(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体から入射される入射光の光量を調整する絞り機構を開閉動作する絞り開閉動作手段と、
上記被写体から受光し画像を互いに露光時間が異なる長時間露光時間及び短時間露光時間で撮像する撮像手段と、
上記長時間露光時間で撮像した長時間露光画像と上記短時間露光時間で撮像した短時間露光画像とを生成する画像生成手段と、
上記長時間露光画像及び上記短時間露光画像を合成することにより１枚の合成画像を生成する合成画像生成手段と、
上記短時間露光画像及び上記短時間露光画像からそれぞれ輝度信号を抽出することにより長時間露光輝度信号及び短時間露光輝度信号を生成する輝度信号生成手段と、
上記長時間露光輝度信号の１フィールド期間中における各画素の輝度値の中から最小の長時間露光ボトム値を検出する長時間露光ボトム値検出手段と、
上記短時間露光輝度信号の１フィールド期間中における上記各画素の輝度値の中から最大の短時間露光ピーク値を検出する短時間露光ピーク値検出手段と、
上記長時間露光輝度信号のうち上記各画素の輝度値を１フィールド期間積分することにより長時間露光輝度信号積分値を算出する長時間露光輝度信号積分値算出手段と、
上記短時間露光輝度信号のうち上記各画素の輝度信号を１フィールド期間積分することにより短時間露光輝度信号積分値を算出する短時間露光輝度信号積分値算出手段と、
上記長時間露光輝度信号における上記画像の諧調を視覚的に認識することが可能な輝度値のうち最小輝度値を示す黒つぶれレベル、上記短時間露光輝度信号における画像の諧調を視覚的に認識することが可能な輝度値のうち最大輝度値を示す白つぶれレベル及び上記長時間露光画像の露光時間と上記短時間露光画像の露光時間との比を示す露光比を入力する入力手段と、
上記入力手段から入力された上記白つぶれレベルと上記露光比とを乗算することにより得られる値を上記黒つぶれレベルで除算し、除算することにより得られる値に対して対数演算を施すことにより、露光制御を行なう際の目標となる目標ダイナミックレンジを算出する目標ダイナミックレンジ算出手段と、
上記短時間露光ピーク値検出手段によって検出された上記短時間露光ピーク値と上記露光比とを乗算することにより得られる値を上記長時間露光ボトム値で除算し、除算することにより得られる値に対し対数演算を施すことにより、撮像された被写体の上記画像の輝度値範囲を表す被写体ダイナミックレンジを算出する被写体ダイナミックレンジ算出手段と、
上記長時間露光ボトム値検出手段によって検出された上記長時間露光ボトム値を上記黒つぶれレベルで除算することにより得られる値に対して対数演算を施すことにより、上記画像の諧調を視覚的に認識可能な上記最小輝度値と上記被写体の最小輝度値とのレンジ差を示す黒つぶれエラー量を算出する黒つぶれエラー量算出手段と、
上記短時間露光ピーク値を上記白つぶれレベルで除算することにより得られる値に対して対数演算を施すことにより、上記画像の諧調を視覚的に認識可能な上記最大輝度値と上記被写体の最大輝度値とのレンジ差を示す白つぶれエラー量を算出する白つぶれエラー量算出手段と、
上記短時間露光輝度信号積分値と上記露光比とを乗算することにより得られる値と上記長時間露光輝度信号とを加算することにより得られる値を１フィールド当たりの信号検出回数値を２倍した値で除算することにより被写体の輝度値を平均化した被写体輝度平均値を算出する被写体輝度平均値算出手段と、
上記目標ダイナミックレンジが上記被写体ダイナミックレンジよりも大きいか否かを判断する判断手段と、
上記判断手段によって上記目標ダイナミックレンジが上記被写体ダイナミックレンジよりも大きいと判断した場合、上記被写体輝度平均値をユーザが所望する輝度値に一致させるように上記絞り開閉動作手段を制御し、上記被写体ダイナミックレンジが上記目標ダイナミックレンジよりも大きいと判断した場合、上記黒つぶれエラー量と上記白つぶれエラー量との差分を算出することにより得られる差分値がゼロとなるように上記絞り開閉動作手段を制御する露出制御手段と
を具える撮像装置。
【請求項２】
上記露出制御手段は、
上記判断手段によって上記被写体ダイナミックレンジが上記目標ダイナミックレンジよりも大きいと判断した場合、上記黒つぶれレベル未満の輝度値を有する黒つぶれ画素数及び上記白つぶれレベル以上の輝度値を有する白つぶれ画素数を検出し、上記黒つぶれ画素数と上記白つぶれ画素数との和が最小となるように上記絞り開閉動作手段を制御する
