JP2019008081A - 撮像装置及びカメラシステム - Google Patents

Abstract

【課題】後幕シンクロ発光撮影時に、適切な明るさで発光することを可能にした撮像装置を提供すること。
【解決手段】発光装置と、第一の撮像素子と、撮影前にプリ発光を行い、プリ発光情報に基づいて撮影時の発光量を決定する発光量決定手段と、シャッターの後幕走行にシンクロして発光を制御する後幕シンクロ制御手段と、後幕シンクロ発光時の発光量を、前記発光量決定手段で決定した発光量から補正する発光量補正手段と、撮影領域内から主被写体を特定する主被写体特定手段と、撮影領域の距離分布情報を取得する距離分布情報生成手段を有し、主被写体特定手段は、前記第一の撮像素子の露光中に周期的に生成された前記距離分布情報から、シンクロ発光時の主被写体位置を特定し、主被写体位置情報から、シンクロ発光時の発光量を補正することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像装置及びカメラシステムに関し、特にストロボの制御に関する。

従来、カメラでは、暗所での撮影の補助光として、ストロボを内蔵したり、別体のストロボを装着したりすることで、夜間など暗い場所でも鮮明な写真を撮ることが可能となっている。

このような従来のカメラのストロボでは、レリーズ時の本撮像の前にプリ発光を行い、プリ撮像画像から被写体の輝度レベルと、適正調光レベルの差を求め、その差に応じて、実際の撮像時の発光量（メイン発光量）を決定して撮像を行うようになっている。

特許文献１には、プリ発光時の画像から被写体の顔を検出し、検出された顔領域に応じてメイン発光量を算出する技術が開示されている。特許文献２には、プリ発光時と撮影直前の被写体距離情報から、メイン発光量を補正する技術が開示されている。

特開２０１５−１８４５０８号公報 特開２００３−６６５０４号公報

しかしながら、上述の特許文献に開示された従来技術では、後幕シンクロ発光撮影において露光中に被写体が動いた場合、プリ発光に基づいて算出されたメイン発光量で発光すると、カメラと被写体の位置関係の変化に起因し、適切な発光量とならないことがある。

後幕シンクロ発光で撮影する例として、暗中で人物が手に持ったＬＥＤライトなどの光の軌跡を露光した後に、人物が撮影のためのポーズをとったタイミングでストロボを発光し露光を終了するように撮影する場合がある。このような場合、種々の光の軌跡を描くために、人物は様々な方向に移動するため、プリ発光時とメイン発光時で人物が移動しており、発光量が不適切な場合がある。

そこで、本発明の目的は、後幕シンクロ発光撮影時に、適切な明るさで発光することを可能にした撮像装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明に係る撮像装置は、
発光装置と、
第一の撮像素子と、
撮影前にプリ発光を行い、プリ発光情報に基づいて撮影時の発光量を決定する発光量決定手段と、
シャッターの後幕走行にシンクロして発光を制御する後幕シンクロ制御手段と、
後幕シンクロ発光時の発光量を、前記発光量決定手段で決定した発光量から補正する発光量補正手段と、
撮影領域内から主被写体を特定する主被写体特定手段と、
撮影領域の距離分布情報を取得する距離分布情報生成手段を有し、
主被写体特定手段は、前記第一の撮像素子の露光中に周期的に生成された前記距離分布情報から、シンクロ発光時の主被写体位置を特定し、主被写体位置情報から、シンクロ発光時の発光量を補正することを特徴とする。

