を制御する露出制御手段６とを備える。ヒストグラム作成手段２と、ヒストグラム端除去手段３と、重心算出手段４と、比較手段５と、露出制御手段６とはそれぞれマイコンのような演算装置によって実現される。
【００１５】
詳しく説明すると、Ａ／Ｄ変換部１は各画素の出力をＡ／Ｄ変換して画素値を生成する。画素値は、０から撮像装置Ｃにおいて決まる画素の出力の最大値までに対応する離散値であって、例えば０〜２５５の整数値をとる。ヒストグラム作成手段２は、図２（ａ）に示すように画素値に対する画素数を示すヒストグラムを作成する。
【００１６】
ヒストグラム端除去手段３には、予め第１の閾値Ｌと、第１の閾値Ｌよりも大きな第２の閾値Ｈとが設定されており、図２（ｂ）に示すように画素値が０から第１の閾値Ｌまでの範囲と、第２の閾値Ｈから画素値の最大値（例えば２５５）までの範囲とをヒストグラムから除去する。ここで、第１の閾値Ｌと第２の閾値Ｈとは、被写体に対応する可能性の高い画素値の範囲が除去されずに残るように、撮像装置Ｃの設置場所の状況等に合わせて設定される。
【００１７】
なお、第１の閾値Ｌと第２の閾値Ｈとを予め設定する代わりに、撮影毎に又は定期的に、除去する範囲を自動的に設定する構成としてもよい。例えば、最も画素値が低い位置にあるピークよりも画素値が高い位置にある谷の位置を第１の閾値Ｌとし、最も画素値が高い位置にあるピークよりも画素値が低い位置にある谷の位置を第２の閾値Ｈとする。
【００１８】
重心算出手段４は、ヒストグラム端除去手段３が出力したヒストグラムの重心Ｉ０（図２（ｃ）参照）を、下式２によって算出する。
【００１９】
【数２】
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【００２０】
ここで、Ｎ（ｉ）は画素値ｉをとる画素の数である。
【００２１】
比較手段５は、図２（ｄ）に示すように、予め下限値Ａ１と上限値Ａ２とが設定された基準範囲に対する重心Ｉ０のずれの向きと大きさとを算出する。例えば重心Ｉ０が基準範囲の下限値Ａ１よりも低かった場合、下限値Ａ１と重心Ｉ０との差Ｗを算出する。
【００２２】
露出制御手段６は、重心Ｉ０が基準範囲内に入るように撮像装置Ｃの絞り量やシャッタースピードを制御することによって露出を制御する。
【００２３】
発明者が行った実験において、図３（ａ）に示すヒストグラムの両端部を除去して画素数の最大値を１とするように規格化して整形した図３（ｂ）に示すヒストグラムの重心Ｉ０に基づいて制御を行った結果、図３（ｃ）に示すヒストグラムが得られ、露出の適正化が確認された。
【００２４】
上記構成によれば、結局、重心算出手段４としての演算装置が重心の算出のために行う演算は、式２の分子に対して画素値に設定した数程度の乗算と、式２の分子と分母とに対してそれぞれ画素値に設定した数程度の加算と、１回の除算とであるので、必要な演算の回数は合計で画素値に設定した数の高々３倍程度となる。また、発明者が行った実験の結果、画素値には０〜２５５の２５６段階程度を設定すれば、一画面の画素の出力を平均する従来の方法と同等の露出制御効果が得られることが分かっている。つまり、例えばテレビ付ドアホンで用いられる撮像装置に搭載される撮像素子のようにおよそ１０万〜３０万の画素を有する撮像素子の場合、一画面の画素の出力を平均する従来の方法ではおよそ１０万回〜３０万回もの演算を行う必要があるのに対し、本発明に用いられる演算装置が重心算出手段４として行う演算は合計で１０００回にも満たないことになる。また、ヒストグラム作成は安価な演算装置でも行うことのできる程度の軽い処理であるから、総合的には処理負荷が軽減される。
【００２５】
従って、演算装置への負担が減少することにより露出の制御が高速化し、画像の明るさの変化への追従性が向上するから、マンションなどの集合住宅の玄関に設置されるカメラや、テレビ付きドアホンのカメラや、監視カメラなど、画像の明るさが変化しやすい環境に設置される撮像装置に好適である。または、従来と同等の追従性を維持しながらも従来用いられた演算装置よりも安価な低速の演算装置を用いてコストを下げることができる。また、処理負荷が軽減されることにより、必要なメモリが少なくなる。
【００２６】