請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
絞り開閉動作手段により、被写体から入射される入射光の光量を調整する絞り機構を開閉動作する絞り開閉動作ステップと、
撮像手段により、上記被写体から受光し画像を互いに露光時間が異なる長時間露光時間及び短時間露光時間で撮像する撮像ステップと、
画像生成手段により、上記長時間露光時間で撮像した長時間露光画像と上記短時間露光時間で撮像した短時間露光画像とを生成する画像生成ステップと、
合成画像生成手段により、上記長時間露光画像及び上記短時間露光画像を合成することにより１枚の合成画像を生成する合成画像生成ステップと、
輝度信号生成手段により、上記短時間露光画像及び上記短時間露光画像からそれぞれ輝度信号を抽出することにより長時間露光輝度信号及び短時間露光輝度信号を生成する輝度信号生成ステップと、
長時間露光ボトム値検出手段により、上記長時間露光輝度信号の１フィールド期間中における各画素の輝度値の中から最小の長時間露光ボトム値を検出する長時間露光ボトム値検出ステップと、
短時間露光ピーク値検出手段により、上記短時間露光輝度信号の１フィールド期間中における各画素の輝度値の中から最大の短時間露光ピーク値を検出する短時間露光ピーク値検出ステップと、
長時間露光輝度信号積分値算出手段により、上記長時間露光輝度信号のうち各画素の輝度値を１フィールド期間積分することにより長時間露光輝度信号積分値を算出する長時間露光輝度信号積分値算出ステップと、
短時間露光輝度信号積分値算出手段により、上記短時間露光輝度信号のうち各画素の輝度信号を１フィールド期間積分することにより短時間露光輝度信号積分値を算出する短時間露光輝度信号積分値算出ステップと、
入力手段を用いて、上記長時間露光輝度信号における上記画像の諧調を視覚的に認識することが可能な輝度値のうち最小輝度値を示す黒つぶれレベル、上記短時間露光輝度信号における画像の諧調を視覚的に認識することが可能な輝度値のうち最大輝度値を示す白つぶれレベル及び上記長時間露光画像の露光時間と上記短時間露光画像の露光時間との比を示す露光比を入力する入力ステップと、
目標ダイナミックレンジ算出手段により、上記入力手段から入力された上記白つぶれレベルと上記露光比とを乗算することにより得られる値を上記黒つぶれレベルで除算し、除算結果の値に対して対数演算を施すことにより、露光制御を行なう際に目標となる目標ダイナミックレンジを算出する目標ダイナミックレンジ算出ステップと、
被写体ダイナミックレンジ算出手段により、上記短時間露光ピーク値検出ステップによって検出された上記短時間露光ピーク値と上記露光比とを乗算することにより得られる値を上記長時間露光ボトム値で除算し、除算することにより値に対し対数演算を施すことにより、撮像された被写体の上記画像の輝度値範囲を表す被写体ダイナミックレンジを算出する被写体ダイナミックレンジ算出ステップと、
黒つぶれエラー量算出手段により、上記長時間露光ボトム値検出ステップによって検出された上記長時間露光ボトム値を上記黒つぶれレベルで除算することにより値に対して対数演算を施すことにより、上記画像の諧調を視覚的に認識可能な上記最小輝度値と上記被写体の最小輝度値とのレンジ差を示す黒つぶれエラー量を算出する黒つぶれエラー量算出ステップと、
白つぶれエラー量算出手段により、上記短時間露光ピーク値を上記白つぶれレベルで除算することにより得られた値に対して対数演算を施すことにより、上記画像の諧調を視覚的に認識可能な上記最大輝度値と上記被写体の最大輝度値とのレンジ差を示す白つぶれエラー量を算出する白つぶれエラー量算出ステップと、
被写体輝度平均値算出手段により、上記短時間露光輝度信号積分値と上記露光比とを乗算することにより得られる値と上記長時間露光輝度信号とを加算することにより得られる値を１フィールド当たりの信号検出回数値を２倍した値で除算することにより被写体の輝度値を平均化した被写体輝度平均値を算出する被写体輝度平均値算出ステップと、
判断手段により、上記目標ダイナミックレンジが上記被写体ダイナミックレンジよりも大きいか否かを判断する判断ステップと、