本発明によれば、後幕シンクロ発光撮影時に適切な明るさで発光することを可能にした撮像装置を提供することができる。

本発明の第１の実施形態にかかるカメラと交換レンズ及びストロボの断面図 本発明の第１の実施形態にかかるカメラ本体の概略構成を示すブロック図 本発明のカメラの動作を示すフローチャート 本発明のプリ発光・メイン発光量演算のフローチャート 本発明の主被写体位置特定のフローチャート 主被写体の距離情報に基づく発光補正量を説明するための図 主被写体の画面内位置に基づく発光補正量算出のためのテーブル 本発明のメイン発光量補正の概念図 本発明のメイン発光量補正の概念図 本発明のメイン発光量補正の概念図 本発明のメイン発光量補正の概念図 本発明の第１の実施形態にかかるカメラの動作を示すタイミングチャート 本発明の第２の実施形態にかかるカメラと交換レンズ及びストロボの断面図 本発明の第２の実施形態にかかるカメラ本体の概略構成を示すブロック図 本発明の第２の実施形態にかかるカメラの動作を示すタイミングチャート

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態にかかわるカメラと交換レンズ及びストロボの断面図である。

以下、図１を参照して、本発明の第１の実施形態による、カメラの構成について説明する。本図においてはレンズ交換可能なカメラの構成を示している。

図１において、１はカメラ本体、２は交換レンズ、３は着脱可能なストロボである。３１５はレンズ接続のためのレンズマウント接点部，３１４はストロボを取り付けられる接続部である。撮影レンズ２を介して入射した被写体からの光束は、撮像センサ２０６上に結像され、被写体像の露光が行われる。

２０９は距離センサであり、例えば、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）法を用いて距離情報を取得するセンサである。ＴＯＦ法は、被写体への投光から反射光を受けるまでの遅延時間を測定して距離情報を取得するものである。

２１０は撮影した静止画像や動画像等を表示する表示部である。３１６はシャッター機構であり、撮影レンズ２を通ってきた光学像の露光時間の制御と遮光を行う。
また、本発明は、レンズやストロボは着脱可能な構成である必要はなく、レンズ固定式のカメラ、あるいはストロボ機能を内蔵しているカメラにも応用できる。

図２は、カメラ本体の概略構成を示すブロック図である。

カメラ用マイクロコンピュータ（ＣＰＵ）１００には、カメラの各種操作用のスイッチ群２１４を検知するための信号入力回路２０４、ＣＭＯＳセンサやＣＣＤ等により構成される撮像センサ（撮像素子）２０６が接続されている。また、シャッターマグネット２１８ａ、２１８ｂを制御するためのシャッター制御回路２０８が接続されている。撮影レンズ２とはレンズ通信回路２０５、レンズマウント接点部３１５を介して、焦点位置や絞りの制御を行う。また、ストロボ３とはストロボ通信回路２０５、ストロボ接続部３１４を介して、発光タイミングや発光量の制御を行う。

カメラの動作は、スイッチ群２１４を撮影者が操作することで決定される。スイッチ群２１４には、レリーズボタンやダイヤルなどが含まれる。

ＣＰＵ１００は撮像センサ２０６を制御することで被写体の輝度を検出し、撮影レンズ２の絞り値やシャッタースピードを決定する。また、ＣＰＵ１００は撮像センサ２０６を制御することで撮影レンズの焦点状態を検出し、撮影レンズ２を適切な焦点状態なるように制御する。さらに、ＣＰＵ１００は距離センサ２０９を制御することで、撮影領域の距離分布情報を取得する。そして、レンズ通信回路２０５を介して撮影レンズ３００の絞り値を制御し、シャッター制御回路２０８を介してマグネット２１８ａ、２１８ｂの通電時間を調節することでシャッタースピードを制御し、さらに撮像センサ２０６を制御することで撮影動作を行う。

上記のように構成されたカメラのストロボ発光撮影の動作を、図３に示すフローチャートを用いて説明する。ここでは、撮影者の設定操作により、後幕シンクロ発光モードが設定されているものとする。後幕シンクロ発光とは、撮影時にシャッターが閉じはじめる直前に発光するモードである。後幕シンクロ撮影は低照度環境で撮影される場合が多いが、本実施形態では、ＴＯＦ型の距離センサで距離分布情報を取得するため、環境光量が低照度であっても影響が小さい。

