JP2014068278A - 撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】連続撮影を行う為の必要期間中に被写体が動いた場合でも画像品質の低下を軽減する撮像装置を提供する。
【解決手段】閃光手段を用いる第２の画像を取得する為の第２の撮影と第２の撮影に時間的に前後して閃光手段を用いない第１、及び第３の画像を取得する為の第１、および第３の撮影を行なう撮影手段と、第２の画像から第１及び第３の画像の差分を求める画像演算手段で撮影装置を構成する。
【選択図】図９

Description

本発明は、スチルカメラやビデオカメラ装置等の撮影装置に関し、特に、ストロボ等の閃光手段を利用した撮影を行う撮影装置に関するものである。

近年撮影装置に用いられる撮像手段は周辺回路を集積化する事を考えてＣＭＯＳタイプが用いられる様になって来ている。

しかしながらＣＭＯＳタイプの撮像手段ではローリングシャッタ撮影となる為にストロボ等発光時間が短い閃光手段を用い、且つ短い露光時間で撮影を行う場合にはメカニカルなシャッタを別に設ける必要があった。

特許文献１ではメカニカルシャッタを省く為にストロボ有無の２回の撮影を連続的に行い、その差で適正露光を得る技術の開示が為されている。

特開２００９−８１８０８号公報

特許文献１においては２回の撮影を行う為に、撮影時間が延びてしまう問題がある。即ち最も必要とされるストロボ発光タイミングに対して、ストロボを使用しない２回目の撮影終了が時間的に遅くなる為に、その間の被写体の動きや背景の動き、明るさの変化で求める画像の品位が低下してしまう。

そこで本発明においてはメカニカルシャッタを搭載しない撮影装置において連続撮影による時間遅れを少なくして画像品位の低下を軽減する事を目的としている。

上記目的を達成するために、本発明では閃光手段を用いて第２の画像を取得する為の第２の撮影と第２の撮影に時間的に前後して閃光手段を用いない第１、及び第３の画像を取得する為の第１、および第３の撮影を行なう撮影手段と、第２の画像から第１及び第３の画像の差分を求める画像演算手段で撮影装置を構成している。

また、第１及び第３の撮画像の特定領域を切り出し第１の抽出画像及び第３の抽出画像を求める画像抽出手段を更に有し、画像演算手段は第２の画像から第１及び第３の抽出画像の差分を求める構成にしている。

また、撮像手段は複数の読み出し領域を有し、複数領域の読み出しは順方向読み出しと逆方向読み出しの読み出し方向が異なる対の読み出し領域で構成され、第１、第２、第３の画像を各々複数の領域画像の合成により取得する画像合成手段とを更に有し、画像演算手段は画像合成手段で合成された第２の画像から画像合成手段で合成された第１及び第３の画像の差分を求める構成にしている。

メカニカルシャッタが無いＣＭＯＳタイプの撮像撮像手段を用いても高品位な撮影を実現できる。

第１実施形態における撮影装置の断面図 第１実施形態におけるブロック図 第１実施形態における信号読み出し説明図 第１実施形態における閃光発光タイミング説明図 従来の問題点説明図 第１実施形態におけるフローチャート 閃光手段を用いた撮影の問題点説明図 閃光手段を用いた撮影の問題点を解決する説明図 第１実施形態の効果を説明する図 第２実施形態におけるブロック図 第２実施形態における画像処理の説明図 第２実施形態におけるフローチャート 第３実施形態におけるブロック図 第３実施形態における信号読み出し説明図 第３実施形態における閃光発光タイミング説明図 第３実施形態の効果を説明する図 第３実施形態におけるフローチャート

以下、添付の図面を参照して、本発明の好適な実施形態を説明する。

図１は本発明の第１実施形態における撮影装置の断面図であり１０は撮影光軸、１１はカメラ本体、１２は交換レンズ、１３は交換レンズに設けられた撮影光学系、１３ａは撮影光学系１３のなかで合焦動作を行うＡＦレンズ、１４は絞りである。

また、１５は撮影光学系１３の像を撮像手段１６ａおよびプリズム１７に分岐するクイックリターンミラー、１８はプリズム１７に入射した光束を接眼面に導く観察光学系、１９は撮像素子１６への入射を制御するシャッタ、１１０は撮影光学系１３により撮像素子１６上に結像された画像を再生する背面液晶モニターである。