上記判断手段によって上記目標ダイナミックレンジが上記被写体ダイナミックレンジよりも大きいと判断した場合、上記被写体輝度平均値をユーザが所望する輝度値に一致させるように上記絞り開閉動作手段を制御し、上記被写体ダイナミックレンジが上記目標ダイナミックレンジよりも大きいと判断した場合、上記黒つぶれエラー量と上記白つぶれエラー量との差分を算出することにより得られる差分値がゼロとなるように上記絞り開閉動作手段を露出制御手段により制御する露出制御ステップと
を具える撮像方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は撮像装置及び撮像方法に関し、例えば監視用のビデオカメラに適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、異なる露光量で撮像された２種類の画像を合成してダイナミックレンジの広い画像（明るい領域から暗い領域まで表現された画像）を生成するいわゆる広ダイナミックレンジを実現したビデオカメラがある。
【０００３】
このビデオカメラは、露光量の異なる２種類の画像を撮像する方法として、例えば撮像素子として固体撮像素子（ＣＣＤ：Charge Coupled Device ）を用い、当該ＣＣＤが有する機能である電子シャッタによって露光時間を変化させることにより、時分割的に２種類の画像を撮像する方法を採用している。
【０００４】
この方法では、任意の１フィールド期間において、通常の撮像と同様に電荷の蓄積及び読み出しを行った後、垂直ブランキング期間を利用して再度電荷の蓄積及び読み出しを行うことにより、１フィールド期間内に露光時間の異なる２種類の画像すなわち長時間露光画像と短時間露光画像を得るようになされている。
【０００５】
このようにしてこのビデオカメラは、被写体のうち暗い部分の再現性が高い長時間露光画像を得ると共に、当該被写体のうち明るい部分の再現性が高い短時間露光画像を得、この長時間露光画像と短時間露光画像を合成することにより、ダイナミックレンジの広い合成画像を生成する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで一般的にビデオカメラにおいては、撮像対象の被写体に対応した自然な画像を生成することを目的として、絞り機構によって入射光量を調整することによりＣＣＤに到達する光量を制御する露出制御を行うようになされている。
【０００７】
その際、上述の広ダイナミックレンジを実現したビデオカメラにおいては、撮像された長時間露光画像及び短時間露光画像のうち長時間露光画像から得られる露出状態のみを基に露出制御を行う方法が考えられているが、この方法では、撮像対象の被写体に対応する自然な画像を得るという点においては未だ不十分であった。
【０００８】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、撮像対象に対応する自然な合成画像を生成し得る撮像装置及び撮像方法を提案しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため本発明においては、被写体から入射される入射光の光量を調整する絞り機構を開閉動作する開閉動作手段と、被写体から受光し画像を互いに露光時間が異なる長時間露光時間及び短時間露光時間で撮像する撮像手段と、長時間露光時間で撮像した長時間露光画像と短時間露光時間で撮像した短時間露光画像とを生成する画像生成手段と、長時間露光画像及び短時間露光画像を合成することにより１枚の合成画像を生成する合成画像生成手段と、短時間露光画像及び短時間露光画像からそれぞれ輝度信号を抽出することにより長時間露光輝度信号及び短時間露光輝度信号を生成する輝度信号生成手段と、長時間露光輝度信号の１フィールド期間中における各画素の輝度値の中から最小の長時間露光ボトム値を検出する長時間露光ボトム値検出手段と、短時間露光輝度信号の１フィールド期間中における各画素の輝度値の中から最大の短時間露光ピーク値を検出する短時間露光ピーク値検出手段と、長時間露光輝度信号のうち各画素の輝度値を１フィールド期間積分することにより長時間露光輝度信号積分値を算出する長時間露光輝度信号積分値算出手段と、短時間露光輝度信号のうち各画素の輝度信号を１フィールド期間積分することにより短時間露光輝度信号積分値を算出する短時間露光