ステップＳ３００において、ＣＰＵ１００はレリーズボタンが第１のストロークまで押し込まれるとＯＮするスイッチＳＷ１の状態を監視している。スイッチＳＷ１がオンしているとステップＳ３０１へと進み、ＡＦ及びＡＥ動作をする。ＡＦ動作とは、撮像センサ２０６から得られる信号から、撮影レンズの焦点状態を検出するＡＦ演算を行い、レンズ駆動をして焦点状態を調節する動作である。ＡＥ動作とは、撮像センサ２０６から得られる信号から被写体輝度を算出するものである。

次にステップＳ３０２において、ＣＰＵ１００は、レリーズボタンが第２のストロークまで押し込まれたときにＯＮするスイッチＳＷ２の状態を監視し、スイッチＳＷ２がオンとなるとステップＳ３０３へと進み、プリ発光及びメイン発光量演算を行う。

図４は、プリ発光及びメイン発光量演算のフローチャートである。

ステップＳ４００では、ＣＰＵ１００は、プリ発光前測光用の信号蓄積と測光信号の読み出しをするように撮像センサ２０６を制御する。プリ発光前測光用の信号蓄積とは、ストロボを発光させないで状態で撮像センサ２０６を蓄積制御し、ストロボ光ではない外光による被写体の輝度値を算出するための信号蓄積処理である。

ステップＳ４０１では、ＣＰＵ１００は、プリ発光反射光測光用蓄積の信号蓄積をするように、撮像センサ２０６を制御する。プリ発光反射光測光用蓄積とは、ストロボを発光させて、撮像センサ２０６を蓄積制御し、ストロボ光の反射光による被写体の輝度値を算出するための信号蓄積処理である。この際、撮像センサ２０６に蓄積される信号は、ストロボ発光反射光とストロボ光ではない外光が混合したものである。

ステップＳ４０２では、ＣＰＵ１００は、ステップＳ４０１において撮像センサ２０６で取得した画像から、人の顔位置を検知する。

ステップＳ４０３では、ＣＰＵ１００は、距離センサ２０９から得られる信号から、撮影領域の距離分布情報を取得する。

ステップＳ４０４では、ＣＰＵ１００は、ステップＳ４０２で検知された顔の数を判定し、その数が「０」の場合はステップＳ４０５に進み、「１」の場合はステップＳ４０６に進み、「複数」の場合はステップＳ４０７へと処理を進める。

Ｓ４０５において、ＣＰＵ１００は、ＡＦ領域と合致した領域を主被写体領域とし、領域内の輝度を算出する。「ＡＦ領域」とは、撮影者が選択したＡＦ領域や、ステップＳ３０１の「ＡＦ／ＡＥ動作」にて決定されたＡＦ領域である。

Ｓ４０６において、ＣＰＵ１００は、顔が検知された領域を主被写体領域とし、領域内の輝度を算出する。

Ｓ４０７において、ＣＰＵ１００は、Ｓ４０３で得られた撮影領域の距離分布情報に基づき、最も近い顔が検知された領域を主被写体領域とし、領域内の輝度を算出する。

ステップＳ４０８では、ＣＰＵ１００は、撮影時の主被写体領域内の輝度が適正輝度となるストロボ発光量（メイン発光量）を算出する。例えば、プリ発光によるプリ撮像の画像信号レベルが適正レベルである場合は、プリ発光と同じ発光量で良く、また例えば、プリ撮像の画像信号レベルが１段階下回っている場合は、プリ発光の２倍の発光量に設定する等の処理を行う。ステップＳ４００とステップＳ４０１で得られた信号の差分からストロボ光ではない外光を除去したプリ発光反射光を算出し、撮影時のストロボ発光量（メイン発光量）を算出する。