ここで撮像手段１６ａと同じ基盤１６ｂの裏面には撮像手段１６ａで読みだされた画像を処理する画像処理手段１６ｃが設けられている。
カメラ１１の上部には閃光手段であるストロボ１１１が設けられておりカメラ１１に設けられたＣＰＵ１１２によりその閃光制御が行われる。

図２は本発明の第１実施形態におけるブロック図であり本発明と直接かかわりの無い機能は省いて図示している。

撮像手段１６ａ画面内の光電変換結果はアナログ／デジタルコンバータ２２でデジタル信号に変換されて画像取得手段２３に入力される。タイミング制御手段２１は光電変換素子信号の蓄積時間（露光時間）および読み出しタイミングを制御している。

図３はタイミング制御手段２１による読み出しタイミングを示す図であり横軸は時間、縦軸は撮像手段１６ａの画面高さを表している。

ここで撮像素子１６ａの読み出し領域画素は矢印３３ａで示すリセット動作でそれまで蓄積されていた電荷がリセットされる。その後タイミング制御手段２１が定める所定の露光時間Ｔｖ３１（光電変換素子の蓄積時間）経過迄の間に再蓄積された電荷は矢印３３ｃに示す読み出し動作で時間経過に伴い読み出されてゆく。

これにより画像３０が得られる。

尚、タイミング制御手段２１画出力する露光時間は図２におけるｃｐｕ１１２内の露光時間設定手段１１２ａで設定される。

読み出し開始タイミング３４は電荷をリセットするまでに必要な時間ｔ（３２）か露光時間Ｔｖ（３１）のいずれか長い方が終了した後になる。

図２にもどり画像取得手段２３はアナログ／デジタルコンバータ２２でデジタル変換された撮像素子１６ａの各光電変換素子信号を画像３０に変換する。画像一時記憶手段２４は得られた画像３０を記憶する。画像演算手段２５は既に記憶してある画像と今回記憶した画像を互いに演算する。この動作に関する詳細は後述する。画像記憶手段２６は画像演算手段２５で得られた画像をメモリーカード等に記憶し、保存する。閃光制御手段１１２ｂはタイミング制御手段２１の信号に応じて閃光手段１１１の発光タイミングを制御する。

図４は本発明の撮影方法を示しており連続して３枚の画像を取得する動作を説明する図である。ｃｐｕ１１２は閃光手段１１１を使用しない状態において露光時間Ｔｖａ（３１ａ）で第１の画像３０ａを取得する。その後閃光手段１１１を使用した状態において露光時間Ｔｖｂ（３１ｂ）で第２の画像３０ｂを取得する。図４で４１は閃光手段１１１の発光期間である。更にその後閃光手段１１２ｂを使用しない状態において露光時間Ｔｖｃ（３１ｃ）で第３の画像３０ｃを取得する。この一連の画像取得動作は全てｃｐｕ１１２が撮像素子１６ａ、タイミング制御手段２１を制御して行う。ｃｐｕ１１２、撮像素子１６ａ、タイミング制御手段、画像取得手段２３で撮影手段を構成している。

画像３０ａ、３０ｂ、３０ｃは画像一時記憶手段２４に記憶される。

画像演算手段２５は画像３０ｂから画像３０ａ、３０ｃを引き算する。例えば図４の画像３０ａ、３０ｃの露光時間３１ａおよび３１ｃが１／６０秒、画像３１ｂの露光時間３１ｂが１／３０秒の場合には画像演算手段２５の出力は閃光手段１１１で照射された被写体のみ画像に残る事になる。画像記憶手段２６はその画像を記憶する。

実際には閃光手段１１１が届かない背景も画像データとして残したいので例えば露光時間３１ａ、３１ｃが１／６０秒、露光時間３１ｂを１／２０として背景も１／６０秒の露光データとして残す。

図４の画像３１ｂの様に光電変換素子のリセット動作と読み出し動作にかからない様に閃光手段１１１を発光させる為には露光時間Ｔｖｂ（３１ｂ）を短くしてゆく事には限度があったが、画像３０ａの露光時間Ｔｖｂ（３１ｂ）が長くても、引き算する画像３０ａ、３０ｃを設けておけば見かけ上画像３０ａの露光時間を短くする事が出来る。