輝度信号積分値算出手段と、長時間露光輝度信号における画像の諧調を視覚的に認識することが可能な輝度値のうち最小輝度値を示す黒つぶれレベル、短時間露光輝度信号における画像の諧調を視覚的に認識することが可能な輝度値のうち最大輝度値を示す白つぶれレベル及び長時間露光画像の露光時間と短時間露光画像の露光時間との比を示す露光比を入力する入力手段と、入力手段から入力された白つぶれレベルと露光比とを乗算することにより得られる値を黒つぶれレベルで除算し、除算することにより得られる値に対して対数演算を施すことにより、露光制御を行なう際に目標となる目標ダイナミックレンジを算出する目標ダイナミックレンジ算出手段と、短時間露光ピーク値検出手段によって検出された短時間露光ピーク値と露光比とを乗算することにより得られる値を長時間露光ボトム値で除算し、除算して得られる値に対し対数演算を施すことにより、撮像された被写体のダイナミックレンジを算出する被写体ダイナミックレンジ算出手段と、長時間露光ボトム値検出手段によって検出された長時間露光ボトム値を黒つぶれレベルで除算することにより得られる値に対して対数演算を施すことにより、画像の諧調を視覚的に認識可能な最小輝度値と被写体の最小輝度値とのレンジ差を示す黒つぶれエラー量を算出する黒つぶれエラー量算出手段と、短時間露光ピーク値を白つぶれレベルで除算することにより得られる値に対して対数演算を施すことにより、画像の諧調を視覚的に認識可能な最大輝度値と被写体の最大輝度値とのレンジ差を示す白つぶれエラー量を算出する白つぶれエラー量算出手段と、短時間露光輝度信号積分値と露光比とを乗算することにより得られる値と長時間露光輝度信号とを加算することにより得られる値を１フィールド当たりの信号検出回数値を２倍した値で除算することにより被写体の輝度値を平均化した被写体輝度平均値を算出する被写体輝度平均値算出手段と、目標ダイナミックレンジが被写体ダイナミックレンジよりも大きいか否かを判断する判断手段と、判断手段によって目標ダイナミックレンジが被写体ダイナミックレンジよりも大きいと判断した場合、被写体輝度平均値をユーザが所望する輝度値に一致させるように絞り開閉動作手段を制御し、被写体ダイナミックレンジが目標ダイナミックレンジよりも大きいと判断した場合、黒つぶれエラー量と白つぶれエラー量との差分を算出することにより得られる差分値がゼロとなるように絞り開閉動作を制御する露出制御手段とを設けることにより、被写体のダイナミックレンジが目標ダイナミックレンジを越えていても黒つぶれレベルと白つぶれレベルとを設定することによって被写体の長時間露光ボトム値と短時間露光ピーク値が黒つぶれレベル値と白つぶれレベル値から大きく外れないように絞り機構開閉して露出を制御できるので、被写体ダイナミックレンジに応じた露出制御を行なうことができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。
【００１１】
図１において、１は全体として監視用のビデオカメラの構成を示し、被写体側から入射される入射光Ｌ１は、絞り機構部２に入射され、当該絞り機構部２によってその光量が調節された後、固体撮像素子（ＣＣＤ：Charge Coupled Device）３に入射される。
【００１２】
ＣＣＤ３は、受光した入射光Ｌ１を光電変換することにより時分割的に露光量の異なる２枚の画像を撮像するようになされている。すなわちＣＣＤ３は、任意の１フィールド期間において、通常の撮像と同様に電荷の蓄積及び読み出しを行った後、垂直ブランキング期間を利用して再度電荷の蓄積及び読み出しを行うことにより、１フィールド期間内に露光時間の異なる２枚の画像を生成するようになされている。
【００１３】
このようにしてＣＣＤ３は、長時間露光画像Ｓ１Ａ及び短時間露光画像Ｓ１Ｂを生成し、これらを信号処理回路４に送出する。信号処理回路４は、長時間露光画像Ｓ１Ａと短時間露光画像Ｓ１Ｂをそのまま検出部５に送出しながら、これら長時間露光画像Ｓ１Ａと短時間露光画像Ｓ１Ｂを合成することにより、ダイナミックレンジの広い１枚の合成画像Ｓ２を生成し、これを信号出力回路６に送出する。
【００１４】
その際、信号処理回路６は、長時間露光画像Ｓ１Ａと短時間露光画像Ｓ１Ｂを合成する方法として、例えば撮像された露光量の比に応じた係数を各画像に積算した後、しきい値処理によって各画像を切り換えて出力することにより合成画像Ｓ２を生成する方法を採用している。