図３に戻り、ステップＳ３０４、Ｓ３０５では、ＣＰＵ１００がシャッター３１６と撮像センサ２０６を制御することにより、撮像センサ２０６の露光動作を行う。

ステップＳ３０６では、ＣＰＵ１００は、距離センサ２０９から得られる信号から、撮影領域の距離分布情報を取得する。

ステップＳ３０７では、ＣＰＵ１００は、撮影領域の距離分布情報の時間変化から主被写体位置の特定をする。

図５に主被写体位置特定のためのフローチャートを示す。

ステップＳ５００では、ＣＰＵ１００は、直前に取得した撮影領域の距離分布情報と、それまでに取得した撮影領域の距離分布情報のフレーム相関情報を算出する。

ステップＳ５０１では、ＣＰＵ１００は、ステップＳ５００で算出したフレーム相関情報から、主被写体の位置を特定する。

ステップＳ５０２では、ＣＰＵ１００は、主被写体が撮影領域からフレームアウトしたか否かを判定する。ステップＳ５０１で主被写体位置が特定できない場合、撮影領域からフレームアウトしたと判定する。主被写体が撮影領域からフレームアウトしていた場合、ＣＰＵ１００は、ステップＳ５０３へと処理を進める。一方、主被写体が撮影領域からフレームアウトしていない場合、ＣＰＵ１００は、ステップＳ５０４へと処理を進める。

ステップＳ５０３では、ＣＰＵ１００は、主被写体が撮影領域からフレームアウトした画面内に、他の動体が存在するか否かを判定する。動体が存在していない場合、ＣＰＵ１００はステップＳ５０５へ処理を進め、ＡＦ領域と合致した領域を主被写体領域に設定する。動体が存在していた場合、ＣＰＵ１００はステップＳ５０６へ処理を進め、検出した動体の内、最も距離が近い動体を主被写体として特定する。

ステップＳ５０４では、ＣＰＵ１００は、主被写体以外の動体が存在するか否かを判定する。動体が存在していた場合、ＣＰＵ１００はステップＳ５０７へ処理を進め、それまでの主被写体と、検出された動体の内、カメラからの距離が近い方を主被写体として特定する。カメラからの距離が近い方を主被写体を主被写体とすることで、元々の主被写体以外の被写体がフレームインしてきた際の、発光による白とびを防ぐ。動体が存在していない場合、ＣＰＵ１００は、主被写体を更新せず、主被写体位置特定を終了する。

図３に戻り、ステップＳ３０８では、ＣＰＵ１００は、露光時間が所定時間経過したか否かを判定する。所定時間は、撮影者が設定したシャッタースピードに応じて決定される。所定時間が経過するまでステップＳ３０６、Ｓ３０７、Ｓ３０８を繰り返し、周期的に撮影領域の距離分布情報の取得し、主被写体位置の特定を続ける。周期的に主被写体位置の特定をすることにより、主被写体の位置を精度よく特定することができる。例えば、図８（ｂ）に示すように、プリ発光時に人物が障害物より前に位置し人物が主被写体と特定され、その後人物が移動し、メイン発光時には障害物より後ろに位置したものとする。この時、撮像センサ２０６は露光中のため、撮像センサ２０６の画像を用いた顔検知は不可能である。またプリ発光の後メイン発光直前のみ距離分布情報を取得した場合、距離分布情報から検出された近距離に位置する物体が、人物であるか否かの判定はできない。このように、メイン発光時のみに被写体情報を取得しただけでは、人物の動きを捕捉できず、障害物を主被写体と誤認識してしまう可能性がある。これに対し、周期的に撮影領域の距離分布情報の取得し、主被写体位置の特定を続けることにより、主被写体の動きを連続的に補足することができ、主被写体の誤認識を防ぐことができる。ステップＳ３０８で所定時間が経過したと判定すると、ＣＰＵ１００は処理をステップＳ３０９へと進める。