ここで画像３０ｂの前後に引き算する画像３０ａ、３０ｃを設ける理由を説明する。
図５は閃光手段１１１を使用した状態で露光して得られた画像３０ｂの後に、それと同じ露光時間で閃光手段１１１を使用しない状態で露光して画像３０ｄを取得する動作を説明している。この場合でも画像３０ｂから画像３０ｄを引き算すると閃光手段１１１が照射した被写体のみを得る事が出来る。しかしながら閃光手段１１１が発光したタイミングから画像３０ｄの露光が終了するタイミングまでには時間ｔ３（４２ｃ）が必要となる。

この時間ｔ３（４２ｃ）は図４で同様にして求める本発明の方法の時間ｔ１（４２ａ）、ｔ２（４２ｂ）より長くなってしまう。即ち本発明の様に閃光手段１１１を使用した画像の前後に、その画像から引き算する画像を用意すると、閃光手段１１１の発光タイミングである基準となる撮影タイミングから引き算する画像を得る迄の時間を短くできる。その為の撮影中の被写体が動きや、カメラに加わる手ブレの影響により発生する撮影画像の劣化を軽減する事が出来る。

図６は本発明の撮影動作を説明するフローチャートであり、内容を分かり易くする為に本発明と直接関係の無いカメラ動作のフローは省いている。

このフローチャートはレリーズボタン操作による撮影開始からスタートする。

ステップ＃６００１では被写体までの距離および背景の明るさを測る。

ステップ＃６００２では得られた被写体までの距離から閃光手段１１１の発光強度を調整し、背景の明るさから露光時間を設定する。

ステップ＃６００３で露光時間が所定より短いか否かを判定している。図４を用いて説明した様に光電変換素子のリセットの終了と読み出しのタイミング開始が時間的に重なってしまう場合（図７）には画面全領域を閃光手段１１１で照射する事が出来ない。（領域７１）そこでその様な状態が起きる露光時間の場合にはステップ＃６００４に進み、そうでない時はステップ＃６０１０に進む。

尚図７で７１ｂは露光時間、７０ｂは得られる画像を示す。

フローがステップ＃６０１０に進む場合には、そのまま撮影しても良好な画像が得られるのでステップ＃６０１０で閃光手段１１１を用いた撮影（図８）を行い、ステップ＃６００９でその画像を記録してこのフローは終了する。

尚図８で８１ｂは露光時間、８０ｂは得られる画像を示す。

図７で示したように画面全領域に閃光照射が出来ない場合にはステップ＃６００４に進み分割する為の露光時間を計算する。例えば図７の露光時間Ｔｖｂ（７１ｂ）が１／６０秒、図８の露光時間Ｔｖｂ（８１ｂ）が１／４０秒であった場合には図９に示す様に閃光手段１１１を用いる撮影は１／４０秒で行い、その撮影に前後する引き算する画像（閃光手段１１１を用いない画像）は各々露光時間１／２４０秒で撮影を行う。

ステップ＃６００５では露光時間１／２４０秒で閃光手段１１１を用いない撮影を行い、その画像を画像一時記憶手段２４に記憶する（画像９０ａ）。

ステップ＃６００６では露光時間１／４０秒で閃光手段１１１を用いた撮影を行う。この撮影は図８と同様な為に画面全領域に渡って閃光手段１１１の照明がされた画像となる。そして、その画像を画像一時記憶手段２４に記憶する（９画像９０ｂ）。

ステップ＃６００７では露光時間１／２４０秒で閃光手段１１１を用いない撮影を行い、その画像を画像一時記憶手段２４に記憶する（画像９０ｃ）。

ステップ＃６００８では画像演算手段２５は画像一時記憶手段２４に記憶された３画像９０ａ、９０ｂ、９０ｃを引き出し画像９０ｂから画像９０ａ、９０ｂを引き算する演算を行う。これにより露光時間１／６０秒相当の画像を得る。

