(57)【要約】【課題】フラッシュ光が届かないような被写体の撮影においても、フラッシュ撮影を行った場合と同様な特殊効果を得られるようにする。【解決手段】被写体像を撮像する撮像部と、撮像部から出力される１フレームのアナログ画像信号を１フレームのデジタル画像信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、アナログ画像信号またはデジタル画像信号にゲインを掛けるゲイン部と、Ａ／Ｄ変換部から出力される複数のフレームのデジタル画像信号を積算して１フレームのデジタル画像信号として記録する記録部と、ゲイン部により複数のフレームのアナログ画像信号またはデジタル画像信号に掛けるゲインを、複数のフレームうちの１フレームまたは複数のフレームで変化させるようにゲイン部を制御する制御部とを備える。【選択図】図２
2013106150.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体像を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段から出力される１フレームのアナログ画像信号を１フレームのデジタル画像信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、
前記アナログ画像信号または前記デジタル画像信号にゲインを掛けるゲイン手段と、
前記Ａ／Ｄ変換手段から出力される複数のフレームのデジタル画像信号を積算して１フレームのデジタル画像信号として記録する記録手段と、
前記ゲイン手段により複数のフレームの前記アナログ画像信号またはデジタル画像信号に掛けるゲインを、前記複数のフレームうちの１フレームまたは複数のフレームで変化させるように前記ゲイン手段を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記撮像手段の露光中に操作可能なゲイン指示手段をさらに備え、前記制御手段は、前記Ａ／Ｄ変換手段から出力される複数のフレームのデジタル画像信号を積算して１フレームのデジタル画像信号として記録するモードであるときに、前記撮像手段の露光中に前記ゲイン指示手段が操作された場合、露光中のフレームのアナログ画像信号またはデジタル画像信号に掛けるゲインを変化させるように前記ゲイン手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記ゲイン指示手段が操作された場合に、前記アナログ画像信号または前記デジタル画像信号にかけるゲインを第１のゲインから該第１のゲインよりも高い第２のゲインに変化させるように前記ゲイン手段を制御することを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記アナログ画像信号または前記デジタル画像信号にかけるゲインの変化のパターンを選択する選択手段をさらに備え、前記制御手段は、前記ゲインを前記選択手段により選択された前記ゲインの変化のパターンに応じて変化させることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分割露光画像の合成を行う撮影モードを有する撮像装置に関し、特に分割露光時の感度設定技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、デジタルカメラにおいて長時間露光を行う場合、ノイズレベルが増加するため、長時間露光を行って得られる画像の画質劣化が問題となっていた。このため、長時間露光時の画質劣化を防止するために、特許文献１には、分割露光に関する技術、即ち短時間露光の積算によって長時間露光に相当する画像を得る技術が開示されている。また、複数画像を合成して１枚の画像を得る技術の応用として、複数画像の露出を変化させる技術がある。
【０００３】
特許文献２には、撮像素子のダイナミックレンジを超えるコントラストを持つ被写体を黒つぶれ・白飛びを抑えて画像を得るＨＤＲ（ハイダイナミックレンジ）撮影技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２３６４２２号公報
【特許文献２】特開平１０−１５０６２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来からの写真撮影技法のひとつとして、フラッシュ撮影の露光中のフラッシュ発光タイミングを指定することで撮影画像に特徴的な効果を与える先幕シンクロ・後幕シンクロ撮影が知られている。また露光中に複数回フラッシュ発光を行うことで、動く被写体の異なるタイミングでの位置・姿勢を１つの画像に表現するマルチフラッシュ撮影も知られている。しかしながら、フラッシュ光を使用する撮影技法が有効なのは、フラッシュ光が届く被写体に限られる。
【０００６】