ステップＳ３０９では、ＣＰＵ１００は、ステップＳ３０３で決定したメイン発光量を、ステップＳ３０６、Ｓ３０７を繰り返すことで特定した主被写体位置に基づいて補正する。まず、プリ発光時に取得したカメラと主被写体位置との奥行き方向の距離（Ｚ１）と、所定時間経過時のカメラと主被写体位置との奥行き方向の距離（Ｚ２）からメイン発光量を補正する。図６に奥行き方向の距離の比率Ｚ２／Ｚ１と発光補正量の関係を示す。例えば、メイン発光時に主被写体が遠ざかり、Ｚ２／Ｚ１＝√２であった場合、メイン発光時に被写体から反射して到達する光は１／２に減衰する。従って、メイン発光量を２倍に補正する。

次に、プリ発光時と所定時間経過時の被写体の画面上位置（ＸＹ方向）と、ストロボの配光特性に基づき、メイン発光量を補正する。図７は、ストロボ配光特性に基づいた補正のためのテーブルである。

例えば、プリ発光時の主被写体の画面上位置が（Ｘ，Ｙ）＝（−３，−２）であった場合、補正テーブルの値は２．５である。一方、所定時間経過時の主被写体の画面上位置が（Ｘ，Ｙ）＝（１，０）であった場合、補正テーブルの値は０．５である。従って、メイン発光量を１／４（＝２＾（０．５−２．５））に補正する。ストロボの配光特性情報は、カメラとストロボとの通信により取得されるストロボ情報に基づき、ストロボ毎に生成される。

以上のように算出されたカメラと被写体位置との距離から算出した補正量と被写体の画面上位置から算出した補正量を合わせ、プリ発光量で算出したメイン発光量から後幕シンクロ発光時のメイン発光量を補正する。前述した例では、プリ発光量で算出したメイン発光量から１／２（＝２×１／４）とした発光量を後幕シンクロ発光時のメイン発光量とする。

以上述べたような主被写体特定と発光量補正の概念図を図８（ａ）乃至（ｄ）に示す。主被写体がカメラに近づいた場合は発光量を減らし、主被写体がカメラから遠ざかった場合は発光量を増やす。主被写体が画面の中央に移動した場合は発光量を減らし、主被写体が画面の周辺領域に移動した場合は発光量を増やす。連続的に取得した距離情報分布履歴から、メイン発光タイミングの被写体位置を予測して発光量を補正してもよい。

ステップ３１０では、ＣＰＵ１００は、撮影のためのストロボを制御し、撮影のためのメイン発光制御をする。

ステップ３１１では、ＣＰＵ１００は、撮像センサ２０６の露光を終了させ、シャッターを閉じて撮影動作を終了する。

以上述べた動作のタイミングチャートを、図９に示す。

距離センサ２０９は、プリ発光からメイン発光までの距離分布情報履歴を取得し続け、撮像センサ２０６の露光中の主被写体位置を特定し続ける。

記の通り本発明の第１の実施形態によれば、後幕シンクロ時に、撮像センサの露光中に、距離センサから撮影両機の距離分布情報を取得し、主被写体位置を特定する。この主被写体位置情報に基づき、プリ発光で決定したメイン発光量を補正する。このことにより、撮像センサの露光中に被写体が動いたとしても、適切な発光量でストロボを発光することができ、良好な画像が撮影できる。

本実施形態では、撮影者が事前にシャッタースピードを設定するものとして説明したが、バルブ撮影モードでも有効である。撮影者が任意のタイミングでレリーズボタンを離したとしても、常に被写体位置を特定できているため、当該タイミングでの被写体位置に基づき、メイン発光量を補正することができる。

以下、図１０、図１１を参照して、本発明の第２の実施形態による、カメラについて説明する。

図１０は第２の実施形態にかかわるカメラと交換レンズ及びストロボの断面図であり、図１１は第２の実施形態にかかわるカメラ本体の概略構成を示すブロック図である。図１０、図１１において、図１と重複するものは説明を省略する。