ステップ＃６００９では画像記憶手段２６が画像演算手段２５で得られた画像を記録することで本フローは終了する。

この様に必要とする画像を求める為に画像９０ｂに前後して引き算する画像９０ａ、９０ｃを求める事で必要とする撮影タイミングに対して短い時間で引き算する撮影を行う事が出来る。

以上説明した様に閃光手段１１１と、閃光手段を用いて第２の画像を取得する第２の撮影に時間的に前後して閃光手段を用いない第１、及び第３の画像を取得する第１、および第３の撮影を行なう撮影手段と（ｃｐｕ１１２、撮像素子１６ａ、タイミング制御手段、画像取得手段２３）と第２の画像から第１及び第３の画像の差分を求める画像演算手段２５で撮影装置を構成する事でメカニカルシャッタの無い状態でも短時間で高品位な撮影が可能になった。

図１０は本発明の第２実施形態ブロック図であり第１実施形態の図２と比較して画像抽出手段１００１が設けられている点が異なる。画像抽出手段１００１は画像一時記憶手段２４に記憶されている第１、第２、第３の画像の一部の領域を抽出する動作を行う。

図１１は本発明の第２実施形態において画像を作成する過程を説明する図である。

例えば１／１２０秒の露光時間で閃光手段１１１を発光させた画像を得ることを考える。

この時撮影手段は初めに１／１２０秒の露光時間Ｔｖａ（１１０１ａ）で閃光手段１１１を発光させずに第１の画像１１００ａを取得する。その後１／６０秒の露光時間Ｔｖｂ（１１０１ｂ）で閃光手段１１１を発光させて第２の画像１１００ｂを取得する。その後１／１２０秒の露光時間Ｔｖｃ（１１０１ｃ）で閃光手段１１１を発光させずに第３の画像１１００ｃを取得する。

画像一時記憶手段２４はそれら第１、第２、第３の画像を記憶する。画像抽出手段１００１は画像１１００ａの上部の領域（矢印１１０３ａの領域）画像１１０４ａのみを抽出し、破線の領域の画像は破棄する。また画像１１００ｃの下部の領域（矢印１１０３ｂの領域）画像１１０４ｃのみを抽出し、破線の領域の画像は破棄する。

画像演算手段２５は第２の画像１１００ｂから画像抽出手段１１００で抽出された第１、第３の画像１１０４ａ、１１０４ｃを差し引く。

この様に領域分けして演算する理由を述べる。

ＣＭＯＳの読み出し方式においては図１１に示す様に画像１１００ｂの矢印１１０３ａで示す画面上部の領域では閃光手段１１１の発光期間より前の時間に露光時間が設けられ、矢印１１０３ｂで示す画面下部の領域では閃光手段１１１の発光期間より後前の時間に露光時間が設けられる事になる。

露光時間短縮の為には、この領域に隣接する画像を引き算するのが好ましい。

そこで画像１１００ｂの画面上部領域は、それに隣接する画像１１００ａの画面上部の画像１１０４ａを引き、画面下部領域は、それに隣接する画像１１００ｃの画面下部の画像１１０４ｃを引く。

その為画像１１００ｂにおいて画像１１００ａ、１１００ｃに時間的に近い斜線で示す領域１１０２ａ、１１０２ｃ（イメージ）が引き算される。

図１２は本発明の第２実施形態フローチャートであり、ステップ＃１２００１が設けられている点が図６のフローチャートと異なる。

ステップ＃１２００１では画像抽出手段１００１が画像１１００ａからその上部領域である画像１１０４ａを抽出し、画像１１００ｃからその下部領域である画像１１０４ｃを抽出する。

ステップ＃６００８では画像演算手段２５が画像１１００ｂから画像１１０４ａ、１１０４ｃを引き算する。

ステップ＃６００９では画像記憶手段２６がステップ＃６００８で得られた画像を記録する。

これにより画像１１００ｂにおいて閃光手段１１１が照射されていない期間に被写体が動いていても、それに近い時間で撮影した画像１１０４ａ、１１０４ｃが引き算される。よって被写体の動きによる画像劣化を少なくする事が出来る。