【００１５】
信号出力回路６は、合成画像Ｓ２に対して所定の画像処理を施すことによりＮＴＳＣ（National Television System）方式のテレビジョン信号Ｓ３に変換し、これを外部のモニタ（図示せず）に出力し表示する。
【００１６】
ところで検出部５は、図２に示すように、信号処理回路４から供給される長時間露光画像Ｓ１Ａ及び短時間露光画像Ｓ１Ｂを信号分離回路１０に入力する。信号分離回路１０は、長時間露光画像Ｓ１Ａ及び短時間露光画像Ｓ１Ｂからそれぞれ輝度信号を分離することにより長時間露光輝度信号Ｓ１０Ａ及び短時間露光輝度信号Ｓ１０Ｂを得、このうち長時間露光輝度信号Ｓ１０Ａをボトム値検出回路１１Ａ及び積分回路１２Ａに送出すると共に、短時間露光輝度信号Ｓ１０Ｂをピーク値検出回路１１Ｂ及び積分回路１２Ｂに送出する。
【００１７】
ボトム値検出回路１１Ａは、供給された長時間露光輝度信号Ｓ１０Ａの１フィールド期間中における各画素の輝度値の中から最小のものを検出し、これを長時間露光ボトム値Ｓ１１Ａとして演算部１４に送出する。
【００１８】
一方、ピーク値検出回路１１Ｂは、供給された短時間露光輝度信号Ｓ１０Ｂの１フィールド期間中における各画素の輝度値の中から最大のものを検出し、これを短時間露光ピーク値Ｓ１１Ｂとして演算部１４に送出する。
【００１９】
また積分回路１２Ａは、供給された長時間露光輝度信号Ｓ１０Ａのうちの各画素の輝度値を１フィールド期間積分（すなわち加算）し、その結果得た長時間露光輝度信号積分値Ｓ１２Ａを演算部１４に送出する。
【００２０】
一方、積分回路１２Ｂは、供給された短時間露光輝度信号Ｓ１０Ｂのうちの各画素の輝度値を１フィールド期間積分し、その結果得た短時間露光輝度信号積分値Ｓ１２Ｂを演算部１４に送出する。
【００２１】
ところでこのビデオカメラ１においては、ユーザが入力部１５を操作することにより設定した種々のパラメータを演算部１４に入力するようになされており（図１）、このパラメータとしては次のようなものがある。
【００２２】
すなわち、検出部５で得られる長時間露光輝度信号Ｓ１０Ａにおける画像の階調を視覚的に認識することが可能な輝度値のうちの最小値を示す黒つぶれレベルと、検出部５で得られる短時間露光輝度信号Ｓ１０Ｂにおける画像の階調を視覚的に認識することが可能な輝度値のうちの最大値を示す白つぶれレベルと、長時間露光画像Ｓ１Ａの露光時間に対する短時間露光画像Ｓ１Ｂの露光時間の比（すなわち長時間露光画像Ｓ１Ａの露光時間を短時間露光画像Ｓ１Ｂの露光時間で除算した値）を示す露光比とがある。
【００２３】
演算部１４は、図３に示すように入力部１５において設定された黒つぶれレベルＳ１５Ａをダイナミックレンジ演算回路１６Ａ及び１７Ａに入力し、白つぶれレベルＳ１５Ｂを乗算器１８Ａ及びダイナミックレンジ演算回路１７Ｂに入力し、さらに露光比Ｓ１６を乗算器１８Ａ、１８Ｂ及び１９に入力する。
【００２４】
また演算部１４は、検出部５から供給される長時間露光ボトム値Ｓ１１Ａをダイナミックレンジ演算回路１６Ｂ及び１７Ａに入力し、短時間露光ピーク値Ｓ１１Ｂを乗算器１８Ｂ及びダイナミックレンジ演算回路１７Ｂに入力する。
【００２５】
さらに演算部１４は、検出部５から供給される長時間露光輝度信号積分値Ｓ１２Ａを加算器２０に入力し、短時間露光輝度信号積分値Ｓ１２Ｂを乗算器１９に入力する。
【００２６】
乗算器１８Ａは、白つぶれレベルＳ１５Ｂと露光比Ｓ１６を乗算し、その乗算結果をダイナミックレンジ演算回路１６Ａに送出する。ダイナミックレンジ演算回路１６Ａは、白つぶれレベルＳ１５Ｂに露光比Ｓ１６を乗算した値を黒つぶれレベルＳ１５Ａで除算した後、対数演算を行うことにより、露出制御を行う際に目標となるダイナミックレンジを算出し、これを目標ダイナミックレンジＳ２０Ａとして露出制御部２５に送出する。
【００２７】
乗算器１８Ｂは、短時間露光ピーク値Ｓ１１Ｂと露光比Ｓ１６を乗算し、その乗算結果をダイナミックレンジ演算回路１６Ｂに送出する。ダイナミックレンジ演算回路１６Ｂは、短時間露光ピーク値Ｓ１１Ｂに露光比Ｓ１６を乗算した値を長時間露光ボトム値Ｓ１１Ａで除算した後、対数演算を行うことにより、実際に撮像された被写体のダイナミックレンジを算出し、これを被写体ダイナミックレンジＳ２０Ｂとして露出制御部２５に送出する。