本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、フラッシュ光が届かないような被写体の撮影においても、フラッシュ撮影を行った場合と同様な特殊効果を得られるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係わる撮像装置は、被写体像を撮像する撮像手段と、前記撮像手段から出力される１フレームのアナログ画像信号を１フレームのデジタル画像信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、前記アナログ画像信号または前記デジタル画像信号にゲインを掛けるゲイン手段と、前記Ａ／Ｄ変換手段から出力される複数のフレームのデジタル画像信号を積算して１フレームのデジタル画像信号として記録する記録手段と、前記ゲイン手段により複数のフレームの前記アナログ画像信号またはデジタル画像信号に掛けるゲインを、前記複数のフレームうちの１フレームまたは複数のフレームで変化させるように前記ゲイン手段を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、フラッシュ光が届かないような被写体の撮影においても、フラッシュ撮影を行った場合と同様な特殊効果を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係るデジタルカメラシステムの構成を示す図。
【図２】本発明の一実施形態に係る分割露光撮影を示すフローチャート図。
【図３】本発明の一実施形態に係る分割露光撮影を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１１】
図１は、本発明の撮像装置の一実施形態であるデジタルカメラシステム１００の構成を示す図である。図１において、デジタルカメラシステム１００は、被写体側から順に、撮影レンズ１０１、絞り１０２、メカシャッタ１０８及び撮像素子１０３を備える。また、撮像素子１０３の出力が供給される増幅器１０４、増幅器１０４の出力が供給される自動利得制御（ＡＧＣ）回路１０５、ＡＧＣ回路１０５の出力が供給されるアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器１０６を備える。また、Ａ／Ｄ変換器１０６の出力が供給される映像信号処理部１０７、映像信号処理部１０７の出力が供給される画像メモリ１３０、合焦検出部１４２及び露出検出部１４３、映像信号処理部１０７と接続されたホワイトバランス検出部１４１を備える。また、信号処理ユニット１９０、信号処理ユニット１９０の出力が供給されるコントローラ１２０を備える。また、コントローラ１２０の出力が各々供給されるズーム制御部１２１、フォーカス制御部１２２、絞り制御部１２３、シャッタ制御部１２４及びフラッシュ制御部１２５を備える。さらに、信号処理ユニット１９０に接続された撮影モード設定部１６０及び入出力インターフェース（Ｉ／Ｆ）部１７０も備える。
【００１２】
そして、信号処理ユニット１９０の出力はＡＧＣ回路１０５にも供給され、合焦検出部１４２及び露出検出部１４３の各出力は信号処理ユニット１９０に供給され、画像メモリ１３０の出力はＩ／Ｆ部１７０に供給されるようになされている。
【００１３】
また、デジタルカメラシステム１００は、フラッシュ制御部１２５により制御されるフラッシュ１０９をさらに備え、レリーズボタン検出部１５０と、撮影モード設定部１６０の各出力は信号処理ユニット１９０に供給されるようになされている。
【００１４】
上述のようなデジタルカメラシステム（以下、単にデジタルカメラと言う）１００は、撮影モード設定部１６０を操作することにより、例えば、通常撮影モード及び長秒露光モードを設定することができるようになされている。
【００１５】
以下、図１を用いて、デジタルカメラ１００の動作について説明する。先ず、被写体像は、撮影レンズ１０１によりデジタルカメラ１００に入力されると、絞り１０２を介して撮像素子１０３の受光面に投影される。
【００１６】
このとき、撮影レンズ１０１のズーム位置及びフォーカス位置は、コントローラ１２０に接続されたズーム制御部１２１及びフォーカス制御部１２２により制御される。また、絞り１０２の絞り量も、コントローラ１２０に接続された絞り制御部１２３により制御される。
【００１７】
撮像素子１０３は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅｄ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）等からなり、受光した被写体像を電気信号に変換して増幅器１０４に供給する。増幅器１０４は、撮像素子１０３からの電気信号（アナログ画像信号であり、以下、映像信号と言う）を増幅してＡＧＣ回路１０５に供給する。ＡＧＣ回路１０５は、信号処理ユニット１９０からの制御信号に基づいて、増幅器１０４からの映像信号を増幅又は減衰してＡ／Ｄ変換器１０６に供給する。
【００１８】