この様に本発明の第２実施形態では閃光手段１１１を発光しない露光期間に近い画像を用いて画像の演算を行う為に高品位な画像を得る事ができている。

以上説明した様に第１及び第３の画像１１００ａ、１１００ｃの特定領域を切り出し第１の抽出画像１１０４ａ及び第３の抽出画像１１０４ｃを求める画像抽出手段１１０１を更に有し、画像演算手段は第２の画像から第１及び第３の抽出画像の差分を求める構成にする事でメカニカルなシャッタの無い状態でも短い時間で高品位な撮影が可能になった。

図１３は本発明の第３実施形態のブロック図であり、全体構成図は第１実施形尾帯の図２と同じである。

撮像手段１６ａは画面が１３０１ａ１から１３０１ａ８の８領域に分割されており、且つ隣り合う画面の読み出し方向は矢印１３０２ａから１３０２ｈに示す様に隣り合う読み出し方向が逆（順読み出しと逆読みだし）となっている。そしてそれぞれの領域における光電変換結果は各々アナログ／デジタルコンバータ１３０３ａから１３０３ｈでデジタル信号に変換されて画像取得手段２３に入力される。

タイミング制御手段２１は読み出し領域１３０１ａ１から１３０１ａ８各々の読み出しタイミングを制御している。

尚、各領域１３０１ａ１から１３０１ａ８は間隔を設けて配置されているが、これは各領域を識別しやすく図示した為であり、実際には各領域間には隙間は無い。

図１４はタイミング制御手段２１による読み出しタイミングを示す図であり横軸は時間、縦軸は撮像手段１６ａの画面高さを表している。

ここで読み出し領域１３０１ａ１の画素は矢印１４０４ａで示す順方向リセット動作でそれまで蓄積されていた電荷がリセットされる。その後所定の露光時間Ｔｖ（１４０１）経過迄の間に再蓄積された電荷は矢印１４０５ａに示す順方向読み出し動作で時間経過に伴い読み出されてゆく。

次に読み出し領域１３０１ａ２の画素は矢印１４０４ｂで示す逆方向リセット動作でそれまで蓄積されていた電荷がリセットされる。その後所定の露光時間Ｔｖ（１４０１）経過迄の間に再蓄積された電荷は矢印１４０５ｂａに示す逆方向読み出し動作で時間経過に伴い読み出されてゆく。

この様な動作を繰り返して領域１３０１ａ１から１３０１ａ８の信号を得る。

図１３にもどり画像取得手段２３はアナログ／デジタルコンバータ１３０３ａから１３０３ｈでデジタル変換された各領域１３０１ａ１から１３０１ａ８の各々の信号を図１４の画像１４０５ｂ１から１４０５ｂ４に変換する。画像合成手段１３０４は画像取得手段２３で変換された画像を画像１４０５ｂ（不図示）として合成する。

閃光制御手段１１２ｂはタイミング制御手段２１の信号に応じて閃光手段１１１の発光タイミングを制御する。

図１５において矢印１４０４ａで示す領域１３０１ａ１の電荷リセットが終了したタイミング１５０１より遅れて閃光手段１１１が発光される様に閃光制御手段１１２ａは動作する。図１５にそのタイミング４１と発光時間４２を併記する。

矢印１４０５ａで示す読み出し動作は閃光手段１１１の発光終了後になる。即ち露光時間Ｔｖ（１４０１）は領域１３０１ａ１の電荷をリセットするまでに必要な時間ｔ（１４０２）と閃光手段１１１の発光期間４２を加えた時間より長くなる。

図１５で分かる様に順読み出しと逆読み出しを繰りかす読み出し方法を用いると図８の様に単一の読み出しを行う場合よりも露光時間Ｔｖ（１４０１）を短縮する事が出来る。

画像合成手段１３０４は画像取得手段２３で取得された画像全てを合成する。

図１６は第３の実施形態の電荷読み出し法を本発明に適用した例である。第１、第２実施例と同様に初めに閃光手段１１１を使用しないで撮影を行い画像１４０３ａ１から画像１４０３ａ８を得る。その後閃光手段１１１を使用して画像１４０３ｂ１から画像１４０３ｂ８を得る。更にその後に閃光手段１１１を使用しないで画像１４０３ｃ１から画像１４０３ｃ８を得る。