【００２８】
ダイナミックレンジ演算回路１７Ａは、長時間露光ボトム値Ｓ１１Ａを黒つぶれレベルＳ１５Ａで除算した後、対数演算を行うことにより、画像の階調を視覚的に認識することが可能な輝度値のうちの最小値と実際に撮像された被写体の輝度値のうちの最小値とのレンジ差を表すダイナミックレンジを算出し、これを黒つぶれエラー量Ｓ２１Ａとして露出制御部２５に送出する。
【００２９】
ダイナミックレンジ演算回路１７Ｂは、短時間露光ピーク値Ｓ１１Ｂを白つぶれレベルＳ１５Ｂで除算した後、対数演算を行うことにより、画像の階調を視覚的に認識することが可能な輝度値のうちの最大値と実際に撮像された被写体の輝度値のうちの最大値とのレンジ差を表すダイナミックレンジを算出し、これを白つぶれエラー量Ｓ２１Ｂとして露出制御部２５に送出する。
【００３０】
乗算器１９は、短時間露光輝度信号積分値Ｓ１２Ｂと露光比Ｓ１６を乗算し、その乗算結果を加算器２０に送出する。加算器２０は、長時間露光輝度信号積分値Ｓ１２Ａと短時間露光輝度信号積分値Ｓ１２Ｂに露光比Ｓ１６を乗算した値とを加算し、その加算結果を除算器２６に送出する。
【００３１】
ところで乗算器２７には、検出部５における１フィールドあたりの信号検出回数値（すなわち画素の総数）が入力されるようになされており、乗算器２７は、当該検出部５の１フィールド当たりの信号検出回数値に２を乗算し、その乗算結果を除算器２６に送出する。
【００３２】
除算器２６は、長時間露光輝度信号積分値Ｓ１２Ａと短時間露光輝度信号積分値Ｓ１２Ｂに露光比Ｓ１６を乗算した値との和を、検出部５の１フィールド当たりの信号検出回数値を２倍した値で除算することにより、被写体の輝度値の平均値を算出し、これを被写体平均値Ｓ２２として露出制御部２５に送出する。
【００３３】
露出制御部２５は、演算部１４から目標ダイナミックレンジＳ２０Ａ及び被写体ダイナミックレンジＳ２０Ｂが供給されると、図４に示す露出制御手順ＲＴ１を実行する。すなわち図４において露出制御部２５は、露出制御手順ＲＴ１に入ると、ステップＳＰ１に移って目標ダイナミックレンジＳ２０Ａが被写体ダイナミックレンジＳ２０Ｂより大きいか否か判断する。
【００３４】
この結果、ステップＳＰ１において肯定結果が得られると、このことは実際に撮像された被写体のダイナミックレンジが階調を視覚的に認識可能な画像のダイナミックレンジより小さいことを表しており、このとき露出制御部２５はステップＳＰ２に移って、広ダイナミックレンジを実現したビデオカメラでない通常のビデオカメラと同様に、演算部１４から供給された被写体平均値Ｓ２２を、入力部１５においてユーザの入力操作に応じて設定された収束目標値Ｓ２５すなわちユーザが所望する輝度値に一致させるように、絞り機構部２を駆動するための露出駆動情報Ｓ２６を生成し、これを露出駆動部３０に送出する。
【００３５】
これに対してステップＳＰ１において否定結果が得られると、このことは実際に撮像された被写体のダイナミックレンジが階調を視覚的に認識可能な画像のダイナミックレンジより大きいこと、すなわち撮像された被写体の画像を全てにわたって階調の認識をすることができるような露出を得ることが不可能であることを表しており、このとき露出制御部２５はステップＳＰ３に移って、演算部１４から供給された黒つぶれエラー量Ｓ２１Ａと白つぶれエラー量Ｓ２１Ｂの差分を算出する。
【００３６】
そして露出制御部２５は、続くステップＳＰ４に移って、黒つぶれエラー量Ｓ２１Ａと白つぶれエラー量Ｓ２１Ｂの差分が０になるように、絞り機構部２を駆動するための露出駆動情報Ｓ２６を生成し、これを露出駆動部３０に送出する。このように露出制御部２５は、長時間露光ボトム値Ｓ１１Ａと短時間露光ピーク値Ｓ１１Ｂが、ともに黒つぶれレベルＳ１５Ａと白つぶれレベルＳ１５Ｂから大きく外れないように露出制御を行い、撮像された被写体の画像に黒くつぶれた領域と白くつぶれた領域とが均等に発生するようにしている。このようにして露出制御部２５は、１フィールド毎に露出制御を実行し、現フィールドの露出制御を実行した場合には、ステップＳＰ１に戻って上述の処理を繰り返すことにより、次のフィールドの露出制御を実行する。
【００３７】