Ａ／Ｄ変換器１０６は、ＡＧＣ回路１０５からの映像信号をデジタル化して画像データ（デジタル画像信号）として映像信号処理部１０７に供給する。このとき、信号処理ユニット１９０は、映像信号処理部１０７に供給された画像データの信号レベルを検出する。そして、検出した信号レベルが所定のレベルより低い場合には、ＡＧＣ回路１０５で映像信号に与える利得が上がるような制御信号を生成してＡＧＣ回路１０５に供給する。また、検出した信号レベルが所定のレベルより高い場合には、ＡＧＣ回路１０５で映像信号に与える利得が下がるような制御信号を生成してＡＧＣ回路１０５に供給する。これにより、ＡＧＣ回路１０５から出力される映像信号は、映像信号処理部１０７で行われる信号処理に適した所定のレベル幅の信号となる。
【００１９】
映像信号処理部１０７は、Ａ／Ｄ変換器１０６からの画像データに所定の信号処理を施して画像メモリ１３０に記憶すると共に、ホワイトバランス検出部１４１、合焦検出部１４２及び露出検出部１４３に各々供給する。また映像信号処理部１０７には、撮影レンズ１０１の持つ光学特性であるディストーションを補正するディストーション補正部１１０がある。ディストーション補正部１１０は、予め撮影レンズ１０１の特性に応じた補正用パラメータを保持している。それに加えて、信号処理ユニット１９０から与えられるパラメータに応じて、ディストーションを１００％補正するか、光学系の焦点距離を必要以上に変化させない適度な補正量の補正を行うかなど、補正強度が制御できる。
【００２０】
ホワイトバランス検出部１４１は、映像信号処理部１０７からの画像データのホワイトバランスの状態を検出し、その検出結果を映像信号処理部１０７に供給する。合焦検出部１４２は、映像信号処理部１０７からの画像データから撮影レンズ１０１の焦点を検出し、その検出結果を信号処理ユニット１９０に供給する。露出検出部１４３は、映像信号処理部１０７からの画像データから撮像素子１０３における露光量を検出し、その検出結果を信号処理ユニット１９０に供給する。
【００２１】
映像信号処理部１０７は、ホワイトバランス検出部１４１からの検出結果に基づいて、Ａ／Ｄ変換器１０６からの画像データに対してカラーバランスの調整を行う。したがって、画像メモリ１３０には、カラーバランスの調整が行われた画像データが記憶（記録）されることとなる。
【００２２】
信号処理ユニット１９０は、合焦検出部１４２及び露出検出部１４３からの各検出結果に基づいて、撮影条件設定のための制御信号を生成してコントローラ１２０に供給する。コントローラ１２０は、信号処理ユニット１９０からの制御信号に基づいて、ズーム制御部１２１、フォーカス制御部１２２、絞り制御部１２３、シャッタ制御部１２４及びフラッシュ制御部１２５に各々制御信号を供給する。
【００２３】
したがって、ズーム制御部１２１、フォーカス制御部１２２及び絞り制御部１２３は、各々、コントローラ１２０からの制御信号に基づいて、撮影レンズ１０１のズーム位置、撮影レンズ１０１のフォーカス位置、及び絞り１０２の絞り量が適切な状態となるように制御することとなる。上述のようにして、デジタルカメラ１００における撮影条件が適切に設定される。
【００２４】
撮影モード設定部１６０を操作することにより、分割露光撮影（複数のフレームの撮影）を行うモードが選択可能となっている。図２は、分割露光を行うモードにおける、デジタルカメラの撮影フローを示した図である。
【００２５】
信号処理ユニット１９０はレリーズボタン検出部１５０によりレリーズボタン押下が検出されると撮影動作を行う。撮影における感度設定は、予め信号処理ユニット１９０による算出、またはユーザーによる任意の指示により決められた感度に基づくゲイン１（第１のゲイン）と、撮影中に操作可能なＩ／Ｆ部１７０に含まれる感度変更指示（ゲイン指示）ボタンによる感度変更指示がなされたときに採用されるゲイン１よりも高感度であるゲイン２（第２のゲイン）が、コントローラ１２０に与えられて選択可能になっている。感度変更指示に関しては、ユーザーによる感度変更指示操作に基づくものであるだけでなく、予め所定のタイミングで感度変更指示がなされるモード（パターン）も備えており、一連の露光中に使用する感度値が３通り以上であるモードも備えている。また露光中に使用する感度値はユーザーにより事前に設定可能であり、使用される感度値が自動的に得られるモードも選択可能である。撮影における露光時間は、予め信号処理ユニット１９０による算出、またはユーザーによる任意の指示により決められた時間であり、コントローラ１２０に供給されて制御される。
【００２６】
Ｓ１０１では露光時間から露光の分割数を以下の式で計算する。
【００２７】
分割数＝露光時間／分割露光単位時間
分割露光単位時間は、分割露光１回（１フレーム）あたりの露光時間となる。これは撮像素子１０３の特性に応じて個別に設定される時間である。例えば、シャッタ速度４秒、分割露光単位時間１秒の場合、
分割数＝４秒／１秒＝４