また、ヒストグラム端除去手段３が設けられているから、画面内に極端に明るい領域が存在するときに被写体が黒つぶれする現象や、画面内に極端に暗い領域が存在するときに被写体が白とびする現象などが防止され、より適切な露出制御が可能となる。その上、ヒストグラム端除去手段３を設けない場合に比べ、ヒストグラムの幅が狭くなることにより、ヒストグラムの重心を算出するための演算の回数が減るから、さらに処理負荷が軽減される。
【００２７】
【発明の効果】
請求項１の発明は、複数の画素を有する撮像素子を備え露出の調整が可能な撮像装置の露出を制御する露出制御方法であって、撮像素子の画素値のヒストグラムを作成し、前記ヒストグラムの重心を算出し、予め設定された基準範囲に対する前記ヒストグラムの重心のずれの向きと大きさとに基づいて前記ヒストグラムの重心が前記基準範囲内に入るように露出を制御するので、ヒストグラムの重心の算出に必要な演算の回数は一画面の画素の出力の平均値の算出に必要な演算の回数よりも少なくすることができ、かつヒストグラム作成は安価な演算装置でも行うことのできる程度の軽い処理であるから、一画面の画素の出力の平均値を制御に用いる場合に比べ、総合的な処理負荷を軽減することができる。
【００２８】
請求項２の発明は、請求項１記載の発明において、前記ヒストグラムの重心を算出する前に、画素値の撮像装置において決まる最大値から一定幅の範囲と、画素値が０から一定幅の範囲との少なくとも一方を前記ヒストグラムから除去するので、画面内に極端に明るい領域が存在するときに被写体が黒つぶれする現象や、画面内に極端に暗い領域が存在するときに被写体が白とびする現象などが防止され、より適切な露出制御が可能となる。その上、ヒストグラムの幅が狭くなることにより、ヒストグラムの重心を算出するための演算の回数が減るから、さらに処理負荷が軽減される。
【００２９】
請求項３の発明は、複数の画素を有する撮像素子を備え露出の調整が可能な撮像装置の露出を制御する露出制御装置であって、撮像素子の画素値のヒストグラムを作成するヒストグラム作成手段と、前記ヒストグラムの重心を算出する重心算出手段と、予め設定された基準範囲に対する前記ヒストグラムの重心のずれの向きと大きさとを算出する比較手段と、前記基準範囲に対する前記ヒストグラムの重心のずれの向きと大きさとに基づいて前記ヒストグラムの重心が前記基準範囲内に入るように露出を制御する露出制御手段とを備えるので、ヒストグラムの重心の算出に必要な演算の回数は一画面の画素の出力の平均値の算出に必要な演算の回数よりも少なくすることができ、かつヒストグラム作成は安価な演算装置でも行うことのできる程度の軽い処理であるから、一画面の画素の出力の平均値を制御に用いる場合に比べ、総合的な処理負荷を軽減することができる。
【００３０】
請求項４の発明は、請求項３記載の発明において、画素値の撮像装置において決まる最大値から一定幅の範囲と画素値が０から一定幅の範囲との少なくとも一方を前記ヒストグラムから除去するヒストグラム端除去手段を備え、前記重心算出手段は前記ヒストグラム端除去手段が出力した前記ヒストグラムの重心を算出するので、画面内に極端に明るい領域が存在するときに被写体が黒つぶれする現象や、画面内に極端に暗い領域が存在するときに被写体が白とびする現象などが防止され、より適切な露出制御が可能となる。その上、ヒストグラムの幅が狭くなることにより、ヒストグラムの重心を算出するための演算の回数が減るから、さらに処理負荷が軽減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示すブロック図である。
【図２】同上を示す動作説明図である。
【図３】同上の実験結果を示す説明図である。
【図４】従来例において画素の出力の平均を求める方法を示す説明図である。
【符号の説明】
２  ヒストグラム作成手段
３  ヒストグラム端除去手段
４  重心算出手段
５  比較手段
６  露出制御手段
Ｃ  撮像装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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