露出駆動部３０は、検出部５、演算部１４及び露出制御部２５と共に露出制御回路ブロック３１を構成し、露出制御部２５から露出駆動情報Ｓ２６が供給されると、当該露出駆動情報Ｓ２６に応じた露出駆動信号Ｓ２７を生成し、これを絞り機構部２に送出する。絞り機構部２は、絞りの開閉動作を制御し入射光量を調節することにより、ＣＣＤ３に到達する光量を制御するようになされている。
【００３８】
以上の構成において、このビデオカメラ１は、異なる露光量で撮像された長時間露光画像Ｓ１Ａ及び短時間露光画像Ｓ１Ｂを合成することによりダイナミックレンジの広い合成画像Ｓ２を生成し、これを外部のモニタに送出して表示する。
【００３９】
ところで露出制御回路ブロック３１では、入力部１５におけるユーザの入力操作に応じて設定された階調認識可能な最小輝度値を示す黒つぶれレベルＳ１５Ａと、階調認識可能な最大輝度値を示す白つぶれレベルＳ１５Ｂと、長時間露光画像Ｓ１Ａ及び短時間露光画像Ｓ１Ｂの露光時間比を示す露光比Ｓ１６とを基に、露出制御を行う際の目標となる目標ダイナミックレンジを算出し、これによりＣＣＤ３及び信号処理回路４の特性に応じた任意の階調認識可能な目標ダイナミックレンジＳ２０Ａを設定することを可能としている。
【００４０】
また露出制御回路ブロック３１は、長時間露光画像Ｓ１Ａを構成する各画素のうちの最小輝度値を示す長時間露光ボトム値Ｓ１１Ａと、短時間露光画像Ｓ１Ｂを構成する各画素のうちの最大輝度値を示す短時間露光ピーク値Ｓ１１Ｂと、露光比Ｓ１６とを基に、実際に撮像された被写体の被写体ダイナミックレンジＳ２０Ｂを算出する。
【００４１】
また露出制御回路ブロック３１は、長時間露光ボトム値Ｓ１１Ａと黒つぶれレベルＳ１５Ａを基に、階調認識可能な最小輝度値と実際の被写体の最小輝度値のレンジ差を示す黒つぶれエラー量Ｓ２１Ａを算出すると共に、短時間露光ピーク値Ｓ１１Ｂと白つぶれレベルＳ１５Ｂを基に、階調認識可能な最大輝度値と実際の被写体の最大輝度値のレンジ差を示す白つぶれエラー量Ｓ２１Ｂを算出する。
【００４２】
さらに露出制御回路ブロック３１は、長時間露光画像Ｓ１Ａの各画素の輝度値を加算した長時間露光輝度信号積分値Ｓ１２Ａと、短時間露光画像Ｓ１Ｂの各画素の輝度値を加算した短時間露光輝度信号積分値Ｓ１２Ｂと、露光比Ｓ１６とを基に、実際に撮像された被写体の輝度値の平均値を示す被写体平均値Ｓ２２を算出する。
【００４３】
そして露出制御回路ブロック３１は、目標ダイナミックレンジＳ２０Ａと被写体ダイナミックレンジＳ２０Ｂを比較し、その結果、目標ダイナミックレンジＳ２０Ａが被写体ダイナミックレンジＳ２０Ｂよりも大きいと判断した場合には、被写体平均値Ｓ２２を収束目標値（すなわちユーザが所望する輝度値）に一致させるように露出制御を行うのに対して、被写体ダイナミックレンジＳ２０Ｂが目標ダイナミックレンジＳ２０Ａよりも大きいと判断した場合には、黒つぶれエラー量Ｓ２１Ａと白つぶれエラー量Ｓ２１Ｂが一致（すなわち黒くつぶれた領域と白くつぶれた領域が均等に発生）するように露出制御を行う。
【００４４】
このようにこのビデオカメラ１は、実際に撮像された被写体のダイナミックレンジに応じた露出制御を実行することができ、従って撮像対象の被写体に対応する自然な合成画像Ｓ２を生成し得る。
【００４５】
以上の構成によれば、目標ダイナミックレンジＳ２０Ａが被写体ダイナミックレンジＳ２０Ｂよりも大きいと判断した場合には、被写体平均値Ｓ２２をユーザ所望の輝度値に一致させるように露出制御を行うのに対して、被写体ダイナミックレンジＳ２０Ｂが目標ダイナミックレンジＳ２０Ａよりも大きいと判断した場合には、黒くつぶれた領域と白くつぶれた領域が均等に発生するように露出制御を行うことにより、撮像された被写体のダイナミックレンジに応じた露出制御を実行することができ、従って撮像対象の被写体に対応する自然な合成画像Ｓ２を生成し得る。
【００４６】
なお上述の実施の形態においては、目標ダイナミックレンジＳ２０Ａが被写体ダイナミックレンジＳ２０Ｂより小さいと判断された場合には、黒つぶれエラー量Ｓ２１Ａと白つぶれエラー量Ｓ２１Ｂの差分が０になるように露出制御を行った場合について述べたが、本発明はこれに限らず、長時間露光輝度信号Ｓ１０Ａから黒つぶれレベルＳ１５Ａ未満の輝度値を有する画素を検出しその画素数をカウントすると共に、短時間露光輝度信号Ｓ１０Ｂから白つぶれレベルＳ１５Ｂ以上の輝度値を有する画素を検出しその画素数をカウントし、これらカウント値の和が最小になるように露出制御を行うようにしても良い。この場合、カウント値の和は、画像中において黒くつぶれた領域や白くつぶれた領域のような階調認識が不可能な領域の面積を表しており、当該カウント値の和が最小になるように露出制御を行うことにより、階調認識可能な領域が最大となる画像を得ることができる。