画像合成手段１３０４は画像１４０３ａ１から画像１４０３ａ８、画像１４０３ｂ１から画像１４０３ｂ８、画像１４０３ｃ１から画像１４０３ｃ８を夫々合成し画像１４０３ａ、１４０３ｂ、１４０３ｃ（不図示）とする。

画像一時記憶手段２４は画像１４０３ａ、１４０３ｂ、１４０３ｃをそれらが得られたタイミング毎に記憶する。

画像演算手段２５は画像１４０３ｂから画像１４０３ａ、１４０３ｃを差し引く。

ここで画像１４０３ａ１から画像１４０３ａ８の露光時間を１／２５０秒、画像１４０３ｂ１から画像１４０３ｂ８の露光時間を１／１２５秒、画像１４０３ｃ１から画像１４０３ｃ８の露光時間を１／２５０秒に設定すると画像演算手段２５で演算された画像は閃光手段１１１が照射された被写体のみが写った画像を得る事が出来る。

図１７は本発明の第３実施形態フローチャートであり、ステップ＃１７００１が設けられている点が図６のフローチャートと異なる。

ステップ＃１７００１では画像合成手段１３０４が画像１４０３ａ１から画像１４０３ａ８、画像１４０３ｂ１から画像１４０３ｂ８、画像１４０３ｃ１から画像１４０３ｃ８を夫々合成し画像１４０３ａ、１４０３ｂ、１４０３ｃとする。

ステップ＃６００８では画像演算手段２５が画像１４０３ｂから画像１４０３ａ、１４０３ｃを引き算する。

ステップ＃６００９では画像記憶手段２６がステップ＃６００８で得られた画像を記録する。

これにより更に短い期間で連続した撮影を完了させる事が出来る。その為撮影中における被写体の動きが少なく高品位の画像を得る事が出来る。

以上説明した様に撮像手段１６ａは複数の読み出し領域１３０１ａ１から１３０１ａ８を有し、複数領域の読み出しは順方向読み出し１３０２ａ、１３０２ｃ、１３０２ｅ、１３０２ｇと逆方向読み出し１３０２ｂ、１３０２ｄ、１３０２ｆ、１３０２ｈの読み出し方向が異なる対の読み出し領域で構成され、第１、第２、第３の画像を各々複数の領域画像（画像１４０３ａ１から画像１４０３ａ８、画像１４０３ｂ１から画像１４０３ｂ８、画像１４０３ｃ１から画像１４０３ｃ８）の合成により取得する画像合成手段１３０４とを更に有し、画像演算手段２５は画像合成手段で合成された第２の画像１４０３ｂから画像合成手段で合成された第１及び第３の画像１４０３ａ、１４０３ｃの差分を求める構成にしている。これによりメカニカルなシャッタの無い状態でも短い時間で高品位な撮影が可能になった。

１６ｂ 撮像手段
２１ タイミング制御手段
２３ 画像取得手段
２４ 画像演算手段
２５ 露光時間設定手段
１１１ 閃光手段
１００１ 画像抽出手段
１３０４ 画像合成手段

Claims (3)

1. 閃光手段と、
   該閃光手段を用いて第２の画像を取得する為の第２の撮影と、該第２の撮影に時間的に前後して閃光手段を用いない第１、及び第３の画像を取得する為の第１、および第３の撮影を行なう撮影手段と、
   前記第２の画像から前記第１及び第３の画像の差分を求める画像演算手段と、を有することを特徴とする撮影装置。
2. 前記第１及び第３の撮画像の特定領域を切り出し第１の抽出画像及び第３の抽出画像を求める画像抽出手段を更に有し、前記画像演算手段は前記第２の画像から前記第１及び第３の抽出画像の差分を求めることを特徴とする請求項１に記載の撮影装置。
3. 前記撮像手段は複数の読み出し領域を有し、該複数領域の読み出しは順方向読み出しと逆方向読み出しの読み出し方向が異なる対の読み出し領域で構成され、前記第１、第２、第３の画像を各々複数の領域画像の合成により取得する画像合成手段とを更に有し、前記画像演算手段は画像合成手段で合成された第２の画像から画像合成手段で合成された第１及び第３の画像の差分を求めることを特徴とする請求項１に記載の撮影装置。