となる。余りが発生したら最後の分割は分割露光単位時間より短い時間の露光となる。
【００２８】
Ｓ１０２では露光を開始するために、撮像素子に対し電子シャッタによるグローバルリセット動作を行い、蓄積電荷をクリアする。Ｓ１０３で、ユーザーによる感度変更指示があったかを判断し、感度変更指示がなければＳ１０４に進み、前述したゲイン１に基づく設定を増幅器１０４とＡＧＣ回路１０５に設定する。露光蓄積動作を行った後、Ｓ１０５で分割露光の最後であるかを判断する。そして、最後の露光でないと判断されれば、メカシャッタ１０８を閉じないまま、Ｓ１０６で撮像素子１０３の電荷をライン単位（水平１行ずつの単位）で読み出す。Ｓ１０７では画像の積算処理として、読み出した画像データを順次デジタル加算する。
【００２９】
一方、Ｓ１０３で感度変更指示があったときはＳ１０８に進み、前述のゲイン２に基づく設定を増幅器１０４とＡＧＣ回路１０５に設定する。露光蓄積動作を行った後、Ｓ１０９で分割露光の最後であるかを判断し、最後の露光でないと判断されれば、Ｓ１０６同様メカシャッタ１０８を閉じないまま、Ｓ１１０で撮像素子１０３の電荷をライン単位で読み出す。
【００３０】
Ｓ１１１で、露光開始直後の先頭フレームであるかを判断し、先頭フレームである場合はＳ１１２進み、先頭フレームの露光量調節を行う。輝度調節については、図３を参照して説明する。
【００３１】
図３（ａ）は、撮像素子１０３の露光と読み出しを、横軸を時間軸として示した図である。縦軸は撮像素子１０３上の位置であり、撮像素子１０３の電荷をライン単位で読み出すため、撮像素子上部と下部とで読み出しタイミングが異なっていることが表現されている。またグローバルリセットにより蓄積電荷がクリアされて露光が開始する先頭フレームと、メカシャッタが閉じて露光が終了する最終フレームでは、撮像素子１０３の上部と下部で露光時間が異なることも表現されている。
【００３２】
図３（ｂ）は、図３（ａ）で示した先頭フレーム部分を書き出したものである。分割単位露光時間をＴｕ、読み出し時間をＴｒとすると、撮像素子最上部の露光時間はＴｕ、撮像素子最下部の露光時間はＴｕ＋Ｔｒであることがわかる。この先頭フレームにおいて他のフレーム（ゲイン１（Ｇ１））と異なるゲイン２（Ｇ２）を掛けて読み出し、各フレームを積算して１つの画像を得る場合、トータルの露光量が撮像素子上部と下部で異なることになる。それを補正するためには、ライン毎に読み出す撮像素子の出力データに対し、ライン毎に異なるゲインを掛けることで露光量を調節する必要がある。
【００３３】
先頭フレームにＧ２、第２フレーム以降にＧ１を掛ける場合、露光開始から第１分割読み出し完了のタイミングまでの露光量を、露光時間×ゲイン値で考えると、撮像素子最上部、最下部の露光量は、それぞれ次のようになる。
【００３４】
最上部：Ｔｕ・Ｇ２＋Ｔｒ・Ｇ１
最下部：（Ｔｕ＋Ｔｒ）・Ｇ２
よって露光量は、（Ｇ２−Ｇ１）・Ｔｒだけ、撮像素子最下部の方が大きくなる。この露光量の差異を無くすために、撮像素子１０３の最上部から最下部までの距離をＬと置き、最上部からの距離ｘのラインに対して掛けるゲインとして、次のようなゲインを掛ける。
【００３５】
Ｇｘ＝Ｇ２−（Ｇ２−Ｇ１）・Ｔｒ／（Ｔｕ＋Ｔｒ）・ｘ／Ｌ
図３（ｃ）は、図３（ａ）で示した最終フレーム部分を書き出したものである。最終フレームの露光時間をＴｅとすると、撮像素子最上部の露光時間はＴｅ、撮像素子最下部の露光時間はＴｅ−Ｔｒであることがわかる。この最終フレームにおいて他のフレーム（Ｇ１）と異なるゲイン（Ｇ２）を掛けて読み出し、各フレームを積算して１つの画像を得る場合、トータルの露光量が撮像素子上部と下部で異なることになる。先頭フレームと同様にそれを補正するために、撮像素子１０３の最上部からの距離ｘのラインに次のようなゲインを掛ける。
【００３６】
Ｇｘ＝Ｇ２−（Ｔｒ／Ｔｅ）（Ｇ２−Ｇ１）・（Ｌ−ｘ）／Ｌ
ここで、図２のシーケンスの説明に戻る。Ｓ１１３ではＳ１０７同様、読み出した画像データを順次デジタル加算する。
【００３７】
次に、Ｓ１０５で最終フレームであったとき、Ｓ１１４でメカシャッタ１０８を閉じて、撮像素子１０３を遮蔽状態にすることで露光を終了する。Ｓ１１５はＳ１０６と同様に撮像素子１０３の電荷を読み出し、Ｓ１１６でＳ１０７と同様に画像の積算処理を行い、撮影動作を終了する。
【００３８】
最後にＳ１０９で最終フレームであったとき、Ｓ１１７でＳ１１４同様メカシャッタ１０８を閉じて露光を終了し、Ｓ１１８ではＳ１０６と同様に撮像素子１０３の電荷を読み出す。Ｓ１１９では図３で説明したように最終フレームでゲインＧ２を使用する場合の露光量調節を行い、Ｓ１２０ではＳ１０７と同様に積算処理を行い、撮影動作を終了する。
【図１】
2013106150.tif 000003
【図２】
2013106150.tif 000004
【図３】
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