【００４７】
また上述の実施の形態においては、本発明を監視用のビデオカメラ１に適用した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば車載用のカメラ、家庭用のビデオカメラなどのように、他の種々の撮像装置に本発明を広く適用し得る。
【００４８】
【発明の効果】
上述のように本発明によれば、入力手段から入力された白つぶれレベルと露光比とを乗算することにより得られる値を黒つぶれレベルで除算し、除算することにより得られる値に対して対数演算を施すことにより、露光制御を行なう際に目標となる目標ダイナミックレンジを算出する目標ダイナミックレンジ算出手段と、短時間露光ピーク値検出手段によって検出された短時間露光ピーク値と露光比とを乗算することにより得られる値を長時間露光ボトム値で除算し、除算することにより得られる値に対し対数演算を施すことにより、撮像された被写体のダイナミックレンジを算出する被写体ダイナミックレンジ算出手段と、長時間露光ボトム値検出手段によって検出された長時間露光ボトム値を黒つぶれレベルで除算することにより得られる値に対して対数演算を施すことにより、画像の諧調を視覚的に認識可能な最小輝度値と被写体の最小輝度値とのレンジ差を示す黒つぶれエラー量を算出する黒つぶれエラー量算出手段と、短時間露光ピーク値を白つぶれレベルで除算することにより得られる値に対して対数演算を施すことにより、画像の諧調を視覚的に認識可能な最大輝度値と被写体の最大輝度値とのレンジ差を示す白つぶれエラー量を算出する白つぶれエラー量算出手段と、短時間露光輝度信号積分値と露光比とを乗算することにより得られる値と長時間露光輝度信号とを加算することにより得られる値を１フィールド当たりの信号検出回数値を２倍した値で除算することにより被写体の輝度値を平均化した被写体輝度平均値を算出する被写体輝度平均値算出手段と、目標ダイナミックレンジが被写体ダイナミックレンジよりも大きいか否かを判断する判断手段と、判断手段によって目標ダイナミックレンジが被写体ダイナミックレンジよりも大きいと判断した場合、被写体輝度平均値をユーザが所望する輝度値に一致させるように絞り開閉動作手段を制御し、被写体ダイナミックレンジが目標ダイナミックレンジよりも大きいと判断した場合、黒つぶれエラー量と白つぶれエラー量との差分を算出することにより得られる差分値がゼロとなるように絞り開閉動作を制御する露出制御手段とを設けることにより、被写体のダイナミックレンジが目標ダイナミックレンジを越えていても黒つぶれレベルと白つぶれレベルとを設定することによって被写体の長時間露光ボトム値と短時間露光ピーク値がともに黒つぶれレベルと白つぶれレベルから大きく外れないように露出制御できるので、被写体ダイナミックレンジに応じた露出制御を行なうことができ、かくして被写体に対応する自然な画像を撮像し得る撮像装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による撮像装置の一実施の形態を示すブロック図である。
【図２】検出部の構成を示すブロック図である。
【図３】演算部の構成を示すブロック図である。
【図４】露出制御手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１……ビデオカメラ、２……絞り機構部、３……ＣＣＤ、４……信号処理回路、５……検出部、１０……信号分離回路、１１Ａ……ボトム値検出回路、１１Ｂ……ピーク値検出回路、１２Ａ、１２Ｂ……積分回路、１４……演算部、１５……入力部、１６Ａ、１６Ｂ、１７Ａ、１７Ｂ……ダイナミックレンジ演算回路、１８Ａ、１８Ｂ、１９、２０……加算器、２６……除算器、２５……露出制御部、２７……乗算器、３０……露出駆動部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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