３０５は撮影レンズ２を通った光学像を分光して、撮像センサ２０６と撮像センサ２０７へと導くハーフミラーである。

撮像センサ２０７は撮影レンズ２により結像された被写体の光学像を画像信号として取り込むための第２の撮像センサである。撮像センサ２０７は、主に動画やＬＶ（ライブビュー）の撮像を目的としており、撮像センサ２０６が露光中であっても、周期的に画像を取得することができる。また、撮像センサ２０７には焦点検出用の画素が配置されており、撮像センサ２０７の信号を用いてレンズのデフォーカス状態及び撮影領域の距離分布情報の取得が可能である。

図１２は第２の実施形態におけるタイミングチャートである。

撮像センサ２０７は周期的に撮像を繰り返し（例えば３０ｆｐｓ）、ＬＶのための画像を取得し続ける。このため、第２の実施形態では、撮像センサ２０６が露光中であっても、第２の撮像センサ２０７は撮影領域の画像を取得することができ、撮影領域の顔を検知することができる。

上記の通り本発明の第２の実施形態によれば、図３のステップＳ３０７の「主被写体位置の特定」において、主被写体位置の特定のために顔位置情報を用いることができ、主被写体位置特定の精度を上げることができる。第１の実施形態では、距離センサのため動体が人物であるか否かの判定ができず、人物以外であっても主被写体として特定してしまう。一方、第２の実施形態では、顔を検知することができるため、人物を優先して主被写体として特定することが可能となる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

１ カメラ、２ 交換レンズ、３ ストロボ、１００ ＣＰＵ、
２０６ 撮像センサ、２０９ 距離センサ、３１６ シャッター

Claims (8)

1. 発光装置（３）と、
   第一の撮像素子（２０６）と、
   撮影前にプリ発光を行い、プリ発光情報に基づいて撮影時の発光量を決定する発光量決定手段と、（１００）
   シャッターの後幕走行にシンクロして発光を制御する後幕シンクロ制御手段と、（１００）
   後幕シンクロ発光時の発光量を、前記発光量決定手段で決定した発光量から補正する発光量補正手段と、（１００，Ｓ３０９）
   撮影領域内から主被写体を特定する主被写体特定手段と、（１００，２０６，２０９，２０７）
   撮影領域の距離分布情報を取得する距離分布情報生成手段を有し、（２０９，２０７）
   主被写体特定手段は、前記第一の撮像素子の露光中に周期的に生成された前記距離分布情報から、シンクロ発光時の主被写体位置を特定し、（Ｓ３０６，Ｓ３０７，Ｓ３０８）
   主被写体位置情報から、シンクロ発光時の発光量を補正する（Ｓ３０９）ことを特徴とする撮像装置。
2. 前記主被写体特定手段は、周期的に生成された前記距離分布情報のフレーム相関から、主被写体を特定することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. プリ発光時に特定した主被写体とは別の被写体が検知された場合、前記主被写体特定手段は、撮像装置からの距離が近い方を主被写体と特定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記主被写体位置情報は撮像装置と主被写体との距離であり、前記距離に基づいてシンクロ発光時の発光量を補正することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の撮像装置。
5. 前記主被写体位置情報は画面内の主被写体の位置であり、前記主被写体の位置と前記ストロボの配光特性に基づいてシンクロ発光時の発光量を補正することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の撮像装置。
6. 測距光を投射する投光部と被写体に反射して戻ってくる前記測距光を受光する測距センサ（２０９）を有し、前記測距センサから主とした信号から、前記距離分布情報を取得することを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の撮像装置。
7. 焦点検出用の画素を有する第二の撮像素子（２０７）を有し、前記第二の撮像素子から取得した信号から、前記距離分布情報を取得することを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の撮像装置。
8. 顔検知手段（Ｓ４０２）を有し、前記第２の撮像素子から得られる画像から顔情報を取得し、前記主被写体特定手段は、前記顔情報に基づいて主被写体を特定することを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。